Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP5700575B2 - 1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法 - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP5700575B2 - 1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法 - Google Patents

1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5700575B2
JP5700575B2 JP2012503119A JP2012503119A JP5700575B2 JP 5700575 B2 JP5700575 B2 JP 5700575B2 JP 2012503119 A JP2012503119 A JP 2012503119A JP 2012503119 A JP2012503119 A JP 2012503119A JP 5700575 B2 JP5700575 B2 JP 5700575B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mass
reaction
pentamethylenediamine
pentamethylene diisocyanate
lysine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012503119A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2011108473A1 (ja
Inventor
友則 秀崎
友則 秀崎
明子 夏地
明子 夏地
俊彦 中川
俊彦 中川
五郎 桑村
五郎 桑村
大輔 長谷川
大輔 長谷川
山崎 聡
聡 山崎
邦章 佐藤
邦章 佐藤
武内 寛
寛 武内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Chemicals Inc filed Critical Mitsui Chemicals Inc
Priority to JP2012503119A priority Critical patent/JP5700575B2/ja
Publication of JPWO2011108473A1 publication Critical patent/JPWO2011108473A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5700575B2 publication Critical patent/JP5700575B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/001Amines; Imines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C263/00Preparation of derivatives of isocyanic acid
    • C07C263/10Preparation of derivatives of isocyanic acid by reaction of amines with carbonyl halides, e.g. with phosgene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/02Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates of isocyanates or isothiocyanates only
    • C08G18/022Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates of isocyanates or isothiocyanates only the polymeric products containing isocyanurate groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/089Reaction retarding agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/16Catalysts
    • C08G18/18Catalysts containing secondary or tertiary amines or salts thereof
    • C08G18/1875Catalysts containing secondary or tertiary amines or salts thereof containing ammonium salts or mixtures of secondary of tertiary amines and acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/2805Compounds having only one group containing active hydrogen
    • C08G18/2815Monohydroxy compounds
    • C08G18/283Compounds containing ether groups, e.g. oxyalkylated monohydroxy compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30Low-molecular-weight compounds
    • C08G18/32Polyhydroxy compounds; Polyamines; Hydroxyamines
    • C08G18/3203Polyhydroxy compounds
    • C08G18/3206Polyhydroxy compounds aliphatic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/701Compounds forming isocyanates or isothiocyanates in situ
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/73Polyisocyanates or polyisothiocyanates acyclic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/005Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor after treatment of microbial biomass not covered by C12N1/02 - C12N1/08
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/88Lyases (4.)
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Description

