JP2023056741A - ポリウレタン形成性組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い強度を発現するために必要なポリオール等を含む、硬化性と相溶性が良好で、高い強度と透明性、濡れ性が良好なポリウレタンの形成に資するウレタン形成性組成物、および高透明であり、被着体への濡れ性が良好で且つ表面タックが少ないウレタン硬化物を提供する。【解決手段】ポリオール及びポリイソシアネート(F)を含むウレタン形成性組成物であって、ポリオールとして、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含み、ポリイソシアネート(F)がアロファネート構造を含み、且つゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)。【選択図】 なし
Description
本開示は、ポリウレタン形成性組成物に関する。
片末端に不飽和基を有する副生モノオール(以下、不飽和モノオールと記す)を多量に含むポリアルキレンオキシドが、ポリウレタンの原料として用いられている。しかしながら、このポリアルキレンオキシドを用いてポリウレタンを得ようとすると、イソシアネート化合物との反応に伴う硬化(固化)に時間を要して生産性が損なわれるという問題が生じる。
更に、このような不飽和モノオールを多量に含むポリアルキレンオキシドから得られるポリウレタンは、高分子量になり難く、引張破断伸びが小さく、引張破断強度も小さい。これに対して、不飽和モノオールを多量に含むポリアルキレンオキシドでも、イソシアネート基の平均官能基数が多いイソシアネート化合物と反応させることで高分子量のポリウレタンを得ることができる。しかしながら、この場合、ポリウレタンは直鎖状に高分子量化するのではなく、密な架橋構造を有する架橋体となるので、得られるポリウレタンは引張破断伸びが小さく、引張破断強度が小さくなってしまう。
これに対して、生産性の改善と引張破断強度を増加させるため、不飽和モノオールが少ないポリアルキレンオキシドに加えて、高反応性のポリオキシテトラメチレングリコールや、高官能基数の糖残基を有するポリオール、高反応性で高官能基数の芳香族アミン残基を有するポリオール、といった比較的剛直なポリオールをウレタンプレポリマーへ導入する方法がある。
ここで、特許文献1には、不飽和モノオールが少ないポリアルキレンオキシドと芳香族アミン残基を有するポリアルキレンオキシド、1つの水酸基とエチレンオキシド残基を有するポリアルキレンオキシドを含むウレタン形成性組成物、およびそれを用いたウレタンプレポリマーとイソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート架橋剤等を含むウレタン形成組成物を用いた、塗工性と生産性が良好で、引張強度の高いポリウレタンが開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載のこれらのポリウレタン形成性組成物は、相溶化剤として働きやすい低分子量の不飽和モノオールが少ない高分子量で低反応性のポリアルキレンオキシド成分を必須成分とし、強度を発現するため低分子量で剛直な芳香族アミン残基を有するポリオール成分と剛直なイソシアヌレート構造を主構造に有する架橋剤を用いているため、ポリアルキレンオキシド成分と芳香族アミンポリオール成分、イソシアヌレート架橋剤成分の3成分の相溶性が不十分で、溶媒量や架橋条件等によってはウレタン形成性組成物やウレタン硬化物の透明性が悪化することがあり安定的に高透明なポリウレタンが得られず、且つウレタン硬化物が剛直な芳香族アミン構造やイソシアヌレート構造等により表面タックは小さいものの硬くなって被着体へ濡れにくく、張り合わせて用いる場合に時間を要し生産性に劣るという課題があった。
そのため、高い強度を発現するために必要なポリオール等を含んでも、溶剤量等の条件によらず硬化性や相溶性が良好で、強度が高い高透明の濡れ性が高いポリウレタンの形成に資するウレタン形成性組成物、およびそれを用いて得られる表面タックが少なく高強度でありながら、被着体への濡れ性が顕著に良好で張り合わせ時に生産性が高いポリウレタンが求められていた。
高い強度を発現するために必要なポリオール等を含む、硬化性と相溶性が良好で、透明性、濡れ性が良好なポリウレタンの形成に資するウレタン形成性組成物、および高透明であり、被着体への濡れ性が良好で且つ表面タックが少ないウレタン硬化物を提供する。
本発明の各態様は以下に示す[1]~[15]である。
[1]ポリオール及びポリイソシアネート(F)を含むウレタン形成性組成物であって、
ポリオールとして、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含み、
ポリイソシアネート(F)がアロファネート構造を含み、且つゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)。
[2]ポリイソシアネート(F)が、ヌレート構造を含む、[1]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[3]ポリイソシアネート(F)中の、アロファネート構造とヌレート構造のモル比率が10/90~90/10の範囲である、[2]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[4]活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)及びポリイソシアネート(F2)を含み、
ウレタンプレポリマー(E)が、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含むポリオールと、ポリイソシアネート(F1)の反応物であり、
ポリイソシアネート(F1)、ポリイソシアネート(F2)のいずれかに、アロファネート構造を含み、且つポリイソシアネート(F1)及びポリイソシアネート(F2)のゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)。
[5]ポリイソシアネート(F1)、ポリイソシアネート(F2)のいずれかに、ヌレート構造を含む、[4]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[6]ポリイソシアネート(F1)及びポリイソシアネート(F2)を合わせたポリイソシアネート(F)中の、アロファネート構造とヌレート構造のモル比率が10/90~90/10の範囲である、[5]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[7]ポリイソシアネート(F2)の粘度が150~1900mPa・sの範囲である、[4]乃至[6]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[8]ウレタンプレポリマー(E)とポリイソシアネート(F2)の重量比率が80/20~1/99の範囲である、[4]乃至[7]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[9]ポリアルキレンオキシド(A)が分子量2500以上で、且つポリオール(B)が分子量2500未満である、[1]乃至[8]のいずれかに記載のウレタン形成性組成物(G)。
[10]ポリオール(B)が、ポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基、アクリル残基及びポリオレフィン残基からなる群から選ばれる1種以上の残基を有する、[1]乃至[9]のいずれかに記載のウレタン形成性組成物(G)。
[11]ポリアルキレンオキシド(A)の不飽和度が0.01meq/g以下である、[1]乃至[10]のいずれかに記載のウレタン形成性組成物(G)。
[12]ウレタン形成性組成物(G)中にケトエノール互変異性化合物、およびヒンダードフェノール系酸化防止剤を含む、[1]乃至[11]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[13][1]乃至[12]に記載のウレタン形成性組成物(G)の硬化物である、ポリウレタン(H)。
[14][13]に記載のポリウレタン(H)と基材からなるポリウレタンシート。
[15][13]に記載のポリウレタン(H)からなり、厚みが1~200μmであって、無アルカリガラスに貼り付けて2,500mm/minで剥離時の剥離力が0.20N/25mm以下であるウレタン粘着剤シート。
[1]ポリオール及びポリイソシアネート(F)を含むウレタン形成性組成物であって、
ポリオールとして、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含み、
ポリイソシアネート(F)がアロファネート構造を含み、且つゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)。
[2]ポリイソシアネート(F)が、ヌレート構造を含む、[1]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[3]ポリイソシアネート(F)中の、アロファネート構造とヌレート構造のモル比率が10/90~90/10の範囲である、[2]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[4]活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)及びポリイソシアネート(F2)を含み、
ウレタンプレポリマー(E)が、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含むポリオールと、ポリイソシアネート(F1)の反応物であり、
ポリイソシアネート(F1)、ポリイソシアネート(F2)のいずれかに、アロファネート構造を含み、且つポリイソシアネート(F1)及びポリイソシアネート(F2)のゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)。
[5]ポリイソシアネート(F1)、ポリイソシアネート(F2)のいずれかに、ヌレート構造を含む、[4]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[6]ポリイソシアネート(F1)及びポリイソシアネート(F2)を合わせたポリイソシアネート(F)中の、アロファネート構造とヌレート構造のモル比率が10/90~90/10の範囲である、[5]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[7]ポリイソシアネート(F2)の粘度が150~1900mPa・sの範囲である、[4]乃至[6]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[8]ウレタンプレポリマー(E)とポリイソシアネート(F2)の重量比率が80/20~1/99の範囲である、[4]乃至[7]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[9]ポリアルキレンオキシド(A)が分子量2500以上で、且つポリオール(B)が分子量2500未満である、[1]乃至[8]のいずれかに記載のウレタン形成性組成物(G)。
[10]ポリオール(B)が、ポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基、アクリル残基及びポリオレフィン残基からなる群から選ばれる1種以上の残基を有する、[1]乃至[9]のいずれかに記載のウレタン形成性組成物(G)。
[11]ポリアルキレンオキシド(A)の不飽和度が0.01meq/g以下である、[1]乃至[10]のいずれかに記載のウレタン形成性組成物(G)。
[12]ウレタン形成性組成物(G)中にケトエノール互変異性化合物、およびヒンダードフェノール系酸化防止剤を含む、[1]乃至[11]に記載のウレタン形成性組成物(G)。
[13][1]乃至[12]に記載のウレタン形成性組成物(G)の硬化物である、ポリウレタン(H)。
[14][13]に記載のポリウレタン(H)と基材からなるポリウレタンシート。
[15][13]に記載のポリウレタン(H)からなり、厚みが1~200μmであって、無アルカリガラスに貼り付けて2,500mm/minで剥離時の剥離力が0.20N/25mm以下であるウレタン粘着剤シート。
本発明の一態様であるウレタン形成性組成物は、架橋条件や溶剤量等によらず、高い強度を発現するために必要なポリオール等を含んでも、相溶性や硬化性が良好なウレタン形成性組成物、およびそれを用いた高透明で顕著に濡れ性に優れ、且つ表面タックの少ないウレタン硬化物を提供することができる。
以下に本発明を実施するための例示的な態様を詳細に説明する。
<ウレタン形成性組成物(G)>
本発明の一態様であるウレタン形成性組成物(G)は、ポリオール及びポリイソシアネート(F)ポリイソシアネート(F)を含む組成物であって、ポリオールとして、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含み、ポリイソシアネート(F)がアロファネート構造を含み且つゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である。
<ウレタン形成性組成物(G)>
本発明の一態様であるウレタン形成性組成物(G)は、ポリオール及びポリイソシアネート(F)ポリイソシアネート(F)を含む組成物であって、ポリオールとして、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含み、ポリイソシアネート(F)がアロファネート構造を含み且つゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である。
また、、ポリアルキレンオキシド(A)、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)は、ポリイソシアネート(F)中の鎖延長に用いるポリイソシアネート(F1)と反応し、一部/又は全部が後述する活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を形成していてもよく、活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)及びポリイソシアネート(F2)を含み、ウレタンプレポリマー(E)が、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含むポリオールと、ポリイソシアネート(F1)の反応物であり、 ポリイソシアネート(F2)がアロファネート構造を含み、且つ、ゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)。
、ポリイソシアネート(F)全体中にアロファネート構造を含み且つポリイソシアネート(F)全体のゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)であっても良い。
、ポリイソシアネート(F)全体中にアロファネート構造を含み且つポリイソシアネート(F)全体のゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)であっても良い。
ウレタン形成性組成物(G)中のポリオール、ポリイソシアネート(F)の含有量は、特に限定されないが、高い強度と良好な被着体への濡れ性をより両立しやすいため、異なる2種類以上のポリオールの総量とポリイソシアネート(F)の重量比率が80/20~1/99の範囲であることが好ましく、更に好ましくは70/30~15/85の範囲であり、最も好ましくは60/40~25/75の範囲である。また、ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)を含む活性水素化合物中の活性水素基の総量に対するポリイソシアネート(F)のNCO基のモル比率(当量数)としては、特に限定されないが、通常0.1~10の範囲である。なかでも、ウレタン硬化物の表面タックが低く、且つより高い濡れ性を発現しやすいため好ましくは0.5~4の範囲であり、更に好ましくは1.01~2の範囲である。
ウレタン形成性組成物(G)の調製には、プレポリマーや原料を均一に分散することができる方法であれば特に限定されるものではなく、従来公知の様々な撹拌方法を用いて撹拌する方法が挙げられる。撹拌機としては、例えば、汎用撹拌機、自転公転ミキサー、ディスパー分散機、ディゾルバー、ニーダー、ミキサー、ラボプラストミル、プラネタリーミキサー等を挙げることができる。ウレタン形成性組成物(K)がいずれも撹拌する温度で液状の場合は、汎用撹拌機、自転公転ミキサー、ディスパー分散機、ディゾルバーが好適に用いられる。
なお、ウレタン形成性組成物(G)の25℃における粘度は特に限定されないが、通常は0.001Pa・s以上100Pa・s以下であり、好ましくは0.2Pa・s以上30Pa・s以下であり、更に好ましくは0.3Pa・s以上10Pa・s以下である。ウレタン形成性組成物(G)の25℃における粘度がこの範囲であると、調製するために各種撹拌機で撹拌する場合や、を塗工機などで塗工する際の前段作業として撹拌を行う場合に、ウレタン形成性組成物(G)の撹拌や取り扱いが容易になるため好ましい。
ウレタン形成性組成物(G)は、特に限定されないが、溶剤や鎖延長剤、帯電防止剤、可塑剤、反応遅延剤、レベリング剤、触媒、その他の添加剤を含んでもよい。また、原料であるポリオールやウレタンプレポリマー(E)、ポリイソシアネート(F)を形成する際のイソシアネート変性触媒やウレタン化触媒等の触媒、溶剤、添加剤、残存ポリオール等を含んでいてもよい。
鎖延長剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ブチルエチルペンタンジオール、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、分子量1000以下の低分子量ポリアルキレングリコール等のグリコール類;エチレンジアミン、N-アミノエチルエタノールアミン、ピペラジン、イソホロンジアミン、キシリレンジアミン等の多価アミンが挙げられる。
帯電防止剤としては、特に限定されるものではないが、アルカリ金属塩やイオン液体等が挙げられ、例えば、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等のリチウム塩や4級アンモニウム塩、イミダゾリウム塩、ホスホニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
可塑剤としては、特に限定されるものではないが、脂肪酸エステルや脂環式エステル、ポリエーテルエステル等が挙げられ、例えばエポキシ化脂肪酸エステル、ミリスチン酸エステル、ポリアルキレングリコールの末端エステル変性化合物等が挙げられる。
溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トルエン、キシレン、アセトン、ベンゼン、ジオキサン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジメトルスルホキシド、N-メチルピロリドン、ジメチルホルミアミド、グリコールエーテル系溶剤等が挙げられる。なかでも溶解性、有機溶媒の沸点といった扱いやすさの点に加えて得られるウレタン硬化物がより高い透明性を発現しやすいため、グリコールエーテル系溶剤、酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトン、またはこれらの混合溶媒が好ましい。
なかでも、乾燥硬化時に系中に留まり相溶性を保持する期間が長くなって反応硬化させる際に発生しやすい硬化収縮を安定的に抑制し良好な成形性でシワのない良好な外観のウレタンを形成しやすいため、sp値が8.0以上のグリコールエーテル系溶媒を含むことが好ましく、例えばジエチレングリコールジエチルエーテル(sp値8.2、沸点189℃)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(sp値8.4、沸点216℃)、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル(sp値8.1、沸点176℃)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(sp値8.1、沸点162℃)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(sp値8.5、沸点275℃)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート(sp値8.7、沸点146℃)、エチレングリコールモノメチルエーテルアセタート(sp値9.0、沸点145℃)、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート(sp値8.9、沸点188℃)、メトキシブチルアセタート(sp値8.7、沸点171℃)、トリアセチン(sp値10.2、沸点260℃)、等が挙げられ、なかでもジエチレングリコールジエチルエーテル(sp値8.2、沸点189℃)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(sp値8.4、沸点216℃)、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート(sp値8.9、沸点188℃)の何れか1種以上を含むことが最も好ましい。更には酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトンを併用することで成形性を調整しやすい。
