JP5121085B2 - Method for producing lactone-based polyol and polyurethane resin using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応副生成物である環状エステル化合物のトータル量が0.5重量%以下であるポリウレタン樹脂原料用ラクトン系ポリオールの製造方法、及び、それを用いたの物性低下防止、成形物表面へのブルーミング現象の抑制や糸切れ等の問題を解決したウレタン樹脂を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】
ラクトン系ポリオールは平均分子量や官能基数の違いや耐加水分解性に優れる点で多くの分野で用いられている。例えば多価アルコール類を開始剤とし、ε-カプロラクトンを開環重合して得られたラクトン系ポリオールはポリウレタン樹脂の原料として非常に有用であり、その優れた物性、弾性等の特徴をいかし、搬送用ベルトなどのエラストマー、複写機のブレード、ウレタン繊維や種々工業用チップ等に利用されている。
【0003】
かかるラクトン系ポリオールは、通常、グリコール等の活性水素を有する化合物を開始剤とし、触媒の存在下にラクトンモノマーを開環重合して製造される。
【0004】
反応に使用される触媒としては、数多くの化合物が知られている。例えば無機酸や有機酸等の酸類、Li、Na、K、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Pb、Sr、Zr、Pd、Sn等の金属の塩化物、酸化物、水酸化物、上記金属の酢酸、シュウ酸、オクチル酸、ラウリル酸、ナフテン酸等の脂肪酸金属塩、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、アルミニウムテトライソプロポキサイド、イソプロピルチタネート、n−ブチルチタネートなどのアルコラート、ナトリウムフェノラートのごときフェネノラート、Al、Ti、Zn、Zr、Sn、Pb等の金属の有機金属化合物等の通常の使用される全ての触媒を使用することが知られている。
【0005】
しかしながら、これらラクトン系ポリオールを合成する際、反応副生成物の発生は避ける事が出来ず、かならずラクトンモノマーの2量体、3量体、4量体、5量体等の環状エステル化合物が少量生成する。これらは環状の構造をしており、イソシアネートと反応し得る水酸基等の活性水素を有していないものである。
【0006】
また、ラクトンポリオールは、通常常温固体であり、ローラーやブレード等のウレタン樹脂の成形物とした際、時間がたつと成形物の表面にブルーミングを起こしたり、ウレタン樹脂の成形に使用する成形型の汚れを引き起こすことがあり、製造時の作業性を著しく悪くしてしまうことがある。これは、ラクトンポリオールとイソシアネートを反応させウレタン樹脂を得る際に副生成物が樹脂中に残留する為と考えられ、例えば、特開平10−310636号公報には、ラクトン2量体含有量を減少させることのできるラクトン系ポリオールの製造方法が提案されている。
【0007】
しかし、本発明者らの得た知見では、ラクトン2量体含有量を減少させるだけではウレタン樹脂の強度低下の問題は解決できなかったことから、さらに鋭意研究した結果、問題を引き起こしているのはむしろ3量体や4量体、5量体であり、ラクトン2量体のみに起因するものではないことがわかった。あくまでも強度低下を含めた上記問題を引き起こすのは、ラクトンポリオール中に存在する環状エステル化合物のトータル含有量にあると考えるべきであるとの知見を得た。そこで、本発明者らは、環状エステル化合物のトータル含有量を減少させることのできるラクトン系ポリオールの製造方法について研究した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、本発明の目的は、成形物の物性低下を引き起こさないで、成形物表面へのブルーミング現象起こさないポリウレタン樹脂を製造できるポリウレタン樹脂原料用ラクトン系ポリオールの製造方法及びそれを用いたポリウレタン樹脂にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これらの目的を達成するために鋭意研究した結果、特定の触媒および特定の反応温度、特定の反応条件にてラクトンを重合せしめることにより環状エステル化合物のトータル含有量が0.5重量%以下であるラクトン系ポリオールを得ることを見出し本発明を完成するに至った。
【0010】
即ち、本発明は、多価アルコール又は多価アミンからなる活性水素を有する開始剤を用い、有機スズ系触媒であるオクチル酸スズ又はジブチルスズオキサイド又はジブチルスズジラウレートの使用量が、仕込み原料に対して1〜10ppmであり、ラクトンモノマーを反応温度165℃〜175℃で開環重合反応させ、ラクトンモノマーが0.5重量%以下になった時点を反応終了点とし、ただちに100℃以下まで冷却して、重合反応を終了させることによって、ポリオール中の反応副生成物である環状エステル化合物が、トータル量で0.5重量%以下であるラクトン系ポリオールを得ることを特徴とするラクトン系ポリオールの製造方法を提供するものである。また、このポリウレタン樹脂用ラクトンポリオールを用いることにより強度物性低下、ブレード抑制や糸切れ防止を可能にした優れたポリウレタン樹脂を提供するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するラクトンモノマーの具体例としては、例えば、δ−バレロラクトン、β−メチル−δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、α−メチル−ε−カプロラクトン、β−メチル−ε−カプロラクトン、γ−メチル−ε−カプロラクトン、β,δ−ジメチル−ε−カプロラクトン、3,3,5−トリメチル−ε−カプロラクトン、エナントラクトン、ドデカノラクトン等が挙げられる。
