JP2022022199A - Hydrophilic urethane cut-off agent - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、親水性ウレタン系止水剤に関するものであり、より詳しくは、残存するMDIモノマーが低減され、従来のMDI系ウレタンプレポリマーと同程度に低粘度でかつ多量の水の存在下でもゲル体を形成し、優れた硬化性能を発揮する親水性ウレタン系止水剤に関する。 The present invention relates to a hydrophilic urethane-based waterproofing agent, and more specifically, the remaining MDI monomer is reduced, the viscosity is as low as that of a conventional MDI-based urethane prepolymer, and even in the presence of a large amount of water. The present invention relates to a hydrophilic urethane-based water blocking agent that forms a gel body and exhibits excellent curing performance.
ウレタン系止水剤は、トンネル工事の現場や漏水の発生したコンクリート構造物の防水補修等で広く使用されている。中でも親水性ウレタンプレポリマーを主成分とする止水剤は、少ない薬液量で多量の水を含水してゲル体を形成することから、トンネル掘削中の大量の湧水に対しても高い止水効果を発揮することができる。 Urethane-based waterproofing agents are widely used at tunnel construction sites and for waterproofing and repairing concrete structures where water leaks have occurred. Among them, the water-stopping agent containing hydrophilic urethane prepolymer as the main component contains a large amount of water with a small amount of chemical solution to form a gel body, so that it is highly water-stopping even for a large amount of spring water during tunnel excavation. It can be effective.
近年、ウレタンプレポリマーを構成する有機ポリイソシアネートとして、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート等のMDI系イソシアネートが広く使用されている。しかし、従来のウレタンプレポリマー型止水剤には未反応のジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)モノマーが残存しており、作業者の労働環境を損なうおそれがあった。 In recent years, MDI-based isocyanates such as 4,4'-diphenylmethane diisocyanate have been widely used as organic polyisocyanates constituting urethane prepolymers. However, unreacted diphenylmethane diisocyanate (MDI) monomer remains in the conventional urethane prepolymer type water blocking agent, which may impair the working environment of workers.
未反応MDIモノマーを低減するため、比較的高分子量のジオールに対し過剰量のMDIを反応させてプレポリマーを製造し、遊離のMDIを減圧留去する方法(特許文献1)や、プレポリマー反応生成物をモノマー状ジイソシアネートの沸点よりも僅かに低い沸点を有する少なくとも1種の不活性溶媒の存在下に蒸留する方法(特許文献2)が提案されている。しかし、これらの方法では高沸点のMDIをプレポリマーの熱分解を避けながら除去するため、薄膜蒸留等の高コストな精製工程が必要である。 In order to reduce unreacted MDI monomers, a method of reacting an excessive amount of MDI with a relatively high molecular weight diol to produce a prepolymer and distilling off the free MDI under reduced pressure (Patent Document 1), or a prepolymer reaction. A method of distilling the product in the presence of at least one inert solvent having a boiling point slightly lower than the boiling point of the monomeric diisocyanate has been proposed (Patent Document 2). However, in these methods, high boiling point MDI is removed while avoiding thermal decomposition of the prepolymer, so that a high-cost purification step such as thin film distillation is required.
一方、ポリオールとMDIの化学量論的な反応当量比(NCO/OH)を2.0以下にすれば理論上はプレポリマーにMDIは残存しないが、反応中にオリゴマーが生成して増粘したり、得られるプレポリマーの長期安定性が損なわれる。
後処理工程や精製工程を伴わないモノマー性ジイソシアネートの含有量の少ない反応性ポリウレタンの製造方法として、2,4’-MDIを主成分とするモノマー性ジイソシアネートと分子量60~2000のジオールとを、NCO/OHが1.05/1~2.0/1で反応させる方法(特許文献3)が提案されている。
また、低粘度、低モノマー含量の2,4’-MDIプレポリマーの製造方法として、2,4’- MDIと平均官能基数が3~8のポリエーテルポリオールとをNCO/OHが2未満で反応させる方法(特許文献4)が提案されている。
On the other hand, if the stoichiometric reaction equivalent ratio (NCO / OH) of the polyol and MDI is set to 2.0 or less, MDI does not theoretically remain in the prepolymer, but an oligomer is generated during the reaction to increase the viscosity. Or the long-term stability of the resulting prepolymer is compromised.
As a method for producing a reactive polyurethane having a low content of monomeric diisocyanate without a post-treatment step or a purification step, a monomeric diisocyanate containing 2,4'-MDI as a main component and a diol having a molecular weight of 60 to 2000 are used as NCOs. A method of reacting / OH at 1.05 / 1 to 2.0 / 1 (Patent Document 3) has been proposed.
Further, as a method for producing a 2,4'-MDI prepolymer having a low viscosity and a low monomer content, 2,4'-MDI and a polyether polyol having an average number of functional groups of 3 to 8 are reacted with an NCO / OH of less than 2. A method for causing the reaction (Patent Document 4) has been proposed.