本発明は、1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、1,5−ペンタメチレンジアミン、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、ポリイソシアネート組成物、および、ポリウレタン樹脂に関するものである。
1,5−ペンタメチレンジイソシアネート(PDI)や、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートを変性して得られる変性体(例えば、イソシアヌレートなどのポリイソシアネート組成物)は、ポリウレタン樹脂の原料などとして用いられている。
1,5−ペンタメチレンジイソシアネートは、工業的には、例えば、1,5−ペンタメチレンジアミン(PDA)をホスゲン化することにより、製造されている。
また、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの原料である1,5−ペンタメチレンジアミンは、バイオマス由来のポリマー原料、例えば、ポリウレタン原料、ポリアミド原料などとして注目され、例えば、発酵法、酵素法などの生化学的手法により製造されている。
1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法としては、例えば、リジン(別名:リシン)を基質にリジン脱炭酸酵素を作用させることにより1,5−ペンタメチレンジアミン(別名:1,5−ジアミノペンタン、カダベリン)へと変換する方法が知られている(例えば、下記特許文献1参照。)。
リジンの酵素的脱炭酸反応においては、リジン脱炭酸酵素を発現する細胞を用いることができるが、リジン脱炭酸酵素を発現する細胞をより多く使用したりしなくとも、この細胞に処理を施すことで、処理前と比して単位細胞当りの反応性を高められることが知られている。単位細胞当りの反応性とは、リジン脱炭酸酵素を発現する細胞当りの反応収率および生産速度のことを示す。そのような細胞の処理方法としては、例えば、超音波処理、ダイノミル、フレンチプレス等を用いて細胞を破砕する方法(下記特許文献1参照。)、もしくは細胞を有機溶媒や界面活性剤などの添加剤により処理する方法(下記特許文献2参照。)が提案されている。
また、例えば、遠心分離して回収した菌体を−80℃で凍結し、使用時に氷上で融解させる処理方法も、知られている(下記特許文献2参照。)。
さらに、別の方法として、リジン脱炭酸酵素を細胞表面に局在化させた大腸菌を用いることで、反応性を高める方法も提案されている(下記特許文献1参照。)。
例えば、下記特許文献1では、リジン脱炭酸酵素を細胞内に発現させた組み換え大腸菌を培養液から回収し、何の処理も施さずに無処理でL−リジン塩酸塩に作用させたところ、反応150時間で1,5−ペンタメチレンジアミン収率15%、生産速度0.001mol/L・hrであることが示されている。一方、超音波処理を施した細胞破砕液を用いると、反応10時間で収率53%、生産速度0.072mol/L・hr、またリジン脱炭酸酵素を細胞表面に局在化させた大腸菌を用いると、反応72時間で収率90%、生産速度0.017mol/L・hrとなり、反応性が向上することが明らかとなっている。
特開2004−114号公報 特開2005−6650号公報
リジン脱炭酸反応の反応性を高める方法として、上記のような方法が提案されているが、これらは工業的に有利な方法とは言えない。
例えば、細胞を破砕処理する方法では、工業的規模の特殊で高額な細胞破砕装置を必要とする上、破砕処理の操作が煩雑となり経済的ではない。
細胞を添加剤で処理する方法では、1,5−ペンタメチレンジアミンを単離精製するために、煩雑な操作となる添加剤の除去工程が必要となり、工程が複雑化するという問題がある。
また、リジン脱炭酸酵素を細胞表面に局在化させた大腸菌を用いる方法では、細胞内に酵素を発現させた大腸菌を用いる方法と比較して、使用する細胞当りのリジン脱炭酸酵素の発現量が少なくなってしまい、その分多量の細胞を作製し、反応に添加する必要がある。反応に添加する細胞量が増大すると、細胞由来のタンパク質等の不純物の量も必然的に増え、細胞やそれに由来する不純物を除去する工程において負荷が大きくなる。加えて細胞やそれに由来する不純物の除去が不十分であると、1,5−ペンタメチレンジアミンもしくはこれを原料としたポリマーの品質を低下させる恐れがある。
また同時に重要な点として、処理は酵素そのものを失活させる、または活性を低下させる場合があることが知られているが、酵素の活性そのものが低下してしまっては単位細胞当りの反応性の向上は限定的なものとなる。
本発明の課題は、酵素の活性そのものの低下を最小限に抑制しつつ、工業的に有利な方法で処理を施したリジン脱炭酸酵素を発現する細胞の処理物を用いて、単位細胞当りの反応性の向上を実現し、リジンから高生産速度および高反応収率で1,5−ペンタメチレンジアミンを製造する1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、また、その製造方法により得られる1,5−ペンタメチレンジアミン、さらに、得られた1,5−ペンタメチレンジアミンから製造される1,5−ペンタメチレンジイソシアネートおよびポリイソシアネート組成物、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、さらには、それら1,5−ペンタメチレンジイソシアネートおよびポリイソシアネート組成物を用いて得られるポリウレタン樹脂を提供することにある。
本発明者らは鋭意検討を行った結果、熱処理時に細胞を高密度化することで、通常では酵素活性が低下してしまう温度で熱処理した場合でも酵素活性の低下をほとんど完全に抑制できることを見出した。そのような特殊な状態で熱処理することで、酵素の活性は保持しつつ、細胞当りの反応性を飛躍的に向上させうることを見出し本発明を完成させた。また、凍結融解処理でも細胞を高密度化することで、リジン脱炭酸酵素の活性低下を抑制しつつ、細胞当りの反応性を飛躍的に向上させうることを見出し、本発明を完成させた。さらに、リジン塩を高濃度に細胞に処理すると、全く予想外に生きている細胞が簡単に影響され、細胞当りの反応性を飛躍的に向上させうることを見出し本発明を完成させた。またリジン脱炭酸酵素を発現する細胞に、これらの処理を単独もしくは2種類以上組み合わせて行い、そのような細胞の処理物を用いることで、リジン脱炭酸反応の細胞当りの反応性を高めることを見出した。
すなわち、本発明は、
[1] 処理を施したリジン脱炭酸酵素発現微生物を使用することを特徴とする、1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法
[2] 前記処理が凍結融解処理、熱処理、リジン塩処理のいずれかひとつ以上であることを特徴とする、[1]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
[3] 前記凍結融解処理における凍結温度が、−80℃以上、リジン脱炭酸酵素発現微生物またはその懸濁液の凝固点以下であることを特徴とする、[2]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
[4] 前記凍結融解処理における乾燥菌体換算濃度が、3質量%以上25質量%以下であることを特徴とする、[2]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
[5] 前記凍結融解処理において、凍結温度が−80℃を超過している、および/または、乾燥菌体換算濃度が25質量%未満であることを特徴とする、[2]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
[6] 前記凍結融解処理において、凍結温度および乾燥菌体換算濃度が、下記(a)または(b)の条件を満たすことを特徴とする、[2]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
(a)凍結温度が−80℃以下であり、乾燥菌体換算濃度が3質量%以上15質量%以下である。
(b)凍結温度が−10℃以下−30℃以上であり、乾燥菌体換算濃度が3質量%以上25質量%以下である。
[7] 前記熱処理温度が50℃以上70℃未満であることを特徴とする、[2]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
[8] 前記熱処理時の乾燥菌体換算濃度が12.5質量%以上であることを特徴とする、[2]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
[9] 前記リジン塩処理におけるリジン塩がリジン塩酸塩であることを特徴とする、[2]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
[10] 前記リジン塩処理が32質量%以上のリジン塩酸塩水溶液に接触させるリジン塩酸塩処理であることを特徴とする、[2]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
[11] 1,5−ペンタメチレンジアミンを、1,5−ペンタメチレンジアミンを含有する水溶液から、炭素数4〜7の1価アルコールにより、90℃以上で熱処理することなく抽出することを特徴とする、[1]に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、
[12]上記の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法により得られることを特徴とする、1,5−ペンタメチレンジアミン、
[13]上記の1,5−ペンタメチレンジアミンを、ホスゲン化することにより得られることを特徴とする、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、
[14]上記の1,5−ペンタメチレンジアミンを、カルバメート化および熱分解することにより得られ、酸化防止剤と、酸性化合物および/またはスルホンアミド基を有する化合物とを含有することを特徴とする、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、
[15]1,5−ペンタメチレンジアミンを、抽出溶媒により抽出し、前記抽出における前記抽出溶媒を、前記カルバメート化における反応原料として用いることを特徴とする、[14]に記載の1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、
[16]上記の1,5−ペンタメチレンジイソシアネートを変性することにより得られ、下記(a)〜(e)の官能基を少なくとも1種含有することを特徴とする、ポリイソシアネート組成物、
(a)イソシアヌレート基
(b)アロファネート基
(c)ビウレット基
(d)ウレタン基
(e)ウレア基
[17]上記の1,5−ペンタメチレンジイソシアネートと、活性水素化合物とを反応させることにより得られることを特徴とする、ポリウレタン樹脂、
[18]上記のポリイソシアネート組成物と、活性水素化合物とを反応させることにより得られることを特徴とする、ポリウレタン樹脂、
[19]1,5−ペンタメチレンジアミンを含有する水溶液から、炭素数4〜7の1価アルコールにより、90℃以上で熱処理することなく抽出することにより得られる1,5−ペンタメチレンジアミンを、ホスゲン化することを特徴とする、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、
[20]1,5−ペンタメチレンジアミンを含有する水溶液から、炭素数4〜7の1価アルコールにより、90℃以上で熱処理することなく抽出することにより得られる1,5−ペンタメチレンジアミンを、カルバメート化および熱分解することを特徴とする、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、
[22]さらに、酸化防止剤と、酸性化合物および/またはスルホンアミド基を有する化合物とを配合することを特徴とする、[21]に記載の1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、
[23]1,5−ペンタメチレンジアミンを、抽出溶媒により抽出し、前記抽出における前記抽出溶媒を、前記カルバメート化における反応原料として用いることを特徴とする、[21]に記載の1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法。
である。
本発明によれば、工業的に有利な方法で処理を施したリジン脱炭酸酵素を発現する細胞の処理物を用いて、リジンから高生産速度および高反応収率で1,5−ペンタメチレンジアミンを製造することができる。
また、本発明によれば、高生産速度および高反応収率で得られる1,5−ペンタメチレンジアミンを用いることにより、高生産速度および高反応収率で、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートを得ることができる。
さらに、本発明の1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、ポリイソシアネート組成物およびポリウレタン樹脂は、高生産速度および高反応収率で得られる1,5−ペンタメチレンジアミンを原料として製造されるため、高生産速度および高反応収率で得ることができる。
無処理菌体および60℃熱処理菌体を用いた反応における時間と収率の関係を示す図である。 10質量%および45質量%のリジン塩酸塩を用いた反応における時間と収率の関係を示す図である。 無処理菌体および−20℃凍結融解処理菌体を用いた反応における時間と収率の関係を示す図である。 リジン塩酸塩を45質量%として、無処理菌体および−20℃凍結融解処理菌体を用いた反応における時間と収率の関係を示す図である。
発明の実施形態
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の方法では、リジン脱炭酸酵素を発現する細胞(リジン脱炭酸酵素発現微生物)に、処理、例えば、熱処理、凍結融解処理もしくはリジン塩処理の少なくとも1つ以上を施し、そのような細胞の処理物を用いて、リジンを基質に1,5−ペンタメチレンジアミン(以下、単にペンタメチレンジアミンと称する場合がある。)を製造する。
本発明によれば、上記処理を施した細胞の処理物を用いることにより、該処理を施す前と比してより高反応収率および高生産速度で1,5−ペンタメチレンジアミンを製造することができる。
本発明における熱処理、凍結融解処理もしくはリジン塩処理は、それら細胞処理物の乾燥菌体換算重量あたりのリジン脱炭酸酵素活性が向上し、リジン脱炭酸酵素が安定的な方法であれば特に制限はない。
以下にそのような方法を例示する。
本発明における熱処理とは、細胞を46℃以上75℃未満、好ましくは、50℃以上70℃未満に保温することである。
熱処理は、基質液に添加する前の細胞に施してもよいし、細胞を添加して反応を開始した反応液に施してもよい。例えば、反応液を一時的に上記温度に保温すればよい。
熱処理の時間は、通常、10分間以上、好ましくは10分間以上60分間以下である。
熱処理に用いる細胞の形態は、特に制限はないが、例えば、培養液から遠心分離して得られた細胞そのままのものであってもよいし、培養液から遠心分離して得られた細胞を溶剤(例えば、水、緩衝液等)に懸濁した細胞懸濁液であってもよい。
細胞懸濁液における乾燥菌体換算濃度は、特に制限はないが、例えば、0.025質量%以上、好ましくは、0.25質量%以上、より好ましくは1.0質量%以上、とりわけ好ましくは、12.5質量%以上である。
本発明における凍結融解処理では、凍結温度は、細胞またはその懸濁液の凝固点以下であって、具体的には、−180℃以上凝固点以下、好ましくは−90℃以上凝固点以下、より好ましくは−80℃以上凝固点以下、さらに好ましくは、−70℃以上凝固点以下、さらには、−40℃以上凝固点以下、とりわけ好ましくは、−30℃以上−10℃以下である。融解温度は、細胞もしくはその懸濁液の凝固点以上、好ましくは凝固点以上80℃未満、より好ましくは凝固点以上75℃以下、さらに好ましくは凝固点以上70℃以下である。
また、凍結融解処理を施す細胞懸濁液の乾燥菌体換算濃度は、特に制限はないが、例えば、1.2質量%以上、好ましくは、3質量%以上25質量%以下、より好ましくは3質量%以上25質量%未満、さらに好ましくは3質量%以上20質量%未満、とりわけ好ましくは、3質量%以上15質量%以下である。
また、凍結融解条件として、好ましくは、凍結温度が−80℃を超過している、および/または、乾燥菌体換算濃度が25質量%未満であることが挙げられる。なお、このような条件では、凍結温度が−80℃を超過しているか、または、乾燥菌体換算濃度が25質量%未満であればよく、凍結温度が−80℃を超過し、かつ、乾燥菌体換算濃度が25質量%未満であることも含まれる。
さらに、凍結融解条件として、とりわけ好ましくは、凍結温度および乾燥菌体換算濃度が、下記(a)または(b)の条件を満たすことが挙げられる。
(a)凍結温度が−80℃以下であり、乾燥菌体換算濃度が3質量%以上15質量%以下である。
(b)凍結温度が−10℃以下−30℃以上であり、乾燥菌体換算濃度が3質量%以上25質量%以下である。
このような凍結融解処理によれば、細胞の優れた活性を確保することができる。
なお、凍結融解処理では、一部の細胞が凍結していればよい。
また、凍結融解処理と合わせて細胞の凍結保存を行うこともできる。例えば、培養液から遠心分離して得た細胞を凍結し、反応に用いるまで一定期間凍結保存しておき、反応に用いる直前に融解すればよい。
融解は、凍結した細胞をそのまま、リジンおよびピリドキサールリン酸を含む基質溶液に添加することでもできる。そうすることで、細胞を融解しながら、リジン脱炭酸反応を進行させることができ、操作が簡便で効率的になる。
本発明におけるリジン塩処理とは、リジン塩を含む溶剤(例えば、水、緩衝液等)に細胞を懸濁することである。
リジン塩の濃度は、例えば、10質量%以上75質量%未満、好ましくは、25質量%以上75質量%以下、より好ましくは30質量%以上70質量%以下、さらに好ましくは32質量%以上65質量%以下である。
リジン塩処理に用いるリジン塩としては、例えば、リジンの塩酸塩、酢酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩もしくは硝酸塩などが挙げられ、好ましくは、リジンの塩酸塩が挙げられる。
リジン塩処理は、リジンの酵素的脱炭酸反応を行っている反応液中で実施することもできる。例えば、上記濃度のリジン塩およびピリドキサールリン酸を含む基質溶液に、細胞またはその処理物を添加することで、細胞にリジン塩処理を施しながら、同時にリジンの脱炭酸反応を進行させることができる。
以上のような方法で、本発明の処理を行うことができるが、これらの処理は、単独でもよいし、2種類以上組み合わせて行ってもよい。組み合わせの例としては、凍結融解処理を施した細胞の処理物を上記濃度のリジン塩およびピリドキサールリン酸を含む溶液に添加して反応を開始することで、リジン脱炭酸反応の細胞当りの反応性を高めることができる。
本発明で製造される1,5−ペンタメチレンジアミンは、その塩であってもよい。1,5−ペンタメチレンジアミンの塩としては、例えば、1,5−ペンタメチレンジアミンの塩酸塩、酢酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩もしくは硝酸塩などが挙げられる。
1,5−ペンタメチレンジアミンの塩として、好ましくは、1,5−ペンタメチレンジアミンの塩酸塩が挙げられる。
本発明で原料として用いられるリジンは、その塩であってもよい。リジンの塩としては、例えば、リジンの塩酸塩、酢酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩もしくは硝酸塩などが挙げられる。
リジンの塩として、好ましくは、リジンの塩酸塩が挙げられる。
反応液中におけるリジンの濃度は、特に制限されないが、例えば、1質量%〜70質量%、好ましくは2質量%〜50質量%である。
リジン脱炭酸酵素は、リジンを1,5−ペンタメチレンジアミンに転換させる酵素であって、特に制限されないが、例えば、公知の生物に由来するものが挙げられる。リジン脱炭酸酵素として、より具体的には、例えば、バシラス・ハロドゥランス(Bacillus halodurans)、バシラス・サブチリス(Bacillus subtilis)、エシェリシア・コリ(Escherichia coli)、セレノモナス・ルミナンチウム(Selenomonas ruminantium)、ビブリオ・コレラ(Vibrio cholerae)、ビブリオ・パラヘモリティカス(Vibrio parahaemolyticus)、ストレプトマイセス・コエリカーラ(Streptomyces coelicolor)、ストレプトマイセス・ピロサス(Streptomyces pilosus)、エイケネラ・コロデンス(Eikenella corrodens)、イユバクテリウム・アシダミノフィルム(Eubacterium acidaminophilum)、サルモネラ・ティフィムリウム(Salmonella typhimurium)、ハフニア・アルベイ(Hafnia alvei)、ナイセリア・メニンギチデス(Neisseria meningitidis)、テルモプラズマ・アシドフィルム(Thermoplasma acidophilum)、ピロコッカス・アビシ(Pyrococcus abyssi)またはコリネバクテリウム・グルタミカス(Corynebacterium glutamicum)などの微生物に由来するものが挙げられる。安全性の観点から、好ましくは、Escherichia coliに由来するものが挙げられる。
リジン脱炭酸酵素を発現する細胞は、例えば、特開2004−114号公報の記載に準拠するなど、公知の方法により製造することができる。
リジン脱炭酸酵素を発現する細胞を製造する方法として、より具体的には、例えば、リシン脱炭酸酵素を高発現した組換え細胞を公知の培地で培養し、その後、増殖した組換え細胞を遠心分離により回収する方法などが挙げられる。
このような方法において、組換え細胞としては、特に制限されず、微生物、動物、植物または昆虫由来のものが挙げられる。より具体的には、例えば、動物を用いる場合には、マウス、ラットやそれらの培養細胞などが挙げられ、また、植物を用いる場合には、例えば、シロイヌナズナ、タバコやそれらの培養細胞などが挙げられ、また、昆虫を用いる場合には、例えば、カイコやその培養細胞などが挙げられ、微生物を用いる場合には、例えば、大腸菌などが挙げられる。
これら組換え細胞は、単独使用または2種類以上併用することができる。
細胞のリジン脱炭酸酵素の活性を上昇させる方法としては、例えば、リジン脱炭酸酵素の酵素量を増加させる方法などが挙げられる。
細胞の酵素量を増加させる手段としては、例えば、遺伝子の転写調節領域の改良、遺伝子のコピー数の増加、蛋白への翻訳の効率化などが挙げられる。
転写調節領域の改良とは、遺伝子の転写量を増加させる改変を加えることであって、例えば、プロモーターに変異を導入することによってプロモーターを強化し、下流にある遺伝子の転写量を増加させることができる。プロモーターに変異を導入する以外にも、宿主内で強力に発現するプロモーターを導入することもできる。プロモーターとして、より具体的には、例えば、大腸菌においては、lac、tac、trpなどが挙げられる。また、エンハンサーを新たに導入することによって遺伝子の転写量を増加させることができる。なお、染色体DNAのプロモーターなどの遺伝子導入については、例えば、特開平1−215280号公報の記載に準拠することができる。
遺伝子のコピー数の上昇は、具体的には、遺伝子を多コピー型のベクターに接続して組換えDNAを作製し、その組換えDNAを宿主細胞に保持させることにより達成することができる。ベクターとは、プラスミドやファージなど、広く用いられているものを含むが、これら以外にも、例えば、トランスポゾン(Berg,D.E and Berg.C.M., Bio/Technol.,vol.1,P.417(1983))やMuファージ(特開平2−109985号公報)なども挙げられる。さらには、遺伝子を相同組換え用プラスミドなどを用いた方法で染色体に組み込んで、コピー数を上昇させることもできる。
蛋白の翻訳効率を上昇させる方法としては、例えば、原核生物においては、SD配列(Shine, J. and Dalgarno, L., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 71, 1342−1346 (1974))、真核生物では、Kozakのコンセンサス配列(Kozak, M., Nuc. Acids Res., Vol.15,p.8125−8148(1987))を導入、改変する方法や、使用コドンの最適化(特開昭59−125895)などが挙げられる。
細胞のリジン脱炭酸酵素活性を上昇させる方法としては、リジン脱炭酸酵素の構造遺伝子自体に変異を導入して、リジン脱炭酸酵素そのものの活性を上昇させることも挙げられる。
遺伝子に変異を生じさせる方法としては、例えば、部位特異的変異法(Kramer,W. and frita,H.J., Methods in Enzymology,vol.154,P.350(1987))、リコンビナントPCR法(PCR Technology,Stockton Press(1989)、特定の部分のDNAを化学合成する方法、遺伝子をヒドロキシアミン処理する方法、遺伝子を保有する菌株を紫外線照射処理、または、ニトロソグアニジンや亜硝酸などの化学薬剤で処理する方法などが挙げられる。
また、このような組換え細胞を培養する方法としては、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。より具体的には、例えば、微生物を培養する場合には、培地として、例えば、炭素源、窒素源および無機イオンを含有する培地が用いられる。
炭素源としては、例えば、グルコース、ラクトース、ガラクトース、フラクトース、アラビノース、マルトース、キシロース、トレハロース、リボースや澱粉の加水分解物などの糖類、例えば、グリセロール、マンニトールやソルビトールなどのアルコール類、例えば、グルコン酸、フマル酸、クエン酸やコハク酸などの有機酸類などが挙げられる。
これら炭素源は、単独使用または2種類以上併用することができる。
窒素源としては、例えば、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウムなどの無機アンモニウム塩、例えば、大豆加水分解物などの有機窒素、例えば、アンモニアガス、アンモニア水などが挙げられる。
これら窒素源は、単独使用または2種類以上併用することができる。
無機イオンとしては、例えば、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、塩素イオン、マンガンイオン、鉄イオン、リン酸イオン、硫酸イオンなどが挙げられる。
これら無機イオンは、単独使用または2種類以上併用することができる。
また、培地には、必要に応じて、その他の有機成分(有機微量栄養素)を添加することもでき、そのような有機成分としては、例えば、各種アミノ酸、例えば、ビタミンBなどのビタミン類、例えば、RNAなどの核酸類などの要求物質、さらには、例えば、酵母エキスなどが挙げられる。
このような培地として、より具体的には、LB培地が挙げられる。
培養条件としては、特に制限されないが、例えば、大腸菌を培養する場合には、好気条件下において、培養温度が、例えば、20〜45℃、好ましくは、25〜40℃であり、培養pHが、例えば、5.0〜8.5、好ましくは、6.5〜8.0であり、培養時間が、例えば、12〜72時間、好ましくは、14〜48時間である。なお、pHの調整には、例えば、無機または有機の酸性またはアルカリ性物質や、アンモニアガスなどを用いることができる。
そして、このような培地において増殖した組換え細胞は、例えば、遠心分離などにより回収することができる。
そして、リジンの脱炭酸反応では、このようにして得られた組換え細胞および/またはその処理物と、リジンの水溶液とを配合し、水中でリジン脱炭酸酵素をリジンに作用させる。
反応に使用するリジンの総重量に対する、反応に使用する菌体(細胞)の乾燥菌体換算重量の比率は、リジンを1,5−ペンタメチレンジアミンに転換させるのに十分な量であれば、特に制限されないが、例えば、0.01以下、好ましくは0.007以下である。
なお、反応に使用するリシンの総重量とは、反応開始時に反応系内に存在するリジンの重量と、反応中に反応系に加えたリジンの重量との総和を表わす。
また、菌体の乾燥菌体換算重量とは、乾燥して水分を含まない菌体の重量を表わす。菌体の乾燥菌体換算重量は、例えば、菌体を含む液(菌体液)から、遠心分離や濾過等の方法で菌体を分離し、重量が一定になるまで乾燥し、その重量を測定することにより求めることができる。
リジンの脱炭酸酵素反応における反応温度は、例えば、28〜55℃、好ましくは、35〜45℃であり、反応時間は、採用されるリジン脱炭酸酵素の種類などにより異なるが、例えば、0.1〜72時間、好ましくは、1〜72時間、より好ましくは、12〜36時間である。また、反応pHは、例えば、5.0〜8.5、好ましくは、5.5〜8.0である。
これにより、リジンが脱炭酸され、1,5−ペンタメチレンジアミンに転換される。
なお、この反応では,得られる1,5−ペンタメチレンジアミンがアルカリ性であるため、リジンが1,5−ペンタメチレンジアミンに転換されるに伴って反応液のpHが増加する場合がある。このような場合には、必要により、酸性物質(例えば、有機酸、例えば、塩酸などの無機酸など)などを添加し、pHを調整することができる。
反応は振盪、攪拌または静置条件下で行うことができる。
反応液の媒体としては、水、水性媒体、有機溶媒または水もしくは水性媒体と有機溶媒との混合液が用いられる。水性媒体としては、例えばリン酸緩衝液等の緩衝液が用いられる。有機溶媒としては反応を阻害しないものであればいずれでもよい。
また、この反応では、必要により、例えば、ビタミンBおよび/またはその誘導体を反応液中に添加することもできる。
ビタミンBおよび/またはその誘導体としては、例えば、ピリドキシン、ピリドキサミン、ピリドキサール、ピリドキサールリン酸などが挙げられる。
これらビタミンBおよび/またはその誘導体は、単独使用または2種類以上併用することができる。
ビタミンBおよび/またはその誘導体として、好ましくは、ピリドキサールリン酸が挙げられる。
ビタミンBおよび/またはその誘導体を添加することにより、ペンタメチレンジアミンの生産速度および反応収率を向上することができる。
そして、このような方法によれば、工業的に有利な方法で処理を施したリジン脱炭酸酵素を発現する細胞の処理物を用いて、リジンから高生産速度および高反応収率で1,5−ペンタメチレンジアミンを製造することができる。
なお、反応液からの1,5−ペンタメチレンジアミンの分離精製法は、通常の有機合成化学で用いられる方法、例えば、有機溶媒による抽出、結晶化、薄層クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー等により行うことができる。
また、この方法では、得られたペンタメチレンジアミン水溶液から、必要により、水の一部を留去させることができる。
より具体的には、例えば、連続多段蒸留塔、回分多段蒸留塔などを備えた蒸留装置などにより、0.1kPa〜常圧下、ペンタメチレンジアミン水溶液を加熱(熱処理)し、蒸留することにより、水の一部が留去されたペンタメチレンジアミン水溶液を得ることができる。
加熱温度としては、例えば、25℃以上、90℃未満、好ましくは、25℃以上、85℃以下、より好ましくは、25℃以上、80℃未満、さらに好ましくは、30℃以上、70℃以下である。
ペンタメチレンジアミン水溶液を、90℃以上で加熱(熱処理)すると、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)の抽出率が低下する場合がある。
また、ペンタメチレンジアミン水溶液を、90℃以上で加熱(熱処理)すると、その水溶液から得られたペンタメチレンジアミンを用いてペンタメチレンジイソシアネートを製造し、さらに、そのペンタメチレンジイソシアネートからイソシアネート変性体(後述)を製造する場合に、反応速度が低い場合や、得られるイソシアネート変性体(後述)の貯蔵安定性が低い場合がある。
そのため、好ましくは、ペンタメチレンジアミン水溶液を、90℃以上で加熱(熱処理)することなく、より好ましくは、80℃以上で加熱することなく、さらに好ましくは、ペンタメチレンジアミン水溶液を加熱(熱処理)することなく、後述するように、その水溶液からそのままペンタメチレンジアミン(またはその塩)を抽出する。
そして、この方法では、好ましくは、上記により得られたペンタメチレンジアミン水溶液から、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を抽出する。抽出では、例えば、液−液抽出法が採用される。
