JP2013531723A - 低粘度シリル変性ポリマー - Google Patents

低粘度シリル変性ポリマー Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態は、少なくとも1つの架橋性シリル基を各分子中に有する組成物を提供する。架橋性シラン末端ポリマーには、公称官能価が少なくとも2の少なくとも1つのポリオールと、イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーの反応生成物が含まれうる。イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーには、少なくとも1つのイソシアネートとヒドロシリル化ポリマーの反応生成物が含まれうる。ヒドロシリル化ポリマーには、少なくともa)少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有し、数平均分子量が約100〜約5000の間であるポリマーと、b)水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を各分子中に有する化合物との反応の反応生成物が含まれうる。

Description

関連出願の相互参照
本願は、2010年6月30日に出願され、参照により完全に本明細書に援用される、米国仮特許出願第61/359,989号の利益を主張する。
本発明の実施形態は、シリル変性ポリマーおよびその製造方法に関する。
架橋性シリル基を含有するポリオキシアルキレンポリマーは、建築または工業的用途のためのシーリング材、接着剤、塗料材料等における原料ポリマーとして広く使用されている。そのような架橋性シリル基含有ポリオキシアルキレンポリマーは、様々な方法、例えばウィリアムソンのエーテル合成によるビニル末端ポリエーテルのヒドロシリル化(hydrosilyation)、イソシアネート末端プレポリマー(preoplymers)によるアミノシラン反応、またはヒドロキシル末端プレポリマーによるイソシアナトシラン反応によって製造することができる。しかし、一部のこれらの方法(特にイソシアネート末端プレポリマー(preoplymers)によるアミノシラン反応およびヒドロキシル末端プレポリマーによるイソシアナトシラン反応)は、生成物の配合の間に大量の希釈溶媒を必要としうる高い粘度を有する生成物をもたらす可能性がある。さらに、ウィリアムソンのエーテル合成は、除去される必要のある、従って処理工程を追加する必要のある塩を副生成物として製造する可能性がある。
従って、粘度が低く塩を形成しない架橋性シリル基含有ポリマーが必要とされている。
本発明の実施形態は、低い粘度(例えば50Pa.sよりも低い粘度)を有し、ワンポット合成で製造することのできるシリル末端ポリマー(STP)を提供する。本発明の一実施形態によれば、STPは、次の式(I):
Figure 2013531723
で表すことができ、
上式で、Aは、Hであるか、構造(II):
Figure 2013531723
を有する。
kは、0から4までの数字である。mおよびnは、独立に、0から3までの数字である。xは、5から150までの数字である。yは、4から20までの数字である。R、R、R10、およびR11は独立に、約1から4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分枝鎖アルキル基である。各個々のR10は、同じであるか異なっており、各個々のR11は、同じであるか異なっている。R、R、R、R、R、およびRは、独立に、Hおよび約1から4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分枝鎖アルキル基から選択される。Rは、2個から約20個の炭素原子を有し、脂肪族、脂環式、ビス−ベンジル、または芳香族である。kが0である場合、nは0であり、RおよびRは、炭素−炭素結合によって結合されている。
本発明の一実施形態では、kは1であり、nは0または1であり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRはHであり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRはメチル基であり、RおよびRのうちの1つはメチル基であり、RおよびRのうちの1つはHであり、xは約20〜約50の間の数であり、かつ、yは約10〜約18の間の数である。
本発明の一実施形態では、kは1であり、nは0または1であり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRはHであり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRはメチル基であり、RおよびRのうちの1つはメチル基であり、RおよびRのうちの1つはHであり、xは約20〜約50の間の数であり、かつ、yは約10〜約18の間の数である。
本発明の一実施形態では、少なくとも1つの架橋性シリル基を各分子中に有する架橋性シラン末端ポリマーを含む組成物が提供される。架橋性シラン末端ポリマーは、公称官能価が少なくとも2の少なくとも1つのポリオールと、イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーとの反応生成物を少なくとも含む。イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーは、約100〜約250の間のイソシアネート指数で反応する、少なくとも1つのイソシアネートと、ヒドロシリル化ポリマーとの反応生成物を含む。ヒドロシリル化ポリマーは、1H−NMRで測定して少なくとも約70%のヒドロシリル化効率を有し、かつ少なくともa)少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有し数平均分子量が約100〜約5000の間であるポリマーとb)水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を各分子中に有する化合物との反応を含む、ヒドロシリル化反応の反応生成物を含む。
