KR20000071217A - 산 작용화된 폴리우레탄 부가물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산-작용화된 폴리우레탄 부가물 및 이러한 부가물의 제조방법에 관한 것이다. 직쇄 또는 바람직하게는 측쇄 구조를 갖는 부가물은 내부에 다수의 우레탄 결합 및 분자당 하나 이상의 말단 카복실산 그룹을 포함한다. 이러한 산-작용화된 폴리우레탄 부가물은 도료 조성물에서 사용될 수 있는 바와 같은 가교-결합된 수성 고무 라텍스의 제조에 중요하다고 밝혀졌다.

Description

산 작용화된 폴리우레탄 부가물{Acid functionalized polyurethane adducts}

본 발명은 구조-말단 카복실산 그룹을 포함하는 폴리우레탄 부가물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 내부에 다수의 우레탄 결합을 갖고, 분자당 하나 이상의 말단 카복실산 그룹을 부가적으로 갖는 부가물에 관한 것이다.

일반적으로, 우레탄-함유 부가물은 유기 폴리이소시아네이트를 활성 수소-함유 물질과 반응시킴으로써 제조된다. 반응은, 미국 특허 제4,079,028호에 기술된 바와 같이, 용매와 각종 첨가되는 이소시아네이트의 존재하에 활성 수소-함유 물질을 사용하여 수행하여 어떠한 이소시아네이트 작용기 또는 이소시아네이트-반응 작용기도 거의 갖지 않는 최종 생성물을 생성한다. 기술된 생성물은 도료 조성물 및 화장품을 포함한 각종 적용 분야에서 레올로지 개질제로서 중요하고 필수적으로 비반응성인 생성물이다. 그러나, 미국 특허 제4,079,028호에서 보고된 바와 같은 부가물의 제조방법은 바람직하지 않은 겔화 또는 고체 형성을 일으키는 분자량 증가를 조절하는데 불완전하다는 점을 유의해야 한다. 액상 부가물은 일반적으로 산업 공정에서 편리하게 이용된다.

현 상황에서 이러한 부가물을 개질시키고 다양한 임무를 수행하도록 "조절된"된 대체 분자를 제공함으로써 이들의 레올로지 특성이 예를 들어, 표면 보호 및 부착을 포함하는 또 다른 적용 분야에서 이용될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 표면 보호란 보호 물질로 표면을 도포시킴으로써 표면을 보호하는 것으로 여겨진다. 부착이란 제1 표면을 동일하거나 상이한 기판일 수 있는 제2 표면에 결합시키는 것으로 여겨진다. 통상의 표면 도포 화학 및 부착 기술에서, 간혹 다수의 상이한 분자가 연속해서 또는 배합물로 사용되어 목적하는 최종 결과를 수득한다. 따라서, 다중 분자를 사용해야 하는 필요성을 감소시키거나 심지어는 없앨 수 있는 대체 분자를 제공하는 것이 바람직하다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은 바람직하게는 실온에서는 액체이고, 중합체 쇄의 말단이 카복실산 그룹으로 작용화된 폴리우레탄 부가물의 제조에 관한 것이다. 카복실산이 이소시아네이트 잔기에 대해 반응성이기 때문에, 우레탄 결합 및 카복실산-작용기를 함유하는 중합체를 형성할 수 있는 합성 공정을 개발할 필요가 있다.

제1 양태에서, 본 발명은 주쇄의 말단이 하나 이상의 카복실산-작용 그룹으로 캡핑되고 다수의 우레탄 결합을 갖는 주쇄를 포함하는 폴리우레탄 중합체에 관한 것이다.

제2 양태에서, 본 발명은 다수의 우레탄 결합을 갖고 하나 이상의 알킬 에스테르 잔기로 말단-캡핑된 주쇄를 포함하는 에스테르-개질된 폴리우레탄 중합체를 비누화시킴을 포함하여, 말단이 하나 이상의 카복실산-작용 그룹으로 캡핑되고 다수의 우레탄 결합을 갖는 주쇄를 포함하는 폴리우레탄 중합체의 제조방법에 관한 것이다.

