JP7114163B1 - ポリカーボネートポリオール組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、DPMとの相溶性に優れ、乾燥性に優れる塗料組成物、並びに、耐久性に優れる塗膜及び/又はポリウレタンフィルムを形成可能にするポリカーボネートポリオール組成物を提供することを目的とする。
下記式(A)で表されるカーボネート構造を含有する未変性ポリカーボネートポリオールと、下記式(A)で表されるカーボネート構造と、下記式(B)で表されるウレタン構造とを含有する変性ポリカーボネートポリオールと、を含み、組成物中の化合物全体の末端基総量の90モル%以上が水酸基であり、下記式(II)で算出される官能基数が、2.00~10.00である、ポリカーボネートポリオール組成物。
官能基数=Mn×OHV/56.11/1000 ・・・(II)

Description

本発明は、ポリカーボネートポリオール組成物に関する。
従来、ポリウレタン樹脂は、合成皮革、人工皮革、接着剤、家具用塗料、自動車用塗料等の幅広い領域で使用されている。ポリウレタン樹脂の原料のうち、イソシアネートと反応させるポリオール成分としてポリエーテルやポリエステル、ポリカーボネートが用いられている。しかしながら、近年、耐熱性、耐候性、耐加水分解性、耐溶剤性や耐日焼け止め性、耐傷付き性等、ポリウレタン樹脂の耐性への要求が高まっている。
一般的に、ポリオール成分としてポリカーボネートポリオールを用いたポリウレタン樹脂は、ポリエーテルやポリエステルを用いたポリウレタン樹脂よりも耐湿熱性、耐溶剤性、耐日焼け止め性、耐傷付き性等に優れることが知られている。例えば、特許文献1には、ジオール成分として1,5-ペンタンジオールと1,6-ヘキサンジオールとを用いたポリカーボネートポリオールが開示されている。また、例えば、特許文献2には、1,4-ブタンジオールと1,6-ヘキサンジオールとを用いたポリカーボネートポリオールが開示されている。また、例えば、特許文献3には、ポリイソシアネート(A)とアミノアルコール(B)とポリオール(C)とをモノマー単位として含み且つイソシアヌレート環構造を持つ水酸基末端プレポリマーと、硬化剤を含む耐紫外線吸収剤性ポリウレタン組成物が開示されている。また、例えば、特許文献4には、少なくとも1つの末端に2個以上の水酸基を有するウレタン樹脂(A)、及び、水性媒体(B)を含有するウレタン樹脂組成物を用いて形成される表皮層(C)と、接着層(D)と、支持体層(E)とを有することを特徴とする皮革様シートが開示されている。
国際公開第2001/090213号 国際公開第2009/063767号 特開2017-048320号公報 国際公開第2013/027489号
しかしながら、例えば、ポリオール成分としてポリカーボネートポリオールを用いた塗料組成物は、ポリオール成分としてポリエーテルやポリエステルを用いた塗料組成物よりも乾燥に時間を要し、乾燥工程が長くなる傾向がある。また、ポリオール成分としてポリカーボネートポリオールを用いたポリウレタンにおいても、近年のポリウレタン樹脂に期待される耐久性の要求に対応できない場合がある。上記特許文献1及び特許文献2でも塗料組成物とした場合の乾燥性については述べられておらず、なお改善の余地を有している。
また、一般的にウレタン基を有するポリオールは、溶解力の高い有機溶剤であるジメチルホルムアミドやメチルエチルケトンなどが使用されている。しかし、健康障害を防止する観点から、発がん性を有するジメチルホルムアミドや劇物であるメチルエチルケトンなどの溶剤の使用が避けされ、発がん性、毒物及び劇物に非該当のジプロピレングリコールモノメチルエーテル(以下、「DPM」と略記することがある)などへの代替が求められている。上記特許文献3及び特許文献4でもウレタン基を有するポリカーボネートポリオールのDPMなどへの溶解性は述べられておらず、なお改善の余地を有している。
そこで、本発明は、DPMとの相溶性に優れ、乾燥性に優れる塗料組成物、並びに、耐久性に優れる塗膜及び/又はポリウレタンフィルムを形成可能にするポリカーボネートポリオール組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、特定の構造を有し、特定の物性を有するポリカーボネートポリオール組成物がDPMとの相溶性に優れ、乾燥性に優れる塗料組成物、並びに、耐久性に優れる塗膜及び/又はポリウレタンフィルムを形成可能にすることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明の構成は以下のとおりである。
[1]
下記式(A)で表されるカーボネート構造を含有する未変性ポリカーボネートポリオールと、下記式(A)で表されるカーボネート構造と、下記式(B)で表されるウレタン構造とを含有する変性ポリカーボネートポリオールと、を含み、
組成物中の化合物全体の末端基総量の90モル%以上が水酸基であり、
下記式(II)で算出される官能基数が、2.00~10.00である、ポリカーボネートポリオール組成物。
Figure 0007114163000001
(式(A)中、Rは、ヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状脂肪族炭化水素基、又は、ヘテロ原子を含有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)
Figure 0007114163000002
官能基数=Mn×OHV/56.11/1000 ・・・(II)
(式(II)中、MnはGPC測定により求めたポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量を表し、OHVはポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価を表す。)
[2]
水酸基価が5~700mgKOH/gである、[1]に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[3]
APHAが100以下である、[1]又は[2]に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[4]
FT-IRで測定される赤外吸収スペクトル吸光度のうち、主に前記式(A)で表されるカーボネート構造由来である、波数1743cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPAと定義し、主に前記式(B)で表されるウレタン構造由来である、波数1691cm-1付近のである赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPBと定義したとき、PB/PAの値が0.05~1.00である、[1]~[3]のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[5]
FT-IRで測定される赤外吸収スペクトル吸光度のうち、主に前記式(B)で表されるウレタン構造由来である、波数1691cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPBと定義し、主に水酸基由来である、波数3000~3800cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPOHと定義したとき、PB/POHの値が、1.00~5.00である、[1]~[4]のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[6]
前記変性ポリカーボネートポリオールが環状構造を有する、[1]~[5]のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[7]
前記環状構造がイソシアヌレート環である、[6]に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[8]
前記未変性ポリカーボネートポリオール及び/又は前記変性ポリカーボネートポリオールが親水性構造を有する、[1]~[7]のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[9]
前記親水性構造がノニオン系親水基である、[8]に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[10]
前記親水性構造がアニオン系親水基である、[8]に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[11]
水への分散が可能である、[8]~[10]のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール組成物。
[12]
[1]~[11]のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール組成物を含む塗料。
[13]
前記の塗料が水系塗料である、[12]に記載の塗料。
[14]
[1]~[11]のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール組成物を含むコーティング剤。
[15]
前記のコーティング剤が水系コーティング剤である、[14]に記載のコーティング剤。
[16]
[1]~[11]のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール組成物を用いて得られるポリウレタン。
[17]
[1]~[11]のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール組成物を用いて得られる水系ポリウレタン。
[18]
[16]に記載のポリウレタン又は[17]に記載の水系ポリウレタンを用いて得られる人工皮革。
[19]
[16]に記載のポリウレタン又は[17]に記載の水系ポリウレタンを用いて得られる合成皮革。
[20]
[16]に記載のポリウレタン又は[17]に記載の水系ポリウレタンを用いて得られる塗料。
[21]
[16]に記載のポリウレタン又は[17]に記載の水系ポリウレタンを用いて得られるコーティング剤。
[22]
[12]、[13]及び[20]のいずれかに記載の塗料、又は、[14]、[15]及び[21]のいずれかに記載のコーティング剤から得られる塗膜。
[23]
[12]、[13]及び[20]のいずれかに記載の塗料、又は、[14]、[15]及び[21]のいずれかに記載のコーティング剤から得られるフィルム。
本発明によれば、DPMとの相溶性に優れ、乾燥性に優れる塗料組成物、並びに、耐久性に優れる塗膜及び/又はポリウレタンフィルムを形成可能にするポリカーボネートポリオール組成物を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と言う。)について、詳細に説明する。なお、本発明は以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
[ポリカーボネートポリオール組成物]
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、下記式(A)で表されるカーボネート構造を含有する未変性ポリカーボネートポリオールと、下記式(A)で表されるカーボネート構造と、下記式(B)で表されるウレタン構造とを含有する変性ポリカーボネートポリオールと、を含み、組成物中の化合物全体の末端基総量の90モル%以上が水酸基であり、下記式(II)で算出される官能基数が、2.00~10.00である。
Figure 0007114163000003
(式(A)中、Rは、ヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状脂肪族炭化水素基、又は、ヘテロ原子を含有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)
Figure 0007114163000004
官能基数=Mn×OHV/56.11/1000 ・・・(II)
(式(II)中、MnはGPC測定により求めたポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量を表し、OHVはポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価を表す。)
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、上記式(A)で表されるカーボネート構造を含有する未変性ポリカーボネートポリオールと、上記式(A)で表されるカーボネート構造と、上記式(B)で表されるウレタン構造とを含有する変性ポリカーボネートポリオールと、を含み、組成物中の化合物全体の末端基総量の90モル%以上が水酸基であり、上記式(II)で算出される官能基数が、2.00~10.00であることにより、DPMとの相溶性に優れ、乾燥性に優れる塗料組成物、並びに、耐久性に優れる塗膜及び/又はポリウレタンフィルムを形成することができる。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、未変性のポリカーボネートポリオールを含有する。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、未変性のポリカーボネートポリオールを含有することにより、ポリカーボネートポリオール組成物の粘度を低くし溶剤量を少なくし、健康障害の防止や環境の保全ができる傾向や、DPMとの相溶性に優れる傾向がある。
