JPH08253577A - α,ω−ジアミノポリエーテル製造用の新規な中間体 - Google Patents

α,ω−ジアミノポリエーテル製造用の新規な中間体

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JPH08253577A
JPH08253577A JP8054744A JP5474496A JPH08253577A JP H08253577 A JPH08253577 A JP H08253577A JP 8054744 A JP8054744 A JP 8054744A JP 5474496 A JP5474496 A JP 5474496A JP H08253577 A JPH08253577 A JP H08253577A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分子量の可溶性線状ポリエーテル−ポリ尿
素ブロック共重合体を製造するために、イソシアネート
と反応させる純一級ジアミノポリエーテルを工業的に製
造する。 【解決手段】 二官能性のビス−求電子活性重合体を窒
素含有求核試薬と反応させて得られる一級ジアミノポリ
エーテルの新規中間体を見いだし、高純度の一級ジアミ
ノポリエーテルを工業的に製造することを可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、重合体鎖中に二級
又は三級アミン官能価を全く含まないポリエーテルジ一
級アミン類を製造するための中間体に関する。そして、
本発明の中間体から導かれるポリエーテルジ一級アミン
類は、ポリエーテル−ポリ尿素ブロック重合体の製造に
有効である。
【0002】
【従来の技術】末端に一級アミノ官能価を有する分子量
3500以上のポリエーテル類は様々な用途がある一群
の重要な重合体である。これらのポリエーテルはエポキ
シ樹脂と反応して強靱な不融性のプラスチックやエラス
トマー性の加硫物を生成させることができる。更に、こ
れらのポリエーテルはジイソシアネートと反応してポリ
尿素ブロック共重合体を生成させることができる。
【0003】このような用途には、目的生成物の重合度
を最大にし、またそれら生成物の性能を最大限に発揮さ
せるために、アミン末端ポリエーテル前駆体は可能な限
り純二官能性であること、すなわち末端にヒドロキシル
基、ハライド基又はその他の活性な官能価を有しないこ
とが非常に重要である。
【0004】米国特許第3,436,359号明細書に
は、高度の末端一級アミノ基を有するポリエーテルジア
ミン類が開示される。これらのポリエーテルは環状エー
テル単量体及びトリフルオロメタンスルホン酸無水物と
無水のアンモニアとの反応で生成する高度に二官能性の
ビス−オキソニウムイオンをキャップすること(cappin
g )によって得られるものであった。
【0005】しかし、この方法をある一定量の二級アミ
ン基(3%以下)やそれより少量の三級アミノ窒素
(0.3%以下)で汚染されたポリエーテルジアミンを
生成させずに実施することは困難である。連鎖中のこの
ような二級アミノ基や三級アミノ窒素は末端が一級アミ
ンで終っているポリエーテルの分枝鎖、すなわち側鎖を
もたらす。
【0006】この方法を大規模に実施する場合に特に困
難なことは、これら副生成物の形成レベルをコントロー
ルすることである。このような混合物は多数の用途に有
用であるけれども、含有多官能性不純物がこのような低
レベルであってもそのポリエーテルジアミンはポリエー
テルジアミンと色々な化学量論モル比のジイソシアネー
トとの反応による高分子量の可溶性ポリエーテル−ポリ
尿素ブロック共重合体の製造には不適当である。
【0007】これらの鎖中二級アミン及び末端が一級ア
ミンで終っている三級側鎖は重合体連鎖にジイソシアネ
ートとの反応時に架橋をもたらす座位を更に与える。こ
の架橋は一般に加工不能のゲルをもたらす。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、大規模に実
施するときでも鎖中二級アミン官能価や、あるいはアミ
ン末端三級アミン側鎖による汚染が実際上ない、目的の
