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JP2001521957A - 部分結晶性ポリエーテルポリオールの製造方法 - Google Patents

部分結晶性ポリエーテルポリオールの製造方法

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JP2001521957A
JP2001521957A JP2000519004A JP2000519004A JP2001521957A JP 2001521957 A JP2001521957 A JP 2001521957A JP 2000519004 A JP2000519004 A JP 2000519004A JP 2000519004 A JP2000519004 A JP 2000519004A JP 2001521957 A JP2001521957 A JP 2001521957A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、2以上の官能価および500〜100,000の平均分子量Mnを有する新規な部分結晶性ポリエーテルポリオールの製造方法に関する。結晶度を決定するアイソタクチックトリアドモル比は28%を超えている。新規なポリエーテルポリオールは、ヒドロキシル化合物によって変性されたバイメタルμ−オキソアルコキシドの存在下でアルキレンオキシドを重合して製造される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、2以上のヒドロキシ官能価を有する新規な部分結晶性ポリエーテル
ポリオールを製造するための方法および新規なポリエーテルポリオールならびに
その使用に関する。
【0002】 (背景技術) 改良した機械的性質を有する生成物は、イソシアネートの重付加プロセスに従
ってプロピレンオキシドから得られる官能価2を有する結晶性ポリオールによっ
て合成されうることが文献から知られている(J. of Polymer Sci. (Polym. Che
m. Ed.) Vol. 15, 1655以下参照(1977))。オゾン分解し、次いで、感湿性および
感酸素性試薬によって水素化し、分別することによってアイソタクチックポリプ
ロピレングリコールから結晶性ヒドロキシ官能ジヒドロキシポリエーテルを製造
することは、極めて困難であり、ほとんど変更できない。それゆえに、大きく変
更できる可能性を有するあまり困難でないプロセスに従って、例えばPUR合成
に適している2以上の官能価を有する広い範囲の結晶性ヒドロキシポリエーテル
を提供することが目的とされていた。
【0003】 バイメタルμ−オキソアルコキシドが、結晶性ポリエーテルポリオールへのプ
ロピレンオキシドの重合に適していることも知られている(米国特許第3 43
2 455号、Polym. Preprints 218 (1984))。イソシアネート重付加のための
連鎖延長剤および架橋剤として適している好適なヒドロキシ官能価を有するポリ
エーテルポリオールを製造することは、この刊行物からは導かれていない。
【0004】 プロピレンオキシド重合に使用されるこれらのバイメタル触媒は、重合過程の
間にポリプロピレンオキシドに組み込まれるモノオール置換基を有し、その過程
は、例えば、ポリウレタンの製造の連鎖延長剤として適していない2よりかなり
低いヒドロキシ官能価を有するポリプロピレンオキシドを生成する。
【0005】 驚くべきことに、2以上の官能価を有するヒドロキシル化合物とバイメタル触
媒を反応させた結果、2以上の官能価を有するポリエーテルポリオールにアルキ
レンオキシドを重合させることができる触媒が得られることを見出した。驚くべ
きことは、文献(J. of Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem., 24, 1423(1986))
によれば、不純物に敏感な触媒活性バイメタル出発化合物が、ヒドロキシル化合
物との反応後には、100〜160℃の温度でさえ、アルキレンオキシド重合に
なお活性であることである。
【0006】 さらに、ヒドロキシル化合物に関して多官能性として認識されるべきバイメタ
ル触媒が、2以上の官能価を有するヒドロキシル化合物の存在下で架橋または相
互結合せず、触媒活性のままであることは予想できなかった。
【0007】 (発明の開示) それゆえに、本発明は、2以上のヒドロキシ官能価を有する新規な部分結晶性
