JP6229250B2 - ポリカーボネートジオール含有組成物及びポリカーボネートジオール含有組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
これらの課題を解決すべく、ポリカーボネートジオールの着色を低減するために重合反応の際にリン系化合物を添加したり、ポリカーボネートジオールを用いて製造したポリウレタンに熱安定剤としてリン化合物やヒンダードフェノール化合物を添加する等の試みがなされているが、さらなる改良が求められていた。
[1](1)下記式(D)で表される構造単位、及び(2)下記式(E)で表される部位を有し、芳香環構造を有しないジヒドロキシ化合物に由来する構造単位のうちいずれかの構造単位、並びに(3)(1)、(2)以外の、芳香環構造を有しない、脂肪族炭化水素のジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を有するポリカーボネートジオールであって、数平均分子量が250以上5000以下であり、全末端基に対する水酸基の割合が95モル%以上のポリカーボネートジオールと、リン系化合物と、ヒンダードフェノール系化合物とを含有するポリカーボネートジオール含有組成物であり、前記リン系化合物が下記式(A)で表される化合物及び/又は下記式(B)で表される化合物であり、かつ、前記リン系化合物の含有量が、前記ポリカーボネートジオール含有組成物の質量に対して、リン原子として2ppm以上50ppm以下であり、前記ヒンダードフェノール系化合物の含有量が、前記ポリカーボネートジオール含有組成物の質量に対して、50ppm以上500ppm以下であることを特徴とするポリカーボネートジオール含有組成物。
キル基を示す。)
[3]前記炭酸ジエステルがジアリールカーボネートであることを特徴とする[2]に記載のポリカーボネートジオール含有組成物。
[4]式(D)で表される構造単位が、2,2−ジアルキル−1,3−プロパンジオールに由来することを特徴とする[1]乃至[3]のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール含有組成物。
[5]前記式(E)で表される部位を有するジヒドロキシ化合物が、イソソルビド、イソマンニド、及びイソイディッドからなる群より選ばれた少なくとも1種のジヒドロキシ化合物であることを特徴とする[1]乃至[4]のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール含有組成物。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物は、数平均分子量が250以上5000以下であり、全末端基に対する水酸基の割合が95モル%以上のポリカーボネートジオールと、リン系化合物と、ヒンダードフェノール系化合物とを含有するものである。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物は、ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとを原料とし、リン系化合物及びヒンダードフェノール系化合物の存在下、エステル交換反応により得られることが好ましい。
<2−1.ポリカーボネートジオール>
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物は、数平均分子量が250以上5000以下であり、全末端基に対する水酸基の割合が95モル%以上のポリカーボネートジオール(以下、「本発明に用いるポリカーボネートジオール」ともいう)を含有する。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとを原料とし、エステル交換反応により得られることが好ましい。また、エステル交換反応は、エステル交換触媒の存在下行われることがより好ましい。
本発明に用いるポリカーボネートジオールの数平均分子量(Mn)の下限は通常250であり、好ましくは500、さらに好ましくは600、特に好ましくは800である。一方、上限は通常5,000であり、好ましくは4,000、さらに好ましくは3,000である。ポリカーボネートジオールの数平均分子量が前記の下限値未満では、柔軟性や硬度など原料ジヒドロキシ化合物成分に由来したポリカーボネートジオールの特徴的な物性が十分に得られない場合がある。一方前記の上限値超過では、粘度が上がり、ポリウレタン化の際のハンドリングに影響が生じる場合がある。
ポリウレタンの物性が、低温で硬くなる、伸びが小さくなる傾向があり、分子量分布が上記範囲未満のポリカーボネートジオールを製造しようとすると、オリゴマーを除く等の高度な精製操作が必要になる場合がある。
クロマトグラフィー(GPC)の測定で求めることができる。又は、1H−NMRを測定して、積分値から末端基定量法により数平均分子量を求めることができる。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、基本的に分子鎖の末端構造は水酸基である。
本発明において、ポリカーボネートジオール中に含まれる分子鎖末端が水酸基となっている構造の割合は、通常、その末端基の数として全末端数の95モル%以上、好ましくは97モル%以上、より好ましくは98モル%以上であることが好ましい。この分子鎖の末端が水酸基である数の割合の上限は特に制限はなく、通常は99.9モル%、好ましくは99.99モル%、最も好ましくは99.999モル%である。水酸基の割合が上記の下限値より小さいと、本発明のポリカーボネートジオール含有組成物を原料としてポリウレタン化反応を行なう際に重合度が上がらない場合がある。また上限値よりも大きいと、ポリウレタン化反応を行なう際に重合速度がコントロールできない場合がある。
