JP2009051887A - Polycarbonate diol whose reaction control is easy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリウレタン、熱可塑性エラストマーなどの原料として、または、塗料、接着剤などの構成材料として適したポリカーボネートジオールに関する。さらに詳しくは、ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、塗料、接着剤などを製造する場合、その反応を容易に制御することができるポリカーボネートジオールであって、耐加水分解性や耐熱性などの性能のバランスがよく、さらに柔軟性に富むポリウレタンや熱可塑性エラストマーを得ることが出来るポリカーボネートジオールに関する。 The present invention relates to a polycarbonate diol suitable as a raw material for polyurethane, thermoplastic elastomer and the like, or as a constituent material for paint, adhesive and the like. More specifically, when producing polyurethane, thermoplastic elastomers, paints, adhesives, etc., this is a polycarbonate diol that can easily control the reaction, and has a good balance of performance such as hydrolysis resistance and heat resistance. Furthermore, the present invention relates to a polycarbonate diol capable of obtaining a polyurethane and a thermoplastic elastomer having further flexibility.
ポリカーボネートジオールは、例えば、ポリウレタンや熱可塑性エラストマーなどのソフトセグメントとして、耐加水分解性、耐光性、耐酸化劣化性、耐熱性などに優れた素材として知られている。しかしながら、1,6−ヘキサンジオールを原料としたポリカーボネートジオールは、結晶性のため、常温で固体となり取り扱いが困難である上、これを用いたポリウレタンは、柔軟性、弾性回復率が低いという欠点を有していた。これらの問題を解決するため、1,6−ヘキサンジオールと1,5−ペンタンジオールを用いた脂肪族コポリカーボネートジオール(特許文献1参照)が開示されている。
一方、ポリカーボネートジオールをポリウレタン、熱可塑性エラストマー、ウレタン弾性繊維などの原料として、または、塗料、接着剤などの構成材料として用いる場合、イソシアネートなどの、水酸基と反応する官能基を有する化合物と反応して使用される。ここにおいて、水酸基と反応する官能基を有する化合物とポリカーボネートジオールとの反応を制御することは、安定に生産する上でも製品の品質を安定化する上でも非常に重要となる。
Polycarbonate diol is known as a material excellent in hydrolysis resistance, light resistance, oxidation degradation resistance, heat resistance and the like as a soft segment such as polyurethane and thermoplastic elastomer. However, polycarbonate diol using 1,6-hexanediol as a raw material has crystallinity and is difficult to handle because it is solid at room temperature, and polyurethane using this has the disadvantage of low flexibility and elastic recovery. Had. In order to solve these problems, an aliphatic copolycarbonate diol using 1,6-hexanediol and 1,5-pentanediol (see Patent Document 1) is disclosed.
On the other hand, when polycarbonate diol is used as a raw material for polyurethane, thermoplastic elastomer, urethane elastic fiber, or as a constituent material for paints, adhesives, etc., it reacts with a compound having a functional group that reacts with a hydroxyl group, such as isocyanate. used. Here, controlling the reaction between the compound having a functional group that reacts with a hydroxyl group and the polycarbonate diol is very important for stable production and stabilization of product quality.
従来、ポリカーボネートジオールは、上記の反応で高分子量化しやすく、目的の分子量とするためには、反応を制御する高い技術を必要とした。また、部分的に高分子量化し微細なゲルを生成するなどの問題も発生し、製品の品質に問題を与えた。さらに、ポリカーボネートジオールの製造で用いられる触媒が、上記の反応に影響を与えるため、反応制御をさらに困難なものとした。
これまで、上記反応における反応速度を制御することを目的に、種々のポリカーボネートジオールおよびその製造方法が開示されている。例えば、重合反応終了後、高温状態にあるポリカーボネートジオールの冷却速度を制御することにより、ウレタン反応性を調節する方法(特許文献2参照)が開示されている。これは、添加剤の使用なしで目的に応じた反応速度を有するジオールを得ることを目的としているが、工業的に冷却速度を制御することは困難であった。また、原料とするカーボネートの水分を15ppm以下とする反応性安定化ポリカーボネートジオールの製造方法(特許文献3参照)が開示されている。該方法は、カーボネートの脱水工程を必要とすることに加え、反応の安定化に十分な効果が得られないこともあった。
Conventionally, polycarbonate diol tends to have a high molecular weight by the above-described reaction, and a high technique for controlling the reaction is required in order to obtain a target molecular weight. In addition, problems such as partial high molecular weight generation and generation of fine gels occurred, giving rise to problems in product quality. Furthermore, since the catalyst used in the production of polycarbonate diol affects the above reaction, the reaction control is made more difficult.
So far, various polycarbonate diols and methods for producing the same have been disclosed for the purpose of controlling the reaction rate in the above reaction. For example, a method of adjusting urethane reactivity by controlling the cooling rate of polycarbonate diol in a high temperature state after completion of the polymerization reaction (see Patent Document 2) is disclosed. This is intended to obtain a diol having a reaction rate according to the purpose without using an additive, but it has been difficult to control the cooling rate industrially. Moreover, the manufacturing method (refer patent document 3) of the reactive stabilized polycarbonate diol which makes the water | moisture content of the carbonate used as a raw material 15 ppm or less is disclosed. In addition to requiring a carbonate dehydration step, this method sometimes fails to provide a sufficient effect for stabilizing the reaction.
ポリカーボネートジオールの製造に用いた触媒が、ウレタン反応などに対して影響しないように失活する方法として、水で処理することによりチタン系触媒を不活化し、さらに水を除去するする方法(特許文献4参照)などが開示されている。さらに、エステル交換触媒を含有するポリカーボネートジオールを亜リン酸トリエステルで加熱処理することにより、安定した高い反応性を有するウレタン化触媒含有ポリカーボネートジオールを製造する方法(特許文献5参照)が開示されている。上記の方法は、ポリカーボネートジオールと、イソシアネートなどの水酸基と反応する官能基を有する化合物との反応において、その反応速度を制御することを目的にしている。しかしながら、上記の方法では、特に目的とする分子量が著しく分子量増加する反応領域にある場合、目的の分子量に反応を制御することが極めて困難であり、ゲルが生成するなどの問題があった。また、それを低減するため、さらに反応速度を下げると、反応時間が極端に長くなり生産性が問題となった。 As a method of deactivating the catalyst used for the production of polycarbonate diol so as not to affect the urethane reaction, etc., a method of inactivating the titanium-based catalyst by treating with water and further removing water (Patent Document) 4) and the like. Furthermore, a method for producing a polycarbonate diol containing a urethanization catalyst having a stable and high reactivity by heat-treating a polycarbonate diol containing a transesterification catalyst with a phosphorous acid triester is disclosed (see Patent Document 5). Yes. The above-described method aims to control the reaction rate in the reaction between the polycarbonate diol and a compound having a functional group that reacts with a hydroxyl group such as isocyanate. However, in the above method, particularly when the target molecular weight is in the reaction region where the molecular weight increases remarkably, it is extremely difficult to control the reaction to the target molecular weight, and there is a problem that a gel is formed. Further, if the reaction rate was further lowered in order to reduce it, the reaction time became extremely long and productivity became a problem.
