JP6974172B2 - ポリエーテルポリオール組成物 - Google Patents

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Description

本開示の実施形態は、ポリエーテルポリオール組成物を対象とし、より具体的には、実施形態は、半硬質発泡体を形成するために利用することができるポリエーテルポリオール組成物を対象とする。
発泡体は、気体が液体材料、固体材料、またはゲル材料中に分散されている分散体である。発泡体は、ポリオールとイソシアネートとの化学反応によって形成することができる。発泡体は、とりわけ、寝具、家具、車両座席、及びカーペット裏地を含む多数の様々な用途に利用することができる。
本開示は、2〜4の平均公称ヒドロキシル官能価及び120〜1500の数平均当量を有する第1のポリエーテルポリオールであって、エチレンオキシドに由来する0重量パーセント〜15重量パーセントの構成単位、及びプロピレンオキシドに由来する85重量パーセント〜100重量パーセントの構成単位を有するポリマー鎖を含む、第1のポリエーテルポリオールと、4〜8の平均公称ヒドロキシル官能価及び120〜800の数平均当量を有する第2のポリエーテルポリオールであって、酸化ポリプロピレンポリマー鎖を含む、第2のポリエーテルポリオールと、2〜4の平均公称ヒドロキシル官能価及び200〜500の数平均当量を有する第3のポリエーテルポリオールであって、エチレンオキシドに由来する40重量パーセント〜85重量パーセントの構成単位、及びプロピレンオキシドに由来する15重量パーセント〜60重量パーセントの構成単位とを有するポリマー鎖を含む、第3のポリエーテルポリオールを含むポリエーテルポリオール組成物を提供し、ポリエーテルポリオール組成物が、エチレンオキシドに由来する20重量パーセント〜50重量パーセントの構成単位であり、ポリエーテルポリオール組成物が、3.05〜4.1の総平均公称ヒドロキシル官能価を有し、ポリエーテルポリオール組成物が、250〜400の総数平均当量を有する。
本開示は、イソシアネートがトルエンジイソシアネートではないという条件で、ポリエーテルポリオール組成物、及びイソシアネートを含む半硬質発泡体配合物を提供する。
本開示は、半硬質発泡体配合物を硬化させることによって形成される半硬質発泡体を提供する。
本開示は、ポリエーテルポリオール組成物をイソシアネートと組み合わせて半硬質発泡体配合物を形成することと、半硬質発泡体配合物を硬化させることとを含む、半硬質発泡体を形成する方法を提供する。
本開示の上記概要は、本開示の各々の開示された実施形態または全ての実装を記述することを意図するものではない。以下の説明は、実例の実施形態をより具体的に例示する。本出願全体のいくつかの箇所では、例示のリストを通してガイダンスが提供され、この例示は、様々な組み合わせで使用することができる。それぞれの場合において、列挙されたリストは代表的な群としてのみ機能し、排他的なリストとして解釈されるべきではない。
ポリエーテルポリオール組成物、ポリエーテルポリオール組成物を含む半硬質発泡体配合物、及びそれから形成される半硬質発泡体が本明細書に開示される。ポリオール、例えば、本明細書に開示されるポリエーテルポリオール組成物は、イソシアネートと組み合わせて、半硬質発泡体配合物を形成することができる。半硬質発泡体配合物を硬化させて半硬質発泡体(ポリウレタンと称されてもよい)を形成することができる。ポリウレタンは、カルバメート結合(ウレタン結合と称されてもよい)によって結合された単位の鎖を含むポリマーである。
上述のように、本明細書に開示される半硬質発泡体配合物は、半硬質発泡体を形成するために利用することができる。これらの半硬質発泡体は、様々な用途に望ましい特性を有することができる。例えば、また以前の半硬質発泡体とは対照的に、本明細書に開示される半硬質発泡体は、多くの粘弾性特性を有する。例えば、本明細書に開示される半硬質発泡体は、35kg/m〜80kg/mの密度、2%〜20%の弾力性、3〜200秒の95%回復時間、及び/またはISO 3386に従って測定されるとき、40%において3.5キロパスカル〜30.0キロパスカルの圧縮荷重撓みを有することができるが、但し硬度が第1のサイクル中に測定される。驚くべきことに、本明細書に開示されるポリエーテルポリオール組成物を含む半硬質発泡体配合物は、多数の他の望ましい特性を提供すると同時に、言及された密度、弾力性、回復時間、及び圧縮荷重撓みを有する半硬質発泡体を提供するために利用することができる。
ポリエーテルポリオール組成物が本明細書に開示される。本明細書で使用される場合、「ポリオール」は、1分子当たり平均して1.0を超えるヒドロキシル基を有する有機分子、例えばポリエーテルを指す。
本明細書に開示されるポリエーテルポリオール組成物は、第1のポリエーテルポリオールを含むことができる。第1のポリエーテルポリオールは、1つ以上のポリオールを含むことができ、例えば、第1のポリエーテルポリオールは、ポリオールのブレンドであってもよい。第1のポリエーテルポリオールは、2〜4の平均公称ヒドロキシル官能価を有することができる。本明細書で使用される場合、「平均公称ヒドロキシル官能価」とは、数平均官能価を指し、例えば、数平均官能価に基づくポリオールまたはポリオール組成物の1分子当たりのヒドロキシル基の数、例えば調製に使用された反応開始剤(複数可)の1分子当たりの活性水素原子の数を指す。本明細書で使用される場合、「平均」は、別段の指示がない限り、数平均を指す。
第1のポリエーテルポリオールは、120〜1500の数平均当量を有することができる。120〜1500の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第1のポリエーテルポリオールは、120、130、または140の下限から、1500、1450、または1400の上限までの数平均当量を有することができる。本開示のいくつかの実施形態は、第1のポリエーテルポリオールが公称トリオールであることを規定する。
