JPH08169943A - エステルポリオールの製造方法 - Google Patents

エステルポリオールの製造方法

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JPH08169943A
JPH08169943A JP6316883A JP31688394A JPH08169943A JP H08169943 A JPH08169943 A JP H08169943A JP 6316883 A JP6316883 A JP 6316883A JP 31688394 A JP31688394 A JP 31688394A JP H08169943 A JPH08169943 A JP H08169943A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】カルボン酸環状化合物と多価活性水素化合物か
らなる含ヒドロキシカルボン酸に対し、特定量のアルキ
レンオキシドの付加を、特定のアミン化合物を触媒とし
て、反応温度80〜120℃、引き続き120〜150
℃で行う。 【効果】酸価、粘度、アルキレンオキシドの付加量等を
コントロールすることにより、硬質ポリウレタンフォー
ム製造用レジンとして良好な品質を有し、かつ、その硬
質ポリウレタンフォームに良好な物性を与えるエステル
ポリオールが得られた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はポリウレタン製造用エス
テルポリオールの製造方法に関する。詳しくは、含ヒド
ロキシカルボン酸にアルキレンオキシドを付加してエス
テルポリオールを製造するに際し、触媒としてアミン化
合物を使用するエステルポリオールの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】世界的なフロン規制の最中、シクロペン
タン等に代表されるフロンに替わる発泡剤を用いた硬質
ポリウレタンフォームの製造に際して、従来のポリエー
テルポリオールでは硬質ポリウレタンフォームに求めら
れる熱伝導率、強度等の物性を保持することは困難であ
ることから、近年、レジン成分としてのエステルポリオ
ールが注目を集めている。
【0003】エステルポリオールは、硬質ウレタンフォ
ームを製造する際レジン成分として通常汎用されている
ポリエーテルポリオール同様、300〜800mgKO
H/gのヒドロキシル価が必要であるのみならず、おお
よそ未反応のカルボン酸が残存しないことが必要不可欠
である。詳しくは、先に出願されている特願平5−16
7698号報に硬質ポリウレタンフォームを製造する際
のエステルポリオール製品中の酸価は5mgKOH/g
以下と記載されており、より低いものが好ましい。つま
り、エステルポリオールに未反応のカルボン酸が多量残
存する場合、ウレタン製造時にウレタン化触媒の触媒作
用を阻害したり、レジンの貯蔵安定性を低下させる原因
にもなる等の問題が生じるためである。
【0004】従来、エステルポリオールの製造法とし
て、特開平3−86735号報に記載されているカルボ
ン酸環状無水物と多価アルコールから得られる含ヒドロ
キシカルボン酸または多価カルボン酸との多価アルコー
ルとの脱水縮合反応によるもの等が知られている。しか
しながら、脱水縮合法によるエステルポリオールの製造
法は、高温、長時間を要し、工業的に必ずしも適してい
るとは言えない。
【0005】一方、カルボン酸とアルキレンオキシドの
付加反応を行う際、公知の事実として触媒が必要であ
り、例えば、文献(表面8−508(1970)、工化
誌61−358、61−1473等)にアルカリ金属水
酸化物や低級アミン等の触媒性能が詳細に検討されてい
る。しかしながら、これら文献にはモノカルボン酸とア
ルキレンオキシドとの反応例しかなく、本発明に関する
エステルポリオールの製造に対する有用性は不明であっ
た。そこで、本発明者らはそれら触媒を用いて硬質ウレ
