(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-09
(45)【発行日】2024-12-17
(54)【発明の名称】組成物及びその製造方法、ウレタン樹脂、水性ウレタン樹脂分散体並びにコーティング剤
(51)【国際特許分類】
C08G 64/00 20060101AFI20241210BHJP
C08G 64/30 20060101ALI20241210BHJP
C08G 18/44 20060101ALI20241210BHJP
C09D 175/04 20060101ALI20241210BHJP
【FI】
C08G64/00
C08G64/30
C08G18/44
C09D175/04
(21)【出願番号】P 2024534414
(86)(22)【出願日】2024-02-27
(86)【国際出願番号】 JP2024007151
【審査請求日】2024-06-07
(31)【優先権主張番号】P 2023057070
(32)【優先日】2023-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000003300
【氏名又は名称】東ソー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100211018
【氏名又は名称】財部 俊正
(74)【代理人】
【識別番号】100211100
【氏名又は名称】福島 直樹
(72)【発明者】
【氏名】本田 康平
(72)【発明者】
【氏名】野口 育海
【審査官】中川 裕文
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2022/080491(WO,A1)
【文献】国際公開第2022/244850(WO,A1)
【文献】特開2019-123871(JP,A)
【文献】特開2019-035073(JP,A)
【文献】特開2011-219750(JP,A)
【文献】国際公開第2023/199756(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G 18/00- 18/87
63/00- 64/42
71/00- 71/04
C09D 1/00- 10/00
101/00-201/10
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(A)で表わされる繰り返し単位(A)と、下記式(I)で表される多価アルコールに由来する構造単位(I)と、下記式(C)で表されるオキセタン化合物に由来する構造(C)と、末端ヒドロキシ基とを含む、化合物(A-1)を含む組成物であって、
前記組成物に含まれる下記式(C)で表されるオキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量が、前記組成物に含まれる、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)と、下記式(D)で表されるジオールに由来する構造(D)と、下記式(E)で表される多価アルコールに由来する構造(E)と、の総和に対して、0.90~
9.5mol%である、組成物。
【化1】
[式(A)中、R
1はアルカンジイル基、*1-O-R
a-*2、又は*1-R
b-C(=O)-O-R
c-*2を示し、
R
1
は*1-O-R
a
-*2と、アルカンジイル基及び/又は*1-R
b
-C(=O)-O-R
c
-*2と、を含み、
R
a、R
b、及びR
cはそれぞれ独立してアルカンジイル基を示し、*1はカルボニル基との結合部位を示し、*2は酸素原子との結合部位を示す。]
【化2】
[式(I)中、R
2は水素原子、アルキル基又はヒドロキシアルキル基であり、*は結合手を示す。]
【化3】
[式(C)中、R
2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【化4】
[式(D)中、R
3は水素原子又はアルキル基であり、*は結合手を示す。R
3は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【化5】
[式(E)中、R
2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【請求項2】
下記式(A)で表わされる繰り返し単位(A)と、下記式(I)で表される多価アルコールに由来する構造単位(I)と、を含む化合物(A-1)を含み、
下記式(C)で表されるオキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量が、下記式(I)で表される多価アルコールに由来する構造単位(I)と、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)と、の合計に対して、2.80~28mol%である、組成物。
【化6】
[式(A)中、R
1はアルカンジイル基、*1-O-R
a-*2、又は*1-R
b-C(=O)-O-R
c-*2を示し、
R
1
は*1-O-R
a
-*2と、アルカンジイル基及び/又は*1-R
b
-C(=O)-O-R
c
-*2と、を含み、
R
a、R
b、及びR
cはそれぞれ独立してアルカンジイル基を示し、*1はカルボニル基との結合部位を示し、*2は酸素原子との結合部位を示す。]
【化7】
[式(I)中、R
2は水素原子、アルキル基又はヒドロキシアルキル基であり、*は結合手を示す。]
【化8】
[式(C)中、R
2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【請求項3】
前記オキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量が、前記多価アルコールに由来する構造単位(I)と、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)と、の合計に対して、2.80~28mol%である、請求項1に記載の組成物。
【請求項4】
R
aの全てが、直鎖状アルカンジイル基である、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項5】
R
aのうち少なくとも一つが、分岐状アルカンジイル基である、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項6】
R
aとして2種以上のアルカンジイル基を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項7】
R
1は*1-O-R
a-*2と、アルカンジイル基と、を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項8】
下記式(d)で表されるジオール(d)と、下記式(e)で表される多価アルコール(e)と、下記式(f)で表されるオキセタン化合物(F)と、を更に含有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
【化9】
[式(d)中、R
aは前記と同義である。]
【化10】
[式(e)中、R
2は前記と同義である。]
【化11】
[式(f)中、R
2は前記と同義である。]
【請求項9】
下記式(A-2)で表される化合物(A-2)と、下記式(A-3)で表される化合物(A-3)と、下記式(A-4)で表される化合物(A-4)と、を更に含有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。
【化12】
[式(A-2)中、R
1は前記と同義であり、n
2は1以上の整数を示す。複数存在するR
1は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【化13】
[式(A-3)中、R
1及びR
2は前記と同義であり、n
3は1以上の整数を示す。複数存在するR
1は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【化14】
[式(A-4)中、R
1及びR
2は前記と同義であり、n
4は1以上の整数を示す。複数存在するR
2は互いに同一でも異なっていてもよい。R
1が複数存在する場合は、互いに同一でも異なっていてもよい。]
【請求項10】
リチウムアセチルアセトナートを更に含有する、請求項1~3のいずれか一項のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項11】
請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物の製造方法であって、
多価アルコール(B1)と、ジオール(D1)と、炭酸エステルと、エステル交換触媒と、を含有する混合液を加熱して、前記炭酸エステル由来のアルコールを反応系から除去しつつ還流反応を行い、前記組成物を得る工程を含む、組成物の製造方法。
【請求項12】
請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物の製造方法であって、
ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)と、エステル交換触媒と、を含む混合液中で、前記ポリカーボネートポリオール(B2)と、前記ポリエステルポリオール(C2)とを反応させることによって、前記化合物(A-1)を得る反応工程を含み、
前記ポリカーボネートポリオール(B2)及び前記ポリエステルポリオール(C2)の少なくとも一方が下記式(I)で表される基を含む、又は、前記混合液が多価アルコール(E2)を更に含む、組成物の製造方法。
【化15】
[式(I)中、R
2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【請求項13】
前記混合液中の前記エステル交換触媒の含有量が、前記混合液中の前記多価アルコール(B1)と前記ジオール(D1)と前記炭酸エステルとの総量100質量部に対して、0.001~0.050質量部である、請求項
11に記載の製造方法。
【請求項14】
前記混合液中の前記エステル交換触媒の含有量が、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)との総量100質量部に対して、0.001~0.050質量部である、請求項
12に記載の製造方法。
【請求項15】
前記エステル交換触媒が、リチウムアセチルアセトナートを含む、請求項
12に記載の製造方法。
【請求項16】
ポリオール成分とポリイソシアネート成分との重縮合物又はその架橋体であり、
前記ポリオール成分が、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物を含む、ウレタン樹脂。
【請求項17】
前記ポリオール成分が酸性基を有するポリオールを更に含む、請求項
16に記載のウレタン樹脂。
【請求項18】
水系媒体と、前記水系媒体中に分散した請求項
17に記載のウレタン樹脂又はその中和物と、を含有する、水性ウレタン樹脂分散体。
【請求項19】
請求項
16に記載のウレタン樹脂を含むコーティング剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、組成物及びその製造方法、ウレタン樹脂、水性ウレタン樹脂分散体並びにコーティング剤に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリカーボネートポリオールは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等と同様に、ポリイソシアネート化合物と反応させて、ウレタン樹脂(ポリウレタン樹脂とも呼ばれる)を製造する原料として有用であり、接着剤、塗料等の原料として有用である。
【0003】
ポリエステルポリオールはエステル結合を有するため、ポリエステルポリオールから得られるウレタン樹脂は耐加水分解性に劣るという欠点がある。また、ポリエーテルポリオールはエーテル結合を有するため、ポリエーテルポリオールから得られるウレタン樹脂は、耐候性及び耐熱性に劣るという欠点がある。これらに対し、ポリカーボネートポリオールから得られるウレタン樹脂は、耐久性(耐熱性、耐候性、耐加水分解性、耐薬品性等)に優れる傾向がある。
【0004】
ポリカーボネートポリオールは、通常、炭酸エステルとジオールとをエステル交換触媒の存在下で反応(エステル交換反応)させることによって製造される。
【0005】
これまで、目的に応じて様々な構造のポリカーボネートポリオールが提案されている。例えば、特許文献1及び2では、ポリカーボネートジオールとトリオール化合物及び/又はテトラオール化合物とのエステル交換反応により得られるポリカーボネートポリオールが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平3-220233号公報
【文献】特開2012-184380号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献1及び特許文献2にかかるポリカーボネートポリオールは、ウレタン樹脂の原料として使用された際に、良好な機械的物性を発現するものの、ハンドリング性が不十分であった。
そこで、本開示の一態様は、高い引張強度を有するウレタン樹脂の形成に資するとともに、良好なハンドリング性を有する、組成物及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本開示の他の態様は、高い引張強度を有するウレタン樹脂、該ウレタン樹脂を用いた水性ウレタン樹脂分散体及びコーティング剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示は、以下の各態様を提供する。
[1] 下記式(A)で表わされる繰り返し単位(A)と、下記式(I)で表される多価アルコールに由来する構造単位(I)と、下記式(C)で表されるオキセタン化合物に由来する構造(C)と、末端ヒドロキシ基とを含む、化合物(A-1)を含む組成物であって、組成物に含まれる下記式(C)で表されるオキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量が、組成物に含まれる前記オキセタン化合物に由来する構造(C)と、下記式(D)で表されるジオールに由来する構造(D)と、下記式(E)で表される多価アルコールに由来する構造(E)と、の総和に対して、0.90~10.7mol%である、組成物。
【化1】
[式(A)中、R
1はアルカンジイル基、*1-O-R
a-*2、又は*1-R
b-C(=O)-O-R
c-*2を示し、R
a、R
b、及びR
cはそれぞれ独立してアルカンジイル基を示し、*1はカルボニル基との結合部位を示し、*2は酸素原子との結合部位を示す。]
【化2】
[式(I)中、R
2は水素原子、アルキル基又はヒドロキシアルキル基であり、*は結合手を示す。]
【化3】
[式(C)中、R
2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【化4】
[式(D)中、R
3は水素原子又はアルキル基であり、*は結合手を示す。R
3は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【化5】
[式(E)中、R
2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
[2] 下記式(A)で表わされる繰り返し単位(A)と、下記式(I)で表される多価アルコールに由来する構造単位(I)と、を含む化合物(A-1)を含み、下記式(C)で表されるオキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量が、下記式(I)で表される多価アルコールに由来する構造単位(I)と、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)と、の合計に対して、2.80~28mol%である、組成物。
【化6】
[式(A)中、R
1はアルカンジイル基、*1-O-R
a-*2、又は*1-R
b-C(=O)-O-R
c-*2を示し、R
a、R
b、及びR
cはそれぞれ独立してアルカンジイル基を示し、*1はカルボニル基との結合部位を示し、*2は酸素原子との結合部位を示す。]
【化7】
[式(I)中、R
2は水素原子、アルキル基又はヒドロキシアルキル基であり、*は結合手を示す。]
【化8】
[式(C)中、R
2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
[3] 前記オキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量が、前記多価アルコールに由来する構造単位(I)と、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)と、の合計に対して、2.80~28mol%である、[1]に記載の組成物。
[4] R
1は*1-O-R
a-*2であり、R
aの全てが、直鎖状アルカンジイル基である、[1]~[3]のいずれかに記載の組成物。
[5] R
1は*1-O-R
a-*2であり、R
aのうち少なくとも一つが、分岐状アルカンジイル基である、[1]~[3]のいずれかに記載の組成物。
[6] R
1は*1-O-R
a-*2であり、R
aとして2種以上のアルカンジイル基を含む、[1]~[4]のいずれかに記載の組成物。
[7] R
1は*1-O-R
a-*2と、アルカンジイル基及び/又は*1-R
b-C(=O)-O-R
c-*2と、を含む、[1]~[3]のいずれかに記載の組成物。
[8] R
1は*1-O-R
a-*2と、アルカンジイル基と、を含む、[1]~[3]のいずれかに記載の組成物。
[9] 下記式(d)で表されるジオール(d)と、下記式(e)で表される多価アルコール(e)と、下記式(f)で表されるオキセタン化合物(F)と、を更に含有する、[1]~[8]のいずれかに記載の組成物。
【化9】
[式(d)中、R
aは前記と同義である。]
【化10】
[式(e)中、R
2は前記と同義である。]
【化11】
[式(f)中、R
2は前記と同義である。]
[10] 下記式(A-2)で表される化合物(A-2)と、下記式(A-3)で表される化合物(A-3)と、下記式(A-4)で表される化合物(A-4)と、を更に含有する、[1]~[9]のいずれかに記載の組成物。
【化12】
[式(A-2)中、R
1は前記と同義であり、n
2は1以上の整数を示す。複数存在するR
1は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【化13】
[式(A-3)中、R
1及びR
2は前記と同義であり、n
3は1以上の整数を示す。複数存在するR
1は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【化14】
[式(A-4)中、R
1及びR
2は前記と同義であり、n
4は1以上の整数を示す。複数存在するR
2は互いに同一でも異なっていてもよい。R
1が複数存在する場合は、互いに同一でも異なっていてもよい。]
[11] リチウムアセチルアセトナートを更に含有する、[1]~[3]のいずれかのいずれか一項に記載の組成物。
[12] [1]~[11]のいずれかに記載の組成物の製造方法であって、多価アルコール(B1)と、ジオール(D1)と、炭酸エステルと、エステル交換触媒と、を含有する混合液を加熱して、前記炭酸エステル由来のアルコールを反応系から除去しつつ還流反応を行い、前記組成物を得る工程を含む、組成物の製造方法。
[13] [1]~[12]のいずれかに記載の組成物の製造方法であって、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)と、エステル交換触媒と、を含む混合液中で、前記ポリカーボネートポリオール(B2)と、前記ポリエステルポリオール(C2)とを反応させることによって、前記化合物(A-1)を得る反応工程を含み、前記ポリカーボネートポリオール(B2)及び前記ポリエステルポリオール(C2)の少なくとも一方が下記式(I)で表される基を含む、又は、前記混合液が多価アルコール(E2)を更に含む、組成物の製造方法。
