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タイトル:公開特許公報(A)_ウレタン化合物の製造方法およびそれにより得られるウレタン化合物
出願番号:2011224458
年次:2012
IPC分類:C07C 269/02,C07C 271/24,C08G 18/22,C07B 61/00


特許情報キャッシュ

小川 照彦 堀家 浩史 JP 2012102086 公開特許公報(A) 20120531 2011224458 20111012 ウレタン化合物の製造方法およびそれにより得られるウレタン化合物 日本合成化学工業株式会社 000004101 西藤 征彦 100079382 井▲崎▼ 愛佳 100123928 西藤 優子 100136308 小川 照彦 堀家 浩史 JP 2010230736 20101013 C07C 269/02 20060101AFI20120427BHJP C07C 271/24 20060101ALI20120427BHJP C08G 18/22 20060101ALI20120427BHJP C07B 61/00 20060101ALN20120427BHJP JPC07C269/02C07C271/24C08G18/22C07B61/00 300 11 OL 17 4H006 4H039 4J034 4H006AA02 4H006AC56 4H006BA07 4H006BA10 4H006BA32 4H006BA45 4H006BC32 4H006BC34 4H006RA28 4H006RB28 4H039CA99 4H039CF40 4J034BA08 4J034CA04 4J034CB03 4J034CB07 4J034CC03 4J034DA01 4J034DB04 4J034DB07 4J034DF03 4J034FA04 4J034FB01 4J034FC01 4J034FD01 4J034HA01 4J034HA07 4J034HC17 4J034HC22 4J034HC46 4J034HC52 4J034HC61 4J034HC71 4J034HC73 4J034KA01 4J034KB02 4J034KC08 4J034KC16 4J034KD02 4J034KD08 4J034KE02 本発明は、ウレタン化合物の製造方法およびそれにより得られるウレタン化合物に関するものであり、さらに詳しくはウレタン(メタ)アクリレートやポリウレタン等のウレタン化合物の製造方法およびそれにより得られるウレタン化合物に関するものである。 従来、ウレタン化反応に用いられる触媒としては、ジブチル錫ジラウレート等の錫系触媒が用いられてきた。 しかしながら、近年、錫系触媒の毒性の問題が指摘され、その代替触媒が求められている。 例えば、特許文献1の光ファイバ被覆用液状硬化性樹脂組成物においては、ジブチル錫ジラウレートに代えて、ジルコニウムテトラアセチルアセトネートまたはジルコニウムトリス(アセチルアセトネート)エチルアセトアセテート等のジルコニウム系触媒を用い、その存在下でウレタン化反応を行い、ウレタン(メタ)アクリレートを製造することが記載されている。 また、特許文献2の硬化性組成物においては、同じく、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート等のジルコニウム系触媒の存在下で、ウレタン化反応を行い、ウレタン(メタ)アクリレートを製造することも記載されている。特開2003−327637号公報国際公開第2009/063912号 しかしながら、上記特許文献1および特許文献2に開示の技術で使用するジルコニウムテトラアセチルアセトネート等のジルコニウム系触媒は、イソシアネート化合物、各種ポリオール、各種モノマー、溶剤等のウレタン原料に対して不溶性である。ジルコニウム系触媒が不溶の状態でウレタン化反応を行なうと、触媒濃度が不均一であることに起因して、ウレタン化反応も不均一に進行することになり、ウレタン化合物以外の副生成物(異常反応より生成した不溶物の化合物)が発生する傾向がある。 そこで、本発明ではこのような背景下において、ウレタン化反応が均一に進行し、副生物の発生を抑えることができるウレタン化合物の製造方法およびそれにより得られるウレタン化合物を提供することを目的とするものである。 本発明者等は、かかる事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、ウレタン化反応を行なうにあたり、触媒としてジルコニウム化合物と亜鉛化合物とを使用し、両者を混合させることにより、反応系内の触媒濃度が均一となるためウレタン化反応が均一に進行することとなり、副生物の発生を抑えることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 即ち、本発明の要旨は、水酸基含有成分とイソシアネート成分とを反応させウレタン化合物を製造する方法において、ウレタン化反応を行なうにあたり、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物とを触媒として用いることを特徴とするウレタン化合物の製造方法に関するものであり、更には、上記ウレタン化合物の製造方法によって得られることを特徴とするウレタン化合物に関するものである。 本発明のウレタン化合物の製造方法は、ウレタン化反応を行なうにあたり、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物とを触媒として用いるものである。このように、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物とを混合させることにより、反応系内の触媒濃度が均一となるためウレタン化反応が均一に進行し、副生物の発生を抑えることができるようになる。 以下、本発明を詳細に説明するが、これらは望ましい実施態様の一例を示すものである。 なお、本発明におけるウレタン化合物とは、水酸基含有成分とイソシアネート成分とを反応させて得られるウレタン結合を含有する化合物を意味するものである。 また、(メタ)アクリルとはアクリルあるいはメタクリルを、(メタ)アクリレートとはアクリレートあるいはメタクリレートをそれぞれ意味するものである。 本発明のウレタン化合物の製造方法は、水酸基含有成分とイソシアネート成分とを反応させウレタン化合物を製造する方法において、ウレタン化反応を行なうにあたり、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物とを触媒として用いるものである。 