分子量範囲を持つ末端が一級アミンで終っている線状ポ
リエーテルを製造するための中間体を提供するものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の中間体の製造方
法は、一般式 NX′X2 (式中、Xはヒドロキシル性溶媒により容易に開裂され
る置換基であり、そしてX′はX及び電子対より成る群
から選ばれるものである。)で表わされる窒素含有求核
試薬を次の一般式
【化3】 Y−A−Y 式III (式中、Aは繰返基を含有する分子量が約3500以上
のポリエーテル要素であって、その繰返基の過半部がオ
キシテトラメチレン単位より成り、そして精々より少な
い部分が他のオキシアルキレン単位より成り、そのアル
キル部分が約4個以下の直鎖炭素原子を有するポリエー
テル要素であり、Yは非求核性要素である)で表わされ
る末端が求電子活性のポリエーテルと反応させることか
ら成る。
【0010】この反応の生成物(本発明の中間体)に対
して次に溶媒化分解(solvolysis)を実施し、その生成
物を常用の技法で単離する。本発明の中間体を用いて製
造されるジアミノポリエーテルは一般式 H2 N−A−NH2 式I (式中、Aは前記定義の通りである)を有する。
【0011】さらに、詳しく述べれば、テトラヒドロフ
ラン(又はテトラヒドロフランと少量の1種又は2種以
上の、2個乃至約4個の環炭素原子を有するカチオン重
合性の環状エーテル)とスーパーアシッド(superacid)
無水物(例えば、トリフルオロメタンスルホン酸無水
物)との重合を行い、続いて得られたジカチオン活性の
線状ポリエーテルを適当な窒素含有求核試薬との反応で
停止させると次の一般式
【化4】 X2 N−A−NX2 式V (式中、X,Y及びAは前記定義の通りである)を有す
る本発明の新規な中間体が得られる。適当な窒素含有求
核試薬は活性水素を有しないものである。
【0012】これらの中間体を溶媒化分解すると純一級
ジアミノ末端ポリエーテルが得られる。これらのポリエ
ーテルを次に連鎖延張すれば、所望する高分子量の可溶
性の純線状ポリエーテル−ポリ尿素ブロック共重合体が
得られる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明は式I H2 N−A−NH2 式I (式中、Aは繰返基を含有する分子量が約3500以上
のポリエーテル要素であって、その繰返基の過半部がオ
キシテトラメチレン単位より成り、そして精々より少な
い部分が他のオキシアルキレン単位より成り、そのアル
キル部分が約4個以下の直鎖炭素原子を有するポリエー
テル要素である。)を有する純一級ジアミノポリエーテ
ルの製造に有用な中間体を提供するものである。Aはオ
キシテトラメチレン単位からもっぱら成るのが好まし
い。
【0014】高分子量の可溶性純線状ポリエーテル−ポ
リ尿素ブロック共重合体を製造するために、好ましいジ
アミノポリエーテルは一般式
【化5】 (式中、nは少なくとも約50、好ましくは約140〜
約280の整数である。)を有するα,ω−ジアミノポ
リテトラメチレンオキシドである。
【0015】この方法は式IV及びV
【化6】 X2 N−A−NX2 式V (式中、Xはヒドロキシル性溶媒、例えば水、又は好ま
しくはメタノールにより容易に開裂されて遊離アミンを
与える置換基であり、そしてAは前記定義の通りであ
る。)で表わされる新規中間体の加水分解、又は好まし
くはメタノリシスより成る。
【0016】式IV及びVの新規中間体は式II及びIII
【化7】 Y−A−Y 式III (式中、Aは前記定義の通りであり、そしてYは非求核
性要素、例えばトリフルオロメタンスルホンオキシ基、
フルオロスルホンオキシ基、燐ヘキサスルオリド等であ
る)に相当する末端が求電子活性のポリエーテルを活性
水素を有しない窒素含有求核試薬と反応させることによ
って製造される。
【0017】この求核試薬は式VI NX′X2 式VI (式中、Xはヒドロキシル性溶媒、例えば水、又は好ま
しくはメタノールにより容易に開裂されて遊離アミンを
与える置換基であり、そしてX′はXと同じであっても
よいし、あるいは負の電荷を与える一対の電子であって
