説明

ポリエーテルポリオール及びその製造方法

【課題】実用的な伸度、強度を有し、且つ染色性にも優れているポリウレタン樹脂及びそのソフトセグメントとして用いるポリエーテルポリオールを提供する。
【解決手段】1,3−プロパンジオール単位と下記一般式(1)及び/又は式(2)を含むポリエーテルポリオールを製造し、そのポリエーテルポリオールを用いてポリウレタン樹脂を製造する。
−ORCR(R−COOR)R− (1)
−ORCR(R−COOM)R− (2)
ここでRは水素または炭素数1〜20のアルキル基、またはアリール基を、Mは周期律表の1族から4族または12族から15族の金属または金属塩を表す。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリエーテルポリオール及びそのポリエーテルポリオールを含むポリウレタン樹脂組成物及びその加工品に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ポリエーテルポリオールをソフトセグメントとして用いたポリウレタン樹脂は、その優れた物性と化学的特長により広く樹脂、フィルム、繊維などで用いられている。
しかしながらポリエーテルポリオールをソフトセグメントとして用いたポリウレタン樹脂は、ポリウレタン樹脂の主成分であるポリエーテルポリオールが極性官能基をもたないため、イオン性(カチオン性あるいはアニオン性)の染料と十分に強い相互作用を取れないため染色が困難であった。
【0003】
最近の改良技術として、1,3−プロパンジオールとスルホイソフタル酸あるいはその塩を脱水縮合してポリエーテルエステルポリオールを製造し、それをソフトセグメントとして染色性のポリウレタン樹脂を得る技術が知られている(特許文献1)。
【特許文献1】米国特許第6316586号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明者らの検討によれば、特許文献1に開示してある染色性のポリウレタン樹脂は、主鎖にエステル結合を持つため、得られるポリウレタン樹脂の加水分解特性が悪かったり、十分伸度や強度が得られにくいという問題が生じ、実用化するには不十分な物性であった。
そこで、本発明は、実用的な伸度、強度を有し、且つ染色性にも優れているポリウレタン樹脂及びそのソフトセグメントとして用いるポリエーテルポリオールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、ソフトセグメントとして用いるポリエーテルポリオールとして、少なくとも1,3−プロパンジオール単位とカルボキシル基(カルボン酸)及び/又はその塩(カルボン酸の金属塩)若しくはカルボン
酸エステルを側鎖に有するポリエーテルポリオールを製造し、そのポリエーテルポリオールと少なくともポリイソシアネート化合物とを反応させて得られるポリウレタン樹脂を製造することによって、実用的な伸度、強度を有し、且つ染色性にも優れているポリウレタン樹脂及びポリエーテルポリオールを見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】
即ち本発明の要旨は、1,3−プロパンジオール単位と下記一般式(1)及び/又は式(2)を含み、数平均分子量が200以上であることを特徴とするポリエーテルポリオールに存する。
【0007】
【化1】

【0008】
(式(1)中、R1、R2は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、R3は、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基を表し、R4は、炭素数0〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、Rは水素、又は炭素数1〜20
のアルキル基、又はアリール基を表す。)
【0009】
【化2】

【0010】
(式(2)中、R1、R2は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、R3は、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基を表し、R4は、炭素数0〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、Mは周期律表の1族から4族又
は12族から15族の金属又は金属塩を表す。)
第2の要旨は、全構造単位に対して、1,3−プロパンジオール単位の割合が50〜99.99モル%であり、式(1)及び/又は式(2)で表される構造単位が0.01〜50モル%であることを特徴とする上記に記載のポリエーテルポリオールに存する。
【0011】
第3の要旨は、上記に記載のポリエーテルポリオールと、少なくともポリイソシアネート化合物とを反応させて得られるポリウレタン樹脂に存する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、実用的な伸度、強度を有し、且つ染色性にも優れているポリウレタン樹脂及びポリエーテルポリオールが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明につき詳細に説明する。
<ポリエーテルポリオール>
本発明のポリエーテルポリオールとは、主鎖が実質的にエーテル結合のみからなり、かつカルボキシル基(カルボン酸)あるいはその塩(カルボン酸の金属塩)、あるいはカルボン酸エステルを側鎖に有するものを表す。具体的には、1,3−プロパンジオール単位と下記一般式(1)及び/又は一般式(2)を含むポリエーテルポリオールを表す。
【0014】
1,3−プロパンジオール単位とは、オキシトリメチレン単位を表し、下記一般式(3)で表される。
【0015】
【化3】

【0016】
下記一般式(1)はカルボキシル基及び/またはカルボン酸エステル基を含むジオール単位であり、下記式で表される。
【0017】
【化4】

【0018】
式(1)中、R1、R2は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、R3は、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基を表し、R4は、炭素数0〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、Rは水素、又は炭素数1〜20
のアルキル基、又はアリール基を表す。
このうちで、R1及びR2がメチレン基(炭素数1)、R4が炭素数ゼロであるジオールが特に好ましい。
【0019】
については特に限定されないが、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基がよい。アルキル基としては、たとえば直鎖炭化水素基、分岐炭化水素基、脂環式炭化水素基、アラルキル基が挙げられる。より具体的には、直鎖炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、セチル基、オクタデシル基等が挙げられる。また、分岐炭化水素基としては、イソプロピル基、イソブチル基、第3ブチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。脂環式炭化水素基としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基等が挙げられる。アラルキル基としては、ベンジル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基等が挙げられる。
【0020】
アリール基としては、たとえばフェニル基、o-メチルフェニル基、m-メチルフェニル基、p-メチルフェニル基、p-エチルフェニル基、p-第3ブチルフェニル基、オクチル