一方、ポリカーボネートジオールのポリマー末端水酸基に関しては、ジアルキルカーボネートまたはジアリールカーボネートとポリヒドロキシ化合物を原料に、ポリカーボネートジオールの末端が殆ど完全に水酸基であるポリカーボネートジオールを製造する方法(特許文献6、7参照)が開示されている。これらの方法は、カーボネート原料としてジアルキルカーボネートまたはジアリールカーボネートを用いてポリカーボネートジオールを製造した場合、カーボネートに由来するアルキル基やアリール基がポリマー末端に残存するという問題を解決し、ポリマー末端が殆ど全て水酸基であるポリカーボネートジオールを製造することを目的にしており、ポリマー末端の水酸基の種類やその制御に関する記載も、それによりポリカーボネートジオールと、水酸基と反応する官能基を有する化合物との反応を制御するという記載もされていない。 On the other hand, with respect to the polymer terminal hydroxyl group of the polycarbonate diol, there is a method for producing a polycarbonate diol in which the terminal of the polycarbonate diol is almost completely a hydroxyl group from dialkyl carbonate or diaryl carbonate and a polyhydroxy compound (see Patent Documents 6 and 7). It is disclosed. These methods solve the problem that when a polycarbonate diol is produced using dialkyl carbonate or diaryl carbonate as a carbonate raw material, the alkyl group or aryl group derived from the carbonate remains at the polymer terminal, and the polymer terminal is almost entirely hydroxyl grouped. The purpose is to produce a polycarbonate diol, and the description regarding the type of hydroxyl group at the polymer terminal and the control thereof also describes that the reaction between the polycarbonate diol and the compound having a functional group that reacts with the hydroxyl group is controlled. It has not been done.
高い1級末端OH比率を有するポリカーボネートジオール(特許文献8参照)が開示されている。しかし、1級末端OH比率が高い場合、反応速度が速くなりすぎることが多く、特に目的とする分子量が著しく分子量増加する反応領域にある場合、目的の分子量に反応を制御することが困難であり、ゲルが生成するなどの問題があった。また、ポリマー末端水酸基の割合を特定の値としたポリカーボネートジオール(特許文献9参照)が開示されている。しかしながら、開示されたポリマー末端水酸基の割合では、高分子量のポリウレタンが重合出来ない場合があり、さらにポリマー末端水酸基の割合を規定しただけで、その水酸基が1級であるか2級であるか記載されていない。
上記に示すように、これまでの技術では、耐加水分解性や耐熱性などの性能のバランスがよく、さらに柔軟性に富むポリウレタンや熱可塑性エラストマーを得ることが出来るとともに、それらを製造する反応を適切に制御することが出来るポリカーボネートジオールは存在しなかった。
A polycarbonate diol (see Patent Document 8) having a high primary terminal OH ratio is disclosed. However, when the primary terminal OH ratio is high, the reaction rate is often too fast, and it is difficult to control the reaction to the target molecular weight, particularly in the reaction region where the target molecular weight is significantly increased. There were problems such as gel formation. Further, a polycarbonate diol (see Patent Document 9) in which the ratio of the polymer terminal hydroxyl group is a specific value is disclosed. However, in the disclosed polymer terminal hydroxyl group ratio, high molecular weight polyurethane may not be polymerized, and further, the ratio of the polymer terminal hydroxyl group is only specified, and the hydroxyl group is primary or secondary. It has not been.
As shown above, the conventional technology has a good balance of performance such as hydrolysis resistance and heat resistance, and can obtain polyurethane and thermoplastic elastomers that are more flexible, and the reaction to produce them. There was no polycarbonate diol that could be properly controlled.
本発明は、ポリウレタン、熱可塑性エラストマーなどの原料として、または、塗料、接着剤などの構成材料として適したポリカーボネートジオールを提供することを目的とする。さらに詳しくは、ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、塗料、接着剤などを製造する場合、その反応を容易に制御することができるポリカーボネートジオールであって、耐加水分解性や耐熱性などの性能のバランスがよく、さらに柔軟性に富むポリウレタンや熱可塑性エラストマーを得ることが出来るポリカーボネートジオールを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the polycarbonate diol suitable as raw materials, such as a polyurethane and a thermoplastic elastomer, or as structural materials, such as a coating material and an adhesive agent. More specifically, when producing polyurethane, thermoplastic elastomers, paints, adhesives, etc., this is a polycarbonate diol that can easily control the reaction, and has a good balance of performance such as hydrolysis resistance and heat resistance. Another object of the present invention is to provide a polycarbonate diol capable of obtaining a polyurethane and a thermoplastic elastomer which are further rich in flexibility.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記式(A)と(B)で表される繰り返し単位と末端ヒドロキシル基からなるポリカーボネートジオールにおいて、ポリマー末端水酸基における2級水酸基の割合を特定の範囲とすることにより、ポリカーボネートジオールと水酸基と反応する官能基を有する化合物との反応性を制御できることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、 下記式(A)と(B)で表される繰り返し単位と末端ヒドロキシル基からなるポリカーボネートジオールであって、
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has obtained a secondary hydroxyl group in a polymer terminal hydroxyl group in a polycarbonate diol comprising a repeating unit represented by the following formulas (A) and (B) and a terminal hydroxyl group. It was found that the reactivity of the polycarbonate diol and the compound having a functional group capable of reacting with a hydroxyl group can be controlled by making the ratio of the specific range, and the present invention has been made.
That is, the present invention is a polycarbonate diol comprising a repeating unit represented by the following formulas (A) and (B) and a terminal hydroxyl group,
数平均分子量が300〜20000であり、繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)の割合がモル比で99:1〜1:99であり、2級末端基指数が0.5〜5.0%であることを特徴とするポリカーボネートジオールを提供するものである。 The number average molecular weight is 300 to 20000, the ratio of the repeating unit (A) to the repeating unit (B) is 99: 1 to 1:99 in molar ratio, and the secondary end group index is 0.5 to 5.0. %, Which provides a polycarbonate diol characterized by
本発明は、ポリウレタン、熱可塑性エラストマーなどの原料として、または、塗料、接着剤などの構成材料として最適であるポリカーボネートジオールを提供する。さらに詳しくは、塗装等外観を不良にする溶媒に難溶性の超高分子量のゲルが生成する欠点も殆ど無く、また、そのゲル生成を低減するためにさらに反応速度を下げると、目的の分子量にする為には反応時間が極端に長くなり生産性が低下する欠点も殆ど無くて、反応を容易に制御することができるポリカーボネートジオールであり、耐加水分解性や耐熱性などの性能のバランスがよく、さらに柔軟性に富むポリウレタンや熱可塑性エラストマーを得ることが出来るポリカーボネートジオールを提供することができる効果を有する。 The present invention provides a polycarbonate diol that is most suitable as a raw material for polyurethane, thermoplastic elastomer, and the like, or as a constituent material for paints, adhesives, and the like. More specifically, there is almost no defect that an ultra-high molecular weight gel that is poorly soluble in a solvent that causes poor appearance such as coating is generated, and if the reaction rate is further lowered to reduce the gel formation, the target molecular weight is achieved. This is a polycarbonate diol that can control the reaction easily with almost no drawbacks of extremely long reaction time and low productivity, and a good balance of performance such as hydrolysis resistance and heat resistance. Furthermore, it has an effect of providing a polycarbonate diol that can obtain a polyurethane and a thermoplastic elastomer having more flexibility.
以下、本発明について具体的に説明する。
ポリカーボネートジオールをポリウレタン、熱可塑性エラストマー、ウレタン弾性繊維
などの原料として、または、塗料、接着剤などの構成材料として用いる場合、イソシアネートのような、水酸基と反応する官能基を有する化合物と反応して使用される。これら化合物とポリカーボネートジオールとの反応性は非常に重要である。
1級水酸基は反応性が高いため、反応に用いるイソシアネートの種類や反応条件によっては、反応を制御することが困難となり、目的の分子量に合わせる事が出来ない、または微細な高分子量ゲルが生成するなどの問題が発生した。ポリウレタンの安定化・劣化対策と目的に応じた新しい改質技術(技術情報協会、2004,p325)に示すように、2級の水酸基は1級の水酸基と比較してイソシアネートとの反応性が低い事が知られている。しかしながら、ポリマー末端水酸基における2級水酸基の割合が高くなると、目的の分子量とするには長い時間が必要となり、生産性に問題が発生した。さらに、反応時間を短くするために反応温度を上げると、副反応が起きて得られる製品の物性が変化するなどの問題も発生した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
When polycarbonate diol is used as a raw material for polyurethane, thermoplastic elastomer, urethane elastic fiber, or as a constituent material for paints, adhesives, etc., it reacts with a compound having a functional group that reacts with a hydroxyl group, such as isocyanate. Is done. The reactivity of these compounds with polycarbonate diol is very important.