もよい。)で表わすことができる。
【0018】式II及びIII のポリエーテルはテトラヒド
ロフラン(又はテトラヒドロフランと約40モル%以下
の1種又は2種以上の、2個乃至約4個の環炭素原子を
有するカチオン重合性環状共単量体エーテル)とスーパ
ーアシッド無水物、例えばトリフルオロメタンスルホン
酸無水物との重合により製造される。カチオン重合性環
状エーテル共単量体の例を示すと、3−メチルテトラヒ
ドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、エチレン
オキシド、オキサシクロブタン等がある。
【0019】本発明は、式II又はIII で表わされる高度
に二官能性のビス−求電子活性重合体を式VIの適当な窒
素含有求核試薬と反応させる。この反応で式IV及びVの
本発明新規中間体が得られる。
【0020】適当な求核試薬はN−H結合を有しないも
のである。このような求核試薬を使用することで所望と
されない二級又は三級アミン鎖中要素が形成される可能
性が完全に除かれる。求核試薬はまた非ヒドロキシル性
溶媒にかなり可溶なものであるべきである。前記の基X
は水、又は好ましくはメタノールのような溶媒により容
易に開裂されて一級アミン要素−NH2 を与える置換基
でなければならない。最後に、置換基Xは最終生成物の
ジアミノポリエーテルから容易にかつ完全に取り除かれ
るような状態で得られるべきである。
【0021】好ましい求核試薬にヘキサメチレンテトラ
ミン、及びヘキサメチルジシラザンのアルカリ金属塩が
ある。リウマチ塩が特に好ましい。これらの求核試薬を
使用すると以下に記す式IV A及びV A
【化8】 (Me3 Si)2 N−A−N(SiMe3 )2 式V A を有する本発明の新規中間体が得られる。
【0022】これら中間体の目的のジ一級アミンへの開
裂はメタノールと、又はメタノール及び硫酸と共に加熱
すると容易に起こる。このメタノリシスの副生成物であ
るジメトキシメタンとメトキシトリメチルシランはそれ
ぞれ高度に揮発性で、その重合体溶液から容易に蒸留さ
れる。
【0023】本発明の中間体によって得られるポリエー
テルジアミンは純度が極めて高い。高分子量のポリエー
テル−ポリ尿素ブロック共重合体はこれらのジアミンと
各種ジイソシアネートとの化学量論的モル比での反応に
より、多官能性不純物の存在に基因する架橋で引き起こ
されるゲル化なしで製造することができる。
【0024】好ましいジイソシアネートとしてはトルエ
ンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネー
ト、4,4′−メチレン−ビス(フェニルイソシアネー
ト)、4,4′−メチレン−ビス(シクロヘキシルイソ
シアネート)及びイソホロンジイソシアネートがある。
【0025】この連鎖延張反応に好ましい溶媒はイソシ
アネートとは反応せず、反応体と生成物を共に溶液に保
持しておくものである。好ましい溶媒にはエーテル類、
塩素化炭化水素類、ある種のアルコール類及びそれらの
混合物がある。最も好ましい溶媒としては塩化メチレ
ン、テトラヒドロフラン及びイソプロパノールが挙げら
れる。
【0026】本発明の中間体によって製造されたジ一級
アミンの連鎖延張で造られるポリエーテル−ポリ尿素ブ
ロック共重合体は純線状であって、以下に示す式VII
【化9】 〔式中、Zはフェニレン、アルキレン、アラルキレン及
びシクロアルキレンから選ばれる二価の基であって、好
ましくはメチレンジシクロヘキシレン、ヘキサメチレン
及びメチレンシクロヘキシレンであり;Bはアルキレ
ン、アラルキレン、シクロアルキレン及びフェニレンか
ら選ばれる二価の基であり; ルキル基、フェニル、又はBを含む環構造を完成して複
素環を形成するアルキレン基である)から選ばれる二官
能性要素であり;mはゼロ乃至約25、好ましくは約2
〜約10の整数であり;そしてAは前記定義の通りであ
る。〕で表わされる繰返単位から成る。
【0027】これらの重合体は式Iの格別純粋なポリエ
ーテルジアミン、式VIII H−W−B−W−H 式VIII (式中、W及びBは上記定義の通りである。)で表わさ
