JP2015512989A - ポリイソシアネート三量化触媒組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
国際特許出願第2010/023060号は、硬化性組成物、ならびにポリオール、無水物、および三量化触媒を含んでなるイソシアネート反応性混合物とポリイソシアネートとを反応させることによってポリイソシアヌレートを製造する方法を開示している。三量化触媒は、アルカリ金属カルボキシレート、第四アンモニウムカルボキシレート、およびこれらの混合物から選ばれ、このときカルボキシレートが1〜12個の炭素原子を有する。
米国特許第5,817,732号には、ウレアとアミドがブロッキング剤として開示されている。
本発明の三量化触媒組成物は、1種以上の有機金属塩(好ましくは、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩)から選ばれる三量化触媒化合物;および構造-CO-NH2を有するカルボキサミド基を含む化合物から、及び/又は、構造-CO-NH-CO-を有する基を含む化合物から選ばれる1種以上の化合物;を含む。
触媒組成物は、構造-CO-NH2を有するカルボキサミド基を含む化合物の当量数が、三量化触媒の当量数より大きい、というような組成物であるのが好ましく、該化合物の当量数が、三量化触媒の当量数の4倍超であるのが好ましい。
本発明の安定なポリイソシアネート組成物の製造方法は、構造-CO-NH2を有するカルボキサミド基を含む化合物、及び/又は、構造-CO-NH-CO-を有する基を含む化合物を三量化触媒と合わせて混合することを含むのが好ましい。
用語の定義
本発明の文脈において、下記の用語は以下のような意味を有する。
5)イソシアネートインデックス、NCOインデックス、またはインデックスは、[NCO基]対[配合物中に存在するイソシアネート反応性水素原子]の比であり、下記のパーセント値として表示される:[NCO]×100/[活性水素]。
8)「平均公称ヒドロキシル官能価」(簡単に言えば「官能価」)という用語は、本明細書では、これが、ポリオールもしくはポリオール組成物の製造において使用される開始剤の数平均官能価(1分子当たりの活性水素原子の数)であると仮定して、ポリオールもしくはポリオール組成物の数平均官能価(1分子当たりのヒドロキシル基の数)を示すのに使用される(しかしながら実際には、幾らかの末端不飽和のためにやや低いことが多い)。
10)「液体」は、20℃でのASTM D445−11aに従った測定にて10Pa.s未満の粘度を有することを意味している。
16)「ポリイソシアヌレート含有材料」とは、該材料の総重量を基準として10重量%超のポリイソシアヌレートを、好ましくは少なくとも50重量%のポリイソシアヌレートを、さらに好ましくは75重量%のポリイソシアヌレートを含んでなるポリイソシアネート組成物を表わしている。
本発明の第1の態様によれば、新規三量化触媒組成物、および前記新規三量化触媒組成物の製造方法が提供される。
本発明に従った-CO-NH-CO-基を有する化合物は、式R1-CO-NH-CO-R2〔式中、R1とR2は、それぞれ互いに独立していて、1)水素(-H)、2)-NR3R4、および3)1〜100個の炭素原子を有していて、ヒドロキシ基、エーテル基、ハロゲン基、カルボキシル基、酸素基、イソシアネート基、及び/又はアミン基を含んでもよいヒドロカルビル基から選ばれ;R3とR4は、それぞれ互いに独立していて、水素、ヒドロキシ基、ハロゲン基、および1〜20個の炭素原子を有していて、ヒドロキシ基、エーテル基、ハロゲン基、カルボキシル基、イソシアネート基、及び/又はアミン基を含んでもよいヒドロカルビル基から選ばれ;R1とR2は、基本的に-CO-NH-CO-基を含む環構造を形成して互いに結合してよく;式R1-CO-NH-CO-R2に相当する化合物中のヒドロカルビル基は、直鎖状、分岐鎖状、飽和、不飽和、環式、及び/又は非環式の脂肪族ヒドロカルビル、芳香族ヒドロカルビル、またはアリール脂肪族ヒドロカルビルの組合せであってよい〕に相当する化合物、およびこのような化合物の混合物である。本発明に従った-CO-NH-CO-基を有する化合物は、多くても1500の分子量を有するのが好ましい。
エポキシ樹脂の例としては以下のようなものがある。
