JP2000136224A - 硬質ポリウレタンフォ―ム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発泡剤としてＨＣＦＣ−１４１ｂやＨＦＣ等
のフロン系発泡剤を全く使用しない完全水発泡の硬質ポ
リウレタンフォームであって、施工性、作業性に優れた
硬質ポリウレタンフォームを提供する。 【解決手段】 ポリイソシアネート成分と、ポリオール
成分、水、触媒、整泡剤及びその他の助剤を混合した配
合液とをミキシングヘッドで混合し、ポリイソシアネー
ト成分と水との反応で発生する炭酸ガスを発泡剤として
発泡させるエアレススプレー発泡で得られる硬質ポリウ
レタンフォームであって、触媒がアミン系泡化触媒を含
み、配合液の含水率が３．０〜７．０重量％で温度２０
℃における粘度が１０００ｃｐｓ以下であり、ポリイソ
シアネート成分として、水と混合した場合に、水が均一
に分散して乳化する特性を有するポリイソシアネート成
分を用いた硬質ポリウレタンフォーム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は硬質ポリウレタンフ
ォームに係り、特に、ポリイソシアネート成分と、ポリ
オール成分、発泡剤、触媒、整泡剤及びその他の助剤を
混合した配合液とをミキシングヘッドで混合して発泡さ
せるエアレススプレー発泡で得られる硬質ポリウレタン
フォームに関する。

【０００２】

【従来の技術】硬質ポリウレタンフォームは、断熱性及
び自己接着性に優れることから、住宅、冷蔵庫等の断熱
材として広く利用されている。

【０００３】これらの用途に用いられる硬質ポリウレタ
ンフォームは、一般にポリイソシアネート成分と、ポリ
オール成分、発泡剤、触媒、整泡剤及びその他の助剤を
混合した配合液とをミキシングヘッドで混合して発泡さ
せるエアレススプレー発泡で得られ、この方法であれ
ば、施工対象物に直接吹き付け施工するという簡単な作
業で、良好な硬質ポリウレタンフォームの断熱層を形成
することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】硬質ポリウレタンフォ
ームにおいては、現在、主たる発泡剤として用いられて
いるジクロロモノフルオロエタン（ＨＣＦＣ−１４１
ｂ）にはオゾン層破壊の問題がある。これに代る次世代
の発泡剤として、オゾン層を破壊することのないハイド
ロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が候補に挙げられている
が、一方で、このものは強い地球温暖化作用が問題とな
る。このようなことから、これらのフロン系発泡剤を用
いることなく、発泡を行う技術の開発が一つの課題とさ
れている。

【０００５】一方、水とイソシアネートとを反応させて
生成する炭酸ガスを発泡剤として用いる方法も提案され
ているが、従来の硬質ポリウレタンフォームでは、泡化
速度が遅い、スプレーパタンが狭いなどの欠点があり、
エアレススプレー発泡における重要な要素である施工
性、作業性に劣るという問題点がある。

【０００６】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであり、発泡剤としてＨＣＦＣ−１４１ｂやＨＦＣ
等のフロン系発泡剤を全く使用しない完全水発泡の硬質
ポリウレタンフォームであって、施工性、作業性に優れ
た硬質ポリウレタンフォームを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の硬質ポリウレタ
ンフォームは、ポリイソシアネート成分と、ポリオール
成分、水、触媒、整泡剤及びその他の助剤を混合した配
合液とをミキシングヘッドで混合し、ポリイソシアネー
ト成分と水との反応で発生する炭酸ガスを発泡剤として
発泡させるエアレススプレー発泡で得られる硬質ポリウ
レタンフォームであって、下記〜を満足するもので
ある。

【０００８】 触媒がアミン系泡化触媒を含む 配合液の含水率が３．０〜７．０重量％ 配合液の温度２０℃における粘度が１０００ｃｐｓ
以下 ポリイソシアネート成分として、水と混合した場合
に、水が均一に分散して乳化する特性を有するポリイソ
シアネート成分を用いる 上記〜の条件を満たす硬質ポリウレタンフォームで
あれば、完全水発泡の硬質ポリウレタンフォームであっ
て、泡化速度が速く、スプレーパタンも安定して広く、
施工性、作業性に優れた硬質ポリウレタンフォームを実
現することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。

