説明

ポリアスパルチミドおよびその製法と用途

【課題】ヒダントイン環を形成しにくいアスパルテートを提供する。
【解決手段】式:


[式中、Xは、式:X−(NHに対応するポリエーテルアミンからn個のアミノ基を除去して得られるn価のポリエーテル基を示し、RおよびRは、i)水素、ii)直鎖または分岐状C〜Cアルキル基、iii)C−C10アリール基およびiv)これらが共同して形成する5または6員環シクロアルキル基からなる群から選択される基を示し、Rは、i)水素、ii)直鎖または分岐状C〜Cアルキル基)およびiii)C−C10アリール基からなる群から選択される基を示し、nは、2〜4の整数を示す。]で示されるポリアスパルチミド。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、新規なポリアスパルチミド、特有の1級アミンとマレインアミドからのその製造方法および2成分ポリウレタン被覆組成物中でのポリイソシアネート用反応性成分としてのその使用に関する。
【背景技術】
【0002】
1種または2種以上のイソシアネート反応性成分と組み合わせたポリイソシアネート成分をバインダーとして含有する2成分被覆組成物は既知である。それらは、硬質、弾性、耐摩耗性、溶媒耐性および耐候性である高品質被覆を調製するのに適している。
【0003】
2成分表面被覆産業において、エステル基を有する2級ポリアミンが使用されるようになった。2級ポリアミンは、低温で被覆を急速に硬化できることから、低い溶媒含量のまたは溶媒を含まない高固形分被覆組成物において、ラッカーポリイソシアネートと組み合わせてバインダーとして特に適している。
【0004】
これらの2級ポリアミンは、ポリアスパルテートであり、例えば米国特許第5126170号、第5214086号、第5236741号、第5243012号、第5364955号、第5412056号、第5623045号、第5736604号、第6183870号、第6355829号、第6458293号および第6482333号、ならびに欧州特許出願公開第667362号に記載されている。さらに、アルジミン基を含有するアスパルテートも既知である(米国特許第5489704号、第5559204号および第5847195号参照)。2級アスパルギン酸アミドエステルも既知である(米国特許第6005062号参照)。2成分被覆組成物における単独でのまたは他のイソシアネート反応性成分と組み合わせたイソシアネート反応性成分としてのそれらの使用も上記の特許に記載されている。これらのポリアスパルテートを調製するための方法においては、対応する1級ポリアミンをマレエートまたはフマレートと反応させ、2級ポリアミンを形成する。立体的効果、構造的効果および電子的効果により、これらの2級アミノ基は、確実かつ容易な方法で、ポリイソシアネートと混合できるほど十分に低いイソシアネート基との反応性を有している。
【0005】
従来技術において知られているように、ポリアスパルテートを調製するために使用される反応は、ビニルカルボニル化合物中の活性化C−C二重結合への1級アミンの付加である。しかしながら、この反応は、実際の合成工程の間(例えば60℃で攪拌しながら24時間)に完了しないことがわかっていた。反応の実際の程度は、1級ポリアミンの種類に依存する。したがって、1,6−ヘキサンジアミンについて1日後の(遊離未転化マレエートおよび塩基触媒の存在下でのマレエートの転位により生じるフマレートの濃度によって測定される)転化率は約90〜93%である。立体障害1級アミノ基を有する脂環式ポリアミン、すなわち4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタンについての1日後の転化率はたった77%である。完全なまたは実質的な完全な転化は、数日後でしか、または4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタンの場合は数ヶ月後でしか達成されない。
【0006】
典型的な商業的製造において、使用するアミンに依存して16時間反応を行う。この時点で、転化は約75〜95%の間のある値まで完了する。「未完成な」物質は、ドラムに入れられ、反応が完了するまで貯蔵される。この貯蔵は、2週間から6ヶ月の間のある期間行われる。米国特許第5821326号は、アスパルテートの調製を促進するために、触媒として特有の5員環芳香族化合物の使用が記載されている。
【0007】
一般的なアスパルテートは、ヒダントイン環構造を形成するために、(イソシアネートとの硬化後)さらなる転位が起こりうる。ヒダントイン形成は、被覆の収縮および望ましくないアルコール形成を引き起こしうる。ヒダントイン形成しにくいアスパルテートを製造することも望まれている。
【0008】
米国特許出願番号10/761643(2004年1月21日出願)は、過剰の1級アミンをマレエートまたはフマレートと反応させ、次いで、得られた生成物をマレイミドと反応させてアスパルテート基およびアスパルチミド基の両方を有する生成物を形成するアスパルテートの製造方法を開示している。
【特許文献1】米国特許第5126170号
【特許文献2】米国特許第5214086号
【特許文献3】米国特許第5236741号
【特許文献4】米国特許第5243012号
【特許文献5】米国特許第5364955号
【特許文献6】米国特許第5412056号
【特許文献7】米国特許第5623045号
【特許文献8】米国特許第5736604号
【特許文献9】米国特許第6183870号
【特許文献10】米国特許第6355829号
【特許文献11】米国特許第6458293号
【特許文献12】米国特許第6482333号
【特許文献13】欧州特許出願公開第667362号
【特許文献14】米国特許第5489704号、
【特許文献15】米国特許第5559204号
【特許文献16】米国特許第5847195号
【特許文献17】米国特許第6005062号
【特許文献18】米国特許第5824326号
【特許文献19】米国特許出願番号10/761643
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、式:
【化1】

