説明

ポリオキシアルキレンポリオール及びこれを用いたポリウレタン樹脂

【課題】機械物性と耐湿性に充分優れたウレタンエラストマー及びウレタンフォームを製造可能なポリオキシアルキレンポリオールを提供すること。
【解決手段】活性水素を3個以上有する活性水素含有化合物にアルキレンオキサイドを付加してなるポリオキシアルキレンポリオールであって、付加した炭素数3〜14のアルキレンオキサイドが、50モル%以上であり、炭素数3〜14のアルキレンオキサイドが付加した末端の構造の5モル%以上が一般式(I)で表される構造であり、水酸基価xと総不飽和度yとエチレンオキサイド含有量zが数式(1)の関係をみたし、2官能成分の含有量が、10重量%以下であるポリオキシアルキレンポリオール。y≦28.3×x-2×(100−z)/100(1)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリオキシアルキレンポリオール、及びこれを用いたポリウレタン樹脂に関する。
【背景技術】
【0002】
通常、ポリエーテルポリオールは、水酸化カリウム等のアルカリ金属をアニオン重合触媒として用いて、又は、リン酸、ルイス酸並びにそれらの有機配位子化合物、トリフルオロメチルスルホン酸塩及びテトラキスペンタフルオロフェニルボレート等をカチオン重合触媒として用いて、活性水素含有化合物にプロピレンオキサイド(以下POと略記する。)やエチレンオキサイド(以下EOと略記する。)等のアルキレンオキサイド(以下AOと略記する。)を付加重合させて得られる。アニオン重合触媒を用いたPOの付加重合においては、POのアリルアルコールへの転移による副生低分子量モノオールが生成する。一方でカチオン重合ではPOのプロピオンアルデヒドへの転移を起点としジオールが生成する。この副生低分子量モノオール及びジオール成分は、ポリエーテルポリオールの官能基数の低下を引き起してしまい、このようなポリオールを使用したウレタン樹脂は機械物性が低下するという問題点がある。副生低分子量モノオールの生成量を低減する策として、水酸化セシウムや二重金属シアン化物をアニオン重合触媒として使用する方法が知られている。(例えば、特許文献1、2参照。)
【0003】
一方、アニオン重合触媒の存在下に、炭素数3以上のAOを付加重合させて得られるポリエーテルポリオールは、末端水酸基の1級化率が極めて低く(例えば、水酸化カリウムを用いた場合は通常2%以下)、ほとんどの末端水酸基が2級水酸基である。このため、このポリオールは熱硬化性樹脂のポリオール成分としての反応性が不十分である。例えば、イソシアネート基含有化合物(トリレンジイソシアネート等)のイソシアネート基との反応性が低く、ウレタン樹脂のポリオール成分としては反応性が不十分である。
【0004】
カチオン重合触媒の存在下に、炭素数3以上のAOを付加重合させて得られるポリエーテルポリオールは、全末端水酸基に占める1級水酸基と2級水酸基の割合が等しい事が知られているが、1級水酸基の比率が高まるほど熱硬化性樹脂のポリオール成分としての反応性が向上する。
イソシアネート基との十分な反応性を確保するためには末端水酸基を1級水酸基とする必要があり、この目的のため炭素数3以上のAOを付加重合させて得られたポリエーテルポリオールに、さらにEOを付加重合させて末端水酸基の50〜100%を1級水酸基とする方法が知られている。しかしながら、ポリエチレンオキサイド部分が親水性のため、この方法ではポリエーテルポリオールの疎水性を低下させてしまい、このようなポリオールを使用するとウレタン樹脂の樹脂物性等が湿度により大きく変化してしまうという問題点がある。
また、特定の触媒を用いることで、末端水酸基中の1級水酸基量を70%以上に増加させる方法が知られている。(例えば、特許文献3参照。)
【0005】
さらに、まず水酸化セシウムや二重金属シアン化物触媒でAOを付加重合させ、その後、特定の触媒を用いたAOの付加重合を実施することで、副生低分子量モノオールの生成量を低減しつつ、イソシアネート基との反応性を高めたポリオキシアルキレンポリオールを得られることが知られている。(例えば、特許文献4参照。)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2007−131845号公報
【特許文献2】特開2007−131845号公報
【特許文献3】特許3076032号公報
【特許文献4】特許3688667号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記ポリエーテルポリオールを用いたウレタンエラストマーやウレタンフォームの機械物性と耐湿性は充分であるとは言い難い。
本発明の解決しようとする課題は、機械物性と耐湿性に充分優れたウレタンエラストマー及びウレタンフォームを製造可能なポリオキシアルキレンポリオールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
すなわち、本発明のポリオキシアルキレンポリオール(S)は、活性水素を3個以上有する活性水素含有化合物(H)にアルキレンオキサイドを付加してなるポリオキシアルキレンポリオールであって、
付加した炭素数3〜14のアルキレンオキサイドが、付加したアルキレンオキサイドのモル数を基準として、50モル%以上であり、
炭素数3〜14のアルキレンオキサイドが付加した末端の構造の5モル%以上が一般式(I)で表される構造であり、
水酸基価xと総不飽和度yとエチレンオキサイド含有量zが数式(1)の関係をみたし、
2官能成分の含有量が、ポリオキシアルキレンポリオールの重量を基準として、10重量%以下であることを要旨とする。
y≦28.3×x-2×(100−z)/100 (1)
[数式(1)中、xは単位mgKOH/gで表される水酸基価、yは単位meq/gで表される総不飽和度を表す。zは、(S)の重量を基準とするエチレンオキサイド含有量であり、0〜50重量%である。]
【化1】

[一般式(I)中、R1は、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基を表し、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。;ポリオキシアルキレンポリオールから式(I)の括弧内の構造を除いた残基のうち、Xは活性水素含有化合物側の残基であり、Yは水酸基側の残基である。]
また、本発明のポリウレタン樹脂は、ポリオール成分(P)と有機ポリイソシアネート成分(I)とを反応させて得られる発泡又は非発泡ポリウレタン樹脂であって、ポリオール成分の少なくとも一部として、本発明のポリオキシアルキレンポリオールを用いる発泡又は非発泡ポリウレタン樹脂であることを要旨とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明のポリオキシアルキレンポリオールは、副生するモノオール量、ジオール量が低減され、かつ、ポリウレタン樹脂の製造原料として十分な反応性を持っており、機械物性と耐湿性が良好なウレタン樹脂を得ることができる。
また、本発明の発泡又は非発泡ポリウレタン樹脂は、機械物性と耐湿性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施例1の工程フローを示す図である。
【図2】実施例3の工程フローを示す図である。
【図3】実施例5の工程フローを示す図である。
【図4】比較例1、2及び4の工程フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明は、活性水素を3個以上有する活性水素含有化合物(H)にアルキレンオキサイドを付加してなるポリオキシアルキレンポリオールであって、
付加した炭素数3〜14のアルキレンオキサイドが、付加したアルキレンオキサイドのモル数を基準として、50モル%以上であり、
炭素数3〜14のアルキレンオキサイドが付加した末端の構造の5モル%以上が一般式(I)で表される構造であり、
水酸基価xと総不飽和度yとエチレンオキサイド含有量zが数式(1)の関係をみたし、
2官能成分の含有量が、ポリオキシアルキレンポリオールの重量を基準として、10重量%以下であるポリオキシアルキレンポリオール(S)である。
【0012】
y≦28.3×x-2×(100−z)/100 (1)
[数式(1)中、xは単位mgKOH/gで表される水酸基価、yは単位meq/gで表される総不飽和度を表す。zは、(S)の重量を基準とするエチレンオキサイド含有量であり、0〜50重量%である。]
【0013】
【化2】

