JP3808991B2 - 硬質ポリウレタンフォームの製造方法及び硬質ポリウレタンフォーム用組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質ポリウレタンフォームの製造方法及び硬質ポリウレタンフォーム用組成物に関する。硬質ポリウレタンフォームは、冷凍庫、冷蔵庫、建築用等の断熱材として利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
硬質ポリウレタンフォームは、製品密度が低く、断熱性が優れ、高い機械強度を有する為に、冷凍冷蔵機械、例えば、家庭用の冷蔵庫の断熱材として広く使用されている。
この硬質ポリウレタンフォームを製造するための発泡剤としては、従来からハロゲン置換クロロフルオロカーボン（以下ＣＦＣと称する）、特にトリクロロフルオロメタンＲ１１）が用いられきた。
【０００３】
しかしこのＲ１１発泡剤は、ハロゲンを含有している為に、成層圏においてオゾン層を破壊する可能性及び地球温暖化等の環境問題が懸念されている。地球環境保護の目的の為に、ＣＦＣの生産量、消費量が国際的規制されている。
ＣＦＣは、日本では１９９５年末までに製造が禁止されている。代替の新規発泡剤としては、オゾン破壊係数が少ないハイドロフルオロクロロカーボン（ＨＣＦＣ）が用いられている。例えば、ＨＣＦＣ１４１ｂ(１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン）、ＨＣＨＣ２２(クロロジフルオロメタン）、ＨＣＦＣ１４２ｂ(１−クロロ−１，１−ジフルオロエタン）が発泡剤として、導入され適用されている。
【０００４】
しかしながら、代替フロンのＨＣＦＣもまた分子中に塩素原子を含むのでオゾン層への影響は少ないが、依然としてオゾン層を破壊する特性を有している為に、段階的使用削減が実施されている。したがって地球環境保護の観点から、オゾン層破壊に全く影響しない発泡剤の使用が新たに提案されて、一部の用途では既に塩素原子を全く含まずオゾン層を破壊する危険性のない炭化水素系の発泡剤、例えばシクロペンタンが、導入適用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シクロペンタンは地球環境に優しい発泡剤として最適ではあるが、いくつかの問題点を抱えている。シクロペンタン自身のガスの熱伝導度が高く、シクロペンタンを使用した硬質ポリウレタンフォームの断熱性能が、従来のＨＣＦＣ１４１ｂを使用したものより劣り、断熱特性の改善がもとめられている。また、シクロペンタン自身が従来使われて来たポリオールに溶解し難く、フォームの密度を下げる為に大量に使うとプレミックスの安定性に問題があった。更に、シクロペンタンはケミカルアタック性が強い為に、製造された硬質フォームの樹脂強度が低下する傾向にあることが知られている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
これらの問題を解決し、熱伝導度の更に優れた断熱材を製造する為に、発泡剤として、シクロペンタン及びイソペンタンと水のブレンドを使うことにより、発泡剤のケミカルアタック性が低下し、蒸気圧が高くなることにより、製品である硬質フォームの低密度化が図れる。また、ｏ−トルエンジアミンを開始剤としてアルキレンオキサイドを付加重合させてなるポリエーテルポリオールをポリオールの一部として使うことにより発泡剤をポリオール中に多量に溶解しても安定なプレミックスを作ることができるのでフォームの低密度化が図れる。
【０００７】
本発明は、芳香族ポリイソシアネート、ポリオール、発泡剤、触媒、整泡剤及びその他の助剤からなる組成物からの硬質ポリウレタンフォームの製造方法であって、発泡剤としてシクロペンタン／イソペンタン混合物と水を併用し、ポリオールの一部に、ｏ−トルエンジアミンを開始剤としてアルキレンオキサイドを付加重合させてなるポリエーテルポリオールを使用することを特徴とする硬質ポリウレタンフォームの製造方法を提供する。
【０００８】
本発明は、
（１）芳香族ポリイソシアネート
（２）ｏ−トルエンジアミンを開始剤としてアルキレンオキサイドを付加重合させてなるポリエーテルポリオールを含有するポリオール
（３）シクロペンタン及びイソペンタンと水のブレンドからなる発泡剤
（４）触媒、整泡剤、及びその他の助剤
からなる硬質ポリウレタンフォーム用組成物を提供する。
この組成物から冷蔵庫等の断熱材として硬質ポリウレタンフォームを製造することができる。
【０００９】
芳香族ポリイソシアネート（１）としては、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート（ポリメリックＭＤＩ）等のポリイソシアネートやそれらの変性ポリイソシアネート等が単独あるいは混合して用いられる。
