JP2020007400A - ポリカーボネートジオールおよびそれを用いた水系ポリウレタン分散体 - Google Patents

ポリカーボネートジオールおよびそれを用いた水系ポリウレタン分散体 Download PDF

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Abstract

【課題】耐薬品性、耐溶剤性、柔軟性、機械強度、耐熱性、耐加水分解性などのバランスが良好な、合成皮革、エラストマー、コーティング剤用途等に有用な水系ポリウレタン分散体の原料として好適なカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールを提供する。【解決手段】2種以上のカーボネート構造単位を含むランダム共重合体よりなる、数平均分子量(Mn)が500〜5000で、分子量分布(Mw/Mn)が1.6以上のポリカーボネートジオールであって、カルボキシル基を含む構造単位を有し、該ポリカーボネートジオールの原料ジヒドロキシ化合物の2つの水酸基間に存在する炭素原子に由来して、該ポリカーボネートジオールのカーボネート構造単位に導入された炭素原子の数の平均値が3.5〜10.0であるポリカーボネートジオール。【選択図】なし

Description

本発明は、耐薬品性、耐溶剤性、柔軟性、機械強度、耐熱性、耐加水分解性などのバランスが良好な、合成皮革、エラストマー、コーティング剤用途等に有用な水系ポリウレタン分散体の原料として好適なカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールおよびそれを用いてなる水系ポリウレタン分散体(以下、「ポリウレタン水分散体」と称す場合がある。)に関するものである。
従来、工業規模で生産されているポリウレタンの主たるソフトセグメント部の原料としては、分子量500〜5000程度のポリオールが用いられており、ポリテトラメチレングリコールに代表されるポリエーテルポリオール、アジペート系エステルに代表されるポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、およびポリカーボネートジオールなどが代表的な例として挙げられる。またハードセグメント部の原料としてはジイソシアネート、ジオール、ジアミンなどの低分子量のモノマーが使用されるのが一般的である(非特許文献1)。
このうちポリカーボネートジオールに代表されるポリカーボネートタイプを用いたポリウレタンは、耐熱性および耐加水分解性において最良な耐久グレードとされており、弾性繊維、合成または人工皮革、高機能エラストマー、コーティング剤として広く利用されている。
また、ポリカーボネートジオールの中でも特にその原料として炭素数4〜6のジヒドロキシ化合物を用いたものは、柔軟性、強度、耐溶剤性、耐熱性、耐加水分解性などの物性バランスに優れたポリウレタンが得られることが報告されている(特許文献1)。
一方で水系ポリウレタン分散体は、塗料、表面処理剤、接着剤、皮革、コーティング剤、各種バインダー等の用途に有用なものであり、近年、環境対応への要求から有機溶剤を用いたポリウレタンから、水系ポリウレタン分散体への移行の動きが高まってきている。
疎水性であるポリウレタンを安定に水中に分散させるために、水系ポリウレタン分散体に用いるポリウレタンに親水性基、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、3級アミノ基等を導入する方法が知られている。この方法において、ポリウレタンを構成するジオール成分として、分散性が高いジヒドロキシカルボン酸を用いることが多く、工業的に入手が容易なジメチロールプロピオン酸を用いることが一般的である(特許文献2〜4)。
しかし、ジメチロールプロピオン酸をウレタン合成時に用いると、2つの水酸基間の炭素原子の数が3と少ないため、ハードセグメント(ウレタン結合とウレタン結合の距離が短い構造単位)にカルボキシル基が導入されたポリウレタンが形成される。その結果、後述の比較例1に示されるように、ハードセグメントの凝集により、ポリウレタンの柔軟性や強度が低下するといった問題があった。このポリウレタンを原料として製造した合成皮革やエラストマーは、硬い質感があり、天然皮革に比べて“風合い”が悪い。
カルボキシル基をソフトセグメントに導入することで上記の問題を解決するために、ジメチロールプロピオン酸の代替として、カルボキシル基を含有する高分子量のポリオールを用いる検討がなされている。
例えば、特開平6−313024号公報(特許文献5)には、ジヒドロキシカルボン酸を開始剤としてラクトン類を開環付加重合させて得たカルボキシル基含有ポリカプロラクトンポリオール、有機ジイソシアネート、及び鎖延長剤からなる水性ポリウレタン樹脂が開示されている
また、特許第4927621号公報(特許文献6)には、ジメチロールプロピオン酸、1,4−ブタンジオール、アジピン酸を重合したカルボキシル基含有ポリエステルポリオール、有機ジイソシアネート、及び鎖延長剤からなる水性ポリウレタン樹脂が開示されている。
しかしながら、ポリエステルポリオールやポリカプロラクトンポリオールはエステル結合が多く、耐加水分解性が低く、耐熱性も十分ではない。このため、エステル結合率が低く、耐熱性および耐加水分解性が改善されたカルボキシル基含有ポリオールが求められている。
国際公開第2017/204276号(特許文献7)には、ジメチロールプロピオン酸を開始剤として、トリメチレンカーボネートを開環重合させて合成したカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールが報告されているが、特許文献7に記載の手法でも、以下の問題がある。
(1) 重合反応条件下において、ジメチロールプロピオン酸のカルボキシル基と水酸基が反応し、エステル結合が多量に副生するため、このカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールを用いたポリウレタンは耐久性が低い。
(2) 開始剤のジメチロールプロピオン酸のみにカルボン酸を含有するため、分子量を1000以上に伸ばした場合にカルボキシル基が不足する可能性がある。またポリカーボネートジオール1分子中のカルボキシル基の含有量を任意に調整することができない。
(3) カーボネート結合間の平均炭素数が3であるために、ポリウレタンにした時に柔軟性が低下する。
(4) 開環重合で得られた分子量分布の狭いブロック重合体であるために、同一のポリカーボネート骨格の構造単位が規則的に連続する構造となり、水素結合による凝集力が強く、ポリウレタン水分散体に用いた場合に、凝集力が高く、貯蔵安定性に劣る。
特開平5−51428号公報 特公昭61−5485号公報 特公平3−48955号公報 特公平4−488号公報 特開平6−313024号公報 特許第4927621号公報 国際公開第2017/204276号
"ポリウレタンの基礎と応用"96頁〜106頁 松永勝治 監修、(株)シーエムシー出版、2006年11月発行
上記の通り、従来においては高性能なウレタン原料となりうるカルボキシル基含有ポリオールが提供されていないために、ポリウレタンの水中での分散性を高めた上で、耐薬品性、耐溶剤性、柔軟性、機械強度、耐熱性、耐加水分解性などといった物性を十分なものとすることは難しく、合成皮革、エラストマー、コーティング剤用途などに必要な要求を満たす水系ポリウレタン分散体を実現し得なかった。また、従来技術では、ポリウレタンとしたときに、柔軟性、強度、耐溶剤性、耐熱性、耐加水分解性などのバランスに優れた特性を発揮するために必要なポリオール中の部分構造(平均炭素数、構造単位、組成)の最適化について、十分に検討されていなかった。
本発明は、耐薬品性、耐溶剤性、柔軟性、機械強度、耐熱性、耐加水分解性などのバランスが良好な、合成皮革、エラストマー、コーティング剤用途等に有用な水系ポリウレタン分散体の原料として好適なカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールを提供することを目的とする。
本発明者は、上記従来の問題点を解決すべく検討を重ねた結果、ポリウレタンにおけるソフトセグメント部の原料として用いる、適切な部分構造及び組成を有するポリカーボネートジオールにカルボキシル基を導入することにより、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
[1] 2種以上のカーボネート構造単位を含むランダム共重合体よりなる、数平均分子量(Mn)が500〜5000で、分子量分布(Mw/Mn)が1.6以上のポリカーボネートジオールであって、カルボキシル基を含む構造単位を有し、該ポリカーボネートジオールの原料ジヒドロキシ化合物の2つの水酸基間に存在する炭素原子に由来して、該ポリカーボネートジオールのカーボネート構造単位に導入された炭素原子の数の平均値(以下、この値を「平均炭素数」と称す。)が3.5〜10.0であることを特徴とするポリカーボネートジオール。
[2] 前記平均炭素数が3.5〜7.0である[1]に記載のポリカーボネートジオール。
[3] 酸価が1mg/g−KOH以上、100mg/g−KOH以下である[1]又は[2]に記載のポリカーボネートジオール。
[4] 下記式(A)で表される構造単位、および下記式(B)で表される構造単位を含む[1]ないし[3]のいずれかに記載のポリカーボネートジオール。
Figure 2020007400
(ただし、Rは炭素数4〜12の脂肪族炭化水素基を表し、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。)
Figure 2020007400
(ただし、Rは炭素数3〜20の脂肪族炭化水素基を表し、分岐鎖を有していてもよく、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。Lは単結合または主鎖の炭素数が1〜12の連結基であり、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。)
[5] 前記式(A)で表される構造単位と前記式(B)で表される構造単位との割合が、モル比率で、式(A)で表される構造単位:式(B)で表される構造単位=50:50〜99:1である[4]に記載のポリカーボネートジオール。
[6] 前記式(A)で表される構造単位と前記式(B)で表される構造単位との割合が、モル比率で、式(A)で表される構造単位:式(B)で表される構造単位=80:20〜99:1である[5]に記載のポリカーボネートジオール。
[7] 前記式(A)におけるRが炭素数4〜6の脂肪族炭化水素基である[4]ないし[6]のいずれかに記載のポリカーボネートジオール。
[8] 前記式(B)におけるLが単結合である[4]ないし[7]のいずれかに記載のポリカーボネートジオール。
[9] 前記式(B)で表される構造単位が下記式(B1)で表される構造単位である[8]に記載のポリカーボネートジオール。
Figure 2020007400
[10] 前記式(B)で表される構造単位が下記式(D)で表される構造単位である[4]ないし[7]のいずれかに記載のポリカーボネートジオール。
Figure 2020007400
(ただし、RおよびRはそれぞれ独立に主鎖の炭素数が4〜12の脂肪族炭化水素基を表し、分岐鎖を有していてもよく、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。LはO,S,Nから選ばれるヘテロ原子を含む炭素数1〜12の連結基である。)
[11] 前記式(D)で表される構造単位が下記式(D1)で表される構造単位である[10]に記載のポリカーボネートジオール。
Figure 2020007400
(ただし、Rは式(D)におけると同義である。)
[12] [1]ないし[11]のいずれかに記載のポリカーボネートジオール(以下、「ポリカーボネートジオール1」と称す。)と、カルボキシル基を含まないポリカーボネートジオール(以下、「ポリカーボネートジオール2」と称す。)を含むポリカーボネートジオール組成物。
[13] 前記ポリカーボネートジオール2が前記式(A)で表される構造単位を含むポリカーボネートジオールである[12]に記載のポリカーボネートジオール組成物。
[14] [1]ないし[11]のいずれかに記載のポリカーボネートジオール、或いは[12]又は[13]に記載のポリカーボネートジオール組成物を用いたポリウレタン。
[15] [1]ないし[11]のいずれかに記載のポリカーボネートジオール、或いは[11]又は[12]に記載のポリカーボネートジオール組成物と、イソシアネート及び鎖延長剤とを用いた水系ポリウレタン分散体。
[16] [14]に記載のポリウレタンを用いた人工皮革または合成皮革。
[17] [14]に記載のポリウレタンを用いた塗料またはコーティング剤。
[18] [14]に記載のポリウレタンを用いた弾性繊維。
[19] [14]に記載のポリウレタンを用いた水系ポリウレタン塗料。
[20] [14]に記載のポリウレタンを用いた粘着剤または接着剤。
[21] [1]ないし[11]のいずれかに記載のポリカーボネートジオール、或いは[12]又は[13]に記載のポリカーボネートジオール組成物を用いた活性エネルギー線硬化性重合体組成物。
[22] 下記工程1,2をこの順で行うカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
工程1:カルボキシル基前駆体基を有するジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを反応させてポリカーボネートジオールを得る重合工程
工程2:工程1で得られたポリカーボネートジオールのカルボキシル基前駆体基をカルボキシル基に変換する変換工程
[23] 下記工程1−1,2−1をこの順で行うカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
工程1−1:保護したカルボキシル基を有するジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを反応させてポリカーボネートジオールを得る重合工程
工程2−1:工程1−1で得られたポリカーボネートジオールのカルボキシル基の保護基を脱離させる脱保護工程
[24] 下記工程1−2,2−2をこの順で行うカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
工程1−2:不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを反応させてポリカーボネートジオールを得る重合工程
工程2−2:工程1−2で得られたポリカーボネートジオールの不飽和結合に対して、カルボキシル基導入化合物を反応させてカルボキシル基を導入するカルボキシル基導入工程
[25] 下記式(X)で表される構造単位を有するポリカーボネートジオールに、メルカプト基を有する化合物を反応させて、下記式(D2)で表される構造単位を有するポリカーボネートジオールを製造するカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
Figure 2020007400
(ただし、Rは主鎖の炭素数が4〜12の脂肪族炭化水素基を表し、分岐鎖を有していてもよく、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。Lは炭素数1〜12の炭化水素基であり、分岐鎖を有していてもよい。)
本発明によれば、耐薬品性、耐溶剤性、柔軟性、機械強度、耐熱性、耐加水分解性などのバランスが良好な、合成皮革、エラストマー、コーティング剤用途等に有用な水系ポリウレタン分散体の原料として好適なカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールを提供することができる。
本発明のポリカーボネートジオールを用いて製造した人工皮革や合成皮革、熱可塑性ポリウレタンエラストマー、塗料、コーティング材は、耐薬品性、耐溶剤性、柔軟性、機械強度、耐熱性、耐加水分解性などにバランスよく優れたものである。また、本発明のポリカーボネートジオールを用いたポリウレタンを加工する際、ポリウレタン溶液の長期保存も可能となることから、本発明のポリエステルポリカーボネートジオールは、産業上極めて有用なものである。
以下、本発明の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
[1.ポリカーボネートジオール]
本発明のポリカーボネートジオールは、2種以上のカーボネート構造単位を含むランダム共重合体よりなる、数平均分子量(Mn)が500〜5000で、分子量分布(Mw/Mn)が1.6以上のポリカーボネートジオールであって、カルボキシル基を含む構造単位を有し、該ポリカーボネートジオールの原料ジヒドロキシ化合物の2つの水酸基間に存在する炭素原子に由来して、該ポリカーボネートジオールのカーボネート構造単位に導入された炭素原子の数の平均値(以下、この値を「平均炭素数」と称す。)が3.5〜10.0であることを特徴とする。
<1−1.平均炭素数>
本発明における平均炭素数とは、ポリカーボネートジオールの原料として使用したジヒドロキシ化合物に由来して、ポリカーボネートジオールの構造単位に導入されたジヒドロキシ化合物の2つの水酸基の間の平均炭素数を表す。例えば、構造単位に導入されたジヒドロキシ化合物において、1,6−ヘキサンジオールの炭素数は6、1,4−ブタンジオールの炭素数は4、ジメチロールプロピオン酸の炭素数は3となる。ここで炭素数は、ジヒドロキシ化合物の2つの水酸基の間の炭素原子の数であり、2つの水酸基の間の連結基に含有するヘテロ原子や、2つの水酸基の間の連結基から分岐した炭素鎖は考慮しない。平均炭素数はポリカーボネートジオールの構造単位に導入されたジヒドロキシ化合物の炭素数と、該ジヒドロキシ化合物の全ジヒドロキシ化合物に対するモル比率から計算する。ポリカーボネートジオールの構造単位の同定とモル比率の分析には、H−NMRを用いる。具体的な方法は、後述の実施例の項に記載される通りである。
平均炭素数の上限は10.0であり、9.0が好ましく、8.0がより好ましく、7.0が最も好ましい。平均炭素数の下限は3.5であり、3.6が好ましく、3.7がより好ましく、3.8がさらに好ましい。平均炭素数が上記下限未満では、ポリカーボネートジオールを用いて得られるポリウレタンの柔軟性が不足する場合があり、また上記上限を超える場合は、耐薬品性、耐熱性、耐摩耗性が不足する場合がある。
本発明のカーボネートジオールにおいて、平均炭素数を上述のような好ましい範囲とすることで、得られるポリウレタンの耐薬品性、低温特性、耐熱性、保存安定性などのバランスが良好となる作用機構の詳細は明らかではないが、下記のように推定される。
平均炭素数が上記下限未満のジヒドロキシ化合物でポリカーボネートジオールを構成した場合、カーボネート結合間の距離が短くなり、カーボネート結合の極性により凝集力が高まる。凝集力が高まることにより、耐薬品性、耐アルカリ性、耐水性や耐熱性などが向上するものの、柔軟性が失われるため、低温特性や加工適性に劣るものとなる。
一方、平均炭素数が上記上限を超えるジヒドロキシ化合物でポリカーボネートジオールを構成した際、カーボネート結合間の距離が長くなり、カーボネート結合の極性による凝集力が低下する。凝集力の低下により、柔軟性が向上し、低温特性や加工適性に優れるものの、耐薬品性、耐アルカリ性、耐水性や耐熱性などに劣るものとなる。
これに対して、平均炭素数を上記範囲にすることで、得られるポリウレタンの耐薬品性、低温特性、耐熱性、保存安定性、柔軟性等がバランスよく優れたものとなる。
<1−2.ランダム共重合体>
本発明のポリカーボネートジオールは、2種以上のカーボネート構造単位を含むランダム共重合体であることを特徴とする。
本発明のポリカーボネートジオールがランダム共重合体であることにより、カーボネート結合の間隔が不規則となり、水素結合による分子同士の凝集力が低下するため、このポリカーボネートジオールを用いて得られるポリウレタンの低温特性、柔軟性が良好となる。また凝集力が弱まるため、ポリウレタン溶液やポリウレタン水分散体などに用いた際には、保存安定性が向上する。
<1−3.カルボキシル基を含む構造単位>
本発明のポリカーボネートジオールは、カルボキシル基を含む構造単位を含むことを特徴とする。
ポリウレタンは本来疎水性であるが、本発明のポリカーボネートジオールが、極性基であるカルボキシル基を含む構造単位を有することで、本発明のポリカーボネートジオールを用いてカルボキシル基を有するポリウレタンを得ることができ、このポリウレタンを水中に安定に分散させることができ、得られるポリウレタン水分散体の保存安定性を高めることができる。
