JPH07278289A - ポリオキシアルキレンポリオールならびにその製造方法 - Google Patents
ポリオキシアルキレンポリオールならびにその製造方法Info
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- JPH07278289A JPH07278289A JP6073250A JP7325094A JPH07278289A JP H07278289 A JPH07278289 A JP H07278289A JP 6073250 A JP6073250 A JP 6073250A JP 7325094 A JP7325094 A JP 7325094A JP H07278289 A JPH07278289 A JP H07278289A
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Abstract
合して高分子量化した場合にもモノオール含有量が低
く、また、ヘッド−トウ−テイル(Head−to−T
ail)結合選択率が高いポリオキシアルキレンポリオ
ールならびにその製造方法を提供する。 【構成】活性水素化合物触媒の存在下、アルキレンオキ
シドであるプロピレンオキシドを付加重合する際に活性
水素化合物1モルに対するアルカリ金属触媒濃度0.0
5〜0.5モル、反応温度60〜98℃、反応最大圧力
4kg/cm2 の条件下で反応を行う。得られたポリオ
キシアルキレンポリオールは水酸基価10〜35mgK
OH/gであるにも拘らず副生モノオール含有量が15
mol%と少なく、かつ、ヘッド−トウ−テイル(He
ad−to−Tail)結合選択率が96%以上と高く
低粘度品である。
Description
触媒の存在下、活性水素化合物にアルキレンオキシドを
付加重合して得られるポリオキシアルキレンポリオール
ならびにその製造方法に関するものであり、特に、構造
制御した高分子量ポリオキシアルキレンポリオールとそ
の製造方法に関するものである。ポリオキシアルキレン
ポリオールは有機ポリイソシアネート化合物と反応させ
ることによりポリウレタンフォームやエラストマー等の
原料として広く用いられている。
リオキシアルキレンポリオールの製造には、触媒として
水酸化カリウムが主として用いられており、アルキレン
オキシドであるプロピレンオキシド付加による高分子量
化時には、副反応によりモノオールが生成し分子量増大
とともにその生成量が増加することは良く知られてい
る。また、ポリオキシアルキレンポリオール中のモノオ
ール含有量が高い場合には有機ポリイソシアネート化合
物とのウレタン化反応時に架橋、高分子量化を妨げ、軟
質高弾性ポリウレタンフォームやエラストマーの機械物
性を低下させることが考えられる。
物へのプロピレンオキシド付加重合において、従来技術
では、水酸基価35mgKOH/g以下の高分子量ポリ
オキシアルキレンポリオール中のモノオール含有量は1
5mol%を超え、また、水酸基価28mgKOH/g
以下のポリオキシアルキレンポリオールを製造する事は
実質的に出来なかった。
オキシドとしてプロピレンオキシド付加重合時の触媒と
して、アルカリ金属以外の触媒、例えば複金属シアン化
物錯体触媒を用いる方法(USP3,829,505、
特開平2−115211、特開平3−14812公報)
が提案されている。特に特開平3−14812では、ア
ルカリ金属を用いた場合を比較例として上げ、複金属シ
アン化物錯体触媒の優位性を強調している。これらの触
媒は非常に高価であり工業的に使用する際に経済性が悪
く、また、アルキレンオキシドとしてエチレンオキシド
を付加重合する場合には触媒除去後にアルカリ金属水酸
化物やそのアルコキシド等を用いて再度重合する必要が
ある等の問題点を有する。
のモノオール含有量を低減させた場合にはポリオキシア
ルキレンポリオールの粘度が上昇する傾向にあるが、触
媒として複金属シアン化物触媒を用いた場合にはポリオ
キシアルキレンポリオールの粘度上昇が顕著であり、こ
れはアルキレンオキシドとしてプロピレンオキシド付加
重合時のヘッド−トウ−テイル(Head−to−Ta
il)結合選択率が低いためと考えられる。ポリオール
の粘度が高い場合には、軟質高弾性ポリウレタンフォー
ム製造時の機械発泡成形時に成形安定性や混合性の面で
支障が生じたり、また、高分子量化したポリオキシアル
キレンポリオールの用途面でも制約を受けることにな
る。
水素化合物にアルキレンオキシドを付加重合して高分子
量化した場合にもモノオール含有量が低く、また、ヘッ
ド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選
択率が高いポリオキシアルキレンポリオールならびにそ
の製造方法を提供することにある。
を解決するために鋭意検討した結果、アルカリ金属水酸