上記ジルコニウム化合物としては、ウレタン化触媒としての機能を発揮するものであればよく、例えば、金属単体(ジルコニウム単体)、無機ジルコニウム、有機ジルコニウム等があげられる。 なお、これらは1種または2種以上組み合わせて使用することができる。 上記無機ジルコニウムとしては、例えば、ジルコニウム酸化物、ジルコニウム水酸化物、ジルコニウム無機塩、ジルコニウム無機酸塩等があげられる。 上記ジルコニウム酸化物としては、例えば、酸化ジルコニウムがあげられる。 上記ジルコニウム水酸化物としては、例えば、水酸化ジルコニウムがあげられる。 上記ジルコニウム無機塩としては、例えば、ジルコニウム酸カルシウム、ジルコニウム酸マグネシウム、ジルコニウム酸ナトリウム、ジルコニウム酸カリウム等があげられる。 上記ジルコニウム無機酸塩としては、例えば、塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム等があげられる。 一方、上記有機ジルコニウムは、ジルコニウムと有機原子団とからなる化合物であって、例えば、ジルコニウム有機酸塩、アルコキシジルコニウム化合物、アミノジルコニウム化合物、ジルコニウムβ−ジケトン化合物、シクロペンタジエニルジルコニウム化合物等があげられる。これらのなかでも、ウレタン化反応の初期触媒活性が強く、また、作業性に優れる点から、ジルコニウムβ−ジケトン化合物が好ましい。 上記ジルコニウム有機酸塩としては、例えば、ギ酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、プロピオン酸ジルコニウム、酪酸ジルコニウム、イソ酪酸ジルコニウム、吉草酸ジルコニウム、カプロン酸ジルコニウム、カプリル酸ジルコニウム、2−エチルヘキサン酸ジルコニウム、カプリン酸ジルコニウム、ネオデカン酸ジルコニウム、ロジン酸ジルコニウム、ナフテン酸ジルコニウム等があげられる。 上記アルコキシジルコニウム化合物としては、例えば、テトラキス(メトキシ)ジルコニウム、テトラキス(エトキシ)ジルコニウム、テトラキス(プロポキシ)ジルコニウム、テトラキス(イソプロポキシ)ジルコニウム、テトラキス(ブトキシ)ジルコニウム、テトラキス(イソブチルオキシ)ジルコニウム、テトラキス(iso−ブチルオキシ)ジルコニウム、テトラキス(t−ブチルオキシ)ジルコニウム、テトラキス(アミロキシ)ジルコニウム、テトラキス(t−アミルオキシ)ジルコニウム、テトラキス[2−(2−メトキシ)エトキシ]ジルコニウム、テトラキス[2−(1−メチル−2−メトキシ)プロポキシ]ジルコニウム、テトラキス[2−(2−メトキシ)プロポキシ]ジルコニウム、テトラキス[2−(ジメチルアミノ)エトキシ]ジルコニウム、テトラキス[2−(2−ジメチルアミノ−1−メチル)プロポキシ]ジルコニウム、テトラキス[2−(2−ジメチルアミノ)プロポキシ]ジルコニウム、ビス(2−プロポキシ)ビス[2−(2−ジメチルアミノ−1−メチル)プロポキシ]ジルコニウム、ビス(t−ブトキシ)ビス[2−(2−ジメチルアミノ−1−メチル)プロポキシ]ジルコニウム、ビス(t−ブトキシ)ビス[2−(2−ジメチルアミノ)プロポキシ]ジルコニウム、(t−ブトキシ)トリス[2−(2−ジメチルアミノ−1−メチル)プロポキシ]ジルコニウム、トリス(t−ブトキシ)[2−(2−ジメチルアミノ−1−メチル)プロポキシ]ジルコニウム等があげられる。 上記アミノジルコニウム化合物としては、例えば、テトラキス(ジメチルアミノ)ジルコニウム、テトラキス(ジエチルアミノ)ジルコニウム、テトラキス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム、テトラキス(ジプロピル)ジルコニウム、テトラキス(ジブチルアミノ)ジルコニウム、ビス(ジメチルアミノ)ビス(ジエチルアミノ)ジルコニウム、ビス(ジエチルアミノ)ビス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム、(ジエチルアミノ)トリス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム等や、ビス(メトキシ)ビス(ジメチルアミノ)ジルコニウム、ビス(メトキシ)ビス(ジエチルアミノ)ジルコニウム、ビス(メトキシ)ビス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム、ビス(エトキシ)ビス(ジメチルアミノ)ジルコニウム、ビス(エトキシ)ビス(ジエチルアミノ)ジルコニウム、ビス(エトキシ)ビス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム、ビス(2−プロポキシ)ビス(ジエチルアミノ)ジルコニウム、ビス(t−ブチル)ビス(ジエチルアミノ)ジルコニウム、ビス(t−ブチル)ビス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム、(t−ブチル)トリス(エチルメチル)ジルコニウム等があげられる。 上記ジルコニウムβ−ジケトン化合物としては、例えば、ジルコニウムテトラキスアセチルアセトネート、ジルコニウムテトラキスエチルアセトアセトネート、ジルコニウムテトラキスヘキサン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−5−メチルヘキサン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキスヘプタン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2−メチルヘプタン−3,5−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−5−メチルヘプタン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−6−メチルヘプタン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2,2−ジメチルヘプタン−3,5−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2,6−ジメチルヘプタン−3,5−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2,2,6−トリメチルヘプタン−3,5−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2,2,6,6−テトラメチルヘプタン−3,5−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