この分散安定性を十分発揮するためにはポリカーボネートジオール中のカルボキシル基含有量を適切な範囲にすることが重要である。カルボキシル基含有ポリカーボネートジオール中のカルボキシル基含有量は、ポリカーボネートジオールの酸価(mg/g−KOH)によって表すことができ、好ましい酸価は後述の通りである。
<1−4.数平均分子量>
本発明のポリカーボネートジオールの数平均分子量は500〜5000である。この数平均分子量の上限としては4000以下、さらに3000以下、特に2000以下が好ましい。また下限としては500以上、さらに700以上、特に1000以上が好ましい。数平均分子量が上記下限未満であると、ハードセグメント(ウレタン結合とウレタン結合の距離が短い構造単位)にカルボキシル基が導入されたポリウレタンが形成され、ポリウレタンが固くなったり、風合いが落ちる可能性がある。また、上記上限を超えるとポリカーボネートジオールの粘度が上がり、ポリウレタン合成の際のハンドリングを損なったり、水中でポリウレタン水分散体を十分に撹拌できず分散不良となったり、ポリウレタン水分散体の貯蔵安定性が悪くなったりする。
なお、ここで、ポリカーボネートジオールの数平均分子量は、酸価と水酸基価から算出される値であり、具体的な算出方法は、後述の実施例の項に示される通りである。
<1−5.分子量分布>
本発明のポリカーボネートジオールは分子量分布(Mw/Mn)が1.6以上であることを特徴とする。本発明のポリカーボネートジオールの分子量分布(Mw/Mn)の下限は好ましくは1.7以上、より好ましくは1.8以上であり、上限は3.0以下が好ましく、さらに好ましくは2.5以下、特に好ましくは2.2以下である。ポリカーボネートジオールの分子量分布(Mw/Mn)が上記上限を超える場合、含有する高分子成分が増加するために、ポリカーボネートジオールの粘度や融点が上昇し、ポリウレタン合成時のハンドリング性等が低下する傾向がある。また、分子量分布が上記下限未満のポリカーボネートジオールは、含有する高分子量成分が少ないために、ポリウレタンを合成した際に機械強度が低下したり、柔軟性が低下したり、耐薬品性が低下する可能性がある。また低分子量のオリゴマーが少なく、分子量が揃った成分で構成されているために分子同士の凝集力が強く、ポリウレタン溶液やポリウレタン水分散体などに用いた際には、保存安定性が低下する問題がある。また分子量分布が上記下限未満のポリカーボネートジオールを合成するには、高価な環状モノマーを用いた開環重合やオリゴマーを除くなどの高度な精製操作が必要になり、工業プロセスとしての経済性が低い場合がある。
ここで、ポリカーボネートジオールの分子量分布(Mw/Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されたポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)とポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)から求めることができる。測定法の詳細は、後述の実施例の項に示される通りである。
<1−6.酸価>
本発明のポリカーボネートジオールの酸価の上限としては100mg/g−KOH以下が好ましく、80mg/g−KOH以下がさらに好ましく、60mg/g−KOH以下がさらに好ましい。酸価の下限としては1mg/g−KOH以上が好ましく、5mg/g−KOH以下がさらに好ましく、10mg/g−KOH以上が特に好ましい。ポリカーボネートジオールの酸価が上記上限を超えると、カルボキシル基の割合が多すぎて凝集することで、得られるポリウレタンの分散を阻害したり、また酸成分が多すぎて、得られるポリウレタンの耐久性、耐加水分解性、耐候性、透明性、色調が低下することがある。ポリカーボネートジオールの酸価が上記下限未満であると、得られるポリウレタンの疎水性が高まることで凝集し、水中への分散が進行せず、ポリウレタン水分散体の貯蔵安定性が悪くなる。
ポリカーボネートジオールの酸価の測定方法は、後述の実施例の項に示される通りである。
<1−7.構造単位(A)と構造単位(B)>
本発明のポリカーボネートジオールは、下記式(A)で表される構造単位(以下、「構造単位(A)」と称す場合がある。)と、下記式(B)で表される構造単位(以下、「構造単位(B)」と称す場合がある。)とを含むことが好ましい。
Figure 2020007400
(ただし、Rは炭素数4〜12の脂肪族炭化水素基を表し、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。)
Figure 2020007400
(ただし、Rは炭素数3〜20の脂肪族炭化水素基を表し、分岐鎖を有していてもよく、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。Lは単結合または主鎖の炭素数が1〜12の連結基であり、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。)
構造単位(A)において、Rは炭素数4〜10、特に炭素数4〜6の脂肪族炭化水素基が好ましく、このRの脂肪族炭化水素基としては、直鎖であっても、分岐を有するものであっても、環状構造を有するものであってもよいが、Rは好ましくは直鎖脂肪族炭化水素基またはアルキレンエーテル基である。Rとしては、より好ましくはアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アルカジエニレン基等が挙げられ、中でもアルキレン基が好ましく、特に炭素数4〜10のアルキレン基が好ましく、得られるポリウレタンの柔軟性と耐薬品性などのバランスから炭素数4〜6のアルキレン基であることが好ましく、入手の容易さから炭素数4のブチレン基又は炭素数6のへキシレン基が最も好ましい。
本発明のポリカーボネートジオールは、構造単位(A)の1種のみを含むものであってもよく、Rの異なる2種以上の構造単位(A)を含むものであってもよい。
構造単位(B)は1個以上のカルボキシル基(−COOH)を含む構造単位であり、本発明に好適な構造単位(B)の一例としては、上記式(B)において、Lが単結合で、Rが炭素数3〜20の分岐を有していてもよい脂肪族飽和炭化水素基であるものが挙げられ、具体的には、下記式(B1)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 2020007400
また、本発明の好適な構造単位(B)の他の例として、下記式(D)で表される構造単位が挙げられ、より好ましくは下記式(D1)で表される構造単位が挙げられる。
Figure 2020007400
(ただし、RおよびRはそれぞれ独立に主鎖の炭素数が4〜12の脂肪族炭化水素基を表し、分岐鎖を有していてもよく、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。LはO,S,Nから選ばれるヘテロ原子を含む炭素数1〜12の連結基である。)
Figure 2020007400
(ただし、Rは式(D)におけると同義である。)
上記式(D1)において、Rは好ましくは炭素数3〜12の脂肪族飽和炭化水素基である。
本発明のポリカーボネートジオールは、構造単位(B)の1種のみを含むものであってもよく、LやRの異なる2種以上の構造単位(B)を含むものであってもよい。
本発明のポリカーボネートジオールは、構造単位(A)と構造単位(B)とを、モル比率で構造単位(A):構造単位(B)=50:50〜99:1、特に80:20〜99:1で、とりわけ85:15〜99:1の割合で含むことが好ましい。
上記範囲よりも構造単位(A)が多く、構造単位(B)が少ないと、カルボキシル基を有する構造単位(B)を導入することによる水分散性の向上効果を十分に得ることができず、得られるポリウレタン水分散体の保存安定性が悪くなる傾向があり、逆に構造単位(B)が多く、構造単位(A)が少ないと、カルボキシル基が多すぎて凝集することで、得られるポリウレタンの分散を阻害したり、また酸成分が多すぎて、得られるポリウレタンの耐久性、耐加水分解性、耐候性、透明性、色調が低下することがある。
なお、本発明のポリカーボネートジオールにおける構造単位(A)と構造単位(B)のモル比率は、後述の実施例の項に示される通り、H−NMRによる測定で求めることができる。
<1−8.エステル結合率>
本発明のポリカーボネートジオールはカーボネート結合が多く存在するが、エステル結合が少量含まれてもよい。
ポリカーボネートジオール1分子あたりにおける、カーボネート結合数とエステル結合数の合計に対するエステル結合数の割合を「エステル結合率」と表記した場合、本発明のポリカーボネートジオールのエステル結合率は20%以下が好ましく、10%以下がより好ましく、5%以下がさらに好ましく、0%であることが最も好ましい。エステル結合が存在すると得られるポリウレタンの柔軟性が向上することがあるが、上記上限を超えて存在する場合、得られるポリウレタンの耐薬品性、耐加水分解性、耐熱性が低下する傾向がある。ポリカーボネートジオールのエステル結合率は、後述の実施例の項に記載の方法で測定、算出することができる。
<1−9.カルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法>
以下に、上記のような特徴を有する本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法について説明する。
ポリカーボネートジオールの重合する際、反応系内にエステル化の副反応やエステル交換触媒の失活を引き起こす置換基(カーボネート重合阻害基と示す)が存在しないことが好ましい。カーボネート重合阻害基としては、カルボキシル基及びメチルエステル基及びエチルエステル基などが挙げられる。カーボネート重合阻害基がある状態で、カーボネート重合を実施した場合には、カーボネート重合が進行せずに分子量が伸びなかったり、副生したエステル結合により架橋が進行し、ゲル化が起こったりすることがある。
よって、本発明では、上記カーボネート重合阻害基を用いずにカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールを合成するために、下記の2つの工程を順に経てカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールを製造することが好ましい。また実機での生産性を向上させるために、工程1と工程2を一つの反応器で実施したり、途中で精製を行わずに連続して実施すること(ワンポット製造)も可能である。
工程1:カルボキシル基前駆体基を有するジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを反応させてポリカーボネートジオールを得る重合工程
工程2:工程1で得られたポリカーボネートジオールのカルボキシル基前駆体基をカルボキシル基に変換する変換工程
上記工程1で用いるカルボキシル基前駆体基を有するジヒドロキシ化合物とは、ポリカーボネートジオール重合時に不活性であり、重合後の反応によってポリカーボネートジオール中にカルボキシル基を導入できる化合物を示す。その特性を持てば、特に制限はないが、後述の項に示す保護したカルボキシル基を有するジヒドロキシ化合物や不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物が好ましい。
カルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの具体的な製造方法としては特に制限はないが、原料の調達や合成操作の容易性から、特に下記の製造方法1、2が好ましい。
製造方法1:下記工程1−1,2−1をこの順で行うカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
工程1−1:保護したカルボキシル基を有するジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを反応させてポリカーボネートジオールを得る重合工程
工程2−1:工程1−1で得られたポリカーボネートジオールのカルボキシル基の保護基を脱離させる脱保護工程
製造方法2:下記工程1−2,2−2をこの順で行うカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
工程1−2:不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを反応させてポリカーボネートジオールを得る重合工程
工程2−2:工程1−2で得られたポリカーボネートジオールの不飽和結合に対して、カルボキシル基導入化合物を反応させてカルボキシル基を導入するカルボキシル基導入工程
<1−9−1.製造方法1>
以下に製造方法1について説明する。
製造方法1は下記反応式で表される。
Figure 2020007400
(上記反応式において、Rは式(A)におけるRと同義であり、L,Rは式(B)におけるL,Rと同義である。Xはカルボキシル基の保護基である。Rは後述のカーボネート化合物のアルキル基、アリール基又は2つのRが結合してなるアルキレン基を表す。)
製造方法1は、保護基Xにより保護されたカルボキシル基を有するジヒドロキシ化合物a及びジヒドロキシ化合物bとカーボネート化合物を用いて、ポリカーボネートジオール重合条件下に重合して保護されたカルボキシル基を有するポリカーボネートジオールcを製造し、この重合反応後に脱保護することにより、カルボキシル基含有のポリカーボネートジオールdを得る方法である。製造方法1におけるポリカーボネートジオールの重合方法に関してはポリカーボネート重合工程の項に記すとおりである。
カルボキシル基の保護基Xとしては特に限定されないが、ポリカーボネートジオール重合条件下において不活性で、安価で、重合後にポリカーボネートジオール骨格を保ったまま脱保護しやすいものが好ましく、具体的には炭素数3〜12の分岐や環状構造を含んでもよいアルキル基(イソプロピル基、t−ブチル基、s−ブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基など)、フェニル基、ベンジル基、p−メトキシベンジル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、メトキシメチル基、メトキシエチル基、フェナシル基、p−メトキシフェナシル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチルt−ブチルシリル基、ジメチルフェニルシリル基などが好ましく、温和な水素化還元で脱保護できて安価なベンジル基が最も好ましい。
カルボキシル基の保護基を脱離させる脱保護工程としては特に手法に限定はないが、カーボネート結合に対して、不活性な還元条件下での脱保護が好ましい。特にベンジル基の脱保護において、金属触媒と水素を用いた接触還元による手法が温和な条件で脱保護が進行するために好ましい。
製造方法1においては、製造されるカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールに、ジヒドロキシ化合物bにより構造単位(A)が導入され、保護基Xにより保護されたカルボキシル基を有するジヒドロキシ化合物aにより構造単位(B)が導入されるため、重合工程に用いるジヒドロキシ化合物bと、保護基Xにより保護されたカルボキシル基を有するジヒドロキシ化合物aとの使用割合を調整することにより、得られるカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの構造単位(A)と構造単位(B)のモル比率を調整することができる。
<1−9−2.製造方法2>
以下に製造方法2について説明する。
製造方法2は下記反応式で表される。
Figure 2020007400
(上記反応式において、Rは式(A)におけるRと同義であり、Rは、炭素数3〜12の分岐を含むアルキル基である。Rは後述のカーボネート化合物のアルキル基、アリール基又は2つのRが結合してなるアルキレン基を表す。L及びLは炭素数3〜12の分岐を含んでもよいアルキレン基であり、Yは後の項に示す不飽和結合反応基由来のO、N、S原子などを表す。)
製造方法2は、不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物eとジヒドロキシ化合物bとカーボネート化合物を用いて、ポリカーボネートジオール重合条件下に重合して不飽和結合を有するポリカーボネートジオールfを製造し、この重合反応後に、不飽和結合を有するポリカーボネートジオールfの不飽和結合に対して、カルボキシル基導入化合物gを反応させてカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールhを得る方法である。製造方法2においても、ポリカーボネートジオールの重合法に関しては、ポリカーボネートジオール重合工程の項に示す通りである。また実機での生産性を向上させるために、上記の工程を一つの反応器で実施したり、途中で精製を行わずに連続して実施すること(ワンポット製造)も可能である。
不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物eとしては、2−ブテンー1,4−ジオール、2−ペンテンー1,5−ジオール、3−ヘキセンー1,6−ジオール、シクロヘキセンジメタノール、フマル酸ビス(ヒドロキシアルキル)類などが挙げられるが、不飽和結合の反応性の観点からフマル酸ビス(ヒドロキシアルキル)(アルキル基の炭素数3〜12)が好ましい。さらにポリカーボネートジオール重合時の安定性と入手の容易さから、アルキル基の炭素数が6のフマル酸ビス(ヒドロキシへキシル)が最も好ましい。不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物eは、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、カルボキシル基導入化合物gとしては特に限定されないが、カルボキシル基と不飽和結合反応基をそれぞれ1つ以上有する必要がある。不飽和結合反応基としては特に限定されないが、カルボキシル基に対して不活性な条件において、ポリカーボネートジオール中の不飽和結合と反応することができる置換基である。不飽和結合反応基の具体的な例としては、水酸基、アミノ基、メルカプト基などが挙げられるが、反応性の観点からメルカプト基が最も好ましい。具体的な化合物としては特に限定されないが、安定性の観点から1−メルカプト酢酸、1−メルカプトプロピオン酸、1−メルカプトブタン酸などのアルキル基の両末端にメルカプト基とカルボキシル基がある化合物が好ましく、入手の容易さから1−メルカプト酢酸が最も好ましい。
カルボキシル基導入化合物についても、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また不飽和結合反応基を反応させる工程において、反応を加速するために添加剤や溶媒などを用いてもよく、メルカプト基を含有する化合物を用いる場合には3級アミンの添加が反応を加速する場合がある。
製造方法2においては、製造されるカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールに、ジヒドロキシ化合物bにより構造単位(A)が導入され、不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物eにより構造単位(B)が導入されるため、重合工程に用いるジヒドロキシ化合物bと、不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物eとの使用割合を調整することにより、得られるカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの構造単位(A)と構造単位(B)のモル比率を調整することができる。
以下に、製造方法2のより具体的な例として、不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物としてフマル酸(ビスアルキル)、不飽和結合反応基としてアルキル基の一方ので、末端にメルカプト基があり、他方の末端にカルボキシル基がある化合物を用いた例を示す。
この方法は、下記式(X)で表される構造単位を有するポリカーボネートジオールに、メルカプト基を有する化合物を反応させて、下記式(D2)で表される構造単位を有するカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールを製造する方法であり、下記反応式で表される。
Figure 2020007400
(ただし、Rは主鎖の炭素数が4〜12の脂肪族炭化水素基を表し、分岐鎖を有していてもよく、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。Lは炭素数1〜12の炭化水素基であり、分岐鎖を有していてもよい。)
Figure 2020007400