Since the primary hydroxyl group is highly reactive, it becomes difficult to control the reaction depending on the type of isocyanate used in the reaction and the reaction conditions, and it cannot be adjusted to the target molecular weight, or a fine high molecular weight gel is formed. Such a problem occurred. Secondary hydroxyl group is less reactive with isocyanate than primary hydroxyl group, as shown in polyurethane stabilization / degradation countermeasures and new modification technology according to purpose (Technical Information Association, 2004, p325) Things are known. However, when the ratio of the secondary hydroxyl group in the polymer terminal hydroxyl group is increased, it takes a long time to obtain the target molecular weight, which causes a problem in productivity. Furthermore, when the reaction temperature was raised to shorten the reaction time, problems such as changes in physical properties of the product obtained by side reactions occurred.
本発明では、上記式(A)と(B)で表される繰り返し単位と末端ヒドロキシル基からなるポリカーボネートジオールにおいて、ポリマー末端水酸基における2級水酸基割合の最適値を見いだし、上記の問題を殆ど起こすことなく、ポリカーボネートジオールを用いた反応を容易に制御出来るようになった。
本発明の2級末端基指数は、以下のように定義される。70g〜100gのポリカーボネートジオールを、0.1kPa以下の圧力下、160℃〜185℃の温度に加熱、攪拌して約1gの留分を得る。これをガスクロマトグラフィー分析(以下、GC分析と称す。)して、得られるピーク面積の値を用いて下記式(1)から2級末端基指数を計算した。なお、GC分析は、カラムとしてDB−WAX(J&W社製)を付けたガスクロマトグラフィー6890(ヒューレット・パッカード製)を用い、検出器に水素炎イオン化検出器(FID)を用いて行った。カラムの昇温プロファイルは、40℃から10℃/minで220℃まで昇温した後、その温度で15分間保持した。GC分析における各ピークの同定は、下記GC−MS装置を用いて行った。GC装置は、カラムとしてDB−WAX(J&W社製)を付けた6890(ヒューレット・パッカード製)を用い、初期温度40℃から昇温速度10℃/minで220℃まで昇温した。MS装置は、Auto−massSUN(JEOL製)を用い、イオン化電圧70eV、スキャン範囲m/z=10〜500、フォトマルゲイン450Vで行った。
In the present invention, in the polycarbonate diol composed of the repeating units represented by the above formulas (A) and (B) and the terminal hydroxyl group, the optimum value of the secondary hydroxyl group ratio in the polymer terminal hydroxyl group is found and causes almost the above problems. As a result, the reaction using the polycarbonate diol can be easily controlled.
The secondary end group index of the present invention is defined as follows. 70 g to 100 g of polycarbonate diol is heated and stirred at a temperature of 160 ° C. to 185 ° C. under a pressure of 0.1 kPa or less to obtain about 1 g of a fraction. This was subjected to gas chromatography analysis (hereinafter referred to as GC analysis), and the secondary end group index was calculated from the following formula (1) using the obtained peak area value. The GC analysis was performed using a gas chromatography 6890 (manufactured by Hewlett-Packard) with DB-WAX (manufactured by J & W) as a column and a hydrogen flame ionization detector (FID) as a detector. The temperature rising profile of the column was raised from 40 ° C. to 220 ° C. at 10 ° C./min and then held at that temperature for 15 minutes. Identification of each peak in the GC analysis was performed using the following GC-MS apparatus. The GC apparatus used 6890 (manufactured by Hewlett-Packard) with DB-WAX (manufactured by J & W) as a column, and the temperature was raised from an initial temperature of 40 ° C. to 220 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min. As the MS apparatus, Auto-massSUN (manufactured by JEOL) was used at an ionization voltage of 70 eV, a scan range m / z = 10 to 500, and a photomultiplier gain of 450V.
2級末端基指数=B÷A×100 (1)
A:ジオールのGC面積の総和
B:少なくとも1つの2級水酸基を持つジオールのGC面積の総和
上記の方法は、ポリカーボネートジオールを縮合することにより、ポリマーから外れる末端化合物を分析する方法である。ポリマー末端が水酸基である場合、ジオールとしてポリマー末端より外れる(下記式(a)を参照)。
Secondary end group index = B ÷ A × 100 (1)
A: Sum of GC area of diol
B: Sum of GC area of diol having at least one secondary hydroxyl group The above method is a method for analyzing a terminal compound desorbed from a polymer by condensing polycarbonate diol. When a polymer terminal is a hydroxyl group, it will remove | deviate from a polymer terminal as a diol (refer following formula (a)).
一方、ポリマー末端が2級の水酸基である場合、少なくとも片方の水酸基が2級であるジオールがポリマー末端より外れる。(下記式(b)参照)。 On the other hand, when the polymer terminal is a secondary hydroxyl group, a diol having at least one secondary hydroxyl group is removed from the polymer terminal. (See formula (b) below).
よって、留出するジオールの量に対する、少なくとの1つの水酸基が2級であるジオールのトータル量で、ポリマー末端水酸基における2級水酸基の割合が決定できる。
2級末端基指数が0.5〜5.0である場合、ポリウレタンや熱可塑性エラストマーなどの原料として、または、塗料、接着剤などの構成材料と用いた場合、反応の制御が容易となり、微細な高分子量ゲルなどを生成することなく目的とする分子量のものを得ることができる。2級末端基指数が0.5未満では、反応に用いるイソシアネートの種類や反応条件によっては、反応を制御することが困難となる。2級末端基指数が5.0を超えると、反応速度が遅くなり、目的とする分子量になるまで長時間を必要とすることが多く、生産性が低下する。2級末端基指数が0.7〜4.0の場合、上記の問題は起きにくくなり、反応の制御はさらに容易となる。2級末端基指数が1.0〜3.0の場合、上記の問題は殆ど起きずさらに好ましい。
Therefore, the ratio of the secondary hydroxyl group in the polymer terminal hydroxyl group can be determined by the total amount of the diol in which at least one hydroxyl group is secondary to the amount of diol to be distilled.
When the secondary end group index is 0.5 to 5.0, when used as a raw material such as polyurethane or thermoplastic elastomer or with a constituent material such as paint or adhesive, the control of the reaction becomes easy and fine. The desired molecular weight can be obtained without producing a high molecular weight gel. When the secondary end group index is less than 0.5, it becomes difficult to control the reaction depending on the type of isocyanate used for the reaction and the reaction conditions. When the secondary terminal group index exceeds 5.0, the reaction rate becomes slow, and it often takes a long time to reach the target molecular weight, resulting in a decrease in productivity. When the secondary end group index is from 0.7 to 4.0, the above problem is less likely to occur, and the control of the reaction is further facilitated. When the secondary end group index is 1.0 to 3.0, the above problem hardly occurs and it is more preferable.
本発明のポリカーボネートジオールの製造方法は、特に限定されない。例えば、Schnell著、ポリマー・レビューズ第9巻、p9〜20(1994年)に記載される種々の方法で製造することが出来る。
本発明のポリカーボネートジオールは、ジオールとカーボネートを原料とするが、その純度が重要となる。2級水酸基を有するジオールや、モノアルコールなど得られるポリカーボネートジオールの末端がアルキル基など反応性を有しない基となる不純物の含有量によっては、本発明のポリカーボネートジオールが得られないことがある。よって、使用する原料の純度は高い方が好ましく、通常は95重量%以上、好ましくは97重量%以上、さらに好ましくは98重量%以上である。
The method for producing the polycarbonate diol of the present invention is not particularly limited. For example, it can be produced by various methods described in Schnell, Polymer Reviews, Vol. 9, p9-20 (1994).
The polycarbonate diol of the present invention uses diol and carbonate as raw materials, but its purity is important. The polycarbonate diol of the present invention may not be obtained depending on the content of impurities such as a diol having a secondary hydroxyl group or a polycarbonate diol to be obtained such as a monoalcohol, the terminal of which is a non-reactive group such as an alkyl group. Therefore, the purity of the raw material used is preferably higher, and is usually 95% by weight or more, preferably 97% by weight or more, and more preferably 98% by weight or more.
