説明

ウレタン樹脂の製造方法

【課題】本発明の課題は、カルボキシル基含量が多い場合でも、分子量制御が可能で、ゲル化を起こさずに安定化してウレタン樹脂が得られる製造方法を提供することである。
【解決手段】高分子ジオール(a)、カルボキシル基を有するジオール(b)及びジイソシアネート(c)を反応させてウレタン樹脂(A)を製造する方法であって、(a)、(b)及び(c)を、沸点が30〜80℃であり、ウレタン樹脂(A)を溶解し、イソシアネートに不活性な溶媒(B)中でウレタン化反応を行い、ウレタン樹脂(A)のNCO%が3%以下になった時点でウレタン樹脂(A)の重量に対して1〜5重量%の溶媒(C)を添加することを特徴とするウレタン樹脂(A)の製造方法である。
溶媒(C):溶解度パラメーターが11〜20であって、ウレタン樹脂(A)を溶解し、イソシアネートに不活性な非プロトン性極性溶媒、あるいはポリアルコール。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カルボキシル基含有ポリウレタン樹脂の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
活性エネルギー線硬化性塗料、金属板やプラスチック板のコーティング剤等の用途に使用されるカルボキシル基を含有するポリウレタン樹脂は、イソシアネートに不活性な極性の高い有機溶剤[N,N−ジメチルフォルムアミド(以下DMFと記載。)など]中でポリオール成分とポリイソシアネート成分とを反応させて合成し、そのウレタン樹脂溶液を多量の水中に投入し、ポリウレタン樹脂を沈殿させて極性溶剤を取り除き、別の溶媒に置換する方法で製造されることが一般的である。しかし、この方法では有機溶剤を含有する多量の廃水処理など煩雑な作業が多く、沸点の高い有機溶剤を使用するため、環境面や製造面でも問題点を有していた。
イソシアネートに不活性な低沸点の極性有機溶剤中でウレタン化した後、低沸点溶剤を減圧蒸留で除去し、高沸点の有機溶剤に溶媒置換する方法(特許文献1)が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−131903
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1の製造方法では低沸点の極性溶剤中ではカルボキシル基含量が多い時にはカルボン酸の会合による擬似架橋でゲル化が起こり、安定してウレタン化が行えず、分子量や物性制御が出来ないため、工業生産でのウレタン化管理が困難であった。また、さらにウレタン樹脂が活性エネルギー線重合性基を有する場合は熱に弱く、減圧蒸留の際に重合の恐れがあり、高温での蒸留が行えないという問題点があった。
本発明の課題は、カルボキシル基含量が多い場合でも、分子量制御が可能で、ゲル化を起こさずに安定化してウレタン樹脂が得られる製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、
高分子ジオール(a)、
カルボキシル基を有するジオール(b)及び
ジイソシアネート(c)
を反応させてポリウレタン樹脂(A)を製造する方法であって、
(a)、(b)及び(c)を、沸点が30〜80℃であり、ウレタン樹脂(A)を溶解し、イソシアネートに不活性な溶媒(B)中でウレタン化反応を行い、ウレタン樹脂(A)のNCO%が3%以下になった時点でウレタン樹脂(A)の重量に対して1〜5重量%の溶媒(C)を添加することを特徴とするポリウレタン樹脂(A)の製造方法である。
溶媒(C):溶解度パラメーターが11〜20であって、ウレタン樹脂(A)を溶解し、イソシアネートに不活性な非プロトン性極性溶媒、あるいは、ポリアルコール。
【発明の効果】
【0006】
本発明の製造方法によると、カルボキシル基含量が多い場合でも、分子量制御が可能で、ゲル化を起こさずに安定化してウレタン樹脂が得られる。
【発明を実施するための形態】
【0007】
[高分子ジオール(a)]
本発明における高分子ジオール(a)には、必要により低分子ジオール(a0)が含まれる。
【0008】
高分子ジオール(a)は、水酸基当量(以下、OH当量と記す。)が250以上のジオールであり、ウレタン樹脂(A)に柔軟性を付与することができる。
(a)としては、ポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、ポリエーテルエステルジオール、ポリカーボネートジオール、ポリマーポリオール(ジオール)、ポリオレフィンジオール、ポリアルカジエンジオール、アクリルポリオール(ジオール)およびこれら2種以上の混合物が挙げられる。
【0009】
ポリエーテルジオールとしては、2個の活性水素を有する化合物(炭素数(以下Cと略記)2〜18、例えば2価アルコール、2価フェノール)のアルキレンオキサイド[以下AOと略記。]付加物およびそれらの2種以上の混合物が挙げられる。
【0010】
2価アルコールとしては、エチレングリコール(以下EGと略記)、プロピレングリコール(以下PGと略記)、1,3−および1,4−ブタンジオール(以下BDと略記)、1,6−ヘキサンジオール(以下HDと略記)、ネオペンチルグリコールジエチレングリコール(以下NPGと略記)、ジエチレングリコール(以下DEGと略記)、3−メチル−1,5−ペンタンジオール(以下MPDと略記)等のアルキレングリコール;環を有する2価アルコール[特公昭45−1474号公報等に記載のもの、例えば1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、m−およびp−キシリレングリコール]等が挙げられる。
