JP2019019225A - Method for producing thermoplastic polyhydroxyurethane resin - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin capable of practical application, the method realizing performing a reaction of a 5-membered cyclic carbonate and an amine compound, and the method contributing to industrial spread of the thermoplastic polyhydroxyurethane resin which has excellent mechanical characteristics, is useful, and can be used as a binder of various products and the like.SOLUTION: Provided is a method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin, comprising: a step [1] of reacting a compound having a 5-membered cyclic carbonate group and a compound having an amino group in a solvent to obtain a preliminary reaction liquid (A) having a weight average molecular weight of 3000 to 20000; and a step [2] of obtaining a polyhydroxyurethane resin by supplying the preliminary reaction liquid (A) under a heated reduced pressure condition of 80 to 180°C and 10 to 200 torr and performing concentration of a substrate of the preliminary reaction liquid (A) by formation of a liquid film and evaporation, further polymerization, and solvent removal.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、5員環環状カーボネート基を有する化合物とアミノ基を有する化合物とを反応させてポリヒドロキシウレタン化合物を製造する方法に関し、詳しくは、機械的特性に優れており、フィルム、成型材料、各種コーティング剤・塗料などのバインダーなどとして用いることができる熱可塑性ポリヒドロキシウレタン化合物を、短時間に効率的に製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a polyhydroxyurethane compound by reacting a compound having a 5-membered cyclic carbonate group with a compound having an amino group, and in particular, has excellent mechanical properties, a film, a molding material, The present invention relates to a method for efficiently producing a thermoplastic polyhydroxyurethane compound that can be used as a binder for various coating agents and paints in a short time.

5員環環状カーボネート基は、二酸化炭素を原料に使用して合成することができる。このため、5員環環状カーボネート基を有する化合物を原料として利用できる技術を普及させることは、近年、世界的な環境問題となっている温室効果ガス削減に貢献できることを意味し、このような新たな観点からも、注目されるべき技術である。   The 5-membered cyclic carbonate group can be synthesized using carbon dioxide as a raw material. For this reason, the spread of technology that can use compounds having a 5-membered cyclic carbonate group as a raw material means that it can contribute to the reduction of greenhouse gases, which has become a global environmental problem in recent years. From a different perspective, this is a technology that should be noted.

5員環環状カーボネート基とアミノ基の反応についてはすでに知られている。例えば、エチレンカーボネートと、アンモニアを反応させて、水酸基を有するカルバメート化合物(ヒドロキシウレタン化合物と同義)を得ることが知られている(非特許文献1)。   The reaction of a 5-membered cyclic carbonate group with an amino group is already known. For example, it is known that ethylene carbonate and ammonia are reacted to obtain a carbamate compound having the hydroxyl group (synonymous with a hydroxyurethane compound) (Non-patent Document 1).

以下に、5員環環状カーボネート基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物との反応式を示す。下記に示したように、5員環環状カーボネート構造の開裂は2種類の開裂があるため、5員環環状カーボネート基を有する化合物を原料として利用した場合、2種類の構造物が得られることが知られている。   The reaction formula of a compound having a 5-membered cyclic carbonate group and a compound having an amino group is shown below. As shown below, since there are two types of cleavage of the 5-membered cyclic carbonate structure, when a compound having a 5-membered cyclic carbonate group is used as a raw material, two types of structures can be obtained. Are known.

Figure 2019019225
Figure 2019019225

ここで、上記5員環環状カーボネート基を有する化合物が、二酸化炭素を原料に用いたものである場合は、上記のアミノ基を付加させて得られたポリヒドロキシウレタン化合物もまた、化学構造中に二酸化炭素を取り込まれた化合物となる。また、下記に述べるように、1分子中に1個以上の5員環環状カーボネート基を有する化合物と、1分子中に1個以上のアミノ基を有する化合物とを用いて高分子化反応を行い、ポリヒドロキシウレタン化合物を製造する方法についてもいくつかの報告がある。   Here, when the compound having a 5-membered cyclic carbonate group is one using carbon dioxide as a raw material, the polyhydroxyurethane compound obtained by adding the amino group is also in the chemical structure. It becomes a compound that incorporates carbon dioxide. In addition, as described below, a polymerization reaction is performed using a compound having one or more 5-membered cyclic carbonate groups in one molecule and a compound having one or more amino groups in one molecule. There are also some reports on methods for producing polyhydroxyurethane compounds.

例えば、特許文献1には、ビスフェノールA−ジグリシジルエーテルビスカーボネートとヘキサメチレンジアミンなどと反応させ、ポリヒドロキシウレタン化合物を製造する方法が報告されている。しかし、本発明者らの検討によれば、上記反応においては、反応初期では比較的速く反応が進行するが、反応が終点に近づくにつれ反応速度が低下し、目的とする反応率や分子量を得るために長時間を要するという課題がある。また、そのため工業的な普及に至っていない。   For example, Patent Document 1 reports a method for producing a polyhydroxyurethane compound by reacting with bisphenol A-diglycidyl ether biscarbonate and hexamethylenediamine. However, according to the study by the present inventors, in the above reaction, the reaction proceeds relatively quickly in the initial stage of the reaction, but the reaction rate decreases as the reaction approaches the end point, and the desired reaction rate and molecular weight are obtained. Therefore, there is a problem that it takes a long time. For this reason, it has not been industrially spread.

上記したポリヒドロキシウレタン化合物は、二酸化炭素を原料として製造されるカーボンオフセット材料として応用が期待されているが、一方で、目的とする反応率や分子量を得るために長時間を要するため、その製造時に多大な電力消費がされて二酸化炭素が排出されるという課題が生じる。このため、地球規模で問題としている温室効果ガスの削減の観点から、上記したポリヒドロキシウレタン化合物の工業的な普及を図るには製造時の電力消費を抑え、電力消費によって生じる二酸化炭素の排出を最小限にすることが必要になる。   The above-mentioned polyhydroxyurethane compound is expected to be applied as a carbon offset material produced using carbon dioxide as a raw material, but on the other hand, it takes a long time to obtain the desired reaction rate and molecular weight. There is a problem that a large amount of power is consumed and carbon dioxide is discharged. For this reason, from the viewpoint of reducing greenhouse gases, which is a problem on a global scale, the above-mentioned polyhydroxyurethane compounds can be industrially disseminated by suppressing power consumption during production and reducing carbon dioxide emissions caused by power consumption. It needs to be minimized.

これに対し、反応速度の改善を目的として、5員環環状カーボネート基を有する化合物とアミノ基を有する化合物からポリヒドロキシウレタン化合物を合成する際、三級アミン類や各種金属化合物を触媒として用いていることで伸長速度を上げることが提案されている(特許文献2参照)。   On the other hand, when synthesizing a polyhydroxyurethane compound from a compound having a 5-membered cyclic carbonate group and a compound having an amino group for the purpose of improving the reaction rate, tertiary amines and various metal compounds are used as catalysts. It has been proposed to increase the stretching speed by being (see Patent Document 2).

製造時の電力等の消費に関しては、溶液状態で得られたポリヒドロキシウレタン化合物を、重合体と溶剤に分離することが必要となる場合があり、その際には乾燥等して脱溶剤する必要があり、この際における電力消費も二酸化炭素の排出原因になる。そのため、脱溶剤を効率よく行うことができれば、二酸化炭素の排出を抑制でき、工業的な普及に寄与できる。これに対し、熱可塑性を示す重合体と有機溶剤からなる樹脂溶液から有機溶剤を除去する方法が検討されている。例えば、特許文献3では、スチレンアクリル共重合体と有機溶剤からなる樹脂溶液からの効率的な脱溶剤方法として、単軸の薄膜蒸発機を用いることにより、樹脂の熱的・機械的劣化を引き起こさずに残存溶剤を1000ppm以下にする方法が提案されている。   Regarding the consumption of electric power during production, it may be necessary to separate the polyhydroxyurethane compound obtained in the solution state into a polymer and a solvent. In that case, it is necessary to remove the solvent by drying or the like. In this case, power consumption also causes carbon dioxide emissions. Therefore, if the solvent removal can be performed efficiently, the emission of carbon dioxide can be suppressed, which can contribute to industrial spread. On the other hand, a method for removing an organic solvent from a resin solution composed of a thermoplastic polymer and an organic solvent has been studied. For example, in Patent Document 3, as an efficient solvent removal method from a resin solution composed of a styrene acrylic copolymer and an organic solvent, thermal and mechanical deterioration of the resin is caused by using a uniaxial thin film evaporator. A method for reducing the residual solvent to 1000 ppm or less has been proposed.

米国特許第3072613号明細書US Pat. No. 3,072,613 特開2006−9001号公報JP 2006-9001 A 特開平08−041123号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-041123

F.Strain et.al. J.Am.Chem.Soc.72,1254(1950)F. Strain et. al. J. et al. Am. Chem. Soc. 72, 1254 (1950)

しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記した反応速度の改善を目的とした技術に関する特許文献2に記載されているいずれの触媒物質も、十分な効果を得るには多量に添加する必要があり、工業的に有用なレベルまでの反応時間の短縮、或いは、高分子量化を達するに至っていない。さらに、このような多量の触媒の使用は、製造コストが増大することや、最終製品中への触媒の残存が懸念され、安全性上の問題から好ましくない。   However, according to the study by the present inventors, it is necessary to add a large amount of any of the catalyst substances described in Patent Document 2 relating to the technique for improving the reaction rate described above in order to obtain a sufficient effect. However, the reaction time has not been shortened to an industrially useful level or high molecular weight has not been achieved. Further, the use of such a large amount of catalyst is not preferable from the viewpoint of safety because the production cost increases and the catalyst remains in the final product.

一方、上記した特許文献3に記載されている技術は、効果的に有機溶剤を除去する方法に関するものであり、本発明が課題としているような重合を促進すること(反応速度の改善)を目的としたものではない。   On the other hand, the technique described in Patent Document 3 described above relates to a method for effectively removing an organic solvent, and aims to promote polymerization (improvement of reaction rate) as a problem of the present invention. It is not what I did.

従って、本発明の目的は、従来技術の課題を解消し、効率よく、短時間で、5員環環状カーボネート基を有する化合物とアミノ基を有する化合物との反応を行うことを実現し、機械的特性に優れており、種々の製品のバインダーなどに用いることができる有用な熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の工業的な普及に資する、実用化が可能な熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、温室効果ガス削減に貢献できる、二酸化炭素を原料に使用して合成することができる熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂を、その製造時における電力等の消費を極力抑えることができ、原料面に加えて、この点でも二酸化炭素の排出の低減に寄与できる実用化が可能な熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to solve the problems of the prior art, realize an efficient and short-time reaction between a compound having a 5-membered cyclic carbonate group and a compound having an amino group, and mechanically. Provided is a method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin that has excellent characteristics and contributes to the industrial spread of useful thermoplastic polyhydroxyurethane resins that can be used as binders in various products. There is. In addition, the purpose of the present invention is to minimize the consumption of electric power during the production of a thermoplastic polyhydroxyurethane resin that can be synthesized using carbon dioxide as a raw material, which can contribute to reducing greenhouse gases. In addition to the raw material surface, another object of the present invention is to provide a method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin which can contribute to the reduction of carbon dioxide emission and can be put into practical use.

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、5員環環状カーボネート基を有する化合物とアミノ基を有する化合物とを重付加反応させて熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂を製造する際に、従来方法に比べて、効率よく、短時間で、十分な分子量を有する熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂、最適には不揮発分を殆ど含まない熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂を得ることができる製造方法を見出し、本発明を完成させるに至った。本発明では、下記に規定するように、工程[2]で使用する液は、その前に行う工程[1]で、5員環環状カーボネート基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物との反応物(重合物)が一部に混合された状態になる液であるので、本明細書では、前もって工程[1]で準備したものを「予備反応液」と呼ぶ。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors produce a thermoplastic polyhydroxyurethane resin by polyaddition reaction of a compound having a 5-membered cyclic carbonate group and a compound having an amino group. In contrast, a production method capable of obtaining a thermoplastic polyhydroxyurethane resin having a sufficient molecular weight, and optimally a thermoplastic polyhydroxyurethane resin containing almost no non-volatile content, in a shorter time than in the conventional method. As a result, the present invention has been completed. In the present invention, as defined below, the liquid used in the step [2] is a reaction between the compound having a 5-membered cyclic carbonate group and the compound having an amino group in the step [1] performed before that. In this specification, the liquid prepared in step [1] is referred to as a “preliminary reaction liquid” because the liquid is a liquid in which a product (polymer) is partially mixed.

