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JP3974942B2 - 親水性かつ粘着性のポリウレタンゲル組成物 - Google Patents
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親水性かつ粘着性のポリウレタンゲル組成物 Download PDF

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Description

本発明は、改良された親水性で粘着性のポリウレタンゲル組成物及びそれから製造される発泡体、ポリウレタンゲル組成物から製造され、圧力分散能を持ち、特に粘着性のポリウレタン(発泡体)ゲルの使用、そして粘着性でかつ圧力分散能を持っている材料及び接着剤層としてのポリウレタンゲル組成物の使用に関する。
ポリウレタンゲル及びそれから製造される発泡体は、例えば、EP0057839,EP0147588又はUS4,661,099から、及び特許出願DE4308445又はDE4308347から公知である。そこに記載されているポリウレタンゲル及びそれから製造される発泡体のあるものは、流体吸収能のある重合体のような充填剤が任意にそれに混入された場合には、その重量の2〜3%からその重量の100倍を超える量の水性流体を吸収する能力のある粘着性システムである。
上記の文献に記載されているゲル及びゲル発泡体の構造的成分は、ポリヒドロキシ化合物は別として、芳香族又は脂肪族ポリイソシアナートである(しかし実際には芳香族ポリイソシアナートのみが使用されている)。しかし、ゲルを皮膚に接触するための接着剤層として使用することを意図する場合には、脂肪族イソシアナートを用いて製造されたゲルの方が芳香族をベースとするゲルより好ましい。しかしながら、上記の文献に記載されている配合割合で脂肪族イソシアナートをベースに親水性ゲルを製造しようとした場合、脂肪族NCO基は反応性が低いので、もし、皮膚不適合性の問題を避けるために、触媒としてそこに挙げられているアミン又は金属塩を低濃度でのみ使用すると、非常に反応の遅い混合物のみが得られることになる。上記の特許刊行物に従って製造された脂肪族系のゲルのもう一つの不利な点は、それらが酸化分解を非常に受け易く、このため、ゲルの完全な崩壊(液化)が非常に速く起こり、これらのゲルは商業的な用途に使用できなくなることである。例えば医療分野のような特定の用途においては、材料が無菌性であるという要求も又存在する。
無菌物質を得るには、例えば放射線殺菌、酸化エチレンでのガス殺菌もしくは蒸気殺菌のような種々の方法がある。
上記の殺菌方法はすべて、医療用製品や消耗品の製造において使用されているが、それらは全て特定の有利な面と不利な面を持っている。
一つの重要な方法は、γ線殺菌である。この方法は、殺菌されるべき材料を予め密封されたパッケージに入れておくことができ、そして殺菌工程からの残留物が殺菌されるべき材料の中に残ることがないという利点を有している。不利な点は、有機物由来の材料又は合成重合体のような多くの材料においてはフリーラジカルが形成され、その結果材料の崩壊をもたらすことである。この結果、殺菌後の材料が直ちに分解したり又は貯蔵寿命が明らかに減少する。
ポリウレタンゲル又はポリウレタンゲル発泡体においては、このことは、ゲル物質の凝集力の低下によって表される。極端な場合にはγ線殺菌を行うとゲル又はゲル発泡体は高粘度液体に逆戻りする。
従って、本発明の目的は、アミン触媒を避けながら、脂肪族NCO基の低い反応性にもかかわらず少なくとも芳香族イソシアナートを用いて製造される従来の製品と同様の速さで反応する、脂肪族イソシアナートをベースとする耐老化性のポリウレタンゲルを提供すること、及び更に、ポリウレタンゲル発泡体並びにγ線殺菌可能なポリウレタンゲル及びポリウレタンゲル発泡体を提供することである。
従って本発明は、
a)2〜6個のヒドロキシル基を有し、OH価が20〜112であり、そして酸化エチレン含量が10重量%以上であるポリエーテルポリオール、