−オクタン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2,2,6−トリメチルオクタン−3,5−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2,6−ジメチルオクタン−3,5−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2−メチル−6−エチルデカン−3,5−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2,2−ジメチル−6−エチルデカン−3,5−ジオネート等のジルコニウムアルキル置換β−ジケトネート類、ジルコニウムテトラキス−1,1,1−トリフルオロペンタン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−1,1,1−トリフルオロ−5,5−ジメチルヘキサン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−1,1,1,5,5,5−ヘキサフルオロペンタン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−1,3−ジパーフルオロヘキシルプロパン−1,3−ジオネート等のジルコニウムフッ素置換アルキルβ−ジケトネート類、ジルコニウムテトラキス−1,1,5,5−テトラメチル−1−メトキシヘキサン−2,4−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2,2,6,6−テトラメチル−1−メトキシヘプタン−3,5−ジオネート、ジルコニウムテトラキス−2,2,6,6−テトラメチル−1−(2−メトキシエトキシ)ヘプタン−3,5−ジオネート等のジルコニウムエーテル置換β−ジケトネート類等があげられる。 これらジルコニウムβ−ジケトン化合物のなかでも、ジルコニウムアルキル置換β−ジケトネート類が好ましく、ウレタン化反応の初期触媒活性、作業性の点から、ジルコニウムテトラキスアセチルアセトネートが特に好ましい。 上記シクロペンタジエニルジルコニウム化合物としては、例えば、テトラキスシクロペンタジエニルジルコニウム、テトラキス(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウム、テトラキス(エチルシクロペンタジエニル)ジルコニウム、テトラキス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウム等があげられる。 また、亜鉛化合物としては、ウレタン化触媒としての機能を発揮するものであればよく、例えば、亜鉛の有機酸塩等があげられる。 上記亜鉛の有機酸塩としては、炭素数が好ましくは1〜30、特に好ましくは1〜18、更に好ましくは6〜18のカルボン酸塩があげられる。これらのなかでも、ウレタン化反応の反応性に優れる点から、カルボン酸亜鉛が好ましく、特に好ましくはヘキソエート亜鉛(ヘキサン酸亜鉛)である。 なお、上記亜鉛化合物は、ジルコニウム化合物の溶解性に優れる点から、25℃で液状のものが好ましい。 ここで、溶解とは、通常、常温(25℃)程度の温度で、ジルコニウム化合物が亜鉛化合物中に溶けて両者が一体として一つの液状体となることをいい、単なる分散は含まない趣旨であり、両者がこのような一つの液状態となっている状態のみならず、そのような状態になるまでの過程をも含むものである。 本発明におけるジルコニウム化合物の使用量は、水酸基含有成分とイソシアネート成分の合計量に対して、好ましくは0.00001〜1重量%(Zr原子換算)、特に好ましくは0.0001〜0.5重量%(Zr原子換算)、更に好ましくは0.001〜0.1重量%(Zr原子換算)である。ジルコニウム化合物の使用量が多すぎると、副反応がおこりやすく、また経済的に不効率となる傾向があり、少なすぎると触媒の添加効果が得られない傾向がある。 本発明における亜鉛化合物の使用量は、水酸基含有成分とイソシアネート成分の合計量に対して、好ましくは0.00001〜5重量%(Zn原子換算)、特に好ましくは0.0001〜1重量%(Zn原子換算)、更に好ましくは0.001〜0.1重量%(Zn原子換算)である。亜鉛化合物の使用量が多すぎると、副反応がおこりやすく、また経済的にも不効率となる傾向があり、少なすぎると触媒の添加効果が得られない傾向がある。 また、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物の使用割合は、好ましくはジルコニウム化合物:亜鉛化合物=1.00:0.99〜1.00:19.85(金属換算重量比)、特に好ましくはジルコニウム化合物:亜鉛化合物=1.00:0.99〜1.00:14.73(金属換算重量比)、更に好ましくはジルコニウム化合物:亜鉛化合物=1.00:0.99〜1.00:9.93(金属換算重量比)である。亜鉛化合物の使用割合が多すぎると、反応速度が低下する傾向がみられ、亜鉛化合物の使用割合が少なすぎると、ジルコニウム化合物が不溶性となるため、反応系が不均一となり、副生成物が発生する傾向がみられる。 本発明において、触媒としての上記ジルコニウム化合物と亜鉛化合物の使用方法としては、(1)反応系に混合する前に両触媒を混合し、ジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた状態で反応系に導入し、ウレタン化反応を行なう方法でもよいし、(2)一方の触媒を反応系に混合した状態でウレタン化反応の一部を行なった後に、ついで他方の触媒を反応系に混合しウレタン化反応を行なう方法でもよいが、特には、副生成物の発生抑制の点で(1)の方法が好ましい。 また、(2)の場合においては、先にジルコニウム化合物を添加し、ついで亜鉛化合物を添加する方法が好ましい。 上記(1)の方法で、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物とを混合する方法としては、例えば、反応容器に両触媒を添加した後、温度60〜120℃で、0.5〜6時間、攪拌下混合すればよい。 上記触媒の供給は、通常、触媒を水酸基含有成分と混合した後、系中に投入することにより行われる。 また、触媒の混合は、一括仕込みでも、分割仕込みでもよく、例えば、触媒を、水酸基含有成分に、一括滴下または分割で投入する方法があげられる。 なお、反応速度が充分でない場合は、触媒のみ、追加仕込みしても良い。 上記方法により触媒を配合し、反応温度は、通常30〜90℃、好ましくは40〜80℃であり、反応時間は、通常2〜10時間、好ましくは3〜8時間でウレタン化反応を行なえばよい。 