タンフォーム製造用エステルポリオールの合成を試みた
結果、様々な好ましくない問題点が明らかとなった。
【0006】例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ムに代表されるアルカリ金属水酸化物を使用する方法
は、酸価を低下させるために大過剰のアルキレンオキシ
ドを必要とするため好ましくない。すなわち、特願平5
−167698号報に記載されているように、過剰のア
ルキレンオキシドの付加物を組成物としたエステルポリ
オールはフォームの寸法安定性および圧縮強度を低下す
るため硬質ポリウレタンフォームの製造には好ましくな
いとされているからである。
【0007】また、通常、アルカリ金属触媒を製品中か
ら除去する場合、適量の酸と水を必要とすることから、
エステル基の加水分解をも引き起こし、その精製は困難
を極めるものとなる。トリエチルアミンに代表される低
級アミン触媒を用いた場合には、製品の色相、臭気等の
品質悪化、ウレタン製造時の反応性へ影響する等の問題
が起き、製品として好ましいとは言えない。
【0008】また、特開平1−98840号報にポリエ
ーテルポリオールの合成触媒として色相、臭気等の品質
を悪化することなく、精製、濾過工程を必要としない有
用なアミン触媒の記載がある。しかしながら、カルボン
酸に対するアルキレンオキシドの付加に関する記述はな
い。また、本発明者らが概当する触媒を用い、含ヒドロ
キシカルボン酸とアルキレンオキシドの反応を行ったと
ころ、反応温度が120℃以下では酸価の低下が不十分
であり、反応温度が120℃以上では高温による脱水縮
合も同時に起こり酸価は低下するものの製品の色相悪化
や高粘度化が起こり、硬質ポリウレタンフォームを製造
する場合には適し得ない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的は
エステルポリオールの製造において従来の技術で挙げら
れる上記の如き問題点を解決し、かつ、硬質ポリウレタ
ンフォームに良好な物性を与えるエステルポリオールを
製造することにある。すなわち、酸価の低下に最小限の
アルキレンオキシドを用い、ポリウレタン製造時の反応
性にも悪影響を及ぼさない、かつ、硬質ポリウレタンフ
ォームに良好な物性を与え、精製、濾過工程を必要とせ
ず、色相、臭気等品質面においても良好な硬質ポリウレ
タン用エステルポリオールの製造を行うことを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の如
き問題点を解決したエステルポリオールの製造方法を見
出すべく鋭意検討した結果、特定の温度範囲で特定の触
媒を用い、アルキレンオキシドの付加反応と縮合反応を
組み合わせることにより本発明を完成するに至った。
【0011】即ち、本発明は、カルボン酸環状無水物と
多価活性水素化合物との反応により得られる含ヒドロキ
シカルボン酸とアルキレンオキシドの付加反応によりエ
ステルポリオールを製造する方法において、触媒として
下記の一般式(I)(化2)で表わされるアミン化合物
を用い、
【化2】 (式(I)中、R1は炭素数8〜18のアルキル基ある
いはアルケニル基を示し、R2及びR3は水素原子ある
いは炭素数1〜8のアルキル基を示す。) カルボキシル基1モルに対し1〜2モルのアルキレンオ
キシド用い、反応温度80〜120℃、引き続き120
〜150℃で反応させることを特徴とするエステルポリ
オールの製造方法である。
【0012】本発明に触媒として使用するアミン化合物
は、ジメチルオクチルアミン、トリオクチルアミン、ジ
メチルデシルアミン、ジメチルラウリルアミン、ジメチ
ルスチリルアミン、ジメチルパルメチルアミン、ジメチ
ルオレイルアミン、ジメチルステアリルアミン、ジメチ
ルリノレイックアミン、ジメチルリノレニックアミン等
が用いられる。触媒の使用量は特に制限は無いが、反応
終了後の製品生成量に対して、0.01〜5.0重量
%、好ましくは0.1〜1.0重量%の量を使用する.