2価フェノールとしては単環多価フェノール(C6〜18、例えばピロガロール、ハイドロキノン、フロログルシン)、多環多価フェノール(C12〜30、例えばジヒドロキシナフタレン)、ビスフェノール化合物(C12〜30、例えばビスフェノールA、−Sおよび−F)等が挙げられる。2個の活性水素を有する化合物のうちウレタン樹脂(A)の柔軟性の観点から好ましいのは2価アルコールである。
【0011】
上記AOとしては、エチレンオキサイド(以下EOと略記)、プロピレンオキサイド(以下POと略記)、ブチレンオキサイド(以下BOと略記)、テトラヒドロフラン(以下THFと略記)、スチレンオキサイドおよびこれらの2種以上の併用(ブロックおよび/またはランダム付加)が挙げられる。これらのうち(A)の柔軟性の観点から好ましいのはPO、EO、BOおよびこれらの併用である。
【0012】
ポリエーテルジオールとして例示したもののうち特に好ましいものは、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びこれらの混合物である。
ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールを併用する場合の重量比は、通常50/50〜5/95、好ましくは40/60〜6/94である。
【0013】
ポリエステルジオールとしては、例えば(1)前記2価アルコールの1種以上とポリカルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体の1種以上との縮重合による縮合ポリエステルジオール、(2)前記2価アルコールを開始剤とするラクトンの開環重合によるポリラクトンジオール、およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
【0014】
上記(1)におけるポリカルボン酸としては、脂肪族ジカルボン酸(C4〜18、例えばコハク酸、アジピン酸、セバシン酸、グルタル酸、アゼライン酸、マレイン酸、フマル酸)、芳香環含有ジカルボン酸(C8〜24、例えばテレフタル酸、イソフタル酸)、これらのジカルボン酸のエステル形成性誘導体(酸無水物、アルキル基のCが1〜4の低級アルキルエステル等)およびこれらの2種以上の併用が挙げられる。
【0015】
上記(2)におけるラクトンとしては、C4〜12、例えばγ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンおよびこれらの2種以上の併用が挙げられる。
【0016】
ポリエーテルエステルジオールとしては、例えば、前記ポリエーテルポリオールの1種以上と前記ポリエステルポリオールの原料として例示したポリカルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体の1種以上とをエステル化反応させて得られるもの、前記ポリエーテルポリオールの1種以上にラクトンの1種以上を開環付加させて得られるもの等が挙げられる。
【0017】
ポリカーボネートジオールとしては、例えばポリヘキサメチレンカーボネートジオール、ポリテトラメチレンカーボネートジオールおよびこれらの2種以上の併用が挙げられる。
【0018】
ポリマージオールとしては、上記で挙げた高分子ジオールの1種以上中でビニル単量体(C3〜24、例えばスチレン、アクリロニトリル)をラジカル重合開始剤の存在下で重合させた重合体粒子を分散安定化させてなるジオール(重合体含量は例えば5〜30重量%)が挙げられる。
【0019】
ポリオレフィンジオールとしては、ポリイソブテンジオール等が挙げられる。
【0020】
ポリアルカジエンジオールとしては、ポリイソプレンジオール、ポリブタジエンジオール、水添化ポリイソプレンジオール、水添化ポリブタジエンジオール等が挙げられる。
【0021】
アクリルジオールとしては、(メタ)アクリル酸アルキル(C1〜30)エステル[ブチル(メタ)アクリレート等]と水酸基含有アクリルモノマー[ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等]との共重合体等が挙げられる。
【0022】
これらの高分子ジオール(a)のうち、ウレタン樹脂(A)の柔軟性の観点から好ましいのは、ポリエーテルジオール、ポリエーテルエステルジオール、ポリエステルジオールおよびポリカーボネートジオールである。
【0023】
低分子ジオール(a0)は、OH当量が250未満のジオールである。
(a0)としては、脂肪族低分子ジオール[C2〜12、例えばEG、DEG、トリエチレングリコール(以下TEGと略記)、PG、BD、HD、NPG、MPD]、環を有する低分子ジオール[特公昭45−1474号公報に記載のもの、例えば1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、m−およびp−キシリレングリコール]、これらのAO低モル付加物、およびこれらの2種以上の併用が挙げられる。
【0024】
[カルボキシル基を有するジオール(b)]
カルボキシル基を有するジオール(b)としては、α,α−ジメチロールアルカン酸(α,α−ジメチロールプロピオン酸、α,α−ジメチロールブタン酸、α,α−ジメチロールノナン酸など)、酒石酸、クエン酸1モルとエチレングリコール1モルとのエステル化物(分子量;240,酸価;468,水酸基価;468)、リンゴ酸1モルとエチレングリコール1モルとのエステル化物(分子量;178,酸価;315,水酸基価;630)およびこれらの塩(ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、アミン塩等)が挙げられる。これらのうち好ましいものは、α,α−ジメチロールアルカン酸であり、さらに好ましいものはα,α−ジメチロールプロピオン酸およびα,α−ジメチロールブタン酸である。α,α−ジメチロールアルカン酸は、以下ジメチロールアルカン酸と記載することがある。
【0025】
[ジイソシアネート(c)]
