JP5697963B2 - ポリマーポリオール及びこれを用いたポリウレタンの製造方法 - Google Patents

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本発明はポリマーポリオール、及びこのポリマーポリオールを用いたポリウレタンの製造方法に関する。さらに詳しくは、ポリウレタンフォーム及びポリウレタンエラストマー等のポリウレタン原料として好適であり、優れた機械物性をポリウレタンに付与するポリマーポリオールに関する。
従来、アクリロニトリルを含むエチレン性不飽和化合物をポリオール中で重合させてなるポリマーポリオールとしては、このポリマーポリオールを原料とするポリウレタンフォームの耐スコーチ性を向上させる目的で、エチレン性不飽和化合物中のアクリロニトリル比率を低く(67モル%以下)することが求められている。重合体中のアクリロニトリル比率を下げてスチレン比率を高めたポリマーポリオールとしては、粒度分布を規定したポリマーポリオール(例えば特許文献1参照)が知られている。また、溶存酸素濃度を5〜120ppmに管理した連続重合の製造方法により得られる、直径100μm以上の粗大粒子濃度が5〜120ppmであるポリマーポリオール(例えば特許文献2参照)が知られている。
一方、活性水素あたりのエチレンオキサイドの平均付加モル数と末端水酸基の1級OH化率が特定の関係を満たす特定ポリオールをウレタンフォームを製造する際に、ポリオール成分中に含有させることで、振動特性の良好な軟質ポリウレタンフォームを製造できることが知られている(特許文献3)。特許文献3には、この特定ポリオール中でビニル系モノマーを通常の方法で重合して製造することができると記載されている。
特開平11−236499号公報 特開2005−162791号公報 特開2005−290202号公報
しかし、上記特定ポリオールの製造の際、副生低分子量モノオールが生成し、特定ポリオール中の総不飽和度が大きくなるという問題がある。そして、この特定ポリオールを使用して製造したポリマーポリオールを原料としたポリウレタンフォームはフォーム硬さ、機械物性及び耐湿性が不十分という問題がある。
本発明は、これらの問題点を解決したポリマーポリオールの提供を目的とする。
すなわち、本発明のポリマーポリオール(A)は、エチレン性不飽和化合物(E)を構成単位とする重合体微粒子(JR)がポリオール(PL)中に含有されてなるポリマーポリオールにおいて、(PL)が下記ポリオール(a)を含有してなることを要旨とする。
ポリオール(a):活性水素含有化合物(H)のアルキレンオキサイド付加物であって、末端に位置する水酸基の40%以上が下記一般式(1)で表される1級水酸基含有基であり、下記一般式(2)で表され、一般式(2)中の(AO)qの部分のうち、末端に位置するAの構造の40%以上が、一般式(6)で表される構造であり、水酸基価xと総不飽和度yとエチレンオキサイド単位含有量zが数式(1)の関係を満たすポリオキシアルキレンポリオール。
Figure 0005697963
[一般式(1)中、R1は、水素原子、又は炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基若しくはフェニル基を表す。アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子若しくはアリール基で置換されていてもよい。]
Figure 0005697963
[一般式(2)中、R2は、活性水素含有化合物(H)からm個の活性水素を除いたm価の基;Zは下記一般式(3)又は(4)で表される炭素数2〜12のアルキレン基又はシクロアルキレン基である。アルキレン基又はシクロアルキレン基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。;Aは下記一般式(5)又は(6)で表される炭素数3〜12のアルキレン基又はシクロアルキレン基である。アルキレン基又はシクロアルキレン基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。;複数のZ又はAがある場合、それぞれは同一でも異なっていてもよい;mは2〜100の整数;pは0以上200以下の整数、qは1以上200以下の整数;rは0以上200以下の整数である。]
Figure 0005697963
Figure 0005697963
Figure 0005697963
Figure 0005697963
[一般式(3)及び(4)中、R3は水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基、シクロアルキル基若しくはフェニル基を表す。アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。;一般式(5)及び(6)中、R4は炭素数1〜10のアルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基を表す。アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。]
y≦28.3×x-2×(100−z)/100 (1)
[数式(1)中、xは単位mgKOH/gで表される水酸基価、yは単位meq/gで表される総不飽和度を表す。zは、(a)の重量を基準とするエチレンオキサイド単位含有量であり、0〜50重量%である。]
また、本発明のポリウレタンの製造方法は、ポリオール成分とイソシアネート成分とを反応させてポリウレタンを製造する方法において、ポリオール成分としてこのポリマーポリオール(A)をポリオール成分の重量を基準として10〜100重量%含有するポリオール成分を用いることを要旨とする。
本発明のポリマーポリオール(A)、及び(A)を用いて得られたポリウレタンは以下の効果を奏する。
(1)ポリマーポリオール(A)を用いて製造されたポリウレタンフォームは硬さが良好となる等、ポリウレタンの機械物性と耐湿性が向上する。
製造例1の工程フローを示す図である。
本発明におけるポリマーポリオールとは、エチレン性不飽和化合物(E)を構成単位として重合させて得られる重合体微粒子(JR)がポリオール(PL)中に含有されてなるものである。
ポリオール(PL)は、前記ポリオール(a)を必須成分として含有する。
ポリオール(a)は、活性水素含有化合物(H)のアルキレンオキサイド付加物であって、末端に位置する水酸基の40%以上が下記一般式(1)で表される1級水酸含有基であり、水酸基価xと総不飽和度yとエチレンオキサイド単位含有量zが下記数式(1)の関係を満たすポリオキシアルキレンポリオールである。
Figure 0005697963
y≦28.3×x-2×(100−z)/100 (1)
上記数式(1)において、xの範囲は、5〜280mgKOH/gが好ましく、さらに好ましくは10〜115mgKOH/g、特に好ましくは25〜75mgKOH/gである。xが5mgKOH/g以上であれば、ポリオキシアルキレンポリオールの粘度が低いため取り扱いが容易であり、280mgKOH/g以下であれば、合成したポリウレタンの伸び物性が良い。なお、xはJISK−1557により求められる。
yは、ポリオキシアルキレンポリオールの総不飽和度(meq/g)であり、JISK−1557により求められる。
yの範囲は、ポリウレタンの機械物性の観点から、0〜0.04が好ましく、さらに好ましくは0〜0.02、特に好ましくは0〜0.01である。yがこの範囲であることは不飽和度が小さいことを意味する。なお、特に本発明に使用するポリオール(a)においてはモノオールの含有量が小さいことも意味する。
またzは、ポリオール(a)の重量を基準とするエチレンオキサイド単位含有量(重量%)である。zの範囲は、0〜50であり、好ましくは0〜25、特に好ましくは0〜20である。zが50を超えるとポリウレタン耐湿性が悪くなる。
なお、数式(1)は、水酸基価xを水酸基当量wでも表すことができ、その場合、水酸基当量wと総不飽和度yとエチレンオキサイド単位含有量zは数式(2)の関係を満たす。なお水酸基当量wは、ポリオール(a)の数平均分子量を、(a)の数平均水酸基数で除した値である。
y≦(9.0×10-9)w2×(100−z)/100 (2)
ポリオール(a)の数平均分子量(以下、Mnと略す)は、ポリウレタンの機械物性並びにポリマーポリオールが低粘度となること及びポリマーポリオールの取り扱い性の観点から、500〜20,000が好ましく、さらに好ましくは1,200〜15,000、特に好ましくは2,000〜9,000である。
前述したように、ポリオール(a)の水酸基価xと総不飽和度yとエチレンオキサイド単位含有量zとの関係は、数式(1)の関係を満たす。
y≦28.3×x-2×(100−z)/100 (1)
ポリオール(a)は、イソシアネートとの十分な反応性及び疎水性を持つという特徴がある。この(a)を用いて得られるポリウレタンは、製造時の反応性が高く、樹脂の機械物性(硬さ、破断伸び、引張り強度、引裂強度)と耐湿性が良好となる。
(a)は、更に好ましくは、数式(3)の関係を満たす。
y≦18.9×x-2×(100−z)/100 (3)
数式(3)を満たす(a)は、数式(1)を満たすときに比べて不飽和モノオール量が低減されており、このようなポリオキシアルキレンポリオールを用いて製造したポリウレタン又はポリウレタンフォームの機械物性は更に向上する。
ポリオール(a)は、活性水素含有化合物(H)のアルキレンオキサイド付加物である。
活性水素化合物(H)としては、2〜8価又はそれ以上の多価水酸基含有化合物、多価活性水素を有するアミノ基含有化合物、多価カルボキシル基含有化合物、多価チオール基含有化合物、多価活性水素を有するリン酸化合物;及び分子内に2種以上の活性水素含有官能基を有する化合物;並びにこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
多価水酸基含有化合物としては、水、2〜8価の多価アルコール及び多価フェノール等が挙げられる。具体的にはエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン及び1,4−ビス(ヒドロキシエチル)ベンゼン等の2価アルコール;グリセリン及びトリメチロールプロパン等の3価アルコール;ペンタエリスリト―ル、ソルビト―ル、及びショ糖等の4〜8価のアルコ―ル;ピロガロ―ル、カテコール及びヒドロキノン等の多価フェノ―ル;ビスフェノ―ルA、ビスフェノールF及びビスフェノールS等のビスフェノ―ル;ポリブタジエンポリオール;ひまし油系ポリオール;ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの(共)重合体及びポリビニルアルコール等の多官能(例えば官能基数2〜100)ポリオール等が挙げられる。
なお、(メタ)アクリレートとは、メタクリレート及び/又はアクリレートを意味し、以下において同様である。