すなわち、上記の目的は、下記の本発明によって達成される。本発明は、
〔1〕5員環環状カーボネート基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物とを溶剤中で反応させて、重量平均分子量が3000以上20000以下の予備反応液(A)を得る工程[1]と、工程[1]で得た前記予備反応液(A)を、80〜180℃、10〜200torrの加熱減圧条件下に供給して、液膜の形成と脱揮による前記予備反応液(A)の基質の濃縮、さらなる重合及び脱溶剤を行ってポリヒドロキシウレタン樹脂を得る工程[2]とを有することを特徴とする熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法を提供する。
That is, the above object is achieved by the present invention described below. The present invention
[1] A step [1] of obtaining a preliminary reaction liquid (A) having a weight average molecular weight of 3000 to 20000 by reacting a compound having a 5-membered cyclic carbonate group with a compound having an amino group in a solvent. The preliminary reaction solution (A) obtained in the step [1] is supplied at 80 to 180 ° C. and 10 to 200 torr of heated and reduced pressure to form a liquid film and devolatilize the preliminary reaction solution (A). And a step [2] of obtaining a polyhydroxyurethane resin by concentration of the substrate, further polymerization and solvent removal, and a method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin.

本発明の好ましい形態としては、さらに、下記の要件を具備してなるものが挙げられる。
〔2〕前記工程[2]で、前記予備反応液(A)を、前記加熱減圧条件を実施する装置に連続的に供給する〔1〕に記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。
〔3〕前記工程[2]で得るポリヒドロキシウレタン樹脂が、不揮発分が99.0%以上である〔1〕又は〔2〕に記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。
〔4〕前記工程[2]で得るポリヒドロキシウレタン樹脂が、重量平均分子量が20000〜100000である〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。
〔5〕前記工程[2]で使用する前記加熱減圧条件を実施する装置が、薄膜蒸発装置である〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。
〔6〕前記5員環環状カーボネート基を有する化合物が、一般式(1)中のXが下記式(2)で表される構造群から選ばれるいずれかである〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。

Figure 2019019225
Figure 2019019225
(式中のRは、水素原子又はメチル基である。)

〔7〕前記5員環環状カーボネート基を有する化合物が、エポキシ化合物と二酸化炭素を原料として製造されたものであり、前記工程[2]で得られるポリヒドロキシウレタン化合物中の−O−CO−結合が、二酸化炭素由来のものである〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。 Preferred embodiments of the present invention further include those having the following requirements.
[2] The method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin according to [1], wherein in the step [2], the preliminary reaction liquid (A) is continuously supplied to an apparatus for carrying out the heating and decompression conditions.
[3] The method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin according to [1] or [2], wherein the polyhydroxyurethane resin obtained in the step [2] has a nonvolatile content of 99.0% or more.
[4] The method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin according to any one of [1] to [3], wherein the polyhydroxyurethane resin obtained in the step [2] has a weight average molecular weight of 20,000 to 100,000.
[5] The method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin according to any one of [1] to [4], wherein the apparatus for carrying out the heating and decompressing condition used in the step [2] is a thin film evaporation apparatus.
[6] The compound having a 5-membered cyclic carbonate group is any one of [1] to [5], wherein X in the general formula (1) is selected from the structural group represented by the following formula (2) The manufacturing method of the thermoplastic polyhydroxyurethane resin in any one.
Figure 2019019225
Figure 2019019225
(R in the formula is a hydrogen atom or a methyl group.)

[7] The compound having a 5-membered cyclic carbonate group is produced using an epoxy compound and carbon dioxide as raw materials, and the —O—CO— bond in the polyhydroxyurethane compound obtained in the step [2]. The method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin according to any one of [1] to [6], wherein is derived from carbon dioxide.

本発明の製造方法によれば、5員環環状カーボネート基を有する化合物とアミノ基を有する化合物との反応における、反応が終点に近づくにつれ反応速度が低下し、目的とする反応率や分子量を得るために長時間を要する、という従来技術の課題が改善され、上記反応を効率よく、短時間で行うことで、高分子量の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン化合物を合成することが可能になる。このため、本発明の製造方法によれば、生産に必要なエネルギーの低減を実現することができ、これに伴い製造時に発生する二酸化炭素量の低減も実現され、工業的な観点から製造経費を削減できるという顕著な効果が得られる。さらに、本発明の製造方法によれば、上記したように、反応の効率化の実現によって製造時に発生する二酸化炭素量の低減効果が得られることに加え、二酸化炭素を原料にした様々な5員環カーボネート化合物を用い、アミノ基を有する化合物と反応させることで、種々のポリヒドロキシウレタン樹脂を効率よく合成することができるので、省資源、環境保護に資する技術提供が可能になる。さらに、本発明の製造方法によって製造された熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂は、有用な環境対応型材料となり、これを用いた製品の価値を高める効果が期待できる。   According to the production method of the present invention, in the reaction of a compound having a 5-membered cyclic carbonate group and a compound having an amino group, the reaction rate decreases as the reaction approaches the end point, and the desired reaction rate and molecular weight are obtained. Therefore, it is possible to synthesize a high molecular weight thermoplastic polyhydroxyurethane compound by performing the above reaction efficiently and in a short time. For this reason, according to the production method of the present invention, it is possible to realize a reduction in energy required for production, and in accordance with this, a reduction in the amount of carbon dioxide generated during production is also realized. The remarkable effect that it can reduce is acquired. Furthermore, according to the production method of the present invention, as described above, in addition to obtaining an effect of reducing the amount of carbon dioxide generated during production by realizing the efficiency of the reaction, various five members using carbon dioxide as a raw material. By using a cyclic carbonate compound and reacting with a compound having an amino group, various polyhydroxyurethane resins can be efficiently synthesized, so that it is possible to provide technology that contributes to resource saving and environmental protection. Furthermore, the thermoplastic polyhydroxyurethane resin produced by the production method of the present invention is a useful environment-friendly material, and an effect of increasing the value of a product using the same can be expected.

次に、発明を実施するための好ましい形態を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。本発明の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法は、1分子中に少なくとも1個以上の5員環環状カーボネート基を有する化合物と、1分子中に少なくとも1個以上のアミノ基を有する化合物との重付加反応によりポリヒドロキシウレタン化合物を得る際に、下記のように構成したことを特徴とする。まず、工程[1]で、5員環環状カーボネート基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物とを溶剤中で反応させて、重量平均分子量が3000以上20000以下の予備反応液(A)を得る。そして、工程[2]で、工程[1]で得た予備反応液(A)を、80〜180℃、10〜200torrの加熱減圧条件下に供給して、液膜の形成と脱揮による予備反応液(A)の基質の濃縮、さらなる重合及び脱溶剤を行って、十分な分子量で、且つ、十分に脱溶剤されてなるポリヒドロキシウレタン樹脂を得る。本発明者らは、本発明の製造方法を、上記した工程[1]及び工程[2]で構成することで、5員環環状カーボネート基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物との反応の効率化が達成された理由を下記のように考えている。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments for carrying out the invention. The method for producing the thermoplastic polyhydroxyurethane resin of the present invention comprises a compound having at least one 5-membered cyclic carbonate group in one molecule and a compound having at least one amino group in one molecule. When a polyhydroxyurethane compound is obtained by a polyaddition reaction, it is configured as follows. First, in step [1], a compound having a 5-membered cyclic carbonate group and a compound having an amino group are reacted in a solvent to obtain a preliminary reaction liquid (A) having a weight average molecular weight of 3000 to 20000. . In Step [2], the preliminary reaction liquid (A) obtained in Step [1] is supplied under heating and reduced pressure conditions of 80 to 180 ° C. and 10 to 200 torr to form a preliminary by liquid film formation and devolatilization. Concentration of the substrate of the reaction solution (A), further polymerization, and solvent removal are performed to obtain a polyhydroxyurethane resin having a sufficient molecular weight and sufficient solvent removal. The inventors of the present invention comprise the production method of the present invention by the above-described steps [1] and [2], whereby the reaction between a compound having a 5-membered cyclic carbonate group and a compound having an amino group is performed. The reason why efficiency has been achieved is considered as follows.

上記工程[1]では、初期における高い反応速度を利用し、5員環環状カーボネート基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物と、溶剤とを、加熱・撹拌することで、部分的に反応した、重量平均分子量が3000以上20000以下の重合中間体である予備反応液(A)を調製する。そして、次の工程[2]で、上記工程[1]で得た予備反応液(A)を、80〜180℃、10〜200torrの加熱減圧条件下に供給することで、液膜の形成と、上記加熱減圧の状態での予備反応液(A)の濃縮、反応系から脱揮することで予備反応液(A)の基質濃度を高くし、これにより反応性が高くなることで、十分な分子量を有し、同時に脱溶剤されるので不揮発分が低減された熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂を効率的に製造することを可能にしたことを特徴とする。上記構成によって、従来の製造方法で課題となっていた、反応が終点に近づくにつれ反応性が低下し、長時間かかり、効率的な樹脂製造ができないとした課題が解決され、高分子量の不揮発分が低減された熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂を効率よく製造することができる。より具体的には、重量平均分子量が20000〜100000で、不揮発分が99.0%以上になる熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂を効率的に製造することが可能になる。   In the above step [1], by using a high reaction rate in the initial stage, a compound having a 5-membered cyclic carbonate group, a compound having an amino group, and a solvent were partially reacted by heating and stirring. A preliminary reaction liquid (A) which is a polymerization intermediate having a weight average molecular weight of 3000 to 20000 is prepared. Then, in the next step [2], the preliminary reaction liquid (A) obtained in the above step [1] is supplied under heating and decompression conditions of 80 to 180 ° C. and 10 to 200 torr, thereby forming a liquid film. The concentration of the pre-reaction solution (A) in the state of heating and decompression, and devolatilization from the reaction system can increase the substrate concentration of the pre-reaction solution (A), thereby increasing the reactivity. A thermoplastic polyhydroxyurethane resin having a molecular weight and simultaneously desolventized to reduce nonvolatile content can be efficiently produced. With the above configuration, the problem that the conventional manufacturing method has become a problem, the reactivity decreases as the reaction approaches the end point, takes a long time, and efficient resin production cannot be solved, and the high molecular weight nonvolatile content is solved. Can be efficiently produced. More specifically, it becomes possible to efficiently produce a thermoplastic polyhydroxyurethane resin having a weight average molecular weight of 20,000 to 100,000 and a non-volatile content of 99.0% or more.

上記したように、本発明の好ましい形態では、前記した予備反応液(A)を、連続的に、上記した加熱減圧条件下に供給して、液膜を形成させ加熱減圧により濃縮、脱揮を行うことで基質濃度を高くし、これによって反応性を高くする、本発明を特徴づける工程[2]を連続実施することで、目的とする高分子量の熱可塑性ポリヒドロキシウレタンの製造を、従来技術に比べて格段に効率よくすることを実現している。本発明で規定する工程[2]を実施するための装置としては、薄膜型蒸発機、薄膜真空蒸発装置、回転薄膜蒸発機と呼ばれる、加熱減圧することで、溶液や分散液から溶媒を除去することを目的とした装置をいずれも使用することができる。装置については後述する。   As described above, in a preferred embodiment of the present invention, the preliminary reaction liquid (A) described above is continuously supplied under the above-described heating and decompression conditions to form a liquid film, and concentrated and devolatilized by heating and decompression. By performing the step [2] characterizing the present invention, which increases the substrate concentration and thereby increases the reactivity, the production of the desired high molecular weight thermoplastic polyhydroxyurethane is achieved by the prior art. Compared to, it is realized to be much more efficient. The apparatus for carrying out the step [2] defined in the present invention is called a thin film evaporator, thin film vacuum evaporator, or rotating thin film evaporator, and removes the solvent from the solution or dispersion by heating and decompressing. Any device intended to do this can be used. The apparatus will be described later.

以下、本発明の製造方法における各構成について詳細に説明する。
本発明の製造方法によって得られる熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂は、1分子中に1個以上の5員環環状カーボネート基を有する化合物と、1分子中に1個以上のアミノ基を有する化合物をモノマー単位とし、その重付加反応により得られる。先述したが、下記に示すように5員環環状カーボネート基の開裂が2種類あるため、得られるヒドロキシウレタン化合物は、2種類の構造物が得られる。
Hereinafter, each structure in the manufacturing method of this invention is demonstrated in detail.
The thermoplastic polyhydroxyurethane resin obtained by the production method of the present invention is a monomer comprising a compound having one or more 5-membered cyclic carbonate groups in one molecule and a compound having one or more amino groups in one molecule. The unit is obtained by the polyaddition reaction. As described above, since there are two types of cleavage of the five-membered cyclic carbonate group as shown below, the resulting hydroxyurethane compound has two types of structures.

Figure 2019019225
Figure 2019019225

従って、例えば、2官能同士の化合物を反応させた場合の、2個の5員環環状カーボネート基を有する化合物と、2個のアミノ基を有するアミン化合物の重付加反応により得られる高分子樹脂は、下記式(4)〜(7)の4種類の化学構造が生じ、ランダムに存在すると考えられる。   Therefore, for example, when a bifunctional compound is reacted, a polymer resin obtained by polyaddition reaction of a compound having two 5-membered cyclic carbonate groups and an amine compound having two amino groups is It is considered that four types of chemical structures of the following formulas (4) to (7) are generated and exist at random.

