JP6503917B2 - 合成皮革用ポリウレタン - Google Patents

合成皮革用ポリウレタン Download PDF

Info

Publication number
JP6503917B2
JP6503917B2 JP2015124793A JP2015124793A JP6503917B2 JP 6503917 B2 JP6503917 B2 JP 6503917B2 JP 2015124793 A JP2015124793 A JP 2015124793A JP 2015124793 A JP2015124793 A JP 2015124793A JP 6503917 B2 JP6503917 B2 JP 6503917B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polyurethane
polycarbonate diol
group
butanediol
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015124793A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016027114A (ja
Inventor
陽子 中川
陽子 中川
一直 草野
一直 草野
芳和 金森
芳和 金森
貴之 山中
貴之 山中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2015124793A priority Critical patent/JP6503917B2/ja
Publication of JP2016027114A publication Critical patent/JP2016027114A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6503917B2 publication Critical patent/JP6503917B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
  • Synthetic Leather, Interior Materials Or Flexible Sheet Materials (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Description

本発明は、原料ポリカーボネートジオールとして特定のポリカーボネートジオールを用いることにより、耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感の物性バランスが改善された合成皮革用ポリウレタンに関する。
近年、合成皮革は、天然皮革に劣らない、もしくはそれ以上の風合いや耐久性を有するため、ファッション素材やインテリア素材として多岐にわたり使用されている。人工皮革又は合成皮革は、不織布や織布・編布からなる基材や、そこに積層または充填される樹脂層、多孔質樹脂皮膜層、接着剤層、表皮層など多層構造で形成されるものであり、それら各層に使用される樹脂として、ポリウレタンが一般的に用いられる。
従来、工業規模で生産されているポリウレタンの主たるソフトセグメント部の原料は、ポリテトラメチレングリコールに代表されるエーテルタイプ、アジペート系エステルに代表されるポリエステルポリオールタイプ、ポリカプロラクトンに代表されるポリラクトンタイプ又はポリカーボネートジオールに代表されるポリカーボネートタイプに分けられる(非特許文献1)。
このうちエーテルタイプを用いたポリウレタンは、耐加水分解性、柔軟性および伸縮性には優れるものの、耐熱性および耐候性が劣るとされている。一方、ポリエステルポリオールタイプを用いたポリウレタンは、耐熱性および耐候性は改善されるものの、エステル基の耐加水分解性が低く、用途によっては使用することができない。
一方、ポリラクトンタイプを用いたポリウレタンは、ポリエステルポリオールタイプを用いたポリウレタンと比較すると耐加水分解性に優れるグレードとされているが、同様にエステル基があるために加水分解を完全に抑制することはできない。また、これらポリエステルポリオールタイプ、エーテルタイプおよびポリラクトンタイプを混合してポリウレタンの原料として使用することも提案されているが、それぞれの欠点を完全に補うことは出来ていない。
これらに対して、ポリカーボネートジオールに代表されるポリカーボネートタイプを用いたポリウレタンは、耐熱性および耐加水分解性において最良な耐久グレードとされており、品質の高い合成皮革用の樹脂として広く利用されている。
しかしながら、現在広く市販されているポリカーボネートジオールは、主に1,6−ヘキサンジオールから合成されるポリカーボネートジオールであるが、このものは結晶性が高いため、ポリウレタンとしたときに、ソフトセグメントの凝集性が高く、特に低温における柔軟性、伸び、曲げ又は弾性回復性が悪いという問題があり、用途が制限されていた。さらに、このポリウレタンを原料として製造した合成皮革は、硬い質感があり、天然皮革に比べて“風合い”が悪いということも指摘されている。
そこで上記問題を解決するために様々な構造のポリカーボネートジオールが提案されている。
例えば、1,6−ヘキサンジオールと他のジヒドロキシ化合物を原料として共重合ポリカーボネートジオールとする方法があり、具体的には1,6−ヘキサンジオールと1,4−ブタンジオールを原料として共重合したポリカーボネートジオール(特許文献1)、1,6−ヘキサンジオールと1,5−ペンタンジオールを原料として共重合したポリカーボネートジオール(特許文献2)、1,3−プロパンジオールと他のジヒドロキシ化合物を原料として共重合したポリカーボネートジオール(特許文献3)が提案されている。
また、ジヒドロキシ化合物由来部位の結晶性を阻害する有力な方法として主鎖に置換基を有するジヒドロキシ化合物を用いる方法が提案されており、例えば、2−メチル−1,3−プロパンジオールと他のアルキレングリコールを原料として共重合したポリカーボネートジオール(特許文献4)、3−メチル−1,5−ペンタンジオールと他のアルキレンジオールを原料として共重合したポリカーボネートジオール(特許文献5)、メチル基等で2置換した4級炭素原子を有する炭素数1〜8のジオールおよび炭素数2〜12のジオールを原料として共重合したポリカーボネートジオールを用いた硬化性組成物(特許文献6)などがある。
更に、以下の提案がなされている。
長鎖のジオールである2−メチル−1,8−オクタンジオールや1,9−ノナンジオールを原料としたポリカーボネートジオールを用いたポリウレタン(特許文献7)
耐薬品性、低温特性、耐熱性に優れたポリカーボネートジオールとして、ジオールの平均の炭素数が6を超えるポリカーボネートジオール(特許文献8)
炭素数3〜炭素数6のジオールを原料としたポリカーボネートジオールと、炭素数7〜12のジオールを原料としたポリカーボネートジオールを混合して使用することで、柔軟性、耐薬品性等を改良したポリカーボネートジオールを用いたポリウレタン(特許文献9〜11)
メチル基で置換されてもよい1,8−オクタンジオールおよび1,9−ノナンジオールを原料として含むポリカーボネートジオール成分と、ポリラクトンジオール成分を必須成分とするポリウレタンおよび該ポリウレタンを用いた皮革様複合シート(特許文献12)
植物由来のジオールおよび炭素数4〜20の石油由来のジオールを原料としたポリカーボネートジオールからなるポリウレタン樹脂を用いた、環境負荷を低減可能で低温屈曲性に優れる合成皮革(特許文献13)
特開平5−51428号公報 特開平2−289616号公報 国際公開第2002/070584号パンフレット 特許第4878519号公報 特開昭60−195117号公報 特開2011−162646号公報 特公平3−54967号公報 特開2000−95852号公報 特許第4177318号公報 特許第4506754号公報 特開2008−106415号公報 特開平4−93316号公報 特開2014−1475号公報
"ポリウレタンの基礎と応用"96頁〜106頁 松永勝治 監修、(株)シーエムシー出版、2006年11月発行
しかしながら、これら従前知られた技術は、以下の通り、合成皮革用ポリウレタンの要求特性を満足し得ない。
特許文献1乃至3等に記載のポリカーボネートジオールでは、ポリウレタンとした際の低温特性が不十分である。
特許文献4乃至6等に記載のポリカーボネートジオールではポリウレタンとした際の耐薬品性、耐熱性が劣る。
特許文献7等に記載のポリカーボネートジオールではポリウレタンとした際の耐薬品性や耐摩耗性に劣る。
特許文献8乃至11等のポリカーボネートジオールにおいて実質的に使用されている短鎖のジオールは炭素数が6であり、ポリウレタンとした際に耐薬品性が劣る。
特許文献12で用いられるポリカーボネートジオールは原料ジオールの平均炭素数が6を超え、加えてポリエステル成分を必須とするため、耐薬品性や耐熱性に劣る。
特許文献13に開示されている植物由来ジオールと石油由来ジオールからなるポリカーボネートジオールは、耐薬品性、低温特性、耐熱性のバランスに劣る。
本発明は前記従来技術では達成できなかった、耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感の物性バランスに優れた合成皮革用ポリウレタンを提供することを課題とする。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ポリウレタン原料のポリカーボネートジオールとして、下記式(A)で表される化合物に由来する構造単位及び下記式(B)で表される化合物に由来する構造単位を含み、ポリカーボネートジオールを加水分解して得られるジヒドロキシ化合物の平均炭素数が4以上6以下であり、ポリカーボネートジオール中のカーボネート結合に対するエーテル結合の割合が0.01%以上5%以下であり、且つ、水酸基価が20mg−KOH/g以上450mg−KOH/g以下であるポリカーボネートジオールを用いることにより、耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感の物性バランスの良好なポリウレタンを得ることができることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明の要旨は、以下である。
[1] 少なくとも(a)1分子中にイソシアネート基を2個以上含有する化合物、(b)鎖延長剤及び(c)ポリカーボネートジオールを反応させて得られる合成皮革用ポリウレタンであって、該(c)ポリカーボネートジオールが、下記式(A)で表される化合物に由来する構造単位及び下記式(B)で表される化合物に由来する構造単位を含み、該ポリカーボネートジオールを加水分解して得られるジヒドロキシ化合物の平均炭素数が4以上6以下であり、該ポリカーボネートジオール中のカーボネート結合に対するエーテル結合の割合が0.01%以上5%以下であり、且つ、水酸基価が20mg−KOH/g以上450mg−KOH/g以下であるポリカーボネートジオールであることを特徴とする合成皮革用ポリウレタン。
HO−R−OH・・・(A)
HO−R−OH・・・(B)
(上記式(A)中、Rは置換若しくは無置換の炭素数3〜炭素数5の二価のアルキレン基を示し、上記式(B)中、Rは置換若しくは無置換の炭素数10〜炭素数20の二価のアルキレン基を示す。なお、RとRのアルキレン基中の炭素原子は、1級炭素原子、2級炭素原子若しくは3級炭素原子である。)
[2] 前記(c)ポリカーボネートジオールの全構造単位中、前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位及び前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位の合計の割合が50モル%以上であることを特徴とする[1]に記載の合成皮革用ポリウレタン。
[3] 前記(c)ポリカーボネートジオールの全構造単位中、前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位と前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位との割合がモル比率で50:50〜99:1であることを特徴とする[1]又は[2]に記載の合成皮革用ポリウレタン。
[4] 前記(c)ポリカーボネートジオールの水酸基価が20mg−KOH/g以上60mg−KOH/g以下である[1]〜[3]のいずれかに記載の合成皮革用ポリウレタン。
[5] 前記式(A)で表される化合物が、1,3−プロパンジオール及び1,4−ブタンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物である[1]〜[4]のいずれかに記載の合成皮革用ポリウレタン。
[6] 前記式(B)で表される化合物が、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール及び1,12−ドデカンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物である[1]〜[5]のいずれかに記載の合成皮革用ポリウレタン。
[7] 前記式(A)で表される化合物及び前記式(B)で表される化合物のうち少なくとも一方が植物由来である[1]〜[6]のいずれかに記載の合成皮革用ポリウレタン。
[8] [1]〜[7]のいずれかに記載の合成皮革用ポリウレタンを用いて製造された合成皮革。
本発明の合成皮革用ポリウレタンを用いて製造された合成皮革は、耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感の物性バランスに優れた特長を有し、産業上極めて有用である。
以下、詳細に本発明の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
ここで、本明細書において“質量%”と“重量%”、“質量ppm”と“重量ppm”、及び“質量部”と“重量部”とは、それぞれ同義である。また、単に“ppm”と記載した場合は、“重量ppm”のことを示す。
[1.ポリカーボネートジオール]
まず、本発明の合成皮革用ポリウレタンの原料である特定の(c)ポリカーボネートジオール(以下「本発明のポリカーボネートジオール」と称す場合がある。)について説明する。
本発明のポリカーボネートジオールは、下記式(A)で表される化合物に由来する構造単位及び下記式(B)で表される化合物に由来する構造単位を含み、該ポリカーボネートジオールを加水分解して得られるジヒドロキシ化合物の平均炭素数が4以上6以下であり、該ポリカーボネートジオール中のカーボネート結合に対するエーテル結合の割合が0.01%以上5%以下であり、且つ、水酸基価が20mg−KOH/g以上450mg−KOH/g以下であることを特徴とする。
HO−R−OH・・・(A)
HO−R−OH・・・(B)
(上記式(A)中、Rは置換若しくは無置換の炭素数3〜炭素数5の二価のアルキレン基を示し、上記式(B)中、Rは置換若しくは無置換の炭素数10〜炭素数20の二価のアルキレン基を示す。なお、RとRのアルキレン基中の炭素原子は、1級炭素原子、2級炭素原子若しくは3級炭素原子である。)
<1−1.構造上の特徴>
本発明に係る前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位は、例えば、下記式(C)で表される。また、前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位は、例えば、下記式(D)で表される。
Figure 0006503917
(上記式(C)中、Rは置換若しくは無置換の炭素数3〜炭素数5の二価のアルキレン基を示す。なお、Rのアルキレン基中の炭素原子は、1級炭素原子、2級炭素原子若しくは3級炭素原子である。)
Figure 0006503917
(上記式(D)中、Rは置換若しくは無置換の炭素数10〜炭素数20の二価のアルキレン基を示す。なお、Rのアルキレン基中の炭素原子は、1級炭素原子、2級炭素原子若しくは3級炭素原子である。)
本発明のポリカーボネートジオールに含まれる前記式(C)中のRは1種類であっても複数種であってもよい。又前記式(D)中のRも1種類であっても複数種であってもよい。
前記式(C)中、Rは置換若しくは無置換の炭素数3〜炭素数5の二価のアルキレン基であるが、得られるポリウレタンの耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感のそれぞれの物性が良好となることより、Rにおける置換基の数は1以下が好ましく、無置換がさらに好ましい。置換基がある場合、置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基などが挙げられるが、置換基の炭素数は小さいほうが耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感のそれぞれの物性が良好となることより、置換基の炭素数は2以下が好ましく、1以下がさらに好ましい。
前記式(D)中、Rは置換若しくは無置換の炭素数10〜炭素数20の二価のアルキレン基であるが、得られるポリウレタンの耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感のそれぞれの物性が良好となることより、Rにおける置換基の数は1以下が好ましく、無置換がさらに好ましい。置換基がある場合、置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基などが挙げられるが、置換基の炭素数は小さいほうが耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感のそれぞれの物性が良好となることより、置換基の炭素数は2以下が好ましく、1以下がさらに好ましい。
更に、前記式(C)及び前記式(D)中、以下の式により算出される、R及びRにおける置換基の炭素数のR及びRの全炭素数に対する比率は10%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、3%以下がさらに好ましく、2%以下が特に好ましく、0%が最も好ましい。
Figure 0006503917
本発明のポリカーボネートジオールは、前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位と前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位を含むことにより、ポリウレタンにしたときに良好な耐薬品性と低温特性を得ることができる。
本発明のポリカーボネートジオールが、前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位と前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位とを含むことによる効果を良好なものとするために、本発明のポリカーボネートジオールの全構造単位中、前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位と前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位との割合(以下「(A):(B)」と称す場合がある。)は、モル比率で、(A):(B)=50:50〜99:1が好ましく、60:40〜97:3がより好ましく、70:30〜95:5がさらに好ましく、80:20〜90:10が最も好ましい。前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位の含有割合が多くなりすぎると、ポリウレタンとしたときの低温特性が十分でなくなる場合がある。前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位の含有割合が少なくなりすぎると、ポリウレタンとしたときの耐薬品性が十分ではない可能性がある。
本発明のポリカーボネートジオールの全構造単位に対する、前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位及び前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位の合計の割合は、得られるポリウレタンの耐薬品性、低温特性の物性のバランス上、50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上がより好ましく、80モル%以上がさらに好ましく、90モル%以上が特に好ましく、95モル%以上が最も好ましい。
本発明のポリカーボネートジオールの全構造単位に対する、前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位、前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位等の各ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位の割合は、ポリカーボネートジオールをアルカリで加水分解して得られる各ジヒドロキシ化合物をガスクロマトグラフィーより分析して求めることができる。具体的な方法は、実施例の項に記載される通りである。
また、本発明のポリカーボネートジオールは、該ポリカーボネートジオールを加水分解して得られるジヒドロキシ化合物の平均炭素数(以下、単に「平均炭素数」と称す場合がある。)が4以上6以下であることにより、ポリウレタンにしたときの良好な耐薬品性、耐熱性、耐摩耗性を得ることができる。この平均炭素数の上限は5.8が好ましく、5.5がより好ましく、5.3がさらに好ましく、5.1が最も好ましい。平均炭素数の下限は4.3が好ましく、4.5がより好ましく、4.7がさらに好ましい。平均炭素数が上記下限未満では、低温特性が不足する場合があり、また上記上限を超える場合は、耐薬品性、耐熱性、耐摩耗性が不足する場合がある。
本発明におけるポリカーボネートジオールを加水分解して得られるジヒドロキシ化合物の平均炭素数とは、アルカリ存在下で加熱によりポリカーボネートジオールを加水分解して得られたジヒドロキシ化合物を、ガスクロマトグラフィーにより分析した結果から求めることができる。具体的には、ポリカーボネートジオールを加水分解して得られたジヒドロキシ化合物の炭素数と、該ジヒドロキシ化合物の全ジヒドロキシ化合物に対するモル比率から計算する。具体的な方法は、実施例の項に記載される通りである。
本発明のカーボネートジオールにおいて、前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位及び前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位を、上述のような好ましい範囲とすることで、得られるポリウレタンの耐薬品性、低温特性、耐熱性のバランスが良好となる機構は明らかではないが、下記のように推定される。
