JP2008520820A - 改善された充填ポリウレタン分散液 - Google Patents

Abstract

良好な引っ張り強さと伸び性を有する充填ポリウレタン分散液は、水およびその中に粒子状充填剤とポリウレタン粒子を含んでなり、ポリウレタン粒子が低分子量のポリオキシプロピレンジアミンの弾性付与性鎖延長結合をその中に有するポリウレタンを含むものである。これらの分散液は接着剤およびカーペット裏打ち材に有用である。

Description

本発明は改善された粒子充填ポリウレタン分散液とこれらから調製される物品に関する。

ポリウレタンはポリイソシアネートとポリオールまたはポリアミン（活性水素を有する化合物）の反応により製造される。ポリウレタン粒子の水性分散液は既知である。例えば、米国特許第２，９６８，５７５号および第３，２９４，７２４号は、別々に添加された界面活性剤を用いて分散された水性ポリウレタン分散液を述べている。これらのポリウレタン分散液は、普通、外部安定化と呼ばれる。

加えて、内部安定化された分散液が記述された。内部安定化されたポリウレタン分散液は、液体媒体中で分散された粒子のポリウレタン内にイオン的あるいは非イオン的に親水性なペンダント基を組み込むことにより、安定化されたものである。非イオン性の内部安定化されたポリウレタン分散液の例は、米国特許第３，９０５，９２９号および第３，９２０，５９８号により述べられており、これはペンダントポリエチレンオキシド側鎖を含有する。

イオン性の内部安定化されたポリウレタン分散液はよく知られており、そして米国特許第６，２３１，９２６号および米国特許第３，４１２，０５４号；第３，４７９，３１０号および第４，０６６，５９１号の欄５、行４−６８および欄６、行１および２で述べられている。通常、米国特許第３，４１２，０５４号により述べられているようなジヒドロキシアルキルカルボン酸は、アニオン性の内部安定化されたポリウレタン分散液の調製に使用される。アニオン性の内部安定化されたポリウレタン分散液の調製に使用される普通のモノマーはジメチロールプロピオン酸（ＤＭＰＡ）である。

ポリウレタン分散液は、通常、接着剤結合層として作用し得る被膜または他の材料の調製に使用されてきた。これらの用途の多くにおいては、層のポリウレタン被膜は、カーペット裏の積層物被覆におけるなど、ひび割れまたは引き裂き無しで曲げあるいは伸縮を加えるのに充分に弾性である必要がある。加えて、固体粒子充填剤は、ポリウレタンの製造のほとんど当初からポリウレタンに添加されてきた。この充填剤は、例えば、着色、密度の変更、機械的性質の変性およびポリウレタンの単位容積当たりのコストの低下のために添加されてきた。残念なことには、充填剤は、ポリウレタン被膜あるいは積層物を低弾性とし、したがって変形時にひび割れおよび引き裂きを更に起こしやすくする（すなわち、更に脆くなる）。順に、このことは、ポリウレタン被膜あるいは積層物の中に組み込み可能な粒子充填剤の量を低減させてきた。

結果として、先行技術の問題、例えばポリウレタン分散液由来の被膜における充填剤装填量が被膜の脆化により制限されることを回避する、ポリウレタン分散液を提供することが望ましい。

本発明は、高い固体粒子状充填剤装填量の弾性被膜を生成するポリウレタン分散液に関する。

本発明の第１の側面は、水およびその中に粒子状充填剤とポリウレタン粒子を含んでなり、ポリウレタン粒子が式

（式中、各Ｒ₁は独立してＨまたは１〜２個の炭素を有する低級アルキルであり、そしてｘはポリウレタン内において数で約１〜約４の平均を有する）
を有する弾性付与性鎖延長結合をその中に有するポリウレタンを含む粒子充填ポリウレタン分散液である。驚くべきことに、本発明の粒子充填ポリウレタン分散液は、高い粒子状充填剤装填量を有し、柔軟性および粘着性となること無くなお弾性を保つ被膜を形成することができる。加えて、本発明によって、室温で硬化した場合に優れた性質（例えば、〜１００℃から１５０℃の高い温度で硬化された物体の引っ張り強さの１０パーセント内）を発現することが可能となる。

本発明の第２の側面は、融合ポリウレタン粒子と粒子状充填剤を含み、融合ポリウレタン粒子が式

（式中、各Ｒ₁は独立してＨまたは１〜２個の炭素を有する低級アルキルであり、そしてｘは数で約１〜約４の平均を有する）
を有する鎖延長結合をその中に有するポリウレタンの粒子である、粒子充填ポリウレタン物品である。

本発明の第３の側面は、
（ｉ）イソシアネート末端のプレポリマーを水中で鎖延長剤の存在下で混合して、分散ポリウレタン粒子のポリウレタン分散液を形成し、鎖延長剤の少なくとも一部は式