液−液抽出法では、例えば、(1)回分的、半連続的または連続的にペンタメチレンジアミン水溶液に、抽出溶媒(後述)を接触させ、混合および撹拌することにより、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を抽出溶媒(後述)へと抽出(分配)し、その抽出溶媒(後述)からペンタメチレンジアミン(またはその塩)を分離する方法、(2)多孔板を備えた塔(スプレー塔、段型抽出塔)や、充填物、ノズル、オリフィス板、バッフル、インジェクターおよび/またはスタティックミキサーを備えた塔(向流微分型抽出塔、非撹拌式段型抽出塔:改訂五版 化学工学便覧、p566から569、化学工学会編、丸善(1988))に、ペンタメチレンジアミン水溶液と抽出溶媒(後述)とを、向流で連続的に供給し、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を、抽出溶媒(後述)へと抽出(分配)した後、抽出溶媒(後述)を連続的に流出させ、その抽出溶媒(後述)から、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を分離する方法、(3)邪魔板および撹拌羽根を備えた塔(撹拌式段型抽出塔:改訂五版 化学工学便覧 p569から574、化学工学会編、丸善(1988))に、ペンタメチレンジアミン水溶液と抽出溶媒(後述)とを、向流で連続的に供給し、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を、抽出溶媒(後述)へと抽出(分配)した後、抽出溶媒(後述)を連続的に流出させ、その抽出溶媒(後述)から、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を分離する方法、(4)ミキサーセトラー抽出器、または、遠心式抽出機(改訂五版 化学工学便覧 p563から566、p574、化学工学会編、丸善(1988))を用いて、ペンタメチレンジアミン水溶液に、抽出溶媒(後述)を接触させ、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を抽出溶媒(後述)へと抽出(分配)し、その抽出溶媒(後述)からペンタメチレンジアミン(またはその塩)を分離する方法などが採用される。
これら液−液抽出法としては、単独使用または2種類以上併用することができる。
液−液抽出法として、生産効率の観点から、好ましくは、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を、抽出溶媒(後述)へと連続的に抽出(分配)する方法、より具体的には、例えば、上記(1)〜(3)の方法が挙げられる。
液−液抽出におけるペンタメチレンジアミン水溶液と抽出溶媒(後述)との配合割合は、ペンタメチレンジアミン水溶液(抽出が連続的である場合は、単位時間あたりの供給量。以下同様。)100質量部に対して、抽出溶媒(後述)が、例えば、30〜300質量部であり、経済性および生産性の観点から、好ましくは、50〜200質量部、より好ましくは50〜150質量、とりわけ好ましくは、80〜120質量部である。
また、液−液抽出では、ペンタメチレンジアミン水溶液と抽出溶媒(後述)とを、例えば、常圧(大気圧)下、例えば、5〜60℃、好ましくは、10〜60℃、より好ましくは、15〜50℃、さらに好ましくは、15〜40℃において、例えば、撹拌羽根などにより、例えば、1〜120分間、好ましくは、5〜90分間、好ましくは、5〜60分間混合する。
撹拌羽根としては、特に限定されないが、例えば、プロペラ、平羽根、角度付平羽根、ピッチ付平羽根、平羽根ディスクタービン、傾斜付羽根ディスクタービン、湾曲羽根、ファウドラー型、ブルーマージン型、ディゾルバー、アンカーなどが挙げられる。
また、混合における回転数としては、例えば、5〜3000rpm、好ましくは、10〜2000rpm、より好ましくは、20〜1000rpmである。
これにより、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を、抽出溶媒(後述)中へと抽出する。
次いで、この方法では、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)と抽出溶媒(後述)との混合物を、例えば、5〜300分間、好ましくは、10〜240分間、より好ましくは、20〜180分間静置し、その後、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)が抽出された抽出溶媒(ペンタメチレンジアミン抽出液、すなわち、抽出溶媒(後述)とペンタメチレンジアミン(またはその塩)との混合物)を、公知の方法により取り出す。
なお、1回の液−液抽出によりペンタメチレンジアミン(またはその塩)を十分に抽出できない場合には、複数回(例えば、2〜5回)繰り返し液−液抽出することもできる。
これにより、ペンタメチレンジアミン水溶液中のペンタメチレンジアミン(またはその塩)を、抽出溶媒(後述)に抽出することができる。
このようにして得られる抽出溶媒(抽出溶媒(後述)とペンタメチレンジアミン(またはその塩)との混合物)において、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)の濃度は、例えば、0.2〜40質量%、好ましくは、0.3〜35質量%、より好ましくは、0.4〜30質量%、とりわけ好ましくは、0.8〜25質量%である。
また、抽出後におけるペンタメチレンジアミン(またはその塩)の収率(抽出率)は、リシン(またはその塩)を基準として、例えば、65〜100モル%、好ましくは、70〜100モル%、より好ましくは、80〜100モル%、とりわけ好ましくは、90〜100モル%である。
なお、この方法では、必要により、得られた抽出溶媒(後述)とペンタメチレンジアミン(またはその塩)との混合物から、例えば、ペンタメチレンジアミン(またはその塩)を単離することもできる。ペンタメチレンジアミン(またはその塩)の単離では、特に制限されないが、例えば、連続多段蒸留塔、回分多段蒸留塔などを備えた蒸留装置などにより、例えば、50〜182℃、0.1kPa〜常圧下、抽出溶媒(後述)とペンタメチレンジアミン(またはその塩)との混合物を蒸留し、抽出溶媒(後述)を除去する。
そして、このような抽出において、抽出溶媒としては、例えば、非ハロゲン系有機溶剤が挙げられる。
非ハロゲン系有機溶剤は、ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素など)を分子中に含有しない有機溶剤であって、例えば、非ハロゲン脂肪族系有機溶剤、非ハロゲン脂環族系有機溶剤、非ハロゲン芳香族系有機溶剤などが挙げられる。
非ハロゲン脂肪族系有機溶剤としては、例えば、直鎖状の非ハロゲン脂肪族系有機溶剤、分岐状の非ハロゲン脂肪族系有機溶剤などが挙げられる。
直鎖状の非ハロゲン脂肪族系有機溶剤としては、例えば、直鎖状の非ハロゲン脂肪族炭化水素類、直鎖状の非ハロゲン脂肪族エーテル類、直鎖状の非ハロゲン脂肪族アルコール類などが挙げられる。
直鎖状の非ハロゲン脂肪族炭化水素類としては、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−ノナン、n−デカン、n−ドデカンなどが挙げられる。
直鎖状の非ハロゲン脂肪族エーテル類としては、例えば、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテルなどが挙げられる。
直鎖状の非ハロゲン脂肪族アルコール類としては、例えば、直鎖状の炭素数1〜3の1価アルコール(例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノールなど)、直鎖状の炭素数4〜7の1価アルコール(例えば、n−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノールなど)、直鎖状の炭素数8以上の1価アルコール(例えば、n−オクタノール、n−ノナノール、n−デカノール、n−ウンデカノール、n−ドデカノールなど)などが挙げられる。
分岐状の非ハロゲン脂肪族系有機溶剤としては、例えば、分岐状の非ハロゲン脂肪族炭化水素類、分岐状の非ハロゲン脂肪族エーテル類、分岐状の非ハロゲン脂肪族1価アルコール類、分岐状の非ハロゲン脂肪族多価アルコール類などが挙げられる。
分岐状の非ハロゲン脂肪族炭化水素類としては、例えば、2−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、2−メチルヘキサン、3−メチルヘキサン、2,3−ジメチルペンタン、2,4−ジメチルペンタン、n−オクタン、2−メチルヘプタン、3−メチルヘプタン、4−メチルヘプタン、3−エチルへキサン、2,2−ジメチルへキサン、2,3−ジメチルへキサン、2,4−ジメチルへキサン、2,5−ジメチルへキサン、3,3−ジメチルへキサン、3,4−ジメチルへキサン、2−メチル−3−エチルペンタン、3−メチル−3−エチルペンタン、2,3,3−トリメチルペンタン、2,3,4−トリメチルペンタン、2,2,3,3−テトラメチルブタン、2,2,5−トリメチルヘキサンなどが挙げられる。
分岐状の非ハロゲン脂肪族エーテル類としては、例えば、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテルなどが挙げられる。
分岐状の非ハロゲン脂肪族1価アルコール類としては、例えば、分岐状の炭素数4〜7の1価アルコール(例えば、2−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、イソペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、2−メチル−3−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、tert−ペンタノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、イソヘキサノール、2−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、2−エチル−1−ブタノール、3,3−ジメチル−1−ブタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、4−ヘプタノール、5−メチル−1−ヘキサノール、4−メチル−1−ヘキサノール、3−メチル−1−ヘキサノール、2−エチル−2−メチル−1−ブタノールなど)、分岐状の炭素数8以上の1価アルコール(例えば、イソオクタノール、イソノナノール、イソデカノール、5−エチル−2−ノナノール、トリメチルノニルアルコール、2−ヘキシルデカノール、3,9−ジエチル−6−トリデカノール、2−イソヘプチルイソウンデカノール、2−オクチルドデカノールなど)が挙げられる。
分岐状の非ハロゲン脂肪族多価アルコール類としては、例えば、2−エチル−1,3−ヘキサンジオールなどが挙げられる。
これら非ハロゲン脂肪族系有機溶剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
非ハロゲン脂肪族系有機溶剤として、好ましくは、直鎖状の非ハロゲン脂肪族系有機溶剤、より好ましくは、直鎖状の非ハロゲン脂肪族アルコール類が挙げられる。
直鎖状の非ハロゲン脂肪族アルコール類を用いると、ペンタメチレンジアミンを、高収率で抽出することができる。
また、非ハロゲン脂肪族系有機溶剤として、好ましくは、炭素数4〜7の1価アルコール(直鎖状の炭素数4〜7の1価アルコール、分岐状の炭素数4〜7の1価アルコール)が挙げられる。
炭素数4〜7の1価アルコールを用いると、ペンタメチレンジアミンまたはその塩を効率良く抽出することができ、さらには、ペンタメチレンジアミンまたはその塩の不純物の含有割合を、低減することができる。
非ハロゲン脂環族系有機溶剤としては、例えば、非ハロゲン脂環族炭化水素類(例えば、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、p−メンタン、ビシクロヘキシルなど)が挙げられる。
これら非ハロゲン脂環族系有機溶剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
非ハロゲン芳香族系有機溶剤としては、例えば、非ハロゲン芳香族炭化水素類(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、1,3,5−トリメチルベンゼン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、エチルベンゼンなど)、フェノール類(例えば、フェノール、クレゾールなど)などが挙げられる。
これら非ハロゲン芳香族系有機溶剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
また、非ハロゲン系有機溶剤としては、例えば、脂肪族炭化水素類と芳香族炭化水素類との混合物なども挙げられ、そのような混合物としては、例えば、石油エーテル、石油ベンジンなどが挙げられる。
これら非ハロゲン系有機溶剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
なお、抽出溶媒としては、本発明の優れた効果を阻害しない範囲において、例えば、ハロゲン系有機溶剤(ハロゲン原子を分子中に含有する有機溶剤)を用いることもできる。
ハロゲン系有機溶剤としては、例えば、ハロゲン系脂肪族炭化水素類(例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、テトラクロロエチレンなど)、ハロゲン系芳香族炭化水素類(例えば、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエンなど)などが挙げられる。
これらハロゲン系有機溶剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
一方、抽出溶媒として、ハロゲン系有機溶剤を用いると、得られるペンタメチレンジアミンまたはその塩を用いてペンタメチレンジイソシアネート(後述)を製造し、さらに、そのペンタメチレンジイソシアネート(後述)を反応させて、イソシアネート変性体(後述)や、ポリウレタン樹脂(後述)を製造する場合において、イソシアネート変性体(後述)の生産性や物性(例えば、耐黄変性など)に劣る場合がある。
また、そのようなペンタメチレンジイソシアネート(後述)やイソシアネート変性体(後述)と、活性水素化合物(後述)とを反応させ、ポリウレタン樹脂を製造する場合にも、やはり、得られるポリウレタン樹脂の物性(例えば、機械強度、耐薬品性など)に劣る場合がある。
そのため、抽出溶媒として、好ましくは、非ハロゲン系有機溶剤、より好ましくは、非ハロゲン脂肪族系有機溶剤が挙げられる。
ペンタメチレンジアミンまたはその塩を、非ハロゲン脂肪族系有機溶剤により抽出する場合には、得られるペンタメチレンジアミンまたはその塩を用いて、ペンタメチレンジイソシアネートを製造する場合に、優れた性質を備えるイソシアネート変性体や、優れた性質を備えるポリウレタン樹脂を効率良く製造することができるペンタメチレンジイソシアネートを、製造することができる。
また、本発明において、抽出溶媒の沸点は、例えば、60〜250℃、好ましくは、80〜200℃、より好ましくは、90〜150℃である。
抽出溶媒の沸点が、上記下限未満であると、ペンタメチレンジアミン水溶液から抽出により、ペンタメチレンジアミンまたはその塩を得る際に、抽出溶媒との分離が困難となる場合がある。
一方、抽出溶媒の沸点が、上記上限を超過すると、抽出溶媒とペンタメチレンジアミンまたはその塩との混合物からペンタメチレンジアミンまたはその塩を得る際に、分離工程での消費エネルギーが増大する場合がある。
また、ペンタメチレンジアミン水溶液からペンタメチレンジアミンまたはその塩を得る方法としては、上記の抽出に限定されず、例えば、蒸留など、公知の単離精製方法を採用することもできる。
また、本発明は、このようにして得られた1,5−ペンタメチレンジアミン(またはその塩)から製造される1,5−ペンタメチレンジイソシアネート(以下、単にペンタメチレンジイソシアネートと称する場合がある。)を含んでいる。
1,5−ペンタメチレンジイソシアネートを合成する方法としては、例えば、1,5−ペンタメチレンジアミン(またはその塩)をホスゲン化する方法(以下、ホスゲン化法と称する場合がある。)や、1,5−ペンタメチレンジアミン((またはその塩))をカルバメート化し、その後、熱分解する方法(以下、カルバメート化法と称する場合がある。)などが挙げられる。
ホスゲン化法として、より具体的には、例えば、ペンタメチレンジアミンを直接ホスゲンと反応させる方法(以下、冷熱二段ホスゲン化法と称する場合がある。)や、ペンタメチレンジアミンの塩酸塩を不活性溶媒(後述)中に懸濁させてホスゲンと反応させる方法(以下、アミン塩酸塩のホスゲン化法と称する場合がある。)などが挙げられる。
冷熱二段ホスゲン化法では、例えば、まず、撹拌可能とされ、かつ、ホスゲン導入管を備えた反応器に、不活性溶媒を装入し、反応系内の圧力を、例えば、常圧〜1.0MPa、好ましくは、常圧〜0.5MPaとし、また、温度を、例えば、0〜80℃、好ましくは、0〜60℃とする。
不活性溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルなどの脂肪酸エステル類、例えば、サリチル酸メチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジブチル、安息香酸メチルなどの芳香族カルボン酸エステル類、例えば、モノジクロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、トリクロロベンゼンなどの塩素化芳香族炭化水素類、例えば、クロロホルム、四塩化炭素などの塩素化炭化水素類などが挙げられる。
これら不活性溶媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
不活性溶媒の配合量(総量)は、原料であるペンタメチレンジアミン100質量部に対して、例えば、400〜3000質量部、好ましくは、500〜2000質量部である。
次いで、この方法では、ホスゲンを、ペンタメチレンジアミンのアミノ基1つに対して、例えば、1〜10倍モル、好ましくは、1〜6倍モル導入し、上記の不活性溶媒に溶解したペンタメチレンジアミンを添加する。また、この間、反応液を、例えば、0〜80℃、好ましくは、0〜60℃に維持するとともに、発生する塩化水素を、還流冷却器を通じて反応系外に放出する(冷ホスゲン化反応)。これにより、反応器の内容物をスラリー状とする。
そして、この冷ホスゲン化反応では、ペンタメチレンジカルバモイルクロリドおよびアミン塩酸塩が生成される。
次いで、この方法では、反応系内の圧力を、例えば、常圧〜1.0MPa、好ましくは、0.05〜0.5MPaとし、例えば、30分〜5時間で、例えば、80〜180℃の温度範囲に昇温する。昇温後、例えば、30分〜8時間反応を継続して、スラリー液を完全に溶解させる(熱ホスゲン化反応)。
なお、熱ホスゲン化反応において、昇温時および高温反応時には、溶解ホスゲンが気化して還流冷却器を通じて反応系外に逃げるため、還流冷却器からの還流量が確認できるまでホスゲンを適宜導入する。
なお、熱ホスゲン化反応終了後、反応系内を、例えば、80〜180℃、好ましくは、90〜160℃において、窒素ガスなどの不活性ガスを導入し、溶解している過剰のホスゲンおよび塩化水素をパージする。
この熱ホスゲン化反応では、冷ホスゲン化反応で生成したペンタメチレンジカルバモイルクロリドが熱分解され、ペンタメチレンジイソシアネートが生成され、さらに、ペンタメチレンジアミンのアミン塩酸塩がホスゲン化され、ペンタメチレンジイソシアネートが生成される。
一方、アミン塩酸塩のホスゲン化法では、ペンタメチレンジアミンの塩酸塩を十分に乾燥し、微粉砕した後、上記の冷熱二段ホスゲン化法と同様の反応器内で、ペンタメチレンジアミンの塩酸塩を、上記の不活性溶媒中で撹拌し、分散させて、スラリーとする。
次いで、この方法では、反応温度を、例えば、80〜180℃、好ましくは、90〜160℃、反応圧力を、例えば、常圧〜1.0MPa、好ましくは、0.05〜0.5MPaに維持し、ホスゲンを1〜10時間かけて、ホスゲン総量が化学量論の1〜10倍になるように導入する。
これにより、ペンタメチレンジイソシアネートを合成することができる。
なお、反応の進行は、発生する塩化水素ガスの量と、上記の不活性溶媒に不溶のスラリーが消失し、反応液が澄明均一になることより推測できる。また、発生する塩化水素は、例えば、還流冷却器を通じて反応系外に放出する。また、反応の終了時には、上記の方法で溶解している過剰のホスゲンおよび塩化水素をパージする。その後、冷却し、減圧下において、不活性溶媒を留去する。
ペンタメチレンジイソシアネートは、加水分解性塩素の濃度(HC)が上昇しやすい傾向にあるため、ホスゲン化法を採用する場合において、HCを低減する必要がある場合には、例えば、ホスゲン化反応させ、脱溶剤させた後、留去させたペンタメチレンジイソシアネートを、例えば、窒素などの不活性ガスを通気しながら、例えば、150℃〜200℃、好ましくは、160〜190℃で、例えば、1〜8時間、好ましくは、3〜6時間加熱処理する。その後、精留処理することによって、ペンタメチレンジイソシアネートのHCを著しく低減することができる。
本発明において、ペンタメチレンジイソシアネートの加水分解性塩素の濃度は、例えば、100ppm以下、好ましくは、80ppm以下、より好ましくは、60ppm以下、さらに好ましくは、50ppm以下である。
なお、加水分解性塩素の濃度は、例えば、JIS K−1556(2000)の附属書3に記載されている加水分解性塩素の試験方法に準拠して測定することができる。
加水分解性塩素の濃度が100ppmを超過すると、トリマー化(後述)の反応速度が低下し、多量のトリマー化触媒(後述)を必要とする場合があり、トリマー化触媒(後述)を多量に用いると、得られるポリイソシアネート組成物(後述)の黄変度が高くなる場合や、数平均分子量が高くなり、粘度が高くなる場合がある。
また、加水分解性塩素の濃度が100ppmを超過すると、ポリイソシアネート組成物(後述)の貯蔵工程、および、ポリウレタン樹脂(後述)の製造工程において、粘度、色相が大きく変化する場合がある。
カルバメート化法としては、例えば、尿素法などが挙げられる。
尿素法では、例えば、まず、ペンタメチレンジアミンをカルバメート化し、ペンタメチレンジカルバメート(PDC)を生成させる。
より具体的には、反応原料として、ペンタメチレンジアミンと、尿素および/またはN−無置換カルバミン酸エステルと、アルコールとを反応させる。
N−無置換カルバミン酸エステルとしては、例えば、N−無置換カルバミン酸脂肪族エステル類(例えば、カルバミン酸メチル、カルバミン酸エチル、カルバミン酸プロピル、カルバミン酸iso−プロピル、カルバミン酸ブチル、カルバミン酸iso−ブチル、カルバミン酸sec−ブチル、カルバミン酸tert−ブチル、カルバミン酸ペンチル、カルバミン酸iso−ペンチル、カルバミン酸sec−ペンチル、カルバミン酸ヘキシル、カルバミン酸ヘプチル、カルバミン酸オクチル、カルバミン酸2−エチルヘキシル、カルバミン酸ノニル、カルバミン酸デシル、カルバミン酸イソデシル、カルバミン酸ドデシル、カルバミン酸テトラデシル、カルバミン酸ヘキサデシルなど)、N−無置換カルバミン酸芳香族エステル類(例えば、カルバミン酸フェニル、カルバミン酸トリル、カルバミン酸キシリル、カルバミン酸ビフェニル、カルバミン酸ナフチル、カルバミン酸アントリル、カルバミン酸フェナントリルなど)などが挙げられる。
これらN−無置換カルバミン酸エステルは、単独使用または2種類以上併用することができる。
N−無置換カルバミン酸エステルとして、好ましくは、N−無置換カルバミン酸脂肪族エステル類が挙げられる。
アルコールとしては、例えば、1〜3級の1価のアルコールが挙げられ、より具体的には、例えば、脂肪族アルコール類、芳香族アルコール類などが挙げられる。
脂肪族アルコール類としては、例えば、直鎖状の脂肪族アルコール類(例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、n−ブタノール(1-ブタノール)、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール(1−オクタノール)、n−ノナノール、n−デカノール、n−ドデカノール、n−テトラデカノール、n−ヘキサデカノールなど)、分岐状の脂肪族アルコール類(例えば、iso−プロパノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、iso−ペンタノール、sec−ペンタノール、2−エチルヘキサノール、iso−デカノールなど)などが挙げられる。
芳香族アルコール類としては、例えば、フェノール、ヒドロキシトルエン、ヒドロキシキシレン、ビフェニルアルコール、ナフタレノール、アントラセノール、フェナントレノールなどが挙げられる。
これらアルコールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
アルコールとして、好ましくは、脂肪族アルコール類、より好ましくは、直鎖状の脂肪族アルコール類が挙げられる。
また、アルコールとして、好ましくは、上記した炭素数4〜7の1価アルコール(直鎖状の炭素数4〜7の1価アルコール、分岐状の炭素数4〜7の1価アルコール)が挙げられる。
さらには、上記した抽出において抽出溶媒としてアルコール(炭素数4〜7の1価アルコールなど)が用いられる場合には、好ましくは、そのアルコールを、反応原料アルコールとして用いる。
そして、この方法では、ペンタメチレンジアミンと、尿素および/またはN−無置換カルバミン酸エステルと、アルコールとを配合し、好ましくは、液相で反応させる。
ペンタメチレンジアミンと、尿素および/またはN−無置換カルバミン酸エステルと、アルコールとの配合割合は、特に制限はなく、比較的広範囲において適宜選択することができる。
通常は、尿素およびN−無置換カルバミン酸エステルの配合量、および、アルコールの配合量が、ペンタメチレンジアミンのアミノ基に対して等モル以上あればよく、そのため、尿素および/または上記したN−無置換カルバミン酸エステルや、アルコールそのものを、この反応における反応溶媒として用いることもできる。
また、上記した抽出において抽出溶媒としてアルコール(炭素数4〜7の1価アルコールなど)が用いられる場合には、好ましくは、そのアルコールをそのまま、反応原料および反応溶媒として用いる。
なお、尿素および/または上記したN−無置換カルバミン酸エステルや、アルコールを反応溶媒として兼用する場合には、必要に応じて過剰量の尿素および/または上記したN−無置換カルバミン酸エステルやアルコールが用いられるが、過剰量が多いと、反応後の分離工程での消費エネルギーが増大するので、工業生産上、不適となる。
そのため、尿素および/または上記したN−無置換カルバミン酸エステルの配合量は、カルバメートの収率を向上させる観点から、ペンタメチレンジアミンのアミノ基1つに対して、0.5〜20倍モル、好ましくは、1〜10倍モル、さらに好ましくは、1〜5倍モルであり、アルコールの配合量は、ペンタメチレンジアミンのアミノ基1つに対して、0.5〜100倍モル、好ましくは、1〜20倍モル、さらに好ましくは、1〜10倍モルである。
また、この方法においては、触媒を用いることもできる。
触媒としては、特に制限されないが、例えば、周期律表第1族(IUPAC Periodic Table of the Elements(version date 22 June 2007)に従う。以下同じ。)金属化合物(例えば、リチウムメタノラート、リチウムエタノラート、リチウムプロパノラート、リチウムブタノラート、ナトリウムメタノラート、カリウム−tert−ブタノラートなど)、第2族金属化合物(例えば、マグネシウムメタノラート、カルシウムメタノラートなど)、第3族金属化合物(例えば、酸化セリウム(IV)、酢酸ウラニルなど)、第4族金属化合物(チタンテトライソプロパノラート、チタンテトラブタノラート、四塩化チタン、チタンテトラフェノラート、ナフテン酸チタンなど)、第5族金属化合物(例えば、塩化バナジウム(III)、バナジウムアセチルアセトナートなど)、第6族金属化合物(例えば、塩化クロム(III)、酸化モリブデン(VI)、モリブデンアセチルアセトナート、酸化タングステン(VI)など)、第7族金属化合物(例えば、塩化マンガン(II)、酢酸マンガン(II)、酢酸マンガン(III)など)、第8族金属化合物(例えば、酢酸鉄(II)、酢酸鉄(III)、リン酸鉄、シュウ酸鉄、塩化鉄(III)、臭化鉄(III)など)、第9族金属化合物(例えば、酢酸コバルト、塩化コバルト、硫酸コバルト、ナフテン酸コバルトなど)、第10族金属化合物(例えば、塩化ニッケル、酢酸ニッケル、ナフテン酸ニッケルなど)、第11族金属化合物(例えば、酢酸銅(II)、硫酸銅(II)、硝酸銅(II)、ビス−(トリフェニル−ホスフィンオキシド)−塩化銅(II)、モリブデン酸銅、酢酸銀、酢酸金など)、第12族金属化合物(例えば、酸化亜鉛、塩化亜鉛、酢酸亜鉛、亜鉛アセトニルアセタート、オクタン酸亜鉛、シュウ酸亜鉛、ヘキシル酸亜鉛、安息香酸亜鉛、ウンデシル酸亜鉛など)、第13族金属化合物(例えば、アルミニウムアセチルアセトナート、アルミニウム−イソブチラート、三塩化アルミニウムなど)、第14族金属化合物(例えば、塩化スズ(II)、塩化スズ(IV)、酢酸鉛、リン酸鉛など)、第15族金属化合物(例えば、塩化アンチモン(III)、塩化アンチモン(V)、塩化ビスマス(III)など)などが挙げられる。
さらに、触媒としては、例えば、Zn(OSOCF(別表記:Zn(OTf)、トリフルオロメタンスルホン酸亜鉛)、Zn(OSO、Zn(OSO、Zn(OSO、Zn(OSOCH(p−トルエンスルホン酸亜鉛)、Zn(OSO、Zn(BF、Zn(PF、Hf(OTf)(トリフルオロメタンスルホン酸ハフニウム)、Sn(OTf)、Al(OTf)、Cu(OTf)なども挙げられる。
これら触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
また、触媒の配合量は、ペンタメチレンジアミン1モルに対して、例えば、0.000001〜0.1モル、好ましくは、0.00005〜0.05モルである。触媒の配合量がこれより多くても、それ以上の顕著な反応促進効果が見られない反面、配合量の増大によりコストが上昇する場合がある。一方、配合量がこれより少ないと、反応促進効果が得られない場合がある。
なお、触媒の添加方法は、一括添加、連続添加および複数回の断続分割添加のいずれの添加方法でも、反応活性に影響を与えることがなく、特に制限されることはない。
また、この反応において、反応溶媒は必ずしも必要ではないが、例えば、反応原料が固体の場合や反応生成物が析出する場合には、溶媒を配合することにより操作性を向上させることができる。
溶媒としては、反応原料であるペンタメチレンジアミン、尿素および/またはN−無置換カルバミン酸エステル、および、アルコールと、反応生成物であるウレタン化合物などに対して不活性であるか反応性に乏しいものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、脂肪族炭化水素類(例えば、ヘキサン、ペンタン、石油エーテル、リグロイン、シクロドデカン、デカリン類など)、芳香族炭化水素類(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ブチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、メチルナフタレン、クロロナフタレン、ジベンジルトルエン、トリフェニルメタン、フェニルナフタレン、ビフェニル、ジエチルビフェニル、トリエチルビフェニルなど)、エーテル類(例えば、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなど)、カーボネート類(例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネートなど)、ニトリル類(例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、アジポニトリル、ベンゾニトリルなど)、脂肪族ハロゲン化炭化水素類(例えば、塩化メチレン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、1,2−ジクロロプロパン、1,4−ジクロロブタンなど)、アミド類(例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)、ニトロ化合物類(例えば、ニトロメタン、ニトロベンゼンなど)や、N−メチルピロリジノン、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
さらに、反応溶媒として、例えば、上記した抽出における抽出溶媒も挙げられる。
これら反応溶媒のなかでは、経済性、操作性などを考慮すると、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類が好ましく用いられる。
また、反応溶媒として、好ましくは、上記した抽出における抽出溶媒が挙げられる。
抽出溶媒を反応溶媒として用いることにより、抽出されたペンタメチレンジイソシアネートをそのままカルバメート化反応に供することができ、操作性の向上を図ることができる。
また、このような反応溶媒は、単独もしくは2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、反応溶媒の配合量は、目的生成物のペンタメチレンジカルバメートが溶解する程度の量であれば特に制限されないが、工業的には、反応液から反応溶媒を回収する必要があるため、その回収に消費されるエネルギーをできる限り低減し、かつ、配合量が多いと、反応基質濃度が低下して反応速度が遅くなるため、できるだけ少ない方が好ましい。より具体的には、ペンタメチレンジアミン1質量部に対して、通常、0.1〜500質量部、好ましくは、1〜100質量部の範囲で用いられる。
また、この反応においては、反応温度は、例えば、100〜350℃、好ましくは、150〜300℃の範囲において適宜選択される。反応温度がこれより低いと、反応速度が低下する場合があり、一方、これより高いと、副反応が増大して目的生成物であるペンタメチレンジカルバメートの収率が低下する場合がある。
また、反応圧力は、通常、大気圧であるが、反応液中の成分の沸点が反応温度よりも低い場合には加圧してもよく、さらには、必要により減圧してもよい。
