JP2004307833A - Thermoplastic polyurethane elastomer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱的性質が改善された新規のポリウレタンエラストマーに関する。
さらに詳しくは、分子内のカルボキシル基および/またはスルホン酸基が多価金属と部分的にイオン架橋したハードセグメントを有する、機械的性質と耐熱特性に優れたポリウレタンエラストマー(アイオノマー)である。例えば、自動車のホールジョイント・ダストカバー、電線・ケーブル材等に用いられる。
The present invention relates to novel polyurethane elastomers having improved thermal properties.
More specifically, it is a polyurethane elastomer (ionomer) excellent in mechanical properties and heat resistance, having a hard segment in which a carboxyl group and / or a sulfonic acid group in a molecule is partially ion-crosslinked with a polyvalent metal. For example, it is used for hole joints and dust covers of automobiles, electric wires and cables, and the like.
熱可塑性ポリウレタンエラストマーはイソシアネート基(NCO)を有する化合物とジオール及び鎖伸長剤とを反応させて製造され、繰り返し屈曲耐久性、および耐寒性等に優れており、工業的に極めて有用である。
しかし、これらポリウレタンエラストマーはウレタン結合に由来する熱的特性のために耐熱性等の物性が十分でなかった。
A thermoplastic polyurethane elastomer is produced by reacting a compound having an isocyanate group (NCO) with a diol and a chain extender, is excellent in repeated bending durability, cold resistance, and the like, and is extremely useful industrially.
However, these polyurethane elastomers have insufficient physical properties such as heat resistance due to thermal properties derived from urethane bonds.
これに対し、耐熱性等の熱的特性向上のため、ジイソシアネート成分として1,5−ナフタレンジイソシアネートを用いたものがあり、さらに耐熱性低下の原因となる反応促進剤を使用せずにウレタンエラストマーを合成可能としている(特許文献1)。 On the other hand, in order to improve thermal properties such as heat resistance, there are those using 1,5-naphthalenediisocyanate as a diisocyanate component. Further, urethane elastomers are used without using a reaction accelerator which causes a decrease in heat resistance. It is possible to combine (Patent Document 1).
しかしながら、上記のウレタンエラストマーは耐熱性は向上したものの、耐寒性、耐屈曲疲労性が不充分であるという問題があった。
本発明の目的は、耐寒性、耐屈曲疲労性、常温での機械物性、かつ耐熱性に優れることを特徴とする熱可塑性ウレタンエラストマーおよびその製造方法を提供することにある。
However, although the urethane elastomer has improved heat resistance, it has a problem in that cold resistance and flex fatigue resistance are insufficient.
An object of the present invention is to provide a thermoplastic urethane elastomer characterized by having excellent cold resistance, bending fatigue resistance, mechanical properties at room temperature, and heat resistance, and a method for producing the same.
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、ハードセグメントにおいて、アニオン基が多価金属カチオンとイオン架橋してなる熱可塑性ポリウレタンエラストマー;
数平均分子量が1000〜5000のジオール(A)、ジイソシアネート(B)および数平均分子量50〜300の鎖伸長剤(C)を反応させてなるポリウレタンエラストマー(I)において、カルボキシル基もしくはその1価カチオンとの塩の基(a)および/またはスルホン酸基もしくはその1価カチオンとの塩の基(b)を分子内に有する鎖伸長剤(C1)が少なくとも鎖伸長剤(C)としてなり、かつ(I)のハードセグメント中の(C1)由来のカルボキシレートアニオン基(a’)および/またはスルホン酸アニオン基(b’)が多価金属カチオン(e)とイオン架橋してなることを特徴とする熱可塑性ポリウレタンエラストマー;
ならびに数平均分子量が1000〜5000のジオール(A)とジイソシアネート(B)を反応させてなるNCO末端ポリウレタンプレポリマーを、カルボキシル基もしくはその1価カチオンとの塩の基(a)および/または前記スルホン酸基もしくはその1価カチオンとの塩の基(b)を分子内に有する鎖伸長剤(C1)で少なくとも鎖伸長反応させた後に、ハードセグメント中の(C1)由来のカルボキシレートアニオン基(a’)および/またはスルホン酸アニオン基(b’)を多価金属化合物でイオン架橋させることを特徴とする熱可塑性ポリウレタンエラストマーの製造方法である。
The present inventors have intensively studied to solve the above-mentioned problems, and as a result, have reached the present invention.
That is, the present invention provides a thermoplastic polyurethane elastomer in which an anionic group is ionically crosslinked with a polyvalent metal cation in a hard segment;
In a polyurethane elastomer (I) obtained by reacting a diol (A) having a number average molecular weight of 1,000 to 5,000, a diisocyanate (B) and a chain extender (C) having a number average molecular weight of 50 to 300, a carboxyl group or a monovalent cation thereof A chain extender (C1) having a salt group (a) and / or a sulfonic acid group or a salt group (b) thereof with a monovalent cation in the molecule as at least a chain extender (C), and The carboxylate anion group (a ′) and / or sulfonic acid anion group (b ′) derived from (C1) in the hard segment of (I) is formed by ionic crosslinking with the polyvalent metal cation (e). Thermoplastic polyurethane elastomers;
And an NCO-terminated polyurethane prepolymer obtained by reacting a diol (A) having a number average molecular weight of 1,000 to 5,000 with a diisocyanate (B) to form a carboxyl group or a salt group (a) with a monovalent cation thereof and / or the sulfone After at least a chain extension reaction is carried out with a chain extender (C1) having an acid group or a salt group (b) thereof with a monovalent cation in the molecule, a carboxylate anion group (a) derived from (C1) in the hard segment ') And / or a sulfonate anion group (b') is ion-crosslinked with a polyvalent metal compound.
本発明の熱可塑性ウレタンエラストマーは、耐寒性、耐屈曲疲労性を保持したまま耐熱性、機械強度に特に優れるという性能を有する。 The thermoplastic urethane elastomer of the present invention has the performance of being particularly excellent in heat resistance and mechanical strength while maintaining cold resistance and bending fatigue resistance.
本発明において、鎖伸長剤(C1)が、カルボキシル基(COOH)、及び/又はスルホン酸基(SO3H)、これらの1価の金属カチオンとの塩の基(−COO-M+、−SO3 -M+)を分子内に有し、さらに活性水素として水酸基やアミノ基を2個含有する化合物であり、好ましくは下記の鎖伸長剤(C2)と併用されてポリウレタンのハードセグメントに導入された後に、多価金属含有化合物(E)と反応させることにより、多価金属カチオンとイオン架橋している、好ましくは部分イオン架橋している熱可塑性エラストマーが得られる。
ここで、カルボキシル基もしくはその1価カチオンとの塩の基(a)およびスルホン酸基もしくはその1価カチオンとの塩の基(b)中、(E)と反応し多価金属カチオンとイオン架橋している割合は、好ましくは20〜100モル%、さらに好ましくは30〜80モル%である。
そして、多価金属カチオンとイオン架橋する、好ましくは部分イオン架橋することで熱可塑性ウレタンエラストマーから形成される成型体の耐熱性、常温での機械物性が特に優れ、かつ耐寒性等の諸物性も保持可能であるという効果が得られる。
In the present invention, the chain extender (C1) is a carboxyl group (COOH) and / or a sulfonic acid group (SO 3 H), or a salt group thereof (—COO − M + , −) with a monovalent metal cation. SO 3 - M +) and has in a molecule, a further two compounds containing a hydroxyl group or an amino group as the active hydrogen, preferably introduced in combination with the following chain extender (C2) to the hard segment of the polyurethane After that, by reacting with the polyvalent metal-containing compound (E), a thermoplastic elastomer which is ionically crosslinked with the polyvalent metal cation, preferably partially ionically crosslinked is obtained.
Here, in the group (a) of a salt with a carboxyl group or its monovalent cation and the group (b) of a salt with a sulfonic acid group or its monovalent cation, it reacts with (E) to form a polyvalent metal cation and ionic crosslinking. The proportion is preferably 20 to 100 mol%, more preferably 30 to 80 mol%.
Then, the heat resistance of the molded body formed from the thermoplastic urethane elastomer by ionic cross-linking with the polyvalent metal cation, preferably by partial ionic cross-linking, the mechanical properties at room temperature are particularly excellent, and various physical properties such as cold resistance are also obtained. The effect of being able to hold is obtained.