【化15】
[式(I)中、R
2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
[14] 前記混合液中の前記エステル交換触媒の含有量が、前記混合液中の前記多価アルコール(B1)と前記ジオール(D1)と前記炭酸エステルとの総量100質量部に対して、0.001~0.050質量部である、[12]又は[13]に記載の製造方法。
[15] 前記混合液中の前記エステル交換触媒の含有量が、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)との総量100質量部に対して、0.001~0.050質量部である、[12]~[14]のいずれかに記載の製造方法。
[16] 前記エステル交換触媒が、リチウムアセチルアセトナートを含む、[12]~[15]のいずれかに記載の製造方法。
[17] ポリオール成分とポリイソシアネート成分との重縮合物又はその架橋体であり、前記ポリオール成分が、[1]~[11]のいずれかに記載の組成物を含む、ウレタン樹脂。
[18] 前記ポリオール成分が酸性基を有するポリオールを更に含む、[17]に記載のウレタン樹脂。
[19] 水系媒体と、前記水系媒体中に分散した[18]に記載のウレタン樹脂又はその中和物と、を含有する、水性ウレタン樹脂分散体。
[20] [17]又は[18]に記載のウレタン樹脂を含むコーティング剤。
【発明の効果】
【0009】
本開示の一態様によれば、高い引張強度を有するウレタン樹脂の形成に資するとともに、良好なハンドリング性を有する、組成物及びその製造方法を提供することができる。本開示の他の態様によればまた、高い引張強度を有するウレタン樹脂、該ウレタン樹脂を用いた水性ウレタン樹脂分散体及びコーティング剤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】
図1は、実施例1Bで得られたポリカーボネートポリオールを含む組成物の
1H-NMRスペクトルを示す図である。
【0011】
【
図2】
図2は、実施例1Cで得られたポリカーボネートポリオールを含む組成物の
1H-NMRスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本開示の各態様の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書中、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。「~」を用いて示された数値範囲の最小値又は最大値は、「~」を用いて示された他の数値範囲の最大値又は最小値と任意に組み合わせ可能である。また、個別に記載した上限値及び下限値も任意に組み合わせ可能である。
【0013】
本開示の組成物は、下記式(A)で表わされる繰り返し単位(A)と、下記式(I)で表される多価アルコールに由来する構造単位(I)と、を含む、化合物(A-1)を含む。
【0014】
【0015】
[式(A)中、R1はアルカンジイル基、*1-O-Ra-*2、又は*1-Rb-C(=O)-O-Rc-*2を示し、Ra、Rb、及びRcはそれぞれ独立してアルカンジイル基を示し、*1はカルボニル基との結合部位を示し、*2は酸素原子との結合部位を示す。]
【0016】
【0017】
[式(I)中、R2は水素原子、アルキル基又はヒドロキシアルキル基であり、*は結合手を示す。]
【0018】
第1の態様にかかる組成物は、下記式(C)で表されるオキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量が、多価アルコールに由来する構造単位(I)と、オキセタン化合物に由来する構造(C)と、の合計に対して、2.80~28mol%である組成物である。
【0019】
【0020】
[式(C)中、R2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【0021】
本開示の第2の態様にかかる組成物は、オキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量が、オキセタン化合物に由来する構造(C)と、下記式(D)で表されるジオールに由来する構造(D)と、下記式(E)で表される多価アルコールに由来する構造(E)と、の総和に対して、0.90~10.7mol%である組成物である。
【0022】
【0023】
[式(D)中、R3は水素原子又はアルキル基であり、*は結合手を示す。R3は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【0024】
【0025】
[式(E)中、R2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【0026】
<化合物(A-1)>
化合物(A-1)は、前記繰り返し単位(A)と、前記多価アルコールに由来する構造単位(I)と、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)と、末端ヒドロキシ基とを含む化合物を含んでいてよい。化合物(A-1)は、前記繰り返し単位(A)と、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)と、前記ジオールに由来する構造(D)と、前記多価アルコールに由来する構造(E)と、を含む化合物を含んでいてよい。
【0027】
R1で示されるアルカンジイル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。R1で示されるアルカンジイル基が2種以上存在する場合、その全てが直鎖状アルカンジイル基又は分岐状アルカンジイル基であってよく、一部が直鎖状アルカンジイル基であり、他部が分岐状アルカンジイル基であってもよい。
【0028】
R1で示されるアルカンジイル基の炭素数は、例えば、2~10であってよい。アルカンジイル基の具体例としては、エタンジイル基、1,2-プロパンジイル基、1,3-プロパンジイル基、1,2-ブタンジイル基、1,3-ブタンジイル基、1,4-ブタンジイル基、1,5-ペンタンジイル基、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジイル基、1,6-ヘキサンジイル基、3-メチル-1,5-ペンタンジイル基、1,8-オクタンジイル基、2-エチル-1,6-ヘキサンジイル基、1,9-ノナンジイル基、2-メチルオクタン-1,8-ジイル基、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジイル基等が挙げられる。その中でも、1,4-ブタンジイル基、1,5-ペンタンジイル基、1,6-ヘキサンジイル基、3-メチル-1,5-ペンタンジイル基、2-エチル-1,6-ヘキサンジイル基、1,9-ノナンジイル基、2-メチルオクタン-1,8-ジイル基等が好ましい。
【0029】
Ra、Rb、及びRcで示されるアルカンジイル基は、上述したアルカンジイル基と同様であってよい。Ra、Rb、及びRcで示されるアルカンジイル基の炭素数は、例えば、2~10であってよい。Raで示されるアルカンジイル基が2種以上存在する場合、その全てが直鎖状アルカンジイル基又は分岐状アルカンジイル基であってよく、一部が直鎖状アルカンジイル基であり、他部が分岐状アルカンジイル基であってもよい。Rbで示されるアルカンジイル基が2種以上存在する場合、その全てが直鎖状アルカンジイル基又は分岐状アルカンジイル基であってよく、一部が直鎖状アルカンジイル基であり、他部が分岐状アルカンジイル基であってもよい。Rcで示されるアルカンジイル基が2種以上存在する場合、その全てが直鎖状アルカンジイル基又は分岐状アルカンジイル基であってよく、一部が直鎖状アルカンジイル基であり、他部が分岐状アルカンジイル基であってもよい。
【0030】
ポリカーボネートポリオールが、R1、Ra、Rb又はRcとして2種以上のアルカンジイル基を含む場合、その全てが直鎖状アルカンジイル基又は分岐状アルカンジイル基であってよく、一部が直鎖状アルカンジイル基であり、他部が分岐状アルカンジイル基であってもよい。
【0031】
R2で示されるアルキル基及びヒドロキシアルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。アルキル基及びヒドロキシアルキル基の炭素数は、例えば、1~6であってよく、2~5又は3~4であってもよい。アルキル基及びヒドロキシアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基等が挙げられる。R2は、好ましくは、アルキル基又はヒドロキシアルキル基であり、より好ましくは、炭素数1~2のアルキル基又はヒドロキシアルキル基である。
【0032】
化合物(A-1)の数平均分子量は、例えば、200~6000g/molであってよい。ここで、数平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography)を用いて測定される、2官能のポリオキシプロピレンポリオール換算の数平均分子量である。
【0033】
化合物(A-1)の水酸基価は、例えば、30~800mgKOH/gであってよい。ここで、水酸基価は、化合物(A-1)1g中の水酸基と当量の水酸化カリウムのミリグラム(mg)数を意味し、JIS K1557-1に準拠して測定される。
【0034】
以下、複数の実施形態(第1~第4実施形態)に分けて、化合物(A-1)をより具体的に説明する。
【0035】
(第1実施形態)
第1実施形態では、化合物(A-1)が、R1として直鎖状アルカンジイル基のみを含む。すなわち、R1の全てが、直鎖状アルカンジイル基である。化合物(A-1)は、R1として直鎖状アルカンジイル基のみを含むことから、25℃で固体となりやすい。
【0036】
第1実施形態では、化合物(A-1)が、R1として1種の直鎖状アルカンジイル基のみを含むことが好ましい。この場合、化合物(A-1)が25℃で固体となる傾向が高まる。
【0037】
直鎖状アルカンジイル基の炭素数は、好ましくは2~10であり、より好ましくは2~9であり、更に好ましくは4~8である。直鎖状アルカンジイル基の好ましい例は、1,4-ブタンジイル基、1,5-ペンタンジイル基、1,6-ヘキサンジイル基及び1,9-ノナンジイル基である。
【0038】
第1実施形態の化合物(A-1)の数平均分子量は、好ましくは200g/mol~6000g/molであり、300g/mol~5000g/mol又は500g/mol~4000g/molであってもよい。
【0039】
第1実施形態の化合物(A-1)の水酸基価は、好ましくは30~800mgKOH/gであり、40~700mgKOH/g又は50~600mgKOH/gであってもよい。
【0040】
(第2実施形態)
第2実施形態では、化合物(A-1)が、R1として2種以上のアルカンジイル基を含む。化合物(A-1)は、R1として2種以上のアルカンジイル基を含むことから、25℃で液体となりやすい。
【0041】
第2実施形態では、ウレタン樹脂の原料として使用された場合に、引張強度、伸び率及び風合いが良好であり、耐久性に優れるウレタン樹脂が形成されやすい観点から、化合物(A-1)が、R1として直鎖状アルカンジイル基のみを含むことが好ましい。アルカンジイル基の好ましい組み合わせの例は、炭素数2~10の2種類以上のアルカンジイル基の組み合わせである。アルカンジイル基のより好ましい組み合わせは、1,6-ヘキサンジオールと、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール及び1,9-ノナンジオールからなる群より選択される少なくとも1種と、の組み合わせである。
【0042】
第2実施形態では、ウレタン樹脂の原料として使用された場合に、引張強度、伸び率及び風合いが良好であり、耐久性に優れるウレタン樹脂が形成されやすい観点から、化合物(A-1)にR1として含まれるアルカンジイル基の全モル数に対する1,6-ヘキサンジイル基のモル数の比が、0.20以上(例えば0.20~0.95)であることが好ましく、0.30以上(例えば0.30~0.90)であることがより好ましく、0.40以上(例えば0.40~0.70又は0.50~0.60)であることが更に好ましい。
【0043】
第2実施形態の化合物(A-1)の数平均分子量は、好ましくは200g/mol~6000g/molであり、300g/mol~5000g/mol又は500g/mol~4000g/molであってもよい。
【0044】
第2実施形態の化合物(A-1)の水酸基価は、好ましくは30~800mgKOH/gであり、40~700mgKOH/g又は50~600mgKOH/gであってもよい。
【0045】
(第3実施形態)
第3実施形態では、化合物(A-1)が、R1として分岐状アルカンジイル基を含む。第3実施形態の化合物(A-1)は、R1として分岐状アルカンジイル基を含むことから、25℃で液体となりやすい。
【0046】
第3実施形態では、化合物(A-1)が、R1として2種以上のアルカンジイル基を含んでいてよい。2種以上のアルカンジイル基は、その全てが分岐状アルカンジイル基であってもよいが、ウレタン樹脂の原料として使用された場合に、ハンドリング性に優れ、伸び率及び風合いが良好であり、耐久性に優れるウレタン樹脂が形成されやすい観点から、2種以上のアルカンジイル基の一部が直鎖状アルカンジイル基であることが好ましい。この場合、化合物(A-1)にR1として含まれるアルカンジイル基の全モル数に対する分岐状アルカンジイル基のモル数の比は、0.10~1.00であることが好ましく、0.20~0.90であることがより好ましく、0.30~0.70であることが更に好ましく、0.40~0.60であることが更に好ましい。
【0047】
分岐状アルカンジイル基の炭素数は、好ましくは2~10であり、より好ましくは3~9であり、更に好ましくは4~8である。分岐状アルカンジイル基の主鎖(最も炭素数が多い直鎖)の炭素数は、好ましくは2~9であり、より好ましくは3~8であり、更に好ましくは4~7である。分岐アルカンジイル基の好ましい例は、3-メチルペンタン-1,5-ジイル基及び2-メチル-1,8-オクタンジイル基である。
【0048】
直鎖状アルカンジイル基の炭素数は、好ましくは2~10であり、より好ましくは3~9であり、更に好ましくは4~8である。直鎖状アルカンジイル基の好ましい例は、1,4-ブタンジイル基、1,5-ペンタンジイル基、1,6-ヘキサンジイル基及び1,9-ノナンジイル基である。
【0049】
第3実施形態では、ウレタン樹脂の原料として使用された場合に、ハンドリング性に優れ、伸び率及び風合いが良好であり、耐久性に優れるウレタン樹脂が形成されやすい観点から、化合物(A-1)にR1として含まれるアルカンジイル基の全モル数に対する1,6-ヘキサンジイル基のモル数の比が、0.05以上(例えば0.05~1.00)であることが好ましく、0.10以上(例えば0.10~0.90)であることがより好ましく、0.20以上(例えば0.20~0.80)であることが更に好ましく、0.30以上(例えば0.30~0.70又は0.40~0.60)であることが特に好ましい。
【0050】
第3実施形態の化合物(A-1)の数平均分子量は、好ましくは200g/mol~6000g/molであり、300g/mol~5000g/mol又は500g/mol~4000g/molであってもよい。
【0051】
第3実施形態の化合物(A-1)の水酸基価は、好ましくは30~800mgKOH/gであり、40~700mgKOH/g又は50~600mgKOH/gであってもよい。
【0052】
(第4実施形態)
第4実施形態では、化合物(A-1)が、R1として*1-O-Ra-*2と、アルカンジイル基及び/又は*1-Rb-C(=O)-O-Rc-*2と、を含む。第4実施形態の化合物(A-1)は、R1として*1-O-Ra-*2と、アルカンジイル基及び/又は*1-Rb-C(=O)-O-Rc-*2と、を含むことから、25℃で液体となりやすい。
【0053】
第4実施形態では、化合物(A-1)の性状は、特に限定されず、25℃で固体であってよく、25℃で液体であってよい。化合物(A-1)の性状は、化合物(A-1)にR1、Ra、Rb、又はRcとして含まれるアルカンジイル基の種類(炭素数、分岐の有無等)、さらには化合物(A-1)の水酸基価等によって変更可能である。例えば、化合物(A-1)中にR1、Ra、Rb又はRcとして含まれるアルカンジイル基の総モル数に対する、化合物(A-1)中の分岐状アルカンジイル基の総モル数が0.2~1.0の場合、及び、化合物(A-1)の水酸基価が高い場合には、化合物(A-1)は25℃で液体となりやすい。
【0054】
第4実施形態では、ウレタン樹脂の原料として使用された場合に、耐熱性又は耐湿熱性/耐熱水性等の耐久性に優れるウレタン樹脂が形成されやすい観点から、化合物(A-1)に含まれるR1がアルカンジイル基、及び、*1-O-Ra-*2であることがより好ましい。
【0055】
また、第4実施形態では、ウレタン樹脂の原料として使用された場合に、100%モジュラスと耐熱性に優れるウレタン樹脂が形成されやすい観点から、化合物(A-1)にR1として含まれるアルカンジイル基と、*1-O-Ra-*2と、*1-Rb-C(=O)-O-Rc-*2との総モル数に対する、R1として含まれる*1-O-Ra-*2のモル数の比が、0.10以上(例えば0.10~0.90)であることが好ましく、0.20以上(例えば0.20~0.80)であることがより好ましく、0.30以上(例えば0.30~0.70)であることが更に好ましく、0.40以上(例えば0.40~0.60)であることが特に好ましい。
【0056】
第4実施形態の化合物(A-1)の数平均分子量は、好ましくは200g/mol~6000g/molであり、300g/mol~5000g/mol又は500g/mol~4000g/molであってもよい。
【0057】
第4実施形態の化合物(A-1)の水酸基価は、好ましくは30~800mgKOH/gであり、40~700mgKOH/g又は50~600mgKOH/gであってもよい。
【0058】
<原料>
第1~第3実施形態で説明したポリカーボネートポリオール(化合物(A-1))は、例えば、下記式(b)で表される多価アルコール(以下、「多価アルコール(B1)」ともいう。)と、下記式(d)で表されるジオール(以下、「ジオール(D1)」ともいう。)と、炭酸エステルと、の反応生成物であってよく、多価アルコール(B1)と、ジオール(D1)と、炭酸エステルと、下記式(f)で表されるオキセタン化合物(以下、「オキセタン化合物(F1)」ともいう。)との反応生成物であってよい。
【0059】
【0060】
[式(b)中、R2は水素原子、アルキル基又はヒドロキシアルキル基である。]
【0061】
【0062】
[式(d)中、Raは前記と同義である。]
【0063】
【0064】
[式(f)中、R2は前記と同義である。]
【0065】
多価アルコール(B1)の具体例としては、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリセリン、及びペンタエリスリトールが挙げられる。これらは単独で使用してよく、2種以上を併用してもよい。
【0066】
ジオール(D1)の具体例としては、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,8-オクタンジオール、2-エチル-1,6-ヘキサンジオール、1,9-ノナンジオール、2-メチルオクタン-1,8-ジオール及び2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオールが挙げられる。これらは単独で使用してよく、2種以上を併用してもよい。