ポリカーボネートポリオール組成物中の未変性ポリカーボネートポリオールの分析方法としては、特に限定されないが、例えば、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)による分画・分取を行う方法や、NMR測定、磁気勾配NMR測定、及びFT-IR測定が挙げられる。また、カーボネート基由来構造の有無、ウレタン基由来構造の有無及びその比率等より、未変性ポリカーボネートポリオールの存在を確認することができる。
未変性ポリカーボネートポリオールと変性ポリカーボネートポリオールとの含有量比は、好ましくは後述するPB/PAの値の範囲内又はPB/POHの値の範囲内であり、より好ましくはPB/PAの値の範囲内及びPB/POHの値の範囲内である。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物中に未変性ポリカーボネートポリカールを含有させるための製造方法としては、特に限定されないが、例えば、下記1)~2)が挙げられる。
1)原料のポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とをNCO/OH=0.5未満の範囲で製造する方法。
2)変性ポリカーボネートポリオールに原料のポリカーボネートポリオールを添加する方法。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、組成物中の化合物全体の末端基総量の90モル%以上が水酸基であり、末端基総量の92~100モル%が水酸基であることが好ましく、末端基総量の95~100モル%が水酸基であることがより好ましい。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、末端基における水酸基の量が前記範囲内であると、DPMとの相溶性に優れ、乾燥性に優れる塗料組成物、並びに、耐久性に優れる塗膜及び/又はポリウレタンフィルムを形成することができる。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物中の化合物全体の末端基における水酸基の量を前記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に純度の高い原料を使用する方法や、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時の反応温度を200℃以下にして末端水酸基の脱水を抑制する方法が挙げられる。
本実施形態のポリカーボネートジオール組成物において、水酸基以外の末端基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、ビニル基やアリール基等が挙げられる。
なお、本実施形態において、末端基における水酸基の量は、後述する実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価は、下限が、5mgKOH/g以上であることが好ましく、10mgKOH/g以上であることがより好ましく、15mgKOH/g以上であることが更に好ましく、20mgKOH/g以上であることがより更に好ましく、25mgKOH/g以上であることが特に好ましく、30mgKOH/g以上であることが極めて好ましい。また、上限は、700mgKOH/g以下であることが好ましく、500mgKOH/g以下であることがより好ましく、400mgKOH/g以下であることが更に好ましく、350mgKOH/g以下であることがより更に好ましく、300mgKOH/g以下であることが特に好ましく、250mgKOH/g以下であることが極めて好ましい。ポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価が前記範囲内であることで、DPMとの相溶性に優れるポリカーボネートポリオール組成物となる傾向にあり、また、このようなポリカーボネートポリオール組成物から得られる、塗料組成物の乾燥性、並びに、塗膜及び/又はポリウレタンフィルムの耐久性がより良好となる傾向がある。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価を前記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に、水酸基価が前記範囲となるように原料のポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とを仕込む方法や、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に多価アルコール化合物を添加及び/又は抜き出すことで制御する方法が挙げられる。
なお、本実施形態において、水酸基価は、後述する実施例に記載の方法を用いて算出することができる。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物のAPHAは、100以下であることが好ましく、80以下であることがより好ましく、50以下であることが更に好ましく、30以下であることが特に好ましい。APHAが前記上限値以下であることにより、ポリカーボネートポリオール組成物から得られる塗料組成物及びポリウレタンの色度や耐候性に優れる傾向にある。本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物のAPHAの下限値は、特に限定されないが、例えば、0である。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物のAPHAを前記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、当該ポリカーボネートポリオール組成物を製造時に、APHAが100以下の原料を使用する方法や、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時の反応温度を200℃以下にして着色を抑制する方法が挙げられる。
なお、本実施形態において、APHAは、後述する実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
(R)
式(A)中、Rは、ヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状脂肪族炭化水素基、又は、ヘテロ原子を含有してもよい2価の芳香族炭化水素基である。
Rにおけるヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状脂肪族炭化水素基としては、Rの分子量の下限は、20以上であることが好ましく、30以上であることがより好ましく、40以上であることが更に好ましい。また、Rの分子量の上限は3000以下であることが好ましく、2500以下であることがより好ましく、2200以下であることが更に好ましい。
例えば、Rがエチレン基(-CH-CH-)の場合、Rの分子量は、(12+1×2)+(12+1×2)=28となる。
Rにおけるヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状脂肪族炭化水素基の具体例は、特に限定されないが、例えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、オキシエチレン基、オキシテトラメチレン基、ポリオキシエチレン基、ポリオキシテトラメチレン基、フルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基等が挙げられる。中でも、汎用性の観点から、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ノニレン基、デシレン基、オキシエチレン基、オキシテトラメチレン基、ポリオキシエチレン基、ポリオキシテトラメチレン基が好ましい。
Rにおけるヘテロ原子を含有してもよい2価の分岐鎖状脂肪族炭化水素基としては、Rの分子量の下限は、20以上であることが好ましく、30以上であることがより好ましく、40以上であることが更に好ましい。また、Rの分子量の上限は、3000以下であることが好ましく、2500以下であることがより好ましく、2200以下であることが更に好ましい。
Rにおけるヘテロ原子を含有してもよい2価の分岐鎖状肪族炭化水素基として具体的には、特に限定されないが、例えば、イソプロピレン基、イソブチレン基、tert-ブチレン基、イソペンチレン基、2,2-ジメチルトリメチレン基、イソヘキシレン基、イソヘプチレン基、イソオクチレン基、オキシ1-メチルエチレン基、オキシ2,2-ジメチルトリメチレン基、ポリオキシ1-メチルエチレン基等が挙げられる。中でも、汎用性の観点から、イソプロピレン基、イソブチレン基、イソペンチレン基、2,2-ジメチルトリメチレン基又はイソヘキシレン基、オキシ1-メチルエチレン基、ポリオキシ1-メチルエチレン基が好ましい。
Rにおけるヘテロ原子を含有してもよい2価の環状脂肪族炭化水素基としては、Rの分子量の下限は、20以上であることが好ましく、30以上であることがより好ましく、40以上であることが更に好ましい。また、Rの分子量の上限は、3000以下であることが好ましく、2500以下であることがより好ましく、2200以下であることが更に好ましい。
Rにおけるヘテロ原子を含有してもよい2価の環状脂肪族炭化水素基として具体的には、特に限定されないが、例えば、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基等が挙げられる。
Rにおけるヘテロ原子を含有してもよい2価の芳香族炭化水素基としては、Rの分子量の下限は、20以上であることが好ましく、30以上であることがより好ましく、40以上であることが更に好ましい。また、Rの分子量の上限は、3000以下であることが好ましく、2500以下であることがより好ましく、2200以下であることが更に好ましい。
Rにおけるヘテロ原子を含有してもよい2価の芳香族炭化水素基として具体的には、特に限定されないが、例えば、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
中でも、Rとしては、Rの分子量の下限が20以上であるヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状、分岐鎖状又は環状の脂肪族炭化水素基が好ましく、Rの分子量の下限が30以上であるヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状脂肪族炭化水素基、又は、Rの分子量の下限が30以上であるヘテロ原子を含有してもよい2価の分岐鎖状肪族炭化水素基がより好ましく、Rの分子量が40以上であるヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状脂肪族炭化水素基が更に好ましい。また、Rとしては、Rの分子量の上限が3000以下であるヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状、分岐鎖状又は環状の脂肪族炭化水素基が好ましく、Rの分子量の上限が2500以下であるヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状脂肪族炭化水素基、又は、Rの分子量の上限が2500以下であるヘテロ原子を含有してもよい2価の分岐鎖状肪族炭化水素基がより好ましく、Rの分子量の上限が2200以下であるヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状脂肪族炭化水素基が更に好ましい。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、下記式(II)で算出される官能基数の下限が、2.00以上であり、2.20以上であることが好ましく、2.30以上であることがより好ましく、2.40以上であることが更に好ましく、2.45以上であることがより更に好ましく、2.50以上であることが特に好ましい。また、官能基数の上限は、10.00以下であり、8.00以下であることが好ましく、6.00以下であることがより好ましく、5.00以下であることが更に好ましく、4.50以下であることがより更に好ましく、3.50以下であることが特に好ましく、3.40以下であることが極めて好ましい。
官能基数=Mn×OHV/56.11/1000・・・(II)
(式(II)中、MnはGPC測定により求めたポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量を表し、OHVはポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価を表す。)
官能基数が前記範囲であることにより、本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物を用いた塗料組成物の乾燥性及び本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物を用いたポリウレタンの耐久性が一層優れる傾向にある。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の官能基数を前記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に、官能基数が前記範囲となるように原料のポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とを仕込む方法や、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に多価アルコール化合物を添加及び/又は抜き出すことで制御する方法が挙げられる。