b)酸化防止剤、
c)触媒としての、ポリオールa)に可溶でありそして2〜18個の炭素原子を有するカルボン酸に基づくカルボン酸ビスマス(III)及び
d)ヘキサメチレンジイソシアナート又は変成されたヘキサメチレンジイソシアナート
から成り、ポリウレタンを形成する成分a)とd)の官能性の積が少なくとも5.2であり、触媒c)の量がポリオールa)に対して0.005〜0.25重量%であり、酸化防止剤b)の量がポリオールa)に対して0.1重量%以上であり、そして、成分d)中の遊離NCO基の成分a)中の遊離OH基に対する比(イソシアナート指数)が0.30〜0.70の範囲内である、親水性かつ粘着性のポリウレタンゲルを提供する。
本発明によれば、好ましいポリエーテルポリオールは3〜4個の、特に好ましくは4個のヒドロキシル基を有し、OH価が20〜112、好ましくは30〜56であるポリエーテルポリオールである。本発明に従って使用されるポリエーテルポリオール中の酸化エチレン含量は好ましくは20重量%以上である。
本発明に従って使用されるポリエーテルポリオールはそれ自体は公知であり、例えば、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化ブチレン又はテトラヒドロフランのようなエポキシドを、それ自体重合させることによって、又はこれらのエポキシド、好ましくは酸化エチレン及び酸化プロピレン(場合によっては、一緒に混合して又は別々に続いて)を、水、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール又はスクロースのような少なくとも2個の反応性水素原子を有する、出発成分(starter component)に添加することによって製造される。本発明に従って使用される比較的高分子量の上記のポリヒドロキシル化合物の代表例は、例えば、High Polymers, volume XVI, Polyurethanes, Chemistry and Technology,(Saunders-Frisch, Interscience Publishers, New York, volume 1, 1962, 32-42頁)に列挙されている。
本発明に従って使用されるイソシアナート成分は、単量体の又は3量化したヘキサメチレンジイソシアナート、或いは、ビウレット、ウレチジオン、アロファン酸エステル基によって、又は2個以上の反応性水素原子を有する既知の出発成分、及び酸化エチレンもしくは酸化プロピレンのようなエポキシドをベースとし、OH価が850以下、好ましくは100〜600であるポリエーテルジオール又はポリエーテルポリオールの混合物と共に予備重合することによって変成されたヘキサメチレンジイソシアナートである。変成されたヘキサメチレンジイソシアナート、特にOH価が200〜600であるポリエーテルジオールと共に予備重合することによって変成されたヘキサメチレンジイソシアナートを使用することが好ましい。特に非常に好ましいヘキサメチレンジイソシアナートの変成生成物は、OH価が200〜600のポリエーテルジオールと共に予備重合して変成し、単量体のヘキサメチレンジイソシアナートの残留含有量が0.5%未満である変成生成物である。
本発明のポリウレタンゲルのために考慮され得る触媒は、無水のポリエーテルポリオールa)に可溶で、2〜18個の、好ましくは6〜18個の炭素原子を有する直鎖又は分岐した、飽和又は不飽和のカルボン酸に基づくカルボン酸ビスマスである。第三級のカルボキシル基を有する分岐した飽和のカルボン酸のビスマス(III)塩、例えば2,2−ジメチルオクタン酸(例えば、versaticacid,Shell)のビスマス(III)塩が好ましい。過剰量のこれらのカルボン酸中でこれらのビスマス(III)塩を製造するのが非常に好適である。versatic10 acid(2,2−ジメチルオクタン酸)のビスマス(III)塩1モルを過剰量のこの酸3モルに溶解した、Bi含量が17%の溶液が特に好適であることが分った。