ウレタン化触媒としては、特に限定されるものではないが、アミン触媒や金属触媒等が挙げられるが、効率的にウレタン硬化物を形成しやすく、かつ副反応が少なく、より高透明のウレタンプレポリマーおよびウレタン硬化物を得られやすいため、金属成分を含むウレタン化触媒0.001~0.2重量%の範囲で含むことが好ましく、さらに好ましくは金属成分を含むウレタン化触媒が0.003~0.1重量%の範囲であり、最も好ましくは0.005~0.05重量%の範囲である。金属成分を含むウレタン化触媒としては、金属成分を含みウレタン化活性を示す化合物であれば特に限定されないが、Fe、Sn、Zr、Ti、Alのいずれか一つ以上の金属を含む有機金属化合物であることが好ましい。なかでも、入手が容易であり触媒活性の温度依存性が低いSn触媒、ならびに反応性を調整しやすいFeキレート触媒、Zrキレート触媒、Tiキレート触媒、Alキレート触媒等の金属キレート触媒の1種または2種以上であると、効率的にNCO末端のウレタンプレポリマーを形成しやすいため更に好ましく、最も好ましくはFeキレート触媒を単独で使用することである。
Sn触媒としては、特に限定されないが、例えば、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、ジブチルスズジバーサテート、ジブチルスズビス(アセチルアセトネート)等が挙げられる。
Feキレート触媒としては、特に限定されないが、例えば、トリスアセチルアセトネート鉄等、Zrキレート触媒としてはジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムエチルアセトアセテート等、Tiキレート触媒としては、チタンアセチルアセトネート、チタンエチルアセトアセテート等、Alキレート触媒としてはアルミニウムトリスアセチルアセトネート等が挙げられる。
Feキレート触媒としては、特に限定されないが、例えば、トリスアセチルアセトネート鉄等、Zrキレート触媒としてはジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムエチルアセトアセテート等、Tiキレート触媒としては、チタンアセチルアセトネート、チタンエチルアセトアセテート等、Alキレート触媒としてはアルミニウムトリスアセチルアセトネート等が挙げられる。
反応遅延剤としては、特に限定されず、例えば、ウレタン化触媒の活性を抑制する効果のある添加剤(酸遅延剤、キレート化合物等)、反応時に主剤分子量が高くなりにくくなる添加剤(増粘抑制剤等)、イソシアネートやポリオール・プレポリマーの反応性を低減する添加剤(酸遅延剤、安定剤等)等種々の遅延剤を用いることができ、そのような遅延剤を組み合わせて用いることが好ましい。
なかでも、反応遅延剤として、酸遅延剤、キレート化合物、増粘抑制剤、安定剤のいずれか1種または2種以上を用いることが好ましく、更に好ましくは酸遅延剤、キレート化合物、増粘抑制剤、安定剤のいずれか2~4種を併用する事が好ましく、最も好ましくは酸遅延剤、キレート化合物、増粘抑制剤のそれぞれ1種以上を含む3~4種を全て併用する事である。また上記酸遅延剤、キレート化合物、増粘抑制剤のそれぞれは1種に限らず、それぞれ2種以上を併用することができ好ましい。
なかでも、ポリオール(B)に芳香族アミン残基を有する場合、アミン構造に由来する触媒活性を抑制しやすくなり、可使時間が延長するとともに乾燥、エージング、塗工時の急激なゲル化を抑制しやすくなり、安定的にシワを抑制して成形性が良くなりやすいため酸遅延剤を含むことが好ましく、特に限定されないがpKa5.0以下の酸を含むことが好ましい。
そのようなpKa5.0以下の酸としては、塩酸、硝酸、リン酸やエチルアシッドホスフェートや2-エチルヘキシルアシッドホスフェート等の炭素数2~20の酸性リン酸エステル等のリン系酸遅延剤などが挙げられ、なかでも、反応性と物性のバランスが良好となりやすいためリン系酸遅延剤を用いることが好ましい。酸遅延剤を用いるときの含有量としては、ポリオール成分の総量100重量部に対して0.001~1重量部の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは0.005~0.1重量部の範囲である。また、酸遅延剤を用いるときのポリオール成分のpHとしては硬化性が高くなりやすく低腐食性の良好な液性となりやすいためpH4~9の範囲となる量であることが好ましい。ポリオール成分のpHは、水とIPAを重量比5:3で混合した液に固形分7質量%で分散し、pH計にて測定した値を指す。
キレート化合物としては、触媒活性を調整して架橋剤混合後の増粘を抑制しやすく、また成形性も良好となりやすいため、ケトエノール互変異性化合物、トリアゾール誘導体の1種また2種以上を含むことが好ましく、さらに好ましくはキレート化合物としてケトエノール互変異性化合物、トリアゾール誘導体のそれぞれを1種以上(計2種以上)用いることが好ましい。
ケトエノール互変異性化合物としては、特に限定されないが、より触媒活性を調整して成形性が良好となりやすいため、アセト酢酸エチル又はアセチルアセトンのいずれか1種以上であることが好ましい。そのようなケトエノール互変異性化合物を含む場合、その含有量は、より成形性が良くなりやすいため金属成分を含むウレタン化触媒に対するモル比率(ケトエノール互変異性化合物/金属触媒)が10倍以上であることが好ましく、更に好ましくは50倍~5000倍の範囲であり、ポリオール成分の総量100重量部に対して、0.01~20重量部の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは0.5~10重量部の範囲である。
トリアゾール誘導体としては、特に限定されないが、硬化収縮の抑制効果が高く、良好な塗膜外観のウレタンを形成しやすいため、フェノール性水酸基を有するベンゾトリアゾール誘導体であることが好ましく、更に好ましくはウレタンの透明性が高くなりやすいため室温液状で分子量300~700の範囲であってフェノール性水酸基を含むアリール基がベンゾトリアゾールに直結しているフェノール性水酸基を有するベンゾトリアゾール誘導体であることが好ましく、上記化合物としては、特に限定されないが、2-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-6-ドデシル-4-メチルフェノール(BASF製チヌビン571)、3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-5-(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシ-ベンゼンプロピオン酸の炭素数7~9のアルキルエステル)(BASF製チヌビン99-2、チヌビン384-2)などが挙げられる。トリアゾール誘導体を用いる場合の含有量としてはポリオール成分の総量100重量部に対して、0.1~3重量部の範囲であることが好ましく、なかでも、より高透明で良好な塗膜外観を形成しやすいため、0.2~2重量部の範囲であることが更に好ましく、最も好ましくは0.3~1.5重量部の範囲である。
キレート化合物として、ケトエノール互変異性化合物とトリアゾール誘導体を併用する場合の混合重量の比率としては、得られるウレタンのシワを抑制しかつ成形性が良好となりやすいためトリアゾール誘導体に対するケトエノール互変異性化合物の重量比率(ケトエノール互変異性化合物/トリアゾール誘導体)が0.5以上50以下であることが好ましく、2以上20以下であることが更に好ましい。
増粘抑制剤としては、特に限定されないが、反応時に増粘に係る分子量や架橋度の増加を遅延する化合物や反応に伴う分子量増大時にも増粘を抑制する化合物等が挙げられる。
例えばイソシアネート架橋剤と反応性を有して、ポリオールまたはプレポリマー(E)とポリイソシアネート(F)との反応と併行/または優先して反応が進行することで分子量の増大を遅延する化合物、分子量増大に伴う親和性の向上や構造変化等で系の粘度の増加度を抑制/または低減する化合物などが挙げられる。
なかでも、増粘抑制剤はポリオールまたはプレポリマー(E)より低分子量であって、ポリイソシアネート(F)と反応性を有する活性水素基を有する化合物であることが好ましく、このような増粘抑制剤を含むことでポリオールまたはプレポリマー(E)とポリイソシアネート(F)との反応と併行/または優先して反応が進行して、ポリオールまたはプレポリマー同士の架橋を抑制して増粘を抑制しやすい。
このような増粘抑制剤としては、主剤より優先して反応が進行しやすく、ポリオールやプレポリマー同士の架橋を抑制して増粘を抑制しやすいため、活性水素基の反応性が高くなりやすい分子量1000以下の化合物であることが好ましい。なかでも、分子量が低すぎると活性水素基の反応性が高くなりすぎて早期に反応消費し増粘抑制できる期間が短くなって反応遅延効果が低くなる場合や乾燥工程で一部/または全部除去され物性が安定しない場合があり、分子量が高すぎると反応時に増粘しやすく活性水素基の反応性も低下して主剤同士の反応がしやすくなり増粘抑制効果が小さくなる場合があるため、分子量が60~700の範囲であることが好ましく、更に好ましくは90~300の範囲であり、最も好ましくは100~160の範囲である。またこのような増粘抑制剤としては反応時に架橋度が低下しにくく引張強度が低下しにくいため1分子内に2~8個の水酸基やアミノ基、チオール基等の活性水素基を有することが好ましい。なかでも、活性水素基が多すぎると増粘抑制剤とポリイソシアネート(F)の反応時に架橋度が上昇しやすく、増粘抑制効果が小さくなりやすいため、1分子内に2~4個の水酸基やアミノ基、チオール基等の活性水素基を有することが好ましく、更に好ましくは1分子内に2~3個の水酸基を有することであり、最も好ましくは適度な反応性を有し増粘抑制効果が顕著に高くなりやすいため1分子内に2個の1級水酸基を有するジオールである。増粘抑制剤を用いる場合の含有量としては、ポリオール成分の総量100重量部に対して0.1~3重量部の範囲であることが好ましく、なかでも、より高透明で良好な物性のウレタンを形成しやすいため、ポリオール成分の総量100重量部に対して、0.2~2重量部の範囲であることが更に好ましく、最も好ましくは0.3~1.5重量部の範囲である。また増粘抑制剤に活性水素基を有する場合、ウレタン物性を維持しつつ増粘抑制効果が高くなりやすいためポリオール成分の活性水素基100モル%に対して3~30モル%の範囲となる様増粘抑制剤を添加することが好ましく、更に好ましくは5~20モル%の範囲で添加することが好ましい。
安定剤としては、特に限定されないが、イソシアネートやポリオール・プレポリマーの反応性を抑制する化合物が挙げられ、例えばフェノール系酸化防止剤などが挙げられる。また本態様では安定剤としてトリアゾール誘導体は含まない。このような酸化防止剤を1000ppm以上、好ましくは3000ppm以上、最も好ましくは5000ppm~20000ppmの範囲に増量して用いることで、イソシアネートやポリオール・プレポリマーを安定化して反応性を低減し、増粘を抑制しやすいため好ましい。なかでも、入手が容易でありウレタンとの相溶性が良好なBHTや分子量1000以下のヒンダードフェノール系酸化防止剤(イルガノックスシリーズ等)を用いることが好ましい。またイルガノックス1135、イルガノックス1726など、室温液状であれば得られるウレタンの透明性が高くなりやすいため好ましいが、BHTやイルガノックス1076、イルガノックス1010など相溶性が高い構造であれば、プレポリマーに均一に分散・ウレタン形成時に透明性を悪化しにくいため好適に使用できる。
安定剤を用いる場合の含有量としては、ポリオール成分の総量100重量部に対して、0.1~3重量部の範囲であることが好ましく、なかでも、より高透明で良好な物性のウレタンを形成しやすいため、安定剤の含有量は0.2~2.5重量部の範囲であることが更に好ましく、最も好ましくは0.5~2重量部の範囲である。
なかでも、製造工程での生産性や歩留まりがより向上しやすいため、特にウレタン形成性組成物(G)中にケトエノール互変異性化合物、およびヒンダードフェノール系酸化防止剤を含み、当該組成物の可使時間が12時間以上であることが好ましく、さらに好ましくはウレタン形成性組成物(G)中にポリオール成分の総量100重量部に対してケトエノール互変異性化合物を0.5~10重量部、およびヒンダードフェノール系酸化防止剤を0.1~2重量部の範囲で含み、当該組成物の可使時間が15時間以上であることが好ましく、上記組成とすることでそのような性状で得られやすく、より顕著に生産性に優れる組成物となりやすい。なお可使時間はポリオールやプレポリマーとイソシアネートを共に含むウレタン形成性組成物(G)を作製後、常温で静置し塗工使用が可能な状態を保持できる期間を指し、本明細書では粘度上昇30%以下を維持でき、かつ塗工ムラなどがなく塗工性を維持できる時間を指す。
ウレタン形成性組成物(G)は、ウレタン形成性組成物(G)と有機溶媒、添加剤を含むウレタン形成性組成物溶液とすることができる。ハンドリング性に優れやすくなることから、固形分濃度が10~99重量%の範囲となる量比で混合することが好ましく、更に好ましくは40~97重量%の範囲であり、最も好ましくは70~95重量%の範囲である。また、架橋剤の混合や塗工などのハンドリング性により優れウレタン硬化物が安定的に高透明になりやすいことから、25℃条件にて、粘度が3~50Pa・sの範囲であり、さらに好ましくは5~30Pa・sの範囲である。
ウレタン形成性組成物(G)、並びにウレタン形成性組成物溶液の透明性は特に限定されないが、ウレタン硬化物が架橋条件によらず透明になりやすいため、ウレタン形成性組成物(G)も概ね透明であることが好ましく、更に好ましくは100μm厚みでのHazeが15%以下であり、ウレタン形成性組成物(G)用いることでそのような性状で得られやすい。なかでも100μm厚みでのHazeがは5%以下であることが好ましく、最も好ましくは1%以下であり、イソシアネート化合物(F)の平均官能基数が3.0未満であると相溶性が向上し、そのような性状で得られやすい。
また、ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)成分が活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を形成する場合、特に限定されないが、より適度な粘度で成形性に優れやすく、硬化性も良好となりやすいため、少なくともポリアルキレンオキシド(A)とポリオール(B)、ポリイソシアネート(F1)の反応物である活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)と架橋剤ポリイソシアネート(F2)を含み、ポリイソシアネート(F1)及びポリイソシアネート(F2)がゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲であることがより好ましい。
ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)が活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を形成する場合の、ウレタン形成性組成物(G)中の活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)、ポリイソシアネート(F2)の含有量は、特に限定されないが、高い強度と良好な被着体への濡れ性をより両立しやすいため、ウレタンプレポリマー(E)とポリイソシアネート(F2)の重量比率が80/20~1/99の範囲であることが好ましく、更に好ましくは70/30~15/85の範囲であり、最も好ましくは60/40~25/75の範囲である。また、ウレタンプレポリマー(E)中の活性水素基に対するポリイソシアネート(F2)のNCO基のモル比率(当量数)としては、特に限定されないが、通常0.1~10の範囲である。なかでも、ウレタン硬化物の表面タックが低く、且つより高い濡れ性を発現しやすいため好ましくは0.5~4の範囲であり、更に好ましくは1.01~2の範囲である。
<ポリオール>
ウレタン形成性組成物(G)は、ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)とポリイソシアネート(F)を含む。ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)は、必要に応じて、ポリイソシアネート(F)またはポリイソシアネート(F)中の鎖延長に用いるポリイソシアネート(F1)と反応し、活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を形成していてもよい。
<ポリオール>
ウレタン形成性組成物(G)は、ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)とポリイソシアネート(F)を含む。ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)は、必要に応じて、ポリイソシアネート(F)またはポリイソシアネート(F)中の鎖延長に用いるポリイソシアネート(F1)と反応し、活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を形成していてもよい。
ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)としては、開始剤構造、モノマー構造やモノマー組成比、分子量など構造が異なるポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)を含んでいれば、特に限定されないが、より良好な低タック性と高い濡れ性を両立しやすいことから、ポリアルキレンオキシド(A)やポリオール(B)以外のその他ポリオールやモノオールを含んでもよい。
<ポリアルキレンオキシド(A)>
このようなポリアルキレンオキシド(A)としては、アルキレンオキシド残基を有し、活性水素基を有する構造が挙げられ、特に限定されないが、ポリアルキレンオキシド(A)やそれを用いて得られるウレタンプレポリマーを含むウレタン形成性組成物(G)が適度な粘度を有してハンドリング性や塗工性に優れやすく、かつ得られるウレタン硬化物の濡れ性が良好となりやすいため、ポリアルキレンオキシド(A)の数平均分子量が2500以上であることが好ましい。なかでも、好ましい数平均分子量としては、3000以上30000未満であり、更に好ましくは3500以上13000未満であり、最も好ましくは3600以上9000未満である。なお、ポリアルキレンオキシド(A)の数平均分子量は、JIS K-1557-1に記載の方法により算出したポリアルキレンオキシド(A)の水酸基価と、ポリアルキレンオキシド(A)1分子中の水酸基数、から算出することができる。ポリアルキレンオキシド(A)の水酸基価(mgKOH/g)としては、特に限定されないが、好ましくは3以上250以下であり、更に好ましくは5以上180以下であり、最も好ましくは8以上70以下である。
<ポリアルキレンオキシド(A)>
このようなポリアルキレンオキシド(A)としては、アルキレンオキシド残基を有し、活性水素基を有する構造が挙げられ、特に限定されないが、ポリアルキレンオキシド(A)やそれを用いて得られるウレタンプレポリマーを含むウレタン形成性組成物(G)が適度な粘度を有してハンドリング性や塗工性に優れやすく、かつ得られるウレタン硬化物の濡れ性が良好となりやすいため、ポリアルキレンオキシド(A)の数平均分子量が2500以上であることが好ましい。なかでも、好ましい数平均分子量としては、3000以上30000未満であり、更に好ましくは3500以上13000未満であり、最も好ましくは3600以上9000未満である。なお、ポリアルキレンオキシド(A)の数平均分子量は、JIS K-1557-1に記載の方法により算出したポリアルキレンオキシド(A)の水酸基価と、ポリアルキレンオキシド(A)1分子中の水酸基数、から算出することができる。ポリアルキレンオキシド(A)の水酸基価(mgKOH/g)としては、特に限定されないが、好ましくは3以上250以下であり、更に好ましくは5以上180以下であり、最も好ましくは8以上70以下である。
ポリアルキレンオキシド(A)の25℃における粘度は、特に限定されず、用途により適宜選択されるが、好ましくは100mPa・s以上200000mPa・s以下であり、更に好ましくは200mPa・s以上10000mPa・s以下である。ポリアルキレンオキシド(A)の25℃における粘度が100mPa・s以上200000mPa・s以下であれば、ポリウレタン製品を得るために塗工機などで塗工する際に、塗工しやすくなるので好ましい。ここで、25℃での「粘度」とは、JIS K1557-5 6.2.3項に準拠し、コーン・プレート回転粘度計を用いて、せん断速度0.1(1/s)で測定した値である。
ポリアルキレンオキシド(A)は、低温から高温まで低粘度で流動性に優れ、強度や伸び、耐久性などのウレタン物性が良好となりやすいことから炭素数が3以上のアルキレンオキシド残基を含むことが好ましい。炭素数が3以上のアルキレンオキシド残基として特に限定されず、例えば、炭素数3~20のアルキレンオキシド残基を挙げることができる。具体的には、プロピレンオキシド残基、1,2-ブチレンオキシド残基、2,3-ブチレンオキシド残基、イソブチレンオキシド残基、ブタジエンモノオキシド残基、ペンテンオキシド残基、スチレンオキシド残基、シクロヘキセンオキシド残基等が挙げられる。これらのアルキレンオキシド残基の中でも、ポリアルキレンオキシド(A)を得るための原料の入手が容易で、得られるポリアルキレンオキシド(A)の工業的価値が高いことから、プロピレンオキシド残基が好ましい。
