JP4156051B2 - Process for producing isocyanurate ring-containing polyisocyanates - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばポリウレタン塗料、注型材等のポリウレタン樹脂を製造する際の硬化剤として有用なイソシアヌレート環を有するポリイソシアナート類の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
分子内に耐候性、耐熱性、耐薬品性などに優れるイソシアヌレート環を有するポリイソシアナートは塗料、接着剤、エラストマー、人工皮革、フォームなどのポリウレタンの原料、及びプラスチックレンズ等の材料として使用される。製法については、特開昭54−119480号、特開昭55−49360号、特開平2−3682号、特開昭61−129173号、特開平2−110123号、特開平2−250872号、特開平2−6480号、特開平2−32068号、特開平2−6454号、特開平1−297420号、特開平1−149821号、特開昭61−111371号、特開昭60−181078号、特開昭60−181114号、特開平2−11554号、特開平2−107337号、特開昭55−143978号、特開昭52−17484号、特開昭61−227574号、特開昭57−47319号、特開昭59−22916号、特開昭63−57577号、特開昭63−93770号、特開昭63−96178号、特開平6−166677号公報等、多くの特許出願がなされている。
【0003】
これらの特許出願により提案されているイソシアヌレート化触媒は、ヒドロキシアルキル基含有第4級アンモニウムヒドロキサイド及び有機弱酸塩、第4級アンモニウムヒドロキサイド及び有機弱酸塩、脂肪族カルボン酸アルカリ金属塩、アミノシリル基含有化合物、第4級アンモニウム及びホスホニウムフルオライド等である。しかしこれらの触媒は、生成するイソシアヌレート環含有ポリイソシアナートに着色を生じやすいという欠点を持っていた。
【0004】
これらに対して、特公平7−5573号公報では触媒としてフッ化カリウムを使用することによって、着色の生じないイソシアヌレート環含有ポリイソシアナートの製造法が記載されており、さらに、特公平7−5574号公報ではフッ化カリウムと(1)ポリエチレンオキサイド化合物(2)第4級アンモニウム塩(3)ホスホニウム化合物より選ばれた化合物の1種または2種以上の組み合わせからなる触媒を用いることによって、少ない触媒使用量、及び穏やかな反応条件で無着色のイソシアヌレート環含有ポリイソシアナートが製造できることが記載されている。しかし(1)〜(3)のような相間移動触媒をフッ化カリウムと組み合わせて使用しても、脂肪族及び/または脂環族ポリイソシアナートに対しては未だ触媒活性が低く、比較的高い反応温度が必要であった。このためイソシアヌレート化反応開始後の反応制御が困難で、溶解性の悪い多核体を生じやすく、さらにはしばしば暴走反応にいたり安全上問題があった。これらの問題は(1)〜(3)のような相間移動触媒の量をフッ化カリウムに対して増やすことによってある程度改善されるが、相関移動触媒量が増えると生成するイソシアヌレート環含有ポリイソシアナートに白濁を生じるなど物性面に悪影響を及ぼすため好ましくない。したがって、より容易に反応制御できる無着色のイソシアヌレート環含有ポリイソシアナートの製造方法が望まれていた。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これらの点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、触媒としてフッ化カリウムとともに(1)ポリエチレンオキサイド化合物(2)第4級アンモニウム塩(3)ホスホニウム化合物より選ばれた化合物の1種または2種以上の組み合わせを使用する際に、さらに助触媒としてジアルキルスズ化合物を用いることによって、イソシアヌレート化の反応温度を大幅に低下させられることを見いだし本発明を完成するに到った。
【0006】
すなわち本発明は、単量体ポリイソシアナート、及び/または1〜3官能性のアルコールで部分的にウレタン化されたポリイソシアナートをイソシアヌレート化させるにあたり、触媒としてフッ化カリウムとともに(1)ポリエチレンオキサイド化合物、(2)第4級アンモニウム塩、(3)ホスホニウム化合物より選ばれた化合物の1種または2種以上の組み合わせを使用し、さらに助触媒としてジアルキルスズ化合物を使うことを特徴とし、前記ジアルキルスズ化合物が、ジメチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクタノエート、ジメチルスズジラウレート、ジ−n−ブチルスズジラウレート、ジ−n−ブチルスズジ(2−エチルヘキサノエート)、ジブチルスズジブトキシド、ジオクチルスズジブトキシド、ジブチルスズジ(チオブトキシド)、ジ(2−エチルヘキシル)スズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ビス(ブトキシジブチルスズ)オキサイド、ジ−n−ブチルスズオキサイド、およびジブチルスズスルフィドから選択される少なくとも一種である、イソシアヌレート環含有ポリイソシアナート類の製造方法である。
【0009】
また本発明は、上記記載の方法においてジアルキルスズ化合物がジ−n−ブチルスズジラウレートであることを特徴としている。
【0010】
また本発明は、上記記載の方法において、単量体ポリイソシアナートが脂肪族及び/または脂環族ポリイソシアナートであることを特徴としている。
【0011】
