JP2021147528A - Polyurethane polyamine composition, method for producing polyurethane polyamine, and method for producing polyurethane polyamine composition - Google Patents

Polyurethane polyamine composition, method for producing polyurethane polyamine, and method for producing polyurethane polyamine composition Download PDF

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Abstract

To provide a method for efficiently synthesizing polyurethane polyamine, a polyurethane polyamine composition with low toxicity and high stability, in which an aziridine compound remaining in a polyurethane polyamine crude product is removed, and a method for producing the composition.SOLUTION: Introducing ethylene imine under high-pressure CO2 heated in a reactor makes it possible to efficiently synthesize a polyurethane polyamine (I) including constitutional units with urethane units and amine units linked together. Adding a specific solvent after the reaction and removing the solvent with heat makes it possible to remove an aziridine compound remaining in a polyurethane polyamine resin composition.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ポリウレタンポリアミン組成物、ポリウレタンポリアミンの製造方法、及びポリウレタンポリアミン組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a polyurethane polyamine composition, a method for producing a polyurethane polyamine, and a method for producing a polyurethane polyamine composition.

従来、ポリウレタンポリアミン(ポリウレタンポリアミン樹脂)を製造する際には、毒性の懸念されるエチレンイミンを原料として使用するが、生成物であるポリウレタンポリアミン樹脂中に未反応のエチレンイミンが残留し、安全性、安定性に悪影響を与える問題点があった。非特許文献1の処方では、液体窒素温度に冷却した反応器で原料を混合し、その後80℃まで昇温して高圧下で18時間反応し、減圧下にてエチレンイミンを除去して固形分を回収するという、消費エネルギーと操作の煩雑さの点で非効率なプロセスであった。 Conventionally, when producing polyurethane polyamine (polyurethane polyamine resin), ethyleneimine, which is a concern for toxicity, is used as a raw material, but unreacted ethyleneimine remains in the product polyurethane polyamine resin, which is safe. , There was a problem that adversely affected the stability. In the formulation of Non-Patent Document 1, the raw materials are mixed in a reactor cooled to liquid nitrogen temperature, then heated to 80 ° C. and reacted under high pressure for 18 hours, and ethyleneimine is removed under reduced pressure to remove solid content. It was an inefficient process in terms of energy consumption and complicated operation.

非特許文献2には、アルゴンガスで満たしたオートクレーブに2−メチルアジリジン(プロピレンイミン)を導入後、冷却したCOを加えて100℃で24時間反応させて、2−メチルアジリジンとCOの共重合体を合成したことが記載されている。しかしながら、非特許文献2には、エチレンイミンを原料として使用してポリウレタンポリアミンを合成することについては記載されていない。エチレンイミンとプロピレンイミンとは、構造的に類似するが反応性は全く異なるものである。 In Non-Patent Document 2, 2-methylaziridine (propyleneimine) is introduced into an autoclave filled with argon gas, cooled CO 2 is added, and the mixture is reacted at 100 ° C. for 24 hours to obtain 2-methylaziridine and CO 2 . It is described that the copolymer was synthesized. However, Non-Patent Document 2 does not describe the synthesis of polyurethane polyamines using ethyleneimine as a raw material. Ethylene imine and propylene imine are structurally similar but have completely different reactivity.

K.Soga,et.al.,Die Maklomolekulare Chemie 1974,175,3309−3313K. Soga, et. al. , Die Macintosh Chemie 1974, 175, 3309-3313 T.Ikariya et.al.,Macromolecules 2005,38,6429−6434T. Ikariya et. al. , Macromolecules 2005, 38, 6429-6434

本発明の課題は、エチレンイミンを原料として効率的にポリウレタンポリアミンを合成できる方法を提供することにある。また、ポリウレタンポリアミン中に残留するアジリジン化合物が除去された低毒性、高安定性のポリウレタンポリアミン組成物、ならびに該組成物の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method capable of efficiently synthesizing a polyurethane polyamine using ethyleneimine as a raw material. Another object of the present invention is to provide a low-toxicity, high-stability polyurethane polyamine composition in which the aziridine compound remaining in the polyurethane polyamine is removed, and a method for producing the composition.

本発明者は、反応器内にて昇温した高圧CO下にエチレンイミンを導入することで、効率的にポリウレタンポリアミンを合成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
また、反応後に特定の溶媒を添加し、加熱しながら該溶媒を溜去することにより、ポリウレタンポリアミン粗製物中に残留するアジリジン化合物を除去することが可能になり、低毒性、高安定性のポリウレタンポリアミン組成物を製造、提供できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
The present inventor has found that a polyurethane polyamine can be efficiently synthesized by introducing ethyleneimine under high pressure CO 2 which has been heated in a reactor, and has completed the present invention.
Further, by adding a specific solvent after the reaction and distilling off the solvent while heating, it becomes possible to remove the aziridine compound remaining in the crude polyurethane polyamine, and the polyurethane has low toxicity and high stability. They have found that a polyamine composition can be produced and provided, and have completed the present invention.

すなわち本発明のポリウレタンポリアミン組成物は、下記式(1)〜(3)で表されるウレタンユニットと下記式(4)〜(6)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位を含むポリウレタンポリアミン(I)を含有し、エチレンイミンの含有量が、該ポリウレタンポリアミン(I)100質量%に対して0.1質量%未満である。 That is, the polyurethane polyamine composition of the present invention is a polyurethane containing a structural unit in which a urethane unit represented by the following formulas (1) to (3) and an amine unit represented by the following formulas (4) to (6) are connected. It contains polyamine (I), and the content of ethyleneimine is less than 0.1% by mass with respect to 100% by mass of the polyurethane polyamine (I).

Figure 2021147528
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また、本発明のポリウレタンポリアミンの製造方法では、超臨界状態にある二酸化炭素に、エチレンイミンを添加・混合して反応させ、上記式(1)〜(3)で表されるウレタンユニットと上記式(4)〜(6)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位を含む上記ポリウレタンポリアミン(I)を製造する工程を含むことを特徴とする。 Further, in the method for producing a polyurethane polyamine of the present invention, ethyleneimine is added and mixed with carbon dioxide in a supercritical state to react with the urethane unit represented by the above formulas (1) to (3) and the above formula. It is characterized by including a step of producing the polyurethane polyamine (I) including a structural unit in which the amine units represented by (4) to (6) are connected.

本発明はまた、下記式(19)〜(21)で表されるウレタンユニットと下記式(22)〜(24)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位を含むポリウレタンポリアミン(G)と、該ポリウレタンポリアミン(G)100質量%に対して0.1質量%以上のアジリジン化合物とを含むポリウレタンポリアミン粗製物に対して、該アジリジン化合物よりも沸点の高い溶媒を該粗製物100質量%に対して1質量%以上添加し、該溶媒100質量%中1質量%以上を溜去させる工程を含むことを特徴とする、ポリウレタンポリアミン組成物の製造方法である。 The present invention also comprises a polyurethane polyamine (G) containing a structural unit in which a urethane unit represented by the following formulas (19) to (21) and an amine unit represented by the following formulas (22) to (24) are connected. With respect to the crude polyurethane polyamine containing 0.1% by mass or more of the aziridine compound with respect to 100% by mass of the polyurethane polyamine (G), a solvent having a boiling point higher than that of the aziridine compound is added to 100% by mass of the crude product. It is a method for producing a polyurethane polyamine composition, which comprises a step of adding 1% by mass or more thereof and distilling off 1% by mass or more of the solvent in 100% by mass.