本発明によれば、触媒は、ポリオールa)に対して0.01〜0.3重量%、特に0.03〜0.15重量%の量で使用するのが好ましい。
本発明のポリウレタンゲル及びポリウレタンゲル発泡体のために考慮され得る酸化防止剤(安定剤)は、特に、立体障害フェノール系安定剤、例えばBHT(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール)、VulkanoxBKF(2,2’−メチレン−ビス−(6−t−ブチル−4−メチルフェノール))(Bayer AG)、Irganox1010(ペンタエリスリチルテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート])、Irganox1076(オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)、Irganox1330(1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンジル)ベンゼン)、Irganox1520(2−メチル−4,6−ビス[(オクチルチオ)メチル]フェノール)(Ciba−Geigy)及び/又はトコフェノール類である。a−トコフェノール(ビタミンE)型の酸化防止剤が好ましく使用される。更に使用される安定剤については、例えば、Ullmann(巻A3、91−111頁;巻A20、461−479頁;巻A23、381−391頁)に記載されている。
フェノール系安定剤の安定化特性は、例えばIrganoxPS800(3,3’−チオジプロピオン酸ジラウリルエステル)又はジオクチルジデシルジスルフィドのような、有機置換されたスルフィド又はジスルフィドの添加によって更に改善される。フェノール系安定剤の組み合わせも又可能である。
特に名を挙げた安定剤を添加すると、本発明によるポリウレタンゲル及びポリウレタンゲル発泡体から高エネルギーのγ線による殺菌を行うことも可能な製品を製造することができるようになる。このことは、例えば創傷手当用品(とりわけ、救急創傷用包帯、粘着性プラスター又はパッド)のような医療用品の製造において特に重要である。
酸化防止剤は、好ましくは、ポリオールa)に対して0.15〜5重量%、特に0.2〜2.0重量%の量で使用される。上述した酸化防止剤混合物の場合には、酸化防止剤は、ポリオールa)を基準として個々の物質毎に0.05〜0.5重量%の量で使用されるのが好ましい。
本発明によれば、充填剤、染料、増粘剤、伸展剤、樹脂等のようなポリウレタンに対する通常の添加剤を、親水性のゲル組成物に、好ましくはポリオールa)を基準として100重量%迄の量で、添加することができる。使用される充填剤は、例えば無機を主体とする又は有機を主体とする短繊維のような、それ自体ポリウレタン化学から知られている添加剤である。特に名を挙げることができる無機の充填剤は、酸化亜鉛及び酸化チタンから製造された粉体並びに長さが0.1〜1mmのガラス繊維のようなガラス繊維である。特に列挙することができる有機充填剤は、膨潤し得る粉体及び0.01mmを超える繊維長さを有する繊維、例えば、Absorbent Polymer Technology(Brannon-Peppas, Harland, Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York-Tokyo, 1990, 9-22頁)に記載されているようなポリアクリル酸及びその塩又はその他に基づく繊維、及び、例えばポリエステル又はポリアミド繊維のような織物繊維として使用される材料である。染料又は着色用顔料は、特に食品、包装又は化粧品において使用できるものと見なされるべきである。液状伸展剤又は樹脂は、特に、接着特性に影響を与え得るビニル化合物重合体、ポリアクリル酸エステル及び接着剤技術において一般的に使用されているその他の共重合体である。