[式中、Xは、式:X−(NHに対応するポリエーテルアミンからn個のアミノ基を除去して得られるn価のポリエーテル基を示し、該ポリエーテルアミンは、約200〜約6000の数平均分子量を有し、100℃までの温度でイソシアネート基に対して反応性であるかまたはイソシアネート基に対して不活性であるさらなる官能基を有してよく、
およびRは、同じまたは異なってよく、i)水素、ii)直鎖または分岐状C〜Cアルキル基(6〜10個の炭素原子を有するアリール基3つまでにより置換されていてよい)、iii)C−C10アリール基(1〜3個の炭素原子を有するアルキル基3つまでにより置換されていてよい)およびiv)これらが共同して形成する5または6員環シクロアルキル基(該シクロアルキル基は1〜3個の炭素原子を有するアルキル基0〜3つにより置換されている)からなる群から選択される基を示し、
は、i)水素、ii)直鎖または分岐状C〜Cアルキル基(6〜10個の炭素原子を有するアリール基3つまでにより置換されていてよい)およびiii)C−C10アリール基(1〜3個の炭素原子を有するアルキル基3つまでにより置換されていてよい)からなる群から選択される基を示し、
nは、2〜4の整数を示す。]
で示される新規なポリアスパルチミドに関する。
【0010】
本発明の生成物は、ポリイソシアネートと組み合わせた場合に、より長い可使時間を有し、従来技術のポリエーテル系アスパルテートより硬い被覆を提供する。さらに、その生成物は、ヒダントイン環を形成しにくい。
【0011】
本発明は、室温から約100℃の温度で、溶液中または溶媒の不存在下で、式:
【化2】

