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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-16
(45)【発行日】2024-08-26
(54)【発明の名称】シラン末端ポリマーの製造方法
(51)【国際特許分類】
   C08G 18/71 20060101AFI20240819BHJP
   C08G 18/22 20060101ALI20240819BHJP
   C08G 18/28 20060101ALI20240819BHJP
   C08G 18/42 20060101ALI20240819BHJP
   C08G 18/48 20060101ALI20240819BHJP
   C08G 18/62 20060101ALI20240819BHJP
   C08G 65/336 20060101ALI20240819BHJP
【FI】
C08G18/71 080
C08G18/22
C08G18/28 090
C08G18/42
C08G18/48
C08G18/62 016
C08G65/336
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2020560399
(86)(22)【出願日】2018-08-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-08-12
(86)【国際出願番号】 EP2018072367
(87)【国際公開番号】W WO2020035154
(87)【国際公開日】2020-02-20
【審査請求日】2020-10-27
【審判番号】
【審判請求日】2022-09-12
(73)【特許権者】
【識別番号】390008969
【氏名又は名称】ワッカー ケミー アクチエンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】Wacker Chemie AG
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100120617
【弁理士】
【氏名又は名称】浅野 真理
(74)【代理人】
【識別番号】100152423
【弁理士】
【氏名又は名称】小島 一真
(72)【発明者】
【氏名】フォルカー、スタンイェク
(72)【発明者】
【氏名】ラルス、ザンダー
【合議体】
【審判長】細井 龍史
【審判官】▲吉▼澤 英一
【審判官】松本 直子
(56)【参考文献】
【文献】特開2016-121332(JP,A)
【文献】特表2009-508985(JP,A)
【文献】国際公開第2008/001784(WO,A1)
【文献】特開2008-19361(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G18
C08G65
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(Ic):
-[O-C(=O)-NH-(CR -SiR(OR3-a (Ic)
(式中、Yは、少なくとも1種のポリエーテル、ポリエステルおよび/またはポリアクリレート単位を含むx価のポリマー基であり、
Rは、同一であっても異なっていてもよく、任意で置換されてもよい一価のSiC結合炭化水素基であり、
は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子または置換されてもよい1価の炭化水素基であり、
は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子または置換されてもよい1価の炭化水素基であり、
xは、1~50の整数であり、
aは、同一であっても異なっていてもよく、0、1または2であり、
bは、同一であっても異なっていてもよく、1~10の整数である)
のシラン末端ポリマーの製造方法であって、
(a3)少なくとも1種のポリエーテル、ポリエステルおよび/またはポリアクリレート単位を含む少なくとも1種のヒドロキシ官能性ポリマー、および
(c3)式(III):
OCN-(CR -SiR(OR3-a (III)
(式中、全ての変数は、式(Ic)で規定された定義を有する)
の少なくとも1種のイソシアネートシランを反応させ、
ヒドロキシ官能性ポリマー(a3)とイソシアネートシラン(c3)の反応が、少なくとも1種のビスマス含有触媒(K)の存在下で行われ、反応混合物が反応開始時に50~250ppmの水を含むことを条件とする、方法。
【請求項2】
(a3)および(c3)成分の重量比は、(a3)成分のヒドロキシル基1モル当たり、(c3)成分のイソシアネート基0.5~2.0モルが使用されるように選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
ヒドロキシ官能性ポリマー(a3)が、ソシアネート官能性シラン(c3)と共に、(a3)成分のヒドロキシル基1モル当たり(c3)成分のイソシアネート基が1.01~1.4モルとなるように使用される、請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
前記(c3)成分は、OCN(CH-Si(OCH、OCN(CH-Si(OC、OCN(CH-Si(OCHCH、OCN(CH-Si(OCCH、OCN(CH)-Si(OCH、OCN(CH)-Si(OC、OCN(CH)-Si(OCHCHまたはOCN(CH)-Si(OCCHである、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記方法が、20℃~180℃の温度で行われる、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空気湿度に対する安定性が増大した架橋性シラン末端ポリマーを製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