また、ポリアルキレンオキシド(A)は、炭素数が3以上のアルキレンオキシド残基として、単一のアルキレンオキシド残基のみを含んでいてもよく、2種類以上のアルキレンオキシド残基を含んでいてもよい。なお、2種以上をアルキレンオキシド残基が含まれる場合は、例えば、1種のアルキレンオキシド残基が連鎖的に繋がったものに、それ以外のアルキレンオキシド残基が連鎖的に繋がったものであってもよく、2種以上のアルキレンオキシド残基がランダムに繋がったものでもよい。さらに、ポリアルキレンオキシド(A)は、炭素数が3以上のアルキレンオキシド残基に加えて、炭素数2のエチレンオキシド残基を含んでいてもよい。
ポリアルキレンオキシド(A)の水酸基数は特には限定されないが、1分子中に2つ以上の水酸基を有することが好ましく、2つ以上6つ以下であることが更に好ましく、最も好ましくは1分子中の水酸基数が2つ以上3つ以下である。ポリアルキレンオキシド(A)の1分子中の水酸基数が6以下であると、得られるウレタン硬化物の架橋構造が密になり難く、引張破断伸びと強度が更に大きくなるため、好ましい。
ポリアルキレンオキシド(A)の水酸基の1級比率は、特に限定されないが、生産性に優れやすいことから0~90%の範囲であることが好ましい。なかでも、特に限定されるものではないが、活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を形成しない場合、特にNCO基末端のプレポリマーを形成後ポリオール(B)を付加する2段重合等を行わない場合は、ポリアルキレンオキシド(A)の水酸基の1級比率を高めることで併用するポリオールとワンショットでも均一に反応が進行しやすく、相溶性や透明性、硬化性がより良好となりやすいため、1級比率が50~90%の範囲であることがより好ましく、更に好ましくは1級比率が75~90%の範囲である。
触媒としてトリフルオロボランやトリスペンタフルオロフェニルボラン等のカチオン重合系で合成する場合、アルキレンオキシドとしてエチレンオキシド以外のプロピレンオキシド等を用いても1級比率は高くなりやすく、水酸化カリウム等の塩基系触媒や複合金属シアン化物(DMC)触媒等の金属系触媒を用いる場合、1級比率は低くなりやすいが、末端構造を含め特に限定されず、いずれも好適に使用することができる。
ポリアルキレンオキシド(A)は、ウレタンプレポリマーやウレタン形成性組成物の製造が容易になることから、常温で液状であることが好ましい。
ポリアルキレンオキシド(A)の不飽和度は、不飽和モノオールが少ないポリアルキレンオキシドの使用有無によらずプレポリマーやウレタン硬化物を高透明化しやすいため特に限定されないが、芳香族アミン残基等の剛直な残基を有するポリアルキレンオキシド(B)等の多官能のポリオールの増量や2官能でもポリプロピレンオキシドより剛直な骨格を有するポリオール(ポリオキシテトラメチレングリコールやポリエステルポリオール等)が多く必要となりやすいため、0.01meq/g以下であることが好ましく、更に好ましくは0.007meq/g以下であり、最も好ましくは0.004meq/g以下である。このような不飽和度の低いポリアルキレンオキシド(A)は、特に限定されないが、イミノフォスファゼニウム塩とルイス酸触媒を用いて活性水素化合物にアルキレンオキシドを付加することで製造することができる。
ポリアルキレンオキシド(A)の分子量分布(Mw/Mn)は、分子量分布の狭いポリアルキレンオキシドの使用有無によらずプレポリマーやウレタン硬化物を高透明化しやすいため特に限定されないが、プレポリマーの分子量分布が狭くなりやすくハンドリング性に優れやすいため、1.059以下であることが好ましく、更に好ましくは1.039以下であり、最も好ましくは1.004~1.029以下である。
ポリアルキレンオキシド(A)は、水分値が2000ppm以下であることが好ましいが、脱水操作等で操作が煩雑となるため、用途等に応じて選択することができる。
<ポリオール(B)>
ウレタン形成性組成物(G)に用いることが好ましいポリオール(B)としては、水酸基を有し、ポリアルキレンオキシド(A)と開始剤構造、モノマー構造やモノマー組成比、分子量など構造が異なっていれば、特に限定されないが、例えば、アルキレンオキシドやテトラヒドロフランの開環重合等により得られるポリエーテルポリオール類、ポリエーテルポリオール中でビニルモノマーをラジカル重合して得られるポリマーポリオール類、多価アルコールと多価カルボン酸類との重縮合により得られるポリエステルポリオール類、多価アルコール類と多価カルボン酸類とアミノアルコール類との重縮合により得られるポリエステルアミドポリオール類、ラクトン類の開環重合により得られるポリラクトンポリオール類、多価アルコール類とカーボネート類との重縮合により得られるポリカーボネートポリオール類、アクリルポリオール類、ポリブタジエンポリオール及びその水素添加物類、ポリイソプレンポリオール及びその水素添加物類、部分鹸化エチレン-酢酸ビニル共重合体、大豆油やひまし油等の天然油系ポリオール類、ハロゲン及び/又はリン系ポリオール、フェノール系ポリオール等が挙げられる。これらポリオールは、一種又は二種以上混合して使用してもよい。
ポリアルキレンオキシド(A)は、水分値が2000ppm以下であることが好ましいが、脱水操作等で操作が煩雑となるため、用途等に応じて選択することができる。
<ポリオール(B)>
ウレタン形成性組成物(G)に用いることが好ましいポリオール(B)としては、水酸基を有し、ポリアルキレンオキシド(A)と開始剤構造、モノマー構造やモノマー組成比、分子量など構造が異なっていれば、特に限定されないが、例えば、アルキレンオキシドやテトラヒドロフランの開環重合等により得られるポリエーテルポリオール類、ポリエーテルポリオール中でビニルモノマーをラジカル重合して得られるポリマーポリオール類、多価アルコールと多価カルボン酸類との重縮合により得られるポリエステルポリオール類、多価アルコール類と多価カルボン酸類とアミノアルコール類との重縮合により得られるポリエステルアミドポリオール類、ラクトン類の開環重合により得られるポリラクトンポリオール類、多価アルコール類とカーボネート類との重縮合により得られるポリカーボネートポリオール類、アクリルポリオール類、ポリブタジエンポリオール及びその水素添加物類、ポリイソプレンポリオール及びその水素添加物類、部分鹸化エチレン-酢酸ビニル共重合体、大豆油やひまし油等の天然油系ポリオール類、ハロゲン及び/又はリン系ポリオール、フェノール系ポリオール等が挙げられる。これらポリオールは、一種又は二種以上混合して使用してもよい。
ポリオール(B)の数平均分子量は、特に限定されないが、2500未満であることが好ましい。数平均分子量2500未満であると、凝集力の高いウレタン構造を多く形成し剛直となりやすく、更に剛直な残基の含有量が高くなりやすいため強度がさらに向上しやすく、また反応性が向上して未反応ポリオール(B)が多く残存しにくいため、より安定的に高い透明性を発現しやすい。
なかでも、揮発等による組成の不安定化が起こりにくく、かつ剛直な残基の含有量が高くなって安定的に高い強度を発現し、流動性にも優れやすいため、200以上2100未満であることが好ましく、さらに好ましくは400以上1500未満であり、最も好ましくは450以上1000未満である。
アクリル残基を有するポリオールを用いる場合、ポリオールの重量平均分子量は通常400以上2000000未満と比較的高分子量で官能基数も高い場合があるが、好適に使用できる。
アクリル残基を有するポリオールを用いる場合、ポリオールの重量平均分子量は通常400以上2000000未満と比較的高分子量で官能基数も高い場合があるが、好適に使用できる。
なお、ポリオール(B)の数平均分子量は、JIS K-1557-1に記載の方法により算出したポリオール(B)の水酸基価と、ポリオール(B)1分子中の水酸基数と、から算出することができる。また市販品の場合、公称の官能基数、水酸基価を用いることができる。
ポリオール(B)は、ウレタン形成性組成物の硬化性がより高くなりやすく、得られるウレタン硬化物も高い強度や硬度、剥離速度に係らず良好な軽剥離性を発現しやすいため、ポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基、アクリル残基、ポリオレフィン残基からなる群から選ばれる1種以上の残基を有することが好ましい。特に限定されないが、このような残基を有するポリオール(B)としては、ポリオキシテトラメチレングリコール、炭素数6以上の糖残基を有するシュガー系ポリオール、芳香族アミン系ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール等が挙げられ、好適に使用できる。
ポリオール(B)にアルキレンオキシド残基より剛直な前述の残基を有することで、得られるポリウレタンの硬度や強度が顕著に高くなりやすい。なかでも良好な流動性を発現して成形性や濡れ性に優れやすく、また硬度や強度が高くなってウレタン物性に優れやすいため、ポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基からなる群より選ばれる1種以上の残基を有することが更に好ましく、最も好ましくは芳香族アミン残基を有するポリオール(B)である。
ポリオキシテトラメチレン残基を有するポリオールとしては、例えば、テトラヒドロフランを単独で開環重合して得られるポリオキシテトラメチレングリコール、エチレンジアミン、トリレンジアミン、シュークローズ、ソルビトール、アミノアルコール、グリセリン、ジエチレングリコール、分子量1000以下の低分子量ポリプロピレングリコール等の開始剤に対してテトラヒドロフランを開環付加重合して得られるポリエーテルポリオール、ポリオキシテトラメチレングリコールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを開環付加重合して得られるポリエーテルポリオール、等が挙げられ、いずれも好適に使用できる。ポリオキシテトラメチレン残基を有するポリオール(B)を含有する場合、特に限定されないが、1分子中にポリオキシテトラメチレン残基を含み、2つ以上の水酸基を有することが好ましく、オキシテトラメチレンの連続重合体でも、オキシテトラメチレン構造を含むブロック、グラフト、ランダム共重合体でもよい。ポリオキシテトラメチレン残基を有するポリオールを含有する場合のポリオール(B)中のオキシテトラメチレン残基の含有量は特に限定されず、用途により適宜選択されるが、好ましくは70~100%の範囲であり、さらに好ましくは90~100%の範囲である。オキシテトラメチレン残基の含有量が70%以上であれば、所望の強度が発現しやすいため好ましい。
ポリエステル残基を有するポリオールとしては、多塩基酸と多価アルコールより誘導される化合物等が挙げられる。特に限定されないが、例えば、多塩基酸としてアジピン酸、オルトフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、コハク酸、アゼライン酸、セバシン酸、リノシール酸、トリメット酸、ジメチルテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等、多価アルコールとして、エチレングリコールやジエチレングリコール、3-メチル-1-5-ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、メチルプロパンジオール、ブチルエチルプロパンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン等、から誘導されるポリエステルポリオールやε-カプロラクトン、メチルバレロラクトン等の環状エステルの開環重合によって得られるラクトン系ポリエステルポリオール等が挙げられ、好適に使用できる。
また、ポリエステルポリオールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドやテトラヒドロフランを開環付加重合して得られるポリエステルポリエーテルポリオール等も挙げられる。ポリエステル残基を有するポリオール(B)を含有する場合、特に限定されないが、1分子中にエステル残基を含み、2つ以上の水酸基を有することが好ましく、ポリエステルの連続重合体でも、ポリエステルを含むブロック、グラフト、ランダム共重合体でもよい。ポリエステル残基を有するポリオールを含有する場合のポリオール(B)中のエステル残基の含有量は特に限定されず、用途により適宜選択されるが、好ましくは30~100%の範囲であり、さらに好ましくは70~100%の範囲である。エステル残基の含有量が30%以上であれば、所望の強度が発現しやすいため好ましい。
炭素数6以上の糖残基を有するポリオールとしては、特に限定されないが、1分子中に炭素数6以上の糖残基を含有し、アルキレンオキシド残基および4つ以上の水酸基を有するポリオールが好ましく、炭素数6以上の糖に1種のアルキレンオキシドが連鎖的に繋がったもの、炭素数6以上の糖に複数のアルキレンオキシドが連鎖的に繋がったものやランダムで繋がったもの、何れでもよい。なかでも、工業的にアルキレンオキシドの入手がしやすく、合成が簡便となりやすいため、炭素数6以上の糖にプロピレンオキシドのみが連鎖的に繋がったもの、炭素数6以上の糖にエチレンオキシドのみが連鎖的に繋がったもの、炭素数6以上の糖にプロピレンオキシドとエチレンオキシドが連鎖的に繋がったものまたはランダムで繋がったものであることが好ましい。
1分子中に炭素数6以上の糖残基を有するポリオール(B)を含有する場合、ポリオール(B)は更に1分子中に4つ以上の水酸基を有することが好ましく、更に好ましくは1分子中の水酸基数が4以上12以下であり、最も好ましくは5以上8以下である。1分子中に炭素数6以上の糖残基を含有するポリオール(B)の1分子中の水酸基数が4以上12以下であると、得られるポリウレタンの架橋構造が均一になり易く、強度が更に大きくなるため、好ましい。
1分子中に炭素数6以上の糖残基を含有するポリオール(B)は、糖残基の構造は特には限定されないが、好ましくは1分子中の炭素数が6以上20以下の糖残基であり、さらに好ましくは6以上12以下の糖残基である。このような糖残基としては、例えば、マルチトール残基、マルトース残基、グルコース残基、フルクトース残基、シュークローズ残基、ソルビトール残基などが挙げられ、好ましくは原料の入手が容易であり良好な硬化性、引張破断強度を発現しやすいシュークローズ残基又はソルビトール残基である。なかでも、環状構造を有し、さらに高い強度を発現しやすいためシュークローズ残基を含むことが最も好ましい。
1分子中に炭素数6以上の糖残基を含有する場合のポリオール(B)は、一般にシュークローズやソルビトールなどの炭素数6以上の糖を開始剤としてアルキレンオキシドを開環重合することにより得られるが、ジエチレントリアミン、トリエタノールアミン、ジエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール等の炭素数6以上の糖残基を含まない低粘度の活性水素化合物を開始剤に併用して合成されることがあり、上記残基を有する成分を含んでいてもよい。例えば、通常、ソルビトールの水酸基数は6、シュークローズの水酸基数は8であるが、シュークローズ残基又はソルビトール残基を含まない開始剤の併用や末端の封止等により水酸基数が低下することがある。
市販のシュークローズ残基を含むポリアルキレンオキシドとしては、ハンツマン製JEFFOLSA-499(公称官能基数4.3、水酸基価495)、JEFFOLSD-361(公称官能基数4.4、水酸基価360)、JEFFOLSG-522(公称官能基数5.0、水酸基価520)、東邦化学工業製トーホーポリオールO-850(公称官能基数8、水酸基価380)、ソルビトール残基を含むポリアルキレンオキシドとしては、ハンツマン社製JEFFOLS-490(公称官能基数4.7、水酸基価490)などが挙げられ、好適に使用できる。
芳香族アミン残基を有するポリオールとしては、特に限定されないが、1分子中に芳香族アミン残基を含み、アルキレンオキシド残基および2つ以上の水酸基を有するポリオールが好ましく、芳香族アミンに1種のアルキレンオキシドが連鎖的に繋がったもの、芳香族アミンに複数のアルキレンオキシドが連鎖的に繋がったものやランダムで繋がったもの、何れでもよい。
なかでも、工業的にアルキレンオキシドの入手がしやすく、合成が簡便となりやすいため、芳香族アミンにプロピレンオキシドのみが連鎖的に繋がったもの、芳香族アミンにエチレンオキシドのみが連鎖的に繋がったもの、芳香族アミンにプロピレンオキシドとエチレンオキシドが連鎖的に繋がったものまたはランダムで繋がったものであることが好ましい。なかでも、低温から高温まで結晶化しにくく流動性に特に優れやすいことからプロピレンオキシド残基を有することが好ましく、最も好ましくはポリアルキレンオキシド(B)に含まれるアルキレンオキシド残基のうち40重量%以上がプロピレンオキシド残基であることが好ましい。
ポリオール(B)が芳香族アミン残基を含有する場合、ポリオール(B)は1分子中に2つ以上の水酸基を有することが好ましく、更に好ましくは1分子中の水酸基数が3以上12以下であり、最も好ましくは4以上6以下である。1分子中に芳香族アミン残基を含有するポリオール(B)の1分子中の水酸基数が3以上12以下であると、ポリウレタンの架橋構造が均一になり易く、強度が更に大きくなるため、好ましい。
1分子中に芳香族アミン残基を含有するポリオール(B)の、芳香族アミン残基の構造は特には限定されないが、好ましくは1分子中の芳香環数が1以上20以下の芳香族アミン残基であり、さらに好ましくは1以上3以下の芳香族アミン残基である。
このような芳香族アミン残基としては、例えば、アニリン残基、2,4-トリレンジアミン残基、2,6-トリレンジアミン残基、2,4’-ジフェニルメタンジアミン残基、4,4’-ジフェニルメタンジアミン残基、ポリフェニレンポリアミン残基、1,5-ナフタレンジアミン残基、トリジンジアミン残基、キシリレンジアミン残基、1,3-フェニレンジアミン残基、1,4-フェニレンジアミン残基、ならびに、これらの2種以上の混合残基などが挙げられ、好ましくは原料の入手が容易であり良好な硬化性、引張破断強度を発現しやすい2,4-トリレンジアミン残基、2,6-トリレンジアミン残基、ならびにこれらの2種以上の混合残基である。
1分子中に芳香族アミン残基を含有するポリオール(B)は、一般にトリレンジアミンやジフェニルメタンジアミンなどの芳香族アミンを開始剤としてアルキレンオキシドを開環重合することにより得られるが、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエタノールアミン、ジエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール等の芳香族アミン残基を含まない低粘度の活性水素化合物を開始剤に併用して合成されることがあり、上記残基を有する成分を含んでいてもよい。
例えば、通常、トリレンジアミン開始ポリオールの水酸基数は4、アニリン開始ポリオールの水酸基数は2であるが、トリレンジアミン残基又はアニリン残基を含まない開始剤の併用やアルキレンオキシドが付加しなかったアミノ基の残存等により水酸基数が低下することがある。
市販の芳香族アミン残基を含むポリオールとしては、ハンツマン製JEFFOLAD-310(公称官能基数3.2、水酸基価310)、JEFFOLAD-500(公称官能基数3.2、水酸基価360)、東邦化学工業製トーホーポリオールAB-250(公称官能基数2.0、水酸基価440)、東邦化学工業社製AR-2589(公称官能基数4.0、水酸基価360)、東邦化学工業社製AR-750(公称官能基数4.0、水酸基価300)などが挙げられ、好適に使用できる。
ポリオール(B)は、2種類以上組み合わせて用いてもよく、特に限定されない。例えば、オキシテトラメチレン残基を有するポリオールと炭素数6以上の糖残基を含有するポリオールの組み合わせ、オキシテトラメチレン残基を有するポリオールと芳香族アミン残基を有するポリオールの組み合わせ、炭素数6以上の糖残基を含有するポリオールと芳香族アミン残基を有するポリオールの組み合わせ、ポリエステル残基を有するポリオールとオキシテトラメチレン残基を有するポリオールの組み合わせなどが挙げられ、上記3種以上を組み合わせてもよい。
ポリオレフィン残基を有するポリオールとしては、例えば、ブタジエンやイソプレンなどの炭素数4~12個のジオレフィン類の重合体および共重合体、炭素数4~12のジオレフィンと炭素数2~22のα-オレフィン類の共重合体のうち、水酸基を含有している化合物等が挙げられる。水酸基を含有させる方法としては、特に限定されないが、例えば、ジエンモノマーを過酸化水素と反応させる方法がある。さらに、残存する二重結合を水素添加することで、飽和脂肪族化してもよい。なかでも、より高いウレタン強度が発現しやすく入手も容易であるため、ポリブタジエンポリオールやポリイソブチレンポリオール、ポリイソプレンポリオール等が好適に使用できる。
アクリル残基を有するポリオールとしては、水酸基を有するアクリル樹脂等が挙げられ、特に限定されないが、例えば、ヒドロキシエチルアクリレートやヒドロキシブチルアクリレート、その他種々のアクリル酸エステルを重合または共重合すること等により得られ、好適に使用できる。特に限定されないが、なかでも、成形性に優れ高い耐久性を発現しやすいため水酸基を有するアクリルオリゴマーが好適に使用でき、例えば、東亜合成社製ARUFON-UHシリーズ等が挙げられる。