特許文献3や特許文献4で使用されている2,4’-MDIの2位のNCO基は立体的に反応しにくい位置にあるため、4’位のNCO基に比べて反応性が低い。そのため、4’位のNCO基が優先的に反応してプレポリマー化し、過剰にMDIを配合しなくても低粘度のウレタンプレポリマーが得られ、残存モノマーも少なくすることができる。しかしながら、そのようなウレタンプレポリマーを止水剤として用いた場合、未反応の2位のNCO基の反応性が低いため、硬化速度が遅くなり、十分な止水効果が得られない。
また、そもそも残存MDIモノマーが少ないウレタンプレポリマーはNCO含有量(単位質量当たりのNCO基の量)が低いため、大量の水の存在下では硬化しにくいという側面もある。
Since the 2-position NCO group of 2,4'-MDI used in Patent Document 3 and Patent Document 4 is in a position where it is difficult to react sterically, the reactivity is lower than that of the 4'-position NCO group. Therefore, the NCO group at the 4'position reacts preferentially to form a prepolymer, a urethane prepolymer having a low viscosity can be obtained without excessively blending MDI, and the amount of residual monomers can be reduced. However, when such a urethane prepolymer is used as a water blocking agent, the reactivity of the unreacted 2-position NCO group is low, so that the curing rate becomes slow and a sufficient water blocking effect cannot be obtained.
Further, since the urethane prepolymer having a small amount of residual MDI monomer has a low NCO content (amount of NCO groups per unit mass), it is difficult to cure in the presence of a large amount of water.
そのため、MDIモノマーの残存量が低減され、従来のMDI系ウレタンプレポリマーと同程度に低粘度で且つ低濃度でも樹脂が硬化し、大量の湧水等にも止水効果を発揮できるウレタン系止水剤はこれまでなかった。
本発明は、残存するMDIモノマーが低減され、従来のMDI系ウレタンプレポリマーと同程度に低粘度でかつ多量の水の存在下でもゲル体を形成し、優れた硬化性能を発揮するウレタン系止水剤を提供することを課題とするものである。
Therefore, the residual amount of MDI monomer is reduced, the resin is cured even at a low viscosity and a low concentration similar to that of the conventional MDI urethane prepolymer, and the urethane-based stopper can exert a water-stopping effect even in a large amount of spring water. There has never been a liquid agent.
In the present invention, the remaining MDI monomer is reduced, a gel body is formed in the presence of a large amount of water with a viscosity as low as that of the conventional MDI urethane prepolymer, and the urethane-based stop exhibiting excellent curing performance. The subject is to provide a liquid agent.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、3~8価の多価アルコールにエチレンオキサイドを単独又はエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを付加重合させた数平均分子量が500以上20,000以下の多官能ポリオールと、数平均分子量が500未満の低分子ポリオールとを含有するポリオールと、MDI系イソシアネートを反応させて得られるウレタンプレポリマーが、低粘度でかつ多量の水の存在下でもゲル体を形成し、優れた止水効果を発揮することを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have a number average molecular weight of 500 or more and 20 by using ethylene oxide alone or by addition-polymerizing ethylene oxide and propylene oxide to a 3- to 8-valent polyhydric alcohol. A urethane prepolymer obtained by reacting a polyol containing a polyfunctional polyol of 000 or less and a low molecular weight polyol having a number average molecular weight of less than 500 with an MDI-based isocyanate is obtained in the presence of low viscosity and a large amount of water. However, it was found that a gel body was formed and an excellent water blocking effect was exhibited, and the present invention was completed.
すなわち、本発明は、下記[1]~[9]に関するものである。 That is, the present invention relates to the following [1] to [9].
[1]ポリオールとジフェニルメタンジイソシアネート又はその変性体とを、イソシアネート基とヒドロキシ基の当量比(NCO/OH)が1.5~2.0となるように反応させて得られる末端イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを含有する親水性ウレタン系止水剤であって、
前記ポリオールが、3~8価の多価アルコールにエチレンオキサイドを単独又はエチレンオキサイドと炭素数3若しくは4のアルキレンオキサイドを付加重合させた数平均分子量が500以上20,000以下の多官能ポリオールと、数平均分子量が500未満の低分子ポリオールとを含有することを特徴とする、
親水性ウレタン系止水剤。
[2]残存する未反応の4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートが2質量%以下である、[1]に記載の親水性ウレタン系止水剤。
[3]前記3~8価の多価アルコールが、グリセリン、ジグリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、及びソルビトールからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、[1]又は[2]に記載の親水性ウレタン系止水剤。
[4]前記低分子ポリオールが、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール及び数平均分子量が500未満のポリエチレングリコールからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、[1]~[3]のいずれか1項に記載の親水性ウレタン系止水剤。
[5]前記ポリオールが、さらに2価アルコールにエチレンオキサイドを単独又はエチレンオキサイドと炭素数3若しくは4のアルキレンオキサイドを付加重合させた数平均分子量が3,000以上20,000以下のポリエーテルジオールを含有することを特徴とする、[1]~[4]のいずれか1項に記載の親水性ウレタン系止水剤。
[6]ジフェニルメタンジイソシアネート又はその変性体が、2,4’-ジフェニルメタ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、ポリフェニルポリメチレンジイソシアネート及びカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする[1]~[5]のいずれか1項に記載の親水性ウレタン系止水剤。
[7]さらに希釈剤を含有する、[1]~[6]のいずれかに記載の親水性ウレタン系止水剤。
[8]前記希釈剤が、ガンマーブチルラクトン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、2-オキソ-4-メチル-1,3-ジオキソラン、グルタル酸ジメチル、コハク酸ジメチル及びアジピン酸ジメチルからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、[7]に記載の親水性ウレタン系止水剤。
[9]さらにモノイソシアネートを含有する、[1]~[8]のいずれかに記載の親水性ウレタン系止水剤。
[1] Urethane having a terminal isocyanate group obtained by reacting a polyol with diphenylmethane diisocyanate or a modified product thereof so that the equivalent ratio (NCO / OH) of an isocyanate group to a hydroxy group is 1.5 to 2.0. A hydrophilic urethane-based waterproofing agent containing a prepolymer,
The polyol is a polyfunctional polyol having a number average molecular weight of 500 or more and 20,000 or less, which is obtained by polymerizing ethylene oxide alone or addition-polymerizing ethylene oxide with an alkylene oxide having 3 or 4 carbon atoms to a 3- to 8-valent polyhydric alcohol. It is characterized by containing a low molecular weight polyol having a number average molecular weight of less than 500.