なお、本実施形態において、ポリカーボネートポリオール組成物の官能基数は、後述する実施例に記載の方法を用いて算出することができる。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量(Mn)は、下限が、300以上が好ましく、400以上がより好ましく、500以上が更に好ましく、800以上がより更に好ましく、1000以上が特に好ましく、1200以上がより特に好ましく、1400以上が極めて好ましい。また、本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量(Mn)は、上限が、10000以下が好ましく、8000以下がより好ましく、5000以下が更に好ましく、4500以下がより更に好ましく、4000以下が特に好ましく、3800以下がより特に好ましく、3500以下が極めて好ましく、3200以下がより極めて好ましい。
数平均分子量(Mn)が前記範囲であることにより、本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物はDPMの相溶性、及び水分散性に優れ、このようなポリカーボネートポリオール組成物を用いた塗料組成物の乾燥性が一層優れる傾向にあり、また、このようなポリカーボネートポリオール組成物を用いたポリウレタンの耐久性が一層優れる傾向にある。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量(Mn)を前記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に、数平均分子量(Mn)が前記範囲となるように原料のポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とを仕込む方法や、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に多価アルコール化合物を添加及び/又は抜き出すことで制御する方法が挙げられる。
なお、本実施形態において、ポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量(Mn)は、後述する実施例に記載のGPC測定により算出することができる。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の分子量分布(Mw/Mn)は、下限が、1.00以上が好ましく、1.20以上がより好ましく、1.50以上が更に好ましく、1.80以上がより更に好ましく、2.00以上が特に好ましく、2.10以上がより特に好ましく、2.20以上が極めて好ましい。また、上限は、7.00以下が好ましく、6.00以下がより好ましく、5.00以下が更に好ましく、4.50以下がより更に好ましく、4.00以下が特に好ましく、3.70以下がより特に好ましく、3.50以下が極めて好ましく、3.30以下がより極めて好ましい。
分子量分布(Mw/Mn)が前記範囲であることにより、本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物はDPMの相溶性、及び水分散性に優れ、このようなポリカーボネートポリオール組成物を用いた塗料組成物の乾燥性が一層優れる傾向にあり、また、このようなポリカーボネートポリオール組成物を用いたポリウレタンの耐久性が一層優れる傾向にある。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の分子量分布(Mw/Mn)を前記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に、分子量分布(Mw/Mn)が前記範囲となるように原料のポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とを仕込む方法や、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に多価アルコール化合物を添加及び/又は抜き出すことで制御する方法が挙げられる。
なお、本実施形態において、ポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)は、後述する実施例に記載のGPC測定により算出することができ、算出された数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)により下記式(III)により分子量分布(Mw/Mn)を求めることができる。
分子量分布(Mw/Mn)=重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)・・・(III)
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物のFT-IRで測定される赤外吸収スペクトル吸光度のうち、主に式(A)で表されるカーボネート構造由来である、波数1743cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPAと定義し、主に式(B)で表されるウレタン構造由来である、波数1691cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPBと定義したとき、PB/PAの値は、下限が、0.01以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましく、0.08以上であることが更に好ましく、0.10以上であることがより更に好ましく、0.12以上であることが特に好ましく、0.15以上であることがより特に好ましい。上限が、1.00以下であることが好ましく、0.80以下であることがより好ましく、0.70以下であることが更に好ましく、0.60以下であることがより更に好ましく、0.50以下であることが特に好ましく、0.40以下であることがより特に好ましく、0.35以下であることが極めて好ましい。PB/PAの値が前記範囲であることにより、本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物はDPMの相溶性に優れ、このようなポリカーボネートポリオール組成物から得られる塗料組成物及びポリウレタンの耐久性及び柔軟性が優れる傾向にある。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物のPB/PAの値を前記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時に、FT-IRで測定しながら、PB/PAの値が前記範囲となるように原料のポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とを仕込む方法や、得られるポリカーボネートポリオール組成物のウレタン基モル数とカーボネート基モル数とから算出される下記式(IV)の計算PB/PAの値が、PB/PAの前記範囲となるように原料のポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とを仕込む方法が挙げられる。
計算PB/PA=0.0282×X1+0.1595・・・(IV)
X1=(ウレタン基モル数/カーボネート基モル数)×100
具体的には、例えば、ジオール成分として1,6-ヘキサンジオールのみからなる数平均分子量(Mn)2000のポリカーボネートジオール1molを、ヘキサメチレンジイソシアネートを用いて、NCO/OH=0.2となるように仕込んだ場合、得られるポリカーボネートポリオール組成物のウレタン基モル数とカーボネート基モル数から算出される計算PB/PAの値は下記のとおりである。
計算PB/PA=0.0282×{(0.40/13.07)×100}+0.1595=0.24
上記計算式中、「13.70」は、1,6-ヘキサンジオールのみからなる数平均分子量(Mn)2000のポリカーボネートポリオール1mol中のカーボネート基モル数であり、「0.40」は、ポリカーボネートジオール1molに対して、NCO/OH=0.2となるようにとヘキサメチレンジイソシアネートを仕込んだ際に形成されるウレタン基モル数である。
ポリカーボネートジオール1molのカーボネート基モル数は下記式(V)から算出できる。
カーボネート基モル数=(Mn-34-mR1)/(60+mR1)・・・(V)
上記式(V)中、Mnは数平均分子量(Mn)を表し、後述する実施例に記載のGPC測定にて算出することできる。また、上記式(V)中、mR1は下記式(A1)で表されるポリカーボネートジオールのR1の分子量を表す。
具体的には、例えば、1,6-ヘキサンジオールのみからなる数平均分子量(Mn)2000のポリカーボネートポリオールは、R1=(12+2)×6=84となり、上記式(V)から算出されるカーボネートモル数は下記のとおりである。
カーボネート基モル数=(2000-34-84)/(60+84)=13.07
Figure 0007114163000005
(式(A1)中、R1は、ヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状脂肪族炭化水素基、又は、ヘテロ原子を含有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。複数あるR1は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。nは、1以上50以下の数である。)
なお、本実施形態において、ポリカーボネートポリオール組成物のPB/PAの値は、後述する実施例に記載の方法を用いて算出することができる。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物のFT-IRで測定される赤外吸収スペクトル吸光度のうち、主に式(B)で表されるウレタン構造由来である、波数1691cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPBと定義し、主に水酸基由来である、波数3000~3800cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPOHと定義したとき、PB/POHの値は、下限が、0.50以上であることが好ましく、1.00以上であることがより好ましく、1.10以上であることが更に好ましく、1.20以上であることがより更に好ましく、1.30以上であることが特に好ましく、1.50以上であることがより特に好ましい。また、PB/POHの値は、上限が、10.00以下であることが好ましく、7.00以下であることがより好ましく、5.00以下であることが更に好ましく、4.50以下であることがより更に好ましく、4.00以下であることが特に好ましく、3.50以上であることがより特に好ましい。PB/POHの値が前記範囲にあることにより、本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物はDPMの相溶性に優れ、このようなポリカーボネートポリオール組成物から得られる塗料組成物のポットライフが優れる傾向にある。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物のPB/POHの値を前記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時にPB/POHの値が前記範囲となるように原料のポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とを仕込む方法、当該ポリカーボネートジオール組成物の製造時の反応温度を200℃以下にして脱水を抑制する方法や、得られるポリカーボネートポリオール組成物のウレタン基モル数と水酸基モル数から算出される下記式(VI)の計算PB/POHの値が、PB/POHの前記範囲となるように原料のポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とを仕込む方法が挙げられる。
計算PB/POH=0.0911×X2+0.8451・・・(VI)
X2=(ウレタン基モル数/水酸基モル数)×100
具体的には、例えば、ジオール成分として1,6-ヘキサンジオールのみからなる数平均分子量(Mn)2000のポリカーボネートジオール(1mol)を、ヘキサメチレンジイソシアネートを用いて、NCO/OH=0.2となるように仕込んだ場合、得られるポリカーボネートポリオール組成物のウレタン基モル数とカーボネート基モル数とから算出される計算PB/POHの値は下記のとおりである。
計算PB/POH=0.0911×{(0.40/1.60)×100}+0.8451=3.12
上記計算式中、「0.40」は、ポリカーボネートジオール1molに対して、NCO/OH=0.2となるようにヘキサメチレンジイソシアネートを仕込んだ際に形成されるウレタン基モル数であり、「1.60」は、ポリカーボネートジオール1molに対して、NCO/OH=0.2となるようにヘキサメチレンジイソシアネートを仕込んだ際に残存する水酸基価モル数である。
