JP2015532939A - エトキシル化イソシアネート化合物および乳化剤としてのその使用 - Google Patents

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Abstract

式IIの構造を有する1つ以上の化合物を含む組成物を提供し:Aは、ポリイソシアネート残基であり、Lは、イソシアネート基とイソシアネート反応性基との反応により生成された連結基であり、nは、5〜25であり、mは、0〜100であり、およびZは、メチルまたはエチルまたはプロピルであり、および前記Z基のモルに対する、イソシアネート基のモルと前記L基のモルの和の比が、2:1〜30:1である。また、粒子が、かかる組成物を含み、構造A−NCOを有しない1つ以上の水不溶性化合物をさらに含むエマルションも提供する。【化2】【選択図】なし

Description

水性組成物中の水不溶性化合物を提供することが、しばしば望まれている。この目的への1つの可能性のあるアプローチは、液滴が水不溶性化合物を含有し、これらの液滴が、乳化剤により安定化されている、水中の液滴のエマルションを形成する試みである。かかるエマルションでは、該乳化剤が、反応性であり、架橋剤としての作用可能であることも望まれる。
米国特許第4,663,377号は、脂肪族ポリイソシアネートおよび乳化剤を含有する製剤を記載している。
1つ以上のイソシアネート基を有し、水不溶性化合物のエマルションを安定化する乳化剤として作用可能な化合物の提供が望まれている。また、かかる水不溶性化合物およびかかる乳化剤から製造されたエマルションも望まれている。2つ以上のイソシアネート基を有し、水不溶性芳香族ポリイソシアネートのエマルションを安定化する乳化剤として作用可能な化合物の提供が、さらに望まれている。かかる芳香族ポリイソシアネートおよびかかる乳化剤から製造されたエマルションも望まれている。
次が、本発明の開示である。
本発明の1番目の態様は、式II:
(式中、
Aは、ポリイソシアネート残基であり、
Lは、イソシアネート基とイソシアネート反応性基との反応により生成した連結基であり、
nは、5〜25であり、
mは、0〜100であり、および
Zは、メチルまたはエチルまたはプロピルであり、ならびに
前記Z基のモルに対して、イソシアネート基のモルと前記L基のモルの和の比が、2:1〜30:1である)
の構造を有する1つ以上の化合物を含む組成物である。
本発明の2番目の態様は、水性媒体中に懸濁した粒子を含むエマルションであり、前記粒子が、
(b)式II:
の構造を有する1つ以上の化合物
および
(c)構造A−NCOを有しない1つ以上の水不溶性化合物
(式中、
Aは、ポリイソシアネート残基であり、Aの意味は、(b)および(c)で同じであり、
Lは、イソシアネート基とイソシアネート反応性基との反応により生成した連結基であり、
nは、5〜25であり、
mは、0〜100であり、および
Zは、メチルまたはエチルまたはプロピルであり、ならびに
前記Z基のモルに対して、イソシアネート基のモルと前記L基のモルの和の比が、2:1〜30:1である)
次は、本発明の詳細な説明である。
本明細書で使用されるとき、次の用語は、文脈で明白に別の意味と示さない限り、所定の定義を有する。
イソシアネート基は、−NCOである。ポリイソシアネートは、2つ以上のイソシアネート基を有する化合物である。いくつかのポリイソシアネートは、重合体であり、いくつかは、そうではない。ジイソシアネートは、その通りに2つのイソシアネート基を有する化合物である。ジイソシアネートの構造は、OCN−R−NCOであり、Rは、置換でも非置換でもよい、いずれもの有機基である。もし、Rが、脂肪族であるならば、該ジイソシアネートは、脂肪族ジイソシアネートである。もし、Rが、いずれかの芳香環を含むならば、該ジイソシアネートは、芳香族ジイソシアネートである。
ジイソシアネート二量体は、構造VI:
を有する。構造VIは、ジイソシアネートの二量体であるので、構造VI中のR基は、互いに同じである。いずれのジイソシアネートの二量体でないジイソシアネートは、ジイソシアネートの単量体として、本明細書で知られている。
ジイソシアネート三量体は、構造III:
を有する。構造IIIは、ジイソシアネートの三量体であるので、構造III中のR基は、互いに同じである。
本明細書で使用されるとき、ポリイソシアネートの「残基」は、1つのイソシアネート基を無視するとき、そのポリイソシアネートの構造のままである。ポリイソシアネートは、構造A−NCOを有し、Aは、該ポリイソシアネートの残基である。ポリイソシアネートの残基は、少なくとも1つのイソシアネート基を有する。例えば、構造IIIが、構造AT−NCOを有するように再描画され得、ATが、ジイソシアネート三量体の残基である。この例では、ATは、2つのイソシアネート基を有する。