多価活性水素を有するアミノ基含有化合物としては、アミン、ポリアミン、アミノアルコール等が挙げられる。具体的には、アンモニア;炭素数1〜20のアルキルアミン(ブチルアミン等)及びアニリン等のモノアミン;エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン及びジエチレントリアミン等の脂肪族ポリアミン;ピペラジン及びN−アミノエチルピペラジン等の複素環式ポリアミン;ジシクロヘキシルメタンジアミン及びイソホロンジアミン等の脂環式ポリアミン;フェニレンジアミン、トリレンジアミン及びジフェニルメタンジアミン等の芳香族ポリアミン;モノエタノ―ルアミン、ジエタノ―ルアミン及びトリエタノ―ルアミン等のアルカノ―ルアミン;ジカルボン酸と過剰のポリアミンとの縮合により得られるポリアミドポリアミン;ポリエーテルポリアミン;ヒドラジン(ヒドラジン及びモノアルキルヒドラジン等)、ジヒドラジッド(コハク酸ジヒドラジッド及びテレフタル酸ジヒドラジッド等)、グアニジン(ブチルグアニジン及び1−シアノグアニジン等);ジシアンジアミド等;並びにこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
多価カルボキシル基含有化合物としては、コハク酸及びアジピン酸等の脂肪族ポリカルボン酸;フタル酸及びトリメリット酸等の芳香族ポリカルボン酸;アクリル酸の(共)重合物等のポリカルボン酸重合体(官能基数2〜100)等が挙げられる。
多価チオール基含有化合物としては、ポリチオール化合物が含まれ、2〜8価の多価チオールが挙げられる。具体的にはエチレンジチオール及び1、6−ヘキサンジチオール等が挙げられる。
多価活性水素を有するリン酸化合物としては燐酸、亜燐酸及びホスホン酸等が挙げられる。
これらの活性水素含有化合物(H)のうち、ポリウレタンの機械物性の観点から、多価水酸基含有化合物及び多価活性水素を有するアミノ基含有化合物が好ましく、特に好ましくは、水、多価アルコール及びアミンである。
活性水素含有化合物の活性水素当量は、得られるポリウレタンの機械物性の観点から、20〜300が好ましい。
活性水素含有化合物(H)に付加させるアルキレンオキサイド(以下、AOと略す)としては、炭素数2〜6のAO、例えば、エチレンオキサイド(以下、EOと略す)、1,2−プロピレンオキサイド(以下、POと略す)、1,3−プロピレオキサイド及び1,4−ブチレンオキサイド等が挙げられる。これらのうち、ポリウレタンの機械物性の観点から、PO及びEOが好ましい。AOを2種以上使用する場合(例えば、PO及びEO)の付加方法としては、ブロック付加であってもランダム付加であってもよく、これらの併用であってもよい。
AOとしては、C3以上の1,2−AOとEOとのみからなるものが好ましいが、これらに加えてこれら以外のAOを少割合(例えば全AOの重量を基準として5重量%以下)で含んでいてもよい。用いるAO中の、C3以上の1,2−AOの含量は、得られるポリウレタンの耐湿性能の観点から、全AOの重量を基準として50重量%以上が好ましく、さらに好ましくは70重量%以上である。
活性水素含有化合物(H)のAO付加物としては、下記一般式(2)で表されるポリオキシアルキレンポリオールが含まれる。
Figure 0005697963
一般式(2)中、R2は、活性水素含有化合物(H)からm個の活性水素を除いたm価の基である。mは(H)が有する活性水素の数であり、2〜100の数である。
mは、ポリオールの粘度及びポリウレタンの機械物性の観点から、50以下が好ましく、さらに好ましくは10以下である。
上記一般式(2)中、Zは下記一般式(3)又は(4)で表される炭素数2〜12のアルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。アルキレン基又はシクロアルキレン基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。
Figure 0005697963
Figure 0005697963
一般式(3)及び(4)中、R3は水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基、シクロアルキル基若しくはフェニル基を表す。アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子若しくはアリール基で置換されていてもよい。
Zとしては、具体的には、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、クロロプロピレン基、フェニルエチレン基、1,2−シクロへキシレン基等及びこれらの2種以上の併用が挙げられ、これらのうちポリオール(a)の生産性の観点から、プロピレン基、ブチレン基及びエチレン基が好ましい。得られるポリオール(a)の疎水性の確保を考慮に入れる場合は、プロピレン基、ブチレン基等を使用するか、又はエチレン基と他のアルキレン基とを併用すればよい。
上記一般式(2)中、Aは下記一般式(5)又は(6)で表される炭素数3〜12のアルキレン基又はシクロアルキレン基である。アルキレン基又はシクロアルキレン基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。
Figure 0005697963
Figure 0005697963
一般式(5)及び(6)中、R4は炭素数1〜10のアルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基を表す。アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。
Aとしては、具体的には、プロピレン基、ブチレン基、クロロプロピレン基、フェニルエチレン基、1,2−シクロへキシレン基及びこれらの2種以上の併用が挙げられる。これらのうち、ポリオール(a)の生産性の観点から、プロピレン基及びブチレン基が好ましい。
複数のZ又はAがある場合、それぞれは同一でも異なっていてもよい。
一般式(2)において、p及びrは0又は1以上200以下の整数である。qは1以上200以下の整数である。
ポリオール(a)の粘度の観点から、p+q+rは1以上400以下の整数が好ましく、さらに好ましくは200以下である。
一般式(2)で表されるもののうち、特にrが0であるものは、ポリオール(a)の末端部分にEOが付加されていないことを表す。
一般式(2)で表されるもののうち、一般式(2)中の(AO)qの部分のうち、末端に位置するAの構造の40%以上が、一般式(6)で表される構造であることが好ましく、さらに好ましくは50%以上、次にさらに好ましくは65%以上である。この範囲であると、数式(1)の関係を満たしやすくなる。
ポリオール(a)は、末端に位置する水酸基の40%以上が上記一般式(1)で表される1級水酸基含有基である。
例えば、(a)が上記一般式(2)で表される場合、末端に位置する水酸基含有基としては、上記一般式(1)で表される1級水酸基含有基と、r=0の時に見られる下記一般式(7)で表される2級水酸基含有基の2種類が考えられるが、(a)は上記一般式(2)中のrの値に関係なく、末端に位置する水酸基の40%以上が上記一般式(1)で表される1級水酸基含有基である。
(a)において、その末端の全水酸基に対して、上記一般式(1)で表される1級水酸基含有基が占める比率(これを本明細書中、1級水酸基率とする。以下において同様である)は、(a)の全末端水酸基の量を基準として40%以上であり、(a)の反応性の観点から、好ましくは60%以上、さらに好ましくは65%以上である。1級水酸基率が40%未満の場合には、ポリオール成分としての反応性が不十分である。
Figure 0005697963
上記の一般式(1)中のR1は水素原子又は、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基若しくはフェニル基を表し、アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基はハロゲン原子若しくはアリール基で置換されていてもよい。一般式(7)中のR5は炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基を表し、アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。
1として、具体的には、水素原子;メチル基、エチル基及びプロピル基等の直鎖アルキル基;イソプロピル基等の分岐アルキル基;フェニル基及びp−メチルフェニル基等の置換フェニル基;クロロメチル基、ブロモメチル基、クロロエチル基及びブロモエチル基等の置換アルキル基;p−クロロフェニル基及びp−ブロモフェニル基等の置換フェニル基;シクロヘキシル基等の環状アルキル基等;並びにこれらの2種以上の併用が挙げられる。R5として、具体的には、R1のうち、水素原子を除いたものが挙げられる。
本発明において、1級水酸基率は、予め試料をエステル化の前処理した後に、1H−NMR法により測定し、算出する。
1級水酸基率の測定方法を以下に具体的に説明する。
<試料調製法>
測定試料約30mgを直径5mmのNMR用試料管に秤量し、約0.5mlの重水素化溶媒を加え溶解させる。その後、約0.1mlの無水トリフルオロ酢酸を添加し、分析用試料とする。上記重水素化溶媒としては、例えば、重水素化クロロホルム、重水素化トルエン、重水素化ジメチルスルホキシド及び重水素化ジメチルホルムアミド等であり、試料を溶解させることのできる溶媒を適宜選択する。
<NMR測定>
通常の条件で1H−NMR測定を行う。
<1級水酸基率の計算方法>
上に述べた前処理の方法により、ポリオールの末端の水酸基は、添加した無水トリフルオロ酢酸と反応してトリフルオロ酢酸エステルとなる。その結果、1級水酸基が結合したメチレン基由来の信号は4.3ppm付近に観測され、2級水酸基が結合したメチン基由来の信号は5.2ppm付近に観測される(重水素化クロロホルムを溶媒として使用)。1級水酸基率は次の計算式により算出する。
1級水酸基率(%)=[a/(a+2×b)]×100
但し、式中、aは4.3ppm付近の1級水酸基の結合したメチレン基由来の信号の積分値;bは5.2ppm付近の2級水酸基の結合したメチン基由来の信号の積分値である。
ポリオール(a)の数平均分子量は、(a)の用途、例えば製造するポリウレタン等の熱硬化性樹脂の要求物性により適宜選択され、特に限定はされないが、ポリウレタンの物性の観点から、400〜100,000が好ましく、好ましくは400〜20,000である。
ポリオール(a)の具体例としては、水のEO付加物、水のPO付加物、グリセリンのEO付加物、グリセリンのPO付加物、水のEO・PO共重合付加物、水のPO・ブチレンオキサイド共重合付加物、グリセリンのEO・PO共重合付加物、水のEO・PO・ブチレンオキサイドの共重合付加物及びグリセリンのEO・PO・ブチレンオキサイドの共重合付加物等が挙げられる。
下記一般式(8)で表される活性水素含有化合物(J)は、通常知られている方法で製造することができ、例えば活性水素含有化合物(H)に炭素数2〜12のAOを開環付加重合することにより製造でき、この重合の触媒は特に限定されない。
ポリオール(a)は、(J)に炭素数3〜12のAOを触媒(C)の存在下で開環付加重合させ下記一般式(9)で表される活性水素化合物(K)とすることで得ることができる。また、必要により、その後、(K)の末端にEOを0〜50重量%開環付加重合してもよい。(K)にEOを開環付加重する際の方法は通常知られている条件で良く、特に触媒は限定されない。EOを(K)の末端に付加重合しない場合は、(K)が(a)であり、得られた(a)の水酸基価xと総不飽和度yが数式(1)の関係を満たしていればよい。
Figure 0005697963
Figure 0005697963
一般式(8)中、R2、Z、p、mは、一般式(2)と同じであり、上述のものを同様に例示することができる。