また、反応時間は、例えば、0.1〜20時間、好ましくは、0.5〜10時間である。反応時間がこれより短いと、目的生成物であるペンタメチレンジカルバメートの収率が低下する場合がある。一方、これより長いと、工業生産上、不適となる。
そして、この反応は、上記した条件で、例えば、反応容器内に、ペンタメチレンジアミン、尿素および/またはN−無置換カルバミン酸エステル、アルコール、および、必要により触媒、反応溶媒を仕込み、攪拌あるいは混合すればよい。そうすると、温和な条件下において、短時間、低コストかつ高収率で、ペンタメチレンジカルバメートが生成する。
なお、得られるペンタメチレンジカルバメートは、通常、原料成分として用いられる上記のペンタメチレンジアミンに対応し、より具体的には、1,5−ペンタメチレンジカルバメートが得られる。
また、この反応においては、アンモニアが副生される。
また、この反応において、N−無置換カルバミン酸エステルを配合する場合には、そのエステルに対応するアルコールが副生される。
なお、この反応において、反応型式としては、回分式、連続式いずれの型式も採用することができる。
また、この反応は、好ましくは、副生するアンモニアを系外に流出させながら反応させる。さらには、N−無置換カルバミン酸エステルを配合する場合には、副生するアルコールを系外に留出させながら反応させる。
これにより、目的生成物であるペンタメチレンジカルバメートの生成を促進し、その収率を、より一層向上することができる。
また、得られたペンタメチレンジカルバメートを単離する場合には、例えば、過剰(未反応)の尿素および/またはN−無置換カルバミン酸エステル、過剰(未反応)のアルコール、触媒、ペンタメチレンジカルバメート、反応溶媒、副生するアンモニア、場合により副生するアルコールなどを含む反応液から、公知の分離精製方法によって、ペンタメチレンジカルバメートを分離すればよい。
次いで、このペンタメチレンジイソシアネートの製造方法では、得られたペンタメチレンジカルバメートを熱分解して、ペンタメチレンジイソシアネートを製造する。
すなわち、このようなイソシアネートの製造方法では、上記によって得られたペンタメチレンジカルバメートを熱分解し、ペンタメチレンジイソシアネート、および、副生物であるアルコールを生成させる。
なお、得られるペンタメチレンジイソシアネートは、通常、原料成分として用いられる上記のペンタメチレンジアミンに対応し、より具体的には、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートが得られる。
また、アルコールとしては、通常、原料成分として用いられるアルコールと同種のアルコールが、副生する。
この熱分解は、特に限定されず、例えば、液相法、気相法などの公知の分解法を用いることができる。
気相法では、熱分解により生成するペンタメチレンジイソシアネートおよびアルコールは、気体状の生成混合物から、分別凝縮によって分離することができる。また、液相法では、熱分解により生成するペンタメチレンジイソシアネートおよびアルコールは、例えば、蒸留や、担持物質としての溶剤および/または不活性ガスを用いて、分離することができる。
熱分解として、好ましくは、作業性の観点から、液相法が挙げられる。
液相法におけるペンタメチレンジカルバメートの熱分解反応は、可逆反応であるため、好ましくは、熱分解反応の逆反応(ペンタメチレンジイソシアネートとアルコールとのウレタン化反応)を抑制するため、ペンタメチレンジカルバメートを熱分解するとともに、反応混合物からペンタメチレンジイソシアネート、および/または、副生するアルコールを、例えば、気体として抜き出し、それらを分離する。
熱分解反応の反応条件として、好ましくは、ペンタメチレンジカルバメートを良好に熱分解できるとともに、熱分解において生成したペンタメチレンジイソシアネートおよびアルコールが蒸発し、これによりペンタメチレンジカルバメートとペンタメチレンジイソシアネートとが平衡状態とならず、さらには、ペンタメチレンジイソシアネートの重合などの副反応が抑制される条件が挙げられる。
このような反応条件として、より具体的には、熱分解温度は、通常、350℃以下であり、好ましくは、80〜350℃、より好ましくは、100〜300℃である。80℃よりも低いと、実用的な反応速度が得られない場合があり、また、350℃を超えると、ペンタメチレンジイソシアネートの重合など、好ましくない副反応を生じる場合がある。また、熱分解反応時の圧力は、上記の熱分解反応温度に対して、生成するアルコールが気化し得る圧力であることが好ましく、設備面および用役面から実用的には、0.133〜90kPaであることが好ましい。
また、この熱分解に用いられるペンタメチレンジカルバメートは、精製したものでもよいが、上記反応(すなわち、ペンタメチレンジアミンと、尿素および/またはN−無置換カルバミン酸エステルと、アルコールとの反応)の終了後に、過剰(未反応)の尿素および/またはN−無置換カルバミン酸エステル、過剰(未反応)のアルコール、触媒、反応溶媒、副生するアンモニア、場合により副生するアルコールを回収して分離されたペンタメチレンジカルバメートの粗原料を用いて、引き続き熱分解してもよい。
さらに、必要により、触媒および不活性溶媒を添加してもよい。これら触媒および不活性溶媒は、それらの種類により異なるが、上記反応時、反応後の蒸留分離の前後、ペンタメチレンジカルバメートの分離の前後の、いずれかに添加すればよい。
熱分解に用いられる触媒としては、イソシアネートと水酸基とのウレタン化反応に用いられる、Sn、Sb、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cr、Ti、Pb、Mo、Mnなどから選ばれる1種以上の金属単体またはその酸化物、ハロゲン化物、カルボン酸塩、リン酸塩、有機金属化合物などの金属化合物が用いられる。これらのうち、この熱分解においては、Fe、Sn、Co、Sb、Mnが副生成物を生じにくくする効果を発現するため、好ましく用いられる。
Snの金属触媒としては、例えば、酸化スズ、塩化スズ、臭化スズ、ヨウ化スズ、ギ酸スズ、酢酸スズ、シュウ酸スズ、オクチル酸スズ、ステアリン酸スズ、オレイン酸スズ、リン酸スズ、二塩化ジブチルスズ、ジラウリン酸ジブチルスズ、1,1,3,3−テトラブチル−1,3−ジラウリルオキシジスタノキサンなどが挙げられる。
Fe、Co、Sb、Mnの金属触媒としては、例えば、それらの酢酸塩、安息香酸塩、ナフテン酸塩、アセチルアセトナート塩などが挙げられる。
なお、触媒の配合量は、金属単体またはその化合物として、反応液に対して0.0001〜5質量%の範囲、好ましくは、0.001〜1質量%の範囲である。
また、不活性溶媒は、少なくとも、ペンタメチレンジカルバメートを溶解し、ペンタメチレンジカルバメートおよびイソシアネートに対して不活性であり、かつ、熱分解における温度において安定であれば、特に制限されないが、熱分解反応を効率よく実施するには、生成するイソシアネートよりも高沸点であることが好ましい。このような不活性溶媒としては、例えば、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジデシル、フタル酸ジドデシルなどのエステル類、例えば、ジベンジルトルエン、トリフェニルメタン、フェニルナフタレン、ビフェニル、ジエチルビフェニル、トリエチルビフェニルなどの熱媒体として常用される芳香族系炭化水素や脂肪族系炭化水素などが挙げられる。
また、不活性溶媒は、市販品としても入手可能であり、例えば、バーレルプロセス油B−01(芳香族炭化水素類、沸点:176℃)、バーレルプロセス油B−03(芳香族炭化水素類、沸点:280℃)、バーレルプロセス油B−04AB(芳香族炭化水素類、沸点:294℃)、バーレルプロセス油B−05(芳香族炭化水素類、沸点:302℃)、バーレルプロセス油B−27(芳香族炭化水素類、沸点:380℃)、バーレルプロセス油B−28AN(芳香族炭化水素類、沸点:430℃)、バーレルプロセス油B−30(芳香族炭化水素類、沸点:380℃)、バーレルサーム200(芳香族炭化水素類、沸点:382℃)、バーレルサーム300(芳香族炭化水素類、沸点:344℃)、バーレルサーム400(芳香族炭化水素類、沸点:390℃)、バーレルサーム1H(芳香族炭化水素類、沸点:215℃)、バーレルサーム2H(芳香族炭化水素類、沸点:294℃)、バーレルサーム350(芳香族炭化水素類、沸点:302℃)、バーレルサーム470(芳香族炭化水素類、沸点:310℃)、バーレルサームPA(芳香族炭化水素類、沸点:176℃)、バーレルサーム330(芳香族炭化水素類、沸点:257℃)、バーレルサーム430(芳香族炭化水素類、沸点:291℃)、(以上、松村石油社製)、NeoSK−OIL1400(芳香族炭化水素類、沸点:391℃)、NeoSK−OIL1300(芳香族炭化水素類、沸点:291℃)、NeoSK−OIL330(芳香族炭化水素類、沸点:331℃)、NeoSK−OIL170(芳香族炭化水素類、沸点:176℃)、NeoSK−OIL240(芳香族炭化水素類、沸点:244℃)、KSK−OIL260(芳香族炭化水素類、沸点:266℃)、KSK−OIL280(芳香族炭化水素類、沸点:303℃)、(以上、綜研テクニックス社製)などが挙げられる。
不活性溶媒の配合量は、ペンタメチレンジカルバメート1質量部に対して0.001〜100質量部の範囲、好ましくは、0.01〜80質量部、より好ましくは、0.1〜50質量部の範囲である。
また、この熱分解反応は、ペンタメチレンジカルバメート、触媒および不活性溶媒を一括で仕込む回分反応、また、触媒を含む不活性溶媒中に、減圧下でペンタメチレンジカルバメートを仕込んでいく連続反応のいずれでも実施することができる。
また、熱分解では、ペンタメチレンジイソシアネートおよびアルコールが生成するとともに、副反応によって、例えば、アロファネート、アミン類、尿素、炭酸塩、カルバミン酸塩、二酸化炭素などが生成する場合があるため、必要により、得られたペンタメチレンジイソシアネートは、公知の方法により精製される。
また、カルバメート法としては、詳しくは述べないが、上記した尿素法の他、公知のカーボネート法、すなわち、ペンタメチレンジアミンと、炭酸ジアルキルあるいは炭酸ジアリールとからペンタメチレンジカルバメートを合成し、そのペンタメチレンジカルバメートを、上記と同様に熱分解して、ペンタメチレンジイソシアネートを得る方法などを採用することもできる。
このようにして得られる本発明のペンタメチレンジイソシアネートの純度は、例えば、95〜100質量%、好ましくは、97〜100質量%、より好ましくは98〜100質量%、とりわけ好ましくは、99〜100質量%、最も好ましくは、99.5〜100質量%である。
また、ペンタメチレンジイソシアネートには、例えば、安定剤などを添加することができる。
安定剤としては、例えば、酸化防止剤、酸性化合物、スルホンアミド基を含有する化合物、有機亜リン酸エステルなどが挙げられる。
酸化防止剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系酸化防止剤などが挙げられ、具体的には、例えば、2,6−ジ(t−ブチル)−4−メチルフェノール、2,4,6−トリ−t−ブチルフェノール、2,2’−メチレンビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−チオ−ビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−チオ−ビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−ブチリデン−ビス−(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、4,4’−メチリデン−ビス−(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレン−ビス−[4−メチル−6−(1−メチルシクロヘキシル)−フェノール]、テトラキス−[メチレン−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオニル]−メタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオニル−メタン、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、N,N’−ヘキサメチレン−ビス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシヒドロ桂皮酸アミド、1,3,5−トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレート、1,1,3−トリス−(5−t−ブチル−4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)−ブタン、1,3,5−トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−メシチレン、エチレングリコール−ビス−[3,3−ビス−(3’−t−ブチルー4’−ヒドロキシフェニル)−ブチレート、2,2’−チオジエチル−ビス−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、ジ−(3−t−ブチル−4’−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−ジシクロペンタジエン、2,2’−メチレン−ビス−(4−メチル−6−シクロヘキシルフェノール)、1,6−ヘキサンジオール−ビス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、ジエチル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベジルホスホネート、トリエチレングリコール−ビス−3−(t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−プロピオネート、さらには、例えば、IRGANOX1010、IRGANOX1076、IRGANOX1098、IRGANOX1135、IRGANOX1726、IRGANOX245、IRGANOX3114、IRGANOX3790(以上、BASFジャパン社製、商品名)などが挙げられる。
これら酸化防止剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
酸性化合物としては、例えば、有機酸性化合物が挙げられ、具体的には、例えば、リン酸エステル、亜リン酸エステル、次亜リン酸エステル、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ヒドロキシ酢酸、シュウ酸、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、スルホン酸、スルホン酸エステル、フェノール、エノール、イミド、オキシムなどが挙げられる。
これら酸性化合物は、単独使用または2種類以上併用することができる。
スルホンアミド基を含有する化合物としては、例えば、芳香族スルホンアミド類、脂肪族スルホンアミド類などが挙げられる。
芳香族スルホンアミド類としては、例えば、ベンゼンスルホンアミド、ジメチルベンゼンスルホンアミド、スルファニルアミド、o−およびp−トルエンスルホンアミド、ヒドロキシナフタレンスルホンアミド、ナフタレン−1−スルホンアミド、ナフタレン−2−スルホンアミド、m−ニトロベンゼンスルホンアミド、p−クロロベンゼンスルホンアミドなどが挙げられる。
脂肪族スルホンアミド類としては、例えば、メタンスルホンアミド、N,N−ジメチルメタンスルホンアミド、N,N−ジメチルエタンスルホンアミド、N,N−ジエチルメタンスルホンアミド、N−メトキシメタンスルホンアミド、N−ドデシルメタンスルホンアミド、N−シクロヘキシル−1−ブタンスルホンアミド、2−アミノエタンスルホンアミドなどが挙げられる。
これらスルホンアミド基を含有する化合物は、単独使用または2種類以上併用することができる。
有機亜リン酸エステルとしては、例えば、有機亜リン酸ジエステル、有機亜リン酸トリエステルなどが挙げられ、より具体的には、例えば、トリエチルホスファイト、トリブチルホスファイト、トリス(2−エチルヘキシル)ホスファイト、トリデシルホスファイト、トリラウリルホスファイト、トリス(トリデシル)ホスファイト、トリステアリルホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、ジフェニルデシルホスファイト、ジフェニル(トリデシル)ホスファイトなどのモノフォスファイト類、例えば、ジステアリル・ペンタエリスリチル・ジホスファイト、ジ・ドデシル・ペンタエリスリトール・ジホスファイト、ジ・トリデシル・ペンタエリスリトール・ジホスファイト、ジノニルフェニル・ペンタエリスリトール・ジホスファイト、テトラフェニル・テトラ・トリデシル・ペンタエリスリチル・テトラホスファイト、テトラフェニル・ジプロピレングリコール・ジホスファイト、トリペンタエリスリトール・トリホスファイトなどの多価アルコールから誘導されたジ、トリあるいはテトラホスファイト類、さらに、例えば、炭素数が1〜20のジ・アルキル・ビスフェノールA・ジホスファイト、4,4’−ブチリデン−ビス(3−メチル−6−t−ブチルフェニル−ジ・トリデシル)ホスファイトなどのビスフェノール系化合物から誘導されたジホスファイト類、水添ビスフェノールAホスファイトポリマー(分子量2400〜3000)などのポリホスファイト類、トリス(2,3−ジクロロプロピル)ホスファイトなどが挙げられる。
これら有機亜リン酸エステルは、単独使用または2種類以上併用することができる。
安定剤として、好ましくは、酸化防止剤、酸性化合物、スルホンアミド基を含有する化合物が挙げられる。より好ましくは、ペンタメチレンジイソシアネートに、酸化防止剤と、酸性化合物および/またはスルホンアミド基を含有する化合物とを配合し、含有させる。
これら安定剤を添加することにより、そのペンタメチレンジイソシアネートを用いて得られるイソシアネート変性体(後述)の、貯蔵安定性の向上を図ることができる。
なお、安定剤の配合割合は、特に制限されず、必要および用途に応じて、適宜設定される。
具体的には、酸化防止剤の配合割合は、ペンタメチレンジイソシアネート100質量部に対して、例えば、0.0005〜0.05質量部である。
また、酸性化合物および/またはスルホンアンド基を含有する化合物の配合割合(併用される場合には、それらの総量)は、ペンタメチレンジイソシアネート100質量部に対して、例えば、0.0005〜0.02質量部である。
また、本発明は、さらに、ポリイソシアネート組成物を含んでいる。
ポリイソシアネート組成物は、より具体的には、ペンタメチレンジイソシアネートを変性することにより得られ、下記(a)〜(e)の官能基を少なくとも1種含有している。
(a)イソシアヌレート基
(b)アロファネート基
(c)ビウレット基
(d)ウレタン基
(e)ウレア基
上記(a)の官能基(イソシアヌレート基)を含有するポリイソシアネート組成物は、ペンタメチレンジイソシアネートのトリマー(三量体)であって、例えば、ペンタメチレンジイソシアネートを公知のイソシアヌレート化触媒の存在下において反応させ、三量化することにより、得ることができる。
上記(b)の官能基(アロファネート基)を含有するポリイソシアネート組成物は、ペンタメチレンジイソシアネートのアロファネート変性体であって、例えば、ペンタメチレンジイソシアネートとモノアルコールとを反応させた後、公知のアロファネート化触媒の存在下でさらに反応させることにより、得ることができる。
上記(c)の官能基(ビウレット基)を含有するポリイソシアネート組成物は、ペンタメチレンジイソシアネートのビウレット変性体であって、例えば、ペンタメチレンジイソシアネートと、例えば、水、第三級アルコール(例えば、t−ブチルアルコールなど)、第二級アミン(例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミンなど)などとを反応させた後、公知のビウレット化触媒の存在下でさらに反応させることにより、得ることができる。
上記(b)の官能基(ウレタン基)を含有するポリイソシアネート組成物は、ペンタメチレンジイソシアネートのポリオール変性体であって、例えば、ペンタメチレンジイソシアネートとポリオール成分(例えば、トリメチロールプロパンなど。詳しくは後述)との反応により、得ることができる。
上記(e)の官能基(ウレア基)を含有するポリイソシアネート組成物は、ペンタメチレンジイソシアネートのポリアミン変性体であって、例えば、ペンタメチレンジイソシアネートと水、ポリアミン成分(後述)などとの反応により、得ることができる。
なお、ポリイソシアネート組成物は、上記(a)〜(e)の官能基を少なくとも1種含有していればよく、2種以上含有することもできる。そのようなポリイソシアネート組成物は、上記の反応を適宜併用することにより、生成される。
ポリイソシアネート組成物として、好ましくは、ペンタメチレンジイソシアネートのトリマー(イソシアヌレート基を含有するポリイソシアネート組成物)が挙げられる。
なお、ペンタメチレンジイソシアネートのトリマーは、イソシアヌレート基の他、さらに、イミノオキサジアジンジオン基などを有するポリイソシアネートを、含んでいる。
そして、本発明のポリウレタン樹脂は、上記のペンタメチレンジイソシアネート、および/または、上記のポリイソシアネート組成物と、活性水素化合物とを反応させることにより得ることができる。
活性水素化合物としては、例えば、ポリオール成分(水酸基を2つ以上有するポリオールを主として含有する成分)、ポリアミン成分(アミノ基を2つ以上有するポリアミンを主として含有する化合物)などが挙げられる。
本発明において、ポリオール成分としては、低分子量ポリオールおよび高分子量ポリオールが挙げられる。
低分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400未満の化合物であって、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,2,2−トリメチルペンタンジオール、3,3−ジメチロールヘプタン、アルカン(C7〜20)ジオール、1,3−または1,4−シクロヘキサンジメタノールおよびそれらの混合物、1,3−または1,4−シクロヘキサンジオールおよびそれらの混合物、水素化ビスフェノールA、1,4−ジヒドロキシ−2−ブテン、2,6−ジメチル−1−オクテン−3,8−ジオール、ビスフェノールA、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどの2価アルコール、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパンなどの3価アルコール、例えば、テトラメチロールメタン(ペンタエリスリトール)、ジグリセリンなどの4価アルコール、例えば、キシリトールなどの5価アルコール、例えば、ソルビトール、マンニトール、アリトール、イジトール、ダルシトール、アルトリトール、イノシトール、ジペンタエリスリトールなどの6価アルコール、例えば、ペルセイトールなどの7価アルコール、例えば、ショ糖などの8価アルコールなどが挙げられる。
これら低分子量ポリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
高分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400以上の化合物であって、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリウレタンポリオール、エポキシポリオール、植物油ポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、および、ビニルモノマー変性ポリオールが挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。
ポリプロピレングリコールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールまたは芳香族/脂肪族ポリアミンを開始剤とする、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドの付加重合物(2種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体を含む。)が挙げられる。
ポリテトラメチレンエーテルグリコールとしては、例えば、テトラヒドロフランのカチオン重合により得られる開環重合物や、テトラヒドロフランの重合単位に上記した2価アルコールを共重合した非晶性ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールと多塩基酸とを、公知の条件下、反応させて得られる重縮合物が挙げられる。
多塩基酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、1,1−ジメチル−1,3−ジカルボキシプロパン、3−メチル−3−エチルグルタール酸、アゼライン酸、セバシン酸、その他の飽和脂肪族ジカルボン酸(C11〜13)、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、その他の不飽和脂肪族ジカルボン酸、例えば、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、その他の芳香族ジカルボン酸、例えば、ヘキサヒドロフタル酸、その他の脂環族ジカルボン酸、例えば、ダイマー酸、水添ダイマー酸、ヘット酸などのその他のカルボン酸、および、それらカルボン酸から誘導される酸無水物、例えば、無水シュウ酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水2−アルキル(C12〜C18)コハク酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水トリメリット酸、さらには、これらのカルボン酸などから誘導される酸ハライド、例えば、シュウ酸ジクロライド、アジピン酸ジクロライド、セバシン酸ジクロライドなどが挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとして、例えば、植物由来のポリエステルポリオール、具体的には、上記した低分子量ポリオールを開始剤として、ヒドロキシル基含有植物油脂肪酸(例えば、リシノレイン酸を含有するひまし油脂肪酸、12−ヒドロキシステアリン酸を含有する水添ひまし油脂肪酸など)などのヒドロキシカルボン酸を、公知の条件下、縮合反応させて得られる植物油系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオール(好ましくは、2価アルコール)を開始剤として、例えば、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類や、例えば、L−ラクチド、D−ラクチドなどのラクチド類などを開環重合して得られる、ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオール、さらには、それらに上記した2価アルコールを共重合したラクトン系ポリエステルポリオールなどが挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオール(好ましくは、2価アルコール)を開始剤とするエチレンカーボネートの開環重合物や、例えば、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオールや1,6−ヘキサンジオールなどの2価アルコールと、開環重合物とを共重合した非晶性ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。
また、ポリウレタンポリオールは、上記により得られたポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールおよび/またはポリカーボネートポリオールを、イソシアネート基(NCO)に対する水酸基(OH)の当量比(OH/NCO)が1を超過する割合で、ポリイソシアネートと反応させることによって、ポリエステルポリウレタンポリオール、ポリエーテルポリウレタンポリオール、ポリカーボネートポリウレタンポリオール、あるいは、ポリエステルポリエーテルポリウレタンポリオールなどとして得ることができる。
エポキシポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールと、例えば、エピクロルヒドリン、β−メチルエピクロルヒドリンなどの多官能ハロヒドリンとの反応により得られるエポキシポリオールが挙げられる。
植物油ポリオールとしては、例えば、ひまし油、やし油などのヒドロキシル基含有植物油などが挙げられる。例えば、ひまし油ポリオール、または、ひまし油脂肪酸とポリプロピレンポリオールとの反応により得られるエステル変性ひまし油ポリオールなどが挙げられる。
ポリオレフィンポリオールとしては、例えば、ポリブタジエンポリオール、部分ケン価エチレン−酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。
アクリルポリオールとしては、例えば、ヒドロキシル基含有アクリレートと、ヒドロキシル基含有アクリレートと共重合可能な共重合性ビニルモノマーとを、共重合させることによって得られる共重合体が挙げられる。
ヒドロキシル基含有アクリレートとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2,2−ジヒドロキシメチルブチル(メタ)アクリレート、ポリヒドロキシアルキルマレエート、ポリヒドロキシアルキルフマレートなどが挙げられる。好ましくは、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
共重合性ビニルモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、s−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、イソペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルアクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート(炭素数1〜12)、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル、例えば、(メタ)アクリロニトリルなどのシアン化ビニル、例えば、(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸などのカルボキシル基を含むビニルモノマー、または、そのアルキルエステル、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、オリゴエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートなどのアルカンポリオールポリ(メタ)アクリレート、例えば、3−(2−イソシアネート−2−プロピル)−α−メチルスチレンなどのイソシアネート基を含むビニルモノマーなどが挙げられる。
そして、アクリルポリオールは、これらヒドロキシル基含有アクリレート、および、共重合性ビニルモノマーを、適当な溶剤および重合開始剤の存在下において共重合させることにより得ることができる。
また、アクリルポリオールには、例えば、シリコーンポリオールやフッ素ポリオールが含まれる。
シリコーンポリオールとしては、例えば、上記したアクリルポリオールの共重合において、共重合性ビニルモノマーとして、例えば、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのビニル基を含むシリコーン化合物が配合されたアクリルポリオールが挙げられる。
フッ素ポリオールとしては、例えば、上記したアクリルポリオールの共重合において、共重合性ビニルモノマーとして、例えば、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンなどのビニル基を含むフッ素化合物が配合されたアクリルポリオールが挙げられる。
ビニルモノマー変性ポリオールは、上記した高分子量ポリオールと、ビニルモノマーとの反応により得ることができる。
高分子量ポリオールとして、好ましくは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールおよびポリカーボネートポリオールから選択される高分子量ポリオールが挙げられる。
また、ビニルモノマーとしては、例えば、上記したアルキル(メタ)アクリレート、シアン化ビニルまたはシアン化ビニリデンなどが挙げられる。これらビニルモノマーは、単独使用または2種類以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、アルキル(メタ)アクリレートが挙げられる。
そして、ビニルモノマー変性ポリオールは、これら高分子量ポリオール、および、ビニルモノマーを、例えば、ラジカル重合開始剤(例えば、過硫酸塩、有機過酸化物、アゾ系化合物など)の存在下などにおいて反応させることにより得ることができる。
これら高分子量ポリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
高分子量ポリオールとして、好ましくは、ポリエステルポリオール、アクリルポリオールが挙げられ、より好ましくは、ポリエステルポリオールが挙げられ、さらに好ましくは、植物由来のポリエステルポリオールが挙げられる。
これらポリオール成分は、単独使用または2種類以上併用することができる。
ポリアミン成分としては、例えば、芳香族ポリアミン、芳香脂肪族ポリアミン、脂環族ポリアミン、脂肪族ポリアミン、アミノアルコール、第1級アミノ基、または、第1級アミノ基および第2級アミノ基を有するアルコキシシリル化合物、ポリオキシエチレン基含有ポリアミンなどが挙げられる。