【0067】
炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル、炭酸ジプロピル、炭酸ジブチル、炭酸ジフェニル、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等が挙げられる。これらは単独で使用してよく、2種以上を併用してもよい。入手のしやすさ、重合反応の条件設定のしやすさ等の観点では、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジフェニル、炭酸ジブチル及びエチレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。
【0068】
オキセタン化合物(F1)としては、例えば、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン、3-メチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン及び3,3-ジヒドロキシメチルオキセタンが挙げられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0069】
第4実施形態で説明した化合物(A-1)は、例えば、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)との反応生成物であってよい。また、化合物(A-1)は、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)と、オキセタン化合物(F2)と、の反応生成物であってよい。さらに、化合物(A-1)は、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)と、ジオール(D2)及び/又は多価アルコール(E2)との反応生成物であってもよい。加えて、化合物(A-1)は、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)と、オキセタン化合物(F2)と、ジオール(D2)及び/又は多価アルコール(E2)との反応生成物であってもよい。
【0070】
ポリカーボネートポリオール(B2)は、水酸基官能基数が2以上のポリカーボネートポリオールであればよく、水酸基官能基数が2のポリカーボネートポリオール(B2-1)(すなわち、ポリカーボネートジオール)であってもよく、水酸基官能基数が2を超えるポリカーボネートポリオール(B2-2)であってもよく、ポリカーボネートポリオール(B2-1)及びポリカーボネートポリオール(B2-2)から選択される2種以上の組み合わせであってもよい。
【0071】
ポリカーボネートポリオール(B2-1)としては、例えば、炭酸エステルと、ジオールとの反応で得られるものが挙げられる。
【0072】
ポリカーボネートポリオール(B2-1)を得る反応の際に使用し得る炭酸エステル、及びジオールとしては、例えば、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げた炭酸エステル、及びジオール(D1)と同じものが挙げられる。
【0073】
ポリカーボネートポリオール(B2-2)としては、例えば、炭酸エステルと、ジオールと、水酸基官能基数3以上の多価アルコールとの反応で得られるものが挙げられる。
【0074】
ポリカーボネートポリオール(B2-2)を得る反応の際に使用し得る炭酸エステル、ジオール、及び水酸基官能基数3以上の多価アルコールとしては、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げた炭酸エステル、ジオール(D1)、及び多価アルコール(B1)と同じものが挙げられる。
【0075】
ポリエステルポリオール(C2)としては、水酸基官能基数が2以上のポリエステルポリオールであればよく、水酸基官能基数が2のポリエステルポリオール(C2-1)(すなわち、ポリエステルジオール)であってもよく、水酸基官能基数が2を超えるポリエステルポリオール(C2-2)であってもよく、ポリエステルポリオール(C2-1)及びポリエステルポリオール(C2-2)から選択される2種以上の組み合わせであってもよい。
【0076】
ポリエステルポリオール(C2-1)としては、例えば、以下の(α)~(β)のポリエステルポリオール、及びこれらの任意の2種以上の組み合わせが挙げられる。
(α) ジオール(C2-1-1)と、ジカルボン酸及び/又はその無水物(C2-1-2)と、から得られるポリエステルポリオール(ポリエステルポリオール(α))
(β) ジオール(C2-1-1)を開始剤として、ラクトン類等の環状エステル化合物(C2-1-4)が開環付加重合して得られるポリエステルポリオール(ポリエステルポリオール(β))
ポリエステルポリオール(β)はジオールを開始剤とする環状エステル化合物の開環付加重合物ということができる。
【0077】
ジオール(C2-1-1)としては、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げたジオール(D1)と同じものが挙げられる。その中でも、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、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、又は2-メチル-1,8-オクタンジオールが好ましい。
【0078】
ジカルボン酸及び/又はその無水物(C2-1-2)としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、水素化ダイマー脂肪酸等、酒石酸、及びこれらの無水物、並びにこれらの任意の2種以上の組み合わせが挙げられる。
【0079】
環状エステル化合物(C2-1-4)としては、例えば、β-プロピオラクトン、β-ブチロラクトン、γ-ブチロラクトン、β-バレロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン、α-カプロラクトン、β-カプロラクトン、γ-カプロラクトン、δ-カプロラクトン、ε-カプロラクトン、α-メチル-ε-カプロラクトン、β-メチル-ε-カプロラクトン、4-メチルカプロラクトン、γ-カプリロラクトン、ε-カプリロラクトン、ε-パルミトラクトン等、及びこれらの任意の2種以上の組み合わせが挙げられる。中でもトリメチロールプロパンを開始剤としたε-カプロラクトンの開環付加重合体が重合時の安定性及び経済性の点から好ましい。
【0080】
ポリエステルポリオール(C2-2)としては、例えば、以下の(α’)~(β’)のポリエステルポリオール、及びこれらの任意の2種以上の組み合わせが挙げられる。
(α’) ジオール(C2-2-1)と、ジカルボン酸及び/又はその無水物(C2-2-2)と、水酸基官能基数3以上の多価アルコール(C2-2-3)と、から得られるポリエステルポリオール(ポリエステルポリオール(α’))
(β’) 水酸基官能基数3以上の多価アルコール(C2-2-3)を開始剤として、ラクトン類等の環状エステル化合物(C2-2-4)が開環付加重合して得られるポリエステルポリオール(ポリエステルポリオール(β’))
ポリエステルポリオール(β’)は水酸基官能基数3以上の多価アルコールを開始剤とする環状エステル化合物の開環付加重合物ということができる。
【0081】
ジオール(C2-2-1)、及び水酸基官能基数3以上の多価アルコール(C2-2-3)としては、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げたジオール(D1)、及び多価アルコール(B1)と同じものが挙げられる。
【0082】
ジカルボン酸及び/又はその無水物(C2-2-2)、環状エステル化合物(C2-2-4)としては、ジカルボン酸及び/又はその無水物(C2-1-2)、環状エステル化合物(C2-1-4)の説明で挙げたものと同じものが挙げられる。
【0083】
第4実施形態では、ウレタン樹脂の原料として使用された場合に、耐熱性又は耐湿熱性等の耐久性に優れるウレタン樹脂が形成されやすい観点から、ポリエステルポリオール(C2)はポリエステルポリオール(β)及び/又はポリエステルポリオール(β’)を含むことがより好ましい。
【0084】
ジオール(D2)としては、例えば、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げたジオール(D1)と同じものが挙げられる。
【0085】
多価アルコール(E2)としては、例えば、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げた多価アルコール(B1)と同じものが挙げられる。
【0086】
オキセタン化合物(F2)としては、例えば、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げたオキセタン化合物(F1)と同じものが挙げられる。
【0087】
<ジオール(d)>
組成物は、下記式(d)で表わされるジオール(以下、「ジオール(d)」ともいう。)を更に含有してもよい。
【0088】
【0089】
[式(d)中、Raは前記と同義である。]
【0090】
ジオール(d)は上述したものと同義であり、ジオール(d)がRaとして有するアルカンジイル基は、化合物(A-1)にRaとして含まれるアルカンジイル基と同じであってよい。
【0091】
ジオール(d)にRaとして含まれるアルカンジイル基は、化合物(A-1)にRaとして含まれるアルカンジイル基と同じであってよい。組成物がRaで表されるアルカンジイル基が異なる2種以上の化合物(A-1)を含む場合、当該組成物はRaで表されるアルカンジイル基が異なる2種以上のジオール(d)を含んでいてよい。この場合、ジオール(d)に該当する複数の化合物にRaとして含まれる基の組み合わせは、化合物(A-1)に該当する複数の化合物にRaとして含まれる基の組み合わせと同じであってよい。
【0092】
ジオール(d)としては、例えば、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げたジオール(D1)と同じものが挙げられる。
【0093】
<多価アルコール(e)>
組成物は、下記式(e)で表わされる多価アルコール(以下、「多価アルコール(e)」ともいう。)を更に含有してもよい。
【0094】
【0095】
[式(e)中、R2は前記と同義である。]
【0096】
多価アルコール(e)は上述したものと同義であり、多価アルコール(e)がR2として有するアルキル基及び/又はヒドロキシアルキル基は、化合物(A-1)にR2として含まれる原子又は基と同じであってよい。
【0097】
多価アルコール(e)にR2として含まれる原子又は基は、化合物(A-1)にR2として含まれる原子又は基と同じであってよい。組成物がR2で表されるアルカンジイル基が異なる2種以上の化合物(A-1)を含む場合、当該組成物はR2で表されるアルカンジイル基が異なる2種以上の多価アルコール(e)を含んでいてよい。この場合、多価アルコール(e)に該当する複数の化合物にR2として含まれる基の組み合わせは、化合物(A-1)に該当する複数の化合物にR2として含まれる基の組み合わせと同じであってよい。
【0098】
多価アルコール(e)としては、例えば、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げた多価アルコール(B1)と同じものが挙げられる。
【0099】
<オキセタン化合物(F)>
組成物は、下記式(f)で表わされるオキセタン化合物(以下、「オキセタン化合物(F)」ともいう。)を更に含有してもよい。
【0100】
【0101】
[式(f)中、R2は前記と同義である。]
【0102】
オキセタン化合物(F)は上述したものと同義であり、オキセタン化合物(F)がR2として有するアルキル基及びヒドロキシアルキル基は、化合物(A-1)にR2として含まれる原子又は基と同じであってよい。
【0103】
オキセタン化合物(F)にR2として含まれる原子又は基は、化合物(A-1)にR2として含まれる原子又は基と同じであってよい。組成物がR2で表されるアルカンジイル基が異なる2種以上の化合物(A-1)を含む場合、当該組成物はR2で表されるアルカンジイル基が異なる2種以上のオキセタン化合物(F)を含んでいてよい。この場合、オキセタン化合物(F)に該当する複数の化合物にR2として含まれる基の組み合わせは、化合物(A-1)に該当する複数の化合物にR2として含まれる基の組み合わせと同じであってよい。
【0104】
オキセタン化合物(F)としては、例えば、第1~第3実施形態の化合物(A-1)の説明で挙げたオキセタン化合物(F1)と同じものが挙げられる。
【0105】
<化合物(A-2)>
組成物は、下記式(A-2)で表されるポリカーボネート化合物(以下、「化合物(A-2)」という。)を更に含有してよい。
【0106】
【0107】
[式(A-2)中、R1は前記と同義であり、n2は1以上の整数を示す。複数存在するR1は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【0108】
<化合物(A-3)>
組成物は、下記式(A-3)で表されるポリカーボネート化合物(以下、「化合物(A-3)」という)を更に含有してよい。
【0109】
【0110】
[式(A-3)中、R1及びR2は前記と同義であり、n3は1以上の整数を示す。R1が複数存在する場合、複数存在するR1は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【0111】
<化合物(A-4)>
組成物は、下記式(A-4)で表されるポリカーボネート化合物(以下、「化合物(A-4)」という)を更に含有してよい。
【0112】
【0113】
[式(A-4)中、R1及びR2は前記と同義であり、n4は1以上の整数を示す。複数存在するR2は互いに同一でも異なっていてもよい。R1が複数存在する場合、R1は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【0114】
化合物(A-2)~化合物(A-4)にR1として含まれる基は、化合物(A-1)にR1として含まれる基と同じであってよい。化合物(A-1)がR1として2種以上の基を含む場合、化合物(A-2)~化合物(A-4)もR1として2種以上の基を含んでいてよい。この場合、化合物(A-2)~化合物(A-4)にR1として含まれる2種以上の基の組み合わせは、化合物(A-1)にR1として含まれる2種以上の基の組み合わせと同じであってよい。
【0115】
化合物(A-2)~化合物(A-4)にR2として含まれる基は、化合物(A-1)にR2として含まれる基と同じであってよい。化合物(A-1)がR2として2種以上の基を含む場合、化合物(A-2)~化合物(A-4)もR2として2種以上の基を含んでいてよい。この場合、化合物(A-2)~化合物(A-4)にR2として含まれる2種以上の基の組み合わせは、化合物(A-1)にR2として含まれる2種以上の基の組み合わせと同じであってよい。
【0116】
n2、n3、及びn4は、それぞれ1~65であってよく、2~60又は3~50であってもよい。
【0117】
化合物(A-2)~化合物(A-4)の数平均分子量は、好ましくは200g/mol~6000g/molであり、300g/mol~5000g/mol又は500g/mol~4000g/molであってもよい。
【0118】
化合物(A-2)~化合物(A-4)の水酸基価は、好ましくは30~800mgKOH/gであり、40~700mgKOH/g又は50~600mgKOH/gであってもよい。
【0119】
組成物のみなし平均水酸基官能基数の下限は、例えば、2.0以上、2.1以上、2.2以上、2.3以上、2.4以上、2.5以上であってよい。組成物のみなし平均水酸基官能基数の上限は、例えば、3.90以下、3.80以下、3.70以下、3.60以下、3.50以下、又は3.40以下であってよい。組成物のみなし平均水酸基官能基数は、2.0~3.90であってよく、例えば、2.1~3.80、2.2~3.70、2.3~3.50又は2.5~3.40であってよい。組成物のみなし平均水酸基官能基数が3.90以下であるとハンドリング性及び引張試験における破断時伸びがさらに向上する。組成物のみなし平均水酸基官能基数が2.0以上であると引張試験における破断時強度及び軟化温度がさらに向上する傾向となる。
【0120】
以下の説明において、組成物に含まれる下記式(I)で表される基の総モル数と下記式(C)で表される基の総モル数との和をCTとし、組成物に含まれる下記式(C)で表される基の総モル数をCCとし、組成物に含まれる下記式(D)で表される基の総モル数をCDとし、組成物に含まれる下記式(E)で表される基の総モル数をCEとする。多価アルコールに由来する構造単位(I)と、オキセタン化合物に由来する構造(C)と、の合計に対する、オキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量(単位:mol%)を「モル比(CC/CT×100)」と表記する。オキセタン化合物に由来する構造(C)と、ジオールに由来する構造(D)と、多価アルコールに由来する構造(E)と、の総和に対する、オキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量(単位:mol%)を、「モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)」と表記する。
【0121】
【0122】
[式(I)中、R2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【0123】
【0124】
[式(C)中、R2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【0125】
【0126】
[式(D)中、R3は水素原子又はアルキル基であり、*は結合手を示す。R3は互いに同一でも異なっていてもよい。]
【0127】
【0128】
[式(E)中、R2は前記と同義であり、*は結合手を示す。]
【0129】
モル比(CC/CT×100)は、2.80~28.0であってよい。モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)は、0.90~10.7であってよい。モル比(CC/CT×100)及びモル比(CC/(CC+CD+CE)×100)がそれぞれ上記範囲であると、組成物がウレタン樹脂の原料として使用された場合に、良好なハンドリング性と高い引張強度とを両立するウレタン樹脂が形成されやすい傾向がある。
【0130】
モル比(CC/CT×100)、及びモル比(CC/(CC+CD+CE)×100)は、例えば、重水素化クロロホルムを溶媒に用い、且つ、テトラメチルシランを基準物質に用いた、組成物の1H-NMR測定及び該測定によって得られる1H-NMRスペクトルのシグナルの積分値から求めることができる。具体的には、例えば、モル比(CC/CT×100)は、式(I)と式(C)のR2(アルキル基)の末端メチルのシグナル(SI)の積分値ΔSI(水素原子3mol分)と、式(C)のオキセタン基の酸素原子の隣に位置するメチレンのシグナル(SC)の積分値ΔSC(水素原子4mol分)と、の比から算出可能である。モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)は、上記シグナル(SC)の積分値ΔSC(水素原子4mol分)と、式(D)で表される基が有するヒドロキシ基の隣に位置するメチレンのシグナル(SD)の積分値ΔSD(水素原子2mol分)と、式(E)で表される基が有するヒドロキシ基の隣に位置するメチレンのシグナル(SE)の積分値ΔSE(水素原子4mol分)と、の比から算出可能である。この場合、モル比(CC/CT×100)は、シグナル(SI)の積分値ΔSIと、シグナル(Sf)の積分値ΔSfと、の比の0.75倍値(0.75×ΔSf/ΔSI×100)と言い換えることができる。モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)は、シグナル(SC)の積分値ΔSCと、シグナル(SD)の積分値ΔSD、シグナル(SE)の積分値ΔSEの総和と、シグナル(SC)の積分値ΔSCと、の比の(ΔSC/(ΔSC+2×ΔSD+ΔSE)×100)と言い換えることができる。