本発明で製造対象とするウレタン化合物は、水酸基含有成分とイソシアネート成分とを反応させて得られるウレタン結合を含有する化合物であり、例えば、多価イソシアネート系化合物、ポリオール系化合物、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物の反応生成物、または多価イソシアネート系化合物、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物の反応生成物であるウレタン(メタ)アクリレート(A)や、多価イソシアネート系化合物とポリオール系化合物との反応生成物であるポリウレタン(B)等があげられる。 以下、まず、ウレタン(メタ)アクリレート(A)の製造方法について説明する。 ウレタン(メタ)アクリレート(A)は、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物との存在下で、好ましくはジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた触媒の存在下で、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)と、多価イソシアネート系化合物(a2)と、必要に応じてさらにポリオール系化合物(a3)とを反応させて得られる。 水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェート、2−(メタ)アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシプロピルフタレート、カプロラクトン変性2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、脂肪酸変性−グリシジル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイル−オキシプロピルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等があげられる。 これらの中でも、水酸基を1個有する水酸基(メタ)アクリレート系化合物が好ましく、特には2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレートを用いることが、反応性および汎用性に優れる点で好ましい。 また、これらは1種または2種以上組み合わせて使用することができる。 多価イソシアネート系化合物(a2)としては、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリフェニルメタンポリイソシアネート、変性ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等の芳香族系ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、リジントリイソシアネート等の脂肪族系ポリイソシアネート、水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、水添化キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン等の脂環式系ポリイソシアネート、あるいはこれらポリイソシアネートの3量体化合物または多量体化合物、アロファネート型ポリイソシアネート、ビュレット型ポリイソシアネート、水分散型ポリイソシアネート(例えば、日本ポリウレタン工業(株)製の「アクアネート100」、「アクアネート110」、「アクアネート200」、「アクアネート210」等)等があげられる。 これらの中でも、脂環式多価イソシアネート系化合物が好ましく用いられ、特にはイソホロンジイソシアネート、水添化ジフェニルメタンジイソシアネート、水添化キシリレンジイソシアネートが更に好ましく用いられる。 ポリオール系化合物(a3)としては、例えば、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、2,4−ペンタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、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、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、グリセリン、ジグリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、ソルビトール、トリイソプロパノールアミン、フェニルジイソプロパノールアミン、N,N’−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アニリン等の低級の多価アルコール、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリオレフィン系ポリオール、ポリブタジエン系ポリオール、(メタ)アクリル系ポリオール、ポリシロキサン系ポリオール等があげられる。 これらの中でも、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオールが好ましく、硬化時に柔軟性等の機械的物性に優れる点で、ポリエステル系ポリオールが特に好ましい。 ポリオール系化合物(a3)の重量平均分子量としては、500〜8000が好ましく、特に好ましくは550〜5000、更に好ましくは600〜3000である。ポリオール(a3)の重量平均分子量が大きすぎると、硬化時に塗膜硬度等の機械的物性が低下する傾向があり、小さすぎると硬化収縮が大きく安定性が低下する傾向がある。 ウレタン(メタ)アクリレート(A)の製造方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、(イ)多価イソシアネート系化合物(a2)と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)と、必要に応じてポリオール系化合物(a3)と、ジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた触媒を一括に仕込み反応させる方法、(ロ)多価イソシアネート系化合物(a2)に、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)と、必要に応じてポリオール系化合物(a3)と、ジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた触媒を混合した混合液を分割して添加する方法、(ハ)水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)と、必要に応じてポリオール系化合物(a3)と、ジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた触媒を混合した混合液に、多価イソシアネート系化合物(a2)を分割して添加する方法、等があげられる。