Hydrophilic urethane water blocking agent.
[2] The hydrophilic urethane-based water blocking agent according to [1], wherein the remaining unreacted 4,4'-diphenylmethane diisocyanate is 2% by mass or less.
[3] The trihydric polyhydric alcohol is at least one selected from the group consisting of glycerin, diglycerin, pentaerythritol, trimethylolpropane, and sorbitol, [1] or. The hydrophilic urethane-based water blocking agent according to [2].
[4] The low molecular weight polyol is at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol and polyethylene glycol having a number average molecular weight of less than 500. The hydrophilic urethane-based waterproofing agent according to any one of [1] to [3], which is characterized by the above.
[5] The polyol is a polyether diol having a number average molecular weight of 3,000 or more and 20,000 or less, which is obtained by further polymerizing ethylene oxide alone with a dihydric alcohol or addition polymerization of ethylene oxide with an alkylene oxide having 3 or 4 carbon atoms. The hydrophilic urethane-based waterproofing agent according to any one of [1] to [4], which is characterized by containing.
[6] The diphenylmethane diisocyanate or a modified product thereof is at least one selected from the group consisting of 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, polyphenylpolymethylene diisocyanate and carbodiimide-modified diphenylmethane diisocyanate. The hydrophilic urethane-based water blocking agent according to any one of [1] to [5].
[7] The hydrophilic urethane-based water blocking agent according to any one of [1] to [6], which further contains a diluent.
[8] The diluent is gamma butyl lactone, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol butyl methyl ether, 2-oxo-4-methyl-1,3-dioxolane, dimethyl glutarate, dimethyl succinate and adipine. The hydrophilic urethane-based waterproofing agent according to [7], which is at least one selected from the group consisting of dimethyl acid acid.
[9] The hydrophilic urethane-based water blocking agent according to any one of [1] to [8], which further contains a monoisocyanate.
本発明の親水性ウレタン系止水剤は、残存するMDIモノマーが低減され、従来のMDI系ウレタンプレポリマーと同程度に低粘度でかつ多量の水の存在下でもゲル体を形成し、優れた硬化性能を発揮する。 The hydrophilic urethane-based waterproofing agent of the present invention is excellent because the residual MDI monomer is reduced, the viscosity is as low as that of the conventional MDI-based urethane prepolymer, and a gel body is formed even in the presence of a large amount of water. Demonstrates curing performance.
本発明の親水性ウレタン系止水剤の主成分として使用する末端イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーは、3~8価の多価アルコールにエチレンオキサイドを単独又はエチレンオキサイドと炭素数3若しくは4のアルキレンオキサイドを付加した数平均分子量が500以上20,000以下の多官能ポリオールと、数平均分子量が500未満の低分子ポリオールを必須として含むポリオールと、ジフェニルメタンジイソシアネート又はその変性体とを反応させて得られるものである。 The urethane prepolymer having a terminal isocyanate group used as the main component of the hydrophilic urethane-based waterproofing agent of the present invention is a trihydric polyhydric alcohol containing ethylene oxide alone or an ethylene oxide and an alkylene having 3 or 4 carbon atoms. It is obtained by reacting a polyfunctional polyol having a number average molecular weight of 500 or more and 20,000 or less to which an oxide is added, a polyol containing a low molecular weight polyol having a number average molecular weight of less than 500 as an essential component, and a diphenylmethane diisocyanate or a modified product thereof. It is a thing.
<ポリオール>
本発明で使用するポリオールは、3~8価の多価アルコールにエチレンオキサイドを単独又はエチレンオキサイドと炭素数3若しくは4のアルキレンオキサイドを付加した数平均分子量が500以上20,000以下の多官能ポリオールと、数平均分子量が500未満の低分子ポリオールとを必須として含有することを特徴とする。
<Polyol>
The polyol used in the present invention is a polyfunctional polyol having a number average molecular weight of 500 or more and 20,000 or less, which is obtained by adding ethylene oxide alone or ethylene oxide and an alkylene oxide having 3 or 4 carbon atoms to a 3- to 8-valent polyhydric alcohol. It is characterized by containing as essential a low molecular weight polyol having a number average molecular weight of less than 500.
<多官能ポリオール>
3~8価の多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、エリスリトール、ペンタエリスリトール、ソルビタン、ジグリセリン、キシリトール、トリグリセリン、ソルビトール、ジペンタエリスリトール、イノシトール、テトラグリセリンなどが挙げられる。
これらの中でも、グリセリン、ジグリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、及びソルビトールが好ましい。
<Polyfunctional polyol>
Examples of the trihydric polyhydric alcohol include glycerin, trimethylolpropane, erythritol, pentaerythritol, sorbitan, diglycerin, xylitol, triglycerin, sorbitol, dipentaerythritol, inositol and tetraglycerin.