本発明において、鎖伸長剤(C2)は、カルボキシル基もしくはその1価カチオンとの塩の基(a)、およびスルホン酸基もしくはその1価カチオンとの塩の基(b)のいずれをも分子内に有さない鎖伸長剤で、通常ポリウレタンエラストマーで鎖伸長剤として使用される公知のものであり、数平均分子量が好ましくは50〜300、機械強度の観点からさらに好ましくは50〜150のジオール(C21)、数平均分子量が好ましくは50〜300、機械強度の観点からさらに好ましくは50〜150のジアミン(C22)等が使用できる。これらのうち好ましいのは、ジオール(C21)である。 In the present invention, the chain extender (C2) has both a carboxyl group or a salt group thereof with a monovalent cation (a) and a sulfonic acid group or a salt group thereof with a monovalent cation (b). A diol having a number average molecular weight of preferably 50 to 300, more preferably 50 to 150 from the viewpoint of mechanical strength, which is a known chain extender which is not contained therein and is usually used as a chain extender in a polyurethane elastomer. (C21), a diamine (C22) having a number average molecular weight of preferably 50 to 300 and more preferably 50 to 150 from the viewpoint of mechanical strength can be used. Of these, diol (C21) is preferred.
(C21)の具体例としては、脂肪族ジオール類[エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、プロピレングリコール、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−ジエチル−1,3−プロパンジオール、1,2−、1,3−もしくは2,3−ブタンジオールなど];脂環族ジオール類[1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、m−またはp−キシリレングリコール;ビスフェノールAのエチレンオキサイド(以下EOと略記)またはプロピレンオキサイド(以下POと略記)付加物(分子量50〜300)など]およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
これらのうち好ましいものはエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールAのEOまたはPO付加物である。
Specific examples of (C21) include aliphatic diols [ethylene glycol, diethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, propylene glycol, Neopentyl glycol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2,2-diethyl-1,3-propanediol, 1,2-, 1,3- or 2,3-butanediol, etc.]; alicyclic diol [1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane, m- or p-xylylene glycol; ethylene oxide (hereinafter abbreviated as EO) or propylene oxide (hereinafter abbreviated as PO) adduct of bisphenol A (molecular weight 50 to 300) Etc.] and mixtures of two or more of these.
Of these, preferred are ethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, and an EO or PO adduct of bisphenol A.
(C22)の具体例としては、 例えば芳香族ジアミン、脂肪族ジアミン、及び脂環族ジアミン等、及びこれら2種以上の混合物が挙げられる。
芳香族ジアミンとしては4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、3,4−ジアミノジフェニルスルフォン、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、2,6’−ジアミノトルエン、2,4−ジアミノクロロベンゼン、1,2−ジアミノアントラキノン、1,4−ジアミノアントラキノン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノビベンジル、R(+)−2,2’−ジアミノ−1,1’−ビナフタレン、S(+)−2,2’−ジアミノ−1,1’−ビナフタレン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン、1,5−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン等の1,n−ビス(4−アミノフェノキシ)アルカン(nは、3〜10)、1,2−ビス[2−(4−アミノフェノキシ)エトキシ]エタン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−ジアミノベンズアニリド等が挙げられる。
脂肪族ジアミンとしては1,2−ジアミノメタン、1,4−ジアミノブタン、テトラメチレンジアミン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,8−ジアミノオクタン、1,10−ジアミノドデカン、1,11−ジアミノウンデカン等が挙げられる。
脂環族ジアミンとしては1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン等が挙げられる。
これらのうち脂肪族ジアミンが好ましく、さらに好ましくは1,2−ジアミノメタン、1,4−ジアミノブタン、及びテトラメチレンジアミンである。
Specific examples of (C22) include, for example, aromatic diamines, aliphatic diamines, alicyclic diamines, and the like, and mixtures of two or more thereof.
Examples of the aromatic diamine include 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-bis (4-aminophenoxy) biphenyl, 4,4'-bis (3-aminophenoxy) biphenyl, and , 4′-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3′-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,4-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-methylene-bis (2- Chloroaniline), 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-diaminodiphenyl Phenyl sulfide, 2,6′-diaminotoluene, 2,4-diaminochlorobenzene, 1,2-diaminoanthraquinone, 1,4-diaminoanthraquinone, 3,3′-diaminobenzophenone, 3,4-diaminobenzophenone, 4,4 '-Diaminobenzophenone, 4,4'-diaminobibenzyl, R (+)-2,2'-diamino-1,1'-binaphthalene, S (+)-2,2'-diamino-1,1'- Binaphthalene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) alkane, 1,4-bis (4-aminophenoxy) alkane, 1,5-bis (4-aminophenoxy) alkane, and other 1, n-bis (4- Aminophenoxy) alkane (n is 3 to 10), 1,2-bis [2- (4-aminophenoxy) ethoxy] ethane, 9,9-bis (4-aminophenyl ) Fluorene, 4,4'-diaminobenzanilide, and the like.
Examples of the aliphatic diamine include 1,2-diaminomethane, 1,4-diaminobutane, tetramethylenediamine, 1,5-diaminopentane, 1,6-diaminohexane, 1,8-diaminooctane, and 1,10-diaminododecane. , 1,11-diaminoundecane and the like.
Examples of the alicyclic diamine include 1,4-diaminocyclohexane, 1,2-diaminocyclohexane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, and 4,4′-diaminodicyclohexylmethane.
Among these, aliphatic diamines are preferable, and 1,2-diaminomethane, 1,4-diaminobutane, and tetramethylenediamine are more preferable.
本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマーの特性を付与する酸基またはその塩の基を分子内に有する鎖伸長剤(C1)は、カルボキシル基もしくはその1価のカチオンとの塩基(a)、スルホン酸基もしくはその1価のカチオンとの塩基(b)、およびこれらの組み合わせを分子内に含む数平均分子量が好ましくは50〜300、機械強度の観点からさらに好ましくは50〜150のジオール(C11)、数平均分子量が好ましくは50〜300、機械強度の観点からさらに好ましくは50〜150のジアミン(C12)等が使用できる。
なお、カルボキシレートアニオン基(a’)とスルホン酸アニオン基(b’)は(a)、(b)のそれぞれのアニオン基であり、これらのアニオン基が、ウレタン反応が終わってからさらに添加する多価の金属含有化合物(E)に由来するカチオンと、全部、好ましくは部分的にイオン架橋する。
The chain extender (C1) having an acid group or a salt thereof group imparting the properties of the thermoplastic polyurethane elastomer of the present invention in a molecule includes a carboxyl group or a base (a) thereof and a monovalent cation thereof, a sulfonic acid group. Alternatively, a diol (C11) having a number average molecular weight of preferably from 50 to 300, more preferably from 50 to 150 from the viewpoint of mechanical strength, containing a base (b) with a monovalent cation and a combination thereof in the molecule is more preferable. Diamine (C12) having an average molecular weight of preferably 50 to 300 and more preferably 50 to 150 from the viewpoint of mechanical strength can be used.
The carboxylate anion group (a ') and the sulfonic acid anion group (b') are the respective anion groups of (a) and (b), and these anion groups are further added after the urethane reaction is completed. The cations derived from the polyvalent metal-containing compound (E) are ionically cross-linked with all, preferably partially.
鎖伸長剤(C1)に含有されるカルボン酸、スルホン酸の1価のカチオンとの塩の基とは、カルボン酸、スルホン酸の1価のアルカリ金属塩、アンモニウム塩である。ここでアルカリ土類金属のような2価金属、あるいは多価金属塩を鎖伸長剤として使用すると、ポリウレタンのゲル化が起こりやすく、(C1)にはアルカリ土類金属のような2価の金属、あるいは多価金属塩は含まれない。 The group of the salt of a carboxylic acid or a sulfonic acid with a monovalent cation contained in the chain extender (C1) is a monovalent alkali metal salt or an ammonium salt of a carboxylic acid or a sulfonic acid. Here, when a divalent metal such as an alkaline earth metal or a polyvalent metal salt is used as a chain extender, the polyurethane is apt to gel, and (C1) contains a divalent metal such as an alkaline earth metal. Or polyvalent metal salts are not included.