本発明におけるジイソシアネート(c)としては、2価の脂肪族ポリイソシアネート[c2〜12、例えばエチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート]、脂環含有ジイソシアネート[c4〜15、例えばイソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(HMDI)、シクロへキシレンジイソシアネート、メチルシクロへキシレンジイソシアネート]、芳香脂肪族ジイソシアネート[2,4−及び/または2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、ジエチルベンゼンジイソシアネート、4,4‘−及び/または2,4−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ナフチレンジイソシアネート]、これらのジイソシアネートの変性物(ウレタン基、カーボジイミド基、ウレトジオン基、イソシアヌレート基、ビュレット基等を含有する変性物)、及びこれらの2種以上の併用が挙げられる。
【0026】
上記(c)のうち、反応性の観点から好ましいのは芳香族ジイソシアネート、さらに好ましいのはMDI、TDIである。また、耐候性の観点から好ましいのは、脂肪族ジイソシアネートおよび脂環含有ジイソシアネート、さらに好ましいのはHDI、IPDIおよびHMDIである。
【0027】
ジオール成分(a)、(b)と有機ジイソシアネート(c)とを反応させてNCO基含有ポリウレタン樹脂(A)を形成させるに際しての(a)、(b)と(c)の当量比(NCO/OH比)は通常0.90〜1.3、好ましくは0.98〜1.15である。
【0028】
[溶媒(B)]
上記ウレタン化反応は、ウレタン樹脂(A)を溶解し、イソシアネート基に対して不活性な沸点が30〜80℃の溶媒(B)中で行われる。
溶媒(B)の沸点が30℃未満では、ウレタン化反応を行う上で安全上の問題があり、80℃を超えるとウレタン樹脂(A)を使用する時溶媒除去が困難となる。
該(B)としては、塩化メチレン(沸点40℃)、クロロホルム(沸点61℃)、塩化エチリデン(沸点67℃)、フラン(沸点31℃)、2−メチルフラン(沸点63℃)、テトラヒドロフラン(THF)(沸点66℃)、アセトン(沸点57℃)、ギ酸エチル(沸点54℃)、ギ酸メチル(沸点32℃)、酢酸メチル(沸点58℃)、メチルエチルケトン(MEK)(沸点78℃)およびこれらの2種以上の混合溶剤が挙げられる。これらのうち特に好ましいものはMEKである。
【0029】
[溶媒(C)]
溶媒(C)は、溶解度パラメーターが11〜20であって、ウレタン樹脂(A)を溶解し、イソシアネートに不活性な非プロトン性極性溶媒、あるいは、ポリアルコール(2価以上のアルコール)である。
具体例としては、N,N−ジメチルフォルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、及びN−メチルピロリドン、ポリアルコール等が挙げられる。これらのなかで、N,N−ジメチルフォルムアミドが好ましい。溶解度パラメーターが20を超える溶媒でイソシアネートに不活性な非プロトン性極性溶媒は知られていない。溶解度パラメーターが11未満であるとゲル化が起こる。ポリアルコールとしては、2価アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−および1,4−ブタンジオール等)3価アルコール(グリセリン等)等である。
【0030】
ここで、溶解性パラメータとは、Fedors法によって計算される。
Fedors法によると、SP値は、次式で表せる。
SP値(δ)=(ΔH/V)1/2
ただし、式中、ΔHはモル蒸発熱(cal)を、Vはモル体積(cm3)を表す。
また、ΔH及びVは、「POLYMER ENGINEERING AND FEBRUARY,1974,Vol.14,No.2,ROBERT F.FEDORS.(151〜153頁)」に記載の原子団のモル蒸発熱の合計(ΔH)とモル体積の合計(V)を用いることができる。
この数値が近いもの同士はお互いに混ざりやすく(相溶性が高い)、この数値が離れているものは混ざりにくいことを表す指標である。
【0031】
ウレタン化反応は好ましくは60〜110℃、さらに好ましくは70〜85℃で行う。
ウレタン化反応は、溶媒(B)中の反応でウレタン樹脂(A)純分換算でNCO%が3%以下になった時点で、ウレタン樹脂(A)の重量に対して1〜5重量%の溶媒(C)を添加する。溶媒(C)を添加してさらにウレタン化反応を行うことにより、ウレタン樹脂(A)の分子量を十分大きくすることが可能となる。また、カルボキシル基の会合による増粘、ゲル化を防止することができる。
上記NCO%が3%より高い時点で溶媒(C)を添加するとウレタン化反応に長時間を要する。
溶媒(C)の添加量は、ウレタン樹脂(A)に対して1重量%未満では上記効果がなく、5重量%を超えるとウレタン樹脂(A)を使用する際、製造面の問題がある。
【0032】
ウレタン樹脂(A)のうち、例えば被覆物やフォトレジスト等の用途には、活性エネルギー線重合性基を分子内に1個又は2個以上有する活性エネルギー線硬化性ウレタン樹脂(A1)が使用される。高分子ジオール(a)、カルボキシル基を有するジオール(b)、ジイソシアネート(c)活性エネルギー線重合性基を分子内に1個又は2個以上有しイソシアネート基又は水酸基と反応し得る官能基を分子内に1個又は2個以上有する成分(d)とを、溶媒(B)中で重合反応させ、活性エネルギー線重合性基を分子内に1個または2個以上有する活性エネルギー線硬化性ウレタン樹脂(A1)が製造される。