Figure 2019019225
Figure 2019019225

〔工程[1]〕
本発明の製造方法では、工程[1]で、5員環環状カーボネート基を有する化合物(以下、環状カーボネート化合物と呼ぶ場合がある)と、アミノ基を有する化合物(以下、アミン化合物と呼ぶ場合がある)とを、溶剤中で反応させて、重量平均分子量が3000以上20000以下の予備反応液(A)を得る。
[Step [1]]
In the production method of the present invention, in step [1], a compound having a 5-membered cyclic carbonate group (hereinafter sometimes referred to as a cyclic carbonate compound) and a compound having an amino group (hereinafter sometimes referred to as an amine compound). To obtain a preliminary reaction liquid (A) having a weight average molecular weight of 3000 or more and 20000 or less.

工程[1]での環状カーボネート化合物とアミン化合物との反応の条件は、特に限定されないが、例えば、溶剤の存在下で、環状カーボネート化合物と、アミン化合物とを、およそ等当量の使用比率で、40〜120℃の温度で、0.5〜4時間反応させることで、予備反応液(A)を得ることができる。より好ましくは、80〜120℃の温度で、0.5〜3時間、さらには、0.5〜2時間程度反応させることで得られる。このようにして得られる予備反応液(A)は、環状カーボネート化合物とアミン化合物からなるポリヒドロキシウレタン化合物と、一部未反応の環状カーボネート化合物とアミン化合物及び溶剤の混合物である。   The conditions for the reaction between the cyclic carbonate compound and the amine compound in the step [1] are not particularly limited. For example, in the presence of a solvent, the cyclic carbonate compound and the amine compound are used at an equivalent ratio of about equivalent. A preliminary reaction liquid (A) can be obtained by reacting at a temperature of 40 to 120 ° C. for 0.5 to 4 hours. More preferably, it is obtained by reacting at a temperature of 80 to 120 ° C. for 0.5 to 3 hours, and further for 0.5 to 2 hours. The preliminary reaction liquid (A) thus obtained is a mixture of a polyhydroxyurethane compound comprising a cyclic carbonate compound and an amine compound, and a partially unreacted cyclic carbonate compound, an amine compound and a solvent.

Figure 2019019225
Figure 2019019225

本発明の製造方法の工程[1]で得る予備反応液(A)の重量平均分子量は、3000〜20000の範囲である。本発明者らの検討によれば、分子量が3000未満の場合には、次の工程[2]で、このような予備反応液(A)を用いた場合に、環状カーボネート化合物とアミン化合物とが反応しきれずに多く残り、薄膜状態にて加熱減圧下において除去されてしまうことにより当量比がずれてしまい、高分子量体が得られないことが生じる。   The weight average molecular weight of the preliminary reaction liquid (A) obtained in step [1] of the production method of the present invention is in the range of 3000 to 20000. According to the study by the present inventors, when the molecular weight is less than 3000, when such a preliminary reaction liquid (A) is used in the next step [2], the cyclic carbonate compound and the amine compound are A large amount remains unreacted and is removed under heating and reduced pressure in a thin film state, so that the equivalence ratio is shifted and a high molecular weight product cannot be obtained.

また、予備反応液(A)の分子量が20000超の場合には、予備反応液(A)を製造する際の反応時間が長くなることに加え、官能基の失活(副反応)により、次の工程[2]で、本発明で規定する加熱減圧条件下の工程を行っても、分子量が大きくなりにくく、工程[2]を実施することによって得られる効果が小さい。   Further, when the molecular weight of the preliminary reaction liquid (A) is more than 20000, the reaction time for producing the preliminary reaction liquid (A) is increased, and in addition, the functional group is deactivated (side reaction). In step [2], the molecular weight is hardly increased even when the step under the heating and decompressing conditions specified in the present invention is performed, and the effect obtained by carrying out step [2] is small.

以下に、工程[1]で用いる、5員環環状カーボネート基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物について説明する。
<環状カーボネート化合物>
本発明に使用される5員環環状カーボネート基を有する化合物は、特に制限がなく、1分子中に1個以上の5員環環状カーボネート基を有するものであれば、いずれも使用可能である。例えば、ベンゼン骨格、芳香族多環骨格、縮合多環芳香族骨格を持つ化合物や、脂肪族系や脂環式系の化合物を使用することができる。
Hereinafter, the compound having a 5-membered cyclic carbonate group and the compound having an amino group used in the step [1] will be described.
<Cyclic carbonate compound>
The compound having a 5-membered cyclic carbonate group used in the present invention is not particularly limited, and any compound having one or more 5-membered cyclic carbonate groups in one molecule can be used. For example, a compound having a benzene skeleton, an aromatic polycyclic skeleton, a condensed polycyclic aromatic skeleton, or an aliphatic or alicyclic compound can be used.

上記環状カーボネート化合物は、重合性等を考慮すると、2個以上の5員環環状カーボネート基を有する化合物であることが好ましく、一般式(1)中のXが下記式(2)で表される構造群から選ばれるいずれかの化合物であることが好ましい。   The cyclic carbonate compound is preferably a compound having two or more 5-membered cyclic carbonate groups in consideration of polymerizability and the like, and X in the general formula (1) is represented by the following formula (2). It is preferably any compound selected from the structural group.

Figure 2019019225
上記一般式(1)中のXは、以下の式(2)に示す構造のいずれかである。
Figure 2019019225
(式中のRは、水素原子又はメチル基を示す)
Figure 2019019225
X in the general formula (1) is one of the structures shown in the following formula (2).
Figure 2019019225
(Wherein R represents a hydrogen atom or a methyl group)

ベンゼン骨格、芳香族多環骨格、縮合多環芳香族骨格を持つ環状カーボネート基を有する化合物としては、以下の構造のものが例示される。なお、下記式中のRは、HまたはCH3である。

Figure 2019019225
Examples of the compound having a cyclic carbonate group having a benzene skeleton, an aromatic polycyclic skeleton, or a condensed polycyclic aromatic skeleton include the following structures. R in the following formula is H or CH 3 .
Figure 2019019225

脂肪族系や脂環式系の環状カーボネート化合物としては以下の化合物が例示される。なお、下記式中のRは、HまたはCH3である。

Figure 2019019225
Examples of the aliphatic and alicyclic cyclic carbonate compounds include the following compounds. R in the following formula is H or CH 3 .
Figure 2019019225

本発明で使用する上記に列挙したような環状カーボネート化合物は、エポキシ化合物と二酸化炭素との反応によって得ることが可能である。エポキシ化合物と二酸化炭素との反応により得られた環状カーボネート化合物を本発明のポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法において使用することで、得られたポリヒドロキシウレタン化合物は、そのウレタン結合中の−O−CO−構造部が二酸化炭素由来の成分となる。その構造中に二酸化炭素が固定化されたポリヒドロキシウレタン化合物は、環境問題に対応する材料として有用であることから、本発明の製造方法では、二酸化炭素を原料として用いられた環状カーボネート化合物を使用することが好ましい。   The cyclic carbonate compounds listed above for use in the present invention can be obtained by the reaction of an epoxy compound and carbon dioxide. By using the cyclic carbonate compound obtained by the reaction of the epoxy compound and carbon dioxide in the production method of the polyhydroxyurethane resin of the present invention, the obtained polyhydroxyurethane compound is -O-CO in the urethane bond. -The structural part is a component derived from carbon dioxide. Since the polyhydroxyurethane compound in which carbon dioxide is immobilized in its structure is useful as a material to cope with environmental problems, the production method of the present invention uses a cyclic carbonate compound using carbon dioxide as a raw material. It is preferable to do.

具体的には、下記のようにして得られた環状カーボネート化合物を使用することが好ましい。例えば、原材料であるエポキシ化合物を、触媒の存在下、0℃〜160℃の温度にて、大気圧〜1MPa程度に加圧した二酸化炭素雰囲気下で4〜24時間反応させる。この結果、二酸化炭素をエステル部位に固定化した環状カーボネート化合物を得ることができる。   Specifically, it is preferable to use a cyclic carbonate compound obtained as follows. For example, an epoxy compound as a raw material is reacted in the presence of a catalyst at a temperature of 0 ° C. to 160 ° C. in a carbon dioxide atmosphere pressurized to about atmospheric pressure to about 1 MPa for 4 to 24 hours. As a result, a cyclic carbonate compound in which carbon dioxide is immobilized at the ester moiety can be obtained.

Figure 2019019225
Figure 2019019225

エポキシ化合物と二酸化炭素との反応に使用される触媒としては、例えば、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウムなどのハロゲン化塩類や、4級アンモニウム塩が好ましいものとして挙げられる。その使用量は、原料のエポキシ化合物100質量部当たり1〜50質量部が好ましく、より好ましくは1〜20質量部である。また、これら触媒となる塩類の溶解性を向上させるために、トリフェニルホスフィンなどを同時に使用してもよい。   Examples of the catalyst used for the reaction between the epoxy compound and carbon dioxide include halogenated salts such as lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, and quaternary ammonium salts. Is preferable. The amount used is preferably 1 to 50 parts by mass, more preferably 1 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of the raw material epoxy compound. Further, triphenylphosphine or the like may be used at the same time in order to improve the solubility of salts serving as these catalysts.

エポキシ化合物と二酸化炭素の反応は、有機溶剤の存在下で行うこともできる。この際に用いる有機溶剤としては、前述の触媒を溶解するものであればいずれのものも使用可能である。具体的には、アミド系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤が、好ましい有機溶剤として挙げられる。   The reaction between the epoxy compound and carbon dioxide can also be performed in the presence of an organic solvent. Any organic solvent can be used as long as it dissolves the above-mentioned catalyst. Specifically, amide solvents, alcohol solvents, and ether solvents are preferable organic solvents.

上記したような、二酸化炭素を原料として合成された環状カーボネート化合物を使用して製造されたポリヒドロキシウレタン化合物は、その構造中に二酸化炭素が固定化された、−O−CO−結合を有したものとなる。二酸化炭素由来の−O−CO−結合(二酸化炭素の固定化量)のヒドロキシウレタン化合物中における含有量は、二酸化炭素の有効利用の立場からはできるだけ高くなる方がよいが、例えば、上記したような環状カーボネート化合物を用いることにより、ヒドロキシウレタン化合物の構造中に1〜40質量%の範囲で、二酸化炭素を含有させることができる。   As described above, the polyhydroxyurethane compound produced using the cyclic carbonate compound synthesized from carbon dioxide as a raw material has an —O—CO— bond in which carbon dioxide is immobilized in its structure. It will be a thing. The content of carbon dioxide-derived —O—CO— bonds (carbon dioxide immobilization amount) in the hydroxyurethane compound should be as high as possible from the standpoint of effective use of carbon dioxide. For example, as described above, By using such a cyclic carbonate compound, carbon dioxide can be contained in the range of 1 to 40% by mass in the structure of the hydroxyurethane compound.

<アミン化合物>
本発明において使用されるアミノ基を有する化合物としては、従来公知のいずれのものも使用できるが、2個以上のアミノ基を有する化合物を用いることが好ましい。例えば、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノヘキサン(ヘキサメチレンジアミン)、1,8−ジアミノオクタン、1,10−ジアミノデカン、1,12−ジアミノドデカンなどの鎖状脂肪族ポリアミン、ノルボルナンジアミン、1,3−(ビスアミノメチル)シクロヘキサンなどの環状脂肪族ポリアミン、キシリレンジアミンなどの芳香環を持つ脂肪族ポリアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどの芳香族ポリアミンが挙げられる。
<Amine compound>
As the compound having an amino group used in the present invention, any conventionally known compound can be used, but a compound having two or more amino groups is preferably used. For example, ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane (hexamethylenediamine), 1,8-diaminooctane, 1,10-diaminodecane, 1,12-diaminododecane Chain aliphatic polyamines such as, norbornanediamine, cyclic aliphatic polyamines such as 1,3- (bisaminomethyl) cyclohexane, aliphatic polyamines having aromatic rings such as xylylenediamine, fragrances such as metaphenylenediamine and diaminodiphenylmethane Group polyamines.

<溶剤>
環状カーボネート化合物とアミン化合物との反応に使用する溶剤は、使用する原料及び得られる化合物に対して不活性な有機溶剤であればいずれも使用可能である。好ましいものを例示すると、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、パークロルエチレン、トリクロルエチレン、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。反応濃度は30〜90%が好ましく、40〜80%がより好ましい。反応濃度が90%を超えると粘度が高くなり反応の制御が難しく、30%未満では溶剤量が増え長い工程時間を要するので好ましくない。
<Solvent>
Any solvent can be used as the solvent used for the reaction between the cyclic carbonate compound and the amine compound as long as the solvent is inert to the raw materials used and the compound obtained. Examples of preferred ones include methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ketone, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, acetone, cyclohexanone, tetrahydrofuran, dioxane, toluene, Xylene, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, perchlorethylene, trichloroethylene, methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol methyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, etc. It is done. The reaction concentration is preferably 30 to 90%, more preferably 40 to 80%. If the reaction concentration exceeds 90%, the viscosity becomes high and it is difficult to control the reaction.

