JP2016194084A - 溶融加工処理可能なポリウレアエラストマー - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶融加工処理可能な(melt processable)ポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマー、ならびにより具体的には、連続様式で調製され得るポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマー(反応押し出し成形機および/または類似の装置において調製され得るエラストマーを含む)に関する。
本発明は、末端ラクタム化ジイソシアネートおよびアルキレンジオールに由来するポリウレアセグメントを含む、溶融加工処理可能なポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマーを提供する。本発明のポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマーは、(a)末端ラクタム化ジイソシアネート、および(b)一般式 HO−R−OHのアルキレンジオールであって、ここでRは、1〜20個またはさらには2〜20個の炭素原子を含むアルキレン基である、アルキレンジオールを重合させることによって得られ得る。用語末端ラクタム化ジイソシアネートは、本明細書で使用される場合、ジイソシアネートおよびラクタムモノマーの反応生成物に言及する。いくつかの実施形態において、上記重合は、アルカリ触媒の存在下で起こり、上記エラストマーの調製において使用される末端ラクタム化ジイソシアネートは、5重量%未満の残留ラクタムモノマーを含み得る。
リエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリカプロラクトンまたはこれらの組み合わせであり得る。コポリエステルウレアエラストマーおよびコポリエーテルウレアエラストマーもまた含まれ、ここで上記軟質セグメントは、アルキレンジオール成分(例えば、ポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、またはこれらの組み合わせ)に由来する。
本発明の種々の特徴および実施形態は、非限定的な例示によって以下に記載される。
本発明は、溶融加工処理可能なポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマーを提供する。本発明のエラストマーは、イソシアネートと、ポリアミンおよび/または末端アミン化ポリマー樹脂とを反応させる代表的なプロセスによって調製されない。上記代表的なプロセスは、非常に発熱性であり、制御しにくく、しばしば、溶媒および/またはいくらかの他の発熱制御特徴の存在下で反応が行われる必要がある。これは不十分であり、増大した材料コストおよび低下した能力をもたらす。ポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマー、および理想的には、溶融加工処理可能であるポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマーを生成するより効率的な方法が必要である。すなわち、連続して生成され得るポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマーが必要である。
上記のように、本発明のエラストマーは、末端ラクタム化ジイソシアネートに由来する。用語末端ラクタム化ジイソシアネートは、本明細書で使用される場合、ジイソシアネートおよびラクタムモノマーの反応生成物に言及する。上記末端ラクタム化ジイソシアネートは、アルキレンジイソシアネートに由来し得る。いくつかの実施形態において、上記末端ラクタム化ジイソシアネートは、本明細書に記載されるラクタムモノマーのうちの1個以上で末端化される。いくつかの実施形態において、上記末端ラクタム化ジイソシアネートは、カプロラクタム、ラウロラクタム、またはこれらの組み合わせで末端化される。明瞭にするために、本発明の末端ラクタム化ジイソシアネートは、それ自体、ジイソシアネートではなく、むしろ、ジイソシアネートに由来する。本明細書で記載されるように、上記末端ラクタム化ジイソシアネートは、1個のジイソシアネートおよび2個のラクタムモノマーに由来する。ここで1個のラクタムモノマーは、上記ジイソシアネートの各末端に結合する。例えば、本発明の末端ラクタム化ジイソシアネートは、一般構造: R1−C(O)−N(R2)−C(O)−N(H)−R3−N(H)−C(O)−N(R4)−C(O)−R5を有し得、ここで各R1、R2、R4およびR5は、アルキレン基であり、
ここでR1とR2は結合されて、環式基を形成し、R4とR5は結合されて、環式基を形成し、そしてここでR3は、アルキレン基である。いくつかの実施形態において、一緒になったR1とR2は、5個の炭素原子を含み、上記環式基の直線状部分を形成し、一緒になったR4とR5は、5個の炭素原子を含み、上記環式基の直線状部分を形成し、そしてR3は、6個の炭素原子を含み、いくつかの実施形態においては、直線状である。