活性エネルギー線重合性基を分子内に1個又は2個以上有しイソシアネート基又は水酸基と反応し得る官能基を分子内に1個又は2個以上有する成分(d)としては、分子内に(d01)活性エネルギー線重合性カチオン重合性基(例えば、プロペニルエーテル基、ビニルエーテル基及びグリシジル基)を有する成分(d1)、分子内に(d02)ラジカル重合性基(メタアクリロイル基、アリル基、プロペニル基、及びビニル基)を有する成分(d2)等が挙げられる。
【0033】
上記(d1)としては、C3以上かつMn3,000以下、例えば、プロペニルエーテル基を有するもの[2−ヒドロキシエチル−、2−ヒドロキシプロピル−および2,3−ジヒドロキシプロピルプロペニルエーテル等]、ビニルエーテル基を有するもの[2−ヒドロキシエチル−、2−ヒドロキシプロピル−および2,3−ジヒドロキシプロピルビニルエーテル等]、グリシジル基を有するもの[グリシドール、EGモノグリシジルエーテル、GRモノグリシジルエーテル等]、およびこれらのAO[EO、PO、1,2−,1,3−および2,3−BO、THF、スチレンオキサイドおよびこれらの2種以上の併用]付加物(Mn3,000以下)等が挙げられる。
これらのうち活性エネルギー線硬化性の観点から好ましいのはプロペニルエーテル基またはビニルエーテルを有するもの、さらに好ましいのは2−ヒドロキシエチルプロペニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、2,3−ジヒドロキシプロピルプロペニルエーテル、2,3−ジヒドロキシプロピルビニルエーテルおよびこれらのEOおよび/またはPO付加物である。
【0034】
上記(d2)としては、C3以上かつMn5,000以下、例えば(メタ)アクリロイル基を有するもの[C4〜18、例えば2−ヒドロキシエチル−、2−ヒドロキシプロピル−および2,3−ジヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、C(NCO基中の炭素を除く、イソシアネート化合物は以下同じ。)3〜13のモノイソシアネート化合物、例えば2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、1,1−ビス[(メタ)アクリロイルオキシメチル]エチルイソシアネート等]、アリル基を有するもの[C3〜6、例えば2−ヒドロキシエチル−、2−ヒドロキシプロピル−および2,3−ジヒドロキシプロピルアリルエーテル]等が挙げられる。
これらのうち活性エネルギー線硬化性の観点から好ましいのは(メタ)アクリロイル基を有するもの、さらに好ましいのは2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2,3−ジヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、およびこれらのEOおよび/またはPO付加物である。
【0035】
成分(d)の共重合体比率は、活性エネルギー線硬化性ウレタン樹脂(A1)の重量に基づいて、硬化性および硬化物の機械強度の観点から好ましくは0〜60%、さらに好ましくは2〜30%である。
【0036】
ウレタン樹脂(A)の反応方法としては、下記(1)および(2)が挙げられる。(A)が活性エネルギー線硬化性ウレタン樹脂(A1)の場合は[ ]の記載を追加するものとする。
(1)ワンショット法
溶媒(B)の存在下で、高分子ジオール(a)、カルボキシル基を有するジオール(b)及びジイソシアネート(c)、[および活性エネルギー線重合性基を分子内に1個又は2個以上有しイソシアネート基又は水酸基と反応し得る官能基を分子内に1個又は2個以上有する成分(d)]を、[(d)]、(a)、(b)および(c)のNCO/OH当量比が好ましくは0.9〜1.3、さらに好ましくは0.95〜1.05となるように一括して仕込み、重付加反応させて(A)を得る方法。分子量を制御する目的で、後述のD封止剤[モノアミン、モノアルコール、活性エネルギー線重合性基を1個または2個以上含有する(d)のうちのモノオール等]を加えて反応を停止させることもできる。
【0037】
(2)プレポリマー法
以下のような方法等が挙げられる。
(2−1)溶媒(B)の存在下で、(a)、(b)および[(d)]のうち2個の水酸基を有するジオールとジイソシアネート(c)とを反応させてNCO/OH当量比は好ましくは0.9〜1.3、さらに好ましくは0.95〜1.05、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーとし、該ウレタンプレポリマーに、鎖伸長剤[前記低分子ジオール(a0)、ジアミン化合物]および/または後述のD封止剤[モノアミン、モノアルコール、[活性エネルギー線重合性基を1個または2個以上含有する(d)のうちのモノオール等]を加えて反応させて(A)を得る方法。
(2−2)溶媒(B)の存在下で、(a)、(b)、[(d)]と(c)とを反応させてNCO/OH当量比は好ましくは0.9〜1.3、さらに好ましくは0.95〜1.05、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーとし、該ウレタンプレポリマーに、(2−1)と同じ鎖伸長剤および重合停止剤として[活性エネルギー線重合性基を1個または2個以上含有する(d)のうちの]モノオールを加えて反応させて(A)を得る方法。
【0038】
