JPH05178812A - カルボジイミド基及び/又はウレトンイミン基を含有する液状の貯蔵可能な有機イソシアネートの製造方法並びにポリウレタンプラスチックの製造のためのそれらの使用 - Google Patents
カルボジイミド基及び/又はウレトンイミン基を含有する液状の貯蔵可能な有機イソシアネートの製造方法並びにポリウレタンプラスチックの製造のためのそれらの使用Info
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- JPH05178812A JPH05178812A JP4157396A JP15739692A JPH05178812A JP H05178812 A JPH05178812 A JP H05178812A JP 4157396 A JP4157396 A JP 4157396A JP 15739692 A JP15739692 A JP 15739692A JP H05178812 A JPH05178812 A JP H05178812A
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Abstract
ホリン型の触媒で部分的にカルボジイミド化しそして
(b) 式 X−〔Si(CH3 )3 〕n 〔式中、Xは、多くとも3のpKa値を有しかつハロゲ
ン化水素酸以外のn塩基酸から酸性水素原子を除去する
ことにより得られる中性の酸残基を表し、そしてnは1
〜3の整数である。〕に相当するシリル化酸を添加する
ことによりカルボジイミド化反応を停止させることによ
り製造された、カルボジイミド基及び/又はウレトンイ
ミン基を含有する液状の貯蔵可能な有機イソシアネー
ト。更に、改善された燃焼挙動を有するポリウレタンプ
ラスチック好ましくはポリウレタン発泡体を製造するた
めに本発明による液状ポリイソシアネート混合物を用い
る。
Description
/又はウレトンイミン基を含有する液状の貯蔵可能なイ
ソシアネート混合物を製造するための新規な方法、この
方法により得られ得る混合物、並びにポリウレタンプラ
スチック好ましくはポリウレタン発泡体の製造の際のそ
れらの使用に関する。
ボジイミド基及び/又はウレトンイミン基を含有するイ
ソシアネート混合物は、この目的にとってこれまで最も
有効であるホスホリンオキシド系の触媒を用いて米国特
許第2,853,473号による基本的な方法により特
に容易に製造され得る。この高い触媒活性は温和な温度
条件下でカルボジイミド化反応を活性化するために非常
に望ましいけれども、該ホスホリンオキシドの触媒反応
を無制限にて有効的に停止させる方法はこれまで得られ
得なかった。有効的な停止は、例えばカルボジイミド含
有発泡体の製造のために、4,4’−ジイソシアナトジ
フェニルメタンを液化するためであろうがあるいは固定
NCO含有率を有する貯蔵可能なポリイソシアネート混
合物の製造のためであろうが、特に或る数のカルボジイ
ミド基及びウレトンイミン基を含有する液状の貯蔵可能
なイソシアネート混合物が必要とされる場合、かなり工
業的に有益である。
オキシド触媒反応を有効的に停止させる方法を見出す試
みが無論なされてきた。かくして、無水塩化水素酸が適
当な失活効果を有するといわれる(「応用化学(Ang
ew.Chem.),93,859(1981)」)。
独国特許公開明細書第2,614,323号には、塩化
チオニルが好ましい失活剤として開示されている。
号によれば、これらの添加剤並びに触媒と反応して付加
物又は塩を形成するすべての他の添加剤は、失活剤とし
て適合し得る。一方、同じ独国特許公開明細書第2,5
37,685号中の箇所で、かかる失活は当初成功の見
込みはほとんどないように思われ、何故なら該付加物は
それ自体イソシアネート用のカルボジイミド化触媒であ
るということがDE−OS(独国特許公開明細書)第