が下限は通常20mg−KOH/g、好ましくは30mg−KOH/g、より好ましくは
40mg−KOH/gである。また、上限は通常230mg−KOH/g、好ましくは1
90mg−KOH/g、より好ましくは140mg−KOH/gである。水酸基価が上記
下限未満では、粘度が高くなりすぎポリウレタン化の際のハンドリングが困難となる場合
があり、上記上限超過ではポリウレタンとした時に強度や硬度が不足する場合がある。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、後述する第1のジヒドロキシ化合物及び/又は第2のジヒドロキシ化合物を含むジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルを原料として、エステル交換反応により重縮合させて得ることが好ましい。以降、第1のジヒドロキシ化合物と第2のジヒドロキシ化合物を総称して、「本発明のジヒドロキシ化合物」ともいう。
ジヒドロキシ化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、構造の一部に下記式(D)で表される構造単位を有することが好ましい。また、本発明に用いるポリカーボネートジオールは、構造の一部に下記式(F)で表される部位を有するジヒドロキシ化合物(以下、「第1のジヒドロキシ化合物」と称することがある。)に由来する構造単位(第1の構造単位)を少なくとも含むことが好ましい。即ち、本発明にかかる第1のジヒドロキシ化合物は、ポリカーボネートジオールとしたときに下記式(D)の構造を与える原料化合物であることが好ましく、2つのヒドロキシル基と、更に下記式(F)の構造単位を少なくとも含むことが好ましい。また、本発明に用いるポリカーボネートジオールは、第1のジヒドロキシ化合物に由来して下記式(D)で表される構造を有することが好ましい。
式(D)、(F)中のXは、それぞれ独立にヘテロ原子を含有してもよい炭素数1〜15の2価の基を表す。Xには、酸素原子、硫黄原子、及び窒素原子などのヘテロ原子が入っていてもよい。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、構造の一部に下記式(E)で表される部位を有するジヒドロキシ化合物(以下、「第2のジヒドロキシ化合物」と称することがある。)に由来する構造単位(第2の構造単位)を少なくとも含むことが好ましい。即ち、本発明にかかる第2のジヒドロキシ化合物は、ポリカーボネートジオールとしたときに下記式(D)の構造を与える原料化合物であることが好ましく、2つのヒドロキシル基と、更に下記式(E)の構造単位を少なくとも含むことが好ましい。
また、これらの中でも、耐熱性の観点から、下記式(H)、(I)、及び(J)で表されるジヒドロキシ化合物に代表される、環状エーテル構造を有する化合物が好ましく、環状エーテル構造を有する化合物のなかでも、複数の環構造を有するものが好ましい。更には、下記式(H)で代表されるジヒドロキシ化合物に代表される無水糖アルコールが好ましい。
これらのジヒドロキシ化合物のうち、芳香環構造を有しないジヒドロキシ化合物を用いることがポリカーボネートジオール及びポリカーボネートジオール含有組成物の耐光性の観点から好ましく、中でも植物由来の資源として豊富に存在し、容易に入手可能な種々のデンプンから製造されるソルビトールを脱水縮合して得られるイソソルビドが、入手及び製造のし易さ、耐光性、光学特性、成形性、耐熱性、カーボンニュートラルの面から最も好ましい。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、上記の第1のジヒドロキシ化合物又は第2のジヒドロキシ化合物以外のジヒドロキシ化合物(以下、「その他のジヒドロキシ化合物」と称す場合がある。)に由来する構造単位を含んでいてもよく、その他のジヒドロキシ化合物としては、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−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、1,12−デカンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール、2,6−デカリンジメタノール、1,5−デカリンジメタノール、2,3−デカリンジメタノール、2,3−ノルボルナンジメタノール、2,5−ノルボルナンジメタノール、1,3−アダマンタンジメタノール、などの脂肪族炭化水素のジヒドロキシ化合物類、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン[=ビスフェノールA]、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジエチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−(3,5−ジフェニル)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,4’−ジヒドロキシ−ジフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−5−ニトロフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、2,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジクロロジフェニルエーテル、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ−2−メチル)フェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)フルオレン等の芳香族ビスフェノール類が挙げられ、脂肪族炭化水素のジヒドロキシ化合物類の中では、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール、2,6−デカリンジメタノール、1,5−デカリンジメタノール、2,3−デカリンジメタノール、2,3−ノルボルナンジメタノール、2,5−ノルボルナンジメタノール、1,3−アダマンタンジメタノール、などの脂環式炭化水素のジヒドロキシ化合物類が好ましい。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、上述した第1のジヒドロキシ化合物及び/又は第2のジヒドロキシ化合物を含むジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルを原料として、エステル交換反応により重縮合させて得ることが好ましい。
これらの中でも、好ましくはジアリールカーボネートであり、特に好ましくはジフェニルカーボネートである。
これらの炭酸ジエステルは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、上述のように第1のジヒドロキシ化合物及び/又は第2のジヒドロキシ化合物を含むジヒドロキシ化合物と、炭酸ジエステルとをエステル交換反応させてポリカーボネートジオールを製造する。より詳細には、エステル交換させ、副生するモノヒドロキシ化合物等を系外に除去することによって得られる。この場合、通常、エステル交換触媒存在下でエステル交換反応により重縮合を行う。
エステル交換触媒の例を挙げると、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等の周期表第1族金属の化合物;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の周期表第2族金属の化合物;チタン、ジルコニウム等の周期表第4族金属の化合物;ハフニウム等の周期表第5族金属の化合物;コバルト等の周期表第9族金属の化合物;亜鉛等の周期表第12族金属の化合物;アルミニウム等の周期表第13族金属の化合物;ゲルマニウム、スズ、鉛等の周期表第14族金属の化合物;アンチモン、ビスマス等の周期表第15族金属の化合物;ランタン、セリウム、ユーロピウム、イッテルビウム等ランタナイド系金属の化合物等が挙げられる。これらのうち、エステル交換反応速度を高めるという観点から、周期表第1族金属の化合物、周期表第2族金属の化合物、周期表第4族金属の化合物、周期表第5族金属の化合物、周期表第9族金属の化合物、周期表第12金属の化合物、周期表第13族金属の化合物、周期表第14族金属の化合物が好ましく、周期表第1族金属の化合物、周期表第2族金属の化合物がより好ましく、周期表第2族金属の化合物がさらに好ましい。周期表第1族金属の化合物の中でも、リチウム、カリウム、ナトリウムの化合物が好ましく、リチウム、ナトリウムの化合物がより好ましく、ナトリウムの化合物がさらに好ましい。周期表第2族金属の化合物の中でも、マグネシウム、カルシウム、バリウムの化合物が好ましく、カルシウム、マグネシウムの化合物がより好ましく、マグネシウムの化合物がさらに好ましい。これらの金属化合物は水酸化物や塩等として使用される場合がある。塩として使用される場合の塩の例としては、塩化物、臭化物、ヨウ化物等のハロゲン化物塩;酢酸塩、ギ酸塩、安息香酸塩等のカルボン酸塩;メタンスルホン酸やトルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等のスルホン酸塩;燐酸塩や燐酸水素塩、燐酸二水素塩等の燐含有の塩;アセチルアセトナート塩;等が挙げられる。触媒金属は、さらにメトキシドやエトキシドの様なアルコキシドとして用いることもできる。
エステル交換触媒の周期表第1族金属を用いた化合物の具体例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸セシウム、酢酸リチウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、ステアリン酸セシウム、ステアリン酸リチウム、水素化ホウ素ナトリウム、フェニル化ホウ素ナトリウム、安息香酸ナトリウム、安息香酸カリウム、安息香酸セシウム、安息香酸リチウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸水素二リチウム、フェニルリン酸二ナトリウム;ビスフェノールAの二ナトリウム塩、二カリウム塩、二セシウム塩、二リチウム塩;フェノールのナトリウム塩、カリウム塩、セシウム塩、リチウム塩;等が挙げられる。
また、触媒として周期表第2族金属の化合物を用いる場合は、その全金属原子の合計量として、原料として用いた全ジヒドロキシ化合物1molあたり好ましくは5μmol以上、より好ましくは7μmol以上、さらに好ましくは10μmol以上、好ましくは500μmol以下、より好ましくは300μmol以下、さらに好ましくは100μmol以下である。