ポリエーテルポリオールの製造方法であって、式(I): (RO)X-1−M2−O−M1−O−M2−(OR)X-1 (I) [式中、Rは、C1−C10アルキル基を示し、 M1は、亜鉛、コバルト、モリブデン、鉄、クロムまたはマンガンを示し、 M2は、アルミニウムまたはチタンを示し、および xは、3または4を示す。] で示されるバイメタルμ−オキソアルコキシドの存在下で、アルキレンオキシド
を重合し、 μ−オキソアルコキシド(I)を、式(II):
【化2】 [式中、 Qは、C2−C20アルキル基を示し、 R1およびR2は、互いに独立して、水素またはC1−C20炭化水素基を示し、 lおよびnは、互いに独立して、0〜40の数を示し、および yは、2〜6の整数を示す。] で示されるヒドロキシル化合物と予め反応させることを特徴とする方法に関する
【0008】 適したバイメタルμ−オキソアルコキシドは、好ましくはM1が亜鉛を示し、 M2がアルミニウムを示し、xが3であり、Rがn−プロピルおよびイソプロピ ルならびにn−ブチルを示すものである。 本発明に従った方法での使用に適しているバイメタルμ−オキソアルコキシド
は周知であり、さらに詳細には、例えば上記の米国特許第3 432 445号
に記載されている。
【0009】 使用されるバイメタルμ−オキソアルコキシドと反応させる式(II)の特に
適したヒドロキシル化合物は、2以上、好ましくは2〜6の官能価および90〜
6000、好ましくは90〜2000の平均分子量を有するものである。平均分
子量は、OH価を測定することによってまたは対照としてのポリスチレンに対す
るGPCによって通常の方法で決定される。
【0010】 式(II)で示されるヒドロキシル化合物としては、特にポリプロピレングリ
コール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシドポリプロピレンオキシ
ドブロックコポリマーおよびランダムC−O−PO−コポリマー、さらに既知の
低分子量ポリヒドロキシル化合物が挙げられる。このような化合物は、例えばKi
rk-Othmer(3)1, 754〜789に記載されている。
【0011】 特に好ましいヒドロキシ化合物は次のとおりである: ブタン−1,4−ジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、
トリプロピレングリコール、およびプロピレングリコール、ブタン−1,4−ジ
オール、グリセロール、トリメチロールプロパンもしくはソルビトールから開始
されるMn200〜2000を有するポリプロピレングリコール、またはエチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ブタン−1,4−ジオール、グリセロー
ルまたはトリメチロールプロパンから開始されるMn220〜2000を有する
プロピレンオキシドおよびエチレンオキシドのコポリマー。
【0012】 使用される式(I)のバイメタルμ−オキソアルコキシドと式(II)のヒド
ロキシル化合物の反応は、1モルのポリオール(II)を、5×10-4〜0.6
モル、好ましくは1×10-3〜0.3モルのμ−オキソアルコキシドと混合し、
混合物を約100〜150℃、好ましくは110〜130℃で、約0.5〜10
時間、好ましくは2〜5時間、加熱する。
【0013】 次いで、反応混合物を、高い温度(約100〜150℃)で、要すれば大気圧
未満の圧力下で、一定時間(約0.5〜5時間)攪拌する。
【0014】 次いで、反応混合物を、有機溶媒および/または希釈剤、例えば適当な炭化水
素(例えば、キシレンおよび/またはリグロイン)によって、好ましくは80〜
50重量%に希釈し、溶媒および/または希釈剤を、再び減圧下(約0.01〜
1013mbar)で蒸留する。
【0015】 次いで、ポリオールで変性されたバイメタルμ−オキソアルコキシドを、部分
結晶性ポリエーテルポリオールの調製のために適したアルキレンオキシドと反応
させる。反応は、好ましくは20〜200℃で、特に80〜150℃で、常圧下
または20barまでの加圧下で行われる。
【0016】 このような反応に適したアルキレンオキシドは、周知のアルキレンオキシド、
好ましくはプロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、エピクロロヒドリ
ン、アルキルグリシジルエーテルおよびそれらの混合物である。プロピレンオキ
シドおよび/またはエチレンオキシドが、好ましく使用される。アルキレンオキ
シドとの反応より先に、変性したμ−オキソアルコキシドは、2以上の官能価を
