JP2020084190A - 低い残存モノマー含量を有する低粘度のnco含有プレポリマーの製造方法 - Google Patents

低い残存モノマー含量を有する低粘度のnco含有プレポリマーの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低い粘度及び揮発性の高いジイソシアネートの低い残存モノマー含量を有するNCO含有プレポリマーを製造する方法、該方法を用いて製造できるプレポリマー及びそれらの使用。【解決手段】イソシアネート(及びポリエステルポリオールではない)を装入し、かつポリエステルポリオール(及びイソシアネートではない)をそれに添加する。【選択図】なし

Description

本発明は、NCO含有プレポリマーを製造する方法、該方法を用いて製造できるプレポリマー及びそれらの使用に関する。
ポリウレタン及びポリ尿素は、塗料工業、接着剤工業、シーラント工業及びプラスチック工業にとって有益な原料である。これらへの1つの経路は、NCO含有プレポリマーを経る。これらは、ポリオールとジイソシアネートとの反応を通じて得ることができ、例えば、ウレトジオン基含有ジイソシアネートについては、欧州特許出願公開第0669353号明細書(EP 0 669 353 A1)、欧州特許出願公開第0669354号明細書(EP 0 669 354 A1)、西独国特許出願公開第3030572号明細書(DE 30 30 572 A1)、欧州特許出願公開第0639598号明細書(EP 0 639 598 A1)及び欧州特許出願公開第0803524号明細書(EP 0 803 524 A1)に開示されている。
国際公開第2009/059848号(WO 2009/059848 A1)には、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、IPDI及び少なくとも1種のポリエーテルポリオールから構成されるNCO含有プレポリマーが開示されている。しかしながら、そこに開示されたNCO含有プレポリマーは、母体となるポリエーテルが、周知のように酸化劣化する傾向を有し、したがって殊にUV安定性ではないという欠点を有する。日射下では、これらは分解及び変色する。
通常、該NCO含有プレポリマーの製造の際に、該イソシアネートは、化学量論的過剰量で使用される。しかしながら不利であるのは、毒性問題をまねきうる割合の未反応ジイソシアネート(残存モノマー含量)である。その際に、特に決定的であるのは、未反応の揮発性の高いジイソシアネートである。毒性問題を最小限にするために、それらの割合を低下させる試みがなかった訳ではなかった。一つの可能性は、化学量論的過剰量のジイソシアネートをできるだけ低く維持することである。しかし結果として、そのような生成物の使用を困難にする、より高い粘度となる。もう一つの可能性は、この残存モノマー含量を蒸留により分離するための引き続く蒸留にある。しかし、この残存モノマー含量は、さらなる方法工程、付加的なエネルギーを要し、かつその生成物は、少なからぬ熱負荷にさらされる。
米国特許第3904796号明細書(US 3,904,796 A)には、脂肪族又は環式脂肪族イソシアネート及びポリヒドロキシ化合物から製造されたNCO含有プレポリマーが開示されている。実施例には、とりわけ、IPDI又はIPDIとビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタンとの混合物並びにヒドロキシ官能性ポリエステルからなるプレポリマーが開示されている。挙げられたプレポリマーの合成は、装入された該ポリエステルへの該イソシアネートの添加によって行われる。
欧州特許出願公開第0452775号明細書(EP 0 452 775 A2)には、ヒドロキシ官能性ポリエステルと、IPDI及びビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタンの混合物とから製造されたNCO含有プレポリマーが開示されている。ここでも、該イソシアネートは、装入されたヒドロキシ官能性ポリエステルに添加される。
欧州特許出願公開第0669353号明細書 欧州特許出願公開第0669354号明細書 西独国特許出願公開第3030572号明細書 欧州特許出願公開第0639598号明細書 欧州特許出願公開第0803524号明細書 国際公開第2009/059848号 米国特許第3904796号明細書 欧州特許出願公開第0452775号明細書
Siefken, Werner; Annalen der Chemie, Justus Liebigs 1949, V562, P75-136
本発明の課題は、低い粘度及び揮発性の高いジイソシアネートの低い残存モノマー含量を有するNCO含有プレポリマーを利用できるようにすることであった。
驚くべきことに、該プレポリマーの合成の際に、個々の成分の順序が決定的な影響を有することが確かめられた:該イソシアネート(及び該ポリエステルポリオールではない)が装入され、かつ該ポリエステルポリオール(及び該イソシアネートではない)がそれに添加される場合に、より低い粘度及びより揮発性の高いジイソシアネートのより低い残存モノマー含量を有するNCO含有プレポリマーが生じる。