本発明の2級末端基指数有するポリカーボネートジオールを得るには、例えば、原料とする1,5−ペンタンジオールや1,6−ヘキサンジオール中に含まれる2級水酸基を持つジオールの含有量を制御する方法がある。また、必要に応じて2級水酸基を持つジオールを添加する方法がある。2級水酸基を持つジオールは、原料中に添加したり、ポリカーボネートジオール製造の途中で添加したり、所定の分子量になった後に添加することが出来る。原料に添加する場合または反応途中で添加する場合、特にポリカーボネートジオールの重合条件を変える必要は無いが、必要に応じてジオールとカーボネートの組成比、触媒量、反応温度、反応時間などを変更してもよい。得られたポリカーボネートジオールに2級水酸基を有するジオールを添加して加熱処理する方法では、加熱処理温度は、120℃〜190℃、好ましくは130℃〜180℃である。加熱温度が120℃より低いと反応が遅く処理時間がかかり経済的に問題があり、190℃を超えると着色などの問題が発生する可能性が高くなる。加熱処理時間は、反応温度や処理方法により異なるが、通常は、15分〜10時間である。2級水酸基を持つジオールとしては、1,2−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,5−ヘキサンジオール、2−エチルー1,3−ヘキサンジオール、1,2−オクタンジオール、1,2−デカンジオールなどの1級水酸基と2級水酸基を持つもの、1,2−シクロペンタンジオール、1,3−シクロペンタンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、2,3−ブタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、3,5−ヘプタンジオールなどの2つの2級水酸基を持つもの、2−メチル−2,4−ペンタンジオールなど1つの2級水酸基と1つの3級水酸基を持つものが挙げられる。これらのジオールを単独でまたは2種類以上混合して使用される。2級水酸基を有するジオールを選択する際、ポリカーボネートジオールの重合反応に対する影響が小さいことに加え、2級水酸基の反応性が重要となる。1級水酸基と2級水酸基の距離が離れていることが好ましく、2級水酸基に対する立体障害が小さい方が好ましい。2級水酸基の反応性は、2級水酸基に対する立体障害が大きく影響している。例えば、下記式(c)のXがアルキル基の場合、メチレン鎖長が長くなるほど2級水酸基の反応性が大きく阻害される。アルキル基がメチル基やエチル基であれば、2級水酸基に対する立体障害は小さく好ましい。さらに、メチル基であれば、本発明の2級水酸基を持つジオールとしてはより好ましい。また、シクロヘキシル環に結合した水酸基の場合、互いの水酸基がオルト位にあることが好ましい。 In order to obtain the polycarbonate diol having the secondary end group index of the present invention, for example, the content of diol having a secondary hydroxyl group contained in 1,5-pentanediol or 1,6-hexanediol as a raw material is controlled. There is a way. There is also a method of adding a diol having a secondary hydroxyl group as required. The diol having a secondary hydroxyl group can be added to the raw material, added during the production of the polycarbonate diol, or added after reaching a predetermined molecular weight. When adding to the raw material or in the middle of the reaction, there is no need to change the polymerization conditions of the polycarbonate diol, but the diol and carbonate composition ratio, catalyst amount, reaction temperature, reaction time, etc. may be changed as necessary. Also good. In the method in which a diol having a secondary hydroxyl group is added to the obtained polycarbonate diol and subjected to heat treatment, the heat treatment temperature is 120 ° C to 190 ° C, preferably 130 ° C to 180 ° C. When the heating temperature is lower than 120 ° C., the reaction is slow and processing time is required, which is economically problematic. The heat treatment time varies depending on the reaction temperature and the treatment method, but is usually 15 minutes to 10 hours. Examples of diols having secondary hydroxyl groups include 1,2-propanediol, 1,3-butanediol, 1,2-pentanediol, 1,4-pentanediol, 1,2-hexanediol, and 1,5-hexanediol. Having primary and secondary hydroxyl groups such as 2-ethyl-1,3-hexanediol, 1,2-octanediol, 1,2-decanediol, 1,2-cyclopentanediol, 1,3-cyclo Two secondary compounds such as pentanediol, 1,3-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol, 2,3-butanediol, 2,4-pentanediol, 2,5-hexanediol, 3,5-heptanediol, etc. Those having a hydroxyl group, those having one secondary hydroxyl group and one tertiary hydroxyl group such as 2-methyl-2,4-pentanediol It is. These diols are used alone or in combination of two or more. In selecting a diol having a secondary hydroxyl group, the reactivity of the secondary hydroxyl group is important in addition to having a small effect on the polymerization reaction of the polycarbonate diol. The distance between the primary hydroxyl group and the secondary hydroxyl group is preferably large, and it is preferable that the steric hindrance to the secondary hydroxyl group is small. The reactivity of the secondary hydroxyl group is greatly influenced by steric hindrance to the secondary hydroxyl group. For example, when X in the following formula (c) is an alkyl group, the reactivity of the secondary hydroxyl group is greatly inhibited as the methylene chain length increases. If the alkyl group is a methyl group or an ethyl group, the steric hindrance to the secondary hydroxyl group is small and preferable. Furthermore, a methyl group is more preferable as the diol having a secondary hydroxyl group of the present invention. In the case of a hydroxyl group bonded to a cyclohexyl ring, it is preferable that the mutual hydroxyl group is in the ortho position.
HO−R−CH(OH)−X (c)
上記の観点より、2級水酸基を有するジオールとしては、1,5−ヘキサンジオールまたは1,4−シクロヘキサンジオールが好ましい。2級水酸基を有するジオール中の1,5−ヘキサンジオールまたは/および1,4−シクロヘキサンジオールの占める割合(以降、1,5HD/1,4CHD指数と称す。)は、前記の2級末端基指数の定義で示した方法で分析を行い、その結果を用いて下記式(2)で求められる。本発明では、1,5HD/1,4CHD指数は、が50%以上であることが好ましい。さらに85%以上であることがより好ましい。
HO-R-CH (OH) -X (c)
From the above viewpoint, 1,5-hexanediol or 1,4-cyclohexanediol is preferable as the diol having a secondary hydroxyl group. The proportion of 1,5-hexanediol and / or 1,4-cyclohexanediol in the diol having a secondary hydroxyl group (hereinafter referred to as 1,5HD / 1,4CHD index) is the above-mentioned secondary end group index. Analysis is performed by the method shown in the definition of, and using the result, the following equation (2) is obtained. In the present invention, the 1,5HD / 1,4CHD index is preferably 50% or more. Further, it is more preferably 85% or more.
1,5HD/1,4CHD指数=C/B×100 (2)
B:少なくとも1つの2級の水酸基を持つジオールのGC面積の総和
C:1,5−ヘキサンジオールまたは/および1,4−シクロヘキサンジオールのGC面積の総和
ポリマー末端がアルキル基やアリール基など水酸基と反応しない基である場合、該ポリカーボネートジオールを用いてポリウレタンを重合した場合、目的の分子量とならないことが多く、低分子量物が多く存在するため、得られたポリウレタンの機械物性が低下する事もあった。本発明のポリカーボネートジオールは、ポリマー末端が水酸基であることが好ましい。例えば、前記の2級末端基指数の定義で示した方法で分析を行い、その結果を用いて下記式(3)で求められる末端水酸基指数で97.0以上であることが好ましい。
さらに、末端水酸基指数が98.5〜99.8であればより好ましい。
1,5HD / 1,4CHD index = C / B × 100 (2)
B: Sum of GC areas of diols having at least one secondary hydroxyl group C: Sum of GC areas of 1,5-hexanediol and / or 1,4-cyclohexanediol Polymer ends are hydroxyl groups such as alkyl groups and aryl groups. In the case of a group that does not react, when the polyurethane is polymerized using the polycarbonate diol, the desired molecular weight is often not obtained, and many low molecular weight substances are present, so that the mechanical properties of the obtained polyurethane may be lowered. It was. The polycarbonate diol of the present invention preferably has a hydroxyl group at the polymer end. For example, the analysis is performed by the method shown in the definition of the secondary terminal group index, and the terminal hydroxyl index determined by the following formula (3) using the result is preferably 97.0 or more.