また本発明は、上記記載の方法において、単量体ポリイソシアナートが2,5−及び/又は2,6−ジイソシアナトメチルビシクロ[2,2,1]ヘプタン(NBDi)、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IPDi)、ヘキサメチレンジイソシアナート(HDi)、1,3−シクロヘキシルジイソシアナート、1,4−シクロヘキシルジイソシアナート、4,4'−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアナート)、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアナート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアナート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンからなる群より選ばれる1種または2種以上の混合物であることを特徴としている。
【0012】
また本発明は、上記記載の方法において、単量体ポリイソシアナートが2,5−及び/又は2,6−ジイソシアナトメチルビシクロ[2,2,1]ヘプタン(NBDi)であることを特徴としている。また本発明は、上記記載の方法において、単量体ポリイソシアナートがヘキサメチレンジイソシアナート(HDi)と2,5−及び/または2,6−ジイソシアナトメチルビシクロ[2,2,1]ヘプタン(NBDi)の混合物であることを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられる単量体ポリイソシアナートとしては、例えばヘキサメチレンジイソシアナート(HDi)、1−イソシアナト−3,3,5,−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IPDi)、2,5−及び/又は2,6−ジイソシアナトメチルビシクロ[2,2,1]ヘプタン(NBDi)、2,2,4−または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、ドデカメチレンジイソシアナート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、1,3−シクロヘキシルジイソシアナート、1,4−シクロヘキシルジイソシアナート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアナート)、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアナート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアナート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、m−またはp−キシリレンジイソシアナート、1,3−または1,4−テトラメチルキシリレンジイソシアナート等の脂肪族及び/または脂環族ポリイソシアナート、2,4−及び/または2,6−トルエンジイソシアナート(TDi)、2,4’−及び/または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDi)等の芳香族ポリイソシアナート等が挙げられる。これらの単量体ポリイソシアナートは2種以上混合して用いることも可能である。これらの中で脂肪族及び/または脂環族ポリイソシアナートがより好適である。
【0014】
また、1〜3官能性のアルコールで部分的にウレタン化されたポリイソシアナートも原料として好適に使用される。ここに用いられる1〜3官能性のアルコールの例としては、例えばメタノール、エタノール、各種ブタノール、2−エチル−ヘキサノール、エチレングリコール、1,2−または1,3−プロピレングリコール、1,3−または1,4−または2,3−ブチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール等の低分子量化合物及び分子量約200〜10000のポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等が挙げられる。
【0015】
アルコールと単量体ポリイソシアナート予備反応時のNCO/OH当量比は、10〜100程度の値から目的に応じ選択される。
【0016】
部分ウレタン化反応およびイソシアヌレート化反応は、溶媒を使用してもしなくてもよいが、使用する場合はイソシアナート基に対して反応活性を持たない溶媒を選択すべきである。
【0017】
本発明において使用されるフッ化カリウムはペレット状、粉状、フレーク状等種々の形状がいずれも使用できるが、吸湿性が低く活性が高いことから、スプレードライドフッ化カリウム(sd.KF)が特に好ましい。
【0018】
フッ化カリウムと組み合わせて使用する(1)〜(3)の化合物の例として、(1)のポリエチレンオキサイド化合物としてはポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル等のポリエチレングリコール類、ジベンゾ−18−クラウン−6、ジシクロヘキシル−18−クラウン−6のようなクラウンエーテル類、例えば関東化学社製の[クリプトフィックス−111]として市販されているC14H28N2O4のようなクリプタンド類等、(2)の第4級アンモニウム塩類としては、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド等、(3)のホスホニウム化合物としてはトリオクチルエチルホスホニウムブロマイド、テトラブチルホスホニウムクロライド等が挙げられる。
【0019】