（式中、各Ｒ₁は独立してＨまたは１〜２個の炭素を有する低級アルキルであり、ｘは約１〜約６であり、そしてｘは数で約１〜約４の平均を有する）
を有する弾性付与性鎖延長剤であり、鎖延長剤とイソシアネートは反応して、イソシアネート末端のプレポリマーの少なくとも約５０パーセントが弾性付与性鎖延長剤と反応して、ポリウレタン分散液を形成し、そして
（ｉｉ）粒子状充填剤をポリウレタン分散液の中に混和して、粒子充填ポリウレタン分散液を形成する
ことを含んでなる粒子充填ポリウレタン分散液を形成する方法である。

このポリウレタン分散液は、通常ポリウレタンを使用した用途には有用である。このポリウレタン分散液およびこれらから調製されるポリウレタン物品は、被膜、積層物、含浸テキスタイル、合成皮革、クッション性の床板下敷きまたはテキスタイル用の裏打ち材および非テキスタイルフローリング系用の可撓性フォームなど、接着剤およびシーラントとしての使用に特に好適である。

本発明は高い粒子状充填剤装填量を有するポリウレタン分散液である。驚くべきことに、この粒子充填ポリウレタン分散液は、ポリウレタン粒子を融合させ、そして分散液から水を除去すると、弾性ポリウレタン物品を形成する。

粒子状充填剤は、この明細書中では、当分野において既知のものなどのポリウレタン分散液での使用に好適ないかなる非有機ポリマー固体の本質的に水不溶性の粒子も意味する。例示の粒子状充填剤は、金属およびセラミック（例えば、粘土、酸化物、例えばシリカ、チタニア、アルミナ、ソーダライムシリケートガラスなどのガラスおよび炭酸カルシウム）を含む。充填剤は、金属およびセラミックの中空粒子、例えば中空のガラス球あるいは回転楕円体を含むことができる。この粒子は、いかなる粒子状形状のものでもあり得、例えばウイスカー、球、回転楕円体、板および不規則に摩砕あるいはカットされた粒子である。好ましい充填剤は炭酸カルシウムおよびガラス粒子を含む。

一般に、この粒子は、容積で１０００マイクロメートル未満の中位直径を有する。この粒子状充填剤は、有利なこととしては、容積で多くとも約４００マイクロメートルの直径の中位粒子サイズを有する。好ましくは、この中位粒子サイズは、多くとも約３００マイクロメートル、更に好ましくは多くとも約２００マイクロメートル、なお更に好ましくは多くとも約１５０マイクロメートルそして最も好ましくは多くとも約１００マイクロメートルないしは好ましくは少なくとも約１マイクロメートル、そして更に好ましくは少なくとも約１０マイクロメートルである。

粒子充填ポリウレタン分散液中の粒子状充填剤の量は、例えば性質および用途に依って広い範囲にわたって変わり得るが、好ましくは高装填のものである。一般に、ポリウレタン分散液内の粒子状充填剤の量は、これらから調製されるポリウレタン物品を生成する充填剤の量に相当し、ポリウレタン物品の約１０パーセント〜約９０容量パーセントの範囲である。好ましくは、充填剤の量は、少なくとも約１５パーセント、更に好ましくは少なくとも約４０パーセント、なお更に好ましくは少なくとも約５０パーセント、そして最も好ましくは少なくとも約５５パーセントである。

充分な量の弾性付与性鎖延長結合がポリウレタン内にある限り、ポリウレタン粒子のポリウレタンは、ポリウレタン分散液、例えば内部あるいは外部安定化されたポリウレタン分散液において使用されるポリウレタンの粒子の調製に好適ないかなるポリウレタンでもあり得る。一般に、このような結合の充分な量はポリウレタンの少なくとも約０．５重量パーセントである。好ましくは、このような結合の量は、少なくとも約１パーセント、更に好ましくは少なくとも約２パーセント、そして最も好ましくは少なくとも約５パーセントから好ましくは多くとも約２０パーセント、更に好ましくは多くとも約１６パーセントそして最も好ましくは多くとも約１３重量パーセントである。

繰り返して言うと、ポリウレタン粒子のポリウレタンは、ポリウレタン分散液の調製に好適ないかなるポリウレタン（内部および外部安定化された）でもあり得る。内部安定化されたポリウレタン分散液は、ポリウレタン内に液体媒体中に分散された粒子のイオン的あるいは非イオン的に親水性のペンダント基を組み込むことにより安定化されているものである。非イオン性の内部安定化されたポリウレタン分散液の例は、米国特許第３，９０５，９２９号および第３，９２０，５９８号により述べられている。イオン性の内部安定化されたポリウレタン分散液はよく知られており、そして米国特許第６，２３１，９２６号の欄５、行４−６８および欄６、行１および２で述べられている。通常、米国特許第３，４１２，０５４号により述べられているようなジヒドロキシアルキルカルボン酸は、アニオン性の内部安定化されたポリウレタン分散液の調製に使用される。アニオン性の内部安定化されたポリウレタン分散液の調製に使用される普通のモノマーは、ジメチロールプロピオン酸（ＤＭＰＡ）である。

外部安定化されたポリウレタン分散液も使用され得る。外部安定化されたポリウレタン分散液は、イオン性あるいは非イオン性の親水性ペンダント基を有することが実質的にできず、したがってポリウレタン分散液の安定化に界面活性剤の添加を必要とするものである。外部安定化されたポリウレタン分散液の例は、米国特許第２，９６８，５７５号；第５，５３９，０２１号；第５，６８８，８４２号および第５，９５９，０２７号で述べられている。内部および外部安定化されたポリウレタン分散液の組み合わせが使用され得る。