Among these, glycerin, diglycerin, pentaerythritol, trimethylolpropane, and sorbitol are preferable.
また、炭素数3若しくは4のアルキレンオキサイドとしては、プロピレンオキサイド、1,2-、1,3-、1,4-あるいは2,3-ブチレンオキサイド等が挙げられる。これらアルキレンオキサイドは付加せずにエチレンオキサイドのみを付加してもよいし、エチレンオキサイドとこれらのアルキレンオキサイドの2種以上の併用(ブロックまたはランダム付加)としてもよい。これらのなかでも、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを併用することが好ましく、これらをブロック付加の形で用いることがさらに好ましい。エチレンオキサイドと炭素数3若しくは4のアルキレンオキサイドを併用する場合、付加したアルキレンオキサイドの総質量に基づいて、エチレンオキサイドの割合が50質量%以上であれば好ましく、70質量%以上であればより好ましい。 Examples of the alkylene oxide having 3 or 4 carbon atoms include propylene oxide, 1,2-, 1,3-, 1,4-, and 2,3-butylene oxide. Only ethylene oxide may be added without adding these alkylene oxides, or two or more kinds of ethylene oxide and these alkylene oxides may be used in combination (block or random addition). Among these, it is preferable to use ethylene oxide and propylene oxide in combination, and it is more preferable to use them in the form of block addition. When ethylene oxide and an alkylene oxide having 3 or 4 carbon atoms are used in combination, it is preferable that the proportion of ethylene oxide is 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more, based on the total mass of the added alkylene oxide. ..
多官能ポリオールの含有量は、得られるウレタンプレポリマーの増粘を起こりにくくする観点から、ポリオール全量に対して0.5~95質量%使用することが好ましく、1~90質量%であればより好ましい。 The content of the polyfunctional polyol is preferably 0.5 to 95% by mass with respect to the total amount of the polyol, and more preferably 1 to 90% by mass, from the viewpoint of making it difficult for the obtained urethane prepolymer to thicken. preferable.
<低分子ポリオール>
さらに数平均分子量が500未満の低分子量のポリオールを用いることで、ウレタンプレポリマーの硬化性を高めることができる。低分子ポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール及び数平均分子量が500未満のポリエチレングリコール等が挙げられる。
<Small molecule polyol>
Further, by using a low molecular weight polyol having a number average molecular weight of less than 500, the curability of the urethane prepolymer can be enhanced. Examples of the low molecular weight polyol include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, and polyethylene glycol having a number average molecular weight of less than 500.
低分子ポリオールの含有量は、ウレタンプレポリマーの硬化性と製品安定性等の観点から、ポリオール全量に対して0.1~20質量%使用することが好ましく、2~10質量%であればより好ましい。 From the viewpoint of curability and product stability of the urethane prepolymer, the content of the low molecular weight polyol is preferably 0.1 to 20% by mass with respect to the total amount of the polyol, and more preferably 2 to 10% by mass. preferable.
<その他のポリオール>
本発明の目的を損なわない範囲で、上記以外のポリオールを使用することができる。そのようなポリオールとしては特に限定されるものではないが、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリアセタールポリオールを挙げることができる。これらのポリオールを使用する場合、ポリオール全量に対して0~99質量%の量にて使用することが好ましい。
<Other polyols>
A polyol other than the above can be used as long as the object of the present invention is not impaired. Such polyols are not particularly limited, and examples thereof include polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, and polyacetal polyols. When these polyols are used, it is preferable to use them in an amount of 0 to 99% by mass with respect to the total amount of the polyols.
ポリエーテルポリオールとしては、2個以上の活性水素原子を有する化合物(たとえば多価アルコール、多価フェノール、アミンなど)に炭素数2~4のアルキレンオキサイドが付加した構造を有する(ポリオキシアルキレン鎖を有する)化合物およびそれらの混合物が挙げられる。
多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、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、ソルビトール、1,3-および1,4-ブタンジオール、1,2-および1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。
ここで、多価アルコール類としてエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール等の2価アルコールを使用することが止水性能の向上の点で好ましい。
また、炭素数2~4のアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、1,2-、1,3-、1,4-あるいは2,3-ブチレンオキサイド等が挙げられる。
これらのポリエーテルポリオールの中でも数平均分子量が500~50,000のものが好ましく、3,000以上20,000以下のポリエーテルジオールが特に好ましく使用できる。
The polyether polyol has a structure in which an alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms is added to a compound having two or more active hydrogen atoms (for example, a polyhydric alcohol, a polyhydric phenol, an amine, etc.) (polyoxyalkylene chain). Includes) compounds and mixtures thereof.
Polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, neopentyl glycol, glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, 1,3- and 1,4-butanediol, 1,2- and Examples thereof include 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, and 1,4-cyclohexanedimethanol.
Here, it is preferable to use dihydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, and dipropylene glycol as the polyhydric alcohols in terms of improving the water blocking performance.
Examples of the alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms include ethylene oxide, propylene oxide, 1,2-, 1,3-, 1,4- or 2,3-butylene oxide.
