JP2744322B2 - ポリイソシアナートの製造方法 - Google Patents

ポリイソシアナートの製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規なポリイソシアナートの製造方法に関
し、より詳しくは特定の化学構造を有するトリオールを
ジイソシアナートと反応させることによる新規なポリイ
ソシアナートの製造方法に関する。
本発明の製造方法によつて得られる新規なポリイソシ
アナートは、低粘度であることから作業性が良好であ
り、取扱いが容易である。また該ポリイソシアナートは
活性水素原子を含有する化合物との反応性が極めて高い
ために、ポリオールなどの分子中に平均して1を越える
個数の活性水素原子を含有する化合物と速やかに反応し
て硬化し、しかも硬化して得られる樹脂は強靱性、耐寒
性および可撓性に優れる。従つて、本発明の製造方法に
よつて得られるポリイソシアナートは塗料、接着剤、フ
オームの製造原料などの硬化性組成物における硬化剤成
分として有用である。
〔従来の技術〕
従来、ポリウレタン塗料、ポリウレタン接着剤などの
ポリウレタン系硬化性組成物として、主剤としてのポリ
オールと硬化剤としてのポリイソシアナートから構成さ
れる組成物が広く使用されている。該ポリオールとして
はポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールな
どが使用されている。また該ポリイソシアナートとして
は、1,1,1−トリメチロールプロパンにヘキサメチレン
ジイソシアナート、トリレンジイソシアナート、キシリ
レンジイソシアナート、水添キシリレンジイソシアナー
ト、イソホロンジイソシアナート、4,4′−ジシクロヘ
キシルメタンジイソシアナートなどのジイソシアナート
を反応させて得られたポリオールアダクト体などが使用
されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
塗料、接着剤などの硬化性組成物においては、組成物
中の溶剤量を低減させ、固形分濃度を高める、いわゆる
ハイソリツド化の要求が、省エネルギーおよび低公害化
の観点から高まつている。しかしながら、上記の1,1,1
−トリメチロールプロパンにジイソシアナートを反応さ
せて得られたポリオールアダクト体を含む溶液状の組成
物では、固形分濃度を高めると粘度が極めて高くなるた
め、作業性の良好なハイソリツド化された塗料または接
着剤を得ることが困難である。
上記のポリオールアダクト体では、イソシアナート基
を含み、ジイソシアナートから誘導された末端基がそれ
ぞれ1,1,1−トリメチロールプロパンに由来する隣接し
合つた3個の水酸基のうちの1個と結合しているため
に、該イソシアナート基の反応性が立体障害によつて抑
制され易い。すなわち、該ポリオールアダクト体の分子
中の2個のイソシアナート基がたとえ速やかにポリオー
ルと反応し得ても、立体障害の増大によつて同一分子中
の残りのイソシアナート基の反応性が抑制される傾向が
強い。従つて、該ポリオールアダクト体においては、硬
化反応、すなわち架橋反応の進行が極めて遅いのが実情
である。しかも、このような上記のポリオールアダクト
体を硬化剤として用いて得られた硬化物では、架橋が不
充分になり易く、充分な強靱性を発揮し得ないことさえ
ある。
さらに、上記のポリオールアダクト体を硬化剤として
用いて得られた硬化物は可撓性、特に低音状態での可撓
性に欠ける傾向があるため、その用途が制限される。
しかして、本発明の目的は、ポリオールなどの分子中
に平均して1を越える個数の活性水素原子を含有する化
合物との反応性に優れ、該化合物との反応によつて強靱
性、耐寒性および可撓性に優れた樹脂を与えることがで
き、しかも低粘度の新規なポリオールアダクト体型ポリ
イソシアナートを製造する方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、上記の目的は、一般式 (式中、R1は第一級炭素原子に結合手を有し、かつ結
合手を有する第一級炭素原子の少なくとも1組が炭素数
6以上の炭素鎖で隔てられている炭素数10の3価の飽和
脂肪族炭化水素基を表す)で示されるトリオールを該ト
リオールの1モルに対して3モル以上となる量のジイソ
シアナートと反応させることを特徴とするポリイソシア
