JP2000086640A - イミノオキサジアジンジオン基を有するポリイソシアネ―トの製造方法 - Google Patents
イミノオキサジアジンジオン基を有するポリイソシアネ―トの製造方法Info
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Abstract
がなく、しかもトライマー混合物中に向上した含有量の
イミノオキサジアジンジオン基を有する生成物を生成す
る方法を提供する。 【解決手段】 トライマー混合物中に少なくとも30モ
ル%のイミノオキサジアジンジオン基(不整トライマ
ー)を有する三量化されたポリイソシアネートの製造方
法において、140〜600の数平均分子量を有すると
共に脂肪族、脂環式および/または芳香脂肪族結合した
イソシアネート基を有する有機ジ−もしくはポリ−イソ
シアネートから選択される出発イソシアネートを、下記
式(I) R4 E+ F- (I) [式中、EはNもしくはPを示し、Rは同一もしくは異
なる適宜分枝鎖の脂肪族、芳香族および/または芳香脂
肪族C1 〜C20基などを示す]に対応する第四アンモニ
ウムおよびホスホニウムフルオライド三量化触媒の存在
下に接触三量化させる。
Description
ジンジオン基を有するポリイソシアネートの製造方法に
関するものである。
トライマー)有するポリイソシアネートは、ポリウレタ
ンラッカーおよびコーチングを製造すべく使用しうる高
級原料である(DE−A 19,611,849号)。
これらポリイソシアネートは、イソシアヌレート基(対
称トライマー)を有する周知のポリイソシアヌレートに
補助成分として存在する。顕著に増加したイミノオキサ
ジアジンジオン含有量を有するイソシアネートオリゴマ
ーがDE−A 19,611,849号に記載されてい
る。たとえばポリウレタンラッカーおよびコーチングを
製造するための原料としての有利な性質が記載されてい
る。少なくとも3個のNCO基を有するイソシアネート
オリゴマーにつき、イミノオキサジアジンジオン基を有
するポリ(ジ)−イソシアネートは最低の粘度を有す
る。DE−A 19,611,849号は、式M[nF
- ・(HF)m ](ここでm/nは>0であり、Mはn
価の陽イオンまたはn価の基を示す)に対応する水素
(ポリ)フルオライドの、イミノオキサジアジンジオン
基の優先的生成を伴うイソシアネート三量化の触媒とし
ての使用を記載している。この方法は不利であって触媒
の製造に際しHFを取り扱う必要があり、これは一般に
対応のフルオライドM[nF- ](ここでMはn価の陽
イオンである)から出発する。HFの取り扱いは、必要
に応じ無水の弗化水素酸を取り扱う格別の注意を必要と
して触媒の製造を著しく複雑にするため、全工程の技術
的実施性を制限する。さらに材料の不規則性に基づき触
媒を製造および使用しうる反応器の選択に関し或る種の
要求が生ずる。これら状況は、高比率のイミノオキサジ
アジンジオン基を生成させることが望ましい場合、イソ
シアネート三量化法の広範な安全性能を制限する。
の製造に際し弗化水素酸を取り扱う必要がなく、しかも
トライマー混合物中に向上した含有量のイミノオキサジ
アジンジオン基を有する生成物を生成する方法を提供す
ることにある。「トライマー混合物」という用語は、イ
ソシアヌレート基とイミノオキサジアジンジオン基との
合計を意味する。高められたイミノオキサジアジンジオ
ン基含有量は、トライマー混合物に少なくとも30%の
イミノオキサジアジンジオン基を含有する生成物を意味
する。この課題は、イソシアネート三量化を第一アンモ
ニウムもしくはホスホニウムフルオライドにより触媒す
る以下説明する本発明の方法により解決することができ
る。
合物中に少なくとも30モル%のイミノオキサジアジン
ジオン基(不整トライマー)を有する三量化されたポリ
イソシアネートの製造方法において、140〜600の
数平均分子量を有すると共に脂肪族、脂環式および/ま
たは芳香脂肪族結合したイソシアネート基を有する有機
ジ−もしくはポリ−イソシアネートから選択される出発
イソシアネートを、式 R4 E+ F- (I) [式中、EはNもしくはPを示し、Rは同一もしくは異
なる適宜分枝鎖の脂肪族、芳香族および/または芳香脂
肪族C1 〜C20基を示し、または2個もしくはそれ以上
のR基は互いにおよび窒素もしくは燐原子と共に飽和も
しくは不飽和環を形成することもできる]に対応する第
四アンモニウムおよびホスホニウムフルオライド三量化
触媒の存在下に接触三量化させることからなり、触媒が
(i) 純粋型(pure form)にて存在し、(ii) 弗素
陰イオンのための溶媒和剤S[ここでSは2より大(2
5℃にてH2 O中で測定)のpKa 値を有するプロトン
化合物または蓚酸から選択される]と配合され、ただし
有機酸と弗素イオンF- とのモル比は20を越えず、さ
らにSはHFまたは2もしくはそれ以上の官能価を有す
るアルコールでなく、または(iii) 水と配合され、こ
こで水と弗素イオン(F- )とのモル比は10を越えな
いことを特徴とする三量化ポリイソシアネートの製造方
法に関するものである。
シアネートは好ましくは140〜300の分子量を有す
る脂肪族ジイソシアネートまたはその混合物であり、三
量化されたポリイソシアネートは好ましくはトライマー
混合物中に少なくとも35%、より好ましくは少なくと