フェニル基、ノニルフェニル基、オクタデシルフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
これらの中でRは、水素原子又はメチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、セチル基、イソプロピル基、イソブチル基、ネオペンチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、2−フェニルエチル基、フェニル基が好ましい。さらにこの中でも、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基がより好ましく、入手の容易性からメチル基、エチル基が特に好ましい。
【0021】
Rは特に限定されないが、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリーレン基がよい。アルキル基としては、たとえば直鎖炭化水素基、分岐炭化水素基、脂環式炭化水素基、アラルキル基が挙げられる。より具体的には、直鎖炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、セチル基、オクタデシル基等が挙げられる。また、分岐炭化水素基としては、イソプロピル基、イソブチル基、第3ブチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。脂環式炭化水素基としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基等が挙げられる。アラルキル基としては、ベンジル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基等が挙げられる。
【0022】
アリール基としては、たとえばフェニル基、o-メチルフェニル基、m-メチルフェニル基、p-メチルフェニル基、p-エチルフェニル基、p-第3ブチルフェニル基、オクチル
フェニル基、ノニルフェニル基、オクタデシルフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。この中でも、Rは水素、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が好ましい。この中でも水素が特に好ましい。
【0023】
さらに具体的には、入手の容易さから、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸及びそのアルキルエステル単位、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−n−酪酸及びそのアルキルエステル単位が好ましい。
一般式(2)とはカルボン酸の金属塩を含むジオール単位であり、下記一般式(2)で表される。
【0024】
【化5】

【0025】
式(2)中、R1、R2は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表す。
R3は、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基を表す。
R4は、炭素数0〜20のアルキレン基あるいはアリーレン基を表す。
Mは周期律表の1族から4族又は12族から15族の金属及び/又は金属塩を表す。
【0026】
,R,R,Rについては特に限定されないが、式(1)と同様の置換基あるいは炭素数であることが好ましい。Mの金属については特に限定されないが、周期律表の1族〜4族又は12族から15族の金属及び/又は金属塩がよい。Mの金属は本発明のポリエーテルポリオールを製造するために、重合前の原料ポリオールとして用いてもよいし(i)、重縮合後の後処理でカルボキシル基に塩形成させてもよい(ii)。Mの金属としてはたとえば、Li、Na、K、Mg,Ca,Sr,Ti,Zr,Hf、Zn,B、Al、Ga,Sn、Ge,Sbなどが挙げられる。カルボン酸の金属塩(−COOM)の形態は特に限定されないが、Mが2価以上の場合には、Mが水酸化物イオン、硫酸イオン、酢酸イオン、硝酸イオン、燐酸イオン等のアニオン種と結合していてもかまわない。中でも後処理でアルカリ加水分解処理を実施することから(上記(ii)の処理)、Na、K、Caといったアルカリ金属、アルカリ土類金属の塩を形成したものが好ましい。中でもNaがより好ましい。
【0027】
また重合時に助触媒として、Na、Al、Zrなどを用いた場合にはこれらの金属塩となってもかまわない。この中でNaがより好ましい。上述のようにMの金属原子は、本願発明の効果には特に影響を与えないものであり、つまり一般式(1)及び/又は(2)が本願の樹脂に含有されていても同等の効果を有するものである。
本発明のポリエーテルポリオールの全構造単位に対する1,3−プロパンジオール単位割合はとくに限定されないが、たとえば1,3−プロパンジオール単位の割合が50〜99.99モル%である。好ましくは、60〜99.9モル%、より好ましくは70〜99.5モル%、さらにより好ましくは80〜99モル%である。
【0028】
また、本発明のポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)で表される構造単位の割合は特に限定されないが、たとえば0.01〜50モル%である。好ましくは0.1〜40モル%、より好ましくは0.5〜30モル%、さらにより好ましくは1〜20モル%である。
1,3−プロパンジオール単位、一般式(1)及び/又は一般式(2)で表されるジオール単位に加えて、第3成分として、エチレングリコール単位、2−メチル−1,3−プロパンジオール単位、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール単位、1,4−ブタンジオール単位,1,5−ペンタンジオール単位、1,6−ヘキサンジオール単位、1,7−ヘプタンジオール単位、1,8−オクタンジオール単位、1,9−ノナンジオール単位、1,10−デカンジオール単位、1,4−シクロヘキサンジメタノール単位等の2個の1級水酸基を有するジオール単位を1種以上共存させてもよい。その際、1,3−プロパンジオール単位、一般式(1)及び/又は一般式(2)で表されるジオール単位、第3成分の単位をあわせて全構造単位が100モル%になるように任意に量比を調整すればよい。
【0029】
本発明のポリエーテルポリオールの数平均分子量はその用途によってもさまざまであり特に限定されないが、その下限は通常200、好ましくは600、さらに好ましくは1000であり、上限は通常10000、好ましくは7000、さらに好ましくは5000以下である。ここで数平均分子量とは、分子1個あたりの平均分子量を示す。具体的な測定方法は、実施例記載の測定方法に準じて行なう。
<ポリエーテルポリオールの製造方法>
(1)原料ポリオール
本発明のポリエーテルポリオールを製造するための主たる原料ポリオールとして、1,3−プロパンジオール及び/又はその重縮合物であるポリトリメチレンエーテルグリコールと、一般式(4)及び/又は(5)で表されるジオールを少なくとも使用する。
【0030】
上記一般式(1)の1,3−プロパンジオール単位をポリエーテルポリオール中に存在させるには、1,3−プロパンジオール及び/又はその重縮合物であるポリトリメチレンエーテルグリコールを原料として用いる。ポリトリメチレンエーテルグリコールを原料に用いる場合は、特には限定されないが、分子量が小さい方が好ましい。通常数平均分子量で1000以下、好ましくは700以下、より好ましくは500以下である。もっとも好ましいのは1,3−プロパンジオールを用いることである。
【0031】