(上記反応式において、Rは式(A)におけるRと同義であり、L,Rは式(D2)におけるL,Rと同義である。Rは後述のカーボネート化合物のアルキル基、アリール基又は2つのRが結合してなるアルキレン基を表す。)
<1−9−3.ポリカーボネート重合工程>
<1−9−3−1.通常ジヒドロキシ化合物>
製造方法1及び2において、構造単位(A)の導入に用いるジヒドロキシ化合物b(以下、「通常ジヒドロキシ化合物」と称す場合がある。)は、前述の保護基Xで保護されたカルボキシル基を有するジヒドロキシ化合物aや不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物eなどのカルボキシル基前駆体基を有するジヒドロキシ化合物との組み合わせにおいて、得られるポリカーボネートジオールの平均炭素数が前述の範囲となる組み合わせで用いられる。
本発明で用いる通常ジヒドロキシ化合物としては、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,16−ヘキサデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオール、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、イソソルビド等が挙げられる。これらの中でも、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、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、シクロヘキサンジメタノール、イソソルビドが好ましく、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールが特に好ましく、とりわけ好ましくは1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールである。これらの通常ジヒドロキシ化合物は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<1−9−3−2.カーボネート化合物>
本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法において、原料となるカーボネート化合物はジアルキルカーボネート、アルキレンカーボネート、ジアリールカーボネートなどが挙げられる。その中で、反応性の観点からジアリールカーボネートを含むことが好ましい。
本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造に好ましく用いることができるカーボネート化合物の具体例としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、ジフェニルカーボネートが挙げられ、特にジフェニルカーボネートが好ましい。
本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造において、カーボネート化合物の使用量は、特に限定されないが、ジヒドロキシ化合物の合計1モルに対するモル比率で、下限が好ましくは0.75、より好ましくは0.80、さらに好ましくは0.84であり、上限は好ましくは1.00、より好ましくは0.98、さらに好ましくは0.97である。カーボネート化合物の使用量が上記上限を超えると得られるポリカーボネートジオールの末端基が水酸基でないものの割合が増加したり、分子量が所定の範囲とならない場合があり、前記下限より低いと所定の分子量まで重合が進行しない場合がある。
<1−9−3−3.エステル交換触媒>
本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールは、ジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを、エステル交換触媒の存在下にエステル交換反応により重縮合することにより製造することができる。
エステル交換触媒としては、一般にエステル交換能があるとされている化合物であれば制限なく用いることができる。
エステル交換触媒の例を挙げると、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等の周期表長周期型周期表(以下、単に「周期表」という)第1族金属の化合物;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の周期表第2族金属の化合物;チタン、ジルコニウム等の周期表第4族金属の化合物;ハフニウム等の周期表第5族金属の化合物;コバルト等の周期表第9族金属の化合物;亜鉛等の周期表第12族金属の化合物;アルミニウム等の周期表第13族金属の化合物;ゲルマニウム、スズ、鉛等の周期表第14族金属の化合物;アンチモン、ビスマス等の周期表第15族金属の化合物;ランタン、セリウム、ユーロピウム、イッテルビウム等ランタナイド系金属の化合物等が挙げられる。これらのうち、エステル交換反応速度を高めるという観点から、周期表第1族金属の化合物、周期表第2族金属の化合物、周期表第4族金属の化合物、周期表第5族金属の化合物、周期表第9族金属の化合物、周期表第12族金属の化合物、周期表第13族金属の化合物、周期表第14族金属の化合物が好ましく、周期表第1族金属の化合物、周期表第2族金属の化合物がより好ましく、周期表第2族金属、周期表第4族金属の化合物の化合物がさらに好ましい。周期表第2族金属の化合物の中でも、カルシウム、マグネシウムの化合物がより好ましい。また周期表第4族金属の化合物の中でもチタンが好ましい。これらの金属化合物は主に、水酸化物や塩等として使用される。塩として使用される場合の塩の例としては、塩化物、臭化物、ヨウ化物等のハロゲン化物塩;酢酸塩、ギ酸塩、安息香酸塩等のカルボン酸塩;メタンスルホン酸やトルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等のスルホン酸塩;燐酸塩や燐酸水素塩、燐酸二水素塩等の燐含有の塩;アセチルアセトナート塩;等が挙げられる。触媒金属は、さらにメトキシド、エトキシド、ブトキシドの様なアルコキシドとして用いることもできる。
これらのうち、好ましくは、周期表第2族、第4族金属から選ばれた少なくとも1種の金属の酢酸塩や硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、アルコキシドが用いられ、より好ましくは周期表第2族金属の酢酸塩や炭酸塩、水酸化物が用いられ、特に好ましくはマグネシウム、カルシウムの酢酸塩、チタンのアルコキシドが用いられ、さらに好ましくは酢酸マグネシウムやチタンテトラブトキサイドが用いられる。
<1−9−3−4.反応温度>
本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造における、エステル交換反応の反応温度としては、200℃以下が好ましい。その理由としては、ポリカーボネートジオールの色調悪化やアリル末端の副生およびTHFの副生を抑制できるからである。反応温度はより好ましくは190℃以下であり、更に好ましくは180℃以下である。一方、反応温度の下限は、通常130℃以上であり、好ましくは140℃以上であり、更に好ましくは150℃以上である。反応温度が低くなりすぎると、フェノール、メタノールなどのカーボネート化合物由来の副生物の残存量が増加したり、所定の分子量まで重合が進行しなかったりする。
<1−9−3−5.反応圧力>
本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造において、エステル交換反応時の最低反応圧力としては、特に限定されないが、通常1.0kPa以下であり、好ましくは0.5kPa以下である。一方、反応圧力の下限は、通常0.01kPa以上であり、好ましくは0.02kPa以上であり、更に好ましくは0.03kPa以上である。反応圧力が低くなるにつれて、反応時間が短くなり、得られるカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの色調の悪化を抑制する傾向にあり、反応圧力が高くなるにつれて、重合速度の安定化や原料の留去の抑制などにより、カルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの分子量の制御が容易になる傾向にある。
<1−9−3−6.反応時間>
本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造において、エステル交換反応の反応時間としては、特に限定されないが、通常12時間以下であり、好ましくは10時間以下であり、更に好ましくは8時間以下である。一方、反応時間の下限は、通常0.5時間以上であり、好ましくは1時間以上であり、更に好ましくは1.5時間以上である。反応時間が長くなるにつれて、フェノール、メタノールなどのカーボネート化合物由来の副生物の残存量を低減できる傾向にあり、反応時間が短くなるにつれて、得られるカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの色調の悪化を抑制できる傾向にある。
<1−9−3−7.反応器>
本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造において、エステル交換反応に使用される反応器の形状は特に限定されないが、槽型、管型および塔型などの反応器を使用することができる。また重合反応は、バッチ式または連続式に行うことができるが、本発明では製品の安定性等から連続式で行うことが好ましい。
<1−10.ポリカーボネートジオール組成物>
本発明のカルボキシル基含有ポリカーボネートジオール(以下、「ポリカーボネートジオール1」と称す場合がある。)は、カルボキシル基を含まないポリカーボネートジオール(以下、「ポリカーボネートジオール2」と称す場合がある。)と共にポリウレタン化反応に供することが、ポリウレタン化反応時のカルボキシル基の量を調整ができる点と、得られるポリウレタンの柔軟性と耐久性が向上できる点で好ましい。
この場合、ポリカーボネートジオール1とポリカーボネートジオール2を含むポリカーボネートジオール組成物としてポリウレタン化反応に供される。
このポリカーボネートジオール組成物において、ポリカーボネートジオール1と共に用いるポリカーボネートジオール2としては特に制限はないが、前述の構造単位(A)を含むポリカーボネートジオールであるとポリカーボネートジオール同士の相溶性が向上し、均一性の高いウレタンを作れる点で好ましく、このようなポリカーボネートジオール2は、ジヒドロキシ化合物として前述の通常ジヒドロキシ化合物を用いて製造される。
ポリカーボネートジオール2に含まれる構造単位(A)として好ましいものは、ポリカーボネートジオール1に含まれる構造単位(A)として好ましいものと同様である。ただし、ポリカーボネートジオール組成物に含まれるポリカーボネートジオール1が有する構造単位(A)とポリカーボネートジオール2が有する構造単位(A)とは同一である必要はなく、異なっていてもよい。また、ポリカーボネートジオール2は、1種の構造単位(A)で構成されるものであってもよく、2種以上の構造単位(A)で構成されるものであってもよい。
ポリカーボネートジオール2の数平均分子量は、500〜5000、特に800〜4000、さらには1000〜3000、さらには1000〜2000であることが好ましい。 ポリカーボネートジオール2の数平均分子量が上記下限以上であるとポリウレタンとした際に柔軟性に優れたものとすることができる。一方、数平均分子量が上記上限以下であると粘度が低下し、取り扱い性に優れたものとなる。ポリカーボネートジオール2の数平均分子量の測定方法は、ポリカーボネートジオール1と同様である。
本発明のポリカーボネートジオール組成物に含まれるポリカーボネートジオール1とポリカーボネートジオール2の割合には特に制限はなく、その使用目的、例えば、このポリカーボネートジオール組成物を用いて製造されるポリウレタンに要求される物性や、ポリカーボネートジオール1に含まれるカルボキシル基量によっても異なるが、通常、重量比で、ポリカーボネートジオール1:ポリカーボネートジオール2=5:95〜99:1、特に10:90〜90:10、とりわけ10:90〜50:50で、中でも10:90〜40:60であることが好ましい。この範囲よりもポリカーボネートジオール1が少なく、ポリカーボネートジオール2が多いと、ポリカーボネートジオール1を用いることによる前述の効果を十分に得ることができず、ポリカーボネートジオール1が多く、ポリカーボネートジオール2が少ないと、カルボキシル基の量が多くなることでポリウレタンの耐久性が低下したり、柔軟性が低下したりする。
なお、本発明のポリカーボネートジオール組成物は、1種のポリカーボネートジオール1を含むものであってもよく、構造単位の種類、組成や物性の異なる2種以上のポリカーボネートジオール1を含むものであってもよい。同様に、ポリカーボネートジオール2についても、本発明のポリカーボネートジオール組成物は、1種のポリカーボネートジオール2を含むものであってもよく、構造単位の種類や物性の異なる2種以上のポリカーボネートジオール2を含むものであってもよい。
[2.ポリウレタン]
本発明のポリカーボネートジオール又はポリカーボネートジオール組成物(以下「ポリカーボネートジオール(組成物)」と記載する。)を用いてポリウレタンやポリウレタン水分散体を製造することができる。製造されたポリウレタンは、本発明の別の形態である。
本発明のポリカーボネートジオール(組成物)を用いてポリウレタンを製造する方法は、通常ポリウレタンを製造する公知のポリウレタン化反応条件が用いられる。
例えば、ポリカーボネートジオール(組成物)とポリイソシアネート及び鎖延長剤を常温から200℃の範囲で反応させることにより、ポリウレタンを製造することができる。
また、ポリカーボネートジオール(組成物)と過剰のポリイソシアネートとをまず反応させて、末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを製造し、さらに鎖延長剤を用いて重合度を挙げて、ポリウレタンを製造することができる。
<2−1.ポリイソシアネート>
ポリカーボネートジオール(組成物)を用いてポリウレタンを製造する際に使用されるポリイソシアネートとしては、脂肪族、脂環族または芳香族の各種公知のポリイソシアネート化合物が挙げられる。
例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、及びダイマー酸のカルボキシル基をイソシアネート基に転化したダイマージイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1−メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1−メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及び1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンなどの脂環族ジイソシアネート;キシリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、4,4’−ジベンジルジイソシアネート、ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、及びm−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、得られるポリウレタンの物性のバランスが好ましい点、工業的に安価に多量に入手が可能な点で、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートが好ましい。
<2−2.鎖延長剤>
また、ポリウレタンを製造する際に用いられる鎖延長剤は、後述するイソシアネート基を有するプレポリマーを製造する場合において、イソシアネート基と反応する活性水素を少なくとも2個有する低分子量化合物であり、通常、ポリオール及びポリアミン等を挙げることができる。
その具体例としては、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール等の直鎖ジオール類;2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2,4−ヘプタンジオール、1,4−ジメチロールヘキサン、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、ダイマージオール等の分岐鎖を有するジオール類;ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のエーテル基を有するジオール類;1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−ジヒドロキシエチルシクロヘキサン等の脂環構造を有するジオール類、キシリレングリコール、1,4−ジヒドロキシエチルベンゼン、4,4’−メチレンビス(ヒドロキシエチルベンゼン)等の芳香族基を有するジオール類;グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等のポリオール類;N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン等のヒドロキシアミン類;エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、ヘキサメチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチレントリアミン、イソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、2−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、ジ−2−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、ジ−2−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、2−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ジ−2−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、4,4’−ジフェニルメタンジアミン、メチレンビス(o−クロロアニリン)、キシリレンジアミン、ジフェニルジアミン、トリレンジアミン、ヒドラジン、ピペラジン、N,N’−ジアミノピペラジン等のポリアミン類;及び水等を挙げることができる。
これらの鎖延長剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、得られるポリウレタンの物性のバランスが好ましい点、工業的に安価に多量に入手が可能な点で、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−ジヒドロキシエチルシクロヘキサン、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、イソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンが好ましい。
また、後述する水酸基を有するプレポリマーを製造する場合の鎖延長剤とは、イソシアネート基を少なくとも2個有する低分子量化合物であり、具体的には<2−1.ポリイソシアネート>で記載したような化合物が挙げられる。
<2−3.鎖停止剤>
ポリウレタンを製造する際には、得られるポリウレタンの分子量を制御する目的で、必要に応じて1個の活性水素基を持つ鎖停止剤を使用することができる。
これらの鎖停止剤としては、一個の水酸基を有するメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール等の脂肪族モノオール類、一個のアミノ基を有するジエチルアミン、ジブチルアミン、n−ブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、モルフォリン等の脂肪族モノアミン類が例示される。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<2−4.触媒>
ポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応において、トリエチルアミン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジアミンなどのアミン系触媒又は酢酸、リン酸、硫酸、塩酸、スルホン酸等の酸系触媒、トリメチルチンラウレート、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ジオクチルチンジネオデカネートなどのスズ系の化合物、さらにはチタン系化合物などの有機金属塩などに代表される公知のウレタン重合触媒を用いる事もできる。ウレタン重合触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<2−5.ポリカーボネートジオール1及びポリカーボネートジオール2以外のポリオール>
ポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応においては、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)と、必要に応じてポリカーボネートジオール1及びポリカーボネートジオール2以外のポリオール(以下、「その他のポリオール」とも称する。)を併用してもよい。
ここで、その他のポリオールとは、通常のポリウレタン製造の際に用いるものであれば特に限定されず、例えばポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートジオール1及びポリカーボネートジオール2以外のポリカーボネートジオールが挙げられる。例えば、ポリエーテルポリオールとの併用では、本発明のポリカーボネートジオールの特徴である柔軟性を更に向上させたポリウレタンとすることができる。
その他のポリオールを併用する場合、本発明のポリカーボネートジオール1と、ポリカーボネートジオール2を含むその他のポリオールとを合わせた重量に対する、本発明のポリカーボネートジオール1の重量割合は70%以上が好ましく、90%以上が更に好ましい。本発明のポリカーボネートジオール1の重量割合が少ないと、本発明の特徴であるポリウレタンの特性やハンドリング性が失われる可能性がある。
ポリウレタンの製造の際にポリカーボネートジオール1及びポリカーボネートジオール2以外のその他ポリオールを併用する場合、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)、その他のポリオール、その他の原料が十分に相溶する必要がある。相溶性が十分でない場合は、ウレタン化反応が不均一に進行し、得られるポリウレタンの分子量分布が広がったり、分子量が低下するために、ポリウレタン溶液がゲル化したり、保存安定性が悪化したり、ポリウレタンの強度や耐溶剤性や耐候性や耐熱性が低下する可能性がある。
<2−6.ポリカーボネートジオール(組成物)の変性>
本発明において、ポリウレタンの製造には、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)を変性して使用することも出来る。ポリカーボネートジオール(組成物)の変性方法としては、ポリカーボネートジオール(組成物)にエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のエポキシ化合物を付加させてエーテル基を導入する方法や、ポリカーボネートジオール(組成物)をε−カプロラクトン等の環状ラクトンやアジピン酸、コハク酸、セバシン酸、テレフタル酸等のジカルボン酸化合物並びにそれらのエステル化合物と反応させてエステル基を導入する方法がある。エーテル変性では、エチレンオキシド、プロピレンオキシド等により変性することで、ポリカーボネートジオール(組成物)の粘度が低下し、取扱い性等が改善するため好ましい。特に、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)では、エチレンオキシドやプロピレンオキシド変性することによって、ポリカーボネートジオール(組成物)の結晶性が低下し、低温での柔軟性が改善すると共に、エチレンオキシド変性の場合は、エチレンオキシド変性ポリカーボネートジオール(組成物)を用いて製造されたポリウレタンの吸水性や透湿性が増加する為に人工皮革・合成皮革等としての性能が向上することがある。しかし、エチレンオキシドやプロピレンオキシドの付加量が多くなると、変性ポリカーボネートジオール(組成物)を用いて製造されたポリウレタンの機械強度、耐熱性、耐薬品性等の諸物性が低下するので、ポリカーボネートジオール(組成物)に対する付加量としては、ポリカーボネートジオール(組成物)の重量に対して、5〜50重量%が好適であり、好ましくは5〜40重量%、更に好ましくは5〜30重量%である。また、エステル基を導入する方法では、ε−カプロラクトンにより変性することで、ポリカーボネートジオール(組成物)の粘度が低下し、取扱い性等が改善するため好ましい。ポリカーボネートジオール(組成物)に対するε−カプロラクトンの付加量としては、ポリカーボネートジオール(組成物)の重量に対して、5〜50重量%が好適であり、好ましくは5〜40重量%、更に好ましくは5〜30重量%である。ε−カプロラクトンの付加量が50重量%を超えると、変性ポリカーボネートジオール(組成物)を用いて製造されたポリウレタンの耐加水分解性、耐薬品性等が低下する。
<2−7.溶剤>
ポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応は溶剤を用いてもよい。
好ましい溶剤としては、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド,N−メチルピロリドンなどのアミド系溶剤;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶剤、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;及びトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤等が挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いてもよく、2種以上の混合溶媒として用いてもよい。
これらの中で好ましい有機溶剤は、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン及びジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、酢酸エチル、及びトルエン等である。
また、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)、ポリジイソシアネート、及び前記の鎖延長剤が配合されたポリウレタン組成物から、水分散液のポリウレタンを製造することもできる。
<2−8.ポリウレタン製造方法>
上述の反応試剤を用いてポリウレタンを製造する方法としては、一般的に実験ないし工業的に用いられる製造方法が使用できる。
その例としては、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)、必要に応じて用いられるその他のポリオール、ポリイソシアネート及び鎖延長剤を一括に混合して反応させる方法(以下、「一段法」と称する場合がある)や、まず本発明のポリカーボネートジオール(組成物)、その他のポリオール及びポリイソシアネートを反応させて両末端がイソシアネート基のプレポリマーを調製した後に、そのプレポリマーと鎖延長剤を反応させる方法(以下、「二段法」と称する場合がある)等がある。
二段法は、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)と必要に応じて用いられるその他のポリオールとを、予め1当量以上のポリイソシアネートと反応させることにより、ポリウレタンのソフトセグメントに相当する部分の両末端イソシアネート中間体を調製する工程を経るものである。このように、プレポリマーを一旦調製した後に鎖延長剤と反応させると、ソフトセグメント部分の分子量の調整が行いやすい場合があり、ソフトセグメントとハードセグメントとの相分離を確実に行う必要がある場合には有用である。
<2−9.一段法>
一段法とは、ワンショット法とも呼ばれ、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)、その他のポリオール、ポリイソシアネート及び鎖延長剤を一括に仕込むことで反応を行う方法である。
一段法におけるポリイソシアネートの使用量は、特に限定はされないが、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)とその他のポリオールとの総水酸基数と、鎖延長剤の水酸基数とアミノ基数との総計を1当量とした場合、下限は、好ましくは0.7当量、より好ましくは0.8当量、更に好ましくは0.9当量、特に好ましくは0.95当量であり、上限は、好ましくは3.0当量、より好ましくは2.0当量、更に好ましくは1.5当量、特に好ましくは1.1当量である。
ポリイソシアネートの使用量が多すぎると、未反応のイソシアネート基が副反応を起こし、得られるポリウレタンの粘度が高くなりすぎて取り扱いが困難となったり、柔軟性が損なわれたりする傾向があり、少なすぎると、ポリウレタンの分子量が十分に大きくならず、十分なポリウレタン強度が得られなくなる傾向がある。
また、鎖延長剤の使用量は、特に限定されないが、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)とその他のポリオールとの総水酸基数から、ポリイソシアネートのイソシアネート基数を引いた数を1当量とした場合、下限は、好ましくは0.7当量、より好ましくは0.8当量、更に好ましくは0.9当量、特に好ましくは0.95当量であり、上限は好ましくは3.0当量、より好ましくは2.0当量、更に好ましくは1.5当量、特に好ましくは1.1当量である。鎖延長剤の使用量が多すぎると、得られるポリウレタンが溶媒に溶けにくく加工が困難になる傾向があり、少なすぎると、得られるポリウレタンが軟らかすぎて十分な強度や硬度、弾性回復性能や弾性保持性能が得られない場合や、耐熱性が悪くなる場合がある。
<2−10.二段法>
二段法は、プレポリマー法ともよばれ、主に以下の方法がある。
(a)予め本発明のポリカーボネートジオール(組成物)及びその他のポリオールと、過剰のポリイソシアネートとを、ポリイソシアネート/(本発明のポリカーボネートジオール(組成物)及びその他のポリオール)の反応当量比が1を超える量から10.0以下で反応させて、分子鎖末端がイソシアネート基であるプレポリマーを製造し、次いでこれに鎖延長剤を加えることによりポリウレタンを製造する方法。
(b)予めポリイソシアネートと、過剰のポリカーボネートジオール(組成物)及びその他のポリオールとを、ポリイソシアネート/(本発明のポリカーボネートジオール(組成物)及びその他のポリオール)の反応当量比が0.1以上から1.0未満で反応させて分子鎖末端が水酸基であるプレポリマーを製造し、次いでこれに鎖延長剤として末端がイソシアネート基のポリイソシアネートを反応させてポリウレタンを製造する方法。
二段法は無溶媒でも溶媒共存下でも実施することができる。
二段法によるポリウレタン製造は以下に記載の(1)〜(3)のいずれかの方法によって行うことができる。
(1) 溶媒を使用せず、まず直接ポリイソシアネートとポリカーボネートジオール(組成物)とその他のポリオールとを反応させてプレポリマーを合成し、そのまま鎖延長反応に使用する。
(2)(1)の方法でプレポリマーを合成し、その後溶媒に溶解し、以降の鎖延長反応に使用する。
(3) 初めから溶媒を使用し、ポリイソシアネートとポリカーボネートジオール(組成物)とその他のポリオールとを反応させ、その後鎖延長反応を行う。
(1)の方法の場合には、鎖延長反応にあたり、鎖延長剤を溶媒に溶かしたり、溶媒に同時にプレポリマー及び鎖延長剤を溶解したりするなどの方法により、ポリウレタンを溶媒と共存する形で得ることが重要である。
二段法(a)の方法におけるポリイソシアネートの使用量は、特に限定はされないが、ポリカーボネートジオール(組成物)とその他のポリオールとの総水酸基の数を1当量とした場合のイソシアネート基の数として、下限が好ましくは1.0当量を超える量、より好ましくは1.2当量、更に好ましくは1.5当量であり、上限が好ましくは10.0当量、より好ましくは5.0当量、更に好ましくは3.0当量の範囲である。
このイソシアネート使用量が多すぎると、過剰のイソシアネート基が副反応を起こして所望のポリウレタンの物性まで到達しにくい、例えば、粘度が高くなりすぎて得られるポリウレタンの柔軟性が低下したり、取扱いが悪く生産性が劣ったりする傾向があり、少なすぎると、得られるポリウレタンの分子量が十分に上がらず強度や熱安定性が低くなる場合がある。
鎖延長剤の使用量については特に限定されないが、プレポリマーに含まれるイソシアネート基の数1当量に対して、下限が好ましくは0.1当量、より好ましくは0.5当量、更に好ましくは0.8当量であり、上限が好ましくは5.0当量、より好ましくは3.0当量、更に好ましくは2.0当量の範囲である。
上記鎖延長化反応を行う際に、分子量を調整する目的で、一官能性の有機アミン類やアルコール類を共存させてもよい。
また、二段法(b)の方法における末端が水酸基であるプレポリマーを作成する際のポリイソシアネートの使用量は、特に限定はされないが、ポリカーボネートジオール(組成物)とその他のポリオールとの総水酸基の数を1当量とした場合のイソシアネート基の数として、下限が好ましくは0.1当量、より好ましくは0.5当量、更に好ましくは0.7当量であり、上限が好ましくは0.99当量、より好ましくは0.98当量、更に好ましくは0.97当量である。
このイソシアネート使用量が少なすぎると、続く鎖延長反応で所望の分子量を得るまでの工程が長くなり生産効率が落ちる傾向にあり、多すぎると、粘度が高くなりすぎて得られるポリウレタンの柔軟性が低下したり、取扱い性が悪く生産性が劣ったりする場合がある。
鎖延長剤の使用量については特に限定されないが、プレポリマーに使用したポリカーボネートジオール(組成物)とその他のポリオールとの総水酸基の数を1当量とした場合、プレポリマーに使用したイソシアネート基の当量を加えた総当量として、下限が好ましくは0.7当量、より好ましくは0.8当量、更に好ましくは0.9当量であり、上限が好ましくは1.0当量未満、より好ましくは0.99当量、更に好ましくは0.98当量の範囲である。
上記鎖延長化反応を行う際に、分子量を調整する目的で、一官能性の有機アミン類やアルコール類を共存させてもよい。
鎖延長反応は通常、0℃〜250℃で反応させるが、この温度は溶剤の量、使用原料の反応性、反応設備等により異なり、特に制限はない。温度が低すぎると反応の進行が遅くなったり、原料や重合物の溶解性が低い為に製造時間が長くなることがあり、また高すぎると副反応や得られるポリウレタンの分解が起こることがある。鎖延長反応は、減圧下で脱泡しながら行ってもよい。
また、鎖延長反応には必要に応じて、触媒や安定剤等を添加することもできる。
触媒としては、例えばトリエチルアミン、トリブチルアミン、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸第一錫、酢酸、燐酸、硫酸、塩酸、スルホン酸等の化合物が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
安定剤としては、例えば2,6−ジブチル−4−メチルフェノール、ジステアリルチオジプロピオネート、N,N′−ジ−2−ナフチル−1,4−フェニレンジアミン、トリス(ジノニルフェニル)ホスファイト等の化合物が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。尚、鎖延長剤が短鎖脂肪族アミン等の反応性の高いものの場合は、触媒を添加せずに実施してもよい。
<2−11.水系ポリウレタン分散体>
本発明のポリカーボネートジオール(組成物)を用いて、水系ポリウレタン分散体を製造する事も可能であり、従来のポリカーボネートジオールと比較して、より分散性の高い水系ポリウレタン分散体を作ることができる。加えて、その水系ポリウレタン分散体は保管中に凝集することが少ないために保存安定性に優れる。
その場合、ポリカーボネートジオール(組成物)を含むポリオールと過剰のポリイソシアネートを反応させてプレポリマーを製造する際に、少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物とを混合してプレポリマーを形成し、親水性官能基の中和塩化工程、水添加による乳化工程、鎖延長反応工程を経て水系ポリウレタン分散体とする。プレポリマー形成と鎖延長反応工程に使用する原料、添加剤、触媒、溶媒などは前述ポリウレタン製造と同等のものを使用することができる。
ここで使用する少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物との親水性官能基とは、例えばカルボキシル基やスルホン酸基であって、アルカリ性基で中和可能な基である。また、イソシアネート反応性基とは、水酸基、1級アミノ基、2級アミノ基等の一般的にイソシアネートと反応してウレタン結合、ウレア結合を形成する基であり、これらが同一分子内に混在していてもかまわない。
少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基とを有する化合物としては、具体的には、2,2’−ジメチロールプロピオン酸、2,2−メチロール酪酸、2,2’−ジメチロール吉草酸等が挙げられる。また、ジアミノカルボン酸類、例えば、リジン、シスチン、3,5−ジアミノカルボン酸等も挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらを実際に用いる場合には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン等のアミンや、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等のアルカリ性化合物で中和して用いることができる。
水系ポリウレタン分散体を製造する場合、少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基とを有する化合物の使用量は、水に対する分散性能を上げるために、その下限は、ポリカーボネートジオール(組成物)とその他のポリオールとの総重量に対して、好ましくは1重量%、より好ましくは5重量%、更に好ましくは10重量%である。一方、これを多く添加しすぎるとポリカーボネートジオールの特性が維持されなくなってしまうことがあるために、その上限は好ましくは50重量%、より好ましくは40重量%、更に好ましくは30重量%である。
水系ポリウレタン分散体を製造する場合、プレポリマー工程においてメチルエチルケトンやアセトン、あるいはNーメチル−2−ピロリドン等の溶媒の共存下に反応させてもよいし、無溶媒で反応させてもよい。また、溶媒を使用する場合は、水性分散体を製造した後に蒸留によって溶媒を留去させるのが好ましい。
本発明のポリカーボネートジオール(組成物)を原料として、無溶媒で水系ポリウレタン分散体を製造する際には、ポリカーボネートジオール(組成物)の水酸基価から求めた数平均分子量の上限は好ましくは5000、より好ましくは4000、更に好ましくは3000、特に好ましくは2000である。また、数平均分子量の下限は好ましくは300、より好ましくは500、更に好ましくは800である。水酸基価から求めた数平均分子量が上記上限を超える、または上記下限より小さくなると、分散体化が困難となる場合がある。
また水系ポリウレタン分散体を製造する際に、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)と、必要に応じてその他のポリオールを併用してもよい。
ここで、その他のポリオールとは、通常のポリウレタン製造の際に用いるものであれば特に限定されず、例えばポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、本発明のポリカーボネートジオール1及びポリカーボネートジオール2以外のポリカーボネートジオールが挙げられる。例えば、ポリエーテルポリオールとの併用では、本発明のポリカーボネートジオールの特徴である柔軟性を更に向上させたポリウレタンとすることができる。
その他のポリオールを併用する場合、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)と、その他のポリオールとを合わせた重量に対する、本発明のポリカーボネートジオール1の重量割合は70%以上が好ましく、90%以上が更に好ましい。本発明のポリカーボネートジオール1の重量割合が少ないと、本発明の特徴であるポリウレタンの特性やハンドリング性が失われる可能性がある。