これらのモノマーは1種又は2種以上を混合物として用いることが出きる。
【0012】
本発明の開始剤としては、多価アルコール又はアミンであり、イソシアネート基と反応し得る活性水素を2個以上有する化合物であれば他に何を用いていもかまわない。多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2−メチル1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル1,3−ヘキサンジオール、2−メチル1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−オクタデカンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールオクタン、ペンタエリスリトール等のポリオール類があげられる。
【0013】
多価アミンとしては、、エチレンジアミン、ヘキサエチレンジアミン等の低分子ポリアミン類、さらにエタノールアミン等の低分子アルカノ−ルアミン等が挙げられる。また、末端に水酸基を有するようなポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシブチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、アクリルポリール、スチレンアリルアルコール共重合体、ポリエステルポリオール等も開始剤として用いることができる。これらは単独または2種以上で用いることができる。
【0014】
本発明の触媒としては、例えば、オクチル酸スズ、ジブチルスズオキサイド、ジブチルスズジラウレートが挙げられる。無機系スズ触媒は、有機系スズ触媒に比べ、活性が強く、開環重合のコントロールが困難である。また、ラクトン系ポリオールを溶融状態で貯蔵した場合、その活性により、重合反応の進行および環状エステル化合物の生成を引き起こし、増加させてしまうため、有機スズ系触媒の方がより好ましい。
【0015】
触媒の使用量は、仕込み原料に対して1ppmから10ppm(0.0001〜0.001重量%)である。触媒量が1ppmより少ない場合は反応速度が遅く、逆に10ppmを越える場合はラクトン系ポリオールやそれを用いたウレタン樹脂の耐加水分解性が悪くなるばかりか、色相、熱安定性も悪化するので好ましくない。
【0016】
反応方法は、通常用いられるラクトンの開環重合方法であればよく、塊重合、溶液重合、懸濁重合等いずれを用いてもよい。好ましくは塊重合方法である。
【0017】
本発明の反応温度は、165℃〜175℃である。反応温度が165℃より低い場合は反応速度が著しく遅くなり、合成に多大な時間を要し、工業的には現実的ではない。逆に反応温度が175℃より高い場合は酸化反応による着色の原因になったり、反応が速すぎて、環状エステル化合物の生成速度も速くなり、環状エステル化合物を0.5重量%以下に至った時点で反応を終了させようとする際のコントロールを困難にしてしまう。
【0018】
ラクトンモノマーが0.5重量%以下になった時点で反応を終了とするのは、開環付加重合反応をしていくと、系内のラクトンモノマー残存量が次第に減少し、ほぼ横ばい状態になり反応を続けると環状エステル化合物が増えてくることによる。反応時間は、好ましくは8〜12時間で、残存モノマー量が0.5重量%以下になった時点を反応終了点とし、ただちに100℃以下まで冷却して、重合反応を終了する。反応終了点となった後も不必要な熱履歴をかけてしまうといかなる触媒、反応条件を用いた場合でもエステル交換反応により、しだいに環状エステル化合物の量が増えてしまうので好ましくない。
【0019】
本発明により得られたラクトンポリオールは、環状エステル化合物のトータル量が0.5重量%以下で、その内訳として好ましくは2量体:0.02〜0.08重量%、3量体:0.05〜0.12重量%、4量体:0.02〜0.08重量%、5量体:0.02〜0.05重量%である。本発明の操作によって得られたラクトン系ポリオール中の環状エステル化合物のトータル量は0.5重量%を越えてしまうことはないが、万が一0.5重量%を越えてしまった場合、これらの問題を克服するために環状エステル化合物を減少させるための後処理が必要となり、作業上非常に非効率となってしまう。
【0020】
環状エステル化合物の含有量の測定方法としては、実施例に記載のガスクロ条件、分析方法によりガスクロマトグラフ測定装置で行われる。特に分子量が1000を越えるような比較的分子量が大きい場合には、以下のような前処理をすることが望ましい。ラクトン系ポリオールを内部標準に含む溶媒に溶解し、それをヘキサンにて抽出、ラクトン系ポリオールを析出させ、ヘキサン層に環状エステル化合物を抽出させる。これをガスクロマトグラフにより測定し、内部標準からラクトン系ポリオール中に含まれる環状エステル化合物の量を算出することができる。本発明の環状エステル化合物とは、ラクトンモノマーの2量体、3量体、4量体、5量体等を指称する。