これらの中でも反応制御の安定性の点で、(ロ)の方法が好ましい。 ポリオール系化合物(a3)と多価イソシアネート系化合物(a2)との反応の際には、例えば、多価イソシアネート系化合物(a2)中のイソシアネート基:ポリオール系化合物(a3)中の水酸基とのモル比を通常2n:(2n−2)(nは2以上の整数)程度にすることにより、イソシアネート基を残存させた末端イソシアネート基含有ウレタン(メタ)アクリレートを得た後、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)との付加反応を可能にする。 上記ポリオール系化合物(a3)と多価イソシアネート系化合物(a2)とを予め反応させて得られる反応生成物と、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)との付加反応にも、公知の反応手段を用いることができる。 反応生成物と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)との反応モル比は、例えば、多価イソシアネート系化合物(a2)のイソシアネート基が2個で、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)の水酸基が1個である場合は、反応生成物:水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)が1:2程度であり、多価イソシアネート系化合物(a2)のイソシアネート基が3個で、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)の水酸基が1個である場合は、反応生成物:水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)が1:3程度である。 この反応生成物と水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)との付加反応においては、反応系の残存イソシアネート基含有率が0.5重量%以下になる時点で反応を終了させることにより、ウレタン(メタ)アクリレート(A)が得られる。 なお、本発明においては、イソシアネート基に対して反応する官能基を有しない有機溶剤、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族類等の有機溶剤を用いることができる。 また、ウレタン(メタ)アクリレート(A)の製造においては、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(BHT)等の重合禁止剤を用いることもできる。 ウレタン(メタ)アクリレート(A)の製造における反応温度は、通常30〜90℃、好ましくは40〜80℃であり、反応時間は、通常2〜10時間、好ましくは3〜8時間である。 更には、i)30〜50℃で、0.5〜2時間反応させた後、ついでii)40〜90℃で、2〜8時間反応させることが、反応の制御を行ないやすい点で好ましい。 なお、ウレタン(メタ)アクリレート(A)は、2個以上のエチレン性不飽和基を有するものであることが好ましく、ハードコート等、高い硬度が求められる場合においては、3個以上のエチレン性不飽和基を有するものであることが特に好ましく、更には4個以上のエチレン性不飽和基を有するものであることが更に好ましい。 また、ウレタン(メタ)アクリレート(A)が含有するエチレン性不飽和基の上限は通常50個であり、好ましくは20個以下、特に好ましくは10個以下である。 得られたウレタン(メタ)アクリレート(A)の重量平均分子量としては500〜50000であることが好ましく、更には1000〜30000であることが好ましい。かかる重量平均分子量が小さすぎると硬化塗膜が脆くなる傾向があり、大きすぎると高粘度となり取り扱いにくくなる傾向がある。 なお、上記の重量平均分子量とは、標準ポリスチレン分子量換算による重量平均分子量であり、高速液体クロマトグラフィー(昭和電工社製、「Shodex GPC system−11型」)に、カラム:Shodex GPC KF−806L(排除限界分子量:2×107、分離範囲:100〜2×107、理論段数:10,000段/本、充填剤材質:スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、充填剤粒径:10μm)の3本直列を用いることにより測定される。 ウレタン(メタ)アクリレート(A)の60℃における粘度が500〜15万mPa・sであることが好ましく、特には500〜12万mPa・s、更には1000〜10万mPa・sであることが好ましい。かかる粘度が上記範囲外では塗工性が低下する傾向がある。 なお、粘度の測定法はE型粘度計による。 本発明においては、ウレタン(メタ)アクリレート(A)が、下記一般式(1)で示される構造のウレタン(メタ)アクリレート(A1)であることが好ましい。 上記一般式(1)中のaは2〜50の整数であればよく、好ましくは2〜20、特に好ましくは2〜10である。 上記一般式(1)で示されるウレタン(メタ)アクリレートは、多価イソシアネート系化合物および水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物を反応させてなるものである。 かかる多価イソシアネート系化合物としては、上述した多価イソシアネート系化合物(a2)や、多価イソシアネート系化合物(a2)とポリオール系化合物(a3)とを反応させたものがあげられ、かかる水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物としては、上述した水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)があげられる。 上記ウレタン(メタ)アクリレート(A)は、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物との存在下で、水酸基含有(メタ)アクリレート系化合物(a1)と、多価イソシアネート系化合物(a2)と、必要に応じてさらにポリオール系化合物(a3)とを反応させて製造することができる。 