【0131】
以下、複数の実施形態(第1~第4実施形態)に分けて、上記組成物をより具体的に説明する。
【0132】
第1~第2実施形態では、重水素化クロロホルムを溶媒に用い、且つ、テトラメチルシランを基準物質に用いて組成物の1H-NMR測定を行った場合、例えば、上記シグナル(SC)が、1H-NMRスペクトルの4.390ppm以上4.500ppm以下の範囲に観測され、上記シグナル(SD)が、1H-NMRスペクトルの3.618ppm以上3.720ppm以下の範囲に観測され、上記シグナル(SE)が、1H-NMRスペクトルの3.590ppm以上3.618ppm以下の範囲に観測される。また、式(I)と式(C)のR2がエチル基である場合、上記シグナル(SI)が0.700ppm以上1.000ppm以下の範囲に観測され、式(I)と式(C)のR2がメチル基である場合、上記シグナル(SI)が0.700ppm以上1.130ppm以下の範囲に観測される。したがって、第1~第2実施形態では、これらのシグナルの積分値の比から、モル比(CC/CT×100)、及びモル比(CC/(CC+CD+CE)×100)を求めることができる。
【0133】
第3実施形態では、重水素化クロロホルムを溶媒に用い、且つ、テトラメチルシランを基準物質に用いて組成物の1H-NMR測定を行った場合、例えば、上記シグナル(SC)が、1H-NMRスペクトルの4.390ppm以上4.500ppm以下の範囲に観測され、上記シグナル(SD)が、1H-NMRスペクトルの3.618ppm以上3.720ppm以下の範囲に観測され、上記シグナル(SE)が、1H-NMRスペクトルの3.590ppm以上3.618ppm以下の範囲に観測される。したがって、第3実施形態では、これらのシグナルの積分値の比から、モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)を求めることができる。
【0134】
第4実施形態では、重水素化クロロホルムを溶媒に用い、且つ、テトラメチルシランを基準物質に用いて組成物の1H-NMR測定を行った場合、例えば、上記シグナル(SC)が、1H-NMRスペクトルの4.390ppm以上4.500ppm以下の範囲に観測され、上記シグナル(SD)が、1H-NMRスペクトルの3.618ppm以上3.720ppm以下の範囲に観測され、上記シグナル(SE)が、1H-NMRスペクトルの3.550ppm以上3.618ppm以下の範囲に観測される。また、式(I)と式(C)のR2がエチル基である場合、上記シグナル(SI)が0.700ppm以上1.000ppm以下の範囲に観測され、式(I)と式(C)のR2がメチル基である場合、上記シグナル(SI)が0.700ppm以上1.130ppm以下の範囲に観測される。したがって、第4実施形態では、これらのシグナルの積分値の比から、モル比(CC/CT×100)、及びモル比(CC/(CC+CD+CE)×100)を求めることができる。
【0135】
第1~第2実施形態及び第4実施形態の組成物におけるモル比(CC/CT×100)は、2.80以上、3.00以上、3.20以上、3.40以上、3.60以上、3.80以上、5.00以上、6.00以上、7.00以上、8.00以上、9.00以上、又は10.0以上であってもよい。モル比(CC/CT×100)が2.80以上であると、ハンドリング性に優れるポリウレタン樹脂が形成されやすい傾向がある。モル比(CC/CT×100)は、28.0以下、26.0以下、22.0以下、20.0以下、18.0以下、16.0以下、15.0以下、14.0以下13.0以下、又は12.0以下であってもよい。モル比(CC/CT×100)が28.0以下であると、特に引張強度に優れるポリウレタン樹脂が形成されやすい傾向がある。モル比(CC/CT×100)は2.0~30.0、3.0~28.0、3.2~26.0、3.4~22.0、3.8~20.0、5.0~18.0、6.0~16.0、7.0~15.0、8.0~14.0、9.0~13.0、又は10.0~12.0であってよい。モル比(CC/CT×100)が上記範囲であると、組成物がウレタン樹脂の原料として使用された場合に、ハンドリング性と引張強度がともに良好なポリウレタン樹脂が形成されやすい傾向がある。
【0136】
第1~第4実施形態の組成物におけるモル比(CC/(CC+CD+CE)×100)は、0.90以上、0.95以上、1.00以上、1.05以上、1.10以上、1.15以上、1.20以上、1.50以上、1.80以上、2.10以上、2.40以上、3.00以上又は4.00以上であってもよい。モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)が0.90以上であると、ハンドリング性に優れるポリウレタン樹脂が形成されやすい傾向がある。モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)は、16.0以下、10.7以下、10.5以下、10.0以下、9.5以下、9.0以下、8.5以下、8.0以下、7.5以下、7.0以下、6.5以下、又は6.0以下であってもよい。モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)が16.0以下であると、特に引張強度に優れるポリウレタン樹脂が形成されやすい傾向がある。モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)は1.00~10.7、1.05~10.5、1.10~10.0、1.15~9.5、1.20~9.0、1.30~8.0、1.50~7.0、又は1.80~6.0であってよい。モル比(CC/(CC+CD+CE)×100)が上記範囲であると、組成物がウレタン樹脂の原料として使用された場合に、ハンドリング性と引張強度がともに良好なポリウレタン樹脂が形成されやすい傾向がある。
【0137】
<触媒>
第1~第3実施形態の組成物は多価アルコール(B1)と、ジオール(D1)と、炭酸エステルと、必要に応じて添加されるオキセタン化合物(F1)と、の反応混合物であってよい。エステル交換触媒としては、リチウムアセチルアセトナートが好ましく用いられる。エステル交換触媒の含有量は、組成物の全質量を基準として、0.0001~0.100質量%であってよい。
【0138】
第4実施形態の組成物は、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)と、必要に応じて添加されるジオール(d)、多価アルコール(e)及び/又はオキセタン化合物(F2)と、の反応混合物であってよい。上記反応は、通常、エステル交換触媒の存在下で行われることから、組成物は、エステル交換触媒を更に含有していてよい。エステル交換触媒としては、リチウムアセチルアセトナートが好ましく用いられる。エステル交換触媒の含有量は、組成物の全質量を基準として、0.0001~0.100質量%であってよい。
【0139】
組成物の性状は、特に限定されず、25℃で固体であってよく、25℃で液体であってよい。組成物の性状は、含有される成分(例えば、化合物(A-1)~(A-4)、ジオール(d)、多価アルコール(e)、及びオキセタン化合物(F))の種類及び含有比率等により変更可能である。
【0140】
組成物の数平均分子量は、例えば、200~6000g/molであってよい。組成物の数平均分子量の下限は、例えば、200g/mol以上、400g/mol以上、600g/mol以上、800g/mol以上、1000g/mol以上、1200g/mol以上、1400g/mol以上、1600g/mol以上又は1800g/mol以上であってよい。組成物の数平均分子量の上限は、例えば、6000g/mol以下、5000g/mol以下、4000g/mol以下、3000g/mol以下、2500g/mol以下、2000g/mol以下、1800g/mol以下、1600g/mol以下、1400g/mol以下、1200g/mol以下、1000g/mol以下、又は800g/mol以下であってよい。
【0141】
組成物の数平均分子量とは、GPC(Gel Permeation Chromatography)を用いて組成物全体を測定対象として測定される、2官能のポリオキシプロピレンポリオール換算の数平均分子量である。
【0142】
組成物の水酸基価は、例えば、30~800mgKOH/gであってよい。組成物の水酸基価の下限は、例えば、30mgKOH/g以上、40mgKOH/g以上、50mgKOH/g以上、60mgKOH/g以上、70mgKOH/g以上、80mgKOH/g以上、90mgKOH/g以上、100mgKOH/g以上、120mgKOH/g以上、140mgKOH/g以上、160mgKOH/g以上、又は180mgKOH/g以上であってよい。組成物の水酸基価の上限は、例えば、800mgKOH/g以下、700mgKOH/g以下、600mgKOH/g以下、500mgKOH/g以下、400mgKOH/g以下、300mgKOH/g以下、250mgKOH/g以下、200mgKOH/g以下、180mgKOH/g以下、160mgKOH/g以下、140mgKOH/g以下、120mgKOH/g以下、100mgKOH/g以下又は80mgKOH/g以下であってよい。
【0143】
本実施形態によれば、高い引張強度を有するウレタン樹脂の形成に資するとともに、良好なハンドリング性を有する、組成物を提供することができる。
【0144】
<製造方法>
第1~第3実施形態の化合物(A-1)の製造方法では、多価アルコール(B1)と、ジオール(D1)と、炭酸エステルと、エステル交換触媒と、を含有する混合液を加熱して、炭酸エステル由来のアルコールを反応系から除去しつつ還流反応(エステル交換反応)を行い、化合物(A-1)を得てもよく、多価アルコール(B1)と、ジオール(D1)と、炭酸エステルと、オキセタン化合物(F1)と、エステル交換触媒と、を含有する混合液を加熱して、炭酸エステル由来のアルコールを反応系から除去しつつ還流反応(エステル交換反応)を行い、化合物(A-1)を得てもよい。
【0145】
上記方法では、化合物(A-1)を含む反応混合物として上記実施形態の組成物を得ることもできる。したがって、上記方法は、上記実施形態の組成物の製造方法といいかえることもできる。
【0146】
多価アルコール(B1)、ジオール(D1)、炭酸エステル、及びオキセタン化合物(F1)の詳細は上述のとおりであり、これらの好適な例(好ましいR1及びR2の例、並びに、好ましい組み合わせの例)も、化合物(A-1)が有するR1及びR2の好ましい例及び好ましい組み合わせの例と同じである。エステル交換触媒としては、所望の化合物(A-1)が得られやすくなる観点から、リチウムアセチルアセトナートを用いることが好ましい。
【0147】
ジオール(D1)が2種以上用いられる場合、ウレタン樹脂の原料として使用された場合に、引張強度、伸び率及び風合いが良好であり、耐久性に優れるウレタン樹脂が形成されやすい観点から、ジオール(D1)の全モル数に対する1,6-ヘキサンジオールのモル数の比が、0.20以上(例えば0.20~1.00)であることが好ましく、0.30以上(例えば0.30~0.90)であることがより好ましく、0.40以上(例えば0.40~0.80又は0.50~0.70)であることが更に好ましい。
【0148】
多価アルコール(B1)とジオール(D1)との混合比率(混合液中のジオール(D1)の含有量/混合液中の多価アルコール(B1)の含有量)は、モル比で、1/100~5/1であることが好ましく、1/80~3/1であることがより好ましく、1/50~2/1であることがさらに好ましく、1/20~1/1であることが特に好ましい。ジオールと多価アルコールとの混合比率を上記範囲とすることで、化合物(A-1)を含む組成物を効率よく得ることができる。上記混合比率は、モル比で、1/5~60/1又は1/1~40/1であってもよい。
【0149】
炭酸エステルと多価アルコール(B1)及びジオール(D1)との混合比率(混合液中の炭酸エステルの含有量/混合液中の多価アルコール(B1)及びジオール(D1)の含有量の合計)は、モル比で、1/3~3/1が好ましく、1/2.5~2.5/1がより好ましく、1/2~2/1がさらに好ましく、1/1.5~1.5/1が特に好ましい。炭酸エステルと多価アルコール(B1)及びジオール(D1)との混合比率を上記範囲とすることで、化合物(A-1)を含む組成物を効率よく得ることができる。
【0150】
第1~第3実施形態の混合液中のエステル交換触媒の含有量は、反応温度を適切に制御しやすく、反応生成物の色数上昇を抑えることができる観点から、混合液中の多価アルコールとジオールと炭酸エステルとの総量100質量部に対して、0.0001~0.1質量部であってよく、0.0005~0.01質量部であってもよい。エステル交換触媒の含有量は、ウレタン化反応の反応性の制御を容易とする観点では、少ないほど好ましい。エステル交換触媒の含有量が多くなると、ウレタン化反応の反応性が高くなりやすい。混合液中のエステル交換触媒の含有量は、ウレタン化の反応制御を容易とする観点では、混合液中の多価アルコールとジオールと炭酸エステルとの総量100質量部に対して、0.001質量部以上であることが好ましく、0.002質量部以上であることがより好ましく、0.003質量部以上であることが更に好ましい。混合液中のエステル交換触媒の含有量は、反応生成物の色数上昇を抑えることができる観点では、混合液中の多価アルコールとジオールと炭酸エステルとの総量100質量部に対して、0.050質量部以下であることが好ましく、0.040質量部以下であることがより好ましく、0.030質量部以下であることが更に好ましい。これらの観点から、混合液中のエステル交換触媒の含有量は、混合液中の多価アルコールとジオールと炭酸エステルとの総量100質量部に対して、0.001~0.050質量部であることが好ましく、0.002~0.040質量部であることがより好ましく、0.003~0.030質量部であることが更に好ましい。
【0151】
第1~第3実施形態の混合液の加熱温度(反応温度)は、例えば、80~250℃であってよく、100~220℃であってもよい。反応温度が80℃以上であると、エステル交換反応が進行し易く、所望の化合物(A-1)が得られやすい。反応温度が250℃以下であると、得られる化合物(A-1)及び組成物ポリオールの色数が抑えられる。また、エステル交換反応は、温度を一定に保って行なってもよいし、反応進行度に応じて段階的又は連続的に昇温させながら行なってもよい。所望の化合物(A-1)を得られやすくする観点では、下記式(α)の関係を満たす温度T1での加熱を行った後、ついで、下記式(β)の関係を満たす温度T2での加熱を行うことが好ましい。なお、温度T1及び温度T2は下記式(γ)の関係を満たすことが好ましい。また、第1の加熱の温度の平均温度T1m及び第2の加熱の温度の平均温度T2mは下記式(δ)の関係を満たすことが好ましい。ここで、反応進行度は留出物の留出量から見積もることができる。
120℃≦T1≦155℃ ・・・(α)
140℃≦T2≦155℃ ・・・(β)
T1<T2 ・・・(γ)
T1m<T2m ・・・(δ)
【0152】
第1~第3実施形態の混合液の加熱は常圧下で行うこともできるが、反応後半において、減圧下(例えば101~0.1kPaの圧力下)で行うこともできる。これにより、生成した留出物の留出速度を速めることができ、反応の進行を速めることが可能となる。なお、本明細書中、常圧とは、101.325kPa±20.000kPaの圧力を意味する。所望の化合物(A-1)を得られやすくする観点では、混合液の加熱は、101.325kPa±20.000kPaの圧力下で加熱すること(第1の加熱)と、ついで、10.000kPa以下の減圧下で加熱すること(第2の加熱)と、を含むことが好ましく、第1の加熱の温度が上記式(α)の関係を満たす温度T1であり、第2の加熱の温度が上記式(β)の関係を満たす温度T2であることがより好ましく、第1の加熱の温度(温度T1)と第2の加熱の温度(温度T2)とが上記式(γ)の関係を満たすことがさらに好ましい。さらに化合物(A-1)を得られやすくする観点では、炭酸エステル由来のアルコールを120℃以下で留出させて反応系から除去することが好ましい。
【0153】
第1~第3実施形態の混合液の反応時間は、2~80時間、3~60時間、4~50時間、5~40時間、又は6~30時間であってよい。上記式(C)で表されるオキセタン化合物に由来する構造(C)は多価アルコールの分子内脱水反応、及び/又は、多価アルコールと炭酸エステルの反応生成物である環状カーボネートの分子内脱炭酸反応により生成する。上記分子内脱水反応及び分子内脱炭酸反応は不可逆反応であり、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)の生成量は反応時間に伴い増加する。反応時間が2時間以上であると、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)の生成を促進することが可能であり、モル比(CC/CT×100)、及び/又はモル比(CC/(CC+CD+CE)×100)が上述した数値範囲を満たす組成物が得られやすい。また、反応時間が80時間未満であると、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)の生成を抑制することが可能であり、所望の化合物(A-1)を含む組成物が得られやすい。
【0154】
第4実施形態の化合物(A-1)は、例えば、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)と、エステル交換触媒と、を含む混合液中で、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)とを反応(エステル交換反応)させることによって、化合物(A-1)を得る反応工程を含む方法によって得ることができる。当該方法において、ポリカーボネートポリオール(B2)及びポリエステルポリオール(C2)の少なくとも一方が、上記式(I)で表される基を含む、又は、混合液が上記式(e)で表される多価アルコールを更に含んでもよい。混合液は、オキセタン化合物(F2)を更に含んでいてよい。すなわち、第4実施形態の化合物(A-1)は、ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)と、エステル交換触媒と、オキセタン化合物(F2)と、を含む混合液中で、ポリカーボネートポリオールと、ポリエステルポリオールとを反応(エステル交換反応)させることによって、化合物(A-1)を得る反応工程を含む方法によって得ることもできる。
【0155】
上記方法では、化合物(A-1)を含む反応混合物として上記実施形態の組成物を得ることもできる。したがって、上記方法は、上記実施形態の組成物の製造方法といいかえることもできる。
【0156】
第4実施形態の混合液は、任意成分としてジオール(D2)及び/又はオキセタン化合物(F2)として含んでいてよい。上記方法がポリカーボネートポリオール(B2)及びポリエステルポリオール(C2)の少なくとも一方が、上記式(I)で表される基を含む方法である場合でも、混合液は、任意成分として多価アルコール(E2)を含んでいてよい。ポリカーボネートポリオール(B2)と、ポリエステルポリオール(C2)、ジオール(D2)、多価アルコール(E2)及びオキセタン化合物(F2)の詳細は上述のとおりであり、これらの好適な例(好ましいR1及びR2の例、並びに、好ましい組み合わせの例)も、化合物(A-1)が有するR1及びR2の好ましい例及び好ましい組み合わせの例と同じである。エステル交換触媒としては、所望の化合物(A-1)が得られやすくなる観点から、リチウムアセチルアセトナートを用いることが好ましい。