本発明の一実施形態では、少なくとも1つの架橋性シリル基を各分子中に有する架橋性シラン末端ポリマーを含む組成物を製造する方法が提供される。該方法には、少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有し、数平均分子量が約100〜約5000の間であるポリマーを準備すること、前記ポリマーに、水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を各分子中に有する化合物およびヒドロシリル化触媒を添加し、それによりヒドロシリル化反応を実行して、ヒドロシリル化ポリオキシアルキレンポリマーを有する組成物を形成することが含まれる。ヒドロシリル化反応は、1H−NMRで測定して少なくとも約70%のヒドロシリル化効率を有する。該方法には、ヒドロシリル化ポリマーを少なくとも1つのイソシアネートに約100〜約250の間のイソシアネート指数で曝露することにより、ヒドロシリル化ポリマーをキャップして、イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーを含む組成物を形成すること、およびイソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーと、少なくとも2の公称官能価を有するポリオールとを反応させて、架橋性シラン末端ポリマーを含む組成物を形成することがさらに含まれる。
本発明の実施形態は、低い粘度、例えば50Pasより低い粘度を有するシリル末端ポリマー(STP)を提供する。
本発明の一実施形態によれば、STPは次の式(I):
Figure 2013531723
で表すことができ、
上式で、Aは、Hであるか、構造(II):
Figure 2013531723
を有する。
kは、0から4までの数字である。mおよびnは、独立に、0から3までの数字である。xは、5から150までの数字である。yは、4から20までの数字である。R、R、R10、およびR11は独立に、約1から4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分枝鎖アルキル基である。各個々のR10は、同じであるか異なっており、各個々のR11は、同じであるか異なっている。R、R、R、R、R、およびRは、独立に、Hおよび約1から4個の炭素原子を有する直鎖もしくは分枝鎖アルキル基から選択される。Rは、2個から約20個の炭素原子を有し、脂肪族、脂環式、ビス−ベンジル、または芳香族である。kが0である場合、nは0であり、RおよびRは、炭素−炭素結合によって結合されている。
本発明の一実施形態では、kは1であり、nは0または1であり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRはHであり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRはメチル基であり、RおよびRのうちの1つはメチル基であり、RおよびRのうちの1つはHであり、xは約20〜約50の間の数であり、かつ、yは約10〜約18の間の数である。
本発明の一実施形態では、kは1であり、nは0または1であり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRはHであり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRはメチル基であり、RおよびRのうちの1つはメチル基であり、RおよびRのうちの1つはHであり、xは約20〜約50の間の数であり、かつ、yは約10〜18の間の数である。
本発明の1つのワンポット法の実施形態では、低粘度STPは、少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有するポリマーのヒドロシリル化によって得ることができる。次に、ヒドロシリル化ポリマーを少なくとも1つのイソシアネートに曝露して、イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーを含む組成物を形成することにより、ヒドロシリル化ポリマーをキャップすることができる。次に、イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーを少なくとも2の公称官能価を有するポリオールと反応させてSTPを形成することができる。
少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を有するポリマーは特に限定されないため、それが少なくとも1つの不飽和基(例えば炭素−炭素二重結合または炭素−炭素三重結合等)および少なくとも1つのアルコール性水酸基を含むのであればどのようなポリマーも含まれてよい。
少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有するポリマーは、約100〜約5000の間の数平均分子量を有し得る。100から5000までの全ての個々の値および下位範囲は、本明細書に含まれ、かつ本明細書において開示される;例えば、数平均分子量は、下限値の100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1250、1500、または1750から、独立に、上限値の1000、1250、1500、1750、2000、2500、3000、3500、4000、4500、または5000までであってよい。
一実施形態では、少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有するポリマーは、参照によりその全文が本明細書に援用される、2010年5月27日出願の、標題が「Methods for Producing Crosslinkable Silyl Group-Containing Polyoxyalkylene Polymers」である、同時係属の米国仮特許出願第61/348996号に記載されるポリオキシアルキレンポリマーであり得る。
一実施形態では、少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有するポリマーは、触媒の存在下、不飽和基および活性水素含有化合物を重合開始剤として用いてエポキシ化合物を開環重合に供することにより製造することができる。この重合の触媒作用は、触媒、例えばKOH、CsOH、三フッ化ホウ素等、または複シアン化物錯体(DMC)触媒、例えばヘキサシアノコバルト酸亜鉛または第四級ホスファゼニウム化合物等を用いて、陰イオン性であっても陽イオン性であってもよい。重合開始剤として使用してよい活性水素含有化合物は限定されないが、複合金属シアン化物錯体と関連して適用可能ないずれかの化合物、例えば、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基またはカルボキシル基を含む化合物であってよい。
アルコール性水酸基含有化合物としては、アリルアルコール、メタリルアルコール、トリメチロールプロパンモノアリルエーテル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、グリセロールモノアリルエーテル、グリセロールジアリルエーテル;そのエチレンオキシド付加物もしくはプロピレンオキシド付加物、ならびに少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に含有する同類の化合物;ヒドロキシル末端炭化水素化合物、例えばヒドロキシル末端ポリブタジエン等;ならびに同類のものを挙げることができる。重合開始剤として役立つそのような活性水素含有化合物は、単独で使用してもよいし、その複数個を組み合わせて使用してもよい。
