JP4154339B2 - 弱黄変スコーチ抑制組成物 - Google Patents
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Description
本発明の生成物は、その製造中又は製造後ポリオールに添加するスコーチ抑制剤に関する。また、スコーチ抑制剤は、ポリウレタンフォームの製造中に添加してもよい。従来のアミン/フェノール類ブレンドに基づくスコーチ抑制剤は、光又はNOx煙に曝されると、フォームを黄変させることが当業界の問題として既知である。一般的に、黄変は様々な原因に起因する。例えば、BHTのような添加剤からの反応生成物は、着色体(color body)、例えばキノリン(K.C.Smeltz, Textile Chemist an Colorist, April 1983, Vol.15, NO 4)を導き、またポリウレタン自身は、光酸化の結果として着色体、例えばジキノンイミドを形成する(Muller,Plastic Additives, 2nd edition, pg 119)。また、黄変は、おそらく酸化して着色体を形成するアミン物質から生じる(Muller)。黄変は、アミン変色に起因しうると信じられている。
Pokaiらの米国特許第4,058,493号明細書は、抑制剤が添加されているフォーム組成物を教示する。そのような添加剤は、第三ブチル基で置換されたフェノール、例えば2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(Ionol(登録商標)[BHT])、(又は)tert-ブチル-カテコール、(又は)フェノチアジン等でよい。そのような添加剤が、スコーチを抑制するために作用しうる一方で、それらは、NOx煙、紫外線放射又は蛍光灯に暴露された場合、黄変の形成に寄与しうる。重要なことには、Ionol(BHT)が、単独で又はブレンドで使用される時、過度の黄変が、これらの条件で観測され、これは、多くの民生用施工(例えば、マットレスフォーム)に好ましくない。
従って、スコーチを抑制するが、NOx、紫外線放射及び蛍光灯暴露から生じる変色に最小に寄与するポリウレタンフォームに対する添加剤を提供することが、本発明の目的である。
驚くべき事に、発明者は、誘導体化したフェノール類、4-tertブチルカテコール(TBC)及び、任意に、フェノチアジン(PTZ)の組み合わせに基づく添加剤が、上記因子に基づく変色に対し、有効であることを見出した。
フェノール類の範囲は、BHTに代えて、上記成分の組み合わせで、有効であることが分かった。本質的に、ジ-tert-ブチルフェノールの4位を、(BHTにおけるように)メチル以外の部分で置換することによって、改良された結果を得ることが分かった。特に、4位がC2より大きい芳香族、脂肪族又は芳香族-脂肪族部分で置換され、任意にヘテロ原子、好ましくはN、O、S又はPの組み合わせを有する2,6-tert-ブチルフェノールである。任意に、ヘテロ原子の組み合わせを有するこれらのフェノール類は、二量化されてもよい。さらに、4位で置換された2,4-tert-ブチルフェノールはまた有利な効果も示すことも期待される。
これらのうちで、固体フェノール類、例えばAnox(登録商標)70(2,2'-チオジエチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート])(式I)、Lowinox(登録商標)TBM6(4,4'-チオ-ビス-(2-t-ブチル-5-メチル-フェノール))及びLowinox(登録商標)MD24(1,2-ビス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナモイル)ヒドラジン(式III)が挙げられ、これらはすべてGreat Lakes Chemical Corporation製である。
Irganox(登録商標)1135は、ベンゼンプロパン酸,3,5-ビス(1,1-ジメチル-エチル)-4-ヒドロキシ-C7-C9分岐アルキルエステルである(式IV)。:
特に好ましくは、Isonox(登録商標)232(2,6-ジ-tert-ブチル-4-ノニルフェノール)である(式V)。
テスト段階中で使用されるフォームの基本的な配合は、以下の通りである。
他の既知のフォーム配合物は、同様に使用されうる。
表I
スコーチ抑制剤(表1における“添加剤”)は、
(1)約45〜95質量%、好ましくは65〜75質量%、さらに好ましくは約66.5%の誘導化フェノール
(2)約5〜55質量%、好ましくは22〜35質量%、さらに好ましくは約33%の4-tert-ブチルカテコール、及び
