JP2002234996A - ウレタン系樹脂組成物の光安定化方法 - Google Patents

ウレタン系樹脂組成物の光安定化方法

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JP2002234996A JP2001031349A JP2001031349A JP2002234996A JP 2002234996 A JP2002234996 A JP 2002234996A JP 2001031349 A JP2001031349 A JP 2001031349A JP 2001031349 A JP2001031349 A JP 2001031349A JP 2002234996 A JP2002234996 A JP 2002234996A
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reaction
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Shigeki O
重輝 王
Zenji Yamaguchi
善治 山口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウレタン系樹脂組成物に対して良好な相溶
性を持ち、該高分子樹脂に光安定性を付与する光安定化
方法を提供することにある。 【解決手段】4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラ
メチルピペリジン−1−オキシル構造を持ったウレタン
化合物及び/又はエステル化合物を有効成分として含む
ことを特徴とするウレタン系樹脂組成物の光安定化方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム、樹脂・プラ
スチック、フイルム、塗料等に用いられ、長期間にわた
り光安定性を持つウレタン系樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】高分子樹脂、例えばビニルエステル樹
脂、ウレタン樹脂、(メタ)アクリレート樹脂、ポリエ
ステル樹脂等は、経時と共に紫外線により樹脂の強度低
下や表面の滑らかさの低下等の品質低下・劣化が起こる
ことは良く知られている。このような紫外線による劣化
防止として光安定剤が一般に配合されている。その一つ
としてピペリジン誘導体が有用なことはよく知られてい
る。例えば、特公昭48―3211号公報、特開昭50
―138041号公報、特開昭52―7969号公報、
特開昭52―141883号公報、特開昭53―144
579号公報、特開昭54−29400号公報、特開昭
55―36482号公報、特開昭55―123608号
公報、特開昭56―16534号公報、特開昭56―3
0985号公報等には低分子量のポリアルキルピペリジ
ン誘導体の適用が開示され、さらに特開平7−7006
5号公報には2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペ
リジン類のアミド誘導体を使用する方法が示されてい
る。
【0003】しかし、従来の光安定化剤では、時間と共
にウレタン系樹脂を含む樹脂組成物の樹脂表面の軟質化
や表面斑点の発生等の樹脂組成物の品質劣化が起こり、
製品品質を大きく損なう欠点がある。これは、従来の光
安定化剤がウレタン系樹脂に対して十分な相溶性がな
く、徐々にウレタン系樹脂から樹脂組成物表面に移動し
ていく高いブリード性があるために生じるものである。
このようなウレタン系樹脂を含む樹脂組成物のブリード
性の改善方法として、未だ満足できる方法は提示されて
いない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ウレ
タン系樹脂組成物に対して良好な相溶性を持ち、該高分
子樹脂に光安定性を付与する光安定化方法を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべ
く、本発明者らは、鋭意、研究を重ねた結果、ウレタン
系樹脂に対して特定のピペリジン誘導体が、高い相溶
性、優れた光安定化作用を持つことを見出し、本発明を
完成させるに至った。
【0006】すなわち、本発明は下記の一般式(1)及
び/又は一般式(2)で示されたピペリジン化合物を有
効成分として含むことを特徴とするウレタン系樹脂組成
物の光安定化方法である。
