説明

熱可塑性ポリウレタンのために、触媒化された顆粒化物質の熱処理

本発明は、ポリイソシアネート(i)及びポリイソシアネートに対して反応性の化合物に基づく熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物を、鎖延長剤、第1の触媒(iv)及び/又は助剤及び/又は添加剤(v)を使用して、又は使用することなく製造するための方法であって、第2の触媒(vi)が、最初に蒸気化され、そして次に凝縮によってポリイソシアネート重付加生成物に施されることを特徴とする方法に関し、及びこの方法から製造される生成物に関する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物、特に熱可塑性ポリウレタン(TPU)は、比較的長期にわたり公地である。出発成分、化学量論的な割合、及び製造条件を適切に選択することによって、広い範囲にわたって、目的とする態様で設定することができる、その卓越した物理機械的特性、及び良好な化学的特性のために、これらは近年において、一連の高品質の加工性プラスチックエラストマーに、ますますその位置を占めてきている。
【0003】
工業的な製造で優位を占める連続的製造は、ベルト法、又は(通常では顆粒化物質が製造され、そしてこれは次に2つの最も良く知られた熱可塑性加工技術、射出成型又は押出によって更に加工される)反応押出法である。
【0004】
TPU−顆粒化物質は通常、重合を終結させ、そして分子量を大きくするために、合成工程の後、所定の時間貯蔵される。この工程は、温度を上昇させること(例えば60℃〜80℃)によって速めることができ、このことは、当業者にとって、熱処理として公知でもある。熱処理はしばしばホッパー内で行われる。特に高品質が要求される生成物、特に柔軟性TPUは通常、熱処理の後、及び更なる加工の前に、環境温度で熟成(老化:age)される。熱処理は大量のエネルギーを必要とし、この一方で、環境温度での貯蔵は、広大なスペースを必要とし、長時間を要し、そして資本を要する。特に柔軟TPUでは、顆粒化物質(ペレット:pellet)のこう着が容易に発生し、このことは、更なる処理を相当により困難なものにする。
【0005】
特許文献1(DE2149836)には、例えば、遊離イソシアネート基を含んでいないポリウレタンを製造するための熱処理法が記載されている。TPUの熱処理による変換を完了するための更なる例が、特許文献2(EP1031588)(工程5)及び特許文献3(EP1366100)(実施例1)に記載されている。
【0006】
特許文献4(DD300298A7)には、水槽への押出の後、触媒が加えられる方法が記載されている。しかしながら、水によって非活性化されない触媒のみが使用可能である。特許文献4では、特に、チタニウムテトラブトキシドを工程水に加えることが記載されている。しかしながら、特許文献5(WO2002044243A1)の実施例24では、チタニウムテトラブトキシドは、大気水分と接触して5時間以内に加水分解によって、実質的に完全に非活性化されており、従って工程水中に経済的に使用することができない。この方法の更なる不利な点は、このように、水溶性の触媒しか使用することができないことである。従って、技術的データーシートPolyurrthane Additives from Degussa Goldschmidtによれば、例えば、Kosmos29の商標名で販売されているスズジオクトエートは、水に不溶性である。従って全般的に、有利な触媒の限定された割合のみが、ポリイソシアネート重付加生成物の後処理のために使用することができる。従来技術の更なる不利な点は、顆粒化(ペレット化)の後、顆粒化物質の下側に液滴が形成され、そしてここで、水の蒸発の後、触媒のより高い濃度をもたらし、そして従って顆粒化物質の不均一な後硬化(after-curing)をもたらすことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】DE2149836
【特許文献2】EP1031588
【特許文献3】EP1366100
【特許文献4】DD300298A7
【特許文献5】WO2002044243A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従って、本発明の目的は、熱可塑性のポリイソシアネート重付加生成物顆粒化物質の製造を改良し、触媒の結果、与えられた温度で熱処理を促進することができ、又はより低い温度で熱処理を行うことができるようにすることにある。
【0009】
特に、柔軟性TPU材料、特にショアA硬度が80未満のものの場合、顆粒化物質の癒着が室温での加速された熱処理によって抑制されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