ポリマー粒子の大部分が容積でポリウレタン粒子である限り、このポリウレタン分散液は他の分散ポリマー粒子と混合され得る。ポリウレタン分散液と混合される場合に有用であり得る、他のポリマー分散液または乳化液は、ポリマー、例えばポリアクリレート、ポリイソプレン、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ニトリルゴム、天然ゴムおよびスチレンとブタジエンのコポリマーを含む。最も好ましくは、このポリウレタン分散液が分散液中に存在する唯一のポリマー粒子である。

好ましくは、このポリウレタン分散液は非イオン化型ポリウレタンのポリウレタン粒子からなる。非イオン化型ポリウレタンは親水性イオン化型基を含有しないポリウレタンである。親水性イオン化型基は、水中で容易にイオン化する基であり、例えばジメチロールプロピオン酸（ＤＭＰＡ）である。他のイオン化型基の例は、アニオン性基、例えばカルボン酸、スルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩を含む。カチオン性基の例は、三級アミンと強鉱酸、例えばリン酸、硫酸、ハロ水素酸または強有機酸のアンモニウム塩反応、または好適な四級化剤、例えばＣ１−Ｃ６アルキルハライドまたはベンジルハライド（例えば、ＢｒまたはＣｌ）との反応によるものを含む。

更に好ましくは、この非イオン化型ポリウレタンは、エチレンオキシド単位を有しないか、あるいは外部界面活性剤の不在下では安定な水性ポリウレタン分散液をもたらすには不充分である量のエチレンオキシド単位を有する。不充分な量のエチレンオキシド単位は、外部界面活性剤を有しないポリウレタン分散液がまず第１に調製不能であるか、あるいは前記に定義したように不安定である（室温で２週間貯蔵後、凝固するか、あるいは中位粒子サイズまたは粘度を実質的に変える）ということを意味する。

非イオン化型ポリウレタンがエチレンオキシド単位を含有する場合には、非イオン化型ポリウレタン中のエチレンオキシド単位の量は、一般に、非イオン化型ポリウレタンの少なくとも約０．１パーセントから多くとも約６重量パーセントである。好ましくは、エチレンオキシド単位の量は、非イオン化型ポリウレタンの少なくとも約０．５パーセント、更に好ましくは少なくとも約０．７５パーセント、なお更に好ましくは少なくとも約１パーセントそして最も好ましくは少なくとも約１．５パーセントから好ましくは多くとも約５．５パーセント、更に好ましくは多くとも約５パーセント、なお更に好ましくは多くとも約４．５パーセント、そして最も好ましくは多くとも約４重量パーセントである。

エチレンオキシド単位は、式

により示されるように、この明細書中ではエチレンオキシドから形成される基を意味する。

必要あるいは所望に応じて、このポリウレタンは外部界面活性剤を含有し得る。この外部界面活性剤はカチオン性、アニオン性、両性あるいは非イオン性であり得る。好適な類の界面活性剤は、限定ではないが、エトキシル化フェノールのサルフェート、例えばポリ（オキシ−１，２−エタンジイル）α−スルホ−ω（ノニルフェノキシ）アンモニウム塩；アルカリ金属脂肪酸塩、例えばアルカリ金属オレエートおよびステアレート；ポリオキシアルキレン非イオン性物質、例えばポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシドおよびこれらのコポリマー；アルコールアルコキシレート；エトキシル化脂肪酸エステルおよびアルキルフェノールエトキシレート；アルカリ金属ラウリルサルフェート；アミンラウリルサルフェート、例えばトリエタノールアミンラウリルサルフェート；四級アンモニウム界面活性剤；アルカリ金属アルキルベンゼンスルホネート、例えば分岐および直鎖状のドデシルベンゼンスルホネートナトリウム；アミンアルキルベンゼンスルホネート、例えばトリエタノールアミンドデシルベンゼンスルホネート；アニオン性および非イオン性フルオロカーボン界面活性剤、例えばフッ素化アルキルエステルおよびアルカリ金属ペルフルオロアルキルスルホネート；オルガノシリコン界面活性剤、例えば変性ポリジメチルシロキサン；および変性された樹脂のアルカリ金属せっけんを含む。

好ましくは、外部界面活性剤はイオン性である。更に好ましくは、外部界面活性剤はアニオン性である。例示の好ましい界面活性剤は、オクタデシルスルホコハク酸ジナトリウム（disodium octadecyl sulfosuccinimate）、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウムおよびステアリン酸アンモニウムを含む。

外部界面活性剤の量は、存在する場合にはいかなる好適な量でもあり得る。一般に、外部界面活性剤の量は、ポリウレタン分散液の全重量の約０．１パーセント〜約１０重量パーセントである。好ましくは、外部界面活性剤の量は、ポリウレタン分散液の全重量の少なくとも約０．５重量パーセント、更に好ましくは少なくとも約１パーセント、そして最も好ましくは少なくとも約１．５パーセントから好ましくは多くとも約８パーセント、更に好ましくは多くとも約７パーセント、そして最も好ましくは多くとも約６パーセントである。

