JP2009538381A - ポリウレタン系樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

例えばゴム系部品の表面修復に、有用なポリウレタン系樹脂は、ポリオール成分と混合されるプレポリマー成分を含む。プレポリマー成分は、ポリイソシアネート、ヒドロキシル末端ポリブタジエン、及びエーテルジオールを含む。ポリオール成分は、脂肪族油、ヒドロキシル末端ポリブタジエン、及び芳香族ジアミンを含む。ポリオール成分及びプレポリマー成分を、選択された時間量にわたって混合し、一緒に反応させて、ポリウレタン系樹脂を形成させる。この樹脂を、ゴム系部品の表面に塗布してもよい。

Description

本発明は、損傷したゴム系部品の修復用組成物に関する。より詳細には、本発明は、ゴム系部品の損傷面修復用ポリウレタン系樹脂に関する。

天然ポリマー、合成ポリマー、又は変性ポリマーから作られるゴム系部品は、駆動ベルト、コーティング、及び機械部品など、様々な用途で用いられる。これらの各用途において、ゴム系部品は、時間とともに消耗し、徐々に損傷する傾向がある。ゴム系部品は、物品との衝突により急激に損傷を受ける可能性もある。

損傷したゴム系部品の典型的な修復法には、接着剤、又は加硫プロセスを用いて、ゴム系物質のシートを損傷したゴム系部品に接着する方法が挙げられる。しかし、ゴム系部品の表面が不規則で損傷しているため、シートが早々に消耗する傾向がある。シートは、ゴム系部品の表面上にシームを形成し、シートの消耗を加速する場合もある。

本発明は、ゴム系部品の表面修復に利用可能なポリウレタン系樹脂を含む。ポリウレタン系樹脂には、ポリオール成分と混合されるプレポリマー成分を含む。プレポリマー成分は、少なくとも１種のポリイソシアネート、少なくとも１種のヒドロキシル末端ポリブタジエン、及び少なくとも１種のエーテルジオールを含む。ポリオール成分は一般に、ヒマシ油、少なくとも１種のヒドロキシル末端ポリブタジエン、及び少なくとも１種の芳香族ジアミンを含む。プレポリマー成分及びポリオール成分を、選択された時間量にわたって混合し、互いに反応させてポリウレタン系樹脂を形成させる。ポリウレタン樹脂は、ゴム系部品の表面に適用するのに有用である。

本発明は、ポリウレタン系樹脂を含む。樹脂は、例えばゴム系部品の修復に有用である。本発明のポリウレタンは一般に、耐摩耗性で、水、並びに油及びグリースなどの炭化水素に耐性があり、ゴム系部品に塗布されると、比較的短い時間で硬化（又は固着）するようになる。本発明のポリウレタンは、典型的には、幅広い温度範囲、例えば約−１０℃〜約８０℃の範囲にわたり、実用性をもたらす。

好ましいポリウレタン樹脂には、熱硬化性樹脂、又は、強靭性、接着性、及び比較的低収縮率で特徴づけられる、しっかりと架橋されたポリマー構造を形成できる樹脂が挙げられる。このような樹脂は、典型的には表面コーティング、及び接着剤に用いられる。

上述したものを含むポリウレタン樹脂は、ゴム系部品の修復に有用であることが判明している。このようなゴム系部品には、典型的には天然ポリマー、合成ポリマー、及び／又は変性ポリマー製で、一般に約１０，０００を超える分子量の任意のゴム系物質が挙げられる。このような部品、又は組成物は、一般に弾性と、加硫後の弾性回復を示す。本発明のポリウレタン系樹脂を用いて修復しうる代表的な特定のゴム系部品として、駆動ベルト、ホース、コーティング、又はその他多くの産業用機械部品及び装置が挙げられる。

本発明は一般に、一緒に混合すると「揺変性」ポリウレタン系樹脂を形成する、プレポリマー成分及びポリオール成分を含む、２成分系を包含する。用語「揺変性」は一般に、撹拌、かき混ぜ、及び／又は混合するとゲル、ペーストを形成する、又は別の半固体状態に達する、液体又は液体混合物の性質を意味する。プレポリマー成分及びポリオール成分を、ゴム系部品の損傷領域の修復に有用である、非たれ性（すなわち、下方向への運動に対する耐性）、揺変性ポリウレタンの製造に有効な特定の割合で、互いに混合することができる。