<その他ポリオール、モノオール(C)>
ウレタン形成性組成物(G)は、特に限定されないが、硬化性や塗工性の向上、得られるウレタン硬化物の所望の特性向上、ポリオールの活性水素基の総量に対するポリイソシアネート(F)のNCO基比率の調整等のため、例示したポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)、ポリイソシアネート(F)に加えて、その他ポリオール、モノオール(C)を含んでいてもよい。
<その他ポリオール、モノオール(C)>
ウレタン形成性組成物(G)は、特に限定されないが、硬化性や塗工性の向上、得られるウレタン硬化物の所望の特性向上、ポリオールの活性水素基の総量に対するポリイソシアネート(F)のNCO基比率の調整等のため、例示したポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)、ポリイソシアネート(F)に加えて、その他ポリオール、モノオール(C)を含んでいてもよい。
その他ポリオール、モノオール(C)としては、プレポリマーの透明性や諸物性を損なわないものを適宜選択することができ、特に限定されないが、例えば、ポリカーボネートポリオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、ポリエステルポリオール、マンニッヒポリオール、シュークローズポリオール、脂肪族ジアミンポリオール、ポリエチレングリコール、ポリカプロラクトンポリオール、フッ素化ポリオール、シリコーン含有ポリオール、リン系ポリオール等の市販されているポリオール類、ポリオキシアルキレングリコールモノアルキルエーテル、ポリオキシアルキレングリコールモノアルケニルエーテル、ポリオキシアルキレングリコールモノフェニルエーテル、シリコーン含有モノオール等のモノオール類、シクロヘキサンジメタノール、テトラエチレングリコール、トリプロピレングリコール、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル等の低分子量有機化合物等が挙げられる。
なかでも、塗工機などで塗工する際の塗工性が特に優れるために、ポリオキシアルキレングリコールモノアルキルエーテル、ポリオキシアルキレングリコールモノアルケニルエーテル、ポリオキシアルキレングリコールモノフェニルエーテルからなる群から選ばれる1種以上であることが好ましく、なかでも塗工性に優れやすく、高い透明性を維持しつつ、得られるウレタンの汚染性やタック性が低くなりやすいことから、分子量250以上1300以下のポリオキシエチレングリコールモノメチルエーテルを加えることが好ましい。
<ポリイソシアネート(F)>
ウレタン形成性組成物(G)に用いるポリイソシアネート(F)は、アロファネート構造を含み、且つゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲であるポリイソシアネート(F)がアロファネート構造を含まない場合やポリイソシアネート(F)の平均のイソシアネート官能基数が3.19を超える場合、アロファネート基に由来するダングリング鎖等による被着体への濡れ性向上効果や所望の相溶性が得られず、濡れ性が不十分で張り合わせ時の生産性が低く使用が困難であり、平均のイソシアネート官能基数が2.01未満の場合、柔軟となりすぎて低タック性を発現せず硬化性にも劣るため使用が困難である。
ウレタン形成性組成物(G)に用いるポリイソシアネート(F)は、アロファネート構造を含み、且つゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲であるポリイソシアネート(F)がアロファネート構造を含まない場合やポリイソシアネート(F)の平均のイソシアネート官能基数が3.19を超える場合、アロファネート基に由来するダングリング鎖等による被着体への濡れ性向上効果や所望の相溶性が得られず、濡れ性が不十分で張り合わせ時の生産性が低く使用が困難であり、平均のイソシアネート官能基数が2.01未満の場合、柔軟となりすぎて低タック性を発現せず硬化性にも劣るため使用が困難である。
アロファネート構造としては、特に限定されないが、例えば、下記化学式(1)に示される構造が挙げられ、好適に含まれる。
[前記化学式(1)中のR1は、モノオール残基またはポリオール残基である。]
また、前記化学式(1)中のR1がポリオール残基の場合、特に限定されないが、例えば、下記化学式(2)に示される構造が挙げられ、好適に含まれる。
また、前記化学式(1)中のR1がポリオール残基の場合、特に限定されないが、例えば、下記化学式(2)に示される構造が挙げられ、好適に含まれる。
[前記化学式(2)中のR1はポリオール残基であり、通常ポリオールからn価の水酸基を除いた構造で、前記nは通常2~100の範囲である。]
ポリイソシアネート(F)中に含まれることがより好ましいアロファネート構造としては、下記化学式(3)に示される構造が挙げられ、当該構造を含むことでより良好な透明性を発現しやすい。
ポリイソシアネート(F)中に含まれることがより好ましいアロファネート構造としては、下記化学式(3)に示される構造が挙げられ、当該構造を含むことでより良好な透明性を発現しやすい。
[前記化学式(3)中のR1はモノオール残基またはポリオール残基であり、モノオールまたはポリオールから水酸基を除いた残基である。R2、R3はポリイソシアネートの残基で、ポリイソシアネートからNCO基を除いた残基であり、R2とR3は同一でも異なっていてもよい。また、複数のR2、R3がある場合、それぞれ同一でも異なっていてもよく特に限定されない。前記nは、通常1~100の範囲である。]
化学式(3)中のR1は、より相溶性に優れやすいことから、炭素数1~50のモノオール残基またはポリオール残基であることが好ましく、更に好ましくは炭素数2~30のモノオール残基またはポリオール残基であり、最も好ましくは顕著に相溶性に優れやすいことから炭素数2~30の飽和炭化水素残基を有するモノオール残基またはポリオール残基である。
化学式(3)中のR1は、より相溶性に優れやすいことから、炭素数1~50のモノオール残基またはポリオール残基であることが好ましく、更に好ましくは炭素数2~30のモノオール残基またはポリオール残基であり、最も好ましくは顕著に相溶性に優れやすいことから炭素数2~30の飽和炭化水素残基を有するモノオール残基またはポリオール残基である。
化学式(3)中のR2、R3は、汎用性が高く良好な物性を発現しやすいことから、芳香族イソシアネート残基、脂肪族イソシアネート残基、脂環族イソシアネート残基、またはこれらのイソシアネートの変性体の残基、の何れか1種以上であることが好ましく、更に好ましくは透明性に優れやすいことから脂肪族イソシアネート残基、脂環族イソシアネート残基、またはこれらのイソシアネートの変性体の残基の何れか1種以上であり、最も好ましくは、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、これらのイソシアネートのアロファネート変性体及び/又はイソシアヌレート変性体の残基の何れか1種以上である。
化学式(3)中のnは、運動性が高くなってより濡れ性に優れやすいことから、1~10の範囲であることが好ましく、更に好ましくは1~2の範囲の整数(R1がモノオール残基、又はジオール残基)であり、最も好ましくはn=1(R1がモノオール残基)である。
ポリイソシアネート(F)は、アロファネート構造に加えてその他の変性構造を含んでいてもよい。特に限定されないが、好ましくはトリメチロールプロパンやポリオキシテトラメチレングリコール等のポリオールやポリエチレングリコールモノアルキルエーテル等のモノオールによるウレタン変性やポリアミン等によるウレア変性、カルボジイミド変性、ウレトジオン変性、イソシアヌレート変性、等が挙げられる。
なかでも、良好な濡れ性を保持しつつ、より高い硬化性と低タック性を発現しやすいため、ポリイソシアネート(F)中にアロファネート構造とヌレート構造を含むことが好ましい。なお一分子中に両構造を含むポリイソシアネート(F)を用いることがより好ましいが、特に限定されず、ポリイソシアネート(F)全体中にアロファネート構造とヌレート構造を含んでいれば好適に使用できる。即ち、アロファネート化とヌレート化を協奏的に進行して変性する等により両構造を含むポリイソシアネート(F)を用いても、アロファネート構造を有するポリイソシアネートとヌレート構造を含むポリイソシアネートを混合する等により両成分を含むポリイソシアネート(F)を用いてもよく、共に良好な濡れ性と高硬化性を発現しやすい。
好ましいポリイソシアネート(F)中のアロファネート構造とヌレート構造のモル比率としては、より濡れ性と低タック性を両立しやすいことから、10/90~90/10の範囲であり、更に好ましくは15/85~70/30の範囲であり、最も好ましくは20/80~50/50の範囲である。
ポリイソシアネート(F)には、2種類以上のポリイソシアネートを用いてもよく、複数のポリイソシアネートを用いる場合、原料のいずれか1種以上にアロファネート構造を含んでいればよく、ポリイソシアネート全体の平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲であれば特に限定されない。なお、ポリイソシアネート(F)の全体の平均のイソシアネート官能基数やアロファネート構造の有無は、得られたポリウレタン硬化物を必要に応じて分解し、イソシアネート留分等の構造解析等により求めてもよい。ポリイソシアネート(F)の平均のイソシアネート官能基数の算出方法としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により算出したポリイソシアネートの数平均分子量とイソシアネート含量(イソシアネート基濃度)を用い、下記の式により算出した。
イソシアネート官能基数=(ポリイソシアネート数平均分子量×イソシアネート基濃度)/(42×100)
また複数のポリイソシアネートを用いる場合、各原料の使用量と各原料の平均のイソシアネート官能基数、ポリイソシアネート数平均分子量よりポリイソシアネート(F)全体の平均のイソシアネート官能基数を求めてもよい。
また複数のポリイソシアネートを用いる場合、各原料の使用量と各原料の平均のイソシアネート官能基数、ポリイソシアネート数平均分子量よりポリイソシアネート(F)全体の平均のイソシアネート官能基数を求めてもよい。
ポリイソシアネート(F)のゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数は、高い強度と濡れ性をより両立しやすいことから2.10~2.99の範囲であることが好ましく、より好ましくは2.20~2.90の範囲であり、更に好ましくは2.30~2.80の範囲であり、最も好ましくは2.40~2.70の範囲である。
ポリイソシアネート(F)中のイソシアネート含量としては、適度な粘度を有しハンドリング性に優れ、高い強度や濡れ性を発現する変性構造を含みやすいことから、1~50重量%の範囲であることが好ましく、更に好ましくは5~30重量%の範囲であり、最も好ましくは12~19重量%の範囲である。なお、ポリイソシアネート(F)中のイソシアネート含量は、常法に従い、過剰のジブチルアミンを用いてイソシアネート基を消費し、アミン残分を塩酸による滴定を行う逆滴定法により算出し、本値を平均官能基数の算出に用いた。
ポリイソシアネート(F)としては、例えば、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、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、1,5-ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、1,6,11-ウンデカントリイソシアネート、1,8-ジイソシアネート-4-イソシアネートメチルオクタン、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、および、これらとポリアルキレンオキシドとが反応することで得られる変性イソシアネート、ならびに、これらの2種以上の混合物が挙げられる。更に、これらのイソシアネートにウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、イソシアヌレート基、アミド基、イミド基、ウレトンイミン基、ウレトジオン基又はオキサゾリドン基を含む変性物やポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(ポリメリックMDI)等の縮合体が挙げられる。
これらの中でも、生産性に優れ、高透明で着色の少ないウレタン形成性組成物(G)およびそれを用いた高透明で着色の少ないウレタン硬化物を得やすいために、脂肪族イソシアネート、脂環式イソシアネート、またはこれらの変性体が好ましく、例えば、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、脂肪族イソシアネート含有のプレポリマー、脂環式イソシアネートの含有プレポリマー、または、これらのイソシアネートのウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、イソシアヌレート基、アミド基、イミド基、ウレトンイミン基、ウレトジオン基もしくはオキサゾリドン基含有変性物がより好ましい。これらのイソシアネートは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
なかでも、反応性が高く、生産性が良好であり、ウレタンプレポリマー(E)の粘度の経時での上昇が少なく貯蔵安定性に優れるため、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネートやこれらの変性体を用いることが好ましい。また、反応性が異なる1級NCO基と2級NCO基を有し、連鎖反応による高分子量化を抑制しやすく塗工性、粘度に優れやすく、ウレタン形成性組成物およびそれを用いて得られるウレタン硬化物の透明性がより顕著に良好となりやすいため、イソホロンジイソシアネートを用いることも好ましい。したがって、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネートやこれらの変性体、イソホロンジイソシアネートから選ばれるいずれか1種以上であることが好ましい。
ウレタン形成性組成物(G)中のポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)の一部/又は全部をプレポリマー化して用いる場合等では、特に限定されないが、プレポリマー鎖延長に用いるポリイソシアネート(F1)とプレポリマー同士の架橋に用いるポリイソシアネート(F2)等に分けることができ、同一でも異なっていてもよく、いずれか1種以上にアロファネート構造を含むことが好ましい。またポリイソシアネート(F1)とポリイソシアネート(F2)等を用いる場合、それぞれの平均イソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲であってもよいが、いずれか1種以上が平均イソシアネート官能基数2.01以上であり、全体の平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲であればよい。また、鎖延長に用いるポリイソシアネート(F1)の官能基数が低めであるとより良好なハンドリング性を発現し、架橋に用いるポリイソシアネート(F2)の官能基数が高めであると高い硬化性を発現して、両特性をより両立しやすいため、ポリイソシアネート(F2)の平均官能基数が2.01~3.19の範囲で且つポリイソシアネート(F1)の平均官能基数が2.00~2.90の範囲であり、全体の平均のイソシアネート官能基数が2.10~2.99の範囲であることがより好ましい。
なかでも、良好なハンドリング性を維持しつつ、架橋時に顕著に良好な硬化性を発現して、両特性をより高いレベルで発現しやすいため、鎖延長に用いるポリイソシアネート(F1)の官能基数が架橋に用いるポリイソシアネート(F2)より低いことが好ましい。
ポリイソシアネート(F1)、ポリイソシアネート(F2)に用いるポリイソシアネートとしては、いずれもポリイソシアネート(F)の項で例示したポリイソシアネートが挙げられ、好適に使用できる。
なかでも、鎖延長に用いるポリイソシアネート(F1)としては、特に限定されないが、プレポリマー形成時にゲル化しにくく、構造を制御しやすいため、2官能のポリイソシアネートを含むことが好ましく、更に好ましくは1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、これらのアロファネート変性体から選ばれるいずれか1種以上を含むことであり、最も好ましくはポリイソシアネート(F1)中に1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、これらのアロファネート変性体から選ばれるいずれか1種以上を70~100モル%の範囲で含むことである。
ポリイソシアネート(F1)の平均イソシアネート官能基数としては、特に限定されないが、プレポリマー形成時にゲル化しにくく、構造を制御しやすいため、2.0~2.9の範囲であることが好ましく、更に好ましくは2.0~2.6の範囲であり、最も好ましくは2.0~2.3の範囲である。
ポリイソシアネート(F1)中のイソシアネート含量としては、プレポリマーがゲル化しにくくハンドリング性に優れ、適度な粘度で設計しやすいことから、1~50重量%の範囲であることが好ましく、更に好ましくは5~50重量%の範囲であり、最も好ましくは15~50重量%の範囲である。
プレポリマー同士の架橋に用いるポリイソシアネート(F2)としては、特に限定されないが、架橋反応時の硬化性が向上し、より低タックで強度の高いウレタン硬化物を得やすいため、3官能以上のポリイソシアネートを含むことが好ましい。なかでも、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート変性体、イソホロンジイソシアネートのイソシアヌレート変性体から選ばれるいずれか1種以上を含むことが好ましく、更に好ましくは、高い硬化性と低タック性を維持しつつ顕著に良好な濡れ性を発現しやすいため、ポリイソシアネート(F2)中に1,6-ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート変性体、イソホロンジイソシアネートのイソシアヌレート変性体から選ばれるいずれか1種以上を10~90モル%の範囲で含み、且つ1,6-ヘキサメチレンジイソシアネートのアロファネート変性体、イソホロンジイソシアネートのアロファネート変性体から選ばれるいずれか1種以上を10~90モル%の範囲で含むことであり、最も好ましくは、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート変性体を30~85モル%の範囲で含み、且つ1,6-ヘキサメチレンジイソシアネートのアロファネート変性体を15~70モル%の範囲で含むことである。
ポリイソシアネート(F2)の平均イソシアネート官能基数としては、特に限定されないが、架橋反応時の硬化性が向上し、より低タックで強度の高いウレタン硬化物を得やすいため、2.01~3.19の範囲であることが好ましく、更に好ましくは2.2~2.99の範囲であり、最も好ましくは2.4~2.89の範囲である。なお、通常用いられるアロファネート構造を実質含まないイソシアヌレート架橋剤(例えば、東ソー社製コロネートHX、コロネートHXR、コロネートHXLV、コロネートHK)は3官能のトリマー構造に加えて、4官能のペンタマーや5官能以上のオリゴマーを含むため、一般に3官能を超えるものであり、通常3.2官能以上である。また同様にトリメチロールプロパンを用いたウレタン変性イソシアネート架橋剤も3官能体に加えて、イソシアネートを介して連鎖した4官能体以上の構造を含むため、一般に3官能を超えるものであり、通常3.2官能以上である。
ポリイソシアネート(F2)中のイソシアネート含量としては、ウレタン形成性組成物が適度な粘度を有して塗工性に優れてハジキ等の外観不良が発生しにくく、且つ変性構造を多く導入でき、より高い硬化性や濡れ性を発現しやすいことから、1~50重量%の範囲であることが好ましく、更に好ましくは5~30重量%の範囲であり、最も好ましくは10~19重量%の範囲である。
ポリイソシアネート(F2)の粘度は、特に限定されないが、150~1900mPa・sの範囲であることが好ましい。アロファネート基のみを変性構造に有する2官能のポリイソシアネートは、通常150mPa・s未満と粘度が低めで、ウレタン形成性組成物が流動して硬化・乾燥時のハジキ等により成形性に劣る場合があり、イソシアヌレート基のみを変性構造に有する3.2官能を超える汎用のポリイソシアネートは通常1900mPa・s超と粘度が高めで、ウレタン形成性組成物の塗工時に成形性に劣りやすくなる場合があるため、前記粘度の範囲のポリイソシアネート(F2)を用いることでより良好な成形性のウレタン形成性組成物(G)を得やすく、好ましい。
なかでも、適度な粘度を有し、より成形性に優れやすくなることから、ポリイソシアネート(F2)の粘度は、250~1500mPa・sの範囲であることが好ましく、更に好ましくは350~1300mPa・sの範囲であり、最も好ましくは400~1200mPa・sの範囲である。特に本発明では、アロファネート基を変性構造に含むことから、ウレタン形成性組成物の相溶性に優れ、透明となりやすいが、上記範囲の粘度でイソシアネート(F2)を設計することで、より透明性や成形性を高めつつ、高い硬化性を発現しやすいため好ましい。
<ウレタンプレポリマー(E)>
