JP2003040959A - 臭気が少なく、貯蔵安定なモノマー含有ポリイソシアヌレートを製造する方法 - Google Patents
臭気が少なく、貯蔵安定なモノマー含有ポリイソシアヌレートを製造する方法Info
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Abstract
なく、貯蔵安定なモノマー含有ポリイソシアヌレートを
製造する方法 【解決手段】 イソホロンジイソシアネートの部分的三
量化を、ジイソシアネートの質量に対して0.05〜2
質量%の量の一般式: 【化1】 の触媒の存在下に、0〜160℃の温度で、3分〜3時
間かけて行う。
Description
シアネートをベースとする、臭気が少なく、貯蔵安定な
モノマー含有ポリイソシアヌレートの製法に関する。
性及び良好な耐光性及び耐候性を有する高価な被覆を製
造するためのポリイソシアネート付加物として重要な成
分である。更に、イソホロンジイソシアネート(IPD
I)をベースとするポリイソシアヌレートは、PUR-
ベースのエラストマー用途のための原料として使用され
る。この場合に、IPDI-ベースのポリイソシアヌレ
ート(IPDI-三量体とも称される)はモノマー含有
形で使用されることが望ましいことでありうる。
なイソシアネートの触媒作用三量化によって得られる。
好適なイソシアネートは、例えば芳香族、環状脂肪族及
び脂肪族の二価及び多価のポリイソシアネートである。
触媒としては、例えば3級アミン(US399622
3)、カルボン酸のアルカリ金属塩(CA211389
0;EP56159)、4級アンモニウム塩(EP79
8299;EP524501;US4186255;U
S5258482;US4503226;US5221
743)、アミノシラン(EP197864;US46
97014)及び4級ヒドロキシアルキルアンモニウム
塩(EP17998;US4324879)がこれに該
当する。触媒に依存して、種々の共触媒、例えばOH-
官能化化合物又は2級アミンとアルデヒド又はケトンと
からのマンニッヒ塩基の使用も可能である。
よっては溶剤及び/又は助剤の使用下に、ポリイソシア
ネートを所望の変換率に達するまで反応させる。この関
連性において、目標変換率は通常は明らかに100%を
下回っているので、部分的三量化にも言及している。こ
の後、この反応は触媒の失活化により停止される。この
ことは、触媒阻害剤、例えばp-トルエンスルホン酸、
塩化水素又は燐酸ジブチルの添加により行われ、結果と
して、必然的に、生じるイソシアヌレート基含有ポリイ
ソシアネートを場合により不所望に汚染する。
観点で、オリゴマー化触媒として、4級ヒドロキシアル
キルアンモニウムカルボキシレートの使用が特に有利で
ある。このタイプの触媒は、熱的に不安定であり、目標
とする熱的失活を可能とするので、所望の変換率の達成
時に、部分的品質低下性の阻害剤の配量添加により三量
化を停止させることは不必要である。
に好適であるモノマー含有IPDI-三量体は、28〜
32質量%のNCO-含有率を有する。このポリイソシ
アヌレートは、好適な触媒1種以上の存在下でのIPD
Iの部分的三量化により製造される。この後に、触媒
は、この反応溶液から完全に除去する−これはフラッシ
ュ-又は薄層蒸留により行うことができる−か又は失活
させなければならない。それというのも、この三量体
は、活性触媒残分の存在では貯蔵安定ではないからであ
る。得られるIPDI-ポリイソシアヌレートのNCO-
含有率が所望の水準を下回る場合には、これは、溶液を
モノマーIPDIでの希釈により、問題なく所望に応じ
て調節することができる。
含有IPDI-三量体の製造のための触媒としては好適
ではない、それというのも、これは反応生成物から除去
するのが困難であるか又は全く除去できないからであ
る。使用可能なアミン含有触媒に関して、生じるIPD
I-三量体-溶液が、原則的に最終適用時にもなお追跡可
能な不快な現象を発生するのに極めて充分な明らかに認
識可能な臭気を付随していることが立証された。煩雑な
臭気の除去のためには、工業的実際においてはこの反応
溶液から、部分的三量化及び触媒失活の後に、過剰のI
PDI、臭気発生性成分及び場合によっては不所望の触
媒阻害剤を除去する。このことは、通常はフラッシュ-
又は薄膜蒸留により行なう。引き続き、このモノマー除