本発明に係る1,3−プロパンジオール単位を得るための原料ポリオールは、市販のものでもよく合成したものでもよい。本発明に係る1,3−プロパンジオール単位を得るための原料ポリオールを合成する場合、その手法は制限されるものではないが、例えば、ポリトリメチレンエーテルグリコールを合成する場合、1,3−プロパンジオールを特開2004−182974号公報等に記載の条件で脱水重縮合することにより、合成することが可能である。
【0032】
また、国際公開公報第2004/101469号パンフレットに記載の手法により、植物由来原料から原料ポリオールを合成することが可能である。
1,3−プロパンジオール及びその重縮合物に加えて、エチレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール,1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘ
プタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の2個の1級水酸基を有するジオールを用いることもできる。ただし、2個の1級水酸基を有するジオールであっても、1,4−ブタンジオール,1,5−ペンタンジオールのように脱水縮合反応により環状エーテルエーテルを生成するジオールでないものが望ましい。コスト及び入手のしやすさ、重縮合の進みやすさの観点から、エチレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオールが好ましい。
【0033】
一般式(1)に示すカルボキシル基及び/またはカルボン酸エステル基を含むジオール単位を得るには、一般式(4)及び/又は一般式(5)で表される構造からなるカルボキシル基及び/またはカルボン酸エステル基を有するジオールを用いることができる。
【0034】
【化6】

【0035】
式(4)中、R1、R2は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表す。
R3は、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基を表す。
R4は、炭素数0〜20のアルキレン基あるいはアリーレン基を表す。
Rは水素、又は炭素数1〜20のアルキル基、又はアリール基を表す。
【0036】
このうちで、R1及びR2がメチレン基(炭素数1)、R4が炭素数ゼロであるジオールがより好ましい。理由は分子内に水酸基とカルボキシル基やカルボン酸エステル基をもつ化合物は、分子内で脱水環化してラクトン環を生成してしまい、ポリエーテルポリオール生成のための脱水縮合反応が遅くなってしまうおそれがある。しかし、R及びRの炭素数が1すなわちメチレンであり、かつRが炭素数ゼロである場合には、上記一般式(4)の化合物が分子内で脱水して生成するラクトン環が四員環であるため環化反応が進行しにくい。したがって、ポリエーテルポリオールを合成する上で好ましい。
【0037】
については特に限定されないが、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基がよい。アルキル基としては、たとえば直鎖炭化水素基、分岐炭化水素基、脂環式炭化水素基、アラルキル基が挙げられる。より具体的には、直鎖炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、セチル基、オクタデシル基等が挙げられる。また、分岐炭化水素基としては、イソプロピル基、イソブチル基、第3ブチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。脂環式炭化水素基としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基等が挙げられる。アラルキル基としては、ベンジル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基等が挙げられる。
【0038】
アリール基としては、たとえばフェニル基、o-メチルフェニル基、m-メチルフェニル基、p-メチルフェニル基、p-エチルフェニル基、p-第3ブチルフェニル基、オクチル
フェニル基、ノニルフェニル基、オクタデシルフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
これらの中でRは、水素原子又はメチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、セ
チル基、イソプロピル基、イソブチル基、ネオペンチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、2−フェニルエチル基、フェニル基が好ましい。さらにこの中でも、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基がより好ましく、入手の容易性からメチル基、エチル基が特に好ましい。
【0039】
Rも特に限定されないが、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基がよい。アルキル基としては、たとえば直鎖炭化水素基、分岐炭化水素基、脂環式炭化水素基、アラルキル基が挙げられる。より具体的には、直鎖炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、セチル基、オクタデシル基等が挙げられる。また、分岐炭化水素基としては、イソプロピル基、イソブチル基、第3ブチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。脂環式炭化水素基としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基等が挙げられる。アラルキル基としては、ベンジル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基等が挙げられる。
【0040】
アリール基としては、たとえばフェニル基、o-メチルフェニル基、m-メチルフェニル基、p-メチルフェニル基、p-エチルフェニル基、p-第3ブチルフェニル基、オクチル
フェニル基、ノニルフェニル基、オクタデシルフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
さらに具体的には、入手の容易さから、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸及びそのアルキルエステル、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−n−酪酸及びそのアルキルエステルが好ましい。
【0041】
一般式(5)はカルボン酸の金属塩を含むジオールを表す。
【0042】
【化7】

【0043】
式(5)中、R1、R2は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表す。
R3は、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基を表す。
R4は、炭素数0〜20のアルキレン基あるいはアリーレン基を表す。
Mは元素周期律表の1族から4族又は12族から15族の金属及び/又は金属塩を表す。
【0044】