前記式(A)で表される化合物は比較的炭素原子が少なく鎖長が短いため、ポリカーボネートジオールを構成した際のカーボネート結合間の距離が短くなり、カーボネート結合の極性により凝集力が高まる。凝集力が高まることにより、耐薬品性、耐アルカリ性、耐水性や耐熱性などが向上するものの、柔軟性が失われるため、低温特性や加工適性に劣るものとなる。
一方、前記式(B)で表される化合物は比較的炭素原子が多く鎖長が長いため、ポリカーボネートジオールを構成した際のカーボネート結合間の距離が長くなり、カーボネート結合の極性による凝集力が低下する。凝集力の低下により、柔軟性が向上し、低温特性や加工適性に優れるものの、耐薬品性、耐アルカリ性、耐水性や耐熱性などに劣るものとなる。
本発明のカーボネートジオールにおいては、前記式(A)で表される化合物と、前記式(B)で表される化合物を一定の範囲で含むことにより、上述した式(A)で表される化合物に由来する構造単位と式(B)で表される化合物に由来する構造単位の優位な特性を両立させることが可能となると推定される。
本発明のポリカーボネートジオールは、カーボネート基によりジヒドロキシ化合物が重合した構造が基本となっている。しかしながら、製造方法によっては、ジヒドロキシ化合物の脱水反応によりエーテル構造となったものが混入し、結果として、ポリカーボネートジオールにエーテル結合が含まれる。本発明のポリカーボネートジオールは、ポリカーボネートジオール中のカーボネート結合に対するエーテル結合の割合(以下、「エーテル/カーボネート結合割合」と称す場合がある。)が0.01%以上5%以下であることを特徴とする。エーテル/カーボネート結合割合が0.01%以上であることにより、ポリカーボネートジオールの重合速度を上げるなど生産性を向上させることが可能となる。生産性の面から、エーテル/カーボネート結合割合は、0.02%以上がより好ましく、0.03%以上が更に好ましく、0.04%以上が特に好ましく、0.05%以上が最も好ましい。また、エーテル/カーボネート結合割合が5%以下であることにより、該ポリカーボネートジオールを用いた人工皮革又は合成皮革用ポリウレタンの耐薬品性や耐熱性、耐候性を向上させることが可能となる。耐薬品性、耐熱性、耐候性の面から、エーテル/カーボネート結合割合は、4%以下が好ましく、3%以下がより好ましく、2%以下が更に好ましく、1%以下が特に好ましく、0.8%以下が最も好ましい。
本発明のポリカーボネートジオールにおけるカーボネート結合に対するエーテル結合の割合は、アルカリ存在下で加熱によりポリカーボネートジオールを加水分解して得られたジヒドロキシ化合物を、ガスクロマトグラフィー(以降、GCと表記することがある)により分析した結果から求めることができる。
具体的には、ポリカーボネートジオールを加水分解して得られたジヒドロキシ化合物の構造をGC−MS分析により解析し、エーテル基を含むジヒドロキシ化合物と全ジヒドロキシ化合物のGC分析により算出される重量%と、該ジヒドロキシ化合物の分子量から計算する。
具体的な方法は、実施例の項に記載される通りである。
本発明のポリカーボネートジオールは前記式(A)で表される化合物に由来する構造単位及び前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位を含んでいれば、それらが共重合体であっても、異種のポリカーボネートジオールの混合物であってもよいが、得られるポリウレタンの低温特性、柔軟性が良好となることより、好ましくは共重合体である。また共重合体の場合はブロック共重合体でもランダム共重合体でもよいが、ランダム共重合体のポリカーボネートジオールが得られるポリウレタンの低温特性、柔軟性が良好となることより好ましい。
本発明のポリカーボネートジオールは、前記式(A)で表される化合物と前記式(B)で表される化合物とカーボネート化合物とを、エステル交換反応により重縮合することにより製造することができる。
<1−2.ジヒドロキシ化合物>
本発明のポリカーボネートジオールの原料となるジヒドロキシ化合物である前記式(A)で表される化合物としては、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール等が挙げられる。中でもポリウレタンとしたときの耐薬品性、低温特性のバランスが優れることより1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−プロパンジオールが好ましく、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールがより好ましく、1,4−ブタンジオールがさらに好ましい。尚、前記式(A)で表される化合物は1種であっても複数種であってもよい。
前記式(B)で表される化合物としては、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,16−ヘキサデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,12−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオール等が挙げられる。中でもポリウレタンとしたときの耐薬品性、低温特性のバランスが優れることより、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオールが好ましく、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオールがより好ましく、1,10−デカンジオールが最も好ましい。尚、前記式(B)で表される化合物は1種であっても複数種であってもよい。
本発明のポリカーボネートジオールの製造には、本発明の効果を損なわない限り、前記式(A)で表される化合物、前記式(B)で表される化合物以外のジヒドロキシ化合物(以下「他のジヒドロキシ化合物」と称する場合がある)を用いてもよい。具体的には直鎖状のジヒドロキシ化合物類、エーテル基を有するジヒドロキシ化合物類、分岐鎖を有するジヒドロキシ化合物類、環状基を含むジヒドロキシ化合物類等である。但し、他のジヒドロキシ化合物を用いる場合、本発明の効果を有効に得るために、ポリカーボネートジオールの全構造単位に対して、他のジヒドロキシ化合物に由来する構造単位の割合は50モル%以下が好ましく、30モル%以下がより好ましく、20モル%以下がさらに好ましく、10モル%以下が最も好ましい。他のジヒドロキシ化合物に由来する構造単位の割合が多いと、得られるポリウレタンの耐薬品性、低温特性のバランスを損なう可能性がある。
前記式(A)で表される化合物は植物由来であることが、環境負荷低減の観点から好ましい。植物由来として適用可能な前記式(A)で表される化合物としては、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール等が挙げられる。
前記式(B)で表される化合物は植物由来であることが、環境負荷低減の観点から好ましい。植物由来として適用可能な前記式(B)で表される化合物としては、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,12−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオール等が挙げられる。
植物由来のジヒドロキシ化合物として、例えば1,4−ブタンジオールの場合、発酵法により得られたコハク酸、コハク酸無水物、コハク酸エステル、マレイン酸、マレイン酸無水物、マレイン酸エステル、テトラヒドロフラン及びγ−ブチロラクトン等から化学合成により1,4−ブタンジオールを製造してもよいし、発酵法で直接1,4−ブタンジオールを製造してもよいし、発酵法により得られた1,3−ブタジエンから1,4−ブタンジオールを製造してもよい。この中でも発酵法で直接1,4−ブタンジオールを製造する方法とコハク酸を還元触媒により水添して1,4−ブタンジオールを得る方法が効率的で好ましい。
また1,3−プロパンジオールの場合、グリセロールやグルコース、その他糖類から発酵法により3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを生成した後、さらに1,3−プロパンジオールに転化することにより、またグルコースやその他糖類から発酵法により直接1,3−プロパンジオールを生成することにより得られる。
1,10−デカンジオールはひまし油からアルカリ溶融によりセバシン酸を合成し、直接もしくはエステル化反応後に水素添加することにより合成できる。
<1−3.カーボネート化合物>
本発明のポリカーボネートジオールの製造に使用可能なカーボネート化合物(以下「炭酸ジエステル」と称する場合がある)としては、本発明の効果を損なわない限り限定されないが、ジアルキルカーボネート、ジアリールカーボネート、またはアルキレンカーボネートが挙げられる。これらは1種であっても複数種であってもよい。このうち反応性の観点からジアリールカーボネートが好ましい。
カーボネート化合物の具体例としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、エチレンカーボネート等が挙げられ、ジフェニルカーボネートが好ましい。
<1−4.エステル交換触媒>
本発明のポリカーボネートジオールを製造する場合には、重合を促進するために必要に応じてエステル交換触媒(以下「触媒」と称する場合がある)を用いることができる。
エステル交換触媒としては、一般にエステル交換能があるとされている化合物であれば制限なく用いることができる。
エステル交換触媒の例を挙げると、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等の長周期型周期表(以下、単に「周期表」と記載する。)第1族金属(水素を除く)の化合物;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の周期表第2族金属の化合物;チタン、ジルコニウム等の周期表第4族金属の化合物;ハフニウム等の周期表第5族金属の化合物;コバルト等の周期表第9族金属の化合物;亜鉛等の周期表第12族金属の化合物;アルミニウム等の周期表第13族金属の化合物;ゲルマニウム、スズ、鉛等の周期表第14族金属の化合物;アンチモン、ビスマス等の周期表第15族金属の化合物;ランタン、セリウム、ユーロピウム、イッテルビウム等ランタナイド系金属の化合物等が挙げられる。これらのうち、エステル交換反応速度を高めるという観点から、周期表第1族金属(水素を除く)の化合物、周期表第2族金属の化合物、周期表第4族金属の化合物、周期表第5族金属の化合物、周期表第9族金属の化合物、周期表第12族金属の化合物、周期表第13族金属の化合物、周期表第14族金属の化合物が好ましく、周期表第1族金属(水素を除く)の化合物、周期表第2族金属の化合物がより好ましく、周期表第2族金属の化合物がさらに好ましい。周期表第1族金属(水素を除く)の化合物の中でも、リチウム、カリウム、ナトリウムの化合物が好ましく、リチウム、ナトリウムの化合物がより好ましく、ナトリウムの化合物がさらに好ましい。周期表第2族金属の化合物の中でも、マグネシウム、カルシウム、バリウムの化合物が好ましく、カルシウム、マグネシウムの化合物がより好ましく、マグネシウムの化合物がさらに好ましい。これらの金属化合物は主に、水酸化物や塩等として使用される。塩として使用される場合の塩の例としては、塩化物、臭化物、ヨウ化物等のハロゲン化物塩;酢酸塩、ギ酸塩、安息香酸塩等のカルボン酸塩;炭酸塩、硝酸塩等の無機酸塩;メタンスルホン酸やトルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等のスルホン酸塩;リン酸塩やリン酸水素塩、リン酸二水素塩等のリン含有の塩;アセチルアセトナート塩;等が挙げられる。触媒金属は、さらにメトキシドやエトキシドの様なアルコキシドとして用いることもできる。
これらのうち、好ましくは、周期表第2族金属から選ばれた少なくとも1種の金属の酢酸塩や硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、アルコキシドが用いられ、より好ましくは周期表第2族金属の酢酸塩や炭酸塩、水酸化物が用いられ、さらに好ましくはマグネシウム、カルシウムの酢酸塩や炭酸塩、水酸化物が用いられ、特に好ましくはマグネシウム、カルシウムの酢酸塩が用いられ、最も好ましくは酢酸マグネシウムが用いられる。
<1−5.分子鎖末端>
本発明のポリカーボネートジオールの分子鎖末端は主に水酸基である。しかしながら、ジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物との反応で得られるポリカーボネートジオールの場合には、不純物として一部分子鎖末端が水酸基ではないものが存在する可能性がある。その具体例としては、分子鎖末端がアルキルオキシ基又はアリールオキシ基のものであり、多くはカーボネート化合物由来の構造である。
例えば、カーボネート化合物としてジフェニルカーボネートを使用した場合はアリールオキシ基としてフェノキシ基(PhO−)、ジメチルカーボネートを使用した場合はアルキルオキシ基としてメトキシ基(MeO−)、ジエチルカーボネートを使用した場合はエトキシ基(EtO−)、エチレンカーボネートを使用した場合はヒドロキシエトキシ基(HOCHCHO−)が分子鎖末端として残存する場合がある(ここで、Phはフェニル基を表し、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す)。
本発明のポリカーボネートジオールの分子鎖末端は、全末端数に対して、前記式(A)で表される化合物に由来する末端数と前記式(B)で表される化合物に由来する末端数の合計の数の割合が、好ましくは80モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上、特に好ましくは97モル%以上、最も好ましくは99モル%以上である。上記範囲にすることにより、ポリウレタンとしたときに所望の分子量とすることが容易となり、耐薬品性、低温特性のバランスに優れたポリウレタンの原料となることが可能となる。
又、ポリカーボネートジオールの分子鎖末端がカーボネート化合物に由来する末端基の数の割合は、全末端数に対して、好ましくは10モル%以下、より好ましくは5モル%以下、さらに好ましくは3モル%以下、特に好ましくは1モル%以下である。
<1−6.水酸基価>
本発明のポリカーボネートジオールの水酸基価は、下限は20mg−KOH/g、好ましくは25mg−KOH/g、より好ましくは30mg−KOH/g、さらに好ましくは35mg−KOH/gである。また、上限は450mg−KOH/g、好ましくは230mg−KOH/g、より好ましくは150mg−KOH/g、さらに好ましくは120mg−KOH/g、よりさらに好ましくは75mg−KOH/g、特に好ましくは60mg−KOH/g、最も好ましくは45mg−KOH/gである。水酸基価が上記下限未満では、粘度が高くなりすぎポリウレタン化の際のハンドリングが困難となる場合があり、上記上限超過ではポリウレタンとした時に柔軟性や低温特性などの物性が不足する場合がある。
ポリカーボネートジオールの水酸基価は、具体的には、後述の実施例の項に記載される方法で測定される。
<1−7.分子量・分子量分布>
本発明のポリカーボネートジオールの水酸基価から求めた数平均分子量(Mn)の下限は好ましくは250であり、より好ましくは300、さらに好ましくは400である。一方、上限は好ましくは5,000であり、より好ましくは4,000、さらに好ましくは3,000である。ポリカーボネートジオールのMnが前記下限未満では、ウレタンとした際に柔軟性が十分に得られない場合がある。一方前記上限超過では粘度が上がり、ポリウレタン化の際のハンドリングを損なう可能性がある。
ポリカーボネートジオールの水酸基価から求めた数平均分子量(Mn)は、具体的には、後述の実施例の項に記載される方法で測定される。
本発明のポリカーボネートジオールの分子量分布である重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)は特に限定されないが、下限は好ましくは1.5であり、より好ましくは1.8である。上限は好ましくは3.5であり、より好ましくは3.0である。分子量分布が上記上限を超える場合、このポリカーボネートジオールを用いて製造したポリウレタンの物性が、低温で硬くなる、伸びが低下する等の傾向があり、分子量分布が上記下限未満のポリカーボネートジオールを製造しようとすると、オリゴマーを除くなどの高度な精製操作が必要になる場合がある。
ポリカーボネートジオールの分子量分布におけるポリカーボネートジオールの重量平均分子量はポリスチレン換算の重量平均分子量、数平均分子量はポリスチレン換算の数平均分子量であり、通常ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPCと略記する場合がある)の測定により求めることができ、具体的には、後述の実施例の項に記載される方法で測定される。
<1−8.原料等の使用割合>
本発明のポリカーボネートジオールの製造において、カーボネート化合物の使用量は、特に限定されないが、通常ジヒドロキシ化合物の合計1モルに対するモル比率で、下限が好ましくは0.35、より好ましくは0.50、さらに好ましくは0.60であり、上限は好ましくは1.00、より好ましくは0.98、さらに好ましくは0.97である。カーボネート化合物の使用量が上記上限超過では得られるポリカーボネートジオールの末端基が水酸基でないものの割合が増加したり、分子量が所定の範囲とならない場合があり、前記下限未満では所定の分子量まで重合が進行しない場合がある。
本発明のポリカーボネートジオールの製造に、前述のエステル交換触媒を用いる場合、触媒の使用量は、通常、用いた全ジヒドロキシ化合物1モル当たり、通常1μモル倍以上200μモル倍以下であり、下限は好ましくは5μモル倍、より好ましくは10μモル倍、さらにこのましくは15μモル倍である。上限は好ましくは100μモル倍、より好ましくは70μモル倍、さらに好ましくは50μモル倍である。触媒の使用量が少なすぎると、十分な重合活性が得られず重合反応の進行が遅くなるため、所望の分子量のポリカーボネートジオールが得られにくく、生産効率が低下するだけでなく、原料モノマーが重合反応の間、未反応のままで系中に存在する時間が長くなるため、色調の悪化を招く場合がある。また、副生するモノヒドロキシ化合物とともに留出するモノマー量が増加し、結果的に原料原単位の悪化や、その回収のため余分なエネルギーが必要となる可能性があり、更には、複数のジヒドロキシ化合物を用いた共重合の場合には、原料として用いたモノマーの組成比と製品ポリカーボネートジオール中の構成モノマー単位の組成比が変わってしまう原因となることがある。反対に触媒の使用量が多すぎると、エステル交換反応後に過度に多くの触媒が残存し、ポリカーボネートジオールが白濁したり、加熱により着色しやすくなったりする場合がある。また得られたポリカーボネートジオールを用いてポリウレタンを製造する際には反応を阻害したり、反応を過度に促進したりする場合がある。
<1−9.触媒失活剤>
エステル交換反応の際に触媒を用いた場合、通常得られたポリカーボネートジオールには触媒が残存し、残存する触媒により、ポリカーボネートジオールの加熱により、分子量上昇や組成変化、色調悪化等が起こったり、ポリウレタン化反応の制御が出来なくなったりする場合がある。この残存する触媒の影響を抑制するために、使用されたエステル交換触媒とほぼ等モルの例えばリン系化合物等を添加し、エステル交換触媒を不活性化することが好ましい。さらには添加後、後述のように加熱処理等により、エステル交換触媒を効率的に不活性化することができる。
エステル交換触媒の不活性化に使用されるリン系化合物としては、例えば、リン酸、亜リン酸などの無機リン酸や、リン酸ジブチル、リン酸トリブチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリフェニル、亜リン酸トリフェニルなどの有機リン酸エステル等が挙げられるが、少量で効果が大きいことからリン酸、亜リン酸が好ましく、リン酸がより好ましい。。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
前記リン系化合物の使用量は、特に限定はされないが、前述したように、使用されたエステル交換触媒とほぼ等モルであればよく、具体的には、使用されたエステル交換触媒1モルに対して上限が好ましくは5モル、より好ましくは2モルであり、下限が好ましくは0.6モル、より好ましくは0.8モル、さらに好ましくは1.0モルである。これより少ない量のリン系化合物を使用した場合は、ポリカーボネートジオールを加熱すると、ポリカーボネートジオールの分子量上昇、組成変化、色調悪化等が起こったり、エステル交換触媒の不活性化が十分でなく、得られたポリカーボネートジオールを例えばポリウレタン製造用原料として使用する時、該ポリカーボネートジオールのイソシアネート基に対する反応性を十分に低下させることができなかったりする場合がある。また、この範囲を超えるリン系化合物を使用すると得られたポリカーボネートジオールが着色したり、該ポリカーボネートジオールを原料としてポリウレタンとしたときに、ポリウレタンが加水分解しやすく、更に、リン系化合物がブリードアウトしたりする可能性がある。
リン系化合物を添加することによるエステル交換触媒の不活性化は、室温でも行う事ができるが、加熱処理するとより効率的である。この加熱処理の温度は、特に限定はされないが、上限が好ましくは180℃、より好ましくは150℃、さらに好ましくは120℃、よりさらに好ましくは100℃であり、下限は、好ましくは50℃、より好ましくは60℃、さらに好ましくは70℃である。これより低い温度の場合は、エステル交換触媒の不活性化に時間がかかり効率的でなく、また不活性化の程度も不十分な場合がある。一方、180℃を超える温度では、得られたポリカーボネートジオールが着色することがある。
リン系化合物と反応させる時間は特に限定するものではないが、通常0.1〜5時間である。
<1−10.ポリカーボネートジオールの製造>
本発明のポリカーボネートジオールは、前記のジヒドロキシ化合物と、前記のカーボネート化合物とを、好ましくは前述の触媒を用いてエステル交換反応により重合させることにより製造することができる。
反応原料の仕込み方法は、特に制限はなく、ジヒドロキシ化合物とカーボネート化合物と触媒の全量を同時に仕込み反応に供する方法や、カーボネート化合物が固体の場合まずカーボネート化合物を仕込んで加温、溶融させておき後からジヒドロキシ化合物と触媒を添加する方法、逆にジヒドロキシ化合物を先に仕込んでおいて溶融させ、ここへカーボネート化合物と触媒を投入する方法、など自由にその方法は選択できる。
エステル交換反応の際の反応温度は、実用的な反応速度が得られる温度であれば任意に採用することができる。その温度は特に限定されないが、下限は通常70℃、好ましくは100℃、より好ましくは130℃である。また反応温度の上限は、通常250℃、好ましくは200℃、より好ましくは190℃、さらに好ましくは180℃、特に好ましくは170℃である。反応温度が上記下限を下回るとエステル交換反応が実用的な速度では進行しない場合がある。また、反応温度が上記上限超過では得られるポリカーボネートジオールが着色したり、エーテル構造が生成したり、濁度が悪化するなどの品質上の問題が生じる場合がある。