れる分子構造を有する任意成分としてのジアミン形又は
ジオール系連鎖延張剤及び化学量論量の式IX OCN−Z−NCO 式IX (式中、Zは上記の通りである。)で表わされる分子構
造を有するジイソシアネートを不活性ふん囲気中で重合
させることによって製造される。
【0028】この反応におけるポリエーテルジアミンと
ジアミン系はジオール系連鎖延張剤対ジイソシアネート
の合計モル比は最終生成物に有用な性質を与えるモル
比、好ましくは約1:0.95〜約1:1.05であ
る。
【0029】得られるポリエーテル−ポリ尿素ブロック
共重合体は純線状で、高分子量の、顕著な性質を持つ可
溶性のエラストマーである。このようなエラストマーに
はこの技術分野で周知の多くの用途がある。これについ
ての詳細な議論については、インターサイエンス社(In
terscinence : NY) から1964年に刊行された、ソー
ンダース・ジェー・エーチ(Saunders, J.H.) 及びフリ
ッシュ・ケー・シー(Frisch, K.C.) 著のポリウレタン
ズ:ケミストリー・アンド・テクノロジー(Polyuretha
nes : Chemistry and Technology) 、パートII、第43
1〜447頁を参照されたい。
【0030】エラストマーの性質は個々の用途に応じて
ポリエーテルジアミンの分子量を選択することによっ
て、特に各種の低分子量連鎖延張剤、例えばヘキサメチ
レンジアミン、キシレンジアミン、ピペラジン等を組み
込むことによってかなりの範囲で変えることができる。
連鎖延張剤は1,3−ジ(4−ピペリジル)プロパンが
最も好ましい。
【0031】次の実施例は単に例示として与えられるも
のであって、本発明を限定するものと解してはならな
い。
【0032】
【実施例】
実施例1 500mlの三ツ口丸底フラスコに125gの乾燥テト
ラヒドロフラン及び25gの塩化メチレンを入れた。こ
の溶液を12℃まで冷却し、そして機械的にかき混ぜな
がら25gの塩化メチレン中3.3gのトリフルオロメ
タンスルホン酸無水物を注射器から速やかに加えた。2
1℃まで発熱があった後、反応混合物を12℃まで冷却
し、その温度で2.0時間かき混ぜた。
【0033】かき混ぜ機を止め、そして25gのクロロ
ホルム中4.1gのヘキサメチレンテトラミンのスラリ
ーを加えた。かき混ぜ機を作動開始し、室温において高
速で0.5時間かき混ぜた。60gのメタノール及び6
0gのトルエン中9.3gの濃硫酸の溶液を加え、反応
装置に蒸留ヘッドを取り付け、その系にポット温度が6
5℃で1時間保たれるまでメタノールを再び満しながら
揮発分を蒸留させた。
【0034】硫酸ヒドロキシルアミン2.1gの水6m
l中溶液を加え、その反応混合物を1時間加熱、還流さ
せた。その溶液を次に約30℃まで冷却し、そしてかき
混ぜながら29.0gの50%NaOHを加えた。この
混合物を加熱し、MeOH、その他の揮発分をポットに
トルエンを再び満しながら蒸留させた。80℃のポット
温度において、4.1gの固形NaHCO3 を加え、そ
してポットが108℃に達するまで蒸留を続けた。
【0035】その混合物を約60〜70℃まで冷却し、
ジョーンズ−マンビル社(Johns-Manville) からスーパ
ーセルTM(Super Cel TM) の商標名で市販される珪藻土
のような濾過助剤層を通して濾過し、採集された塩をト
ルエンで洗浄した。濾液と洗液を合わせ、これを回転蒸
発器でストリッピングして乾固し、79.6g(64
%)のポリテトラメチレンオキシドジ一級アミンを澄
明、無色の粘稠の油として得た。この油は室温で放置す
ると固化した。
【0036】試料をイソプロパノール−テトラヒドロフ
ラン溶液として0.1NHClでブロムフェノールの青
色終点まで滴定すると、分子量9,734と同定され
た。
【0037】実施例2 乾燥窒素下にある1,000mlの三ツ口丸底フラスコ
に150gの乾燥テトラヒドロフランと26.4gのシ
クロヘキサンを加えた。機械的にかき混ぜながら、3.
45gの(CF3 SO2 )2 を注射器から室温において
速やかに加えた。温度を30℃に上げ、次いでかき混ぜ
た反応混合物を15℃まで冷却し、その温度に合計2.