一般式(9)中、R2、Z、A、p、q、mは、一般式(2)と同じであり、上述の物を同様に例示することができる。
活性水素含有化合物(J)の具体例としては、pが0の場合は、活性水素含有化合物(H)として上述したものと同様のものが挙げられる。
pが1以上の場合は、炭素数2〜12のAOを、前述のpが0のもの、すなわち(H)に付加させて得られる化合物が挙げられる。この付加反応時に使用する触媒は限定されない。
例えば、(J)の具体例としては、(H)への、EO、PO及びブチレンオキサイド等の付加物が挙げられ、さらに具体的には、水のEO付加物、水のPO付加物、グリセリンのEO付加物、グリセリンのPO付加物、水のEO・PO共重合付加物、水のPO・ブチレンオキサイド共重合付加物、グリセリンのEO・PO共重合付加物、グリセリンのEO・ブチレンオキサイド共重合付加物、グリセリンのPO・ブチレンオキサイド共重合付加物、水のEO・PO・ブチレンオキサイドの共重合付加物及びグリセリンのEO・PO・ブチレンオキサイドの共重合付加物等が挙げられる。
活性水素含有化合物(K)としては上記活性水素含有化合物(J)に炭素数3〜12のAOを付加重合して得られる化合物が挙げられる。ポリオール(a)を得られやすいことから、この付加重合で用いられる触媒は触媒(C)であることが好ましい。
例えば(K)は、(J)へのPO、ブチレンオキサイド等の付加物が挙げられる。
触媒(C)は下記一般式(10−1)、(10−2)又は(10−3)で表される化合物である。これを用いて炭素数3〜12のAOを開環付加重合することにより、収率良く開環重合体が得られ、末端水酸基の1級水酸基率が高いポリオール(a)が得られるものである。
Figure 0005697963
Figure 0005697963
Figure 0005697963
上記一般式(10−1)、(10−2)又は(10−3)中、それぞれ、Xはホウ素原子又はアルミニウム原子を表す。反応性の観点から、ホウ素原子が好ましい。
一般式(10−1)、(10−2)又は(10−3)中のR6は、下記一般式(11)で表される(置換)フェニル基及び/又は下記一般式(12)で表される3級アルキル基を表し、R6が複数ある場合、複数のR6は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Figure 0005697963
Figure 0005697963
上記一般式(11)中のYは、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基又はシアノ基を表し、同一でも異なっていてもよい。これらのうち、水素原子、ハロゲン原子及びシアノ基が好ましく、さらに好ましくは、ハロゲン原子及びシアノ基である。
また、kは0〜5の数を表す。
一般式(11)で表されるフェニル基又は置換フェニル基の具体例としては、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基、p−メチルフェニル基、p−シアノフェニル基及びp−ニトロフェニル基等が挙げられ、好ましくは、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基及びp−シアノフェニル基であり、さらに好ましくはフェニル基、ペンタフルオロフェニル基である。
上記一般式(12)中のR7、R8又はR9はそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、同一でも異なっていてもよい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が挙げられる。一般式(12)で表される3級アルキル基の具体例としては、t−ブチル基及びt−ペンチル基等が挙げられる。
触媒(C)としては、具体的にはトリフェニルボラン、ジフェニル−t−ブチルボラン、トリ(t−ブチル)ボラン、トリフェニルアルミニウム、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランが挙げられる。
活性水素含有化合物(J)に、触媒(C)の存在下で、AOを付加させて、活性水素化合物(K)を得る際の付加させるAOの付加モル数は、活性水素含有化合物(J)の活性水素当たり、1モル〜200モルが好ましく、さらに好ましくは1〜100モルであり、製造する開環重合体の分子量とその用途により適宜選択する。
触媒(C)の使用量は特に限定されないが、製造する開環重合体に対して0.0001〜10重量%が好ましく、さらに好ましくは0.0005〜1重量%である。
活性水素含有化合物(J)に、触媒(C)の存在下で、AOを付加させて、前述の一般式(9)で表される活性水素化合物(K)を得る際、圧力0.1MPaにおける沸点が150℃以下の副生低沸点化合物(t)を連続的又は断続的に除去することが、前述の数式(1)を満たすポリオール(a)が得られやすく、好ましい。除去する方法は、通常知られているいずれの方法で実施してもよい。例えば、(t)を反応混合物から加熱及び/又は減圧して除去する方法、反応槽内の気相を気相循環ポンプを用いて反応槽から抜き出し(t)を吸着剤で除去する方法、反応槽内の気相を気相循環ポンプを用いて反応槽から抜き出し(t)を触媒を用いて反応させて高沸点化合物として分離する方法、反応槽内の気相を気相循環ポンプを用いて反応槽から抜き出し(t)を蒸留により分離する方法等がある。
圧力0.1MPaにおける沸点が150℃以下の副生低沸点化合物(t)の具体例としては、ホルムアルデヒド(沸点−19℃)、アセトアルデヒド(沸点20℃)、プロピオンアルデヒド(沸点48℃)及びアリルアルコールにAOが0〜2モル付加した化合物等が挙げられる。(t)は、AOを付加する際に、ポリオール(a)の重量を基準として、0.0001〜10重量%発生する場合が多い。
AOを活性水素含有化合物(J)に付加させる際には、活性水素含有化合物(J)とAOと触媒(C)の3種類を一括で仕込んで反応させてもよいし、活性水素含有化合物(J)と触媒(C)との混合物にAOを滴下して反応させてもよいし、あるいは活性水素含有化合物(J)にAOと触媒(C)とを滴下して反応しても良い。反応温度の制御の観点から、活性水素含有化合物(J)と触媒(C)との混合物にAOを滴下する、あるいは、活性水素含有化合物(J)にAOと触媒(C)とを滴下する方法が好ましい。
活性水素含有化合物(J)にAOを付加させる際の反応温度は、0℃〜250℃が好ましく、さらに好ましくは20℃〜180℃である。
製造された活性水素含有化合物(K)にEOを付加重合しない場合に得られるポリオール(a)は触媒(C)を含んでいるが、その用途により必要に応じて、触媒(C)の分解及び/又は除去処理を実施する。
分解方法としては、水及び/又はアルコール化合物、必要によりアルカリ化合物やアミン化合物等の塩基性物質を加える方法がある。アルコール化合物としては前述の多価アルコール及び/又は多価フェノールを用いることができる。また、アルコール化合物としては、メタノール、エタノール、ブタノール及びオクタノール等の1価のアルコールや、フェノール及びクレゾール等のフェノールを用いることもできる。アルカリ化合物としてはアルカリ金属水酸化物(水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化セシウム等)、アルカリ金属アルコラート(カリウムメチラート、ナトリウムメチラート等)及びこれら2種類以上の混合物が挙げられる。これらのうち、生産性の観点から、アルカリ金属水酸化物が好ましい。アミン化合物としては前述した多価活性水素を有するアミノ基含有化合物から選ばれる1種以上を用いることができる。分解に際して、分解温度は、10℃〜180℃が好ましく、さらに好ましくは80〜150℃である。分解は密閉状態で行ってもよく、真空源に接続して排気しながら行ってもよく、あるいは水又はアルコール化合物を連続して添加しながら行ってもよい。添加する水又はアルコール化合物は、液体の状態で添加してもよく、蒸気あるいは固体状態で添加してもよい。水及び/又はアルコール化合物の使用量は、付加生成物の重量を基準として、0.1〜100重量%が好ましく、さらに好ましくは1〜20重量%である。アルカリ化合物やアミン化合物の使用量は、付加生成物の重量を基準として、0.1〜10重量%が好ましく、さらに好ましくは0.3〜2重量%である。
除去方法としては、通常知られているいずれの方法で実施してもよい。例えば、ハイドロタルサイト系吸着剤{キョーワード500、キョーワード1000及びキョーワード2000等(いずれも協和化学工業社製)}や珪藻土等のろ過助剤{ラヂオライト600、ラヂオライト800及びラヂオライト900(いずれも昭和化学工業社製)}等を用いることができる。ろ過は、加圧ろ過、減圧ろ過のどちらでもよいが、酸素の混入を防止しやすいので加圧ろ過が好ましい。フィルターの材質は特に限定されない。例えば、紙、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、アクリル及びメタアラミド等が挙げられ、紙が好ましい。また、フィルターの保留粒子径は0.1〜10μmのものが好ましく。さらに1〜5μmのものが好ましい。
本発明に用いるポリオール(a)は、2種以上を併用してもよい。(a)の1分子当たりの平均官能基数は、ポリウレタンの物性(圧縮永久歪率及び伸び等)の観点から、2〜6が好ましく、さらに好ましくは2.5〜4.5である。
ポリオール(PL)は、前記ポリオール(a)を必須成分として含有するが、その他のポリオール(a2)を含有してもよい。(a2)としては、ポリオール(a)に該当しないポリオールであり、ポリマーポリオールの製造に用いられる公知のポリオール{特開2005−162791号公報、特開2004−018543号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)等に記載のもの}等が使用できる。
ポリオール(a2)の具体例としては、前述の活性水素含有化合物(H)にAOを付加した構造の化合物及びこれらの混合物が挙げられる。これらのうちポリウレタンの機械物性の観点から好ましいのは、多価アルコールのAO付加物である。
上記AOには前記のものが挙げられる。得られるポリウレタンの機械物性の観点から、これらのAOのうちC2〜8のものが好ましく、さらに好ましくはEO、PO、1,2−、2,3−及び1,3−ブチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、スチレンオキサイド及びこれらの2種以上の併用(ブロック付加及び/又はランダム付加)、特に好ましくは、PO又はPOとEOとの併用[EO含量が(PL)の重量に基づいて25重量%以下、好ましくは1〜20重量%]である。
上記AO付加物の具体例としては、公知の活性水素含有化合物{特開2005−162791号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)}のPO付加物及びPOと他のAO(EOが好ましい)とを付加したものが挙げられる。
本発明に用いるポリオール(a2)は、2種以上を併用してもよい。(a2)の1分子当たりの平均官能基数、水酸基当量、水酸基価、Mnは、前述したポリオール(a)と同様であり、好ましい範囲も同様である。
ポリオール(PL)中のポリオール(a)の含有量(重量%)は、得られるポリウレタンの機械物性の観点から、(PL)の重量を基準として、20〜100が好ましく、さらに好ましくは30〜100、次にさらに好ましくは40〜100である。