反応は常圧で行なうこともできるが、エステル交換反応は平衡反応であり、副生するモノヒドロキシ化合物やジヒドロキシ化合物を系外に留去することで反応を生成系に偏らせることができる。従って、通常、反応過程の後半には減圧条件を採用して副生するモノヒドロキシ化合物やジヒドロキシ化合物を留去しながら反応することが好ましい。あるいは反応の途中から徐々に圧力を下げて副生するモノヒドロキシ化合物やジヒドロキシ化合物を留去しながら反応させていくことも可能である。反応初期に圧力を下げすぎると、低沸点未反応モノマーの揮発を助長して、所定の分子量のポリカーボネートジオールが得られなかったり、共重合の場合には所定の共重合組成比のポリカーボネートジオールが得られなかったりすることがある。
一方、反応の終期において減圧度を高めて反応を行うと、副生したフェノール類等のモノヒドロキシ化合物やジヒドロキシ化合物、カーボネート化合物等の残存モノマー、さらには濁りの原因となる可能性のある環状カーボネート(環状オリゴマー)などを留去することができるので好ましい。
この際の反応終了時の反応圧力は、特に限定はされないが、通常上限が絶対圧力として10kPa、好ましくは5kPa、より好ましくは1kPaである。これら軽沸成分の留出を効果的に行うために、反応系へ窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを少量通じながら該反応を行うこともできる。
エステル交換反応の際に沸点が低いカーボネート化合物やジヒドロキシ化合物を使用する場合は、反応初期はカーボネート化合物やジヒドロキシ化合物の沸点近辺で反応を行い、反応が進行するにつれて、徐々に温度を上げて、更に反応を進行させる、という方法も採用可能である。この場合、反応初期に未反応のカーボネート化合物やジヒドロキシ化合物の留去を防ぐことができるので好ましい。さらにこれら反応初期における原料の留去を防ぐ意味で反応器に還流管をつけて、原料のカーボネート化合物とジヒドロキシ化合物を還流させながら、カーボネート化合物より副生するモノヒドロキシ化合物やジヒドロキシ化合物を留去させエステル交換反応を行うことも可能である。この場合、仕込んだ原料モノマーが失われず試剤の量比を正確に合わせることができるので好ましい。
重縮合反応は、バッチ式でも連続式でも行うことができるが、製品の分子量等の品質の安定性からは連続式が優れている。使用する装置は、槽型、管型及び塔型のいずれの形式であってもよく、各種の攪拌翼を具備した公知の重合槽等を使用することができる。装置昇温中の雰囲気は特に制限はないが、製品の品質の観点から、窒素ガス等の不活性ガス中、常圧または減圧下で行われるのが好ましい。
本発明のポリカーボネートジオールを得るためのエステル交換反応に必要な時間は、使用するジヒドロキシ化合物、カーボネート化合物、触媒の使用の有無、用いる触媒の種類により大きく異なるので一概に規定することはできないが、通常所定の分子量に達するのに必要な反応時間は50時間以下、好ましくは20時間以下、さらに好ましくは10時間以下である。
<1−11.精製>
重合反応後は、ポリカーボネートジオール中の末端構造がアルキルオキシ基である不純物、アリールオキシ基である不純物、未反応ジヒドロキシ化合物やカーボネート化合物、副生するモノヒドロキシ化合物やジヒドロキシ化合物および軽沸の環状カーボネート、さらには添加した触媒などを除去する目的で精製を行うことができる。その際の精製は軽沸化合物については、蒸留で留去する方法が採用できる。蒸留の具体的な方法としては減圧蒸留、水蒸気蒸留、薄膜蒸留など特にその形態に制限はないが、中でも薄膜蒸留が効果的である。また、水溶性の不純物を除くために水、アルカリ性水、酸性水、キレート剤溶解溶液などで洗浄してもよい。その場合、水に溶解させる化合物は任意に選択できる。
薄膜蒸留条件としては特に制限はないが、薄膜蒸留時の温度は、上限が250℃であることが好ましく、210℃であることが好ましい。また、下限が120℃であることが好ましく、150℃であることがより好ましい。薄膜蒸留時の温度の下限を上記の値とすることにより、軽沸成分の除去効果が十分となる。また、上限を上記の値とすることにより、薄膜蒸留後に得られるポリカーボネートジオールが着色するのを防ぐことができる。
薄膜蒸留時の圧力は、上限が500Paであることが好ましく、150Paであることがより好ましく、70Paであることが更に好ましい。薄膜蒸留時の圧力を前記上限値以下とすることにより、軽沸成分の除去効果が十分に得られる。
また、薄膜蒸留直前のポリカーボネートジオールの保温の温度は、上限が250℃であることが好ましく、150℃であることがより好ましい。また、下限が80℃であることが好ましく、120℃であることがより好ましい。
薄膜蒸留直前のポリカーボネートジオールの保温の温度を上記下限以上とすることにより、薄膜蒸留直前のポリカーボネートジオールの流動性が低下するのを防ぐことができる。一方、上記上限以下とすることにより、薄膜蒸留後に得られるポリカーボネートジオールが着色するのを防ぐことができる。
<1−12.残存モノマー類等>
原料として例えばジフェニルカーボネート等の芳香族炭酸ジエステルを使用した場合、ポリカーボネートジオール製造中にフェノール類が副生する。フェノール類は一官能性化合物なので、ポリウレタンを製造する際の阻害因子となる可能性がある上、フェノール類によって形成されたウレタン結合は、その結合力が弱いために、その後の工程等で熱によって解離してしまい、イソシアネートやフェノール類が再生し、不具合を起こす可能性がある。また、フェノール類は刺激性物質でもあるため、ポリカーボネートジオール中のフェノール類の残存量は、より少ない方が好ましい。具体的にはポリカーボネートジオールに対する重量比として好ましくは1000ppm以下、より好ましくは500ppm以下、さらに好ましくは300ppm以下、中でも100ppm以下であることが好ましい。ポリカーボネートジオール中のフェノール類を低減するためには、前述のようにポリカーボネートジオールの重合反応の圧力を絶対圧力として1kPa以下の高真空としたり、ポリカーボネートジオールの重合後に薄膜蒸留等を行ったりすることが有効である。
ポリカーボネートジオール中には、製造時の原料として使用した炭酸ジエステルが残存することがある。ポリカーボネートジオール中の炭酸ジエステルの残存量は限定されるものではないが、少ないほうが好ましく、ポリカーボネートジオールに対する重量比として上限が好ましくは5重量%、より好ましくは3重量%、さらに好ましくは1重量%である。ポリカーボネートジオールの炭酸ジエステル含有量が多すぎるとポリウレタン化の際の反応を阻害する場合がある。一方、その下限は特に制限はないが、好ましくは0.1重量%、より好ましくは0.01重量%、さらに好ましくは0重量%である。
ポリカーボネートジオールには、製造時に使用したジヒドロキシ化合物が残存する場合がある。ポリカーボネートジオール中のジヒドロキシ化合物の残存量は、限定されるものではないが、少ないほうが好ましく、ポリカーボネートジオールに対する重量比として1重量%以下が好ましく、より好ましくは0.1重量%以下であり、さらに好ましくは0.05重量%以下である。ポリカーボネートジオール中のジヒドロキシ化合物の残存量が多いと、ポリウレタンとした際のソフトセグメント部位の分子長が不足し、所望の物性が得られない場合がある。
ポリカーボネートジオール中には、製造の際に副生した環状のカーボネート(環状オリゴマー)を含有する場合がある。例えば前記式(A)で表される化合物として1,3−プロパンジオールを用いた場合、1,3−ジオキサン−2−オンもしくはさらにこれらが2分子ないしそれ以上で環状カーボネートとなったものなどが生成してポリカーボネートジオール中に含まれる場合がある。これらの化合物は、ポリウレタン化反応においては副反応をもたらす可能性があり、また濁りの原因となるため、ポリカーボネートジオールの重合反応の圧力を絶対圧力として1kPa以下の高真空にしたり、ポリカーボネートジオールの合成後に薄膜蒸留等を行ったりしてできる限り除去しておくことが好ましい。ポリカーボネートジオール中に含まれるこれら環状カーボネートの含有量は、限定されないが、ポリカーボネートジオールに対する重量比として好ましくは3重量%以下、より好ましくは1重量%以下、さらに好ましくは0.5重量%以下である。
本発明のポリカーボネートジオールを製造する際に、エステル交換触媒を用いた場合、得られたポリカーボネートジオール中に、過度に多くの触媒が残存すると、該ポリカーボネートジオールを用いてポリウレタンを製造する際に反応を阻害したり、反応を過度に促進したりする場合がある。
このため、ポリカーボネートジオール中に残存する触媒量は、特に限定されないが、触媒金属換算の含有量として100ppm以下が好ましく、より好ましくは50ppm以下、さらに好ましくは10ppm以下である。
<1−13.APHA値>
本発明のポリカーボネートジオールの色は、ハーゼン色数(JIS K0071−1:1998に準拠)で表した場合の値(以下「APHA値」と表記する。)で60以下であることが好ましく、より好ましくは50以下、更に好ましくは40以下、特に好ましくは35以下である。APHA値が60を超えると、ポリカーボネートジオールを原料として得られるポリウレタンの色調が悪化し、商品価値を低下させたり、熱安定性が悪くなったりする。ポリカーボネートジオールのAPHA値を60以下にするためには、ポリカーボネートジオール製造時の触媒、添加剤の種類や量の選択、熱履歴、重合中及び重合終了後のモノヒドロキシ化合物の濃度や未反応モノマーの濃度を総合的に制御する必要がある。また、重合中及び重合終了後の遮光も効果的である。また、ポリカーボネートジオールの分子量の設定やモノマーであるジヒドロキシ化合物種の選定も重要である。特にアルコール性水酸基を有する脂肪族ジヒドロキシ化合物を原料とするポリカーボネートジオールは、ポリウレタンに加工した場合に、柔軟性や耐水性、耐光性等の種々の優れた性能を示すが、芳香族ジヒドロキシ化合物を原料とした場合より熱履歴や触媒による着色が著しくなる傾向にあるため、上記の制御が重要である。
APHAは、具体的には、後述の実施例の項に記載される方法で測定される。
<1−14.溶融粘度>
本発明のポリカーボネートジオールは、後述の実施例の項に記載される方法で測定される溶融粘度が100mPa.s以上、特に300mPa.s以上、とりわけ500mPa.s以上で、1000000mPa.s以下、特に10000mPa.s以下、とりわけ7000mPa.s以下であることが好ましい。ポリカーボネートジオールの溶融粘度が上記下限以上であるとポリカーボネートジオールの重合度が十分であり、これを用いて製造したウレタンの柔軟性や弾性回復性が優れる傾向にあり、上記上限以下であるとポリカーボネートの取扱い性が向上し、製造の効率を落とさないため好ましい。
<1−15.ガラス転移温度>
本発明のポリカーボネートジオールの示差走査熱量計(以下「DSC」と称する場合がある。)にて測定したガラス転移温度(Tg)は好ましくは−30℃以下であり、より好ましくは−35℃以下である。Tgが高すぎるとポリウレタンとした際のTgも高くなり、低温特性が悪化する場合がある。ただし、Tgの下限は低すぎると、ポリウレタンにした際に弾性率が低すぎたり、タック性が強くなったりする傾向にあるため、通常−100℃以上である。
[2.ポリウレタン]
本発明の合成皮革用ポリウレタン(以下、「本発明のポリウレタン」と称す場合がある。)は、少なくとも(a)1分子中にイソシアネート基を2個以上含有する化合物(以下「ポリイソシアネート」と称す場合がある。)と、(b)鎖延長剤と、(c)上述の本発明のポリカーボネートジオールを用いて製造される。
本発明のポリカーボネートジオールを用いて本発明のポリウレタンを製造する方法は、通常ポリウレタンを製造する公知のポリウレタン化反応条件が用いられる。
例えば、(c)本発明のポリカーボネートジオールと(a)ポリイソシアネート及び(b)鎖延長剤を常温から200℃の範囲で反応させることにより、本発明のポリウレタンを製造することができる。
また、(c)本発明のポリカーボネートジオールと過剰の(a)ポリイソシアネートとをまず反応させて末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを製造し、さらに(b)鎖延長剤を用いて重合度を上げて本発明のポリウレタンを製造する事が出来る。
<2−1.ポリイソシアネート>
本発明のポリカーボネートジオールを用いてポリウレタンを製造するのに使用される(a)ポリイソシアネートとしては、脂肪族、脂環族又は芳香族の各種公知のポリイソシアネート化合物が挙げられる。
例えば、テトラメチ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、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート及びダイマー酸のカルボキシル基をイソシアネート基に転化したダイマージイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1−メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1−メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及び1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンなどの脂環族ジイソシアネート;キシリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、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、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、4,4’−ジベンジルジイソシアネート、ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、フェニレンジイソシアネート及びm−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも得られるポリウレタンの物性のバランスが好ましい点、工業的に安価に多量に入手が可能な点で、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、「MDI」と称する場合がある)、ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートが好ましい。
<2−2.鎖延長剤>
また、本発明のポリウレタンを製造する際に用いられる(b)鎖延長剤は、後述するイソシアネート基を有するプレポリマーを製造する場合において、イソシアネート基と反応する活性水素を少なくとも2個有する低分子量化合物であり、通常ポリオール及びポリアミン等を挙げることができる。
その具体例としては、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、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、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−ドデカンジオール等の直鎖ジオール類;2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2,4−ヘプタンジオール、1,4−ジメチロールヘキサン、2−エチル−1,3−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−メチル−1,8−オクタンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、ダイマージオール等の分岐鎖を有するジオール類;ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のエーテル基を有するジオール類;1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−ジヒドロキシエチルシクロヘキサン等の脂環構造を有するジオール類、キシリレングリコール、1,4−ジヒドロキシエチルベンゼン、4,4’−メチレンビス(ヒドロキシエチルベンゼン)等の芳香族基を有するジオール類;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等のポリオール類;N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン等のヒドロキシアミン類;エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、ヘキサメチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチレントリアミン、イソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、2−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、ジ−2−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、ジ−2−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、2−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ジ−2−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、4,4’−ジフェニルメタンジアミン、メチレンビス(o−クロロアニリン)、キシリレンジアミン、ジフェニルジアミン、トリレンジアミン、ヒドラジン、ピペラジン、N,N’−ジアミノピペラジン等のポリアミン類;及び水等を挙げることができる。
これらの鎖延長剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも得られるポリウレタンの物性のバランスが好ましい点、工業的に安価に多量に入手が可能な点で、1,4−ブタンジオール(以下、「1,4BD」と称する場合がある)、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、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、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−ジヒドロキシエチルシクロヘキサン、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、イソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンが好ましい。
また、後述する水酸基を有するプレポリマーを製造する場合の鎖延長剤とは、イソシアネート基を少なくとも2個有する低分子量化合物であり、具体的には<2−1.ポリイソシアネート>で記載したような化合物が挙げられる。
<2−3.鎖停止剤>
本発明のポリウレタンを製造する際には、得られるポリウレタンの分子量を制御する目的で、必要に応じて1個の活性水素基を持つ鎖停止剤を使用することができる。
これらの鎖停止剤としては、一個の水酸基を有するメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール等の脂肪族モノオール類、一個のアミノ基を有するジエチルアミン、ジブチルアミン、n−ブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、モルフォリン等の脂肪族モノアミン類が例示される。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<2−4.触媒>
本発明のポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応において、トリエチルアミン、N−エチルモルフォリン、トリエチレンジアミンなどのアミン系触媒又は酢酸、リン酸、硫酸、塩酸、スルホン酸等の酸系触媒、トリメチルチンラウレート、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ジオクチルチンジネオデカネートなどのスズ系の化合物、さらにはチタン系化合物などの有機金属塩などに代表される公知のウレタン重合触媒を用いる事もできる。ウレタン重合触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<2−5.本発明のポリカーボネートジオール以外のポリオール>
本発明のポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応においては、本発明のポリカーボネートジオールと必要に応じてそれ以外のポリオールを併用しても良い。ここで、本発明のポリカーボネートジオール以外のポリオールとは、通常のポリウレタン製造の際に用いるものであれば特に限定されず、例えばポリエーテルポリオール、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、本発明のポリカーボネートジオール以外のポリカーボネートポリオールが挙げられる。例えば、ポリエーテル系ポリオールとの併用では、本発明のポリカーボネートジオールの特徴である低温特性を更に向上させたポリウレタンとすることができる。ここで、本発明のポリカーボネートジオールとそれ以外のポリオールを合わせた重量に対する本発明のポリカーボネートジオールの重量割合は70%以上が好ましく、90%以上がさらに好ましい。本発明のポリカーボネートジオールの重量割合が少ないと、本発明の特徴である耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感の物性バランスが失われる可能性がある。