好ましい実施形態においては、粒子充填ポリウレタン分散液は、この分散液が有機溶剤を実質的に含まないものである。有機溶剤を実質的に含まないとは、プレポリマーまたは分散液の調製に有機溶剤を意図的に添加せずに、この分散液が調製されたという意味である。これは、非意図的な源、例えば反応器のクリーニングからの汚染によりある量の溶剤が存在し得るということを言っているのではない。一般に、この水性分散液は、分散液の全重量の多くとも約１重量パーセントを有する。好ましくは、水性分散液は、１００万重量部当たり多くとも約２０００部（ｐｐｍ）の、更に好ましくは多くとも約１０００ｐｐｍの、なお更に好ましくは多くとも約５００ｐｐｍの、そして最も好ましくは多くとも痕跡量の溶剤を有する。好ましい実施形態においては、有機溶剤は使用されず、そして水性分散液は検出可能な有機溶剤を有しない（すなわち、有機溶剤を「本質的に含まない」）。

この粒子充填ポリウレタン分散液は、用途に依って、他の好適な成分、例えば当分野において既知のものを有し得る。例えば、このポリウレタン分散液は、添加物、例えば流動性変性剤、脱泡剤、酸化防止剤、顔料、染料およびこれらの組み合わせを有し得る。

この粒子充填分散液は、通常、特別な用途に依存する、いかなる好適な固体装填量のポリウレタン粒子も有し得る。一般に、ポリウレタン粒子の固体装填量は、分散液の全固体重量（すなわち、粒子状充填剤＋ポリウレタン粒子）の少なくとも約２０重量パーセント〜８０重量パーセント固体である。好ましくは、固体装填量は、少なくとも２５パーセント、更に好ましくは少なくとも３０パーセント、そして最も好ましくは少なくとも３５パーセントから好ましくは多くとも７５パーセント、更に好ましくは多くとも７０パーセント、そして最も好ましくは多くとも６５重量パーセントである。

一般に、この粒子充填分散液は、ポリウレタン粒子および粒子状充填剤と、存在し得る任意の他の添加物の固体装填量に依って、広い範囲にわたって変わる粘度を有し得る。望ましいこととして、このポリウレタン分散液は、キャストされ、そしてその形状を保持して、ポリウレタン物品を形成する能力をなお有する一方で、容易にポンプ送液される。一般に、この粘度は、１分当たり２０回転（ｒｐｍ）で回転される＃６スピンドルを使用するブルックフィールド・モデルＲＶＤＶＥ １１５粘度計を用いて測定して少なくとも約１０センチポイズ（ｃｐ）から多くとも約４００００ｃｐである。好ましくは、この粘度は少なくとも約５０ｃｐから多くとも約３００００ｃｐである。更に好ましくは、この粘度は少なくとも約１００ｃｐから多くとも約２５０００ｃｐである。この分散液は、ある用途、例えばカーペット裏打ち材に使用される場合、望ましいこととして、非ニュートン性偽塑性挙動を示し得る。この流動性は、例えば充填剤の沈降に抵抗し、被膜の被覆および被膜重量のコントロールを助ける。

容積によるポリウレタン粒子の中間の粒子サイズは、一般に、多くとも約１０マイクロメートルから少なくとも約０．０１マイクロメートルの直径である。好ましくは、中間の粒子サイズは、多くとも約５マイクロメートル、更に好ましくは多くとも約２マイクロメートル、そして最も好ましくは多くとも約１マイクロメートルから好ましくは少なくとも約０．０３、更に好ましくは少なくとも約０．０５マイクロメートル、そして最も好ましくは少なくとも約０．１マイクロメートルである。

一般に、分散液のポリウレタン粒子の形成においては、イソシアネート末端のポリウレタン／尿素／チオ尿素プレポリマーは、鎖延長剤と水性媒体中で反応され、鎖延長剤は式

（式中、各Ｒ₁は独立してＨまたは１〜２個の炭素を有する低級アルキルであり、そしてｘは数で約１〜約４の平均を有する）
を有する弾性付与性鎖延長剤を含んでなり、ここでこの鎖延長剤の量は粒子状充填剤により高充填可能なポリウレタン分散液をもたらし、粒子をポリウレタン物品に融合させたときに弾性をなお保持するのに充分であるものである。

一般に、ｘは約１〜約６であるが、ポリウレタン内の平均のｘが約１〜４である限り、鎖延長剤のある分子は６以上の数を有し得る。好ましくは、ｘの平均は、少なくとも約１．５、更に好ましくは少なくとも約２、そして最も好ましくは少なくとも約２．３から好ましくは多くとも約３．５、更に好ましくは多くとも約３．２、そして最も好ましくは多くとも約３である。Ｒ₁はメチル、エチルまたはこれらの組み合わせであるということも好ましく、更に好ましくはＲ₁はメチルである。