なお、本実施形態において、ポリカーボネートポリオール組成物のPB/POHの値は、後述する実施例に記載の方法を用いて算出することができる。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、変性ポリカーボネートポリオールが環状構造を有することができる。環状構造としては、特に限定されないが、例えば、ヘテロ原子を含有してもよい脂肪族炭化水素基、ヘテロ原子を含有してもよい芳香族炭化水素基等が挙げられる。中でも耐久性の観点から、ヘテロ原子を含有してもよい脂肪族炭化水素基が好ましい。ヘテロ原子を含有してもよい脂肪族炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基、イソソルバイド由来の環状基、イソシアヌレート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基等が挙げられる。中でも、環状構造がイソシアヌレート環であることが好ましい。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、未変性ポリカーボネートポリオール及び/又は変性ポリカーボネートポリオールが親水性構造を有することができる。親水性構造としては、特に限定されないが、例えば、ノニオン系親水基、アニオン系親水基、カチオン系親水基等が挙げられる。中でも汎用性の観点から、ノニオン系親水基及びアニオン系親水基が好ましい。ノニオン系親水基としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、オキシエチレン基、ポリオキシエチレン基等が挙げられる。また、アニオン系親水基としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、スルホン酸基、カルボキシル基などが挙げられる。
また、ポリカーボネートポリオール組成物中の親水性構造を有する未変性ポリカーボネートポリオール及び/又は変性ポリカーボネートポリオールの含有量としては、下限は特に限定されないが、後述する実施例に記載の水分散性の評価で△又は○になるように親水性構造を含有することが好ましく、後述する実施例に記載の水分散性の評価で○になるように親水性構造を含有することがより好ましい。上限は、50mol%以下が好ましく、35mol%以下がより好ましく、30mol%以下が更に好ましく、25mol%以下がより更に好ましく、20mol%以下が特に好ましく、15mol%以下がより特に好ましく、10mol%以下が極めて好ましい。
ポリカーボネートポリオール組成物中の親水性構造を有する未変性ポリカーボネートポリオール及び/又は変性ポリカーボネートポリオールの含有量が前記範囲にあることにより、本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の水分散液が安定である傾向にあり、このようなポリカーボネートポリオール組成物から得られる塗料組成物及びポリウレタンの耐久性及び柔軟性が優れる傾向にある。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は水への分散が可能であることが好ましい。本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、水への分散が可能であると、当該ポリカーボネートポリオール組成物を用いた水系塗料組成物の安定性及び/又は水系ポリウレタンの安定性が良くなる傾向にある。
なお、ポリカーボネートポリオール組成物の水への分散が可能については、後述する実施例に記載の水分散性により判断することができる。
なお、本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、ポリカーボネートポリオール単独であってもよく、本発明の効果を阻害しない範囲で他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、特に限定されないが、例えば、多価アルコール化合物や、特開2018-012769号公報に記載のポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオール、フッ素ポリオールなどのポリオールが挙げられる。
[ポリカーボネートポリオール組成物の製造方法]
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物は、例えば、ポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物とを後述するエステル交換反応触媒の存在下で反応させて得ることができる。
過度に多くの触媒がポリカーボネートポリオール組成物中に残存すると、ポリカーボネートジオール組成物が白濁したり、加熱により着色しやすくなったりする場合がある。また、ポリウレタンを製造する際には反応を阻害したり、反応を過度に促進したりする場合がある。過度に触媒が少ないと、反応進行が遅くなる傾向にあるため好ましくない。
このため、ポリカーボネートポリオール組成物中に残存する触媒量は、特に限定されないが、触媒金属換算の含有量として、下限が、0.00001質量%以上が好ましく、0.00005質量%以上がより好ましく、0.0001質量%以上が更に好ましく、0.0005質量%以上がより更に好ましい。また、上限が、0.1質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましく、0.03質量%以下が更に好ましく、0.02質量%以下がより更に好ましく、0.015質量%以下が特に好ましく、0.01質量%以下がより特に好ましく、0.005質量%以下が極めて好ましい。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物を製造する際に使用する原料のAPHAとしては、100以下が好ましく、80以下がより好ましく、50以下が更に好ましく、30以下がより更に好ましく、20以下が特に好ましい。原料のAPHAが前記値以下であると得られるポリカーボネートポリオール組成物の色度(APHA)が優れる傾向にある。
(ポリカーボネートポリオール)
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物を製造する際に使用するポリカーボネートポリオールとしては、特に限定されないが、例えば、後述するポリカーボネートポリオールの製造方法により得ることができる。また、市販品を使用することもでき、特に限定されないが、例えば、旭化成株式会社製のT6002、T6001、T5652、T5651、T5650J、T5650E、G4672、T4672、T4671、G3452,G3450J、AK011の「デュラノール(商品名)」シリーズ等が挙げられる。
(イソシアネート化合物)
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物を製造する際に使用するイソシアネート化合物としては、特に限定されないが、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート及びトリメチルヘキサメチレンジイソシアネートのような脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートのような脂環式ジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、「MDI」と略記することがある)、キシリレンジイソシアネート及びナフチレンジイソシアネートのような芳香族ジイソシアネート、トリフェニルメタン-4,4’-4’’-トリイソシアネート、1,3,5-トリイソシアナトベンゼン、2,4,6-トリイソシアナトトエン及び4,4’-ジメチルジフェニルメタン-2,2’,5,5’-テトライソシアネートのような3個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物、並びにこれらのイソシアネート類のイソシアヌレート化変性品、ビウレット化変性品を挙げることができる。イソシアネート化合物の市販品としては、特に限定されないが、例えば、旭化成株式会社製の24A-100、22A-75P、TPA-100、TKA-100、P301-75E、D101、D201、21S-75E、MFA-75B、MHG-80B、TUL-100、TLA-100、TSA-100、TSS-100、TSE-100、E402-80B、E405-80B、AE700-100、A201H、17B-60P、TPA-B80E、MF-B60B、MF-K60B、SBB-70P、SBN-70D、E402-B80B、WB40-100、WT30-100、WT31-100、WB40-80D、WT20-100、WL70-100、WE50-100、WM44-L70Gの「デュラネート(商品名)」シリーズ等が挙げられる。
[ポリカーボネートポリオール組成物の製造条件]
ポリカーボネートポリオールとイソシアネート化合物との反応は、特に限定されないが、具体的には、例えば、原料を混合し、加熱しながら撹拌することにより、実施できる。
反応の温度は、特に限定されないが、下限は、50℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましく、70℃以上が更に好ましく、80℃以上がより更に好ましい。また、上限は、250℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましく、180℃以下が更に好ましく、160℃以下がより更に好ましい。
反応温度を上記下限値以上とすることで、反応をより短時間で行うことができ経済性に優れる。反応温度を上記上限値以下とすることで、得られるポリカーボネートポリオール組成物の着色をより効果的に防止することができる。
反応圧力は、特に限定されないが、常圧以上1MPa以下が好ましい。反応圧力を上記範囲とすることで、反応をより簡便に実施できる。また、副原料を用いる場合、これらの蒸気圧等を考慮して、ある程度加圧することで反応をより効率よく促進させるができる。
反応の進行及び完了は、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)測定及びFT-IR(フーリエ変換赤外分光光度計)によって確認することができる。反応の進行に伴い、GPC測定により原料に由来するピークは経時的に小さくなっていき、該ピークが消失したことにより確認できる。また、FT-IRによりイソシアネート基(-NCO基)に由来である、波数2273cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークが消失したことにより確認できる。
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の製造方法では、上記した反応の前に、前処理として、使用する原料の脱水処理を行う工程等を行ってよい。
[ポリカーボネートポリオールの製造方法]
本実施形態のポリカーボネートポリオール組成物の製造に用いるポリカーボネートポリオールの製造方法としては、特に限定されず、公知の方法を採用することもできる。例えば、カーボネート化合物と、ジオール化合物とをエステル交換触媒の存在下で反応させてポリカーボネートポリオールを得ることができる。
(カーボネート化合物)
ポリカーボネートポリオールの製造に用いられるカーボネート化合物としては、以下のものに限定されないが、例えば、アルキレンカーボネート、ジアルキルカーボネート、ジアリールカーボネート等が挙げられる。
アルキレンカーボネートとしては、特に限定されないが、例えば、エチレンカーボネート、トリメチレンカーボネート、1,2-プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、1,3-ブチレンカーボネート、1,2-ペンチレンカーボネート等が挙げられる。
ジアルキルカーボネートとしては、特に限定されないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等が挙げられる。
ジアリールカーボネートとしては、特に限定されないが、例えば、ジフェニルカーボネート等が挙げられる。
中でも、ポリカーボネートポリオールの製造に用いられるカーボネート化合物としては、アルキレンカーボネートが好ましく、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネートがより好ましい。
(多価アルコール化合物)
ポリカーボネートポリオールの製造に用いられるジオール化合物としては、以下のものに限定されないが、例えば、直鎖状多価アルコール化合物、分岐鎖状多価アルコール化合物、環状多価アルコール化合物、芳香環を有する多価アルコール化合物が挙げられる。
直鎖状多価アルコール化合物としては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、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、1,7-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、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラエチレングリコール等が挙げられる。
分岐鎖状多価アルコール化合物としては、特に限定されないが、例えば、2-メチル-1,8-オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、2-エチル-1,6-ヘキサンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,4-ジメチル-1,5-ペンタンジオール、2,4-ジエチル-1,5-ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。