ポリオール(PL)の1分子当たりの平均官能基数、水酸基当量、水酸基価、Mnは、前述したポリオール(a)と同様であり、好ましい範囲も同様である。
本発明のポリマーポリオール(A)は、ポリオール(PL)中でエチレン性不飽和化合物(E)を重合させ重合体微粒子(JR)を生成させることにより得られる。
エチレン性不飽和化合物(E)としては、スチレン(以下Stと略記)、アクリロニトリル(以下、ACNと略記)、その他のエチレン性不飽和モノマー(e)等が使用できる。(E)としては、St及び/又はACNを必須成分とすることが好ましい。
Stの含有量(重量%)は、ポリウレタンの変色及び粗大粒子の含有量の観点から、(E)の合計重量を基準に49〜100が好ましく、さらに好ましくは51〜91、次にさらに好ましくは57〜82、最も好ましくは66〜78である。
ACNの含有量(重量%)は、上記と同様の観点から、(E)の合計重量を基準に0〜51が好ましく、さらに好ましくは9〜49、次にさらに好ましくは18〜43、最も好ましくは22〜34である。
StとACNとの重量比(St:ACN)は、上記と同様の観点から、100:0〜49:51が好ましく、さらに好ましくは57:43〜82:18、最も好ましくは78:22〜66:34である。
その他のエチレン性不飽和モノマー(e)としては、C2以上かつMn{Mnの測定はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法による。}1,000未満のもので、St及び/又はACNと共重合可能なものであれば特に制限はなく、下記に示す1官能のもの{不飽和ニトリル(e1)、芳香環含有モノマー(e2)、(メタ)アクリル酸エステル(e3)、α−アルケニル基含有化合物のポリオキシアルキレンエーテル及び水酸基を有する不飽和エステルのAO付加物(e4)並びにその他のエチレン性不飽和モノマー(e5)}及び多官能モノマー(e6)等が使用できる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
(e1)としてはメタクリロニトリル等が挙げられる。
(e2)としてはα−メチルスチレン、ヒドロキシスチレン及びクロルスチレン等が挙げられる。
(e3)としては、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート及びドコシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル(アルキル基がC1〜24);ヒドロキシポリオキシアルキレン(アルキレン基がC2〜8)モノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、(メタ)アクリル酸エステルとは、アクリル酸エステル及び/又はメタアクリル酸エステルを意味する。以下における(メタ)アクリル酸及び(メタ)アリル等についても同様の表記法を用いる。
(e4)のα−アルケニル基含有化合物の(ポリ)オキシアルキレンエーテルとしては、C3〜24の不飽和アルコールのAO付加物が挙げられ、不飽和アルコールとしては、末端不飽和アルコールが好ましく用いられる。末端不飽和アルコールとしては、アリルアルコール、2−ブテン−1−オール、3−ブテン−2−オール、3−ブテン−1−オール及び1−ヘキセン−3−オール等が挙げられる。
水酸基を有する不飽和エステルのAO付加物としては、C3〜24の水酸基を有する不飽和エステルのAO付加物が挙げられ、水酸基を有する不飽和化合物エステルとしては、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
上記AOとしては、C2〜12のものが挙げられ、例えばEO、PO、BO、テトラヒドロフラン(以下THFと略記)並びにこれらの2種以上の併用(ランダム付加及び/又はブロック付加)が挙げられる。AOとしては、分散安定性及び粘度の観点から、好ましくはPO及び/又はEOである。
AOの付加モル数は、分散安定性及び粘度の観点から、1〜9が好ましく、さらに好ましくは1〜6、次にさらに好ましくは1〜3である。
その他のエチレン性不飽和モノマー(e5) としては、C2〜24のエチレン性不飽和モノマーが好ましく、(メタ)アクリル酸等のビニル基含有カルボン酸;エチレン及びプロピレン等の脂肪族炭化水素モノマー;パーフルオロオクチルエチルメタクリレート及びパーフルオロオクチルエチルアクリレート等のフッ素含有ビニルモノマー;ジアミノエチルメタクリレート及びモルホリノエチルメタクリレート等の窒素含有ビニルモノマー;ビニル変性シリコーン;ノルボルネン、シクロペンタジエン及びノルボルナジエン等の環状オレフィン及び環状ジエン;等が挙げられる。
多官能モノマー(e6)としては、C8〜40の多官能モノマーが好ましく、ジビニルベンゼン、エチレンジ(メタ)アクリレート、ポリアルキレンオキサイドグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル及びトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
(e1)〜(e6)のうち、ポリマーポリオールの粘度及びポリウレタンの物性の観点から、(e3)、(e4)及び(e6)が好ましく、さらに好ましくは(e4)及び(e6)、特に好ましくは末端不飽和アルコールのPO及び/又はEO付加物並びに2官能モノマー、最も好ましくはアリルアルコールのPO付加物及びジビニルベンゼンである。
本発明のポリマーポリオール(A)は、エチレン性不飽和化合物(E)を構成単位とする重合体微粒子(JR)がポリオール(PL)中に含有されてなるポリマーポリオールである。重合体微粒子(JR)の体積平均粒子径(R)は、ポリマーポリオールの粘度及びポリウレタン物性の観点から、0.1〜1.5μmが好ましく、さらに好ましくは0.25〜1.2μm、次にさらに好ましくは0.3〜1.1μm、特に好ましくは0.4〜0.9μmである。
なお、体積平均粒子径は、後述する方法により測定される。
重合体微粒子(JR)の形状は特に限定なく、球状、回転楕円体状及び平板状等いずれの形状でもよいが、ポリウレタンの機械物性の観点から、球状が好ましい。
ポリマーポリオール(A)中の重合体微粒子(JR)含有量(重量%)は、ポリウレタンの機械物性及びポリマーポリオール中の(JR)の凝集防止の観点から、30〜75が好ましく、さらに好ましくは32〜60、特に好ましくは35〜57、最も好ましくは38〜55である。(JR)含有量は、下記の方法で測定される。
<重合体粒子(JR)の含有量>
SUS製遠心分離用50ml遠沈管に、ポリマーポリオール約5gを精秤し、ポリマーポリオール重量(W1)とする。メタノール15gを加えて希釈する。冷却遠心分離機[型番:GRX−220、トミー精工(株)製]を用いて、18,000rpm×60分間、20℃にて遠心分離する。上澄み液をガラス製ピペットを用いて除去する。残留沈降物にメタノール15gを加えて希釈し、上記と同様に遠心分離して上澄み液を除去する操作を、さらに3回繰り返す。遠沈管内の残留沈降物を、2,666〜3,999Pa(20〜30torr)で60℃×60分間減圧乾燥し、乾燥した沈降物を重量測定し、該重量を(W2)とする。次式で算出した値を、重合体粒子含有量(重量%)とする。

重合体粒子含有量(重量%)=(W2)×100/(W1)
ポリマーポリオール(A)中のポリオール(PL)の含有量(重量%)は、重合体微粒子(JR)の凝集防止及び得られるポリウレタンの機械物性の観点から、25〜70が好ましく、さらに好ましくは40〜68、特に好ましくは43〜65、最も好ましくは45〜62である。
ポリマーポリオール(A)の粘度(mPa・s)は、成形性の観点から、1,250〜12,000が好ましく、さらに好ましくは1,500〜10,000、最も好ましくは2,500〜8,000である。
なお、ポリマーポリオールの粘度は、ブルックフィールド型粘度計を用いて、25℃でJIS K1557−5:2007記載の方法により測定される。
本発明のポリマーポリオール(A)は、ポリオール(PL)中でエチレン性不飽和化合物(E)を重合させ重合体微粒子(JR)を生成させる方法により得られる。
重合方法としては、ラジカル重合、配位アニオン重合、メタセシス重合及びディールス・アルダー重合等が挙げられるが、工業的な観点からラジカル重合が好ましい。
ラジカル重合は、例えば分散剤(B)を含むポリオール(PL)中で、エチレン性不飽和化合物(E)をラジカル重合開始剤(K)の存在下に重合させる方法(米国特許第3383351号に記載の方法)等が使用できる。
ラジカル重合開始剤(K)としては、アゾ化合物及び過酸化物等{特開2005−162791号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの}が使用できる。また、(K)の10時間半減期温度は、(E)の重合率及び重合時間とポリマーポリオールの生産性の観点から、30〜150℃が好ましく、さらに好ましくは40〜140℃、特に好ましくは50〜130℃である。
(K)の使用量(重量%)は、(E)の重合度及び得られるポリウレタンの機械物性の観点から(E)の合計重量に基づいて、0.05〜20が好ましく、さらに好ましくは0.1〜5、特に好ましくは0.2〜2である。
分散剤(B)としては、Mnが1,000以上(好ましくは1,000〜10,000)のもの、例えばポリマーポリオールの製造で使用されている公知の分散剤{特開2005−162791号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの}等を使用することができ、(B)には、St又はACNと共重合し得るエチレン性不飽和基を有する反応性分散剤及びSt又はACNとは共重合しない非反応性分散剤が挙げられる。
なお本発明において、エチレン性不飽和基を含有する反応性分散剤はMn1,000以上であり、Mnが1,000未満のエチレン性不飽和化合物(E)とは区別される。
分散剤(B)の具体例としては以下のものが挙げられる。
〔1〕ポリオール(PL)の水酸基の少なくとも一部をメチレンジハライド等のアルキレンジハライドと反応させて高分子量化した変性ポリオール(特開平07−196749号公報に記載のもの);
〔2〕〔1〕の変性ポリオールに、さらにエチレン性不飽和基含有化合物を反応させてなるエチレン性不飽和基含有変性ポリオール{特開平08−333508号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの};
〔3〕ポリオール(PL)との溶解度パラメーターの差が1以下の(PL)親和性セグメント2個以上を側鎖とし、エチレン性不飽和化合物の重合体との溶解度パラメーターの差が2以下の重合体微粒子(JR)親和性セグメントを主鎖とするグラフト型重合体(特開平05−059134号公報に記載のもの;
〔4〕その少なくとも一部がポリオール(PL)に可溶性である重量平均分子量(以下Mwと略記)[測定はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法による。]が1,000〜30,000のビニル系オリゴマー及びこのオリゴマーと〔1〕の変性ポリオールを反応させてなるエチレン性不飽和基含有変性ポリオールを併用する分散剤(特開平09−77968号公報に記載のもの);