上記ジアミン化合物としては、芳香環含有ジアミン[C6〜24、例えばフェニレンジアミン、トルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、m−およびp−キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、2,4−および2,6−ジメチルチオトルエンジアミン]、脂環含有ジアミン[C6〜24、例えばイソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシル、ジアミノシクロヘキサン]、脂肪族ジアミン[C1〜18、例えばエチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン]、アルカノールアミン誘導体[C2〜18、例えばN−(2−アミノエチル)エタノールアミン]、ヒドラジンもしくはその誘導体[C2〜18、例えばアジピン酸ジヒドラジド]、およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
【0039】
モノアミンとしては、アルキル(C1〜8)アミン(C1〜12、例えばエチルアミン、ブチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン)等が挙げられる。
【0040】
モノアルコールとしては、Mn300以下のアルキルアルコールおよびこれらのAO付加物(Mn300以下)、1価フェノールのAO付加物(Mn300以下)等が挙げられる。
【0041】
上記方法のうち、分子量制御が容易である観点から好ましいのは(1)のワンショット法である。
【0042】
高分子ジオール(a)、カルボキシル基を有するジオール(b)、ジイソシアネート(c)を、溶媒(B)中で重合反応させる際に、重合速度と溶液粘度の観点から成分(a)〜(c)および溶剤(B)の合計重量に基づいて、成分(a)〜(c)の合計濃度が10〜50重量%であるようにすることが好ましい。より好ましくは12〜40重量%、さらに好ましくは14〜30重量%、特に好ましくは16〜25重量%、最も好ましくは18〜23重量%である。
また、成分(a)〜(c)、活性エネルギー線重合性基を分子内に1個又は2個以上有しイソシアネート基又は水酸基と反応し得る官能基を分子内に1個又は2個以上有する成分(d)を、溶媒(B)中で重合反応させる際に、重合速度と溶液粘度の観点から成分(a)〜(d)および溶剤(B)の合計重量に基づいて、成分(a)〜(d)の合計濃度が10〜50重量%であるようにすることが好ましい。より好ましくは12〜40重量%、さらに好ましくは14〜30重量%、特に好ましくは16〜25重量%、最も好ましくは18〜23重量%である。
【0043】
前記(1)〜(2)の方法におけるウレタン化反応では、反応を促進するために、ポリウレタンに通常用いられる触媒を使用することができる。該触媒としては、例えば有機金属化合物[トリメチルチンラウレート、トリメチルチンヒドロキサイド、ジメチルチンジラウレート、スタナスオクトエート、レッドオレート、レッド2−エチルヘキソエートジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズラウレート、ビスマスカルボキシレート、ビスマスアルコキシドおよびジカルボニル基を有する化合物とビスマスとのキレート化合物等]、無機金属化合物[酸化ビスマス、水酸化ビスマス、ハロゲン化ビスマス等]、アミン[トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ジアザビシクロウンデセン等]およびこれらの2種以上の併用が挙げられる。
触媒の使用量は、(A)の重量に基づいて、通常0.0001〜0.1%、好ましくは0.001〜0.01%である。
【0044】
前記(1)〜(2)の方法において、活性エネルギー線重合性基としてラジカル重合性基を有する化合物(d)を用いる場合は、(A1)の保存安定性を図る目的で重合禁止剤(ハイドロキノン、4−メトキシフェノール、p−ベンゾキノン等)を用いることができる。
該重合禁止剤の使用量は、(A1)の重量に基づいて通常3,000ppm以下、好ましくは10〜2,000ppmである。
【0045】
ウレタン樹脂(A)のカルボキシル基含有量は好ましくは2.0〜10.0重量%である。好ましくは、4.0〜8.0重量%である。カルボキシル基含有量が2.0重量%未満である場合は、通常の製造方法でウレタン樹脂(A)を得ることができる。
カルボキシル基含有量が10.0重量%を超えるウレタン樹脂(A)は、通常実用的でない。
【0046】
本発明におけるウレタン樹脂(A)のMnは、樹脂の凝集力および塗工性の観点から好ましくは2,500〜100,000、さらに好ましくは4,000〜80,000である。
(A)の重量平均分子量(以下Mwと略記)は、樹脂の凝集力および塗工性の観点から好ましくは2,800〜200,000、さらに好ましくは3,500〜140,000である。
(A)の分子量分布(Mw/Mn比で示される)は、粘度の観点から好ましくは8以下、さらに好ましくは4以下、特に好ましくは3以下である。
また、(A)の活性エネルギー線重合性基1個当たりのMnは、硬化物の柔軟性および機械強度の観点から好ましくは400〜20,000、さらに好ましくは600〜10,000、特に好ましくは800〜5,000である。
【0047】
[封止剤(D)]
上記反応で得られた(A)のNCO基を脂肪族1価アルコールからなる封止剤(D)で封止することによりカルボキシル基含有ウレタン樹脂を得ることが好ましい。該(D)としては炭素数1〜4の脂肪族1価アルコール(メチルアルコール、エチルアルコール、n−およびiso−プロピルアルコール、n−,iso−およびsec−ブタノール等)が用いられる。これらのうち好ましいものはメチルアルコールおよびエチルアルコールであり、特に好ましいものはメチルアルコールである。封止反応の温度は通常30〜150℃、好ましくは50〜100℃である。該封止反応は常圧下または加圧下で行うことができる。該封止反応に用いられる(D)の量は(A)のNCO基1当量当たり通常3〜30倍当量である。
【0048】
本発明の製法で得られるウレタン樹脂(A)は、通常、ウレタン樹脂(A)と溶剤(B)の溶液として使用される。溶剤として(B)以外の溶剤を使用してもよい。該溶液は必要により、重合開始剤(E)、添加剤(F)等を含有してもよい。また、ウレタン樹脂(A)単独で使用することもできる。