,R,R,Rについては特に限定されないが、一般式(4)と同様の置換基あるいは炭素数であることが好ましい。Mの金属については特に限定されないが、周期律表の1族〜4族又は12族から15族の金属及び/又は金属塩がよい。Mは本発明のポリエーテルポリオール原料として、重合前の原料ポリオールとして用いてもよいし(i)、重縮合後の後処理でカルボキシル基に塩形成させてもよい(ii)。Mはたとえば、Li、Na、K、Mg,Ca,Sr,Ti,Zr,Hf、Zn,B、Al、Ga,Sn、Ge,Sbなどの金属元素及び/又は金属塩が挙げられる。中でも後処理でアルカリ加水分解処理を実施することから、原料ポリオールという観点からははずれるが、(ii)の意味で、Na、K、Caといったアルカリ金属、アルカリ土類金属塩を形成したものが好ましい。この中で、Naがより好ましい。また重合時に助触媒として、Na,Al、Zrなどを用いた場合には重合反応中にこれらの金属塩となってもかまわない。この中で、Naがより好ましい。上述のようにMの金属原子は、本願発明の効果には特に影響を与えないものである。つまり一般式(4)及び/又は(5)を原料に用いても、製造された樹脂は適切な後処理を実施することにより、同等の効果を付与することができる。
【0045】
(2)ポリエーテルポリオールの製造条件
本発明のポリエーテルポリオールを製造する方法は特に限定されないが、公知の方法により、主たる原料ポリオールとして1,3-プロパンジオール及び/又はその重縮合物で
あるポリトリメチレンエーテルグリコールと、一般式(4)及び/又は一般式(5)で表されるジオールを用いて、脱水縮合反応により製造することができる。
【0046】
本発明のポリエーテルポリオールを製造するには、1,3−プロパンジオール及び/又はその重縮合物であるポリトリメチレンエーテルグリコールの仕込み量は、全仕込みジオールに対して、通常50〜99.99モル%、好ましくは60〜99.9モル%、より好ましくは、70〜99.5モル%、特に好ましくは80〜99モル%である。少なすぎても、多すぎても、目的の組成のポリエーテルポリオールが得られなくなる傾向がある。
【0047】
また、上記一般式(4)及び/又は(5)で表されるジオールの仕込み量は、通常 0.01〜50モル%、好ましくは0.1〜40モル%、より好ましくは、0.5〜30モル%、特に好ましくは1〜20モル%である。少なすぎても、多すぎても、目的の組成のポリエーテルポリオールが得られなくなる傾向がある。一般式(4)及び(5)の仕込み割合は、特に限定されない。
【0048】
本製造で用いる触媒の酸としては、従来からアルコール性水酸基の脱水縮合反応によりエーテル結合を生成することが知られている任意のものを用いることができる。酸は反応系に溶解して均一系触媒として作用するもの、及び溶解せずに不均一触媒として作用するもののいずれであってもよい。このような酸としては、たとえば前者としては、硫酸、燐酸、フルオロ硫酸、リンタングステン酸等のヘテロポリ酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、オクタンスルホン酸、1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホン酸等のアルキル鎖がフッ素化されていてもよいアルキルスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、たとえばパラトルエンスルホン酸等のアリールスルホン酸が挙げられる。後者としては、活性白土、ゼオライト、シリカーアルミナやシリカージルコニア等の金属複合酸化物、及びパーフルオロアルキルスルホン酸を側鎖に有する樹脂などが挙げられる。これらのうちで入手が容易でかつ安価である点では、硫酸、燐酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸などが好ましく、これらの中でも硫酸がもっとも好ましい。
【0049】
本発明方法によるポリオールの脱水縮合反応によるポリエーテルポリオールの製造は、回分方式でも連続方式でも行うことが出来る。回分方式の場合には、反応器に原料のポリオール及び触媒の酸と助触媒を仕込み、攪拌下に反応させればよい。連続反応の場合には、例えば多数の攪拌槽を直列にした反応装置や流通式反応装置の一端から原料のポリオールとオニウム塩を連続的に供給し、装置内をピストンフローないしはこれに近い態様で移動させて、他端から反応液を連続的に抜き出す方法を使用することが出来る。
【0050】
脱水縮合反応の温度は、通常120〜250℃、好ましくは140〜200℃、更に好ましくは150〜190℃である。この温度が高すぎると着色が悪化する傾向があり、低すぎると反応速度が上がらない傾向がある。
反応は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。反応圧力は反応系が液相に保持される範囲であれば任意であり、通常は常圧下で行われる。所望ならば反
応により生成した水の反応系からの脱離を促進するため、反応を減圧下で行ったり、反応系に不活性ガスを流通させてもよい。
【0051】
反応時間は、触媒の使用量、反応温度、生成する脱水縮合物に対する所望の収率や物性などにより異なるが、通常0.5〜50時間、好ましくは1〜20時間である。反応時間が長すぎると、製造効率が悪いだけでなく、得られるポリオールの着色が大きくなる傾向にあり、短すぎると十分に分子量が上がらず、所望の物性を持つポリエーテルポリオールが得られない傾向がある。
【0052】
なお、反応は、通常、無溶媒で行うが、所望ならば溶媒を使用することも出来る。溶媒は反応条件下での蒸気圧、安定性、原料及び生成物の溶解性などを考慮して、常用の有機合成反応に使用する有機溶媒から適宜選択して使用すればよい。
生成ポリエーテルポリオールの反応系からの分離・回収は常法により行うことが出来る。酸として不均一系触媒として作用するものを使用した場合には、先ず、濾過や遠心分離により反応液からけん濁している酸を除去する。次いで、蒸留又は水などの抽出により低沸点のオリゴマーや未反応の原料を除去し、目的とするポリエーテルポリオールを取得する。均一系触媒として作用する酸を使用した場合には、先ず、反応液に水を加えてポリエーテルポリオール層と酸、未反応原料、オリゴマー等を含む水層を分層させる。
【0053】
なお、ポリエーテルポリオールの一部は触媒として使用した酸とエステルを形成している場合がある。またカルボキシル基の一部あるいは大部分がポリエーテルポリオールの水酸基で反応してエステル結合を形成している。そこで後処理として次の方法をとることが好ましい。
(i)反応液に水を加えた後、酸性条件下で加熱して主に酸触媒のエステルを加水分解させる。(触媒として硫酸を使用した場合には硫酸エステル又は硫酸ジエステルを加水分解する)
(ii)その後次に水層のpHが7より大きくなるようアルカリを加え、必要に応じてア
ルコール等の溶媒を加えて加熱をおこない、カルボキシル基とポリエーテルポリオールが形成したエステル結合を加水分解あるいは加溶媒分解する。(i)の酸性条件での加水分解により重合に用いた酸触媒とポリエーテルポリオール末端が形成したエステル(触媒が硫酸の場合、硫酸エステル)を加水分解することはできるが、酸性条件下ではカルボキシル基の一部あるいは大部分がポリエーテルポリオールの水酸基と反応して生成したエステル結合の加水分解を押し切ることは非常に難しい。そこで、次に(ii)のように、アルカリを加えてアルカリ性条件で加熱し、カルボキシル基の一部あるいは大部分がポリエーテルポリオールの水酸基と反応して生成したエステル結合の加水分解を実施する。使用するアルカリの種類は特に限定されないが、周期律表の1族、2族の塩、たとえば、水酸化物、炭酸塩等が好ましい。より好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムである。使用するアルカリの量は、重合に用いた酸触媒と、カルボキシル基の一部あるいは大部分がポリエーテルポリオールの水酸基と反応して生成したエステル結合が加水分解されて生成するカルボキシル基(カルボン酸)を中和できる当量以上使用することが好ましい。(ii)の加水分解の際には溶媒を使用してもよい。溶媒の種類は特に限定されないが、たとえば、イソプロパノール、ブタノールなどのアルコール類、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテルなどのエーテル類、トルエン、キシレン等の炭化水素などがあげられる。この中で反応速度及び後処理の簡便性からアルコール類、エーテル類をもちいることが好ましく、中でもアルコール類を用いることが特に好ましい。その中でも分層性の観点からブタノールを用いることが特に好ましい。