化物触媒濃度、反応温度、反応圧力を特定すればよいこ
とを見出し、遂に本発明に到達した。即ち、本発明は、
水酸基価10〜35mgKOH/g、モノオール最大含
有量15mol%であり、さらに、プロピレンオキシド
付加重合によるヘッド−トウ−テイル(Head−to
−Tail)結合最低選択率が96%であることを特徴
とするポリオキシアルキレンポリオールであり、さらに
活性水素化合物1モルに対して0.05〜0.5モルの
アルカリ金属水酸化物触媒濃度において、60〜98
℃、反応最大圧力4kg/cm2 の条件下でプロピレン
オキシドを付加重合することを特徴とするポリオキシア
ルキレンポリオールの製造方法である。
水酸基数2〜8の多価アルコール類、糖類、脂肪族アミ
ン化合物、アルカノールアミン類、ポリアミン類、芳香
族アミン化合物、多価フェノール化合物およびこれらの
化合物を開始剤とする分子量250〜1000のポリオ
キシアルキレンポリオール等が挙げられる。好ましく
は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプ
ロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセ
リン、ジグリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビト
ール、デキストロース、シュークロース、エチレンジア
ミン、トリエタノールアミン、ビスフェノールAなどが
用いられる。
媒としては、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウ
ム、水酸化リチウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウ
ム等が挙げられ、その中でも90重量%以上の純度で、
水酸化セシウム、水酸化ルビジウムから選ばれる化合物
のうち少なくとも1種類が含まれた触媒が特に好まし
い。
ては、プロピレンオキシドとともにエチレンオキシド、
1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシ
ド、スチレンオキシド、その他の炭素数3以上のアルキ
レンオキシドから選ばれる化合物の1種以上を併用した
アルキレンオキシドが挙げられ、プロピレンオキシド付
加重合によりオキシプロピレン基を好ましくは70重量
%以上、より好ましくは80重量%以上含むようにして
用いる。
化物触媒の存在下、アルキレンオキシドを付加重合して
得られるポリオキシアルキレンポリオールは、水酸基価
10〜35mgKOH/g、モノオール最大含有量15
mol%であり、さらに、プロピレンオキシド付加重合
によるヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tai
l)結合最低選択率が96%である特徴を有する。水酸
基価が10mgKOH/g未満ではポリオキシアルキレ
ンポリオールやこれをマトリックスとしてビニルポリマ
ー粒子の分散したポリマーポリオールの粘度が高くなり
すぎ、軟質高弾性ポリウレタンフォーム用途には実用的
に用いることができず、また、有機ポリイソシアネート
との反応によりプレポリマー化した場合にも高粘度であ
るために使用不可能である。
ルキレンポリオールでは高分子量化に伴いモノオール含
有量が増加し、軟質高弾性ポリウレタンフォームにおけ
る湿熱時の圧縮永久歪や反発弾性あるいはポリウレタン
エラストマーの機械物性が低下するので、モノオール含
有量としては15mol%以下に保つ必要がある。ま
た、水酸基価が35mgKOH/gを超える場合には既
存のポリオールにおいてもモノオール含有量が15mo
l%程度のものも存在するが、この様に分子量が低い場
合にも、軟質高弾性ポリウレタンフォーム等における上
記特性の向上が認められない。
リオキシアルキレンポリオールにおけるプロピレンオキ
シド付加重合によるヘッド−トウ−テイル(Head−
to−Tail)結合選択率が96%未満の場合にはヘ
ッド−トゥ−テイル(Head−to−Tail)結合
選択率低下に伴うポリオキシアルキレンポリオールの粘
度上昇が顕著になり、軟質高弾性ポリウレタンフォーム
成形時や有機ポリイソシアネート化合物との反応により
プレポリマー化して用いる用途では問題を生じる。
アルキレンポリオールの製造に際しては以下の条件を選
んで行う必要がある。即ち、活性水素化合物へのプロピ
レンオキシド付加重合時のアルカリ金属水酸化物触媒濃
度は、活性水素化合物1モルに対して好ましくは0.0
5〜0.5モル、特に好ましくは0.1〜0.3モルの
範囲である。また、反応温度は好ましくは60〜98
℃、特に好ましくは70〜90℃の範囲である。活性水
素化合物1モルに対するアルカリ金属水酸化物触媒濃度
が0.5モルを超える場合には、反応温度が60〜98
℃でプロピレンオキシド付加重合を行ってもモノオール