添加剤(F)としては、活性エネルギー線硬化性オリゴマー、活性エネルギー線増感剤、粘着付与樹脂、可塑剤、充填剤、顔料、紫外線吸収剤および酸化防止剤等が挙げられる。
上記混合物は、(A)、(B)、(E)、(F)を公知の混合装置(撹拌機を備えた混合槽、スタティックミキサー等)で均一に混合することにより製造できる。なお、(E)、(F)は(A)樹脂溶液の製造後に混合するのが副反応防止の観点から好ましいが、(E)、(F)の一部または全部を予め(A)の製造段階における任意の段階で添加しておいてもよい。
(A)、(B)、および必要により、(E)、(F)を混合する温度は、通常10〜160℃、混合性および熱劣化抑制の観点から好ましくは25〜120℃である。
【0049】
本発明のウレタン樹脂溶液の塗布装置としては、通常の樹脂塗工用のアプリケーター[ロールコーター(グラビアロール、リバースロール等)、スピンコーター、カーテンコーター、スロットコーター、バーコーター、ディスペンサーの各塗工機等]、押出機[単軸および二軸押出機、ニーダールーダー等]等が挙げられる。
支持体に適用するときの該樹脂溶液の塗工温度は、通常10〜160℃、塗工性および熱劣化抑制の観点から好ましくは25〜120℃であり、塗工温度における粘度は通常0.01〜10Pa・s、成形性(厚塗りができ、硬化後に反り、ヒケ等の外観不良がないこと)および塗工性の観点から好ましくは0.02〜8Pa・s、さらに好ましくは0.03〜5Pa・sである。
【0050】
該樹脂溶液を塗布する支持体としては、各種プラスチック[ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド等]のフィルム、シート、フォーム、フラットヤーンおよび線状成型品、紙(和紙、クレープ紙等)、金属板(アルミ、銅等)もしくは金属箔、金属線、織布、不織布および木材等が挙げられる。
【0051】
本発明の活性エネルギー線硬化性ウレタン樹脂溶液(A1)は、これらの支持体の表面の少なくとも一部に塗布して塗膜を形成させ、該塗膜に活性エネルギー線を照射して硬化させることにより硬化物(硬化膜)を支持体の少なくとも一部に有する被覆物を製造することができる。
また、該塗膜に活性エネルギー線を選択的に照射して硬化させることによりパターンを形成させ、非照射部を除去するフォトリソグラフィーによるフォトレジストを製造することができる。活性エネルギー線硬化後の硬化物の厚さは、通常0.1〜5,000μm、硬化物(硬化膜)の機械強度と硬化性の観点から好ましくは0.5〜500μm、さらに好ましくは1〜100μmである。
【0052】
本発明の活性エネルギー線硬化性ウレタン樹脂溶液(A1)は、成形用の型に流した後、溶剤を除去し、活性エネルギー線を照射して硬化させ、成形品を得ることもできる。
【0053】
本発明の活性エネルギー線硬化性ウレタン樹脂溶液(A1)の硬化における活性エネルギー線には、紫外線、電子線、X線、赤外線および可視光線が含まれる。これらの活性エネルギー線のうち硬化性と樹脂劣化防止の観点から好ましいのは紫外線、可視光線、赤外線である。
活性エネルギー線のうち紫外線、可視光線、赤外線等の波長は通常200〜800nm、活性エネルギー線重合開始剤の分解効率の観点から好ましくは200〜450nmである。
【0054】
本発明の樹脂を紫外線照射で硬化させる場合は、種々の光源、例えば水銀灯(低圧、高圧、超高圧等)、水素ランプ、重水素ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、蛍光灯、He−Cdレーザー等が使用でき、好ましいのは高圧水銀灯である。 紫外線の照射量は通常0.01〜1,000mJ/cm2、樹脂の硬化性および硬化
物、支持体の損傷を避けるとの観点から好ましくは0.05〜500mJ/cm2である

【0055】
本発明の組成物を電子線照射で硬化させる場合は、種々の電子線照射装置[例えばエレクトロンビーム、岩崎電気(株)製]を使用することができる。電子線の照射量(Mrad)は、通常0.5〜20、組成物の硬化性および硬化物、支持体の損傷を避けるとの観点から好ましくは1〜15である。
【0056】
実施例
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下において、部は重量部、%は重量%を示す。
【0057】
実施例1
圧力計、攪拌機及び温度計を備えた加圧容器に、ポリプロピレングリコールPP−2000(a−1)[水酸基当量1000 商品名サンニックスPP−2000、三洋化成工業(株)製]79.6部、ジメチロールプロピオン酸(b−1)32.0 部を仕込み、100℃で1時間減圧脱水を行い、水分を0.1%以下にした。続いて、ジフェニルメタンジイソシアネート69.7部、THF(B−1)(沸点66℃)806部、及びビスマスアルコキシド(ウレタン化触媒)[ネオスタンU−600日東化成(株)製]0.7 部を仕込んだ。80℃で20時間反応させてNCO%がポリウレタン樹脂純分換算で3.0%となったのでジメチルフォルムアミド(C−1)(溶解度パラメーター12.1)を6部添加した。更に5時間反応させた後、メタノール(D−1)10部を圧入し、ウレタン化反応を停止させた。固形分22.5%、粘度100mPa・s/25℃のポリウレタン樹脂溶液を得た。該ポリウレタン樹脂の重量平均分子量は102,000、カルボキシル基の含有量は5.9%であった。
得られたポリウレタン樹脂の純分の重量に対して使用したジメチルフォルムアミドの重量は3.3重量%であった。
【0058】
実施例2