ポリカーボネートジオール及びポリカーボネートジオール含有組成物中の金属量は、湿式灰化などの方法でポリカーボネートジオール含有組成物中の金属を回収した後、原子発光、原子吸光、Inductively Coupled Plasma(ICP)等の方法を使用して測定することが出来る。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物は、リン系化合物を含有する。
リン系化合物とは、分子内にリン原子を有する化合物であって、本発明に用いられるリン系化合物は、下記式(A)で表される化合物及び/又は下記式(B)で表される化合物であることが好ましい。
式(C)において、R1、R2、R3はそれぞれ独立に水素あるいは炭素数1〜9のアルキル基を示す。R1、R2、R3は炭素数は3以上が好ましく、特には4以上が好ましく、8以下が好ましく、特には6以下が好ましい。中でもtert−ブチル基が特に好ましい。
リン系化合物の含有量が上記範囲内の場合、色調が良好で、加熱による着色変化、組成変化等の少ないポリカーボネートジオール含有組成物を得ることが可能となる。
これらの中でも、ビス(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイトが好ましく使用される。
式(A)で表される化合物は、1種又は2種以上を併用してもよい。
これらの中でもトリフェニルホスファイト、トリス(2−t−ブチル−6−メチルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、トリデシルホスファイト、トリオクチルホスファイトが好ましく使用される。
式(B)で表される化合物は、1種又は2種以上を併用してもよい。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物は、ヒンダードフェノール系化合物を含有する。
ヒンダードフェノール系化合物は、1種又は2種以上を併用してもよい。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物は、ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとを原料とし、リン系化合物及びヒンダードフェノール系化合物の存在下、必要に応じて上述のエステル交換触媒を用いて、エステル交換反応により製造することができる。すなわち、本発明のポリカーボネートジオール含有組成物の製造方法(以降、本発明の製造方法ともいう)は、ポリカーボネートジオールの製造工程において、リン系化合物及びヒンダードフェノール系化合物を添加して、内添重合することを特徴としている。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物の製造方法では、ジヒドロキシ化合物として、上述の式(F)で表される部位を有するジヒドロキシ化合物及び/又は上述の式(E)で表される部位を有するジヒドロキシ化合物を用いることが好ましい。また、炭酸ジエステルとして、上述の炭酸ジエステルを用いることが好ましい。また、リン系化合物として、上述の式(A)で表される化合物及び/又は上述の式(B)で表される化合物を用いることが好ましい。また、ヒンダードフェノール系化合物として、上述のヒンダードフェノール系化合物を用いることが好ましい。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物の製造方法では、混合の温度は通常80℃以上、好ましくは90℃以上であり、特に好ましくは100℃以上である。その上限は通常250℃以下、好ましくは200℃以下、更に好ましくは150℃以下であり、特に好ましくは120℃以下である。混合の温度が低すぎると溶解速度が遅かったり、溶解度が不足したりする可能性があり、しばしば固化等に影響を及ぼす可能性がある。混合の温度が高すぎるとジヒドロキシ化合物の熱劣化を招く場合があり、結果的に得られるポリカーボネートジオール及びポリカーボネートジオール含有組成物の色相が変化し、耐光性に影響を及ぼす可能性がある。
このモル比率が過度に小さくなると、製造されたポリカーボネートジオールの所望の分子量に到達しなかったり、残存モノマーが多くなり、ポリウレタンとしたときに所望の物性が得られない可能性がある。
本発明に用いるポリカーボネートジオールは、触媒を用いて、複数の反応器を用いて多段階で重縮合させて製造することが好ましいが、重縮合を複数の反応器で実施する理由は、重縮合反応初期においては、反応液中に含まれるモノマーが多いために、必要な重縮合反応速度を維持しつつ、モノマーの揮散を抑制することが重要であり、重縮合反応後期においては、平衡を重縮合側にシフトさせるために、副生するモノヒドロキシ化合物を十分留去させることが重要になるためである。このように、異なった重縮合反応条件を設定するには、直列に配置された複数の重縮合反応器を用いることが、生産効率の観点から好ましい。
本発明において、反応器が2つ以上であれば、その反応器中で、更に条件の異なる反応段階を複数持たせる、連続的に温度・圧力を変えていくなどしてもよい。
この際の反応終了時の反応圧力は、特に限定はされないが、上限は通常10kPa、好ましくは5kPa、より好ましくは1kPaである。これら軽沸成分の留出を効果的に行うために、反応系へ窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを少量通じながら該反応を行うこともできる。
