JPS60188415A - ビュレット構造を有したポリイソシアネートの製造方法 - Google Patents

ビュレット構造を有したポリイソシアネートの製造方法

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JPS60188415A
JPS60188415A JP60013664A JP1366485A JPS60188415A JP S60188415 A JPS60188415 A JP S60188415A JP 60013664 A JP60013664 A JP 60013664A JP 1366485 A JP1366485 A JP 1366485A JP S60188415 A JPS60188415 A JP S60188415A
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    • C08G18/77Polyisocyanates or polyisothiocyanates having heteroatoms in addition to the isocyanate or isothiocyanate nitrogen and oxygen or sulfur
    • C08G18/78Nitrogen
    • C08G18/7806Nitrogen containing -N-C=0 groups
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特定のカルボン酸および/まだはその無水物
を触媒として存在させて脂肪族ジイソシアネートと水と
を反応させることによる良好な色品質と良好々モノマー
安定性をもったビユレット構造を有するポリインシアネ
ートの改良製造方法に関する。
ビユレット構造を有する脂肪族ポリイソシアネート特に
ヘキザメチレンジインシアネートに基づくビーレット構
造を有する脂肪族ポリイソシアネートは、高い剛暴露性
および可能な限り良好な光沢寿命(gloss−1if
e )を有し耐光堅牢性のラッカーの製造に対し世界的
々商業的な重要性を有している。この分野で用いるため
、特に透明被膜および白色顔料入り被膜で用いるために
は、市場の要求は、無色丑たはほんの僅かに着色した生
成物である。さらに、安全な製造のためには、モノマー
ジイソシアネートの量は、可能な限り低いことが望捷し
く、長期保存の後に増加してはなら々い。
毒性試験によれば、ラッカーを製造する際に標準的安全
規則が守られるなら、安全々製法は、モノマージイソシ
アネート最大含量0.7%1で可能である。前記の上限
値は、刊行物にみられる〔たとえば、独国商業専問団体
の主協会(the mainassociation 
of the German cornmercial
 profe −5sional body )による
Code of Practice” PUR−Pai
nts ”および塗相製造業者協会(the Pa1n
t −makers’ As5ociation )に
よるthe″’Po1yure−thane Repo
rt”〕○ 長年にわたり、多数の方法が、この種のポリイソシアネ
ートの製造に対し判ってきているが、いずれも特別な問
題をもっていたり、欠点を有していて、生成物に対する
前記の要求に合致しなかっだシ、あるいは要求に不十分
にしか合致しない。
たとえば次の製造方法が記載されている:(次に以下に
用いた略号の意味を示す: DE−PS−独国特許; 
DE−O8−独国特許公開公報; GB−PS −英国
特許; DDR−PS−独国民主共和国特許;DE−A
S−独国特許公告公報; US−P−米国特許)。
−ツインシアネートと水とから合成(任意には触媒を存
在させてもよい) ; DE−PS / /1039I
l−1DE−O8/ 6乙ど 377 、 DE−O8
230g O/3 、GB−PS ffど70j0、G
B−PS / 39り1語、DDR−PS /≠07≠
≠を参照されたい。
−溶剤または溶剤混合物の存在下でジイソシアネートと
水とから合成; DE−O82gOg10/、DE−O
83030乙3jを参照されたい。
−ジイソシアネートと水とから合成(水は蒸気として反
応させる) ; DE−O82り7g737を参照され
たい。
一ジイソシアネートと硫化水素とから合成(任意には触
媒を存在させてもよい) ; DE−AS//乙jと3
0を参照されたい。
一ノイソシアネートとアンモニアまたはアンモニア−水
混合物とから合成(任意には触媒を存在させてもよい)
 ; DE−AS / 227003を参照されたい。
一ジイソシアネートとアミンとから合成;DE−PS 
/ /乙jどjo、DE−PS / /7グ7j7、D
E−O8/ 、、を乙g O/7 、DE−O8/ 乙
93 /’70 、DE−O8,2010gg7 、 
DE−O8,2,2乙/ 0乙j 、DE−AS 、、
? Ilt3g 、23g 、 US−P 3 と!≠
 ノ乙乙 、DE−AS 、2 乙09 タタ、j 、
DE−O8j に03 103 、DE−PS gど3
 !;04t 、 GB−PS / 、2乙3 乙07
 、Angew 、 Chem 、 72 P 100
2 を参照されたい。
−ジイソシアネートとアミン/アルコール混合物とから
合成; DE−O82乙3グア17−、!;を参照され
たい。
一ジイソシアネートとω61−ジアミノポリエーテルか
ら合成; DE−O8/ !;70乙3.2 、DE−
As/ 、、2/、!; 3乙jを参照されたい。
−ジイソシアネートと置換ウレアとから合成;DE−P
S / 10/ 3タグ 、 DE−As / 、2.
.27 0011−を参照されたい。
一ツインシアネートと第三アルコールとから合成(触媒
を存在させてもよい) ; DE−AS/ 、!;’1
317g 、DE−AS / 93/ 033、DE−
O8,230と073を参照されたい。
−ジインシアネートと蟻酸とから合成; DE−PS/
 /7’l 7乙0 、DE−O8,23010/! 