【0013】本発明に使用されるカルボン酸環状無水物
には、無水フタル酸、ピロメリット酸2無水物、無水コ
ハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、テトラクロ
ロ無水フタル酸等が用いられる。これらのカルボン酸環
状無水物は単独で、又は2種以上混合して使用すること
が出来、混合比はいかなる範囲でも使用出来る。
【0014】多価活性水素化合物には、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、1,2−ブタンジオール、
1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール等の
ジオール類、グリセリン、トリメチロールエタン、トリ
メチロールプロパン等のトリオール類、ペンタエリスリ
トール、ジグリセリン等のテトロール類、ソルビトール
等のヘキトール類等に代表される脂肪族ポリヒドロキシ
化合物、あるいはブドウ糖、乳糖、麦芽糖、蔗糖、澱粉
等炭水化物、ビスフェノールA、フェノールとホルムア
ルデヒドとの縮合物で代表される芳香族ヒドロキシ化合
物、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタ
ノールアミン、イソプロパノールアミン、ジイソプロパ
ノールアミン、トリイソプロパノールアミン等に代表さ
れるアルカノールアミンも含まれる。前に示した如き多
価活性水素化合物にアルキレンオキシドを付加した化合
物も、また、多価活性水素化合物として使用出来る。こ
れらの多価活性水素化合物は単独、また2種以上混合し
て使用することが出来、混合比はいかなる範囲でも使用
出来る。
【0015】カルボン酸環状無水物と多価活性水素化合
物の反応より得られる含ヒドロキシカルボン酸はその製
造法について特に限定されないが、カルボン酸環状無水
物1モルに対し、0.5〜2.0モルの多価活性水素化
合物を開環付加反応させることが好ましい。0.5モル
以下では製品の粘度が高くなり、2.0モル以上では酸
価が充分低下しないためいずれも好ましくない。また、
得られる含ヒドロキシカルボン酸は多価活性水素化合物
にエタノールアミン、ジエタノールアミンの少なくとも
いずれかを任意の混合比で用いた場合に得られる含ヒド
ロキシアミドとの混合物であっても構わない。アルキレ
ンオキシドには、エチレンオキシド、プロピレンオキシ
ド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド等が含まれ、
それぞれ単独あるいは2種以上を混合して使用すること
ができる。
【0016】本発明のエステルポリオールの製造方法
は、次の如くである 含ヒドロキシカルボン酸と所定量の触媒を仕込み、カル
ボキシル基1モルあたり1〜2モルのアルキレンオキシ
ドを徐々に添加し反応させる。1モル以下では酸価が低
下せず、2モル以上では硬質ポリウレタンフォームの寸
法安定性および圧縮強度等の物性を低下させるため好ま
しくない。
【0017】反応温度は80〜120℃の間で、主にカ
ルボキシル基とアルキレンオキシドの付加反応を行う。
80℃以下では反応の進行が極めて遅く、工業的に適さ
ない。また、120℃以上では反応系内のカルボン酸と
水酸基の縮合反応により高分子量化が過剰に引き起こさ
れ、最終生成物の粘度が増大するため好ましくない。反
応時の圧力は特に限定されないが、10kg/cm2以
下が好ましい。反応時間も特に限定されないが、反応機
内圧の低下が0.01〜0.2kg/cm2/30mi
nになる程度の反応時間が好ましい。引き続き、120
〜150℃に昇温し、残存するカルボン酸と反応系内に
存在する水酸基の縮合反応、かつ、縮合反応により副生
する水とアルキレンオキシドの付加反応を主として行
う。このとき120℃以下では、縮合反応が極めて遅い
ため酸価の低下に長時間を要し、工業的に適さない。ま
た、150℃以上では、粘度の増大や色相を悪化するた
め好ましくない。製品の酸価は、5mgKOH/g以下
が好ましいが、更には、1mgKOH/g以下が好まし
い。
【0018】
【実施例】以下に、本発明を実施例を挙げて、さらに具
体的に説明する。実施例、比較例及び参考例の結果を、