[式中、Xおよびnは、上記のとおりである。]
で示されるジまたはポリアミンを、マレイミドとアミン基の当量比を約0.95:1〜約1.05:1として、反応させることを含んでなる上記式のポリアスパルチミドの方法にも関する。最も好ましい比は1:1である。
【0012】
本発明は、バインダーとして
a)ポリイソシアネート成分、
b)b1)本発明のポリアスパルチミドに相当する化合物、および
b2)任意の他のイソシアネート反応性化合物
を含有するイソシアネート反応性成分、並びに表面被覆技術において既知である任意の添加剤を含んでなり、イソシアネート基とイソシアネート反応性基の当量比が約0.8:1〜約2.0:1である2成分被覆組成物にも関する。
【0013】
分子量は、数平均分子量(Mn)であり、末端分析(NH数)によって決定される。
【0014】
適したポリアミンは、例えば、末端ヒドロキシ基がアミノ基に転化されることを除いて、アミノ化によってまたはジイソシアネートとのヒドロキシ基の反応およびその後の末端イソシアネート基をアミノ基への加水分解によってイソシアネート末端ポリオールを調製するために使用される従来技術で既知のポリエーテルポリオールに相当する。好ましいポリアミンは、アミン末端ポリエーテル、例えばHuntsmanから市販されるJeffamineTM樹脂である。
【0015】
ポリエーテルアミン成分は、本発明の目的を達成できるあらゆるポリエーテルアミンを包含する。適したポリエーテルアミンは、一般に、ポリプロピレンオキシド基を有する二官能および多官能アミンである。これらのアミン周知であり、例えば、ドイツ特許公開第1193671号、米国特許第3236895号およびフランス特許第1466708号に記載される方法によって調製でき、これらの文献の開示は本明細書に組み込まれる。二官能アミンの適した例は、Huntsman Corporationから市販のポリプロピレンオキシドジアミン、例えばJeffamineTM D-230、JeffamineTM D-400およびJeffamineTM D-2000である。三官能ポリプロピレンオキシドアミンの例は、Huntsmanから市販のポリオキシプロピレントリアミン(JeffamineTM T-403)、JeffamineTM T-3000およびJeffamineTM T-5000である。多官能ポリエーテルアミン、例えば四官能ポリプロピレンオキシドアミンも使用できると考えられる。
【0016】
有用なマレイミドは、構造:
【化3】