I)分子中に少なくとも2つのカルボキシル基を有する化合物と、それぞれエピクロロヒドリンおよびβ−メチルエピクロロヒドリンとを反応させることによって得られるポリグリシジルエステルおよびポリ(β−メチルグリシジル)エステル。この反応は、塩基の存在下で行うのが好都合である。脂肪族ポリカルボン酸を、分子中に少なくとも2つのカルボキシル基を有する化合物として使用することができる。このようなポリカルボン酸の例としては、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、および二量化もしくは三量化リノール酸などがある。しかしながら、たとえばテトラヒドロフタル酸、4-メチルテトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、または4-メチルヘキサヒドロフタル酸等の脂環式ポリカルボン酸も使用することができる。さらに、たとえばフタル酸、イソフタル酸、またはテレフタル酸等の芳香族ポリカルボン酸も使用することができる。
V)例えばビス(2,3-エポキシシクロペンチル)エーテル、2,3-エポキシシクロペンチルグリシジルエーテル、1,2-ビス(2,3-エポキシシクロペンチルオキシ)エタン、または3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート等の脂環式エポキシ樹脂。
ヒドロキシル基または他のイソシアネート反応性水素を含有するエポキシ樹脂が使用される場合、これらのヒドロキシル基と水素は、インデックスまたはヒドロキシル当量数を算出する際に考慮されない。
このようにして得られる硬化性組成物は、周囲条件下にて良好なポットライフを有する。該硬化性組成物は、高温(好ましくは50℃以上、さらに好ましくは80℃以上、最も好ましくは125℃以上)で反応させることによって、好ましくは少なくとも120℃のTg(ASTM D4065に従って測定)を有するポリイソシアヌレート含有材料を製造するのに使用される。
本発明のポリイソシアヌレート含有材料は、本発明の硬化性組成物を高温で反応させることによって製造される。
以下に実施例を挙げて本発明を説明する。
Huntsuman社から市販のSuprasec1306ポリイソシアネート:4,4'-MDI、以下の実施例ではS1306と呼ぶ。
Huntsuman社から市販のSuprasec2185:ポリメリックポリイソシアネート、以下の実施例ではS2185と呼ぶ。
Sigma Aldrich社から市販のスクシンイミド。
Sigma Aldrich社から市販のプロピオンアミド97%。
Air Products社から市販のDabco K2097:酢酸カリウムのジエチレングリコール溶液。
Huntsuman社から市販のAraldite DY-T:トリメチルールプロパンのトリグリシジルエーテル、以下の実施例ではDY-Tと呼ぶ。
Huntsuman社から市販のDaltocelF526:約1300g/モルの平均分子量を有するポリオキシエチレントリオール。
三量化触媒組成物の製造
実施例1
実施例1は、-CO-NH-CO-基を有する化合物と本発明の三量化触媒を含む三量化触媒組成物の製造を説明する。
実施例2
ウレアカルバミド(0.046カルボキサミド当量*)のDaltocel F526中5重量%溶液27.7gを、室温にて、2.72gのDabco K2097(8.32ミリモルの酢酸カリウム)および219.6gのAlcupol R1610と混合した。15分の撹拌後、透明で均一な三量化触媒溶液が得られた。
*ウレアカルバミドは二官能分子であると考えられる。
3.06gのDabco K2097(9.35ミリモルの酢酸カリウム)と243.5gのAlcupol R1610に、3.42gの97%プロピオンアミド(46.7ミリ当量のカルボキサミド)を加えた。このブレンドをマグネチックスターラーで80℃にて約1時間混合した後、透明で均一な三量化触媒溶液が得られた。
実施例4
50℃にて撹拌状態に保持された68.9pbw(重量部)のSuprasec3030(0.55イソシアネート当量)と81.1pbwのSuprasec1306(0.65イソシアネート当量)を、30pbwのSuprasec2185(0.22イソシアネート当量)および20pbwのSuprasec2020(0.14イソシアネート当量)と混合した。このブレンドに、ウレアカルバミド(*)(0.083カルボキサミド当量)のDaltocel F526中5重量%溶液50pbwを、窒素雰囲気下にて撹拌しながら滴下した。30分の反応後、アシルウレア基を有する化合物を含む透明な液体反応生成物が得られた。
