JPH0427247B2 - - Google Patents
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Description
この発明は一性成分イソシアネートキヤツプド
プレポリマー組成物であつて室温で安定な組成物
に関する。
本発明に係わるイソシアネートキヤツプドプレ
ポリマーは接着剤として有用であつて、若干の加
熱によりキユア(連鎖延長又は架橋)することが
できる。また本発明に関する一成分型(又は一液
型)(one−part)ポリウレタンは室温での可使
時間が長く、直接又はこれを塗布した基板を介し
て若干加熱することによりキユアすることができ
る。さらに本発明は熱硬化性、一液型イソシアネ
ートキヤツプド(末端にイソシアネート基を付加
したもの)プレポリマーの製造方法およびその使
用方法、たとえば硬化フイルムの形成法、基板相
互の接着法等を提供するものである。
従来技術
ポリウレタン化学は数十年前にその基本的なプ
レポリマーおよびポリマーの形成、変性、硬化に
ついての原理が見い出されて以来、現在も発展し
つつある。ポリウレタンは当初、発泡体として用
いられていたが、1950年代の初期には非気泡質の
エラストマーが開発された。さらにポリウレタン
の発展に寄与したものは、さらに有効な触媒の発
見である。たとえば、水酸基とイソシアネート基
との間の反応を著るしく促進させる有機金属化合
物の発見である。他のエラストマーと同様にポリ
ウレタンエラストマーは接着剤、塗布材、封止材
といて使用することができる。このようなポリウ
レタンの技術分野においても、さらに高分子に硬
化させることができるプレポリマー系体とするこ
とが便利である。一般的なプレポリマーは未満に
未反応のイソシアネート基を有する繰り返し単位
からなる連鎖を以つて形成されている。このプレ
ポリマーは架橋剤又は連鎖延長材と反応すること
により、分子量が少なくとも倍増し、場合によつ
ては分子量を著るしく増大させる。この架橋剤又
は連鎖延長剤自体も繰り返し単位を有する。この
ものは多官能モノマーであつてもよい。一官能価
反応体は連鎖延長又は架橋よりはむしろ連鎖停止
作用をもたらすものと考えられている。
極めて一般に使用されている連鎖延長又は架橋
モノマーは水又は水蒸気である。ある種の架橋は
水/NCO反応によりビウレツト結合を形成する
ことによりもたらされる。多くのいわゆる一液性
硬化型ポリウレタンは実際に水蒸気硬化性を有し
ている。しかし、これらはある意味では二液性で
ある。すなわち、プレポリマー組成物中にポリウ
レタン又はポリ尿素形成システムの第2の成分は
存在しないが第1の成分(part)が基板にコーテ
イングされたとき又は外気中の蒸気と接触したと
き、第2の成分が供給されることになる。したが
つて、本質的に第2の成分が潜在的に内部に組込
まれた一液型硬化型ポリウレタンシステムは少な
い。理論的には第2の成分を通常の条件下で潜在
的に第1成分中に内在させることにより二液性硬
化型ポリマー形成システムを一液型システムとす
ることが可能である。このように潜在的に硬化し
得るようにする場合、この潜在的反応物質を活性
化させる手段としては加熱が一般的である。この
方法は特にエポキシ系の場合に有利である。それ
はエポキシド又はオキシラン環が比較的不活性な
温度範囲が容易に選択できるからである。
この熱硬化法はポリウレタン又はポリイソシア
ネート系の場合、比較的低い温度でも−NCO基
の反応性が大きいことから、より困難となる。特
に芳香族イソシアネートの場合(すなわち、−
NCO基が芳香環に直接置換している場合)、反応
性が顕著であり、脂肪族および脂環族ポリイソシ
アネートの場合はそれほどでもない。又、キシリ
レン型のイソシアネートの場合は反応性に関し、
これらの中間に位置する。
−NCO基が室温で活性水素含有反応物質と反
応する可能性が殆んどない場合でも、第3アミ
ン、有機金属化合物等の触媒の存在は一液型熱硬
化性プレポリマーで多官能価連鎖延長又は架橋剤
を内部に組み込んだ組成物を形成することを一層
困難にする。
有機金属系触媒は室温でポリオール・ポリイソ
シアネート反応を促進させる。この有機金属系触
媒の存在下で多価アルコールがポリイソシアネー
トと室温で接触した場合、この系はもはや潜在的
硬化特性を有しないものと考えられる。さらに、
この系は時間とともに粘度が増大し、数時間のう
ちに急速にゲル化すると考えられる。
貯ぞう期間中でのゲル化を防止するための一般
的手段は除去可能な単一官能性キヤツピング剤、
たとえばフエノールでプレポリマーの末端−
NCO基をブロツクする方法である。フエノール
はイソシアネート基と容易に反応してウレタン結
合(−NH−CO−O−)を形成するが、この反
応は比較的低い温度で可逆性を示す。しかし、こ
の非ブロツキング工程の結果、面倒な現像が生ず
る。ポリウレタンシステムの硬化過程における発
熱パターンは複雑であり、しばしば少なくとも2
つの発熱ピークが表わされる。なお、プレポリマ
ーの非ブロツキングが一度起ると、遊離−NCO
と遊離ヒドロキシル基との間の反応は発熱性とな
る。
フエノール又は他の熱可除去性キヤツピング剤
を以つて−NCOをブロツキングがおこなわれな
い場合、一般にポリエーテル、エステル変性ポリ
エーテルポリオール、イソシアネート含有プレポ
リマー、有機金属触媒、ポリヒドロキシル架橋一
連鎖延長化合物(たとえば、グリセリン、ペンタ
エリスリトール)が急硬性エラストマーをもたら
すものと考えられている(米国特許明細書第
3725355号参照)。しかし、固体状単量体ポリオー
ルはある条件下では一液型プレポリマーシステム
中に導入して比較的緩硬性又は安定な混合物を得
ることができる(米国特許第3488302号参照)。こ
の米国特許に記載されているイソシアネートプレ
ポリマーと固体状ポリオールとの安定な混合物は
コーキング又は封止剤として有用であり、リボン
状又は塗料として適用される。これらの混合物は
加熱硬化させることにより被接着表面に固く接着
される。この熱硬化工程における硬化温度は混合
物中のポリオールの融点より低いものと云われて
いる。
この発明は貯ぞう安定性のよい一液型イソシア
ネートキヤツプドプレポリマー組成物を提供する
ことを目的とする。本発明に係わるプレポリマー
は脂肪族又は脂環族イソシアネートキヤツプドプ
レポリマーおよびペンタエリスリトール型の単量
体、2量体又は3量体ポリオールから製造するこ
とができる。このプレポリマー組成物は常温常圧
で少なくとも約48時間、一般には数週間、数ケ月
に亘つて安定である。このプレポリマーは60℃以
上、好ましくは85℃以上でキユアすることができ
る。又、この硬化温度はペンタエリスリトール型
ポリオールの融点より低いことが好ましい。本明
細書において、キユアリングとはペンタエリスリ
トール型ポリオールの遊離水酸基とイソシアネー
トキヤツプドプレポリマーの遊離−NCOとの間
の連鎖延長又は架橋反応を意味し、これによつ
て、プレポリマーの分子量が少なくとも倍増し、
さらに一般には分子量の著るしい増大により排気
泡質の固体状ポリマー又は樹脂が形成されること
になる。
すなわち、この発明に係わる一液型組成物は、
(a) 60℃以上で流体であつて、分子量が250以上、
オキシアルキレン、エステルおよびこれらの混
合物から選ばれる繰り返し単位の連鎖を有し、
均一に分散された連続相を形成している脂肪族
又は脂環族イソシアネートキヤツプドプレポリ
マーと、
(b) 固体状微細ポリオールであつて、構造式、
(ROCH2)3C−[CH2OCH2C(CH2OR)2
]−oCH2OR
(但し、Rは水素又は脂肪族、脂環族、又は芳
香族基であつて、Rの2以上は水素であるも
の、nは0ないし2の整数)
又、このポリオールは60℃以下ではプレポリ
マーとの相容性が少なくとも部分的にないも
の;および
(c) イソシアネート基と上記(b)の遊離水酸基との
反応を促進させる有機金属又は金属塩触媒であ
つて上記連続相中に分散しているもの;
とからなる。
ポリイソシアネートキヤツピング剤として好ま
しいものは反応性の等しくない−NCO置換を有
するものである。たとえばイソホロンジイソシア
ネート(IPDI)である。ジイソシアネートによ
つてキヤツプされた重合体ポリオールとして好ま
しいものはポリエステルジオール、トリオール、
テトロールであり、特にトリオールが好ましい。
本発明に係わるプレポリマーは重合体ポリオー
ルに脂肪族又は脂環族ポリイソシアネートをキヤ
ツピングすることによりつくられる。この場合の
NCO/OH比は(0.8〜3):1、好ましくは2:
1とし、これにより室温で流体である、又は押出
し可能なイソシアネートキヤツプドプレポリマー
を得ることができる。単量体、2量体又は3量体
ポリオールはプレポリマーを含む連続相中に均一
に分散されている。この分散又は懸濁している相
が固体であるので、これは微粒状にして導入し、
好ましくは水酸基およびイソシアネート基に対し
不活性な可塑化剤と混合したものを用いる。この
水−結合剤をこの可塑剤に加えてもよい。
本発明のプレポリマー組成物は基材に塗布し、
加熱によりキユアさせる。このプレポリマー(好
ましくは溶媒が極めて少なく、ほとんど100%固
体であるもの)は接着強度が大きいため、基材相
互を接着するのに使用される。
このプレポリマー組成物は増粘材、チキソトロ
ピー剤を用いて粘度調製をおこなつてもよい。増
粘剤の添加は組成物に腰の強さを与え、その結果
小さな開口部から組成物を押出すコーキング又接
着剤操作ガンを用いることを可能にし、接着剤を
リボン像又はビーズ状に形成させることができ
る。
なお、本明細書中、“活性水素”とはJ.Amer.
