JPS6322553A - 低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネ−トの製法とその組成物 - Google Patents

低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネ−トの製法とその組成物

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JPS6322553A
JPS6322553A JP62168504A JP16850487A JPS6322553A JP S6322553 A JPS6322553 A JP S6322553A JP 62168504 A JP62168504 A JP 62168504A JP 16850487 A JP16850487 A JP 16850487A JP S6322553 A JPS6322553 A JP S6322553A
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bonded
isomer
diol
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バートン.ミリガン
ローランド.イー.グラデイン
ウイリアム.イー.スターナー
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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】 (産業上の利用分身) この発明はポリウレタンやポリ尿素エラストマーの生産
によく適合した低融点のウレタン結合トルエンジイソシ
アネートとその製法に関する。
(従来の技術〉 単核芳香族ポリイソシアネートは周知のものでポリウレ
タンやポリウレタン/尿素エラストマーの製法に広く使
用されている。これらの単核芳香族ジイソシアネートは
一般にトルエンジイソシアネート、フェニールジイソシ
アネート、クロロトルエンジイソシアネートなどのよう
な組成を含む。
ポ)ノウレタンやポリ尿素エラストマーの製法において
前記芳香族ジイソシアネートを長連類、35 ジオール
と反応させて遊離イソシアネートを含むプレポリマーを
生成させるが、その時遊離イソシアネートを短連鎖ポリ
オールまたは芳香族ジアミンで連鎖延長をさせて、ポリ
ウレタンまたはポリウレタン/尿素ニジストマーを形成
することができる。
長連類ポリオール、たとえば分子:t soo以上をも
つものはおおむね前記プレポリマーの形成に利用され、
一方前記連鎖延長剤は短連鎖ポリオールたとえばc、 
 CIOグリコールまたは芳香族ジアミンのようなもの
である。前記長連鎖ホリオールは合成樹脂に念わみ性と
ゴム弾性性状を提供する一方、前記短連鎖ポリオールま
たは芳香族リアミンは短連鎖セグメントを提供して連鎖
延長または橋かけをして前記製品合成樹脂に靭性と剛性
を加える。
単核芳香族ジイソシアネート、たとえばトルエンジイソ
シアネート(TDI )で起きる主要問題は、これらが
有毒であってその低分子量のためかなシ揮発性のものと
なっていることである。この毒性と揮発性のため、吸入
で気管の損傷や、皮屑への接触を避けるよう仕事場での
きびしい注意が必要となる。特にトルエンジイソシアネ
ートのような芳香族ジイソシアネートの短連鎖°ポリオ
ールとの反応がその分子量を増加させるので揮発性を減
少させることと、ポリウレタンの生成においてこれらポ
リオール延長芳香族ジイソシアネートの利用についてな
かなかの文献がある。代表的組成と工程を下記諸論文中
に注目できる。
米国特許第2 、969 、386号、ドイツ国特許第
756 、058号および第870 、400号は、ト
ルエンジイソシアネートのような芳香族ジイソシアネー
トをたトエハエチレングリコールやトリメチロールプロ
/マンや限られた副反応生成物との混合物のような短連
鎖ジオールまたはトリオールとで反応させた有機ポリイ
ソシアネートおよび特にウレタンポリイソシアネートの
製法を示す。前記米国特許第2.969,386号はT
DI−遊離(1チ以下)ポリイソシアネートの生成と重
合生成物の生成につながる発生した副反応に関連する問
題があったことに注目している。前記イソシアネート反
応物が増加すると、生成物は遊離未反応トルエンジイソ
シアネート金含有するようになった。これ以外の先行技
術工程においては化合物の混合物を生成させた。
前記米国特許第2 、969 、386号では前記ドイ
ツ国特許第756 、058号および第870 、40
0号で説明されている工程に関連した問題の解決を未反
応ジイソシアネートが実質的に欠けているウレタンポリ
イソシアネートを生成させて試みていた。このような成
果は、(a)前記有機ジイソシアネートを前記混合物の
緑薫よシは高いがかなり低温すなわち100℃以下の温
度で化学式通9に要求される以上の量のポリオールで反
応させて好ましくない重合反応を避けることと、(b)
前記反応混合物を脂肪族萱たは非環式炭化水素と接触さ
せることで前記製品合成樹脂を前記混合物から抽出する
ことと、(c)未反応ジイソシアネートおよびポリオー
ルを含有する溶剤層を分離することによって達成された
。この手法でだれでも未反応ジイソシアネートを含有し
ない高分子量ウレタン結合芳香族ジイソシアネートを得
ることができ、それf、ポリウレタン製造に禾」用でき
るであろう。
(発明が解決しようとする問題点) 前記米国特許第2 、969 、386号の実施例は、
2,4−および2,6トルエンジイソシアネートの65
:35の混合物を、1,3−ブチレングリコール、トリ
メチロールプロパンおよび4.98%OHを含有するポ
リエステルポリオールとのポリオール混合物とそれぞれ