弾性付与性鎖延長剤は、米国特許第３，６５４，３７０号で述べられている方法により調製され得る。好適な弾性付与性鎖延長剤は、Ｈｕｎｔｓｍａｎ ＬＬＣ（Ｓａｌｔ Ｌａｋｅ Ｃｉｔｙ，Ｕｔａｈ）からＪｅｆｆａｍｉｎｅ Ｄ−２３０などＪｅｆｆａｍｉｎｅの商標で入手し得るものを含む。

充分な量の弾性付与性鎖延長剤が存在する限り、他の鎖延長剤が使用され得るということは理解される。一般に、弾性付与性鎖延長剤の量は、イソシアネート末端のプレポリマーのＮＣＯ含量（ＮＣＯ基に対して１０パーセントの一級アミノ水素）の少なくとも約１０パーセントの量で使用される。好ましくは、弾性付与性鎖延長剤の量は、イソシアネートプレポリマーのＮＣＯ含量の化学量論的な量の少なくとも約２０パーセント、更に好ましくは２５パーセント、なお更に好ましくは少なくとも約３０パーセント、そして最も好ましくは少なくとも４０パーセントである。極めて遅い反応速度でイソシアネートプレポリマーを鎖延長するように、水が反応することができるために、このポリウレタン粒子は、使用される弾性付与性鎖延長剤の量に拘わらずに無視し得る量の水により延長されることから生じる鎖延長された結合を有し得る。

弾性付与性鎖延長剤に加えて使用され得る他の鎖延長剤は、例えば、水、上記の式内に入らないアミン末端のポリエーテル、アミノエチルピペラジン、２−メチルピペラジン、１，５−ジアミノ−３−メチル−ペンタン、イソホロンジアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、トリエチレンペンタミン、エタノールアミン、立体異性体の形のいずれかのリジンおよびこれらの塩、ヘキサンジアミン、ヒドラジンおよびピペラジンを含む。特に好ましい実施形態においては、弾性付与性鎖延長剤と水が唯一の鎖延長剤である。

イソシアネート末端のポリウレタン／尿素／チオ尿素プレポリマーは、当分野においてよく知られているものなどのいかなる好適な方法によっても調製可能である。このプレポリマーは、有利なこととしては、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第５，９５９，０２７号で述べられているように、このプレポリマーをイソシアネート末端とすることを確実にする条件下で、少なくとも２つの活性水素原子を有する高分子量の有機化合物を充分なポリイソシアネートと接触させることにより調製される。

このポリイソシアネートは好ましくは有機ジイソシアネートであり、そして芳香族、脂肪族、あるいは脂環式またはこれらの組み合わせであり得る。プレポリマーの調製に好適なジイソシアネートの代表的な例は、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第３，２９４，７２４号、欄１、行５５〜７２、および欄２、行１〜９、ならびにこれも参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第３，４１０，８１７号、欄２、行６２〜７２、および欄３、行１〜２４で開示されているものを含む。好ましいジイソシアネートは、４，４’−ジイソシアナトジフェニルメタン、２，４’−ジイソシアナトジフェニルメタン、イソホロンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、ポリフェニルポリメチレンポリイソシアネート、１，３−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン、１，４−ジイソシアナトシクロヘキサン、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、３、３’−ジメチル−４，４’−ビフェニルジイソシアネート、４，４’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、２，４’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタンおよび２，４−トルエンジイソシアネートまたはこれらの組み合わせ物を含む。更に好ましいジイソシアネートは、４，４’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、４，４’−ジイソシアナトジフェニルメタン、２，４’−ジイソシアナトジ−シクロヘキシルメタンおよび２，４’−ジイソシアナトジフェニルメタンである。最も好ましいのは、４，４’−ジイソシアナトジフェニルメタン、２，４’−ジイソシアナトジフェニルメタンおよびこれらの組み合わせ物である。

この明細書で使用されるように、用語「活性水素基」は、一般的な反応

（式中、ＸはＯ、Ｓ、ＮＨまたはＮであり、そしてＲおよびＲ’は脂肪族、芳香族あるいは脂環式あるいはこれらの組み合わせであり得る連結基である）
により例示されるようにイソシアネート基と反応して、尿素基、チオ尿素基またはウレタン基を形成する基を指す。少なくとも２つの活性水素原子を持つ高分子量有機化合物は、通常、５００ダルトン以上の分子量を有する。

少なくとも２つの活性水素原子を持つ高分子量有機化合物は、ポリオール、ポリアミン、ポリチオールまたはアミン、チオールおよびエーテルの組み合わせを含有する化合物であり得る。所望の性質に依って、このポリオール、ポリアミンあるいはポリチオール化合物は、大きな活性水素官能基数を有する、主にジオール、トリオールまたはポリオールまたはこれらの混合物であり得る。これらの混合物は、例えばポリオール混合物中の少量のモノオールにより２よりも若干小さい全活性水素官能基数を有し得るということも理解される。

好ましくは、少なくとも２つの活性水素原子を有する高分子量有機化合物は、式

（式中、各Ｒは独立してアルキレン基であり；Ｒ’はアルキレンあるいはアリーレン基であり；各Ｘは独立してＳまたはＯ、好ましくはＯであり；ｎは正の整数であり；そしてｎ’は負でない整数である）
を有するポリアルキレングリコールエーテルまたはチオエーテルまたはポリエステルポリオールあるいはポリチオールである。