本発明の方法では、フッ化カリウムと上記(1)〜(3)の化合物とからなる触媒に対してジアルキルスズ化合物助触媒を組み合わせて使用し、触媒自体の使用量は、助触媒無しで使用する場合の最も効果的な量よりも少ない量を用いればよい。実際には反応に使用する単量体ポリイソシアナート及び/または部分的にウレタン化されたポリイソシアナート1重量部に対してフッ化カリウムの使用量は0.000001〜0.0005重量部あれば十分であり、好ましくは0.000005〜0.0002重量部である。(1)〜(3)の相間移動触媒の使用量はフッ化カリウムの1/100〜100倍量が好適である。触媒量が少なすぎる場合は、所望の転化率達成までに時間がかかりすぎて適切でなく、また触媒量が多すぎる場合は、イソシアヌレート化反応が速すぎ、大きな発熱を伴うため、反応制御が困難となる。
【0020】
本発明において助触媒として用いられるジアルキルスズ化合物としては具体的に、ジメチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクタノエート、ジブチルスズジラウリレート等のジアルキルスズジカルボキシレート類、ジブチルスズジブトキシド、ジオクチルスズジブトキシド等のジアルキルスズジアルコキシド類、ジブチルスズジ(チオブトキシド)等のジアルキルスズジチオアルコキシド類、ジ(2ーエチルヘキシル)スズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ビス(ブトキシジブチルスズ)オキサイド等のジアルキルスズ酸化物類、ジブチルスズスルフィド等のジアルキルスズ硫化物類が挙げられる。
【0021】
これらの中で、好ましくはジアルキルスズジカルボキシレート類であり、さらに好ましくはジ−n−ブチルスズジラウリレートである。
【0022】
本発明においてジブチルスズジクロライドやジメチルスズジクロライドのようなジアルキルスズハロゲン化物類はほとんど助触媒としての効果がない。
【0023】
助触媒の使用量としては、フッ化カリウムの使用量の1/10〜10倍量が好適であり、1/10以下では助触媒の効果が少なく、また10倍量より多くなると生成物のイソシアヌレート環含有ポリイソシアナートが白濁するなど、物性に悪影響を与える場合があり好ましくない。
【0024】
本発明においてはアルコール類、フェノール類などの活性水素化合物や3級アミン、亜燐酸トリエステル等の、イソシアヌレート化の助触媒として通常知られている化合物を併用してもなんら問題ない。
【0025】
触媒及び助触媒は原料の単量体ポリイソシアナート及び/または部分的にウレタン化されたポリイソシアナート中に各々添加してもよく、またあらかじめ混合して添加してもよい。
【0026】
イソシアヌレート化反応は、通常0〜80℃、好ましくは30〜60℃の温度で行われる。
【0027】
特に単量体ポリイソシアナート及び/または部分的にウレタン化されたポリイソシアナート原料として脂肪族及び/または脂環族ポリイソシアナートを用いる場合、助触媒としてジアルキルスズ化合物を使用しないと100℃以上の反応温度でないと十分な反応速度を得ることができなかったが、ジアルキルスズ化合物助触媒の使用によって30〜80℃付近の温度で反応が十分進行する。このため反応制御が容易になり、溶解性の悪い多核体の生成量を少なくすることが可能になった。
【0028】
反応の進行は反応液のNCO滴定、屈折率、粘度、IR測定等により行うことができる。反応が所望の転化率に到達した時点で、停止剤の添加により触媒を失活させて反応を停止する。この転化率は10〜60%の範囲で選定するのが適当である。転化率10%以下では生産性が悪すぎて好ましくなく、転化率60%以上では高分子量のオリゴマー成分が増え、得られるイソシアヌレート環含有ポリイソシアナートの物性が低下するため好ましくない。上記反応停止剤としては、例えば塩酸、リン酸、硫酸等の無機強酸や塩化ベンゾイル、酸性リン酸エステル等の酸性有機物質、及びシリカゲルや酸性基含有樹脂等の吸着性物質等が使用される。失活されたフッ化カリウムは反応系に不溶化するが、使用量が少ないため濾過により容易に除去できる。
【0029】
かくして単量体ポリイソシアナート及び/または部分的にウレタン化されたポリイソシアナートの生成物への転化率10〜60%時点で反応を終了した後、反応液から未反応の単量体ポリイソシアナート及び溶媒を使用した場合は溶媒を除去し精製する。精製方法としては、減圧蒸留や溶剤抽出等があるが、一般には流下式薄膜蒸発缶が好適に使用される。人体への安全衛生上、生成物であるイソシアヌレート環含有ポリイソシアナート中の単量体ポリイソシアナート含有量は1.0重量%以下にする必要がある。
【0030】
【実施例】
以下、実施例によって具体的に説明するが、本発明の方法は実施例により限定されるものではない。
実施例1
還流冷却器、温度計及び撹拌装置を備えた4つ口フラスコにNBDi 1000g、ジ−n−ブチルスズジラウレート0.1gを仕込み、窒素気流下、反応器内を撹拌しながら45℃まで昇温し、あらかじめ混合したフッ化カリウム0.1gと平均分子量400のポリエチレングリコール(PEG400)10gを3時間かけて滴下した。反応器内の温度は滴下終了までにゆるやかに50℃まで上昇した。その後1時間温度を保った後、停止剤として85%リン酸0.2gを添加し、さらに約1時間撹拌し反応を完全に停止した。室温まで放冷後、析出した失活触媒を濾過によって除去した。反応マスは無色透明であった。次いで薄膜蒸発缶によって未反応のモノマーを除去した。得られた生成物は、常温で無色透明の固体で融点50〜60℃、NCO含有率18.4%、モノマー含有量0.2%であった。生成物収量は380gで、NBDiからの転化率38%であった。
【0031】
実施例2