〔5〕ポリオール(PL)と、少なくとも1個のエチレン性不飽和基を有する単官能活性水素含有化合物がポリイソシアネートを介して結合されてなる含窒素結合含有不飽和ポリオールからなる分散剤(特開2002−308920号公報(対応米国特許第6756414号)に記載のもの);
これらの中で重合体微粒子(JR)の粒子径の観点から、〔2〕、〔4〕及び〔5〕が好ましく、特に好ましくは、〔5〕である。
分散剤(B)の使用量(重量%)は、重合体微粒子(JR)の粒子径及びポリマーポリオールの粘度の観点から、ポリオール(PL)の重量に基づいて、2〜20が好ましく、さらに好ましくは5〜15である。
ラジカル重合において、必要により希釈溶媒(c)を使用してもよい。(c)としては、C6〜10の芳香族炭化水素(トルエン及びキシレン等);C5〜15の飽和脂肪族炭化水素(ヘキサン、ヘプタン及びノルマルデカン等);C5〜30の不飽和脂肪族炭化水素(オクテン、ノネン及びデセン等);及びその他公知の溶剤(例えば特開2005−162791号公報に記載のもの)が挙げられる。(c)のうちポリマーポリオールの粘度の観点から、芳香族炭化水素が好ましい。
(c)の使用量(重量%)は、ポリマーポリオールの粘度及びポリウレタンの機械物性の観点から、エチレン性不飽和化合物(E)の合計重量に基づいて、0.1〜50が好ましく、さらに好ましくは1〜40である。(c)は重合反応終了後にポリマーポリオール中に残存してもよいが、ポリウレタンの機械物性の観点から重合反応後に減圧ストリッピング等により除去するのが望ましい。
ラジカル重合において、必要により連鎖移動剤(g)を使用してもよい。(g)としてはC1〜20の脂肪族チオール(n−ドデカンチオール及びメルカプトエタノール等)等の連鎖移動剤{特開2005−162791号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの}が挙げられる。
(g)の使用量(重量%)は、ポリマーポリオールの粘度及び得られるポリウレタンの機械物性の観点から、エチレン性不飽和化合物(E)の合計重量に基づいて、好ましくは0.01〜2、さらに好ましくは0.1〜1である。
重合温度は、生産性及びポリオールの分解防止の観点から、100〜200℃、さらに好ましくは110〜180℃、特に好ましくは120〜160℃である。
本発明のポリマーポリオールを得る製造方法として、バッチ式重合法及び連続式重合法が好ましく、さらに好ましくは下記に述べる多段連続式重合法が挙げられる。
バッチ式重合法及び連続式重合法は、ポリマーポリオールを製造するための公知{特開2005−162791号公報、特開平8−333508号公報、特開2004−002800号公報(対応米国特許出願:US2005/245724 A1)に記載のもの}の方法が使用できる。
多段連続式重合法とは、ポリオール(PL)、エチレン性不飽和化合物(E)、ラジカル重合開始剤(K)、及び分散剤(B)を含むモノマー含有混合液(M1)を連続式重合方法にて重合させてポリマーポリオールを得る第1工程と、次いでポリオール(PL)、エチレン性不飽和化合物(E)、ラジカル重合開始剤(K)、分散剤(B)及び第1工程で得られたポリマーポリオールを含むモノマー含有混合液(M2)を連続式重合方法にて重合させる第2工程を含んでなるポリマーポリオールを製造する方法である。
多段連続式重合法において、連続式重合方法とは、連続的にモノマー含有混合液を反応槽へ供給し、連続的にポリマーポリオールを得る方法であり、重合は半回分式重合方法で行っても、連続流通式の配管中で行っても良い。
重合により得られたポリマーポリオールを必要により、脱モノマー・脱溶剤処理を行ってもよい。脱モノマー・脱溶剤処理としては、公知(特開2004−002800号公報等)の方法が適用でき、ポリウレタンの白色度の観点から、減圧下で残存エチレン性不飽和化合物及び/又は希釈溶媒(c)を除去する方法、又は水を連続的に添加しながら減圧下で蒸留する方法(特公昭62−36052号公報等)が好ましい。
本発明のポリマーポリオール(A)には、必要により溶剤及び難燃剤を添加してもよい。溶剤としては、前述した希釈溶媒(c)と同様の溶剤が使用でき、ポリマーポリオールの粘度等の観点から、不飽和脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素が好ましい。
難燃剤としては、種々の難燃剤(特開2005−162791号公報に記載のものや、リン酸エステル、ハロゲン化リン酸エステル、メラミン、ホスファゼン等)が使用できる。ポリマーポリオールの粘度の観点から、低粘度(100mPa・s以下/25℃)の難燃剤が好ましく、さらに好ましいのはハロゲン化リン酸エステルの内、トリス(クロロエチル)ホスフェート及びトリス(クロロプロピル)ホスフェートである。
ポリマーポリオール(A)中の溶剤及び難燃剤の含有量(重量%)は、ポリマーポリオールの粘度、ポリウレタンの難燃性、及び得られるポリウレタンの機械物性の観点から、重合体微粒子(JR)及びポリオール(PL)の合計重量に基づいて、各々10以下が好ましく、さらに好ましくは0.01〜5、特に好ましくは0.05〜3である。
本発明のポリマーポリオール(A)は、ポリウレタンエラストマー、ポリウレタンフォーム等のポリウレタンの製造に使用するポリオールとして使用できる。すなわち、(A)又は(A)を含むポリオール成分(Po)及びポリイソシアネートを含むイソシアネート成分(Is)[以下において(Po)と(Is)からなる組成物をポリウレタン形成性組成物と称することがある。]を、公知の方法{特開2004−263192号公報(対応米国特許出願:US2003/4217 A1)等に記載の方法}等で反応させてポリウレタンを得ることができる。
ポリウレタンを製造するのに用いられるポリオール成分(Po)としては、本発明のポリマーポリオール(A)以外に、ポリウレタンを製造する際の原料として、本発明の効果を阻害しない範囲で必要によりポリオール及び(A)以外の公知のポリマーポリオールを使用してもよい。
ポリオールとしては、前述したポリオール(PL)等が使用でき、公知のポリマーポリオールとしては、特開2005−162791号公報、特開2004−263192号公報(対応米国特許出願:US2003/4217 A1)等記載のポリマーポリオールが使用できる。
ポリオール成分(Po)中のポリマーポリオール(A)の使用量(重量%)は、得られるポリウレタンの機械物性及びポリオール成分の粘度の観点から、10〜100が好ましく、さらに好ましくは15〜90、特に好ましくは20〜80、最も好ましくは25〜70である。
イソシアネート成分(Is)としては、従来からポリウレタンの製造に使用されている公知のポリイソシアネート{特開2005−162791号公報、特開2004−263192号公報(対応米国特許出願:US2003/4217 A1)に記載のもの}が使用できる。
これらのうちでポリウレタンの機械物性の観点から、2,4−及び2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI(TDIを精製した際の残留物);4,4'−及び2,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、粗製MDI(MDIを精製した際の残留物)が好ましい。
ポリウレタンの製造におけるNCO指数[NCO基と活性水素原子との当量比(NCO基/活性水素原子)×100]は、ポリウレタンの機械物性の観点から適宜調整することができるが、80〜140が好ましく、さらに好ましくは85〜120、特に好ましくは95〜115である。
ポリウレタンの製造に際しては反応を促進させるため、ウレタン化反応に使用される種々の触媒{特開2005−162791号公報、特開2004−263192号公報(対応米国特許出願:US2003/4217 A1)に記載のもの}を使用することができる。触媒の使用量(重量%)は、ポリウレタン形成性組成物の全重量に基づいて10以下が好ましく、さらに好ましくは0.001〜5である。
ポリウレタンフォームの製造に際し、発泡剤を使用できる。例えば、水、HFC(ハイドロフルオロカーボン)、HCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)、メチレンクロライド及び特開2006−152188号公報、特開2004−263192号公報(対応米国特許出願:US2003/4217 A1)に記載のものが挙げられる。
発泡剤の使用量(重量%)はポリウレタンフォームの所望の密度により変えることができ、特に限定はされないが、ポリウレタン形成性組成物の全重量に基づいて、20以下が好ましい。
ポリウレタンフォームを製造に際し、整泡剤を使用できる。整泡剤としては特開2005−162791号公報、特開2004−263192号公報(対応米国特許出願:US2003/4217 A1)等に記載のものが挙げられ、ポリウレタンフォーム中のセル径の均一性の観点から、シリコーン界面活性剤(例えばポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体)が好ましい。
整泡剤の使用量(重量%)は、ポリウレタン形成性組成物の全重量に基づいて、5以下が好ましく、さらに好ましくは0.01〜2である。
ポリウレタンの製造において、必要により難燃剤を使用できる。例えば、メラミン、リン酸エステル、ハロゲン化リン酸エステル、ホスファゼン及び特開2005−162791号公報、特開2004−263192号公報(対応米国特許出願:US2003/4217 A1)等に記載のものが挙げられる。
難燃剤の使用量(重量%)は、ポリウレタン形成性組成物の全重量に基づいて、30以下が好ましく、さらに好ましくは0.01〜10である。
ポリウレタンの製造において、必要により反応遅延剤、着色剤、内部離型剤、老化防止剤、抗酸化剤、可塑剤、殺菌剤及び充填剤(カーボンブラックを含む)からなる群から選ばれる少なくとも1種の添加剤を使用できる。
ポリウレタンの製造は、例えば、特開2005−162791号公報、特開2004−263192号公報(対応米国特許出願:US2003/4217 A1)に記載の方法で行うことができ、ワンショット法、セミプレポリマー法及びプレポリマー法等が挙げられる。
ポリウレタンの製造には従来から用いられている製造装置(低圧あるいは高圧の機械装置等)を使用できる。無溶媒の場合は、ニーダーやエクストルーダー等の装置を使用でき、また、非発泡又は発泡ポリウレタンを製造する際には、閉鎖モールド又は開放モールドを使用できる。
本発明のポリマーポリオール(A)を使用した場合、ポリウレタンの製造に用いる製造装置の小さい開口部の目詰まりが低減し、メンテナンスが容易になり生産性が向上できる。特に、ポリウレタンフォームの発泡機では、吐出ヘッドの目詰まりが極めて低減し生産性の向上が顕著である。
以下に本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下において、%、部及び比は、特に断りのない限り、それぞれ、重量%、重量部及び重量比を示す。
実施例及び比較例に使用した原料の組成、記号等は次のとおりである。
(1)ポリオール
ポリオール(PL1−1):グリセリンにPO−EO−POの順にブロック付加させた、水酸基価=56、内部EO単位含量=9%のポリオール。末端1級化率=2モル%。〔商品名「サンニックス(登録商標)GP−3030」、三洋化成工業(株)製〕
ポリオール(PL1−2):ペンタエリスリトールにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=32、末端EO単位含量=14%のポリオール。末端1級化率=74モル%。〔商品名「ポリオール50」、三洋化成工業(株)製〕
