JPH07309926A - ウレトジオン基含有ポリイソシアネートの製造方法 - Google Patents

ウレトジオン基含有ポリイソシアネートの製造方法

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JPH07309926A
JPH07309926A JP6106589A JP10658994A JPH07309926A JP H07309926 A JPH07309926 A JP H07309926A JP 6106589 A JP6106589 A JP 6106589A JP 10658994 A JP10658994 A JP 10658994A JP H07309926 A JPH07309926 A JP H07309926A
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JP
Japan
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group
uretdione
content
polyisocyanate
reaction
Prior art date
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Pending
Application number
JP6106589A
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English (en)
Inventor
Kenji Sugimoto
権司 杉本
Shinji Suzuki
紳次 鈴木
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.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/77Polyisocyanates or polyisothiocyanates having heteroatoms in addition to the isocyanate or isothiocyanate nitrogen and oxygen or sulfur
    • C08G18/78Nitrogen
    • C08G18/79Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/798Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates containing urethdione groups

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粉体塗料用硬化剤原料として、粘度が低く、
イソシアネート含有率が高く、また三量体以上の直鎖ウ
レトジオンの含有率が少ない有用なウレトジオン基含有
ポリイソシアネート化合物の方法を提供する。 【構成】 ヘキサメチレンジイソシアネートを下記の構
造の触媒の単独もしくは混合系の存在下で−10℃〜1
20℃の反応温度によりヘキサメチレンジイソシアネー
トのイソシアネート基の少なくとも一部を二量化させ、
転化率35%以下で触媒毒により反応を停止させて、ウ
レトジオン基含有のポリイソシアネートを製法である。
(R2 N)3-n PLn 、R2 P−PR2 、R2 P−A−
PR2 、(Lは−OR又はR、RはC1 〜C6 のアルキ
ル基又はフェニル基、nは0〜2、AはC1 〜C4 のア
ルキレン基、ビニレン基又はフェニレン基である。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリウレタン塗料の硬
化剤、粉体塗料用硬化剤原料、接着剤用硬化剤及びプラ
スチック用架橋剤モノマーとして有用なウレトジオン基
含有ポリイソシアネート化合物の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、ヘキサメチレンジイソシアネート
(以下、HDIと略す)からウレトジオン基含有ポリイ
ソシアネート化合物を製造する方法としては、特公昭4
5−12287号公報に提案されているアルキルホスフ
ィン系を触媒として使った製造方法がある。また、ウレ
トジオン化の選択率を上げるために特開昭61−972
65号公報では、燐−窒素結合を有する触媒と共触媒の
存在下で行う製造方法が提案されている。
【0003】しかしながら、アルキルホスフィン系を触
媒とした系より得られたポリイソシアネート化合物は、
ウレトジオン二量体含有率が低く、かつ以下の構造
(1)に示す三量体以上の直鎖ウレトジオンを多く含有
する。三量体以上の直鎖ウレトジオンは、熱、光等の影
響により、一部のウレトジオン基が解離することによ
り、比較的人体に対して毒性を示す遊離のHDIを生成
するので、好ましくない。
【0004】
【化1】
【0005】また、燐−窒素結合を有する触媒とアルコ
ール類等の共触媒系の存在下で反応することにより得ら
れたポリイソシアネート化合物は、ウレトジオン化の選
択率は上がるが、生成ポリイソシアネート中に共触媒の
一部が取り込まれるために、ポリイソシアネート物性に