【００１０】まず、本発明の硬質ポリウレタンフォーム
が満足すべき、前記〜の条件について説明する。

【００１１】アミン系泡化触媒は、ポリイソシアネート
成分と水との反応を促進させて炭酸ガスを発生させる作
用を持つものであり、強力な泡化触媒には例えばペンタ
メチルヂエチレントリアミン、ジメチルアミノエチルエ
ーテルなどがある。このようなアミン系泡化触媒の使用
量は触媒種によっても多少異なるが、通常はポリオール
成分１００重量部に対して０．５〜２．０重量部用いる
のが適当である。ただし、このアミン系泡化触媒の使用
量が０．５重量部未満でも液温や環境温度条件によって
は添加効果が見られる場合もある。アミン系泡化触媒の
使用量が２．０重量部を超えても泡化反応の促進効果は
頭打ち傾向となる。アミン系泡化触媒の好ましい使用量
はポリオール成分１００重量部に対して１．０〜２．０
重量部である。

【００１２】本発明において、ポリオール成分、水、触
媒、整泡剤及びその他の助剤を混合した配合液の含水率
が３．０重量％よりも低いと、得られるフォームが高密
度となりコストアップを招き実用的でない。この含水率
が７．０重量％よりも高いとフライアビリティーが顕著
になり、エアレススプレー発泡の施工に当り、躯体面と
の接着性が低下する他、得られるフォームのセルも粗大
になり好ましくない。従って、配合液の含水率は３．０
〜７．０重量％、好ましくは３．０〜５．０重量％とす
る。

【００１３】また、この配合液の粘度は、スプレー（霧
化）パタンに与える影響が大きく、この粘度が上昇する
と水鉄砲様の狭いパタンになり好ましくない。スプレー
パタンの状況は、配合液の反応活性や温度、室温などの
条件にもよるが、現在普及しているスプレー発泡機で
は、通常は配合液の粘度が５００ｃｐｓ（液温２０℃）
を超えるとスプレーパタンは縮小してくる。

【００１４】本発明では泡化反応が高いため、２０℃に
おける粘度が５００ｃｐｓを超えても１０００ｃｐｓ以
下の範囲であればスプレーパタンの縮小を補えるが、こ
の粘度は好ましくは８００ｃｐｓ以下、特に好ましくは
１００〜５００ｃｐｓである。

【００１５】本発明では、イソシアネート成分として、
水と混合した場合に、水が均一に分散して乳化する、極
めて水との分散安定性に優れたものを用いる。即ち、通
常のイソシアネート成分と水とを混合攪拌しても、すぐ
に分離してしまうが、本発明では水と混合攪拌しても分
離することなく安定に乳化分散するイソシアネート成分
を用いる。このように水との分散安定性に優れたイソシ
アネート成分を用いることにより、泡化反応速度を促進
させて良好なスプレーパタンを実現することができる。

【００１６】本発明において、ポリイソシアネート成分
としては、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレ
ンジイソシアネート等の芳香族系ポリイソシアネート化
合物、イソホロンジイソシアネート等の脂環族系ポリイ
ソシアネート類、ヘキサメチレンジイソシアネート等の
脂肪族系ポリイソシアネート類等の１種又は２種以上を
使用することができ、上述のような水との親和性に優れ
たポリイソシアネート成分は、例えば粗製ジフェニルメ
タンジイソシアネートで言えば、ベンゼン環の周囲を親
水性の高い基で置換する、或いはベンゼン環間のアルキ
レン部分に親水性の高い変性基を導入することにより実
現することができる。

