JPH11152322A - ポリウレタンウレア樹脂の製造方法 - Google Patents

ポリウレタンウレア樹脂の製造方法

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JPH11152322A
JPH11152322A JP9319537A JP31953797A JPH11152322A JP H11152322 A JPH11152322 A JP H11152322A JP 9319537 A JP9319537 A JP 9319537A JP 31953797 A JP31953797 A JP 31953797A JP H11152322 A JPH11152322 A JP H11152322A
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resin
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hydroxyl group
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Tsuyoshi Hachitsuka
剛志 八塚
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Toyobo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高濃度に水酸基を有するポリウレタンウレア
樹脂を安定して製造できる方法を提供する。 【解決手段】 分子中に1級アミノ基または2級アミノ
基を2個かつ水酸基を少なくとも1個以上含む化合物を
原料の1成分とする熱可塑性ポリウレタンウレア樹脂を
製造するにさいし、2個のアミノ基と水酸基を含む化合
物以外の原料を反応させてイソシアネート末端プレポリ
マーを得、ついで該プレポリマーを2個のアミノ基と水
酸基を含む化合物に添加し反応させることを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコーティング剤、塗
料、接着剤等に用いられる側鎖に水酸基を有するポリウ
レタンウレア樹脂に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリウレタン樹脂は分子間に水素結合を
形成するウレタン結合により物性が良好であり、各種材
料との接着性が比較的良好であるため、コーティング
剤、塗料、接着剤等の用途に用いられている。耐熱性の
改良、接着性の改良、耐溶剤性の付与等の目的のため
に、コーティング剤、塗料、接着剤等の用途では硬化剤
を併用する二液タイプで用いられている。硬化剤として
はポリイソシアネート、エポキシ樹脂、酸無水物、メラ
ミン樹脂、尿素樹脂等が利用されている。特に反応性、
作業性、性能等からポリイソシアネートが汎用的に使用
されている。
【0003】硬化剤との反応性を改良するために、グリ
セリン、トリメチロールプロパンやペンタエリスリトー
ル等の3官能以上の成分を、鎖延長剤として用いたり、
これらの多官能成分を共重合したポリオールを用いるこ
とによりポリウレタン樹脂の反応点を増すことがなされ
ている。また、特公平4−8856号に公報は磁気記録
媒体用コート剤として1級アミノ基または2級アミノ基
を2個かつ水酸基を少なくとも1個以上含む化合物を原
料の一成分とするポリウレタン樹脂が記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ポリウレタン樹脂と硬
化剤を併用する二液タイプにおいて、架橋性を改良する
ために、グリセリン、トリメチロールプロパンやペンタ
エリスリトール等の3官能以上の成分によりポリウレタ
ン樹脂の分岐点を増やす方法はポリウレタン樹脂の架橋
性を高めると、ポリウレタン樹脂の製造時のゲル化の危
険性が増す。また、アミノ基と水酸基のイソシアネート
に対する反応速度の差を利用する特公平4−8856号
公報に記載された方法では高濃度に水酸基を有するポリ
ウレタンウレア樹脂が得られるが、不溶物ができたり、
反応容器にゲルの付着があったり、得られた樹脂の分子
量分布が広い等の問題がある。以上の状況に鑑み、本発
明は溶剤溶解性にすぐれ、高濃度に水酸基を有するポリ
ウレタンウレア樹脂を安定して製造できる方法を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等はポリウレタ
ン樹脂の製造方法を鋭意検討した結果、本発明に到達し
た。すなわち本発明はジイソシアネート(A)、数平均
分子量500〜20000の高分子量ポリオール
(B)、分子中に1級アミノ基または2級アミノ基を2
個かつ水酸基を少なくとも1個以上含む化合物(C)、
および必要によりグリコール(D)から熱可塑性ポリウ