Among these polyether polyols, those having a number average molecular weight of 500 to 50,000 are preferable, and polyether diols of 3,000 or more and 20,000 or less can be particularly preferably used.
ポリエステルポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン又はトリメチロールプロパン等のポリオールとコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸等の飽和又は不飽和の多価カルボン酸、若しくはこれらの酸無水物との縮合生成物やポリカプロラクトンポリオール等が挙げられる。これらポリエステルポリオールは必要に応じ二種以上を混合使用することもできる。この中でも特に数平均分子量が100~50,000のものが好ましく、200~20,000のものがさらに好ましく使用できる。 Examples of the polyester polyol include polyols such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, hexylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, neopentyl glycol, glycerin or trimethylolpropane, and succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid and fumaric acid. Saturated or unsaturated polyvalent carboxylic acids such as acids and phthalic acids, condensation products with these acid anhydrides, polycaprolactone polyols and the like can be mentioned. If necessary, two or more of these polyester polyols may be mixed and used. Among these, those having a number average molecular weight of 100 to 50,000 are particularly preferable, and those having a number average molecular weight of 200 to 20,000 can be more preferably used.
ポリカーボネートポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール又はジプロピレングリコール等のポリオールと、ジエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等とを反応して得られるものが挙げられる。これらポリカーボネートポリオールは必要に応じ二種以上を混合使用することもできる。 Examples of the polycarbonate polyol include those obtained by reacting a polyol such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, hexylene glycol, diethylene glycol or dipropylene glycol with diethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and the like. If necessary, two or more of these polycarbonate polyols can be mixed and used.
<MDI系イソシアネート>
本発明で使用するジフェニルメタンジイソシアネート(以下MDIともいう)は特に限定されるものではなく、2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタ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のいずれであってもよく、また、これらの任意の混合物や、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート(ポリメリックMDI、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート)であってもよい。また、ジフェニルメタンジイソシアネートの変性体としては、イソシアネート基の一部をビウレット、アロファネート、カルボジイミド、オキサゾリドン、アミド、イミド、イソシアヌレート、ウレトジオン等で変性したものが挙げられる。
これらの中でも、得られるウレタンプレポリマーの硬化性の観点から、MDIの総質量に対して、4,4’-MDIを5質量%以上含有するものが好ましく、20質量以上含有するものがより好ましく、30質量以上含有するものがさらに好ましく、40質量以上含有するものが特に好ましい。
また、得られるウレタンプレポリマーの粘性の観点から、MDIの総質量に対して、4,4’-MDIを80質量%以下含有するものが好ましく、70質量%以下含有するものがより好ましい。
<MDI-based isocyanate>
The diphenylmethane diisocyanate (hereinafter, also referred to as MDI) used in the present invention is not particularly limited, and may be any of 2,2'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate. It may also be any mixture thereof, or may be a polypeptide diphenylmethane diisocyanate (polymeric MDI, polymethylene polyphenyl polyisocyanate). Examples of the modified product of diphenylmethane diisocyanate include those in which a part of the isocyanate group is modified with biuret, allophanate, carbodiimide, oxazolidone, amide, imide, isocyanurate, uretdione and the like.
Among these, from the viewpoint of curability of the obtained urethane prepolymer, those containing 4'-MDI in an amount of 5% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, based on the total mass of MDI. , 30 mass or more is more preferable, and 40 mass or more is particularly preferable.
Further, from the viewpoint of the viscosity of the obtained urethane prepolymer, those containing 80% by mass or less of 4,4'-MDI are preferable, and those containing 70% by mass or less are more preferable, based on the total mass of MDI.
<ウレタンプレポリマー>
プレポリマー化は、ポリオールおよび有機ポリイソシアネートを合成反応装置に仕込んで撹拌し、60~160℃で反応させて行なうことが通常である。本発明において、ポリオールとMDIの反応当量比NCO/OHは、1.5~2.0である。NCO/OHを2.0以下とすることで、MDIモノマーが理論上残らない。
プレポリマー化の際、必要に応じて触媒を用いてもよい。触媒としては、トリエチルアミン、トリメチルアミン、ジメチルミリスチルアミン、ステアリルアミン、ジメチルデシルアミン、N-エチルモルホリン、トリエチレンテトラミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン等のアミン系触媒、モノブチルスズオキサイド、ジブチルスズオキサイド、テトラオクチルスズ、ジオクチルスズオキサイド、ジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズジラウレート等のスズ系触媒を使用してもよい。
ウレタンプレポリマーのNCO含量は、好ましくは、0.50~4.00質量%、さらに好ましくは0.70~2.50質量%である。
<Urethane prepolymer>
Prepolymerization is usually carried out by charging a polyol and an organic polyisocyanate into a synthetic reaction apparatus, stirring the mixture, and reacting the mixture at 60 to 160 ° C. In the present invention, the reaction equivalent ratio NCO / OH of the polyol and MDI is 1.5 to 2.0. By setting NCO / OH to 2.0 or less, no MDI monomer remains theoretically.
When prepolymerizing, a catalyst may be used if necessary. Examples of the catalyst include amine-based catalysts such as triethylamine, trimethylamine, dimethylmyristylamine, stearylamine, dimethyldecylamine, N-ethylmorpholin, triethylenetetramine, tolylenediamine, and xylylenediamine, monobutyltin oxide, dibutyltin oxide, and tetraoctyl. Tin-based catalysts such as tin, dioctyl tin oxide, dibutyl tin dilaurate, and dioctyl tin dilaurate may be used.