[一般式(I)中、R1は、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基を表し、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。;ポリオキシアルキレンポリオールから式(I)の括弧内の構造を除いた残基のうち、Xは活性水素含有化合物側の残基であり、Yは水酸基側の残基である。]
【0014】
上記数式(1)において、xの範囲は、5〜280mgKOH/gが好ましく、さらに好ましくは10〜115mgKOH/g、特に好ましくは25〜75mgKOH/gである。xが5mgKOH/g以上であれば、ポリオキシアルキレンポリオールの粘度が低いため取り扱いが容易であり、280mgKOH/g以下であれば、合成したウレタン樹脂の伸び物性が良い。なお、xはJISK−1557−1により求められる。
【0015】
yは、ポリオキシアルキレンポリオールの総不飽和度(meq/g)であり、JISK−1557−3により求められる。yは0〜0.04が好ましく、さらに好ましくは0〜0.03、特に好ましくは0〜0.02である。yがこの範囲であるとウレタン樹脂の物性が向上する。
【0016】
またzは、ポリオキシアルキレンポリオールの重量を基準とするエチレンオキサイド含有量(重量%)である。zの範囲は、0〜50であり、好ましくは0〜25、特に好ましくは0〜20である。zが50を超えると得られるポリウレタン樹脂の耐湿性が悪くなる。
【0017】
前述したように、本発明のポリオキシアルキレンポリオール(S)の水酸基価xと総不飽和度yとエチレンオキサイド含有量zとの関係は、数式(1)の関係を満たす。
y≦28.3×x-2×(100−z)/100 (1)
本発明のポリオキシアルキレンポリオール(S)は、イソシアネートとの十分な反応性及び疎水性を持つという特徴がある。この(S)を用いて得られるウレタン樹脂は、製造時の反応性が高く、樹脂の機械物性(硬さ、破断伸び、引張り強度、引裂強度)と耐湿性が良好となる。
【0018】
本発明の(S)は、更に好ましくは、数式(2)の関係を満たす。
y≦18.9×x-2×(100−z)/100 (2)
数式(2)を満たすポリオキシアルキレンポリオール(S)は、数式(1)を満たすときに比べて不飽和モノオール量が低減されており、このようなポリオキシアルキレンポリオールを用いて製造したポリウレタン樹脂又はウレタンフォームの機械物性は更に向上する。
【0019】
右辺は水酸基価xとエチレンオキサイド含有量zから計算される値である。右辺は、水酸基価xが大きい程小さくなる、すなわち(S)の水酸基当たりの分子量が小さい程小さくなる。また右辺はエチレンオキサイド含有量zが大きい程小さくなる。
上記式(1)の左辺は、総不飽和度yである。
ところで、ポリオキシアルキレンポリオールの不飽和基は、この製造過程でエチレンオキサイド以外のアルキレンオキサイド(特にプロピレンオキサイド)が転移反応して生成するので、ポリオキシアルキレンポリオール中のエチレンオキサイド含有量が小さいほど不飽和度yが大きくなる傾向があり、分子量が大きい程不飽和度yが大きくなる傾向がある。したがって、エチレンオキサイド含有量が小さい、又は分子量が大きいポリオキシアルキレンポリオールは、式(1)を満たすことが困難な傾向にある。
すなわち、式(1)は、水酸基価x及びエチレンオキサイド含有量zに比べて、総不飽和度yが小さい領域を示すものである。なお、上記式(1)は、実験的に見出した本発明の効果が得られる範囲を表したものである。
【0020】
本発明のポリオキシアルキレンポリオール(S)は、活性水素を3個以上有する活性水素含有化合物(H)にアルキレンオキサイドを付加してなる化合物である。
活性水素化合物(H)としては、水酸基含有化合物、アミノ基含有化合物、カルボキシル基含有化合物、チオール基含有化合物、リン酸化合物;及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
【0021】
水酸基含有化合物としては、3〜8価の多価アルコール、多価フェノール等が挙げられる。具体的にはグリセリン及びトリメチロールプロパン等の3価アルコール;ペンタエリスリト―ル、ソルビト―ル及びショ糖等の4〜8価のアルコ―ル;ピロガロ―ル等の多価フェノ―ル;ポリブタジエンポリオール;ひまし油系ポリオール;ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの(共)重合体及びポリビニルアルコール等の多官能(例えば官能基数3〜100)ポリオール等が挙げられる。
なお、(メタ)アクリレートとは、メタクリレート及び/又はアクリレートを意味し、以下において同様である。
【0022】
アミノ基含有化合物としては、アミン、ポリアミン、アミノアルコール等が挙げられる。具体的には、アンモニア;エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン及びジエチレントリアミン等の脂肪族ポリアミン;N−アミノエチルピペラジン等の複素環式ポリアミン;ジシクロヘキシルメタンジアミン及びイソホロンジアミン等の脂環式ポリアミン;フェニレンジアミン、トリレンジアミン及びジフェニルメタンジアミン等の芳香族ポリアミン;モノエタノ―ルアミン、ジエタノ―ルアミン及びトリエタノ―ルアミン等のアルカノ―ルアミン;ジカルボン酸と過剰のポリアミンとの縮合により得られるポリアミドポリアミン;ポリエーテルポリアミン;ヒドラジン(ヒドラジン及びモノアルキルヒドラジン等)、ジヒドラジッド(コハク酸ジヒドラジッド及びテレフタル酸ジヒドラジッド等)、グアニジン(ブチルグアニジン及び1−シアノグアニジン等);ジシアンジアミド等;並びにこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
【0023】
カルボキシル基含有化合物としては、トリメリット酸等の芳香族ポリカルボン酸;アクリル酸の(共)重合物等のポリカルボン酸重合体(官能基数3〜100)等が挙げられる。
チオール基含有化合物としては、ポリチオール化合物が含まれ、3〜8価の多価チオールが挙げられる。具体的にはペンタエリスリトールポリ(チオグリコレート)、ペンタエリスリトールポリ(3−メルカプトプロピオネート)等が挙げられる。
リン酸化合物としては燐酸、ホスホン酸等が挙げられる。
【0024】
これらの活性水素含有化合物(H)のうち、反応性の観点から、水酸基含有化合物及びアミノ基含有化合物が好ましく、特に好ましくは、アルコール及びアミンである。
【0025】
(H)の有する活性水素数は、ポリオキシアルキレンポリオール(S)を用いて得られるウレタン樹脂の物性の観点から、3〜8個が好ましく、さらに好ましくは3〜6である。
【0026】
活性水素含有化合物(H)に付加させるアルキレンオキサイド(以下、AOと略す)としては、炭素数2〜14のAO、好ましくは炭素数2〜6のAO、例えば、エチレンオキサイド(以下、EOと略す)、1,2−プロピレンオキサイド(以下、POと略す)、1,3−プロピレオキサイド、1,2ブチレンオキサイド及び1,4−ブチレンオキサイド等が挙げられ、これら基本骨格のうち一部がハロゲン等に置換された化合物を用いることができる。これらのうち、性状や反応性の観点から、PO、EO及び1,2−ブチレンオキサイドが好ましい。AOを2種以上使用する場合(例えば、PO及びEO)の付加方法としては、ブロック付加であってもランダム付加であってもよく、これらの併用であってもよい。
【0027】
本発明において、付加した炭素数3〜14のアルキレンオキサイドは、付加したアルキレンオキサイドのモル数を基準として、50モル%以上であり、ポリオキシアルキレンポリオール(S)を用いて得られるウレタン樹脂の耐湿熱性の観点から、70〜100モル%が好ましい。付加した炭素数3〜14のアルキレンオキサイドが50モル%未満であると、ウレタン樹脂の耐湿熱性が悪くなる。
【0028】
活性水素含有化合物(H)に付加させるAOの付加モル数は、活性水素含有化合物(H)の活性水素当たり、ウレタン樹脂の機械物性の観点から、1モル〜200モルが好ましく、さらに好ましくは1〜100モルである。
【0029】
ポリオキシアルキレンポリオール(S)の構造において、炭素数3〜14のAOが付加した末端の構造の内5モル%以上が、一般式(I)で表される構造であり、数式(1)の関係を満たしやすい観点から、さらに好ましくは60モル%以上、次にさらに好ましくは65モル%以上である。5モル%未満では、得られるウレタン樹脂の機械強度が悪化する。
なお、上記において、炭素数3〜14のAOが付加した末端の構造とは、活性水素含有化合物(H)の活性水素に炭素数3〜14のAOが付加した構造のうち、各活性水素ごとに最も末端の水酸基に近い構造を意味する。
【0030】
一般式(I)において、ポリオキシアルキレンポリオールから式(I)の括弧内の構造を除いた残基のうち、Xは活性水素含有化合物側の残基であり、Yは水酸基側の残基である。
【0031】
ポリオキシアルキレンポリオール(S)において、その末端の全水酸基に対して、一般式(II)で表される1級水酸基含有基が占める比率(これを本明細書中、1級水酸基率とする。以下において同様である)は、ポリオキシアルキレンポリオール(S)の全末端水酸基の量を基準として、(S)の反応性の観点から、5モル%以上が好ましく、さらに好ましくは60モル%以上、次にさらに好ましくは65モル%以上である。
【0032】
なお、(S)の末端に位置する水酸基の構造としては、一般式(II)で表される1級水酸基含有基と、下記一般式(III)で表される2級水酸基含有基の2種類が考えられる。例えば、上記の末端に位置する水酸基の5モル%とは、下記一般式(II)で表される1級水酸基含有基が、末端に位置する水酸基の合計モル数に対して、5モル%であるという意味である。。
【0033】
【化3】