一般に、少なくとも２つの活性水素原子を有する高分子量有機化合物は、少なくとも約５００ダルトンの、好ましくは少なくとも約７５０ダルトンの、そして更に好ましくは少なくとも約１０００ダルトンの重量平均分子量を有する。好ましくは、この重量平均分子量は、多くとも約２００００ダルトン、更に好ましくは多くとも約１００００ダルトン、更に好ましくは多くとも約５０００ダルトン、そして最も好ましくは多くとも約３０００ダルトンである。

ポリアルキレンエーテルグリコールおよびポリエステルポリオールが好ましい。ポリアルキレンエーテルグリコールの代表的な例は、ポリエチレンエーテルグリコール、ポリ−１，２−プロピレンエーテルグリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリ−１，２−ジメチルエチレンエーテルグリコール、ポリ−１，２−ブチレンエーテルグリコールおよびポリデカメチレンエーテルグリコールである。好ましいポリエステルポリオールは、ポリブチレンアジペート、カプロラクトンベースのポリエステルポリオールおよびポリエチレンテレフタレートを含む。

ＮＣＯ：ＸＨ比はポリウレタン分散液の形成に好適ないかなるものでもあり得る。好ましくは、ＮＣＯ：ＸＨ比は、１．１：１以上、更に好ましくは１．２：１以上、そして好ましくは５：１以下である。

このポリウレタンプレポリマーはバッチあるいは連続法により調製され得る。有用な方法は当分野において既知のものなどの方法を含む。例えば、ジイソシアネートとポリオールの化学量論的過剰は、反応試剤の制御された反応に好適な温度、通常約４０℃〜約１００℃で静的あるいは活性な混合器の中に別々な流れとして導入可能である。反応試剤の反応を促進するのに、触媒、例えば有機スズ触媒（例えば、オクタン酸第一スズ）が使用され得る。この反応は、一般に、プレポリマーの形成に混合タンク中で実質的に完結するまで行われる。

ポリウレタン分散液は当分野においてよく知られているものなどいかなる好適な方法によっても調製され得る。（例えば、教示が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，５３９，０２１号、欄１、行９〜４５を参照のこと）

ポリウレタン分散液を調製する場合、プレポリマーは、弾性付与性鎖延長剤により少なくとも部分的に延長される。弾性付与性鎖延長剤は、好ましくはプレポリマーの添加の前に分散液の調製に使用される水に溶解される。

粒子充填ポリウレタン分散液の調製においては、粒子状充填剤は、ポリウレタン分散液の調製の工程におけるいかなる好適な時間においても添加され得る。好ましくは、粒子状充填剤はポリウレタン分散液を形成した後に添加される。

粒子充填分散液を形成したならば、これらからポリウレタン物体が調製され得る。ポリウレタン物体は、ポリウレタン分散液から物体を形成するいかなる既知の方法によっても調製され得る。例えば、この分散液は基材上に被覆され、次に室温または高温で乾燥され得る。加えて、他の形状および形は、類似の方法、例えば紡糸により調製され得る。

一般に、このポリウレタン物品は、粒子が融合した（融着し、例えば鎖が混じり合って、粒子が融着するのに充分な可動性を有する加熱により、粒子がポリマー鎖の若干の混じり合いの絡み合いを有する）ドメインを示す微構造を特徴とする。すなわち、これらのポリウレタン物品は、融着ポリウレタン粒子の間で区別できる粒界領域を示す。

驚くべきことには、粒子充填ポリウレタン物品（例えば、被覆、エラストマー、シーラントまたは接着剤）は、柔軟性および粘着性となること無く良好な弾性を有する。物品が最終複合物の５０容量パーセント超の粒子状充填剤含量を有する場合、そして粒子状充填剤含量が最終複合物の７５容量パーセント超である場合でも、このことは成り立つ。鎖延長剤のタイプは、粒子の表面極性、ソフトセグメント中のハードセグメントの溶解性を変化させ得、そして／あるいはハードセグメントの強さを変え、得られるポリウレタンフィルムあるいは物体の靭性および可撓性を犠牲とすることなく高充填剤装填量を達成し得ると考えられる。

次の実施例および比較例の各々は次のプレポリマーを使用する。約４４７重量部（ｐｂｗ）のＶＯＲＡＮＯＬ^*２２２−０５６（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から入手し得る、合計１２．５重量パーセントのエチレンオキシドの末端キャッピングを有する、分子量「ＭＷ」２０００のポリオキシプロピレンジオール）、約１６ｐｂｗのＣＡＲＢＯＷＡＸ^*１０００（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手し得る、約９５０〜１０５０のＭＷ範囲を有するポリエチレングリコール）および約９５０の分子量を有するポリエーテルモノオールである、約１６ｐｂｗのメトキシポリエチレングリコールをフラスコに入れ、７０℃で保持されたオーブンに３０分間入れる。この混合物に、約２８９ｐｂｗのＩＳＯＮＡＴＥ＊１２５Ｍ（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手し得る、約９７パーセント４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートと約３パーセント２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートを有するジフェニルメタンジイソシアネート）。この混合物を３０分間激しく撹拌し、次にオーブン中７０℃で約１２時間入れる。得られるプレポリマーのＮＣＯ含量は約６．９重量パーセントである。

