JP6326179B1 - ポリウレタン樹脂およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分との反応生成物であるポリウレタン樹脂において、ポリイソシアネート成分は、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を含有し、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、イソシアヌレート基およびアロファネート基を有し、アロファネート基の含有割合が、イソシアヌレート基100モルに対して、10モル以上90モル以下であり、ポリオール成分は、水酸基価100〜600mgKOH/gのポリオキシアルキレントリオールおよび/またはポリエステルトリオールと、水酸基価100〜300mgKOH/gのポリオキシアルキレンジオールおよび/またはポリエステルジオールとを含有する。

Description

本発明は、ポリウレタン樹脂およびその製造方法に関する。
従来、ポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネート成分とポリオール成分との反応により得られ、各種産業分野において広範に用いられている。一方、ポリウレタン樹脂には、用途によっては、意匠性の観点から光透過性(透明性)が要求される場合がある。
そこで、光透過性(透明性)を有するポリウレタン樹脂が検討されており、例えば、脂肪族ポリイソシアネートの変性体を含むポリイソシアネート成分と、平均水酸基価が280〜1240mgKOH/gであり平均官能基数が2を超過し5未満であるポリオール成分とを、ビスマス系触媒の存在下において反応させて得られる光学用ポリウレタン樹脂が、提案されている。
より具体的には、ヘキサメチレンジイソシアネートの三量体(イソシアヌレート変性体)およびヘキサメチレンジイソシアネートのアロファネート変性体の混合物と、ソルビトールおよびグリセリンを開始剤とする平均官能基数3.8、平均水酸基価550mgKOH/gのポリエーテルポリオールとを、オクチル酸ビスマス存在下で反応させて得られる光学用ポリウレタン樹脂が、提案されている(例えば、特許文献1(実施例11)参照。)。
特開2011−12141公報
一方、特許文献1に記載されるように、三量体およびアロファネート変性体の混合物が用いられる場合、アロファネート変性体の含有割合が過度に高いと、光透過性や耐久性(例えば、耐湿熱試験前後のヘイズ変化で評価)が十分ではない場合がある。
また、光透過性を有するポリウレタン樹脂は、その用途に応じて、機械強度(例えば、硬度で評価)が要求される場合がある。
本発明の目的は、光透過性に優れ、さらに、耐久性および機械強度にも優れるポリウレタン樹脂およびその製造方法を提供することにある。
本発明[1]は、ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分との反応生成物であって、前記ポリイソシアネート成分は、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を含有し、前記脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、イソシアヌレート基およびアロファネート基を有し、アロファネート基の含有割合が、イソシアヌレート基100モルに対して、10モル以上90モル以下であり、前記ポリオール成分は、水酸基価が100mgKOH/g以上600mgKOH/g以下のトリオールと、水酸基価が100mgKOH/g以上300mgKOH/g以下のジオールとを含有し、前記トリオールは、オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレントリオール、および/または、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルトリオールであり、前記ジオールは、オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレンジオール、および/または、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルジオールである、ポリウレタン樹脂を含んでいる。
本発明[2]は、前記脂肪族ポリイソシアネートが、ペンタメチレンジイソシアネートを含む、上記[1]に記載のポリウレタン樹脂を含んでいる。
本発明[3]は、前記ポリオール成分の平均官能基数が、2.1以上2.9以下である、上記[1]または[2]に記載のポリウレタン樹脂を含んでいる。
本発明[4]は、前記ポリオール成分の総量に対して、前記ポリエステルジオールおよび前記ポリエステルトリオールの含有割合の総量が、5当量%以上70当量%以下である、上記[1]〜[3]のいずれか一項に記載のポリウレタン樹脂を含んでいる。
本発明[5]は、ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分とを反応させる工程を備え、前記ポリイソシアネート成分は、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を含有し、前記脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、イソシアヌレート基およびアロファネート基を有し、アロファネート基の含有割合が、イソシアヌレート基100モルに対して、10モル以上90モル以下であり、前記ポリオール成分は、水酸基価が100mgKOH/g以上600mgKOH/g以下のトリオールと、水酸基価が100mgKOH/g以上300mgKOH/g以下のジオールとを含有し、前記トリオールは、オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレントリオール、および/または、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルトリオールであり、前記ジオールは、オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレンジオール、および/または、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルジオールであり、前記ポリオール成分の水酸基に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が0.9以上1.1以下である、ポリウレタン樹脂の製造方法を含んでいる。
本発明のポリウレタン樹脂は、イソシアヌレート基およびアロファネート基を特定比率で含有する脂肪族ポリイソシアネートの誘導体が用いられ、かつ、ポリオール成分が特定のトリオールおよび特定のジオールを特定割合で含有するため、光透過性に優れ、さらに、耐久性および機械強度にも優れる。
また、本発明のポリウレタン樹脂の製造方法によれば、光透過性に優れ、さらに、耐久性および機械強度にも優れるポリウレタン樹脂を、効率よく製造することができる。
図1は、イソシアヌレート基に対するアロファネート基の割合と、ヘイズ(光透過性)および硬度(機械強度)との関係を示すグラフである。 図2は、イソシアヌレート基に対するアロファネート基の割合と、耐湿熱試験後のヘイズ(光透過性)との関係を示すグラフである。 図3は、イソシアヌレート基に対するアロファネート基の割合と、耐湿熱試験前後におけるヘイズ(光透過性)の変化量との関係を示すグラフである。
本発明のポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分との反応生成物である。
ポリイソシアネート成分は、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を含有している。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、ブチレンジイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、1,2−ブチレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート)、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2,4,4−または2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアネートメチルカプエート、ドデカメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートなどが挙げられる。
これら脂肪族ポリイソシアネートは、単独使用または2種類以上併用することができる。
脂肪族ポリイソシアネートとして、入手容易性の観点から、好ましくは、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)が挙げられ、より好ましくは、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)が挙げられる。
より具体的には、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)は、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)に比べ、メチレン鎖が奇数による非対称性のため結晶性が低く、またポリウレタン樹脂の架橋密度を向上させることができるため、脂肪族ポリイソシアネートとして1,5−ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)を用いることにより、ポリウレタン樹脂の光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
なお、脂肪族ポリイソシアネートは、脂環を含有する脂環族ポリイソシアネート(後述)を含まない。
また、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、イソシアヌレート基およびアロファネート基を含有している。
すなわち、本発明において、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体組成物であり、主として脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体を含有し、さらに、その脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体とアルコール(後述)との反応生成物である脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート変性イソシアヌレート誘導体を含有し、場合により、(未反応の)脂肪族ポリイソシアネートとアルコール(後述)との反応生成物である脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体を含有している。
このような脂肪族ポリイソシアネートの誘導体において、イソシアヌレート基およびアロファネート基の含有割合(モル比)は、光透過性、耐久性および機械強度の観点から、所定範囲に調整されている。
具体的には、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体において、アロファネート基の含有割合は、イソシアヌレート基100モルに対して、10モル以上、好ましくは、12モル以上、より好ましくは、20モル以上、さらに好ましくは、30モル以上、とりわけ好ましくは、40モル以上であり、90モル以下、好ましくは、80モル以下、より好ましくは、70モル以下、さらに好ましくは、60モル以下である。
アロファネート基の含有割合が上記下限を下回ると後述する脂肪族ポリイソシアネートの誘導体の製造において1価アルコールを用いた場合などでは、2官能性のアロファネート基に対して3官能性のイソシアヌレート基が過剰となるため、架橋密度が高くなり、ポリウレタン樹脂の光透過性が低下する。
一方、アロファネート基の含有割合が上記上限を上回ると後述する脂肪族ポリイソシアネートの誘導体の製造において1価アルコールを用いた場合などでは、イソシアヌレート基に対してアロファネート基が過剰となるため、架橋密度が低くなり、ポリウレタン樹脂の機械強度(硬度など)が低下し、耐久性にも劣る。
これらに対して、アロファネート基の含有割合が上記範囲であれば、架橋密度を適度に調整できるため、光透過性、耐久性および機械強度に優れたポリウレタン樹脂を得ることができる。
また、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体において、アロファネート基の含有割合は、イソシアヌレート基およびアロファネート基の総量100モルに対して、例えば、9モル以上、好ましくは、11モル以上、より好ましくは、17モル以上、さらに好ましくは、23モル以上、とりわけ好ましくは、29モル以上であり、例えば、47モル以下、好ましくは、44モル以下、より好ましくは、41モル以下、さらに好ましくは、38モル以下である。
脂肪族ポリイソシアネートの誘導体において、イソシアヌレート基の含有割合は、イソシアヌレート基およびアロファネート基の総量100モルに対して、例えば、53モル以上、好ましくは、56モル以上、より好ましくは、59モル以上、さらに好ましくは、62モル以上であり、例えば、91モル以下、好ましくは、89モル以下、より好ましくは、83モル以下、さらに好ましくは、77モル以下、とりわけ好ましくは、71モル以下である。
なお、イソシアヌレート基およびアロファネート基の含有割合は、後述する実施例に準拠して、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体の、13C−NMR法により測定されたNMRチャートから得られるアロファネート基とイソシアヌレート基とのモル比率から算出することができる。
このような脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を製造するには、例えば、まず、上記した脂肪族ポリイソシアネートとアルコールとをウレタン化反応させ、次いで、イソシアヌレート化触媒の存在下でイソシアヌレート化反応させる方法や、例えば、まず、脂肪族ポリイソシアネートをイソシアヌレート化させ、その後、アルコールを配合してウレタン化反応させる方法などが挙げられる。
好ましくは、まず、上記した脂肪族ポリイソシアネートとアルコールとをウレタン化反応させ、次いで、イソシアヌレート化触媒の存在下でイソシアヌレート化反応させる。
アルコールとしては、例えば、1価アルコール、2価アルコールなどが挙げられる。
1価アルコールとしては、例えば、直鎖状の1価アルコール、分岐状の1価アルコールなどが挙げられる。
直鎖状の1価アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、n−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、n−ノナノール、n−デカノール、n−ウンデカノール、n−ドデカノール(ラウリルアルコール)、n−トリデカノール、n−テトラデカノール、n−ペンタデカノール、n−ヘキサデカノール、n−ヘプタデカノール、n−オクタデカノール(ステアリルアルコール)、n−ノナデカノール、エイコサノールなどのC(炭素数、以下同様)1〜20の直鎖状の1価アルコールが挙げられる。
分岐状の1価アルコールとしては、例えば、イソプロパノール、イソブタノール(イソブチルアルコール)、sec−ブタノール、tert−ブタノール、イソペンタノール、イソヘキサノール、イソヘプタノール、イソオクタノール、2−エチルヘキサン−1−オール、イソノナノール、イソデカノール、5−エチル−2−ノナノール、トリメチルノニルアルコール、2−ヘキシルデカノール、3,9−ジエチル−6−トリデカノール、2−イソヘプチルイソウンデカノール、2−オクチルドデカノール、その他の分岐状アルカノール(C5〜20)などのC3〜20の分岐状の1価アルコールが挙げられる。