圧力計、攪拌機及び温度計を備えた加圧容器に、ポリプロピレングリコールPP−2000(a−1)82.0部、ジメチロールプロピオン酸(b−1)40.3 部を仕込み、100℃で1時間減圧脱水を行い、水分を0.1%以下にした。続いて、2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート(d−1)11部および重合禁止剤p−ベンゾキノン0.6部を仕込んだ後、ジフェニルメタンジイソシアネート(c−1)101.7部、THF(B−1)808.7部及びビスマスアルコキシド0.7 部を仕込んだ。80℃で20時間反応させてNCO%がポリウレタン樹脂純分換算で3.0%となった時点でジメチルフォルムアミド(C−1)を8部添加した。更に5時間反応させた後、メタノール10部を圧入し、ウレタン化反応を停止させた。固形分22.5%、粘度100mPa・s/25℃のポリウレタン樹脂溶液を得た。該ポリウレタン樹脂の数平均分子量は108,000、カルボキシル基の含有量は5.8%であった。
得られたポリウレタン樹脂の純分の重量に対して使用したジメチルフォルムアミドの重量は3.4重量%であった。
【0059】
実施例3
圧力計、攪拌機及び温度計を備えた加圧容器に、ポリプロピレングリコールPP−2000(a−1)82.0部、ジメチロールプロピオン酸(b−1)40.3 部を仕込み、100℃で1時間減圧脱水を行い、水分を0.1%以下にした。続いて、2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート(d−1)11部および重合禁止剤p−ベンゾキノン0.6部を仕込んだ後、ジフェニルメタンジイソシアネート(c−1)101.7部、THF(B−1)808.7部及び化合物名ビスマスアルコキシド0.7 部を仕込んだ。80℃で20時間反応させてNCO%がポリウレタン樹脂純分換算で2.8%となった時点でジメチルフォルムアミド(C−1)を8部添加した。更に5時間反応させた後、メタノール10部を圧入し、ウレタン化反応を停止させた。固形分22.5%、粘度100mPa・s/25℃のメタクリロイル基を分子内に有する活性エネルギー線硬化性ウレタン樹脂溶液を得た。
次いで該ウレタン樹脂溶液を減圧トッピング(圧力;20〜80kPa、温度;40℃)によりTHFを約450部系外に回収した。これにプロピレングリコールモノメチルエーテルを924部加えて、引続き減圧トッピングを行い、ガスクロマトグラフィーによりTHFのピークが消滅しているのを確認し、最終的に固形分20%、粘度450mPa・s/25℃のポリウレタン樹脂のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液を得た。ポリウレタン樹脂の収率は99%であった。該ポリウレタン樹脂の重量平均分子量は108,000、カルボキシル基の含有量は5.8%であった。得られたポリウレタン樹脂の純分の重量に対して使用したジメチルフォルムアミドの重量は3.4重量%であった。
【0060】
実施例4
圧力計、攪拌機及び温度計を備えた加圧容器に、ポリプロピレングリコールPP−2000(a−1)82.0部、ジメチロールプロピオン酸(b−1)40.3 部を仕込み、100℃で1時間減圧脱水を行い、水分を0.1%以下にした。続いて、2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート(d−1)11部および重合禁止剤p−ベンゾキノン0.6部を仕込んだ後、ジフェニルメタンジイソシアネート(c−1)101.7部、THF(B−1)808.7部及び化合物名ビスマスアルコキシド0.7 部を仕込んだ。80℃で20時間反応させたのち、NCO%がポリウレタン樹脂純分換算で2.9%となった時点でジメチルフォルムアミド(C−1)を8部添加した。更に5時間反応させ、固形分22.5%、粘度100mPa・s/25℃のポリウレタン樹脂溶液を得た。該該ポリウレタン樹脂の重量平均分子量は108,000、カルボキシル基の含有量は5.8%であった。
得られたポリウレタン樹脂の純分の重量に対して使用したジメチルフォルムアミドの重量は3.4重量%であった。
【0061】
比較例1
圧力計、攪拌機及び温度計を備えた加圧容器に、ポリプロピレングリコールPP−2000(a−1)[水酸基当量1000 商品名サンニックスPP−2000、三洋化成工業(株)製]79.6部、ジメチロールプロピオン酸(b−1)32.0 部を仕込み、100℃で1時間減圧脱水を行い、水分を0.1%以下にした。続いて、ジフェニルメタンジイソシアネート(c−1)69.7部、THF(B−1)(沸点66℃)806 部及び化合物名ビスマスアルコキシド(ウレタン化触媒)[ネオスタンU−600日東化成(株)製]0.7 部を仕込んだ。80℃で20時間反応させてNCO%がポリウレタン樹脂純分換算で3.0%となった。さらにそのまま5時間反応を継続したがそれ以上NCO%が低下しなくなり、粘度が急激に上昇したため、メタノール10部を圧入し、ウレタン化反応を停止させた。固形分22.5%、粘度50mPa・s/25℃のポリウレタン樹脂溶液を得た。該ポリウレタン樹脂の重量平均分子量は83,000、カルボキシル基の含有量は5.9%であった。
【0062】
比較例2
比較例1と同様の反応容器に、ポリプロピレングリコールPP−2000(a−1)[水酸基当量1000 商品名サンニックスPP−2000、三洋化成工業(株)製]82.0部、ジメチロールプロピオン酸(b−1)40.3 部を仕込み、100℃で1時間減圧脱水を行い、水分を0.1%以下にした。続いて、2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート(d−1)11部および重合禁止剤p−ベンゾキノン0.6部を仕込んだ後、ジフェニルメタンジイソシアネート(c−1)101.7部、THF(B−1)(沸点66℃)808.7 部及び化合物名ビスマスアルコキシド(ウレタン化触媒)[ネオスタンU−600日東化成(株)製]0.7 部を仕込んだ。80℃で20時間反応させてNCO%がポリウレタン樹脂純分換算で2.9%となった。さらにそのまま5時間反応を継続したがNCО%が下がらなくなり、粘度が急激に増粘してきたため、メタノール10部を圧入し、ウレタン化反応を停止させた。固形分22.5%、粘度100mPa・s/25℃のポリウレタン樹脂溶液を得た。該ポリウレタン樹脂の重量平均分子量は74,000、カルボキシル基の含有量は5.8%であった。