Figure 2021147528
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上記式中、A〜A、B〜B、C〜C、D〜D、E〜E、Fは、同一又は異なって、それぞれ置換基を有していても良いメチレン基である。 In the above formula, A 1 to A 3 , B 1 to B 2 , C 1 to C 3 , D 1 to D 3 , E 1 to E 2 , and F 1 have the same or different substituents, respectively. It may be a methylene group.

本発明によれば、エチレンイミンを原料として効率的なポリウレタンポリアミンの合成方法を提供できる。また、ポリウレタンポリアミン粗製物中に残留するアジリジン化合物が除去され、低毒性、高安定性のポリウレタンポリアミン組成物、ならびに該組成物の製造方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an efficient method for synthesizing a polyurethane polyamine using ethyleneimine as a raw material. In addition, the aziridine compound remaining in the crude polyurethane polyamine is removed, and a polyurethane polyamine composition having low toxicity and high stability, and a method for producing the composition can be provided.

1.ポリウレタンポリアミン組成物
本発明のポリウレタンポリアミン組成物は、下記式(1)〜(3)で表されるウレタンユニットと下記式(4)〜(6)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位を含むポリウレタンポリアミン(I)を含有し、該ポリウレタンポリアミン(I)100質量%に対してエチレンイミンの含有量が0.1質量%未満である。上記ポリウレタンポリアミン(I)は、好ましくは、以下の構成単位を含んでいる。
・下記式(1)で表されるウレタンユニットと下記式(4)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位、
・下記式(1)で表されるウレタンユニットと下記式(5)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位、
・下記式(1)で表されるウレタンユニットと下記式(6)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位、
・下記式(2)で表されるウレタンユニットと下記式(4)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位、
・下記式(2)で表されるウレタンユニットと下記式(5)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位、
・下記式(2)で表されるウレタンユニットと下記式(6)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位、
・下記式(3)で表されるウレタンユニットと下記式(4)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位、
・下記式(3)で表されるウレタンユニットと下記式(5)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位、及び
・下記式(3)で表されるウレタンユニットと下記式(6)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位。
1. 1. Polyurethane polyamine composition The polyurethane polyamine composition of the present invention is a constituent unit in which urethane units represented by the following formulas (1) to (3) and amine units represented by the following formulas (4) to (6) are connected. Contains polyurethane polyamine (I) containing, and the content of ethyleneimine is less than 0.1% by mass with respect to 100% by mass of the polyurethane polyamine (I). The polyurethane polyamine (I) preferably contains the following structural units.
-A structural unit in which a urethane unit represented by the following formula (1) and an amine unit represented by the following formula (4) are connected.
A structural unit in which the urethane unit represented by the following formula (1) and the amine unit represented by the following formula (5) are connected.
-A structural unit in which a urethane unit represented by the following formula (1) and an amine unit represented by the following formula (6) are connected.
-A structural unit in which a urethane unit represented by the following formula (2) and an amine unit represented by the following formula (4) are connected.
-A structural unit in which a urethane unit represented by the following formula (2) and an amine unit represented by the following formula (5) are connected.
-A structural unit in which a urethane unit represented by the following formula (2) and an amine unit represented by the following formula (6) are connected.
-A structural unit in which a urethane unit represented by the following formula (3) and an amine unit represented by the following formula (4) are connected.
-A structural unit in which a urethane unit represented by the following formula (3) and an amine unit represented by the following formula (5) are connected, and-a urethane unit represented by the following formula (3) and the following formula (6). A structural unit connected to the amine unit represented by.

Figure 2021147528
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また、上記ポリウレタンポリアミン(I)は、下記式(7)〜(9)で表されるカルバミン酸ユニット、下記式(10)〜(11)で表されるアジリジンユニット、下記式(12)〜(18)で表される尿素ユニットを含んでいてもよい。 Further, the polyurethane polyamine (I) is a carbamic acid unit represented by the following formulas (7) to (9), an aziridine unit represented by the following formulas (10) to (11), and the following formulas (12) to ( It may contain a urea unit represented by 18).

Figure 2021147528
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本明細書において、ポリウレタンポリアミンとは、ウレタン比率が7%以上の物を指す。ここで、ポリウレタンポリアミン(I)におけるウレタン比率は、HNMRの面積比より、ウレタンユニット由来メチレンピーク面積/総メチレンピーク面積=モル%として求められる値である。 In the present specification, the polyurethane polyamine refers to a material having a urethane ratio of 7% or more. Here, the urethane ratio in the polyurethane polyamine (I) is a value obtained from the area ratio of 1 HNMR as the urethane unit-derived methylene peak area / total methylene peak area = mol%.

上記ポリウレタンポリアミン(I)は、上記式(1)〜(18)で表される構造単位を質量比で70質量%以上有するポリウレタンポリアミンであることが好ましく、80質量%以上有するポリウレタンポリアミンであることがより好ましく、90質量%以上有するポリウレタンポリアミンであることがさらに好ましい。上限としては100質量%である。 The polyurethane polyamine (I) is preferably a polyurethane polyamine having 70% by mass or more of the structural units represented by the above formulas (1) to (18) in terms of mass ratio, and is preferably a polyurethane polyamine having 80% by mass or more. Is more preferable, and a polyurethane polyamine having 90% by mass or more is further preferable. The upper limit is 100% by mass.

上記ポリウレタンポリアミン(I)におけるウレタン比率は、用途に応じて任意に選択することができるが、10%以上であることが好ましく、15%以上であることがより好ましく、20%以上であることがさらに好ましい。上限としては100%程度である。ウレタン比率が好ましい範囲にあることで、ウレタン構造に由来する分散性、密着性等の性能が十分に発現されるようになる。ここで、ポリウレタンポリアミン(I)におけるウレタン比率の測定方法は、上記の通りである。 The urethane ratio in the polyurethane polyamine (I) can be arbitrarily selected depending on the intended use, but is preferably 10% or more, more preferably 15% or more, and more preferably 20% or more. More preferred. The upper limit is about 100%. When the urethane ratio is in a preferable range, the performance such as dispersibility and adhesion derived from the urethane structure can be sufficiently exhibited. Here, the method for measuring the urethane ratio in the polyurethane polyamine (I) is as described above.

上記ポリウレタンポリアミン(I)の平均分子量は、用途によって好ましい範囲が異なるが、分散剤等に用いる場合、重量平均分子量Mwとしては、1,000〜20,000程度が好ましい。数平均分子量Mnとしては、500〜10,000程度が好ましい。Mw/Mnとしては、1.0〜3.0程度が好ましい。成形材料や粘着剤に用いる場合には、高分子量体が好ましく、重量平均分子量Mwとしては、3,000〜300,000程度が好ましい。数平均分子量Mnとしては、2,000〜200,000程度が好ましい。Mw/Mnとしては、1.0〜5.0程度が好ましい。 The preferable range of the average molecular weight of the polyurethane polyamine (I) varies depending on the application, but when it is used as a dispersant or the like, the weight average molecular weight Mw is preferably about 1,000 to 20,000. The number average molecular weight Mn is preferably about 500 to 10,000. The Mw / Mn is preferably about 1.0 to 3.0. When used as a molding material or an adhesive, a high molecular weight substance is preferable, and the weight average molecular weight Mw is preferably about 3,000 to 300,000. The number average molecular weight Mn is preferably about 2,000 to 200,000. The Mw / Mn is preferably about 1.0 to 5.0.