3.70 : 0.18 : 0.28 : 0.00
15のモル比率で、あるいは200チ超過トルエンジイ
ソシアネートと溶剤の存在において約2時間の間80℃
の温度で反応させることを示している。未反応トルエン
ジイソシアネートの分離後、醋酸エチルに可溶の明るい
琥珀色の固体を用意した。
米国特許第3,285,951号は、トルエンジイソシ
アネートとブタンジオールのモル比が少くトモ2:1好
ましくは2乃至4:1の2.4− トルエンジイソシア
ネートと85%中間異性体を含有する2、3−ブタンジ
オールとの付加物1.t=リウレタン加工に使用する之
めの製法を開示する。ある実施例においては、トルエン
ジイソシアネートをたとえばヘキサンのような適切な溶
剤中で高速で措拌しブタンジオールを前記浴剤に加えな
がら溶解して生成物を用意した。反応が完成すると、固
体白色粉末が沈澱し念。この沈澱物をそこでポリプロピ
レングリコール、ブタンジオールおよびトルエンジイソ
シアネートと反応させた。
米国特許第3,218,348号は、ポリイソシアネー
トたとえばトルエンジイソシアネートt−ビリオール混
合物と逐次反応させて安定ウレタンポリイソシアネート
溶液の製法を開示する。継続結晶化を避けるため前記ポ
リイソシアネートをトリオールと反応させそのあとでき
た中間生成物をジオールと反応させた。特許権保有者は
上述特許第2,969.386号に説明されている手順
を先づジオールを添加しその後トリオールまたは同時に
ジオールおよびトリオールを有機溶剤の存在においてイ
ソシアネートに添加して実施すると、前記反応生成物は
溶剤中では不安定であったので数分乃至数日で結晶化す
るであろう。
米国特許第3 、076 、770号は、有機ポリイソ
シアネートを短連鎖ポリオールとの反応と米国特許第3
.218,348号に示されているようにトリオールと
ジオールの逐次添加を利用する低密度海綿状ポリウレタ
ン発泡体の製法を開示する。典型的例として、高分子量
ポリオールと三官能性ポリオールとを加えて発泡に使用
していた。イソシアネートをジオール/トリオールの混
合物と先づ反応させ、遊離イソシアネート’t−反応生
成物から分離させて前記海綿状ポリウレタンを用意した
。前記反応生酸物を溶剤中で溶解しその後ポリエステル
ポリオールと反応させてポリウレタン系を形成させた。
米国特許第3 、020 、249号は、アルキドポリ
エステルII脂と、トルエンジイソシアネートおよび1
゜2.6−ヘキサントリオールの反応から誘導した反応
生成物を含有するジイソシアネートとから剛性および半
剛性ポリウレタン発泡体の製法を開示する。トルエンジ
イソシアネート金、過剰ジイソシアネートを含有するヘ
キサントリオールと100乃至120℃の温度で反応さ
せて過剰ジイソシアネート付加物を含有する前記ヘキサ
ントリオールを形成Llが前記トルエンジイソシアネー
トは十分過ぎる位余分に含有していた。
米国特許第3 、023 、228号は、ジイソシアネ
ート7’hと、tはトルエンジイソシアネートを短連鎖
ジオールたとえばブタンジオールと水の混合物と溶剤た
とえばアセトニトリルの存在において反応させて固体低
分子量ウレタンポリイソシアネート/尿累系の製法を開
示する。約lO乃至35”Cの温度が前記反応生成物形
成に適温であるとされる。ある実m例はトルエンジイソ
シアネートを水とアセトン(溶剤)の存在において、前
記反応混合物が凝固し結晶マグマが形成する時間である
約1乃至2時間の間前記エチレングリコールと反応させ
ることを示している。また別の実施例は、トルエンジイ
ソシアネートt−ジエチレングリコールと水とに反応さ
せて軟化点が155℃であ、?23.5%のイソシアネ
ートを含有する生成物を生成させることを説明している
。結果としての低分子量生成物は典型的な例では18乃
至25L%のイソシアネート1−含有しポリウレタンプ
ラスチックの製造においては反応物として重要なもので
ある。
この発明は、比異性体比率の2,4−と2.6− トル
エンジイソシアネートを前記ポリオールと反応させて低
融点(約I乃至40°C)ウレタン結合トルエンジイソ
シアネートを生成するような方法でトルエンジイソシア
ネートを比脂肪族三官能性ポリオールと反応させて形成
される低融点のウレタン結合トルエンジイソシアネー)
 (ULTDI )を提供することである。
(問題を解決する念めの手段) この発明において、前記反応を無水条件のもとで1イソ
シアネートをトルエンジイソシアネートの環上で反応を
起させるだけの十分な温度であるが前記トルエンジイソ
シアネート環上の第二イソシアネート基の反応を起させ
るには不十分な温度で実施する。過剰生成物をその後前
記反応媒質から単離させると生成物は次のような一般式
をもつ:〔式中Rは次の式で示されるジオールの残留物
である。
OH−R−0)( (式中Rは次の特性のうちの1つまたはそれ以上を有す
るC2−12アルキレン基である:(イ)最少1基の炭
素−炭素不飽和基か、(ロ) 2−6炭素原子を有する
アルキル側鎖か、(ハ) 1乃至3個のエーテル酸素原
子)〕脂肪族ジオール基に含有されるものは1,2−ブ
タンジオール、ジエチレングリコール、2−−1fンー
1,4−ジオール、ジプロピレングリ:−ル、トリエチ
レングリコールおよびトリプロピレングリコールである
。一般に、反応生成物中の前記2,4−異性体の量は重
量で45乃至90%であるのが望ましく、2,6−異性
体の量は重量で10乃至55チが望ましい。
前記ウレタン結合トルエンジイソシアネートは独特でニ
ジストマー合成に多様な利点を提供する。
これらの利点には次のものが含まれる:(発明の効果) 高水準のイソシアネート含量/単位重量、たとえばイソ
シアネート含量が15乃至20チと、室温で低融点また
は流体特性があり、加工を実施する溶剤使用の必要性が