【0021】
上記に示す方法にて得られたラクトン系ポリオールと有機ポリイソシアネート、必要に応じて鎖伸長剤を用いて従来公知の方法 例えばワンショット法、プレポリマー法等により本発明のポリウレタン樹脂を得ることができる。
【0022】
本発明に使用される有機ポリイソシアネートは、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変成ジフェニルメタンジイソシアネート(液状化MDI)、2,4−トリレンジイソシアネートもしくは2,6−トリレンジイソシアネート、m−もしくはp−フェニレンジイソシアネート、p−キシレンジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、テトラメチレン−1,4−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、3,3’−ジクロル−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、4,4’−ビフェニレンジイソシアネートまたはイソホロンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、トリデンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、粗製ジフェニルメタンジイソシアネートが挙げられる。ポリイソシアネートは単独で用いても、また、混合して用いてもよい。
【0023】
また、ポリウレタン樹脂の合成において、2以上の活性水素を有する低分子化合物が通常鎖伸長剤として使用される場合があるが、本発明においてもこれらの活性水素化合物を使用することができる。
【0024】
活性水素含有低分子化合物の代表例として、例えば、エチレングリコール、ブタンジオール、プロピレングリコール、1,6-ヘキサンジオール、1,4-ビス(β-ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4-シクロヘキサンジオール、ビス(β-ヒドロキシエチル)テレフタレート、キシレングリコール、等のジオール類や水、ヒドラジン、エチレンジアミン、イソホロンジアミン、ピペラジン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、アジピン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド等が挙げられ、これらの化合物は単独で、あるいは混合して用いてもよい。さらに必要により、一価の低分子アルコール、低分子ジアミンなどを変性剤として用いることもできる。
【0025】
本発明に用いる触媒とはポリウレタンを製造する際、普通に用いられているものでよく、たとえばアミン化合物、有機金属化合物、イミダゾール化合物を使用してよい。
【0026】
また、ラクトン系ポリオールの他にもポリオキシアルキレンポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、アジペートなどのポリエステルポリオール等の通常ウレタン樹脂用に用いられるポリオールであれば本発明の目的を逸脱しない範囲で混合して用いても構わない。
【0027】
上述した、配合成分以外にも、要求な性能に応じて、難燃剤、充填剤、帯電防止剤、および着色剤等を本発明の目的を逸脱しない限り添加することができる。
【0028】
以上の原料を用いてポリウレタン樹脂を得るための製造方法に関しては、公知のウレタン化反応の技術が用いられる。例えば、ポリオールと活性水素を有する低分子化合物とを混合し、約40〜100℃に余熱したのち、これらの化合物の活性水素数とNCO基の比が1:1となる割合の量のポリイソシアネート化合物を加え、短時間強力にかき混ぜた後、約50〜150℃で放置する固相重合方法。さらには、ポリオールとポリイソシアネートをあらかじめ反応させポリウレタンプレポリマーを得て、ついで、このポリウレタンプレポリマーに鎖伸長剤を反応させて行うこともできる。普通水分などの影響を受けるため、ポリイソシアネート化合物はごくわずかに過剰に用いられる。これらの反応をジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、ベンゼン、トルエン、トリクレン等の1種または2種以上からなる溶剤中で行う溶液反応法とすることもできる。この場合、濃度は10〜40重量%の範囲内で行うと、高分子量ポリウレタン樹脂を得るのに好ましい。
【0029】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、これらに限定されるものではない。なお、文中「部」「%」は断りのない限り重量基準を示すものである。
【0030】
実施例1
攪拌機、温度計、窒素導入管、およびコンデンサーを備えた1リットル四つ口フラスコにジエチレングリコール31g、ε−カプロラクトン947gおよび触媒としてオクチル酸第一スズ0.005gを仕込み、窒素下にて攪拌しながら170℃で反応させ、2時間ごとにサンプリングをした。
【0031】
<分析方法>
蓋付き試験管にラクトン系ポリオール1g入れ、内部標準液(ジイソブチルフタレート/テトラヒドロフラン:20g/l)を0.5mlメスピペットで正確に加え、温浴で温めながら溶解させる。続いてn−ヘキサンを2.5ml加えミクロスパチュラで強力に攪拌混合し、ラクトン系ポリオールを析出させる。この時、n−ヘキサン層に内標のジイソブチルフタレートと低分子環状ラクトンが抽出される。