本発明のポリウレタンポリアミン組成物におけるエチレンイミンの含有量は、ポリウレタンポリアミン(I)100質量%に対して1000ppm以下であることが好ましい。労働安全衛生法でも危険有害性の観点から、エチレンイミンを1000ppm以上含有する物質を、表示・通知義務対象物質に指定している。取扱いにおける安全性を高めるため、100ppm以下であることがより好ましく、10ppm以下であることがさらに好ましく、1ppm以下であることが特に好ましい。エチレンイミンの含有量の下限としては、0ppmである。 The content of ethyleneimine in the polyurethane polyamine composition of the present invention is preferably 1000 ppm or less with respect to 100% by mass of the polyurethane polyamine (I). The Industrial Safety and Health Act also designates substances containing 1000 ppm or more of ethyleneimine as substances subject to labeling and notification obligations from the viewpoint of hazards. In order to enhance safety in handling, it is more preferably 100 ppm or less, further preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less. The lower limit of the ethyleneimine content is 0 ppm.

本発明のポリウレタンポリアミン組成物における上記ポリウレタンポリアミン(I)の含有量は、使用目的に応じて任意に選択することができるが、機能付与と輸送効率の点からは、組成物100質量%中、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましい。上限としては100質量%である。 The content of the polyurethane polyamine (I) in the polyurethane polyamine composition of the present invention can be arbitrarily selected according to the purpose of use, but from the viewpoint of functional imparting and transport efficiency, 100% by mass of the composition It is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and further preferably 40% by mass or more. The upper limit is 100% by mass.

本発明のポリウレタンポリアミン組成物は、溶媒を含んでいても良い。上記溶媒としては、水;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類:酢酸エチル、酢酸セルソルブ等のエステル類;アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒等が例示される。上記溶媒の含有量は、組成物100質量%中、0〜90質量%が好ましく、0〜80質量%がより好ましく、0〜60質量%がさらに好ましい。 The polyurethane polyamine composition of the present invention may contain a solvent. Examples of the solvent include water; alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol; ethers such as tetrahydrofuran and diethylene glycol dimethyl ether: esters such as ethyl acetate and cellsolve acetate; acetonitrile, N, N-dimethylformamide, N, N- Examples thereof include aprotic polar solvents such as dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, and N-methylpyrrolidone. The content of the solvent is preferably 0 to 90% by mass, more preferably 0 to 80% by mass, still more preferably 0 to 60% by mass, based on 100% by mass of the composition.

本発明のポリウレタンポリアミン組成物は、低毒性、高安定性を有するため、分散剤、コーティング剤、粘着剤、ガスバリアフィルム、ガス分離膜等の種々の用途に利用できる。ポリウレタンはあらゆる分野で機能的に採用されており、特に、上記式(4)〜(6)で表される構造単位を有するポリウレタンポリアミン(I)は、求電子剤との高い反応性を有する1級アミン及び/又は2級アミンを有するポリウレタンであるため、種々の求電子剤を用いることで多様な機能化が期待できる。 Since the polyurethane polyamine composition of the present invention has low toxicity and high stability, it can be used in various applications such as dispersants, coating agents, adhesives, gas barrier films, and gas separation membranes. Polyurethane is functionally adopted in all fields, and in particular, polyurethane polyamine (I) having a structural unit represented by the above formulas (4) to (6) has high reactivity with an electrophile1. Since it is a polyurethane having a secondary amine and / or a secondary amine, various functionalizations can be expected by using various electrophiles.

2.ポリウレタンポリアミンの製造方法
本発明のポリウレタンポリアミンの製造方法は、超臨界状態にある二酸化炭素に、エチレンイミンを添加・混合して反応させ、上記式(1)〜(3)で表されるウレタンユニットと上記式(4)〜(6)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位を含むポリウレタンポリアミン(I)を製造する工程を含むことを特徴とする。
2. Method for Producing Polyurethane Polyamine In the method for producing polyurethane polyamine of the present invention, ethyleneimine is added and mixed with carbon dioxide in a supercritical state and reacted, and the urethane unit represented by the above formulas (1) to (3) is formed. It is characterized by including a step of producing a polyurethane polyamine (I) containing a structural unit in which the amine unit represented by the above formulas (4) to (6) is connected.

超臨界状態にある二酸化炭素は、反応容器に二酸化炭素を導入し、反応容器内を二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力にすることにより得られる。反応容器を二酸化炭素の臨界点以上の温度に昇温し、二酸化炭素を導入して二酸化炭素の臨界圧力以上としても良い。二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力としては、温度31.1〜180℃、圧力7.38〜60MPaが好ましく、温度50〜150℃、圧力10〜50MPaがより好ましく、温度70〜120℃、圧力20〜40MPaがさらに好ましい。反応の進行に伴う二酸化炭素の消費により圧力が降下する場合は、二酸化炭素を追加し、好ましい圧力範囲を反応終了まで維持することが特に好ましい。超臨界状態にない二酸化炭素とエチレンイミンとを混合後に昇温した場合には、ウレタンユニットの導入率が低く、ポリウレタンポリアミンは得られず、主としてポリエチレンイミンが得られる。 Carbon dioxide in a supercritical state is obtained by introducing carbon dioxide into a reaction vessel and setting the temperature and pressure inside the reaction vessel to a temperature and pressure equal to or higher than the critical point of carbon dioxide. The reaction vessel may be heated to a temperature equal to or higher than the critical point of carbon dioxide, and carbon dioxide may be introduced to bring the pressure above the critical point of carbon dioxide. As the temperature and pressure above the critical point of carbon dioxide, the temperature is preferably 31.1 to 180 ° C. and the pressure is 7.38 to 60 MPa, more preferably the temperature is 50 to 150 ° C. and the pressure is 10 to 50 MPa, and the temperature is 70 to 120 ° C. A pressure of 20-40 MPa is more preferred. If the pressure drops due to the consumption of carbon dioxide as the reaction progresses, it is particularly preferred to add carbon dioxide and maintain a preferred pressure range until the end of the reaction. When the temperature is raised after mixing carbon dioxide and ethyleneimine that are not in the supercritical state, the introduction rate of the urethane unit is low, polyurethane polyamine cannot be obtained, and polyethyleneimine is mainly obtained.

また、超臨界状態にある二酸化炭素は、溶媒を含んでいてもよい。上記溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類;テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸セルソルブ等のエステル類;アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒等が好ましい。これらの溶媒は、1種を使用しても良いし、2種以上を混合して使用しても良い。上記溶媒の使用量としては、二酸化炭素100質量%に対し、0〜500質量%が好ましく、0〜200質量%がより好ましく、0〜100質量%がさらに好ましい。 Further, carbon dioxide in a supercritical state may contain a solvent. Examples of the solvent include alcohols such as methanol, ethanol and propanol; ethers such as tetrahydrofuran and diethylene glycol dimethyl ether; esters such as ethyl acetate and cellsolve acetate; acetonitrile, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc. Aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide and N-methylpyrrolidone are preferable. One type of these solvents may be used, or two or more types may be mixed and used. The amount of the solvent used is preferably 0 to 500% by mass, more preferably 0 to 200% by mass, still more preferably 0 to 100% by mass, based on 100% by mass of carbon dioxide.