(*)ウレアカルバミドは二官能分子であると考えられる。
室温に保持された245pbwのSuprasec2185(1.81イソシアネート当量)に、5pbwの97%プロピオンアミド(0.068カルボキサミド当量)を加えた。窒素雰囲気下にて撹拌しながら80℃で約90分の反応後、-CO-NH-CO-基を有する化合物を含む透明な液体反応生成物が得られた。
実施例6〜8
本発明の安定なポリイソシアネート組成物を製造するために、撹拌状態に保持されたポリイソシアネート組成物に、適切な量の、実施例1〜3の三量化触媒組成物を室温にて滴下した。
28.8pbwのSuprasec S3030、33.9pbwのSuprasec S1306、12.6pbwのS2185、および8.4pbwのS2020のブレンドに、-CO-NH-CO-基を含む化合物を含有する実施例4のブレンド1.35pbwを加え、1分混合して均一にした。このブレンドに、Dabco K2097のAlcupol R1610中0.61重量%溶液15pbwを、室温にて撹拌しながら滴下して、安定なポリイソシアネート組成物を製造した。
28.4pbwのSuprasec S3030、33.9pbwのSuprasec S1306、12.4pbwのS2185、および8.2pbwのS2020のブレンドに、-CO-NH-CO-基を含む化合物を含有する実施例4のブレンド2.7pbwを加え、1分混合して均一にした。このブレンドに、Dabco K2097のAlcupol R1610中1.22重量%溶液15pbwを、室温にて撹拌しながら滴下して、安定なポリイソシアネート組成物を製造した。
-CO-NH-CO-基を含む化合物を含有する実施例5のブレンド3.1pbwと、81.9pbwのSuprasec 2020とを室温で混合した。次いでこのブレンドに、Dabco K2097のAlcupol R1610中1.22重量%溶液15pbwを、室温にて撹拌しながら滴下して、安定なポリイソシアネート組成物を製造した。
-CO-NH-CO-基を含む化合物を含有する実施例5のブレンド12.4pbwと、72.6pbwのSuprasec 2020とを室温で混合した。次いでこのブレンドに、Dabco K2097のAlcupol R1610中2.44重量%溶液15pbwを、室温にて撹拌しながら滴下して、安定なポリイソシアネート組成物を製造した。
エポキシ樹脂の必要量を、室温にて、実施例6〜12の安定なポリイソシアネート組成物に加え、表2の硬化性イソシアネート組成物を製造するために約1分撹拌した。
これらの実施例のために、Brookfield RDV-III Ultraを使用して12mlのサンプルについて、これらの樹脂のポットライフを、樹脂の粘度が10Pa.s超の値に達したときの時間として評価した。
Claims (23)
- 1種以上の有機金属塩から選ばれる、好ましくはアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩から選ばれる三量化触媒化合物;ならびに、
構造-CO-NH2を有するカルボキサミド基を含む化合物及び/又は構造-CO-NH-CO-を有する基を含む化合物から選ばれる1種以上の化合物;
を含む三量化触媒組成物。 - 構造-CO-NH-CO-基を有する基を含む化合物の当量数が三量化触媒の当量数より大きい、請求項1に記載の触媒組成物。
- 構造-CO-NH2を有するカルボキサミド基を含む化合物の当量数が三量化触媒の当量数より大きく、好ましくは三量化触媒の当量数の4倍超である、請求項1に記載の触媒組成物。
- 有機金属塩がカルボキシレートまたはアルコキシドであって、好ましくは、酢酸カリウム、ヘキサン酸塩カリウム、エチルヘキサン酸塩カリウム、オクタン酸塩カリウム、乳酸カリウム、ナトリウムエトキシド、フマル酸ナトリウム、フマル酸カリウム、酢酸ナトリウム、安息香酸カリウム、およびこれらの混合物の1種以上から選ばれる、請求項1〜3のいずれかに記載の触媒組成物。
- 構造-CO-NH-CO-基を有する基を含む化合物が、
