JP3547190B2 - Method for producing rigid polyurethane foam - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
硬質ポリウレタンフォームの製造方法に関し、更に詳しくは発泡剤として全くオゾン層を破壊しない水を使用して、常温収縮性及び面材との接着性に優れた硬質ポリウレタンフォームの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、断熱特性の優れた硬質ポリウレタンフォームを製造する方法として、発泡剤としてトリクロロフルオロメタン(以下、CFC−11と略記する)を用いる方法が公知である。しかし、環境破壊として問題となっているオゾン層破壊の原因の一つとされているフロン(CFC−11を含む)の削減及び撤廃が実施されようとしている。そのため、水単独発泡が注目されている。しかしながら、水だけを発泡剤として用いた硬質ポリウレタンフォームは従来のCFC−11を用いて発泡したフォームに比べ
1)常温収縮性、熱伝導率等が著しく悪化する
2)面材との接着性が悪化する
等の問題が生じる。
その解決方法として本発明者等は特開平6−192564号において、少なくともイソシアネート成分、ポリオール成分及び発泡剤として水単独で硬質ポリウレタンフォームを製造する方法において、改質添加剤としてシリカを0.5〜5重量部添加し、加えてシリカの二次粒子径が1μ〜10μであって、シリカの細孔容積が1.0〜5.0cm2 /gで平均細孔径が300〜2000オングストロームであることを特徴とする硬質ポリウレタンフォームの製造方法を提案している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
シリカ粉末組成物を添加して水を発泡剤として硬質ポリウレタンフォームを製造する場合には発泡ガスの拡散、侵入の平衡による減圧を防止出来、低密度(20〜25kg/m3)でも発泡体の収縮を止めることが出来る。しかしながら配合液に単にシリカ粉末組成物を添加した場合、分散性に問題があり、経時変化で分離、析出して硬質ポリウレタンフォームの製品にバラツキが生じ実用性に乏しい。収縮防止効果と併せ配合液の貯蔵安定性の改良が必要である。
【0004】
【課題を解決するための手段】
如上の課題を解決するために鋭意研究した結果、本発明に到達したものですなわち本発明はポリオール成分とイソシアネート成分とを水を発泡剤として反応させてなる硬質ポリウレタンフォームにおいて、改質添加剤としてシリカ粉末組成物をあらかじめシリコン整泡剤と予備攪拌混合して、ポリオール100重量部に対し0.5〜10重量部添加したものであり、シリカ粉末組成物をあらかじめ混合するシリコン整泡剤としては、該シリコン整泡剤を構成するシロキサン・オキシアルキレンの分子量が12000〜14000の範囲である硬質ポリウレタンフォームの製造方法である。
【0005】
本発明の目的は、22kg/m3〜25kg/m3という低密度の発泡体において常温収縮を改善するものである。一般に硬質ポリウレタンフォームの気泡膜はその厚みは1mμ〜10mμ程度である。硬質ポリウレタン樹脂と相溶性がよく、ガス透過性の優れた改質添加剤を鋭意検討した結果、本発明に到達したものである。すなわちガス透過性に優れた多孔性物質として各種の疎水性シリカ粉末組成物を検討した所、湿式法によって得られたシリカ粉末組成物が相溶性の点で有利である。湿式法においては、単粒子径1mμ〜100mμの範囲で自由に作ることが可能で単粒子が凝集した二次粒子の形状も自由に作ることが出来る。硬質ポリウレタンフォームへの改質添加剤としてはシリカ粉末組成物の二次粒子が好適である。検討した結果から考察すると二次粒子は粒子間に細かな孔をもち、発泡時の炭酸ガスの空気中への通過を促進させ、発泡後の経時における空気中の窒素及び酸素の通過を円滑化させる。改質添加剤としてのシリカ粉末組成物の最適量及び形状について述べると二次粒子の径は1μ〜10μが望ましい。1μ以下では常温収縮が起こる。10μ以上では独立気泡率が低下して熱伝導率が低下する。
シリカ粉末組成物の細孔容積についていえば1.0〜5.0cm3 /g(平均細孔径300〜2000オングストローム)が好適である。1.0cm3 /g以下では常温収縮が起こり、5.0cm3 /g以上になると独立気泡率が低下して好ましくない。
【0006】
但し、上述のシリカ粉末組成物は、ポリオール中に発泡剤、整泡剤、触媒、難燃剤と共に配合すると経時変化で分離、析出する欠点がある。特に3ヶ月可使期間の保証をしているドラム缶貯蔵では分離、析出が激しい。
【0007】
シリコン粉末組成物の分離、析出の防止方法を鋭意研究した結果、本発明に到達したものである。シリカ組生物の二次粒子は粒子間に細かな孔を持っている。シリカ粉末組成物を硬質ポリウレタンフォームの製造のためにポリオール、発泡剤、触媒、難燃剤、シリコン製泡剤を混合攪拌して配合液を作成するとき、配合直後に使用する場合には問題はないが、配合後、数日後に使用すると経時変化が大きく、分離、析出して発泡体の常温収縮性が悪くなる。3ヶ月間使用保証のドラム缶の場合、ドラム缶内でシリカ粉末組成物が分離、析出して使用不可能となる。原因はシリカ粉末組成物の孔に、配合液中に多量にある低粘度のポリオールなどが入り込み、孔の役割が阻害され単なる充填剤となるのであろう。
【0008】
本発明者らはシリカ粉末組成物の孔が発泡体生成に好結果を持続させるために鋭意検討を行った。シリカ粉末組成物を、あらかじめシリコン整泡剤中に混合させて使用すると、配合液中に添加しても経時変化は殆どなく、ドラム缶に3ヶ月貯蔵してもシリカ粉末が分離析出しないことが分かった。シリコン整泡剤としては硬質ポリウレタンフォーム用のものは使用可能であるが、望ましいのは、シロキサン・オキシアルキレン共重合体としての分子量12000〜14000のものである。
【0009】
本発明においてイソシアネート成分としては、公知の各種多官能性の脂肪族、脂環族及び芳香族イソシアネートを使用でき、例えばヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(HMDI)、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI)、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、オルトトルイジンジイソシアネート(TODI)、ナフチレンジイソシアネート(NDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、リジンジイソシアネート(LDI)などが拳げられる。