芳香族ポリアミンとしては、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジアミン、トリレンジアミンなどが挙げられる。
芳香脂肪族ポリアミンとしては、例えば、1,3−または1,4−キシリレンジアミンもしくはその混合物などが挙げられる。
脂環族ポリアミンとしては、例えば、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン(別名:イソホロンジアミン)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジアミン、2,5(2,6)−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、1,4−シクロヘキサンジアミン、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、ビス−(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ジアミノシクロヘキサン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、1,3−および1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンおよびそれらの混合物などが挙げられる。
脂肪族ポリアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、1,4−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、ヒドラジン(水和物を含む。)、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、1,2−ジアミノエタン、1,2−ジアミノプロパン、1,3−ジアミノペンタンなどが挙げられる。
アミノアルコールとしては、例えば、N−(2−アミノエチル)エタノールアミンなどが挙げられる。
第1級アミノ基、または、第1級アミノ基および第2級アミノ基を有するアルコキシシリル化合物としては、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアルコキシシリル基含有モノアミン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランなどが挙げられる。
ポリオキシエチレン基含有ポリアミンとしては、例えば、ポリオキシエチレンエーテルジアミンなどのポリオキシアルキレンエーテルジアミンが挙げられる。より具体的には、例えば、日本油脂製のPEG#1000ジアミンや、ハンツマン社製のジェファーミンED―2003、EDR−148、XTJ−512などが挙げられる。
これらポリアミン成分は、単独使用または2種類以上併用することができる。
なお、本発明では、必要に応じて、公知の添加剤、例えば、可塑剤、ブロッキング防止剤、耐熱安定剤、耐光安定剤、酸化防止剤、離型剤、触媒、さらには、顔料、染料、滑剤、フィラー、加水分解防止剤などを添加することができる。これら添加剤は、各成分の合成時に添加してもよく、あるいは、各成分の混合・溶解時に添加してもよく、さらには、合成後に添加することもできる。
そして、本発明のポリウレタン樹脂は、例えば、バルク重合や溶液重合などの重合方法により製造することができる。
バルク重合では、例えば、窒素気流下において、ペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物を撹拌しつつ、これに、活性水素化合物を加えて、反応温度50〜250℃、さらに好ましくは50〜200℃で、0.5〜15時間程度反応させる。
溶液重合では、有機溶剤に、ペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物、活性水素化合物を加えて、反応温度50〜120℃、さらに好ましくは50〜100℃で、0.5〜15時間程度反応させる。
有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、例えば、アセトニトリルなどのニトリル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチルなどのアルキルエステル類、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素類、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、メチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネートなどのグリコールエーテルエステル類、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、例えば、塩化メチル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、臭化メチル、ヨウ化メチレン、ジクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素類、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、N,N’−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホニルアミドなどの極性非プロトン類などが挙げられる。
さらに、有機溶剤としては、例えば、非極性溶剤(非極性有機溶剤)が挙げられ、これら非極性溶剤としては、脂肪族、ナフテン系炭化水素系有機溶剤を含む、アニリン点が、例えば、10〜70℃、好ましくは、12〜65℃の、低毒性で溶解力の弱い非極性有機溶剤や、ターペン油に代表される植物性油などが挙げられる。
かかる非極性有機溶剤は、市販品として入手可能であり、そのような市販品としては、例えば、ハウス(シェル化学製、アニリン点15℃)、スワゾール310(丸善石油製、アニリン点16℃)、エッソナフサNo.6(エクソン化学製、アニリン点43℃)、ロウス(シェル化学製、アニリン点43℃)、エッソナフサNo.5(エクソン製、アニリン点55℃)、ペガゾール3040(モービル石油製、アニリン点55℃)などの石油炭化水素系有機溶剤、その他、メチルシクロヘキサン(アニリン点40℃)、エチルシクロヘキサン(アニリン点44℃)、ガムテレピンN(安原油脂製、アニリン点27℃)などのターペン油類などが挙げられる。
さらに、上記重合反応においては、必要に応じて、例えば、ウレタン化触媒を添加することができる。
アミン類としては、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ビス−(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N−メチルモルホリンなどの3級アミン類、例えば、テトラエチルヒドロキシルアンモニウムなどの4級アンモニウム塩、例えば、イミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類などが挙げられる。
有機金属化合物としては、例えば、酢酸錫、オクチル酸錫、オレイン酸錫、ラウリル酸錫、ジブチル錫ジアセテート、ジメチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジメルカプチド、ジブチル錫マレエート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジネオデカノエート、ジオクチル錫ジメルカプチド、ジオクチル錫ジラウリレート、ジブチル錫ジクロリドなどの有機錫系化合物、例えば、オクタン酸鉛、ナフテン酸鉛などの有機鉛化合物、例えば、ナフテン酸ニッケルなどの有機ニッケル化合物、例えば、ナフテン酸コバルトなどの有機コバルト化合物、例えば、オクテン酸銅などの有機銅化合物、例えば、オクチル酸ビスマス、ネオデカン酸ビスマスなどの有機ビスマス化合物などが挙げられる。
さらに、ウレタン化触媒として、例えば、炭酸カリウム、酢酸カリウム、オクチル酸カリウムなどのカリウム塩が挙げられる。
これらウレタン化触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
また、上記重合反応においては、(未反応の)ペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物を、例えば、蒸留や抽出などの公知の除去手段により除去することができる。
バルク重合および溶液重合では、例えば、ペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物と、活性水素化合物とを、活性水素化合物中の活性水素基(水酸基、アミノ基)に対するペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が、例えば、0.75〜1.3、好ましくは、0.9〜1.1となるように配合する。
また、上記重合反応をより工業的に実施する場合には、ポリウレタン樹脂は、その用途に応じて、例えば、ワンショット法およびプレポリマー法などの公知の方法により、得ることができる。また、その他の方法により、ポリウレタン樹脂を、例えば、水系ディスパージョン(PUD)などとして得ることもできる。
ワンショット法では、例えば、ペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物と活性水素化合物とを、活性水素化合物中の活性水素基(水酸基、アミノ基)に対するペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が、例えば、0.75〜1.3、好ましくは、0.9〜1.1となるように処方(混合)した後、例えば、室温〜250℃、好ましくは、室温〜200℃で、例えば、5分〜72時間、好ましくは、4〜24時間硬化反応させる。なお、硬化温度は、一定温度であってもよく、あるいは、段階的に昇温または冷却することもできる。
また、プレポリマー法では、例えば、まず、ペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物と活性水素化合物の一部(好ましくは、高分子量ポリオール)とを反応させて、分子末端にイソシアネート基を有するイソシアネート基末端プレポリマーを合成する。次いで、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素化合物の残部(好ましくは、低分子量ポリオールおよび/またはポリアミン成分)とを反応させて、硬化反応させる。なお、プレポリマー法において、活性水素化合物の残部は、鎖伸長剤として用いられる。
イソシアネート基末端プレポリマーを合成するには、ペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物と活性水素化合物の一部とを、活性水素化合物の一部中の活性水素基に対するペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が、例えば、1.1〜20、好ましくは、1.3〜10、さらに好ましくは、1.3〜6となるように処方(混合)し、反応容器中にて、例えば、室温〜150℃、好ましくは、50〜120℃で、例えば、0.5〜18時間、好ましくは、2〜10時間反応させる。なお、この反応においては、必要に応じて、上記したウレタン化触媒を添加してもよく、また、反応終了後には、必要に応じて、未反応のペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物を、例えば、蒸留や抽出などの公知の除去手段により、除去することもできる。
次いで、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素化合物の残部とを反応させるには、イソシアネート基末端プレポリマーと、活性水素化合物の残部とを、活性水素化合物の残部中の活性水素基に対するイソシアネート基末端プレポリマー中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が、例えば、0.75〜1.3、好ましくは、0.9〜1.1となるように処方(混合)し、例えば、室温〜250℃、好ましくは、室温〜200℃で、例えば、5分〜72時間、好ましくは、1〜24時間硬化反応させる。
また、ポリウレタン樹脂を水系ディスパージョンとして得るには、例えば、まず、ペンタメチレンジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネート組成物と、後述する親水基を含有する活性水素化合物(以下、親水基含有活性水素化合物と略する。)を含む活性水素化合物とを反応させることにより、イソシアネート基末端プレポリマーを得る。
次いで、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと鎖伸長剤とを水中で反応させて分散させる。これによって、イソシアネート基末端プレポリマーが鎖伸長剤によって鎖伸長された水性ポリウレタン樹脂を、内部乳化型の水系ディスパージョンとして得ることができる。
イソシアネート基末端プレポリマーと鎖伸長剤とを水中で反応させるには、例えば、まず、イソシアネート基末端プレポリマーを水に添加して、イソシアネート基末端プレポリマーを分散させる。次いで、これに鎖伸長剤を添加して、イソシアネート基末端プレポリマーを鎖伸長する。
親水基含有活性水素化合物は、親水基と活性水素基とを併有する化合物であって、親水基としては、例えば、アニオン性基(例えば、カルボキシル基など)、カチオン性基、ノニオン性基(例えば、ポリオキシエチレン基など)が挙げられる。親水基含有活性水素化合物として、より具体的には、カルボン酸基含有活性水素化合物、ポリオキシエチレン基含有活性水素化合物などが挙げられる。
カルボン酸基含有活性水素化合物としては、例えば、2,2−ジメチロール酢酸、2,2−ジメチロール乳酸、2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロールブタン酸、2,2−ジメチロール酪酸、2,2−ジメチロール吉草酸などのジヒドロキシルカルボン酸、例えば、リジン、アルギニンなどのジアミノカルボン酸、または、それらの金属塩類やアンモニウム塩類などが挙げられる。
ポリオキシエチレン基含有活性水素化合物は、主鎖または側鎖にポリオキシエチレン基を含み、2つ以上の活性水素基を有する化合物であって、例えば、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン側鎖含有ポリオール(側鎖にポリオキシエチレン基を含み、2つ以上の活性水素基を有する化合物)などが挙げられる。
これら親水基含有活性水素化合物は、単独使用または2種類以上併用することができる。
鎖伸長剤としては、例えば、上記した2価アルコール、上記した3価アルコールなどの低分子量ポリオール、例えば、脂環族ジアミン、脂肪族ジアミンなどのジアミンなどを使用することができる。
これら鎖伸長剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
このように、親水基含有活性水素化合物を含む活性水素化合物を使用する場合には、必要により、親水基を公知の中和剤で中和する。
また、活性水素化合物として、親水基含有活性水素化合物を使用しない場合には、例えば、公知の界面活性剤を用いて乳化することにより、外部乳化型の水系ディスパージョンとして得ることができる。
そして、このような,5−ペンタメチレンジイソシアネート、ポリイソシアネート組成物およびポリウレタン樹脂は、高生産速度および高反応収率で得られる1,5−ペンタメチレンジアミンを原料として製造されるため、高生産速度および高反応収率で得ることができる。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、L−リジンおよび1,5−ペンタメチレンジアミンは高速液体クロマトグラフ(HPLC)により定量した。これらの分析条件およびリジン脱炭酸酵素活性の測定方法は次の通りである。
<L−リジンおよび1,5−ペンタメチレンジアミンの分析条件>
カラム;Asahipak ODP−50 4E(昭和電工社製)
カラム温度;40℃
溶離液;0.2M リン酸ナトリウム(pH7.7)+2.3mM 1−オクタンスルホン酸ナトリウム
溶離液の流量;0.5mL/min
検出はオルトフタルアルデヒドを用いたポストカラム誘導体化法〔J.Chromatogr.,83,353−355(1973)〕を用いた。
<1,5−ペンタメチレンジアミンの反応収率(単位:mol%)>
L−リジン一塩酸塩(和光純薬工業社製)および1,5−ペンタメチレンジアミン二塩酸塩(東京化成工業社製)を用い、上記のHPLC分析条件下で得られたクロマトグラフの面積値から作成した検量線により、L−リジンおよび1,5−ペンタメチレンジアミンの濃度を算出し、L−リジンおよび1,5−ペンタメチレンジアミンの合計濃度に対する1,5−ペンタメチレンジアミンの濃度の割合を、1,5−ペンタメチレンジアミンの反応収率とした。
<リジン脱炭酸酵素活性の測定方法>
200mM L−リジン一塩酸塩および0.15mM ピリドキサールリン酸(広島和光工業社製)を含む200mM リン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)に菌体懸濁液またはその処理物を添加して合計0.2mLとし、37℃で6分間反応した。反応液に0.2M 塩酸を1mL添加して反応を停止した。この反応停止液を水で適当に希釈し、生成した1,5−ペンタメチレンジアミンをHPLCにより定量した。
活性の単位は1分間に1μmolの1,5−ペンタメチレンジアミンを生成する活性を1unitとした。
<ペンタメチレンジアミンの純度(単位:質量%)>
後述する(ペンタメチレンジアミンの蒸留)で得られた精製ペンタメチレンジアミンを用い、以下のガスクロマトグラフ分析条件で得られたガスクロマトグラムの面積値から作成した検量線により、ペンタメチレンジアミンの純度を算出した。
装置;GC−6890(アジレント・テクノロジー社製)
カラム;WCOT FUSED SILICA CP−SIL 8CB FOR AMINES(VARIAN社製)
オーブン温度;40℃で3分間保持、40℃から300℃まで、10℃/minで昇温、300℃で11分間保持
注入口温度;250℃
検出器温度;280℃
キャリアガス;ヘリウム
検出法;FID
<抽出率(単位:質量%)>
抽出溶媒によるペンタメチレンジアミンの抽出率を求めるため、上記(ペンタメチレンジアミンの純度)と同様の測定を行い、抽出操作前のペンタメチレンジアミン水溶液中のペンタメチレンジアミン濃度と、抽出操作後の抽出溶媒中のペンタメチレンジアミン濃度とを測定した。
そして、以下の式により、抽出率を算出した。
(a)抽出溶媒中のペンタメチレンジアミンの質量=抽出溶媒中のペンタメチレンジアミン濃度×抽出溶媒の質量/100
(b)仕込んだペンタメチレンジアミン水溶液中のペンタメチレンジアミンの質量=抽出操作前のペンタメチレンジアミン水溶液のジアミノペンタン濃度×仕込んだペンタメチレンジアミン水溶液の質量/100
抽出率(質量%)=(a)/(b)×100
<ペンタメチレンジイソシアネートの純度(単位:質量%)>
ペンタメチレンジイソシアネートの純度は、電位差滴定装置を用いて、JIS K−1556に準拠し、n−ジブチルアミン法により測定したイソシアネート基濃度から、算出した。
<ペンタメチレンジイソシアネート濃度(単位:質量%)>
後述する実施例17で得られたペンタメチレンジイソシアネート(a)を用い、以下のHPLC分析条件下で得られたクロマトグラムの面積値から作成した検量線により、ポリイソシアネート組成物中のペンタメチレンジイソシアネートの濃度を算出した。
装置;Prominence(島津製作所社製)
1) ポンプ LC−20AT
2) デガッサ DGU−20A3
3) オートサンプラ SIL−20A
4) カラム恒温槽 COT−20A
5) 検出器 SPD−20A
カラム;SHISEIDO SILICA SG−120
カラム温度;40℃
溶離液;n−ヘキサン/メタノール/1,2−ジクロロエタン=90/5/5(体積比)
流量;0.2mL/min
検出方法;UV 225nm
<ビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタンの純度(単位:質量%)>
以下のHPLC分析条件下で得られたクロマトグラムの面積値から作成した検量線により、ビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタンの純度を算出した。
装置;alliance 2695 separation module (Waters社製)
検出器 2414 RI検出器
カラム;Imtakt社製 Unison UK C−18
カラム温度;40℃
溶離液;アセトニトリル/蒸留水=45/55(体積比)
流量;1.0mL/min
検出方法;RI
<ビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタンの収率(単位:質量%>
ビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタンの収率は以下の式を用いて算出した。
(W×C/100)/(W×C/100×M/M)×100
:ペンタメチレンジアミンの分子量
:ビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタンの分子量
:ペンタメチレンジアミンのn−ブタノール溶液の濃度
:ビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタンの純度
:ペンタメチレンジアミンのn−ブタノール溶液の仕込質量部
:得られたビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタンの質量部
<ペンタメチレンジイソシアネートの純度(単位:質量%)>
ペンタメチレンジイソシアネートの純度は、電位差滴定装置を用いて、JIS K−1603−1に準拠したn−ジブチルアミン法により、測定した。
<熱分解反応の収率(単位:質量%)>
熱分解反応の収率は以下の式を用いて算出した。
(W×C/100)/(W×C/100×M/M)×100
:ペンタメチレンジイソシアネートの分子量
:ペンタメチレンジイソシアネートの純度
:ビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタンの仕込質量部
:得られたペンタメチレンジイソシアネートの質量部
<ペンタメチレンジイソシアネートの収率(単位:質量%)>
ペンタメチレンジイソシアネートの収率は以下の式を用いて算出した。
A×B/100
A:ビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタンの収率
B:熱分解反応の収率
<イソシアネート基の転化率(単位:%)>
イソシアネート基の転化率は、以下のGPC測定条件において得られたクロマトグラムにより、全ピーク面積に対するペンタメチレンジイソシアネートのピークよりも高分子量側にあるピークの面積の割合を、イソシアネート基の転化率とした。
装置;HLC−8020(東ソー社製)
カラム;G1000HXL、G2000HXLおよびG3000HXL(以上、東ソー製商品名)を直列に連結
カラム温度;40℃
溶離液;テトラヒドロフラン
流量;0.8mL/min
検出方法;示差屈折率
標準物質;ポリエチレンオキシド(東ソー社製、商品名:TSK標準ポリエチレンオキシド)
<イソシアネート3量体濃度(単位:質量%)>
上記した(イソシアネート基の転化率)と同様の測定を行い、ペンタメチレンジイソシアネートの3倍の分子量に相当するピーク面積比率を、イソシアネート3量体濃度とした。
<イソシアネート基濃度(単位:質量%)>
ポリイソシアネート組成物のイソシアネート基濃度は、電位差滴定装置を用いて、JIS K−1556に準拠したn−ジブチルアミン法により、測定した。
<粘度(単位:mPa・s)>
東機産業社製のE型粘度計TV−30を用いて、ポリイソシアネート組成物の25℃における粘度を測定した。
<色相(単位:APHA)>
JIS K−0071に準拠した方法により、ポリイソシアネート組成物の色相を測定した。
(ペンタメチレンジアミンの蒸留)
温度計、蒸留塔、冷却管および窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、ペンタメチレンジアミン(東京化成社製)を仕込み、塔頂温度が111〜115℃、10KPaの条件下、さらに還流しながら精留し、精製ペンタメチレンジアミンを得た。蒸留精製したペンタメチレンジアミンは、ガスクロマトグラフィーの面積比が100%であった。
参考例1)
[リジン脱炭酸酵素遺伝子(cadA)のクローニング]
Escherichia coli W3110株(ATCC27325)から常法に従い調製したゲノムDNAをPCRの鋳型に用いた。
PCR用のプライマーには、リジン脱炭酸酵素遺伝子(cadA)(GenBank Accession No.AP009048)の塩基配列に基づいて設計した配列番号1および2に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(インビトロジェン社に委託して合成した)を用いた。これらのプライマーは、5’末端付近にそれぞれKpnIおよびXbaIの制限酵素認識配列を有する。
前記のゲノムDNA1ng/μLおよび各プライマー0.5pmol/μLを含む25μLのPCR反応液を用いて、変性:94℃、30秒間、アニーリング:55℃、30秒間、伸長反応:68℃、2分間からなる反応サイクルを30サイクルの条件でPCRを行った。
PCR反応産物およびプラスミドpUC18(宝酒造社製)をKpnIおよびXbaIで消化し、ライゲーション・ハイ(東洋紡社製)を用いて連結した後、得られた組換えプラスミドを用いて、Eschrichia coli DH5α(東洋紡社製)を形質転換した。形質転換体を、アンピシリン(Am)100μg/mL及びX−Gal(5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−D−ガラクトシド)を含むLB寒天培地で培養し、Am耐性でかつ白色コロニーとなった形質転換体を得た。このようにして得られた形質転換体よりプラスミドを抽出した。
通常の塩基配列の決定法に従い、プラスミドに導入されたDNA断片の塩基配列が配列番号3に示す塩基配列であることを確認した。
得られたリジン脱炭酸酵素をコードするDNAを持つプラスミドをpCADAと命名した。pCADAを用いて形質転換した大腸菌を培養することで、配列番号4に記載のアミノ酸配列を有するリシン脱炭酸酵素を生産することができた。
[形質転換体の調製]
pCADAを用いてEscherichia coli W3110株を通常の方法で形質転換し、得られた形質転換体をW/pCADAと命名した。
該形質転換体を2Lのバッフル付き三角フラスコ中のAm100μg/mLを含むLB培地500mlに接種し、30℃にてOD(660nm)が0.5になるまで振盪培養した後、IPTG(イソプロピルーβーチオガラクトピラノシド)が0.1mMとなるように添加し、さらに14時間振盪培養した。培養液を8000rpm(最大遠心加速度10800×g)で20分間遠心分離し、菌体を回収した。回収した菌体の乾燥菌体換算濃度は25質量%であった。乾燥菌体換算濃度は、回収菌体の一部を用いて、重量が一定になるまで乾燥し、乾燥前後の重量を測定することにより求めた。
参考例2、3 比較例1、2)
[熱処理における乾燥菌体換算濃度の影響]
参考例1で得られた形質転換体W/pCADAの回収菌体を水に懸濁し、表1に示す各乾燥菌体換算濃度の菌体懸濁液を調製した。これらの菌体懸濁液を温度60℃の湯浴で30分間保温し、熱処理を施した。熱処理後の菌体懸濁液を適当に希釈液(0.15mM ピリドキサールリン酸および5g/L ウシアルブミン(SIGMA社製)を含む10mM リン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0))にて希釈し、得られた菌体希釈液を用いてリジン脱炭酸酵素活性の測定を行った。比較例1では、参考例1で得られた形質転換体W/pCADAの回収菌体を、そのまま希釈液にて適宜懸濁し、熱処理せずに菌体希釈液を用いて酵素活性の測定を行った。これらの結果を表1に示す。
菌体活性は、乾燥菌体換算重量1mg当りの酵素活性(U/mg dry cells)で表示した。相対活性は、比較例1の菌体活性を1として表示した。
また、上記の菌体希釈液をそれぞれバイオラピュター(オリンパス社製)により氷水中で5分間破砕し、得られた菌体破砕液を用いてリジン脱炭酸酵素活性の測定を行った。これらの結果を表2に示す。
菌体活性は、乾燥菌体換算重量1mg当りの酵素活性(U/mg dry cells)で表示した。相対活性は、比較例2の菌体活性を1として表示した。相対活性は、熱処理後のリジン脱炭酸酵素の活性残存率を表す。
表1の結果から、熱処理において、菌体懸濁液の乾燥菌体換算濃度を0.026質量%以上とすることで菌体活性が向上した。一方、表2の結果から、乾燥菌体換算濃度を13質量%とすると、活性残存率は約100%であり、リジン脱炭酸酵素が高い安定性を示した。
参考例4)
[熱処理の効果1]
参考例1で得られた形質転換体W/pCADAの回収菌体を水に懸濁し、乾燥菌体換算濃度12.5質量%の菌体懸濁液を調製した。この菌体懸濁液を表3に示す各温度の湯浴で15分間、30分間および60分間保温し、熱処理を施した。熱処理後の菌体懸濁液を適当に希釈液(0.15mM ピリドキサールリン酸および5g/L ウシアルブミン(SIGMA社製)を含む10mM リン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0))にて希釈し、得られた菌体希釈液を用いてリジン脱炭酸酵素活性の測定を行った。これらの結果を表3に示す。比較例には、比較例1の無処理菌体を用いた結果を示した。
菌体活性は、乾燥菌体換算重量1mg当りの酵素活性(U/mg dry cells)で表示した。相対活性は、比較例1の菌体活性を1として表示した。
50℃から70℃までの熱処理を行うことで、菌体活性は向上した。
参考例5)
[熱処理に対するリジン脱炭酸酵素の安定性]
参考例4で得られた熱処理後の菌体希釈液および比較例1で得られた菌体希釈液をそれぞれバイオラピュター(オリンパス社製)により氷水中で5分間破砕し、得られた菌体破砕液を用いてリジン脱炭酸酵素活性の測定を行った。これらの結果を表4に示す。
菌体活性は、乾燥菌体換算重量1mg当りの酵素活性(U/mg dry cells)で表示した。相対活性は、比較例2の菌体活性を1として表示した。相対活性は、熱処理後のリジン脱炭酸酵素の活性残存率を表す。
熱処理において、処理温度60℃以下かつ処理時間60分間以内では、活性残存率は96%以上であり、リジン脱炭酸酵素は高い安定性を有していた。また、処理温度70℃でも処理時間15分間までは、活性残存率70%以上とリジン脱炭酸酵素が高い安定性を示した。
参考例6)
[熱処理の効果2]
300mLのフラスコに、L−リジン一塩酸塩を、終濃度が10質量%となるように、および、ピリドキサールリン酸を、終濃度が0.15mMとなるように調製した基質溶液120gを加えた。次に、参考例4で調製した熱処理の温度60℃、時間30分間の熱処理菌体(乾燥菌体換算重量0.0144g)または比較例1の無処理菌体(乾燥菌体換算重量0.0144g)を添加し反応を開始した。反応条件は37℃、200rpmとした。反応結果を表5および図1に示す。
無処理菌体では、反応24時間で収率83.6mol%であったのに対して、60℃熱処理菌体では、反応24時間で収率99.0mol%と反応性が向上した。
参考例7)
[リジン塩酸塩処理の効果]
300mLのフラスコに、L−リジン一塩酸塩を、終濃度が10質量%もしくは45質量%となるように、および、ピリドキサールリン酸を、終濃度が0.15mMとなるように調製した基質溶液120gを加えた。次に、参考例1で得られた形質転換体W/pCADAの回収菌体を無処理で添加し反応を開始した。基質溶液に菌体を添加することで、菌体をリジン塩酸塩で処理しつつ、反応を行った。使用する菌体の量については、それぞれL−リジン一塩酸塩の重量に対する乾燥菌体換算重量の比率を0.0012とし、10質量%L−リジン一塩酸塩の基質溶液には、乾燥菌体換算重量で0.0144gの菌体を、45質量%では乾燥菌体換算重量で0.0648gの菌体を添加した。反応条件は37℃、200rpmとした。反応結果を表6および図2に示す。
各濃度のL−リジン塩酸塩を含む基質溶液に、無処理菌体を添加して、リジン塩酸塩処理を施しながら反応を行ったところ、10質量%のL−リジン一塩酸塩では、反応24時間で収率83.6mol%であったのに対して、45質量%のL−リジン一塩酸塩では、反応24時間で収率92.0mol%と反応性が向上した。
参考例8)
[凍結融解処理の効果1]
参考例1で得られた形質転換体W/pCADAの回収菌体を水に懸濁し、表7に示す各乾燥菌体換算濃度の菌体懸濁液を調製した。参考例1の回収菌体および調製した菌体懸濁液を表7に示す各温度で凍結した後、室温(約25℃)にて融解させた。これらの菌体を適当に希釈液(0.15mM ピリドキサールリン酸および5g/L ウシアルブミン(SIGMA社製)を含む10mM リン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0))にて希釈し、得られた菌体希釈液を用いてリジン脱炭酸酵素活性の測定を行った。これらの結果を表7に示す。比較例には、比較例1の無処理菌体を用いた結果を示した。
菌体活性は、乾燥菌体換算重量1mg当りの酵素活性(U/mg dry cells)で表示した。相対活性は、比較例1の菌体活性を1として表示した。