水系ポリウレタン分散体の製造の際にその他ポリオールを併用する場合、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)、必要に応じて用いられるその他のポリオール、その他の原料が水系の溶媒に対して、十分に分散または溶解する必要がある。分散性が十分でない場合は、ウレタン化反応が不均一に進行し、得られる水系ポリウレタン分散体の分子量分布が広がったり、分子量が低下するために、水系ポリウレタン分散体が凝集したり、保存安定性が悪くなったりする。また水系ポリウレタン分散体から得られるポリウレタンの強度や耐溶剤性や耐候性や耐熱性などが悪化する可能性がある。
また、水系ポリウレタン分散体の合成、あるいは保存にあたり、高級脂肪酸、樹脂酸、酸性脂肪アルコール、硫酸エステル、スルホン酸高級アルキル、スルホン酸アルキルアリール、スルホン化ひまし油、スルホコハク酸エステルなどに代表されるアニオン性界面活性剤、第一級アミン塩、第二級アミン塩、第三級アミン塩、第四級アミン塩、ピリジニウム塩等のカチオン系界面活性剤、あるいはエチレンオキサイドと長鎖脂肪アルコール又はフェノール類との公知の反応生成物に代表される非イオン性界面活性剤等を併用して、乳化安定性を保持してもよい。
また、水系ポリウレタン分散体とする際に、プレポリマーの有機溶媒溶液に、必要に応じて中和塩化工程なしに、乳化剤の存在下、水を機械的に高せん断で混合して、分散体を製造することも出来る。
このようにして製造された水系ポリウレタン分散体は、様々な用途に使用する事が可能である。特に、最近は環境負荷の小さな化学品原料が求められており、有機溶剤を使用しない目的としての従来品からの代替が可能である。
水系ポリウレタン分散体の具体的な用途としては、例えば、コーティング剤、水系塗料、接着剤、合成皮革、人工皮革への利用が好適である。特に本発明のポリカーボネートジオール(組成物)を用いて製造される水系ポリウレタン分散体は、ポリカーボネートジオール(組成物)中に前記構造単位(A)を有していることから耐薬品性、耐加水分解性、耐熱性、耐候性に優れる。また前記構造単位(B)を有していることから、柔軟性や平滑性があるため、コーティング剤等として従来のポリカーボネートジオールを使用した水系ポリウレタン分散体に比べて有効に利用する事が可能である。
<2−12.ポリウレタン溶液、水系ポリウレタン分散体の保存安定性>
有機溶剤および/又は水を使用し、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)を用いて製造したポリウレタン溶液および水系ポリウレタン分散体の保存安定性は、該溶液もしくは該分散体中のポリウレタンの濃度(以下、「固形分濃度」と称する場合がある)を1〜80重量%に調整し、特定の温度条件で保管した上で、該溶液もしくは該分散体の変化の有無を目視などで測ることができる。
例えば、前述の二段法により、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートおよびイソホロンジアミンを用いて製造されるポリウレタン溶液(N,N−ジメチルホルムアミド/トルエン混合液、固形分濃度 30重量%)の場合、−10℃で保管した際に目視でポリウレタン溶液に変化が見られない期間が好ましくは8時間、より好ましくは1日以上、さらに好ましくは3日以上、さらには7日以上である。また0℃で保管した際に、目視でポリウレタン溶液及びポリウレタン分散体に変化が見られない期間が好ましくは1か月、より好ましくは3か月以上、さらに好ましくは6か月以上である。
また、例えば本発明のポリカーボネートジオール(組成物)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、エチレンジアミンを用いて製造される水系ポリウレタン分散体(N−メチル−2−ピロリドン/水混合液に分散、固形分濃度:30重量%)に関しては、20℃で保管した際に、目視でポリウレタン水分散体に変化が見られない期間が好ましくは1日間、さらには3日間、より好ましくは7日間以上、さらに好ましくは14日間、特に好ましくは1か月以上である。
<2−13.添加剤>
本発明のポリカーボネートジオール(組成物)を用いて製造したポリウレタンには、熱安定剤、光安定剤、着色剤、充填剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、粘着防止剤、難燃剤、老化防止剤、無機フィラー等の各種の添加剤を、ポリウレタンの特性を損なわない範囲で、添加、混合することができる。
熱安定剤として使用可能な化合物としては、燐酸、亜燐酸の脂肪族、芳香族又はアルキル基置換芳香族エステルや次亜燐酸誘導体、フェニルホスホン酸、フェニルホスフィン酸、ジフェニルホスホン酸、ポリホスホネート、ジアルキルぺンタエリスリトールジホスファイト、ジアルキルビスフェノールAジホスファイト等のリン化合物;フェノール系誘導体、特にヒンダードフェノール化合物;チオエーテル系、ジチオ酸塩系、メルカプトベンズイミダゾール系、チオカルバニリド系、チオジプロピオン酸エステル系等のイオウを含む化合物;スズマレート、ジブチルスズモノオキシド等のスズ系化合物等を使用することができる。
ヒンダードフェノール化合物の具体例としては、「Irganox1010」(商品名:BASFジャパン株式会社製)、「Irganox1520」(商品名:BASFジャパン株式会社製)、「Irganox245」(商品名:BASFジャパン株式会社製)等が挙げられる。
リン化合物としては、「PEP−36」、「PEP−24G」、「HP−10」(いずれも商品名:株式会社ADEKA社製)、「Irgafos 168」(商品名:BASFジャパン株式会社製)等が挙げられる。
イオウを含む化合物の具体例としては、ジラウリルチオプロピオネート(DLTP)、ジステアリルチオプロピオネート(DSTP)などのチオエーテル化合物が挙げられる。
光安定剤の例としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系化合物等が挙げられ、具体的には「TINUVIN622LD」、「TINUVIN765」(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、「SANOL LS−2626」、「SANOL LS−765」(以上、三共株式会社製)等が使用可能である。
紫外線吸収剤の例としては、「TINUVIN328」、「TINUVIN234」(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)等が挙げられる。
着色剤としては、直接染料、酸性染料、塩基性染料、金属錯塩染料などの染料;カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、マイカなどの無機顔料;及びカップリングアゾ系、縮合アゾ系、アンスラキノン系、チオインジゴ系、ジオキサゾン系、フタロシアニン系等の有機顔料等が挙げられる。
無機フィラーの例としては、ガラス短繊維、カーボンファイバー、アルミナ、タルク、グラファイト、メラミン、白土等が挙げられる。
難燃剤の例としては、燐及びハロゲン含有有機化合物、臭素あるいは塩素含有有機化合物、ポリ燐酸アンモニウム、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン等の添加及び反応型難燃剤が挙げられる。
これらの添加剤は、単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で組み合わせて用いてもよい。
これらの添加剤の添加量は、ポリウレタンに対する重量比として、下限が、好ましくは0.01重量%、より好ましくは0.05重量%、更に好ましくは0.1重量%、上限は、好ましくは10重量%、より好ましくは5重量%、更に好ましくは1重量%である。添加剤の添加量が少な過ぎるとその添加効果を十分に得ることができず、多過ぎるとポリウレタン中で析出したり、濁りを発生したりする場合がある。
<2−14.ポリウレタンフィルム・ポリウレタン板>
ポリウレタンを使用してフィルムを製造する場合、そのフィルムの厚さは、下限が好ましくは10μm、より好ましくは20μm、更に好ましくは30μm、上限は好ましくは1000μm、より好ましくは500μm、更に好ましくは100μmである。
フィルムの厚さが厚すぎると、十分な透湿性が得られない傾向があり、また、薄過ぎるとピンホールを生じたり、フィルムがブロッキングしやすく取り扱いにくくなる傾向がある。
<2−15.分子量>
ポリウレタンの分子量は、その用途に応じて適宜調整され、特に制限はないが、GPCにより測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)として5万〜50万であることが好ましく、10万〜30万であることがより好ましい。Mwが上記下限よりも小さいと十分な強度や硬度が得られない場合があり、上記上限よりも大きいと加工性などハンドリング性を損なう傾向がある。
<2−16.室温引張試験>
<2−16−1.室温引張試験における引張破断伸度・強度>
ポリウレタンは、幅10mm、長さ100mm、厚み約50〜100μmの短冊状のサンプルに対して、チャック間距離50mm、引張速度500mm/分にて、温度23℃、相対湿度60%で測定した引張破断伸度及び破断強度が以下の範囲であることが好ましい。
破断伸度の下限は好ましくは200%、より好ましくは300%、更に好ましくは350%であり、上限は好ましくは1000%、より好ましくは800%、更に好ましくは600%である。破断伸度が上記下限未満では加工性などハンドリング性を損なう傾向があり、上記上限を超えると十分な耐溶剤性が得られない場合がある。
また、破断強度の下限は好ましくは30MPa、より好ましくは40MPa、更に好ましくは50MPaであり、上限は好ましくは200MPa、より好ましくは100MPa、更に好ましくは80MPaである。破断強度が上記下限未満では加工性などハンドリング性を損なう傾向があり、上記上限を超えると柔軟性が損なわれる場合がある。
<2−16−2.室温引張試験における100%モジュラス、300%モジュラス>
ポリウレタンは、幅10mm、長さ100mm、厚み約50〜100μmの短冊状のサンプルに対して、チャック間距離50mm、引張速度500mm/分にて、温度23℃、相対湿度60%で測定した100%モジュラス(100%M)の下限が好ましくは1.0MPa、より好ましくは2.0MPa、更に好ましくは3.0MPaであり、上限は好ましくは20MPa、より好ましくは10MPa、更に好ましくは8MPaである。100%モジュラスが上記下限未満では硬度が十分でない場合があり、上記上限を超えると柔軟性が不十分であったり、加工性などハンドリング性を損なったりする傾向がある。更に、ポリウレタンの300%モジュラス(300%M)の下限は好ましくは5MPa、より好ましくは8MPa、更に好ましくは10MPaである。上限は好ましくは100MPa、より好ましくは50MPa、更に好ましくは30MPaである。300%モジュラスが上記下限未満では硬度が不足する場合がある。300%モジュラスが上記上限を超えると柔軟性が不十分であったり、加工性などのハンドリング性を損なったりする場合がある。
<2−18.耐溶剤性>
<2−18−1.耐オレイン性>
ポリウレタンは、例えば後述の実施例の項に記載される方法での評価において、オレイン酸に浸漬前のポリウレタン試験片の重量に対する、オレイン酸に浸漬後のポリウレタン試験片の重量の変化率(%)が、200%以下が好ましく、150%以下がより好ましく、120%以下が更に好ましく、100%以下が特に好ましく、80%以下が最も好ましい。 この重量変化率が上記上限超過では、十分な耐オレイン酸性が得られない場合がある。
<2−18−2.耐エタノール性>
ポリウレタンは、例えば後述の実施例の項に記載される方法での評価において、エタノールに浸漬前のポリウレタン試験片の重量に対する、エタノールに浸漬後のポリウレタン試験片の重量の変化率(%)が、50%以下が好ましく、45%以下がより好ましく、40%以下が更に好ましく、35%以下が特に好ましく、30%以下が最も好ましい。
この重量変化率が上記上限超過では、十分な耐エタノール性が得られない場合がある。
<2−20.用途>
ポリウレタンは、耐溶剤性に優れ、良好な柔軟性、機械強度を有することから、フォーム、エラストマー、弾性繊維、塗料、繊維、粘着剤、接着剤、床材、シーラント、医療用材料、人工皮革、合成皮革、コーティング剤、水系ポリウレタン塗料、活性エネルギー線硬化性重合体組成物等に広く用いることができる。
特に、人工皮革、合成皮革、水系ポリウレタン、接着剤、弾性繊維、医療用材料、床材、塗料、コーティング剤等の用途に、本発明の一形態であるポリウレタンを用いると、耐溶剤性、柔軟性、機械強度の良好なバランスを有するため、人の皮膚に触れたり、コスメティック用薬剤や消毒用のアルコールが使われたりする部分において耐久性が高く、また柔軟性も十分で、かつ物理的な衝撃などにも強いという良好な特性を付与することができる。また、耐熱性が必要とされる自動車部材等の自動車用途や、耐候性が必要とされる屋外用途に好適に使用できる。
ポリウレタンは、熱硬化性エラストマー、注型ポリウレタンエラストマーに使用できる。その具体的用途として、圧延ロール、製紙ロール、事務機器、プレテンションロール等のロール類、フォークリフト、自動車車両ニュートラム、台車、運搬車等のソリッドタイヤ、キャスター等、工業製品として、コンベアベルトアイドラー、ガイドロール、プーリー、鋼管ライニング、鉱石用ラバースクリーン、ギア類、コネクションリング、ライナー、ポンプのインペラー、サイクロンコーン、サイクロンライナー等がある。また、OA機器のベルト、紙送りロール、複写用クリーニングブレード、スノープラウ、歯付ベルト、サーフローラー等にも使用できる。
ポリウレタンは、また、熱可塑性エラストマーとしての用途にも適用される。例えば、食品、医療分野で用いる空圧機器、塗装装置、分析機器、理化学機器、定量ポンプ、水処理機器、産業用ロボット等におけるチューブやホース類、スパイラルチューブ、消防ホース等に使用できる。また、丸ベルト、Vべルト、平ベルト等のベルトとして、各種伝動機構、紡績機械、荷造り機器、印刷機械等に用いられる。また、履物のヒールトップや靴底、カップリング、パッキング、ポールジョイント、ブッシュ、歯車、ロール等の機器部品、スポーツ用品、レジャー用品、時計のベルト等に使用できる。さらに自動車部品としては、オイルストッパー、ギアボックス、スペーサー、シャーシー部品、内装品、タイヤチェーン代替品等が挙げられる。また、キーボードフィルム、自動車用フィルム等のフィルム、カールコード、ケーブルシース、ベロー、搬送ベルト、フレキシブルコンテナー、バインダー、合成皮革、ディピンイング製品、接着剤等に使用できる。
ポリウレタンは、溶剤系二液型塗料としての用途にも適用可能であり、楽器、仏壇、家具、化粧合板、スポーツ用品等の木材製品に適用できる。また、タールエポキシウレタンとして自動車補修用にも使用できる。
ポリウレタンは、湿気硬化型の一液型塗料、ブロックイソシアネート系溶媒塗料、アルキド樹脂塗料、ウレタン変性合成樹脂塗料、紫外線硬化型塗料、水系ウレタン塗料等の成分として使用可能であり、例えば、プラスチックバンパー用塗料、ストリッパブルペイント、磁気テープ用コーティング剤、床タイル、床材、紙、木目印刷フィルム等のオーバープリントワニス、木材用ワニス、高加工用コイルコート、光ファイバー保護コーティング、ソルダーレジスト、金属印刷用トップコート、蒸着用ベースコート、食品缶用ホワイトコート等に適用できる。
ポリウレタンは、また、粘着剤や接着剤として、食品包装、靴、履物、磁気テープバインダー、化粧紙、木材、構造部材等に適用でき、また、低温用接着剤、ホットメルトの成分としても用いることができる。
ポリウレタンは、バインダーとして、磁気記録媒体、インキ、鋳物、焼成煉瓦、グラフト材、マイクロカプセル、粒状肥料、粒状農薬、ポリマーセメントモルタル、レジンモルタル、ゴムチップバインダー、再生フォーム、ガラス繊維サイジング等に使用可能である。
ポリウレタンは、繊維加工剤の成分として、防縮加工、防皺加工、撥水加工等に使用できる。
ポリウレタンを弾性繊維として使用する場合のその繊維化の方法は、紡糸できる方法であれば特に制限なく実施できる。例えば、一旦ペレット化した後、溶融させ、直接紡糸口金を通して紡糸する溶融紡糸方法が採用できる。ポリウレタンから弾性繊維を溶融紡糸により得る場合、紡糸温度は好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以上235℃以下である。
ポリウレタン弾性繊維はそのまま裸糸として使用したり、また、他繊維で被覆して被覆糸として使用したりすることができる。他繊維としては、ポリアミド繊維、ウール、綿、ポリエステル繊維など従来公知の繊維を挙げることができるが、なかでも本発明ではポリエステル繊維が好ましく用いられる。また、ポリウレタンを用いた弾性繊維は、染着タイプの分散染料を含有していてもよい。
ポリウレタンは、シーラント・コーキングとして、コンクリート打ち壁、誘発目地、サッシ周り、壁式PC(Precast Concrete)目地、ALC(Autoclaved Light−weight Concrete)目地、ボード類目地、複合ガラス用シーラント、断熱サッシシーラント、自動車用シーラント等に使用できる。
ポリウレタンは、医療用材料としての使用が可能であり、血液適合材料として、チューブ、カテーテル、人工心臓、人工血管、人工弁等、また、使い捨て素材としてカテーテル、チューブ、バッグ、手術用手袋、人工腎臓ポッティング材料等に使用できる。
ポリウレタンは、末端を変性させることによりUV硬化型塗料、電子線硬化型塗料、フレキソ印刷版用の感光性樹脂組成物、光硬化型の光ファイバー被覆材組成物等の原料として用いることができる。
<2−21.ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマー>
本発明のポリカーボネートジオール(組成物)を用いて、ポリイソシアネートとヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを付加反応させることによりウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーを製造することができる。その他の原料化合物であるポリオール、及び鎖延長剤等を併用する場合は、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーは、ポリイソシアネートに、更にこれらのその他の原料化合物も付加反応させることにより製造することができる。
なお、本発明において、(メタ)アクリレートや(メタ)アクリル酸のように「(メタ)アクリル」と表示した場合には、アクリル及び/またはメタクリルを意味する。
また、その際の各原料化合物の仕込み比は、目的とするウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの組成と実質的に同等、ないしは同一とする。
ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーにおける全イソシアネート基の量と水酸基及びアミノ基等のイソシアネート基と反応する全官能基の量は、通常、理論的に当モルである。
ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーを製造する際は、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの使用量を、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、ポリカーボネートジオール(組成物)、並びに必要に応じて用いられるその他の原料化合物であるポリオール、及び鎖延長剤等のイソシアネートと反応する官能基を含む化合物の総使用量に対して、通常10モル%以上、好ましくは15モル%以上、更に好ましくは25モル%以上、また、通常70モル%以下、好ましくは50モル%以下とする。この割合に応じて、得られるウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの分子量を制御することができる。ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの割合が多いと、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの分子量は小さくなる傾向となり、割合が少ないと、分子量は大きくなる傾向となる。
本発明のポリカーボネートジオール(組成物)と、その他のポリオールとの総使用量に対して、本発明のポリカーボネートジオール1の使用量を25モル%以上とすることが好ましく、より好ましくは50モル%以上、更に好ましくは70モル%以上である。ポリカーボネートジオール1の使用量が前記の下限値以上であると、得られる硬化物の伸度、硬度及び耐候性、耐汚染性が良好となる傾向があり好ましい。