親水性ゲル組成物は、本発明に従って、発泡したゲルの密度がゲル組成物の初期密度の1/6にまで低下するように発泡させることもできる。使用し得る発泡剤は、ポリウレタン化学において一般的な発泡剤である。これらの例として、イソシアナートと水の反応生成物としてその場で化学的に生成する二酸化炭素、又は、低沸点液体、例えばHFC113、HCFC22又はn−及びiso−ペンタン、シクロペンタン、ブタン及びヘキサン、のような物理的に作用する無水の発泡剤が挙げられる。それ以外の発泡剤は、例えばKunststoff Handbuch, no. 7, Polyurethane(Becker, Braun, Carl Hanser, Munich-Vienna, 1993, 115-118頁)に記載されている。しかしながら、不活性ガスが、本発明によるポリウレタン組成物を発泡させるために特に適している。このことは、窒素、稀ガス又は二酸化炭素のようなガス中で、水を添加することなく、通常の工業的なポリウレタン混合方法を用いて攪拌することによって達成される。
本発明ポリウレタンゲル及びポリウレタンゲル発泡体のイソシアナート指数(反応において使用される遊離NCO基の遊離OH基に対する比)は、使用されるイソシアナート成分及びポリオール成分の官能性にもよるが、0.3〜0.7の範囲、好ましくは0.42〜0.60の範囲である。ポリウレタンゲル(発泡体)の品質を特徴付けるイソシアナート指数は次式:
Figure 0003974942
(式中、fは、イソシアナート又はポリオール成分の官能性を示す)
を用いて非常に簡単に推定することができる。
ゲルの所望の粘着性又は弾性に依存して、実際に使用されるソシアナート指数は、計算値から±20%まで変動し得る。
本発明によるポリウレタンゲル組成物は、例えばBecker/Braun, Kunststoff-Handbuch, volume 7, Polyurethane, 139頁,Carl-Hanser Verlag Munich-Vienna, 1993に記載されているような、通常の工程を用いて製造される。
本発明によるポリウレタンゲル組成物及びポリウレタンゲル発泡体組成物は、一般的には成形品及び接着層の製造、特に人体及び動物の組織、例えば、皮、粘液分泌膜、又は解放創傷もしくは体液もしくは、例えば唾液、血液、創傷液、尿、おり、もしくは汗のような、分泌液と接触する製品の製造のために使用することができる。その物質は、皮に粘着又は付着するのにも適している。医療分野における用途、特に粘着性プラスター、救急創傷包帯、又は人体表面に張り付ける粘着性創傷治療用品として使用される軽度な又は強力な粘着性塗布物としての使用が好ましい。それらはまた、血液や傷口分泌液を吸収し、クッションや断熱性を提供するように作用する。液体の吸収は、本発明のゲルを発泡させることによって促進することができる。クッション効果の著しい改良と断熱性の改善が更に達成される。その他の応用分野は、整形外科用品、個人的な衛生もしくは化粧用品、又は高吸湿性、膨潤性及びクッション性の上敷きもしくは挿入品であり、場合によっては、クッションもしくはパッデイング用部品のための圧力分散用充填剤組成物としても用いられる。
実施例
1.使用した成分
1.1 イソシアナート1 (本発明)
ヘキサメチレンジイソシアネート7モルと平均分子量が400(OH価=280)であるポリプロピレンオキシドジオール1モルを80℃で反応させた。次いで、過剰のジイソシアナートモノマーを蒸発器中で約0.5ミリバールで蒸留によって除去し、残留含量を約0.2重量%に低下させた。残っているNCOプレポリマーは、NCO含量が12.6重量%であり、粘度(23℃における)が2500mPa・sであった。
1.2 イソシアナート2 (比較)
4,4’−MDI 5.1モル及び平均分子量が220であるポリプロピレングリコール1モルから製造したNCOプレポリマー。出発物質を80℃で反応させた。NCO含量が22.7重量%のNCOプレポリマーが得られる。
1.3 ベースポリオール
次の構造のポリエーテルポリオール:
末端を酸化エチレンでブロックした、ペンタエリスリトール+酸化プロピレン+酸化エチレン共重合体。
官能性:4; OH値:35; 平均分子量:6400(計算値)。
酸化エチレン含量:20重量%。