本明細書で使用されるとき、イソシアネート反応性基は、イソシアネート基と反応可能な基である。連結基は、イソシアネート基が、イソシアネート反応性基と反応するとき生成される基である。例えば、イソシアネート基が、ヒドロキシル基またはアミン基と反応するとき、得られた連結基は、それぞれ、ウレタン基または尿素基である。該ウレタン基は、構造IV:
を有する。
本明細書で使用されるとき、エポキシ化合物は、1つ以上のエポキシ基を有する化合物である。ポリエポキシ化合物は、2つ以上のエポキシ基を有する化合物である。ポリエポキシ化合物は、重合体であってもなくてもよい。
本明細書で使用されるとき、架橋剤は、2つ以上の反応性基を有し、ポリマー鎖と結合した反応性基と反応して、ポリマー鎖間の架橋を生成可能である化合物である。該架橋剤の反応性基は、該ポリマー鎖に結合した反応性基と同じでも異なっていてもよい。
水性媒体は、分散媒の重量に基づいて、50重量%以上の水を含有する分散媒である。本明細書で使用されるとき、エマルションは、水性媒体中に分布した粒子の分散液である。エマルション中の該粒子は、10nm〜10μmの重量平均粒子径を有し得る。本明細書中の重量平均粒子径は、D50として公知である。
もし、25°Cにおいて、100gの水中に溶解できる最大量の化合物が0.5グラムであるならば、化合物は、本明細書で、水不溶性であると見なされる。
本明細書で使用されるとき、比がX:1以上ということは、該比がY:1であり、Yが、Xと同じかXより大きいことを意味する。同様に、比が、Z:1以下ということは、該比が、W:1であり、Wが、Zと同じかまたはZより小さいことを意味する。
本発明の組成物は、好ましくは、本明細書で「ポリイソシアネート(a)」と呼ぶポリイソシアネートを含有する。ポリイソシアネート(a)は、構造I:
A−NCO I
式中、Aは、ポリイソシアネート(a)の残基である。好ましくは、ポリイソシアネート(a)は、ジイソシアネートの単量体、ジイソシアネートの二量体、またはジイソシアネートの三量体である。より好ましくは、ポリイソシアネート(a)は、ジイソシアネートの三量体である。
特定のジイソシアネートは、ポリイソシアネート(a)での使用に好ましい。ジイソシアネートの単量体として、またはポリイソシアネートの二量体もしくはポリイソシアネートの三量体用構成単位として使用かどうかにかかわらず、同じジイソシアネートが好ましい。ポリイソシアネート(a)で使用のため、好ましいジイソシアネートは、脂肪族ジイソシアネートである。より好ましいものは、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、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(IPDI)、4,4’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン(H12MDI)、およびジ−イソシアナトメチル−シクロヘキサン(ADI)である。より好ましいものは、HDIおよびADIであり;最も好ましいものは、HDIである。
好ましい実施形態では、ポリイソシアネート(a)は、構造IIIを有するジイソシアネートの三量体(本明細書で、「三量体(a)」と呼ぶ)である。三量体(a)は、構造I:
AT−NCO I
を有する。三量体(a)で、残基ATは、構造V:
を有する。
三量体(a)が、該三量体であるジイソシアネートは、本明細書で、「ジイソシアネート(a)」として知られる。
本発明の組成物は、構造II:
(構造II中のAは、ポリイソシアネートの残基である。ポリイソシアネート(a)が存在するとき、構造II中のAは、構造I中のAと同じであり;Lは、イソシアネート基とイソシアネート反応性基との反応により生成した連結基であり、nは、5〜50であり、mは、0〜100であり、およびZは、メチルまたはエチルまたはプロピルである)
を有する化合物(本明細書で、「化合物(b)」と呼ぶ)を含有する。
好ましくは、Lは、尿素基またはウレタン基である。より好ましくは、Lは、ウレタン基である。好ましくは、nは、7以上;より好ましくは10以上である。好ましくは、nは、45以下;より好ましくは、25以下である。好ましくは、mは、50以下;より好ましくは、10以下;より好ましくは、2以下;より好ましくは、0である。好ましくは、Zは、メチルである。