去された固体樹脂は、新鮮IPDIの配量添加の下に、
所望の、臭気が少なくモノマーを含有するIPDI-ポ
リイソシアヌレートに変換される。
引き続くモノマー中の固体樹脂の溶解からなるシーケン
スは、非常に経費がかかる。時間及び経費のかかる工程
及び生じる方法の能力限定性の隘路が、特にモノマー分
離の工程である。イソホロンジイソシアネートをベース
とする、臭気が少なく貯蔵安定なモノマー含有ポリイソ
シアヌレートの経済的製造法は、特に脱モノマー化の断
念を前提としている。意外にも、IPDIの三量化を特
別な触媒の存在下に実施する場合に、この工程を実際に
節約し、更に場合による品質低下性の阻害剤の使用を避
けることができることを発見した。
は、イソホロンジイソシアネートから、臭気が少なく、
貯蔵安定なモノマー含有ポリイソシアヌレートを製造す
る方法である。
化を、ジイソシアネートの質量に対して0.05〜2質
量%の量の一般式:
ルボン酸アニオンを表し、RはC-原子数2〜6を有す
るβ−ヒドロキシアルキル基を表し、XはC-原子数2
〜3を有するアルキレン基を表し、ここで、3個の基X
は、共通の、場合によっては部分的にβ−ヒドロキシア
ルキル化された窒素を介して、4級窒素と一緒になって
3環状の環を形成し、この環は場合により窒素に対して
α−又はβ−又はγ−位のOH基を含有し、mは1.0
〜2.0の数値である]の触媒の存在下に、0〜160
℃、有利に40〜120℃、特に好ましくは55〜95
℃の温度で、3分〜3時間かけて行うことを特徴とす
る。この場合に、モノマー分離及び三量化触媒の化学的
失活を見合わせることができる。
ネートは、種々の方法で製造することができる(Annale
der Chemie 562 (1949), 75頁 以降)。工業的に殊
に、その製造は、有機ポリアミンのホスゲン化により相
応するポリカルバミン酸クロリドにし、かつその熱的分
解により有機ポリイソシアネート及び塩化水素にするこ
とにより実際に示された。選択的に、有機ポリイソシア
ネートは、ホスゲンの使用なしでも、即ちホスゲン不含
の方法で製造することもできる。EP-A-126299
(USP4596678)、EP-A-126300(U
SP4596679)及びEP-A-355443(US
P5087739)の記載によれば、例えば、(環状)
脂肪族ジイソシアネート、例えば1-イソシアナト-3-
イソシアナトメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサ
ン(イソホロンジイソシアネート又はIPDI)が、基
本となっている(環状)脂肪族ジアミンと尿素及びアル
コールとの反応により、(環状)脂肪族ビスカルバミン
酸エステルに、及びその熱的分解により相応するジイソ
シアネート及びアルコールにすることにより入手可能と
することができる。
る、臭気が少なく、貯蔵安定なモノマー含有ポリイソシ
アヌレートを製造する本発明による方法にとって、どの
合成法で使用IPDIが製造されたかは重要ではない。
しかしながら、所望によるNCO-含有率の達成のため
に必要な触媒量は原料の品質にも依存することに言及す
る。経験によれば、IPDIの加水分解可能な塩素化合
物の含有率の上昇は触媒量の増加を必要とする。加水分
解可能な塩素は、傾向として触媒上への抑制的作用を及
ぼすようである。
ネートをベースとする、臭気が少なく、貯蔵安定なモノ
マー含有ポリイソシアヌレートの本発明による製造は、
連続的に(管状反応器又はボイラカスケード)行うこと
ができるか又は回分法で実施することができる。触媒
は、0.05〜2質量%の低い濃度で使用される。正確
な量は、容易に実験により決めることができ、触媒、変
換率目標、使用IPDIの品質並びに方法に依存して決
まる。
実施することができる。生成物は、モノマーIPDI、
三量体IPDI-イソシアヌレート及びイソシアヌレー
ト構造を有する高オリゴマーを含有する。副成分とし
て、少量の、場合によりウレテジオン構造を有する化合
物も存在することができる。この種類の化合物は、文献
中に記載されている。
イソシアネートの質量に対して0.05〜2質量%の量
で使用される。
ミン、カルボン酸及びオキシラン−の反応により容易に
得ることができる。この製造は、場合によっては、溶剤
の存在下に行うことができる。通常は、低分子量のアル
コール、例えばメタノール又はエチレングリコールが使