0.50重量%のBHTを、ゲルを製造するための処理の前にベースポリオールに添加した。
1.4 Bi(III)塩触媒
Bi(III)と2,2−ジメチルオクタン酸との塩1モルを2,2−ジメチルオクタン酸3モルに溶解した溶液(ビスマス含量が約17重量%の)(Coscat83の商品名で市販、製造業者:Cosan Chemical Corp.,Carlstadt,N.J.,USA)。
2.反応速度の測定
混合物の室温(23℃)でのゲル化時間を反応性の尺度として測定した。ベースポリオール1000gを、触媒と組み合わせ、1リットルの攪拌装置中で室温で2時間均質化した。この混合物100gをイソシアナート1又は2の10.4g又は5.7gと組み合わせ、ガラス棒で1分間激しく攪拌した。ゲル化を一分間隔で試験した:ゲル化は、反応混合物がもはや流出できない状態になり、ガラス棒を素早く引き上げたときに付着しているゲルがはぎ取られた時点で、達成された。
全ての実施例において同一のベースポリオールを使用した。比較例1のゲル化時間は、芳香族ジイソシアナート(イソシアナート2)を用いての実際の処理において好結果を得ているゲル化速度を示している。
実施例1及び2は本発明によるものである。実施例1は、脂肪族イソシアナート1を使用した場合、ビスマス(III)塩触媒は、架橋反応を、比較例1において芳香族イソシアナート1を用いて達成された転化率の水準にまで促進する能力があることを示している。実施例2は、比較例2との比較において、脂肪族ジイソシアナートを使用した場合、ビスマス(III)塩触媒は、従来から効果が高いと考えられているスズ触媒(比較例2)より遥かに効果が大きいことを示している。
Figure 0003974942
3.安定性の測定
1.3項で述べたポリオールを、処理の前に、BHT0.5重量%とではなくて試験するべき酸化防止剤又は組み合わせと組み合わせることによって、貯蔵試験片を製造した。
3.1 試験片の製造
1)ベースポリオールA重量部(pbw)を、必要に応じ、酸化防止剤B重量部、触媒C重量部と、及び充填剤E重量部と組み合わせ、そして1リットルの攪拌装置中で室温で2時間均質化した(表1参照)。この混合物Y重量部をZ重量部のイソシアナート1又は2と組み合わせ、ガラス棒で1分間激しく攪拌した(表2参照)。
その材料を、まだ液体である間に、シリコン処理した紙の上で、厚みが1−2mmのシートにキャスト成形し、そして、乾燥室中で80℃で10分間硬化した。
2)ベースポリオールA重量部を、酸化防止剤B重量部、触媒C重量部と、及び必要に応じて充填剤E重量部と組み合わせ、そして5リットルの攪拌装置中で室温で2時間均質化した。ポリウレタンを加工し接着剤を製造するための標準的な攪拌及び定量送液用装置を用いて、この混合物Y重量部をZ重量部のイソシアナート1及び必要に応じ発泡剤F重量部と激しく混合した。
a)最終反応混合物約10gを、PEのリッド(lid)上で、厚みが1−2mmのシートにキャスト成形し、そして、乾燥室中で80℃で10分間硬化した。
b)または、コーティングナイフを用いて、液状組成物を押し広げて厚みが1−2mmの平板構造物とした。次いでその物質を80℃で18分間硬化した。
c)または、コーティングナイフを用いて、液状組成物を押し広げて厚みが1−2mmの平板構造物とした。次いでその材料を70℃で6分間硬化した。
試験片は、70℃の空気循環式乾燥室の中で直径23cmの結晶化皿中で覆いをせずに保存した。最初は、1週間間隔で、続いて4週間間隔で、試験片を視覚により検査しそしてガラス棒で攪拌することにより耐性を試験した(表3参照)。
試験片は、融解したり、砕けやすくなったり又は非常に柔らかくなった時点で崩壊したとみなした。
Figure 0003974942
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Figure 0003974942
Figure 0003974942
上述のベースポリオールを全ての実施例において使用した。
実施例2〜8及び35〜38は、これらのゲルはγ−線で殺菌すると非常に短時間で融解又は分解する程度にまで崩壊するので、安定化は絶対に必要不可欠であることを示している(比較例)。
