JP2008506815A5 - - Google Patents

Description

１９８７年のモントリオール議定書は、大気中の塩素量を減少させることによって地球上方のオゾン層を保護することを目的とした斬新的な変更行程を提示した。塩素の多くは、ポリウレタンフォームに使用されている塩素化発泡剤に起因する。米国環境保護庁（ＥＰＡ）は、定期的に、塩素含有量がより低い新規な発泡剤を認可し、既に認可した発泡剤を停止（禁止）している。

圧力の問題に加え、ＨＦＣ−２４５ｆａは、米国においては、ＨＣＦＣ−１４１ｂより４倍超のコストがかかる。ＨＦＣ−２４５ｆａの供給業者は僅か１社しかなく、ＨＦＣ−２４５ｆａを製造するためのベース材料の製造業者も僅か１社しかない。この追加コストは、ほとんどの小規模製造業者にとって、必要量のＨＦＣ−２４５ｆａを購入するためにより高いキャッシュフローが必要であることを意味する。スプレーポリウレタンフォーム屋根ふき材産業において、この追加コストは、他の屋根ふき材に対するスプレーポリウレタンフォームのコスト面での競争力に悪影響を及ぼす。

スプレーおよび注入用ポリウレタンフォーム系は、従来より、安価で入手できるＣＦＣまたはＨＣＦＣ発泡剤の適当な供給の故に、発泡剤としての水の使用を最少にとどめてきた。ＨＦＣ−２４５ｆａの高コスト、並びにＨＦＣ−２４５ｆａおよび他の潜在的発泡剤に関する技術的限界により、水の使用について更なる試みが開始された。しかしながら、ＨＣＦＣまたはＨＦＣ発泡剤に代えて水を使用することは、容易ではない。

水がポリウレタンフォーム系において反応性発泡剤であるが、ＣＦＣ、ＨＣＦＣおよびＨＦＣ化合物は反応性ではない。水が大量のイソシアネートを消費するので（約４ｋｇ（９ｌｂ）の水は、約６１ｋｇ（１３４ｌｂ）のイソシアネートと反応する）、系は、使用できる水の量について制限される。ポリウレタンフォーム系では、イソシアネートがポリオール成分と反応してポリマー構造を形成する。イソシアネートは水と反応し、フォームマトリックスを生ずる。イソシアネートおよびイソシアネートと反応する成分は、成分の完全反応を確実にするため、化学的に、化学量論的に、バランスされていなければならない。実際、ポリウレタン系は、僅かに過剰のイソシアネートを用いて調製され、完全な反応を実現する。このパラメーターは、イソシアネート指数または簡単に「ＮＣＯ指数」と称されている。一般に、ポリウレタンフォームは、１．０５〜１．２０のＮＣＯ指数範囲で設計される。調製時、ＮＣＯ指数は固定され、液状系に設計される。これは、最終用途塗布器において容易に制御できない。スプレーポリウレタンフォーム組成物におけるイソシアネートの量は、通常、体積比が１：１（Ａ：Ｂ）である業界標準塗布器による使用によって制限される。

水発泡ポリウレタンフォーム形成組成物を提供するある試みは、現在は放棄されているMirasolらによるUS 2002/0040122A1に見られる。Mirasolは、水発泡系における従来のマンニッヒポリオールの使用が、設備の故障および他の加工上の問題を引き起こし得ることを示した。Mirasolはまた、従来のマンニッヒポリオールおよび発泡剤としての水を使用して製造したフォームが、粗い気泡構造、荒れた表皮、低い寸法安定性、低い難燃性、および低い基材接着性を有し得ることを示した。更に、Mirasolは、水とマンニッヒポリオールの組合せが、粘度の高すぎる組成物を生じ得、幾つかの種類のフォーム製造装置において問題を生じ得ることを示した。１つには、Mirasolは、ポリオール組成物における発泡剤としての水の欠点が、水が含ハロゲン炭素化合物発泡剤と同程度に有効にマンニッヒポリオールの粘度を低下しないことであると認めた。これらの問題を解決する試みとして、Mirasolは、２５℃で３，５００センチポイズ（ｃｐｓ）未満の粘度を有する超低粘性マンニッヒポリオールに加えて、２５℃で３，５００ｃｐｓ超の粘度を有するマンニッヒポリオール、ノボラックポリオール、および他の芳香族基含有ポリオールを含む第二ポリオールを含有するＢ−サイド成分を提供した。Mirasolは、その配合において、微量しか他のポリオールを供給しなかった。一般に、低粘性マンニッヒポリオールは、非常にゆっくり硬化して十分な堅さに達するフォームを生ずる特性を有する。スプレー組成物において、この特性は、塗布の際に不利である。