イソシアネート基と反応しうる活性水素含有官能基を2以上有する活性水素化合物としては、水酸化合物、あるいはその化合物の2種以上の混合物である。特に、2以上の水酸基を有する化合物やその混合物、又はそれを主成分としさらにポリアミドなどを含む混合物が好ましい。
2以上の水酸基を有する化合物としては、ポリオールとしてはポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、多価アルコール、水酸基含有ジエチレン系ポリマーなどがある。特にポリエーテル系ポリオールの1種以上のみからなるか、それを主成分としてポリエステル系ポリオール、多価アルコール、ポリアミン、アルカノールアミンその他の活性水素化合物との併用が好ましい。
ポリエーテル系ポリオールとしては、多価アルコール、糖類、アルカノールアミンその他のイニシエーターに環状エーテル、特にプロピレンオキシドやエチレンオキシドなどのアルキレンオキシドを付加して得られるポリエーテル系ポリオールが好ましい。
また、ポリオールとしてポリマーポリオールあるいはグラフトポリオールと呼ばれる主にポリエーテル系ポリオール中にビニールポリマーの微粒子が分散したポリオール組成物を使用することもできる。
ポリエステル系ポリオールとしては、多価アルコール、多価カルボン酸縮合系のポリオールや環状エステル系開環重合体系のポリオールがあり、多価アルコールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどがある。ポリオールあるいは活性水素化合物の混合物の水酸基価は約15〜2000のものから目的に応じて選択されることが多い。
【0010】
市販のものとしては、シュクローズにプロピレンオキサイドを付加して得られるポリエーテルポリオール、例えば武田薬品のGR−35(水酸基価400)、トルエンジアミンにプロピレンオキサイドを付加して得られるポリエーテルポリオール、例として三井東圧社製のNT−400(水酸基価400)、グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール、例えば三洋化成のFA−103T(水酸基価50)その他のポリオールとしては、シュクローズ及びトリエチレンジアミンにプロピレンオキサイドを付加した旭硝子社製のEX−425R(水酸基価420)が拳げられる。
【0011】
活性水素化合物とポリイソシアネート化合物を反応させる際、通常触媒の使用が必要とされる。触媒としては、活性水素含有基とイソシアネート基の反応を促進させる有機スズ化合物などの金属化合物系触媒やトリエチレンジアミンなどの3級アミン触媒が使用される。他に、テトラメチルヘキサメチレンジアミン(TMHMDA)、ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン(DMCHA)などがある。また、カルボン酸金属塩などのイソシアネート基同志を反応させる多量化触媒が目的に応じて使用される。
その他任意に使用し得る配合剤としては、例えば充填剤、安定剤、着色剤、難燃剤などがある。難燃剤の代表的なものとしてはトリス(クロロプロピル)、ホスフェート(TMCPP)がある。
【0012】
これらの原料を使用し、ポリウレタンフォーム、ウレタン変性ポリイソシアヌレートフォーム、その他の発泡合成樹脂が得られる。
本発明は、特にハロゲン化炭化水素系発泡剤の使用量の多い分野である硬質ポリウレタンフォーム、ウレタン変性ポリイソシアヌレートフォーム、その他の硬質フォームの製造において特に有用である。その内でも、水酸基価40〜900のポリオールあるいはポリオール化合物と芳香族系のポリイソシアネート化合物を使用して得られる硬質ポリウレタンフォームの製造において特に有用である。
【0013】
【作用】
水単独配合の硬質ポリウレタン発泡原液にシリカ粉末組成物を添加して発泡し、炭酸ガスの大気中への逸散を促進すると共に経時後にフォームの気泡膜を通じて窒素および酸素を透過させることによって常温収縮を防止すると共にトルエン溶解のシリカ粉末組生物をシリコン整泡剤中に混入して使用するので配合液中のシリカ粉末の分離析出が減少し不具合は減少した。
【0014】
【実施例】
本発明を実施例に基づいて説明する。表1の配合を用意し、20℃に調節した。そのなかで表1の整泡剤に*マークのあるものは、それぞれの配合において、あらかじめ*マークどうしを予備攪拌したことを示している。全量が200gになるように500ccのデスカップに秤量し、円盤型ペラミキサー(回転数7000)で7秒間攪拌し、180×180×150mmのアルミ製モールドに注入し、加熱後脱型する。24時間後にフォームの物性を測定する。
測定方法は
自由発泡密度 JIS9514 単位kg/m3
パネル発泡密度 JIS9514 kg/m3
圧縮強度 ASTM T1621 kg/m2
接着性 ASTM−D1623 単位kg/cm2
である。
尚、耐冷寸法安定性、耐湿寸法安定性及び貯蔵安定性は目視による。
配合及び物理特性は表1に示すが整泡剤としてのシリコンの特性は次の通りである。
尚、EO(%)とはオキシアルキレンとしてのEO(エチレンオキサイド)の比率を示す。
【0015】
【表1】
【0016】
【発明の効果】