したがって、本発明の対象は、
a.ビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタン及び
b.少なくとも1種のより揮発性の高いジイソシアネートを装入し、かつ
c.少なくとも1種のポリエステルポリオール
d.及び任意にさらなる助剤を添加する
ことによって、NCO含有プレポリマーを製造する方法である。
特に良好な結果を達成するには、前記少なくとも1種のポリエステルポリオールは、少しずつ添加される。
成分a)のビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタン(H12MDI)として、原則的に全ての異性体、より詳細には2,2’−、2,4’−及び/又は4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートを使用することができる。好ましくは、該ビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタン(H12MDI)は、その4,4’−異性体少なくとも80質量%、好ましくは85〜95質量%、及びその2,4’−異性体5〜20質量%、好ましくは7〜15質量%を含む。より好ましくは、該ビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタン(H12MDI)はさらに、5質量%未満、好ましくは1質量%未満の低い割合の2,2’−H12MDIを含有する。該4,4’−H12MDIのtrans,trans−含量は、好ましくは30%未満、好ましくは5〜25%である。
H12MDIに加えて、該プレポリマーの製造の際に、少なくとも1種の、H12MDIに比べてより揮発性の高いジイソシアネートがさらに使用される。
より揮発性の高いジイソシアネートとして、H12MDI(沸点:標準圧力(1013mbar)で413℃、場合により、Siefken, Werner; Annalen der Chemie, Justus Liebigs 1949, V562, P75-136の文献データ;H12MDIの沸点:0.1Torrで156〜158℃に従い、Advanced Chem. Develop. Software V11.02, 2016年 (https://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/learning-center/nomograph.html)を用いて換算)よりも低い沸点を有する、あらゆる脂肪族及び環式脂肪族及び芳香脂肪族のジイソシアネートが適している。
好ましいのは、シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、エチルシクロヘキサンジイソシアネート、プロピルシクロヘキサンジイソシアネート、メチル−ジエチル−シクロヘキサンジイソシアネート、プロパンジイソシアネート、ブタンジイソシアネート、ペンタンジイソシアネート(好ましくはペンタメチレンジイソシアネート)、ヘキサンジイソシアネート(好ましくはヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)及び1,5−ジイソシアナト−2−メチルペンタン(MPDI))、ヘプタンジイソシアネート、オクタンジイソシアネート、ノナンジイソシアネート(好ましくは1,6−ジイソシアナト−2,4,4−トリメチルヘキサン及び1,6−ジイソシアナト−2,2,4−トリメチルヘキサンの混合物(TMDI))、ノナントリイソシアネート(好ましくは4−イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート(TIN))、デカンジ−及び−トリイソシアネート、ウンデカンジ−及び−トリイソシアネート、ドデカンジ−及び−トリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、イソシアナトメチルメチルシクロヘキシルイソシアネート、2,5(2,6)−ビス(イソシアナトメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン(NBDI)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(1,3−H−XDI)並びに1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(1,4−H−XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)及びリシンジイソシアネートアルキルエステルである。
さらに好ましいのは、イソホロ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及びトリメチルヘキサメチレンジイソシアネートであり、後者の中では好ましくは1,6−ジイソシアナト−2,4,4−トリメチルヘキサン及び1,6−ジイソシアナト−2,2,4−トリメチルヘキサンの混合物である。さらに好ましくは、成分b)として、挙げた4種のジイソシアネートのうち少なくとも2種の混合物が使用される。