プレポリマー成分は一般に、少なくとも１種のポリイソシアネート、少なくとも１種のヒドロキシル末端ポリブタジエン樹脂、及び少なくとも１種のエーテルジオールを含む。可塑剤を非限定的に含むその他の構成成分を、プレポリマー成分に添加することもできる。プレポリマー成分中、各構成成分の代表的な濃度範囲を以下の表１に示す。

ポリイソシアネートと、ヒドロキシル末端ポリブタジエン樹脂、エーテルジオール、及び任意の可塑剤を含む活性水素含有物質と、を窒素雰囲気下、約４５℃〜約１１０℃の温度で、均一な混合物を形成するのに十分な時間混合、ないしは別の方法で組み合わせることにより、プレポリマーを調製することができる。均一混合物は、ヒドロキシル末端ポリブタジエン樹脂、及びエーテルジオールとで発生する反応により、一般に１１重量パーセント未満のイソシアネートを含むことになる。均一なプレポリマーは、次いで、好ましくは実質的な無酸素雰囲気の容器内に収容される。

有用なポリイソシアネート（polyisocyates）には、ダウ・ケミカル社（Dow Chemical Company）（ミシガン州ミッドランド（Midland））より「イソネート（Isonate）１４３」、バイエル・アクツィーエンゲゼルシャフト社（Bayer Aktiengesellschaft）（ドイツ、レバークーゼン（Leverkusen））より「デスモデュア（Desmodur）１８０６」、及び、ハンツマン・インターナショナル社（Huntsman International LLC）（ユタ州ソルトレークシティ（Salt Lake City））より「ルビネート（Rubinate）」という商標名で販売されているものが挙げられる。有用な液体ヒドロキシル末端ポリブタジエン樹脂には、ペトロフレックス社（Petroflex）（デラウェア州ウィルミントン（Wilmington））より「リキフレックス（Liquiflex）Ｈ」、及び、サートマー社（Sartomer）（ペンシルバニア州エクストン（Exton））より「ＨＴ４５」という商標名で販売されているものが挙げられる。有用なエーテルジオールには、ダウ・ケミカル社（ミシガン州ミッドランド）より「ボラノール（Voranol）２１２０」、及び「ボラノール２０４０」という商標名で販売されているものが挙げられる。有用な可塑剤には、フタル酸ジオクチル及びフタル酸ジイソノニルが挙げられ、これらは両方ともスカンジフレックス社（Scandiflex）（ブラジル、サンパウロ）から市販されている。

ポリオール成分は、例えば、ヒマシ油（好ましくは０．８ｍｇＫＯＨ／ｍｇ油以下の酸性度を有するもの）など一般的な１種以上の脂肪族油；１種以上のヒドロキシル末端ポリブタジエン；及び、少なくとも１種の芳香族ジアミンを含む。油とヒドロキシル末端ポリブタジエンとの混合物は、ポリウレタン中への吸水を最小限にし、これにより、ゴム系部品に塗布される時、ポリウレタンに加水分解安定性が付与される。

芳香族ジアミン、例えばジエチルトルエンジアミンは、架橋ポリマー鎖により架橋構造を形成する揺変剤として作用し、プレポリマー成分がポリオール成分と混合する際、この架橋構造により密になることでポリウレタンがペースト状になる。代表的な芳香族ジアミンは、ハンツマン・インターナショナル社（ユタ州ソルトレークシティ）が製造するジエチルトルエンジアミンである。ポリオール成分中で利用可能なその他の揺変剤には、可塑剤及び炭化水素などの不活性キャリア中で製造される、アミドワックス、加水分解ヒマシ油、及び尿素誘導体が挙げられる。

ポリオール成分は、充填剤、可塑剤、カーボンブラック、シラン、水捕捉剤（例えばゼオライト）、及び酸化防止剤を非限定的に含む、その他の成分を任意に含んでもよい。代表的な充填剤としては、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、及び炭酸カルシウム、並びにその他無機塩などの無機塩が挙げられる。充填剤を揺変剤としてポリオール成分に添加でき、ゴム系部品に適用する際の、ポリウレタンの摩耗耐性向上に用いることもできる。

カーボンブラックを色素としてポリオール成分に添加して、ポリウレタンを、ゴム系部品の色と類似の黒色に着色してもよい。ポリウレタン中でカーボンブラックを色素として使用することで、ゴム系部品の修復面を目立たせないようにできる。

通常は、ゴム系部品に接着される固着又は硬化したポリウレタンの可撓性を向上させるため、可塑剤をポリオール成分に添加する。代表的な可塑剤には、フタル酸ジオクチル、及びフタル酸ジイソノニルが挙げられ、これらは両方とも、例えばスカンジフレックス社（ブラジル、サンパウロ）から市販されている。