【0063】
比較例3
比較例1と同様の反応容器に、ポリプロピレングリコールPP−2000(a−1)[水酸基当量1000 商品名サンニックスPP−2000、三洋化成工業(株)製]82.0部、ジメチロールプロピオン酸(b−1)40.3 部を仕込み、100℃で1時間減圧脱水を行い、水分を0.1%以下にした。続いて、2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート(d−1)11部および重合禁止剤p−ベンゾキノン0.6部を仕込んだ後、ジフェニルメタンジイソシアネート(c−1)101.7部、N,N−ジメチルホルムアミド808.7 部及び化合物名ビスマスアルコキシド(ウレタン化触媒)[ネオスタンU−600日東化成(株)製]0.7 部を仕込んだ。80℃で20時間反応させたのち、NCO%がポリウレタン樹脂純分換算で3.0%になった時点でメタノール10部を圧入し、ウレタン化反応を停止させた。固形分22.5%、粘度100mPa・s/25℃のポリウレタン樹脂溶液を得た。次いでこの樹脂溶液を約5時間かけてイオン交換水12,000部中に滴下し白色の沈殿物を得た。この沈殿物をろ過した後、順風乾燥機(温度;40℃)にて24時間乾燥した。乾燥後のポリウレタン樹脂の収率は85%であった。乾燥後のポリウレタン樹脂を固形分が20%になるようにプロピレングリコールモノメチルエーテルに再溶解させ、粘度490mPa・s/25℃のポリウレタン樹脂のプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液を得た。得られたポリウレタン樹脂の数平均分子量は19,000、カルボキシル基の含有量は6.1%であった。
【0064】
実施例の結果から明らかなように、本発明の製造法によるウレタン樹脂溶液は、比較の樹脂溶液に比べて安定化してウレタン化が行えるので、分子量を十分に伸ばすことが出来る。また、比較例に比べ、ウレタン化反応、その後の処理にかかる時間が短く、生産性に優れると共に、環境や衛生面にも優しい条件で工業生産が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0065】
本発明のウレタン樹脂(A)の製造方法により得られるポリウレタン樹脂は、金属板やプラスチック板のコーティング剤、光ファイバー、電線等各種導線の被覆剤、接続部や導体接続部の保護等の絶縁体、フォトリソグラフィーを用いた樹脂板のパターン成形や電子回路のフォトレジスト剤、半導体の封止剤、各種基材の接着剤として幅広い用途に使用することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
高分子ジオール(a)、
カルボキシル基を有するジオール(b)及び
ジイソシアネート(c)
を反応させてウレタン樹脂(A)を製造する方法であって、
(a)、(b)及び(c)を、沸点が30〜80℃であり、ウレタン樹脂(A)を溶解し、イソシアネートに不活性な溶媒(B)中でウレタン化反応を行い、ウレタン樹脂(A)のNCO%が3%以下になった時点でウレタン樹脂(A)の重量に対して1〜5重量%の溶媒(C)を添加することを特徴とするウレタン樹脂(A)の製造方法。
溶媒(C):溶解度パラメーターが11〜20であって、ポリウレタン樹脂(A)を溶解し、イソシアネートに不活性な非プロトン性極性溶媒、あるいはポリアルコール。
【請求項2】
ウレタン樹脂(A)が
高分子ジオール(a)、
カルボキシル基を有するジオール(b)、
ジイソシアネート(c)及び
活性エネルギー線重合性基を分子内に1個又は2個以上有しイソシアネート基又は水酸基と反応し得る官能基を分子内に1個又は2個以上有する成分(d)
を反応してなり、(a)、(b)、(c)及び(d)を溶媒(B)中でウレタン化反応を行う請求項1に記載の製造方法。
【請求項3】
ウレタン樹脂(A)のカルボキシル基含有量が2.0〜10.0重量%である請求項1又は2に記載の製造方法。
【請求項4】
溶媒(B)がメチルエチルケトンまたはテトラヒドロフランである請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
【請求項5】
溶媒(C)が、N,N−ジメチルフォルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、及びN−メチルピロリドンからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
【請求項6】
請求項2〜5のいずれか1項に記載の製造方法により得られる活性エネルギー線硬化性ウレタン樹脂溶液を塗布して得られた塗膜に、活性エネルギー線を照射してウレタン硬化樹脂皮膜を得るウレタン硬化樹脂皮膜の製造方法。

【公開番号】特開2011−102335(P2011−102335A)
【公開日】平成23年5月26日(2011.5.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−256679(P2009−256679)
【出願日】平成21年11月10日(2009.11.10)
【出願人】(000002288)三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Fターム(参考)】