変性多価イソシアネート、即ち有機ジー及び／又はポリイソシアネートの部分化学反応で得られる製品が使用できる。例えば、エステル、尿素、ビューレット、アロファネート、カルボジイミド、イソシアヌレート、及び／又はウレタン基を含むジ−及び／又はポリイソシアネートが使用できる。
組成物中の芳香族ポリイソシアネート（１）の量は、ポリオール１００重量部に対して、１００〜２００重量部、好ましくは１３５〜１４５重量部であってよい。
【００１０】
ポリオール（２）、発泡剤（３）および助剤（４）がポリオール混合物を構成する。
ポリオール（２）は、ポリエーテルポリオール及び／又はポリエステルポリオールであることが好ましい。
ポリエーテルポリオールは、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、シュクロース、ビスフェノールＡ等の多価アルコール、またはトリエタノールアミン、エチレンジアミン等の脂肪族アミン、トルエンジアミン、メチレンジアニリン（ＭＤＡ）等の芳香族アミン類を反応性出発原料としてアルキレンオキサイド（例えば、プロピレンオキサイド及び／又はエチレンオキサイド）を付加重合して得られる。
【００１１】
ポリエーテルポリオールは、既知方法により、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の水酸化アルカリ又はカリウムメチラート、ナトリウムメチラート等のアルカリアルコラートを触媒としてアニオン重合により、反応性水素分子を分子内に２〜８個含む、好適には３〜８個含む反応性出発物質にアルキレンオキサイドを付加して得られる。または、ポリエーテルポリオールは、ペンタクロルアンチモン、フッ化硼素エーテラート等のルイス酸を触媒としてカチオン重合により、反応性出発物質にアルキレンオキサイドを付加して得られる。
【００１２】
適当なアルキレンオキサイドは、テトラヒドロフラン、エチレンオキサイド、１，３−プロピレンオキサイド、１，２−または２，３−ブチレンオキサイド、１，２−プロピレンオキサイド、スチレンオキサイド等であり、特にエチレンオキサイド及び１，２−プロピレンオキサイドである。これらのアルキレンオキサイドは、単独で又は混合物として使用できる。
【００１３】
反応性出発物質（即ち、開始剤）としては、多価アルコール類、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、シュクロース、ビスフェノールＡ等であり、またアルカノールアミン類、例えば、エタノールアミン、ジエタノールアミン、Ｎ−メチルおよびＮ−エチルエタノールアミン、Ｎ−メチルおよびＮ−エチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン及びアンモニアである。更に、脂肪族アミン類及び芳香族アミン類が使える。例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、１，３−プロピレンジアミン、１，３−又は１，４−ブチレンジアミン、１，２−、１，３−、１，４−、１，５−、及び１，６−ヘキサメチレンジアミン、フェニレンジアミン、ｏ−トルエンジアミン、ｍ−トルエンジアミン、メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、ポリメチレンジアニリン（Ｐ−ＭＤＡ）である。
【００１４】
ポリエステルポリオールとしては、多価カルボン酸（例えば、ジカルボン酸、トリカルボン酸）と多価アルコール（例えば、ジオール、トリオール）から製造されるポリエステルポリオール、例えばポリエチレンテレフタレートが使用される。好適なポリエステルポリオールは、炭素数２〜１２のジカルボン酸と、好ましくは炭素数２〜１２、特に好ましくは炭素数２〜６のジオールから製造することができる。
【００１５】
ジカルボン酸としては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、マレイン酸、フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸である。遊離のカルボン酸の代わりに、対応するカルボン酸誘導体、例えば炭素原子数１〜４のアルコールとのジカルボン酸モノエステルまたはジエステル、あるいはジカルボン酸無水物も使用することができる。
【００１６】
ジオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，２−または１，３−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，１０−デカンジオールが使用できる。トリオールとしては、グリセリンやトリメチロールプロパンが使用できる。
また、ラクトンベースのポリエステルポリオールも使用することができる。
【００１７】