この目的は、驚くべきことに、ポリイソシアネート(i)及びポリイソシアネートに対して反応性の化合物(ii)に基づく熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物を、第1の工程で相互に反応される鎖延長剤(iii)、第1の触媒(iv)及び/又は助剤及び/又は添加剤(v)を使用して、又は使用することなく製造するための方法で、第2の工程で、ポリイソシアネート(i)及びポリイソシアネートに対して反応性の化合物(ii)の間の反応を促進する第2の触媒(vi)が施され、第2の触媒(vi)は、施す前に、蒸気化及び又は霧化される、ことによって達成される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】好ましい実施の形態のための好ましい装置を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の方法は、ポリイソシアネート重付加生成物の後処理のための、相当に広い範囲の重合触媒を使用する機会を初めて提供し、及び従ってポリイソシアネート重付加生成物の後処理のための、その有利性を初めて利用するものである。溶媒中の触媒の適用と比較して、特に、存在したとしても僅かの溶媒及び/又は可塑剤が使用される実施の形態では、大量のエネルギーが節約される。この理由は、乾燥がより早く、そして溶媒の除去が実質的に完全に不要になり、好ましい実施の形態では完全に不要になるからである(このことは、運転コストの大きな節約になる)。
【0013】
図1は、好ましい実施の形態のための好ましい装置を概略的に示した図である。ここでは、第2の触媒(vi)がホットプレート(a)を使用して加熱されている。ホットプレート(a)は、容器(b)において温度制御ユニット(g)と連結されている。搬送ガス(d)、好ましくは窒素が、ライン(c)を介してここに導入され、そして搬送ガス/触媒混合物が第2のライン(e)を介して容器又はチャンバー(f)内のポリイソシアネート重付加生成物に施される。
【0014】
本発明の目的のために、ポリイソシアネート(i)という用語は、単一物質及び物質の混合物の両方を含み、これ/これらは、好ましくは、以下の列挙から選ばれる:有機イソシアネート(a)は、脂肪族、脂環式、アラリファティック及び/又は芳香族イソシアネート、より好ましくはジイソシアネート、好ましくはトリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、ヘプタメチレン、及び/又はオクタメチレンジイソシアネート、2−メチルペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、2−エチルブチレン1,4−ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、ブチレン1,4−ジイソシアネート、1−イソシアナート−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナートメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、1,4−及び/又は1,3−ビス(イソシアナートエチル)シクロヘキサン(HXDI)、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネート、1−メチルシクロヘキサン2,4−及び/又は2,6−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン4,4’−、2,4’−及び/又は2,2’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン2,2’−、2,4’−及び/又は4,4’−ジイソシアネート(MDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート(NDI)、トリレン2,4−及び/又は2,6−ジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニルジイソシアネート、1,2−ジフェニルエタンジイソシアネート、及び/又はフェニレンジイソシアネート、好ましくはジフェニルメタン2,2’−、2,4’−及び/又は4,4’−ジイソシアネート(MDI)及び/又はヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)。特に好ましくは、4,4’異性体含有量が少なくとも97%のジフェニルエタン4,4’−ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートの混合物である。
【0015】
本発明の目的のために、イソシアネートに対して反応性の化合物(ii)は、基本的に、平均して少なくとも1.8及び3.0以下のZerevitinov−活性水素原子を有する直鎖状のイソシアネート−反応性物質、又は上述した条件に適合する種々の物質の混合物である。通常のイソシアネート反応性基は、特に、ヒドロキシル基、アミノ基、メルカプト基、又はカルボキシル基である。ポリエステルオール、ポリエーテルオール、又はポリカーボネートジオールが好ましい。
【0016】
Zerevitinov−活性水素原子を有する、これらの長鎖化合物は、数平均分子量を、0.45kg/mol〜5kg/molの範囲に有し、及びポリイソシアネートのイソシアネート基含有量に対して、1〜80モル等量%のモル量(molar amount)で使用される(計算のベースは数平均分子量である)。
【0017】
