JP7497949B2 - Foam booster, premix solution containing same, polyurethane foam-forming composition containing same, and polyurethane foam with improved hydrophobicity - Google Patents
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- Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
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Description
本発明は、a)特定のポリエーテルポリオール、b)ポリイソシアネート、c)硬化触媒、およびd)主要発泡剤である水 を含む水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステム用の特定の構造を有するシリコーンポリエーテル共重合体を含有する泡増強剤に関し、当該泡増強剤は、同システムにより得られるポリウレタン発泡体、特に、軟質ポリウレタン発泡体に対して優れた疎水性改善効果を有する。また、本発明は、前記のa)~d)成分および当該シリコーンポリエーテル共重合体を含有する泡増強剤を含むプレミックス溶液に関し、これらの成分、任意でその他の添加剤等を含んでもよい、ポリウレタン発泡体形成用組成物に関する。また、本発明は、当該シリコーンポリエーテル共重合体を含有する泡増強剤を用いる、ポリウレタン発泡体およびその疎水性の改善方法に関するものである。なお、以下の説明において、「フォーム」とは、特に異なる説明がない限り、ポリウレタンの発泡体を意味するものである。 The present invention relates to a foam enhancer containing a silicone polyether copolymer having a specific structure for a water-blown polyurethane spray foam system containing a) a specific polyether polyol, b) a polyisocyanate, c) a curing catalyst, and d) water as a main blowing agent, and the foam enhancer has an excellent hydrophobicity improving effect on polyurethane foams obtained by the system, particularly soft polyurethane foams. The present invention also relates to a premix solution containing the components a) to d) and the foam enhancer containing the silicone polyether copolymer, and to a polyurethane foam forming composition that may contain these components and optionally other additives. The present invention also relates to a polyurethane foam and a method for improving the hydrophobicity thereof using the foam enhancer containing the silicone polyether copolymer. In the following description, "foam" means polyurethane foam unless otherwise specified.
従来から住宅や冷凍保温倉庫、タンク設備など各種建造物の断熱施工部分に、断熱層を現場発泡により施工する方法が行われている。断熱発泡層の材質としては、ポリイソシアネートとポリオールとを発泡剤存在下に反応させて形成される発泡ポリウレタンがよく用いられる。一般的には、発泡剤を含んだ原料混合液を施工箇所の隙間に注入或いはスプレーすることにより反応硬化させ、発泡ポリウレタンの断熱層を形成する。ここで使用される発泡ポリウレタンのタイプは大きく2つに分けられる。1つは、独立気泡(セル)構造を有しその内部に熱伝導性の低い発泡剤ガスを含む「硬質ウレタンフォーム」と呼ばれる剛直なフォーム構造体であり、もう1つは隣り合うセル間の壁に小さな孔を有する構造により発泡体が通気性を有し、且つ柔軟なフォーム構造を特徴とする「軟質ウレタンフォーム」である。前者は断熱性に優れているが一般に荷重がかかった時の追従性を欠いており、後者に比して高価である。一方、後者は前者に比べ断熱性には劣るが荷重に対する追従性を有し、従って建造物が揺れた場合の耐久力:基材-ポリウレタン接着面の破断の生じ難さには優れると期待される。それ故、前者はビルやブロック等の強固なコンクリート建造物に利用するのに適しており、後者はより低コストが重視される、例えば木造の個別住宅等に利用するのが理に適っている。後者の発泡剤としては、環境面への配慮やコスト面から水を利用するのが好ましい。この場合、水はイソシアナートと反応して二酸化炭素を発生するので、二酸化炭素が真の発泡剤として働く。近年は、更に低コスト化のニーズが強まり、発泡倍率の高い(すなわち水の使用部数の多い)低密度フォーム処方が広がってきた。こうした発泡ポリウレタンシステムの販売者は、cost-in-useの視点から同一使用量でより大きな体積のフォームを形成できる整泡剤を求める傾向にあり、現在、汎用の軟質スラブフォーム向け整泡剤の市販品が、住宅用の断熱スプレーフォームシステムにも適するとして利用されている。 A method of applying an insulating layer by on-site foaming has been used for the insulating construction of various buildings such as houses, refrigerated warehouses, and tank facilities. The material of the insulating foam layer is often foamed polyurethane formed by reacting polyisocyanate and polyol in the presence of a foaming agent. In general, a raw material mixture containing a foaming agent is injected or sprayed into the gaps of the construction area, where it is reacted and hardened to form an insulating layer of foamed polyurethane. The types of foamed polyurethane used here are roughly divided into two types. One is a rigid foam structure called "rigid polyurethane foam" that has a closed cell structure and contains a foaming agent gas with low thermal conductivity inside. The other is "soft polyurethane foam" that has a structure with small holes in the walls between adjacent cells, which gives the foam breathability and is characterized by a flexible foam structure. The former has excellent insulating properties but generally lacks compliance when a load is applied, and is more expensive than the latter. On the other hand, the latter has inferior insulating properties to the former but has compliance to load, and is therefore expected to have excellent durability when the building is shaken: the resistance to breakage of the substrate-polyurethane adhesive surface is excellent. Therefore, the former is suitable for use in strong concrete structures such as buildings and blocks, while the latter is more logical for use in, for example, individual wooden houses, where low cost is important. For the latter, water is preferably used as the blowing agent from the viewpoints of environmental consideration and cost. In this case, water reacts with isocyanate to generate carbon dioxide, so carbon dioxide acts as the true blowing agent. In recent years, the need for further cost reduction has intensified, and low-density foam formulations with high expansion ratios (i.e., high water usage) have become widespread. From a cost-in-use perspective, sellers of such foaming polyurethane systems tend to seek foam stabilizers that can form a larger volume of foam with the same amount used, and currently, commercially available foam stabilizers for general-purpose soft slab foams are used as they are also suitable for residential insulation spray foam systems.
このような発泡ポリウレタン断熱層は、通常は住宅等の外壁と室内側の内壁との間に位置する。従って、冬季など寒い時期には、室内側の湿気を含んだ暖かい空気が断熱層の内部に移行した際、外壁側から冷やされて結露を生じる可能性がある。結露はカビ発生の原因となる懸念があることに加えてポリウレタンの劣化にもつながるため、透湿性或いは吸水性のより低い発泡ポリウレタンシステムの開発が望まれていた。なお、このような発泡ポリウレタン断熱層は、住宅の階上床と階下天井部との間に位置させることにより、階上での衝撃音を効果的に吸収する吸音層としても活用できる。これは、当該発泡ポリウレタンが独立気泡タイプではなく開放セル構造に基づく連通タイプであるため、音がセル内に進入し易くなって該セル内で効率良く減衰するため、防音性が高くなることによる。 Such a foamed polyurethane insulation layer is usually located between the exterior wall of a house and the interior wall on the indoor side. Therefore, in cold seasons such as winter, when the warm, humid air from the indoor side moves into the interior of the insulation layer, it may be cooled from the exterior wall side and cause condensation. Condensation is a cause of concern that it may cause mold to grow, and it may also lead to deterioration of the polyurethane, so there has been a demand for the development of a foamed polyurethane system with lower moisture permeability or water absorption. In addition, such a foamed polyurethane insulation layer can also be used as a sound absorbing layer that effectively absorbs impact noise on the upper floor by being located between the upper floor and the lower ceiling of a house. This is because the foamed polyurethane is not a closed-cell type but a connected type based on an open cell structure, so sound can easily enter the cells and is efficiently attenuated within the cells, resulting in high sound insulation.
一方、ポリエーテル変性シリコーンは、様々な構造や平均分子量の設計が可能であり、ポリエーテル部のEO wt.%やサイズ、シリコーン主鎖への親油基の導入、シリコーン主鎖構造のバリエーションや変性基の導入部位、異なる2以上のポリエーテル基による変性等によっても、界面活性能や発泡剤への適合性、ウレタンフォームシステムへの親和性等をコントロールする事ができる。従って、ポリエーテル変性シリコーンは、硬質フォーム、半硬質フォーム、HR(高弾性)フォーム(以下、単に「HRフォーム」ということがある)、軟質フォーム、マイクロセルラーフォーム等全てのポリウレタンフォーム処方で、気泡コントロール或いは気泡安定用の界面活性剤(整泡剤)として有用であることが古くから知られており、現在まで数多くの品種が商業的に製造・販売されており、ポリウレタンフォーム産業の発展に大きく貢献している。 On the other hand, polyether-modified silicones can be designed with various structures and average molecular weights, and the surfactant properties, compatibility with blowing agents, and affinity with polyurethane foam systems can be controlled by the EO wt. % and size of the polyether part, introduction of lipophilic groups into the silicone main chain, variation of the silicone main chain structure, introduction site of the modified group, modification with two or more different polyether groups, etc. Therefore, polyether-modified silicones have long been known to be useful as surfactants (foam stabilizers) for bubble control or bubble stabilization in all polyurethane foam formulations, such as rigid foams, semi-rigid foams, HR (high elasticity) foams (hereinafter sometimes simply referred to as "HR foams"), soft foams, and microcellular foams, and many varieties have been commercially manufactured and sold to date, making a significant contribution to the development of the polyurethane foam industry.
しかしながら、水の添加部数の多い建造物断熱用の現場発泡スプレーフォームは、ポリウレタンフォーム産業の長い歴史の中では比較的新しい技術分野と考えられる。すなわち、本発明者らの調査した範囲では、ポリエーテル変性シリコーン整泡剤の化学構造、当該スプレーフォーム処方での整泡剤の性能、得られたフォーム特性との相関等について、これまで詳細な報告は為されていなかった。この理由は、当該フォームシステムに既存の軟質スラブフォーム用整泡剤を転用できたことから、ポリエーテル変性シリコーンの製造業者にとって新たな整泡剤を開発する必要性が少なかったためと考えられる。 However, in-situ foaming spray foam for building insulation, which requires the addition of a large amount of water, is considered to be a relatively new technology field in the long history of the polyurethane foam industry. In other words, within the scope of the inventors' investigations, no detailed reports have been made so far on the chemical structure of polyether-modified silicone foam stabilizers, the performance of the foam stabilizers in the spray foam formulation, or the correlation with the resulting foam properties. This is thought to be because existing foam stabilizers for soft slab foams could be repurposed for this foam system, so there was little need for polyether-modified silicone manufacturers to develop new foam stabilizers.
軟質スラブフォームに代表される一般的な軟質ウレタンフォームは、各種のポリウレタンフォームの中で最も歴史の古いものである。1950年代の最初の軟質ウレタンフォームの製造は、ポリエステルポリオールを原料としてプレポリマー法という2段階反応法により行われていた。1956年に有機スズ触媒、シリコーン整泡剤、アミン触媒とスズ触媒との組み合わせが発見された事により、ポリエステルポリオールとTDI(トリレンジイソシアネート)とを主原料としたワンショット軟質ウレタンフォームの商業生産が開始された。1957年には、ユニオンカーバイド社がより安価な原料としてポリエーテルポリオールの商業生産を開始すると共に、翌1958年に同社はその新しいポリオールに適した触媒とポリエーテル変性シリコーン整泡剤、これらを利用するワンショット軟質ポリエーテルウレタンフォームの製造プロセスを発見した(特許文献1)。これをきっかけとして、ウレタンフォーム産業の世界的な成長が始まったと言える。この最初のポリエーテル変性シリコーン整泡剤は、ポリエーテル基とポリシロキサン基がSi-O-C結合により連結した構造を有しており加水分解を受け易い性質であったため、ポリエーテル基とポリシロキサン基がSi-C結合により連結した非加水分解型のポリエーテル変性シリコーン整泡剤が、ダウコーニング社により新たに開発された(特許文献2)。 Generally, soft polyurethane foams, such as soft slab foams, are the oldest of all polyurethane foams. The first soft polyurethane foams in the 1950s were produced using a two-step reaction method called the prepolymer method, using polyester polyol as a raw material. In 1956, the discovery of an organotin catalyst, a silicone foam stabilizer, and a combination of an amine catalyst and a tin catalyst led to the commercial production of one-shot soft polyurethane foams using polyester polyol and TDI (tolylene diisocyanate) as the main raw materials. In 1957, Union Carbide began commercial production of polyether polyols as a cheaper raw material, and the following year, in 1958, the company discovered a catalyst suitable for the new polyol, a polyether-modified silicone foam stabilizer, and a manufacturing process for one-shot soft polyether urethane foams using these (Patent Document 1). This marked the beginning of the global growth of the polyurethane foam industry. This first polyether-modified silicone foam stabilizer had a structure in which polyether groups and polysiloxane groups were linked by Si-O-C bonds and was susceptible to hydrolysis, so Dow Corning developed a new non-hydrolyzable polyether-modified silicone foam stabilizer in which polyether groups and polysiloxane groups are linked by Si-C bonds (Patent Document 2).
その後も現在に至るまで、軟質フォーム向け整泡剤の開発は数多く行われてきた。新たな整泡剤技術が必要となる動機は、化学物質管理など法律的な規制・要求やフォーム製造コスト削減のほか、軟質ウレタンフォームの細分化された用途や求められるフォーム物性に応じたフォーム処方変更・改良にある場合が多い。例えば、以下のような事例が挙げられる。I)ある難燃剤や難燃性成分をベースとなるウレタンシステムに新たに処方するにあたり、元の処方に使用していた整泡剤ではシステムへの相溶性や得られるフォーム特性が不十分なため、改良処方向けの新たな整泡剤が必要となった。II)昔の処方には発泡剤としてフロンガスが使用されていたが、オゾン層破壊の原因物質ならびに温室効果ガスであることが明らかとなったため、様々な国際協定・法律により先進国を中心に大幅な使用制限が課せられた事から、それに先立って代替フロンや別の物質を発泡剤として用いる新処方に更新するにあたり、元の処方に使用していた整泡剤ではシステム(又は新しい発泡剤)への相溶性や得られるフォーム特性が不十分なため、新たな整泡剤が必要となった。III)ある物性上の特徴を有する軟質ウレタンフォームを商品化するために、新しい構造のポリオール(又はポリオールの特定の組合せ)を利用する新しいウレタンフォームシステムを開発するにあたり、既存の整泡剤では適合性の良いものが無いため、新たな整泡剤が必要となった。IV)フォーム製造コスト削減に関連する事例として、IV-1) プロセス許容範囲 (Processing Latitude) のより広い:すなわち使用量の変動や大小によりフォーム特性に与える影響のより少ない整泡剤が求められた例(フォーム製品の歩留まり向上目的)、IV-2) 逆に、より少ない使用量で正常なフォームを形成できる整泡剤が求められた例、IV-3) フォーム特性に影響する整泡性能をより安定化或いは改善できる整泡剤が求められた例、IV-4) プレミクス液の化学的/物理的或いは性能的な安定性を改善できる整泡剤が求められた例などである。こうした多様な軟質ウレタンフォーム処方の各々に対し、最適化された構造・組成のポリエーテル変性シリコーン整泡剤が開発され、利用されているのが通常である。 Since then, many foam stabilizers for flexible foams have been developed. The motivation for the need for new foam stabilizer technology is often due to legal regulations and requirements such as chemical substance management, reduction in foam manufacturing costs, as well as changes and improvements to foam formulations to meet the subdivided uses of flexible polyurethane foams and the required foam properties. For example, the following cases can be mentioned. I) When a certain flame retardant or flame retardant component was newly formulated into a polyurethane system based on a flame retardant, the foam stabilizer used in the original formulation was insufficient in compatibility with the system and in the foam characteristics obtained, so a new foam stabilizer was needed for the improved formulation. II) In old formulations, fluorocarbon gas was used as a blowing agent, but since it was revealed that it is a substance that causes ozone layer destruction and a greenhouse gas, various international agreements and laws imposed significant restrictions on its use, mainly in developed countries. Prior to that, when updating to a new formulation using alternative fluorocarbons or a different substance as a blowing agent, a new foam stabilizer was needed because the foam stabilizer used in the original formulation was insufficient in compatibility with the system (or new blowing agent) and in the foam characteristics obtained. III) In order to commercialize a flexible polyurethane foam with certain physical characteristics, a new polyurethane foam system was developed using a polyol with a new structure (or a specific combination of polyols), and since there were no existing foam stabilizers that were compatible, a new foam stabilizer was needed. IV) Examples related to reducing foam production costs include IV-1) a foam stabilizer with a wider processing latitude: that is, a foam stabilizer that has less impact on foam properties due to fluctuations in the amount used (for the purpose of improving the yield of foam products), IV-2) a foam stabilizer that can form normal foam with a smaller amount used, IV-3) a foam stabilizer that can further stabilize or improve the foam stability that affects foam properties, and IV-4) a foam stabilizer that can improve the chemical/physical or performance stability of the premix liquid. For each of these various flexible polyurethane foam formulations, polyether-modified silicone foam stabilizers with optimized structures and compositions are usually developed and used.
しかし、長年にわたるシリコーン整泡剤製造業者とポリウレタンフォーム製造業者双方の検討や経験等により、軟質ウレタンフォームに必要なポリエーテル変性シリコーンの構造要素について明確に理解されている要件が1つある。それは、ポリエーテル鎖末端の水酸基がアルコキシ化やアセトキシ化などにより封鎖された構造のポリエーテル基により変性されたシリコーンでなくてはならないという点である。市販の軟質スラブフォーム用整泡剤も一般にこの要件を満たしている。さもなければ、ウレタン反応・発泡プロセス中に気泡の過剰な安定化が起こり、隣り合うセルの壁に孔が開かず、独立気泡型のフォーム構造となってしまう。軟質ウレタンフォームの樹脂骨格は柔軟なため、独立気泡構造になると、反応熱が収まり室温に戻る段階でセル内部に閉じ込められたガス体積が収縮するのに伴いフォーム全体が収縮し、使い物にならなくなる。従って、ポリエーテル変性シリコーンのうち、末端が水酸基であるポリエーテル鎖がポリエーテル基の主体をなすような構造体は、軟質ウレタンフォームにとって無価値であるということが、業界の技術常識となっている。逆に、EO wt.%が大きく末端が水酸基であるポリエーテル鎖で変性されたシリコーンは、独立気泡型の微細セル構造の必要な一般の硬質ウレタンフォーム(PIR:ポリイソシアヌレートフォームも含む)では、よく利用されている。すなわち、PO wt.%が大きく末端が水酸基であるポリエーテル鎖で変性されたシリコーンについては、ポリウレタン整泡剤分野で商業的実用面から不要なものと認識されている。 However, based on the many years of research and experience of both silicone foam stabilizer manufacturers and polyurethane foam manufacturers, there is one requirement that is clearly understood about the structural elements of polyether-modified silicones required for flexible polyurethane foams. That is, the silicone must be modified with a polyether group in which the hydroxyl group at the end of the polyether chain is blocked by alkoxylation or acetoxylation. Commercially available foam stabilizers for flexible slab foams generally meet this requirement. Otherwise, excessive stabilization of the bubbles will occur during the urethane reaction and foaming process, and holes will not open in the walls of adjacent cells, resulting in a closed-cell foam structure. Since the resin skeleton of flexible polyurethane foam is flexible, when a closed-cell structure is formed, the entire foam will shrink as the gas volume trapped inside the cells shrinks when the reaction heat subsides and the temperature returns to room temperature, making it unusable. Therefore, it is common technical knowledge in the industry that polyether-modified silicones in which the polyether chains with hydroxyl groups at the end form the main part of the polyether group are worthless for flexible polyurethane foams. Conversely, EO wt. Silicones modified with polyether chains having a high PO wt. % and hydroxyl groups at the end are often used in general rigid polyurethane foams (including PIR: polyisocyanurate foams) that require a closed-cell type microcellular structure. In other words, silicones modified with polyether chains having a high PO wt. % and hydroxyl groups at the end are recognized as unnecessary from a commercial practical standpoint in the polyurethane foam stabilizer field.
特許文献3は、i)水、特定構造のポリエーテル変性シリコーン、アミン触媒、水溶性で
曇点を向上できるケイ素原子不含の有機系界面活性剤、を所定の比率で含むポリウレタンフォーム製造のための溶液組成物、ii)当該溶液組成物を使用する軟質ポリウレタンフォームの製造プロセスを開示した。この中で、末端が水酸基であるポリエーテル鎖により側鎖変性されたPDMS(ポリジメチルシロキサン)を「比較用コポリマーI」、これを含む溶液組成物を「比較用プレミクス液K-2」として、軟質モールドフォーム処方で試験した結果、通気性に乏しい緻密すぎるフォームが得られたことが報告された。このフォーム処方ではフロンガスが主要な発泡剤であり、ポリオール100部に対する水の添加部数は5.5部であった。
Patent Document 3 disclosed i) a solution composition for producing polyurethane foam, which contains water, a polyether-modified silicone having a specific structure, an amine catalyst, and a silicon-free organic surfactant that is water-soluble and can improve the cloud point, in a specific ratio, and ii) a process for producing flexible polyurethane foam using the solution composition. In the patent document 3, a PDMS (polydimethylsiloxane) side-chain-modified with a polyether chain having a hydroxyl group at the end was used as "Comparative Copolymer I", and a solution composition containing the same was used as "Comparative Premix Liquid K-2". As a result of testing the resulting soft molded foam in a soft molded foam formulation, it was reported that a foam that was too dense and had poor breathability was obtained. In this foam formulation, fluorocarbon gas was the main blowing agent, and the number of parts of water added per 100 parts of polyol was 5.5 parts.
特許文献4は、i)短いポリシロキサン主鎖にEO wt.%の異なる2種類のポリエーテル鎖をグラフト結合した特定構造のポリエーテル変性シリコーンを整泡剤として使用する、コールドキュア・高弾性(HR)ポリウレタンフォーム製造プロセスの改良、及びii)それにより得られるフォームを開示した。この中で、末端が水酸基である2種類の異なるポリエーテル鎖により側鎖変性されたPDMSが「実施例5」において調製され、4種類のHRモールドフォーム処方で試験された。これらのフォーム処方では水が主要な発泡剤であり、ポリオール100部に対する水の添加部数は2.0~3.7部という少量であった。 Patent Document 4 disclosed i) an improvement to the cold cure, high resilience (HR) polyurethane foam manufacturing process, in which a polyether-modified silicone of a specific structure in which two types of polyether chains with different EO wt. % are grafted to a short polysiloxane backbone is used as a foam stabilizer, and ii) the foam obtained thereby. In this, PDMS side-chain-modified with two different types of polyether chains terminated with hydroxyl groups was prepared in "Example 5" and tested in four types of HR molded foam formulations. In these foam formulations, water was the main blowing agent, and the amount of water added per 100 parts of polyol was as small as 2.0 to 3.7 parts.