も40モル%のイミノオキサジアジンジオン基(不整ト
ライマー)を含有する。好適三量化触媒は、32〜25
0の数平均分子量を有する一官能性アルコールもしくは
アルコール混合物と配合された式(I)の第四アンモニ
ウムもしくはホスホニウムフルオライドであり、混合物
における第四アンモニウムもしくはホスホニウムフルオ
ライドの濃度は少なくとも20重量%、より好ましくは
少なくとも30重量%である。本発明の方法において、
有機酸と弗素イオンF- とのモル比は好ましくは10を
越えず、より好ましくは5を越えず、特に好ましくは2
を越えない。さらに触媒を水と配合する場合も、水と弗
素イオン(F- )とのモル比は好ましくは5を越えな
い。弗素陰イオンの溶媒和の性質および程度が本発明の
方法の性能に対し臨界的である。
は、できるだけ濃厚な形態にてテトラアルキルホスホニ
ウムもしくは−アンモニウムフルオライド触媒を使用す
ることであり、好ましくは実質的に純粋な活性物質を三
量化に導入する。これは、触媒の工業的取り扱いに関す
る要件から生ずる実用的限界を受ける。固体触媒または
高度に濃縮されると共に比較的高粘度の触媒溶液の出発
イソシアネートにおける溶解度または急速かつ均質な分
配はしばしば低過ぎて、局部的架橋の結果としてゲル粒
子の自然形成を防止することができない。この点に関し
弗素イオンに関するその錯生成特性を、少なくとも触媒
が出発イソシアネート中に均質分配されるまで弗素陰イ
オンの触媒活性がゆっくり展開する(「徐放」メカニズ
ム)よう配慮せねばならないことがSの本質的特徴であ
る。さもないと、自然架橋が生じて濁った使用しえない
生成物の生成をもたらしうる。これは実際に触媒の一層
高い希釈により対処しうる一方、驚くことにこれはトラ
イマー混合物における益々低いイミノオキサジアジンジ
オン含有量をもたらす(例4参照)。従って三量化触媒
として液体テトラアルキルアンモニウムもしくは−ホス
ホニウムフルオライドを使用するのが特に好適である。
しかしながら、たとえばテトラブチル−アンモニウムも
しくはテトラブチル−ホスホニウムフルオライドのよう
な極めて少量のSの添加でさえ液体となる固体化合物を
純粋物質として使用することも可能である。
物の混合物も三量化触媒として使用しうる。適する触媒
の例は、必要に応じフルオライド以外の対イオンとの塩
の形態にて市販入手することができ、たとえば塩化物、
臭化物、沃化物および(水素)硫酸塩のようなフルオラ
イド形態まで容易に変換しうる化合物を包含する[たと
えばシンセシス(1988)、第12巻、第953〜9
55頁および例1参照]。その例はテトラキス−(ヒド
ロキシメチル)ホスホニウムクロライドおよびサルフェ
ート;並びにテトラエチル−、テトラブチル−、テトラ
オクチル−、テトラキス(ヘキサデシル)−、トリブチ
ル(テトラデシル)−、トリブチル(ヘキサデシル)−
およびトリオクチル(オクタデシル)ホスホニウムクロ
ライド、ブロマイドもしくはイオダイドを包含する。さ
らにフェニル(アルキル)誘導体も使用しうるが、これ
らは溶媒和剤もしくは溶剤、特にイソシアネートオリゴ
マー化に使用するのに適する一官能性アルコールに対す
る貧弱な溶解性(純脂肪族置換された化合物と比較)に
基づき大して好適でない。イミノオキサジアジンジオン
基の好適生成における触媒反応に際し使用される溶媒和
剤Sの性質および量により演じられる格別の役割は予想
されなかった。S:F- のモル比が、トライマー混合物
における少なくとも30モル%のイミノオキサジアジン
ジオン基の増加含有量を達成するため本発明による方法
の性能につき重要である。
存するという驚異的観察は、イソシアヌレート生成を伴
うイソシアネート三量化につきフルオライドの使用をも
記載した従来の刊行物から本発明を区別する。DE−A
3,827.596号は、第四アンモニウムおよびホ
スホニウムフルオライドを用いてイソシアヌレート基を
有するポリイソシアネートを製造する可能性につき記載
している。第3頁、第30〜35行には、均質触媒反応
につき使用すべき溶液のフルオライド濃度が溶液1g当
たり0.5ミリモルのF- を越えてはならないと明確に
述べられている。使用すべき溶剤は2−エチル−1,3
−ヘキサンジオール、アセトニトリルまたはN,N−ジ
メチルホルムアミド(DMF)を包含する。しかしなが
ら、DE−A3,827,596号に提案された方法を
用いて行った試験は、示した弗素イオン濃度(溶液1g
当たり0.01〜0.1ミリモルのF- 、すなわち触媒
溶液における約0.02〜0.2%F- )にて開示溶剤
にこれらフルオライドを溶解させた場合のみ極めて濁っ
た生成物の生成をもたし、これら生成物がポリウレタン
ラッカーおよび被覆組成物の製造につき高級イソシアネ
ート成分として全く使用しえないことを示している。さ
らに、このように製造された生成物のトライマー混合物
におけるイミノオキサジアジンジオン含有量は低く、さ
らに触媒溶液を一層高度に開示溶剤で希釈すれば、さら
に減少する(例2、表1)。
ような非プロトン触媒溶剤は一般に本発明の方法に使用
するには大して適さない。何故なら、未反応モノマーの
回収(たとえば、一般にたとえばHDIのようなジイソ
シアネートのイソシアネート基を(部分)三量化させた
後に行われる蒸留による)に際し溶剤は一般にモノマー
と共に工程から除去され、その後に循環されるからであ
る。これらが反応に際し消費されないため、溶剤はこの