【００１７】なお、ポリイソシアネート成分のイソシア
ネート指数は１００〜２００であることが好ましい。

【００１８】また、本発明において用いるポリイソシア
ネート成分は、炭酸ガスを速やかに発生させてスプレー
施工に必要な施工性を維持するために、水との親和性が
高いイソシアネート成分を用いることが好ましい。本発
明では、水と混合した場合の平均昇温速度により、この
ポリイソシアネート成分の親水性を定量化した。この平
均昇温速度とは、ポリイソシアネート成分１００重量部
と水５重量部とをいずれも温度２０℃で混合して得られ
た混合物の混合当初３０分間の平均昇温速度である。即
ち、通常のポリイソシアネートは水と混合しても殆ど発
熱しない。平均昇温速度が０．２℃／ｍｉｎ未満の通常
のポリイソシアネートでは反応が遅くなり、特にスプレ
ー施工するときの環境温度が低い場合には良好なスプレ
ーパタンが得られず、発泡速度が遅くなるなどの不具合
を生じる。平均昇温速度が３．０℃／ｍｉｎより大きい
場合には、ポリイソシアネートの液表面が大気中の水分
と反応して固化し易くなり、安定性が悪化して実使用に
耐えられなくなる。従って、用いるポリイソシアネート
成分の平均昇温速度は０．２〜３．０℃／ｍｉｎ、特に
０．３〜２．５℃／ｍｉｎであることが好ましい。

【００１９】本発明の硬質ポリウレタンフォームは、上
述した条件を満たすものであれば良く、上記ポリイソシ
アネート成分と、ポリオール成分、水、アミン系泡化触
媒を含む触媒、整泡剤及びその他の助剤を混合した配合
液とをミキシングヘッドで混合して吹き付け発泡させる
ことにより製造される。

【００２０】本発明で使用されるその他の原料について
は、以下に示す通りである。

【００２１】（１） ポリオール成分 ポリオール成分としては、グリセリン、ソルビトール、
トリメチロールプロパン、シュークローズなどの多価ア
ルコールを主体としたポリエーテル又はポリエステルの
１種又は２種以上を使用することができるが、反応活性
の高いアミン系ポリエーテルポリオールを用いるのが好
ましい。

【００２２】なお、ポリオール成分の水酸基価は２５０
〜３５０ｍｇ−ＫＯＨ／ｇであることが好ましい。

【００２３】（２） 触媒 触媒としては、前述のアミン系泡化触媒の他、トリエチ
レンジアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン等
のアミン触媒や、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸
鉛、スタナスオクトエート、オクチル酸カリウム（２−
エチルヘキシル酸カリウム）、酢酸カリウムなどの有機
金属系触媒の１種又は２種以上を使用することができ
る。

【００２４】（３） 発泡剤 水を添加し、水とイソシアネート成分との尿素化反応で
生成する炭酸ガスを発泡剤とする。

【００２５】（４） 整泡剤 整泡剤としては、硬質ポリウレタンフォーム製造用とし
て効果のあるものは全て使用できる。例えばポリオキシ
アルキレンアルキルエーテル等のシリコーン系のもの等
を用いることができる。

【００２６】また、本発明においては、上記以外の任意
の成分、例えば難燃剤、充填剤等も本発明の目的を妨げ
ない範囲で使用することができる。

【００２７】本発明の硬質ポリウレタンフォームは、発
泡剤としての水、アミン系泡化触媒を含む触媒、整泡剤
及びその他の助剤をポリオール成分に混合した配合液
と、前述の水との分散安定性に優れたポリイソシアネー
ト成分とを前記配合液の含水率及び粘度を満たすよう
に、３０〜５０℃でミキシングヘッドで混合し、施工対
象面に吐出圧力４０〜８０ｋｇ／ｃｍ²で吹き付け、所
定の厚さとなるまで吹き付けを繰り返して発泡させるこ
とにより製造することができる。