【0007】
【化3】
【0008】
【化4】
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
【0010】本発明の一般式(1)で示されるピペリジ
ン化合物は、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラ
メチルピペリジン−1−オキシル(以下、「HTEMP
O」と記す)構造を持った油溶性ウレタン化合物であ
る。
【0011】
【化5】
【0012】一般式(1)のR1は、炭素数4〜14の
アルキレン基、アルキルフェニレン基であり、好ましく
はヘキサメチレン基、トリレンジイソシアネート残基、
トリジンイソシアネート残基、4,4―ジフェニルメタ
ンジイソシアネート残基であり、より好ましくはヘキサ
メチレン基、トリレンジイソシアネート残基、4,4―
ジフェニルメタンジイソシアネート残基である。R1
炭素数4未満では、高分子樹脂への相溶性が不十分な場
合があり、R1が炭素数が14を越えるものは、工業的
に入手が困難である。
【0013】本発明の一般式(1)のピペリジン化合物
の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的な
方法によって得られるもので、例えば、HTEMPOと
ジイソシアネート類の反応によって得られる。ジイソシ
アネート類としては、ヘキサメチレンジイソシネート、
トリレンジイソシアネート、トリジンイソシアネート、
4,4―ジフェニルメタンジイソシアネートなどがあ
り、好ましくはヘキサメチレンジイソシネート、トリレ
ンジイソシアネートより選ばれた1種以上である。HT
EMPOとジイソシアネート類のウレタン化反応は、両
者が可溶な非プロトン有機溶剤、例えば、テトラヒドロ
フラン(THF)、ジメチルアセトアミド(DMA
C)、ベンゼン、トルエン、キシレン等に溶解して直
接、反応させて行うことができる。HTEMPOの溶液
濃度は、通常、20〜40重量%、ジイソシアネート類
の溶液濃度は、通常、10〜30重量%である。HTE
MPOとジイソシアネート類の配合比率は、HTEMP
O:ジイソシアネート=2:1(モル比)である。反応
は、HTEMPOを溶剤に溶解した後、撹拌し、約40
〜80℃に加温しながらジイソシアネート類を添加し
て、数時間反応させる。この時、ウレタン反応を促進す
るためにアミン類、例えば3級アミン類であるトリエチ
レンアミン、トリプロピレンアミン等をHTEMPO重
量の0.05〜0.5重量%添加することが好ましい。
添加した触媒のアミン類は、反応終了後、減圧蒸留によ
り除去でき、HTEMPOウレタン化物と分けることが
できる。HTEMPOウレタン化物を含む溶液を減圧蒸
留により溶剤を除去し、固形状のHTEMPOウレタン
化物を得る。得られたHTEMPOウレタン化物は、使
用する状況に応じて粉体、顆粒状、ペレット状に加工し
て使用される。
【0014】本発明の一般式(2)で示されたピペリジ
ン化合物は、HTEMPO構造を持った親油性エステル
化合物である。
【0015】
【化6】
【0016】一般式(2)のR2は、炭素数4〜14の
アルキレン基、アルキルフェニレン基であり、例えば、
炭素数4〜14のジカルボン酸残基及び芳香族ジカルボ
ン酸残基であり、好ましくはアジピン酸残基、イソフタ
ル酸残基、テレフタル酸残基である。R2が、炭素数4
未満では高分子樹脂への相溶性が不十分な場合があり、
炭素数14を越えるものは工業的に入手が困難な場合が
ある。
【0017】本発明の一般式(2)のピペリジン化合物
の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的な
方法によって得られるもので、例えば、HTEMPOと
ジカルボン酸ハロゲン化物類との反応によって得られ
る。ジカルボン酸ハロゲン化物類としては、脂肪族ジカ
ルボン酸塩化物類、脂肪族ジカルボン酸臭化類、芳香族
ジカルボン酸塩化物類、芳香族ジカルボン酸臭化物類で
あり、好ましくはアジピン酸クロライド、アジピン酸ブ
ロマイド、イソフタル酸クロライド、イソフタル酸ブロ
マイド、テレフタル酸クロライド、テレフタル酸ブロマ
イドより選ばれた1種以上であり、より好ましくはアジ
ピン酸クロライド、アジピン酸ブロマイド、テレフタル
酸クロライド、テレフタル酸ブロマイドより選ばれた1
種以上である。ジカルボン酸ハロゲン化物類の炭素数が
4未満では高分子材料への相溶性が不十分な場合があ