なくなること、トルエンジイソシアネートまたはメチレ
ンジ(フェノールイソシアネート)中での極めて高い俗
解度と、 高反応官能基すなわちポリウレタン、ポリウレタン/尿
素およびポリ尿素エラストマー生産のための2イソシア
ネート基を含有する状態を通しての機構と、 メチレン(ジンエニールイソシアネート)と比較して少
量の反応性イソシアネート系の使用ですむため反応射出
成形技法を用いてポリウレタンを生産ししかも反応性を
変動反応性の連鎖延長剤を選択して調整する能力と、 前記イソシアネート提供成分を様々な水準で前記ウレタ
ン結合トルエンジイソシアネートに1=1°等量基準で
置換する能力と、 硬質セグメントと軟質セグメント濃縮を用いて重合体能
力を制御し、またポリオール選択とジイソシアネート系
対称を用いて規則性を制御する能力、それによってだれ
もが硬度、引張シと引裂き耐性に関し異ったエラストマ
ー特性をもつ様々のエラストマー生成を可能にすること
と、多数のプレポリマー系のものと異った単位重量当シ
の比較的均一のイソシアネート含量を提供できる反応生
成物を形成する能力および、トルエンジイソシアネート
を低揮発性組成に転化し、市販インシアネー)K関連す
る劣性と反応性問題を最小限にすることにより産業用用
途にさらに適するようにする一方、同時に加工を容易に
するため作業条件においてトルエンジイソシアネートを
液状に維持する能力とである。
(作 用) この発明の実施に当シ、トルエンジイソシアネートを非
対称脂肪族ジオールと反応させて脂肪族エーテルポリオ
−/l/を選択し低分子量系を生成する。代表的トルエ
ンジイソシアネートは2つの主要異性体すなわち前記2
,4−および前記2.6−ジイソシアネートとそして随
′;#、に少量のオルト異性体、たとえば前記2,3−
および3,4−異性体を含む。市販用には、トルエンジ
イソシアネートは重量で前記2,4−と2,6−異性体
の65:35ま念は(資):20の異性体混合物である
か随意的にオルト異性物の重量で0乃至5%であると考
えられる。異性体混合物はこの範囲たとえば前記2,4
−異性体の6乃至80%と残りすなわち加乃至35%は
本質的に前記2,6−異性体である。
ウレタン結合トルエンジイソシアネート(ULTDIダ
イマー)を形成する工程に使用されるもう1つの反応体
は、4乃至lO炭素原子をもつ非対称脂肪族二官能性ポ
リオールまたは対称脂肪族エーテルでIC次式によって
説明される: 0)1−R−OR 〔式中Rは次の特性の少くとも1つをもつca−12フ
ルキレン基である: (イ)最少1基の炭素−炭素不飽和基か、(ロ) 2−
6炭素原子を有するアルキル側鎖か、(ハ) 1乃至3
エーテル酸素原子〕 好ましいジオールをジエチレングリコール、1,2−ブ
タンジオール、1,4−シト−2−エンジオール、シフ
ロピレンクリコール、トリエチレンクリコールおよびト
ルプロピレングリコールから成る基から選択する。アル
キル側鎖をもつ基に含まれている他のものは1,2−ベ
ンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,2−
ヘプタンリオールお、t ヒ1,2オクタンジオールで
ある。長連鎖ポリオールと最少500以上の分子量をも
つ特に重合ポリオールを使用するイソシアネートプレ7
 リマーの形成は普通のことであるが、これらの重合y
f 17オールは単位重量あたり高いイソシアネート含
量をもつトルエンジイソシアネート組成の生成はさせな
い。重合ポリオールは低融点系であるが、これは前記イ
ソシアネート含量を許容水準に維持するため未反応トル
エンジイソシアネートを本質的に含有している。長連鎖
ポリオールから94したポリイソシアネートプレポリマ
ーのもう1つの不利な点はポリオール分子量に左右され
る比分子量に限られていることである。これに反して、
トルエンジイソシアネートと融点が50’C以上、おお
むね40℃以上の他の生成物は加工の見地からこれらを
好ましくないものにしている。溶剤の使用が必要である
。高融点系を与え先行技術で注目された対称グリコール
の実施例はエチレングリコール、1.3− フロノ々ン
ジオール、1,3−ブタンジオールおよび1.4−ブタ
ンジオールe含む。
前記反応体系として異性体混合物を利用する大量生産工
程の諸口的の1つは異性体を受ける大量生産供給比率に
等しい量でこれらの異性体を反応させることにある。こ
の方法では、だれもが特定異性体の超過量を蓄積しない
。トルエンジイソシアネートは重量で65:35または
80:20混合物として入手可能のゆえに前記反応生成
物は約加乃至あチの2,6−異性体利用度のあることが
望ましい。
まれには、前記低融点ウレタン結合トルエンジイソシア
ネートは好ましくは80 : 20や65:35の異性
体比をもつものであるので、従って前記量産供給原料が
利用できるという点で有利である。この発明の反応生成
物は幅広<45乃至90%の2.4−と10乃至55%
の前記2,6−と好ましくは約75乃至85%の前記2
,4−異性体と15乃至25−の前記異性体をもち、こ
れが望まれている重量比である。しかし、この比率t−
最終生成物に得させるためには、2.6−異性体の反応
性が前記2,4−異性体より低いため20%以上の2,
6−異性体含量の反応供給を必要とする。重量で囚乃至
60%の前記2,4−異性体と40乃至80%の前記2
.6−の反応供給比は適切な最終用途比率を達成するた
め普通必要とされる。この水準は未反応2,6−異性体
を再循環しさらに2.4異性体と2.6異性体との供給
異性体比を減少させることで達成される。
理論によって縛ろうとする悪因はないが、だれもが前記
ウレタン結合トルエンジイソシアネートをここで明確に
されているように形成できる根本理由はトルエンジイソ
シアネートの第一イソシアネート基の反応が比較的急速