【0054】
(i)の工程の後に(ii)の工程を行う場合、すなわち酸加水分解を実施した後にアルカリ加水分解をおこなうという順序で後処理を実施することは重要である。先に(i)の酸性条件下の加水分解を実施することなく、いきなり(ii)のアルカリ加水分解を実
行した場合には、ポリエーテルポリオール末端の酸触媒のエステルがアルカリ金属塩を形成し、両末端アルコールのポリエーテルポリオールが得られにくくなってしまう。すなわち、触媒が硫酸の場合に酸加水分解を実施することなくたとえば水酸化ナトリウムを用いて、アルカリ加水分解を実施した場合、重合反応時に生成した硫酸エステル末端が、硫酸エステルのナトリウム塩を形成してしまう。この硫酸エステルのナトリウム塩は加水分解により末端を水酸基に変換することが難しい。したがって、(i)の工程の後に(ii)の工程を行う順序で後処理を実施することが望ましい。
【0055】
ポリエーテルポリオール中に残ったアルカリや酸を除去することは、水で洗浄する等の方法でおこなうことができる。また、イオン交換樹脂やイオン交換能をもつ無機化合物を用いて、化学吸着により除去することも可能である。
本発明で得られるポリエーテルポリオールの収率は、通常50%以上、好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上、特に好ましくは80%以上である。
【0056】
<ポリエーテルポリオールの物性>
本発明のポリエーテルポリオールの数平均分子量は、上述したような条件で使用する触媒の種類や触媒量により調整することができ、その下限は、通常200、好ましくは600、更に好ましくは1000であり、上限は、通常10000、好ましくは7000、更に好ましくは5000以下である。ここで、数平均分子量とは、上述した通り分子1個当たりの平均の分子量を示す。
【0057】
ポリエーテルポリオールのハーゼン色数は、0に近いほど好ましく、通常500以下、好ましくは400以下、更に好ましくは200以下である。
ポリエーテルポリオールの分子量分布はとくには限定されないが、通常5.0以下、好ましくは4.0以下、さらに好ましくは3.0以下であり、下限は1.0、好ましくは1.1、より好ましくは1.2、さらに好ましくは1.5である。一般に数平均分子量の小さいポリエーテルポリオールの方が分子量分布の値が小さくなる傾向にある。
【0058】
ポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合は、下記式(6)で表される。
【0059】
(数1)
ポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合(%)=(一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位のモル数)/全構造単位のモル数*100 (6)
【0060】
ここで、一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位のモル数と全構造単位のモル数の算出方法は特に限定されないが、一般にH−NMRを測定することにより、それぞれの構造単位に対応するシグナルの1Hあたりの積分値を比較することができ、その比からポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合(%)の値が求められる。
【0061】
ポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合は、特に限定されないが、一般に0.01〜50%、好ましくは0.1〜40%、より好ましくは0.5〜30%、さらに好ましくは1〜20%、さらにより好ましくは1〜10%、さらにもっと好ましくは1〜5%である。
【0062】
<ポリエーテルポリオールの用途>
本発明の方法により得られるポリトリメチレンエーテルグリコールは、弾性繊維、人工皮革、熱可塑性ポリウレタン樹脂、コーティング材、樹脂のバインダーなどの原料に使用
できる。特に染色性にすぐれた弾性繊維、人工皮革、熱可塑性ポリエステルエラストマー、熱可塑性ポリウレタン樹脂、コーティング材などの原料に使用できる。また、乳化剤、界面活性剤、分散剤としても有効である。
【0063】
<ポリウレタン樹脂及びその用途>
以下に本発明のポリエーテルポリオールと少なくともポリイソシアネート化合物を反応させて得られるポリウレタン樹脂及びその用途について説明をする。
【0064】
<ポリイソシアネート化合物>
本発明において用いるポリイソシアネート化合物としては、例えば、2,4−もしくは2,6−トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、α,α,α′,α′−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香環を有する脂肪族ジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,2,4−もしくは2,4,4−トリメチルヘキサ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等の脂肪族ジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート(水添TDI)、1−イソシアネート−3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(IPDI)、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソプロピリデンジシクロヘキシル−4,4′−ジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート等が例示される。
【0065】
この中でも2,4−もしくは2,6−トリレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、5,5−トリメチルシクロヘキサン(IPDI)、メチルシクロヘキサンジイソシアネート(水添TDI)、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートが好ましく、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)が反応性の高さおよび入手の容易さ、得られるポリウレタンの性能の点でより好ましい。
【0066】
これらは単独使用でも2種以上の併用でもよい。またポリイソシアネートのNCO基の一部をウレタン、ウレア、ビュレット、アロファネート、カルボジイミド、オキサゾリドン、アミド、イミド等に変成した物であっても良く、さらに多核体には前記以外の異性体を含有している物も含まれる。
これらのポリイソシアネート化合物の使用量は、全活性水素化合物の官能基1当量に対し、NCO基として、通常、0.5当量以上10当量以下である。
【0067】
<鎖延長剤>
本発明のポリウレタン樹脂は、鎖延長剤として、数平均分子量が500以下の化合物を併用すると、ポリウレタン樹脂のゴム弾性が向上する為に、物性上さらに好ましい。
鎖延長剤は、主として、2個以上のヒドロキシル基を有する化合物、2個以上のアミノ基を有する化合物、水に分類される。