(3)0〜2質量%、好ましくは0〜0.75%、さらに好ましくは約0.5%のPTZ
を含む3成分系である。
注記:全ての質量%は、3成分系の全質量に基づく質量%である。
スコーチ抑制剤は、100部ポリオール当たり約0.25〜0.75部、好ましくは約0.30〜0.60、及びさらに好ましくは約0.35〜0.50の範囲に基づくフォーム配合物中に存在してもよい。
BHTに対してIsonox132(Schenectady International, Inc.製)に基づく組成物を比較するtert-ブチルカテコール/PTZブレンドにおける等質量基準で、比較実験を実施した。Tert-ブチルカテコール/PTZ量は、本発明の組成物(1)及び比較組成物(2)において同一であった。両組成物1及び2を表1の「添加剤」の量でフォーム配合物に添加した。下に示すように、フェノール成分の4位のメチル基を(この場合tert-ブチル基で)置換することによってフォーム中の色発色を強く抑制することが分かった。
Isonox132(2,6-ジtertブチル-4-イソブチルフェノール)66.5%、
4-tertブチルカテコール(33%)、
及びPTZ(約 0.5%)
我々は、この組成物を以下と比較した。
比較組成物2
2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)(66.5%)、
4-Tertブチルカテコール(33%)、
及びPTZ(約 0.5%)
要するに、Isonox132をBHTで置換えた。スコーチ低減について効能がほぼ等しいことが期待され、また実際に、このパラメタにおいて顕著な差異を見いだせなかった。しかし、スコーチ低減は、ポリウレタンフォーム生成物における唯一の問題ではない。特定の産業及び用途は、黄変も阻害するフォームであって一般の効果を有するものを必要とする。そのような黄変は時間が経てば、いくつかの異なる因子、それらの間のNOxガスへの暴露、紫外線放射への暴露、及び蛍光灯への暴露によって引き起こされうる。添加組成物1及び比較組成物2に基づいて製造されるフォームをガスフェードチェンバー(gas fade chamber)中のNOxガス、U.V.ウェザロメーター中のU.V.照射、及び蛍光灯にさらした。
我々は、NOx煙を発生するガスフェードチェンバー中にフォームをさらした。その後我々は、比色計を使用して、時間の経過とともに色の発色を測定した。このスケール(bスケール)の大きい値は、より強烈な黄変を示す。
ガスフェードチェンバー(bスケール比色計)
この結果は、比較組成物2を含むフォームは、ガスフェードチェンバー中の延長された暴露の後、本発明の組成物1よりも大きいb値によって示されるように、強い黄色を発色することを示す。2つの値の差(Δb)は、確実に増加し、組成物2対組成物1の着色体生成のより大きい割合を示した。
比色計は、サンプル中に生じた緑色の範囲も測定しうる。このスケール(aスケール)における正数は、‘赤色’を示し、一方、負数は、‘緑色’を示す。
ガスフェードチェンバーの結果(‘a’スケール比色計)
この結果は、比較組成物2を含有するフォームは、ガスフェードチェンバー中の延長された暴露の後、組成物1より強い緑色(約2倍)を生じさせることを示す。
緑色と黄色が混和した場合、非常に強い黄色を形成する。これは、この産業(例えば、マットレス用フォームの製造)におけるユーザにとって非常に重要である。要するに、比較組成物2は、組成物1と比較してより強い黄色色相を時間の経過とともに生じさせる。
従って、Isonox132(4位に三級炭素を含む)でBHT(2,6-ジtert-ブチルフェノールの4位に一級炭素又はメチル基を含む)を交換することによって、ガスフェードチェンバーで発生したNOxガスにさらされた場合、著しくフォーム中の黄色発色が減少した。
また、蛍光灯の下で各組成物の効能を試験した。‘黄色さ’を示すBスケール値を以下に示す。
蛍光灯の結果(‘b’値比色計)
a'スケール値は、以下を示す(負の値は、緑がかった色相を示し、一方正の値は、赤みを帯びた色相を示す。)。
表IIIB
蛍光灯の結果(‘a’値比色計)
値をひとまとめにして考えると、12日間の暴露の後、組成物2は、フォームを深黄色に暗くすることが分かった。本発明の組成物1は、比較的暗化しにくい。黄色さの値の間の約2.5単位の差は、かなり視覚的に有意であることに注意するのは重要である。本発明の組成物を使用するフォームにおいては明らかに色偏りをほとんど見られない。
フォームサンプルを時間の経過とともにU.V.光(炭素アーク光源)に暴露する時、同様の傾向が観測された。
