JP4490813B2 - ウレトジオン基を含むイソシアネート - Google Patents
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Description
R1、R2、R3およびR4は、同じまたは異なる基であり、それぞれ水素原子、フッ素、塩素若しくは臭素の群からのハロゲン原子、またはニトロ基、飽和若しくは不飽和の脂肪族若しくは脂環式基、または任意に置換されている芳香族若しくは芳香脂肪族基であり、これらは、20個までの炭素原子および任意に酸素、硫黄および窒素の群からの3個までのヘテロ原子を有することができ、任意にハロゲン原子またはニトロ基により置換されていてもよく、
ここで、R3およびR4は、式(II)中において、1,2,3-トリアゾレート五員環の炭素原子と共に、3〜6個の炭素原子を有する縮合環も形成することができる。〕
で示されるトリアゾレート構造をアニオンで有する化合物である。
R1およびR2が、同じまたは異なる基であり、それぞれ水素原子、フッ素、塩素若しくは臭素の群からのハロゲン原子、またはニトロ基、飽和の脂肪族若しくは脂環式基、または任意に置換されている芳香族若しくは芳香脂肪族基であり、これらは、12個までの炭素原子および任意に酸素、硫黄および窒素の群からの3個までのヘテロ原子を有することができ、任意にハロゲン原子またはニトロ基により置換されていてもよい、
一般式(I)で示されるトリアゾレート構造をアニオンで有するものである。
R3およびR4が、同じまたは異なる基であり、それぞれ水素原子、フッ素、塩素若しくは臭素の群からのハロゲン原子、またはニトロ基、飽和若しくは不飽和の脂肪族若しくは脂環式基、または任意に置換されている芳香族若しくは芳香脂肪族基であり、これらは、12個までの炭素原子および任意に酸素、硫黄および窒素の群からの3個までのヘテロ原子を有することができ、任意にハロゲン原子またはニトロ基により置換されていてもよく、1,2,3-トリアゾレート五員環の炭素原子と共に、3〜6個の炭素原子を有する縮合環も形成することができる、
一般式(II)で示されるトリアゾレート構造をアニオンで有するものである。
該方法のために特に好ましいオリゴマー化触媒は、1,2,4-トリアゾール、1,2,3-トリアゾールおよび/または1,2,3-ベンゾトリアゾールの塩である。
Eは、窒素またはリンであり、
R5、R6、R7およびR8は、同じまたは異なる基であり、それぞれ水素原子、飽和若しくは不飽和の脂肪族若しくは脂環式基、または任意に置換されている芳香族若しくは芳香脂肪族基であり、これらは、24個までの炭素原子および任意に酸素、硫黄および窒素の群からの3個までのヘテロ原子を有することができ、任意にハロゲン原子またはヒドロキシル基により置換されていてもよく、その中で
R8はまた、式(IV):
Xは、12個までの炭素原子を有する二価の任意に置換されている、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族または芳香族基であり、
R5、R6、R7およびEは、上で定義したものと同じである。)
で示される基であり得る。〕
で示されるアンモニウムまたはホスホニウムカチオンを挙げることができる。
Eが、窒素またはリンであり、
R5、R6、R7およびR8が、同じまたは異なる基であり、それぞれ18個までの炭素原子を有する飽和の脂肪族若しくは脂環式基、または任意に置換されている芳香族若しくは芳香脂肪族基である、
一般式(III)で示される一価のアンモニウム若しくはホスホニウムカチオンである。
本発明の方法においてこれらの触媒は、用いられる分子イソシアネートの量を基準に、一般に0.01〜3質量%、好ましくは0.1〜2質量%の量で用いられる。それらを、バルクで反応混合物に添加することができる。しかしながら任意に触媒を、適当な有機溶媒中の溶液でも使用することができる。触媒溶液の希釈度は、この場合、非常に広い範囲で自由に選ぶことができる。触媒活性溶液は、0.01質量%またはそれ以上の濃度を有するものである。
前記触媒毒を、バルクまたは適当な有機溶媒中の溶液のいずれかで使用することができる。適当な溶媒は、例えば可能な触媒溶媒として既に上で記載した溶媒、またはその混合物である。希釈度は、非常に広い範囲で自由に選ぶことができる。例えば適当な溶媒は、10質量%またはそれ以上の濃度を有するものである。
本発明の方法の1つの特定の実施態様において、室温で液状である明記した種類の添加剤、好ましくは言及した液状ホスフィット安定剤が、用いられる触媒および/または触媒毒のための溶媒として機能する。