Furthermore, it is more preferable that the terminal hydroxyl index is 98.5 to 99.8.
末端水酸基指数=A÷D×100 (3)
A:ジオールのGC面積の総和
D:モノアルコールとジオールのGC面積の総和
前記の2級末端基指数の定義で示した方法では、ポリマー末端が水酸基でない場合、モノアルコールとしてポリマー末端より外れる(下記式(d)を参照)。
Terminal hydroxyl index = A ÷ D × 100 (3)
A: Sum of GC area of diol
D: Sum of GC area of monoalcohol and diol In the method shown in the definition of the secondary terminal group index, when the polymer terminal is not a hydroxyl group, it is removed from the polymer terminal as a monoalcohol (see the following formula (d)).
よって、留分中のジオールとモノアルコールの量より、水酸基であるポリマー末端の割合が決定できる。 Therefore, the ratio of the polymer terminal which is a hydroxyl group can be determined from the amount of diol and monoalcohol in the fraction.
本発明のポリカーボネートジオールは、ジオールとして、1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールが用いられる。さらに、本発明のポリカーボネートジオールの特性を損なわない範囲で、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ナノジオール、1,10−ドデカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオールなどの側鎖を持たないジオール、2−メチル−1、8−オクタンジオール、2−エチル−1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジメチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチルー1、5−ペンタンジオール、2−ブチルー2−エチルー1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチルー1,3−プロパンジオールなどの側鎖を持ったジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−プロパンなどの環状ジオールから、1種類または2種類以上のジオールを原料として添加しても良い。添加量としては、1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの合計量に対し0.1〜10重量%、好ましくは0.1〜3重量%である。また、1分子に3以上のヒドロキシル基を持つ化合物、例えば、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトールなどを少量用いることにも出来る。この1分子中に3以上のヒドロキシル基を持つ化合物を余り多く用いると、ポリカーボネートの重合反応中に架橋してゲル化が起きてしまう。したがって1分子中に3以上のヒドロキシル基を持つ化合物は、1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの合計量に対し、0.1〜5重量%にするのが好ましい。より好ましくは、0.1〜2重量%である。 In the polycarbonate diol of the present invention, 1,5-pentanediol and 1,6-hexanediol are used as the diol. Furthermore, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-, as long as the properties of the polycarbonate diol of the present invention are not impaired. Non-side diols such as nanodiol, 1,10-dodecanediol, 1,11-undecanediol, 1,12-dodecanediol, 2-methyl-1,8-octanediol, 2-ethyl-1,6- Hexanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2,4-dimethyl-1,5-pentanediol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, Side chains such as 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol and 2,2-dimethyl-1,3-propanediol With diols, 1,4-cyclohexanedimethanol, 2-bis (4-hydroxycyclohexyl) - cyclic diols such as propane, may be added to one or more kinds of diol as a raw material. The addition amount is 0.1 to 10% by weight, preferably 0.1 to 3% by weight, based on the total amount of 1,5-pentanediol and 1,6-hexanediol. A small amount of a compound having three or more hydroxyl groups per molecule, for example, trimethylolethane, trimethylolpropane, hexanetriol, pentaerythritol and the like can be used. When too many compounds having three or more hydroxyl groups in one molecule are used, gelation occurs due to crosslinking during the polymerization reaction of the polycarbonate. Therefore, the compound having 3 or more hydroxyl groups in one molecule is preferably 0.1 to 5% by weight based on the total amount of 1,5-pentanediol and 1,6-hexanediol. More preferably, it is 0.1 to 2% by weight.
本発明のポリカーボネートジオールは、カーボネートとして、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネートなどのジアルキルカーボネート、ジフェニルカーボネートなどのジアリールカーボネート、エチレンカーボネート、トリメチレンカーボネート、1,2−プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、1,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネートなどのアルキレンカーボネートが挙げられる。入手のしやすさや重合反応の条件設定のしやすさの観点より、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、エチレンカーボネートを用いることが好ましい。 The polycarbonate diol of the present invention includes, as carbonates, dialkyl carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate, diaryl carbonates such as diphenyl carbonate, ethylene carbonate, trimethylene carbonate, 1,2-propylene carbonate, 1, Examples thereof include alkylene carbonates such as 2-butylene carbonate, 1,3-butylene carbonate, and 1,2-pentylene carbonate. From the viewpoint of easy availability and ease of setting conditions for the polymerization reaction, it is preferable to use dimethyl carbonate, diethyl carbonate, diphenyl carbonate, or ethylene carbonate.
本発明のポリカーボネートジオールの製造は、触媒を添加しても良いし、添加しなくてもよい。触媒を添加する場合は、通常のエステル交換反応触媒から自由に選択することが出来る。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、スズ、鉛、アンチモン、ヒ素、セリウムなどの金属、塩、アルコキシド、有機化合物が用いられる。特に好ましいのは、チタン、スズ、鉛の化合物である。また、触媒の使用量は、通常はポリカーボネートジオール重量の0.00001〜0.1%である。 In the production of the polycarbonate diol of the present invention, a catalyst may or may not be added. When adding a catalyst, it can select freely from a normal transesterification catalyst. For example, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, zinc, aluminum, titanium, cobalt, germanium, tin, lead, antimony, arsenic, cerium and other metals, salts, alkoxides, organic compounds Used. Particularly preferred are titanium, tin and lead compounds. Moreover, the usage-amount of a catalyst is 0.00001 to 0.1% of polycarbonate diol weight normally.
分子中の1,5−ペンタンジオールに由来する繰り返し単位(上記式(A))と1,6−ヘキサンジオールに由来する繰り返し単位(上記式(B))の割合(以降、共重合比率と称し、上記式(A):上記式(B)で表す。)は、モル比で99:1〜1:99である。共重合比率を75:25〜25:75とする、柔軟性が向上するので好ましい。70:30〜30:70とすると、最も顕著に柔軟性が現れる。
本発明における共重合比率は、以下の方法で決定した。100mlのナスフラスコにサンプルを1g取り、エタノール30g、水酸化カリウム4gを入れて、100℃で1時間反応する。室温まで冷却後、指示薬にフェノールフタレインを2〜3滴添加し、塩酸で中和する。冷蔵庫で1時間冷却後、沈殿した塩を濾過で除去し、GCを用いて1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールを定量した。GC分析は、カラムとしてDB−WAX(J&W製)をつけたガスクロマトグラフィーGC−14B(島津製作所製)を用い、ジエチレングリコールジエチルエステルを内標として、検出器をFIDとして行った。なお、カラムの昇温プロファイルは、60℃で5分保持した後、10℃/minで250℃まで昇温した。なお、共重合比率は、1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールのモル比で表す。
Ratio of repeating units derived from 1,5-pentanediol (formula (A)) and repeating units derived from 1,6-hexanediol (formula (B)) in the molecule (hereinafter referred to as copolymerization ratio). The above formula (A): represented by the above formula (B)) is 99: 1 to 1:99 in molar ratio. A copolymerization ratio of 75:25 to 25:75 is preferable because flexibility is improved. When it is 70:30 to 30:70, flexibility appears most remarkably.
The copolymerization ratio in the present invention was determined by the following method. 1 g of a sample is taken into a 100 ml eggplant flask, 30 g of ethanol and 4 g of potassium hydroxide are added, and reacted at 100 ° C. for 1 hour. After cooling to room temperature, add 2-3 drops of phenolphthalein to the indicator and neutralize with hydrochloric acid. After cooling in the refrigerator for 1 hour, the precipitated salt was removed by filtration, and 1,5-pentanediol and 1,6-hexanediol were quantified using GC. GC analysis was performed using gas chromatography GC-14B (manufactured by Shimadzu Corporation) with DB-WAX (manufactured by J & W) as a column, diethylene glycol diethyl ester as an internal standard, and a detector as FID. The temperature rising profile of the column was maintained at 60 ° C. for 5 minutes and then heated to 250 ° C. at 10 ° C./min. The copolymerization ratio is represented by a molar ratio of 1,5-pentanediol and 1,6-hexanediol.