(C1)の具体例として、下記一般式(1)で表される2,2−ジアルカノールプロピオン酸もしくはその塩;式(2)で表される2,4−ジアルカノールベンゼンスルホン酸もしくはその塩;式(3)で表されるN,N−ビス(2−ヒドロキシアルキル)−2−アミノアルカンスルホン酸もしくはその塩;式(4)で表されるジアルカノールスルファミン酸もしくはその塩等が挙げられる。 As specific examples of (C1), 2,2-dialkanolpropionic acid represented by the following general formula (1) or a salt thereof; 2,4-dialkanolbenzenesulfonic acid represented by the formula (2) or a salt thereof N, N-bis (2-hydroxyalkyl) -2-aminoalkanesulfonic acid represented by the formula (3) or a salt thereof; dialkanol sulfamic acid represented by the formula (4) or a salt thereof; .
式中、M+は1価のアルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、またはプロトン;Rは炭素数1〜8、好ましくは3〜6のアルキレン基;R'は水素原子または炭素数1〜3、好ましくは1〜2のアルキル基;R''は炭素数1〜8、好ましくは3〜6のアルキレン基;Arは3価の芳香族炭化水素基を表す。 In the formula, M + is a monovalent alkali metal ion, ammonium ion or proton; R is an alkylene group having 1 to 8, preferably 3 to 6 carbon atoms; R ′ is a hydrogen atom or 1 to 3 carbon atoms, preferably R ″ is an alkylene group having 1 to 8, preferably 3 to 6 carbon atoms; Ar represents a trivalent aromatic hydrocarbon group.
これらの式(1)〜(4)で表される化合物のうち、好ましい具体例としては、2,2−ジメチロールプロピオン酸(その塩)、2.4−ジエタノールベンゼンスルホン酸(その塩)、N,N,ビス−2ヒドロキシエチル−2アミノエタンスルホン酸(その塩)、ジエタノールスルファミン酸(その塩)等が挙げられる。
これらのうち、さらに好ましいのは2,2−ジメチロールプロピオン酸、そのナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩;N,N,ビス−2ヒドロキシエチル−2アミノエタンスルホン酸、そのナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩である。
Among the compounds represented by these formulas (1) to (4), preferred specific examples include 2,2-dimethylolpropionic acid (the salt thereof), 2.4-diethanolbenzenesulfonic acid (the salt thereof), N, N, bis-2-hydroxyethyl-2aminoethanesulfonic acid (salt thereof), diethanolsulfamic acid (salt thereof) and the like.
Of these, more preferred are 2,2-dimethylolpropionic acid, its sodium salt, potassium salt, and lithium salt; N, N, bis-2-hydroxyethyl-2aminoethanesulfonic acid, its sodium salt and its potassium salt, It is a lithium salt.
本発明において使用される鎖伸長剤(C)は、鎖伸長剤(C1)を含み、好ましくは(C2)も含む。
鎖伸長剤(C2)と前記鎖伸長剤(C1)の合計重量に対する(C1)の含有量は好ましくは5〜100重量パーセントであり、さらに好ましくは5〜90重量%であり、最も好ましくは20〜60重量パーセントであり、極めて好ましくは25〜45重量%である。5重量%以上では耐熱性が充分に向上し、特に90重量%以下では熱可塑性が充分に得られる。
The chain extender (C) used in the present invention contains a chain extender (C1), and preferably also contains (C2).
The content of (C1) based on the total weight of the chain extender (C2) and the chain extender (C1) is preferably 5 to 100% by weight, more preferably 5 to 90% by weight, and most preferably 20% by weight. -60% by weight, very preferably 25-45% by weight. If it is 5% by weight or more, the heat resistance is sufficiently improved, and if it is 90% by weight or less, sufficient thermoplasticity can be obtained.
また、(C1)は、ポリウレタンエラストマー(I)に対して0.1重量%以上含有していることが好ましく、さらに好ましくは0.5重量%以上である。また樹脂自体の柔軟性の観点より10重量%以下の含有量であることが好ましく、さらに好ましくは5重量%以下、最も好ましくは2重量%以下である。 The content of (C1) is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.5% by weight or more, based on the polyurethane elastomer (I). Further, the content is preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight or less, and most preferably 2% by weight or less from the viewpoint of the flexibility of the resin itself.
本発明の多価金属カチオン(e)は、価数が2〜4の金属カチオンであり、2族、4族、8族、11族、12族及び13族の金属、およびこれらの併用である。具体的には、銅、バリウム、マグネシウム、カルシウム、鉄、亜鉛、アルミニウム、チタンが挙げられる。これらの中で好ましいのは亜鉛、アルミニウム、チタンである。 The polyvalent metal cation (e) of the present invention is a metal cation having a valence of 2 to 4, and is a metal belonging to Group 2, 4, 8, 11, 12, or 13 or a combination thereof. . Specific examples include copper, barium, magnesium, calcium, iron, zinc, aluminum, and titanium. Preferred among these are zinc, aluminum and titanium.
本発明の熱可塑性ウレタンエラストマー(I)は、数平均分子量が1000〜5000のジオール(A)、ジイソシアネート(B)、数平均分子量50〜800の鎖伸長剤(C2)、およびカルボキシル基もしくはその1価カチオンとの塩の基(a)および/またはスルホン酸基もしくはその1価カチオンとの塩の基(b)を分子内に有する鎖伸長剤(C1)を反応させて得られる熱可塑性ポリウレタンエラストマーである。 The thermoplastic urethane elastomer (I) of the present invention comprises a diol (A) having a number average molecular weight of 1,000 to 5,000, a diisocyanate (B), a chain extender (C2) having a number average molecular weight of 50 to 800, and a carboxyl group or one thereof. Thermoplastic polyurethane elastomer obtained by reacting a chain extender (C1) having a salt group (a) with a valent cation and / or a sulfonic acid group or its salt group (b) with a monovalent cation in the molecule It is.
本発明の数平均分子量が1000〜5000のジオール(A)としては、ポリエステルジオール(A1)、ポリエステルジオール(A2)が挙げられる。 Examples of the diol (A) having a number average molecular weight of 1,000 to 5,000 in the present invention include polyester diol (A1) and polyester diol (A2).
上記のポリエステルジオール(A2)としては、低分子ジオールをジカルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体[酸無水物、低級アルキル(炭素数1〜4)エステル、酸ハライド等]との縮合重合体;低分子ジオールを開始剤としたラクトンモノマーの開環重合体;およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。 Examples of the polyester diol (A2) include a condensation polymer of a low molecular weight diol with a dicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof [acid anhydride, lower alkyl (1 to 4 carbon atoms) ester, acid halide, etc.]; Ring-opened polymers of lactone monomers with diols as initiators; and mixtures of two or more of these.
上記のポリエーテルジオール(A1)としては、たとえば低分子ジオール、2価のフェノール類など2個の水酸基を含有する化合物に、炭素数2〜5のアルキレンオキサイド(以下AOと略記)をブロックまたはランダム付加した化合物があげられる。これらのうち好ましいものは、低分子ジオールにAOが付加したものであり、さらに好ましいものは脂肪族ジオールに1、4−ブチレンオキサイドが付加したポリテトラメチレングリコール(PTMG)である。 As the above polyether diol (A1), for example, a compound having two hydroxyl groups such as a low molecular weight diol or a dihydric phenol is obtained by blocking or randomizing an alkylene oxide having 2 to 5 carbon atoms (hereinafter abbreviated as AO). An added compound may be mentioned. Of these, preferred are those obtained by adding AO to low molecular weight diols, and more preferred are polytetramethylene glycol (PTMG) obtained by adding 1,4-butylene oxide to aliphatic diols.
上記のポリエステルジオール(A2)としては、低分子ジオールをジカルボン酸もしくはそのエステル形成性誘導体[酸無水物、低級アルキル(炭素数1〜4)エステル、酸ハライド等]との縮合重合体;低分子ジオールを開始剤としたラクトンモノマーの開環重合体;およびこれらの2種以上の混合物が挙げられる。 Examples of the polyester diol (A2) include a condensation polymer of a low molecular weight diol with a dicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof [acid anhydride, lower alkyl (1 to 4 carbon atoms) ester, acid halide, etc.]; Ring-opened polymers of lactone monomers with diols as initiators; and mixtures of two or more of these.