二酸化炭素とエチレンイミンの混合比としては、モル比で、二酸化炭素/エチレンイミン=100〜0.2が好ましく、50〜0.5がより好ましく、20〜1.0がさらに好ましい。反応容器内において、常に二酸化炭素が過剰に存在するよう、エチレンイミンを逐次的に導入する混合方法が、ウレタン比率を高める場合には好ましい。 The mixing ratio of carbon dioxide and ethyleneimine is preferably carbon dioxide / ethyleneimine = 100 to 0.2, more preferably 50 to 0.5, and even more preferably 20 to 1.0 in terms of molar ratio. A mixing method in which ethyleneimine is sequentially introduced so that carbon dioxide is always present in excess in the reaction vessel is preferable when increasing the urethane ratio.

上記エチレンイミンは、溶媒で希釈して反応系に添加してもよい。上記溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類;テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸セルソルブ等のエステル類;アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒等が好ましい。これらの溶媒は、1種を使用しても良いし、2種以上を混合して使用しても良い。上記溶媒の使用量としては、エチレンイミン100質量%に対し、20〜1000質量%が好ましく、50〜500質量%がより好ましく、100〜200質量%がさらに好ましい。 The above ethyleneimine may be diluted with a solvent and added to the reaction system. Examples of the solvent include alcohols such as methanol, ethanol and propanol; ethers such as tetrahydrofuran and diethylene glycol dimethyl ether; esters such as ethyl acetate and cellsolve acetate; acetonitrile, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc. Aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide and N-methylpyrrolidone are preferable. One type of these solvents may be used, or two or more types may be mixed and used. The amount of the solvent used is preferably 20 to 1000% by mass, more preferably 50 to 500% by mass, still more preferably 100 to 200% by mass, based on 100% by mass of ethyleneimine.

本発明のポリウレタンポリアミンの製造方法では、触媒は特に必要としないが、触媒又は重合開始剤の使用により、反応条件を温和にしたり、分子量を制御することが可能になる。触媒としては、酸触媒、塩基触媒共に使用することが可能であるが、塩基触媒が好ましく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機強塩基;1,8−ビス(ジメチルアミノ)ナフタレン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,4−ジアザビシクロオクタン、金属アルコキシド、金属フェノキシド等の有機強塩基等が挙げられる。上記触媒の使用量としては、エチレンイミン100質量%に対し、0.001〜10質量%程度が好ましい。 The method for producing a polyurethane polyamine of the present invention does not particularly require a catalyst, but the use of a catalyst or a polymerization initiator makes it possible to moderate the reaction conditions and control the molecular weight. As the catalyst, both an acid catalyst and a base catalyst can be used, but a base catalyst is preferable, and inorganic strong bases such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; 1,8-bis (dimethylamino) naphthalene, 1, Examples thereof include organic strong bases such as 8-diazabicyclo [5.4.0] -7-undecene, 1,4-diazabicyclooctane, metal alkoxide, and metal phenoxide. The amount of the catalyst used is preferably about 0.001 to 10% by mass with respect to 100% by mass of ethyleneimine.

超臨界状態にある二酸化炭素にエチレンイミンを添加・混合して反応させる際には、反応による発熱を十分に徐熱できるよう添加・混合速度を調節する必要があるため、規模に応じて適宜設定する必要があるが、添加・混合時間としては1分以上が好ましく、5分以上がより好ましく、30分以上がさらに好ましい。添加・混合後に反応を完結させるための熟成時間としては、10分以上が好ましく、30分以上がより好ましく、1時間以上がさらに好ましい。添加・混合と熟成に要する合計時間の上限としては、経済性等の観点から48時間以内が好ましく、24時間以内がより好ましい。 When adding / mixing ethyleneimine to carbon dioxide in a supercritical state and reacting it, it is necessary to adjust the addition / mixing rate so that the heat generated by the reaction can be sufficiently slowed down, so it is set appropriately according to the scale. However, the addition / mixing time is preferably 1 minute or longer, more preferably 5 minutes or longer, and even more preferably 30 minutes or longer. The aging time for completing the reaction after addition and mixing is preferably 10 minutes or more, more preferably 30 minutes or more, still more preferably 1 hour or more. The upper limit of the total time required for addition / mixing and aging is preferably 48 hours or less, more preferably 24 hours or less from the viewpoint of economy and the like.

本発明のポリウレタンポリアミンの製造方法では、流通系反応装置を使用することも可能であり、反応器としては、管型もしくは連続槽型等を任意に選択することができる。反応条件については、前述の好ましい形態から任意に選択できるが、流通系内での閉塞を避けるため、溶媒で希釈して送液することが好ましい。上記溶媒の使用量としては、エチレンイミン100質量%に対し、20〜1000質量%が好ましく、50〜800質量%がより好ましく、100〜600質量%がさらに好ましい。 In the method for producing a polyurethane polyamine of the present invention, a distribution system reactor can also be used, and as the reactor, a tube type, a continuous tank type, or the like can be arbitrarily selected. The reaction conditions can be arbitrarily selected from the above-mentioned preferable forms, but in order to avoid clogging in the distribution system, it is preferable to dilute with a solvent and send the liquid. The amount of the solvent used is preferably 20 to 1000% by mass, more preferably 50 to 800% by mass, still more preferably 100 to 600% by mass, based on 100% by mass of ethyleneimine.

3.ポリウレタンポリアミン組成物の製造方法
本発明のポリウレタンポリアミン組成物の製造方法は、下記式(19)〜(21)で表されるウレタンユニットと下記式(22)〜(24)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位を含むポリウレタンポリアミン(G)と、該ポリウレタンポリアミン(G)100質量%に対して0.1質量%以上のアジリジン化合物とを含むポリウレタンポリアミン粗製物に対して、該アジリジン化合物よりも沸点の高い溶媒を該粗製物100質量%に対して1質量%以上添加し、該溶媒100質量%中1質量%以上を溜去させる工程を含むことを特徴とする。
3. 3. Method for Producing Polyamine Polyamine Composition The method for producing the polyurethane polyamine composition of the present invention is a urethane unit represented by the following formulas (19) to (21) and an amine unit represented by the following formulas (22) to (24). The aziridine compound with respect to the crude product of the polyurethane polyamine containing 0.1% by mass or more of the aziridine compound with respect to 100% by mass of the polyurethane polyamine (G) and the polyurethane polyamine (G) containing the structural unit connected to the above. It is characterized by comprising a step of adding 1% by mass or more of a solvent having a higher boiling point to 100% by mass of the crude product and distilling off 1% by mass or more of the 100% by mass of the solvent.

Figure 2021147528
Figure 2021147528

上記式中、A〜A、B〜B、C〜C、D〜D、E〜E、Fは、同一又は異なって、それぞれ置換基を有していても良いメチレン基である。該置換基としては、メチル基、エチル基等が挙げられる。上記ポリウレタンポリアミン(G)は、上記ポリウレタンポリアミン(I)を含んでいてもよく、上記ポリウレタンポリアミン(I)であってもよい。 In the above formula, A 1 to A 3 , B 1 to B 2 , C 1 to C 3 , D 1 to D 3 , E 1 to E 2 , and F 1 have the same or different substituents, respectively. It may be a methylene group. Examples of the substituent include a methyl group and an ethyl group. The polyurethane polyamine (G) may contain the polyurethane polyamine (I) or may be the polyurethane polyamine (I).