本発明における使用に適切なアルキレンジオールとしては、一般式 HO−R−OH(ここでRは、2〜20個の炭素原子、または2もしくは4〜6もしくは8個の炭素原子を含むアルキレン基である)のジオールを含む。いくつかの実施形態において、Rは、一般式 −(R1−O)n−R2−(O−R1)n−(ここで各R1は、独立して、2または4〜最大6または8または20個までの炭素原子を含むアルキレン基であり、R2は、2または4〜最大6または8または20個までの炭素原子を含むアルキレン基であり、各nは、独立して、0または1または2〜最大8または6または4までの範囲の整数である。いくつかの実施形態において、すべてのR1は、同じアルキレン基であり、すべてのnは、同じ値である。いくつかの実施形態において、R2は、アリール基を含み、例えば、R2は、−Ar−または−Ar−R1−Ar−であり得、ここでR1は、上記で定義されるとおりであり、Arは、アリール基である。
上記のように、本発明のエラストマーはまた、末端ヒドロキシ化化合物および/またはその誘導体(これはまた、本明細書においてポリオールといわれ得る)に由来する軟質ブロックの1個以上のセグメントを含み得る。適切な末端ヒドロキシ化化合物は、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリカプロラクトンまたはこれらの組み合わせを含む。存在する場合、この成分は、上記のアルキレンジオール成分とは異なり、別個の成分として処理される。いくつかの実施形態において、上記末端ヒドロキシ化化合物は、200〜10,000、または400もしくは600〜5,000もしくは2,000の数平均分子量(Mn)を有する。存在する場合、この成分は、組成物全体のうちの15重量%、10重量%またはさらに5重量%を占め得る。いくつかの実施形態において、上記必要に応じたポリオールは、2000以下、1000、またはさらに650のMnを有するか、または500〜2000、500〜1500、500〜1000またはさらには650〜1000であり得る。
挙げられる。いくつかの実施形態において、上記ポリエーテルポリオールは、ポリエーテルジオールであり、ポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールを含み得る。これら実施形態のうちのいくつかにおいて、上記必要に応じたポリオール成分は、30%、50%、80%、90%、またはさらに95%のポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールであり得る。他の実施形態において、上記必要に応じたポリオール成分は、ポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールであり、いかなる他のポリオールをも実質的に含まなくてもよい。
本発明の末端ラクタム化ジイソシアネートの調製において利用される上記ラクタムモノマーは、過度に限定されない。いくつかの実施形態において、上記ラクタムモノマーは、n−アルカンラクタムであり、ここでnは整数であり、2から最大12まで(12を含む
)から選択される。より具体的には、上記n−アルカンラクタムは、2−エタンラクタム(アザシクロプロパン−2−オン)、3−プロパンラクタム(プロピオラクタム)、4−ブタンラクタム(ブチロラクタムまたは2−ピロリドン)、5−ペンタンラクタム(バレロラクタム)、3−メチルバレロラクタム、6−メチルバレロラクタム、6−ヘキサンラクタム(カプロラクタム)、7−ヘプタンラクタム(エナントールラクタム)、8−オクタンラクタム(カプリロラクタム)、9−ノナンラクタム(ペラルゴラクタム)、10−デカンラクタム(カプリノラクタム)、11−ウンデカンラクタムまたは12−ドデカンラクタム(ラウロラクタム)である。
本発明の組成物は、さらなる有用な添加剤をさらに含み得る。ここでこのような添加剤は、適切な量で利用され得る。これら必要に応じたさらなる添加剤としては、不透明化顔料、着色剤、ミネラルおよび/または不活性充填剤、安定剤(光安定剤を含む)、潤滑剤、UV安定剤(UV吸収剤を含む)、加工処理補助物質、抗酸化剤、抗オゾン化剤(anti−ozonate)、および他の添加剤(所望される場合)が挙げられる。有用なさらなる添加剤としてはまた、ナノ粒子、ナノチューブ、衝撃改変剤、難燃剤、導電性ポリマー、静電気拡散材(static dissipative material)、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
本発明の溶融加工処理可能なポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマーは、末端ラクタム化ジイソシアネート、およびアルキレンジオールを重合させることによって得られ得、ここでこれら成分は、上記に記載される。この重合は、内部混合装置の中で起こり得る。上記重合は、触媒(例えば、金属含有カプロラクタメート触媒)の存在下で行
われ得る。
おり、他の実施形態において、上記プロセスは、完全に連続している。上記プロセスはまた、上記の材料を生成するために、1個以上の押し出し成形機(直列または並列のいずれかにおいて)の使用を含み得る。
コポリウレアエラストマーを、内部混合装置において、321.19mmolの末端ラクタム化ジイソシアネート(それ自体は、ヘキサメチレンジイソシアネートおよびカプロラクタムモノマーから調製される)と、321.19mmolの1,6−ヘキサンジオールとを、ナトリウムカプロラクタメート触媒(6.42mmol)の存在下で反応させることによって、調製する。上記反応を、95〜110℃において行う。数分後、上記反応は完了し、得られた材料を、分析のためにサンプリングする。