このようにして得られるウレタン(メタ)アクリレート(A)に、エチレン性不飽和化合物、光重合開始剤等を含有させることにより、活性エネルギー線硬化型樹脂組成物として使用することができる。この活性エネルギー線硬化型樹脂組成物は、塗料、粘着剤、接着剤、粘接着剤、インク、保護コーティング剤、アンカーコーティング剤、磁性粉コーティングバインダー、サンドブラスト用被膜、版材等、各種の被膜形成材料として有用であり、中でも、金属を基材とするコーティング剤として用いるのが非常に有用である。 つぎに、ポリウレタン(B)の製造方法について説明する。 ポリウレタン(B)は、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物との存在下で、好ましくはジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた触媒の存在下で、多価イソシアネート系化合物(b1)と、ポリオール系化合物(b2)とを反応させて得られる。 上記多価イソシアネート系化合物(b1)としては、上述の多価イソシアネート系化合物(a2)と同様のものを用いればよく、ポリオール系化合物(b2)としては上述のポリオール系化合物(a3)と同様のものを用いればよい。 ポリウレタン(B)の製造方法としては、例えば、(イ)多価イソシアネート系化合物(b1)と、ポリオール系化合物(b2)と、ジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた触媒を一括に仕込み反応させる方法、(ロ)多価イソシアネート系化合物(b1)に、ポリオール系化合物(b2)とジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた触媒を混合した混合液を分割して添加する方法、(ハ)ポリオール系化合物(b2)とジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた触媒を混合した混合液に、多価イソシアネート系化合物(b1)を分割して添加する方法、等があげられる。これらの中でも反応制御の安定性の点で、(ロ)の方法が好ましい。 反応モル比は、例えば、多価イソシアネート系化合物(b1)のイソシアネート基が2個で、ポリオール系化合物(b2)の水酸基が2個である場合は、多価イソシアネート系化合物(b1):ポリオール系化合物(b2)が1:1程度である。この付加反応においては、反応系の残存イソシアネート基含有率が0.5重量%以下になる時点で反応を終了させることにより、ポリウレタン(B)が得られる。 なお、本発明においては、イソシアネート基に対して反応する官能基を有しない有機溶剤、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族類等の有機溶剤を用いることができる。 ポリウレタン(B)の製造における反応温度は、通常30〜90℃、好ましくは40〜80℃であり、反応時間は、通常2〜10時間、好ましくは3〜8時間である。更には、i)30〜50℃で、0.5〜2時間反応させた後、ついでii)40〜90℃で、2〜8時間反応させることが、反応の制御を行ないやすい点で好ましい。 得られたポリウレタン(B)の重量平均分子量としては5000〜500000であることが好ましく、更には10000〜100000であることが好ましい。かかる重量平均分子量が小さすぎると硬化塗膜が脆くなる傾向があり、大きすぎると高粘度となり取り扱いにくくなる傾向がある。 なお、重量平均分子量の測定は上記と同様にして行なった。 以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、例中、「部」、「%」とあるのは、重量基準を意味する。 実施例、比較例においては、便宜上、触媒として用いられるジルコニウム化合物を「ジルコニウム系触媒」といい、触媒として用いられる亜鉛化合物を「亜鉛系触媒」という。また、「液状」との表現は25℃における状態を表すものである。 まず、ジルコニウム系触媒の溶解状態を評価するため、下記のようにして各種触媒を合成した。〔合成例1〕 攪拌機を備えた300ml反応容器に、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネート40g、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛(Zn:15%)のミネラルターペン溶液(ミネラルターペン:35%)160gを仕込み、これらを攪拌しながら液温度が60℃になるまで加温し、混合溶液を調製した。 なお、ミネラルターペンは、エチルベンゼン、1,3,5−トリメチルベンゼン、キシレン(異性体混合物)、およびミネラルスピリット(触媒の存在で石油留分を水素処理して得られる炭化水素混合物。主に炭素数C9からC16で沸点範囲約150℃から280℃の炭化水素からなる。)の混合物である。〔合成例2〕 ジルコニウムテトラアセチルアセトネートを4g、ヘキソエート亜鉛(Zn:15%)のミネラルターペン溶液(ミネラルターペン:35%)を196gとした以外は合成例1と同様にして混合溶液を調製した。〔合成例3〕 合成例1の液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛のミネラルターペン溶液に代えて、ミネラルターペン溶液を含まないヘキソエート亜鉛を使用した。すなわち、攪拌機を備えた300ml反応容器に、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネート6g、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛(Zn:15%)194gを仕込み、これらを攪拌しながら液温度が60℃になるまで加温し、混合溶液を調製した。〔比較合成例1〕 ヘキソエート亜鉛(Zn:15%)のミネラルターペン溶液(ミネラルターペン:35%)160gに代えて、有機溶剤であるアセチルアセトン160gを使用した以外は合成例1と同様にして混合溶液を調製した。〔比較合成例2〕 ヘキソエート亜鉛(Zn:15%)のミネラルターペン溶液(ミネラルターペン:35%)160gに代えて、有機溶剤である酢酸エチル160gを使用した以外は合成例1と同様にして混合溶液を調製した。〔比較合成例3〕 ヘキソエート亜鉛(Zn:15%)のミネラルターペン溶液(ミネラルターペン:35%)160gに代えて、液状のジルコニウム系触媒であるヘキソエートジルコニウム(Zr:12%)のミネラルターペン溶液(ミネラルターペン:45%)160gを使用した以外は合成例1と同様にして混合溶液を調製した。