開環重合において使用することのできるモノエポキシドとしては、数ある中でも、不飽和基を含まないモノエポキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブテンオキシド、イソブテンオキシド、エピクロロヒドリンおよびスチレンオキシド等;および不飽和基含有モノエポキシド、例えばアリルグリシジルエーテル、メタリルグリシジルエーテル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ブタジエンモノオキシドおよびシクロペンタジエンモノオキシド等を挙げることができる。これらは、単独で使用してもよいし、その複数個を組み合わせて使用してもよい。
一実施形態では、少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有するポリマーは、数平均分子量が約600〜約100の間であり、OH数が約50〜約90の間であるプロピレングリコールモノアリルエーテルであり得る。
少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有するポリマーは、ヒドロシリル化触媒の存在下、ポリマーを、水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を有する化合物と反応させることによりヒドロシリル化することができる。
水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を各分子中に有する化合物は、下に示される一般式(I)で表すことができる:
H−(Si(R 2−b)(X)OSi(R 3−a)X (I)
上式で、RおよびRは、同じであるかまたは異なり、各々は、1〜20個の炭素原子を含有するアルキル基、6〜20個の炭素原子を含有するアリール基、または7〜20個の炭素原子を含有するアラルキル基、またはR SiO−で表されるトリオルガノシロキシ基を表し、複数のRまたはR基が存在する場合には、それらは同じであっても異なっていてもよく;Rは、1〜20個の炭素原子を含有する一価の炭化水素基であり、これら3つのR基は、同じであっても相互に異なっていてもよく;Xは、水酸基または加水分解性基を表し、2またはそれ以上のX基が存在する場合、それらは同じであっても相互に異なっていてもよく;aは、0、1、2または3を表し、bは、0、1または2を表し;m個の−Si(R 2−b)(X)O−基中のbは、同じであっても相互に異なっていてもよく;かつ、mは、a+Σb≧1の関係が満たされるという条件で、0から19までの整数を表す。
Xで表される加水分解性基は、当分野で公知のいずれの加水分解性基、例えばハロゲン原子およびアルコキシ、アシルオキシ、ケトキシマト、アミノ、アミド、酸アミド、アミノキシ、メルカプトおよびアルケニルオキシ基であってよい。それらの中でも、アルコキシ基、例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシおよびイソプロポキシ等が、それらの穏やかな加水分解能および取り扱いの容易さを考えると好ましい。1〜3個のかかる加水分解性基を1個のケイ素原子に結合させることができ、合計(a+Σb)は1〜5であることが好ましい。2またはそれ以上の加水分解性基が存在する場合、それらは同じであっても相互に異なっていてもよい。架橋性シリル基中のケイ素原子の数は、約1〜30であってよい。
一部の実施形態では、上の一般式(I)で表される、水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を各分子中に有する化合物には、一般式(II)で表される化合物が含まれうる:
H−(Si(R 3−c)(X
上式で、Rは、1〜20個の炭素原子を含有するアルキル、6〜20個の炭素原子を含有するアリール基、または7〜20個の炭素原子を含有するアラルキル基、またはR SiO−で表されるトリオルガノシロキシ基を表し、複数のR基が存在する場合には、それらは同じであっても異なっていてもよく;Rは、1〜20個の炭素原子を含有する一価の炭化水素基であり、これら3つのR基は、同じであっても相互に異なっていてもよく;Xは、水酸基または加水分解性基を表し、2またはそれ以上のX基が存在する場合、それらは同じであっても相互に異なっていてもよく;かつ、cは、1、2または3を表す。
水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を各分子中に有する化合物の具体例として、ハロシラン類、例えばトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン、フェニルジクロロシラン、トリメチルシロキシメチルクロロシランおよび1,1,3,3−テトラメチル−1−ブロモジシロキサン等;アルコキシシラン類、例えばトリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、フェニルジメトキシシラン、トリメチルシロキシメチルメトキシシランおよびトリメチルシロキシジエトキシシラン等;アシルオキシシラン類、例えばメチルジアセトキシシラン、フェニルジアセトキシシラン、トリアセトキシシラン、トリメチルシロキシメチルアセトキシシランおよびトリメチルシロキシジアセトキシシラン等;ケトキシマトシラン類、例えばビス(ジメチルケトキシマト)メチルシラン、ビス(シクロヘキシルケトキシマト)メチルシラン、ビス(ジエチルケトキシマト)トリメチルシロキシシラン、ビス(メチルエチルケトキシマト)メチルシランおよびトリス(アセトキシマト(acetoximato))シラン等;アルケニルオキシシラン類、例えばメチルイソプロペニルオキシシラン等;等が言及されうる。これらの中で、穏やかな反応性および取り扱いの容易さの観点から好ましいものは、アルコキシシラン類、例えばメチルジメトキシシラン、トリメトキシシラン、メチルジエトキシシランおよびトリエトキシシラン等;ならびにハロシラン類、例えばトリクロロシランおよびメチルジクロロシラン等である。
ヒドロシリル化の方法で不飽和基を用いる反応の後、ハロシラン中のハロゲン原子は、当分野で公知の適切な方法によって、活性水素含有化合物、例えばカルボン酸、オキシム、アミドまたはヒドロキシルアミン等、またはケトン由来アルカリ金属エノラートを用いて反応させることにより、一部のその他の加水分解性基に変換することができる。