特許文献5は、i)EO wt.%の異なる2種類のポリエーテル鎖を有する特定構造のポリエーテル変性シリコーン整泡剤を使用する、硬質ポリウレタンフォームの製造プロセス、ii)当該ポリエーテル変性シリコーン整泡剤、iii)前記プロセスにより得られたフォームで満たされた物品を開示した。この中で、末端が水酸基であるポリエーテル鎖により側鎖変性されたPDMSを、「比較用整泡剤VI」として2種類の硬質モールドフォーム処方で試験した結果、型枠近傍のエッジゾーンが圧縮された密度勾配の大きなフォームが得られたことが報告された。これらのフォーム処方ではフロンガスが主要な発泡剤であり、ポリオール100部に対する水の添加部数は1.0~2.0部という少量であった。 Patent Document 5 discloses i) a process for producing rigid polyurethane foam using a polyether-modified silicone foam stabilizer of a specific structure having two types of polyether chains with different EO wt. %, ii) the polyether-modified silicone foam stabilizer, and iii) an article filled with foam obtained by the process. In the document, it was reported that PDMS side-chain-modified with a polyether chain terminated in a hydroxyl group was tested as "Comparative Foam Stabilizer VI" in two types of rigid molded foam formulations, and that foams with a large density gradient in which the edge zone near the mold was compressed were obtained. In these foam formulations, fluorocarbon gas was the main blowing agent, and the amount of water added to 100 parts of polyol was as small as 1.0 to 2.0 parts.
特許文献6は、複合金属シアン化物錯体触媒によりアルキレンオキシドを開環重合して得られたポリエーテル化合物から誘導されたポリエーテル鎖を有する、特定構造のオルガノポリシロキサンからなる整泡剤を用いるポリウレタンフォームの製造方法を開示した。この中で、末端が水酸基であるポリエーテル鎖により側鎖変性されたPDMSが2種類:「整泡剤A(製法1:実施例1向け),整泡剤E(製法5:比較例4向け)」として調製され、ホットキュアモールド軟質フォームの処方で試験された。当該文献中では、このフォーム処方について簡易に軟質ポリウレタンフォームとも表記しているが、処方中にポリマーポリオールが含まれていた事から、一般的な軟質フォームではなくHRフォームの処方であったことが分かる。このフォーム処方では水が主要な発泡剤であり、ポリオール100部に対する水の添加部数は5.5部であった。 Patent Document 6 disclosed a method for producing polyurethane foam using a foam stabilizer made of organopolysiloxane of a specific structure having a polyether chain derived from a polyether compound obtained by ring-opening polymerization of alkylene oxide with a composite metal cyanide complex catalyst. In this method, two types of PDMS modified at the side chain with a polyether chain having a hydroxyl group at the end were prepared as "Foam stabilizer A (Production method 1: for Example 1) and Foam stabilizer E (Production method 5: for Comparative example 4)" and tested in a hot cure mold flexible foam formulation. In this document, this foam formulation is also simply referred to as flexible polyurethane foam, but since the formulation contained a polymer polyol, it is clear that it was a HR foam formulation rather than a general flexible foam. In this foam formulation, water was the main blowing agent, and the amount of water added per 100 parts of polyol was 5.5 parts.
特許文献7は、EO wt.%と平均分子量の異なる2種類のポリエーテル鎖により変性された、比較的高重合度のPDMSと希釈剤との混合物(但し混合物の粘度は3000cP未満)を用い、水を発泡剤とするポリウレタンフォームの製造方法を開示した。当該技術が主に対象としたフォームタイプは一般的な軟質フォームと考えられ、数多く例示されたポリエーテル変性シリコーンのほとんどが、「ポリエーテル鎖末端の水酸基がアルコキシ化やアセトキシ化などにより封鎖された構造のポリエーテル基により変性されたシリコーン」であった。唯一つ「No.68」として、末端が水酸基であるポリエーテル鎖3種類により変性されたPDMSが調製され、希釈したのちに高含水軟質ウレタンフォーム処方で試験されたが、粗いセルサイズやスプリットにもかかわらず通気性の極めて低いフォームが得られたことが記されていた。この水発泡軟質フォーム処方は「高含水試験」と表現されてはいるものの、ポリオール100部に対する水の添加部数は6.5部にすぎなかった。 Patent Document 7 disclosed a method for producing polyurethane foam using a mixture of PDMS with a relatively high degree of polymerization, modified with two types of polyether chains with different EO wt. % and average molecular weights, and a diluent (where the viscosity of the mixture is less than 3000 cP), and water as a blowing agent. The foam type that this technology mainly targets is considered to be general soft foam, and most of the polyether-modified silicones given as examples were "silicones modified with polyether groups in which the hydroxyl groups at the ends of the polyether chains are blocked by alkoxylation or acetoxylation." The only one, "No. 68," was a PDMS modified with three types of polyether chains with hydroxyl groups at the ends, which was prepared and diluted and then tested in a high-water content soft polyurethane foam formulation, but it was noted that a foam with extremely low air permeability was obtained despite the coarse cell size and splits. Although this water-blown soft foam formulation was described as a "high water content test," the amount of water added was only 6.5 parts per 100 parts of polyol.
特許文献8は、i)沸点175℃以上の乾性又は半乾性の液状植物油(又はその誘導体)とオルガノシロキサンコポリマー界面活性剤の存在下に行われた、ポリイソシアネートとポリオールとの反応生成物であるHRポリウレタンフォーム組成物、及びii)当該フォームの製造プロセスを開示した。この中に、末端が水酸基であるポリエーテル鎖により変性されたPDMSと各種溶媒との混合物の調製例が複数報告されていたが、実際のHRモールドフォーム処方(4種類)で試験が行われたコポリマー溶液は、重合度の小さなPDMS主鎖に短鎖ポリエーテルがグラフトした構造体と当該植物油との混合物に限定されていた。これらのフォーム処方では水が主要な発泡剤であり、ポリオール100部に対する水の添加部数は3.8~4.2部という少量であった。 Patent Document 8 disclosed i) an HR polyurethane foam composition which is a reaction product of a polyisocyanate and a polyol in the presence of a dry or semi-dry liquid vegetable oil (or its derivative) having a boiling point of 175°C or higher and an organosiloxane copolymer surfactant, and ii) a process for producing the foam. In this document, several examples of preparation of mixtures of PDMS modified with a polyether chain having a hydroxyl group at the end and various solvents were reported, but the copolymer solutions tested in the actual HR molded foam formulations (four types) were limited to mixtures of the vegetable oil and a structure in which a short-chain polyether was grafted to a PDMS main chain having a low degree of polymerization. In these foam formulations, water was the main blowing agent, and the amount of water added per 100 parts of polyol was as small as 3.8 to 4.2 parts.
特許文献9は、i)末端が水酸基であるポリエーテルを両端に有するABA´型の直鎖状ポリエーテル-ポリシロキサンコポリマーを使用することにより得られる、剛性で安定な開放セル型ポリウレタンフォーム、およびii)その製造プロセスを開示した。この中で、末端が水酸基であるポリエーテル鎖により側鎖変性されたPDMSが、「比較例34、比較例38、比較例41」において、2種類の高密度軟質マイクロセルラーフォーム処方で試験され、片方の処方でフォームの激しい収縮を起こした結果が報告された。当該試験の条件下においては水が主要な発泡剤であったと考えられるが、ポリオール100部に対する水の添加部数は1部とごく少量であった。 Patent Document 9 disclosed i) a rigid and stable open-cell polyurethane foam obtained by using an ABA' type linear polyether-polysiloxane copolymer having hydroxyl-terminated polyethers at both ends, and ii) a manufacturing process thereof. In this document, PDMS side-chain-modified with hydroxyl-terminated polyether chains was tested in two types of high-density soft microcellular foam formulations in "Comparative Example 34, Comparative Example 38, and Comparative Example 41," and the results reported showed that one of the formulations caused severe foam shrinkage. Water was thought to be the main blowing agent under the test conditions, but the amount of water added was very small, at 1 part per 100 parts of polyol.
特許文献10は、i)ポリエーテル変性シリコーンと、分子内に1つの2級水酸基を有し、オキシアルキレン繰り返し数が2~3である特定のモノアルキルグリコールエーテル希釈剤とからなる組成物、ii)それを含む界面活性剤、整泡剤、ポリウレタンフォーム形成性組成物、ポリウレタンフォーム、及びiii)前記のポリエーテル変性シリコーンと希釈剤とからなる組成物の製造方法を開示した。この中で、末端が水酸基であるポリエーテル鎖により側鎖変性されたPDMSと希釈剤とを含む組成物が、「実施例2-1」として調製された。更に、幾つかの実施例組成物を整泡剤として利用可能な、軟質ウレタンフォームの処方例(但し、非実施)が2つ示されている。これらのフォーム処方では塩化メチレンが主要な発泡剤であり、ポリオール100部に対する水の添加部数は5.5部又は3.3部とされる。 Patent Document 10 disclosed i) a composition consisting of a polyether-modified silicone and a specific monoalkyl glycol ether diluent having one secondary hydroxyl group in the molecule and an oxyalkylene repeat number of 2 to 3, ii) a surfactant, foam stabilizer, polyurethane foam-forming composition, and polyurethane foam containing the same, and iii) a method for producing a composition consisting of the polyether-modified silicone and a diluent. Among them, a composition containing a PDMS side-chain-modified with a polyether chain having a hydroxyl group at the end and a diluent was prepared as "Example 2-1". In addition, two examples of flexible polyurethane foam formulations (not implemented) in which some of the example compositions can be used as foam stabilizers are shown. In these foam formulations, methylene chloride is the main blowing agent, and the amount of water added per 100 parts of polyol is 5.5 parts or 3.3 parts.
以上をまとめると、特許文献1~2には、末端が水酸基であるポリエーテル鎖で変性されたシリコーン整泡剤は示されていなかった。特許文献3~10には、PO wt.%が大きく末端が水酸基であるポリエーテル鎖で変性されたシリコーンが幾つか例示され、様々なフォーム処方への適用が試行されていたが、比較例として扱われるなど、性能不良が報告されていた事例が多かった。或いは、当該シリコーンを含む組成物の調製は行われたが、現実の発泡評価による性能確認が行われなかった事例もあった。また、どの先行文献においてもスプレーフォームに関する言及は無く、実施されたフォーム処方や得られたフォームは、スプレー用処方・それにより得られるフォームとは全く異なっていた。例えば、水を主要な発泡剤とする100倍発泡スプレーフォーム処方では、水の使用部数がポリオール100部に対して通常10~40部と極めて多く、低密度フォームが得られるのが特徴であるが、先行文献の各種フォームタイプの処方で用いられた水の添加部数の範囲は1.0~6.5部に留まっており、本願発明とは内容が大きく異なる。また、現在、住宅用の断熱スプレーフォームシステムに転用されている軟質スラブフォーム向け汎用整泡剤は、フォーム体積を稼ぐのには適しているが、フォームの透湿性或いは吸水性を低くするニーズに応えることができていない。更には、これら先行文献において、ウレタンフォーム用整泡剤として利用されるポリエーテル変性シリコーンに関して特定の化学構造を選択することにより、ウレタンフォーム自体の疎水性を向上できるという本発明の知見について、一切の言及も試験も確認もされていない。 To summarize the above, Patent Documents 1 and 2 do not disclose silicone foam stabilizers modified with polyether chains whose terminals are hydroxyl groups. Patent Documents 3 to 10 disclose several examples of silicones whose PO wt. % is high and whose terminals are hydroxyl groups, and their application to various foam formulations has been attempted, but in many cases, they were treated as comparative examples and poor performance was reported. Alternatively, there were cases in which compositions containing the silicone were prepared, but performance confirmation by actual foaming evaluation was not performed. In addition, there was no mention of spray foam in any of the prior documents, and the foam formulations implemented and the foams obtained were completely different from spray formulations and foams obtained thereby. For example, in a 100-fold expanding spray foam formulation in which water is the main blowing agent, the amount of water used is extremely high, usually 10 to 40 parts per 100 parts of polyol, and is characterized by the fact that a low-density foam is obtained, but the range of the amount of water added used in the formulations of various foam types in the prior documents is only 1.0 to 6.5 parts, which is significantly different from the content of the present invention. In addition, general-purpose foam stabilizers for flexible slab foams currently being used in residential insulation spray foam systems are suitable for increasing foam volume, but are unable to meet the need to reduce the moisture permeability or water absorption of the foam. Furthermore, these prior art documents make no mention, test or confirmation of the knowledge of the present invention that the hydrophobicity of the urethane foam itself can be improved by selecting a specific chemical structure for the polyether-modified silicone used as a foam stabilizer for urethane foam.
以上の通り、特許文献1~10ではスプレーフォーム処方についての説明がなく、従って水の添加部数が多く、軟質ウレタンフォーム用ポリオールを利用することを特徴とする、建造物断熱用の現場発泡スプレーフォーム処方での検討も為されていなかった。従って、ポリエーテル変性シリコーン整泡剤の化学構造、当該スプレーフォーム処方での整泡剤の性能、得られたフォーム特性との相関等について何ら記載も示唆もなされていなかった。さらに、当該用途では、1)プレミクス系との相溶性、2)より大きなフォーム体積の付与、3)より微細な開放セル構造の付与、が一般に整泡剤に期待される性能と考えられるが、今般求められている4)フォーム自体の透湿性又は吸水性をより低くする(或いはフォームの疎水性を向上する)手法については、何ら記載も示唆もされていない。このため、当業者が、整泡剤の化学構造の選択によってウレタンフォームの疎水性を改善する有効なアプローチが既存技術には存在せず、その技術的効果も予測が困難であった。 As described above, Patent Documents 1 to 10 do not provide any explanation of spray foam formulations, and therefore no study was conducted on on-site foaming spray foam formulations for building insulation, which are characterized by the use of a large amount of water and a polyol for flexible polyurethane foam. Therefore, there was no description or suggestion of the chemical structure of the polyether-modified silicone foam stabilizer, the performance of the foam stabilizer in the spray foam formulation, or the correlation with the obtained foam properties. Furthermore, for this application, 1) compatibility with premix systems, 2) imparting a larger foam volume, and 3) imparting a finer open cell structure are generally expected performances of a foam stabilizer, but there is no description or suggestion of the currently required 4) method of lowering the moisture permeability or water absorption of the foam itself (or improving the hydrophobicity of the foam). For this reason, there is no effective approach in existing technology for a person skilled in the art to improve the hydrophobicity of polyurethane foam by selecting the chemical structure of the foam stabilizer, and it was difficult to predict the technical effects.
このような背景技術の下、上記の技術的課題を解決し、さらに、特定の原料/発泡/硬化システムを使用し、かつ、得られるポリウレタン発泡体が上記の要求事項を満たす技術が必要とされている。また、ポリウレタン発泡体の疎水性を有効に改善する技術が必要とされている。 Against this background technology, there is a need for a technology that solves the above technical problems and further uses a specific raw material/foaming/curing system, and in which the resulting polyurethane foam satisfies the above requirements. There is also a need for a technology that effectively improves the hydrophobicity of polyurethane foam.
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、水の添加部数が多く、少量の整泡剤(泡増強剤)の使用により、建築現場等で大容積の発泡体を形成可能な、水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムに特に適合しており、プレミックス系との相溶性に優れ、少量の使用で建造物断熱用途等に適した大容積の発泡体を形成でき、得られる発泡体が微細なセル構造を有し、かつ、得られる発泡体の疎水性を顕著に向上させることができる泡増強剤を提供することを目的とする。本課題において、当該発泡体は、特に、軟質ウレタンフォームであることが好ましい。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a foam enhancer that is particularly suited to water-blown polyurethane spray foam systems that can form large volumes of foam at construction sites and the like by adding a large amount of water and using a small amount of foam stabilizer (foam enhancer), has excellent compatibility with premix systems, can form large volumes of foam suitable for building insulation applications with a small amount of use, and can produce foam with a fine cell structure and significantly improve the hydrophobicity of the foam obtained. In this problem, it is particularly preferable that the foam is a soft urethane foam.
さらに、本発明は、当該泡増強剤を含み、水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムに適したプレミックス溶液、当該泡増強剤を含むポリウレタン発泡体形成用組成物、および当該泡増強剤の使用により得られ、特に疎水性が顕著に改善されたポリウレタン発泡体(特に、軟質ポリウレタンフォーム)およびその用途(断熱材/吸音材等)を提供する事を目的とする。 Furthermore, the present invention aims to provide a premix solution containing the foam enhancer and suitable for a water-blown polyurethane spray foam system, a polyurethane foam forming composition containing the foam enhancer, and a polyurethane foam (particularly a flexible polyurethane foam) obtained by using the foam enhancer and having significantly improved hydrophobicity, and uses thereof (thermal insulation material/sound absorbing material, etc.).
さらに、本発明は、シリコーンポリエーテル共重合体の化学構造の選択によってウレタンフォームの疎水性が顕著に向上するという予期せぬ発見に基づき、当該シリコーンポリエーテル共重合体を含有する泡増強剤の使用による、特定のスプレーフォームシステムに限定されない、ポリウレタン発泡体の疎水性の改善方法、疎水性の向上方法を提供することを目的とする。 Furthermore, based on the unexpected discovery that the hydrophobicity of polyurethane foam can be significantly improved by selecting the chemical structure of the silicone polyether copolymer, the present invention aims to provide a method for improving the hydrophobicity of polyurethane foam, which is not limited to a specific spray foam system, by using a foam enhancer containing the silicone polyether copolymer.
本発明は上記課題を解決するものであるが、さらに、本発明者らは、ポリウレタン発泡体形成組成物、およびこれにより調製されるポリウレタン発泡体について、新たな課題を発見した。すなわち、近年のポリウレタン発泡体(以下、「ウレタンフォーム」または「フォーム」と略称することがある)材料の市場ニーズとして、低排出性、すなわち、「Low Emission特性」の需要が高まっている。これは、ポリウレタン発泡体から発生乃至揮発する化学物質等の成分が量的に少ないことを特徴とする要求特性であり、具体的には、フォームから発生する揮発成分が少ない(=Low VOC(Volatile Organic Compound))、シックハウス・アレルギーなどを予防するため、経時でフォームから外部に放出される化学物質の量が少ない(=Low Emission Of Chemical Compound)、自動車の内部に使用されたフォームから揮発した成分が付着して窓ガラスなどに曇りを生じる現象が起こり難い(=Low Fogging)などの要求として表現されることがあるが、化学物質の種類や性質の相違を除けば、フォームに由来する排出成分が少ないという点において実質的な意味はほぼ同じである。 The present invention solves the above problems, but the inventors have also discovered a new problem with polyurethane foam-forming compositions and polyurethane foams prepared therefrom. That is, in recent years, there has been an increasing demand in the market for polyurethane foam (hereinafter sometimes abbreviated as "urethane foam" or "foam") materials for low emissions, i.e., "low emission properties." This is a required characteristic that is characterized by a small amount of chemical components that are generated or volatilized from polyurethane foam. Specifically, it is sometimes expressed as a requirement that the amount of volatile components generated from the foam is low (=Low VOC (Volatile Organic Compound)), that the amount of chemicals released from the foam to the outside over time is low to prevent sick house syndrome and allergies (=Low Emission of Chemical Compound), and that the phenomenon in which components that volatilize from foam used inside a car adhere to windows and cause fogging (=Low Fogging), but apart from differences in the types and properties of chemical substances, the actual meaning is essentially the same in that there are few emissions derived from the foam.
本発明は、このようなLow Emission/Low VOCの要求を充足し、且つ前記ポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物から得られる、軟質のポリウレタンフォームを提供することを更なる目的とする。 A further object of the present invention is to provide a flexible polyurethane foam that satisfies the requirements for low emission/low VOC and is obtained from the polyurethane spray foam forming composition.
鋭意検討の結果、本発明者らは、一般式(1):
Xは、各々独立に式:-CkH2kO-(C2H4O)p(C3H6O)q(C4H8O)r-Yで示される1種類または2種類以上のポリエーテル基を表し、
Yは、100モル%がH基であるか、75モル%以上のH基と25モル%以下のC1~C4アルキル又はアセチル基から選ばれるその他の基からなり、
m、n、k、p、q 、r は以下の条件を満たす数である。
12≦(m+n)≦230、
10≦m、
2≦n、
n≦m、
3≦k≦4、
p、q、rは、Xで表されるポリエーテル基部分の式量が1400~4000の範囲内にあり、
{(C3H6O)qで表されるオキシプロピレン基部分および(C4H8O)rで表されるオキシブチレン基部分の式量の和}/{(C2H4O)pで表されるオキシエチレン基部分の式量の和)}である比の値Zが、
(51/49)≦Z≦(95/5)の条件を満たす数である。
ただし、式中のXにおいて、1≦pかつq=r=0である構造を有するポリエーテル基は除く。}
で表されるシリコーンポリエーテル共重合体を含有する泡増強剤により、上記課題を解決できる事を見出し、本発明に到達した。当該泡増強剤は、特定の構成を有する水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムにおける使用に、特に適しており、かつ、特定のスプレーフォームシステムに限定されない、ポリウレタン発泡体の疎水性を顕著に改善することができる。
As a result of extensive investigation, the present inventors have discovered that a compound represented by the general formula (1):
X's each independently represent one or more polyether groups represented by the formula: -CkH2kO-(C2H4O ) p ( C3H6O ) q ( C4H8O ) r -Y;
Y is 100 mol % H group or is composed of 75 mol % or more H group and 25 mol % or less other group selected from C1-C4 alkyl or acetyl group;
m, n, k, p, q, and r are numbers that satisfy the following conditions:
12≦(m+n)≦230,
10≦m,
2≦n,
n≦m,
3≦k≦4,
p, q, and r each represent a formula weight of the polyether group portion represented by X in the range of 1,400 to 4,000;
The ratio Z, which is {the sum of the formula weights of the oxypropylene group portion represented by (C 3 H 6 O)q and the oxybutylene group portion represented by (C 4 H 8 O)r}/{the sum of the formula weights of the oxyethylene group portion represented by (C 2 H 4 O)p)}, is
This is a number that satisfies the condition (51/49)≦Z≦(95/5).
However, in the formula, a polyether group having a structure where p is 1 or less and q=r=0 is excluded.
The present inventors have discovered that the above problems can be solved by a foam booster containing a silicone polyether copolymer represented by the formula: The foam booster is particularly suitable for use in water-blown polyurethane spray foam systems having a specific configuration, and is capable of significantly improving the hydrophobicity of polyurethane foams, regardless of the specific spray foam system.