レタンウレア樹脂を製造するにさいし、2個のアミノ基
と水酸基を含む化合物(C)以外の原料を反応させてイ
ソシアネート末端プレポリマーを得、ついで該プレポリ
マーを2個のアミノ基と水酸基を含む化合物(C)に添
加し反応させることを特徴とするポリウレタンウレア樹
脂の製造方法である。
【0006】
【発明の実施の形態】一般に、イソシアネート基とアミ
ノ基の反応性は水酸基の場合より、圧倒的に早い。その
ため、反応手順が得られた樹脂の特性に影響する。特
に、製造単位が大きくなると、原料の仕込み時間の変動
により樹脂の特性が変わる。熱可塑性ポリウレタン樹脂
の製造方法としてはワンショット法、プレポリマー法が
知られている。ワンショット法では2個のアミノ基と水
酸基を含む化合物(C)が多くなるとゲル化が起こる。
また、ゲル化が起こらない範囲でも、得られたポリウレ
タンウレア樹脂は汎用溶剤への溶解性が劣り、不溶物の
発生や反応釜の汚染が起こる。
【0007】イソシアネート過剰の条件でまず高分子量
ポリオール(B)と反応させた後、鎖延長剤と反応させ
るプレポリマー法を本発明では用いる。本発明は、2個
のアミノ基と水酸基を含む化合物(C)以外の原料をイ
ソシアネートと反応して得たイソシアネート末端プレポ
リマーを、2個のアミノ基と水酸基を含む化合物(C)
に添加して反応させることを特徴とする。イソシアネー
ト末端プレポリマーに、2個のアミノ基と水酸基を含む
化合物(C)を添加して反応させた場合には、不溶物の
発生や反応釜の汚染がおこり、得られた樹脂の分子量分
布が大きくなり好ましくない。本発明の方法では、得ら
れた樹脂の溶解性は良好であり、有機溶剤に溶解した場
合、不透明になっても、異物や不溶分を含まない。
【0008】本発明の具体的な製造方法としては、ま
ず、反応容器中に高分子量ポリオール(B)、ジイソシ
アネート(A)、必要によりグリコール(D)を投入
し、これらを反応させる(プレポリマー反応)。その
後、このようにして得られたイソシアネート末端プレポ
リマーを2個のアミノ基と水酸基を含む化合物(C)を
投入した反応容器に添加し反応させる(鎖延長反応)。
これらの反応は、それぞれ必要により触媒を加えること
もできるし、また、冷却、自然放置、加熱等の温度コン
トロールによる反応速度の調整、などイソシアネート化
合物を反応させる公知の様々な技術を用いることがで
き、特に限定されるものではない。 また、本発明の反
応は原料を溶融させても行うことができるが、有機溶剤
中で行うことが望ましい。用いる溶剤はトルエン、キシ
レン等の芳香族炭化水素、メチルエチルケトン、シクロ
ヘキサノン等のケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエ
ステル、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロ
リドン等のアミド溶剤の1種以上があげられる。
【0009】本発明で使用されるジイソシアネート
(A)成分としては、2,4−トリレンジイソシアネ−
ト、2,6−トリレンジイソシアネ−ト、p−フェニレ
ンジイソシアネ−ト、ジフェニルメタンジイソシアネ−
ト、m−フェニレンジイソシアネ−ト、ヘキサメチレン
ジイソシアネ−ト、テトラメチレンジイソシアネ−ト、
3,3’−ジメトキシ−4,4’−ビフェニレンジイソ
シアネ−ト、1,5−ナフタレンジィソシアネ−ト、
2,6−ナフタレンジイソシアネート、3,3’−ジメ
チル−4,4’−ジイソシアネ−ト、4,4’−ジイソ
シアネ−トジフェニルエ−テル、1,5−キシリレンジ
イソシアネ−ト、1,3−ジイソシアネ−トメチルシク
ロヘキサン、1,4−ジイソシアネ−トメチルシクロヘ
キサン、4,4’−ジイソシアネ−トシクロヘキサン、
4,4’−ジイソシアネ−トシクロヘキシルメタン、イ
ソホロンジイソシアネ−ト等が挙げられる。
【0010】本発明で使用される数平均分子量500〜
20000の高分子量ポリオール(B)としては、ポリ
エステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカ
ーボネートポリオール、水酸基含有ポリオレフィン等が
あげられる。
【0011】また、分子中に1級アミノ基または2級ア
ミノ基を2個かつ水酸基を少なくとも1個以上含む化合
物(C)としては、たとえば、エチレンジアミン、プロ
ピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、キシレンジ
アミン、フェニレンジアミン等のジアミン化合物へのエ
チレンオキサイドやプロピレンオキサイドの1分子ない
し2分子付加物で各アミノ基が3級になっていない物。
あるいは、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラ
ミン等の直鎖状アミンの各アミノ基へのエチレンオキサ
イドやプロピレンオキサイドの1分子付加物等もあげら
れる。さらに、ジエポキシ化合物へのアミノ基の付加物
もあげられる。
【0012】本発明において必要により使用されるグリ
コール(D)は、ポリウレタン樹脂に特有な耐摩耗性、
強靱性等の特性を付与するために使用される。具体的な
例としては、エチレングリコ−ル、プロピレングリコ−
ル、1,3−プロパンジオ−ル、1,4−ブタンジオ−
ル、1,5−ペンタンジオ−ル、1,6−ヘキサンジオ
−ル、ネオペンチルグリコ−ル、ジエチレングリコ−
ル、ジプロピレングリコ−ル、2,2,4−トリメチル
−1,3−ペンタンジオ−ル、シクロヘキサンジメタノ
−ル、ネオペンチルヒドロキシピバリン酸エステル、ビ
スフェノ−ルAのエチレンオキサイド付加物およびプロ
ピレンオキサイド付加物、水素化ビスフェノ−ルAのエ
チレンオキサイド付加物およびプロピレンオキサスド付
加物等のジオール化合物があげられる。
【0013】本発明において各原料の使用比率は、ジイ
ソシアネート(A)のモル数をa、高分子量ポリオール
(B)のモル数をb、1級アミノ基または2級アミノ基
を2個かつ水酸基を少なくとも1個以上含む化合物
(C)のモル数をc、グリコール(D)のモル数をdと
すると、下記の範囲で表される。 (b+c+d)/a ≧ 1
【0014】本発明で得られるポリウレタンウレア樹脂
の分子量は5000から50000であることが望まし
く、さらには10000から30000であることが望
ましい。分子量が5000未満では機械的強度が不足
で,分子量が50000を超えると溶液粘度が大きくな
ったり、流動特性が悪くなったりして作業性が低下す
る。
【0015】分子中に1級アミノ基または2級アミノ基
を2個かつ水酸基を少なくとも1個以上含む化合物
(C)の使用量は、得られたポリウレタンウレア樹脂中
に化合物(C)に起因する水酸基が300〜5000当
量/106 gの範囲になるように使うことが望ましい。
本発明で得られる樹脂はそのままでも、接着剤、コート
剤等に適しているが、水酸基と反応する硬化剤を併用し
て用いることが望ましい。このような硬化剤としてはポ
リイソシアネート化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂等が
あげられる。
【0016】本発明は、イソシアネート基とアミノ基の
反応性は水酸基の場合より、圧倒的に早いことを利用し
て、溶剤溶解性の良好な側鎖に水酸基を有するポリウレ
タンウレア樹脂を製造する方法に関する。ジイソシアネ
ート(A)、数平均分子量500〜20000の高分子
量ポリオール(B)、分子中に1級アミノ基または2級
アミノ基を2個かつ水酸基を少なくとも1個以上含む化
合物(C)、および必要によりグリコール(D)から熱
可塑性ポリウレタンウレア樹脂を製造するにさいし、2
個のアミノ基と水酸基を含む化合物(C)以外の原料を
反応させてイソシアネート末端プレポリマーを得、つい
で該プレポリマーを2個のアミノ基と水酸基を含む化合
物(C)に添加し反応させることを特徴とするポリウレ
タンウレア樹脂の製造方法である。
【0017】本発明の製造方法では、2個のアミノ基と
水酸基を含む化合物(C)以外の原料をイソシアネート
と反応して得たイソシアネート末端プレポリマー中のイ
ソシアネート基と、2個のアミノ基と水酸基を含む化合
物(C)中のアミノ基が優先して反応し、その結果、得
られた樹脂の溶解性は良好であり、有機溶剤に溶解した
場合、不透明になっても、異物や不溶分を含まない。
【0018】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に例示す
る。実施例中に単に部とあるのは重量部を示す。樹脂の
分析・評価は次の方法により実施した。
【0019】分子量および分子量分布 ウオーターズ社製ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)
により、ポリスチレンを標準物質とし、テトラヒドロフ
ランを溶媒として測定した。
【0020】硬化性 日本ポリウレタン社製「コロネートHX」(ヘキサメチ
レンジイソシアネートの三量体)を樹脂溶液に樹脂分の
10wt%の割合で加え、ポリエステルフィルムに乾燥
後の厚みで10ミクロンになるように塗布し110℃で
5分間熱風乾燥した。20℃で10時間後、メチルエチ
ルケトン(MEK)/トルエン/シクロヘキサノン=1
/1/1の混合溶剤に1時間浸漬し、溶剤不溶分を求め
た。
【0021】実施例1 温度計、撹拌機、冷却管を具備したガラスの反応容器
に、数平均分子量2000の脱水したポリブチレンアジ
ペート100部、ネオペンチルグリコール(NPG)1
0部、メチルエチルケトン(MEK)50部およびトル