2価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール(1,4−ブチレングリコール)、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ジヒドロキシ−2−ブテン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、その他の直鎖状のアルカン(C7〜20)ジオールなどの直鎖状の2価アルコール、例えば、1,2−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール(1,3−ブチレングリコール)、1,2−ブタンジオール(1,2−ブチレングリコール)、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,2,2−トリメチルペンタンジオール、3,3−ジメチロールヘプタン、2,6−ジメチル−1−オクテン−3,8−ジオール、その他の分岐状のアルカン(C7〜20)ジオールなどの分岐状の2価アルコール、例えば、1,3−または1,4−シクロヘキサンジメタノールおよびそれらの混合物、1,3−または1,4−シクロヘキサンジオールおよびそれらの混合物、水素化ビスフェノールA、ビスフェノールAなどのC2〜20の2価アルコールが挙げられる。
これらアルコールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
アルコールとして、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を低粘度化させる観点から、好ましくは、1価アルコール、より好ましくは、C1〜20の直鎖状の1価アルコール、C3〜20の分岐状の1価アルコールが挙げられる。さらに好ましくは、C3〜20の分岐状の1価アルコールが挙げられ、特に好ましくは、イソブチルアルコールが挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートの誘導体が低粘度化されていれば、ポリオール成分との相溶性の向上を図ることができ、また、ポリウレタン樹脂の光透過性の向上を図ることができる。
アルコールの配合割合は、脂肪族ポリイソシアネート100質量部に対して、例えば、0.05質量部以上、好ましくは、0.1質量部以上、より好ましくは、0.2質量部以上、さらに好ましくは、0.5質量部を超過し、例えば、4.0質量部以下、好ましくは、2.5質量部以下、より好ましくは、1.5質量部以下である。
アルコールの配合割合が上記範囲内であれば、脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体に対して、脂肪族ポリイソシアネートの、アロファネート変性イソシアヌレート誘導体および/またはアロファネート誘導体の含有割合(すなわち、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体におけるアロファネート基の含有割合)を調整することができる。
ウレタン化反応条件としては、例えば、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気、常圧(大気圧)下において、反応温度が、例えば、室温(例えば、25℃)以上、好ましくは、40℃以上であり、例えば、100℃以下、好ましくは、90℃以下である。また、反応時間が、例えば、0.5時間以上、好ましくは、1時間以上であり、例えば、10時間以下、好ましくは、6時間以下、より好ましくは、3時間以下である。
また、上記のウレタン化反応では、公知のウレタン化触媒(例えば、アミン類(後述)、有機金属化合物(後述)など)を配合してもよい。なお、ウレタン化触媒の配合割合は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。
これにより、一部がウレタン変性された脂肪族ポリイソシアネート(すなわち、ウレタン変性された脂肪族ポリイソシアネートと、(未反応の)脂肪族ポリイソシアネートとを含む脂肪族ポリイソシアネート組成物)を得ることができる。
次いで、一部がウレタン変性された脂肪族ポリイソシアネートを、イソシアヌレート化触媒の存在下でイソシアヌレート化反応させる。
イソシアヌレート化触媒としては、例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、トリメチルベンジルアンモニウム、トリブチルベンジルアンモニウムなどのテトラアルキルアンモニウムのハイドロオキサイドやその有機弱酸塩、例えば、トリメチルヒドロキシプロピルアンモニウム(別名:N−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム)、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム、トリエチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリエチルヒドロキシエチルアンモニウムなどのトリアルキルヒドロキシアルキルアンモニウムのハイドロオキサイドやその有機弱酸塩(例えば、N−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートなど)、例えば、酢酸、カプロン酸、オクチル酸、ミリスチン酸、ナフテン酸などのアルキルカルボン酸の金属塩(例えば、アルカリ金属塩、マグネシウム塩、錫塩、亜鉛塩、鉛塩など)、例えば、アルミニウムアセチルアセトン、リチウムアセチルアセトンなどのようなβ−ジケトンの金属キレート化合物、例えば、塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素などのフリーデル・クラフツ触媒、例えば、チタンテトラブチレート、トリブチルアンチモン酸化物などの種々の有機金属化合物、例えば、ヘキサメチルシラザンなどのアミノシリル基含有化合物などが挙げられる。
これらイソシアヌレート化触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
イソシアヌレート化触媒として、好ましくは、トリアルキルヒドロキシアルキルアンモニウムの有機弱酸塩が挙げられ、より好ましくは、N−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートが挙げられる。
イソシアヌレート化触媒(有効成分100%換算)の配合割合は、脂肪族ポリイソシアネート100質量部に対して、例えば、0.001質量部以上、好ましくは、0.003質量部以上であり、また、例えば、0.1質量部以下、好ましくは、0.05質量部以下である。
イソシアヌレート化反応の反応条件としては、例えば、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気、常圧(大気圧)下、反応温度が、例えば、50℃以上、好ましくは、70℃以上、より好ましくは、80℃以上であり、例えば、120℃以下、好ましくは、100℃以下である。また、反応時間が、例えば、5分以上、好ましくは、10分以上、より好ましくは、15分以上であり、例えば、120分以下、好ましくは、60分以下である。
そして、上記のイソシアヌレート化反応において、所定の反応率(イソシアネート基転化率)に達した時点で、例えば、リン酸、モノクロロ酢酸、塩化ベンゾイル、ドデシルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸(o−またはp−トルエンスルホン酸)およびその誘導体(例えば、o−またはp−トルエンスルホン酸メチルなど)、トルエンスルホンアミド(o−またはp−トルエンスルホンアミド)などの反応停止剤を反応液に添加して、触媒を失活させてイソシアヌレート化反応を停止させる。この場合、キレート樹脂やイオン交換樹脂などの、触媒を吸着する吸着剤を添加して、イソシアヌレート化反応を停止させることもできる。
イソシアヌレート化反応を停止させるときのイソシアネート基の転化率は、例えば、1質量%以上、好ましくは、5質量%以上であり、例えば、20質量%以下、好ましくは、15質量%以下である。
なお、イソシアネート基の転化率は、例えば、高速GPC、NMR、イソシアネート基濃度、屈折率、密度、赤外線スペクトルなどを基準として、測定することができる。
これにより、脂肪族ポリイソシアネートをイソシアヌレート化反応させることができる。
また、このイソシアヌレート化反応では、一部がウレタン変性された脂肪族ポリイソシアネートをイソシアヌレート化しているため、上記したイソシアヌレート誘導体とともに、アロファネート変性イソシアヌレート誘導体も生成する。
また、上記のイソシアヌレート化反応において、イソシアヌレート化を調整するために、例えば、特開昭61−129173号公報に記載されているような有機亜リン酸エステルなどを、助触媒として配合することもできる。
有機亜リン酸エステルとしては、例えば、有機亜リン酸ジエステル、有機亜リン酸トリエステルなどが挙げられ、より具体的には、例えば、トリエチルホスファイト、トリブチルホスファイト、トリデシルホスファイト、トリス(トリデシル)ホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、ジフェニル(トリデシル)ホスファイトなどのモノホスファイト類、例えば、ジステアリル・ペンタエリスリチル・ジホスファイト、トリペンタエリスリトール・トリホスファイト、テトラフェニル・ジプロピレングリコール・ジホスファイトなどの多価アルコールから誘導されたジ、トリあるいはテトラホスファイト類などが挙げられる。
これら有機亜リン酸エステルは、単独使用または2種類以上併用することができる。
有機亜リン酸エステルとして、好ましくは、モノホスファイト類が挙げられ、より好ましくは、トリデシルホスファイト、トリス(トリデシル)ホスファイトが挙げられる。
有機亜リン酸エステルの配合割合は、脂肪族ポリイソシアネート100質量部に対して、例えば、0.01質量部以上、好ましくは、0.05質量部以上、より好ましくは、0.10質量部以上であり、例えば、1.0質量部以下、好ましくは、0.50質量部以下である。
また、上記のイソシアヌレート化反応では、必要により、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、例えば、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノール(BHT)、イルガノックス1010、イルガノックス1076、イルガノックス1135、イルガノックス245(以上、BASFジャパン社製、商品名)などの反応安定剤を配合することもできる。
反応安定剤の配合割合は、脂肪族ポリイソシアネート100質量部に対して、例えば、0.01質量部以上、好ましくは、0.05質量部以上であり、例えば、1.0質量部以下、好ましくは、0.10質量部以下である。
また、上記の助触媒および反応安定剤を上記したウレタン化反応時に添加しておくこともできる。
また、上記のイソシアヌレート化反応では、必要により、公知の反応溶媒を配合してもよい。
そして、反応終了後、得られる反応混合液から、未反応の脂肪族ポリイソシアネート(触媒、反応溶媒および/または触媒失活剤を配合する場合には、触媒、反応溶媒および/または触媒失活剤も含む)を、例えば、薄膜蒸留(スミス蒸留)などの蒸留や、抽出などの公知の方法で除去することにより、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体が得られる。
また、未反応の脂肪族ポリイソシアネートの除去後、得られる脂肪族ポリイソシアネートの誘導体に、上記した反応停止剤を安定剤として任意の添加割合で添加することもできる。
そして、これにより、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体が得られる。
得られた脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、イソシアヌレート基およびアロファネート基を含有しており、また、それらの含有割合が上記の範囲に調整されている。そのため、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体によれば、光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
また、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、イソシアヌレート基およびアロファネート基の含有割合が上記の範囲に調整されていれば、上記の製造方法に限定されず、例えば、互いに異なる処方の脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を、2種類以上配合して調製することもできる。
より具体的には、例えば、脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体と、脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体とを、それぞれ個別に調製し、それらを混合することにより、イソシアヌレート基およびアロファネート基を含有する脂肪族ポリイソシアネートの誘導体(誘導体組成物)を得ることができる。
脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体は、イソシアヌレート基を含有しており、かつ、アロファネート基を含有しないか、または、微量(後述)含有する誘導体である。
アロファネート基を含有しない脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体は、例えば、上記したイソシアヌレート化反応において、アルコールを配合することなく、脂肪族ポリイソシアネートをイソシアヌレート化触媒の存在下でイソシアヌレート化反応させることにより、得ることができる。なお、イソシアヌレート化反応における反応条件は、上記と同じである。
しかるに、イソシアヌレート基は、ウレタン化反応を経由することにより容易に形成される。そのため、微量のアルコールを配合することにより、イソシアヌレート化反応を促進することができる。このような場合には、アロファネート基を微量含有する脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体が得られる。
アロファネート基を微量含有する脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体は、例えば、上記の方法(まず、上記した脂肪族ポリイソシアネートとアルコールとをウレタン化反応させ、次いで、イソシアヌレート化触媒の存在下でイソシアヌレート化反応させる方法)において、アルコールの配合量を比較的少なくする。
このような場合、アルコールの配合割合は、脂肪族ポリイソシアネート100質量部に対して、例えば、0.01質量部以上、好ましくは、0.05質量部以上、例えば、0.5質量部以下、好ましくは、0.3質量部以下である。
これにより、脂肪族ポリイソシアネートとアルコールとの反応によるアロファネート基の生成量を抑制することができる。
そして、得られた反応生成物を、イソシアヌレート化触媒の存在下でイソシアヌレート化反応させる。なお、イソシアヌレート化反応における反応条件は、上記と同じである。
脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体において、アロファネート基の含有割合は、イソシアヌレート基100モルに対して、例えば、10モル未満、好ましくは、8モル以下、より好ましくは、7モル以下であり、また、通常、0モル以上である。
脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体は、アロファネート基を含有しており、かつ、イソシアヌレート基を含有しないか、または、微量(後述)含有する誘導体である。
脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体は、例えば、上記した脂肪族ポリイソシアネートと上記した1価アルコールとを反応させ、次いで、アロファネート化触媒の存在下でアロファネート化反応させることにより、得ることができる。