環状カーボネート化合物は、常温では固体であり融点が高いことから、アミン化合物と反応するときに、上記に挙げたような溶剤を反応溶剤として使用し、溶剤中で上記反応をさせることで、短時間で均一に反応を制御して、予備反応液(A)や最終的な熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂を製造することができる。   Since the cyclic carbonate compound is solid at room temperature and has a high melting point, when reacting with an amine compound, the solvent mentioned above is used as a reaction solvent, and the reaction is carried out in the solvent for a short time. Thus, the preliminary reaction liquid (A) and the final thermoplastic polyhydroxyurethane resin can be produced by uniformly controlling the reaction.

<その他の成分>
環状カーボネート化合物とアミン化合物との反応は、特に触媒を使用せずに行うことができるが、反応を促進させるために、下記に挙げるような触媒の存在下で行うことも可能である。例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジアザビシクロウンデセン(DBU)トリエチレンジアミン(DABCO)、ピリジンなどの塩基性触媒、テトラブチル錫、ジブチル錫ジラウリレートなどのルイス酸触媒などが使用できる。これらの触媒の好ましい使用量は、反応に使用するカーボネート化合物とアミン化合物の総量(100質量部)に対して、0.01〜10質量部である。
<Other ingredients>
The reaction between the cyclic carbonate compound and the amine compound can be carried out without using a catalyst. However, in order to accelerate the reaction, it can also be carried out in the presence of a catalyst as listed below. For example, basic catalysts such as triethylamine, tributylamine, diazabicycloundecene (DBU) triethylenediamine (DABCO), pyridine, and Lewis acid catalysts such as tetrabutyltin and dibutyltin dilaurate can be used. The preferable usage-amount of these catalysts is 0.01-10 mass parts with respect to the total amount (100 mass parts) of the carbonate compound and amine compound which are used for reaction.

〔工程[2]〕
本発明の製造方法は、上記のようにして工程[1]で得た予備反応液(A)を、80〜180℃、10〜200torrの加熱減圧条件下に供給して、液膜の形成と脱揮による予備反応液(A)の基質の濃縮、さらなる重合及び脱溶剤を行って、十分に脱溶剤されてなるポリヒドロキシウレタン樹脂を得る工程[2]を有することを特徴とする。工程[2]における加熱減圧条件としては、温度は80〜170℃の範囲がより好ましく、圧力は10〜90torrがより好ましい。
[Step [2]]
In the production method of the present invention, the preliminary reaction liquid (A) obtained in the step [1] as described above is supplied under heating and decompression conditions of 80 to 180 ° C. and 10 to 200 torr to form a liquid film. It comprises a step [2] of obtaining a polyhydroxyurethane resin sufficiently desolvated by concentration of the substrate of the preliminary reaction liquid (A) by devolatilization, further polymerization and desolvation. As heating and decompression conditions in the step [2], the temperature is more preferably in the range of 80 to 170 ° C., and the pressure is more preferably 10 to 90 torr.

さらに、工程[1]で得た予備反応液(A)の供給を連続的に行うことで、上記した加熱減圧条件下で行う工程[2]が連続的に実施され、その結果、高分子量で、脱溶剤がされた不揮発分が高い熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂を、連続して効率的に製造される。本発明では、工程[2]を連続的に実施できる装置である、下記で説明する薄膜蒸発装置を利用することが好ましい。   Further, by continuously supplying the preliminary reaction liquid (A) obtained in the step [1], the step [2] performed under the above-described heating and decompression conditions is continuously performed. The thermoplastic polyhydroxyurethane resin having a high non-volatile content after solvent removal is continuously and efficiently produced. In the present invention, it is preferable to use a thin film evaporation apparatus described below, which is an apparatus capable of continuously performing the step [2].

<薄膜蒸発装置>
本発明において、工程[1]で得た予備反応液(A)から、高分子量で揮発分(溶剤分)の少ない熱可塑性ポリヒドロキシウレタンを得る方法としては、本発明で規定する、予備反応液(A)を80〜180℃、10〜200torrの加熱減圧条件の範囲内であれば、工業的に実現可能な範囲で特に制限なく種々の具体的方式を用いることができる。具体例としては、円筒形の蒸発塔の内壁にワイパーによって溶液の液膜を形成させる方式、平板状または円筒状の蒸発機に原料の自然流下によって溶液の液膜を形成させる方式、撹拌機に接続された単管から、撹拌時の遠心力により反応液を管壁へ吐出し、反応機管壁で溶液の液膜を形成させる方式等を挙げることができる。
<Thin film evaporator>
In the present invention, as a method for obtaining thermoplastic polyhydroxyurethane having a high molecular weight and a low volatile content (solvent content) from the preliminary reaction solution (A) obtained in the step [1], the preliminary reaction solution defined in the present invention is used. As long as (A) is within the range of 80 to 180 ° C. and 10 to 200 torr of heating and decompressing conditions, various specific methods can be used without particular limitation within a range that can be industrially realized. Specific examples include a method of forming a liquid film of a solution by a wiper on the inner wall of a cylindrical evaporation tower, a method of forming a liquid film of a solution by a natural flow of a raw material on a flat or cylindrical evaporator, and a stirrer A method of discharging a reaction solution from a connected single tube to a tube wall by centrifugal force during stirring and forming a liquid film of the solution on the reactor tube wall can be exemplified.

本発明において形成される予備反応液(A)の液膜の厚さは、反応溶剤の蒸発・脱揮が促進され、効率よく脱溶剤することができるため、薄い方が好ましい。具体的には、上記液膜の厚さは、0.1〜5mm程度であることが好ましく、より好ましくは、0.1〜2mm程度である。   The thickness of the liquid film of the preliminary reaction liquid (A) formed in the present invention is preferably thinner because evaporation and devolatilization of the reaction solvent are promoted and the solvent can be efficiently removed. Specifically, the thickness of the liquid film is preferably about 0.1 to 5 mm, and more preferably about 0.1 to 2 mm.

本発明で規定する、80〜180℃、10〜200torrの加熱減圧条件下で、液膜を形成し、脱揮させることにより基質の濃縮を行い、さらに重合及び脱溶剤を行って十分に脱溶剤されてなるポリヒドロキシウレタン樹脂を得る方法とは、具体的には、下記のような方法を意味している。上記した、反応溶剤と、環状カーボネート化合物とアミン化合物との反応物と、一部未反応の環状カーボネート化合物とアミン化合物の混合物からなる予備反応液(A)で液膜を形成し、加熱することにより揮発分を除去、すなわち、蒸発、脱揮等させる(本発明では、これを「薄膜蒸発」と呼ぶ)のに用いられている装置(本発明では、これを「薄膜型蒸発機」という)を使用する方法が挙げられる。上記装置としては、本発明で規定する工程[2]を工業的に実現可能な範囲で特に制限なく種々の具体的装置を用いることができる。具体例としては、神鋼環境ソリューション社製の、ワイプレン(商品名)やエクセバ(商品名)、日立製作所社製の、コントロ(商品名、縦型・横型)及び傾斜翼コントロ(商品名)、桜製作所社製の、ハイエバポレーター(商品名)、関西化学機械社製の、ウォールウェッター(商品名)等が挙げられるがこの限りではない。また、揮発させた溶剤は凝縮させて回収することができる。生じた揮発分の凝縮形式としては、薄膜型蒸発機外部に凝縮部を有する外部コンデンサー方式、薄膜型蒸発機内部に凝縮部を有する内部コンデンサー方式のいずれも用いることができる。   Under the heating and decompression conditions of 80 to 180 ° C. and 10 to 200 torr as defined in the present invention, a liquid film is formed, the substrate is concentrated by devolatilization, and further polymerization and solvent removal are performed to sufficiently remove the solvent. Specifically, the method for obtaining the polyhydroxyurethane resin means the following method. Forming a liquid film with the above-described reaction solvent, a reaction product of a cyclic carbonate compound and an amine compound, and a pre-reaction solution (A) comprising a mixture of a partially unreacted cyclic carbonate compound and an amine compound, and heating. The apparatus used for removing volatile components by e.g., evaporating, devolatilizing, etc. (in the present invention, this is referred to as “thin film evaporation”) (in the present invention, this is referred to as “thin film evaporator”) The method of using is mentioned. As the apparatus, various specific apparatuses can be used without particular limitation as long as the step [2] defined in the present invention can be industrially realized. Specific examples include Wiperen (trade name) and Exeva (trade name) manufactured by Shinko Environmental Solutions, Contro (trade name, vertical / horizontal) and Inclined Wing Contro (trade name), Sakura, manufactured by Hitachi, Ltd. Examples include, but are not limited to, a high evaporator (trade name) manufactured by Seisakusho Co., Ltd. and a wall wetter (trade name) manufactured by Kansai Chemical Machinery Co., Ltd. The volatilized solvent can be condensed and recovered. As a form of condensation of the generated volatile matter, either an external condenser system having a condensing part outside the thin film evaporator or an internal condenser system having a condensing part inside the thin film evaporator can be used.

工程[2]では、前記した工程[1]で得た予備反応液(A)を、上記に挙げたような、例えば、加熱減圧条件を実施する装置に供給し、好ましくは連続的に供給し、予備反応液(A)の液膜を形成させ、上記液を濃縮し、反応基質濃度を上昇させ、これにより反応促進させて高分子量の熱可塑性ポリヒドロキシウレタンを得る。本発明では、この工程[2]の少なくとも一部を、耐蝕材料を使用した装置を用いて実施することが好ましい。本発明においては、上記した薄膜蒸発に用いられる装置は、耐蝕材料を使用したものであることが好ましい。蒸発機の材質は、SUS成分、グラス成分、テフロン(登録商標)成分等の任意の成分からなる材料を、単独又は組み合わせて用いることができるが、上記したように、耐蝕材料であることが好ましい。しかし、特にこの限りではない。   In step [2], the preliminary reaction liquid (A) obtained in step [1] described above is supplied to, for example, a device that performs heating and decompression conditions as described above, preferably continuously. Then, a liquid film of the preliminary reaction liquid (A) is formed, and the liquid is concentrated to increase the concentration of the reaction substrate, thereby promoting the reaction to obtain a high molecular weight thermoplastic polyhydroxyurethane. In the present invention, it is preferable that at least a part of the step [2] is performed using an apparatus using a corrosion-resistant material. In the present invention, it is preferable that the apparatus used for the above-described thin film evaporation uses a corrosion-resistant material. The material of the evaporator can be a material composed of an arbitrary component such as a SUS component, a glass component, a Teflon (registered trademark) component or the like, but is preferably a corrosion-resistant material as described above. . However, this is not particularly true.

先に挙げた公知の「薄膜型蒸発機」では、その操作条件に、必要に応じて各種の条件が適用できる。例えば、一般的には、50〜250℃の温度、0.1〜760torrの圧力の範囲内で操作条件を選択することができる。除去する揮発性成分の沸点が高い場合において、効率よく除去が可能である条件としては、例えば、100〜200℃の温度、0.1〜200torrの圧力が好ましく用いられている。   In the known “thin film evaporator” mentioned above, various conditions can be applied to the operation conditions as necessary. For example, generally, the operating conditions can be selected within the range of a temperature of 50 to 250 ° C. and a pressure of 0.1 to 760 torr. In the case where the boiling point of the volatile component to be removed is high, for example, a temperature of 100 to 200 ° C. and a pressure of 0.1 to 200 torr are preferably used as conditions for efficient removal.

