JP2004099896A - 尿素−ウレタンポリマーレオロジー調節剤及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ジイソシアネートとポリオールとを最初に反応させてNCO両末端ウレタンプレポリマーを形成し、次いで、1級モノアミン及び1級ジアミンの混合物と反応させる。第2の反応後、尿素−ウレタンポリマーは、実質的にイソシアネート、モノアミン及びジアミンを含まない。
【選択図】 なし
Description
すなわち、本発明のレオロジー調節剤は、第1の反応とそれに続く第2の反応とにより得られる尿素−ウレタンポリマーであって、第1の反応は、過剰量のジイソシアネートとポリオールとを反応させてNCO−両末端ウレタンプレポリマーと過剰ジイソシアネートとの混合物を形成する工程であり、第2の反応は、NCO−両末端ウレタンプレポリマーと過剰ジイソシアネートとの前記混合物と1級モノアミンと1級ジアミンとの混合物とを反応させる工程であり、1級モノアミンと1級ジアミンとの前記混合物100等量に対して0.1〜45等量のジアミンを使用し、第2の反応後に存在する尿素−ウレタンポリマーは、使用したイソシアネート、モノアミン及びジアミンを実質的に含まず、また、前記ジイソシアネート、ポリオール、モノアミン及びジアミンはそれぞれ、複数のジイソシアネート、複数のポリオール、複数のモノアミン、及び複数のジアミンであってもよいことを特徴とする尿素−ウレタンポリマーである。従属請求項2〜11に特定の実施形態を記載した。
OCN−R−NCO
ここでRは、アリーレン、アルキルアリーレンまたはアルキレンである。かかるジイソシアネートの具体例としては、1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2(4),4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、1,10−デカメチレンジイソシアネート、1,4−シクロヘキシレンジイソシアネート、P−フェニレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネート、前記ジイソシアネートの混合物、p−及びm−キシリレンジイソシアネート、4,4’−ジイソシアナートジシクロヘキシルメタン等が挙げられる。4,4’−ジイソシアナートジフェニルメタン、3,3’−ジメチル−4,4’−ビス−フェニレンジイソシアネート及び3,3’−ジメチルジイソシアナートジフェニルメタンが好ましく、2,4’−及び4,4’−ジイソシアナートジフェニルメタンの異性体混合物(例えば、BAYER AG社製の、2,4’−異性体を55±5%、4,4’−異性体を38.5%超の割合で含む“Desmodur 2460M”;Huntsman社製の、2,4’−異性体を30%、4,4’−異性体を70%の割合で含む“Suprasec x1004”)が特に好ましい。これらの異性体混合物は、液体であり、取り扱いが容易である。
実施例1
1.2モルのジフェニルメタンジイソシアネート(307.3g)(Huntsman Polyurethanes社製“Suprasec x1004”;DIN EN ISO9369に従って測定したNCO含有量=32.8%)を窒素雰囲気下、室温で、0.2モルの水素化1,2−ポリブタジエンジオール(309.5g)(OH価=72.5;DIN/ISO4629に従って測定したOH価=mgKOH/g化合物)に滴下混合した。添加中は温度を一定に保った。添加終了後、NCOの含有量が理論値13.6%に達するまで混合物を撹拌した。
1.2モルのジフェニルメタンジイソシアネート(305.5g)(BAYER AG社製“Desmodur 2460M”;NCO含有量=33%)を窒素雰囲気下、40℃で、0.2モルのポリブタジエンジオール(181g)(OH価=124)に滴下混合した。添加中は温度を一定に保った。添加完了後、NCOの含有量が理論値17.3%に達するまで40℃で混合物を撹拌した。
実施例3〜7
実施例1に記載の工程(実施例3〜6)、実施例2に記載の工程(実施例7)と同様にしてそれぞれプレポリマーを製造した
。
実施例8
337gのN−メチルピロリドンに、20.7gのLiNO3及び49.4gのアミン混合物(等量=98.7g/eq;44.5gのベンジルアミン及び4.9gの1,6−ジアミノヘキサン)を60℃で溶解した。次に、実施例1で得たNCOプレポリマー154.4gを80℃で1時間かけて計量しながら加えた。添加に続いて、混合物を1時間撹拌してから、室温まで冷却した。