より好ましいのではないが、本発明の方法の別の実施態様において、記述した揮発性成分は、イソシアネート基に対して不活性である適当な溶媒、例えば脂肪族または脂環式炭化水素、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロペンタンまたはシクロヘキサンでの抽出によりオリゴマー化生成物から分離される。
本発明の方法で、所望により部分触媒重合、および触媒毒の添加による目標オリゴマー化度での反応停止後に、過剰の未反応出発ジイソシアネートの除去を省略することができる。この場合に得られる該方法の生成物は、ウレトジオン基をモノマー出発イソシアネートの70質量%までで有する化合物の淡色溶液である。
本発明の方法により、第2級および/または第3級イソシアネート基のみを有するジイソシアネート、あるいはモノマー出発ジイソシアネート中の該ポリイソシアネートの溶液から得ることができるウレトジオンポリイソシアネートは、重付加法によるポリウレタンポリマーの製造のための、好ましくは一成分または二成分ポリウレタン塗料物質の製造のための有用な出発物質を構成する。これに関してそれらを、一成分焼付ラッカーのための架橋剤成分として、それらがポリウレタン化学から自体既知のブロック化剤でブロックされた形態で使用することもできる。適当なブロック化剤の例は、ポリウレタン化学からイソシアネート基のためのブロック化剤として知られている以下の化合物:オキシム、例えばアセトンオキシム、ブタノンオキシムおよびシクロヘキサノンオキシム、ラクタム、例えばε-カプロラクタム、C-H酸性化合物、例えばジエチルマロネートおよびアセトアセテート、N-複素環類、例えば1,2,4-トリアゾール、ジメチル-1,2,4-トリアゾール、3,5-ジメチルピラゾールおよびイミダゾール、並びにこれらブロック化剤のあらゆる混合物である。
触媒1:ナトリウム-1,2,4-トリアゾレート
機械的撹拌機、内部温度計および還流凝縮器を備えた三つ口フラスコ撹拌装置に、乾燥窒素下で乾燥メタノール200mlおよびナトリウムメトキシドの30質量%濃度のメタノール溶液45ml(ナトリウムメトキシド0.25molに相当)を装填した。それに1,2,4-トリアゾール17.4g(0.25mol)を、室温で分けて添加した。1,2,4-トリアゾールの添加終了後に、反応混合物を還流温度で4時間撹拌した。その後に溶媒を減圧下で留去し、残った油状残留物を、室温で塩化メチレン200mlと混合した。混合物を室温で15分間撹拌し、析出固形生成物を濾過した。これは、ナトリウム-1,2,4-トリアゾレート22.5g(収率:理論の98%)を無色粉末の形態で与えた。生成物は、その1H-NMRスペクトルによれば純粋であり、使用した1,2,4-トリアゾールは無かった。
1,2,3-トリアゾール17.4g(0.25mol)を、当量のメタノール200ml中ナトリウムメトキシドのメタノール溶液と、触媒1のために記載した方法により反応させた。反応混合物を上記のように処理し、ナトリウム-1,2,3-トリアゾレート22.4g(収率:理論の98%)を実質的に無色の粉末形態で与えた。生成物は、その1H-NMRスペクトルによれば純粋であり、使用した出発物質は無かった。
ベンゾトリアゾール29.8g(0.25mol)を、当量のメタノール200ml中ナトリウムメトキシドのメタノール溶液と、触媒1のために記載した方法により反応させた。反応混合物を上記のように処理し、ナトリウムベンゾトリアゾレート34.2g(収率:理論の97%)を実質的に無色の粉末形態で与えた。生成物は、その1H-NMRスペクトルによれば純粋であり、使用した出発物質は無かった。
機械的撹拌機、内部温度計および還流凝縮器を備えた三つ口フラスコ撹拌装置に、室温で乾燥窒素下において、ナトリウムメトキシドの30質量%濃度のメタノール溶液18.0g(ナトリウムメトキシド0.1molに相当)を装填した。20分にわたって、メタノール20ml中1,2,4-トリアゾール6.9g(0.1mol)の溶液を滴下して加え、その後に反応混合物を1時間撹拌し、次いで20分にわたってイソプロパノール中塩化テトラブチルホスホニウムの71.4質量%濃度の溶液(Cyphos(商標) 443P、Cytec Industries、ノイス)41.3g(0.1mol)を添加した。ホスホニウム塩の添加開始に続いて直ぐに、塩化ナトリウムの析出が始まった。反応混合物を室温でさらに1時間撹拌し、濾過し、最後に濾液を、浴温40℃および圧力約1mbarにおけるロータリーエバポレーターで体積約50mlに濃縮した。残留物を再び濾過し、メタノール/イソプロパノール混合物中、透明でほとんど無色のテトラブチルホスホニウム-1,2,4-トリアゾレート溶液42.5gを与えた。フェノールフタレインに対して0.1NのHClを用いる酸滴定による活性触媒含有量は、73.0質量%であった。メタノール対イソプロパノールの比は、ガスクロマトグラフィー(GC)により25.4:74.6%(面積%)と測定された。