2,245,634号から公知であった故である、とい
うことが指摘されている。従って、非常に少量の触媒
(ppb ないしppm の範囲)と大過剰の失活剤の使用が推
奨される。かかる量の失活剤の汚染化及び活性低下化の
効果は全く別として、この処置もまた、更なるCO2 の
脱離(大いに低減されるとしても)及び生じる粘度の増
大を伴うことない長期の貯蔵寿命を得るために不適当で
あり、何故なら“真の”触媒としてのこの高活性の触媒
(又は対応する付加物)は、非常に高度に希釈された形
態でさえ禁止的残留活性を保持する故である。当然、こ
の残留活性は、カルボジイミド化反応を活性化するため
により多量のホスホリンオキシド触媒が用いられねばな
らない場合より大きい。この挙動は、例えば、溜め生成
物の留分及び従って反応禁止不純物を含有するジフェニ
ルメタン系のポリイソシアネート混合物に当てはまる。
は、カルボジイミド基及び/又はウレトンイミン基を含
有する液状の貯蔵可能なイソシアネート混合物を製造す
るための新規な方法であって、上記の欠点がない該方法
を提供することである。驚くべきことに、この課題は以
下に詳述される本発明により解決される。
ド基及び/又はウレトンイミン基を含有する液状の貯蔵
可能な有機イソシアネートの製造方法において、(a)
有機イソシアネートのイソシアネート基をホスホリン
型の触媒で部分的にカルボジイミド化しそして(b)
式 X−〔Si(CH3 )3 〕n 〔式中、Xは、多くとも3のpKa値を有しかつハロゲ
ン化水素酸以外のn塩基酸から酸性水素原子を除去する
ことにより得られる中性の酸残基を表し、そしてnは1
〜3の整数である。〕に相当するシリル化酸を添加する
ことによりカルボジイミド化反応を停止させることを特
徴とする上記方法に関する。
られ得る液状ポリイソシアネート混合物に関する。本発
明は更に、改善された燃焼挙動を有するポリウレタンプ
ラスチック好ましくはポリウレタン発泡体を製造するた
めに本発明による液状ポリイソシアネート混合物を用い
ることに関する。
ル化形態で多くとも2のpKa値を有するO−シリル化
酸素含有酸がシリル化酸として用いられ、(2)トリフ
ルオロメタンスルホン酸トリメチルシリルエステル又は
リン酸トリス(トリメチルシリルエステル)がシリル化
酸として用いられ、(3)(i)2,4−及び/又は
2,6−ジイソシアナトトルエン、(ii)2,2’−及
び/又は4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン及
び(iii)これらのジイソシアネートの混合物から成る群
から選択された芳香族ジイソシアネートが有機イソシア
ネートとして用いられ、(4)80〜100重量%のジ
イソシアナトジフェニルメタン異性体及び0〜20重量
%のジフェニルメタン系の二官能性より高い官能性のポ
リイソシアネート(これらの百分率を加算すると100
%になる。)を含有するジフェニルメタン系のポリイソ
シアネート混合物であって、該ジイソシアナトジフェニ
ルメタン異性体が40〜80重量%の4,4’−ジイソ
シアナトジフェニルメタン、20〜60重量%の2,
4’−ジイソシアナトジフェニルメタン及び0〜8重量
%の2,2’−ジイソシアナトジフェニルメタン(これ
らのジイソシアナトジフェニルメタン異性体について挙
げた百分率も加算すると100%になる。)から成る上
記ポリイソシアネート混合物が有機イソシアネートとし
て用いられ、並びに(5)アニリン/ホルムアルデヒド
縮合物のホスゲン化により得られるタイプのポリフェニ
ルポリメチレンポリイソシアネート(“粗製MDI”)
が有機イソシアネートとして用いられる。
よる方法のための出発物質として用いられ得る。しかし
ながら、本発明による方法は、好ましくはポリウレタン
化学において用いられるタイプの有機ジイソシアネート