り、炭素数が14を越えるものは工業的に入手が困難で
ある。
【0018】本発明の一般式(2)のピペリジン化合物
の製造方法は、特に限定されるものではなく、一般的な
方法によって得られるもので、例えば、HTEMPOと
ジカルボン酸ハロゲン化物の反応によって得られる。H
TEMPOとジカルボン酸ハロゲン化物類のエステル化
反応は、両者が可溶な非プロトン有機溶剤に溶解して直
接、反応させて行うことができる。溶媒としてはベンゼ
ン、トルエン、キシレン等があり特にこれに限定される
ものではない。HTEMPOの溶剤への溶解濃度は、通
常、20〜40重量%である。また、ジカルボン酸ハロ
ゲン化物類の溶剤への溶解濃度は、通常、10〜30重
量%である。
【0019】HTEMPOとジカルボン酸ハロゲン化物
類の配合比率はHTEMPO:ジカルボン酸ハロゲン化
物=2:1(モル比)である。反応は、HTEMPOを
溶剤に溶解した後、撹拌し、ジカルボン酸ハロゲン化物
類を添加して、数時間反応させる。この時、エステル化
反応を促進するためにアミン類、例えば3級アミン類で
あるトリエチレンアミン、トリプロピレンアミン等をH
TEMPOと等モル量の添加することが好ましい。
【0020】反応温度は、使用するジカルボン酸ハロゲ
ン化物により異なり、通常、約5〜25℃で2〜3時間
反応させ、更に約50〜80℃で3〜6時間反応を行
う。反応温度が、80℃を越える温度では、ジカルボン
酸ハロゲン化物による分解反応が生じ、エステルの収率
が低下し好ましくない。また、HTEMPOに対して、
20モル%以上の過剰なジカルボン酸ハロゲン化物の添
加もジカルボン酸ハロゲン化物による分解反応が生じ
て、副生成物と目的物との分離が困難であり、好ましく
ない。
【0021】反応により得られるHTEMPOエステル
化物は溶剤に溶解するが、添加した触媒のアミン類は、
エステル化反応で生じるハロゲン化水素と反応し、溶剤
に不溶のアミン塩を作り、また、残存したジカルボン酸
ハロゲン化物もアミン塩を作り、これらは濾過により除
去され、HTEMPOエステル化物と分けることができ
る。HTEMPOエステル化物を含む溶液を減圧蒸留に
より溶剤を除去し、固形状のHTEMPOエステル化物
を得る。得られたHTEMPOエステル化物は、使用す
る状況に応じて粉体、顆粒状、ペレット状に加工して使
用される。
【0022】本発明の一般式(1)で示されたHTEM
POウレタン化物及び一般式(2)で表されたHTEM
POエステル化物を適用する高分子樹脂は、一般的にプ
ラスチック押出成型品原料として使用される樹脂類であ
り、ウレタン樹脂及びウレタン樹脂を配合した樹脂類、
例えば、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アクリル酸樹脂、
酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン系樹脂、ABS(アクリ
ロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合)樹脂、ポリ
ビニルアルコール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル
樹脂、エポキシ樹脂、さらに塩素ゴム系塗料、ポリエス
テル樹脂塗料、ウレタン樹脂塗料、エポキシ樹脂塗料、
アクリル樹脂塗料、ビニル樹脂塗料、アミノアルキド樹
脂塗料、アルキド樹脂塗料等を挙げることができ、これ
らに限定されるものではない。
【0023】本発明のHTEMPOウレタン化物、HT
EMPOエステル化物を使用する方法は、特に限定され
るものではなく、高分子樹脂の形状、例えばビーズ状、
ペレット状、粉末状に合わせて本発明のHTEMPOウ
レタン化物及び/又はHTEMPOエステル化物の形状
を合わせ、直接、混合、練り合わせることにより使用さ
れる。
【0024】本発明のHTEMPOウレタン化物及び/
又はHTEMPOエステル化物の高分子樹脂への添加量
は、一般的に高分子樹脂組成物に対して0.005?3
重量%、好ましくは0.01?1重量%である。
【0025】本発明のHTEMPOウレタン化物及び/
又はHTEMPOエステル化物は、単独で用いられて
も、他の光安定剤との併用しても何ら構わない。あるい
は必要に応じて他の添加剤、例えば酸化防止剤、紫外線
吸収剤、上記ピペリジン化合物以外のヒンダードアミン
系光安定剤、金属不活性化剤、金属石鹸、滑剤、造核