ウレタン形成性組成物(G)中のポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)は、ウレタンプレポリマー(E)を形成していてもよく、特に限定されないが、適度な粘度で成形性に優れやすくなるためウレタンプレポリマー(E)を形成していることが好ましい。
<ウレタンプレポリマー(E)>
ウレタン形成性組成物(G)中のポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)は、ウレタンプレポリマー(E)を形成していてもよく、特に限定されないが、適度な粘度で成形性に優れやすくなるためウレタンプレポリマー(E)を形成していることが好ましい。
前記ウレタンプレポリマー(E)は、特に限定されないが、より良好な濡れ性と高い強度を両立しやすいことから、分子量2500以上のポリアルキレンオキシド(A)と分子量2500未満のポリオール(B)、ポリイソシアネート(F1)の反応物を含むことが好ましい。
ウレタンプレポリマー(E)中の好ましいポリアルキレンオキシド(A)残基とポリオール(B)残基の含有率の重量比率としては、ポリアルキレンオキシド(A)残基/ポリオール(B)残基が90/10~10/90の範囲であることが好ましく、更に好ましくは80/20~20/80の範囲であり、最も好ましくは70/30~35/65の範囲である。
ウレタンプレポリマー(E)を形成する場合のウレタンプレポリマー(E)の製造方法としては、特に限定されないが、ポリオール成分の活性水素基の総量に対するポリイソシアネート成分のNCO基の総量のモル比率(NCO/OHモル比)が0.05~0.70の割合となる量比で混合し、活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を製造することをが好ましい。また、事前にNCO基末端のウレタンプレポリマーを形成後、新たにポリオール成分を付加して活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を形成する場合、全原料の活性水素基の総量に対する全原料のポリイソシアネート基の総量のモル比率(全NCO/全OHモル比)が0.05~0.70の割合となる量比で混合することが好ましい。
全原料のNCO/OH比が0.05~0.70の割合となる量比で混合することで、水酸基末端となり、かつ適度な粘度を有し、より良好な塗工性のウレタンプレポリマー(E)およびより高透明のウレタン硬化物を安定的に形成しやすい。
なかでも、ゲル化や高粘度化を抑制しつつ適度な粘度を有してよりハンドリング性に優れ、ウレタンプレポリマー(E)中に未反応のポリオールの残存量が少なくなってウレタンプレポリマー(E)およびウレタン硬化物がより高透明で外観に優れやすく、強度や低タック性をより顕著に発現しやすいため、最終のNCO/OH比が0.10~0.60の割合となる量比で混合することが好ましく、更に好ましくは0.15~0.50の範囲である。
また中間体としてNCO基末端のウレタンプレポリマーを経る場合、ポリオール成分の活性水素基の総量に対するポリイソシアネート成分のNCO基の比率(NCO/OH比)が1.30~5.00の割合となる量比で混合することが好ましい。NCO/OH比が1.30~5.00の割合となる量比で混合することで、ゲル化しにくくかつ適度な粘度を有してハンドリング性が良好となりやすく、得られるウレタン硬化物の透明性がより向上しやすい。なかでも、NCO基末端のウレタンプレポリマーを経る場合のポリオール成分の活性水素基の総量に対するポリイソシアネート成分のNCO基の比率(NCO/OH比)が1.60~4.40の範囲であることが好ましく、更に好ましくは1.90~3.60の範囲である。
ウレタンプレポリマー(E)を形成する場合、炭素数3以上のアルキレンオキシド残基を含有することが好ましい。炭素数3以上のアルキレンオキシド残基を含むことで、得られるウレタン硬化物の強度が上昇しやすく、貯蔵安定性やハンドリング性が向上しやすい。また炭素数3以上のアルキレンオキシド残基を含むことで、炭素数2のアルキレンオキシド残基のみを含む場合と比較して結晶性が低下しやすく、ウレタンプレポリマー(E)および得られるウレタン硬化物の透明性やウレタンプレポリマー(E)の貯蔵安定性、ハンドリング性が向上しやすい。
炭素数が3以上のアルキレンオキシド残基として特に限定されず、例えば、炭素数3~20のアルキレンオキシド残基を挙げることができる。具体的には、プロピレンオキシド残基、1,2-ブチレンオキシド残基、2,3-ブチレンオキシド残基、イソブチレンオキシド残基、ブタジエンモノオキシド残基、ペンテンオキシド残基、スチレンオキシド残基、シクロヘキセンオキシド残基等が挙げられる。これらのアルキレンオキシド残基の中でも、原料のポリアルキレンオキシドの入手が容易で、且つ結晶性が低く適度な粘度で液状のウレタンプレポリマー(E)を製造しやすく工業的価値も高いことから、プロピレンオキシド残基が好ましい。
また、炭素数が3以上のアルキレンオキシド残基として、単一のアルキレンオキシド残基のみを含んでいてもよく、2種類以上のアルキレンオキシド残基を含んでいてもよい。なお、2種以上をアルキレンオキシド残基が含まれる場合は、例えば、1種のアルキレンオキシド残基が連鎖的に繋がったものに、それ以外のアルキレンオキシド残基が連鎖的に繋がったものであってもよく、2種以上のアルキレンオキシド残基がランダムに繋がったものでもよい。さらに、炭素数が3以上のアルキレンオキシド残基を含んでいればよく、これに加えて、炭素数2のエチレンオキシド残基を含んでいてもよい。炭素数2のエチレンオキシド残基を含んでいる場合のその含有量は特に限定されないが、液の流動性が優れやすく且つ高い塗工性を発現しやすいため炭素数3以上のアルキレンオキシド残基と炭素数2のエチレンオキシド残基の重量比(炭素数3以上のアルキレンオキシド残基/炭素数2のエチレンオキシド残基)が10/90~99.9/0.1の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは30/70~99.7/0.3の範囲であり、最も好ましくは50/50~99.5/0.5の範囲である。炭素数2のエチレンオキシド残基を含んでいる場合、特に限定されないが、塗工性が良くなりやすいためポリオキシエチレングリコールモノアルキルエーテル残基等の炭素数2のエチレンオキシド残基の連鎖構造を有していることが好ましい。
ウレタンプレポリマー(E)に含まれることが好ましい炭素数3以上のアルキレンオキシド残基の含有量としては、特に限定されないが、良好な塗工性と高い透明性を発現しやすいため30重量%以上99重量%以下であることが好ましく、更に好ましくはより高い透明性と高い強度を両立しやすいことから、50重量%以上95重量%以下の範囲であり、最も好ましくは70重量%以上90重量%以下の範囲である。当該含有量はNMR法またはコリッシュ分解による解析等により算出できるが、原料が分かっている場合、添加量や原料構造より計算してもよい。
ウレタンプレポリマー(E)は、アルキレンオキシド残基に加えて、ポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基、アクリル残基、ポリオレフィン残基からなる群から選ばれる1種以上の残基を有することが好ましい。アルキレンオキシド残基と比較して剛直な前述する残基を含むことで、ウレタンプレポリマー(E)および得られるウレタン硬化物の強度が向上し、軽剥離性や耐久性など強度に係る物性が顕著に良好となり、ウレタンプレポリマーの硬化性も向上して良好な生産性を発現する。即ち剛直な骨格である前述する残基を有することで、ウレタンプレポリマーの硬化性、得られるウレタン硬化物の強度が向上する。
ウレタンプレポリマー(E)に含まれることが好ましい、ポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基、アクリル残基、ポリオレフィン残基からなる群から選ばれる1種以上の残基の含有量は特に限定されないが、高い強度を発現しやすいため0.5重量%以上55重量%以下であることが好ましく、更に好ましくはより高い強度と硬化物のハンドリング性を両立しやすいことから、1重量%以上35重量%以下の範囲であり、最も好ましくは3重量%以上15重量%以下の範囲である。当該含有量はNMR法またはコリッシュ分解による解析等により算出できるが、原料が分かっている場合、水酸基価より算出したポリアルキレンオキシドの分子量と公称の開始剤構造、添加量より計算してもよい。
ウレタンプレポリマー(E)に含まれることが好ましい、ポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基、アクリル残基、ポリオレフィン残基からなる群から選ばれる1種以上の残基としては、剛直な前記残基を有するポリオール(B)の項で例示したポリオールに含まれる残基が好ましい残基として挙げられ、これらの原料組成も同様に好ましい構造として例示できる。なかでも良好な流動性を発現して成形性や濡れ性に優れやすく、また硬度や強度が高くなってウレタン物性に優れやすいため、ポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基からなる群より選ばれる1種以上の残基を有することが更に好ましく、最も好ましくは芳香族アミン残基である。
ウレタンプレポリマー(E)に含まれることが好ましい剛直な前記残基のプレポリマー中の導入箇所は、分子内部でも分子末端でもよく、特に限定されないが、相溶性に優れやすくより高透明となりやすいことから剛直な前記残基を有するポリオール構造またはその残基を分子末端に有することが好ましい。このようなウレタンプレポリマー(E)の製造方法は、特に限定されないが、例えば、併用するポリアルキレンオキシド(A)とポリイソシアネート(F)とでNCO基末端のプレポリマーを形成後、剛直な前記残基を有するポリオール(B)を反応する等多段反応における後段で使用する製造方法や、剛直な前記残基を有するポリオール(B)に対して併用するポリアルキレンオキシド(A)に1級水酸基やアミノ基など高反応性の活性水素基を導入して反応性を向上し、剛直な前記残基を有するポリオール(B)を反応後半で付加しやすくする設計等により、分子末端付近に導入する方法等により得られやすく好ましい。
ウレタンプレポリマー(E)を形成する場合、ポリイソシアネート残基を含む。ポリイソシアネート残基としては、イソシアネート残基の平均官能基数が2.0以上であることが好ましいが、特に限定されるものではない。ポリイソシアネート残基の構造としては、特に限定されないが、例えば、ポリイソシアネート(F)の項で例示したポリイソシアネート(F)の残基が好ましい残基として挙げられ、これらの原料組成も同様に好ましい構造として例示できる。なかでも鎖延長に用いるポリイソシアネート(F1)として例示したポリイソシアネート(F1)の残基が好ましい残基として挙げられ、これらの原料組成も同様に好ましい構造として例示できる。具体的には、例えば、2官能のポリイソシアネートの残基を含むことが好ましく、更に好ましくは1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、これらのアロファネート変性体から選ばれるいずれか1種以上の残基を含むことであり、最も好ましくはポリイソシアネート残基中に1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、これらのアロファネート変性体から選ばれるいずれか1種以上の残基を70~100モル%の範囲で含むことである。ポリイソシアネート残基の元の平均イソシアネート官能基数としては、特に限定されないが、プレポリマー形成時にゲル化しにくく、構造を制御しやすいため、2.0~2.9の範囲であることが好ましく、更に好ましくは2.0~2.6の範囲であり、最も好ましくは2.0~2.3の範囲である。
ウレタンプレポリマー(E)に含まれるポリイソシアネート残基の含有量は特に限定されないが、高い強度を発現しやすいため0.5重量%以上30重量%以下であることが好ましく、更に好ましくはより高い透明性と高い強度を両立しやすいことから、2重量%以上20重量%以下の範囲であり、最も好ましくは4重量%以上12重量%以下の範囲である。当該含有量はNMR法またはコリッシュ分解による解析等により算出できるが、原料が分かっている場合、添加量より計算してもよい。
ウレタンプレポリマー(E)は、必須成分として例示した炭素数3以上のアルキレンオキシド残基、ポリイソシアネート残基、並びに含まれることが好ましい残基として例示したポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基、アクリル残基、ポリオレフィン残基からなる群から選ばれる1種以上の残基、炭素数2のエチレンオキシド残基に加えて、その他の残基を含有してもよい。たとえば、特に限定されないが、カーボネート残基、オキセタン残基、カプロラクトン残基、アルキルエーテル残基、マンニッヒポリオール残基、シリコーン残基、フッ素残基、リン酸エステル残基、脂肪族アミン残基、イミン残基、4級アンモニウム残基、イソシアヌレート残基等が挙げられ、好適に含むことができる。なかでも、ウレタンプレポリマー(E)がより高い硬化性と良好な塗工性を発現して高強度のウレタン硬化物を得やすいことから、アルキルエーテル残基を含むことが好ましい。例示した残基を含む場合のその含有量は、特に限定されないが、高い硬化性と塗工性を両立しやすいことから0.01重量%~70重量%の範囲であることが好ましく、更に好ましくは0.1重量%~50重量%の範囲であり、最も好ましくは0.5重量%~20重量%の範囲である。
また、ウレタンプレポリマー(E)は、使用するポリアルキレンオキシド中に不飽和基を有するモノオール構造を含む場合があり、その残基である不飽和基を含む場合がある。
ウレタンプレポリマー(E)は、不飽和モノオールが少ないポリアルキレンオキシドの使用有無によらず高い硬化性を示すため、特に限定されず使用する原料により異なるが、より高い硬化性を示しやすいことから不飽和基の含有量は、0.0001meq/g~100meq/gの範囲であることが好ましい。実質的に反応性基として作用可能なウレタンアクリレート基やウレタンメタクリレート基などの高反応性の不飽和基を有さない場合、より高い硬化性を示しやすいことから不飽和基の含有量は0.0003meq/g~0.050meq/gの範囲であることが好ましく、更に好ましくは0.0005meq/g~0.010meq/gの範囲であり、最も好ましくは0.0007meq/g~0.002meq/gの範囲である。不飽和基の含有量はNMR法等種々の解析方法で解析することができる。
ウレタンプレポリマー(E)の分子量は、特に限定されないが、ハンドリング性がより良好となりやすいことからゲルパーミエーションクロマトグラフィー法により測定した重量平均分子量が2500以上500000以下の範囲であることが好ましく、5000以上200000以下の範囲であることが更に好ましく、10000以上100000以下の範囲であることが好ましい。
ウレタンプレポリマー(E)に芳香族アミン残基を含む場合の芳香族アミン残基の構造は特には限定されないが、好ましくは1分子中の芳香環数が1以上20以下の芳香族アミン残基であり、さらに好ましくは芳香環数が1以上3以下の芳香族アミン残基である。このような芳香族アミン残基としては、例えば、アニリン残基、2,4-トリレンジアミン残基、2,6-トリレンジアミン残基、2,2’-ジフェニルメタンジアミン残基、2,4’-ジフェニルメタンジアミン残基、4,4’-ジフェニルメタンジアミン残基、ポリフェニレンポリアミン残基、1,5-ナフタレンジアミン残基、トリジンジアミン残基、キシリレンジアミン残基、1,3-フェニレンジアミン残基、1,4-フェニレンジアミン残基、ならびに、これらの2種以上の残基などが挙げられ、好ましくは原料の入手が容易であり良好な硬化性、高い強度を発現しやすい2,4-トリレンジアミン残基、2,6-トリレンジアミン残基、ならびにこれらの2種以上の残基である。芳香族アミン残基の構造はMALDI-TOF-MS等により解析することができる。
ウレタンプレポリマー(E)に含まれることが好ましい芳香族アミン残基は、通常、末端や分子内部に芳香族アミンや芳香族アミンポリオールを付加することで得られるが、相溶性に優れやすくより高透明となりやすいことから芳香族アミン残基を有するポリオール構造またはその残基を含んでいることが好ましい。芳香族アミン残基を有するポリオール構造またはその残基の含有量としては、顕著に高い強度を発現しやすく、塗工性も高くなりやすいことから、5~70重量%含むことが好ましく、さらに好ましくは10~55重量%の範囲であり、最も好ましくは20~50重量%の範囲である。芳香族アミン残基を有するポリオール構造またはその残基の含有量は、アルカリ分解やコリッシュ分解等による解析により算出することができるが、原料が分かっている場合、添加量より計算してもよい。
ウレタンプレポリマー(E)は、必要に応じて粘度の低減や硬化収縮の抑制、塗工性の改良、等を目的に、溶剤をウレタンプレポリマー形成前または形成後に用いてウレタンプレポリマー溶液としたり、触媒や添加剤を用いてウレタンプレポリマー組成物やウレタンプレポリマー組成物溶液として使用してもよく、好ましい。
<ポリウレタン(H)、ウレタン塗膜の製造方法>
ウレタン形成性組成物(G)は、種々の方法によって反応させ、硬化(固化)することでポリウレタン(H)を製造することができる。ポリウレタン(H)の製造方法としては特に限定されないが、例えば、ウレタン形成性組成物(G)を含む組成物を、必要に応じて、ウレタン化触媒、溶剤、酸化防止剤、光安定化剤、鎖延長剤、架橋剤、その他添加剤等の存在下、常温または150℃以下の高温でウレタン化反応、ウレア化反応、必要に応じて乾燥を進めることによって製造することができる。
<ポリウレタン(H)、ウレタン塗膜の製造方法>
ウレタン形成性組成物(G)は、種々の方法によって反応させ、硬化(固化)することでポリウレタン(H)を製造することができる。ポリウレタン(H)の製造方法としては特に限定されないが、例えば、ウレタン形成性組成物(G)を含む組成物を、必要に応じて、ウレタン化触媒、溶剤、酸化防止剤、光安定化剤、鎖延長剤、架橋剤、その他添加剤等の存在下、常温または150℃以下の高温でウレタン化反応、ウレア化反応、必要に応じて乾燥を進めることによって製造することができる。
ここで、塗工機等で塗工する際の塗工性が顕著に優れることから、均一な厚みのウレタン塗膜を得られるため、特に限定されないが、塗膜を形成し硬化することが好ましく、PETフィルムやCOPフィルム等のベース基材に前記ポリウレタン(H)の塗膜を種々の方法により形成、必要に応じて離型PETや離型紙等の別基材との貼り合わせや成形することで当該ウレタン塗膜を基材上に有するポリウレタンシートを形成できる。また、離型PETや離型紙等の離型性の基材上に塗膜を形成し、必要に応じて離型PETや離型紙等の別基材との貼り合わせや成形することで、両面離型層で内部に当該ウレタン塗膜を有するポリウレタンシートを形成でき、離型層を剥離することで単独の当該ウレタン塗膜からなるポリウレタンシートも形成できる。
なかでも、各原料を混合しウレタン形成性組成物(G)を製造する工程、1~500μmの厚みで基材へ塗工する工程、70~160℃で30秒~10分の条件で乾燥・硬化する工程、を経ることで、高透明でタックの少ないポリウレタン(H)からなるウレタン塗膜を高い生産性で製造することができるため好ましい。さらに好ましくは、硬化性に優れ、高透明でより良好な濡れ性の塗膜が得られやすいことから150μm以下の厚みで塗工する工程を含むことが好ましく、10~100μmの範囲で塗工する工程を含むことが好ましい。
また、ウレタン形成性組成物(G)は特に限定されないが、比較的低粘度で濡れ性が高くなりやすいアロファネート残基を有することから、乾燥時の流動を抑制し硬化を速やかに行うため、80~150℃で1分~30分の範囲で乾燥・硬化することが好ましく、さらに好ましくはよりウレタン塗膜の生産性に優れやすいため110~145℃で2分~10分の範囲で乾燥・硬化することである。
ポリウレタン(H)、ウレタン塗膜の用途は、特に限定されるものでなく、通常のポリウレタンが使用される何れの用途にも使用できるが、機械物性や濡れ性、透明性、粘・接着特性などが要求される用途に特に好適に使用できる。具体的には、建築・土木用シーリング材、建築用弾性接着剤等の接着剤、ガムテープや表面保護フィルム、光学用に代表される各種粘着剤、塗料、エラストマー、塗膜防水材、床材、可塑剤、軟質ポリウレタンフォーム、半硬質ポリウレタンフォーム、硬質ポリウレタンフォーム等の用途が例示され、好適に使用できる。
その中でも、ポリウレタンに対して、機械物性や粘・接着特性の要求が強く、施工性や塗工性が求められることから、シーリング材、塗料、粘着剤、接着剤、エラストマー材料として用いることが特に好ましい。
<ウレタン粘着剤シート>
ウレタン形成性組成物(G)を用いて得られるポリウレタン(H)は、濡れ性と低タック性に優れることから、種々の物品へ張り合わせる際に迅速になじみ、エア抜け性もよいため生産性に優れ、ウレタン粘着剤シートとして特に好適に使用できる。
なかでも、薄膜でも良好な濡れ性を発現しつつ低タック性に優れる特徴的な特性を有することから、一定速度以上の剥離速度で剥離した際の軽剥離性を顕著に発現しやすく、ポリウレタン(H)の層厚みが1~200μmであって、無アルカリガラスに張り付けて2,500mm/minで剥離時の剥離力が0.20N/25mm以下となりやすいため、そのような特性が必要な用途で好適に使用できる。更に、高透明となって視認性に優れやすく、光学用透明PETを基材に有してポリウレタン(H)の層厚みが10~120μmであり、無アルカリガラスに張り付けて2,500mm/minで剥離時の剥離力が0.05N/25mm以下、Hazeが3%以下となりやすいため、そのような特性が必要な用途で特に好適に使用できる。