得られた尿素−ウレタンポリマー溶液は固形分含量が40重量%であった。比較的長期間にわたって安定なクリアな生成物が得られた。
231.5gのN,N−ジメチルアセトアミドに、14.8gのLiCl及び53.2gのアミン混合物(等量=106.4g/eq;49.5gのベンジルアミン及び3.7gの4,4’−ジアミノジフェニルメタン)を60℃で溶解した。次に、実施例2で得たNCOプレポリマー121.4gを60℃で45分かけて計量しながら加えた。添加に続いて、混合物を1.5時間撹拌してから、室温まで冷却した。得られた尿素−ウレタンポリマー溶液は固形分含量が45重量%であった。比較的長期間にわたって安定なクリアな生成物が得られた。
本発明の尿素−ウレタンポリマーのゲル構造形成能力を下記の試験系を用いて調べた。
(1)Macrynal SM 510N:飽和ポリステル、キシレン中60%
(2)可塑剤:フタル酸ブチルベンジル、100%
活性成分として1%の本発明の尿素−ウレタンポリマー及びUS−A−6420466の尿素−ウレタンポリマー(比較例)を、スパチュラで単純に撹拌しながら試験系へ加えた。24時間後に目視評価を行った。
2 ゲル状構造
3 強い構造
4 構造物あり
5 構造物ほとんどなし
6 構造物なし
本発明の尿素−ウレタンポリマーの垂れ防止特性及び非分離性を不飽和ポリエステルを使用して調べた。使用した不飽和ポリエステル樹脂は以下のとおりである:
Palatal P4:固形分が58%になるまで工業的に希釈し(スチレンによる)、1%Co溶液で予備促進化(DSM)
Palapreg P18−03:固形分=65%、スチレン35%(DSM)
活性成分として1.5%の本発明の尿素−ウレタンポリマー及びUS−A−6420466の尿素−ウレタンポリマー(比較例)を、緩やかに撹拌(Dispermat、500rpm、0.75m/秒)しながらPalatal P4に混合した。1時間経過後に、塗膜厚さ50〜500μmで流れ試験を行った。この試験では、混合物に硬化剤(Butanox M50)を撹拌混合し、それから目盛付ドクターブレードを用いて塗布した。
評価方法:垂れ流れが起きない塗膜層厚さ(μm)
活性成分として1.5%の本発明の尿素−ウレタンポリマー及びUS−A−6420466の尿素−ウレタンポリマー(比較例)を、緩やかに撹拌(Dispermat、500rpm、0.75m/秒)しながら試験系(100部のPalapreg P18−03;20部のScotchlite K37タイプの中空ガラスビーズ)に混合した。試料をシール可能なガラスシリンダ(φ=3cm)へ移し、50℃で5日間貯蔵した。
評価方法:非分離特性の指標として液柱高さ(cm)を測定
0cm:優れた安定性、均一な試料、中空ガラスビーズの浮遊無し
2cm:安定性不十分、中空ガラスビーズの浮遊
電気注型樹脂用のエポキシ樹脂コンパウンド中でのフィラーの沈殿を調べた。
活性成分として1.5%の本発明の尿素−ウレタンポリマー及びUS−A−6420466の尿素−ウレタンポリマー(比較例)を、930rpm(1.5m/秒)で1分間溶解装置にかけてエポキシ系(25部のエポキシ樹脂“Ruetapox VE 4518 K.A”;9部のo−クレジルグリシジルエーテル“Ruetapox EPD KR”;44部の石英粉末“W12 EST”、及び22部の水酸化アルミニウム“Martinal ON310”、いずれもBakelite AG社製)に混合した。
100部の充填剤含有系を24時間放置してから、930rpmで2分間溶解装置にかけて20部のエポキシ樹脂硬化剤(Bakelite AG社製“Ruetapox VE 4518 K.B”)と、0.3部のベンジルジメチルアミン(Bakelite AG社製“Ruetapox BDMA”)を混合した。この混合物を、PEビ−カ−へ移して、95℃で2時間硬化させた。硬化物の上部及び底部から厚さ1cmのディスクを切り取った。この試料片の一部を1000℃で2時間加熱して灰化し、フィラー含有量を測定し、それにより沈殿の評価を行った。
Claims (18)