含有量が15mol%を超える傾向にあり、また、ヘッ
ド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結合選
択率が96%未満になる場合もあるため好ましくない。
また、活性水素化合物1モルに対するアルカリ金属水酸
化物触媒濃度が0.05モル未満の場合にはプロピレン
オキシド付加重合反応速度が遅くなり、水酸基価10〜
35mgKOH/gまで高分子量化するのが困難であ
る。また、アルカリ金属水酸化物触媒の存在下、活性水
素化合物へのプロピレンオキシド付加反応で得られた中
間体ポリマーにアルカリ金属水酸化物触媒を追加してプ
ロピレンオキシド付加重合する場合にもアルカリ金属水
酸化物触媒濃度の合計が上記範囲内に入るような条件下
で行う。
水素化合物へのプロピレンオキシド付加重合時の反応最
大圧力は4kg/cm2 以下が好ましい。反応圧力が4
kg/cm2 を超える場合にはポリオキシアルキレンポ
リオール中のモノオール含有量が増加し、低水酸基価に
なると15mol%を超える傾向になるため好ましくな
い。
リ金属水酸化物触媒の存在下、プロピレンオキシド以外
のアルキレンオキシド、例えば、エチレンオキシド、
1,2−ブチレンオキシド等を単独で、あるいはプロピ
レンオキシドと併用して付加重合する場合の反応条件は
特に限定されない。
水素化合物にアルキレンオキシドを付加重合して得られ
た粗ポリオキシアルキレンポリオール中の触媒は塩酸等
の鉱酸、リン酸、酢酸等の有機酸、炭酸ガス等による中
和法、吸着剤による吸着除去法、水あるいは水/有機溶
媒を用いた水洗法、あるいはイオン交換樹脂によるイオ
ン交換法等の方法により除去することにより製品を得る
ことができる。
る。 実施例1 ポリオキシアルキレンポリオールA:グリセリン1mo
lに対して0.13molの水酸化セシウムを加え、1
00℃で6時間脱水後プロピレンオキシドを反応温度9
5℃、反応最大圧力3.5kg/cm2 で付加重合し、
水酸基価33mgKOH/gのポリオキシプロピレンポ
リオールを得た。次いで、このポリオキシプロピレンポ
リオールの15wt%のエチレンオキシドを100℃で
付加し水酸基価28mgKOH/gのポリオキシアルキ
レンポリオールを得た。粘度は1140cps/25℃
であった。日本分光製液体クロマトグラフ装置によりポ
リオキシアルキレンポリオールの液体クロマトグラムを
とり、トリオールとモノオールの面積比からモノオール
含有量を求めたところ、13.0mol%であった。日
本電子製400MHz C13核磁気共鳴(NMR)装置
を用い、重クロロホルムを溶媒として、このポリオキシ
アルキレンポリオールのC13NMRスペクトルをとり、
ヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tail)結
合のオキシプロピレンセグメントのメチル基のシグナル
(16.9〜17.4ppm)とヘッド−トウ−ヘッド
(Head−to−Head)結合のオキシプロピレン
セグメントのメチル基のシグナル(17.7〜18.5
ppm)の比から求めたH−T結合選択率は96.7m
ol%であった。なお、各シグナルの帰属はMacro
molecules 19,1337−1343,(1
986),F.C.Schilling,A.E.To
nelliの報文に記載された値を参考にした。結果を
表1および表2に示す。
lに0.43molの水酸化セシウムを加え、100℃
で6時間脱水後プロピレンオキシドを反応温度65℃、
反応最大圧力2.0kg/cm2 で付加重合し、水酸基
価50mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオー
ルを得た。さらにプロピレンオキシドを反応温度75
℃、反応最大圧力3kg/cm2 で付加重合し、水酸基
価28mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオー
ルを得た。実施例1と同様の方法により得られたモノオ
ール含有量は11.9mol%、粘度1250cps/
25℃、H−T結合選択率96.2mol%であった。
結果を表1および表2に示す。
lに0.23molの水酸化セシウムを加え、100℃
で6時間脱水後プロピレンオキシドを反応温度80℃、
反応最大圧力3.5kg/cm2 で付加重合し、水酸基
価28mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオー
ルを得た。次いで、このポリオキシプロピレンポリオー
ルの15wt%のエチレンオキシドを100℃で付加し
水酸基価24mgKOH/gのポリオキシアルキレンポ
リオールを得た。実施例1と同様の方法により得られた
モノオール含有量は8.0mol%、粘度1650cp
s/25℃、H−T結合選択率96.3mol%であっ