でしかも第二イソシアネート基のヒドロキシ基との反応
が比較的に緩慢であることだと考えられている。前記ト
ルエンジイソシアネート環中の第1イソシアネート基と
第2イソシアネート基の反応性差は前記異性体が2.4
−であるか2,6−異性体であるかを問わず、だれもが
適切な制御をすれば前記ウレタン結合トルエンジイソシ
アネートを前記第1イソシアネート基の反応を介しての
生成後しかも前記第2イソシアネート基の反応に先立っ
て反応を停止させることができる。そこで前記第1およ
び第2イソシアネート基間の反応性差のためだれでもオ
リゴマーすなわち組成で3以上のトルエンジイソシアネ
ート分子の生成を防止できる。全反応生成物中重量で1
0チ好ましくは5%未満のオリシマー含量が望ましい。
前記トルエンジイソシアネート中の第1および第2イソ
シアネート基間に明白な反応性差があっても、前記第2
イソシアネート基が前記有機ポリオール中の第1またけ
第2ヒドロキシのいづれかと反応してオリゴマーの生成
を防ぐためにきびしい注意が必要である。前記ウレタン
結合トルエンジイソシアネート組成を生成するためいろ
いろな特徴を観察する必要がある。その1つは前記反応
を前記トルエンジイソシアネート中のM1イソシアネー
ト基だけが反応するような十分低い温度たとえば最高(
3)℃で実施することと、その2つは前記イソシアネー
ト反応は前記2:1の理論モル比を実質的に超過して現
われることである。前記トルエンジイソシアネートのポ
リオールに対するモル比は少くとも4:1、おおむね1
乃至40:1、好ましくは8乃至16:1であることが
望ましい。
ウレタン結合トルエンジイソシアネートの選択的生成に
影響する第2の主パラメーターは温度である。温度は利
用する前記脂肪族ジオールの反応性によって変化するが
、反応性はごくわずかしか変化しない。このようなウレ
タン結合トルエンジイソシアネートを整える反応温度は
約−5℃乃至約90℃以下、好ましくは約20’C乃至
切℃の範囲である。反応温度を(9)℃以上たとえば約
関乃至(資)℃に昇温すると、低水準のトルエンジイソ
シアネートをもつ特にオリゴマーの実質的生成をだれも
が経験する。前記反応生成物中のオリゴマーは反対に望
ましい重合体特性をそこなう。前記ウレタン結合トルエ
ンジイソシアネート組成生成に最適の温度範囲は前記第
1イソシアネート基と前記2官能性7リオ一ル間反応が
比較的迅速である温度と前記第2イソシアネート基とヒ
ドロキシ基との間の反応をもたらすには不十分な温度と
の間、たとえば加乃至40℃である。
反応には溶剤を使用でき、使用された場合、前記反応体
と反応生成物はその溶剤に溶性であるものから選択しし
かも前記2官能脂肪族ホリオールとトルエンジイソシア
ネート間の反応と干渉しないものである。前記工程実施
に適切な溶剤の実施例には、アセトン、ジオキサン、テ
トラヒドロフラン、アセトニトリル等々を含む。これら
の溶剤のうち、テトラヒドロフランはそれがしばしば過
酸化物の生成で汚染されるので最小限にするがよい。溶
剤の回収を必要とする工程を排除するような反応を溶剤
の不在において実施することが好ましい。水はイソシア
ネート基と反応して尿素結合を発生させる事実を考慮し
て反応中無水状態を維持する必要がある。これらの結合
が現れると、軟化点は米国特許第3 、023 、22
8に示されているように上昇する。
所定反応体系の適切な温度範囲または温度測定の簡単な
方法は高性能液体クロマトグラフィーを用いて前記反応
をモニターする必要がある。液体クロマトグラフィーは
前記反応生成物の特性決定ができ、だれにでも中間体と
同様反応体および高分子量オリゴマーの確認を可能にす
る。遊離イソシアネート含量と中間生成の程度をモニタ
ーすることKよシ、だれにでも温度範囲内の好ましい温
度を選択させ前記ウレタン結合トルエンジイソシアネー
ト間、相当量のオリゴマー形成もなく高収量かつ高選択
性の合成をさせる。もちろん、温度がこの特定範囲内で
上昇するに従って、生成混合物は形を成し、このような
混合物にはあるいは若干の高分子量オリゴマーを含んで
いることがわかる。オリゴマー含量が過剰、たとえば重
量で10%以上の場合、温度を下げてイソシアネート反
応体量を増量してオリゴマー生成を最少限に止め、ウレ
タン結合トルエンジイソシアネートの生成を最大限にす
ることが望ましい。
トルエンジイソシアネートの短連鎖脂肪族、2官能性ポ
リオールに対する比率は、前記ウレタン結合トルエンジ
イソシアネートが反応体と反応生成物の双方の存在にお
いて比較的安定しているので広範囲にわたって変化する
ことがある。しかし、先述し念ように、オリゴマー生成
を最少限たとえば重量で2チ未満に止めかつ反応体を生
成物からの分離を容易にする目的のため、理論比(2:
1)よりもかなシ大きいNGOloHの反応体比を用い
る。
たとえば1モル脂肪族2官能性リオール当夛4乃至(9
)モルトルエンジイソシアネート、好ましくは1モルジ
オールl)8乃至12モルトルエンジイソシアネートを
利用する。
前記反応生成物を普通の方法で前記反応体から回収する
。最も容易で比較的便利な技法は次の通りである。前記
事前選択したポリオールとのトルエンジイソシアネート
の反応の後、過剰イソシア、ネートを蒸製により前記生
成物から分離できる。
(実施例) 以下の実施例は、9ウレタン結合トルエンジイソシアネ
ート異性体を発生させる非対称ジオールと同様、起き得
るウレタン結合トルエンジイソシアネート異性体の数を
非対称ジオールの2.4−および2.6− トルエンジ
イソシアネートを用いて6に減少させる対称ジオールに
対するこの発明の様様の実施態様を明らかにするため提
供されている。
これらの異性体は2.2−12,4−12,6−14,
2−14.4−14.6−16,2−16.4−および
6,6−であり、一方前記対称ジオールの異性体は2.
