JP6928599B2 - ポリオール組成物および熱硬化性樹脂 - Google Patents

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Description

本発明は、コアシェルポリマーがポリオールに分散したポリオール組成物および該組成物を用いた熱硬化性樹脂に関する。
ポリマー微粒子が、ポリオールに分散したポリオール組成物は、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂の機械特性(例えば靭性や引張強度)の改良に使用されている。
たとえば、特許文献1には、スチレン、アクリロニトリル、複数の2重結合を有する不飽和エステルをポリオール中で、反応性ポリマー分散剤の存在下で重合することによって得られる、架橋したポリマー粒子が分散したポリオール組成物が記載されている。また、該ポリオールを用いて得られたポリウレタン樹脂は機械特性が改善されると述べられている。
他方、特許文献2には、コアシェルポリマーが均一にポリオールに分散したポリオール組成物およびその組成物を用いてポリウレタン樹脂やポリエステル樹脂が得られることが記載されている。
国際公開第01/009242号 国際公開第09/014037号
しかしながら、特許文献1の方法では、反応性ポリマー分散剤が効率よくポリマー粒子表面に存在せず、ウレタン樹脂の機械特性の改善も不十分であった。また、特許文献1にはコアシェルポリマーとポリオールの組み合わせが開示されていない。
他方、特許文献2では、コアシェルポリマーのシェル層に水酸基含有モノマーが必須成分として用いられ、ポリオールへの分散性を高めている。しかしながら、ポリオールは分子量420程度と低分子量であることから、高分子量ポリオールに高含有量のコアシェルポリマーを分散させる技術を何ら教示していない。また、特許文献2では、ポリオール組成物を樹脂に適用した場合の靭性や引張強度も明らかではなく、本発明者は、特許文献2に相当する組成物から形成される硬化物が、低靭性や低引張強度となることを見出している。
この様に、本発明の目的は、コアシェルポリマーが高濃度で高分子量のポリオール中に均一に分散したポリオール組成物、および該ポリオール組成物を用いて得られ、機械特性(例えば靭性、引張強度)の優れた熱硬化性樹脂(例えばポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂)を提供することである。
本発明者は、このような問題を解決するため鋭意検討した結果、所定のポリオール(A−I)と所定モノマー構成単位を所定量で含むシェル層を有するコアシェルポリマー(B)とを組み合わせることにより、数平均分子量1000〜10000のポリオール(A−I)に特定のコアシェルポリマー(B)が、高濃度で均一に分散したポリオール組成物が得られること、および該ポリオール組成物を用いることで機械特性(例えば靭性、引張強度)が優れた熱硬化性樹脂が得られることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、1)数平均分子量1000〜10000のポリオール(A−I)および体積平均粒子径が0.01〜0.6μmのコアシェルポリマー(B)を含むポリオール組成物であり、成分(B)のポリオール組成物中の含有量が35〜60重量%であり、かつ成分(B)が第一ポリオール(A−I)中に均一に分散し、成分(B)のシェル層を構成するポリマーの溶解度パラメーターが、9.30〜10.20(cal/cm31/2であり、シェル層を構成するポリマー中に、炭素数4〜10の直鎖状あるいは分岐状であるアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート由来の構成単位が25〜90重量%含有されていることを特徴とするポリオール組成物に関する。
2)さらに本発明のポリオール組成物は、第一ポリオール(A−I)がポリエーテルポリオールであることが好ましい。
3)さらに本発明のポリオール組成物は、第一ポリオール(A−I)がポリオキシプロピレンジオール、ポリオキシプロピレントリオール、ポリオキシブチレンジオール、およびポリオキシブチレントリオールから選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。
4)さらに本発明のポリオール組成物は、コアシェルポリマー(B)が、ジエン系ゴム、(メタ)アクリレート系ゴム、オルガノシロキサン系ゴム、およびスチレン系ポリマーよりなる群から選択される1種以上のコア層を有することが好ましい。
5)さらに本発明のポリオール組成物は、コアシェルポリマー(B)のシェル層を構成するポリマーのガラス転移温度が−40〜60℃であることが好ましい。
6)さらに本発明のポリオール組成物は、コアシェルポリマー(B)中のコア成分量が70〜95重量%であることが好ましい。
7)さらに本発明のポリオール組成物は、シェル層を構成するポリマー中に、水酸基含有(メタ)アクリレートに由来する構成単位を0〜14重量%含むことが好ましい。
8)さらに本発明は、上記のポリオール組成物と、数平均分子量100以上10000以下を有する第二ポリオール(A−II)とポリイソシアネート(C)との反応物を含むことを特徴とするポリウレタン樹脂に関する。
9)さらに本発明は、上記のポリオール組成物、エポキシ樹脂(D)とエポキシ樹脂硬化剤(E)を含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物に関する。
10)さらに本発明は、上記のエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物に関する。
本発明のポリオール組成物によれば、コアシェルポリマーは、従来のものに比べて高い濃度で、均一に高分子量ポリオールに分散し、このポリオール組成物を用いて得られた熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂)は優れた機械特性(例えば靭性、引張強度)を有する。
本発明のポリオール組成物は、所定のポリオール(A)とコアシェルポリマー(B)を含み、コアシェルポリマー(B)が、炭素数4〜10のアルキル(メタ)アクリレート由来の構成単位を所定量含むシェル層、所定の体積平均粒子径、及びポリオール組成物中の所定含有量を有し、このコアシェルポリマー(B)がポリオール(A)中に均一に分散している。この様なコアシェルポリマーは、高分子量ポリオール中に高濃度で分散できることから、従来よりも硬化物の靭性や引張強度を改善することができる。
本明細書において、ポリオール(A)は、コアシェルポリマー分散用第一ポリオール(A−I)、または外添用第二ポリオール(A−II)等に分類される。高分子量ポリオールは、数平均分子量1000以上のポリオールであり、低分子量ポリオールは、数平均分子量1000未満のポリオールとして定義される。
本発明のポリオール組成物は、数平均分子量1000〜10000の第一ポリオール(A−I)および体積平均粒子径が0.01〜0.6μmのコアシェルポリマー(B)を含むポリオール組成物であり、コアシェルポリマー(B)のポリオール組成物中の含有量が35〜60重量%であり、かつコアシェルポリマー(B)が第一ポリオール(A−I)中に均一に分散し、成分(B)のシェル層を構成するポリマーの溶解度パラメーターが、9.30〜10.20(cal/cm31/2であり、かつシェル層を構成するポリマー中に、炭素数4〜10の直鎖状あるいは分岐状であるアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート由来の構成単位が25〜90重量%含有されていることを特徴とする。
また、このポリオール組成物と数平均分子量100以上10000以下を有する第二ポリオール(A−II)とポリイソシアネート(C)との反応物を含むポリウレタン樹脂は、コアシェルポリマーの均一な分散状態を維持しつつ、優れた機械特性(例えば靭性、引張強度)を有することができる。また、このポリオール組成物、エポキシ樹脂(D)とエポキシ樹脂硬化剤(E)を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物は、コアシェルポリマーの均一な分散状態を維持しつつ、優れた機械特性(例えば靭性)を有する。
コアシェルポリマー(B)は、前記ポリオール(A)中、前記ポリウレタン樹脂中あるいは前記エポキシ樹脂組成物中に均一な状態で分散している。コアシェルポリマー(B)がポリオール中に、均一な状態で安定に分散している場合、ポリオール組成物1gに10gのメチルエチルケトン(MEK)を投入して約50回振とうした後、30分間静置した際に、凝集沈殿物を生じず、均一な分散液が得られる。得られた分散液は、24時間置いても安定で沈殿を生じない。逆に、均一な分散液を得るのに時間がかかる場合や凝集沈殿物が生じる場合は、コアシェルポリマー(B)とポリオール(A)との相性が悪く、コアシェルポリマー(B)のポリオール(A)中での分散安定性が悪いことになる。また、ポリウレタン樹脂中でのコアシェルポリマーの分散性は、成形体を液体窒素で凍結して破断させ、その破断面を走査型電子顕微鏡で観察することで確認できる。
以下の本発明について詳述する。
<ポリオール(A)>
本発明で用いるポリオール(A)は、分子中に水酸基を2個以上有する化合物であり、ポリウレタン樹脂の原料として通常用いられるポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール等の公知なものを使用することができる。ポリオールの水酸基は、後述するポリイソシアネート(C)のイソシアネート基と反応してウレタン結合を有するポリマー、すなわちポリウレタン樹脂を形成しうる。ポリオール(A)は単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
ポリエーテルポリオールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールA等のジオール類;トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン等のトリオール類;単糖、オリゴ糖、多糖等の糖類;ソルビトール;アンモニア、エチレンジアミン、尿素、モノメチルジエタノールアミン、モノエチルジエタノールアミン等のアミン類;などの1種又は2種以上の活性水素を含有する開始剤の存在下、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド等を開環重合して得られるランダム又はブロック共重合体等、及びこれらの混合物等が挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えばマレイン酸、フマル酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、ドデカン二酸、イソフタル酸、アゼライン酸等の多塩基酸およびその酸無水物と、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−へキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール等の多価アルコールとを、エステル化触媒の存在下、150〜270℃の温度範囲で重縮合させて得られる重合体が挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2−メチルプロパンジオール、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール等のジオール類またはこれらのジオール類としゅう酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、ヘキサヒドロフタル酸等のジカルボン酸との反応生成物と、ジフェニルカーボネート、ビス(クロロフェニル)カーボネート、ジナフチルカーボネート、フェニルトルイルカーボネート、フェニルクロロフェニルカーボネート、2−トリル−4−トリルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジエチレンカーボネート、炭酸エチレン等の芳香族系カーボネートまたは脂肪族系カーボネートとを重縮合反応して得られる重合体や、アルキレンカーボネートとアルキレングリコールとのエステル交換反応で得られる等の分子中にカーボネート構造を2つ以上有する化合物が挙げられる。
これらの中でも、ポリエーテルポリオールがさらにより好ましく、特に、ポリオキシプロピレンジオールやポリオキシプロピレントリオールなどのポリオキシプロピレンポリオール、ポリオキシブチレンジオール、ポリオキシブチレントリオールなどのポリオキシブチレンポリオール、ポリカーボネートジオールなどのポリオールから選ばれた少なくとも一種が、取り扱い易さ、機械特性の点から好ましい。なお、上記ポリオキシプロピレンポリオールには、ポリオキシプロピレンポリオール中にオキシエチレン単位が40重量%未満含むもの、たとえばポリオキシプロピレンポリオール末端にエチレンオキサイドを付加したポリオキシプロピレンポリオール−エチレンオキサイド付加体など含む。また、ポリオキシブチレンジオールには、オキシ−3−メチルブチレン単位が40重量%未満有するものも含む。最も好ましくは、ポリオキシプロピレンジオール、ポリオキシプロピレントリオール−エチレンオキサイド付加体である。
他方、これらのポリオールの中でも水酸基を一分子中に3個以上有する3官能以上の多官能ポリオールは、ポリウレタン樹脂の弾性率を高くしたい場合に、2官能ポリオールと併用することができる。
ポリオール(A)は、上述した通り、コアシェルポリマー分散用第一ポリオール(A−1)、ポリオール組成物外添用第二ポリオール(A−2)に分類される。
第一ポリオール(A−I)の数平均分子量は、ポリオール自体がある程度、靭性や引張強度の改良効果を有する、またウレタンエラストマーに適している等の点から、GPCにおけるポリスチレン換算において、1000〜10000であり、1000〜8000がより好ましく、1000〜7500がさらに好ましく、1000〜5000がさらにより好ましい。第一ポリオール(A−I)は、数平均分子量1000以上を有するものを単独で使用してもよく2種以上混合してもよい。
第二ポリオール(A−II)の数平均分子量は、ポリウレタン樹脂の特性を適宜変更する観点、靭性や引張強度を改善する観点から、GPCにおけるポリスチレン換算において、100以上10000以下であり、好ましくは8000以下であり、より好ましくは7000以下であり、さらに好ましくは5000以下である。