[式中、R、RおよびRは上記のとおりである。]
で示されるものである。特に有用なマレイミドとしては、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−プロピルマレイミド、N−イソプロピルマレイミド、N−イソブチルマレイミド、N−ブチルマレイミド、N−アミルマレイミド、N−エチルアミルマレイミド、N−メチルイソアミルマレイミド、N−メチルヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−エチル−2−メチルマレイミド、N−2,3−トリメチルマレイミド、3−メチル−N−フェノルマレイミド、N−フェニル−3,4,5,6−テトラヒドロフタルイミドおよび3−フェニル−N−フェニルマレイミドが挙げられる。
【0017】
反応は、通常、約50〜100℃の温度で、約1〜4時間行う。マレイミド対アミン基の当量比は約0.95:1〜約1.05:1であり、1.1の比が特に好ましい。過剰のマレイミドは、100%樹脂生成物が得られるように除去されるか、またはそのまま残留して、可塑剤として作用することができる。過剰のアミンを使用する場合、通常、許容できるが、そのような生成物は、より高い反応性を有し、系全体の可使時間を短くしうる。
【0018】
本発明のポリアスパルチミドの製造は、溶液中で行っても、溶媒の不存在下で行ってもよい。合成後に、例えば、粘度を低下させるために溶媒を添加してよい。適した溶媒としては、あらゆる有機溶媒、好ましくはどの反応対とも反応しない表面被覆技術から既知の溶媒である。例としては、酢酸n−ブチル、酢酸メトキシプロピル、トルエン、キシレンおよびより高級の芳香族溶媒(例えば、Solvesso溶媒(Exxon製))が挙げられる。
【0019】
本発明に従って調製されたポリアスパルチミドを、合成工程終了後にポリイソシアネート用反応性成分として直接使用してよい。
【0020】
本発明のポリアスパルチミドの1つの用途は、バインダーとして、
a)ポリイソシアネート成分、ならびに
b)b1)1種または2種以上の本発明のポリアスパルチミド、
b2)任意の他の既知のイソシアネート反応性成分
を含有するイソシアネート反応性成分
を含んでなる2成分被覆組成物からの被覆を調製することである。
【0021】
適したポリイソシアネート成分a)は既知であり、ポリウレタン化学から既知であるポリイソシアネート、例えば低分子量ポリイソシアネートおよびこれら低分子量ポリイソシアネートから製造されるラッカーポリイソシアネートが挙げられる。好ましいものは、表面被覆技術から既知であるラッカーポリイソシアネートである。これらのラッカーポリイソシアネートは、ビウレット基、イソシアヌレート基、アロファネート基、ウレトジオン基、カルボジイミド基および/またはウレタン基を有することができ、好ましくは、(環式)脂肪族ポリイソシアネートから調製される。
【0022】
本発明の使用のためのまたはラッカーポリイソシアネートを調製するための適当な低分子量ポリイソシアネートは、140〜300の分子量を有するものであり、例えば1,4−テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2,2,4−および/または2,4,4−トリメチル−ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、2−メチル−1,5−ジイソシアナトペンタン、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IPDI)、2,4−および/または4,4’−ジシクロシアナトジシクロヘキシルメタン、1−イソシアナト−1−メチル−3(4)−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IMCI)、2,4−および/または2,6−ヘキサヒドロトルイレンジイソシアネート(HTDI)、2,4−および/または4,4’−ジシクロシアナトジフェニルメタンまたはこれらの異性体と高級同族体との混合物(アニリン/ホルムアルデヒド縮合物のホスゲン化による既知の方法で得られる)、2,4−および/または2,6−ジイソシアナトトルエンならびにそれらの混合物である。低分子量ポリイソシアネートそれ自体の使用は好ましくない。また、芳香族ポリイソシアネート、例えば2,4−および/または2,6−ジイソシアナトトルエンから調製されるラッカーポリイソシアネートはそれほど好ましくない。ウレタン基含有ラッカーポリイソシアネートは、好ましくは62〜300の分子量を有する低分子量ポリヒドロキシ化合物、例えばエチレングリコール、プロピレングリコールおよび/またはトリメチロール−プロパンに基づく。
【0023】
成分a)としての使用に好ましいラッカーポリイソシアネートは、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートに基づき、16〜24重量%のNCO含量および23℃で10000mPa.s.、好ましくは3000mPa.s.の最大粘度を有するものである。好ましいものは、TPDIに基づくイソシアネートである。
【0024】
任意の出発物質b2)は、少なくとも2つのイソシアネート反応性基(湿分または/および熱の影響下でイソシアネート基と反応する基を含む)を有する既知の化合物である。例としては、ヒドロキシ官能ポリアクリレート、ポリエステルポリオールおよびポリエーテルポリオール、および従来技術で既知の種類のアスパルテートおよびアルジミンがある。このような化合物の混合物も使用してよい。
【0025】
本発明で使用されるバインダーにおいて、成分a)、b1)および(任意の)b2)の量は、イソシアネート基対イソシアネート反応性基の当量比が約0.8:1〜約2.0:1、好ましくは約0.8:1〜約1.2:1であるように選択される。