これらの(A)のうちで好ましいものはポリエーテルジオール(A1)であり、さらに好ましいものは低分子ジオールにAOが付加したポリエーテルジオールであり、特に好ましいものはたポリテトラメチレングリコールである。 Of these (A), preferred is polyether diol (A1), more preferred is polyether diol obtained by adding AO to low molecular weight diol, and particularly preferred is polytetramethylene glycol.
(A)の数平均分子量は、エラストマーの伸びや強度の観点から、通常1000〜5000、好ましくは1000〜4000、さらに好ましくは1500〜3500である。 The number average molecular weight of (A) is generally from 1,000 to 5,000, preferably from 1,000 to 4,000, and more preferably from 1500 to 3,500, from the viewpoint of elongation and strength of the elastomer.
本発明のジイソシアネート(B)としては、例えば、
(1)炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)2〜18の脂肪族ジイソシアネート[エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエート等];
(2)炭素数4〜15の脂環族ジイソシアート[イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロへキセン等];
(3)炭素数6〜14の芳香族ジイソシアネート[1,3−および/または1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−および/または2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−および/または4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、粗製MDI、1,5−ナフチレンジイソシアネート等];
(4)炭素数8〜15の芳香脂肪族ジイソシアネート[m−および/またはp−キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等];
(5)これらのジイソシアネートの変性物(カーボジイミド基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、ウレア基等を有するジイソシアネート変性物);
およびこれら(1)〜(5)の2種以上の混合物が挙げられる。
これらのうち好ましいものは、(2)脂環族ジイソシアネート、(3)芳香族ジイソシアネート、(4)芳香脂肪族ジイソシアネートであり、特に好ましいものはIPDI、水添MDI、MDI、XDIおよびTMXDIである。
As the diisocyanate (B) of the present invention, for example,
(1) Aliphatic diisocyanates having 2 to 18 carbon atoms (excluding carbon in the NCO group, the same applies hereinafter) [ethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), dodecamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethyl Hexamethylene diisocyanate, lysine diisocyanate, 2,6-diisocyanatomethylcaproate, bis (2-isocyanatoethyl) fumarate, bis (2-isocyanatoethyl) carbonate, 2-isocyanatoethyl-2,6-diisocyanate Natohexanoate, etc.];
(2) Alicyclic diisocyanate having 4 to 15 carbon atoms [isophorone diisocyanate (IPDI), dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate (hydrogenated MDI), cyclohexylene diisocyanate, methylcyclohexylene diisocyanate (hydrogenated TDI), bis (2-isocyanatoethyl) -4-cyclohexene and the like];
(3) C6-C14 aromatic diisocyanate [1,3- and / or 1,4-phenylene diisocyanate, 2,4- and / or 2,6-tolylene diisocyanate (TDI), crude TDI, 4'- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 4,4'-diisocyanatobiphenyl, 3,3'-dimethyl-4,4'-diisocyanatobiphenyl, 3,3'-dimethyl -4,4'-diisocyanatodiphenylmethane, crude MDI, 1,5-naphthylene diisocyanate, etc.];
(4) C8-C15 araliphatic diisocyanates [m- and / or p-xylylene diisocyanate (XDI), α, α, α ′, α′-tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI) and the like];
(5) Modified products of these diisocyanates (modified diisocyanates having a carbodiimide group, uretdione group, uretoimine group, urea group, etc.);
And mixtures of two or more of these (1) to (5).
Among these, preferred are (2) alicyclic diisocyanate, (3) aromatic diisocyanate, and (4) araliphatic diisocyanate, and particularly preferred are IPDI, hydrogenated MDI, MDI, XDI and TMXDI.
本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマーとして、下記一般式(5)で表される繰り返し単位を有するポリマーが好ましい。
本発明のウレタンエラストマーの数平均分子量は、通常、10,000〜200,000、好ましくは20,000〜100,000である。数平均分子量が10,000以上では成形体の強度が得られ、200,000以下では成溶融粘度が低くなり成形性が良好である。
数平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)例えば HLC−8220(東ソー・テクノシステム(株)製)を使用して、ジメチルフォルムアミドを溶媒に、ポリスチレン樹脂を分子量の校正試薬として測定することができる。
The number average molecular weight of the urethane elastomer of the present invention is usually from 10,000 to 200,000, preferably from 20,000 to 100,000. When the number average molecular weight is 10,000 or more, the strength of the molded body is obtained, and when it is 200,000 or less, the melt viscosity becomes low and the moldability is good.
The number average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC) such as HLC-8220 (manufactured by Tosoh Technosystem Co., Ltd.) using dimethylformamide as a solvent and polystyrene resin as a molecular weight calibration reagent. it can.
本発明のウレタンエラストマーは、熱可塑性であり、例えばメルトフローレイト(g/10分、測定条件:230℃、過重2.16kg)は好ましくは0.1〜10であり、さらに好ましくは0.5〜5である。
本発明のウレタンエラストマーの硬度(JIS K6301に準じてショアA硬さの測定による)は好ましくは30〜100であり、さらに好ましくは50〜80である。
本発明のウレタンエラストマーの軟化温度(℃、JIS K7206に準じる測定による)は好ましくは145〜220であり、さらに好ましくは165〜195である。
The urethane elastomer of the present invention is thermoplastic. For example, the melt flow rate (g / 10 minutes, measurement conditions: 230 ° C., excess weight 2.16 kg) is preferably 0.1 to 10, more preferably 0.5 to 10. ~ 5.
The hardness (measured by Shore A hardness according to JIS K6301) of the urethane elastomer of the present invention is preferably 30 to 100, and more preferably 50 to 80.
The softening temperature (° C., as measured according to JIS K7206) of the urethane elastomer of the present invention is preferably 145 to 220, and more preferably 165 to 195.
次に本発明のウレタンエラストマーの製造方法について以下に説明する。
本発明のウレタンエラストマーは、数平均分子量が1000〜5000のジオール(A)とジイソシアネート(B)を反応させてなるNCO末端ポリウレタンプレポリマーを、カルボキシル基もしくはその1価カチオンとの塩の基(a)および/または前記スルホン酸基もしくはその1価カチオンとの塩の基(b)を分子内に有する鎖伸長剤(C1)で少なくとも鎖伸長反応させた後に、ハードセグメント中の(C1)由来のカルボキシレートアニオン基(a’)および/またはスルホン酸アニオン基(b’)を多価金属化合物でイオン架橋、好ましくは部分イオン架橋させて得ることが出来る。
又、本発明のウレタンエラストマーは、(A)と(B)を反応させてなるNCO末端ポリウレタンプレポリマーを、好ましくは鎖伸長剤(C2)および鎖伸長剤(C1)で鎖伸長反応させた後に、ハードセグメント中の(C1)由来のカルボキシレートアニオン基(a’)および/またはスルホン酸アニオン基(b’)を多価金属化合物でイオン架橋、好ましくは部分イオン架橋させて得ることも出来る。
Next, a method for producing the urethane elastomer of the present invention will be described below.
The urethane elastomer of the present invention comprises an NCO-terminated polyurethane prepolymer obtained by reacting a diol (A) having a number average molecular weight of 1,000 to 5,000 with a diisocyanate (B) to form a carboxyl group or a salt group thereof with a monovalent cation (a). ) And / or at least a chain elongation reaction with a chain extender (C1) having a sulfonic acid group or a salt group thereof (b) with a monovalent cation in the molecule, followed by a reaction derived from (C1) in the hard segment. The carboxylate anion group (a ′) and / or the sulfonic acid anion group (b ′) can be obtained by ionic crosslinking, preferably partial ionic crosslinking, with a polyvalent metal compound.
Further, the urethane elastomer of the present invention is preferably obtained by subjecting an NCO-terminated polyurethane prepolymer obtained by reacting (A) and (B) to a chain extension reaction with a chain extender (C2) and a chain extender (C1). The carboxylate anion group (a ′) and / or sulfonic acid anion group (b ′) derived from (C1) in the hard segment can be obtained by ionic crosslinking, preferably partial ionic crosslinking, with a polyvalent metal compound.