如何なる状態のＰＭＤＩも、本発明で使用するための最も好ましいポリイソシアネートである。使用される場合、ＰＭＤＩは、好ましくは約１２５〜約３００の当量、より好ましくは約１３０〜約１８０の当量、および約１．５超の平均官能価を有する。約２．０〜約３．０の平均官能価がより好ましい。ポリイソシアネート成分の粘度は、好ましくは２５℃で約１００〜約１，０００ｃｐｓであるが、約１００〜約５００ｃｐｓの値が易加工性のためには好ましい。別のポリイソシアネート成分を選択する場合も、同等の粘度が好ましい。なお好ましくは、本発明の組成物のポリイソシアネート成分は、ＭＤＩ、ＰＭＤＩ、ＭＤＩプレポリマー、ＰＭＤＩプレポリマー、変性ＭＤＩおよびこれらの混合物からなる群から選ばれる。

ポリエーテルポリオールも本発明では使用できる。Ｂ−サイド成分のポリエーテルポリオールは、ポリグリコールポリエーテルポリオールであり得る。ポリエーテルポリオールは、系のＮＣＯ指数を調整するために主に使用される。低官能性ポリエーテルポリオールは、粘度調節のために使用でき、高官能性ポリエーテルポリオールは、ポリマーに更なる機械的強度を与えるために使用できる。好ましくは、ポリエーテルポリオールは、約２００〜約７，０００の分子量、約２．０〜約８．０のヒドロキシル官能価を有する。最も好ましくは、ポリエーテルポリオールの分子量は約２００〜約１，０００であり、ヒドロキシル官能価は約２．０〜約７．０である。好適には、ポリエーテルポリオールは、２５℃で約１０〜約１００，０００ｃｐｓ、より好ましくは２５℃で約１０〜約２０，０００ｃｐｓ、最も好ましくは２５℃で約２５〜８，０００ｃｐｓの粘度を有する。適当な市販ポリエーテルポリオールの例は、Dow Chemical社製ポリグリコールE400、E600、E1000、P2000、P4000、P241、D350、またはBayer Corporation製ポリオールM3901、M9171などを包含する。

実施例１における反応熱の問題を解決するために、出願人は、１：１ではなく、それから離れた比のＡ：Ｂの系で実験した。利用可能なイソシアネートの量（ＮＣＯ指数）を増やした離れた比の系が、高濃度の水に適合できることが見出された。触媒の適当な選択によって、成分は完全に反応し、十分な反応熱を吸収し、許容できるフォーム生成物が得られる。「触媒の適当な選択」とは、上記のような金属塩触媒の添加を意味する。これらの触媒は、過剰な反応熱と共に、残留イソシアネートをそれ自身と反応させて非常に安定なイソシアヌレート官能基を形成する。この化学的構成は、１：１のＡ：Ｂ比の水発泡フォーム組成物に見られる標準ポリウレタンの化学的性質と比較して、かなり高い熱安定性を有する。ポリウレタンにとって１．２以下の標準ＮＣＯ指数より２．５以上のＮＣＯ指数を有する高濃度のイソシアヌレート構造を生ずることが望ましいフォーム系では、金属塩触媒は、一般に高濃度で使用される。