実施例9〜12及び17〜18は、安定剤濃度が低くても材料を安定化できることを示している。このことは、特にその材料がγ−線で殺菌されている場合に当てはまる。
実施例18〜20は、材料の安定性が安定剤濃度に依存することを示している。
実施例1、9、13〜34及び39〜40は、特に比較的高い分子量のフェノール系安定剤を用い、スルフィド化合物を追加して、循環式空気乾燥室における70℃という厳しい温度条件下でさえも貯蔵期間が1年以上である混合物を製造することができることを証明している。従って、厳しい条件下でも、少なくとも5年の貯蔵寿命が、厳しい環境温度条件下でも可能である。車両中に法的に要求されるような救急箱に入れておく救急創傷用包帯における使用は完全に可能である。
本発明によるその他の実施例は、多種多様な安定剤が上述の量の範囲内で効果を有することを証明している。
本発明の好適な実施の態様は次のとおりである。
1.a)2〜6個のヒドロキシル基を有し、OH価が20〜112であり、そして酸化エチレン(EO)含量が10重量%以上であるポリエーテルポリオール、
b)酸化防止剤、
c)触媒としての、ポリエーテルポリオールa)に可溶でありそして2〜18個の炭素原子を有するカルボン酸に基づくカルボン酸ビスマス(III)及び
d)ヘキサメチレンジイソシアナート又は変成されたヘキサメチレンジイソシアナート
から製造され、ポリウレタンを形成する成分a)とd)の官能性の積が少なくとも5.2であり、触媒c)の量がポリオールa)に対して0.005〜0.5重量%であり、酸化防止剤b)の量がポリオールa)に対して0.1重量%以上であり、そして、成分d)中の遊離NCO基の成分a)中の遊離OH基に対する比(イソシアナート指数)が0.30〜0.70の範囲内である、親水性かつ粘着性のポリウレタンゲル組成物。
2. 3〜4個のヒドロキシル基を有し、そしてOH価が30〜56であり、酸化エチレン含量が20重量%以上であるポリエーテルポリオールが使用されることを特徴とする上記1に記載の親水性かつ粘着性のゲル組成物。
3. OH価が200〜600であるポリエーテルジオールと共に予備重合することによって変成されたヘキサメチレンジイソシアナートが、イソシアナート成分として使用されることを特徴とする上記1に記載の親水性のゲル組成物。
4. ポリオールa)を基準として100重量%迄の添加剤が、ゲル組成物に添加されることを特徴とする上記1に記載の親水性のゲル組成物。
5. ゲル組成物を発泡させ、発泡したゲルの密度がゲル組成物の初期密度の1/6にまで低下していることを特徴とする上記1に記載の親水性のゲル組成物。
6. 上記1に記載の親水性ポリウレタンゲル組成物の、成型品及び接着層の製造のための使用。

Claims (3)

  1. a)2〜6個のヒドロキシル基を有し、OH価が20〜112であり、そして酸化エチレン(EO)含量が10重量%以上であるポリエーテルポリオール、
    b)酸化防止剤、
    c)触媒としての、ポリエーテルポリオールa)に可溶でありそして2〜18個の炭素原子を有するカルボン酸に基づくカルボン酸ビスマス(III)及び
    d)ヘキサメチレンジイソシアナート又は変成されたヘキサメチレンジイソシアナートから製造され、ポリウレタンを形成する成分a)とd)の官能性の積が少なくとも5.2であり、触媒c)の量がポリオールa)に対して0.005〜0.5重量%であり、酸化防止剤b)の量がポリオールa)に対して0.1重量%以上であり、そして、成分d)中の遊離NCO基の成分a)中の遊離OH基に対する比(イソシアナート指数)が0.30〜0.70の範囲内である、親水性かつ粘着性のポリウレタンゲル組成物。
  2. 請求項1に記載の親水性かつ粘着性のポリウレタンゲル組成物を含んでなる成型品。
  3. 請求項1に記載の親水性かつ粘着性のポリウレタンゲル組成物を含んでなる接着層。
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