第二ポリオール(A−II)は、第一ポリオール(A−1)と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、複数のポリオールの混合物を用いてもよい。第二ポリオールにより、ポリウレタン樹脂を、軟質ポリウレタン樹脂、硬質ポリウレタン樹脂、熱可塑性ウレタンエラストマー等とすることが可能である。
第一ポリオール(A−I)は、ポリオール組成物のポリオール総量中、好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%以上、さらに好ましくは90重量%以上、さらにより好ましくは100重量%である。
第一ポリオール(A−I)は、靭性、引張強度の点から、ポリオール組成物100重量%中、好ましくは40〜65重量、より好ましくは45〜65重量%、さらに好ましくは45〜60重量%である。
第二ポリオール(A−II)は、ポリウレタン樹脂組成物(ポリオール(A−I)、コアシェルポリマー(B)、ポリイソシアネート(C)、鎖延長剤(F)、架橋剤(G)を含む)100重量%中、好ましくは1〜70重量%、より好ましくは2〜65重量%、さらに好ましくは5〜60重量%である。
<コアシェルポリマー(B)>
コアシェルポリマー(B)は、ポリオールに均一に分散しており、ポリオール組成物を用いて、得られたポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂は優れた機械特性(靭性、引張強度)を発現する。
コアシェルポリマー(B)は、少なくとも2層の構造からなる粒子状ポリマーである。
前記コアシェルポリマー(B)は、架橋ポリマーからなるコア層と、これにグラフト重合されたポリマー成分からなるシェル層より構成されるポリマーであることが好ましい。
前記コアシェルポリマー(B)は、体積平均粒子径が0.01〜0.6μmであり、好ましくは0.03〜0.5μm、より好ましくは0.05〜0.4μmである。このような平均粒子径を有するコアシェルポリマー(B)を得るには、乳化重合法が好適であるが、体積平均粒子径があまりにも小さい場合、あまりにも大きい場合は、経済的かつ工業的な製造が難しくなる。なお、体積平均粒子径は、マイクロトラックUPA150(日機装株式会社製)などを用いて測定することができる。
前記コアシェルポリマー(B)の含有量は、靭性、引張強度の改善、作業性の観点から、ポリオール組成物100重量%に対して、35〜60重量%であり、35〜55重量%が好ましく、40〜55重量%がより好ましい。コアシェルポリマーの含有量があまりにも少ない場合、コアシェルポリマーを用いた際の改質効果が小さくなる。また、コアシェルポリマーの含有量があまりにも多い場合は、ポリオール組成物の粘度が高くなりすぎる。
前記コアシェルポリマー(B)は、MEKに対して不溶分を有することが好ましく、その不溶分量(MEK不溶分量)は、95重量%以上であることが好ましく、さらには97重量%以上がより好ましく、特には98重量%以上がより好ましい。95重量%未満の場合には、ポリオール組成物の粘度が高くなる傾向があり取り扱いにくくなる。なお、本明細書において、コアシェルポリマー(B)のMEK不溶分量を得る方法は下記の通りである。コアシェルポリマーのパウダーあるいはフィルム約2gを秤量してメチルエチルケトン(MEK)100gに23℃で24時間浸漬する。その後、得られたMEK不溶分を分離し、乾燥して重量を計り、測定に使用したコアシェルポリマーの重量に対する重量分率(%)をMEK不溶分量として算出する。
前記コア層は、ポリウレタン樹脂の引張強度および伸びのバランスの点やエポキシ樹脂の強靭化の点から、ゴム状の架橋ポリマーであることが好ましい。コア層が、ゴム状の性質を有するためには、コア層のガラス転移温度(以下、単に「Tg」と称する場合がある)は、0℃以下であることが好ましく、−20℃以下がより好ましく、−40℃以下であることが特に好ましい。前記Tgは、たとえば、動的粘弾性測定法や示差走査熱量分析法により測定できる。
ゴムとしての性質を有する前記コア層を形成し得るポリマーとしては、天然ゴムや、ジエン系モノマー(共役ジエン系モノマー)および(メタ)アクリレート系モノマーから選ばれる少なくとも1種のモノマー(第1モノマー)を50〜100重量%、および他の共重合可能なビニル系モノマー(第2モノマー)を0〜50重量%含んで構成されるゴムポリマーや、ポリシロキサンゴム(オルガノシロキサン系ゴム)、あるいはこれらを併用したものが挙げられる。
コアシェルポリマー(B)は、ジエン系ゴム、(メタ)アクリレート系ゴム、オルガノシロキサン系ゴム、およびスチレン系ポリマーよりなる群から選択される1種以上のコア層を有することが好ましい。より高い機械特性を得る場合、ジエン系モノマーを用いたジエン系ゴムがより好ましい。機械特性、耐候性、経済性などのバランスが要求される場合、(メタ)アクリレート系ゴム(アクリルゴムともいう)がより好ましい。また、低温での機械特性を向上しようとする場合には、コア層はポリシロキサンゴム(オルガノシロキサン系ゴム)であることがより好ましい。なお、本発明において(メタ)アクリレートとは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味する。
前記コア層の形成に用いるジエン系ゴムを構成するモノマー(共役ジエン系モノマー)としては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエンなどが挙げられる。これらのジエン系モノマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
機械特性の改良効果が高い点から、1,3−ブタジエンを用いるブタジエンゴム、1,3−ブタジエンとスチレンの共重合体であるブタジエン−スチレンゴム、1,3−ブタジエンとブチルアクリレートあるいは2−エチルヘキシルアクリレートの共重合体であるブタジエン−アクリレートゴムが好ましく、ブタジエンゴムがより好ましい。また、ブタジエン−スチレンゴムは、屈折率の調整により得られるポリウレタン樹脂の透明性を高めることができ、良好な外観および機械特性のバランスに優れたものを得る場合には、より好ましい。また、ブタジエン−アクリレートゴムは、アクリレートの導入により、ゴム中でのブタジエンの二重結合濃度が低くなるため、耐候性が良好になり、そのような特性が必要な場合は、好ましい。
また、前記コア層の形成に用いるアクリルゴムを構成するモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート類;フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートなどの芳香環含有(メタ)アクリレート;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルアルキル(メタ)アクリレートなどのグリシジル(メタ)アクリレート類;アルコキシアルキル(メタ)アクリレート類;アリル(メタ)アクリレート、アリルアルキル(メタ)アクリレートなどのアリルアルキル(メタ)アクリレート類;モノエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどの多官能性(メタ)アクリレート類などが挙げられる。これらの(メタ)アクリレート系モノマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましくはエチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートである。
上記第1モノマーと共重合可能なビニル系モノマー(第2モノマー)としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレンなどのビニルアレーン類;アクリル酸、メタクリル酸などのビニルカルボン酸類;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのビニルシアン類;塩化ビニル、臭化ビニル、クロロプレンなどのハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンなどのアルケン類;ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベンゼンなどの多官能性モノマーなどが挙げられる。これらのビニル系モノマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。特に好ましくはスチレンである。
また、前記コア層を構成し得るポリシロキサンゴムとしては、例えば、ジメチルシロキサン、ジエチルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、ジフェニルシロキサン、ジメチルシロキサン−ジフェニルシロキサンなどの、アルキル或いはアリール2置換シリルオキシ単位から構成されるポリシロキサン系ポリマーや、側鎖のアルキルの一部が水素原子に置換されたオルガノハイドロジェンシロキサンなどの、アルキル或いはアリール1置換シロキサン単位から構成されるポリシロキサン系ポリマーが挙げられる。これらのポリシロキサン系ポリマーは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。さらには、(メタ)アクリレート系ゴムと組み合わせた、(メタ)アクリレート系ゴム/ポリシロキサンゴムからなる複合ゴムを用いてもよい。中でも、ジメチルシロキサンゴム、メチルフェニルシロキサンゴム、ジメチルシロキサン/ブチルアクリレート複合ゴムが耐候性、機械特性で好ましく、ジメチルシロキサンゴムおよびジメチルシロキサン/ブチルアクリレート複合ゴムが容易に入手できて経済的でもあることから最も好ましい。
前記コア層がポリシロキサンゴムから形成される態様において、ポリシロキサン系ポリマー部位は、低温での機械特性を損なわないために、コア層全体を100重量%としてすくなくとも10重量%以上含有していることが好ましい。
スチレン系ポリマーは、スチレンモノマーを主成分、多官能性モノマーを架橋成分として用い、これらを重合したものであってもよい。
前記コアシェルポリマー(B)のポリオール組成物中、ポリウレタン樹脂中およびエポキシ樹脂中での分散安定性を保持する観点から、コア層は、上記モノマーを重合してなるポリマー成分やポリシロキサン系ポリマー成分に架橋構造が導入されていることが好ましい。架橋構造の導入方法としては、一般的に用いられる手法を採用することができる。例えば、上記モノマーを重合してなるポリマー成分に架橋構造を導入する方法としては、ポリマー成分を構成するモノマーに多官能性モノマーやメルカプト基含有化合物等の架橋性モノマーを添加し、次いで重合する方法などが挙げられる。また、ポリシロキサン系ポリマーに架橋構造を導入する方法としては、重合時に多官能性のアルコキシシラン化合物を一部併用する方法や、ビニル反応性基、メルカプト基、メタクリロイル基などの反応性基をポリシロキサン系ポリマーに導入し、その後ビニル重合性のモノマーあるいは有機過酸化物などを添加してラジカル反応させる方法、あるいは、ポリシロキサン系ポリマーに多官能性モノマーやメルカプト基含有化合物などの架橋性モノマーを添加し、次いで重合する方法などが挙げられる。
前記多官能性モノマーとしては、ブタジエンは含まれず、アリル(メタ)アクリレート、アリルアルキル(メタ)アクリレート等のアリルアルキル(メタ)アクリレート類;アリルオキシアルキル(メタ)アクリレート類;(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリロイル基を2個以上有する多官能(メタ)アクリレート類;ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベンゼン等が挙げられる。特に好ましくはアリルメタアクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、及びジビニルベンゼンである。
一方、ポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の強度と弾性率のバランスの良さが求められる場合には、コア層のTgは、0℃よりも大きくすることが好ましく、20℃以上であることがより好ましく、50℃以上であることが更に好ましく、80℃以上であることが特に好ましく、120℃以上であることが最も好ましい。
Tgが0℃よりも大きく、熱硬化性樹脂の弾性率を向上させる、コア層を形成し得るポリマーとしては、単独重合体のTgが0℃よりも大きい少なくとも1種のモノマーを50〜100重量%(より好ましくは、65〜99重量%)、および単独重合体のTgが0℃未満の少なくとも1種のモノマーを0〜50重量%(より好ましくは、1〜35重量%)含んで構成されるポリマーが挙げられる。
コア層のTgが0℃よりも大きい場合においても、コア層は架橋構造が導入されていることが好ましい。架橋構造が導入されることで、Tgが引き上げられる。架橋構造の導入方法としては、前記の方法が挙げられる。
前記単独重合体のTgが0℃よりも大きいモノマーは、以下のモノマーの一つ以上を含有するものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、スチレン、2−ビニルナフタレン等の無置換ビニル芳香族化合物類;α−メチルスチレン等のビニル置換芳香族化合物類;3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,5−ジメチルスチレン、3,5−ジメチルスチレン、2,4,6−トリメチルスチレン等のアルキル化ビニル芳香族化合物類;4−メトキシスチレン、4−エトキシスチレン等のアルコキシル化ビニル芳香族化合物類;2−クロロスチレン、3−クロロスチレン等のハロゲン化ビニル芳香族化合物類;4−アセトキシスチレン等のエステル置換ビニル芳香族化合物類;4−ヒドロキシスチレン等のヒドロキシル化ビニル芳香族化合物類;ビニルベンゾエート、ビニルシクロヘキサノエート等のビニルエステル類;塩化ビニル等のビニルハロゲン化物類;アセナフタレン、インデン等の芳香族含有複環モノマー類;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート等のアルキルメタクリレート類;フェニルメタクリレート等の芳香族メタクリレート;イソボルニルメタクリレート等の脂環メタクリレート、トリメチルシリルメタクリレート等のアルキルシリルメタクリレート類;メタクリロニトリル等のメタクリル酸誘導体を含むメタクリルモノマー;イソボルニルアクリレート等の脂環アクリレート、tert−ブチルアクリレート等の分岐アルキルアクリレート等のアクリル酸エステル;アクリロニトリル等のアクリル酸誘導体を含むアクリルモノマーを挙げることができる。更に、アクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、N−ビニルピロリドン、ジシクロペンタニルメタクリレート、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート、1−アダマンチルアクリレート及び1−アダマンチルメタクリレート等のTgが120℃以上となるモノマーが挙げられる。