[一般式(II)中、R2は、水素原子、又は炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基若しくはフェニル基を表す。]
【化4】

[一般式(III)中、R2は、水素原子又は、ハロゲン原子若しくはアリール基で置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基若しくはフェニル基を表す。]
【0034】
上記の一般式(II)又は(III)中のR2は水素原子、又は炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基若しくはフェニル基を表す。アルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基は、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。
2として、具体的には、水素原子;メチル基、エチル基及びプロピル基等の直鎖アルキル基;イソプロピル基等の分岐アルキル基;フェニル基及びp−メチルフェニル基等の置換フェニル基;クロロメチル基、ブロモメチル基、クロロエチル基及びブロモエチル基等の置換アルキル基;p−クロロフェニル基及びp−ブロモフェニル基等の置換フェニル基;シクロヘキシル基等の環状アルキル基等;並びにこれらの2種以上の併用が挙げられる。
【0035】
本発明において、1級水酸基率は、予め試料をエステル化の前処理した後に、1H−NMR法により測定し、算出する。
【0036】
1級水酸基率の測定方法を以下に具体的に説明する。
<試料調製法>
測定試料約30mgを直径5mmのNMR用試料管に秤量し、約0.5mlの重水素化溶媒を加え溶解させる。その後、約0.1mlの無水トリフルオロ酢酸を添加し、分析用試料とする。上記重水素化溶媒としては、例えば、重水素化クロロホルム、重水素化トルエン、重水素化ジメチルスルホキシド及び重水素化ジメチルホルムアミド等であり、試料を溶解させることのできる溶媒を適宜選択する。
<NMR測定>
通常の条件で1H−NMR測定を行う。
【0037】
<1級水酸基率の計算方法>
上に述べた前処理の方法により、ポリオキシアルキレンポリオールの末端の水酸基は、添加した無水トリフルオロ酢酸と反応してトリフルオロ酢酸エステルとなる。その結果、1級水酸基が結合したメチレン基由来の信号は4.3ppm付近に観測され、2級水酸基が結合したメチン基由来の信号は5.2ppm付近に観測される(重水素化クロロホルムを溶媒として使用)。1級水酸基率は次の計算式により算出する。
1級水酸基率(%)=[a/(a+2×b)]×100
但し、式中、aは4.3ppm付近の1級水酸基の結合したメチレン基由来の信号の積分値;bは5.2ppm付近の2級水酸基の結合したメチン基由来の信号の積分値である。
【0038】
本発明のポリオキシアルキレンポリオール(S)中に含まれる2官能成分の含有量は、(S)の重量を基準として10重量%以下である。(S)を用いて得られるポリウレタン樹脂の機械物性の観点から、5重量%以下が好ましく、さらに好ましくは3重量%以下である。2官能成分の含有量が10重量%を超える場合には、ポリウレタン樹脂としての機械物性が不十分である。
【0039】
2官能成分の含有量の測定法を以下に具体的に説明する。
<試料調整法>
ポリオキシアルキレンポリオール(S)をメタノールに希釈する。希釈濃度は希釈溶液の重量を基準として、ポリオキシアルキレンポリオール(S)が100ppmとなるよう希釈する。また、2官能成分の検量を行うため、標準サンプルとして2官能ポリオールを(S)のサンプルの1,5,10,20wt%となる様、メタノールに1,5,10,20ppmとなるよう希釈したものを用いる。2官能ポリオールとしては測定する目的ポリオール(S)と官能基当たり分子量の等しいものが望ましい。
<LC−TOFmass測定>
通常の条件で各サンプルのLC−TOFmassを測定する。
<ジオール成分量計算>
・検量線
2官能ポリオール標準サンプルのLC総面積を合算し、横軸を含量(重量%)、縦軸に面積としプロットする。
・サンプル中の2官能成分量の計算
サンプルのLC−TOFmass測定結果から、2官能成分由来の精密質量を持つ成分を抽出し、各成分におけるLCの面積を合算する。全成分量中に占める割合を計算する。
【0040】
本発明のポリオキシアルキレンポリオール(S)の数平均分子量は、(S)の用途、例えば製造するポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂の要求物性により適宜選択され、特に限定はされないが、ポリウレタン樹脂の物性の観点から、400〜100,000が好ましく、好ましくは400〜20,000である。
【0041】
ポリオキシアルキレンポリオール(S)の具体例としては、グリセリンのPO付加物、ペンタエリスリトールのPO付加物、ショ糖のPO付加物、グリセリンのEO・PO共重合付加物、ペンタエリスリトールのEO・PO共重合付加物、ペンタエリスリトールのPO・ブチレンオキサイド共重合付加物、ショ糖のEO・PO共重合付加物、ショ糖のPO・ブチレンオキサイド共重合付加物、グリセリンのEO・PO・ブチレンオキサイドの共重合付加物、ペンタエリスリトールのEO・PO・ブチレンオキサイドの共重合付加物、及びショ糖のEO・PO・ブチレンオキサイドの共重合付加物等が挙げられる。
【0042】
本発明のポリオキシアルキレンポリオール(S)は、活性水素含有化合物(H)に炭素数2〜14のアルキレンオキサイドをルイス酸触媒(B)の存在下で開環付加重合させることで得ることができる。また、必要により、その後、EOを0〜50重量%開環付加重合してもよい。EOを開環付加重する際の方法は通常知られている条件で良く、特に触媒は限定されない。
【0043】
ルイス酸触媒(B)は下記一般式(IV−1)、(IV−2)又は(IV−3)で表される化合物であることが好ましい。これを用いて炭素数2〜14のアルキレンオキサイドを開環付加重合することにより、収率良く開環重合体が得られ、末端水酸基の1級水酸基率が高いポリオキシアルキレンポリオールが得られるため、好ましい。
【0044】
【化5】