本発明のウレタンエラストマーを得る公知の製造方法としてはプレポリマー法とワンショット法とがある。
プレポリマー法とはジイソシアネートとポリオールとをジイソシアネート過剰で反応させイソシアネート(NCO)末端プレポリマー製造し、鎖伸長剤でエラストマーとする2段法である。
ワンショット法はNCO末端プレポリマーを製造せずに、ジイソシアネート、ポリオール及び鎖伸長剤を一度に反応器内で混合攪拌し、型に注型した後、反応硬化させてエラストマーを得る方法である。
ワンショット法に比較してプレポリマー法は得られる成形体の強度、耐久性が一般に高く、本発明のエラストマーの製造方法としてはプレポリマー法が好ましい。
Known production methods for obtaining the urethane elastomer of the present invention include a prepolymer method and a one-shot method.
The prepolymer method is a two-step method in which a diisocyanate and a polyol are reacted in an excess of diisocyanate to produce an isocyanate (NCO) -terminated prepolymer, and the elastomer is formed with a chain extender.
The one-shot method is a method in which a diisocyanate, a polyol and a chain extender are mixed and stirred at a time in a reactor without casting an NCO-terminated prepolymer, cast into a mold, and then cured by reaction to obtain an elastomer.
Compared with the one-shot method, the prepolymer method generally has higher strength and durability of the obtained molded article, and the prepolymer method is preferable as the method for producing the elastomer of the present invention.
本発明に用いられるNCO末端プレポリマーは、数平均分子量が1000〜5000であるポリオール(A)の水酸基(OH)当量に対するジイソシアネート(B)のNCO当量の比(NCO/OH)は1.2〜5、好ましくは1.5〜3となるように混合し、必要により触媒(F)を添加した後に加熱し、反応を完結することにより得られる。
NCO/OH比が1.2以上では、プレポリマーの粘度が低くなり、成型性が良好である。NCO/OH比が5以下では得られたエラストマーは低温での弾性が良好である。
The NCO-terminated prepolymer used in the present invention has a ratio of NCO equivalent of diisocyanate (B) to hydroxyl group (OH) equivalent of polyol (A) having a number average molecular weight of 1,000 to 5,000 (NCO / OH) of 1.2 to 5,000. 5, preferably 1.5 to 3, and the mixture is heated after adding the catalyst (F) if necessary to complete the reaction.
When the NCO / OH ratio is 1.2 or more, the viscosity of the prepolymer is low, and the moldability is good. When the NCO / OH ratio is 5 or less, the obtained elastomer has good elasticity at low temperatures.
NCO末端プレポリマー製造時の温度は好ましくは100〜200℃である。温度が100℃以上ではポリイソシアネート成分が溶融し、製造時間が短くなる。温度が200℃以下ではウレタンは熱分解せず、安定である。 The temperature during production of the NCO-terminated prepolymer is preferably 100 to 200 ° C. When the temperature is 100 ° C. or higher, the polyisocyanate component melts, and the production time is shortened. When the temperature is 200 ° C. or lower, urethane does not thermally decompose and is stable.
さらに、こうして得られたNCO末端プレポリマーに、鎖伸長剤(C)で伸長させてポリウレタンエラストマー(IA)を製造する。
この鎖伸長剤(C)の配合量は、NCO当量に対する鎖伸長剤の活性水素当量(但しカルボン酸とスルホン酸の活性水素は除外する)の比(H/NCO)は好ましくは0.7〜1、さらに好ましくは0.8〜1で行われる。H/NCO比が0.7以上では、機械的性質が良好となり、1以下では得られたエラストマーは低温で弾性が低下しない。
エラストマー製造時の温度は好ましくは80〜200℃である。温度が80℃以上ではエラストマーが溶融し、製造時間が短くなる。温度が200℃以下ではウレタンが熱分解しにくい。
Further, the NCO-terminated prepolymer thus obtained is extended with a chain extender (C) to produce a polyurethane elastomer (IA).
The ratio (H / NCO) of the active hydrogen equivalent (excluding the active hydrogen of carboxylic acid and sulfonic acid) of the chain extender to the NCO equivalent is preferably 0.7 to 0.7%. 1, more preferably from 0.8 to 1. When the H / NCO ratio is 0.7 or more, the mechanical properties become good, and when it is 1 or less, the obtained elastomer does not decrease in elasticity at low temperature.
The temperature during the production of the elastomer is preferably 80 to 200 ° C. If the temperature is 80 ° C. or higher, the elastomer melts, and the production time is shortened. When the temperature is 200 ° C. or lower, urethane is not easily thermally decomposed.
ついで、ポリウレタンエラストマー(IA)に多価金属含有化合物(E)を加えて、ハードセグメント中の(C1)由来のカルボキシレートアニオン基(a’)および/またはスルホン酸アニオン基(b’)を多価金属化合物で部分イオン架橋させ、ポリウレタンエラストマー(I)を得ることが出来る。 Next, a polyvalent metal-containing compound (E) is added to the polyurethane elastomer (IA) to increase the carboxylate anion group (a ′) and / or sulfonic acid anion group (b ′) derived from (C1) in the hard segment. The polyurethane elastomer (I) can be obtained by partial ion crosslinking with a valent metal compound.
ウレタンエラストマー(I)のハードセグメント(HS)中でカルボン酸アニオン基(a’)やスルホン酸アニオン基(b’)を多価金属カチオン(e)とイオン架橋、好ましくは部分イオン架橋させるためには、鎖伸長剤(C1)に含まれるカルボン酸、スルホン酸、またはこれらの1価カチオンとの塩の基のうちの一部または全てを、多価金属含有化合物(E)と反応させる必要がある。カルボン酸、スルホン酸、またはこれらの1価カチオンとの塩の基のうちの好ましくは20〜100モル%、さらに好ましくは30〜80モル%が(E)と反応する。 In order to crosslink the carboxylate anion group (a ') or the sulfonate anion group (b') with the polyvalent metal cation (e) in the hard segment (HS) of the urethane elastomer (I), preferably partially ionic crosslink. It is necessary to react some or all of the carboxylic acid, sulfonic acid, or salt groups thereof with monovalent cations contained in the chain extender (C1) with the polyvalent metal-containing compound (E). is there. Preferably, 20 to 100 mol%, more preferably 30 to 80 mol%, of the carboxylic acid, sulfonic acid, or a salt group thereof with a monovalent cation reacts with (E).
多価金属含有化合物(E)としては、2族、4族、8族、11族、12族及び13族の金属からなる群から選ばれる少なくとも1種の多価金属のアルコキシド、無機塩、水酸化物及び酸化物が挙げられる。具体的には、多価金属のアルコキシド、硫酸塩、水酸化物、炭酸塩、酸化物等が用いられる。例えば多価金属のアルコキシド[アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムトリブトキサイド、テトラブチルチタネート]、多価金属の硫酸塩[硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウム、硫酸チタン]、多価金属の水酸化物[水酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化銅]、多価金属の炭酸塩[炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸コバルト、炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸マンガン]、多価金属の酸化物[酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化銅、酸化マンガン]が挙げられる。これらのうち好ましいのは多価金属のアルコキシドである。 Examples of the polyvalent metal-containing compound (E) include alkoxides, inorganic salts, and water of at least one polyvalent metal selected from the group consisting of metals of Groups 2, 4, 8, 11, 12, and 13. Oxides and oxides. Specifically, alkoxides, sulfates, hydroxides, carbonates, oxides and the like of polyvalent metals are used. For example, polyvalent metal alkoxides [aluminum isopropoxide, aluminum tributoxide, tetrabutyl titanate], polyvalent metal sulfates [aluminum sulfate, zinc sulfate, magnesium sulfate, titanium sulfate], polyvalent metal hydroxides [ Zinc hydroxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, copper hydroxide], carbonates of polyvalent metals [calcium carbonate, barium carbonate, cobalt carbonate, zinc carbonate, magnesium carbonate, manganese carbonate], polyvalent metals [Aluminum oxide, zinc oxide, calcium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, iron oxide, copper oxide, manganese oxide]. Of these, alkoxides of polyvalent metals are preferred.