2個以上のヒドロキシル基を有する化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオール、2−ブチル−2−ヘキシル−1,3−プロパンジオール、1,8−オクタンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール等の脂肪族グリコール、ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン等の脂環族グリコール、キシリレングリコール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン等の芳香環を有するグリコール等があげられる。
【0068】
この中でもエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールが好ましく、特に1,4−ブタンジオールが、得られるポリウレタンの性能の点でより好ましい。
2個以上のアミノ基を有する化合物としては、たとえば、2,4−もしくは2,6−トリレンジアミン、キシリレンジアミン、4,4′−ジフェニルメタンジアミン等の芳香族ジアミン、エチレンジアミン、1,2−プロピレンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、2−メチル−1,5−ペンタンジアミン、1,3−ジアミノペンタン、2,2,4−もしくは2,4,4−トリメチルヘキサンジアミン、2−ブチル−2−エチル−1,5−ペンタンジアミン、1,8−オクタンジアミン、1,9−ノナンジアミン、1,10−デカンジアミン等の脂肪族ジアミン、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(IPDA)、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジアミン(水添MDA)、イソプロピリデンシクロヘキシル−4,4′−ジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン等の脂環族ジアミン等が挙げられる。
【0069】
この中でもエチレンジアミン、1,2-プロピレンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(IPDA)、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジアミン(水添MDA)が好ましく、この中でもエチレンジアミン、1,2−プロピレンジアミンが反応性および入手の容易性、得られるポリウレタンの性能の点で特に好ましい。
【0070】
これらの鎖延長剤は単独使用でも2種以上の併用でも良い。これらの鎖延長剤の使用量は、ポリエーテルポリオール1当量に対し、通常0.1当量以上10当量以下程度である。
また、ポリウレタン樹脂の分子量を制御する目的で、必要に応じて1個の活性水素基を持つ鎖停止剤を使用することができる。これらの鎖停止剤としては水酸基を有するエタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール等の脂肪族モノオール、アミノ基を有するジエチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等の脂肪族モノアミンが例示される。これらは単独使用でも2種以上の併用でも良い。
【0071】
<その他の添加剤>
さらに本発明のポリウレタン樹脂には上記以外に必要に応じて他の添加剤を加えてもよい。これらの添加剤としてはCYANOX1790(CYANAMID(株)製)、IRGANOX245、IRGANOX1010(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ(株)製)、のSumilizer GA−80(住友化学(株)製)、あるいは2,6−ジブチル−4−メチルフェノール(BHT)等の酸化防止剤、TINUVIN622LD、TINUVIN765(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ(株)製)、SANOL LS−2626、LS−765(以上、三共(株)製)等の光安定剤、のTINUVIN328、TINUVIN234(以上、チバ・スペシャリティー・ケミカルズ(株)製)等の紫外線吸収剤、ジメチルシロキサンポリオキシアルキレン共重合体等のシリコン化合物、赤燐、有機リン化合物、リン及びハロゲン含有有機化合物、臭素あるいは塩素含有有機化合物、ポリリン酸アンンモニウム、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン等の添加及び反応型難燃剤、二酸化チタン等の顔料、染料、カーボンブラック等の着色
剤、カルボジイミド化合物等の加水分解防止剤、ガラス短繊維、カーボンファイバー、アルミナ、タルク、グラファイト、メラミン、白土等のフィラー、滑剤、油剤、界面活性剤、その他の無機増量剤、有機溶媒などが挙げられる。
【0072】
<ポリウレタン樹脂の製造方法>
上記ポリウレタン樹脂を製造するには一般的に実験/工業的に用いられる製造方法を特に制限なく使用でき、上記に記載のポリエーテルポリオールと、少なくともポリイソシアネート化合物とを反応させてポリウレタン樹脂を製造できる。
【0073】
具体的には、ポリイソシアネート成分とポリエーテルポリオール成分を1段階で反応させることもできるし、あるいはあらかじめポリイソシアネート成分とポリエーテルポリオール成分とを、通常、反応当量比=1.0〜10.00で反応したプレポリマーを製造し、次いでこれにポリイソシアネート成分又は多価アルコール、アミン化合物等の活性水素化合物成分を加える2段階反応させることもできる。これらの反応はバルクで行うこともできるし、また有機溶剤の存在下に行うこともできる。
【0074】
使用される溶剤としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、クロルベンゼン、トリクレン、パークレン等のハロゲン化炭化水素類、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の非プロトン性極性溶媒及びそれらの2種以上の混合物が挙げられ、これらのうちジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドアミドが反応性およびポリウレタンの溶解性の点から好ましい。特に、ジアミンで鎖延長させたポリウレタンウレアを製造する場合は溶解性の観点から、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドが好ましい。
【0075】
また、NCO/活性水素基の反応当量比は下限が通常、0.50以上、好ましくは0.8以上であり、上限が通常、1.5以下、好ましくは1.2以下の範囲である。また、ポリウレタン樹脂中のハードセグメント含有率はP.J.Flory、Journal of the American Chemical Society、58巻、1877−1885頁(1936)に示された式により計算すると、通常2〜50%に設定するのが良い。
【0076】
反応は通常、各成分を0〜250℃で反応させるが、この温度は溶剤の有無、使用原料の反応性、反応設備等により異なる。温度が低すぎると反応の進行が遅すぎる為に生産性が悪く、また高すぎるとポリウレタン樹脂の分解が起こるので好ましくない。
反応は、減圧下脱泡しながら行っても良い。また、反応は必要に応じて、触媒、安定剤等を添加することもできる。
【0077】
触媒としては例えばトリエチルアミン、トリブチルアミン、ジブチル錫ジラウレ−ト、オクチル酸第一錫、酢酸、燐酸、硫酸、塩酸、スルホン酸等があり、安定剤としては例えば2,6−ジブチル−4−メチルフェノール、ジステアリルチオジプロピオネ−ト、ジ・ベ−タナフチルフェニレンジアミン、トリ(ジノニルフェニル)フォスファイト等があげられる。
【0078】
<ポリウレタン樹脂の物性>
このようにして得られるポリウレタンの重量平均分子量は、用途により異なるが、通常1万〜100万、好ましくは3万〜80万、より好ましくは、5万〜70万、特に好ましくは7万〜50万である。特に弾性繊維の用途に用いる場合は、重量平均分子量が10〜