2−12.4−12.6−14.4−14.6−および
6.6−である。
第1実施例 機械攪拌機、温度計、滴下漏斗加熱/冷却ジャケットお
よび窒素/々−:)ヲ備えた清浄乾燥した反応フラスコ
ニ2.4−と2.6−トルエンジイソシアネートの様々
な異性体混合物を加えた。1.2−ブタンジオールの一
部を優に2時間以上かけてゆっくりと加え、それによっ
て8:1のNC01OHモル比を提供する。たえず攪拌
しながらまた前記ジャケットを通る水流を調整しながら
温度を冗乃至4゜°Cに維持した。前記ブタンジオール
の全量を添加した後、反応混合物を8時間攪拌して反応
を確実にした。生成物をぬぐいフィルム装置内で温度1
00°C1圧力Q、lmmHgで蒸製して回収し未反応
トルエンジイソシアネートを分離した。
第  I  表 前       後     2.4−72,6−TD
IO/100 0/100 0/100 109°C2
0/ 8011.5/ 88.545.4/ 54.6
38°C35/ 6523.1/ 76.970.7/
 29.332°C50/ 5040.4/ 59.6
80.9/ 19.1 30’C65/ 3557.7
/ 42.387.1/ 12.932’C80/ 2
074.4/ 25.696.8/ 3.2 38°C
100/ 0100 / 0.0100 / 0.0 
52°C上記結果が示すように、重量で1004のトル
エンジイソシアネートの前記2.4−異性体を含有する
反応体でできた反応生成物は52°Cの高融点あるいは
高軟化点を有し、前記反応生成物の融点は2.6−異性
体含量の増加とともに低下する。これに反して、100
%の2.6−異性体を含有する反応体を使用すると、前
記融点あるいは軟化点は前記I乃至謔“Cの温度範囲か
ら109“Cに上昇した。商業用途には、約I乃至40
°Cの融点あるいは軟化点は受は入れられるが、融点ま
たは軟化点いづれか高い方が取扱上の問題を提起する。
このようにしてデータは約45乃至90%の前記2.4
−異性体と10乃至55チの前記2.6−異性体をもつ
反応生成物は所望の範囲の融点あるいは軟化点をもつ生
成物を生成することを示す。この量の2,4−と2.6
−異性体は十分な異性体混合体(非対称ジオールをもつ
9と対称エーテルジオールをもつ6)になり低融点系を
生成する。量産供給原料の最適の利用のため反応体供給
には2.4−と2.6−異性体での適切な量を含んでい
て、65チ乃至80%の前記2.4−異性体と加乃至3
5チの前記2.6−異性体を有する反応生成物を生成す
る。都合のよいことには、この範囲は最低融点反応生成
物も入る範囲である。
第1表はまた、前記2.6−異性体と比較して前記2.
4−異性体の大きい反応性と、この表の前/後部かられ
かるように反応体としてのその変化百分率を示す。
第2実施例 ジオールが融点あるいは軟化点に及ぼす影響トルエンジ
イソシアネートの2.4−’2.6−異性体系の501
50混合物の様々の竜と様々なりオールを清浄乾燥した
フラスコに加えてX量でほぼ80チの2.4と20チの
2.6異性体混合物の異性体比をもつ生成物を発生させ
た。前記事前選択したジオールを1時間以上の間流下添
加した。たとえば8:1のイソシアネートとジオールの
モル比のような反応条件は本質的に第1実施例と同じで
変らない。
第■表はその結果を示す。
第■表 ULTD工の物理的性質 1,2−エタンジオール       80.1/19
.91.2−プロノ々ンジオール      81.0
/19.01.2−ブタンジオール       80
.9/19.11.3−ブタンジオール       
80.4/19.61.4−ブタンジオール     
  80.0/20.01.4−プット−2−エンジオ
ール  80.0/20.01.4−プット−2−イン
ジオール  80.0/20.01.6−ヘキサンジオ
ール      81.1/18.92−メチルはンタ
ン         74.2/25.82.4−ジオ
ール ジエチレングリコール       83.0/17.
0ジプロピレングリコール      80.0/20
.0トリエチレングリコール      78.5/2
1.5トリプロピレングリコール     80.6/
19.4TDI中での  4 NGO粘度7000 C
pIi1145−155    10チ   利用数値
なし120−125    10%   20.2(1
9,9)30−32    50幅   19.0(1
9,1)     85°C85−9010チ    
16.5(19,1)95−100    10チ  
  18.8(19,1)<20        50
係     18.2(19,3)      70’
C80−8510憾   利用数値なし 120−123   104   14.7(18,0
)     −−<20        50係   
 17.6(18,1)     130°C<20 
     50係   18.5(18,8)    
 67°C<20        50チ    16
.9(17,4)      85°C<20    
    50チ    16.5(16,9)    
  61”C<20        50チ    1
5.5(15,6)      70°C上表第■表か
ら前記非対称1.2−ブタンジオール1.4−プット−
2エンジオール、2−メチルペンタン−2,4−ジオー
ルおよび前記対称エーテルジオールTILTDI系が許
容可能軟化点を有することがわかる。前記2−メチルペ
ンタン2.4−ジオールULTDI系は低軟化点を有す
るが、それはエラストマー硬化温度で以下説明のように
分解する。前記対称ジオール、たとえば1,2−エタン
ジオールや1.4−ブタンジオールは高軟化点をもって
いた。
加えて、前記非対称ジオールから誘導した低融点UIJ
TDI系は適温で低粘度(70000plit )を有
し、トルエンジイソシアネートのようなポリイソシアネ
ート化合物中で溶解可能である。これ以外のT]LTD
I系すべては上記第1表から前記的(資)二加の異性体
比で高融点である。上記化合物のいくつかは室温で固体
として存在しガラス特性を備える。軟化点(固体がその
自重で流れ出す温度T’(1’)が加°C未満のものは
室温ではゴム性のものであった。このゴム質の周囲以下
の融点あるいは軟化点の実測は試みなかった。
第3実施例 第1実施例の手順を反復し、前記反応混合物中のポリオ
ールとそのオリゴマー生成に及ぼす影響に関シトルエン
ジイソシアネートモル反応体竜の影響を測定した。使用
ジオールは1.2−ブタンジオールであった。オリゴマ
ー含t(面積)をHPLC分析で得九オIJ−?マー含
竜(計算値)も、他の付加物は可能であったが、前記オ
リゴマーが前記3TD工/2ジオール付加物であると仮
定して前記イソシアネート濃縮から計算した。入手可能
イソシアネート含量をASTM法D 2572−80で
測定した。
下記の式はオリゴマーをチで計算するのに使用した。計
算ではオリーrマーのほとんどが3:2付加物であった
ことを示している。
多オリゴマー=((同量NCQ /裂NCO)−同量U
LTD工)/(同量オリゴマー−四@ ULTD工)第
   ぼ   表 50チロ4.2/35゜817.34チ44°C100
幅74.6/25.418.01チ39°C200幅7
7.6/22.418.67%37°C300チア9.