さらに、本発明者らは、上記泡増強剤を含む水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液、これらを含むポリウレタン発泡体形成用組成物、およびこれにより調製される疎水性の向上した軟質ポリウレタン発泡体、Low Emission/Low VOC特性を有する軟質ポリウレタンフォーム、あるいは断熱材/吸音材により、上記課題を好適に解決できることを見出し、本発明に到達した。 Furthermore, the inventors have discovered that the above problems can be suitably solved by a premix liquid for a water-blown polyurethane spray foam system containing the above-mentioned foam enhancer, a polyurethane foam forming composition containing the same, and a flexible polyurethane foam with improved hydrophobicity, a flexible polyurethane foam with low emission/low VOC properties, or a heat insulating material/sound absorbing material prepared therefrom, and have arrived at the present invention.
すなわち、本発明は、以下の[1]~[5]の泡増強剤に関する。
[1]
一般式(1):
Xは、各々独立に式:-CkH2kO-(C2H4O)p(C3H6O)q(C4H8O)r-Yで示される1種類または2種類以上のポリエーテル基を表し、
Yは、100モル%がH基であるか、75モル%以上のH基と25モル%以下のC1~C4アルキル又はアセチル基から選ばれるその他の基からなり、
m、n、k、p、q 、r は以下の条件を満たす数である。
12≦(m+n)≦230、
10≦m、
2≦n、
n≦m、
3≦k≦4、
p、q、rは、Xで表されるポリエーテル基部分の式量が1400~4000の範囲内にあり、
{(C3H6O)qで表されるオキシプロピレン基部分および(C4H8O)rで表されるオキシブチレン基部分の式量の和}/{(C2H4O)pで表されるオキシエチレン基部分の式量の和)}である比の値Zが、
(51/49)≦Z≦(95/5)の条件を満たす数である。
ただし、式中のXにおいて、1≦pかつq=r=0である構造を有するポリエーテル基は除く。}
で表されるシリコーンポリエーテル共重合体を含有する泡増強剤であって、以下のa)~d)を含む水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムに適用されるもの:
a)分子内の平均水酸基数が2~4であり、オキシプロピレン基からなる繰り返し単位を有し、数平均分子量が1000~6000の範囲内にある、1種類以上のポリエーテルポリオール、
b)ポリイソシアネート、
c)硬化触媒、
d)水である発泡剤 同システム中の成分a)であるポリエーテルポリオールおよびその他のポリオール成分の和 100質量部に対して10~40質量部の範囲。
[2]前記一般式(1)において、
Xが、各々独立に式:-C3H6O(C2H4O)p(C3H6O)q-H
で示される1種類または2種類以上のポリエーテル基であり、
Xで表されるポリエーテル基部分の式量が1500~2500の範囲内にあり、かつ、
前記の比Zが(54/46)≦Z≦(80/20)の条件を満たす、
[1]に記載の泡増強剤。
[3]前記一般式(1)において、Rがメチル基であり、m、nが、40≦m≦90、かつ、2≦n≦8の条件を満たす、
[1]または[2]に記載の泡増強剤。
[4]前記の水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムにおいて、
b)ポリイソシアネートが、MDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)、ポリメリックMDI(ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート),クルードMDI,イソシアナート基含有プレポリマー、およびこれらの誘導体から選ばれる成分であり、かつ、
同システムの発泡剤がd)水のみであることを特徴とする、
[1]~[3]のいずれか1項に記載の泡増強剤。
That is, the present invention relates to the following foam enhancing agents [1] to [5].
[1]
General formula (1):
X's each independently represent one or more polyether groups represented by the formula: -CkH2kO-(C2H4O ) p ( C3H6O ) q ( C4H8O ) r -Y;
Y is 100 mol % H group or is composed of 75 mol % or more H group and 25 mol % or less other group selected from C1-C4 alkyl or acetyl group;
m, n, k, p, q, and r are numbers that satisfy the following conditions:
12≦(m+n)≦230,
10≦m,
2≦n,
n≦m,
3≦k≦4,
p, q, and r each represent a formula weight of the polyether group portion represented by X in the range of 1,400 to 4,000;
The ratio Z, which is {the sum of the formula weights of the oxypropylene group portion represented by (C 3 H 6 O)q and the oxybutylene group portion represented by (C 4 H 8 O)r}/{the sum of the formula weights of the oxyethylene group portion represented by (C 2 H 4 O)p)}, is
This is a number that satisfies the condition (51/49)≦Z≦(95/5).
However, in the formula, a polyether group having a structure where p is 1 or less and q=r=0 is excluded.
A foam booster containing a silicone polyether copolymer represented by the formula:
a) one or more polyether polyols having an average number of hydroxyl groups in the molecule of 2 to 4, having repeating units composed of oxypropylene groups, and having a number average molecular weight in the range of 1,000 to 6,000;
b) polyisocyanates,
c) a curing catalyst;
d) Water as a blowing agent: in the range of 10 to 40 parts by mass per 100 parts by mass of the sum of the polyether polyol (component a) and other polyol components in the system.
[2] In the general formula (1),
X's each independently represent the formula: -C 3 H 6 O(C 2 H 4 O) p (C 3 H 6 O) q -H
is one or more kinds of polyether groups represented by
The formula weight of the polyether group portion represented by X is in the range of 1500 to 2500, and
The ratio Z satisfies the condition (54/46)≦Z≦(80/20).
The foam enhancer according to [1].
[3] In the general formula (1), R is a methyl group, and m and n satisfy the conditions of 40≦m≦90 and 2≦n≦8.
The foam enhancer according to [1] or [2].
[4] In the water-blown polyurethane spray foam system,
b) the polyisocyanate is a component selected from MDI (diphenylmethane diisocyanate), polymeric MDI (polymethylene polyphenyl polyisocyanate), crude MDI, an isocyanate group-containing prepolymer, and a derivative thereof; and
The blowing agent of the system is d) water alone.
The foam enhancer according to any one of [1] to [3].
さらに、本発明は、以下のプレミックス液に関する。
[5]前記の成分a)~d)、およびe)[1]~[4]のいずれか1項に記載の泡増強剤を含む、ポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液。
[6]a´) 成分a)であるポリエーテルポリオール以外の、少なくとも1つ以上のポリオール成分 を更に含有する、[5]に記載のポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液。
[7]f) ノニオン性の界面活性剤を更に含有する、[6]に記載のポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液。
Furthermore, the present invention relates to the following premix liquid:
[5] A premix liquid for a polyurethane spray foam system comprising the components a) to d) and e) the foam enhancer according to any one of [1] to [4].
[6] The premix liquid for a polyurethane spray foam system according to [5], further comprising: a') at least one polyol component other than the polyether polyol component a).
[7] f) The premix liquid for a polyurethane spray foam system according to [6], further comprising a nonionic surfactant.
同様に、本発明は、以下のポリウレタン発泡体形成用組成物、軟質ポリウレタン発泡体およびその用途に関する。
[8]前記の成分a)~d)、およびe)[1]~[4]のいずれか1項に記載の泡増強剤を含み、任意で、前記の成分a´)および成分f)から選ばれる1種類以上をさらに含んでもよい、ポリウレタン発泡体形成用組成物。
[9]g)難燃剤をさらに含み、任意でh)その他の添加剤を含んでもよい、[8]に記載のポリウレタン発泡体形成用組成物。
[10][8]または[9]に記載のポリウレタン発泡体形成用組成物を硬化させてなる、軟質ポリウレタン発泡体。
[11]Low Emission/Low VOC特性を有する、[10]に記載の軟質ポリウレタン発泡体。
[12][10]または[11]に記載の軟質ポリウレタン発泡体を有する断熱材又は吸音材。
Similarly, the present invention relates to the following polyurethane foam-forming composition, flexible polyurethane foam, and uses thereof.
[8] A polyurethane foam-forming composition comprising the foam booster described in any one of items a) to d) and e) [1] to [4] above, and optionally further comprising one or more components selected from the group consisting of component a') and component f).
[9] The polyurethane foam-forming composition according to [8], further comprising g) a flame retardant, and optionally h) other additives.
[10] A flexible polyurethane foam obtained by curing the polyurethane foam-forming composition according to [8] or [9].
[11] The flexible polyurethane foam according to [10], which has low emission/low VOC properties.
[12] A heat insulating material or sound absorbing material comprising the flexible polyurethane foam according to [10] or [11].
さらに、本発明は、シリコーンポリエーテル共重合体の化学構造の選択によってウレタンフォームの疎水性が顕著に向上するという予期せぬ発見に基づき、特定のスプレーフォームシステムに限定されない、ポリウレタン発泡体の疎水性を顕著に改善する方法を提供するものである。すなわち、本発明は、
[13]一般式(1):
Xは、各々独立に式:-CkH2kO-(C2H4O)p(C3H6O)q(C4H8O)r-Yで示される1種類または2種類以上のポリエーテル基を表し、
Yは、100モル%がH基であるか、75モル%以上のH基と25モル%以下のC1~C4アルキル又はアセチル基から選ばれるその他の基からなり、
m、n、k、p、q 、r は以下の条件を満たす数である。
12≦(m+n)≦230、
10≦m、
2≦n、
n≦m、
3≦k≦4、
p、q、rは、Xで表されるポリエーテル基部分の式量が1400~4000の範囲内にあり、
{(C3H6O)qで表されるオキシプロピレン基部分および(C4H8O)rで表されるオキシブチレン基部分の式量の和}/{(C2H4O)pで表されるオキシエチレン基部分の式量の和)}である比の値Zが、
(51/49)≦Z≦(95/5)の条件を満たす数である。
ただし、式中のXにおいて、1≦pかつq=r=0である構造を有するポリエーテル基は除く。}
で表されるシリコーンポリエーテル共重合体を含有する泡増強剤を使用することを特徴とする、ポリウレタン発泡体の疎水性の改善方法
に関する。
Furthermore, the present invention is based on the unexpected discovery that the hydrophobicity of a polyurethane foam can be significantly improved by selecting the chemical structure of the silicone polyether copolymer, and provides a method for significantly improving the hydrophobicity of a polyurethane foam, which is not limited to a specific spray foam system.
[13] General formula (1):
X's each independently represent one or more polyether groups represented by the formula: -CkH2kO-(C2H4O ) p ( C3H6O ) q ( C4H8O ) r -Y;
Y is 100 mol % H group or 75 mol % or more H group and 25 mol % or less other group selected from C1-C4 alkyl or acetyl group;
m, n, k, p, q, and r are numbers that satisfy the following conditions:
12≦(m+n)≦230,
10≦m,
2≦n,
n≦m,
3≦k≦4,
p, q, and r each represent a formula weight of the polyether group portion represented by X in the range of 1,400 to 4,000;
The ratio Z, which is {the sum of the formula weights of the oxypropylene group portion represented by (C 3 H 6 O)q and the oxybutylene group portion represented by (C 4 H 8 O)r}/{the sum of the formula weights of the oxyethylene group portion represented by (C 2 H 4 O)p)}, is
This is a number that satisfies the condition (51/49)≦Z≦(95/5).
However, in the formula, a polyether group having a structure where p is 1 or less and q=r=0 is excluded.
The present invention relates to a method for improving the hydrophobicity of polyurethane foam, which is characterized by using a foam booster containing a silicone polyether copolymer represented by the following formula:
本発明によれば、水の添加部数が多く、軟質ウレタンフォーム用ポリオールを用いる建造物断熱用途等に適した現場発泡スプレーフォーム処方向けの、プレミックス系との相溶性に優れ、少量の使用で建造物断熱用途等に適した大容積の発泡体を形成でき、得られる発泡体が微細なセル構造を有し、かつ、得られる発泡体の疎水性を顕著に向上させることができる泡増強剤を提供することができる。また、当該泡増強剤を含有するポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミクス液、ポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物を提供する事ができる。 The present invention can provide a foam enhancer that has excellent compatibility with premix systems for on-site foaming spray foam formulations that use a large amount of water and a polyol for flexible polyurethane foam and are suitable for building insulation applications, and that can form large-volume foams suitable for building insulation applications with a small amount of use, and that can produce foams with fine cell structures and significantly improve the hydrophobicity of the resulting foams. It can also provide a premix liquid for polyurethane spray foam systems and a composition for forming polyurethane spray foams that contain the foam enhancer.
また、本発明により、前記ポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物から得られる疎水性の向上した軟質ポリウレタン発泡体およびその用途、特に、Low Emission/Low VOC特性を有する前記軟質ポリウレタン発泡体、これらからなる断熱材又は吸音材を提供する事ができる。 The present invention also provides a flexible polyurethane foam with improved hydrophobicity obtained from the polyurethane spray foam forming composition and its uses, in particular, the flexible polyurethane foam having low emission/low VOC properties, and a heat insulating material or sound absorbing material made of the same.
さらに、本発明により、水発泡ポリウレタンスプレーフォーム以外のウレタンフォーム製造において、フォームの疎水性向上のために前記泡増強剤を利用し、ポリウレタン発泡体の疎水性を顕著に改善する方法を提供することができる。 Furthermore, the present invention provides a method for significantly improving the hydrophobicity of polyurethane foam by utilizing the foam enhancer to improve the hydrophobicity of the foam in the production of polyurethane foam other than water-blown polyurethane spray foam.
なお、本発明の泡増強剤は、品質と環境適合性に優れていると共に、現在、水発泡スプレーフォーム向けに転用されている軟質スラブフォーム用整泡剤と比較して、低コストでの製造が可能である。従って、本発明により、整泡剤の製造業者は従来よりも低価格で大量に市場に供給する選択肢を持つことができ、一方でプレミクスやフォームシステムの製造業者はcost-in-useと特性に優れたポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミクス液、ポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物とを末端顧客や市場に提供することができ、両者ともに、社会及び産業の健全な発展への貢献と適正な利潤の追求とを両立できる自由度が高まる。 The foam enhancer of the present invention is excellent in quality and environmental compatibility, and can be manufactured at a lower cost than foam stabilizers for soft slab foams that are currently being repurposed for water-foamed spray foams. Therefore, the present invention allows foam stabilizer manufacturers to have the option of supplying large quantities to the market at lower prices than before, while premix and foam system manufacturers can provide end customers and the market with premix liquids for polyurethane spray foam systems and compositions for forming polyurethane spray foams that are excellent in cost-in-use and characteristics, and both parties have greater freedom to contribute to the healthy development of society and industry while pursuing fair profits.
[シリコーンポリエーテル共重合体、およびそれを含む泡増強剤]
まず、本発明にかかる泡増強剤の主要な成分である、シリコーンポリエーテル共重合体について詳細に説明する。前記の通り、本発明は、シリコーンポリエーテル共重合体の化学構造の選択によってウレタンフォームの疎水性が顕著に向上するという予期せぬ発見、および、当該シリコーンポリエーテル共重合体が、特定の構成を有する水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムにおける使用に、特に適していることを見出したことに基づくものであり、シリコーンポリエーテル共重合体の構造は、本発明の特徴的な構成の一つである。
[Silicone polyether copolymer and foam booster containing same]
First, the silicone polyether copolymer, which is the main component of the foam booster of the present invention, will be described in detail. As described above, the present invention is based on the unexpected discovery that the hydrophobicity of urethane foam is significantly improved by selecting the chemical structure of the silicone polyether copolymer, and the discovery that the silicone polyether copolymer is particularly suitable for use in a water-blown polyurethane spray foam system having a specific structure, and the structure of the silicone polyether copolymer is one of the characteristic structures of the present invention.
より具体的には、本発明にかかるシリコーンポリエーテル共重合体は、下記の一般式(1)で表される。
一般式(1):
General formula (1):
一般式(1)において、Xは、各々独立に式:-CkH2kO-(C2H4O)p(C3H6O)q(C4H8O)r-Yで示される1種類または2種類以上のポリエーテル基を表し、
Yは、100モル%がH基であるか、75モル%以上のH基と25モル%以下のC1~C4アルキル又はアセチル基から選ばれるその他の基からなり、
m、n、k、p、q 、r は以下の条件を満たす数である。
12≦(m+n)≦230、
10≦m、
2≦n、
n≦m、
3≦k≦4、
p、q、rは、Xで表されるポリエーテル基部分の式量が1400~4000の範囲内にあり、
{(C3H6O)qで表されるオキシプロピレン基部分および(C4H8O)rで表されるオキシブチレン基部分の式量の和}/{(C2H4O)pで表されるオキシエチレン基部分の式量の和)}である比の値Zが、
(51/49)≦Z≦(95/5)の条件を満たす数である。
ただし、式中のXにおいて、1≦pかつq=r=0である構造を有するポリエーテル基は含まない。すなわち、式中のXで表されるポリエーテル基部分は、2以上の異なる平均化学構造のポリエーテル鎖の混合体であってよいが、ポリオキシアルキレン部がポリオキシエチレン基のみから構成される基は含まない。後述する通り、本発明におけるポリエーテル部分のオキシエチレン単位由来の部分の割合が高いと、本発明の技術的効果を発揮できないためである。
In general formula (1), each X independently represents one or more polyether groups represented by the formula: -CkH2kO- ( C2H4O ) p ( C3H6O ) q ( C4H8O ) r -Y;
Y is 100 mol % H group or is composed of 75 mol % or more H group and 25 mol % or less other group selected from C1-C4 alkyl or acetyl group;
m, n, k, p, q, and r are numbers that satisfy the following conditions:
12≦(m+n)≦230,
10≦m,
2≦n,
n≦m,
3≦k≦4,
p, q, and r each represent a formula weight of the polyether group portion represented by X in the range of 1,400 to 4,000;
The ratio Z, which is {the sum of the formula weights of the oxypropylene group portion represented by (C 3 H 6 O)q and the oxybutylene group portion represented by (C 4 H 8 O)r}/{the sum of the formula weights of the oxyethylene group portion represented by (C 2 H 4 O)p)}, is
This is a number that satisfies the condition (51/49)≦Z≦(95/5).
However, in the formula, X does not include a polyether group having a structure where 1≦p and q=r=0. In other words, the polyether group portion represented by X in the formula may be a mixture of polyether chains having two or more different average chemical structures, but does not include a group in which the polyoxyalkylene portion is composed only of polyoxyethylene groups. This is because, as will be described later, if the proportion of the portion derived from the oxyethylene unit in the polyether portion in the present invention is high, the technical effect of the present invention cannot be achieved.
なお、式量とは化学式や組成式に基づいて原子量と原子数の積の総和を求めた値であるが、ここでは、シリコーンポリエーテル共重合体の反応原料である不飽和基含有ポリエーテル化合物の平均化学構造(主に13Cおよび1Hを核種とする核磁気共鳴分析により同定される構造)に基づいて計算される、Xで表されるポリエーテル基部分、オキシプロピレン基部分、およびオキシエチレン基部分の式量およびそれらの和である。 The formula weight is the sum of the products of atomic weights and the number of atoms based on a chemical formula or composition formula, but here it refers to the formula weights of the polyether group portion, oxypropylene group portion, and oxyethylene group portion represented by X, and their sum, calculated based on the average chemical structure (the structure identified by nuclear magnetic resonance analysis using mainly 13C and 1H as nuclei) of the unsaturated group-containing polyether compound that is the reaction raw material for the silicone polyether copolymer.
上記の一般式(1)において、Rは好適には、各々独立に炭素原子数1~10のアルキル基、アリール基、アラルキル基から選択され、メチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、i-ブチル、n-ペンチル、i-ペンチル、2-メチルブチル、n-ヘキシル、n-オクチル等の直鎖状又は分岐状のアルキル基;フェニル基;フェネチル基或いはフェニルイソプロピル基などが例示される。工業的に特に好適には、Rはメチル基である。 In the above general formula (1), R is preferably independently selected from an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group, and an aralkyl group, and examples thereof include linear or branched alkyl groups such as methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, i-butyl, n-pentyl, i-pentyl, 2-methylbutyl, n-hexyl, and n-octyl; a phenyl group; a phenethyl group, and a phenylisopropyl group. From an industrial perspective, R is particularly preferably a methyl group.
一般式(1)において、Xはケイ素原子に結合したポリオキシアルキレン構造を有するポリエーテル基であり、式:
-CkH2kO-(C2H4O)p(C3H6O)q(C4H8O)r-Y
で定義される。ここで、kはケイ素原子に結合するアルキレン基の炭素原子数であり、工業的実用性の面から3≦k≦4であり、k=3がより好ましい。
In the general formula (1), X is a polyether group having a polyoxyalkylene structure bonded to a silicon atom, and is represented by the formula:
-CkH2kO- ( C2H4O ) p ( C3H6O ) q ( C4H8O ) r -Y
Here, k is the number of carbon atoms in the alkylene group bonded to the silicon atom, and from the viewpoint of industrial practicality, 3≦k≦4, with k=3 being more preferred.
Yはポリオキシアルキレン構造の末端基であり、100モル%がH基(水素原子)であるか、75モル%以上のH基と25モル%以下のC1~C4アルキル又はアセチル基から選ばれるその他の基からなる。好適には、Yは100モル%が水素原子である。 Y is a terminal group of a polyoxyalkylene structure, and is either 100 mol% H groups (hydrogen atoms) or 75 mol% or more H groups and 25 mol% or less other groups selected from C1-C4 alkyl or acetyl groups. Preferably, Y is 100 mol% hydrogen atoms.
前記のXで表されるポリエーテル基部分において、p、q、rは、ポリオキシアルキレン構造を構成するオキシエチレン単位、オキシプロピレン単位、およびオキシブチレン単位の平均の個数であり、前記X基の式量が1400~4000の範囲内にあり、且つ{(C3H6O)qで表されるオキシプロピレン基部分および(C4H8O)rで表されるオキシブチレン基部分の式量の和}/{(C2H4O)pで表されるオキシエチレン基部分の式量の和)}である比の値Zが、
(51/49)≦Z≦(95/5)の条件を満たす数である。
In the polyether group portion represented by X, p, q, and r are the average numbers of oxyethylene units, oxypropylene units, and oxybutylene units constituting the polyoxyalkylene structure, the formula weight of the X group is within the range of 1,400 to 4,000, and the ratio Z of {the sum of the formula weights of the oxypropylene group portion represented by (C 3 H 6 O)q and the oxybutylene group portion represented by (C 4 H 8 O)r}/{the sum of the formula weights of the oxyethylene group portion represented by (C 2 H 4 O)p)} is
This is a number that satisfies the condition (51/49)≦Z≦(95/5).