1価アルコールとしては、上記した1価アルコール(イソシアヌレート化における1価アルコール)と同じアルコールが挙げられ、単独使用または2種類以上併用することができる。1価アルコールとして、好ましくは、分岐状の1価アルコールが挙げられ、より好ましくは、イソブタノール(別名:イソブチルアルコール)が挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体を製造する場合、アルコールの配合割合は、脂肪族ポリイソシアネート100質量部に対して、例えば、3質量部を超過し、好ましくは、3.2質量部以上、より好ましくは、3.5質量部以上であり、例えば、50質量部以下、好ましくは、20質量部以下、より好ましくは、10質量部以下である。
また、この反応においては、本発明の優れた効果を阻害しない範囲において、必要に応じて、上記した1価アルコールと、例えば、チオール類、オキシム類、ラクタム類、フェノール類、βジケトン類などの活性水素基含有化合物とを併用することができる。
脂肪族ポリイソシアネートとアルコールとの反応における反応条件としては、例えば、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気、常圧(大気圧)下において、反応温度が、例えば、室温(例えば、25℃)以上、好ましくは、40℃以上であり、例えば、100℃以下、好ましくは、90℃以下である。また、反応時間が、例えば、0.05時間以上、好ましくは、0.2時間以上であり、例えば、10時間以下、好ましくは、6時間以下である。
これにより、脂肪族ポリイソシアネートとアルコールとをウレタン化反応させる。
また、上記ウレタン化反応においては、必要に応じて、公知のウレタン化触媒(例えば、アミン類(後述)、有機金属化合物(後述)など)を配合してもよい。なお、ウレタン化触媒の配合割合は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。
そして、この方法では、得られる反応液に、アロファネート化触媒を配合し、脂肪族ポリイソシアネートとアルコールとの反応物を、アロファネート化反応させる。
アロファネート化触媒としては、例えば、オクチル酸ビスマスなどの有機カルボン酸ビスマス塩、例えば、オクチル酸鉛などの有機カルボン酸鉛塩などが挙げられる。
これらアロファネート化触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
アロファネート化触媒として、好ましくは、有機カルボン酸鉛塩が挙げられ、より好ましくは、オクチル酸鉛が挙げられる。
アロファネート化触媒の添加割合は、脂肪族ポリイソシアネート100質量部に対して、例えば、0.001質量部以上、好ましくは、0.002質量部以上、より好ましくは、0.01質量部以上であり、例えば、0.3質量部以下、好ましくは、0.05質量部以下、より好ましくは、0.03質量部以下である。
アロファネート化反応の反応条件としては、例えば、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気、常圧(大気圧)下、反応温度が、0℃以上、好ましくは、20℃以上であり、例えば、160℃以下、好ましくは、120℃以下である。また、反応時間が、例えば、30分以上、好ましくは、60分以上であり、例えば、1200分以下、好ましくは、600分以下である。
そして、上記のアロファネート化反応において、所定の反応率(イソシアネート基転化率)に達した時点で、反応停止剤を反応液に添加して、触媒を失活させてアロファネート化反応を停止させる。この場合、キレート樹脂やイオン交換樹脂などの、触媒を吸着する吸着剤を添加して、アロファネート化反応を停止させることもできる。アロファネート化反応を停止させる反応停止剤としては、例えば、イソシアヌレート化反応を停止させる反応停止剤と同じものが挙げられる。
アロファネート化反応を停止させるときのイソシアネート基の転化率は、例えば、1質量%以上、好ましくは、5質量%以上であり、例えば、20質量%以下、好ましくは、15質量%以下である。
なお、イソシアネート基の転化率は、例えば、高速GPC、NMR、イソシアネート基濃度、屈折率、密度、赤外線スペクトルなどを基準として、測定することができる。
これにより、脂肪族ポリイソシアネートをアロファネート化反応させることができる。
また、上記の反応においては、ウレタン化およびアロファネート化を調整するために、例えば、上記した有機亜リン酸エステルなどを、助触媒として配合することもできる。有機亜リン酸エステルは、単独使用または2種類以上併用することができる。有機亜リン酸エステルとして、好ましくは、モノフォスファイト類、より好ましくは、トリス(トリデシル)ホスファイトが挙げられる。
有機亜リン酸エステルの添加割合は、脂肪族ポリイソシアネート100質量部に対して、例えば、0.01質量部以上、好ましくは、0.02質量部以上、より好ましくは、0.03質量部以上であり、例えば、0.2質量部以下、好ましくは、0.15質量部以下、より好ましくは、0.1質量部以下である。
また、上記の助触媒および反応安定剤を上記したウレタン化反応時に添加しておくこともできる。
また、上記のイソシアヌレート化反応では、必要により、公知の反応溶媒を配合してもよい。
そして、反応終了後、得られる反応混合液から、未反応の脂肪族ポリイソシアネート(触媒、反応溶媒および/または触媒失活剤を配合する場合には、触媒、反応溶媒および/または触媒失活剤も含む)を、例えば、薄膜蒸留(スミス蒸留)などの蒸留や、抽出などの公知の方法で除去することにより、脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体が得られる。また、未反応の脂肪族ポリイソシアネートの除去後、得られる脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体に、上記した反応停止剤を安定剤として任意の添加割合で添加することもできる。
脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体において、アロファネート基の含有割合は、イソシアヌレート基100モルに対して、3000モル以上、好ましくは、3500モル以上、より好ましくは、4000モル以上であり、また、通常、100000モル以下である。
そして、上記した脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体と、上記した脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体とを、公知の方法で混合することにより、それらの混合物(組成物)として、イソシアヌレート基およびアロファネート基を有する脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を得ることができる。
脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体と、脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体との混合割合は、得られる混合物中のアロファネート基およびイソシアヌレート基の割合が、上記の所定範囲となるように調整される。
具体的には、脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体と、脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体との総量100質量部に対して、脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体が、例えば、50質量部以上、好ましくは、60質量部以上、より好ましくは、80質量部以上であり、例えば、96質量部以下、好ましくは、90質量部以下である。また、脂肪族ポリイソシアネートのアロファネート誘導体が、例えば、4質量部以上、好ましくは、10質量部以上であり、例えば、50質量部以下、好ましくは、40質量部以下、より好ましくは、20質量部以下である。
また、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体(誘導体組成物)は、未反応の脂肪族ポリイソシアネートモノマーを、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体100質量部に対して、例えば、1.0質量部以下、好ましくは、0.5質量部以下で含有することも許容する。
さらに、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、例えば、脂肪族ポリイソシアネートのイソシアヌレート誘導体およびアロファネート誘導体を除く誘導体(以下、その他の誘導体と称する。)を含有することができる。
その他の誘導体としては、例えば、ビウレット誘導体(例えば、上記した脂肪族ポリイソシアネートと、水やアミン類との反応により生成するビウレット誘導体など。)、ウレア誘導体(例えば、上記した脂肪族ポリイソシアネートとジアミンとの反応により生成するウレア誘導体など。)、オキサジアジントリオン誘導体(例えば、上記した脂肪族ポリイソシアネートと炭酸ガスとの反応により生成するオキサジアジントリオン誘導体など。)、カルボジイミド誘導体(上記した脂肪族ポリイソシアネートの脱炭酸縮合反応により生成するカルボジイミド誘導体など。)、ポリオール誘導体(例えば、上記した脂肪族ポリイソシアネートと後述する低分子量ポリオール(好ましくは、後述する低分子量トリオール)との反応より生成するポリオール誘導体(アルコール付加体)、上記した脂肪族ポリイソシアネートと後述する低分子量ポリオールおよび/または後述する高分子量ポリオール(好ましくは、後述する高分子量ポリオール)との反応より生成するポリオール誘導体)、さらには、脂肪族ポリイソシアネートのイミノオキサジアジンジオン誘導体、脂肪族ポリイソシアネートのウレトジオン誘導体などが挙げられる。
これらその他の誘導体は、単独使用または2種類以上併用することができる。
その他の誘導体として、光透過性の観点から、好ましくは、脂肪族ポリイソシアネートのビウレット誘導体が挙げられる。
その他の誘導体が含有される形態としては、特に制限されず、例えば、上記した各反応(ウレタン化反応、イソシアヌレート化反応、アロファネート化反応など)における副生物としてその他の誘導体が生成され、その他の誘導体が脂肪族ポリイソシアネート誘導体に含有されていてもよい。また、例えば、別途調製されたその他の誘導体が、ポリイソシアネート誘導体に添加されていてもよい。
その他の誘導体の含有割合は、脂肪族ポリイソシアネート誘導体(誘導体組成物)中のアロファネート基およびイソシアヌレート基の割合が、上記範囲となるように調整されていれば、特に制限されないが、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体の総量100質量部に対して、例えば、1質量部以上、好ましくは、5質量部以上であり、例えば、50質量部以下、好ましくは、40質量部以下である。
また、ポリイソシアネート成分は、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を単独で含有してもよく、さらに、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体に加えて、他のポリイソシアネートおよび/またはその誘導体を含有することもできる。
他のポリイソシアネートおよび/またはその誘導体としては、例えば、ポリイソシアネート単量体(ここでは、脂肪族ポリイソシアネートを除く)、ポリイソシアネート誘導体(ここでは、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を除く)が挙げられる。
ポリイソシアネート単量体としては、例えば、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネートなどのポリイソシアネートなどが挙げられる。
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、m−またはp−フェニレンジイソシアネートもしくはその混合物、2,4−または2,6−トリレンジイソシアネートもしくはその混合物(TDI)、4,4’−、2,4’−または2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネートもしくはその混合物(MDI)、4,4’−トルイジンジイソシアネート(TODI)、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)などの芳香族ジイソシアネートなどが挙げられる。
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−または1,4−キシリレンジイソシアネートもしくはその混合物(XDI)、1,3−または1,4−テトラメチルキシリレンジイソシアネートもしくはその混合物(TMXDI)、ω,ω’−ジイソシアネート−1,4−ジエチルベンゼンなどの芳香脂肪族ジイソシアネートなどが挙げられる。
脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−シクロペンテンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(イソホロンジイソシアネート;IPDI)、4,4’−、2,4’−または2,2’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートもしくはその混合物(水添MDI)、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−または1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンもしくはその混合物(水添XDI)、ノルボルナンジイソシアネート(NBDI)などの脂環族ジイソシアネートなどが挙げられる。
これらポリイソシアネート単量体は、単独使用または2種類以上併用することができる。
ポリイソシアネート誘導体としては、例えば、上記したポリイソシアネート単量体の、多量体(例えば、2量体、3量体、5量体、7量体など。)、アロファネート誘導体(例えば、上記したポリイソシアネート単量体と、アルコールとの反応より生成するアロファネート誘導体など。)、ビウレット誘導体(例えば、上記したポリイソシアネート単量体と、水やアミン類との反応により生成するビウレット誘導体など。)、ウレア誘導体(例えば、上記したポリイソシアネート単量体とジアミンとの反応により生成するウレア誘導体など。)、オキサジアジントリオン誘導体(例えば、上記したポリイソシアネート単量体と炭酸ガスとの反応により生成するオキサジアジントリオン誘導体など。)、カルボジイミド誘導体(上記したポリイソシアネート単量体の脱炭酸縮合反応により生成するカルボジイミド誘導体など。)、ポリオール誘導体(例えば、上記したポリイソシアネート単量体と後述する低分子量ポリオール(好ましくは、後述する低分子量トリオール)との反応より生成するポリオール誘導体(アルコール付加体)、上記したポリイソシアネート単量体と後述する低分子量ポリオールおよび/または後述する高分子量ポリオール(好ましくは、後述する高分子量ポリオール)との反応より生成するポリオール誘導体(ポリイソシアネート基末端プレポリマー)など。)などが挙げられる。
これらポリイソシアネート誘導体は、単独使用または2種類以上併用することができる。
これら他のポリイソシアネートおよび/またはその誘導体は、単独使用または2種類以上併用することができる。
ポリイソシアネート成分において、脂肪族ポリイソシアネート誘導体を除く成分(他のポリイソシアネートおよび/またはその誘導体)の含有割合は、脂肪族ポリイソシアネート誘導体の総量に対して、例えば、50質量%未満、好ましくは、30質量%以下、より好ましくは、10質量%以下であり、とりわけ好ましくは、0質量%である。
すなわち、ポリイソシアネート成分は、好ましくは、脂肪族ポリイソシアネート誘導体を単独で含有する。
そして、このようにして調製されるポリイソシアネート成分のイソシアネート基当量は、例えば、150以上、好ましくは、200以上であり、また、例えば、750以下、好ましくは、500以下である。
なお、イソシアネート基当量は、アミン当量と同義であり、JIS K 1603−1(2007)のA法またはB法により、求めることができる(以下同様)。