、DE−O8,2,’137 /30を参照されたい。
−ジインシアネートとアルドキシムとがら合成;DE−
O83007乙79を参照されたい。
ジインシアネートを水と直接反応させる公知の方法は、
反応混合物の不均質性のだめに制御が困難である。この
ことは、非常に解けにくいポリウレアの生成をもたらし
得る。ポリウレアの溶解は、長時間にわたる高い温度の
使用を必要とし、このため生成物の色を悪くする。この
場合でも、ある状況下では、このポリウレアのいくらか
は、沖過困難な沈澱として未溶解のit残シ、さらに処
理する前に費用のかかる操作により分離されねげなら々
い。さらには、はとんどのジイソシアネートの揮発性の
ために、ウレアの析出物が、反応容器の蒸気室に生じ得
る。このことは、水を蒸気の形態で用いた方法でもいえ
る。
この析出物は、溶剤または溶剤混合物を用いて反応混合
物を均質化させたとき、水をビーレット化剤として用い
る公知の方法でのみ避けることができる。しかしながら
、これらの方法は、様々な欠点を有している。一方にお
いて、多量の溶剤を必要とし、この溶剤は、プロセスの
後半段階で蒸留により除去して最終生成物を得ねばなら
ず、他方、グリコールエーテルアセテ−1・と、燐酸エ
ステルとの特別な溶剤混合物が無色の生成物には必要と
される。さらには、これらの方法では、少なくとも/≠
θ℃の反応温度を必要として不溶性ウレアの中間重力沈
澱を防ぐようにする。それにもかかわらずこの種の沈澱
が生じた場合(溶剤の不在下で水を用いたような方法で
、たとえば比較的低温度の結果として生じる場合)、透
明な生成物を得るために760℃以上の温度が必要であ
る。
したがってこのことは、副生物の生成をより頻繁にもた
らし、色品質の顕著な劣化をもたらす。
反応中に水分離化合物から水を解放させることにより溶
剤の不在下で製造を行うことも可能である。この製造方
法は、特に、ビユレット化剤として第三ブタノールおよ
び他の第三アルコールを用いる商業的に重要な方法を含
んでいる。しかしながら、この方法も、生成物の品質に
関し前記の全ての欠点を含む約/ど0℃の温度を必要と
する。
さらに、この方法は、可燃性ガス(イソブチン)の放出
を伴ってビユレット化剤を失う。
アルドキシムとのジイソシアネートの反応は、入手困難
なビユレット化剤の損失と、再使用不能々易揮発性副生
物(ニトリル)の生成とを特徴としている。
ジイソシアネ−1・を硫化水素と反応させると、プロセ
スに再投入できないで、費用のかかる操作で除去されね
ば々ら々い毒性のある低沸点酸硫化炭素(オキシ硫化炭
素)を生ずる。
前記の全ての製造方法は、ジイソシアネ−1・のいくら
かが、ビユレット化剤との反応にょジイソシアネートの
先駆物質であるアミンに変換される共通の要素を有して
いる。この理由がら、ジイソシアネートをそのジアミン
先駆物質と直接反応させビュレットーポリイソシアネ−
1・を製造する方法が提案されている。しかしながら、
商業的観点から、最も重要な置換基の場合、/、乙−ジ
イソシアナトヘキサンおよび(高度に発達した混合方法
を用いたときでも)ポリウレア(ジアミンの高い反応性
のために難溶性)を生ずる。ポリウレアの溶解は、極度
な高温を必要とし、このことは、色品質の劣化を伴い、
1だ副生物をたびたび伴う。
カルボジイミドおよびカルボジイミドの二次生成物が、
二量体ウレットジオン(d ime r i c ur
etdiones)および三量体イソシアヌレートの他
に生ずる。カルボジイミドは、最終生成物のモノマー安
定性に悪影響を及ぼす。
難溶性のポリウレアを生成する傾向は、使用ジイソシア
ネートであってその反応性が適当々方法たとえば立体障
害によシ大幅に下′げることができるジイソシアネート
に相箔しない炭素フレームを有するノアミンを用いるこ
とにより減少され得る。
とシわけ、生成物は、ノアミン反応体から生じ、薄層蒸
留により減ぜられ得ない多量のモノマージイソシアネー
トを含んでいる。
ω、ω′−ジアミノポリエーテルを用いると、液体のビ
ユレット含有ポリインシアネ−1・が得られる:しかし
々から、この方法は、ビユレット化剤の付加的な合成の
ために費用がかかる。さらには、これらの生成物中に存
在するエーテル基は、これらの生成物から得られるラッ
カー生成物を、暴露下で貧弱な性質とさせてしまう。
ポリウレアの生成は、モノアミンまたはN、N’−ジ置
換ウレアを用いることにより防ぐことができる。しかし
々から、この場合、これらビユレット化剤から生ずる揮
発性のモノインシアネート番叙反応混合物から除去され
ねばならない。このことは、起こる反応の化学平衡のた
めに、高められた温度ですら部分的に可能なだけである
良好な色品質を有する生成物は、ジイソシアネートを蟻
酸と注意深く反応させることにより製造され得るが、こ
れらの生成物は、まだ、多量のN−ホルミル基を含んで
いる。実質的々ビユレット構造を有するポリイソシアネ
ートを製造するため、740℃より高い反応温度が比較
的長時間必要どなり、このことが、生成物の著るしい黄
変をもたらす。その上、ビユレット化剤が、有毒々−酸
化炭素の放出を伴って消費され、よって、アンモニアお
よびアミン−アルコール混合物をそれぞれ用いる方法に
比較してかなりの問題を牛する。他の欠点は別として、
この後者の形式の方法は、改質した構造および異なる性
質のス被りトルを有する生成物を生ずる。このことは、
ジイソシアネ−1・をアンモニアと反応させることによ
り製造される生成物にもあてはまる。
顕著な色品質およびモノマー安定性を有し、ビユレット
構造をもったポリイソシアネートが、特定のトリ置換酢
酸または該カルボン酸の無水物の存在下で過剰量の脂肪
族ジイソシアネートを水と反応させることにより製造さ
れ得7ることか明らかと々っだ。
本発明は、 (a) カルボキシル基以外に他のイソシアネート反応
性基を有さないα、α、α−トリ置換酢酸および/丑だ
は (b) 前記(a)に示しだ酸の無水物、を存在させ、
ここで前記(a)成分を水1モル当り0.37モル以下
で存在させ、そして前記(b)成分を水1モル轟り約β
モル以下で存在させ、前記(a)成分と(b)成分との