Chem.Soc.49:3181(1927)の文献中に記載の
Zerewitinoffテストによる定義に従う。この活性
水素原子の例としては1価−又は多価アルコール
の水酸基中の水素である。このような活性水素は
本発明において特に好ましいものであるが、その
他にもメルカプタン、アミン、酸等には活性水素
が含まれていることが知られている。
“脂肪族ポリイソシアネート”とは脂環脂肪族
基に少なくとも一個の−NCO基が結合されてい
るすべてのポリイソシアネートを含む。この脂肪
族ポリイソシアネートの好ましいものとしては非
芳香族のもの、すなわち芳香環に−NCO基が結
合されているものでないものである。しかし、脂
環基に脂肪族ポリイソシアネートの−NCOが結
合したものは適当であり、かつ好ましい。
“脂環式ポリイソシアネート”とは脂環基に直
接、−NCOが少なくとも1個結合したすべてのポ
リイソシアネートを含む。なお、これは前述の如
く非芳香族のものである。
“IPDI”とはイソホロンジイソシアネート又
は3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリ
メチル−シクロヘキシルイソシアネートを意味す
る。
“%固体”とは塗料化学およびポリエステル樹
脂塗料分野で一般に用いられている表現である。
この用語は揮発性物質又は組成物のキユアリング
に関与していない物質を除去したのちに残留する
物質(固体、液体に拘わらず)の量を意味する。
したがつて、たとえば、85%プレポリマー、5%
顔料、10%有機溶媒からなるポリウレタンプレポ
リマー組成物は“90%固体”組成物として呼ぶこ
とができる。一般的な可塑化剤は溶媒とは対照的
に“固体”の範ちゆうに含まれる。その理由は実
質的に非揮発性であるからである。さらに、可塑
化剤は固体状ポリオール相とでプレポリマーがキ
ユアして形成される固体状エラストマー又は樹脂
の一部を形成していると、考えられる。
“均一に分散されている”とは連続相全体に分
散又は懸濁された非連続相を意味する。なお、懸
濁又は分散の程度、均一の程度は通常の条件下で
実質的に沈でんが生じない程度のものを意味す
る。
本発明は上述の如く末端イソシアネートプレポ
リマーの連続相と固体状微粒ポリオール硬化剤の
第2の相との組合せからなる。この第2の相は上
記連絡相中に容易に溶けないが、この連続相中に
均一に分散し、プレポリマーと密接に接触するこ
とになる。これを60℃以上、好ましくは少なくと
も85℃以上に加熱したとき、硬化反応は開始さ
れ、終了するまで発熱的に進行し、終了したとき
固体ポリウレタンポリマー又はレジンが得られ
る。NCO/OH比を変えることにより出発物質の
官能価、最終的に得られるポリウレタンプレポリ
マーの特性も変る。たとえばNCO/OH比が大き
いとき、接着特性の大きいレンジが得られる。
NCO/OH比が1:1より小さいと、末端水酸基
の割合が大きく比較的低分子量のものが得られ
る。NCO/OH比が1:1に近づくと、線状連鎖
延長の程度が大きくなり、熱可塑的性質が生ずる
ようになり、重合対ポリオールを適当に選ぶこと
によりエラストマー的性質が現われる。この発明
に係わる一液型硬化性ポリウレタン組成物は高架
橋接着剤又は架橋密度の小さいエラストマー組成
物にキユアすることができる。
本発明に係わる高架橋硬化ポリウレタンは可塑
化することができる。未硬化の一液型ポリウレタ
ンプレポリマーは可塑化剤およびイソシアネート
又は水酸基と反応しない他の変性剤と混合するこ
とができる。この可塑化剤はこれらの基に対して
実質的に不活性であることが好ましい。同様に、
粘度調製剤を添加した場合、一般に、これらの成
分はNCO/OH反応に対し不活性であることが好
ましい。この可塑化剤も粘度調整作用を持たせる
ことができ好ましくは実際の用途において水に対
し不溶であることが好ましい。高沸点炭化水素、
たとえば水添多核芳香族は特に可塑化剤として好
ましい。増粘性又はチキソトロピー性を一液型ポ
リウレタンに付与してコーキング、封止剤、垂れ
防止コーテング、接着剤等としての用途に供する
ため、公知の有機および無機増粘剤又はチキソト
ロピー剤を添加し、粘度又は剪断依存粘度を増大
させることもできる。イソシアネートおよび水酸
基に対し不活性な有機増粘剤およびチキソトロピ
ー剤を見出すことは容易ではない。無機の増粘剤
およびチキソトロピー剤でもシラノール
(SiOH)の如き対イソシアネート反応基を有す
る。微粒シリカ、水和マグネシウムアルミニウム
シリケートの如きシリケート上のシアノール基を
マスクする方法も知られている。たとえばシリカ
又はシリケート粉をシリコーン又は反応性シリコ
ン含有モノマー又は他の水酸化物反応性又はシア
ノール相容性化合物で処理し、シリカ又はシリケ
ート粉表面のシアノール基の有効性を除去又は著
るしく減少させることができる。このような処理
にも拘わらず、シリカ又はシリケート粒子は可成
りの増粘又はチキソトロピー効果を保持すること
ができる。これらの無機剤の粒径は一般にコロイ
ド形成範囲、一般には1ナノメータ以上1ミクロ
ン以下である。これらのコロイド粒子は凝集を形
成し易く、又表面積の大きい多孔質を形成し易
い。シリコーン変性疎水シリカは本発明の一液型
ポリウレタン組成物に対し腰を強くする物質とし
て有用である。なお、“シリコーン”とはオルガ
ノポリシロキサンポリマーと同じ意味である。
本発明に係わる末端イソシアネートポリウレタ
ンプレポリマーは重合体ポリオールと脂肪族又は
脂環族ポリイソシアネートとから得ることができ
る。
〔重合体ポリオール〕
重合体ポリオールとしては常温で流体であつ
て、分子量が250以上、一般には500以上とする。
オキシアルキレン又はエステルの繰り返し単位の
連鎖は分子量に対して影響を与えている。重合体
ポリオールは水酸基を末端に有する繰り返し単位
の直鎖又は側鎖から成り立つている。簡単に云え
ばこれらの水酸基はポリオール構造中の唯一の活
性水素含有置換基である。ポリエステルおよびポ
リエーテルポリオールは分子量が数十万、数百万
であり市販されている。しかし得られるプレポリ
マーシステムの粘度は分子量20000以下、より一
般には5000又は10000以下、さらに好ましくは500
〜3000の重合体ポリオールから合成することによ
り制御可能である。この重合体ポリオールの官能
価は単量体ポリオール核又は他の活性水素含有核
で、活性水素又は活性水素含有置換基を所望数含
むものを適当に選ぶことにより広範囲に変えるこ
とができる。たとえば3個の官能基を有する重合
体ポリオールはグリセリン、トリメチロールプロ
パン、トリエタノールアミン、単量体トリオール
の開始剤又は核から成長させることができる。
(所望により、官能価が2だけで、開始剤又は核
として水、グリコール等を用いてもよい)。官能
価が4の重合体ポリオールについては、エチレン
ジアミンおよび他のジー第1アミンが使用し得
る。この各アミン置換基上の2個の活性水素は実
質的に等しい反応性を有している。しよ糖塩又は
これに似た単位を有する炭水化物又はその誘導体
を用いて官能価の非常に多い、たとえば8程度ま
で有する開始剤としてもよい。水酸化物含有オイ
ル(植物油等)を用い、高官能価のポリオールと
して用いてもよい。ポリオールがポリイソシアネ
ートと反応したのち、得られたプレポリマーは1
以上、さらに3又は4、あるいは6、しかし一般
には9以下のイソシアネート基を有することにな
る。好ましいポリオキシアルキレン又はポリエス
テル含有ポリオールは通常ジオール、トリオール
又はテトロールである。これらの重合体ポリオー
ルの当量は一般には125〜2500であり、200〜1000
のものが接着剤システムとして最も好ましいと思
われる。官能価が2以上のポリエステルポリオー
ルは特に接着剤として有効である。
ポリ(エプシロン−カプロラクトン)ポリオー
ルの種々の官能価、当量のものは容易に入手で
き、かつ好適なものである。
市販のポリオールのうち、“NIAXポリオール
PCP”は融点が60℃以下、さらに一般には40℃
以下である。このポリオールの水酸基の平均数は
37から560までである。したがつて、当量は約
1520の大きいものから100の小さいものまである。
さらにこのポリオールの平均分子量は300〜3000
であるとされている。これらのポリオールはすべ
てが一の効果を有するものでないが平均分子量が
500以上で平均水酸基数が約450以下のものが最も
好ましい。
〔ポリイソシアネート−キヤツピング剤〕
上記重合体ポリオールはポリイソシアネートで
キヤツプされ末端イソシアネートポリウレタンポ
リマーが形成される。一液型硬化性ポリウレタン
プレポリマーシステムで室温で安定なものを得る
ため、キヤツピング剤は脂肪族又は脂環族ポリイ
ソシアネート、特に官能価が2以上4以下のもの
が用いられる。脂肪族および脂環族ジーおよびト
リーイソシアネートは市販されており、最も一般
的なものはアルキレンジイソシアネート、IPDI、
水添芳香族およびキシリレシ型のジイソシアネー
トである。上述の如く非芳香族のポリイソシアネ
ートが好ましいから出発物質中に当初存在する芳
香環は部分的又は十分に水素添加されていなけれ
ばならない。しかし、多核ポリイソシアネートを
選択的に水素添加することもでき、これにより一
つの環が脂環状のもので他の環が芳香環のままで
あるようにしてもよい。芳香族/脂環族ジイソシ
アネートがその芳香族端でより容易にヒドロキシ
ル基と反応するので遊離−NCO基がほとんどす
べてキヤツピング剤の脂環基端部に結合した末端
イソシアネートプレポリマーが形成される。その
結果、このプレポリマーは実質的に芳香族イソシ
アネートの性質を有しない脂環族イソシアネート
キヤツプド物質の性質を有するプレポリマーが得
られると思われる。このプレポリマーの形成を支
配する反応論上もそのような結果が生じるであろ
うことを示している。しかし遊離芳香族イソシア
ネートの統計的可能性から全体的に非芳香族のポ
リイソシアネートが一般に好ましいキヤツピング
剤である。
非芳香族ポリイソシアネートは必ずしも対称的
構造又は同等の反応性を有する−NCO基を有す
るものが使用されなくともよい。たとえば好まし
いとされるIPDIは−NCO基はすべてが同等の反
応性を有するものではない。−NCOの一つは脂環
リングに直接結合され、他のものはメチレン基に
より“絶縁”されている。なお、本発明でのポリ
ウレタンプレポリマーは一般にIPDI分子の2個
の−NCO基で反応性の小さいものが末端に存在
しているものと思われる。すなわち、このプレポ
リマー形成を支配する運動論からそうなるものと
思われる。これらの比較的低い反応性の末端イソ
シアネート基は一液型硬化性ポリウレタンシステ
ムの室温安定性の顕著な改善に役立つているもの
と思われる。理論上はともかく、この室温安定に
寄与している他の要因はこの一液型システムの未
硬化プレポリマー内に均一的に分散されている固
体状ペンタエリスリトール型硬化剤の非相溶性に
基づくものと思われる。この非相容性は60℃以上
特に85℃以上で可成り減少し、次第に均質的にな
り、IPDIの反応性の遅い遊離−NCOが急速に硬
化剤と反応するようなシステムに向うことにな
る。その結果、単一の発熱ピークを有する硬化反
応が形成される。
硬化性プレポリマーを形成するキヤツピング工
程において、NCO/OH比は種々変化させること
ができ、これは目的とするポリマーの特性に応じ
て定められる。連鎖延長度の高い、又エラストマ
ー的性質のものを硬化ポリマーに期待する場合は
NCO/OH比は0.8〜1.2のものが最も有効である。
塗布用組成物で、ある程度の弾性、耐衝激性、応
力緩和性のものを得る場合はNCO/OH比は可成
り高いもの、たとえば2:1のものとする。接着
剤についてはさらに高いNCO/OH比が好まし
く、一般には2:1以上とする。なお、本発明に
おいてはこの比を3:1以上することによる利点
は見出せないと思われる。適当な剛さ、接着強
度、応力緩和特性を有するものはNCO/OH比が
2.8:1以下のとき得られる。
硬化剤は多価アルコールであり、したがつて全
体のNCO/OH比を低くさせるのに有効である。
たとえば硬化剤を添加することにより全体の
NCO/OH比を10〜75%小さくすることができ
る。未硬化プレポリマー形成の際のNCO/OH比
が1.5より大きいとき(たとえば2:1〜3:1)
硬化剤の添加により、これを1.5以下とすること
ができる。しかし、この場合も、この比は約0.8
以上とすることが好ましい。この発明における接
着剤システムにおいてはNCO/OH比は1:1以
上とすること(硬化剤の添加後も)が好ましい。
〔硬化剤〕
本発明で一液型硬化性ポリウレタンシステムの
分散又は懸濁相中に硬化剤として用いられる単量
体又は実質的な単量体多価アルコールは適当なキ
ユアリング温度より高い融点の固体である。この
キユアリング温度は一般に250℃以下より一般的
に85〜200℃である。たとえば、いわゆる“スポ
ツト溶接”キユアは一般に150〜190℃で数分間
(たとえば0.5〜10分間)おこなわれる。もちろ
ん、このキユア温度は時間と関連する。一般の炉
内キユアはより低い温度で長時間おこなわれる。
上述の如く60℃以下の温度あるいは85℃でも実質
的なキユアリングは進行しない。
ペンタエリスリトールは本発明において、好ま
しい多価アルコール系硬化剤である。このものの
融点は260℃あるいは262℃とも云われている。こ
のものは未硬化ポリウレタンプレポリマーとの相
容性に乏しく、したがつて本発明に好ましい。ペ
ンタエリスリトールのヒドロキシル基は室温、常
圧においてIPDI残渣の−NCO基との反応性を示
さず、これは有機金属化合物触媒の存在下でも同
様である。
ペンタエリスリトールのエステル化、特に低級
脂肪族アシル基を用いたものは得られるエステル
の融点を可成り減少させる。したがつて、このよ
うなエステル化は一般には望しくない。さらに、
ペンタエリスリトール(又はその2量体、3量
体)の少なくとも2個のヒドロキシル基は硬化反