環状多価アルコール化合物としては、特に限定されないが、例えば、1,3-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)-プロパンイソソルバイド等が挙げられる。
[ポリカーボネートポリオールの製造条件]
ポリカーボネートポリオールの製造に際しては、エステル交換反応触媒を用いることができる。
エステル交換反応触媒としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属及びアルカリ土類金属、並びに、そのアルコラート、その水素化物、そのオキシド、そのアミド、その水酸化物及びその塩等が挙げられる。
アルカリ金属及びアルカリ土類金属の塩としては、特に限定されないが、例えば、炭酸塩、窒素含有ホウ酸塩、有機酸との塩基性塩等が挙げられる。
アルカリ金属としては、特に限定されないが、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。
アルカリ土類金属としては、特に限定されないが、例えば、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等が挙げられる。
また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属以外の金属を用いたエステル交換触媒としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属及びアルカリ土類金属以外の金属、並びに、その塩、そのアルコラート、及び、該金属を含む有機化合物等が挙げられる。
アルカリ金属及びアルカリ土類金属以外の金属の具体例は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、ニオブ、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、スズ、アンチモン、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、タリウム、鉛、ビスマス、イッテルビウム等が挙げられる。
これらエステル交換触媒を1種単独で、又は、2種以上組み合わせて、使用することができる。
中でも、エステル交換反応触媒としては、ポリカーボネートポリオールを得るエステル交換反応がより良好に行われ、得られるポリカーボネートポリオールを用いた場合にウレタン反応に対する影響もより少ないことから、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カリウム、チタン、ジルコニウム、スズ、鉛及びイッテルビウムからなる群より選択される1種以上の金属、又は、それらの塩、それらのアルコキシド、若しくはそれら金属を含む有機化合物が好ましい。
また、エステル交換反応触媒としては、マグネシウム、チタン、イッテルビウム、スズ、亜鉛及びジルコニウムからなる群より選択される1種以上の金属がより好ましい。また、エステル交換反応触媒としては、マグネシウム、チタン、イッテルビウム、亜鉛及びジルコニウムからなる群より選択される1種以上の金属が更に好ましい。
好ましいエステル交換触媒の具体例は、例えば、チタンの有機化合物、マグネシウムの有機化合物、亜鉛の有機化合物、イッテルビウムの有機化合物、ジルコニウムの有機化合物が挙げられる。
チタンの有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、チタンテトラ-n-ブトキシド、チタンテトラn-プロポキシド、チタンテトライソプロポキシド等が挙げられる。
マグネシウムの有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、酢酸マグネシウム、マグネシウム(II)アセチルアセトナート、2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナトマグネシウム(II)二水和物などが挙げられる。
亜鉛の有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、酢酸亜鉛、亜鉛(II)アセチルアセトナート、2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナト亜鉛(II)などが挙げられる。
イッテルビウムの有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、イッテルビウム(III)イソプロポキシド、トリフルオロメタンスルホン酸イッテルビウム(III)、トリス(シクロペンタジエニル)イッテルビウム(III)、アセチルアセトナトイッテルビウム(III)水和物などが挙げられる。
ジルコニウムの有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、ジルコニウム(IV)アセチルアセトン、ジルコニウム(IV)テトラプロポキシド、ジルコニウム(IV)テトラブトキシド、ジルコニウム(IV)アセチルアセトナートなどが挙げられる。
エステル交換反応触媒の使用量は、原料の総質量に対して、下限が、0.00001質量%以上が好ましく、0.0001質量%以上がより好ましい。また、上限が、0.1質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましく、0.025質量%以下が更に好ましく、0.015質量%以下がより更に好ましく、0.01質量%以下が特に好ましい。
エステル交換反応に用いたエステル交換触媒は、ポリカーボネートポリオールの製造に引き続き加熱処理を行う場合は、エステル交換反応で消費されていないため、エステル交換反応触媒の使用量を元に算出できる。市販のポリカーボネートポリオールを用いる場合等においては、ポリカーボネートポリオールに含まれるエステル交換反応触媒の金属量を、ICP(発光分光分析法、Inductively Coupled Plasma)により測定して求められる。
過度に多くの触媒がポリカーボネートポリオール中に残存すると、ポリカーボネートジオールが白濁したり、加熱により着色しやすくなったりする場合がある。また、ポリウレタンを製造する際には反応を阻害したり、反応を過度に促進したりする場合がある。過度に触媒が少ないと、反応進行が遅くなる傾向にあるため好ましくない。
このため、ポリカーボネートポリオール中に残存する触媒量は、特に限定されないが、触媒金属換算の含有量として、下限が、0.00001質量%以上が好ましく、0.00005質量%以上がより好ましく、0.0001質量%以上が更に好ましく、0.0005質量%以上がより更に好ましい。また、上限が、0.1質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましく、0.03質量%以下が更に好ましく、0.02質量%以下がより更に好ましく、0.015質量%以下が特に好ましく、0.01質量%以下がより特に好ましく、0.005質量%以下が極めて好ましい。
また、本実施形態に用いるポリカーボネートポリオールは、ポリカーボネートポリオールとジオール化合物、又は2種類以上のポリカーボネートポリオールのエステル交換反応により製造することも可能である。
原料であるポリカーボネートポリオール中に、その製造時に用いられたエステル交換反応触媒の触媒毒等が含まれている場合、通常、エステル交換反応が進み難くなる傾向にある。そのため、ポリカーボネートポリオールの製造に際しては、新たに上記したエステル交換反応触媒を必要量添加することができる。
一方、原料であるポリカーボネートポリオール中に、エステル交換反応触媒の触媒毒が含まれていない場合は、通常、本実施形態におけるエステル交換反応は進み易い傾向にある。しかしながら、ポリカーボネートポリオールの製造工程における反応温度をより下げたい場合や反応時間をより短くしたい場合等にも、新たにエステル交換反応触媒を必要量添加することができる。その場合、原料であるポリカーボネートポリオールの製造において用いるエステル交換反応触媒と同様のものを採用することができる。
エステル交換反応は、具体的には、原料を混合し、加熱しながら撹拌することにより、実施できる。
エステル交換反応の温度は、特に限定されないが、下限が、120℃以上が好ましく、140℃以上がより好ましく、上限が、250℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましい。
反応温度を上記下限値以上とすることで、エステル交換反応をより短時間で行うことができ経済性に優れる。反応温度を上記上限値以下とすることで、得られるポリカーボネートポリオールの着色をより効果的に防止することができる。
エステル交換反応の反応圧力は、特に限定されないが、常圧以上1MPa以下が好ましい。反応圧力を上記範囲とすることで、反応をより簡便に実施できる。また、副原料を用いる場合、これらの蒸気圧等を考慮して、ある程度加圧することでエステル交換反応をより効率よく促進させるができる。
エステル交換反応の進行及び完了は、GPC測定によって確認することができる。エステル交換反応の進行に伴い、原料に由来するピークは経時的に小さくなっていき、該ピークが消失したことにより確認できる。
ポリカーボネートポリオールの製造方法では、上記したエステル交換反応の前に、前処理として、使用する原料の脱水処理を行う工程等を行ってよい。
ポリカーボネートポリオールの製造方法では、上記したエステル交換反応の後に、後処理として、エステル交換反応触媒に対する前述の触媒毒を添加する工程等を行ってもよい。
[塗料]
本実施形態の塗料は、上述のポリカーボネートポリオール組成物を含む。本実施形態の塗料は、上述のポリカーボネートポリオール組成物を含むことにより、乾燥性に優れる。
本実施形態の塗料は、水系塗料であることが好ましい。本実施形態の塗料は、水系塗料であると、揮発性有機化合物(VOC)削減になる傾向にある。
本実施形態の塗料は、上述のポリカーボネートポリオール組成物以外に他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、特に限定されないが、例えば、硬化性組成物、多価アルコール化合物、特開2018-012769号公報に記載のポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオール、フッ素ポリオールなどのポリオールが挙げられる。
また、本実施形態の塗料(塗料組成物)には、上記以外に、例えば、各種用途に応じて硬化促進剤(触媒)、艶消し剤、沈降防止剤、レベリング剤、充填剤、分散剤、難燃剤、染料、有機又は無機顔料、離型剤、流動性調整剤、可塑剤、抗酸化剤、紫外線吸収剤、光安定剤、消泡剤、着色剤、溶剤等のその他添加剤を添加することができる。これらその他添加剤を適宜含有することにより、ソフトフィール塗料、及び、クリア塗料等の、性質の異なる塗料組成物を得ることができる。
また、本実施形態の塗料は、後述のポリウレタン又は水系ポリウレタンを用いて得ることもできる。
[コーティング剤]
本実施形態のコーティング剤は、上述のポリカーボネートポリオール組成物を含む。本実施形態のコーティング剤は、上述のポリカーボネートポリオール組成物を含むことにより、乾燥性に優れる。
本実施形態のコーティング剤は、水系コーティング剤であることが好ましい。本実施形態のコーティング剤は、水系コーティング剤であると、揮発性有機化合物(VOC)削減になる傾向にある。
本実施形態のコーティング剤は、上述のポリカーボネートポリオール組成物以外に他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、特に限定されないが、例えば、硬化性組成物、多価アルコール化合物、特開2018-012769号公報に記載のポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオール、フッ素ポリオールなどのポリオールが挙げられる。
本実施形態のコーティング剤(コーティング組成物)には、例えば、各種用途に応じて硬化促進剤(触媒)、艶消し剤、沈降防止剤、レベリング剤、充填剤、分散剤、難燃剤、染料、有機又は無機顔料、離型剤、流動性調整剤、可塑剤、抗酸化剤、紫外線吸収剤、光安定剤、消泡剤、着色剤、溶剤等のその他添加剤を添加することができる。これらその他添加剤を適宜含有することにより、ソフトフィール塗料、及び、クリア塗料等の、性質の異なるコーティング組成物を得ることができる。
また、本実施形態のコーティング剤は、後述のポリウレタン又は水系ポリウレタンを用いて得ることもできる。
[ポリウレタン]
本実施形態のポリウレタンは、上述のポリカーボネートポリオール組成物を用いて得られる。本実施形態のポリウレタンは、上述のポリカーボネートポリオール組成物を用いて得られることにより、耐久性に優れる。
また、本実施形態の水系ポリウレタンは、上述のポリカーボネートポリオール組成物を用いて得られる。本実施形態の水系ポリウレタンは、上述のポリカーボネートポリオール組成物を用いて得られることにより、耐久性に優れる。
本実施形態のポリウレタンを得る方法としては、特に限定されないが、例えば、上述のポリカーボネートポリオール組成物とイソシアネート化合物とを用いて、NCO基末端プレポリマーを合成後、多価アルコール及び/又はポリアミンを添加し鎖延長化を進めるプレポリマー法(2段階法)や、上述のポリカーボネートポリオール組成物とイソシアネート化合物及び多価アルコール及び/又はポリアミンとを同時に重合させるワンショット法(1段階法)が挙げられる。