- 第1の反応とそれに続く第2の反応とにより得られる尿素−ウレタンポリマーであって、第1の反応は、過剰量のジイソシアネートとポリオールとを反応させてNCO−両末端ウレタンプレポリマーと過剰ジイソシアネートとの混合物を形成する工程であり、第2の反応は、NCO−両末端ウレタンプレポリマーと過剰ジイソシアネートとの前記混合物と1級モノアミンと1級ジアミンとの混合物とを反応させる工程であり、1級モノアミンと1級ジアミンとの前記混合物100等量に対して0.1〜45等量のジアミンを使用し、第2の反応後に存在する尿素−ウレタンポリマーは、使用したイソシアネート、モノアミン及びジアミンを実質的に含まず、また、前記ジイソシアネート、ポリオール、モノアミン及びジアミンはそれぞれ、複数のジイソシアネート、複数のポリオール、複数のモノアミン、及び複数のジアミンであってもよいことを特徴とする尿素−ウレタンポリマー。
- 前記ジイソシアネートは、一般式
OCN−R1−NCO (I)
で表され、及び/又は前記ポリオールは一般
HO−R2−OH (II)
で表され、及び/又は前記モノアミンは一般式
R3−NH2 (III)
で表され、及び/又は前記ジアミンは一般式
H2N−R4−NH2 (IV)
で表され、上記式中
R1は、炭素数1〜8の直鎖又は分岐アルキレン基、脂環基、アリーレン基又はアリールアルキレン基であり、これらの基は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく;
R2は、ポリエステル基、ポリエーテル基、混合ポリエステル−ポリエーテル基、ポリカーボネート基又はポリオレフィン基であり、上記化合物に存在するポリエーテル基は、スチレンオキシドにより置換されていてもよく;
R3は、炭素数2〜8の直鎖又は分岐アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアリールアルキル基であり、これらの基は、1つ又はそれ以上のヘテロ原子を含んでいてもよく、及び/又は、炭素数1〜4のアルキル基及び/又はアルコキシ基で置換されていてもよく、又、R3はアリール−CO−NH−で表される基であり;
R4は、炭素数1〜12の直鎖又は分岐アルキレン基、脂環基、ポリエーテル基、アリーレン基又はアリールアルキレン基であり、これらの基は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく、又、R4は−NH−CO−R5−CO−NH−で表される基であり、R5は、炭素数1〜8の直鎖アルキレン基、単結合基又はアリーレン基であることを特徴とする請求項1記載の尿素−ウレタンポリマー。 - 前記NCO両末端ウレタンプレポリマーは、分子数nのジイソシアネート及び分子数n−1のポリオールから形成され、nは2〜6、好ましくは2〜4であることを特徴とする請求項1又は2記載の尿素−ウレタンポリマー。
- 前記NCO両末端ウレタンプレポリマーと前記過剰ジイソシアネートとの混合物と、1級モノアミンと1級ジアミンとの混合物との反応が、非プロトン性極性溶媒中で行われることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の尿素−ウレタンポリマー。
- 前記NCO両末端ウレタンプレポリマーと前記過剰ジイソシアネートとの混合物と、1級モノアミンと1級ジアミンとの混合物との反応が、可溶性リチウム塩の存在下で行われることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の尿素−ウレタンポリマー。
- 前記ポリオールがジオールであることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の尿素−ウレタンポリマー。
- 前記ジオールの数平均分子量が100〜4000g/モルであることを特徴とする請求項6記載の尿素−ウレタンポリマー。
- 前記ジオールは、ポリエステルジオール、ポリエーテルジオール、ポリエステルポリエーテル混合ジオール、ポリカーボネートジオール、ポリオレフィンジオール、ポリオキシエチレン−ブロック−ポリオキシプロピレングリコール、共重合によりスチレンオキシドが導入された前記化合物の誘導体、および前記化合物の混合物からなる群より選ばれることを特徴とする請求項6又は7記載の尿素−ウレタンポリマー。
- 前記ポリオールに対するジイソシアネートの過剰量は、ポリオールの当量当り2当量を超えるジイソシアネートであることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の尿素−ウレタンポリマー。
- NCO両末端ウレタンプレポリマー及び過剰ジイソシアネートからなる第1の反応の混合物を分離し、短時間のうちに、第1の反応の混合物を、リチウム塩を任意に溶解した非プロトン性極性溶媒中の1級モノアミンと1級ジアミンとの混合物へ計量して加えることにより第2の反応を起こすことを特徴とする請求項1〜9の何れかに記載の尿素−ウレタンポリマー。