（実施例１）
鎖延長剤がＨｕｎｔｓｍａｎ ＬＬＣ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から入手し得るＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｄ２３０ｐｂｗであり、これがプレポリマーのＮＣＯ含量の化学量論的量の約５０パーセントに等しい量で添加されることを除いて、米国特許第６，０８７，４４０号の実施例で述べられているのと同一の方法により上記のプレポリマーを使用して、ポリウレタン分散液を調製する。ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｄ２３０は、この明細書中で前述した式

式中で約２．６の平均のｘを有する。１００重量部（ポリウレタン固体のｐｂｗ）の上記のポリウレタン分散液、２００ｐｂｗの炭酸カルシウムおよび０．２ｐｂｗのＡＣＲＹＳＯＬ（登録商標）ＲＭ−８Ｗ増粘剤（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）からなるカーペット裏打ち材配合物を単純なパドル撹拌により調製する。このような分散液は２００ｐｐｈ（ポリウレタン固体１００重量部当たりの部）を有する。このカーペット裏打ち材配合物を約８０重量パーセントの固体装填量を有するように調整する。

次に、このＰＵＤ配合物をカーペット構成物上にドローダウンすることにより、この配合物をカーペット構成物上に被覆する。このカーペット構成物は、ポリプロピレン織布の中にタフト化されたナイロンヤーンからなる。この被膜を対流オーブン中１３０℃で乾燥する。乾燥後、被覆されたカーペット試料を１３０℃まで再加熱し、そしてローラーを用いて、８０℃の温度まで予熱されたＰＶＣロール物品（シート）を積層する。ＡＳＴＭ １３３５により求められる、得られるカーペットのタフトバインドを表１に示す。

（実施例２〜４）
カーペットの得られるタフトバインドと共に表１に示すように炭酸カルシウムの異なる装填量を使用することを除いて、実施例１と同一の方法で実施例２〜４を調製する。

（比較例１〜４）
充填剤装填量が表１に示すようであることを除いて、米国特許第６，０８７，４４０号で述べられている実施例と同一の方法で比較例１〜４を調製する。これらの得られるタフトバインドを表１に示す。

（比較例５および６）
鎖延長剤が水のみであり、そして固体装填量が表１に示すようであることを除いて、実施例１と同一の方法で比較例５および６を調製する。これらの比較例に対する結果も表１に示す。

表１から、本発明の性質増進性鎖延長剤により鎖延長された充填ポリウレタン分散液を使用した場合、このカーペットのタフトバインドおよび耐久性は、本発明の性質増進性鎖延長剤により鎖延長されていない充填ポリウレタン分散液と比較して、大きく改善されるということが明白である。

表１：カーペットタフトバインド

^*２５０００サイクルのロール巻き（ＣＡＳＴＥＲ ＷＨＥＥＬ ＣＨＡＩＲによる）カーペット試料上に一定荷重（１００ｋｇ荷重）

（実施例５および６）
使用される鎖延長剤が表２に示すものであることを除いて、実施例１と同一の方法でポリウレタン分散液を調製する。鎖延長剤のバランスが水（すなわち、水はＮＣＯのバランスに対して鎖延長剤である）に帰せられるということは理解される。この分散液に４００ｐｐｈの炭酸カルシウム充填剤を添加する。この分散液をキャストし、そして１３０℃で２０分間乾燥して、フィルムを形成する。このフィルムは表２に示す性質を有する。

（比較例７〜９）
使用される鎖延長剤が表１に示すものであることを除いて、実施例５および６と同一の方法でポリウレタン分散液とフィルムを調製する。Ｈｕｎｔｓｍａｎ ＬＬＣから入手し得るＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ａ４００は、実施例１に示す式中で６．１の平均のｘを有する。鎖延長剤、鎖延長剤の量およびフィルムの性質を表２に示す。

表２から、本発明の比較的少量の性質増進性鎖延長剤（ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ Ｄ２３０）の使用でも優れた伸びと共に極めて改善された引っ張り強さを持つ高充填フィルムを生じるということが明白である。加えて、比較例７および８の分散液は、上述のようにカーペットの調製に使用される場合、得られるポリマーの柔らかさのために不充分であるタフトバインドを生じた。比較例９の分散液は、上述のようにカーペットの調製に使用される場合、耐久性試験時にひび割れを生じた。


表２：充填されたポリウレタンフィルム

Claims (30)

1. 水およびその中に粒子状充填剤とポリウレタン粒子を含んでなり、ポリウレタン粒子が式
   

   