【００２８】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。

【００２９】実施例１，２、比較例１〜３ 表２に示した配合処方に従って、まず配合液Ａを調製
し、ポリイソシアネート１，２を用意した。

【００３０】用いた原料は次の通りである。 ポリオールＡ： 旭硝子（株）製 シュークローズ／アミンベースポリエーテルポリオール 水酸基価３１２ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ ポリオールＢ： 武田薬品工業（株）製 エチレンジアミンベースポリエーテルポリオール 水酸基価７５０ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ ポリオールＣ： 旭硝子（株）製 シュークローズ／アミンベースポリエーテルポリオール 水酸基価４４０ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ 難燃剤： 大八化学（株）製「ＴＣＰＰ」 整泡剤： 日本ユニカー（株）製「Ｌ５４２０」 触媒Ａ： 花王（株）製 トリエチレンジアミン３３重量％溶液 触媒Ｂ： 花王（株）製 テトラメチルヘキサメチレンジアミン 触媒Ｃ： 花王（株）製 ペンタメチルジエチレントリアミン（アミン系泡化触媒） 触媒Ｄ： 日本化学産業（株）製 オクチル酸鉛のフタル酸ジオクチル溶液（鉛濃度１７重量％） 発泡剤：水 ポリイソシアネート１： 日本ポリウレタン工業（株）製 「ＤＲＣ−５９２」 粗製ジフェニルメタンジイソシアネート （ＮＣＯ％：３０．９） ポリイソシアネート２： 住友バイエルウレタン（株）製 「スミジュール４４Ｖ−１０」 粗製ジフェニルメタンジイソシアネート （ＮＣＯ％：３１．５） エアレス混合タイプの高圧スプレー発泡機システムとし
てガスマーモデルＦＦ１６００（ガスマー社製）を用
い、配合液Ａ及びポリイソシアネートをメインポンプか
ら圧送し、躯体（珪酸カルシウム板）に吹き付けて硬質
ポリウレタンフォームを形成した。なお、環境温度は２
０℃又は２５℃、躯体温度は２０℃又は２５℃、発泡機
における吐出液温は３５℃で、エアポンプの空気圧は５
ｋｇ／ｃｍ²とした。

【００３１】用いたポリイソシアネート１，２の水との
分散安定性、配合液Ａの含水率及び粘度と、得られた硬
質ポリウレタンフォームのコア密度や施工性等を、下記
方法により調べ、結果を表１，２に示した。

【００３２】 ポリイソシアネート１，２の水との分
散安定性 ポリイソシアネート１，２を所定量の水と十分に混合攪
拌し、その直後の様子を観察した。また、平均昇温速度
を調べ、これらの結果を表１に示した。なお、平均昇温
速度は、容積５００ｃｃのビーカーに２０℃の各イソシ
アネート成分を２００ｇ採り、水を所定量添加して十分
攪拌した後熱電対を挿入し、攪拌３０分後の混合物の温
度を測ることにより求めた。表１に示す如く、ポリイソ
シアネート１は水との分散安定性及び親和性に優れ、ポ
リイソシアネート２は水との分散安定性及び親和性に劣
ることが確認された。

【００３３】

【表１】

【００３４】 配合液Ａの含水率 表２に示す成分組成より算出した。

【００３５】 配合液Ａの粘度 Ｂ型粘度計を用いて２０℃における粘度を測定した。

【００３６】 泡化速度 環境温度２５℃、吐出液温３５℃、躯体温度２５℃で１
秒間吹き付けてスプレー発泡させた時の泡化速度を測定
した。

【００３７】 コア密度 ＪＩＳ Ａ９５２６に従って測定した。

【００３８】 施工性 環境温度２０℃、吐出液温３５℃、躯体温度２０℃で吹
き付けて得られたフォームについて、スプレーパタンの
良否、発泡性の良否を目視にて観察して判定した。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２より、本発明の硬質ポリウレタンフォ
ームは、施工性、作業性に優れることがわかる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の硬質ポリウ
レタンフォームによれば、発泡剤としてＨＣＦＣ−１４
１ｂやＨＦＣ等のフロン系発泡剤を全く使用しない完全
水発泡の硬質ポリウレタンフォームにおける施工性の問
題を、アミン系泡化触媒、配合液の含水率及び粘度、水
との分散安定性に優れたポリイソシアネート成分の適用
といった条件を組み合わせることにより解決し、泡化速
度が速く、スプレーパタンも安定して広く、施工性、作
業性に優れた硬質ポリウレタンフォームを提供すること
ができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリイソシアネート成分と、ポリオール
   成分、水、触媒、整泡剤及びその他の助剤を混合した配
   合液とをミキシングヘッドで混合し、ポリイソシアネー
   ト成分と水との反応で発生する炭酸ガスを発泡剤として
   発泡させるエアレススプレー発泡で得られる硬質ポリウ
   レタンフォームであって、 該触媒がアミン系泡化触媒を含み、 該配合液の含水率が３．０〜７．０重量％であり、 該配合液の温度２０℃における粘度が１０００ｃｐｓ以
   下であり、 該ポリイソシアネート成分として、水と混合した場合
   に、水が均一に分散して乳化する特性を有するポリイソ
   シアネート成分を用いたことを特徴とする硬質ポリウレ
   タンフォーム。