本開示の実施形態は、第1のポリエーテルポリオールが、エチレンオキシドに由来する0重量パーセント〜15重量パーセントの構成単位と、プロピレンオキシドに由来する85重量パーセント〜100重量パーセントの構成単位とを含むことを規定する。エチレンオキシドに由来する0重量パーセント〜15重量パーセントの構成単位の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第1のポリエーテルポリオールは、エチレンオキシドに由来する0重量パーセント、3重量パーセント、または5重量パーセントの下限から、15重量パーセント、12重量パーセント、または10重量パーセントの上限までの構成単位を有するポリマーを含むことができる。対応して、プロピレンオキシドに由来する85重量パーセント〜100重量パーセントの構成単位の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第1のポリエーテルポリオールは、プロピレンオキシドに由来する85重量パーセント、87重量パーセント、または90重量パーセントの下限から、100重量パーセント、97重量パーセント、または95重量パーセントの上限までの構成単位を有するポリマー鎖を含むことができる。
本明細書に開示されるポリエーテルポリオール組成物は、第2のポリエーテルポリオールを含むことができる。第2のポリエーテルポリオールは、1つ以上のポリオールを含むことができ、例えば、第2のポリエーテルポリオールは、ポリオールのブレンドであってもよい。第2のポリエーテルポリオールは、4〜8の平均公称ヒドロキシル官能価を有することができる。本開示のいくつかの実施形態は、第2のポリエーテルポリオールの名目上の官能価が4.7であることを規定する。第2のポリエーテルポリオールは、120〜800の数平均当量を有することができる。120〜800の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第2のポリエーテルポリオールは、120、135または150の下限から、800、750または700の上限までの数平均当量を有することができる。第2のポリエーテルポリオールは、ポリプロピレンオキシドポリマー鎖を含むことができる。
本明細書に開示されるポリエーテルポリオール組成物は、第3のポリエーテルポリオールを含むことができる。第3のポリエーテルポリオールは、1つ以上のポリオールを含むことができ、例えば、第3のポリエーテルポリオールは、ポリオールのブレンドであってもよい。第3のポリエーテルポリオールは、2〜4の平均公称ヒドロキシル官能価を有することができる。第3のポリエーテルポリオールは、200〜500の数平均当量を有することができる。200〜500の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第3のポリエーテルポリオールは、200、220、または250の下限から、500、470、または450の上限までの数平均当量を有することができる。本開示のいくつかの実施形態は、第3のポリエーテルポリオールが公称トリオールであることを規定する。
本開示の実施形態は、第3のポリエーテルポリオールが、エチレンオキシドに由来する30重量パーセント〜85重量パーセントの構成単位と、プロピレンオキシドに由来する15重量パーセント〜70重量パーセントの構成単位とを含むことを規定する。エチレンオキシドに由来する30重量パーセント〜85重量パーセントの構成単位の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第3のポリエーテルポリオールは、エチレンオキシドに由来する30重量パーセント、35重量パーセント、または40重量パーセントの下限から、85重量パーセント、83重量パーセント、または80重量パーセントの上限までの構成単位を有するポリマー鎖を含むことができる。対応して、プロピレンオキシドに由来する15重量パーセント〜70重量パーセントの構成単位の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第3のポリエーテルポリオールは、プロピレンオキシドに由来する15重量パーセント、17重量パーセント、または20重量パーセントの下限から、70重量パーセント、65重量パーセント、または60重量パーセントの上限までの構成単位を有するポリマー鎖を含むことができる。
本開示のいくつかの実施形態は、ポリエーテルポリオール組成物が異なる官能価を有するポリオールのブレンドに基づくことを規定する。例えば、先に述べたように、第1のポリエーテルポリオール及び第3のポリエーテルポリオールは、公称トリオールであってもよく、一方第2のポリエーテルポリオールの公称官能価は4.7であってもよい。
本開示のいくつかの実施形態は、ポリエーテルポリオーのうちの1つ以上が、混合供給エチレンオキシド及びプロピレンオキシド系ポリオールであることを規定する。例えば、ポリエーテルポリオールのうちの1つ以上は、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとが組み合わされたポリマー鎖を含有してもよい。
第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールは、既知の方法を用いて調製することができる。例えば、ポリエーテルポリオールは、塩基触媒オキシアルキル化によって調製することができる。塩基触媒オキシアルキル化については、プロピレングリコールまたはグリセリンなどの1価の低分子量スターター分子、またはソルビトールを、エチレンオキシドまたはプロピレンオキシドなどの1つ以上のアルキレンオキシドと反応させて、ポリエーテルポリオール、例えば第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールを形成することができる。別の製造方法は、DMC触媒を利用することができる。第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールを調製するために利用することができるプロセスの中には、とりわけ、米国特許第3,728,308号、米国特許第5,158,922号、米国特許第5,470,813号、米国特許第5,689,012号、米国特許第6,077,978号、及び米国特許第7,919,575号で論議されているものがある。第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールは、とりわけ、The Dow Chemical Companyから入手可能な、商品名VORANOL(商標)、TERCAROL(商標)、VORALUX(商標)、及びSPECFLEX(商標)などの、市販品を得てもよい。
本開示の実施形態は、ポリエーテルポリオール組成物が3.05〜4.1の平均公称ヒドロキシル官能価を有することができることを規定する。例えば、ポリエーテルポリオール組成物を形成するポリエーテルポリオールは、3.05〜4.1の組み合わせ公称ヒドロキシル官能価を有することができる。
