(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３−｛Ｎ−［２−（Ｎ′,Ｎ′−ジメチルアミノエトキシ）エチル］−Ｎ−メチルアミノ｝プロピオンアミド。
【請求項２】
水と、３−｛Ｎ−［２−（Ｎ′,Ｎ′−ジメチルアミノエトキシ）エチル］−Ｎ−メチルアミノ｝プロピオンアミドからなる触媒組成物との存在下で有機ポリイソシアネートをポリオールと反応させることからなるポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項３】
触媒組成物が第三アミン、有機錫またはカルボキシレートをも含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
触媒組成物がトリエチレンジアミンをも含む請求項２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
ポリウレタンフォームは、自動車、住宅およびその他の産業で広く使用されている。ポリウレタンフォームは、ポリイソシアネートを種々の添加剤の存在下でポリオールと反応させることにより製造される。発泡剤として特に有効な添加剤の１群は、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）である。ＣＦＣは重合の際の反応による発熱の結果、蒸発、重合中の塊を発泡させる。しかしながら、ＣＦＣが成層圏のオゾンを枯渇させるという発見によりＣＦＣの使用制限が要求されることになった。従って、ウレタンフォーム製造のためにＣＦＣの代替物を開発するのに一層の努力が向けられており、また水での発泡が重要な代案として出されている。この方法では、水のポリイソシアネートとの反応により生じる二酸化炭素によって発泡が起きる。フォームはワンショット法によりまたはプレポリマーを生成し、続いてこのプレポリマーを触媒の存在下で水と反応させることにより製造することができる。方法の如何に関係なく、セルが比較的に均一であり、また想定される応用に従って特定の特性を有するポリウレタンフォーム、例えば堅いフォーム、半ば堅いフォームそして可撓性フォームを製造するために、イソシアネートとポリオールとの反応（ゲル化）とイソシアネートと水との反応（発泡）とが均衡する必要がある。
【０００２】
特定の特性を有するポリウレタンフォームを製造するための触媒を選定する際には、発泡またはゲル化を選択的に促進する触媒の能力を考慮することが重要である。もし触媒が発泡反応を著しく促進し過ぎるならば、イソシアネートのポリオールとの反応が十分に起きる前に二酸化炭素が発生する。二酸化炭素は処方物から泡となって出、フォームの圧壊を生じまた品質の劣るフォームを生む。極端に逆の場合では、もし触媒がゲル化反応を強く促進し過ぎると、重合が顕著に起きた後、二酸化炭素のかなりの部分が発生するであろう。やはり、高い密度、壊れたまたは輪郭の劣ったセル、または好ましくない他の特質を特徴とする、品質の劣悪なフォームが生成する。フォームのゲル化および発泡を望むように均衡させるために、ゲル化触媒および発泡触媒がしばしば一緒に使用される。
【０００３】
ポリウレタンを製造するために第三アミン触媒が使用されている。第三アミン触媒は、発泡（二酸化炭素を発生するための水のイソシアネートとの反応）とゲル化（ポリオールのイソシアネートとの反応）との双方を促進し、望ましい生成物を生成するように発泡反応およびゲル化反応を均衡させるのに有効であることが示されている。しかしながら、ポリウレタンを製造するために触媒として使用される典型的な第三アミンは、一般に嫌な匂いを有しまた多くは低分子量のため揮発性が高い。ポリウレタンを製造する際の第三アミンの放出は、安全および毒性の問題を生じるであろうし、また消費者用製品からの残留アミンの放出は一般に好ましくない。
【０００４】
低分子量の第三アミン触媒への種々の代替物が先行技術で報告されている。例を以下に示す。
米国特許第３,０７３,７８７号（Krakler、1963）は、３−ジアルキルアミノプロピオンアミドおよび２−ジアルキルアミノアセトアミドが触媒として使用される、イソシアネートフォームを製造するための改良された方法を開示している。
米国特許第４,００７,１４０号（Ibbotson、1977）は、ポリウレタンを製造するための臭気の少ない触媒としてＮ,Ｎ′−ビス（３−ジメチルアミノプロピルアミノ）尿素のような種々の第三アミンの使用を開示している。