<ウレタン粘着剤シート>
ウレタン形成性組成物(G)を用いて得られるポリウレタン(H)は、濡れ性と低タック性に優れることから、種々の物品へ張り合わせる際に迅速になじみ、エア抜け性もよいため生産性に優れ、ウレタン粘着剤シートとして特に好適に使用できる。
なかでも、薄膜でも良好な濡れ性を発現しつつ低タック性に優れる特徴的な特性を有することから、一定速度以上の剥離速度で剥離した際の軽剥離性を顕著に発現しやすく、ポリウレタン(H)の層厚みが1~200μmであって、無アルカリガラスに張り付けて2,500mm/minで剥離時の剥離力が0.20N/25mm以下となりやすいため、そのような特性が必要な用途で好適に使用できる。更に、高透明となって視認性に優れやすく、光学用透明PETを基材に有してポリウレタン(H)の層厚みが10~120μmであり、無アルカリガラスに張り付けて2,500mm/minで剥離時の剥離力が0.05N/25mm以下、Hazeが3%以下となりやすいため、そのような特性が必要な用途で特に好適に使用できる。
即ち、良好な濡れ性を発現しつつ低タック性、剥離性に優れ、且つ相溶性にも優れるため、ポリウレタン(H)の層を有する被着体を迅速に形成でき使用後も一定速度以上の剥離速度で剥離する際の剥離性がよいため生産性が良好で、透明性が特徴的に良好となりやすいため、そのような特性が必要な用途で好適に使用できる。
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例により限定して解釈されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例で使用した原料、及び評価方法は以下に示すとおりである。
(ポリオール性状)
実施例及び比較例に用いたポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)、ポリアルキレンオキシド(C)の性状は、以下の方法で求めた。
<不飽和度>
高分子論文集1993,50,2,121-126に記載のNMR法に準拠し、スキャン回数800回で測定した。
NMR測定については重クロロホルムを重溶媒に用い、測定装置はJEOL400MHzNMR ECZSを用いて行った。
<水酸基価と数平均分子量>
JIS-K1557-1に記載の方法に準拠して測定した。また、ポリオール等の水酸基価とポリオール等の1分子中の水酸基数から、数平均分子量を算出した。
<粘度>
粘度は、JIS K-1557-5に記載の方法に準拠して求めた。具体的には、コーン・プレート回転粘度計を用いて、温度25℃、せん断速度0.1(1/s)で測定し、測定装置には、Anton-Paar社製MCR-300を用いた。
(ポリイソシアネート性状)
実施例及び比較例に用いたポリイソシアネート(F2)の性状は、以下の方法で求めた。なお、ポリイソシアネートモノマーである(F1-1)、(F1-2)は、モノマー構造と純度より各性状を求めた。また、混合して使用する場合、混合前の各原料の性状、組成と混合比率により計算した。
(ポリオール性状)
実施例及び比較例に用いたポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)、ポリアルキレンオキシド(C)の性状は、以下の方法で求めた。
<不飽和度>
高分子論文集1993,50,2,121-126に記載のNMR法に準拠し、スキャン回数800回で測定した。
NMR測定については重クロロホルムを重溶媒に用い、測定装置はJEOL400MHzNMR ECZSを用いて行った。
<水酸基価と数平均分子量>
JIS-K1557-1に記載の方法に準拠して測定した。また、ポリオール等の水酸基価とポリオール等の1分子中の水酸基数から、数平均分子量を算出した。
<粘度>
粘度は、JIS K-1557-5に記載の方法に準拠して求めた。具体的には、コーン・プレート回転粘度計を用いて、温度25℃、せん断速度0.1(1/s)で測定し、測定装置には、Anton-Paar社製MCR-300を用いた。
(ポリイソシアネート性状)
実施例及び比較例に用いたポリイソシアネート(F2)の性状は、以下の方法で求めた。なお、ポリイソシアネートモノマーである(F1-1)、(F1-2)は、モノマー構造と純度より各性状を求めた。また、混合して使用する場合、混合前の各原料の性状、組成と混合比率により計算した。
<ポリイソシアネート官能基数>
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により算出したポリイソシアネートの数平均分子量とイソシアネート含量(イソシアネート基基濃度)を用い、下記の式により算出した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により算出したポリイソシアネートの数平均分子量とイソシアネート含量(イソシアネート基基濃度)を用い、下記の式により算出した。
イソシアネート官能基数=(ポリイソシアネート数平均分子量×イソシアネート基濃度)/(42×100)
測定条件は東ソー社製HLC-8320GPC、標準ポリスチレンを検量線に用い、展開溶媒としてテトラヒドロフラン、RI検出器(示唆屈折)を用いて、30℃で測定した。
<アロファネート基/ヌレート基比率>
特願平2010-509119に記載の方法に準拠して、1H-NMRを用いる方法により算出した。具体的には、重溶媒に重ジメチルスルホキシド、測定装置にJEOL400MHzNMR ECZSを用い、アロファネート基に窒素原子に結合したプロトンと、イソシアヌレート基に隣接するメチレン基のプロトンの面積比により算出した。
(原料1-1)実施例、比較例に用いたポリアルキレンオキシド(A)
ポリアルキレンオキシド(A1)は、イミノ基含有ホスファゼニウム塩(以下、IPZ触媒と記す)とトリイソプロポキシアルミニウムを併用し、脱水・脱溶媒を十分に行い、2官能で、分子量が400のポリオキシプロピレングリコールに、十分に脱水を施したプロピレンオキシドを付加することで得た。(A1)は、アルキレンオキシド基としてプロピレンオキシド基のみを有し、1分子中に2つの水酸基を有するポリオキシプロピレングリコール(ジオール)である。
測定条件は東ソー社製HLC-8320GPC、標準ポリスチレンを検量線に用い、展開溶媒としてテトラヒドロフラン、RI検出器(示唆屈折)を用いて、30℃で測定した。
<アロファネート基/ヌレート基比率>
特願平2010-509119に記載の方法に準拠して、1H-NMRを用いる方法により算出した。具体的には、重溶媒に重ジメチルスルホキシド、測定装置にJEOL400MHzNMR ECZSを用い、アロファネート基に窒素原子に結合したプロトンと、イソシアヌレート基に隣接するメチレン基のプロトンの面積比により算出した。
(原料1-1)実施例、比較例に用いたポリアルキレンオキシド(A)
ポリアルキレンオキシド(A1)は、イミノ基含有ホスファゼニウム塩(以下、IPZ触媒と記す)とトリイソプロポキシアルミニウムを併用し、脱水・脱溶媒を十分に行い、2官能で、分子量が400のポリオキシプロピレングリコールに、十分に脱水を施したプロピレンオキシドを付加することで得た。(A1)は、アルキレンオキシド基としてプロピレンオキシド基のみを有し、1分子中に2つの水酸基を有するポリオキシプロピレングリコール(ジオール)である。
ポリアルキレンオキシド(A2)は、(A1)と同様にIPZ触媒とトリイソプロポキシアルミニウムを併用し、アルキレンオキシド基としてプロピレンオキシド基を付加後、系中の残ったプロピレンオキシドを除去後にブロック的にエチレンオキシドを付加したものであり、1級の水酸基を含む不飽和度の低いジオールである。
ポリアルキレンオキシド(A3)は、開始剤として3官能で分子量600のポリオキシプロピレントリオールを用い、(A2)と同様にIPZ触媒とトリイソプロポキシアルミニウムを併用し、アルキレンオキシド基としてプロピレンオキシド基を付加後、系中の残ったプロピレンオキシドを除去後ブロック的にエチレンオキシドを付加したものであり、1級の水酸基を含み不飽和度の低いトリオールである。
なお、実施例に用いたポリアルキレンオキシド(A1)から(A3)は、いずれも、加熱・真空脱水した後に使用した。また、アルミを含め触媒を除去した上で使用した。
なお、実施例に用いたポリアルキレンオキシド(A1)から(A3)は、いずれも、加熱・真空脱水した後に使用した。また、アルミを含め触媒を除去した上で使用した。
(原料1-2)実施例、比較例に用いたポリオール(B)
ポリオール(B1)は、市販されているトリレンジアミン系ポリプロピレングリコールであり、公称官能基数は4.0、水酸基価356mgKOH/g、25℃での粘度9500mPa・sの東邦化学工業製トーホーポリオールAR-2589を使用した。本性状より計算される分子量は630であり、芳香族アミン残基含有率は19%である。
ポリオール(B1)は、市販されているトリレンジアミン系ポリプロピレングリコールであり、公称官能基数は4.0、水酸基価356mgKOH/g、25℃での粘度9500mPa・sの東邦化学工業製トーホーポリオールAR-2589を使用した。本性状より計算される分子量は630であり、芳香族アミン残基含有率は19%である。
ポリオール(B2)は、市販されているトリレンジアミン系ポリプロピレングリコール/ポリエチレングリコール共重合体であり、公称官能基数は4.0、水酸基価413mgKOH/g、25℃での粘度15000mPa・sの三洋化成工業製サンニックスHM-551を使用した。本性状より計算される数平均分子量は540であり、芳香族アミン残基含有率は22%である。
ポリオール(B3)は、市販されているシュークローズ系ポリプロピレングリコールであり、公称官能基数8.0、水酸基価377mgKOH/g、25℃での粘度15620mPa・sの、東邦化学工業社製O-855Wを使用した。本性状より計算される分子量は1190であり、シュークローズ残基含有率は29%である。
ポリオール(B4)は、市販されているポリテトラメチレングリコールであり、公称官能基数は2.0、水酸基価112mgKOH/g、数平均分子量1000の保土谷化学工業製PTG-1000SNを使用した。
ポリオール(B5)は、市販されているポリエステルポリオールであり、公称官能基数は2.0、水酸基価56mgKOH/g、分子量2000の東ソー製ニッポラン5711を使用した。
(原料1-3)その他ポリオール、モノオール(C)
ポリアルキレンオキシド(C1)は水酸基価80mgKOH/g、数平均分子量700ポリエチレングリコールモノメチルエーテルを使用した。
(原料2)実施例及び比較例に用いたイソシアネート化合物(F)
実施例及び比較例では、以下のイソシアネート化合物(F1)、(F2)を必要に応じて併用して用いた。
(原料1-3)その他ポリオール、モノオール(C)
ポリアルキレンオキシド(C1)は水酸基価80mgKOH/g、数平均分子量700ポリエチレングリコールモノメチルエーテルを使用した。
(原料2)実施例及び比較例に用いたイソシアネート化合物(F)
実施例及び比較例では、以下のイソシアネート化合物(F1)、(F2)を必要に応じて併用して用いた。
イソシアネート化合物(F1-1):イソホロンジイソシアネート(IPDI)である。(C1)はイソシアネート基として1級NCO基と2級NCO基を有する2官能イソシアネートである。
イソシアネート化合物(F1-2):1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)である。(C2)はイソシアネート基として1級NCO基のみを有する2官能イソシアネートである。
イソシアネート化合物(F2-1):1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)系のアロファネート変性体である東ソー(株)製のコロネート2770で、(F2-2)におけるイソシアネート基の平均官能基数は2.0、粘度は100mPa・sと低めであり、実質的にイソシアヌレート残基を含まない化合物である。
イソシアネート化合物(F2-2):1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)系の低オリゴマー比率のイソシアヌレート変性体である東ソー(株)製のコロネートHXLVで、(F2-1)におけるイソシアネート基の平均官能基数は3.2、粘度は1010mPa・sと通常のイソシアヌレート変性体(例えばコロネートHX、2300mPa・s)より低粘度であり、実質的にアロファネート残基を含まない化合物である。
イソシアネート化合物(F2-3):1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)/トリメチロールプロパン系のウレタン変性体である東ソー(株)製のコロネートHLで、(F2-3)におけるイソシアネート基の平均官能基数は3.3、固形分は75%、粘度は300mPa・sであり、実質的にイソシアヌレート残基、アロファネート残基を含まない化合物である。
イソシアネート化合物(F2-4):常法(例えば特願2010-509119)によりアロファネート化とイソシアヌレート化を同時に行うことで合成した1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)のアロファネート/イソシアヌレート変性体で、(F2-4)におけるイソシアネート基の平均官能基数は2.8、粘度は680mPa・sで適度な粘度を有し、一成分中にアロファネート残基とイソシアヌレート残基を共に含む化合物である。
(原料3)ウレタン化触媒
実施例及び比較例では、ウレタン化触媒を添加した。ウレタン化触媒は、トリスアセチルアセトナト鉄(略称:Fe(acac)3)である、日本化学産業製ナーセム鉄を用いた。本触媒は作業性を良好とするため5%溶液のマスターバッチとして添加した。表中では溶剤を含まない添加量を記載した。
(原料4)溶剤
実施例及び比較例において、溶剤には、富士フイルム和光純薬(株)製のメチルエチルケトン(略称MEK)、東邦化学工業製トリエチレングリコールジメチルエーテル(略称TEGD)を用いた。
(原料5)添加剤(D)
実施例、比較例では、ウレタン形成性組成物の可使時間を延長し、ハンドリング性と成形性を高めるため、添加剤として下記化合物を添加した。
添加剤(D1):イルガノックス1010(BASFジャパン社製)
添加剤(D2):アセチルアセトン(ダイセル社製)
(ポリオール組成物の製造例)
ポリオール組成物は、ガラス製サンプル容器へ表の合成例にしたがって、各原料を投入し密閉した状態で混合し、1終夜静置することで製造した。また目視上ムラがあり撹拌が不足する場合、株式会社シンキー製自転公転ミキサーを用いて目視上均一となるまで混合・脱泡して得た。
(ウレタンプレポリマー(E)の製造例)
ウレタンプレポリマー(E1)~(E5)は、4つ口ナスフラスコに表の合成例にしたがって、ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)等のポリオールを投入して、100℃で1時間以上真空脱水を行い、水分を除去した。その後、50℃以下に冷却して、溶剤を用いる系は溶剤、イソシアネート、触媒マスターバッチを添加したのち、所定温度へ昇温し、所定温度に到達した時点で反応開始とした。3時間反応後、FT-IRによりNCO基が消失したことを確認して、活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を得た。
実施例及び比較例では、ウレタン化触媒を添加した。ウレタン化触媒は、トリスアセチルアセトナト鉄(略称:Fe(acac)3)である、日本化学産業製ナーセム鉄を用いた。本触媒は作業性を良好とするため5%溶液のマスターバッチとして添加した。表中では溶剤を含まない添加量を記載した。
(原料4)溶剤
実施例及び比較例において、溶剤には、富士フイルム和光純薬(株)製のメチルエチルケトン(略称MEK)、東邦化学工業製トリエチレングリコールジメチルエーテル(略称TEGD)を用いた。
(原料5)添加剤(D)
実施例、比較例では、ウレタン形成性組成物の可使時間を延長し、ハンドリング性と成形性を高めるため、添加剤として下記化合物を添加した。
添加剤(D1):イルガノックス1010(BASFジャパン社製)
添加剤(D2):アセチルアセトン(ダイセル社製)
(ポリオール組成物の製造例)
ポリオール組成物は、ガラス製サンプル容器へ表の合成例にしたがって、各原料を投入し密閉した状態で混合し、1終夜静置することで製造した。また目視上ムラがあり撹拌が不足する場合、株式会社シンキー製自転公転ミキサーを用いて目視上均一となるまで混合・脱泡して得た。
(ウレタンプレポリマー(E)の製造例)
ウレタンプレポリマー(E1)~(E5)は、4つ口ナスフラスコに表の合成例にしたがって、ポリアルキレンオキシド(A)、ポリオール(B)等のポリオールを投入して、100℃で1時間以上真空脱水を行い、水分を除去した。その後、50℃以下に冷却して、溶剤を用いる系は溶剤、イソシアネート、触媒マスターバッチを添加したのち、所定温度へ昇温し、所定温度に到達した時点で反応開始とした。3時間反応後、FT-IRによりNCO基が消失したことを確認して、活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を得た。
NCO基末端のウレタンプレポリマーを経由するウレタンプレポリマー(E6)~(E10)は、4つ口ナスフラスコに表の合成例にしたがってポリアルキレンオキシド(A)、必要に応じポリオール(B)を投入して、100℃で1時間以上真空脱水を行い、水分を除去した。その後、50℃以下に冷却して、溶剤を用いる系は溶剤、イソシアネート、触媒マスターバッチを添加したのち、所定温度へ昇温し、所定温度に到達した時点で反応開始とした。3時間反応後、FT-IRによりNCO基が残存し、且つ液性状に変化がみられなくなったまたはその量に変化が見られなくなったことを確認して、中間体のNCO基末端ウレタンプレポリマーを得た。
60℃以下に冷却後、中間体のNCO基末端ウレタンプレポリマーへポリオール(B)を所定量加えた、目視上均一に撹拌できていることおよび顕著な発熱がないことを確認後、所定温度まで昇温し、反応開始とした。3時間反応後、FT-IRによりNCO基が消失し、且つ液性状に変化がみられなくなったことを確認して、活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)を得た。
(ウレタン形成性組成物、ポリウレタンの製造例)
ポリオール組成物、またはウレタンプレポリマー(E)を、30mlサンプル瓶に図りとり、必要に応じて添加剤(D1)、(D2)を所定量加えて、株式会社シンキー製自転公転ミキサーを用いて目視上均一となるまで事前に混合・脱泡し、そこに、ポリイソシアネート(F2)を所定量加えて、ペンシルミキサーで目視上均一となるまで5分程度混合し、株式会社シンキー製自転公転ミキサーを用いて撹拌・脱泡することでウレタン形成性組成物を得た。
(ウレタン形成性組成物、ポリウレタンの製造例)
ポリオール組成物、またはウレタンプレポリマー(E)を、30mlサンプル瓶に図りとり、必要に応じて添加剤(D1)、(D2)を所定量加えて、株式会社シンキー製自転公転ミキサーを用いて目視上均一となるまで事前に混合・脱泡し、そこに、ポリイソシアネート(F2)を所定量加えて、ペンシルミキサーで目視上均一となるまで5分程度混合し、株式会社シンキー製自転公転ミキサーを用いて撹拌・脱泡することでウレタン形成性組成物を得た。
ウレタン形成性組成物を、厚さ38μmのPETフィルム上に、乾燥後の厚みが80μmとなるようにベーカー式アプリケーターを用いて塗工した。その後、オーブン内温度が130℃になるよう設定した防爆オーブンに5分間保持して溶剤等を揮発させ、離型PETを5kgローラーで張り合わせ、23℃、相対湿度50%の環境で1週間静置することでポリウレタンの塗膜をPET基材上に有するポリウレタンシートを得た。
(ウレタン形成性組成物の評価項目)
<硬化性>
ウレタン形成性組成物を130℃5分で乾燥直後のウレタン硬化物を指触で以下の基準で評価した。
(ウレタン形成性組成物の評価項目)
<硬化性>
ウレタン形成性組成物を130℃5分で乾燥直後のウレタン硬化物を指触で以下の基準で評価した。
◎(合格):タックを概ね感じられず、より顕著に高い強度、軽剥離性が期待できる場合。
○(合格):タックが明確に感じられるが僅かであり、顕著に高い強度、軽剥離性が期待できる場合。
×(不合格):タックが大きく硬化不足であり、顕著に高い強度、軽剥離性が期待できない場合。
<相溶性>
◎(合格):ウレタン形成性組成物が目視上概ね透明であり、得られたウレタン硬化物に目視上ムラがなく均一に透明である場合。
<相溶性>
◎(合格):ウレタン形成性組成物が目視上概ね透明であり、得られたウレタン硬化物に目視上ムラがなく均一に透明である場合。
○(合格):ウレタン形成性組成物は均一な濁りがみられるが、得られたウレタン硬化物に目視上ムラがなく均一に透明である場合。
△(不合格):ウレタン形成性組成物が目視上概ね透明であるが、得られたウレタン硬化物に僅かに引きずり痕が発生する場合(架橋・脱溶媒時の相溶性不足によるムラと判断)。
×(不合格):ウレタン形成性組成物に濁りがみられ、得られたウレタン硬化物に引きずり痕や白濁が発生する場合。又はウレタン形成性組成物に濁りがみられ静置により分離が見られる場合。
<被着体への濡れ性>
製造例にしたがって得たPET基材上にポリウレタン層を有するウレタンシート(2.5cm×9cm)の離型PETを剥離し、すぐにウレタン端部0.5cmを表面をアセトン洗浄し乾燥させた無アルカリガラスへ張って自重で濡れて反対のウレタン端部に濡れ広がりが到達した時間より、以下の基準で評価した。