本開示の実施形態は、ポリエーテルポリオール組成物が250〜400の総数平均当量を有することができることを規定する。例えば、ポリエーテルポリオール組成物を形成するポリエーテルポリオールは、250〜400の総数平均当量を有することができる。250〜400の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、ポリエーテルポリオール組成物は、250、255、または260の下限から、400、380、または360の上限までの総数平均当量を有することができる。
本開示の実施形態は、ポリエーテルポリオール組成物が、エチレンオキシドに由来する20重量パーセント〜50重量パーセントの構成単位とすることができることを規定する。例えば、ポリエーテルポリオール組成物を形成するポリエーテルポリオールは、エチレンオキシドに由来する合計してポリエーテルポリオール組成物の総重量の20重量パーセント〜50重量パーセントである構成単位を有することができる。エチレンオキシドに由来する20重量パーセント〜50重量パーセントの構成単位の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、ポリエーテルポリオール組成物は、エチレンオキシドに由来する20重量パーセント、23重量パーセント、または25重量パーセントの下限から、50重量パーセント、47重量パーセント、または45重量パーセントの上限までの構成単位とすることができる。本開示の実施形態は、ポリエーテルポリオール組成物が、プロピレンオキシドに由来する50重量パーセント〜80重量パーセントの構成単位とすることができることを規定する。プロピレンオキシドに由来する50重量パーセント〜80重量パーセントの構成単位の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、ポリエーテルポリオール組成物は、プロピレンオキシドに由来する50重量パーセント、53重量パーセント、または55重量パーセントの下限から、80重量パーセント、77重量パーセント、または75重量パーセントの上限までの構成単位とすることができる。
本明細書に開示されるポリエーテルポリオール組成物は、ポリオール、例えば、第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールから形成される。例えば、第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールは、互いにブレンドすることができる。ブレンドは、発泡前に行うことができるか、または、例えばスタティックミキサーを通してオンラインで行うことができる。本開示の実施形態は、ポリエーテルポリオール組成物が合計で100部のポリオールを含むことができ、例えば、第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせが合計して100部となることを規定する。
本開示の実施形態は、第1のポリエーテルポリオールが、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり10部〜60部とすることができることを規定する。10部〜60部の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第1のポリオールは、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり10部、12部、または15部の下限から、60部、57部、または55部の上限までとすることができる。
本開示の実施形態は、第2のポリエーテルポリオールが、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり3部〜40部とすることができることを規定する。3部〜40部の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第2のポリオールは、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり3部、5部、または7部の下限から、40部、37部、または35部の上限までとすることができる。
本開示の実施形態は、第3のポリエーテルポリオールが、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり30部〜70部とすることができることを規定する。30部〜70部の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、第3のポリエーテルポリオールは、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり30部、33部、または35部の下限から、70部、67部、または65部の上限までとすることができる。
本開示のいくつかの実施形態は、本明細書に開示されるポリエーテルポリオール組成物の1つ以上のポリエーテルポリオールが、例えば、SANもしくはスチレン及びアクリロニトリルポリマー、または例えばPHDもしくはポリ尿素ポリマーを含むことができることを規定する。このようなポリマーポリオールは、発泡セルを開き、及び/または発泡体の耐荷重を増大させるのに有用であり得る。
本明細書に開示されるポリエーテルポリオール組成物は、半硬質発泡体配合物、例えば半硬質発泡体に硬化させることができる発泡体配合物であって、例えば多くの粘弾性特性を有するものに封入されることができる。本明細書に開示されるような半硬質発泡体配合物は、イソシアネートがトルエンジイソシアネートではないという条件で、イソシアネートを含むことができる。
本開示のいくつかの実施形態は、イソシアネートがポリイソシアネートであることを規定する。本明細書で使用される場合、「ポリイソシアネート」は、1分子当たり平均して1.0を超えるイソシアネート基を有する分子を指す。