【0045】
【化6】

【0046】
【化7】

【0047】
上記一般式(IV−1)、(IV−2)又は(IV−3)中、それぞれ、Xはホウ素原子又はアルミニウム原子を表す。反応性の観点から、ホウ素原子が好ましい。
【0048】
一般式(IV−1)、(IV−2)又は(IV−3)中のR3は、下記一般式(V)で表される(置換)フェニル基又は下記一般式(VI)で表される3級アルキル基を表し、R3が複数ある場合、複数のR3は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
【0049】
【化8】

【0050】
【化9】

【0051】
上記一般式(V)中のZは、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、ニトロ基又はシアノ基を表し、同一でも異なっていてもよい。これらのうち、水素原子、ハロゲン原子及びシアノ基が好ましく、さらに好ましくは、ハロゲン原子及びシアノ基である。
また、kは0〜5の数を表す。
一般式(V)で表されるフェニル基又は置換フェニル基の具体例としては、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基、p−メチルフェニル基、p−シアノフェニル基及びp−ニトロフェニル基等が挙げられ、好ましくは、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基及びp−シアノフェニル基であり、さらに好ましくはフェニル基、ペンタフルオロフェニル基である。
【0052】
上記一般式(VI)中のR4、R5又はR6はそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、同一でも異なっていてもよい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が挙げられる。一般式(VI)で表される3級アルキル基の具体例としては、t−ブチル基及びt−ペンチル基等が挙げられる。
【0053】
ルイス酸触媒(B)としては、具体的にはトリフェニルボラン、ジフェニル−t−ブチルボラン、トリ(t−ブチル)ボラン、トリフェニルアルミニウム、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン及びトリス(ペンタフルオロフェニル)アルミニウムが挙げられる。
【0054】
ルイス酸触媒(B)の使用量は特に限定されないが、製造する開環重合体に対して0.0001〜10重量%が好ましく、さらに好ましくは0.0005〜1重量%である。
【0055】
活性水素含有化合物(H)に、ルイス酸触媒(B)の存在下で、アルキレンオキサイドを付加させる際、圧力0.1MPaにおける沸点が150℃以下の副生低沸点化合物(t)を連続的又は断続的に除去することが、前述の数式(1)を満たす本発明の(S)が得られやすく、好ましい。
【0056】
(t)の除去は、通常知られているいずれの方法で実施してもよく例えば、反応混合物から(t)とアルキレンオキサイドを真空ポンプで反応槽から抜き出し、アルキレンオキサイドと(t)を蒸留により分離する方法があるが、周期表第5又は第6周期の遷移金属を含有する触媒(C)と(t)とを接触させ(t)をより低沸点物(u)へと分解し除去することが、数式(1)をより満たしやすく、(S)中のジオール量を低減しやすくなるため好ましい。分解された(t)由来の低沸点物(u)は(S)の物性に影響しないため、反応系外に除去してもしなくても良い。(u)を反応系外に除去する場合の方法は、通常知られているいずれの方法で実施してもよい。例えば、(u)を反応混合物から加熱及び/又は減圧して除去する方法、反応槽内の気相を真空ポンプを用いて反応槽から抜き出し(u)を蒸留により分離する方法等がある。
【0057】
触媒(C)による(t)の分解は、触媒(B)の存在下で活性水素化合物(H)へのアルキレンオキサイドの付加反応と同時、すなわち(B)と(C)との存在下で(H)にAOを付加しても、(B)の存在下で(H)にAOを付加して得られる物を(C)の存在下で処理(例えば、交互に付加反応と(t)の分解反応を行う)してもよい。得られるポリオキシアルキレンポリオール(S)の2官能成分の含有量を低減させるため、(B)と(C)との存在下で(H)にAOを付加することがより望ましい。
【0058】
触媒(C)は周期表第5周期又は第6周期の遷移金属と、配位子とから構成される金属錯体触媒であり、中心金属にはモリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、インジウム、アンチモン、タングステン、イリジウム及び白金等を用いることができるが、触媒(C)の反応性の観点から、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金及びイリジウムが特に好ましい。
これら遷移金属に配位し、触媒(C)を形成する配位子としては、ホスフィンやホスファイトといったリン含有化合物、アルコール、二重結合含有化合物及びアミン、アミドといった窒素含有化合物があるが、触媒(C)の反応性の観点から、ホスフィンが好ましく、さらに好ましくはトリメチルホスフィン、ジフェニルホスフィノプロパン及びジフェニルホスフィノブタンである。
【0059】
触媒(C)の使用量は特に限定されないが製造する開環重合体に対して0.0001〜10重量%が好ましく、さらに好ましくは0.0005〜1重量%である。
【0060】
圧力0.1MPaにおける沸点が150℃以下の副生低沸点化合物(t)の具体例としては、ホルムアルデヒド(沸点−19℃)、アセトアルデヒド(沸点20℃)、プロピオンアルデヒド(沸点48℃)及びアリルアルコールにAOが0〜2モル付加した化合物等が挙げられる。(t)は、AOを付加する際に、ポリオキシアルキレンポリオール(S)の重量を基準として、0.0001〜10重量%発生する場合が多い。
【0061】
圧力0.1MPaにおける沸点が150℃以下の副生低沸点化合物(t)の分解物である低沸点化合物(u)の具体例としては、一酸化炭素(沸点−192℃)、メタン(沸点−162℃)、エタン(沸点−89℃)、ブタン(沸点−0.5℃)が挙げられる。
【0062】
AOを活性水素含有化合物(H)に付加させる際には、活性水素含有化合物(H)とAOと触媒(B)の3種類を一括で仕込んで反応させてもよいし、活性水素含有化合物(H)と触媒(B)と触媒(C)の混合物にAOを滴下して反応させてもよいし、あるいは活性水素含有化合物(H)にAOと触媒(B)とを滴下したり、活性水素化合物(H)と(B)の混合物に(C)とAOを滴下することで反応しても良い。また、圧力0.1MPaにおける沸点が150℃以下の副生低沸点化合物(t)と(C)の接触は連続でも断続でも構わない。反応温度の制御の観点から、活性水素含有化合物(H)と触媒(B)と(C)の混合物にAOを滴下する、あるいは、活性水素含有化合物(H)と触媒(C)の混合物にAOと触媒(B)とを滴下する方法が好ましい。
【0063】
活性水素含有化合物(H)にAOを付加させる際の反応温度は、0℃〜250℃が好ましく、さらに好ましくは20℃〜180℃である。
【0064】
圧力0.1MPaにおける沸点が150℃以下の副生低沸点化合物(t)を触媒(C)にて分解する際の温度は20〜300℃が好ましく、活性水素化合物(H)への付加反応及びポリオキシアルキレンポリオールの安定性の観点から20〜180℃がさらに好ましい。
【0065】
製造されたポリオキシアルキレンポリオール(S)は触媒(B)及び/又は触媒(C)を含んでいる場合には、その用途により必要に応じて、触媒(B)の分解及び/又は除去処理、触媒(C)の除去処理を実施する。
【0066】
触媒(B)の分解方法としては、水及び/又はアルコール化合物、必要によりアルカリ化合物等の塩基性物質を加える方法がある。アルコール化合物としては前述のアルコール及び/又はフェノールを用いることができる。アルカリ化合物としてはアルカリ金属水酸化物(水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化セシウム等)、アルカリ金属アルコラート(カリウムメチラート、ナトリウムメチラート等)及びこれら2種類以上の混合物が挙げられる。これらのうち、生産性の観点から、アルカリ金属水酸化物が好ましい。分解に際して、分解温度は、10℃〜180℃が好ましく、さらに好ましくは80〜150℃である。分解は密閉状態で行ってもよく、真空源に接続して排気しながら行ってもよく、あるいは水又はアルコール化合物を連続して添加しながら行ってもよい。添加する水又はアルコールは、液体の状態で添加してもよく、蒸気あるいは固体状態で添加してもよい。水及び/又はアルコール化合物の使用量は、付加生成物の重量を基準として、0.1〜100重量%が好ましく、さらに好ましくは1〜20重量%である。アルカリ化合物の使用量は、付加生成物の重量を基準として、0.1〜10重量%が好ましく、さらに好ましくは0.3〜2重量%である。
【0067】
触媒(B)及び(C)の除去方法としては、通常知られているいずれの方法で実施してもよい。例えば、ハイドロタルサイト系吸着剤{キョーワード500、キョーワード1000及びキョーワード2000等(いずれも協和化学工業社製)}や珪藻土等のろ過助剤{ラヂオライト600、ラヂオライト800及びラヂオライト900(いずれも昭和化学工業社製)}、合成ゼオライト{モレキュラーシーブス4A、3A}やシリカゲル等を用いることができる。ろ過は、加圧ろ過、減圧ろ過のどちらでもよいが、酸素の混入を防止しやすいので加圧ろ過が好ましい。フィルターの材質は特に限定されない。例えば、紙、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、アクリル及びメタアラミド等が挙げられ、紙が好ましい。また、フィルターの保留粒子径は0.1〜10μmのものが好ましく。さらに1〜5μmのものが好ましい。
【0068】
なお、触媒(B)及び触媒(C)がポリオキシアルキレンポリオール(S)中に残存しても、従来のアルカリ系触媒と比較すると、その後の例えばウレタン化反応におけるポリオールとイソシアネートとの反応性には、大きな悪影響を及ぼさない。しかし、着色防止の観点から残存する触媒は分解及び/又は除去することが好ましい。
【0069】
本発明のポリオキシアルキレンポリオール(S)(とくに3〜8価又はそれ以上のポリオキシアルキレンポリオール)は、各種用途に用いることができるが、発泡又は非発泡ポリウレタン樹脂を製造するのに好適に用いられる。
すなわち、ポリオール成分(P)と有機ポリイソシアネート成分(I)とを、必要により添加剤の存在下反応させて、発泡又は非発泡ポリウレタン樹脂を製造する際、ポリオール成分の少なくとも一部として、ポリオキシアルキレンポリオール(S)を使用する。
【0070】
本発明のポリオキシアルキレンポリオール(S)の使用量は、得られるポリウレタンフォームの機械強度の観点から、ポリオール成分(P)の重量を基準として、20〜100重量%が好ましく、さらに好ましくは50〜100重量%である。
【0071】
ポリオール成分の少なくとも一部として、(S)を用いることには、(S)中でビニルモノマー(g)を重合させて得られる重合体アルコール(W)を使用することも含まれる。
重合体アルコール(W)は、(S)中にポリマー粒子(P)が分散された重合体アルコールである。
重合体アルコール(W)は、(S)(好ましくはポリオキシアルキレンポリオール)中でビニルモノマー(g)を公知の方法で重合して製造することができる。例えば、(S)中で、ラジカル重合開始剤の存在下、ビニルモノマー(g)が重合され、得られた(g)の重合体が安定分散されたものが挙げられる。重合方法の具体例としては、米国特許第3383351号明細書及び特公昭39−25737号公報等に記載の方法が挙げられる。
(g)としては、スチレン及び/又はアクリロニトリルが好ましい。
【0072】
有機ポリイソシアネート成分(I)としては、従来からポリウレタン製造に使用されているものが使用できる。このようなイソシアネートとしては、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、これらの変性物(例えば、ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、イソシアヌレート基、又はオキサゾリドン基含有変性物等)及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
【0073】
芳香族ポリイソシアネートとしては、炭素数(NCO基中の炭素を除く;以下のイソシアネートも同様)6〜16の芳香族ジイソシアネート、炭素数6〜20の芳香族トリイソシアネート及びこれらのイソシアネートの粗製物等が挙げられる。具体例としては、1,3−及び/又は1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−及び/又は2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−及び/又は4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート(粗製MDI)、等が挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、炭素数6〜10の脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等が挙げられる。
【0074】
脂環式ポリイソシアネートとしては、炭素数6〜16の脂環式ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等が挙げられる。
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、炭素数8〜12の芳香脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
変性ポリイソシアネートの具体例としては、ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI等が挙げられる。
【0075】
本発明のポリウレタン樹脂の製造の際、必要により、以下に述べる添加剤の存在下で反応させてもよい。
ポリウレタンフォームを製造する場合には、発泡剤を使用する。
発泡剤としては、公知の発泡剤が使用でき、例えば、水、水素原子含有ハロゲン化炭化水素、低沸点炭化水素及び液化炭酸ガス等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
水素原子含有ハロゲン化炭化水素の具体例としては、塩化メチレンやHCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)タイプのもの(例えばHCFC−123及びHCFC−141b);HFC(ハイドロフルオロカーボン)タイプのもの(例えば、HFC−245fa及びHFC−365mfc)等が挙げられる。
低沸点炭化水素は、沸点が通常−5〜70℃の炭化水素であり、その具体例としては、ブタン、ペンタン、シクロペンタンが挙げられる。
【0076】
ポリオール成分100部に対する発泡剤の使用量は、発泡剤が水の場合は、0.1〜30部が好ましく、さらに好ましくは1〜20部である。水素原子含有ハロゲン化炭化水素は、50部以下が好ましく、さらに好ましくは10〜45部である。低沸点炭化水素は、40部以下が好ましく、さらに好ましくは10〜30部である。液化炭酸ガスは、30部以下が好ましく、さらに好ましくは1〜25部である。
なお、上記及び以下において、部は重量部を意味する。
【0077】