제3 양태에서, 본 발명은 라텍스(latex)가 상기 언급된 폴리우레탄 중합체의 존재하에 제조되는 수성 라텍스의 제조방법에 관한 것이다.

제4 양태에서, 본 발명은, 라텍스가 상기 언급된 바와 같은 산-작용화된 폴리우레탄 중합체의 존재하에 제조되는, 수성 라텍스를 포함하는 도료 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 폴리우레탄 중합체는 다수의 우레탄 결합을 갖고 말단이 하나 이상의 카복실산 그룹으로 말단-캡핑된 주쇄를 포함함을 특징으로 한다. 유리하게는 중합체 주쇄는 방사형 또는 별 모양의 구조를 가지나 또한 수지상의 나무 모양이거나 선형 구조일 수도 있다. 방사형 구조일 경우, 중합체의 분자당 반경은 유리하게는 3 내지 8, 바람직하게는 3 내지 6이고, 분자당 하나 이상, 바람직하게는 3 내지 8, 보다 바람직하게는 3 내지 6개의 말단 카복실산-작용 그룹을 함유한다. 매우 바람직한 양태에서, 각각의 방사형 부분은 카복실산 그룹에 의해 말단-캡핑된다. 다음에 기술된 바와 같은 제조방법을 참조로 하여 폴리우레탄 중합체의 화학적 본질을 충분히 이해할 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 산-작용화된 폴리우레탄 중합체는 특정한 알킬 에스테르 부가물의 비누화를 포함하는 방법에 의해 수득된다. 알킬 에스테르 부가물은 하나 이상의 알킬 에스테르 잔기에 의해 말단-캡핑되고 다수의 우레탄 결합을 함유하는 주쇄를 갖는다. 알킬 에스테르 말단-캡핑된 폴리우레탄 중합체 그 자체는 먼저 (a) 폴리이소시아네이트[당해 폴리이소시아네이트는 폴리알에 대한 반응성이 상이한 분자당 둘 이상의 이소시아네이트 잔기를 포함한다]를 (b) 화학량론적 함량의 폴리알(polyahl)[당해 폴리알은 분자량이 60 내지 20000이고 분자당 -OH, -SH, -COOH, -NHR(여기서, R은 수소, 알킬 또는 아릴이다) 또는 에폭시로부터 선택된 둘 이상의 이소시아네이트-반응성 작용 그룹을 함유하는 유기 물질이다]과 반응시켜 이소시아네이트-말단 중간체를 형성하고, 두번째로 상기 중간체를 하이드록실 알킬 에스테르와 반응시키는 용매를 함유하지 않는 2단계 방법에 의해 수득된다.

알킬 에스테르-캡핑된 폴리우레탄 중합체의 제조방법에서 제1 단계는 반응 온도가 100℃를 초과하지 않고 첨가된 폴리알의 총량이 폴리이소시아네이트에 대해 화학량론적 당량 미만이 되도록 폴리알을 폴리이소시아네이트에 조절된 속도로 첨가하면서 필수적으로 무수 조건하에 우레탄-촉진 촉매의 부재하에 수행한다. 제2 단계에서, 하이드록실 알킬 에스테르는 중간체의 이소시아네이트 함량에 대해 화학량론적 당량 이상의 총량으로 첨가된다. 이러한 화학량론적 당량은 중간체에 존재하는 모든 이소시아네이트-작용기 전환을 만족시키기 위해 필요하다.

다음은 반응물 및 가공 파라미터에 대한 보다 상세한 설명이다.