ポリイソシアネート(a)がHDIであるとき、nは、7以上であることが好ましく;より好ましくは、10以上である。ポリイソシアネート(a)がHDIであるとき、nは、25以下であることが好ましい。
ポリイソシアネート(a)がADIであるとき、nは、10以上であることが好ましく;より好ましくは、14以上である。ポリイソシアネート(a)がHDIであるとき、nは、18以下であることが好ましく;より好ましくは、14以下である。
本発明の組成物は、ポリイソシアネート(a)および化合物(b)の混合物を含む。この混合物は、比M−ISO:M−Zにより特徴付けられ得る。本明細書で使用されるとき、M−ISOは、NCO基のモルとL基のモルの和である。M−Zは、Z基のモルである。
該比M−ISO:M−Zは、実施例により例示され得る。いくつかの実施形態では、本発明の組成物は、ポリイソシアネート(a)および構造HO−(CHCHO)−CH3を有する化合物の間の化学反応を含む方法により製造される。かかる実施形態では、三量体(a)のNCO基は、他の化合物のOH基と反応する。かかる反応を考察するとき、該化学反応前の反応物を、他の化合物のOH基のモルに対する、該三量体(a)のNCO基のモルの比(本明細書で、NCO:OH比と呼ぶ)を検討することにより特徴付けることが有用である。この例では、Z基のモルは、OH基のモルと同じであるメチル基のモルである。この例では、化学反応中、いくつかまたは全てのNCO基は、いくつかまたは全てのOH基と反応し、それだから、いくつかまたは全てのNCO基は、ウレタン基(この例ではL基)に転換されるだろう。M−ISO数は、該化学反応前の反応物中に存在するNCO基のモル数と同じであろう。化学反応後の生成物の比M−ISO:M−Zは、該反応前の反応物の比NCO:OHと同じである。
M−ISO:M−Zは、2:1以上;好ましくは、4:1以上;より好ましくは、5:1以上;より好ましくは、6:1以上である。M−ISO:M−Zは、30:1以下;好ましくは、20:1以下:より好ましくは、14:1以下;より好ましくは、10:1以下;より好ましくは、8:1以下である。
いくつかの実施形態では、本発明の1番目の態様の組成物は、いくつかの溶媒を含有する。溶媒は、25°Cにおいて、該組成物の他成分と反応せず、該組成物の他成分と溶液を生成する、25°C において液体である。溶媒が存在するとき、好ましい溶媒は、アルキルケトン類、アルキルエーテル類、および酢酸アルキル類である。好ましくは、もし、溶媒が存在するならば、溶媒の量は、該組成物の重量に基づいて、60重量%以下;より好ましくは、40重量%以下である。
ポリイソシアネート(a)が、HDIであるとき、溶媒の好ましい量は、該組成物の重量に基づいて、1重量%以下;より好ましくは、0重量%である。
ポリイソシアネート(a)が、ADIであるとき、溶媒の好ましい量は、該組成物の重量に基づいて、60重量%以下;より好ましくは、40重量%以下である。ポリイソシアネート(a)が、ADIであるとき、溶媒の好ましい量は、該組成物の重量に基づいて、10重量%以上;より好ましくは、20重量%以上である。
本発明のいくつかの態様は、水性媒体中に懸濁した粒子を含むエマルションに関する。該粒子は、三量体(a)、化合物(b)、および付加的化合物(本明細書で、「化合物(c)」と呼ぶ)を含む。化合物(c)は、水不溶性であり、ポリイソシアネート(a)および化合物(b)の両方と異なる。
本発明が、いずれもの特定の機構に限定されないが、化合物(c)およびポリイソシアネート(a)は、各粒子の内部の混合物を形成し、化合物(b)は、該粒子と該水性媒体間の界面に存在すると考えられる。化合物(c)は、乳化剤として作用して、該粒子を生成および安定化すると考えられる。
好ましくは、化合物(c)は、架橋剤である。より好ましくは、化合物(c)は、ポリエポキシ化合物またはポリイソシアネートである。より好ましくは、化合物(c)は、ポリイソシアネートである。化合物(c)では、好ましい脂肪族ポリイソシアネートは、HDI、IPDI、H12MDI、ADI、その異性体、その重合体、およびその混合物である。化合物(c)では、好ましい芳香族ポリイソシアネートである。好ましい芳香族ポリイソシアネートは、トルイレン−2,4−ジイソシアネート(2,4−TDI)、トルイレン−2,6−ジイソシアネート(2,6−TDI)、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)、その異性体、その重合体、およびその混合物である。より好ましいのは、4,4’−MDI;2,4’−MDI、およびその混合物である。