合計量が水1モル当シ少なくとも0.0.2ないし約1
モルとなるようにして、高められた温度で脂肪族ジイソ
シアネートと水とを反応させることによシビュレット構
造を有するポリイソシアネートを製造する方法に関する
7個以上のエステル基を有してもよい炭化水素基に≠〜
30個、好1しくは5〜72個の炭素原子を有する直鎖
または枝分れ脂肪族ジイソシアネートが、本発明に従う
製法に用いられる。以下に例を挙げる:/μmジイソシ
アナト−ブタン、/、j−ジインノアナトーベンタン、
/、乙−ジイソシアナト−ヘキサン、/、に−ジインシ
アツートーオクタン、/、10−ジイソシアナト−デカ
ン、 2,2゜≠−トリメチル−へ乙−ジイソシアナト
ヘキサンと!、≠、≠−トリメチル−八乙−ノへソシア
ナトヘキサンとの異性体混合物、ノーメチル−/、j−
ジイソシアナト−ベンクン、2,2−ジメチル−ジイン
シアナト−ベンクン、ω−イソシアナト−カプロン酸(
2−インシアナトエチル)−エステルおよびα、ω−ジ
イソシアナトーカプロン酸エチルエステル。
/、乙−ジイソシアナトヘキサンが本発明の製法で最も
好ましく用いられる。標準的品質のジイソシアネートが
用いられ得て、予(a精製まだは熱処理が必要で々い。
本発明に必須の添加物を次に示す: a)カルボキシル基以外インシアネート反応性基を有さ
すトリ置換されているようにα−炭素原子が水素に結合
していないα、α、α−トリ置換酢酸;および/1だは b)前記の種類の酸の無水物。
適当なトリ置換酢酸およびトリ置換酢酸無水物は、たと
えば、次の一般式に相当する化合物である: 3R3R3 ここで、R1,R2およびR3は、同一でも異なってい
てもよく、アルキル基、アルコキシ基またはアルコキシ
アルキル基を示すか、寸だはα−位置にある酢酸および
酢酸無水物の炭素原子と一緒になって置換基のうちの2
つが、脂環式の猿を形成していてもよい。
前記の式の好捷しい化合物は、基R1,R2およびRが
、アルキル基を示し、基R1,R2およびR3の炭素原
子の合計が3〜乙個、好ましくは3またはグ個特に3個
である化合物である。たとえば、ノ、、2.2− )リ
メチル酢酸(ビパル酸)、ノ、!−ジメチル酪酸、2,
2,3− )リメチル酪酸、!−メチルー2−メトキシ
メチループロピオン酸または/−メチルシクロプロパン
カルボン酸が適当である。
メタアルリル酸も、本発明に従う適当なトリ置換酢酸で
ある:なぜならこれは、α−炭素原子が水素原子に結合
していないという前記の条件を渦だしているからである
。説明したように、対応する酸無水物が、前記のトリ置
換酢酸の代りに、または該トリ置換酢酸と一緒に用いら
れてもよい。
トリメチル酢酸および/まだはトリメチル酢酸無水物が
、好ましく用いられる。適当なトリ置換酢酸を他の適当
なトリ置換酢酸の無水物と共に用いることも原理上可能
である。
本発明に従う方法では、水、トリ置換酢酸および/また
はトリ置換酢酸無水物の量は、次の要件が満たされるよ
うにして割算される: /、出発ジイソシアネート対″全水量′″のモル比が、
約3:/〜、20”、/、好寸しくは約3:/〜2:/
である。ここで用語パ全水量″とは、実質的にビユレッ
ト化剤として加える水を示すはかりでなく、酸が水を分
離してその無水物に完全に変換される酸の形態で加える
潜在的々水も含むものと解釈されたい。用語″(潜在的
な)水1モル″は、用語°゛トリ置換酢酸!モル″に相
当する。
!、さらに、トリ置換酢酸および/−!たはその無水物
は、次のような量で用いられるニトリ置換酢酸0゜37
モル以下、好ましくは約0゜、l!J−モル以下および
/捷たはトリ置換酢酸無水物約!モル以下好ましくは約
0.3モル以下を水7モル当りに用い、この際、トリ置
換酢酸および/捷だはトリ置換酢酸無水物の合計量が、
水1モル当り、少なくとも0.02モル、好ましくは少
なくとも約0.03モルで多くても!モル好壕しくは約
0.5モルとする。
インシアネートと酸に不活性な溶剤で、ある程度水と混
和する溶剤の存在下で本発明の方法を実施することが有
効であろう。
以下に使用可能力溶剤の例を挙げる:エーテルたとえば
ジイソプロピルエーテル、エチレングリコールジメチル
エーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、/
、クージオキサン、テトラヒドロフランおよo: i、
、、z−ジメトキシノロノぐン;エステルたとえばブチ
ロラクトン、エチレングリコールカーボネート、および
プローレンゲリコールカーボネート;エーテルエステル
たとえばメトキシエチルアセテート、エトキシエチルア
セテート、/−メトキシプロピル−!−アセテート、2
−メトキシプロピル−/−アセテート、/−エトキシグ
ロビルーノーアセテート、および!−エトキシプロピル
ー/−アセテート;ケトンたとえばアセトンおよびメチ
ルエチルケトン;ニトリルたとえばアセトニトリル、ブ
ローオニトリルおよびメトキシプロピオニトリル;スル
ホンたとえばスルホラン、ジメチルスルホンおよびジエ
チルスルホン;燐酸エステルたとえばトリエチル−/ 
l−IJメチルホスフェート。
次のものは、好ましさの劣る溶剤である:テトラメチル
ウレア、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド
、およびジメチルアセトアミド。
本発明に従う方法は、温度約30ないし740℃好まし
くは約g0ないし/≠θ℃で行われる。
本発明に従う方法は、通常、常圧で行われる。
本発明の方法は、もちろん約/ないしjOパール、好捷
しくは約/々いしjパールの圧力で行なってよく、この
ことは特に低沸点溶剤を用いたときにいえる。
ビユレット化剤として水を用いることによりビュレット
ポリイソシアネ−1・が製造される場合、水は、カルバ
ミド酸の中間的生成を伴ってジイソシアネートと反応し
て対応するアミンと二酸化炭素を生ずる。生成するアミ
ンは、さらに、極度に速い反応でインシアネートと反応
して、難溶性であシ過剰のインシアネートと反応するこ
とになるウレアを生じ最終生成物がつくられる。