ポリオールは、好ましくは、３〜８、特に好ましくは３〜６の官能基数を有しており、水酸基価が３００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇ、好ましくは３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇのものが良い。
【００１８】
ポリオールの一部として、ｏ−トルエンジアミン（２，３−ジアミノトルエンおよび３，４−ジアミノトルエン）を開始剤としてアルキレンオキサイドを付加重合してなるポリエーテルポリオール（２ａ）を使用する。ポリエーテルポリオール（２ａ）は、水酸基価３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇを有することが好ましい。ポリエーテルポリオール（２ａ）の量は、ポリオール（２）に基づいて５〜６０重量％、特に１０〜５０重量％が好ましい。
このポリエーテルポリオール（２ａ）を使うことにより、発泡剤（３）を多量に溶解しても安定なポリオールプレミックスを作ることができる。
【００１９】
発泡剤（３）は、シクロペンタンとイソペンタンからなるペンタン混合物と水とのブレンドからなる。ペンタン混合物は、好ましくは９０〜７０重量％のシクロペンタンと１０〜３０重量％のイソペンタン、更に好ましくは８０重量％のシクロペンタンと２０重量％のイソペンタンからなる。シクロペンタンとイソペンタンの混合物を使うことにより発泡剤のケミカルアタック性が低下し、フォームの樹脂強度の低下が無くなる。一方、発泡剤の蒸気圧が高くなり反応混合物の流動性が高くなるので、製品である硬質ポリウレタンフォームの低密度化が図れる。使用するペンタン混合物は、ポリオール１００重量部に対して３〜４０重量部、好ましくは５〜２５重量部を使用し、水は０．１〜５重量部、好ましくは０．５〜３重量部を使用する。
【００２０】
助剤（４）（即ち、触媒、整泡剤、及びその他の助剤）は、従来から公知のものが使用できる。触媒はアミン触媒や金属触媒が使用される。アミン触媒としては、トリエチレンジアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、メチルモルホリン等の第３級アミンが使われる。金属触媒としては、スタナスオクトエート、ジブチルチンジラウレート、オクチル酸鉛等の有機金属化合物が用いられる。触媒量としては、ポリオール１００重量部に対して０．０１〜５重量部、特に好ましくは０．０５〜２．５重量部である。
【００２１】
整泡剤としては、通常の有機シリコン系化合物等が使用できる。整泡剤の量は、ポリオール１００重量部に対して０〜５重量部、特に好ましくは０．５〜３重量部である。
本発明において、その他の助剤として、発泡安定剤、気泡制御剤、充填剤、染料、顔料、難燃剤、加水分解防止剤を適当量使用できる。
【００２２】
本発明において、イソシアネートインデックス［（ポリイソシアネート（１）のイソシアネート基の当量とポリオール混合物中の活性水素の当量との比）×１００］は、９０〜１５０、特に１０５〜１１５であることが好ましい。
【００２３】
硬質ポリウレタンフォームは、バッチ法または連続法により、プレポリマー法又はワンショット法により周知の発泡機により製造できる。特に好適な方法としては二成分法（Ａ成分：ポリイソシアネート（１）、Ｂ成分：ポリオールプレミックス（ポリオール（２）と発泡剤（３）と助剤（４）を混合して得たポリオール混合物））に従って加工する方法がある。成分Ａおよび成分Ｂは５〜５０℃（特に１５〜３５℃）の温度で混合され、２０〜７０℃（特に３５〜４５℃）に温度調整されたモールドに注入され、発泡されて硬質ポリウレタンフォームを得る。
【００２４】
【発明の好ましい態様】
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
【００２５】
実施例１
ポリオールＢ５０重量部、ポリオールＣ４０重量部、ポリオールＤ１０重量部に対して、アミン触媒（テトラメチルヘキサメチレンジアミン１．２重量部＋ペンタメチルジエチレントリアミン０．７重量部）、整泡剤（ＳＦ２９２９、東レダウコーニング社製）２重量部、水２重量部を混合することによりポリオール混合液を調製した。ポリオール混合液に発泡剤のシクロペンタン１３重量部およびイソペンタン３重量部を混合して、最終のポリオール混合物を調製した。ポリオール混合物とポリメリックＭＤＩ（ＮＣＯ含量：３１．５％）１４１重量部をミキサーで混合し（イソシアネートインデックス：１１０）、発泡させた。その時のウレタン混合液温度は２０℃に調整した。ウレタン混合液をミキサーで撹拌し、４５℃に調整された６００×４００×５０ｍｍのアルミ製のモールド内に注入し、７分後に成型品をモールドから脱型し硬質ポリウレタンフォームを得た。
【００２６】
実施例２