また、ポリイソシアネート成分の平均官能基数は、例えば、2.00以上、好ましくは、2.10以上であり、また、例えば、2.90以下、好ましくは、2.80以下である。
また、ポリイソシアネート成分のイソシアネート基含有率は、例えば、18質量%以上、好ましくは、20質量%以上であり、例えば、30質量%以下、好ましくは、28質量%以下である。
なお、イソシアネート基含有率は、JIS K 1556(2006)に準拠したn−ジブチルアミン法により、求めることができる(以下同様)。
ポリオール成分は、水酸基価が100以上300以下のジオールと、水酸基価が100以上600以下のトリオールとを含有している。
ジオールとしては、オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレンジオール、および/または、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルジオールが挙げられる。
オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレンジオールとしては、例えば、低分子量ジオール、低分子量ジアミンなどを開始剤とした炭素数2〜3のアルキレンオキサイドの付加重合体(2種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体を含む)が挙げられる。
低分子量ジオールは、数平均分子量が300未満(好ましくは、400未満)通常、40以上の、2つの水酸基を有する2官能性の低分子量ポリオールであり、例えば、脂肪族ジオール、脂環族ジオール、芳香族ジオールなどが挙げられる。
脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ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、トリプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール,2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチルペンタン−1,3−ジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5−ヘプタンジオール、1,7−ヘプタンジオール、3,3’−ジメチロールヘプタン、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、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ウンデカンジオール、12−ヒドロキシステアリルアルコールなどが挙げられる。
脂環族ジオールとしては、例えば、水添ビスフェノールA、水添キシリレンジオール、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ダイマージオールなどが挙げられる。
芳香族ジオールとしては、例えば、ビスフェノールA、ビスヒドロキシエチルテレフタレート、カテコール、レゾルシン、ハイドロキノン、1,3−または1,4−キシリレンジオールなどが挙げられる。
これら低分子量ジオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
低分子量ジアミンは、数平均分子量が300未満(好ましくは、400未満)通常、40以上の、アミノ基を2つ有する化合物であって、例えば、エチレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、1,3−または1,4−ブタンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン(イソホロンジアミン)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジアミン、2,5(2,6)−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ヒドラジン、o、mまたはp−トリレンジアミン(TDA、OTD)などが挙げられる。
これら低分子量ジアミンは、単独使用または2種類以上併用することができる。
開始剤として、好ましくは、低分子量ジオールが挙げられる。
炭素数2〜3のアルキレンオキサイドとしては、例えば、エチレンオキサイド(別名:オキシラン)、トリメチレンオキサイド(別名:オキセタン)、プロピレンオキサイド(別名:メチルオキシラン)などが挙げられる。
これらアルキレンオキサイドは、単独使用または2種類以上併用することができる。
アルキレンオキサイドとして、好ましくは、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドが挙げられ、より好ましくは、プロピレンオキサイドが挙げられる。
このようなポリオキシアルキレンジオールとして、具体的には、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイド−エチレンオキサイド共重合ジオール(ランダムおよび/またはブロック共重合体)などが挙げられる。
これらポリオキシアルキレンジオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
ポリオキシアルキレンジオールとして、好ましくは、ポリプロピレングリコールが挙げられる。
ポリオキシアルキレンジオールの水酸基価は、上記したように100mgKOH/g以上、好ましくは、105mgKOH/g以上、より好ましくは、150mgKOH/g以上であり、上記したように300mgKOH/g以下、好ましくは、290mgKOH/g以下、より好ましくは、250mgKOH/g以下である。
ポリオキシアルキレンジオールの水酸基価が、上記範囲内であれば、ポリウレタン樹脂の光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
なお、水酸基価は、JIS K−1557−1(2007年)の記載に準拠して測定される(以下同様。)。
また、ポリオキシアルキレンジオールの数平均分子量は、例えば、300以上、好ましくは、400以上、より好ましくは、500以上であり、例えば、1200以下、好ましくは、1000以下である。
なお、数平均分子量は、以下の式により算出される(以下同様)。
数平均分子量 = 56100 × 平均官能基数/水酸基価
また、ポリオキシアルキレンジオールのCPR(controlled polymerization rate)は、例えば、5以下、好ましくは、3以下、より好ましくは、2以下、さらに好ましくは、1以下であり、例えば、0以上、好ましくは、0.01以上、より好ましくは、0.1以上である。
なお、CPRは、JIS K 1557−4(2007)記載の方法に基づき、測定される(以下同様)。
ポリエステルジオールとしては、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物が挙げられる。より具体的には、ポリエステルジオールとしては、2塩基酸および/またはそのアルキルエステルと、2価アルコールとの反応生成物が挙げられる。
2塩基酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、1,1−ジメチル−1,3−ジカルボキシプロパン、3−メチル−3−エチルグルタール酸、アゼライン酸、セバシン酸、水添ダイマー酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、ヘット酸などの脂肪族2塩基酸、オルトフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、ダイマー酸などの芳香族2塩基酸など、および、これらの酸無水物、これらの酸ハライドなどが挙げられる。酸無水物としては、例えば、無水シュウ酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水2−アルキル(炭素数12〜18)コハク酸、無水テトラヒドロフタル酸などが挙げられる。酸ハライドとしては、例えば、シュウ酸ジクロライド、アジピン酸ジクロライド、セバシン酸ジクロライドなどが挙げられる。
これら2塩基酸は、単独使用または2種類以上併用することができる。
2塩基酸のアルキルエステルとしては、上記した2塩基酸のメチルエステル、エチルエステルなどが挙げられる。
これら2塩基酸のアルキルエステルは、単独使用または2種類以上併用することができる。
2価アルコールとしては、例えば、上記した低分子量ジオールが挙げられる。これら2価アルコールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
そして、ポリエステルジオールは、上記した2塩基酸と上記した2価アルコールとの縮合反応、または、上記した2塩基酸のアルキルエステルと上記した2価アルコールとのエステル交換反応により、反応生成物として得られる。ポリエステルジオールとして、好ましくは、2塩基酸と2価アルコールとの縮合反応による反応生成物が挙げられる。
なお、上記縮合反応またはエステル交換反応は、必要により、公知の触媒下において、公知の反応条件下で実施できる。
ポリエステルジオールの水酸基価は、上記したように100mgKOH/g以上、好ましくは、105mgKOH/g以上、より好ましくは、150mgKOH/g以上であり、上記したように300mgKOH/g以下、好ましくは、290mgKOH/g以下、より好ましくは、250mgKOH/g以下である。
ポリエステルジオールの水酸基価が、上記範囲内であれば、ポリウレタン樹脂の光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
また、ポリエステルジオールの数平均分子量は、例えば、300以上、好ましくは、400以上、より好ましくは、500以上であり、例えば、1200以下、好ましくは、1000以下である。
そして、ジオールは、上記ポリオキシアルキレンジオール、および/または、上記ポリエステルジオールであり、好ましくは、上記ポリオキシアルキレンジオールが挙げられる。
このようなジオールを用いることによって、ポリウレタン樹脂の光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
ジオールの水酸基価は、上記したように100mgKOH/g以上、好ましくは、105mgKOH/g以上、より好ましくは、150mgKOH/g以上であり、上記したように300mgKOH/g以下、好ましくは、290mgKOH/g以下、より好ましくは、250mgKOH/g以下である。
また、ジオールの数平均分子量は、例えば、300以上、好ましくは、400以上、より好ましくは、500以上であり、例えば、1200以下、好ましくは、1000以下である。
トリオールとしては、オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレントリオール、および/または、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルトリオールが挙げられる。
オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレントリオールとしては、例えば、低分子量トリオール、低分子量トリアミンなどを開始剤とした炭素数2〜3のアルキレンオキサイドの付加重合体(2種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体を含む)が挙げられる。
低分子量トリオールは、数平均分子量が400未満(好ましくは、300未満)通常、40以上の、3つの水酸基を有する3官能性の低分子量ポリオールである。
低分子量トリオールとしては、例えば、グリセリン、2−メチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジヒドロキシ−3−ヒドロキシメチルペンタン、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、2−メチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジヒドロキシ−3−(ヒドロキシメチル)ペンタン、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−3−ブタノールおよびその他の脂肪族トリオール(炭素数8〜24)などが挙げられ、好ましくは、トリメチロールプロパンが挙げられる。
これら低分子量トリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
低分子量トリアミンは、数平均分子量が300未満(好ましくは、400未満)通常、40以上の、アミノ基を3つ有する化合物であって、例えば、ジエチレントリアミン、4−アミノメチル−1,8−オクタンジアミン、2,2’,2’ ’−トリアミノトリエチルアミン、トリス−1,1,1−アミノエチルエタン、1,2,3−トリアミノプロパン、トリス−(3−アミノプロピル)−アミン、N,N,N’,N’−テトラキス−(2−アミノエチル)−エチレンジアミンなどが挙げられる。
これら低分子量トリアミンは、単独使用または2種類以上併用することができる。
開始剤として、好ましくは、低分子量トリオールが挙げられる。
炭素数2〜3のアルキレンオキサイドとしては、上記したアルキレンオキサイドが挙げられる。
これらアルキレンオキサイドは、単独使用または2種類以上併用することができる。
アルキレンオキサイドとして、好ましくは、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドが挙げられ、より好ましくは、プロピレンオキサイドが挙げられる。
このようなポリオキシアルキレントリオールとして、具体的には、例えば、ポリエチレントリオール、ポリプロピレントリオール、プロピレンオキサイド−エチレンオキサイド共重合トリオール(ランダムおよび/またはブロック共重合体)などが挙げられる。
これらポリオキシアルキレントリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
ポリオキシアルキレントリオールとして、好ましくは、ポリプロピレントリオールが挙げられる。
ポリオキシアルキレントリオールの水酸基価は、上記したように100mgKOH/g以上、好ましくは、109mgKOH/g以上、より好ましくは、150mgKOH/g以上であり、上記したように600mgKOH/g以下、好ましくは、590mgKOH/g以下、より好ましくは、570mgKOH/g以下である。
ポリオキシアルキレントリオールの水酸基価が、上記範囲内であれば、ポリウレタン樹脂の光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
また、ポリオキシアルキレントリオールの数平均分子量は、例えば、300以上、好ましくは、400以上、より好ましくは、500以上であり、例えば、2000以下、好ましくは、1700以下である。
また、ポリオキシアルキレントリオールのCPR(controlled polymerization rate)は、例えば、5以下、好ましくは、3以下、より好ましくは、2以下、さらに好ましくは、1以下であり、例えば、0以上、好ましくは、0.01以上、より好ましくは、0.1以上である。
ポリエステルトリオールとしては、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物が挙げられる。より具体的には、ポリエステルトリオールとしては、2塩基酸および/またはそのアルキルエステルと、3価アルコールおよび2価アルコールとの反応生成物が挙げられる。
2塩基酸および/またはそのアルキルエステルとしては、上記した2塩基酸および/またはそのアルキルエステルが挙げられる。これら多塩基酸および/またはそのアルキルエステルは、単独使用または2種類以上併用することができる。
2価アルコールとしては、上記した2価アルコールが挙げられ、具体的には、上記した低分子量ジオールが挙げられる。これら2価アルコールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