本発明において、コア層は単層構造であることが多いが、多層構造であってもよい。コア層が多層構造の場合は、各層のポリマー組成が各々相違していてもよい。
すなわち、第1のコア層の外側にポリマー組成の異なる第2の層を有する2層からなるコアや、2層からなるコアにさらに、ポリマー組成の異なる第3の層を形成させて、3層からなるコア層であってもよい。2層コアの2層目や3層コアの3層目が、前記記載のトリアリルイソシアヌレートなどの多官能モノマーを主要成分として重合させて得られるポリマーからなる場合、後述するシェルポリマーがグラフトしやすくなるメリットがある。しかし、多層構造コアの形成は、製造工程が複雑になるという欠点がある。
コアシェルポリマー(B)中のコア成分量は、機械特性の観点から、70〜95重量%が好ましく、80〜93重量%がより好ましく、80〜90重量%がさらに好ましい。コア層の比率が小さいと、ポリオール組成物の粘度が高くなる傾向にある。コア層の比率があまりにも大きい場合、コアシェルポリマーの調製が難しくなる(合成自体は、可能であるが、反応液から実用的な形態で取り出すことが難しくなる)。なお、コアシェルポリマー中のコア成分量は、赤外分光分析のスペクトルの吸光度比などから測定できる。
前記コアシェルポリマー(B)の最も外側に存在するシェル層、すなわちシェルポリマーは、ポリオール成分との相溶性を制御し、コアシェルポリマーを効果的に分散させる役割をする。
このようなシェルポリマーは、好ましくは前記コア層にグラフトしている。より正確には、シェルポリマーの形成に用いるモノマー成分が、コア層を形成するコアポリマーにグラフト重合して、実質的にシェルポリマーとコアとが化学結合していることが好ましい。即ち、好ましくは、シェルポリマーは、コアポリマーの存在下に前記シェル形成用モノマーをグラフト重合させることで形成され、このようにすることで、このコアポリマーにグラフト重合されており、コアポリマーの一部又は全体を覆っている。この重合操作は、水性のポリマーラテックス状態で調製され存在するコアポリマーのラテックス対して、シェルポリマーの構成成分であるモノマーを加えて重合させることで実施できる。
シェル層形成用モノマーとしては、シェル層を構成するポリマーの溶解度パラメーター(SP値)が、9.30〜10.20(cal/cm31/2であり、好ましくは9.35〜10.10(cal/cm31/2になるように選択する。溶解度パラメーターが前記範囲から外れるとポリオール組成物の粘度が高くなる傾向がある。
なお、溶解度パラメーターは、Polymer Engineering and Science、1974年、14巻、147−154ページに記載のFedorsの方法で算出した値である。たとえば、ポリメチルメタクリレート9.93(cal/cm31/2、ポリブチルアクリレート9.77(cal/cm31/2、ポリ4−ヒドロキシブチルアクリレート12.99(cal/cm31/2、ポリスチレン10.32(cal/cm31/2、ポリアクリロニトリル11.21(cal/cm31/2、ポリ2−エチルヘキシルアクリレート9.22(cal/cm31/2、ポリアリルメタクリレート10.42(cal/cm31/2、ポリグリシジルメタクリレート11.45(cal/cm31/2である。
また、共重合体の溶解度パラメーターSPcは、単独重合体の溶解度パラメーターの重量平均により算出する。すなわち、m種類のモノマーからなる共重合体を構成する各モノマーの単独重合体の溶解度パラメーターSPnとのその重量Wnとから次の式(1)により算出する。
Figure 0006928599
たとえば、スチレン50gとメチルメタクリレート50gからなる共重合体の溶解度パラメーターは、ポリスチレンの溶解度パラメーター10.32(cal/cm31/2とポリメチルメタクリレートの溶解度パラメーター9.93(cal/cm31/2を用いて式(2)に代入して、10.13(cal/cm31/2の値が得られる。
また、シェル層形成用モノマーは、ポリオール組成物の粘度を低くできる点、熱硬化性樹脂の機械特性(例えば、靭性、引張強度)が良好な点から、コアシェルポリマー(B)のシェル層を構成するポリマーのガラス転移温度(Tgともいう)が好ましくは−40〜60℃であり、より好ましくは−35〜50℃、さらに好ましくは−30〜40℃になるように選択される。
選択したモノマーから得られるポリマーのTgは、ハンドブックや各種モノマーの供給者から得られる技術データやハンドブックなどから得ることができる。アルドリッチ(Aldrich社から提供されているリファレンス:ポリマープロパティズ(Reference:Polymer Properties)52−53ページは比較的多くのデータが記載されている。また、本願明細書では、ポリアクリロニトリルのTgは85℃(358K)、ポリアリルメタクリレートのTgは、BASF社の技術資料から52℃(325K)、ポリ4−ヒドロキシルブチルアクリレートのTgは、日本化成(株)社の技術資料から、−40℃(233K)、ポリグリシジルメタクリレートのTgは、サンエステルズ社(SANESTERS CORPORATION)の技術資料から、46℃(319K)とする。共重合体のTgは、単独重合体のTgを用いて共重合体のTgを算出することができる。具体的には、John Wiley&Son社出版「ENCYCLOPEDIA OF POLYMER SCIENCE AND ENGINEERING」1987年、7巻、539ページ記載のFoxの式により算出する。すなわち、共重合体のTgcは、m種類のモノマーからなる共重合体を構成する各モノマーの単独重合体のガラス転移温度Tgnとのその重量分率Wfn(重量%/100の値)とから次の式(2)により算出する。なお、同式ではTgの単位は絶対温度(K)を用いているので、得られた絶対温度値から273を差し引くことでセルシウス温度(℃)に変換する。
Figure 0006928599
たとえば、スチレン50重量%、メチルメタクリレート25重量%、ブチルアクリレート25重量%からなる共重合体のTgは、ポリスチレンのTg373K(100℃)、ポリメチルメタクリレートのTg378K(105℃)、ポリブチルアクリレートのTg219K(−54℃)を用いて式(2)に代入して、45℃(318K)の値が得られる。
本発明において、シェル層を形成するモノマーは、上記SP値及び上記ガラス転移温度の一方又は両方を満足するモノマーを含むことが好ましく、上記SP値及び上記ガラス転移温度の両方を満足するモノマーを含むことがより好ましい。
すなわち、シェル層を形成するモノマーは、溶解度パラメーター9.30〜10.20(cal/cm31/2及びガラス転移温度−40〜60℃を有するモノマー含むことが好ましく、溶解度パラメーター9.30〜10.20(cal/cm31/2及びガラス転移温度−35〜50℃を有するモノマーを含むことがより好ましく、溶解度パラメーター9.30〜10.10(cal/cm1/2及びガラス転移温度−30〜40℃を有するモノマーを含むことがさらに好ましい。
シェル層形成用モノマーとしては、(メタ)アクリレートモノマー、芳香族ビニルモノマーを用いることがTgを調整しやすい点から好ましい。
熱硬化性樹脂中でコアシェルポリマーを均一分散させるために、シェル層形成用モノマーとして、エポキシ基、オキセタン基、水酸基、アミノ基、イミド基、カルボン酸基、カルボン酸無水物基、環状エステル、環状アミド、ベンズオキサジン基、及びシアン酸エステル基からなる群から選ばれる1種以上を含有する反応性基含有モノマーを含有させてもよい。
ポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂中にコアシェルポリマーを分散させるためには、水酸基含有ビニルモノマーをシェル層形成用モノマーの一部として用いてもよい。前記ポリオール組成物と第二ポリオールとポリイソシアネート(C)を反応させてポリウレタン樹脂を合成するとき、水酸基が反応に参加して化学結合を形成するので、コアシェルポリマーの分散状態の変動を抑えることができる。
また、エポキシ基含有ビニルモノマーをシェル層形成用モノマーの一部として用いるとエポキシ樹脂の硬化物中で均一な分散状態が安定するために好ましい。
前記水酸基含有あるいはエポキシ基含有ビニルモノマーは、シェル層形成用モノマー中に、0〜20重量%含まれていることが好ましく、0〜14重量%含まれていることがより好ましく、0.5〜10重量%含まれていることがさらに好ましい。すなわち、靭性、引張強度の点から、シェル層を構成するポリマー中に、水酸基またはエポキシ基含有(メタ)アクリレートに由来する構成単位を好ましくは0〜20重量%、より好ましくは0〜14重量%、さらに好ましくは0.5〜10重量%含む。水酸基含有あるいはエポキシ基含有ビニルモノマーがシェル形成用モノマー中に、あまりにも多い場合、ポリオール組成物中でのコアシェルポリマーの分散性が低下する傾向にある。
また、シェル層形成用モノマーとして、二重結合を2個以上有する多官能性モノマーを使用すると、シェル層に架橋構造が導入される。これにより、コアシェルポリマー(B)とポリオール(A)との相互作用が低下し、その結果、ポリオール組成物の粘度を下げることができる。このため、二重結合を2個以上有する多官能性モノマーの使用が好ましい場合がある。一方、ポリウレタン樹脂の伸びが低下する傾向にあるので、伸びを最大限に改善したい場合は、シェル層形成用モノマーとして、二重結合を2個以上有する多官能性モノマーを使用しないことが好ましい。
多官能性モノマーは、使用する場合、シェル層形成用モノマー中に、0.5〜10重量%含まれていることが好ましく、より好ましくは1〜5重量%である。
前記(メタ)アクリレートモノマーの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート等の直鎖状(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等の分岐状(メタ)アクリレート等が挙げられる。
特に、炭素数4〜10の直鎖状あるいは分岐状であるアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートとしては、n−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート等の炭素数4〜10(好ましくは炭素数4〜8、より好ましくは炭素数4〜6)の直鎖状のアルキル(メタ)アクリレート;イソブチル(メタ)アクリレート、s−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、およびイソデシル(メタ)アクリレート等の炭素数4〜10(好ましくは炭素数6〜10、より好ましくは炭素数8〜10)の分岐状のアルキル(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。
これらの中でも、n−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレートが特に好ましく、n−ブチルアクリレート、n−ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートが最も好ましい。
炭素数4〜10の直鎖状あるいは分岐状であるアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート由来の構成単位が、シェル層を構成するポリマー中に、25〜90重量%含有されることが必須であり、特に28〜87重量%以上含有することがポリオール組成物の粘度を低くできる点で好ましい。
炭素数1〜3の直鎖状または分岐状のアルキル(メタ)アクリレートは、上記のアルキル(メタ)アクリレートのうち、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレートが好ましく、より好ましくはメチルメタクリレートである。
前記芳香族ビニルモノマーの具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ジビニルベンゼン等が挙げられる。
前記水酸基含有ビニルモノマーの具体例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
前記エポキシ基を有するモノマーの具体例としては、グリシジル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル等が挙げられる。特に、グリシジルメメタクリレートが安定性およびその反応性から好ましい。
前記二重結合を2個以上有する多官能性モノマーの具体例としては、上述の多官能性モノマーと同じモノマーが例示されるが、好ましくはアリルメタクリレート、トリアリルイソシアヌレートである。
シェル層を形成するモノマーは、シェル層形成用モノマー100重量%中、好ましくは炭素数4〜10の直鎖状または分岐状のアルキル(メタ)アクリレート25〜90重量%、炭素数1〜3の直鎖状または分岐状のアルキル(メタ)アクリレート10〜75重量%及び水酸基含有(メタ)アクリレート0〜20重量%(より好ましくは1〜14重量%)、及びエポキシ基含有(メタ)アクリレート0〜20重量%(より好ましくは1〜14重量%)から構成され、または、好ましくは炭素数4〜10の直鎖状または分岐状のアルキル(メタ)アクリレート25〜90重量%、炭素数1〜3の直鎖状または分岐状のアルキル(メタ)アクリレート10〜75重量%及び水酸基含有(メタ)アクリレート1〜14重量%から構成される。
例えば、ブチルアクリレート25〜90重量%、メチルメタクリレート20〜70重量%、4−ヒドロキシブチルアクリレート1〜20重量%、グリシジル(メタ)アクリレート0〜20重量%を組み合わせて100重量%にしたシェル形成用モノマーのポリマーであるシェル層とすることがさらに好ましい。これにより、低粘度のポリオール組成物および優れた機械特性を有するポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂の硬化物を得ることができる。
シェル層は、上記モノマー成分の他に、他のモノマー成分を含んで形成されてもよい。
前記コアシェルポリマー(B)における、シェル層の割合は、コアシェルポリマー全体を100重量%として、5〜30重量%が好ましく、7〜20重量%がより好ましい。シェル層の割合が多すぎる場合、ポリオール組成物の粘度が高くなりすぎる傾向がある。また、少なすぎる場合、コアシェルポリマーのポリオールへの分散が難しくなる。