過程を反復する際に蓄積し続け、遅かれ早かれこれらを
「循環」モノマーから面倒な過程で分離する必要が生ず
る。従って、この方法は経済的理由から極めて不利であ
る。さらにDMFは高められた温度でイソシアネートと
反応して望ましくない副生成物を生成する[アンゲバン
テ・モレキュラ・ヘミー(1992)、第197巻、第
131〜139頁、CO2 の発生およびホルムアミジン
の生成]。低温度にてDMFは基礎物質(たとえば不純
物から)と一緒になつて(ポリ)イソシアネートの望ま
しくない線状重合を触媒し、1−ナイロン化合物を生成
しうる[たとえばオーガニック・ケミストリー、シリー
ズ・オブ・モノグラフス、第13B/2巻、アカデミッ
ク・プレス、ニューヨーク・アンド・ロンドン(197
2)、第332頁以降およびそこに引用された刊行
物]。
合でさえ、たとえばアセトニトリルおよびDMFのよう
な非プロトン触媒溶剤の使用は、面倒な濾過操作が行わ
れるまで後処理しえない極めて粗大なゲル状固体粒子を
含有する粗製トライマー溶液の生成をもたらし、薄膜蒸
留による後処理の後にも完全に濁りのない樹脂を生成し
ない(例2bおよび2c参照)。得られるトライマー樹
脂におけるイミノオキサジアジンジオン含有量も極めて
低い(表1)。DE−A3,827,596号の例は、
固体支持体(シリカゲル)に対し適用されたホスホニウ
ムフルオライド触媒の製造につき1回だけ言及している
(第6頁、表1、例4)。イソシアネートを改変するた
めの触媒を用いることにつき特許公報には記載がない。
DE−A 3,902,078号も同様な触媒システム
を記載しているが、この場合はCO2 と組み合わせ、さ
らにイソシアヌレート基を有する改変ポリイソシアネー
トを製造するためのその使用についても記載している。
ホスホニウム塩は、アンモニウム種類よりも「好適でな
い」と明瞭に記載されている(第3頁、第32〜33行
および第60〜61行、第4頁第12行)。均質触媒反
応につき好適な触媒濃度に示された記載は、DE−A
3,827,596号で既に記載されたものと同様であ
る。その例は製造につき或いは改変イソシアネートを製
造するための触媒としてのホスホニウムフルオライドの
使用につき言及していない。
は、得られる生成物の「イミノオキサジアジンジオン含
有量」が「下位(subordinate) 」になり続けることをも
開示している(第4頁、第51〜52行)。その例6〜
9は、イソシアヌレートおよびオキサジアジントリオン
の他にイミノオキサジアジンジオンの生成をも報告して
おり、前者の2種類が反応の主たる生成物である。この
情報の報告によれば、三量化反応に際しCO2 の存在が
イミノオキサジアジンジオンの生成に必要とされ、さら
にイミノオキサジアジンジオンは望ましくない副生成物
であるという結論に導く傾向がある。一般に、DE−A
3,827,596号もDE−A 3,902,07
8号も、触媒を単に希釈するだけでなく反応が簡明に進
行するよう確保する際にも触媒溶剤により演じられる格
別の役割に関し、すなわち濁りもしくは固形物の生成を
回避することに関し言及せず、さらにイソシアヌレート
三量化に際しイミノオキサジアジンジオン基の好適生成
に関する選択性調節剤(溶媒和剤)としての役割につい
ても言及がない。刊行物は、イソシアネートを改変させ
るべくアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の弗化物
および他の第四ホスホニウム塩(クロライド、ブロマイ
ドなど)から「現場」で必要に応じ生成されたホスホニ
ウムフルオライドを使用する可能性につき言及している
[相転移触媒反応、たとえばIsr.ジャーナル・ケミ
ストリー(1985)、第26巻、第222〜224
頁。しかしながら、ホスホニウムフルオライドの使用に
ついてはそこに記載されていない]。
−A 0,315,692号には、イソシアヌレート基
を有する化合物を製造するための弗化カリウム触媒法が
記載されている。「反応の効率を増大させる」ためのオ
ニウム化合物の同時的存在も提案されている。さらに、
ホスホニウム塩はその例にて使用されない。明細書は主
として芳香族イソシアネート(TDI、MDI)の三量
化に関するものである。イソシアヌレート基を生成させ
るための脂肪族結合したNCO基を有するイソシアネー
トの三量化のみが、n−ブチルイソシアネートと弗化カ
リウムとの反応により2つの例において示されている。
EP−A 0,315,692号の例1では、弗化カリ
ウムを唯一の触媒として使用した。例5においては、弗
化カリウムを第四アンモニウム塩(ベンジルトリメチル
アンモニウムクロライド)の存在下に使用した。この方
法は次の欠点により工業規模での使用に実用的でない: (1)高触媒濃度を伴う高反応温度(120℃)および
比較的長い反応時間(EP−A 0,315,692号
の例1では8時間、例5では4時間); (2)反応後の固体カリウム塩成分の濾過による(EP
−A 0,315,692号の例1)或いは遊離イソシ
アネート基を有する化合物の作成を妨げる水での洗浄に
よる(EP−A 0,315,692号の例5)技術上
不利な除去、並びに (3)ホスホニウム塩と弗化カリウムとの組合せのた
め、弗素イオンは不溶性の無機相(これは実際の触媒と
して記載されている)から有機イソシアネート含有相ま
で連続的に「抽出」される。