イソシアネートに対して反応性である化合物(ii)として、数平均分子量が0.501kg/mol〜8kg/mol、好ましくは0.7kg/mol〜6kg/mol、特に0.8kg/mol〜4kg/molであり、官能性が好ましくは1.8〜2.6、好ましくは1.9〜2.2、特に2である、ポリオールとも称されるポリヒドロキシ化合物が使用されることが好ましい。好ましい実施の形態では、1種類のポリオールのみが使用され、他の好ましい実施の形態では、(混合物中で、上述した条件に合う)ポリオールの混合物が使用される。「官能性」という記載は、特に、活性水素、特にヒドロキシル基の数を表す。ポリエステルオール及び/又はポリエーテルオール及び/又はポリカーボネートジオール、特に好ましくはポリエステルジオール、好ましくはポリカプロラクトン、及び/又はポリエーテルポリオール、好ましくはポリエーテルジオール、より好ましくはエチレンオキシドに基づくもの、プロピレンオキシド及び/又はブチレンオキシド、好ましくはポリプロピレングリコール、特にポリエーテルオールをポリオールとして使用することが好ましい。TPU中に柔軟相を形成するために適切な化合物をポリオールとして使用することが特に好ましく、好ましくは、アジピン酸及び1,2−エタンジオール及び1,4−ブタンジオールの混合物に基づくコポリエステル、アジピン酸及び1,4−ブタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールの混合物に基づくコポリエステル、アジピン酸及び3−メチルペンタン−1,5−ジオール及び/又はポリテトラメチレングリコール(ポリテトラヒドロフラン、PTHF)に基づくポリエステル、特に好ましくは、アジピン酸及び1,2−エタンジオール及び1,4−ブタンジオール及び/又はポリテトラメチレングリコール(PTHF)である。
【0018】
ポリイソシアネート重付加生成物を製造するための第3の出発材料は、1分子当たり平均して少なくとも1.8及び3.0以下のZerevitinov−活性水素原子を有し、数平均分子量が0.006kg/mol〜0.4kg/molであり、及びポリイソシアネートのイソシアネート基含有量に対して12〜99等量%の鎖延長剤(iii)である。ある実施の形態では、1種の鎖延長剤が使用され、他の実施の形態では、上述した条件に適合する鎖延長剤の混合物が使用される。
【0019】
鎖延長剤(iii)として、通常公知の(数平均分子量が、0.05kg/mol〜0.499kg/molの)脂肪族、アラリファティック、芳香族、及び/又は脂環式化合物、極めて好ましくは、2官能性可能物、好ましくはジアミン及び/又はアルキレン基内に2〜10個の炭素原子を有するアルカンジオール、より好ましくはエタンジオール、プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、及び1,4−ジ(β−ヒドロキシエチル)ヒドロキノン、特にエタンジオール、1,4−ブタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールが使用される。鎖延長剤の更なる好ましい群は、脂肪族ジアミン、特にエチレンジアミン、又はプロピレンジアミン、又はエチレンジアミンとプロピレンジアミンを含む混合物から構成される。
【0020】
更に、少なくとも1種の触媒(iv)及び/又は通常の助剤及び/又は添加剤を使用することが好ましい。好ましい触媒(iv)は、有機金属化合物、例えばチタン化合物、好ましくはチタンエステル、鉄化合物、好ましくは鉄アセチルアセトネート、スズ化合物、好ましくはスズジアセテート、スズジオクトエート、スズジラウレート、ジブチルチンジアセテート、及びジブチルチンジラウレートであり、特に好ましくはスズジオクトエートである。
【0021】
熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物の製造における、他の好ましい第1の触媒(iv)は、アミン、例えばテトラメチルエチレンジアミン、M−メチル−モルホリン、ジエチルベンジルアミン、トリエチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ジアザビシクロオクタン、N,N’−ジメチルピペラジン、N−メチル−N’−(4−N−ジメチルアミノ)ブチルピペラジン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレンジアミンである。更なる好ましい触媒は、アミジン、より好ましくは2,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン、トリス(ジアルキルアミノアルキル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、特にトリス(N,N−ジメチルアミノプロピル)‐s−ヘキサヒドロトリアジン、及びテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、好ましくはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、アルカリ金属ヒドロキシド、好ましくはナトリウムヒドロキシド、及びアルカリ金属アルコキシド、好ましくはナトリウムメトキシド、及びカリウムイソプロポキシド、及び1〜20個の酸素原子、及び任意にOH基を有する長鎖脂肪酸のアルカリ金属塩である。
【0022】
いくつかの好ましい実施の形態では、1種の触媒のみが使用され、他の好ましい実施の形態では、複数種の異なる触媒が並んで使用され;有機金属化合物を使用することが好ましい。
【0023】
通常の助剤及び添加剤は、例えば可塑剤、潤滑剤、分子連鎖剤、難燃剤、無機/有機充填剤、染料、顔料、及び加水分解、光、及び熱分解の安定化剤である。
【0024】