The NCO content of the urethane prepolymer is preferably 0.50 to 4.00% by mass, more preferably 0.70 to 2.50% by mass.
<希釈剤>
さらに本発明のウレタンプレポリマーには、反応中及び反応後の増粘を抑制するため、必要に応じて希釈剤を配合することができる。希釈剤としては、高沸点で臭気が少なく、高引火点で活性水素を有しないものが好ましく、具体的には、ガンマーブチロラクトン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、2-オキソ-4-メチル-1,3-ジオキソラン、メチルアセチルリシノレート、ブチルアセチルリシノレート、グルタル酸ジメチル、コハク酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、またはこれらの混合物が挙げられる。
希釈剤を使用する場合、本発明の親水性ウレタン系止水剤の全成分の総質量に対して20~60質量%の量にて使用することが好ましい。
<Diluent>
Further, in order to suppress thickening during and after the reaction, a diluent can be added to the urethane prepolymer of the present invention, if necessary. The diluent preferably has a high boiling point, low odor, and no active hydrogen at a high ignition point. Specifically, gamma butyrolactone, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, etc. Examples thereof include 2-oxo-4-methyl-1,3-dioxolane, methylacetyllithinolate, butylacetyllithinolate, dimethyl glutarate, dimethyl succinate, dimethyl adipate, or a mixture thereof.
When a diluent is used, it is preferable to use it in an amount of 20 to 60% by mass with respect to the total mass of all the components of the hydrophilic urethane-based water blocking agent of the present invention.
<モノイソシアネート>
さらに本発明の親水性ウレタン系止水剤には、貯蔵安定性を向上するため、モノイソシアネートを配合することができる。モノイソシアネートとしては、オクタデシルイソシアネート、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、及びp-トルエンスルホニルイソシアネート(PTSI)などが挙げられる。なかでも、p-トルエンスルホニルイソシアネートが好ましい。
<Monoisocyanate>
Further, the hydrophilic urethane-based waterproofing agent of the present invention may contain a monoisocyanate in order to improve storage stability. Examples of the monoisocyanate include octadecylisocyanate, 3-isocyanatepropyltriethoxysilane, 3-isocyanatepropyltrimethoxysilane, p-toluenesulfonylisocyanate (PTSI) and the like. Of these, p-toluenesulfonyl isocyanate is preferable.
また、必要に応じて、整泡剤、消泡剤、架橋剤、着色剤、樹脂改質剤、難燃剤、紫外線吸収剤、耐久性改良剤等の添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で添加することができる。 Further, if necessary, additives such as a foam stabilizer, an antifoaming agent, a cross-linking agent, a colorant, a resin modifier, a flame retardant, an ultraviolet absorber, and a durability improver can be added within a range that does not impair the object of the present invention. Can be added with.
さらに、施工状況に応じて、本発明の親水性ウレタン系止水剤の他にエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂(メチルメタアクリレート等)、スチレン系樹脂などを併用してもよい。これらの樹脂を併用する場合、本発明の止水剤に用いるウレタンプレポリマーの質量に対して1~50質量%配合することができる。 Further, depending on the construction situation, an epoxy resin, an acrylic resin (methyl methacrylate or the like), a styrene resin or the like may be used in combination in addition to the hydrophilic urethane water blocking agent of the present invention. When these resins are used in combination, 1 to 50% by mass can be blended with respect to the mass of the urethane prepolymer used for the water blocking agent of the present invention.
以下実施例により本発明を説明する。ただし本発明は、これらの実施例及び比較例によって何ら制限されるものではない。なお、本実施例において、数平均分子量はGPCを用いて測定した。
<GPCの測定条件>
装置:東ソー製 HLC-8120GPC
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:0.6ml/min
温度:40℃
試料濃度:0.1%
試料注入量:20μl
検出器:RI
The present invention will be described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these Examples and Comparative Examples. In this example, the number average molecular weight was measured using GPC.
<GPC measurement conditions>
Equipment: Tosoh HLC-8120GPC
Solvent: Tetrahydrofuran Flow rate: 0.6 ml / min
Temperature: 40 ° C
Sample concentration: 0.1%
Sample injection amount: 20 μl
Detector: RI
実施例1
撹拌機、温度計、温度コントローラーを備えた内容量1Lの合成装置に多官能ポリオールとしてグリセリンのエチレンオキサイドプロピレンオキサイドブロック付加物(付加した全アルキレンオキサイドの総質量に基づいてエチレンオキサイド含量80質量%、数平均分子量900)を9g、低分子ポリオールとしてジエチレングリコールを15.9g、ポリエーテルジオールとしてジエチレングリコールのエチレンオキサイドプロピレンオキサイドブロック付加物(付加した全アルキレンオキサイドの総質量に基づいてエチレンオキサイド含量90質量%、数平均分子量6,000)を600g加えた。次いで同装置にイソシアネート成分として4,4’-MDIと2,4’-MDIの混合MDI(東ソー(株)製ミリオーネートNM)を132.5g、希釈剤としてガンマーブチルラクトン230gを加え、100℃に昇温し5時間反応させて、NCO含量が2.10%のウレタンプレポリマーを得た。最後に希釈剤としてガンマーブチロラクトン120g、p-トルエンスルホニルイソシアネート7gを加えて、本発明の親水性ウレタン系止水剤を得た。
Example 1
Ethylene oxide propylene oxide block adduct of glycerin as a polyfunctional polyol in a synthesizer with a content of 1 L equipped with a stirrer, thermometer, and temperature controller (ethylene oxide content 80% by mass based on the total mass of added total alkylene oxide, 9 g (number average molecular weight 900), 15.9 g of diethylene glycol as a low molecular weight polyol, ethylene oxide propylene oxide block adduct of diethylene glycol as a polyether diol (ethylene oxide content 90% by mass based on the total mass of added total alkylene oxide), 600 g (number average molecular weight 6,000) was added. Next, 132.5 g of a mixed MDI of 4,4'-MDI and 2,4'-MDI (Millionate NM manufactured by Tosoh Corporation) as an isocyanate component and 230 g of gamma butyl lactone as a diluent were added to the same apparatus, and the temperature was increased to 100 ° C. The temperature was raised and reacted for 5 hours to obtain a urethane prepolymer having an NCO content of 2.10%. Finally, 120 g of gamma-butyrolactone and 7 g of p-toluenesulfonyl isocyanate were added as diluents to obtain the hydrophilic urethane-based water blocking agent of the present invention.