反応後は、前記の反応により得られるポリカーボネートジオール含有組成物に含まれる、ポリカーボネートジオールの生成物中の末端構造がアルキルオキシ基である不純物、アリールオキシ基である不純物、フェノール類、原料ジオールや炭酸エステル、副生する環状カーボネート、さらには添加した触媒等を除去する目的で精製を行うことができる。その際の精製は軽沸化合物については、蒸留で留去する方法が採用できる。蒸留の具体的な方法としては減圧蒸留、水蒸気蒸留、薄膜蒸留等特にその形態に制限はなく、任意の方法を採用することが可能である。また、水溶性の不純物を除くために水、アルカリ性水、酸性水、キレート剤溶解溶液等で洗浄してもよい。その場合、水に溶解させる化合物は任意に選択できる。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物には、原料のジヒドロキシ化合物及び炭酸ジエステルに、上述のリン系化合物、ヒンダードフェノール系化合物を混合し、必要に応じてエステル交換触媒を加える他、下記の配合材料をその他の成分として含有させても良い。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物には更に酸性化合物を含有していてもよい。
酸性化合物の配合量は、ポリカーボネートジオール含有組成物100質量部に対し、少なくとも1種の酸性化合物は、好ましくは0.00001質量部以上、更に好ましくは0.0001質量部以上、特に好ましくは0.0002質量部以上、一方、好ましくは0.1質量部以下、更に好ましくは0.01質量部以下、特に好ましくは0.001質量部以下である。
酸性化合物の配合量が過度に少ないと、ポリカーボネートジオール含有組成物の着色を抑制することが充分に出来ない場合がある。また、酸性化合物の配合量が過度に多いと、ポリカーボネートジオール含有組成物の耐加水分解性が著しく低下する場合がある。
尚、本発明のポリカーボネートジオール含有組成物は所望に応じて、ブルーイング剤、帯電防止剤、無機充填剤等を含有していてもよい。
<APHA値>
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物の色は、ポリウレタンの製造に用いられた場合に、得られるポリウレタンの色目に影響を与えない範囲であることが好ましく、着色の程度をハーゼン色数(APHA値;JIS−K0071−1:1998に準拠)で表した場合の値(以降、「APHA値ともいう」)が、50以下であることが好ましく、より好ましくは40以下、さらに好ましくは30以下である。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物は、耐光性、透明性、色相、耐熱性、熱安定性に優れる。また、本発明のポリカーボネートジオール含有組成物は、ポリカーボネート系ポリウレタンの原料として好適に用いられる。
上述の本発明のポリカーボネートジオールを用いてポリウレタンを製造することができる。以下、本発明のポリカーボネートジオールを用いて得られたポリウレタンを「本発明のポリウレタン」と称する場合がある。
本発明のポリウレタンは、上述の本発明のポリカーボネートジオール含有組成物を原料として得られるものである。
例えば、本発明のポリカーボネートジオール含有組成物とポリイソシアネート及び鎖延長剤を常温から200℃の範囲で反応させることにより、本発明のポリウレタンを製造することができる。
また、本発明のポリカーボネートジオール含有組成物と過剰のポリイソシアネートとをまず反応させて末端イソシアネートのプレポリマーを製造し、さらに鎖延長剤を用いて重合度を上げてポリウレタンを製造することができる。
(ポリイソシアネート)
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物を用いてポリウレタンを製造するのに使用されるポリイソシアネートとしては、脂肪族、脂環族又は芳香族の各種公知のポリイソシアネート化合物が挙げられる。
また、本発明のポリウレタンを製造する際に用いられる鎖延長剤は、イソシアネート基と反応する活性水素を少なくとも2個有する低分子量化合物であり、通常ポリオール及びポリアミンを挙げることができる。
これらの鎖延長剤は単独で用いることも、あるいは2種以上を組み合わせ用いることも可能である。
本発明のポリウレタンを製造する際には、得られるポリウレタン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、n−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、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明のポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応において、トリエチルアミン、N−エチルモルホリン、トリエチレンジアミン等のアミン系触媒又はトリメチルチンラウレート、ジブチルチンジラウレート等のスズ系触媒等のスズ系の化合物、さらにはチタン系化合物等の有機金属塩等に代表される公知のウレタン重合触媒を用いることもできる。ウレタン重合触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明のポリウレタンを製造する際、本発明のポリカーボネートジオール含有組成物に加えて、必要に応じて公知の他のポリオールを併用することも可能である。その際に使用可能な公知のポリオールの例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)等のポリオキシアルキレングリコール類;ビスフェノールA,グリセリンのエチレンオキシド付加物、プロピレンオキシド付加物等のポリアルコールのアルキレンオキシド付加物類;ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール等が挙げられる。