ポリイソシアネートの例としては、1,12−ドデカンジイソシアネートなどのアルキレンジイソシアネート、2−エチルテトラメチレン1,4−ジイソシアネート、2−メチル−ペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、2−エチル−2−ブチルペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、テトラメチレン1,4−ジイソシアネート、及びヘキサメチレン1,6−ジイソシアネートが挙げられるが、これらに限定されない。ポリイソシアネートの例としては、シクロヘキサン1,3−及び1,4−ジイソシアネートならびにこれらの異性体の混合物などの脂環式ジイソシアネート;1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナト−メチルシクロヘキサン;2,4−及び2,6−ヘキサヒドロトリレンジイソシアネート;ならびに対応する異性体混合物、4,4−、2,2’−及び2,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート;ならびに対応する異性体混合物が挙げられるが、これらに限定されない。ポリイソシアネートの例としては、1,4−キシレンジイソシアネート及びキシレンジイソシアネート異性体混合物などの芳香脂肪族ジイソシアネートが挙げられるが、これらに限定されない。ポリイソシアネートの例としては、芳香族ポリイソシアネート、例えば、4,4’−、2,4’−及び2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネートならびに対応する異性体混合物、4,4’−及び2,4’−ジフェニルメタンジジイソシアネート、ポリフェニル−ポリメチレンポリイソシアネート、4,4’−、2,4’−及び2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネートならびにポリフェニル−ポリメチレンポリイソシアネートの混合物(粗MDI)が挙げられるが、これらに限定されない。ポリイソシアネートは、個々にまたはこれらの組み合わせで使用されてもよい。イソシアネートプレポリマー、すなわち、ポルエーテルポリオール(polether polyol)ブレンドの一部と、または異なるポリオールと予備反応させたイソシアネートも使用することができる。また、修飾イソシアネート、例えば、例として三量体形成、ビューレット反応及び/またはアロファネート反応を通して修飾されたイソシアネートが利用されてもよい。
本開示のいくつかの実施形態は、トルエンジイソシアネートが利用されないことを規定する。例えば、トルエンジイソシアネートを利用することが、柔らか過ぎるなどの多くの望ましくない特性を有する発泡体を提供する場合がある。
イソシアネートは、塩化ポリカルバモイルの形成及びその熱分解を伴う対応するポリアミンのホスゲン化により、ポリイソシアネート及び塩化水素を提供することによって、または、対応するポリアミンを尿素及びアルコールと反応させてポリカルバメートを生じさせ、その熱分解によりポリイソシアネート及びアルコールを得るなどのホスゲンを含まないプロセスによって調製することができる。イソシアネートは市販品を得ることができる。市販のイソシアネートの例には、The Dow Chemical Companyから入手可能なVORANATE(商標)及びISONATE(商標)の商品名で販売されているイソシアネートが含まれるが、これらに限定されない。
本開示の実施形態は、イソシアネートが2.1〜3.2の平均イソシアネート官能価を有することができることを規定する。2.1〜3.2の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、イソシアネートは、2.1、2.2、または2.3の下限から、3.2、3.0、または2.8の上限までの平均イソシアネート官能価を有することができる。
本開示の実施形態は、イソシアネートが100〜160の数平均イソシアネート当量を有することができることを規定する。100〜160の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、イソシアネートは、100、105、または110の下限から、160、155、または150の上限までの数平均イソシアネート当量を有することができる。
イソシアネートは、半硬質発泡体配合物が、70〜105の範囲のイソシアネート指数を有するように利用することができる。イソシアネート指数は、利用されるイソシアネートの実際の量と硬化のためのイソシアネートの理論量との商に100を乗じたものと定義することができる。70〜105の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、半硬質発泡体配合物は、70、75、または80の下限から、105、103、または100の上限までのイソシアネート指数を有することができる。
半硬質発泡体配合物は、発泡剤を含むことができる。この発泡剤は、物理的発泡剤、化学的発泡剤、またはこれらの組み合わせとすることができる。
物理的発泡剤は、半硬質発泡体配合物を補助するために利用することができる。物理的発泡剤の例としては、液体二酸化炭素、アルカン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロブタン及びこれらの混合物などのシクロアルカン、最大で4個の炭素原子を有する他のシクロアルカン、ジアルキルエーテル、シクロアルキレンエーテル、フルオロアルカン、及びこれらの混合物が挙げられる。アルカンの例としては、プロパン、n−ブタン、イソブタン、イソペンタン及びこれらの混合物が挙げられる。ジアルキルエーテルの例としては、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチルブチルエーテル、ジエチルエーテル、及びこれらの組み合わせが挙げられる。シクロアルキレンエーテルの例は、フランである。フルオロアルカンの例としては、トリフルオロメタン、ジフルオロメタン、ジフルオロエタン、テトラフルオロエタン、ヘプタフルオロプロパン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
本開示のいくつかの実施形態は、物理的発泡剤が、利用される場合、第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせの100部当たり、0.5部〜15.0部とすることができることを規定する。0.5部〜10.0部の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、物理的発泡剤は、第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせの0.5、1.0、または2.0部の下限から、15.0、13.0または10.0部の上限までとすることができる。