応時の−NCO基との反応に供するため残存して
いなければならない。ペンタエリスリトールの2
量体よび3量体の非エステル化物は有用である。
これらはこれに相当する工業用ペンタエリスリト
ールはこのような非エステル化物を可成り含んで
いるからである。特に2量体はペンタエリスリト
ール自体と同様な行動をとるものと思われる。
(この2量体すなわちジペンタエリスリトールは
3量体すなわち、トリペンタエリスリトールより
も多く工業用ペンタエリスリトール中に存在す
る。)。このような理由等により、このペンタエリ
スリトールは工業用以上の純度を要しない。な
お、高純度のペンタエリスリトールも市販されて
おり爆発性ペンタエリスリトールテトラニトレー
トの製造に多く使用されている。
本発明において、硬化剤としてペンタエリスリ
トールエステル又はその2量体又は3量体エステ
ルを使用する場合、ペンタエリストリトールメチ
ロール基の2個までが−CH2OR(ただしRは脂肪
族、脂環族又は芳香族アシル基、好ましくは得ら
れるエステルの融点を150℃以下に押し下げない
基)に変換させることができる。2量体の場合、
4個までのメチロール基をヒドロキシル基を2以
下に減少させることなくエステル基に変換させる
ことができる。又3量体の場合、この数は6に増
大される。しかし、このエステル化度は高くして
も特に有利とはならない。なお、この3量体は、
2量体ほど容易に入手することができず、ペンタ
エリスリトールと比較してもやはり入手困難であ
る。
ペンタエリスリトールはたとえばアセトアルデ
ヒドとチモルのホルムアルデヒドとの間のアルド
ール縮合/クロム−カンニザロ反応等により比較
的簡単に製造し得る。ジペンタエリスリトールは
この反応における副生成物として得られ、3量体
はこの方法では得られない。
〔硬化触媒〕
本発明に係わる一液型硬化性ポリウレタン組成
をより満足なものとするためにはイソシアネート
基と硬化剤の遊離水酸基との間の反応触媒を含有
させることが好ましい。公知の如く、有機金属化
合物および金属塩の多くがNCO/OH反応を促進
させ得るものとして利用できる。有機水銀触媒は
他の活性水素含有化合物たとえば水等の存在下で
もNCO/ポリオール反応を選択的に促進させ得
ることが見い出されている。
ポリウレタン化学において使用される有機金属
および金属塩触媒は族、−B族、−B族お
よび−A族の金属又は金属イオン、たとえば
鉛、錫、鉄、水銀等を含んでいる。ビスマス、チ
タン、アンチモン、ウラン、カドミウム、コバル
ト、トリウム、アルミニウム、亜鉛、ニツケル、
モリブデン、バナジウム、銅、マンガン、ジルコ
ニウムの有機金属化合物も有効な触媒として知ら
れている(米国特許No.3691135参照)。
有機錫の使用は特に一般的である。たとえば
R2SoX2(但し、Rは炭化水素基、Xは塩素又はア
シロキシ、アルコキシ、アリーロキシ、アルキル
チオ又はアリールチオ基、又はX2が酸素又は硫
黄原子であるもの。)がある。R3SoXの触媒も知
られている(米国特許No.3351573参照)。水銀塩、
たとえば酢酸水銀もNCO/OH反応触媒として知
られている。これらの塩は触媒作用が小さいので
モラル重量(グラム分子)の添加が必要となろ
う。RHgX(但しRは脂肪族、芳香族又は脂環族
基、XはOCOR′(R′は上記Rと同様))の化合物
は触媒作用が大きく、好ましい有機金属触媒の一
つである。有機水銀化合物の有効量は一液型硬化
性ポリウレタンシステムの0.1〜1重量%の範囲
である。有機錫化合物の場合も同程度である。必
要以上に加えても特に有利とならない。しかし炭
素−金属間の直接的結合を有しない金属塩の場合
は有機金属の場合と比較して多量に加え有利とな
し得る。
〔他成分〕
公知の充填剤、増量剤、顔料等をポリウレタン
プレポリマー組成物中に含めることもできる。中
性充填剤は一般に好ましい。高アルカリ性物質は
望ましくない触媒作用を有し、高酸性物質はウレ
タン結合を攻撃する。
上述の如く粘度調整剤をプレポリマー組成物中
に含めることは好ましいことである。記載上の便
宜のため、可塑化剤(たとえば水素化テルフエニ
ル)および増粘剤又はチキソトロピー剤(たとえ
ばシリコーン−変性疎水性シリカ)も粘度調整シ
ステムの一部として考えることができる。なお、
これらの成分はプレポリマー組成物、硬化製品に
対し他の作用を奏する場合もある。またこの粘度
調整システムはポリウレタンプレポリマー組成物
の主成分ではなく、全く含有させなくともよい
が、可塑化剤を少なくとも1重量%含めることは
固体状硬化剤の導入および分散を容易にするのに
有効である。この一液型ポリウレタン組成物を接
着剤、コーキング材、封止材、垂れ防止剤として
使用する場合、増粘剤又はチキソトロピー剤を少
なくも1重量%含めることが好ましい。これら可
塑化剤、増粘剤は通常25重量%以上(固形分の)
含ませることはなく、これら成分を組合せた場合
も25〜35重量%以上を超えて含有させるこはな
い。
可塑化剤は一般に2回に分けて導入される。少
量(たとえば5〜15重量%(全固形分に対し))
を連続相をなすイソシアネートキヤツプドプレポ
リマーとともに混合する。さらに少量(たとえば
硬化剤量に左右されるが、1〜5重量%)を非連
続的硬化剤含有相となるプレミツクス中に添加す
る。硬化剤の量から見た場合、この第2の可塑化
剤分量は100重量部当り25〜150重量部である。有
機水結合剤(たとえばアルキルオルトホルメー
ト)を使用する場合、これを上記プレミツクス中
に添加することが一般に好ましい。アルキルオル
トホルメートの微量は水との望ましくない副反応
を防止させるのに有効である。したがつて水結合
剤を組成物全体に対し1又は2重量%以下添加し
てもよい。無機充填剤のある種のものも水分と結
合し、2酸化炭素形成その他の望ましくない副反
応を防止させる。しかし、酸化カルシウム等のア
ルカリ性のものは通常好ましくない。
〔製造方法および使用法〕
重合体ポリオールとイソシアネートキヤツピン
グ剤とからのポリウレタンプレポリマーの形成は
公知の原理に基づいておこなわれる。たとえば熱
又は触媒を使用してNCO/OH反応を促進させ
る。固体状硬化剤を上記連続相中に導入する場
合、予備混合工程によつておこなうことができ
る。この2相の混合は従来の混合装置を用いてお
こなうことができる。同様にして、有機金属触
媒、金属塩触媒、増粘剤、チキソトロピー剤等を
導入することができる。
組成物中への揮発性溶媒の添加量はできるだけ
少量とする。この溶媒を用いる場合、上記連続相
に対し、全組成物の25重量%以下の程度で添加す
る。しかし、連続相と分散された固体状硬化剤と
の間の非相容性を可成り減少させるような溶媒は
本発明の一液型システムの安定性に著るしい悪影
響を与えることになる。このような理由から、溶
媒は全く含めないことが好ましく、これにより実
質的に100%固体システムとなるようにする。水
素化芳香族化合物の如き可塑化剤は上述の相の関
係又は安定性に対し悪影響を及ぼさないものと思
われる。したがつて、粘度を小さくしたい場合、
アセトン、アルコール等のポリウレタン溶媒を用
いるよりは可塑化剤の量を増加させることが好ま
しい。なおミネラルスピリツトの如き炭化水素系
溶媒は上述の如き悪影響は少ない。
本発明に係わる一液型ポリウレタンシステムは
他の一液型硬化性接着剤、コーテング材、封止
材、コーキング材、パツチング材、成形性樹脂シ
ステムと同様にして使用することができる。キユ
アリングは単にこの一液型システム又はこれを塗
布した基材を加熱することによりおこなうことが
できる。
本発明の一液型ポリウレタンシステムは接着剤
としてシート成形コンパウンド(SMC)自体、
又はこれをアルミニウム等の金属に対して結合さ
せるのに特に有用である。又、アルミニウム対ア
ルミニウム接着においても良好な結合が得られ
る。さらに基板に対し保護層又は装飾層としてコ
ーキングするのにも使用することができる。得ら
れる硬化ポリマー又は接合は耐水性が良く、工業
用規格にも十分適合し得るものである。
〔実施例〕
本実施例中、“NIAXポリオールPCP−0310”
とは3官能価のポリカプロラクタンポリオールで
平均式分子量が900、見掛け比重(55/20℃)
1.073、平均ヒドロキシル数187mgKOH/g、酸
価がサンプル1g当り0.25mgKOH以下、融点27
〜32℃、水分(輸送時)0.03重量%以下、粘度
270センチストーク(54.4℃)のものである。溶
融時のこのポリオールの最大色調は100(Pt−Co)
である。”NIAX”とはユニオンカーバイド社の
商標である。
“HB−40”(モンサント社の商標)は高融点
水素化芳香族であり種々のポリマー、ゴム、アス
フアルト、タールを溶解させる。これは透明、油
状液体で最大色調(APHA)180、最大湿量
(KF、メタノール中)125ppm、屈折率1.560〜
1.575(25℃)、比重1.001〜1.007(25℃/15.5℃)、
流動点−26℃、沸点180℃(10mmHg)、表面張力
40.1ダイン/cm(25℃)、発火点(C.O.C)345〓
(173.9℃)、燃焼点(C.O.C)196℃のものである。
この“HB−40”は化学的には水素化テルフエニ
ルであり、水に不溶である。その蒸気圧は150℃
で2.6mmHg、200℃で22mmHg、250℃で95mmHgで
ある。粘度は0℃で70センチストーク、37.8℃で
29.0センチストーク、98.9℃で3.8センチストーク
である。この”HB−40”は従来のジエステル型
ビニル樹脂可塑化剤の部分的に置き換えて用いら
れた。“添加剤OF”(Mobay Chemical社製、商
品名)は沸点145℃、比重0.90(20℃)発火点36℃
(DIN51755密閉カツプ)のアルキルオルソホル
メートである。このものは無色の液体であつて単
独又は他の添加剤とともに一成分型ポリウレタン
コーテイングを安定させるのに用いられる。さら
にこの添加剤は透明コーテングの場合は2〜3%
添加すべきこと、顔料添加コーテングの場合は4
〜5%添加すべきことが推奨されている。又、2
成分システムの場合は1%程度がよいとされてい
る。この添加剤はポリウレタンシステムの感湿性
を減少させる得ることが知られている。
“COCURE32”(Cosan Chemical社製、米国、
ニユージア州、商標)は液体の有機水銀系ウレタ
ン触媒であり、60%の活性成分と、20%の水銀
(金属として計算して)を含んでいる。この液体
組成物はヒドロキシル基を含まない非反応性溶媒
を含んでいる。
“COCURE32”はポリエーテルとポリエステ
ルポリオールおよび重合体イソシアネートとの相
容性を具備するようにしてつくられている。
“CAB−O−SIL TS−200”(Cabot Corp社
製、商標)はヒユームドシリカ粉であつて、有機
シリコーンで処理し変性したものである。この処
理粉は疎水性であり、表面積が70±15m2/gで、
少なくとも99.8%のシリカを含み、PHは約4.7で
ある。
下記実施例で使用されているIPDI(イソホロン
ジイソシアネート)はVeba−Chemie A.G.社か
ら入手したものである。この化合物は低粘度の液
体であつて、低い貯ぞう温度では結晶化しない。
又、分子量が比較的大きいため、蒸気圧は低く、
20℃で0.0004ミリバール、50℃で0.009ミリバー
ルである。イソシアネートキヤツプドプレポリマ
ーの末端残渣にあつた場合、その蒸気圧はさらに
その臭いとともに減少される。この化合物の分子
量は222.3であり、NCO相当分は111.1である。発
火点は155℃(密閉)、自然発火温度は430℃であ
る。最少規定NCO含量は37.5重量%、最少規定
純度は99.0重量%で、規定密度は20℃で1.058〜
1.064g/mlである。全塩素は0.05重量%以下と
され、最大加水分解塩素は0.02重量%以下とされ
ている。融点は−60℃、沸点は13.33ミリバール
で158℃である。粘度は−20℃で150cpsを超えな
い。
本実施例で用いられているペンタエリスリトー
ルは“PE−200”(Hercules Incorp.社製、商標)
として表わされ、商品質のものである。これは
200メツシ(米国)を通過し得る程度の微粒から
なつている。この粒子のうち1%以下のものが
325(米国)メツシユ上に留まるにすぎないもので
ある。このモノペンタエリスリトール(C
〔CH2OH〕4)は88±2%の純度の一般の工業用グ
レードのものである。残る10〜14%の主なものは
ジペンタエリスリトールである。規定ヒドロキシ
ル量は48±1%、灰分は0.01%以下である。この
“PE−200“の0.5%以下が液状副生成物又は不純
物である。平均当量は35.4である。なお、ジペン
タエリスリトール以外のポリペンタエリスリトー
ルも存在している可能性もある。
実施例 1
一成分型硬化性ポリウレタン接着剤
このチキソトロピー性接着剤は自転車用ポリエ
ステルシート成形用コンパウンド(SMC)の結
合に適していることが見い出された。この組成物
の連続相は主としてIPDI−キヤツプドポリカプ
ロラクトントリオールで可塑化剤が混入されたも
のである。非連続相は工業用ペンタエリスリトー
ル、可塑化剤およびアルキルオルソホルメートか
らなるプレミツクスに導入した。この組成物に有
機水銀触媒および疎水性シリカを添加し、チキソ
トロピー性を付与した。分散された又は懸濁され
た硬化剤を含むこの一成分型組成物の成分を添加
順序に従つて以下列挙する。
成 分 量(重量%)
ポリウレタンプレポリマー(53.0重量%の
“NIAXポリオールPCP−0310”および47.0重量
%のIPDIからなる。) 73.14
“HB−40”(可塑化剤) 7.31
プレミツクス 7.8
“COCURE32”(触媒) 0.25
“CAB−O−SILTS−200”(チキソトロピー剤)
11.5
上記プレミツクスは“PE−200”工業用ペンタ
エリスリトール、“HB−40”可塑化剤および
“添加剤OF”を59.75:39.4:0.85(重量比)の割