上記ポリウレタンポリアミン粗製物に含まれる上記ポリウレタンポリアミン(G)の含有量としては、使用目的に応じて任意に選択することができるが、機能付与と輸送効率の点からは、粗製物100質量%中、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、50質量%以上がさらに好ましい。 The content of the polyurethane polyamine (G) contained in the crude polyurethane polyamine can be arbitrarily selected according to the purpose of use, but from the viewpoint of function addition and transportation efficiency, it is contained in 100% by mass of the crude product. 10% by mass or more is preferable, 20% by mass or more is more preferable, and 50% by mass or more is further preferable.

上記ポリウレタンポリアミン粗製物に含まれるアジリジン化合物としては、エチレンイミン、プロピレンイミン、2,2−ジメチルアジリジン、2−エチルアジリジン等が挙げられる。 Examples of the aziridine compound contained in the crude polyurethane polyamine include ethyleneimine, propyleneimine, 2,2-dimethylaziridine, and 2-ethylaziridine.

上記アジリジン化合物よりも沸点の高い溶媒としては、水;エタノール、プロパノール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸セルソルブ等のエステル類;アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、ガンマ−ブチロラクトン等の非プロトン性極性溶媒等が例示される。これらの溶媒は、1種を使用しても良いし、2種以上を混合して使用しても良い。溶媒の種類については、使用目的によって適宜選択することが可能であるが、中でも好ましくは、水、エタノール、プロパノール、テトラヒドロフランである。上記溶媒の添加量については、溶媒の種類とポリウレタンポリアミン組成物の使用目的によって適宜選択することが可能であるが、組成物100質量%に対して、1質量%以上であり、10〜1000質量%が好ましく、20〜500質量%がより好ましく、50〜200質量%がさらに好ましい。なお、上記溶媒の添加方法としては、上記溶媒を溜去しながら、逐次的に添加する方法が特に好ましい。 Examples of the solvent having a higher boiling point than the aziridine compound include water; alcohols such as ethanol and propanol; ethers such as tetrahydrofuran and diethylene glycol dimethyl ether; esters such as ethyl acetate and cellsolve acetate; acetonitrile, N, N-dimethylformamide, Examples thereof include aprotic polar solvents such as N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, and gamma-butyrolactone. One type of these solvents may be used, or two or more types may be mixed and used. The type of solvent can be appropriately selected depending on the purpose of use, but water, ethanol, propanol and tetrahydrofuran are preferable. The amount of the solvent added can be appropriately selected depending on the type of solvent and the purpose of use of the polyurethane polyamine composition, but is 1% by mass or more and 10 to 1000% by mass with respect to 100% by mass of the composition. % Is preferable, 20 to 500% by mass is more preferable, and 50 to 200% by mass is further preferable. As a method for adding the solvent, a method of sequentially adding the solvent while distilling off the solvent is particularly preferable.

上記アジリジン化合物よりも沸点の高い溶媒の溜去条件としては、溶媒の種類や濃度によって適宜選択することが可能であるが、温度60〜120℃、圧力−0.1〜0.20MPa(ゲージ圧)であることが好ましく、時間については、溶媒の種類と得ようとするポリウレタンポリアミン組成物の濃度により適宜調整することが可能であるが、1〜24時間程度とすることが好ましい。 The distilling conditions for a solvent having a boiling point higher than that of the aziridine compound can be appropriately selected depending on the type and concentration of the solvent, but the temperature is 60 to 120 ° C. and the pressure is −0.1 to 0.20 MPa (gauge pressure). ), And the time can be appropriately adjusted depending on the type of solvent and the concentration of the polyurethane polyamine composition to be obtained, but it is preferably about 1 to 24 hours.

上記アジリジン化合物よりも沸点の高い溶媒の溜去量としては、上記アジリジン化合物の含有量と得ようとするポリウレタンポリアミン組成物の濃度により適宜調整することが可能であるが、上記溶媒100質量%中1質量%以上であり、10〜90質量%が好ましく、20〜80質量%がより好ましく、30〜70質量%がさらに好ましい。上記アジリジン化合物よりも沸点の高い溶媒の溜出量は、添加量のほぼ1/2(質量比)であって、ボトム残留溶媒量とほぼ等しいことが特に好ましい。 The amount of the solvent having a boiling point higher than that of the aziridine compound can be appropriately adjusted depending on the content of the aziridine compound and the concentration of the polyurethane polyamine composition to be obtained, but in 100% by mass of the solvent. It is 1% by mass or more, preferably 10 to 90% by mass, more preferably 20 to 80% by mass, still more preferably 30 to 70% by mass. It is particularly preferable that the amount of the solvent having a boiling point higher than that of the aziridine compound is approximately ½ (mass ratio) of the amount added, which is approximately equal to the amount of the bottom residual solvent.

本発明のポリウレタンポリアミン組成物の製造方法によれば、ポリウレタンポリアミン(G)100質量%に対してアジリジン化合物の含有量が0.1質量%未満であり、低毒性、高安定性のポリウレタンポリアミン組成物が得られる。 According to the method for producing a polyurethane polyamine composition of the present invention, the content of the aziridine compound is less than 0.1% by mass with respect to 100% by mass of the polyurethane polyamine (G), and the polyurethane polyamine composition has low toxicity and high stability. You get things.

以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

反応生成物のウレタン比率は、以下の方法でHNMRを測定し、ピーク面積比より算出した。
装置:JEOL ECA400
周波数:400MHz
溶媒:D
式:ウレタン比率(モル%)=ウレタンユニット由来メチレンピーク面積/総メチレンピーク面積×100
The urethane ratio of the reaction product was calculated from the peak area ratio by measuring 1 1 HNMR by the following method.
Equipment: JEOL ECA400
Frequency: 400MHz
Solvent: D 2 O
Formula: Urethane ratio (mol%) = Urethane unit-derived methylene peak area / total methylene peak area x 100

反応生成物の分子量は、以下の方法でGPC測定し、算出した。構成曲線を作成するために標準物質としては、ポリエチレングリコール(PEG)を使用した。緩衝液としては、モノエタノールアミンを添加した酢酸水溶液を使用した。
装置:Agilent Tech. LC1620、Biotage ELSD A−120
カラム:Asahipak GF−710HQ,510HQ,310HQ
The molecular weight of the reaction product was calculated by GPC measurement by the following method. Polyethylene glycol (PEG) was used as the reference material to create the composition curve. As the buffer solution, an acetic acid aqueous solution to which monoethanolamine was added was used.
Device: Agilent Technologies. LC1620, Biotage ELSD A-120
Column: Asahipak GF-710HQ, 510HQ, 310HQ

組成物のエチレンイミンの含有量は、以下の方法でガスクロマトグラフ測定し、ピーク面積より絶対検量線法により算出した。
装置:Perkin Turbomatrix 40,Shimadzu GC−2014
キャピラリーカラム:GL Science Inert Cap 210
The content of ethyleneimine in the composition was measured by gas chromatography by the following method and calculated from the peak area by the absolute calibration curve method.
Equipment: Perkin Turbomatrix 40, Shimadzu GC-2014
Capillary column: GL Science Inert Cap 210