フルオライド触媒を用いるイソシアネートとカルボン酸
/無水物との反応は対応のポリアミド/イミドをもたら
すが、NCO/NCO反応の生成物を与えない。これら
刊行物はいずれも、上記イソシアヌレート基の他にイミ
ノオキサジアジンジオン基の(追加)生成につき何ら言
及していない。従来技術の教示に基づき、有機媒体に完
全に可溶性である第四アンモニウム−もしくはホスホニ
ウムフルオライドが、トライマー混合物中にイミノオキ
サジアジンジオン基の高含有量を有する濁りのないイソ
シアネートトライマー樹脂を高度の再現性にて製造する
のに特に有利であることは明らかでない。従来技術の教
示に基づき、第四アンモニウムもしくはホスホニウムフ
ルオライドまたはこれらフルオライドと有機媒体(一般
に出発イソシアネート)に完全に可溶性である弗素陰イ
オン用の或る種の溶媒和剤との特定組合せ物が、増加イ
ミノオキサジアジンジオン基含有量を有する濁りのない
イソシアネートトライマー樹脂の製造につき特に有利で
あることは明らかでないであろう。
剤Sは水、アルコール、並びに下記に検討する脂肪族お
よび芳香族カルボン酸である。しかしながら、最高可能
なイミノオキサジアジンジオン含有量を達成すべく各場
合に添加すべきSの量は上限値がある。すなわち触媒混
合物における第四アンモニウムもしくはホスホニウムフ
ルオライドの濃度が減少するにつれ、イミノオキサジア
ジンジオン基の好適生成のための選択性も減少する。S
の存在から生ずる有利な生成物とは別に、長い間知られ
ていた実質的に唯一のイソシアヌレートが得られる。適
するモノアルコールは線状および分枝鎖の1〜12個の
炭素原子、好ましくは1〜8個の炭素原子を有する第
一、第二および第三アルコールを包含する。その例はメ
タノール、エタノール、n−およびイソプロパノール、
1−および2−ブタノール、イソブタノールおよび2−
エチルヘキサノールを包含する。適する有機酸は蓚酸お
よび2.0より高いpKa を有する弱酸、たとえば蟻
酸;酢酸;ピバリン酸(必要に応じヒドロキシ基により
置換);マロン酸、コハク酸および1,3−プロパンジ
カルボン酸(必要に応じCH2 基にて置換);フタル
酸;およびサリチル酸を包含する。pKa 値は25℃に
て水中で測定される(例5をも参照)。
0℃、好ましくは30〜120℃、より好ましくは40
〜100℃の温度にて行われ、出発イソシアネートにお
けるイソシアネート基の部分反応を伴う。三量化前の出
発イソシアネートのNCO含有量と反応終了後の反応混
合物におけるNCO含有量との間の差を三量化前の出発
イソシアネートのNCO含有量により割算した比として
計算される反応の程度はUNCO 5〜50%、好ましくは
10〜40%である。未反応モノマーは触媒系の失活後
に公知方法により、たとえば(薄層)蒸留もしくは抽出
により分離し、次いで循環させることができる。所望の
UNCO に達した後に触媒系を失活させるには、イソシア
ヌレート生成を伴う三量化反応を停止させるための任意
公知の従来技術法を用いることができる。その例は、使
用するフルオライド(MW19)(たとえば塩化ベンゾ
イル、亜燐酸および燐酸、並びにそのエステルであるが
HFおよび2.0より高いpKa値の他の弱酸ではな
い)に対し化学量論量未満、それに等しい、またはそれ
より多量の強酸もしくは酸誘導体の添加と、触媒の吸着
結合と、濾過およびその後の熱失活による除去とを含
む。
し、これは低分子量の「モノマー」(ジ)イソシアネー
トである)の除去は好ましくは、本発明による方法の生
成物をポリウレタンラッカーおよび被覆組成物に使用す
ることを意図する場合に行われる。この点に関し、生成
物の優秀なカラーインデックスおよび色安定性、並びに
モノマー出発(ジ)イソシアネートを再生成する開裂に
対する高い耐性が有利である。本発明によるトライマー
を作成すには1ppm〜1%、好ましくは1ppm〜
0.1%、より好ましくは1ppm〜0.05%の触媒
濃度(出発イソシアネートおよび弗素イオン、MW19
の重量に対し)にて充分である。本発明による方法の連
続式具体例によれば、オリゴマー化はチューブ反応器に
て行われる。生成物にゲル粒子を形成するホスホニウム
(特にフルオライド)触媒の極めて低い傾向は、高濃度
溶液または純粋型で使用する場合にも、この方法に有利
である。この連続法においては、不連続(バッチ式)三
量化反応におけるよりも高濃度の触媒溶液を使用するこ
とが可能である。これは、撹拌タンクで生ずるような乱
流の栓流を伴うチューブ反応器にて混合が相当早く進行
するためであり、従って上記「徐放」メカニズムは明ら
かに短い時間しか持続する必要がない。
出発イソシアネートの希釈を用いても行うことができ
る。適する有機化合物はNCO基に対し不活性であるも
の、たとえばトルエン、キシレン、高級芳香族化合物、
エステル、エーテル、ケトン、C12〜C20アルキルスル
ホン酸エステルおよびその混合物を包含する。本発明に
よる方法を実施するのに適する出発イソシアネートは、
140〜600の数平均分子量を有すると共に脂肪族、
脂環式および/または芳香脂肪族結合したイソシアネー
ト基を有するジ−もしくはポリ−イソシアネートを包含
する。純粋型にて或いは混合物としてイソシアネートを
使用することができる。挙げうる例はヘキサメチレンジ
イソシアネート(HDI)、2−メチルペンタン−1,
5−ジイソシアネート(MPDI)、1,3−ビス(イ