本発明の製造方法では、工程[2]を本発明で規定する加熱減圧条件下で行う必要がある。従って、前記した「薄膜型蒸発機」における操作条件は、温度範囲を、80℃以上180℃以下、好ましくは80℃以上170℃以下とし、また、その圧力条件を、10〜200torr、好ましくは、10〜90torrとする。上記薄膜蒸発の際の温度を180℃超と高くすると、工程[2]で分解反応が起こり、得られる熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の分子量が高くならない。また、先に述べたように、予備反応液(A)には、未反応のアミノ基が残っていることから、温度を180℃超と高くすると、材質が腐食したりする。従って、分解反応を起こさずに、高分子量のポリヒドロキシウレタン樹脂を得るためには、上記薄膜蒸発の際の温度を180℃以下、好ましくは170℃以下にする。また、圧力が200torrを超えると、工程[2]で、薄膜型蒸発機内に予備反応液(A)が滞留している間(以下、「滞留時間」という)に、溶剤が十分に除去されず、最終的に目的とする十分に脱溶剤された、例えば、不揮発分99.0%以上の樹脂にならない。十分に脱溶剤されていない場合は、そのまま熱可塑性材料として用いることができない。一方、圧力が10torr未満では、溶剤が蒸発し、粘度が高くなり、薄膜化しにくくなる。本発明者らの検討によれば、薄膜蒸発の際に、必要に応じて、窒素、アルゴン等の不活性ガスの少量のガス成分を蒸発機内に供給することにより、揮発した成分を効率よく除去することができるので、このように構成することが好ましい。   In the production method of the present invention, it is necessary to perform step [2] under the heating and decompression conditions specified in the present invention. Therefore, the operating conditions in the above-mentioned “thin film evaporator” are a temperature range of 80 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or higher and 170 ° C. or lower, and a pressure condition of 10 to 200 torr, 10 to 90 torr. If the temperature at the time of thin film evaporation is higher than 180 ° C., a decomposition reaction occurs in step [2], and the molecular weight of the resulting thermoplastic polyhydroxyurethane resin does not increase. Further, as described above, since the unreacted amino group remains in the preliminary reaction liquid (A), when the temperature is increased to over 180 ° C., the material is corroded. Therefore, in order to obtain a high molecular weight polyhydroxyurethane resin without causing a decomposition reaction, the temperature during the thin film evaporation is set to 180 ° C. or lower, preferably 170 ° C. or lower. When the pressure exceeds 200 torr, the solvent is not sufficiently removed in the step [2] while the preliminary reaction liquid (A) is retained in the thin film evaporator (hereinafter referred to as “residence time”). Finally, the desired fully desolvated solvent such as a non-volatile resin of 99.0% or more is not obtained. If the solvent is not sufficiently removed, it cannot be used as a thermoplastic material as it is. On the other hand, when the pressure is less than 10 torr, the solvent evaporates, the viscosity becomes high, and it becomes difficult to form a thin film. According to the study by the present inventors, when the thin film is evaporated, if necessary, a small amount of a gas component of an inert gas such as nitrogen or argon is supplied into the evaporator to efficiently remove the volatilized component. Therefore, it is preferable to configure in this way.

また、上記滞留時間は、装置の状況や設定温度、圧力等により変化するものであり、時間そのものを規定することは難しい。しかし、予備反応液(A)の供給速度、減圧度、設定温度等を調整することによりある程度の調整ができ、また、使用した溶剤と樹脂の留出速度を調整することによってもバランスをとることができる。その結果、滞留時間をより短くすることができ、工程[1]で、溶剤中で使用した原料の環状カーボネート化合物とアミン化合物とから、不揮発分が、例えば、99.0%以上と高い熱可塑性のポリヒドロキシウレタン樹脂を得るまでにかかる反応時間(以下、「総工程時間」という)をより短くすることが可能になる。本発明の製造方法によって達成できる、「総工程時間」の短時間化は、電力等を使用する際に発生する二酸化炭素量が少なくなることを意味しており、本発明の製造方法は、樹脂原料に二酸化炭素を利用できることに加えて、この点でも温室効果ガスの排出量の低減に寄与できる有用な方法である。   The residence time varies depending on the state of the apparatus, the set temperature, the pressure, etc., and it is difficult to define the time itself. However, it can be adjusted to some extent by adjusting the supply rate of the preliminary reaction liquid (A), the degree of pressure reduction, the set temperature, etc., and it can also be balanced by adjusting the distillation rate of the solvent and resin used. Can do. As a result, the residence time can be further shortened, and the thermoplastic content of the raw material cyclic carbonate compound and amine compound used in the solvent in step [1] is high, for example, 99.0% or more. It is possible to further shorten the reaction time (hereinafter referred to as “total process time”) required to obtain the polyhydroxyurethane resin. The shortening of the “total process time” that can be achieved by the production method of the present invention means that the amount of carbon dioxide generated when using electric power or the like is reduced, and the production method of the present invention is a resin In addition to being able to use carbon dioxide as a raw material, this is also a useful method that can contribute to the reduction of greenhouse gas emissions.

次に、製造例、合成例、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の例における「部」及び「%」は特に断りのない限り質量基準である。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to production examples, synthesis examples, examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples, “part” and “%” are based on mass unless otherwise specified.

<環状カーボネート化合物の製造>
[製造例1:環状カーボネート化合物(I)の合成]
エポキシ当量187のビスフェノールA型エポキシ樹脂〔エポトート YD−128(商品名)、新日鉄住金化学社製〕100部と、ヨウ化ナトリウム(和光純薬社製)20部と、N−メチル−2−ピロリドン150部とを、撹拌装置及び大気解放口のある還流器を備えた反応容器内に仕込んだ。次いで、撹拌しながら二酸化炭素を連続して吹き込み、100℃にて10時間の反応を行った。その後、反応液に300部の水を加え、生成物を析出させ、ろ別した。得られた白色粉末をトルエンにて再結晶を行い、白色の粉末52部(収率42%)を得た。
<Production of cyclic carbonate compound>
[Production Example 1: Synthesis of cyclic carbonate compound (I)]
100 parts of a bisphenol A type epoxy resin having an epoxy equivalent of 187 [Epototo YD-128 (trade name), manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.], 20 parts of sodium iodide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and N-methyl-2-pyrrolidone 150 parts were charged into a reaction vessel equipped with a stirrer and a refluxer with an atmosphere opening. Subsequently, carbon dioxide was continuously blown in with stirring, and the reaction was performed at 100 ° C. for 10 hours. Thereafter, 300 parts of water was added to the reaction solution to precipitate the product, which was filtered off. The obtained white powder was recrystallized from toluene to obtain 52 parts of white powder (yield 42%).

得られた粉末を、IR(FT/IR−350、日本分光社製、他も同様の装置で測定)にて分析したところ、910cm-1付近の原材料エポキシ由来のピークは消失しており、1800cm-1付近に原材料には存在しないカーボネート基のカルボニル由来のピークが確認された。また、HPLC〔LC−2000(商品名)、日本分光社製、カラム:FinePakSIL C18−T5、移動相:アセトニトリル+水〕による分析の結果、原材料のピークは消失し、高極性側に新たなピークが出現し、その純度は98%であった。また、DSC(示差走査熱量)測定の結果、融点は178℃であり、融点の範囲は±5℃であった。 When the obtained powder was analyzed by IR (FT / IR-350, manufactured by JASCO Corp., others measured with the same apparatus), the peak derived from the raw material epoxy in the vicinity of 910 cm −1 disappeared, and 1800 cm A peak derived from a carbonyl of a carbonate group that was not present in the raw material was observed near -1 . Moreover, as a result of analysis by HPLC [LC-2000 (trade name), manufactured by JASCO Corporation, column: FinePakSIL C18-T5, mobile phase: acetonitrile + water], the peak of the raw material disappeared, and a new peak was observed on the high polarity side. Appeared and its purity was 98%. As a result of DSC (Differential Scanning Calorimetry) measurement, the melting point was 178 ° C., and the melting point range was ± 5 ° C.

以上のことから、上記で得た白色粉末は、エポキシ基と二酸化炭素との反応により環状カーボネート基が導入された、下記式で表される構造の化合物と確認された。以下、これを化合物(I)と呼ぶ。この化合物(I)の化学構造中に二酸化炭素由来の成分が占める割合は、20.5%(計算値)であった。   From the above, it was confirmed that the white powder obtained above was a compound having a structure represented by the following formula in which a cyclic carbonate group was introduced by a reaction between an epoxy group and carbon dioxide. Hereinafter, this is referred to as Compound (I). The proportion of the component derived from carbon dioxide in the chemical structure of this compound (I) was 20.5% (calculated value).

Figure 2019019225
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[製造例2:環状カーボネート化合物(II)の合成]
製造例1で使用したエポキシ化合物の替わりに、エポキシ当量138のネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル〔デナコールEX211(商品名)、ナガセケムテックス社製〕を用いた以外は、製造例1と同様の方法で製造した。得られた環状カーボネート化合物はオイル状であり、IRにて分析したところ、910cm-1付近の原材料エポキシ由来のピークは消失しており、1800cm-1付近に原材料には存在しないカーボネート基のカルボニル由来のピークが確認された。また、製造例1で行ったと同様の条件でHPLCによる分析をした結果、原材料のピークは消失し、高極性側に新たなピークが出現し、その純度は97%であった。
[Production Example 2: Synthesis of cyclic carbonate compound (II)]
Instead of the epoxy compound used in Production Example 1, neopentyl glycol diglycidyl ether having an epoxy equivalent of 138 (Denacol EX211 (trade name), manufactured by Nagase ChemteX Corporation) was used in the same manner as in Production Example 1. Manufactured. The obtained cyclic carbonate compound was oily and analyzed by IR. As a result, the peak derived from the raw material epoxy near 910 cm −1 disappeared, and the carbonate group derived from carbonyl of the carbonate group not present in the raw material near 1800 cm −1. The peak of was confirmed. As a result of analyzing by HPLC under the same conditions as in Production Example 1, the peak of the raw material disappeared, a new peak appeared on the high polarity side, and the purity was 97%.

以上のことから、この物質は、エポキシ基と二酸化炭素との反応により環状カーボネート基が導入された、下記式で表される構造の化合物と確認された。以下、このオイル状の化合物を、化合物(II)と呼ぶ。この化合物(II)の化学構造中に二酸化炭素由来の成分が占める割合は、24.2%(計算値)であった。   From the above, this substance was confirmed to be a compound having a structure represented by the following formula in which a cyclic carbonate group was introduced by a reaction between an epoxy group and carbon dioxide. Hereinafter, this oily compound is referred to as compound (II). The proportion of the component derived from carbon dioxide in the chemical structure of this compound (II) was 24.2% (calculated value).

Figure 2019019225
Figure 2019019225

<予備反応液(A)の合成>
[合成例1:予備反応液(A−1)の合成]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、環状カーボネート化合物として製造例1で得た化合物(I)を78.7部、アミン化合物としてヘキサメチレンジアミン(略記:HMD、旭化成ケミカルズ社製、以下同様)を21.3部、さらに、反応溶剤としてN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を100部加えた。そして、100℃の温度で撹拌しながら、0.5時間反応を行い、予備反応液(A−1)を得た。
<Synthesis of preliminary reaction liquid (A)>
[Synthesis Example 1: Synthesis of preliminary reaction solution (A-1)]
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux opening with an air opening, 78.7 parts of compound (I) obtained in Production Example 1 as a cyclic carbonate compound and hexamethylenediamine (abbreviation: HMD, Asahi Kasei) as an amine compound 21.3 parts of Chemicals, the same applies hereinafter) and 100 parts of N, N-dimethylformamide (DMF) as a reaction solvent were added. And it stirred for 0.5 hour, stirring at the temperature of 100 degreeC, and obtained the preliminary reaction liquid (A-1).

得られた予備反応液(A−1)について、N,N−ジメチルホルムアミドを移動相としたGPC測定〔GPC−8220(商品名)、東ソー社製、カラム:SuperAW2500+AW3000+AW4000+AW5000〕をしたところ、その重量平均分子量は、5000(ポリスチレン換算)であった。また、得られた予備反応液(A−1)をIRにて分析したところ、1760cm-1付近にウレタン結合のカルボニル基由来の吸収が確認された。このことによって、反応容器内に、重合物と未反応物が共存していることが確認できる。なお、下記の他の合成例でも同様のことがいえる。 The obtained preliminary reaction liquid (A-1) was subjected to GPC measurement using N, N-dimethylformamide as a mobile phase [GPC-8220 (trade name), manufactured by Tosoh Corporation, column: SuperAW2500 + AW3000 + AW4000 + AW5000]. The molecular weight was 5000 (polystyrene conversion). Moreover, when the obtained preliminary reaction liquid (A-1) was analyzed by IR, the absorption derived from the urethane bond carbonyl group was confirmed by 1760cm < -1 > vicinity. By this, it can confirm that a polymer and an unreacted substance coexist in the reaction container. The same applies to the other synthesis examples described below.

[合成例2:予備反応液(A−2)の合成]
0.5時間であった合成例1の反応時間を1時間にした以外は、合成例1と同様に行って、予備反応液(A−2)を得た。得られた予備反応液(A−2)の重量平均分子量は、9500(ポリスチレン換算)であった。また、得られた予備反応液(A−2)をIRにて分析したところ、1760cm-1付近にウレタン結合のカルボニル基由来の吸収が確認された。
[Synthesis Example 2: Synthesis of preliminary reaction liquid (A-2)]
A preliminary reaction liquid (A-2) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the reaction time of Synthesis Example 1 which was 0.5 hour was changed to 1 hour. The obtained preliminary reaction liquid (A-2) had a weight average molecular weight of 9500 (in terms of polystyrene). Moreover, when the obtained preliminary reaction liquid (A-2) was analyzed by IR, the absorption derived from the carbonyl group of a urethane bond was confirmed by 1760 cm < -1 > vicinity.

