JP2000026398A - カルボジイミド、その製造方法及びその混合物、並びにそれを用いたポリウレタンの製造方法 - Google Patents

カルボジイミド、その製造方法及びその混合物、並びにそれを用いたポリウレタンの製造方法

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JP2000026398A JP11132598A JP13259899A JP2000026398A JP 2000026398 A JP2000026398 A JP 2000026398A JP 11132598 A JP11132598 A JP 11132598A JP 13259899 A JP13259899 A JP 13259899A JP 2000026398 A JP2000026398 A JP 2000026398A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリエステルを基礎とするプラスチックの加
水分解的解離に対する安定剤としてのカルボジイミド
で、カルボジイミドをプラスチックの出発成分或はプラ
スチックそれ自身に最適に導入することができ、さらに
プラスチック、特にポリウレタンエラストマーの力学的
及び機械的性質に悪影響を与えないカルボジイミドを提
供する。 【解決手段】 12〜40重量%のエチレンオキシド単
位[−CH2−CH2−O−]を含有する、1,3−ビス
(1−メチル−1−イソシアナトエチル)ベンゼンを基
礎とするカルボジイミド。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エステル構造を有
する化合物の安定剤等に使用することができる有機カル
ボジイミド、その製造方法、これらの有機カルボジイミ
ドとエステル構造を有する化合物、好ましくはエステル
構造を有するポリウレタンを含む混合物に関する。
【0002】
【従来の技術】有機カルボジイミドは知られており、例
えばエステル基を有する化合物(例、ポリウレタン等の
重付加及び重縮合生成物)の加水分解に対する安定剤等
に使用される。カルボジイミドは、一般に公知の方法、
例えばモノイソシアネート又はポリイソシアネートに触
媒を作用させて二酸化炭素を脱離することにより製造す
ることができる。好適な触媒は、例えば結合硫黄を含む
複素環化合物(例、ホスホリン(phospholines)、ホスホ
レン(phospholenes)及びホスホリジン(phospholidine
s))及びその酸化物、硫化物及び/又は金属カルボニル
である。
【0003】このようなカルボジイミド、その製法、及
びポリエステルを基礎とするプラスチックの加水分解に
対する安定剤として使用することは、例えばDE−A4
318979、DE−A4442724及びEP−A4
60481に記載されている。
【0004】特に、ポリウレタンを基礎とするエラスト
マー(例、細胞性又は微細胞性ポリウレタンエラストマ
ー)を製造するために、酸基とカルボジイミドとの反応
を回避するように、架橋剤及び発泡剤としての水を含む
組成に、安定剤としてのカルボジイミドを混合すること
が有利であることが見出された。
【0005】それは、まさに、公知のカルボジイミドの
相溶性、及び従って一般に低溶解度のために困難とされ
る水性系への導入である。
【0006】DE−A4318979には、カルボジイ
ミド及び/又は末端イソシアネート基、尿素基及び/又
はウレタン基を有するオリゴマーのポリカルボジイミド
を製造するために1,3−ビス(1−メチル−1−イソ
シアナトエチル)ベンゼンを使用することが記載されて
いる。この文献に記載されているカルボジイミドの末端
イソシアネート基は通常のイソシアネート反応性化合物
と反応する。実施例に記載されているカルボジイミド
は、ポリオキシエチレングリコールとの反応のために、
エチレンオキシド単位が高い比率であることによる充分
な親水性を有し、そして容易に水性成分と相溶するが、
これらのカルボジイミドを用いて製造されたポリウレタ
ンエラストマーは、安定剤無しに製造されたエラストマ
ーに比べて機械特性が低下する。特に発泡ポリウレタン
エラストマーの力学的及び機械的性質に対する安定剤の
影響のために、これらのカルボジイミドの改良が必要と
なる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ポリ
エステルを基礎とするプラスチックの加水分解的解離に
対する安定剤としてのカルボジイミドで、カルボジイミ
ドをプラスチックの出発成分或はプラスチックそれ自身
に最適に導入することができ、さらにプラスチック、特
にポリウレタンエラストマーの力学的及び機械的性質に
悪影響を与えないカルボジイミドを開発することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
は、カルボジイミドに対して12〜40重量%、好まし
くは15〜35重量%のエチレンオキシド単位[−CH
2−CH2−O−]を含有する、1,3−ビス(1−メチ
ル−1−イソシアナトエチル)ベンゼンを基礎とするカ
ルボジイミドにより達成されることを見出した。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明のカルボジイミドの製造
は、本質的に2つの反応工程により行われる。一方、
(1)カルボジイミド構造は、イソシアネート基の相互
の反応で通常の触媒の存在下、二酸化炭素の脱離により
生じ、この反応は知られており、冒頭に記載されてい
る。他方、(2)イソシアネート基は、イソシアネート
と反応性を有する化合物と反応して、ウレタン及び/又
は尿素構造を形成する。これらの2つの本質的な工程
(1)及び(2)の順序は、フリーのイソシアネート基
が各反応で利用できる限り、所望のようにすることがで
きる。
【0010】例えば、本発明のカルボジイミドは、1,
3−ビス(1−メチル−1−イソシアナトエチル)ベン
ゼンを触媒の存在下に反応させて、二酸化炭素の脱離に
よりカルボジイミドを形成させ、次いでそのイソシアネ
ート基を有するカルボジイミドを、イソシアネートと反
応性を有し、且つエチレンオキシド単位[−CH2−C
2−O−]を含有する化合物(i)少なくとも1種と
反応させることにより、得ることができる。イソシアネ