触媒4のために記載した方法を使用して、メタノール20gの溶液中の1,2,4-トリアゾール6.9g(0.1mol)を、まずナトリウムメトキシドの30質量%濃度のメタノール溶液18.0g(0.1mol)と、次いでメタノール中塩化メチルトリオクチルアンモニウム(Aliquat(商標) 336、Cognis Deutschland GmbH & Co. KG、デュッセルドルフ)の50%濃度の溶液80.6g(塩化メチルトリオクチルアンモニウム0.1molに相当)と反応させた。濾過、ロータリーエバポレーターによる溶媒除去、およびさらなる濾過は、透明な淡黄色液体としてメチルトリオクチルアンモニウム-1,2,4-トリアゾレート40.3gを与えた。0.1NのHClを用いる酸滴定による活性触媒含有量は、92.3質量%であった。
機械的撹拌機、内部温度計および還流凝縮器を備えた三つ口フラスコ撹拌装置に、室温で乾燥窒素下において、ナトリウムメトキシドの30質量%濃度のメタノール溶液180.0g(ナトリウムメトキシド1.0molに相当)を装填した。45分にわたって、メタノール200ml中1,2,4-トリアゾール69g(1.0mol)の溶液を滴下して加え、その後に反応混合物を12時間撹拌した。次いで1時間にわたってメタノール60g中塩化トリヘキシルテトラデシルホスホニウム(Cyphos(商標) 3653P、Cytec Industries、ノイス)518g(1.0mol)の溶液を、滴下して加えた。ホスホニウム塩の添加開始に続いて直ぐに、塩化ナトリウムの析出が始まった。反応混合物を一晩撹拌し、析出した塩化ナトリウムを濾過し、その後に溶媒を、産業的に通例の薄膜蒸発機において、温度50℃および圧力約0.3mbarで留去した。残留物を再び濾過し、透明でほとんど無色の液体として、粘度570mPas(23℃)および屈折率nD 201.4821を有するトリヘキシルテトラデシルホスホニウム-1,2,4-トリアゾレート510g(収率:理論の92.6%)を与えた。残留メタノール含有量は0.1質量%であった。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000g(3.82mol)を、30℃で乾燥窒素下において撹拌しながら、ジメチルスルホキシド(DMSO)25ml中ナトリウム-1,2,4-トリアゾレート(触媒1)2g(0.022mol)の溶液と混合し、その結果、反応混合物の温度は、放出された反応熱により39℃に上昇した。60分の反応時間後に(その間に発熱は元の状態に静まる)、反応混合物のNCO含有量は26.3質量%に低下した。これはオリゴマー化度15.6%に相当する。次いで触媒を、ジブチルホスフェート4.6g(0.022mol)を添加することにより失活させた。この失活において生じた濁りを濾過により除去し、無色透明の反応混合物から、揮発成分(過剰のジイソシアネートおよび触媒溶媒)を温度155℃および圧力0.2mbarで除いた。これは、14.1質量%の遊離NCO基含有量、0.4質量%のモノマー4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン含有量、200,000mPas(23℃)を超える粘度(DIN 53 018 による)、および塩化メチレン中10質量%濃度の溶液で測定した12の色数(APHA)を有する無色ウレトジオンポリイソシアネートを与えた。13C-NMR分光法によるウレトジオン構造対イソシアヌレート構造のモル比は98.4:1.6であった。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000g(3.82mol)を、30℃で乾燥窒素下において撹拌しながら、ジメチルスルホキシド(DMSO)25ml中ナトリウム-1,2,3-トリアゾレート(触媒2)2g(0.022mol)の溶液と混合し、その結果、反応混合物の温度は、放出された反応熱により39℃に上昇した。60分の反応時間後に(その間に発熱は元の状態に静まる)、反応混合物のNCO含有量は26.7質量%に低下した。これはオリゴマー化度14.3%に相当する。次いで触媒を、ジブチルホスフェート4.6g(0.022mol)を添加することにより失活させ、反応混合物を実施例1に記載したように処理した。これは、14.1質量%の遊離NCO基含有量、0.5質量%のモノマー4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン含有量、および塩化メチレン中10質量%濃度の溶液で測定した14の色数(APHA)を有する高粘度の無色ウレトジオンポリイソシアネートを与えた。