JPH1053637A - アルコキシシラン基およびヒダントイン基を有するポリウレタンプレポリマーおよびシーラント製造へのその使用 - Google Patents

アルコキシシラン基およびヒダントイン基を有するポリウレタンプレポリマーおよびシーラント製造へのその使用

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Abstract

(57)【要約】 【課題】アルコキシシランおよびヒダントイン基を有す
るポリウレタンプレポリマー、その製造方法、およびシ
ーラント製造へのその使用の提供。 【解決手段】本発明は、式(I) : 【化1】 (ここで、Aは、NCO含有量を0.4〜5%有するイ
ソシアネートプレポリマーからNCO基を除いて得られ
る基を示し、Rは、線状または分岐状の炭素原子数1〜
8のアルキル基を示し、X、YおよびZは、同一または
異なり、炭素原子数1〜4のアルキルまたはアルコキシ
基であって、かつ少なくとも1個の基はアルコキシ基で
あり、nは平均値で1.5〜4である)に相当する、ア
ルコキシシランおよびヒダントイン基を有するポリウレ
タンプレポリマー。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルコキシシラン
基およびヒダントイン基を有するポリウレタンプレポリ
マー、その製造方法、およびポリウレタンシーラント組
成物の結合剤としてのその使用に関する。
【0002】
【従来の技術】シランの重縮合を介して架橋するアルコ
キシシラン官能性ポリウレタンが公知である(例えば
「アドヘッシブ・エイジ(adhesives Age ) 」4 /1995
、p30 ff.,参照)。アルコキシシランを末端基とする
湿分硬化一成分ポリウレタンは、建築および自動車産業
で、軟質の塗料および封止剤、ならびに接着剤としてま
すます使用されている。これらの適用の際には、伸び、
接着力および硬化速度に関する厳しい条件が要求され
る。最近入手できる方式でも特に、自動車産業が要求す
る特性レベルを全て、達成することはできない。
【0003】N−アリールアミノシランをNCO−プレ
ポリマーとを反応させることにより得られるアルコキシ
シラン−官能性ポリウレタンが、EP-A676403から公知で
ある。これらの化合物は、自動車産業の要求、例えば機
械特性に関しては満足する。しかし、架橋重合体の熱的
安定性の欠如が製品の問題となる。この欠陥の理由は、
置換(特にアリール基で置換)された尿素に知られてい
る熱的不安定性にある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、良好
な伸びおよび接着力とともに、良好な熱的安定性を有す
るアルコキシシラン官能性ポリウレタンを提供すること
にある。この目的は、以下に詳細に記載するこの発明の
ポリウレタンプレポリマーにより達成される。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、式(I) :
【化3】 (ここで、Aは、NCO含有量を0.4〜5%有するイ
ソシアネートプレポリマーからNCO基を除いて得られ
る基を示し、Rは、線状または分岐状の炭素原子数1〜
8のアルキル基を示し、X、YおよびZは、同一または
異なり、炭素原子数1〜4のアルキルまたはアルコキシ
基であって、かつ少なくとも1個の基はアルコキシ基で
あり、nは平均値で1.5〜4である)に相当する、ア
ルコキシシラン基およびヒダントイン基を有するポリウ
レタンプレポリマーに関する。この発明は、また、アル
コキシシラン基およびヒダントイン基を有するポリウレ
タンプレポリマーの製造方法、およびシーラントの製造
へのその使用に関する。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のアルコキシシラン基およ
びヒダントイン基を有するポリウレタンプレポリマー
は、 a)イソシアネートプレプレポリマーの全NCO基と、
例えばEP-A596360に記載されたようなアルコキシシラン
基およびアミノ基を有する化合物との反応(米国特許5,
364,955 、ここでは参照のために引用)、ならびに b)それに続く縮合環化反応による二段階工程で製造さ
れる。この発明で製造された生成物は、機械的特性が改
良され、表面粘着性が減少する。
【0007】本発明に従い使用されるイソシアネートプ
レポリマーは公知である。それらは、ジイソシアネート
と、エーテル、エステルおよび/またはカーボネート基
を有する高分子量のポリヒドロキシル化合物、場合によ
り少量の低分子量ポリヒドロキシル化合物の混合物とを