還流冷却器、温度計及び撹拌装置を備えた4つ口フラスコにNBDi 1000g、ジ−n−ブチルスズジ(2−エチルヘキサノエート)0.05g、及びトリフェニルホスファイト(TPP)1gを仕込み、窒素気流下、反応器内を撹拌しながら60℃まで昇温し、あらかじめ混合したフッ化カリウム0.03gと平均分子量400のポリエチレングリコール(PEG400)10gを3時間かけて滴下した。反応器内の温度は滴下終了までにゆるやかに68℃まで上昇した。その後0.5時間温度を保った後、停止剤として85%リン酸0.2gを添加し、さらに約1時間撹拌し反応を完全に停止した。室温まで放冷後、析出した失活触媒を濾過によって除去した。反応マスは無色透明であった。次いで薄膜蒸発缶によって未反応のモノマーを除去した。得られた生成物は、常温で無色透明の固体で融点50〜60℃、NCO含有率18.0%、モノマー含有量0.3%であった。生成物収量は400gで、NBDiからの転化率40%であった。
【0032】
実施例3
還流冷却器、温度計及び撹拌装置を備えた4つ口フラスコにNBDi 1000g、ジブチルスズジブトキサイド0.1g、トリフェニルホスファイト2gを仕込み、窒素気流下、反応器内を撹拌しながら30℃まで昇温し、あらかじめ混合したフッ化カリウム0.03gと平均分子量400のポリエチレングリコール(PEG400)10gを加えた。反応器内の温度はゆるやかに55℃まであがりしばらくその温度を保った後、徐々に30℃まで低下した。発熱開始後2時間で停止剤として85%リン酸0.1gを添加し、その後さらに約1時間撹拌し反応を完全に停止した。室温まで放冷後、析出した失活触媒を濾過によって除去した。反応マスは無色透明であった。次いで薄膜蒸発缶によって未反応のモノマーを除去した。得られた生成物は、常温で無色透明の固体で融点50〜60℃、NCO含有率18.3%、モノマー含有量0.2%であった。生成物収量は430gで、NBDiからの転化率43%であった。
【0033】
実施例4〜6
第1表に示す処方および条件下で、実施例2と同様にしてイソシアヌレート環を有するポリイソシアナートを得た。得られた生成物の物性を第1表下欄にまとめた。
【0034】
【表1】
【0035】
比較例1
助触媒ジ−n−ブチルスズジラウレートを使用しない以外は実施例1と同様に反応を行ったが、イソシアヌレート化は進行せず、反応温度を120℃まで上げたところで急激な発熱が起こったため、停止剤として85%リン酸0.2gを添加して反応を停止した。得られた反応マスには、三量体以上の多核体が多く生成していた。
【0036】
比較例2
助触媒としてジ−n−ブチルスズジラウレートのかわりにジ−n−ブチルスズジクロライドを使用した以外は実施例1と同様に反応を行ったが、イソシアヌレート化は進行せず、反応温度を120℃まで上げたところで急激な発熱が起こったため、停止剤として85%リン酸0.2gを添加して反応を停止した。得られた反応マスには、三量体以上の多核体が多く生成していた。
【0037】
比較例3
助触媒ジ−n−ブチルスズジオキシドを用いずに、界面活性剤であるベンジルトリメチルアンモニウムクロライド3.5gを用い、反応器内の温度を60℃にした以外は実施例3と同様に反応を行ったところ、反応は進行し温度上昇もゆるやかであった。反応マスをろ過して、次いで薄膜蒸発缶によって未反応のモノマーを除去したところ、得られた生成物は白濁固体であった。
【0038】
【発明の効果】
以上、本発明の特徴をまとめると、以下のとおりである。
(1)、触媒活性が高く、少量の触媒使用量で反応が進行する。
(2)、反応の制御性、再現性に優れている。
(3)、実質的に無色透明のイソシアヌレート環を有するポリイソシアナートが得られる。
かくして得られた無色透明のイソシアヌレート環を有するポリイソシアナートは耐候性、耐熱性に優れたポリウレタン原料として非常に有用である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a polyisocyanate having an isocyanurate ring useful as a curing agent when producing a polyurethane resin such as a polyurethane paint or a casting material.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Polyisocyanates having an isocyanurate ring with excellent weather resistance, heat resistance, chemical resistance, etc. in the molecule are used as raw materials for polyurethanes such as paints, adhesives, elastomers, artificial leather, foams, and plastic lenses. The Regarding the production method, JP 54-119480, JP 55-49360, JP 2-33682, JP 61-129173, JP 2-110123, JP 2-250872, JP-A-2-6480, JP-A-2-32068, JP-A-2-64454, JP-A-1-297420, JP-A-1-149211, JP-A-61-111371, JP-A-60-181078, JP 60-181114, JP 2-11554, JP 2-107337, JP 55-143978, JP 52-17484, JP 61-227574, JP 57 -47319, JP 59-22916, JP 63-57577, JP 63-93770, JP 63-96178, JP 6-166777. Many patent applications have been made.