合で含有するものであつた。
実施例 2
スポツト溶接および炉内キユアリング
実施例1の一成分型硬化性組成物を酸腐蝕アル
ミニウム相互およびアルミニウムとシート形成用
コンパウンド(SMC)との結合のために使用さ
れた。これらのテストのためロツクウエルの
SMCを用いた。接着剤層の厚みは250〜380μmで
あつた。スポツト溶接は加熱パターンプレスを用
いて似せておこなわれた。
SMC/SMC結合における結果は下記の通りで
ある。
1 スポツト溶接(パターンプレス)
キユアリング条件 基板での接着強度
(温度/時間) (破損*(psi))
350〓/2分 751
350〓/3分 915
350〓/4分 859
350〓/5分 912
(注)*…すべての場合、基板が破損する前に
接着が破損されることはなかつた。これらの
接着強度は工業規格を少なくともフアクタ10
程度超えるものであつた。
2 炉内キユアリング
2 段 基板での接着強度
(温度/時間) (破損**(psi))
第1段:260〓/30分 768
第2段:330〓/30分 943
(注)**…工業規格では第1段後では
100psi、第2段後は600psi又はSMC破損であ
る。SMC破損は双方のキユアリング工程後
に認められた。
3 水浸漬テスト
水浸漬テスト又は 基板での接着強度
湿基処理 破損(psi))
(時間/温度)
14日間の浸漬/75〓 675
14日間/200〓 657
14日間/100〓 688
(100%相対湿度)
その他、種々の基板との間の接着テストをおこ
なつた。
This invention relates to monocomponent isocyanate capped prepolymer compositions which are stable at room temperature. The isocyanate-capped prepolymers of this invention are useful as adhesives and can be cured (chain-extended or cross-linked) by slight heating. Furthermore, the one-part polyurethane of the present invention has a long pot life at room temperature and can be cured by slight heating either directly or via the substrate to which it is applied. Furthermore, the present invention provides a method for producing a thermosetting, one-component isocyanate capped prepolymer and a method for using the same, such as a method for forming a cured film, a method for adhering substrates to each other, etc. It is something. BACKGROUND OF THE INVENTION Polyurethane chemistry is still evolving since its basic prepolymer and polymer formation, modification, and curing principles were discovered decades ago. Polyurethane was first used as a foam, but non-cellular elastomers were developed in the early 1950s. Also contributing to the development of polyurethane was the discovery of more effective catalysts. For example, the discovery of organometallic compounds that significantly accelerate the reaction between hydroxyl and isocyanate groups. Like other elastomers, polyurethane elastomers can be used as adhesives, coatings, and sealants. Even in the technical field of polyurethane, it is convenient to use a prepolymer system that can be further cured into a polymer. A typical prepolymer is formed by a chain consisting of repeating units having less than one unreacted isocyanate group. This prepolymer can be reacted with crosslinkers or chain extenders to at least double the molecular weight, and in some cases significantly increase the molecular weight. The crosslinker or chain extender itself also has repeating units. This may be a polyfunctional monomer. Monofunctional reactants are believed to provide chain termination rather than chain extension or crosslinking. A very commonly used chain extension or crosslinking monomer is water or steam. Some types of crosslinking are effected by forming biuret bonds through water/NCO reactions. Many so-called one-part curable polyurethanes are actually steam curable. However, they are in a sense two-component. That is, there is no second component of the polyurethane or polyurea forming system present in the prepolymer composition, but when the first part is coated onto a substrate or comes into contact with vapor in the ambient air, the second part ingredients will be supplied. Therefore, there are few one-component curable polyurethane systems that inherently have a second component potentially incorporated therein. It is theoretically possible to make a two-part curable polymer-forming system into a one-part system by potentially incorporating the second component into the first component under normal conditions. In this case, heating is a common means of activating this latent reactant. This method is particularly advantageous for epoxy systems. This is because a temperature range in which the epoxide or oxirane ring is relatively inactive can be easily selected. This thermal curing method is more difficult in the case of polyurethane or polyisocyanate systems due to the high reactivity of the -NCO group even at relatively low temperatures. Especially for aromatic isocyanates (i.e. -
When the NCO group is directly substituted on the aromatic ring), the reactivity is significant, and less so in the case of aliphatic and cycloaliphatic polyisocyanates. In addition, in the case of xylylene-type isocyanate, regarding reactivity,
It is located between these two. -Even if the NCO groups have little chance of reacting with active hydrogen-containing reactants at room temperature, the presence of catalysts such as tertiary amines, organometallic compounds, etc. can reduce multifunctional chains in one-component thermosetting prepolymers. This makes it more difficult to form compositions that incorporate extension or crosslinking agents. Organometallic catalysts accelerate polyol-polyisocyanate reactions at room temperature. When the polyhydric alcohol is contacted with the polyisocyanate at room temperature in the presence of the organometallic catalyst, the system is considered to no longer have latent curing properties. moreover,
This system is believed to increase in viscosity over time and rapidly gel within a few hours. Common means to prevent gelation during storage are removable monofunctional capping agents,
For example, the end of the prepolymer with phenol
This is a method of blocking NCO groups. Phenol easily reacts with isocyanate groups to form urethane bonds (-NH-CO-O-), but this reaction is reversible at relatively low temperatures. However, this unblocking step results in cumbersome development. The heat generation pattern during the curing process of polyurethane systems is complex, often at least two
Two exothermic peaks are displayed. Note that once the unblocking of the prepolymer occurs, free −NCO
The reaction between and free hydroxyl groups is exothermic. If blocking of the -NCO with a phenol or other thermoremovable capping agent is not performed, polyethers, ester-modified polyether polyols, isocyanate-containing prepolymers, organometallic catalysts, polyhydroxyl-crosslinked single chain extension compounds ( For example, glycerin, pentaerythritol) are believed to provide rapid hardening elastomers (U.S. Pat.