反応させることにより製造される。適するNCOプレポ
リマーは、NCO基を0.4〜5%、好ましくは0.5
〜2%有し、かつ平均官能価(「n」で表す)が1.5
〜4、好ましくは1.7〜3、さらに好ましくは1.8
〜2.2である。
【0008】適するジイソシアネートは、脂肪族、脂環
式および/または芳香族ジイソシアネートから選ばれ
る。好ましくは、芳香族もしくは脂環式ジイソシアネー
ト、またはこれらの混合物である。「芳香族」および/
または「脂環式」ジイソシアネートは、1分子あたり少
なくとも1個の芳香族および/または脂環式の環を有す
るものを意味し、ここで好ましくは、二個のイソシアネ
ート基の少なくとも一個は、芳香族および/または脂環
式の環に直接結合する。
【0009】適するジイソシアネートA)の例として
は、分子量が174〜300の芳香族または脂環式ジイ
ソシアネート、例えば2,4−ジイソシアナトトルエン
(および、これと好ましくは混合物に基づき35重量%
までの2,6−ジイソシアナトトルエンとの混合物);
4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(および
これと、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート
および/または2,2’−ジフェニルメタンジイソシア
ネートとの混合物)、ビス−(4−イソシアナトシクロ
ヘキシル)メタン、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(I
PDI)、1−イソシアナト−1−メチル−4(3)−
イソシアナトメチルシクロヘキサン、および1,3−ジ
イソシアナト−6−メチルシクロヘキサン(および、こ
れと1,3−ジイソシアネト−2−メチルシクロヘキサ
ンとの混合物)が挙げられる。これらのジイソシアネー
トの混合物もまた使用することができる。
【0010】イソシアネートプレポリマーの製造に適す
る高分子量ポリヒドロキシル化合物は、1分子あたり平
均して1.5〜4個のヒドロキシル基を有し、かつ数平
均分子量(ヒドロキシル官能価およびヒドロキシル基含
有量から換算)が500〜10,000、好ましくは1
800〜8000のものである。
【0011】適する高分子量ポリヒドロキシル化合物の
例としては、低分子量アルコール、ならびにアジピン
酸、セバシン酸、フタール酸、イソフタール酸、テトラ
ヒドロフタール酸、ヘキサヒドロフタール酸、マレイン
酸、これらの無水物およびこれらの混合物および/また
は酸無水物のような多塩基性カルボン酸から調製される
ポリオールが挙げられる。ヒドロキシル基を有するポリ
ラクトン類(特にポリ−ε−カプロラクトン)も、該プ
レポリマーの製造に好適である。
【0012】プレポリマーの製造に適する形態は、ポリ
エーテルポリオールであり、これは適当な出発分子をア
ルコキシル化する公知の方法で得られる。適当な出発分
子は、ポリオール、水、少なくとも二個のN−H結合を
有する有機ポリアミンおよびこれらの混合物が挙げられ
る。アルコキシル化反応に適するアルケンオキサイド
は、好ましくはエチレンオキサイドおよび/またはプロ
ピレンオキサイドであり、これらは連続的にまたは混和
物で用いられる。
【0013】他の適当なポリオールには、ヒドロキシル
基を有するポリカーボネートが挙げられ、これはジオー
ルと、ホスゲンまたはジフェニルカーボネートのような
ジアリールカーボネートとの反応により製造される。ポ
リヒドロキシル化合物の混合物も、NCOプレポリマー
の製造に好適である。好ましくは、専らポリエーテルポ
リオールが使われる。NCOプレポリマーの製造に、必
要に応じて分子量が32〜500以下の低分子量モノ〜
ヘキサヒドリックアルコールを使用してよい。例には、
モノまたはポリヒドリックアルカノール、例えばメタノ
ール、エタノール、n−ヘキサノール、2−エチルヘキ
サノール、エチレングリコール、ポリプレングリコー
ル、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエ
リトリトール、ソルビトール、アミノアルコール類(例
えばエタノールアミンまたはN,N−ジメチルエタノー
ルアミン)およびジエチレングリコールが挙げられる。
tert−窒素原子を有するアミノアルコール類(例え
ば、N,N−ジメチルエタノールアミン)が、成分b)
中に在って使われるときは、触媒として機能する窒素原
子は同時に結合剤中に組み込まれる。
【0014】該NCOプレポリマーは、ジイソシアネー
トおよびポリオール成分を、40〜120℃、好ましく
は50〜100℃の温度で、NCO/OH当量比が1.