実施例2~13、比較例1~6
多官能ポリオールとして表1に記載のA~Fを使用し、低分子ポリオール、ポリエーテルジオール、イソシアネート及び希釈剤の種類と配合量、反応条件を表3に記載の通りに変更した以外は実施例1と同様にして、親水性ウレタン系止水剤を得た。
Examples 2 to 13, Comparative Examples 1 to 6
Examples of Examples except that A to F shown in Table 1 were used as the polyfunctional polyol, and the types and blending amounts and reaction conditions of the low molecular weight polyol, the polyether diol, the isocyanate and the diluent were changed as shown in Table 3. In the same manner as in No. 1, a hydrophilic urethane-based water blocking agent was obtained.
<低分子ポリオール>
・DEG:ジエチレングリコール
・DPG:ジプロピレングリコール
・EG:エチレングリコール
・PEG200:(東邦化学工業製ポリエチレングリコール、数平均分子量200)
・PEG400:(東邦化学工業製ポリエチレングリコール、数平均分子量400)
<Small molecule polyol>
-DEG: Diethylene glycol-DPG: Dipropylene glycol-EG: Ethylene glycol-PEG200: (Polyethylene glycol manufactured by Toho Chemical Industry Co., Ltd., number average molecular weight 200)
PEG400: (Polyethylene glycol manufactured by Toho Chemical Industry Co., Ltd., number average molecular weight 400)
<MDI系イソシアネート>
・4,4’-MDI:4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(東ソー(株)製 商品名「ミリオーネートMT」)
・混合MDI:4,4’-MDIと、2,4’-MDI(2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート)との混合物(東ソー(株)製 商品名「ミリオーネートNM))
・変性MDI:カルボジイミド変性4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(東ソー(株)社製 商品名「ミリオーネートMTL」)
・ポリメリックMDI:ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(東ソー(株)社製 商品名「ミリオーネートMR-200」)
・2,4’-MDI:2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(シグマアルドリッチジャパン製)
<希釈剤>
・GBL:ガンマーブチルラクトン
・MTM:トリエチレングリコールジメチルエーテル
・BTM:トリエチレングリコールブチルメチルエーテル
・PC:プロピレンカーボネート
<モノイソシアネート>
・PTSI:p-トルエンスルホニルイソシアネート
<MDI-based isocyanate>
・ 4,4'-MDI: 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (trade name "Millionate MT" manufactured by Tosoh Corporation)
-Mixed MDI: A mixture of 4,4'-MDI and 2,4'-MDI (2,4'-diphenylmethane diisocyanate) (trade name "Millionate NM" manufactured by Tosoh Corporation)
-Modified MDI: Carbodiimide-modified 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (trade name "Millionate MTL" manufactured by Tosoh Corporation)
-Polymeric MDI: Polymethylene polyphenylene polyisocyanate (trade name "Millionate MR-200" manufactured by Tosoh Corporation)
・ 2,4'-MDI: 2,4'-diphenylmethane diisocyanate (manufactured by Sigma-Aldrich Japan)
<Diluent>
・ GBL: Gamma Butyl Lactone ・ MTM: Triethylene Glycol Dimethyl Ether ・ BTM: Triethylene Glycol Butyl Methyl Ether ・ PC: Propylene Carbonate <Monoisocyanate>
-PTSI: p-toluenesulfonyl isocyanate
[性能評価]
上記実施例1~13及び比較例1~6で得たウレタン系止水剤を以下(1)~(7)の性能評価試験に供した。結果を表3に示す。
[Performance evaluation]
The urethane-based water blocking agents obtained in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 6 were subjected to the performance evaluation tests of (1) to (7) below. The results are shown in Table 3.