た。結果を表1および表2に示す。
lに0.23molの水酸化カリウムを加え、100℃
で6時間脱水後プロピレンオキシドを反応温度70℃、
反応最大圧力3.5kg/cm2 で付加重合し、水酸基
価33mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオー
ルを得た。次いで、このポリオキシプロピレンポリオー
ルの15wt%のエチレンオキシドを100℃で付加し
水酸基価29mgKOH/gのポリオキシアルキレンポ
リオールを得た。実施例1と同様の方法により得られた
モノオール含有量は13.7mol%、粘度1100c
ps/25℃、H−T結合選択率96.5mol%であ
った。結果を表1および表2に示す。
gKOH/gのペンタエリスリトールのプロピレンオキ
シド付加物1molに0.23molの水酸化セシウム
を加え、100℃で6時間脱水後プロピレンオキシドを
反応温度80℃、反応最大圧力3.5kg/cm2 で付
加重合し、水酸基価50mgKOH/gのポリオキシプ
ロピレンポリオールを得た。さらにプロピレンオキシド
を反応温度90℃、反応最大圧力3.5kg/cm2 で
付加重合し、水酸基価29mgKOH/gのポリオキシ
プロピレンポリオールを得た。次いで、このポリオキシ
プロピレンポリオールの15wt%のエチレンオキシド
を100℃で付加し水酸基価25mgKOH/gのポリ
オキシアルキレンポリオールを得た。実施例1と同様の
方法により得られたモノオール含有量は14.3mol
%、粘度1800cps/25℃、H−T結合選択率9
6.4mol%であった。結果を表1および表2に示
す。
lに0.13molの水酸化セシウムを加え、100℃
で6時間脱水後プロピレンオキシドを反応温度60℃、
反応最大圧力2.0kg/cm2 で付加重合し、水酸基
価50mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオー
ルを得た。さらにプロピレンオキシドを反応温度60
℃、反応最大圧力2.0kg/cm2 で付加重合し、水
酸基価16mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリ
オールを得た。実施例1と同様の方法により得られたモ
ノオール含有量は14.6mol%、粘度2300cp
s/25℃、H−T結合選択率97.0mol%であっ
た。結果を表1および表2に示す。
lに0.23molの水酸化セシウムと0.10mol
の水酸化ルビジウムを加え、100℃で6時間脱水後プ
ロピレンオキシドを反応温度80℃、反応最大圧力2.
5kg/cm2で付加重合し、水酸基価50mgKOH
/gのポリオキシプロピレンポリオールを得た。さらに
プロピレンオキシドを反応温度80℃、反応最大圧力
2.5kg/cm2 で付加重合し、水酸基価33mgK
OH/gのポリオキシプロピレンポリオールを得た。実
施例1と同様の方法により得られたモノオール含有量は
10.5mol%、粘度950cps/25℃、H−T
結合選択率96.3mol%であった。結果を表1およ
び表2に示す。
lに0.37molの水酸化カリウムを加え、100℃
で6時間脱水後プロピレンオキシドを反応温度115
℃、反応最大圧力5kg/cm2 で付加重合し、水酸基
価33mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオー
ルを得た。次いでエチレンオキシドをこのポリオキシプ
ロピレンポリオールの15wt%付加して水酸基価28
mgKOH/gのポリオキシアルキレンポリオールを得
た。実施例1と同様の方法により得られたモノオール含
有量は29.3mol%、粘度1150cps/25
℃、H−T結合選択率96.3mol%であった。結果
を表3および表4に示す。
lに亜鉛・コバルトシアン化物と塩化亜鉛、水、ジメト
キシエタノールからなる、いわゆる複合金属シアノ化錯
体触媒(DMC触媒)を6.93g加え、プロピレンオ
キシドを反応温度90℃、反応最大圧力4kg/cm2
で付加重合し、水酸基価33mgKOH/gのポリオキ
シプロピレンポリオールを得た。DMC触媒をアンモニ
ア水で抽出し、水洗後、ポリオキシプロピレンポリオー
ルに含まれるグリセリン1molに対して0.23mo
lの水酸化カリウムを加え、100℃で6時間脱水後、
エチレンオキシドをこのポリオキシプロピレンポリオー
ルの15wt%付加重合して水酸基価28mgKOH/
gのポリオキシアルキレンポリオールを得た。実施例1
と同様の方法により得られたモノオール含有量は9.6
mol%、粘度3080cps/25℃、H−T結合選
択率85.4mol%であった。結果を表3および表4
に示す。
lに0.23molの水酸化セシウムを加え、100℃
で6時間脱水後プロピレンオキシドを反応温度80℃、
反応最大圧力3.5kg/cm2 で付加重合し、水酸基