水分架橋性製剤が一般的に知られている。これは、接着剤、シーラント、塗料などに広く使用されている。このような生成物のための重要な水分反応性結合剤は、シリル官能化ポリマーである。これらの中でも、切断生成物は非腐食性であり、放出された低濃度では毒性学的懸念がないので、末端アルコキシシリル基を有するものが好ましい。
【0003】
適切なアルコキシシラン末端プレポリマーは、従来技術において長く知られており、例えば、GENIOSIL(登録商標)STP-E(ワッカー・ケミー)、MS-Polymer(カネカ)、DESMOSEAL(バイエル)またはSPUR(モメンティブ)という商品名で市販されている。
【0004】
シリル官能化ポリマーは、公知の方法によって製造される。一般的には、特に、ポリオール、特にヒドロキシ末端ポリエーテル、ポリウレタンまたはポリエステル、ならびにヒドロキシ官能化ポリアクリレートと、イソシアナトアルキルアルコキシシランとの反応である。さらなる方法は、上記ポリオールとジイソシアネートまたはポリイソシアネートとの反応を提供し、後者は過剰に使用され、その結果、イソシアネート官能性ポリマーがこの第1の工程で生成され、次いで、第2の反応工程でイソシアネートと反応性のアルキル結合基を有するアルコキシシラン、特にN-置換アミノアルキルアルコキシシランと反応される。
【0005】
ヒドロキシ官能性ポリマーと、前述のイソシアナトアルキルアルコキシシラン、ジイソシアネートまたはポリイソシアネート等のイソシアネートとの反応は、アルコキシシラン末端ポリマーの経済的生産のための十分に高い反応速度が対応する反応工程においてのみ達成され得るので、触媒の存在下で行うことが好ましい。多くの化合物が、例えばジブチルスズジラウレートまたはジオクチルスズジラウレートのようなジアルキルスズ(IV)化合物、例えばチタン、ジルコニウム、アミンおよびそれらの塩のような多様な金属錯体化合物(キレートやカルボン酸)、および他の既知の酸性および塩基性触媒として知られている。
【0006】
しかしながら、上記の触媒タイプを使用することの欠点は、これらが最終生成物であるシラン官能性ポリマー中での反応後に残留するという事実であり、従って、これらが水分との反応およびそれに結合した水分硬化を触媒することがある。これは、対応する製品の貯蔵安定性を損ない、取り扱いを複雑にする。
【0007】
ここでの利点は、例えばEP1535940A、EP2271687AまたはEP2785755Aに記載されているようなビスマス触媒を使用することである。これらは、ヒドロキシ官能性ポリマーとイソシアネートとの反応を促進するために高い触媒活性を有するが、同時にシラン基の加水分解および縮合を比較的弱くしか触媒しないからである。ウレタン形成およびシラン縮合に対する相反する触媒効果のこの例外的に望ましい組み合わせは、特にEP1535940Aにおいて、非常に説得力のある形で実証されている。
【0008】
同時に、当業者は、EP2271687AまたはEP2785755Aの実施例から、イソシアネート官能性化合物と反応させるべきポリオールをビスマス触媒の使用前に乾燥させると有利であることを学ぶことができる。これは、一方では、イソシアナートの二次反応が、他の方法では尿素を形成するために存在する水と機能することを回避するが、特に、水によるウレタン形成に対するビスマス触媒の所望の高い触媒活性が永久的に損なわれる。
【0009】
この場合、80~100℃の温度で減圧乾燥する。この条件下で、含水量が50ppmを大幅に下回る乾燥ポリオールが得られる。これらの条件下では、その後のイソシアネート官能性化合物(EP2785755Aの場合ジイソシアネート、EP2271687Aの場合イソシアナトアルキルアルコキシシラン)との反応は、一時間以内に完了する。
【0010】
しかしながら、この方法の欠点は、使用されるポリオールの非常に徹底的な乾燥から生じる付加的な苦労である。
【発明の概要】
【0011】
本発明は、式(I):
Y-[Z-C(=O)-NR-(CR -SiR(OR3-a (I)
(式中、Yは、少なくとも1種のポリエーテル、ポリエステルおよび/またはポリアクリレート単位を含むx価のポリマー基であり、
Rは、同一であっても異なっていてもよく、水素原子または任意で置換されてもよい一価のSiC結合炭化水素基であり、
は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子または置換されてもよい1価の炭化水素基であり、
は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子または置換されてもよい1価の炭化水素基であり、
は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、置換されてもよい1価の炭化水素基、-(CR )b-SiR(OR3-a基、または-CH(COOR’)-CH-COOR’基であり、
R’は、同一であっても異なっていてもよく、置換されてもよい1価の炭化水素基であり、
Zは、同一であっても異なっていてもよく、NHまたは酸素原子であり、
xは、1~50の整数であり、好ましくは1、2または3であり、特に好ましくは2であり、
aは、同一であっても異なっていてもよく、0、1または2であり、好ましくは0または1であり、
bは、同一であっても異なっていてもよく、1~10の整数であり、好ましくは1、3または4であり、特に好ましくは1または3であり、特に1である)
のシラン末端ポリマーの製造方法であって、
少なくとも1種のポリエーテル、ポリエステルおよび/またはポリアクリレート単位を含む少なくとも1種のヒドロキシ官能性ポリマー(a)を、少なくとも1種のイソシアネート基を有する少なくとも1種の化合物と、少なくとも1種のビスマス含有触媒(K)の存在下で、反応混合物が反応開始時に50~250ppmの水を含むことを条件として、反応させる、方法に関する。
【0012】