≪コアシェルポリマー(B)の製造方法≫
(コア層の製造方法)
本発明で用いるコアシェルポリマー(B)を構成するコア層を形成するポリマーが、ジエン系モノマー(共役ジエン系モノマー)および(メタ)アクリレート系モノマーから選ばれる少なくとも1種のモノマー(第1モノマー)を含んで構成される場合には、コア層の形成は、例えば、乳化重合、懸濁重合、マイクロサスペンジョン重合などによって製造することができ、例えば国際公開第2005/028546号に記載の方法を用いることができる。
また、コア層を形成するポリマーがポリシロキサン系ポリマーを含んで構成される場合には、コア層の形成は、例えば、乳化重合、懸濁重合、マイクロサスペンジョン重合などによって製造することができ、例えばEP1338625号公報に記載の方法を用いることができる。
(シェル層の形成方法)
シェル層は、シェル層形成用モノマーを、公知のラジカル重合により重合することによって形成することができる。コア層をコアシェルポリマー(B)前駆体のエマルジョンとして得た場合には、シェル層形成用モノマーの重合は乳化重合法により行うことが好ましく、例えば、国際公開第2005/028546号に記載の方法に従って製造することができる。
乳化重合において用いることができる乳化剤(分散剤)としては、ジオクチルスルホコハク酸やドデシルベンゼンスルホン酸などに代表されるアルキルまたはアリールスルホン酸、アルキルまたはアリールエーテルスルホン酸、ドデシル硫酸に代表されるアルキルまたはアリール硫酸、アルキルまたはアリールエーテル硫酸、アルキルまたはアリール置換燐酸、アルキルまたはアリールエーテル置換燐酸、ドデシルザルコシン酸に代表されるN−アルキルまたはアリールザルコシン酸、オレイン酸やステアリン酸などに代表されるアルキルまたはアリールカルボン酸、アルキルまたはアリールエーテルカルボン酸などの各種の酸類、これら酸類のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩などのアニオン性乳化剤(分散剤);アルキルまたはアリール置換ポリエチレングリコールなどの非イオン性乳化剤(分散剤);ポリビニルアルコール、アルキル置換セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸誘導体などの分散剤が挙げられる。これらの乳化剤(分散剤)は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
コアシェルポリマー(B)の水性ラテックスの分散安定性に支障を来さない限り、乳化剤(分散剤)の使用量は少なくすることが好ましい。また、乳化剤(分散剤)は、その水溶性が高いほど好ましい。水溶性が高いと、乳化剤(分散剤)の水洗除去が容易になり、最終的に得られるポリオール組成物への悪影響を容易に防止できる。
乳化重合法の開始剤として、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、有機過酸化物、過酸化水素、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの熱分解型開始剤が良く知られているが、本発明においては、有機過酸化物が特に好ましい。
好ましい有機過酸化物として、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、パラメンタンハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジ−t−ヘキシルパーオキサイドなどを挙げることができる。なかでも、10時間半減期の熱分解温度(以下、T10ともいう)が120℃以上である、ジ−t−ブチルパーオキサイド(T10:124℃)パラメンタンハイドロパーオキサイド(T10:128℃)、クメンハイドロパーオキサイド(T10:158℃)、t−ブチルハイドロパーオキサイド(T10:167℃)などの有機過酸化物を使用することが、コアシェルポリマー(B)のMEK不溶分量を高くできる点で好ましい。
また有機過酸化物と、必要に応じてナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート、グルコースなどの還元剤、および必要に応じて硫酸鉄(II)などの遷移金属塩、さらに必要に応じてエチレンジアミン四酢酸二ナトリウムなどのキレート剤、さらに必要に応じてピロリン酸ナトリウムなどのリン含有化合物などを併用したレドックス型開始剤を使用することが好ましい。
レドックス型開始剤を用いた場合には、前記有機過酸化物が実質的に熱分解しない低い温度でも重合を行うことができ、重合温度を広い範囲で設定できるようになり好ましい。
前記開始剤の使用量、レドックス型開始剤を用いる場合には前記還元剤・遷移金属塩・キレート剤などの使用量は公知の範囲で用いることができる。
また、要すれば連鎖移動剤も使用できる。該連鎖移動剤は通常の乳化重合で用いられているものであればよく、特に限定はされない。
前記連鎖移動剤の具体例としては、t−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−テトラデシルメルカプタン、n−ヘキシルメルカプタンなどが挙げられる。
重合に際しての重合温度、圧力、脱酸素などの条件は、公知の範囲のものが適用できる。
<ポリオール組成物>
本発明のポリオール組成物においては、前記のごとく得られた特定のコアシェルポリマー(B)が、均一な状態で前記ポリオール(A−I)中に分散している。
コアシェルポリマー(B)を前記ポリオール(A−I)に均一な状態で分散させたポリオール組成物を調製する方法は、種々の方法が利用できるが、例えば水性ラテックス状態で得られたコアシェルポリマー(B)をポリオール(A−I)と接触させた後、水等の不要な成分を除去する方法、コアシェルポリマー(B)を一旦有機溶剤に抽出後にポリオール(A−I)と混合してから有機溶剤を除去する方法等が挙げられる。国際公開第09/014037号に記載の方法を利用することが好ましい。その具体的な製造方法は、順に、コアシェルポリマー(B)を含有する水性ラテックス(詳細には、乳化重合によってコアシェルポリマー(B)を製造した後の反応混合物)を、20℃における水に対する溶解度が5%以上40%以下の有機溶媒と混合した後、さらに過剰の水と混合して、コアシェルポリマー(B)を凝集させる第1工程と、凝集したコアシェルポリマー(B)を液相から分離・回収した後、再度有機溶媒と混合して、コアシェルポリマー(B)の有機溶媒溶液を得る第2工程と、有機溶媒溶液をさらにポリオール(A−I)と混合した後、前記有機溶媒を留去する第3工程とを含んで調製されることが好ましい。
ポリオール(A−I)及びコアシェルポリマー(B)の総量は、ポリオール組成物100重量%中、好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上、さらに好ましくは95重量%以上、特に好ましくは100重量%である。
<ポリイソシアネート(C)>
本発明のポリイソシアネート(C)は、本発明のポリオール(A−I)成分や(A−II)成分と反応し、ポリウレタン樹脂を形成する必須構成成分である。単独で用いてもよく2種以上のポリイソシアネートを併用してもよい。 ポリイソシアネート(C)としては、従来公知のポリイソシアネート化合物が用いられる。従来公知のポリイソシアネート化合物としては、ジイソシアネート化合物や、これ以外のポリイソシアネート化合物を用いることができる。ジイソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族ジイソシアネート化合物、脂環式ジイソシアネート化合物、芳香脂肪族ジイソシアネート化合物、芳香族ジイソシアネート化合物等を用いることができる。以下、それらの具体例を挙げる。
脂肪族ジイソシアネート化合物としては、トリメ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、ヘキサメチレンジイソシアネート、ペンタ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、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、2,4,4−又は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ロエート等が挙げられる。
脂環式ジイソシアネート化合物としては、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−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、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−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート等が挙げられる。
芳香脂肪族ジイソシアネート化合物としては、1,3−若しくは1,4−キシリレンジイソシアネート又はそれらの混合物、ω,ω’−ジイソシアネート−1,4−ジエチルベンゼン、1,3−若しくは1,4−ビス(1−イソシアネート−1−メチルエチル)ベンゼン又はそれらの混合物等が挙げられる。
芳香族ジイソシアネート化合物としては、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’−ジフェニルジイソシアネート、1,5−ナフタ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、2,4−又は2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−トルイジンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート等が挙げられる。
ジイソシアネート化合物を除くポリイソシアネート化合物としては、例えば脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、芳香族ポリイソシアネート化合物等が挙げられる。以下、それらの具体例を挙げる。
脂肪族ポリイソシアネート化合物としては、リジンエステルトリイソシアネート、1,4,8−トリイソシアネートオクタン、1,6,11−トリイソシアネートウンデカン、1,8−ジイソシアネート−4−イソシアネートメチルオクタン、1,3,6−トリイソシアネートヘキサン、2,5,7−トリメチル−1,8−ジイソシアネート−5−イソシアネートメチルオクタン等が挙げられる。
脂環式ポリイソシアネート化合物としては、1,3,5−トリイソシアネートシクロヘキサン、1,3,5−トリメチルイソシアネートシクロヘキサン、3−イソシアネートメチル−3,3,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート、2−(3−イソシアネートプロピル)−2,5−ジ(イソシアネートメチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2−(3−イソシアネートプロピル)−2,6−ジ(イソシアネートメチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、3−(3−イソシアネートプロピル)−2,5−ジ(イソシアネートメチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、5−(2−イソシアネートエチル)−2−イソシアネートメチル−3−(3−イソシアネートプロピル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、6−(2−イソシアネートエチル)−2−イソシアネートメチル−3−(3−イソシアネートプロピル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、5−(2−イソシアネートエチル)−2−イソシアネートメチル−2−(3−イソシアネートプロピル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、6−(2−イソシアネートエチル)−2−イソシアネートメチル−2−(3−イソシアネートプロピル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン等が挙げられる。
芳香脂肪族ポリイソシアネート化合物としては、1,3,5−トリイソシアネートメチルベンゼン等が挙げられる。
芳香族ポリイソシアネート化合物としては、トリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネート、1,3,5−トリイソシアネートベンゼン、2,4,6−トリイソシアネートトルエン、4,4’−ジフェニルメタン−2,2’,5,5’−テトライソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート等が挙げられる。
更に、ポリイソシアネート化合物として、前記の各種のポリイソシアネート化合物を用いて得た、アロファネート変性体、ビウレット変性体、イソシアヌレート変性体を挙げることができる。
これらの中でも、芳香族ジイソシアネート化合物や脂環式ジイソシアネート化合物は、機械特性の優れた熱可塑性ウレタンエラストマーを得ることができることから好ましい。特に、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−又は2,6−トリレンジイソシアネート、4,4′−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、3−イソシアネートメチル−3,3,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネートが好ましい。
<ポリウレタン樹脂>
本発明のポリウレタン樹脂は、主として前記ポリオール組成物と数平均分子量100以上10000以下を有する第二ポリオール(A−II)と前記ポリイソシアネート(C)との反応物である。ポリウレタン樹脂は、これら成分の他に、架橋剤、鎖延長剤等を反応系に混合して得られてもよい。なお、ここでいう、ポリオール組成物は、前記ポリオール組成物に前記ポリオール(A−I)やポリオール(A−II)を追加混合して得られる組成物を含む。また、ここでいうポリウレタン樹脂は、硬質ポリウレタンから軟質ポリウレタンまでの樹脂を含む。
より具体的には、業界で公知である“ワンショット法”および“プレポリマー法”を用いることができる。いずれも触媒を用いることで反応を加速させることができる。