表−1〜3に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【0022】実施例1 6.689kgの無水フタル酸、2.034kgのグリ
セリン、2.081kgの1,4−ブタンジオール及び
67.5gのジメチルパルミチルアミンを内容積30l
の反応機に装入した。反応機を乾燥窒素で置換し3kg
/cm2Gまで加圧して昇温し、100℃で1時間反応
させた後、反応機内を常圧にし、100℃に設定し、反
応機の内圧が4.0kg/cm2G以下に保たれるよう
に4.194kgのプロピレンオキシドを添加した。そ
の後、反応機の内圧低下が0.05kg/cm2/30
minになるまで5時間攪拌し、120℃に昇温した。
その後、内圧の低下が認められなくなるまで5時間攪拌
した。反応終了後、残存するプロピレンオキシドを減圧
により除去し、内温を80℃に冷却して内容物を取り出
した。得られた製品は14.503kgで薄黄色の透明
液体であり、酸価は残存せず、ヒドロキシル価は423
mgKOH/g、粘度は25000cps/25℃であ
った。
【0023】比較例1 6.689kgの無水フタル酸、2.034kgのグリ
セリン、2.081kgのジ1,4−ブタンジオール及
び67.5gのジメチルパルミチルアミンを内容積30
lの反応機に装入し、実施例1と同様の操作により含ヒ
ドロキシカルボン酸化を行った後、温度を100℃に設
定し、4.474kgのプロピレンオキシドを添加し
た。その後、反応機の内圧低下が認められなくなるまで
10時間攪拌し、反応終了後、残存するプロピレンオキ
シドを減圧により除去し、内温を80℃に冷却して内容
物を取り出した。得られた製品は14.763kgで薄
黄色の透明液体であり、酸価は7.2mgKOH/g、
ヒドロキシル価は400mgKOH/g、粘度は250
00cps/25℃であった。
【0024】比較例2 6.689kgの無水フタル酸、2.034kgのグリ
セリン、2.081kgの1,4−ブタンジオール及び
67.5gのジメチルパルミチルアミンを内容積30l
の反応機に装入し、実施例1と同様の操作により含ヒド
ロキシカルボン酸化を行った後、温度を130℃に設定
し、4.474kgのプロピレンオキシドを添加した。
その後、反応機の内圧低下が認められなくなるまで6時
間攪拌した。反応終了後、残存するプロピレンオキシド
を減圧により除去し、内温を80℃に冷却して内容物を
取り出した。得られた製品は14.895kgで茶褐色
の液体であり、酸価は残存せず、ヒドロキシル価は40
8mgKOH/g、粘度は75000cps/25℃で
あった。比較例1では酸価が残り、比較例2では縮合反
応による高分子量化から高粘度化する。実施例1はカル
ボン酸へのアルキレンオキシドの付加と縮合の2段階で
反応を行うことにより、最小限のアルキレンオキシドを
用い、酸価低下と高粘度化を制御することができ、本法
はポリウレタンフォーム製造に最適なエステルポリオー
ルの製造法として有効性が認められる。
【0025】比較例3 6.689kgの無水フタル酸、2.034kgのグリ
セリン、2.081kgの1,4−ブタンジオール及び
45gの水酸化カリウムを内容積30lの反応機に装入
し、実施例1と同様の操作により4.194kgのプロ
ピレンオキシドを添加した。その後、反応機の内圧が1
kg/cm2になるまで8時間攪拌した。反応終了後、
残存するプロピレンオキシドを減圧により除去し、内温
を80℃に冷却して取り出した製品は14.298kg
で薄黄色の透明液体であった。本製品は酸価が81.7
mgKOH/gであり、ヒドロキシル価は326.6m
gKOH/gであった。本比較例3から分かるように、
水酸化カリウム触媒では、酸価81.7mgKOH/g
とアルキレンオキシドのカルボン酸への付加は不十分で
あった。
【0026】比較例4 6.689kgの無水フタル酸、2.034kgのグリ
セリン、2.081kgの1.4−ブタンジオール及び
67.5gのトリエチルアミンを内容積30lの反応機
に装入し、4.194kgのプロピレンオキシドを用い
以下実施例1と同様の操作を行った。製品は14.37
5kgで茶褐色の液体であり、酸価が残存せず、ヒドロ
キシル価は438kg、粘度は67000cps/25
℃であった。
【0027】比較例5 6.689kgの無水フタル酸、2.034kgのグリ