エン50部を仕込み、溶解後4,4’−ジフェニルメタ
ンジイソシアネート(MDI)61部を加え、70℃で
5時間反応させ後、MEK102部、トルエン102部
で希釈し、イソシアネート末端のプレポリマー溶液を得
た。別の反応容器にN,N’−ビス(ヒドロキシプロピ
ル)−m−キシレンジアミン(三菱ガス化学製 MXD
A−2PO)22.5部をシクロヘキサノン137部に
溶解し、この溶液に上記のプレポリマー溶液427.5
部(全量の90%)を10分間かけて滴下した。70℃
で3時間加熱し反応を完結させた。得られた樹脂溶液は
固形分濃度が30%、淡黄色透明であった。溶液には異
物の存在は認められず、反応容器にゲルの付着もなかっ
た。得られた樹脂の分析・評価結果を表−1に示す。
【0022】比較例1、2 実施例1と同じガラスの反応容器に、数平均分子量20
00の脱水したポリブチレンアジペート100部、NP
G10部、MXDA−2POを25部、MEK152
部、トルエン152部およびシクロヘキサノン152部
を仕込み、溶解した。比較例1ではMDIを61部加
え、比較例2では51部加え、70℃に加熱した。比較
例1ではMDI投入後30分でゲル化した。比較例2で
は70℃で10時間加熱して反応を完結させた。比較例
2の溶液は不透明で、異物の存在が認められた。また反
応容器にゲルの付着がみられた。
【0023】比較例3 実施例1と同じガラスの反応容器に、数平均分子量20
00の脱水したポリブチレンアジペート100部、NP
G10部、MEK50部およびトルエン50部を仕込
み、溶解後MDIを61部加え、70℃で5時間反応さ
せ後、MEK102部、トルエン102部で希釈し、イ
ソシアネート末端のプレポリマー溶液を得た。このプレ
ポリマー溶液にMXDA−2PO/シクロヘキサノン=
25部/152部の溶液を10分間かけて滴下した。7
0℃で3時間加熱し反応を完結させた。得られた溶液は
不透明で、反応容器にはゲルの付着が観察された。
【0024】実施例2〜5 実施例1と同様にイソシアネート末端プレポリマーをア
ミンに添加してポリウレタンウレアを得た、ただし使用
した原料は表−1に記載した化合物を使用した。溶媒の
組成は実施例1と同様にMEK/トルエン/シクロヘキ
サノン=1/1/1wtである。溶液の外観、反応容器
の汚染、得られた樹脂の特性を表−1に示す。
【0025】比較例4〜5 実施例4および5と同じ原料を用い比較例4と5を行っ
た。ただし比較例4,5では比較例3と同様にイソシア
ネート末端プレポリマー溶液にアミン溶液を添加した。
いずれの比較例でも溶液中に異物が存在し、反応容器に
ゲルが付着した。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】表中 PBA:ポリブチレンアジペート 数
平均分子量2000 PEG:ポリエチレングリコール 数平均分子量6000 NPG:ネオペンチルグリコール MXDA-2PO: 三菱ガス化学社製 N,N'-ビス(2-ヒドロキシ
プロピル)-m-キシレンジアミン MXDA-2EO: 三菱ガス化学社製 N,N'-ビス(2-ヒドロキシ
エチル)-m-キシレンジアミン DAPOL:1,3-ジアミノ-2-プロパノール MDI:4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネート
【0029】
【発明の効果】実施例、比較例から明らかなように、本
発明により得られるポリウレタンウレア樹脂は高濃度に
水酸基を含むだけでなく、分子量分布が狭く、溶剤溶解
性に優れ、反応容器の汚染も少ない。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジイソシアネート(A)、数平均分子量
    500〜20000の高分子量ポリオール(B)、分子
    中に1級アミノ基または2級アミノ基を2個かつ水酸基
    を少なくとも1個以上含む化合物(C)、および必要に
    よりグリコール(D)から熱可塑性ポリウレタンウレア
    樹脂を製造するにさいし、2個のアミノ基と水酸基を含
    む化合物(C)以外の原料を反応させてイソシアネート
    末端プレポリマーを得、ついで該プレポリマーを2個の
    アミノ基と水酸基を含む化合物(C)に添加し反応させ
    ることを特徴とするポリウレタンウレア樹脂の製造方
    法。
JP9319537A 1997-11-20 1997-11-20 ポリウレタンウレア樹脂の製造方法 Pending JPH11152322A (ja)

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Cited By (5)

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