9/20.119.01チ32°C400%    3
0’(:’ 650悌    30“C 1400チ    30゛C % ULTDI  %オリゴマー チULTDエ チオ
リゴマ−75,2724,7382,4717,539
2,647,6389,3310,6798,011,
9995,614,3998,431,5798,24
1,7698,871,13 99,990,01 100,00 上表から前記反応生成物の軟化点はオリゴマー含竜が低
下するとともに減少しまたオリゴマー量が約5チ以下に
なると融点が35”C以下になることがわかる。
第4実施例 ポリウレタンニジストマーブラックを約80チの前記2
.4−異性体と20%の前記2.6−異性体を有する第
2実施例のウレタン結合トルエンジイソシアネートポリ
オール系から普通の方法で用意した前記エラストマーを
1.05のイソシアネート指数に基づいて商標テラサy
 (Terathane ) IQQQで市販のポリ(
テトラメチレングリコール)と反応させた。前記特定系
に混和された前記ウレタン結合トルエンジイソシアネー
トは1.2−ブタンジオールジプロピレングリコール、
ジエチレングリコールおよび2−ブテン−1,4−ジオ
ールとであった。
2−メチルペンタン−2,4−ジオールを利用する系を
試みたが、その系は硬化中に分解したので試験から除い
た。物理試験を前記ブラックを使って行い報告結果は第
■表の通り。
BT)O−1]LTD工 は81 : 19 )ルエン
ジイソシアネート/1,2−ブタンジオール系を示し、 DPG −ULTD工 は80:20)ルエンジイソン
アネート/ジゾロぎレンゲリコール系を示し、 TPG −ULTD工  は79 : 21 )ルエン
ジイソシアネート/トリプロピレングリコール系を示し
、DKG −ULTD工 は83 : 17 )ルエン
ジイソシアネート/ジエチレングリコール系を示し、 2−ブテンは8o:20トルエンジイソシアネート/1
.4−プット−2−エンジオール系を示す。
第■表から破断における引張と引裂抵抗は前記1.2−
 BDOULTDI系ニ対する方が他の低融点ULTD
I系よりもかなり高い。チ伸び率は他の系で得たものよ
りも小さいが、引張強さと引裂抵抗の増加を考えると有
意に小さいということではない。前記ニジストマーに分
与された特性のため前記BDO/ULTD工系には有意
の応用利点がある。
第■表には扱われていないが、加工性に適切な役目は前
記ULTD工が有する加工性に、ポリウレタン生成にお
いて適切な成分として使用されるに十分な低粘性があっ
たことでちるが、添加剤として使用するに十分なイソシ
アネート溶解性をも有していることである。
第5実施例 2.6− TDID性体の作用 ウレタン結合トルエイジイソシアネート1.2BDO系
はその製品中に様々の量の2.6− TD工工性性体有
することを除いて実施例4に従って、N IJウレタン
ニジストマーを用意した。その結果を第7表に示した。
MOCAはメチルビス(オルトクロロアニリン)を表わ
す。
第7表の結果は、前記BDO/ ULTD工系の前記2
,6−異性体の量を前記19チ量から前記ポリウレタン
/尿素エンストマー中の一定ULTD工当竜で増加させ
ると、引張強さはチ伸び率を実質的に低下させることな
しに増加することを示す。13%2.6−異性体の破断
における引張は19201)81から19チ2.6−異
性体系の約23001)81まで進んだ。引張抵抗も1
80から220まで増加する一方チ伸び率は860から
650%までわずかながら下った。通常引張強さが増加
するとともに伸び率の低下が予想される。
前記9および54%2,6tで、引張強さ、チ伸び率お
よび引裂抵抗は前記19俤量から増加した。
実6実施例 オリずマーがULTDエエラストマーに及ぼす影響2つ
のポリウレタンエラストマーブラックを第4実施例と同
一方法でウレタン結合トルエンジイソシアネートBDO
系から用意した。前記エラストマーをテラサy (Te
rathane ) 1,000ポリオールの45.4
部、MOCAの7.1部およびULTD工の36.2部
で配合を立てた。成分をあ°Cまで予熱し混合して型に
成形した。この型を密閉しそれを2400 p81の圧
力と100°Cの温度で2時間加圧した。前記エラスト
マーをその後100°Cの温度で12時間硬化させた。
第4表は物理的性質の結果を提供する。
第4表 物理的性質 高オリゴマー  低オリゴマー 反応体比(TD工:BODl)    3:1    
 8:1重量で係オリザマー     17.46  
   1.764 NCO17,4019,01 2,6−異性体(幅’)     22.90    
 19.10ULTD工(当t)        1.