本発明のポリカーボネートジオールにおいて、分子量は、数平均分子量で300〜20000である。数平均分子量が300未満では得られる熱可塑性ポリウレタンの柔軟性や低温特性が不良となることが多く、20000を超えると得られる熱可塑性ポリウレタンの成型加工性が低下することが多いので好ましくない。好ましくは、数平均分子量で450〜5000の範囲である。より好ましくは、500〜3000である。
本発明の数平均分子量は、無水酢酸とピリジンを用い、水酸化カリウムのエタノール溶液で滴定する「中和滴定法(JIS K 0070−1992)」によって水酸基価を決定し、下記数式(4)を用いて計算した。
数平均分子量=2/(OH価×10―3/56.1) (4)
In the polycarbonate diol of the present invention, the molecular weight is 300 to 20000 in terms of number average molecular weight. When the number average molecular weight is less than 300, the flexibility and low temperature characteristics of the obtained thermoplastic polyurethane are often poor, and when it exceeds 20000, the molding processability of the obtained thermoplastic polyurethane is often lowered, which is not preferable. The number average molecular weight is preferably in the range of 450 to 5000. More preferably, it is 500-3000.
The number average molecular weight of the present invention is determined by determining the hydroxyl value by “neutralization titration method (JIS K 0070-1992)” in which acetic anhydride and pyridine are used and titrated with an ethanol solution of potassium hydroxide. Used to calculate.
Number average molecular weight = 2 / (OH value × 10 −3 /56.1) (4)
ジオールとして1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールが用いるポリカーボネートジオールは、耐加水分解性や耐熱性などの性能のバランスがよいことに加え、結晶化度が低いため常温で液状であり取り扱い性に優れる事、1,6−ヘキサンジオールのみを用いたポリカーボネートジオールと比較して、柔軟性や弾性回復力の優れたポリウレタンや熱可塑性エラストマーが得られる。本発明のポリカーボネートジオールは、上記の特徴に加え、ウレタンなどの製造においてその反応を容易に制御することができるという特徴も有し、ポリウレタン、熱可塑性エラストマーなどの原料として、または、塗料、接着剤などの構成材料として適したポリカーボネートジオールということができる。 The polycarbonate diol used by 1,5-pentanediol and 1,6-hexanediol as the diol has a good balance of performance such as hydrolysis resistance and heat resistance and is liquid at room temperature due to its low crystallinity. Compared with polycarbonate diol using only 1,6-hexanediol, it is possible to obtain polyurethane and thermoplastic elastomer having excellent flexibility and elastic recovery. In addition to the above characteristics, the polycarbonate diol of the present invention also has a characteristic that its reaction can be easily controlled in the production of urethane and the like, and is used as a raw material for polyurethanes, thermoplastic elastomers, etc., or paints and adhesives. It can be said that the polycarbonate diol is suitable as a constituent material.
次に、実施例および比較例によって、本発明を説明する。
1.反応性の評価
本発明では、ポリカーボネートジオールの反応安定性を以下の方法で評価した。攪拌機、冷却管、温度計を備えた1Lのセパラブルフラスコにポリカーボネートジオールを75g入れた。約2.5kPaで減圧しながら、100℃で3hr加熱攪拌行い、ポリカーボネートジオールを乾燥した。25gのトルエンと0.006gのジラウリン酸ジブチルスズを加えた後、フラスコ内部が80℃になっていることを確認し、ポリカーボネートジオールの2倍モル量のジシルロヘキシルメタンジイソシアネートを加え、80℃で3hr反応してプレポリマーを得る。350mlのジメチルホルムアミドを加えた後、イソシアネートの反応率を測定する。30℃に冷却後、測定したイソシアネート反応率からイソシアネート反応率が100%となるために必要とされる量の90%に相当するエチレンジアミンを添加して鎖延長反応する。10分間攪拌後サンプル(以降、サンプルAと称す。)を採取する。その後、イソシアネート反応率が90%から100%となるために必要とされる量の40%に相当するエチレンジアミンを添加しさらに鎖延長反応を続ける。3分間攪拌後サンプル(以降、サンプルBと称す。)を採取する。さらに、7分間攪拌しサンプル(以降、サンプルCと称す。)を採取する。上記サンプルを透明サンプル瓶に入れて、性状やゲル発生の有無を目視で確認するとともに、粘度計(B8L型、TOKIMEC製)を使用し、4番のロータを用い、測定温度35±1℃で粘度を測定した。測定値を元に下記式(5)、(6)で示されるA値とB値を求め、反応性を評価した。
A値=(サンプルBの粘度)/(サンプルAの粘度) (5)
B値=(サンプルCの粘度)/(サンプルBの粘度) (6)
Next, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples.
1. Evaluation of Reactivity In the present invention, the reaction stability of polycarbonate diol was evaluated by the following method. 75 g of polycarbonate diol was placed in a 1 L separable flask equipped with a stirrer, a condenser, and a thermometer. While reducing the pressure at about 2.5 kPa, the mixture was heated and stirred at 100 ° C. for 3 hours to dry the polycarbonate diol. After adding 25 g of toluene and 0.006 g of dibutyltin dilaurate, confirm that the inside of the flask is at 80 ° C., add 2 times the molar amount of disoylhexylmethane diisocyanate of polycarbonate diol, and at 80 ° C. React for 3 hours to obtain a prepolymer. After adding 350 ml of dimethylformamide, the reaction rate of the isocyanate is measured. After cooling to 30 ° C., ethylenediamine corresponding to 90% of the amount required for the isocyanate reaction rate to be 100% from the measured isocyanate reaction rate is added to carry out chain extension reaction. After stirring for 10 minutes, a sample (hereinafter referred to as sample A) is collected. Thereafter, ethylenediamine corresponding to 40% of the amount required for the isocyanate reaction rate to be 90% to 100% is added, and the chain extension reaction is continued. After stirring for 3 minutes, a sample (hereinafter referred to as sample B) is collected. Further, the sample is stirred for 7 minutes (hereinafter referred to as sample C) and collected. Put the sample in a transparent sample bottle and visually check the properties and the presence or absence of gels. Using a viscometer (B8L, manufactured by TOKIMEC) The viscosity was measured. Based on the measured values, the A value and the B value represented by the following formulas (5) and (6) were determined, and the reactivity was evaluated.
A value = (viscosity of sample B) / (viscosity of sample A) (5)
B value = (viscosity of sample C) / (viscosity of sample B) (6)
2.原料ジオールの分析
ジオール原料として用いた1,5−ヘキサンジオールと1,6−ヘキサンジオールをガスクロマトグラフィーで分析した。条件は、カラムとしてDB−WAX(J&W製)をつけたガスクロマトグラフィーGC−14B(島津製作所製)を用い、ジエチレングリコールジエチルエステルを内標として、検出器をFIDとして行った。なお、カラムの昇温プロファイルは、60℃で5分保持した後、10℃/minで250℃まで昇温した。1,5−ペンタンジオール中には1,5−ヘキサンジオールが1.2重量%、1,6−ヘキサンジオール中には1,4−シクロヘキサンジオールが0.6重量%の2級水酸基を持つジオールが不純物として確認された。モノアルコールは、1,6−ヘキサンジオールおよび1,4−シクロヘキサンジオールモノアルコールには、不純物として検出されなかった。
2. Analysis of raw diol 1,5-hexanediol and 1,6-hexanediol used as diol raw materials were analyzed by gas chromatography. The conditions were gas chromatography GC-14B (manufactured by Shimadzu Corporation) with DB-WAX (manufactured by J & W) as a column, diethylene glycol diethyl ester as an internal standard, and a detector as FID. The temperature rising profile of the column was maintained at 60 ° C. for 5 minutes and then heated to 250 ° C. at 10 ° C./min. A diol having a secondary hydroxyl group in which 1,5-hexanediol is 1.2% by weight in 1,5-pentanediol and 1,4-cyclohexanediol is 0.6% by weight in 1,6-hexanediol. Was identified as an impurity. Monoalcohol was not detected as an impurity in 1,6-hexanediol and 1,4-cyclohexanediol monoalcohol.