好ましくは、該粒子のD50は、10nm以上;より好ましくは、50nm以上である。好ましくは、該粒子は、2,000nm以下;より好ましくは、1,000nm以下;より好ましくは、500nm以下のD50を有する。
好ましくは、該エマルションは、安定である。安定なエマルションは、25°C における貯蔵で、相分離、沈降、浮遊、または凝集のいずれも示さない。好ましくは、該エマルションは、2時間以上;より好ましくは、5時間以上;より好ましくは、10時間以上安定である。
本発明のエマルションでは、ポリイソシアネート(a)の重量と化合物(b)の重量と化合物(c)の重量の総和を特徴付けることが、有用である。この和は、該エマルションの総重量に基づいた%として表され得る。該エマルションの総重量は、該水性媒体の重量を含む。好ましくは、その和は、0.5%以上;より好ましくは、1%以上;より好ましくは、2%以上;より好ましくは、3%以上である。好ましくは、その和は、10%以下;より好ましくは、8%以下;より好ましくは、6%以下である。
本発明のエマルションでは、比X:Yを特徴付けることが有用であり、Xは、ポリイソシアネート(a)の重量と化合物(b)の重量であり、Yは、化合物(c)の重量である。好ましくは、X:Yは、0.1:1以上、より好ましくは、0.2:1以上;より好ましくは、0.5:1以上である。好ましくは、X:Yは、5:1以下であり;より好ましくは2:1以下である。
もし、水以外の溶媒が、本発明のエマルション中に存在するならば、溶媒の好ましい量は、該エマルションの重量に基づいて、1重量%以下;より好ましくは、0.5重量%以下;より好ましくは、0.2重量%以下である。もし、ポリイソシアネート(a)が、ADIであるならば、該エマルション中の溶媒の好ましい量は、該エマルションの重量に基づいて、0.02重量%以上;より好ましくは、0.05重量%以上である。もし、ポリイソシアネート(a)が、HDIであるならば、溶媒の好ましい量は、該エマルションの重量に基づいて、0.005重量%以下;より好ましくは、0重量%である。
化合物(c)を含む該エマルションの製造前に、いずれの化合物(c)も含まない、本発明の1番目の態様に記載のポリイソシアネート(a)および化合物(b)の混合物を製造することは、時々、有用である。組成物が、25°C において、4重量部のかかる混合物および96重量部の水を含有するとき、水性媒体に懸濁された粒子が、好ましくは、生成し、好ましくは、該粒子のD50は、10nm以上である。好ましくは、かかる粒子は、1,000nm以下;より好ましくは、500nm以下;より好ましくは、300nm以下のD50を有するだろう。
次は、本発明の実施例である。
次のCarbowax(商標)MPEGpolymers(ダウケミカル社から)を使用した。各々は、構造CH−(OCHCH−OHを有する。
エマルション粒径を、ブルックヘブン・インスツルメンツ社の90Plus粒径分析計により測定した。
比較例1:エトキシ化HDI
HDIを、下記一覧のMPEGポリマーの1つと混合した。反応が起こる前の各反応混合物は、ヒドロキシル基のモルに対する、イソシアネート基のモルの比により特徴付けられる。該反応混合物を、窒素下、保持し、100°C で、5時間、撹拌した。次の生成物が生成したと考えられる:
該生成物を製造後、混合物を、該生成物および水、4重量部の生成物および96重量部の水からできており、粒径を測定した。結果は、次の通りであった:
許容可能なエマルションを生成した試料はなかった。化合物(c)との混合物中で乳化剤として有用な試料はなかったと考えられる。
比較例2:エトキシル化HDI二量体
HDI二量体は、構造
を有する。
HDI二量体を、下記一覧のMPEGポリマーの1つと混合した。反応が起こる前の各反応混合物は、ヒドロキシル基のモルに対する、イソシアネート基のモルの比により特徴付けられる。該反応混合物を、窒素下、保持し、100°C で、5時間、撹拌した。次の生成物が生成したと考えられる:
該生成物を製造後、2つの混合物は、次の通りにできていた:
混合物2−1:4重量部の該生成物および96重量部の水、
混合物2−2:2重量部の該生成物;2重量部のHDI三量体、および96重量部の水、および
該粒径を測定した。結果は、次の通りであった:
500nm以下のD50を有する追加の架橋剤(この場合、HDI三量体)で、エマルション粒子を製造することが望ましい。この目的を満足する試料はなかった。化合物(c)との混合物中の乳化剤として有用である試料はなかったことになる。
実施例3:化合物(c)なしのエトキシル化HDI三量体