価50mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオー
ルを得た。さらにプロピレンオキシドを反応温度100
℃、反応最大圧力3.5kg/cm2 で付加重合し、水
酸基価28mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリ
オールを得た。実施例1と同様の方法により得られたモ
ノオール含有量は22.9mol%、粘度1200cp
s/25℃、H−T結合選択率97.5mol%であっ
た。結果を表3および表4に示す。
lに0.53molの水酸化セシウムを加え、100℃
で6時間脱水後プロピレンオキシドを反応温度90℃、
反応最大圧力3.5kg/cm2 で付加重合し、水酸基
価117mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオ
ールを得た。さらに続けてプロピレンオキシドを反応温
度90℃、反応最大圧力3.5kg/cm2 で付加重合
し、水酸基価31mgKOH/gのポリオキシプロピレ
ンポリオールを得た。実施例1と同様の方法により得ら
れたモノオール含有量は22.7mol%、粘度116
0cps/25℃、H−T結合選択率96.8mol%
であった。結果を表3および表4に示す。
lに0.23molの水酸化セシウムを加え、100℃
で6時間脱水後プロピレンオキシドを反応温度95℃、
反応最大圧力4kg/cm2 で付加重合し、水酸基価1
17mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオール
を得た。さらにプロピレンオキシドを反応温度95℃、
反応最大圧力4.5kg/cm2 で付加重合し、水酸基
価28mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオー
ルを得た。実施例1と同様の方法により得られたモノオ
ール含有量は17.7mol%、粘度1110cps/
25℃、H−T結合選択率95.4mol%であった。
結果を表3および表4に示す。
リオールは全て、反応終了後に水と燐酸を加えて中和
後、減圧乾燥し、生成したアルカリ金属燐酸塩の結晶を
濾過により除去した後、水酸基価および粘度はJIS
K−1577に準拠して測定した値であり、モノオール
含量、H−T結合選択率は実施例1に示した方法により
測定した値を用いた。実施例、比較例を表1乃至表4に
まとめて表記したが、表中の開始剤Aはグリセリン、開
始剤Bはペンタエリスリトールのプロピレンオキシド付
加物(水酸基価450mgKOH/g)である。触媒A
は水酸化セシウム、触媒Bは水酸化カリウム、触媒Cは
水酸化ルビジウムを示し、触媒Dは亜鉛・コバルトシア
ン化物と塩化亜鉛、水、ジメトキシエタノールからな
る、いわゆる複合金属シアノ化錯体触媒(DMC触媒)
である。また、POはプロピレンオキシド、EOはエチ
レンオキシドの略である。
ルは、アルカリ金属水酸化物触媒を用いる製造条件下に
おいて、低モノオール含有量が達成でき、また、従来用
いられていた複金属シアン化物触媒等を用いる方法に比
較し、ヘッド−トウ−テイル(Head−to−Tai
l)結合選択率が高いため、低粘度である特徴を有し、
広範なポリウレタン用途において物性向上をもたらすこ
とができる。
Claims (5)
- 【請求項1】 水酸基価10〜35mgKOH/g、モ
ノオール最大含有量15mol%であり、さらに、プロ
ピレンオキシド付加重合によるヘッド−トウ−テイル
(Head−to−Tail)結合最低選択率が96%
であることを特徴とするポリオキシアルキレンポリオー
ル。 - 【請求項2】 アルカリ金属水酸化物触媒の存在下、水
酸基数2〜8の活性水素化合物にアルキレンオキシドを
付加重合して得られることを特徴とする請求項第1項記
載のポリオキシアルキレンポリオール。 - 【請求項3】 アルカリ金属水酸化物触媒が90重量%
以上の純度で、水酸化セシウム、水酸化ルビジウムから
選ばれる化合物のうち少なくとも1種類を含むことを特
徴とする請求項第2項記載のポリオキシアルキレンポリ
オール。 - 【請求項4】 活性水素化合物1モルに対して0.05
〜0.5モルのアルカリ金属水酸化物触媒濃度におい
て、60〜98℃、反応最大圧力4kg/cm 2 の条件
下でプロピレンオキシドを付加重合することを特徴とす
るポリオキシアルキレンポリオールの製造方法。 - 【請求項5】 ポリオキシプロピレン基含有量が70重
量%以上であることを特徴とする請求項第4項記載のポ
リオキシアルキレンポリオールの製造方法。
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---|---|---|---|
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