ート基を有するカルボジイミドのNCO基の、イソシア
ネートと反応性を有する基に対するモル比は、通常1
0:1〜2:1、好ましくは5:1〜0.5:1、更に
1:1〜0.5:1、特に1:1が好ましい。
【0011】あるいは、本発明のカルボジイミドは、
1,3−ビス(1−メチル−1−イソシアナトエチル)
ベンゼンを、イソシアネートと反応性を有する基に対す
る使用されるイソシアネート基の比が少なくとも2:1
の条件で、エチレンオキシド単位[−CH2−CH2−O
−]を含有する化合物(i)少なくとも1種と反応さ
せ、次いで、イソシアネート基を有する反応生成物を触
媒の存在下に反応させて、二酸化炭素の脱離によりカル
ボジイミドを形成させることにより、得ることができ
る。
【0012】この反応では、50重量%まで、好ましく
は23重量%までのジイソシアネートのイソシアネート
基をまずイソシアネートと反応性を有する化合物に反応
させ、そしてその後フリーのイソシアネート基を完全に
あるいは部分的に触媒の存在下に縮合させて、二酸化炭
素の脱離によりカルボジイミド及び/又はオリゴマーカ
ルボジイミドを形成させる。
【0013】カルボジイミドを形成させる反応をまず行
い、次いで、イソシアネート基含有カルボジイミドをイ
ソシアネートに反応性を有する化合物と反応させること
が好ましい。
【0014】カルボジイミド中のエチレンオキシド単位
は、イソシアネートに反応性を有する化合物(i)を介
してカルボジイミドに導入される。このため、本発明の
カルボジイミドの製造において本発明に従い使用される
イソシアネート−反応性化合物(i)は、エチレンオキ
シド単位を含むものであり、好ましくは少なくとも5の
エチレンオキシド単位、特に6〜200のエチレンオキ
シド単位を有し、そして通常、200〜10000g/
モルの数平均分子量を有するものである。次の構造[−
CH2−CH2−O−]により表すことができるエチレン
オキシド単位を、ブロック状又は分布して、化合物
(i)内に配置することができる。本発明のこれらのイ
ソシアネート−反応性化合物(i)は、例えば、水素−
活性開始剤物質(例、水、モノオール、ジオール、トリ
オール、モノアミン、ジアミン及び/又はトリアミン、
これらは通常18〜500g/モルの分子量を有する)
を、通常一般に公知の触媒(例、アルカリ金属の水酸化
物又はアルコキシド)の存在下、アルキレンオキシド
(例、エチレンオキシド、プロピレンオキシシド及び/
又はブチレンオキシド、本発明ではエチレンオキシドの
使用が好ましく、所望により更に少なくとも1種のアル
キレンオキシドとの混合物で使用する)を用いて一般に
慣用的なアルコキシル化をすることにより製造すること
ができる。この製造方法の結果から、例えばイソシアネ
ートに対して反応性を有する化合物(i)は、イソシア
ネート基と反応する反応性基としてヒドロキシル基を有
する。
【0015】本発明のこれらのイソシアネート−反応性
化合物(i)は、所望により、イソシアネートと反応性
を有し且つ本発明のカルボジイミドの製造中にエチレン
オキシド単位が5未満又は0である別の化合物(ii)との
混合物で使用することができる。イソシアネートと反応
性を有する更に加えることができる化合物としては、例
えば、少なくとも1個、通常1〜3個の反応性基(適当
な反応性基として、例えばヒドロキシル、チオール、第
1級アミノ及び/又はアミノ基を挙げることができる)
を有する化合物を挙げることができる。本発明のイソシ
アネート−反応性化合物(i)に加えて使用することが
できるこれらの物質は、32〜500g/モルの分子量
を通常有する。好適な化合物の例としては、イソシアネ
ートとの反応によりウレタン基又は尿素基を形成する化
合物が挙げられる。例えば、炭素原子数1〜20を有
し、イソシアネートと反応する基としてヒドロキシル基
及び/又はアミン基を含有する芳香族、脂肪族及び/又
は芳香族脂肪族(araliphatic)化合物を挙げることがで
きる。例えば、イソシアネートに対して反応性を有する
基を含有する化合物として、少なくとも1個のヒドロキ
シル基、少なくとも1個のアミン基及び/又は少なくと
も1個のヒドロキシル基と少なくとも1個のアミン基を
有する有機化合物を使用することができる。
【0016】例えば、DE−A4318979に記載の
アルコールを使用することができる。更に、炭素原子数
2〜20を有する芳香族ポリオール、芳香族脂肪族ポリ
オール及び/又は脂肪族ポリオール、例えば1,2−エ
タンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−プ
ロパンジオール、1,4−、2,4−及び/又は2,3
−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、1,10−デカンジオール、ネ
オペンチルグリコール、2−メチルプロパン−1,3−
ジオール、2−及び3−メチルペンタン−1,5−ジオ
ール、ビス(ヒドロキシメチル又はヒドロキシエチル)
ベンゼンの異性体、ジヒドロキシベンゼンのヒドロキシ
アルキルエーテル、トリメチロールプロパン、グリセロ
ール、ペンタエリスリトール及び/又は例えば4,5又
は6ヒドロキシ基含有糖を挙げることができる。
【0017】本発明の目的のために、アミンは、少なく
とも第1級及び/又は第2級アミン基を含有するアミン
である。その例としては、31〜500g/モル、好ま
しくは60〜300g/モルの分子量を有する少なくと
も第1級及び/又は第2級アミノ基を含有するアミンを
挙げることができる。更に、ジアミノエタン、ジアミノ
プロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミ
ノヘキサン、ピペラジン、2,5−ジメチルピペラジ
ン、1−アミノ−3,3,5−トリメチル−5−アミノ
メチルシクロヘキサン(イソホロンジアミン、IPD
A)、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、
1,4−ジアミノシクロヘキサン、アミノエチルエタノ
ールアミン、ヒドラジン、ヒドラジン水和物等のジアミ
ン、及び/又はジエチレントリアミン及び/又は1,8
−ジアミノ−4−アミノメチルオクタン等のトリアミン
を例として挙げることができる。
【0018】上記アミンから、1個以上の第1級アミン
基の置換により、更にアルキル基等の置換基により第2