さらに例えば、整泡剤(ジメチルシロキサン系、ポリエーテル変性ジメチルシロキサン系等)、ウレタン化触媒{3級アミン系触媒(トリエチレンジアミン、N−エチルモルホリン、ジエチルエタノールアミン、N、N、N’、N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ジアミノビシクロオクタン、1,2−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール及び1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−ウンデセン−7等)、及び/又は金属触媒(オクチル酸第一スズ、ジラウリル酸ジブチル第二スズ及びオクチル酸鉛等}、着色剤(染料及び顔料)、可塑剤(フタル酸エステル及びアジピン酸エステル等)、有機充填剤(合成短繊維、熱可塑性又は熱硬化性樹脂からなる中空微小球等)、難燃剤(リン酸エステル及びハロゲン化リン酸エステル等)、老化防止剤(トリアゾール及びベンゾフェノン等)、抗酸化剤(ヒンダードフェノール及びヒンダードアミン等)等公知の添加剤の存在下で反応させることができる。
【0078】
ポリオール成分100部に対するこれらの添加剤の使用量に関しては、整泡剤は、10部以下が好ましく、さらに好ましくは0.5〜5部である。ウレタン化触媒は、10部以下が好ましく、さらに好ましくは0.2〜5部である。着色剤は、1部以下が好ましい。可塑剤は、10部以下が好ましく、さらに好ましくは5部以下である。有機充填剤は、50部以下が好ましく、さらに好ましくは30部以下である。難燃剤は、30部以下が好ましく、さらに好ましくは5〜20部である。老化防止剤は、1部以下が好ましく、さらに好ましくは0.01〜0.5部である。抗酸化剤は、1部以下が好ましく、さらに好ましくは0.01〜0.5部である。添加剤の合計使用量は、50部以下が好ましく、さらに好ましくは0.2〜30部である。
【0079】
本発明のポリウレタン樹脂の製造の際のイソシアネート指数(NCO INDEX)[(NCO基/活性水素原子含有基)の当量比×100]は、80〜150が好ましく、さらに好ましくは85〜135、特に好ましくは90〜130である。
【0080】
また、ポリオール成分と有機ポリイソシアネート成分(I)を反応させる条件は、通常用いられる公知の条件でよい。
一例を示せば、まず、ポリオール成分及び必要により添加剤を所定量混合する。次いで、ポリウレタン低圧又は高圧注入発泡機又は撹拌機を使用して、この混合物とポリイソシアネートとを急速混合する。得られた混合液を密閉型もしくは開放型のモールド(金属製又は樹脂製)に注入し、ウレタン化反応を行わせ、所定時間硬化後、脱型してポリウレタン樹脂を得る。
【実施例】
【0081】
以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0082】
<実施例1>
図1に示した態様のように、容量2500mlの撹拌装置、温度制御装置、原料供給ライン(5)付きの反応槽(1)としてのステンレス製オートクレーブと、凝縮設備(2)としての熱交換器を、ライン(3)で接続し、凝縮設備(2)には0.6MPaで開弁する排圧弁と排気ライン(4)を接続した。
反応槽(1)に、グリセリンのPO付加物(水酸基価280)400gとトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン0.09g、及び、クロロジフェニルホスフィノプロパンロジウム2.0gを仕込んだ後、オートクレーブ{反応槽(1)}と凝縮設備(2)及びライン(3)内を0.005MPaまで減圧とした。原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が70〜80℃を保つように制御しながら連続的に液相に投入した。凝縮設備でPOを凝縮し回収するため−30℃の冷媒を循環した。反応系の圧力が0.6MPaを超えない様排気ライン(4)から常圧における沸点が150℃以下の低沸点化合物(t)の分解物である(u)をPOと分離する事で系外に除去した。オートクレーブ{反応槽(1)}内液量が2000mlとなった時点でPOの投入を停止し、70℃で4時間熟成し、水を200g加え130〜140℃で1時間加熱した。1時間加熱後、水を2時間かけて常圧留去したのち、引き続いてスチームを通入しながら圧力を30〜50torrに保ちながら3時間かけて残りの水を減圧留去し液状のグリセリンPO付加物(S−1)を得た。
なお、原料として用いたグリセリンのPO付加物は既知の方法で合成されたもの、つまり、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒としてグリセリンにプロピレンオキサイドを所定量付加した後、触媒分解のため、水を加えて加熱処理後、減圧脱水したものである。
【0083】
<実施例2>
クロロジフェニルホスフィノプロパンロジウム2.0gを0.1gとする以外は実施例1と同様の方法でグリセリンPO付加物(S−2)を得た。
【0084】
<実施例3>
図2に示した態様のように、容量2500mlの撹拌装置、温度制御装置、原料供給ライン(5)付きの反応槽(1)としてのステンレス製オートクレーブと、蒸留塔(7)(理論段数50段、ステンレス製円筒管、内径5.5cm、長さ3m)とを、循環ライン(6)、(8)で接続した。
反応槽(1)に、グリセリンのPO付加物(水酸基価280)400gとトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン0.09gを仕込んだ後、オートクレーブ{反応槽(1)}と循環ライン(6)、(8)内を0.005MPaまで減圧とした。原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が70〜80℃を保つように制御しながら連続的に液相に投入しつつ、ダイアフラムポンプを用いて反応槽(1)内の気相を5L/minの流量で、反応槽(1)→循環ライン(6)→蒸留塔(7)→循環ライン(8)→反応槽(1)の順に循環させた。蒸留塔(7)にて副生低沸点化合物をPOと分離する事で系外に除去した。分離した副生低沸点化合物は蒸留塔(7)の釜下ライン(9)から抜き取った。オートクレーブ{反応槽(1)}内液量が2000mlとなった時点でPOの投入を停止、気相循環を終了し、70℃で4時間熟成し、水を200g加え130〜140℃で1時間加熱した。1時間加熱後、水を2時間かけて常圧留去したのち、引き続いてスチームを通入しながら圧力を30〜50torrに保ちながら3時間かけて残りの水を減圧留去し液状のグリセリンPO付加物(S−3)を得た。
なお、原料として用いたグリセリンのPO付加物は実施例1と同じ物を用いた。
【0085】
<実施例4>
実施例1において、グリセリンのPO付加物(水酸基価280)の代わりに、水酸化カリウムを触媒としてグリセリンにプロピレンオキサイドを所定量付加した後、触媒除去のため、水と合成珪酸塩(協和化学社製 キョーワード600)を加えて加熱処理後、ろ過、減圧脱水して得たグリセリンのPO付加物(水酸基価280)を用いた以外は実施例1と同様の方法にてグリセリンPO付加物(S−4)を得た。
【0086】
<実施例5>
図3に示した態様のように、容量2500mlの撹拌装置、温度制御装置、原料供給ライン(5)付きの反応槽(1)としてのステンレス製オートクレーブと、充填塔(11)(ステンレス製円筒管、内径5.5cm、長さ50cm)とを、循環ライン(10)、(12)で接続した。
反応槽(1)に、グリセリンのPO付加物(水酸基価280)400gとトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン0.09gを仕込んだ後、オートクレーブ{反応槽(1)}内を0.005MPaまで減圧とした。原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が70〜80℃を保つように制御しながら全投入量1600gの1/20である80gを連続的に液相に投入した。PO投入後、投入したPOを全量反応させる目的で30分75℃で撹拌した後、副生低沸点化合物(u)を含んだ反応液を、クロロジフェニルホスフィノプロパンロジウムを重量で5%担持した合成ゼオライト1kgを充填した80℃の充填塔(11)へギアポンプを用いて循環ライン(10)及び(12)にて循環し(u)を(t)へと分解した。(u)を分解後、再びPOを反応し副生する(u)を再度充填塔(11)にて分解する工程を全部で20回繰り返した。その後、水を200g加え130〜140℃で1時間加熱した。1時間加熱後、水を2時間かけて常圧留去したのち、引き続いてスチームを通入しながら圧力を30〜50torrに保ちながら3時間かけて残りの水を減圧留去し液状のグリセリンPO付加物(S−5)を得た。
なお、原料として用いたグリセリンのPO付加物は実施例1と同じ物を用いた。
【0087】
<実施例6>
実施例1と同様にグリセリンのPO付加物(水酸基価280)へのPO付加反応を実施し、オートクレーブ{反応槽(1)}内液量が1920mlとなった時点でPOの投入を停止し、70℃で4時間熟成し、水を200g加え130〜140℃で1時間加熱した。1時間加熱後、水を2時間かけて常圧留去した後、水酸化カリウム2gを加え130〜140℃にてスチームを通入しながら圧力を30〜50torrに保ちながら残りの水を減圧留去した。引き続き、原料供給ライン(5)を通じてEO80gを反応温度が130〜140℃を保つように制御しながら2時間かけて投入した後、2時間熟成した。90℃まで冷却した後、12gのキョーワード600(協和化学社製;合成珪酸塩)と水40gを加え1時間処理した。オートクレーブ{反応槽(1)}より取り出した後、1ミクロンのろ紙を用いてろ過した後、減圧脱水し、液状のグリセリンPOEO付加物(S−6)を得た。
なお、原料として用いたグリセリンのPO付加物は実施例1と同じ物を用いた。
【0088】
<実施例7>
実施例2と同様にグリセリンのPO付加物(水酸基価280)へのPO付加反応を実施し、オートクレーブ{反応槽(1)}内液量が1920mlとなった時点でPOの投入を停止し、70℃で4時間熟成し、水を200g加え130〜140℃で1時間加熱した。1時間加熱後、水を2時間かけて常圧留去した後、水酸化カリウム2gを加え130〜140℃にてスチームを通入しながら圧力を30〜50torrに保ちながら残りの水を減圧留去した。引き続き、原料供給ライン(5)を通じてEO80gを反応温度が130〜140℃を保つように制御しながら2時間かけて投入した後、2時間熟成した。90℃まで冷却した後、12gのキョーワード600(協和化学社製;合成珪酸塩)と水40gを加え1時間処理した。オートクレーブ{反応槽(1)}より取り出した後、1ミクロンのろ紙を用いてろ過した後、減圧脱水し、液状のグリセリンPOEO付加物(S−7)を得た。
なお、原料として用いたグリセリンのPO付加物は実施例1と同じ物を用いた。
【0089】
<比較例1>
図4に示した態様のように、2500mlの撹拌装置、温度制御装置、原料供給ライン(5)付きの反応槽(1)としてのステンレス製オートクレーブに、グリセリン61gと水酸化カリウム4.0gを仕込んだ後、原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が90〜100℃を保つように制御しながら投入した。但し、POの投入は6時間かけて連続して実施した。オートクレーブ{反応槽(1)}内液量が2000mlとなるまで投入した後、100℃で3時間熟成した。次に、30gの合成珪酸塩(キョーワード600、協和化学製)と水40gを加えて90℃で1時間処理した。オートクレーブ{反応槽(1)}より取り出した後、1ミクロンのフィルターで濾過した後2時間脱水し、液状のグリセリンPO付加物(n−1)を得た。
【0090】
<比較例2>
図4に示した態様のように、2500mlの撹拌装置、温度制御装置、原料供給ライン(5)付きの反応槽(1)としてのステンレス製オートクレーブに、グリセリン80gと水酸化カリウム4.0gを仕込んだ後、原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が90〜100℃を保つように制御しながら投入した。但し、POの投入は6時間かけて連続して実施した。オートクレーブ{反応槽(1)}内液量が2000mlとなるまで投入した後、100℃で3時間熟成した。次に、30gの合成珪酸塩(キョーワード600、協和化学製)と水40gを加えて90℃で1時間処理した。オートクレーブ{反応槽(1)}より取り出した後、1ミクロンのフィルターで濾過した後2時間脱水し、液状のグリセリンPO付加物を得た。得られたグリセリンPO付加物1530gとトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン0.09gを再びオートクレーブ{反応槽(1)}に仕込んだ後、原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が70〜80℃を保つように制御しながら3時間かけて投入した。オートクレーブ{反応槽(1)}内液量が2000mlとなるまで投入し、70℃で3時間熟成した。引き続いて、水を200g加え130〜140℃で1時間加熱した。1時間加熱後、水を2時間かけて常圧留去したのち、引き続いてスチームを通入しながら圧力を30〜50torrに保ちながら3時間かけて残りの水を減圧留去し液状のグリセリンPO付加物(n−2)を得た。
【0091】
<比較例3>
水酸化カリウム4.0gの代わりに水酸化セシウムを4.0g用いる以外は比較例2と同様の方法で液状のグリセリンPO付加物(n−3)を得た。
【0092】
<比較例4>
図4に示した態様のように、2500mlの撹拌装置、温度制御装置、原料供給ライン(5)付きの反応槽(1)としてのステンレス製オートクレーブに、グリセリン84gと水酸化セシウム4.0gを仕込んだ後、原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が90〜100℃を保つように制御しながら投入した。但し、POの投入は6時間かけて連続して実施した。オートクレーブ{反応槽(1)}内液量が2000mlとなるまで投入した後、100℃で3時間熟成した。次に、30gの合成珪酸塩(キョーワード600、協和化学製)と水40gを加えて90℃で1時間処理した。オートクレーブ{反応槽(1)}より取り出した後、1ミクロンのフィルターで濾過した後2時間脱水し、液状のグリセリンPO付加物を得た。得られたグリセリンPO付加物1460gとトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン0.09gを再びオートクレーブ{反応槽(1)}に仕込んだ後、原料供給ライン(5)を通じてPOを反応温度が70〜80℃を保つように制御しながら3時間かけて投入した。オートクレーブ{反応槽(1)}内液量が1920mlとなった時点でPOの投入を停止し、70℃で4時間熟成し、水を170g加え130〜140℃で1時間加熱した。水を2時間かけて常圧留去した後、水酸化カリウム2gを加え130〜140℃にてスチームを通入しながら圧力を30〜50torrに保ちながら残りの水を減圧留去した。引き続き、原料供給ライン(5)を通じてEO80gを反応温度が130〜140℃を保つように制御しながら2時間かけて投入した後、2時間熟成した。90℃まで冷却した後、12gのキョーワード600(協和化学社製;合成珪酸塩)と水40gを加え1時間処理した。オートクレーブ{反応槽(1)}より取り出した後、1ミクロンのろ紙を用いてろ過した後、減圧脱水し、液状のグリセリンPOEO付加物(n−5)を得た。
【0093】
実施例1〜7及び比較例1〜4のポリオキシアルキレンポリオールの分析結果を表1に示した。
従来技術であるポリオキシアルキレンポリオールが満足する特許文献4(特許3688667号公報)記載の式1(下記、数式(3))についての検証結果も記載した。
【0094】
y≦(1.9×10-8)×w2 (3)
数式(3)は水酸基当量wと不飽和度yの関係を表す式であり、本発明における数式(1)、(2)に対応する形、つまり、(S)の水酸基価xと不飽和度yの関係式に変形すると数式(3’)となる。
y≦60×x-2 (3’)
【0095】
【表1】