本発明において、ポリウレタンの製造には、上述の本発明のポリカーボネートジオールを変性して使用することも出来る。ポリカーボネートジオールの変性方法としては、ポリカーボネートジオールにエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のエポキシ化合物を付加させてエーテル基を導入する方法や、ポリカーボネートジオールをε−カプロラクトン等の環状ラクトンやアジピン酸、コハク酸、セバシン酸、テレフタル酸等のジカルボン酸化合物並びにそれらのエステル化合物と反応させてエステル基を導入する方法がある。エーテル変性ではエチレンオキシド、プロピレンオキシド等による変性でポリカーボネートジオールの粘度が低下し、取扱い性等の理由で好ましい。特に、本発明のポリカーボネートジオールではエチレンオキシドやプロピレンオキシド変性することによって、ポリカーボネートジオールの結晶性が低下し、低温での柔軟性が改善されると共に、エチレンオキシド変性の場合は、エチレンオキシド変性ポリカーボネートジオールを用いて製造されたポリウレタンの吸水性や透湿性が増加する為に人工皮革・合成皮革等としての性能が向上することがある。しかし、エチレンオキシドやプロピレンオキシドの付加量が多くなると、変性ポリカーボネートジオールを用いて製造されたポリウレタンの機械強度、耐熱性、耐薬品性、触感等の諸物性が低下するので、ポリカーボネートジオールに対する付加量としては5〜50重量%が好適であり、好ましくは5〜40重量%、さらに好ましくは5〜30重量%である。また、エステル基を導入する方法では、ε−カプロラクトンによる変性でポリカーボネートジオールの粘度が低下し、取扱い性等の理由で好ましい。ポリカーボネートジオールに対するε−カプロラクトンの付加量としては5〜50重量%が好適であり、好ましくは5〜40重量%、さらに好ましくは5〜30重量%である。ε−カプロラクトンの付加量が50重量%を超えると、変性ポリカーボネートジオールを用いて製造されたポリウレタンの耐加水分解性、耐薬品性等が低下する。
<2−6.溶媒>
本発明のポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応には溶媒を用いても良い。
好ましい溶媒としては、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド,N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;及びトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよく、2種以上の混合溶媒として用いてもよい。
これらの中で好ましい有機溶媒は、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン及びジメチルスルホキシド等である。
また、本発明のポリカーボネートジオール、ポリイソシアネート、及び前記の鎖延長剤が配合されたポリウレタン組成物から、水分散液のポリウレタンを製造することもできる。
<2−7.ポリウレタン製造方法>
上述の反応試剤を用いて本発明のポリウレタンを製造する方法としては、一般的に実験ないし工業的に用いられる製造方法が使用できる。
その例としては、(c)本発明のポリカーボネートジオール、必要に応じて用いられるそれ以外のポリオール、(a)ポリイソシアネート及び(b)鎖延長剤を一括に混合して反応させる方法(以下、「一段法」と称する場合がある)や、まず(c)本発明のポリカーボネートジオール、必要に応じて用いられるそれ以外のポリオール及び(a)ポリイソシアネートを反応させて両末端がイソシアネート基のプレポリマーを調製した後に、そのプレポリマーと(b)鎖延長剤を反応させる方法(以下、「二段法」と称する場合がある)等がある。
二段法は、本発明のポリカーボネートジオールと必要に応じて用いられるそれ以外のポリオールとを予め1当量以上のポリイソシアネートと反応させることにより、ポリウレタンのソフトセグメントに相当する部分の両末端イソシアネート中間体を調製する工程を経るものである。このように、プレポリマーを一旦調製した後に鎖延長剤と反応させると、ソフトセグメント部分の分子量の調整が行いやすい場合があり、ソフトセグメントとハードセグメントの相分離を確実に行う必要がある場合には有用である。
<2−8.一段法>
一段法とは、ワンショット法とも呼ばれ、(c)本発明のポリカーボネートジオール、必要に応じて用いられる(以下、この記載は省略する。)それ以外のポリオール、(a)ポリイソシアネート及び(b)鎖延長剤を一括に仕込むことで反応を行う方法である。
一段法におけるポリイソシアネートの使用量は、特に限定はされないが、本発明のポリカーボネートジオールとそれ以外のポリオールとの総水酸基数と、鎖延長剤の水酸基数とアミノ基数との総計を1当量とした場合、下限は、好ましくは0.7当量、より好ましくは0.8当量、さらに好ましくは0.9当量、特に好ましくは0.95当量であり、上限は、好ましくは3.0当量、より好ましくは2.0当量、さらに好ましくは1.5当量、特に好ましくは1.1当量である。
ポリイソシアネートの使用量が多すぎると、未反応のイソシアネート基が副反応を起こし、得られるポリウレタンの粘度が高くなりすぎて取り扱いが困難となったり、柔軟性が損なわれたりする傾向があり、少なすぎると、ポリウレタンの分子量が十分に大きくならず、十分なポリウレタン強度が得られなくなる傾向がある。
また、鎖延長剤の使用量は、特に限定されないが、本発明のポリカーボネートジオールとそれ以外のポリオールの総水酸基数からポリイソシアネートのイソシアネート基数を引いた数を1当量とした場合、下限は、好ましくは0.7当量、より好ましくは0.8当量、さらに好ましくは0.9当量、特に好ましくは0.95当量であり、上限は好ましくは3.0当量、より好ましくは2.0当量、さらに好ましくは1.5当量、特に好ましくは1.1当量である。鎖延長剤の使用量が多すぎると、得られるポリウレタンが溶媒に溶けにくく加工が困難になる傾向があり、少なすぎると、得られるポリウレタンが軟らかすぎて十分な強度や硬度、弾性回復性能や弾性保持性能が得られなかったり、耐熱性が悪くなる場合がある。
<2−9.二段法>
二段法は、プレポリマー法ともよばれ、主に以下の方法がある。
(i)予め本発明のポリカーボネートジオール及びそれ以外のポリオールと、過剰のポリイソシアネートとを、ポリイソシアネート/(本発明のポリカーボネートジオール及びそれ以外のポリオール)の反応当量比が1を超える量から10.0以下で反応させて、分子鎖末端がイソシアネート基であるプレポリマーを製造し、次いでこれに鎖延長剤を加えることによりポリウレタンを製造する方法
(ii)予めポリイソシアネートと、過剰の本発明のポリカーボネートジオール及びそれ以外のポリオールとを、ポリイソシアネート/(本発明のポリカーボネートジオール及びそれ以外のポリオール)の反応当量比が0.1以上から1.0未満で反応させて分子鎖末端が水酸基であるプレポリマーを製造し、次いでこれに鎖延長剤として末端がイソシアネート基のポリイソシアネートを反応させてポリウレタンを製造する方法。
二段法は無溶媒でも溶媒共存下でも実施することができる。
二段法によるポリウレタン製造は以下に記載の(1)〜(3)のいずれかの方法によって行うことができる。
(1) 溶媒を使用せず、まず直接ポリイソシアネートと本発明のポリカーボネートジオールとそれ以外のポリオールとを反応させてプレポリマーを合成し、そのまま鎖延長反応に使用する。
(2) (1)の方法でプレポリマーを合成し、その後溶媒に溶解し、以降の鎖延長反応に使用する。
(3) 初めから溶媒を使用し、ポリイソシアネートと本発明のポリカーボネートジオールとそれ以外のポリオールとを反応させ、その後鎖延長反応を行う。
(1)の方法の場合には、鎖延長反応にあたり、鎖延長剤を溶媒に溶かしたり、溶媒に同時にプレポリマー及び鎖延長剤を溶解するなどの方法により、ポリウレタンを溶媒と共存する形で得ることが重要である。
二段法(i)の方法におけるポリイソシアネートの使用量は、特に限定はされないが、本発明のポリカーボネートジオールとそれ以外のポリオールの総水酸基の数を1当量とした場合のイソシアネート基の数として、下限が好ましくは1.0当量を超える量、より好ましくは1.2当量、さらに好ましくは1.5当量であり、上限が好ましくは10.0当量、より好ましくは5.0当量、さらに好ましくは3.0当量の範囲である。
このイソシアネート使用量が多すぎると、過剰のイソシアネート基が副反応を起こして所望のポリウレタンの物性まで到達しにくい傾向があり、少なすぎると、得られるポリウレタンの分子量が十分に上がらず強度や熱安定性が低くなる場合がある。
鎖延長剤の使用量については特に限定されないが、プレポリマーに含まれるイソシアネート基の数1当量に対して、下限が好ましくは0.1当量、より好ましくは0.5当量、さらに好ましくは0.8当量であり、上限が好ましくは5.0当量、より好ましくは3.0当量、さらに好ましくは2.0当量の範囲である。
上記鎖延長化反応を行う際に、分子量を調整する目的で、一官能性の有機アミン類やアルコール類を共存させてもよい。
また、二段法(ii)の方法における末端が水酸基であるプレポリマーを作成する際のポリイソシアネートの使用量は、特に限定はされないが、本発明のポリカーボネートジオールとそれ以外のポリオールの総水酸基の数を1当量とした場合のイソシアネート基の数として、下限が好ましくは0.1当量、より好ましくは0.5当量、さらに好ましくは0.7当量であり、上限が好ましくは0.99当量、より好ましくは0.98当量、さらに好ましくは0.97当量である。
このイソシアネート使用量が少なすぎると、続く鎖延長反応で所望の分子量を得るまでの工程が長くなり生産効率が落ちる傾向にあり、多すぎると、粘度が高くなりすぎて得られるポリウレタンの柔軟性が低下したり、取扱いが悪く生産性が劣ったりする場合がある。
鎖延長剤の使用量については特に限定されないが、プレポリマーに使用した本発明のポリカーボネートジオールとそれ以外のポリオールの総水酸基の数を1当量とした場合、プレポリマーに使用したイソシアネート基の当量を加えた総当量として、下限が好ましくは0.7当量、より好ましくは0.8当量、さらに好ましくは0.9当量であり、上限が好ましくは1.0当量未満、より好ましくは0.99当量、さらに好ましくは0.98当量の範囲である。
上記鎖延長化反応を行う際に、分子量を調整する目的で、一官能性の有機アミン類やアルコール類を共存させてもよい。
鎖延長反応は通常、0℃〜250℃で反応させるが、この温度は溶媒の量、使用原料の反応性、反応設備等により異なり、特に制限はない。温度が低すぎると反応の進行が遅すぎたり、原料や重合物の溶解性が低い為に製造時間が長くなることがあり、また高すぎると副反応や得られるポリウレタンの分解が起こることがある。鎖延長反応は、減圧下で脱泡しながら行ってもよい。
また、鎖延長反応には必要に応じて、触媒や安定剤等を添加することもできる。
触媒としては例えばトリエチルアミン、トリブチルアミン、N−エチルモルフォリン、トリエチレンジアミンなどのアミン系触媒又は酢酸、燐酸、硫酸、塩酸、スルホン酸等の酸系触媒、トリメチルチンラウレート、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ジオクチルチンジネオデカネートなどのスズ系の化合物、さらにはチタン系化合物などの有機金属塩などに代表される公知のウレタン重合触媒を用いる事ができる。ウレタン重合触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
安定剤としては例えば2,6−ジブチル−4−メチルフェノール、ジステアリルチオジプロピオネ−ト、N,N′−ジ−2−ナフチル−1,4−フェニレンジアミン、トリス(ジノニルフェニル)ホスファイト等の化合物が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。尚、鎖延長剤が短鎖脂肪族アミン等の反応性の高いものの場合は、触媒を添加せずに実施してもよい。
<2−10.水系ポリウレタンエマルション>
本発明のポリカーボネートジオールを用いて、水系ポリウレタンエマルションを製造する事も可能である。
その場合、本発明のポリカーボネートジオールを含むポリオールと過剰のポリイソシアネートを反応させてプレポリマーを製造する際に、少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物を混合してプレポリマーを形成し、親水性官能基の中和塩化工程、水添加による乳化工程、鎖延長反応工程を経て水系ポリウレタンエマルションとする。
ここで使用する少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物の親水性官能基とは、例えばカルボキシル基やスルホン酸基であって、アルカリ性基で中和可能な基である。また、イソシアネート反応性基とは、水酸基、1級アミノ基、2級アミノ基等の一般的にイソシアネートと反応してウレタン結合、ウレア結合を形成する基であり、これらが同一分子内に混在していてもかまわない。
少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物としては、具体的には、2,2’−ジメチロールプロピオン酸、2,2−メチロール酪酸、2,2’−ジメチロール吉草酸等が挙げられる。また、ジアミノカルボン酸類、例えば、リジン、シスチン、3,5−ジアミノカルボン酸等も挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらを実際に用いる場合には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン等のアミンや、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等のアルカリ性化合物で中和して用いることができる。
水系ポリウレタンエマルションを製造する場合、少なくとも1個の親水性官能基と少なくとも2個のイソシアネート反応性の基を有する化合物の使用量は、水に対する分散性能を上げるために、その下限は、本発明のポリカーボネートジオールとそれ以外のポリオールとの総重量に対して好ましくは1重量%、より好ましくは5重量%、さらに好ましくは10重量%である。一方、これを多く添加しすぎると本発明のポリカーボネートジオールの特性が維持されなくなってしまうことがあるために、その上限は好ましくは50重量%、より好ましくは40重量%、さらに好ましくは30重量%である。
水系ポリウレタンエマルションを製造する場合、プレポリマー工程においてメチルエチルケトンやアセトン、あるいはNーメチル−2−ピロリドン等の溶媒の共存下に反応させてもよいし、無溶媒で反応させてもよい。また、溶媒を使用する場合は、水性エマルションを製造した後に蒸留によって溶媒を留去させるのが好ましい。
本発明のポリカーボネートジオールを原料として、無溶媒で水系ポリウレタンエマルションを製造する際、用いるポリカーボネートジオールの水酸基価から求めた数平均分子量の上限は好ましくは5000、より好ましくは4500、さらに好ましくは4000である。また、下限は好ましくは300、より好ましくは500、さらに好ましくは800である。水酸基価から求めた数平均分子量が5000を超えたり、300より小さくなると、エマルジョン化が困難となる場合がある。
また、水系ポリウレタンエマルションの合成、あるいは保存にあたり、高級脂肪酸、樹脂酸、酸性脂肪アルコール、硫酸エステル、スルホン酸高級アルキル、スルホン酸アルキルアリール、スルホン化ひまし油、スルホコハク酸エステルなどに代表されるアニオン性界面活性剤、第一アミン塩、第二アミン塩、第三アミン塩、第四級アミン塩、ピリジニウム塩等のカチオン系界面活性剤、あるいはエチレンオキサイドと長鎖脂肪族アルコール又はフェノール類との公知の反応生成物に代表される非イオン性界面活性剤等を併用して、乳化安定性を保持してもよい。
また、水系ポリウレタンエマルションとする際に、プレポリマーの有機溶媒溶液に、必要に応じて中和塩化工程なしに、乳化剤の存在下、水を機械的に高せん断下で混合して、エマルションを製造することも出来る。
このようにして製造された水系ポリウレタンエマルションは、様々な用途に使用する事が可能である。特に、最近は環境負荷の小さな化学品原料が求められており、有機溶媒を使用しない目的としての従来品からの代替が可能である。
<2−11.添加剤>
本発明のポリカーボネートジオールを用いて製造した本発明のポリウレタンには、熱安定剤、光安定剤、着色剤、充填剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、粘着防止剤、難燃剤、老化防止剤、無機フィラー等の各種の添加剤を、本発明のポリウレタンの特性を損なわない範囲で、添加、混合することができる。
熱安定剤として使用可能な化合物としては、リン酸、亜リン酸の脂肪族、芳香族又はアルキル基置換芳香族エステルや次亜リン酸誘導体、フェニルホスホン酸、フェニルホスフィン酸、ジフェニルホスホン酸、ポリホスホネート、ジアルキルぺンタエリスリトールジホスファイト、ジアルキルビスフェノールAジホスファイト等のリン化合物;フェノール系誘導体、特にヒンダードフェノール化合物;チオエーテル系、ジチオ酸塩系、メルカプトベンズイミダゾール系、チオカルバニリド系、チオジプロピオン酸エステル系等のイオウを含む化合物;スズマレート、ジブチルスズモノオキシド等のスズ系化合物等を使用することができる。
ヒンダードフェノール化合物の具体例としては、「Irganox1010」(商品名:BASFジャパン株式会社製)、「Irganox1520」(商品名:BASFジャパン株式会社製)、「Irganox245」(商品名:BASFジャパン株式会社製)等が挙げられる。
リン化合物としては、「PEP−36」、「PEP−24G」、「HP−10」(いずれも商品名:株式会社ADEKA社製)、「Irgafos 168」(商品名:BASFジャパン株式会社製)等が挙げられる。
イオウを含む化合物の具体例としては、ジラウリルチオプロピオネート(DLTP)、ジステアリルチオプロピオネート(DSTP)などのチオエーテル化合物が挙げられる。
光安定剤の例としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系化合物等が挙げられ、具体的には「TINUVIN622LD」、「TINUVIN765」(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)、「SANOL LS−2626」、「SANOL LS−765」(以上、三共株式会社製)等が使用可能である。
紫外線吸収剤の例としては、「TINUVIN328」、「TINUVIN234」(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製)等が挙げられる。
着色剤としては、直接染料、酸性染料、塩基性染料、金属錯塩染料などの染料;カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、マイカなどの無機顔料;及びカップリングアゾ系、縮合アゾ系、アンスラキノン系、チオインジゴ系、ジオキサゾン系、フタロシアニン系等の有機顔料等が挙げられる。
無機フィラーの例としては、ガラス短繊維、カーボンファイバー、アルミナ、タルク、グラファイト、メラミン、白土等が挙げられる。
難燃剤の例としては、リン含有有機化合物、臭素あるいは塩素等のハロゲン含有有機化合物、ポリリン酸アンモニウム、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン等の添加及び反応型難燃剤が挙げられる。
これらの添加剤は、単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で組み合わせて用いてもよい。
これらの添加剤の添加量は、ポリウレタンに対する重量割合として、下限が好ましくは0.01重量%、より好ましくは0.05重量%、さらに好ましくは0.1重量%、上限は、好ましくは10重量%、より好ましくは5重量%、さらに好ましくは1重量%である。添加剤の添加量が少な過ぎるとその添加効果を十分に得ることができず、多過ぎるとポリウレタン中で析出したり、濁りを発生したりする場合がある。
<2−12.分子量>
本発明のポリウレタンの分子量は、その用途に応じて適宜調整され、特に制限はないが、GPCにより測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)として5万〜50万であることが好ましく、10万〜30万であることがより好ましい。Mwが上記下限よりも小さいと十分な強度や硬度が得られない場合があり、上記上限よりも大きいと加工性などハンドリング性を損なう傾向がある。
<2−13.耐オレイン酸性>
本発明のポリウレタンは、例えば後述の実施例の項に記載される方法での評価において、オレイン酸に浸漬前のポリウレタン試験片の重量に対する、オレイン酸に浸漬後のポリウレタン試験片の重量の変化率(増加率)(%)が、80%以下が好ましく、60%以下がより好ましく、50%以下がさらに好ましく、45%以下が特に好ましく40%以下が最も好ましい。
この重量変化率が上記上限超過では十分な耐オレイン酸性が得られない場合がある。
<2−14.耐エタノール性>
本発明のポリウレタンは、例えば後述の実施例の項に記載される方法での評価において、エタノールに浸漬前のポリウレタン試験片の重量に対する、エタノールに浸漬後のポリウレタン試験片の重量の変化率(増加率)(%)が、25%以下が好ましく、23%以下がより好ましく、21%以下がさらに好ましく、20%以下が特に好ましい。
この重量変化率が上記上限超過では十分な耐エタノール性が得られない場合がある。
<2−15.耐酢酸エチル性>
本発明のポリウレタンは、例えば後述の実施例の項に記載される方法での評価において、酢酸エチルに浸漬前のポリウレタン試験片の重量に対する、酢酸エチルに浸漬後のポリウレタン試験片の重量の変化率(増加率)(%)が、150%以下が好ましく、130%以下がより好ましく、110%以下がさらに好ましく、100%以下が特に好ましい。
この重量変化率が上記上限超過では十分な耐酢酸エチル性が得られない場合がある。
<2−16.引張破断伸度>
本発明のポリウレタンは、幅10mm、長さ100mm、厚み約50〜100μmの短冊状のサンプルに対して、チャック間距離50mm、引張速度500mm/分にて、温度23℃、相対湿度50%で測定した引張破断伸度の下限が好ましくは50%、より好ましくは100%、さらに好ましくは150%であり、上限は好ましくは900%、より好ましくは850%、さらに好ましくは800%である。引張破断伸度が上記下限未満では加工性などハンドリング性を損なう傾向があり、上記上限を超えると十分な耐薬品性が得られない場合がある。
<2−17.100%モジュラス>
本発明のポリウレタンは、本発明のポリカーボネートジオールに対して4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートを2当量反応させ、さらにイソホロンジアミンで鎖延長反応を行い二段法でポリウレタンを得た場合、幅10mm、長さ100mm、厚み約50〜100μmの短冊状のサンプルに対して、チャック間距離50mm、引張速度500mm/分にて、温度23℃、相対湿度55%で測定した100%モジュラスの下限が好ましくは0.1MPa以上、より好ましくは0.5MPa以上、さらに好ましくは1MPa以上であり、上限は好ましくは20MPa以下、より好ましくは10MPa以下、さらに好ましくは6MPa以下である。100%モジュラスが上記下限未満では耐薬品性が十分でない場合があり、上記上限を超えると柔軟性が不十分であったり、加工性などハンドリング性を損なったりする傾向がある。
更に、上記の特定ポリウレタンの−10℃での100%モジュラスは好ましくは0.5MPa以上、より好ましくは1.0MPa以上、さらに好ましくは1.5MPa以上、特に好ましくは2.0MPa以上である。又好ましくは13.0MPa以下、より好ましくは12.5MPa以下、さらに好ましくは12.0MPa以下、特に好ましくは11.5MPa以下、最も好ましくは10.0MPa以下である。−10℃での100%モジュラスが上記下限未満では耐薬品性が不足する場合がある。−10℃での100%モジュラスが上記上限を超えると低温での柔軟性が不十分であったり、加工性などのハンドリング性を損なったりする場合がある。