【0032】
このn−ヘキサン層を下記のガスクロ条件で島津製作所製ガスクロマトグラフ装置で測定し、あらかじめ測定しておいた検量線よりラクトン系ポリオール内のラクトンモノマー量と環状エステル化合物量を定量した。10時間後、ラクトンモノマー残存量は、0.12重量%となり、反応が終了していた。この時のガスクロマトグラフのチャートを図1に示し、環状エステル化合物の量を表1に示した。
【0033】

Figure 0005121085
【0034】
実施例2、3 比較例1、2、3
触媒、合成条件を表1に示したとおり用いる以外は全て実施例1と同様の方法で合成し、環状エステル化合物の量を測定した。結果を同じく第1表に示した。
【0035】
【表1】
Figure 0005121085
【0036】
実施例4
実施例1で得られたラクトン系ポリオール100重量部、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート40重量部を仕込み、窒素雰囲気中で70℃3時間加熱反応させ、NCO基の含有率が6.5重量%のプレポリマーを得た。他方、1,4−ブタンジオールとトリメチロールプロパンを60/40重量%で混合して硬化剤を得た。
【0037】
得られたプレポリマー140重量部にNCO基/OH基比が1.05になるよう硬化剤9.3重量部添加し、混合し、成形機に注入し、80℃×2時間、つづいて120℃×12時間の条件で加熱硬化させ、厚さ2mmのシート状成形物を得た。
【0038】
得られたシート状成形物において以下の方法に従って物性を評価した。
表2に示した。
【0039】
(A)硬度 JIS−K6301に準拠して硬度(JIS A)を測定した。
(B)引張強度および切断時の伸び
JIS−K6301に準拠し、ダンベル状3号試験片を用いて
オートグラフで引張試験を行い、引張強度(MPa)および切断
時の伸び(%)を測定した。
【0040】
(C)試験片を常温で3週間放置熟成し、成形物表面のブルーミング状態を
目視にて観察した。
○:ブルーミング見られない。
△:わずかにまだら模様が見られる。
×:粉吹き現象またはまだら模様が見られる。
【0041】
実施例5,6 比較例4、5、6
表2にしめしたとおりのラクトン系ポリオールを用いて実施例4と同様の方法にてNCO基含有率 6.5重量%のプレポリマーを得た後、硬化剤にて架橋し、加熱硬化させた。得られたシート状成形物を同様に物性評価した。結果を同じく表2に示した。
【0042】
【表2】
Figure 0005121085
【0043】
【発明の効果】
本発明は、その反応副生成物である環状エステル化合物が、トータル量で0.5重量%以下であるラクトン系ポリオールを製造する方法を提供するものであり、それを用いたことにより、優れた物性、成形物表面へのブルーミング現象の抑制効果を有するポリウレタン樹脂を提供することができる。
【0044】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1で得られたラクトンポリオールのガスクロマトグラフのチャートを示すものである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a lactone-based polyol for a polyurethane resin material in which the total amount of cyclic ester compounds as reaction by-products is 0.5% by weight or less, and prevention of deterioration of physical properties using the same, molding surface The present invention provides a urethane resin that solves problems such as suppression of blooming phenomenon and thread breakage.
[0002]
[Prior art]
Lactone-based polyols are used in many fields in terms of differences in average molecular weight, number of functional groups, and resistance to hydrolysis. For example, lactone-based polyols obtained by ring-opening polymerization of ε-caprolactone using polyhydric alcohols as initiators are very useful as raw materials for polyurethane resins, and are transported using their excellent physical properties and elasticity. It is used for elastomers such as industrial belts, blades for copying machines, urethane fibers and various industrial chips.