加水分解抑制剤として、好ましくはオリゴマー性及び/又はポリマー性の脂肪族及び/又は芳香族カルボジイミドが使用される。本発明に従いTPUを老化(aging)に対して安定化させるために、TPUに安定化剤を加えることが好ましい。本発明の目的のために、安定化剤は(ポリマー又はポリマー混合物を、損傷を与える環境の影響から保護する)添加剤である。例は、第1級、及び第2級抗酸化物質、障害アミン光安定化剤、UV吸収剤、加水分解抑制剤、クエンチャー及び難燃剤である。市販の安定化剤の例は、Plastics Additive Handbook,5th Edition,H.Zweifel,ed.,Hanser Publishers,Munich,2001[1],p.98−136に記載されている。
【0025】
本発明に従うTPUが使用の間、熱酸化性のダメージを受ける場合には、抗酸化物質を加えることができる。フェノール性抗酸化物質を使用することが好ましい。フェノール性抗酸化物質の例は、Plastics Additive Handbook,5th Edition,H.Zweifel,ed.,Hanser Publishers,Munich,2001[1],pp.98−107及びp.116−121に記載されている。
【0026】
ポリイソシアネート(i)、イソシアネートに対して反応性の化合物(ii)、及び存在する場合には、鎖延長剤(iii)は、好ましくは調整されて、これにより、ポリイソシアネートの化合物合計に対する、(イソシアネートに対して反応性の化合物(ii)、鎖延長剤(iii)、及び存在する場合には助剤、及び又は添加剤の)合計に対する、NCOのOHに対するモル割合は、0.9:1〜1.2:1の範囲とされる。
【0027】
熱可塑性ポイソシアネート重付加生成物は、好ましくは、ベルト法又は反応押出法によって製造され、そして処理されて顆粒化物質(ペレット)が得られ、顆粒化物質は。好ましくは丸い、角のある、又はシリンダー状のものである。
【0028】
ポリイソシアネート(i)及びポリイソシアネートに対して反応性の化合物(ii)に基づく熱可塑性ポリイソシアネートに基づき、及び鎖延長剤(iii)、第1の触媒(iv)及び/又は助剤及び/又は添加剤(v)が使用され、又は使用されることのない、熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物、好ましくは熱可塑性ポリウレタン(TPU)を製造するための本発明の方法で、ポリイソシアネート(i)及びポリイソシアネートに対して反応性の化合物(ii)の間の反応を促進する第2の触媒(vi)が、(顆粒化物質として存在することが好ましい)製造されたポリイソシアネート重付加生成物に施される。この生成物は、好ましくは顆粒化物質(ペレット)の状態で存在する。
【0029】
好ましい実施の形態では、施される第2の触媒(vi)は、少なくとも1種のアミン、好ましくはトリエチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、N−メチルモルホリン、N,N’−ジメチルピペラジン、ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンである。
【0030】
他の好ましい第2の触媒(vi)は、アミン、例えばテトラメチルエチレンジアミン、N−メチルモルホリン、ジエチルベンジルアミン、トリエチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ジアザビシクロオクタン、N,N’−ジメチルピペラジン、N−メチル−N’−(4−N−ジメチルアミノ)ブチルピペラジン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレンジアミンである。更なる好ましい触媒は、アミジン、より好ましくは2,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン、トリス(ジアルキルアミノアルキル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、特にトリス(N,N−ジメチルアミノプロピル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、及びテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、好ましくはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、アルカリ金属ヒドロキシド、好ましくはナトリムヒドロキシド、及びアルカリ金属アルコキシド、好ましくはナトリウムメトキシド、及びカリウムイソプロポキシド、及び10〜20個の炭素原子及び任意に側部OH基を有する長鎖脂肪酸のアルカリ金属塩である。
【0031】
他の好ましい実施の形態では、第2の触媒(vi)は、(オルガノメタリック化合物とも称される)少なくとも1種の有機金属化合物を含む。
【0032】
好ましくは、第2の触媒(vi)として、チタン、鉄、及び/又はスズに基づく有機金属化合物が使用される。金属化合物は、特に好ましくは、チタンエステル及び/又はスズ化合物である。好ましくはスズ化合物であり、より好ましくはスズアセテート、スズジオクトエート、スズジラウレート、又は脂肪族カルボン酸のジアルキルスズ塩である。特に好ましくは、ジオクトエート及びジアルキルスズ塩、例えばジブチルスズジアセテート、及び/又はジブチルスズジラウレートである。
【0033】
好ましい実施の形態では、第1の触媒(iv)、及び顆粒化物質に外部から施されることが好ましい第2の触媒(vi)は、同一である。