ヒドロシリル化触媒は、第VIII族遷移金属類、例えば白金、ロジウム、コバルト、パラジウムおよびニッケルの中から選択される金属の金属錯体のいずれかであってよい。ヒドロシリル化の反応性の観点から、HPtCl.6HO、白金−ジビニルシロキサン錯体、白金−オレフィン錯体、Pt金属、RhCl(PPh、RhCl、Rh/Al、RuCl、IrCl、FeCl、AlCl、PdCl.2HO、NiCl、TiCl等が好ましく、HPtCl.6HO、白金−ビニルシロキサン錯体および白金−オレフィン錯体がより好ましく、白金−ビニルシロキサン錯体および白金−オレフィン錯体が特に好ましい。白金−ビニルシロキサン錯体は、分子内にビニルを含有するシロキサン、ポリシロキサンまたは環状シロキサンが配位子として白金原子に配位した結果得られる化合物を集合的にさす。配位子の典型的な例として、1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルシロキサン等が言及されうる。白金−オレフィン錯体中のオレフィン配位子の具体例として、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、1,11−ドデカジエンおよび1,5−シクロオクタジエンが言及されうる。上に具体的に言及される配位子の中で、1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルシロキサンおよび1,9−デカジエンが、ヒドロシリル化の反応性の観点から好ましい。本発明の実践において使用されるヒドロシリル化触媒は、単独で使用してもよいし、複数種類の組合せを使用してもよい。
使用されるヒドロシリル化触媒の量は特に限定されないが、触媒中の金属の重量に基づいて、少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有するポリオキシアルキレンポリマーの100重量部あたり、通常0.00001〜1重量部、好ましくは0.00005〜0.05重量部、より好ましくは0.0001〜0.01重量部である。この量が0.00001重量部未満である場合、十分な反応活性を得ることができない場合があり、また、1重量部を超える量は、経済的に不利であるか、またはある場合にはポリマーの変色を引き起こす可能性がある。
上記の反応において、溶媒の使用は基本的に不要である。しかし、触媒および/または基質を均一に溶解するため、反応系の温度を制御するため、かつ/あるいは、基質および/または触媒成分の添加を容易にするために、溶媒を使用することができる。これらの目的に適した溶媒としては、限定されるものではないが、炭化水素化合物類、例えばヘキサン、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレンおよびドデシルベンゼン等;ハロゲン化(haogenated)炭化水素化合物類、例えばクロロホルム、塩化メチレン、クロロベンゼンおよびo−ジクロロベンゼン等;および、エーテル類、例えばエチルエーテル、テトラヒドロフランおよびエチレングリコールジメチルエーテルを、数ある中で挙げることができる。ポリオキシアルキレンポリマーの可塑剤として使用することのできる可塑剤、例えばフタル酸エステルおよびポリエーテル等も、反応溶媒として使用することができる。これらは単独で使用してもよいし、それらの複数を組合せて使用してもよい。
ヒドロシリル化反応温度は特に限定されないが、例えば0℃〜150℃の範囲内、または20℃〜100℃の範囲の間であり得る。0℃よりも低いと、反応の速度は低くなる場合があり、150℃よりも高いと、ある場合には水酸基、水素−ケイ素結合および/または架橋性シリル基を伴う副反応が進行する可能性がある。一実施形態では、ヒドロシリル化反応温度は約60℃である。
本発明の実施形態では、少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有するポリマーは、少なくとも約70%、例えば約70%〜約100%の間等のヒドロシリル化効率でヒドロシリル化される。約70から約100までの全ての個々の値および下位範囲は、本明細書に含まれ、かつ本明細書において開示される;例えば、ヒドロシリル化効率は、下限値の約70、75、80、90、または92%から、独立に、上限値の約80、85、90、92、94、95、96、98、99、または100%までであり得る。これには、80〜95%のヒドロシリル化効率でヒドロシリル化したポリマーが含まれ、85〜95%のヒドロシリル化効率でキャップされたヒドロシリル化ポリマーがさらに含まれる。本明細書において、「ヒドロシリル化効率」=[100×((ヒドロシリル化したポリオールの不飽和基の数)/(ヒドロシリル化に当初使用可能であったポリオールの不飽和基の総数)]であり、H−NMRを用いて測定することができる。
上記のプロセスによって製造されるように、少なくとも1つの架橋性シリル基および少なくとも1つの水酸基を各分子中に有するヒドロシリル化ポリマー(以降、「ヒドロシリル化ポリマー」と称する)は、水または大気中の水分と反応させて、架橋して硬化した生成物を得ることができ、そのために、建築または工業的用途のためのシーリング材、接着剤、塗料等の材料または組成物の原料または原料中間体として有用である。しかし、少なくとも1つの架橋性シリル基および少なくとも1つの水酸基を有するこのポリマーの高い残留水酸基率は、ポリイソシアネート化合物でキャップされうる。
本発明の実施形態の実践において有用なキャッピング剤の中で、ポリイソシアネート化合物、つまり2またはそれ以上のイソシアナト基を各分子中に有する化合物としては、限定されるものではないが、脂肪族イソシアネート、脂環式イソシアネート、アリール脂肪族イソシアネートおよび芳香族イソシアネートが挙げられる。
適した芳香族イソシアネートの例としては、ジフェニルメタンジイソシアネート(diisocyante)(MDI)の4,4’−、2,4’および2,2’−異性体、そのブレンドならびにポリマー性およびモノマー性MDIブレンド、トルエン−2,4−および2,6−ジイソシアネート(TDI)、m−およびp−フェニレンジイソシアネート、クロロフェニレン−2,4−ジイソシアネート、ジフェニレン−4,4’−ジイソシアネート、4,4’−ジイソシアネート−3,3’−ジメチルジフェニル(dimehtyldiphenyl)、3−メチルジフェニル−メタン−4,4’−ジイソシアネートおよびジフェニルエーテルジイソシアネートおよび2,4,6−トリイソシアナトトルエンおよび2,4,4’−トリイソシアナトジフェニルエーテルが挙げられる。