実施例1
オートクレーブに二酸化炭素を圧入しながら、120℃に昇温した。オートクレーブ内の圧力は27MPaであり、二酸化炭素は超臨界状態であった。ここへ、エチレンイミン(日本触媒社製)4.9gをエタノール4.9gと混合した溶液を5分間かけて導入し、3時間熟成させて室温に冷却後、降圧して反応生成物を得た。上記反応生成物に水20gを加え、反応生成物を溶解させた。温度90℃、圧力0.05MPaにて2時間、減圧溜去した。溜分はエタノール4gと水20gであり、最終生成物として、ポリウレタンポリアミン3.75gが得られた。
得られたポリウレタンポリアミンのウレタン比率は21%、Mwは27,000、Mnは3,900、上記混合物中のエチレンイミンの含有量は検出限界以下(1ppm以下)であった。
Example 1
While press-fitting carbon dioxide into the autoclave, the temperature was raised to 120 ° C. The pressure in the autoclave was 27 MPa, and carbon dioxide was in a supercritical state. A solution prepared by mixing 4.9 g of ethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) with 4.9 g of ethanol was introduced over 5 minutes, aged for 3 hours, cooled to room temperature, and then stepped down to obtain a reaction product. .. 20 g of water was added to the above reaction product to dissolve the reaction product. The mixture was distilled off under reduced pressure at a temperature of 90 ° C. and a pressure of 0.05 MPa for 2 hours. The reservoir was 4 g of ethanol and 20 g of water, and 3.75 g of polyurethane polyamine was obtained as the final product.
The urethane ratio of the obtained polyurethane polyamine was 21%, Mw was 27,000, Mn was 3,900, and the content of ethyleneimine in the above mixture was below the detection limit (1 ppm or less).

比較例1 非特許文献1の処方
オートクレーブに、エチレンイミン(日本触媒社製)1gを入れ、−70℃に冷却し、二酸化炭素29gを導入し密閉した。オートクレーブを100℃に加熱したところ、内圧は20MPaに到達し、16時間反応させた。その後、未反応の二酸化炭素を排出し、反応生成物を室温で、圧力−0.1MPaで乾燥して、反応生成物1.4gを得た。
反応生成物のウレタン比率は23%、Mwは6,000、Mnは2,400であり、エチレンイミンの含有量は1200ppmであった。
Comparative Example 1 1 g of ethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was placed in a prescription autoclave of Non-Patent Document 1, cooled to −70 ° C., and 29 g of carbon dioxide was introduced and sealed. When the autoclave was heated to 100 ° C., the internal pressure reached 20 MPa and the reaction was carried out for 16 hours. Then, unreacted carbon dioxide was discharged, and the reaction product was dried at room temperature at a pressure of −0.1 MPa to obtain 1.4 g of the reaction product.
The urethane ratio of the reaction product was 23%, Mw was 6,000, Mn was 2,400, and the content of ethyleneimine was 1200 ppm.

比較例2 エチレンイミンを原料として使用した非特許文献2の処方
オートクレーブに、エチレンイミン(日本触媒社製)1.6gを入れ、30℃にて二酸化炭素12gを導入したところ、重合反応が開始し、オートクレーブの内温は150℃以上まで上昇した。オートクレーブ内の圧力は6MPaから20MPaに上昇した。室温に冷却後、未反応の二酸化炭素を排出し、反応生成物1.9gを得た。反応生成物のウレタン比率は6%、Mwは23,000、Mnは6,500であり、ポリウレタンポリアミンは得られず、ポリエチレンイミンが得られた。
Comparative Example 2 When 1.6 g of ethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was placed in a prescription autoclave of Non-Patent Document 2 using ethyleneimine as a raw material and 12 g of carbon dioxide was introduced at 30 ° C., the polymerization reaction started. , The internal temperature of the autoclave rose to 150 ° C. or higher. The pressure in the autoclave increased from 6 MPa to 20 MPa. After cooling to room temperature, unreacted carbon dioxide was discharged to obtain 1.9 g of a reaction product. The urethane ratio of the reaction product was 6%, Mw was 23,000, Mn was 6,500, polyurethane polyamine was not obtained, and polyethyleneimine was obtained.

実施例2
オートクレーブに二酸化炭素300gを入れ、100℃に昇温した。オートクレーブ内の圧力は10MPaであり、二酸化炭素は超臨界状態であった。ここへ、アセトニトリル50gを入れ、エチレンイミン(日本触媒社製)とアセトニトリルと重量比1対1で混合した溶液300gを90分間かけて導入し、100〜117℃で1時間熟成させて50℃に冷却後、オートクレーブに水300gを加え、反応生成物を溶解させ未反応の二酸化炭素を排出し、ポリウレタンポリアミン粗製物を得た。エチレンイミンの含有量は、1160ppmであった。
ポリウレタンポリアミン粗製物から溶媒を温度60〜90℃、圧力−0.09〜0.05MPaにて2時間、減圧溜去した。溜分はアセトニトリル200gと水180gであり、最終生成物として、ポリウレタンポリアミン146gと水110gの混合物が得られた。
得られたポリウレタンポリアミンのウレタン比率は19%、Mwは63,000、Mnは3,700、上記混合物中のエチレンイミンの含有量は54ppmであった。
Example 2
300 g of carbon dioxide was placed in an autoclave and the temperature was raised to 100 ° C. The pressure in the autoclave was 10 MPa, and carbon dioxide was in a supercritical state. 50 g of acetonitrile is added thereto, and 300 g of a solution prepared by mixing ethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) and acetonitrile in a weight ratio of 1: 1 is introduced over 90 minutes and aged at 100 to 117 ° C. for 1 hour to 50 ° C. After cooling, 300 g of water was added to the autoclave to dissolve the reaction product and discharge unreacted carbon dioxide to obtain a crude polyurethane polyamine. The content of ethyleneimine was 1160 ppm.
The solvent was distilled off from the crude polyurethane polyamine product at a temperature of 60 to 90 ° C. and a pressure of −0.09 to 0.05 MPa for 2 hours under reduced pressure. The reservoir was 200 g of acetonitrile and 180 g of water, and as a final product, a mixture of 146 g of polyurethane polyamine and 110 g of water was obtained.
The urethane ratio of the obtained polyurethane polyamine was 19%, Mw was 63,000, Mn was 3,700, and the content of ethyleneimine in the above mixture was 54 ppm.

実施例3
オートクレーブに二酸化炭素300gを入れ、105℃に昇温した。オートクレーブ内の圧力は10MPaであり、二酸化炭素は超臨界状態であった。ここへ、エチレンイミン(日本触媒社製)とメタノールとテトラヒドロフランとを重量比1対1対1で混合した溶液1100gを210分間かけて導入し、105〜119℃で1時間熟成させ、100℃にて水200gを加え、反応生成物を溶解させた。未反応の二酸化炭素を排出し、温度80〜90℃、圧力−0.05〜0MPaにて5時間、水1000gを導入しながら減圧溜去した。溜分はメタノール210gとテトラヒドロフラン150gと水700gであり、最終生成物として、ポリウレタンポリアミン680gと水460gの混合物が得られた。
得られたポリウレタンポリアミンのウレタン比率は17%、Mwは3,900、Mnは2,000、上記混合物中のエチレンイミンの含有量は検出限界以下(1ppm以下)であった。
Example 3
300 g of carbon dioxide was placed in an autoclave and the temperature was raised to 105 ° C. The pressure in the autoclave was 10 MPa, and carbon dioxide was in a supercritical state. To this, 1100 g of a solution prepared by mixing ethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), methanol and tetrahydrofuran in a weight ratio of 1: 1: 1 was introduced over 210 minutes, and aged at 105-119 ° C. for 1 hour to 100 ° C. 200 g of water was added to dissolve the reaction product. Unreacted carbon dioxide was discharged, and the mixture was distilled off under reduced pressure at a temperature of 80 to 90 ° C. and a pressure of −0.05 to 0 MPa for 5 hours while introducing 1000 g of water. The reservoir was 210 g of methanol, 150 g of tetrahydrofuran and 700 g of water, and as a final product, a mixture of 680 g of polyurethane polyamine and 460 g of water was obtained.
The urethane ratio of the obtained polyurethane polyamine was 17%, Mw was 3,900, Mn was 2,000, and the content of ethyleneimine in the above mixture was below the detection limit (1 ppm or less).