用される。三環状ジアミンとしては、例えばジアザビシ
クロ[2.2.2]オクタンがこれに該当する。好適なカ
ルボン酸は、例えば酢酸、ヘキサン酸又は2-エチルヘ
キサン酸である。オキシラン成分の可能なオプシヨン
は、例えばプロピレンオキシド、ブチレンオキシド又は
1,2-エポキシヘキサンである。本発明により使用され
る触媒の製造のための3種の基礎構成成分のモル比は、
変動可能である。基礎構成成分の割合に応じて、分子中
に少なくとも1個の4級窒素原子を有する触媒が得られ
る。実施例が示しているように、部分的に2個の4級窒
素原子を含有するような触媒も使用される。
0〜120℃、特に好ましくは55〜95℃の温度で実
施される。
ートの部分的三量化は、回分法で又は連続的に実施され
る。回分法が好ましい。
れる。この場合に、イソホロンジイソシアネートが予め
装入される。触媒は、IPDIが反応に必要な0〜14
0℃、有利には55〜90℃、特に好ましくは65〜6
5℃の温度に達した後に配量添加される。三量化は発熱
反応である。触媒は、差し当たり、反応混合物の温度の
5〜15℃の明確な上昇が認識可能になるような量で配
量添加される。触媒は、この反応の途中で失活されるの
で、反応混合物の温度はこの反応の過程で再び低下し、
新たな触媒配量を行うことができる。この過程が所望の
変換率に達するまで繰り返される。触媒失活及び少量ず
つの触媒配量による三量化の再開始のこの順序は、この
際、常に、変換率に関しても反応の温度プロフィルに関
しても至適プロセスコントロールを可能とさせる。
る。しかしながら、正確な配量及び触媒の至適な混合の
ためには、触媒を適当な溶剤中に溶解させるのが有利で
ある。原則的に、その中で触媒が良好な溶解度を示すよ
うな溶剤、例えば水、メタノール又はエチレングリコー
ルのような低級アルコール又は酢酸又はヘキサン酸のよ
うな低分子量の有機酸が好適である。
施することができる。ボイラカスケードと管状反応器と
からの組み合わせも考えられる。
限定のために、本発明の方法の温度プロフィルを、反応
溶液が95℃の温度をできるだけ超えないように調節す
べきである。
ソシアネートをベースとする、臭気が少なく、貯蔵安定
なモノマー含有ポリイソシアヌレートは、ポリウレタン
被覆、例えばRIM-法(Reaction Injection Mouldin
g) の分野で製造されるようなポリウレタン-及びポリ尿
素-成形部材、ポリウレタン-スプレー適用又はポリウレ
タンベース自動車窓封止のための有用な中間体である。
この場合に、これを、遮断剤で遮断された形で使用する
こともできる。この場合に好適な遮断剤は、例えば、ラ
クタム、例えばε-カプロラクタム、オキシム、例えば
メチルエチルケトキシム又はブタノンオキシム、トリア
ゾール、例えば1H-1,2,4-トリアゾール、エノール
化容易な化合物、例えばアセト酢酸エステル又はアセチ
ルアセトン又はマロン酸誘導体、例えばマロン酸ジエス
テルである。
シクロ[2.2.2]オクタン(モル比1:1:1)から
の混合物70質量%をエチレングリコール30質量%の
存在下に、室温で3日間撹拌した。
シクロ[2.2.2]オクタン(モル比1:1:1)から
の混合物70質量%をエチレングリコール30質量%の
存在下に、室温で3日間撹拌した。
シクロ[2.2.2]オクタン(モル比1.25:1.2
5:1.12)からの混合物60質量%をエチレングリ
コール40質量%の存在下に、室温で3日間撹拌した。
シクロ[2.2.2]オクタン(モル比1.4:1.4:
1)からの混合物80質量%をメタノール20質量%の
存在下に、室温で3日間撹拌した。
0g(0.25質量%)を加えた。機械的に撹拌された
反応混合物の温度は、87℃の最大値まで上昇し、引き
続き再びゆっくり低下した。次いで少量に分けて更なる
触媒を添加すると、反応溶液の温度は81〜90℃の範
囲内で変動した。触媒1合計3.9g(0.49質量%)
の配量添加の後に、この反応混合物は、29質量%を下
回るNCO-含有率を有した。室温まで冷却させた。臭
気の少ない反応生成物のNCO-含有率は28.2%であ
り、貯蔵(7日、20〜30℃)の際にも安定であっ
た。
0g(0.25質量%)を加えた。機械的に撹拌された
反応混合物の温度は、89℃の最大値まで上昇し、引き
続き再びゆっくり低下した。次いで、少量に分けて更な