5時間保持した。
【0038】この時点でリチウムビス(トリメチルシリ
ル)アミドの1.0Mの濃度ヘキサン溶液25mlを注
射器から速やかに加えた。温度を21℃に上げ、その混
合物を室温で0.5時間かき混ぜ、次いでトルエンと1
00mlのメタノールとで稀釈して容量800mlとし
た。その反応フラスコを蒸留できるように準備し、トル
エンの連続添加でその内容量を一定に保つようにしなが
らポット温度110℃までの揮発物を採集した。
【0039】トリフルオロメタンスルホン酸リチウムの
沈殿を含有する得られた溶液を50〜60℃まで冷却
し、スーパーセルTM濾材のパッドを通して濾過し、その
パッドを追加のトルエンで洗浄した。濾液と洗液を合
せ、これを回転蒸発器でストリッピングして乾固してポ
リテトラメチレンオキシドジ一級アミンを淡黄色の粘稠
な油として得た。この油は放置しておくとクリーム色を
した固体に固化した。収量は97.5g(65%)であ
った。0.1NHClで滴定すると、分子量11,00
0と同定された。
【0040】実施例3 75ガロンのステンレススチール製反応器に90.7k
gの乾燥テトラヒドロフランを入れ、攪拌しながら16
℃まで冷却した。6.8kgのシクロヘキサン中1.5
kgのトリフルオロメタンスルホン酸無水物の溶液をか
き混ぜながら速やかに加えた。更に6.8kgのシクロ
ヘキサンを用いてトランスファー(transfer) を完結さ
せた。
【0041】反応で32℃まで発熱した。反応混合物を
次いで43℃まで加熱し、この温度で0.5時間保持し
た。この反応混合物を更に2.5時間かけて18〜21
℃まで冷却させた。この粒稠、澄明な溶液をリチウムビ
ス(トリメチルシリル)アミドの20%濃度ヘキサン溶
液13.3kgでできるだけ速やかに処理した。反応で
27℃まで発熱した。
【0042】その反応混合物を0.5時間かき混ぜた。
その反応器にトルエン(113.4kg)とメタノール
(15.5kg)を加え、そして反応器の加熱ジャケッ
トを88℃に設定した。揮発物を2時間にわたって蒸留
させた。次に、ジャケットの温度を149℃に上げ、そ
の蒸留を内容物が104℃に達するまで続けた。この溶
液を32℃まで冷却し、45.4kgのヘプタンと6.
8kgのスーパーセル TM濾材を加えた。0.5時間かき
混ぜた後、その混合物を濾過し、濾液を反応器に戻し
た。合計83.9kgの揮発物が蒸留された。
【0043】得られた溶液を室温まで冷却してポリテト
ラメチレンオキシドジ一級アミンを固形分50%の溶液
として得た。重合体の総収量は63.5kg(収率70
%)で、滴定で求められた分子量は16,000であっ
た。
【0044】実施例4 乾燥窒素下にある1,000mlの三ツ口丸底フラスコ
に135gの乾燥テトラヒドロフラン、13.8gの3
−メチルテトラヒドロフラン及び26.4gのシクロヘ
キサンを加えた。機械的にかき混ぜながら、3.47g
の(CF3 SO 2 )2 Oを10℃において注射器により
速やかに加えた。その温度を40℃に上げ、次いで反応
混合物を0.5時間かきまぜ、15℃まで冷却し、その
温度で合計2時間保持した。
【0045】その時点でリチウムビス(トリメチルシリ
ル)アミドの1.0M濃度ヘキサン溶液25mlを注射
器で速やかに加えた。その温度を28℃に上げ、その混
合物を室温で0.5時間かき混ぜ、次いで200mlの
トルエンで稀釈した。この反応フラスコを蒸留できるよ
うに準備し、トルエンの連続添加でその内容量を一定に
保つようにしながらポット温度110℃までの揮発物を
採集した。
【0046】トリフルオロメタンスルホン酸リチウムの
沈殿を含有している得られた溶液を22℃まで冷却し、
そして178gのヘプタンを加えた後スーパーセルTM濾
材のパッドを通して濾過し、その濾材パッドを追加のト
ルエンで洗浄した。濾液と洗液を合わせ、これを固形分
30%w/wまで濃縮した。次に、125gのメタノー
ルを加え、その溶液を105℃まで加熱し、その間にメ
タノールと他の揮発物を蒸留させた。