【0096】
製造したポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価及び不飽和度の測定方法並びにこれらの単位を以下に示す。
水酸基価:JIS K1557−1に準拠、単位はmgKOH/g
不飽和度:JIS K1557−3に準拠、単位はmeq/g
【0097】
<実施例8>
2500mlの攪拌装置、温度制御装置付きの4つ口フラスコに、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(商品名:ミリオネートMT、日本ポリウレタン工業(株)製)162g、実施例1で得たポリオキシアルキレンポリオール(S−1)(分子量3000)412g、エチレングリコール26g、ジメチルホルムアミド1390gを仕込み、70℃でイソシアネートの反応率(消費率)が100%となるまで反応させた。得られたポリウレタン樹脂溶液をガラス板上に伸ばした後、−0.1MPa、60℃で6hr加熱することでウレタン樹脂を得た。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に60%、6時間後に89%、8時間後に100%であった。
【0098】
<実施例9>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(S−2)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に59%、6時間後に90%、8時間後に100%であった。
【0099】
<実施例10>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(S−3)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に60%、6時間後に90%、8時間後に100%であった。
【0100】
<実施例11>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(S−4)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に58%、6時間後に90%、8時間後に100%であった。
【0101】
<実施例12>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(S−5)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に60%、6時間後に91%、8時間後に100%であった。
【0102】
<実施例13>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(S−6)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に65%、6時間後に94%、8時間後に100%であった。
【0103】
<実施例14>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(S−7)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に66%、6時間後に95%、8時間後に100%であった。
【0104】
<比較例5>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(n−1)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に30%、4時間後に60%、8時間後86%、16時間後に96%、24時間後に100%であった。
【0105】
<比較例6>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(n−2)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に60%、4時間後に88%、8時間後に100%であった。
【0106】
<比較例7>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(n−3)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に61%、4時間後に87%、8時間後に100%であった。
【0107】
<比較例8>
ポリオキシアルキレンポリオール(S−1)の代わりに、ポリオキシアルキレンポリオール(n−4)を用いる以外は、実施例8と同様の方法でウレタン樹脂を合成した。反応中のイソシアネート基の反応率は、2時間後に65%、4時間後に93%、8時間後に100%であった。
【0108】
実施例8〜14及び比較例5〜8で得られたポリウレタンエラストマーの物性値を表2に示す。
【0109】
【表2】