ポリオール(PL1−3):ペンタエリスリトールにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=37、末端EO単位含量=17.5%のポリオール。末端1級化率=80モル%。
ポリオール(PL1−4):ビスフェノールAにPOを付加させた、水酸基価=216、末端PO単位含量=56%のポリオール。末端1級化率=1モル%。
ポリオール(PL1−5):グリセリンにPO−EOの順にブロック付加させた、水酸基価=56、末端EO単位含量=20%のポリオール。末端1級化率=74モル%。〔商品名「サンニックス(登録商標)GL−3000」、三洋化成工業(株)製〕
(2)ラジカル重合開始剤
K−1:1,1’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)〔商品名「V−59」、和光純薬工業(株)製〕
(3)分散剤
B−1 :ポリオール(PL1−2)0.14モルと2−ヒドロキシメタクリレート0.07モルをTDI0.16モルでジョイントして得られる水酸基価=20、不飽和基数/含窒素基数=0.22の反応性分散剤〔特開2002−308920号公報参照〕
B−2 :ACNとStとの重量比がACN:St=70:30であるMwが600,000のACN−St共重合オリゴマー型非反応性分散剤{このオリゴマー型分散剤を含有量が10%となるようにポリオール(PL1−2)に混合して使用した。この混合物の水酸基価=29.0}
(4)ポリイソシアネート
TDI−80:商品名「コロネートT−80」〔日本ポリウレタン工業(株)製〕
CE−729:商品名「CE−729」〔日本ポリウレタン工業(株)製〕
(5)触媒
触媒A:商品名「ネオスタンU−28」(オクチル酸第1スズ)〔日東化成(株)製〕
触媒B:商品名「TEDA−L33」(トリエチレンジアミン/ジプロピレングリコール=33/67重量%溶液)〔東ソー(株)製〕
触媒C:商品名「TOYOCAT ET」{ビス−2−ジメチルアミノエチルエーテル/ジプロピレングリコール=70/30(重量比)溶液}〔東ソー(株)製〕
(6)整泡剤
商品名「SRX−280A」(ポリエーテルシロキサン重合体)〔東レダウコーニングシリコーン(株)製〕
商品名「SZ−1311」(ポリエーテルシロキサン重合体)〔日本ユニカー(株)製〕
商品名「L−5309」(ポリエーテルシロキサン重合体)〔日本ユニカー(株)製〕
実施例における測定、評価方法は次のとおりである。
<体積平均粒子径>
50mlのガラス製ビーカーにメタノール30mlを入れ、ポリマーポリオールを2mg投入し、長径2cm、短径0.5cmのスターラーピースを用いてマグネチックスターラーで400rpm×3分間撹拌、混合して均一液とする。混合後、5分間以内に測定セルに投入し、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置[型番:LA−750、(株)堀場製作所製]を用いて体積基準による体積平均粒子径を測定する。
<粗大粒子含有量>
ポリマーポリオール約300gを1Lのビーカーに精秤しポリマーポリオール重量(W5)とする。これに、あらかじめ目開き0.10mmの工業用織金網(JIS G3556、以下同じ。)で濾過し異物を除去しておいたメタノール300gを加え均一液とする。均一液を目開き0.10mmの工業用織金網にて濾過し、金網上に残留した粗大粒子を、予め異物を除去しておいたメタノール300gで洗浄する。洗浄した粗大粒子を循風乾燥機内で70℃×30分間乾燥した後、乾燥した粗大粒子の重量を測定し、これを粗大粒子重量(W6)とする(小数点以下4桁までの精度で秤量。単位g)。次式で算出した値を、ポリマーポリオール中の粗大粒子含有量(0.10mm以上の粒子径を有する重合体微粒子の含有量)とする。
粗大粒子含有量(重量%)=(W6)×100/(W5)
<ろ過性>
ポリマーポリオール300gを70℃に加温する。ろ過面の大きさに裁断した目開き0.045mmの工業用織金網(JIS G3556)をろ過面の直径が96mmのブフナー漏斗にアルミニウム接着テープで固定する。ブフナー漏斗をろ過鐘の上部口に固定し、真空ポンプと直結する。温調したポリマーポリオールを30秒以内にブフナー漏斗の金網面上にあけ、ポリマーポリオールを金網上にあけてから、60秒以内に真空ポンプ〔型番TSW−300、佐藤真空(株)製〕を作動させる。真空ポンプを作動させた時点から計時を開始し、一部金網面が見えるまでの時間をろ過時間とする。ろ過した後のポリマーポリオールの重量を測定し、これを(W9)とする。次式で算出した値を、ろ過性とする。
ろ過性(g/s・cm2
=(W9)(g)÷[ろ過時間(秒)×ろ過面積〔72.4cm2〕]
製造例1 [ポリオール(a−1)の製造]
図1に示した態様のように、容量2500mlの撹拌装置、温度制御装置及び原料供給ライン(5)を備えたステンレス製オートクレーブ{反応槽(1)}、酸化マグネシウム(顆粒、直径2〜0.1mm)を400部充填した反応塔(2)(ステンレス製円筒管、内径5.5cm、長さ30cmを2基使用)及び蒸留塔(3)(理論段数30段、ステンレス製円筒管、内径5.5cm、長さ2m)を、循環ライン(6)、(7)及び(8)で接続した。
反応槽(1)に、グリセリンのPO付加物(水酸基価280)400gとトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン0.09gとを仕込んだ後、反応槽(1)と反応塔(2)並びに循環ライン(6)、(7)及び(8)内を0.005MPaまで減圧とした。原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が50〜60℃を保つように制御しながら連続的に液相に投入しつつ、ダイアフラムポンプを用いて反応槽(1)内の気相を5L/minの流量で、反応槽(1)→循環ライン(6)→反応塔(2)→循環ライン(7)→蒸留塔(3)→循環ライン(8)→反応槽(1)の順に循環させた。反応塔(2)を75℃、0.08〜0.15MPaとなるように制御しながら副生低沸点化合物を連続的に酸化マグネシウムと接触させて高沸点化合物とし、蒸留塔(3)にてPOと分離して系外に除去した。分離した高沸点化合物は蒸留塔(3)の釜下ライン(4)から抜き取った。オートクレーブ内液量が1920mlとなった時点でPOの投入を停止、気相循環を終了し、70℃で4時間熟成し、水を170g加え130〜140℃で1時間加熱した。その後、水を2時間かけて常圧留去した後、水酸化カリウム2gを加え130〜140℃にてスチームを通入しながら圧力を30〜50torrに保ちながら残りの水を減圧留去した。引き続き、原料供給ライン(5)を通じてEO80gを反応温度が130〜140℃を保つように制御しながら2時間かけて投入した後、2時間熟成した。90℃まで冷却した後、12gのキョーワード600(協和化学社製;合成珪酸塩)と水40gを加え1時間処理した。オートクレーブより取り出した後、1ミクロンのろ紙を用いてろ過した後、減圧脱水し、液状のグリセリンPOEO付加物(a−1)を得た。
なお、原料として用いたグリセリンのPO付加物は既知の方法で合成されたものであり、水酸化カリウムを触媒としてグリセリンにプロピレンオキサイドを所定量付加した後、触媒除去のため、水と合成珪酸塩(協和化学社製 キョーワード600)を加えて加熱処理後、ろ過、減圧脱水したものである。
製造例2 [ポリオール(a−2)の製造]
図1に示した態様のように、容量2500mlの撹拌装置、温度制御装置及び原料供給ライン(5)を備えたステンレス製オートクレーブ{反応槽(1)}、酸化マグネシウム(顆粒、直径2〜0.1mm)を400部充填した反応塔(2)(ステンレス製円筒管、内径5.5cm、長さ30cmを2基使用)及び蒸留塔(3)(理論段数30段、ステンレス製円筒管、内径5.5cm、長さ2m)を、循環ライン(6)、(7)及び(8)で接続した。
反応槽(1)に、グリセリンのPO付加物(水酸基価280)400gとトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン0.09gとを仕込んだ後、反応槽(1)と反応塔(2)並びに循環ライン(6)、(7)及び(8)内を0.005MPaまで減圧とした。原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が50〜60℃を保つように制御しながら連続的に液相に投入しつつ、ダイアフラムポンプを用いて反応槽(1)内の気相を5L/minの流量で、反応槽(1)→循環ライン(6)→反応塔(2)→循環ライン(7)→蒸留塔(3)→循環ライン(8)→反応槽(1)の順に循環させた。反応塔(2)を75℃、0.08〜0.15MPaとなるように制御しながら副生低沸点化合物を連続的に酸化マグネシウムと接触させて高沸点化合物とし、蒸留塔(3)にてPOと分離して系外に除去した。分離した高沸点化合物は蒸留塔(3)の釜下ライン(4)から抜き取った。オートクレーブ内液量が2000mlとなった時点でPOの投入を停止、気相循環を終了し、70℃で4時間熟成し、水を200g加え130〜140℃で1時間加熱した。その後、水を2時間かけて常圧留去したのち、引き続いてスチームを通入しながら圧力を30〜50torrに保ちながら3時間かけて残りの水を減圧留去し液状のグリセリンPO付加物(a−2)を得た。
製造例3 [ポリオール(a−3)の製造]
グリセリンのPO付加物(水酸基価280)400gを用いる代わりにグリセリンのPO付加物(水酸基価280)240gを用いること、「オートクレーブ内液量が1920mlとなった時点でPOの投入を停止」する代わりに「オートクレーブ内液量が1800mlとなった時点でPOの投入を停止」すること、及びEO80gの代わりにEOを200g用いること以外は、製造例1と同様の方法で合成し、液状のグリセリンPOEO付加物(a−3)を得た。
製造例4 [ポリオール(a−4)の製造]
グリセリンのPO付加物(水酸基価280)400gを用いる代わりにペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)267gを用いること、「オートクレーブ内液量が1920mlとなった時点でPOの投入を停止」する代わりに「オートクレーブ内液量が1840mlとなった時点でPOの投入を停止」すること、及びEO80gの代わりにEOを160g用いること以外は、製造例1と同様の方法で合成し、液状のペンタエリスリトールPOEO付加物(a−4)を得た。
なお、ペンタエリスリトールPO付加物(水酸基価280)は既知の方法で合成されたものであり、水酸化カリウムを触媒としてペンタエリスリトールにプロピレンオキサイドを所定量付加した後、触媒除去のため、水と合成珪酸塩(協和化学社製 キョーワード600)を加えて加熱処理後、ろ過、減圧脱水したものである。
製造例5 [ポリオール(a−5)の製造]
ペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)267gを用いる代わりにペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)200gを用いること以外は、製造例4と同様の方法で合成し、液状のペンタエリスリトールPOEO付加物(a−5)を得た。
製造例6 [ポリオール(a−6)の製造]
ペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)200gを用いる代わりにグリセリンのPO付加物(水酸基価280)328gを用いること以外は、製造例5と同様の方法で合成し、液状のグリセリンPOEO付加物(a−6)を得た。
製造例7 [ポリオール(a−7)の製造]
グリセリンのPO付加物(水酸基価280)328gを用いる代わりにペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)328gを用いること以外は、製造例6と同様の方法で合成し、液状のペンタエリスリトールPOEO付加物(a−7)を得た。
製造例8 [ポリオール(a−8)の製造]
ペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)200gを用いる代わりにグリセリンのPO付加物(水酸基価280)264gを用いること以外は、製造例5と同様の方法で合成し、液状のグリセリンPOEO付加物(a−8)を得た。
製造例9 [ポリオール(a−9)の製造]
グリセリンのPO付加物(水酸基価280)264gを用いる代わりにペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)264gを用いること以外は、製造例8と同様の方法で合成し、液状のペンタエリスリトールPOEO付加物(a−9)を得た。
製造例10 [ポリオール(a−10)の製造]
ペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)264gを用いる代わりにグリセリンのPO付加物(水酸基価280)264gを用いること、「オートクレーブ内液量が1840mlとなった時点でPOの投入を停止」する代わりに「オートクレーブ内液量が1700mlとなった時点でPOの投入を停止」すること、及びEO160gの代わりにEOを300g用いること以外は、製造例9と同様の方法で合成し、液状のグリセリンPOEO付加物(a−10)を得た。
製造例11 [ポリオール(a−11)の製造]
グリセリンのPO付加物(水酸基価280)264gを用いる代わりにペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)264gを用いること、「オートクレーブ内液量が1700mlとなった時点でPOの投入を停止」する代わりに「オートクレーブ内液量が1750mlとなった時点でPOの投入を停止」すること、及びEO300gの代わりにEOを250g用いること以外は、製造例10と同様の方法で合成し、液状のグリセリンPOEO付加物(a−11)を得た。
製造例12 [ポリオール(a−12)の製造]
ペンタエリスリトールのPO付加物(水酸基価280)264gを用いる代わりにグリセリンのPO付加物(水酸基価280)329gを用いること、「オートクレーブ内液量が1750mlとなった時点でPOの投入を停止」する代わりに「オートクレーブ内液量が1840mlとなった時点でPOの投入を停止」すること、及びEO250gの代わりにEOを160g用いること以外は、製造例11と同様の方法で合成し、液状のグリセリンPOEO付加物(a−12)を得た。
製造例13 [ポリオール(a−13)の製造]
グリセリンのPO付加物(水酸基価280)329gを用いる代わりにグリセリンのPO付加物(水酸基価1829)61gを用いること、「オートクレーブ内液量が1840mlとなった時点でPOの投入を停止」する代わりに「オートクレーブ内液量が1920mlとなった時点でPOの投入を停止」すること、及びEO160gの代わりにEOを80g用いること以外は、製造例12と同様の方法で合成し、液状のグリセリンPOEO付加物(a−13)を得た。
製造例14 [ポリオール(a−14)の製造]
「オートクレーブ内液量が1920mlとなった時点でPOの投入を停止」する代わりに「オートクレーブ内液量が2000mlとなった時点でPOの投入を停止」すること、及びEO80gの代わりにEOを用いないこと以外は、製造例13と同様の方法で合成し、液状のグリセリンPO付加物(a−14)を得た。
製造例15 [ポリオール(b−1)の製造]
〔第1工程〕撹拌装置、温度制御装置付きのステンレス製オートクレーブに、グリセリン31部及び水酸化カリウム2.1部を投入し、PO687部を反応温度90〜110℃で12時間かけて滴下した後、100℃で6時間熟成した。60℃に冷却した後、合成珪酸塩(キョーワード600、協和化学製)29部及び水14部を投入し60℃で3時間処理した。25℃に冷却し、オートクレーブより取り出した後、1μmのフィルターでろ過した後、減圧脱水し、ポリオール中間体(S−1)を得た。
〔第2工程〕撹拌装置、温度制御装置付きのステンレス製オートクレーブに(S−1)718部、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン0.10部及びPO232部を仕込み反応温度が65〜75℃を保つように制御しながら、10時間かけて滴下した後、70℃で5時間熟成した。水を加えて105〜110℃で4時間常圧で水とともに副生成物のプロピオンアルデヒドを留去した。その後、温度を90〜100℃、圧力を30〜50torrに保って、連続的に水蒸気を通入しながら5時間減圧で水とともに副生成物のプロピオンアルデヒド留去した。水蒸気の通入を停止した後、水酸化カリウム0.67部を加えてさらに3時間、温度を130℃まで上げ、圧力を50torr以下に保って脱水した。引き続き、EO50部を反応温度が125〜135℃を保つように制御しながら、3時間かけて滴下した後、130℃で2時間熟成した。60℃に冷却した後、合成珪酸塩(キョーワード600、協和化学製)40部及び水20部を加えて、60℃で3時間処理した。25℃に冷却し、オートクレーブより取り出した後、1μmのフィルターでろ過した後、減圧脱水し、液状のポリオール(b−1)を得た。
製造例1〜15で得られたポリオールについて、ポリオールの性状等を表1に示した。
Figure 0005697963
実施例1 [ポリマーポリオール(A−1)の製造]
温度調節器、バキューム攪拌翼、滴下ポンプ、減圧装置、ジムロート冷却管、窒素流入口及び流出口を備えた4口フラスコに、ポリオール(a−1)59.0部、(PL1−1)236部、分散剤(B−1)57.4部及びキシレン124部を投入し、窒素置換後、窒素雰囲気下(重合終了まで)で撹拌下130℃に昇温した。ついで、ポリオール(a−1)28.4部、(PL1−1)114部、分散剤(B−1)17.5部、ACN105部、スチレン245部、ジビニルベンゼン0.35部、ラジカル重合開始剤(K−1)3.5部及びキシレン10.5部を混合したモノマー含有混合液(Z1)を滴下ポンプを用いて25部/分の速度で連続的に滴下し、滴下終了後さらに130℃で30分重合させた。さらに、25℃に冷却し、ポリマーポリオール(A−1)を得た。(A−1)の体積平均粒子径及び重合体微粒子含有量(重量%)を測定し、表2に示した。
実施例2〜6 [ポリマーポリオール(A−2)〜(A−6)の製造]
実施例1において、表2に示す部数の初期仕込、モノマー含有混合液液を使用する以外は実施例1と同様にして、ポリマーポリオール(A−2)〜(A−6)を得た。(A−2)〜(A−6)の体積平均粒子径及び重合体微粒子含有量(重量%)を測定し、表2に示した。
Figure 0005697963
実施例7 [ポリマーポリオール(A−7)の製造]
〔第1工程〕 連続重合装置(送液ライン、オーバーフローラインを接続した2LのSUS製耐圧反応容器)を2槽用意し、1槽目のオーバーフローラインを2槽目の重合槽の入口と接続し直列に配置する。1槽目及び2槽目の重合槽にそれぞれ、あらかじめポリオール(a−1)186部、(PL1−1)744部及びキシレン70.0部の比率で混合した初期仕込液2000部を充液し、130℃に昇温した。(a−1)70.8部、(PL1−1)283部、(B−1)35.8部、ACN40.3部、スチレン93.9部、ジビニルベンゼン1.34部、ラジカル重合開始剤(K−1)1.34部及びキシレン56.8部を混合した原料混合液をスタティックミキサーを用いてラインブレンドした後、129.6部/分の送液速度で1槽目の重合槽へ連続的に送液し、重合槽からオーバーフローさせ第1工程で得られたポリマーポリオールを得た。1槽目の重合槽からオーバーフローさせた第1工程で得られたポリマーポリオールは129.6部/分の送液速度で2槽目の重合槽へ連続的に送液した。
〔第2工程〕 1槽目から129.6部/分の送液速度の速度でオーバーフローさせた第1工程で得られたポリマーポリオールと(a−1)7.29部、(PL1−1)29.2部、ACN93.9部、スチレン219部、(K−1)3.13部及びキシレン9.39部を混合した原料混合液をスタティックミキサーを用いてラインブレンドした後、210.0部/分の送液速度で2槽目の重合槽へ連続的に送液し、重合槽からオーバーフローさせた反応液をSUS製の受け槽にストックして、未反応モノマー及びキシレンを含むポリマーポリオールを得た。未反応モノマー及びキシレンを含むポリマーポリオールから過水蒸気(蒸気中に含まれる水分量として、ポリマーポリオールに対し4重量%となる量を2時間かけて投入)を別の口から添加しながら未反応モノマーとキシレンを2,666〜3,999Pa(20〜30torr)で2時間、130〜140℃減圧下で留去して、ポリマーポリオール(A−7)を得た。前記の測定、評価方法で(A−7)を評価した。結果を表4に示す。なお、表4中、St比率及びACN比率は、エチレン性不飽和モノマー合計量を基準とした比率であり、単位は重量%である。
実施例8〜21 [ポリマーポリオール(A−8)〜(A−21)の製造]
実施例7において、第1工程及び第2工程で、表3に示す部数の初期仕込み及び原料混合液を使用する以外は実施例7と同様にして、ポリマーポリオール(A−8)〜(A−21)を得た。(A−8)〜(A−21)について、実施例7と同様に測定、評価した。結果を表4に示す。
比較例1 [ポリマーポリオール(R−1)の製造]
実施例12において、ポリオール(a−3)の代わりにポリオール(PL1−2)を使用した以外は実施例12と同様にして、ポリマーポリオール(R−1)を得た。(R−1)について、実施例7と同様に測定、評価した。結果を表4に示す。
比較例2 [ポリマーポリオール(R−2)の製造]
〔第1工程〕 連続重合装置(送液ライン、オーバーフローラインを接続した2LのSUS製耐圧反応容器)を2槽用意し、1槽目のオーバーフローラインを2槽目の重合槽の入口と接続し直列に配置する。1槽目及び2槽目の重合槽にそれぞれ、あらかじめポリオール(b−1)186部、(PL1−1)744部及びキシレン70.0部の比率で混合した初期仕込液2000部を充液し、130℃に昇温した。(b−1)70.8部、(PL1−1)283部、(B−1)35.8部、ACN40.3部、スチレン93.9部、ジビニルベンゼン1.34部、ラジカル重合開始剤(K−1)1.34部及びキシレン56.8部を混合した原料混合液をスタティックミキサーを用いてラインブレンドした後、129.6部/分の送液速度で1槽目の重合槽へ連続的に送液し、重合槽からオーバーフローさせ第1工程で得られたポリマーポリオールを得た。1槽目の重合槽からオーバーフローさせた第1工程で得られたポリマーポリオールは129.6部/分の送液速度で2槽目の重合槽へ連続的に送液した。