級をアミンを与えることにより誘導されるアミンを使用
することも可能である。更に、少なくとも1個のヒドロ
シル基と少なくとも1個のアミン基の両方を有する化合
物、例えばエタノールアミン、プロパノールアミン、イ
ソプロパノールアミン、アミノエチルエタノールアミン
又はこれらから誘導されるN−アルキルアミンも使用す
ることができる。
【0019】好適なアルコール及びアミンは、例えばD
E−A4318979の4頁、29〜33行に記載され
ている。
【0020】本発明のイソシアネート−反応性化合物
(i)は、本発明のカルボジイミドの分子量を調整する
ために1官能性化合物とともに使用することが好まし
い。特に、ジイソシアネートを第1段階でカルボジイミ
ドに転化し、次いでイソシアネート基含有カルボジイミ
ドをイソシアネートに対して反応性を有する化合物と反
応させる場合に好ましい。イソシアネートに対して反応
性を有する1官能性化合物としては、例えばアミン及び
好ましくはアルコールを用いることができる。好適なア
ミンとしては、例えば、第1級、あるいは好ましくは第
2級アミンで、有利には炭素原子数1〜12、好ましく
は2〜8の炭素原子数を有するものである。その例とし
ては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、
ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、2−
エチルヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミ
ン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミ
ン、メチルブチルアミン、エチルブチルアミン及びエチ
ルヘキシルアミン、更にシクロヘキシルアミン及びベン
ジルアミンを挙げることができる。しかしながら、イソ
シアネート基との反応のために、アルコール、例えば炭
素原子数1〜18、好ましくは炭素原子数2〜8の第1
級又は第2級アルコールを使用することが好ましい。第
1級又は第2級アルコールの例としては、メタノール、
エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n
−ブタノール、sec−ブタノール、n−ペンタノー
ル、工業用ペンタノール混合物、n−ヘキサノール、工
業用ヘキサノール混合物、2−エチルヘキサノール、オ
クタノール、2−エチルオクタノール、デカノール、ド
デカノール及び更にシクロヘキサノール及びベンジルア
ルコールを挙げることができる。
【0021】化合物(i)等のアルコキシル化生成物も
また好ましいが、それらはEO単位を5未満で含むもの
でなければならない。このようなアルコキシル化生成物
は、本発明のカルボジイミドの親水性に寄与しない;こ
のため、それらはEO含有量の計算に考慮されない。こ
こで挙げることのできる例としては、モノ−、ジ−、ト
リ−及びテトラエチレングリコールのモノアルキルエー
テルであり、例えばジエチレングリコールモノブチルエ
ーテル又はジエチレングリコールモノエチルエーテルで
ある。
【0022】本発明のカルボジイミドを製造するための
イソシアネートに対して反応性を有する化合物として、
特に下記: (i)イソシアネートに対して反応性を有し、少なくと
も5個のエチレンオキシド単位を含み、そして既に冒頭
に記載された化合物、及び(ii)イソシアネートに対して
反応性を有し、5個未満又は0個のエチレンオキシド単
位を含む化合物、好ましくは少なくとも1種のモノアル
コール及び/又はモノアミン、特に少なくとも1種のモ
ノアルコールを含む混合物が好ましい。
【0023】イソシアネート基とイソシアネートに対し
て反応性を有する化合物の反応において、イソシアネー
トに対して反応性を有する化合物(i)は、イソシアネ
ート基に対して不足当量で使用することが好ましい。特
にNCO基の、イソシアネートに対して反応性を有する
基に対する比が、1:0.1〜1:0.9が特に好まし
い。残存イソシアネート基はモノオールにより転化させ
ることが好ましい。しかしながら、カルボジイミドのイ
ソシアネート基を保持することも可能である。 (i):(ii)のモル比は、0.1:1〜9:1の範囲が
好ましい。
【0024】本発明のカルボジイミドの製造において、
イソシアネートに対して反応性を有する化合物の種類
は、例えば(i)の(ii)に対する比は、本発明の製造生
成物、即ちカルボジイミドがカルボジイミドの合計重量
に対して12〜40重量%のエチレのキシド単位を含有
するように、選択しなければならない。
【0025】二酸化炭素の除去を伴うジイソシアネート
の反応による本発明のカルボジイミドを製造する工程
(1)は、高温、例えば50〜200℃、好ましくは1
50〜185℃で、有利には触媒の存在下に、行うこと
ができる。この目的に好適な方法は、例えばGB−A−
1083410、DE−A1130594及びDE−A
−1156401に記載されている。特に有用であると
分かった触媒としては、例えば燐化合物で、それは、ホ
スホレン(phospholene)、ホスホレンオキシド(phosphol
ene oxide)、ホスホリジン(phospholidine)及びホスホ
リンオキシド(phospholine oxide)から選択することが
好ましい。反応混合物が所望のNCO基含有量となった
場合、ポリカルボジイミドの形成を通常停止させる。こ
れは減圧下で触媒を蒸留除去することにより、あるいは
失活剤(例、三塩化燐)の添加によりそれらを失活させ
ることにより、達成される。更に、ポリカルボジイミド
の製造は、反応条件下に不活性である溶剤の存在下に行
うこともできる。
【0026】当該技術分野の熟練技術者は、反応条件
(例、反応温度、触媒の種類及び量及び反応時間)を適
宜選択することにより、慣用法で縮合の程度を設定する
ことができる。反応の進行をNCO含有量の測定のみ
で、ほとんど辿ることができる。粘度の増加、色又はC
2発生量の上昇等の他のパラメータも、反応を辿る又
は制御するために使用することもできる。
【0027】本発明のカルボジイミドの製造のためのジ
イソシアネートとして、1,3−ビス(1−メチル−1
−イソシアナトエチル)ベンゼン(以下TMXDIとも
言う)が使用される。更に、TMXDIは、一般的な慣
用イソシアネート(例、ヘキサメチレンジイソシアネー