[0003]
The isocyanuration catalysts proposed by these patent applications include hydroxyalkyl group-containing quaternary ammonium hydroxides and organic weak acid salts, quaternary ammonium hydroxides and organic weak acid salts, aliphatic carboxylic acid alkali metal salts, aminosilyls Group-containing compounds, quaternary ammonium, phosphonium fluoride, and the like. However, these catalysts have the drawback that the resulting isocyanurate ring-containing polyisocyanate tends to be colored.
[0004]
On the other hand, Japanese Patent Publication No. 7-5573 discloses a method for producing an isocyanurate ring-containing polyisocyanate which does not cause coloring by using potassium fluoride as a catalyst. In US Pat. No. 5574, the use of a catalyst composed of one or a combination of two or more compounds selected from potassium fluoride and (1) polyethylene oxide compound (2) quaternary ammonium salt (3) phosphonium compound is small. It is described that an uncolored isocyanurate ring-containing polyisocyanate can be produced by using a catalyst and mild reaction conditions. However, even when phase transfer catalysts such as (1) to (3) are used in combination with potassium fluoride, the catalytic activity is still low and relatively high for aliphatic and / or alicyclic polyisocyanates. A reaction temperature was required. For this reason, it is difficult to control the reaction after the start of the isocyanuration reaction, and a polynuclear body having poor solubility is likely to be produced. These problems can be improved to some extent by increasing the amount of phase transfer catalyst such as (1) to (3) relative to potassium fluoride, but the isocyanurate ring-containing polyisocyanate produced when the amount of phase transfer catalyst increases. Undesirable because it adversely affects physical properties such as white turbidity in the natto. Therefore, there has been a demand for a method for producing a non-colored isocyanurate ring-containing polyisocyanate that can be more easily controlled.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies in view of these points, the present inventors have found that 1 of the compounds selected from (1) polyethylene oxide compound (2) quaternary ammonium salt (3) phosphonium compound together with potassium fluoride as a catalyst. It has been found that the reaction temperature of the isocyanurate formation can be greatly reduced by using a dialkyl tin compound as a co-catalyst when using a species or a combination of two or more species, and the present invention has been completed.
[0006]
That is, the present invention is a single-mer polyisocyanate, and / or 1 to 3 partially urethanized polyisocyanate with monofunctional alcohols Upon is isocyanurating, potassium fluoride with a catalyst (1) Polyethylene Using one or a combination of two or more compounds selected from oxide compounds, (2) quaternary ammonium salts, and (3) phosphonium compounds, and further using a dialkyltin compound as a co-catalyst , Dialkyltin compounds are dimethyltin diacetate, dibutyltin dioctanoate, dimethyltin dilaurate, di-n-butyltin dilaurate, di-n-butyltin di (2-ethylhexanoate), dibutyltin dibutoxide, dioctyltin dibutoxide, Dibutyltin di (thio Tokishido), di (2-ethylhexyl) tin oxide, dioctyl tin oxide, bis (butoxy dibutyltin) oxide, is at least one selected di -n- butyl tin oxide, and dibutyl Zusu sulfide, isocyanurate ring-containing polyisocyanates It is a manufacturing method.
[0009]
The present invention is characterized in that the dialkyl tin compound in the methods of the SL placement is di -n- Buchirusuzujira ULE over preparative.
[0010]
According to the present invention, in the method of the Symbol mounting is characterized in that monomeric polyisocyanate is an aliphatic and / or alicyclic polyisocyanate.