米国特許４,０４９,５９１号（McEntireら、1977）は、ポリウレタン触媒として一群のβ−置換ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル）アミンを開示している。置換基はシアノ、アミド、エステル、またはケトンであってよい。
【０００５】
米国特許第４,０９４,８２７号（McEntire、1978）はＮ,Ｎ−ビス（ジメチルアミノプロピル）尿素のようなある種のアルキル置換尿素をポリウレタンフォームを製造する際の触媒として使用することを開示している。
米国特許第４,１９４,０６９号（Speranzaら、1980）はポリウレタンを製造するための触媒としてＮ−（３−ジメチルアミノプロピル）−Ｎ′−（３−モルホリノプロピル）尿素の使用を開示している。
米国特許第４,２４８,９３０号（Haasら、1981）は、ビス（ジメチルアミノ−ｎ−プロピル）アミンのような新規の第三アミン化合物をポリウレタン樹脂を製造する触媒として開示している。
米国特許第４,６４４,０１７号（Haasら、1987）は、ポリイソシアネート付加生成物の製造での第三アミノ基を有する拡散に対して安定なアミノアルキル尿素の使用を開示している。
【０００６】
ＤＥ ３０２７７９６（1982）(Derwent アブストラクト 82-13914E）は、ポリウレタンフォーム製造用のジアルキルアミノアルキル尿素触媒の使用を開示している。ポリウレタンの製造温度で匂いが発生しないと報告されている。
ＥＰ ７９９,８２１（1997）は、ポリウレタンを生成するための３−［３−ジメチルアミノプロピル］アミノ−Ｎ,Ｎ−ジメチルプロパンアミドおよび３−［３−ジメチルアミノプロピル］アミノ−Ｎ−［３−ジメチルアミノプロピル］プロパンアミドのようなアミン／アミド触媒を開示している。この触媒はそのイソシアネートとの反応性のため逸散性が低いと報告されている。
【０００７】
米国第５,８２４,７１１号（Kimockら、1998）は、ポリウレタンを製造するためのＮ,Ｎ,Ｎ′−トリメチルビス（アミノエチル）エーテル置換尿素組成物を開示している。
米国第５,８７４,４８３号（Savocaら、1999）はポリウレタンを製造するためのアミノプロピルビス（アミノエチル）エーテル組成物を開示している。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、イソシアネートと、アルコール、ポリオール、アミンまたは水のような反応性水素を含む化合物との反応を接触するのに有効な新規な組成物、３−｛Ｎ−［２−（Ｎ′,Ｎ′−ジメチルアミノエトキシ）エチル］−Ｎ−メチルアミノ｝プロピオンアミドに関する。これは、発泡ポリウレタンの製造において発泡反応つまりイソシアネートと水との反応を接触するのに特に有効である。この新規な組成物の分子構造を以下に示す。
【０００９】
【化１】
0003852904.tif 000002
【００１０】
ポリウレタンフォーム製造でのこの新規な化合物の利点は以下の通りである。
・その高い触媒活性
・その発泡反応への選択性
・そのウレタンに化学結合する能力、従って、最終生成物からの放出が防止される。
【００１１】
【発明の詳述】
３−｛Ｎ−［２−（Ｎ′,Ｎ′−ジメチルアミノエトキシ）エチル］−Ｎ−メチルアミノ｝プロピオンアミドは、アクリルアミドへのＮ,Ｎ,Ｎ′−トリメチルビス（アミノエチル）エーテルへの求核的付加によって容易に製造される。Ｎ,Ｎ,Ｎ′−トリメチルビス（アミノエチル）エーテルおよびアクリルアミドは、約１：１０〜約２０：１のモル比で、好ましくはアクリルアミド１当量あたりアミン１〜２モルの比率で反応混合物中に存在する。アクリルアミドの遊離基重合を妨げるために空気を使用して反応混合物を飽和する。反応は好ましくは大気圧で実施されるが、他の圧力も使用し得る。反応は０〜１００℃、好ましくは３０〜８０℃の温度で実施されることができ、０.１〜１００時間、好ましくは２〜６時間にわたって続行される。
【００１２】
原則的に、モノマー反応剤は段階的添加によるバッチ方式または連続的方式のいずれか最適な方で反応させ得る。合成はまぜ物のないモノマーの混合物中で実施されるのが有利であるが、両反応体のための不活性溶媒が使用される。好適な溶媒の例には、アミド、ハロゲン化炭化水素、エステル、およびエーテルがあり、好ましい溶媒はエーテルである。
【００１３】
本発明の触媒組成物は、水が有機ポリイソシアネートと反応して二酸化炭素を放出する、発泡ポリウレタンを製造する発泡反応に対して選択的である。