말단 알킬 에스테르 작용기를 갖는 폴리우레탄의 제조방법에 사용된 폴리이소시아네이트(이하, "부가물")는 분자당 둘 이상의 이소시아네이트 잔기를 갖고 폴리알의 이소시아네이트-반응성 그룹과 관련하여 반응성에서의 차이점에 의해 구별된다. 반응성 차이점은 분자량 분포가 좁은 생성물의 제조를 최적화시키고 겔형 또는 비액체 생성물을 생성시키는 고급 올리고머의 형성에 대한 잠재성을 감소시킨다. 폴리이소시아네이트가 분자당 셋 이상의 이소시아네이트 그룹을 함유하는 경우, 이소시아네이트 잔기 각각의 상대적 반응성은 고급 올리고머의 형성을 최소화시킬 수 있을 정도이다. 적합한 폴리이소시아네이트는 지방족 또는 바람직하게는 방향족 폴리이소시아네이트일 수 있고, 특히 방향족 또는 지방족 디이소시아네이트일 수 있다. 디이소시아네이트 그룹 각각의 상대적 반응성이 상이한 경우, 디이소시아네이트의 사용에 대한 잇점은 이소시아네이트-말단의 중간체에 존재할 수 있는 자유로운 비반응성 폴리이소시아네이트의 양을 제2 방법 단계에 대한 물질 요건의 후속적인 장점 및 또한, 최종 용도 중의 부가물의 가치에 제한할 수 있도록 하는 것이다. 적합한 방향족 폴리이소시아네이트의 예는 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐이소시아네이트 및 폴리메틸렌 폴리페닐이소시아네이트를 포함한다. 적합한 지방족 폴리이소시아네이트의 예는 이소포론 디이소시아네이트, 1-이소프로필-2,4-디이소시아네이토 사이클로헥산, 헥사메틸렌-1,6-디이소시아네이트 및 1-메틸-2,4-디이소시아네이토 사이클로헥산을 포함한다. 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐이소시아네이트의 이성체 또는 이들의 혼합물을 포함하는 폴리이소시아네이트가 바람직하다. 상대적 이소시아네이트의 반응성 측면에서, 2,4'-메틸렌 디페닐이소시아네이트 및 두드러지게는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트 또는 이러한 디이소시아네이트를 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다.

본원에서 부가물의 제조방법에 사용된 "폴리 활성 수소 함유 물질"을 의미하는 폴리알은, 작용 그룹이 -OH, -SH, -COOH, -NHR(여기서, R은 수소 또는 알킬 잔기이다) 또는 에폭시를 포함하는, 분자당 둘 이상의 이소시아네이트-반응성 작용 그룹을 포함한다. OH 작용기를 함유하는 폴리알, 즉 폴리올이 바람직하다. 폴리알은 이러한 작용성을 분자당 8개 이하, 바람직하게는 2 내지 8개, 보다 바람직하게는 3 내지 8개, 가장 바람직하게는 3 내지 6개 함유할 수 있다.

본 발명의 방법에 사용된 폴리알의 수 평균 분자량은 60 내지 20,000, 바람직하게는 200 이상, 가장 바람직하게는 1000 이상, 보다 더 바람직하게는 2000 이상, 바람직하게는 15,000 이하, 보다 바람직하게는 10,000 이하이다. 바람직한 양태에서, 폴리알은 옥시알킬렌 실체가 옥시에틸렌, 옥시프로필렌, 옥시부틸렌 또는, 특히 옥시프로필렌-옥시에틸렌 혼합물을 포함한, 이들중 둘 이상의 혼합물을 포함하는 폴리옥시알킬렌 폴리올이다. 본 발명에 사용될 수 있는 대체 폴리올은 폴리알킬렌 카보네이트계 폴리올 및 폴리포스페이트계 폴리올을 포함한다. 선택된 폴리올의 특성은 일부 수용해도가 부가물에 부여되는지의 여부에 따라 좌우되는데, 이는 특정 용도에 대해서는 잇점이고 또 다른 용도에 대해서는 단점일 수 있다. 수용해도는 분자량이 낮거나 옥시에틸렌 함량이 증가된 폴리올의 선택에 의해 향상될 수 있다.