水単独発泡の硬質ポリウレタン用配合液としてあらかじめシリカ粉末組成物とシリコン整泡剤とで予備攪拌混合物を作っておき、該予備攪拌混合物をポリオール成分系に攪拌混合することにより、配合液の貯蔵安定性が飛躍的に向上した。しかも、発泡品としての寸法安定性(収縮性小)も良好である。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for producing a rigid polyurethane foam, and more particularly to a method for producing a rigid polyurethane foam having excellent room-temperature shrinkability and adhesion to a face material using water which does not destroy the ozone layer at all as a foaming agent.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for producing a rigid polyurethane foam having excellent heat insulating properties, a method using trichlorofluoromethane (hereinafter abbreviated as CFC-11) as a foaming agent is known. However, reduction and elimination of CFCs (including CFC-11), which is one of the causes of ozone layer depletion, which is a problem as environmental destruction, is about to be implemented. For this reason, water-only foaming has attracted attention. However, a rigid polyurethane foam using only water as a foaming agent is 1) significantly degraded in room-temperature shrinkability, thermal conductivity, etc., and 2) has poor adhesion to a face material as compared with a foam foamed using conventional CFC-11. Problems such as deterioration occur.
As a solution to this problem, the present inventors disclosed in JP-A-6-192564 a method for producing a rigid polyurethane foam using water alone as at least an isocyanate component, a polyol component and a foaming agent. 5 parts by weight, and the silica has a secondary particle diameter of 1 to 10 μm, a silica pore volume of 1.0 to 5.0 cm 2 / g, and an average pore diameter of 300 to 2000 Å. A method for producing a rigid polyurethane foam characterized by the following has been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When a rigid polyurethane foam is produced by adding a silica powder composition and using water as a foaming agent, it is possible to prevent the decompression due to the equilibrium of diffusion and intrusion of the foaming gas, and it is possible to prevent foaming even at a low density (20 to 25 kg / m 3 ). You can stop the contraction. However, when the silica powder composition is simply added to the blended liquid, there is a problem in dispersibility, and it separates and precipitates with the lapse of time, causing variations in the product of the rigid polyurethane foam and poor practicability. It is necessary to improve the storage stability of the blended liquid in addition to the effect of preventing shrinkage.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present invention has been achieved, that is, the present invention relates to a rigid polyurethane foam obtained by reacting a polyol component and an isocyanate component with water as a blowing agent, The silica powder composition is preliminarily stirred and mixed with a silicon foam stabilizer, and 0.5 to 10 parts by weight is added to 100 parts by weight of the polyol. As the silicon foam stabilizer for premixing the silica powder composition, And a method for producing a rigid polyurethane foam wherein the molecular weight of siloxane / oxyalkylene constituting the silicone foam stabilizer is in the range of 12000 to 14000.