凍結融解処理を行うことで、菌体活性は13.5倍以上になった。
参考例9)
[凍結融解処理に対するリジン脱炭酸酵素の安定性]
参考例8で得られた凍結融解処理後の菌体希釈液および比較例1で得られた菌体希釈液をそれぞれバイオラピュター(オリンパス社製)により氷水中で5分間破砕し、得られた菌体破砕液を用いてリジン脱炭酸酵素活性の測定を行った。これらの結果を表8に示す。
菌体活性は、乾燥菌体換算重量1mg当りの酵素活性(U/mg dry cells)で表示した。相対活性は、比較例2の菌体活性を1として表示した。相対活性は、凍結融解処理後のリジン脱炭酸酵素の活性残存率を表す。
凍結融解処理時の乾燥菌体換算濃度を3.0質量%とすることで、凍結融解処理後の活性残存率は85%以上となり、リジン脱炭酸酵素が凍結融解処理に対して高い安定性を示した。
参考例10)
[凍結融解処理の効果2]
300mLのフラスコに、L−リジン一塩酸塩を、終濃度が10質量%となるように、および、ピリドキサールリン酸を、終濃度が0.15mMとなるように調製した基質溶液120gを加えた。次に、参考例8で調製した凍結温度−20℃および処理時の乾燥菌体換算濃度25質量%の凍結融解処理菌体(乾燥菌体換算重量0.0144g)または比較例1の無処理菌体(乾燥菌体換算重量0.0144g)を添加し反応を開始した。反応条件は37℃、200rpmとした。反応結果を表9および図3に示す。
無処理菌体では、反応24時間で収率83.6mol%であったのに対して、−20℃凍結融解処理菌体では、反応21時間で収率98.2mol%と反応性が向上した。
参考例11)
[凍結融解処理とリジン塩酸塩処理の組み合わせの効果]
300mLのフラスコに、L−リジン一塩酸塩を、終濃度が45質量%となるように、および、ピリドキサールリン酸を、終濃度が0.15mMとなるように調製した基質溶液120gを加えた。次に、参考例9で調製した凍結温度−20℃の凍結融解処理菌体(乾燥菌体換算重量0.0648g)を添加し反応を開始した。反応条件は37℃、200rpmとした。反応結果を表10および図4に示す。比較には、比較例1の無処理菌体(乾燥菌体換算重量0.0648g)を用いた結果を示した。
無処理菌体(リジン塩酸塩処理のみの単独の効果)では、反応24時間で収率92.0mol%であったのに対して、−20℃凍結融解処理菌体(凍結融解処理とリジン塩酸塩処理の組み合わせの効果)では、反応24時間で収率93.1mol%と反応収率が向上した。
また、反応初期の生産速度は、無処理菌体では、反応1時間で収率11.1mol%であったのに対して、−20℃凍結融解処理菌体(凍結融解処理とリジン塩酸塩処理の組み合わせの効果)では、反応1時間で収率33.5mol%と約3倍に向上した。
菌体は凍結融解処理菌体を使用し、かつ45質量%と高濃度のリジン一塩酸塩で処理しつつ、反応を進行させることで、さらに生産速度および反応収率が向上した。
(調製例1)
(1)菌体希釈液の調製
参考例1で得られた形質転換体W/pCADAの回収菌体を、−20℃で凍結した後、室温(約25℃)にて融解させた。この菌体を適当に水で希釈し、菌体希釈液を得た。
(2)ペンタメチレンジアミン水溶液の製造
フラスコに、L−リシン一塩酸塩(和光純薬製を、終濃度が45質量%となるように、および、ピリドキサールリン酸(和光純薬製)を、終濃度が0.15mmol/Lとなるように調製した基質溶液120質量部を加えた。次に、上記のW/pCADA菌体破砕液(仕込み乾燥菌体換算重量0.3g)を添加し反応を開始した。反応条件は37℃、200rpmとした。反応液のpHは6mol/Lの塩酸にてpH6に調整した。24時間後のペンタメチレンジアミンの反応収率は99%に達していた。上記の反応24時間後の反応液を、6mol/Lの塩酸にてpH2に調整し、0.6質量部の活性炭(三倉化成社製 粉末活性炭PM−SX)を添加し、25℃で1時間攪拌を行った後、濾紙(ADVANTEC社製 5C)にて濾過を行った。次に、この濾液を水酸化ナトリウムにてpH12に調整し、ペンタメチレンジアミン水溶液(17.0質量%水溶液)を得た。
[熱処理の有無による抽出率]
参考例12)ペンタメチレンジアミン(a)の調製
分液ロートにペンタメチレンジアミン水溶液100質量部とn−ブタノール100質量部とを仕込み、10分間混合し、その後30分間静置した。水層である下層を抜き出し、次いで有機層である上層を抜き出した。抽出率を測定した結果、91.8%であった。
次いで、温度計、蒸留塔、冷却管および窒素導入管を備えた4つ口フラスコに有機層の抽出液80質量部を仕込み、オイルバス温度を120℃とし、10kPaの減圧下でn−ブタノールを留去させ、純度99.9質量%のペンタメチレンジアミン(a)を得た。
すなわち、ペンタメチレンジアミン(a)は、ペンタメチレンジアミン水溶液を、熱処理することなく、n−ブタノールにより溶媒抽出し、さらにn−ブタノールを留去させることにより、調製することができた。
参考例13)ペンタメチレンジアミン(b)の調製
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、調製例1で得られたペンタメチレンジアミン水溶液110質量部を装入し、38kPa、80℃で水を留去させ、19.6質量%のペンタメチレンジアミン水溶液を得た。
分液ロートに上記ペンタメチレンジアミン水溶液100質量部とn−ブタノール(抽出溶媒)100質量部とを仕込み、10分間混合し、その後30分間静置した。次いで、有機層(ペンタメチレンジアミンを含むn−ブタノール)を抜き出し、抽出率を測定した。その結果、抽出率は、93.4%であった。
次いで、参考例12と同様の条件および操作にてn−ブタノールを留去させ、純度99.6質量%のペンタメチレンジアミン(b)を得た。
すなわち、ペンタメチレンジアミン(b)は、ペンタメチレンジアミン水溶液を、90℃未満で熱処理するとともに、n−ブタノールにより溶媒抽出し、さらにn−ブタノールを留去させることにより、調製することができた。
参考例14)ペンタメチレンジアミン(c)の調製
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、調製例1で得られたペンタメチレンジアミン水溶液110質量部を装入し、大気圧、還流温度(105℃)で水を留去させ、19.4質量%のペンタメチレンジアミン水溶液を得た。
分液ロートに上記ペンタメチレンジアミン水溶液100質量部とn−ブタノール(抽出溶媒)100質量部とを仕込み、10分間混合し、その後30分間静置した。次いで、有機層(ペンタメチレンジアミンを含むn−ブタノール)を抜き出し、抽出率を測定した。その結果、抽出率は、89.2%であった。
次いで、参考例12と同様の条件および操作にてn−ブタノールを留去させ、純度99.2質量%のペンタメチレンジアミン(c)を得た。
すなわち、ペンタメチレンジアミン(c)は、ペンタメチレンジアミン水溶液を、90℃以上で熱処理するとともに、n−ブタノールにより溶媒抽出し、さらにn−ブタノールを留去させることにより、調製することができた。
[抽出溶媒の相違による抽出率]
参考例15)ペンタメチレンジアミン(d)の調製
分液ロートにペンタメチレンジアミン水溶液100質量部とn−ブタノール100質量部とを仕込み、10分間混合し、その後30分間静置した。水層である下層を抜き出し、次いで有機層である上層を抜き出した。抽出率を測定した結果、91.7%であった。
次いで、温度計、蒸留塔、冷却管および窒素導入管を備えた4つ口フラスコに有機層の抽出液80質量部を仕込み、常圧にて、液温が139℃に達するまで加熱し、水およびn−ブタノールを留去させ、1,5−ペンタメチレンジアミンのn−ブタノール溶液を17質量部得た。次いで、温度計、蒸留塔、冷却管および窒素導入管を備えた4つ口フラスコに1,5−ペンタメチレンジアミンのn−ブタノール溶液を17質量部仕込み、1.7kPaにて、液温が65℃に達するまで加熱し、留出液としてペンタメチレンジアミン(d)(1,5−ペンタメチレンジアミンのn−ブタノール溶液)を得た。ペンタメチレンジアミン(d)のペンタメチレンジアミンの純度は、33.5%であった。
参考例16)ペンタメチレンジアミン(e)の調製
分液ロートにペンタメチレンジアミン水溶液100質量部とイソブタノール100質量部とを仕込み、10分間混合し、その後30分間静置した。水層である下層を抜き出し、次いで有機層である上層を抜き出した。抽出率を測定した結果、85.8%であった。
次いで、温度計、蒸留塔、冷却管および窒素導入管を備えた4つ口フラスコに有機層の抽出液80質量部を仕込み、常圧にて、液温が130℃に達するまで加熱し、水およびイソブタノールを留去させ、1,5−ペンタメチレンジアミンのイソブタノール溶液を16質量部得た。次いで、温度計、蒸留塔、冷却管および窒素導入管を備えた4つ口フラスコに1,5−ペンタメチレンジアミンのイソブタノール溶液を16質量部仕込み、1.7kPaにて、液温が65℃に達するまで加熱し、留出液としてペンタメチレンジアミン(e)(1,5−ペンタメチレンジアミンのイソブタノール溶液)を得たペンタメチレンジアミン(e)のペンタメチレンジアミンの純度は、33.9%であった。
[抽出溶媒の相違と熱分解反応における収率]
(実施例17)ペンタメチレンジイソシアネート(a)の製造
圧力制御弁、還流冷却器、気液分離器、攪拌装置を備えたSUS製オートクレーブに、参考例15で得られたペンタメチレンジアミン(d)(1,5−ペンタメチレンジアミンのn−ブタノール溶液)152質量部、尿素72質量部、および、n−ブタノール121質量部の混合物を仕込み、窒素ガスを毎分0.3L流通、500rpmで攪拌させながら、反応温度215℃で保つように内圧を圧力制御弁で調節しながら3時間反応させた。得られた反応液を、0.5KPa、150℃で減圧蒸留して軽沸分をカットし、純度96.2質量%のビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタン150質量部を、収率95.6質量%で得た。
次いで、撹拌機、温度計および冷却器を備えた精留塔を備え付けた4つ口フラスコを反応器とし、冷却器には80℃の温水を流し、受器は冷アセトンで冷却したコールドトラップを通して真空ラインに連結した。フラスコにビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタン150質量部、バーレルプロセス油B−30(松村石油社製)150質量部、ジラウリン酸ジブチルスズ0.3質量部を仕込んだ。反応系内を窒素置換した後、3.0kPaに減圧し、反応液を250℃まで昇温させ2時間熱分解反応を行い、純度99.9質量%のペンタメチレンジイソシアネート(a)を70質量部得た。熱分解反応の収率は95.1質量%、ペンタメチレンジイソシアネート(a)の収率は91.0質量%であった。
(実施例18)ペンタメチレンジイソシアネート(b)の製造
圧力制御弁、還流冷却器、気液分離器、攪拌装置を備えたSUS製オートクレーブに、参考例16で得られたペンタメチレンジアミン(e)(1,5−ペンタメチレンジアミンのイソブタノール溶液)150質量部、尿素72質量部、および、n−ブタノール123質量部の混合物を仕込み、窒素ガスを毎分0.3L流通、500rpmで攪拌させながら、反応温度215℃で保つように内圧を圧力制御弁で調節しながら3時間反応させた。得られた反応液を、0.5KPa、150℃で減圧蒸留して軽沸分をカットし、純度89.8質量%のビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタン150質量部を、収率89.3質量%で得た。
次いで、撹拌機、温度計および冷却器を備えた精留塔を備え付けた4つ口フラスコを反応器とし、冷却器には80℃の温水を流し、受器は冷アセトンで冷却したコールドトラップを通して真空ラインに連結した。フラスコにビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタン150質量部、バーレルプロセス油B−30(松村石油社製)150質量部、ジラウリン酸ジブチルスズ0.3質量部を仕込んだ。反応系内を窒素置換した後、3.0kPaに減圧し、反応液を250℃まで昇温させ2時間熱分解反応を行い、純度99.9質量%のペンタメチレンジイソシアネート(b)を63質量部得た。熱分解反応の収率は91.9質量%、ペンタメチレンジイソシアネート(b)の収率は82.1質量%であった。
(実施例19)ペンタメチレンジイソシアネート(c)の製造
圧力制御弁、還流冷却器、気液分離器、攪拌装置を備えたSUS製オートクレーブに、ペンタメチレンジアミン(a)51質量部、尿素72質量部およびn−ブタノール222質量部の混合物を仕込み、窒素ガスを毎分0.3L流通、500rpmで攪拌させながら、反応温度215℃で保つように内圧を圧力制御弁で調節しながら3時間反応させた。得られた反応液を、0.5KPa、150℃で減圧蒸留して軽沸分をカットし、純度96.1%のビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタン150質量部を得た。
次いで、撹拌機、温度計および冷却器を備えた精留塔を備え付けた4つ口フラスコを反応器とし、冷却器には80℃の温水を流し、受器は冷アセトンで冷却したコールドトラップを通して真空ラインに連結した。フラスコにビス(ブトキシカルボニルアミノ)ペンタン70質量部、バーレルプロセス油B−30(松村石油社製)70質量部、ジラウリン酸ジブチルスズ0.14質量部を仕込んだ。反応系内を窒素置換した後、3.0kPaに減圧し、反応液を250℃まで昇温させ2時間反応させた。反応終了後、受器に集められた反応液をガスクロマトグラフィーにより定量した結果、純度99.9質量%のペンタメチレンジイソシアネート(c)を得た。
ガスクロマトグラフィーの分析条件を、以下に示す。
装置;GC−14B(島津製作所製)
カラム;UA−20EX−2.0F、1.2mmφ×20m(フロンティア・ラボ社製)
オーブン温度;100℃で2分間保持、100℃から240℃まで、10℃/minで昇温、240℃で14分間保持
注入口温度;250℃
検出器温度;250℃
キャリアガス;ヘリウム
(実施例20)ペンタメチレンジイソシアネート(d)の製造
実施例19で得られた反応液100質量部に対し、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノール0.005質量部、p−トルエンスルホンアミド0.001質量部、トリス(トリデシル)ホスファイト0.01質量部を添加し、純度99.9質量%のペンタメチレンジイソシアネート(d)を得た。
次いで、サンプル瓶にペンタメチレンジイソシアネート(d)を移し、窒素パージ後、50℃のオーブン中に14日間静置し、貯蔵安定性試験を実施した。試験後のペンタメチレンジイソシアネート(d)の純度は99.8質量%であった。
(実施例21)ペンタメチレンジイソシアネート(e)の製造
実施例19で得られた反応液100質量部に対し、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノール0.005質量部を添加し、純度99.9質量%のペンタメチレンジイソシアネート(e)を得た。
次いで、サンプル瓶にペンタメチレンジイソシアネート(e)を移し、窒素パージ後、50℃のオーブン中に14日間静置し、貯蔵安定性試験を実施した。試験後のペンタメチレンジイソシアネート(e)の純度は99.4質量%であった。
(実施例22)ペンタメチレンジイソシアネート(f)の製造
ペンタメチレンジアミン(a)に代えて、ペンタメチレンジアミン(b)を用い、実施例19と同様の方法にて純度99.9質量%のペンタメチレンジイソシアネート(f)を得た。
参考例23)ペンタメチレンジイソシアネート(g)の製造
ペンタメチレンジアミン(a)に代えて、ペンタメチレンジアミン(c)を用い、実施例19と同様の方法にて純度99.5質量%のペンタメチレンジイソシアネート(g)を得た。
[ポリイソシアネート組成物の製造]
参考例24)ポリイソシアネート組成物(A)の製造
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、実施例19のペンタメチレンジイソシアネート(c)を500質量部、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノールを0.25質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.25質量部装入し、60℃に昇温した。次いで、トリマー化触媒としてN−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートを0.1質量部添加した。1時間反応させた後、o−トルエンスルホンアミドを0.12質量部添加した(イソシアネート基の転化率:10質量%)。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、さらに、得られた組成物100質量部に対し、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加し、ポリイソシアネート組成物(A)を得た。
このポリイソシアネート組成物(A)のペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.3質量%、イソシアネート3量体濃度は63質量%、イソシアネート基濃度1は25.9質量%、25℃における粘度1は1530mPa・s、色相1はAPHA20であった。これらの測定値を、加熱促進試験前の測定値とし、表11に示す。
次いで、金属製容器にポリイソシアネート組成物(A)を移し、窒素パージ後、60℃のオーブン中に4日間静置し、加熱促進試験を実施した。試験後のポリイソシアネート組成物の、イソシアネート基濃度2は25.5質量%であり、25℃における粘度2は1650mPa・sであり、色相2はAPHA30であった。これらの測定値を、加熱促進試験後の測定値とし、表11に示す。
参考例25)ポリイソシアネート組成物(B)の製造
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、実施例19のペンタメチレンジイソシアネート(c)を500質量部、イソブタノールを24質量部、2,6−ジ(t−ブチル)−4−メチルフェノールを0.3質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.3質量部装入し、85℃に昇温し、3時間ウレタン化反応を行った。次いで、アロファネート化触媒としてオクチル酸鉛を0.02質量部添加し、イソシアネート基濃度が計算値に達するまで反応を行った後、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加した。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、さらに、得られた組成物100質量部に対し、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加し、ポリイソシアネート組成物(B)を得た。
このポリイソシアネート組成物(B)のペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.2質量%、イソシアネート基濃度1は20.4質量%、25℃における粘度1は200mPa・s、色相1はAPHA20であった。これらの測定値を、加熱促進試験前の測定値とし、表11に示す。
次いで、金属製容器にポリイソシアネート組成物(B)を移し、窒素パージ後、60℃のオーブン中に4日間静置し、加熱促進試験を実施した。試験後のポリイソシアネート組成物の、イソシアネート基濃度2は19.9質量%であり、25℃における粘度2は220mPa・sであり、色相2はAPHA30であった。これらの測定値を、加熱促進試験後の測定値とし、表11に示す。
参考例26)ポリイソシアネート組成物(C)の製造
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、実施例19のペンタメチレンジイソシアネート(c)を500質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.2質量部、トリメチル燐酸を8質量部、水を5質量部装入し、130℃に昇温し、イソシアネート基濃度が計算値に達するまで反応を行った。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、ポリイソシアネート組成物(C)を得た。
このポリイソシアネート組成物(C)のペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.6質量%、イソシアネート基濃度1は24.8質量%、25℃における粘度1は2810mPa・s、色相1はAPHA30であった。これらの測定値を、加熱促進試験前の測定値とし、表11に示す。
次いで、金属製容器にポリイソシアネート組成物(C)を移し、窒素パージ後、60℃のオーブン中に4日間静置し、加熱促進試験を実施した。試験後のポリイソシアネート組成物の、イソシアネート基濃度2は24.0質量%であり、25℃における粘度2は3200mPa・sであり、色相2はAPHA40であった。これらの測定値を、加熱促進試験後の測定値とし、表11に示す。
参考例27)ポリイソシアネート組成物(D)の製造
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、実施例19のペンタメチレンジイソシアネート(c)を500質量部、および、低分子量ポリオールとしてトリメチロールプロパン(略号:TMP)50質量部を装入した(当量比(NCO/OH)=5.8)。窒素雰囲気下、75℃まで昇温し、トリメチロールプロパンが溶解したことを確認した後、イソシアネート基濃度が計算値に達するまで、83℃で反応させた。
次いで、この反応溶液を55℃まで降温した後、混合抽出溶媒(n−ヘキサン/酢酸エチル=90/10(質量比))を350質量部加え、10分間撹拌し、10分間静置した後、抽出溶媒層を除去した。同抽出操作を4回繰り返した。
その後、得られた反応液から、減圧下、80℃に加熱して、反応液中に残留する抽出溶媒を除去した。さらに酢酸エチルを加え、ポリイソシアネート組成物の濃度が75質量%となるように調製し、ポリイソシアネート組成物(D)を得た。このポリイソシアネート組成物(D)のペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.3質量%、イソシアネート基濃度1は20.5質量%であり、25℃における粘度1は、500mPa・sであり、色相1はAPHA20であった。これらの測定値を、加熱促進試験前の測定値とし、表11に示す。
次いで、金属製容器にポリイソシアネート組成物(D)を移し、窒素パージ後、60℃のオーブン中に4日間静置し、加熱促進試験を実施した。試験後のポリイソシアネート組成物の、イソシアネート基濃度2は20.0質量%であり、25℃における粘度2は530mPa・sであり、色相2はAPHA30であった。これらの測定値を、加熱促進試験後の測定値とし、表11に示す。
参考例28)ポリイソシアネート組成物(E)の製造
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、実施例19のペンタメチレンジイソシアネート(c)を500質量部、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノールを0.3質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.3質量部、平均分子量400のメトキシポリエチレンエーテルグリコールを130質量部装入し、窒素雰囲気下85℃で3時間反応させた。次いで、トリマー化触媒としてN−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートを0.1質量部添加した。1時間反応させた後、o−トルエンスルホンアミドを0.12質量部添加した(イソシアネート基の転化率:10質量%)。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、さらに、得られた組成物100質量部に対し、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加し、ポリイソシアネート組成物(E)を得た。
このポリイソシアネート組成物(E)のペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.1質量%、イソシアネート基濃度1は13.2質量%、25℃における粘度1は280mPa・s、色相1はAPHA20であった。これらの測定値を、加熱促進試験前の測定値とし、表11に示す。
次いで、金属製容器にポリイソシアネート組成物(E)を移し、窒素パージ後、60℃のオーブン中に4日間静置し、加熱促進試験を実施した。試験後のポリイソシアネート組成物の、イソシアネート基濃度2は12.8質量%であり、25℃における粘度2は310mPa・sであり、色相2はAPHA30であった。これらの測定値を、加熱促進試験後の測定値とし、表11に示す。
参考例29)ポリイソシアネート組成物(F)の製造
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、実施例20のペンタメチレンジイソシアネート(d)を500質量部、1,3−ブタンジオール(以下、1,3−BGと略する場合がある。)を3.9質量部、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノールを0.25質量部、トリス(トリデシル)ホスファイトを0.25質量部装入し、80℃で3時間反応させた。この溶液を60℃に降温した後、トリマー化触媒としてN−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートを0.1質量部添加した。1時間反応させた後、o−トルエンスルホンアミドを0.12質量部添加した(イソシアネート基の転化率:10質量%)。得られた反応液を薄膜蒸留装置(真空度0.093KPa、温度150℃)に通液して未反応のペンタメチレンジイソシアネートを除去し、さらに、得られた組成物100質量部に対し、o−トルエンスルホンアミドを0.02質量部添加し、ポリイソシアネート組成物(F)を得た。
このポリイソシアネート組成物(F)のペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.3質量%、イソシアネート3量体濃度は45質量%、イソシアネート基濃度1は23.9質量%、25℃における粘度1は2000mPa・s、色相1はAPHA20であった。これらの測定値を、加熱促進試験前の測定値とし、表11に示す。
次いで、金属製容器にポリイソシアネート組成物(F)を移し、窒素パージ後、60℃のオーブン中に4日間静置し、加熱促進試験を実施した。試験後のポリイソシアネート組成物の、イソシアネート基濃度2は23.4質量%であり、25℃における粘度2は2200mPa・sであり、色相2はAPHA30であった。これらの測定値を、加熱促進試験後の測定値とし、表11に示す。
参考例30)ポリイソシアネート組成物(G)の製造
ペンタメチレンジイソシアネート(d)に代えて、実施例21のペンタメチレンジイソシアネート(e)を用い、参考例29と同様の方法にてポリイソシアネート組成物(G)を得た。
このポリイソシアネート組成物(G)のペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.5質量%、イソシアネート3量体濃度は42質量%、イソシアネート基濃度1は22.3質量%、25℃における粘度1は2250mPa・s、色相1はAPHA20であった。これらの測定値を、加熱促進試験前の測定値とし、表11に示す。
次いで、金属製容器にポリイソシアネート組成物(G)を移し、窒素パージ後、60℃のオーブン中に4日間静置し、加熱促進試験を実施した。試験後のポリイソシアネート組成物の、イソシアネート基濃度2は21.6質量%であり、25℃における粘度2は2670mPa・sであり、色相2はAPHA30であった。これらの測定値を、加熱促進試験後の測定値とし、表11に示す。
(考察)
参考例29で用いたペンタメチレンジイソシアネート(d)は、酸化防止剤、酸性化合物、および、スルホンアミド基を有する化合物が配合されているため、予め高温下で貯蔵(50℃、14日間)されていても、そのペンタメチレンジイソシアネートを用いて得られるポリイソシアネート組成物は、ペンタメチレンジイソシアネートが貯蔵されていない他のポリイソシアネート組成物と、同程度の貯蔵安定性を確保することができた。
参考例31)ポリイソシアネート組成物(H)の製造
ペンタメチレンジイソシアネート(c)に代えて、実施例22のペンタメチレンジイソシアネート(f)を用い、参考例24と同様の方法にてポリイソシアネート組成物(H)を得た。
このポリイソシアネート組成物(H)のペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.3質量%、イソシアネート3量体濃度は62質量%、イソシアネート基濃度1は25.7質量%、25℃における粘度1は1620mPa・s、色相1はAPHA20であった。これらの測定値を、加熱促進試験前の測定値とし、表11に示す。
次いで、金属製容器にポリイソシアネート組成物(H)を移し、窒素パージ後、60℃のオーブン中に4日間静置し、加熱促進試験を実施した。試験後のポリイソシアネート組成物の、イソシアネート基濃度2は25.2質量%であり、25℃における粘度2は1780mPa・sであり、色相2はAPHA30であった。これらの測定値を、加熱促進試験後の測定値とし、表11に示す。
参考例32)ポリイソシアネート組成物(I)の製造
ペンタメチレンジイソシアネート(c)に代えて、参考例23のペンタメチレンジイソシアネート(g)を用い、参考例24と同様の方法にてトリマー化反応を行ったが、イソシアネート基濃度の測定から反応速度が低いことが確認されたため、N−(2−ヒドロキシプロピル)−N,N,N−トリメチルアンモニウム−2−エチルヘキサノエートを0.1質量部加え、ポリイソシアネート組成物(I)を得た。
このポリイソシアネート組成物(I)のペンタメチレンジイソシアネート濃度は0.5質量%、イソシアネート3量体濃度は55質量%、イソシアネート基濃度1は23.6質量%、25℃における粘度1は2050mPa・s、色相1はAPHA40であった。これらの測定値を、加熱促進試験前の測定値とし、表11に示す。
次いで、金属製容器にポリイソシアネート組成物(I)を移し、窒素パージ後、60℃のオーブン中に4日間静置し、加熱促進試験を実施した。試験後のポリイソシアネート組成物の、イソシアネート基濃度2は22.4質量%であり、25℃における粘度2は2500mPa・sであり、色相2はAPHA60であった。これらの測定値を、加熱促進試験後の測定値とし、表11に示す。
参考例33)ポリウレタン樹脂(A)の製造
参考例24で得られたポリイソシアネート組成物(A)と、アクリルポリオール(三井化学社製、商品名:タケラックUA−702、以下、UA−702と略する。)とを、アクリルポリオール中の水酸基に対するポリイソシアネート組成物中のイソシアネート基の当量比(NCO/OH)が1.0となる割合で配合し、23℃で90秒間攪拌し、反応混合液を得た。次いで、この反応混合液を、JIS G 3303に準拠した標準試験板(種類:電気めっきぶりき、以下、試験板と略する。)に塗布し、その後、80℃で30分、さらに110℃で1時間硬化させ、厚みが約45μmのポリウレタン樹脂(A)を得た。
得られたポリウレタン樹脂(A)は、23℃、相対湿度55%の室内にて7日間静置した。
物性評価
参考例33で得られたポリウレタン樹脂(以下、塗膜と略する。)のマルテンス硬さ、破断強度、耐溶剤性および引っかき硬度を、以下の方法で測定した。
<マルテンス硬さ(単位:N/mm)>
試験板に密着した状態の塗膜を、超微小硬度計(島津製作所社製、DUH−211)を用いて、圧子の種類:Triangular115、試験モード:負荷−除荷試験、試験力:10.00mN、負荷速度3.0mN/sec、負荷保持時間:10secの条件にてマルテンス硬さ(HMT115)を測定した。
その結果、マルテンス硬さは、128N/mmであった。
<破断強度(TS)(単位:MPa)>
塗膜を、幅1cm、長さ10cmのサイズにダンベルで打ち抜いた。次いで、この試験サンプルに対して、引張圧縮試験機(インテスコ社製、Model205N)を用いて、23℃、引張速度10mm/min、チャック間距離50mmの条件で引張試験した。これにより、破断強度(TS)を測定した。
その結果、破断強度(TS)は、54MPaであった。
<耐溶剤性(単位:回)>
試験液を充分に含浸させた綿棒を、試験板に密着した塗膜上に置き、一定荷重がかかるようにして約1cmの距離を往復させた。この作業を繰返し、塗膜に損傷が観察されたら時点で試験を終了させた。往路、復路をそれぞれ1回とし、塗膜に損傷が観察されるまでの回数を耐溶剤性とした。試験液は、酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトンとした。
その結果、損傷が観察されるまでの回数は、酢酸エチルで160回、トルエンで290回、メチルエチルケトンで120回であった。
1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、および、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法は、各種産業分野において好適に用いられ、またそれにより得られる1,5−ペンタメチレンジアミン、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、ポリイソシアネート組成物、および、ポリウレタン樹脂は、各種産業の工業材料として、好適に用いられる。