R−NGO+ H20→[R−NH−CO2H]ざツ→
R−NH2既に説明したように、困難を伴い、かなり費
用がかがシ、かつ欠点を受け入れた上で、この反応は、
受は入れられる色品質を有し、受は入れられる量の副生
物を含んだ生成物を生ずる。モノマーの安定性を損う副
生物の生成と変色についての主な理由は、全ての公知の
方法で、生成物が高温にさらされるからである。
カルボン酸をインシアネートと反応させると、(前記の
水との主反応のように)不安定で、混合したカルバミド
酸カルボン酸無水物がイ勾られ、これは、水反応での場
合のように分解して二酸化炭素を分離してカルボン酸ア
ミドを生ずる。この反応方法(I)は、脂肪族イソシア
ネートをカルボン酸と反応させる刊行物に慣用的に記載
されている。
 O II Il 、2R−NCO+ 2R’ C0OH→[,2R−NH
−C−0−C−R’ ]■ 時だ壕、特に、芳香族インシアネートに対し、もう7つ
の反応方法(II)が述べられており、これは、ウレア
、カルボン酸無水物および半分量の二酸化炭素を形成す
る。
蟻酸をインシアネートと反応させると、分子内無水物(
1nner anhydride )として−酸化炭素
を分離してウレアだけが生じ、得られるウレアが、さら
にインシアネートと反応させられてビーレットが生じる
ことがDE−As / 77≠760に記載されている
。いくつかの後の研究と、DE−O82ll−3773
0の教示は、多量のN−ホルミルウレア基がビーレット
基の代りにDE−AS / /74’ 7乙0に従う生
成物中に含まれていることを示している。
ウレアを生ずるジイソシアネートと水との反応および特
に、本発明に必須なカルボン酸および/まだはその無水
物の存在下でビユレットを生ずる得られるウレアの後続
する反応が、よシ速く、かつ低温で行われるということ
が本発明に従う発見である。
凝集し、沈澱するようにただちに生ずるウレアを伴わず
、迅速に反応してビユレットを形成するように、ビユレ
ットポリイソシアネートが、約ど0ないし約720℃も
の低温で本発明に従って製造できる。
本発明に必須々酸および/丑たは酸無水物の不在下では
、かなり親水性の溶剤の存在下ですら/グθ℃未満の温
度でたとえば/、乙−ジインシアナトヘキサンと水との
反応は、中間的に生ずるウレアの沈澱をもたらす。ビユ
レットの生成による均質化は、高められた温度で比較的
長時間の処理、たとえば710℃で2時間を必要とする
本発明に従う酸および酸無水物は、混合無水物が酸(そ
のもの自体を加えた場合の酸まだは酸無水物を用いたと
き加水分解により水と酸無水物から生じた酸)とジイソ
シアネートとから生じるという点でキャリヤーとして働
くのが明白である。
混合酸無水物は、水と反応してカルバミド酸とカルボン
酸を生ずるか、または特に、既に存在するウレアと反応
してビユレットとカルボン酸を生ずる。この理由から、
完全に均質な反応混合物を得るだめに多量の溶剤を用い
ることは最早必要でない。これに反し、少量の溶剤の不
在下または存在下で、そして本発明に従う触媒の不在下
で/、乙−ジイソシアナトヘキサンを水と直接反応させ
ると、溶解の非常に困難々ポリウレアが生ずる。記述し
たように、ポリウレアの溶解は、高められた温度を長時
間必要どする。
本発明に必須な酸以外の酸、たとえば蟻酸または酢酸は
、前記の効果を有さないか、または限られた程度有して
いるだけである:なぜならこれらは、遊離酸が再形成さ
れ得ない程度捷で酸アミドを形成してしまうからである
。蟻酸を用いた場合、ウレアおよびビユレットの部分的
形成がみられる。
しかしながら、このようにして反応する酸の量は、分子
内無水物(−酸化炭素)に変換されてしまい反応条件下
では加水分解により蟻酸を再形成しない。
本発明は、たとえば以下のようにして行うことができる
: 使用ジイソシアネートを混合分応益に入れる。
約60ないし770℃好ましくは約goないし7.20
℃の温度にある混合反応器は、用いてよい溶剤のいくら
かまだは全てと共に、生ずる二酸化炭素のだめの測定装
置を任意には有していてもよい。
水、本発明に従って一緒にまだは別々に用いられる酸お
よび/または酸無水物(任意には溶剤と共に)を計量し
てジイソシアネートまたはジインシアネート−溶剤混合
物へ加える。
酸無水物を用いた場合、酸無水物は、都合よくは、ジイ
ソシアネートと共に、さらに任意には溶剤と共に、加え
るようにする:これに対し、酸が用いられるときは、酸
と水を漸増計量 (incremental metering )する
ことが好ましい。
たとえば、ビパル酸を用いたとき、反応は、約goない
し700℃の温度で有利に行われ得る。
この場合、ビパル酸および水を一緒にし、溶剤との混合
物として計量してもよく、溶剤は、均質な混合物が得ら
れるように計算する。次に、残った量の溶剤をジイソシ
アネートと共に反応容器に加えればよい。
反応中に生ずるか、または反応混合物中に連続的に存在
する酸無水物が後に分離して、加水分解して酸を再形成
するなら、ジインシアネートと酸無水物の沸点の中間の
沸点を有する溶剤が有利に用いられ得る。たとえば、/
、乙−ジイソシアナトヘキサンを用いた々も、この要件
に合う溶剤は、トリエチレンクリコールジメチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテー
トおよび燐酸トリエチルエステルである。蒸留の間、ピ
パル酸無水物は、いくらかの溶剤と共に反応混合物から
完全に除去され得、次に、加水分解されてさらに精製す
ることなく酸を生ずる。
対照的に、用いられるべき溶剤の沸点は、カルボン酸無
水物が用いられるなら重要でない;なぜなら、この場合
、酸無水物は、ジイソシアネートと共に加えられ、反応
の完了で、過剰のモノマージイソシアネートと共にビュ
レットーポ寄合5へ・ら分離され祠で、再処理される必
要なく再使用されるからである。
いずれの場合も、溶剤の量は、たとえばDE−O8,2
gog goiの教示に従う方法で用いられる量よシも
実質的に少ない。この方法では、溶剤の量は、均質な反
応混合物が得られるように、インシアネートの量の約半