[0011]
According to the present invention, in the method of the SL placement, monomeric polyisocyanates 2,5- and / or 2,6-diisocyanate methyl bicyclo [2,2,1] heptane (NBDI), 1-isocyanato -3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (IPDi), hexamethylene diisocyanate (HDi), 1,3-cyclohexyl diisocyanate, 1,4-cyclohexyl diisocyanate, 4,4 ' 1 type selected from the group consisting of methylenebis (cyclohexyl isocyanate), methyl-2,4-cyclohexanediisocyanate, methyl-2,6-cyclohexanediisocyanate, 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane or It is characterized by being a mixture of two or more.
[0012]
According to the present invention, in the method of the Symbol mounting, that the monomeric polyisocyanate is 2,5- and / or 2,6-diisocyanate methyl bicyclo [2,2,1] heptane (NBDI) It is a feature. According to the present invention, in the method of the SL placement, monomeric polyisocyanate and hexamethylene diisocyanate (HDi) 2,5-and / or 2,6-diisocyanate methyl bicyclo [2,2,1 ] It is characterized by being a mixture of heptane (NBDi).
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Examples of the monomer polyisocyanate used in the present invention include hexamethylene diisocyanate (HDi), 1-isocyanato-3,3,5, -trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexane (IPDi), 2,5 -And / or 2,6-diisocyanatomethylbicyclo [2,2,1] heptane (NBDi), 2,2,4- or 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate 2,6-diisocyanatomethylcaproate, 1,3-cyclohexyl diisocyanate, 1,4-cyclohexyl diisocyanate, 4,4′-methylenebis (cyclohexyl isocyanate), methyl-2,4-cyclohexanedi Isocyanate, methyl-2,6-cyclohexane diisocyanate, Aliphatic and / or alicyclic polyisocyanates such as 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, m- or p-xylylene diisocyanate, 1,3- or 1,4-tetramethylxylylene diisocyanate , 2,4- and / or 2,6-toluene diisocyanate (TDi), 2,4′- and / or 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDi) and the like. It is done. These monomer polyisocyanates can be used in combination of two or more. Of these, aliphatic and / or alicyclic polyisocyanates are more preferred.
[0014]
Polyisocyanates partially urethanated with 1 to 3 functional alcohols are also preferably used as raw materials. Examples of 1 to 3 functional alcohols used here include, for example, methanol, ethanol, various butanols, 2-ethyl-hexanol, ethylene glycol, 1,2- or 1,3-propylene glycol, 1,3- or 1,4- or 2,3-butylene glycol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, trimethylolpropane, glycerin, 1,2,6-hexanetriol, etc. Examples thereof include low molecular weight compounds and polyester polyols and polyether polyols having a molecular weight of about 200 to 10,000.
[0015]
The NCO / OH equivalent ratio in the preliminary reaction of alcohol and monomer polyisocyanate is selected from a value of about 10 to 100 according to the purpose.
[0016]
The partial urethanization reaction and the isocyanuration reaction may or may not use a solvent, but when used, a solvent having no reaction activity with respect to the isocyanate group should be selected.
[0017]
Potassium fluoride used in the present invention can be used in various shapes such as pellets, powders, and flakes, but since it has low hygroscopicity and high activity, spray dried potassium fluoride (sd.KF) is used. Particularly preferred.
[0018]
Examples of the compounds (1) to (3) used in combination with potassium fluoride include polyethylene glycols such as polyethylene glycol, polyethylene glycol monomethyl ether and polyethylene glycol dimethyl ether, dibenzo-18 - crown-6 crown ether such as dicyclohexyl-18-crown-6, for example, Kanto chemical Co. cryptands such as C 14 H 28 N 2 O 4 is commercially available as [Kryptofix -111], etc. (2) quaternary ammonium salts such as benzyltriethylammonium chloride and tetrabutylammonium bromide, and (3) phosphonium compounds such as trioctylethylphosphonium bromide and tetrabutylphosphine. Examples thereof include honium chloride.
[0019]
In the method of the present invention, a dialkyltin compound cocatalyst is used in combination with a catalyst comprising potassium fluoride and the above compounds (1) to (3), and the amount of the catalyst itself is used without a cocatalyst. The amount that is less than the most effective amount may be used. In practice, the amount of potassium fluoride used is 0.000001 to 0.0005 parts by weight with respect to 1 part by weight of the monomer polyisocyanate and / or partially urethanized polyisocyanate used in the reaction. It is sufficient, preferably 0.000005 to 0.0002 parts by weight. The amount of the phase transfer catalyst (1) to (3) is preferably 1/100 to 100 times the amount of potassium fluoride. If the amount of catalyst is too small, it takes too much time to achieve the desired conversion, and it is not appropriate.If the amount of catalyst is too large, the isocyanuration reaction is too fast and involves a large exotherm, so reaction control is not possible. It becomes difficult.