有するヒドロキシル化合物、好ましくは式(II)で示されるヒドロキシル化合
物によって希釈されうる。
【0017】 変性触媒のアルキレンオキシドとの反応は、塊状または適当な不活性溶媒(例
えば、トルエン、キシレンおよび/またはテトラヒドロフラン)中で行われうる
。溶剤の濃度および量は、転化反応の良好な制御が与えられた反応条件下で可能
であるように選択される。 変性バイメタルμ−オキソアルコキシドは、調製されるポリエーテルポリオー
ルの量に基づいて5×10-2〜60モル%の量で、好ましくは0.1〜20モル
%の量で、一般に使用される。
【0018】 本発明の方法に従って調製される2以上、好ましくは2〜6の官能価を有する
新規な部分結晶性ポリエーテルポリオールは、ポリスチレンに対するGPCによ
ってまたはヒドロキシル末端基含量(OH価)によって決定される500〜10
0,000、好ましくは1000〜10,000の平均分子量Mnを有し、13
−NMR分光法によって決定される28%を超える、好ましくは33%を超える
結晶度を与えるアイソタクチックトリアドモル比を有する。
【0019】 本発明は、それゆれに、上記の種の新規な部分結晶性ポリエーテルポリオール
にも関する。 本発明の方法は、連続的に、および回分式、例えばバッチまたはセミバッチ法
で行われ得る。 本発明による方法によれば、好ましくは、調製されたポリエーテルポリオール
を溶媒(例えば、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、酢酸エチルおよび
/または塩化メチレン)に溶解することによって、粗生成物を後処理する。
【0020】 次いで、触媒を、酸性化水によって破壊し、反応生成物を酸水溶液(25重量
%未満)、好ましくは水で抽出する。好ましくは1〜2酸当量を、触媒を破壊す
るために使用する。適した酸は、とりわけ、塩酸、リン酸、硫酸、安息香酸、酢
酸および/または乳酸である。当然、他の酸も使用できる。 酸水溶液との強い振動後に、過剰な酸を、要すればアルカリ反応を引き起こす
化合物(例えば、重炭酸ナトリウム)の存在下で、水で洗浄することによって除
去する。得られたポリオール溶液を、水から分離し、乾燥し、溶媒を除去する。 生成物を、冷却条件下で、適した溶媒(例えば、アセトン)からの分別沈殿に
よってさらに精製しうる。
【0021】 本発明の方法に従って調製された部分結晶性ポリエーテルポリオールは、ポリ
ウレタン物質、例えばPURエラストマー、PUR発泡体およびPURコーティ
ングの製造に著しく適している。上記のPUR物質の製造は、周知であり、例え
ばKunststoff Handbuch、第7巻、第3版、Carl-Verlag Verlag, 1993に記載さ れている。
【0022】 (実施例)亜鉛およびアルミニウムを含むバイメタルμ−オキソアルコキシドAの調製 酢酸亜鉛9gおよびイソプロピルアルミニウム20.4gを、デカリン500
mL中で加熱して還流し、生成するイソプロピル酢酸を、カラムによって蒸留し
た。 イソプロピル酢酸が生成しなくなった後に、溶媒を反応溶液から除去し、残留
物を、200mLのn−ヘプタン中に集めた。ジ−μ−オキソ−[ビス(1−メ
チルエチルオキシ)−アルミニウム]−亜鉛の0.35モル溶液が得られた。
【0023】実施例1 a. 10mLヘプタン中に溶解したバイメタルμ−オキソアルコキシドA 1.3 gを、ポリプロピレングリコール(OH価112mg KOH/g)100gに 添加し、130℃で、0.2mbarの減圧下で3時間攪拌した。 次いで、トルエン10mLを溶液に添加し、反応混合物を、120〜130℃
の温度でさらに2時間攪拌した。トルエンを、実質的に大気圧未満の圧力下で蒸
留して除き、反応混合物を130℃でさらに1時間加熱した。
【0024】 b. 予備活性化ポリプロピレングリコールを、次いでオートクレーブに移し、13
0〜140℃の温度で、3barの加圧下で、プロピレンオキシド500gと反
応させた。粗生成物をトルエンに溶解し、2N塩酸を、pHが5未満になるまで
添加し、次いで混合物を水と一緒に振り混ぜた。生成物を、中和するために、重
炭酸水溶液で洗浄した。有機相を分離し、乾燥した。 部分結晶性ワックス状生成物は、20mg KOH/gのOH値およびGPC によるMn5900を有していた。ポリエーテルポリオール中の結晶性相は、5
5℃で溶融した。生成物は、64%のアイソタクチックトリアドモル比を有して
いた。
