JP3717280B2 - ポリマー分散ポリオールおよびイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明はポリマー分散ポリオールおよびイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法に関する。詳しくは本発明は活性水素化合物に特定の構造を有するホスファゼン化合物の存在下、アルキレンオキサイドを付加重合した後に、下記の要件を満たすポリオキシアルキレンポリオール中にポリマー粒子を5〜60重量%分散してなるポリマー分散ポリオールの製造方法、更には該ポリオキシアルキレンポリオールとポリイソシアネート化合物とを反応させてなるイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法、および該ポリマー分散ポリオールとポリイソシアネート化合物とを反応させてなるイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法に関する。
a.OHVが2〜200mgKOH/gの範囲である。
b.ポリオキシアルキレンポリオール中のC=Cが0.0001〜0.07meq./gである。
c.プロピレンオキサイド付加重合によるポリオキシアルキレンポリオールのヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率が95モル%以上である。
d.ポリオキシアルキレンポリオールのGPC溶出曲線において、ピークの最大高さを100%とした際に、そのピーク高さの20%でのピーク幅をW20、ピーク高さの80%でのピーク幅をW80と定義する。W20をW80で割った値W20/W80(無次元数)が1.5以上、3未満である。
【0002】
ポリマー分散ポリオールはポリウレタンフォーム、ポリウレタンエラストマー等の原料、またはポリウレタン以外の合成樹脂の原料として広く用いられている。イソシアネート基末端プレポリマーについてもポリウレタンフォーム、ポリウレタンエラストマーの他、塗料、シーリング材、接着剤、床材等のポリウレタン樹脂の原料として使用されている。
【0003】
【従来の技術】
ポリオキシアルキレンポリオール中でエチレン性不飽和単量体を重合させてポリマー分散ポリオールを製造することは公知である。このポリオキシアルキレンポリオールは水酸化カリウム(以下、KOHと略する。)触媒の存在下、活性水素化合物にアルキレンオキサイドを付加重合して工業的規模で製造されている。アルキレンオキサイドとして最も広く使用されているプロピレンオキサイドを用いる場合、KOH触媒ではポリオキシアルキレンポリオールの分子量の増加と共に、分子末端に不飽和基を有するモノオールが副生することが知られている。このモノオールは主反応により生成するポリオキシアルキレンポリオールと比較して低分子量であるため、ポリオキシアルキレンポリオールの分子量分布を大幅に広げ、平均官能基数を低下させる。ポリオキシアルキレンポリオール中のモノオール含有量が高い場合にはポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応時に、架橋、高分子量化を妨げ、軟質ポリウレタンフォーム、エラストマーを問わず、ヒステリシスの増大、硬度の低下、伸長性の低下、キュア性の低下、永久圧縮歪みの増加等の好ましくない効果を伴う。従って、モノオール含有量の高いポリオキシアルキレンポリオールを分散媒としたポリマー分散ポリオールについても同様な現象が生じる。
【0004】
副生モノオール含有量を低減し、かつ高分子量のポリオキシアルキレンポリオールを得るため、プロピレンオキサイド付加重合時の触媒として、アルカリ金属以外の触媒、例えば、複金属シアン化物錯体(Double Metal Cyanide complex;以下、DMCと略する。)触媒を用いる方法が提案されている(USP3,829,505、USP4,472,560、USP5,144,093、USP5,235,114)。また、特開平2−115211号公報、特開平3−14812号公報にはDMC触媒で得られたポリオキシアルキレンポリオールを分散媒とするポリマー分散ポリオールの製造方法が教示されている。ポリオキシアルキレンポリオール中の総不飽和度(モノオール含有量)を低減することにより、該ポリオールを分散媒とするポリマー分散ポリオールを使用した軟質ポリウレタンフォームの特性が向上すると記載されている。しかし、本発明者らが調べた結果、上記DMCを触媒としたポリオキシアルキレンポリオールを分散媒とするポリマー分散ポリオールは、粘度が高く、これらを用いた軟質ポリウレタンフォームでは、本発明者らが期待するような耐湿熱耐久性が向上する結果が得られなかった。
【0005】
DMCはプロピレンオキサイドの重合触媒として優れた性能を示すが、アルキレンオキサイドとしてエチレンオキサイドを付加重合する場合には、一旦、酸素を含んだガス、過酸化物、硫酸などの酸化剤との反応によりDMCを失活させ、ポリオールから触媒残渣を分別し、更にKOHのようなアルカリ金属水酸化物やアルカリ金属アルコキシド等を用いてエチレンオキサイドを付加重合する必要がある(USP5,144,093、USP5,235,114)。DMC触媒を失活させるために、酸化剤の他にアルカリ金属アルコキシドまたはアルカリ土類金属アルコキシドを用いる方法(特開平5−508833号公報)、強塩基とイオン交換樹脂による処理法(USP4,355,188)も提案されているが、いずれの方法も製造工程が複雑で経済性が悪いうえ、微量の触媒残渣がポリオキシアルキレンポリオールに残存しているとポリイソシアネートとの反応において好ましくない副反応(アロファネート反応)を誘発するといった問題がある。
【0006】
また、特開平4−59825号公報に記載されているようにDMCを用いてポリエーテル類を製造する場合、イニシエーター(重合開始剤)が低分子量であるとモノエポキサイドの反応が起こらない、あるいは反応速度が極めて遅いという問題がある。これらの問題を解決するため、特開平4−59825号公報ではあらかじめプロピレンオキサイドを付加重合したポリオキシプロピレングリコールをその重合開始剤として使用することが提案されているが、使用可能な重合開始剤を制約される上、製造工程が煩雑になる。
【0007】
特開平6−228247号公報には、DMCを触媒としたポリオキシアルキレンポリオールを得た後、精製(触媒除去操作)等の工程を経ずに引き続いてポリマー分散ポリオールを製造する方法が教示されている。ポリマー分散ポリオールの製造工程の容易化が図れる利点があるが、本発明者らが追試したところ、ポリマー分散ポリオールの粘度が高く、軟質ポリウレタンフォームの成形性が低下することがわかった。ポリオールの粘度が高い場合には、軟質ポリウレタンフォーム製造時の機械発泡成形時に成形安定性や混合性の面で支障が生じたり、また、ポリオールを高分子量化した時の作業性、助剤との混合性が低下するといった問題が生じる。
【0008】
特開平7−330843号公報には、水酸基価10〜35mgKOH/g、モノオール最大含有量15モル%であり、さらに、プロピレンオキサイド付加重合によるヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合最低選択率が96%であることを特徴とするポリオキシアルキレンポリオールを分散媒としたポリマー分散ポリオール、および該ポリオールは、90重量%以上の純度の水酸化セシウム、水酸化ルビジウムから選ばれる化合物のうち少なくとも1種類を含むアルカリ金属を触媒として製造されることが開示されている。上記ポリオキシアルキレンポリオールを分散媒とするとポリマー濃度を高くした場合であっても、分散安定性の良いポリマー分散ポリオールが得られる。しかし、該ポリマー分散ポリオールを使用した軟質ポリウレタンフォームの力学物性をさらに向上させるためには、分散媒であるポリオキシアルキレンポリオール中のモノオール含有量をさらに低減する必要がある。本発明者らが調べた結果、上記アルカリ金属触媒を用いてモノオール含有量を低減したポリオキシアルキレンポリオールを生産するには、その製造時間が長くなるため、該ポリオールを用いるポリマー分散ポリオールの生産性も低下することがわかった。
【0009】
ポリマー分散ポリオールを用いた軟質ポリウレタンフォーム、エラストマーなどのポリウレタン樹脂の機械物性を向上させるためには分散媒であるポリオキシアルキレンポリオールの構造、組成が大きく影響する。Macromol.Rapid Commun. 17、143−148(1996)にはポリイミノホスファゼンベース t−Bu−P4 を触媒としたエチレンオキサイドの付加重合について記載されている。該ポリイミノホスファゼンベースをエチレンオキサイドの重合触媒とすることにより、分子量分布の狭いポリエチレンオキサイドが得られるが、ポリオキシアルキレンポリオールの主モノマーであるプロピレンオキサイドの重合、および本発明の目的であるポリマー分散ポリオール、イソシアネート基末端プレポリマーの製造方法に関する記載はない。
【0010】
EP0763555号公報には、ホスファゼン化合物あるいは活性水素化合物とホスファゼン化合物から得られるホスファゼニウム塩を開始剤としたポリアルキレンオキサイドの製造方法について教示されている。該公報には、ホスファゼン化合物を触媒としてアルキレンオキサイドの重合を行うことにより、臭気が残存しないポリアルキレンオキサイドを効率よく製造できることが記載されているが、本発明の目的であるポリマー分散ポリオールおよびイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法に関する記載はない。
【0011】
ポリオキシアルキレンポリオールとポリイソシアネート化合物を反応させて得られるイソシアネート基末端プレポリマーについてもポリマー分散ポリオールと同様に、ポリオキシアルキレンポリオールの構造、組成がプレポリマーならびにそれを用いたポリウレタン樹脂の物性に大きく影響する。
USP5,096,993、USP5,116,931には、DMCを触媒とした低不飽和含量ポリオールとポリイソシアネート化合物とを反応させたイソシアネート基末端プレポリマーならびにそれらを用いた熱可塑ポリウレタンエラストマー(USP5,096,993)、熱硬化ポリウレタンエラストマー(USP5,116,931)が教示されている。USP5,096,993では、低硬度のポリウレタンエラストマーを得るため、低不飽和度(総不飽和度 0.04meq./g以下)の高分子量ポリオール(数平均分子量2,000〜20,000)が有効であり、数平均分子量4,000未満のジオールではエチレンオキサイド含有量が35重量%未満であることが記載されている。実施例(ポリオールA、C、D)においても、エチレンオキサイドを含有したポリオールを使用している。しかし、該ポリオールは、DMC触媒でプロピレンオキサイドの付加重合を行った後、さらに水酸化カリウムの如き、アルカリ金属触媒を併用して製造しなければならないうえ、ポリオール中に残存している水酸化カリウム濃度も2.66〜7.48ppmと高いレベルにある。イソシアネート基末端プレポリマー法によりポリウレタンエラストマーを製造する際に、このような高いアルカリ金属濃度のポリオールを用いると、好ましくない副反応を伴うとともに、プレポリマーの貯蔵時の経時粘度変化が大きくなる。また、前述したようにポリオキシアルキレンポリオールを高分子量化させた場合にはポリオキシアルキレンポリオールの粘度は上昇する傾向にあるが、DMCを用いた場合にはポリオキシアルキレンポリオールの粘度上昇が顕著である。そのため、ポリイソシアネート化合物と反応させたイソシアネート基末端プレポリマーの粘度も上昇するため、作業性が低下する。
【0012】
特開平6−16764号公報には、水酸基数1.5以上、水酸基価X(mgKOH/g)が5≦X≦80、総不飽和度Y(meq./g)がY≦0.07であるポリオキシアルキレンポリオール中で重合性不飽和基含有モノマーの重合体を含有するポリマー分散ポリオールと有機ポリイソシアネートを反応させて得られるイソシアネート基末端ポリウレタンプレポリマーを硬化成分とするポリウレタン系硬化性組成物が例示されている。実施例において、ポリオキシアルキレンポリオールの製造法は記載されていないが、カラム2の33〜39行にかけて複金属シアン化物錯体(DMC)により上記ポリオールが得られることが示唆されている。本発明者らが調べた限りでは、DMCを用いたポリオールを分散媒とするポリマー分散ポリオールは粘度上昇が著しく、それらを用いたイソシアネート基末端プレポリマーの粘度も高くなることがわかった。さらに、エチレンオキサイドをポリオール末端に共重合させるためには、水酸化カリウムなどのアルカリ金属触媒を必要とするため、製造工程が煩雑になる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、活性水素化合物にアルキレンオキサイドを付加重合して高分子量化した場合にも、プロピレンオキサイドの副反応生成物であるモノオール含有量が少なく、ヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率が高い、さらには主反応成分のポリオールの分子量分布が均一であるポリオキシアルキレンポリオールを用いたポリマー分散ポリオールの製造方法、ならびにこれらのポリオールを用いたイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、活性水素化合物にホスファゼン化合物を触媒とし、特定の反応条件でアルキレンオキサイドの付加重合を行い、特定の触媒除去操作を行った特定のポリオキシアルキレンポリオールを用い、特定のビニルポリマー濃度を維持したポリマー分散ポリオールとすること、さらにはこれらのポリオールを用いてポリイソシアネート化合物と反応させる際の活性水素基濃度に対するイソシアネート基濃度の比(以下、NCOインデックスと略する。)を特定の範囲に維持したイソシアネート基末端プレポリマーとすることによって上記目的を達成できることを見出した。
即ち本発明の第一の目的は、
部分構造式(1)
【0015】
【化5】
(式中、Qは炭素原子数1〜20の炭化水素基を表す。)で表されるホスファゼン化合物と活性水素化合物の存在下に、反応温度が15〜130℃、最大反応圧力が9kgf/cm2 (882kPa)である条件下でアルキレンオキサイドを付加重合したポリオキシアルキレンポリオール中でエチレン性不飽和単量体の重合を行うことにより、ポリマー粒子が5〜60重量%分散してなることを特徴とするポリマー分散ポリオールの製造方法であり、
本発明の第二の目的は、本発明の第一の目的のホスファゼン化合物を触媒としたポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(以下、OHVと略する。)が2〜200mgKOH/g、ポリオキシアルキレンポリオール中の総不飽和度(以下、C=Cと略する。)が0.0001〜0.07meq./g、およびプロピレンオキサイド付加重合によるポリオキシアルキレンポリオールのヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率が95モル%以上であり、さらには、ポリオキシアルキレンポリオールのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略する。)の溶出曲線において、ピークの最大高さを100%とした際に、そのピーク高さの20%でのピーク幅をW20、ピーク高さの80%でのピーク幅をW80と定義する。W20をW80で割った値W20/W80(無次元数)が1.5以上、3未満であるポリオキシアルキレンポリオールを用いることを特徴とするポリマー分散ポリオールの製造方法である。
本発明の第三の目的は、部分構造式(1)
【0016】
【化6】
(式中、Qは炭素原子数1〜20の炭化水素基を表す。)で表されるホスファゼン化合物と活性水素化合物の存在下に、反応温度が15〜130℃、最大反応圧力が9kgf/cm2 (882kPa)である条件下でアルキレンオキサイドを付加重合したポリオキシアルキレンポリオールとポリイソシアネート化合物を反応させる際、活性水素基濃度に対するイソシアネート基濃度の比が1.3〜20であることを特徴とするイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法である。
本発明の第四の目的は、本発明の第三の目的のホスファゼン化合物を触媒としたポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)が2〜200mgKOH/g、ポリオキシアルキレンポリオール中の総不飽和度(C=C)が0.0001〜0.07meq./g、およびプロピレンオキサイド付加重合によるポリオキシアルキレンポリオールのヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率が95モル%以上であり、さらには、ポリオキシアルキレンポリオールのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の溶出曲線において、ピークの最大高さを100%とした際に、そのピーク高さの20%でのピーク幅をW20、ピーク高さの80%でのピーク幅をW80と定義する。W20をW80で割った値W20/W80(無次元数)が1.5以上、3未満であるポリオキシアルキレンポリオールを用いることを特徴とするイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法である。
本発明の第五の目的は、本発明の第一の目的で得られたポリマー分散ポリオールとポリイソシアネート化合物を反応させる際、活性水素基濃度に対するイソシアネート基濃度の比が1.3〜20であることを特徴とするイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法である。
本発明の第六の目的は、ホスファゼン化合物が化学式(2)
【0017】
【化7】
(式中、l、mおよびnは、それぞれ0〜3の正の整数を表す。Dは同種または異種の炭素数1〜20の炭化水素基、アルコキシ基、フェノキシ基、チオフェノール残基、一置換アミノ基、二置換アミノ基または5ないし6員環の環状アミノ基である。Qは、炭素原子数1〜20の炭化水素基である。さらには、同一リン原子上の、もしくは異なる二個のリン原子上の二個のDが互いに結合し、またDとQとが互いに結合して、それぞれ環構造を形成することもできる。)で表される化合物であることを特徴とする本発明の第一の目的であるポリマー分散ポリオールの製造方法であり、
本発明の第七の目的は、ホスファゼン化合物が化学式(2)
【0018】
【化8】
(式中、l、mおよびnは、それぞれ0〜3の正の整数を表す。Dは同種または異種の炭素数1〜20の炭化水素基、アルコキシ基、フェノキシ基、チオフェノール残基、一置換アミノ基、二置換アミノ基または5ないし6員環の環状アミノ基である。Qは、炭素原子数1〜20の炭化水素基である。さらには、同一リン原子上の、もしくは異なる二個のリン原子上の二個のDが互いに結合し、またDとQとが互いに結合して、それぞれ環構造を形成することもできる。)で表される化合物であることを特徴とする本発明の第三の目的であるイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法である。
【0019】
本発明の第八の目的は、化学式(2)中のl、mおよびnがその順序に関わらず、(2、1、1)、(1、1、1)、(1、1、0)、(1、0、0)または(0、0、0)から選ばれる組み合わせの中の数であるホスファゼン化合物を触媒としたポリオキシアルキレンポリオールを用いることを特徴する本発明の第一の目的であるポリマー分散ポリオールの製造方法であり、
本発明の第九の目的は、化学式(2)中のl、mおよびnがその順序に関わらず、(2、1、1)、(1、1、1)、(1、1、0)、(1、0、0)または(0、0、0)から選ばれる組み合わせの中の数であるホスファゼン化合物を触媒としたポリオキシアルキレンポリオールを用いることを特徴する本発明の第三の目的であるイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法である。
【0020】
本発明の第十の目的は、部分構造式(1)および化学式(2)中のQが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、tert−オクチル、ノニルおよびデシルよりなる群から選ばれる炭化水素基であるホスファゼン化合物を触媒としたポリオキシアルキレンポリオールを用いる本発明の第一の目的であるポリマー分散ポリオールの製造方法である。