背景として、フォーム配合物において、4000ppmのBHT(フェノール類誘導体)及び1000ppmのNaugard445(アルキル化ジフェニルアミン)から成る従来の又は先行技術の混合物に対してTBCを試験した。スコーチの程度は、フォーム核のスコーチ領域においてわずかな色差を有する試験フォームのそれぞれにほぼ等しい。
しかし、NOx煙に暴露されたフォーム小切れ(swatch)は、長時間の暴露の後、多量の差を示す(表V)。
TBCによって安定化されたフォームは、従来のブレンド(BHT/アルキル化ジフェニルアミン)に比較して、9時間のNOx煙への暴露の後、ほとんど変色しなかった(ほとんど黄色を発色しなかった)。
(表V)
ISONOX(登録商標)232及びISONOX(登録商標)132の比較
(表VI)
これらの液体フェノール化合物を、液体スコーチ抑制剤パッケージを作る目的で、tertブチルカテコールと混ぜた。‘従来の945’は、R.T. Vanderbilt Company, Inc製のVanox(登録商標)945を意味する。現在のところ、液体スコーチ抑制剤は、産業界で非常に望まれている。Isonox232及びIsonox132(ニューヨーク、Schenectady Chemicals Inc.製)は、TBC希釈剤(PLX976/232及びPLX976/132)として非常によく効くことを見いだした(表VI)。また二種のパッケージのそれぞれが、市場において入手可能な(フェノール類/アミン)ブレンド、従来のBHT及び従来の945の両方よりもフォームをほとんど染まらなかったことも発見した。
蛍光灯の暴露
(表VIa)
13日後、蛍光灯に暴露した場合、変性した製品”1135”は、PLX976に類似して効能するが、ともに、従来の生成物に比べてほとんど発色(ほとんど黄変)しなかった(表VIa)。このことに基づき、Irganox1135は、活性希釈剤としてIsonox132の代わりに条件を満たしている。
(表VIb)
紫外線に暴露した場合、延長された暴露の後、Irganox1135を含有するフォームは、PLX976に類似して効能するが、蛍光灯暴露と同様に、ともに従来の生成物に比べてほとんど発色(ほとんど黄変)しなかった(表VIb)。さらにこのことに基づき、Irganox1135は、この組成物の活性希釈剤としてIsonox132の代わりに条件を満たしている。
(表VIc)
NOxに暴露する場合、Irganox1135を含有するフォームは、従来のパッケージにほとんど一致して不十分にPLX976より一層発色(さらに黄色)した(表VIc)。1135変性パッケージは、PLX976と等しい効能を示したが、3種の評価のうち2種において、1135は、フォームをIsonox132より強く着色する。
TBC/132対TBC/132/PTZ
(表VII)
TBC/Isonox(登録商標)スコーチ抑制剤パッケージは、従来のBHT/アルキル化ジフェニルアミンブレンド及び従来の945と同様にスコーチを減少させるが、スコーチ効能の改良が、フェノチアジンの添加によって見いだされた。
その後、各試験フォームをNOx煙、蛍光灯及び紫外光に暴露した(表VII)。研究は、フェノチアジンの添加は、不利には色素安定性に影響を及ぼさないことを示す(すなわち、b値は、約TBC/Isonox132ブレンド及びTBC/Isonox132/PTZブレンドにほぼ等しかった。)。述べられている別の方法の各フォーム(+PTZ及びPTZなし)サンプルが均等な黄色相を視覚的に及び定量的に作るが、PTZの添加は、スコーチ効能を改良した。
(表VIII)
他のフェノール化合物をtertブチルカテコール及びフェノチアジンと組み合わせて試験した(TBC/BHT/PTZ、TBC/I-232/PTZ、TBC/Irganox1010/PTZ)。スコーチ試験において、各々は、好ましい実験ブレンドPLX976(TBC/I-132/フェノチアジン)と同じように効能を示すが、NOx煙、蛍光灯及びU.V.光に暴露した小切れは、顕著な差を示した(表VIII)。各試験は、ストレスの多い環境への暴露の後、PLX976は、よりよい効能を示すことを示した。BHT及び1010のブレンドが、機能的であるがさほど好ましくない固体組成物であることを強調することが重要である。
(表IX)