【0025】実施例2 a. 20mLヘプタン中に溶解したバイメタルμ−オキソアルコキシドA 2.7 gを、プロピレングリコール(OH価515mg KOH/g)10gに添加し 、130℃で、0.2mbarの減圧下で5時間攪拌した。 次いで、ポリエーテル(OH価515)をさらに40g添加し、反応混合物を
130℃の温度で、実質的に大気圧未満の圧力下でさらに3時間攪拌した。
【0026】 b. 触媒溶液を、次いでオートクレーブに移し、130〜140℃の温度で、3b
arの加圧下で、プロピレンオキシド400gと反応させた。粗生成物を塩化メ
チレンに溶解し、20%リン酸を、pHが5未満になるまで添加し、次いで混合
物を水と一緒に振り混ぜた。生成物を、中和するために、重炭酸水溶液で洗浄し
た。有機相を分離し、乾燥した。 部分結晶性ワックス状生成物は、65mg KOH/gのOH値およびGPC によるMn1900を有していた。
【0027】実施例3 a. 40mLヘプタン中に溶解したバイメタルμ−オキソアルコキシドA 5.5 gを、プロピレンオキシドから得られるトリメチロールプロパンから開始された
ヒドロキシポリエーテル(OH価380mg KOH/g)100gに添加し、 130℃で、0.2mbarの減圧下で5時間攪拌した。 次いで、トルエン10mLを、溶液に添加し、反応混合物を、120〜130
℃の温度でさらに2時間攪拌した。トルエンを、実質的に大気圧未満の圧力下で
蒸留して除き、反応混合物を130℃にさらに1時間加熱した。
【0028】 b. 触媒溶液を、次いでオートクレーブに移し、150℃の温度で、3barの加
圧下で、プロピレンオキシド1kgと反応させた。 粗生成物を塩化メチレンに溶解し、2N塩酸を、pHが5未満になるまで添加
し、次いで混合物を水と一緒に振り混ぜた。生成物を、中和するために、重炭酸
水溶液で洗浄した。有機相を分離し、乾燥した。 部分結晶性ワックス状生成物は、42mg KOH/gのOH値およびGPC によるMn4290を有していた。
【0029】実施例4 50g n−ヘプタン中に溶解したバイメタルμ−オキソアルコキシド化合物 A 6.5gを、エチレンオキシド−プロピレンオキシドポリエーテル(50% エチレンオキシド、OH価56(第1級OH基が70〜80%))500gに添
加し、130℃で、0.2mbarの減圧下で3時間攪拌した。 次いで、トルエン50mLを、溶液に添加し、反応混合物を、120〜130
℃の温度でさらに2時間攪拌した。トルエンを、実質的に大気圧未満の圧力下で
蒸留して除き、反応混合物を130℃にさらに1時間加熱した。
【0030】 触媒溶液を、次いでオートクレーブに移し、130〜140℃の温度で、3b
arの加圧下で、プロピレンオキシド1500gと反応させた。粗生成物をトル
エンに溶解し、2N塩酸を、pHが5未満になるまで添加し、次いで混合物を水
と一緒に振り混ぜた。生成物を、中和するために、重炭酸水溶液で洗浄した。有
機相を分離し、乾燥した。 部分結晶性ワックス状生成物は、14のOH値およびGPCによるMn780
0を有していた。
【0031】実施例5 10mLヘプタン中に溶解したバイメタルμ−オキソアルコキシドA 1.3 gを、ソルビトールから開始されたポリプロピレングリコール(OH価450m
g KOH/g)100gに添加し、130℃で、0.2mbarの減圧下で3 時間攪拌した。
【0032】 次いで、トルエン10mLを、溶液に添加し、反応混合物を、120〜130
℃の温度でさらに2時間攪拌した。トルエンを、実質的に大気圧未満の圧力下で
蒸留して除き、反応混合物を130℃にさらに1時間加熱した。 次いで、予備活性化ポリオールを、150℃の温度、3bar加圧下で、オー
トクレーブ中でプロピレンオキシド250gと反応させた。実施例1bと同様の
精製段階後、部分結晶性生成物は、135mg KOH/gのOH値およびGP CによるMn2600を有していた。
【0033】実施例6 実施例1aと同様に予備活性化したポリプロピレングリコール(OH価112
mg KOH/g)1000gを、120〜130℃で、常圧下で、プロピレン オキシド1000gと反応させた。粗生成物をトルエン中に溶解させ、2N塩酸
150mLを添加し、混合物を水と一緒に振り混ぜた。生成物を、中和するため
に重炭酸水溶液で洗浄した。 有機相を分離および乾燥した。部分結晶性生成物は、57mg KOH/gの OH値およびGPCによるMn2000を有していた。
【0034】実施例7 トルエン50mLを、実施例1aと同様に予備活性化したポリプロピレングリ
コール(OH価112mg KOH/g)50gに添加し、120℃で、プロピ レンオキシド50gと反応させた。実施例1bと同様の精製段階の後に、粘性の