イソシアネートの混合物、例えば、トルエンジイソシアネート(diisocyantes)の2,4−および2,6−異性体の市販の混合物等を使用してよい。また、粗ポリイソシアネート、例えばトルエンジアミンの混合物のホスゲン化によって得られる粗トルエンジイソシアネートまたは粗メチレンジフェニルアミンのホスゲン化によって得られる粗ジフェニルメタンジイソシアネート等も、本発明の実施形態の実践において使用してよい。TDI/MDIブレンドも使用してよい。
脂肪族ポリイソシアネートの例としては、エ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、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、上述の芳香族イソシアネートの飽和類似体、およびそれらの混合物が挙げられる。
カップリング反応は、約100〜約250の間のイソシアネート指数で実施することができる。100から250までの全ての個々の値および下位範囲は、本明細書に含まれ、かつ本明細書において開示される;例えば、イソシアネート指数は、下限値の100、105、110、125、140、150、160、170、175、180、190、200、225から、独立に、上限値の150、175、200、225、または250までであってよい。一部の実施形態では、この指数は、約160〜約200の間、約140〜約170の間、または約150〜約180の間であり得る。イソシアネート指数は、配合物中に存在するイソシアネート基のイソシアネート反応性水素原子に対する比であり、百分率で与えられる。従って、イソシアネート指数は、配合物中で使用されるイソシアネート反応性水素の量と反応するために理論上必要とされるイソシアネートの量に関して、配合物中に実際に使用されるイソシアネートの割合を表す。
本発明の実施形態の実践において、ヒドロシリル化ポリマーを、カップリング剤、例えば2またはそれ以上のイソシアナト基を各分子中に有する化合物等と反応させる場合、触媒を使用することが必ずしも必要とは限らない。しかし、反応速度を増加させるかまたは変換の度合いを改善するために、触媒を使用することができる。ポリイソシアネート化合物を使用するカップリング反応を実施する際に使用される触媒としては、限定されるものではないが、例として、Polyurethanes: Chemistry and Technology, Part I, Table 30, Chapter 4, Saunders and Frisch, Interscience Publishers, New York, 1963に言及される触媒が挙げられる。
ポリイソシアネート化合物を使用するカップリング反応をもたらす際に使用可能なウレタン形成反応触媒として、その高い活性のために好ましいものは、錫触媒、例えばオクチル酸錫、ステアリン酸錫、ジブチル錫ジオクトエート、ジブチル錫ジオレイルマレート、ジブチル錫ジブチルマレート、ジブチル錫ジラウレート、1,1,3,3−テトラブチル−1,3−ジラウリルオキシカルボニルジスタノキサン、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジアセチルアセトナート、ジブチル錫ビス(o−フェニルフェノキシド)、ジブチル錫オキシド、ジブチル錫ビス(トリエトキシシリケート)、ジブチル錫ジステアレート、ジブチル錫ビス(イソノニル3−メルカプトプロピオナート)、ジブチル錫ビス(イソオクチルチオグリコレート)、ジオクチル錫オキシド、ジオクチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジアセテートおよびジオクチル錫ディバーサテート(diversatate)である。さらに、架橋性シリル基に対する活性の低い触媒を使用することが好ましく、従って、例えば、硫黄原子を含有する錫触媒、例えばジブチル錫ビス(イソノニル3−メルカプトプロピオナート)およびジブチル錫ビス(イソオクチルチオグリコレート)が特に好ましい。
イソシアネートでキャップされたポリマーを、少なくとも2の公称官能価を有するポリオールと結合させて、最終のシリル末端ポリマーを形成することができる。いずれの適したポリオールを使用してもよい。一実施形態では、ポリエーテルポリオールが使用される。ある実施形態では、公称官能価が約2〜約4の間のポリエーテルポリオールが使用される。一実施形態では、公称官能価は約2であり、別の実施形態では約3である。ある実施形態では、ポリエーテルポリオールが使用されうる。
ポリエーテルポリオールは、アルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドまたはその組合せ等を、2〜8個、好ましくは2〜4個の活性水素原子を有する開始剤に添加することにより調製することができる。この重合のための触媒は、触媒、例えばKOH、CsOH、三フッ化ホウ素等、または複シアン化物錯体(DMC)触媒、例えばヘキサシアノコバルト酸亜鉛または第四級ホスファゼニウム化合物等を用いて、陰イオン性であっても陽イオン性であってもよい。開始剤は、ネオペンチルグリコール;1,2−プロピレングリコール;トリメチロールプロパン;ペンタエリスリトール;ソルビトール;スクロース;グリセロール;アミノアルコール類、例えばエタノールアミン、ジエタノールアミン、およびトリエタノールアミン等;アルカンジオール類、例えば1,6−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオール;1,4−シクロヘキサンジオール;1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2,5−ヘキサンジオール;エチレングリコール;ジエチレングリコール、トリエチレングリコール;ビス−3−アミノプロピルメチルアミン;エチレンジアミン;ジエチレントリアミン;9(1)−ヒドロキシメチルオクタデカノール、1,4−ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン;8,8−ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロ[5,2,1,02,6]デセン;Dimerolアルコール(Henkel Corporationより入手可能な36炭素ジオール);水素化ビスフェノール;9,9(10,10)−ビスヒドロキシメチルオクタデカノール;1,2,6−ヘキサントリオールおよびそれらの組合せからなる群から選択されうる。一実施形態では、開始剤は、1,3−シクロヘキサンジメタノールと1,4−シクロヘキサンジメタノールの混合物であり、The Dow Chemical CompanyよりUNOXOLの商標名で市販されている。これは、(シス、トランス)1,3−シクロヘキサンジメタノールと(シス、トランス)1,4−シクロヘキサンジメタノールの約1:1混合物である。その他の開始剤としては、アミンを含有するその他の線状および環状化合物が挙げられる。例となるポリアミン開始剤としては、エチレンジアミン、ネオペンチルジアミン、1,6−ジアミノヘキサン;ビスアミノメチルトリシクロデカン;ビスアミノシクロヘキサン;ジエチレントリアミン;ビス−3−アミノプロピルメチルアミン;トリエチレンテトラミン、トルエンジアミンの様々な異性体;ジフェニルメタンジアミン;N−メチル−1,2−エタンジアミン、N−メチル−1,3−プロパンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン、N,N−ジメチルエタノールアミン、3,3’−ジアミノ−N−メチルジプロピルアミン、N,N−ジメチルジプロピレントリアミン、アミノプロピル−イミダゾールが挙げられる。