この場合のppm値は、反応混合物1000000重量部当たり1重量部の水を表す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明は、含水量が250ppmを超えると反応が著しく遅くなるが、含水量が低いと反応が驚くほど遅くならないという驚くべき発見に基づいている。この発見は、触媒(K)の反応性に及ぼす含水量の影響がその濃度にほとんど依存しないという事実に鑑みて一層顕著である。従って、本発明に従っていない高い水濃度では、比較的高い触媒濃度でも十分に高い反応速度はもはや達成できないが、本発明に従った低い水濃度では、非常に低い触媒濃度でも十分である。
【0014】
しかしながら、250ppm未満であるが50ppmを超える含水量が、ほぼ完全に無水の反応混合物と比較して、既に十分に低く、反応性の大きな損失を有さないことは、特に驚くべきことである。この驚くべき発見により、従来技術に記載されているものよりも、通常は吸湿性を有し、従ってしばしば水分を含有するヒドロキシ官能性ポリマー(a)の乾燥を実質的に簡単にすることが可能となり、使用される原料、特に使用されるヒドロキシ官能性ポリマー(a)の含水量が最初に十分に低い最良の場合には、この発見は、乾燥工程を完全に不要にすることさえできる。
【0015】
基Rの例は、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、1-n-ブチル、2-n-ブチル、イソブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert-ペンチル基等のアルキル基;n-ヘキシル基等のヘキシル基;n-ヘプチル基等のヘプチル基;n-オクチル基、イソオクチル基および2,2,4-トリメチルペンチル基等のオクチル基;n-ノニル基等のノニル基;n-デシル基等のデシル基;n-ドデシル基等のドデシル基;n-オクタデシル基等のオクタデシル基;シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル基およびメチルシクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビニル、1-プロペニルおよび2-プロペニル基のようなアルケニル基;フェニル、ナフチル、アントリルおよびフェナントリル基等のアリール基;o-、m-、p-トリル基等のアルキル基;キシリル基およびエチルフェニル基;ベンジル基、α-およびβ-フェニルエチル基等のアラルキル基である。
【0016】
置換基Rの例は、3,3,3-トリフルオロ-n-プロピル基のようなハロアルキル基、2,2,2,2’,2’,2’-ヘキサフルオロイソプロピル基およびヘプタフルオロイソプロピル基、並びにo-、m-およびp-クロロフェニル基のようなハロアリール基である。
【0017】
好ましくは、基Rは、ハロゲン原子で置換されていてもよい1~6個の炭素原子を有する一価の炭化水素基であり、好ましくは1~2個の炭素原子を有するアルキル基であり、特にメチル基である。
【0018】
基Rの例は、水素原子、Rで規定される基、および炭素原子に窒素、リン、酸素、硫黄、炭素またはカルボニル基を介して結合した置換されていてもよい炭化水素基である。
【0019】
基Rは、炭素数1~20の水素原子または炭化水素基であることが好ましく、特に水素原子であることが好ましい。
【0020】
基Rの例は、水素原子または基Rで規定される例である。
【0021】
基Rは、好ましくは、水素原子、または、ハロゲン原子で置換されていてもよい1~10個の炭素原子を有するアルキル基であり、特に好ましくは1~4個の炭素原子を有するアルキル基であり、特にメチルまたはエチル基である。
【0022】
基Rの例は、水素原子、CH(COOR’)-CH-COOR’基、またはRで規定される基、特にシクロヘキシル、シクロペンチル、n-プロピルおよびイソプロピル、n-ブチル、イソブチルおよびt-ブチル、ペンチル基、ヘキシル基またはヘプチル基の多様な立体異性体、ならびにフェニル基である。
【0023】
基Rは、好ましくは水素原子、CH(COOR’)-CH-COOR’基、-(CR -SiR(OR3-a基であって、R、R’、R、R、aおよびbが式(I)で規定される定義のいずれかに等しい基、または置換されていてもよい炭素数1~20の炭化水素基であり、好ましくはハロゲン原子で置換されていてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1~20のアルキル基または炭素数6~20のアリール基であり、特に好ましくは直鎖状、分岐状または環状の炭素数1~8のアルキル基である。
【0024】
基R’としては、炭素数1~10のアルキル基が好ましく、特にメチル基、エチル基、プロピル基が好ましい。
【0025】
変数Zが酸素原子である場合、Rは水素原子であることが好ましい。
【0026】
変数ZがNH基である場合、Rは水素原子以外の上記定義のいずれかであることが好ましい。
【0027】
基Yの数平均モル質量Mnは、200g/mol以上であることが好ましく、500g/mol以上であることが特に好ましく、1000g/mol以上であることがさらに好ましい。基Yの数平均モル質量Moは40000g/mol以下、特に25000g/mol以下、20000g/mol以下であることがさらに好ましい。
【0028】
本発明に関連して、この場合の数平均モル質量Mnは、ポリスチレン標準に対するサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によって、THF中、60℃、流速1.2ml/分で決定され、RI(屈折率検出器)によって、注入量100μlで、Waters Corp.USA社のStyragelカラムセットHR3-HR4-HR5-HR5上で検出される。
【0029】
高分子基Yとしては、例えば、数平均分子量が200~40000g/molの有機高分子基であって、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシブチレン、ポリオキシテトラメチレン、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレン共重合体、ポリオキシプロピレン-ポリオキシブチレン共重合体等の高分子鎖ポリオキシアルキレン;ポリイソブチレン、ポリイソブチレンとイソプレンの共重合体等の炭化水素ポリマー;ポリクロロプレン;ポリイソプレン;ポリウレタン;ポリエステル;ポリアミド;ポリアクリレート;ポリメタクリレート;ビニルポリマーまたはポリカーボネートが挙げられる。