R1-CO-NH-CO-R2
〔式中、R1とR2は、それぞれ互いに独立していて、1)水素(-H)、2)-NR3R4、および3)1〜100個の炭素原子を有していて、ヒドロキシ基、エーテル基、ハロゲン基、カルボキシル基、酸素基、イソシアネート基、及び/又はアミン基を含んでもよいヒドロカルビル基から選ばれ;R3とR4は、それぞれ互いに独立していて、水素、ヒドロキシ基、ハロゲン基、および1〜20個の炭素原子を有していて、ヒドロキシ基、エーテル基、ハロゲン基、カルボキシル基、イソシアネート基、及び/又はアミン基を含んでもよいヒドロカルビル基から選ばれ;R1とR2は、基本的に-CO-NH-CO-基を含む環構造を形成して互いに結合してよく;式R1-CO-NH-CO-R2に相当する化合物中のヒドロカルビル基は、直鎖状、分岐鎖状、飽和、不飽和、環式、及び/又は非環式の脂肪族ヒドロカルビル、芳香族ヒドロカルビル、またはアリール脂肪族ヒドロカルビルの組合せであってよい〕
という構造を有する化合物およびこのような化合物の混合物を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の触媒組成物。 - 構造-CO-NH-CO-基を有する基を含む化合物が、構造R1-CO-NH-CO-R2〔式中、R1とR2は、-CO-NH-CO-基と一緒になって、-CO-NH-CO-基を含む4〜12員の環構造を形成する〕を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の触媒組成物。
- -CO-NH-CO-基を含む化合物が、-CO-NH-CO-NH-基を含む化合物に相当し、構造-CO-NH2を有するカルボキサミド基を含む化合物と反応性NCO基を含む化合物との反応生成物である、請求項1〜6のいずれかに記載の触媒組成物。
- -CO-NH-CO-NH-基を含む化合物がR6-CO-NH-CO-NH-R7に相当し、カルボキサミド基を含む化合物が、NH2-CO-R6(式中、R6は、1)水素(-H)、2)-NR8R9、3)1〜20個の炭素原子を有していて、ヒドロキシ基、エーテル基、ハロゲン基、及び/又はアミン基を含んでもよいヒドロカルビル基、または4)-R10-CO-NH2であり;R8とR9は、互いに独立していて、水素、ヒドロキシ基、ハロゲン基、および1〜10個の炭素原子を有していて、ヒドロキシ基、エーテル基、ハロゲン基、及び/又はアミン基を含んでもよいヒドロカルビル基から選ばれ;R10は、最大で8個の炭素原子を有する二価の炭化水素基である)の化合物およびこれらのカルボキサミドの混合物に相当し、反応性NCO基を含む化合物が、R7-NCO(式中、R7は、水素と、1〜20個の炭素原子を有していて、ヒドロキシ基、エーテル基、ハロゲン基、カルボキシル基、イソシアネート基、及び/又はアミン基を含んでもよいヒドロカルビル基とから選ばれ、該ヒドロカルビル基は、直鎖状、分岐鎖状、飽和、不飽和、環式、及び/又は非環式の脂肪族ヒドロカルビル、芳香族ヒドロカルビル、またはアリール脂肪族ヒドロカルビルの組合せであってよい)の化合物およびこのような化合物の混合物に相当する、請求項7に記載の触媒組成物。
- R6が、1)-NR8R9、2)1〜10個の炭素原子を有していて、1〜3個のヒドロキシ基及び/又はエーテル基を含んでもよいアルキル、3)フェニル、または4)トリルから選ばれ、R8とR9が、互いに独立していて、水素、ヒドロキシ基、フェニル基、トリル基、および1〜6個の炭素原子を有していて、ヒドロキシ基及び/又はエーテル基およびこれらの化合物の混合物を含んでもよいアルキル基から選ばれる、請求項8に記載の触媒組成物。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の触媒組成物の化合物の少なくとも1種を含み、好ましくは32〜6000の平均分子量と好ましくは1〜8の平均公称官能価を有するポリエステルポリオール及び/又はポリエーテルポリオールを含むのが好ましいモノオール組成物またはポリオール組成物。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の触媒組成物とポリイソシアネート組成物を、構造-CO-NH-CO-を有する基を含む化合物の当量数が三量化触媒の当量数より大きく、そして[-CO-NH-CO-基の数]対[イソシアネート基の数]の比が多くても1、好ましくは多くても0.01、さらに好ましくは多くても0.0015となるような量にて含む安定なポリイソシアネート組成物。