[0003]
Such a lactone-based polyol is usually produced by ring-opening polymerization of a lactone monomer in the presence of a catalyst using a compound having active hydrogen such as glycol as an initiator.
[0004]
Many compounds are known as catalysts used in the reaction. For example, acids such as inorganic acids and organic acids, Li, Na, K, Mg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Pb, Sr, Zr, Pd, Metal chlorides such as Sn, oxides, hydroxides, fatty acid metal salts such as acetic acid, oxalic acid, octylic acid, lauric acid, naphthenic acid of the above metals, sodium methylate, sodium ethylate, aluminum tetraisopropoxide All commonly used catalysts such as alcoholates such as isopropyl titanate and n-butyl titanate, phenolates such as sodium phenolate, organometallic compounds of metals such as Al, Ti, Zn, Zr, Sn, and Pb are used. It is known.
[0005]
However, when synthesizing these lactone-based polyols, the generation of reaction by-products cannot be avoided, and there are always a small amount of cyclic ester compounds such as dimers, trimers, tetramers and pentamers of lactone monomers. Generate. These have a cyclic structure and do not have active hydrogen such as a hydroxyl group capable of reacting with isocyanate.
[0006]
Lactone polyols are usually solid at room temperature, and when formed into urethane resin moldings such as rollers and blades, over time, blooming occurs on the surface of the moldings, and molds used for molding urethane resins. Dirt may be caused, and workability at the time of manufacture may be remarkably deteriorated. This is thought to be because by-products remain in the resin when the lactone polyol and isocyanate are reacted to obtain a urethane resin. For example, in JP-A-10-310636, the lactone dimer content is reduced. A process for producing a lactone-based polyol that can be produced is proposed.
[0007]
However, according to the knowledge obtained by the present inventors, the problem of lowering the strength of the urethane resin could not be solved only by reducing the lactone dimer content. Was rather a trimer, a tetramer, or a pentamer, and was found not to originate only from a lactone dimer. It was found that the above-mentioned problems including strength reduction should be considered to be the total content of the cyclic ester compound present in the lactone polyol. Therefore, the present inventors have studied a method for producing a lactone-based polyol that can reduce the total content of the cyclic ester compound.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
That is, an object of the present invention is to provide a method for producing a lactone-based polyol for a polyurethane resin raw material that can produce a polyurethane resin that does not cause a blooming phenomenon on the surface of the molded product without causing deterioration in physical properties of the molded product, and a polyurethane resin using the same. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve these objects, the present inventors have determined that the total content of the cyclic ester compound is 0.00 by polymerizing a lactone with a specific catalyst, a specific reaction temperature, and a specific reaction condition. The inventors found that a lactone-based polyol having a content of 5% by weight or less was obtained and completed the present invention.
[0010]
That is, the present invention, the amount of the polyhydric alcohol or polyhydric using an initiator having an active hydrogen consisting of amines, tin octylate or dibutyltin oxide or dibutyltin dilaurate an organic tin catalyst is 1 for feedstock -10 ppm, the lactone monomer was subjected to a ring-opening polymerization reaction at a reaction temperature of 165 ° C. to 175 ° C., and when the lactone monomer was 0.5 wt% or less, the reaction was terminated, and immediately cooled to 100 ° C. or less, by terminating the polymerization reaction, a cyclic ester compound reaction by-products in the polyol is a method of manufacturing a lactone-based polyol, characterized in that to obtain a lactone-based polyol is 0.5 wt% or less in total amount It is to provide. Further, there is provided an excellent poly urethane resin The strength property decrease by using a polyurethane resin for lactone polyol, allowing the blade suppression and prevent thread breakage.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Specific examples of the lactone monomer used in the present invention include, for example, δ-valerolactone, β-methyl-δ-valerolactone, ε-caprolactone, α-methyl-ε-caprolactone, β-methyl-ε-caprolactone, γ -Methyl-ε-caprolactone, β, δ-dimethyl-ε-caprolactone, 3,3,5-trimethyl-ε-caprolactone, enanthlactone, dodecanolactone and the like.
One or more of these monomers can be used as a mixture.
[0012]
As the initiator of the present invention, any other compound may be used as long as it is a polyhydric alcohol or an amine and has two or more active hydrogens capable of reacting with an isocyanate group. Examples of the polyhydric alcohol include ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 2-methyl 1,3-propanediol, 1 , 4-butanediol, neopentyl glycol, 1,5-pentanediol, 3-methyl 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, 2 -Ethyl 1,3-hexanediol, 2-methyl 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, 1,12-octadecanediol, glycerin, trimethylolpropane, trimethyloloctane, Examples thereof include polyols such as pentaerythritol.