る触媒を添加すると、反応溶液の温度は78〜90℃の
範囲内で変動した。触媒2合計3.7g(0.46質量
%)の配量添加の後に、この反応混合物は、29質量%
を下回るNCO-含有率を有した。室温まで冷却させ
た。臭気の少ない反応生成物のNCO-含有率は28.4
%であり、貯蔵(7日、20〜30℃)の際にも安定で
あった。
2g(0.20質量%)を加えた。機械的に撹拌された
反応混合物の温度は、85℃の最大値まで上昇し、引き
続き再びゆっくり低下した。次いで、少量に分けて更な
る触媒を添加すると、反応溶液の温度は83〜92℃の
範囲内で変動した。触媒3合計223g(0.45質量
%)の配量添加の後に、この反応混合物は、29質量%
を下回るNCO-含有率を有した。室温まで冷却させ
た。臭気の少ない反応生成物のNCO-含有率は28.1
%であり、貯蔵(7日、20〜30℃)の際にも安定で
あった。
g(0.22質量%)を加えた。機械的に撹拌された反
応混合物の温度は、86℃の最大値まで上昇し、引き続
き再びゆっくり低下した。次いで、少量に分けて更なる
触媒を添加すると、反応溶液の温度は82〜94℃の範
囲内で変動した。触媒4合計220g(0.44質量
%)の配量添加の後に、この反応混合物は、29質量%
を下回るNCO-含有率を有した。室温まで冷却させ
た。臭気の少ない反応生成物のNCO-含有率は28.4
%であり、貯蔵(7日、20〜30℃)の際にも安定で
あった。
化 IPDI 1500gに、80℃で、Dabco TMR
(R)(N-(2-ヒドロキシプロピル)−N,N,N-ト
リメチルアンモニウム-2-エチルヘキサノエート、ジエ
チレングリコール中約75%)3.75g(0.25質量
%)を加えた。機械的に撹拌された反応混合物の温度
は、この反応の強い発熱反応経過に基づき約3分以内に
136℃の最大値まで上昇した。室温まで冷却させた。
強いアミン臭を有する反応生成物のNCO-含有率は2
8.9%であり、貯蔵(7日、20〜30℃)の際にも
安定であった。
IPDIをフラッシュ蒸留によりポリイソシアネートか
ら分離除去した。モノマー除去された樹脂を新鮮IPD
IでNCO-含有率29.6%まで希釈した後に、臭気の
少ないモノマー含有IPDI-三量体が得られた。
IPDIの三量化 IPDI 1500gに、80℃で、Dabco TMR
(R)-2(N-(2-ヒドロキシプロピル)−N,N,N-
トリメチルアンモニウムホルメート、ジエチレングリコ
ール中約75%)3.75g(0.25質量%)を加え
た。機械的に撹拌された反応混合物の温度は、この反応
の強い発熱反応経過に基づき約3分以内に139℃の最
大値まで上昇した。室温まで冷却させた。強いアミン臭
を有する反応生成物のNCO-含有率は28.2%であ
り、貯蔵(7日、20〜30℃)の際にも安定であっ
た。
IPDIをフラッシュ蒸留によりポリイソシアネートか
ら分離除去した。モノマー除去された樹脂を新鮮IPD
IでNCO-含有率29.6%まで希釈した後に、臭気の
少ないモノマー含有IPDI-三量体が得られた。
N,N,N-トリメチルアンモニウムヒドロキシドを用い
るIPDIの三量化 IPDI 1500gに、80℃で、N-(2-ヒドロキ
シプロピル)−N,N,N-トリメチルアンモニウムヒド
ロキシド(ジエチレングリコール中約75%)3.75
g(0.25質量%)を加えた。機械的に撹拌された反
応混合物の温度は、この反応の強い発熱反応経過に基づ
き約3分以内に143℃の最大値まで上昇した。室温ま
で冷却させた。強いアミン臭を有する反応生成物のNC
O-含有率は27.6%であり、貯蔵(7日、20〜30
℃)の際にも安定であった。
IPDIをフラッシュ蒸留によりポリイソシアネートか
ら分離除去した。モノマー除去された樹脂を新鮮IPD
IでNCO-含有率29.6%まで希釈した後に、臭気の
少ないモノマー含有IPDI-三量体が得られた。
S)を用いるIPDIの三量化 IPDI 1600gに、100℃で、HMDS1.6
g(1質量%、0.1モル)を加えた。30分後に反応
が観察できなくなった後に、機械的に撹拌された反応混
合物の温度を120℃まで高めた。この条件下でも、記
載するに足る反応は得られなかった。50℃まで冷却さ
せ、触媒を水0.9g(0.05モル)の添加により失活
させた。反応溶液は、37.2%のNCO-含有率を有
し、アミン臭を排泄した。僅かな変換率に基づき、フラ