また、本実施形態の水系ポリウレタンを得る方法としては、特に限定されないが、例えば、特開2017-71685の実施例に記載の方法が挙げられる。
[皮革]
本実施形態の人工皮革は、上述のポリウレタン又は水系ポリウレタンを用いて得られる。本実施形態の人工皮革は、上述のポリウレタン又は水系ポリウレタンを用いて得られることにより、耐久性に優れる。
本実施形態の合成皮革は、上述のポリウレタン又は水系ポリウレタンを用いて得られる。本実施形態の合成皮革は、上述のポリウレタン又は水系ポリウレタンを用いて得られることにより、耐久性に優れる。
[塗膜]
本実施形態の塗膜は、上述の塗料又はコーティング剤から得られる。本実施形態の塗膜は、上述の塗料又はコーティング剤から得られることにより、耐久性に優れる。
[フィルム]
本実施形態のフィルムは、上述の塗料又はコーティング剤から得られる。本実施形態のフィルムは、上述の塗料又はコーティング剤から得られることにより、耐久性に優れる。
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて本実施形態を更に具体的に説明するが、本実施形態はその要旨を超えない限り、これらの実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。後述する実施例及び比較例における評価及び物性は、以下の方法により評価及び測定された。本実施例中、特に断りがない限り、「部」及び「%」は質量基準に基づくものである。
[APHA]
JIS K 0071-1に準拠して、ポリカーボネートポリオール組成物のAPHA(ハーゼン単位色数)を測定した。具体的には、後述の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物を試料として、該試料を比色管に入れた標準液と比較してAPHAを測定した。標準液は色度標準液1000度(富士フイルム和光純薬株式会社製)を使用した。
[水酸基価(OHV)の測定]
ポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価は、以下の方法で測定した。
メスフラスコを用い、無水酢酸12.5gにピリジンを加えて50mLとし、アセチル化試薬を調製した。後述の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物をサンプルとして、100mLのナスフラスコに、該サンプルを1.0~10.0g精秤して入れた。前記ナスフラスコに、アセチル化試薬5mLとトルエン10mLとをホールピペットで添加して溶液を得た。その後、前記ナスフラスコに、冷却管を取り付けて、前記溶液を100℃で1時間撹拌加熱した。前記ナスフラスコに、蒸留水2.5mLをホールピペットで添加し、得られた溶液を更に10分加熱撹拌した。前記溶液を2~3分冷却後、前記ナスフラスコに、エタノールを12.5mL添加し、指示薬としてフェノールフタレインを2~3滴入れた後に、0.5モル/Lエタノール性水酸化カリウムで滴定した。アセチル化試薬5mL、トルエン10mL及び蒸留水2.5mLを100mLナスフラスコに入れ、10分間加熱撹拌した後、得られた溶液について同様に滴定を行った(空試験)。この結果をもとに、下記式(I)でポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価を計算した。
水酸基価(mg-KOH/g)={(b-a)×28.05×f}/e・・・(I)
aはサンプルの滴定量(mL)を表し、bは空試験の滴定量(mL)を表し、eはサンプル量(g)を表し、fは滴定液のファクターを表す。
[官能基数]
ポリカーボネートポリオール組成物の官能基数は、前述の水酸基価(OHV)の値と、後述するGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)測定により求めたポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量(Mn)とから下記式(II)を用いて計算した。
官能基数=Mn×OHV/56.11/1000・・・(II)
式(II)中、MnはGPC測定により求めたポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量を表し、OHVはポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価を表す。
[GPC測定]
GPCによりポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)を、以下の方法で測定した。
後述の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物を試料とした。測定試料の濃度が0.5質量%になるようにテトラヒドロフラン(以下、THF)で調整し、下記GPC装置を用い、標準ポリスチレン換算でのポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)を測定した。
GPC装置:東ソー社製 HLC-8320
カラム :TSKgel G4000H 1本
G3000H 1本
G2000H 2本
溶離液 :テトラヒドロフラン(THF)
流速 :1.0mL/min
カラム温度:40℃
RI検出器:RI(装置 HLC-8320内蔵)
検量線:標準ポリスチレン(東ソー社製)
・F-20(分子量:1.90×10
・F-10(分子量:9.64×10
・F-4(分子量:3.79×10
・F-2(分子量:1.81×10
・F-1(分子量:1.02×10
・A-5000(分子量:5.97×10
・A-2500(分子量:2.63×10
・A-500
・A-1000
尚、A-500及びA-1000から2~10量体の分子量を算出した。
2量体(分子量:266)
3量体(分子量:370)
4量体(分子量:474)
5量体(分子量:578)
6量体(分子量:682)
7量体(分子量:786)
8量体(分子量:890)
9量体(分子量:994)
10量体(分子量:1098)
検量線式:3次多項式
[PB/PA値]
後述の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物を試料として、PB/PA値を以下のとおり求めた。PB/PA値は、後述するFT-IR(フーリエ変換赤外分光光度計)により測定した試料の赤外吸収スペクトル吸光度のうち、主に式(A)で表されるカーボネート構造由来である、波数1743cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPAと定義し、主に式(B)で表されるウレタン構造由来である、波数1691cm-1付近のである赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPBと定義したとき、PBをPAで除した値である。
なお、ポリカーボネートポリオール組成物において、未変性及び変性ポリカーボネートポリオールの有無は、ここで測定したPAとPBとの比率及び/又は各原料の仕込み量により判定した。
[PB/POH値]
後述の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物を試料として、PB/POH値を以下のとおり求めた。PB/POH値は、後述するFT-IRにより測定した試料の赤外吸収スペクトル吸光度のうち、主に式(B)で表されるウレタン構造由来である、波数1691cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPBと定義し、主に水酸基由来である、波数3000~3800cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPOHと定義したとき、PBをPOHで除した値である。
[FT-IR測定]
後述の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物を試料として、FT-IR(フーリエ変換赤外分光光度計)により試料の赤外吸収スペクトル吸光度を、以下の方法で測定した。
測定試料を岩塩板(NaCl板、35×35×5mm)に薄く塗り広げ、下記装置及び条件にてFT-IRにより試料の赤外吸収スペクトル吸光度を測定した。
FI-IR装置:FT/IR-4600typeA(日本分光株式会社)
光源:標準光源
検出器:TGS
積算回数:16
分解:4cm-1
ゼロフィリング:On
アポダイゼーション:Cosine
ゲイン:Auto(2)
アパーチャー:Auto(7.1mm)
スキャンスピード:Auto(2mm/sec)
フィルタ:Auto(30000Hz)
データタイプ:等間隔データ
横軸:Wavenumber(cm-1
縦軸:Abs
スタート:400cm-1
エンド:40000cm-1
[末端基総量における水酸基の量]
後述の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物中の化合物全体の末端基総量における水酸基の量は、特許第3874664号公報に記載の1級末端OH比率を測定する方法に準拠することにより測定した。具体的には、以下のとおり測定した。
ポリカーボネートポリオール組成物の70g~100gを300ccのナスフラスコに測り取り、留分回収用のトラップ球(trap bulb)に接続したロータリーエバポレーターを用いて0.1kPa以下の圧力下、攪拌下、約180℃の加熱浴でポリカーボネートポリオール組成物を加熱して、トラップ球に該ポリカーボネートポリオール組成物の1~2質量%に相当する量の留分、即ち約1g(0.7~2g)の留分を得て、これを約100g(95~105g)のエタノール(他に、テトラヒドロフランやアセトン、メタノール等の溶剤でも使用可能)を溶剤として用いて回収し、回収した溶液をGC分析にかけて得られるクロマトグラムのピーク面積の値から次式により算出した。
末端水酸基比率(モル%)=(末端が水酸基であるポリオールのピーク面積の総和)÷(ポリオールを含むアルコール類(溶剤としてエタノールを使用した場合は、エタノールを除く)のピーク面積の総和)×100。
なお、GC分析の条件は次のとおりである。
ガスクロマトグラフィーの分析条件:カラム;DB-WAX(米国J&W社製)、30m、膜厚0.25μm、昇温条件:60℃~250℃、検出器:FID(flame ionization detector)。
[構造]
後述の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物を試料として、各構造(環状構造、親水性構造)を以下の方法で確認した。
<環状構造>
環状構造は以下の1)及び/又は2)の方法により確認した。
1)試料を質量分析、FT-IR測定、H-NMR測定及び/又は13C-NMRすることで得られる各種スペクトルから、環状構造を同定することで確認した。分析方法及び同定は公知の方法及び/又は有機化合物のスペクトル同定法(第7版)(株式会社東京化学同人)を参照した。
2)イソシアヌレート基、ウレトジオン基、イミノオキサジアジンジオン基は特開2016-53127号公報に記載の方法により環状構造を確認した。
<親水性構造>
後述する<水分散性>を実施し、試料が水に分散可能かを確認した。評価結果が○又は△の場合は、親水性構造を有すると判断した。また、親水性構造については以下の1)、2)及び/又は3)の方法により決定した。
1)使用原料の構造から決定した。
2)試料を質量分析、FT-IR測定、H-NMR測定及び/又は13C-NMRすることで得られる各種スペクトルから、親水性構造を同定することで確認した。
なお、分析方法及び同定は公知の方法及び/又は有機化合物のスペクトル同定法(第7版)(株式会社東京化学同人)を参照した。
3)熱分解GC/MS及び/又は誘導化GC/MSにより決定した。なお、具体的な分析方法としては、特に限定されないが、例えば、下記の<熱分解GC/MS>及び<誘導化GC/MS>が挙げられる。
<熱分解GC/MS>
装置:Agilent Technology 6890GC/5973MSD
カラム:HP-5MS(L:30m,I.D.:0.25mm,Film thickness:0.25μm)
キャリア:ヘリウム
イオン化法:EI
質量範囲:m/z 10-800
オーブン温度:40℃(5min hold)→(10℃/min)→ 320℃(16min hold)
注入口温度:320℃
トランスファー温度:320℃
スプリット比:スプリット1/50
試料量:0.1mg
熱分解温度:600℃
インタフェース温度:320℃
<誘導化GC/MS>
装置:Agilent Technology 7890GC/5977MSD
カラム:HP-5MS(L:30m,I.D.:0.25mm,Film thickness:0.25μm)
キャリア:ヘリウム
イオン化法;EI
質量範囲:m/z 10-800
オーブン温度:40℃(5min hold)→(20℃/min)→320℃(21min hold)
注入口温度:320℃
トランスファー温度:320℃
スプリット比:スプリット1/10
注入量:2μL
誘導化剤:BSA(N.O-ビス(トリメチルシリル)アセトアミド)
[水分散性]
後述する<ポリウレタン塗膜の作製方法>の(調製方法)に記載の工程1~2を実施し、得られた水分散液を23℃で静置し、以下の基準により評価した。