【0157】
ポリカーボネートポリオール(B2)とポリエステルポリオール(C2)との混合比率(混合液中のポリカーボネートポリオール(B2)の含有量/混合液中のポリエステルポリオール(C2)の含有量)は、重量比で、95/5~5/95であることが好ましく、90/10~10/90であることがより好ましく、80/20~20/80であることがさらに好ましく、70/30~30/70であることが特に好ましい。ポリカーボネートポリオール(B2)とポリエステルポリオール(C2)との混合比率を上記範囲とすることで、化合物(A-1)を含む組成物を効率よく得ることができる。
【0158】
ポリカーボネートポリオール(B2)とポリエステルポリオール(β)及び/又はポリエステルポリオール(β’)との混合比率(混合液中のポリカーボネートポリオール(B2)の含有量/混合液中のポリエステルポリオール(β)及び/又はポリエステルポリオール(β’)の含有量)は、重量比で、95/5~5/95であることが好ましく、90/10~10/90であることがより好ましく、80/20~20/80であることがさらに好ましく、70/30~30/70であることが特に好ましい。ポリカーボネートポリオール(B2)とポリエステルポリオール(β)及び/又はポリエステルポリオール(β’)との混合比率を上記範囲とすることで、化合物(A-1)を含む組成物を効率よく得ることができる。
【0159】
第4実施形態の混合液中のエステル交換触媒の含有量は、反応温度を適切に制御しやすく、反応生成物の色数上昇を抑えることができる観点から、混合液中のポリオール成分の総量100質量部に対して、0.0001~0.1質量部であってよく、0.001~0.050質量部であってよく、0.005~0.01質量部であってもよい。エステル交換触媒の含有量は、ウレタン化反応の反応性の制御を容易とする観点では、少ないほど好ましい。エステル交換触媒の含有量が多くなると、ウレタン化反応の反応性が高くなりやすい。混合液中のエステル交換触媒の含有量は、ウレタン化の反応制御を容易とする観点では、混合液中のポリオール成分の総量100質量部に対して、0.001質量部以上であることが好ましく、0.002質量部以上であることがより好ましく、0.003質量部以上であることが更に好ましい。混合液中のエステル交換触媒の含有量は、反応生成物の色数上昇を抑えることができる観点では、混合液中のポリオール成分の総量100質量部に対して、0.050質量部以下であることが好ましく、0.040質量部以下であることがより好ましく、0.030質量部以下であることが更に好ましい。これらの観点から、混合液中のエステル交換触媒の含有量は、混合液中のポリオール成分の総量100質量部に対して、0.001~0.050質量部であることが好ましく、0.002~0.040質量部であることがより好ましく、0.003~0.030質量部であることが更に好ましい。ポリオール成分の総量とは、混合液に含まれるヒドロキシ基を2個以上有する化合物(例えば、ポリカーボネートポリオール(B2)、ポリエステルポリオール(C2)、多価アルコール(E2)及び任意添加成分のジオール(D2))と、オキセタン化合物(F2)と、の合計量である。
【0160】
第4実施形態の反応工程では、混合液を加熱して反応を進行させてもよく、加熱を行わずに反応を進行させてもよい。混合液の反応温度は、例えば、0~250℃であり、100~220℃であってもよい。反応温度が0℃以上であると、エステル交換反応が進行し易く、所望の化合物(A-1)が得られやすい。さらに、反応温度が0℃以上であると、カーボネート基の脱炭酸反応、又は、末端水酸基同士の脱水反応により副生する、3官能以上の多価アルコールに由来するオキセタンに由来する構造(C)の生成を促進することができる。反応温度が250℃以下であると、得られる化合物(A-1)及び組成物(ポリオール含有組成物)の色数が抑えられる。さらに、反応温度が250℃以下であると、カーボネート基の脱炭酸反応、又は、末端水酸基同士の脱水反応により副生する、3官能以上の多価アルコールに由来するオキセタンに由来する構造(C)の生成を抑制することができる。また、エステル交換反応は、温度を一定に保って行なってもよいし、反応進行度に応じて段階的又は連続的に昇温させながら行なってもよい。所望の化合物(A-1)を得られやすくする観点では、下記式(α’)の関係を満たす温度T1での加熱を行った後、ついで、下記式(β’)の関係を満たす温度T2での加熱を行うことが好ましい。なお、温度T1及び温度T2は下記式(γ’)の関係を満たすことが好ましい。また、第1の加熱の温度の平均温度T1m及び第2の加熱の温度の平均温度T2mは下記式(δ’)の関係を満たすことが好ましい。ここで、反応進行度はGPCチャートから得られる原料の消費量から見積もることができる。
180℃≦T1≦200℃ ・・・(α’)
190℃≦T2≦200℃ ・・・(β’)
T1<T2 ・・・(γ’)
T1m<T2m ・・・(δ’)
【0161】
第4実施形態の混合液の加熱は常圧下で行うこともできるが、減圧下(例えば101~1kPaの圧力下)で行うこともできる。これにより、混合液中に残存する水分を取り除き、反応の進行を速め、組成物への着色を抑制することが可能となる。なお、本明細書中、常圧とは、101.325kPa±20.000kPaの圧力を意味する。所望の化合物(A-1)を得られやすくする観点では、混合液の加熱は、101.325kPa±20.000kPaの圧力下で加熱すること(第1の加熱)と、ついで、20.000kPa以下の減圧下で加熱すること(第2の加熱)と、を含むことが好ましく、第1の加熱の温度が上記式(α’)の関係を満たす温度T1であり、第2の加熱の温度が上記式(β’)の関係を満たす温度T2であることがより好ましく、第1の加熱の温度(温度T1)と第2の加熱の温度(温度T2)とが上記式(γ’)の関係を満たすことがさらに好ましい。
【0162】
第4実施形態の混合液の反応時間は、1~40時間、2~30時間、3~20時間、4~15時間、又は5~12時間であってよい。上記式(C)で表されるオキセタン化合物に由来する構造(C)は多価アルコールの分子内脱水反応、及び/又は、多価アルコールと炭酸エステルの反応生成物である環状カーボネートの分子内脱炭酸反応により生成する。上記分子内脱水反応及び分子内脱炭酸反応は不可逆反応であり、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)の生成量は反応時間に伴い増加する。反応時間が2時間以上であると、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)の生成を促進することが可能であり、モル比(CC/CT×100)、及び/又はモル比(CC/(CC+CD+CE)×100)が上述した数値範囲を満たす組成物が得られやすい。また、反応時間が80時間未満であると、前記オキセタン化合物に由来する構造(C)の生成を抑制することが可能であり、所望の化合物(A-1)を含む組成物が得られやすい。
【0163】
第4実施形態の混合液の加熱は窒素を流入させながら行うこともできる。これにより、混合液中から水分を取り除き、反応の進行を速めることが可能となる。さらに、窒素のパージにより、組成物への着色の抑制が可能となる。所望の化合物(A-1)を得られやすくする観点では、混合液の窒素流量は2~1000ml/min/スケール(kg)であることが好ましく、5~200ml/min/スケール(kg)であることがさらに好ましい。
【0164】
第1~第4実施形態の製造方法では、得られた反応混合物に対して、蒸留、乾燥等の後処理を行ってよい。また、上記製造方法では、化合物(A-1)又はこれを含む組成物を得た後に、化合物(A-2)~化合物(A-4)、ジオール(d)、多価アルコール(e)、オキセタン化合物(F)等の成分を添加して、調製してもよい。
【0165】
<ウレタン樹脂及びその製造方法>
ウレタン樹脂は、ポリオール成分とポリイソシアネート成分との重縮合物又はその架橋体である。ここで、架橋体とは、鎖延長剤等により重縮合物同士が架橋したものを意味する。
【0166】
(ポリオール成分)
ポリオール成分は、上記化合物(A-1)を含む。ポリオール成分は、化合物(A-1)以外のポリオール(末端水酸基を2個以上有する化合物)、又はモノオール(末端水酸基を1個有する化合物)を含んでいてもよい。ポリオール成分は、例えば、上記組成物に含まれ得るポリオール(化合物(A-2)、化合物(A-3)、化合物(A-4)、ジオール(d)、多価アルコール(e)、オキセタン化合物(F)等)を更に含んでいてもよい。これらのポリオールの含有比率は、上記組成物におけるポリオールの含有比率(例えば、モル比(CC/CT×100)、モル比(CC/(CC+CD+CE)×100))と同じであってよい。換言すれば、ポリオール成分は、上記組成物からポリオール以外の化合物を除いたポリオール混合物を含んでいてよい。
【0167】
ポリオール成分は、酸性基を有するポリオールを更に含有していてもよい。この場合、ウレタン樹脂が酸性基を含むこととなる。酸性基を有するウレタン樹脂は、水性ウレタン樹脂分散体に好適に用いられる。水性ウレタン樹脂分散体については後述する。
【0168】
酸性基は、例えば、イソシアネートとの反応により得られるイソシアネート基末端プレポリマーに親水性を付与することができる官能基(親水性基)である。このような酸性基を有するポリオールとしては、例えば、ジメチロールプロピオン酸(DMPA)、ジメチロールブタン酸(DMBA)、ジメチロールペンタン酸、ジメチロールノナン酸等のジメチロールアルカン酸を挙げることができる。
【0169】
(ポリイソシアネート)
ポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート及び脂環族ポリイソシアネートを挙げることができる。また、これらの変性体である変性ポリイソシアネートを用いることもできる。変性ポリイソシアネートとしては、例えば、イソシアヌレート変性ポリイソシアネート(イソシアネートの三量体)、アロファネート変性ポリイソシアネート、ウレトジオン変性ポリイソシアネート、ウレタン変性ポリイソシアネート、ビウレット変性ポリイソシアネート、ウレトンイミン変性ポリイソシアネート、アシルウレア変性ポリイソシアネート等が挙げられる。これらは単独で使用することができ、2種以上を併用することもできる。
【0170】
芳香族イソシアネートとしては、例えば2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート/2,6-トリレンジイソシアネート混合物、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタ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混合物、m-キシリレンジイソシアネート、p-キシリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルエ-テルジイソシアネート、2-ニトロジフェニル-4,4’-ジイソシアネート、2,2’-ジフェニルプロパン-4,4’-ジイソシアネート、3,3’-ジメチルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、4,4’-ジフェニルプロパンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、ナフチレン-1,4-ジイソシアネート、ナフチレン-1,5-ジイソシアネート、3,3’-ジメトキシジフェニル-4,4’-ジイソシアネート等が挙げられる。
【0171】
芳香脂肪族イソシアネートとしては、例えば1,3-キシリレンジイソシアネート、1,4-キシリレンジイソシアネート、及びそれらの混合物;1,3-ビス(1-イソシアナト-1-メチルエチル)ベンゼン、1,4-ビス(1-イソシアナト-1-メチルエチル)ベンゼン、及びそれらの混合物;ω,ω’-ジイソシアナト-1,4-ジエチルベンゼン等が挙げられる。
【0172】
脂肪族イソシアネートとしては、例えばヘキサメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、2-メチルペンタン-1,5-ジイソシアネート、3-メチルペンタン-1,5-ジイソシアネート、リジンジイソシアネート、トリオキシエチレンジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、ノナメチレンジイソシアネート、2,2’-ジメチルペンタンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ブテンジイソシアネート、1,3-ブタジエン-1,4-ジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6,11-ウンデカントリイソシアネート、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネート、1,8-ジイソシアナト-4-(イソシアナトメチル)オクタン、2,5,7-トリメチル-1,8-ジイソシアナト-5-(イソシアナトメチル)オクタン、ビス(イソシアナトエチル)カーボネート、ビス(イソシアナトエチル)エーテル、1,4-ブチレングリコールジプロピルエーテル-α,α’-ジイソシアネート、リジンジイソシアナトメチルエステル、2-イソシアナトエチル-2,6-ジイソシアナトヘキサノエート、2-イソシアナトプロピル-2,6-ジイソシアナトヘキサノエート等が挙げられる。
【0173】
脂環族イソシアネートとしては、例えばイソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチルシクロヘキシルジイソシアネート、ジシクロヘキシルジメチルメタンジイソシアネート、2,2’-ジメチルジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ビス(4-イソシアナト-n-ブチリデン)ペンタエリスリトール、水添ダイマー酸ジイソシアネート、2-イソシアナトメチル-3-(3-イソシアナトプロピル)-5-(イソシアナトメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2-(イソシアナトメチル)3-(3-イソシアナトプロピル)-6-(イソシアナトメチル)-ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2-(イソシアナトメチル)-2-(3-イソシアナトプロピル)-5-(イソシアナトメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2-(イソシアナトメチル)-2-(3-イソシアナトプロピル)-6-(イソシアナトメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2-(イソシアナトメチル)-3-(3-イソシアナトプロピル)-5-(2-イソシアナトエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2-(イソシアナトメチル)-3-(3-イソシアナトプロピル)-6-(2-イソシアナトエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2-(イソシアナトメチル)-2-(3-イソシアナトプロピル)-5-(2-イソシアナトエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2-(イソシアナトメチル)-2-(3-イソシアナトプロピル)-6-(2-イソシアナトエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,5-ビス(イソシアナトメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、水素化ジフェニルメタンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、水素化トリレンジイソシアネート、水素化キシレンジイソシアネート、水素化テトラメチルキシレンジイソシアネート等が挙げられる。
【0174】
(ポリオール成分/ポリイソシアネート成分配合比)
ポリオール成分とポリイソシアネート成分との配合比は、ポリオール成分中の活性水素とポリイソシアネート成分中のイソシアネート基とのモル比が、9:1~1:9であることが好ましく、6:4~4:6であることが更に好ましい。配合比がこの範囲内であると、ウレタン樹脂がより優れた性能を有する傾向がある。
【0175】
(鎖延長剤)
鎖延長剤は、目的、用途等に応じて適宜選択することができる。鎖延長剤としては、例えば、水;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、ネオペンチルグリコール、1,10-デカンジオール、1,1-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、キシリレングリコール、ビス(p-ヒドロキシ)ジフェニル、ビス(p-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]プロパン、ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]スルホン、1,1-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]シクロヘキサン等の低分子ポリオ-ル;ポリエステルポリオ-ル、ポリエステルアミドポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエーテルエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール等の高分子ポリオール;エチレンジアミン、イソホロンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、アミノエチルエタノールアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン等のポリアミンなどを使用することができる。鎖延長剤の配合量(ウレタン樹脂に含まれる鎖延長剤由来の構造の割合)は、ポリオール成分及びポリイソシアネート成分の合計量100質量部に対して、0.1~50質量部であってよい。なお、鎖延長剤がポリオールである場合、該ポリオールは、鎖延長剤及びポリオール成分の両方に包含されるものとして含有量を算出する。
【0176】
上記ウレタン樹脂は、ポリオール成分と、ポリイソシアネート成分と、場合により鎖延長剤と、を反応(ウレタン化反応)させることにより得ることができる。ウレタン化反応は、室温(例えば25℃)で行われてよく、加熱下(例えば、40~200℃)で行われてもよい。
【0177】
ウレタン化反応の際には、反応時間の短縮、反応率の向上等を目的として、触媒(ウレタン化触媒)を追加することができる。触媒としては、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチルプロピレンジアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン等の第3級アミン触媒、及び、スタナスオクトエート、スタナスオレート、ジブチル錫ジラウレート等の錫系触媒などに代表される金属触媒が挙げられる。これらは単独で使用することができ、2種以上を併用することもできる。これらの中でも、ジブチル錫ジラウレートが好ましく用いられる。触媒の使用量は、ポリオール成分及びポリイソシアネート成分の合計量100質量部に対して、0.001~100質量部であってよい。
【0178】