[実施例1]
規則充填物を充填した精留塔と攪拌装置を備えた2Lのガラス製フラスコにジメチルカーボネートを504g(5.6mol)、1,5−ペンタンジオールを312g(3.0mol)、1,6−ヘキサンジオールを307g(2.6mol)仕込んだ。2級水酸基を持つジオールとして、1,4−シクロヘキサンジオールを1.8g、1,5−ヘキサジオールを2.8g、触媒としてチタンテトラブトキシド0.085gを加え、常圧で攪拌・加熱した。反応温度を150℃から210℃へ徐々に上げながら、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら5時間反応を行った。その後、15kPaまで減圧し、メタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら、210℃でさらに5時間反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は1854であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=53:47、2級末端基指数は2.3でであった。また、末端水酸基指数は98.8であった。
[Example 1]
In a 2 L glass flask equipped with a rectification column packed with a regular packing and a stirrer, 504 g (5.6 mol) of dimethyl carbonate, 312 g (3.0 mol) of 1,5-pentanediol, 1,6-hexane The diol was charged in 307 g (2.6 mol). As a diol having a secondary hydroxyl group, 1.8 g of 1,4-cyclohexanediol, 2.8 g of 1,5-hexadiol and 0.085 g of titanium tetrabutoxide as a catalyst were added, and the mixture was stirred and heated at normal pressure. While gradually increasing the reaction temperature from 150 ° C. to 210 ° C., the reaction was carried out for 5 hours while distilling off the resulting mixture of methanol and dimethyl carbonate. Thereafter, the pressure was reduced to 15 kPa, and the mixture was further reacted at 210 ° C. for 5 hours while distilling off a mixture of methanol and dimethyl carbonate. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 1854, the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 53: 47, and the secondary end group index was 2.3. It was. Further, the terminal hydroxyl group index was 98.8.
[比較例1]
2級水酸基を持つジオールの添加量を、1,5−ヘキサンジオール13.2g、1,4−シクロヘキサンジオール5.3gとして以外は、実施例1に示す方法で重合を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は1862であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=53:47、2級末端基指数は5.2であった。また、末端水酸基指数は98.6であった。
[Comparative Example 1]
Polymerization was carried out by the method shown in Example 1 except that the amount of diol having a secondary hydroxyl group was 13.2 g of 1,5-hexanediol and 5.3 g of 1,4-cyclohexanediol. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 1862, the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 53: 47, and the secondary end group index was 5.2. Met. Moreover, the terminal hydroxyl index was 98.6.
[実施例2]
実施例1で示す条件で重合を行い、さらに5時間メタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は2890であり、共重合比率は52:48、2級末端基指数は2.5であった。また、末端水酸基指数は97.8であった。
[Example 2]
Polymerization was carried out under the conditions shown in Example 1, and the reaction was conducted while distilling off a mixture of methanol and dimethyl carbonate for 5 hours. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 2890, the copolymerization ratio was 52:48, and the secondary end group index was 2.5. The terminal hydroxyl index was 97.8.
[実施例3]
実施例1に示す装置を用いて重合を行った。ジエチルカーボネートを720g(6.1mol)、1,5−ペンタンジオールを225g(2.2mol)、1,6−ヘキサンジオールを370g(3.1mol)仕込んだ。2級水酸基を持つジオールとして、1,4−シクロヘキサンジオールを2.2g、1,5−ヘキサジオールを2.0g、触媒としてチタンテトラブトキシド0.10gを加え、常圧で攪拌・加熱した。反応温度を150℃から200℃へ徐々に上げながら、生成するエタノールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら3時間反応を行った。その後、15kPaまで減圧し、エタノールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら、200℃でさらに4時間反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は1042であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=41:59、2級末端基指数は1.9であった。また、末端水酸基指数は97.4であった。
[Example 3]
Polymerization was carried out using the apparatus shown in Example 1. 720 g (6.1 mol) of diethyl carbonate, 225 g (2.2 mol) of 1,5-pentanediol, and 370 g (3.1 mol) of 1,6-hexanediol were charged. As a diol having a secondary hydroxyl group, 2.2 g of 1,4-cyclohexanediol and 2.0 g of 1,5-hexadiol were added, and 0.10 g of titanium tetrabutoxide was added as a catalyst, followed by stirring and heating at normal pressure. While gradually raising the reaction temperature from 150 ° C. to 200 ° C., the reaction was carried out for 3 hours while distilling off the resulting mixture of ethanol and diethyl carbonate. Thereafter, the pressure was reduced to 15 kPa, and the mixture was further reacted at 200 ° C. for 4 hours while distilling off a mixture of ethanol and diethyl carbonate. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 1042, and the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 41: 59, secondary end group index was 1.9. Met. The terminal hydroxyl group index was 97.4.
[比較例2]
実施例1に示す装置を用いて重合を行った。ジエチルカーボネートを750g(6.4mol)、1,5−ペンタンジオールを225g(2.2mol)、1,6−ヘキサンジオールを370g(3.1mol)を仕込んだ。2級水酸基を持つジオールとして、1,4−シクロヘキサンジオールを17.2g、1,5−ヘキサジオールを7.0g、触媒としてチタンテトラブトキシド0.10gを加えた後、実施例3の条件で反応を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は953であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=41:59、2級末端基指数は5.5であった。また、末端水酸基指数は96.4であった。
[Comparative Example 2]
Polymerization was carried out using the apparatus shown in Example 1. 750 g (6.4 mol) of diethyl carbonate, 225 g (2.2 mol) of 1,5-pentanediol, and 370 g (3.1 mol) of 1,6-hexanediol were charged. After adding 17.2 g of 1,4-cyclohexanediol and 7.0 g of 1,5-hexadiol as a diol having a secondary hydroxyl group and 0.10 g of titanium tetrabutoxide as a catalyst, the reaction was conducted under the conditions of Example 3. Went. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 953, the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 41: 59, and the secondary end group index was 5.5. Met. Further, the terminal hydroxyl group index was 96.4.
[実施例4]
実施例1に示す装置を用いて重合を行った。ジエチルカーボネートを720g(6.1mol)、1,5−ペンタンジオールを225g(2.2mol)、1,6−ヘキサンジオールを370g(3.1mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.10gを加え、常圧で攪拌・加熱した。反応温度を150℃から200℃へ徐々に上げながら、生成するエタールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら7時間反応を行った。その後、15kPaまで減圧し、エタノールとジエチルカーボネートの混合物を留去しながら、200℃でさらに4時間反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は1920であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=40:60、2級末端基指数は1.4であった。また、末端水酸基指数は97.7であった。
[Example 4]
Polymerization was carried out using the apparatus shown in Example 1. 720 g (6.1 mol) of diethyl carbonate, 225 g (2.2 mol) of 1,5-pentanediol, and 370 g (3.1 mol) of 1,6-hexanediol were charged. 0.10 g of titanium tetrabutoxide was added as a catalyst, and the mixture was stirred and heated at normal pressure. While gradually raising the reaction temperature from 150 ° C. to 200 ° C., the reaction was carried out for 7 hours while distilling off the resulting mixture of ethal and diethyl carbonate. Thereafter, the pressure was reduced to 15 kPa, and the mixture was further reacted at 200 ° C. for 4 hours while distilling off a mixture of ethanol and diethyl carbonate. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 1920, and the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 40: 60, and the secondary end group index was 1.4. Met. The terminal hydroxyl index was 97.7.