のカルボジイミド化のために用いられる。これらの有機
ジイソシアネートには特に、(1)2,4−及び/又は
2,6−ジイソシアナトトルエンの如き芳香族ジイソシ
アネート(“TDI”)、2,2’−,2,4’−及び
/又は4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン
(“MDI”)、あるいはかかる芳香族ジイソシアネー
トの混合物、(2)80〜100重量%のジイソシアナ
トジフェニルメタン異性体及び0〜20重量%のジフェ
ニルメタン系の二官能性より高い官能性のポリイソシア
ネートを含有するジフェニルメタン系のポリイソシアネ
ート混合物であって、該ジイソシアナトジフェニルメタ
ン異性体の40〜80重量%が4,4’−ジイソシアナ
トジフェニルメタンから成り、20〜60重量%が2,
4’−ジイソシアナトジフェニルメタンから成りかつ0
〜8重量%が2,2’−ジイソシアナトジフェニルメタ
ンから成り、しかしてこれらの百分率は加算すると10
0%になる上記ポリイソシアネート混合物、並びに
(3)アニリン/ホルムアルデヒド縮合物のホスゲン化
により得られるタイプのポリフェニルポリメチレンポリ
イソシアネート(“粗製MDI”)が含まれる。
の高有効性触媒例えば次式
合物の存在下で行われる。触媒が用いられる量は、出発
イソシアネートの特性に依存する。従って、触媒の必要
量は、予備試験にて非常に容易に決められ得る。
般に約50℃ないし約150℃の範囲の温度好ましくは
60〜100℃の範囲の温度にて行われる。最適な反応
温度は、用いられる出発イソシアネートに依存しそして
簡単な予備試験にて決められ得る。カルボジイミド化反
応は、一般に約3重量%ないし約35重量%(好ましく
は5〜30%)のカルボジイミド化度(カルボジイミド
化度は、出発イソシアネート中に存在するイソシアネー
ト基の総量を基準としたカルボジイミド化イソシアネー
ト基の百分率である。)に達すると停止される。カルボ
ジイミド化度は、本発明による方法の実施中反応混合物
から逃散する二酸化炭素の量に反映される。従って、二
酸化炭素のこの容量測定可能な量は、本発明による方法
の実施中のいかなる段階においても達成カルボジイミド
化度に関する情報を与える。
イミド化反応を停止させるための停止剤として用いられ
る。かかる添加剤は、式 X−〔Si(CH3 )3 〕n に相当するシリル化酸であり、しかしてX及びnは上記
のように定義されるが、Xは好ましくはn個の酸性水素
原子を有しかつ2の最大pKa値を有する酸素含有酸の
中性の酸残基である。適当な添加剤には、トリフルオロ
メタンスルホン酸トリメチルシリルエステル又はメタン
スルホン酸トリメチルシリルエステルの如き相当するシ
リル化スルホン酸、あるいはリン酸トリス(トリメチル
シリルエステル)又はリン酸ジエチルエステルトリメチ
ルシリルエステルの如きリンの酸のシリル化エステルが
含まれる。
て挙げた本発明にとって必須の添加剤は、触媒の使用量
に対して少なくとも当量である量で用いられる。触媒1
モル当たり1〜2モルの量の添加剤が好ましい。該添加
剤は普及反応温度にて通常導入され、その後かくして停
止された反応混合物が室温まで冷却される。
は、(a)添加後CO2 の脱離の直ちの停止並びに
(b)本発明による生成物は貯蔵中CO2 を脱離しない
(即ち、封止容器中で圧力の増大なし)のに対し、従来
技術による比較生成物はCO2 の脱離による圧力が増大
する事実に反映される。「CO2 の更なる脱離による圧
力の増大」に関する基準は、貯蔵中の生成物の特性を試
験するために決定的重要性がある。粘度又はNCO含有
率の如き通常開示されるデータは、少なくとも次の2つ
の理由のため有用性が劣る。即ち、
ト基は温度依存性平衡反応においてウレトンイミン基を
形成し、しかして該平衡反応は室温では主にウレトンイ