ト、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−
イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソ
シアート)、ジ(シクロヘキシル)メタンジイソシアネ
ート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ド
デカンジイソシアネート、オクタンジイソシアネート及
び/又はシクヘキサン1,4−ジイソシアネート)との
混合物として使用することができる。この場合、少なく
とも30モル%のTMXDIが混合物中に含まれたもの
を使用することが好ましい。従って、本発明のカルボジ
イミドは、本発明のジイソシアネートのカルボジイミド
構造を表す下記の構造単位を少なくとも1個含むもので
ある:
【0028】
【化1】 例えば、本発明のカルボジイミドは下記の構造を有する
ことができる:
【0029】
【化2】 上記式において、Rが、同一でも異なっていても良く、
例えば−NHCONHR1−又は−NHCOOR1−基を
表し、このR1及びR2は、化合物(i)及び(ii)の形で
例として既に上述したイソシアネート−反応性化合物か
ら誘導され、また示された構造を別のカルボジイミド構
造に結合することができ;nが、例えば0、1、2、
3、4、5、6、7、8、9、10を表す{但し、nは
上記の整数でもあり得るし、あるいは統計学的平均値と
して分数でのあり得る}。
【0030】本発明のカルボジイミドは、少なくとも1
種、好ましくは1〜20種のカルボジイミドの構造;縮
合の平均値(数平均)、即ち本発明のカルボジイミドに
おけるカルボジイミド構造の平均値、を含む、特に1〜
10が好ましい。更に、本発明の化合物は、製造で使用
されるジイソシアネートのイソシアネート基とイソシア
ネートに対する反応性を有する化合物との反応により形
成されるウレタン及び/又は尿素構造を含む。
【0031】本発明の化合物のカルボジイミドの構造
は、非芳香族炭素原子と結合している。これにより、カ
ルボジイミドの開裂により芳香族アミンを遊離せず、そ
れ故本発明のカルボジイミドは、例えばEP−A460
481に記載のカルボジイミドより、毒性の危惧が軽減
されるとの、重大な優位性がもたらされる。
【0032】カルボン酸及び/又はカルボキシル−含有
化合物との反応において、TMXDIを基礎とする本発
明のカルボジイミドは芳香族イソシアネートより低い反
応性の芳香族脂肪族イソシアネートを形成する。このた
め、形成された芳香族脂肪族イソシアネートは、例えば
ウレタンを形成する重付加反応の指標に、実質的に影響
を与えない。結果として、形成されたポリウレタンの分
子量、及び従ってその機械特性は一定で、極めて再現性
が高い。
【0033】本発明のカルボジイミドは、工業的に使用
される芳香族カルボジイミド及び芳香族ポリカルボジイ
ミドに少なくとも匹敵する高い加水分解抑制作用及び光
安定性を示し、そして職業衛生学的な規制を遵守しなが
ら、問題なく、エステル基を有する重縮合及び重付加生
成物に導入することができる。カルボジイミドは、エス
テル基を有する重縮合及び重付加生成物、特にポリエス
テルウレタンゴムと良好な相溶性を有し、これらの材料
と溶融下に問題なく均一に混合することもできる。
【0034】本発明のモノカルボジイミド及び/又はオ
リゴマー性ポリカルボジイミドは、カルボキシル化合物
の受容体として極めて好適であり、このためエステル基
を有する化合物(例えばエステル基含有ポリマー)の加
水分解に対する安定剤として使用されるのが好ましい。
上記エステル基含有ポリマーの例として、重縮合生成
物、例えば熱可塑性ポリエステル(例、ポリエチレンテ
レフタレート及びポリブチレンテレフタレート)、ポリ
エーテルエステル、ポリアミド、ポリエステルアミド、
ポリカプロラクトン、更に不飽和ポリエステル樹脂、及
びポリエステルエステル(例、ポリエチレンテレフタレ
ート又はポリブチレンテレフタレート及びポリカプロラ
クトンのブロックポリマー)、及び重付加生成物、例え
ばエステル基含有、ポリウレタン、ポリ尿素及びポリウ
レタン−ポリ尿素エラストマーを挙げることができる。
エステル基を含むこれらの化合物は、一般に知られてい
る。これらの出発物質、その製造方法、構造及び性質
は、標準の文献に広く記載されている。ポリウレタンを
製造するために形成成分の良好な溶解性、及び形成され
るポリウレタンとの良好な相溶性のために、本発明の
(ポリ)カルボジイミドは特にポリウレタン、特に耐衝
撃性あるいは細胞性ポリウレタンエラストマー及び特に
熱可塑性ポリウレタン、更にセルロース、あるいは耐衝
撃性エラストマーにおける加水分解安定剤として好適で
ある。
【0035】本発明のカルボジイミドが、末端イソシア
ネート基を有する場合、例えばイソシアネート基を有す
るカルボジイミドがイソシアネートに対して反応性を有
する基と不足当量で用いられた場合、カルボジイミド
は、イソシアネートとイソシアネートに対して反応性を
有する化合物との反応により重付加生成物を製造するの
に使用することができる。更に、本発明のカルボジイミ
ドは、当該技術分野で熟練した技術者に公知で文献に記
載されている慣用ポリアミド、ポリオキシメチレン単独
重合体又は共重合体を含むプラスチック用の安定剤とし
て使用することができる。
【0036】更に、本発明のカルボジイミドは、水性ラ
テックス中であるいは水性ラテックス用に、架橋剤とし
て使用することができる。水性ラテックスは、例えばD
E−A3512918、EP−A548815、EP−
A582983及びEP−A686626に記載されて
いる。
【0037】エステル−含有重縮合又は重付加生成物に
おける、安定化すべき本発明のカルボジイミドの濃度
は、一般に混合物の全重量に対して0.05〜10重量
%、好ましくは0.1〜5重量%の範囲である。個々の
場合に、プラスチックが受ける加水分解抵抗力に依存し
て、その濃度も高くすることができる。
【0038】本発明に従い使用することができるカルボ
ジイミドはまた、種々な方法で安定化されるエステル−
含有生成物に導入することができる。例えば、本発明の
カルボジイミドを重付加生成物の製造用形成成分(例、
ポリウレタンを製造するためのポリイソシアネート及び
/又はポリヒドロキシ化合物)の1種と混合することが