[0013]
Examples of the polyvalent amine include low-molecular polyamines such as ethylenediamine and hexaethylenediamine, and low-molecular alkanolamines such as ethanolamine. In addition, polyoxypropylene glycol, polyoxybutylene glycol, polytetramethylene glycol, acrylic polyol, styrene allyl alcohol copolymer, polyester polyol and the like having a hydroxyl group at the terminal can also be used as an initiator. These can be used alone or in combination of two or more.
[0014]
The catalyst of the present invention, for example, tin octylate, dibutyltin oxide, and dibutyltin dilaurate. Inorganic tin catalysts are more active than organic tin catalysts, and it is difficult to control ring-opening polymerization. In addition, when the lactone-based polyol is stored in a molten state, the activity thereof causes the polymerization reaction to progress and the generation of a cyclic ester compound, which increases, and therefore an organotin catalyst is more preferable.
[0015]
The amount of the catalyst used is 1 ppm to 10 ppm ( 0.0001 to 0.001% by weight) with respect to the charged raw material. When the amount of catalyst is less than 1 ppm, the reaction rate is slow. On the other hand, when the amount exceeds 10 ppm, not only the hydrolysis resistance of the lactone polyol or urethane resin using the same deteriorates, but also the hue and thermal stability deteriorate. It is not preferable.
[0016]
The reaction method may be any commonly used lactone ring-opening polymerization method, and any of bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization and the like may be used. A bulk polymerization method is preferred.
[0017]
The reaction temperature of the present invention is 165 ° C to 175 ° C. When the reaction temperature is lower than 165 ° C., the reaction rate is remarkably slow, and a long time is required for the synthesis, which is not practical industrially. On the other hand, when the reaction temperature is higher than 175 ° C., it may cause coloring due to the oxidation reaction, the reaction is too fast, and the generation rate of the cyclic ester compound is increased, and the cyclic ester compound is reduced to 0.5% by weight or less. This makes it difficult to control when trying to terminate the reaction.
[0018]
The reaction is terminated when the lactone monomer becomes 0.5% by weight or less. When the ring-opening addition polymerization reaction is carried out, the residual amount of the lactone monomer in the system gradually decreases and becomes almost level. This is because the cyclic ester compound increases as the reaction continues. The reaction time is preferably 8 to 12 hours, the time when the residual monomer amount becomes 0.5% by weight or less is taken as the reaction end point, and immediately cooled to 100 ° C. or less to complete the polymerization reaction. If an unnecessary heat history is applied after the end of the reaction, the amount of the cyclic ester compound is gradually increased due to the transesterification regardless of the catalyst and reaction conditions.
[0019]
In the lactone polyol obtained by the present invention, the total amount of the cyclic ester compound is 0.5% by weight or less, and the content thereof is preferably dimer: 0.02-0.08% by weight, trimer: 0.0. 05-0.12% by weight, tetramer: 0.02-0.08% by weight, pentamer: 0.02-0.05% by weight. The total amount of the cyclic ester compound in the lactone-based polyol obtained by the operation of the present invention does not exceed 0.5% by weight. However, if it exceeds 0.5% by weight, these problems may occur. In order to overcome this problem, post-treatment is required to reduce the cyclic ester compound, which is very inefficient in operation.
[0020]
The method for measuring the content of the cyclic ester compound is carried out by a gas chromatograph measuring device according to the gas chromatography conditions and analysis methods described in the examples. In particular, when the molecular weight is relatively large such that the molecular weight exceeds 1000, it is desirable to perform the following pretreatment. A lactone polyol is dissolved in a solvent containing an internal standard, extracted with hexane, a lactone polyol is precipitated, and a cyclic ester compound is extracted into a hexane layer. This can be measured by gas chromatography, and the amount of the cyclic ester compound contained in the lactone polyol can be calculated from the internal standard. The cyclic ester compound of the present invention refers to a dimer, trimer, tetramer, pentamer or the like of a lactone monomer.
[0021]
The polyurethane resin of the present invention can be obtained by a conventionally known method such as a one-shot method or a prepolymer method using a lactone-based polyol and an organic polyisocyanate obtained by the above-described method and, if necessary, a chain extender. it can.