ここで、比の値Zが(95/5)を超える値の場合、(C3H6O)qで表されるオキシプロピレン基部分および(C4H8O)rで表されるオキシブチレン基部分に由来する疎水性が過剰となり、シリコーンポリエーテル共重合体によりポリエーテルポリオールと多量の水とを親和させることが困難となり、プレミクス液の安定性不良やフォーム不良を生じやすい傾向にある。逆に、比の値Zが(51/49)未満、すなわち、オキシエチレン単位数が、オキシプロピレン単位およびオキシブチレン単位の和に対して等しいか、より高い比率となる場合、建造物断熱用の現場発泡スプレーフォーム処方で利用される軟質ウレタンフォーム用ポリオールとの相溶性が不十分となり、安定なプレミクス液を得ることが困難となり易く、望ましい整泡効果も得られない結果となり、本発明の技術的効果が達成できなくなる場合がある。なお、Xで表されるポリエーテル基部分は、2以上の異なる平均化学構造のポリエーテル鎖の混合体であってよいが、末端に水酸基を有し且つオキシエチレン部のみから構成されるポリエーテル基を含有することは無い。このような高極性の親水基は前記ポリオールとの相溶性が更に悪いため、不適である。 Here, when the ratio value Z is more than (95/5), the hydrophobicity derived from the oxypropylene group portion represented by (C 3 H 6 O) q and the oxybutylene group portion represented by (C 4 H 8 O) r becomes excessive, and it becomes difficult for the silicone polyether copolymer to make the polyether polyol compatible with a large amount of water, and the premix liquid tends to be unstable and foamed. Conversely, when the ratio value Z is less than (51/49), that is, the number of oxyethylene units is equal to or higher than the sum of the oxypropylene unit and the oxybutylene unit, the compatibility with the polyol for flexible urethane foam used in the on-site foaming spray foam formulation for building insulation becomes insufficient, making it difficult to obtain a stable premix liquid, and the desired foaming effect cannot be obtained, and the technical effect of the present invention may not be achieved. The polyether group portion represented by X may be a mixture of two or more polyether chains with different average chemical structures, but does not contain a polyether group having a hydroxyl group at the end and consisting of only an oxyethylene portion. Such highly polar hydrophilic groups are unsuitable because they have poorer compatibility with the polyol.
より好適には、X基はオキシブチレン単位を含まず、式:
-C3H6O(C2H4O)p(C3H6O)q-H
で表され、X基の式量が1500~2500の範囲内にあり、前記の比Zが(54/46)≦Z≦(80/20)の条件を満たすものである。
More preferably, the X group does not contain an oxybutylene unit and has the formula:
-C3H6O ( C2H4O ) p ( C3H6O ) q - H
The formula weight of the X group is within the range of 1500 to 2500, and the ratio Z satisfies the condition (54/46)≦Z≦(80/20).
なお、ポリエーテル基Xに含まれるオキシエチレン単位、オキシプロピレン単位、およびオキシブチレン単位は、ブロック型の共重合体構造をとっても良いしランダム型の共重合体構造をとっても良いが、ランダム型の構造がより好適である。 The oxyethylene units, oxypropylene units, and oxybutylene units contained in the polyether group X may have a block type copolymer structure or a random type copolymer structure, but a random type structure is more preferable.
なお、ケイ素原子に結合するアルキレン基であって炭素原子数3~4のもの、オキシプロピレン単位またはオキシブチレン単位を構成するアルキレン部分については、直鎖アルキレン基であっても、イソプロピレン基またはイソブチレン基のような、分岐したイソアルキレン基であってもよい。 In addition, the alkylene group bonded to the silicon atom that has 3 to 4 carbon atoms, and the alkylene portion that constitutes the oxypropylene unit or oxybutylene unit, may be a straight-chain alkylene group or a branched isoalkylene group such as an isopropylene group or an isobutylene group.
上記の一般式(1)において、m,nは、側鎖(Rake)型シリコーンポリエーテル共重合体の各シロキサン単位の重合度であり、12≦(m+n)≦230、10≦m、2≦n、n≦mの範囲の数である。特に、40≦m≦90,2≦n≦8の範囲の数であることが好ましい。 In the above general formula (1), m and n are the degrees of polymerization of each siloxane unit of the side chain (Rake) type silicone polyether copolymer, and are numbers in the ranges of 12≦(m+n)≦230, 10≦m, 2≦n, and n≦m. In particular, numbers in the ranges of 40≦m≦90 and 2≦n≦8 are preferred.
本発明に係るシリコーンポリエーテル共重合体は、上記の構造(特に、好適な構造)の選択により、
i)軟質ウレタンフォーム用ポリオールとの相溶性に優れ、安定したプレミックス溶液を形成できる
ii)発泡性に優れ、建造物の製造現場において、少量の使用であっても大容積の発泡体(=フォーム体積)を形成できるため、建造物用途等におけるコスト面、作業効率に優れる
iii)得られる発泡体が微細なセル構造を有し、断熱材/吸音材等の用途に適合している
iv)従来の泡増強剤に比して、ポリウレタン発泡体(特に、軟質ポリウレタンフォーム)の疎水性を顕著に改善可能である
という、従来技術にはない主要な利点を兼ね備え、かつ、近年、特に建造物用途における重要度が高い、Low Emission/Low VOCの要求を充足できるものである。
By selecting the above structures (particularly the preferred structures), the silicone polyether copolymer according to the present invention has the following properties:
i) Excellent compatibility with polyols for flexible urethane foams, enabling the formation of a stable premix solution
ii) It has excellent foaming properties, and even a small amount can be used to form a large volume of foam (foam volume) at the construction site, making it cost-effective and efficient to use in construction applications.
iii) The resulting foam has a fine cell structure and is suitable for use as a heat insulating material, sound absorbing material, etc.
iv) Compared with conventional foam enhancers, it has a major advantage not available in the prior art of being able to significantly improve the hydrophobicity of polyurethane foams (particularly flexible polyurethane foams), and is also able to satisfy the requirement of low emission/low VOC, which has become increasingly important in recent years, particularly in construction applications.
具体的には、上記の好適なシリコーンポリエーテル共重合体にあっては、ポリエーテル部全体の式量に対して、オキシプロピレン単位或いはオキシブチレン単位由来の親油部分の割合が高いため、建造物断熱用の現場発泡スプレーフォーム処方で利用される軟質ウレタンフォーム用ポリオールとの相溶性に優れる。従って、プレミックス液の安定性向上による利便性拡大、大きなフォーム体積や微細セル構造の付与などの望ましい整泡効果を得る上で有利となる。 Specifically, in the above-mentioned preferred silicone polyether copolymer, the ratio of the lipophilic portion derived from the oxypropylene unit or oxybutylene unit to the formula weight of the entire polyether portion is high, so that it has excellent compatibility with polyols for flexible polyurethane foams used in on-site foaming spray foam formulations for building insulation. This is therefore advantageous in obtaining desirable foam stabilization effects such as increased convenience due to improved stability of the premix liquid, and imparting a large foam volume and fine cell structure.
また、上記の好適なシリコーンポリエーテル共重合体は、ポリエーテル部全体の式量に対して、オキシエチレン単位由来の部分の割合が低いことから、低温下でも固化を起こすことがなく、粘度もあまり高くなり過ぎず、製造後のハンドリング性も改善される。更に、上記の好適なシリコーンポリエーテル共重合体を前記スプレーフォームの整泡剤として使用すると、泡増強効果に加えて得られたウレタンフォームの疎水性を顕著に向上することができる。 In addition, since the preferred silicone polyether copolymer has a low ratio of oxyethylene unit-derived portions relative to the formula weight of the entire polyether portion, it does not solidify even at low temperatures, does not become too viscous, and improves handling after production. Furthermore, when the preferred silicone polyether copolymer is used as a foam stabilizer for the spray foam, it can significantly improve the hydrophobicity of the resulting urethane foam in addition to providing a foam-enhancing effect.
[シリコーンポリエーテル共重合体の合成]
このようなシリコーンポリエーテル共重合体は、分子鎖の片末端にアルケニル基を有するポリエーテル化合物とオルガノハイドロジェンポリシロキサンを任意の溶媒の存在下または不存在下でヒドロシリル化反応させる公知の方法により合成することができる。
[Synthesis of Silicone Polyether Copolymer]
Such silicone polyether copolymers can be synthesized by a known method in which a polyether compound having an alkenyl group at one end of the molecular chain is subjected to a hydrosilylation reaction with an organohydrogenpolysiloxane in the presence or absence of any solvent.
好適には、本発明にかかるシリコーンポリエーテル共重合体は、下記一般式(1H):
下記一般式(2):
CkH2k-1O-(C2H4O)p(C3H6O)q(C4H8O)r-Y
{式中、k、p、q及びrは前記と同様の数であり、Yは前記と同様の定義であり、CkH2k-1は炭素-炭素二重結合を有する直鎖または分岐鎖状のアルケニル基である}で示される分子鎖の片末端にアルケニル基を有するポリエーテル化合物とのヒドロシリル化反応により得られた、シリコーンポリエーテル共重合体である。
Preferably, the silicone polyether copolymer according to the present invention has the following general formula (1H):
The following general formula (2):
C k H 2 k-1 O-(C 2 H 4 O) p (C 3 H 6 O) q (C 4 H 8 O) r -Y
{wherein k, p, q and r are the same numbers as defined above, Y is defined as above, and C k H 2k-1 is a straight-chain or branched-chain alkenyl group having a carbon-carbon double bond}, and is obtained by a hydrosilylation reaction with a polyether compound having an alkenyl group at one end of the molecular chain.
この際、一般式(2)で表されるポリエーテル化合物に含まれるオキシエチレン単位、オキシプロピレン単位、およびオキシブチレン単位は、ブロック型の共重合体構造をとっても良いしランダム型の共重合体構造をとっても良いが、ランダム型の構造が好適である。また、2種類以上の異なる前記ポリエーテル化合物を、前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンと反応させることにより、本発明にかかるシリコーンポリエーテル共重合体を得ることもできるが、1≦p且つq=r=0の構造体:すなわちポリオキシアルキレン部がポリオキシエチレン部のみから構成されるポリエーテル化合物は含まない。この理由としては、末端に水酸基を有し且つオキシエチレン部のみから構成されるポリエーテル基は極性が強過ぎるため、建造物断熱用の現場発泡スプレーフォーム処方で利用される軟質ウレタンフォーム用ポリオールとの相溶性を阻害する結果、安定なプレミクス液を得ることが困難となり易く、望ましい整泡効果も損なわれるためである。 In this case, the oxyethylene unit, oxypropylene unit, and oxybutylene unit contained in the polyether compound represented by the general formula (2) may have a block type copolymer structure or a random type copolymer structure, but a random type structure is preferable. In addition, the silicone polyether copolymer according to the present invention can be obtained by reacting two or more different types of the polyether compounds with the organohydrogenpolysiloxane, but does not include a structure where 1≦p and q=r=0: that is, a polyether compound in which the polyoxyalkylene part is composed only of polyoxyethylene parts. The reason for this is that the polyether group having a hydroxyl group at the end and composed only of oxyethylene parts has too strong polarity, which inhibits compatibility with the polyol for soft urethane foam used in the formulation of on-site foaming spray foam for building insulation, making it difficult to obtain a stable premix liquid and impairing the desired foam-stabilizing effect.
上記のヒドロシリル化反応を行う際に、[前記ポリエーテル化合物中の炭素-炭素二重結合の物質量/前記オルガノハイドロジェンポリシロキサン中の珪素結合水素原子の物質量]の比は1.0~2.0となる範囲が例示できる。すなわち、本発明に係るシリコーンポリエーテル共重合体を合成する場合には、ポリエーテル化合物を過剰量使用することが好ましい。より具体的には、上記の比が、1.05~1.75となる範囲が好ましく、1.20~1.60となる範囲がより好ましい。この理由は、前記ポリエーテル化合物の末端アルケニル基は、一般にヒドロシリル化反応中に一部が内部転移を起こし反応に関与しなくなるため、珪素結合水素原子を完全に消費するには、アルケニル基のモル比を過剰としておく必要があるためである。従って、かかるシリコーンポリエーテル共重合体は、一般に、生成物であるシリコーンポリエーテル共重合体と未反応のポリエーテル化合物との混合物として得られ、本発明に係る一般式(1)で表されるシリコーンポリエーテル共重合体を含有する疎水性向上効果を有する泡増強剤を構成する。 When carrying out the above hydrosilylation reaction, the ratio of [the amount of carbon-carbon double bonds in the polyether compound/the amount of silicon-bonded hydrogen atoms in the organohydrogenpolysiloxane] can be exemplified as being in the range of 1.0 to 2.0. That is, when synthesizing the silicone polyether copolymer according to the present invention, it is preferable to use an excess amount of polyether compound. More specifically, the above ratio is preferably in the range of 1.05 to 1.75, and more preferably in the range of 1.20 to 1.60. The reason for this is that the terminal alkenyl groups of the polyether compound generally undergo internal rearrangement during the hydrosilylation reaction and are no longer involved in the reaction, so that in order to completely consume the silicon-bonded hydrogen atoms, it is necessary to make the molar ratio of the alkenyl groups in excess. Therefore, such a silicone polyether copolymer is generally obtained as a mixture of the silicone polyether copolymer product and unreacted polyether compound, and constitutes a foam enhancer having a hydrophobicity improving effect, which contains the silicone polyether copolymer represented by the general formula (1) according to the present invention.
なお、これらの成分は互いに相溶性に優れるため、前記シリコーンポリエーテル共重合体を含有する疎水性向上効果を有する泡増強剤は、通常、透明乃至ほぼ透明な均一液体として得られる。なお、一般式(2)で表されるポリエーテル化合物は、工業的にはアリルアルコールやアリルグリコール等の不飽和アルコールを出発物質とし、アルカリ触媒存在下にエチレンオキシドとプロピレンオキシド等を付加重合することにより製造されるのが通常であるが、反応系からの水分除去のレベルに応じ、不純物としての両末端ジオール体を含む場合がある。従って、このような両末端ジオール体:例えばPEG/PPG共重合体が、本発明に係る泡増強剤に更に含有されていてもよい。 Since these components have excellent compatibility with each other, the foam enhancer having a hydrophobicity improving effect containing the silicone polyether copolymer is usually obtained as a transparent or almost transparent homogeneous liquid. In industrial use, the polyether compound represented by the general formula (2) is usually produced by adding ethylene oxide and propylene oxide in the presence of an alkali catalyst to an unsaturated alcohol such as allyl alcohol or allyl glycol as a starting material, but depending on the level of water removal from the reaction system, it may contain diols at both ends as impurities. Therefore, such diols at both ends, such as a PEG/PPG copolymer, may be further contained in the foam enhancer according to the present invention.
上記のヒドロシリル化反応を行う際に、前記ポリエーテル化合物或いは前記オルガノハイドロジェンポリシロキサンに元々含まれる微量不純物や経時劣化による副生成物、反応装置内の微量汚染物などの影響により、反応の進行が遅くなる場合があり得る。このような場合、触媒の追加、反応温度を通常よりも若干高くする、反応時間を延長する、あるいは原料間の相溶性を向上させる目的で反応溶媒を追加するなどの適切な措置を講じ、反応系の残存Si-H基が検出限界以下となるまで工程を管理することが望ましい。Si-H基の残存は、前記泡増強剤をプレミクス系に配合した際、可燃性水素ガスの発生をもたらす恐れがあること、またある量を超えるSi-H基の残存は、一般にウレタンフォーム用整泡剤として使用されるシリコーンポリエーテル共重合体の整泡性能を劣化させることが知られていることから、Si-H基の残存量は、前記泡増強剤の概ね30wt.ppm以下であることが好ましく、10wt.ppm以下であることが更に好ましく、2.5wt.ppm以下であることが特に好ましい。なお、こうした微量Si-H基を一部に含有するシリコーンポリエーテル共重合体は、文面上は前記一般式(1)によっては表現されていないが、工業上は実質的に同種のものとして、本発明に包含される。 During the hydrosilylation reaction, the progress of the reaction may be slowed down due to the influence of trace impurities originally contained in the polyether compound or the organohydrogenpolysiloxane, by-products due to deterioration over time, trace contaminants in the reaction apparatus, etc. In such cases, it is desirable to take appropriate measures such as adding a catalyst, raising the reaction temperature slightly higher than usual, extending the reaction time, or adding a reaction solvent to improve the compatibility between the raw materials, and to manage the process until the remaining Si-H groups in the reaction system are below the detection limit. It is known that the remaining Si-H groups may cause the generation of flammable hydrogen gas when the foam enhancer is mixed into a premix system, and that the remaining Si-H groups exceeding a certain amount deteriorate the foam stabilizing performance of silicone polyether copolymers generally used as foam stabilizers for urethane foams. Therefore, the remaining amount of Si-H groups is preferably about 30 wt. ppm or less of the foam enhancer, more preferably 10 wt. ppm or less, and particularly preferably 2.5 wt. ppm or less. Although silicone polyether copolymers that partially contain such trace amounts of Si-H groups are not literally represented by the above general formula (1), they are industrially essentially the same type and are included in the present invention.
ここで、反応溶媒は必要ない場合も多いが、一般的な有機溶媒を使用する場合、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶剤やイソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤;シクロヘキサン、n-ヘプタン、メチルシクロヘキサンなどの脂肪族飽和炭化水素系溶剤から選択することが、工業生産上は好ましい。一般に、これら高揮発性反応溶媒は、ヒドロシリル化反応が終了するなどその役目を終え次第、ストリピング処理によって生成系から除去する必要がある。この中で、トルエンとキシレンは所謂BTX溶媒に属し、かねてより整泡剤として利用されるシリコーンポリエーテル共重合体の製造に広く使用されてきたが、当該BTX溶媒を不含とすることが特に生産機スケールにおいては困難であるため、厳しいBTX管理を要求される現在のポリウレタン産業界のニーズに応えることはできない。そのため、必要な場合にはイソプロピルアルコール又は平均炭素原子数が6~11の範囲にある飽和炭化水素溶媒の中から、コストや安全性、生産時の利便性等を考慮し、適当なものを選択して使用することが望ましい。 Here, a reaction solvent is often not necessary, but when using a general organic solvent, it is preferable for industrial production to select from aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene, alcohol solvents such as isopropyl alcohol, and aliphatic saturated hydrocarbon solvents such as cyclohexane, n-heptane, and methylcyclohexane. In general, these highly volatile reaction solvents must be removed from the product system by stripping as soon as they have completed their role, such as when the hydrosilylation reaction is completed. Among these, toluene and xylene belong to the so-called BTX solvents and have been widely used in the production of silicone polyether copolymers used as foam stabilizers for some time. However, it is difficult to eliminate the BTX solvents, especially on a production scale, and therefore they cannot meet the needs of the current polyurethane industry, which requires strict BTX management. Therefore, when necessary, it is desirable to select and use an appropriate one from isopropyl alcohol or a saturated hydrocarbon solvent having an average carbon atom number in the range of 6 to 11, taking into consideration costs, safety, convenience during production, etc.
このような平均炭素原子数が6~11の範囲にある飽和炭化水素溶媒の具体例としては、メチルシクロヘキサン、n-ヘプタン、ヘプタン混合物、ヘプタン(商業用グレード)、イソオクタン、2,2,4-トリメチルペンタン、オクタン混合物、エチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、n-ヘキサン、イソヘキサン、ヘキサン混合物、シクロヘキサン、2-メチルペンタン、2-メチルヘプタン、3-メチルヘプタン、Isopar E(C7-C9飽和炭化水素混合物)、Isopar C(C7-C8飽和炭化水素混合物)、IP solvent 1016(C6-C9飽和炭化水素混合物),Isopar G(C10-C11飽和炭化水素混合物)などが挙げられる。この中では、メチルシクロヘキサン、n-ヘプタン、ヘプタン混合物、ヘプタン(商業用グレード)に代表されるC7飽和炭化水素が好ましい。 Specific examples of saturated hydrocarbon solvents having an average carbon atom number in the range of 6 to 11 include methylcyclohexane, n-heptane, heptane mixture, heptane (commercial grade), isooctane, 2,2,4-trimethylpentane, octane mixture, ethylcyclohexane, dimethylcyclohexane, n-hexane, isohexane, hexane mixture, cyclohexane, 2-methylpentane, 2-methylheptane, 3-methylheptane, Isopar E (C7-C9 saturated hydrocarbon mixture), Isopar C (C7-C8 saturated hydrocarbon mixture), IP solvent 1016 (C6-C9 saturated hydrocarbon mixture), Isopar G (C10-C11 saturated hydrocarbon mixture), etc. Among these, C7 saturated hydrocarbons represented by methylcyclohexane, n-heptane, heptane mixture, and heptane (commercial grade) are preferred.
本発明にかかる泡増強剤は、さらに、任意で希釈剤h´)25℃で液状のポリアルキレングリコールまたはその誘導体を含んでもよい。かかる成分h´)を用いることで、整泡剤または界面活性剤としての機能に悪影響を及ぼすことなく、本発明の泡増強剤の粘度等を調整し、使用時の利便性、取扱作業性(ハンドリング)を改善できる場合がある。また、成分h´)は、ポリウレタン発泡体形成組成物における水酸基価の調整、すなわちポリウレタン発泡体の架橋密度や強度など各種物性コントロールの目的で、前記泡増強剤に追加して使用できる場合がある。 The foam enhancer of the present invention may further contain an optional diluent h') polyalkylene glycol or a derivative thereof that is liquid at 25°C. By using such component h'), it may be possible to adjust the viscosity of the foam enhancer of the present invention and improve the convenience and ease of handling during use without adversely affecting its function as a foam stabilizer or surfactant. Furthermore, component h') may be used in addition to the foam enhancer for the purpose of adjusting the hydroxyl value in the polyurethane foam-forming composition, i.e., for the purpose of controlling various physical properties such as the crosslink density and strength of the polyurethane foam.
ヒドロシリル化反応用の触媒は、ヒドロシリル化反応を促進することができる限り特定のものに限定されない。ヒドロシリル化反応触媒として、これまでに多くの金属及び化合物が知られており、それらの中から適宜選択して本発明にかかる成分e)の製造に用いることができる。ヒドロシリル化反応触媒の例として、具体的には、シリカ微粉末又は炭素粉末担体上に吸着させた微粒子状白金、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、スパイヤー触媒、塩化白金酸のオレフィン錯体、塩化白金酸とビニルシロキサンの配位化合物、カールシュタット触媒、白金黒、パラジウム、及びロジウム触媒を挙げることができる。これらの触媒は、定法に従ってトルエン、キシレン、触媒の配位子化合物、アルコール類、他の適当な極性溶媒、反応用原料であるポリエーテルや希釈剤等に溶解或は分散させて反応系に投入することができる。 The catalyst for the hydrosilylation reaction is not limited to a specific one as long as it can promote the hydrosilylation reaction. Many metals and compounds have been known as hydrosilylation reaction catalysts, and an appropriate one can be selected from them and used in the production of component e) of the present invention. Specific examples of hydrosilylation reaction catalysts include finely divided platinum adsorbed on a silica fine powder or carbon powder carrier, chloroplatinic acid, alcohol-modified chloroplatinic acid, Speyer's catalyst, olefin complex of chloroplatinic acid, coordination compound of chloroplatinic acid and vinylsiloxane, Karstadt catalyst, platinum black, palladium, and rhodium catalyst. These catalysts can be dissolved or dispersed in toluene, xylene, ligand compounds of the catalyst, alcohols, other suitable polar solvents, polyethers or diluents as reaction raw materials, according to a standard method, and then added to the reaction system.