でき、あるいはカルボジイミドをポリウレタン製造のた
めの反応混合物に添加することができる。他の変法で
は、本発明のカルボジイミドを、充分に反応した重付加
又は重縮合生成物の溶融物に導入することができる。し
かしながら、顆粒化重付加又は重縮合生成物を、本発明
のカルボジイミドで被覆するか、あるいは生成物を、粉
末化、ペレット化又は顆粒化した本発明のカルボジイミ
ドと混合し、そしてそれを続く溶融押出による成形物の
製造に使用されるポリマー組成物に導入する。注入し得
るポリウレタンエラストマー及びポリエステルを基礎と
するTPUsを製造するため、カルボキシル−含有ポリ
エステルポリオールは、好ましい態様に従い、まず本発
明のカルボジイミドで処理して酸含有量を減少させ、そ
の後、所望により更にカルボジイミドを添加し、ポリイ
ソシアネートと反応させるが、その際所望により助剤及
び添加剤の存在下で行われる。さらに本発明のカルボジ
イミドはイソシアネート成分によりポリウレタンに導入
される。しかしながら、本発明のカルボジイミドを、慣
用処理によりエステル基含有ポリマーに導入することが
特に有利である。
【0039】本発明のカルボジイミドは、特にポリウレ
タン、例えば細胞性(例、微細胞性)ポリウレタン、中
でもポリウレタンエラストマーの製造に使用することが
好ましい。これらのポリウレタン、特にポリウレタンエ
ラストマーは、本発明のカルボジイミドの存在下、慣用
の出発成分の公知の反応により製造することができる。
慣用の出発成分としては、イソシアネート、イソシアネ
ートとに対して反応性を有する化合物、発泡剤、好まし
くは水、そして所望により触媒、助剤及び/又は添加剤
を挙げることができる。ここで、本発明のカルボジイミ
ドは、発泡剤(好ましくは水)を含む成分に添加するこ
とが好ましい。
【0040】ポリウレタン、特にポリウレタンエラスト
マーを製造するための出発成分として、例えば下記の成
分を使用することができる:イソシアネートとして、一
般に慣用のイソシアネート、好ましくは有機ジイソシア
ネートを使用することができる。特定の例として、炭素
原子数4〜12のアルキレンを有するアルキレンジイソ
シアネート、例えばドデカン1,12−ジイソシアネー
ト、2−エチルテトラメチレン、1,4−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、テトラメチレン1,4−ジイソシアネート、リシ
ンエステルジイソシアネート(LDI)及び/又はヘキ
サメチレン1,6−ジイソシアネート(HDI);脂環
式ジイソシアネート、例えばシクロヘキサン1,3−及
び1,4−ジイソシアネート、これら異性体の混合物、
ヘキサヒドロトリレン2,4−及び2,6−ジイソシア
ネート及び対応する異性体混合物、ジシクロヘキシルメ
タン4,4’−、2,2’−及び2,4’−ジイソシア
ネート及び対応する異性体混合物及び/又は1−イソシ
アナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメ
チルシクロヘキサン(IPDI)を挙げることができ
る。更に使用可能なイソシアネートとして、芳香族ジイ
ソシアネート及びポリイソシアネート、例えばトリレン
2,4−及び2,6−ジイソシアネート及び対応する異
性体混合物、ジフェニルメタン4,4’−、2,4’−
及び2,2’−ジイソシアネート及び対応する異性体混
合物、ナフタレンジイソシアネート、ポリフェニレンポ
リメチレンポリイソシアネート、ジフェニルメタン4,
4’−、2,4’−及び2,2’−ジイソシアネート及
びポリフェニレンポリメチレンポリイソシアネートの混
合物(粗MDI)、及び粗MDIとトリレンジイソシア
ネートの混合物を挙げることができる。更に、エステル
基、尿素基、アロファネート基、イソシアヌレート基、
ビューレット基、ウレタジオン(uretdion)基及び/又は
ウレタン基を含有するジイソシアネート及び/又はポリ
イソシアネートも、本発明の方法で使用することができ
る。
【0041】イソシアネートは単一あるいは混合物とし
て使用することができる。
【0042】イソシアネートに対して反応性を有する化
合物として、通常の分子量が60〜10000で、イソ
シアネートに対して反応性を有する基(例、ヒドロキシ
ル、チオール及び/又はアミノ基)を少なくとも1個、
好ましくは2〜6個有する公知の化合物を一般に使用す
ることができる。有用であると分かった化合物の例とし
ては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオー
ル、ポリチオエーテルポリオール、ヒドロキシ−含有ポ
リアセタール、及びヒドロキシ−含有脂肪族ポリカーボ
ネートから選択されるポリオール、又はこれらのポリオ
ール少なくとも2種の混合物を挙げることができる。ポ
リエステルポリオール及び/又はポリエーテルポリオー
ルの使用が好ましく、特にポリエステルポリオール及び
ポリエーテルポリオールの使用が好ましい。
【0043】ポリエーテルポリオールの例としては、ポ
リテトラヒドロフラン、アルキレンオキシドの開始分子
への慣用付加により製造することができるポリエーテル
ポリオールが挙げられ、好ましくは末端エチレンオキシ
ド単位の結果ポリエーテルポリオールに第1級ヒドロキ
シル基を形成するようにエチレンオキシドを最後に付け
足して得られたものである。ポリエーテルポリアルコー
ルの分子量は450〜8000が好ましい。好適なポリ
エステルポリオールは、例えば炭素原子数2〜12の有
機ジカルボン酸、好ましくは炭素原子数4〜6の脂肪族
ジカルボン酸、及び多価アルコール、好ましくは炭素原
子数2〜12(特に2〜6)のジオールから製造するこ
とができる。好適なジカルボン酸の例としては、コハク
酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン
酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、マレイン酸、フ
マル酸、フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸を挙
げることができる。ジカルボン酸は単独でも、混合物で
も使用することができる。遊離のジカルボン酸の代わり
に、対応するジカルボン酸誘導体、例えば炭素原子数1
〜4のアルコールとのジカルボン酸エステル、又は無水