議論の限りでは、この試験において、好ましいブレンドが、フォームをほとんど着色しないことを示す一方、この試験組成物及び2種の従来のブレンドの色発色を、不安定化されたフォーム組成物(スコーチ抑制パッケージなしの典型的なフォーム処方)に対して、比較することを望んだ。この目的は、どれくらいの追加色が新規なパッケージ及び従来の提供品に寄与するのかを理解することであった。PLX976及び従来のブレンド(BHT及び945)は、すべての試験条件の下でフォームに対して色を与えて又はフォームを染め、一方で不安定化したフォーム組成物が、蛍光灯暴露を除き、抑制剤パッケージを含有するフォーム組成物のすべてよりもほとんど発色させないことを発見した(表IX)。しかし、スコーチ抑制剤パッケージが研究された間、PLX976は、フォームに最小量の色をフォームに添加した。重要なことには、不安定化したフォーム組成物は、ボックスフォームマイクロウエーブ試験において厳しいスコーチングを示した。従って、どんなスコーチ抑制剤も、抑制剤パッケージより好ましいのでなく、色の最小量に寄与するから、これらの研究されたものにおいてPLX976が最も好ましい。
(表X)
PLX976の使用レベルは、所望のフォーム生成速度及びポリオール製造業者の選択によって調節されうる。PLX976の下限濃度は、NOx煙、蛍光灯又はU.V.光に暴露されたフォーム小切れをほとんど染色しないことを示した。
蛍光灯暴露
(表XI)
他の市場において入手可能なフェノール誘導体を試験し、PLX976に対し、これらのパッケージのよく似たスコーチ効能を見いだした。示されたブレンドのどれも当然にPLX976を除いて液体でないことを示した(表XI)。すべての場合において、7日間の蛍光灯暴露の後、提案されたブレンドは、従来のパッケージに比べほとんど変色しなかった。しかし、PLX976は、暴露期間を通して提案されたブレンドに比べほとんど変色しなかった。
(表XII)
表XIIは、いくつかの実験ブレンド(C3、C31、C33)において、類似性を示す。次の群は、非常により黄変しているのを見いだした(C32、C34)。両方のセットは、コントロール組成物、従来の945(アミン/フェノールブレンド)より効能が優れている。
大気の煙チェインバー
(表XIII)
表XIIIは、大気の煙チェインバーにおける11時間暴露に対するフォームサンプルの結果を示す。すべての場合において、新たな配合物は、従来のブレンドに比べて極めてより効能が優れている。
従って、市場において入手可能ないくつかの液体フェノール類(Isonox132、Isonox232及びIrganox1135)は、TBCにとって有効な希釈剤として示されており、Isonox132は、ストレス試験に従って、最小色をフォームに与え、従って最も好ましい。他の有効なフェノール類は、固体かつTBCの希釈剤でないが、LowinoxAH25、Lowinox TBM6、Lowinox MD24、及びAnox70(Great Lakes Chemical Corporation社から入手可能)を含む。従って、誘導体化フェノール類及びTBCの組み合わせは、PTZが存在しようとしなかろうと、BHTに基づいたものよりも、はるかに優れた添加剤であることを示す。フェノールの4位又は2位をメチル以外の部分で置換することによって、驚くべきことに、改良された結果が達成されることが明らかである。具体的には、本発明は、4位をC2以上の芳香族、脂肪族又は芳香族-脂肪族部分で置換されかつ、任意にヘテロ原子、好ましくはN、O、S又はPの組み合わせを有する2,6-tert-ブチルフェノールを含む。任意に、ヘテロ原子の組み合わせを有するこれらのフェノール類は、二量化されてよい。PTZは、色偏りに寄与せずに二成分(TBC/Isonox132)のスコーチ効能を改良する。本研究におけるすべてのスコーチ抑制剤は、不安定化フォームと比較した場合、色に寄与するが、すべてのスコーチ抑制剤は、不安定化されたフォームが著しくスコーチを形成する一方で、スコーチを減少させる。
本配合物のフェノール部分は、フェノール誘導体の混合複合体(すなわち、Isonox132及びIsonox232又はIsonox132及びAnox70など)となりうる。範囲は、約溶液の安定性を達成するために調節されうる。
本発明の組成物のTBCに関して、約25〜35%の範囲内でのスコーチにおいてほとんど差がないので、約25〜35%の好ましい範囲に存在することが推奨される。35%より上で、TBCは、結晶化し始めるが、加熱によって再び溶解されうる。25%より下で、本組成物は、有効にならないと確信されている。