ポリウレタンは、当該分野でよく知られている好適な任意の有機ポリイソシアネート、例えばヘキサメチレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート（“ＴＤＩ"）および４,４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（“ＭＤＩ"）を使用して製造される。特に好適なのは、個別的な２,４−ＴＤＩおよび２,６−ＴＤＩまたは市販で入手できるこれらの混合物である。好適な別なイソシアネートは、４,４′−ジフェニルメタンジイソシアネートを約６０％、他の異性体ポリイソシアネートおよびより高級な類似のポリイソシアネートとともに含有する、商業的には“粗製ＭＤＩ”として、またＰＡＰＩとして知られるジイソシアネート混合物である。やはり好適なのは、ポリイソシアネートとポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールとの予め部分的に反応された混合物からなるこれらのポリイソシアネートの“プレポリマー”である。
【００１４】
ポリウレタン組成物の成分として好適なポリオールの例は、ポリアルキレンエーテルポリオールおよびポリエステルポリオールである。ポリアルキレンエーテルポリオールには、ポリ（エチレンオキシド）ポリマー、ポリ（プロピレンオキシド）ポリマーのようなポリ（アルキレンオキシド）ポリマーがあり、またジオールおよびトリオール、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、１,３−ブタンジオール、１,４−ブタンジオール、１,６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ペンタエリスリトール、グリセロール、ジグリセロール、トリメチロールプロパンおよび類似の低分子量ポリオールを含む多水酸基化合物から誘導された末端ヒドロキシル基を有するコポリマーがある。
【００１５】
本発明を実施するのに、単一の高分子量ポリエーテルポリオールを使用し得る。高分子量ポリエーテルポリオールの混合物、例えば、２官能性および３官能性の物質のおよび／または分子量または化学組成の異なる物質の混合物を使用し得る。
【００１６】
有用なポリエステルポリオールには、ジカルボン酸を過剰のジオールと、例えばアジピン酸をエチレングリコールまたはブタンジオールと反応させるか、またはラクトンを過剰のジオールと、例えばカプロラクトンをプロピレングリコールと反応させることにより生成されるものがある。
【００１７】
ポリエーテルポリオールおよびポリエステルポリオールに加えて、マスターバッチないしは予備混合組成物は、ポリマーポリオールをしばしば含有する。ポリマーポリオールは、フォームの変形抵抗を増大する、つまりフォームの荷重保持特性を増大するためにポリウレタンフォーム中で使用される。荷重保持力を改善するために、異なる２種類のポリマーポリオールが現在使用される。グラフトポリオールと称される第１の種類はビニルモノマーがグラフト共重合されているトリオールからなる。スチレンおよびアクリロニトリルは、選択される通常のモノマーである。第２の種類のポリ尿素で変性されたポリオールは、ジアミンとＴＤＩとの反応により生成されるポリ尿素分散体を含有するポリオールである。ＴＤＩは過剰に使用されるので、ＴＤＩのいくらかはポリオールおよびポリ尿素の双方と反応する。第２の種類のポリマーポリオールには、ポリオール中でＴＤＩとアルカノールアミンとを系中で重合することにより生成されるＰＩＰＡポリオールと称される種類がある。ポリウレタン生成物に対する荷重保持要求に依存し、ポリマーポリオールはマスターバッチのポリオール分の２０〜８０％を占めるであろう。
【００１８】
ポリウレタンフォーム処方物中にある他の典型的な剤には、エチレングリコールおよびブタンジオールのような鎖延長剤、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミンおよびトリプロパノールアミンのような架橋剤、水、メチレンクロリド、トリクロロフルオロメタンなどのような発泡剤そしてシリコーンのようなセル安定剤がある。
【００１９】
ポリウレタンを生成するのに有効である触媒組成物の量は、ポリウレタン処方物中のポリオール１００部当たり約０.０１〜１０部（phpp）の範囲にある。好ましい量は約０.０５〜０.５phppである。
【００２０】