ウレタン化反応の際に触媒を使用する場合には、触媒の処理のためにリン化合物を用いることが好ましい。リン化合物としては特に限定されないが、例えば、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、ジ-2-エチルヘキシルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジル・ジフェニルホスフェート等のリン酸トリエステル;メチルアシッドホスフェート、エチルアシッドホスフェート、プロピルアシッドホスフェート、イソプロピルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェート、ラウリルアシッドホスフェート、ステアリルアシッドホスフェート、2-エチルへキシルアシッドホスフェート、イソデシルアシッドホスフェート、ブトキシエチルアシッドホスフェート、オレイルアシッドホスフェート、テトラコシルアシッドホスフェート、アチレングルコールアシッドホスフェート、2-ヒドロキシエチルメタクリレートアシッドホスフェート、ジブチルホスフェート、モノブチルホスフェート、モノイソデシルホスフェート、ビス(2-エチルヘキシル)ホスフェート等の酸性リン酸エステル;トリフェニルホスファイト、トリスノニルフェニルホスファイト、トリクレジルホスファイト、トリエチルホスファイト、トリス(2-エチルヘキシル)ホスファイト、トリデシルホスファイト、トリラウリルホスファイト、トリス(トリデシル)ホスファイト、トリオレイルホスファイト、ジフェニルモノ(2-エチルヘキシル)ホスファイト、ジフェニルモノデシルホスファイト、ジフェニル(モノデシル)ホスファイト、トリラウリルホスファイト、ジエチルハイドロゲンホスファイト、ビス(2-エチルヘキシル)ハイドロゲンホスファイト、ジラウリルハイドロゲンホスファイト、ジオレイルハイドロゲンホスファイト、ジフェニルハイドロゲンホスファイト、テトラフェニルジプロピレングリコ-ルジホスファイト、ビス(デシル)ペンタエリスルト-ルジホスファイト、トリステアリルホスファイト、ジステアリルペンタエリスリト-ルジホスファイト、トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスファイト等の亜リン酸エステル類;リン酸、亜リン酸、次亜リン酸などが挙げられる。これらは単独で使用することができ、2種以上を併用することもできる。これらの中でも、酸性リン酸エステルが好ましく、2-エチルへキシルアシッドホスフェートがより好ましい。リン化合物の使用量は、触媒100質量部に対して、10~2000質量部であってよい。
【0179】
ウレタン化反応は、溶媒の存在下で行うことができる。溶媒としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、γ-ブチロラクトン、δ-バレロラクトン、ε-カプロラクトン等のエステル類;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等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、2-エトキシエタノ-ル等のエ-テル類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類などを使用することができる。
【0180】
以上説明したウレタン樹脂は、伸び率及び風合いが良好であり、耐久性に優れ、さらに、場合によっては破断強度が良好である。したがって、上記ウレタン樹脂は、合成皮革、人工皮革、コーティング剤等に好適に使用できる。
【0181】
<コーティング剤>
本実施形態のコーティング剤は、上述したウレタン樹脂を含む。ウレタン樹脂の具体的態様は上述したとおりであってよい。
【0182】
コーティング剤として使用する場合の一例としては、RIM(Reaction Injection Moldind、反応射出成形)を応用した型内塗装方法が挙げられる。RIMを応用した型内塗装方法は、具体的には、射出成形金型内でプラスチック基材を成形し、さらに金型内で成形品表面にウレタン塗膜を形成する方法である。本手法では型内容積が一定であり、ウレタン塗膜の密度、厚み、硬さが安定するだけでなく、金型表面の凹凸を忠実に再現でき意匠性の高い外観を得る事も可能である。
【0183】
<水性ウレタン樹脂分散体>
水性ウレタン樹脂分散体は、水系媒体と、該水系媒体中に分散したウレタン樹脂又はその中和物と、を含有する。ウレタン樹脂は、上述したウレタン樹脂のうち、酸性基を有するもの(ポリオール成分が酸性基を有するポリオールを含むもの)である。
【0184】
水系媒体としては、水の他、乳化剤、分散剤等を含む溶液等を用いることができる。水系媒体は、水を含むことが好ましく、水のみからなることがより好ましい。
【0185】
水性ウレタン樹脂分散体がウレタン樹脂の中和物を含有する場合、ウレタン樹脂が有する酸性基は、中和剤によって中和されていてよい。中和剤としては、例えば、アンモニア、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、N-フェニルジエタノールアミン、モノエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モルホリン、N-メチルモルホリン、2-アミノ-2-エチル-1-プロパノール、高級アルキル変性モルホリン等の有機アミン類、リチウム、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機アルカリ類などが挙げられる。塗膜の耐久性、平滑性等の向上の観点では、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン等の加熱によって容易に解離する揮発性の高い中和剤が好ましく用いられる。これらの中和剤は、単独で使用することができ、二種以上を併用することもできる。
【0186】
水性ウレタン樹脂分散体を製造するにあたり、アニオン性極性基含有化合物を用いることもできる。アニオン性極性基含有化合物としては、例えば、活性水素を1個以上有する有機酸と中和剤とからなるものを挙げることができる。有機酸としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスフィン酸塩、チオスルホン酸塩等が挙げられる。有機酸に含まれるこれらのアニオン性極性基は、単独で導入されていてよく、キレートのように金属イオンに関連付けられてもよい。
【0187】
水性ウレタン樹脂分散体を製造するにあたり、カチオン性極性基含有化合物を用いることもできる。カチオン性極性基含有化合物としては、例えば、活性水素を1個以上有する3級アミンと、無機酸の中和剤、有機酸の中和剤及び4級化剤からなる群より選択される1種とからなる。また、カチオン性極性基含有化合物としては、第1級アミン塩、第2級アミン塩、第3級アミン塩、ピリジニウム塩等のカチオン性化合物を用いることもできる。
【0188】
活性水素を1個以上有する3級アミンとしては、例えば、N,N-ジメチルエタノールアミン、N,N-ジエチルエタノールアミン、N,N-ジプロピルエタノールアミン、N,N-ジフェニルエタノールアミン、N-メチル-N-エチルエタノールアミン、N-メチル-N-フェニルエタノールアミン、N,N-ジメチルプロパノールアミン、N-メチル-N-エチルプロパノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、N-エチルジエタノールアミン、N-メチルジプロパノールアミン、N-フェニルジエタノールアミン、N-フェニルジプロパノールアミン、N-ヒドロキシエチル-N-ヒドロキシプロピル-メチルアミン、N,N’-ジヒドロキシエチルピペラジン、トリエタノールアミン、トリスイソプロパノールアミン、N-メチル-ビス-(3-アミノプロピル)-アミン、N-メチル-ビス-(2-アミノプロピル)-アミン等が挙げられる。また、アンモニア、メチルアミン等の第1級アミン、又は、ジメチルアミン等の第2級アミンにアルキレンオキサイドを付加させたものも使用できる。
【0189】
無機酸及び有機酸としては、例えば、塩酸、酢酸、乳酸、シアノ酢酸、燐酸及び硫酸が挙げられる。
【0190】
4級化剤としては、例えば、硫酸ジメチル、塩化ベンジル、ブロモアセトアミド、クロロアセトアミド等が挙げられる。また、臭化エチル、臭化プロピル、臭化ブチル等のハロゲン化アルキルも使用可能である。
【0191】
水性ウレタン樹脂分散体は、例えば、酸性基を有するポリオールを含有するポリオール成分と、ポリイソシアネート成分と、を、溶媒の存在下、又は溶媒の非存在下で反応させてウレタンプレポリマーとする工程と、該プレポリマー中の酸性基を中和剤により中和する工程と、中和されたプレポリマーを水系媒体に分散させる工程と、水系媒体に分散されたプレポリマーを鎖延長剤と反応させる工程と、を順次行うことによって製造することができる。なお、各工程では、必要に応じて触媒を使用することで、反応を促進させ、副生成物の量を制御することができる。
【0192】
以上説明した水性ウレタン樹脂分散体により形成される膜(例えば、水性ウレタン樹脂分散体を基材上にコーティングすることにより形成される膜)は、密着性、柔軟性、触感等に優れる。したがって、上記水性ウレタン樹脂分散体は、人工皮革、合成皮革、外装塗料、内装塗料及びコーティング剤に好適に使用することができる。
【0193】
<2液組成物セット>
上記ウレタン樹脂を形成するためのポリオール成分及びポリイソシアネート成分は、2液組成物セットとして、別々の容器中で保管、運搬等されてよい。2液組成物セットは、少なくとも上記ポリオール成分を含有する第1液と、少なくとも上記ポリイソシアネート成分を含有する第2液と、を含む。鎖延長剤、触媒、溶媒等を用いる場合、これらは、第1液及び/又は第2液に含有させてよく、第1液及び第2液とは別に配合してもよい。上記2液組成物セットは、例えば、コーティング剤として好適に使用することができ、人工皮革、合成皮革、外装塗料、内装塗料等の製造においても好適に使用することができる。上記2液組成物セットをコーティング剤として使用する場合、例えば、第1液と第2液とを混合した後、得られた混合液を基材上に塗布し、場合により加熱することにより、塗膜(例えばウレタン樹脂を含む硬化膜)を形成することができる。
【0194】
2液組成物セットをコーティング剤として使用する場合の一例としては、有機溶剤を使用しない樹脂組成物として人工皮革、合成皮革等の製造においても好適に使用することができ、密着性、柔軟性、触感等に優れるポリウレタン樹脂を形成する。
【0195】
上述したポリオール成分及び上述したポリイソシアネート成分を含むウレタン樹脂形成性組成物、並びに、上述したウレタン樹脂を含むポリウレタン樹脂組成物は、水性ポリウレタン樹脂エマルジョン、無溶剤下で合成されるポリウレタン樹脂又はこれらの前駆体として好ましく用いられる。そして、この水性ポリウレタン樹脂エマルジョン、又は、無溶剤下で合成されるポリウレタン樹脂を硬化することにより、強靭で、100%モジュラスが低減され(風合いが良好であり)、高い軟化温度を有する塗膜やフィルム等の成形体を得ることができ、人工皮革、合成皮革等の皮革用途や、皮革用表面処理剤として好適に使用することができる。100%モジュラスは合成皮革に触れたときのしっとりとした、弾力性のある高級な感覚を定量する指標の一つであり、数値が一定の数値範囲内であると、上記特性が良好なウレタン樹脂となる。
【0196】
<用途>
上述した本実施形態の組成物、ウレタン樹脂、水性ウレタン樹脂分散体及びコーティング剤は、自動車外装用クリア塗料、自動車内装用塗料として好適に使用される塗料組成物に用いることができる。また、本実施形態の組成物、ウレタン樹脂、水性ウレタン樹脂分散体及びコーティング剤は、家電製品、OA(オフィスオートメーション)製品、皮革の表面処理、合成皮革の表面処理等に好ましく用いることができる。
【実施例】
【0197】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0198】
[合成例1:ポリカーボネートジオールの合成1]
攪拌機と、温度計と、加熱装置と、規則充填物を充填した精留塔と冷却器とを組んだ2L二口ガラス製反応器に、1,6-ヘキサンジオール826g、炭酸ジエチル787g、及びテトラブチルチタネート0.05gを混合し、常圧下、低沸点成分を除去しながら100~190℃で8時間反応させた。さらに反応温度を190℃としてフラスコ内の圧力を1kPaまで減圧し、さらに8時間反応を行うことでポリカーボネートポリオールを得た(PCD-1)。
【0199】
【0200】
使用した原料の詳細は以下の通りである。
・1,6-ヘキサンジオール:BASF-JAPAN社製
・トリメチロールプロパン:Sigma-Aldrich社製
・炭酸ジエチル:Sigma-Aldrich社製
・テトラブチルチタネート:東京化成工業社製
【0201】
<実施例>
<第1実施例>
(実施例1A)
攪拌機と、温度計と、加熱装置と、規則充填物を充填した精留塔と冷却器とを組んだ1L二口ガラス製反応器(反応器A)に、トリメチロールプロパン16.5g、1,6-ヘキサンジオール187.1g、炭酸ジエチル196.4g、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン0.71g及びリチウムアセチルアセトナート0.030gを混合した。得られた混合液を、常圧下で、130~150℃(初期130℃、終盤150℃)で加熱し、低沸点成分(炭酸エステル由来のアルコール等)を除去しながら1.5時間反応させた。留出液温度は77℃以上79℃未満とした。さらに、反応温度150℃でフラスコ内の圧力を0.5時間かけて徐々に0.5kPaまで減圧し、さらに0.5kPaで、1.0時間反応を行うことで、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-1A)を得た。
【0202】
(実施例2A)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを1.43g加えたこと以外は、実施例1Aと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-2A)を得た。
【0203】
(実施例3A)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを2.14g加えたこと以外は、実施例1Aと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-3A)を得た。
【0204】
(実施例4A)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを2.85g加えたこと以外は、実施例1Aと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-4A)を得た。
【0205】
(実施例5A)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを5.70g加えたこと以外は、実施例1Aと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-5A)を得た。
【0206】
(実施例6A)
反応器Aに、トリメチロールプロパン16.5g、1,6-ヘキサンジオール187.1g、炭酸ジエチル196.4g、及びリチウムアセチルアセトナート0.030gを混合した。得られた混合液を、常圧下で、130~150℃(初期130℃、終盤150℃)で加熱し、低沸点成分(炭酸エステル由来のアルコール等)を除去しながら1.5時間反応させた。留出液温度は77℃以上79℃未満とした。さらに、反応温度150℃でフラスコ内の圧力を0.5kPaまで0.5時間かけて徐々に減圧し、さらに0.5kPaで、35時間反応を行うことで、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-6A)を得た。
【0207】
(比較例1A)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0gとしたこと以外は、実施例1Aと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-7A)を得た。
【0208】
(比較例2A)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.07g加えたこと以外は、実施例1Aと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-8A)を得た。
【0209】
(比較例3A)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.14g加えたこと以外は、実施例1Aと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-9A)を得た。
【0210】
(比較例4A)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.43g加えたこと以外は、実施例1Aと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-10A)を得た。
【0211】
(比較例5A)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを7.13g加えたこと以外は、実施例1Aと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-11A)を得た。
【0212】
(比較例6A)
反応器Aに、トリメチロールプロパン16.5g、1,6-ヘキサンジオール187.1g、炭酸ジエチル196.4g、及びリチウムアセチルアセトナート0.020gを混合した。得られた混合液を、常圧下で、130~150℃(初期130℃、終盤150℃)で加熱し、低沸点成分(炭酸エステル由来のアルコール等)を除去しながら8時間反応させた。留出液温度は77℃以上79℃未満とした。さらに反応温度を150℃としてフラスコ内の圧力を1kPaまで減圧し、さらに1kPaで、8時間反応を行うことで、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-12A)を得た。
【0213】
(分析評価)
[数平均分子量の測定]
以下の条件で、上記で得られたポリカーボネートポリオール及び上記で得られた組成物のGPC分析を行い、ポリカーボネートポリオールの数平均分子量及び組成物の数平均分子量を測定した。結果を表1及び表2に示す。
-条件-
(1)測定器:HLC-8420(東ソー社製)
(2)カラム:TSKgel(東ソー社製)
・G3000H-XL
・G3000H-XL
・G2000H-XL
・G2000H-XL
(3)移動相:THF(テトラヒドロフラン)
(4)検出器:RI(屈折率)検出器(HLC-8420付属品)
(5)温度:40℃
(6)流速:1.000ml/min
(7)検量線:以下の商品(いずれも三洋化成工業社製の2官能のポリオキシプロピレンポリオール)を用いて、検量線を得た。
・「サンニックスPP-200」(数平均分子量=200、平均官能基数:2)
・「サンニックスPP-400」(数平均分子量=400、平均官能基数:2)
・「サンニックスPP-1000」(数平均分子量=1000、平均官能基数:2)
・「サンニックスPP-2000」(数平均分子量=2000、平均官能基数:2)
・「サンニックスPP-3000」(数平均分子量=3200、平均官能基数:2)
・「サンニックスPP-4000」(数平均分子量=4160、平均官能基数:2)
(8)検量線の近似式:3次式
(9)サンプル溶液濃度:0.5質量%THF溶液
【0214】
[水酸基価の測定]
JIS K1557-1に準拠し、アセチル化試薬を用いた方法にて、上記で得られたポリカーボネートポリオールの水酸基価、及び、上記で得られた組成物の水酸基価を測定した。結果を表1及び表2に示す。
【0215】