【0110】
表2の結果から、実施例8〜14のウレタンエラストマーは、従来技術により得られる比較例5〜8のウレタンエラストマーよりも、機械強度(特に破断伸度、引張破断強度)が向上することが判る。
特に、特許368867号公報記載の式1を満足する従来技術であるポリオキシアルキレンポリオールを用いて得られるウレタンエラストマー(比較例7)と比較しても、本発明により得られるウレタンエラストマーの機械強度は向上している。
【0111】
ポリウレタンエラストマー物性の測定方法及び単位を以下に示す。
引張破断強度 :JIS K6251に準拠、単位はkgf/cm2
破断伸度:JIS K6251に準拠、単位は%
【0112】
<実施例15〜21、比較例9〜12>
表3、4に示した発泡処方に従って、下記の発泡条件によりポリウレタンスラブフォームを発泡し、一昼夜放置後ポリウレタンスラブフォームの諸物性を測定した。物性の測定値も表3、4にそれぞれ記載した。
【0113】
(発泡条件)
BOX SIZE:30cm×30cm×30cm天空き箱
材質:木材
ミキシング方法:ハンドミキシング
【0114】
実施例及び比較例におけるポリウレタンスラブフォームの原料は次の通りである。
1.ウレタン化触媒(c)
(1)ウレタン化触媒(c−1):日東化成(株)社製「ネオスタン U−28」(スタナスオクトエート)
(2)ウレタン化触媒(c−2):東ソー(株)社製「TOYOCAT ET」(ビス(ジメチルアミノエチル)エーテルの70重量%ジプロピレングリコール溶液)
(3)ウレタン化触媒(c−3):エアプロダクツジャパン(株)社製「DABCO−33LV」(トリエチレンジアミンの33重量%ジプロピレングリコール溶液)
【0115】
2.発泡剤(d)
(1)発泡剤(d−1):水
(2)発泡剤(d−2):塩化メチレン
【0116】
3.整泡剤(e)
(1)整泡剤(e−1):東レ・ダウコーニング(株)社製「L−540」
【0117】
4.イソシアネート
TDI:日本ポリウレタン工業(株)社製「コロネート T−80」(トリレンジイソシアネート)
【0118】
【表3】