イソシアネートでキャップされたポリマーと、少なくとも2の公称官能価を有するポリオールのカップリング反応は、上記のキャッピング反応に使用したものと同じ種類の触媒で触媒することができる。あるいは、キャッピング反応で使用した触媒を次に進めてカップリング反応で使用してもよい。
結果として得られるシリル末端ポリマーは、約50Pa.sよりも低い粘度、例えば45、40、35、30、25、20、15、10、または8Pa.sよりも低い粘度を有しうる。
本発明の実施形態によれば、結果として得られるシリル末端ポリマーは、用途、例えばシーラント、接着剤、および塗料、およびそれらの組合せ等のために、相互に反応させて、分子鎖をさらに伸ばすのにとりわけ有用であり得る。シリルポリマーを水分、例えば、大気中の水分にさらした場合、ケイ素原子に結合している加水分解性基が加水分解し、ケイ素に結合した水酸基に置き換えられる。次に、水酸基は相互にまたはその他の加水分解性基と反応して、シロキサン(Si−O−Si)結合を形成する。このプロセスによって、本発明の実施形態の組成物のポリマー分子が結合して、不融性のエラストマー材料を形成する。早期の硬化を避けるため、本発明の実施形態の組成物を貯蔵して、硬化が求められるまで水分の不存在下で維持してよい。その後、硬化が望ましい場合に、ポリマーを大気中の水分またはその他の水分にさらせばよい。
さらに、シリルポリマーの硬化反応は、シラノール縮合触媒または硬化促進剤を使用することにより促進することができる。シラノール縮合触媒または促進剤は、当分野で周知であり(例えば米国特許第6355127号明細書に開示されるもの等)、それには、以下のものが含まれる:チタン酸エステル類、例えばテトラブチルチタネート、テトラプロピルチタネート等;有機スズ化合物類、例えばジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫マレート、ジブチル錫ジアセテート、オクチル酸錫、ナフテン酸錫、ジブチル錫オキシドとフタル酸エステルの反応生成物、ジアルキル錫ジアセチルアセトナート類、例えばジブチル錫ビス(アセチルアセトナート)等;ジアルキル錫オキシド類、例えばジブチル錫オキシド等;有機アルミニウム化合物類、例えばアルミニウムトリスアセチルアセトナート、アルミニウムトリスエチルアセトナート等;反応生成物類、例えばビスマス塩および有機カルボン酸類、例えばビスマストリス(2−エチルヘキソエート(ethylhexoate))、ビスマストリ(ネオデコナート(neodeconate))等;キレート化合物、例えばジルコニウムテトラアセチルアセトナート(tetracetylacetonoate)、チタンテトラアセチルアセトナート(tetracetylacetonoate)等;アミン化合物、例えばブチルアミン、オクチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン(monethanolamine)、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチレントリアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン等、またはカルボン酸とのそれらの塩等。これらの化合物は、限定されない;一般に使用されるどのシラノール縮合触媒を使用してもよい。これらのシラノール縮合触媒は、単独でまたは組み合わせて使用することができる。そのような触媒および促進剤としては、テトラブチルチタネート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ビス(アセチルアセトナート)等が挙げられる。触媒は、ポリマーの重量に基づいて、少なくともポリマーの約0.1重量%、少なくともポリマーの約0.5重量%、少なくともポリマーの約1重量%、少なくともポリマーの約1.5重量%、または少なくともポリマーの約2重量%の量であって、多くてポリマーの約8重量%、多くてポリマーの約6重量%、多くてポリマーの約5重量%、多くてポリマーの約4重量%、または多くてポリマーの約3.5%の量で存在しうる。そのような触媒は、シーラント、塗料、または接着剤の配合の間に当分野の範囲内の手段によってポリマーと化合させることができる。
結果として得られる硬化シリルポリマーも、本発明の実施形態である。同様に、本発明の実施形態には、これらのポリマーまたはプレポリマーを含む、シーラント、接着剤、および塗料およびその他の最終用途が含まれる。シリルポリマーに好ましい特性は、各々に適した組成物中に所望により存在するその他の成分のように、各々の最終用途ごとに多少異なりうる。
以下の実施例は、本発明の実施形態を例証するために提供されるものであり、その範囲を制限するものではない。全ての部および百分率は、特に断りのない限り重量による。
使用した材料は以下であった:
モノアリルエーテル
アリル含量(allylic content)が3.5重量%(0.998モルのunsat/mol monol)であり、数平均分子量が約800であり、OH数が70または2.1重量% OHである、プロピレングリコールモノアリルエーテル。
ACCLAIM ポリオール 6300
分子量が約6000であり、ヒドロキシル価が28mg KOH/gであり、Bayer MaterialScienceより入手可能な、プロピレンオキシドに基づく長鎖三官能性ポリエーテルポリオール。
ACCLAIM ポリオール 8200
分子量が約8000であり、ヒドロキシル価が14mg KOH/gであり、Bayer MaterialScienceより入手可能な、プロピレンオキシドに基づく長鎖二官能性ポリエーテルポリオール。
カールシュテット触媒
触媒中に添加されているPtが2重量%であり、Gelest,Incより入手可能な、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサンおよび担体溶媒としてキシレン。
メチルジメトキシシラン
Gelest,Incより入手可能。
VORANATE T−80