Claims (3)

  1. 1,5−ペンタメチレンジアミンを含有する水溶液から、前記1,5−ペンタメチレンジアミンを、90℃以上で加熱することなく、炭素数4〜7の1価アルコールにより抽出する工程と、
    抽出された前記1,5−ペンタメチレンジアミンを、ホスゲン化するか、または、カルバメート化および熱分解する工程と
    を備えることを特徴とする、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法。
  2. さらに、酸化防止剤と、
    酸性化合物および/またはスルホンアミド基を有する化合物と
    を配合することを特徴とする、請求項1に記載の1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法。
  3. 1,5−ペンタメチレンジアミンを、抽出溶媒により抽出し、
    前記抽出における前記抽出溶媒を、前記カルバメート化における反応原料として用いることを特徴とする、請求項1に記載の1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法。

JP2012503119A 2010-03-01 2011-02-25 1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法 Active JP5700575B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012503119A JP5700575B2 (ja) 2010-03-01 2011-02-25 1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010044644 2010-03-01
JP2010044644 2010-03-01
JP2012503119A JP5700575B2 (ja) 2010-03-01 2011-02-25 1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法
PCT/JP2011/054388 WO2011108473A1 (ja) 2010-03-01 2011-02-25 1,5-ペンタメチレンジアミンの製造方法、1,5-ペンタメチレンジアミン、1,5-ペンタメチレンジイソシアネート、1,5-ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、ポリイソシアネート組成物、および、ポリウレタン樹脂