ソシアナトメチル)−シロヘキサン(1,3−H6 −X
DI)、3(4)−イソシシアナトメチル−1−メチル
−シクロヘキシルイソアネート(IMCI);イソホロ
ンジイソシアネート(IPDI)、ビス(イソシアナト
メチル)−ノルボルナン(NBDI)、4−イソシアナ
トメチル−1,8−オクタンジイソシアネート(トリイ
ソシアナト−ノナン、TIN)、1,3−ビス(イソシ
アナトメチル)−ベンゼン、1,3−ビス(2−イソシ
アナトプロピル−2)ベンゼンおよびビス(4(2)−
イソシアナトシクロヘキシル)メタン(H12MDI、デ
スモジュールW、バイエルAG社から入手しうる)を包
含する。出発イソシアネートを作成すべく使用される方
法(すなわちホスゲンの使用を伴う或いは伴わない)は
重要でない。好適出発イソシアネートはHDI、MPD
I、1,3−H6 XDI、NBDIおよびHDIとIP
DIとの混合物である。
を満足させるには、本発明による方法にて出発イソシア
ネートの混合物を使用するのが有利である。たとえば自
動車の(初期)被覆において、適宜分枝鎖の線状−脂肪
族ジイソシアネート(たとえばHDI)および脂環式ジ
イソシアネート(たとえばIPDIもしくはH12MD
I)に基づくポリイソシアネート混合物が使用される。
これら混合物は一般に、2種類の出発ジイソシアネート
から別々に作成されたポリイソシアネートを混合して作
成される。しかしながら、モノマー成分の対応混合物か
ら同時的混合三量化によりこれらを作成するのも有利で
ある(EP−A 0,047,452号)。公知の脂環
式ジイソシアネートに基づく多くのポリイソシアネート
は固体である。これらはしばしば、(薄層)蒸留による
モノマーの分離が相当な困難性を示すような高い溶融粘
度を有する。この理由から溶剤または流れ添加剤をその
処理に際し使用せねばならず、しばしば薄層蒸留につい
ても使用せねばならない。反応の程度(樹脂収率)およ
びこれらポリイソシアネートの作成におけるNCO官能
価の高過ぎる損失が許容しえなければ、脂環式ジイソシ
アネートに基づく得られるイソシアヌレートポリイソシ
アネートは約70%樹脂固形分の溶液濃度および1〜1
0Pa.s(23℃)の容易に処理しうる動粘度を有す
る。
脂肪族イソシアネートと、たとえばIPDIのような脂
環式ジイソシアネートとの混合物を本発明の方法により
少なくとも部分的イミノオキサジアジンジオン生成を伴
いながら三量化させる場合、室温にて流動しうる生成物
(23℃にて100Pa.s未満の粘度)が得られる。
これら生成物は、同じイソシアネート出発物質から作成
されると共に例6に示したと同じNCO官能価および平
均分子量を有する従来技術の生成物よりも溶剤の添加に
際し劇的に急速な粘度低下を示す。従って本発明の方法
により得られる生成物および生成混合物は、適宜発泡さ
れるプラスチック並びにラッカー、被覆組成物、接着剤
および添加剤の製造を包含する各種の用途につき適する
出発物質である。これらをポリウレタン系にイソシアネ
ート成分として使用する前に、本発明の生成物は必要に
応じイソシアネート基を反応させてウレタン基、尿素
基、ビウレット基および/またはアロファネート基を組
み込み或いはNCO基の或る程度または全部を可逆性封
鎖剤と反応させて改変することができる。適する封鎖剤
はフェノール、たとえばε−カプロラクタムのようなラ
クタム、オキシム、ジ−およびトリ−アゾール、たとえ
ばジイソプロピルアミンのようなアミン、並びにたとえ
ばマロン酸ジアルキルエステルおよびアセト酢酸エステ
ルのようなCH−酸化合物を包含する。
の生成物は、適宜水分散性の1−および2−成分ポリウ
レタン被覆組成物の製造に特に適している。何故なら、
その溶液粘度および溶融物粘度がイソシアヌレート−ポ
リイソシアネートに比べて減少する一方、その性質プロ
フィルは同等に高いか或いは向上するからである。従っ
て本発明のHDI系生成物は、ラッカー溶剤にて高希釈
した場合にも、主としてイソシアヌレート基を有する公
知の対応生成物と比べ凝集もしくは濁りの発生に対し一
層安定である。水分の作用に対するその耐性(たとえば
開放包装におけるスキンの形成、または高湿度および高
周囲温度にてラッカー処理された表面の光沢のない外
観、いわゆる「ダウングロッシング」)も、イソシアヌ
レート基を有する生成物と比較して改善される。
により本発明をさらに説明し、ここで部数および%は全
て特記しない限り重量による。実施例 モル%はNMR分光測定法により測定し、常に特記しな
い限り改変反応(「三量化」)の結果として生成された
NCO副生成物の合計に基づいた。各測定はブルカー社
からのDPX 400装置を用い乾燥CDCl3 におけ
る約5%( 1H−NMR)もしくは約50%(13C−N
MR)試料につき400 MHz( 1H−NMR)もし
くは100 MHz(13C−NMR)の周波数で行っ
た。ppm尺度の比較として、0ppm( 1H−NM
R)の 1H化学シフトを有する溶剤における少量のテト
ラメチルシラン、または77.0ppm(13C−NM
R)のシフトを有する溶剤自身(CDCl3 )を選択し
た。問題とする化合物の化学シフトに関するデータは文
献[アンゲバンテ・マクロモレキュラ・ヘミー(198
6)、第141巻、第173〜183頁およびそこに引
用された刊行物参照]から採取し、或いはモデル物質の
測定により得た。Ber.d.dtsch.Chem.