生成物は、57.5mg KOH/gのOH値およびGPCによるMn2000 を有していた。
【0035】実施例8 キシレン500gを、実施例1aと同様に予備活性化したポリプロピレングリ
コール(OH価112mg KOH/g)250gに添加し、150℃の温度で 3barの加圧下で、オートクレーブ中でプロピレンオキシド750gと反応さ
せた。実施例1bと同様の精製段階の後に、室温で固化した生成物は、32mg
KOH/gのOH値およびGPCによるMn3700を有していた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG, KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,L U,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO ,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG, SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,U G,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 プラモト・グプタ ドイツ連邦共和国デー−50181ベドブルク、 ランゲマルクシュトラーセ27番 (72)発明者 ハンス−ペーター・ミューラー ドイツ連邦共和国デー−51519オーデンタ ル、ホルヴェーク20番 (72)発明者 ハラルト・ピーラルツィック ドイツ連邦共和国デー−47800クレーフェ ルト、ベテルシュトラーセ37番 Fターム(参考) 4J005 AA04 BB02 BD03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2以上のヒドロキシ官能価を有する新規な部分結晶性ポリエ
    ーテルポリオールの製造方法であって、式(I): (RO)X-1−M2−O−M1−O−M2−(OR)X-1 (I) [式中、Rは、C1−C10アルキル基を示し、 M1は、亜鉛、コバルト、モリブデン、鉄、クロムまたはマンガンを示し、 M2は、アルミニウムまたはチタンを示し、および xは、3または4を示す。] で示されるバイメタルμ−オキソアルコキシドの存在下で、アルキレンオキシド
    を重合し、 μ−オキソアルコキシド(I)を、式(II): 【化1】 [式中、 Qは、C2−C20アルキル基を示し、 R1およびR2は、互いに独立して、水素またはC1−C20炭化水素基を示し、 lおよびnは、互いに独立して、0〜40の数を示し、および yは、2〜6の整数を示す。] で示されるヒドロキシル化合物と予め反応させることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 使用されるバイメタルμ−オキソアルコキシドは、M1が亜 鉛であり、M2がアルミニウムであり、xが3であり、Rがn−プロピルおよび イソプロピルならびにn−ブチルを示すものであることを特徴とする請求項1に
    記載の方法。
  3. 【請求項3】 使用される式(II)で示されるヒドロキシル化合物が、2
    以上の官能価および90〜6000の平均分子量を有するものであることを特徴
    とする請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 式(II)で示されるヒドロキシル化合物1モルにつき、バ
    イメタルμ−オキソアルコキシド5×10-4〜0.6モルと混合することを特徴
    とする請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 μ−オキソアルコキシドを、ヒドロキシル化合物と混合した
    後に、混合物を100〜150℃で0.5〜10時間、加熱することを特徴とす
    る請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 2以上の官能価、500〜100,000の平均分子量Mn および13C−NMR分光法によって決定される28%を超える結晶度を与えるア
    イソタクチックトリアドモル比を有する部分結晶性ポリエーテルポリオール。
  7. 【請求項7】 あらゆる種類のポリウレタン物質を製造するための請求項6
    に記載の新規なポリエーテルポリオールの使用。
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