ッシュ蒸留及び引き続くモノマー除去された樹脂の新鮮
IPDIでの希釈による臭気問題の除去を行わなかっ
た。
PDIの三量化 IPDI 1500gに、70℃で、Dabco TMR
(R)(N-(2-ヒドロキシプロピル)−N,N,N-ト
リメチルアンモニウム-2-エチルヘキサノエート、ジエ
チレングリコール中約75%)2.2g(0.15質量
%)を加えた。機械的に撹拌された反応混合物の温度
は、75℃の最大値まで上昇した。この反応混合物の温
度は、更なる触媒配量なしに、70〜75℃の水準に保
持できた。反応混合物が29質量%のNCO-含有率を
下回った後に、室温まで冷却させた。強いアミン臭を有
する反応生成物のNCO-含有率は28.3%であった。
この反応生成物は貯蔵安定ではなかった。貯蔵(7日、
20〜30℃)の際に、NCO-含有率は時間の関数として
低下した。
IPDIをフラッシュ蒸留によりポリイソシアネートか
ら分離除去した。モノマー除去された樹脂を新鮮IPD
IでNCO-含有率29.6%まで希釈した後に、臭気の
少ないモノマー含有IPDI-三量体が得られた。
るIPDIの三量化 IPDI 1500gに、70℃で、Dabco TMR
(R)-2(N-(2-ヒドロキシプロピル)−N,N,N-
トリメチルアンモニウムホルミエート、ジエチレングリ
コール中約75%)2.4g(0.16質量%)を加え
た。機械的に撹拌された反応混合物の温度は、76℃の
最大値まで上昇した。この反応混合物の温度は、更なる
触媒配量なしに、70〜75℃の水準に保持できた。反
応混合物が29質量%のNCO-含有率を下回った後
に、室温まで冷却させた。強いアミン臭を有する反応生
成物のNCO-含有率は28.5%であった。この反応生
成物は貯蔵安定ではなかった。貯蔵(7日、20〜30
℃)の際に、NCO-含有率は時間の関数として低下した。
IPDIをフラッシュ蒸留によりポリイソシアネートか
ら分離除去した。モノマー除去された樹脂を新鮮IPD
IでNCO-含有率29.6%まで希釈した後に、臭気の
少ないモノマー含有IPDI-三量体が得られた。
Claims (7)
- 【請求項1】 イソホロンジイソシアネートから、臭気
が少なく、貯蔵安定なモノマー含有ポリイソシアヌレー
トを製造する方法において、部分的三量化を、ジイソシ
アネートの質量に対して0.05〜2質量%の量の一般
式: 【化1】 [式中、Y-はC-原子数4〜8を有するカルボン酸アニ
オンを表し、RはC-原子数2〜6を有するβ−ヒドロ
キシアルキル基を表し、XはC-原子2〜3を有するア
ルキレン基を表し、ここで、3個の基Xは、共通の、場
合によっては部分的にβ−ヒドロキシアルキル化された
窒素を介して、4級窒素と一緒になって3環状の環を形
成し、この環は、場合により窒素に対してα−又はβ−
又はγ−位のOH基を含有し、mは1.0〜2.0の数値
である]の触媒の存在下に、0〜160℃の温度で、3
分〜3時間かけて行うことを特徴とする、イソホロンジ
イソシアネートから、臭気が少なく、貯蔵安定なモノマ
ー含有ポリイソシアヌレートを製造する方法。 - 【請求項2】 ホスゲン法により又はホスゲン不含の方
法により製造されたイソホロンジイソシアネートを使用
する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 イソホロンジイソシアネートをベースと
する貯蔵安定なモノマー含有ポリイソシアヌレートは、
22〜34質量%のNCO-含有率を有する、請求項1
又は2に記載の方法。 - 【請求項4】 反応を40〜120℃の温度で行う、請
求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 反応を55〜95℃の温度で行う、請求
項1から4までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項6】 モノマー分離を実施しない、請求項1か
ら5までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 三量化触媒の化学的失活を実施しない、
請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
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