本発明の第十一の目的は、部分構造式(1)および化学式(2)中のQが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、tert−オクチル、ノニルおよびデシルよりなる群から選ばれる炭化水素基であるホスファゼン化合物を触媒としたポリオキシアルキレンポリオールを用いる本発明の第三の目的であるイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法である。
【0021】
本発明の第十二の目的は、化学式(2)のホスファゼン化合物が、1−tert−ブチル−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼン、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼン、1−エチル−2,2,4,4,4−ペンタキス(ジメチルアミノ)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス[ トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ] −2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−4,4,4−トリス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス[ トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ] −2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,2,2−トリ(1−ピロリジニル)ホスファゼン、または7−エチル−5,11−ジメチル−1,5,7,11−テトラアザ−6λ5 −ホスファスピロ[ 5,5] ウンデカ−1(6)−エンである本発明の第一の目的であるポリマー分散ポリオールの製造方法である。
本発明の第十三の目的は、化学式(2)のホスファゼン化合物が、1−tert−ブチル−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼン、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼン、1−エチル−2,2,4,4,4−ペンタキス(ジメチルアミノ)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス[ トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ] −2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−4,4,4−トリス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス[ トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ] −2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,2,2−トリ(1−ピロリジニル)ホスファゼン、または7−エチル−5,11−ジメチル−1,5,7,11−テトラアザ−6λ5 −ホスファスピロ[ 5,5] ウンデカ−1(6)−エンである本発明の第三の目的であるイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法である。
【0022】
本発明の第十四の目的は、化学式(2)で表されるホスファゼン化合物を触媒としてアルキレンオキサイドの付加重合を行った後の粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物の除去操作をe〜hのいずれかの方法で行うことにより得られたCPRが5以下のポリオキシアルキレンポリオールを用いるポリマー分散ポリオールの製造方法である。
e.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して無機酸または有機酸を0.5〜2.5モル使用して50〜130℃でホスファゼン化合物を中和する。その後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して吸着剤を0.005〜1.5重量部用いて減圧処理を行い、水を留去し、ろ過操作によりホスファゼニウム塩ならびに吸着剤を除去する。
f.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、ポリオキシアルキレンポリオールに不活性な有機溶剤および水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して無機酸または有機酸を0.5〜2.5モル使用して50〜130℃でホスファゼン化合物を中和する。その後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して吸着剤を0.005〜1.5重量部用いて減圧処理を行い、水および有機溶剤を留去し、ろ過操作によりホスファゼニウム塩ならびに吸着剤を除去する。
g.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水単独または水とポリオキシアルキレンポリオールに不活性な炭化水素系溶剤から選ばれる溶媒の混合物を1〜200重量部加え分液し、水洗後、減圧処理により水および有機溶剤を留去する。
h.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水を20〜200重量部加え15〜100℃でイオン交換樹脂と接触させた後、ろ過によりイオン交換樹脂を除き、減圧処理により脱水を行う。
【0023】
本発明の第十五の目的は、化学式(2)で表されるホスファゼン化合物を触媒としてアルキレンオキサイドの付加重合を行った後の粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物の除去操作を本発明の第十四中に記載のe〜hのいずれかの方法で行うことにより得られたCPRが5以下のポリオキシアルキレンポリオールを用いるイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法である。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明における部分構造式(1)および化学式(2)で表されるホスファゼン化合物は強い塩基性を有していることはよく知られている。部分構造式(1)および化学式(2)中のQや化学式(2)中のDは、本発明の反応を阻害しなければ如何なる置換基を含んでいてもよい。
【0025】
まず、本発明のホスファゼン化合物について説明する。部分構造式(1)および化学式(2)中のQの炭素原子数1〜20の炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、tert−オクチル、ノニルまたはデシル等のアルキル基であり、アリル、2−メチルアリル、ベンジル、フェネチル、o−アニシル、1−フェニルエチル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチルまたはシンナミル等の不飽和結合もしくは芳香族基を有するアルキル基であり、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル、3−プロピルシクロヘキシル、4−フェニルシクロヘキシル、シクロヘプチルまたは1−シクロヘキセニル等の脂環族基であり、ビニル、スチリル、プロペニル、イソプロペニル、2−メチル−1−プロペニルまたは1,3−ブタジエニル等のアルケニル基であり、エチニルまたは2−プロピニル等のアルキニル基であり、フェニル、o−トリル、m−トリル、p−トリル、2,3−キシリル、2,4−キシリル、3,4−キシリル、メシチル、o−クメニル、m−クメニル、p−クメニル、1−ナフチル、2−ナフチルまたはp−メトキシフェニル等の芳香族基が挙げられる。
【0026】
化学式(2)中のDの炭素原子数1〜20の炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、tert−オクチル、ノニルまたはデシル等のアルキル基であり、アリル、2−メチルアリル、ベンジル、フェネチル、o−アニシル、1−フェニルエチル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチルまたはシンナミル等の不飽和結合もしくは芳香族基を有するアルキル基であり、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル、3−プロピルシクロヘキシル、4−フェニルシクロヘキシル、シクロヘプチルまたは1−シクロヘキセニル等の脂環族基であり、ビニル、スチリル、プロペニル、イソプロペニル、2−メチル−1−プロペニルまたは1,3−ブタジエニル等のアルケニル基であり、エチニルまたは2−プロピニル等のアルキニル基であり、フェニル、o−トリル、m−トリル、p−トリル、2,3−キシリル、2,4−キシリル、3,4−キシリル、メシチル、o−クメニル、m−クメニル、p−クメニル、1−ナフチル、2−ナフチルまたはp−メトキシフェニル等の芳香族基が挙げられる。
【0027】
Dのアルコキシ基としては、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、アリルオキシ、シクロヘキシルオキシまたはベンジルオキシ等の炭素数1〜20を含むアルコキシ基であり、Dのフェノキシ基としては、例えば、フェノキシ、4−メチルフェノキシ、3−プロピルフェノキシまたは1−ナフチルオキシ等の炭素数6〜20を含むフェノキシ基であり、Dのチオール残基としては、例えば、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、イソプロピルチオ、ブチルチオ、イソブチルチオ、tert−ブチルチオ、ペンチルチオ、ヘキシルチオ、ヘプチルチオ、オクチルチオ、tert−オクチルチオ、ノニルチオまたはデシルチオ等の炭素数1〜20を含むチオール残基であり、Dのチオフェノール残基としては、例えば、フェニルチオ、o−トルイルチオ、m−トルイルチオ、p−トルイルチオ、2,3−キシリルチオ、2,4−キシリルチオ、3,4−キシリルチオ、4−エチルフェニルチオまたは2−ナフチルチオ等の炭素数6〜20を含むチオフェノール残基であり、Dの一置換アミノ基としては、例えば、メチルアミノ、エチルアミノ、プロピルアミノ、イソプロピルアミノ、ブチルアミノ、イソブチルアミノ、tert−ブチルアミノ、ペンチルアミノ、ヘキシルアミノ、ヘプチルアミノ、オクチルアミノ、tert−オクチルアミノ、ノニルアミノ、デシルアミノ、1−エチルプロピルアミノ、1−エチルブチルアミノ、アニリノ、o−トルイルアミノ、m−トルイルアミノ、p−トルイルアミノ、2,3−キシリノアミノ、2,4−キシリノアミノまたは3,4−キシリノアミノ等の炭素数1〜20を含む一置換アミノ基であり、Dの二置換アミノ基としては、例えばジメチルアミノ、ジエチルアミノ、メチルエチルアミノ、ジプロピルアミノ、メチルプロピルアミノ、ジイソプロピルアミノ、ジブチルアミノ、メチルブチルアミノ、ジイソブチルアミノ、ジ−sec−ブチルアミノ、ジペンチルアミノ、ジヘキシルアミノ、エチルヘキシルアミノ、ジヘプチルアミノ、ジオクチルアミノ、ジ−tert−オクチルアミノ、エチル−tert−オクチルアミノ、ジノニルアミノ、ジデシルアミノ、ジフェニルアミノ、メチルフェニルアミノ、エチルフェニルアミノ、ジ−o−トルイルアミノ、ジ−2,3−キシリルアミノまたはフェニルトルイルアミノ等の同種もしくは異種の炭素数1ないし20の炭化水素基が二置換したアミノ基であり、1−ピロリジニル、3−メチル−1−ピロリジニル、1−ピロリル、3−エチル−1−ピロリル、1−インドリル、1−ピペリジル、3−メチル−1−ピペリジル、1−ピペラジニル、4−メチル−1−ピペラジニル、1−イミダゾリジニルまたは4−モルホリニル等の5ないし6員環の環状アミノ基が挙げられる。
【0028】
同一りん原子上のまたは異なる二個のりん原子上の二個のDが互いに結合して可能な全てまたは一部が環構造を形成している場合の、りん原子上の二価の基(D−D)としては、エチレン、ビニレン、プロピレン、1,2−シクロヘキサニレン、1,2−フェニレン、トリメチレン、プロペニレン、テトラメチレン、2,2’−ビフェニレン、1−ブテニレン、2−ブテニレンまたはペンタメチレン等の飽和もしくは不飽和の脂肪族の二価の炭化水素基であり、さらには該二価の基の両端とりん原子間の結合の一方または両方に、酸素原子、硫黄原子および、水素原子またはメチル基、エチル基、ブチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基またはフェニル基等の脂肪族や芳香族炭化水素基が結合した窒素原子からなる群のうちの任意の一個または二個が挿入した形の二価の基が挙げられる。それらの二価の基の具体例としては、例えば、メチレンオキシ、エチレン−2−オキシ、トリメチレン−3−オキシ、メチレンジオキシ、エチレンジオキシ、トリメチレン−1,3−ジオキシ、シクロヘキサン−1,2−ジオキシ、ベンゼン−1,2−ジオキシ、メチレンチオ、エチレン−2−チオ、トリメチレン−3−チオ、テトラメチレン−4−チオ、メチレンジチオ、エチレンジチオ、トリメチレン−1,3−ジチオ、イミノメチレン、2−イミノエチレン、3−イミノトリメチレン、4−イミノテトラメチレン、N−エチルイミノメチレン、N−シクロヘキシル−2−イミノエチレン、N−メチル−3−イミノトリメチレン、N−ベンジル−4−イミノテトラメチレン、ジイミノメチレン、1,2−ジイミノエチレン、1,2−ジイミノビニレン、1,3−ジイミノトリメチレン、N,N’−ジメチルジイミノメチレン、N,N’−ジフェニル−1,2−ジイミノエチレン、N,N’−ジメチル−1,2−ジイミノエチレン、N−メチル−N’−エチル−1,3−ジイミノトリメチレン、N,N’−ジエチル−1,4−ジイミノテトラメチレンまたはN−メチル−1,3−ジイミノトリメチレン等の基が挙げられる。
【0029】
またDとQとが互いに結合して可能な全てまたは一部が環構造を形成している場合の、窒素原子およびりん原子を繋ぐ二価の基(D−Q)としては、上記に示したりん原子上の二価の基と同一の飽和もしくは不飽和の脂肪族の二価の炭化水素基であり、さらには該二価の炭化水素基とりん原子間の結合に、酸素原子、硫黄原子および、水素原子またはメチル基、エチル基、ブチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基またはフェニル基などの脂肪族や芳香族炭化水素基が結合した窒素原子からなる群のうちの任意の一個が挿入した形の二価の基が挙げられる。それらの二価の基の具体例としては、例えば、メチレンオキシ、エチレン−2−オキシ、メチレンチオ、エチレン−2−チオ、イミノメチレン、2−イミノエチレン、N−メチルイミノメチレン、N−エチル−2−イミノエチレン、N−メチル−3−イミノトリメチレンまたはN−フェニル−2−イミノエチレン等の基が挙げられる。
【0030】
化学式(2)で表される構造を持つホスファゼン化合物の具体例を挙げると、Dが同種または異種のアルキル基である場合の例としては、例えば、1−tert−ブチル−2,2,2−トリメチルホスファゼンまたは1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−2,2,4,4,4−ペンタイソプロピル−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられ、Dが不飽和結合もしくは芳香族基を有するアルキル基である場合の例としては、例えば、1−tert−ブチル−2,2,2−トリアリルホスファゼン、1−シクロヘキシル−2,2,4,4,4−ペンタアリル−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)または1−エチル−2,4,4,4−トリベンジル−2−トリベンジルホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられる。Dが脂環族基である場合の例としては、例えば、1−メチル−2,2,2−トリシクロペンチルホスファゼンまたは1−プロピル−2,2,4,4,4−シクロヘキシル−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられる。Dがアルケニル基である場合の例としては例えば、1−ブチル−2,2,2−トリビニルホスファゼンまたは1−tert−ブチル−2,2,4,4,4−ペンタスチリル−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられる。Dがアルキニル基である場合の例としては例えば、1−tert−ブチル−2,2,2−トリ(2−フェニルエチニル)ホスファゼン等が挙げられ、Dが芳香族基である場合の例としては例えば、1−イソプロピル−2,4,4,4−テトラフェニル−2−トリフェニルホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられる。
【0031】
Dがアルコキシ基である場合の例としては、例えば、1−tert−ブチル−2,2,2−トリメトキシホスファゼン、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−2,2,4,4,4−ペンタイソプロポキシ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)または1−フェニル−2,2,4,4,4−ペンタベンジルオキシ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられる。Dがフェノキシ基である場合の例としては、例えば、1−メチル−2,2,2−トリフェノキシホスファゼンまたは1−tert−ブチル−2,2,4,4,4−ペンタ(1−ナフチルオキシ)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられる。
【0032】
Dがチオール残基である場合の例としては、例えば、1−tert−ブチル−2,2,2−トリメチルチオホスファゼンまたは1−メチル−2,4,4,4−テトライソプロピルチオ−2−トリイソプロピルチオホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられる。Dがチオフェノール残基である場合の例としては例えば、1−アリル−4,4,4−トリフェニルチオ−2,2−ビス(トリフェニルチオホスフォラニリデンアミノ)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられる。
【0033】
Dが一置換アミノ基である場合の例としては、例えば、1−tert−ブチル−2,2,2−トリ(メチルアミノ)ホスファゼン、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−2,2,4,4,4−ペンタ(イソプロピルアミノ)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラ(メチルアミノ)−2−トリ(メチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラ(イソプロピルアミノ)−2−トリ(イソプロピルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラ(tert−ブチルアミノ)−2−トリ(tert−ブチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラ(アリルアミノ)−2−トリ(アリルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリ(メチルアミノ)−2,2−ビス〔トリ(メチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリ(イソプロピルアミノ)−2,2−ビス〔トリ(イソプロピルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリ(tert−ブチルアミノ)−2,2−ビス〔トリ(tert−ブチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタ(メチルアミノ)−2,2−ビス〔トリ(メチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタ(イソプロピルアミノ)−2,2−ビス〔トリ(イソプロピルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタ(tert−ブチルアミノ)−2,2−ビス〔トリ(tert−ブチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)または1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタ(メチルアミノ)−2−〔2,2,2−トリ(メチルアミノ)ホスファゼン−1−イル〕−2−〔2,2,4,4,4−ペンタ(メチルアミノ)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)−1−イル〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)等が挙げられる。