ミン側にある。
は室温にて数日間の貯蔵中カルボジイミド基のウレトン
イミン環への徐々の転移を示し、従って粘度の増大がこ
の期間の貯蔵不安定性を自動的には指摘しない。
決定は通常の精度を有し得ず、何故ならNCO基(ウレ
トンイミンにおけるマスクドNCO基を含めて)の外に
変動量のカルボジイミド基も含まれ得る故である。
無論、例えばフェノール、ε−カプロラクタム、マロン
酸ジエチルエステル又はアセト酢酸エチルエステルの如
きイソシアネート基に対する適当なブロッキング剤で公
知のようにブロックされ得る。本発明によるポリイソシ
アネート混合物あるいは上記のブロッキング反応により
得られたそれらの誘導体は、イソシアネート重付加法に
よるポリウレタンプラスチックの製造のための価値ある
出発物質である。例えば、比較的高い官能性の成分を含
有する本発明によるジフェニルメタン系のポリイソシア
ネート混合物は、ポリウレタン発泡体の製造一層好まし
くはウレタン基、尿素基、ビウレット基、イソシアヌレ
ート基及びカルボジイミド基を含有する実質的に独立気
泡の硬質発泡体の製造最も好ましくは改善された燃焼挙
動を示すところの水で膨張されたフルオロカーボン不含
の相当する硬質発泡体の製造のために有利に用いられ得
る。
す。上記に開示された本発明は、その精神においても範
囲においてもこれらの例により制限されるべきではな
い。下記の処理操作の条件について種々の公知の変更態
様が用いられ得るということは、当業者に容易に理解さ
れよう。別段指摘がなければ、温度はすべて摂氏度であ
りそして百分率はすべて重量百分率である。
オキシドと1−メチル−1−ホスファ−3−シクロペン
テン−1−オキシドとの工業的混合物
拌しながら85℃に加熱し、その後トルエン中の5%触
媒溶液1.4g(0.6ミリモル)を添加した。8時間
後、29LのCO2 が放出していた(ガス量計)。次い
で、カルボジイミド化反応を、0.21g(0.9ミリ
モル)のトリフルオロメタンスルホン酸トリメチルシリ
ルエステルの添加により停止させた。液状の貯蔵可能な
ポリイソシアネート混合物が得られ、そして室温にて1
0日間の貯蔵後主にウレトンイミン基を含有していた。
データは次の通りである。即ち、 NCO 25.5% 粘度(23℃) 1,000mPa.s
5ミリモル)の触媒溶液と4.5時間例1のようにして
反応させ(25LのCO2 )、そして反応をジイソプロ
ピルエーテル中の2.1g(0.9ミリモル)のトリフ
ルオロメタンスルホン酸トリメチルシリルエステルの添
加により停止させた。液状の貯蔵可能なポリイソシアネ
ート混合物が得られた。室温にて15日間の貯蔵後、カ
ルボジイミド基のほとんどがウレトンイミン基に転化さ
れていた。データは次の通りである。即ち、 NCO 26.1% 粘度(23℃) 900mPa.s
ン酸クロライドの添加により停止させたこと以外は、処
理操作は例2と同じであった。生成物はCO2 を放出し
続け(圧力の増大)、そのため15日後廃棄されねばな
らなかった(その粘度は1,600mPa.s に上昇してい
た。)。
0℃に加熱し、次いでトルエン中の3%触媒溶液0.1
g(0.026ミリモル)を添加した。3時間後、反応
をジイソプロピルエーテル中の5%トリフルオロメタン
スルホン酸トリメチルシリルエステル溶液0.2g
(0.045ミリモル)の添加により停止させ、しかし
て10.4LのCO2 が放出していた。液状の貯蔵可能
なポリイソシアネートが得られ、そして室温にて15日
間の貯蔵後主にウレトンイミン基を含有していた。デー
タは次の通りである。即ち、 NCO 28.7% 粘度 60mPa.s
第4,088,665号に相当)の例1を繰り返した。
触媒対停止剤の比率は1:30であったけれども、生成
物は15日間の貯蔵後比較的劣ったデータを示した。デ