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011108473A1 JPWO2011108473A1 (ja) 2013-06-27
JP5700575B2 true JP5700575B2 (ja) 2015-04-15

Family

ID=44542126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012503119A Active JP5700575B2 (ja) 2010-03-01 2011-02-25 1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9404132B2 (ja)
EP (1) EP2543736B1 (ja)
JP (1) JP5700575B2 (ja)
CN (1) CN102782146B (ja)
WO (1) WO2011108473A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011201863A (ja) * 2010-03-01 2011-10-13 Mitsui Chemicals Inc ペンタメチレンジイソシアネート、ポリイソシアネート組成物、ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、および、ポリウレタン樹脂

Families Citing this family (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9234069B2 (en) * 2011-03-09 2016-01-12 Mitsui Chemicals, Inc. Pentamethylenediisocyanate, method for producing pentamethylenediisocyanate, polyisocyanate composition, polyurethane resin, and polyurea resin
EP2806026B1 (en) * 2012-01-18 2018-12-26 Mitsui Chemicals, Inc. Method for producing 1,5-pentamethylenediamine, mutant lysine decarboxylase, method for producing 1,5-pentamethylene diisocyanate and method for producing polyisocyanate composition
JP6042699B2 (ja) * 2012-11-06 2016-12-14 三井化学株式会社 ポリイソシアネート組成物およびポリウレタン樹脂
US9896409B2 (en) 2013-01-28 2018-02-20 Cathay R&D Center Co., Ltd. Purification of cadaverine using high boiling point solvent
EP2948558B1 (en) 2013-01-28 2020-10-28 Cathay Biotech Inc. Purification of cadaverine using high boiling point solvent
US9914694B2 (en) 2013-01-28 2018-03-13 Cathay R&D Center Co., Ltd. Purification of cadaverine using high boiling point solvent
CN104781229B (zh) 2013-09-26 2017-03-01 三井化学株式会社 1,4-双(异氰酸甲酯基)环己烷、多异氰酸酯组合物、聚氨酯树脂、成型品、眼镜材料、眼镜框以及镜片
CN105658694A (zh) * 2013-10-21 2016-06-08 三井化学株式会社 光学材料用聚合性组合物和光学材料
EP3072880A4 (en) * 2013-11-19 2017-07-19 Toray Industries, Inc. 1, 5-pentamethylene diamine and method for producing same
EP3103824B1 (en) * 2014-02-06 2020-03-25 Mitsui Chemicals, Inc. Polymerizable composition for optical material and optical material
KR101857901B1 (ko) * 2014-03-11 2018-05-14 미쯔이가가꾸가부시끼가이샤 광학 재료용 에피술피드 화합물의 제조 방법, 에피술피드 함유 조성물, 및 해당 조성물을 포함하는 광학 재료용 중합성 조성물
WO2015137418A1 (ja) * 2014-03-11 2015-09-17 味の素株式会社 熱安定性向上リジン脱炭酸酵素変異体を用いる1,5-ペンタジアミンの製造方法
EP3194362B1 (de) * 2014-09-19 2025-09-10 Covestro Deutschland AG Verfahren zur herstellung von 1,5-pentandiisocyanat in der gasphase
JP6484979B2 (ja) * 2014-09-29 2019-03-20 東ソー株式会社 ポリイソシアヌレート変性イソシアネート組成物及びその製造方法
WO2016080508A1 (ja) * 2014-11-19 2016-05-26 横浜ゴム株式会社 2液ウレタン系接着剤組成物
CN107208085B (zh) 2015-02-03 2021-07-16 上海凯赛生物技术股份有限公司 固定化细胞及其制备方法
US20180079852A1 (en) * 2015-03-16 2018-03-22 Covestro Deutschland Ag Polyisocyanate composition based on 1,5-pentamethylene diisocyanate
EP3271412B1 (de) * 2015-03-16 2020-02-05 Covestro Deutschland AG Hydrophile polyisocyanate auf basis von 1,5-diisocyanatopentan
JP6381474B2 (ja) * 2015-03-31 2018-08-29 三井化学株式会社 硬化性ポリウレタン樹脂組成物および硬化物
US10358576B2 (en) 2015-04-20 2019-07-23 Basf Se Two-component coating compounds
CN107406566A (zh) * 2015-05-08 2017-11-28 三井化学株式会社 多异氰酸酯组合物、聚氨酯树脂及涂料
EP3328914B1 (de) * 2015-07-31 2022-03-09 Covestro Intellectual Property GmbH & Co. KG Blockierte polyisocyanatzusammensetzung auf basis von 1,5-pentamethylendiisocyanat
CN107043330B (zh) 2016-02-06 2020-10-20 上海凯赛生物技术股份有限公司 一种从含1,5-戊二胺盐的溶液体系中提取1,5-戊二胺的方法
CN106045882A (zh) * 2016-06-03 2016-10-26 山东崇舜化工有限公司 一种合成五亚甲基二异氰酸酯的方法
EP3533785B1 (en) 2016-10-26 2023-11-29 Mitsui Chemicals, Inc. Pentamethylene diisocyanate production method
CN106883150A (zh) * 2017-01-25 2017-06-23 南京工业大学 一种合成生物基1,5‑戊二异氰酸酯的方法
US10464880B2 (en) 2017-01-27 2019-11-05 Cathay Biotech Inc. Purification of cadaverine using high boiling point solvent
WO2018176205A1 (zh) * 2017-03-28 2018-10-04 科思创德国股份有限公司 脂肪族胺及其制备方法和应用
CN107602419B (zh) * 2017-10-23 2020-05-12 南京工业大学 一种基于二氧化碳耦合的1,5-戊二异氰酸酯制备方法
US20200362196A1 (en) * 2017-12-28 2020-11-19 Covestro Deutschland Ag Aqueous dispersion
EP3514186A1 (de) * 2018-01-18 2019-07-24 Covestro Deutschland AG Klebstoffe
EP3530717B1 (en) 2018-02-21 2023-08-16 ALP Multitech Pvt. Ltd. A method for converting agricultural biomass or industrial bio waste into biofuel
CN108689884A (zh) * 2018-08-01 2018-10-23 南京工业大学 一种1,5-戊二异氰酸酯的制备方法
CN109233416A (zh) * 2018-08-20 2019-01-18 南京工业大学 五亚甲基二异氰酸酯在制备五亚甲基二异氰酸酯类涂料固化剂中的应用
EP3750868A1 (de) * 2019-06-11 2020-12-16 Covestro Deutschland AG Verfahren zur herstellung einer amin-hydrochlorid-suspension
MX2022000419A (es) 2019-07-10 2022-02-10 Nanometics Llc D B A Phd Biosciences Geles de poliuretano.
MX2022002450A (es) 2019-08-30 2022-03-22 Grant Ind Inc Elastomero de base biologica y biodegradable para el cuidado cosmetico y personal.
CN113881719A (zh) * 2020-07-02 2022-01-04 中国科学院过程工程研究所 一种全细胞催化合成1,5-戊二胺的方法
CN116194429A (zh) * 2020-08-06 2023-05-30 艾尔控股公司 用于增强蒸馏过程中的杂质去除的合金和方法
CN114105825A (zh) * 2020-08-27 2022-03-01 中国科学院过程工程研究所 一种1,5-戊二异氰酸酯的制备方法
CN114315603B (zh) * 2020-09-30 2024-04-05 上海凯赛生物技术股份有限公司 一种1,5-戊二胺的提取方法及其所得的1,5-戊二胺产品
CN114315604B (zh) * 2020-10-09 2025-12-09 上海凯赛生物技术股份有限公司 一种1,5-戊二胺的提取方法、所得的1,5-戊二胺产品及聚酰胺
CN114315601A (zh) * 2020-10-09 2022-04-12 上海凯赛生物技术股份有限公司 一种1,5-戊二胺的提取方法、所得的1,5-戊二胺产品及聚酰胺
US20220356150A1 (en) 2021-04-30 2022-11-10 Evoco Limited Biobased diisocyanates, and process for preparation of same
CN118955300A (zh) * 2021-07-14 2024-11-15 上海凯赛生物技术股份有限公司 一种1,5-戊二胺的分离方法
US20250250389A1 (en) * 2022-04-07 2025-08-07 Mojia (Shanghai) Biotechnology Co., Ltd. Thermoplastic and elastomeric polyurethanes produced from biobased 1, 5-pentamethylene diisocyanate
CN115010627B (zh) * 2022-07-05 2023-07-25 中国科学院过程工程研究所 一种戊二氨基甲酸酯的催化合成方法
CN115282627B (zh) * 2022-07-05 2024-03-01 中国科学院过程工程研究所 一种1,5戊二氨基甲酸酯的提纯装置和提纯方法
CN115073323A (zh) * 2022-07-05 2022-09-20 中国科学院过程工程研究所 一种异氰酸酯稳定剂
EP4545579A1 (de) 2023-10-24 2025-04-30 Covestro Deutschland AG Verfahren zur herstellung eines polyisocyanats auf basis von 1,5-pentamethylendiisocyanat
WO2025113539A1 (zh) * 2023-11-28 2025-06-05 摩珈(上海)生物科技有限公司 制备戊二异氰酸酯的方法和装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58129972A (ja) * 1982-01-28 1983-08-03 Mitsui Toatsu Chem Inc 菌体内セリン分解酵素活性の抑制法
JPH01132394A (ja) * 1987-11-18 1989-05-24 Mitsui Toatsu Chem Inc 固定化菌体の熱処理方法
JP2004000114A (ja) * 2002-04-08 2004-01-08 Toray Ind Inc カダベリンの製造方法
JP2004208646A (ja) * 2003-01-08 2004-07-29 Toray Ind Inc カダベリン・ジカルボン酸塩およびその製造方法
JP2005006650A (ja) * 2003-05-26 2005-01-13 Ajinomoto Co Inc カダベリン・ジカルボン酸塩の製造法
WO2006001382A1 (ja) * 2004-06-25 2006-01-05 Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. ジペプチドまたはジペプチド誘導体の製造法
WO2009092793A2 (de) * 2008-01-23 2009-07-30 Basf Se Verfahren zur fermentativen herstellung von 1,5-diaminopentan
JP2009545553A (ja) * 2006-08-01 2009-12-24 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア ペンタメチレン−1,5−ジイソシアネートの製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1482055B1 (en) 2003-05-26 2006-03-01 Ajinomoto Co., Inc. Method for producing cadaverine dicarboxylate and its use for the production of nylon

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58129972A (ja) * 1982-01-28 1983-08-03 Mitsui Toatsu Chem Inc 菌体内セリン分解酵素活性の抑制法
JPH01132394A (ja) * 1987-11-18 1989-05-24 Mitsui Toatsu Chem Inc 固定化菌体の熱処理方法
JP2004000114A (ja) * 2002-04-08 2004-01-08 Toray Ind Inc カダベリンの製造方法
JP2004208646A (ja) * 2003-01-08 2004-07-29 Toray Ind Inc カダベリン・ジカルボン酸塩およびその製造方法
JP2005006650A (ja) * 2003-05-26 2005-01-13 Ajinomoto Co Inc カダベリン・ジカルボン酸塩の製造法
WO2006001382A1 (ja) * 2004-06-25 2006-01-05 Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. ジペプチドまたはジペプチド誘導体の製造法
JP2009545553A (ja) * 2006-08-01 2009-12-24 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア ペンタメチレン−1,5−ジイソシアネートの製造方法
WO2009092793A2 (de) * 2008-01-23 2009-07-30 Basf Se Verfahren zur fermentativen herstellung von 1,5-diaminopentan

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011201863A (ja) * 2010-03-01 2011-10-13 Mitsui Chemicals Inc ペンタメチレンジイソシアネート、ポリイソシアネート組成物、ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、および、ポリウレタン樹脂

Also Published As

Publication number Publication date
HK1174665A1 (en) 2013-06-14
CN102782146A (zh) 2012-11-14
US9404132B2 (en) 2016-08-02
EP2543736A1 (en) 2013-01-09
EP2543736B1 (en) 2019-10-30
EP2543736A4 (en) 2013-07-17
WO2011108473A1 (ja) 2011-09-09
US20130079486A1 (en) 2013-03-28
JPWO2011108473A1 (ja) 2013-06-27
CN102782146B (zh) 2015-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5700575B2 (ja) 1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法
JP5961635B2 (ja) 1、5−ペンタメチレンジアミンの製造方法
JP5849088B2 (ja) ペンタメチレンジイソシアネート組成物、ポリイソシアネート変性体組成物、ポリウレタン樹脂およびポリウレア樹脂
JP2011201863A (ja) ペンタメチレンジイソシアネート、ポリイソシアネート組成物、ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、および、ポリウレタン樹脂
JP5899309B2 (ja) 1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、および、触媒菌体の保存方法
JP2012106935A (ja) ペンタメチレンジアミンまたはその塩の保存方法
JP5623310B2 (ja) ペンタメチレンジアミンまたはその塩、および、その製造方法
JP2019154313A (ja) リジン脱炭酸酵素、1,5−ペンタメチレンジイソシアネートの製造方法、および、ポリイソシアネート組成物の製造方法
HK1174665B (en) Method for producing 1,5-pentamethylene diisocyanate
HK1186171B (en) Pentamethylene diisocyanate, method for producing pentamethylene diisocyanate, polyisocyanate composition, polyurethane resin, and polyurea resin

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140212

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140414

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20141028

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141209

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20141224

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150212

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5700575

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250