적합한 폴리옥시알킬렌 폴리올의 예는 폴리우레탄, 윤활제, 계면활성화제 용도로 사용되는 각종 시판 폴리올이고, 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)에 의해 시판되는, 분자량이 각각 2000 및 4000인 것으로 사료되는 보라놀(VORANOL)^TMP-2000 및 P-4000으로 지칭되는 폴리옥시프로필렌 글리콜; 분자량이 약 600이고 옥시에틸렌 함량이 65중량%인 것으로 사료되는 다우팩스(DOWFAX)^TMDM-30과 같은 폴리옥시프로필렌-옥시에틸렌 글리콜 및 분자량이 5500이고 옥시에틸렌 함량이 65중량%인 것으로 사료되는 시날록스(SYNALOX)^TM25D-700; 더 다우 케미칼 캄파니에 의해 시판되는, 테르랄록스(TERRALOX)^TM이란 상품명으로 시판 중이고 분자량이 각각 700 및 980인 것으로 사료되는 제품 WG-98 및 WG-116으로서 지칭되는 폴리옥시에틸렌 트리올 및 분자량이 각각 1000 및 3000인 것으로 사료되는 보라놀^TMCP 1000과 CP 3055, 분자량이 3000이고 옥시에틸렌 함량이 10중량%인 것으로 사료되는 보라놀^TMCP 3001 및 분자량이 6000이고 옥시에틸렌 함량이 15중량%인 것으로 사료되는 보라놀^TMCP 6001로서 지칭되는 폴리옥시프로필렌-옥시에틸렌 트리올; 둘 다 더 다우 케미칼 캄파니에 의해 시판 중인, 분자량이 700인 것으로 사료되는 보라놀^TMRN-482를 포함하는 폴리옥시프로필렌 헥스올 및 분자량이 975인 것으로 사료되는 테르랄록스^TMHP-400을 포함하는 폴리옥시에틸렌 헥스올; 예를 들어, 수크로즈와 같은 탄수화물 개시제를 기본으로 하고 보라놀^TM370[제조원: 더 다우 케미칼 캄파니]에 의해 예증되는 화합물을 포함하는 우수한 작용성 폴리에테르 폴리올을 포함한다.

하이드록실 알킬 에스테르는 바람직하게는 분자당 하나의 하이드록실 그룹을 함유하는 유기 물질이다. 다중 하이드록실 그룹의 존재는 바람직하지 않은 커플링을 일으키고 분자량을 증가시키기 때문에 일반적으로 바람직하지 않다. 하이드록실 알킬 에스테르가 바람직하며, 대체 1가-작용화된 알킬 에스테르가 대체 작용성이 상이한 이소시아네이트-반응 작용 그룹, 예를 들어, -SH, -COOH 또는 NHR(여기서, R은 수소 또는 알킬이다), 또는 에폭시인 경우에 또한 사용될 수 있는 것으로 여겨진다. 적합한 하이드록실 알킬 에스테르의 예는 메틸 락테이트, 3-하이드록시디메틸글루타레이트 및 화학식 HO-R'-COOR"(여기서, R'는 지방족 C1-C10, 방향족, 지환족일 수 있고, R"는 C1-C3 알킬 또는 페닐이다)의 구조물을 포함한다.

상기 언급된 바와 같이, 알킬 에스테르 말단-캡핑된 폴리우레탄 중합체 우레탄-함유 부가물의 제조방법은 제1 및 제2 단계 방법을 포함하며, 임의로 제1 단계와 제2 단계 사이에 중간 단계가 존재한다.