[0020]
Specific examples of the dialkyltin compound used as a co-catalyst in the present invention include dialkyltin dicarboxylates such as dimethyltin diacetate, dibutyltin dioctanoate, dibutyltin dilaurate, dibutyltin dibutoxide, dioctyltin dibutoxide, etc. Dialkyltin dialkoxides, dialkyltin dithioalkoxides such as dibutyltin di (thiobutoxide), dialkyltin oxides such as di (2-ethylhexyl) tin oxide, dioctyltin oxide, bis (butoxydibutyltin) oxide, dibutyltin sulfide And dialkyl tin sulfides.
[0021]
Of these, dialkyltin dicarboxylates are preferable, and di-n-butyltin dilaurate is more preferable.
[0022]
In the present invention, dialkyltin halides such as dibutyltin dichloride and dimethyltin dichloride have almost no effect as a promoter.
[0023]
The amount of the cocatalyst used is preferably 1/10 to 10 times the amount of potassium fluoride used. When the amount is 1/10 or less, the effect of the cocatalyst is small. The nurate ring-containing polyisocyanate is not preferred because it may adversely affect physical properties such as cloudiness.
[0024]
In the present invention, there is no problem even if a compound generally known as an isocyanurate cocatalyst such as active hydrogen compounds such as alcohols and phenols, tertiary amines and phosphorous acid triesters is used.
[0025]
The catalyst and the co-catalyst may be added to the raw material monomer polyisocyanate and / or partially urethanized polyisocyanate, or may be added in advance by mixing.
[0026]
The isocyanuration reaction is usually performed at a temperature of 0 to 80 ° C, preferably 30 to 60 ° C.
[0027]
Especially when aliphatic and / or alicyclic polyisocyanates are used as monomer polyisocyanates and / or partially urethanized polyisocyanate raw materials, if a dialkyltin compound is not used as a co-catalyst, 100 ° C. or higher Although a sufficient reaction rate could not be obtained unless the reaction temperature was 1, the reaction proceeded sufficiently at a temperature around 30 to 80 ° C. by using a dialkyltin compound promoter. For this reason, reaction control became easy and it became possible to reduce the production amount of the poorly soluble polynuclear body.
[0028]
The progress of the reaction can be carried out by NCO titration, refractive index, viscosity, IR measurement and the like of the reaction solution. When the reaction reaches the desired conversion rate, the reaction is stopped by deactivating the catalyst by adding a terminator. It is appropriate to select this conversion rate in the range of 10 to 60%. If the conversion rate is 10% or less, the productivity is too bad, which is not preferable, and if the conversion rate is 60% or more, the high molecular weight oligomer component increases, and the physical properties of the resulting isocyanurate ring-containing polyisocyanate are not preferable. Examples of the reaction terminator include strong inorganic acids such as hydrochloric acid, phosphoric acid, and sulfuric acid, acidic organic substances such as benzoyl chloride and acidic phosphate esters, and adsorbing substances such as silica gel and acidic group-containing resins. The deactivated potassium fluoride is insolubilized in the reaction system, but can be easily removed by filtration because the amount used is small.
[0029]
Thus, after completion of the reaction at a conversion rate of monomer polyisocyanate and / or partially urethanized polyisocyanate to a product of 10 to 60%, unreacted monomer polyisocyanate is reacted from the reaction solution. When using a natto and a solvent, remove the solvent and purify. As a purification method, there are vacuum distillation, solvent extraction, and the like, but in general, a falling film evaporator is preferably used. From the viewpoint of safety and health for the human body, the content of the monomer polyisocyanate in the product isocyanurate ring-containing polyisocyanate must be 1.0% by weight or less.
[0030]
【Example】
Hereinafter, although an Example demonstrates concretely, the method of this invention is not limited by an Example.
Example 1
A four-necked flask equipped with a reflux condenser, a thermometer and a stirrer was charged with 1000 g of NBDi and 0.1 g of di-n-butyltin dilaurate, and the temperature was raised to 45 ° C. while stirring the reactor in a nitrogen stream. 0.1 g of potassium fluoride mixed in advance and 10 g of polyethylene glycol (PEG 400) having an average molecular weight of 400 were dropped over 3 hours. The temperature in the reactor gradually rose to 50 ° C. by the end of the dropping. Thereafter, the temperature was maintained for 1 hour, and then 0.2 g of 85% phosphoric acid was added as a terminator and further stirred for about 1 hour to completely stop the reaction. After cooling to room temperature, the deposited deactivated catalyst was removed by filtration. The reaction mass was colorless and transparent. The unreacted monomer was then removed with a thin film evaporator. The obtained product was a colorless and transparent solid at room temperature and had a melting point of 50 to 60 ° C., an NCO content of 18.4%, and a monomer content of 0.2%. The product yield was 380 g and the conversion from NBDi was 38%.