該イソシアネートb)は、H12MDIに比べてより揮発性が高い。原則的に、これらのイソシアネートは、多様な方法によって製造することができる。工業的に殊に実証されているのは、有機ポリアミンをホスゲン化して、対応するポリカルバミン酸塩化物を得て、それらを有機ポリイソシアネート及び塩化水素に熱分解することによる製造である。あるいは、有機ポリイソシアネートは、ホスゲンを使用せずに、すなわちホスゲンフリーの方法により、製造することもできる。(環式)脂肪族ジイソシアネート、例えば1−イソシアナト−3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネートもしくはIPDI)は、母体となる(環式)脂肪族ジアミンを尿素及びアルコールと反応させて、(環式)脂肪族ビスカルバミン酸エステルを得て、それらを、対応するジイソシアネート及びアルコールに熱分解することにより、利用できるようにすることができる。
H12MDIと、該(1種以上の)より揮発性の高いジイソシアネート成分との質量比は、双方の成分a)及びb)の質量割合を基準として、好ましくは、90:10と10:90の間にある。好ましくは、過剰量のH12MDIが使用され、すなわち該比は、55:45を上回り、さらに好ましくは65:35を上回り、さらにいっそう好ましくは75:25を上回る。
成分c)として、少なくとも1種の少なくとも二官能性のヒドロキシル基含有ポリエステルポリオールが使用される。好ましくは、該ポリエステルポリオールは、10〜2000のOH価(単位:mgKOH/g)を有する。特に好ましいのは、20〜150のOH価及び500〜6000g/molの数平均分子量を有するヒドロキシル基含有ポリエステルである。
好ましい助剤d)は、とりわけ、非プロトン性溶剤と、ポリウレタン化学において公知のNCO−OH反応のための触媒(殊に有機金属化合物、例えばジブチルスズジラウレート=DBTL又は第三級アミン、例えばジアザビシクロオクタン及びトリエチルアミン)とである。
この反応は、溶剤あり又は溶剤なしで、行うことができる。好ましくは、溶剤は使用されない。好ましくは、この反応はさらに、40〜80℃及び触媒の存在下で実施される。
反応ユニットとして、通常のあらゆる装置、釜、スタティックミキサー、押出機等、好ましくは混合又は撹拌機能を有するユニットが適している。
そのNCO/OH比は、好ましくは10:1〜1.2:1、さらに好ましくは5:1〜1.6:1、特に好ましくは3:1〜1.8:1である。
本発明による方法は、好ましくは、その反応生成物が、GCにより測定して、最大6.2%、好ましくは<2.5%及び特に好ましくは<0.5%のより揮発性の高いジイソシアネート成分の残存モノマー含量を好ましくは有するように実施される。さらに、残存モノマーH12MDIの割合は、好ましくは33%未満、好ましくは<6.6%である。その粘度は、使用されるポリオール及び該NCO:OH比を通じて制御することができる。好ましくは、本方法は、生じる生成物の粘度が、同じNCO比で純粋なH12MDIを使用する場合よりも小さいように実施される。
さらに、本発明の対象は、本発明による方法によって得ることができるNCO含有プレポリマーである。このプレポリマーは、すでに説明したように、粘度及び残存モノマー含量に関して、従来技術において公知のプレポリマーとは相違する。
そのうえ、本発明の対象は、塗料配合物、接着剤配合物、シーラント配合物又はプラスチック配合物の成分としての、本発明によるプレポリマー及び/又は本発明による方法によって製造できる物の使用である。
例1、本発明による:
VESTANAT H12MDI(沸点:1013mbarで413℃、上記で説明したとおり計算、Evonik Industries AG)80gとVESTANAT IPDI(沸点:303.7℃、Evonik Industries AG)20gとの混合物を、撹拌した三つ口フラスコ中で40℃に加熱し、触媒(ジブチルスズジラウレート、DBTL)0.05gと混合する。これに、Oxyester T1136(ポリエステルポリオール、OH価107mgKOH/g、Evonik Industries)207gを滴加する(NCO:OH=2:1)。その添加後も、温度を40℃で4h維持する。生成物は、5.3%のNCO価、0.17%のIPDI残存モノマー含量、3.9%のH12MDI残存モノマー含量及び760Pasの粘度(23℃)を有する。
例2、本発明によらない:
VESTANAT H12MDI(沸点:1013mbarで413℃、上記で説明したとおり計算、Evonik Industries AG)100gを、撹拌した三つ口フラスコ中で40℃に加熱し、触媒(ジブチルスズジラウレート、DBTL)0.05gと混合する。これに、Oxyester T1136(ポリエステルポリオール、OH価107mgKOH/g、Evonik Industries)200gを滴加する(NCO:OH=2:1)。その添加後も、温度を40℃で4h維持する。生成物は、5.1%のNCO価、4.0%のH12MDI残存モノマー含量及び3000Pasの粘度(23℃)を有する。
例3、本発明によらない:
VESTANAT IPDI(沸点:303.7℃、Evonik Industries AG)100gを、撹拌した三つ口フラスコ中で40℃に加熱し、触媒(ジブチルスズジラウレート、DBTL)0.05gと混合する。これに、Oxyester T1136(ポリエステルポリオール、OH価107mgKOH/g、Evonik Industries)236gを滴加する(NCO:OH=2:1)。その添加後も、温度を40℃で4h維持する。生成物は、5.1%のNCO価、1.33%のIPDI残存モノマー含量、及び820Pasの粘度(23℃)を有する。
例4、本発明によらない:
Oxyester T1136(ポリエステルポリオール、OH価107mgKOH/g、Evonik Industries)207gを、撹拌した三つ口フラスコ中で40℃に加熱し、触媒(ジブチルスズジラウレート、DBTL)0.05gと混合する。これに、VESTANAT H12MDI(沸点:1013mbarで413℃、上記で説明したとおり計算、Evonik Industries AG)80gとVESTANAT IPDI(沸点:303.7℃、Evonik Industries AG)20gとの混合物を滴加する(NCO:OH=2:1)。その添加後も、温度を40℃で4h維持する。生成物は、5.1%のNCO価、1.1%のIPDI残存モノマー含量、5.2%のH12MDI残存モノマー含量及び870Pasの粘度(23℃)を有する。
例5、本発明によらない:
Oxyester T1136(ポリエステルポリオール、OH価107mgKOH/g、Evonik Industries)207g及びVESTANAT H12MDI(沸点:1013mbarで413℃、上記で説明したとおり計算、Evonik Industries AG)80gとVESTANAT IPDI(沸点:303.7℃、Evonik Industries AG)20gとの混合物(NCO:OH=2:1)及び触媒(ジブチルスズジラウレート、DBTL)0.05gを、三つ口フラスコ中で混合し、40℃に加熱する。温度を40℃で4h維持する。生成物は、5.0%のNCO価、0.5%のIPDI残存モノマー含量、5.5%のH12MDI残存モノマー含量及び790Pasの粘度(23℃)を有する。
Figure 2020084190
本発明による例のみが、低いIPDI残存モノマー含量並びに低い粘度を有する。
本発明の好ましい実施態様は次のとおりである:
1. NCO含有プレポリマーを製造する方法であって、
a.ビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタン及び
b.少なくとも1種のより揮発性の高いジイソシアネートを装入し、かつ
c.少なくとも1種のポリエステルポリオール
d.及び任意にさらなる助剤
を添加する
ことを特徴とする、前記方法。
2. 前記少なくとも1種のポリエステルポリオールを、少しずつ添加することを特徴とする、前記1に記載の方法。
3. 前記ビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタンが、その4,4’−異性体少なくとも80質量%及びその2,4’−異性体5〜20質量%を含むことを特徴とする、前記1又は2に記載の方法。
4. 前記ジイソシアネートが、シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、エチルシクロヘキサンジイソシアネート、プロピルシクロヘキサンジイソシアネート、メチルジエチルシクロヘキサンジイソシアネート、プロパンジイソシアネート、ブタンジイソシアネート、ペンタンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネート、ヘプタンジイソシアネート、オクタンジイソシアネート、ノナンジイソシアネート、ノナントリイソシアネート、デカンジイソシアネート、デカントリイソシアネート、ウンデカンジイソシアネート、ウンデカントリイソシアネート、ドデカンジイソシアネート、ドデカントリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、イソシアナトメチルメチルシクロヘキシルイソシアネート、2,5(2,6)−ビス(イソシアナトメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン並びに1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、テトラメチルキシリレンジイソシアネート及びリシンジイソシアネートアルキルエステルからなる群から選択されることを特徴とする、前記1〜3のいずれかに記載の方法。
5. 前記ジイソシアネートが、イソホロ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及び/又はトリメチルヘキサメチレンジイソシアネートであることを特徴とする、前記1〜4のいずれかに記載の方法。
6. ビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタンと、前記少なくとも1種のより揮発性の高いジイソシアネート成分との質量比が、90:10〜10:90であることを特徴とする、前記1〜5のいずれかに記載の方法。