本発明のポリウレタンを製造する際のポリウレタン形成反応は溶剤を用いて行ってもよい。
好ましい溶剤としては、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド,N−メチルピロリドン等のアミド系溶剤;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶剤;メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;及びトルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤等が挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いることも、2種以上の混合溶媒として用いることも可能である。
上述の反応試剤を用いて本発明のポリウレタンを製造する方法としては、一般的に実験ないし工業的に用いられる全ての製造方法が使用できる。
一段法とは、ワンショット法とも呼ばれ、本発明のポリカーボネートジオール含有組成物を含むポリオール、ポリイソシアネート、及び鎖延長剤を一括に仕込むことで反応を行う方法である。
ポリイソシアネートの使用量が多すぎると、未反応のイソシアネート基が副反応を起こし、所望の物性が得られにくくなる傾向があり、少なすぎると、ポリウレタンの分子量が十分に大きくならず、所望の性能が発現されない傾向がある。
二段法は、プレポリマー法ともよばれ、予めポリイソシアネートと本発明のポリカーボネートジオール含有組成物を含むポリオールを、ポリイソシアネート/ポリオール反応当量比1.0〜10.00で反応させて、末端がイソシアネート基となったプレポリマーを製造し、次いでこれに多価アルコール、アミン化合物等の活性水素を有する鎖延長剤を加えることによりポリウレタンを製造する方法である。
二段法によるポリウレタン製造は以下に記載の(1)〜(3)のいずれかの方法によって行うことができる。
(1) 溶媒を用いずに、まず直接ポリイソシアネートとポリカーボネートジオールを含むポリオールを反応させてプレポリマーを合成し、そのまま以降の鎖延長反応に使用する。
(2) (1)の方法でプレポリマーを合成しその後に溶媒に溶かして、以降の鎖延長反応に使用する。
(3) 初めから溶媒を用いてポリイソシアネートとポリカーボネートジオールを含むポリオールを反応させ、その後溶媒中で鎖延長反応を行う。
このイソシアネート使用量が多すぎると、過剰のイソシアネート基が副反応を起こす可能性があり、少なすぎると、得られるポリウレタンの分子量が十分に上がらず強度や熱安定性に問題を生じる傾向がある。
上記鎖延長化反応を行う際に、分子量を調整する目的で、一官能性の有機アミンやアルコールを共存させてもよい。
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、スルホン酸等の1種又は2種以上が挙げられ、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)ホスファイト等の1種又は2種以上が挙げられる。しかしながら、鎖延長剤が短鎖脂肪族アミン等の反応性の高いものの場合は、触媒を添加せずに実施することが好ましい。
本発明のポリカーボネートジオール含有組成物を用いて製造した本発明のポリウレタンには、熱安定剤、光安定剤、着色剤、充填剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、粘着防止剤、難燃剤、老化防止剤、無機フィラー等の各種の添加剤を、本発明のポリウレタンの特性を損なわない範囲で、添加、混合することができる。
リン化合物としては、PEP−36、PEP−24G、HP−10(いずれも商品名:旭電化(株)製)Irgafos 168(商品名:チバガイギ一社製)等が挙げられる。
イオウを含む化合物の具体例としては、ジラウリルチオプロピオネート(DLTP)、ジステアリルチオプロピオネート(DSTP)等のチオエーテル化合物が挙げられる。
(分子量)
本発明のポリウレタンの分子量は、その用途に応じて適宜調整され、特に制限はないが、GPCにより測定されるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)として5万〜50万、特に10万〜30万であることが好ましい。分子量が上記下限よりも小さいと十分な強度や硬度が得られないことがあり、上記上限よりも大きいと加工条件の調整が必要になる可能性がある。
本発明のポリウレタンは、耐熱性、耐加水分解性において最良な耐久グレードとされており、耐久性フィルムや自動車や家具用の人工皮革、塗料(特に水系塗料)、コーティング剤、接着剤として広く利用することができる。
本発明によれば、色調が良好で、加熱による着色変化が少ない耐熱性に優れたポリカーボネートジオール含有組成物を提供することが出来る。
16HD:1,6−ヘキサンジオール(BASF社製)
ISB:イソソルビド(ロケットフルーレ社製、商品名POLYSORB)