<2−18.低温特性>
本発明のポリウレタンは、低温特性が良好であるが、本発明における低温特性とは、−10℃等の低温での引張試験における引張破断伸度、ヤング率、100%モジュラスにより評価できる。また、具体的には低温での柔軟性、耐衝撃性、耐屈曲性、耐久性のことである。
<2−19.耐熱性>
本発明のポリウレタンは、幅100mm、長さ100mm、厚み約50〜100μmのウレタンフィルムを、ギヤオーブンにて温度120℃、400時間加熱を行ったときに、下記式で算出される加熱前のサンプルの重量平均分子量(Mw(加熱前))に対する加熱後のサンプルの重量平均分子量(Mw(加熱後))の変化率(増加率)の下限が、好ましくは−85%以上、より好ましくは−80%以上、さらに好ましくは−70%以上、特に好ましくは−55%以上であり、上限は好ましくは150%以下、より好ましくは120%以下、さらに好ましくは100%以下、特に好ましくは95%以下、最も好ましくは90%以下である。ポリウレタンの耐熱性が低いと、加熱により熱分解や酸化分解による分子量の低減や、架橋反応による分子量の増加が生じる。この分子量の増減の程度は小さい方が好ましい。
Mw変化率(%) = Mw(加熱後)÷ Mw(加熱前)×100−100
ここで、重量平均分子量(Mw)は、GPCにより測定されるポリスチレン換算値である。
<2−20.ガラス転移温度>
本発明のポリカーボネートジオールに対して4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートを2当量反応させ、さらにイソホロンジアミンで鎖延長反応を行い二段法でポリウレタンを得た場合に、GPCにより測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が13万〜21万の特定ポリウレタンのガラス転移温度(Tg)の下限は好ましくは−50℃、より好ましくは−45℃、さらに好ましくは−40℃であり、上限は好ましくは−20℃、より好ましくは−25℃、さらに好ましくは−30℃である。Tgが上記下限未満では耐薬品性が十分でない場合があり、上記上限超過では低温特性が十分でない可能性がある。
<2−21.ポリウレタン溶液>
本発明のポリウレタンを非プロトン性溶媒に溶解させた溶液(以下、「ポリウレタン溶液」ともいう。)は、ゲル化が進行しにくく、粘度の経時変化が小さいなど保存安定性が良く、また、チクソトロピー性も小さいため、フィルム等に加工するためにも都合がよい。
本発明のポリウレタン溶液に好適に用いられる非プロトン性溶媒としては、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、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン及びジメチルスルホキシドが挙げられ、より好ましくはN,N−ジメチルホルムアミド及びN,N−ジメチルアセトアミドが挙げられる。
ポリウレタン溶液中のポリウレタンの含有量は、ポリウレタン溶液の全重量に対して、通常1〜99重量%であることが好ましく、より好ましくは5〜90重量%、更に好ましくは10〜70重量%、特に好ましくは15〜50重量%である。ポリウレタン溶液中のポリウレタンの含有量を1重量%以上とすることにより、大量の溶媒を除去することが必要になることがなく、生産性を向上することができる。また、99重量%以下とすることにより、溶液の粘度を抑え、操作性又は加工性を向上することができる。
本発明のポリウレタン溶液の粘度は、後述の実施例の項に記載される方法で測定される溶液粘度として、10Pa・s以上であることが好ましく、30Pa・s以上であることがより好ましく、50Pa・s以上であることが特に好ましい。一方、200Pa・s以下であることが好ましく、190Pa・s以下であることがより好ましく、160Pa・s以下であることが更に好ましく、150Pa・s以下であることが特に好ましく、130Pa・s以下であることが最も好ましい。ポリウレタン溶液の粘度が上記下限以上であると製造時にポリウレタン溶液の加工性が容易になり、また十分な機械物性を発現する傾向であり、上記上限以下であるとポリウレタン溶液の取扱い性が向上し、生産性が向上するため好ましい。
ポリウレタン溶液は、特に指定はされないが、長期にわたり保存する場合は窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で保存することが好ましい。
[3.合成皮革]
本発明の合成皮革用ポリウレタンを用いた合成皮革の製造方法は、公知の方法を使用することが出来、例えば、「人工皮革・合成皮革 日本繊維製品消費科学会(2010)」に示されるような方法で製造される。一般的に、合成皮革とは基材として織布や編布を示し、基材として不織布を用いる人工皮革とは別の構成体として区別されることもある。しかし、近年は不織布に強度を付与するため織布・編布を貼付するなど、その区別は厳密なものではなくなってきている。本発明における合成皮革用ポリウレタンは、人工皮革用ポリウレタンにも同等に適用することができ、且つ合成皮革と人工皮革と区別される組成物も含むものとし、本発明の効果はいずれに対しても発現する。
本発明の合成皮革用ポリウレタンを用いた合成皮革は、具体的には例えば、基材となる基布に対してポリウレタン樹脂を含有したミクロポーラス層を形成し、接着剤層を介して表皮層用ポリウレタン樹脂を積層する方法や、基材にポリウレタン等の樹脂を充填たものの上にポリウレタン樹脂を含有させたり、更にその上にミクロポーラス層を積層させたりして製造される。本発明のポリウレタンは、上記の基材に塗布または含浸させても、接着剤層に含有させても、表皮層として使用しても良く、その他の層に用いても良い。
<3−1.基材>
基材としては、基布を用いることができ、具体的には、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール等の合成繊維、綿、麻等の天然繊維、レーヨン、スフ、アセテート等の再生繊維等の単独又はこれらの混紡繊維、あるいは、少なくとも一成分を溶解したり、二成分繊維を分割したりすることにより極細繊維に変性された多成分繊維からなる、編布、織布、不織布などを用いることができる。
この基布は、起毛されていても良い。起毛は、片面起毛であっても両面起毛であってもよい。また、基布は単層のみならず、複数の繊維からなる多層構造であってもよい。また、基布として、表面に起毛を有するメリヤスを用いてもよい。
<3−2.ミクロポーラス層>
上記基材はミクロポーラス層を有していてもよい。湿式ミクロポーラス層は、一般的な基布含浸法により作製される。例えば、本発明のポリウレタンを含有するジメチルホルムアミド溶液に基布を浸漬するか、或いは、基布に該溶液を塗布し、水中で凝固、脱溶媒させ、脱水後、120℃程度の熱風下で乾燥して表面平滑性に優れる湿式ミクロポーラス層を形成することができる。
湿式ミクロポーラス層の厚みは50〜400μmであることが好ましく、100〜300μmであることがより好ましい。この厚みの範囲で合成皮革として最適な柔軟性とボリューム感が達成される。
<3−3.ポリウレタン接着層>
本発明のポリウレタンは接着層に使用することも出来る。この接着層に用いられる接着剤には、架橋剤、及び、必要に応じて架橋促進剤が添加されていてもよい。
<3−4.表皮層>
本発明のポリウレタンは表皮層に使用することも出来る。
この場合、表皮層は本発明のポリウレタンをそのまま用いても良いし、本発明のポリウレタンにその他の樹脂、酸化防止剤及び紫外線吸収剤等を混合してポリウレタン溶液を作成し、これに着色剤及び有機溶媒等を混合して得られる表皮層配合液を用いて形成してもよい。ポリウレタン溶液には、その他必要に応じて、加水分解防止剤、顔料、染料、難燃剤、充填材及び架橋剤などを添加することができる。
その他の樹脂としては、例えば、本発明のポリウレタン以外のポリウレタン、ポリ(メタ)アクリル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル系共重合体、塩化ビニル−プロピオン酸ビニル系共重合体、ポリビニルブチラール系樹脂、繊維素系樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂及びフェノキシ樹脂、並びにポリアミド樹脂等などが挙げられる。
架橋剤としては、例えば、有機ポリイソシアネート、クルードMDI、トリメチロールプロパンのTDIアダクト、トリフェニルメタントリイソシアネート等のポリイソシアネート化合物などが挙げられる。
表皮層は、本発明のポリウレタンを含む表皮層配合液を離型材の上に塗工し、加熱乾燥して所望の厚みに形成させることができる。その後、更に接着剤を塗布して接着剤層を形成させ、その上に起毛布等の基布を張り合わせ乾燥させてから、室温で数日熟成後、離型材を剥離することにより合成皮革が得られる。
<3−5.ポリウレタンの特性>
本発明のポリウレタンを用いた合成皮革において、実施例に示したような方法によるKES試験の動摩擦係数(MIU)および動摩擦係数の標準偏差(MMD)を検出し、MIUの値およびMIUからMMDの値を除したMIU/MMDの値から、ウェット感やぬめり感を数値化し評価を行った。MIUの値が大きく、かつMIU/MMDの値が大きいと、動摩擦係数が大きくウェット感があり、かつざらつきが少なく滑らかな感触を与えることを意味し、ウェット感やぬめり感が良好であることを示す。MIUの値は、好ましくは1.7以上、より好ましくは1.9以上、さらに好ましくは2.0以上、特に好ましくは2.1以上である。また、MIU/MMDの値は、好ましくは67以上、より好ましくは69以上、さらに好ましくは70以上、特に好ましくは73以上、最も好ましくは75以上である。
本発明のポリウレタンを用いた合成皮革において、実施例に示した方法による触感試験は、好ましくは2点以上、より好ましくは3点以上、さらに好ましくは4点以上である。
本発明のポリウレタンを用いることにより、得られる合成皮革のウェット感やぬめり感といった触感が良好になる機構は明らかではないが、以下のように推定している。本発明のポリウレタンは柔軟性が高く、接触する対象の凹凸等の形状に追従しやすくなり、かつ接触した部分の沈みこみが発生するため、接触する対象をウレタン表面上で滑らせた際の動摩擦係数、つまり抵抗が大きくなる。また、本発明のポリウレタンに用いられるポリカーボネートジオールの前記式(B)で表される化合物に由来する構造単位は、炭素数が10〜20と比較的大きいため、人間の指など比較的極性の高い接触物に対して分子間力が小さく親和性が低いため、ざらつきや引っかかりのすくない滑らかな感触となる。よって、人間の指等が触れた際、抵抗は大きいが滑らかであり、その触感がウェット感やぬめり感が良好であると感じるものであると推定している。
本発明のポリウレタンを用いた合成皮革において、実施例に示した方法による耐オレイン酸試験は、好ましくは3点以上、より好ましくは4点以上、最も好ましくは5点である。
本発明のポリウレタンを用いた合成皮革において、実施例に示した方法による耐揉性は、好ましくは2点以上、より好ましくは3点以上、さらに好ましくは4点以上である。
<3−6.用途>
本発明の合成皮革用ポリウレタンを用いて得られる合成皮革は自動車内装材用、家具用、衣料用、靴用、鞄用などに使用できる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
以下の実施例及び比較例において、各成分の物性等の分析、評価方法は以下の通りである。
[ポリカーボネートジオールの分析、評価]
<フェノキシ基末端量の定量>
ポリカーボネートジオールをCDClに溶解し、400MHz H−NMR(日本電子株式会社製AL−400)を測定し、各成分のシグナル位置より、フェノキシ基を同定し、積分値より各々の含有量を算出した。フェノキシ基の割合は、フェノキシ基の1プロトン分の積分値と末端全体の1プロトン分の積分値の比から求めており、フェノキシ基の検出限界は末端全体に対して0.05%である。
<水酸基価、水酸基価換算数平均分子量(Mn(OHV))の測定>
JIS K1557−1に準拠して、アセチル化試薬を用いた方法にてポリカーボネートジオールの水酸基価を測定した。
<APHA値の測定>
JIS K0071−1(1998)に準拠して、溶融させたポリカーボネートジオールを比色管に入れた標準液と比較してAPHA値を測定した。試薬は色度標準液1000度(1mgPt/mL)(キシダ化学)を使用した。
<溶融粘度の測定>
ポリカーボネートジオールを80℃に加熱して溶融させた後、E型粘度計(BROOKFIELD製DV−II+Pro、コーン:CPE−52)を用いて80℃で溶融粘度を測定した。
<THF濃度(THF残存量)の測定>
N−メチルピロリドン500mLにモノクロロベンゼン250mgを添加させた溶液を内部標準液とした。ポリカーボネートジオールを0.50g精秤し、ホールピペットで秤量した上記の内部標準液5mLに溶解した。得られた溶液をガスクロマトグラフィー(GC)にて分析を行った。THFの濃度は予め標準物質として既知のTHFより検量線を作成し、ガスクロマトグラフィー(GC)にて得られた面積比から重量%を算出した。
(分析条件)
装置:Agilent 6850(アジレントテクノロジー製)
カラム:Agilent J&W GCカラム DB−WAX
内径 0.25mm,長さ 60m,膜厚 0.25mm
検出器:水素炎イオン化検出器(FID)
昇温プログラム:150℃→190℃(5分間)190→245℃(40分間)
注入量:1μL
注入口温度:200℃
検出器温度:245℃(FID検出器)
<ガラス転移温度(Tg)、融解ピーク温度、融解熱量の測定>
ポリカーボネートジオール約10mgをアルミニウム製パン中に封入し、EXSTAR DSC6200(セイコーインスツル株式会社製)を用い、窒素雰囲気下、毎分20℃の速度で30℃から150℃、毎分40℃の速度で150℃から−120℃、毎分20℃の速度で−120℃から120℃と昇降温操作を行い、2回目昇温時の変曲点をガラス転移温度(Tg)、融解ピークから融解ピーク温度と融解熱量を求めた。
<加水分解後のジヒドロキシ化合物のモル比率及び平均炭素数の分析>
ポリカーボネートジオール0.5gを精秤し、100mL三角フラスコへ入れ、テトラヒドロフラン5mLを添加して溶解した。次にメタノール45mL、25重量%水酸化ナトリウム水溶液5mLを添加した。100mL三角フラスコにコンデンサーをセットし、75〜80℃の水浴で30分間加熱し、加水分解を行った。室温にて放冷した後、6N塩酸5mLを添加して水酸化ナトリウムを中和し、pHを2〜4にした。100mLメスフラスコに全量を移し、三角フラスコ内を適量のメタノールで2回洗浄し、洗浄液も100mLメスフラスコに移した。適量のメタノールを添加して100mLとした後、メスフラスコ内で液を混合した。上澄み液を採取してフィルターにてろ過後、GCにて分析を行った。各ジヒドロキシ化合物の濃度は予め標準物質として既知の各ジヒドロキシ化合物より検量線を作成し、GCにて得られた面積比から重量%を算出した。上記、GCにて得られた重量%と各ジヒドロキシ化合物の分子量から、各ジヒドロキシ化合物のモル比率を算出した。また各ジヒドロキシ化合物の炭素数とモル比率から平均炭素数を計算した。
(分析条件)
装置:Agilent 6850(アジレントテクノロジー製)
カラム:Agilent J&W GCカラム DB−WAX
内径 0.25mm,長さ 60m,膜厚 0.25μm
検出器:水素炎イオン化検出器(FID)
昇温プログラム:150℃(2分間)、150℃→245℃(5℃/分、19分間)、
245℃(2分間)
<エーテル/カーボネート結合割合の測定>
加水分解後のジヒドロキシ化合物のモル比率と同様にポリカーボネートジオールの加水分解を行い、GCにて分析を行った。構造不明物に関してはGC−MSにて化合物を同定した。加水分解後のエーテル基を含むジヒドロキシ化合物の濃度は、予めジエチレングリコールにて検量線を作成し、GCにて得られた面積比から重量%を算出した。上記、GCにて得られた重量%とジヒドロキシ化合物の分子量から、各ジヒドロキシ化合物のモル比率を算出した。各ジヒドロキシ化合物のモル比率、エーテル基を含むジヒドロキシ化合物のモル比率、前記水酸基価から算出されるポリカーボネートジオールの分子量から、カーボネート基に対するエーテル基含有割合を計算し算出した。
(分析条件)
装置:Agilent 7890B(アジレントテクノロジー製)
カラム:Agilent J&W GCカラム DB−WAXETR
内径 0.25mm,長さ 30m,膜厚 0.25μm
検出器:水素炎イオン化検出器(FID)
昇温プログラム:100℃→250℃(5℃/分)
<ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)の測定>
ポリカーボネートジオールを下記条件によるGPC測定によりポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、ポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)をそれぞれ求めた。
装置 :東ソー社製 HLC−8020
カラム :TSKgel GMHXL−L(7.8mmI.D.×30cmL
×4本)
溶離液 :THF(テトラヒドロフラン)
流速 :1.0mL/min
カラム温度:40℃
RI検出器:RI(装置 HLC−8020内蔵)
次いで、分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
[ポリウレタンの分析・評価]
<イソシアネート基濃度の測定>
ジ−n−ブチルアミン/トルエン(重量比:2/25)混合溶液20mLをアセトン90mLで希釈した後に0.5規定の塩酸水溶液で滴定を行い、中和に要する塩酸水溶液量を測定し、ブランク値とした。その後、反応溶液を1〜2g抜出し、ジ−n−ブチルアミン/トルエンの混合溶液20mLを加えて室温で30分間攪拌した後、ブランク測定と同様にアセトン90mLで希釈し、0.5規定の塩酸水溶液で滴定して中和に要する塩酸水溶液量を測定し、残存するアミンの量を定量した。中和に要する塩酸水溶液の容量から下記の式でイソシアネート基の濃度を求めた。
イソシアネート基濃度(重量%)=A×42.02/D
A:本測定に用いた試料に含有するイソシアネート基(mol)
A=(B−C)×0.5/1000×f
B:ブランク測定に要した0.5規定の塩酸水溶液の量(mL)
C:本測定に要した0.5規定の塩酸水溶液の量(mL)
D:本測定に用いた試料(g)
f:塩酸水溶液の力価
<溶液粘度の測定>
ポリウレタンをジメチルホルムアミドに溶解した溶液(濃度:30重量%)にVISCOMETER TV−22(東機産業株式会社製)に3°×R14のローターを設置し、25℃でポリウレタン溶液の溶液粘度を測定した。
<分子量の測定>
ポリウレタンの分子量は、ポリウレタンの濃度が0.14重量%になるようにN,N−ジメチルアセトアミド溶液を調製し、GPC装置〔東ソー社製、製品名「HLC−8220」(カラム:TskgelGMH−XL・2本)、溶離液にはリチウムブロマイド2.6gをジメチルアセトアミド1Lに溶解させた溶液を使用〕を用い、標準ポリスチレン換算での数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)を測定した。
<耐オレイン酸性の評価>
ポリウレタン溶液を9.5milのアプリケーターでフッ素樹脂シート(フッ素テープ ニトフロン900、厚さ0.1mm、日東電工株式会社製)上に塗布し、60℃で1時間、続いて100℃で0.5時間乾燥させた。さらに100℃の真空条件下で0.5時間、80℃で15時間乾燥させた後、23℃、55%RHの恒温恒湿下で12時間以上静置し、得られたフィルムから3cm×3cmの試験片を切り出した。精密天秤で試験片の重量を測定した後、試験溶媒としてオレイン酸を50mlを入れた容量250mlのガラス瓶に投入して、80℃の窒素雰囲気下の恒温槽にて16時間静置した。試験後、試験片を取り出して、表裏を紙製ワイパーで軽く拭いた後、精密天秤で重量測定を行い、試験前からの重量変化率(増加率)を算出した。重量変化率が0%に近いほうが耐オレイン酸性が良好であることを示す。
<耐エタノール性の評価>
上述の<耐オレイン酸性の評価>と同様の方法でウレタンフィルムを作成した後、3cm×3cmにウレタンフィルムの試験片を切り出した。精密天秤で試験片の重量を測定した後、試験溶媒としてエタノール50mlを入れた内径10cmφのガラス製シャーレに投入して約23℃の室温にて1時間浸漬した。試験後、試験片を取り出して紙製ワイパーで軽く拭いた後、精密天秤で重量測定を行い、試験前からの重量変化率(増加率)を算出した。重量変化率が0%に近いほうが耐エタノール性が良好であることを示す。
<耐酢酸エチル性の評価>
上述の<耐オレイン酸性の評価>と同様の方法でウレタンフィルムを作成した後、3cm×3cmにウレタンフィルムの試験片を切り出した。精密天秤で試験片の重量を測定した後、試験溶媒として酢酸エチル50mlを入れた内径10cmφのガラス製シャーレに投入して約23℃の室温にて20分間浸漬した。試験後、試験片を取り出して紙製ワイパーで軽く拭いた後、精密天秤で重量測定を行い、試験前からの重量変化率(増加率)を算出した。重量変化率が0%に近いほうが耐酢酸エチル性が良好であることを示す。
<ガラス転移温度(Tg)の測定>
上述の<耐オレイン酸性の評価>と同様の方法でウレタンフィルムを作成した後、該フィルム片約5mgをアルミニウム製パン中に封入し、EXSTAR DSC6200(セイコーインスツル株式会社製)を用い、窒素雰囲気下、毎分10℃の速度で−100℃から250℃、250℃から−100℃、−100℃から250℃と昇降温操作を行い、2回目昇温時の変曲点をガラス転移温度(Tg)とした。
<室温引張試験>
上述の<耐オレイン酸性の評価>と同様の方法でウレタンフィルムを作成した後、JIS K6301(2010)に準じ、幅10mm、長さ100mm、厚み約50μmの短冊状としたポリウレタン試験片を、引張試験機〔オリエンテック社製、製品名「テンシロンUTM−III −100」〕を用いて、チャック間距離50mm、引張速度500mm/分にて、温度23℃(相対湿度55%)で引張試験を実施し、試験片が100%伸長した時点での応力を測定した。
<低温引張試験>
上述の<耐オレイン酸性の評価>と同様の方法でウレタンフィルムを作成した後、JIS K6301(2010)に準じ、幅10mm、長さ100mm、厚み約50μmの短冊状としたポリウレタン試験片を、引張試験機〔(株)島津製作所社製、製品名「オートグラフAG−X 5kN」〕を用いて、−10℃に設定した恒温槽[(株)島津製作所社製、製品名「THERMOSTATIC CHAMBER TCR2W−200T」]にチャック間距離50mmでフィルムを設置した。続いて、−10℃で3分間静置した後に引張速度500mm/分にて引張試験を実施し、試験片が100%伸長した時点での応力を測定した。