(See No. 3725355). However, solid monomeric polyols can be incorporated into one-component prepolymer systems under certain conditions to obtain relatively slow or stable mixtures (see US Pat. No. 3,488,302). The stable mixtures of isocyanate prepolymers and solid polyols described in this patent are useful as caulks or sealants and are applied in ribbon form or as paints. These mixtures are firmly adhered to the surface to be adhered by heating and curing. The curing temperature in this heat curing step is said to be lower than the melting point of the polyol in the mixture. The object of this invention is to provide a one-component isocyanate capped prepolymer composition with good storage stability. The prepolymers according to the invention can be prepared from aliphatic or cycloaliphatic isocyanate capped prepolymers and monomeric, dimeric or trimeric polyols of the pentaerythritol type. The prepolymer composition is stable at room temperature and pressure for at least about 48 hours, and generally for weeks to months. This prepolymer can be cured at temperatures above 60°C, preferably above 85°C. Further, this curing temperature is preferably lower than the melting point of the pentaerythritol type polyol. As used herein, curing refers to a chain extension or crosslinking reaction between the free hydroxyl groups of the pentaerythritol-type polyol and the free -NCO of the isocyanate-capped prepolymer, thereby at least doubling the molecular weight of the prepolymer. death,
Furthermore, a significant increase in molecular weight generally results in the formation of a foamy solid polymer or resin. That is, the one-component composition according to the present invention (a) is fluid at 60°C or higher and has a molecular weight of 250 or higher;
having a chain of repeating units selected from oxyalkylene, ester and mixtures thereof,
an aliphatic or alicyclic isocyanate capped prepolymer forming a uniformly dispersed continuous phase; (b) a solid finely divided polyol having the structural formula: (ROCH 2 ) 3 C−[CH 2 2C ( CH2OR ) 2
] -o CH 2 OR (wherein R is hydrogen or an aliphatic, alicyclic, or aromatic group, two or more of R is hydrogen, n is an integer from 0 to 2) Also, this polyol is at least partially incompatible with the prepolymer at temperatures below 60°C; and (c) an organometallic or metal salt catalyst that promotes the reaction between isocyanate groups and the free hydroxyl groups of (b) above; Dispersed in a continuous phase; Preferred polyisocyanate capping agents are those with unequal reactivity --NCO substitutions. For example, isophorone diisocyanate (IPDI). Preferred polymer polyols capped with diisocyanates include polyester diols, triols,
Tetrols, particularly triols, are preferred. The prepolymers of this invention are made by capping a polymeric polyol with an aliphatic or cycloaliphatic polyisocyanate. In this case
NCO/OH ratio is (0.8-3):1, preferably 2:
1, thereby making it possible to obtain isocyanate-capped prepolymers that are fluid or extrudable at room temperature. The monomeric, dimeric or trimeric polyol is uniformly dispersed in the continuous phase containing the prepolymer. Since this dispersed or suspended phase is a solid, it is introduced in finely divided form;
Preferably, a mixture with a plasticizer that is inert to hydroxyl groups and isocyanate groups is used. The water-binder may be added to the plasticizer. The prepolymer composition of the present invention is applied to a substrate,
Cure by heating. This prepolymer (preferably very low in solvent and almost 100% solids) is used to bond substrates together due to its high adhesive strength. The viscosity of this prepolymer composition may be adjusted using a thickener or a thixotropic agent. The addition of a thickener gives the composition stiffness so that it is possible to use a caulking or adhesive handling gun to push the composition through small openings, forming the adhesive into ribbon images or beads. can be done. In addition, in this specification, "active hydrogen" is defined by J. Amer.
Chem.Soc.49:3181 (1927)
According to the definition by Zerewitinoff test. An example of this active hydrogen atom is hydrogen in the hydroxyl group of a monohydric or polyhydric alcohol. Although such active hydrogen is particularly preferred in the present invention, it is known that other active hydrogens are contained in mercaptans, amines, acids, and the like. "Aliphatic polyisocyanates" include all polyisocyanates in which at least one -NCO group is bonded to an alicycloaliphatic group. Preferred aliphatic polyisocyanates are non-aromatic, ie, those in which -NCO groups are not bonded to aromatic rings. However, an aliphatic polyisocyanate in which -NCO is bonded to an alicyclic group is suitable and preferred. "Alicyclic polyisocyanate" includes all polyisocyanates in which at least one -NCO is bonded directly to an alicyclic group. Note that, as mentioned above, this is a non-aromatic compound. "IPDI" means isophorone diisocyanate or 3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethyl-cyclohexyl isocyanate. "% Solids" is an expression commonly used in the paint chemistry and polyester resin coating fields.
This term refers to the amount of material (whether solid or liquid) remaining after removal of volatile materials or materials not involved in curing the composition.
Thus, for example, 85% prepolymer, 5%
A polyurethane prepolymer composition consisting of pigment, 10% organic solvent can be referred to as a "90% solids" composition. Common plasticizers are well within the category of "solids" as opposed to solvents. The reason is that it is substantially non-volatile. It is further believed that the plasticizer forms part of the solid elastomer or resin formed by curing the prepolymer with the solid polyol phase. By "uniformly dispersed" is meant a discontinuous phase dispersed or suspended throughout the continuous phase. In addition, the degree of suspension or dispersion and the degree of uniformity mean a degree at which sedimentation does not substantially occur under normal conditions. The present invention consists of a combination of a continuous phase of terminal isocyanate prepolymer and a second phase of solid particulate polyol curing agent as described above. This second phase is not readily soluble in the continuous phase, but is uniformly dispersed within it and comes into intimate contact with the prepolymer. When this is heated to above 60°C, preferably at least 85°C, the curing reaction is initiated and proceeds exothermically until completion, at which time a solid polyurethane polymer or resin is obtained. By changing the NCO/OH ratio, the functionality of the starting material and the properties of the final polyurethane prepolymer are also changed. For example, when the NCO/OH ratio is large, a large range of adhesive properties is obtained.
When the NCO/OH ratio is less than 1:1, a product with a large proportion of terminal hydroxyl groups and a relatively low molecular weight can be obtained. As the NCO/OH ratio approaches 1:1, the degree of linear chain extension increases and thermoplastic properties occur, and by appropriate selection of the polymerization partner, elastomeric properties appear. The one-component curable polyurethane composition according to the present invention can be cured into a highly crosslinked adhesive or an elastomer composition with a low crosslink density. The highly crosslinked cured polyurethane according to the invention can be plasticized. The uncured one-part polyurethane prepolymer can be mixed with plasticizers and other modifiers that do not react with isocyanates or hydroxyl groups. Preferably, the plasticizer is substantially inert towards these groups. Similarly,
If viscosity modifiers are added, it is generally preferred that these components be inert to NCO/OH reactions. This plasticizer can also have a viscosity adjusting effect and is preferably insoluble in water in actual use. high boiling hydrocarbons,
For example, hydrogenated polynuclear aromatics are particularly preferred as plasticizers. In order to impart thickening or thixotropic properties to one-component polyurethane for use as caulking, sealants, anti-sag coatings, adhesives, etc., known organic and inorganic thickeners or thixotropic agents are added to improve the viscosity. Or the shear-dependent viscosity can also be increased. It is not easy to find organic thickeners and thixotropic agents that are inert towards isocyanates and hydroxyl groups. Even inorganic thickeners and thixotropic agents have isocyanate-reactive groups such as silanol (SiOH). Methods of masking cyanol groups on silicates such as particulate silica and hydrated magnesium aluminum silicate are also known. For example, treating a silica or silicate powder with silicone or a reactive silicon-containing monomer or other hydroxide-reactive or cyanol-compatible compound to remove or significantly reduce the availability of cyanol groups on the surface of the silica or silicate powder. be able to. Despite such treatment, the silica or silicate particles can retain a significant thickening or thixotropic effect. The particle size of these inorganic agents is generally in the colloid-forming range, generally from 1 nanometer to 1 micron. These colloidal particles tend to form agglomerates and to form porosity with a large surface area. Silicone-modified hydrophobic silica is useful as a toughening agent for the one-part polyurethane compositions of the present invention. Note that "silicone" has the same meaning as organopolysiloxane polymer. The terminal isocyanate polyurethane prepolymers according to the invention can be obtained from polymer polyols and aliphatic or cycloaliphatic polyisocyanates. [Polymer polyol] The polymer polyol is fluid at room temperature and has a molecular weight of 250 or more, generally 500 or more.
The chain of oxyalkylene or ester repeat units has an influence on the molecular weight. Polymer polyols are composed of linear or side chains of repeating units having hydroxyl groups at their ends. Simply put, these hydroxyl groups are the only active hydrogen-containing substituents in the polyol structure. Polyester and polyether polyols have molecular weights in the hundreds of thousands or millions and are commercially available. However, the viscosity of the resulting prepolymer system will be less than 20,000 molecular weight, more typically less than 5,000 or 10,000, and even more preferably less than 500.
controllable by synthesis from ~3000 polymer polyols. The functionality of the polymeric polyol can be varied over a wide range by appropriate selection of the monomeric polyol core or other active hydrogen-containing core containing the desired number of active hydrogens or active hydrogen-containing substituents. For example, polymeric polyols with three functional groups can be grown from glycerin, trimethylolpropane, triethanolamine, monomeric triol initiators or cores.
(If desired, the functionality may be only 2 and water, glycols, etc. may be used as the initiator or nucleus). For polymeric polyols with functionality of 4, ethylene diamine and other di-primary amines may be used. The two active hydrogens on each amine substituent have substantially equal reactivity. Sucrose salts or carbohydrates having similar units or derivatives thereof may be used as initiators with very high functionality, for example up to about 8. A hydroxide-containing oil (such as vegetable oil) may be used as a highly functional polyol. After the polyol reacts with the polyisocyanate, the resulting prepolymer has 1
Above, it will have an additional 3 or 4, or even 6, but generally up to 9 isocyanate groups. Preferred polyoxyalkylene or polyester containing polyols are usually diols, triols or tetrols. The equivalent weight of these polymer polyols is generally 125-2500 and 200-1000
appears to be the most preferred adhesive system. Polyester polyols having a functionality of 2 or more are particularly effective as adhesives. Poly(epsilon-caprolactone) polyols of various functionalities and equivalent weights are readily available and suitable. Among commercially available polyols, “NIAX polyol”
PCP” has a melting point of 60°C or lower, and is generally 40°C.
It is as follows. The average number of hydroxyl groups in this polyol is
It ranges from 37 to 560. Therefore, the equivalent is approximately
There are 1520 large ones to 100 small ones.
Furthermore, the average molecular weight of this polyol is 300 to 3000
It is said that These polyols do not all have the same effect, but their average molecular weight is
Most preferably, the number of hydroxyl groups is 500 or more and the average number of hydroxyl groups is about 450 or less. [Polyisocyanate-Capping Agent] The above polymer polyol is capped with a polyisocyanate to form a terminal isocyanate polyurethane polymer. In order to obtain a one-component curable polyurethane prepolymer system that is stable at room temperature, the capping agent used is an aliphatic or cycloaliphatic polyisocyanate, particularly one having a functionality of 2 or more and 4 or less. Aliphatic and cycloaliphatic di- and triisocyanates are commercially available, the most common being alkylene diisocyanates, IPDI,
Hydrogenated aromatic and xylylethyl diisocyanates. Since, as mentioned above, non-aromatic polyisocyanates are preferred, the aromatic rings initially present in the starting materials must be partially or fully hydrogenated. However, polynuclear polyisocyanates can also be selectively hydrogenated, so that one ring is alicyclic and the other ring remains aromatic. Because the aromatic/cycloaliphatic diisocyanate reacts more readily with hydroxyl groups at its aromatic end, a terminal isocyanate prepolymer is formed in which the free -NCO groups are almost entirely attached to the cycloaliphatic end of the capping agent. As a result, it is believed that a prepolymer is obtained which has the properties of an alicyclic isocyanate capped material that does not substantially have the properties of aromatic isocyanates. The reaction theory governing the formation of this prepolymer also indicates that such a result would occur. However, totally non-aromatic polyisocyanates are generally the preferred capping agents because of the statistical probability of free aromatic isocyanates. The non-aromatic polyisocyanate does not necessarily have a symmetrical structure or an -NCO group with equivalent reactivity. For example, the -NCO groups in IPDI, which is considered preferred, do not all have the same reactivity. One of the -NCOs is directly bonded to the alicyclic ring, and the other is "insulated" by a methylene group. It is assumed that the polyurethane prepolymer used in the present invention generally has two less reactive --NCO groups in the IPDI molecule at the ends. That is, this appears to be due to the kinetics governing the formation of this prepolymer. It is believed that these relatively less reactive terminal isocyanate groups contribute to a significant improvement in the room temperature stability of one-part curable polyurethane systems. Theoretically speaking, another factor contributing to this room temperature stability is due to the incompatibility of the solid pentaerythritol-type curing agent, which is uniformly dispersed within the uncured prepolymer of this one-component system. I think that the. This incompatibility decreases considerably above 60°C, especially above 85°C, and becomes increasingly homogeneous, leading to a system in which the slow-reacting free-NCO of IPDI rapidly reacts with the curing agent. . As a result, a curing reaction with a single exothermic peak is formed. In the capping step to form the curable prepolymer, the NCO/OH ratio can be varied, depending on the desired properties of the polymer. If you expect the cured polymer to have high chain extension or elastomeric properties,
An NCO/OH ratio of 0.8 to 1.2 is most effective.