【0034】
Dが二置換アミノ基である場合の例としては、例えば、1−tert−ブチル−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼン、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼン、1−エチル−2,2,4,4,4−ペンタキス(ジメチルアミノ)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラキス(ジメチルアミノ)−2−トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラキス(ジイソプロピルアミノ)−2−トリス(ジイソプロピルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラキス(ジ−n−ブチルアミノ)−2−トリス(ジ−n−ブチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−4,4,4−トリス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−4,4,4−トリス(メチルエチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(メチルエチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリス(ジエチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジエチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリス(ジイソプロピルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジイソプロピルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリス(ジ−n−ブチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジ−n−ブチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタキス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタキス(ジエチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジエチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタキス(ジイソプロピルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジイソプロピルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタキス(ジ−n−ブチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジ−n−ブチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタキス(ジメチルアミノ)−2−〔2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼン−1−イル〕−2−〔2,2,4,4,4−ペンタキス(ジメチルアミノ)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)−1−イル〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)または1−フェニル−2,2−ビス(ジメチルアミノ)−4,4−ジメトキシ−4−フェニルアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)等が挙げられる。
【0035】
Dが5ないし6員環の環状アミノ基である場合の例としては、例えば、1−tert−ブチル−2,2,2−トリ(1−ピロリジニル)ホスファゼン、1−tert−ブチル−2,2,4,4,4−ペンタ(1−ピロリジニル)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,2,4,4,4−ペンタ(4−モルホリニル)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,2,4,4,4−ペンタ(1−ピペリジニル)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,2,4,4,4−ペンタ(4−メチル−1−ピペリジニル)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,2,4,4,4−ペンタ(1−イミダゾリル)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラ(1−ピロリジニル)−2−トリ(1−ピロリジニル)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラ(1−ピペリジニル)−2−トリ(1−ピペリジニル)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラ(4−モルホリニル)−2−トリ(4−モルホリニル)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラ(4−メチル−1−ピペラジニル)−2−トリ(4−メチル−1−ピペラジニル)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,4,4,4−テトラ(1−イミダゾリル)−2−トリ(1−イミダゾリル)ホスフォラニリデンアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリ(1−ピロリジニル)−2,2−ビス〔トリ(1−ピロリジニル)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリ(4−モルホリニル)−2,2−ビス〔トリ(4−モルホリニル)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリ(1−ピペリジニル)−2,2−ビス〔トリ(1−ピペリジニル)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリ(4−メチル−1−ピペラジニル)−2,2−ビス〔トリ(4−メチル−1−ピペラジニル)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリ(1−イミダゾリル)−2,2−ビス〔トリ(1−イミダゾリル)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタ(1−ピロリジニル)−2,2−ビス〔トリ(1−ピロリジニル)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタ(1−ピペリジニル)−2,2−ビス〔トリ(1−ピペリジニル)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタ(4−モルホリニル)−2,2−ビス〔トリ(4−モルホリニル)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタ(4−メチル−1−ピペラジニル)−2,2−ビス〔トリ(4−メチル−1−ピペラジニル)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)または1−tert−ブチル−4,4,6,6,6−ペンタ(1−ピロリジニル)−2−〔2,2,4,4,4−ペンタ(1−ピロリジニル)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)−1−イル〕−2−〔2,2,2−トリ(1−ピロリジニル)ホスファゼン−1−イル〕−2λ5 ,4λ5 ,6λ5 −カテナトリ(ホスファゼン)等が挙げられる。
【0036】
さらに同一りん原子上のまたは異なる二個のりん原子上のDが互いに結合して環構造を形成している場合の例としては、例えば、2−(tert−ブチルイミノ)−2−ジメチルアミノ−1,3−ジメチル−1,3−ジアザ−2λ5 −ホスフィナン等が挙げられる。
【0037】
またDとQとが互いに結合して環構造を形成している場合の例としては、例えば、5,7,11−トリメチル−1,5,7,11−テトラアザ−6λ5 −ホスファスピロ〔5,5〕ウンデカ−1(6)−エン、7−エチル−5,11−ジメチル−1,5,7,11−テトラアザ−6λ5 −ホスファスピロ〔5.5〕ウンデカ−1(6)−エン、6,8,13,−トリメチル−1,6,8,13−テトラアザ−7λ5 −ホスファスピロ〔6,6〕トリデカ−1(7)−エン、7−メチル−1,7−ジアザ−5,11−ジオキサ−6λ5 −ホスファスピロ〔5,5〕ウンデカ−1(6)−エン、7−メチル−1,7−ジアザ−5−オキサ−11−チア−6λ5 −ホスファスピロ〔5,5〕ウンデカ−1(6)−エン、1−tert−ブチルイミノ−1−ジメチルアミノ−1,3−ジホスファー2−アザ−3,3−ジメチル−2−シクロヘキセン、6λ5 −ホスファスピロ−〔5,5〕ウンデカ−1(6)−エンまたは1−ジメチルアミノ−1−(2−ジメチルアミノ−2,2−トリメチレンジアミノホスファゼン−1−イル)−1λ5 −ホスファー2,6−ジアザ−1−シクロヘキセン等が挙げられる。
【0038】
こららのホスファゼン化合物の合成法は、エイチ、アール、アールコック著「ホスフォラス−ナイトロジェン コンパウンド」アカデミック プレス出版、1972年(H.R.Allcock,Phosphorus−NitrogenCompounds,Academic Press 1972)またはラインハルド シュベジンガー「ナヒリテン ヘミー テクニック ラボラトリウム」38巻10号1214〜1226頁1990年(Reinhard Schwesinger,Nachr.Chem.Tec.Lab.,38(1990),Nr.10,1214−1226)およびラインハルド シュベジンガー他、「ヘミッシュ ベリヒテ」127巻2435〜2454頁1994年(Reinhard Schwesinger,Chem.Ber.,1994,127,2435−2454)などに詳しく記載されている。例えば、1−tert−ブチル−2,2,2−トリアリルホスファゼンは、上記エイチ、アール、アールコック著書114頁に示されているように、エーテル中、トリアリルホスフィンとtert−ブチルアジドを反応させることにより容易に合成でき、例えば、1−フェニル−2,2−ビス(ジメチルアミノ)−4,4−ジメトキシ−4−フェニルアミノ−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)は同書の115頁に示されているように、ビス(ジメチルアミノ)クロロホスフィンとフェニルアジドを反応させ、ついでトリエチルアンモニウムアジドと反応させて得られる1−フェニル−2−アジド−2,2−ビス(ジメチルアミノ)ホスファゼンを、さらにジメトキシフェニルアミノホスフィンと反応させることによって合成できる。
【0039】
本発明における化学式(3)で表されるホスファゼン化合物中のl、mおよびnはそれぞれ0〜3の正の整数を示す。好ましくは0〜2の正の整数である。より好ましくはl、mおよびnがその順序に関わらず、(2、1、1)、(1、1、1)、(1、1、0)、(1、0、0)または(0、0、0)から選ばれる組み合わせの中の数である。
【0040】
化学式(3)で表されるホスファゼン化合物中のDが、炭素原子数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20を含むアルコキシ基、炭素数6〜20を含むフェノキシ基、炭素数1〜20を含む一置換アミノ基、同種もしくは異種の炭素数1〜20の炭化水素基が二置換したアミノ基および5ないし6員環環状アミノ基よりなる群からから選ばれる同種または異種の基であるものが好ましく、なかでも、Dが、例えばジメチルアミノ、ジエチルアミノ、メチルエチルアミノ、ジプロピルアミノ、メチルプロピルアミノ、ジイソプロピルアミノ、ジブチルアミノ、メチルブチルアミノ、ジイソブチルアミノ、ジ−sec−ブチルアミノ等の同種もしくは異種の炭素数1〜6のアルキル基が二置換したアミノ基、および例えば1−ピロリジニル、1−ピロリル、1−ピペリジル、1−ピペラジニルまたは4−モルホリニル等の5ないし6員環環状アミノ基から選ばれる同種または異種の置換基であるものがより好ましい。さらに、Dが、ジメチルアミノ、メチルエチルアミノまたはジエチルアミノから選ばれる二置換アミノ基であるものが更に好ましい。
【0041】
部分構造式(1)および化学式(2)中のQは、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、tert−オクチル、ノニルまたはデシル等の炭素数1〜10のアルキル基が好ましい。
【0042】
また、化学式(3)中の同一りん原子上のもしくは異なる二個のりん原子上の二個のDが互いに結合して環構造を形成している場合の、りん原子上の二価の基(D−D)としては、好ましくは、1,2−ジイミノエチレン、1,3−ジイミノトリメチレンまたは1,4−ジイミノテトラメチレンの二個の窒素原子にメチル基またはエチル基が一個ずつ置換した二価のN,N’−メチルまたはエチル−α,ω−ジイミノアルキレン基である。
【0043】
さらに、化学式(3)中のDとQとが互いに結合して環構造を形成している場合の、窒素原子およびりん原子を繋ぐ二価の基(D−Q)としては、好ましくは、イミノメチレン、2−イミノエチレンまたは3−イミノトリメチレンの窒素原子にメチル基またはエチル基が置換した二価のN−メチルまたはエチル−ω−イミノアルキレン基である。これらのホスファゼン化合物として、好ましくは、1−tert−ブチル−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼン、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−2,2,2−トリス(ジメチルアミノ)ホスファゼン、1−エチル−2,2,4,4,4−ペンタキス(ジメチルアミノ)−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−4,4,4−トリス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−4,4,4−トリス(ジメチルアミノ)−2,2−ビス〔トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ〕−2λ5 ,4λ5 −カテナジ(ホスファゼン)、1−tert−ブチル−2,2,2−トリ(1−ピロリジニル)ホスファゼン、7−エチル−5,11−ジメチル−1,5,7,11−テトラアザ−6λ5 −ホスファスピロ〔5.5〕ウンデカ−1(6)−エンである。
【0044】
本発明の方法のおいては、これらのホスファゼン化合物を単独で用いても2種以上を併用しても構わない。
【0045】
本発明のポリマー分散ポリオールの製造方法について説明する。
まず、ポリマーの分散媒であるポリオキシアルキレンポリオールの製造方法について述べる。部分構造式(1)および化学式(2)で表されるホスファゼン化合物とともに共存させる活性水素化合物としては、アルコール類、フェノール化合物、ポリアミン類、アルカノールアミン類などがある。例えば水、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール等の2価アルコール類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン類、グリセリン、ジグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール等の多価アルコール類、グルコース、ソルビトール、デキストロース、フラクトース、蔗糖、メチルグルコシド等の糖類またはその誘導体、エチレンジアミン、ジ(2−アミノエチル)アミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪酸アミン類、トルイレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン等の芳香族アミン類、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ノボラック、レゾール、レゾルシン等のフェノール化合物等が挙げられる。これらの活性水素化合物は2種以上併用して使用することもできる。さらにこれらの活性水素化合物に従来公知の方法でアルキレンオキサイドを活性水素基1当量あたり約2〜8当量付加重合して得られる化合物も使用できる。
【0046】
部分構造式(1)および化学式(2)で表されるホスファゼン化合物と活性水素化合物との接触を効果的にするために溶媒を用いても構わない。それらの溶媒としては、アルキレンオキサイド付加重合反応を阻害しなければいかなる溶媒でも構わないが、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエンまたはキシレン等の脂肪族または芳香族の炭化水素類、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、オルトジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、酢酸エチル、プロピオン酸メチルまたは安息香酸メチル等のエステル類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテルまたはトリエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、アセトニトリルまたはプロピオニトリル等のニトリル類、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ヘキサメチルリン酸トリアミドまたは1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等の極性非プロトン溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、反応に用いる原料の化学的安定性に応じて選ばれる。好ましくは、n−ヘキサン、n−ヘプタン、ベンゼン、トルエンまたはキシレン等の脂肪族または芳香族炭化水素類であり、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンまたはエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類であり、アセトニトリル等のニトリル類である。溶媒は、単独でも2種以上混合して使用しても良い。原料が溶解していることが好ましいが、懸濁状態でも構わない。温度は用いる活性水素化合物およびホスファゼン化合物の種類、量および濃度等により一様ではないが、通常150℃以下であり、好ましくは0〜150℃、より好ましくは10〜110℃の範囲である。反応圧力は減圧、常圧および加圧の何れでも実施できるが、好ましくは0.1〜10kgf/cm2 (絶対圧、以下同様 9.8〜980kPa)であり、より好ましくは1〜3kgf/cm2 (98〜294kPa)の範囲である。反応時間は、通常1分〜24時間の範囲であり、好ましくは1分〜10時間、より好ましくは5分〜6時間である。
【0047】