제1 단계는 필수적으로 무수 조건하에 100℃를 초과하지 않는 반응 온도에서 폴리이소시아네이트와 폴리알을 반응시킴으로써 이소시아네이트-말단 중간체의 제조에 관한 것이다. "필수적으로 무수 조건"이란 물이 존재할 경우, 그 양이 전체 폴리이소시아네이트와 폴리알 반응물의 1500ppm 미만, 바람직하게는 750ppm 미만, 보다 바람직하게는 350ppm 미만임을 의미한다. 물이 그 이상의 양으로 존재할 경우, 겔 또는 고체 생성물이 형성될 위험이 증가한다. 반응 온도는 유리하게는 20℃이상, 보다 바람직하게는 약 35℃이상, 바람직하게는 80℃ 미만, 보다 바람직하게는 70℃ 미만이다. 보다 높은 반응 온도에서, 상대적인 이소시아네이트 반응속도의 유리한 효과는 실질적으로 감소될 수 있고, 또한 이소시아네이트는 바람직하지 않은 알로포네이트 반응에 의해 소모될 수 있다. 폴리알은 조절된 속도로 폴리이소시아네트에 첨가되어 반응 온도가 100℃를 초과하지 않으며, 첨가된 폴리알의 총량은 폴리이소시아네이트에 대해 화학량론적 당량 미만이다. 폴리알의 총량은 유리하게는 당량 0.99를 초과하지 않고, 바람직하게는 당량 0.95을 초과하지 않으며, 유리하게는 이소시아네이트 1당량당 0.1 이상, 바람직하게는 0.25 이상, 보다 바람직하게는 0.5이상이다.

상기 언급된 바와 같이, 제1 방법 단계는 필수적으로 무수 조건에서 가공 보조제의 부재하에 수행된다. 본원 발명에서 "가공 보조제"란 용어는 이소시아네이트를 활성 수소 원자와 반응시킴으로써 우레탄 결합의 형성을 촉진시키는 물질을 의미한다. 잠재적인 겔 형성, 고형화를 최소화시키기 위해, 우레탄 형성 또는 이소시아네이트 이량체화 또는 삼량체화를 촉진시킬 수 있는 어떠한 촉매 또는 촉매 종결 잔사, 예를 들어 아세트산칼륨도 함유하지 않는 폴리알을 사용하는 것이 유리하다. 또한 중간체의 제조시 겔 형성을 최소화시키기 위해, 산 함량을 갖는 폴리알, 특히 폴리올을 사용하는 것이 유리한데, 이소시아네이트-말단의 초기중합체의 제조시의 이러한 공정은 당해 기술 분야에서 공지되어 있다.

생성된 이소시아네이트-말단 중간체가 매우 자유로운 미반응성 이소시아네이트 함량을 가질 경우, 당해 방법의 제2 단계로 진행하기 전에 펜탄 또는 헥산을 포함하는 적합한 용매를 사용하여, 예를 들어, 증류 또는 추출 기술에 의해 이러한 함량을 감소시키는 것이 유리하다. 자유로운 미반응성 이소시아네이트는 캡핑된 생성물을 제공하는 제2 방법 단계에 참여할 수 있으며, 최종 생성물에서의 이의 존재는 특정한 말단 용도의 성능에 영향을 미칠 수 있다.

당해 방법의 제2 단계에서, 이소시아네이트-말단 중간체를 중간체의 이소시아네이트 함량에 대해 화학량론적 양 이상으로 하이드록실 알킬 에스테르와 반응시킨다. 제2 단계에서, 가공 온도는 반응 시간의 편의에 따라 선택되고 생성된 부가물의 질 및 최종 용도에서의 그 성능에 손상을 끼치지 않으면서 100℃ 이상일 수 있다. 일반적으로 120℃ 이상의 온도로의 노출은 알로포네이트 형성을 포함한 바람직하지 않은 부작용을 피할 목적으로 최소화되어야 한다. 이소시아네이트-말단 중간체와 다작용성 물질과의 반응은, 필요할 경우, 적합한 우레탄-촉진 촉매를 사용하여 가속화시킬 수 있다. 이러한 촉매의 대표적인 예는 폴리이소시아네이트와 폴리올과의 반응에 의해, 예를 들어, 폴리우레탄 기포의 제조시에 사용된 바와 같은 3급 아민 화합물 및 오가노틴 화합물을 포함한다. 제2 단계에서 촉매를 사용하면 촉매의 부재하에 제조된 화합물보다 점도가 높은 최종 부가물을 생성시킬 수 있다고 알려졌다.