〔比較合成例4〕 合成例1の液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛のミネラルターペン溶液に代えて、液状のジルコニウム系触媒である、ミネラルターペン溶液を含まないヘキソエートジルコニウムを使用した。すなわち、攪拌機を備えた300ml反応容器に、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネート7g、液状のジルコニウム系触媒であるヘキソエートジルコニウム(Zr:12%)193gを仕込み、これらを攪拌しながら液温度が60℃になるまで加温し、混合溶液を調製した。 このようにして調製した合成例および比較合成例における混合溶液中のジルコニウムテトラアセチルアセトネート(ジルコニウム系触媒)の溶解状態を、目視で確認した。その結果を、下記の表1に示した。〈評価〉○・・・ジルコニウム系触媒が完全に溶解したもの×・・・ジルコニウム系触媒が不溶もしくは完全には溶解しなかったもの 上記表1の結果から、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛を使用した合成例1および合成例2は、ジルコニウム系触媒が完全に溶解した。また、ミネラルターペンを含まない合成例3でも同様に、ジルコニウム系触媒が完全に溶解した。 これに対して、液状の亜鉛系触媒に代えて有機溶剤を使用した比較合成例1および比較合成例2は、ジルコニウム系触媒が不溶であった。 また、液状の亜鉛系触媒に代えて液状のジルコニウム系触媒を使用した比較合成例3は、ジルコニウム系触媒が完全には溶解しなかった。また、ミネラルターペンを含まない比較合成例4でも同様に、溶解しなかった。 つぎに、合成例1〜3で製造した触媒およびその他の触媒を使用してウレタン(メタ)アクリレート(A)、およびポリウレタン(B)を合成した。〔実施例1〕ウレタン(メタ)アクリレート(A)の製造例1 攪拌機を備えた500ml反応容器に、合成例1で製造した触媒を0.3g(有効成分480ppm)、重合禁止剤として2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(BHT)を0.2g、ペンタエリスリトールトリアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(OH価120mgKOH/g)245gを仕込み、これらを攪拌しながら液温が40℃になるまで加温した。 反応溶液にイソホロンジイソシアネート55gを徐々に添加し、1時間反応後、1時間かけて70℃まで昇温した。その後、70℃で反応を続けながら8時間後まで2時間毎に遊離NCO%測定を継続した。また、反応溶液の外観を目視で評価した。〈評価〉良好・・・異物(ブツ)がなく、色調が無色透明であるものブツ・・・異物(ブツ)が発生したもの着色・・・色調に変化があるもの〔実施例2〕ウレタン(メタ)アクリレート(A)の製造例2 合成例1で製造した触媒0.3g(有効成分480ppm)に代えて、合成例2で製造した触媒0.3g(有効成分360ppm)を使用した以外は、実施例1と同様にしてウレタン(メタ)アクリレート(A)を合成した。そして、実施例1と同様にして遊離NCO%を測定し、反応溶液の外観も評価した。〔実施例3〕ウレタン(メタ)アクリレート(A)の製造例3 攪拌機を備えた500ml反応容器に、触媒としてジルコニウムテトラアセチルアセトネート0.06g(200ppm)、重合禁止剤としてBHTを0.2g、ペンタエリスリトールトリアクリレートとペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物(OH価120mgKOH/g)245gを仕込み、これらを攪拌しながら液温が40℃になるまで加温した。 反応溶液にイソホロンジイソシアネート55gを徐々に添加し、1時間反応後、1時間かけて70℃まで昇温した。 その後、ヘキソエート亜鉛(Zn:15%)のミネラルターペン溶液(ミネラルターペン:35%)0.24g(有効成分280ppm)を添加し、70℃で反応を続けながら8時間後まで2時間毎に遊離NCO%測定を継続した。また、実施例1と同様にして反応溶液の外観を評価した。〔実施例4〕ウレタン(メタ)アクリレート(A)の製造例4 合成例1で製造した触媒0.3g(有効成分480ppm)に代えて、合成例3で製造した触媒0.1g(有効成分180ppm)を使用した以外は、実施例1と同様にしてウレタン(メタ)アクリレート(A)を合成した。そして、実施例1と同様にして遊離NCO%を測定し、反応溶液の外観も評価した。〔実施例5〕ポリウレタン(B)の製造例1 攪拌機を備えた500ml反応容器に、合成例1で製造した触媒を0.3g(有効成分480ppm)、ポリカーボネートジオール85g(OH価140mgKOH/g)、1,4−ブタンジオール10g、溶剤のメチルエチルケトン150gを仕込み、これらを攪拌しながら液温が50℃になるまで加温した。 反応溶液に水添ジフェニルメタンジイソシアネート55gを徐々に添加し、1時間反応後、1時間かけて80℃まで昇温した。その後、80℃で反応を続けながら8時間後まで2時間毎に遊離NCO%測定を継続した。また、反応溶液の外観を目視で評価した。〔実施例6〕ポリウレタン(B)の製造例2 合成例1で製造した触媒0.3g(有効成分480ppm)に代えて、合成例2で製造した触媒0.3g(有効成分360ppm)を使用した以外は、実施例5と同様にしてポリウレタン(B)を合成した。そして、実施例5と同様にして遊離NCO%を測定し、反応溶液の外観も評価した。〔実施例7〕ポリウレタン(B)の製造例3 合成例1で製造した触媒0.3g(有効成分480ppm)に代えて、合成例3で製造した触媒0.1g(有効成分180ppm)を使用した以外は、実施例5と同様にしてポリウレタン(B)を合成した。そして、実施例5と同様にして遊離NCO%を測定し、反応溶液の外観も評価した。〔比較例1〕 触媒として、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネートと、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛とを併用した合成例1の触媒に代えて、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネート0.03g(100ppm)を単独で使用した以外は、実施例1と同様にしてウレタン(メタ)アクリレート(A)を合成した。そして、実施例1と同様にして遊離NCO%を測定し、反応溶液の外観も評価した。