Ges(1927)、第60巻、第295頁に記載され
た方法に従い約3%トリ−n−ブチルホスフィンを触媒
として用い約70%の収率にてメチルイソシアネートか
ら得られた3,5−ジメチル−2−メチルイミノ−4,
6−ジケト−1,3,5−オキサジアジンは次のNMR
化学シフト(ppm)を有した:3.09;3.08お
よび2.84( 1H−NMR、CH 3 )もしくは14
8.3;144.6および137.3(13C−NMR、
C=O/C=N)。イミノオキサジアジンジオン構造を
有するこの方法の生成物は極めて類似したC=O/C=
N原子の13C−NMR化学シフトを有し、疑いなしにそ
のままで他のイソシアネート副生物から区別することが
できる。
50粘度計を用いて測定した。各測定により異なる剪断
速度にて、本発明による記載したポリイソシアネート混
合物の流動特性および比較生成物の流動特性が理想ニュ
ートン流体の流動特性に相当することが確認された。従
って剪断速度を示す必要はなかった。残留モノマー含有
量はガスクロマトグラフィーにより測定した。トライマ
ー樹脂の濁度はハッチ社からの装置を用いて測定した。
この目的で、散乱光測定を樹脂試料中に案内される40
0〜800nmの波長を持った光線の方向に対し90°
にて行い、ホルマジン標準溶液TE(F)に基づく単位
として示した。反応の大部分は、三量化すべきイソシア
ネートとしてHDIおよびテトラブチルホスホニウムフ
ルオライドに基づく触媒を用いて窒素雰囲気下に行っ
た。これは、単に本発明による方法の利点を示すに過ぎ
ず、説明したシステムまたは反応条件への本発明の限定
を構成することを意図しない。
液)の作成 ジャーナル・オーガニック・ケミストリー(198
9)、第54巻、第4827−4829頁に提案された
アンモニウム化合物を作成するための手順に従い各溶液
を作成した。 (a) メタノール/イソプロパノールにおけるBu4
P+ F- (保存溶液1a) 2.3モルのBu4 P+ Cl- に対応するイソプロパノ
ールにおける71.4%Bu4 P+ Cl- 溶液(サイホ
ス443P、サイテク社からの製品)の953.8gを
1kgの市販メタノール(約0.2%H2 O)に溶解さ
せた。150g(2.58モル)の粉末化された弗化カ
リウムをこれに添加し、撹拌を20〜25℃(室温)に
て24時間行った。次いで混合物を濾過し、濾過残渣を
2x100gの市販メタノールで洗浄した。さらに15
0g(2.58モル)の粉末化された弗化カリウムを混
合濾液に添加し、撹拌を20〜25℃(室温)にて24
時間行った。その後の濾過および2x100gの市販メ
タノールによる再洗浄の後、混合物から過剰のメタノー
ルおよびイソプロパノールを回転蒸発器にて30℃の最
高温度および約1ミリバールの圧力にて殆ど除去し、再
び濾過を行った。得られた実質的に無色の溶液は次の性
質を有した: フルオライド(pH5.5におけるイオン感受性電極による): 5.0% 塩素(分解後の全体、重量測定): 0.4% MeOH(基準化後のガスクロマトグラフィー): 16.3% i−PrOH(基準化後のガスクロマトグラフィー): 7.3%
おけるBu3 (C14H29)P+ F-(保存溶液1b) 0.85モルのBu3 (C14H29)P+ Cl- に相当す
るイソプロパノールにおける74.2%Bu3 (C14H
29)P+ Cl- 溶液(サイホス3453P、サイテク社
からの製品)の500gを0.5kgの市販メタノール
(約0.2%H 2 O)に溶解した。50g(0.86モ
ル)の粉末化された弗化カリウムをこれに添加し、撹拌
を20〜25℃(室温)にて24時間行った。次いで混
合物を濾過し、濾過残渣を2x50gの市販メタノール
で洗浄した。さらに50g(0.86モル)の粉末化さ
れた弗化カリウムを混合濾液に添加し、撹拌を20〜2
5℃(室温)にて24時間行った。その後の濾過および
2x50gの市販メタノールによる再洗浄の後、混合物
から回転蒸発器にて30℃の最高温度および約1ミリバ
ールの圧力で過剰のメタノールおよびイソプロパノール
を除去し、再び濾過を行った。得られた溶液は次の性質
を有した: フルオライド(pH5.5におけるイオン感受性電極による):3.65% 塩素(分解後の全体、重量測定): 0.145% MeOH(基準化後のガスクロマトグラフィー): 9.1% i−PrOH(基準化後のガスクロマトグラフィー): 3.8%
F- (保存溶液1c) 20g(56.3ミリモル)のPh3 (Bu)P+ F-
(ケムコンサーブ社の製品)を40gの市販メタノール
(約0.2%H2 O)に溶解させた。33g(56.8
ミリモル)の粉末化された弗化カリウムをこれに添加
し、撹拌を20〜25℃(室温)にて24時間行った。
次いで混合物を濾過し、濾過残渣を2x5gの市販メタ
ノールで洗浄した。さらに3.3g(56.8ミリモ
ル)の粉末化された弗化カリウムを混合濾液に添加し、
撹拌を20〜25℃(室温)にて24時間行った。その
後の濾過および2x5gの市販メタノールによる再洗浄
の後、混合物から過剰のメタノールを回転蒸発器にて3
0℃の最高温度および約1ミリバールの圧力にて結晶化
が開始するまで殆ど除去し、再び濾過を行った。濾過に
際し、溶液の再濃縮の結果として生成したカリウム塩の
みが掻き取られてホスホニウム塩が濾過残渣(溶解度試
料)中に残留しなくなるよう確保すべく注意した。得ら
れた溶液は次の性質を有した: フルオライド(pH5.5におけるイオン感受性電極による): 3.15% 塩素(分解後の全体、重量測定): <0.2% MeOH(基準化後のガスクロマトグラフィー): 42.8%
おけるR3 (Me)N+ F- (保存溶液1d) イソプロパノールにおける約90%R3 (Me)N+ C
l- 溶液(アドゲン464、アルドリッチ社の製品、R
はC8 を主体としてC8 〜C10の基を示し、塩素含有
量:7.1%である)を170gの工業級メタノール
(約0.2%H2 O)に溶解させ、17.6gの粉末化
された弗化カリウムと合し、20〜25℃(室温)にて
24時間撹拌した。次いで混合物を濾過し、濾過残渣を
100gづつの工業級メタノールで2回洗浄し、合した
濾液を再び17.6gの粉末化された弗化カリウムと合