【0030】
ポリマー基Yは、好ましくはポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリアルキレンまたはポリアクリレート基、特に好ましくはポリウレタン基、ポリエステル基またはポリオキシアルキレン基、特にポリオキシプロピレン基から選択されるが、その数平均分子量は200~40000g/mol、特に好ましくは6000~22000g/molである。
【0031】
本発明に用いられるビスマス含有触媒(K)としては、ビスマス(2-エチルヘキサン酸塩)、ビスマス・ネオデカン酸塩、ビスマス・テトラメチルヘプタンジオン酸塩などのビスマスカルボン酸塩が挙げられる。ビスマスに加えて金属をさらに含む触媒、特にビスマス-亜鉛混合触媒も本発明の方法に適している。市販の触媒の例は、Borchi(登録商標)Kat 22、Borchi(登録商標)Kat VP 0243、Borchi(登録商標)Kat VP 0244またはOMG 315(全てOMG Borchers)、ChemosまたはAmerican Elements社のBiネオデカン酸塩、Reaxis社のReaxis MSA 70またはReaxis C 719、BICAT(登録商標)触媒(米国シェパード・ケミカル・カンパニー)およびK-Kat(登録商標)K-348(米国キングインダストリーズ社)である。
【0032】
本発明に用いられる触媒(K)は、好ましくは、ビスマスのカルボン酸塩から選択され、ビスマス(2-エチルヘキサン酸塩)、ビスマス・ネオデカン酸塩またはそれらの混合物が特に好ましい。
【0033】
本発明の方法工程において、触媒(K)は、好ましくは1~1000ppm、特に好ましくは20~600ppm、特に60~400ppm使用される。この場合のppm値は、1000000重量部の反応混合物当たり1重量部の触媒(K)を示す。
【0034】
この場合の本発明の水は、本発明の反応混合物中に種々の方法で入ることができる。例えば、使用されるポリマーY-(ZH)の製造における副生成物であって、その後、ポリマーから除去されなかったか、または少なくとも完全に除去されなかったものであってもよく、ここで、Y、Zおよびxは式(I)で規定される定義を有する。ポリエーテル、特にポリプロピレングリコールをポリマーY-(ZH)として使用すると、ポリマー製造の前後で、水が脱離するとともに、僅かに末端OH基が脱離することがある。さらに、例えば貯蔵中に、ポリマーY-(ZH)xが空気中の水分と接触することによっても、水がポリマーを通過またはポリマー中に移動し得る。最後に、本発明による反応混合物の混合前または混合中に、反応相手の空気と接触することによって、水も同様に通過することができる。
【0035】
また、特に、式(I)のポリマーに加えて、加えられた水と反応混合物のさらなる成分、例えば、下記のイソシアネートシラン(c1)または(c2)の1つとの反応生成物が、同時に、本発明による方法によって生成されることを意図している場合には、蒸留水または従来の水道水の形態での水の意図的な添加も考えられる。
【0036】
本発明の方法は、好ましくは20℃と180℃との間、特に好ましくは40℃と150℃との間、特に50℃と120℃との間の温度で行われる。本発明の方法が2以上の反応工程で実施される場合、各個々の工程は、好ましくは、上記で特定された好ましい温度範囲で実施される。
【0037】
本発明の方法は、好ましくは100~2000hPa、特に好ましくは900~1100hPaの圧力で行われる。
【0038】
本発明の方法は、好ましくは保護ガス雰囲気、好ましくはアルゴンまたは窒素中で実施される。
【0039】
本発明による方法は、連続的に、例えば、1つ以上の管状反応器またはループ反応器内で、2つ以上の管状反応器の直列に接続されたカスケード内で、または連続的に新鮮な反応物が添加される1つの管状反応器内のみで、同時に反応混合物が連続的に除去されながら、連続的に実施することができる。いくつかの反応器型の組み合わせも考えられる。
【0040】
本発明による方法はまた、非連続的に、例えば、全ての反応物が任意に同時にまたは連続して、または時間的に互いに明確に分離された2つ以上の方法工程で添加される管状反応器内で実施されてもよい。
【0041】
本発明の好ましい態様は、式(Ia):
-[NH-C(=O)-NR-(CR -SiR(OR3-a (Ia)
のシラン末端ポリマーの製造方法(方法変形例1)であって、
(a1)少なくとも1種のポリエーテル、ポリエステルおよび/またはポリアクリレート単位を含む少なくとも1種のヒドロキシ官能性ポリマー、
(b1)少なくとも1種のジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート、および
(c1)式(II):
HNR-(CR -SiR(OR3-a (II)
の少なくとも1種のアミノシランを、
(上記式中、Yは、少なくとも1種のポリエーテル、ポリエステルおよび/またはポリアクリレート単位を含むx価のポリウレタン基であり、
他の全ての変数は、式(I)で規定された定義を有する)
所望により(a1)、(b1)および(c1)とは異なるさらなる構成要素と反応させ、
少なくとも一つの方法工程において、ヒドロキシ官能性ポリマー(a1)を、ジイソシアネートもしくはポリイソシアネート(b1)と反応させるか、あるいはジイソシアネートもしくはポリイソシアネート(b1)とアミノシラン(c1)の反応から生成されたイソシアネート官能性変換生成物と反応させ、
前記方法工程が少なくとも1種のビスマス含有触媒(K)の存在下で行われ、前記反応混合物が反応開始時に50~250ppmの水を含むことを条件とするものである。
【0042】
式(Ia)のシラン末端ポリマーの製造において、好ましくは、成分(a1)、(b1)および(c1)並びに触媒(K)および水以外の成分を使用しない。
【0043】