化学的発泡剤は、例えば、ポリイソシアネートとの反応から二酸化炭素を形成するために利用することができる。化学的発泡剤の例は水である。本開示のいくつかの実施形態は、化学的発泡剤が、使用される場合、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり0.5部〜5.0部であることを規定する。0.5部〜5.0部の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、化学的発泡剤は、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり、0.5、0.6、または0.7部の下限から、5.0、4.8、または4.6部の上限までとすることができる。本開示のいくつかの実施形態は、二酸化炭素が、半硬質発泡体配合物に添加することができるカルバメートなどの二酸化炭素の付加物を介して利用することもできることを規定する。
半硬質発泡体配合物は、界面活性剤を含むことができる。界面活性剤は、半硬質発泡体配合物の成分の乳化、得られた発泡体の気泡サイズの調整、ならびに/または破壊及び/もしくは表面下(sub−surface)の隙間を防止するための気泡構造の安定化に役立つことができる。界面活性剤の例としては、シリコーン油ならびに有機シリコーン−ポリエーテルコポリマーとしてポリジメチルシロキサン及びポリジメチルシロキサン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマー(例えば、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン)などのケイ素系化合物、及びこれらの組み合わせが挙げられる。界面活性剤の例としては、シリカ粒子及びシリカエアロゲル粉末、ならびにノニルフェノールエトキシレートなどの有機界面活性剤が挙げられる。界面活性剤は市販されており、とりわけ、NIAX(商標)、DABCO(商標)及びTEGOSTAB(商標)などの商品名で入手可能なものを含む。本開示のいくつかの実施形態は、界面活性剤が、使用される場合、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり0.1部〜1.5部であると規定する。0.1部〜1.5部の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、界面活性剤は、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールとの組み合わせ当たり0.1、0.2、または0.3部の下限から、1.5、1.3、または1.0の上限までとすることができる。
半硬質発泡体配合物は、触媒を含むことができる。触媒は、アミン触媒、金属触媒、及びそれらの組み合わせとすることができる。アミン触媒の例としては、とりわけ、ペンタメチルジエチレン−トリアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルエタノールアミン、N,N,N’,N’−テトラ−メチルエチレンジアミン、ジメチルベンジルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルブタンジアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、トリエチレンジアミン、及びそれらの組み合わせが挙げられる。金属触媒の例としては、とりわけ、有機カルボン酸のスズ(II)塩、例えば、二酢酸スズ(II)、ジオクタン酸スズ(II)、ジエチルヘキサン酸スズ(II)、オクタン酸第一、ならびにジラウリン酸スズ(II)、及び有機カルボン酸のジアルキルスズ(IV)塩、例えば、二酢酸ジブチルスズ、ジラウリン酸ジブチルスズ、マレイン酸ジブチルスズ、ならびに二酢酸ジオクチルスズ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。触媒は市販品を利用でき、とりわけ、NIAX(商標)、POLYCAT(商標)、及びDABCO(商標)などの商品名で入手可能なものが挙げられる。本開示のいくつかの実施形態は、触媒が、少なくとも1つのアミンと金属塩との組み合わせとすることができることを規定する。本開示のいくつかの実施形態は、ジメチルエタノールアミン(DMEA)及び/またはN,N−ジメチルアミノプロピルアミン(DMAPA)、好ましくは、例えばDowのVORACTIV(商標)またはSPECFLEX ACTIV(商標)ポリオールのアミン開始ポリオールなどの反応性アミン触媒が、例えばアミンベースのVOCまたは揮発性有機化合物を低減または排除するために使用することができることを規定する。
本開示のいくつかの実施形態は、触媒が、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり0.04部〜5.00部であると規定する。0.04部〜5.00部の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、触媒は、100部の第1のポリエーテルポリオール、第2のポリエーテルポリオール、及び第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり0.04、0.07、または0.09部の下限から、5.00、3.50、または2.00部の上限までとすることができる。
本開示のいくつかの実施形態は、半硬質発泡体配合物が、1つ以上の追加成分を含むことができることを規定する。異なる追加の成分及び/または異なる量の追加の成分は、様々な用途に利用されてもよい。追加の成分の例としては、液体及び/または固体顔料、着色剤、難燃剤、架橋剤、充填剤、鎖延長剤、抗酸化剤、表面改質剤、抗生物剤、離型剤、及びこれらの組み合わせが挙げられる。本開示のいくつかの実施形態は、架橋剤及び連鎖延長剤が利用されないことを規定する。
本明細書に開示される半硬質発泡体は、前に論議した半硬質発泡体配合物を硬化させる、例えば反応させることによって作製することができる。以前の半硬質発泡体とは対照的に、これは、例えばUS2013/0209778で論議されるように高密度を有し、通常、高官能性架橋剤を用いて作製されるか、または、例えばWO01/018087で論議されるように、独立気泡を有する。更に、上述したように、また以前の半硬質発泡体とは対照的に、本明細書に開示される半硬質発泡体は、多くの粘弾性特性を有する。