HDI三量体を、下記一覧のMPEGポリマーの1つと混合した。反応が起こる前の各反応混合物は、ヒドロキシル基のモルに対する、イソシアネート基のモルの比により特徴付けられる。該反応混合物を、窒素下、保持し、100°C で、5時間、撹拌した。該反応生成物は、Rが、−(CH−である構造IIIを有する化合物を含むと考えられる:
該生成物を製造後、混合物を、該生成物および水、4重量部の生成物および96重量部の水からできており、該粒径を測定した。結果は、次の通りであった:
実施例4:化合物(c)とエトキシル化HDI三量体
6:1のNCO:OHモル比のHDI三量体およびMPEG550の反応生成物を、実施例3のように製造した。混合物を、次の通り、様々な追加の化合物と一緒に製造した:
各混合物は、96重量部の水、X重量部の反応生成物(HDI三量体およびMPEGの間の反応の)、およびY重量部の追加の化合物を含有し、X+Yは、4重量部に等しかった。該比X:Yを以下に示す。該混合物の粒径を、測定して、次の通りの結果であった:
6:1のNCO:OHモル比のHDI三量体およびMPEG550の反応生成物は、様々な追加の化合物に対して有用な乳化剤として作用する。また、該比X:Yを変化することにより、D50を変えることが可能である。
実施例5:エトキシル化ADI三量体
ADI三量体を、MPEG化合物および酢酸ブチルと混合し、窒素下、保持して、100°C で、4時間、撹拌した。酢酸ブチルの量は、全混合物の重量に基づいて、30重量%であった。ADI三量体の量とMPEG化合物の総量は、全混合物の重量に基づいて、70重量%であった。該反応生成物は、Rが、
である構造IIIを有する化合物を含むと考えられる。
異性体の混合物が存在したと考えられる。
反応生成物を、4重量部の反応生成物および96重量部の水の比率で、水と混合した。エマルションが得られた場合、粒径を測定した。結果は次の通りであった。「nt」は、試験しなかったことを意味する。
反応生成物の全てが、水中でエマルションを形成するいくらかの可能性を示した。MPEG1000で製造した該生成物は、エマルション形成する最良の能力を示した。ADI三量体とMPEG化合物との有用な反応生成物は、10:1より小さいNCO:OHのモル比で、製造され得ることになると考えられる。

Claims (10)

  1. 式II:
    (式中、
    Aは、ポリイソシアネート残基であり、
    Lは、イソシアネート基とイソシアネート反応性基との反応により生成された連結基であり、
    nは、5〜25であり、
    mは、0〜100であり、および
    Zは、メチルまたはエチルまたはプロピルであり、および
    前記Z基のモルに対する、イソシアネート基のモルと前記L基のモルの和の比が、2:1〜30:1である)
    の構造を有する1つ以上の化合物を含む組成物。
  2. mが0である、請求項1記載の組成物。
  3. Aが、ジイソシアネート単量体の残基、ジイソシアネート二量体の残基、またはジイソシアネート三量体の残基である、請求項2記載の組成物。
  4. Aが、ジイソシアネート三量体の残基である、請求項3記載の組成物。
  5. 前記Z基のモルに対する、イソシアネート基のモルと前記L基のモルの和の比が、5:1〜20:1である、請求項4記載の組成物。
  6. Aが、ヘキサンジイソシアネート三量体の残基である、請求項5記載の組成物。
  7. nが、10〜14である、請求項5記載の組成物。
  8. 水性媒体中に懸濁した粒子を含むエマルションであって、前記粒子が、
    (b)式II:
    の構造を有する1つ以上の化合物
    および
    (c)構造A−NCOを有しない1つ以上の水不溶性化合物
    (式中、
    Aは、ポリイソシアネート残基であり、Aの意味は、(b)および(c)で同じであり、
    Lは、イソシアネート基とイソシアネート反応性基との反応により生成された連結基であり、
    nは、5〜25であり、
    mは、0〜100であり、および
    Zは、メチルまたはエチルまたはプロピルであり、および
    前記Z基のモルに対する、イソシアネート基のモルと前記L基のモルの和の比が、2:1〜30:1である)
    を含むエマルション。
  9. 前記水不溶性化合物(c)が、ポリイソシアネートである、請求項8記載のエマルション。
  10. 前記ポリイソシアネートが、芳香族ポリイソシアネートである、請求項9記載のエマルション。
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