ヒドロシリル化反応用触媒の使用量は、有効量であり、本発明にかかる泡増強剤の主成分であるシリコーンポリエーテル共重合体の合成反応を促進する量であれば特に限定されない。具体的には、前記一般式(1H)で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンと前記一般式(2)で表される、分子鎖の片方の末端にアルケニル基を有するポリエーテル化合物の和(全体を100質量%とする)に対して、この触媒中の金属原子が質量単位で0.5~100ppm、好適には白金金属原子が、3~30ppmの範囲内となる量である。ヒドロシリル化反応用触媒の含有量が上記範囲の下限未満であると、付加反応が不十分となる場合があり、上記範囲の上限を超えると、不経済であり、かつ、得られる本発明組成物の着色等、透明性に悪影響を及ぼす場合がある。 The amount of the hydrosilylation catalyst used is not particularly limited as long as it is an effective amount and promotes the synthesis reaction of the silicone polyether copolymer, which is the main component of the foam booster of the present invention. Specifically, the amount of metal atoms in the catalyst is 0.5 to 100 ppm by mass, preferably 3 to 30 ppm by mass of platinum metal atoms, relative to the sum of the organohydrogenpolysiloxane represented by the general formula (1H) and the polyether compound having an alkenyl group at one end of the molecular chain represented by the general formula (2) (total being 100 mass%). If the content of the hydrosilylation catalyst is less than the lower limit of the above range, the addition reaction may be insufficient, and if it exceeds the upper limit of the above range, it is uneconomical and may have an adverse effect on the transparency, such as coloring, of the obtained composition of the present invention.
ヒドロシリル化反応の条件は、原料の種類や及び溶媒の有無に応じ、任意に選択することができる。例えば、トコフェロール(ビタミンE)等の抗酸化剤を少量添加し、窒素等の不活性ガス雰囲気下で室温~120℃、好適には50~100℃で一定時間加熱攪拌することにより反応を完結できる。なお、抗酸化剤はヒドロシリル化の終了後に添加しても良い。反応時間は、反応スケール、触媒の使用量および反応温度に応じて選択可能であり、数分~数時間の範囲であることが一般的である。また、反応は、品質改善や生産性の向上等を目的として減圧下で行ってもよいし、バッチプロセスだけでなく公知の半連続乃至は連続生産プロセスも適用可能である。 The conditions for the hydrosilylation reaction can be selected arbitrarily depending on the type of raw material and the presence or absence of a solvent. For example, the reaction can be completed by adding a small amount of an antioxidant such as tocopherol (vitamin E) and heating and stirring for a certain period of time under an inert gas atmosphere such as nitrogen at room temperature to 120°C, preferably 50 to 100°C. The antioxidant may be added after completion of hydrosilylation. The reaction time can be selected depending on the reaction scale, the amount of catalyst used, and the reaction temperature, and is generally in the range of several minutes to several hours. The reaction may be performed under reduced pressure for the purpose of improving quality and productivity, and not only a batch process but also a known semi-continuous or continuous production process can be applied.
なお、ヒドロシリル化反応の終点は、赤外線分光法(IR)によるSi-H結合吸収の消失あるいは以下のアルカリ分解ガス発生法により、水素ガス発生がなくなったことで確認することができる。なお反応原料であるオルガノハイドロジェンポリシロキサン中のケイ素原子結合水素原子(Si-H)を、同方法により分析することで、水素ガス発生量を特定することもできる。 The end point of the hydrosilylation reaction can be confirmed by the disappearance of Si-H bond absorption by infrared spectroscopy (IR) or by the disappearance of hydrogen gas generation using the alkaline decomposition gas generation method described below. The amount of hydrogen gas generated can also be determined by analyzing the silicon-bonded hydrogen atoms (Si-H) in the organohydrogenpolysiloxane, the reaction raw material, using the same method.
なお、アルカリ分解ガス発生法とは、試料をトルエン又はIPAに溶解した溶液と、28.5質量%苛性カリのエタノール/水混合溶液を室温で反応させ、発生する水素ガスを捕集管に集めてその体積を測定する方法である。 The alkaline decomposition gas generation method involves reacting a solution of a sample dissolved in toluene or IPA with a mixed solution of 28.5% caustic potassium in ethanol/water at room temperature, collecting the hydrogen gas generated in a collection tube and measuring its volume.
また、本発明にかかる泡増強剤の主成分であるシリコーンポリエーテル共重合体は、末端水酸基を有するポリエーテル基により変性された構造であるため、ヒドロシリル化反応中の副反応:脱水素反応とアセタール形成の抑制が重要である。触媒として塩化白金酸又はその溶液を使用する場合には、主反応の開始前に酢酸カリウム、プロピオン酸カリウム、酢酸ナトリウム等のカルボン酸アルカリ金属塩に代表される緩衝剤を適量、反応系に添加しておくとよい。これらは、固体(粉末)のまま反応系に添加すること、メタノール等の極性溶媒に溶解又は分散させてから反応系に添加すること、予め一般式(2)で表される分子鎖の片方の末端にアルケニル基を有するポリエーテル化合物中に溶解又は分散させておくこと等により効果を発揮させること、何れもが可能である。一般に、これらの副反応が生ずると反応系が増粘し、ひどい場合にはゲル化に至る場合もある。このような事態を軽減する上で、反応溶媒の使用が有効である。緩衝剤の添加タイミングは、ヒドロシリル化反応(主反応)の開始前が望ましいが、主反応終了後の添加であっても、後工程のストリピング中や製造後のアセタール形成反応の抑制に対し、ある程度の効果がある。但し、緩衝剤の添加量が多すぎると主反応の進行が遅くなる、或いはストリピング工程中でシリコーン主鎖切断に始まる別の副反応を誘発し易くなるため、注意が必要である。緩衝剤の最適な添加量は、系内の酸の量を丁度中和できる量か、それよりも若干過剰量である。 In addition, since the silicone polyether copolymer, which is the main component of the foam booster according to the present invention, has a structure modified by a polyether group having a terminal hydroxyl group, it is important to suppress the side reactions during the hydrosilylation reaction: dehydrogenation reaction and acetal formation. When using chloroplatinic acid or a solution thereof as a catalyst, it is advisable to add an appropriate amount of a buffer agent, such as an alkali metal salt of a carboxylate such as potassium acetate, potassium propionate, or sodium acetate, to the reaction system before starting the main reaction. These can be added to the reaction system as a solid (powder), dissolved or dispersed in a polar solvent such as methanol and then added to the reaction system, or dissolved or dispersed in a polyether compound having an alkenyl group at one end of the molecular chain represented by general formula (2) in advance, to exert their effects. In general, when these side reactions occur, the reaction system thickens, and in severe cases, it may even gel. The use of a reaction solvent is effective in alleviating such a situation. The buffer is preferably added before the start of the hydrosilylation reaction (main reaction), but even if it is added after the main reaction is complete, it is effective to some extent in suppressing the acetal formation reaction during the subsequent stripping process or after production. However, care must be taken when adding too much buffer, as this can slow down the progress of the main reaction or easily induce another side reaction, starting with scission of the silicone main chain, during the stripping process. The optimal amount of buffer to add is the amount that is just enough to neutralize the amount of acid in the system, or a slightly larger amount.
本発明にかかる泡増強剤は、空気中の酸素により徐々に酸化され、変質する場合がある。これを防止するためフェノール類、ヒドロキノン類、ベンゾキノン類、芳香族アミン類、又はビタミン類等の酸化防止剤を入れ、酸化安定性を増加させることができ、かつ好ましい。このような酸化防止剤として、例えば、前述のビタミンEの他、BHT(2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール)、ビタミンCなどを用いてもよい。但し、ポリウレタンフォームからのEmissionを低減させる観点からは、ビタミンEやその他の高分子量タイプの酸化防止剤を選択することが重要である。このとき、使用する酸化防止剤の添加量は、その質量において成分e)に対し10~1000ppm、好ましくは50~500ppmとなる範囲である。 The foam booster of the present invention may be gradually oxidized by oxygen in the air and may be deteriorated. To prevent this, it is possible and preferable to add antioxidants such as phenols, hydroquinones, benzoquinones, aromatic amines, or vitamins to increase the oxidation stability. As such antioxidants, for example, in addition to the aforementioned vitamin E, BHT (2,6-di-t-butyl-p-cresol), vitamin C, etc. may be used. However, from the viewpoint of reducing emissions from polyurethane foam, it is important to select vitamin E or other high molecular weight type antioxidants. In this case, the amount of antioxidant added is in the range of 10 to 1000 ppm, preferably 50 to 500 ppm, by mass relative to component e).
[低分子シロキサンの低減]
本発明にかかる泡増強剤は、ケイ素原子数が20以下の低分子シロキサンの含有量が5000ppm(重量)以下であることが好ましく、2000ppm(重量)以下が特に好ましい。この値が5000ppmを超えると、前記泡増強剤をポリウレタン発泡体用の整泡剤として用いた場合、ポリウレタンフォームが設置された場所の周辺部材を汚染し、電気・電子装置の接点障害を引き起こす可能性がある。かかる低分子シロキサンとしては、環状のものと直鎖状のものがあり、例えば、式、[(CH3)2SiO]n(式中、nは3~10の整数である。)で表される環状ジメチルシロキサン、および式、CH3[(CH3)2SiO]mSi(CH3)3(式中、mは1~10の整数である。)で表される直鎖状ジメチルシロキサンオリゴマーがあり、また、これらのメチル基の一部が他の有機基で置換されたものがある。かかる低分子シロキサンのより具体的な例としては、オクタメチルテトラシロキサン、デカメチルペンタシクロシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサンオリゴマーが例示される。かかる低分子シロキサンの含有量は、例えば、ガスクロマトグラフィ分析装置を用いて、分析することにより測定できる。低分子シロキサンの低減の方法は限定されないが、工業的には通常ストリピング操作によりこれを行うため、本発明にかかるシリコーンポリエーテル共重合体/泡増強剤の原料であるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを予め精製し、低分子シロキサンを除去しておくことが望ましい。或は、ヒドロシリル化反応中、乃至は反応終了後に低分子シロキサンを除去してもよい。
[Reduction of low molecular weight siloxane]
The foam booster according to the present invention preferably contains 5000 ppm (by weight) or less of low molecular weight siloxanes having 20 or less silicon atoms, and more preferably 2000 ppm (by weight) or less. If this value exceeds 5000 ppm, when the foam booster is used as a foam stabilizer for polyurethane foam, it may contaminate the surrounding materials in the area where the polyurethane foam is installed, and cause contact failure in electric and electronic devices. Such low molecular weight siloxanes include cyclic and linear ones, such as cyclic dimethylsiloxanes represented by the formula [(CH3)2SiO]n (wherein n is an integer of 3 to 10), and linear dimethylsiloxane oligomers represented by the formula CH3[(CH3)2SiO]mSi(CH3)3 (wherein m is an integer of 1 to 10), and also those in which some of the methyl groups are replaced by other organic groups. More specific examples of such low molecular weight siloxanes include octamethyltetrasiloxane, decamethylpentacyclosiloxane, and dimethylsiloxane oligomers blocked with trimethylsiloxy groups at both ends. The content of such low molecular weight siloxanes can be measured by analysis, for example, using a gas chromatography analyzer. There is no limitation on the method for reducing low molecular weight siloxanes, but since this is usually done industrially by stripping, it is desirable to purify the organohydrogenpolysiloxane, which is the raw material for the silicone polyether copolymer/foam booster of the present invention, in advance to remove low molecular weight siloxanes. Alternatively, low molecular weight siloxanes may be removed during or after the hydrosilylation reaction.
[水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステム]
本発明の上記のシリコーンポリエーテル共重合体を含有する泡増強剤は、以下のa)~d)を含む水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムに適用される。
a)分子内の平均水酸基数が2~4であり、オキシプロピレン基からなる繰り返し単位を有し、数平均分子量が1000~6000の範囲内にある、1種類以上のポリエーテルポリオール、
b)ポリイソシアネート、
c)硬化触媒、
d)水である発泡剤 同システム中の成分a)であるポリエーテルポリオールおよびその他のポリオール成分の和 100質量部に対して10~40質量部の範囲
[Water-blown polyurethane spray foam system]
The foam booster containing the silicone polyether copolymer of the present invention is applied to water-blown polyurethane spray foam systems comprising the following a) to d):
a) one or more polyether polyols having an average number of hydroxyl groups in the molecule of 2 to 4, having repeating units composed of oxypropylene groups, and having a number average molecular weight in the range of 1,000 to 6,000;
b) polyisocyanates,
c) a curing catalyst;
d) Water as a blowing agent. The sum of the polyether polyol (component a) and other polyol components in the system is in the range of 10 to 40 parts by mass.
さらに、上記の水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムは、a´) 成分a)であるポリエーテルポリオール以外の、少なくとも1つ以上のポリオール成分 を含有してもよい。なお、この場合、d)水である発泡剤は、前記の成分a)および成分a´)との和(=合計量)100質量部に対して10~40質量部の添加部数である。 Furthermore, the water-blown polyurethane spray foam system may contain a') at least one polyol component other than the polyether polyol component a). In this case, the blowing agent d) water is added in an amount of 10 to 40 parts by mass per 100 parts by mass of the sum (=total amount) of the components a) and a').
さらに、上記の水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムは、その実用上、本発明の技術的効果を損なわない範囲で、任意選択により、f) ノニオン性の界面活性剤(本発明に係るシリコーンポリエーテル共重合体に該当しない、有機系界面活性剤および乳化剤を含む)、g)難燃剤、h)その他の添加剤:例えば、本発明に係る泡増強剤以外のウレタンフォーム用整泡剤、希釈剤、鎖伸長剤、架橋剤、副次的な量の非水発泡剤、セル開放剤、充填剤、強化剤、顔料、染料、着色剤、抗酸化剤、抗オゾン剤、紫外線安定化剤、静電気防止剤、殺菌剤および抗菌剤等を含んでもよい。以下、これらの成分について解説する。 Furthermore, the above water-blown polyurethane spray foam system may optionally contain, within the scope of its practical application and without impairing the technical effect of the present invention, f) nonionic surfactants (including organic surfactants and emulsifiers that do not fall under the category of the silicone polyether copolymer of the present invention), g) flame retardants, and h) other additives, such as foam stabilizers for urethane foam other than the foam enhancer of the present invention, diluents, chain extenders, crosslinking agents, minor amounts of non-aqueous blowing agents, cell openers, fillers, reinforcing agents, pigments, dyes, colorants, antioxidants, anti-ozonants, UV stabilizers, antistatic agents, bactericides, and antibacterial agents. These components are explained below.
[a)ポリエーテルポリオール]
本発明で使用されるa)成分は、平均の水酸基数が2~4でオキシプロピレン繰り返し単位を有し、数平均分子量が1000~6000のポリエーテルポリオールの1種以上である。このようなポリオールは、軟質スラブフォームなど一般的な軟質ウレタンフォームに利用できるものであり、水や1分子中に平均で2~4の水酸基を有する多価アルコールを出発原料として、それらにアルキレンオキシドを付加重合して製造されている。例えば、水;エチレングリコール;ジエチレングリコール;プロピレングリコール;ジプロピレングリコール;ブチレングリコール;ペンタンジオール;ヘキサンジオール;ネオペンチルグリコール;グリセリン;トリメチロールプロパン;アンモニア;トリエタノールアミン;トリイソプロパノールアミン;ペンタエリスリトール;ジグリセリン;エチレンジアミン;芳香族ジアミンなどのアルキレンオキシド付加物を含むポリオキシアルキレンポリオールが挙げられる。ポリオキシアルキレンポリオールの製造に用いるアルキレンオキシドは、普通炭素数が2~4であり、プロピレンオキシド及びプロピレンオキシドとエチレンオキシドの混合物が好適である。これらのポリオールは、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。例えば、2官能性物質と3~4官能性物質との混合物および(または)分子量の異なるあるいは化学組成の異なる物質が混合使用できる。なお、ポリウレタンフォームにLow Emission特性を付与する観点からは、ポリオールに含まれる添加剤(例えば酸化防止剤や安定剤)は揮発性のない高分子量タイプを選択することが重要である。
[a) Polyether polyol]
The component a) used in the present invention is one or more polyether polyols having an average number of hydroxyl groups of 2 to 4, an oxypropylene repeating unit, and a number average molecular weight of 1000 to 6000. Such polyols can be used in general soft urethane foams such as soft slab foams, and are produced by addition polymerization of alkylene oxide to water or a polyhydric alcohol having an average of 2 to 4 hydroxyl groups per molecule as a starting material. Examples of such polyoxyalkylene polyols include polyoxyalkylene polyols containing alkylene oxide adducts such as water, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, butylene glycol, pentanediol, hexanediol, neopentyl glycol, glycerin, trimethylolpropane, ammonia, triethanolamine, triisopropanolamine, pentaerythritol, diglycerin, ethylenediamine, and aromatic diamines. The alkylene oxide used in the production of polyoxyalkylene polyols usually has 2 to 4 carbon atoms, and propylene oxide and a mixture of propylene oxide and ethylene oxide are suitable. These polyols may be used alone or in combination of two or more. For example, a mixture of a bifunctional substance and a tri- or tetrafunctional substance and/or a mixture of substances with different molecular weights or different chemical compositions may be used. From the viewpoint of imparting low emission properties to polyurethane foams, it is important to select additives (e.g. antioxidants and stabilizers) contained in polyols that are non-volatile and have a high molecular weight.
a)成分として、有用なポリエーテルポリオールの具体例として、Voranol-3010、Voranol 3137、V230-056 Polyol(Dow Chemical Company)、ARCOLポリオール16-56、ARCOL 200 Polyol 16-56(Arco Chimecal Co.)、NIAX Polyol 16-56(A C West Virginia Polyo l Company)、Desmophen PU20WB01、Desmophen 7186、Desmophen VPPU 20 WB 01(BAYER),ポリプロピレングリコール系ポリエーテルポリオー ル No.33(三洋化成工業株式会社)、10%の内部EOを含む3500分子量のEO/POトリオール、グリセリンを出発原料として、EO/PO=16/84(重量比)で付加重合した水酸基価56のポリエーテルポリオール、ポリオキシアルキレントリオール{EO/PO=12/88(重量比),水酸基価48}、グリセリンを出発原料として、EO/PO=14/86(重量比)で付加重合した水酸基価46のポリエーテルポリオール、グリセリンを出発原料として、EO/PO=16/84(重量比)で付加重合した水酸基価46のポリエーテルポリオール、グリセリンのPO/EO付加物(水酸基価33)などが挙げられる。 Specific examples of useful polyether polyols as component a) include Voranol-3010, Voranol 3137, V230-056 Polyol (Dow Chemical Company), ARCOL Polyol 16-56, ARCOL 200 Polyol 16-56 (Arco Chimecal Co.), NIAX Polyol 16-56 (A.C. West Virginia Polyol Company), Desmophen PU20WB01, Desmophen 7186, Desmophen VPPU 20 WB 01 (BAYER), and polypropylene glycol-based polyether polyol No. 33 (Sanyo Chemical Industries, Ltd.), EO/PO triol of 3500 molecular weight containing 10% internal EO, polyether polyol with a hydroxyl value of 56 obtained by addition polymerization with EO/PO = 16/84 (weight ratio) using glycerin as the starting material, polyoxyalkylene triol {EO/PO = 12/88 (weight ratio), hydroxyl value 48}, polyether polyol with a hydroxyl value of 46 obtained by addition polymerization with EO/PO = 14/86 (weight ratio) using glycerin as the starting material, polyether polyol with a hydroxyl value of 46 obtained by addition polymerization with EO/PO = 16/84 (weight ratio) using glycerin as the starting material, PO/EO adduct of glycerin (hydroxyl value 33), etc.
[a´)前記a)以外のポリオール]
本発明で必要に応じて前記a)成分と併用できるポリオールとして好適な例として、難燃性に優れたハロゲン化ポリエーテルポリオール類や臭素化ポリオール類(ジブロモネオペンチルグリコール、臭素化ペンタエリスリトール、エピクロロヒドリンと臭素化ポリオールの重合ポリオールなど)が挙げられる。硬化反応速度の向上やセルサイズ調整などの目的で、比較的低分子量且つ高官能性のポリエーテルポリオール:平均の水酸基数が3~8で数平均分子量が250~1000である、多価アルコールや多価アミンへのアルキレンオキシド付加物も好ましい。例えば、ソルビトール;シュークロース;ラクトーズ;α-メチルグルコシド;α-ヒドロキシアルキルグルコシドなどの糖類やジエチレントリアミン;グリセリン;トリメチロールプロパン;トリエタノールアミン;ペンタエリスリトール;エチレンジアミン;芳香族ジアミンへのプロピレンオキシド及び/またはエチレンオキシドの付加物が挙げられる。
[a') Polyol other than the above a)]
Suitable examples of polyols that can be used in combination with the component a) in the present invention as necessary include halogenated polyether polyols and brominated polyols (dibromoneopentyl glycol, brominated pentaerythritol, and polymerized polyols of epichlorohydrin and brominated polyols) that are excellent in flame retardancy. For the purpose of improving the curing reaction rate and adjusting the cell size, relatively low molecular weight and high functionality polyether polyols: alkylene oxide adducts to polyhydric alcohols and polyhydric amines having an average number of 3 to 8 hydroxyl groups and a number average molecular weight of 250 to 1000 are also preferred. For example, sorbitol, sucrose, lactose, α-methyl glucoside, α-hydroxyalkyl glucoside and other sugars, diethylene triamine, glycerin, trimethylolpropane, triethanolamine, pentaerythritol, ethylenediamine, and adducts of propylene oxide and/or ethylene oxide to aromatic diamines are included.
この他、本発明の効果を損なわない範囲であれば、アジピン酸やフタル酸などのカルボン酸とエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール等の多価アルコールを脱水縮合して製造されるポリエステルポリオールや、HRフォーム用に通常は利用される一級水酸基の含有率が高く平均分子量が5000~7000程度のポリエーテルポリオール、ポリエーテルポリオール中でアクリロニトリルやスチレンなどを共重合させることによりポリマー微粒子を分散させたポリマーポリオール等を適宜、選択し併用してよい。 In addition, as long as the effects of the present invention are not impaired, polyester polyols produced by dehydration condensation of carboxylic acids such as adipic acid and phthalic acid with polyhydric alcohols such as ethylene glycol, 1,4-butanediol, and 1,6-hexanediol, polyether polyols with a high content of primary hydroxyl groups and an average molecular weight of about 5,000 to 7,000 that are typically used for HR foams, and polymer polyols in which polymer particles are dispersed by copolymerizing acrylonitrile, styrene, etc. in polyether polyols may be appropriately selected and used in combination.