ホスファゼニウム化合物の存在下、活性水素化合物へ付加重合させるアルキレンオキサイドとしては、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイド、1,2−ブチレンオキサイド、2,3−ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、メチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。これらは2種以上併用してもよい。これらのうち、好ましくはプロピレンオキサイド、1,2−ブチレンオキサイド、エチレンオキサイドである。特に好ましくはプロピレンオキサイドを40モル%以上用いたポリオキシアルキレンポリオールである。最も好ましくはプロピレンオキサイドを50モル%以上用いたポリオキシアルキレンポリオールである。重合方法としては、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを例にした場合、プロピレンオキサイドの重合後に、エチレンオキサイドをブロックで共重合するエチレンオキサイドキャップ反応、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドをランダムに共重合するランダム反応、さらにはプロピレンオキサイド重合後にエチレンオキサイドを重合し、次いで、プロピレンオキサイドを重合するトリブロック共重合反応が挙げられる。この中で好ましい重合方法としては、エチレンオキサイドキャップ反応とトリブロック共重合反応である。
【0048】
ホスファゼン化合物存在下、活性水素化合物へアルキレンオキサイドを付加重合させたポリオキシアルキレンポリオールは、下記の条件を満たさなければならない。
a.水酸基価(OHV)が2〜200mgKOH/gの範囲である。
b.ポリオキシアルキレンポリオール中の総不飽和度(C=C)が0.0001〜0.07meq./gである。
c.プロピレンオキサイド付加重合によるポリオキシアルキレンポリオールのヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率が95モル%以上である。
d.ポリオキシアルキレンポリオールのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の溶出曲線において、ピークの最大高さを100%とした際に、そのピーク高さの20%でのピーク幅をW20、ピーク高さの80%でのピーク幅をW80と定義する。W20をW80で割った値W20/W80(無次元数)が1.5以上、3未満である。
【0049】
ポリオキシアルキレンポリオールのOHVは2〜200mgKOH/gである。好ましくは9〜120mgKOH/gである。より好ましくは11〜60mgKOH/gである。OHVが2mgKOH/gより小さくなるまでアルキレンオキサイド、特にプロピレンオキサイドの付加重合を行うとポリオキシアルキレンポリオールの反応時間が長くなる。また、OHVが200mgKOH/gより大きくなると我々が着目しているポリオキシアルキレンポリオールの総不飽和度(C=C)は従来のKOH触媒系で得られるポリオキシアルキレンポリオールと有意差がなくなる。
【0050】
ポリオキシアルキレンポリオール中の総不飽和度は主としてプロピレンオキサイドの副反応により生成した分子末端に不飽和基を有するモノオール量の指標となる。C=Cは0.0001〜0.07meq./gである。好ましくは0.0001〜0.03meq./gである。さらに好ましくは0.001〜0.01meq./gの範囲である。モノオール(C=C)は全くないことが好ましいが、上記OHVの範囲でモノオール(C=C)を全くなくするためには反応温度、圧力等の条件を緩和しなければならないため、反応時間が長くなる。C=Cが0.07meq./gより大きくなると軟質ポリウレタンフォーム、エラストマーおよびシーリング等のポリウレタン樹脂の力学物性、硬化特性等が低下するので好ましくない。
【0051】
この様な総不飽和度の低いポリオキシアルキレンポリオールにおけるプロピレンオキサイド付加重合によるヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率が95%より少なくなるとヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率低下に伴うポリオキシアルキレンポリオールの粘度の上昇、あるいはシリコーン整泡剤等の助剤との相溶不良による軟質ポリウレタンフォームの成形性悪化等の問題が生じる。また、ポリオキシアルキレンポリオールを高分子量化した際の粘度上昇により、ポリイソシアネート化合物との反応により得られるプレポリマーの粘度も上昇するため作業性が低下する。
【0052】
さらには、ポリオキシアルキレンポリオールのGPC溶出曲線において、ピークの最大高さを100%とした際に、そのピーク高さの20%でのピーク幅をW20、ピーク高さの80%でのピーク幅をW80と定義すると、W20をW80で割った値W20/W80(無次元数)が1.5以上、3未満である。本発明で定義したW20/W80の値はポリオキシアルキレンポリオールの分子量分布の均一度を計る指標であり、ポリオキシアルキレンポリオールの分子量分布において高分子量側の成分に着目している。水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の従来のアルカリ金属水酸化物によるプロピレンオキサイドのアニオン重合において、分子量分布を広げる要因はプロピレンオキサイドの副反応によるモノオールの生成にある。モノオールの分子量は主反応で得られるポリオキシプロピレンポリオールの分子量と比較して小さく、GPC溶出曲線ではピークの保持時間は主反応成分より遅い。しかし、ジエチル亜鉛、塩化鉄、複金属シアン化物錯体(DMC)等の有機金属触媒により合成された低モノオール(不飽和度)含有量のポリオキシプロピレンポリオールでは、主反応成分より高分子量のポリオキシプロピレンポリオールも生成し、主反応由来のポリオールのGPCピーク保持時間より早い位置にブロードなピークのテーリングが観測され、W20/W80の値が大きくなることがわかった。ポリマーがそのからみあい点間分子量未満である場合は、ポリマーの粘度は分子量(重量平均分子量)の1乗で、からみあい点間分子量以上では3.4乗で比例する(参考文献 講座・レオロジー 日本レオロジー学会編)。従って、高分子量成分を含有しているポリオキシプロピレンポリオールは高分子量成分の少ないものと比較してポリオキシアルキレンポリオールの粘度が高くなる。高分子量成分を含有しているポリオキシプロピレンポリオールを分散媒とするポリマー分散ポリオール、ならびにこれをポリイソシアネート化合物と反応させて得られるイソシアネート基末端プレポリマーの粘度も上昇するため、ポリウレタンの成形性、作業性が低下する。そのため、W20/W80は1.5以上、3未満がよい。好ましくは、W20/W80が2以上、3未満で、さらに好ましくはW20/W80が2.2以上、2.8未満の範囲である。
【0053】
以上のように構造が制御されたポリオキシアルキレンポリオールの製造は以下の条件を選んで行う必要がある。すなわち、活性水素化合物1モルに対する化学式(2)で表されるホスファゼン化合物は5×10-5〜1モル、好ましくは1×10-4〜5×10-1モル、より好ましくは1×10-3〜1×10-2モルの範囲である。ポリオキシアルキレンポリオールを高分子量化する際には、活性水素化合物に対するホスファゼン化合物の濃度を上記範囲内で高めることが好ましい。活性水素化合物1モルに対して化学式(2)で表されるホスファゼン化合物が5×10-5モルより低い場合には、アルキレンオキサイドの重合速度が低下し、ポリオキシアルキレンポリオールの製造時間が長くなる。活性水素化合物1モルに対して化学式(2)で表されるホスファゼン化合物が1モルより多くなると、ポリオキシアルキレンポリオール製造コストに占めるホスファゼン化合物のコストが高くなる。
【0054】
また、アルキレンオキサイドの反応温度は15〜130℃、好ましくは40〜120℃、さらに好ましくは50〜110℃の範囲である。アルキレンオキサイドの反応温度を上記範囲内で低い温度で行う場合は、活性水素化合物に対するホスファゼン化合物の濃度を先に述べた範囲内で高めることが好ましい。耐圧反応機に仕込んだホスファゼン化合物を触媒とする活性水素化合物へのアルキレンオキサイド供給方法は、必要量のアルキレンオキサイドの一部を一括して供給する方法、または連続的にもしくは間欠的にアルキレンオキサイドを供給する方法が用いられる。必要量のアルキレンオキサイドの一部を一括して供給する方法においては、アルキレンオキサイド重合反応初期の反応温度は上記範囲内でより低温側とし、アルキレンオキサイド装入後に次第に反応温度を上昇する方法が好ましい。反応温度が15℃より低い場合には、アルキレンオキサイドの重合速度が低下し、ポリオキシアルキレンポリオールの製造時間が長くなる。反応温度が130℃を越えるとアルキレンオキサイドとしてプロピレンオキサイドを用いた場合、総不飽和度(C=C)が0.07meq./gより高くなる。
【0055】
アルキレンオキサイドの反応時の最大圧力は9kgf/cm2 (882kPa、絶対圧、以下同様)が好適である。通常、耐圧反応機によりアルキレンオキサイドの反応が行われる。アルキレンオキサイドの反応は減圧状態から開始しても、大気圧の状態から開始してもよい。大気圧状態から反応を開始する場合には、窒素またはヘリウム等の不活性気体存在下で行うことが望ましい。アルキレンオキサイドの最大反応圧力が9kgf/cm2 (882kPa)を越えると副生モノオール量が増加する。最大反応圧力として好ましくは7kgf/cm2 (686kPa)、より好ましくは5kgf/cm2 (490kPa)である。アルキレンオキサイドとして、プロピレンオキサイドを用いる場合には、最大反応圧力は5kgf/cm2 (490kPa)が好ましい。
【0056】
アルキレンオキサイド付加重合反応に際して、必要ならば溶媒を使用することもできる。使用する場合の溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ペプタン等の脂肪族炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類またはジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒等である。溶媒を使用する場合には、ポリオキシアルキレンポリオールの製造コストを上げないためにも、製造後に溶媒を回収し再利用する方法が望ましい。
【0057】
ホスファゼン化合物を触媒として活性水素化合物にアルキレンオキサイドを付加重合した後の粗製ポリオキシアルキレンポリオールからのホスファゼン化合物除去方法について述べる。特に、本発明で用いるホスファゼン化合物は強塩基であるため、アルキレンオキサイド重合後、空気中で粗製ポリオキシアルキレンポリオールの状態で放置しておくとポリオールが着色する。また、ホスファゼン化合物の濃度が高い粗製ポリオキシアルキレンポリオールを本発明のイソシアネート基末端プレポリマーの原料として使用する場合には、ポリイソシアネート化合物の副反応を誘発する可能性があるため、アルキレンオキサイド重合後は粗製ポリオキシアルキレンポリオール中からホスファゼン化合物の除去操作を行う。
e.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して無機酸または有機酸を0.5〜2.5モル使用して50〜130℃でホスファゼン化合物を中和する。その後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して吸着剤を0.005〜1.5重量部用いて減圧処理を行い、水を留去し、ろ過操作によりホスファゼニウム塩ならびに吸着剤を除去する(酸中和除去法)。
f.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、ポリオキシアルキレンポリオールに不活性な有機溶剤および水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して無機酸または有機酸を0.5〜2.5モル使用して50〜130℃でホスファゼン化合物を中和する。その後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して吸着剤を0.005〜1.5重量部用いて減圧処理を行い、水および有機溶剤を留去し、ろ過操作によりホスファゼニウム塩ならびに吸着剤を除去する(酸中和除去法)。
g.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水単独または水とポリオキシアルキレンポリオールに不活性な炭化水素系溶剤から選ばれる溶媒の混合物を1〜200重量部加え分液し、水洗後、減圧処理により水および有機溶剤を留去する(水洗処理法)。
h.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水を20〜200重量部加え15〜100℃でイオン交換樹脂と接触させた後、ろ過によりイオン交換樹脂を除き、減圧処理により脱水を行う(イオン交換処理法)。
【0058】
まず、a法、b法(酸中和除去方法)について説明する。本願記載のOHVが低い(OHV2〜30mgKOH/gの範囲)ポリオキシアルキレンポリオールはその分子量が高く、しかも親水性の水酸基の濃度が低い。アルキレンオキサイドの重合反応において、活性水素化合物に対するホスファゼン化合物の使用量が多い場合は、ホスファゼン化合物の中和の際に用いる水あるいは有機溶剤の量がポリオキシアルキレンポリオール中からホスファゼン化合物濃度を低減するために重要な因子となる。
【0059】
中和の際には、水(a法)またはポリオキシアルキレンポリオールに不活性な有機溶剤と水の混合物(b法)を1〜40重量部用いる。好ましくは1〜30重量部、より好ましくは1.2〜20重量部である。水は必須成分であり、ポリオキシアルキレンポリオールに不活性な有機溶剤および水を用いる際にも該混合溶媒中の水は少なくとも20重量%は必要である。ポリオキシアルキレンポリオール中に親水基であるオキシエチレン基が10モル%以上あるときは水の使用量は少なくてもよい。オキシエチレン基がないときには水の使用量を増加する。1重量部より少ないときは製品中のホスファゼン化合物濃度が高くなる。40重量部より多くなると脱水、脱溶媒に費やすエネルギーが多くなる。
【0060】
ポリオキシアルキレンポリオールに不活性な有機溶剤とは、炭化水素系溶剤の中でトルエン、ヘキサン類、ペンタン類、ヘプタン類、ブタン類、低級アルコール類、シクロヘキサン、シクロペンタン、キシレン類などが挙げられる。これらの有機溶剤をポリオキシアルキレンポリオールから留去するには加熱減圧操作により実施する。温度は100〜140℃で減圧度を10mmHgabs.(1330Pa)以下にする方法が好ましい。
【0061】
ホスファゼン化合物を中和する際の酸として無機酸または有機酸を使用する。無機酸としては、例えば、リン酸、亜リン酸、塩酸、硫酸、亜硫酸およびそれらの水溶液が挙げられる。有機酸としては、例えば、ギ酸、シュウ酸、コハク酸、酢酸、マレイン酸およびそれらの水溶液が挙げられる。特に、好ましくはリン酸、硫酸、塩酸、マレイン酸、シュウ酸であり、水溶液の形態で用いることが良い。これらの酸は粗製ポリオキシアルキレンポリオール中に含まれるホスファゼン化合物の1モルに対して0.5〜2.5モル使用する。好ましくは、0.7〜2.4モル、より好ましくは0.9〜2.3モルである。中和は50〜130℃の範囲で実施する。特に好ましくは70〜95℃である。中和時間は反応スケールにもよるが、0.5〜3時間である。ホスファゼン化合物1モルに対して酸の量が2.5モルに近いときは酸吸着剤を併用するのが好ましい。0.5モルより少ないときは製品のポリオキシアルキレンポリオールのホスファゼン化合物濃度が高くなる傾向にある。2.5モルより多くなると酸を除去するための吸着剤使用量が多くなる。
【0062】
中和反応終了後、吸着剤を装入する。粗製ポリオキシアルキレンポリオール中からのホスファゼン化合物の除去を容易にするため、吸着剤を使用する。その際、酸化防止剤であるt−ブチルヒドロキシトルエン(BHT)などの酸化防止剤を添加することが好ましい。酸化防止剤の添加により、パーオキサイド化合物の生成を抑制する。酸化防止剤は粗製ポリオキシアルキレンポリオールに対して200〜5000ppm用いる。好ましくは300〜4000ppm、より好ましくは350〜2000ppmである。粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して酸およびアルカリ成分を吸着する吸着剤を0.005〜1.5重量部添加する。好ましくは、0.02〜1.2重量部、より好ましくは0.03〜1.1重量部である。吸着剤としては、例えば合成ケイ酸マグネシウム、合成ケイ酸アルミニウム、活性白土、酸性白土が用いられる。吸着剤を製造する工程でナトリウム化合物による処理を行っていることから、ナトリウム溶出分が少ない吸着剤が好ましい。具体的な吸着剤としては、トミックスシリーズ、例えば、トミックスAD−500、トミックスAD−600、トミックスAD−700、トミックスAD−1000(富田製薬(株)製)、キョーワードシリーズ、例えば、キョーワード400、キョーワード500、キョーワード600、キョーワード700(協和化学工業(株)製)、MAGNESOL(DALLAS社製)等各種の商品名で市販されている。これらの吸着剤は2種以上併用することもできる。
【0063】
吸着剤装入後は水単独または、水と有機溶剤とを減圧条件下で留去する。反応スケールにもよるが、100〜140℃、10mmHgabs.(1330Pa)の条件で3〜12時間留去する。その後、ろ過操作により、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行う。その際に、けいそう土、セライトなどのろ過助剤を用いても良い。このような操作により得られるポリオキシアルキレンポリオール中の酸価は0.05mgKOH/g以下である。
【0064】
続いて、水洗処理法を説明する。粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水単独または、水とポリオキシアルキレンポリオールに不活性な炭化水素系溶剤から選ばれる溶媒の混合物を1〜200重量部加え撹拌、分液し、水洗後、減圧処理により該溶媒を留去する。用いる水はイオン交換水、市水が好ましい。水とポリオキシアルキレンポリオールに不活性な有機溶剤との混合溶媒を用いる場合には、該混合溶媒の20重量%以上は水であることが好ましい。水単独または、水と有機溶剤から選ばれる溶媒の混合物を加え、ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物を水あるいは有機溶剤で抽出する。2〜30時間静置分液を行い、水を交換する。反応スケールにもよるが、3〜5回の水洗を行う。水洗後は加熱減圧処理により、脱水、脱溶媒を行う。加熱処理前に前述した酸化防止剤を添加することが好ましい。
【0065】
イオン交換処理法について説明する。粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水を20〜200重量部加え15〜100℃以下でイオン交換樹脂と接触させた後、ろ過によりイオン交換樹脂を除き、減圧処理により脱水を行う。イオン交換樹脂としては陽イオン交換樹脂が良く、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体のスルホン化物が好ましく用いられる。また、ゲル型とマクロポーラス型のどちらの形態のものも本発明に供することができる。さらにイオン交換樹脂の性質としては、強酸性、弱酸性どちらのものも使用できるが、強酸性イオン交換樹脂が好ましく用いられる。この種の強酸性イオン交換樹脂はレバチットS100、同S109、同SP112、同SP120、同S100LF(以上バイエル社製)、ダイヤイオンSK1B、同PK208、同PK212(三菱化学社製)、ダウエックスHCR−S、50WX1、50WX2(ダウケミカル社製)、アンバーライトIR120、同IR122、同200C(ロームアンドハース社製)等の各種の商標で市販されている。脱水時に前述した酸化防止剤を用いることが好ましい。
【0066】
以上、詳述した方法により粗製ポリオキシアルキレンポリオールからホスファゼン化合物の除去操作を行った後のポリオキシアルキレンポリオールのCPR(Controlled Polymerization Rate)は5以下が好ましい。より好ましくは3以下のものである。最も好ましくは1以下である。ポリオキシアルキレンポリオールをポリイソシアネート化合物との反応に供する場合には、3以下のものが好ましい。ポリオキシアルキレンポリオールのCPRが5より多くなるとポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物の濃度が増加するため、ポリイソシアネート化合物と反応させる際、反応制御が困難になる。