本発明の方法の変形例1において、成分(a1)、(b1)および(c1)の重量比は、成分(b1)のイソシアネート基1モル当たり、0.5~1.5モル、特に好ましくは0.8~1.3モル、さらに0.95~1.2モルの成分(a1)および(c1)のイソシアネート反応性基が用いられるように選択されることが好ましい。
【0044】
本発明に用いられるポリオール(a1)としては、分岐型または非分岐型のポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールが好ましく、ポリエーテルポリオールが特に好ましく、ポリプロピレングリコール、特に非分岐型ポリプロピレングリコールまたは分岐点を有するポリプロピレングリコールが好ましい。
【0045】
本発明に用いられるポリオール(a1)の数平均モル質量Mnは、好ましくは200~30000g/mol、特に好ましくは600~24000g/mol、さらには900~20000g/molである。これらは好ましくは分岐していない。
【0046】
本発明に用いられるポリオール(a1)は、23℃における粘度が10~1000000mPa・sであることが好ましく、特に1000~300000mPa・sであることが好ましい。
【0047】
本発明の文脈において、粘度は、23℃での温度制御後に、A.Paar社製のDV 3 P回転粘度計(ブルックフィールドシステム)を用い、スピンドル5を2.5rpmでISO2555に従って決定される。
【0048】
本発明に用いられるポリオール(a1)は、市販品であるか、またはポリマー化学における一般的な方法によって調製することができる。
【0049】
また、異なるポリオールの混合物も成分(a1)として使用することができ、特に、非分岐および単分岐ポリオールの混合物も使用することができる。しかし、好ましくは、非分岐ポリオールのみが使用される。
【0050】
この場合のポリオール(a1)は、本発明の反応混合物中に存在する水の総量の少なくとも90%を占めるほど多量の水を含むことが好ましい。
【0051】
本発明に用いられる成分(b1)の例は、全ての一般的なジイソシアネートまたはポリイソシアネートであり、例えば、粗製または工業用MDIの形態、あるいは純粋な4,4’または2,4’異性体またはそれらの混合物の形態のジイソシアナトジフェニルメタン(MDI)、種々の位置異性体、特に2,4-および2,6-TDIおよびこれらの位置異性体の混合物の形態のトリレンジイソシアネート(TDI)、ジイソシアナトナフタレン(NDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、またはヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)である。ポリイソシアネートの例は、ポリマーMDI(p-MDI)、トリフェニルメタントリイソシアネート、または上記のジイソシアネートの他の三量体(ビウレットまたはイソシアヌレート)である。異なるジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネートの混合物も使用することができる。
【0052】
本発明に用いられるイソシアネート(b1)は、市販品であるか、または化学において一般的な方法によって調製することができる。
【0053】
本発明に用いられる成分(c1)は、好ましくは、HN[(CH-Si(OCH、HN[(CH-Si(OC、HN[(CH-Si(OCHCH、HN[(CH-Si(OCCH、HN[(CH)-Si(OCH、HN[(CH)-Si(OC、HN[(CH)-Si(OCHCH、HN[(CH)-Si(OCCH、シクロ-C11NH(CH-Si(OCH、シクロ-C11NH(CH-Si(OC、シクロ-C11NH(CH-Si(OCHCH、シクロ-C11NH(CH-Si(OCCH、シクロ-C11NH(CH)-Si(OCH、シクロ-C11NH(CH)-Si(OC、シクロ-C11NH(CH)-Si(OCHCH、シクロ-C11NH(CH)-Si(OCCH、フェニル-NH(CH-Si(OCH、フェニル-NH(CH-Si(OC、フェニル-NH(CH-Si(OCHCH、フェニル-NH(CH-Si(OCCH、フェニル-NH(CH)-Si(OCH、フェニル-NH(CH)-Si(OC、フェニル-NH(CH)-Si(OCHCH、フェニル-NH(CH)-Si(OCCH、アルキル-NH(CH-Si(OCH、アルキル-NH(CH-Si(OC、アルキル-NH(CH-Si(OCHCH、アルキル-NH(CH-Si(OCCH、アルキル-NH(CH)-Si(OCH、アルキル-NH(CH)-Si(OC、アルキル-NH(CH)-Si(OCHCHまたはアルキル-NH(CH)-Si(OCCHであり、
より好ましくは、シクロ-C11NH(CH-Si(OC、シクロ-C11NH(CH-Si(OCHCH、シクロ-C11NH(CH-Si(OCCH、シクロ-C11NH(CH)-Si(OCH、シクロ-C11NH(CH)-Si(OC、シクロ-C11NH(CH)-Si(OCHCH、シクロ-C11NH(CH)-Si(OCCH、フェニル-NH(CH-Si(OCH、フェニル-NH(CH-Si(OC、フェニル-NH(CH-Si(OCHCH、フェニル-NH(CH-Si(OCCH、フェニル-NH(CH)-Si(OCH、フェニル-NH(CH)-Si(OC、フェニル-NH(CH)-Si(OCHCH、フェニル-NH(CH)-Si(OCCH、アルキル-NH(CH-Si(OCH、アルキル-NH(CH-Si(OC、アルキル-NH(CH-Si(OCHCH、アルキル-NH(CH-Si(OCCH、アルキル-NH(CH)-Si(OCH、アルキル-NH(CH)-Si(OC、アルキル-NH(CH)-Si(OCHCHまたはアルキル-NH(CH)-Si(OCCHであり、
ここで、アルキルは、好ましくはエチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチルもしくはt-ブチル基、またはペンチル、ヘキシル、ヘプチルもしくはオクチル基の種々の立体異性体である。
【0054】