<耐熱性の評価>
上述の<耐オレイン酸性の評価>と同様の方法でウレタンフィルムを作成した後、このフィルムを幅100mm、長さ100mm、厚さ約50μmの短冊状とし、ギヤオーブンにて温度120℃で400時間加熱を行った。加熱後のサンプルの重量平均分子量(Mw)を<分子量の測定>に記載の方法により測定し、下記式に従い、加熱前の重量平均分子量(Mw)に対する変化率(増加率)を算出した。
Mw変化率(%) = Mw(加熱後)÷ Mw(加熱前)×100−100
[合成皮革の評価]
<KES試験>
合成皮革サンプルを8cm×20cmに裁断し、温度20℃、湿度50%の環境下、シリコーンゴムセンサー(5mm角)を設置したKES表面試験機(カトーテック(株)製 KES−FB4)に取り付けた。センサーをサンプル上に載せ、50gfの荷重により、サンプル上を1mm/秒の速度で移動させて動摩擦係数(MID)および動摩擦係数の標準偏差(MMD)を検出した。また、MIDの値をMMDの値で除したMID/MMDの値を算出した。MIDが大きく、かつMID/MMDの値が大きいと、ウェット感やぬめり感が良好であることを示す。
<触感試験>
合成皮革上を指で滑らせた際の感触について、以下の通り評価した。
4点:濡れたような重い感触
3点:やや濡れたような感触
2点:やや乾いた感触
1点:乾いて滑りやすい感触
<耐オレイン酸試験>
合成皮革サンプルを2cm×2cmに裁断した試験片を、オレイン酸50mlを入れた250mlのガラス瓶に入れ、蓋をした状態で80℃で72時間静置した。ガラス瓶から試験片を取り出し、試験片表面に付着したオレイン酸を紙製タオル(王子ネピア(株)製、ネピア激吸収キッチンタオル)で軽く押さえて吸い取り、その時点での試験片表面を観察し、塗膜表面が浮きあがっているものを1点とした。
塗膜表面に目視で変化がなかったものについては、上記紙製タオルにて一定の力で擦り、塗膜表面に浮きや剥離が生じた回数によって下記の点数で評価した。
(塗膜表面に剥離が認められた摩擦回数)
5点:50回以上(剥離なし)
4点:40回以上50回未満
3点:30回以上40回未満
2点:30回未満
1点:0回
<耐揉性>
JIS L1096−1972に準じ、合成皮革の縦方向および横方向に、3cm×12cmの試験片をそれぞれ2枚ずつ切断した。得られた試験片を、合成皮革表面同士が合わさる状態でスコット形試験機(スコット形耐もみ摩耗試験機、(株)東洋精機製作所製)のあらかじめ20mmに開いた2つのつかみ間に固定し、荷重9.81Nで1000回、40mm間の距離で往復摩擦を実施した。その結果得られた試験片表面の外観変化を、以下の通り評価した。
5点:変化なし
4点:皮革表面にわずかな表皮の浮きが確認される
3点:皮革表面から明らかな表皮の浮きが確認される
2点:皮革表面から表皮の浮きおよび亀裂が生じている
1点:皮革表面から表皮が破れ、剥離が生じている
[使用原料]
以下の実施例におけるポリカーボネートジオールの製造に使用した原料は以下の通りである。
1,4−ブタンジオール(以下「1,4BD」と略記することがある):三菱化学株式会社製
1,10−デカンジオール(以下「1,10DD」と略記することがある):豊国製油株式会社製
ジフェニルカーボネート(以下「DPC」と略記することがある):三菱化学株式会社製
エチレンカーボネート(以下「EC」と略記することがある):三菱化学株式会社製
酢酸マグネシウム4水和物:和光純薬工業株式会社製
[実施例1]
<ポリカーボネートジオールの製造と評価>
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに、原料として、1,4−ブタンジオール(1,4BD):879.5g、1,10−デカンジオール(1,10DD):597.6g、ジフェニルカーボネート(DPC):2622.8g、酢酸マグネシウム4水和物水溶液(濃度:8.4g/L、酢酸マグネシウム4水和物:55mg)(以下、触媒水溶液):6.7mLを入れ、窒素ガス置換した。攪拌下、内温を160℃まで昇温して、内容物を加熱溶解した。その後、2分間かけて圧力を24kPaまで下げた後、フェノールを系外へ除去しながら90分間反応させた。次いで、圧力を9.3kPaまで90分間かけて下げ、さらに0.7kPaまで30分間かけて下げて反応を続けた後に、170℃まで温度を上げてフェノール及び未反応のジヒドロキシ化合物を系外へ除きながら60分間反応させて、ポリカーボネートジオール含有組成物を得た。
得られたポリカーボネートジオール含有組成物を20g/分の流量で薄膜蒸留装置に送液し、薄膜蒸留(温度:180〜190℃、圧力:40〜67Pa)を行った。薄膜蒸留装置としては、直径50mm、高さ200mm、面積0.0314mの内部コンデンサー、ジャケット付きの柴田科学株式会社製、分子蒸留装置MS−300特型を使用した。以下の実施例、製造例及び比較例においても同様である。
薄膜蒸留で得られたポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表1に示す。
<ポリウレタンの製造と評価>
上述の方法で得られたポリカーボネートジオールを用いて、以下の操作で特定ポリウレタンを製造した。
(プレポリマー(PP)化反応)
熱電対と冷却管を設置したセパラブルフラスコに、あらかじめ80℃に加温した上記のポリカーボネートジオール(PCD)91.00gを入れ、60℃のオイルバスにそのフラスコを浸した後、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(以下H12MDI、東京化成工業株式会社製)21.90gおよび、反応抑制剤としてトリイソオクチルフォスファイト(以下TiOP、東京化成工業株式会社製)0.335gを添加し、フラスコ内を窒素雰囲気下で60rpmで撹拌しながら1時間程度で80℃に昇温した。80℃まで昇温した後、ウレタン化触媒としてネオスタンU−830(以下U−830、日東化成株式会社製)7.2mg(ポリカーボネートジオールとイソシアネートの合計重量に対し81.9wtppm)を添加し、発熱がおさまってからオイルバスを100℃まで昇温し、さらに2時間程度撹拌した。イソシアネート基の濃度を分析し、イソシアネート基が理論量消費されたことを確認した。
(鎖延長反応)
得られたプレポリマー(PP)109.00gを脱水トルエン(和光純薬工業株式会社製)11.46gで希釈した。続いて脱水N,N−ジメチルホルムアミド(以下DMF、和光純薬工業株式会社製)237.90gを加え、55℃のオイルバスにフラスコを浸漬して約200rpmで撹拌しながらプレポリマーを溶解した。プレポリマー溶液のイソシアネート基の濃度を分析後、フラスコを35℃に設定したオイルバスに浸漬し、150rpmで撹拌しながら、残存イソシアネートより算出した必要量のイソホロンジアミン(以下IPDA、東京化成工業株式会社製)5.74gを分割添加した。約1時間撹拌後、鎖停止剤としてモルフォリン(東京化成工業株式会社製)0.550gを添加し、さらに1時間撹拌して粘度125Pa・s、重量平均分子量15.1万のポリウレタン溶液を得た。このポリウレタンの性状及び物性の評価結果を表3に示す。
[実施例2〜実施例10]
<ポリカーボネートジオールの製造と評価>
実施例1のポリカーボネートジオール(PCD)の製造において、PCD重合原料の種類と仕込み量を、表1に記載の原料の種類と仕込み量に変更したこと以外は、すべて同様の条件と方法で反応を行い、ポリカーボネートジオール含有組成物を得た。
得られたポリカーボネートジオール含有組成物を実施例1と同様な方法で薄膜蒸留を行った。薄膜蒸留で得られたポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表1に示す。
なお、表1及び後掲の表2における仕込み原料の略号は以下の通りである。
1,4BD:1,4−ブタンジオール
1,3PDO:1,3−プロパンジオール
1,6HD:1,6−ヘキサンジオール
1,10DD:1,10−デカンジオール
1,12DDD:1,12−ドデカンジオール
3M1,5PD:3−メチル−1,5−ペンタンジオール
1,5PD:1,5−ペンタジオール
1,9ND:1,9−ノナンジオール
2M1,8OD:2−メチル−1,8−オクタンジオール
DPC:ジフェニルカーボネート
<ポリウレタンの製造と評価>
実施例1のポリウレタンの製造において、使用するポリカーボネートジオール(PCD)をそれぞれの実施例で製造したPCDに変え、各原料の仕込み量をそれぞれ表3Aに記載の仕込み量に変更したこと以外は、すべて同様の条件と方法で反応を行い、ポリウレタン溶液を得た。このポリウレタンの性状及び物性を表3Aに示す。
<合成皮革の製造と評価>
実施例2,3,6に関して、上述の方法で得られたポリウレタン溶液を用いて、以下の操作で合成皮革を製造した。
上述の方法で得られたポリウレタン溶液100重量部に対しメチルエチルケトン20重量部を添加して均一溶液とした後、6milのアプリケーターを用いて離型紙(大日本印刷(株)製 DNTP.APT.DE−3)上に塗布した。これを100℃の乾燥機で2分間乾燥させた後、乾燥塗膜上に6milのアプリケーターを用いて接着剤用ウレタン樹脂溶液<下記の接着剤用ウレタン樹脂100重量部、黒色顔料(DIC(株)製カーボンブラック)20重量部、メチルエチルケトン(MEK)30重量部、DMF10重量部の混合液>を塗布し、100℃の乾燥機で1分間乾燥させた。接着剤上に下記に示す湿式ベースのウレタン層側を空気が入らないように載せ、伸ばし棒で圧着させた後、100℃の乾燥機で2分間乾燥し、更に80℃の乾燥機で15時間乾燥した。この後、室温で放冷して離型紙を剥離し、合成皮革を得た。得られた合成皮革の評価結果を表6に示す。
なお、合成皮革作成用に用いた原材料は以下の通りである。
(接着剤用ウレタン樹脂)
固形分30重量%のウレタン溶液
溶媒組成:MEK/DMF=40/60重量比
ウレタン組成:
PC−2000/1,4BDG/MDI=0.9/1.1/2.0mol比
PC−2000:ポリカーボネートジオール分子量2000
14BG:1,4−ブタンジオール
MDI:4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート
(湿式ベース)
ポリカーボネートジオール、ポリテトラメチレングリコールとMDIからなるポリウレタン樹脂を織編布上に湿式凝固させて作成したもの
[製造例1、2]
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに、1,4BD、1,10DD、DPC、酢酸マグネシウム4水和物水溶液(濃度:8.4g/L)について、それぞれ下記表4に記載している量を原料として入れ、窒素ガス置換した。攪拌下、内温を160℃まで昇温して、内容物を加熱溶解した。その後、2分間かけて圧力を24kPaまで下げた後、フェノールを系外へ除去しながら90分間反応させた。次いで、圧力を9.3kPaまで90分間かけて下げ、さらに0.7kPaまで30分間かけて下げて反応を続けた後に、170℃まで温度を上げてフェノール及び未反応のジヒドロキシ化合物を系外へ除きながら90分間反応させて、ポリカーボネートジオール含有組成物を得た。
得られたポリカーボネートジオール含有組成物を20g/分の流量で薄膜蒸留装置に送液し、薄膜蒸留(温度:180〜190℃、圧力:40〜67Pa)を行った。
薄膜蒸留で得られたポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表4に示す。
[実施例11]
<ポリカーボネートジオールの製造と評価>
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに製造例1で得られたポリカーボネートジオール:360g、製造例2で得られたポリカーボネートジオール:640gを入れ、窒素ガス置換した。内温を120℃まで昇温したうえで、30分間窒素気流下で撹拌し、ポリカーボネートジオールを混合した。得られたポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表4に示す。
<ポリウレタンの製造と評価>
上述の方法で得られたポリカーボネートジオールを用いて、以下の操作で特定ポリウレタンを製造した。
(プレポリマー(PP)化反応)
熱電対と冷却管を設置したセパラブルフラスコに、あらかじめ80℃に加温した上記のポリカーボネートジオール(PCD)90.94gを入れ、60℃のオイルバスにそのフラスコを浸した後、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI、東京化成工業株式会社製)18.59gおよび、反応抑制剤としてトリイソオクチルフォスファイト(TiOP、東京化成工業株式会社製)0.324gを添加し、フラスコ内を窒素雰囲気下で60rpmで撹拌しながら1時間程度で80℃に昇温した。80℃まで昇温した後、ウレタン化触媒としてネオスタンU−830(U−830、日東化成株式会社製)5.1mg(ポリカーボネートジオーとイソシアネートの合計重量に対し46.6wtppm)を添加し、発熱がおさまってからオイルバスを100℃まで昇温し、さらに2時間程度撹拌した。イソシアネート基の濃度を分析し、イソシアネート基が理論量消費されたことを確認した。
(鎖延長反応)
得られたプレポリマー(PP)102.61gを脱水トルエン(和光純薬工業株式会社製)10.72gで希釈した。続いて脱水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF、和光純薬工業株式会社製)221.1gを加え、55℃のオイルバスにフラスコを浸漬して約200rpmで撹拌しながらプレポリマーを溶解した。プレポリマー溶液のイソシアネート基の濃度を分析後、フラスコを35℃に設定したオイルバスに浸漬し、150rpmで撹拌しながら、残存イソシアネートより算出した必要量のイソホロンジアミン(IPDA、東京化成工業株式会社製)4.82gを分割添加した。約1時間撹拌後、鎖停止剤としてモルフォリン(東京化成工業株式会社製)0.398gを添加し、さらに1時間撹拌して粘度167Pa・s、重量平均分子量16.4万のポリウレタン溶液を得た。このポリウレタンの性状及び物性の評価結果を表5に示す。
[比較例1、比較例5]
<ポリカーボネートジオールの製造と評価>
実施例1のポリカーボネートジオールの製造において、PCD重合原料の種類と仕込み量を、表2に記載の原料と原料の仕込み量に変更したこと以外は、すべて同様の条件と方法で反応を行い、ポリカーボネートジオール含有組成物を得た。
得られたポリカーボネートジオール含有組成物を実施例1と同様な方法で薄膜蒸留を行った。
薄膜蒸留で得られたポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表2に示す。
<ポリウレタンの製造と評価>
実施例1のポリウレタンの製造において、使用するポリカーボネートジオール(PCD)を各々の比較例で製造したPCDに変え、各原料の仕込み量を表3Bに記載の仕込み量に変更したこと以外は、すべて同様の条件と方法で反応を行い、ポリウレタン溶液を得た。このポリウレタンの性状及び物性の評価結果を表3Bに示す。
[比較例2〜4,比較例6]
<ポリカーボネートジオールの評価>
以下に示すポリカーボネートジオールをそれぞれ使用した。各ポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表2に示す。
比較例2:1,6−ヘキサンジオール(1,6HD)を原料として製造されたポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ株式会社製 『デュラノール(登録商標)』 グレード:T−6002)
比較例3:1,4BDと1,6HDを原料として製造されたポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ株式会社製 『デュラノール(登録商標)』 グレード:T−4672)
比較例4:1,5−ペンタンジオール(1,5PD)と1,6HDを原料として製造されたポリカーボネートジオール(旭化成ケミカルズ株式会社製 『デュラノール(登録商標)』 グレード:T−5652)
比較例6:1,9−ノナンジオール(1,9ND)と2−メチル−1,8−オクタンジオール(2M1,8OD)を原料として製造されたポリカーボネートジオール(株式会社クラレ製 商品名:クラレポリオールC−2065N )
<ポリウレタンの製造と評価>
上記のポリカーボネートジオールをポリウレタンの製造原料であるPCDとして使用してポリウレタンの製造を行った。
実施例1のポリウレタンの製造において、使用するポリカーボネートジオール(PCD)をそれぞれの比較例で用いるPCDに変え、原料の仕込み量を表3Bに記載の仕込み量に変更したこと以外は、すべて同様の条件と方法で反応を行い、ポリウレタン溶液を得た。このポリウレタンの性状及び物性の評価結果を表3Bに示す。
<合成皮革の製造と評価>
実施例2における合成皮革の製造において、使用するポリウレタンをそれぞれの比較例2〜4で製造したポリウレタンに変えた以外は、すべて同様の条件と方法で合成皮革を製造した。この合成皮革の評価結果を表6に示す。
[比較例7]
<ポリカーボネートジオール製造と評価>
実施例1のポリカーボネートジオールの製造において、原料と原料の仕込み量を、表2に記載の原料(1,6HDと3M1,5PD)と原料の仕込み量に変更したこと以外は、すべて同様の方法で反応を行い、ポリカーボネートジオール含有組成物を得た。
得られたポリカーボネートジオール含有組成物を実施例1と同様な方法で薄膜蒸留を行った。
薄膜蒸留で得られたポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表2に示す。
<ポリウレタンの製造と評価>
上述の方法で得られたポリカーボネートジオールと比較例6で使用したポリカーボネートジオール(株式会社クラレ製 商品名:クラレポリオールC−2065N)を重量比で75:25の比率で混合してポリウレタンの製造用の原料(PCD)とした。
実施例1のポリウレタンの製造において、この混合によって得られた原料(PCD)使用し、原料の仕込み量を表3Bに記載の仕込み量に変更したこと以外は、すべて同様の条件と方法で反応を行い、ポリウレタン溶液を得た。このポリウレタンの性状及び物性の評価結果を表3Bに示す。
[製造例3]
<ポリカーボネートジオールの製造と評価>
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに、原料として1,4BD、1,10DD、エチレンカーボネート(EC)、オルトチタン酸テトラブチル(以下、Ti触媒)を、それぞれ表4に記載の量入れ、窒素ガス置換した。攪拌下、内温を130℃まで昇温して、内容物を加熱溶解した。その後、2分間かけて圧力を4.7kPaまで下げた後、圧力を3.3kPaまで900分間かけて下げながら反応させた。次いでEC:379.7gを追加した後、温度を180℃、圧力を16.7kPaに変更したうえで480分間反応させた。さらに温度を190℃、圧力を24.0kPaに変更したうえで、圧力を0.7kPaまで240分間かけて下げ、さらに0.7kPaで150分間反応させて、ポリカーボネートジオール含有組成物を得た。
得られたポリカーボネートジオール含有組成物を製造例1と同様な方法で薄膜蒸留を行った。
薄膜蒸留で得られたポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表4に示す。
[製造例4]
<ポリカーボネートジオールの製造と評価>
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに、原料として1,4BD、1,10DD、EC、オルトチタン酸テトラブチルを、それぞれ表4に記載の量入れ、窒素ガス置換した。攪拌下、内温を160℃まで昇温して、内容物を加熱溶解した。その後、2分間かけて圧力を12.0kPaまで下げたうえで760分間反応させた。次いでEC:396.0gを追加した後、温度を180℃、圧力を12.0kPaに変更したうえで、圧力を3.3kPaまで380分間かけて下げ、さらに0.7kPaで270分間反応させて、ポリカーボネートジオール含有組成物を得た。
得られたポリカーボネートジオール含有組成物を製造例1と同様な方法で薄膜蒸留を行った。
薄膜蒸留で得られたポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表4に示す。
[比較例8]
<ポリカーボネートジオールの製造と評価>
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに、製造例3で得られたポリカーボネートジオール:127gと、製造例4で得られたポリカーボネートジオール:451gを入れ、窒素ガス置換した。内温を120℃まで昇温したうえで、30分間窒素気流下で撹拌し、ポリカーボネートジオールを混合した。
得られたポリカーボネートジオールの性状及び物性の評価結果を表4に示す。
<ポリウレタンの製造と評価>
実施例11のポリウレタンの製造において、使用するポリカーボネートジオール(PCD)を、上記の混合によって得られたPCDに変え、各原料の仕込み量をそれぞれ表5の記載の仕込み量に変更したこと以外は、すべて同様の条件と方法で反応を行い、ポリウレタンを得た。このポリウレタンの性状及び物性を表5に示す。
表3A,3Bの「−10℃・100%伸度時の応力」において、実施例では比較例に比べてその値が小さいことから、低温における柔軟性が良好であることがわかる。また「80℃ 耐オレイン酸 重量変化率」及び「室温 耐エタノール 重量変化率」の値が小さいことから、耐薬品性が良好であることがわかる。さらに、「耐熱試験後のポリスチレン換算重量平均分子量の変化率」の値が小さいことから、耐熱性が良好であることがわかり、実施例はそれらの物性が良好であることを示している。従って、本発明のポリカーボネートジオールは従来のポリカーボネートジオールに比べて、耐薬品性、低温特性、耐熱性の物性のバランスに優れたポリウレタンの原料としてのポリカーボネートジオールであることがわかる。
表5から、「室温 耐酢酸エチル 重量変化率 [%]」において、ポリカーボネートジオールのカーボネート基に対するエーテル基の割合が5.0モル%以下のものは、5.0モル%を超えるものに対して、酢酸エチルの耐薬品性が良好であることがわかる。
表6の「KES試験」より、実施例では比較例に比べてMIDの値が2.02以上でかつMID/MMDが67.8以上であり、ウェット感やぬめり感が良好であることが分かる。さらに、「耐オレイン酸性」より、実施例は比較例に比べて明らかに耐オレイン酸性が良好であることが分かる。よって、表5の結果とあわせ、本発明のポリカーボネートジオールを用いると、従来品に比べて、耐薬品性、低温特性、耐熱性、触感の物性のバランスに優れた合成皮革を得ることが可能であることが分かる。
Figure 0006503917
Figure 0006503917
Figure 0006503917
Figure 0006503917
Figure 0006503917
Figure 0006503917
Figure 0006503917