分であらねばならない。本発明に従う方法では、対照的
に、前記の量の//3ないし//10で十分であり、こ
れにより、蒸留の費用をがなり減少する。
反応を酸自体の代シに酸の無水物によシ触媒すると、匹
敵する反応時間と温度を達成するだめに、約1倍のモル
量の酸無水物が必要となる。この理由から、約700〜
720℃の僅かに上昇させた温度で行うように酸による
以外で触媒される反応では、満足な反応速度に必要な酸
無水物の量を下げることが有利である。酸と同じ量の酸
無水物を用いることに々ると、約720℃の反応温度を
選び酸で触媒された反応と同じ反応速度を達成しなくて
はなら々い。
もちろん、酸で触媒された反応は、より高い温度でも行
うことができるが、温度の上昇は、利点をもたらさなく
、副生物を生成し、特に、二量体インシアネ−1・(ウ
レットジオン)を生成して生成物の品質をほんの僅かで
はあるが害する。
ジインシアネート、酸および/捷たは酸無水物、水およ
び任意に用いてもよい溶剤を一緒にして低温で加える方
法も可能であり、この場合、反応は、この混合物を加熱
することにより開始される。酸を触媒として用いると、
反応は約50〜60℃で始まり、酸無水物を触媒として
用いると、やや高い温度(約gO℃)が必要となる。中
間的なウレアの沈澱が、必然的に生じ、これは、溶解と
ビーレットの形成に対し比較的高い温度と長時間とを要
する。しだがって、この方法は、好ましさに劣る。
低沸点溶剤(これは、特に酸無水物で触媒された方法で
特に有利に用いられる)を用いると、溶剤まだは水の損
失を減少させるために過剰の圧力の下で行うことが有効
であろう。反応中の最高圧力は、適当々手段により、た
とえば圧力弁によりZバール1でに限定することが有利
である:なぜなら、この圧力以下では、難なく、慣用の
技術的な装置が用いられ得るからである。もちろん、反
応は、比較的高圧下、たとえば反応中に生ずる二酸化炭
素の全圧力下で行なってもよい。温度および反応器が満
たされるレベルに依存して、最高、20パールまでの圧
力が、生じ得る。しかしながら、この種の場合には、特
別々高圧装置が必要である。
NCO基対水対水対任意いる酸の比は、既に説明したよ
うに広い限度内で変えることができる。この比は、得ら
れるビユレット−ポリイソシアネートのオリゴマー分布
を決定し、このことは、生成物の性質たとえばイソシア
ネートの含量および粘度を決定する。したがって、使用
NGO基の3///および///乙をそれぞれ本発明の
方法にょシ酸まだは酸/水混合物と反応させてビユレッ
トを製造する場合、23℃の粘度/ 0.000 mP
a 、 sおよび、2.3; 00 mPa 、 sを
それぞれ有する2種類のビーレットポリインシアネート
が本発明に従って得ることができる。さらに低い粘度を
有する最終生成物も、大過剰の出発ジインシアネ−1・
を用いて製造し得る。しかしながら、この方法は、蒸留
の費用の上昇および小さな容量/時間収量に起因して不
経済性が増す。
一方、変化の範囲は、非常に高い粘度を有しポリイソシ
アネートを得るために用いた非極性溶剤と漸増的に非混
和性となる生成物の形成によシ制限される。初めから存
在するジイソシアネートのNCO基の半分を越える量(
ジイソシアネート二″全水N”<3:/)を反応させる
と、当然、不溶性グルの形成を考慮しなくてはならない
反応の終了後、過剰のジインシアネート、カルボン酸無
水物および存在する溶剤を、蒸留により反応混合物から
除去する。溶剤を使用し彦<、生成する酸無水物がジイ
ソシアネートよりも低い沸点を有するなら、酸無水物の
ほとんどを、真空下の蒸留によシ反応混合物からまず除
去することが有利である。実際上、反応混合物中に存在
する酸無水物の約90%が、ジイソシアネ−1・を含量
々い純粋々形態で難なく単離され得る。残留する無水物
は、反応混合物中にとどまり、次の薄層蒸留操作でビユ
レットポリイソシアネートから過剰のジイソシアネート
と共に分離される。過剰のジイソシアネート中に残る無
水物は、本発明の方法に有害ではないので、得られる混
合物は、さらに処理することなく再使用され得る。先に
分離された無水物は、水と共に単に加熱することにょシ
加水分解され酸を生じ、再び用いることができる。生ず
る無水物の完全な加水分解は、残留する無水物も触媒作
用を有しているので不必要である。
蒸留によシ生じた酸無水物を反応溶液から完全に除去す
る方法は、ジインシアネートを不純物として含む生成物
を生じ、酸無水物を加水分解して再使用の目的で酸を生
じさせようとすると、追加の蒸留段階で精製されねば彦
らない。したがって、比較的少量用いた場合、各種の混
合物から生じた無水物を集め、−緒に処理することが好
捷しい。
使用するカルボン酸の無水物が、使用ジイソシアネート
よりも高い沸点を有するなら、両者を薄層蒸留により一
緒に除去する。しかしながら、よシ過剰のインシアネー
トのために、多量のジイソシアネートを除去せねばなら
ず、この過剰のジイソシアネ−1・の除去の間、最終生
成物中に濃縮される副生物がますます生ずる。
酸無水物が触媒として用いられると、これは、蒸留によ
り、好1しくは薄層蒸発によシ過剰のジイソシアネート
および存在するであろう溶剤と共に除去され得る。得ら
れる留出物は、さらに精製せずに再使用され得、一方、
最少限の損失に対しては、対応する量の酸無水物または
より都合よくは酸を加えることにより補償するようにす
る。しかしながら、酸無水物を(加水分解の後)遊離酸
の形態で再利用しようとするなら、ジイソシアネート、
カルボン酸、酸無水物および反応混合物中に存在するで
あろう溶剤を蒸留によシ除去することが有利である。溶
剤を用いないときは、酸無水物は、使用ジイソシアネー
トよりそれが低沸点を有するなら生じた混合物から真空
下で蒸留により可能力限り完全に抽出することが有利で
ある。実際上、経済上の観点から、混合物が、ジインシ
アネートの重量に基づいて、無水物を7〜3重量%含む
壕で、無水物の一部を純粋な形でまず蒸留し去ることが
当を得ている。残留する無水物は、反応混合物中に残シ
、次に、過剰の出発ジイソシアネートと共に薄層蒸留に