【0067】
ポリマー分散ポリオールの製造に用いられるエチレン性不飽和単量体は、重合しうるエチレン性不飽和基を少なくとも1個有するものが適当である。例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアノ基含有モノマー、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、ステアリルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノプロピルメタクリレート等のメタクリル酸エステル系モノマー、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸等のカルボキシル基含有モノマー、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の酸無水物基含有モノマー、ブタジエン、イソプレン、1,4−ペンタジエン等の炭化水素系モノマー、スチレン、α−メチルスチレン、フェニルスチレン、クロルスチレン等の芳香族炭化水素系モノマー、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン含有モノマー、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルエチルケトン等のビニルケトン類、酢酸ビニル等のビニルエステル類、アクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド等のアクリルアミド類、N,N−ジメチルメタクロイルアミド等のメタクリルアミド類の1種または2種以上の混合物が挙げられる。好ましくは、アクリロニトリル単独、またはアクリロニトリルとスチレンの混合物、アクリロニトリルおよびアクリルアミド類の混合物、さらにはアクリロニトリル、スチレンおよびアクリルアミド類の混合物、アクリロニトリル、スチレンおよびメタクリル酸メチルの混合物である。
【0068】
本発明では重合開始剤として、通常、ラジカルを発生して重合を開始するラジカル開始剤が用いられる。具体的には、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物、ベンゾイルパーオキシド、t−ブチルパーオキシド、ジ−t−ブチルパーオキシド等の過酸化物、パーオキシジスルフィド等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、通常エチレン性不飽和単量体に対して、0.1〜10.0重量%、好ましくは0.5〜5.0重量%である。
【0069】
エチレン性不飽和単量体の使用量は、ポリオキシアルキレンポリオールとエチレン性不飽和単量体の総重量に対して5〜60重量%、好ましくは10〜50重量%である。エチレン性不飽和単量体の使用量が5重量%未満では、ポリウレタンの硬度、成形性等、ポリマー分散ポリオールを使用したことによる十分な改質効果が得られない。エチレン性不飽和単量体の使用量が60重量%を超えると、得られるポリマー分散ポリオールの粘度の上昇が著しく、また分散性も悪化する。
【0070】
本発明では、必要に応じて連鎖移動剤を用いることができる。イソプロパノール等のアルコール類、メルカプタン類、ハロゲン化炭化水素、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン等の脂肪族3級アミン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン等のモルホリン類、メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。好ましくは、トリエチルアミン単独、トリエチルアミンとイソプロパノールの混合物である。連鎖移動剤の使用量は、ポリオキシアルキレンポリオールとエチレン性不飽和単量体の総重量に対して0.1〜10.0重量%が好ましい。
【0071】
更に、ポリマー粒子を安定に分散させる目的で、分散安定化剤の存在下に重合を行うこともできる。このような分散安定化剤として特公昭49−46556号公報に記載されているような炭素−炭素不飽和結合含有ポリエステルポリオールや、アクリル基、メタクリル基、アリル基等を分子末端に有する変性ポリオール等が挙げられる。また、実質的に炭素−炭素不飽和結合を含有しない高分子量ポリオキシアルキレンポリオールやポリエステルポリオールも使用できる。
【0072】
ポリマー分散ポリオールの製造は、上記ポリオキシアルキレンポリオール、エチレン性不飽和単量体、重合開始剤、さらには必要に応じて連鎖移動剤、分散安定化剤を用いて重合反応を行う。重合反応はバッチ式でも、連続式でも行うことができる。重合温度は使用する重合開始剤の種類に応じて決められるが、重合開始剤の分解温度以上、好ましくは60〜200℃、さらに好ましくは90〜150℃の範囲で行う。また、重合反応は加圧下でも、大気圧下でも行うことができる。
【0073】
重合反応は、無溶媒でも行うことができるが、水、有機溶媒から選ばれる少なくとも1種の溶媒、または水と該有機溶媒との混合物の存在下に行うこともできる。有機溶媒としては、トルエン、キシレン、アセトニトリル、ヘキサン、ヘプタン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、N,N−ジメチルホルムアミド、ブタノール類、イソプロパノール等が挙げられる。
【0074】
重合反応終了後、得られたポリマー分散ポリオールはそのままポリウレタンの原料として使用できるが、通常、未反応エチレン性不飽和単量体、重合開始剤の分解生成物や連鎖移動剤、溶媒等を減圧下に留去した後に使用することが好ましい。減圧留去操作の条件は特に限定されるものではないが、通常、70〜150℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で強制薄膜蒸発機などの装置を用いて実施する。
【0075】
本発明のポリマー分散ポリオールに含まれるポリマーの平均粒子径は、ポリマーの分散安定性とポリウレタンの物性に与える影響の観点から、0.01〜10μmであることが好ましい。このような粒径にするには、分散媒であるポリオキシアルキレンポリオールの構造の他、前記の連鎖移動剤、分散安定化剤、溶媒の種類と使用量、エチレン性不飽和単量体の重量組成比等を適宜調整することで行うことができる。
【0076】
また、前述したエチレン性不飽和単量体によるポリマー粒子の他に、特許−02527006号に記載されているアルデヒド縮合系樹脂粒子を本願記載のポリオキシアルキレンポリオール中に分散させることも可能である。
【0077】
次に、イソシアネート基末端プレポリマーの製造方法について説明する。
使用するポリオキシアルキレンポリオールは、部分構造式(1)および化学式(2)で表されるホスファゼン化合物を触媒として前述した方法により製造したものを用いる。該ポリオールは以下のa〜dの要件を満たし、かつ、アルキレンオキサイドを付加重合後にホスファゼン化合物の除去操作を行った後のポリオキシアルキレンポリオールのCPRが3以下のものである。
a.水酸基価(OHV)が2〜200mgKOH/gの範囲である。
b.総不飽和度(C=C)が0.0001〜0.07meq./gである。
c.プロピレンオキサイド付加重合によるポリオキシアルキレンポリオールのヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率が95モル%以上である。
d.ポリオキシアルキレンポリオールのGPC溶出曲線において、ピークの最大高さを100%とした際に、そのピーク高さの20%でのピーク幅をW20、ピーク高さの80%でのピーク幅をW80と定義する。W20をW80で割った値W20/W80(無次元数)が1.5以上、3未満である。
【0078】
イソシアネート基末端プレポリマーを製造する際のポリイソシアネート化合物としては、イソシアネート基を1分子中に2個以上有する芳香族系、脂肪族系、脂環族系などのポリウレタンの製造に用いられる公知のものが使用できる。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、これら有機ポリイソシアネートの80/20重量比(TDI−80/20)、65/35重量比(TDI−65/35)の異性体混合物、多官能性タールを含有する粗製トリレンジイソシアネート(多官能性タールとは、イソシアネートを製造する際に副生し、イソシアネート基を分子内に2個以上含有するタール状の物質の混合物である。以下同じ。)、4,4’−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、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートの任意の異性体混合物、3核体以上の多官能性タールを含有する粗製ジフェニルメタンジイソシアネート(ポリメリックMDI)、トルイレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネートおよびこれらのポリイソシアネートのカルボジイミド変性体、ビュレット変性体、アロファネート変性体、ウレトミニン変性体、イソシアヌレート変性体、またはこれらをポリオール、モノヒドロキシ化合物単独で、または併用して変性したプレポリマーなどが挙げられる。上記のポリイソシアネート化合物は任意の割合で混合して用いることもできる。特に好ましくは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、これらポリイソシアネート化合物の80/20重量比(TDI−80/20)、65/35重量比(TDI−65/35)の異性体混合物、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートおよびその変性体である。
【0079】
イソシアネート基末端プレポリマーを製造する際には、ポリオキシアルキレンポリオール中の活性水素基濃度に対するイソシアネート基濃度の比であるイソシアネートインデックス(NCO インデックス)は1.3〜20.0、好ましくは1.4〜12.0、さらに好ましくは1.5〜9.0である。
【0080】
イソシアネート基末端プレポリマーの遊離イソシアネート基の含有量(以降、NCO%と略する。)は、0.1〜50.0重量%、好ましくは0.3〜30.0重量%、さらに好ましくは0.4〜20.0重量%である。空気中の水分を硬化剤として得られる一液型硬化性組成物に用いられるイソシアネート基末端プレポリマーではNCO%が低く、1,4−ブタンジオールやポリオキシアルキレンポリオールなどのグリコール類、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン等のポリアミン化合物を硬化剤とする二液型硬化性組成物に用いられるイソシアネート基末端プレポリマーでは一液型と比較して高めにNCO%は設計される。
【0081】
イソシアネート基末端プレポリマーを製造する時の温度は50〜120℃が好ましい。特に好ましくは70〜105℃である。反応させる際には空気中の水分との接触をさけるため、不活性ガスの存在下で反応させることが望ましい。不活性ガスとしては窒素、ヘリウムなどが挙げられるが、窒素が好ましい。通常、窒素雰囲気下、2〜20時間撹拌しながら反応を行う。触媒は使用しなくても良いが、使用する場合は業界の公知のものが使用できる。例えば、アミン系触媒としては、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ビス[ 2−(ジメチルアミノ)エチル] エーテル、トリエチレンジアミンおよびトリエチレンジアミンの塩等、ジブチルアミン−2−エチルヘキソエート等のアミン塩、有機金属系触媒としては、酢酸錫、オクチル酸錫、オレイン酸錫、ラウリル酸錫、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジクロリド、2−エチルヘキシル酸錫、オクタン酸鉛、ナフテン酸鉛、ナフテン酸ニッケルおよびナフテン酸コバルト等が挙げられる。これらの触媒は任意に混合して使用できる。これらの触媒のなかで特に有機金属系触媒が好ましく、その使用量はポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、0.0001〜1.0重量部、好ましくは0.01〜0.8重量部である。
【0082】
イソシアネート基末端プレポリマーを製造する際に、反応前あるいは反応後、ポリイソシアネート化合物あるいはポリオキシアルキレンポリオールに不活性な有機溶剤を使用できる。有機溶剤の量としては、ポリオキシアルキレンポリオールとポリイソシアネート化合物の合計重量に対して40重量%以下、好ましくは20重量%以下である。このような、溶剤は芳香族系、脂肪族系、脂環族系、ケトン系、エステル系およびエステルエーテル系のものが使用できる。例えば、トルエン、キシレン類、ヘキサン類、シクロヘキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート等である。
【0083】
本発明のイソシアネート基末端プレポリマーは、単独で空気中の水分と反応して硬化する一液型硬化性組成物と活性水素基を有する化合物を硬化剤とする二液型硬化性組成物のいずれにも使用できる。活性水素化合基を有する化合物の硬化剤としてポリオキシアルキレンポリオールを用いる場合には、本発明で得られたポリオキシアルキレンポリオールを用いることが好ましい。
【0084】
本発明のイソシアネート基末端プレポリマーには、硬化用触媒、充填剤、可塑剤、顔料、補強剤、難燃剤、安定剤などが配合できる。
【0085】
本発明に用いられる硬化用触媒、充填剤、可塑剤、染顔料、補強剤、難燃剤、安定剤などを以下に挙げる。硬化用触媒としては、前述したウレタン化触媒が使用できる。その使用量は本発明のイソシアネート基末端プレポリマー100重量部に対して0.01〜1.0重量部、好ましくは0.03〜0.6重量部である。
【0086】
充填剤としては、ヒュームシリカ、シリカ、無水珪酸、カーボンブラック、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイソウ土、焼成クレー、タルク、酸化チタン、ベントナイト、酸化第2鉄、水添ヒマシ油、ステアリン酸亜鉛などが挙げられ、その添加量は本発明に用いられるイソシアネート基末端プレポリマー100重量部に対して10〜60重量部、好ましくは10〜50重量部である。
【0087】
可塑剤としてはジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルアジペート、ブチルベンジルフタレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、ジオクチルセバケート、トリクレジルホスフェート、トリブチルホスフェート、塩素化パラフィン、石油エーテル等が挙げられ、その添加量はイソシアネート基末端プレポリマーの硬化剤100重量部に対して5〜50重量部、好ましくは5〜35重量部である。
【0088】
補強剤としては黒色フィラーのカーボンブラックや白色フィラーのホワイトカーボンやシリカ、ケイ酸塩であるカオリン、ベントナイト、無水微粉ケイ酸、バライト、石こう、骨粉、ドロマイトなどが挙げられ、その添加量はイソシアネート基末端プレポリマーの100重量部に対しては1〜50重量部、好ましくは2〜30重量部である。
【0089】
難燃剤としてはトリス(2−クロロプロピル)ホスフェート、トリス(ジクロロプロピル)ホスフェート、トリス(ジブロモプロピル)ホスフェート、トリス(2,2−クロロエチル)ホスフェート、ヘキサブロモシクロドデカン、大八化学社製のCR−505およびCR−507、モンサント化学社製のPhosagard 2XC−20およびC−22−R、ストファー化学社製Fyroll−6等が挙げられ、その使用量はイソシアネート基末端プレポリマー100重量部に対して0.1〜40重量部、好ましくは0.2〜30重量部である。
【0090】
安定剤としては酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤が挙げられる。酸化防止剤としては特に限定されず、例えば、ブチルヒドロキシアニソール、t−ブチルヒドロキシトルエン、1,3,5−トリメチルー2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、3,9−ビス[2−[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−プロピオニロキシ]−1,1−ジメチルエチル]-2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン、ジステアリルチオジプロピオネート等が挙げられる。紫外線吸収剤としては、p−t−ブチルフェニルサリシレート、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン等が挙げられる。熱安定剤としては、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリラウリルホスファイトなどが挙げられる。これらの添加量はイソシアネート基末端プレポリマー100重量部に対して各々200〜5000ppmが好ましい。本発明には必要に応じて顔料、前述した有機溶剤、水分除去剤などが使用できる。
【0091】
ポリマー分散ポリオールとポリイソシアネート化合物とのイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法について述べる。使用するポリマー分散ポリオールは前述した方法により製造されたものを用いる。分散ポリマー濃度が高いポリマー分散ポリオールとポリイソシアネート化合物を反応させると、得られるイソシアネート基末端プレポリマーの粘度が極端に増加するため、プレポリマーの製造に用いるポリマー分散ポリオールの分散ポリマー濃度は5〜35重量%が好ましい。プレポリマー反応条件、および添加する助剤の種類、量などは前述した方法に従う。
【0092】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示し、本発明の熊様を明らかにするが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0093】
実施例、比較例のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価、総不飽和度、粘度ならびにCPRはJIS K 1557記載の方法により求めた。
水酸基価(OHVと略する。:単位mgKOH/g);無水フタル酸のピリジン溶液でポリオキシアルキレンポリオールの水酸基末端をエステル化し、過剰の無水フタル酸を水酸化ナトリウム溶液で滴定する(JIS K 1557の方法に準ずる)。
総不飽和度(C=Cと略する。:単位meq./g);ポリオキシアルキレンポリオール中の不飽和結合に酢酸第二水銀を反応させて、遊離する酢酸を水酸化カリウム溶液で滴定する。
CPR(単位 無次元);一定量のポリオキシアルキレンポリオールを計量し、メタノール溶液中でN/100塩酸により電位差滴定を行い、ポリオキシアルキレンポリオール中の全塩基性物質の量を求める。
粘度(単位 mPa・s/25℃);回転粘度計を用いた25℃での測定値(JIS K 1557の方法に準ずる)。
ヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail、H−Tと略する。:単位モル%)結合選択率;日本電子製400MHz13C核磁気共鳴(NMR)装置を用い、重水素化クロロホルムを溶媒として、ポリオキシアルキレンポリオールの13C−NMRスペクトルをとり、ヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合のオキシプロピレンユニットのメチル基のシグナル(16.9〜17.4ppm)とヘッド−トウ−ヘッド(Head−to−Head)結合のオキシプロピレンユニットのメチル基のシグナル(17.7〜18.5ppm)の比から求めた。
なお、各シグナルの帰属はMacromolecules 19,1337−1343 (1986)、F.C.Schilling、A.E.Tonelliの報文に記載された値を参考にした。
W20/W80(ポリオキシアルキレンポリオールの分子量分布の指標値。W20/W80と略する。ポリオキシアルキレンポリオールのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の溶出曲線において、ピークの最大高さを100%とした際に、そのピーク高さの20%でのピーク幅をW20、ピーク高さの80%でのピーク幅をW80と定義する。W20/W80(無次元数)はW20をW80で割った値である。:単位 無次元数);以下にGPCの測定条件を示す。