剤、エポキシ化合物、可塑剤、難燃剤、帯電防止剤、発
泡剤、顔料、蛍光増白剤、無機充填剤、有機錫系安定
剤、有機金属安定剤、安定化助剤などを配合してもよ
い。他の各種耐熱安定剤、帯電防止剤、滑剤、ハロゲン
捕捉剤等と併用されても良い。
【0026】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。 [本発明のHTEMPOウレタン化合物−1の調製]5
00mlの反応容器にHTEMPO:34g(0.2モ
ル)、ジイソシアン酸トリレン:17g(0.1モ
ル)、トリエチレンアミン:0.2g、トルエン:60
mlを入れ、攪拌下、50℃に加温して、5時間反応さ
せた。HTEMPOとウレタン化合物の反応の終了は、
以下のIRを目安にして判断した。
【0027】 赤外吸収スペクトル 1700〜1730cm 1:C=Oによる強い吸収 3300cm 1 :NHによる吸収 2250cm 1 :NCOによる吸収は消失 反応後、減圧下で蒸留し、溶剤、トリエチレンアミンを
除去し、赤色固形状物:51g(収率97%)を得た。
これをトルエン:n−ヘキサン=1:2の混合溶媒で再
結晶して、本発明のHTEMPOウレタン化合物−1を
得た。得られたHTEMPOウレタン化合物−1の元素
分析は以下の通りである。 HTEMPOウレタン化合物−1の分子式:C274246 計算値 C:62.53%、H:8.10%、N:10.81% 測定値 C:62.39%、H:8.23%、N:10.94% [本発明のHTEMPOウレタン化合物−2の調製]5
00mlの反応容器にHTEMPO:34g(0.2モ
ル)、ジイソシアン酸4,4−ジフェニルメタン:25
g(0.1モル)、トリエチレンアミン:0.5g、ト
ルエン:100mlを入れ、攪拌下、70℃に加温し
て、5時間反応させた。HTEMPOウレタン化合物−
1の調製の場合と同様にIR吸収の変化を反応終了の目
安とした。反応後、減圧下で蒸留し、溶剤、トリエチレ
ンアミンを除去し、赤色固形状物:57g(収率95
%)を得た。これをトルエン:n−ヘキサン=1:1の
混合溶媒で再結晶して、本発明のHTEMPOウレタン
化合物−2を得た。HTEMPOウレタン化合物−2の
元素分析値は以下の通りである。 HTEMPOウレタン化合物−2の分子式:C334646 計算値 C:66.64%、H:7.74%、N:9.42% 測定値 C:66.57%、H:7.82%、N:9.51% [本発明のHTEMPOウレタン化合物−3の調製]5
00mlの反応容器にHTEMPO:34g(0.2モ
ル)、ヘキサメチレンジイソシネート:17g(0.1
モル)、トリエチレンアミン:0.2g、トルエン:1
00mlを入れ、攪拌下、60℃に加温して、4時間反
応させた。HTEMPOウレタン化合物−1の調製の場
合と同様にIR吸収の変化を反応終了の目安とした。反
応後、減圧下で蒸留し、溶剤、トリエチレンアミンを除
去し、赤色固形状物:47g(収率93%)を得た。こ
れをトルエン:n−ヘキサン=1:2の混合溶媒で再結
晶して、本発明のHTEMPOウレタン化合物−3を得
た。HTEMPOウレタン化合物−3の元素分析分析値
は以下の通りである。 HTEMPOウレタン化合物−3の分子式:C264846 計算値 C:60.91%、H:9.37%、N:10.93% 測定値 C:60.83%、H:9.46%、N:11.00% [本発明のHTEMPOエステル化合物−1の調製]5
00mlの反応容器にHTEMPO:17g(0.1モ
ル)、トリエチレンアミン:22g(0.1モル)、ト
ルエン25gを入れ、25℃に温度を調整し、攪拌下、
イソフタル酸クロリド:10g(0.05モル)をトル
エン:25gに溶かした溶液を15分で滴下し、その
後、1時間反応を行った。その後、60℃に加温し、4
時間反応を続けた。室温まで冷却し、ガラスフィルター
(4G)で濾過して液中のトリエチレンアミン・塩酸塩
等の固形物を除去した後、減圧下、溶剤を除去し固形物
22g(収率94%)を得た。得られたHTEMPOエ
ステル化合物−1の元素分析の結果は以下の通り。 HTEMPOエステル化合物−1の分子式:C263826 計算値 C:65.80%、H:8.02%、N:5.91% 測定値 C:65.71%、H:8.14%、N:5.99% [本発明のHTEMPOエステル化合物−2の調製]5
00mlの反応容器にHTEMPO:17g(0.1モ
ル)、トリエチレンアミン:22g(0.1モル)、ト