コポリウレアエラストマーを、実施例1において記載される手順を使用して、240.81mmolの末端カプロラクタム化ヘキサメチレンジイソシアネートと、240.81mmolの1,4−ブタンジオールとを、ナトリウムカプロラクタメート触媒(4.82mmol)の存在下で反応させて調製する。圧縮成形小板(plaque)を、分析のために、得られたエラストマーから作製する。
コポリウレアエラストマーを、実施例1に記載される手順を使用して、194.53mmolの末端カプロラクタム化4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)と、194.53mmolの1,6−ヘキサンジオールとを、ナトリウムカプロラクタメート触媒(3.89mmol)の存在下で反応させて調製する。圧縮成形小板を、分析のために、得られたエラストマーから作製する。
コポリウレアエラストマーを、実施例1に記載される手順を使用して、355.81mmolの末端カプロラクタム化ヘキサメチレンジイソシアネートと、335.85mmolの1,6−ヘキサンジオールおよび20.00mmolの、1000のMnを有するポリ(テトラメチレンエーテル)グリコールの混合物とを、ナトリウムカプロラクタメート触媒(7.12mmol)の存在下で反応させて調製する。圧縮成形手板を、分析のために、得られたエラストマーから作製する。
実施例1のコポリウレアエラストマーを、実施例1に概説されるものに対応する条件を使用して、パイロットスケールの反応押し出し成形機において調製する。得られた材料は、以下の特性を有する:
(項目1)
末端ラクタム化ジイソシアネートおよびアルキレンジオールに由来するポリウレアセグメントを含む、溶融加工処理可能なポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマー。
(項目2)
前記エラストマーは、
(a)末端ラクタム化ジイソシアネート;および
(b)一般式 HO−R−OHのアルキレンジオールであって、ここでRは、1〜20個の炭素原子を含むアルキレン基である、アルキレンジオール;
を、必要に応じて、触媒の存在下で重合させる工程によって得られ、
ここで該エラストマーの調製において使用される該末端ラクタム化ジイソシアネートは、5重量%未満の残留ラクタムモノマーを含む、
項目1に記載のエラストマー。
(項目3)
前記末端ラクタム化ジイソシアネートは、ラクタムモノマー、およびいかなるジフェニル含有ジイソシアネートをも実質的に含まないジイソシアネートに由来し、ここで該ジフェニル含有ジイソシアネートの両方のフェニル環は、パラ置換されているのみである、項目1に記載のポリウレアエラストマー。
(項目4)
前記エラストマーは、以下のうちの少なくとも1つ:
(c)前記成分(b)のアルキレンジオールとは異なるポリオールを含む成分に由来する軟質ブロックのうちの1個以上のセグメント;および
(d)ラクタムモノマーに由来する硬質ブロックのうちの1個以上のセグメント
をさらに含む、項目1に記載のポリウレアエラストマー。
(項目5)
前記ポリオールは、組成物全体のうちの15重量%以下を構成し;そして
存在する場合、成分(b)のアルキレンジオールおよび成分(c)のポリオールの合わせた量に対する前記成分(a)の末端ラクタム化ジイソシアネートのモル比は、0.75〜1.25である、
項目4に記載のポリウレアエラストマー。
(項目6)
前記ポリオールは、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリカプロラクトンまたはこれらの組み合わせを含み、該ポリオール化合物は、200〜10,000の数平均分子量(Mn)を有する、項目4に記載のポリウレアエラストマー。
(項目7)
前記エラストマーの調製において使用されるポリオールは、ポリエーテルポリオールを含む、項目4に記載のポリウレアエラストマー。
(項目8)
前記末端ラクタム化ジイソシアネートは、カプロラクタムで末端化されたアルキレンジイソシアネート、ラウロラクタムで末端化されたアルキレンジイソシアネート、またはこれらの組み合わせを含む、項目2に記載のポリウレアエラストマー。
(項目9)
前記末端ラクタム化ジイソシアネートは、ヘキサメチレンジイソシアネート;3,3’−ジメチルビフェニル−4,4’−ジイソシアネート;m−キシリレンジイソシアネート;ナフタレン−1,5−ジイソシアネート;ビフェニル−3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジイソシアネート;トルエンジイソシアネート;イソホロンジイソシアネート;1,4−シクロヘキシルジイソシアネート;デカン−1,10−ジイソシアネート;ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート;またはこれらの組み合わせに由来する、項目2に記載のポリウレアエラストマー。
(項目10)
前記アルキレンジオールは、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,3−プロパンジオール、プロピレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール、ヒドロキノンビス(2−ヒドロキシエチル)エーテル、エトキシ化ビスフェノールA、またはこれらの組み合わせを含む、項目2に記載のポリウレアエラストマー。