ワンショット法は、前記ポリオール組成物、ポリオール(A−II)、ポリイソシアネート(C)、必要であれば後述の鎖延長剤や架橋剤を一度に混合して反応させてポリウレタン樹脂を得る方法である。
ポリイソシアネート(C)の使用量は、ポリオール組成物やポリオール(A−II)の活性水素当量、鎖延長剤や架橋剤の活性水素当量により決定される。すなわち、(C)成分のイソシアネート当量と、ポリオール組成物、ポリオール(A−II)、鎖延長剤や架橋剤の合計の活性水素当量との当量比を、イソシアネート当量/活性水素当量として、例えば0.80〜3.00、好ましくは0.90〜2.00、より好ましくは0.95〜1.50になるように、(C)成分の使用量を決める。(C)成分が、あまりにも少ない場合や、あまりにも多い場合には、ウレタン化反応が不十分になる。
前記ワンショット法によるポリウレタン樹脂の合成は、従来公知の方法でよい。例えば、撹拌機、コンデンサー、減圧脱水装置、窒素気流装置を備えた密閉式反応釜に、ポリオール組成物、ポリオール(A−II)、必要であれば鎖延長剤、架橋剤を仕込み、減圧脱水後、ポリイソシアネート(C)を配合して乾燥窒素気流下で50〜150℃、0.5〜10時間反応させる。
一方、プレポリマー法は、2段階以上の反応段階を経る方法である。まず、前記ポリオール組成物とポリオール(A−II)と過剰量の前記ポリイソシアネート(C)とを、事前に反応させ、ポリマー末端にイソシアネート基を有したポリマーを得る(プレポリマーともいう)。なお、ポリイソシアネート(C)が大過剰な場合、プレポリマーと余ったポリイソシアネート(C)が共存した混合物が得られる。本発明では、この混合物もプレポリマーとして扱う。続いて、種類の異なるポリオール(A−II)、および/または鎖延長剤や架橋剤を加えて、プレポリマーと反応させる。なお、プレポリマー化の参考方法として、1995年発行の、日本ゴム協会誌、68巻、ページ417に記載の方法などがある。
プレポリマー法における、ポリイソシアネート(C)のイソシアネート当量と、ポリオール組成物(ポリオール(A−II)を含む)の活性水素当量との当量比は、イソシアネート当量/活性水素当量として、1.5〜10で反応させる。つづいて、得られたプレポリマーに、ポリオール(A−II)および/または鎖延長剤や架橋剤を加えて反応させポリウレタン樹脂を得る。なお、活性水素は、水酸基やアミノ基などの官能基由来である。ポリウレタン樹脂を得る際のポリイソシアネート(C)のイソシアネート当量と、プレポリマーを得る際に使用したポリオール組成物、追加で使用したポリオール(A−II)成分、鎖延長剤や架橋剤の合計の活性水素当量との当量比は、好ましくは0.80〜3.00、より好ましくは0.90〜2.00、さらに好ましくは0.95〜1.50になるように決める。等量比率が不適切であると、ウレタン化反応が不十分になる。
<エポキシ樹脂(D)>
本発明のエポキシ樹脂(D)としては、分子内に2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば、任意のものを使用することができる。例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;3,4−エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル等の環状脂肪族型エポキシ樹脂;1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等の直鎖脂肪族型エポキシ樹脂;ヘキサヒドロフタル酸グリシジルエステル等のグリシジルエステル型エポキシ樹脂のような液状エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサンの末端あるいは側鎖にエポキシ基を有するポリシロキサン型エポキシ樹脂あるいは、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルグリシジルエーテルメタン、テトラフェニルグリシジルエーテルメタン;ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等の固体あるいは半固体の多官能エポキシ樹脂を挙げることができる。前記エポキシ樹脂は、単独で又は組み合わせて用いることができる。中でもビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が特に好ましい。
また、エポキシ樹脂(D)に、分子内に1つのエポキシ基を有する反応性希釈剤を添加してもよい。また、必要であれば分子内に1つ以上のエポキシ基以外の反応性基、例えば、水酸基やカルボン酸基を有する反応性希釈剤を使用してもよい。反応性希釈剤は、前記エポキシ樹脂組成物の粘度を下げる効果をもつ。反応性希釈剤は、上記エポキシ樹脂100重量部に対して45重量部まで使用するのが好ましい。反応性希釈剤をあまりにも多く使用すると、硬化物の耐熱性が低くなる。
前記分子内に1つのエポキシ基を有する反応性希釈剤としては、ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、炭素数8〜14のアルキルグリシジルエーテルなどのアルキルモノグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ノニルフェニルグリシジルエーテルなどのフェノールモノグリシジルエーテルなどを挙げることができる。これらは2種以上組み合わせて使用してもよい。
前記分子内に1つ以上の水酸基あるいはカルボン酸基を有する反応性希釈剤の具体例としては、カルボン酸基あるいは水酸基を有するシリコーンオイルなどを挙げることができる。これらは2種以上組み合わせて使用してもよい。
<エポキシ樹脂硬化剤(E)>
前記エポキシ樹脂硬化剤としては、ジシアンジアミド(DICY)、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、イソホロンジアミン、トリエチレンテトラミン、ポリエーテルジアミン、ポリエーテルトリアミン等のアミン系硬化剤、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物などの酸無水物、フェノールノボラック樹脂等のフェノール性硬化剤、2−エチル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類、三級アミン、ポリアミド、ポリメルカプタン、メラミン樹脂等の業界で周知されているものが使用できる。
中でも、アミン系硬化剤が好ましく、イソホロンジアミン、ポリエーテルジアミンが特に好ましい。
エポキシ樹脂硬化剤の使用量は、硬化剤の化学的性質、エポキシ樹脂組成物および硬化物の所望の特性に依存する。アミン基、酸無水物基、フェノール性ヒドロキシ基の場合、1エポキシ基当量当り、0.7〜1.3になるように使用されることが好ましい。硬化促進剤として使用される、イミダゾールや3級アミンなどは、エポキシ樹脂100重量部に対して0.01〜10重量部程度を使用することが好ましい。
<鎖延長剤(F)および架橋剤(G)>
鎖延長剤(F)および架橋剤(G)は、ポリウレタン樹脂の機械特性や硬度を調整するために使用される。鎖延長剤(F)および架橋剤(G)としては、公知のものを使用できる。鎖延長剤(F)および架橋剤(G)の分子量は、例えば600未満、より好ましくは18〜400、さらに好ましくは50〜300である。好ましい鎖延長剤は、2〜12個の炭素原子を有するアルキルジオール、2〜12個の炭素原子を有するアルカノールアミン、2〜15個の炭素原子を有する脂肪族ジアミン、芳香族基を有する芳香族ジアミンである。具体例としては、1,2−エタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、ジプロピレングリコールなどのアルキルジオール、エタノールアミン、ジエタノールアミン、2−アミノプロパノール、3−アミノプロパノールおよび3−アミノ−2,2−ジメチルプロパノール、N−メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン、1,2−エチレンジアミン、1,3−プロピレンジアミン、1,4−ブチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、1,4−シクロヘキサメチレンジアミンおよび4,4−ジアミノジシクロヘキシルメタンなどの脂肪族ジアミン、4,4−ジアミノジフェニルメタン、3,3−ジクロロ−4,4−ジアミノジフェニルメタン、トリメチレングリコール−ジ−p−アミノベンゾエートなどの芳香族ジアミンが挙げられる。このほか、ビスヒドロキシエトキシベンゼンなどが好ましい。特に、1,2−エタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−エチレンジアミン、3,3−ジクロロ−4,4−ジアミノジフェニルメタンなどがコスト−物性バランスの点で好ましい。
好ましい架橋剤としては、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、ソルビトール、ポリオキシプロピレントリオールなどの3官能ポリプロピレングリコールなどの多官能ポリオールが挙げられる。
<触媒(H)>
本発明のポリウレタン樹脂の合成においては、触媒を使用することができる。触媒としては、特に限定されず、通常使用されるウレタン化反応を促進する触媒が挙げられる。具体例としては、2−エチルヘキサン酸錫、バーサチック酸錫、2−エチルヘキサン酸ビスマス、酢酸カリウム、オクチル酸カリウム、オクチル酸鉛、ナフテン酸鉛、ナフテン酸ニッケル、オクチル酸コバルト等のカルボン酸金属塩;ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫マレエート、ジブチル錫フタレート、ジブチル錫ジオクタノエート、ジブチル錫ビス(2−エチルヘキサノエート)、ジブチル錫ビス(メチルマレエート)、ジブチル錫ビス(エチルマレエート)、ジブチル錫ビス(ブチルマレエート)、ジブチル錫ビス(オクチルマレエート)、ジブチル錫ビス(トリデシルマレエート)、ジブチル錫ビス(ベンジルマレエート)、ジブチル錫ジアセテート、ジオクチル錫ビス(エチルマレエート)、ジオクチル錫ビス(オクチルマレエート)、ジブチル錫ジメトキサイド、ジブチル錫ビス(ノニルフェノキサイド)、ジブテニル錫オキサイド、ジブチル錫ビス(アセチルアセトナート)、ジブチル錫ビス(エチルアセトアセテート)、ジブチル錫ビスイソオクチルチオグリコレート、ジブチル錫ジクロライド、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫オキサイドとシリケート化合物との反応物、ジブチル錫ジラウレート等のジアルキル錫ジカルボキシレートとシリケート化合物との反応物、ジブチル錫オキサイドとフタル酸エステルとの反応物等の4価の有機錫化合物類;テトライソプロポキシチタニウム、テトラn−ブトキシチタニウム、ジイソプロポキシチタンビス(アセチルアセトナート)、ジイソプロポキシチタンビス(エチルアセトアセテート)などの有機チタネート類;アルミニウムトリス(アセチルアセトナート)、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、ジイソプロポキシアルミニウムエチルアセトアセテートなどの有機アルミニウム化合物類;ジルコニウムテトラキス(アセチルアセトナート)などのジルコニウム化合物類;トリアミルアミン、トリヘキシルアミン、トリオクチルアミン、トリアリルアミン、トリフェニルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、ジエチルエタノールアミン、ジメチルアミノエトキシエタノール、N,N,N’−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N’,N’−トリメチルアミノエチルピペラジン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、グアニジン、ジフェニルグアニジン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−オクタデシルモルホリン、N−メチルピペラジン、N−メチル−N’−(2−ヒドロキシプロピル)ピペラジン、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5(DBN)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)などのアミン類等が挙げられる。また、DBUのオクチル酸塩など、前記アミン類とカルボン酸やフェノール類などの有機酸との塩は、潜在硬化性触媒として有効である。
触媒の量は、本発明の成分(A)((A−I)及び(A−II)を含む)、成分(B)および成分(C)の全量100重量部に対して、例えば0.0001〜5重量部、好ましくは0.001〜2重量部、より好ましくは0.005〜0.5重量部、特に好ましくは0.01〜1重量部である。0.0001重量部未満では触媒の効果が得られなくなる場合がある。5重量部を超えると反応が速すぎて取扱作業が困難になることがある。
<その他の配合成分>
本発明のポリオール組成物、ポリウレタン樹脂組成物およびエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて種々の配合成分を含むことができる。なお、使用量は、(A)〜(C)成分、(A)〜(C)および(F)成分あるいは(A)〜(C)、(F)および(G)成分の総量に対して、通常用いられる量であればよい。
たとえば、国際公開第2014/196607号には、充填剤、難燃剤、分散剤、消泡剤、可塑剤、溶剤、粘着性付与剤、レベリング剤、チクソ性付与剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、シランカップリング剤、脱水剤などが例示されている。これら以外に、以下に示すような整泡剤、湿潤剤なども使用できる。
<整泡剤>
本発明のポリオール組成物、ポリウレタン樹脂組成物やエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて整泡剤を添加することができる。発泡ポリウレタンを製造する場合、整泡剤の添加により、発泡セルの大きさをコントロールできる。整泡剤としては、通常の発泡ポリウレタン樹脂の製造に用いられるものが使用することができる。市販品としては、例えば、SZ−1919,SH192、SH190、SZ−584、SZ−5740M、SRX280A、SF2904,SZ−1142、SZ−1346E,SZ−1327,SZ−1336、SZ−1333,SZ−1360、PRX607,SF2937F、SF2938F、SZ−1671、SZ−1718、SZ−1677、SH193,SF2936F、SZ−1642、SF2945F、SZ−1605など(いずれも東レ・ダウコーニング社製)、F−114,F−121,F−122,F−242など(いずれも信越シリコーン社製)、L−540、L−566、L−580,L−595(LV)、L−598、L−618、L−620,L−635、L−638,L−650、L−658、L−668など(いずれもモーメンティブ・パーフォーマンス・マテリアルズ社製)の整泡剤を挙げることができる。