【0034】
第2の触媒(vi)の供給は、好ましくは、表面に施すために、この技術分野の当業者にとって公知の方法によって行われる。
【0035】
第2の触媒(vi)は、好ましくは、ポリイソシアネート重付加生成物にスプレー(噴霧)によって施される。
【0036】
スプレー工程のために使用されるスプレー装置は、基本的に、スプレーヘッド、スプレー媒体ライン、及びスプレー媒体供給源から構成される。スプレーヘッドは通常、スプレーマシンアームの前端部に備えられ、スプレー媒体ラインは、スプレーマシンアームの動きを追うことができるように設定される。他の好ましい実施の形態では、スプレーヘッドは固定される。スプレーヘッドは、スプレー媒体ガンとして構成可能であり、そして手動で、例えば人によって動かされる。
【0037】
スプレー媒体供給源は、好ましくは、(スプレー媒体製造装置と連結された)スプレー媒体循環ラインとして構成される。スプレー媒体製造装置内で、スプレー媒体は(それぞれスプレー媒体循環ラインのために)、供給(施し;application)を行うために製造され、そして一定の供給量が維持され、そしてスプレー媒体循環ラインにポンプ輸送される。
【0038】
他の好ましい実施の形態では、(触媒(vi)が溶解又は懸濁した状態で存在する)溶媒及び/又は可塑剤が、顆粒化物質として存在することが好ましい熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物に直接的に施される。他の実施の形態では、触媒(vi)を含む溶媒及び/又は可塑剤が、ガス流内で流動化され、そしてこのガス流が、顆粒化物質として存在することが好ましい熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物に施される。
【0039】
スプレー工程は、連続的に、又は非連続的(バッチ的)に行うことができ、連続法が好ましい。
【0040】
好ましい実施の形態では、触媒(vi)は直接的に施される。これは、(微細に粉化された触媒又は小さな液滴に霧化された触媒を顆粒化物質表面に施す)搬送ガスを使用して行われることが好ましい。他の好ましい方法では、触媒は最初に溶媒及び/又は可塑剤を使用して希釈され;少なくとも1種の溶媒及び/又は可塑剤が、好ましくはアセトン、ジオクチルアジペート、トルエン及び/又はペトロリウム・スピリット(軽油)の中から選ばれ、アセトンを使用することが特に好ましい。
【0041】
触媒(vi)を、(顆粒化物質として存在することが好ましい)熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物に施すための、他の好ましい方法は、熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物を触媒(iv)を含む液内に浸すことを含む。
【0042】
施される触媒の量に依存して、顆粒化物質は浸すことができ、及び/又は触媒を顆粒化物質の上に1回以上スプレーすることができ、ここで同一の触媒または異なる触媒を施すことができる。下過剰の浸漬媒体は各浸漬操作の後で除去されることが好ましい。
【0043】
触媒(vi)を含む容器は、要求に依存して、加熱、冷却され、又は周囲温度で維持される。触媒(vi)の供給は、このようにして最適化可能である。他の好ましい実施の形態では、浸漬(dipping)及びスプレー工程が組合される。
【0044】
触媒の供給の好ましい形式を行った後、好ましい実施の形態では、熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物は乾燥される。このことは、好ましくは、ドライヤー遠心分離、冷空ブロワー、又は熱風ブロワーを使用して行われる。触媒(vi)の極めて好ましい状態は、スズ化合物、特にアセトンに溶解したスズジオクトエートである。
【0045】
触媒(vi)及び溶媒及び/又は可塑剤の混合物は、好ましくは粘度が1Psa未満、より好ましくは0.5Pas未満である。
【0046】
更なる好ましい実施の形態では、触媒(vi)は第1の工程で霧状体に変換される。触媒が固体の場合、このことは、触媒を、好ましくはナノ粒子のサイズの紛体に粉化することによって達成される。粉化は、任意のタイプの粉砕装置、例えば機械的ミル、圧縮空気ミル、超音波、及びこれらに類似するものを使用して行われる。このようにして製造された粉は、第1の空間で流動化される。触媒が液体又は粘性液体として存在する場合、霧状体は、適切な手段を使用してこれらから製造される。好ましい実施の形態では、このことは回転霧化、スプレイングによって行われる。好ましい実施の形態では、触媒は霧化の前に、溶媒及び/又は可塑剤を使用して部分的に溶解される。替りの好ましい実施の形態では、(好ましくは熱を加えることによって)触媒が蒸気化される。触媒蒸気、及び/又は触媒霧状体は、ポリイソシアネート重付加生成物、粉沈殿物に施され、蒸気が凝縮する。好ましい実施の形態では、触媒蒸気及び/又は触媒霧状体が第1の空間内で製造され、そして次に第2の空間で、ポリイソシアネート重付加生成物に施される。第1の空間は好ましくは閉じているが、しかし触媒霧状体及び又は蒸気を取出すための適切な装置が設けられている。蒸気及び/又は霧状体を製造するための第1の空間及び供給するための第2の空間に連結パイプが存在することが好ましい。第2の空間には、適切なスプレー装置が設けられていることが好ましい。好ましい実施の形態では、第2の空間は、触媒蒸気及び/又は触媒霧状体が、下方からポリイソシアネート重付加生成物の周りに流れ、そして第2の空間から(好ましくは流れ低減装置を通して)上方に流出するように構成される。流れ低減装置として、妨害のない通路よりも、ポリイソシアネート重付加生成物上での蒸気又は霧状体の滞留時間が長くなる、ポリイソシアネート重付加生成物上の空気空間の圧縮(constriction)を使用することが可能である。下方からの流れは、好ましくはスクリーン上の層として配置されたポリイソシアネート重付加生成物によって確保される。スクリーンは固定されていても良く、連続法の場合は、動いていても良い。触媒を施すための、特に好ましい装置は流動床である。