本発明の方法変形例1によれば、式(Ia)のシラン末端ポリウレタンは、全ての成分 (a1)、(b1)および(c1)の同時反応によって製造することができる。しかしながら、多くの場合、シラン(c1)との反応を行う前に、ヒドロキシ官能性ポリマー(a1)を過剰のジイソシアネートまたはポリイソシアネート(b1)と反応させる多段階プロセスが好ましい。このようにして、ヒドロキシ官能性ポリマー(a1)がシラン(c1) のシリル基と反応し、従来のSi結合アルコキシ基を置換してポリマー-O-Si結合を形成する二次反応を最小限に抑えることができる。
【0055】
後者の多段階方法は、連続的または非連続的に行うこともできる。前者は直列に接続された2つ以上の反応器で達成され、異なる反応段階が実行されるが、不連続過程では反応物の適切に制御された逐次添加により段階的反応レジームが達成される。いずれの場合もビスマス触媒(K)が必要であり、特に(a1)成分と(b1)成分との反応の第一段階が必要である。この反応工程の開始時には、本発明の含水量は50ppm~250ppmである。第2の反応工程、すなわち工程1の後に残留するイソシアネート基とアミノシラン(c1)との反応は、イソシアネート基のアミンに対する反応性が極めて高いため、一般に触媒を必要としない。したがって、この第2の反応段階の間の触媒および含水量は、一般に無関係である。
【0056】
本発明のさらに好ましい態様は、式(Ib):
-[O-C(=O)-NH-(CR -SiR(OR3-a (Ib)
のシラン末端ポリマーの製造方法(方法変形例2)であって、
(a2)少なくとも1種のポリエーテル、ポリエステルおよび/またはポリアクリレート単位を含む少なくとも1種のヒドロキシ官能性ポリマー、
(b2)少なくとも1種のジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート、および
(c2)式(III):
OCN-(CR -SiR(OR3-a (III)
の少なくとも1種のイソシアネートシランを、
(上記式中、Yは、少なくとも1種のポリエーテル、ポリエステルおよび/またはポリアクリレート単位を含むx価のポリウレタン基であり、
他の全ての変数は、式(I)で規定された定義を有する)
所望により(a2)、(b2)および(c2)とは異なるさらなる構成要素と反応させ、
少なくとも一つの方法工程において、ヒドロキシ官能性ポリマー(a2)を、ジイソシアネートもしくはポリイソシアネート(b2)および/またはイソシアネートシラン(c2)と反応させ、
前記方法工程が少なくとも1種のビスマス含有触媒(K)の存在下で行われ、前記反応混合物が反応開始時に50~250ppmの水を含むことを条件とするものである。
【0057】
式(Ib)のシラン末端ポリマーの製造において、好ましくは、成分(a2)、(b2)および(c2)並びに触媒(K)および水以外の成分を使用しない。
【0058】
本発明の方法変形例2において、この場合の成分(a2)、(b2)および(c2)の重量比は、成分(b2)および(c2)のイソシアネート基1モル当たり0.5~1.5モル、特に好ましくは0.8~1.3モル、さらに0.95~1.2モルの成分(a2)の水酸基が用いられるように選択されることが好ましい。
【0059】
本発明に用いられるポリオール(a2)は、ポリオール(a1)として既に記載したものと同一のポリオールであることが好ましく、その中で規定される好ましい種を含む。
【0060】
本発明に用いられるジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート(b2)は、ジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート(b1)として既に記載したものと同一のジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネートであることが好ましく、その中で規定される好ましい種を含む。
【0061】
(c2)成分としては、OCN(CH-Si(OCH、OCN(CH-Si(OC、OCN(CH-Si(OCHCH、OCN(CH-Si(OCCH、OCN(CH)-Si(OCH、OCN(CH)-Si(OC、OCN(CH)-Si(OCHCHまたはOCN(CH)-Si(OCCHであることが好ましく、OCN(CH-Si(OCHまたはOCN(CH)-Si(OCHCHであることが特に好ましい。
【0062】
本発明の方法変形例2によれば、式(Ib)のシラン末端ポリウレタンは、全ての成分 (a2)、(b2)および(c2)の同時反応によって製造することができる。しかし、ここでも、多くの場合、シラン(c2)との反応を行う前に、ヒドロキシ官能性ポリマー(a2)とジイソシアネートまたはポリイソシアネート(b2)とを最初に反応させる多段階プロセスを行うことが好ましい。
【0063】
さらに上述した方法変形例1によるシラン末端ポリウレタンの製造との唯一の相違点は、ここでは、第1反応工程におけるイソシアネート成分が過剰に使用されるのではなく、不足していることである。このようにしてヒドロキシ末端ポリウレタンを得た後、次の工程でイソシアネート官能性シラン(c2)と反応させる。
【0064】
この方法も、方法変形例1で既に記載したように、連続的または非連続的に行うことができる。ビスマス触媒(K)は両反応段階で一般に必要である。しかし、重要なのは、第一の反応工程の開始時における反応混合物中の水分であり、本発明によれば、それは50~250ppmでなければならない。反応開始時の高い含水量は触媒(K)を不可逆的に損傷し、その結果、触媒はもはや両方の反応ステップを触媒することができないか、または著しく低下した反応性のみを有する。
【0065】
方法変形例2の特に好ましい実施形態では、ヒドロキシ官能性ポリウレタンは、成分(a2)および(b2)を反応させ、次いで、それを過剰のイソシアネート官能性シラン(c2)と反応させることによって製造される。この場合、ポリウレタン中間体の水酸基1モル当たり、好ましくは1.01~2.00モル、特に好ましくは1.05~1.50モル、さらに1.05~1.30モルのイソシアネート官能シラン(c2)を用いる。このようにして、それまでヒドロキシ官能基を有していた全ての鎖末端の迅速かつほぼ完全な終結が達成される。