〔第2工程〕 1槽目から129.6部/分の送液速度の速度でオーバーフローさせた第1工程で得られたポリマーポリオールと(b−1)7.29部、(PL1−1)29.2部、ACN93.9部、スチレン219部、(K−1)3.13部及びキシレン9.39部を混合した原料混合液をスタティックミキサーを用いてラインブレンドした後、210.0部/分の送液速度で2槽目の重合槽へ連続的に送液し、重合槽からオーバーフローさせた反応液をSUS製の受け槽にストックして、未反応モノマー及びキシレンを含むポリマーポリオールを得た。未反応モノマー及びキシレンを含むポリマーポリオールから過水蒸気(蒸気中に含まれる水分量として、ポリマーポリオールに対し4重量%となる量を2時間かけて投入)を別の口から添加しながら未反応モノマーとキシレンを2,666〜3,999Pa(20〜30torr)で2時間、130〜140℃減圧下で留去して、ポリマーポリオール(R−2)を得た。前記の測定、評価方法で(R−2)を評価した。結果を表4に示す。
Figure 0005697963
Figure 0005697963
実施例22〜31及び比較例3 [ポリウレタンフォームの製造]
実施例7〜11、15、18及び19で得られたポリマーポリオール(A−7)〜(A−11)、(A−15)、(A−18)及び(A−19)並びに比較例2で得られた比較のポリマーポリオール(R−2)を使用し、表5記載の配合比で、以下に示す発泡処方によりポリウレタンフォームを製造した。これらのフォームの物性を下記の方法により評価した。結果を表5に示す。
<発泡処方>
〔1〕 ポリマーポリオール、ポリオール及びポリイソシアネートをそれぞれ25±2℃に温度調整した。
〔2〕 ポリマーポリオール、ポリオール、整泡剤、水、触媒の順で容量1Lのステンレス製ビーカーに仕込み、25℃±2℃で撹拌混合し、直ちにポリイソシアネートを加え、撹拌機〔ホモディスパー、特殊機化(株)製〕を用いて撹拌した(撹拌条件:2,000rpm×8秒間)。
〔3〕 撹拌停止後、25×25×10cmの木箱(25℃±2℃)に混合したビーカー内容物を投入して発泡させ、ポリウレタンフォームを得た。
Figure 0005697963
<表5のフォーム物性の評価方法>
(1)密度(kg/m3
(2)25%ILD(硬度)(kgf/314cm2
(3)引張強度(kgf/cm2
(4)引裂強度(kgf/cm)
(5)切断伸度(%)
(6)圧縮残留歪(%)
(7)通気性(ml/cm2/s)
(1)〜(7)はJIS K6400−2004に準拠した。
実施例32〜43及び比較例4、5 [ポリウレタンフォームの製造]
実施例12〜15及び17〜19で得られたポリマーポリオール(A−12)〜(A−15)、(A−17)〜(A−19)並びに比較例1で得られたポリマーポリオール(R−1)を使用し、表6に記載の発泡処方により、各原料を25±2℃で撹拌混合し、金型温度は60±5℃、金型サイズ:40×40×10(H)cm、キュアー時間は6分にてポリウレタンフォームを製造した。これらのフォーム物性及び難燃性(燃焼速度)試験結果を表6に示す。
Figure 0005697963
<表6のフォーム物性の評価方法>
(1)密度(kg/m3
(2)25%ILD(硬度)(kgf/314cm2
(3)引張強度(kgf/cm2
(4)引裂強度(kgf/cm)
(5)切断伸度(%)
(6)圧縮残留歪(%)
(7)反発弾性(%)
(1)〜(7)はJIS K6400−2004に準拠した。
(8)湿熱圧縮残留歪(%)
(8)は(6)の試験において、温度50℃、湿度95%とした。
(9)燃焼速度(cm/min):米国自動車安全基準(MVSS−302)に準拠し評価した。なお、結果において、SEとは、自己消化性である(試験片に点火した炎が伝播せずに消える)ことを示す。
表5の結果から、本発明のポリマーポリオールを用いて製造したポリウレタンフォームは、比較例に比べて、密度が同等であるにもかかわらず、25%ILD、引張強度、引裂強度、切断伸度、圧縮残留歪及び通気性の全ての項目において、優れた結果となっている。特に、25%ILD、引張強度、切断伸度において、極めて良好な結果となっている。
また、表6の結果から、金型を用いて製造したポリウレタンフォームにおいても、本発明のポリマーポリオールを用いて製造したポリウレタンフォームにおいて、実施例32〜36は比較例4に比べて、また実施例37〜43は比較例5に比べて、それぞれ密度が同等であるにもかかわらず、25%ILD、引張強度、引裂強度、切断伸度、圧縮残留歪、湿熱圧縮残留歪、反発弾性及び燃焼速度の全ての項目において、優れた結果となっている。特に、25%ILD、圧縮残留歪、湿熱圧縮残留歪及び反発弾性において、極めて良好な結果となっている。
なお、通常ポリウレタンフォームの物性としては、25%ILD、引張強度、引裂強度、切断伸度、反発弾性及び通気性は数値が大きいほど、また、圧縮永久歪、湿熱圧縮残留歪及び燃焼速度は数値が小さいほど良好であることを表す。
本発明のポリマーポリオール(A)は、(A)を用いたポリウレタンの機械物性を向上させることから、フォーム(軟質、硬質、半硬質フォーム等)、エラストマー、RIM成形品等ポリウレタン全般に幅広く好適に使用できる。特に、ポリウレタンフォームの製造に用いる場合には、ポリウレタンフォームの各物性をバランス良く調整でき、好適である。
本発明のポリウレタン形成性組成物から形成されるポリウレタンは、各種の幅広い用途に使用されるが、特にポリウレタンフォームとして自動車内装部品や家具の室内調度品等に好適に用いられる。
1 反応槽
2 反応塔
3 蒸留塔
4 釜下ライン
5 原料供給ライン
6 循環ライン
7 循環ライン
8 循環ライン

Claims (6)

  1. エチレン性不飽和化合物(E)を構成単位とする重合体微粒子(JR)がポリオール(PL)中に含有されてなるポリマーポリオールにおいて、(PL)が下記ポリオール(a)を含有してなるポリマーポリオール(A)。
    ポリオール(a):活性水素含有化合物(H)のアルキレンオキサイド付加物であって、末端に位置する水酸基の40%以上が下記一般式(1)で表される1級水酸基含有基であり、下記一般式(2)で表され、一般式(2)中の(AO)qの部分のうち、末端に位置するAの構造の40%以上が、一般式(6)で表される構造であり、水酸基価xと総不飽和度yとエチレンオキサイド単位含有量zが数式(1)の関係を満たすポリオキシアルキレンポリオール。
    Figure 0005697963
    [一般式(1)中、R1は、水素原子、又は炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基若しくはフェニル基を表す。アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子若しくはアリール基で置換されていてもよい。]
    Figure 0005697963
    [一般式(2)中、R2は、活性水素含有化合物(H)からm個の活性水素を除いたm価の基;Zは下記一般式(3)又は(4)で表される炭素数2〜12のアルキレン基又はシクロアルキレン基である。アルキレン基又はシクロアルキレン基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。;Aは下記一般式(5)又は(6)で表される炭素数3〜12のアルキレン基又はシクロアルキレン基である。アルキレン基又はシクロアルキレン基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。;複数のZ又はAがある場合、それぞれは同一でも異なっていてもよい;mは2〜100の整数;pは0以上200以下の整数、qは1以上200以下の整数;rは0以上200以下の整数である。]
    Figure 0005697963
    Figure 0005697963
    Figure 0005697963
    Figure 0005697963
    [一般式(3)及び(4)中、R3は水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基、シクロアルキル基若しくはフェニル基を表す。アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。;一般式(5)及び(6)中、R4は炭素数1〜10のアルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基を表す。アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。]
    y≦28.3×x-2×(100−z)/100 (1)
    [数式(1)中、xは単位mgKOH/gで表される水酸基価、yは単位meq/gで表される総不飽和度を表す。zは、(a)の重量を基準とするエチレンオキサイド単位含有量であり、0〜50重量%である。]
  2. xが10〜115mgKOH/gである請求項1に記載のポリマーポリオール。
  3. 末端に位置する水酸基含有基の60%以上が一般式(1)で表される1級水酸基含有基である請求項1又は2に記載のポリマーポリオール。
  4. ポリオール(a)の含有量が、ポリオール(PL)の重量を基準として、20〜100重量%である請求項1〜3のいずれかに記載のポリマーポリオール。
  5. ポリオール(a)が、下記一般式(8)で表される活性水素含有化合物(J)に、炭素数3〜12のアルキレンオキサイドが下記一般式(10−1)、(10−2)又は(10−3)で表される触媒(C)の存在下で開環付加重合されて得られた下記一般式(9)で表される活性水素化合物(K)の末端に、必要によりエチレンオキサイドが0〜50重量%開環付加重合されて得られたものである請求項1〜4のいずれかに記載のポリマーポリオール。
    Figure 0005697963
    [一般式(8)中、R2、Z、p、mは、一般式(2)と同じである。]
    Figure 0005697963
    [一般式(9)中、R2、Z、A、p、q、mは、一般式(2)と同じである。]
    Figure 0005697963
    Figure 0005697963
    Figure 0005697963
    [一般式(10−1)、(10−2)又は(10−3)中、それぞれ、Xはホウ素原子又はアルミニウム原子を表す。R6は、下記一般式(11)で表される(置換)フェニル基又は下記一般式(12)で表される3級アルキル基を表し、R6が複数ある場合、複数のR6は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。]
    Figure 0005697963
    [一般式(11)中、Yは、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基又はシアノ基を表し、同一でも異なっていてもよい。kは0〜5の数を表す。]
    Figure 0005697963
    [一般式(12)中、R7、R8又はR9はそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を表す。]
  6. ポリオール成分とイソシアネート成分とを反応させてポリウレタンを製造する方法において、請求項1〜5のいずれかに記載のポリマーポリオール(A)を10〜100重量%含有するポリオール成分を用いるポリウレタンの製造方法。
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