実施例4
オートクレーブに二酸化炭素340gを入れ、85℃に昇温した。オートクレーブ内の圧力は10MPaであり、二酸化炭素は超臨界状態であった。ここへ、エチレンイミン(日本触媒社製)をイソプロピルアルコールと重量比1対2で混合した溶液800gを90分間かけて導入し、85〜100℃で1時間熟成させて水310gを加え、反応生成物を溶解させた。未反応の二酸化炭素を排出し、温度90℃、圧力0MPaにて0.5時間、溜去した。溜分はイソプロピルアルコール400gと水200gであり、最終生成物として、ポリウレタンポリアミン250gと水110gの混合物が得られた。
得られたポリウレタンポリアミンのウレタン比率は23%、Mwは5,200、Mnは3,200、上記混合物中のエチレンイミンの含有量は2ppmであった。
Example 4
340 g of carbon dioxide was placed in an autoclave and the temperature was raised to 85 ° C. The pressure in the autoclave was 10 MPa, and carbon dioxide was in a supercritical state. To this, 800 g of a solution prepared by mixing ethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) with isopropyl alcohol at a weight ratio of 1: 2 was introduced over 90 minutes, aged at 85 to 100 ° C. for 1 hour, and 310 g of water was added to generate a reaction. The thing was dissolved. Unreacted carbon dioxide was discharged and distilled off at a temperature of 90 ° C. and a pressure of 0 MPa for 0.5 hours. The reservoir was 400 g of isopropyl alcohol and 200 g of water, and as a final product, a mixture of 250 g of polyurethane polyamine and 110 g of water was obtained.
The urethane ratio of the obtained polyurethane polyamine was 23%, Mw was 5,200, Mn was 3,200, and the content of ethyleneimine in the above mixture was 2 ppm.

実施例5
オートクレーブに二酸化炭素300gと触媒として水酸化ナトリウム0.2gを入れ、90℃に昇温した。オートクレーブ内の圧力は10MPaであり、二酸化炭素は超臨界状態であった。ここへ、エチレンイミン(日本触媒社製)をエタノールと重量比1対2で混合した溶液840gを90分間かけて導入し、110〜118℃で1時間熟成させて100℃に冷却後、水260gを加え、反応生成物を溶解させた。未反応の二酸化炭素を排出し、温度90℃、圧力−0.05〜0MPaにて水360gを導入しながら、2時間減圧溜去した。溜分はエタノール470gと水240gであり、最終生成物として、ポリウレタンポリアミン340gと水310gの混合物が得られた。
得られたポリウレタンポリアミンのウレタン比率は26%、Mwは3,000、Mnは1,800、上記混合物中のエチレンイミンの含有量は検出限界以下(1ppm以下)であった。
Example 5
300 g of carbon dioxide and 0.2 g of sodium hydroxide as a catalyst were placed in an autoclave, and the temperature was raised to 90 ° C. The pressure in the autoclave was 10 MPa, and carbon dioxide was in a supercritical state. To this, 840 g of a solution prepared by mixing ethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) with ethanol at a weight ratio of 1: 2 was introduced over 90 minutes, aged at 110 to 118 ° C. for 1 hour, cooled to 100 ° C., and then 260 g of water. Was added to dissolve the reaction product. Unreacted carbon dioxide was discharged, and 360 g of water was introduced at a temperature of 90 ° C. and a pressure of −0.05 to 0 MPa, and the mixture was distilled off under reduced pressure for 2 hours. The reservoir was 470 g of ethanol and 240 g of water, and as a final product, a mixture of 340 g of polyurethane polyamine and 310 g of water was obtained.
The urethane ratio of the obtained polyurethane polyamine was 26%, Mw was 3,000, Mn was 1800, and the content of ethyleneimine in the above mixture was below the detection limit (1 ppm or less).

実施例6
オートクレーブにアルゴンガスを満たし、30℃以下の室温にてプロピレンイミン(東京化成社製)2gを入れた。さらに、二酸化炭素30gを導入して密閉し、その後、オートクレーブを100℃に昇温した。オートクレーブ内の圧力は22MPaであり、この状態で20時間反応させた。室温に冷却後、未反応の二酸化炭素を排出し、反応生成物3gを得た。反応生成物は、ウレタン比率48%のポリウレタンポリアミンであった。このポリウレタンポリアミンは、メチレン基にメチル基を置換基として有していた。
上記反応生成物3gに水10gを加え、反応生成物を溶解させポリウレタンポリアミン組成物を得た。プロピレンイミンの含有量は5000ppmであった。溶媒を温度90℃、圧力−0.06MPaにて2時間、減圧溜去した。溜分は水9gであり、最終生成物として、ポリウレタンポリアミン2.5gと水1gの混合物が得られた。
得られたポリウレタンポリアミンのウレタン比率は48%、上記混合物中のプロピレンイミンの含有量は50ppmであった。
Example 6
The autoclave was filled with argon gas, and 2 g of propyleneimine (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) was added at room temperature of 30 ° C. or lower. Further, 30 g of carbon dioxide was introduced and sealed, and then the temperature of the autoclave was raised to 100 ° C. The pressure in the autoclave was 22 MPa, and the reaction was carried out in this state for 20 hours. After cooling to room temperature, unreacted carbon dioxide was discharged to obtain 3 g of a reaction product. The reaction product was a polyurethane polyamine having a urethane ratio of 48%. This polyurethane polyamine had a methyl group as a substituent on the methylene group.
10 g of water was added to 3 g of the above reaction product to dissolve the reaction product to obtain a polyurethane polyamine composition. The content of propyleneimine was 5000 ppm. The solvent was distilled off under reduced pressure at a temperature of 90 ° C. and a pressure of −0.06 MPa for 2 hours. The reservoir was 9 g of water and a mixture of 2.5 g of polyurethane polyamine and 1 g of water was obtained as the final product.
The urethane ratio of the obtained polyurethane polyamine was 48%, and the content of propyleneimine in the above mixture was 50 ppm.