Claims (8)

  1. 少なくとも(a)1分子中にイソシアネート基を2個以上含有する化合物、(b)鎖延長剤及び(c)ポリカーボネートジオールを反応させて得られる合成皮革用ポリウレタンであって、
    該(c)ポリカーボネートジオールが、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、及び1,5−ペンタンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物に由来する構造単位と、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,16−ヘキサデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,12−オクタデカンジオール、及び1,20−エイコサンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物に由来する構造単位を含み、該ポリカーボネートジオールを加水分解して得られるジヒドロキシ化合物の平均炭素数が4以上6以下であり、該ポリカーボネートジオール中のカーボネート結合に対するエーテル結合の割合が0.01%以上5%以下であり、且つ、水酸基価が20mg−KOH/g以上450mg−KOH/g以下であるポリカーボネートジオールであることを特徴とする合成皮革用ポリウレタン。
  2. 前記(c)ポリカーボネートジオールの全構造単位中、前記1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、及び1,5−ペンタンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物に由来する構造単位と、前記1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,16−ヘキサデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,12−オクタデカンジオール、及び1,20−エイコサンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物に由来する構造単位の合計の割合が50モル%以上であることを特徴とする請求項1に記載の合成皮革用ポリウレタン。
  3. 前記(c)ポリカーボネートジオールの全構造単位中、前記1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、及び1,5−ペンタンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物に由来する構造単位と前記1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,16−ヘキサデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,12−オクタデカンジオール、及び1,20−エイコサンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物に由来する構造単位との割合がモル比率で50:50〜99:1であることを特徴とする請求項1又は2に記載の合成皮革用ポリウレタン。
  4. 前記(c)ポリカーボネートジオールの水酸基価が20mg−KOH/g以上60mg−KOH/g以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の合成皮革用ポリウレタン。
  5. 前記1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、及び1,5−ペンタンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物が、1,3−プロパンジオール及び1,4−ブタンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物である請求項1〜4のいずれか1項に記載の合成皮革用ポリウレタン。
  6. 前記1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,16−ヘキサデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,12−オクタデカンジオール、及び1,20−エイコサンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物が、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール及び1,12−ドデカンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物である請求項1〜5のいずれか1項に記載の合成皮革用ポリウレタン。
  7. 前記1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、及び1,5−ペンタンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物前記1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,16−ヘキサデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,12−オクタデカンジオール、及び1,20−エイコサンジオールからなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物のうち少なくとも一方が植物由来である請求項1〜6のいずれか1項に記載の合成皮革用ポリウレタン。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の合成皮革用ポリウレタンを用いて製造された合成皮革。
JP2015124793A 2014-06-23 2015-06-22 合成皮革用ポリウレタン Active JP6503917B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015124793A JP6503917B2 (ja) 2014-06-23 2015-06-22 合成皮革用ポリウレタン