Technidyne Corpのブライトメーター(brightimeter)Micro S4-Mを使用して測定したハンターのL、a、bスケールからのL、a、b値は、サンプル中の発色を定量化する。L、a、bスケールは、寸法(x、y、z)に対応する各変数(明度(L)、a、b)に割り当てられ、また色空間を作る。検体から得たL、a、bの読みは、白プラック(plaque)標準から色の偏りを表す。実際には、L、a、bの読みは、最初にコントロールから得、その後、主検体から得られるL、a、b読みと比較する。この目的において、’b’値を、コントロールの値と比較し、定量的に主検体の‘黄色さ’を評価する。しかし、’b’値は、この目的においては便利であるが、‘色ドリフト’のより完全な記述はデルタEである。
本出願に示されるすべての配合物は、マイクロ波スコーチ試験を受けた。反応の後、結果として起こる気泡バン(bun)を放冷し、目視検査のために割った。各配合物を、同日に試験したコントロール(従来のスコーチ抑制剤を含む)と比較した。この研究に示されるすべての配合物はスコーチに関して従来のスコーチ抑制パッケージに似た効能を示したので、付随的にこれらの結果に言及しさらに、NOx処理、U.V.及び蛍光灯暴露を含むフォームストレステストに焦点を合わせよう。以下で記述されている本発明の配合物の独自性は、その低い染色特性に起因し、一方で市場で入手可能な従来のパッケージに等しいスコーチ防護を提供する。
Claims (16)
- ポリウレタンフォームの製造における添加剤として使用されるスコーチ抑制組成物であって、
(1)C4〜C9の飽和脂肪族基を含む部分で置換された誘導体化されたジ-tert-ブチルフェノール、及び
(2)4-tertブチルカテコール、
を含むことを特徴とするスコーチ抑制組成物。 - 前記フェノールが、2,6-ジ-tert-ブチルフェノール誘導体又は2,4-ジ-tert-ブチルフェノール誘導体である請求項1に記載の組成物。
- 前記C 4 〜 C 9 の飽和脂肪族基を含む部分が、N、O、S、及びPから成る群から1種以上選択されるヘテロ原子の組み合わせを含む請求項1に記載の組成物。
- 前記フェノールが、液体フェノールである請求項2に記載の組成物。
- 前記フェノールが、2,6-ジ-tert-ブチル-4-イソブチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-ノニルフェノール、及びC7-C9分岐アルキル3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンゼン)-プロピオネートから成る群から選択される請求項4に記載の組成物。
- 前記フェノールが、2,6-ジ-tert-ブチル-4-イソブチルフェノールである請求項2に記載の組成物。
- 前記フェノールが、2,6-ジ-tert-ブチル-4-ノニルフェノールである請求項2に記載の組成物。
- 以下の質量%で、
45〜95%の誘導体化されたフェノール、
5〜55%のtert-ブチル-カテコール、
0〜2%のフェノチアジン、
を含む請求項2に記載の組成物。 - 以下の質量%で、
65〜75%の誘導体化されたフェノール、
22〜35%のtert-ブチル-カテコール、
0〜0.75%のフェノチアジン、
を含む請求項8に記載の組成物。 - 以下の質量%で、
66.5%の誘導体化されたフェノール、
33%のtert-ブチル-カテコール、
0.5%のフェノチアジン、
を含む請求項9に記載の組成物。 - 以下の質量%で、
45〜95%の誘導体化されたフェノール、
5〜55%のtert-ブチル-カテコール、
0〜2%のフェノチアジン、
を含む請求項5に記載の組成物。 - 以下の質量%で、
65〜75%の誘導体化されたフェノール、
22〜35%のtert-ブチル-カテコール、
0〜0.75%のフェノチアジン、
を含む請求項11に記載の組成物。 - 以下の質量%で、
66.5%の誘導体化されたフェノール、
33%のtert-ブチル-カテコール、
0.5%のフェノチアジン、
を含む請求項12に記載の組成物。 - 前記フェノールが、2,2'-チオジエチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、4,4'-チオ-ビス-(2-t-ブチル-5-メチル-フェノール)及び1,2-ビス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナモイル)ヒドラジンから成る群から選択される請求項1に記載の組成物。
- 前記フェノールが、2,5-ジ-t-アミル-ヒドロキノンである請求項1に記載の組成物。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載のスコーチ抑制組成物を含むことを特徴とするポリウレタンフォーム。
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