共触媒の影響が出てくるという問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高いウレト
ジオン二量体含有量を示し、三量体以上の直鎖ウレトジ
オン含有量が少ないウレトジオン基含有ポリイソシアネ
ートの製造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明者らは特定の触媒を使用することにより高い
ウレトジオン二量体含有量を示し、三量体以上の直鎖ウ
レトジオン含有量が少ない製造方法を見つけるに至っ
た。すなわち本発明は、ヘキサメチレンジイソシアネー
トを以下に示す(A)、(B)及び(C)の構造をもつ
触媒の単独もしくは混合系の存在下で−10℃以上、1
20℃以下の反応温度によりヘキサメチレンジイソシア
ネートのイソシアネート基の少なくとも一部を二量化さ
せ、転化率35%以下で触媒毒により反応を停止させる
ことを特徴とするウレトジオン基含有のポリイソシアネ
ートを製造方法である。
【0008】(A):(R2 N)3-n PLn 、(B):
2 P−PR2 、(C):R2 P−A−PR2 (Lは−OR又はR、RはC1 〜C6 のアルキル基又は
フェニル基、nは0〜2、AはC1 〜C4 のアルキレン
基、ビニレン基又はフェニレン基である。) 本発明の方法により、生成したポリイソシアネート中に
ウレトジオン二量体含有量が70重量%以上、三量体以
上の直鎖ウレトジオン含有量が30重量%以下とするこ
とができる。
【0009】本発明で使用する(A)化合物としては、
トリスジメチルアミノホスフィン、トリスジエチルアミ
ノホスフィン、トリスジプロピルアミノホスフィン、ト
リスジブチルアミノホスフィン、トリスジペンチルアミ
ノホスフィン及びトリスジヘキシルアミノホスフィンが
あげられる。本発明で使用する(B)化合物としては、
テトラアルキルビホスフィン、テトラフェニルビホスフ
ィン等があげられ、アルキル基がメチル、エチル、プロ
ピル、ブチル、ペンチル及びヘキシルのものである。
【0010】本発明で使用する(C)化合物としては、
1.2−ビス(ジアルキルホスフィン)アルキレン、
1.2−ビス(ジフェニルホスフィン)アルキレン、
1.2−ビス(ジアルキルホスフィン)フェニレン及び
1.2−ビス(ジフェニルホスフィン)フェニレン等が
あげられ、アルキレン基としてメチレン、エチレン、プ
ロピレン及びブチレン、アルキル基がメチル、エチル、
プロピル、ブチル、ペンチル及びヘキシルのものであ
る。
【0011】上記の触媒は単独及び混合系で使用するこ
とができる。上記触媒の単独及び混合系の添加量は、使
用するHDIに対して0.01重量%以上、5重量%以
下、好ましいくは、0.1重量%以上、1重量%以下で
ある。0.01重量%未満であると、所定の化合物を生
成させるための時間が長くなり、生産上好ましくない。
また、所定の添加率に達しない。5重量%を越えると、
使用する触媒が高価なためコストアップになる。また、
触媒毒の使用量も増えるため、その残渣が反応系に悪影
響を及ぼす。
【0012】本発明における反応温度としては、−10
℃以上、120℃以下で、好ましくは、20℃以上、1
00℃以下である。−10℃未満であると、反応時間が
長時間必要であり、また温度制御するためのコストがか
かり、120℃を越えると、得られるポリイソシアネー
ト化合物が着色するという欠点がある。本発明より得ら
れるポリイソシアネート中には、ウレトジオン二量体含
有量が70重量%以上であり、三量体以上の直鎖ウレト
ジオンの含有量が30重量%以下である。上記以外にイ
ソシアヌレート構造を持った三量体以上のポリイソシア
ヌも含まれている。
【0013】本発明より得られるポリイソシアネートレ
ートは上記の組成になるので、粘度の上昇が低く、1分
子当たりの官能基数が少なくなるので使用目的に合い。
また、三量体以上の直鎖ウレトジオンは、30重量%以
下と少ないので、熱、光等の影響により、一部のウレト
ジオン基が解離することが少なくなり、人体に対して毒
性を示す遊離のHDIの生成も比較的少なくなり、好ま
しい。
【0014】反応の進行は、反応液のイソシアネート基
含有率測定、赤外分光測定、屈折率測定等で追跡するこ
とができる。HDIのウレトジオンへの転化反応が進み
すぎると、三量体以上の直鎖ウレトジオンや三量体以上
のポリイソシアヌレートが生成する。目的とする物性の
製品を得るためには、反応転化率として35%以下に止
める必要がある。
【0015】本発明でいう触媒毒とは使用する触媒
(A)、(B)、(C)の反応性を失活させる化合物の
ことをいう。例えば、アルキル化剤、アシル化剤、硫
黄、あるいは、大気酸素または酸素を放出する化合物、
硫酸、リン酸等が挙げられる。これらの触媒毒の中の1
種ないしそれ以上を、触媒の添加量に対して1.0倍モ
ル以上、10.0倍モル以下の範囲で用いることができ
る。
【0016】反応停止後、必要であれば失活触媒を除去
した後、過剰のHDIおよび溶剤を除去して製品を得
る。このHDIおよび溶剤の除去は、たとえば、薄膜蒸
発法や溶剤抽出法により行われる。HDIモノマーは、
毒性を有するため、このHDIの除去精製は充分に行う
必要がある。通常、製品中のHDIモノマー濃度は0.