- ポリオール/モノオール組成物をさらに含み、該ポリオール/モノオール組成物が、好ましくは32〜6000の平均分子量と好ましくは1〜8の平均公称官能価を有するポリエステルポリオール及び/又はポリエーテルポリオールを含む、請求項11に記載のポリイソシアネート組成物。
- ポリイソシアネート組成物が、10〜48重量%の、好ましくは20〜33重量%のイソシアネート価を有する、請求項11〜12のいずれかに記載のポリイソシアネート組成物。
- ポリイソシアネート組成物が、トルエンジイソシアネート、メチレンジフェニルジイソシアネート、メチレンジフェニルジイソシアネートを含んでなるポリイソシアネート組成物、またはこのようなポリイソシアネート化合物の混合物を含む、請求項11〜13のいずれかに記載のポリイソシアネート組成物。
- 構造-CO-NH2を有するカルボキサミド基を含む化合物、及び/又は、構造-CO-NH-CO-を有する基を含む化合物を、三量化触媒と合わせて混合することを含む、請求項1〜9のいずれかに記載の組成物の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の触媒組成物の化合物、1種以上のポリイソシアネート化合物、および必要に応じて、好ましくは32〜6000の平均分子量と好ましくは1〜8の平均公称官能価を有するポリエステルポリオール及び/又はポリエーテルポリオールを含むのが好ましいポリオール/モノオール組成物を、[-CO-NH-CO-基の数]対[イソシアネート基の数]の比が多くても1、好ましくは多くても0.01、さらに好ましくは多くても0.0015となるように合わせて混合することを含み、これにより安定なポリイソシアネート組成物が形成される、請求項11〜14のいずれかに記載の組成物の製造方法。
- 構造-CO-NH2を有するカルボキサミド基を含む化合物、及び/又は、構造-CO-NH-CO-を有する基を含む化合物、から選ばれる1種以上の化合物を最初にあるいは少なくとも同時にポリイソシアネート組成物に加えること、次いで三量化触媒をポリイソシアネート組成物に混合することを含む、請求項16に記載の製造方法。
- 請求項11〜14のいずれかに記載の安定なポリイソシアネート組成物の化合物とエポキシ樹脂とを含む硬化性ポリイソシアネート組成物であって、
このとき硬化性ポリイソシアネート組成物中の-CO-NH-CO-基を有する化合物の当量数がエポキシ当量数以下である、前記硬化性ポリイソシアネート組成物。 - 請求項1〜9に記載の触媒組成物の、硬化性ポリイソシアネート組成物のポットライフを改良するための使用。
- 請求項1〜9の触媒組成物に従った化合物;トルエンジイソシアネート、メチレンジフェニルジイソシアネート、メチレンジフェニルジイソシアネートを含んでなるポリイソシアネート組成物、またはこのようなポリイソシアネートの混合物を含むポリイソシアネート組成物;エポキシ樹脂;および必要に応じて、好ましくは32〜6000の平均分子量と好ましくは1〜8の平均公称官能価を有するポリエステルポリオール及び/又はポリエーテルポリオールを含むのが好ましいポリオール/モノオール組成物;を合わせて混合することによる、請求項18に記載の硬化性ポリイソシアネート組成物の製造方法であって、構造-CO-NH2を有するカルボキサミド基を含む化合物、及び/又は、構造-CO-NH-CO-を有する基を含む化合物、から選ばれる1種以上の化合物を最初にあるいは少なくとも同時にポリイソシアネート組成物に加えること、次いで三量化触媒をポリイソシアネート組成物に混合することを含む、前記製造方法。
- 請求項18に記載の硬化性組成物を高温で反応させることによって製造されるポリイソシアヌレート含有材料。
- 請求項18に記載の硬化性組成物を高温で反応させることによって得ることができるポリイソシアヌレート含有材料。
- 請求項18に記載の硬化性組成物を高温で反応させることによる、請求項21〜22に記載のポリイソシアヌレート含有材料の製造方法。
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