[b)ポリイソシアネート]
ポリイソシアネートとしては、スプレー用途で利用するという前提から作業者や周辺環境の安全性を考慮し、特に現場発泡の場合には、難揮発性あるいは不揮発性の有機ポリイソシアネートを選択するのが好ましい。
[b) Polyisocyanate]
As the polyisocyanate, it is preferable to select a low-volatility or non-volatile organic polyisocyanate, taking into consideration the safety of workers and the surrounding environment, assuming that the polyisocyanate will be used in spray applications, particularly in the case of on-site foaming.
b)成分として、商業上も有利な材料は、MDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,2′-ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックMDI(ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート),クルードMDIである。この他、イソシアナート基含有プレポリマーとして、MDIとポリオールとの反応より作製されるMDIのプレポリマー、TDIとポリオールの反応より作製されるTDIのプレポリマー、他の芳香族もしくは脂肪族ポリイソシアナートとポリオールとの反応により作製されるプレポリマー、ウレトンイミン修飾ポリイソシアナートとそれらのプレポリマーなども使用できる。なお、b)成分として、前記のポリイソシアネートの誘導体を選択してもよい。 The commercially advantageous materials for component b) are MDI (diphenylmethane diisocyanate), 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,2'-diphenylmethane diisocyanate, polymeric MDI (polymethylene polyphenyl polyisocyanate), and crude MDI. In addition, as the isocyanate group-containing prepolymer, a prepolymer of MDI produced by reacting MDI with a polyol, a prepolymer of TDI produced by reacting TDI with a polyol, a prepolymer produced by reacting other aromatic or aliphatic polyisocyanates with a polyol, a uretonimine-modified polyisocyanate and a prepolymer thereof, etc. can also be used. Note that a derivative of the above polyisocyanate may be selected as component b).
ポリウレタンフォームにLow Emission特性を付与する観点からも、前述のような難揮発性あるいは不揮発性の有機ポリイソシアネートを選択するのが好ましい。他方、工場内で断熱パネルなどの型にフォームを自動化作業設備によりスプレー注入~加熱硬化まで行う場合には、局所排気装置など作業環境の安全性を確保したうえで、上記の難揮発性あるいは不揮発性の有機ポリイソシアネートの他、トルエンジイソシアナート(TDI)を使用できる場合もある。TDIには2,4および2,6異性体の2種類があり、通常は2,4体/2,6体=80/20の混合物が流通しているので、これを使用してもよい。処方中における他の材料の量に対するポリイソシアネートの配合量は「イソシアネート指数」によって表される。「イソシアネート指数」とは、ポリイソシアネートの実際の使用量を、反応混合物中の全活性水素との反応に必要とされるポリイソシアネートの化学量論量で除して、100を乗じた値である。 From the viewpoint of imparting low emission characteristics to polyurethane foam, it is preferable to select the above-mentioned low-volatile or non-volatile organic polyisocyanate. On the other hand, when the foam is sprayed into a mold for an insulating panel or the like in a factory using automated work equipment and then heat cured, toluene diisocyanate (TDI) may be used in addition to the above-mentioned low-volatile or non-volatile organic polyisocyanate, after ensuring the safety of the working environment with local exhaust equipment, etc. TDI comes in two types, 2,4 and 2,6 isomers, and a mixture of 2,4/2,6 = 80/20 is usually distributed, so this may be used. The amount of polyisocyanate in the formulation relative to the amount of other materials is represented by the "isocyanate index". The "isocyanate index" is the value obtained by dividing the actual amount of polyisocyanate used by the stoichiometric amount of polyisocyanate required to react with all active hydrogen in the reaction mixture and multiplying the result by 100.
本発明に係るポリウレタンスプレーフォームシステムでは水の使用量が多いため、b)成分における、イソシアネート指数の好適な範囲は一般的なポリウレタンフォームにおける範囲とは異なり、概ね30~80の範囲内である。 Because the polyurethane spray foam system of the present invention uses a large amount of water, the preferred range of the isocyanate index for component b) is different from the range for general polyurethane foams and is generally within the range of 30 to 80.
本発明における泡増強剤の使用の見地から、適用される水発泡型ポリウレタンスプレーフォームシステムにおいて、ポリイソシアネートが、MDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)、ポリメリックMDI(ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート),クルードMDI,イソシアナート基含有プレポリマー、およびこれらの誘導体から選ばれる成分であり、かつ、同システムの発泡剤(d))が水を主要な発泡剤とし、より好適には実質的に水のみ、または他の発泡剤を含まず、水のみである組み合わせが特に好ましい。また、その場合、b)成分のイソシアネート指数が20~80、より好適には30~70の範囲にあることがより好ましい。 From the viewpoint of the use of the foam enhancer in the present invention, in the water-blown polyurethane spray foam system to which it is applied, it is particularly preferred that the polyisocyanate is a component selected from MDI (diphenylmethane diisocyanate), polymeric MDI (polymethylene polyphenyl polyisocyanate), crude MDI, isocyanate group-containing prepolymers, and derivatives thereof, and that the blowing agent (d)) of the system is water as the main blowing agent, more preferably substantially water alone, or water alone without any other blowing agent. In this case, it is more preferred that the isocyanate index of component b) is in the range of 20 to 80, more preferably 30 to 70.
[c)ウレタン触媒]
ポリウレタン樹脂製造用の触媒としては、一般に金属触媒や第3級アミン類が使用されているが、第3級アミン類は、ポリオールと有機ポリイソシアネートからウレタン結合を生成する反応を促進すると同時に、水と有機ポリイソシアネートとの反応を促進し、炭酸ガスを発生させる作用も有しているため、様々なタイプのウレタンフォーム形成に幅広く使用される。一方、スズ触媒に代表される金属触媒は、主にウレタン化反応促進の触媒活性が高く実用性に優れるため、非発泡ウレタン分野で使用されるケースの方が多いが、一般的な軟質スラブフォームの処方でも、スズ系触媒はアミン系触媒と併用して使用される。また、メカニカルフロスフォームの処方では主にニッケル系触媒が使用される。
[c) Urethane catalyst]
Metal catalysts and tertiary amines are generally used as catalysts for producing polyurethane resins. Tertiary amines promote the reaction of polyol and organic polyisocyanate to generate urethane bonds, and also promote the reaction of water and organic polyisocyanate to generate carbon dioxide gas, so they are widely used in the formation of various types of urethane foam. On the other hand, metal catalysts, such as tin catalysts, are more often used in the non-foaming urethane field because they have high catalytic activity for promoting urethane reaction and are highly practical, but even in the formulation of general soft slab foam, tin catalysts are used in combination with amine catalysts. In addition, nickel catalysts are mainly used in the formulation of mechanical froth foam.
本発明に係るポリウレタンスプレーフォームシステムは、水の使用量が多いことから一般的な軟質フォームに比べ反応熱の発生が多く、従って反応速度も大きい。そのため、通常はアミン系触媒を利用すれば充分である。アミン系触媒は、反応速度や発泡状態の調整の目的等により1種又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。このようなアミン系触媒の例としては、ジメチルエタノールアミン、ジメチルアミノエトキシエタノール、トリエチレンジアミン、ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N′,N′-テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N,N′,N′,N″-ペンタメチルジエチレントリアミン等の第3級アミンウレタン触媒、イミダゾール誘導体、遅効性三級アミン触媒、一般型三級アミン触媒、低エミッション三級アミン触媒、ノンエミッション三級アミン触媒、およびAir ProductsからのDABCO(登録商標)触媒が挙げられる。ポリウレタンフォームにLow Emission特性を付与する観点からは、反応型アミン触媒の活用が好ましい。なお、必要に応じて金属触媒を併用しても構わない。これらの例としては、ニッケルアセトアセトナート、鉄アセトアセトナート、スズ系触媒、ビスマス系触媒、亜鉛系触媒、チタニウム系触媒、アルミニウム錯体、ジルコニウム錯体、オクチル酸カリウム、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、オクチル酸ナトリウム、表面に固体酸点を有する金属酸化物粒子、カルボン酸四級アンモニウム塩などが挙げられる。c)成分の添加量は、通常ポリオール合計100重量部に対して1~5重量部である。 The polyurethane spray foam system of the present invention uses a large amount of water, so it generates more heat of reaction than general soft foams, and therefore the reaction rate is also high. Therefore, it is usually sufficient to use an amine catalyst. Amine catalysts may be used alone or in combination of two or more types depending on the purpose of adjusting the reaction rate and foaming state. Examples of such amine catalysts include tertiary amine urethane catalysts such as dimethylethanolamine, dimethylaminoethoxyethanol, triethylenediamine, bis(2-dimethylaminoethyl)ether, N,N,N',N'-tetramethylhexamethylenediamine, and N,N',N',N''-pentamethyldiethylenetriamine, imidazole derivatives, delayed-acting tertiary amine catalysts, general-type tertiary amine catalysts, low-emission tertiary amine catalysts, non-emission tertiary amine catalysts, and DABCO (registered trademark) catalyst from Air Products. The use of low-emission tertiary amine catalysts in polyurethane foams is also useful. From the viewpoint of imparting emission properties, it is preferable to use a reactive amine catalyst. If necessary, a metal catalyst may be used in combination. Examples of these include nickel acetoacetonate, iron acetoacetonate, tin-based catalysts, bismuth-based catalysts, zinc-based catalysts, titanium-based catalysts, aluminum complexes, zirconium complexes, potassium octylate, potassium acetate, sodium acetate, sodium octylate, metal oxide particles having solid acid sites on the surface, and quaternary ammonium carboxylates. The amount of component c) added is usually 1 to 5 parts by weight per 100 parts by weight of the total polyol.
[d)水である発泡剤]
本発明に係るポリウレタンスプレーフォームシステムは、低密度で軽量の断熱用又は吸音用の軟質ウレタンフォームを形成するものであり、典型的には、水を主要な発泡剤とする100倍発泡(発泡前のウレタン混合液の密度を仮に1.0g/cm3としたとき、発泡後のフォームの密度が0.01g/cm3となるような高発泡倍率を指す)処方である。そのため、前記システム中の成分a)であるポリエーテルポリオールおよびその他のポリオール成分の和100部に対する水の添加部数は10~40部の範囲内にある必要があり、好ましくは15~35部の範囲内にあり、特に好ましくは15~25部の範囲内にある。
[d) Water as a blowing agent]
The polyurethane spray foam system according to the present invention forms a low-density, lightweight, soft polyurethane foam for thermal insulation or sound absorption, and is typically a 100-fold expansion (referring to a high expansion ratio such that, when the density of the polyurethane mixed liquid before foaming is assumed to be 1.0 g/cm3, the density of the foam after foaming is 0.01 g/cm3) formulation using water as the main blowing agent. Therefore, the number of parts of water added per 100 parts of the sum of the polyether polyol and other polyol components, which is component a) in the system, must be within the range of 10 to 40 parts, preferably within the range of 15 to 35 parts, and particularly preferably within the range of 15 to 25 parts.
水としては、精製水、純水、蒸留水、イオン交換水、水道水、上水などを好適に使用できる。現場発泡吹付けの場合には、利便性とコスト面から、発泡剤は、実質的に水のみであることが好ましく、特に、水を唯一の発泡剤、すなわち、水のみを発泡剤とすることが特に好ましい。なお、高価な他の発泡剤を併用した場合には、フォームの開放セル構造によりガスが抜けてしまうため、本発明の技術的効果が損なわれ、コスト面で不利になるだけでなく、発明の効果の点でも無駄になってしまう場合がある。このため、d)成分は、その利便性とコスト面から、95質量%以上、より好適には99質量%以上、さらに好適には99~100質量%の範囲で水であることが好ましい。工事現場等で容易かつ安価に調達できる水をそのまま発泡剤として使用できることは、本発明に係る泡増強剤等の商業的および技術的利点の一つである。 As the water, purified water, pure water, distilled water, ion-exchanged water, tap water, clean water, etc. can be suitably used. In the case of on-site foaming spraying, it is preferable that the foaming agent is substantially only water, and it is particularly preferable that water is the only foaming agent, that is, water is the only foaming agent. If an expensive other foaming agent is used in combination, the open cell structure of the foam will cause gas to escape, which will not only impair the technical effect of the present invention, but will also be disadvantageous in terms of cost and may result in a waste of the effect of the invention. For this reason, in terms of convenience and cost, it is preferable that component d) is water at 95% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, and even more preferably in the range of 99 to 100% by mass. The fact that water, which can be easily and cheaply procured at construction sites, etc., can be used as the foaming agent as it is, is one of the commercial and technical advantages of the foam enhancer and the like according to the present invention.
他方、工場内で断熱パネルなどの型にフォームを自動化作業設備によりスプレー注入~加熱硬化まで行う場合には、難燃性の発泡剤であるHFC-245faおよびHFC-134aのようなハイロドフルオロカーボン類、HFOおよびHCFOのようなハイドロフルオロオレフィン類などを併用しても良い。これらの高価なガスがフォームと共に充填された型から漏れ出ないのであれば、断熱性の向上に役立つ。 On the other hand, when the foam is sprayed into molds for insulation panels or the like in a factory using automated equipment and then heat cured, flame-retardant blowing agents such as hydrofluorocarbons HFC-245fa and HFC-134a, and hydrofluoroolefins HFO and HCFO may be used in combination. If these expensive gases do not leak out of the molds filled with the foam, they will help improve insulation.
[f)ノニオン性の界面活性剤]
f)成分は、本発明に係るポリウレタンスプレーフォームシステムの任意の構成のひとつであり、本発明のポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミクス液の安定化を主たる目的とする。f)成分であるノニオン性の界面活性剤は、ノニオン性の有機系界面活性剤又は乳化剤であり、分子構造中にケイ素原子を含有しないものであり、成分f)の範囲からは、上記のシリコーンポリエーテル共重合体およびそれを含有する泡増強剤は除かれ、特に分子構造中にケイ素原子を有しない非シリコーン系(以下、「有機系」と表現する)の界面活性剤または乳化剤が好適である。
[f) Nonionic surfactant]
Component f) is one of the optional components of the polyurethane spray foam system of the present invention, and its main purpose is to stabilize the premix liquid for the polyurethane spray foam system of the present invention. The nonionic surfactant of component f) is a nonionic organic surfactant or emulsifier that does not contain a silicon atom in its molecular structure. The above silicone polyether copolymer and foam boosters containing it are excluded from the scope of component f), and non-silicone (hereinafter referred to as "organic") surfactants or emulsifiers that do not contain a silicon atom in their molecular structure are particularly preferred.
f)成分は、プレミクス液の温度や経時による保存安定性を確保する上で、系の曇点を向上させることのできるノニオン性有機系界面活性剤の添加が有効である。本発明に係るa)成分:ポリエーテルポリオールとd)成分:水との相溶化剤として働く必要がある点から、高HLB(水溶性)のノニオン乳化剤が好ましく、POEノニルフェニルエーテルやPOEオクチルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルや、POE脂肪アルコールエーテル、POE合成アルコールエーテル、POE分岐アルコールエーテル、POE2級アルコールエーテル等が利用できる。オキシエチレンの付加モル数は通常2~100の高範囲であり得るが、水溶性の観点からは7モル以上が、入手や取扱いの容易さからは30モル以下が好ましい。特に好適なものは、POE(9~20)ノニルフェニルエーテルやPOE(9~20)オクチルフェニルエーテルである。f)成分の好適な使用量は、ポリオールの合計量100重量部に対して5~30重量部である。5部未満では極性の異なるポリオール同士又はポリオールと水とを相溶性化できず均質なプレミクス液が得られ難く、30部を越えるとポリオール成分の相溶性が高くなり過ぎるために連通化(セルの開放)が起こり難くなり、フォーム収縮が生じ易くなる。 The addition of a nonionic organic surfactant capable of improving the cloud point of the system is effective for ensuring the storage stability of the premix liquid over time and at a temperature. Since it is necessary to act as a compatibilizer between the component a) (polyether polyol) and the component d) (water) according to the present invention, a nonionic emulsifier with a high HLB (water solubility) is preferred, and polyoxyethylene alkylphenyl ethers such as POE nonylphenyl ether and POE octylphenyl ether, POE fatty alcohol ether, POE synthetic alcohol ether, POE branched alcohol ether, and POE secondary alcohol ether can be used. The number of moles of oxyethylene added can usually be in the high range of 2 to 100, but from the viewpoint of water solubility, 7 moles or more is preferred, and from the viewpoint of ease of availability and handling, 30 moles or less is preferred. Particularly preferred are POE (9-20) nonylphenyl ether and POE (9-20) octylphenyl ether. The preferred amount of component f) used is 5 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the total amount of polyol. If the amount is less than 5 parts, polyols with different polarities or polyols and water cannot be made compatible, making it difficult to obtain a homogeneous premix liquid; if the amount is more than 30 parts, the compatibility of the polyol components becomes too high, making it difficult for interconnection (cell opening) to occur, and foam shrinkage is likely to occur.
[g)難燃剤]
g)成分は、に係るポリウレタンスプレーフォームシステムの任意の構成のひとつであり、本発明で使用する難燃剤は、前記a´)に含まれる難燃性ポリオール以外の難燃性成分であり、例えばトリメチルフォスフェート、トリエチルフォスフェート、トリスクロロエチルフォスフェート、トリスクロロプロピルフォスフェート等のリン酸エステル等が挙げられる。その使用量は、難燃性ポリオールを使用しない処方では、ポリオール合計100重量部に対して40~80重量部が好ましい。40重量部未満では難燃効果が不十分となる場合がある。また80重量部を超えるとポリオール成分の相溶性が高くなり過ぎるために連続気泡にすることが困難となる場合がある。特に好ましい使用量は50~70重量部である。一方、難燃性ポリオールをポリオール全体(100重量部)のうち15~35重量部配合する処方では、g)成分の使用量は20~40重量部が好ましい。尚、当該難燃剤g)はポリイソシアネート成分に混合してウレタンフォーム形成に供することもできる。これらの難燃剤は、ウレタン混合液の粘性を低下させ、スプレーによる均質なフォーム形成を容易にする働きも有すると共に、ポリウレタン樹脂の可塑剤としても働き、基材へのフォームの密着性の向上に寄与する。
[g) Flame retardant]
The g) component is one of the optional components of the polyurethane spray foam system according to the present invention, and the flame retardant used in the present invention is a flame retardant component other than the flame retardant polyol contained in the a'), for example, phosphoric esters such as trimethyl phosphate, triethyl phosphate, trischloroethyl phosphate, and trischloropropyl phosphate. In a formulation that does not use a flame retardant polyol, the amount used is preferably 40 to 80 parts by weight per 100 parts by weight of the total polyol. If it is less than 40 parts by weight, the flame retardant effect may be insufficient. If it exceeds 80 parts by weight, the compatibility of the polyol component may be too high, making it difficult to form open cells. A particularly preferred amount is 50 to 70 parts by weight. On the other hand, in a formulation in which 15 to 35 parts by weight of the flame retardant polyol is blended out of the total polyol (100 parts by weight), the amount used of the g) component is preferably 20 to 40 parts by weight. The flame retardant g) can also be mixed with a polyisocyanate component to form a urethane foam. These flame retardants reduce the viscosity of the urethane mixture, making it easier to form a uniform foam by spraying, and also act as a plasticizer for the polyurethane resin, contributing to improved adhesion of the foam to the substrate.
[h)任意成分]
h)成分は、本発明に係る泡増強剤以外のウレタンフォーム用整泡剤、希釈剤、鎖伸長剤、架橋剤、副次的な量の非水発泡剤、セル開放剤、充填剤、強化剤、顔料、染料、着色剤、抗酸化剤、抗オゾン剤、紫外線安定化剤、静電気防止剤、殺菌剤および抗菌剤などの当分野に公知であり任意のものであり、本発明の技術的効果を損なわない範囲で、それらの通常の含有量の範囲内で含んでよい。Low Emission特性を付与する観点からは、これらの任意成分であっても、フォームからマイグレーションや揮発によるリリースを起こさないような成分のみから構成されている材料であることを確認して、フォーム処方に配合することが、ポリウレタンフォーム形成性組成物の処方設計上重要である。
[h) Optional components]
The component h) may be any component known in the art, such as a foam stabilizer for urethane foam other than the foam booster of the present invention, a diluent, a chain extender, a crosslinking agent, a secondary amount of a non-aqueous blowing agent, a cell opener, a filler, a reinforcing agent, a pigment, a dye, a colorant, an antioxidant, an anti-ozonant, an ultraviolet stabilizer, an antistatic agent, a bactericide and an antibacterial agent, and may be included within the range of their normal content as long as the technical effect of the present invention is not impaired. From the viewpoint of imparting low emission properties, it is important in the formulation design of a polyurethane foam-forming composition to confirm that even these optional components are materials composed only of components that do not cause migration or release due to volatilization from the foam, and to incorporate them into the foam formulation.
例えば、本発明に係る泡増強剤以外のウレタンフォーム用整泡剤として、本発明の効果を損なわない範囲で、一般的な軟質スラブフォーム用整泡剤を併用しても良い。例えば、ユニオンカーバイド社で最初に商品化されたL-520(Si-O-C型シリコーンポリエーテル共重合体)や、ダウ・ケミカル社より販売中のVORASURF DC198 Additive,DC5950 Additive,DC5943 Additive,DC5160 Additive,DC5900 Additive,DC5933 Additive,DC5982 Additive,DC5986 Additive,DC5987 Additive,DC5990 Additive(Si-C型シリコーンポリエーテル共重合体)及びダウ・東レ社より販売中のSRX 280A,SRX 294A,SRX 298,SH 190(Si-C型シリコーンポリエーテル共重合体)などが挙げられる。この他、前記a´)として比較的低分子量且つ高官能性のポリエーテルポリオールを併用する処方では、より高極性のシステムに適合させる観点から、本発明の効果を損なわない範囲で、適量の硬質フォーム用シリコーン整泡剤を併用することも可能である。更に、一般のHRフォーム用シリコーン整泡剤やマイクロセルラーフォーム用シリコーン整泡剤は、本発明に係るシステムにおいてはセル開放剤として働く場合があるので、必要に応じ、これらを適量併用しても良い。 For example, as a foam stabilizer for urethane foam other than the foam enhancer of the present invention, a general foam stabilizer for soft slab foam may be used in combination, as long as it does not impair the effects of the present invention. For example, L-520 (Si-O-C type silicone polyether copolymer) first commercialized by Union Carbide Corporation, VORASURF DC198 Additive, DC5950 Additive, DC5943 Additive, DC5160 Additive, DC5900 Additive, DC5933 Additive, DC5982 Additive, DC5986 Additive, DC5987 Additive, DC5990 Additive (Si-C type silicone polyether copolymer) sold by The Dow Chemical Company, and SRX 280A, SRX 294A, SRX 298, SH 190 (Si-C type silicone polyether copolymer) sold by Dow Toray Industries, Inc., and the like can be mentioned. In addition, in a formulation in which a relatively low molecular weight and highly functional polyether polyol is used in combination as a'), in order to accommodate a more highly polar system, it is possible to use an appropriate amount of a silicone foam stabilizer for rigid foam in combination within a range that does not impair the effects of the present invention. Furthermore, silicone foam stabilizers for general HR foams and silicone foam stabilizers for microcellular foams may act as cell opening agents in the system of the present invention, so they may be used in appropriate amounts as necessary.