ナートの製造方法を提供することにより達成される。
一般式(I)中のR1で表される「第一級炭素原子に結
合手を有し、かつ結合手を有する第一級炭素原子の少な
くとも1組が炭素数6以上の炭素鎖で隔てられている炭
素数10の3価の飽和脂肪族炭化水素基」を代表例として
は、次の式で示される基を挙げることができる。
一般式(I)で示されるトリオールとしては、例え
ば、1,1,7−トリメチロールヘプタン、1,2,7−トリメチ
ロールヘプタン、1,1,6−トリメチロールヘプタン、1,
2,6−トリメチロールヘプタン、1,6,6−トリメチロール
ヘプタンなどが単独でまたは2種以上の混合物で使用さ
れる。
一般式(I)で示されるトリオールと反応させるジイ
ソシアナートの典型例としては、一般式 O=C=N−R2−N=C=O (II) (式中、R2は2価の飽和脂肪族、飽和脂環式または芳
香族の炭化水素基を表す) で示されるジイソシアナートなどが挙げられる。一般式
(II)中のR2としては、例えば、ヘキサメチレン基など
の2価の飽和脂肪族炭化水素基;イソホロンジイル基、
1,4−ジメチルシクロヘキサン−α,α′−ジイル基、
ジシクロヘキシルメタンー4,4′−ジイル基などの2価
の飽和脂環式炭化水素基;およびトリレン基、p−キシ
レン−α,α′−ジイル基、ジフエニルメタン−4,4′
−ジイル基、フエニレン基などの2価の芳香族炭化水素
基が挙げられる。かかるジイソシアナートとしては、例
えば、ヘキサメチレンジイソシアナートなどの飽和脂肪
族ジイソシアナート;イソホロンジイソシアナート、水
添キシリレンジイソシアナート、4,4′−ジシクロヘキ
シルメタンジイソシアナートなどの飽和脂環式ジイソシ
アナート;およびトリレンジイソシアナート、キシリレ
ンジイソシアナート、ジフエニルメタン−4,4′−ジイ
ソシアナート、フエニレンジイソシアナートなどの芳香
族ジイソシアナートが単独でまたは2種以上の混合物で
使用される。ジイソシアナートはトリオールの1モルに
対して3モル以上となる量で使用される。ジイソシアナ
ートの使用量がトリオールの1モルに対して3モル未満
である場合には、トリオールとジイソシアナートとの重
合度が高くなり過ぎる結果、得られるポリイソシアナー
トの粘度が高くなる。ただし、ジイソシアナートの使用
量が多過ぎる場合にはトリオールとの反応後に反応系か
ら未反応のジイソシアナートを多量に除去する必要があ
ることから、低粘度のポリイソシアナートを効率的に製
造し得る点においてジイソシアナートをトリオールの1
モルに対して5〜30モルの範囲内となる量で使用するの
が好ましい。
ポリオールとジイソシアナートとの反応は、通常、室
温〜120℃の範囲内に温度で行われる。反応は溶媒の存
在下に行つてもよく、好ましい溶媒としては酢酸エチ
ル、テトラヒドロフランなどが挙げられる。溶媒の使用
量としては通常、生成するポリイソシアナートと同重量
またはそれ以下となる量が採用される。
ポリオールとジイソシアナートとの反応によつて得ら
れた反応混合物から、必要に応じて未反応のジイソシア
ナートおよび溶媒を抽出、蒸留などの任意の方法で除去
することによつて、目的とするポリイソシアナートを分
離・取得することができる。
本発明の製造方法で得られるポリイソシアナートは分
子中に平均して1を越える個数の活性水素原子を含有す
る化合物と速やかに反応して硬化し、架橋した化学構造
を有する樹脂を与える。分子中に平均して1を越える個
数の活性水素原子を含有する化合物としては、例えば、
水酸基、メルカプト基、アミノ基、イミノ基およびカル
ボキシル基からなる群から選ばれる1種以上の活性水素
原子含有官能基を分子中に平均して1を越える個数、好
ましくは2以上の個数含有する平均分子量500〜200,000
の高分子化合物などが挙げられる。該高分子化合物とし
ては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオー
ル、ポリカーボネートポリオール、ポリウレタンポリオ
ール、水酸基含有ポリアクリレート、セルロースなどの
分子中に平均して2個以上の水酸基を含有する平均分子
量500〜200,000の高分子ポリオールなどが好ましく使用
される。本発明の製造方法によつて得られるポリイソシ
アナートの使用量は特に制限されるものでないが、分子
中に平均して1を越える個数の活性水素原子を含有する