If a certain degree of elasticity, impact resistance and stress relaxation properties are to be obtained in the coating composition, the NCO/OH ratio should be fairly high, for example 2:1. Higher NCO/OH ratios are preferred for adhesives, generally 2:1 or higher. In the present invention, it seems that no advantage can be found by setting this ratio to 3:1 or more. Products with appropriate stiffness, adhesive strength, and stress relaxation properties have a low NCO/OH ratio.
Obtained when the ratio is 2.8:1 or less. The curing agent is a polyhydric alcohol and is therefore effective in lowering the overall NCO/OH ratio.
For example, by adding a hardening agent, the overall
The NCO/OH ratio can be reduced by 10-75%. When the NCO/OH ratio during uncured prepolymer formation is greater than 1.5 (e.g. 2:1 to 3:1)
By adding a hardening agent, this can be reduced to 1.5 or less. But again, this ratio is about 0.8
It is preferable to set it as above. In the adhesive system according to the invention, it is preferred that the NCO/OH ratio be 1:1 or higher (even after addition of the curing agent). [Curing Agent] The monomeric or substantially monomeric polyhydric alcohol used as a curing agent in the dispersed or suspended phase of the one-component curable polyurethane system of the present invention is a solid with a melting point above the appropriate curing temperature. It is. This curing temperature is generally below 250<0>C, more generally between 85 and 200<0>C. For example, so-called "spot weld" cures are generally performed at 150-190°C for several minutes (eg, 0.5-10 minutes). Of course, this cure temperature is related to time. Conventional in-furnace curing is performed at lower temperatures for longer periods of time.
As mentioned above, curing does not substantially proceed at temperatures below 60°C or even at 85°C. Pentaerythritol is a preferred polyhydric alcohol curing agent in the present invention. The melting point of this substance is said to be 260°C or 262°C. This has poor compatibility with uncured polyurethane prepolymers and is therefore preferred for the present invention. The hydroxyl group of pentaerythritol shows no reactivity with the -NCO group of the IPDI residue at room temperature and normal pressure, and this is the same even in the presence of an organometallic compound catalyst. Esterification of pentaerythritol, especially with lower aliphatic acyl groups, considerably reduces the melting point of the resulting ester. Therefore, such esterification is generally undesirable. moreover,
At least two hydroxyl groups of pentaerythritol (or its dimer or trimer) must remain in order to react with the -NCO group during the curing reaction. Pentaerythritol 2
Non-esterified versions of the mer and trimer are useful.
This is because the corresponding industrial pentaerythritol contains a considerable amount of such non-esterified products. In particular, the dimer appears to behave similarly to pentaerythritol itself.
(The dimer, or dipentaerythritol, is present in greater quantities in industrial pentaerythritol than the trimer, or tripentaerythritol.) For these reasons, this pentaerythritol does not require purity higher than industrial use. Note that highly purified pentaerythritol is also commercially available and is often used in the production of explosive pentaerythritol tetranitrate. In the present invention, when pentaerythritol ester or its dimer or trimer ester is used as a curing agent, up to two of the pentaerythritol methylol groups are -CH 2 OR (where R is an aliphatic or alicyclic group). Alternatively, it can be converted into an aromatic acyl group, preferably a group that does not lower the melting point of the resulting ester below 150°C. In the case of a dimer,
Up to four methylol groups can be converted to ester groups without reducing the number of hydroxyl groups below two. Also for trimers this number is increased to 6. However, even if the degree of esterification is increased, it is not particularly advantageous. In addition, this trimer is
It is not as easily available as the dimer, and is still difficult to obtain compared to pentaerythritol. Pentaerythritol can be produced relatively easily, for example, by aldol condensation/chromium-cannizaro reaction between acetaldehyde and thymol formaldehyde. Dipentaerythritol is obtained as a by-product in this reaction and trimer is not obtained in this method. [Curing Catalyst] In order to make the one-component curable polyurethane composition according to the present invention more satisfactory, it is preferable to include a reaction catalyst between the isocyanate group and the free hydroxyl group of the curing agent. As is known, many organometallic compounds and metal salts are available that can promote the NCO/OH reaction. It has been discovered that organomercury catalysts can selectively promote NCO/polyol reactions even in the presence of other active hydrogen-containing compounds such as water. Organometallic and metal salt catalysts used in polyurethane chemistry include metals or metal ions of groups -B, -B and -A, such as lead, tin, iron, mercury, and the like. Bismuth, titanium, antimony, uranium, cadmium, cobalt, thorium, aluminum, zinc, nickel,
Organometallic compounds of molybdenum, vanadium, copper, manganese, and zirconium are also known to be effective catalysts (see US Pat. No. 3,691,135). The use of organotins is particularly common. for example
R 2 So _ R 3 So X catalysts are also known (see US Pat. No. 3,351,573). mercury salt,
For example, mercury acetate is also known as an NCO/OH reaction catalyst. These salts have low catalytic activity and may require the addition of moral weight (gram molecules). The compound RHgX (where R is an aliphatic, aromatic or alicyclic group, and X is OCOR'(R' is the same as R above)) has a strong catalytic effect and is one of the preferred organometallic catalysts. Effective amounts of organomercury compounds range from 0.1 to 1% by weight of the one-part curable polyurethane system. The same is true for organic tin compounds. Adding more than necessary is not particularly advantageous. However, in the case of a metal salt having no direct bond between carbon and metal, it can be advantageous to add it in a large amount compared to the case of an organic metal. [Other components] Known fillers, extenders, pigments, etc. can also be included in the polyurethane prepolymer composition. Neutral fillers are generally preferred. Highly alkaline materials have undesirable catalytic effects, and highly acidic materials attack the urethane bonds. It is preferred to include a viscosity modifier in the prepolymer composition as described above. For descriptive convenience, plasticizers (eg terphenyl hydride) and thickeners or thixotropic agents (eg silicone-modified hydrophobic silica) can also be considered as part of the viscosity adjustment system. In addition,
These components may also have other effects on the prepolymer composition and cured product. Additionally, this viscosity adjusting system is not a main component of the polyurethane prepolymer composition and may not be included at all; however, inclusion of at least 1% by weight of a plasticizer may facilitate the introduction and dispersion of the solid curing agent. It is valid. When this one-component polyurethane composition is used as an adhesive, caulk, sealant, or anti-sag agent, it is preferred to include at least 1% by weight of a thickener or thixotropic agent. These plasticizers and thickeners are usually 25% by weight or more (solid content)
Even when these components are combined, they are not contained in an amount exceeding 25 to 35% by weight. The plasticizer is generally introduced in two portions. Small amount (e.g. 5-15% by weight (based on total solids))
is mixed with the isocyanate-capped prepolymer as a continuous phase. A further small amount (e.g., 1-5% by weight, depending on the amount of curative) is added into the premix to become a discontinuous curative-containing phase. In terms of the amount of curing agent, the amount of this second plasticizer is between 25 and 150 parts by weight per 100 parts by weight. If an organic water binder (such as an alkyl orthoformate) is used, it is generally preferred to include it in the premix. Trace amounts of alkyl orthoformates are effective in preventing undesirable side reactions with water. Therefore, the water binder may be added in an amount of 1 or 2% by weight or less based on the total composition. Certain inorganic fillers also bind moisture and prevent carbon dioxide formation and other undesirable side reactions. However, alkaline substances such as calcium oxide are generally not preferred. METHODS OF MANUFACTURE AND USE The formation of polyurethane prepolymers from polymeric polyols and isocyanate capping agents is carried out on known principles. For example, heat or a catalyst may be used to accelerate the NCO/OH reaction. When a solid curing agent is introduced into the continuous phase, this can be done through a premixing step. Mixing of the two phases can be performed using conventional mixing equipment. Similarly, organometallic catalysts, metal salt catalysts, thickeners, thixotropic agents, etc. can be introduced. The amount of volatile solvent added to the composition should be as small as possible. When this solvent is used, it is added to the continuous phase in an amount of 25% by weight or less of the total composition. However, solvents that significantly reduce the incompatibility between the continuous phase and the dispersed solid curing agent will have a significant negative impact on the stability of the one-component system of the present invention. For this reason, it is preferred not to include any solvent at all, resulting in a substantially 100% solids system. Plasticizers such as hydrogenated aromatics do not appear to have an adverse effect on the phase relationships or stability described above. Therefore, if you want to reduce the viscosity,
It is preferable to increase the amount of plasticizer rather than using a polyurethane solvent such as acetone or alcohol. Note that hydrocarbon solvents such as mineral spirits do not have the above-mentioned adverse effects. The one-component polyurethane system of the present invention can be used in the same manner as other one-component curable adhesives, coatings, sealants, caulks, patching materials, and moldable resin systems. Curing can be accomplished simply by heating the one-component system or the substrate to which it is applied. The one-component polyurethane system of the present invention uses the sheet molding compound (SMC) itself as an adhesive;
or is particularly useful for bonding it to metals such as aluminum. Also, good bonding is obtained in aluminum-to-aluminum bonding. Furthermore, it can be used to caulk a substrate as a protective or decorative layer. The resulting cured polymer or bond has good water resistance and is fully compatible with industrial standards. [Example] In this example, “NIAX polyol PCP-0310”
is a trifunctional polycaprolactane polyol with an average formula molecular weight of 900 and an apparent specific gravity (55/20℃)
1.073, average hydroxyl number 187mgKOH/g, acid value less than 0.25mgKOH/g sample, melting point 27
~32℃, moisture (at time of transportation) 0.03% by weight or less, viscosity
It is 270 centistokes (54.4℃). The maximum color tone of this polyol when melted is 100 (Pt−Co)
It is. "NIAX" is a trademark of Union Carbide Company. "HB-40" (trademark of Monsanto Company) is a high melting point hydrogenated aromatic that dissolves various polymers, rubbers, asphalts, and tars. It is a transparent, oily liquid with a maximum color shade (APHA) of 180, a maximum wetness (KF, in methanol) of 125ppm, and a refractive index of 1.560~
1.575 (25℃), specific gravity 1.001-1.007 (25℃/15.5℃),
Pour point -26℃, boiling point 180℃ (10mmHg), surface tension
40.1 dynes/cm (25℃), ignition point (COC) 345〓
(173.9℃), with a combustion point (COC) of 196℃.