任意のh)成分である架橋剤もしくは鎖伸長剤として、1分子当たり2から8個のヒドロキシル基と62~500の分子量を持つポリヒドロキシル末端化合物を含有し得る。3から8個のヒドロキシル基を持つ架橋剤はグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、マンニトール、ソルビトール等を含む。二個のヒドロキシル基を持つ有用な鎖伸長剤の例は、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、エチレングリコール、2,3-ブタンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオールおよびネオペンチルグリコール等を含む。ジエタノールアミンおよびモノエタノールアミンなども使用できる。これらの化合物を、希釈剤として扱っても構わない。その他の好適な希釈剤としては、25℃で液状のポリアルキレングリコールまたはその誘導体が挙げられる。 The optional component h) crosslinker or chain extender may contain a polyhydroxyl-terminated compound having 2 to 8 hydroxyl groups per molecule and a molecular weight of 62 to 500. Crosslinkers having 3 to 8 hydroxyl groups include glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, mannitol, sorbitol, and the like. Examples of useful chain extenders having two hydroxyl groups include dipropylene glycol, tripropylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-butanediol, ethylene glycol, 2,3-butanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, and neopentyl glycol, and the like. Diethanolamine and monoethanolamine can also be used. These compounds may be treated as diluents. Other suitable diluents include polyalkylene glycols or derivatives thereof that are liquid at 25°C.
任意のh)成分はまた、たとえば無機充填剤または充填剤の組み合わせのような充填剤を含んでよい。充填剤は、密度改質、機械的性能もしくは音吸収のような物理的性能、難燃性または例えば、炭酸カルシウムのような改善された経済性を含むものを含む他の利点の改善のためのもの、あるいは発泡体製造のコストを減ずる他の充填剤、水酸化アルミニウムもしくは他の難燃性充填剤、音吸収に用いられる硫酸バリウムもしくは他の高密度充填剤、発泡体密度をさらに減ずるガラスもしくはポリマーのような物質のミクロスフェアを含む。発泡体の剛性もしくは屈曲性のモジュールのような機械的性能を改質するために用いられる高いアスペクト比の充填剤ないし強化剤は、粉砕ガラス繊維もしくはグラファイト繊維のような人工繊維;珪灰石のような天然鉱物繊維;羊毛のような天然動物もしくは綿のような植物繊維;粉砕ガラスのような人工プレート状繊維;雲母のような天然鉱物プレート状充填剤を含む。添加する可能性のある顔料、染料、着色剤の任意のものを含む。さらに、本発明は、抗オゾン剤、抗酸化剤;熱もしくは熱-酸素分解阻害剤、紫外線安定剤、紫外線吸収剤もしくは、発泡体形成組成物に添加されるとき、生じる発泡体の熱、光および/もしくは化学的な分解を避けるか阻害する任意の他の添加剤の使用を意図する。ここでの使用をまた意図するものは、任意の公知で従来的な静電気防止剤、殺菌剤、抗菌剤およびガス退色阻害剤である。 Optional h) component may also include fillers such as inorganic fillers or combinations of fillers. Fillers include those for density modification, improvement of mechanical or physical performance such as sound absorption, flame retardancy or other benefits including improved economics such as calcium carbonate or other fillers to reduce the cost of foam production, aluminum hydroxide or other flame retardant fillers, barium sulfate or other high density fillers used for sound absorption, microspheres of materials such as glass or polymers to further reduce foam density. High aspect ratio fillers or reinforcing agents used to modify mechanical performance such as foam stiffness or flexibility module include man-made fibers such as crushed glass or graphite fibers; natural mineral fibers such as wollastonite; natural animal fibers such as wool or plant fibers such as cotton; man-made plate-like fibers such as crushed glass; natural mineral plate-like fillers such as mica. Any of the pigments, dyes, and colorants that may be added. Additionally, the present invention contemplates the use of anti-ozonants, antioxidants; heat or heat-oxygen degradation inhibitors, UV stabilizers, UV absorbers, or any other additives which, when added to the foam-forming composition, avoid or inhibit the heat, light, and/or chemical degradation of the resulting foam. Also contemplated for use herein are any of the known and conventional antistatic agents, germicides, antimicrobial agents, and gas fade inhibitors.
[プレミックス液]
本発明に係るポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液は、前記a)ポリエーテルポリオール、c)ウレタン触媒、d)水である発泡剤:前記システム中の成分a)であるポリエーテルポリオールおよびその他のポリオール成分の和100質量部に対して10~40質量部の添加部数、e)前記シリコーンポリエーテル共重合体を含有する疎水性向上効果を有する泡増強剤、を少なくとも含有する。
[Premix liquid]
The premix liquid for a polyurethane spray foam system according to the present invention contains at least a) the polyether polyol, c) a urethane catalyst, d) a blowing agent which is water, the amount of which is 10 to 40 parts by mass per 100 parts by mass of the sum of the polyether polyol which is component a) in the system and other polyol components, and e) a foam enhancer having a hydrophobicity improving effect which contains the silicone polyether copolymer.
更に、本発明に係るポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミクス液は、前記f)ノニオン性の界面活性剤、特に、有機系のノニオン性の界面活性剤を更に含有することが好ましい。本発明に係るポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液は、基材由来の色を有していてよいが、通常は透明均一液体の性状を有する。 Furthermore, the premix liquid for the polyurethane spray foam system according to the present invention preferably further contains the above-mentioned f) nonionic surfactant, in particular an organic nonionic surfactant. The premix liquid for the polyurethane spray foam system according to the present invention may have a color derived from the base material, but usually has the properties of a transparent homogeneous liquid.
[ポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物]
本発明に係るポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物は、前記a)、b),c)、d)、e)成分を含有し、更に任意選択により、前記a´)及びf)から選択される1つ以上を含有することができる。また、同組成物は、g)難燃剤をさらに含み、任意でh)その他の添加剤を含んでもよい。なお、各成分の種類および使用量はポリウレタンスプレーフォームシステムにおいて説明した通りである。
[Polyurethane spray foam forming composition]
The polyurethane spray foam forming composition according to the present invention contains the above-mentioned components a), b), c), d), and e), and may further contain, optionally, one or more selected from the above-mentioned components a') and f). The composition may further contain g) a flame retardant, and may optionally contain h) other additives. The types and amounts of each component are as described in the polyurethane spray foam system.
本発明に係るポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物の処方の一例を以下に示す。ここで、以下の成分a)は、「分子内の平均水酸基数が2~4であり、オキシプロピレン基からなる繰り返し単位を有し、数平均分子量が1000~6000の範囲内にある、1種類以上のポリエーテルポリオール」の要件を満たすものである。また、以下の成分b)のイソシアネート基の濃度は、30.5~32.0 wt.%の範囲にある。
処方1:
a)ポリプロピレングリコール系ポリエーテルポリオール(三洋化成No.33)100重量部
c)DABCO 33LV(トリエチレンジアミン、Sigma Aldrich) 2重量部
e)泡増強剤、又は比較用整泡剤 1重量部
d)水 25重量部
g)トリスクロロプロピルフォスフェート(大八化学、難燃剤TMCPP) 60重量部
b)ミリオネートMR-100(東ソー、ポリメリックMDI) 207重量部
An example of the formulation of the polyurethane spray foam forming composition according to the present invention is shown below. Here, the following component a) satisfies the requirement of "one or more polyether polyols having an average number of hydroxyl groups in the molecule of 2 to 4, having repeating units consisting of oxypropylene groups, and having a number average molecular weight in the range of 1000 to 6000." In addition, the concentration of isocyanate groups in the following component b) is in the range of 30.5 to 32.0 wt. %.
Formulation 1 :
a) 100 parts by weight of polypropylene glycol-based polyether polyol (Sanyo Chemical No. 33) c) 2 parts by weight of DABCO 33LV (triethylenediamine, Sigma Aldrich) e) 1 part by weight of foam enhancer or comparative foam stabilizer d) 25 parts by weight of water g) 60 parts by weight of trischloropropyl phosphate (Daihachi Chemical, flame retardant TMCPP) b) 207 parts by weight of Millionate MR-100 (Tosoh, Polymeric MDI)
本発明に係るポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物は、特に軟質ポリウレタン発泡体の形成に好適に利用でき、厳しいVOC(Volatile Organic Compound)管理或いはエミッション管理を要求される現在のポリウレタン産業界のニーズに応えることが可能である。より具体的には、泡増強剤における、前記のケイ素原子数が20以下の低分子シロキサンの含有量が5000ppm(重量)以下、2000ppm(重量)以下、1000(重量)ppm以下に容易に抑制でき、かつ、泡増強剤としての使用量自体も少ないため、最終的に得られるポリウレタンフォームにおいて、これらの揮発性シロキサンに由来するVOCおよびそのエミッションをほぼ完全に抑制することができる。なお、泡増強剤におけるこれらの成分の含有量が5000ppmを超えると、前記泡増強剤をポリウレタン発泡体用の整泡剤として用いた場合、ポリウレタンフォームが設置された場所の周辺部材を汚染し、電気・電子装置の接点障害を引き起こす可能性があり、好ましくない。 The polyurethane spray foam forming composition according to the present invention can be suitably used in the formation of soft polyurethane foams, and can meet the needs of the current polyurethane industry, which requires strict VOC (Volatile Organic Compound) control or emission control. More specifically, the content of the low molecular weight siloxanes having 20 or less silicon atoms in the foam enhancer can be easily suppressed to 5000 ppm (weight) or less, 2000 ppm (weight) or less, or 1000 ppm (weight) or less, and the amount used as a foam enhancer is small, so that the VOCs and their emissions derived from these volatile siloxanes can be almost completely suppressed in the finally obtained polyurethane foam. Note that if the content of these components in the foam enhancer exceeds 5000 ppm, when the foam enhancer is used as a foam stabilizer for polyurethane foam, it is undesirable because it may contaminate the surrounding members at the location where the polyurethane foam is installed and cause contact failure in electric and electronic devices.
本発明に係るポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物を硬化させてなる軟質ポリウレタン発泡体は、その用途が限定されるものではないが、現場発泡により硬化させてなる建築材料、特に、断熱材又は吸音材として好適に利用可能である。 The flexible polyurethane foam obtained by curing the polyurethane spray foam forming composition according to the present invention is not limited in its applications, but can be suitably used as a building material, particularly as a heat insulating material or sound absorbing material, cured by foaming on site.
本発明に係る軟質ポリウレタン発泡体は、そのプレミックス液が安定しており、取り扱い作業性に優れ、発泡性に優れ、建造物の製造現場において、少量の使用であっても大容積の発泡体(=フォーム体積)を形成できるため、建造物用途等におけるコスト面、作業効率に優れ、得られる発泡体が微細なセル構造を有し、断熱材/吸音材等の用途に適合しており、かつ、従来の泡増強剤を使用した場合に比べて、ポリウレタン発泡体(特に、軟質ポリウレタンフォーム)の疎水性を顕著に改善可能であるという、従来技術にはない主要な利点を兼ね備え、かつ、近年、特に建造物用途における重要度が高い、Low Emission/Low VOCの要求を充足できるものである。 The flexible polyurethane foam of the present invention has a stable premix liquid, excellent handling and workability, and excellent foaming properties, and even a small amount can be used to form a large volume of foam (= foam volume) at the manufacturing site of a building, making it cost-effective and efficient to use in buildings, etc. The foam obtained has a fine cell structure and is suitable for use as a heat insulating material/sound absorbing material, etc., and compared to the use of conventional foam enhancers, it has the major advantage of being able to significantly improve the hydrophobicity of polyurethane foam (particularly flexible polyurethane foam), which is not available in conventional technologies, and can meet the requirements for low emission/low VOC, which have become increasingly important in recent years, especially in building applications.
以下、実施例と比較例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらにより限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these.
以下、本発明にかかる泡増強剤の性能評価手順を、A:プレミクス相溶性試験、B:ウレタンフォームの形成、C:ウレタンフォームの体積/セル構造の評価、D:ウレタンフォームの吸水率試験の順に説明する。 The procedure for evaluating the performance of the foam enhancer of the present invention will be explained below in the following order: A: premix compatibility test, B: urethane foam formation, C: evaluation of urethane foam volume/cell structure, and D: urethane foam water absorption test.
[A:プレミクス相溶性試験]
本発明の泡増強剤と比較用整泡剤について、プレミクス液中での相溶性試験を以下の手順に従って行った。
A1.50gのa)ポリエーテルポリオール、及び所定の比率のd)水、c)ウレタン触媒、e)泡増強剤又は比較用整泡剤を100mLガラス瓶に仕込む。
A2.鋸刃付きの円盤型ディスパーミキサーを用いて、上記内容物を1分間攪拌して均質化する。
A3.ガラス瓶に栓をして室温で1夜間静置し、泡を消す。
A4.混合液の外観(透明性)を目視確認し、記録する。
[A: Premix compatibility test]
A compatibility test of the foam booster of the present invention and the comparative foam stabilizer in a premix liquid was carried out according to the following procedure.
A 1.50 g of a) polyether polyol and the desired ratios of d) water, c) urethane catalyst, e) foam booster or comparative foam stabilizer are charged to a 100 mL glass bottle.
A2. Using a saw blade-equipped disc-type dispersing mixer, mix the above contents for 1 minute to homogenize.
A3. Stopper the glass bottle and leave it at room temperature overnight to remove bubbles.
A4. Visually check the appearance (transparency) of the mixed liquid and record it.
[B:ウレタンフォームの形成]
B1.前記Aで調製したプレミクス液、g)難燃剤、b)ポリイソシアネートを、合計重量が20gとなるような所定の比率で200mLプラスチックカップに仕込み、即座に、鋸刃付きの円盤型ディスパーミキサーで3500rpm,7秒間攪拌する。
B2.ミキサーの攪拌を止め、即座に、得られた均質混合されたポリウレタンスプレーフォーム形成用組成物を1Lプラスチックカップに注ぎ込み、自然に発泡させる。注ぎ込み開始から終了までの時間は8秒間で固定する。
B3.得られたフォームを室温で1夜間静置する。
[B: Formation of urethane foam]
B1. The premix liquid prepared in A, g) flame retardant, and b) polyisocyanate are charged into a 200 mL plastic cup in a predetermined ratio so that the total weight is 20 g, and immediately stirred with a saw-blade disk-type dispersing mixer at 3500 rpm for 7 seconds.
B2. Stop the agitation of the mixer and immediately pour the obtained homogeneously mixed polyurethane spray foam forming composition into a 1 L plastic cup and allow it to foam naturally. The time from the start to the end of pouring is fixed at 8 seconds.
B3. Allow the resulting foam to stand overnight at room temperature.
[C:ウレタンフォームの体積/セル構造の評価]
C1.前記Bで作成されたプラスチックカップ入りのフォームを、電動カッターを用いて上下半分に切断する。
C2.フォームの高さ(単位mm)とフォーム断面のセル構造の均質さを、記録する。
[C: Evaluation of urethane foam volume/cell structure]
C1. The plastic cup foam prepared in B is cut into upper and lower halves using an electric cutter.
C2. Record the foam height (in mm) and the homogeneity of the cell structure of the foam cross-section.
[D:ウレタンフォームの吸水率試験]
D1.前記Cで得られたフォーム片を電動カッターにて更に細断し、縦6.5cm×横6.5cm×高さ4cmの直方体状のテストピースを作成する。ここで、このテストピースは前記Bで作成されたプラスチックカップ入りのフォームの中央部から採取されたものとする。
D2.前記テストピースの重量を測定し、記録する。
D3.水浴を準備する。
D4.前記テストピースの下部半分を水浴に2時間浸した後、取り出して重量を測定し、記録する。
D5.テストピースの吸水率(重量%)を計算し、記録する。
[D: Water absorption test of urethane foam]
D1. The foam piece obtained in C is further cut into pieces using an electric cutter to prepare a rectangular test piece measuring 6.5 cm long x 6.5 cm wide x 4 cm high. Here, this test piece is taken from the center of the foam in the plastic cup prepared in B.
D2. Measure and record the weight of the test piece.
D3. Prepare a water bath.
D4. Immerse the lower half of the test piece in a water bath for 2 hours, then remove it, measure and record its weight.
D5. Calculate and record the water absorption (wt%) of the test piece.
第一ラウンドの試験においては、比較用整泡剤として以下の2つのグループ間の比較を行った。これらは、主として市販の整泡剤からなる。なお、これらの整泡剤の主成分であるシリコーンポリエーテル共重合体を表す組成式において、Me3SiO基(又は、Me3Si基)を「M 」、Me2SiO基を「D 」、Me2HSiO基を「MH 」、MeHSiO基を「DH 」と表記し、MおよびD中のメチル基の一つを何らかの置換基(*または**である変性基)によって変性した単位をM*およびD*等と表記する。また、(EO)とはオキシエチレン基を表し、(PO)とはオキシプロピレン基を表し、Me基はメチル基、Ac基はアセチル基を表すものとする。
[比較用整泡剤(第一ラウンド)]
・グループR:硬質ウレタンフォーム用整泡剤9種
・グループF:軟質スラブフォーム用整泡剤3種
In the first round of testing, the following two groups were compared as comparative foam stabilizers. These are mainly composed of commercially available foam stabilizers. In the composition formulas representing the silicone polyether copolymers that are the main components of these foam stabilizers, Me 3 SiO group (or Me 3 Si group) is represented as "M ", Me 2 SiO group is represented as "D ", Me 2 HSiO group is represented as " MH ", MeHSiO group is represented as " DH ", and units in which one of the methyl groups in M and D is modified with some kind of substituent (modified group that is * or **) are represented as M * and D * , etc. In addition, (EO) represents an oxyethylene group, (PO) represents an oxypropylene group, Me group represents a methyl group, and Ac group represents an acetyl group.
[Comparative foam stabilizer (first round)]
・Group R: 9 types of foam stabilizers for rigid urethane foam ・Group F: 3 types of foam stabilizers for flexible slab foam
以下に、グループRに属する比較用整泡剤の識別番号と、主成分の平均組成式を示した。なお、簡易的に(EO)と(PO)がブロック結合しているような形式で表現をしているが、実際にはランダム付加構造である。
比較整泡剤R1:M*D25D*
1M*,*=-C3H6O(EO)15(PO)5-H
比較整泡剤R2:MD43D*
6.8M,*=-C3H6O(EO)26(PO)6-CH3
比較整泡剤R3:MD50D*
7M,*=-C3H6O(EO)11(PO)3.5-H
比較整泡剤R4:M*D18D*
3M*,*=-C3H6O(EO)15(PO)5-CH3
比較整泡剤R5:M*D25D*
1M*,*=-C3H6O(EO)24(PO)6-CH3
比較整泡剤R6:MD34D*
5.7M,*=-C3H6O(EO)12(PO)2-H
比較整泡剤R7:MD34D*
5.7M,*=-C3H6O(EO)11(PO)3.5-H
比較整泡剤R8:M*D42D*
5M*,*=-C3H6O(EO)17(PO)7-CH3
比較整泡剤R9:MD37D*
3.4D**
2.1M,*=-C3H6O(EO)11(PO)3.5-CH3,**=-C3H6O(EO)11(PO)3.5-H
The identification numbers of the comparative foam stabilizers belonging to Group R and the average composition formulas of the main components are shown below. For the sake of simplicity, the formula is expressed as if (EO) and (PO) are bonded in blocks, but in reality it is a random addition structure.
Comparative foam stabilizer R1: M * D 25 D * 1 M * , * =-C 3 H 6 O(EO) 15 (PO) 5 -H
Comparative foam stabilizer R2: MD 43 D * 6.8 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 26 (PO) 6 -CH 3
Comparative foam stabilizer R3: MD 50 D * 7 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 11 (PO) 3.5 -H
Comparative foam stabilizer R4: M * D 18 D * 3 M * , * =-C 3 H 6 O(EO) 15 (PO) 5 -CH 3
Comparative foam stabilizer R5: M * D 25 D * 1 M * , * = -C3H6O ( EO) 24 (PO) 6 - CH3
Comparative foam stabilizer R6: MD 34 D * 5.7 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 12 (PO) 2 -H
Comparative foam stabilizer R7: MD 34 D * 5.7 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 11 (PO) 3.5 -H
Comparative foam stabilizer R8: M * D 42 D * 5 M * , * = -C3H6O ( EO) 17 (PO) 7 - CH3
Comparative foam stabilizer R9: MD 37 D * 3.4 D ** 2.1 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 11 (PO) 3.5 -CH 3 , ** = -C 3 H 6 O (EO) 11 (PO) 3.5 -H
以下に、グループFに属する比較用整泡剤の識別番号と、主成分の平均組成式を示した。なお、簡易的に(EO)と(PO)がブロック結合しているような形式で表現をしているが、実際にはランダム付加構造である。
比較整泡剤F1:MD50D*
5.9M,*=-C3H6O(EO)22(PO)22-CH3
比較整泡剤F2:MD33D*
2.8M,*=-C3H6O(EO)22(PO)22-CH3
比較整泡剤F3:MD53D*
3M,*=-C3H6O(EO)22(PO)22-COCH3
The identification numbers of the comparative foam stabilizers belonging to Group F and the average composition formula of the main components are shown below. For the sake of simplicity, the formula is expressed as if (EO) and (PO) are bonded in blocks, but in reality it is a random addition structure.
Comparative foam stabilizer F1: MD 50 D * 5.9 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 22 (PO) 22 -CH 3
Comparative foam stabilizer F2: MD 33 D * 2.8 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 22 (PO) 22 -CH 3
Comparative foam stabilizer F3: MD 53 D * 3 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 22 (PO) 22 -COCH 3
以下に、前記比較用整泡剤12点の構造要素をまとめた。
[表1]:比較用整泡剤(第一ラウンド)の構造
The structural elements of the 12 comparative foam stabilizers are summarized below.