ジカルボン酸を使用することもできる。コハク酸、グル
タル酸及びアジピン酸のジカルボン酸混合物を、例えば
20〜35:35〜50:20〜32の重量比で使用す
ることが好ましく、特にアジピン酸の使用が好ましい。
2価又は多価アルコール、特にジオールの例としては、
エタンジオール、ジエチレングリコール、1,2−又は
1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、
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、1,10−デカンジオー
ル、ネオペンチルグリコール、グリセロール及びトリメ
チロールプロパンを挙げることができる。エタンジオー
ル、ジエチレングリコール、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、ネオペンチルグリコール又は上記ジオールの少なく
とも2種の混合物、特に1,4−ブタンジオール、1,
5−ペンタンジオール及び/又は1,6−ヘキサンジオ
ールの混合物を挙げることができる。ラクトン、例えば
ε−カプロラクトン、又はヒドロキシカルボン酸、例え
ばω−ヒドロキシカプロン酸から誘導されるポリエステ
ルポリオールを使用することも可能である。
【0044】ポリエステルポリオールは2〜4、特に2
〜3の官能価数を有することが好ましく、また480〜
4000、更に600〜3000、特に600〜250
0の分子量を有することが好ましい。
【0045】イソシアネートに対して反応性を有する化
合物として、分子量が62〜400のジオール及び/又
はトリオールを、所望により、本発明の方法において、
鎖延長剤及び/又は架橋剤としてい使用することができ
る。しかしながら、鎖延長剤、架橋剤又は所望によりこ
れらの混合物を添加することにより、機械特性(例、硬
度)を改善するとの優位性が見られることが分かった。
鎖延長剤及び/又は架橋剤は62〜300の分子量を有
することが好ましい。適当な鎖延長剤/架橋剤として
は、例えば炭素原子数2〜14、好ましくは4〜10の
脂肪族、脂環式及び/又は芳香族脂肪族ジオール(例、
エチレングリコール、1,2−及び1,3−プロパンジ
オール、1,10−デカンジオール、1,2−、1,3
−及び1,4−ジヒドロキシシクロヘキサン、ジエチレ
ングリコール、ジプロピレングリコール、そして好まし
くは1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオー
ル及びビス(2−ヒドロキシエチル)ヒドロキノン、ト
リオール(例、1,2,4−又は1,3,5−トリヒド
ロキシシクロヘキサン、グリセロール及びトリメチロー
ルプロパン)、及びエチレンオキシド及び/又は1,2
−プロピレンオキシドと開始分子としての上記ジオール
及び/又はトリオールを基礎とする低分子量ヒドロキシ
ル−含有ポリアルキレンオキシドを挙げることができ
る。
【0046】鎖延長剤、架橋剤、例えば水、又はこれら
の混合物を、ポリウレタンフォームを製造するために使
用した場合、これらは、使用される全てのイソシアネー
ト−反応性化合物に対して、0〜20重量%、好ましく
は2〜8重量%で使用することが有利である。
【0047】発泡剤としては、化学的及び/又は物理的
に作用する発泡剤を使用することができる。好適な物理
的に作用する発泡剤は、変性又は非変性ポリイソシアネ
ートに対して不活性で、大気圧下で100℃未満、好ま
しくは50℃未満、特に−50〜30℃の範囲の沸点を
有する液体であり、従って、これらは発熱重付加反応下
で蒸発する。このような液体の好ましい例としては、ア
ルカン、例えばヘプタン、ヘキサン、n−及びイソ−ペ
ンタン、好ましくはn−及びイソ−ペンタン、n−及び
イソ−ブタン及びプロパンの工業用混合物;シクロアル
カン、例えばシクロペンタン及び/又はシクロヘキサ
ン;エーテル、例えばフラン、ジメチルエーテル及びジ
エチルエーテル;ケトン、例えばアセトン及びメチルエ
チルケトン;カルボン酸アルキル、例えば蟻酸メチル、
蓚酸ジメチル及び酢酸エチル;及びハロゲン化炭化水
素、例えば慣用の弗素化炭化水素及び/又は塩素化炭化
水素(例、塩化メチレン)を挙げることができる。これ
らの低沸点液体相互の混合物及び/又は他の置換又は無
置換炭化水素の混合物も使用することができる。化学的
に活性な発泡剤としては、イソシアネート基と反応して
二酸化炭素を形成する水を使用することが好ましい。所
望により他の発泡剤と組み合わせて水を使用することが
好ましい。蟻酸、酢酸、蓚酸、リシノール酸及びカルボ
キシル含有化合物が等の有機カルボン酸も好適である。
【0048】使用される物理的作用発泡剤の量は、使用
される全てのイソシアネート−反応性化合物に対して、
それぞれ0.5〜25重量%、好ましくは3〜15重量
%の範囲が有利である。
【0049】水はプレポリマーに対して架橋剤成分とし
て添加するのが好ましい。
【0050】触媒として、イソシアネート基とイソシア
ネートに対して反応性を有する基との反応を強く促進す
る公知の化合物が一般に使用することができる。全触媒
含有量は、使用される全てのイソシアネート−反応性化
合物に対して、それぞれ0.001〜15重量%、好ま
しくは0.05〜6重量%の範囲が好ましい。上記イソ
シアネート−反応性化合物としては、トリエチルアミ
ン、トリブチルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジシ
クロヘキシルメチルアミン、ジメチルシクロヘキシルア
ミン、ビス(N,N−ジメチルアミノエチル)エーテ
ル、ビス(ジメチルアミノプロピル)尿素、N−メチル
モルホリン又はN−エチルモルホリン、N−シクロヘキ
シルモルホリン、N,N,N’,N’−テトラメチルエ
チレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルブ
タンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキ
サン−1,6−ジアミン、ペンタメチルジエチレントリ
アミン、ジメチルピペリジン、N−ジメチルアミノエチ
ルピペラジン、1,2−ジメチルイミダゾール、1−ア
ゾビシクロ[2.2.0]オクタン、1,4−ジアザビ
シクロ[2.2.2]オクタン(Dabco)及びアル