NPG:ネオペンチルグリコール(三菱瓦斯化学社製)
DPC:ジフェニルカーボネート(三菱化学社製)
IRGANOX245:トリエチレングリコール・ビス[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](BASFジャパン社製)
IRGAFOS168:トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト(BA
SFジャパン社製)
PEP−4C:ビス(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト(ADEKA社製)
以下の実施例において、ポリカーボネートジオール、ポリカーボネートジオール含有組成物の物性ないし特性の評価は次の方法により行った。
数平均分子量(Mn)は、生成物をCDCl3に溶解して400MHzにて1H−NMR(日本電子株式会社製AL−400)を測定し、その積分値より算出した。各積分値は以下のケミカルシフトに従い算出した。なお、ケミカルシフト値は組成により若干異なる場合があるので、その場合は積分値の取り方を適宜変更する場合がある。
前記1H−NMRにより、以下ケミカルシフト値の積分値を取った。
δ5.207〜4.973ppmの積分値=a
δ4.697〜4.599ppmの積分値=b
δ4.599〜4.464ppmの積分値=c
δ3.686〜3.501ppmの積分値=d
δ2.764〜2.717ppmの積分値=e
δ1.493〜1.295ppmの積分値=f
ISBに由来する鎖末端の構造は2種存在し、それぞれを「ISB末端1」、「ISB末端2」とする。また末端以外のポリカーボネートジオール中のISB由来構造部分を「ISB中」とする。同様に16HDに関して、「16HD末端」「16HD中」とする。それぞれのプロトン数を考慮し、以下の式によりそれぞれの数を計算する。
(ISB)末端1=b−e
(ISB)中=c−(ISB)末端1
(ISB)末端2=a−(ISB)末端1−(ISB)中×2
(16HD)末端=(d−e−(ISB)末端1)÷2
(16HD)中=(f−(16HD)末端×4)÷4
前記1H−NMRにより、以下ケミカルシフト値の積分値を取った。
δ4.25〜4.05ppmの積分値=g
δ4.05〜3.87ppmの積分値=h
δ3.70〜3.57ppmの積分値=i
δ3.41〜3.30ppmの積分値=j
δ1.15〜1.12ppmの積分値=k
NPGに由来する末端を「NPG末端」とする。また末端以外のポリカーボネートポリオール中のNPG由来構造部分を「NPG中」とする。同様に16HDに関して、「16HD末端」「16HD中」とする。それぞれのプロトン数を考慮し、以下の式によりそれぞれの数を計算する。
NPG末端=j÷2
NPG中=(h−j)÷4
16HD末端=i÷2
16HD中=(g−16HD末端×2−k÷6×4)÷4
前記1H−NMRにより、ヒンダードフェノール系化合物の積分値からポリカーボネートジオール含有組成物の含有量として算出した。
ポリカーボネートジオール約1gを精秤し、89%硫酸10mLを加え、高温ホットプレートにて200℃から400℃になるまで加熱を行った。室温まで冷却後、69%硝酸を1mL添加し、再び高温ホットプレートにて200℃から400℃になるまで加熱を行った。硝酸添加、加熱の操作を分解液が透明になるまで繰り返した。室温まで冷却後、上記で得られた液を使用してICP−OES Vista−Pro(Agilent社製)で定量した。
JIS K0071−1(1998)に準拠して、比色管に入れた標準液と比較して測定した。試薬は色度標準液1000度(1mgPt/mL)(キシダ化学)を使用した。
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに16HD:404.3g、ISB:500.1g、DPC:1095.6g、酢酸マグネシウム4水和物水溶液:8.7mL(濃度:8.4g/L、酢酸マグネシウム4水和物:73mg)、IRGANOX245:0.208g、PEP−4C:0.208gを入れ、窒素ガス置換した。まず、内温130℃まで昇温して内容物を加熱溶解させた。昇温・溶解したら5分間で圧力を5.33kPaまで下げ、130℃、5.33kPaで180分間反応した。そして、120分かけて圧力を0.40kPaまで下げた後、70分間かけて温度を160℃まで上げつつ、フェノール及び未反応のジオールを留出させ除きながら反応させて、ポリカーボネートジオール中間物を得た。
(ジャケットオイル温度:180℃、圧力:0.027kPa)を行い、ポリカーボネートジオールを得た。ポリカーボネートジオールの数平均分子量(Mn)、APHA値、ヒンダードフェノール系熱安定剤含有量、リン原子含有量を測定した。結果を表1に示す。
実施例1のPEP−4CをIRGAFOS168とした以外は、実施例1と同様にしてポリカーボネートジオールを得て、各生成物の数平均分子量(Mn)、APHA値、ヒンダードフェノール系熱安定剤含有量、リン原子含有量を測定した。結果を表1に示す。
実施例1のIRGANOX245、PEP−4Cを使用しなかった以外は、実施例1と同様にしてポリカーボネートジオールを得て、各生成物の数平均分子量(Mn)、APHA値を測定した。結果を表1に示す。
実施例1のPEP−4Cを使用せず、IRGANOX245:1.038gとした以外は、実施例1と同様にしてポリカーボネートジオールを得て、各生成物の数平均分子量(Mn)、APHA値、ヒンダードフェノール系熱安定剤含有量を測定した。結果を表1に示す。