<被着体への濡れ性>
製造例にしたがって得たPET基材上にポリウレタン層を有するウレタンシート(2.5cm×9cm)の離型PETを剥離し、すぐにウレタン端部0.5cmを表面をアセトン洗浄し乾燥させた無アルカリガラスへ張って自重で濡れて反対のウレタン端部に濡れ広がりが到達した時間より、以下の基準で評価した。
◎(合格):20秒以内に濡れ広がりが端部に到達した場合。
○(合格):20秒超60秒以内に端部に到達した場合。
△(不合格):60秒超を要し、端部に到達した場合。
△(不合格):60秒超を要し、端部に到達した場合。
×(不合格):端部に到達しなかった場合。
<低タック性>
乾燥・一次硬化後に離型PETを張り合わせ、室温で1週間静置しエージングした二次硬化した後のウレタン硬化物のタック性を以下の基準で評価し、完全硬化時の硬化物の強度、一定速度以上で剥離した際の軽剥離性の基準とした。
<低タック性>
乾燥・一次硬化後に離型PETを張り合わせ、室温で1週間静置しエージングした二次硬化した後のウレタン硬化物のタック性を以下の基準で評価し、完全硬化時の硬化物の強度、一定速度以上で剥離した際の軽剥離性の基準とした。
◎(合格):タックを全く感じられない場合。
○(合格):タックを概ね感じられない場合(硬化性評価基準◎以上の顕著に小さいタック)。
×(不合格):タックを明確に感じられる場合(硬化性評価基準の○以下)。
硬化性、相溶性が共に合格のものは、顕著に高い強度と軽剥離性、透明性の発現が期待できるウレタン形成性組成物であり、被着体への濡れ性、低タック性が共に合格のものは物品への張り合わせ時の生産性に優れ、かつ顕著に高い強度と軽剥離性が期待できるポリウレタンと判断した。即ち上記4項目が何れも合格のものを本明細書の課題を解決可能なウレタン形成性組成物と判断して合格とした。
(ウレタン粘着剤シートの製造例、評価)
代表的な本願発明のウレタン形成性組成物を用いて、光学用透明PETフィルム(東洋紡製コスモシャインA4360、38μm)上に乾燥厚み50μmとなるようにベーカー式アプリケーターとA3型コーターを用いて3m/min以下で塗工して、ポリウレタンの塗膜の作製方法と同様の条件でポリウレタンの塗膜を光学用透明PET基材上に有するウレタン粘着剤シートを作製。粘着剤としての応用評価を行い、以下の基準で特性を評価した。
1.粘着剤成形性
<塗工性>
◎(合格):塗工性良好。
(ウレタン粘着剤シートの製造例、評価)
代表的な本願発明のウレタン形成性組成物を用いて、光学用透明PETフィルム(東洋紡製コスモシャインA4360、38μm)上に乾燥厚み50μmとなるようにベーカー式アプリケーターとA3型コーターを用いて3m/min以下で塗工して、ポリウレタンの塗膜の作製方法と同様の条件でポリウレタンの塗膜を光学用透明PET基材上に有するウレタン粘着剤シートを作製。粘着剤としての応用評価を行い、以下の基準で特性を評価した。
1.粘着剤成形性
<塗工性>
◎(合格):塗工性良好。
○(合格):やや高粘ちょうで塗工速度の低減調整で良好に塗工可能。
△(不合格):やや低粘ちょうで液流れが僅かに発生。
×(不合格):塗工不良が発生(明確な塗工ムラ、硬化ムラ等)。
<硬化性>
ウレタン形成性組成物の評価と同一の基準で評価した。
2.性状
<Haze>
◎(合格):1.5%以下
○(合格):1.5%超~3.0%
△(不合格):3.0%超~7.0%
×(不合格):7.0%超
<シート外観>
◎(合格):全面的に目視上均一で良好な塗膜外観。
<硬化性>
ウレタン形成性組成物の評価と同一の基準で評価した。
2.性状
<Haze>
◎(合格):1.5%以下
○(合格):1.5%超~3.0%
△(不合格):3.0%超~7.0%
×(不合格):7.0%超
<シート外観>
◎(合格):全面的に目視上均一で良好な塗膜外観。
○(合格):塗工始め及び/または塗工終わり部のみ僅かに悪化。
×(不合格)全体的に引きずり跡及び/または大量の気泡痕、シワ。
2.粘着剤の特性
<張り合わせ時の生産性>
◎(合格):ロール通過有無によらず無アルカリガラスに接地した箇所が迅速に濡れ、指で力をかけても位置ズレしない。
2.粘着剤の特性
<張り合わせ時の生産性>
◎(合格):ロール通過有無によらず無アルカリガラスに接地した箇所が迅速に濡れ、指で力をかけても位置ズレしない。
○(合格):無アルカリガラスへロール圧着により張り合わせ可能な濡れ性を発現(ロール通過箇所が迅速に濡れる。)し、指で力をかけても位置ズレしない。
×(不合格):無アルカリガラスへロール圧着時に濡れ性が不十分(気泡を多く噛みこむ、浮く、指で力をかけた際に位置ズレ等)。
<2,500mm/minでの剥離性(剥離する際の生産性)>
◎(合格):0.05N/25mm以下の剥離性
○(合格):0.05~0.20N/25mmの剥離性
×(不合格):0.20N/25mm超の剥離性(生産性が劣ると判断)
張り合わせ時の生産性、剥離性が合格のものは、実使用時に迅速に濡れて且つ位置ズレしにくいため張り合わせ時の生産性に優れ、使用後に剥離する際も迅速に剥離しやすいため使用時間を短縮でき、顕著に生産性を改善できる再剥離性(リワーク性)の良好な粘着剤と判断した。
<2,500mm/minでの剥離性(剥離する際の生産性)>
◎(合格):0.05N/25mm以下の剥離性
○(合格):0.05~0.20N/25mmの剥離性
×(不合格):0.20N/25mm超の剥離性(生産性が劣ると判断)
張り合わせ時の生産性、剥離性が合格のものは、実使用時に迅速に濡れて且つ位置ズレしにくいため張り合わせ時の生産性に優れ、使用後に剥離する際も迅速に剥離しやすいため使用時間を短縮でき、顕著に生産性を改善できる再剥離性(リワーク性)の良好な粘着剤と判断した。
また、塗工性や硬化性、透明性、シート外観が合格のものは、ウレタン粘着剤の塗工速度、硬化時間を短縮できるため高速で生産でき、且つ不具合の視認性や歩留まりが良好で、良品質のウレタン粘着剤を高い生産性で得られる良好なウレタン形成性組成物と判断した。
<実施例>
(合成例1、実施例1)
ウレタン形成性組成物、ポリウレタンの製造例、ならびに表2の合成例1に記載の組成比にしたがって、脱水したポリアルキレンオキシド(A1)を60重量部、ポリオール(B1)を40重量部、ウレタン化触媒としてトリスアセチルアセトナト鉄0.02重量部、溶剤としてメチルエチルケトンを固形分濃度が85%となるように加えてポリオール組成物を製造した。
<実施例>
(合成例1、実施例1)
ウレタン形成性組成物、ポリウレタンの製造例、ならびに表2の合成例1に記載の組成比にしたがって、脱水したポリアルキレンオキシド(A1)を60重量部、ポリオール(B1)を40重量部、ウレタン化触媒としてトリスアセチルアセトナト鉄0.02重量部、溶剤としてメチルエチルケトンを固形分濃度が85%となるように加えてポリオール組成物を製造した。
得られたポリオール組成物に添加剤(D1)を0.1重量部、添加剤(D2)を4重量部加えて混合し、そこに、ポリイソシアネート(F2-1)、(F2-2)を、ポリアルキレンオキシド(A1)とポリオール(B1)の水酸基の総量(MOH)と(F2-1)、(F2-2)に由来するイソシアネート基の量(MNCO)が、モル比率でそれぞれMNCO/MOH=0.65(計MNCO/MOH=1.30当量)の混合比となるように仕込み、ウレタン形成性組成物(G1)を得た。
結果を表4に示すが、ウレタン形成性組成物(G1)は、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)(F2-2)混合物を含み、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、硬化性と相溶性に優れ、得られるポリウレタン(H1)は濡れ性と低タック性が共に顕著に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例2、実施例2)
実施例1に対して、ポリアルキレンオキシド(A1)とポリオール(B1)の水酸基の総量(MOH)と(F2-1)、(F2-2)に由来するイソシアネート基の量(MNCO)が、モル比率でそれぞれMNCO/MOH=0.85(計MNCO/MOH=1.70当量)へ変更して得たウレタン形成性組成物(G2)である。
(合成例2、実施例2)
実施例1に対して、ポリアルキレンオキシド(A1)とポリオール(B1)の水酸基の総量(MOH)と(F2-1)、(F2-2)に由来するイソシアネート基の量(MNCO)が、モル比率でそれぞれMNCO/MOH=0.85(計MNCO/MOH=1.70当量)へ変更して得たウレタン形成性組成物(G2)である。
結果を表4に示すが、ウレタン形成性組成物(G2)は、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)(F2-2)混合物を含み、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、硬化性と相溶性に優れ、得られるポリウレタン(H2)は濡れ性と低タック性が共に顕著に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例3、4、実施例3、4)
実施例1に対して、ポリイソシアネート(F2-1)と(F2-2)の比率を変更して、ポリイソシアネート(F)全体の平均官能基数を2.60から2.90、2.30としたウレタン形成性組成物(G3)、(G4)である。
結果を表4に示すが、平均官能基数が高めのウレタン形成性組成物(G3)は実施例1より僅かに濡れ性が低下したが良好で、平均官能基数が低めのウレタン形成性組成物(G4)は僅かに硬化性と低タック性が低下したが良好であり、いずれもアロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)(F2-2)混合物を含み、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、硬化性と相溶性に優れ、得られるポリウレタン(H3)、(H4)は濡れ性と低タック性が共に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例5、実施例5)
実施例1に対して、アロファネート残基とイソシアヌレート残基を共に有するポリイソシアネート(F2-4)を用い、添加剤(D1)、(D2)を除いて得たウレタン形成性組成物(G5)である。
(合成例3、4、実施例3、4)
実施例1に対して、ポリイソシアネート(F2-1)と(F2-2)の比率を変更して、ポリイソシアネート(F)全体の平均官能基数を2.60から2.90、2.30としたウレタン形成性組成物(G3)、(G4)である。
結果を表4に示すが、平均官能基数が高めのウレタン形成性組成物(G3)は実施例1より僅かに濡れ性が低下したが良好で、平均官能基数が低めのウレタン形成性組成物(G4)は僅かに硬化性と低タック性が低下したが良好であり、いずれもアロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)(F2-2)混合物を含み、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、硬化性と相溶性に優れ、得られるポリウレタン(H3)、(H4)は濡れ性と低タック性が共に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例5、実施例5)
実施例1に対して、アロファネート残基とイソシアヌレート残基を共に有するポリイソシアネート(F2-4)を用い、添加剤(D1)、(D2)を除いて得たウレタン形成性組成物(G5)である。
結果を表4に示すが、ウレタン形成性組成物(G5)は、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-4)を含み、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、硬化性と相溶性に優れ、得られるポリウレタン(H5)は濡れ性と低タック性が共に顕著に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例6~9、実施例6~9)
実施例1に対して、ポリアルキレンオキシド(A)としてエチレンオキシドを付加して反応性を高めたポリアルキレンオキシド(A2)を用い、固形分濃度を下げて相溶性を向上し、併用するポリオール種と組成比を変更して得たウレタン形成性組成物(G6)~(G9)である。
(合成例6~9、実施例6~9)
実施例1に対して、ポリアルキレンオキシド(A)としてエチレンオキシドを付加して反応性を高めたポリアルキレンオキシド(A2)を用い、固形分濃度を下げて相溶性を向上し、併用するポリオール種と組成比を変更して得たウレタン形成性組成物(G6)~(G9)である。
結果を表5に示すが、当該ウレタン形成性組成物は、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)(F2-2)混合物を含み、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、いずれも硬化性と相溶性に優れ、得られるポリウレタン(H6)~(H9)はいずれも濡れ性と低タック性が共に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例10~13、実施例10~13)
ポリオール組成物をプレポリマー化せず用いた実施例6~9に対して、プレポリマー化して鎖延長したウレタンプレポリマー(E)を用い、導入するポリオール(B)の構造、および組成等を変更して得たウレタン形成性組成物(G10)~(G13)である。
(合成例10~13、実施例10~13)
ポリオール組成物をプレポリマー化せず用いた実施例6~9に対して、プレポリマー化して鎖延長したウレタンプレポリマー(E)を用い、導入するポリオール(B)の構造、および組成等を変更して得たウレタン形成性組成物(G10)~(G13)である。
結果を表5に示すが、当該ウレタン形成性組成物は、鎖延長したプレポリマーを用いているため実施例6~9より僅かに相溶性は低下したが良好であり、いずれもアロファネート残基を有してポリイソシアネート(F)全体で平均官能基数が2.01を超え、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを導入したプレポリマーを含むため、いずれも硬化性と相溶性に優れ、得られるポリウレタン(H10)~(H13)はいずれも濡れ性と低タック性が共に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例14、比較例1)
実施例1に対して、ポリアルキレンオキシド(A)に加えてポリオール(B)を併用せず得たウレタン形成性組成物(GC1)である。
実施例1に対して、ポリアルキレンオキシド(A)に加えてポリオール(B)を併用せず得たウレタン形成性組成物(GC1)である。
結果を表8に示すが、ウレタン形成性組成物(GC1)は、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F)を含むが、硬化性を発現する等のために併用するポリオールを含まず、異なる2種類のポリオールを併用しないため、硬化性が不十分で強度や軽剥離性に期待できない組成物であり、得られるポリウレタン(HC1)も低タック性に劣るもので使用が困難な組成物であった。
(合成例15、比較例2)
比較例1に対して、比較的低分子量で硬化性を発現しやすいポリオール(B)を用いる代わりに、比較的高分子量のポリアルキレンオキシド(A)を用いず得たウレタン形成性組成物(GC2)である。
(合成例15、比較例2)
比較例1に対して、比較的低分子量で硬化性を発現しやすいポリオール(B)を用いる代わりに、比較的高分子量のポリアルキレンオキシド(A)を用いず得たウレタン形成性組成物(GC2)である。
結果を表8に示すが、ウレタン形成性組成物(GC2)は、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F)を含むが、相溶性や濡れ性を向上させる等のために併用するポリオールを含まず、異なる2種類のポリオールを併用しないため、相溶性が不十分で強度や透明性に期待できない組成物であり、得られるポリウレタン(HC1)も均一な架橋となっていない影響と考えられる僅かなタックがあるとともに、硬脆く濡れ性に劣るもので使用が困難な組成物であった。
(合成例16、17、比較例3、4)
実施例1に対して、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)(F2-2)混合物の代わりに、ポリイソシアネート(F2-1)、(F2-2)をそれぞれ単独で含む、全体のポリイソシアネート官能基数が2.01を下回るウレタン形成性組成物(GC3)、ポリイソシアネート中にアロファネート残基を含まないウレタン形成性組成物(GC4)である。
(合成例16、17、比較例3、4)
実施例1に対して、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)(F2-2)混合物の代わりに、ポリイソシアネート(F2-1)、(F2-2)をそれぞれ単独で含む、全体のポリイソシアネート官能基数が2.01を下回るウレタン形成性組成物(GC3)、ポリイソシアネート中にアロファネート残基を含まないウレタン形成性組成物(GC4)である。
結果を表8に示すが、ウレタン形成性組成物(GC3)、(GC4)は、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F)を含まないため、硬化性と相溶性の両立、並びに濡れ性と低タック性の両立が困難であり、使用が困難な組成物であった。
(合成例18~21、比較例5~8)
実施例6~9に対して、組成を変更し、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)(F2-2)混合物の代わりに、アロファネート残基を含まず、平均のイソシアネート官能基数が通常のイソシアヌレート架橋剤(例えばコロネートHX)より低めではあるものの3.19官能を超えるウレタン形成性組成物(GC5)~(GC8)である。
(合成例18~21、比較例5~8)
実施例6~9に対して、組成を変更し、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)(F2-2)混合物の代わりに、アロファネート残基を含まず、平均のイソシアネート官能基数が通常のイソシアヌレート架橋剤(例えばコロネートHX)より低めではあるものの3.19官能を超えるウレタン形成性組成物(GC5)~(GC8)である。
結果を表8に示すが、当該ウレタン形成性組成物(GC)は、イソシアネートの平均官能基数が3.19を超えるため、得られるポリウレタン(HC)はいずれも濡れ性に劣るため使用が困難であり、運動性が高く相溶しやすいアロファネート構造を含まないため相溶性も低めの組成物であった。
(合成例22~24、比較例9~11)
実施例10と同じウレタンプレポリマー(E1)を用いて、アロファネート残基を有してポリイソシアネート全体の平均官能基数が2.01を超える設計から、アロファネート残基を含まないか、ポリイソシアネート全体の平均官能基数が2.01を下回るウレタン形成性組成物(GC9)~(GC11)である。
(合成例22~24、比較例9~11)
実施例10と同じウレタンプレポリマー(E1)を用いて、アロファネート残基を有してポリイソシアネート全体の平均官能基数が2.01を超える設計から、アロファネート残基を含まないか、ポリイソシアネート全体の平均官能基数が2.01を下回るウレタン形成性組成物(GC9)~(GC11)である。
結果を表9に示すが、イソシアヌレート変性またはウレタン変性のみの変性構造を有するポリイソシアネートを用いたウレタン形成性組成物(GC9)、(GC11)は、鎖延長に2官能のポリイソシアネートを用いているためポリイソシアネート全体の平均官能基数は3.19官能以下であるが、アロファネート残基を含まないため得られるポリウレタン(HC)はいずれも濡れ性と相溶性に劣り使用が困難であった。一方、本系で2官能のアロファネート変性体を用い、ポリイソシアネート全体の平均官能基数が2.01未満となるウレタン形成性組成物(GC10)は、濡れ性と相溶性は顕著に良好なものの、運動性が高すぎて低タック性の発現が困難であり、初期硬化も遅めのため使用が困難であった。
(合成例25~27、比較例12~14)
実施例11~13に対して同一のプレポリマー(E2)~(E4)を用い、アロファネート残基を有するポリイソシアネートの設計から、アロファネート残基を有さないポリイソシアネートの設計に変更したウレタン形成性組成物(GC12)~(GC14)である。
(合成例25~27、比較例12~14)
実施例11~13に対して同一のプレポリマー(E2)~(E4)を用い、アロファネート残基を有するポリイソシアネートの設計から、アロファネート残基を有さないポリイソシアネートの設計に変更したウレタン形成性組成物(GC12)~(GC14)である。
結果を表9に示すが、ポリイソシアネート全体の平均官能基数は2.01~3.19の範囲内ではあるものの、アロファネート残基を含まないため得られるポリウレタン(HC)はいずれも濡れ性と相溶性に劣り使用が困難であった。
(合成例28、比較例15)
比較例12~14と同様にウレタンプレポリマーを形成し、且つアロファネート残基を有してポリイソシアネート全体の平均官能基数が2.01~3.19となるポリイソシアネートの設計であるが、比較例1と同様に硬化性を発現する等のために併用するポリオールを含まず、異なる2種類のポリオールを併用しないため、初期硬化性が不十分で、当該組成物はプレポリマー鎖長が長く(NCO/OH=0.85)、得られたウレタン硬化物は粘着性が高めでリワーク性を有したが、タックが顕著に強く再剥離の生産性やウレタン硬化物の強度、軽剥離性に期待できず、左記特性が必要な用途では使用が困難なものであった。