多価金属含有化合物(E)の添加量は、その価数によって異なり、鎖伸長剤に含まれるカルボキシル基、カルボキシレートアニオン基、スルホン酸およびスルホン酸アニオン基の合計のモル等量に対して好ましくは0.2〜1.0のモル等量比である。
エラストマーの柔軟性の観点より、等量比換算で0.3〜0.7添加することがさらに好ましい。
The amount of the polyvalent metal-containing compound (E) varies depending on its valence, and is preferably based on the total molar equivalent of the carboxyl group, carboxylate anion group, sulfonic acid and sulfonic acid anion group contained in the chain extender. Is a molar equivalent ratio of 0.2 to 1.0.
From the viewpoint of the flexibility of the elastomer, it is more preferable to add 0.3 to 0.7 in terms of equivalent ratio.
プレポリマー合成に必要により用いることのできる触媒(F)としては、アミン類及び有機金属触媒を挙げることができる。
アミン類としては、例えばモノアミン類:トリエチルアミン(TEA)、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン(DMEDA);ジアミン類:N,N,N’N'-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、N,N,N’N'-テトラメチルプロパン1,3−ジアミン(TMPDA)、N,N,N’N'-テトラメチルヘキサン−1,6−ジアミン(TMHMDA);トリアミン類:N,N,N',N",N"-ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)、N,N,N',N",N"-ペンタメチルジプロピレン−トリアミン(PMDPTA)、テトラメチルグアニジン(TMG);環状アミン類:トリエチレンジアミン(TEDA)、N,N'-ジメチルピペラジン(DMP)、N,-メチル,N'-(2ジメチルアミノ)−エチルピペラジン(TMNAEP)、N−メチルモルホリン(NMMO)、N・(N',N'-ジメチルアミノエチル)−モルホリン(DMAEMO)、1,2−ジメチルイミダゾール(DMIZ);アルコールアミン類:ジメチルアミノエタノール(DMEA)、ジメチルアミノエトキシエタノール(DMAEE)、N,N,N’−トリメチルアミノエチル−エタノールアミン(TMAEEA)、N−メチル−N'-(2ヒドロキシエチル)−ピペラジン(MHEP)、N−(2−ヒドロキシエチル)モルホリン(HEMO);エーテルアミン類:ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル(BDMEE)、エチレングリコールビス(3−ジメチル)−アミノプロピルエーテルを挙げられる。
また、有機金属触媒としては、例えばスタナスオクトエート、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート、ジブチルチンマーカプチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンジマレエート、ジオクチルチンマーカプチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、フェニル水銀プロピオン酸塩、オクテン酸鉛等を挙げられる。
Examples of the catalyst (F) that can be used as needed for the synthesis of the prepolymer include amines and organometallic catalysts.
Examples of amines include monoamines: triethylamine (TEA), N, N-dimethylcyclohexylamine (DMEDA); diamines: N, N, N'N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA), N, N, N 'N'-tetramethylpropane 1,3-diamine (TMPDA), N, N, N'N'-tetramethylhexane-1,6-diamine (TMHMDA); triamines: N, N, N ', N ", N "-pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA), N, N, N ', N", N "-pentamethyldipropylene-triamine (PMDPTA), tetramethylguanidine (TMG); cyclic amines: triethylenediamine (TEDA), N, N'-dimethylpiperazine (DMP), N, -methyl, N '-(2dimethylamino) -ethylpiperazine (TMNAEP) N-methylmorpholine (NMMO), N. (N ', N'-dimethylaminoethyl) -morpholine (DMAEMO), 1,2-dimethylimidazole (DMIZ); alcohol amines: dimethylaminoethanol (DMEA), dimethylamino Ethoxyethanol (DMAEE), N, N, N'-trimethylaminoethyl-ethanolamine (TMAEEA), N-methyl-N '-(2-hydroxyethyl) -piperazine (MHEP), N- (2-hydroxyethyl) morpholine (HEMO); ether amines: bis (2-dimethylaminoethyl) ether (BDMEE) and ethylene glycol bis (3-dimethyl) -aminopropyl ether.
Examples of the organometallic catalyst include, for example, stannas octoate, dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate, dibutyltin marcatide, dibutyltin thiocarboxylate, dibutyltin dimaleate, dioctyltin marcaptide, dioctyltin thiocarboxylate, phenyl Mercury propionate, lead octenoate and the like can be mentioned.
なお本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマーには、可塑剤、顔料及びその他の添加剤を添加しても良い。
また、本発明においてエラストマー製造時に可塑剤、顔料及びその他の添加剤を添加しても良い。
可塑剤としてはフタル酸ジアルキルエステル等が挙げられる。顔料としては二酸化チタンなどである。また、その他の添加剤としては一般に用いられる酸化防止剤等である。これらの添加剤はポリオール中に添加しても良いし、NCO末端プレポリマーに予め添加してもよい。
In addition, you may add a plasticizer, a pigment, and other additives to the thermoplastic polyurethane elastomer of this invention.
In the present invention, a plasticizer, a pigment and other additives may be added during the production of the elastomer.
Examples of the plasticizer include dialkyl phthalate. Examples of the pigment include titanium dioxide. Other additives include antioxidants which are generally used. These additives may be added to the polyol or may be added to the NCO-terminated prepolymer in advance.
実施例
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下の記載において「部」は重量部、「%」は重量%を示す。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be further described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. In the following description, "parts" indicates parts by weight and "%" indicates% by weight.
実施例1
数平均分子量が2000のポリテトラメチレングリコール(三洋化成工業社製)0.5モル、ジフェニルメタンジイソシアネート(日本ポリウレタン社製)1.1モル、触媒としてトリエチルアミン0.1gを4つ口フラスコに仕込み、反応温度100℃、6時間反応させ両末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(I’−1)を得た。
このプレポリマーに鎖伸長剤としてN,N,ビス−2ヒドロキシエチル−2アミノエタンスルホン酸(分子量:193)0.1モル(19.3g)と1,4−ブタンジオール(分子量:90)0.3モル(27g)の混合物を添加し100℃で5分間反応させた。伸長剤の合計重量に対するスルホン酸基を含む鎖伸長剤の含有量は41.7重量%である。
これに多価金属含有化合物としてテトラブチルチタネート0.02モル添加し5分間反応させてイオン架橋した後、100℃に予熱したモールド中に注型した。このまま100℃の循風乾燥機にて20時間反応させることで目的のウレタンエラストマー(I−1)を得た。仕込み値から計算したスルホン酸基の多価金属との反応率は80モル%である。
(I−1)の数平均分子量は35000であった。
Example 1
0.5 mol of polytetramethylene glycol (manufactured by Sanyo Chemical Industries) having a number average molecular weight of 2000, 1.1 mol of diphenylmethane diisocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane), and 0.1 g of triethylamine as a catalyst were charged into a four-necked flask and reacted. The reaction was carried out at a temperature of 100 ° C. for 6 hours to obtain a prepolymer (I′-1) having isocyanate groups at both ends.
0.1 mol (19.3 g) of N, N, bis-2-hydroxyethyl-2aminoethanesulfonic acid (molecular weight: 193) and 1,4-butanediol (molecular weight: 90) as chain extenders 0.3 mol (27 g) of the mixture was added and reacted at 100 ° C. for 5 minutes. The content of the chain extender containing sulfonic acid groups based on the total weight of the extender is 41.7% by weight.
To this, 0.02 mol of tetrabutyl titanate as a polyvalent metal-containing compound was added, reacted for 5 minutes, ion-crosslinked, and then poured into a mold preheated to 100 ° C. The desired urethane elastomer (I-1) was obtained by allowing the mixture to react in a circulating drier at 100 ° C. for 20 hours. The conversion of the sulfonic acid group with the polyvalent metal calculated from the charged value is 80 mol%.
The number average molecular weight of (I-1) was 35,000.