実施例1のIRGANOX245を使用せず、PEP−4C:1.038gとした以外は、実施例1と同様にしてポリカーボネートジオールを得て、各生成物の数平均分子量(Mn)、APHA値、リン原子含有量を測定した。結果を表1に示す。
攪拌機、留出液トラップ、及び圧力調整装置を備えた5Lガラス製セパラブルフラスコに16HD:424.4g、NPG:374.0g、DPC:1201.6g、酢酸マグネシウム4水和物水溶液:4.6mL(濃度:8.4g/L、酢酸マグネシウム4水和物:39mg)、IRGANOX245:0.189g、PEP−4C:0.189gを入れ、窒素ガス置換した。まず、内温130℃まで昇温して内容物を加熱溶解させた。昇温・溶解したら5分間で圧力を6.00kPaまで下げ、130℃、6.00kPaで330分間反応した。そして、180分かけて圧力を0.40kPaまで下げた後、90分間かけて温度を160℃まで上げつつ、フェノール及び未反応のジオールを留出させ除きながら反応させて、ポリカーボネートジオール中間物を得た。
(ジャケットオイル温度:160℃、圧力:0.027kPa)を行い、薄膜蒸留後のポリカーボネートジオールを得た。薄膜蒸留後のポリカーボネートジオール生成物の数平均分子量(Mn)、APHA値、ヒンダードフェノール系熱安定剤含有量、リン原子含有量を測定した。結果を表1に示す。
実施例3のIRGANOX245、PEP−4Cを使用しなかった以外は、実施例3と同様にしてポリカーボネートジオールを得て、各生成物の数平均分子量(Mn)、APHA値を測定した。結果を表1に示す。
Claims (6)
- (1)下記式(D)で表される構造単位、及び(2)下記式(E)で表される部位を有し、芳香環構造を有しないジヒドロキシ化合物に由来する構造単位のうちいずれかの構造単位、並びに、(3)(1)、(2)以外の、芳香環構造を有しない、脂肪族炭化水素のジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を有するポリカーボネートジオールであって、数平均分子量が250以上5000以下であり、全末端基に対する水酸基の割合が95モル%以上のポリカーボネートジオールと、
リン系化合物と、ヒンダードフェノール系化合物とを含有するポリカーボネートジオール含有組成物であり、
前記リン系化合物が下記式(A)で表される化合物及び/又は下記式(B)で表される化合物であり、かつ、前記リン系化合物の含有量が、前記ポリカーボネートジオール含有組成物の質量に対して、リン原子として2ppm以上50ppm以下であり、
前記ヒンダードフェノール系化合物の含有量が、前記ポリカーボネートジオール含有組成物の質量に対して、50ppm以上500ppm以下である
ことを特徴とするポリカーボネートジオール含有組成物。
キル基を示す。) - 前記ポリカーボネートジオールがジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとを原料とし、エステル交換反応により得られたポリカーボネートジオールであることを特徴とする請求項1に記載のポリカーボネートジオール含有組成物。
- 前記炭酸ジエステルがジアリールカーボネートであることを特徴とする請求項2に記載のポリカーボネートジオール含有組成物。
- 式(D)で表される構造単位が、2,2−ジアルキル−1,3−プロパンジオールに由来することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール含有組成物。
- 前記式(E)で表される部位を有するジヒドロキシ化合物が、イソソルビド、イソマンニド、及びイソイディッドからなる群より選ばれた少なくとも1種のジヒドロキシ化合物
であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のポリカーボネートジオール含有組成物。 - (1)下記式(D)で表される構造単位、及び(2)下記式(E)で表される部位を有し、芳香環構造を有しないジヒドロキシ化合物に由来する構造単位のうちいずれかの構造単位、並びに、(3)(1)、(2)以外の、芳香環構造を有しない、脂肪族炭化水素のジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を有するポリカーボネートジオールであって、数平均分子量が250以上5000以下であり、全末端基に対する水酸基の割合が95モル%以上のポリカーボネートジオールと、リン系化合物と、ヒンダードフェノール系化合物とを含み、前記リン系化合物が下記式(A)で表される化合物及び/又は下記式(B)で表される化合物であり、かつ、前記リン系化合物の含有量が、前記ポリカーボネートジオール含有組成物の質量に対して、リン原子として2ppm以上50ppm以下であり、前記ヒンダードフェノール系化合物の含有量が、前記ポリカーボネートジオール含有組成物の質量に対して、50ppm以上500ppm以下であるポリカーボネートジオール含有組成物の製造方法であって、
前記ポリカーボネートジオール含有組成物が、ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとを原料とし、前記リン系化合物及び前記ヒンダードフェノール系化合物の存在下、エステル交換反応により得られる
ことを特徴とするポリカーボネートジオール含有組成物の製造方法。
キル基を示す。)
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