oso      t、os。
T−1000(当り      0.625     
0.625M0CA (3−Wl )        
0.375     0.375シヨア−A硬度   
      9696シヨア−D硬度        
 5559Zooチ引張(P81)       17
60      2160200チ引張(pθi)  
     2710     3300300S引張(
Phi)      4000     4930破断
引張(psi )        5600     
5290チ伸び率(チ)         430  
    330引裂抵抗(pli )        
670      750上記結果は、オリゴマー含量
がエラストマー特性に逆影響することを示す。たとえば
、引裂抵抗は実質的に低い。チ伸び率は少くなるがこれ
は引裂抵抗の大きな増加がある時はむしろ普通である。
第7実施例 R工Mエラスター用途 反応射出成形エラストマーを2成分混合物加工に適する
モデルSA 8−20実験室用機械(オーストリヤ、キ
ットゼーのL’IMクンストストツフ、テクノロギー社
(Kunststoff ’rechno1ogte 
Gm’bH。
KittBes 、人ustria ) )を使用して
用意した。成分[Aj(Ml)■またはIIK() −
tJI、TD工 第■表ジイソシアネート)およびrB
j (ポリオール+連鎖延長剤+触媒)用10−30 
CC/ min計量型ポンプを変速(50乃至25Or
pm )電動機を使用して加工さるべき混合物に比例し
てスプロケットホイールにより同期的に運転する。歯車
を取り替えて所望の混合比を設定できる。成分「A」お
よびrBJを単一制御圧縮空気作動弁により混合室に搬
送する。
10.000から18.000 rPm tで連続調整
可能高速ローターが前記成分を混合する。前記ポンプブ
ロックと混練頭部とは移動可能ゆえ、圧縮ガスにより固
定型まで自動的に進めさせることができる。交換Q I
Jングは混練頭部と型間の封止装置の役を果たす。
ポリウレタン−尿素エラストマーは市販変性液体メチレ
ンジ(フエニールイソシアネー) ) MDI(ダウ、
ケミカル社のイソネート(工5onata )181)
ま九は芳香族ジアミン連鎖延長剤(ジエチル″トルエン
ジアミンすなわちDKTDA )で促進させた高(50
005F / mole )分子量トリオール(ダウ。
ケミカル社のボラ/ −/L/ (Voranol )
 4B15 )とのDB() −ULTD工  反応で
できていた。1.03のイソシアネート指標がすべての
エラストマーに必要であったので、この目的のため設計
された前記モデル8A 8−20サンプリングホードを
使って未混合、未反応AおよびB成分について[カリブ
レーション。
ショット」機で検査した。流れ温度をAとBの二壁貯蔵
器を通してサーモスタットし丸木の制御循環で設定しま
た、混合ブロック温度を電気抵抗加熱器で設定した。
型にサーモスタットを備えさせてからジグに装着しそれ
に混練頭部を前記射出成形作業の間送り込んだ。呼称寸
法26 X Z7 X 4 cmのアルミニウム金型内
の200 X 200 X 2 mと200 X 20
0 X 3 mの2つのキャビティを雛形剤で処理して
からおのおのに射出する。射出後、前記金型が未充填で
開放されている間に前記混合ローターを現場でインフタ
ル酸ジオクチルを用いて洗浄し、窒素がスで吹きつけ清
浄して次の−打ちに備えた。
試験ブラックを121°Cの温度で1時間の間硬化させ
、離形剤を除去して、50+1−51の相対湿度で40
時間23+1−2°Cの温度に暴露して分析試験ができ
るよう正しく整えた。物理的性質をAEl’I’M手順
に従って測定した。硬度(ASTM D 2240 )
と引張(ASTM D 1708 )測定値は5測定値
お9おのの平均であり、引裂抵抗(ASTM I)52
4ダイC)は打抜き2rPrm厚さ試験片での3測定値
の平均である。降伏引張が前記インストロン応力−歪曲
線の特性形状のため架橋R工Mエラストマーに対して報
告されている。また、前記3朋ブラツクと垂れ下りから
の5個の1“X3″ 試験片のおのおので測定した曲げ
弾性率と最大応力(As丁MD1708)を作成し、熱
安定度(ASTM D 3769 )の測度を3顛厚さ
ブラック試料を使用して4“と6“の張出しで測定する
。第1表はその結果を提供する。
第   ■   表 ウレタン結合トルエンジイソシアネートR工Mニジスト
マー 連鎖延長剤        DコTDA  DFfTD
A連鎖延長剤pph          22   2
2ポリオール        ’i’4815  V4
815イソシアネート         MD工 D1
8):G ULTD工NCO指標          
1.04  1.02シヨア−A硬度        
 9596シヨア−D硬度         4956
100チ引張(psi)         1970 
 1890200チ引張(psi)         
2720  2550300俤引張(psi )   
       3510   3210降伏引張(pH
i)       1370  1550破断引張(p
si)       3770  3350チ伸び率(
チ)        340  320引裂抵抗(pl
i)        610  650最大応力(ph
i)        1420  1590曲げ弾性率
(psi)         28000  3635
0サグ(125°C,1時間)(”X’ )    、
12   .50サグ(125°C,1時間)(’6@
)    、77  2.14第■表では、前記DII
BG −TJLTDI 系でできた前記R工Mエラスト
マーは室温曲げ弾性率では前記MD工準プレポリマーを
使用してできた同等試験片Kまさっているように思われ
る。ニジストマーを基剤としたDluG −ULTD工
 の熱安定度は、アミン連鎖延長剤とイソシアネートを
反応させて得る尿素で支配的につくられている比較的少
い対称「硬質セグメント」の比較的少い相凝離のため劣
る。(資)°Cの同値ポンプブロック温度でまた52°
CのB副流温度で、前記ULTDエウレタン結合ジイソ
シアネートの低反応性を金型充填検討により定量した。
81乃至羽°Cでは前記tlLTDIは最低機械ポンプ
速度で3廖金型(金型ランナー充填量を含み145乃至
150グラム)を完全に充填した。前記MD工凝似ゾレ
ポリマーは、71゛Cの比較的低い側流温度にもかかわ
らず前記金型を四分の玉量(114f )のみを充填し
た後ゲル化背圧が機械充填条件を超過した。前記ULT
DI系のこの比較的低い反応性は同値機械充填速度を用
いて比較的大量の連鎖延長剤含量をもつポリウレタン尿
素の生成を可能にする。

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)次式により示される低融点ウレタン結合トルエン
    ジイソシアネート組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中Rは次式で示される非対称脂肪族ジオールまたは
    対称エーテルジオールである: OH−R−OH {式中Rは次の諸特性の少くとも1つを有するC_2_
    −_1_2アルキレン基である: (イ)少くとも1基の炭素−炭素不飽和基、 (ロ)2−6炭素原子をもつアルキル側鎖または (ハ)1乃至3エーテル酸素原子}〕
  2. (2)前記Rは1,2−ブタンジオール、ジエチレング
    リコール、2−ブテン−1,4−ジオール、ジプロピレ
    ングリコール、トリエチレングリコールおよびトリプロ
    ピレングリコールから成る基から選択したジオールの残
    留物であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネートの組成
    物。
  3. (3)2,4−異性体の重量パーセントは45乃至90
    %でありまた2,6−異性体の重量パーセントは10乃
    至55%でありかつ反応生成物は重量で10%以下のオ
    リゴマーを有することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネート
    の組成物。
  4. (4)2,4異性体の重量パーセントは65乃至80%
    でありまた2,6異性体の重量パーセントは20乃至3
    5%であることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載