3価アルコールとしては、例えば、上記した低分子量トリオールが挙げられる。これら3価アルコールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
そして、ポリエステルトリオールは、例えば、まず、上記した2塩基酸と上記した3価アルコールとを、2塩基酸のカルボキシル基が3価アルコールの水酸基に対して過剰となる割合で縮合反応させ、その後、得られた反応生成物(反応液)と2価アルコールとをさらに反応させるか、または、上記した2塩基酸のアルキルエステルと上記した3価アルコールとを、2塩基酸のアルキルエステルのアルキルエステル基が3価アルコールの水酸基に対して過剰となる割合でエステル交換反応させ、その後、得られた反応生成物(反応液)と2価アルコールとをさらに反応させることにより、反応生成物として得られる。
なお、上記縮合反応またはエステル交換反応は、必要により、公知の触媒下において、公知の反応条件下で実施できる。
ポリエステルトリオールの水酸基価は、上記したように100mgKOH/g以上、好ましくは、109mgKOH/g以上、より好ましくは、150mgKOH/g以上であり、上記したように600mgKOH/g以下、好ましくは、590mgKOH/g以下、より好ましくは、570mgKOH/g以下である。
ポリエステルトリオールの水酸基価が、上記範囲内であれば、ポリウレタン樹脂の光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
また、ポリエステルトリオールの数平均分子量は、例えば、300以上、好ましくは、400以上、より好ましくは、500以上であり、例えば、2000以下、好ましくは、1700以下である。
なお、本発明のポリエステルジオールおよびポリエステルトリオールは、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であり、低分子量ポリオールを開始剤として、ラクトン類やラクチド類を開環重合して得られる開環重合式ポリエステルポリオール(ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオールなど)は含まれない。
ポリエステルジオールおよびポリエステルトリオールとして、開環重合式ポリエステルポリオールではなく、多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物を用いることによって、光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
そして、トリオールは、上記ポリオキシアルキレントリオール、および/または、上記ポリエステルトリオールであり、好ましくは、上記ポリオキシアルキレントリオールが挙げられる。
このようなトリオールを用いることによって、ポリウレタン樹脂の光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
トリオールの水酸基価は、上記したように100mgKOH/g以上、好ましくは、109mgKOH/g以上、より好ましくは、150mgKOH/g以上であり、上記したように600mgKOH/g以下、好ましくは、590mgKOH/g以下、より好ましくは、570mgKOH/g以下である。
ポリオキシアルキレントリオールの水酸基価が、上記範囲内であれば、ポリウレタン樹脂の光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
また、ポリオキシアルキレントリオールの数平均分子量は、例えば、300以上、好ましくは、400以上、より好ましくは、500以上であり、例えば、2000以下、好ましくは、1700以下である。
そして、ポリオール成分は、上記ジオールと上記トリオールとを含有している。
ポリオール成分において、好ましくは、トリオール由来の水酸基が、ジオール由来の水酸基よりも多く含まれることが挙げられる。換言すれば、好ましくは、ポリオール成分に含有されるトリオールの化学当量(トリオールの質量/トリオールの水酸基当量)が、ポリオール成分に含有されるジオールの化学当量(ジオールの質量/ジオールの水酸基当量)よりも多いことが挙げられる。
なお、水酸基当量は、下記式により算出される(以下同様)。
水酸基当量 = 56100 / 水酸基価
より具体的には、ポリオール成分の総量に対して、上記トリオールの含有割合(化学当量基準)が、例えば、10当量%以上、好ましくは、20当量%以上、より好ましくは、30当量%以上、さらに好ましくは、40当量%以上、さらに好ましくは、50当量%以上、さらに好ましくは、50当量%を超過し、とりわけ好ましくは、60当量%以上であり、例えば、99当量%以下、好ましくは、97当量%以下、より好ましくは、95当量%以下、さらに好ましくは、94当量%以下、さらに好ましくは、93当量%以下、さらに好ましくは、90当量%以下、さらに好ましくは、80当量%以下、さらに好ましくは、75当量%以下、とりわけ好ましくは、70当量%以下である。
また、ポリオール成分の総量に対して、上記ジオールの含有割合(化学当量基準)が、例えば、1当量%以上、好ましくは、3当量%以上、より好ましくは、5当量%以上、さらに好ましくは、6当量%以上、さらに好ましくは、7当量%以上、さらに好ましくは、10当量%以上、さらに好ましくは、20当量%以上、さらに好ましくは、25当量%以上、とりわけ好ましくは、30当量%以上であり、例えば、90当量%以下、好ましくは、80当量%以下、より好ましくは、70当量%以下、さらに好ましくは、60当量%以下、さらに好ましくは、50当量%以下、さらに好ましくは、50当量%未満、とりわけ好ましくは、40当量%以下である。
トリオールの含有割合およびジオールの含有割合が上記範囲であれば、ポリウレタン樹脂の光透過性、耐久性および機械強度の向上を図ることができる。
また、ポリオール成分のCPR(controlled polymerization rate)は、例えば、5以下、好ましくは、3以下であり、例えば、0以上、好ましくは、0.01以上、より好ましくは、0.1以上である。
CPRが上記上限を上回る場合、すなわち、ポリオール成分がウレタン化触媒として作用する塩基性物質を過度に多く含有する場合には、ポリイソシアネート成分とポリオール成分との反応速度が過度に速くなる場合があるため、得られるポリウレタン樹脂において局所的な結晶化が生じる場合があり、その結果、ポリウレタン樹脂に濁りが生じ、光透過性が低下する場合がある。
一方、CPRが過度に低い場合、すなわち、ウレタン化触媒として作用する塩基性物質の含有量が過度に低い場合には、ポリイソシアネート成分とポリオール成分との反応速度が比較的遅くなるため、局所的な結晶化を抑制でき、光透過性を確保できるが、架橋密度が低下し、機械強度(硬度など)が低下する場合がある。
この点、CPRが上記範囲であれば、ポリイソシアネート成分とポリオール成分との反応速度を適切な範囲に調整することができるため、局所的な結晶化を抑制することができ、かつ、十分な架橋密度を確保できるため、光透過性に優れ、さらに、耐久性および機械強度にも優れるポリウレタン樹脂を得ることができる。
また、ポリオール成分は、好ましくは、ポリエステルジオールおよび/またはポリエステルトリオールを含有している。
すなわち、ポリオール成分は、ポリエーテル成分(ポリオキシアルキレンジオールおよびポリオキシアルキレントリオール)のみを含有することもできるが、好ましくは、ポリエステル成分(ポリエステルジオールおよび/またはポリエステルトリオール)を含有する。
ポリエステルジオールおよび/またはポリエステルトリオールが用いられる場合、ポリオール成分において、ポリエステルジオールおよびポリエステルトリオールの含有割合(化学当量基準)の総量は、例えば、3当量%以上、好ましくは、5当量%以上、より好ましくは、10当量%以上、さらに好ましくは、15当量%以上、例えば、70当量%以下、好ましくは、65当量%以下、より好ましくは、60当量%、さらに好ましくは、50当量%以下である。
ポリエステルジオールおよびポリエステルトリオールの含有割合が、上記範囲であれば、ポリウレタン樹脂の硬度、機械強度および耐熱性の向上、ヒケの抑制を図ることができる。
なお、以下において、ポリオール成分に対する、ポリエステルジオールおよびポリエステルトリオールの含有割合(化学当量基準)の総量を、エステル当量(当量%)と称する場合がある。
また、ポリオール成分は、本発明の優れた効果を阻害しない範囲において、上記ジオールおよび上記トリオールを除くポリオール(以下、その他のポリオールと称する。)を含有することができる。
その他のポリオールとしては、例えば、数平均分子量が300以上5000以下の公知の高分子量ポリオールが挙げられ、具体的には、例えば、ポリカーボネートポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、天然油ポリオール、シリコーンポリオール、フッ素ポリオール、ポリオレフィンポリオール、ポリウレタンポリオールなどが挙げられる。
また、その他のポリオールとしては、上記の他、例えば、水酸基価が100mgKOH/g未満のジオール、水酸基価が300mgKOH/gを超過するジオール、水酸基価が100mgKOH/g未満のトリオール、または、水酸基価が600mgKOH/gを超過するトリオールなどが挙げられ、さらには、数平均分子量が300未満(好ましくは、400未満)通常、40以上の、4つ以上の水酸基を有する低分子量ポリオールなどが挙げられる。
これらその他のポリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
その他のポリオールとして、好ましくは、水酸基価が300mgKOH/gを超過するジオール、水酸基価が600mgKOH/gを超過するトリオールが挙げられる。
水酸基価が300mgKOH/gを超過するジオールとしては、例えば、上記した低分子量ジオールが挙げられ、単独使用または2種類以上併用することができる。
水酸基価が600mgKOH/gを超過するトリオールとしては、例えば、上記した低分子量トリオールが挙げられ、単独使用または2種類以上併用することができる。
その他のポリオールとして、より好ましくは、水酸基価が300mgKOH/gを超過するジオールが挙げられ、さらに好ましくは、低分子量ジオールが挙げられ、さらに好ましくは、脂肪族ジオールが挙げられ、とりわけ好ましくは、ジプロピレングリコールが挙げられる。
その他のポリオールの含有割合(化学当量基準)は、ポリオール成分の総量に対して、10当量%以下、好ましくは、5当量%以下であり、より好ましくは、0当量%である。
ポリオール成分の平均官能基数は、例えば、2.1以上、好ましくは、2.2以上、より好ましくは、2.3以上、さらに好ましくは、2.4以上であり、また、例えば、2.9以下、好ましくは、2.8以下、より好ましくは、2.7以下、さらに好ましくは、2.6以下である。ポリオール成分の平均官能基数が、上記範囲であれば、ポリウレタン樹脂の硬度、機械強度、耐熱性および耐湿熱性の向上を図ることができる。
そして、ポリウレタン樹脂は、上記ポリイソシアネート成分と上記ポリオール成分とを、例えば、バルク重合や溶液重合などの重合方法で重合(反応)させることにより、反応生成物として得られる。
バルク重合では、例えば、窒素気流下において、ポリイソシアネート成分を撹拌しつつ、これに、ポリオール成分を加えて、反応温度50〜250℃、さらに好ましくは50〜200℃で、0.5〜15時間程度反応させる。
溶液重合では、ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分とを有機溶剤に加えて、反応温度50〜120℃、好ましくは50〜100℃で、0.5〜15時間程度反応させる。
有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、例えば、アセトニトリルなどのニトリル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチルなどのアルキルエステル類、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素類、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、メチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネートなどのグリコールエーテルエステル類、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、例えば、塩化メチル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、臭化メチル、ヨウ化メチレン、ジクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素類、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、N,N’−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホニルアミドなどの極性非プロトン類などが挙げられる。
さらに、有機溶剤としては、例えば、非極性溶剤(非極性有機溶剤)が挙げられ、これら非極性溶剤としては、脂肪族、ナフテン系炭化水素系有機溶剤を含む、アニリン点が、例えば、10〜70℃、好ましくは、12〜65℃の、低毒性で溶解力の弱い非極性有機溶剤や、ターペン油に代表される植物性油などが挙げられる。
かかる非極性有機溶剤は、市販品として入手可能であり、そのような市販品としては、例えば、ハウス(シェル化学製、アニリン点15℃)、スワゾール310(丸善石油製、アニリン点16℃)、エッソナフサNo.6(エクソン化学製、アニリン点43℃)、ロウス(シェル化学製、アニリン点43℃)、エッソナフサNo.5(エクソン製、アニリン点55℃)、ペガゾール3040(モービル石油製、アニリン点55℃)などの石油炭化水素系有機溶剤、その他、メチルシクロヘキサン(アニリン点40℃)、エチルシクロヘキサン(アニリン点44℃)、ガムテレピンN(安原油脂製、アニリン点27℃)などのターペン油類などが挙げられる。
これら有機溶剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
さらに、上記重合反応においては、必要に応じて、例えば、アミン類や有機金属化合物などの公知のウレタン化触媒を適宜の割合で添加してもよい。
アミン類としては、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ビス−(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N−メチルモルホリンなどの3級アミン類、例えば、テトラエチルヒドロキシルアンモニウムなどの4級アンモニウム塩、例えば、イミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類などが挙げられる。
有機金属化合物としては、例えば、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、ジメチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジメルカプチド、ジブチル錫マレエート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジネオデカノエート、ジオクチル錫ジメルカプチド、ジオクチル錫ジラウリレート、ジブチル錫ジクロリドなどの有機錫系化合物、例えば、オクタン酸鉛、ナフテン酸鉛などの有機鉛化合物、例えば、ナフテン酸ニッケルなどの有機ニッケル化合物、例えば、ナフテン酸コバルトなどの有機コバルト化合物、例えば、オクテン酸銅などの有機銅化合物、例えば、オクチル酸ビスマス、ネオデカン酸ビスマスなどの有機ビスマス化合物、有機亜鉛化合物、有機ジルコニウム化合物、亜鉛アセチルアセトネート、ビスマス(2−エチルヘキサノエート)、ビスマスネオデカノエート、亜鉛2−エチルヘキサノエート、亜鉛ネオデカノエート、ビスマステトラメチルヘプタンジオエート、さらには、それらの混合物が挙げられる。
さらに、ウレタン化触媒として、例えば、炭酸カリウム、酢酸カリウム、オクチル酸カリウムなどのカリウム塩が挙げられる。
リウムなどのカリウム塩が挙げられる。
加えて、ウレタン化触媒として、例えば、亜鉛およびジルコニウムを含む化合物や、ジルコニウム化合物などが挙げられる。