[合成例3:予備反応液(A−3)の合成]
0.5時間であった合成例1の反応時間を2時間にした以外は、合成例1と同様に行って予備反応液(A−3)を得た。得られた予備反応液(A−3)の重量平均分子量は、17000(ポリスチレン換算)であった。また、得られた予備反応液(A−3)をIRにて分析したところ、1760cm-1付近にウレタン結合のカルボニル基由来の吸収が確認された。
[Synthesis Example 3: Synthesis of Preliminary Reaction Solution (A-3)]
A preliminary reaction liquid (A-3) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the reaction time of Synthesis Example 1 which was 0.5 hour was changed to 2 hours. The obtained preliminary reaction liquid (A-3) had a weight average molecular weight of 17000 (polystyrene conversion). Moreover, when the obtained preliminary reaction liquid (A-3) was analyzed by IR, the absorption derived from the urethane bond carbonyl group was confirmed by 1760cm < -1 > vicinity.

[合成例4:予備反応液(A−4)の合成]
合成例1で使用した化合物(I)を68.2部、合成例1で使用したヘキサメチレンジアミンの替わりにドデカジアミン(小倉合成社製)を31.8部用いた以外は、合成例1と同様にして、予備反応液(A−4)を得た。得られた予備反応液(A−4)の重量平均分子量は、6000(ポリスチレン換算)であった。また、得られた予備反応液(A−4)をIRにて分析したところ、1760cm-1付近にウレタン結合のカルボニル基由来の吸収が確認された。
[Synthesis Example 4: Synthesis of Preliminary Reaction Solution (A-4)]
Synthetic Example 1 except that 68.2 parts of Compound (I) used in Synthetic Example 1 and 31.8 parts of dodecadiamine (manufactured by Kokura Synthesis Co., Ltd.) were used instead of hexamethylenediamine used in Synthetic Example 1. Similarly, a preliminary reaction liquid (A-4) was obtained. The obtained preliminary reaction liquid (A-4) had a weight average molecular weight of 6000 (polystyrene conversion). Moreover, when the obtained preliminary reaction liquid (A-4) was analyzed by IR, the absorption derived from the urethane bond carbonyl group was confirmed by 1760cm < -1 > vicinity.

[合成例5:予備反応液(A−5)の合成]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、環状カーボネート化合物として、製造例1で得た化合物(I)を38.6部と、製造例2で得た化合物(II)を38.6部とを用い、アミン化合物としてヘキサメチレンジアミンを23.4部、さらに、反応溶剤として、N,N−ジメチルホルムアミドを100部加えた。そして、100℃の温度で撹拌しながら、0.5時間反応を行って、予備反応液(A−5)を得た。得られた予備反応液(A−5)の重量平均分子量は、5500(ポリスチレン換算)であった。また、得られた予備反応液(A−5)をIRにて分析したところ、1760cm-1付近にウレタン結合のカルボニル基由来の吸収が確認された。
[Synthesis Example 5: Synthesis of preliminary reaction solution (A-5)]
As a cyclic carbonate compound, 38.6 parts of compound (I) obtained in Production Example 1 and compound (II) obtained in Production Example 2 were placed in a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux vessel with an air opening. 38.6 parts, 23.4 parts of hexamethylenediamine as an amine compound, and 100 parts of N, N-dimethylformamide as a reaction solvent were added. And it reacted for 0.5 hour, stirring at the temperature of 100 degreeC, and obtained the preliminary reaction liquid (A-5). The obtained preliminary reaction liquid (A-5) had a weight average molecular weight of 5500 (in terms of polystyrene). Moreover, when the obtained preliminary reaction liquid (A-5) was analyzed by IR, the absorption derived from the carbonyl group of the urethane bond was confirmed by 1760 cm < -1 > vicinity.

[合成例6:予備反応液(A−6)の合成]
合成例1の反応温度を80℃にした以外は、合成例1と同様にして予備反応液(A−6)を得た。得られた予備反応液(A−6)の重量平均分子量は、2300(ポリスチレン換算)であり、本発明で規定するよりも重量平均分子量が小さかった。また、得られた予備反応液(A−6)をIRにて分析したところ、1760cm-1付近にウレタン結合のカルボニル基由来の吸収が確認された。
[Synthesis Example 6: Synthesis of preliminary reaction solution (A-6)]
A preliminary reaction liquid (A-6) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the reaction temperature in Synthesis Example 1 was changed to 80 ° C. The obtained preliminary reaction liquid (A-6) had a weight average molecular weight of 2300 (in terms of polystyrene) and was smaller than that defined in the present invention. Moreover, when the obtained preliminary reaction liquid (A-6) was analyzed by IR, the absorption derived from the carbonyl group of the urethane bond was confirmed by 1760 cm < -1 > vicinity.

[合成例7:予備反応液(A−7)の合成]
0.5時間であった合成例1の反応時間を8時間にした以外は、合成例1と同様に行って、予備反応液(A−7)を得た。得られた予備反応液(A−7)の重量平均分子量は、24000(ポリスチレン換算)であり、本発明で規定するよりも重量平均分子量が大きかった。また、得られた予備反応液(A−7)をIRにて分析したところ、1760cm-1付近にウレタン結合のカルボニル基由来の吸収が確認された。
[Synthesis Example 7: Synthesis of preliminary reaction solution (A-7)]
A preliminary reaction liquid (A-7) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the reaction time of Synthesis Example 1 which was 0.5 hour was changed to 8 hours. The obtained preliminary reaction liquid (A-7) had a weight average molecular weight of 24000 (in terms of polystyrene) and was larger than that defined in the present invention. Moreover, when the obtained preliminary reaction liquid (A-7) was analyzed by IR, the absorption derived from the carbonyl group of the urethane bond was confirmed by 1760 cm < -1 > vicinity.

Figure 2019019225
Figure 2019019225

<熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造>
[実施例1]
高粘度液用の薄膜型蒸発機であるエクセバ(登録商標)EX−02(神鋼環境ソリューション社製)を用い、合成例1で得た予備反応液(A−1)を供給し、130℃、50torrの加熱減圧の条件下で、液膜の形成と脱揮による予備反応液の基質の濃縮、さらなる重合及び脱溶剤を行って、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。より具体的には、上記装置内で、予備反応液(A−1)からなる2mm程度の厚みの液膜を形成させて、脱揮して予備反応液(A−1)の基質の濃縮、さらなる重合及び脱溶剤して、樹脂の重合と反応溶媒の留去を行った。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は99.8%と高く、重量平均分子量は28000で、十分な分子量を有していた。予備反応液(A−1)の滞留時間は、25分であった。
<Manufacture of thermoplastic polyhydroxyurethane resin>
[Example 1]
Using Exeva (registered trademark) EX-02 (manufactured by Shinko Environmental Solution Co., Ltd.), which is a thin film evaporator for high viscosity liquid, supplying the preliminary reaction liquid (A-1) obtained in Synthesis Example 1, Under conditions of 50 torr of heat and reduced pressure, formation of a liquid film and concentration of the substrate of the preliminary reaction solution by devolatilization, further polymerization and desolvation were performed to obtain a polyhydroxyurethane resin melted from the outlet. More specifically, in the apparatus, a liquid film having a thickness of about 2 mm made of the preliminary reaction liquid (A-1) is formed, and devolatilized to concentrate the substrate of the preliminary reaction liquid (A-1), Further polymerization and solvent removal were performed to polymerize the resin and distill off the reaction solvent. The obtained polyhydroxyurethane resin had a high non-volatile content of 99.8%, a weight average molecular weight of 28,000, and had a sufficient molecular weight. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-1) was 25 minutes.

[実施例2]
実施例1で使用した予備反応液(A−1)を、合成例2で得た予備反応液(A−2)にした以外は、実施例1と同様にして、工程[2]を実施し、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は99.7%と高く、重量平均分子量は31000で、十分な分子量を有していた。予備反応液(A−2)の滞留時間は、25分であった。
[Example 2]
Step [2] was carried out in the same manner as in Example 1 except that the preliminary reaction solution (A-1) used in Example 1 was changed to the preliminary reaction solution (A-2) obtained in Synthesis Example 2. A molten polyhydroxyurethane resin was obtained from the outlet. The obtained non-volatile content of the polyhydroxyurethane resin was as high as 99.7%, the weight average molecular weight was 31,000, and it had a sufficient molecular weight. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-2) was 25 minutes.

[実施例3]
実施例1で使用した予備反応液(A−1)を、合成例3で得た予備反応液(A−3)にした以外は、実施例1と同様にして、工程[2]を実施し、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は99.7%と高く、重量平均分子量は47000で、十分な分子量を有していた。予備反応液(A−3)の滞留時間は、25分であった。
[Example 3]
Step [2] was carried out in the same manner as in Example 1 except that the preliminary reaction solution (A-1) used in Example 1 was changed to the preliminary reaction solution (A-3) obtained in Synthesis Example 3. A molten polyhydroxyurethane resin was obtained from the outlet. The obtained non-volatile content of the polyhydroxyurethane resin was as high as 99.7%, the weight average molecular weight was 47,000, and the molecular weight was sufficient. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-3) was 25 minutes.

[実施例4]
実施例1で使用した薄膜型蒸発機エクセバの条件を、130℃、20torrと、実施例1の場合よりもより低圧にした以外は実施例1と同様にして、工程[2]を実施し、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は99.9%と高く、重量平均分子量は34000で、十分な分子量を有していた。予備反応液(A−1)の滞留時間は、30分であった。
[Example 4]
The process [2] was carried out in the same manner as in Example 1, except that the conditions of the thin-film evaporator Exeva used in Example 1 were 130 ° C. and 20 torr, and the pressure was lower than that in Example 1. A molten polyhydroxyurethane resin was obtained from the outlet. The obtained non-volatile content of the polyhydroxyurethane resin was as high as 99.9%, the weight average molecular weight was 34,000, and it had a sufficient molecular weight. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-1) was 30 minutes.

[実施例5]
実施例1で使用した薄膜型蒸発機エクセバの条件を、150℃、50torrと、実施例1の場合よりもより高温に変えた以外は実施例1と同様にして、工程[2]を実施し、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は99.8%と高く、重量平均分子量は29000で、十分な分子量を有していた。予備反応液(A−1)の滞留時間は、20分であった。
[Example 5]
Step [2] was carried out in the same manner as in Example 1, except that the conditions of the thin-film evaporator Exeva used in Example 1 were changed to 150 ° C. and 50 torr, which was higher than in Example 1. A molten polyhydroxyurethane resin was obtained from the outlet. The obtained polyhydroxyurethane resin had a high non-volatile content of 99.8%, a weight average molecular weight of 29000, and had a sufficient molecular weight. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-1) was 20 minutes.

[実施例6]
実施例1で使用した予備反応液(A−1)を、合成例4で得た予備反応液(A−4)にした以外は、実施例1と同様にして、工程[2]を実施し、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は99.8%と高く、重量平均分子量は35000で、十分な分子量を有していた。予備反応液(A−4)の滞留時間は、25分であった。
[Example 6]
Step [2] was carried out in the same manner as in Example 1 except that the preliminary reaction solution (A-1) used in Example 1 was changed to the preliminary reaction solution (A-4) obtained in Synthesis Example 4. A molten polyhydroxyurethane resin was obtained from the outlet. The obtained non-volatile content of the polyhydroxyurethane resin was as high as 99.8%, the weight average molecular weight was 35000, and it had a sufficient molecular weight. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-4) was 25 minutes.

[実施例7]
実施例1で使用した予備反応液(A−1)を、合成例5で得た予備反応液(A−5)にし、また、実施例1で使用した薄膜型蒸発機エクセバの条件を、100℃、10torrと、実施例1の場合よりもより高温及び高圧に変えた以外は、実施例1と同様にして、工程[2]を実施し、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は99.7%と高く、重量平均分子量は30000で、十分な分子量を有していた。予備反応液(A−5)の滞留時間は、35分であった。
[Example 7]
The preliminary reaction liquid (A-1) used in Example 1 was changed to the preliminary reaction liquid (A-5) obtained in Synthesis Example 5, and the conditions of the thin film evaporator Exeva used in Example 1 were set to 100. The process [2] was carried out in the same manner as in Example 1 except that the temperature and the pressure were changed to 10 ° C. and 10 torr, and the polyhydroxyurethane resin melted from the outlet was obtained. . The obtained non-volatile content of the polyhydroxyurethane resin was as high as 99.7%, the weight average molecular weight was 30000, and it had a sufficient molecular weight. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-5) was 35 minutes.

[比較例1]
撹拌装置と減圧蒸留装置を付帯した常圧の反応容器内に、合成例1で得た予備反応液(A−1)を入れ、130℃に昇温して、反応容器内を減圧にさせながら溶剤を留去した。この方法はバッチ処理であり、液膜を形成しないため、発泡等を防ぎながら行う必要があったので、反応容器内が50torrに到達するまでに、2.5時間を要した。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は98.2%で、実施例1で得られた樹脂より不揮発分の値が低く、重量平均分子量は20000で、実施例1で得られた樹脂より分子量が小さかった。また、予備反応液(A−1)の反応時間は3時間であり、実施例1の滞留時間に比べて格段に長かった。
[Comparative Example 1]
While putting the preliminary reaction liquid (A-1) obtained in Synthesis Example 1 into a normal pressure reaction vessel equipped with a stirrer and a vacuum distillation device, raising the temperature to 130 ° C. and reducing the pressure in the reaction vessel. The solvent was distilled off. Since this method is a batch process and does not form a liquid film, it must be performed while preventing foaming and the like, and it took 2.5 hours for the reaction vessel to reach 50 torr. The resulting polyhydroxyurethane resin had a non-volatile content of 98.2%, a non-volatile value lower than that of the resin obtained in Example 1, a weight average molecular weight of 20000, and a molecular weight higher than that of the resin obtained in Example 1. Was small. Further, the reaction time of the preliminary reaction liquid (A-1) was 3 hours, which was much longer than the residence time of Example 1.