【0026】
本発明のバインダーは、溶媒の不存在下またはポリウレタン表面被覆技術で一般に使用される溶媒の存在下で、個々の成分を混合することによって調製される。適した溶媒としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メトキシプロピル、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、キシレン、N−メチルピロリドン、石油スピリット、クロロベンゼン、Solvesso溶媒またはこれらの混合物が挙げられる。
【0027】
好ましくは、本発明の被覆組成物中のバインダーa)およびb)と溶媒との重量比は、約40:60〜約100:0、より好ましくは約60:40〜約100:0である。
【0028】
被覆組成物は、表面被覆技術で既知の添加剤を含有しうる。添加剤としては、顔料、充填剤、流れ調節剤、触媒および沈降防止剤が挙げられる。
【0029】
本発明の被覆組成物から得られる被覆の特性は、出発成分a)、b1)およびb2)の種類および比率の適切な選択によって調節することができる。
【0030】
被覆組成物は、既知の方法、例えば噴霧、塗装、浸漬、流し塗りによってまたはローラーまたはスプレーダーの使用によって、単一層または複数層で基材に塗布されてよい。本発明の被覆組成物は、基材、例えば金属、プラスチック、木材またはガラスを被覆するために適している。被覆組成物は、薄鋼板の被覆に特に適していて、車体、機械、クラッド(外装)パネル、コンテナーの製造に使用される。基材は、本発明の被覆組成物を塗布する前に、適したプライマー被覆を備えていてもよい。被覆の乾燥は、約0〜160℃の温度で行ってよい。
【0031】
従来のアスパルテートとは対照的に、ほぼ完全な転化が達成できるので、本発明のポリアスパルチミドを、合成工程の終了後に直接使用してよい。その生成物は、激しくはない、穏やかなイソシアネート反応性を示す。低い粘性の故に、それらは、反応性希釈剤として、従来より使用されてきた環境汚染有機溶媒のより適した代替物であり、それ故に、低溶媒のまたは溶媒を含まない高い固形分の高品質2成分被覆組成物において使用されうる。
【0032】
マレエートエステルをフマレートに異性化する際に生じ、かつ反応を遅延させるシス−トランス異性化が、マレイミドには生じないことから、マレイミドは、ジアルキルマレートよりも早く反応する。合成時間を短縮でき、老化工程が不必要となるので、このことは有利である。他の利点は、スクシンイミド部分が、(イソシアネートによる硬化後に)アスパルテートエステルで生じるようなヒダントイン環構造を形成するさらなる転位を起こさないことである。このヒダントイン形成は、アルコールの除去を伴い、被覆に収縮を引き起こしうる。この技術のさらに他の利点は、JeffamineTMポリアミンのような遅延アミンに基づくアスパルチミドを形成することが可能であることである。驚くべきことに、JeffamineTMポリアミンおよびマレイミドに基づく生成物は、JeffamineTMポリアミンとジエチルマレエートとの反応に比べて短い時間で完全に形成できる。JeffamineTMポリアミンとマレイミドとの反応は、JeffamineTMとジエチルマレエートとの反応とは対照的に、およそ数時間で完了し、一方ジエチルマレエートとの反応ではJeffamineTMは、アスパルテートに6ヶ月で50%しか転化しないほど遅い。このことは、アスパルテート系共反応物をより柔軟に合成することを可能にする。
【実施例】
【0033】
以下の実施例中、すべての部およびパーセントは、特記しないかぎり重量に基づく。
【0034】
アミン1は、JeffamineTM T-3000である。
アミン2
丸底フラスコに、攪拌器、加熱マントル、窒素注入口、熱電対および添加漏斗を取り付けた。JeffamineTM T-3000 1170部(1.0当量)を室温でフラスコに加えた。次いで、N−エチルマレイミド125.13部(1.0当量)を添加した。フラスコの温度を60℃に上昇させた。次いで、反応を60℃で24時間行い、その時点で反応が終了したことをヨウ素還元滴定により確認した。反応混合物を、室温に冷却した。透明かつほとんど無色の最終生成物は、1420cpsの粘度および46.9のアミン価(理論アミン価:43.3)を有していた。
【0035】
比較例
丸底フラスコに、攪拌器、加熱マントル、窒素注入口、熱電対および添加漏斗を取り付けた。JeffamineTM T-3000 500部(0.5当量)を室温でフラスコに加えた。次いで、ジエチルマレエート62.6部(0.5当量)を添加した。フラスコの温度を60℃に上昇させた。次いで、反応を60℃で24時間行い、その時点で反応は24%しか終了していないことをヨウ素還元滴定により確認した。反応混合物を、室温に冷却し、2ヶ月間室温に保ったが、その時点でのアスパルテートへの転化は、50%しか終了していないことをヨウ素還元滴定により確認した。
【0036】
実施例1からの試料を、NCO:NHの比が1となるように、Desmodur N-3300(21.8重量%のNCO含有量および192の当量を有する三量化ヘキサンジイソシアネート)と、手で混合した。粘度を、Brookfield粘度計により測定した。試料の乾燥時間は、ガラスへの混合試料の延展によって測定した。試料を、10ミル湿潤厚に延展した。フィルムの硬化を試験するために、2秒間隔で、綿ボールを延展物に押しつけた。綿ボールが跡を残さなかったときに、試料フィルムは完全に硬化したと判定した。ショアD硬度は、混合試料をアルミカップに注ぎ、Shore Durometer Type D-2 ASTM D2240を用いて3日後に硬度を試験することによって測定した。
【0037】
【表1】