【0047】
更に好まし実施の形態では、触媒蒸気及び/又は触媒霧状体は、第1の空間から第2の空間に、搬送ガスを使用して輸送される。搬送ガスとして、触媒及び/又はポリイソシアネート重付加生成物と、(反応したとしても)製造工程にとって無視できる範囲でのみ反応する任意のガスを使用することができる。好ましい搬送ガスは、空気、窒素、及び二酸化炭素であり、窒素が特に好ましい(好ましい実施の形態では、窒素は工業ガスの要求に合致するものである)。特に、ガスの露点は、−20℃未満、好ましくは−40℃未満である。
【0048】
0.001バール〜10バールのゲージ圧、好ましくは0.01バール〜5バール、及び特に好ましくは0.02バール〜2バールのゲージ圧が、搬送ガスを使用して、第1の空間内で生成されることが好ましい(第1の空間内で、触媒が蒸気化され及び/又は霧化され、そして触媒蒸気及び/又は触媒霧状体が、このようにして第2の空間に駆動される)。この方法は、顆粒化物質を製造するための連続的な方法に良好に適合する。代替として、搬送ガスは、また好ましくは、容器を触媒霧状体及び/又は触媒蒸気で満たすために使用される。
【0049】
替りの好ましい実施の形態では、触媒(vi)は閉じた系内で蒸発され、及び/又は霧化され、そしてポリイソシアネート重付加生成物に好ましくは非連続的(バッチ式)に施される。閉じた系は触媒の損失が少なくなるという有利性を有している。
【0050】
触媒(vi)の蒸気化を補助するために、又は可能とするために、閉じた系内で大気圧よりも低い圧力が形成され、触媒(vi)の蒸気化を補助することが好ましい。好ましい実施の形態では、大気圧未満の圧力は、触媒への熱の供給と組み合わされる。熱は全ての加熱装置を使用して供給することができる。例はプレート加熱、熱風、高エネルギー放射、例えばマイクロウエイブ又はレーザーである。
【0051】
触媒は、大気圧未満の圧力を単独で使用してでも、又は30℃〜160℃、好ましくは50℃〜150℃、より好ましくは80℃〜140℃に追加的に加熱してでも蒸気化される。好ましい替りの実施の形態では、触媒は大気圧未満の圧力を同時に施すことなく、加熱されるのみである。
【0052】
触媒(vi)の加熱は、特にその分解温度によって制限される。好ましい実施の形態では、蒸発温度は分解温度より10℃低く、好ましくは20℃低く、より好ましくは30℃低く、そして特に好ましくは50℃低い。本発明の目的のために、分解温度は、(TGAとも称される)熱重量分析で、質量損失が20℃/分で、10%を超える温度である。熱重量分析は、TGFとも簡約され、DINENISO11358に従う分析を意味する。
【0053】
好ましい実施の形態では、供給(application)の間の第2の触媒(vi)の温度は、ポリイソシアネート重付加生成物のビカー温度を50℃未満で超え、好ましくは20℃未満で超え、より好ましくは10℃未満で超え、より好ましくはビカー温度を超えることなく、更に好ましくはビカー温度未満であり、更に好ましくはビカー温度よりも少なくとも5℃低く、及び特に好ましくはポリイソシアネート重付加生成物のビカー温度よりも少なくとも10℃低い。本発明の目的のために、ビカー温度は、DINENISO306に従うビカー軟化温度である。
【0054】
更なる好ましい実施の形態では、顆粒化物質として存在することが好ましいポリイソシアネート重付加生成物は、第2の触媒(vi)を施した後、10℃〜150℃の範囲の温度、好ましくは50℃〜120℃の範囲の温度で保持される。この操作は、熱処理とも称される。
【0055】
好ましい実施の形態では、熱処理は0時間〜72時間、好ましくは1時間〜24時間、行われる。
【0056】
熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物は、好ましくは熱可塑性ポリウレタンである。熱可塑性ポリウレタンは、好ましくは硬度が10ショアA〜80ショアDの範囲、好ましくは30ショアA〜80ショアDの範囲、より好ましくは50ショアA〜80ショアDの範囲、及び特に好ましくは50ショアA〜70ショアAの範囲である。
【0057】
本発明は更に、上述した実施の形態の一つに従う第2の触媒を追加的に施すことによって製造された、ポリイソシアネート重付加生成物、特にこのようにして製造された顆粒化された物質を提供する。
【0058】
考えらえる任意の組合せにおける、全ての好ましい実施の形態が、本願の対象であり;特に請求項に記載された組合せが含まれる。
【0059】
以下に実施亭を使用して、本発明を説明するが、本発明を制限するものではない。
【実施例】
【0060】
実施例1
熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物、好ましくは熱可塑性ポリウレタンの製造において、反応押出工程で、ポリオール/複数種のポリオール、鎖延長剤、熱分解安定剤、触媒及びイソシナネートを含まない更なる原材料が、150℃で事前混合され、そしてツインスクリュー押出機の第1のバレルに供給された。ポリイソシアネートは、65℃の貯蔵温度で、第1のバレルに別個に供給された。ツインスクリューの回転速度は、280min-1であった。バレルの温度設定は、流れ方向に、スクリューの第1の三分の一部分で200℃、スクリューの第2の三分の一部分で170℃、及びスクリューの第3及び最後の三分の一で190℃であった。生産量は、850kg/hであった。水中での顆粒化(ペレット化)による溶融物の細分化、及び統合された遠心乾燥の後、顆粒化物質(ペレット)を約80℃〜90℃で最終的に乾燥させた。EP0922552に従うポリウレタンの製造において、ポリオール/1種以上のポリオール、鎖延長剤、加水分解安定剤、触媒、及びイソシアネートを含まない更なる原材料、及びポリイソシアネートが80℃に加熱され、そして混合ヘッドで強く混合された。得られた反応混合物を97℃の温度でPTFEベルトに施し、そしてトンネルキルンを通して運んだ。ベルトの端部で固体化され、ストリップ材料を形成した反応混合物を、取り込みローラーを使用して、粉砕及び均一化装置に連続的に供給した。ここで、反応混合物が粉砕され、そして正接的にフランジ付けされたシングルスクリュー押出機に供給された。バレル温度は、供給区分で160℃、中間領域で180℃、及び排出領域で220℃であった。水中顆粒化による溶融物の細分化、及び統合された遠心乾燥の後、顆粒化物質を約80℃〜90℃で乾燥させた。
【0061】
実施例1a):
エーテルTPUショア硬度85A:
1000質量部のポリテトラヒドロフラン
600質量部のジフェニルメタン4,4’−ジイソシアネート
126質量部の1,4−ブタンジオール
例えばEP0922552に記載された、熱可塑性ポリウレタンエラストマーの連続製造のためのプラントを使用して製造。
【0062】
実施例1b):
エーテルTPUショア硬度85A:
1000質量部のポリテトラヒドロフラン
600質量部のジフェニルメタン4,4’−ジイソシアネート
126質量部の1,4−ブタンジオール
例えばReactive Extrusion,M.Xanthos,Carl Hanser Verlag,Munich 1992に記載された、反応押出法を使用して製造。
【0063】
実施例1c):
エーテルTPUショア硬度90A:
1000質量部のポリテトラヒドロフラン
700質量部のジフェニルメタン4,4’−ジイソシアネート
162質量部の1,4−ブタンジオール
例えばReactive Extrusion,M.Xanthos,Carl Hanser Verlag,Munich 1992に記載された、反応押出法を使用して製造。
【0064】
実施例2:
実施例2では、実施例1からの顆粒化物質に、アセントンに溶解したスズジイソシアネート(SDO)をスプレーした。SDOの粘性のために、触媒をアセトンを使用して、スプレー可能となる範囲に希釈しなければならなかった。表1に実験結果を示す。スプレーの前で、遊離NCO基、及びアロファネート及び/又はビウレット結合を介して結合しているNCO基の含有量は、0.16質量%であった。この残留NCO含有量の測定の記載は、例えば、Plaste und Kautschuk,number 7/1980、374頁に見出すことができる。
【0065】
【表1】

【0066】
*)スズについて記載されている濃度は、Zn(II)のものであり、そして使用したポリウレタンの合計質量に基づいている。
【0067】
たとえ残留NCO濃度が低くても、固体の顆粒化物質に触媒を施すことによって、反応を促進することができることがわかったことは、驚くべきことであった。このことは驚くべきことであった。というのは、文献、例えばPlaste und Kautschuk,number3/1987,page116,Kinetische Untersuchungen zur Bildung von linearen PUR−Elastomerenに従えば、90%を超える変換の度合のためには、触媒化された反応は、効果的でないことになっているからである。上述した実施例では、非触媒化熱処理のみの場合よりも高度の熟成(maturation)が、熱処理なしで単に触媒を施すことによってでも達成された(このことは、基礎をなす反応理論からは推定することができなかった)。
【0068】
実施例3:蒸気処理試験
120〜125℃で、スズジオクトエートで飽和した流れを顆粒化物質の床を通して流した(図1参照)。加熱温度、窒素の体積流、及び蒸気処理時間を試験で変化させた。表2に示す処理に加え、分析の前にサンプルをそれぞれ、15時間、室温で保持した。
【0069】
【表2】

【0070】
表2から、蒸気処理法を使用することによって、これらの試験で、熱処理の後、0.02パーセントポイント(percentage point)までの、より低い残留NCOが達成されたことがわかる。更に、追加的な触媒は、押出しの品質を低下させないことが確かめられた。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリイソシアネート(i)及びポリイソシアネートに対して反応性の化合物(ii)に基づく熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物を、相互に反応される鎖延長剤(iii)、第1の触媒(iv)及び/又は助剤及び/又は添加剤(v)を、第1の工程で使用して、又は使用することなく製造するための方法であって、