상기 2단계 방법은 부가물의 현재 바람직한 제조방법인데, 이는 각종 하이드록실 알킬 에스테르와 반응하여 상이한 응용 분야에 적합한 부가물을 제공할 수 있는 표준 중간 마스터 뱃치를 제조할 수 있는 가능성을 제공하기 때문이다. 나머지 방법은, 예를 들면 먼저 다작용성 물질을 과량의 폴리이소시아네이트와 반응시켜 또 다른 이소시아네이트-말단 중간체를 수득하고, 이어서 이 중간체를 폴리알과 반응시킴을 포함할 수 있다고 사료된다. 또 다른 방법은 뱃치식과는 대조적인 연속 제조 공정을 포함할 수 있다.

이와 같이 수득한 알킬 에스테르 말단-캡핑된 폴리우레탄 중합체는 에스테르 작용성을 일으키는 염기성 물질과 연속적으로 접촉하여 가수분해되고 산으로 전환된다. 바람직한 염기성 물질은 수성 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 포함한다. 가수분해 후 수득된 산은 유기 화학에서 실제로 사용되는 통상의 산/염기 용매 추출 기술에 의해 분리될 수 있다.

본원에서 기술된 산-작용화된 폴리우레탄 부가물은 라텍스 제조 공정에서 중요하고 이에 의해 폴리우레탄 중합체에 레올로지 특성 및 라텍스의 안정성을 부여할 수 있다. 산-작용성은 라텍스를 동시에 가교결합시킴으로써 제공된다. 고무 라텍스를 제조하는 공정에서 사용되는 경우, 산 작용화된 폴리우레탄은 산으로서 또는 바람직하게는 금속 카복실레이트 염으로서 직접 사용될 수 있고, 여기서 금속은 통상적으로 나트륨 또는 칼륨이다. 금속 카복실레이트 염을 사용하면 수성 공정 조건과의 혼화성이 증진된다. 이러한 가교결합된 라텍스는 특히, 도료 조성물을 포함하는 광범위한 산업 분야에서 사용된다.

본 발명은 하기 실시예에 의해 예시되고 다른 언급이 없는 한, 모든 부와 퍼센트는 중량기준이다.

실시예 1

제1 단계에서, 톨루엔 디이소시아네이트 125.9중량부를 반응 용기에 도입시켜 질소 대기하에서 50℃로 한다. 톨루엔 이소시아네이트에 하이드록실 760 당량이고, 옥시에틸렌 대 옥시프로필렌의 중량부의 비가 57:43인 글리세린-개시된 폴리(옥시에틸렌-옥시프로필렌)폴리올 500중량부를 교반하면서 8 시간 동안 점증적으로 첨가한다. 첨가 속도는 온도 오차가 ±10℃ 이상을 피하도록 조절한다. 이어서 수득한 혼합물은 50℃로 유지시키고 제조 공정의 다음 단계로 진행되기 전에 연속적으로 12시간 동안 더 교반한다

다음 단계에서, 상기 중간체는 이소시아네이트 함량을 기준으로 (S)-(-)-메틸 락테이트의 화학양론적 양과 반응시켜 에스테르-캡핑된 폴리우레탄 부가물을 제공한다.