(1)粘度測定
JISK1557-5:2007プラスチック-ポリウレタン原料ポリオール試験方法に基づき、B型粘度計(ブルックフィールド社製)にてNo.2及びNo.3のローターを30~60rpmで回転させ、各サンプルの20℃での粘度を測定した。
(2)NCO含量
JISK1603-1:2007のプラスチック-ポリウレタン原料芳香族イソシアネート試験に基づき測定した。
(3)4,4’-MDIモノマー残存量
液体クロマトグラフ装置HPLC-prominence(島津製作所製)及びカラムDevelosil C30-UG 5μm(野村化学製)を用い、THF:水=4:6にて検量線を作成して、各サンプルに含有する4,4’-MDIモノマー残存量を測定した。
(4)サンプル外観
目視にて、サンプル液に濁りや不純物が発生していない透明な状態であることを確認し、透明であれば外観を良好とした。
(5)製品安定性
70℃で7日間静置した各サンプル20℃での粘度を、(1)の測定方法に基づき測定した。
(6)20%濃度硬化時間
ポリカップに10gのサンプル液を添加し、ここに20℃に温調した40gの水道水を加えてスパチュラーで10秒間攪拌する。水を添加して混合液が硬化して糸を引き始め、流動がなくなった時間を計測して「硬化時間」とした。
(7)最低ゲル化濃度
ポリカップに一定量のサンプル液を添加し、ここに同じく一定量の水道水を添加してスパチュラーで15秒間攪拌し、ゲル体が硬化し抵抗のある樹脂の糸が引くための樹脂の最低濃度を測定した。
(1) Viscosity measurement Based on the JISK1557-5: 2007 plastic-polyurethane raw material polyol test method, No. 1 was used with a B-type viscometer (manufactured by Brookfield). 2 and No. The rotor of No. 3 was rotated at 30 to 60 rpm, and the viscosity of each sample at 20 ° C. was measured.
(2) NCO content Measured based on the plastic-polyurethane raw material aromatic isocyanate test of JISK1603-1: 2007.
(3) Residual amount of 4,4'-MDI monomer Using a liquid chromatograph device HPLC-prominence (manufactured by Shimadzu Corporation) and a column Develosil C30-UG 5 μm (manufactured by Nomura Chemical Co., Ltd.), a calibration curve is used at THF: water = 4: 6. Was prepared, and the residual amount of 4,4'-MDI monomer contained in each sample was measured.
(4) Appearance of the sample It was visually confirmed that the sample liquid was in a transparent state with no turbidity or impurities, and if it was transparent, the appearance was good.
(5) Product stability The viscosity of each sample left at 70 ° C. for 7 days at 20 ° C. was measured based on the measurement method of (1).
(6) 20% concentration Curing time Add 10 g of the sample solution to the poly cup, add 40 g of tap water temperature-controlled to 20 ° C., and stir with a spatula for 10 seconds. The time when water was added and the mixed solution was cured and the yarn started to be pulled and the flow stopped was measured and defined as "curing time".
(7) Minimum gelation concentration Add a certain amount of sample solution to a polycup, add a certain amount of tap water to it, and stir with a spatula for 15 seconds to cure the gel body and draw a thread of resistant resin. The minimum concentration of the resin for this was measured.
表3の結果に示すとおり、本発明に係る親水性ウレタン系止水剤は、(1)~(7)のいずれの性能においても優れているとする結果が得られた。
これに対し、低分子ポリオールを配合しない比較例1のウレタン系止水剤は粘度が高く、7日後にゲル化した。
一方、MDIを過剰に配合した比較例2と6のウレタン系止水剤は、低粘度で硬化性に優れるものの、多量の4,4’-MDIモノマーが残存した。
また、多官能ポリオールと低分子ポリオールの少なくとも一方を含まないポリオールと2,4’-MDIとをNCO/OHが2.0となるように反応させた比較例3~5のウレタン系止水剤は、粘度は低いものの20%濃度では硬化しなかった。
As shown in the results of Table 3, the results were obtained that the hydrophilic urethane-based water blocking agent according to the present invention was excellent in any of the performances (1) to (7).
On the other hand, the urethane-based water blocking agent of Comparative Example 1 containing no small molecule polyol had a high viscosity and gelled after 7 days.
On the other hand, the urethane-based waterproofing agents of Comparative Examples 2 and 6 in which MDI was excessively blended had low viscosity and excellent curability, but a large amount of 4,4'-MDI monomer remained.
Further, the urethane-based waterproofing agents of Comparative Examples 3 to 5 in which a polyol containing at least one of a polyfunctional polyol and a low molecular weight polyol and 2,4'-MDI were reacted so as to have an NCO / OH of 2.0. Although the viscosity was low, it did not cure at a concentration of 20%.
Claims (9)
前記ポリオールが、3~8価の多価アルコールにエチレンオキサイドを単独又はエチレンオキサイドと炭素数3若しくは4のアルキレンオキサイドを付加重合させた数平均分子量が500以上20,000以下の多官能ポリオールと、数平均分子量が500未満の低分子ポリオールとを含有することを特徴とする、
親水性ウレタン系止水剤。 A urethane prepolymer having a terminal isocyanate group obtained by reacting a polyol with diphenylmethane diisocyanate or a modified product thereof so that the equivalent ratio (NCO / OH) of an isocyanate group to a hydroxy group is 1.5 to 2.0. It is a hydrophilic urethane-based water blocking agent that is contained.
The polyol is a polyfunctional polyol having a number average molecular weight of 500 or more and 20,000 or less, which is obtained by polymerizing ethylene oxide alone or addition-polymerizing ethylene oxide with an alkylene oxide having 3 or 4 carbon atoms to a 3- to 8-valent polyhydric alcohol. It is characterized by containing a low molecular weight polyol having a number average molecular weight of less than 500.
Hydrophilic urethane water blocking agent.
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