50万のものを用いることが好ましい。
得られたポリウレタン樹脂は乾式紡糸、湿式紡糸、溶融紡糸、注型、射出成形、押出成形、カレンダー成形等、一般的な成形加工方法で目的の製品に製造される。本発明の新規なポリウレタン樹脂は、常温/低温時の弾性回復性の温度依存性が極めて優れ、且つ機械強度等の物性のバランスが優れた弾性体である。
【0079】
<ポリウレタン樹脂の用途>
上記製造方法で得られたポリウレタン樹脂は、弾性繊維、人工皮革、熱可塑性ポリウレタン樹脂、コーティング材、樹脂のバインダーなどの用途に使用できる。特に染色性にすぐれた弾性繊維、人工皮革、熱可塑性ポリエステルエラストマー、熱可塑性ポリウレタン樹脂、コーティング材などの用途に適用できる。
【0080】
<ポリウレタン弾性繊維>
本発明のポリウレタン樹脂は各種用途に利用可能であるが、特に、弾性繊維用として利用した場合に優れた性能を発現する。以下に、弾性繊維用のポリウレタン樹脂を製造する場合の好ましい製造条件を例示する。まず、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)と本発明の分子量500〜5000のポリエーテルポリオールをNCO/OH=1.2〜4.0で反応させ、末端NCO基のプレポリマーを製造する。
【0081】
反応は、必要応じて、BuOH、ヘキサノール等のモノオールをポリエーテルポリオールに対して500〜5000ppm程度添加して反応させても良い。また、この際には溶剤
を使用せず、バルク状態で反応させることが、副反応が起きにくいので好ましい。得られたプレポリマーをジメチルアセトアミド(DMAc)あるいはジメチルホルムアミド(DMF)等の非プロトン性極性溶媒に溶解し、好ましくは0〜30℃、さらに好ましくは0〜10℃に冷却する。この際にプレポリマー溶液温度が高すぎると、次工程の鎖延長反応時に反応が速すぎて、不均一反応となり、ゲル化等の異常反応が発生する可能性がある。また、低すぎるとプレポリマーが析出してうまく反応が行えない場合がある。次いで、冷却したプレポリマー溶液とプロパンジアミン、エチレンジアミン、2−メチル−1,5−ペンタンジアミン、ヘキサンジアミン等のメチレン鎖長が6以下脂肪族ジアミン、あるいはキシリレンジアミン等の芳香族ジアミンをDMAc、あるいはDMFに溶解させたアミン溶液とを反応させ鎖延長する。メチレン鎖長が長すぎる脂肪族ジアミンを単独で使用するとポリウレタン弾性繊維にした際に、物性が低下することがある。鎖延長反応終了後にジエチルアミン、ジブチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等の脂肪族モノアミンのDMAc、あるいはDMF溶液を添加して反応を停止させる。この際、モノアミンをジアミンとあらかじめ混合しておいて、鎖延長反応と鎖停止反応を同時に進行させても良い。鎖延長反応はプレポリマー溶液をジアミン溶液に添加しても、またジアミン溶液をプレポリマー溶液に添加しても良く、また2液の定量吐出混合装置を使用して連続的に反応させても良い。得られた、ポリウレタン樹脂溶液は、酸化防止剤等の添加剤を混合した後、乾式紡糸や湿式紡糸によって脱溶剤しポリウレタン弾性繊維を製造する。
【0082】
<ポリウレタン樹脂の用途>
上記の製造方法で得られたポリウレタン弾性繊維は弾性特性にすぐれかつ染色性にすぐれる為に、衣装、スポーツウエア、インナー、アウター用途等のデザイン性、ファッション性が要求される分野で使用出来る。
【実施例】
【0083】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。
【0084】
<数平均分子量>
ポリエーテルポリオールの数平均分子量は核磁気共鳴法(NMR)により測定した。クロロホルム−d(ALDRICH社製、TMS 0.03v/v%、99.8+atom% D)に試料を溶解させ、H−NMR装置(BRUKER製 AVANCE400(400MHz))により分析した。
数平均分子量=58×[(1.8ppmのメチレンピーク積分値/2)/{3.8ppmのメチレンピーク積分値/4}]+18
【0085】
<ポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合>
ポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合は、一般式(1)及び/又は一般式(2)のR3の置換基の1H分の積分値と、1.8ppmのオキシトリメチレン構造由来の1Hの積分値との比から求めた。
【0086】
例えば、一般式(4)の化合物が2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロパン酸の場合、
ポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合(%)=(1.0ppmのメチル基ピークの積分値/3)/{(1.0p
pmmのメチル基ピークの積分値/3)+1.8ppmのメチレンピークの積分値/2}
*100
である。
【0087】
また、上記一般式(4)の化合物が2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−n−酪酸の場合、
ポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合(%)=(0.8〜0.9ppmのメチル基ピークの積分値/3)/{(
0.8〜0.9ppmのメチル基ピークの積分値/3)+1.8ppmのメチレンピークの積分値/2}*100
【0088】
<ポリウレタンの重量平均分子量>
得られたポリウレタンの重量平均分子量の測定は、ポリウレタンのTHF溶液を調製し、GPC装置(東ソー(株)製,製品名:HLC−8120 (カラム:TskgelH3000/H4000/H6000))を使用し、標準ポリスチレン換算重量平均分子量をポリウレタンの重量平均分子量とした。
【0089】
合成例
<ポリトリメチレンエーテルグリコールの製造>
1,3−プロパンジオール500g(6.57mol)を蒸留管、窒素導入管、水銀温度計及び攪拌機を備えた1000mL四つ口フラスコに窒素を0.25NL/minで供給しながら仕込んだ。これに0.348g(3.28mmol)の炭酸ナトリウムを水溶液にして仕込んだ後、攪拌しつつゆっくりと6.78g(65.67mmol)の濃硫酸(95%)を添加した。このフラスコをオイルバス中に浸して加熱し、約1.5時間でフラスコ内液温を160℃に到達させた。フラスコ内液温が160℃になった時点を反応開始とし、以後、液温を160〜162℃に保持して6.5時間反応させた。反応により生成した水は窒素に同伴させて留去した。室温まで放冷された反応液を500gの脱塩水が入った2Lの四つ口フラスコに移し、100℃で8時間還流加熱し、硫酸エステルの加水分解を行った。5.84gの水酸化カルシウムを加えて、70℃にて2時間攪拌して中和した後、水を窒素バブリングしながらオイルバスで加熱しながら蒸留してあらかた除き、次にトルエンを加えて共沸脱水をおこなった。加圧ろ過にて固形物をろ別した後、トルエンをエバポレーターで留去した。さらに120℃にて、2時間、5mmHgの減圧下でポリエーテルの乾燥をおこない、ポリトリメチレングリコールを得た。NMRより求めた分
子量は679であった。
【0090】
(実施例1)
<ポリエーテルグリコールの製造>