〔比較例2〕 触媒として、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネートと、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛とを併用した合成例1の触媒に代えて、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛(Zn:15%)のミネラルターペン溶液(ミネラルターペン:35%)0.3g(有効成分350ppm)を単独で使用した以外は、実施例1と同様にしてウレタン(メタ)アクリレート(A)を合成した。そして、実施例1と同様にして遊離NCO%を測定し、反応溶液の外観も評価した。〔比較例3〕 触媒として、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネートと、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛とを併用した合成例1の触媒に代えて、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネート0.03g(100ppm)を単独で使用した以外は、実施例5と同様にしてポリウレタン(B)を合成した。そして、実施例5と同様にして遊離NCO%を測定し、反応溶液の外観も評価した。〔比較例4〕 触媒として、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネートと、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛とを併用した合成例1の触媒に代えて、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛(Zn:15%)のミネラルターペン溶液(ミネラルターペン:35%)0.3g(有効成分350ppm)を単独で使用した以外は、実施例5と同様にしてポリウレタン(B)を合成した。そして、実施例5と同様にして遊離NCO%を測定し、反応溶液の外観も評価した。 実施例および比較例のウレタン(メタ)アクリレート(A)、およびポリウレタン(B)について、遊離NCO%測定〔ウレタン(メタ)アクリレート(A)では70℃、ポリウレタン(B)では100℃に昇温後、0時間,2時間,4時間,6時間,8時間〕、および反応溶液の外観についての評価結果を下記の表2に示した。 表2の結果から、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネートと、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛とを最初から混合して、ジルコニウム系触媒を溶解させてなる合成例1〜3の触媒を使用した実施例1,2,4〜7は、ウレタン化反応が均一で、遊離NCO%の値が小さく、短時間でウレタン化反応が進行し、反応溶液の外観も良好であった。 また、70℃まで昇温させた溶液に、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛を後から添加した実施例3は、実施例1,2と同様、ウレタン化反応が均一で、遊離NCO%の値が小さく、短時間でウレタン化反応が進行し、反応溶液の外観も良好であった。 これに対して、ジルコニウム系触媒であるジルコニウムテトラアセチルアセトネートを単独で使用している比較例1,3は、触媒が不溶であるため、ウレタン化反応が不均一となり、反応溶液中にブツが発生した。 また、比較例2,4は、液状の亜鉛系触媒であるヘキソエート亜鉛を単独で使用しているため、反応溶液が着色した。 本発明の製造方法により得られる、ウレタン(メタ)アクリレートやポリウレタン等のウレタン化合物は、塗料、粘着剤、接着剤、粘接着剤、インク、保護コーティング剤、アンカーコーティング剤、磁性粉コーティングバインダー、サンドブラスト用被膜、版材など、各種の被膜形成材料の主成分として有用であり、中でも金属基材用のコーティング剤の主成分として用いるのが非常に有用である。 水酸基含有成分とイソシアネート成分とを反応させウレタン化合物を製造する方法において、ウレタン化反応を行なうにあたり、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物とを触媒として用いることを特徴とするウレタン化合物の製造方法。 ジルコニウム化合物として、ジルコニウムβ−ジケトン化合物を含むことを特徴とする請求項1記載のウレタン化合物の製造方法。 亜鉛化合物が、25℃で液状であることを特徴とする請求項1または2記載のウレタン化合物の製造方法。 亜鉛化合物が、カルボン酸亜鉛を含むことを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のウレタン化合物の製造方法。 ジルコニウム化合物と亜鉛化合物の使用割合が、ジルコニウム化合物:亜鉛化合物=1.00:0.99〜1.00:19.85(金属換算重量比)であることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載のウレタン化合物の製造方法。 ジルコニウム化合物の使用量が、水酸基含有成分とイソシアネート成分の合計量に対して、0.00001〜1重量%(Zr原子換算)であることを特徴とする請求項1〜5いずれか記載のウレタン化合物の製造方法。 亜鉛化合物の使用量が、水酸基含有成分とイソシアネート成分の合計量に対して0.00001〜5重量%(Zn原子換算)であることを特徴とする請求項1〜6いずれか記載のウレタン化合物の製造方法。 ウレタン化合物が、ウレタン(メタ)アクリレートであることを特徴とする請求項1〜7いずれか記載のウレタン化合物の製造方法。 ウレタン化合物が、ポリウレタンであることを特徴とする請求項1〜7いずれか記載のウレタン化合物の製造方法。 ジルコニウム化合物を亜鉛化合物に溶解させた溶液を、触媒として用いることを特徴とする請求項1〜9いずれか記載のウレタン化合物の製造方法。 請求項1〜10いずれか記載のウレタン化合物の製造方法によって得られることを特徴とするウレタン化合物。 【課題】ウレタン化反応が均一に進行し、副生物の発生を抑えることができるウレタン化合物の製造方法を提供する。【解決手段】水酸基含有成分とイソシアネート成分とを反応させウレタン化合物を製造する方法において、ウレタン化反応を行なうにあたり、ジルコニウム化合物と亜鉛化合物とを触媒として用いるウレタン化合物の製造方法である。【選択図】なし


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