【0066】
この種の手順の場合、未反応のイソシアネート官能性シラン(c2)が反応混合物中に残留する可能性があるので、これは、ポリマー製造の完了後にイソシアネート反応性化合物を添加することによって、好ましくはクエンチされる。このイソシアネート反応性化合物は、原則として、イソシアネートと反応する少なくとも1つの基を有する化合物であればよい。この場合、アミンまたはアルコール、特に好ましくはアルコール、特にメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールまたはイソブタノール等の低分子量アルコールが好ましい。
【0067】
不連続プロセス領域の場合、クエンチングは、式(Ib)のポリマーの合成の完了後のイソシアネート反応性化合物の単純な添加によって行うことができる。また、連続的に行う場合には、シラン末端ポリマーの製造後、反応混合物中にイソシアネート反応性化合物を連続的に混合し、必要に応じて別の反応器中で反応させることにより、連続的に行うことが好ましい。
【0068】
また、本発明の反応の場合と同様に、クエンチング工程は20℃~180℃、特に好ましくは40℃~150℃、さらに50℃~120℃の温度で行うことが好ましい。
【0069】
本発明のさらに好ましい態様は、式(Ic):
-[O-C(=O)-NH-(CR -SiR(OR3-a (Ic)
のシラン末端ポリマーの製造方法(方法変形例3)であって、
(a3)少なくとも1種のポリエーテル、ポリエステルおよび/またはポリアクリレート単位を含む少なくとも1種のヒドロキシ官能性ポリマー、および
(c3)式(III)の少なくとも1種のイソシアネートシランを、
(上記式中、全ての変数は、式(I)で規定された定義を有し、Yは、Yで規定された定義を有する)
所望により(a3)および(c3)とは異なるさらなる構成要素および上記の(b2)成分と反応させ、
ヒドロキシ官能性ポリマー(a3)とイソシアネートシラン(c3)の反応が、少なくとも1種のビスマス含有触媒(K)の存在下で行われ、前記反応混合物が反応開始時に50~250ppmの水を含むことを条件とするものである。
【0070】
好ましくは、式(Ic)のシラン末端ポリマーの製造において、成分(a3)および(c3)、並びに触媒(K)および水以外の他の成分を使用しない。
【0071】
本発明の方法変形例3において、(a3)成分および(c3)成分の重量比は、(a3)成分のヒドロキシル基1モル当たり、(c3)成分のイソシアネート基が0.5~2.0モル、特に好ましくは0.8~1.5モル、さらに0.95~1.4モル使用されるように選択されることが好ましい。
【0072】
特に好ましい態様において、ヒドロキシ官能性ポリマー(a3)を過剰のイソシアネート官能性シラン(c3)と反応させる。すなわち、(a3)成分および(c3)成分の重量比は、(a3)成分のヒドロキシル基1モル当たり、(c3)成分のイソシアネート基が1.01~1.4モル、特に好ましくは1.05~1.3モル、さらに1.05~1.2モルとなるように選択することが好ましい。このようにして、全ての鎖末端の迅速かつほぼ完全な終結が達成される。
【0073】
この種の手順の場合には、未反応のイソシアネート官能性シラン(c3)が反応混合物中に残留する可能性があるので、これらは、好ましくは、ポリマー製造の完了後にイソシアネート反応性化合物を添加することによってクエンチされる。この場合、クエンチング工程は、方法変形例2で既に記載したのと同じ方法で行うことが好ましい。
【0074】
本発明で使用されるポリオール(a3)は、ポリオール(a1)として既に記載したものと同一のポリオールであることが好ましく、その中で規定される好ましい種を含む。
【0075】
本発明で使用されるイソシアネート官能性シラン(c3)は、好ましくは、シラン(c2)として既に記載されているものと同じシランであり、その中で規定される好ましい種を含む。
【0076】
本発明による方法変形例3も、連続的または非連続的に実施することができる。
【0077】
本発明の方法で使用される成分は、それぞれの場合において、少なくとも2種類の各成分の混合物と同様に、1種類の前記成分であってもよい。
【0078】
本発明による方法は、容易に入手可能な原料を反応物として使用しながら、実施が迅速かつ簡単であるという利点を有する。
【0079】
さらに、本発明による方法は、製造された関連するシラン架橋性ポリマーが比較的貯蔵安定であり、追加の硬化触媒を添加することなく、空気中の水分と非常にゆっくりとしか反応しないという利点を有する。これは、それらの貯蔵だけでなく、さらなる処理も容易にする。
【0080】
本発明による方法のさらなる利点は、製造されたポリマーが、例えば架橋性組成物の製造においてさらに直接使用され得ることである。
【0081】
本発明に従って製造されるシラン末端ポリマーは、今日までシラン末端ポリマーも使用されてきたところであれば、どこでも使用することができる。
【0082】
特に、これらは、架橋性組成物、特に接着剤およびシーラントならびに室温で硬化可能なコーティングにおける使用に適している。適切なポリマーからのシラン架橋性コーティング、接着剤およびシーラントの製造は、文献、例えばEP1535940、EP2785755、EP2744842またはEP2561024において既に何度も記載されている。シラン末端ポリマーに基づくこれらの文献に記載されている湿気硬化性配合物、この場合に使用されるさらなる成分、およびそこに記載されている適切な配合物を製造するための方法も、完成された配合コーティング、接着剤およびシーラントのために本明細書に記載されている用途のように、本明細書の開示内容に含まれるべきである。
【実施例
【0083】
以下に説明する実施例では、全ての粘度データは温度20℃におけるものである。特に明記しない限り、以下の実施例は、周囲雰囲気の圧力、すなわち約1000hPa、および室温、すなわち約20℃で、または追加の加熱または冷却なしに反応物を室温で混合する際に生じる温度で実施される。