   （式中、各Ｒ₁は独立してＨまたは１〜２個の炭素を有する低級アルキルであり、そしてｘはポリウレタン内において平均約１〜約４である）
   を有する弾性付与性鎖延長結合をその中に有するポリウレタンを含む粒子充填ポリウレタン分散液。
2. ｘが平均約１．５〜約３．５である、請求項１に記載の粒子充填ポリウレタン分散液。
3. ｘが平均約２〜約３である、請求項２に記載の粒子充填ポリウレタン分散液。
4. Ｒ₁がメチル、エチルまたはこれらの組み合わせである、請求項１に記載の粒子充填ポリウレタン分散液。
5. Ｒ₁がメチルである、請求項４に記載の粒子充填ポリウレタン分散液。
6. 前記ポリウレタン内の弾性付与性鎖延長結合の量が前記ポリウレタンの少なくとも２重量パーセントから多くとも約１６重量パーセントである、請求項１に記載の粒子充填ポリウレタン分散液。
7. 前記ポリウレタン内の弾性付与性鎖延長結合が前記ポリウレタンの少なくとも５重量パーセントから多くとも約１３重量パーセントである、請求項１に記載の粒子充填ポリウレタン分散液。
8. 前記粒子状充填剤が前記分散液の全固体重量の約４０重量パーセントから約９０重量パーセントの量で存在する、請求項１に記載の粒子充填ポリウレタン分散液。
9. 前記粒子状充填剤が少なくとも約５０容量パーセントの量で存在する、請求項８に記載の粒子充填ポリウレタン分散液。
10. 前記粒子状充填剤が前記物品の少なくとも約５０容量パーセントの量で存在する、請求項９に記載の粒子充填ポリウレタン分散液。
11. 融合ポリウレタン粒子と粒子状充填剤を含有し、該融合ポリウレタン粒子が式
    

    

    （式中、各Ｒ₁は独立してＨまたは１〜２個の炭素を有する低級アルキルであり、ｘはポリウレタン内において平均約１から約４である）
    を有する弾性付与性鎖延長結合をその中に有するポリウレタンの粒子である粒子充填ポリウレタン物品。
12. ｘの平均が約１．５〜約３である、請求項１２に記載の粒子充填ポリウレタン物品。
13. ｘの平均が少なくとも約２である、請求項１２に記載の粒子充填ポリウレタン物品。
14. 前記ポリウレタンが少なくとも約２重量パーセントの弾性付与性鎖延長結合を有する、請求項１１に記載の粒子充填ポリウレタン物品。
15. 前記ポリウレタンが少なくとも約５重量パーセントの弾性付与性鎖延長結合を有する、請求項１１に記載の粒子充填ポリウレタン物品。
16. 前記ポリウレタンが芳香族ポリイソシアネートのポリウレタンである、請求項１１に記載の粒子充填ポリウレタン物品。
17. 前記芳香族ポリイソシアネートが４，４’−ジイソシアナトジフェニルメタンおよび２，４’−ジイソシアナトジフェニルメタン、２，６−トルエンジイソシアネート、２，４−トルエンジイソシアネートまたはこれらの組み合わせである、請求項１６に記載の粒子充填ポリウレタン物品。
18. 前記芳香族ポリイソシアネートが４，４’−ジイソシアナトジフェニルメタンおよび２，４’−ジイソシアナトジフェニルメタンまたはこれらの組み合わせである、請求項１７に記載の粒子充填ポリウレタン物品。
19. （ｉ）イソシアネート末端のプレポリマーを水中で鎖延長剤の存在下で混合して、分散ポリウレタン粒子のポリウレタン分散液を形成し、前記鎖延長剤の少なくとも一部は式
    

    

    （式中、各Ｒ₁は独立してＨまたは１〜２個の炭素を有する低級アルキルであり、ｘは約１〜約６であり、そしてｘは平均約１〜約４である）
    を有する弾性付与性鎖延長剤であり、該鎖延長剤とイソシアネートは反応して、該イソシアネート末端のプレポリマーの少なくとも約５０パーセントは弾性付与性鎖延長剤と反応して、ポリウレタン分散液を形成し、そして
    （ｉｉ）粒子状充填剤を前記ポリウレタン分散液の中に混和して、粒子充填ポリウレタン分散液を形成する
    ことを含んでなる粒子充填ポリウレタン分散液を形成する方法。
20. ｘが１〜５である、請求項１９に記載の方法。
21. ｘの平均が約１．５〜約３である、請求項１９に記載の方法。
22. ｘの平均が少なくとも約２である、請求項２１に記載の方法。
23. 前記鎖延長剤の少なくとも約２０パーセントが弾性付与性鎖延長剤である、請求項１９に記載の方法。
24. 前記鎖延長剤の少なくとも約４０パーセントが弾性付与性鎖延長剤である、請求項２３に記載の方法。
25. 前記鎖延長剤の本質的にすべてが弾性付与性鎖延長剤である、請求項２４に記載の方法。
26. 前記粒子状充填剤が前記ポリウレタン粒子の容積と粒子状充填剤容積の少なくとも約５０容量パーセントの量で存在する、請求項１９に記載の方法。
27. 前記粒子状充填剤が前記ポリウレタン粒子の容積と粒子状充填剤容積の少なくとも約５５容量パーセントの量で存在する、請求項２７に記載の方法。
28. 前記ポリウレタン分散液のポリウレタン粒子が非イオン化型ポリウレタンである、請求項２８に記載の方法。
29. 前記分散液が外部界面活性剤を有する、請求項２９に記載の方法。
30. 前記外部界面活性剤がアニオン性界面活性剤である、請求項３０に記載の方法。