This "HB-40" is chemically hydrogenated terphenyl and is insoluble in water. Its vapor pressure is 150℃
2.6mmHg at 200℃, 22mmHg at 200℃, and 95mmHg at 250℃. Viscosity is 70 centistokes at 0°C and 37.8°C.
29.0 centistokes, 3.8 centistokes at 98.9°C. This "HB-40" was used to partially replace the conventional diester type vinyl resin plasticizer. “Additive OF” (manufactured by Mobay Chemical, trade name) has a boiling point of 145°C, a specific gravity of 0.90 (20°C), and an ignition point of 36°C.
(DIN51755 sealed cup) alkyl orthoformate. It is a colorless liquid used alone or with other additives to stabilize one-component polyurethane coatings. Additionally, this additive is 2-3% for transparent coatings.
Things to add, 4 for pigmented coatings
It is recommended that ~5% be added. Also, 2
For component systems, it is said that about 1% is good. It is known that this additive can reduce the moisture sensitivity of polyurethane systems. “COCURE32” (manufactured by Cosan Chemical, USA,
New Jersey, Trademark) is a liquid organomercurial urethane catalyst containing 60% active ingredient and 20% mercury (calculated as metal). The liquid composition includes a non-reactive solvent that does not contain hydroxyl groups. COCURE32 is formulated to be compatible with polyethers, polyester polyols and polymeric isocyanates. "CAB-O-SIL TS-200" (manufactured by Cabot Corp., trademark) is a fumed silica powder that has been treated and modified with organic silicone. This treated powder is hydrophobic and has a surface area of 70±15 m 2 /g.
Contains at least 99.8% silica and has a pH of about 4.7. IPDI (isophorone diisocyanate) used in the following examples was obtained from Veba-Chemie AG. This compound is a low viscosity liquid and does not crystallize at low storage temperatures.
In addition, because the molecular weight is relatively large, the vapor pressure is low.
At 20°C it is 0.0004 mbar and at 50°C it is 0.009 mbar. When the isocyanate-capped prepolymer terminal residue is encountered, its vapor pressure is further reduced along with its odor. The molecular weight of this compound is 222.3, and the NCO equivalent is 111.1. The ignition point is 155℃ (closed) and the spontaneous ignition temperature is 430℃. The minimum specified NCO content is 37.5% by weight, the minimum specified purity is 99.0% by weight, and the specified density is from 1.058 at 20℃
It is 1.064g/ml. Total chlorine is 0.05% by weight or less, and maximum hydrolyzed chlorine is 0.02% by weight or less. The melting point is -60°C and the boiling point is 158°C at 13.33 mbar. Viscosity does not exceed 150 cps at -20°C. The pentaerythritol used in this example is “PE-200” (manufactured by Hercules Incorp., trademark).
It is of commercial quality. this is
It consists of fine particles that can pass through 200 meters (US). Less than 1% of these particles
325 (US) It merely remains on the mesh. This monopentaerythritol (C
[CH 2 OH] 4 ) is of general industrial grade with a purity of 88±2%. The remaining 10-14% is primarily dipentaerythritol. The specified hydroxyl content is 48±1% and the ash content is less than 0.01%. Less than 0.5% of this "PE-200" is liquid by-products or impurities. The average equivalent weight is 35.4. Note that polypentaerythritol other than dipentaerythritol may also exist. Example 1 One-component Curable Polyurethane Adhesive This thixotropic adhesive was found to be suitable for bonding polyester bicycle sheet molding compound (SMC). The continuous phase of this composition is primarily IPDI-capped polycaprolactone triol mixed with a plasticizer. The discontinuous phase was introduced into a premix consisting of technical grade pentaerythritol, a plasticizer and an alkyl orthoformate. An organic mercury catalyst and hydrophobic silica were added to this composition to impart thixotropy. The components of this one-component composition, including dispersed or suspended curing agent, are listed below in order of addition. Ingredient Amount (wt%) Polyurethane prepolymer (consisting of 53.0 wt% “NIAX polyol PCP-0310” and 47.0 wt% IPDI) 73.14 “HB-40” (plasticizer) 7.31 Premix 7.8 “COCURE32” ( Catalyst) 0.25 “CAB-O-SILTS-200” (thixotropic agent)
11.5 The above premix contained "PE-200" industrial grade pentaerythritol, "HB-40" plasticizer and "Additive OF" in the ratio of 59.75:39.4:0.85 (by weight). Example 2 Spot Welding and Furnace Curing The one-component curable composition of Example 1 was used to bond acid-etched aluminum to each other and to aluminum and sheet forming compound (SMC). Rockwell for these tests.
SMC was used. The thickness of the adhesive layer was 250 to 380 μm. Spot welding was simulated using a heated pattern press. The results for SMC/SMC binding are as follows. 1 Spot welding (pattern press) Curing conditions Adhesive strength on board (temperature/time) (breakage*(psi)) 350〓/2 minutes 751 350〓/3 minutes 915 350〓/4 minutes 859 350〓/5 minutes 912 Note: *In all cases, the bond did not fail before the substrate failed. These bond strengths exceed industry standards by a factor of at least 10
It was beyond normal. 2 In-furnace curing 2 stages Adhesive strength on substrate (temperature/time) (damage** (psi)) 1st stage: 260〓/30 minutes 768 2nd stage: 330〓/30 minutes 943 (Note) **… According to industrial standards, after the first stage
100psi, 600psi after second stage or SMC failure. SMC damage was observed after both curing steps. 3 Water immersion test Water immersion test or bond strength on substrate Wet base treatment Failure (psi)) (time/temperature) 14 days immersion/75〓 675 14 days/200〓 657 14 days/100〓 688 (100% relative Humidity) We also conducted adhesion tests with various other substrates.
【表】
〓
(SMC破損)
〓第2段 330〓/30
分
[Table] 〓
(SMC damage)
〓2nd stage 330〓/30
minutes
Claims (1)
イソシアネートキヤツプドプレポリマー組成物で
あつて、60℃以上の温度で該プレポリマーの少な
くとも2倍以上の分子量の固体ポリマーにキユア
することができるものであつて、該プレポリマー
組成物が、 (a) 60℃以上で流体であつて、分子量が250以上、
オキシアルキレン、エステルおよびこれらの混
合物から選ばれる繰り返し単位の連鎖を有し、
均一に分散された連続相を形成しているブロツ
キングされていない脂肪族又は脂環族イソシア
ネートキヤツプドプレポリマーと、 (b) 固体状微細ポリオールであつて、構造式、 (ROCH2)3C−[CH2OCH2C(CH2OR)2
]−oCH2OR (但し、Rは水素又は脂肪族、脂環族、又は芳
香族基であつて、Rの2以上は水素であるも
の、nは0ないし2の整数) 又、このポリオールは60℃以下ではプレポリ
マーとの相溶性が少なくとも部分的になく、こ
の固体状微細ポリオールの存在によつて上記組
成物全体のNCO基の対OH基比を1.5:1より
大きいものから0.8:1〜1.5:1に減少させる
もの; および (c) イソシアネート基と上記(b)の遊離水酸基との
反応を促進させる有機金属又は金属塩触媒であ
つて上記連続相中に分散しているもの; とからなることを特徴とする熱硬化性一成分型イ
ソシアネートキヤツプドプレポリマー組成物。 2 上記分散している相が微粒状ポリオールと、
これに混入された活性水素およびイソシアネート
に不活性な可塑苛剤とからなる特許請求の範囲第
1項記載の熱硬化性一成分型イソシアネートキヤ
ツプドプレポリマー組成物。 3 上記連続相が溶媒不添加のものである特許請
求の範囲第1項記載の熱硬化性一成分型イソシア
ネートキヤツプドプレポリマー組成物。 4 (a) 上記イソシアネートキヤプドプレポリマ
ーが反応性のそれぞれ異なる−NCO基を有す
る脂肪族又は脂環族ジイソシアネートと、ポリ
エステル又はポリオキシアルキレンポリオール
とがNCO/OH比、1.5:1〜3:1で反応し
て得られるブロツキングされていない反応生成
物であり、 (b) 該ポリオールが非エステル化、未反応ペンタ
エリスリトールまたはジペタエリスリトールで
ある特許請求の範囲第1項記載の熱硬化性一成
分型イソシアネートキヤツプドプリポリマー組
成物。 5 該イソシアネートキヤツプドプレポリマーが
NCO/OH比が2.0以上となるようにして反応し
て得られたものである特許請求の範囲第4項記載
の熱硬化性一成分型イソシアネートキヤツプドプ
レポリマー組成物。 6 上記成分(a)のイソシアネートキヤツプドプレ
ポリマーがブロツキングされていないイソホロン
ジイソシアネートキヤツプド3官能性ポリエステ
ルポリウレタンプレポリマーで分子量が500〜
5000の100%固形分連続相からなり; 上記成分(b)のポリオールが上記連続相に均一に
分散された可塑化固体相である未反応、未エステ
ル化ペンタエリスリトール微粒である特許請求の
範囲第1項記載の熱硬化性一成分型イソシアネー
トキヤツプドプレポリマー組成物。 7 (a) イソホロンジイソアネートキヤツプドポ
リ(エプシロンカプロラクタン)トリオールで
分子量が500〜3000で、イソホロンジイソシア
ネートとトリオールとがNCO/OH比2:1〜
3:1で反応して得られた100%固体連続相
と; (b) 可塑化された固体相であつて、湿気結合剤、
工業用グレード以上の純度のペンタエリスリト
ールと、OH基、−NCO基に不活性な可塑化剤
とからなり、上記ペンタエリスリトールの量が
組成物全体のNCO/OH比を1:1〜1.5:1
の範囲に減少させ得る量のものと; (c) 有機金属触媒の有効量と: からなる特許請求の範囲第6項記載の熱硬化性一
成分型イソシアネートキヤプドプレポリマー組成
物。 8 上記成分(a)のイソシアネートキヤツプドプレ
ポリマーがNCO基の対OH基比が0.8:1〜3.0:
1のものである特許請求の範囲第1項記載の熱硬
化性一成分型イソシアネートキヤツプドプレポリ
マー組成物。 9 上記イソシアネートキヤツプドプレポリマー
がNCO/OH比が1.5以上となるように反応して
得られたもので、かつ(b)成分のポリオールの量が
NCO/OH比を0.8〜1.5に減少させるものである
特許請求の範囲第1項記載の熱硬化性一成分型イ
ソシアネートキヤツプドプレポリマー組成物。 10 上記成分(a)のイソシアネートキヤツプドプ
レポリマーがブロツキングされていないイソホロ
ンジイソシアネートキヤツプド3官能性ポリエス
テルポリウレタンプレポリマーで分子量が500〜
5000の100%固形分連続相からなり; 上記成分(b)のポリオールが上記連続相に均一に
分散された可塑化固体相である未反応、未エステ
ル化ペンタエリスリトール微粒であつて、上記イ
ソシアネートキヤツプドプレポリマー中のNCO
基の対OH基比を0.8:1〜3.0:1の範囲から
0.8:1〜1.5:1の範囲に減少させ得る量のもの
である特許請求の範囲第1項記載の熱硬化性一成
分型イソシアネートキヤツプドプレポリマー組成
物。 11 (a) 25重量%以下の溶媒と;ブロツキング
されていないイソシアネートキヤツプドプレポ
リマーであつて、脂肪族又は脂環族ポリイソシ
アネートでキヤツプされたポリエステルポリオ
ールからなり、60℃で流体であつて、平均分子
量が500以上、イソシアネート官能価が1を超
え4未満であるものと;からなる連続液相と、 (b) 上記連続液相中に分散された可塑化固体相で
あつて、これが、未反応の単量体、2量体ペン
タエリスリトール又はそのエステル又はその2
量体で少なくとも2個の遊離水酸基を有し、上
記組成物全体のNCO基の対OH基比を1.5:1
より大きいものから0.8:1〜1.5:1に減少さ
せるものと; (c) イソシアネート基と上記(b)の遊離水酸基との
反応を促進させる有機金属又は金属塩触媒であ
つて上記連続液相中に分散しているものと;具
備してなる一成分型ポリウレタン加熱硬化性接
着剤。 12 ポリエステルポリオールがポリカプトラク
トングリコール、トリオール、テトロールから選
ばれたものであり、ペンタエリスリトール又はそ
の2量体が未エステル化のものでありNCO/OH
反応のための有機金属触媒を含有している特許請
求の範囲第11項記載の接着剤。 13 ポリカプロラクタングリコール、トリオー