し、次いで20〜25℃(室温)にて24時間撹拌し
た。その後の濾過および100gづつの工業級メタノー
ルによる2回の再洗浄の後、過剰のメタノールおよびイ
ソプロパノールを25℃の最高温度および約1ミリバー
ルの圧力にて回転蒸発器で一定重量まで殆ど除去し、こ
の混合物を再び濾過した。得られた淡黄色溶液は次の性
質を有した: フルオライド(pH5.5におけるイオン感受性電極による): 3.4% 塩素(分解後の全体、重量測定): 0.2% MeOH(基準化後のガスクロマトグラフィー): 13.9% i−PrOH(基準化後のガスクロマトグラフィー): 2.5%
る約1.5%テトラブチルホスホニウムフルオライド溶
液(約0.1%のF- 、それぞれ米国特許第4,99
2,548号および第5,013,838号に相当する
DE−A 38 27 596号もしくはDE−A
3,902,078号に従う好適触媒濃度範囲)でのH
DI三量化。溶存ガスを最初に3つ首フラスコ/撹拌装
置にて減圧(0.1ミリバール)下での60℃における
約1時間の撹拌により200g(1.19モル)のHD
Iから除去した。減圧を窒素で解除し、次いで三量化反
応を粗製溶液のNCO含有量が4時間かけて42.1%
になるまでBu4 P+ F- 保存溶液1a(これは2−エ
チル−1,3−ヘキサンジオールにより約0.1%F-
まで希釈されている)の滴下により行った(触媒要件:
46ppmのF- 、103mgのジブチルホスフェート
で停止)。増加量の固体粒子が触媒添加に際し生成し、
これは特に液体の上方におけるフラスコ壁部に沈着し
た。襞付フィルタを介する粗製溶液の濾過およびその後
の短路実験室薄膜蒸発器での140℃/0.2ミリバー
ルにおける薄膜蒸留により分離された樹脂は表1に示す
性質を有した。2−エチル−1,3−ヘキサンジオール
の代わりにグリコールを触媒溶液として使用した場合、
同様な結果が得られた。粗製トライマー溶液および樹脂
の過度の沈降は触媒の希釈継続と共に絶えず下降するイ
ミノオキサジアジンジオン生成速度と連携した。 (b) アセトニトリルにおける約1.5%テトラブチ
ルホスホニウムフルオライド溶液でのHDI三量化(約
0.1%のF- 、DE−A3,827,596号もしく
はDE−A3,902,078号による好適触媒濃度範
囲)。 (c) DMFにおける約1.5%テトラブチルホスホ
ニウムフルオライド溶液でのHDI三量化(約0.1%
のF- 、DE−A3,827,596号もしくはDE−
A3,902,078号に従う好適触媒濃度範囲)。
復した。得られた粗製溶液は濁っており、約3%の非プ
ロトン溶剤を含有し、さらに複雑な濾過操作(ゲル状固
体粒子)および薄膜蒸留の後に得られた生成物は極めて
に濁った樹脂であった(表1)。この処理は触媒溶剤の
複雑な分離に基づき極めて面倒であり、工業的に実施す
るのが困難であろう。さらに他の方法(「注入」)によ
る触媒添加に関しては、例4に示したコメント参照。
ド含有量に対し1当量の水と合し、例2aに記載した手
順に従ってHDI 三量化反応につき使用した。保存溶
液a−dのそれぞれにつきその後試験3−2および3−
3のため、モノマーを先の試験から回収すると共に反応
した量を補うのに充分な新たなHDIを再び三量化させ
た。凝集または固形物の形成はこれら試験のいずれにお
いても反応に際し観察されなかった。分離された樹脂は
極めて低レベルの濁度および表2に示したような高まっ
たイミノオキサジアジンジオン含有量を有した。それぞ
れの場合、UNCO は約20%であった。F- の消費に相
当するモル量のジブチルホスフェートを添加して、その
後の官能を停止させた。反応のF- 要求は、出発HDI
および弗素イオン(MW19)の重量に対し10〜30
ppmであった。触媒におけるH2 Oの量を保存溶液1
aにおけるF- の1当量当たり5当量もしくは10当量
まで増加させると(試験3−4および3−5)、トライ
マー混合物におけるイミノオキサジアジンジオン含有量
は順次に減少した。試験3−5において、NCO/H2
O反応からの一層高粘度のHDI副生成物が既にNMR
分光測定法により樹脂中にも容易に検出できた。副生成
物は主としてビウレット基およびオキサジアジントリオ
ン基であった。後者は、NCO/H2 O反応の際に放出
された二酸化炭素の即座のフルオライド触媒組み込みか
ら生じた(DE−A3,902,078号も参照)。
用 30モル%未満のイミノオキサジアジンジオンをトライ
マー混合物中に含有しおよび/または1.5TE(F)
の濁度値を越える生成物の製造に関する例は全て比較例
である。保存溶液1aを純粋型(試験4−0)にて使用
し、或いは表3に示したアルコールにより表3に示した
濃度まで希釈した。HDI三量化反応は例2aに記載し
た手順にしたがつて行った。それぞれの場合UNCO は約
20%であり、F- の消費に相当するモル量のジブチル
ホスフェートを添加して反応を停止させた。反応に関す
るF- 要求は、出発HDIおよび弗素イオン(MW1
9)の重量に基づき20〜50ppmF- であった。触
媒を極めて高濃度で使用した場合(試験4−0)のみ、
しばしば少量の固形物が反応溶液中に形成されることが
観察された。この場合、粗製生成物を薄膜蒸留による後
処理の前に濾過した(例2bおよび2cにおけるよりも
容易)。さらに、触媒をHDI中に注入して均質混合を
加速することも可能である。同じ方法を例2bおよび2
cからの触媒溶液につき使用した場合、ノズルは直ちに
固形物で閉塞されるようになった。イミノオキサジアジ
ンジオン含有量は、アルコールのモル量が弗素イオン濃
度の約20倍を実用的に越えなかった場合は本発明によ
り高レベルであり、すなわち触媒濃度は約20〜30%
より低くしてはならない(表3参照)。
示した有機酸を保存溶液1aに溶解させ、得られた混合
物を例2aに記載した手順に従いHDI三量化反応につ
き使用した。それぞれの場合UNCO は約20%であり、
F- の消費に相当するモル量のジブチルホスフェートを
添加して反応を停止させた。反応に関するF- 要求は、
出発HDIおよび弗素イオン(MW19)の重量に基づ
き20〜50ppm F- であった。反応に際し、どの