[0022]
The organic polyisocyanate used in the present invention is 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, carbodiimide-modified diphenylmethane diisocyanate (liquefied MDI), 2,4-tolylene diisocyanate or 2,6-tolylene diisocyanate, m- or p- Phenylene diisocyanate, p-xylene diisocyanate, ethylene diisocyanate, tetramethylene-1,4-diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 3,3′-dichloro-4,4′-biphenylene diisocyanate, 4,4′-biphenylene diisocyanate or isophorone diisocyanate, Cyclohexane diisocyanate, xylylene diisocyanate, dicyclohexylmethane diisocyanate, tridendiisocyanate, 1,5-na Examples include phthalene diisocyanate and crude diphenylmethane diisocyanate. Polyisocyanates may be used alone or in combination.
[0023]
Moreover, in the synthesis | combination of a polyurethane resin, although the low molecular compound which has two or more active hydrogen may be normally used as a chain extender, these active hydrogen compounds can also be used in this invention.
[0024]
Representative examples of active hydrogen-containing low molecular weight compounds include, for example, ethylene glycol, butanediol, propylene glycol, 1,6-hexanediol, 1,4-bis (β-hydroxyethoxy) benzene, 1,4-cyclohexanediol, bis Diols such as (β-hydroxyethyl) terephthalate and xylene glycol, water, hydrazine, ethylenediamine, isophoronediamine, piperazine, phenylenediamine, tolylenediamine, adipic acid dihydrazide, isophthalic acid dihydrazide, and the like. You may use individually or in mixture. Furthermore, monovalent low molecular alcohol, low molecular diamine, etc. can also be used as a modifier | denaturant as needed.
[0025]
The catalyst used in the present invention may be a commonly used catalyst when producing polyurethane. For example, an amine compound, an organometallic compound, or an imidazole compound may be used.
[0026]
In addition to lactone-based polyols, polyols usually used for urethane resins such as polyester polyols such as polyoxyalkylene polyols, acrylic polyols, polybutadiene polyols, and adipates can be mixed without departing from the scope of the present invention. You may use.
[0027]
In addition to the above-described blending components, flame retardants, fillers, antistatic agents, colorants and the like can be added according to required performance without departing from the object of the present invention.
[0028]
With respect to the production method for obtaining a polyurethane resin using the above raw materials, a known urethanization reaction technique is used. For example, after a polyol and a low molecular weight compound having active hydrogen are mixed and preheated to about 40 to 100 ° C., an amount of polyisocyanate in such a ratio that the ratio of the active hydrogen number to the NCO group of these compounds is 1: 1. A solid-phase polymerization method in which a compound is added and stirred vigorously for a short time, and then allowed to stand at about 50 to 150 ° C. Furthermore, a polyol and polyisocyanate can be reacted in advance to obtain a polyurethane prepolymer, and then this polyurethane prepolymer can be reacted with a chain extender. The polyisocyanate compound is used in a slight excess because it is usually affected by moisture. These reactions may be a solution reaction method in which the reaction is carried out in a solvent composed of one or more of dimethylformamide, diethylformamide, dimethylsulfoxide, dimethylacetamide, tetrahydrofuran, methyl ethyl ketone, benzene, toluene, trichrene and the like. In this case, when the concentration is within the range of 10 to 40% by weight, it is preferable to obtain a high molecular weight polyurethane resin.
[0029]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but is not limited thereto. In the text, “parts” and “%” indicate weight standards unless otherwise specified.
[0030]
Example 1
A 1-liter four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, a nitrogen inlet tube, and a condenser was charged with 31 g of diethylene glycol, 947 g of ε-caprolactone and 0.005 g of stannous octylate as a catalyst while stirring under nitrogen. The reaction was carried out at 0 ° C. and sampled every 2 hours.
[0031]
<Analysis method>
Put 1 g of lactone polyol in a test tube with a lid, add an internal standard solution (diisobutyl phthalate / tetrahydrofuran: 20 g / l) accurately with a 0.5 ml pipette and dissolve while warming in a warm bath. Subsequently, 2.5 ml of n-hexane is added and vigorously stirred and mixed with a micro spatula to precipitate a lactone polyol. At this time, the internal standard diisobutyl phthalate and the low molecular cyclic lactone are extracted in the n-hexane layer.