そのようなウレタン化触媒は、市販品として入手可能であり、亜鉛およびジルコニウムを含む化合物として、例えば、商品名:K−Kat XK−627(King Industries社製)、商品名:K−Kat XK−604(King Industries社製)、商品名:K−Kat XK−617(King Industries社製)、商品名:K−Kat XK−618(King Industries社製)などが挙げられる。また、ジルコニウム化合物として、商品名:K−Kat XK−6212(King Industries社製)などが挙げられる。
そして、ウレタン化触媒としては、好ましくは、亜鉛およびジルコニウムを含む化合物が挙げられ、具体的には、商品名:K−Kat XK−627が挙げられる。このようなウレタン化触媒を用いることにより、良好な可使時間を示し、さらに、得られたポリウレタン樹脂の機械物性が優れる。また、得られたポリウレタン樹脂にヒケがなく、外観が良好である。
これらウレタン化触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
ウレタン化触媒の添加量は、ポリウレタン樹脂の総質量に対して、好ましくは、10ppm以上、好ましくは、20ppm以上、より好ましくは、30ppm以上、さらに好ましくは、50ppm以上、とりわけ好ましくは、100ppm以上であり、例えば、1000ppm以下、好ましくは、750ppm以下、より好ましくは、500ppm以下、さらに好ましくは、250ppm以下、とりわけ好ましくは、150ppm以下である。
また、バルク重合および溶液重合では、例えば、ポリイソシアネート成分とポリオール成分とを、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が、例えば、0.75以上、好ましくは、0.9以上であり、例えば、1.3以下、好ましくは、1.1以下となるように配合する。
また、上記重合反応をより工業的に実施する場合には、ポリウレタン樹脂は、例えば、ワンショット法およびプレポリマー法などの公知の方法、好ましくは、ワンショット法により、得ることができる。
ワンショット法では、例えば、ポリイソシアネート成分とポリオール成分とを、上記の当量比で処方(混合)した後、例えば、室温〜250℃、好ましくは、室温〜200℃で、例えば、5分〜72時間、好ましくは、4〜24時間硬化反応させる。なお、硬化温度は、一定温度であってもよく、あるいは、段階的に昇温または冷却することもできる。
また、この方法では、好ましくは、ポリイソシアネート成分および/またはポリオール成分を、例えば、常温、あるいは、30〜120℃に加温して、低粘度化させてから混合し、その後、必要に応じて脱泡した後、予備加熱した成形型に注入し、硬化反応させる。
そして、硬化後に脱型すれば、所望形状に成形されたポリウレタン樹脂(注型ポリウレタンエラストマー)を得ることができる。また、脱型後、必要に応じて、室温にて、7日間以内程度で熟成させることもできる。
これにより、ポリウレタン樹脂を得ることができる。
なお、ポリウレタン樹脂を製造する場合においては、必要に応じて、さらに、公知の添加剤、例えば、可塑剤、ブロッキング防止剤、耐熱安定剤、耐光安定剤、酸化防止剤、離型剤、触媒、発泡剤、さらには、顔料、染料、滑剤、フィラー、加水分解防止剤などを、適宜の割合で配合することができる。これら添加剤は、各成分の製造時に添加してもよく、あるいは、各成分の混合時に添加してもよく、さらには、混合後に添加することもできる。
このようなポリウレタン樹脂の製造では、イソシアヌレート基およびアロファネート基を特定比率で含有する脂肪族ポリイソシアネートの誘導体が用いられ、かつ、ポリオール成分が特定のトリオールおよび特定のジオールを特定割合で含有する。そのため、これらの組み合わせにより、得られたポリウレタン樹脂は、光透過性に優れ、さらに、耐久性および機械強度にも優れる。
より具体的には、ポリオール成分が特定のトリオールおよび特定のジオールを特定割合で含有しておらず、例えば、平均官能基数3を超過するポリオールを単独で含有する場合などには、ポリウレタン樹脂の架橋密度が過度に高くなるため、機械強度には優れるものの、光透過性が低下する。
これに対して、平均官能基数2〜3の範囲に調整されている場合であれば、架橋密度が過度に高くなることを抑制できるが、例えば、ポリイソシアネート成分におけるイソシアヌレート基およびアロファネート基の含有割合が上記の特定割合でなく、3官能性のイソシアヌレート基に対して2官能性のアロファネート基が過度に多い場合などには、架橋密度が過度に低くなるため、十分な機械強度を得ることができず、また、光透過性の耐久性にも劣る。また、2官能性のアロファネート基に対して3官能性のイソシアヌレート基が過度に多い場合などには、架橋密度が過度に高くなるため、光透過性に劣る。
この点、ポリオール成分がジオールおよびトリオールを含み、平均官能基数2〜3の範囲に調整されており、かつ、ポリイソシアネート成分におけるイソシアヌレート基およびアロファネート基の含有割合が上記の特定割合である場合には、架橋密度が適度な範囲に調整されるため、優れた機械強度を確保できる。しかし、例えば、ジオールおよび/またはトリオールとして、結晶性の高いポリテトラメチレンエーテルポリオールなどが用いられると、ポリウレタン樹脂の結晶性が過度に高くなるため、光透過性に劣る。
これらに対して、ポリイソシアネート成分におけるイソシアヌレート基およびアロファネート基の含有割合が上記の特定割合であり、かつ、ポリオール成分が特定のトリオールおよび特定のジオールを特定割合で含有している場合には、光透過性に優れ、さらに、耐久性および機械強度にも優れるポリウレタン樹脂が得られる。
また、上記のポリウレタン樹脂の製造方法によれば、光透過性に優れ、さらに、耐久性および機械強度にも優れるポリウレタン樹脂を、効率よく製造することができる。
より具体的には、後述する実施例に準拠して測定されるポリウレタン樹脂(厚さ2mm)の初期のヘイズが、例えば、4.0以下、好ましくは、3.0以下、より好ましくは、2.5以下、さらに好ましくは2.0以下、とりわけ好ましくは、2.0未満であり、通常、0.5以上である。
また、後述する実施例に準拠して測定されるポリウレタン樹脂(厚さ2mm)の耐湿熱試験後のヘイズが、例えば、7.0以下、好ましくは、5.0以下、より好ましくは、3.0以下、さらに好ましくは2.0以下、とりわけ好ましくは、2.0未満であり、通常、0.5以上である。
また、後述する実施例に準拠して測定されるポリウレタン樹脂(厚さ2mm)のヘイズの変化量が、例えば、5.0以下、好ましくは、3.0以下、より好ましくは、2.0以下、さらに好ましくは1.0以下、とりわけ好ましくは、0.5以下であり、通常、0以上である。
また、後述する実施例に準拠して測定されるポリウレタン樹脂(厚さ10mm)のタイプD硬さが、例えば、56以上、好ましくは、60以上、より好ましくは、65以上、さらに好ましくは、70以上であり、通常、90以下である。
そのため、得られるポリウレタン樹脂は、光透過性(透明性)が要求され、さらに、耐久性および機械強度が要求される各種産業分野、例えば、バンド、チューブなどの透明性ゴム、例えば、ガラス代替プラスチックなどの透明性硬質プラスチック、コーティング材料、接着剤、防水材、フィルム、シート、チューブ、ブレード、スピーカー、オーディオ部材、センサー類、高輝度用LED封止剤、有機EL部材、太陽光発電部材、ロボット部材、アンドロイド部材、ウェアラブル部材、スポーツ用品、レジャー用品、医療用品、介護用品、住宅用部材、音響部材、照明部材、シャンデリア、外灯、シール材、封止材、パッキン、防振・制震・免震部材、防音部材、日用品、雑貨、クッション、寝具、応力吸収材、応力緩和材、自動車の内外装部品、光学部材、OA機器用部材、雑貨表面保護部材、半導体封止材、自己修復材料、健康器具、メガネレンズ、天井部材、壁部材、床部材、トイレ部材、洗面台部材、浴槽部材などとして、好適に用いることができる。
また、ポリウレタン樹脂は、積層体における中間層として用いることもできる。
具体的には、上記のポリウレタン樹脂は、例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルなどの樹脂からなる透明シートまたはフィルム同士の層間接着層を形成することができる。
その場合、ポリウレタン樹脂は、接着対象となる樹脂(例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルなど)を互いに接着する接着剤として用いられる。また、好ましくは、接着対象となる樹脂にはアクリルあるいはシリコーンのプライマーが前処理される。
また、ポリウレタン樹脂は、上記用途に限らず、支持体として様々な用途に用いることができる。
また、本発明のポリウレタン樹脂を製造するときには、予め、成形型(例えば、金属型、シリコン型、樹脂型など)に、各種部材(例えば、LEDなどの照明部材、例えば、電子回路、圧力などの各種センサー、例えば、有機ELなどの各種ディスプレー、その他、伝熱線、発電素子など)を導入することもできる。
この場合、例えば、上記各種部材を配置した成形型内に、ポリオール成分およびポリイソシアネート成分の混合および脱泡した液を、流し込み、上記条件で硬化させる。
このような方法では、触媒量や硬化雰囲気の温度により、硬化過程における混合液の温度を制御することができるため、硬化時の温度を比較的低温に制御することができる。
具体的には、硬化時の温度を比較的低温に制御する場合、触媒量としては、例えば、ポリオール成分に対し、例えば、5ppm以上、好ましくは、10ppm以上、より好ましくは、20ppm以上、例えば、1000ppm以下、好ましくは、500ppm以下、より好ましくは、100ppm以下である。
また、硬化雰囲気の温度としては、例えば、20℃以上、好ましくは、40℃以上、より好ましくは、50℃以上、例えば、100℃以下、好ましくは、80℃以下、より好ましくは70℃以下である。
これにより、硬化時に比較的高温に至ることを抑制することができるため、耐熱性が比較的低い部材を、成形型内に配置することもできる。
次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「%」は、特に言及がない限り、質量基準である。また、以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。
また、各調製例、各合成例、各製造例、各実施例および各比較例において採用される測定方法を下記する。
1.測定方法
<ペンタメチレンジイソシアネートの濃度(単位:質量%)>
国際公開第2012/121291号パンフレットの明細書における実施例1と同様にして製造されたペンタメチレンジイソシアネート(以下、PDIと略する。)を用い、以下のHPLC分析条件下で得られたクロマトグラムの面積値から作成した検量線により、ポリイソシアネートの誘導体中のペンタメチレンジイソシアネートの濃度を算出した。
装置;Prominence(島津製作所社製)
1) ポンプ LC−20AT
2) デガッサ DGU−20A3
3) オートサンプラ SIL−20A
4) カラム恒温槽 COT−20A
5) 検出器 SPD−20A
カラム;SHISEIDO SILICA SG−120
カラム温度;40℃
溶離液;n−ヘキサン/メタノール/1,2−ジクロロエタン=90/5/5(体積比)
流量;0.2mL/min
検出方法;UV 225nm
<イソシアネート基含有率(単位:質量%)>
ポリイソシアネートの誘導体のイソシアネート基含有率は、電位差滴定装置を用いて、JIS K−1556(2006年)に準拠したn−ジブチルアミン法により、測定した。
<イソシアヌレート基に対するアロファネート基の含有割合>
下記の装置および条件にてH−NMRを測定し、各ピークの積分値からイソシアヌレート基100モルに対するアロファネート基の含有割合を測定した。
化学シフト0ppmの基準として、テトラメチルシランを用いた。
装置; JNM−AL400(JEOL製)
条件; 測定周波数:400MHz、溶媒:DMSO、濃度:5%
測定温度:室温、スキャン回数128回
パルス間隔:15秒
アロファネート基のピーク範囲:8.3〜8.7ppm
イソシアヌレート基のピーク範囲:3.8ppm
<CPR>
JIS K1557−4(2007年)に準拠した方法にてCPRを測定した。
2.原料
以下の原料を準備した。また、その他の原料を、以下の製造例に従って製造した。
<ジオール>
D−700:商品名「アクトコールD−700」、ポリオキシアルキレン(炭素数2〜3)ジオール(ポリプロピレングリコール)、平均水酸基価160mgKOH/g、平均官能基数2、水酸基当量350、CPR0.1、三井化学SKCポリウレタン社製
D−400:商品名「アクトコールD−400」、ポリオキシアルキレン(炭素数2〜3)ジオール(ポリプロピレングリコール)、平均水酸基価281mgKOH/g、平均官能基数2、水酸基当量200、三井化学SKCポリウレタン社製
D−1000:商品名「アクトコールD−1000」、ポリオキシアルキレン(炭素数2〜3)ジオール(ポリプロピレングリコール)、平均水酸基価112mgKOH/g、平均官能基数2、水酸基当量500、三井化学SKCポリウレタン社製
D−1500:商品名「アクトコールD−1500」、ポリオキシアルキレン(炭素数2〜3)ジオール(ポリプロピレングリコール)、平均水酸基価75mgKOH/g、平均官能基数2、水酸基当量750、三井化学SKCポリウレタン社製
P−510:商品名「クラレポリオールP−510」、ポリエステルジオール(3−メチル−1,5−ペンタンジオールと、アジピン酸との縮合反応により得られた反応生成物)、平均水酸基価224mgKOH/g、平均官能基数2、水酸基当量250、クラレ社製
6PN:商品名「ビスオール6PN」、ポリオキシアルキレンジオール(ビスフェノールAとプロピレンオキシドの反応生成物)、平均水酸基198mgKOH/g、平均官能基数2、水酸基当量283、東邦化学工業社製
<トリオール>
T−300:商品名「アクトコールT−300」、ポリオキシアルキレン(炭素数2〜3)トリオール(ポリプロピレントリオール)、平均水酸基価561mgKOH/g、平均官能基数3、水酸基当量100、CPR0.1、三井化学SKCポリウレタン社製
T−700:商品名「アクトコールT−700」、ポリオキシアルキレン(炭素数2〜3)トリオール(ポリプロピレントリオール)、平均水酸基価234mgKOH/g、平均官能基数3、水酸基当量240、三井化学SKCポリウレタン社製
T−1500:商品名「アクトコールT−1500」、ポリオキシアルキレン(炭素数2〜3)トリオール(ポリプロピレントリオール)、平均水酸基価112mgKOH/g、平均官能基数3、水酸基当量500、三井化学SKCポリウレタン社製
T−2000:商品名「アクトコールT−2000」、ポリオキシアルキレン(炭素数2〜3)トリオール(ポリプロピレントリオール)、平均水酸基価85mgKOH/g、平均官能基数3、水酸基当量660、三井化学SKCポリウレタン社製
F−510:商品名「クラレポリオールF−510」、ポリエステルトリオール(トリメチロールプロパンおよびアジピン酸の反応生成物と、3−メチル−1,5−ペンタンジオールとの反応により得られた反応生成物)、平均水酸基336mgKOH/g、平均官能基数3、水酸基当量167、クラレ社製
<3官能性を超過するポリオール>
GR−16A:商品名「アクトコールGR−16A」、ポリエーテルポリオール、平均水酸基価550mgKOH/g、平均官能基数3.8、水酸基当量102、三井化学SKCポリウレタン社製
<開環重合式ポリエーテルポリオール>
PTG−1000SN:、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(テトラヒドロフランを開環重合して得られるポリエーテルポリオール)、平均水酸基価112mgKOH/g、平均官能基数2、水酸基当量500、保土ヶ谷化学社製
<脂肪族ポリイソシアネート誘導体の調製>
製造例1(脂肪族ポリイソシアネート誘導体Aの製造)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、国際公開第2012/121291号パンフレットの明細書における実施例1と同様にして製造されたPDIを500質量部、イソブタノールを19質量部、2,6−ジ(t−ブチル)−4−メチルフェノールを0.3質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.3質量部装入し、85℃に昇温し、3時間ウレタン化反応させた。