セリン、2.081kgの1.4−ブタンジオール及び
67.5gのペンタメチルジエチレントリアミンを内容
積30lの反応機に装入し、4.194kgのプロピレ
ンオキシドを用い以下実施例1と同様の操作を行った。
製品は14.789kgで茶褐色の液体であり、酸価が
残存せず、ヒドロキシル価は410kg、粘度は520
00cps/25℃であった。本比較例3および比較例
4では製品の酸価は残存しないものの、茶褐色の液体
で、アミン臭も強く、実際に硬質ポリウレタンフォーム
製造時の使用する場合には極めて堪え難いものである。
実施例1および比較例で得られた結果を表−1に示す。
【0028】実施例2〜4 実施例1と同様の方法でエステルポリオールを製造し
た。ただし、触媒としてはジメチルオクチルアミン、ジ
メチラウリルアミン、ジメチルリノレイックアミンを用
いた。
【0029】実施例5 6.689kgの無水フタル酸、2.034kgのグリ
セリン、2.081kgの1,2−ブタンジオール及び
67.5gのジメチルパルミチルアミンを内容積30l
の反応機に装入し、4.194kgのプロピレンオキシ
ドを用い実施例1と同様の操作を行った。得られた製品
は14.789kgで薄黄色の透明液体であり、酸価は
残存せず、ヒドロキシル価は412mgKOH/g、粘
度は35000cps/25℃であった。
【0030】実施例6 5.226kgの無水フタル酸、6.497kgのエタ
ノールアミンプロピレンオキシド付加物(ヒドロキシル
価975mgKOH/g)及び67.5gのジメチルパ
ルミチルアミンを内容積30lの反応機に装入し、4.
718kgのプロピレンオキシドを用い実施例1と同様
の操作を行った。得られた製品は14.289kgで薄
黄色の透明液体であり、酸価は残存せず、ヒドロキシル
価は431mgKOH/g、粘度は52000cps/
25℃であった。
【0031】実施例7 6.343kgの無水フタル酸、1.929kgの1,
2−ブタンジオール、2.250kgのジエタノールア
ミン及び67.5gのジメチルパルミチルアミンを内容
積30lの反応機に装入し、4.478kgのプロピレ
ンオキシドを用い実施例1と同様の操作を行った。得ら
れた製品は14.763kgで薄黄色の透明液体であ
り、酸価は残存せず、ヒドロキシル価は420mgKO
H/g、粘度は45000cps/25℃であった。
【0032】実施例8 5.179kgの無水コハク酸、2.385kgのグリ
セリン、2.330kgの1,2−ブタンジオール、及
び67.5gのジメチルパルミチルアミンを内容積30
lの反応機に装入し、5.106kgのプロピレンオキ
シドを用い以下実施例1と同様の操作を行った。得られ
た製品は14.892kgで薄黄色の透明液体であり、
酸価は残存せず、ヒドロキシル価は484mgKOH/
g、粘度は12000cps/25℃であった。
【0033】実施例9 6.009kgのピロメリット酸2無水物、4.190
kgのプロピレングリコール、及び67.5gのジメチ
ルパルミチルアミンを内容積30lの反応機に装入し、
4.798kgのプロピレンオキシドを用い以下実施例
1と同様の操作を行った。得られた製品は14.578
kgで薄黄色の透明液体であり、酸価は残存せず、ヒド
ロキシル価は413mgKOH/g、粘度は65000
cps/25℃であった。
【0034】実施例10 7.093kgの無水フタル酸、2.204kgのグリ
セリン、1.486kgのエチレングリコール及び6
7.5gのジメチルパルミチルアミンを内容積30lの
反応機に装入した。反応機を乾燥窒素で置換し3kg/
cm2Gまで加圧して昇温し、100℃で1時間反応さ
せた後、反応機内を2kg/cm2Gにし、反応温度は
100℃に設定し、反応機の内圧が4.0kg/cm2
G以下に保たれるように5時間で4.194kgエチレ
ンオキシドを添加した。その後、反応機の内圧が3kg
/cm2になるまで1時間攪拌し、さらに、120℃に
昇温し、3時間反応を行った。反応終了後、残存するエ
チレンオキシドを減圧により除去し、内温を80℃に冷
却して内容物を取り出した。得られた製品は14.78
6kgで薄黄色の透明液体であり、酸価は残存せず、ヒ
ドロキシル価は448mgKOH/g、粘度は1480
0cps/25℃であった。
【0035】参考例1、比較参考例1〜2 実施例1で得られたエステルポリオールを用いて硬質ポ