また、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)と、その他のポリオールとの総使用量に対して、本発明のポリカーボネートジオール1の使用量は、10重量%以上とすることが好ましく、より好ましくは30重量%以上、更に好ましくは50重量%以上、特に好ましくは70重量%以上である。ポリカーボネートジオール1の使用量が前記の下限値以上であると、得られる組成物の粘度が低下し作業性が向上し、また得られる硬化物の機械的強度及び硬度や耐摩耗性が向上する傾向になり好ましい。
更に、鎖延長剤を用いる場合には、本発明のポリカーボネートジオール(組成物)、その他のポリオールと鎖延長剤とを合わせた化合物の総使用量に対して、ポリカーボネートジオール(組成物)及びその他のポリオールの使用量を70モル%以上とすることが好ましく、より好ましくは80モル%以上、更に好ましくは90モル%以上、特に好ましくは95モル%以上である。前記下限値超過であると、液安定性が向上する傾向になり好ましい。
ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの製造時において、粘度の調整を目的に溶剤を使用することができる。溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。溶剤としては、公知の溶剤のいずれも使用することができる。好ましい溶剤としては、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトン等が挙げられる。溶剤は、通常、反応系内の固形分100重量部に対して、300重量部未満で使用可能である。
ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの製造時において、生成するウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマー及びその原料化合物の総含有量は、反応系の総量に対して20重量%以上であることが好ましく、40重量%以上であることがより好ましい。なお、この総含有量の上限は100重量%である。ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマー及びその原料化合物の総含有量が20重量%以上であると、反応速度が高くなり、製造効率が向上する傾向にあるために好ましい。
ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの製造に際しては付加反応触媒を用いることができる。この付加反応触媒としては、例えばジブチルスズラウレート、ジブチルスズジオクトエート、ジオクチルスズジラウレート、及びジオクチルスズジオクトエート等が挙げられる。付加反応触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。付加反応触媒は、これらのうち、ジオクチルスズジラウレートであることが、環境適応性及び触媒活性、保存安定性の観点から好ましい。
付加反応触媒は、生成するウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマー及びその原料化合物の総含有量に対して、上限が通常1000重量ppm、好ましくは500重量ppmであり、下限が通常10重量ppm、好ましくは30重量ppmで用いられる。
また、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの製造時に、反応系に(メタ)アクリロイル基を含む場合には、重合禁止剤を併用することができる。このような重合禁止剤としては、例えばハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ハイドロキノンモノエチルエーテル、ジブチルヒドロキシトルエン等のフェノール類、フェノチアジン、ジフェニルアミン等のアミン類、ジブチルジチオカルバミン酸銅等の銅塩、酢酸マンガン等のマンガン塩、ニトロ化合物、ニトロソ化合物等が挙げられる。重合禁止剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。重合禁止剤は、これらのうち、フェノール類が好ましい。
重合禁止剤は、生成するウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマー及びその原料化合物の総含有量に対して、上限が通常3000重量ppm、好ましくは1000重量ppmであり、特に好ましくは500重量ppmであり、下限が通常50重量ppm、好ましくは100重量ppmで用いられる。
ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの製造時において、反応温度は通常20℃以上であり、40℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましい。反応温度が20℃以上であると、反応速度が高くなり、製造効率が向上する傾向にあるために好ましい。また、反応温度は通常120℃以下であり、100℃以下であることが好ましい。反応温度が120℃以下であると、アロハナート化反応等の副反応が起き難くなるために好ましい。また、反応系に溶剤を含む場合には、反応温度はその溶剤の沸点以下であることが好ましく、(メタ)アクリレートが入っている場合には(メタ)アクリロイル基の反応防止の観点から70℃以下であることが好ましい。反応時間は通常5〜20時間程度である。
このようにして得られるウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの数平均分子量は500以上が好ましく、特に1000以上であることが好ましく、10000以下が好ましく、特に5000以下、とりわけ3000以下であることが好ましい。ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの数平均分子量が上記下限以上であると、得られる硬化膜の三次元加工適性が良好となり、三次元加工適性と耐汚染性とのバランスに優れる傾向となり好ましい。ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの数平均分子量が上記上限以下であると該組成物から得られる硬化膜の耐汚染性が良好となり、三次元加工適性と耐汚染性とのバランスに優れる傾向となるため好ましい。これは、三次元加工適性と耐汚染性が網目構造における架橋点間の距離に依存しており、この距離が長くなると柔軟で伸びやすい構造となり三次元加工適性に優れ、この距離が短くなると網目構造が強固な構造となり耐汚染性に優れるからであると推定される。
<2−22.ポリエステル系エラストマー>
本発明のポリカーボネートジオール(組成物)は、ポリエステル系エラストマーとして使用することができる。ポリエステル系エラストマーとは、主として芳香族ポリエステルからなるハードセグメントと、主として脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル又は脂肪族ポリカーボネートからなるソフトセグメントとから構成される共重合体である。本発明のポリカーボネートジオール(組成物)をソフトセグメントの構成成分として使用すると、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステルを用いた場合に比べて、耐熱性、耐水性等の物性が優れる。また、公知のポリカーボネートジオールと比較しても、溶融時の流動性、つまりブロー成形、押出成形に適したメルトフローレートを有し、且つ機械強度その他の物性とのバランスに優れたポリカーボネートポリエステルエラストマーとなり、繊維、フィルム、シートをはじめとする各種成形材料、例えば、弾性糸及びブーツ、ギヤ、チューブ、パッキンなどの成形材料に好適に用いることができる。具体的には、耐熱性、耐久性を要求される自動車、家電部品等などのジョイントブーツや、電線被覆材等の用途に有効に適用することが可能である。
<2−23.活性エネルギー線硬化性重合体組成物>
上述のウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーを含有する活性エネルギー線硬化性重合体組成物(以下、単に「活性エネルギー線硬化性重合体組成物」と称する場合がある。)について説明する。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物は、該組成物の計算網目架橋点間分子量が500〜10,000であることが好ましい。
本明細書において、組成物の計算網目架橋点間分子量は、全組成物中の網目構造を形成する活性エネルギー線反応基(以下、「架橋点」と称する場合がある)の間の分子量の平均値を表す。この計算網目架橋点間分子量は、網目構造形成時の網目面積と相関があり、計算網目架橋点間分子量が大きいほど架橋密度が小さくなる。活性エネルギー線硬化による反応では、活性エネルギー線反応基を1個のみ有する化合物(以下、「単官能化合物」と称する場合がある)が反応した場合には線状高分子になり、一方で活性エネルギー線反応基を2個以上有する化合物(以下、「多官能化合物」と称する場合がある)が反応した場合に網目構造を形成する。
よって、ここで多官能化合物が有する活性エネルギー線反応基が架橋点であって、計算網目架橋点間分子量の算出は架橋点を有する多官能化合物が中心となり、単官能化合物は多官能化合物が有する架橋点間の分子量を伸長する効果があるものとして扱い、計算網目架橋点間分子量の算出を行う。また、計算網目架橋点間分子量の算出は、全ての活性エネルギー線反応基が同じ反応性を有し、且つ活性エネルギー線照射により全ての活性エネルギー線反応基が反応するものと仮定した上で行う。
1種の多官能化合物のみが反応するような多官能化合物単一系組成物では、多官能化合物が有する活性エネルギー線反応基1個当りの平均分子量の2倍が計算網目架橋点間分子量となる。例えば、分子量1,000の2官能性化合物では(1000/2)×2=1000、分子量300の3官能性化合物では(300/3)×2=200となる。
複数種の多官能化合物が反応するような多官能化合物混合系組成物では、組成物中に含まれる全活性エネルギー線反応基数に対する上記単一系の各々の計算網目架橋点間分子量の平均値が組成物の計算網目架橋点間分子量となる。例えば、分子量1,000の2官能性化合物4モルと分子量300の3官能性化合物4モルとの混合物からなる組成物では、組成物中の全活性エネルギー線反応基数は2×4+3×4=20個となり、組成物の計算網目架橋点間分子量は{(1000/2)×8+(300/3)×12}×2/20=520となる。
組成物中に単官能化合物を含む場合は、計算上、多官能化合物の活性エネルギー線反応基(つまり架橋点)にそれぞれ当モルずつ、且つ架橋点に単官能化合物が連結して形成された分子鎖の中央に位置するように反応すると仮定すると、1個の架橋点における単官能化合物による分子鎖の伸長分は、単官能化合物の総分子量を組成物中の多官能化合物の全活性エネルギー線反応基数で除した値の半分となる。ここで、計算網目架橋点間分子量は架橋点1個当り平均分子量の2倍であると考える為、多官能化合物において算出した計算網目架橋点間分子量に対して単官能化合物により伸長された分は、単官能化合物の総分子量を組成物中の多官能化合物の全活性エネルギー線反応基数で除した値となる。
例えば、分子量100の単官能化合物40モルと分子量1,000の2官能性化合物4モルとの混合物からなる組成物では、多官能化合物の活性エネルギー線反応基数は2×4=8個となるので、計算網目架橋点間分子量中の単官能化合物による伸長分は100×40/8=500となる。すなわち組成物の計算網目架橋点間分子量は1000+500=1500となる。
上記のことから、分子量Wの単官能性化合物Mモルと、分子量Wのf官能性化合物Mモルと、分子量Wのf官能性化合物Mモルとの混合物では、組成物の計算網目架橋点間分子量は下記式で表せる。
Figure 2020007400
このようにして算出される活性エネルギー線硬化性重合体組成物の計算網目架橋点間分子量は、500以上であることが好ましく、800以上であることがより好ましく、1,000以上であることが更に好ましく、また10,000以下であることが好ましく、8,000以下であることがより好ましく、6,000以下であることが更に好ましく、4,000以下であることが更に一層好ましく、3,000以下であることが特に好ましい。
計算網目架橋点間分子量が10,000以下であると、該組成物から得られる硬化膜の耐汚染性が良好となり、3次元加工適性と耐汚染性とのバランスに優れる傾向となるため好ましい。また、計算網目架橋点間分子量が500以上であると、得られる硬化膜の3次元加工適性が良好となり、3次元加工適性と耐汚染性とのバランスに優れる傾向となり好ましい。これは、3次元加工適性と耐汚染性とが網目構造における架橋点間の距離に依存しており、この距離が長くなると柔軟で伸びやすい構造となり、3次元加工適性に優れ、この距離が短くなると網目構造が強固な構造となり耐汚染性に優れるからであると推定される。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物は、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマー以外の他の成分をさらに含有していてもよい。このような他の成分としては、例えば、活性エネルギー線反応性モノマー、活性エネルギー線硬化性オリゴマー、重合開始剤、光増感剤、添加剤、及び溶剤が挙げられる。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物において、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの含有量は、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーを含む活性エネルギー線反応性成分の総量に対して、40重量%以上であることが好ましく、60重量%以上であることがより好ましい。なお、この含有量の上限は100重量%である。ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの含有量が40重量%以上であると、硬化性が良好となり、硬化物とした際の機械的強度が高くなりすぎることなく、3次元加工適性が向上する傾向にあるため好ましい。
また、活性エネルギー線硬化性重合体組成物において、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの含有量は、伸度及び造膜性の点では多い方が好ましく、また、一方、低粘度化の点では、少ない方が好ましい。このような観点から、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの含有量は、前記活性エネルギー線反応性成分に加えて他の成分を含む全成分の総量に対して、50重量%以上であることが好ましく、70重量%以上であることがより好ましい。なお、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの含有量の上限値は100重量%であり、この含有量はそれ以下であることが好ましい。
また、活性エネルギー線硬化性重合体組成物において、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーを含む前記活性エネルギー線反応性成分の総量の含有量は、組成物としての硬化速度及び表面硬化性に優れ、タックが残らない等の面から、該組成物全量に対して、60重量%以上であることが好ましく、80重量%以上であることがより好ましく、90重量%以上であることが更に好ましく、95重量%以上であることが特に好ましい。なお、この含有量の上限は100重量%である。
前記活性エネルギー線反応性モノマーとしては、公知のいずれの活性エネルギー線反応性モノマーも用いることができる。これらの活性エネルギー線反応性モノマーは、ウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの親疎水性や、得られる組成物を硬化物とした際の硬化物の硬度、伸度等の物性を調整する目的等で使用される。活性エネルギー線反応性モノマーは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
このような活性エネルギー線反応性モノマーとしては、例えばビニルエーテル類、(メタ)アクリルアミド類、及び(メタ)アクリレート類が挙げられ、具体的には、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、α−クロロスチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル系モノマー類;酢酸ビニル、酪酸ビニル、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、アジピン酸ジビニル等のビニルエステルモノマー類;エチルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル等のビニルエーテル類;ジアリルフタレート、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、アリルグリシジルエーテル等のアリル化合物類;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−t−ブチル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン、メチレンビス(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類;(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸−i−ブチル、(メタ)アクリル酸−t−ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸モルフォリル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカン、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸−2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸フェニル等の単官能(メタ)アクリレート;及び、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸ジエチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸トリエチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸テトラエチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコール(n=5〜14)、ジ(メタ)アクリル酸プロピレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸ジプロピレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸トリプロピレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸テトラプロピレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸ポリプロピレングリコール(n=5〜14)、ジ(メタ)アクリル酸−1,3−ブチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸−1,4−ブタンジオール、ジ(メタ)アクリル酸ポリブチレングリコール(n=3〜16)、ジ(メタ)アクリル酸ポリ(1−メチルブチレングリコール)(n=5〜20)、ジ(メタ)アクリル酸−1,6−ヘキサンジオール、ジ(メタ)アクリル酸−1,9−ノナンジオール、ジ(メタ)アクリル酸ネオペンチルグリコール、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリル酸エステル、ジ(メタ)アクリル酸ジシクロペンタンジオール、ジ(メタ)アクリル酸トリシクロデカン、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシプロピル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンポリオキシエチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンポリオキシプロピル(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド付加ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド付加ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド付加ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロピレンオキサイド付加ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAエポキシジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFエポキシジ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート;が挙げられる。