実施例2
数平均分子量が3000のポリテトラメチレングリコール(三洋化成工業社製)0.5モル、ジフェニルメタンジイソシアネート(日本ポリウレタン社製)1モル、触媒としてトリエチルアミン1gを4つ口フラスコに仕込み、反応温度100℃、6時間反応させ両末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(I’−2)を得た。
このプレポリマーに鎖伸長剤としてN,N,ビス−2ヒドロキシエチル−2アミノエタンスルホン酸ナトリウム(分子量:215)0.1モル(21.5g)と1,4−ブタンジオール0.3モル(27g)の混合物を添加し100℃で5分間反応させた。伸長剤の合計重量に対するスルホン酸基を含む鎖伸長剤の含有量は44.3重量%である。
これにアルミニウムイソプロポキシド0.02モル添加し5分間反応させてイオン架橋した後、100℃に予熱したモールド中に注型した。このまま100℃の循風乾燥機にて20時間反応させることで目的のウレタンエラストマー(I−2)を得た。仕込み値から計算したスルホン酸基の多価金属との反応率は60モル%である。
(I−2)の数平均分子量は42000であった。
Example 2
0.5 mol of polytetramethylene glycol having a number average molecular weight of 3000 (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.), 1 mol of diphenylmethane diisocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane), and 1 g of triethylamine as a catalyst were charged into a four-necked flask at a reaction temperature of 100 ° C. The mixture was reacted for 6 hours to obtain a prepolymer (I'-2) having isocyanate groups at both terminals.
As a chain extender, 0.1 mol (21.5 g) of sodium N, N, bis-2-hydroxyethyl-2aminoethanesulfonate (molecular weight: 215) and 0.3 mol of 1,4-butanediol are added to this prepolymer. 27 g) was added and reacted at 100 ° C. for 5 minutes. The content of the chain extender containing sulfonic acid groups based on the total weight of the extender is 44.3% by weight.
0.02 mol of aluminum isopropoxide was added thereto, and the mixture was reacted for 5 minutes to ion-crosslink, and then cast into a mold preheated to 100 ° C. The desired urethane elastomer (I-2) was obtained by allowing the mixture to react in a circulating drier at 100 ° C. for 20 hours. The conversion of the sulfonic acid group with the polyvalent metal calculated from the charged value is 60 mol%.
The number average molecular weight of (I-2) was 42,000.
実施例3
製造例1で得られたプレポリマー(I’−1)に鎖伸長剤としてジメチロールプロピオン酸(分子量:119)0.2モル(23.8g)と1,6−ヘキサンジオール(分子量:118)0.2モル(23.6g)の混合物を添加し100℃で5分間反応させた。伸長剤の合計重量に対するカルボキシル基を含む鎖伸長剤の含有量は50.2重量%である。
これにアルミニウムトリブトキサイド0.05モル添加し5分間反応させてイオン架橋した後、100℃に予熱したモールド中に注型した。このまま100℃の循風乾燥機にて20時間反応させることで目的のウレタンエラストマー(I−3)を得た。仕込み値から計算したカルボキシル基の多価金属との反応率は75モル%である。
(I−3)の数平均分子量は39000であった。
Example 3
0.2 mol (23.8 g) of dimethylolpropionic acid (molecular weight: 119) and 1,6-hexanediol (molecular weight: 118) as a chain extender on the prepolymer (I'-1) obtained in Production Example 1 0.2 mol (23.6 g) of the mixture was added and reacted at 100 ° C. for 5 minutes. The content of the chain extender containing a carboxyl group based on the total weight of the extender is 50.2% by weight.
After adding 0.05 mol of aluminum tributoxide and reacting for 5 minutes to ion-crosslink, the mixture was poured into a mold preheated to 100 ° C. The desired urethane elastomer (I-3) was obtained by allowing the mixture to react in a circulating air dryer at 100 ° C. for 20 hours. The conversion of the carboxyl group with the polyvalent metal calculated from the charged value is 75 mol%.
The number average molecular weight of (I-3) was 39000.
実施例4
製造例2で得られたプレポリマー(I’−2)に鎖伸長剤としてジメチロールプロピオン酸ナトリウム(数平均分子量:131)0.1モル(13.1g)と1,4−ブタンジオール0.3モル(27.0g)の混合物を添加し100℃で5分間反応させた。伸長剤の合計重量に対するカルボキシル基を含む鎖伸長剤の含有量は32.7重量%である。
これにテトラブチルチタネート0.03モル添加し5分間反応させてイオン架橋した後、100℃に予熱したモールド中に注型した。このまま100℃の循風乾燥機にて20時間反応させることで目的のウレタンエラストマー(I−4)を得た。仕込み値から計算したカルボキシル基の多価金属との反応率は100モル%である。
(I−4)の数平均分子量は33000であった。
Example 4
0.1 mol (13.1 g) of sodium dimethylolpropionate (number average molecular weight: 131) as a chain extender and 1,4-butanediol 0.1 to the prepolymer (I'-2) obtained in Production Example 2 3 mol (27.0 g) of the mixture was added and reacted at 100 ° C. for 5 minutes. The content of the chain extender containing a carboxyl group based on the total weight of the extender is 32.7% by weight.
After adding 0.03 mol of tetrabutyl titanate and reacting for 5 minutes to perform ion crosslinking, the mixture was poured into a mold preheated to 100 ° C. The desired urethane elastomer (I-4) was obtained by allowing the mixture to react in a circulating drier at 100 ° C. for 20 hours. The conversion of the carboxyl group with the polyvalent metal calculated from the charged value is 100 mol%.
The number average molecular weight of (I-4) was 33,000.
比較例1
製造例1で、鎖伸長反応後、そのままイオン架橋させずに、100℃の循風乾燥機にて20時間反応させることでウレタンエラストマー(I−5)を得た。
Comparative Example 1
In Production Example 1, a urethane elastomer (I-5) was obtained by reacting with a circulating drier at 100 ° C. for 20 hours after the chain extension reaction without directly performing ion crosslinking.
比較例2
製造例1で得られたプレポリマー(I’−1)に鎖伸長剤としてN,N,ビス−2ヒドロキシエチル−2アミノエタンスルホン酸(分子量:193)0.1モル(19.3g)と1,4−ブタンジオール0.3モル(27.0g)の混合物を添加し100℃で5分間反応させた後、イオン架橋させずに100℃に予熱したモールド中に注型した。このまま、100℃の循風乾燥機にて20時間反応させることでウレタンエラストマー(I−6)を得た。伸長剤の合計重量に対するスルホン酸基を含む鎖伸長剤の含有量は41.7重量%である。
(I−6)の数平均分子量は38000であった。
Comparative Example 2
0.1 mol (19.3 g) of N, N, bis-2-hydroxyethyl-2aminoethanesulfonic acid (molecular weight: 193) as a chain extender was added to the prepolymer (I′-1) obtained in Production Example 1 After a mixture of 0.3 mol (27.0 g) of 1,4-butanediol was added and reacted at 100 ° C. for 5 minutes, the mixture was cast into a mold preheated to 100 ° C. without ion crosslinking. The urethane elastomer (I-6) was obtained by allowing the mixture to react in a circulating drier at 100 ° C. for 20 hours. The content of the chain extender containing sulfonic acid groups based on the total weight of the extender is 41.7% by weight.
The number average molecular weight of (I-6) was 38,000.
比較例3
製造例1で得られたプレポリマー(I’−1)に鎖伸長剤としてジメチロールプロピオン酸(分子量:119)0.2モル(23.8g)と1,6−ヘキサンジオール0.2モル(23.6g)の混合物を添加し100℃で5分間反応させた。これに1価の金属塩である塩化ナトリウム0.2モル添加し5分間反応させた後、100℃に予熱したモールド中に注型した。このまま100℃の循風乾燥機にて20時間反応させることで目的のウレタンエラストマー(I−7)を得た。伸長剤の合計重量に対するカルボキシル基を含む鎖伸長剤の含有量は50.2重量%である。
(I−7)の数平均分子量は40000であった。
Comparative Example 3
To the prepolymer (I'-1) obtained in Production Example 1, 0.2 mol (23.8 g) of dimethylolpropionic acid (molecular weight: 119) as a chain extender and 0.2 mol of 1,6-hexanediol ( 23.6 g) was added and reacted at 100 ° C. for 5 minutes. After 0.2 mol of sodium chloride as a monovalent metal salt was added thereto and reacted for 5 minutes, the mixture was poured into a mold preheated to 100 ° C. The desired urethane elastomer (I-7) was obtained by allowing the mixture to react in a circulating drier at 100 ° C. for 20 hours. The content of the chain extender containing a carboxyl group based on the total weight of the extender is 50.2% by weight.
The number average molecular weight of (I-7) was 40,000.