[0032]
The n-hexane layer was measured with a gas chromatograph manufactured by Shimadzu Corporation under the following gas chromatographic conditions, and the amount of the lactone monomer and the amount of the cyclic ester compound in the lactone polyol were determined from a calibration curve measured in advance. After 10 hours, the residual amount of lactone monomer was 0.12% by weight, and the reaction was completed. The gas chromatograph chart at this time is shown in FIG. 1, and the amount of the cyclic ester compound is shown in Table 1.
[0033]
Figure 0005121085
[0034]
Examples 2, 3 Comparative Examples 1, 2, 3
Except for using the catalyst and synthesis conditions as shown in Table 1, all were synthesized in the same manner as in Example 1, and the amount of the cyclic ester compound was measured. The results are also shown in Table 1.
[0035]
[Table 1]
Figure 0005121085
[0036]
Example 4
100 parts by weight of the lactone-based polyol obtained in Example 1 and 40 parts by weight of 4,4′-diphenylmethane diisocyanate were charged and reacted by heating at 70 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, so that the NCO group content was 6.5% by weight. Of a prepolymer was obtained. On the other hand, 1,4-butanediol and trimethylolpropane were mixed at 60/40% by weight to obtain a curing agent.
[0037]
9.3 parts by weight of a curing agent is added to 140 parts by weight of the obtained prepolymer so that the NCO group / OH group ratio is 1.05, mixed, poured into a molding machine, 80 ° C. × 2 hours, and then 120 It was heat-cured under the condition of ° C. × 12 hours to obtain a sheet-like molded product having a thickness of 2 mm.
[0038]
The physical properties of the obtained sheet-like molded product were evaluated according to the following methods.
It is shown in Table 2.
[0039]
(A) Hardness Hardness (JIS A) was measured according to JIS-K6301.
(B) Tensile strength and elongation at break In accordance with JIS-K6301, a tensile test was performed with an autograph using a dumbbell-shaped No. 3 test piece, and tensile strength (MPa) and elongation at break (%) were measured. .
[0040]
(C) The test piece was aged for 3 weeks at room temperature, and the blooming state of the surface of the molded product was visually observed.
○: Blooming is not seen.
Δ: Slight mottled pattern is observed.
X: A powder blowing phenomenon or a mottled pattern is observed.
[0041]
Examples 5 and 6 Comparative Examples 4, 5, and 6
Using a lactone-based polyol as shown in Table 2, a prepolymer having an NCO group content of 6.5% by weight was obtained in the same manner as in Example 4, then crosslinked with a curing agent and heat-cured. . The physical properties of the obtained sheet-like molded product were similarly evaluated. The results are also shown in Table 2.
[0042]
[Table 2]
Figure 0005121085
[0043]
【Effect of the invention】
The present invention provides a method for producing a lactone-based polyol in which the cyclic ester compound, which is a reaction by-product, is 0.5% by weight or less in total amount, and by using it, the present invention is excellent. A polyurethane resin having an effect of suppressing physical properties and blooming phenomenon on the surface of the molded product can be provided.
[0044]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a gas chromatograph chart of a lactone polyol obtained in Example 1 of the present invention.

Claims (1)

多価アルコール又は多価アミンからなる活性水素を有する開始剤を用い、有機スズ系触媒であるオクチル酸スズ又はジブチルスズオキサイド又はジブチルスズジラウレートの使用量が、仕込み原料に対して1〜10ppmであり、ラクトンモノマーを反応温度165℃〜175℃で開環重合反応させ、ラクトンモノマーが0.5重量%以下になった時点を反応終了点とし、ただちに100℃以下まで冷却して、重合反応を終了させることによって、ポリオール中の反応副生成物である環状エステル化合物が、トータル量で0.5重量%以下であるラクトン系ポリオールを得ることを特徴とするラクトン系ポリオールの製造方法。 Using an initiator having active hydrogen consisting of polyhydric alcohol or polyamine, the amount of tin octylate or dibutyltin oxide or dibutyltin dilaurate used as the organotin catalyst is 1 to 10 ppm relative to the charged raw material, and lactone The monomer is subjected to a ring-opening polymerization reaction at a reaction temperature of 165 ° C. to 175 ° C., and the time when the lactone monomer becomes 0.5% by weight or less is regarded as the reaction end point, and immediately cooled to 100 ° C. or less to complete the polymerization reaction. Accordingly, the cyclic ester compound reaction by-products in the polyol method of producing a lactone-based polyol, characterized in that to obtain a lactone-based polyol is below 0.5 wt% in total amount.
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