より除去される。過剰のジイソシアネート中に残る無水
物は、本発明の方法にとってのジイソシアネートの再使
用を妨げないので、薄層蒸留によシ蒸留される得られる
混合物は、工程に再使用され得る。蒸留された無水物の
大部分は、水により加水分解されて再使用され得る酸を
生成するようにしてよい。無水物の完全な加水分解は、
残留する無水物も触媒効果を有しているので必要ではな
い。生成した無水物を反応混合物から完全に除去する方
法は、いくらかの痕跡量のジイソシアネートをまだ含有
する無水物を生ずるので、これを加水分解して酸を生じ
させる前にさらに蒸留によシ精製を行わねばならない。
使用したカルボン酸に相当する無水物が、出発ジイソシ
アネートよシも高い沸点を有するなら、両者は薄膜蒸留
(thin−film distillation )
により同時に除去され、無水物を加水分解して酸を形成
させるようにするには留出物をさらに蒸留してさらに分
離させるようにする。このよう々場合、少量の無水物が
、この方法の生成物中に、すなわち、ビュレットイソシ
アネ−1・中に常に残るので、この方法は好捷しいとは
全くいえない。このことは、本発明の方法で用いられる
酸が、出発ジイソシアネートよシも低い沸点を有する無
水物を好ましく生ずることを意味している。
溶剤も用いられるなら、その沸点に依存して、溶剤は反
応混合物から分離されるが、まだは無水物と共に除去さ
れるか、まだは過剰のジイソシアネートと共に除去され
てプロセスに再投入されてよい。溶剤が、生じた酸無水
物と共に分けられるなら、無水物を任意に後に加水分解
させる場合、溶剤を、分離させる必要は々い。溶剤は、
ある環境下で水非混和性である無水物と水との間で可溶
化媒介物として働くので、加水分解に対し溶剤/無水物
混合物を用いることが有利であろう。
本発明の方法は、もちろん、連続的に行うのに非常に適
している。どの場合、ジインシアネートおよびカルボン
酸および/または酸無水物を別々にまだは混合物として
水と共にさらには任意に用いてもよい溶剤と共に、≠〜
乙個のカスケード形混合反応器の第1段目に計量して入
れる:この際これらの反応器は、最後の反応器を去るま
でに2ないしに時間の滞留時間があるようにクンデムに
連結する。個々の反応器の温度は、均一に700〜/≠
0℃でもよく、あるいは乙0℃から/グ0℃に、好壕し
くはgθ℃から720℃に上るようにしてもよい。
ジイソシアネート、生ずる酸無水物および使用してもよ
い溶剤の沸点に依存して、反応混合物は、連続的に働い
ている蒸留塔にまず通して、無水物を、任意には溶剤と
共に、分離させ、続いてビユレット−ポリイソシアネー
トが、過剰のジイソシアネートおよび残存量の無水物さ
らには存在するであろう溶剤から薄層蒸留1だは抽出に
より分けられる。(この手順は、生じた無水物を加水分
解して酸をつ\くシ再使用するときに用いられよう)。
または別法として、ビュレットーポリイソシアネ−トが
、通常の薄層蒸発により、過剰のジイソシアネート、無
水物および溶剤からまず分けられ、蒸発させられた生成
物を、さらに蒸留塔によりジインシアネートと無水物と
に分離させる。用いられ得る溶剤は、別個に分離させる
か、寸だは他の成分の7つと共に分離させる。このよう
にして生じた無水物(任意には溶剤との混合となってい
る)は、次に、連続的にまだは非連続的に、完全にまた
は部分的に、加水分解させて酸を生じさせ、過剰のジイ
ソシアネート同様にプロセスに再導入する。
/、乙−ジインシアナトヘキサンと水およびビパル酸と
の好捷しい反応の間、生ずるピパル酸無水物を、まず塔
を通じて分離させ、次に、加水分解させ、そして次にビ
ーレット−ポリイソシアネートを、薄層蒸発により過剰
の/、乙−ノイソシアナトヘキサンから分ける。
対照的に、酸無水物自体を触媒として用いたなら、酸無
水物は、過剰のジイソシアネートおよび使用されるであ
ろう溶剤と共に薄層蒸留により分離され得、生ずる混合
物が、次に、さらに精製されることなくプロセスに再投
入される。
ビユレット構造を有し本発明の方法に従って製造される
ポリインシアネートは、良好な色品質と良好々貯蔵安定
性とによシ区別でき、副生物をほとんど含まない。これ
らのポリイソシアネートは、暴露の作用に非常に抵抗性
であり優れた光沢寿命を有する制光堅牢性ラッカーの製
造に非常に適する。
本発明の製造方法を以下の例を参照l〜てさらに詳細に
説明する。百分率は、重量百分率である。
二 例/ ヘキサメチレンジインシアネートj、0≠og−(30
モル)を、接触温度計、攪拌機および還流冷却器を有す
る乙tのjツ首フラスコに90℃で入れた。蒸留水73
J P (1I−11モル)および溶解したピバル酸/
と3 P (/、、S’モル)を、2つの別別の滴下漏
斗からよく攪拌を行いつつ70分かけて漸増的に滴下し
た。この段階を開始して間もなく、一定したCO2の発
生が始まった:この添加の完了で、ガスメークを用いて
CO7,r 3./ t (標準状態で)(理論収量の
7z%)が測定された。続いて、溶液を700℃でさら
に30分間、/、20℃で60分間攪拌した。気体の発
生は全部で10/l(標準状態)(理論収量の97%)
であった。
透明な粗製ビユレット溶液のNCO含量は37./ %
であった。溶液は濾過により少量の固形物を除き、さら
に薄層蒸留によシ処理した。次に示す性質を有する。2
03fのビユレット−ポリインシアネートが得られた: NGO含有量: j、、2J−係 粘度(2、,5″℃) : 7300rnPa、s 、
APHA色数: 、20−30 モノマー含有量: OJ夕係 貯蔵後(乙週間、50℃): 0..2係薄層留出物(
,2,9gOg−)は、ガスクロマトグラフ分析によれ
ばピバル酸無水物/、t−2P(理論収量の′77%)
を含んでいた。との無水物は、さらに処理を行うとと々
〈次の実験に用いた。
例ノ ヘキサメチレンジインシアネート!、♂21rP(76
0gモル)とピパル酸無水物/ 、t 、2 !1% 
COJノモル)とを含む例/からの留出物、2.’7g
OPを、追加量のへキサメチレンジイソシアネー11.