[0005]
An object of the present invention is to improve the cold-shrink in the foam of a low density of 22kg / m 3 ~25kg / m 3 . Generally, the thickness of the cell membrane of the rigid polyurethane foam is about 1 μm to 10 μm. As a result of intensive studies on modifying additives having good compatibility with the hard polyurethane resin and excellent gas permeability, the present invention has been achieved. That is, when various hydrophobic silica powder compositions were examined as porous materials having excellent gas permeability, the silica powder compositions obtained by the wet method were advantageous in terms of compatibility. In the wet method, single particles can be freely formed in the range of 1 μm to 100 μm, and the shape of secondary particles in which single particles are aggregated can be freely formed. Secondary particles of the silica powder composition are preferred as modifying additives to the rigid polyurethane foam. Considering the results of the examination, the secondary particles have fine pores between the particles, promoting the passage of carbon dioxide gas into the air during foaming, and facilitating the passage of nitrogen and oxygen in the air over time after foaming. Let it. Describing the optimum amount and shape of the silica powder composition as a modifying additive, the diameter of the secondary particles is desirably 1 μm to 10 μm. If it is 1 μm or less, room temperature shrinkage occurs. If it is 10 μm or more, the closed cell rate decreases, and the thermal conductivity decreases.
As for the pore volume of the silica powder composition, 1.0 to 5.0 cm 3 / g (average pore diameter of 300 to 2000 Å) is suitable. If it is 1.0 cm 3 / g or less, normal temperature shrinkage occurs, and if it is 5.0 cm 3 / g or more, the closed cell rate decreases, which is not preferable.
[0006]
However, the above-mentioned silica powder composition has a drawback that when it is blended with a foaming agent, a foam stabilizer, a catalyst, and a flame retardant in a polyol, it separates and precipitates over time. In particular, separation and precipitation are severe in the storage of drums that guarantee a three-month pot life.
[0007]
As a result of intensive studies on a method for preventing separation and precipitation of the silicon powder composition, the present invention has been achieved. Secondary particles of silica composite have fine pores between the particles. There is no problem when the silica powder composition is used immediately after compounding when preparing a liquid mixture by mixing and stirring a polyol, a foaming agent, a catalyst, a flame retardant, and a silicon foaming agent for the production of a rigid polyurethane foam. However, if it is used several days after compounding, the change with time is large, and the foam is separated and precipitated, resulting in poor room-temperature shrinkability of the foam. In the case of a drum which is guaranteed for use for three months, the silica powder composition separates and precipitates in the drum and becomes unusable. The cause may be that a large amount of a low-viscosity polyol or the like in the blended liquid enters the pores of the silica powder composition, and the role of the pores is hindered, resulting in a simple filler.
[0008]
The present inventors have conducted intensive studies to ensure that the pores of the silica powder composition maintain good results in foam formation. When the silica powder composition is used by previously mixing it in a silicone foam stabilizer, there is almost no change with time even if it is added to the compounding solution, and it is understood that the silica powder does not separate and precipitate even when stored in a drum for 3 months. Was. Silicone foam stabilizers for rigid polyurethane foams can be used, but desirably those having a molecular weight of 12,000 to 14,000 as a siloxane / oxyalkylene copolymer.
[0009]
In the present invention, as the isocyanate component, various known polyfunctional aliphatic, alicyclic and aromatic isocyanates can be used. For example, hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate (HMDI), 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 2,6-tolylene diisocyanate (2,6-TDI), 4,4-diphenylmethane diisocyanate (MDI), orthotoluidine diisocyanate (TODI) , Naphthylene diisocyanate (NDI), xylylene diisocyanate (XDI), lysine diisocyanate (LDI) and the like.
The active hydrogen compound having two or more active hydrogen-containing functional groups capable of reacting with an isocyanate group is a hydroxyl compound or a mixture of two or more kinds of the compounds. Particularly, a compound having two or more hydroxyl groups or a mixture thereof, or a mixture containing the compound as a main component and further containing a polyamide or the like is preferable.
Examples of the compound having two or more hydroxyl groups include polyols such as polyether-based polyols, polyester-based polyols, polyhydric alcohols, and hydroxyl-containing diethylene-based polymers. In particular, it is preferable to use only one or more polyether polyols or to use them as a main component in combination with polyester polyols, polyhydric alcohols, polyamines, alkanolamines and other active hydrogen compounds.