3:1〜20:1、好ましくは1.4:1〜10:1で
反応させることにより製造される。イソシアネートプレ
ポリマーの製造中にウレタン基を介した鎖延長を望む場
合、NCO/OH当量比は1.3:1〜2:1を選ぶ。
鎖延長を望まない場合、過剰量のジイソシアネートが好
ましく、それはNCO/OH当量比4:1〜20:1、
好ましくは5:1〜10:1に相当する。過剰量のジイ
ソシアネートは、反応が終了したとき薄層蒸留により除
去される。アミンまたは有機金属触媒のような公知触媒
を、必要に応じてプレポリマーの製造に使用してよい。
【0015】本発明の方法の第一段階では、該NCOプ
レポリマーは、式(II)
【化4】 (ここで、RおよびR1 は同一または異なり、炭素原子
数1〜8、好ましくは炭素原子数1〜4、より好ましく
は1〜2のアルキル基を示し、X、YおよびZは同一ま
たは異なり、炭素原子数1〜4のアルキル基またはアル
コキシ基、かつ少なくとも一個、好ましくは3個全ての
基がアルコキシ基である)に相当する、アルコキシシラ
ン基およびアミノ基を含有する化合物と反応する。
【0016】アルコキシシラン基およびアミノ基を含有
する化合物は、例えばEP-A596,360(米国特許5,364,955
、ここに参照のために引用)に記載されるように、式
(III)
【化5】 に相当するアミノアルキルアルコキシシランと、式(IV)
【化6】 ROOC−CH=CH−COOR′ (IV) に相当するマレイン酸および/またはフマール酸エステ
ルとを反応させることにより得られる。
【0017】適するアミノアルキルアルコキシシランに
は、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミ
ノプロピルトリエトキシシラン、および3−アミノプロ
ピル−メチル−ジエトキシシランが挙げられる。3−ア
ミノプロピルトリメトキシシランおよび3−アミノプロ
ピルトリエトキシシランが好ましい。
【0018】該NCOプレポリマーを、アルコキシシラ
ン基およびアミノ基を含有する化合物と、0〜60℃、
好ましくは20〜50℃で反応させる。使用するNCO
基1モルあたり0.95〜1.1モルのアミノシリル化
合物を使用する、好ましくは、使用するNCO基1モル
あたりアミノシリル化合物1モルを使用する。
【0019】イソシアネート基とアミン基との反応後に
得られるプレポリマーは、本質的にイソシアネート基を
持たず、本発明の第二段階の、例えば米国特許3,54
9,599に記載されるような縮合反応で環化する。環
化のためには、置換尿素基を有するプレポリマーを、5
0〜120℃、好ましくは80〜120℃の温度で加熱
する。ここで、モノアルコールR−OHおよび/または
R’−OHが生成する。必要に応じて酸性または塩基性
触媒により、環化縮合反応を促進させる。所望なら、生
成するモノアルコールを反応混合物から蒸留により除い
てもよい。しかし、アルコールを反応混合物内に残すこ
とが望ましい。
【0020】本発明のアルコキシシラン基およびヒダン
トイン基を有するプレポリマーは、イソシアネートフリ
ーのポリウレタンシーラントの製造のために重要な結合
剤であり、このポリウレタンシーラントは大気中の水分
の存在下でシランポリ縮合により架橋する。これらのシ
ーラントを製造するために、アルコキシシラン基および
ヒダントイン基を有するプレポリマーは、シーラントの
製造に公知の方法に従い、必要に応じて添加剤、例えば
可塑剤、充填剤、顔料、補助剤、チクソトロピー剤、触
媒を混合してよい。架橋重合体は、優れたゴム状弾性、
低い表面粘着性および顕著な温度安定性の特徴を示す。
【0021】以下の実施例では、部および%はすべて重
量である。粘度はDIN53019に従い、回転粘度計
を用いて23℃で測定した。
【実施例】
【0022】実施例1 2000gのポリエーテルジオール(OH価28を有
し、プロピレングリコールをプロポキシ化(propo
xilation)し、次いで該プロポキシ化された化
合物のエトキシ化により製造され、PO/EO比=8
0:20である)を、155gのイソホロンジイソシア
ネートとを、100℃で,理論NCO含有量が0.78
%になるまで反応させた。40℃に冷却後、140.4
gのN−(3−トリメトキシ−シリルプロピル)アスパ
ラギン酸ジエチルエステル(EP-A596,360 の実施例5、
米国特許5,364,955 に従って製造、ここに参考のために
引用)を定常的に添加し、IRスペクトルでイソシアナ
ート基のバンドが検出されなくなるまで攪拌を続けた。
次いで、100℃に加熱することにより環化縮合反応を
開始し、生成したエタノールを減圧下で留去した(約1
8g)。得られた生成物は、粘度が54,000mP
a.s(23℃)であった。薄膜をガラス上に流し、ジ