[評価基準]
○:7日以上、水に分散し、沈降物がない
△:1日以上7日未満、水に分散し、沈降物がない
×:水に分散していない(沈降物がある)又は水への分散が1日未満である
[ジプロピレングリコールモノメチルエーテル相溶性]
後述の実施例及び比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物を試料として、下記の工程1~3の手順に従って判断した。
工程1:ポリ容器に主剤と主剤の固形分が80%となるようにDPMとを量り取り、得られた溶液を、撹拌機を用いて撹拌した。
工程2:前記ポリ容器から無色透明なガラス瓶に内容物を移し、23℃で24時間以上静置した。
工程3:無色透明なガラス瓶内の内容物を確認し、以下の基準により評価した。
[評価基準]
○:均一に溶解している
△:溶解しているがモヤがある
×:白濁又は2層分離している
<ポリウレタン塗膜の作製方法>
[塗料組成物]
下記の塗料配合条件の通りに、使用原料(主剤、硬化剤、触媒、溶剤、親水性溶剤、レベリング剤、艶消し剤及び沈降防止剤)をポリ容器に量り取り、撹拌機を用いて均一に分散するまで撹拌し塗料組成物を得た。但し、親水性溶剤については、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルに主剤が相溶しない場合は、他の親水性溶剤を用いることもできる。
(使用原料)
・主剤:実施例及び/又は比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物
・硬化剤:WT36-72PB(旭化成株式会社製、NCO%=14.3、固形分72%)
・触媒:Borchers LH10(OMG Borchers社製、1%水系触媒)
・溶剤:純水
・親水性溶剤:DPM
・レベリング剤:BYK-331(BYK社製)
・艶消し剤:ACEMATT TS 100(Evonik社製)
・沈降防止剤:ディスパロン AQ-002(楠本化成社製)
(配合条件)
・NCO/OH:1.25
・塗料固形分:40%
・触媒:主剤と硬化剤との合計量に対して30%
・レベリング剤:主剤と硬化剤との合計量に対して0.3%
・艶消し剤:主剤と硬化剤との合計量に対して10%
・沈降防止剤:主剤と硬化剤との合計量に対して0.6%
(調製方法)
下記の工程1~工程4の手順に従って塗料組成物を調製した。
工程1:ポリ容器に主剤と主剤の固形分が80%となるように親水性溶剤とを量り取り、得られた溶液を、撹拌機を用いて均一に相溶するまで撹拌した。
工程2:前記ポリ容器に、塗料組成物の固形分が40%となるように溶剤を量り取り、得られた溶液を、撹拌機を用いて一様に分散するまで撹拌し、水分散液を得た。
工程3:前記ポリ容器に、触媒、レベリング剤、艶消し剤及び沈降防止剤を前述の配合条件となるように量り取り、得られた溶液を、撹拌機を用いて一様に分散するまで撹拌した。
工程4:前記ポリ容器に、NCO/OH=1.25となるように硬化剤を量り取り、得られた溶液を、撹拌機を用いて一様に分散するまで撹拌して塗料組成物を得た。
[塗布工程]
得られた各塗料組成物を用いて、ポリカーボネート板(「タキロン PC-1600」(商品名)、2mm×70mm×150mm)上に、乾燥膜厚が厚さ40μmになるように塗布した。
[乾燥工程]
ポリカーボネート板上に塗布された塗料組成物を、60℃で焼付を行うことにより、表面に指触跡が付かなくなるまで乾燥して、ポリウレタン塗膜を得た。得られたポリウレタン塗膜について後述する方法により各種物性の評価を実施した。評価結果を表2に示す。
[乾燥性評価]
上記ポリウレタン塗膜の製造方法において、塗布工程後、表面に指触跡が付かなくなるまでの焼付け時間(乾燥時間)を測定した。
[塗膜外観]
上記乾燥性評価により指触跡が付かなくなるまで焼付後、得られた塗膜の外観を目視にて観察した。塗膜外観の判定方法は以下の通りとした。
[判定方法]
○:平滑で、ひび割れやブツなし
△:ひび割れはないが、わずかにブツあり
×:ひび割れあり
[耐薬品性試験(耐日焼止め性試験)]
耐薬品性として、市販の日焼け止めクリームを用いた耐日焼止め性評価を行った。
上記指触評価により指触跡が付かなくなるまで焼付後、得られた塗膜を23℃、50%RHの雰囲気下で1日間養生し、当該養生後の塗膜上に日焼け止め剤(Neutrogena Ultra Sheer DRY-TOUCH SUNSCREEN Broad Spectrum SPF 45)を塗膜表面に2g/4cmとなるように塗布し、55℃で4時間の加熱を行った。その後、少量の中性洗剤を用いて、塗膜の表面を十分洗浄して日焼け止め剤を落とし、水平台の上で、23℃、50%RHの雰囲気下で乾燥させた後、目視にて日焼け止め剤の跡残りや塗膜の膨潤、剥がれ等の異常が生じないかを観察して、耐薬品性(耐日焼止め性)を以下の基準により評価した。なお、耐薬品性は耐久性の指標の一つである。
[評価基準]
○:塗膜外観に変化なし
△:塗膜外観に僅かに変化あり
×:塗膜外観に、膨潤、跡残り変化あり
[耐候性]
上記指触評価により指触跡が付かなくなるまで焼付後、得られた塗膜を23℃、50%RHの雰囲気下で1日間養生し、当該養生後の塗膜をスガ試験機株式会社製DPWL-5R(ブラックパネル温度60℃、放射照度30w/m、サイクル条件:照射60℃で4時間、湿潤40℃で4時間、紫外線けい光ランプ:SUGA-FS-40)を使用して500時間、耐候性試験を行った。試験後の塗膜を、JIS K5600-5-6:1999の鉛筆硬度法に準じて、6B鉛筆により塗膜上に鉛筆のキズ跡が残るかを観察して、耐候性を以下の基準により評価した。なお、耐候性は耐久性の指標の一つである。
(評価基準)
◎:キズ跡がみられない。
○:うっすらキズ跡が付くが、指でなぞるとキズが消える。
△:うっすらキズ跡がみられ、指でなぞってもキズが消えない。
×:キズ跡がはっきりみられる、又は塗膜剥離がみられる。
[テーバー摩耗試験]
前述の塗料組成物を用いて、車両用内装材として用いられるPVCシート状に、乾燥膜厚が厚さ10μmになるように塗布し、60℃×60分の焼付後、23℃、50%RHの雰囲気下で1日間養生し下記の試験条件の通りに実施し、重量減(mg)を測定した。重量減が0mgに近いほうが、テーバー摩耗試験結果が良好であることを示す。なお、テーバー摩耗試験結果は耐久性の指標の一つである。
(試験条件)
・JIS K7204に準拠
・摩耗輪:H22
・荷重:500g
・回転数:200回
<ポリウレタンフィルムの作製方法>
熱電対と冷却管とを設置した500mlセパラブルフラスコに、仕上がり量が300gとなるように下記の通り実施した。
実施例及び/又は比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物を、最終固形分が20%となるようにジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記することがある)中に加え、更に、MDIとポリカーボネートポリオール組成物との合計質量に対して50ppmとなるように1%ジブチル錫ジラウレートトルエン溶液を入れ、40℃のオイルバスで加温した。フラスコ内窒素雰囲気下100rpmでフラスコ内の溶液を攪拌しながら、ポリカーボネートポリオール組成物のOH(mol)に対し3.09倍(mol)となるようにMDIを滴下し、更にフラスコ内の溶液を1.5時間程度攪拌した。イソシアネート基濃度を分析し、理論量消費されたことを確認し、プレポリマーを得た。続いて、残存イソシアネートより算出した必要量の1,4-ブタンジオールをフラスコ内に分割添加した。フラスコ内の溶液を約1時間攪拌後、エタノールを約1g添加し、更にフラスコ内の溶液を30分攪拌し、ポリウレタン溶液を得た。
0.8mm厚アプリケーターを用い、ガラス板(JIS R3202、2mm×100mm×150mm)上に、得られたポリウレタン溶液を板上部に滴下し、乾燥膜厚が50~150μmになるよう塗工し、表面温度60℃のホットプレート上で2時間、続いて80℃のオーブン中で12時間乾燥させた。更に23℃、55%RHの恒温恒湿下で12時間以上静置しポリウレタンフィルムを得た。得られたポリウレタンフィルムについて後述する方法により各種物性の評価を実施した。評価結果を表3に示す。
<水系ポリウレタンフィルム(ポリウレタンディスパ―ジョンフィルム)の作製方法>
(使用原料)
・実施例及び/又は比較例で得られたポリカーボネートポリオール組成物(以下、「Polyol」と略記することもある)
・DMPA(2,2-ジメチロールプロピオン酸)
・メチルエチルケトン(MEK)
・ジブチル錫ジラウリレート(DBTDL)
・IPDI(イソホロンジイソシアネート)
・トリエチルアミン(TEA)
・純水
・エチレンジアミン(EDA)
(仕込み量)
・Polyol、IPDI、DMPA、TEA、及びEDAについてはPolyol/IPDI/DMPA/TEA/EDA=1.00/2.63/0.63/0.63のモル比となるように仕込んだ。
・DBTDLは、Polyol、IPDI、及びDMPAの総量にたいして100ppmになるように仕込んだ。必要に応じてDBTDLはトルエンで希釈して仕込むことができる(例:5%DBTDL-トルエン溶液)。
・MEKはプレポリマー工程の固形分が65%になるように仕込んだ。
・純水はMEK除去工程後の最終固形分が30%になるように仕込んだ。ただし、鎖伸長工程で粘性が高くなった場合は、適宜純水を加えて固形分を調整してもよい。
(プレポリマー工程)
撹拌機、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管、及び滴下ロートを取り付けた1Lセパラブルフラスコ内を窒素雰囲気にし、Polyol、DMPA、DBTDL、及びMEKを仕込み、80℃で還流させながら、200rpmで15分撹拌した。次いで、IPDIをシリンジで仕込み、NCO%が3.5±0.3質量%に達するまで80℃で還流させながら撹拌し、末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーのMEK溶液を得た。なお、前記NCO%は、プレポリマー工程に使用した原料の合計質量に対する、そのうちポリイソシアネートが有するイソシアネート基の質量の割合である。
(中和工程及び乳化工程)
得られたウレタンプレポリマー溶液を35℃まで冷却させ、500rpmで撹拌しながら、TEAを添加した。次いで、溶液を35℃に保ち、500rpmの撹拌を継続しながら、純水を10mL/minの速度で滴下を行い、エマルジョン液(乳化液)を得た。
(鎖伸長工程)
得られたエマルジョン液を35℃に保ち、500rpmの撹拌を継続しながら、EDAを添加し、鎖伸長反応を行った。
(MEK留去工程)
鎖伸長反応後の溶液を加熱減圧下、メチルエチルケトンを留去し、水系ポリウレタン溶液を得た。
(フィルム作製工程)
得られた水系ポリウレタン溶液を、型枠を取り付けたポリプロピレン板(JIS K 6921)に乾燥膜厚が300μmになるよう塗工し、23℃×50%RHで1日静置後、80℃で3時間焼き付けを行い、23℃×50%RHで1週間養生し水系ポリウレタンフィルムを得た。得られた水系ポリウレタンフィルムについて後述する方法により各種物性の評価を実施した。評価結果を表4に示す。
[耐薬品性試験(耐オレイン酸性試験)]
耐薬品性として、オレインを用いた耐オレイン酸性評価を行った。
ポリウレタンフィルムから1cm×10cmの短冊状の試験片を切り出した。精密天秤で試験片の質量を測定した後、試験溶媒としてオレイン酸50mLを入れた容量250mLのガラスバットに投入して、80℃の窒素雰囲気下の恒温槽にて24時間静置した。試験後、試験片を取り出して、表裏を紙製ワイパーで軽く拭いた後、精密天秤で質量測定を行い、試験前からの質量変化率(増加率(膨潤率(%))を算出した。質量変化率が0%に近いほうが、耐オレイン酸性が良好であることを示す。なお、耐薬品性は耐久性の指標の一つである。
[耐薬品性試験(耐溶剤性試験)]
耐薬品性として、エタノール(EtOH)とキシレン(Xylene)を用い耐溶剤性試験を行った。
水系ポリウレタンフィルムを切り出し、ガラス板(JIS R3202、2mm×100mm×150mm)上に貼り付け、水平台の上で、23℃、50%RHの雰囲気下、溶剤(エタノール、キシレン)を含浸させたコットンボールを塗膜表面に静置させ、目視にて傷や白化等の異常が生じるまでの時間を評価した。但し、評価の再現性から10秒未満は「<10秒」とした。
[耐湿熱性の評価]
ポリウレタンフィルム、又は水系ポリウレタンフィルムから1cm×10cmの短冊状のサンプルを作成した。作成したサンプルについて、エスペック社製、恒温恒湿器、製品名「PL-1J」にて温度85℃、湿度85%条件下で10日間加熱を行った。加熱後のサンプルを、引張試験機(株式会社オリエンテック社製、製品名「テンシロン、モデルRTE-1210」)を用いて、チャック間距離20mm、引張速度100mm/分にて、温度23℃(相対湿度55%)で引張試験を実施し、破断強度を測定し、その保持率(%)を求めた。保持率が高いほど、耐湿熱性に優れると評価した。なお、耐湿熱性は耐久性の指標の一つである。
保持率(%)=(加熱後の破断強度/加熱前の破断強度)×100
[比較例1]