カノールアミン化合物(例、トリエタノールアミン、ト
リイソプロパノールアミン、N−メチルジエタノールア
ミン及びN−エチルジエタノールアミン)、ジメチルア
ミノエタノール、2−(N,N−ジメチルアミノエトキ
シ)エタノール、N,N’,N”−トリス(ジアルキル
アミノアルキル)ヘキサヒドロトリアジン(例、N,
N’,N”−トリス(ジメチルアミノプロピル)−s−
ヘキサヒドロトリアジン、トリエチレンジアミン、ペン
タメチルジエチレントリアミン及び/又はビス(ジメチ
ルアミノ)エーテル)、塩化鉄(II)、塩化亜鉛、鉛オク
トエート(lead octoate)、錫ジオクトエート(tin dioct
oate)、錫ジエチルヘキサノエート(tin diethylhexanoa
te)、ジブチル錫ジラウレート及び/又はジブチルジラ
ウリル錫メルカプチド、2,3−ジメチル−3,4,
5,6−テトラヒドロピリミジン、テトラアルキルアン
モニウムヒドロキシド(例、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(例、水酸
化ナトリウム)、及びアルカリ金属アルコキシド(例、
ナトリウムメトキシド及びカリウムイソプロポキシ
ド)、及び炭素原子数10〜20で、側部OH基を有す
るの長鎖脂肪酸のアルカリ金属塩を挙げることができ
る。
【0051】助剤及び/又は添加剤としては、界面活性
剤、気泡安定剤、気胞調整剤、フィラー、染料、顔料、
難燃剤、殺菌剤及び殺バクテリア剤を挙げることができ
る。
【0052】ポリウレタン、特にポリウレタンエラスト
マを製造するために、イソシアネート及びイソシアネー
トに対して反応性を有する化合物を、本発明のカルボジ
イミドの存在下に反応させる。その際、イソシアネート
のNCO基のイソシアネートに対して反応性を有する化
合物の反応性水素原子に対する当量比が、0.85〜
1.25:1、好ましくは0.95〜1.15:1、特
に1〜1.05:1の範囲であることが適当である。ポ
リウレタンが少なくとも幾つかの結合イソシアヌレート
基を含む場合、NCO基の反応性水素原子に対する比
が、1.5〜60:1、特に1.5〜8:1の範囲であ
ることが通常である。
【0053】この文書で使用される定義では、イソシア
ネートに対して反応性を有する化合物又は基は、イソシ
アネート又はイソシアネート基を含んでいない。本発明
のカルボジイミドは、それらが、イソシアネート基又は
イソシアネートに対して反応性を有する基を含む限り、
上記計算に包含されるべきである。
【0054】ポリウレタンは、ワン−ショット法又はプ
レポリマー法、例えば密閉又は開放型(例、金属型)に
て高圧又は低圧法で有利に製造することができる。反応
混合物をパネル製造用の適当なコンベアに連続的に施す
方法も慣用的である。
【0055】2成分法を使用すること、及びイソシアネ
ートに対して反応性を有する化合物、発泡剤又は複数の
発泡剤、及び使用する場合は、成分(A)としての触
媒、助剤及び/又は添加剤を組み合わせること、そして
イソシアネート又はイソシアネート及び所望により成分
(B)としての発泡剤の混合物を使用することが、特に
有利であることを見出した。
【0056】本発明のカルボジイミドを、成分Aに導入
すること、特に好ましくはその中に存在し得る鎖延長剤
及び/又は架橋剤に導入することが好ましい。
【0057】本発明のカルボジイミドが公知のカルボジ
イミドに比較して顕著な優位性を示すのは、ポリウレタ
ンエラストマーの安定剤として使用したときである。特
に、本発明の安定剤は、ポリウレタンエラストマーの静
的あるいは動的特性に悪影響をもたらさない。これらが
エチレンオキシドを含有しているために、本発明のカル
ボジイミドを極めて容易に水溶性成分と混合することが
できる。さらに、本発明に従い製造されたポリウレタン
エラストマーは、公知のカルボジイミドを用いて製造さ
れたエラストマー(DE−A4318979で知られる
もの)に比較して、顕著に特性が改善されている。
【0058】エステル基を有する重付加又は重縮合生成
物の加水分解に対する安定剤としての効果、又はポリエ
ステル含有プラスチック、特にポリウレタンゴムを製造
するために使用されるポリエステルオールを脱酸する効
果とは別に、カルボジイミドはまた、例えばポリエステ
ル製造時のエステル化反応を、所望の重縮合度に達した
ときに停止するため好適である。
【0059】
【実施例】750重量部(3.1モル)の1,3−ビス
(1−メチル−1−イソシアナトエチル)ベンゼン(N
CO含有量が34.4重量%)を、イソシアネートに対
して1.5重量部の1−メチル−2−ホスホレン1−オ
キシドの存在下、溶剤不存在下に、180℃に加熱し、
そしてこの温度で、二酸化炭素の穏やかな発生を伴いな
がら縮合した。反応混合物のNCO含有量が約11重量
%となった後、添加した触媒及び未反応で残った1,3
−ビス(1−メチル−1−イソシアナトエチル)ベンゼ
ンを180℃、1ミリバールで留去した。
【0060】3つの異なったバッチにより、下記のNC
O含有量のカルボジイミドの混合物570重量部を得
た: CDI 1: 8.0% CDI 2: 10.9%、及び CDI 3: 7.9% −N=C=N−基の含有量が約15重量%(計算され
た)、融点が<30℃、そしてDIN6162に従い測
定されたヨウ素色価が5〜7。
【0061】A)カルボジイミドの製造 次いで、カルボジイミド(CDI)1、2又は3を、表
1に示されたアルコールと攪拌されたフラスコ内で14
0℃にて、NCO含有量が<0.2重量%になるまで反
応させた。
【0062】化合物(i)として、数平均分子量が52
0g/モルで、EO単位が94.0重量%のメトキシポ
リオキシエチレンアルコールを使用した。
【0063】使用した化合物(ii)は表1に示した。
【0064】上記バッチは、Σ(A+B)/NCOが常
に1となるように計算した。
【0065】
【表1】
【0066】B)PURエラストマーの製造 PURエラストマーを製造するため、1000重量部の
エチレングリコールアジペート(ヒドロキシル価=5
6)及び380gの4,4’−MDIからプレポリマー
を製造した。
【0067】水分含有量37.3%の架橋剤成分を、上
述のカルボジイミド及び気泡安定剤としてリシノール酸
及びオレイン酸のエトキシレートから製造した。
【0068】カルボジイミドの量は、最終PUエラスト