7. 前記少なくとも1種のポリエステルポリオールが、20〜150のOH価及び500〜6000g/molの数平均分子量を有することを特徴とする、前記1〜6のいずれかに記載の方法。
8. 前記方法を、溶剤不含で実施することを特徴とする、前記1〜7のいずれかに記載の方法。
9. 前記方法を、40〜80℃の温度及び触媒の存在下で実施することを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
10. NCO/OH比が10:1〜1.2:1であることを特徴とする、前記1〜9のいずれかに記載の方法。
11. 前記1〜10のいずれかに記載の方法によって得られる、NCO含有プレポリマー。
12. 塗料配合物、接着剤配合物、シーラント配合物又はプラスチック配合物の成分としての、前記11に記載のプレポリマーの使用。

Claims (12)

  1. NCO含有プレポリマーを製造する方法であって、
    a.ビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタン及び
    b.少なくとも1種のより揮発性の高いジイソシアネートを装入し、かつ
    c.少なくとも1種のポリエステルポリオール
    d.及び任意にさらなる助剤
    を添加する
    ことを特徴とする、前記方法。
  2. 前記少なくとも1種のポリエステルポリオールを、少しずつ添加することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタンが、その4,4’−異性体少なくとも80質量%及びその2,4’−異性体5〜20質量%を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記ジイソシアネートが、シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、エチルシクロヘキサンジイソシアネート、プロピルシクロヘキサンジイソシアネート、メチルジエチルシクロヘキサンジイソシアネート、プロパンジイソシアネート、ブタンジイソシアネート、ペンタンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネート、ヘプタンジイソシアネート、オクタンジイソシアネート、ノナンジイソシアネート、ノナントリイソシアネート、デカンジイソシアネート、デカントリイソシアネート、ウンデカンジイソシアネート、ウンデカントリイソシアネート、ドデカンジイソシアネート、ドデカントリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、イソシアナトメチルメチルシクロヘキシルイソシアネート、2,5(2,6)−ビス(イソシアナトメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン並びに1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、テトラメチルキシリレンジイソシアネート及びリシンジイソシアネートアルキルエステルからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記ジイソシアネートが、イソホロ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及び/又はトリメチルヘキサメチレンジイソシアネートであることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
  6. ビス(イソシアナトメチルシクロヘキシル)メタンと、前記少なくとも1種のより揮発性の高いジイソシアネート成分との質量比が、90:10〜10:90であることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記少なくとも1種のポリエステルポリオールが、20〜150のOH価及び500〜6000g/molの数平均分子量を有することを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記方法を、溶剤不含で実施することを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記方法を、40〜80℃の温度及び触媒の存在下で実施することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
  10. NCO/OH比が10:1〜1.2:1であることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
  11. 請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法によって得られる、NCO含有プレポリマー。
  12. 塗料配合物、接着剤配合物、シーラント配合物又はプラスチック配合物の成分としての、請求項11に記載のプレポリマーの使用。
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