測定および解析装置:島津製作所(株)製LC−6Aシステム
検出器 :島津製作所(株)製RID−6A 示差屈折計
分離カラム:昭和電工(株)製Shodex GPC KFシリーズ
KF−801、802、802.5、803の4本直列
溶離液 :液体クロマトグラム用テトラヒドロフラン
液流量 :0.8ml/min
カラム温度:40℃
【0094】
ポリオキシアルキレンポリオールの合成において、Fulka社製の商品名ホスファゼンベースP<t/4>−t−Octの1.00Mに調整されたn−ヘキサン溶液を用いた。本化合物は部分構造式(1)および化学式(2)において、Qがtert−オクチル基で、Dがジメチルアミノ基、(l、m、n)の順に(1、1、1)であるホスファゼン化合物である。以降、該化合物をP4−t−Octと略する。
【0095】
ポリオキシアルキレンポリオールの合成装置は、攪拌機、温度計、圧力計、窒素装入口およびモノマーであるアルキレンオキサイド装入口を装着した内容積1.0リットルおよび2.5リットルの耐圧オートクレーブ(日東高圧製)を使用した。以下、該合成装置をオートクレーブAと略する。
【0096】
次に、ポリマー分散ポリオールの合成方法について述べる。実施例、比較例に用いた原料、略語、および分析法を以下に説明する。
(エチレン性不飽和単量体−1);アクリロニトリル(以下、ANと略する)。
(エチレン性不飽和単量体−2);スチレン(以下、Stと略する)。
(連鎖移動剤);トリエチルアミン(以下、TEAと略する)。
(ラジカル開始剤);アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNと略する)。
水酸基価、粘度;前述のポリオキシアルキレンポリオールと同様、JIS K1557記載の方法により求めた。
ポリマー濃度(単位 重量%);ポリマー分散ポリオールにメタノールを加え、良く分散させた後に、遠心分離してメタノール不溶分の重量を測定して求める。ただし、エチレン性不飽和単量体としてアクリロニトリル(AN)を単独で用いたポリマー分散ポリオールについては元素分析による窒素分から求める。
凝集粒子;ポリマー分散ポリオールを毎分5000回転、半径方向遠心力2000Gにおいて1時間遠心分離し、次いで、遠心分離管を逆さにして24時間自然流下させ、遠心分離管底部での非流動性ケーキの有無を目視で判定する。
【0097】
温度計、攪拌装置、圧力計、窒素装入口ならびにモノマー装入口を装着した内容積1.0リットルの耐圧オートクレーブ(日東高圧製)を使用した。以下、該合成装置をオートクレーブBと略する。
【0098】
実施例1
ポリマー分散ポリオールA
攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した500mlの4つ口フラスコにグリセリン1モルに対して0.012モルのP4−t−Oct(1.00Mのn−ヘキサン溶液の形態)を加え、窒素をキャピラリー管で導入しながら85℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で3時間減圧脱ヘキサンを行った。その後、該化合物をオートクレーブAに仕込み、窒素置換を行った後、大気圧状態から反応温度を80℃とし、反応時の最大圧力が3.5kgf/cm2 (343kPa)の条件でOHV38.5mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの付加重合を行った。引き続き、窒素によりゲージ圧1.2kgf/cm2 (219kPa)に調整し、反応温度80℃、反応時の最大圧力が5kgf/cm2 (490kPa)の条件でOHV33.2mgKOH/gになるまでエチレンオキサイドの付加重合を行った。オートクレーブAの内圧の変化が無くなった時点で90℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で30分間減圧処理を行い、粗製ポリオキシアルキレンポリオールを得た。
ホスファゼン化合物を含んだ状態の粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して4重量部のイオン交換水を加え、次いで粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して2.3モルのリン酸(75.1重量%の水溶液の形態)を装入し、80℃で2時間の中和反応を行った。中和反応終了後に、t−ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して1500ppm添加し、減圧下で脱水を行い、オートクレーブA内の圧力が400mmHgabs.(53.2kPa)の状態で吸着剤であるAD−600NS(富田製薬(株)製)を5000ppm加えた。更に減圧下で脱水を行いながら最終的に105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間、同操作を行った。その後、窒素により減圧から大気圧状態にした後、アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙(保持粒径1μ)により減圧ろ過を行い、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行った(酸中和除去法)。ホスファゼン化合物除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は33.3mgKOH/g、総不飽和度(C=C)0.015meq./g、CPRが0.5、粘度(η)845mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)96.7モル%、W20/W80は2.69であった。以降、該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールAと称する。
次に、該ポリオールA 77.6重量部、アクリロニトリル(AN) 22.4重量部およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 0.35重量部をオートクレーブAに計量し、充分撹拌を行った。この混合液をオートクレーブBに連続的に装入し、オートクレーブの排出口より連続的に反応液を得た。この時の反応圧力はゲージ圧で3.5kgf/cm2 (444kPa)、滞留時間は50分であった。反応が終了後、得られた反応液をエバポレーターを用いて、120℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間減圧処理を行い、未反応ANおよびAIBNの分解物を除去してポリマー分散ポリオールを得た。ポリマー分散ポリオールの水酸基価(OHV)は26.7mgKOH/g、粘度(η)2640mPa・s/25℃、ポリマー濃度は20.6重量%で凝集粒子は無かった。
【0099】
実施例2
ポリマー分散ポリオールB
攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した500mlの4つ口フラスコにグリセリン1モルに対して0.015モルのP4−t−Oct(1.00Mのn−ヘキサン溶液の形態)を加え、窒素をキャピラリー管で導入し、85℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間の減圧脱トルエン操作を行った。その後、フラスコ内容物をオートクレーブAに仕込み、窒素置換を行った後、大気圧状態から反応温度を80℃とし、反応時の最大圧力が4.0kgf/cm2 (392kPa)の条件でOHV28.0mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの付加重合を行った。引き続き、窒素によりゲージ圧1.2kgf/cm2 (219kPa)に調整し、反応温度80℃、反応時の最大圧力が4kgf/cm2 (392kPa)の条件でOHV24.1mgKOH/gになるまでエチレンオキサイドの付加重合を行った。オートクレーブAの内圧の変化が無くなった時点で105℃、5mmHgabs.(665Pa)の条件で30分間減圧処理を行い、粗製ポリオキシアルキレンポリオールを得た。
ホスファゼン化合物を含んだ状態の粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して4重量部のイオン交換水を加え、次いで粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して2.0モルの塩酸(8重量%の水溶液の形態)を装入し、85℃で2時間の中和反応を行った。中和反応終了後に、t−ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して1000ppm添加し、減圧下で脱水を行い、オートクレーブA内の圧力が200mmHgabs.(26.6kPa)の状態で吸着剤であるAD−600NS(富田製薬(株)製)を8000ppm加えた。更に減圧下で脱水を行いながら最終的に105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間、同操作を行った。その後、窒素により減圧から大気圧状態にした後、アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙(保持粒径1μ)により減圧ろ過を行い、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行った(酸中和除去法)。ホスファゼン化合物除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は24.1mgKOH/g、総不飽和度(C=C)0.018meq./g、CPRが0.9、粘度(η)1160mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)96.8モル%、W20/W80は2.71であった。以降、該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールBと称する。
次に、該ポリオールB 77.6重量部、アクリロニトリル(AN) 22.4重量部およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 0.35重量部をオートクレーブAに計量し、充分撹拌を行った。この混合液をオートクレーブBに連続的に装入し、オートクレーブの排出口より連続的に反応液を得た。この時の反応圧力はゲージ圧で3.5kgf/cm2 (444kPa)、滞留時間は60分であった。反応が終了後、得られた反応液をエバポレーターを用いて、120℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間減圧処理を行い、未反応ANおよびAIBNの分解物を除去してポリマー分散ポリオールを得た。ポリマー分散ポリオールの水酸基価(OHV)は20.4mgKOH/g、粘度(η)3950mPa・s/25℃、ポリマー濃度は20.8重量%で凝集粒子は無かった。
【0100】
実施例3
ポリマー分散ポリオールC
実施例2で得られたポリオールB 76.0重量部、アクリロニトリル(AN) 19.0重量部、スチレン(St) 5.0重量部およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 0.35重量部をオートクレーブAに計量し、充分撹拌を行った。この混合液をオートクレーブBに連続的に装入し、オートクレーブの排出口より連続的に反応液を得た。この時の反応圧力はゲージ圧で4.0kgf/cm2 (493kPa)、滞留時間は60分であった。反応が終了後、得られた反応液をエバポレーターを用いて、120℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間減圧処理を行い、未反応AN、StおよびAIBNの分解物を除去してポリマー分散ポリオールを得た。ポリマー分散ポリオールの水酸基価(OHV)は19.2mgKOH/g、粘度(η)4360mPa・s/25℃、ポリマー濃度は22.3重量%で凝集粒子は無かった。
【0101】
実施例4
ポリマー分散ポリオールD
実施例2で得られたポリオールB 56.8重量部、アクリロニトリル(AN) 34.0重量部、スチレン(St) 8.0重量部、トリエチルアミン(TEA) 1.0重量部およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 0.25重量部をオートクレーブAに計量し、充分撹拌を行った。この混合液をオートクレーブBに連続的に装入し、オートクレーブの排出口より連続的に反応液を得た。この時の反応圧力はゲージ圧で4.0kgf/cm2 (493kPa)、滞留時間は60分であった。反応が終了後、得られた反応液をエバポレーターを用いて、120℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間減圧処理を行い、未反応AN、St、TEAおよびAIBNの分解物を除去してポリマー分散ポリオールを得た。ポリマー分散ポリオールの水酸基価(OHV)は15.1mgKOH/g、粘度(η)6580mPa・s/25℃、ポリマー濃度は40.1重量%で凝集粒子は無かった。
【0102】
以下、比較例について詳述する。比較例として用いたポリオキシアルキレンポリオール合成用触媒は、先に述べたケメタル社の50重量%の水酸化セシウム(以降、CsOHと略する。)水溶液とUSP5,144,093(カラム4、52行〜カラム5、4行目)に記載されている複金属シアン化物錯体(Zn3[Co(CN)6]2 ・2.48DME・4.65H2 0・0.94ZnCl2 ;以降、DMCと略する。DMEとはジメトキシエタンの略号である。)を使用した。DMCを触媒として得られたポリオキシプロピレンポリオールにエチレンオキサイド付加重合を行う際のアルカリ金属触媒として和光純薬(株)製の30重量%のカリウムメチラート(以降、KOMeと略する。)のメタノール溶液を用いた。
【0103】
比較例1
ポリマー分散ポリオールE
攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した500mlの4つ口フラスコにグリセリン1モルに対して0.38モルのCsOH(50重量%のCsOH水溶液の形態)を加え、窒素をキャピラリー管で導入し、105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間の減圧脱水操作を行った。その後、フラスコ内容物をオートクレーブAに仕込み、窒素置換を行った後、大気圧状態から反応温度80℃、反応時の最大圧力が4.0kgf/cm2 (392kPa)の条件でOHV28.0mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの付加重合を行った。引き続き、窒素によりゲージ圧1.2kgf/cm2 (219kPa)に調整し、反応温度80℃、反応時の最大圧力が4.0kgf/cm2 (392kPa)の条件でOHV24.1mgKOH/gになるまでエチレンオキサイドの付加重合を行った。オートクレーブAの内圧の変化が無くなった時点で105℃、5mmHgabs.(665Pa)の条件で30分間減圧処理を行い、粗製ポリオキシアルキレンポリオールを得た。
セシウムを含んだ状態の粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して4重量部のイオン交換水を加え、次いで粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のセシウム1モルに対して1.1モルのリン酸(75.1重量%の水溶液の形態)を装入し、85℃で2時間の中和反応を行った。中和反応終了後に、t−ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して1000ppm添加し、減圧下で脱水を行い、オートクレーブ内の圧力が500mmHgabs.(66.5kPa)の状態で吸着剤であるAD−600NS(富田製薬(株)製)を2000ppm加えた。更に減圧下で脱水を行いながら最終的に105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間、同操作を行った。その後、窒素により減圧から大気圧状態にした後、アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙(保持粒径1μ)により減圧ろ過を行い、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行った(酸中和除去法)。セシウム除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は24.1mgKOH/g、総不飽和度(C=C)0.024meq./g、CPRが1.2、粘度(η)1560mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)96.6モル%、W20/W80は2.95であった。以降、該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールEと称する。
ポリオールE 76.0重量部、アクリロニトリル(AN) 19.0重量部、スチレン(St) 5.0重量部およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 0.35重量部をオートクレーブAに計量し、充分撹拌を行った。この混合液をオートクレーブBに連続的に装入し、オートクレーブの排出口より連続的に反応液を得た。この時の反応圧力はゲージ圧で4.0kgf/cm2 (493kPa)、滞留時間は60分であった。反応が終了後、得られた反応液をエバポレーターを用いて、120℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間減圧処理を行い、未反応AN、StおよびAIBNの分解物を除去してポリマー分散ポリオールを得た。ポリマー分散ポリオールの水酸基価(OHV)は20.4mgKOH/g、粘度(η)4860mPa・s/25℃、ポリマー濃度は22.1重量%で凝集粒子は無かった。
【0104】
比較例2
ポリマー分散ポリオールF
比較例1で得られたポリオールE 56.8重量部、アクリロニトリル(AN) 34.0重量部、スチレン(St) 8.0重量部、トリエチルアミン(TEA) 1.0重量部およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 0.35重量部をオートクレーブAに計量し、充分撹拌を行った。この混合液をオートクレーブBに連続的に装入し、オートクレーブの排出口より連続的に反応液を得た。この時の反応圧力はゲージ圧で4.0kgf/cm2 (493kPa)、滞留時間は60分であった。反応が終了後、得られた反応液をエバポレーターを用いて、120℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間減圧処理を行い、未反応AN、St、TEAおよびAIBNの分解物を除去してポリマー分散ポリオールを得た。ポリマー分散ポリオールの水酸基価(OHV)は15.3mgKOH/g、粘度(η)8910mPa・s/25℃、ポリマー濃度は39.8重量%で凝集粒子は無かった。
【0105】
比較例3
ポリマー分散ポリオールG
グリセリンにプロピレンオキサイドを付加したポリプロピレンポリオールMN1000(三井東圧化学(株)製;OHV168mgKOH/g)100重量部に対して0.05重量部のDMCを添加し、105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で3時間の減圧脱水を行った。次いで、オートクレーブAに該化合物を仕込み、反応温度82℃、反応時の最大圧力4kgf/cm2 (392kPa)の条件でOHV28.0mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの付加重合を行い、DMCを含有している粗製ポリオキシプロピレンポリオールを得た。該ポリオキシプロピレンポリオール100重量部に対して2.22重量部の30重量%のカリウムメチラート(KOMe)のメタノール溶液を添加し、脱メタノール反応を90℃、20mmHgabs.(2660Pa)で2時間行った。その後、水を3重量部とAD−600NS(富田製薬(株)製)を5重量部加え、90℃、窒素雰囲気下で2時間撹拌した。次いで、アドバンテック東洋株式会社製5Cろ紙(保持粒径1μ)を用いて減圧ろ過を行った。ろ過後、120℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で2時間減圧脱水を行い、DMCの除去処理を行った。エチレンオキサイドの付加重合を行うため、DMC除去後のポリオキシプロピレンポリオール100重量部に2.5重量部の30重量%のKOMeのメタノール溶液を添加し、脱メタノール反応を100℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で3時間行った。オートクレーブAに該化合物を仕込み、窒素置換後、反応温度100℃、反応時の最大圧力が5kgf/cm2 (490kPa)の条件でOHVが24.0mgKOH/gになるまでエチレンオキサイドを装入し、反応させた。反応後、減圧処理を行い、粗製ポリオキシアルキレンポリオールを得た。
粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のカリウム1モルに対して1.05モルのリン酸(75.1重量%のリン酸水溶液)ならびに粗製ポリエーテルポリオール100重量部に対して5重量部のイオン交換水を装入し、90℃、2時間の条件で中和反応を行った。その後、酸化防止剤であるBHTを500ppmならびに吸着剤KW−700SN(協和化学工業(株)製)を8000ppm添加し、減圧下、水を留去しながら最終的に105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で3時間減圧脱水を行った。窒素により減圧から大気圧状態にした後、アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙(保持粒径1μ)により減圧ろ過を行い、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行った。カリウム除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は24.4mgKOH/g、総不飽和度(C=C)0.020meq./g、CPRが4.5、粘度(η)2900mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)88.5モル%、W20/W80は4.05であった。以降、該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールGと称する。
ポリオールG 76.0重量部、アクリロニトリル(AN) 19.0重量部、スチレン(St) 5.0重量部およびアゾビスイソブチロニトリル(AIBN) 0.35重量部をオートクレーブAに計量し、充分撹拌を行った。この混合液をオートクレーブBに連続的に装入し、オートクレーブの排出口より連続的に反応液を得た。この時の反応圧力はゲージ圧で4.0kgf/cm2 (493kPa)、滞留時間は60分であった。反応が終了後、得られた反応液をエバポレーターを用いて、120℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間減圧処理を行い、未反応AN、StおよびAIBNの分解物を除去してポリマー分散ポリオールを得た。ポリマー分散ポリオールの水酸基価(OHV)は18.8mgKOH/g、粘度(η)12,200mPa・s/25℃、ポリマー濃度は22.2重量%で凝集粒子が確認された。
【0106】
実施例、比較例で得られたポリマー分散ポリオールの物性を表1、表2に示す。表1中のアルキレンオキサイドの重合触媒において、実施例に用いたホスファゼン化合物であるFulka社製の商品名ホスファゼンベースP<t/4>−t−OctはP4−t−Octと略する。アルキレンオキサイドはAOと、プロピレンオキサイドはPO、エチレンオキサイドはEOと略する。比較例で用いた水酸化セシウムはCsOHと、複金属シアン化物錯体はDMCと、カリウムメトキサイドはKOMeと略する。
【0107】
【表1】
【0108】
【表2】
【0109】
本発明により得られたポリマー分散ポリオールの効果を明らかにするため、以下にポリマー分散ポリオールを使用した軟質ポリウレタンフォームの製造例を示す。本発明はこれら実施例に限定されるものではない。実施例、比較例に用いた原料、略語、および分析法を以下に説明する。
(ポリマー分散ポリオール)A〜G;実施例5(A)、実施例6(B)、実施例7(C)、実施例8(D)および比較例4(E)、比較例5(F)、比較例6(G)により得られたポリマー分散ポリオール。
(ポリオールH);三井東圧化学社製ポリオキシアルキレンポリオールEP−330N。水酸基価33mgKOH/g。
(架橋剤)DEOA;三井東圧化学社製ジエタノールアミン。
(触媒−1)ミニコL−1020;活材ケミカル社製3級アミン触媒(トリエチレンジアミンの33%ジエチレングリコール溶液)。
(触媒−2)ミニコTMDA;活材ケミカル社製3級アミン触媒(ビスジメチルアミノエチルエーテルの70%ジエチレングリコール溶液)。
(整泡剤)L−5309;日本ユニカー社製シリコーン整泡剤。
(イソシアネート)コスモネート TM−20;三井東圧化学社製ポリイソシアネート。TDI−80とポリメリックMDIとの80:20重量比の混合物。
軟質ポリウレタンフォームの諸物性;JIS K−6301およびJIS K−6401記載の方法により求めた。
【0110】
ポリマー分散ポリオール、ポリオール、水、DEOA、L−1020、TMDA、L−5309を表3および表4に示した比率で攪拌混合してレジンプレミックスとし、25℃に調製した。レジンプレミックスの活性水素基濃度とイソシアネート基濃度の比(NCO インデックス)が1.00となる量のコスモネートTM−20を25℃に調整した。次いで、先に調製したレジンプレミックスと6秒間激しく攪拌混合し、あらかじめ市販の離型剤を塗布した60℃のアルミ製テストモールド(内寸400×400×100mm)に注入後、蓋を閉めクランプにより密閉し、発泡硬化させた。攪拌開始から6分後にテストモールドのクランプを外し、硬化した軟質ポリウレタンフォームを脱型、フォームを手で押さえた時の力で独立気泡性を評価した。続いて、ローラーを使って厚みを80%圧縮して気泡を完全に連通化させた(クラッシング操作)。発泡して24時間後に得られた軟質ポリウレタンフォームの諸物性を測定した。結果を表3および表4に示す。
【0111】
【表3】
【0112】
【表4】
比較例6に示した軟質ポリウレタンフォームは発泡状態が不良であったため、フォームの諸物性は測定不可能であった。
【0113】
実施例、比較例より本発明のホスファゼン化合物をアルキレンオキサイドの重合触媒としたポリオキシアルキレンポリオールはDMCを用いた系と比較して粘度が低く、かつモノオール量の指標である総不飽和度(C=C)もほぼ同じレベルである。DMC触媒系ではエチレンオキサイドの共重合反応に際して、一旦、DMCをアルカリ金属化合物(カリウムメチラート)との反応により失活させ、次いで、該触媒によりエチレンオキサイドを重合しなければならないため、操作が複雑である。一方、本発明のホスファゼン化合物系では、エチレンオキサイドとの共重合反応においても複雑な操作を必要とせず、低粘度のポリオキシアルキレンポリオールが得られる。本発明のホスファゼン化合物を触媒とし、特定の反応条件ならびに特定の触媒除去操作を行ったポリオキシアルキレンポリオールを分散媒とする本発明のポリマー分散ポリオールは、低粘度である特徴を有し、広範なポリウレタン用途において成形性および物性向上をもたらす。また、ポリマー濃度を高くした場合であっても、従来よりも低粘度なポリマー分散ポリオールを得ることができる。本発明で得られたポリマー分散ポリオールを用いた軟質ポリウレタンフォームは発泡時の連通性が高く、クラッシング後に亀裂を生ずる等の問題もない。さらに、硬度、湿熱圧縮永久歪み、反発弾性等の物性に優れた軟質ポリウレタンフォームを提供することが可能である。
【0114】
次に、ポリオキシアルキレンポリオールならびにポリマー分散ポリオールを用いてイソシアネート基末端プレポリマーの合成を行った。本発明により得られたイソシアネート基末端プレポリマーの効果を明らかにするため、ポリオキシアルキレンポリオールとポリイソシアネート化合物との反応により得られたイソシアネート基末端プレポリマーの貯蔵安定性試験結果を例示するとともに、イソシアネート基末端プレポリマーを用いた3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(以下、MOCAと略する。)を硬化剤とするポリウレタン樹脂の製造例を示す。本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
イソシアネート基末端プレポリマー中の遊離イソシアネート基含有量(以下、NCO%と略する。)および粘度の測定はJIS K 7301に準拠した。イソシアネート基末端プレポリマーの貯蔵安定性試験は、合成直後のプレポリマー約500gを内容積1リットルの金属製容器に窒素雰囲気下で密閉し、60℃のオーブン中に14日間保管し、プレポリマーの粘度を測定した。試験前後での粘度変化が少ないときは○で、粘度変化が大きいときは×で評価を行った。また、ポリウレタン樹脂の物性測定はJIS K 6301に準拠した。以下に、実施例を示す。
【0115】
実施例9
イソシアネート基末端プレポリマーA
攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した500mlの4つ口フラスコにジプロピレングリコール1モルに対して0.08モルのP4−t−Oct(1.00Mのn−ヘキサン溶液の形態)を加え、窒素をキャピラリー管で導入しながら70℃、30mmHgabs.(3990Pa)の条件で3時間、減圧脱ヘキサン操作を行った。その後、フラスコ内容物をオートクレーブAに仕込み、窒素置換を行った後、大気圧の状態から反応温度80℃、反応時の最大圧力が4.8kgf/cm2 (470kPa)の条件でOHVが18.4mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの多段付加重合を行った。オートクレーブの内圧の変化が無くなった時点で105℃、10mmHgabs.(1330Pa)の条件で50分間減圧処理を行い、粗製ポリオキシアルキレンポリオールを得た。
ホスファゼン化合物を含んだ状態の粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して10重量部のイオン交換水を加え、次いで粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して2.3モルのリン酸(75.1重量%の水溶液の形態)を装入し、85℃で2時間の中和反応を行った。中和反応終了後に、t−ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して1000ppm添加し、減圧下で脱水を行い、オートクレーブA内の圧力が200mmHgabs.(26.6kPa)の状態で吸着剤であるAD−600NS(富田製薬(株)製)を8000ppm加えた。更に減圧下で脱水を行いながら最終的に105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間、同操作を行った。その後、窒素により減圧から大気圧状態にした後、アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙(保持粒径1μ)により減圧ろ過を行い、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行った(酸中和除去法)。ホスファゼン化合物除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は18.7mgKOH/g、総不飽和度(C=C)0.026meq./g、CPRが0.8、粘度(η)1490mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)96.8モル%、W20/W80は2.72であった。該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールIと称する。
次いで、攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した4つ口フラスコに窒素雰囲気下、ポリオールI 946.8gとコスモネート T−100(2,4−トリレンジイソシアネート;三井東圧化学(株)製、以下同様)53.2gを装入した。この時のNCOインデックスは2.00である。窒素雰囲気下、撹拌しながら80℃で4時間反応後、110℃で4時間反応させイソシアネート基末端プレポリマーを得た。イソシアネート基末端プレポリマーのNCO%は1.28重量%、粘度(η)は6580mPa・s/25℃であり、貯蔵安定性試験は○であった。
【0116】
実施例10
イソシアネート基末端プレポリマーB
攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した500mlの4つ口フラスコにグリセリン1モルに対して0.012モルのP4−t−Oct(1.00Mのn−ヘキサン溶液の形態)を加え、窒素をキャピラリー管で導入しながら80℃、10mmHgabs.(1330Pa)の条件で3時間、減圧脱ヘキサン操作を行った。その後、フラスコ内容物をオートクレーブAに仕込み、窒素置換を行った後、大気圧の状態から反応温度80℃、反応時の最大圧力が4.0kgf/cm2 (392kPa)の条件でOHVが16.0mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの多段付加重合を行った。オートクレーブの内圧の変化が無くなった時点で105℃、10mmHgabs.(1330Pa)の条件で50分間減圧処理を行い、粗製ポリオキシアルキレンポリオールを得た。
ホスファゼン化合物を含んだ状態の粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して10重量部のイオン交換水を加え、次いで粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して2.1モルのリン酸(75.1重量%の水溶液の形態)を装入し、80℃で2時間の中和反応を行った。中和反応終了後に、t−ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して1000ppm添加し、減圧下で脱水を行い、オートクレーブA内の圧力が200mmHgabs.(26.6kPa)の状態で吸着剤であるAD−600NS(富田製薬(株)製)を2000ppm加えた。更に減圧下で脱水を行いながら最終的に105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間、同操作を行った。その後、窒素により減圧から大気圧状態にした後、アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙(保持粒径1μ)により減圧ろ過を行い、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行った(酸中和除去法)。ホスファゼン化合物除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は16.8mgKOH/g、総不飽和度(C=C)0.028meq./g、CPRが1.0、粘度(η)2520mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)96.9モル%、W20/W80は2.75であった。該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールJと称する。
次いで、攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した4つ口フラスコに窒素雰囲気下、ポリオールJ 943.9gとコスモネート T−100 56.1gを装入した。この時のNCOインデックスは2.00である。窒素雰囲気下、撹拌しながら100℃で4時間反応後、115℃で4時間反応させイソシアネート基末端プレポリマーを得た。イソシアネート基末端プレポリマーのNCO%は1.30重量%、粘度(η)は18,500mPa・s/25℃であり、貯蔵安定性試験は○であった。
【0117】
実施例11
イソシアネート基末端プレポリマーC
攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した500mlの4つ口フラスコにグリセリン1モルに対して0.012モルのP4−t−Oct(1.00Mのn−ヘキサン溶液の形態)を加え、窒素をキャピラリー管で導入しながら80℃、10mmHgabs.(1330Pa)の条件で3時間、減圧脱ヘキサン操作を行った。その後、フラスコ内容物をオートクレーブAに仕込み、窒素置換を行った後、大気圧の状態から反応温度80℃、反応時の最大圧力が4.0kgf/cm2 (392kPa)の条件でOHVが33.4mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの多段付加重合を行った。オートクレーブの内圧の変化が無くなった時点で105℃、10mmHgabs.(1330Pa)の条件で50分間減圧処理を行い、粗製ポリオキシアルキレンポリオールを得た。
ホスファゼン化合物を含んだ状態の粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して10重量部のイオン交換水を加え、次いで粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して2.1モルのリン酸(75.1重量%の水溶液の形態)を装入し、80℃で2時間の中和反応を行った。中和反応終了後に、t−ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して1000ppm添加し、減圧下で脱水を行い、オートクレーブA内の圧力が200mmHgabs.(26.6kPa)の状態で吸着剤であるAD−600NS(富田製薬(株)製)を2000ppm加えた。更に減圧下で脱水を行いながら最終的に105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間、同操作を行った。その後、窒素により減圧から大気圧状態にした後、アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙(保持粒径1μ)により減圧ろ過を行い、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行った(酸中和除去法)。ホスファゼン化合物除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は33.7mgKOH/g、総不飽和度(C=C)0.019meq./g、CPRが0.1、粘度(η)830mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)96.7モル%、W20/W80は2.71であった。該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールKと称する。
次いで、攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した4つ口フラスコに窒素雰囲気下、ポリオールK 904.4gとコスモネート T−100 95.6gを装入した。この時のNCOインデックスは2.00である。窒素雰囲気下、撹拌しながら100℃で4時間反応させイソシアネート基末端プレポリマーを得た。イソシアネート基末端プレポリマーのNCO%は2.17重量%、粘度(η)は9850mPa・s/25℃であり、貯蔵安定性試験は○であった。
【0118】
以下に比較例を示す。比較例で用いたアルキレンオキサイド重合触媒はポリマー分散ポリオールに用いたポリオキシアルキレンポリオールを合成した時の触媒と同様、水酸化セシウム(CsOH)ならびに複金属シアン化物錯体(DMC)である。
【0119】
比較例7
イソシアネート基末端プレポリマーD
攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した500mlの4つ口フラスコにジプロピレングリコール1モルに対して0.28モルのCsOH(50重量%水溶液の形態)を加え、100℃、20mmHgabs.(2660Pa)以下の条件で4時間、減圧脱水後、フラスコ内容物をオートクレーブAに仕込み、窒素置換を行った。大気圧状態から反応温度を80℃とし、反応時の最大圧力が4.0kgf/cm2(392kPa)の条件でOHV18.4mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの多段重合を行った。オートクレーブAの内圧の変化が無くなった時点で105℃、5mmHgabs.(665Pa)の条件で30分間減圧処理を行い、粗製ポリオキシアルキレンポリオールを得た。
その後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール中からセシウムの除去操作を行った。セシウムを含んだ状態の粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して希塩酸水溶液で水素イオン型に交換したバイエル社製レバチットS−100BGを30重量部およびイオン交換水を80重量部加え、窒素雰囲気下、60℃で6時間撹拌した。次いで、アドバンテック東洋株式会社製の5Bろ紙(保持粒径3μ)により減圧ろ過を行い、イオン交換樹脂を除去した後、再度、水を含んだポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、イオン交換水を50重量部、水素イオン型に交換したバイエル社製レバチットS−100BGを20重量部加え、上述した操作を行った。ろ過により、イオン交換樹脂を除去し、水を含んだポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対してBHTを500ppm添加し、105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で3時間減圧脱水を行い、ポリオキシアルキレンポリオール中の水分を留去した。さらに、アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙(保持粒径1μ)により減圧ろ過を行った(イオン交換処理法)。セシウム除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は18.8mgKOH/g、総不飽和度(C=C)は0.059meq./g、CPRが0.8、粘度(η)1650mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)96.9モル%、W20/W80は2.87であった。該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールLと称する。
次いで、攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した4つ口フラスコに窒素雰囲気下、ポリオールL 946.8gとコスモネート T−100 53.2gを装入した。この時のNCOインデックスは2.00である。窒素雰囲気下、撹拌しながら80℃で4時間反応後、110℃で4時間反応させイソシアネート基末端プレポリマーを得た。イソシアネート基末端プレポリマーのNCO%は1.28重量%、粘度(η)は8020mPa・s/25℃であり、貯蔵安定性試験は○であった。
【0120】
比較例8
イソシアネート基末端プレポリマーE
グリセリンにプロピレンオキサイドを付加したポリプロピレンポリオールMN1000(三井東圧化学(株)製;OHV168mgKOH/g)100重量部に対して0.05重量部のDMCを添加し、105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で3時間の減圧脱水を行った。その後、オートクレーブAに該化合物を仕込み、反応温度80℃、反応時の最大圧力3.0kgf/cm2 (294kPa)の条件でOHV16.3mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの多段重合を行った。
次に、粗製ポリオキシアルキレンポリオールからDMCの除去操作を行った。DMCを含有しているポリオキシプロピレンポリオール100重量部に対して3.9重量部の30重量%のカリウムメチラート(KOMe)のメタノール溶液を添加し、脱メタノール反応を90℃、20mmHgabs.(2660Pa)の条件で2時間行った。その後、水を5重量部とAD−600NS(富田製薬(株)製)を5重量部加え、90℃、窒素雰囲気下で2時間撹拌し、アドバンテック東洋株式会社製5Cろ紙(保持粒径1μ)を用いて減圧ろ過を行った。ろ過後、酸化防止剤であるBHTを500ppm添加し、120℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で2時間減圧脱水を行い、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行った。DMC除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は16.5mgKOH/g、総不飽和度(C=C)0.025meq./g、CPRが6.0、粘度(η)4820mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)88.1モル%、W20/W80は4.56であった。該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールMと称する。
次いで、攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した4つ口フラスコに窒素雰囲気下、ポリオールM 943.9gとコスモネート T−100 56.1gを装入した。この時のNCOインデックスは2.00である。窒素雰囲気下、撹拌しながら100℃で4時間反応後、115℃で4時間反応させイソシアネート基末端プレポリマーを得た。イソシアネート基末端プレポリマーのNCO%は1.30重量%、粘度(η)は28,200mPa・s/25℃であり、貯蔵安定性試験は×であった。
【0121】
比較例9
イソシアネート基末端プレポリマーF
攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した500mlの4つ口フラスコにグリセリン1モルに対して0.38モルのCsOH(50重量%の水溶液の形態)を加え、窒素をキャピラリー管で導入し、105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間の減圧脱水操作を行った。その後、フラスコ内容物をオートクレーブAに仕込み、窒素置換を行った後、大気圧状態から反応温度を80℃とし、反応時の最大圧力が4.0kgf/cm2 (392kPa)の条件でOHV33.5mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドの付加重合を行った。オートクレーブの内圧の変化が無くなった時点で105℃、5mmHgabs.(665Pa)の条件で30分間減圧処理を行い、粗製ポリオキシアルキレンポリオールを得た。
セシウムを含んだ状態の粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して4重量部のイオン交換水を加え、次いで粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のセシウム1モルに対して1.1モルのリン酸(75.1重量%の水溶液の形態)を装入し、85℃で2時間の中和反応を行った。中和反応終了後に、t−ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して1000ppm添加し、減圧下で脱水を行い、オートクレーブ内の圧力が500mmHgabs.(66.5kPa)の状態で吸着剤であるAD−600NS(富田製薬(株)製)を2000ppm加えた。更に減圧下で脱水を行いながら最終的に105℃、10mmHgabs.(1330Pa)以下の条件で4時間、同操作を行った。その後、窒素により減圧から大気圧状態にした後、アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙(保持粒径1μ)により減圧ろ過を行い、ポリオキシアルキレンポリオールの回収を行った(酸中和除去法)。セシウム除去操作後のポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価(OHV)は33.4mgKOH/g、総不飽和度(C=C)0.028meq./g、CPRが0.2、粘度(η)950mPa・s/25℃、ヘッド−トウ−テイル(H−T)96.6モル%、W20/W80は2.86であった。該ポリオキシアルキレンポリオールをポリオールNと称する。
次いで、攪拌装置、窒素導入管および温度計を装備した4つ口フラスコに窒素雰囲気下、ポリオールN 904.4gとコスモネート T−100 95.6gを装入した。この時のNCOインデックスは2.00である。窒素雰囲気下、撹拌しながら100℃で4時間反応させイソシアネート基末端プレポリマーを得た。イソシアネート基末端プレポリマーのNCO%は2.16重量%、粘度(η)は13,900mPa・s/25℃であり、貯蔵安定性試験は○であった。
【0122】
実施例、比較例の結果を表5および表6に示す。表中のポリオールとはポリオキシアルキレンポリオールの略号である。NCOインデックスとは活性水素基濃度に対するイソシアネート基濃度の比を表す。その他の略号はポリマー分散ポリオールの説明で用いた表中記載のものと同じである。
【0123】
【表5】
【0124】
【表6】
【0125】
実施例、比較例より本発明のホスファゼン化合物を触媒とし、特定の反応条件ならびに特定の触媒除去操作を行ったCPRの低いポリオキシアルキレンポリオールを用いたイソシアネート基末端プレポリマーは、低粘度である特徴を有し、貯蔵安定性に優れている。
【0126】
本発明の実施例で得られたイソシアネート基末端プレポリマーの効果を明らかにする目的で、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MOCA)を硬化剤とするポリウレタン樹脂を調製した。実施例、比較例で得られたイソシアネート基末端プレポリマー中のイソシアネート基濃度に対してMOCA中のアミノ基濃度の比が0.90になるように計量し、オーブン中でプレポリマーを80℃に、MOCAを120℃に調整した。所定温度で減圧脱泡後、プレポリマーとMOCAを1分間気泡が混入しないように均一に混合し、テフロンコートした2mm厚の金型に均一に流し込み、100℃で24時間硬化させた。更に、23℃の条件下、7日間静置し、完全硬化させた後、物性測定を行った。JIS K 6301に準拠した物性測定の他、プレポリマーとMOCAの混合性およびポリウレタン樹脂のべとつき(タック)の有無を観察した。混合性が良いときは○、悪い時は×で評価を行った。また、ポリウレタン樹脂のタックについても、タックが少ない時は○、タックが大きいときは×で評価を行った。測定結果を表7に示す。表中のプレポリマーとは、イソシアネート基末端プレポリマーの略号である。
【0127】
【表7】
【0128】
実施例、比較例より本発明のイソシアネート基末端プレポリマーを用いたポリウレタン樹脂は硬度、引張強度、破断時の伸びなどの力学物性に優れ、かつ樹脂のべとつき(タック)が少なく、硬化剤との混合性もよい(比較データ;実施例12と比較例10、実施例13と比較例11、実施例14と比較例12)。
【0129】
次に、実施例、比較例で得られたポリマー分散ポリオールを用いてイソシアネート基末端プレポリマーの合成を行った。次いで、本発明により得られたイソシアネート基末端プレポリマーの効果を明らかにするため、ポリマー分散ポリオールとポリイソシアネート化合物との反応により得られたイソシアネート基末端プレポリマーの貯蔵安定性試験結果を例示する。本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
イソシアネート基末端プレポリマー中の遊離イソシアネート基含有量(NCO%)、及び粘度の測定はJIS K 7301に準拠した。以下に、実施例を示す。
【0130】
実施例15
イソシアネート基末端プレポリマーG
実施例3で得られたポリマー分散ポリオールB 785.8重量部に、ポリイソシアネート化合物としてコスモネートPH(三井東圧化学(株)製)214.2重量部を添加し、窒素雰囲気下で100℃、4時間撹拌し、イソシアネート基末端プレポリマー得た。この時のNCOインデックスは6.02である。NCO%は5.8重量%、粘度は15,480mPa・s/25℃であった。
得られたイソシアネート基末端プレポリマー500重量部を金属製容器に窒素雰囲気下で密閉し、60℃のオーブンに14日間保管し、貯蔵安定性試験を行った。試験前後でのプレポリマーの粘度変化は少なく、貯蔵安定性試験は○であった。
【0131】
比較例13
イソシアネート基末端プレポリマーH
比較例3で得られたポリマー分散ポリオールG 788.2重量部に、ポリイソシアネート化合物としてコスモネートPH(三井東圧化学(株)製)211.8重量部を添加し、窒素雰囲気下で100℃、4時間撹拌し、イソシアネート基末端プレポリマー得た。この時のNCOインデックスは6.38である。遊離イソシアネート基含有量は5.8重量%、粘度は98,000mPa・s/25℃であった。
得られたイソシアネート基末端プレポリマー500重量部を金属製容器に窒素雰囲気下で密閉し、60℃のオーブンに14日間保管し、貯蔵安定性試験を行った。試験後でのプレポリマーはゲル化しており、貯蔵安定性試験は×であった。
【0132】
実施例15、比較例13より本発明のホスファゼン化合物を触媒とし、特定の触媒除去操作を行ったポリオキシアルキレンポリオールを分散媒とするポリマー分散ポリオールを用いたイソシアネート基末端プレポリマーは、DMC触媒により得られるポリオキシアルキレンポリオールを分散媒とするポリマー分散ポリオールを用いたイソシアネート基末端プレポリマーと比較して低粘度である特徴を有し、貯蔵安定性に優れている。
【0133】
【発明の効果】
本発明のポリマー分散ポリオールは、特定のホスファゼン化合物を触媒とし、モノオール含有量が低く、ヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率が高い、さらには特定の触媒除去操作を行ったCPRの低いポリオキシアルキレンポリオールを分散媒としているため、低粘度である特徴を有し、広範なポリウレタン用途において物性向上をもたらすことができる。また、ポリマー濃度を高くした場合であっても、従来より低粘度でかつ粒子凝集がない分散安定性の良いポリマー分散ポリオールを得ることが可能である。しかも、分散媒であるポリオキシアルキレンポリオールの生産性が優れているため、ポリマー分散ポリオールの生産性も向上する。
さらに、本発明のイソシアネート基末端プレポリマーは、特定のホスファゼン化合物を触媒とし、モノオール含有量が低く、ヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選択率が高い、さらには特定の触媒除去操作を行ったCPRの低いポリオキシアルキレンポリオールを用いているため、低粘度である特徴を有し、可塑剤、有機溶剤などの低減が可能であるうえ、広範なポリウレタン用途において物性向上をもたらすことができる。しかも、イソシアネート基末端プレポリマーの貯蔵安定性にも優れている。
Claims (6)
- ホスファゼン化合物が化学式(2)
- ホスファゼン化合物が化学式(2)
- 請求項1記載のポリマー分散ポリオールとポリイソシアネート化合物を反応させる際、活性水素基濃度に対するイソシアネート基濃度の比が1.3〜20であることを特徴とするイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法。
- 化学式(2)で表されるホスファゼン化合物を触媒としてアルキレンオキサイドの付加重合を行った後の粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物の除去操作を以下のe〜hのいずれかの方法で行うことにより得られたCPRが5以下のポリオキシアルキレンポリオールを用いることを特徴とする請求項1記載のポリマー分散ポリオールの製造方法。
e.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して無機酸または有機酸を0.5〜2.5モル使用して50〜130℃でホスファゼン化合物を中和する。その後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して吸着剤を0.005〜1.5重量部用いて減圧処理を行い、水を留去し、ろ過操作によりホスファゼニウム塩ならびに吸着剤を除去する。
f.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、ポリオキシアルキレンポリオールに不活性な有機溶剤および水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して無機酸または有機酸を0.5〜2.5モル使用して50〜130℃でホスファゼン化合物を中和する。その後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して吸着剤を0.005〜1.5重量部用いて減圧処理を行い、水および有機溶剤を留去し、ろ過操作によりホスファゼニウム塩ならびに吸着剤を除去する。
g.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水単独または水とポリオキシアルキレンポリオールに不活性な炭化水素系溶剤から選ばれる溶媒の混合物を1〜200重量部加え分液し、水洗後、減圧処理により水および有機溶剤を留去する。
h.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水を20〜200重量部加え15〜100℃でイオン交換樹脂と接触させた後、ろ過によりイオン交換樹脂を除き、減圧処理により脱水を行う。 - 化学式(2)で表されるホスファゼン化合物を触媒としてアルキレンオキサイドの付加重合を行った後の粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物の除去操作を以下のe〜hのいずれかの方法で行うことにより得られたCPRが5以下のポリオキシアルキレンポリオールを用いることを特徴とする請求項2記載のイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法。
e.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して無機酸または有機酸を0.5〜2.5モル使用して50〜130℃でホスファゼン化合物を中和する。その後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して吸着剤を0.005〜1.5重量部用いて減圧処理を行い、水を留去し、ろ過操作によりホスファゼニウム塩ならびに吸着剤を除去する。
f.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して、ポリオキシアルキレンポリオールに不活性な有機溶剤および水を1〜40重量部加えた後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール中のホスファゼン化合物1モルに対して無機酸または有機酸を0.5〜2.5モル使用して50〜130℃でホスファゼン化合物を中和する。その後、粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に対して吸着剤を0.005〜1.5重量部用いて減圧処理を行い、水および有機溶剤を留去し、ろ過操作によりホスファゼニウム塩ならびに吸着剤を除去する。
g.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水単独または水とポリオキシアルキレンポリオールに不活性な炭化水素系溶剤から選ばれる溶媒の混合物を1〜200重量部加え分液し、水洗後、減圧処理により水および有機溶剤を留去する。
h.粗製ポリオキシアルキレンポリオール100重量部に水を20〜200重量部加え15〜100℃でイオン交換樹脂と接触させた後、ろ過によりイオン交換樹脂を除き、減圧処理により脱水を行う。 - 請求項4記載のポリマー分散ポリオールとポリイソシアネート化合物を反応させる際、活性水素基濃度に対するイソシアネート基濃度の比が1.3〜20であることを特徴とするイソシアネート基末端プレポリマーの製造方法。
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