次いで、アロファネート化触媒としてオクチル酸鉛を0.02質量部添加し、イソシアネート基濃度が計算値に達するまで反応した後、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加した。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、さらに、得られた組成物100質量部に対し、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加し、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Aを得た。
この脂肪族ポリイソシアネート誘導体Aのペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.2質量%、イソシアネート基含有率は20.5質量%、アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して4078モルであった。
製造例2(脂肪族ポリイソシアネート誘導体Bの製造)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例1と同じPDIを500質量部、イソブチルアルコールを1質量部、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノールを0.3質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.3質量部装入し、80℃で2時間反応させた。
次いで、イソシアヌレート化触媒としてN−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートを0.05質量部添加した。屈折率とイソシアネートの純度を測定し、所定のイソシアネート基転化率に至るまで反応を継続した。50分後に所定のイソシアネート基転化率(10質量%)に達したため、o−トルエンスルホンアミドを0.12質量部添加した。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、さらに、得られた組成物100質量部に対し、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加し、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Bを得た。
この脂肪族ポリイソシアネート誘導体Bのペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.3質量%、イソシアネート基含有率は24.4質量%、アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して7モルであった。
製造例3(脂肪族ポリイソシアネート誘導体Cの製造)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例1と同じPDIを500質量部、イソブチルアルコールを5質量部、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノールを0.3質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.3質量部装入し、80℃で2時間反応させた。
次いで、イソシアヌレート化触媒としてN−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートを0.05質量部添加した。屈折率とイソシアネートの純度を測定し、所定のイソシアネート基転化率に至るまで反応を継続した。50分後に所定のイソシアネート基転化率(10質量%)に達したため、o−トルエンスルホンアミドを0.12質量部添加した。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、さらに、得られた組成物100質量部に対し、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加し、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Cを得た。
この脂肪族ポリイソシアネート誘導体Cのペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.5質量%、イソシアネート基含有率は23.5質量%、アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して55モルであった。
製造例4(脂肪族ポリイソシアネート誘導体Dの製造)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例1と同じPDIを500質量部、1,3−ブタンジオールを6質量部、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノールを0.3質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.3質量部装入し、80℃で2時間反応させた。
次いで、イソシアヌレート化触媒としてN−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートを0.05質量部添加した。屈折率とイソシアネートの純度を測定し、所定のイソシアネート基転化率に至るまで反応を継続した。60分後に所定のイソシアネート基転化率(15質量%)に達したため、o−トルエンスルホンアミドを0.12質量部添加した。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、さらに、得られた組成物100質量部に対し、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加し、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Dを得た。
この脂肪族ポリイソシアネート誘導体Dのペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.3質量%、イソシアネート基含有率は22.6質量%、アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して42モルであった。
製造例5(脂肪族ポリイソシアネート誘導体Eの製造)
ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、HDIと略する。)を用いた以外は製造例1と同様の操作にて脂肪族ポリイソシアネート誘導体Eを得た。脂肪族ポリイソシアネート誘導体Eのヘキサメチレンジイソシアネート濃度は0.6質量%、イソシアネート基含有率は19.2質量%、アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して4070モルであった。
製造例6(脂肪族ポリイソシアネート誘導体Fの製造)
HDIを用いた以外は製造例2と同様の操作にて脂肪族ポリイソシアネート誘導体Fを得た。脂肪族ポリイソシアネート誘導体Fのヘキサメチレンジイソシアネート濃度は0.3質量%、イソシアネート基含有率は22.5質量%、アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して8モルであった。
製造例7(脂肪族ポリイソシアネート誘導体Gの製造)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例1と同じPDIを500質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.2質量部、トリメチルリン酸を8質量部、水を4質量部装入し、130℃に昇温し、イソシアネート基濃度が計算値に達するまで反応させた。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Gを得た。
この脂肪族ポリイソシアネート誘導体Gのペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.6質量%、イソシアネート基含有率は25.0質量%、アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して0モルであった。
また、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Gには、原料として用いたPDI100モルに対して、20モルのビウレット基を含有していた。換言すれば、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Gは、脂肪族ポリイソシアネートのビウレット誘導体であった。
なお、ビウレット基の含有割合は、下記の方法で測定した。
すなわち、<イソシアヌレート基に対するアロファネート基の含有割合>と同じ条件で、PDIのメチレン鎖の6Hに該当する1.1−1.7ppmのピーク強度(A)と、ビウレットの2Hに該当する8.2ppmのピーク強度(B)とを測定した。そして、以下の式により、PDI100モルに対するビウレット基のモル数を算出した。
PDI100モルに対するビウレット基のモル数
=100/[ピーク強度(A)/6]×[ピーク強度(B)/2]
製造例8(脂肪族ポリイソシアネート誘導体Hの製造)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、HDIを500質量部、イソブチルアルコールを18質量部、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノールを0.3質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.3質量部装入し、80℃で2時間反応させた。
次いで、イソシアヌレート化触媒としてN−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートを0.05質量部添加した。屈折率とイソシアネートの純度を測定し、所定のイソシアネート基転化率に至るまで反応を継続した。30分後に所定のイソシアネート基転化率(10質量%)に達したため、o−トルエンスルホンアミドを0.12質量部添加した。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のHDIを除去し、さらに、得られた組成物100質量部に対し、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加し、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Hを得た。
この脂肪族ポリイソシアネート誘導体Hのヘキサメチレンジイソシアネート濃度は0.5質量%、イソシアネート基含有率は22.2質量%、アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して200モルであった。
<ポリオキシアルキレンジオールの調製>
製造例9(ポリオールAの製造)
開始剤としてジプロピレングリコール、触媒として水酸化カリウム(KOH)をそれぞれ用いて、温度110℃、最大反応圧力0.4MPaにおいて、水酸基価が160mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドを付加重合させ、粗製ポリオールaを調製した。
窒素雰囲気下、80℃に加熱した粗製ポリオールaに対し、8質量%のイオン交換水、および、粗製ポリオールa中のカリウム1モルに対して、1.02モルのリン酸(75.2質量%の水溶液の形態)を添加し、80℃において、2時間の中和反応させた。
その後、昇温しながら、減圧脱水を開始し、圧力が40kPaの時点で、粗製ポリオールaに対して、0.3質量%の吸着剤を添加した。さらに、105℃、1.33kPa以下の条件で3時間加熱減圧処理した。その後、ろ過操作によりポリオールAを回収した。精製処理後のポリオールAの水酸基価は162mgKOH/g、水酸基当量は348、CPRは0であり、無色透明であった。
製造例10(ポリオールBの製造)
粗製ポリオールa中のカリウム1モルに対して、1.00モルのリン酸を添加した以外は製造例9と同様の操作にてポリオールBを得た。精製処理後のポリオールBの水酸基価は161mgKOH/g、水酸基当量は346、CPRは5.4であり、無色透明であった。
<ポリオキシアルキレントリオールの調製>
製造例11(ポリオールCの製造)
開始剤としてグリセリン、触媒としてKOHをそれぞれ用いて、温度110℃、最大反応圧力0.4MPaにおいて、水酸基価が561mgKOH/gになるまでプロピレンオキサイドを付加重合させ、粗製ポリオールcを調製した。
窒素雰囲気下、80℃に加熱した粗製ポリオールcに対し、8質量%のイオン交換水、及び、粗製ポリオールc中のカリウム1モルに対して、1.02モルのリン酸(75.2質量%の水溶液の形態)を添加し、80℃において、2時間の中和反応させた。
その後、昇温しながら、減圧脱水を開始し、圧力が40kPaの時点で、粗製ポリオールcに対して、0.3質量%の吸着剤を添加した。さらに、105℃、1.33kPa以下の条件で3時間加熱減圧処理した。その後、ろ過操作により、ポリオールの回収をした。精製処理後のポリオールCの水酸基価は563mgKOH/g、水酸基当量は100、CPRは0であり、無色透明であった。
製造例12(ポリオールDの製造)
粗製ポリオールc中のカリウム1モルに対して、1.00モルのリン酸を添加した以外は製造例11と同様の操作にてポリオールDを得た。精製処理後のポリオールDのOHVは565mgKOH/g、水酸基当量は99.6、CPRは5.2であり、無色透明であった。
3.実施例および比較例の調製
実施例1(ポリウレタン樹脂の製造)
D−700を25質量部と、T−300を75質量部とを50℃において均一に混合して、ポリオール成分を得た。
ポリオール成分のCPRは0.1であった。また、ポリオール成分の総量に対して、T−300(トリオール)の含有割合は、91.3当量%、D−700(ジオール)の含有割合は8.7当量%であった。
また、ポリオール成分に、オクチル酸錫0.01質量部、および、BYK A535(消泡剤、ビックケミージャパン製)0.002質量部を、50℃において均一に混合した。
次いで、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Aを6.5質量部、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Bを135質量部、配合および撹拌し、ポリイソシアネート成分(脂肪族ポリイソシアネート誘導体組成物)を得た。
ポリイソシアネート成分において、アロファネート基の含有割合は、イソシアヌレート基100モルに対して、12.3モルであった。
その後、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分を、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となるように混合し、減圧下にて脱泡し、2mmおよび10cmの金属製注型モールドおよびシリコン製注型モールドに流し込み80℃にて12時間加温し硬化反応させた。
これにより、ポリウレタン樹脂を得た。
実施例2〜15および比較例1〜8
表1〜表10に示した質量部で、ポリオール成分とポリイソシアネート成分を配合した以外は実施例1と同様の操作にてポリウレタン樹脂を得た。
実施例16(ポリウレタン樹脂の製造)
ポリオールAを12.1質量部、ポリオールBを12.9質量部、ポリオールCを34.6質量部、および、ポリオールDを40.4質量部、50℃において均一に混合して、ポリオール成分を得た。
ポリオール成分のCPRは2.8であった。また、ポリオール成分の総量に対して、ポリオールCおよびポリオールD(トリオール)の含有割合は、91.3当量%、ポリオールAおよびポリオールB(ジオール)の含有割合は8.7当量%であった。