The Dow Chemical Companyより入手可能な、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80重量%および2,6−トルエンジイソシアネート20重量%)組成物。
DABCO T−12
Air Productsより入手可能な錫触媒。
ジブチル錫ビス(アセチルアセトナート(acetylacetnoate))
Sigma−Aldrich Co.より入手可能。
VORANATEは、The Dow Chemical Companyの商標である。
試験方法
引張強さは、ASTM標準試験D1708に従って測定した。破断点伸びは、ASTM標準試験D1708に従って測定した。100%割線係数は、ASTM標準試験D1708に従って測定した。数平均分子量は、ASTM標準試験D5296に従って、PEG標準品を用いるゲル浸透クロマトグラフィーにより決定した。粘度は、TA InstrumentsによるレオメータAR2000を用いて測定した。約1mLのサンプルを、直径60mm60度のコーンプレート形状に分配した。過剰な材料を除去した後、サンプルを20℃から100℃まで3℃/分で加熱することにより粘度試験を実施した。この試験の剪断速度は0.1s−1で一定に保った。
実施例1:
ヒドロシリル化反応は、モノアリルエーテル(156.7g)を、機械攪拌機を装備した、事前に乾燥させた四つ口の250mLガラス反応器に充填することによって実施した。次に、カールシュテット触媒(約0.03g)を反応器に添加し、連続的な窒素パージ下で2分間混合した。メチルジメトキシシラン(20.36g)を最後に添加し、5分間混合した後、反応器全体を60℃に2時間加熱した。このヒドロシリル化生成物(以降、ヒドロシリル化ポリエーテル1と称する)を、95.2%のヒドロシリル化効率を示すH−を用いて分析した。
NCOキャッピング反応は、機械攪拌機を装備し、窒素を詰めた、事前に乾燥させた250mLの四つ口ガラス反応器に、ヒドロシリル化ポリエーテル1(165.1g)を充填することによって実行した。連続的な窒素パージは、VORANATE T−80(27.2g、イソシアネート指数=171)が反応器に添加される時に開始した。NCOキャッピング反応を、70℃にて300rpmの混合速度で4時間にわたって行わせた。FTIRスペクトルを反応の前および後の両方で収集して、50%のイソシアネート転化率を確認した。このNCOでキャップした中間体を、以降、NCOヒドロシリル化ポリエーテル1と称する。
カップリング反応/生成物形成段階は、NCOヒドロシリル化ポリエーテル1(50g)とACCLAIM 8200(165.9g)を、DABCO T−12(0.05g)の存在下、2時間70℃で連続的な窒素パージ下で反応させることにより実施した。結果として得られる生成物(以降、生成物1と称する)を、ゲル浸透クロマトグラフィーによって特徴付け、20448、10484、2559および1084g/molの数平均分子量を示す4つの特色のあるピークを得た。これらの4つのピークはよく分離しており、総質量の80%超が10484分子量を有し、約10%が20448分子量を有し、残りの質量は2559分子量ピークと1084分子量ピーク間に分布している。生成物1の粘度は、28.5℃で10.48Pa.sと測定された。
フィルム形成は、ジブチル錫ビス(アセチルアセトエート)(0.5g)を生成物1(100g)に添加し、25mm厚フィルムをキャストし、50%の相対湿度で7日間、室温にて硬化させることにより実施した。硬化した生成物1の伸びは496.57%、100%割線係数は12.31psi、引張強さは51psiである。
実施例2:
カップリング反応/生成物形成段階は、実施例1のNCOヒドロシリル化ポリエーテル1(50g)とACCLAIM 6300(80.6g)を、DABCO T−12(0.03gの存在下、2時間70℃で連続的な窒素パージ下で反応させることにより実施した。結果として得られる生成物(以降、生成物2と称する)とを、ゲル浸透クロマトグラフィーによって特徴付け、23016、7883、2575、および1031g/molの数平均分子量を示す4つの特色のあるピークを得た。これらの4つのピークはよく分離しており、総質量の65%超が7883分子量を有し、約20%が23016分子量を有し、約10%が2575分子量を有し、残りの質量は1031とそれよりも低い分子量ピークの間に分布している。生成物1の粘度は、28.5℃で7.64Pa.sと測定された。
フィルム形成は、ジブチル錫ビス(アセチルアセトエート)(0.5g)を生成物2(100g)に添加し、25mm厚フィルムをキャストし、50%の相対湿度で7日間、室温にて硬化させることにより実施した。硬化した生成物2の伸びは141.09%、100%割線係数は70.69psi、引張強さは95.8psiである。
比較例
実施例2に記載される生成物2を得るための手順を、イソシアネートとポリオール成分の両方が同時に添加されることを除いて反復した。四つ口の事前に乾燥させたガラス反応器に、ヒドロシリル化ポリエーテル1(29.1g)を最初に添加し、その後にVORANATE T−80(4.97g)およびACCLAIM 6300(57.2g)をDABCO T−12(0.1)の存在下で添加した。結果として得られる比較生成物は、28.1℃で285.5Pa.sの粘度をもつ実施例2と比較して粘度が高い。硬化した生成物の伸びは250.9%、100%割線係数は36.6psi、引張強さは66.1psである。
実施例3〜5
実施例1のヒドロシリル化ポリエーテル1のNCOキャッピング反応を、実施例1に記載されるように、しかし表1に示される反応体/触媒の量を用いて実行した。次に、NCOでキャップされたヒドロシリル化ポリエーテルを、実施例1に記載されるように、しかしACCLAIM 8200を表1で得られる量で用いて結合させた。表1には、様々な温度での最終の結合生成物の粘度も記載される。
Figure 2013531723
前述の内容は本発明の実施形態に関するものであるが、その基本的な範囲を逸脱することなく、本発明のその他のおよびさらなる実施形態を考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (17)

  1. 次の構造
    Figure 2013531723
    を有する少なくとも1つの分子を含む架橋性シラン末端ポリマー組成物であって、
    上式で、Aは、Hであるか、次の構造
    Figure 2013531723
    を有し、