規則充填物を充填した精留塔と攪拌装置とを備えた2Lのガラス製フラスコ(以下「反応器」とも記す。)に1,5-ペンタンジオールを458g、1,6-ヘキサンジオールを500g、及び、エチレンカーボネートを760g仕込んだ後、触媒としてチタンテトラ-n-ブトキシドを0.086g入れた。留出液の一部を抜き出しながら、反応温度160~175℃で12時間反応した。次いで、反応器を直接コンデンサーに接続し、反応温度を175~190℃に上げた後、圧力を徐々に下げ、適宜サンプリングして生成したポリカーボネートポリオールの水酸基価を測定しながら、反応器内のジオール成分を留去することにより、水酸基価が109.8mgKOH/gのポリカーボネートポリオール(860g)を得た。得られたポリカーボネートポリオール(860g)にノニオン系親水基を形成する原料としてポリオキシエチレンジオール(和光純薬工業株式会社製、「ポリエチレングリコール1000」(商品名))を96g加え、150℃で6時間撹拌後、反応温度を115℃まで下げて、85%リン酸を0.056g添加し115℃で3時間撹拌することで水酸基価が110.8mgKOH/gのポリカーボネートポリオール組成物HP-1を得た。評価結果を表1に示す。
[比較例2]
規則充填物を充填した精留塔と攪拌装置とを備えた1Lのガラス製フラスコ(以下「反応器」とも記す。)に1,4-ブタンジオールを330g、1,6-ヘキサンジオールを130g、及び、エチレンカーボネートを415g仕込んだ後、触媒としてチタンテトラ-n-ブトキシドを0.093g入れた。留出液の一部を抜き出しながら、反応温度155~165℃で18時間反応した。次いで、反応器を直接コンデンサーに接続し、反応温度を165~180℃に上げた後、圧力を徐々に下げ、適宜サンプリングして生成したポリカーボネートポリオールの水酸基価を測定しながら、反応器内のジオール成分を留去することにより、水酸基価が109.5mgKOH/gのポリカーボネートポリオール(326g)を得た。得られたポリカーボネートポリオール(326g)にノニオン系親水基を形成する原料としてポリオキシエチレンジオール(和光純薬工業株式会社製、「ポリエチレングリコール1000」(商品名))を36g加え、150℃で6時間撹拌後、反応温度を115℃まで下げて、リン酸ジブチルを0.115g添加し115℃で3時間撹拌することで水酸基価が110.0mgKOH/gのポリカーボネートポリオール組成物HP-2を得た。評価結果を表1に示す。
[比較例3]
規則充填物を充填した精留塔と攪拌装置とを備えた1Lのガラス製フラスコ(以下「反応器」とも記す。)に1,4-ブタンジオールを234g、1,6-ヘキサンジオールを236g、及び、エチレンカーボネートを396g仕込んだ後、触媒としてチタンテトラ-n-ブトキシドを0.086g入れた。留出液の一部を抜き出しながら、反応温度150~165℃で20時間反応した。次いで、反応器を直接コンデンサーに接続し、反応温度を170~180℃に上げた後、圧力を徐々に下げ、適宜サンプリングして生成したポリカーボネートポリオールの水酸基価を測定しながら、反応器内のジオール成分を留去することにより、水酸基価が56.0mgKOH/gのポリカーボネートポリオール(362g)を得た。得られたポリカーボネートポリオール(362g)にノニオン系親水基を形成する原料としてポリオキシエチレンジオール(和光純薬工業株式会社製、「ポリエチレングリコール1000」(商品名))を40g加え、150℃で6時間撹拌後、反応温度を115℃まで下げて、リン酸ジブチルを0.080g添加し115℃で3時間撹拌することで水酸基価が61.1mgKOH/gのポリカーボネートポリオール組成物HP-3を得た。評価結果を表1に示す。
[実施例1]
NCO/OH=0.10かつ仕込み量が100gとなるように、攪拌装置を備えた0.3Lのガラス製フラスコ(反応器)に、比較例1で得られたポリカーボネートポリオール組成物HP-1と、イソシアネート化合物としてTLA-100(旭化成株式会社製、NCO%=23.3、固形分100%、環状構造を形成する原料としてイソシアヌレート環を有する非水溶性イソシアネートポリマー)とを仕込んだ。次いで、これらを撹拌しながら加熱し、反応器内温度として約120℃でNCO基が消失するまで反応を行い、ポリカーボネートポリオール組成物JP-1を得た。評価結果を表1に示す。尚、反応の進行については、反応液について前述のFT-IR測定を行うことでNCO基由来である、波数2271cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークが消失したことで確認した。
[実施例2]
NCO/OH=0.15とした以外は、実施例1と同様の方法を用いて、ポリカーボネートポリオール組成物JP-2を得た。評価結果を表1に示す。
[実施例3]
NCO/OH=0.20とした以外は、実施例1と同様の方法を用いて、ポリカーボネートポリオール組成物JP-3を得た。評価結果を表1に示す。
[実施例4]
ポリカーボネートポリオール組成物としてHP-1の代わりに、HP-2を用いた以外は実施例3と同様の方法を用いて、ポリカーボネートポリオール組成物JP-4を得た。評価結果を表1に示す。
[実施例5]
ポリカーボネートポリオール組成物としてHP-1の代わりに、比較例3で得られたポリカーボネートポリオール組成物HP-3を用いた以外は実施例1と同様の方法を用いて、ポリカーボネートポリオール組成物JP-5を得た。評価結果を表1に示す。
[実施例6]
ポリカーボネートポリオール組成物としてHP-1の代わりに、比較例3で得られたポリカーボネートポリオール組成物HP-3を用いた以外は実施例3と同様の方法を用いて、ポリカーボネートポリオール組成物JP-6を得た。評価結果を表1に示す。
[実施例7]
イソシアネート化合物としてTLA-100の代わりに、Bayhydur XP2655(住化コベストロウレタン株式会社製、NCO%=20.8、固形分100%、環状構造を形成する原料としてイソシアヌレート環、及び、親水基を形成する原料としてスルホン基を有するアニオン型水溶性イソシアネートポリマー)を用いた以外は実施例3と同様の方法を用いて、ポリカーボネートポリオール組成物JP-7を得た。評価結果を表1に示す。
[比較例4]
NCO/OH=0.55とした以外は、実施例1と同様の方法を用いて、ポリカーボネートポリオール組成物HP-4を得た。評価結果を表1に示す。
Figure 0007114163000006
[応用実施例1~7、応用比較例1~3]
実施例1~7で得られたポリカーボネートポリオール組成物JP-1~JP-7、及び比較例1~3で得られたポリカーボネートポリオール組成物HP-1~HP-3を用いて、上述した方法により、ポリウレタン塗膜を作製し、得られた塗膜の評価を実施した。評価結果を表2に示す。
Figure 0007114163000007
[応用実施例8~10、応用比較例4]
実施例3~5で得られたポリカーボネートポリオール組成物JP-3~JP-5、及び比較例1で得られたポリカーボネートポリオール組成物HP-1を用いて、上述した方法により、ポリウレタンフィルムを作成し、得られたフィルムの評価を実施した。評価結果を表3に示す。
Figure 0007114163000008
[応用実施例11~12、応用比較例4]
実施例3~4で得られたポリカーボネートポリオール組成物JP-3~JP-4、及び比較例1~2で得られたポリカーボネートポリオール組成物HP-1~HP-2を用いて、上述した方法により、水系ポリウレタンフィルムを作成し、得られたフィルムの評価を実施した。評価結果を表4に示す。
Figure 0007114163000009
以上より、本実施例のポリカーボネートポリオール組成物は、DPMとの相溶性に優れ、乾燥性に優れる塗料組成物、並びに、耐久性に優れる塗膜及び/又はポリウレタンフィルムを形成可能にすることが確認された。
本出願は、2020年10月9日出願の日本特許出願(特願2020-171511号)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明のポリカーボネートポリオール組成物は、自動車、バス、鉄道車両、建築機械、農業機械、建築物の床や壁や屋根、金属製品、モルタルやコンクリート製品、木工製品、プラスチック製品、ケイ酸カルシウム板や石膏ボード等の窯業系建材等への塗料、及び/又はポリウレタンといった幅広い分野で好適に利用できる。

Claims (22)

  1. 下記式(A)で表されるカーボネート構造を含有する未変性ポリカーボネートポリオールと、下記式(A)で表されるカーボネート構造と、下記式(B)で表されるウレタン構造とを含有する変性ポリカーボネートポリオールと、を含み、
    組成物中の化合物全体の末端基総量の90モル%以上が水酸基であり、
    下記式(II)で算出される官能基数が、2.00~10.00であり、
    前記変性ポリカーボネートポリオールがイソシアヌレート環を有する、ポリカーボネートポリオール組成物。
    Figure 0007114163000010
    (式(A)中、Rは、ヘテロ原子を含有してもよい2価の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状脂肪族炭化水素基、又は、ヘテロ原子を含有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)
    Figure 0007114163000011
    官能基数=Mn×OHV/56.11/1000 ・・・(II)
    (式(II)中、MnはGPC測定により求めたポリカーボネートポリオール組成物の数平均分子量を表し、OHVはポリカーボネートポリオール組成物の水酸基価を表す。)
  2. 水酸基価が5~700mgKOH/gである、請求項1に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
  3. APHAが100以下である、請求項1又は2に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
  4. FT-IRで測定される赤外吸収スペクトル吸光度のうち、主に前記式(A)で表されるカーボネート構造由来である、波数1743cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPAと定義し、主に前記式(B)で表されるウレタン構造由来である、波数1691cm-1付近のである赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPBと定義したとき、PB/PAの値が0.05~1.00である、請求項1~3のいずれか一項に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
  5. FT-IRで測定される赤外吸収スペクトル吸光度のうち、主に前記式(B)で表されるウレタン構造由来である、波数1691cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPBと定義し、主に水酸基由来である、波数3000~3800cm-1付近の赤外吸収スペクトル吸光度(Abs)ピークの高さをPOHと定義したとき、PB/POHの値が、1.00~5.00である、請求項1~4のいずれか一項に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
  6. 前記変性ポリカーボネートポリオールが環状構造を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
  7. 前記未変性ポリカーボネートポリオール及び/又は前記変性ポリカーボネートポリオールが親水性構造を有する、請求項1~のいずれか一項に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
  8. 前記親水性構造がノニオン系親水基である、請求項に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
  9. 前記親水性構造がアニオン系親水基である、請求項に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
  10. 水への分散が可能である、請求項のいずれか一項に記載のポリカーボネートポリオール組成物。
  11. 請求項1~10のいずれか一項に記載のポリカーボネートポリオール組成物を含む塗料。
  12. 前記の塗料が水系塗料である、請求項11に記載の塗料。
  13. 請求項1~10のいずれか一項に記載のポリカーボネートポリオール組成物を含むコーティング剤。
  14. 前記のコーティング剤が水系コーティング剤である、請求項13に記載のコーティング剤。
  15. 請求項1~10のいずれか一項に記載のポリカーボネートポリオール組成物を用いて得られるポリウレタン。
  16. 請求項1~10のいずれか一項に記載のポリカーボネートポリオール組成物を用いて得られる水系ポリウレタン。
  17. 請求項15に記載のポリウレタン又は請求項16に記載の水系ポリウレタンを用いて得られる人工皮革。
  18. 請求項15に記載のポリウレタン又は請求項16に記載の水系ポリウレタンを用いて得られる合成皮革。
  19. 請求項15に記載のポリウレタン又は請求項16に記載の水系ポリウレタンを用いて得られる塗料。
  20. 請求項15に記載のポリウレタン又は請求項16に記載の水系ポリウレタンを用いて得られるコーティング剤。
  21. 請求項1112及び19のいずれか一項に記載の塗料、又は、請求項1314及び20のいずれか一項に記載のコーティング剤から得られる塗膜。
  22. 請求項11、12及び19のいずれか一項に記載の塗料、又は、請求項1314及び20のいずれか一項に記載のコーティング剤から得られるフィルム。
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