(合成例28、比較例15)
比較例12~14と同様にウレタンプレポリマーを形成し、且つアロファネート残基を有してポリイソシアネート全体の平均官能基数が2.01~3.19となるポリイソシアネートの設計であるが、比較例1と同様に硬化性を発現する等のために併用するポリオールを含まず、異なる2種類のポリオールを併用しないため、初期硬化性が不十分で、当該組成物はプレポリマー鎖長が長く(NCO/OH=0.85)、得られたウレタン硬化物は粘着性が高めでリワーク性を有したが、タックが顕著に強く再剥離の生産性やウレタン硬化物の強度、軽剥離性に期待できず、左記特性が必要な用途では使用が困難なものであった。
したがって、本系では、硬化性と相溶性の両立、並びに濡れ性と低タック性の両立には、異なる2種類のポリオールの併用、およびアロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネートの使用が必要であった。
(合成例29、実施例14)
エチレンオキシドを付加していないポリアルキレンオキシド(A1)と芳香族アミン残基を有するポリオール(B1)を多く含むポリオール組成物を用いた実施例1に対して、良好なハンドリング性で高固形分化するため、NCO末端の中間体プレポリマーを経由する2段重合により構造を制御したウレタンプレポリマー(E6)を用いて、ウレタン形成性組成物(G14)を得た。
エチレンオキシドを付加していないポリアルキレンオキシド(A1)と芳香族アミン残基を有するポリオール(B1)を多く含むポリオール組成物を用いた実施例1に対して、良好なハンドリング性で高固形分化するため、NCO末端の中間体プレポリマーを経由する2段重合により構造を制御したウレタンプレポリマー(E6)を用いて、ウレタン形成性組成物(G14)を得た。
結果を表12に示すが、ウレタン形成性組成物(G14)は、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)、(F2-2)混合物を含み、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、高固形分でプレポリマーを形成していても顕著に相溶性に優れ、硬化性も良好で、得られるポリウレタン(H14)は濡れ性と低タック性が共に顕著に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例30、31、実施例15、16)
実施例14に対して、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01~3.19の範囲でポリイソシアネート(F)の官能基数、種類や量比を変更し、添加剤処方を調整したウレタン形成性組成物(G15)、(G16)である。
(合成例30、31、実施例15、16)
実施例14に対して、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01~3.19の範囲でポリイソシアネート(F)の官能基数、種類や量比を変更し、添加剤処方を調整したウレタン形成性組成物(G15)、(G16)である。
結果を表12に示すが、ウレタン形成性組成物(G15)はポリイソシアネート(F)全体の官能基数が高めでプレポリマーを形成し、低粘度添加剤(D2)を含まずより高固形分濃度であるため相溶性が僅かに低下したものの良好な相溶性を示し、(G15)、(G16)いずれもアロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F)を含み、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、高固形分でプレポリマーを形成していても相溶性に優れ、硬化性も良好で、得られるポリウレタン(H15)、(H16)は濡れ性と低タック性が共に顕著に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例32、実施例17)
実施例14~16に対して、ポリオール(B1)を、より高粘度で芳香族アミン含量が高く相溶性が低くなりやすいポリオール(B2)に変更して且つ使用量を40重量部から55重量部へと増量する代わりに、溶剤として少量のグリコールエーテル溶剤を用いて得たウレタン形成性組成物(G17)である。
(合成例32、実施例17)
実施例14~16に対して、ポリオール(B1)を、より高粘度で芳香族アミン含量が高く相溶性が低くなりやすいポリオール(B2)に変更して且つ使用量を40重量部から55重量部へと増量する代わりに、溶剤として少量のグリコールエーテル溶剤を用いて得たウレタン形成性組成物(G17)である。
結果を表12に示すが、ウレタン形成性組成物(G17)は、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-1)、(F2-2)混合物を含み、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、高固形分で相溶性の低くなりやすいプレポリマーを用いても顕著に相溶性に優れ、硬化性も良好で、得られるポリウレタン(H17)は濡れ性と低タック性が共に顕著に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例33~35、実施例18~20)
実施例17に対して、用いるポリオール2種の組み合わせや多段設計の各組成を変更した構造の異なるウレタンプレポリマー(E8)~(E10)を用い、ポリイソシアネート(F)の官能基数を変更して得たウレタン形成性組成物(G18)~(G20)である。
(合成例33~35、実施例18~20)
実施例17に対して、用いるポリオール2種の組み合わせや多段設計の各組成を変更した構造の異なるウレタンプレポリマー(E8)~(E10)を用い、ポリイソシアネート(F)の官能基数を変更して得たウレタン形成性組成物(G18)~(G20)である。
結果を表12に示すが、ウレタン形成性組成物(G18)~(G20)は、アロファネート残基を有して全体の平均官能基数が2.01~3.19の範囲のポリイソシアネート(F2)の組成で、且つ、高分子量のポリオールと比較的低分子量のポリオールの異なる2種類のポリオールを含むため、高固形分でプレポリマーを形成していても顕著に相溶性に優れ、硬化性も良好で、得られるポリウレタン(H17)は濡れ性と低タック性が共に優れる特徴的な性質を持つものであった。
(合成例36~41、比較例16~21)
実施例16~20に対して、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01~3.19の範囲となるポリイソシアネート(F)の設計から、アロファネート残基を有さない、又は平均の官能基数が2.01~3.19の範囲を外れるポリイソシアネート(F)の設計へ変更して得たウレタン形成性組成物(GC16)~(GC21)である。
(合成例36~41、比較例16~21)
実施例16~20に対して、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01~3.19の範囲となるポリイソシアネート(F)の設計から、アロファネート残基を有さない、又は平均の官能基数が2.01~3.19の範囲を外れるポリイソシアネート(F)の設計へ変更して得たウレタン形成性組成物(GC16)~(GC21)である。
結果を表13に示すが、アロファネート残基を含まないものはプレポリマー構造によらずいずれも相溶性と濡れ性が悪化して使用が困難であり、また平均の官能基数が2.01~3.19の範囲を外れるポリイソシアネートの設計のものはプレポリマー構造によらずいずれも硬化性と相溶性の両立、並びに濡れ性と低タック性の両立が困難であった。
いずれの実施例のウレタン形成性組成物(G)を含む組成物の粘度も1~100Pa・sの範囲で、かつシート作製後の組成物の残液は12時間経過後も良好な流動性を示し、可使時間も12時間以上であった。
以上、実施例、比較例で示したように、プレポリマー構造の形成有無に係らず、硬化性と相溶性の両立、並びに濡れ性と低タック性の両立には、異なる2種類のポリオールの併用、およびアロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネートの使用が必要であった。
更に、本発明におけるウレタン形成性組成物(G)は、相溶性、硬化性に優れ良生産性のウレタン形成性組成物であり、当該ウレタン形成性組成物(G)を用いることで全体が高透明で被着体への濡れ性が顕著に高く、且つ強度が高く表面タックが少ない高強度・軽剥離性のウレタン塗膜を安定的に形成できた。
その特徴を活かすことにより、ウレタン形成性組成物(G)を用いて得られるポリウレタンは、シーリング材、塗料、粘着剤、接着剤、エラストマー材料等に好適に使用できることが示された。
<ウレタン粘着剤の製造例>
代表的な本願発明のウレタン形成性組成物(G)、並びに本願発明の範囲から外れるウレタン形成性組成物(GC)を用いて、ウレタン粘着剤としての特性を簡易評価した。
具体的には、合成例8、31、34、36、37、40のウレタン形成性組成物(G)または(GC)の固形分100重量部に対して、反応遅延剤として酸性リン酸エステル(城北化学工業製JP508)600ppm、トリアゾール安定剤チヌビン99-2を0.8重量部、ジエチレングリコール0.2重量部、可塑剤として2-エチルヘキサン酸ヘキサデシル10重量部、帯電防止剤として1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(フルオロメタンスルホニル)イミド1.5重量部、レベリング剤としてDIC製F-571を0.05重量部混合・分散し、ウレタン粘着剤シートの製造例、評価にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
(実施例21)
合成例8で得たプレポリマーを形成していないポリオール組成物、アロファネート残基を有してポリイソシアネート全体の平均官能基数が2.01~3.19の範囲となるポリイソシアネート(F2-1)、(F2-2)混合物を含むウレタン形成性組成物(G8)を用いて、ウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
代表的な本願発明のウレタン形成性組成物(G)、並びに本願発明の範囲から外れるウレタン形成性組成物(GC)を用いて、ウレタン粘着剤としての特性を簡易評価した。
具体的には、合成例8、31、34、36、37、40のウレタン形成性組成物(G)または(GC)の固形分100重量部に対して、反応遅延剤として酸性リン酸エステル(城北化学工業製JP508)600ppm、トリアゾール安定剤チヌビン99-2を0.8重量部、ジエチレングリコール0.2重量部、可塑剤として2-エチルヘキサン酸ヘキサデシル10重量部、帯電防止剤として1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(フルオロメタンスルホニル)イミド1.5重量部、レベリング剤としてDIC製F-571を0.05重量部混合・分散し、ウレタン粘着剤シートの製造例、評価にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
(実施例21)
合成例8で得たプレポリマーを形成していないポリオール組成物、アロファネート残基を有してポリイソシアネート全体の平均官能基数が2.01~3.19の範囲となるポリイソシアネート(F2-1)、(F2-2)混合物を含むウレタン形成性組成物(G8)を用いて、ウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
ウレタン形成性組成物(G8)は塗工性と硬化性に顕著に優れ、得られた透明PET基材とウレタン硬化物の2層からなるウレタンシートは高透明でシート外観に優れ、張り合わせ時の生産性、剥離性に優れるためウレタン粘着剤として使用可能と判断した。
(実施例22)
合成例31で得たウレタンプレポリマー(E6)、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-4)を含むウレタン形成性組成物(G16)を用いて、ウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
(実施例22)
合成例31で得たウレタンプレポリマー(E6)、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-4)を含むウレタン形成性組成物(G16)を用いて、ウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
ウレタン形成性組成物(G16)は無溶剤でプレポリマーを形成しているにも係らず、塗工性と硬化性に顕著に優れ、得られた透明PET基材とウレタン硬化物の2層からなるウレタンシートは高透明でシート外観に顕著に優れ、張り合わせ時の生産性、剥離性に優れるためウレタン粘着剤として使用可能と判断した。
(実施例23)
合成例34で得た、溶剤を少量用い併用するポリオール(B)が少なめで鎖長が長めのウレタンプレポリマー(E9)、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-4)を含むウレタン形成性組成物(G19)を用いて、ウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
(実施例23)
合成例34で得た、溶剤を少量用い併用するポリオール(B)が少なめで鎖長が長めのウレタンプレポリマー(E9)、アロファネート残基を有して平均官能基数が2.01を超えるポリイソシアネート(F2-4)を含むウレタン形成性組成物(G19)を用いて、ウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
ウレタン形成性組成物(G19)は鎖長の長めのプレポリマーを用いているにも係らず、塗工性と硬化性に顕著に優れ、得られた透明PET基材とウレタン硬化物の2層からなるウレタンシートは高透明でシート外観に顕著に優れ、張り合わせ時の生産性、剥離性に優れるためウレタン粘着剤として使用可能と判断した。
(比較例16)
実施例22に対して、用いるポリイソシアネート(F)がアロファネート残基を有さない設計の合成例36のウレタン形成性組成物(GC16)を用いて、実施例と同様にウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
(比較例16)
実施例22に対して、用いるポリイソシアネート(F)がアロファネート残基を有さない設計の合成例36のウレタン形成性組成物(GC16)を用いて、実施例と同様にウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
ウレタン形成性組成物(GC16)は、アロファネート残基を有さずイソシアヌレートのみを変性構造として有するため、イソシアヌレート変性体としての官能基数は低めでポリイソシアネート全体の平均の官能基数が3.19を下回るが相溶性が低く、得られた透明PET基材とウレタン硬化物の2層からなるウレタンシートには白色の引きずり跡が見られ、張り合わせ時の生産性が不十分なウレタン粘着剤であった。
(比較例17)
実施例22に対して、用いるポリイソシアネート(F)の平均官能基数が2.01~3.19の範囲から外れる設計の合成例37のウレタン形成性組成物(GC17)を用いて、実施例と同様にウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
(比較例17)
実施例22に対して、用いるポリイソシアネート(F)の平均官能基数が2.01~3.19の範囲から外れる設計の合成例37のウレタン形成性組成物(GC17)を用いて、実施例と同様にウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
ウレタン形成性組成物(GC17)は、アロファネート残基を有するもののポリイソシアネート(F)全体の平均官能基数が2.01を下回る設計で、架橋剤成分のポリイソシアネート(F2-1)が低粘度でそれを含むウレタン形成性組成物が塗工・乾燥硬化時に僅かに流動しやすく塗工性が僅かに劣るとともに硬化性が不十分で、得られたウレタン粘着剤のタックが大きく剥離時の生産性に劣るウレタン粘着剤であった。
(比較例18)
実施例23に対して、用いるポリイソシアネート(F)がアロファネート残基を有さない設計の合成例40のウレタン形成性組成物(GC20)を用いて、実施例と同様にウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
(比較例18)
実施例23に対して、用いるポリイソシアネート(F)がアロファネート残基を有さない設計の合成例40のウレタン形成性組成物(GC20)を用いて、実施例と同様にウレタン粘着剤シートの製造例にしたがってウレタン粘着剤を作製し、性能を簡易評価した。
ウレタン形成性組成物(GC20)は、アロファネート残基を有さずイソシアヌレートのみを変性構造として有するため、イソシアヌレート変性体としての官能基数は低めでポリイソシアネート全体の平均の官能基数が3.19を下回るが相溶性が低く、得られた透明PET基材とウレタン硬化物の2層からなるウレタンシートには白色の引きずり跡が見られ、張り合わせ時の生産性が不十分なウレタン粘着剤であった。
ウレタン粘着剤の製造例に記載した、いずれの実施例のウレタン形成性組成物(G)を含む組成物の粘度も1~100Pa・sの範囲で、シート作製後の組成物の残液は12時間経過後も良好な流動性を示し、且つ可使時間も12時間以上であった。実施例で得られたウレタン粘着剤は自重での濡れ性が顕著に良好で、高透明/良外観であり、張り合わせ/剥離時の生産性に優れ、粘着剤等に好適に使用できるものであった。
Claims (15)
- ポリオール及びポリイソシアネート(F)を含むウレタン形成性組成物であって、
ポリオールとして、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含み、
ポリイソシアネート(F)がアロファネート構造を含み、且つゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)。 - ポリイソシアネート(F)が、ヌレート構造を含む、請求項1に記載のウレタン形成性組成物(G)。
- ポリイソシアネート(F)中の、アロファネート構造とヌレート構造のモル比率が10/90~90/10の範囲である、請求項2に記載のウレタン形成性組成物(G)。
- 活性水素基末端のウレタンプレポリマー(E)及びポリイソシアネート(F2)を含み、
ウレタンプレポリマー(E)が、少なくともポリアルキレンオキシド(A)と、ポリアルキレンオキシド(A)とは異なるポリオール(B)を含むポリオールと、ポリイソシアネート(F1)の反応物であり、
ポリイソシアネート(F1)、ポリイソシアネート(F2)のいずれかに、アロファネート構造を含み、且つポリイソシアネート(F1)及びポリイソシアネート(F2)のゲルパーミエーションクロマトフラフィー(GPC)法により算出した平均のイソシアネート官能基数が2.01~3.19の範囲である、ウレタン形成性組成物(G)。 - ポリイソシアネート(F1)、ポリイソシアネート(F2)のいずれかに、ヌレート構造を含む、請求項4に記載のウレタン形成性組成物(G)。
- ポリイソシアネート(F1)及びポリイソシアネート(F2)を合わせたポリイソシアネート(F)中の、アロファネート構造とヌレート構造のモル比率が10/90~90/10の範囲である、請求項5に記載のウレタン形成性組成物(G)。
- ポリイソシアネート(F2)の粘度が150~1900mPa・sの範囲である、請求項4乃至請求項6に記載のウレタン形成性組成物(G)。
- ウレタンプレポリマー(E)とポリイソシアネート(F2)の重量比率が80/20~1/99の範囲である、請求項4乃至請求項7に記載のウレタン形成性組成物(G)。
- ポリアルキレンオキシド(A)が分子量2500以上で、且つポリオール(B)が分子量2500未満である、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載のウレタン形成性組成物(G)。
- ポリオール(B)が、ポリオキシテトラメチレン残基、炭素数6以上の糖残基、芳香族アミン残基、ポリエステル残基、アクリル残基及びポリオレフィン残基からなる群から選ばれる1種以上の残基を有する、請求項1乃至請求項9のいずれかに記載のウレタン形成性組成物(G)。
- ポリアルキレンオキシド(A)の不飽和度が0.01meq/g以下である、請求項1乃至請求項10のいずれかに記載のウレタン形成性組成物(G)。
- ウレタン形成性組成物(G)中にケトエノール互変異性化合物、およびヒンダードフェノール系酸化防止剤を含む、請求項1乃至請求項11に記載のウレタン形成性組成物(G)。
- 請求項1乃至請求項12に記載のウレタン形成性組成物(G)の硬化物である、ポリウレタン(H)。
- 請求項13に記載のポリウレタン(H)と基材からなるポリウレタンシート。
- 請求項13に記載のポリウレタン(H)からなり、厚みが1~200μmであって、無アルカリガラスに貼り付けて2,500mm/minで剥離時の剥離力が0.20N/25mm以下であるウレタン粘着剤シート。
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