[性状評価]
上記で得られた組成物をサンプルとし、該サンプルを80℃で1時間加熱した後、25℃で3日間放置した。放置後のサンプルの状態を目視により確認し、上記温度で僅かでも流動性があれば液状とし、流動性がない場合には固体とした。結果を表2に示す。
【0216】
<各組成の計算方法>
(みなし平均水酸基官能基数)
組成物のみなし平均水酸基官能基数はGPC(Gel Permeation Chromatography)測定より得られる数平均分子量と水酸基価から算出した。本来であれば、平均水酸基官能基数は真の数平均分子量と平均水酸基価から算出されるが、組成物の真の数平均分子量の算出が難しいため、GPC測定よりPPG検量線より換算される数平均分子量を用い、みなし平均水酸基官能基数として定義する。みなし平均水酸基官能基数は下記式より定義する。
みなし平均水酸基官能基数=(組成物の平均水酸基価(mgKOH/g)×組成物のGPC測定よりPPG検量線から算出される数平均分子量(g/mol))/(56.11(KOHg/mol)×1000)
【0217】
[組成分析]
以下の手順で組成物の組成分析を行った。
【0218】
まず、上記で得られた組成物(サンプル)を重水素化クロロホルム(富士フイルム和光純薬社製)に溶解し溶液を得た。該溶液に化学シフト基準としてテトラメチルシラン(TMS)を加えて試験液を得た。得られた試験液について、日本電子社製のJNM-ECX400を用いて1H-NMRを測定し、TMSシグナルを0ppmとして1H-NMRスペクトルを得た。測定は以下の条件で行った。
-条件-
・共鳴周波数:400MHz
・パルス幅:45degree
・待ち時間:5秒
・積算回数:64
・サンプル溶液濃度(TMS含有重クロロホルム):3質量vol%
【0219】
次いで、上記で得られた1H-NMRスペクトルから、上記式(C)で表される基が有するオキセタン基の酸素原子の隣に位置するメチレンのシグナル(SC)の積分値ΔSCと、式(D)で表される基が有するヒドロキシ基の隣に位置するメチレンのシグナル(SD)の積分値ΔSDと、式(E)で表される基が有するヒドロキシ基の隣に位置するメチレンのシグナル(SE)の積分値ΔSEと、を求めた。また、式(I)と式(C)で表される基のR2がメチル基又はエチル基である場合、これらの末端メチルのシグナルの積分値を求め、これらをシグナル(SI)の積分値ΔSIとした。
【0220】
具体的には、4.390ppm以上4.500ppm以下のシグナルをシグナル(SC)とし、3.618ppm以上3.720ppm以下のシグナルをシグナル(SD)とし、3.590ppm以上3.618ppm以下のシグナルをシグナル(SE)とし、0.700ppm以上1.130ppm以下のシグナルを、式(I)と式(C)で表される基のR2がメチル基である場合(多価アルコール(e)がトリメチロールエタンである場合)のシグナル(SI)とし、0.700ppm以上1.000ppm以下のシグナルを、式(I)と式(C)で表される基のR2がエチル基である場合(多価アルコール(e)がトリメチロールプロパンである場合)のシグナル(SI)とした。
【0221】
なお、積分値測定に係るベースラインは、規定のスペクトル範囲におけるスペクトル強度を比較し、最も低いスペクトル強度を基準として水平に描いた直線とした。シグナル(SE)は通常シングルのピークを示すが、極微量の水分に影響を受け、ピークが分裂する場合がある。分裂したピークとして検出されると、上記積分範囲から逸脱し、正確なCEが得られない。従って、シグナル(SE)から求められる積分値はシングルのピークを示す場合を採用する。
【0222】
得られた積分値から、モル比(CC/CT×100)、及びモル比(CC/(CC+CD+CE)×100)を算出した。結果を表2に示す。
【0223】
【0224】
表2中、実施例1A~6A、及び比較例1A~6Aの「組成」(単位:g)は、反応原料を示す。
【0225】
(物性評価)
以下の方法でウレタン硬化膜被膜(フィルム)を作製し、得られたフィルムをサンプルとして、物性(引張特性、耐熱性、及び低温特性)の評価を行った。
【0226】
[ウレタン硬化被膜の作製]
まず、上記で得られた組成物と、ポリイソシアネート成分(C-2612)と、ウレタン化触媒と、リン化合物(JP508)と、希釈溶剤とを、表3に記載の配合(単位:g)で、200mLのガラス瓶で混合した。混合直後に、混合液を離型紙上に流し、バーコーターにて厚さ200μmのフィルムになるようにキャストした。次いで、キャストされた膜を25℃で30分、50℃で30分、80℃で30分、120℃で1時間、及び、50℃で18時間の条件で加熱することにより硬化させ、ウレタン硬化被膜(フィルム)を得た。
【0227】
[引張特性100%モジュラス評価]
得られたフィルムの引張特性及び100%モジュラス特性をJIS K6251に準拠して、以下の条件で測定した。(100%モジュラス、破断時強度、破断時伸び)
-条件-
・試験装置:テンシロンUTA-500(エー・アンド・デー社製)
・測定条件:25℃×50%RH
・ヘッドスピード:200mm/分
・ダンベル4号
【0228】
[軟化温度]
得られたフィルムからダンベルを用いて試験片を得た後、試験片に2cmの標線を記し、標線中央部の厚みを測定した。試験片の一方のつかみ部に所定重量のおもりを取り付け、もう一方のつかみ部をダブルクリップで挟み込み、クリップが上側となるように乾燥機内に吊り下げた後、乾燥機内を昇温し標線間距離を観測、標線間距離が4cmとなったときの温度を軟化温度として読み取った。
・処理装置:送風定温乾燥機DRK633DA(アドバンテック社製)
・おもり重量:標線中央部厚み(μm)×0.05g
・ダンベル2号(JIS K6251準拠)
・昇温速度:5℃/分
【0229】
[ガラス転移温度]
得られたフィルムからダンベルを用いて試験片(幅0.4cm、長さ2.5cm)を得た後、標線中央部の厚み(約100~200μm)を測定した。ガラス転移温度は得られる損失弾性率(E”)/貯蔵弾性率(E’)=tanδのピークトップの温度とした。
-条件-
・処理装置:RHEOVIBRON DDV-01GP Dynamic Viscoelastomeret (オリエンテック社製)
・範囲:-50~40℃
・昇温速度:3℃/分
・周波数:35Hz
・振幅:16μm
・静的張力:5.00gf
【0230】
[評価基準]
100%モジュラス、破断強度、破断伸び、軟化温度、及びガラス転移温度の各物性値を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。
<100%モジュラス>
A:1.5MPa以上2.0MPa以下
B:1.5MPa未満
C:2.0MPa超
<破断強度>
A:19MPa超
B:15MPa以上19MPa以下
D:15MPa未満
<破断伸び>
A:350%超
B:350%以下
<軟化温度>
A:240℃超
B:230℃以上240℃以下
C:230℃未満
<ガラス転移温度>
A:1.5℃以下
B:1.5℃超
【0231】
【0232】
(ハンドリング性評価)
以下の方法でイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを作製し、得られたイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーをサンプルとして、ハンドリング性(プレポリマー粘度)の評価を行った。
【0233】
[イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの作製]
撹拌機、温度計、窒素シール管、及び冷却器を装着した容量1Lの反応器に、上記で得られた組成物と、N-980N(東ソー社製:数平均分子量2000;水酸基価56.11mgKOH/g;1,6-ヘキサンジオール系ポリカーボネートジオール)と、1,6-ヘキサンジオールと、2,2-ジメチロールプロパン酸(親水化剤)と、イソホロンジイソシアネート(ポリイソシアネート)と、メチルエチルケトン(有機溶剤)とを、表4に記載の配合(単位:g)で仕込み、78℃に加温し、同温度で30分撹拌した後、DOTDL(触媒)を0.010g加え、2時間反応させた。続けて、DOTDLを0.015g加え、2時間反応させた後、さらにDOTDLを0.010g加え2時間反応させ、生成物のNCO含量からポリオール及び親水化剤のヒドロキシル基が完全に消費されたことを確認した後反応を停止し、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを得た。
【0234】
[イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの粘度]
得られたイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを約2g採取し、4.7mmアルミニウム球状プローブとともに試料管に封入し、EMS(Electro Magnetically Spinning)粘度計(京都電子工業社製:EMS-1000)により、50℃における定常状態での粘度を測定した。結果を表4に示す。
測定条件
・温度:50℃
・球状プローブ:φ4.7mm
・モーター回転数:1000rpm
・測定間隔:30秒
・測定時間:5分
【0235】
[評価基準]
イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの粘度を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。
<粘度>
A:1700mPa・s未満
B:1700mPa・s以上1800mPa・s以下
D:1800mPa・s超
【0236】
【0237】
組成物の総合評価を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。結果を表5に示す。
<総合評価>
A:各物性及びハンドリング性の評価がAのみ
B:各物性及びハンドリング性の評価がDを含まず、B又はCを1つ含む
C:各物性及びハンドリング性の評価がDを含まず、B又はCを2つ以上含む
D:各物性及びハンドリング性の評価がDを含む
【0238】
【0239】
第1実施例において使用した材料の詳細は以下のとおりである。
・1,6-ヘキサンジオール:BASF-JAPAN社製
・トリメチロールプロパン:Sigma-Aldrich社製
・炭酸ジエチル:Sigma-Aldrich社製
・3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン:東京化成工業社製
・リチウムアセチルアセトナート:Sigma-Aldrich社製
・C-2612:コロネート2612(商品名)、ヘキサメチレンジイソシアネートアダクト変性ポリイソシアネート、イソシアネート含量=17.2%、東ソー社製
・JP-508:商品名、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート、城北化学工業社製
・DOTDL:ジオクチルスズジラウレート、キシダ化学工業社製
・メチルエチルケトン:丸善石油化学社製
・トルエン:富士フイルム和光純薬社製
・BYK-331:シリコン系表面調整剤、BYK社製
・2,2-ジメチロールプロピオン酸:東京化成工業社製
・イソホロンジイソシアネート:エボニック社製
【0240】
<第2実施例>
(実施例1B)
反応器Aに、トリメチロールプロパン15.8g、1,6-ヘキサンジオール99.5g、1,4-ブタンジオール75.9g、炭酸ジエチル208.9g、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン0.68g及びリチウムアセチルアセトナート0.030gを混合した。得られた混合液を、常圧下で、130~150℃(初期130℃、終盤150℃)で加熱し、低沸点成分(炭酸エステル由来のアルコール等)を除去しながら1.5時間反応させた。留出液温度は77℃以上79℃未満とした。さらに、反応温度150℃でフラスコ内の圧力を0.5時間かけて、0.5kPaまで減圧し、さらに0.5kPaで、1.0時間反応を行うことで、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-1B)を得た。
【0241】
(実施例2B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを1.36g加えたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-2B)を得た。
【0242】
(実施例3B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを2.73g加えたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-3B)を得た。
【0243】
(比較例1B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0gとしたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-4B)を得た。
【0244】
(比較例2B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを6.82gとしたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-5B)を得た。
【0245】
(実施例4B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.60g加えたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-6B)を得た。
【0246】
(実施例5B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを2.73g加えたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-7B)を得た。
【0247】
(実施例6B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを4.80g加えたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-8B)を得た。
【0248】
(比較例3B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.34g加えたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-9B)を得た。
【0249】
(比較例4B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.50g加えたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-10B)を得た。
【0250】
(比較例5B)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを8.20g加えたこと以外は、実施例1Bと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-11B)を得た。
【0251】
(比較例6B)
反応器Aに、トリメチロールプロパン15.8g、1,6-ヘキサンジオール99.5g、1,4-ブタンジオール75.9g、炭酸ジエチル208.9g、及びリチウムアセチルアセトナート0.030gを混合した。得られた混合液を、常圧下で、130~150℃(初期130℃、終盤150℃)で加熱し、低沸点成分(炭酸エステル由来のアルコール等)を除去しながら8時間反応させた。留出液温度は77℃以上79℃未満とした。さらに反応温度を150℃としてフラスコ内の圧力を1kPaまで減圧し、さらに1kPaで、8時間反応を行うことで、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-13B)を得た。
【0252】
(分析評価)
第1実施例と同様にして、上記で得られた組成物の数平均分子量及び水酸基価を測定し、性状評価、みなし平均水酸基官能基数の算出及び組成分析を行った。組成分析では、4.390ppm以上4.500ppm以下のシグナルをシグナル(SC)とし、3.618ppm以上3.720ppm以下のシグナルをシグナル(SD)とし、3.590ppm以上3.618ppm以下のシグナルをシグナル(SE)とし、0.700ppm以上1.130ppm以下のシグナルを、式(I)と式(C)で表される基のR
2がメチル基である場合(多価アルコール(e)がトリメチロールエタンである場合)のシグナル(SI)とし、0.700ppm以上1.000ppm以下のシグナルを、式(I)と式(C)で表される基のR
2がエチル基である場合(多価アルコール(e)がトリメチロールプロパンである場合)のシグナル(SI)とした。結果を表6に示す。
図1は実施例1Bで得られた組成物の
1H-NMRスペクトルを示す。
【0253】
【0254】
表6中、実施例1B~6B、及び比較例1B~6Bの「組成」(単位:g)は、反応原料を示す。
【0255】
(物性評価)
上記で得られた組成物と、ポリイソシアネート成分(C-2612)と、ウレタン化触媒と、リン酸エステル(JP508)と、希釈溶剤とを、表7に記載の配合(単位:g)で混合した以外は、第1実施例と同様にして、ウレタン硬化被膜(フィルム)を得た。次いで、得られたフィルムをサンプルとして、第1実施例と同様にして、物性(引張特性、風合い特性、低温特性)の評価を行った。結果を表7に示す。
【0256】
[評価基準]
100%モジュラス、破断強度、破断伸び、軟化温度、及びガラス転移温度の各物性値を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。
<100%モジュラス>
A:1.0MPa以上1.7MPa以下
B:1.7MPa超
C:1.0未満
<破断強度>
A:19MPa超
B:16MPa以上19MPa以下
D:16MPa未満
<破断伸び>
A:410%以上
B:410%未満
<軟化温度>
A:240℃超
B:240℃以下
<ガラス転移温度>
A:4.5℃以下
B:4.5℃超
【0257】
【0258】
(ハンドリング性評価)
上記で得られた組成物と、N-980Nと、1,6-ヘキサンジオールと、2,2-ジメチロールプロパン酸(親水化剤)と、イソホロンジイソシアネート(ポリイソシアネート)と、メチルエチルケトン(有機溶剤)とを、表8に記載の配合(単位:g)で仕込んだこと以外は、第1実施例と同様にして、ハンドリング性(イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー粘度)の評価を行った。結果を表8に示す。
【0259】
[評価基準]
イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの粘度を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。
<粘度>
A:2500mPa・s以下
D:2500mPa・s超
【0260】
【0261】
組成物の総合評価を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。結果を表9に示す。
<総合評価>
A:各物性及びハンドリング性の評価がAのみ
B:各物性及びハンドリング性の評価がDを含まず、B又はCを1つ含む
C:各物性及びハンドリング性の評価がDを含まず、B又はCを2つ以上含む
D:各物性及びハンドリング性の評価がDを含む
【0262】
【0263】
第2実施例において使用した材料の詳細は以下のとおりである。
・1,6-ヘキサンジオール:BASF-JAPAN社製
・1,4-ブタンジオール:東京化成工業社製
・トリメチロールプロパン:Sigma-Aldrich社製
・炭酸ジエチル:Sigma-Aldrich社製