実施例7
オートクレーブに二酸化炭素35gを入れ、100℃に昇温した。オートクレーブ内の圧力は30MPaであり、二酸化炭素は超臨界状態であった。ここへ、エチレンイミン(日本触媒社製)をエタノールと重量比1対2で混合した溶液15gを30分間かけて導入し、100℃で16時間熟成させ水15gを加え、反応生成物を溶解させ、未反応の二酸化炭素を排出し、ポリウレタンポリアミン組成物30gを得た。エチレンイミンの含有量は1600ppmであった。
得られたポリウレタンポリアミン組成物から溶媒を温度90℃、圧力−0.06MPaにて2時間、減圧溜去した。溜分はエタノールと水であり、最終生成物として、ポリウレタンポリアミン組成物4.9gが得られた。
得られたポリウレタンポリアミンのウレタン比率は36%、Mwは4,700、Mnは1,900、上記組成物中のエチレンイミンの含有量は30ppmであった。
Example 7
35 g of carbon dioxide was placed in an autoclave and the temperature was raised to 100 ° C. The pressure in the autoclave was 30 MPa, and carbon dioxide was in a supercritical state. To this, 15 g of a solution prepared by mixing ethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) with ethanol at a weight ratio of 1: 2 was introduced over 30 minutes, aged at 100 ° C. for 16 hours, and 15 g of water was added to dissolve the reaction product. , Unreacted carbon dioxide was discharged to obtain 30 g of a polyurethane polyamine composition. The content of ethyleneimine was 1600 ppm.
From the obtained polyurethane polyamine composition, the solvent was distilled off under reduced pressure at a temperature of 90 ° C. and a pressure of −0.06 MPa for 2 hours. The reservoir was ethanol and water, and 4.9 g of polyurethane polyamine composition was obtained as the final product.
The urethane ratio of the obtained polyurethane polyamine was 36%, Mw was 4,700, Mn was 1,900, and the content of ethyleneimine in the above composition was 30 ppm.

実施例8
オートクレーブに二酸化炭素35gを入れ、100℃に昇温した。オートクレーブ内の圧力は30MPaであり、二酸化炭素は超臨界状態であった。ここへ、エチレンイミン(日本触媒社製)をイソプロピルアルコールと重量比1対2で混合した溶液13gを30分間かけて導入し、100℃で16時間熟成させ水15gを加え、反応生成物を溶解させ、未反応の二酸化炭素を排出し、ポリウレタンポリアミン粗製物30gを得た。エチレンイミンの含有量は1800ppmであった。
得られたポリウレタンポリアミン粗製物から溶媒を温度90℃、圧力−0.06MPaにて2時間、減圧溜去した。溜分はエタノールと水であり、最終生成物として、ポリウレタンポリアミン組成物4.3gが得られた。
得られたポリウレタンポリアミンのウレタン比率は31%、Mwは8,400、Mnは2,600、上記組成物中のエチレンイミンの含有量は20ppmであった。
Example 8
35 g of carbon dioxide was placed in an autoclave and the temperature was raised to 100 ° C. The pressure in the autoclave was 30 MPa, and carbon dioxide was in a supercritical state. To this, 13 g of a solution prepared by mixing ethyleneimine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) with isopropyl alcohol at a weight ratio of 1: 2 was introduced over 30 minutes, aged at 100 ° C. for 16 hours, and 15 g of water was added to dissolve the reaction product. Then, unreacted carbon dioxide was discharged to obtain 30 g of a crude polyurethane polyamine product. The content of ethyleneimine was 1800 ppm.
From the obtained crude polyurethane polyamine, the solvent was distilled off under reduced pressure at a temperature of 90 ° C. and a pressure of −0.06 MPa for 2 hours. The reservoir was ethanol and water, and 4.3 g of the polyurethane polyamine composition was obtained as the final product.
The urethane ratio of the obtained polyurethane polyamine was 31%, Mw was 8,400, Mn was 2,600, and the content of ethyleneimine in the above composition was 20 ppm.

上記実施例1〜8に示すように、反応器内にて昇温した高圧CO下にエチレンイミンを導入することで、効率的にポリウレタンポリアミンを合成できた。また、上記実施例1〜8に示すように、反応後に特定の溶媒を添加し、加熱しながら該溶媒を溜去することにより、ポリウレタンポリアミン粗製物中に残留するアジリジン化合物を除去でき、低毒性、高安定性のポリウレタンポリアミン組成物を製造できた。
As shown in Examples 1 to 8, polyurethane polyamines could be efficiently synthesized by introducing ethyleneimine under high-pressure CO 2 heated in the reactor. Further, as shown in Examples 1 to 8, the aziridine compound remaining in the crude polyurethane polyamine can be removed by adding a specific solvent after the reaction and distilling off the solvent while heating, resulting in low toxicity. , A highly stable polyurethane polyamine composition could be produced.

Claims (3)

下記式(1)〜(3)で表されるウレタンユニットと下記式(4)〜(6)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位を含むポリウレタンポリアミン(I)を含有し、エチレンイミンの含有量が、該ポリウレタンポリアミン(I)100質量%に対して0.1質量%未満である、ポリウレタンポリアミン組成物。
Figure 2021147528
It contains polyurethane polyamine (I) containing a structural unit in which a urethane unit represented by the following formulas (1) to (3) and an amine unit represented by the following formulas (4) to (6) are connected, and is an ethyleneimine. The content of the polyurethane polyamine (I) is less than 0.1% by mass with respect to 100% by mass of the polyurethane polyamine (I).
Figure 2021147528
超臨界状態にある二酸化炭素に、エチレンイミンを添加・混合して反応させ、下記式(1)〜(3)で表されるウレタンユニットと下記式(4)〜(6)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位を含むポリウレタンポリアミン(I)を製造する工程を含むことを特徴とする、ポリウレタンポリアミンの製造方法。
Figure 2021147528
Ethylene imine is added and mixed with carbon dioxide in a supercritical state and reacted, and the urethane unit represented by the following formulas (1) to (3) and the amine represented by the following formulas (4) to (6) are reacted. A method for producing a polyurethane polyamine, which comprises a step of producing a polyurethane polyamine (I) containing a structural unit connected to a unit.
Figure 2021147528
下記式(19)〜(21)で表されるウレタンユニットと下記式(22)〜(24)で表されるアミンユニットとが繋がった構成単位を含むポリウレタンポリアミン(G)と、該ポリウレタンポリアミン(G)100質量%に対して0.1質量%以上のアジリジン化合物とを含むポリウレタンポリアミン粗製物に対して、該アジリジン化合物よりも沸点の高い溶媒を該粗製物100質量%に対して1質量%以上添加し、該溶媒100質量%中1質量%以上を溜去させる工程を含むことを特徴とする、ポリウレタンポリアミン組成物の製造方法。
Figure 2021147528
上記式中、A〜A、B〜B、C〜C、D〜D、E〜E、Fは、同一又は異なって、それぞれ置換基を有していても良いメチレン基である。

A polyurethane polyamine (G) containing a structural unit in which a urethane unit represented by the following formulas (19) to (21) and an amine unit represented by the following formulas (22) to (24) are connected, and the polyurethane polyamine ( G) With respect to the crude polyurethane polyamine containing 0.1% by mass or more of the aziridine compound with respect to 100% by mass, a solvent having a boiling point higher than that of the aziridine compound is added in an amount of 1% by mass based on 100% by mass of the crude product. A method for producing a polyurethane polyamine composition, which comprises a step of adding the above and distilling off 1% by mass or more of the solvent in 100% by mass.
Figure 2021147528
In the above formula, A 1 to A 3 , B 1 to B 2 , C 1 to C 3 , D 1 to D 3 , E 1 to E 2 , and F 1 have the same or different substituents, respectively. It may be a methylene group.

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