7重量%以下にすることが実質的に安全に使用できると
考えられている。
【0017】反応は、溶媒を用いても、用いなくてもよ
い。溶媒を用いる際には、イソシアネート基に対して反
応活性を持たない溶剤を選択される。また、使用するH
DIモノマー、あるいは本発明のウレトジオン基含有ポ
リイソシアネートには、酸化防止剤、紫外線吸収剤など
の添加剤を加えてもよい。本発明のウレトジオン基含有
ポリイソシアネートは、粘度が低く、イソシアネート含
有率が高く、また三量体以上の直鎖ウレトジオンの含有
量が少なく、さらにアクリルポリオール、ポリエステル
ポリオール、エポキシポリオール、アルキッドポオリオ
ール、フッ素ポリオールといった各種ポリオールとの反
応性も良好なため、ポリウレタン塗料の硬化剤、粉体塗
料用硬化剤原料、接着剤用硬化剤及びプラスチック用架
橋剤モノマーとして有用である。
【0018】
【実施例】ウレトジオン二量体、三量体以上の直鎖ウレ
トジオン及び三量体以上のポリイソシアヌレートの含有
量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GP
C)(カラム:東洋曹達(株)G1000HXL、G2
000HXL、G3000HXL各1本、キャリアー:
THF、検出方法:示差屈折系、データ処理機:東洋曹
達(株)CP−8000)測定により得られる各ピーク
の面積百分率と赤外吸収スペクトル(IRスペクトク
ル)(日本分光(株)社製フーリエ変換赤外分光光度系
FT/IR−5M型)によって得られるウレトジオン基
ピーク(1767cm-1)、イソシアヌレート基ピーク
(1688cm-1)の高さ比からの検量線より求めるこ
とができる。
【0019】イソシアネート基含有率は、イソシアネー
ト基を過剰のアミンで中和した後、塩酸による逆滴定に
よって求められる。 転化率(%)=生成ポリイソシアネート重量/仕込みH
DI重量×100
【0020】
【実施例1】撹拌機、温度計、冷却管を取り付けた四ッ
口フラスコにHDIを500g仕込み、60℃、撹拌
下、トリスジエチルアミノホスフィン5.0gを加え
た。60℃で反応を進行させ、4時間後反応液のイソシ
アネート含有率および屈折率測定により、ポリイソシア
ネートへの転化率が18%になった時点で、リン酸4.
0gを添加し反応を停止した。リン酸添加後、数分で失
活触媒が結晶として析出した。その後、さらに60℃で
1時間加熱を続け、常温に冷却した。
【0021】析出物を濾過により除去した後、流下式薄
膜蒸発装置を用いて、1回目0.3Tor./155
℃、2回目0.2tor./145℃で未反応のHDI
を除去した。得られた生成物は、微黄色、透明の液体
で、粘度は52mPa・s/25℃、イソシアネート基
含有率は24%であった。また、生成したポリイソシア
ネート中にはウレトジオン二量体の含有量が80重量
%、三量体以上の直鎖ウレトジオンの含有率が16重量
%、三量体以上のポリイソシアヌレートが4重量%であ
った。
【0022】
【実施例2】実施例1と同様の装置にHDIを500g
仕込み、80℃、撹拌下、トリスジメチルアミノホスフ
ィン1.1gとテトラフェニルビフォスフィン0.2g
を加えた。80℃で反応を進行させ、4時間後反応液の
イソシアネート含有率および屈折率測定により、ポリイ
ソシアネートへの転化率が15%になった時点で、リン
酸1.5gを添加し反応を停止した。その後、さらに8
0℃で1時間加熱を続け、常温に冷却した。
【0023】ついで、実施例1と同様に精製を行った。
得られた生成物は、微黄色、透明の液体で、粘度は52
mPa・s/25℃、イソシアネート基含有率は24%
であった。また、ウレトジオン二量体の含有量が78重
量%、三量体以上の直鎖ウレトジオンの含有率が13重
量%、三量体以上のポリイソシアヌレートが9重量%で
あった。
【0024】
【実施例3】実施例1と同様の装置にHDIを500g
仕込み、25℃、撹拌下、1.2−ビス(ジメチルホス
フィン)エタン0.8gを加えた。25℃で反応を進行
させ、3時間後反応液のイソシアネート含有率および屈
折率測定により、ポリイソシアネートへの転化率が21
%になった時点で、酢酸クロリド0.6gとリン酸2.