【0038】
本発明を例示するために前記に詳しく説明したが、そのような説明は例示するものにすぎず、特許請求の範囲によって限定される以外は、本発明の意図および範囲を逸脱せずに当業者によってそれらに変更を加えうると理解されるものとする。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
式:
【化1】

[式中、Xは、式:X−(NHに対応するポリエーテルアミンからn個のアミノ基を除去して得られるn価のポリエーテル基を示し、該ポリエーテルアミンは、約200〜約6000の数平均分子量を有し、100℃までの温度でイソシアネート基に対して反応性であるかまたはイソシアネート基に対して不活性であるさらなる官能基を有してよく、
およびRは、同じまたは異なってよく、i)水素、ii)直鎖または分岐状C〜Cアルキル基(6〜10個の炭素原子を有するアリール基3つまでにより置換されていてよい)、iii)C−C10アリール基(1〜3個の炭素原子を有するアルキル基3つまでにより置換されていてよい)およびiv)これらが共同して形成する5または6員環シクロアルキル基(該シクロアルキル基は1〜3個の炭素原子を有するアルキル基0〜3つにより置換されている)からなる群から選択される基を示し、
は、i)水素、ii)直鎖または分岐状C〜Cアルキル基(6〜10個の炭素原子を有するアリール基3つまでにより置換されていてよい)およびiii)C−C10アリール基(1〜3個の炭素原子を有するアルキル基3つまでにより置換されていてよい)からなる群から選択される基を示し、
nは、2〜4の整数を示す。]
で示されるポリアスパルチミド。
【請求項2】
式:
【化2】

[式中、Xは、式:X−(NHに対応するポリエーテルアミンからn個のアミノ基を除去して得られるn価のポリエーテル基を示し、該ポリエーテルアミンは、約200〜約6000の数平均分子量を有し、100℃までの温度でイソシアネート基に対して反応性であるかまたはイソシアネート基に対して不活性であるさらなる官能基を有してよく、
およびRは、同じまたは異なってよく、i)水素、ii)直鎖または分岐状C〜Cアルキル基(6〜10個の炭素原子を有するアリール基3つまでにより置換されていてよい)、iii)C−C10アリール基(1〜3個の炭素原子を有するアルキル基3つまでにより置換されていてよい)およびiv)共に形成する5または6員環シクロアルキル基(該シクロアルキル基は1〜3個の炭素原子を有するアルキル基0〜3つにより置換されている)からなる群から選択される基を示し、
は、i)水素、ii)直鎖または分岐状C〜Cアルキル基(6〜10個の炭素原子を有するアリール基3つまでにより置換されていてよい)およびiii)C−C10アリール基(1〜3個の炭素原子を有するアルキル基3つまでにより置換されていてよい)からなる群から選択される基を示し、
nは、2〜4の整数を示す。]
で示されるポリアスパルチミドの製造方法であって、室温から約100℃の温度で、溶液中または溶媒の不存在下で、式:
【化3】

[式中、Xおよびnは、上記のとおりである。]
で示されるアミンを、マレイミドとアミン基の当量比を約0.95:1〜約1.05:1として、反応させることを含んでなる方法。
【請求項3】
該マレイミドが、式:
【化4】

[式中、R、RおよびRは、上記のとおりである。]
で示される請求項2に記載の方法。
【請求項4】
マレイミドとアミン基の当量比が1:1である請求項2に記載の方法。
【請求項5】
バインダーとして、
a)ポリイソシアネート成分、並びに
b)b1)請求項1に記載のポリアスパルチミド、および
b2)任意の他のイソシアネート反応性化合物
を含有するイソシアネート反応性成分
を含んでなり、イソシアネート基とイソシアネート反応性基の当量比が約0.8:1〜約2.0:1である2成分被覆組成物。

【公開番号】特開2006−144012(P2006−144012A)
【公開日】平成18年6月8日(2006.6.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−329757(P2005−329757)
【出願日】平成17年11月15日(2005.11.15)
【出願人】(504037346)バイエル・マテリアルサイエンス・アクチェンゲゼルシャフト (728)
【氏名又は名称原語表記】Bayer MaterialScience AG
【出願人】(503349707)バイエル・マテリアルサイエンス・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー (178)
【氏名又は名称原語表記】Bayer MaterialScience LLC
【Fターム(参考)】