ブチル錫ジアセテートを使用した触媒作用の下、一晩か
けて硬化させ、透明でショアーA硬度が20の高軟質プ
ラスチックを得た。
【0023】実施例2 1000gのポリエーテルジオール(OH価56を有
し、プロピレングリコールのプロポキシ化により製造)
と、122gの2,4−ジイソシアナトトルエンとを、
60℃で、理論NCO含有量が1.5%になるまで反応
させた。40℃に冷却後、146gのN−(3−トリメ
トキシシリルプロピル)アスパラギン酸ジエチルエステ
ル(EP-A596,360 の実施例2、米国特許5,364,955 に従
って製造、ここに参考のために引用)を定常的に添加
し、IRスペクトルでイソシアナート基のバンドが検出
されなくなるまで攪拌を続けた。次いで、100℃に加
熱することにより環化縮合反応を開始し、メタノールを
合計12gを減圧下で留去した。得られた生成物は、粘
度が69,000mPa.s(23℃)であった。ガラ
ス上に流した薄膜を、ジブチル錫ジアセテートを用いた
触媒作用の下、24時間かけて硬化させ、透明でショア
ーA硬度が28の軟質プラスチックを得た。
【0024】実施例3 実施例1で得たポリエーテルジオール2000gと、7
7.7gのイソホロンジイソシアネートおよび91.7
gのジシクロヘキシルメタンジイソシアネートとを、1
00℃で、理論NCO含有量が0.75%になるまで反
応させた。40℃に冷却後、140.4gのN−(3−
トリメトキシ−シリルプロピル)アスパラギン酸ジメチ
ルエステル(EP-A596,360 の実施例4、米国特許5,364,
955 に従って製造、ここに参考のために引用)を定常的
に添加し、IRスペクトルでイソシアナート基のバンド
が検出されなくなるまで攪拌を続けた。257gの汎用
市販の可塑剤〔メサモル(Mesamoll) 、バイエル・エー
ジー〕で希釈後、100℃に加熱することにより環化縮
合反応を開始した。IRスペクトル分析の1650cm
-1のバンド消失により反応を追跡し、6時間後に終了し
た。得られた生成物は、粘度が28,000mPa.s
(23℃)であった。ガラス板へに塗布した薄膜を、ジ
ブチル錫ジアセテートを用いた触媒作用の下、一晩かけ
て硬化させ、透明でショアーA硬度が23の高軟質プラ
スチックを形成した。
【0025】例4 EP-A596,360 (米国特許5,364,955 )の実施例4に従っ
た、本発明に従わない比較例 環化縮合反応を省いた以外は、実施例1を繰り返した。
得られた生成物は、粘度が59,000mPa.s(2
3℃)であった。ガラス板上へ流した薄膜を、ジブチル
錫ジアセテートを用いた触媒作用の下、一晩かけて硬化
させ、ショアーA硬度が17の透明なプラスチックを形
成した。この薄膜は、表面粘着性が残留し、伸びは、実
施例1の薄膜に比べてかなり低かった。
【0026】実施例5−イソシアネートフリーポリウレ
タンシーラントの製造 汎用市販のプラネタリーミキサー内で以下の成分を加工
し、シーラントを形成した: 実施例1の反応生成物 33重量部、 白亜 37重量部、 二酸化チタン 6重量部、 可塑剤 16重量部、 (ユニモール(Unimoll) BB、バイエル・エージー) 水化ひまし油 7重量部、 ジブチル錫アセテート 1重量部。 得られたシーラントは、優れた安定性を有し、実質的に
すべての基体に接着し、皮膜(skin)形成時間が約5時間
で硬化した。
【0027】硬化したシーラントの以下の機械特性を測
定した: 硬度 ショアーA 21 引裂強さ 1.1N/mm2 100%モジュラス 0.3N/mm2 破断伸び 580% 引裂強さ抵抗 2.5N/mm
【0028】以上、本発明を例示の目的で詳細に説明し
たが、これは単に例示のためであり、特許請求の範囲に
より限定されるものを除き、当業者により本発明の精神
および範囲から離れることなく変更がなされると解され
るべきである。
【0029】本発明の実施態様は、例えば以下のとおり
である。 1.式(I) :
【化7】 (ここで、Aは、NCO含有量を0.4〜5%有するイ
ソシアネートプレポリマーからNCO基を除いて得られ
る基を示し、Rは、線状または分岐状の炭素原子数1〜
8のアルキル基を示し、X、YおよびZは、同一または
異なり、炭素原子数1〜4のアルキルまたはアルコキシ
基であって、かつ少なくとも1個の基はアルコキシ基で
あり、nは平均値で1.5〜4である)に相当する、ア
ルコキシシラン基およびヒダントイン基を有するポリウ
レタンプレポリマー。
【0030】2.前記イソシアネートプレポリマーが、
ポリエーテルポリオールをベースとする、上記第1項の
ポリウレタンプレポリマー。 3.nが、平均値で1.8〜2.2である、上記第1項
のポリウレタンプレポリマー。 4.nが、平均値で1.8〜2.2である、上記第2項