[0031]
Example 2
A four-necked flask equipped with a reflux condenser, a thermometer and a stirrer was charged with 1000 g of NBDi, 0.05 g of di-n-butyltin di (2-ethylhexanoate), and 1 g of triphenyl phosphite (TPP). Under a stream of air, the temperature inside the reactor was increased to 60 ° C. while stirring, and 0.03 g of potassium fluoride and 10 g of polyethylene glycol (PEG 400) having an average molecular weight of 400 were added dropwise over 3 hours. The temperature in the reactor gradually increased to 68 ° C. by the end of the dropping. Then, after maintaining the temperature for 0.5 hour, 0.2 g of 85% phosphoric acid was added as a terminator and further stirred for about 1 hour to completely stop the reaction. After cooling to room temperature, the deposited deactivated catalyst was removed by filtration. The reaction mass was colorless and transparent. The unreacted monomer was then removed with a thin film evaporator. The obtained product was a colorless and transparent solid at room temperature and had a melting point of 50 to 60 ° C., an NCO content of 18.0%, and a monomer content of 0.3%. The product yield was 400 g and the conversion from NBDi was 40%.
[0032]
Example 3
A four-necked flask equipped with a reflux condenser, a thermometer, and a stirrer was charged with 1000 g of NBDi, 0.1 g of dibutyltin dibutoxide, and 2 g of triphenyl phosphite. The temperature was raised, and 0.03 g of potassium fluoride and 10 g of polyethylene glycol (PEG 400) having an average molecular weight of 400 were added in advance. The temperature in the reactor gradually increased to 55 ° C., maintained for a while, and then gradually decreased to 30 ° C. Two hours after the start of exotherm, 0.1 g of 85% phosphoric acid was added as a terminator, and then the mixture was further stirred for about 1 hour to completely stop the reaction. After cooling to room temperature, the deposited deactivated catalyst was removed by filtration. The reaction mass was colorless and transparent. The unreacted monomer was then removed with a thin film evaporator. The obtained product was a colorless and transparent solid at room temperature and had a melting point of 50 to 60 ° C., an NCO content of 18.3%, and a monomer content of 0.2%. The product yield was 430 g and the conversion from NBDi was 43%.
[0033]
Examples 4-6
A polyisocyanate having an isocyanurate ring was obtained in the same manner as in Example 2 under the formulation and conditions shown in Table 1. The physical properties of the obtained product are summarized in the lower column of Table 1.
[0034]
[Table 1]
[0035]
Comparative Example 1
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the co-catalyst di-n-butyltin dilaurate was not used, but the isocyanurate formation did not proceed, and a sudden exotherm occurred when the reaction temperature was raised to 120 ° C. The reaction was stopped by adding 0.2 g of 85% phosphoric acid as an agent. In the obtained reaction mass, a large number of polynuclear bodies of trimer or higher were generated.
[0036]
Comparative Example 2
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that di-n-butyltin dichloride was used instead of di-n-butyltin dilaurate as a cocatalyst. However, the isocyanurate formation did not proceed and the reaction temperature was raised to 120 ° C. Since sudden heat generation occurred, the reaction was stopped by adding 0.2 g of 85% phosphoric acid as a stopper. In the obtained reaction mass, a large number of polynuclear bodies of trimer or higher were generated.
[0037]
Comparative Example 3
The reaction was carried out in the same manner as in Example 3 except that 3.5 g of benzyltrimethylammonium chloride as a surfactant was used without using the cocatalyst di-n-butyltin dioxide and the temperature in the reactor was changed to 60 ° C. As a result, the reaction proceeded and the temperature rise was slow. The reaction mass was filtered and then the unreacted monomer was removed with a thin film evaporator. The resulting product was a cloudy solid.
[0038]
【The invention's effect】
The characteristics of the present invention are summarized as follows.
(1) The catalyst activity is high, and the reaction proceeds with a small amount of catalyst used.
(2) Excellent reaction controllability and reproducibility.
(3) A polyisocyanate having a substantially colorless and transparent isocyanurate ring is obtained.
The polyisocyanate having a colorless and transparent isocyanurate ring thus obtained is very useful as a polyurethane raw material having excellent weather resistance and heat resistance.
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