３−｛Ｎ−［２−（Ｎ′,Ｎ′−ジメチルアミノエトキシ）エチル］−Ｎ−メチルアミノ｝プロピオンアミドは、他の第三アミン、有機錫およびウレタン技術で周知のカルボキシレートウレタン触媒と組み合わせて使用され得る。例えば、好適なゲル化触媒には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチル−アミン、トリオクチルアミン、ジエチルシクロヘキシルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ−オクタデシルモルホリン（Ｎ−ココモルホリン）、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ,Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ,Ｎ′−ビス（２−ヒドロキシプロピル）ピペラジン、Ｎ,Ｎ,Ｎ′,Ｎ′−テトラメチルエチレン−ジアミン、Ｎ,Ｎ,Ｎ′Ｎ′−テトラメチル−１,３−プロパンジアミン、トリエチレンジアミン（１,４−ジアザ−ビシクロ［２.２.２］オクタン）、１,８−ジアザビシクロ（５.４.０）ウンデセン−７,１,４−ビス（２−ヒドロキシプロピル）−２−メチルピペラジン、Ｎ,Ｎ′−ジメチルベンジルアミン、Ｎ,Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、ベンジルトリエチルアンモニウムブロミド、ビス（Ｎ,Ｎ−ジエチルアミノエチル）アジペート、Ｎ,Ｎ−ジエチルベンジルアミン、Ｎ−エチルヘキサメチレンアミン、Ｎ−エチルピペリジン、アルファ−メチルベンジルジメチルアミン、ジメチルヘキサデシルアミン、ジメチルセチルアミンなどがあるが、これらに限定されない。好適な発泡触媒には、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル、ペンタメチルジエチレントリアミン、２−［Ｎ−（ジメチルアミノエトキシエチル）−Ｎ−メチルアミノ］エタノールなどがあるが、これらに限定されない。
【００２１】
本発明の触媒組成物のような触媒を含有する、１〜３ポンド／立方フィート（１６〜４８キログラム／立方メートル）の密度を有する（例えば自動車の座席）一般の可撓性ポリウレタンフォームの処方物は、以下の成分を含有する。
【００２２】
【表１】
0003852904.tif 000003
【００２３】
本発明は、単にその説明であることを意図する以下の実施例を考察することにより一層明白になる。
【００２４】
【実施例】
実施例  １
３−｛Ｎ−［２−（Ｎ′,Ｎ′−ジメチルアミノエトキシ）エチル］−Ｎ−メチルアミノ｝プロピオンアミドの製造
５０mlの三つ口の丸底フラスコに磁気撹拌機、還流凝縮器、空気吹き込み器および温度制御油浴を装備した。フラスコに１４.２ｇのアクリルアミドを装入した。周囲温度の反応フラスコにＮ,Ｎ,Ｎ′−トリメチルビス（アミノエチル）エーテルを入れた。添加の後、反応混合物を７５℃で６時間撹拌した。混合物を周囲温度に冷却した。得られる混合物をセライト層を通じて濾過した。フォームを施すために濾液を収集した。1Ｈ ＮＭＲにより生成物が所望の構造を有することが示された。
【００２５】
実施例  ２
３−｛Ｎ−［２−（Ｎ′,Ｎ′−ジメチルアミノエトキシ）エチル］−Ｎ−メチルアミノ｝プロピオンアミドを使用するフォームの製造
以下の予備混合処方物を使用して慣用の方法でポリウレタンフォームを製造した。
【００２６】
【表２】
0003852904.tif 000004
【００２７】
３２オンス（９５１ml）の紙コップ中の上記の予備混合物２０２ｇに触媒を入れ、直径が２インチ（５.１cm）の撹拌翼を備えた頂部撹拌機を使用して５０００rpmで２０秒混合した。１０５価［価＝(イソシアネートのモル／活性水素のモル)×１００］のフォームをつくるのに十分なＴＤＩ８０を添加し、同じ頂部撹拌機を使用して処方物を５秒間十分に混合した。台上にある１２８オンス（３８０４ml）の紙コップの底の穴を通して、３２オンスのカップに落した。この穴は３２オンスのカップの縁をひっかけるような寸法だった。フォームの容器の全容積は１６０オンス（４７５５ml）であった。フォームの形成過程の終了時のフォームはこの容積に近かった。混合カップの頂部に達する時間（ＴＯＣ１）、１２８オンスのカップの頂部に達する時間（ＴＯＣ２）、およびフォームの最大高さを記録した。
【００２８】
【表３】
0003852904.tif 000005
【００２９】
本実施例は、３−｛Ｎ−［２−（Ｎ′,Ｎ′−ジメチルアミノエトキシ）エチル］−Ｎ−メチルアミノ｝プロピオンアミドが有効な発泡触媒であることを示す。