リウレタンフォームを作り物性試験を行った。上記エス
テルポリオール100gにシリコーン製泡剤L−542
0(日本ユニカー社品)1.0g、フレオン11B(三
井デュポンフロロケミカル社品)17.5g、テトラメ
チルヘキサメチレンジアミン2.3g、純水0.5gを
加え、よく混合してレジン液とした後、ジフェニルメタ
ンジイソシアナート(NCO含有率30.8%)を、レ
ジン液の活性水素と反応する量を標準にして1.05倍
量加え、激しくかき混ぜて縦25cm×横25cm×高
さ18cmの段ボール製造箱に注入した。
【0036】発泡による立ち上がりの時間(イニシエー
ションタイム)、フォーム表面の粘り気の無くなる時間
(タックフリータイム)を測定した後、室温で24時間
熟成後、得られた硬質ポリウレタンフォームの物性試験
を行った。物性試験方法は次の通りである。 (1)比重;ASTM D−1622 59Tによる。 (2)圧縮強さ;ASTM D−1621 59Tによ
る。 (3)寸法安定性;100×100×100mmのフォ
ームを表−3に記載の条件で放置し、放置前の長さに対
する放置後の長さの変化率を求めた。
【0037】フォーム物性を表−3に示した。表−3に
比較のため、比較例1の100℃の反応で酸価が7.2
であるもの、比較例2の130℃の反応で粘度が750
00cps/25℃であるものを用いた発泡特性、フォ
ーム物性を併記した。表−3から本発明の方法により製
造したエステルポリオールの発泡特性は良好であった。
比較例1では反応性が低く、また、発泡途中でイソシア
ネートとレジン相の分離が起った。比較例2においては
混合性が不良で混合時の操作が困難であった。
【0038】
【発明の効果】本発明の方法はエステルポリオール製造
にあたって、カルボン酸へのアルキレンオキシドの付加
と縮合の2段階で反応を行うことにより、最小限のアル
キレンオキシドを用い、酸価低下と高粘度化を制御する
ことができ、また、精製工程が少なく、品質の安定した
製品が得られる特徴があり、ポリウレタンフォーム製造
に最適なエステルポリオールの製造法として有効性が認
められる。また、本製造法により得られる製品は、色相
淡色、異臭少なく、硬質ポリウレタンフォームの原料と
して優れた品質を持っている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高柳 弘 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カルボン酸環状無水物と多価活性水素化合
    物との反応により得られる含ヒドロキシカルボン酸とア
    ルキレンオキシドの付加反応によりエステルポリオール
    を製造する方法において、触媒として下記の一般式
    (I)(化1)で表わされるアミン化合物を用い、 【化1】 (式(I)中、R1は炭素数8〜18のアルキル基ある
    いはアルケニル基を示し、R2及びR3は水素原子ある
    いは炭素数1〜8のアルキル基を示す。) カルボキシル基1モルに対し1〜2モルのアルキレンオ
    キシド用い、反応温度80〜120℃、引き続き120
    〜150℃で反応させることを特徴とするエステルポリ
    オールの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013036033A (ja) * 2011-07-12 2013-02-21 Sanyo Chem Ind Ltd ポリウレタンフォーム製造用ポリオール組成物
JP2013036031A (ja) * 2011-07-08 2013-02-21 Sanyo Chem Ind Ltd ポリウレタンフォーム製造用強度向上剤
JP2013040330A (ja) * 2011-07-20 2013-02-28 Sanyo Chem Ind Ltd ポリウレタンフォーム製造用強度向上剤
JP2013525573A (ja) * 2010-04-29 2013-06-20 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー 混成ポリエステル−ポリエーテルポリオール

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