ように触媒を添加したかには無関係に固形物形成は観察
されなかった。イミノオキサジアジンジオン含有量を表
4に示す。
5モル)のイソホロンジイソシアネート(IPDI)と
を含有するジイソシアネート混合物を、内部温度計と撹
拌器と還流凝縮器とガス入口ラインと触媒溶液用の比例
投入装置とが装着された250mlの4つ首フラスコに
導入し、溶存ガスを室温および約0.1ミリバールの圧
力にて1時間にわたり除去した。次いで混合物を、窒素
流をゆっくり灌流させながら60℃の内部温度まで加熱
した。次いで全部で0.3g(75ppmのF- )の保
存溶液1aをこの温度にて約20分間かけて滴下し、次
いで三量化を60〜70℃にて混合物のNCO含有量が
34.0%になるまで行った。0.2gのジ−n−ブチ
ルホスフェートを添加して反応を停止させ、撹拌をさら
に1時間にわたり60℃にて続け、次いで未反応のモノ
マージイソシアネートを短路蒸発器にて0.1ミリバー
ルおよび170℃の加熱媒体の温度で薄膜蒸留により除
去した。得られた透明(濁度=1.1 TU(F))か
つ実質的に無色の樹脂(32.8%の収率に対応して6
5.6g)はその純粋型にて23,000mPa.sの
粘度と20.3%のNCO含有量と0.07%HDIお
よび0.18%IPDTIの残留モノマー含有量とを有
した。トライマー混合物におけるイミノオキサジアジン
ジオン含有量は41.5%であった。
トメチル)シクロヘキサン(アルドリッチ社)を最初に
例6に記載したように予備処理し、次いでポリフルオラ
イド保存溶液1aを少しずつ添加することよりNCO含
有量が36.6%になるまで58〜60℃にて3時間に
わたり三量化させた。全体的触媒要求:42ppm F
- 。次いで100mgのジ−n−オクチルホスフェート
を添加して反応を停止させ、撹拌をさらに1時間にわた
り60℃にて続け、未反応の1,3−ビス(イソシアナ
トメチル)シクロヘキサンを短路蒸発器にて0.2ミリ
バールおよび140℃の加熱媒体の温度で薄膜蒸留によ
り除去した。得られた透明かつ実質的に無色の樹脂(3
3.5%の収率に対応する33.5g)は19.9%の
NCO含有量を有し、その純粋型にて室温(20〜25
℃)でまだ流動性であった。n−ブチルアセテートにお
ける80%溶液の粘度は1530 mPa.sであり、
NCO含有量は15.9%であった。残留モノマー含有
量は0.07%の1,3−ビス(イソシアナトメチル)
シクロヘキサンであり、トライマー混合物のイミノオキ
サジアジンジオン含有量は45.2%であった。
たが、この詳細は単に例示の目的に過ぎず、本発明の思
想および範囲を逸脱することなく種々の改変をなしうる
ことが当業者には了解されよう。
Claims (4)
- 【請求項1】 トライマー混合物中に少なくとも30モ
ル%のイミノオキサジアジンジオン基(不整トライマ
ー)を有する三量化されたポリイソシアネートの製造方
法において、140〜600の数平均分子量を有すると
共に脂肪族、脂環式および/または芳香脂肪族結合した
イソシアネート基を有する有機ジ−もしくはポリ−イソ
シアネートから選択される出発イソシアネートを、式 R4 E+ F- (I) [式中、EはNもしくはPを示し、Rは同一もしくは異
なる適宜分枝鎖の脂肪族、芳香族および/または芳香脂
肪族C1 〜C20基を示し、または2個もしくはそれ以上
のR基は互いにおよび窒素もしくは燐原子と共に飽和も
しくは不飽和環を形成する]に対応する第四アンモニウ
ムおよびホスホニウムフルオライド三量化触媒の存在下
に接触三量化させることからなり、触媒は(i) 純粋
型にて存在し、(ii) 弗素陰イオンのための溶媒和剤
S[ここでSは2より大(25℃にてH2 O中で測定)
のpKa 値を有するプロトン化合物または蓚酸よりなる
群から選択される一員からなる]と配合され、ただし有
機酸と弗素イオンF- とのモル比は20を越えず、さら
にSはHFまたは2もしくはそれ以上の官能価を有する
アルコールでなく、または(iii) 水と配合され、ここ
で水と弗素イオン(F- )とのモル比は10を越えない
ことを特徴とする三量化ポリイソシアネートの製造方
法。 - 【請求項2】 出発イソシアネートが140〜300の
分子量を有する脂肪族ジイソシアネートからなり、トラ
イマー混合物が少なくとも35%のイミノオキサジアジ
ンジオン基を有する請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 三量化触媒を、32〜250の数平均分
子量を有する1種もしくはそれ以上のアルコールにおけ
る少なくとも20重量%の濃度にて存在させる請求項1
に記載の方法。 - 【請求項4】 三量化触媒を溶媒和剤Sと配合し、有機
酸と弗素イオンF-とのモル比が10を越えない請求項
1に記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19824485.1 | 1998-06-02 | ||
DE1998124490 DE19824490A1 (de) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | Verfahren zur Herstellung Imidooxadiazindiongruppen enthaltender Polyisocyanate, die so hergestellte Verfahrensprodukte und deren Verwendung |
DE1998124485 DE19824485A1 (de) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | Verfahren zur Herstellung Imidooxadiazindiongruppen enthaltender Polyisocyanate, die so hergestellte Verfahrensprodukte und ihre Verwendung |
DE19824490.8 | 1998-06-02 |
Publications (3)
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