(項目11)
前記末端ラクタム化ジイソシアネートは、末端カプロラクタム化ヘキサメチレンジイソシアネート、末端カプロラクタム化メチレンジフェニルジイソシアネート、末端カプロラクタム化ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、末端カプロラクタム化トルエンジイソシアネート、またはこれらの組み合わせを含み;そして
前記アルキレンジオールは、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、またはこれらの組み合わせを含む、
項目1に記載のポリウレアエラストマー。
(項目12)
項目1に記載のポリウレアエラストマーを含み、以下の1種以上の性能付加剤をさらに含む、組成物であって、
ここで該性能付加剤は、不透明化顔料、着色剤、ミネラル充填剤および/または不活性充填剤、安定剤(光安定剤を含む)、潤滑剤、UV安定剤、加工処理補助物質、抗酸化剤、抗オゾン化剤、ナノ粒子、ナノチューブ、衝撃改変剤、難燃剤、導電性ポリマー、静電気拡散材、およびこれらの組み合わせを含む、組成物。
(項目13)
前記必要に応じた触媒が存在し、該触媒は、金属含有カプロラクタメート触媒を含む、項目2に記載のポリウレアエラストマー。
(項目14)
溶融加工処理可能なポリウレアおよび/またはコポリウレアエラストマーを調製するためのプロセスであって、該プロセスは、
I.(a)末端ラクタム化ジイソシアネートおよび(b)アルキレンジオールを、必要に応じて、触媒の存在下で重合させる工程、
を包含し、ここで該アルキレンジオールは、一般式 HO−R−OHのアルキレンジオールであり、ここでRは2〜20個の炭素原子を含むアルキレン基であり;
該重合は、内部混合装置の中で起こる、
プロセス。
(項目15)
前記エラストマーの調製において使用される前記末端ラクタム化ジイソシアネートは、5重量%未満の残留ラクタムモノマーを含む、項目14に記載のプロセス。
(項目16)
前記末端ラクタム化ジイソシアネートは、ラクタムモノマー、およびいかなるジフェニル含有ジイソシアネートをも実質的に含まないジイソシアネートに由来し、ここで該ジフェニル含有ジイソシアネートの両方のフェニル環は、パラ置換されているのみである、項目14に記載のプロセス。
(項目17)
前記重合は、以下のうちの少なくとも1種:
(c)ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリカプロラクトンまたはこれらの組み合わせを含む、前記成分(a)のアルキレンジオールとは異なるポリオールであって、ここで該ポリオール化合物は、200〜10,000の数平均分子量(Mn)を有するポリオール;および
(d)前記コポリウレアエラストマーにおいて1個以上のポリアミド硬質ブロックセグメントを生じるラクタムモノマー、
をさらに含む、項目12に記載のプロセス。
(項目18)
前記必要に応じた触媒が存在し、触媒不活性化因子は、得られたポリマーに必要に応じて添加され;該触媒は、金属含有カプロラクタメート触媒を含む、項目12に記載のプロセス。
(項目19)
1種以上の性能付加剤は、前記重合の間および/または後に添加され、前記エラストマーおよび該1種以上の性能付加剤を含む組成物を生じ;
ここで該性能付加剤は、不透明化顔料、着色剤、ミネラル充填剤および/または不活性充填剤、安定剤(光安定剤を含む)、潤滑剤、UV安定剤、加工処理補助物質、抗酸化剤、抗オゾン化剤、ナノ粒子、ナノチューブ、衝撃改変剤、難燃剤、導電性ポリマー、静電気拡散材、およびこれらの組み合わせを含む、項目12に記載のプロセス。
(項目20)
前記内部混合装置は、1個以上の押し出し成形機を含み;そして
前記プロセスは、必要に応じて、いかなる残留ラクタムモノマーをも得られたエラストマー組成物から除去する工程をさらに包含する、
項目12に記載のプロセス。
(項目21)
前記内部混合装置は、1個以上のツインスクリュー押し出し成形機を含む、項目20に記載のプロセス。
(項目22)
末端ラクタム化ジイソシアネートおよびアルキレンジオールに由来するポリウレアセグメントを含む溶融加工処理可能なポリウレアエラストマーを含む、成形ポリマー物品。
(項目23)
前記ポリウレアエラストマーは、
(a)末端ラクタム化ジイソシアネート;および
(b)一般式 HO−R−OHのアルキレンジオールであって、ここでRは、1〜20個の炭素原子を含むアルキレン基である、アルキレンジオール;
を、必要に応じて、触媒の存在下で重合させる工程によって得られ;
ここで該エラストマーの調製において使用される該末端ラクタム化ジイソシアネートは、5重量%未満の残留ラクタムモノマーを含む、項目22に記載の成形ポリマー物品。
(項目24)
前記末端ラクタム化ジイソシアネートは、ラクタムモノマー、およびいかなるジフェニル含有ジイソシアネートをも実質的に含まないジイソシアネートに由来し、ここで該ジフェニル含有ジイソシアネートの両方のフェニル環は、パラ置換されているのみである、項目22〜23のいずれかに記載の成形ポリマー物品。
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