ータは次の通りである。即ち、 NCO 27.8% 粘度(23℃) 90mPa.s 90日後、粘度は180mPa.s に上昇していた。
0.1g(0.026ミリモル)と80℃にて4時間反
応させ、しかして11LのCO2 が放出していた。次い
で、反応を、ジイソプロピルエーテル中10%トリフル
オロメタンスルホン酸トリメチルシリルエステル0.1
g(0.045ミリモル)の添加により停止させた。液
状の貯蔵可能なポリイソシアネート混合物が得られ、そ
して室温にて10日間の貯蔵後主にウレトンイミン基を
含有していた。データは次の通りであった。即ち、 NCO 28% 粘度(23℃) 100mPa.s
繰り返した。5時間後、40LのCO2 が放出してい
た。得られた混合物を2.08kgのイソシアネート混合
物1で希釈し、その後反応を0.4g(1.3ミリモ
ル)のリン酸トリス(トリメチルシリルエステル)の添
加により停止させた。データは次の通りである。即ち、 NCO 27.0% 粘度(23℃) 400mPa.s (室温にて10日後)
2.5g(1.1ミリモル)と80℃にて5時間反応さ
せ(10.3LのCO2 )、その後反応をジイソプロピ
ルエーテル中の10%トリフルオロメタンスルホン酸ト
リメチルシリルエステル4.8g(2.2ミリモル)の
添加により停止させた。データは次の通りである。即
ち、 NCO 27.7% 粘度(23℃) 1,400mPa.s (10日後)
0%触媒溶液1g(0.9ミリモル)と85℃にて3時
間反応させ(10.2LのCO2 )、その後反応を0.
3g(1.3ミリモル)のトリフルオロメタンスルホン
酸トリメチルシリルエステルの添加により停止させた。
データは次の通りである。即ち、 NCO 28.5% 粘度(23℃) 600mPa.s (10日後)
合物を用いる発泡処方物が挙げられている(例1のもの
を基材とした例(a))。比較例(b)では、カルボジ
イミド化に付されなかった対応する出発イソシアネート
混合物1を同じように発泡させた。比較例(c)では、
NCO成分として対応するプレポリマーを含有せしめ
た。生成したCFC不含の硬質発泡体の製造は、公知の
方法により行われた。表2は、本発明によるポリイソシ
アネートを用いた例(a)の硬質発泡体の燃焼挙動が明
らかに改善されていることを示している。
プロピレンオキシド(PO)及び13%末端エチレンオ
キシド(EO)を含有しかつOH価28の、プロピレン
グリコールで開始されたポリエーテル。 「硬質発泡体用ポリエステル1」OH価213の、アジ
ピン酸/フタル酸(1:0.5)とグリセロール/プロ
ピレングリコールとのポリエステル。 「硬質発泡体用ポリエーテル2」OH価865の、トリ
メチロールプロパンで開始されたポリプロピレンオキシ
ドエーテル。 「防炎剤」トリス(クロロイソプロピル)ホスフェー
ト。 「ポリエーテルシロキサン」商業的に入手できる安定剤
(ゴールドシュミット社のB1605)。 「触媒1」ジエチレングリコール中の25%酢酸カリウ
ム。 「触媒2」N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン。 「ポリイソシアネートA」本発明による例1のポリイソ
シアネート混合物。 「ポリイソシアネートB」イソシアネート混合物1。 「ポリイソシアネートC」NCO含有率24.5%の、
88%イソシアネート混合物1と12%プロピレングリ
コールで開始されたポリプロピレンオキシドエーテル
(OH価515)とのプレポリマー。
適用試験に合格しなかった。従って、それらの燃焼挙動
は、明らかに好ましさが劣りそして“易燃性”と分類さ
れ得る。
含有する液状の貯蔵可能な有機イソシアネートの製造方
法において、(a) 有機イソシアネートのイソシアネ
ート基をホスホリン型の触媒で部分的にカルボジイミド
化しそして(b) 式 X−〔Si(CH3 )3 〕n 〔式中、Xは、多くとも3のpKa値を有しかつハロゲ