이소시아네이트 작용화된 반응성 중간체(NCO 0.2074 당량)를 기계적 교반기, 환류 응축기, 열전대 프로브, 질소 유입구 및 추가의 깔대기가 장착된 1리터 용적의 5구-프랜지 반응 용기에 충전시킨다. 질소 기체 공급 및 반응 용기로의 유입구 사이에 진한 황산을 함유하고 무수 황산칼슘을 함유하는 각각의 튜브를 건조시키는 드레스켈(Dreschel) 병이 존재한다. 이는 미량의 수분이 제거될 수 있도록 한다. (S)-(-) 메틸 락테이트(OH 0.2074 당량)를 추가의 깔대기에 충전시킨다. 이어서 반응 용기의 내용물은 온도를 50±1℃로 상승시킨다. 이 온도에 도달하면, (S)-(-) 메틸 락테이트를 중간체에 80g/h의 속도로 첨가한다. 교반 속도는 약 750±50rpm이다. (S)-(-) 메틸 락테이트 첨가가 완료된 후, 디부틸틴 디라우레이트 촉매(DABCO™ T-12) 0.92g을 반응 용기의 내용물에 가한다. 반응 동안 주기적으로 적외선 스펙트럼을 기록한다. 이소시아네이트-작용 그룹(2270㎝-1)과 관련된 흡광도가 중간 적외선 스펙트럼에 더이상 존재하지 않을 때까지 반응을 진행시킨다. 메틸 에스테르 작용화된 폴리우레탄 부가물을 수득하기 위한 총 반응 시간은 2시간 이다.

카복실산 말단-캡핑된 폴리우레탄 중합체는 이렇게 수득한 에스테르의 가수 분해에 의해 수득된다.

메틸 에스테르-작용화된 폴리우레탄 부가물(51.74부) 및 0.1M 수산화나트륨 용액(Baker 시약, 497.10g)을 10% 용액(중량/중량)을 수득하기 위해 기계적 교반기, 환류 응축기, 열전대 프로브 및 질소 유입구가 장착된 1리터 용적의 3구-환저 플라스크에 충전시킨다. 이어서 플라스크 내용물의 온도를 60±2℃로 상승시키고 이로 인해 이들은 서서히 환류된다. 교반 속도는 약 750±50rpm이다. 먼저 메틸 에스테르-작용화된 폴리우레탄 부가물이 수산화나트륨 수용액 위의 상층으로서 존재한다. 반응이 진행됨에 따라, 에스테르 층은 점점 사라지고 다소 '어두운' 회색을 띠는 투명한 용액을 수득한다. 총 반응 시간은 20시간이다. 이 시간 후, 플라스크 및 내용물은 주변 온도로 냉각된다. 이어서 용액을 진한 염산(Baker 시약)을 사용하여 약 pH 1로 산성화시킨다. 약 pH 2에서, 중합체 산은 수성 층 위에 크림 색의 유액같은 층을 형성하여 수성 상으로부터 분리되기 시작한다. pH는 통상의 지시지를 사용함으로써 측정된다. 카복실산은 물에 불용성이나 유기 용매에는 가용성이다. 클로로포름(Baker 시약)을 추출 용매로서 사용한다. 염화나트륨의 포화 용액(증류수 중)을 클로로포름-생성물/수성층에 가한다. 클로로포름을 40±1℃/3 내지 5mmHg에서 회전식 필름 증발을 통해 카복실산-작용화된 폴리우레탄 부가물로부터 제거한다. 생성물은 분광학적 기술을 통해 분석하여 특정 작용 그룹의 존재를 검출하고 산가 측정을 위해 pH 적정기를 통해 분석하고, 몰 질량 및 몰 질량 분포를 위해 크기 배제 크로마토그래피를 통해 분석한다.