ル、テトロールの分子量が500〜5000である特許
請求の範囲第12項記載の接着剤。 14 脂肪族又は脂環族ポリイソシアネートが1
個の脂肪族−NCOと一個の脂環族−NCOとを有
するジイソシアネートである特許請求の範囲第1
2項記載の接着剤。 15 上記成分(b)のポリオールが上記組成物全体
中のNCO基の対OH基比を0.8:1〜3.0:1の範
囲から0.8:1〜1.5:1の範囲に減少させ得る量
のものである特許請求の範囲第11項記載の接着
剤。 16 (a) ポリオキシアルキレン又はポリエステ
ル含有ポリオールに、脂肪族又は脂環族ポリイ
ソシアネートで、NCO/OH比=1.5:1〜
3:1の範囲でキヤツピングして常温で液体で
あるブロツキングされていないイソシアネート
キヤツプドプレポリマーを得る工程と、 (b) 全組成物中のNCO/OH比を0.8:1〜1.5:
1に減少させるのに十分な量の固体状ポリオー
ル微粒を上記プレポリマー中に均一に分散させ
る工程[但し、該ポリオールは上記プレポリマ
ーとの相溶性および反応性が60℃以下でなく60
℃以上該プレポリマーの分解温度以下で反応性
を増大し得るものであり、構造式が (ROCH2)3C−[CH2OCH2C(CH2OR)2
]−oCH2OR (但し、Rは水素又は脂肪族、脂環族又は芳香族
のアシル基で、Rの2以上は水素で、nは0ない
し2の整数)であるもの] とを具備してなる熱硬化性一成分型イソシアネー
トキヤツプドプレポリマー組成物の製造方法。 17 キヤピング工程が(1)官能価が2〜8のポリ
エステル又はポリオキシアルキレンポリオール;
(2)脂肪族又は脂環族ジイソシアネートと;を用い
ておこない、上記ポリオールが非エステル化ペン
タエリスリトールであり、これを液状可塑化剤
(最低キユア温度でOH、NCO基に対して不活性
のもの)の補助のもとでプレポリマー中に混合さ
せたものである特許請求の範囲第16項記載の製
造方法。 18 上記(a)工程が、ポリオキシアルキレン又は
ポリエステル含有ポリオールに、脂肪族又は脂環
族ポリイソシアネートNCO/OH比=0.8:1〜
3.0:1の範囲でキヤツピングしてイソシアネー
トキヤツプドプレポリマーを得ることからなる特
許請求の範囲第16項記載の製造方法。[Scope of Claims] 1. An unblocked thermosetting one-component isocyanate-capped prepolymer composition that cures to a solid polymer having a molecular weight at least twice that of the prepolymer at a temperature of 60°C or higher. the prepolymer composition is (a) fluid at 60°C or higher and has a molecular weight of 250 or higher;
having a chain of repeating units selected from oxyalkylene, ester and mixtures thereof,
an unblocked aliphatic or cycloaliphatic isocyanate capped prepolymer forming a uniformly dispersed continuous phase; (b) a solid, finely divided polyol having the structural formula: (ROCH 2 ) 3 C− [ CH2OCH2C ( CH2OR ) 2
] -o CH 2 OR (wherein R is hydrogen or an aliphatic, alicyclic, or aromatic group, two or more of R is hydrogen, n is an integer from 0 to 2) Also, this polyol is at least partially incompatible with the prepolymer below 60°C, and the presence of this solid fine polyol changes the overall NCO to OH ratio of the composition from greater than 1.5:1 to 0.8: 1 to 1.5:1; and (c) an organometallic or metal salt catalyst dispersed in the continuous phase that promotes the reaction between isocyanate groups and the free hydroxyl groups of (b) above; A thermosetting one-component isocyanate-capped prepolymer composition comprising: 2 The dispersed phase is a finely divided polyol;
The thermosetting one-component isocyanate capped prepolymer composition according to claim 1, comprising active hydrogen and a plastic caustic agent inert to isocyanates mixed therein. 3. The thermosetting one-component isocyanate capped prepolymer composition according to claim 1, wherein the continuous phase is solvent-free. 4 (a) The isocyanate-capped prepolymer has an aliphatic or alicyclic diisocyanate having different reactivity -NCO groups and a polyester or polyoxyalkylene polyol at an NCO/OH ratio of 1.5:1 to 3: (b) the thermosetting polyol is an unblocked reaction product obtained by the reaction in 1, and (b) the polyol is unesterified, unreacted pentaerythritol or dipetaerythritol. Component-type isocyanate capped prepolymer composition. 5 The isocyanate capped prepolymer is
5. The thermosetting one-component isocyanate capped prepolymer composition according to claim 4, which is obtained by reacting such that the NCO/OH ratio is 2.0 or more. 6 The isocyanate-capped prepolymer of component (a) is an unblocked isophorone diisocyanate-capped trifunctional polyester polyurethane prepolymer with a molecular weight of 500 to
5,000 100% solids continuous phase; the polyol of component (b) is unreacted, unesterified pentaerythritol fine particles which are a plasticized solid phase uniformly dispersed in the continuous phase. The thermosetting one-component isocyanate capped prepolymer composition according to item 1. 7 (a) Isophorone diisocyanate capped poly(epsilon caprolactan) triol with a molecular weight of 500 to 3000, and an NCO/OH ratio of isophorone diisocyanate to the triol of 2:1 to 2:1.
3:1 reaction with a 100% solid continuous phase; (b) a plasticized solid phase comprising a moisture binder;
It consists of pentaerythritol with a purity higher than industrial grade and a plasticizer inert to OH groups and -NCO groups, and the amount of pentaerythritol increases the NCO/OH ratio of the entire composition to 1:1 to 1.5:1.
(c) an effective amount of an organometallic catalyst; and (c) an effective amount of an organometallic catalyst. 8 The isocyanate capped prepolymer of component (a) has a ratio of NCO groups to OH groups of 0.8:1 to 3.0:
1. A thermosetting one-component isocyanate capped prepolymer composition according to claim 1. 9 The above isocyanate capped prepolymer is obtained by reacting such that the NCO/OH ratio is 1.5 or more, and the amount of polyol as component (b) is
A thermosetting one-component isocyanate capped prepolymer composition according to claim 1, which reduces the NCO/OH ratio from 0.8 to 1.5. 10 The isocyanate-capped prepolymer of component (a) is an unblocked isophorone diisocyanate-capped trifunctional polyester polyurethane prepolymer with a molecular weight of 500 to
5000 100% solids continuous phase; unreacted, unesterified pentaerythritol fine particles which are plasticized solid phase in which the polyol of component (b) is uniformly dispersed in the continuous phase; NCO in doprepolymer
The ratio of groups to OH groups ranges from 0.8:1 to 3.0:1.
A thermosetting one-component isocyanate-capped prepolymer composition according to claim 1 in which the amount can be reduced to between 0.8:1 and 1.5:1. 11 (a) up to 25% by weight of a solvent; an unblocked isocyanate-capped prepolymer consisting of a polyester polyol capped with an aliphatic or cycloaliphatic polyisocyanate, which is fluid at 60°C; a continuous liquid phase having an average molecular weight of 500 or more and an isocyanate functionality of more than 1 and less than 4; (b) a plasticized solid phase dispersed in the continuous liquid phase, which Reaction monomer, dimer pentaerythritol or its ester or its 2
has at least two free hydroxyl groups, and the ratio of NCO groups to OH groups in the entire composition is 1.5:1.
(c) an organometallic or metal salt catalyst which promotes the reaction between the isocyanate groups and the free hydroxyl groups of (b) above in the continuous liquid phase; A one-component polyurethane heat-curable adhesive comprising: 12 The polyester polyol is selected from polycaptolactone glycol, triol, and tetrol, and pentaerythritol or its dimer is unesterified, and NCO/OH
12. An adhesive according to claim 11 containing an organometallic catalyst for the reaction. 13. The adhesive according to claim 12, wherein the polycaprolactane glycol, triol, and tetrol have a molecular weight of 500 to 5,000. 14 Aliphatic or alicyclic polyisocyanate is 1
Claim 1 is a diisocyanate having three aliphatic NCOs and one alicyclic NCO.
Adhesive according to item 2. 15 The polyol of component (b) is in an amount capable of reducing the ratio of NCO groups to OH groups in the entire composition from the range of 0.8:1 to 3.0:1 to the range of 0.8:1 to 1.5:1. An adhesive according to claim 11. 16 (a) Polyoxyalkylene or polyester-containing polyol with aliphatic or alicyclic polyisocyanate, NCO/OH ratio = 1.5:1 ~
capping at a ratio of 3:1 to obtain an unblocked isocyanate-capped prepolymer that is liquid at room temperature; (b) an NCO/OH ratio in the entire composition of 0.8:1 to 1.5:
uniformly dispersing in the prepolymer an amount of solid polyol fine particles sufficient to reduce
It can increase reactivity at temperatures above ℃ and below the decomposition temperature of the prepolymer, and has a structural formula of (ROCH 2 ) 3 C-[CH 2 OCH 2 C(CH 2 OR) 2
] - o CH 2 OR (wherein R is hydrogen or an aliphatic, alicyclic or aromatic acyl group, two or more of R are hydrogen, and n is an integer from 0 to 2)] A method for producing a thermosetting one-component isocyanate capped prepolymer composition. 17 The capping step uses (1) a polyester or polyoxyalkylene polyol with a functionality of 2 to 8;
(2) an aliphatic or alicyclic diisocyanate; the above polyol is non-esterified pentaerythritol; 17. The method according to claim 16, wherein the prepolymer is mixed with the aid of a prepolymer. 18 In step (a) above, the polyoxyalkylene or polyester-containing polyol is added with an aliphatic or alicyclic polyisocyanate NCO/OH ratio of 0.8:1 to
17. A process according to claim 16, which comprises capping in a ratio of 3.0:1 to obtain an isocyanate-capped prepolymer.
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