本明細書に開示される半硬質発泡体は、既知の方法を用いて作製することができる。これらの方法としては、例えば、空気を添加するかまたは空気の添加なしで、混練用ヘッドまたは撹拌機を用いて成分を一緒に配合する連続または不連続フリーライズスラブストック発泡プロセス及び成形発泡プロセスを挙げることができる。混練用ヘッドの出力は、コンベヤーまたは成形型内に配置することができる。スラブストック法については、半硬質発泡体は、それがコンベヤーを降下すると、更に膨張し増大することができ、連続する半硬質発泡体スラブを形成し、これを、更なる硬化ならびに/または保管及びその後のスライシングのために、所望の長さのブロックまたはバンに切断することができる。不連続法において、半硬質発泡体配合物は、ヘッドを通して混合され、容器に注ぐことができる。US5,194,453に記載されるような可変圧発泡(VPF)プロセスを利用することができる。
成形発泡プロセスは、特定量のイソシアネートが特定量の残りの半硬質発泡体配合物成分と組み合わされ、また混合されて混合物を形成するワンショットアプローチを使用することができる。混合物は泡として成形型内に配置することができ、この成形型はその後閉じられる。発泡体は膨張して成形型を満たすことができ、成形型は、その後、硬化後に脱型のために開けられる。硬化時間は、例えば1〜20分とすることができる。
半硬質発泡体は、連続気泡を有する、例えばブロークンウインドウを有する不規則気泡サイズ構造を有することができる。好ましくは、線形気泡数は、1センチメートル当たり40個未満の気泡である。非常に微細な気泡は、緊密な発泡体を提供することができ、例えば異なる種類を用いるか、または濃度を変更させるかのいずれかで、シリコーン界面活性剤の調整を利用することができる。
言及したように、一部の用途については、半硬質発泡体は、ISO 3386に従って測定されるとき、40%において3.5キロパスカル〜30.0キロパスカルの圧縮荷重撓みを有することが望ましいが、但し、硬度は第1のサイクル中に測定される。本明細書に開示される半硬質発泡体が、3秒より長い、例えば最大200秒の回復時間を有し得るために、第1のサイクルにおける発泡体の硬度の測定が利用される。したがって、半硬質発泡体の試料は、第1の圧縮サイクル後には、標準試験法に従って後続のサイクルでの発泡体の硬度の有意義かつ相当する値を得るのに十分に迅速にそれらの最初の厚さを回復することができない。
本明細書に開示される半硬質発泡体は、ISO 3386に従って測定されるとき、40%において3.5キロパスカル〜30.0キロパスカルの圧縮荷重撓みを有するが、但し硬度は第1のサイクル中に測定される。3.5キロパスカル〜30.0キロパスカルの全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、半硬質発泡体は、ISO 3386に従って測定されるとき、40%において3.5キロパスカル、3.7キロパスカル、または3.9キロパスカルの下限から、30キロパスカル、28キロパスカル、または25キロパスカルの上限までの圧縮荷重撓みを有することができるが、但し硬度は第1のサイクル中に測定される。
本明細書に開示される半硬質発泡体は、35kg/m〜80kg/mのISO 845−88に従って測定される密度を有することができる。35kg/m〜80kg/mの全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、半硬質発泡体は、35kg/m、37kg/m、または40kg/mの下限から、80kg/m、75kg/m、または70kg/mの上限までの密度を有することができる。好都合なことに、本明細書に開示される半硬質発泡体は、低密度用途に利用されてもよい。例えば、多くの用途に対して、この密度は90kg/m未満であることが望ましい。
本明細書に開示される半硬質発泡体は、0.01ft/分〜10.00ft/分の、ASTM D 3574に従って測定される非潰れ変形通気度を有することができる。0.01ft/分〜10.00ft/分の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、半硬質発泡体は、0.01ft/分、0.02ft/分、または0.03ft/分の下限から、10.00ft/分、9.00ft/分、または8.00ft/分の上限までの非潰れ変形通気度を有することができる。先に述べたように、半硬質発泡体は、連続気泡を有することができるので、様々な用途に対しては、0.05ft/分を超える非潰れ変形通気度が好ましい。
本明細書に開示される半硬質発泡体は、2パーセント〜20パーセントの、ASTM D 3574に従って測定される弾力性を有することができる。2パーセント〜20パーセントの全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、半硬質発泡体は、2パーセントまたは3パーセントの下限から、20パーセントまたは16パーセントの上限までの弾力性を有することができる。
本明細書に開示される半硬質発泡体は、3秒〜200秒の、RESIMAT 100試験装置を用いる修正IKEA試験法NO IOS MAT 006に従って測定される95%発泡体回復時間を有することができる。3秒〜200秒の全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、半硬質発泡体は、3秒、3.5秒、または4秒の下限から、200秒、2150秒、または120秒の上限までの95%発泡体回復時間を有することができる。本明細書に開示される半硬質発泡体は、5パーセント未満のISO 1856に従って測定される90%乾式圧縮性、及び5.0パーセント未満のISO 13362に従って測定される70%湿式圧縮性セットを有することができる。0.0パーセント〜5.0パーセントの全ての個々の値及び部分範囲が含まれており、例えば、半硬質発泡体は、0.0パーセント、0.1パーセント、または0.2パーセントの下限から、5.0パーセント、4.8パーセント、または4.5パーセントの上限までの圧縮性セットを有することができる。
圧縮性セットの低い値、例えば、5パーセント未満の値は、半硬質発泡体が、特定の制限時間内にその最初の厚さの少なくとも95%を回復することを示す。これは、半硬質発泡体が寝具または家具で使用するために適切な耐久性を有することを示すが、回復時間は、最長で200秒まで遅延することができる。
本明細書に開示される半硬質発泡体は、0℃〜90℃の少なくとも1つのガラス転移温度を有することができる。0℃〜90℃の全ての個々の値及び部分範囲が含まれている。