これらの中で、特に、塗布性を要求される用途では、(メタ)アクリロイルモルホリン、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸トリメチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸トリシクロデカン、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリルアミド等の、分子内に環構造を有する単官能(メタ)アクリレートが好ましく、また、一方、得られる硬化物の機械的強度が求められる用途では、ジ(メタ)アクリル酸−1,4−ブタンジオール、ジ(メタ)アクリル酸−1,6−ヘキサンジオール、ジ(メタ)アクリル酸−1,9−ノナンジオール、ジ(メタ)アクリル酸ネオペンチルグリコール、ジ(メタ)アクリル酸トリシクロデカン、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレートが好ましい。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物において、前記活性エネルギー線反応性モノマーの含有量は、組成物の粘度調整及び得られる硬化物の硬度、伸度等の物性調整の観点から、該組成物全量に対して、50重量%以下であることが好ましく、30重量%以下であることがより好ましく、20重量%以下であることが更に好ましく、10重量%以下であることが特に好ましい。
前記活性エネルギー線硬化性オリゴマーは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。前記活性エネルギー線硬化性オリゴマーとしては、エポキシ(メタ)アクリレート系オリゴマー、及びアクリル(メタ)アクリレート系オリゴマーが挙げられる。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物において、前記活性エネルギー線反応性オリゴマーの含有量は、得られる硬化物の硬度、伸度等の物性調整の観点から、該組成物全量に対して、50重量%以下であることが好ましく、30重量%以下であることがより好ましく、20重量%以下であることが更に好ましく、10重量%以下であることが特に好ましい。
前記重合開始剤は、主に、紫外線、電子線等の活性エネルギー線照射で進行する重合反応の開始効率を向上させる等の目的で用いられる。重合開始剤としては、光によりラジカルを発生する性質を有する化合物である光ラジカル重合開始剤が一般的であり、公知の何れの光ラジカル重合開始剤でも使用可能である。重合開始剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。更に、光ラジカル重合開始剤と光増感剤とを併用してもよい。
光ラジカル重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、2,4,6−トリメチルベンゾフェノン、4,4−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4−フェニルベンゾフェノン、メチルオルトベンゾイルベンゾエート、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、クロロチオキサントン、2−エチルアントラキノン、t−ブチルアントラキノン、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、メチルベンゾイルホルメート、2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルホリノプロパン−1−オン、2,6−ジメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキシド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド、及び2−ヒドロキシ−1−〔4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]−フェニル〕−2−メチル−プロパン−1−オン等が挙げられる。
これらの中で、硬化速度が速く架橋密度を十分に上昇できる点から、ベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシド、及び、2−ヒドロキシ−1−〔4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]−フェニル〕−2−メチル−プロパン−1−オンが好ましく、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、及び2−ヒドロキシ−1−〔4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]−フェニル〕−2−メチル−プロパン−1−オンがより好ましい。
また、活性エネルギー線硬化性重合体組成物に、ラジカル重合性基と共にエポキシ基等のカチオン重合性基を有する化合物が含まれる場合は、重合開始剤として、上記の光ラジカル重合開始剤と共に光カチオン重合開始剤が含まれていてもよい。光カチオン重合開始剤も、公知の何れのものも使用可能である。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物におけるこれらの重合開始剤の含有量は、前記の活性エネルギー線反応性成分の合計100重量部に対して、10重量部以下であることが好ましく、5重量部以下であることがより好ましい。重合開始剤の含有量が10重量部以下であると、開始剤分解物による機械的強度の低下が起こり難いため好ましい。
前記光増感剤は、重合開始剤と同じ目的で用いることができる。光増感剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。光増感剤としては、本発明の効果が得られる範囲で公知の光増感剤のいずれをも使用することができる。このような光増感剤としては、例えば、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、4−ジメチルアミノ安息香酸メチル、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸アミル、及び4−ジメチルアミノアセトフェノン等が挙げられる。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物において、前記光増感剤の含有量は、前記の活性エネルギー線反応性成分の合計100重量部に対して、10重量部以下であることが好ましく、5重量部以下であることがより好ましい。光増感剤の含有量が10重量部以下であると、架橋密度低下による機械的強度の低下が起こり難いため好ましい。
前記添加剤は、任意であり、同様の用途に用いられる組成物に添加される種々の材料を添加剤として用いることができる。添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。このような添加剤としては、例えば、ガラス繊維、ガラスビーズ、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、雲母、酸化亜鉛、酸化チタン、タルク、カオリン、金属酸化物、金属繊維、鉄、鉛、金属粉等のフィラー類;炭素繊維、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ、C60等のフラーレン類等の炭素材料類(以下、フィラー類、炭素材料類を総称して「無機成分」と称する場合がある);酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、HALS(ヒンダードアミン光安定剤)、耐指紋剤、表面親水化剤、帯電防止剤、滑り性付与剤、可塑剤、離型剤、消泡剤、レベリング剤、沈降防止剤、界面活性剤、チクソトロピー付与剤、滑剤、難燃剤、難燃助剤、重合禁止剤、充填剤、シランカップリング剤等の改質剤類;顔料、染料、色相調整剤等の着色剤類;及び、モノマー又は/及びそのオリゴマー、又は無機成分の合成に必要な硬化剤、触媒、硬化促進剤類;等が挙げられる。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物において、前記添加剤の含有量は、前記の活性エネルギー線反応性成分の合計100重量部に対して、10重量部以下であることが好ましく、5重量部以下であることがより好ましい。添加剤の含有量が10重量部以下であると、架橋密度低下による機械的強度の低下が起こり難いため好ましい。
前記溶剤は、例えば活性エネルギー線硬化性重合体組成物の塗膜を形成するためのコーティング方式に応じて、活性エネルギー線硬化性重合体組成物の粘度の調整を目的に使用することができる。溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。溶剤としては、本発明の効果が得られる範囲において公知の溶剤のいずれも使用することができる。好ましい溶剤としては、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、イソプロパノール、イソブタノール、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトン等が挙げられる。溶剤は、通常、活性エネルギー線硬化性重合体組成物の固形分100重量部に対して200重量部未満で使用可能である。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物に、前述の添加剤等の任意成分を含有させる方法としては、特に限定はなく、従来公知の混合、分散方法等が挙げられる。尚、前記任意成分をより確実に分散させるためには、分散機を用いて分散処理を行うことが好ましい。具体的には、例えば、二本ロール、三本ロール、ビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペブルミル、トロンミル、サンドグラインダー、セグバリアトライター、遊星式撹拌機、高速インペラー分散機、高速ストーンミル、高速度衝撃ミル、ニーダー、ホモジナイザー、超音波分散機等で処理する方法が挙げられる。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物の粘度は、該組成物の用途や使用態様等に応じて適宜調節し得るが、取り扱い性、塗工性、成形性、立体造形性等の観点から、E型粘度計(ローター1°34’×R24)における25℃での粘度が、10mPa・s以上であることが好ましく、100mPa・s以上であることがより好ましく、また、一方、100,000mPa・s以下であることが好ましく、50,000mPa・s以下であることがより好ましい。活性エネルギー線硬化性重合体組成物の粘度は、例えば前述のウレタン(メタ)アクリレート系オリゴマーの含有量や、前記の任意成分の種類や、その配合割合等によって調整することができる。
活性エネルギー線硬化性重合体組成物の塗工方法としては、バーコーター法、アプリケーター法、カーテンフローコーター法、ロールコーター法、スプレー法、グラビアコーター法、コンマコーター法、リバースロールコーター法、リップコーター法、ダイコーター法、スロットダイコーター法、エアーナイフコーター法、ディップコーター法等の公知の方法を適用可能であるが、その中でもバーコーター法及びグラビアコーター法が好ましい。
<2−24.硬化膜及び積層体>
活性エネルギー線硬化性重合体組成物は、これに活性エネルギー線を照射することにより硬化膜とすることができる。
上記組成物を硬化させる際に使用する活性エネルギー線としては、赤外線、可視光線、紫外線、X線、電子線、α線、β線、γ線等が使用可能である。装置コストや生産性の観点から電子線又は紫外線を利用することが好ましく、光源としては、電子線照射装置、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、Arレーザー、He−Cdレーザー、固体レーザー、キセノンランプ、高周波誘導水銀ランプ、太陽光等が適している。
活性エネルギー線の照射量は、活性エネルギー線の種類に応じて適宜に選ぶことができ、例えば、電子線照射で硬化する場合には、その照射量は1〜10Mradであることが好ましい。また、紫外線照射の場合は50〜1,000mJ/cmであることが好ましい。硬化時の雰囲気は、空気、窒素やアルゴン等の不活性ガスでもよい。また、フィルムやガラスと金属金型との間の密閉空間で照射してもよい。
硬化膜の膜厚は、目的とされる用途に応じて適宜決められるが、下限は好ましくは1μm、更に好ましくは3μm、特に好ましくは5μmである。また、上限は好ましくは200μm、更に好ましくは100μm、特に好ましくは50μmである。膜厚が1μm以上であると3次元加工後の意匠性や機能性の発現が良好となり、また、一方、200μm以下であると内部硬化性、3次元加工適性が良好であるため好ましい。また、工業上での使用の際には、硬化膜の膜厚の下限は好ましくは1μmであり、上限は好ましくは100μm、更に好ましくは50μm、特に好ましくは20μm、最も好ましくは10μmである。
基材上に、上記の硬化膜からなる層を有する積層体を得ることができる。この積層体は、硬化膜からなる層を有していれば特に限定されず、基材及び硬化膜以外の層を基材と硬化膜との間に有していてもよいし、その外側に有していてもよい。また、前記積層体は、基材や硬化膜を複数層有していてもよい。
複数層の硬化膜を有する積層体を得る方法としては、全ての層を未硬化の状態で積層した後に活性エネルギー線で硬化する方法、下層を活性エネルギー線にて硬化、あるいは半硬化させた後に上層を塗布し、再度活性エネルギー線で硬化する方法、及びそれぞれの層を離型フィルムやベースフィルムに塗布した後、未硬化あるいは半硬化の状態で層同士を貼り合わせる方法等の公知の方法を適用可能であるが、層間の密着性を高める観点から、未硬化の状態で積層した後に活性エネルギー線で硬化する方法が好ましい。未硬化の状態で積層する方法としては、下層を塗布した後に上層を重ねて塗布する逐次塗布や、多重スリットから同時に2層以上の層を重ねて塗布する同時多層塗布等の公知の方法を適用可能であるが、この限りではない。
基材としては、例えばポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン、ナイロン、ポリカーボネート、(メタ)アクリル樹脂等の種々のプラスチック、ガラス又は金属で形成された板等の種々の形状の物品が挙げられる。
硬化膜は、インキ、エタノール等の一般家庭汚染物に対する耐汚染性及び硬度に優れる膜とすることが可能であり、硬化膜を各種基材への被膜として用いた積層体は、意匠性及び表面保護性に優れたものとすることができる。
また、活性エネルギー線硬化性重合体組成物は、計算網目架橋点間分子量を考慮すれば、3次元加工時の変形に追従可能な柔軟性、破断伸度、機械的強度、耐汚染性、及び硬度を同時に兼ね備える硬化膜を与えることができる。
また、活性エネルギー線硬化性重合体組成物は、1層塗布により簡便に薄膜状の樹脂シートを製造することが可能となることが期待される。
硬化膜の破断伸度は、硬化膜を10mm幅に切断し、テンシロン引張試験機(オリエンテック社製、テンシロンUTM−III−100)を用いて、温度23℃、引張速度50mm/分、チャック間距離50mmの条件で引張試験を行って測定した値が、50%以上であることが好ましく、75%以上であることがより好ましく、100%以上であることが更に好ましく、120%以上であることが特に好ましい。
上記の硬化膜及び積層体は、塗装代替用フィルムとして用いることができ、例えば内装・外装用の建装材や自動車、家電等の各種部材等に有効に適用することが可能である。
以下、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、その要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
〔評価方法〕
以下の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートジオール及びポリウレタンの評価方法は下記の通りである。
[ポリカーボネートジオールの評価]
<構造単位(A)と構造単位(B)のモル比率>
ポリカーボネートジオールをCDClに溶解し、400MHz H−NMR(ブルカー社製 AVANCE400)を測定し、各成分のシグナル位置より、構造単位(A)と構造単位(B)のモル比率を求めた。
<平均炭素数>
上記で求めた構造単位(A)と構造単位(B)のモル比率と、構造単位(A)及び構造単位(B)の原料として用いたジヒドロキシ化合物の2つの水酸基の間の炭素原子の数とから、平均炭素数を算出した。
<水酸基価>
JIS K1557−1に準拠して、アセチル化試薬を用いた方法で自動滴定によりポリカーボネートジオールの水酸基価を測定した。
<酸価>
JIS K 1557の指示薬滴定法に準拠してポリカーボネートジオールの酸価を測定した。
<数平均分子量>
数平均分子量は上記の酸価と水酸基価から算出した。上記水酸基価の滴定測定において、酸価の値が影響を与えている点を考慮し、数平均分子量の計算には下記の酸価補正水酸基価を用い、下記式により数平均分子量を求めた。
酸価補正水酸基価=水酸基価+酸価
数平均分子量=2×56.1/[酸価補正水酸基価×10−3
<分子量分布>
下記条件によるGPC測定によりポリカーボネートジオールのポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)とポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)をそれぞれ求めて、分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
装置 :東ソー社製 HLC−8220
カラム :TSKgel superHZM−N
(6.0mmI.D.×15cmL×3本)
レファレンスカラム:superH−RC(6.0mmI.D.×15cmL×1本)
溶離液 :THF(テトラヒドロフラン)
流速 :1.0mL/min
カラム温度:40℃
RI検出器:RI(装置 HLC−8220内蔵)
<エステル結合率>
ポリカーボネートジオールをCDClに溶解し、400MHz H−NMR(ブルカー社製 AVANCE400)を測定し、各成分のシグナル位置より、ポリカーボネートジオール1分子あたりにおける、カーボネート結合数とエステル結合数を求めた。カーボネート結合数とエステル結合数の合計に対するエステル結合数の割合をエステル結合率として算出した。
[ポリウレタンの評価]
<イソシアネート基濃度>
ジ−n−ブチルアミン/トルエン(重量比:2/25)混合溶液20mLをアセトン90mLで希釈した後に0.5規定の塩酸水溶液で滴定を行い、中和に要する塩酸水溶液量を測定し、ブランク値とした。その後、反応溶液を1〜2g抜出し、ジ−n−ブチルアミン/トルエンの混合溶液20mLを加えて室温で30分間撹拌した後、ブランク測定と同様にアセトン90mLで希釈し、0.5規定の塩酸水溶液で滴定して中和に要する塩酸水溶液量を測定し、残存するアミンの量を定量した。中和に要する塩酸水溶液の容量から下記の式でイソシアネート基の濃度を求めた。
イソシアネート基濃度(重量%)=A×42.02/D
A:本測定に用いた試料に含有するイソシアネート基(molモル)
A=(B−C)×0.5/1000×f
B:ブランク測定に要した0.5規定の塩酸水溶液の量(mL)
C:本測定に要した0.5規定の塩酸水溶液の量(mL)
f:塩酸水溶液の力価
D:本測定に用いた試料(g)
<分子量>
ポリウレタンの分子量は、ポリウレタンの濃度が0.14重量%になるようにジメチルアセトアミド溶液を調製し、GPC装置〔東ソー社製、製品名「HLC−8220」(カラム:TskgelGMH−XL・2本)〕を用い、標準ポリスチレン換算での重量平均分子量(Mw)を測定した。
<室温引張試験>