74.02gの合成例で製造されたポリトリメチレンエーテルグリコール(NMRより求めた数平均分子量が679であり、11.4量体に相当)と5.29g(39.4mmol)の2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロパン酸を蒸留管、窒素導入管、水銀温度計及び攪拌機を備えた200mL四つ口フラスコに窒素を200NmL/minで供給しながら仕込んだ。これに0.0696g(0.656mmol)の炭酸ナトリウムを仕込んだ後、攪拌しつつ緩やかに1.378g(13.34mmol)の濃硫酸(95%)を添加した。このフラスコをオイルバス中に浸して加熱し、約1時間でフラスコ内液温を170℃に到達させた。フラスコ内液温が170℃になった時点を反応開始とし、以後、液温を170〜172℃に保持して3時間反応させた。反応により生成した水は窒素に同伴させて留去した。室温まで放冷された反応液のうち、31.35gの反応混合物と31.4gの脱塩水を200mL四つ口フラスコに仕込み、100℃で8時間還流加熱をおこなった。室温まで冷却した後に水酸化ナトリウム1.3g/脱塩水5gの水溶液を加え、さらに31.4gのn−ブタノールを加え、4時間還流加熱をおこなった。水層を除去し、水層のpHが8以下になるまで水洗した後に水及びn−ブタノールを減圧下にて留去し、69.5gのポリエーテルポリオールを得た。NMRの測定結果から算出した数平均分子量は1538、ポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合は1.1%であった。
【0091】
<ポリウレタンフィルムの製造>
次に、攪拌機、温度計、還流冷却器及び滴下ロートを備えた容量300mlのセパラブルフラスコに、38.5gの得られたポリエーテルポリオール、4.51gの1,4−ブタンジオール、10mgのジブチルスズジオクタレート、144.6gのジメチルホルムアミドを仕込んだ。滴下ロートより室温下18.5gの4,4’−ジフェニルメタンジイ
ソシアネートを攪拌しながら加え、オイルバスの加熱により内温を60〜62℃に保って反応をおこなった。GPCで重量平均分子量を確認しながら、0.1〜0.3gの粉末状の4,4‘−ジフェニルメタンジイソシアネートを加え、重量平均分子量が14万を超えたところで反応物を取り出した。その後、ドクターブレードにてポリエチレンフィルムの上に均一膜厚に塗布し、60℃にて乾燥させて厚さ約50μmのポリウレタンフィルムを得た。
このフィルムをイオン性染料で染色したところ、染色性に優れていた。
【0092】
(実施例2)
<ポリエーテルグリコールの製造>
2,2−ビス(ヒドロキシメチル)プロパン酸のかわりに、5.84gの2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−n−酪酸を用いた以外は実施例1のポリエーテルグリコールの製造方法と同様にして、ポリエーテルポリオールを得た。NMRの測定結果から算出した数平均分子量は1412、ポリエーテルポリオールの全構造単位に対する一般式(1)及び/又は一般式(2)の構造単位の割合は1.6%であった。
【0093】
<ポリウレタンフィルムの製造>
使用するポリエーテルポリオールの量を35.3g、ジメチルホルムアミドの量を136.9gにした以外は実施例1と同様の操作をおこない、ポリウレタンフィルムを得た。
このフィルムをイオン性染料で用いて染色したところ、染色性に優れていた。
【0094】
(比較例1)
<ポリエーテルグリコールの製造>
1,3−プロパンジオール500g(6.57mol)を蒸留管、窒素導入管、水銀温度計及び攪拌機を備えた1000mL四つ口フラスコに窒素を1NL/minで供給しながら仕込んだ。これに0.348g(3.28mmol)の炭酸ナトリウムを水溶液にして仕込んだ後、攪拌しつつゆっくりと6.78g(65.67mmol)の濃硫酸(95%)を添加した。このフラスコをオイルバス中に浸して加熱し、約1.5時間でフラスコ内液温を170℃に到達させた。フラスコ内液温が170℃になった時点を反応開始とし、以後、液温を170〜172℃に保持して8時間反応させた。反応により生成した水は窒素に同伴させて留去した。室温まで放冷された反応液を500gの脱塩水が入った2Lの四つ口フラスコに移し、8時間還流させて硫酸エステルの加水分解を行った。5.84gの水酸化カルシウムを加えて、70℃にて2時間攪拌して中和した後、水を窒素バブリングしながらオイルバスで加熱しながら蒸留してあらかた除き、次にトルエンを加えて共沸脱水をおこなった。加圧ろ過にて固形物をろ別した後、トルエンをエバポレーターで留去した。さらに120℃にて、2時間、5mmHgの減圧下でポリエーテルの乾燥をおこない、ポリトリメチレングリコールを得た。NMRより求めた数平均分子量は1507であった。
【0095】
<ポリウレタンフィルムの製造>
使用するポリエーテルポリオールの量を37.7g、ジメチルホルムアミドの量を142.5gにした以外は実施例1と同様の操作をおこない、ポリウレタンフィルムを得た。
このフィルムをイオン性染料で用いて染色したところ、従来のポリエーテルポリオールを用いたポリウレタンフイルムと同様に染色性に乏しかった。
【0096】
参考例
<ポリエーテルグリコールの製造>
実施例1に従い、170℃で3時間重縮合反応を実施し得られた反応混合物に室温まで放冷された反応液のうち、31.5gの反応混合物と31.4gの脱塩水と水酸化ナトリウム1.3g/脱塩水5gの水溶液、31.5gのn−ブタノールを200mL四つ口フラスコに仕込み、8時間還流加熱をおこなった。反応後分層を試みたが乳化がひどく界面が
クリアでないため、効率よく分層することができなかった。有機層の一部を濃縮しH−NMRを測定したところ、ポリオール末端の硫酸エステルが残存していることを示す、4.2ppm付近のピークの存在が確認された。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
1,3−プロパンジオール単位と下記一般式(1)及び/又は式(2)を含み、数平均分子量が200以上であることを特徴とするポリエーテルポリオール。
【化1】

(式(1)中、R1、R2は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、R3は、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基を表し、R4は、炭素数0〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、Rは水素、又は炭素数1〜20
のアルキル基、又はアリール基を表す。)
【化2】

(式(2)中、R1、R2は、各々独立に、炭素数1〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、R3は、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基又はアリール基を表し、R4は、炭素数0〜20のアルキレン基又はアリーレン基を表し、Mは周期律表の1族から4族又
は12族から15族の金属又は金属塩を表す。)
【請求項2】
全構造単位に対して、1,3−プロパンジオール単位の割合が50〜99.99モル%であり、式(1)及び/又は式(2)で表される構造単位が0.01〜50モル%であることを特徴とする請求項1に記載のポリエーテルポリオール。
【請求項3】
R1及びR2がメチレン基、R4が炭素数ゼロである請求項1又は2に記載のポリエーテルポリオール。
【請求項4】
請求項1に記載のポリエーテルポリオールと、少なくともポリイソシアネート化合物とを反応させて得られるポリウレタン樹脂。
【請求項5】
請求項4に記載のポリウレタン樹脂からなる成形品。

【公開番号】特開2008−174615(P2008−174615A)
【公開日】平成20年7月31日(2008.7.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−8258(P2007−8258)
【出願日】平成19年1月17日(2007.1.17)
【出願人】(000005968)三菱化学株式会社 (4,356)
【Fターム(参考)】