表１に示す組成のポリオールおよび発泡剤を用いる以外は、実施例１と同様に硬質ポリウレタンフォームを得た。
【００２７】
比較例１
ポリオールＡ５０重量部、ポリオールＣ４０重量部、ポリオールＤ１０重量部に対して、アミン触媒（テトラメチルヘキサメチレンジアミン１．２重量部＋ペンタメチルジエチレントリアミン０．７重量部）、整泡剤（ＳＦ２９２９）２重量部、水２重量部を混合することによりポリオール混合液を調整した。ポリオール混合液に発泡剤のシクロペンタン１２重量部を混合して、最終のポリオール混合物を調製した。ポリオール混合物とポリメリックＭＤＩ（ＮＣＯ含量：３１．５％）１４１重量部をミキサーで混合し（イソシアネートインデックス：１１０）、発泡させた。その時のウレタン混合液温度は２０℃に調整した。ウレタン混合液をミキサーで撹拌し、４５℃に調整された６００×４００×５０ｍｍのアルミ製のモールド内に注入し、７分後に成型品ををモールドから脱型し硬質ポリウレタンフォームを得た。
【００２８】
比較例２および３
表１に示す組成のポリオールおよび発泡剤を用いる以外は、比較例１と同様に硬質ポリウレタンフォームを得た。
【００２９】
実施例１〜２、比較例１〜３で得られた成形品の物性を以下のように測定し、得られた結果を表１に示す。
圧縮強度
フォームのコア部から採取した５０ｍｍ立方サンプルを流れと垂直の方向に圧縮し（１０ｍｍ／分ヘッドスピード）、その変位が１０％に達した時の応力を測定した。
コアフォーム密度
フォームの中心部の密度で表面部分を除いた密度を測定した。
熱伝導度
フォームのコア部から切り出した２００×２００×２５ｍｍサンプルを英弘精機製熱伝導率測定装置（オートラムダ）で測定した。
ペンタン相溶性
スクリュー栓付きの試験管にポリオール混合物（発泡剤を除く）１００ｇを取り、所定量のペンタンを加え、混合した。次いで、静置し、外観を観察した。透明であれば、溶解していると判定した。
流動性
２００×５０×２０００ｍｍの４０℃に温調したモールドに硬質ポリウレタンを詰めた。少しオーバーフローさせて、上記サイズにした時の重さを測定した。軽い方が流動性が高い。
【００３０】
【表１】

【００３１】
ポリオールＡ：ｍ−トルエンジアミン（ｍ−ＴＤＡ）／トリエタノールアミンを出発原料としてＰＯ（プロピレンオキサイド）を附加したポリオール（水酸基価４５０ｍｇＫＯＨ／ｇ）。
ポリオールＢ：上記ｍ−ＴＤＡをｏ−トルエンジアミン（ｏ−ＴＤＡ）に置き換えたポリオール（水酸基価４５０ｍｇＫＯＨ／ｇ）。
ポリオールＣ：シュガーを出発原料としてＰＯを附加したポリオール（水酸基価３８０ｍｇＫＯＨ／ｇ）。
ポリオールＤ：プロピレングリコールを出発原料としてＰＯを附加したポリオール（水酸基価５００ｍｇＫＯＨ／ｇ）。
ポリオールＥ：フタル酸とジエチレングリコールからのポリエステルポリオール（水酸基価４５０ｍｇＫＯＨ／ｇ）。
【００３２】
【発明の効果】
ポリオールの一部に、ｏ−トルエンジアミンを開始剤としてアルキレンオキサイドを付加重合させてなるポリエーテルポリオールを使用し、発泡剤として、シクロペンタン／イソペンタン混合物と水をブレンドすることによって、流動性の改良された硬質ポリウレタンフォームが得られる。流動性が改良されたことによって、フォームの低密度化が図れる。

Claims (2)

1. 芳香族ポリイソシアネート、ポリオール、発泡剤、触媒、整泡剤及びその他の助剤からなる組成物からの硬質ポリウレタンフォームの製造方法であって、
   発泡剤が、９０〜７０重量％のシクロペンタン及び１０〜３０重量％のイソペンタンの混合物と水のブレンドであり、
   シクロペンタン／イソペンタン混合物の量はポリオール１００重量部に対して５〜２５重量部であり、
   ポリオールは３〜６の官能基数を有しており、
   ポリオールの一部に、ｏ−トルエンジアミンを開始剤としてアルキレンオキサイドを付加重合させてなる水酸基価３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオールをポリオールに基づいて１０〜５０重量％使用する
   ことを特徴とする硬質ポリウレタンフォームの製造方法。
2. （１）芳香族ポリシソシアネート
   （２）ｏ−トルエンジアミンを開始剤としてアルキレンオキサイドを付加重合させてなる水酸基価３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオールをポリオールに基づいて１０〜５０重量％含有する官能基数が３〜６であるポリオール
   （３）９０〜７０重量％のシクロペンタン及び１０〜３０重量％のイソペンタンの混合物と水のブレンドであり、シクロペンタン／イソペンタン混合物の量はポリオール１００重量部に対して５〜２５重量部である発泡剤
   （４）触媒、整泡剤及びその他の助剤
   からなる硬質ポリウレタンフォーム用組成物。