.2.!乙1(/り、2モル)および燐酸トリエチルエ
ステル3;00m1と共に、720℃で導入した。蒸留
水72g−(4’モル)を60分間かけて滴下し、この
温度でさらにと0分間攪拌した。この時点で、C02g
7゜gt(標準状態)(理論収量の5? 7.1 % 
)が生じた。還流分離器(還流比約/:/)を有する充
填塔(高さ30cm直径3m)により/j朋で200J
の留分が得られ、これは、GC分析によればトリエチル
燐酸塩jと1とビバル酸無水物/≠/ii’−(理論収
量の73%)を含んでいた。痕跡景だけのへキサメチレ
ンジイソシアネーとが得られた。
ビバル酸溶液が、等モル量の水と急速に沸騰させること
により得られた:この溶液は、後の混合物に用いること
ができる。
州られた完全に透明な粗製ビユレットを薄層蒸留により
処理して次に示す性質のビーレット−ポリイソシアネー
+−7,9309−を得た:NCO含有量: 、、23
.7% 粘度(,23℃) : 、2330rnPa、5APH
A色数=20 モノマー含有量: < 0.7% 例3 ヘキザメチレンジイソシアネート/、乙gog−(10
モル)を、/、≠−ジオキサン100m1と共に700
℃で4LO分かげて導入し、ジオキサン100m1に4
’ OJ P (0,’l モル)のピパル酸と蒸留水
3.2.≠P (/、1モル)を含むようにした溶液を
滴下した。/、20℃でさらに30分してから、NCO
含量3j、2%(計算値は336j係)を有する透明々
粗製ビユレット溶液が、計算量のCO2の発生を伴って
生じた。溶剤を真空下で蒸留し去った後、生成物を抽出
塔でn−ヘギサンを用いて抽出した。次に示す性質を有
するビユレットポリイソシアネートが得られた: NCO含有量= 27゜3% 粘度(、,2j C) : /3.IoomPta、5
APHA色数: 70〜.20 モノマー含有量: 0.73% 貯蔵後(6週間、50℃G O,/7’f6比較例I ビバル酸の代りに等モル量の蟻酸を用いて例3のように
して製造を行なった。計算量の約半分の二酸化炭素が放
出された後、混合物は、曇り始めた。反応の過程で、ウ
レア中間生成物の多量の毛房状の沈澱が生じた。気体の
発生が完了した後、混合物を3時間/!、2℃(ジオキ
サンの還流)に加熱したが、沈澱は溶解しなかった。こ
れに続く処理は行わなかった。
比較例■ 例3と同様とし、ピパル酸の代シに同じモル量の酢酸を
用いるようにした。比較例Iと較べて僅かな最小限の曇
シがあった。反応開始後少しして、明確な黄変がみられ
、これは、反応の終りに近づくにつれより濃くなった。
この粗製ビユレット溶液はAPHA色数が/、20より
太きかったので、さらに処理は行なわなかった。
比較例■ ヘキサメチレンジイソシアネートム00I P (乙モ
ル)、無水酢酸/、2.73 g−(0,/2!;モル
)および/、≠−ジオキザン/ 00 mlを720℃
で導入し、蒸留水#’tC1モル)と共にto分間混合
した。
720℃でさらに7時間した後、反応は完了した。
水の添加の開始後まも々く、明確な黄変がみられ、これ
は反応の終りに近づくにしだがって濃くなった。この粗
製溶液のAPHA色数は/gOであったので、溶液をさ
らに処理する必要はなかった。
もう7つの混合物で、無水酢酸の量をj/Ft(0,5
モル)に増し、水添加の温度を90℃に下げだところ、
同じように濃い色の粗製ビユレット溶液が得られ、ウレ
アの沈澱によシ曇っていた。
このため、この溶液をさらに処理することは不要であっ
た。
例t i、oog ti−< gモル)の3−メチルペンクン
−へS−ジイソシアネートを90℃で導入し、jOfの
アセトンに蒸留水/乙0.2g−(0,9モル)とメタ
クリル酸/ 7.2 g−(0,2モル)を含む溶液を
41.0分かけて滴下した。710℃でさらに60分し
てから、気体の発生が終った[ Co222.3 t 
(標準状態)(理論収量の′?り、5%)〕。
真空下で溶剤を吸収し、過剰のジインシアネートを薄層
蒸留によシ除去した後、次に示す性質を有するビユレッ
ト−イソシアネート≠051が得られだ: NGO含有量:、2≠、II−チ 粘度(,2t ℃) : 、29.l00mPa、5A
PHA色数= 30〜410 モノマー含有量: 0..23〜 例j へ2乙Og−(乙モル)のトリメチル−ヘキサンー/、
乙−・ジインシアネート(j、、!、グーと2.グツグ
ーの異性体混合物)を1..200 mlの/、、、2
−ノメトキシエタン、1./ !% (θ、グまモル)
の水および//、Z7 (0,7モル)のj、、、2−
ジメチル酪酸と、40℃で混合し、この温度で攪拌した
。数分後、二酸化炭素の僅かな発生があった。5時間か
かって、CO2/り、乙t(標準状態)(理論収量のど
7J係)が発生した。この時点で、混合物は、多量の沈
澱によシ曇った。3時間かけて、温度を段階的に/≠θ
℃に上げた。沈澱は徐々に溶解し、CO□。
量は1..2.2.1 t (標準状態)(理論収量の
707%)までになった。o、、:zmrnで留出しだ
j3Iの留分が得られ、との留分は、ガスクロマトグラ
フ分析によればノア2−ジメチル酪酸無水物7.21(
理論収量の92.、!i%)を含んでいた。粗製ビユレ
ット溶液を薄層蒸留(表面温度770℃、0−3 mm
 )にかげ、次に示す性質を有するビユレット−ポリイ
ソシアネートが得られた: NCO含有量: /ど、5係 粘度C2!;’C’): //、300mPa、5AP
HA色数= ≠0 モノマー含有量:0.3オ% 例乙 ヘキサメチレンジイソシアネート3,3乙o1(,20
モル)、ピパル酸無水物0.3 g−(0,3モル)お