マーが各カルボジイミドを0.8重量%含有するように
選択された。
【0069】こうして製造された架橋剤成分を、90℃
に冷却したプレポリマーに激しく攪拌しながら添加し
た。NCO/OHの当量比は1.07であった。
【0070】合計で8秒間攪拌した後、反応混合物を9
0℃に加熱した密閉可能な型に注入し、25分間硬化さ
せた。型を、3つの絞りセグメントを有し、高さ100
mm、外径50mm、内径10mmを有する円筒型試験
バネが得られるように、配置した。型から除去後、バネ
に110℃、16時間の熱後硬化処理を行った。
【0071】動的機械特性を試験するため、バネを、力
6kN、周波数1.2Hzで100000負荷サイクル
に付した。団結(consolidation: CON)を下記式を用い
て決定した: CON=(Ho-Hr)・100/Ho 上記Hoが試験開始前のバネの高さ;Hrが試験後のバネの
高さを表す。これらは23℃/50%の相対湿度で24
時間放置後測定した。
【0072】バネを試験後目視で評価した。項目「<数
>試験後」は、バネが<数>の負荷サイクル後破壊され
たことを示す。「異常なし」は、満足すべき状態にある
ことを意味する。2個のバネ/処方の各場合について試
験した。
【0073】測定した特性を表2に示す。
【0074】
【表2】
【0075】これらの測定結果から、本発明のカルボジ
イミドは、特にポリウレタンエラストマーの安定剤とし
て使用した場合、特性が顕著に改善された生成物を与え
ることが明白である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 67/04 C08L 67/06 67/06 75/00 75/00 75/06 75/06 77/00 77/00 77/12 77/12 C08G 18/08 (72)発明者 カール、ヘベルレ ドイツ、67346、シュパイァ、アラーハイ リゲンシュトラーセ、15 (72)発明者 ニコラス、コケル フランス、13980、アレイン、アヴニュー、 デュ、14、ジュイェー、1789 (72)発明者 ライナ、テリゲン ドイツ、49086、オスナブリュック、フォ ーゲルザングヴェーク、24

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カルボジイミドに対して12〜40重量
    %のエチレンオキシド単位[−CH2−CH2−O−]を
    含有する、1,3−ビス(1−メチル−1−イソシアナ
    トエチル)ベンゼンを基礎とするカルボジイミド。
  2. 【請求項2】 1,3−ビス(1−メチル−1−イソシ
    アナトエチル)ベンゼンを触媒の存在下に反応させて二
    酸化炭素を脱離することによりカルボジイミドを形成
    し、次いでこのイソシアネート基を有するカルボジイミ
    ドを、イソシアネートと反応性を有し且つエチレンオキ
    シド単位[−CH2−CH2−O−]を含有する化合物
    (i)と反応させることを特徴とする、カルボジイミド
    に対して12〜40重量%のエチレンオキシド単位[−
    CH2−CH2−O−]を含有する、1,3−ビス(1−
    メチル−1−イソシアナトエチル)ベンゼンを基礎とす
    るカルボジイミドを製造する方法。
  3. 【請求項3】 1,3−ビス(1−メチル−1−イソシ
    アナトエチル)ベンゼンと、エチレンオキシド単位[−
    CH2−CH2−O−]を含有する化合物(i)少なくと
    も1種とを、使用したイソシアネート基の、イソシアネ
    ートと反応性を有する基に対する比が少なくとも2:1
    となる条件で反応させ、次いでイソシアネート基を有す
    る反応生成物を触媒の存在下に反応させて二酸化炭素を
    脱離することによりカルボジイミドを形成することを特
    徴とする、カルボジイミドに対して12〜40重量%の
    エチレンオキシド単位[−CH2−CH2−O−]を含有
    する、1,3−ビス(1−メチル−1−イソシアナトエ
    チル)ベンゼンを基礎とするカルボジイミドを製造する
    方法。
  4. 【請求項4】 更に、化合物(i)を、イソシアネート
    と反応性を有する他の化合物(ii)との混合物中として使
    用する請求項2又は3に記載の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項2に記載の製造方法により得るこ
    とができるカルボジイミド。
  6. 【請求項6】 エステル構造を有する化合物及び請求項
    1に記載のカルボジイミドを含む混合物。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載のカルボジイミド、及び
    下記の群:即ちエステル構造を有するポリウレタン、ポ
    リエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレ
    ート等の熱可塑性ポリエステル等の重縮合生成物、ポリ
    エーテルエステル、ポリエステルエステル、ポリエステ
    ルアミド、ポリカプロラクトン、不飽和ポリエステル樹
    脂及びポリアミドから選ばれる少なくとも1種の化合物
    を含む混合物。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載のカルボジイミドを、混
    合物全量に対して0.05〜10重量%含む請求項6又
    は7に記載の混合物。
  9. 【請求項9】 エステル基を有する化合物の加水分解に
    対する安定剤として、請求項1に記載のカルボジイミド
    を使用する方法。
  10. 【請求項10】 イソシアネート、イソシアネートと反
    応性を有する化合物、発泡剤、及び必要に応じて、触
    媒、助剤及び/又は添加剤を反応させてポリウレタンを
    製造する方法であって、上記反応を請求項1に記載のカ
    ルボジイミドの存在下に行う方法。
  11. 【請求項11】 請求項10に記載の方法により得るこ
    とができるポリウレタン。
  12. 【請求項12】 水性ラテックス用架橋剤として請求項
    1に記載のカルボジイミドを使用する方法。
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