[比較例2]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例1で得た環状カーボネート化合物である化合物(I)を78.7部、ヘキサメチレンジアミンを21.3部加え、100℃の温度で撹拌しながら、8時間反応を行って、ポリヒドロキシウレタン樹脂を合成した。反応物は、8時間反応させたにもかかわらず、一部の化合物(I)が反応しておらず、不透明であった。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は91.5%であり、実施例1で得られた樹脂より不揮発分の値が格段に低く、重量平均分子量は3700で、実施例1で得られた樹脂より格段に分子量が小さかった。
[Comparative Example 2]
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux opening with an air opening, 78.7 parts of compound (I), which is the cyclic carbonate compound obtained in Production Example 1, and 21.3 parts of hexamethylenediamine were added, and 100 While stirring at a temperature of ° C., the reaction was carried out for 8 hours to synthesize a polyhydroxyurethane resin. Although the reaction product was reacted for 8 hours, some of the compound (I) was not reacted and was opaque. The non-volatile content of the obtained polyhydroxyurethane resin was 91.5%, the value of the non-volatile content was much lower than that of the resin obtained in Example 1, and the weight average molecular weight was 3700, which was obtained in Example 1. The molecular weight was much smaller than that of the resin.

[比較例3]
実施例1で使用した薄膜型蒸発機エクセバの条件を、本発明で規定する範囲外である、70℃、5torrと、実施例1の場合よりもより低温低圧に変えた以外は実施例1と同様に行い、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は93.8%で、実施例1で得られた樹脂より不揮発分の値が低く、重量平均分子量は9000で、実施例1で得られた樹脂より格段に分子量が小さかった。予備反応液(A−1)の滞留時間は、45分であった。
[Comparative Example 3]
Example 1 except that the conditions of the thin film evaporator Exeva used in Example 1 were changed to 70 ° C. and 5 torr, which are outside the range defined in the present invention, and lower temperature and low pressure than those in Example 1. In the same manner, a molten polyhydroxyurethane resin was obtained from the outlet. The non-volatile content of the obtained polyhydroxyurethane resin was 93.8%, the non-volatile content was lower than that of the resin obtained in Example 1, and the weight average molecular weight was 9000, which was much higher than that of the resin obtained in Example 1. The molecular weight was small. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-1) was 45 minutes.

[比較例4]
実施例1で使用した薄膜型蒸発機エクセバの条件を、185℃、100torrと、本発明で規定するよりも高温にし、且つ、実施例1の場合よりも高圧にした以外は、実施例1と同様に行い、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は99.1%で、実施例1よりも若干低く、重量平均分子量は14500で、実施例1で得られた樹脂より分子量も小さかった。予備反応液(A−1)の滞留時間は、15分であった。
[Comparative Example 4]
Except that the conditions of the thin-film evaporator Exeva used in Example 1 were 185 ° C. and 100 torr, a temperature higher than that defined in the present invention and a pressure higher than that in Example 1, and In the same manner, a molten polyhydroxyurethane resin was obtained from the outlet. The obtained polyhydroxyurethane resin had a non-volatile content of 99.1%, slightly lower than that of Example 1, a weight average molecular weight of 14500, and a molecular weight smaller than that of the resin obtained in Example 1. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-1) was 15 minutes.

[比較例5]
実施例1で使用した薄膜型蒸発機エクセバの条件を、130℃、300torrと、実施例1の場合と同様の温度で、且つ、本発明で規定するよりも高圧にした以外は、実施例1と同様に行い、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は、95.2%で、実施例1で得られた樹脂より不揮発分の値が低く、重量平均分子量は19000で、実施例1で得られた樹脂より分子量が小さかった。予備反応液(A−1)の滞留時間は、15分であった。
[Comparative Example 5]
Example 1 Except that the conditions of the thin-film evaporator Exeva used in Example 1 were 130 ° C. and 300 torr, the same temperature as in Example 1 and a higher pressure than specified in the present invention. The molten polyhydroxyurethane resin was obtained from the outlet. The non-volatile content of the obtained polyhydroxyurethane resin is 95.2%, which is lower than that of the resin obtained in Example 1. The weight average molecular weight is 19000, which is higher than that of the resin obtained in Example 1. The molecular weight was small. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-1) was 15 minutes.

[比較例6]
実施例1で使用した予備反応液(A−1)を、重量平均分子量が2300である本発明で規定するよりも小さい、合成例6で得た予備反応液(A−6)にした以外は、実施例1と同様にして、工程[2]を実施し、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は99.2%で、実施例1よりも若干低く、重量平均分子量は12000で、実施例1で得られた樹脂より分子量も小さかった。予備反応液(A−6)の滞留時間は、20分であった。
[Comparative Example 6]
The preliminary reaction liquid (A-1) used in Example 1 was smaller than that defined in the present invention having a weight average molecular weight of 2300, except that it was the preliminary reaction liquid (A-6) obtained in Synthesis Example 6. In the same manner as in Example 1, step [2] was performed to obtain a melted polyhydroxyurethane resin from the outlet. The obtained polyhydroxyurethane resin had a non-volatile content of 99.2%, slightly lower than that of Example 1, a weight average molecular weight of 12,000, and a molecular weight smaller than that of the resin obtained in Example 1. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-6) was 20 minutes.

[比較例7]
実施例1で使用した予備反応液(A−1)を、重量平均分子量が24000である本発明で規定するよりも大きい、合成例7で得た予備反応液(A−7)にした以外は、実施例1と同様にして、工程[2]を実施し、取り出し口より溶融したポリヒドロキシウレタン樹脂を得た。得られたポリヒドロキシウレタン樹脂の不揮発分は、99.1%で、実施例1よりも若干低く、重量平均分子量は25000で、反応前の予備反応液(A−7)の分子量とあまり変わらなかった。予備反応液(A−7)の滞留時間は、28分であった。
[Comparative Example 7]
The preliminary reaction liquid (A-1) used in Example 1 was larger than that defined in the present invention having a weight average molecular weight of 24,000, except that the preliminary reaction liquid (A-7) obtained in Synthesis Example 7 was used. In the same manner as in Example 1, step [2] was performed to obtain a melted polyhydroxyurethane resin from the outlet. The non-volatile content of the obtained polyhydroxyurethane resin was 99.1%, slightly lower than that of Example 1, the weight average molecular weight was 25000, and was not much different from the molecular weight of the pre-reaction solution (A-7) before the reaction. It was. The residence time of the preliminary reaction liquid (A-7) was 28 minutes.

表2及び表3に、実施例と比較例の製造方法における反応条件を示した。表中の滞留時間は、高粘度液用の薄膜型蒸発機であるエクセバを使用した工程にかかった時間である。エクセバに送る速度は、供給する予備反応液(A)の不揮発分が50%であることから、留出した溶剤量と、処理されて排出された樹脂量が時間当たり同じになるように調節した。比較例1、2では、エクセバを使用していないため、それぞれの反応時間を表中に記載した。   Tables 2 and 3 show reaction conditions in the production methods of Examples and Comparative Examples. The residence time in the table is the time taken for the process using Exeva, which is a thin film evaporator for high viscosity liquids. Since the non-volatile content of the supplied preliminary reaction liquid (A) is 50%, the speed of sending to Exeva was adjusted so that the amount of solvent distilled out and the amount of resin discharged after treatment were the same per hour. . In Comparative Examples 1 and 2, since Exeva was not used, each reaction time was described in the table.

Figure 2019019225
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Figure 2019019225
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〔評価〕
実施例及び比較例の製造方法でそれぞれに得たポリウレタン樹脂の製造方法を、下記の方法及び基準にて評価した。表4、5に、測定結果及び評価結果をまとめて示した。
[Evaluation]
The polyurethane resin production methods obtained by the production methods of Examples and Comparative Examples were evaluated by the following methods and criteria. Tables 4 and 5 collectively show the measurement results and the evaluation results.

[重量平均分子量]
実施例及び比較例で得た各樹脂について、N,N−ジメチルホルムアミドを移動相としたGPC測定を行い、それぞれ重量平均分子量を測定した。GPC測定は、東ソー社製のGPC−8220(商品名)で、カラムに、SuperAW2500+AW3000+AW4000+AW5000を用いて重量平均分子量を測定した。表4、5中に、分子量として測定値を示した。
[Weight average molecular weight]
Each resin obtained in Examples and Comparative Examples was subjected to GPC measurement using N, N-dimethylformamide as a mobile phase, and the weight average molecular weight was measured. The GPC measurement was GPC-8220 (trade name) manufactured by Tosoh Corporation, and the weight average molecular weight was measured using Super AW 2500 + AW 3000 + AW 4000 + AW 5000 as a column. In Tables 4 and 5, measured values were shown as molecular weights.

[不揮発分]
実施例及び比較例で得た樹脂をそれぞれ約3.0gとって秤量し、150℃のオーブンにて1時間加熱し、その後デシケーター中で冷却してから、再び秤量した。そして、得られた秤量値を用い、加熱後の重量/加熱前の重量×100にて算出して不揮発分(%)とした。
[Non-volatile content]
About 3.0 g of each of the resins obtained in Examples and Comparative Examples was weighed, heated in an oven at 150 ° C. for 1 hour, then cooled in a desiccator, and then weighed again. And using the obtained measured value, it calculated with the weight after a heating / weight before a heating x100, and it was set as the non volatile matter (%).

[総工程時間]
表4、5に、原料である5員環環状カーボネート基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物とから、ポリヒドロキシウレタン樹脂を得るまでの総工程にかかる時間を総工程時間として、それぞれ示した。具体的には、実施例では、予備反応液(A)を得る工程[1]にかかった時間と、次の工程[2]の滞留時間の和である。高粘度液用の薄膜型蒸発機であるエクセバを使用した比較例3〜7も同様であり、予備反応液(A)を得るのに要した時間と、エクセバにおける予備反応液(A)の滞留時間の和を示した。比較例1では、減圧蒸留装置の反応容器内に予備反応液(A)を入れ、その後に減圧蒸留したので、予備反応液(A)を得るのに要した時間と、減圧蒸留にかかった時間の和を示した。また、比較例2では、大気開放口のある還流器を備えた反応容器内で行った、環状カーボネート化合物である化合物(I)と、ヘキサメチレンジアミンとの重合時間を示した。
[Total process time]
Tables 4 and 5 show the total process time as a total process time from the compound having a 5-membered cyclic carbonate group as a raw material and the compound having an amino group to obtain a polyhydroxyurethane resin, respectively. . Specifically, in the examples, it is the sum of the time taken for the step [1] to obtain the preliminary reaction liquid (A) and the residence time of the next step [2]. The same applies to Comparative Examples 3 to 7 using Exeva, which is a thin film evaporator for high viscosity liquid, and the time required to obtain the pre-reaction liquid (A) and the retention of the pre-reaction liquid (A) in Exeva. The sum of time was shown. In Comparative Example 1, since the preliminary reaction liquid (A) was placed in the reaction vessel of the vacuum distillation apparatus and then distilled under reduced pressure, the time required to obtain the preliminary reaction liquid (A) and the time taken for vacuum distillation The sum of In Comparative Example 2, the polymerization time of compound (I), which is a cyclic carbonate compound, and hexamethylene diamine, which was carried out in a reaction vessel equipped with a reflux opening having an air opening, was shown.