よび燐酸トリエチルエステル300iからなる混合物を
7.20℃でグ0分かけて720℃で導入した。蒸留水
3乙1(,2モル)を滴下した。7.20℃で2時間後
、溶液を薄層蒸留で処理した。ビユレット−ポリインシ
アネートagり01が得られた。
この留出物(2JO3f7− )を新たなヘキサメチレ
ンジイソシアネー1〜(全量で3.7り≠1)と混合し
、前記のように反応させ、との間に、水33;、/ P
(7,93モル)とピバル酸10.ノg−(0,1モル
)とを別個の滴下フィルターから漸増的に滴下した。
(ビーレットーポリインシアネ−1・b)。方法すは、
さらに3回(c−e)行なった。次に示す結果が得られ
た: 収量(e:、rりogと7 g8 どどj 了ど。
NCO含量(イ) : !3゜タ 、23.g 、23
゜ど 、23.7 23.7APHA色数 :30−’
l−03020−3θ −〇 、20モノマ含邦掴 :
 0./!; 0..2/ 0.7g O,0夕 θ、
ogfll出e/J(7J)量:、!103 .2f0
0 279!; 2IO,22103;最後の混合物の
留出物は、ガスクロマトグラフ分析によれば*M)リエ
チルエステル2909−とビパル酸無水物9ど1とを含
んでいた。したがって、触媒の損失は、損失分を補償す
るように加えたビバル酸の量より少なかった。
例7 ヘキサメチレンジイソシアネート33.乙kgC200
モル)、アセトン3tおよびピパル酸無水物71.tF
!i’l’モル)を/!θ℃−c、totの混合オート
クレーブ(管からなる冷却パンクを有するもの)に導入
し、蒸留水乙7.2g−C3≠モル)と共にピストン計
量ポンプ(piston meteringpumP 
)を用いて2時間にわたシ混合した。圧力弁を、冷却器
の頂部に固定しjバールに設定した。
約75モルの水を加え終った(≠0分)後、容器の内圧
は、予め設定したjパールに達し、二酸化炭素が逃げ始
めた。その量は、ガスメーターを用いて記録した。全部
の水を加えた後、混合物を7.20℃でさらに2時間攪
拌した。測定されたCO2の量〔標準状態でグア0.グ
tC,27モル)〕は、容器をgO℃に冷却し圧力を周
囲圧力まで下げた後、最終容積7乙、St〔標準状態(
311−0,2モル)〕に上昇した。透明で清澄な粗製
ビユレット溶液は、落下フィルム蒸発器(fallin
g fHm evaporator)を用い、溶剤、ビ
バル酸無水物およびいくらかの過剰のインシアネートを
除去し、次に薄層蒸発器を用いて蒸留した。次の性質を
有するビュレットーポリイソシアネーh / 4L、/
 kgが得られた:NCO含有量: 、2.2.3% 粘度(2夕℃G タ、J’ 00mPa、 5APHA
色数: 、!θ〜30 モノマー含有量:o、3夕係 貯蔵後(6週間、30℃)二0.73%代理人の氏名 
川原1)−穂 (≠7) 191−

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) (a) カルボキシル基以外に他のイソシアネ
    ート反応性基を有さ力いα、α、α−トリ置換酢酸およ
    び/または (b) 前記(a)に示した酸の無水物、を存在させ、
    ここで前記(a)成分を水1モル当90.39モル以下
    の量で存在させ、そして前記(b)成分を水1モル当シ
    約2モル以下の量で存在させ、前記(a)成分と(b)
    成分との合計量が水1モル当シ少なくとも0.0.2.
    ないし約2モルとなるようにして、高められた温度で脂
    肪族ジインシアネートと水とを反応させることを特徴と
    するビユレット構造を有するポリイソシアネートの製造
    方法。
  2. (2)脂肪族ジイソシアネートが、/、乙−ジイソシア
    ナトヘキサンである特許請求の範囲第1項に記載の製造
    方法。
  3. (3)トリメチル酢酸が(、)成分として用いられかつ
    /またはトリメチル酢酸無水物が(b)成分として用い
    られる特許請求の範囲第1項に記載の製造方法。
  4. (4))IJメチル酢酸が(a)成分として用いられか
    つ/またはトリメチル酢酸無水物が(b)成分として用
    いられる特許請求の範囲第1項に記載の製造方法。
  5. (5)製造を水混和性溶剤の存在下で行う特許請求の範
    囲第1項に記載の製造方法。
  6. (6)蒸留および/まだは抽出によシビュレット構造を
    有するポリイソシアネートから未反応出発ジイソシアネ
    ートを除去することを含む特許請求の範囲第1項に記載
    の製造方法。
  7. (7) (a) )IJメチル酢酸および/または(b
    )トリメチル酢酸無水物、 を存在させ、ここで前記(、)成分を水1モル当り0.
    37モル以下の量で存在させ、前記(b)成分を水1モ
    ル当シ約!モル以下の量で存在させ、(a)成分と(b
    )成分との合計量が、水1モル当シ少なくとも0.02
    々いし約2モルとし、高められた温度で/、乙−ジイソ
    シアナトヘキサンを水と反応させることを特徴とするビ
    ユレット構造を有するポリイソシアネートの製造方法。
  8. (8)蒸留および/捷たは抽出によりビユレット構造を
    有するポリイソシアネートから未反応/、乙−ジイソシ
    アナトヘキサンを除去することをさらに含んでいる特許
    請求の範囲第7項に記載の製造方法。
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