化合物に含まれる全活性水素原子数に対して1〜20倍の
個数のイソシアナート基を与える量であるのが好まし
い。ポリイソシアナートと分子中に平均して1を越える
個数の活性水素原子を含有する化合物からなる硬化性組
成物には、使用目的に応じて、溶剤、安定剤、染料、顔
料、充填剤、強化材、発泡剤などが所望の量で配合され
ていてもよい。
なお、本発明の製造方法で使用するトリオールは、例
えば、特開平1-268655号公報、特開平1-299241号公報な
どに記載された方法に従つて製造される。すなわち、ト
リオールのうち1,1,7−トリメチロールヘプタンは例え
ば特開平1-268655号公報に記載された方法に従つて、オ
クター2,7−ジエン−1−オールをヒドロホルミル化
し、得られる生成物を水素化する方法によつて製造され
る。なお、この方法によれば、1,1,7−トリメチロール
ヘプタンが主生成物として得られる外に、1,2,7−トリ
メチロールヘプタン、1,1,6−トリメチロールヘプタン
および1,2,6−トリメチロールヘプタンが併産される。
これらのトリメチロールヘプタンは常法により分離し、
または混合物のままで本発明の製造方法に従う反応に供
することができる。また1,1,6−トリメチロールヘプタ
ンおよび1,6,6−トリメチロールヘプタンは例えば特開
平1-299241号公報に記載された方法に従つて、2−メチ
ル−1,8−オクタンジアールを塩基の存在下にホルムア
ルデヒドと反応させ、得られる生成物を水素化すること
によつて製造される。これらのトリメチロールヘプタン
は常法により分離し、または混合物のままで本発明の製
造方法に従う反応に供することができる。
〔作用〕
本発明の製造方法によつて得られるポリイソシアナー
トは、1分子あたり平均して1〜1.5個の一般式 (式中、R1は前記定義のとおりである) で示される構造単位(A)、平均して0個以上の一般式 (式中、R2は前記定義のとおりである) で示される構造単位などのジイソシアナートから誘導さ
れた2価の構造単位(B)および平均して3個以上の一
般式 (式中、R2は前記定義のとおりである) で示される末端基などのジイソシアナートから誘導され
た末端基(C)から実質的になり、かつ構造単位
(A)、構造単位(B)および末端基(C)がウレタン
結合を形成して相互に結合している構造を有するものと
推定される。上記構造のポリイソシアナートは、1分子
あたり平均して1個の構造単位(A)と平均して3個の
末端基(C)から実質的になるポリイソシアナートと、
1分子あたり平均して1を越え、かつ1.5以下の個数の
構造単位(A)、平均して0を越える個数の構造単位
(B)および平均して3個以上の末端基(C)から実質
的になるポリイソシアナート群とに大別される。一般式
(II)で示されるジイソシアナートを使用して得られる
ポリイソシアナートについてみると、前者のポリイソシ
アナートは、一般式 (式中、R1およびR2は前記定義のとおりである) で示され、また後者のポリイソシアナート群は、一般式 (式中、R1およびR2は前記定義のとおりであり、nは
平均重合度を意味し、1を越え、かつ1.5以下の数を表
す) で示されるポリイソシアナートなどを包含する。
本発明の製造方法によつて得られるポリイソシアナー
トは、従来の1,1,1−トリメチロールプロパンにジイソ
シアナートを反応させて得られたポリオールアダクト体
型のポリイソシアナートに比べて、粘度が低いという特
徴を有する。これは、本発明の製造方法によつて得られ
るポリイソシアナートが骨格中に低極性の長い炭素鎖が
導入されている化学構造を有するためであろうと推定さ
れる。
本発明の製造方法によつて得られるポリイソシアナー
トは、分子中に平均して1を越える個数の活性水素原子
を含有する化合物との反応性に優れる。これは、該ポリ
イソシアナートが有するイソシアナート基のうち3分の
1以上のものが同一分子中の他のイソシアナート基と長
い炭素鎖を含む長い鎖によつて隔てられているので、ほ
ぼ全てのイソシアナート基が立体障害をあまり受けるこ
となく、分子中に平均して1を越える個数の活性水素原
子を含有する化合物との反応に関与することができるた
めであろうと推定される。
本発明の製造方法によつて得られるポリイソシアナー
トと分子中に平均して1を越える個数の活性水素原子を
含有する化合物との反応によつて得られる樹脂は強靱
性、耐寒性および可撓性に優れる。これは、上記のとお