[破断点強度]
実施例及び比較例で得た各ポリヒドロキシウレタン樹脂で、フィルムをそれぞれ作製し、評価用試料とし、JISK6251に準拠して、得られたフィルムの破断点強度をそれぞれ測定した。具体的には、実施例及び比較例で得たポリヒドロキシウレタン樹脂をそれぞれ用い、温度140℃、時間5分、圧力100kg/cm2の条件下、厚み500μmのプレスフィルムを作製し、得られたフィルムからJIS3号ダンベルを切り出した後、オートグラフにて室温(25℃)で測定した。そして、得られた破断点強度の測定値を下記のA〜Eの5段階に分け、評価した。なお、脆くて成型できないものは成型不能とした。本発明では、A、Bを合格とし、C、D、Eを不合格とした。
A:50MPa以上
B:30MPa以上〜50MPa未満
C:20MPa以上〜30MPa未満
D:10MPa以上〜20MPa未満
E:10MPa未満
[Strength at break]
With each polyhydroxyurethane resin obtained in Examples and Comparative Examples, a film was prepared and used as an evaluation sample, and the breaking strength of each of the obtained films was measured according to JISK6251. Specifically, using polyhydroxyurethane resins obtained in Examples and Comparative Examples, press films having a thickness of 500 μm were obtained and obtained under conditions of a temperature of 140 ° C., a time of 5 minutes, and a pressure of 100 kg / cm 2 . After cutting out a JIS No. 3 dumbbell from the film, it was measured at room temperature (25 ° C.) with an autograph. And the measured value of the obtained breaking point strength was divided into the following five stages A to E and evaluated. In addition, those which were brittle and could not be molded were considered unmoldable. In the present invention, A and B were accepted, and C, D, and E were rejected.
A: 50 MPa or more B: 30 MPa or more to less than 50 MPa C: 20 MPa or more to less than 30 MPa D: 10 MPa or more to less than 20 MPa E: less than 10 MPa

[成型性]
破断点強度の測定の際に用いた評価用試料の作製の方法と同様にして、フィルムを作製し、得られたフィルムの10cm×10cmの面積中に気泡が入っているかを確認した。気泡の数にて3段階に分けて評価した。なお、脆くて成型できないものは、表4、5中に成型不能と記載した。
○:気泡の数が0〜2個
△:気泡の数が3〜5個
×:気泡の数が6個以上
[Moldability]
A film was produced in the same manner as in the method for producing the evaluation sample used for measuring the strength at break, and it was confirmed whether or not bubbles were contained in an area of 10 cm × 10 cm of the obtained film. The number of bubbles was evaluated in three stages. In addition, those which are brittle and cannot be molded are described in Tables 4 and 5 as unmoldable.
○: The number of bubbles is 0 to 2 Δ: The number of bubbles is 3 to 5 ×: The number of bubbles is 6 or more

Figure 2019019225
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Figure 2019019225
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実施例1、4、5及び比較例3〜5では、いずれも、環状カーボネート化合物に、化合物(I)を使用し、アミン化合物に、ヘキサメチレンジアミンを使用して得た同じ予備反応液(A−1)を使用し、この予備反応液(A−1)を同様の薄膜型蒸発機に供給して薄膜型蒸発機での工程を行っているが、その際に、表2、3に示されているように、薄膜型蒸発機での工程における温度と圧力の条件を変えている。その結果、表4、5に示されているように、薄膜型蒸発機での工程における温度と圧力条件の違いによって、最終的に得られた熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の、重量平均分子量、機械的強度及び不揮発分の違いに大きく影響することが確認された。薄膜型蒸発機での工程における温度、圧力条件が成型性に与える影響を比較すると、本発明で規定した条件を満足する実施例では、機械的強度が十分な分子量であり、成型性も問題がない、高い不揮発分の樹脂が得られることがわかった。   In each of Examples 1, 4, 5 and Comparative Examples 3 to 5, the same preliminary reaction solution (A) obtained by using compound (I) as the cyclic carbonate compound and hexamethylenediamine as the amine compound. -1) is used, and this preliminary reaction liquid (A-1) is supplied to the same thin film type evaporator to carry out the process in the thin film type evaporator. As shown, the temperature and pressure conditions in the thin film evaporator process are changed. As a result, as shown in Tables 4 and 5, the weight average molecular weight of the finally obtained thermoplastic polyhydroxyurethane resin due to the difference in temperature and pressure conditions in the thin film evaporator process, It was confirmed that the difference in mechanical strength and non-volatile content was greatly affected. When comparing the effects of temperature and pressure conditions in the thin film evaporator process on moldability, in the examples satisfying the conditions defined in the present invention, the mechanical strength is sufficient molecular weight, and moldability is also a problem. It was found that a resin with a high non-volatile content was obtained.

これに対し、比較例1の製造方法は、予備反応液(A−1)を使用するものの、実施例のように、該予備反応液の液膜を形成しないものである。具体的には、バッチ式で、減圧蒸留装置を付帯した常圧の反応容器内に入れて、減圧にしながら溶剤を留去して反応するものであるため、溶剤の気化熱により温度低下が起こって濃縮に時間がかかり、また、濃縮とともに粘度が上昇することにより、表5に示したように、完全に脱溶剤をすることが難しくなる。比較例2の大気中で還流させながら反応させる製造方法によって得られる反応物は、重量平均分子量が3700で、十分な分子量のものにならなかった。このことから、ヘキサメチレンジアミンと反応させる環状カーボネート化合物に使用した化合物(I)が、固体で融点が高いことから、溶剤を使用しないと反応が難しいことが理解できる。   On the other hand, the production method of Comparative Example 1 uses the preliminary reaction liquid (A-1), but does not form a liquid film of the preliminary reaction liquid as in the example. Specifically, it is a batch type that is placed in a normal pressure reaction vessel attached with a vacuum distillation apparatus and reacts by distilling off the solvent while reducing the pressure, resulting in a temperature drop due to the heat of vaporization of the solvent. Therefore, it takes time to concentrate, and as the viscosity increases with concentration, it becomes difficult to completely remove the solvent as shown in Table 5. The reaction product obtained by the production method in which the reaction was performed while refluxing in the atmosphere of Comparative Example 2 had a weight average molecular weight of 3700 and did not have a sufficient molecular weight. From this, it can be understood that since the compound (I) used for the cyclic carbonate compound to be reacted with hexamethylenediamine is solid and has a high melting point, the reaction is difficult without using a solvent.

比較例6、7の製造方法は、本発明で規定する工程[2]の要件を満たすが、工程[2]に供給する予備反応液の重量平均分子量が、本発明で規定する3000以上20000以下の範囲外であり、表5に示したように、この場合は、本発明の顕著な効果を十分に得ることができない。比較例6に示したように、本発明で規定した範囲内よりも分子量が小さいと、十分な分子量の樹脂が得られない。また、比較例7に示したように、本発明で規定した範囲内よりも分子量が大きい場合には、工程[2]に供給するための予備反応液を得る工程[1]で、長時間を要し、さらに、工程[2]で分子量が殆ど大きくならず、熱可塑性ポリヒドロキシウレタン化合物を短時間に効率的に製造するとした、本発明の目的を達成することができない。   The production methods of Comparative Examples 6 and 7 satisfy the requirements of the step [2] defined in the present invention, but the weight average molecular weight of the preliminary reaction solution supplied to the step [2] is 3000 or more and 20000 or less defined in the present invention. As shown in Table 5, in this case, the remarkable effects of the present invention cannot be sufficiently obtained. As shown in Comparative Example 6, if the molecular weight is smaller than the range defined in the present invention, a resin having a sufficient molecular weight cannot be obtained. Further, as shown in Comparative Example 7, when the molecular weight is larger than the range defined in the present invention, a long time is required in the step [1] for obtaining a preliminary reaction liquid to be supplied to the step [2]. In addition, the molecular weight is hardly increased in step [2], and the object of the present invention, which is to efficiently produce a thermoplastic polyhydroxyurethane compound in a short time, cannot be achieved.

これに対し、実施例1〜7に示されているように、工程[1]で得る、工程[2]に供給する予備反応液の重量平均分子量が、本発明で規定する3000以上20000以下の範囲内であれば、環状カーボネート化合物及びアミン化合物の種類を替えた場合であっても、熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂を短時間に効率的に製造でき、しかも、最終的に得られる熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂は、不揮発分が高く、十分な分子量をもち、しかも、破断強度や成型性に優れるものになるため、本発明の製造方法は工業的に有用である。   On the other hand, as shown in Examples 1 to 7, the weight average molecular weight of the preliminary reaction solution supplied in step [2] obtained in step [1] is 3000 or more and 20000 or less as defined in the present invention. Within the range, even if the types of the cyclic carbonate compound and the amine compound are changed, the thermoplastic polyhydroxyurethane resin can be efficiently produced in a short time, and the finally obtained thermoplastic polyhydroxyl Since the urethane resin has a high non-volatile content, has a sufficient molecular weight, and is excellent in breaking strength and moldability, the production method of the present invention is industrially useful.

本発明の活用例としては、環状カーボネート化合物とアミン化合物とを原料とし、重付加反応によりポリヒドロキシウレタン化合物を得る製造方法において、本発明で規定する予備反応液(A)を、本発明で規定する特定の加熱減圧条件下でさらに重付加反応を行うことで、短時間で効率よく、多様なポリヒドロキシウレタン化合物を得ることができるので、熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の工業的な普及に資する製造方法として、その利用が期待される。また、本発明によれば、上記した有用な樹脂を短時間で効率よく得られるので、地球環境保護の面で有用であることに加え、その原料に、二酸化炭素を使用して合成された5員環カーボネート化合物を使用することで、製造した樹脂中に二酸化炭素を固定化することができることから、この点でも地球環境保護の面に優れており、工業的な利用が期待される。   As an application example of the present invention, in the production method for obtaining a polyhydroxyurethane compound by a polyaddition reaction using a cyclic carbonate compound and an amine compound as raw materials, the preliminary reaction liquid (A) defined in the present invention is defined in the present invention. By conducting further polyaddition reaction under specific heating and decompression conditions, various polyhydroxyurethane compounds can be obtained efficiently in a short time, so the production that contributes to the industrial spread of thermoplastic polyhydroxyurethane resins As a method, its use is expected. Further, according to the present invention, the above-described useful resin can be obtained efficiently in a short time, so that it is useful in terms of protecting the global environment, and in addition, it is synthesized using carbon dioxide as a raw material. Since carbon dioxide can be fixed in the produced resin by using the membered ring carbonate compound, this point is also excellent in terms of protecting the global environment and is expected to be used industrially.

Claims (7)

5員環環状カーボネート基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物とを溶剤中で反応させて、重量平均分子量が3000以上20000以下の予備反応液(A)を得る工程[1]と、
工程[1]で得た前記予備反応液(A)を、80〜180℃、10〜200torrの加熱減圧条件下に供給して、液膜の形成と脱揮による前記予備反応液(A)の基質の濃縮、さらなる重合及び脱溶剤を行ってポリヒドロキシウレタン樹脂を得る工程[2]とを有することを特徴とする熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。
A step [1] of obtaining a preliminary reaction liquid (A) having a weight average molecular weight of 3000 or more and 20000 or less by reacting a compound having a 5-membered cyclic carbonate group with a compound having an amino group in a solvent;
The preliminary reaction liquid (A) obtained in the step [1] is supplied at 80 to 180 ° C. and 10 to 200 torr of heated and reduced pressure to form the liquid film and devolatilize the preliminary reaction liquid (A). And a step [2] of obtaining a polyhydroxyurethane resin by concentration of the substrate, further polymerization and solvent removal, and a method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin.
前記工程[2]で、前記予備反応液(A)を、前記加熱減圧条件を実施する装置に連続的に供給する請求項1に記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。   The method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin according to claim 1, wherein in the step [2], the preliminary reaction liquid (A) is continuously supplied to an apparatus for carrying out the heating and decompression conditions. 前記工程[2]で得るポリヒドロキシウレタン樹脂が、不揮発分が99.0%以上である請求項1又は2に記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。   The method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin according to claim 1 or 2, wherein the polyhydroxyurethane resin obtained in the step [2] has a nonvolatile content of 99.0% or more. 前記工程[2]で得るポリヒドロキシウレタン樹脂が、重量平均分子量が20000〜100000である請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。   The method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyhydroxyurethane resin obtained in the step [2] has a weight average molecular weight of 20,000 to 100,000. 前記工程[2]で使用する前記加熱減圧条件を実施する装置が、薄膜蒸発装置である請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。   The method for producing a thermoplastic polyhydroxyurethane resin according to any one of claims 1 to 4, wherein the apparatus for carrying out the heating and decompression condition used in the step [2] is a thin film evaporation apparatus. 前記5員環環状カーボネート基を有する化合物が、一般式(1)中のXが下記式(2)で表される構造群から選ばれるいずれかである請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。
Figure 2019019225
Figure 2019019225
(式中のRは、水素原子又はメチル基である。)
6. The compound according to any one of claims 1 to 5, wherein the compound having a 5-membered cyclic carbonate group is any one selected from the structural group represented by the following formula (2) in which X in the general formula (1). The manufacturing method of thermoplastic polyhydroxyurethane resin of description.
Figure 2019019225
Figure 2019019225
(R in the formula is a hydrogen atom or a methyl group.)
前記5員環環状カーボネート基を有する化合物が、エポキシ化合物と二酸化炭素を原料として製造されたものであり、前記工程[2]で得られるポリヒドロキシウレタン化合物中の−O−CO−結合が、二酸化炭素由来のものである請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法。   The compound having a 5-membered cyclic carbonate group is produced using an epoxy compound and carbon dioxide as raw materials, and the —O—CO— bond in the polyhydroxyurethane compound obtained in the step [2] It is a thing derived from carbon, The manufacturing method of the thermoplastic polyhydroxyurethane resin of any one of Claims 1-6.
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