また、ポリオール成分に、オクチル酸錫0.01質量部と、BYK A535(消泡剤、ビックケミージャパン製)0.002質量部とを、50℃において均一に混合した。
次いで、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Aを6.5質量部、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Bを135質量部、配合および撹拌し、ポリイソシアネート成分を得た。
ポリイソシアネート成分において、アロファネート基の含有割合は、イソシアヌレート基100モルに対して、12.3モルであった。
その後、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分を、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となるように混合し、減圧下にて脱泡し、2mmおよび10cmの金属製注型モールドおよびシリコン製注型モールドに流し込み80℃にて12時間加温し硬化反応させた。
これにより、ポリウレタン樹脂を得た。
実施例17(ポリウレタン樹脂の製造)
ポリオールAを8.4質量部、ポリオールBを16.6質量部、ポリオールCを23.1質量部、ポリオールDを51.9質量部、50℃において均一に混合して、ポリオール成分を得た。
ポリオール成分のCPRは3.6であった。また、ポリオール成分の総量に対して、ポリオールCおよびポリオールD(トリオール)の含有割合は、91.3当量%、ポリオールAおよびポリオールB(ジオール)の含有割合は8.7当量%であった。
また、ポリオール成分に、オクチル酸錫0.01質量部と、BYK A535(消泡剤、ビックケミージャパン製)0.002質量部とを、50℃において均一に混合した。
次いで、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Aを6.5質量部、脂肪族ポリイソシアネート誘導体Bを135質量部、配合および撹拌し、ポリイソシアネート成分を得た。
ポリイソシアネート成分において、アロファネート基の含有割合は、イソシアヌレート基100モルに対して、12.3モルであった。
その後、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分を、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となるように混合し、減圧下にて脱泡し、2mmおよび10cmの金属製注型モールドおよびシリコン製注型モールドに流し込み80℃にて12時間加温し硬化反応させた。
これにより、ポリウレタン樹脂を得た。
実施例18(ポリウレタン樹脂の製造)
D−700を25質量部と、T−300を75質量部とを50℃において均一に混合して、ポリオール成分を得た。
ポリオール成分のCPRは0.1であった。また、ポリオール成分の総量に対して、T−300(トリオール)の含有割合は、91.3当量%、D−700(ジオール)の含有割合は8.7当量%であった。
また、ポリオール成分に、オクチル酸錫0.025質量部、および、BYK A535(消泡剤、ビックケミージャパン製)0.002質量部を、50℃において均一に混合した。
ポリイソシアネート成分として、脂肪族ポリイソシアネート誘導体C(アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して55モル)を用いた。
そして、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分を、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となるように、かつ、混合液の総量が1000質量部となるように混合し、減圧下にて脱泡し、シリコン型に流し込み50℃にて20時間加温し硬化反応させた。内温の最大値は60℃であった。
これにより、透明なポリウレタン樹脂を得た。
実施例19(ポリウレタン樹脂の製造)
D−700を25質量部と、T−300を75質量部とを50℃において均一に混合して、ポリオール成分を得た。
ポリオール成分のCPRは0.1であった。また、ポリオール成分の総量に対して、T−300(トリオール)の含有割合は、91.3当量%、D−700(ジオール)の含有割合は8.7当量%であった。
また、ポリオール成分に、オクチル酸錫0.05質量部、および、BYK A535(消泡剤、ビックケミージャパン製)0.002質量部を、50℃において均一に混合した。
ポリイソシアネート成分として、脂肪族ポリイソシアネート誘導体C(アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して55モル)を用いた。
そして、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分を、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となるように、かつ、混合液の総量が1000質量部となるように混合し、減圧下にて脱泡し、シリコン型に流し込み50℃にて20時間加温し硬化反応させた。内温の最大値は130℃であった。
これにより、透明なポリウレタン樹脂を得た。
実施例20(ポリウレタン樹脂の製造)
D−700を25質量部と、T−300を75質量部とを50℃において均一に混合して、ポリオール成分を得た。
ポリオール成分のCPRは0.1であった。また、ポリオール成分の総量に対して、T−300(トリオール)の含有割合は、91.3当量%、D−700(ジオール)の含有割合は8.7当量%であった。
また、ポリオール成分に、オクチル酸錫0.05質量部、および、BYK A535(消泡剤、ビックケミージャパン製)0.002質量部を、50℃において均一に混合した。
ポリイソシアネート成分として、脂肪族ポリイソシアネート誘導体C(アロファネート基の含有割合がイソシアヌレート基100モルに対して55モル)を用いた。
そして、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分を、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となるように、かつ、混合液の総量が1000質量部となるように混合し、減圧下にて脱泡し、シリコン型に流し込み室温にて20時間加温し硬化反応させた。内温の最大値は80℃であった。
これにより、透明なポリウレタン樹脂を得た。
実施例21(ポリウレタン樹脂の製造)
P−510を30.0質量部と、T−300を70.0質量部と、イルガノックス245(ヒンダードフェノール系酸化防止剤、BASFジャパン社製)を0.2質量部とを、50℃において均一に混合して、ポリオール成分を得た。
次いで、ポリオール成分に、K−Kat XK−627(ウレタン化触媒、King Industries社製)を0.01質量部、および、BYK A535(消泡剤、ビックケミージャパン製)0.002質量部を、50℃において均一に混合した。
また、ポリイソシアネート成分として脂肪族ポリイソシアネート誘導体Cを用意した。
その後、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分を、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となるように混合し、減圧下にて脱泡し、2mmおよび10cmの金属製注型モールドおよびシリコン製注型モールドに流し込み80℃にて12時間加温し硬化反応させた。
これにより、ポリウレタン樹脂を得た。
なお、シリコン製注型モールドを使用したポリウレタン樹脂の表面には、シリコン型の内面が転写された。
実施例22〜36
表3および表4に示した質量部で、ポリオール成分とポリイソシアネート成分を配合した以外は実施例21と同様の操作にてポリウレタン樹脂を得た。
実施例37(ポリウレタン樹脂の製造)
D−400を25質量部と、P−510を30質量部と、T−300を45質量部と、イルガノックス245を0.2質量部とを、50℃において均一に混合して、ポリオール成分を得た。
次いで、ポリオール成分に、オクチル酸錫(ウレタン化触媒)を0.01質量部、および、BYK A535(消泡剤、ビックケミージャパン製)0.002質量部を、50℃において均一に混合した。
また、ポリイソシアネート成分として脂肪族ポリイソシアネート誘導体Cを用意した。
その後、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分を、ポリオール成分の水酸基に対するポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となるように混合し、減圧下にて脱泡し、2mmおよび10cmの金属製注型モールドおよびシリコン製注型モールドに流し込み80℃にて12時間加温し硬化反応させた。
これにより、ポリウレタン樹脂を得た。
なお、シリコン製注型モールドを使用したポリウレタン樹脂の表面には、ヒケが観察された。また、シリコン型の内面が転写されず、凹凸が確認された。
4.評価
<初期のヘイズ(光透過性)>
各実施例および各比較例で得られた2mmのポリウレタン樹脂を用い、JIS K7136(2000年)に準じて、Haze Meter(日本電色工業製、モデル:NDH 2000、光源:D65)によりヘイズを測定した。その結果を表1〜表10に示す。また、実施例1、3および4と、比較例1および2とを参照し、イソシアヌレート基に対するアロファネート基の割合と、ヘイズとの関係を図1に示す。
<耐湿熱試験後のヘイズ(耐久性)>
各実施例および各比較例で得られた2mmのポリウレタン樹脂を、80℃、90%RHの恒温恒湿槽に72時間静置することにより、耐湿熱試験した。
その後、初期のヘイズと同じ方法でヘイズを測定した。その結果を表1〜表10に示す。
また、実施例1、3および4と、比較例1および2とを参照し、イソシアヌレート基に対するアロファネート基の割合と、耐湿熱試験後のヘイズとの関係を図2に示す。
<ヘイズの変化量(耐久性)>
下記式に従って、耐湿熱試験前後におけるヘイズの変化量を算出した。その結果を表1〜表10に示す。
ヘイズの変化量 = 耐湿熱試験後のヘイズ − 初期のヘイズ
そして、実施例1、3および4と、比較例1および2とを参照し、イソシアヌレート基に対するアロファネート基の割合と、耐湿熱試験前後におけるヘイズの変化量との関係を、図3に示す。
<硬度(単位:D)>
各実施例および各比較例で得られた10mmのポリウレタン樹脂を用い、JIS K7312(1996年)に準じてタイプD硬さ試験を測定した。その結果を表1〜表10に示す。また、実施例1、3および4と、比較例1および2とを参照し、イソシアヌレート基に対するアロファネート基の割合と、硬度との関係を図1に示す。
<破断強度(単位:MPa)>
2mmの金型で得られたポリウレタン樹脂を、JIS−3号ダンベルにて打ち抜いた。次いで、引張試験機(エー・アンド・デイ社製、モデル:RTG−1310)を用いて、23℃、相対湿度55%の雰囲気下、引張速度100mm/min、チャック間距離20mmの条件で引張試験した。これにより、破断強度を測定した。
<破断伸度(単位:%)>
破断強度の引張試験で得られた破断時の伸度を破断伸度とした。
<引裂強度(単位:N/mm)>
2mm金型で得られたポリウレタン樹脂を、JIS−B型ダンベルにて打ち抜いた。次いで、破断強度と同様の条件にて引張試験し、引裂強度を測定した。
<ヒケ>
シリコン製注型モールドで得られたポリウレタン樹脂表面の凹凸をヒケとする。以下の基準で評価した。
5:ヒケの発生なし
4:ヒケが全体の1%以上25%未満
3:ヒケが全体の25%以上50%未満
2:ヒケが全体の50%以上75%未満
1:ヒケが75%以上100%以下
<裂け・割れ>
2mmの金属製注型モールドで得られたポリウレタン樹脂を脱型する際、ポリウレタン樹脂に裂けや割れが発生しなかったものを○、発生したものを×と評価した。
Figure 0006326179
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Claims (5)

  1. ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分との反応生成物であって、
    前記ポリイソシアネート成分は、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を含有し、
    前記脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、イソシアヌレート基およびアロファネート基を有し、アロファネート基の含有割合が、イソシアヌレート基100モルに対して、10モル以上90モル以下であり、
    前記ポリオール成分は、
    水酸基価が100mgKOH/g以上600mgKOH/g以下のトリオールと、
    水酸基価が100mgKOH/g以上300mgKOH/g以下のジオールと
    を含有し、
    前記トリオールは、
    オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレントリオール、および/または、
    多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルトリオール
    であり、
    前記ジオールは、
    オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレンジオール、および/または、
    多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルジオールである
    ことを特徴とする、ポリウレタン樹脂。
  2. 前記脂肪族ポリイソシアネートが、ペンタメチレンジイソシアネートを含むことを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。
  3. 前記ポリオール成分の平均官能基数が、2.1以上2.9以下である
    ことを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。
  4. 前記ポリオール成分の総量に対して、
    前記ポリエステルジオールおよび前記ポリエステルトリオールの含有割合の総量が、5当量%以上70当量%以下である
    ことを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。
  5. ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分とを反応させる工程を備え、
    前記ポリイソシアネート成分は、脂肪族ポリイソシアネートの誘導体を含有し、
    前記脂肪族ポリイソシアネートの誘導体は、イソシアヌレート基およびアロファネート基を有し、アロファネート基の含有割合が、イソシアヌレート基100モルに対して、10モル以上90モル以下であり、
    前記ポリオール成分は、
    水酸基価が100mgKOH/g以上600mgKOH/g以下のトリオールと、
    水酸基価が100mgKOH/g以上300mgKOH/g以下のジオールと
    を含有し、
    前記トリオールは、
    オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレントリオール、および/または、
    多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルトリオール
    であり、
    前記ジオールは、
    オキシアルキレン基の炭素数が2〜3であるポリオキシアルキレンジオール、および/または、
    多塩基酸および/またはそのアルキルエステルと多価アルコールとの反応生成物であるポリエステルジオールであり、
    前記ポリオール成分の水酸基に対する前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が0.9以上1.1以下であることを特徴とする、ポリウレタン樹脂の製造方法。
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