り、該ポリイソシアナートと分子中に平均して1を越え
る個数の活性水素原子を含有する化合物との反応性が高
いことに由来して両者の反応によつて得られる樹脂が充
分に架橋を形成した化学構造を有しており、しかもそれ
らの架橋間が該ポリイソシアナートの化学構造に由来し
て低極性の長い炭素鎖を含む長い鎖によつて隔てられて
いるためであろうと推定される。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明す
る。しかしながら、本発明はこれらの実施例によつて限
定されるものではない。
実施例1 イソホロンジイソシアナート180g(810mmol)とテト
ラヒドロフラン200mlからなる溶液を80℃に加熱しなが
ら、それに1,1,7−トリメチロールヘプタン23g(120mmo
l)とテトラヒドロフラン30mlからなる溶液を徐々に滴
下した。80℃で3時間、次いで100℃で4時間反応を行
つた。反応終了後、テトラヒドロフランを減圧下に留去
し、残渣をヘキサンで4回抽出操作に付することによつ
て未反応のイソホロンジイソシアナートを系から除去し
た。抽残として液状のポリイソシアナートを得た。
得られたポリイソシアナートにおけるイソシアナート
基(−N=C=O)の含有率は、定量分析の結果、該ポ
リイソシアナート基準で11.30重量%であつた。なお、
ポリイソシアナートの化学構造が式 〔式中、IPは式 で示される2価の基を表す〕 で示されると仮定した場合におけるイソシアナート基の
含有率の理論値は11.03重量%である。
また、得られたポリイソシアナートを75重量%含有す
る酢酸エチル溶液の粘度は600センチポイズであり、極
めて低かつた。
参考例1 1,1,7−トリメチロールヘプタン23g(120mmol)の代
りに1,1,1−トリメチロールプロパン16g(120mmol)を
用いた以外は実施例1におけると同様にして対応するポ
リイソシアナートを得た。
得られたポリイソシアナートにおけるイソシアナート
基の含有率は12.94重量%であつた。なお、ポリイソシ
アナートの化学構造が式 〔式中、IPは前記定義のとおりである〕 で示されると仮定した場合におけるイソシアナート基の
含有率の理論値は11.80重量%である。
また、得られたポリイソシアナートを75重量%含有す
る酢酸エチル溶液の粘度は2550センチポイズであり、極
めて高かつた。
参考例2 実施例1および参考例1でそれぞれ得られたポリイソ
シアナートを75重量%含有する酢酸エチル溶液を、該溶
液中のポリイソシアナートに含まれる全イソシアナート
基と同じモル数の水酸基を含有する量のポリエステルポ
リオール(住友バイエル社製デスモフエン670;水酸基
価:142mg KOH/g)と混合し、20℃、減圧下で溶媒を留去
したのち、相対湿度0%、60℃で固相反応させることに
よつて、それぞれフイルム状物を得た。この固相反応の
間、経時的に少量の試料をとり、赤外吸収スペクトルで
のイソシアナート基に由来する2280cm-1の吸収に基づい
てイソシアナート基の定量分析を行うことにより、反応
の進行状況を確認した。それぞれのポリイソシアナート
について、かかるイソシアナート基の定量分析に基づく
ポリエステルポリオールとの反応性の高さと得られたフ
イルム状物の鉛筆硬度を第1表に示す。
〔発明の効果〕 上記の実施例から明らかなとおり、本発明の製造方法
によれば新規なポリイソシアナートが得られる。該ポリ
イソシアナートは極めて低い溶液粘度を有する。また該
ポリイソシアナートは、分子中に平均して1を越える個
数の活性水素原子を含有する化合物との反応性に優れ、
しかもその反応によつて得られる硬化物の性能は良好で
ある。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (式中、R1は第一級炭素原子に結合手を有し、かつ結合
    手を有する第一級炭素原子の少なくとも1組が炭素数6
    以上の炭素鎖で隔てられている炭素数10の3価の飽和脂
    肪族炭化水素基を表す)で示されるトリオールを該トリ
    オールの1モルに対して3モル以上となる量のジイソシ
    アナートと反応させることを特徴とするポリイソシアナ
    ートの製造方法。
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