整泡剤を使用する場合、その使用量は(A)成分100重量部に対して、例えば0.05〜10重量部、好ましくは0.2〜5重量部、より好ましくは0.3〜3重量部の範囲で使用される。なお、発泡ポリウレタンの製造に関して、John Wiley&Sons出版社「Polyurethanes:Science,Technology,Markets and Trends」2015年の詳細な記載を参考にすることができる。
<湿潤剤>
本発明のポリオール組成物、ポリウレタン樹脂組成物やエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて湿潤剤を添加することができる。湿潤剤の添加により、組成物あるいはその硬化物の他材料へのぬれ性・密着性を改善することができる。湿潤剤としては、市販品を使用することができる。市販品としては、例えば、TEGO Twin4000、TEGO Wet240、TEGO WetKL245、TEGO Wet250、TEGO Wet260、TEGO Wet265、TEGO Wet270、TEGO Wet280、TEGO Wet500、TEGO Wet505、TEGO Wet510、TEGO Wet520などのエボニック社製湿潤剤などを挙げることができる。
湿潤剤を使用する場合、その使用量は(A)〜(C)成分、(A)〜(D)成分あるいは(A)〜(E)成分の総量100重量部あるいは、(A)〜(C)および(F)成分あるいは(A)〜(C)、(F)および(G)成分の総量100重量部に対して、例えば0.05〜5重量部、好ましくは0.1〜3重量部、より好ましくは0.2〜1.5重量部の範囲で使用される。
<用途>
本発明のポリオール組成物は、ポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂組成物などの原料として好適であり、得られたポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂の硬化物は優れた機械特性(靭性、引張強度)を有する。ポリウレタン樹脂は硬質の構造部材から軟質のエラストマー部材や軟質/硬質の発泡部材に使用できる。
本願は、2016年2月22日に出願された日本国特許出願第2016−031278号に基づく優先権の利益を主張するものである。2016年2月22日に出願された日本国特許出願第2016−031278号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
以下、実施例および比較例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更して実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお下記実施例および比較例において「部」および「%」とあるのは、重量部または重量%を意味する。
なお、以下の製造例、実施例および比較例における測定および試験はつぎのように行った。
[1]コアシェルポリマーの平均粒子径の測定
水性ラテックスに分散しているコアシェルポリマーの体積平均粒子径(Mv)は、マイクロトラックUPA150(日機装株式会社製)を用いて測定した。脱イオン水で希釈したものを測定試料として用いた。
[2]コアシェルポリマーのMEK不溶分量の測定
ラテックスから乾燥させて得られたコアシェルポリマーの2gを23℃にて、MEK100gに24時間浸漬した後にMEK不溶分を遠心分離した。得られた不溶分を乾燥させて重量を計り、コアシェルポリマーの重量に対するMEK不溶分の重量分率(%)を算出した。
[3]ポリオール組成物中でのコアシェルポリマーの分散性
ポリオール組成物1g(コアシェルポリマー0.4g又は0.52g)に10gのMEKを投入して、50回振とうし、23℃で30分間静置した後、沈殿物があるか目視観察した。沈殿物がなく、均一な分散液が得られた場合を「合格」とし、それ以外を「不合格」とした。
[4]タフネス(靭性)の評価
硬質ポリウレタンやエポキシ樹脂硬化物は、ASTM 5045に準じてタフネスを評価した。成形体から60mm(長さ)×12mm(幅)×5mm(厚み)の試験片を切り出し、試験片にプレクラックを入れ、23℃で3点試験曲げ試験を行い、破壊ひずみエネルギー解放率G1c(J/m2)を求めた。このG1cをタフネスの指標とした。
[5]硬化物のガラス転移温度(Tg)の測定
20mgの硬化物を用いて、セイコーインスツルメント社製の示差走査熱量計DSC220Cにより窒素フロー下で測定した。測定方法は、50℃から220℃へ1分間20℃の昇温速度で昇温し、その後ただちに1分間40℃で50℃まで温度を下げることにより熱履歴を消した。その後、50℃から220℃まで1分間20℃の昇温速度で昇温してガラス転移温度を測定した。
[6]引張特性
軟質ポリウレタン樹脂あるいは熱可塑性ウレタンエラストマーは、シートを打ち抜いてJISダンベル3号試験片を作製した。この試験片を用いて、23℃で引張試験を行った。チェック間距離50mm、標線間距離20mmにして200mm/minで引張試験を行い、引張特性を評価した。なお、100%又は500%伸張時の引張強度は、上記試験において100%又は500%伸びた時の強度値である。引張破断伸びは、上記試験で破断するまでに伸びた値である。
[7]活性水素当量として水酸基当量の測定
JIS K0070に基づいて、水酸基価(mgKOH/g)を測定した。この水酸基価を、水酸基当量=56100/水酸基価の式に当てはめて、活性水素当量として水酸基当量を計算することで求めた。
[8]イソシアネート当量
イソシアネート当量は、イソシアネート基1個あたりの重量を表す。ポリイソシアネートの分子量を、同分子中に存在するイソシアネート基の数で割った値に相当する。分析的には、JIS K1603に基づいてイソシアネート基含有率(%)を測定し、その含有率を、イソシアネート当量=4200/イソシアネート基含有率の式に当てはめて求めることができる。本実施例では、用いたポリイソシアネートの分子量をイソシアネート基の数で割って求めた。
実施例および比較例において用いたポリオール(A)、コアシェルポリマー(B)、ポリイソシアネート(C)、エポキシ樹脂(D)およびエポキシ樹脂硬化剤(E)その他の配合剤を示す。なお、コアシェルポリマー(B)がポリオール(A−I)に分散したものを分散物(I)とした。
<ポリオール(A)>
A−1:平均分子量2000のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製アクトコール(登録商標)D−2000、水酸基当量1002g/eq)
A−2:平均分子量1000のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製アクトコール(登録商標)D−1000、水酸基当量501g/eq)
A−3:平均分子量3000のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製アクトコール(登録商標)D−3000、水酸基当量1496g/eq)
A−4:平均分子量7020のポリオキシプロピレントリオールのエチレンオキサイド付加物(三井化学(株)製アクトコール(登録商標)EP−901P、水酸基当量2340g/eq)
A−5:平均分子量400のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製アクトコール(登録商標)D−400、水酸基当量200g/eq)
A−6:平均分子量192のポリオキシプロピレンジオール(和光純薬(株)製、トリプロピレングリコール、水酸基当量96g/eq)
A−7:平均分子量1000のポリテトラメチレングリコール(三菱化学(株)製PTMG−1000、水酸基当量 501g/eq)
<コアシェルポリマー(B)> 後述の製造例を参照。
<ポリイソシアネート(C)>
C−1:ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(三井化学(株)製、コスモネートM−200、イソシアネート当量133g/eq)
C−2:3−イソシアネートメチル−3,3,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(東京化成(株)製、ジイソシアン酸イソホロン、イソシアネート当量112g/eq)
C−3:4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(東京化成工業(株)製、ジフェニルメタンジイソシアネート、イソシアネート当量125g/eq)
C−4:トリレンジイソシアネート(三井化学(株)製コスモネートT−80、イソシアネート当量87g/eq)
<エポキシ樹脂(D)>
D−1:ビスフェノールAジグリシジルエーテル(三菱化学(株)製jER828EL)
<エポキシ樹脂硬化剤(E)>
E−1:イソホロンジアミン(エボニック製VESTAMIN IPD)
E−2:ポリエーテルジアミン(ハンツマン製JEFFAMIN D−230)
<鎖延長剤(F)>
F−1:1,4−ブタンジオール(三菱化学(株)製 水酸基当量49g/eq)
<架橋剤(G)>
G−1:平均分子量300のポリオキシプロピレントリオール(三井化学(株)製アクトコール(登録商標)T−300、水酸基当量106g/eq)
<触媒(H)>
H−1:1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7のオクチル酸塩(DBUオクチル酸塩、サンアプロ(株)製、U−CAT SA102)
H−2:1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(シグマ−アルドリッチ製DABCO−33LV)
H−3:スズ触媒(日東化成(株)製ネオスタンU28)
<コアシェルポリマー(B)>
B−1〜B−10およびB−15〜B−20:コアの主成分がブタジエンゴムコアであるコアシェルポリマー
B−11:コアの主成分がポリスチレンコアであるコアシェルポリマー
B−12:コアの主成分がポリオルガノシロキサンゴムであるコアシェルポリマー
B−13およびB−14:コアの主成分がアクリルゴムであるコアシェルポリマー
以下に、コアシェルポリマー(B)の製造例を以下に示す。
<略号の説明>
EDTA:エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム
SDS:ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム
PHP:パラメンタンハイドロパーオキサイド
SFS:ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート
CHP:クメンハイドロパーオキサイド
ST :スチレン
AN :アクリロニトリル
AMA:アリルメタクリレート
MMA:メチルメタクリレート
HBA:4−ヒドロキシブチルアクリレート
EHA:2−エチルヘキシルアクリレート
BA :ブチルアクリレート
BMA:ブチルメタクリレート
GMA:グリシジルメタクリレート
MEK:メチルエチルケトン
BDR:ポリブタジエンゴム
PST:ポリスチレン
SIR:ポリオルガノシロキサンゴム
ACR:アクリルゴム
(コアシェルポリマー(B)の製造)
1.コアポリマーのラテックスの調製
製造例1−1;ポリブタジエンゴム(BDR)ラテックス(R−1)の調製
耐圧重合機中に、脱イオン水200部、リン酸三カリウム0.03部、リン酸二水素カリウム0.25部、EDTA0.002部、硫酸第一鉄・7水和塩0.001部およびSDS1.5部を投入し、撹拌しつつ十分に窒素置換を行なって酸素を除いた後、ブタジエン100部を系中に投入し、45℃に昇温した。PHP0.015部、続いてSFS0.04部を投入し重合を開始した。重合開始から4時間目に、SDS0.3部、PHP0.01部、EDTA0.0015部および硫酸第一鉄・7水和塩0.001部を投入した。重合10時間目に減圧下残存モノマーを脱揮除去して重合を終了し、BDR粒子を含むラテックス(R−1)を得た。重合反応率は99%以上であった。得られたラテックスに含まれるBDR粒子の体積平均粒子径は0.10μmであった。
製造例1−2;ポリスチレン(PST)ラテックス(R−2)の調製
還流冷却器、窒素吹込口、モノマーと乳化剤の追加口、温度計を備えた5口ガラス容器に、脱イオン水220部、EDTA0.004部、硫酸第一鉄・7水和塩0.002部、SFS0.2部、及びSDS0.6部を仕込み、窒素気流中で撹拌しながら60℃に昇温した。
次に、ST10部、AMA1部、及びCHP0.003部の混合物を一括で追加し、1時間撹拌した。
さらに、ST86部、AMA3部及びCHP0.03部の混合物を、4時間かけて連続的に滴下した。また、前記混合物の添加後2時間目と4時間目に、SDS0.2部をそれぞれ追加した。前記混合物添加終了から1時間撹拌を続けて重合を完結し、架橋したPST粒子を含むラテックス(R−2)を得た。重合反応率は99%以上であった。得られたラテックスに含まれるPST粒子の体積平均粒子径は0.11μmであった。
製造例1−3:ポリオルガノシロキサンゴム(SIR)ラテックス(R−3)の調製
脱イオン水251部、ドデシルベンゼンスルホン酸1.8部、オクタメチルシクロテトラシロキサン100部、テトラエトキシシラン2部、γ−メタアクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン2部の混合液をホモミキサーにより10000rpmで5分間撹拌してエマルジョンを調製した。このエマルジョンを圧力30MPaに設定した高圧ホモジナイザーに2回通した。得られたエマルジョンを撹拌、還流冷却器、窒素吹込口、モノマーと乳化剤の追加口、温度計を備えた5口ガラス容器に一括して仕込んだ。系を撹拌しながら、80℃に約40分かけて昇温後、80℃で6時間反応させた。その後、25℃に冷却して、20時間放置後、系のpHを水酸化ナトリウムで6.8に戻して重合を終了し、SIR粒子(R−3)を含むラテックスを得た。重合反応率は87%であった。得られたラテックスに含まれるSIR粒子の体積平均粒子径は0.30μmであった。
製造例1−4:アクリルゴム(ACR)ラテックス(R−4)の調製