ン化水素酸以外のn塩基酸から酸性水素原子を除去する
ことにより得られる中性の酸残基を表し、そしてnは1
〜3の整数である。〕に相当するシリル化酸を添加する
ことによりカルボジイミド化反応を停止させることを特
徴とする上記方法。
多くとも2のpKa値を有するO−シリル化酸素含有酸
である、上記(1)の方法。 (3)シリル化酸がトリフルオロメタンスルホン酸トリ
メチルシリルエステル又はリン酸トリス(トリメチルシ
リルエステル)である、上記(1)の方法。 (4)有機イソシアネートが、(i)2,4−及び/又
は2,6−ジイソシアナトトルエン、(ii)2,2’−
及び/又は4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン
及び(iii)それらの混合物から成る群から選択された芳
香族ジイソシアネートである、上記(1)の方法。 (5)有機イソシアネートが、80〜100重量%のジ
イソシアナトジフェニルメタン異性体及び0〜20重量
%のジフェニルメタン系の二官能性より高い官能性のポ
リイソシアネート(これらの百分率を加算すると100
%になる。)を含有するジフェニルメタン系のポリイソ
シアネート混合物であって、該ジイソシアナトジフェニ
ルメタン異性体が40〜80重量%の4,4’−ジイソ
シアナトジフェニルメタン、20〜60重量%の2,
4’−ジイソシアナトジフェニルメタン及び0〜8重量
%の2,2’−ジイソシアナトジフェニルメタン(これ
らのジイソシアナトジフェニルメタン異性体についての
百分率も加算すると100%になる。)から成る上記ポ
リイソシアネート混合物である、上記(1)の方法。
ホルムアルデヒド縮合物のホスゲン化により得られるタ
イプのポリフェニルポリメチレンポリイソシアネートで
ある、上記(1)の方法。 (7)上記(1)の方法により製造されたカルボジイミ
ド基及び/又はウレトンイミン基を含有する液状の貯蔵
可能な有機イソシアネート。 (8)イソシアネート重付加法を用いてポリイソシアネ
ートの反応によりポリウレタンプラスチックを製造する
方法において、該ポリイソシアネートが、上記(1)の
方法により製造された液状の貯蔵可能な有機イソシアネ
ートである、ことを特徴とするポリウレタンプラスチッ
クの製造方法。 (9)イソシアネート重付加法を用いてポリイソシアネ
ートの反応によりポリウレタン発泡体を製造する方法に
おいて、該ポリイソシアネートが、上記(1)の方法に
より製造された液状の貯蔵可能な有機イソシアネートで
ある、ことを特徴とするポリウレタン発泡体の製造方
法。
Claims (3)
- 【請求項1】 カルボジイミド基及び/又はウレトンイ
ミン基を含有する液状の貯蔵可能な有機イソシアネート
の製造方法において、(a) 有機イソシアネートのイ
ソシアネート基をホスホリン型の触媒で部分的にカルボ
ジイミド化しそして(b) 式 X−〔Si(CH3 )3 〕n 〔式中、Xは、多くとも3のpKa値を有しかつハロゲ
ン化水素酸以外のn塩基酸から酸性水素原子を除去する
ことにより得られる中性の酸残基を表し、そしてnは1
〜3の整数である。〕に相当するシリル化酸を添加する
ことによりカルボジイミド化反応を停止させることを特
徴とする上記方法。 - 【請求項2】 請求項1の方法により製造されたカルボ
ジイミド基及び/又はウレトンイミン基を含有する液状
の貯蔵可能な有機イソシアネート。 - 【請求項3】 イソシアネート重付加法を用いてポリイ
ソシアネートの反応によりポリウレタンプラスチックを
製造する方法において、該ポリイソシアネートが、請求
項1の方法により製造された液状の貯蔵可能な有機イソ
シアネートである、ことを特徴とするポリウレタンプラ
スチックの製造方法。
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