【0084】
比較例1(非発明)
撹拌、冷却および加熱操作が可能な1000mlの反応容器中に、平均モル質量Mn12000g/molを有するヒドロキシ末端ポリプロピレングリコール(ドイツ、レバークーゼンのコベストロAGから市販されている商品名Acclaim 12200)を469.0g最初に充填し、撹拌しながら80℃および1mbarで2時間乾燥させる。乾燥時間の最初の15~30分の間の明確な発泡は、ポリオールからの微量の水分の漏出を示す。
【0085】
次いで、真空をアルゴンで解放する。以下の全反応をアルゴン保護ガス雰囲気下で行う。
【0086】
乾燥ポリエーテル5gを回収する。これは、DIN 51777、4.3項および4.1.2項(バージョン2016-08)に従った、いわゆるカールフィッシャー分析による含水量の決定に使用される。水分は34ppm(ポリオール1000000重量部に対して水34重量部)である。 したがって、反応容器内に残留しているポリエーテル464.0g(77.3mmol)の含水量は同じである。全反応混合物に基づいて、約33ppmの含水量が得られる。
【0087】
シラン末端化を行うために、まず22.85gのイソシアナトメチルメチルジメトキシシラン(ドイツ、ミュンヘンのWacker Chemie AG製、GENIOSIL(登録商標)XL42)を80℃で乾燥ポリエーテルに滴下し、次いで0.071gのOMG触媒315(OMG Borchersのネオデカン酸ビスマス含有触媒)をエッペンドルフピペットで加える。これは、反応混合物の総重量に基づく触媒150ppmの値に相当する。触媒添加直後、反応混合物を84~85℃に加熱する。次いで、混合物を80℃の温度で撹拌する。
【0088】
60分後、サンプルを反応混合物から取り出し、おそらくまだ存在するイソシアナトシラン残基についてIR分析によって調べた。サンプルにはイソシアネートが含まれていないので、工業プロセスに適した反応時間内に反応が完全に終了する。
【0089】
例1
手順は比較例1と同じであるが、唯一の違いは、乾燥後、イソシアネートシランおよび触媒の添加に先立って、ポリプロピレングリコールにエッペンドルフピペットで100ppmの水を添加することである。前述のカールフィッシャー分析によれば、ポリオール中の含水量は128ppmであることが明らかである。全反応混合物に基づいて、約124ppmの含水量が得られる。ここでは、比較例1と同様に、触媒添加直後、反応混合物を84℃に加熱する。次いで、混合物を80℃の温度で撹拌する。
【0090】
触媒を添加してから60分後にサンプルを反応混合物から取り出し、まだ存在する可能性のあるイソシアネートシラン残基についてIR分析によって調べた。サンプルにはイソシアネートが含まれていないため、反応は高い含水量にもかかわらず、工業プロセスに適した反応時間内に完全に終了する。
【0091】
例2
手順は比較例1と同じであるが、唯一の違いは、乾燥後、イソシアネートシランおよび触媒の添加に先立って、ポリプロピレングリコールにエッペンドルフピペットで150ppmの水を添加することである。前述のカールフィッシャー分析によれば、ポリオール中の含水量は197ppmであることが明らかである。全反応混合物に基づいて、含水量は190ppmよりも幾分多くなる。
【0092】
ここでは、比較例1と同様に、触媒添加直後、反応混合物を84℃に加熱する。次いで、混合物を80℃の温度で撹拌する。
【0093】
触媒を添加してから60分後にサンプルを反応混合物から取り出し、まだ存在する可能性のあるイソシアネートシラン残基についてIR分析によって調べた。サンプルにはイソシアネートが含まれていないため、反応は高い含水量にもかかわらず、工業プロセスに適した反応時間内に完全に終了する。
【0094】
比較例2(非発明)
手順は比較例1と同じであるが、唯一の違いは、乾燥後、イソシアネートシランおよび触媒の添加に先立って、ポリプロピレングリコールにエッペンドルフピペットで300ppmの水を添加することである。前述のカールフィッシャー分析によれば、ポリオール中の含水量は336ppmであることが明らかである。全反応混合物に基づいて、含水量は325ppmよりも幾分多くなる。
【0095】
しかし、比較例1と異なり、触媒を添加しても反応混合物の顕著な加熱は認められない。
【0096】
触媒を添加してから60分後にサンプルを反応混合物から取り出し、まだ存在する可能性のあるイソシアネートシラン残基についてIR分析によって調べた。2265cm-1の波長で明確に認識できるバンドは、この場合、まだ未反応のイソシアネートシランの存在を示す。
【0097】
撹拌しながら反応温度80℃で反応を再開する。しかし、1+1/2、2、3、および4時間の反応時間の後にも、上述のイソシアネートバンドが依然として存在する。反応時間が劇的に延長された後にのみ、実施例1および2と比較して、5時間のうちにイソシアネートバンドが消失し、したがって反応が完了する。
【0098】
比較例3(非発明)
手順は比較例2と同様であり、ポリプロピレングリコールに水300ppmを添加したところ、含水量は331ppmとなった。その結果、全反応混合物に基づくと、水含量は約320ppmとなる。
【0099】
比較例2との唯一の相違点は、ここで、OMG315触媒(0.142g、反応混合物に基づくと300ppm)を倍量添加している点である。
【0100】
しかしながら、ここでも比較例2と同様に、触媒添加後の反応混合物の著しい加熱は認められない。
【0101】
触媒を添加してから60分後にサンプルを反応混合物から取り出し、まだ存在する可能性のあるイソシアネートシラン残基についてIR分析によって調べた。2265cm-1の波長で明確に認識できるバンドは、この場合、まだ未反応のイソシアネートシランの存在を示す。
【0102】
撹拌しながら反応温度80℃で反応を再開する。しかし、1+1/2、2および3時間の反応時間の後にも、上述したイソシアネートバンドが依然として存在する。比較例2と比較して反応時間をわずかに4時間短縮した後に、コスト効率の良い工業プロセスには長すぎる反応時間の前にのみ、イソシアネートバンドが消失し、反応が完了する。