JISK6301に準じ、幅10mm、長さ100mm、厚み約50μmの短冊状としたポリウレタン試験片を、引張試験機〔オリエンテック社製、製品名「テンシロンUTM−III−100」〕を用いて、チャック間距離50mm、引張速度500mm/分にて、温度23℃(相対湿度60%)で引張試験を実施し、試験片が100%および300%伸長した時点の応力、並びに破断した時点の伸度(破断伸度)及び応力(破断強度)を測定した。
<耐溶剤性>
ポリウレタン溶液を9.5milのアプリケーターでフッ素樹脂シート(フッ素テープニトフロン900、厚さ0.1mm、日東電工株式会社製)上に塗布し、50℃で5時間、100℃で0.5時間、真空条件100℃で0.5時間、80℃で15時間の順で乾燥させた。得られたポリウレタンフィルムから3cm×3cmの試験片を切り出し、試験溶剤をそれぞれ50mL入れた内径10cmφのガラス製シャーレに投入して、各々の試験溶剤毎、下記温度で下記時間浸漬した後の重量を測定し、浸漬前の試験片の重量と浸漬後の試験片の重量との重量変化率(%)(=(浸漬後の試験片の重量−浸漬前の試験片の重量)/浸漬前の試験片の重量×100)を算出した。ここで、重量変化率が0%に近いほうが耐溶剤性が良好であることを示す。
耐オレイン酸性:試験片をオレイン酸中に80℃で16時間浸漬した。
耐エタノール性:試験片をエタノール中に室温で1時間浸漬した。
<保存安定性>
ポリウレタン水分散体(ポリウレタン濃度:30重量%)を20℃下に静置し、1週間おきに該ポリウレタン水分散体の変化を目視で確認した。保管開始からポリウレタン水分散体に沈殿や凝集などの変化が確認された期間を基に、以下のように評価した。
保管開始から1週間以内に変化あり:×
保管開始から1か月以内変化あり:△
保管開始から1か月以上変化ない:○
〔カルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの合成と評価〕
[実施例I−1]
Figure 2020007400
<工程A:保護カルボキシル基含有ジヒドロキシ化合物の製造>
温度計、冷却管を備えた500mL4つ口フラスコに磁気撹拌子を入れ、窒素雰囲気とした後、ジメチロールプロピオン酸20.0gおよびジメチルホルムアミド150mLを投入した。氷浴にて内温を5℃以下に冷却したまま、炭酸カリウム20.9g、ベンジルブロミド24.0g添加した後、20℃に昇温して5時間撹拌した。ベンジルブロミドの消失をH−NMRにて確認した後、氷浴にて内温を10℃以下に保ちながら脱塩水250mLを滴下した。得られた反応混合物を酢酸エチル250mLで抽出し、得られた有機相を脱塩水200mLで3回洗浄した後、エバポレーターで濃縮した。得られた濃縮液200mLに対して、ヘプタン30mLを添加して析出した固体を濾別した。得られた固体を減圧乾燥し、カルボキシル基をベンジル保護したジメチロールプロピオン酸(化合物1−A)の白色固体19.8gを得た(ベンジルブロミドに対する収率は63%)。
<工程B:重合工程>
攪拌機、留出液トラップおよび圧力調整装置を備えた50mL反応管に、1,4−ブタンジオール:179.2g、工程Aで得たカルボキシル基をベンジル保護したジメチロールプロピオン酸(化合物1−A):49.5g、ジフェニルカーボネート:434.3g、酢酸マグネシウム4水和物:10mgを入れ、反応管中を窒素置換した。攪拌下、内温を160℃まで昇温して、内容物を加熱溶解した。その後、2分間かけて圧力を24kPaまで下げた後、フェノールを系外へ除去しながら90分間反応させた。次いで、圧力を0.4kPaまで120分間かけて下げた。さらに、30分で170℃まで温度を上げてフェノール及び未反応のジヒドロキシ化合物を系外へ除きながら、5時間反応させて、ポリカーボネートジオール1−Bを242g得た。H−NMRで分析したところ、生成物中の1,4−ブタンジオール由来の構造単位と化合物1−A由来の構造単位のモル比は89:11であった。
<工程C:脱保護工程>
磁気撹拌子を備えた1Lナスフラスコに、工程Bで得たとポリカーボネートジオール1−B:120gと2−ブタノン:600mLを入れて溶解し、窒素雰囲気下、5%Pdカーボン粉末NXAタイプ(50%含水品)(エヌ・エーケムキャット製)6gを加えた。20℃で撹拌しながら減圧脱気し、水素ガスを注入した風船から水素ガスを導入した。その後、水素雰囲気下を保ったまま、20℃で3時間撹拌しH−NMRにてベンジル基の消失を確認して反応を停止した。PTFEフィルターによって、Pdカーボン粉末を濾別して得られたポリカーボネートジオール溶液に0.085%リン酸水溶液0.17mLを添加して撹拌した。その後、減圧下(温度:40℃、圧力:30hPa)で撹拌しながら2−ブタノンを留去して、カルボキシル基含有ポリカーボネートジオール1−1含有組成物を得た。
得られたカルボキシル基含有ポリカーボネートジオール1−1含有組成物を20g/分の流量で薄膜蒸留装置に送液し、薄膜蒸留(温度:210℃、圧力:53Pa)を行ってカルボキシル基含有ポリカーボネートジオール1−1を得た。薄膜蒸留装置としては、直径50mm、高さ200mm、面積0.0314mの内部コンデンサー、ジャケット付きの柴田科学株式会社製、分子蒸留装置MS−300特型を使用した。
このカルボキシル基含有ポリカーボネートジオール1−1は、下記式(A1)で表される構造単位と下記式(B1)で表される構造単位を含むものであり、その分析結果は次の通りであった。
Figure 2020007400
水酸基価:22.9mg/g−KOH
酸価:48.9mg/g−KOH
数平均分子量:1578
分子量分布(Mw/Mn):1.85(Mw:5124、Mn:2770)
構造単位(A1):構造単位(B1)=90:10(モル比)
平均炭素数:3.9
エステル結合率:0%
[実施例I−2]
Figure 2020007400
<工程D:不飽和結合含有ジヒドロキシ化合物の製造>
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに1,6−ヘキサンジオール(16HD):331.1g、フマル酸ジエチル:179.0g、チタンテトラn−ブトキサイド:1.45gを入れ、窒素ガス置換した。攪拌下、内温を120℃まで昇温して、留出するエタノールを除去しながら1時間常圧で反応を行い、2時間かけて圧力を10kPaまで下げた。フマル酸ジエチルのモル量の2倍に相当するエタノールが留出したことを確認し、フマル酸ビス(ヒドロキシヘキシル)(化合物2−A)と1,6−ヘキサンジオール(16HD)の混合物の溶液を得た。
<工程E:重合工程>
工程Dで得たフマル酸ビス(ヒドロキシヘキシル)(化合物2−A)と1,6−ヘキサンジオール(16HD)の混合物の溶液にジエチルカーボネート(DEC):1810.5gを加え、100〜180℃に6時間で昇温すると共に、エタノールを留出させながら常圧で反応を行い、次いで5時間かけて10kPaへと減圧を行った。その後、1kPaへと減圧を行い、残ったモノマーを留出させ、不飽和結合を有するポリカーボネートジオール2−Bを得た。
<工程F:カルボキシル基導入工程>
工程Eの反応液を90℃まで冷却をした後、トリエチルアミン:36.7g、2−メルカプト酢酸:16.7gを加え、90℃で3時間加熱を行った。得られた反応液を1kPaへと減圧を行い、残ったモノマーを留出させて、カルボキシル基含有ポリカーボネートジオール1−2を得た。
得られたカルボキシル基含有ポリカーボネートジオール1−2は、下記式(A2)で表される構造単位と、下記式(B2)で表される構造単位を含むものであり、その分析結果は次の通りであった。
Figure 2020007400
水酸基価:50.1mg/g−KOH
酸価:13.1mg/g−KOH
数平均分子量:1774
分子量分布(Mw/Mn):1.80(Mw:5892、Mn:3273)
構造単位(A2):構造単位(B2)=97:3(モル比)
平均炭素数:6.3
エステル結合率:5.7%
〔カルボキシル基を含有しないポリカーボネートジオールの合成と評価〕
[参考例1]
化合物1−Aを用いずに、実施例I−1の工程Bと同様の手法でポリカーボネートジオールを合成した。
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに1,4−ブタンジオール(14BD):380.7g、ジフェニルカーボネート:819.2g、酢酸マグネシウム4水和物:18mgを入れ、工程Bと同様にして、カルボキシル基を含有しないポリカーボネートジオール2−1を得た。
得られたポリカーボネートジオール2−1は、下記式(A1)で表される構造単位のみで構成されるものであり、その分析結果は次の通りであった。
Figure 2020007400
水酸基価:75.0mg/g−KOH
酸価:0.01mg/g−KOH以下
数平均分子量:1496
平均炭素数:4.0
エステル結合率:0%
〔ポリウレタンの製造と評価〕
[実施例II−1]
熱電対と冷却管を設置したセパラブルフラスコに、実施例I−1で得られたカルボキシル基含有ポリカーボネートジオール1−1:69.8g、参考例1で得られたポリカーボネートジオール2−1:111.1g、N−メチルピロリドン100g、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(以下H12MDI、東京化成工業株式会社製):53.9gを加え、80℃まで昇温した。その後、ウレタン化触媒としてネオスタンU−830(以下U−830、日東化成株式会社製):12mgを添加し、オイルバスを100℃まで昇温し、さらに4時間程度撹拌した。イソシアネート基の濃度を分析し、イソシアネート基が理論量消費されたことを確認した。その後、トリエチルアミン:5.5gを加えて、さらに60℃で1時間加熱してプレポリマー液(以下、PP液と略す。)を得た。
攪拌機(PREMIX社製 プレ・リューション)を備えた1LのSUS製反応器に脱塩水287gを加えた。その後、回転数2000rpmで撹拌しながら、60℃に加温したPP液:287gをゆっくりと添加し、水中にPP液を分散させた。その後、鎖延長剤としてエチレンジアミン:4.4gを加え、20℃で撹拌した。GPCで分子量の分析をしながら撹拌を継続し、5時間後にジエチルアミン:3.3gを添加し、鎖延長反応を停止し、ポリウレタン水分散体(ポリウレタン濃度:30重量%)を得た。
このポリウレタン水分散体をガラス板上に均一膜厚に塗布し、乾燥機で乾燥しポリウレタンフィルムを得た。
このポリウレタン水分散体およびポリウレタンフィルムの物性の評価結果を表1に示す。
[比較例1]
カルボキシル基含有ポリカーボネートジオール1−1の替わりにジメチロールプロピオン酸を用いて、ポリウレタン水分散体中に含有するカルボキシル基のモル量が実施例II−1で製造したポリウレタン水分散体と同等になるように、組成を決めて合成を行った。
熱電対と冷却管を設置したセパラブルフラスコに、ジメチロールプロピオン酸:15.4g、参考例1で得られたポリカーボネートジオール2−1:299.7g、N−メチルピロリドン:244g、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MD、東京化成工業株式会社製):141.1gを加え、80℃まで昇温した。その後、ウレタン化触媒としてネオスタンU−830(以下U−830、日東化成株式会社製):28mgを添加し、オイルバスを100℃まで昇温し、さらに4時間程度撹拌した。イソシアネート基の濃度を分析し、イソシアネート基が理論量消費されたことを確認した。その後、トリエチルアミン:11.0gを加えて、さらに60℃で1時間加熱してプレポリマー液(PP液)を得た。
攪拌機(PREMIX社製 プレ・リューション)を備えた1LのSUS製反応器に脱塩水275gを加えた。その後、回転数2000rpmで撹拌しながら、60℃に加温したPP液:275gをゆっくりと添加し、水中にPP液を分散させた。その後、鎖延長剤としてエチレンジアミン:4.4gを加え、20℃で撹拌した。GPCで分子量の分析をしながら撹拌を継続し、5時間後にジエチルアミン:3.3gを添加し、鎖延長反応を停止し、ポリウレタン水分散体(ポリウレタン濃度:30重量%)を得た。
このポリウレタン水分散体をガラス板上に均一膜厚に塗布し、乾燥機で乾燥しポリウレタンフィルムを得た。
このポリウレタン水分散体およびポリウレタンフィルムの物性の評価結果を表1に示す。
なお、表中、ポリカーボネートジオール1−1を「PCD1−1」、ポリカーボネートジオール2−1を「PCD2−1」、ジメチロールプロピオン酸を「DMPA」と略す。
Figure 2020007400
実施例II−1と比較例1の対比より以下のことが分かる。
実施例II−1のポリウレタンは、比較例1のポリウレタンに比べて引張試験における100%M、300%Mの値が小さく柔軟性が高い。また、実施例II−1のポリウレタンは、比較例1のポリウレタンに比べて引張試験における破断伸度の値が大きく強度が高い。
また、実施例II−1のポリウレタンは、比較例1のポリウレタンに比べて耐溶剤性試験における重量変化率が小さく、耐溶剤性が高い。
更に実施例II−1のウレタン水分散体は凝集することなく長期間保存でき、保存安定性が高い。

Claims (25)

  1. 2種以上のカーボネート構造単位を含むランダム共重合体よりなる、
    数平均分子量(Mn)が500〜5000で、分子量分布(Mw/Mn)が1.6以上のポリカーボネートジオールであって、
    カルボキシル基を含む構造単位を有し、
    該ポリカーボネートジオールの原料ジヒドロキシ化合物の2つの水酸基間に存在する炭素原子に由来して、該ポリカーボネートジオールのカーボネート構造単位に導入された炭素原子の数の平均値(以下、この値を「平均炭素数」と称す。)が3.5〜10.0であることを特徴とするポリカーボネートジオール。
  2. 前記平均炭素数が3.5〜7.0である請求項1に記載のポリカーボネートジオール。
  3. 酸価が1mg/g−KOH以上、100mg/g−KOH以下である請求項1又は2に記載のポリカーボネートジオール。
  4. 下記式(A)で表される構造単位、および下記式(B)で表される構造単位を含む請求項1ないし3のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール。
    Figure 2020007400
    (ただし、Rは炭素数4〜12の脂肪族炭化水素基を表し、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。)
    Figure 2020007400
    (ただし、Rは炭素数3〜20の脂肪族炭化水素基を表し、分岐鎖を有していてもよく、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。Lは単結合または主鎖の炭素数が1〜12の連結基であり、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。)
  5. 前記式(A)で表される構造単位と前記式(B)で表される構造単位との割合が、モル比率で、式(A)で表される構造単位:式(B)で表される構造単位=50:50〜99:1である請求項4に記載のポリカーボネートジオール。
  6. 前記式(A)で表される構造単位と前記式(B)で表される構造単位との割合が、モル比率で、式(A)で表される構造単位:式(B)で表される構造単位=80:20〜99:1である請求項5に記載のポリカーボネートジオール。
  7. 前記式(A)におけるRが炭素数4〜6の脂肪族炭化水素基である請求項4ないし6のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール。
  8. 前記式(B)におけるLが単結合である請求項4ないし7のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール。
  9. 前記式(B)で表される構造単位が下記式(B1)で表される構造単位である請求項8に記載のポリカーボネートジオール。
    Figure 2020007400
  10. 前記式(B)で表される構造単位が下記式(D)で表される構造単位である請求項4ないし7のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール。
    Figure 2020007400
    (ただし、RおよびRはそれぞれ独立に主鎖の炭素数が4〜12の脂肪族炭化水素基を表し、分岐鎖を有していてもよく、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。LはO,S,Nから選ばれるヘテロ原子を含む炭素数1〜12の連結基である。)
  11. 前記式(D)で表される構造単位が下記式(D1)で表される構造単位である請求項10に記載のポリカーボネートジオール。
    Figure 2020007400
    (ただし、Rは式(D)におけると同義である。)
  12. 請求項1ないし11のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール(以下、「ポリカーボネートジオール1」と称す。)と、カルボキシル基を含まないポリカーボネートジオール(以下、「ポリカーボネートジオール2」と称す。)を含むポリカーボネートジオール組成物。
  13. 前記ポリカーボネートジオール2が前記式(A)で表される構造単位を含むポリカーボネートジオールである請求項12に記載のポリカーボネートジオール組成物。
  14. 請求項1ないし11のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール、或いは請求項12又は13に記載のポリカーボネートジオール組成物を用いたポリウレタン。
  15. 請求項1ないし11のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール、或いは請求項11又は12に記載のポリカーボネートジオール組成物と、イソシアネート及び鎖延長剤とを用いた水系ポリウレタン分散体。
  16. 請求項14に記載のポリウレタンを用いた人工皮革または合成皮革。
  17. 請求項14に記載のポリウレタンを用いた塗料またはコーティング剤。
  18. 請求項14に記載のポリウレタンを用いた弾性繊維。
  19. 請求項14に記載のポリウレタンを用いた水系ポリウレタン塗料。
  20. 請求項14に記載のポリウレタンを用いた粘着剤または接着剤。
  21. 請求項1ないし11のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール、或いは請求項12又は13に記載のポリカーボネートジオール組成物を用いた活性エネルギー線硬化性重合体組成物。
  22. 下記工程1,2をこの順で行うカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
    工程1:カルボキシル基前駆体基を有するジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを反応させてポリカーボネートジオールを得る重合工程
    工程2:工程1で得られたポリカーボネートジオールのカルボキシル基前駆体基をカルボキシル基に変換する変換工程
  23. 下記工程1−1,2−1をこの順で行うカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
    工程1−1:保護したカルボキシル基を有するジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを反応させてポリカーボネートジオールを得る重合工程
    工程2−1:工程1−1で得られたポリカーボネートジオールのカルボキシル基の保護基を脱離させる脱保護工程
  24. 下記工程1−2,2−2をこの順で行うカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
    工程1−2:不飽和結合を有するジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物とを反応させてポリカーボネートジオールを得る重合工程
    工程2−2:工程1−2で得られたポリカーボネートジオールの不飽和結合に対して、カルボキシル基導入化合物を反応させてカルボキシル基を導入するカルボキシル基導入工程
  25. 下記式(X)で表される構造単位を有するポリカーボネートジオールに、メルカプト基を有する化合物を反応させて、下記式(D2)で表される構造単位を有するポリカーボネートジオールを製造するカルボキシル基含有ポリカーボネートジオールの製造方法。
    Figure 2020007400
    (ただし、Rは主鎖の炭素数が4〜12の脂肪族炭化水素基を表し、分岐鎖を有していてもよく、O,S,Nのヘテロ原子を含んでもよい。Lは炭素数1〜12の炭化水素基であり、分岐鎖を有していてもよい。)
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