[実施例5]
規則充填物を充填した精留塔と攪拌装置を備えた2Lのガラス製フラスコにエチレンカーボネートを700g(8.0mol)、1,5−ペンタンジオールを420g(4.0mol)、1,6−ヘキサンジオールを470g(4.0mol)仕込んだ。触媒としてチタンテトラブトキシド0.18gを加え、常圧で攪拌・加熱した。反応温度を150℃から180℃へ徐々に上げながら、生成するエチレングリコールとエチレンカーボネートの混合物を留去しながら18時間反応を行った。その後、15kPaまで減圧し、ジオールとエチレンカーボネートを留去しながら、180℃でさらに10時間反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は2058であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=49:51、2級末端基指数は1.3であった。また、末端水酸基指数は99.4であった。
[Example 5]
700 g (8.0 mol) of ethylene carbonate, 420 g (4.0 mol) of 1,5-pentanediol, 1,6-hexane in a 2 L glass flask equipped with a rectification column packed with a regular packing and a stirrer Diol 470 g (4.0 mol) was charged. As a catalyst, 0.18 g of titanium tetrabutoxide was added and stirred and heated at normal pressure. While gradually raising the reaction temperature from 150 ° C. to 180 ° C., the reaction was carried out for 18 hours while distilling off the mixture of ethylene glycol and ethylene carbonate to be produced. Thereafter, the pressure was reduced to 15 kPa, and the reaction was further carried out at 180 ° C. for 10 hours while distilling off the diol and ethylene carbonate. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 2058, and the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 49: 51, secondary end group index was 1.3. Met. Further, the terminal hydroxyl group index was 99.4.
[実施例6]
実施例5で得たポリカーボネートジオール300gに、2級水酸基を持つジオールとして1,4−シクロヘキサンジオールを0.44g加え、常圧で150℃、7時間攪拌した。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は2008であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=49:51、2級末端基指数は2.1であった。また、末端水酸基指数は99.3であった。
原料のジオールを蒸留により精製した。原料ジオールをGCで分析した結果、2級水酸基を持つジオールの不純物として、1,5−ペンタンジオール中には1,5−ヘキサンジオールが.7重量%、1,6−ヘキサンジオール中には1,4−シクロヘキサンジオールが0.4重量%確認された。以降に比較例3、4および実施例7では、蒸留精製したジオールを原料として使用した。
[Example 6]
0.44 g of 1,4-cyclohexanediol as a diol having a secondary hydroxyl group was added to 300 g of the polycarbonate diol obtained in Example 5, and the mixture was stirred at 150 ° C. for 7 hours at normal pressure. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 2008, and the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 49: 51, the secondary end group index was 2.1. Met. Moreover, the terminal hydroxyl index was 99.3.
The starting diol was purified by distillation. As a result of analyzing raw material diol by GC, 1,5-hexanediol was found to be an impurity of diol having a secondary hydroxyl group in 1,5-pentanediol. In 7% by weight of 1,6-hexanediol, 0.4% by weight of 1,4-cyclohexanediol was confirmed. Thereafter, in Comparative Examples 3, 4 and Example 7, a diol obtained by distillation purification was used as a raw material.
[比較例3]
規則充填物を充填した精留塔と攪拌装置を備えた2Lのガラス製フラスコにエチレンカーボネートを620g(7.0mol)、1,5−ペンタンジオールを208g(2.0mol)、1,6−ヘキサンジオールを590g(5.0mol)仕込んだ。触媒として酢酸鉛三水和物0.020gを加え、常圧で攪拌・加熱した。反応温度を150℃から175℃へ徐々に上げながら、生成するエチレングリコールとエチレンカーボネートの混合物を留去しながら15間反応を行った。その後、15kPaまで減圧し、ジオールとエチレンカーボネートを留去しながら、175℃でさらに10時間反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は795であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=29:71、2級末端基指数は0.4であった。また、末端水酸基指数は99.8であった。
[Comparative Example 3]
620 g (7.0 mol) of ethylene carbonate, 208 g (2.0 mol) of 1,5-pentanediol, 1,6-hexane in a 2 L glass flask equipped with a rectification column packed with a regular packing and a stirrer 590 g (5.0 mol) of diol was charged. 0.020 g of lead acetate trihydrate was added as a catalyst, and the mixture was stirred and heated at normal pressure. While gradually increasing the reaction temperature from 150 ° C. to 175 ° C., the reaction was carried out for 15 minutes while distilling off the mixture of ethylene glycol and ethylene carbonate to be produced. Thereafter, the pressure was reduced to 15 kPa, and the reaction was further performed at 175 ° C. for 10 hours while distilling off the diol and ethylene carbonate. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 795, and the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 29: 71, secondary end group index was 0.4. Met. Moreover, the terminal hydroxyl index was 99.8.
[実施例7]
2級水酸基を持つジオールとして1,4−シクロヘキサンジオールを9.3g原料に添加した以外は、比較例4に示す方法で重合を行った。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は784であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=28:72、2級末端基指数は1.8であった。また、末端水酸基指数は99.7であった。
[Example 7]
Polymerization was carried out by the method shown in Comparative Example 4 except that 1,4-cyclohexanediol was added to the 9.3 g raw material as a diol having a secondary hydroxyl group. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 784, the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 28: 72, and the secondary end group index was 1.8. Met. The terminal hydroxyl index was 99.7.
[比較例4]
実施例1に示す装置を用いて重合した。ジメチルカーボネートを503g(5.6mol)、1,5−ペンタンジオールを310g(3.0mol)、1,6−ヘキサンジオールを308g(2.6mol)仕込んだ。2級水酸基を持つジオールとして、1,4−シクロヘキサンジオールを1.8g、1,5−ヘキサジオールを2.8g、触媒としてチタンテトラブトキシド0.085gを加え、常圧で攪拌・加熱した。反応温度を150℃から210℃へ徐々に上げながら、生成するメタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら5時間反応を行った。その後、15kPaまで減圧し、メタノールとジメチルカーボネートの混合物を留去しながら、210℃でさらに5時間反応した。得られたポリカーボネートジオールを分析したところ、数平均分子量は1866であり、共重合比率は、1,5−ペンタンジオール:1,6−ヘキサンジオール=52:48、2級末端基指数は0.3でであった。また、末端水酸基指数は98.6であった。
上記の実施例および比較例のポリカーボネートジオールにおいて、反応性の評価および目視検査の結果を下記表1に示す。
[Comparative Example 4]
Polymerization was carried out using the apparatus shown in Example 1. 503 g (5.6 mol) of dimethyl carbonate, 310 g (3.0 mol) of 1,5-pentanediol, and 308 g (2.6 mol) of 1,6-hexanediol were charged. As a diol having a secondary hydroxyl group, 1.8 g of 1,4-cyclohexanediol, 2.8 g of 1,5-hexadiol and 0.085 g of titanium tetrabutoxide as a catalyst were added, and the mixture was stirred and heated at normal pressure. While gradually increasing the reaction temperature from 150 ° C. to 210 ° C., the reaction was carried out for 5 hours while distilling off the resulting mixture of methanol and dimethyl carbonate. Thereafter, the pressure was reduced to 15 kPa, and the mixture was further reacted at 210 ° C. for 5 hours while distilling off a mixture of methanol and dimethyl carbonate. When the obtained polycarbonate diol was analyzed, the number average molecular weight was 1866, and the copolymerization ratio was 1,5-pentanediol: 1,6-hexanediol = 52: 48, secondary end group index was 0.3. It was. Moreover, the terminal hydroxyl index was 98.6.
Table 1 below shows the results of reactivity evaluation and visual inspection of the polycarbonate diols of the above Examples and Comparative Examples.
耐加水分解性、耐熱性、柔軟性など物性バランスに優れたポリウレタン、熱可塑性エラストマーなどの原料に、または、塗料、接着剤などの構成材料として利用することが出来る。 It can be used as a raw material such as polyurethane and thermoplastic elastomer having excellent balance of physical properties such as hydrolysis resistance, heat resistance and flexibility, or as a constituent material such as paint and adhesive.
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