    kは、0から4までの数字であり、mおよびnは、独立に、0から3までの数字であり、xは、5から150までの数字であり、yは、4から20までの数字であり、R、R、R10、およびR11は独立に、約1から4個の炭素原子を有するアルキル基であり、各個々のR10は、同じであるか異なっており、各個々のR11は、同じであるか異なっており、かつR、R、R、R、R、およびRは、独立に、Hおよび約1から4個の炭素原子を有するアルキル基から選択され、Rは、2個から約20個の炭素原子を有し、脂肪族、脂環式、ビス−ベンジル、または芳香族であり、kが0である場合、nは0であり、RおよびRは、炭素−炭素結合によって結合されている、架橋性シラン末端ポリマー組成物。
  2. kおよびnが0であり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRがHであり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRがメチル基であり、RおよびRのうちの1つがメチル基であり、RおよびRのうちの1つがHであり、xが約50〜約90の間の数であり、yが約10〜約18の間の数である、請求項1に記載の架橋性シラン末端ポリマー組成物。
  3. kが1であり、nが0または1であり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRがHであり、少なくとも1つのRおよび少なくとも1つのRがメチル基であり、RおよびRのうちの1つがメチル基であり、RおよびRのうちの1つがHであり、xが約20〜約50の間の数であり、yが約10〜約18の間の数である、請求項1に記載の架橋性シラン末端ポリマー組成物。
  4. 少なくとも1つの架橋性シリル基を各分子中に有する、架橋性シラン末端ポリマーを含む組成物であって:
    前記架橋性シラン末端ポリマーが、少なくとも2の公称官能価を有する少なくとも1つのポリオールと、イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーとの反応生成物を含み;
    前記イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーが、約100〜約250の間のイソシアネート指数で反応する、少なくとも1つのイソシアネートとヒドロシリル化ポリマーとの反応生成物を含み;かつ
    前記ヒドロシリル化ポリマーが、H−NMRで測定して少なくとも約70%のヒドロシリル化効率を有し、かつ少なくともa)少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有し数平均分子量が約100〜約5000の間であるポリマーとb)水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を各分子中に有する化合物との反応を含む、ヒドロシリル化反応の反応生成物を含む、架橋性シラン末端ポリマーを含む組成物。
  5. 少なくとも1つの架橋性シリル基を各分子中に有する架橋性シラン末端ポリマーを含む組成物を製造する方法であって、前記方法が、
    少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有し、かつ数平均分子量が約100〜約5000の間であるポリマーを準備する段階;
    前記ポリマーに、水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を各分子中に有する化合物ならびにヒドロシリル化触媒を添加し、それによりヒドロシリル化反応を実行して、ヒドロシリル化ポリオキシアルキレンポリマーを含む組成物を形成する段階であって、前記ヒドロシリル化反応が、H−NMRで測定して少なくとも約70%のヒドロシリル化効率を有する段階;
    前記ヒドロシリル化ポリマーを少なくとも1つのイソシアネートに約100〜約250の間のイソシアネート指数で曝露することにより、前記ヒドロシリル化ポリオキシアルキレンポリマーをキャップして、イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーを含む組成物を形成する段階;ならびに
    前記イソシアネートでキャップされたヒドロシリル化ポリマーと、少なくとも2の公称官能価を有するポリオールとを反応させて、架橋性シラン末端ポリマーを含む組成物を形成する段階
    を含む、方法。
  6. 少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有する前記ポリマーの数平均分子量が、約200〜約2000の間である、請求項4に記載の組成物または請求項5に記載の方法。
  7. 少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有する前記ポリマーが、ポリオキシアルキレンポリマーを含む、請求項4から6のいずれか一項に記載の組成物または方法。
  8. 少なくとも1つの不飽和基および少なくとも1つのアルコール性水酸基を各分子中に有する前記ポリマーが、数平均分子量が約600〜約100の間であり、OH数が約50〜約90の間であるプロピレングリコールモノアリルエーテルを含む、請求項4から7のいずれか一項に記載の組成物または方法。
  9. 前記イソシアネート指数が約160〜約200の間である、請求項4から8のいずれか一項に記載の組成物または方法。
  10. 前記ヒドロシリル化効率が少なくとも約85%である、請求項4から9のいずれか一項に記載の組成物または方法。
  11. 水素−ケイ素結合および架橋性シリル基を有する前記化合物が、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、フェニルジメトキシシラン、トリメチルシロキシメチルメトキシシランおよびトリメチルシロキシジエトキシシランのうちの少なくとも1つを含む、請求項4から10のいずれか一項に記載の組成物または方法。
  12. 前記イソシアネートが、ジフェニルメタンジイソシアネート(diisocyante)の4,4’−、2,4’および2,2’−異性体、2,4−トルエンジイソシアネートおよび20% 2,6−トルエンジイソシアネート、またはそのブレンドの少なくとも1つを含む、請求項4から11のいずれか一項に記載の組成物または方法。
  13. 前記ポリオールがポリエーテルポリオールを含む、請求項4から12のいずれか一項に記載の組成物または方法。
  14. 前記ポリオールが、プロピレンオキシドに基づくポリエーテルポリオールを含む、請求項4から12のいずれか一項に記載の組成物または方法。
  15. 前記架橋性シラン末端ポリマーが水で硬化されて硬化ポリマーを形成する、請求項1
    から14のいずれか一項に記載の組成物または方法。
  16. 請求項15に記載のポリマーを含む物品。
  17. 前記物品が、エラストマー、シーラント、接着剤、塗料またはその組合せである、請求項16に記載の物品。
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