4gを添加し反応を停止した。その後、さらに80℃で
1時間加熱を続け、常温に冷却した。
【0025】ついで、実施例1と同様に精製を行った。
得られた生成物は、微黄色、透明の液体で、粘度は53
mPa・s/25℃、イソシアネート基含有率は24%
であった。また、ウレトジオン二量体の含有量が81重
量%、三量体以上の直鎖ウレトジオンの含有量が10重
量%、三量体以上のポリイソシアヌレートの含有量が9
重量%であった。
【0026】
【比較例1】実施例1と同様の装置にHDIを500g
仕込み、60℃、撹拌下、トリ−n−オクチルホスフィ
ン2gを加えた。60℃で反応を進行させ、4時間後反
応液のイソシアネート含有率および屈折率測定により、
ポリイソシアネートへの転化率が25%になった時点
で、硫黄0.3gを添加し反応を停止した。その後、さ
らに80℃で1時間加熱を続け、常温に冷却した。
【0027】ついで、実施例1と同様に精製を行った。
得られた生成物は、微黄色、透明の液体で、粘度は60
mPa・s/25℃、イソシアネート基含有率は24%
であった。また、ウレトジオン二量体の含有量が47重
量%、三量体以上の直鎖ウレトジオンの含有量は38重
量%、三量体以上のポリイソシアヌレートが15重量%
であった。
【0028】
【発明の効果】本発明の方法で得られるウレトジオン基
含有ポリイソシアネートは、粘度が低く、イソシアネー
ト含有率が高く、また三量体以上の直鎖ウレトジオンの
含有率が少なく、さらにアクリルポリオール、ポリエス
テルポリオール、エポキシポリオール、アルキッドポオ
リオール、フッ素ポリオールといった各種ポリオールと
の反応性も良好なため、ポリウレタン塗料の硬化剤、粉
体塗料用硬化剤原料、接着剤用硬化剤及びプラスチック
用架橋剤モノマーとして有用である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘキサメチレンジイソシアネートを以下
    に示す(A)、(B)及び(C)の構造をもつ触媒の単
    独もしくは混合系の存在下で−10℃以上、120℃以
    下の反応温度によりヘキサメチレンジイソシアネートの
    イソシアネート基の少なくとも一部を二量化させ、転化
    率35%以下で触媒毒により反応を停止させることを特
    徴とするウレトジオン基含有のポリイソシアネートを製
    造方法。 (A):(R2 N)3-n PLn 、(B):R2 P−PR
    2 、(C):R2 P−A−PR2 (Lは−OR又はR、RはC1 〜C6 のアルキル基又は
    フェニル基、nは0〜2、AはC1 〜C4 のアルキレン
    基、ビニレン基又はフェニレン基である。)
JP6106589A 1994-05-20 1994-05-20 ウレトジオン基含有ポリイソシアネートの製造方法 Pending JPH07309926A (ja)

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JP6106589A JPH07309926A (ja) 1994-05-20 1994-05-20 ウレトジオン基含有ポリイソシアネートの製造方法
US08/737,772 US5795950A (en) 1994-05-20 1995-04-21 Straight chain crystalline polyuretdione
TW084104029A TW279892B (ja) 1994-05-20 1995-04-24

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2306478B (en) * 1995-09-28 1998-12-09 Clariant Finance Bvi Ltd Phosphorus compounds
JP2006199965A (ja) * 2005-01-21 2006-08-03 Bayer Materialscience Ag 溶液中のウレトジオン形成

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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