還流冷却器、窒素吹込口、モノマーと乳化剤の追加口、温度計を備えた5口ガラス容器に、脱イオン水225部、EDTA0.002部、硫酸第一鉄・7水和塩0.001部、SFS0.05部、及びSDS0.4部を仕込み、窒素気流中で撹拌しながら60℃に昇温した。
次に、そこにEHA3部、BA6.6部、AMA0.4部、及びCHP0.002部の混合物を一括で追加し、1時間撹拌した。
さらに、EHA27部、BA59.4部、AMA3.6部、及びCHP0.02部の混合物を、4時間かけて連続的に滴下した。また、前記混合物の添加後2時間目と4時間目に、SDS0.2部をそれぞれ追加した。前記混合物添加終了から1時間撹拌を続けて重合を完結し、ACR粒子を含むラテックス(R−4)を得た。重合反応率は99%以上であった。得られたラテックスに含まれるACR粒子の体積平均粒子径は0.18μmであった。
2.コアシェルポリマー(B)のラテックスの調製
製造例2−1;コアシェルポリマー(B−1)を含有するラテックスの調製
還流冷却器、窒素吹込口、モノマーと乳化剤の追加口、温度計を備えた5口ガラス容器に、コア成分の製造例1−1で得たラテックス(R−1)1549部(BDR粒子510部相当)および脱イオン水315部を仕込み、窒素置換を行いながら60℃で撹拌した。EDTA0.024部、硫酸第一鉄・7水和塩0.006部、SFS1.2部を加えた後、グラフトモノマー(BA42部、MMA42部、HBA6部)、およびCHP0.2部の混合物を2時間かけて連続的に添加しグラフト重合した。添加終了後、更に2時間撹拌して反応を終了させ、コアシェルポリマー(B−1)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−1)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−1)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−2;コアシェルポリマー(B−2)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BA59部、MMA59部、HBA9部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−2)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−2)のコア成分量は、仕込み量と反応率から80%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−2)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−3;コアシェルポリマー(B−3)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BA26部、MMA26部、HBA4部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−3)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−3)のコア成分量は、仕込み量と反応率から90%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−3)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−4;コアシェルポリマー(B−4)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BA68部、MMA19部、HBA3部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−4)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−4)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−4)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−5;コアシェルポリマー(B−5)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BA45部、MMA42部、HBA3部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−5)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−5)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−5)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−6;コアシェルポリマー(B−6)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BA32部、MMA55部、HBA3部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−6)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−6)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−6)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−7;コアシェルポリマー(B−7)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BA31部、MMA53部、HBA3部、GMA3部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−7)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−7)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−7)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−8;コアシェルポリマー(B−8)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BA25部、MMA62部、HBA3部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−8)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−8)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−8)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−9;コアシェルポリマー(B−9)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BA48部、MMA42部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−9)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−9)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−9)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−10;コアシェルポリマー(B−10)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BMA48部、MMA42部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−10)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−10)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−10)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−11;コアシェルポリマー(B−11)を含有するラテックスの調製
還流冷却器、窒素吹込口、モノマーと乳化剤の追加口、温度計を備えた5口ガラス容器に、コア成分の製造例1−2で得たラテックス(R−2)1646部(PST粒子510部相当)および脱イオン水315部を仕込み、窒素置換を行いながら60℃で撹拌した。EDTA0.024部、硫酸第一鉄・7水和塩0.006部、SFS1.2部を加えた後、グラフトモノマー(BA42部、MMA42部、HBA6部)、およびCHP0.2部の混合物を2時間かけて連続的に添加しグラフト重合した。添加終了後、更に2時間撹拌して反応を終了させ、コアシェルポリマー(B−11)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−11)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−11)の体積平均粒子径は0.12μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−12;コアシェルポリマー(B−12)を含有するラテックスの調製
還流冷却器、窒素吹込口、モノマーと乳化剤の追加口、温度計を備えた5口ガラス容器に、コア成分の製造例1−3で得たラテックス(R−3)2016部(SIR粒子510部相当)を仕込み、窒素置換を行いながら60℃で撹拌した。EDTA0.024部、硫酸第一鉄・7水和塩0.006部、SFS1.2部を加えた後、グラフトモノマー(BA42部、MMA42部、HBA6部)、およびCHP0.2部の混合物を2時間かけて連続的に添加しグラフト重合した。添加終了後、更に2時間撹拌して反応を終了させ、コアシェルポリマー(B−12)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−12)のコア成分量は、仕込み量と反応率からから85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−12)の体積平均粒子径は0.32μmであり、MEK不溶分量は96%であった。
製造例2−13;コアシェルポリマー(B−13)を含有するラテックスの調製
還流冷却器、窒素吹込口、モノマーと乳化剤の追加口、温度計を備えた5口ガラス容器に、コア成分の製造例1−4で得たラテックス(R−4)1670部(ACR粒子510部相当)およびSDS0.1部を仕込み、窒素置換を行いながら60℃で撹拌した。EDTA0.024部、硫酸第一鉄・7水和塩0.006部、SFS1.2部を加えた後、グラフトモノマー(BA42部、MMA42部、HBA6部)、およびt−ブチルハイドロパーオキサイド(t−BHP)0.3部の混合物を2時間かけて連続的に添加しグラフト重合した。添加終了後、更に2時間撹拌して反応を終了させ、コアシェルポリマー(B−13)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−13)のコア成分量は、仕込み量と反応率からから85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−13)の体積平均粒子径は0.19μmであり、MEK不溶分量は99%であった。
製造例2−14;コアシェルポリマー(B−14)を含有するラテックスの調製
製造例2−13において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(EHA78部、MMA11部、HBA1部)を用いたこと以外は製造例2−13と同様にして、コアシェルポリマー(B−14)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−14)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−14)の体積平均粒子径は0.19μmであり、MEK不溶分量は99%であった。
製造例2−15;コアシェルポリマー(B−15)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BA18部、MMA69部、HBA3部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−15)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−15)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−15)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−16;コアシェルポリマー(B−16)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(BMA85部、MMA2部、HBA3部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−16)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−16)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−16)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−17;コアシェルポリマー(B−17)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(ST65部、AN25部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−17)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−17)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−17)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−18;コアシェルポリマー(B−18)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(ST36部、MMA36部、HBA18部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−18)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−18)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−18)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−19;コアシェルポリマー(B−19)を含有するラテックスの調製