実施例において、例えば、下記を含む様々な用語及び材料の名称が使用される。
ポリエーテルポリオール#1A(3の公称ヒドロキシル官能価及び1180の数平均当量を有するポリオール、7%のEO、The Dow Chemical Companyから入手可能)、ポリエーテルポリオール#1B(3の公称ヒドロキシル官能価及び1000の数平均当量を有するポリオール、0%のEO、The Dow Chemical Companyから入手可能)、ポリエーテルポリオール#1C(3の公称ヒドロキシル官能価及び237の数平均当量を有するポリオール、0%のEO、The Dow Chemical Companyから入手可能)、ポリエーテルポリオール#1D(3の公称ヒドロキシル官能価及び360の数平均当量を有するポリオール、0%のEO、The Dow Chemical Companyから入手可能)、ポリエーテルポリオール#2(4.7の公称ヒドロキシル官能価及び156の数平均当量を有するポリオール、0%のEO、The Dow Chemical Companyから入手可能)、ポリエーテルポリオール#3(3の公称ヒドロキシル官能価及び336の数平均当量を有するポリオール、POと混合供給された60%のEO、The Dow Chemical Companyから入手可能)、NIAX(商標)A1(アミン触媒、Momentive Performance Materials Inc.から入手可能)、DABCO(登録商標)33LV(アミン触媒、Air Products & Chemicals Inc.から入手可能)、DABCO(登録商標)T−9(金属触媒、Air Products & Chemicals Inc.から入手可能)、NIAX(商標)L−620(界面活性剤、Momentive Performance Materials Inc.から入手可能)、イソシアネート(130の数平均イソシアネート当量及び2.3の平均イソシアネート官能価を有するポリマージフェニルメタンジイソシアネート)。
実施例1のポリエーテルポリオール組成物を、ポリエーテルポリオール#1A、ポリエーテルポリオール#2、及びポリエーテルポリオール#3を組み合わせることによって調製した。相対量を表1に示す。実施例2〜14及び比較実施例A〜Dを、ポリエーテルポリオール及び/または相対量を表1に示すように任意に変更して、実施例1の通りに調製した。
Figure 0006974172
実施例1〜14及び比較実施例A〜Dの全体的公称ヒドロキシル官能価、実施例1〜14及び比較実施例A〜Dのエチレンオキシドに由来する構成単位の全体的重量パーセント、ならびに実施例1〜14及び比較実施例A〜Dの全体的数平均当量を計算し、それらの結果を表2に示す。
Figure 0006974172
実施例15の半硬質発泡体配合物を、実施例1のポリエーテルポリオールを表3に示すような成分と組み合わせることにより調製した。実施例15は、およそ22℃で調製した。総ポリエーテルポリオールブレンド270グラムに基づいて実施例15を調製するために、イソシアネート以外の全ての成分を容器に添加して30秒間攪拌し、その後、イソシアネートを容器の内容物に添加し、これをベンチスケールスタティックミキサーでおよそ1,800RPMにて更に30秒間攪拌した。実施例16〜28及び比較実施例E〜Hを、表3に示すように任意に変更して、実施例15の通りに調製した。
実施例29の半硬質発泡体を、実施例15を硬化させることにより成形した。実施例29を成形するために、実施例15をオープントップコンテナーに注ぎ、膨張させ、およそ22℃でおよそ5分間硬化させ、その後、オーブン内で150℃にておよそ5分間アニールし、次いでオーブンから取り出し、換気の良い場所で、22℃でカバーをしないままおよそ24時間放置した。実施例3042及び比較実施例I〜Lを、実施例1628及び比較実施例E〜Hをそれぞれ実施例15に置き換える変更を行うことにより、実施例29のように成形した。
Figure 0006974172

様々な発泡体特性を、本明細書で論議される多くの実施例及び/または比較実施例について決定した。これらの特性は、22℃及び50パーセントの相対湿度で決定した。
密度をISO 845−88に従って測定し、非潰れ変形通気度をASTM D 3574に従って測定し、非潰れ変形とは、気泡ウインドウが成形及び硬化後にあるように、それらをそのまま残すために通気度試験の前に圧縮されなかったことを意味し、弾力性を、ASTM D 3574に従って測定し、90%乾式圧縮性セットを、ISO 1856−00に従って測定し、湿式圧縮性セットをISO 13362に従って測定した。結果を表4に示す。
Figure 0006974172

表4のデータは、加速エージング後の発泡体試料の厚さの損失が、これらの半硬質発泡体のそれぞれで非常に低いために、実施例2942のそれぞれについての望ましい発泡体特性を示している。驚くべきことに、弾力性が低い状態のままで、乾燥及び加湿エージングの両方に対する所望の抵抗性が得られる。更に、表4のデータで示すように、発泡体通気度は、高ポリオール官能価の使用によって悪影響を受けない。このような全体的な官能価が3.0を超えるポリオールの組み合わせは、発泡中の反応物質の急速な粘度上昇にもかかわらず、独立気泡発泡体であると予想できる。
40%での発泡体圧縮荷重撓みを、硬度が第1のサイクル中に測定されるという条件で、ISO 3386に従って測定し、その結果を表5に報告する。
95%発泡体回復時間を、修正IKEA試験法に従って決定した。100×100×50mmの寸法を有する試験試料を、基準面への加圧板を用いて75%の圧縮まで垂直に圧縮した。75%の圧縮において、4つの締め具が加圧板を固定し、歪みを60秒の保持時間にわたって保った。保持時間後に、締め具を緩めて即座に発泡体試料を解放し、発泡体試料は、変形から徐々に回復し、その元の形状に戻った。超音波センサーを加圧板の上に直置きして、発泡体試料表面の動態を連続して記録した。厚さ対時間曲線を用いて、元の高さの95%に戻るまでの時間を決定した。修正IKEA試験は120秒後に停止したために、120秒以降は目視観察を利用した。結果を表5に報告する。
Figure 0006974172