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014128416 2014-06-23
JP2014128416 2014-06-23
JP2014129544 2014-06-24
JP2014129544 2014-06-24
JP2015124793A JP6503917B2 (ja) 2014-06-23 2015-06-22 合成皮革用ポリウレタン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016027114A JP2016027114A (ja) 2016-02-18
JP6503917B2 true JP6503917B2 (ja) 2019-04-24

Family

ID=55352642

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015124793A Active JP6503917B2 (ja) 2014-06-23 2015-06-22 合成皮革用ポリウレタン
JP2015125993A Active JP6503923B2 (ja) 2014-06-23 2015-06-23 ポリカーボネートジオールおよびそれを用いたポリウレタン

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015125993A Active JP6503923B2 (ja) 2014-06-23 2015-06-23 ポリカーボネートジオールおよびそれを用いたポリウレタン

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP6503917B2 (ja)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6780492B2 (ja) * 2016-12-22 2020-11-04 Dic株式会社 ウレタン樹脂組成物、皮膜、及び皮革様シート
ES2837394T3 (es) * 2017-02-28 2021-06-30 Toray Industries Material similar a una lámina
EP3590986B1 (en) * 2017-02-28 2021-07-07 Sanyo Chemical Industries, Ltd. Polyurethane resin for synthetic leather
CN110506141B (zh) * 2017-03-29 2022-02-11 东丽株式会社 片状物
CN110392710B (zh) * 2017-04-14 2021-09-24 旭化成株式会社 聚碳酸酯二醇组合物及其制造方法
KR101913812B1 (ko) * 2017-07-25 2018-11-02 코오롱글로텍주식회사 폴리올레핀계 인조가죽 및 이의 제조방법
KR102002262B1 (ko) * 2018-09-28 2019-07-19 (주)엘지하우시스 자동차 내장재용 인조가죽 및 이의 제조방법
WO2020067658A1 (ko) * 2018-09-28 2020-04-02 주식회사 엘지하우시스 자동차 내장재용 인조가죽 및 이의 제조방법
KR102642770B1 (ko) * 2018-12-18 2024-03-05 디아이씨 가부시끼가이샤 우레탄 수지 조성물, 피막, 및, 합성 피혁
JP7340364B2 (ja) * 2019-06-25 2023-09-07 株式会社ダイセル ポリカーボネートポリオール誘導体
US20220411565A1 (en) * 2019-10-15 2022-12-29 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Polycarbonate diol composition
WO2021084955A1 (ja) * 2019-10-28 2021-05-06 Dic株式会社 ウレタン樹脂組成物、接着剤、及び、合成皮革
EP4083310A4 (en) * 2019-12-26 2024-01-03 Toray Coatex Co Ltd MOISTURE-PERVENT WATERPROOF FABRIC
JP7420062B2 (ja) * 2020-12-24 2024-01-23 Dic株式会社 導電性積層体及び導電性粘着テープ
WO2022149537A1 (ja) * 2021-01-07 2022-07-14 積水化学工業株式会社 接着剤組成物、電子部品用接着剤及び携帯電子機器用接着剤
JP6937951B1 (ja) * 2021-02-17 2021-09-22 第一工業製薬株式会社 ポリウレタン樹脂組成物、硬化物、繊維積層体及び人工皮革
JP6937950B1 (ja) * 2021-02-17 2021-09-22 第一工業製薬株式会社 ポリウレタン樹脂組成物、硬化物、繊維積層体及び人工皮革

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02219821A (ja) * 1989-02-22 1990-09-03 Asahi Chem Ind Co Ltd ポリカーボネートジオールの製造方法
JP2931382B2 (ja) * 1990-08-08 1999-08-09 株式会社クラレ ポリウレタンおよびそれを用いた皮革様複合シート状物
JP2744925B2 (ja) * 1994-11-24 1998-04-28 工業技術院長 生分解性高分子量脂肪族ポリエステルカーボネート共重合体及びその製造方法
AUPO251096A0 (en) * 1996-09-23 1996-10-17 Cardiac Crc Nominees Pty Limited Polysiloxane-containing polyurethane elastomeric compositions
JP4790104B2 (ja) * 2000-05-17 2011-10-12 宇部興産株式会社 高剛性及び高伸度を有するセグメント化ポリウレタン
US8288006B2 (en) * 2009-03-01 2012-10-16 Seiren Co., Ltd. Artificial leather
KR101818266B1 (ko) * 2009-12-17 2018-01-12 미쯔비시 케미컬 주식회사 폴리카보네이트디올 함유 조성물 및 그 제조 방법, 그리고 그것을 사용한 폴리우레탄 및 그 제조 방법
JP2014001475A (ja) * 2012-06-18 2014-01-09 Seiren Co Ltd 合成皮革
EP3683250A1 (en) * 2012-12-26 2020-07-22 Mitsubishi Chemical Corporation Polycarbonate diol and polyurethane using same
JP6347397B2 (ja) * 2012-12-26 2018-06-27 三菱ケミカル株式会社 ポリカーボネートジオールおよびそれを用いたポリウレタン
JP6442956B2 (ja) * 2013-09-30 2018-12-26 三菱ケミカル株式会社 ポリカーボネートジオールの製造方法
JP6341062B2 (ja) * 2013-11-07 2018-06-13 三菱ケミカル株式会社 ポリカーボネートジオールおよびそれを用いたポリウレタン並びにウレタン(メタ)アクリレート

Also Published As

Publication number Publication date
JP6503923B2 (ja) 2019-04-24
JP2016027119A (ja) 2016-02-18
JP2016027114A (ja) 2016-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6503917B2 (ja) 合成皮革用ポリウレタン
JP6504211B2 (ja) ポリカーボネートジオール含有組成物の製造方法、並びにそれを用いたポリウレタンの製造方法
JP6323205B2 (ja) 合成皮革用ポリウレタン
KR102165380B1 (ko) 폴리카보네이트디올 및 그것을 사용한 폴리우레탄
JP2018127758A (ja) 合成皮革用ポリウレタン
JP4098088B2 (ja) コポリカーボネートジオールおよびそれから得られる熱可塑性ポリウレタン
JP6699099B2 (ja) ポリカーボネートジオールおよびその製造方法並びにそれを用いたポリウレタン
JP6252070B2 (ja) ポリカーボネートジオール
JP6241389B2 (ja) ポリカーボネートジオールの製造方法及びポリウレタンの製造方法
JP6347397B2 (ja) ポリカーボネートジオールおよびそれを用いたポリウレタン
JP6544889B2 (ja) ポリカーボネートジオールおよびその製造方法並びにそれを用いたポリウレタン
JP2017025282A (ja) ポリエーテルポリオール、ポリエーテルポリオールの製造方法、ポリエステルエラストマー及びポリウレタン
JP2014136783A (ja) ポリカーボネートジオールおよびその製造方法、並びにポリカーボネートジオールを用いたポリウレタン
JP2021038278A (ja) 合成皮革用ポリウレタン
JP2019214646A (ja) ポリウレタン組成物
JP2019089914A (ja) ポリエステルポリカーボネートポリオール及びそれを用いたポリウレタン
JP7230366B2 (ja) 人工皮革または合成皮革
JP2022145545A (ja) ポリカーボネートジオール及びそれを用いたポリウレタン
JP2019044085A (ja) ポリエーテルポリカーボネートポリオール及びそれを用いたポリウレタン
EP4056622A1 (en) Polyester polycarbonate polyol and synthetic leather
JP2022120570A (ja) ポリエーテルポリカーボネートジオール及びその製造方法
JP2023103002A (ja) ポリエーテルポリカーボネートジオール及びその製造方法
JP2021152239A (ja) 合成皮革用ポリウレタンおよびそれを用いた合成皮革積層体
JP2022078712A (ja) ポリエーテルポリカーボネートジオール及びその製造方法
JP2021147461A (ja) ポリウレタンフォーム

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170517

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171221

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181005

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181016

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20181206

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190208

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190226

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190311

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6503917

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151