[Table 1]: Structure of comparative foam stabilizer (first round)
以下に、前記比較用整泡剤12点の性能評価結果をまとめた。なお、データの採取をしていないもの又は記録の無いものは「-」と記してある。
[表2]:比較用整泡剤(第一ラウンド)の性能と構造の関係
The performance evaluation results of the 12 comparative foam stabilizers are summarized below. Note that data for which no data was collected or recorded is indicated as "-".
[Table 2]: Relationship between performance and structure of comparative foam stabilizers (first round)
以上の結果より、シリコーン整泡剤のポリエーテル末端基YがHを主体とする構造である場合には、プレミクス液との相溶性が不足し、透明な外観が得られにくい傾向にあることが分かった。加えて、フォーム高さ(体積)に優れるものは、全てプレミクス液の外観が透明であったことから、プレミクス相溶性に優れた構造設計がまず重要であることが分かった。次に、フォームの吸水率に関しては、全般的に硬質フォーム用の整泡剤(グループR)よりも軟質スラブ用整泡剤(グループF)を使用した方が低い値が得られていることが分かった。 These results show that when the polyether end group Y of the silicone foam stabilizer has a structure mainly composed of H, compatibility with the premix liquid is insufficient and it is difficult to obtain a transparent appearance. In addition, because the premix liquid appearance was transparent for all foams with excellent foam height (volume), it was found that a structural design with excellent compatibility with the premix is important. Next, it was found that, in general, lower values were obtained for the water absorption rate of the foam when using foam stabilizers for soft slabs (Group F) rather than foam stabilizers for rigid foams (Group R).
しかしながら、前記軟質スラブ用整泡剤を使用した場合と同レベルのフォーム体積を稼ぎながら、吸水率の低いフォームが求められていることから、従来技術からの改良が必要であった。そこで、構造の異なるシリコーンポリエーテル共重合体を新たに12点合成し、前記R8及びF3と比較する形で、性能の評価を実施した。詳細は以下の通りである。 However, since there is a demand for foams with low water absorption while achieving the same level of foam volume as when the above-mentioned foam stabilizer for soft slabs is used, improvements on the conventional technology were necessary. Therefore, 12 new silicone polyether copolymers with different structures were synthesized and their performance was evaluated by comparing them with the above-mentioned R8 and F3. The details are as follows.
[実施例/比較例用共重合体の合成(第二ラウンド)]
以下に、実施例のシリコーンポリエーテル共重合体(本発明の泡増強剤)1点について、合成手順を参考までに示す。この他の実施例サンプル、比較例サンプル(比較整泡剤)については、主原料であるオルガノハイドロジェンポリシロキサンと片末端アリル基含有ポリエーテルの構造或いは組み合わせが異なるが、本例と概ね同様の手順で合成を行った。なお、これらのシリコーンポリエーテル共重合体を表す組成式において、Me3SiO基(又は、Me3Si基)を「M 」、Me2SiO基を「D 」、Me2HSiO基を「MH 」、MeHSiO基を「DH 」と表記し、MおよびD中のメチル基を何らかの置換基によって変性した単位をM*およびD*等と表記する。また、(EO)とはオキシエチレン基を表し、(PO)とはオキシプロピレン基を表し、Me基はメチル基、Ac基はアセチル基を表すものとする。
[Synthesis of Copolymers for Examples/Comparative Examples (Second Round)]
The synthesis procedure for one silicone polyether copolymer (foam enhancer of the present invention) of the embodiment is shown below for reference. The other embodiment samples and comparative example samples (comparative foam stabilizers) have different structures or combinations of the main raw material organohydrogenpolysiloxane and one-terminal allyl group-containing polyether, but were synthesized in a procedure generally similar to that of this example. In the composition formulas representing these silicone polyether copolymers, Me 3 SiO group (or Me 3 Si group) is represented as "M ", Me 2 SiO group is represented as "D ", Me 2 HSiO group is represented as " MH ", MeHSiO group is represented as " DH ", and the units in which the methyl group in M and D is modified by some substituent are represented as M * and D * , etc. In addition, (EO) represents an oxyethylene group, (PO) represents an oxypropylene group, Me group represents a methyl group, and Ac group represents an acetyl group.
<実施例1>識別番号SI-1の泡増強剤の製造
平均組成式 MD53DH
3M で表され、ケイ素原子に結合した水素基の濃度分析値が0.072質量%であるオルガノハイドロジェンポリシロキサン原料を139.68g、平均組成式CH2=CH-CH2-O(C2H4O)9(C3H6O)22-Hで表され、不飽和基の濃度分析値が0.45ミリモル/g且つ水酸基価の分析値が28.4mg-KOH/gである片末端アリルポリエーテル原料310.32g、IPA(イソプロピルアルコール)135gを1Lフラスコに仕込み、窒素流通下で攪拌しながら油浴の温度設定を85℃として加温を開始した。なお、この反応系におけるアリル/SiHのモル比は1.4であった。フラスコ内容物の温度45~50℃で、白金-ジビニルジシロキサン錯体(カールシュタット触媒)のIPA溶液(Pt濃度0.4wt%)を244ppm(白金として10ppm相当)添加したところ、18分後に反応液が透明化した。フラスコ内容液の温度を80℃に維持して80分間の反応を行なった。次いで反応液を1g採取し、アルカリ分解ガス発生法により確認したところ反応は完結していた。油浴の温度設定を125℃として、窒素流量を増やし常圧にてIPAの留去を開始した。留出速度が遅くなったところで、レシーバーのIPAを一旦廃棄し、泡立ちや突沸に注意しながら、系内を徐々に30mmHgまで減圧した。その後、フラスコ内容液の温度を110~125℃、圧力を10mmHg以下の条件下で75分間維持し、更に揮発分の除去を行った。その後、加熱を停止してフラスコを95℃以下まで放冷し、復圧した。
Example 1: Production of foam booster with identification number SI-1 139.68 g of organohydrogenpolysiloxane raw material represented by the average composition formula MD53DH3M and having an analytical value of 0.072 mass% hydrogen group concentration bonded to silicon atoms, 310.32 g of one-terminated allyl polyether raw material represented by the average composition formula CH2 =CH- CH2 -O( C2H4O ) 9 ( C3H6O ) 22 -H and having an analytical value of 0.45 mmol/g unsaturated group concentration and 28.4 mg-KOH/g hydroxyl value, and 135 g IPA ( isopropyl alcohol) were charged into a 1 L flask, and while stirring under nitrogen flow, the temperature of the oil bath was set to 85°C and heating was started. The molar ratio of allyl/SiH in this reaction system was 1.4. When the temperature of the flask contents was 45-50°C, 244 ppm (equivalent to 10 ppm as platinum) of an IPA solution (Pt concentration 0.4 wt%) of platinum-divinyldisiloxane complex (Karlstadt catalyst) was added, and the reaction liquid became transparent after 18 minutes. The temperature of the flask contents was maintained at 80°C and the reaction was carried out for 80 minutes. Next, 1 g of the reaction liquid was sampled and confirmed by the alkali decomposition gas generation method, and the reaction was found to be complete. The temperature of the oil bath was set to 125°C, the nitrogen flow rate was increased, and distillation of IPA was started at normal pressure. When the distillation rate slowed down, the IPA in the receiver was once discarded, and the pressure in the system was gradually reduced to 30 mmHg, while paying attention to foaming and bumping. After that, the temperature of the flask contents was maintained at 110-125°C and the pressure was 10 mmHg or less for 75 minutes, and further volatile matter was removed. After that, heating was stopped and the flask was allowed to cool to 95°C or less, and the pressure was restored.
これにより、平均組成式MD53D*
3M{*=-C3H6O(C2H4O)9(C3H6O)22-H}で表されるシリコーンポリエーテル共重合体を含む、淡黄褐色透明均一液体を得た。なお、簡易的にポリオキシエチレン基とポリオキシプロピレン基がブロック結合しているような形式で表現をしているが、実際にはランダム付加構造である。
泡増強剤SI-1:MD53D*
3M,*=-C3H6O(EO)9(PO)22-H
This resulted in a pale yellow -brown, transparent , homogeneous liquid containing a silicone polyether copolymer represented by the average composition formula MD53D * 3M { * =- C3H6O ( C2H4O ) 9 ( C3H6O ) 22 -H}. Note that for simplicity, the polyoxyethylene groups and polyoxypropylene groups are shown as being block-bonded, but in reality, this is a random addition structure.
Foam enhancer SI-1: MD 53 D * 3 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 9 (PO) 22 -H
<実施例2~実施例4>識別番号SI-2~SI-4の泡増強剤の構造
以下に、実施例サンプルの識別番号と、主成分の平均組成式を示した。なお、簡易的に(EO)と(PO)がブロック結合しているような形式で表現をしているが、実際にはランダム付加構造である。
泡増強剤SI-2:MD53D*
3M,*=-C3H6O(EO)18(PO)16-H
泡増強剤SI-3:MD54D*
6.5M,*=-C3H6O(EO)18(PO)16-H
泡増強剤SI-4:MD83D*
7.7M,*=-C3H6O(EO)18(PO)16-H
<Examples 2 to 4> Structures of foam boosters with identification numbers SI-2 to SI-4 The identification numbers of the example samples and the average composition formulas of the main components are shown below. For the sake of simplicity, the formula is shown as if (EO) and (PO) are bonded in blocks, but in reality it is a random addition structure.
Foam enhancer SI-2: MD 53 D * 3 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 18 (PO) 16 -H
Foam enhancer SI-3: MD 54 D * 6.5 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 18 (PO) 16 -H
Foam enhancer SI-4: MD 83 D * 7.7 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 18 (PO) 16 -H
<比較例1~比較例8>識別番号SR-1~SR-8
以下に、比較例サンプルの識別番号と、主成分の平均組成式を示した。なお、簡易的に(EO)と(PO)がブロック結合しているような形式で表現をしているが、実際にはランダム付加構造である。
比較整泡剤SR-1:MD53D*
3M,*=-C3H6O(EO)30(PO)10-H
比較整泡剤SR-2:MD54D*
6.5M,*=-C3H6O(EO)15(PO)5-H
比較整泡剤SR-3:MD54D*
6.5M,*=-C3H6O(EO)21(PO)9-H
比較整泡剤SR-4:MD54D*
6.5M,*=-C3H6O(EO)30(PO)10-H
比較整泡剤SR-5:MD83D*
7.7M,*=-C3H6O(EO)21(PO)9-H
比較整泡剤SR-6:MD83D*
7.7M,*=-C3H6O(EO)30(PO)10-H
比較整泡剤SR-7:MD54D*
6.5M,*=-C3H6O(EO)21(PO)9-CH3
比較整泡剤SR-8:MD83D*
7.7M,*=-C3H6O(EO)21(PO)9-CH3
<Comparative Example 1 to Comparative Example 8> Identification numbers SR-1 to SR-8
The identification numbers of the comparative sample and the average composition formula of the main component are shown below. For the sake of simplicity, the formula is expressed as if (EO) and (PO) are bonded in blocks, but in reality it is a random addition structure.
Comparative foam stabilizer SR-1: MD 53 D * 3 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 30 (PO) 10 -H
Comparative foam stabilizer SR-2: MD 54 D * 6.5 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 15 (PO) 5 -H
Comparative foam stabilizer SR-3: MD 54 D * 6.5 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 21 (PO) 9 -H
Comparative foam stabilizer SR-4: MD 54 D * 6.5 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 30 (PO) 10 -H
Comparative foam stabilizer SR-5: MD 83 D * 7.7 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 21 (PO) 9 -H
Comparative foam stabilizer SR-6: MD 83 D * 7.7 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 30 (PO) 10 -H
Comparative foam stabilizer SR-7: MD 54 D * 6.5 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 21 (PO) 9 -CH 3
Comparative foam stabilizer SR-8: MD 83 D * 7.7 M, * = -C 3 H 6 O (EO) 21 (PO) 9 -CH 3
以下に、実施例/比較例用共重合体サンプル12点の構造要素をまとめた。なお、比較のため、前記R8及びF3も含めて表示してある。
[表3]:試作サンプル(第二ラウンド)の構造
The structural elements of the 12 copolymer samples for the Examples and Comparative Examples are summarized below, including R8 and F3 for comparison.
[Table 3]: Structure of prototype sample (second round)
以下に、実施例/比較例用共重合体サンプル12点の性能評価結果をまとめた。なお、データの採取をしていないもの又は記録の無いものは「-」と記してある。また、比較のため、前記R8及びF3も含めて表示してある。
[表4]:試作サンプル(第二ラウンド)の性能と構造の関係
The performance evaluation results of 12 copolymer samples for Examples and Comparative Examples are summarized below. The results are indicated with "-" if no data was collected or recorded. For comparison, the above-mentioned R8 and F3 are also included.
[Table 4]: Relationship between performance and structure of prototype samples (second round)
以上の結果より、シリコーン整泡剤のポリエーテル末端基YがHを主体とする構造であったとしても、比Zの値が大きい(ここではPO-リッチな長いポリエーテル鎖を有する)場合には、プレミクスシステムとの相溶性に優れ、体積が大きくセル構造の良好な、しかも吸水率の小さなフォームが得られることが分かった。すなわち、ウレタンフォーム用整泡剤として利用されるシリコーンポリエーテル共重合体に関し、本発明の特定の化学構造を選択することにより、ウレタンフォーム自体の疎水性を向上できることが見出された。一方で、シリコーン整泡剤のポリエーテル末端基YがMe或いはAcなどキャップされた構造の場合には、比Zの値が小さくともプレミクスとの相溶性に優れるという特徴を有するが、得られたフォームの吸水率が大きくマーケットニーズを満たせないことが明らかである。 The above results show that even if the polyether end group Y of the silicone foam stabilizer has a structure mainly composed of H, when the ratio Z is large (here, it has a long PO-rich polyether chain), it is possible to obtain a foam with excellent compatibility with the premix system, large volume, good cell structure, and low water absorption. In other words, it has been found that by selecting the specific chemical structure of the present invention for the silicone polyether copolymer used as a foam stabilizer for urethane foam, it is possible to improve the hydrophobicity of the urethane foam itself. On the other hand, when the polyether end group Y of the silicone foam stabilizer has a structure capped with Me or Ac, etc., it has the characteristic of having excellent compatibility with the premix even if the ratio Z is small, but it is clear that the water absorption of the obtained foam is high and does not meet market needs.
特に、本発明の泡増強剤SI-1~SI-4は、その原料である片末端アリルポリエーテルの水酸基部分をキャップ処理する必要がないため、現在スプレーフォームシステム向けに転用されている軟質スラブフォーム用整泡剤よりも安価に製造できる利点がある。それにもかかわらず、先の表4に示した通り、総合的な性能のバランスにおいてF3を上回っている。従って、本発明の泡増強剤は、社会及び産業の健全な発展への貢献が大である。 In particular, foam enhancers SI-1 to SI-4 of the present invention have the advantage that they can be produced more cheaply than the foam stabilizers for flexible slab foam currently being used for spray foam systems, because there is no need to cap the hydroxyl group portion of the raw material, the one-terminated allyl polyether. Nevertheless, as shown in Table 4 above, they are superior to F3 in terms of the overall balance of performance. Therefore, the foam enhancers of the present invention will make a great contribution to the healthy development of society and industry.
[Low Emission性の確認]
本発明の泡増強剤SI-1~SI-3について、以下の手順に従ってヘッドスペースGC法により揮発性の環状シロキサン類(D4~D6)の分析を行った。
E1.サンプル約1gを20mLのバイアル瓶に秤量して、密封した。
E2.バイアルを150℃で30分間加熱後、ヘッドスペースサンプラーにて1mLのヘッドスペースをGCへ注入し測定した。
[Confirmation of low emission properties]
The foam boosters SI-1 to SI-3 of the present invention were analyzed for volatile cyclic siloxanes (D4 to D6) by headspace GC according to the following procedure.
E1. Approximately 1 g of sample was weighed into a 20 mL vial and sealed.
E2. The vial was heated at 150° C. for 30 minutes, and then 1 mL of the headspace was injected into GC using a headspace sampler and measured.
上記のGCにおける分析結果を、以下の表5にまとめた。環状シロキサンの各成分は夫々0.10%(1000ppm)を大きく下回っており、Low Emissionの観点から問題のないことを確認できた。
[表5]:本発明の泡増強剤の揮発性シロキサン含有量(単位:wt.ppm)
The results of the GC analysis are summarized in Table 5. The content of each cyclic siloxane component was significantly below 0.10% (1000 ppm), confirming that there is no problem from the viewpoint of low emission.
Table 5: Volatile siloxane content of the foam booster of the present invention (unit: wt. ppm)
以下は、本発明の泡増強剤の使用に適した、水100倍発泡ポリウレタン断熱用スプレーフォーム形成用組成物の処方例である。
[表6]:軟質ポリウレタン断熱用スプレーフォーム形成用組成物(水100倍発泡)
なお、下表の成分a)は、「分子内の平均水酸基数が2~4であり、オキシプロピレン基からなる繰り返し単位を有し、数平均分子量が1000~6000の範囲内にある、1種類以上のポリエーテルポリオール」の要件を満たすものである。また、下表の処方2及び処方3のイソシアナート指数の計算値は約30である。
[Table 6]: Composition for forming flexible polyurethane heat insulation spray foam (foamed with 100 times the amount of water)
In addition, component a) in the table below satisfies the requirement of "one or more kinds of polyether polyols having an average number of hydroxyl groups in the molecule of 2 to 4, having repeating units consisting of oxypropylene groups, and having a number average molecular weight in the range of 1000 to 6000." In addition, the calculated isocyanate index of formulations 2 and 3 in the table below is about 30.
Claims (8)
a´) a)成分であるポリエーテルポリオール以外の、少なくとも1つ以上のポリオール成分
b)ポリイソシアネート、
c)硬化触媒、
d)水である発泡剤 同システム中の成分a)であるポリエーテルポリオールおよびその他のポリオール成分の和 100質量部に対して15~35質量部の範囲、
e)一般式(1):
Xは、各々独立に式:-CkH2kO-(C2H4O)p(C3H6O)q(C4H8O)r-Yで示される1種類または2種類以上のポリエーテル基を表し、
Yは、100モル%がH基であるか、75モル%以上のH基と25モル%以下のC1~C4アルキル又はアセチル基から選ばれるその他の基からなり、
m、n、k、p、q 、r は以下の条件を満たす数である。
12≦(m+n)≦230、
10≦m、
2≦n、
n≦m、
3≦k≦4、
p、q、rは、Xで表されるポリエーテル基部分の式量が1400~4000の範囲内にあり、
{(C3H6O)qで表されるオキシプロピレン基部分および(C4H8O)rで表されるオキシブチレン基部分の式量の和}/{(C2H4O)pで表されるオキシエチレン基部分の式量の和)}である比の値Zが、
(51/49)≦Z≦(95/5)の条件を満たす数である。
ただし、式中のXにおいて、1≦pかつq=r=0である構造を有するポリエーテル基は除く。}
で表されるシリコーンポリエーテル共重合体を含有する泡増強剤、および
f)POE(9~20)ノニルフェニルエーテルおよびPOE(9~20)オクチルフェニルエーテルから選ばれる1種類以上のノニオン性界面活性剤 同システム中の成分a)であるポリエーテルポリオールおよびその他のポリオール成分の和 100質量部に対して5~30質量部の範囲
を含む、ポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液。 a) one or more polyether polyols having an average number of hydroxyl groups in the molecule of 2 to 4, having repeating units composed of oxypropylene groups, and having a number average molecular weight in the range of 1,000 to 6,000;
a') at least one polyol component other than the polyether polyol component a);
b) polyisocyanates,
c) a curing catalyst;
d) A blowing agent which is water. The sum of the polyether polyol which is component a) in the system and other polyol components is in the range of 15 to 35 parts by mass per 100 parts by mass.
e) General formula (1):
X's each independently represent one or more polyether groups represented by the formula: -CkH2kO-(C2H4O ) p ( C3H6O ) q ( C4H8O ) r -Y;
Y is 100 mol % H group or is composed of 75 mol % or more H group and 25 mol % or less other group selected from C1-C4 alkyl or acetyl group;
m, n, k, p, q, and r are numbers that satisfy the following conditions:
12≦(m+n)≦230,
10≦m,
2≦n,
n≦m,
3≦k≦4,
p, q, and r each represent a formula weight of the polyether group portion represented by X in the range of 1,400 to 4,000;
The ratio Z, which is {the sum of the formula weights of the oxypropylene group portion represented by (C 3 H 6 O)q and the oxybutylene group portion represented by (C 4 H 8 O)r}/{the sum of the formula weights of the oxyethylene group portion represented by (C 2 H 4 O)p)}, is
This is a number that satisfies the condition (51/49)≦Z≦(95/5).
However, in the formula, a polyether group having a structure where p is 1 or less and q=r=0 is excluded.
A foam booster comprising a silicone polyether copolymer represented by the formula:
f) One or more nonionic surfactants selected from POE (9-20) nonyl phenyl ether and POE (9-20) octyl phenyl ether. The sum of the polyether polyol, which is component a), and other polyol components in the system is in the range of 5 to 30 parts by mass per 100 parts by mass.
A premix for polyurethane spray foam systems comprising:
Xが、各々独立に式:-C3H6O(C2H4O)p(C3H6O)q-H
で示される1種類または2種類以上のポリエーテル基であり、
Xで表されるポリエーテル基部分の式量が1500~2500の範囲内にあり、かつ、
前記の比Zが(54/46)≦Z≦(80/20)の条件を満たす、
請求項1に記載のポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液。 In the general formula (1),
X's each independently represent the formula: -C 3 H 6 O(C 2 H 4 O) p (C 3 H 6 O) q -H
is one or more kinds of polyether groups represented by
The formula weight of the polyether group portion represented by X is in the range of 1500 to 2500, and
The ratio Z satisfies the condition (54/46)≦Z≦(80/20).
10. The premix liquid for a polyurethane spray foam system according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載のポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液。 In the general formula (1), R is a methyl group, and m and n satisfy the conditions of 40≦m≦90 and 2≦n≦8.
A premix liquid for a polyurethane spray foam system according to claim 1 or 2.
同システムの発泡剤がd)水のみであることを特徴とする、
請求項1~3のいずれか1項に記載のポリウレタンスプレーフォームシステム用のプレミックス液。 The polyisocyanate b) is a component selected from the group consisting of diphenylmethane diisocyanate (MDI), polymeric MDI (polymethylene polyphenyl polyisocyanate), crude MDI, isocyanate group-containing prepolymers, and derivatives thereof; and
The blowing agent of the system is d) water alone.
A premix liquid for a polyurethane spray foam system according to any one of claims 1 to 3.
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