13C-NMR分光法によるウレトジオン構造対イソシアヌレート構造のモル比は99.1:0.9であった。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000g(3.82mol)を、30℃で乾燥窒素下において撹拌しながら、ジメチルスルホキシド(DMSO)40ml中ナトリウムベンゾトリアゾレート(触媒3)3.0g(0.021mol)の溶液と混合し、その結果、反応混合物の温度は、放出された反応熱により37℃に上昇した。60分の反応時間後に(その間に発熱は元の状態に静まる)、反応混合物のNCO含有量は26.5質量%に低下した。これはオリゴマー化度13.6%に相当する。次いで触媒を、ジブチルホスフェート4.4g(0.021mol)を添加することにより失活させ、反応混合物を実施例1に記載したように処理した。これは、14.0質量%の遊離NCO基含有量、0.5質量%のモノマー4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン含有量、および塩化メチレン中10質量%濃度の溶液で測定した21の色数(APHA)を有する高粘度の無色ウレトジオンポリイソシアネートを与えた。13C-NMR分光法によるウレトジオン構造対イソシアヌレート構造のモル比は96.4:3.6であった。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000g(3.82mol)を、30℃で乾燥窒素下において撹拌しながら、触媒4(メタノール/イソプロパノール中のテトラブチルホスホニウム-1,2,4-トリアゾレート)2.3g(5.1mmol)の溶液と混合し、その結果、反応混合物の温度は、放出された反応熱により42℃に上昇した。発熱が静まった後にバッチを、40分後にさらに触媒溶液2.3g(5.1mmol)で再触媒した。合計1時間25分の反応時間後に、反応混合物のNCO含有量は26.5質量%に低下した。これはオリゴマー化度13.6%に相当する。次いで触媒を、ジブチルホスフェート2.15g(10.2mmol)を添加することにより失活させ、反応混合物から、実施例1に記載したように薄膜蒸留により過剰のジイソシアネートを除いた。これは、14.2質量%の遊離NCO基含有量、0.4質量%のモノマー4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン含有量、および塩化メチレン中10質量%濃度の溶液で測定した17の色数(APHA)を有する高粘度の淡黄色ウレトジオンポリイソシアネートを与えた。13C-NMR分光法によるウレトジオン構造対イソシアヌレート構造のモル比は97.4:2.8であった。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000g(3.82mol)を、減圧(2mbar)下で1時間脱気し、次いで乾燥窒素でガスシールし、30℃に温めた。撹拌しながら触媒5(メチルトリオクチルアンモニウム-1,2,4-トリアゾレート)8g(0.02mol)を添加した。反応混合物は、放出された反応熱により43℃に温まった。70分の反応時間後に(その間に発熱は元の状態に静まる)、反応混合物のNCO含有量は26.6質量%に低下した。これはオリゴマー化度16.2%に相当する。次いで触媒を、ジブチルホスフェート4.2g(0.2mol)を添加することにより失活させ、生じた無色透明の混合物から、実施例1に記載したように薄膜蒸留により過剰のジイソシアネートを除いた。これは、14.0質量%の遊離NCO基含有量、0.3質量%のモノマー4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン含有量、および10質量%濃度の塩化メチレン溶液で測定した10の色数(APHA)を有する高粘度で実質的に無色のウレトジオンポリイソシアネートを与えた。13C-NMR分光法によるウレトジオン構造対イソシアヌレート構造のモル比は99.3:0.7であった。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000g(3.82mol)を、減圧(2mbar)下で1時間脱気し、次いで乾燥窒素でガスシールし、30℃に温めた。その後に撹拌しながら触媒6(トリヘキシルテトラデシルホスホニウム-1,2,4-トリアゾレート)12g(0.022mol)を、3時間の反応時間にわたって、実験室用注入ポンプ(KDS 100、KD Scientific、ボストン)を使用して連続に添加した。引き続きの30分の撹拌時間後に、反応混合物のNCO含有量は26.2質量%であった。