比較例4
製造例2で得られたプレポリマー(I’−2)に、鎖伸長剤としてトリメチロールプロパン(分子量:134)0.1モル(13.4g)と1,4−ブタンジオール0.3モル(27.0g)の混合物を添加し100℃で5分間反応させ、100℃に予熱したモールド中に注型した。このまま100℃の循風乾燥機にて20時間反応させることで目的のウレタンエラストマー(I−8)を得た。伸長剤の合計重量に対するカルボキシル基を含む鎖伸長剤の含有量は0重量%である。
Comparative Example 4
To the prepolymer (I'-2) obtained in Production Example 2, 0.1 mol (13.4 g) of trimethylolpropane (molecular weight: 134) as a chain extender and 0.3 mol of 1,4-butanediol ( 27.0 g) of the mixture was added, reacted at 100 ° C. for 5 minutes, and poured into a mold preheated to 100 ° C. The desired urethane elastomer (I-8) was obtained by allowing the mixture to react for 20 hours in a circulating drier at 100 ° C. The content of the chain extender containing a carboxyl group relative to the total weight of the extender is 0% by weight.
比較例5
3つ口フラスコにフマル酸70gと分子量4000のポリプロピレングリコール1700gを入れ、150℃に加熱した。ここに開始剤である2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルペルオキシ)ヘキサンを1.5時間につき5gずつ滴下し、13時間で計27gを添加し、完全に反応させカルボン酸含有ポリオールを得た。さらに酸化カルシウム40gと水100gを加え、中和してポリプロピレングリコールカルボン酸カルシウム塩(A−5’)とし、中和反応後水は減圧除去した。
ポリプロピレングリコールカルボン酸カルシウム塩(A−5’)0.5モル、ジフェニルメタンジイソシアネート(日本ポリウレタン社製)1.1モル、触媒としてトリエチルアミン0.1gを4つ口フラスコに仕込み、反応温度100℃、6時間反応させ目的のウレタンエラストマー(I−9)を得た。仕込み値から計算したカルボン酸基の多価金属との反応率は100モル%である。
(I−9)の数平均分子量は44000であった。
Comparative Example 5
A three-necked flask was charged with 70 g of fumaric acid and 1700 g of polypropylene glycol having a molecular weight of 4000, and heated to 150 ° C. To this, 2,5-dimethyl-2,5-bis (2-ethylhexanoylperoxy) hexane, which is an initiator, was added dropwise at a rate of 5 g every 1.5 hours, and a total of 27 g was added in 13 hours to complete the reaction. A carboxylic acid containing polyol was obtained. Further, 40 g of calcium oxide and 100 g of water were added and neutralized to obtain a calcium salt of polypropylene glycol carboxylate (A-5 ′). After the neutralization reaction, water was removed under reduced pressure.
0.5 mol of polypropylene glycol carboxylate (A-5 '), 1.1 mol of diphenylmethane diisocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd.), and 0.1 g of triethylamine as a catalyst were charged into a four-necked flask. The reaction was carried out for an hour to obtain a desired urethane elastomer (I-9). The conversion of the carboxylic acid group with the polyvalent metal calculated from the charged value is 100 mol%.
The number average molecular weight of (I-9) was 44,000.
[評価試験]
実施例1〜4、比較例1〜5で得られたウレタンエラストマー(I−1)〜(I−9)について常温機械物性、耐熱特性等の性能について評価した。結果を以下の表に示す。
[Evaluation test]
The urethane elastomers (I-1) to (I-9) obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were evaluated for properties such as room temperature mechanical properties and heat resistance. The results are shown in the table below.
<ショアA硬さ>
JIS K6301に準じてショアA硬さの測定を行った。A型スプリング式硬さ試験器を用いて測定し、3カ所の算術平均を測定値とした。
<Shore A hardness>
The Shore A hardness was measured according to JIS K6301. The measurement was performed using an A-type spring hardness tester, and the arithmetic mean at three locations was used as the measured value.
<メルトフローレイト(MFR)>
JIS K7210に準じてMFR[g/10分]の測定を行った。230℃、荷重2.16kgの条件で測定した。
<Melt flow rate (MFR)>
MFR [g / 10 min] was measured according to JIS K7210. The measurement was performed at 230 ° C. and a load of 2.16 kg.
<破断強度>
JIS K6301に準じて破断強度[kgf/cm2]の測定を行った。試験片は1号片を用い、25℃にて測定を行った。
<Breaking strength>
The breaking strength [kgf / cm 2 ] was measured according to JIS K6301. The test piece was measured at 25 ° C. using No. 1 piece.
<破断伸び>
JIS K6301に準じて破断伸び[%]の測定を行った。試験片は1号片を用い、25℃にて測定を行った。
<Elongation at break>
The elongation at break [%] was measured according to JIS K6301. The test piece was measured at 25 ° C. using No. 1 piece.
<屈曲試験>
JIS K6301に準じて屈曲試験[mm]の測定を行った。測定を3回行いそのき劣長さの平均を測定値とした。耐屈曲疲労性を評価できる。
<Bending test>
The bending test [mm] was measured according to JIS K6301. The measurement was performed three times, and the average of the inferior length was defined as the measured value. Flexural fatigue resistance can be evaluated.
<低温ねじり試験>
JIS K6301に準じて低温ねじり試験[℃]の測定を行った。2.81mN・m/radのねじり定数を持つワイヤを用いて評価した。耐寒性を評価できる。
<Low temperature torsion test>
A low-temperature torsion test [° C.] was measured according to JIS K6301. The evaluation was performed using a wire having a torsion constant of 2.81 mN · m / rad. Cold resistance can be evaluated.
<軟化温度>
JIS K7206に準じて軟化温度[℃]の測定を行った。5mmの厚さの試験片を用い、120℃/hの昇温速度で制御し、評価した。耐熱性を評価できる。
<Softening temperature>
The softening temperature [° C.] was measured according to JIS K7206. Using a test piece having a thickness of 5 mm, evaluation was performed by controlling the temperature at a rate of 120 ° C./h. Heat resistance can be evaluated.
表1及び表2に示したように、実施例1〜4は比較例1〜5に比べ、軟化温度、破断強度が飛躍的に高くなり、耐熱特性、機械強度の性能が向上することが明かである。
また、ジメチロールプロピオン酸のイオン結合の代わりにトリメチロールプロパンの共有結合が導入された比較例4は、ショアA硬さ、破断強度などの機械強度は良好であるが、屈曲試験、低温ねじり試験において耐屈曲疲労性、耐寒性に劣ることが明らかである。
以上のことより本発明の熱可塑性ウレタンエラストマーは、耐熱性、機械強度に特に優れ、同時に耐寒性、耐屈曲疲労性も保持可能であるという特長を有する。
As shown in Tables 1 and 2, it is clear that Examples 1-4 have significantly higher softening temperature and breaking strength than Comparative Examples 1-5, and have improved heat resistance and mechanical strength. It is.
In Comparative Example 4 in which a covalent bond of trimethylolpropane was introduced instead of the ionic bond of dimethylolpropionic acid, the mechanical strength such as Shore A hardness and breaking strength was good, but the bending test and the low-temperature torsion test were performed. It is clear that the sample has poor flex fatigue resistance and cold resistance.
From the above, the thermoplastic urethane elastomer of the present invention has a feature that it is particularly excellent in heat resistance and mechanical strength, and at the same time, can maintain cold resistance and bending fatigue resistance.
本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマーは、全部、又は好ましくは部分的に多価金属イオンで架橋されており、高性能の機械的特性、耐寒性を有したまま耐熱特性が改善されるので、例えば、フィルム、シート、成形体の形で使用され特に自動車のホールジョイント・ダストカバー、電線・ケーブル材等に有利に用いられる。
The thermoplastic polyurethane elastomer of the present invention is wholly or preferably partially crosslinked with a polyvalent metal ion, and has high-performance mechanical properties and improved heat resistance while having cold resistance. It is used in the form of a film, sheet, or molded product, and is particularly advantageously used for a hole joint / dust cover of an automobile, a wire / cable material, and the like.
Claims (13)
The method for producing a thermoplastic polyurethane elastomer according to claim 11 or 12, wherein the chain extender (C1) is a chain extender represented by at least one selected from the group consisting of the following general formulas (1) to (4).
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