【0119】
【表4】

【0120】
・フォーム物性の測定方法及び単位を以下に示す。
コア密度 :JIS K6400に準拠、単位はkg/m3
通気性(cc/cm/sec):JIS L1004に準拠
硬さ(25%−ILD):JIS K6400に準拠、単位はN/314cm2
引張強度:JIS K6400に準拠、単位はkgf/cm2
引裂強度:JIS K6400に準拠、単位はkgf/cm
伸び率:JIS K6400に準拠、単位は%
圧縮残留歪率 :JIS K6400に準拠、単位は%
湿熱圧縮残留歪率 :JIS K6400に準拠、単位は%
【0121】
表3において、本発明実施例15〜19のウレタンフォームは、従来技術により得られる比較例9〜11のウレタンフォームよりも、フォーム物性、特にフォーム硬さや湿熱圧縮残留歪率が向上する。
特に、特許368867号公報記載の式1を満足する従来技術であるポリオキシアルキレンポリオールを用いて得られるウレタンフォーム(比較例11)と比較しても、本発明により得られるウレタンフォームのフォーム物性は向上している。
【0122】
表4においても、本発明実施例20、21のウレタンフォームは、従来技術、特に、特許368867号公報記載の式1を満足する従来技術であるポリオキシアルキレンポリオールを用いて得られるウレタンフォーム(比較例12)により得られるウレタンフォームよりも、フォーム物性、特にフォーム硬さや湿熱圧縮残留歪率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【0123】
本発明のポリオキシアルキレンポリオールを使用して得られるポリウレタン樹脂はフォーム、エラストマー、コーティング材等、様々な応用が可能である。フォームとしては自動車用クッション材、・遮吸音材、・ハンドル等など、エラストマーとしては注型ポッティング材、コーティング材としては接着材、塗料等などが挙げられる。また、本発明のポリオキシアルキレンポリオールは繊維処理用の油剤や洗浄剤、消泡剤などの界面活性剤組成物の原料としても有用である。
本発明のポリオキシアルキレンポリオールを使用したポリウレタンエラストマーやポリウレタンフォームは従来技術によって得られるポリオキシアルキレンポリオールを使用した場合に比べ総じて樹脂物性(引張強度、硬さ、硬化性、耐湿性、耐久性)に優れる。
従って、本発明のポリウレタン樹脂は接着剤、シーリング材、コーティング材、断熱材、合成木材等として広く用いることが出来る。
本発明の発泡ポリウレタン樹脂のうち、軟質ポリウレタンフォームは、従来の物に比較して、硬さ、フォーム強度、耐久性に優れる。従って、本発明の発泡ポリウレタン樹脂、特に軟質ポリウレタンフォームは、クッション材、衝撃吸収剤、緩衝材、遮吸音材等に広く利用できる。
【符号の説明】
【0124】
1:反応槽
2:凝縮設備
3:ライン
4:排気ライン
5:原料供給ライン
6:循環ライン
7:蒸留塔
8:循環ライン
9:釜下ライン
10:循環ライン
11:充填塔
12:循環ライン

【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性水素を3個以上有する活性水素含有化合物(H)にアルキレンオキサイドを付加してなるポリオキシアルキレンポリオールであって、
付加した炭素数3〜14のアルキレンオキサイドが、付加したアルキレンオキサイドのモル数を基準として、50モル%以上であり、
炭素数3〜14のアルキレンオキサイドが付加した末端の構造の5モル%以上が一般式(I)で表される構造であり、
水酸基価xと総不飽和度yとエチレンオキサイド含有量zが数式(1)の関係をみたし、
2官能成分の含有量が、ポリオキシアルキレンポリオールの重量を基準として、10重量%以下であるポリオキシアルキレンポリオール(S)。
y≦28.3×x-2×(100−z)/100 (1)
[数式(1)中、xは単位mgKOH/gで表される水酸基価、yは単位meq/gで表される総不飽和度を表す。zは、(S)の重量を基準とするエチレンオキサイド含有量であり、0〜50重量%である。]
【化1】

[一般式(I)中、R1は、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基又はフェニル基を表し、ハロゲン原子又はアリール基で置換されていてもよい。;ポリオキシアルキレンポリオールから式(I)の括弧内の構造を除いた残基のうち、Xは活性水素含有化合物側の残基であり、Yは水酸基側の残基である。]
【請求項2】
ルイス酸触媒(B)の存在下で活性水素含有化合物(H)にアルキレンオキサイドを付加してなる請求項1に記載のポリオキシアルキレンポリオール。
【請求項3】
ルイス酸触媒(B)と周期表第5周期又は第6周期の遷移金属を含有する触媒(C)との存在下で活性水素含有化合物(H)にアルキレンオキサイドを付加してなる請求項1又は2に記載のポリオキシアルキレンポリオール。
【請求項4】
ルイス酸触媒(B)の存在下で活性水素含有化合物(H)にアルキレンオキサイドを付加して得られるポリオキシアルキレンポリオールを、周期表第5周期又は第6周期の遷移金属を含有する触媒(C)で処理して得られる請求項1又は2に記載のポリオキシアルキレンポリオール。
【請求項5】
活性水素含有化合物(H)の含有する活性水素数が3〜8である請求項1〜4のいずれかに記載のポリオキシアルキレンポリオール。
【請求項6】
活性水素含有化合物(H)の活性水素1個当りのアルキレンオキサイドの付加モル数が1〜200である請求項1〜5のいずれかに記載のポリオキシアルキレンポリオール。
【請求項7】
ポリオール成分(P)と有機ポリイソシアネート成分(I)とを反応させて得られる発泡又は非発泡ポリウレタン樹脂であって、ポリオール成分の少なくとも一部として、請求項1〜6のいずれかに記載のポリオキシアルキレンポリオールを用いる発泡又は非発泡ポリウレタン樹脂。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−72260(P2012−72260A)
【公開日】平成24年4月12日(2012.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−217646(P2010−217646)
【出願日】平成22年9月28日(2010.9.28)
【出願人】(000002288)三洋化成工業株式会社 (1,719)
【Fターム(参考)】