表5のデータは、実施例2942が、それぞれ、3.5kPa〜16.0kPaの、硬度が第1のサイクル中に測定されたという条件で、ISO 3386に従って測定された40%での圧縮荷重撓みを有することを示している。実施例2942のそれぞれとは対照的に、比較実施例I、J、及びLは、それぞれ、2.2kPa〜3.0kPaの、硬度が第1のサイクル中に測定されたという条件で、ISO 3386に従って測定された40%での圧縮荷重撓みを有する。更に、表5のデータは、実施例2942の粘弾性特性を示している。修正IKEA試験結果によって示されるように、高通気度値を有する発泡体でも、発泡体回復時間は長い。このことは、これらの発泡体が確かに粘弾性であることを示唆している。長い回復時間は、ある程度空気作用効果に起因する可能性があり、すなわち、通気度が低い場合には、圧縮後の回復中に、入ってくる空気は気泡の中に入るには時間がかかる。実施例2942とは対照的に、0.05より高く、最大4.0ft3/分の通気度を有する連続気泡発泡体は、空気作用挙動を提供しない。
ガラス転移温度を、Mettler Toledo DMA861装置を利用する動機械的熱分析(DMTA)によって決定した。結果を表6に報告する。
Figure 0006974172

表6のデータは、実施例2932、及び36のそれぞれが、各々、水の凝固点を超えるガラス転移温度を有することを示し、これは多くの用途に望ましいものであり得る。

Claims (10)

  1. ポリエーテルポリオール組成物であって、
    2〜4の平均公称ヒドロキシル官能価及び120〜1500の数平均当量を有する第1のポリエーテルポリオールであって、前記第1のポリエーテルポリオールはプロピレンオキシド、またはエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドで形成され、エチレンオキシドに由来する0重量パーセント〜15重量パーセントの構成単位、及びプロピレンオキシドに由来する85重量パーセント〜100重量パーセントの構成単位を有するポリマー鎖を含む、第1のポリエーテルポリオールと、
    4.7の平均公称ヒドロキシル官能価及び120〜800の数平均当量を有する第2のポリエーテルポリオールであって、ポリプロピレンオキシドポリマー鎖を含み、前記第2のポリエーテルポリオールは、1種のアルキレンオキシドで形成され、前記1種のアルキレンオキシドはプロピレンオキシドである、第2のポリエーテルポリオールと、
    2〜4の平均公称ヒドロキシル官能価、200〜500の数平均当量を有する第3のポリエーテルポリオールであって、前記第3のポリエーテルポリオールはエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドで形成され、エチレンオキシドに由来する30重量パーセント〜85重量パーセントの構成単位、及びプロピレンオキシドに由来する15重量パーセント〜70重量パーセントの構成単位を有するポリマー鎖を含む、第3のポリエーテルポリオールと、を含み、
    前記ポリエーテルポリオール組成物が、エチレンオキシドに由来する20重量パーセント〜50重量パーセントの構成単位とされ、前記ポリエーテルポリオール組成物が、3.05〜4.1の総平均公称ヒドロキシル官能価を有し、前記ポリエーテルポリオール組成物が、250〜400の総数平均当量を有する、ポリエーテルポリオール組成物。
  2. 前記第1のポリエーテルポリオールが、100部の前記第1のポリエーテルポリオール、前記第2のポリエーテルポリオール、及び前記第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり10部〜60部とされ、前記第2のポリエーテルポリオールが、100部の前記第1のポリエーテルポリオール、前記第2のポリエーテルポリオール、及び前記第3のポリエーテルポリオールの前記組み合わせ当たり3部〜40部とされ、及び前記第3のポリエーテルポリオールが、100部の前記第1のポリエーテルポリオール、前記第2のポリエーテルポリオール、及び前記第3のポリエーテルポリオールの前記組み合わせ当たり30部〜70部とされる、請求項1に記載のポリエーテルポリオール組成物。
  3. 前記第1のポリエーテルポリオール、及び前記第3のポリエーテルポリオールが、公称トリオールである、請求項1に記載のポリエーテルポリオール組成物。
  4. 半硬質発泡体配合物であって、
    請求項1に記載のポリエーテルポリオール組成物と、
    ポリイソシアネートであって、但し、前記ポリイソシアネートが、トルエンジイソシアネートではない、ポリイソシアネートと、を含み、前記半硬質発泡体配合物が、70〜105の範囲のイソシアネート指数を有する、半硬質発泡体配合物。
  5. 前記ポリイソシアネートが、2.1〜3.2の平均イソシアネート官能価を有する、請求項4に記載の半硬質発泡体配合物。
  6. 100部の前記第1のポリエーテルポリオール、前記第2のポリエーテルポリオール、及び前記第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり0.5部〜5部とされる発泡剤を更に含む、請求項4に記載の半硬質発泡体配合物。
  7. 請求項4に記載の半硬質発泡体配合物を硬化させることによって形成される、半硬質発泡体。
  8. 前記半硬質発泡体が、ISO 3386に従って測定されるとき、40%において3.5キロパスカル〜30.0キロパスカルの圧縮荷重撓みを有するが、但し硬度は第1のサイクル中に測定される、請求項7に記載の半硬質発泡体。
  9. 半硬質発泡体を形成するための方法であって、
    請求項1に記載のポリエーテルポリオール組成物とポリイソシアネートとを組み合わせて、70〜105の範囲のイソシアネート指数を有する半硬質発泡体配合物を形成することと、
    前記半硬質発泡体配合物を硬化させて、前記半硬質発泡体を形成することと、を含む、方法。
  10. 水を前記半硬質発泡体配合物に添加することであって、前記水が、100部の前記第1のポリエーテルポリオール、前記第2のポリエーテルポリオール、及び前記第3のポリエーテルポリオールの組み合わせ当たり0.5部〜3.5部とされる、添加することと、
    触媒及び界面活性剤を、前記半硬質発泡体配合物に添加することであって、前記触媒が、100部の前記第1のポリエーテルポリオール、前記第2のポリエーテルポリオール、及び前記第3のポリエーテルポリオールの前記組み合わせ当たり0.05部〜5部とされ、前記界面活性剤が、100部の前記第1のポリエーテルポリオール、前記第2のポリエーテルポリオール、及び前記第3のポリエーテルポリオールの前記組み合わせ当たり0.1部〜1.5部とされる、添加することと、を更に含む、請求項9に記載の方法。



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