    の低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネートの組成
    物。
  5. (5)前記Rは1,2−ブタンジオールであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の低融点ウレタン結
    合トルエンジイソシアネートの組成物。
  6. (6)前記Rはジプロピレングリコールの残留物である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の低融点ウ
    レタン結合トルエンジイソシアネートの組成物。
  7. (7)前記Rはジエチレングリコールの残留物であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の低融点ウレ
    タン結合トルエンジイソシアネートの組成物。
  8. (8)前記Rはトリエチレングリコールの残留物である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の低融点ウ
    レタン結合トルエンジイソシアネートの組成物。
  9. (9)前記Rはトリプロピレングリコールの残留物であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の低融点
    ウレタン結合トルエンジイソシアネートの組成物。
  10. (10)(a)2,4−および2,6−トルエンジイソ
    シアネートの異性体混合物をジプロピレングリコール、
    ジエチレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,
    4−プット−2−エンジオール、トリエチレングリコー
    ルおよびトリプロピレングリコールから成る基から選択
    した短連鎖ジオールと反応させる工程と、 (b)トルエンジイソシアネート環上の第2イソシアネ
    ート基およびヒドロキシ基間の反応をもたらすには不十
    分ではあるが、前記トルエンジイソシアネートの第1イ
    ソシアネート基と前記短連鎖ジオールのヒドロキシ基間
    の反応をもたらすに十分な温度を維持する工程と、 (c)トルエンジイソシアネートの理論超過を前記ジオ
    ールのために保持する工程と、 (d)異性体混合物を前記反応生成物が重量で約45乃
    至90%の2,4−異性体および10乃至55%の2,
    6−異性体を含むように利用する工程と、 (e)前記反応生成物を反応中間体から単離する工程 とから成る低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネー
    トの製法。
  11. (11)前記反応温度を約−25乃至約90℃に維持し
    かつオリゴマー含量は重量で10%未満であることを特
    徴とする特許請求の範囲第10項記載の低融点ウレタン
    結合トルエンジイソシアネートの製法。
  12. (12)前記トルエンジイソシアネートの短連鎖ジオー
    ルとのモル比は反応を用いて約4乃至30:1であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第11項記載の低融点ウ
    レタン結合トルエンジイソシアネートの製法。
  13. (13)異性体混合物を、反応生成物が重量で75乃至
    85%の2,4−異性体と15乃至25%の2,6−異
    性体とを有することを特徴とする特許請求の範囲第11
    項記載の低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネート
    の製法。
  14. (14)トルエンジイソシアネートとジオールのモル比
    を8乃至20:1の水準で維持しかつオリゴマー含量が
    重量で約5%であることを特徴とする特許請求の範囲第
    13項記載の低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネ
    ートの製法。
  15. (15)前記ジオールは1,2−ブタンジオールである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第13項記載の低融点
    ウレタン結合トルエンジイソシアネートの製法。
  16. (16)前記ジオールはジエチレングリコールであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第13項記載の低融点ウ
    レタン結合トルエンジイソシアネートの製法。
  17. (17)前記ジオールはジプロピレングリコールである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第13項記載の低融点
    ウレタン結合トルエンジイソシアネートの製法。
  18. (18)前記ジオールは1,4−プット−2−エンジオ
    ールであることを特徴とする特許請求の範囲第13項記
    載の低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネートの製
    法。
  19. (19)(a)2,4−および2,6−トルエンジイソ
    シアネートの異性体混合物を次式で示される短連鎖ジオ
    ールと反応させる工程と、 OH−R−OH 〔式中Rは次の諸特性のうち少くとも1つを有するC_
    2_−_1_2アルキレン基である: (イ)少くとも1基の炭素−炭素不飽和基 (ロ)2−6炭素原子をもつアルキル側鎖または (ハ)1乃至3エーテル酸素原子〕 (b)トルエンジイソシアネート環上の第2イソシアネ
    ート基およびヒドロキシ基間の反応をもたらすには不十
    分ではあるが、前記トルエンジイソシアネートの第1イ
    ソシアネート基と前記短連鎖ジオールのヒドロキシ基間
    の反応をもたらすに十分な温度を維持する工程と、 (c)トルエンジイソシアネートの理論超過を前記ジオ
    ールのために保持する工程と、 (d)異性体混合物を前記反応生成物が重量で約45乃
    至90%の2,4−異性体および10乃至55%の2,
    6−異性体を含むように利用する工程および (e)前記反応生成物を反応中間体から単離する工程と
    から成る低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネート
    の製法。
  20. (20)前記工程(c)においてトルエンジイソシアネ
    ートとジオールのモル比は8乃至20:1でありかつオ
    リゴマー含量は重量で10%未満であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第19項記載の低融点ウレタン結合ト
    ルエンジイソシアネートの製法。
  21. (21)異性体混合物を反応生成物が重量で75乃至8
    5%の2,4−異性体および15乃至25%の2,6−
    異性体を有するよう調整することを特徴とする特許請求
    の範囲第20項記載の低融点ウレタン結合トルエンジイ
    ソシアネートの製法。
  22. (22)前記短連鎖ジオール中のRは1,2ブタンジオ
    ールの残留物であることを特徴とする特許請求の範囲第
    20項記載の低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネ
    ートの製法。
  23. (23)前記短連鎖ジオール中のRはジエチレングリコ
    ールの残留物であることを特徴とする特許請求の範囲第
    20項記載の低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネ
    ートの製法。
  24. (24)前記短連鎖ジオール中のRはトリプロピレング
    リコールの残留物であることを特徴とする特許請求の範
    囲第20項記載の低融点ウレタン結合トルエンジイソシ
    アネートの製法。
JP62168504A 1986-07-08 1987-07-06 低融点ウレタン結合トルエンジイソシアネ−トの製法とその組成物 Pending JPS6322553A (ja)

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