これはオリゴマー化度17.1%に相当する。次いで触媒を、ジブチルホスフェート4.6g(0.022mol)を添加することにより失活させ、生じた無色透明の混合物から、実施例1に記載したように薄膜蒸留により過剰のジイソシアネートを除いた。これは、14.2質量%の遊離NCO基含有量、0.5質量%のモノマー4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン含有量、および10質量%濃度の塩化メチレン溶液で測定した11の色数(APHA)を有する高粘度で実質的に無色のウレトジオンポリイソシアネートを与えた。生成物は、13C-NMR分光法によれば、もっぱらウレトジオン基を有した。イソシアヌレート構造は検出できなかった。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000g(3.82mol)を、室温で乾燥窒素下において撹拌しながら、4-ジメチルアミノピリジン(DMAP)触媒20g(2質量%)と混合した。5日後に実質的に無色の反応混合物は、未変化のNCO含有量31.4質量%を有した。そのうえIRスペクトルにおいて、ウレトジオン基は検出されなかった。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000gを、比較例1に記載したようにDMAP20g(2質量%)と混合し、次いで50℃で5日間加熱した。淡黄色の反応混合物は、未変化のNCO含有量31.4質量%を有した。IRスペクトルにおいて、ウレトジオン基は検出されなかった。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000g(3.82mol)を、室温で乾燥窒素下において撹拌しながら、4-ジメチルアミノピリジン(DMAP)触媒100g(10質量%)と混合した。5日後にIRスペクトルは、1760cm-1で非常に弱い特徴的なバンドを示し、これは、少量のウレトジオン基が存在するしるしと解釈することができる。淡黄色反応混合物のNCO含有量は、29.0質量%から28.6質量%に低下した。これは、オリゴマー化度1.4%に相当する。
4,4'-ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン1,000g(3.82mol)を、室温で乾燥窒素下において撹拌しながら、ヘキサメチルホスホルアミド50g(5質量%)と混合した。5日後に実質的に無色の反応混合物は、未変化のNCO含有量31.3質量%を有した。IRスペクトルにおいて、ウレトジオン基は検出されなかった。
実施例6に記載した方法に従って、4,4'−ジイソシアナト−3,3'−ジメチルジシクロヘキシルメタン(実施例7)およびTMXDI(実施例8)それぞれ500gを、触媒6の存在下、30℃でオリゴマー化した。各反応混合物に等モル量のジブチルホスフェートを加えて停止し、次いで、薄膜蒸留により後処理した。下記の表に、触媒および使用した停止剤の個々の量(各場合、質量%は使用した出発イソシアネートの量に基づく)、反応時間および薄膜蒸留後に得た樹脂の特性データを示す。
シクロヘキシルイソシアネート100gを、乾燥窒素中室温で、1質量%の触媒6と混合した。室温で24時間後、NCO含有量は、最初の33.6質量%から29.9質量%に低下した。これは、10.1%のオリゴマー化度に相当する。IRスペクトルによれば、もっぱらウレトジオン構造(1760.7cm−1でのバンド)が形成され、イソシアヌレート構造は検出されなかった。
t−ブチルイソシアネート100gを、乾燥窒素中室温で、1質量%の触媒6と混合した。室温で24時間後、NCO含有量は、最初の42.0質量%から35.7質量%に低下した。これは、15.0%のオリゴマー化度に相当する。IRスペクトルによれば、もっぱらウレトジオン構造(1763.5cm−1でのバンド)が形成され、イソシアヌレート構造は検出されなかった。
Claims (2)
- 第2級および/または第3級イソシアネート基のみを有する脂肪族および/または脂環式イソシアネートを二量化することにより得ることができ、ウレトジオン基およびイソシアヌレート基の合計を基準に10%以下のモル割合のイソシアヌレート構造を有するウレトジオン基含有化合物。
- 第2級および/または第3級イソシアネート基のみを有する化合物を二量化する方法であって、第2級および/または第3級イソシアネート基のみを有するNCO基含有出発化合物を、アニオンで1,2,3-および/または1,2,4-トリアゾレート構造を有する塩様のオリゴマー化触媒の存在下に二量化することを含む方法。
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