国際公開第09/014037号の製造例2に基づいてコアシェルポリマー(B−19)を調製した。すなわち、還流冷却器、窒素吹込口、モノマーと乳化剤の追加口、温度計を備えた5口ガラス容器に、コア成分の製造例1−1で得たラテックス(R−1)1458部(BDR粒子480部相当)および脱イオン水440部を仕込み、窒素置換を行いながら70℃で撹拌した。アゾイソブチロニトリル1.2部を加えたあと、ST42部、MMA42部、HBA36部の混合液を2時間かけて連続的に添加しグラフト重合した。添加終了後、さらに2時間撹拌をして、反応を終了させ、コアシェルポリマー(B−19)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−19)のコア成分量は、仕込み量と反応率から80%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−19)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
製造例2−20;コアシェルポリマー(B−20)を含有するラテックスの調製
製造例2−1において、グラフトモノマーとして(BA42部、MMA42部、HBA6部)の代わりに(MMA90部)を用いたこと以外は製造例2−1と同様にして、コアシェルポリマー(B−20)のラテックスを得た。重合反応率は99%以上であった。コアシェルポリマー(B−20)のコア成分量は、仕込み量と反応率から85%であった。得られたラテックスに含まれるコアシェルポリマー(B−20)の体積平均粒子径は0.11μmであり、MEK不溶分量は98%であった。
表1、2に得られたコアシェルポリマーの特性をまとめた。
Figure 0006928599
Figure 0006928599
(実施例1〜16および比較例1〜8)
ポリオール組成物の調製
25℃の1L混合槽にMEK100部を導入し、撹拌しながら、それぞれ前記製造例で得られたコアシェルポリマー(B−1)のラテックス:コアシェルポリマー30部相当分を投入した。均一に混合後、水150部を60部/分の供給速度で投入した。供給終了後、速やかに撹拌を停止したところ、浮上性の凝集体および有機溶媒を一部含む水相からなるスラリー液を得た。次に、水相を槽下部の払い出し口より排出させた。得られた凝集体にMEK70部を追加して均一に混合し、コアシェルポリマーが均一に分散した分散体を得た。この分散体を500mlのガラス容器に入れ、ポリオール(A−I)(A−1成分)45部と混合した。この混合物から、回転式の蒸発装置で、MEKを除去した。このようにして、ポリオール(A−I)中にコアシェルポリマー(B)が40重量%分散したポリオール組成物(I−1)を得た(実施例1)。ただし、実施例16に関しては、ポリオール(A−I)(A−2成分)28部と混合し、ポリオール(A−I)中にコアシェルポリマー(B)が52重量%分散したポリオール組成物(I−16)を得た。
実施例2〜15、比較例1〜8は、表3、4に示す成分、配合量にすること以外は、実施例1と同様に行った。得られたポリオール組成物(I−1〜I−23)をMEKと混合し、コアシェルポリマーの分散性を評価した。表3、4に、配合量および得られたポリオール組成物(I−1〜I−23)の特性をまとめた。
さらに、エポキシ樹脂(D−1)77.4部、エポキシ樹脂硬化剤(E−1)と(E−2)の1/1混合物20.6部、および各ポリオール組成物(I−1〜I−23)2部を、撹拌装置(自転公転ミキサー、あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合し、エポキシ樹脂組成物を得た。このエポキシ樹脂組成物を室温で24時間置いたのち、130℃で3時間置いて硬化物を得た。硬化物のタフネスおよびガラス転移温度を評価した結果を表3、4に示した。
Figure 0006928599
Figure 0006928599
表3、4から、本発明のポリオール組成物は、コアシェルポリマーを高い含有量で均一に分散していることがわかる。また、ポリオール組成物はエポキシ樹脂のタフネスを効果的に改良し、かつ高いガラス転移温度を得ることができることがわかる。
(実施例17)
ポリオール組成物の調製、硬質ポリウレタン樹脂の合成および評価
実施例1と同様にして、ポリオール(A−I)(A−2成分)中にコアシェルポリマー(B−1)が40重量%分散したポリオール組成物(I−24)を得た。得られたポリオール組成物(I−24)はコアシェルポリマーの分散性評価において合格した。
つづいて、表5に示す成分のうち、分散物(I−24)と、ポリオール(A−II)(A−6成分)、鎖延長剤(F−1)および架橋剤(G−1)をそれぞれ計量し、撹拌装置(自転公転ミキサー、あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合し、ポリオール組成物を得た。得られたポリオール組成物に、ポリイソシアネート(C−1)を加えて、同じ撹拌装置にて均一に混合し、すみやかに得られた混合物の脱泡を減圧下で行い硬化性樹脂(ポリウレタン樹脂)組成物を得た。その後、すぐにポリウレタン樹脂組成物を、150mm×100mm×5mmのテフロン(登録商標)コートした型に流し込み、130℃で3時間硬化して、硬質ポリウレタン樹脂の板を得た。得られた板を用いてタフネス評価を行った。結果を、表5に示す。
(比較例9〜10)
実施例1において、ポリオール45部を90部に変更した以外は、実施例1と同様にして、ポリオール(A−I)(A−2成分)中にコアシェルポリマー(B−19)が25重量%分散した分散物(ポリオール組成物)(I−25)を得た。得られた分散物は、コアシェルポリマーの分散性評価において合格した。なお、実施例1と同じく、ポリオール45部の場合、得られた分散物は、コアシェルポリマーの分散性評価において不合格であった。
つづいて、表5に示すように、分散物(I−25)と、ポリオール(A−II)(A−6成分)、鎖延長剤(F−1)および架橋剤(G−1)をそれぞれ計量し、撹拌装置(自転公転ミキサー、あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合し、ポリオール組成物(ポリウレタン樹脂組成物)を得た。なお、比較例10では、分散物(I)を使用しなかった。得られたポリオール組成物に、ポリイソシアネート(C−1)を加えて、同じ撹拌装置にて均一に混合し、すみやかに得られた混合物の脱泡を減圧下で行い硬化性樹脂(ポリウレタン樹脂)組成物を得た。その後、すぐに樹脂組成物を、150mm×100mm×5mmのテフロン(登録商標)コートした型に流し込み、130℃で3時間硬化して、硬質ポリウレタン樹脂の板を得た。得られた板を用いてタフネスの評価を行った。結果を、表5に示す。
Figure 0006928599
表5から、本発明のポリオール組成物を用いると、得られた硬質ポリウレタン樹脂中により多くのコアシェルポリマーの導入が可能であり、より優れたタフネスを有することがわかる。
(実施例18〜19および比較例11〜12)
ポリオール組成物の調製、軟質ポリウレタン樹脂の合成および評価
実施例1と同様にして、ポリオール(A−I)(A−2成分)中にコアシェルポリマー(B−1)、(B−11)又は(B−19)が25重量%又は40重量%分散したポリオール組成物(I−24)〜(I−26)を得た。得られたポリオール組成物(I−24)〜(I−26)は、コアシェルポリマーの分散性評価において合格した。
つづいて、表6に示す成分のうち、分散物のポリオール組成物(I−24)〜(I−26)と、ポリオール(A−II)(A−2成分)および架橋剤(G−1)をそれぞれ計量し、撹拌装置(自転公転ミキサー、あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合し、ポリオール組成物を得た。なお、比較例12では、分散物(I)を使用しなかった。得られたポリオール組成物に、触媒(H−1)を加えて、同じ撹拌装置にて均一に混合し、さらにポリイソシアネート(C−2)を加えて、同様に均一に混合し、すみやかに得られた混合物の脱泡を減圧下で行い硬化性樹脂(ポリウレタン樹脂)組成物を得た。その後、すぐにポリウレタン樹脂組成物を、150mm×100mm×3mmのテフロン(登録商標)コートした型に流し込み、80℃で3時間、100℃で2時間、120℃で2時間硬化して、軟質ポリウレタン樹脂のシートを得た。得られたシートを用いて引張試験を行った。結果を、表6に示す。
Figure 0006928599
表6から、本発明のポリオール組成物を用いて合成された軟質ポリウレタン樹脂は、優れた機械特性(引張強度、100%伸長時の引張強度、引張破断)を有することがわかる。
(実施例20および比較例13〜14)
還流冷却器、窒素吹込口、原料の追加口、温度計を備えた4口ガラス容器に、ポリオール(A−II)(A−2成分)及び(A−7成分)、分散物(I−24)又は(I−25)を表7に示す量を仕込んだ。撹拌しながら、60℃に加温保持して、乾燥窒素を1時間吹き込んだ。その後、ポリイソシアネート(C−3)を表7に示す量を仕込み、130℃に昇温し、窒素下で撹拌を4時間続けプレポリマーを得た。80℃に冷却後、このプレポリマーに、表7に示す量の鎖延長剤(F−1)を加えて撹拌が困難になる程度まで撹拌を続けた。得られたポリマーを反応容器からかき出して、100℃のオーブンに入れ、減圧しながら4時間保持し、熱可塑性ウレタンエラストマーを得た。なお、比較例14では、分散物(I)を使用しなかった。
つづいて、得られた熱可塑性ウレタンエラストマーを室温でロールし、シートを作製した。作製したシートを160℃で熱プレスして2mm厚のシートを得た。得られたシートを100℃で20時間アニールしたのち、これを用いて引張試験(500%伸張時の引張強度試験)を行った。結果を表7に示す。
Figure 0006928599
表7から、本発明のポリオール組成物を用いて合成された熱可塑性ウレタンエラストマーは、優れた機械特性(500%伸長時の引張強度)を有することがわかる。
(実施例21)
ポリオール(A−II)(A−4成分)83部、分散物(I−11)19部、架橋剤(G−1)6部、純水3部、触媒(H−2)0.02部、触媒(H−3)0.2部を上記撹拌装置(あわとり練太郎、株式会社シンキー製)を用いて均一に混合し、組成物を得た。この組成物とポリイソシアネート(C)(C−4成分:トリレンジイソシアネート(三井化学(株)製コスモネートT−80))11部を上記撹拌装置を用いて混合し、あらかじめ40℃に加熱した箱状の型に流し込み軟質発泡ウレタンを得た。得られた発泡ウレタンは、外観、手触り感が極めて良好であった。

Claims (9)

  1. 数平均分子量1000〜10000の第一ポリオール(A−I)および体積平均粒子径が0.01〜0.6μmのコアシェルポリマー(B)を含むポリオール組成物であり、
    成分(B)のポリオール組成物中の含有量が35〜60重量%であり、かつ成分(B)が第一ポリオール(A−I)中に均一に分散し、成分(B)のシェル層を構成するポリマーの溶解度パラメーターが、9.30〜10.20(cal/cm31/2であり、かつシェル層を構成するポリマー中に、炭素数4〜10の直鎖状あるいは分岐状であるアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート由来の構成単位が25〜90重量%含有しており、
    前記数平均分子量1000〜10000の第一ポリオール(A−I)がエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、またはブチレンオキサイドの開環重合体に相当するポリエーテルポリオールであることを特徴とするポリオール組成物。
  2. 数平均分子量1000〜10000の第一ポリオール(A−I)および体積平均粒子径が0.01〜0.6μmのコアシェルポリマー(B)を含むポリオール組成物であり、
    成分(B)のポリオール組成物中の含有量が35〜60重量%であり、かつ成分(B)が第一ポリオール(A−I)中に均一に分散し、成分(B)のシェル層を構成するポリマーの溶解度パラメーターが、9.30〜10.20(cal/cm31/2であり、かつシェル層を構成するポリマー中に、炭素数4〜10の直鎖状あるいは分岐状であるアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート由来の構成単位が25〜90重量%含有しており、
    前記数平均分子量1000〜10000の第一ポリオール(A−I)が、ポリオキシプロピレンジオール、ポリオキシプロピレントリオール、ポリオキシブチレンジオール、ポリオキシブチレントリオール、オキシエチレン単位40重量%未満のポリオキシプロピレンポリオール、およびオキシ−3−メチルブチレン単位40重量%未満のポリオキシブチレンジオールから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とするポリオール組成物。
  3. コアシェルポリマー(B)が、ジエン系ゴム、(メタ)アクリレート系ゴム、オルガノシロキサン系ゴム、およびスチレン系ポリマーよりなる群から選択される1種以上のコア層を有する請求項1又は2に記載のポリオール組成物。
  4. コアシェルポリマー(B)のシェル層を構成するポリマーのガラス転移温度が−40〜60℃である請求項1〜3のいずれか記載のポリオール組成物。
  5. コアシェルポリマー(B)中のコア成分量が70〜95重量%である請求項1〜4のいずれか記載のポリオール組成物。
  6. シェル層を構成するポリマー中に、水酸基含有(メタ)アクリレートに由来する構成単位を0〜14重量%含む請求項1〜5のいずれかに記載のポリオール組成物。
  7. 請求項1〜のいずれかに記載のポリオール組成物と、数平均分子量100以上10000以下を有する第二ポリオール(A−II)とポリイソシアネート(C)との反応物を含むことを特徴とするポリウレタン樹脂。
  8. 請求項1〜のいずれかに記載のポリオール組成物、エポキシ樹脂(D)とエポキシ樹脂硬化剤(E)を含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
  9. 請求項に記載のエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
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