のポリウレタンプレポリマー。 5.前記イソシアネートプレポリマーは、NCO含有量
が0.5〜2%である、上記第1項のポリウレタンプレ
ポリマー。 6.前記イソシアネートプレポリマーは、NCO含有量
が0.5〜2%である、上記第2項のポリウレタンプレ
ポリマー。 7.Rが、炭素原子を1または2個有するアルキル基を
示す、上記第1項のポリウレタンプレポリマー。 8.Rが、炭素原子を1または2個有するアルキル基を
示す、上記第2項のポリウレタンプレポリマー。 9.Rが、炭素原子を1または2個有するアルキル基を
示す、上記第3項のポリウレタンプレポリマー。
【0031】10.Rが、炭素原子を1または2個有する
アルキル基を示す、上記第6項のポリウレタンプレポリ
マー。 11. X、YおよびZが、同一または異なり、メトキシ基
またはエトキシ基を示す、上記第1項のポリウレタンプ
レポリマー。 12. X、YおよびZが、同一または異なり、メトキシ基
またはエトキシ基を示す、上記第2項のポリウレタンプ
レポリマー。 13. X、YおよびZが、同一または異なり、メトキシ基
またはエトキシ基を示す、上記第4項のポリウレタンプ
レポリマー。 14. X、YおよびZが、同一または異なり、メトキシ基
またはエトキシ基を示す、上記第6項のポリウレタンプ
レポリマー。 15. X、YおよびZが、同一または異なり、メトキシ基
またはエトキシ基を示す、上記第7項のポリウレタンプ
レポリマー。 16. X、YおよびZが、同一または異なり、メトキシ基
またはエトキシ基を示す、上記第8項のポリウレタンプ
レポリマー。 17. X、YおよびZが、同一または異なり、メトキシ基
またはエトキシ基を示す、上記第9項のポリウレタンプ
レポリマー。 18. X、YおよびZが、同一または異なり、メトキシ基
またはエトキシ基を示す、上記第10項のポリウレタンプ
レポリマー。
【0032】19.アルコキシシラン基およびヒダントイ
ン基を有するポリウレタンプレポリマーの製造方法であ
って、 i)NCO基含有量を0.4〜5%有し、平均官能価が
1.5〜4のイソシアネートプレポリマー基と ii)式(II):
【化8】 (ここで、Rは線状または分岐状の炭素原子数1〜8ア
ルキル基を示し、X、YおよびZは同一または異なり、
アルキルまたはアルコキシ基であり、かつ少なくとも一
個の基はアルコキシ基である)に相当するアミノアルコ
キシシランと反応させ、次いで、50〜160℃で環化
縮合によりヒダントイン基を形成することからなる該製
造方法。 20.上記第1項のポリウレタンプレポリマーを含有する
湿分硬化性組成物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライナー・レツテイグ ドイツ連邦共和国デイー51789 リントラ ル、アウフ・デム・シユトラーセンフエル ド 24 (72)発明者 ゲツツ・リムベツク ドイツ連邦共和国デイー51491 オーヴエ ラート、ズエートハング 59

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式(I) : 【化1】 (ここで、Aは、NCO含有量を0.4〜5%有するイ
    ソシアネートプレポリマーからNCO基を除いて得られ
    る基を示し、Rは、線状または分岐状の炭素原子数1〜
    8のアルキル基を示し、X、YおよびZは、同一または
    異なり、炭素原子数1〜4のアルキルまたはアルコキシ
    基であって、かつ少なくとも1個の基はアルコキシ基で
    あり、nは平均値で1.5〜4である)に相当する、ア
    ルコキシシラン基およびヒダントイン基を有するポリウ
    レタンプレポリマー。
  2. 【請求項2】アルコキシシラン基およびヒダントイン基
    を有するポリウレタンプレポリマーの製造方法であっ
    て、 i) NCO含有量を0.4〜5%有し、平均官能価が
    1.5〜4のイソシアネートプレポリマーと ii) 式(II): 【化2】 (ここで、Rは線状または分岐状の炭素原子数1〜8ア
    ルキル基を示し、X、YおよびZは、同一または異な
    り、アルキルまたはアルコキシ基であり、かつ少なくと
    も一個の基はアルコキシ基である)に相当するアミノア
    ルコキシシランとを反応させ、次いで、50〜160℃
    で環化縮合してヒダントイン基を形成することからなる
    該製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1のポリウレタンプレポリマーを含
    有する湿分硬化性組成物。
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