- 1級モノアミンと1級ジアミンとの混合物の100当量に対して、1〜35当量、好ましくは3〜25当量のジアミンを使用することを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の尿素−ウレタンポリマー。
- 過剰量のジイソシアネートをポリオールと反応させてNCO−両末端ウレタンプレポリマーと過剰ジイソシアネートとの混合物を得る第1の反応と、引き続きNCO−両末端ウレタンプレポリマーと過剰ジイソシアネートとの前記混合物と1級モノアミンと1級ジアミンとの混合物とを反応させる第2の反応を含む、請求項1〜11の何れかに記載の尿素−ウレタンポリマーを製造する方法であって、1級モノアミンと1級ジアミンとの前記混合物100等量に対して0.1〜45等量のジアミンを使用し、第2の反応後に存在する尿素−ウレタンポリマーが、使用したイソシアネート、モノアミン及びジアミンを実質的に含まず、また、前記ジイソシアネート、ポリオール、モノアミン及びジアミンはそれぞれ、複数のジイソシアネート、複数のポリオール、複数のモノアミン、及び複数のジアミンであってもよいことを特徴とする尿素−ウレタンポリマーの製造方法。
- 前記ジイソシアネートは、一般式
OCN−R1−NCO (I)
で表され、及び/又は前記ポリオールは一般
HO−R2−OH (II)
で表され、及び/又は前記モノアミンは一般式
R3−NH2 (III)
で表され、及び/又は前記ジアミンは一般式
H2N−R4−NH2 (IV)
で表され、上記式中
R1は、炭素数1〜8の直鎖又は分岐アルキレン基、脂環基、アリーレン基又はアリールアルキレン基であり、これらの基は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく;
R2は、ポリエステル基、ポリエーテル基、混合ポリエステル−ポリエーテル基、ポリカーボネート基又はポリオレフィン基であり、上記化合物に存在するポリエーテル基は、スチレンオキシドにより置換されていてもよく;
R3は、炭素数2〜8の直鎖又は分岐アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアリールアルキル基であり、これらの基は、1つ又はそれ以上のヘテロ原子を含んでいてもよく、及び/又は、炭素数1〜4のアルキル基及び/又はアルコキシ基で置換されていてもよく、又、R3はアリール−CO−NH−で表される基であり;
R4は、炭素数1〜12の直鎖又は分岐アルキレン基、脂環基、ポリエーテル基、アリーレン基又はアリールアルキレン基であり、これらの基は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよく、又、R4は−NH−CO−R5−CO−NH−で表される基であり、R5は、炭素数1〜8の直鎖アルキレン基、単結合基又はアリーレン基であることを特徴とする請求項12記載の尿素−ウレタンポリマーの製造方法。 - NCO両末端ウレタンプレポリマー及び過剰のジイソシアネートからなる第1の反応の混合物を分離し、短時間のうちに、第1の反応の混合物を、リチウム塩を任意に溶解した非プロトン性極性溶媒中の1級モノアミンと1級ジアミンとの混合物へ計量して加えることにより第2の反応を起こすことを特徴とする請求項12または13に記載の尿素−ウレタンポリマーの製造方法。
- 1級モノアミンと1級ジアミンとの混合物の100当量に対して、1〜35当量、好ましくは3〜25当量のジアミンを使用することを特徴とする請求項12〜14の何れかに記載の尿素−ウレタンポリマーの製造方法。
- 請求項1〜11の何れかに記載の尿素−ウレタンポリマーを用いることを特徴とする液体ポリマー系のレオロジー調節方法。
- 前記ポリマー系が、その中に溶解しているポリマーに対して反応性を有していてもよい溶媒を含むことを特徴とする請求項16記載のレオロジー調節方法。
- 前記ポリマー系が、塗料、床塗装組成物、接着剤、積層樹脂、ゲルコート、PVCプラスチゾル、成形材料、シーラント、継手シール配合物、充填配合物又は印刷インクであり、前記ポリマー系が充填材、顔料、及びバインダのいずれか一を含んでいてもよいことを特徴とする請求項16または17記載のレオロジー調節方法。
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