・3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン:東京化成工業社製
・リチウムアセチルアセトナート:Sigma-Aldrich社製
・C-2612:コロネート2612(商品名)、ヘキサメチレンジイソシアネートアダクト変性ポリイソシアネート、イソシアネート含量=17.2%、東ソー社製
・JP-508:商品名、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート、城北化学工業社製
・DOTDL:ジオクチルスズジラウレート、キシダ化学工業社製
・メチルエチルケトン:丸善石油化学社製
・トルエン:富士フイルム和光純薬社製
・BYK-331:シリコン系表面調整剤、BYK社製
・2,2-ジメチロールプロピオン酸:東京化成工業社製
・イソホロンジイソシアネート:エボニック社製
【0264】
<第3実施例>
(実施例1C)
反応器Aに、トリメチロールプロパン16.5g、1,6-ヘキサンジオール93.6g、3-メチル-1,5-ペンタンジオール93.6g、炭酸ジエチル196.4g、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン0.77g及びリチウムアセチルアセトナート0.030gを混合した。得られた混合液を、常圧下で、130~150℃(初期130℃、終盤150℃)で加熱し、低沸点成分(炭酸エステル由来のアルコール等)を除去しながら1.5時間反応させた。留出液温度は77℃以上79℃未満とした。さらに、反応温度150℃でフラスコ内の圧力を0.5時間かけて、0.5kPaまで減圧し、さらに0.5kPaで、1.0時間反応を行うことで、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-1C)を得た。
【0265】
(実施例2C)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを1.42g加えたこと以外は、実施例1Cと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-2C)を得た。
【0266】
(実施例3C)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを3.00g加えたこと以外は、実施例1Cと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-3C)を得た。
【0267】
(比較例1C)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0gとしたこと以外は、実施例1Cと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-4C)を得た。
【0268】
(比較例2C)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.17gとしたこと以外は、実施例1Cと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-5C)を得た。
【0269】
(比較例3C)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを7.30gとしたこと以外は、実施例1Cと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-6C)を得た。
【0270】
(実施例4C)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを2.20g加えたこと以外は、実施例1Cと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-7C)を得た。
【0271】
(実施例5C)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを3.85g加えたこと以外は、実施例1Cと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-8C)を得た。
【0272】
(実施例6C)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを6.50g加えたこと以外は、実施例1Cと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-9C)を得た。
【0273】
(実施例7C)
反応器Aに、トリメチロールプロパン16.5g、1,6-ヘキサンジオール93.6g、3-メチル-1,5-ペンタンジオール93.6g、炭酸ジエチル196.4g、及びリチウムアセチルアセトナート0.030gを混合した。得られた混合液を、常圧下で、130~150℃(初期130℃、終盤150℃)で加熱し、低沸点成分(炭酸エステル由来のアルコール等)を除去しながら1.5時間反応させた。留出液温度は77℃以上79℃未満とした。さらに、反応温度150℃でフラスコ内の圧力を0.5kPaまで0.5時間かけて徐々に減圧し、さらに0.5kPaで、35時間反応を行うことで、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-10C)を得た。
【0274】
(比較例4C)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.55gとしたこと以外は、実施例1Cと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-11C)を得た。
【0275】
(分析評価)
第1実施例と同様にして、上記で得られた組成物の数平均分子量及び水酸基価を測定し、性状評価、みなし平均水酸基官能基数の算出及び組成分析を行った。組成分析では、4.390ppm以上4.500ppm以下のシグナルをシグナル(SC)とし、3.618ppm以上3.720ppm以下のシグナルをシグナル(SD)とし、3.590ppm以上3.618ppm以下のシグナルをシグナル(SE)とした。結果を表10に示す。
図2は実施例1Cで得られた組成物の
1H-NMRスペクトルを示す。
【0276】
【0277】
表10中、実施例1C~7C、及び比較例1C~4Cの「組成」(単位:g)は、反応原料を示す。
【0278】
(物性評価)
上記で得られた組成物と、ポリイソシアネート成分(C-2612)と、ウレタン化触媒と、リン酸エステル(JP508)と、希釈溶剤とを、表8及び表9に記載の配合(単位:g)で混合した以外は、第1実施例と同様にして、ウレタン硬化被膜(フィルム)を得た。次いで、得られたフィルムをサンプルとして、第1実施例と同様にして、物性(引張特性、風合い特性、低温特性)の評価を行った。結果を表11に示す。
【0279】
[評価基準]
100%モジュラス、破断強度、破断伸び、軟化温度、及びガラス転移温度の各物性値を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。
<100%モジュラス>
A:2.0MPa以下
B:2.0MPa超
<破断強度>
A:14.5MPa超
B:13MPa以上14.5MPa以下
D:13MPa未満
<破断伸び>
A:400%以上
B:400%未満
<軟化温度>
A:230℃以上
B:230℃未満
<ガラス転移温度>
A:4.0℃以下
B:4.0℃超
【0280】
【0281】
(ハンドリング性評価)
上記で得られた組成物と、N-980Nと、1,6-ヘキサンジオールと、2,2-ジメチロールプロパン酸(親水化剤)と、イソホロンジイソシアネート(ポリイソシアネート)と、メチルエチルケトン(有機溶剤)とを、表12に記載の配合(単位:g)で仕込んだこと以外は、第1実施例と同様にして、ハンドリング性(イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー粘度)の評価を行った。結果を表12に示す。
【0282】
[評価基準]
イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの粘度を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。
<粘度>
A:1400mPa・s以下
D:1400mPa・s超
【0283】
【0284】
組成物の総合評価を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。結果を表13に示す。
<総合評価>
A:各物性及びハンドリング性の評価がAのみ
B:各物性及びハンドリング性の評価がDを含まず、B又はCを1つ含む
C:各物性及びハンドリング性の評価がDを含まず、B又はCを2つ以上含む
D:各物性及びハンドリング性の評価がDを含む
【0285】
【0286】
第3実施例において使用した材料の詳細は以下のとおりである。
・1,6-ヘキサンジオール:BASF-JAPAN社製
・3-メチル1,5-ペンタンジオール:富士フイルム和光純薬社製
・トリメチロールプロパン:Sigma-Aldrich社製
・炭酸ジエチル:Sigma-Aldrich社製
・3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン:東京化成工業社製
・リチウムアセチルアセトナート:Sigma-Aldrich社製
・C-2612:コロネート2612(商品名)、ヘキサメチレンジイソシアネートアダクト変性ポリイソシアネート、イソシアネート含量=17.2%、東ソー社製
・JP-508:商品名、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート、城北化学工業社製
・DOTDL:ジオクチルスズジラウレート、キシダ化学工業社製
・メチルエチルケトン:丸善石油化学社製
・トルエン:富士フイルム和光純薬社製
・BYK-331:シリコン系表面調整剤、BYK社製
・2,2-ジメチロールプロピオン酸:東京化成工業社製
・イソホロンジイソシアネート:エボニック社製
【0287】
(第4実施形態)
(実施例1D)
攪拌機、温度計、加熱装置及び冷却器を組んだ0.5L四つ口ガラス製反応器(反応器B)にPCD-1を371.6g、プラクセル305を128.2g、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン1.35g、リチウムアセチルアセトナートを0.08g混合した。常圧下で、190℃で加熱し、6時間反応させた。化合物(A-1)を含む組成物(PCP-1D)を得た。
【0288】
(実施例2D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを2.91g加えたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-2D)を得た。
【0289】
(実施例3D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを5.42g加えたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-3D)を得た。
【0290】
(実施例4D)
反応器Bに、PCD-1を371.6g、プラクセル305を128.2g、リチウムアセチルアセトナートを0.08g混合した。常圧下で、190℃で加熱し、35時間反応させることにより化合物(A-1)を含む組成物(PCP-4D)を得た。
【0291】
(比較例1D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0gとしたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-5D)を得た。
【0292】
(比較例2D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.39gとしたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-6D)を得た。
【0293】
(比較例3D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.93gとしたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-7D)を得た。
【0294】
(比較例4D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを13.5gとしたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-8D)を得た。
【0295】
(比較例5D)
反応器Bに、PCD-1を371.6g、プラクセル305を128.2g、炭酸水素カリウムを0.05g混合した。常圧下で、190℃で加熱し、5時間反応させた。化合物(A-1)を含む組成物(PCP-9D)を得た。
【0296】
(実施例5D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.97g加えたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-10D)を得た。
【0297】
(実施例6D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを1.05g加えたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-11D)を得た。
【0298】
(実施例7D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを1.20g加えたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-12D)を得た。
【0299】
(実施例8D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン8.00g加えたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-13D)を得た。
【0300】
(実施例9D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを10.00g加えたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-14D)を得た。
【0301】
(比較例2D)
3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタンを0.19gとしたこと以外は、実施例1Dと同様にして、化合物(A-1)を含む組成物(PCP-15D)を得た。
【0302】
(分析評価)
第1実施例と同様にして、上記で得られた組成物の数平均分子量及び水酸基価を測定し、性状評価、みなし平均水酸基官能基数の算出及び組成分析を行った。組成分析では、4.390ppm以上4.500ppm以下のシグナルをシグナル(SC)とし、3.618ppm以上3.720ppm以下のシグナルをシグナル(SD)とし、3.550ppm以上3.618ppm以下のシグナルをシグナル(SE)とし、0.700ppm以上1.130ppm以下のシグナルを、式(I)と式(C)で表される基のR2がメチル基である場合(多価アルコール(e)がトリメチロールエタンである場合)のシグナル(SI)とし、0.700ppm以上1.000ppm以下のシグナルを、式(I)と式(C)で表される基のR2がエチル基である場合(多価アルコール(e)がトリメチロールプロパンである場合)のシグナル(SI)とした。
結果を表14に示す。
【0303】
【0304】
表14中、実施例1D~9D、及び比較例1D~6Dの「組成」(単位:g)は、反応原料を示す。
【0305】
(物性評価)
上記で得られた組成物と、ポリイソシアネート成分(C-2612)と、ウレタン化触媒と、リン酸エステル(JP508)と、希釈溶剤とを、表15に記載の配合(単位:g)で混合した以外は、第1実施例と同様にして、ウレタン硬化被膜(フィルム)を得た。次いで、得られたフィルムをサンプルとして、第1実施例と同様にして、物性(引張特性、風合い特性、低温特性)の評価を行った。結果を表15に示す。
【0306】
[評価基準]
100%モジュラス、破断強度、破断伸び、軟化温度、及びガラス転移温度の各物性値を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。
<100%モジュラス>
A:2.0MPa以下
B:2.0MPa超
<破断強度>
A:16MPa超
B:16MPa以下15MPa以上
D:15MPa未満
<破断伸び>
A:400%以上
B:400%未満
<軟化温度>
A:250℃以上
B:250℃未満
<ガラス転移温度>
A:−2℃以下
B:−2℃超
【0307】
【0308】
(ハンドリング性評価)
上記で得られた組成物と、N-980Nと、1,6-ヘキサンジオールと、2,2-ジメチロールプロパン酸(親水化剤)と、イソホロンジイソシアネート(ポリイソシアネート)と、メチルエチルケトン(有機溶剤)とを、表16に記載の配合(単位:g)で仕込んだこと以外は、第1実施例と同様にして、ハンドリング性(イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー粘度)の評価を行った。結果を表16に示す。
【0309】
[評価基準]
イソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの粘度を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。
<粘度>
A:2600mPa・s以下
D:2600mPa・s超
【0310】
【0311】
組成物の総合評価を、A、B、C、及びD(A:非常に良好、B:良好、C:普通、D:不良)で評価した。結果を表17に示す。
<総合評価>
A:各物性及びハンドリング性の評価がAのみ
B:各物性及びハンドリング性の評価がDを含まず、B又はCを1つ含む
C:各物性及びハンドリング性の評価がDを含まず、B又はCを2つ以上含む
D:各物性及びハンドリング性の評価がDを含む
【0312】
【0313】
第4実施例において使用した材料の詳細は以下のとおりである。
・プラクセル305:ポリカプロラクトントリオール(数平均分子量=550、水酸基価=305、官能基数=3) ダイセル社製
・3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン:東京化成工業社製
・リチウムアセチルアセトナート:Sigma-Aldrich社製
・炭酸水素カリウム:富士フイルム和光純薬社製
・C-2612:コロネート2612(商品名)、ヘキサメチレンジイソシアネートアダクト変性ポリイソシアネート、イソシアネート含量=17.2%、東ソー社製
・JP-508:商品名、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート、城北化学工業社製
・DOTDL:ジオクチルスズジラウレート、キシダ化学工業社製
・メチルエチルケトン:丸善石油化学社製
・トルエン:富士フイルム和光純薬社製
・BYK-331:シリコン系表面調整剤、BYK社製
・2,2-ジメチロールプロピオン酸:東京化成工業社製
・イソホロンジイソシアネート:エボニック社製
【要約】
本開示は、特定の構造を有する繰り返し単位(A)と、特定の構造を有する多価アルコールに由来する構造単位(I)と、を含む化合物(A-1)を含む組成物に関する。当該組成物に含まれる特定の構造を有するオキセタン化合物に由来する構造(C)の含有量が、当該オキセタン化合物に由来する構造(C)と、特定の構造を有するジオールに由来する構造(D)と、特定の構造を有する多価アルコールに由来する構造(E)と、の総和に対して、0.90~10.7mol%である。