Claims (18)

1. 다수의 우레탄 결합을 함유하는 주쇄를 포함하고 주쇄의 말단이 하나 이상의 카복실산-작용 그룹으로 캡핑된 폴리우레탄 중합체.
2. 제1항에 있어서, 중합체 주쇄가 선형 구조인 폴리우레탄 중합체.
3. 제1항에 있어서, 중합체 주쇄가 방사형 구조인 폴리우레탄 중합체.
4. 제3항에 있어서, 방사형 구조의 반경이 분자당 3 내지 8인 폴리우레탄 중합체.
5. 제4항에 있어서, 분자당 말단 카복실산 작용 그룹을 3 내지 8개 함유하는 폴리우레탄 중합체.
6. 다수의 우레탄 결합을 갖는 주쇄를 포함하고 하나 이상의 알킬 에스테르 잔기로 말단-캡핑된 폴리우레탄 중합체를 비누화시킴을 포함하는, 다수의 우레탄 결합을 갖는 주쇄를 포함하고 하나 이상의 카복실산 작용 그룹으로 말단-캡핑된 폴리우레탄 중합체의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 알킬 에스테르 말단-캡핑된 폴리우레탄 중합체가 제1 단계에서 (a) 폴리이소시아네이트[당해 폴리이소시아네이트는 폴리알에 대한 반응성이 상이한 분자당 두개 이상의 이소시아네이트 잔기를 포함한다]를 (b) 폴리알[당해 폴리알은 분자량이 60 내지 20000이고 분자당 -OH, -SH, -COOH, -NHR(여기서, R은 수소, 알킬 또는 아릴이다) 또는 에폭시로부터 선택된 두개 이상의 이소시아네이트-반응성 작용 그룹을 함유하는 유기 물질이다]과 반응시켜 이소시아네이트-말단 중간체를 형성하고, 제2 단계에서 당해 중간체를 하이드록실 알킬 에스테르와 반응시킴을 포함하여, 용매를 함유하지 않는 2단계 공정에 의해 수득되는 방법에 있어서,

   ⅰ) 반응 온도가 100℃를 초과하지 않도록 하고 첨가된 폴리알의 총량이 폴리이소시아네이트에 대한 화학량론적 당량 미만이 되도록 폴리알을 폴리이소시아네이트에 조절된 속도로 첨가하면서 제1 단계가 필수적으로 무수 조건에서 우레탄-촉진 촉매의 부재하에 수행되고,

   ⅱ) 하이드록실 알킬 에스테르가 중간체의 이소시아네이트 함량에 대해 화학량론적 당량 이상의 총량으로 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 폴리이소시아네이트가 방향족 또는 지방족 디이소시아네이트인 방법.
9. 제8항에 있어서, 폴리이소시아네이트가 방향족 폴리이소시아네이트이고 2,4-톨루엔 디이소시아네이트 또는 2,4'-메틸렌 디페닐이소시아네이트를 포함하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 폴리이소시아네이트가 지방족 폴리이소시아네이트이고 이소포론 디이소시아네이트, 1-이소프로필-2,4-디이소시아네이토 사이클로헥산 또는 1-메틸렌-2,4-디이소시아네이토 사이클로헥산을 포함하는 방법.
11. 제7항에 있어서, 폴리알의 수 평균 분자량이 200 내지 10,000이고 분자당 이소시아네이트-반응성 그룹을 2 내지 8개 함유하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 폴리알이 폴리옥시알킬렌 폴리올인 방법.
13. 제7항에 있어서, 하이드록실 알킬 에스테르가 모노하이드록실 물질인 방법.
14. 제13항에 있어서, 하이드록실 알킬 에스테르가 분자당 하나 이상의 에스테르 잔기를 함유하는 방법.
15. 제13항에 있어서, 하이드록실 알킬 에스테르가 화학식 HO-R'-COOR"(여기서, R'는 지방족 C1-C10, 방향족 또는 지환족 잔기이고, R"는 C1-C3 알킬 또는 페닐 잔기이다)의 물질에 상응하는 방법.
16. 제13항에 있어서, 하이드록실 알킬 에스테르가 메틸 락테이트 또는 3-하이드록실-디메틸글루타레이트를 포함하는 방법.
17. 제1항에 따른 폴리우레탄 중합체의 존재하에 제조되는 수성 라텍스의 제조방법.
18. 제1항에 따른 폴리우레탄 중합체의 존재하에 제조되는 수성 라텍스를 포함하는 도료 조성물.