第2の工程で、ポリイソシアネート(i)及びポリイソシアネートに対して反応性の化合物(ii)の間の反応を促進する第2の触媒(vi)が、このようにして製造されたポリイソシアネート重付加生成物に施され、
第2の触媒(vi)は、最初に霧状体に変換され、及び/又は蒸発され、そして次にポリイソシアネート重付加生成物に施されることを特徴とする方法。
【請求項2】
熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物が、熱可塑性ポリウレタンであり、該熱可塑性ポリウレタンは、ショアA硬度が10〜80の範囲、より好ましくは10〜60の範囲、より好ましくは10〜40の範囲、及び特に好ましくは10〜30の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
ポリイソシアネート重付加生成物が、顆粒化物質として存在することを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の方法。
【請求項4】
第1の空間で、触媒(vi)が蒸発され、又は霧化されて触媒霧状体が形成され、及び次に、第2の空間で、ポリイソシアネート重付加生成物に施されることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の方法。
【請求項5】
触媒蒸気及び/又は触媒霧状体が、搬送ガスを使用して、第1の空間から第2の空間に運ばれることを特徴とする請求項4に記載の方法。
【請求項6】
搬送ガスが、第1の空間で、0.001バール〜10バール、好ましくは0.01バール〜5バール、及び特に好ましくは0.02〜2バールの超大気圧を形成し、及び触媒蒸気及び/又は触媒霧状体が、これにより、第2の空間に送られることを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項7】
触媒(vi)が閉じた系内で蒸気化及び/又は霧化され、そしてポリイソシアネート重付加生成物に施されることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の方法。
【請求項8】
触媒(vi)を蒸気化する大気圧未満の圧力が系内に適応されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項9】
触媒(vi)が、その分解温度よりも最大で10℃低い温度、好ましくは、その分解温度よりも最大で20℃、より好ましくは最大で30℃、及び特に好ましくは最大で50℃低い温度で加熱されることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の方法。
【請求項10】
触媒を蒸気化する間の温度が、30℃〜160℃の範囲、好ましくは50℃〜150℃の範囲、及びより好ましくは80℃〜140℃の範囲であることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の方法。
【請求項11】
第2の触媒(vi)の、施しを行う間の温度が、ポリイソシアネート重付加生成物のビカー温度を50℃未満超え、好ましくは20℃未満超え、より好ましくは10℃未満超え、より好ましくはビカー温度未満であり、更に好ましくはビカー温度よりも少なくとも5℃低く、及び特に好ましくは少なくとも10℃低いことを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の方法。
【請求項12】
ポリイソシアネート重付加生成物が、第2の触媒を施した後に、10〜150℃の範囲、好ましくは50〜120℃の範囲の温度で熱処理されることを特徴とする請求項1〜11の何れか1項に記載の方法。
【請求項13】
重合触媒、すなわち触媒(vi)が、少なくとも1種の第3級アミンであることを特徴とする請求項1〜12の何れか1項に記載の方法。
【請求項14】
重合触媒、すなわち触媒(vi)が、少なくとも1種の有機酸の金属塩、又は有機金属化合物であることを特徴とする請求項1〜12の何れか1項に記載の方法。
【請求項15】
請求項1〜14の何れか1項に記載の方法によって製造される、熱可塑性ポリイソシアネート重付加生成物。

【図1】
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【公表番号】特表2013−520542(P2013−520542A)
【公表日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−554318(P2012−554318)
【出願日】平成23年2月22日(2011.2.22)
【国際出願番号】PCT/EP2011/052584
【国際公開番号】WO2011/104224
【国際公開日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【出願人】(508020155)ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア (2,842)
【氏名又は名称原語表記】BASF SE
【住所又は居所原語表記】D−67056 Ludwigshafen, Germany
【Fターム(参考)】