As the polyether polyol, a polyether polyol obtained by adding a cyclic ether, particularly an alkylene oxide such as propylene oxide or ethylene oxide, to a polyhydric alcohol, saccharide, alkanolamine or other initiator is preferable.
Further, as the polyol, a polyol composition in which fine particles of a vinyl polymer are dispersed in mainly a polyether-based polyol called a polymer polyol or a graft polyol can also be used.
Polyester polyols include polyhydric alcohols, polyhydric carboxylic acid condensation-based polyols and cyclic ester-based ring-opening polymerization-based polyols.Polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, Examples include trimethylolpropane, pentaerythritol, diethanolamine, triethanolamine, and the like. The hydroxyl value of the mixture of the polyol or active hydrogen compound is often selected from those of about 15 to 2,000 depending on the purpose.
[0010]
Examples of commercially available products include polyether polyols obtained by adding propylene oxide to shrink, such as GR-35 (hydroxyl value 400) of Takeda Pharmaceutical, and polyether polyols obtained by adding propylene oxide to toluenediamine. NT-400 (hydroxyl value 400) manufactured by Mitsui Toatsu Co., Ltd., polyether polyol obtained by adding propylene oxide and ethylene oxide to glycerin, for example, Sanyo Chemical FA-103T (hydroxyl value 50) and other polyols And EX-425R (hydroxyl value 420) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. obtained by adding propylene oxide to triethylenediamine.
[0011]
When reacting an active hydrogen compound with a polyisocyanate compound, it is usually necessary to use a catalyst. As the catalyst, a metal compound catalyst such as an organotin compound which promotes the reaction between the active hydrogen-containing group and the isocyanate group, or a tertiary amine catalyst such as triethylenediamine is used. Other examples include tetramethylhexamethylenediamine (TMHMDA), pentamethyldiethylenetriamine, and dimethylcyclohexylamine (DMCHA). Further, a multimerization catalyst for reacting isocyanate groups such as metal carboxylate is used depending on the purpose.
Other optional additives include, for example, fillers, stabilizers, colorants, and flame retardants. Representative flame retardants include tris (chloropropyl) and phosphate (TMCPP).
[0012]
Using these raw materials, polyurethane foam, urethane-modified polyisocyanurate foam, and other foamed synthetic resins can be obtained.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is particularly useful in the production of rigid polyurethane foams, urethane-modified polyisocyanurate foams, and other rigid foams, which are fields in which halogenated hydrocarbon-based blowing agents are frequently used. Among them, it is particularly useful in the production of a rigid polyurethane foam obtained by using a polyol or a polyol compound having a hydroxyl value of 40 to 900 and an aromatic polyisocyanate compound.
[0013]
[Action]
A silica powder composition is added to a rigid polyurethane foam stock solution containing water alone to foam the foam, which promotes the escape of carbon dioxide gas into the atmosphere and, after a lapse of time, allows nitrogen and oxygen to pass through the foam cell membrane to shrink at room temperature. In addition, since the silica powder composition dissolved in toluene was mixed into the silicone foam stabilizer and used, the separation and precipitation of silica powder in the blended liquid was reduced, and the problems were reduced.
[0014]
【Example】
The present invention will be described based on examples. The formulations shown in Table 1 were prepared and adjusted to 20 ° C. Among them, those having an asterisk (*) in the foam stabilizers in Table 1 indicate that the asterisks (*) were preliminarily stirred in advance in each formulation. The total amount is weighed into a 500 cc death cup so that the total amount becomes 200 g, stirred for 7 seconds with a disk-type propeller mixer (rotation speed: 7000), poured into an aluminum mold of 180 × 180 × 150 mm, and heated, and then demolded. After 24 hours, the physical properties of the foam are measured.
The measurement method is free foam density JIS9514 unit kg / m 3
Panel foam density JIS9514 kg / m 3
Compressive strength ASTM T1621 kg / m 2
Adhesion ASTM-D1623 Unit kg / cm 2
It is.
The cold dimensional stability, moisture dimensional stability and storage stability are visually determined.
The composition and physical properties are shown in Table 1, and the properties of silicon as a foam stabilizer are as follows.
In addition, EO (%) indicates the ratio of EO (ethylene oxide) as oxyalkylene.
[0015]
[Table 1]
[0016]
【The invention's effect】
A pre-stirred mixture is prepared in advance with a silica powder composition and a silicon foam stabilizer as a compounding liquid for rigid polyurethane foamed with water alone, and the pre-stirring mixture is stirred and mixed with a polyol component system to stabilize the storage of the compounded liquid. Dramatically improved. Moreover, the dimensional stability (small shrinkage) of the foamed product is also good.
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