ルエン25gを入れ、25℃に温度を調整し、攪拌下、
テレフタル酸クロリド:10g(0.05モル)をトル
エン:25gに溶かした溶液を15分で滴下し、その
後、1時間反応を行った。その後、60℃に加温し、4
時間反応を続けた。室温まで冷却し、ガラスフィルター
(4G)で濾過して液中のトリエチレンアミン・塩酸塩
等の固形物を除去した後、減圧下、溶剤を除去し固形物
22g(収率94%)を得た。得られたHTEMPOエ
ステル化合物−2の元素分析の結果は以下の通り。 HTEMPOエステル化合物−2の分子式:C263826 計算値 C:65.80%、H:8.02%、N:5.91% 測定値 C:65.67%、H:8.16%、N:6.02% [本発明のHTEMPOエステル化合物−3の調製]5
00mlの反応容器にHTEMPO:17g(0.1モ
ル)、トリエチレンアミン:22g(0.1モル)、ト
ルエン25gを入れ、25℃に温度を調整し、攪拌下、
アジピン酸クロリド:9.2g(0.05モル)をトル
エン:25gに溶かした溶液を15分で滴下し、その
後、1時間反応を行った。その後、60℃に加温し、4
時間反応を続けた。室温まで冷却し、ガラスフィルター
(4G)で濾過して液中のトリエチレンアミン・塩酸塩
等の固形物を除去した後、減圧下、溶剤を除去し固形物
17g(収率90%)を得た。得られたHTEMPOエ
ステル化合物−3の元素分析の結果は以下の通り。 HTEMPOエステル化合物−3の分子式:C244226 計算値 C:63.44%、H:9.25%、N:6.17% 測定値 C:64.03%、H:8.96%、N:6.02% (その他) BTMP:ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−
ピペリジニル)セバケート(商品名「Sanol LS
−770」三共(株)社製) [ポリウレタン樹脂の合成]一般のウレタン合成反応に
準じて、1000mlの反応容器に分子量200のポリエ
チレングリコール60g、ジエチレングリコール74
g、トリエチレンアミン1gを入れ、攪拌下、50℃に
加温して、ジイソシアン酸トリレン174g(1モル)
をN、N−ジメチルアセトアミド:200mlに溶かし
た溶液を3回に分けて加え、2時間反応した。IRにて
2250cm 1のNCOによる吸収が消失したことを
確認後、N、N−ジメチルアセトアミド:300mlを
追加してポリウレタンを溶解した後、これを2000m
lの水に入れて沈降した固形物を取り出し、40℃で減
圧乾燥してポリウレタン樹脂を得た。得られたポリウレ
タン樹脂をテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、1
0重量%液とした。 [ポリウレタン樹脂による耐候性試験]ポリウレタン樹
脂100重量部に対して、表1に記載の各光安定剤を混
合して均一にした後、シャーレに入れてTHFを蒸発さ
せ、厚さ0.5mmの板を作成し、これを180°に折
り曲げて試験片とした。試験片をウェザーオーメーター
(アトラス社製65/XW−WR型・キセノンランプ使
用)を使用し、ブラックパネル温度60℃で脆化し、ク
ラック発生の時間を測定した。クラック発生に要する日
数の長い方が好ましい。また、該試験片を6ヶ月間、屋
内の自然光が当たる環境下で静置し、樹脂表面のブリー
ドアウト状況を観察し、目視評価により樹脂表面のなめ
らかさの消失(ざらつき)、指の接触による官能試験に
より樹脂表面の硬さの低下、粘着性の発生を評価し、こ
れらの何れかがあればブリードアウト性有りとして評価
した。その結果を表1にまとめた。
【0028】
【発明の効果】本発明の方法により、ウレタン樹脂の耐
候性は改善され、特にブリードアウト性は従来の方法に
比べて約2〜4倍の期間を経ても何ら発生する事がな
く、大きな製品品質の向上になった。
【0029】
【表1】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の一般式(1)及び/又は一般式
    (2)で示されたピペリジン化合物を有効成分として含
    むことを特徴とするウレタン系樹脂組成物の光安定化方
    法。 【化1】 ここで、R1:炭素数4〜14のアルキレン基、アルキ
    ルフェニレン基 【化2】 ここで、R2:炭素数4〜14のアルキレン基、アルキル
    フェニレン基
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