【0047】得られた溶液を回転蒸発器でストリッピン
グして乾固するとポリエーテルジ一級アミンが淡黄色の
粘稠な油として得られた。この油は放置しておくとクリ
ーム色をした固体に固化した。収量は112.5g(7
6%)であった。0.1NHClにより滴定すると分子
量は11,853と同定された。
【0048】実施例5 分子量8,333のポリテトラメチレンオキシドジ一級
アミン8.33g(1.0ミリモル)と2,5−ジメチ
ルピペラジン0.288g(1.0ミリモル)のイソプ
ロパノール65g及び塩化メチレン35gの中の溶液を
かき混ぜ、そして4,4−メチレンビス(シクロヘキシ
ルイソシアネート)(H−MDI)0.786(2.0
ミリモル)で処理した。
【0049】室温において15分で粘度が劇的に上昇し
たが、その溶液は澄明なままで、ゲル化しなかった。そ
の溶液からフィルムをキャスティングすると、溶媒の蒸
発後に次の性質 引張り−8,155psi 伸び −660% 永久歪−12% を有する澄明で強力なポリエーテル−ポリ尿素エラスト
マーのフィルムが得られた。フィルムはクロロホルム、
トルエン、イソプロパノール及びテトラヒドロフラン等
の溶媒に完全に可溶性である。
【0050】実施例6 実施例4のポリエーテルジ一級アミン(分子量11,8
53;0.85ミリモル)10.08gの塩化メチレン
30ml中の溶液に室温において急速にかき混ぜながら
イソホロンジイソシアネート0.76g(3.42ミリ
モル)の溶液を一度に全部加えた。得られた溶液をかき
混ぜながら1,3−ビス(4−ピペリジル)プロパン
0.54g(2.57ミリモル)の塩化メチレン30m
l中の溶液により滴下処理した。この添加が終りに向う
につれて反応混合物は極めて粘稠になったが、澄明なま
まであった。
【0051】このフラスコの内容物をガラス板上にキャ
スティングし、その溶媒を蒸発させた。生成ポリエーテ
ル−ポリ尿素ブロック共重合体は次の性質 引張り−5,600psi 伸び −700% 永久歪−35% を有する澄明で強力なエラストマーフィルムとして得ら
れた。
フロントページの続き (72)発明者 ジョン エドワード スターク アメリカ合衆国ミネソタ州セント ポー ル,3エム センター(番地なし)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 純一級α,ω−ジアミノポリエーテルの
    製造に用いる新規な中間体であって、一般式、 【化1】 (式中、Xはヒドロキシル性の溶媒により容易に開裂さ
    れる置換基であり、Yは非求核性部分であり、そしてA
    は繰返し基を含有する分子量が3500以上のポリエー
    テル部分であって、該繰返し基の過半部がオキシテトラ
    メチレン単位であり、より少ない部分が直鎖炭素原子数
    4個以下の他のオキシアルキレン単位である該ポリエー
    テル部分である)を有する前記中間体。
  2. 【請求項2】 一般式、 【化2】 (式中、Aはポリテトラメチレンオキシドである)を有
    する請求項1に記載する中間体。
  3. 【請求項3】 純一級α,ω−ジアミノポリエーテルの
    製造に用いる新規な中間体であって、一般式、 X2 N−A−NX2 (式中、Xはヒドロキシル性の溶媒により容易に開裂さ
    れる置換基であり、そしてAは繰返し基を含有する分子
    量が3500以上のポリエーテル部分であって、該繰返
    し基の過半部がオキシテトラメチレン単位であり、より
    少ない部分が直鎖炭素原子数4個以下の他のオキシアル
    キレン単位である該ポリエーテル部分である)を有する
    前記中間体。
  4. 【請求項4】 一般式、 (Me3 Si)2 N−A−N(SiMe3 )2 (式中、Aはポリテトラメチレンオキシドである)を有
    する請求項3に記載する中間体。
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