ポリウレタンの不飽和成分の酸化は長期にわたるポリウレタンの劣化要因となるため、酸化防止剤をポリオール成分に添加して、少なくともヒドロキシル末端ポリブタジエンの酸化を防ぐことができる。

１種以上のシラン成分を、ポリオール成分に添加して、ポリウレタンのゴム系部品の表面への接着性を向上させることもできる。代表的なシランには、例えばゼネラル・エレクトリック社（General Electric Corporation）から製品名「Ａ１１７０」で市販される、オルガノシランが挙げられる。

ポリオール成分を含む構成成分の代表的な濃度（重量パーセント）範囲を以下の表２に示す。

ポリオール成分の構成成分は、好ましくは、実質的に無酸素環境で、均一混合物を製造する方法で一緒に混合される。ポリオール成分は、次いで、成分の酸化を防ぐため、好ましくは、実質的に無酸素環境で包装される。

ゴム系部品の修復にポリウレタン系樹脂を用いる際、好ましくは、ポリオール成分及びプレポリマー成分の混合前に、樹脂を受容してポリウレタンを形成するためにゴム系部品の表面を処理する。そのような表面処理には、一般に、水分並びに、ほこり、塗料、及び砂などの表面の汚染物質の除去が含まれる。水分及び汚染物質の除去の後、好ましくは表面を、ゴム用石目やすり、又はその他の研磨用具（例えば、グラインダーに取り付けた針金ブラシ）で研磨する。研磨によりゴム系部品の表面が粗くなり、一般にはゴム系部品から油及びグリースが放出され、工業用洗浄剤で除去される。

また、表面の残留物が実質的になくなるまで、清潔な布を用いて表面を拭ってもよい。表面上を布で拭う時、布にゴム系部品の残留物がつかない時に、表面が樹脂を受容するのに十分清潔であると考えてもよい。

ゴム系部品の表面が処理されると、次いで、ポリオール成分及びプレポリマー成分を特定の割合で、混合するか、又は組み合わせて、ポリウレタン系樹脂を調製することができる。プレポリマー成分及びポリオール成分は、一般に、４０重量パーセントのプレポリマー成分と６０重量パーセントのポリオール成分から、３０重量パーセントのプレポリマー成分と７０重量パーセントのポリオール成分までの範囲内で、又はこの間の任意の割合で混合される。

ポリオール成分及びプレポリマー成分が混合されると、発熱反応が起こり、ポリウレタンの温度を上昇させる。ポリオール成分及びプレポリマー成分を約６０秒間混合させると、ポリウレタン樹脂は一般に、揺変剤によりペースト状の稠度を得る。

ポリウレタン樹脂を、任意の好適な用具、例えば、スパチュラ又はパテナイフを用いて、ゴム系部品の表面に塗布してもよい。ゴム系部品に樹脂を塗布後、ポリウレタンを一般に、樹脂が固まり、ゴム系部品に接着させるのに十分な時間硬化させる。ゴム系部品を使用できるように安全に戻す前に、一般には、樹脂を約９０分間硬化させる。

一般に、約９０分間ポリウレタンを硬化させている間に、樹脂は混合してから約７分後で十分に固まって、ポリウレタンのゴム系部品への更なる適用を防ぐ。従って、一般に、本発明の樹脂の調製前に、ゴム系部品の表面を処理しておくことが有利である。

以下の実施例は単なる例示であり、本発明を制限するものではない。

（実施例１）
表面が損傷した加硫処理済みゴムコンベヤーベルトを、本発明のポリウレタン系樹脂を用いて修復した。ポリウレタンの混合前に、損傷面の全ての水分と、ほこり、塗料、及び砂などの表面汚染物質と、を実質的に除去することにより処理した。表面を研磨し、ポリウレタン系ポリウレタンをより良好に受容するよう、表面を粗くした。研磨プロセス中、グリース及び油が放出され、それらを洗浄剤で除去した。次に、黒色の残留物が布に付着しなくなるまで、表面を白色の布できれいに拭いた。

表面処理の後、ポリオール成分及びプレポリマー成分を、ポリオール成分約６５重量パーセント、及びプレポリマー成分約３５重量パーセントの割合で互いに混合した。プレポリマー成分及びポリオール成分を一緒に約１分間混合して、研磨した表面に塗布するのに十分な稠度を有するペーストを形成させた。混合プロセス中、発熱反応が起こり、ポリウレタン温度が最高約６０℃まで達した。

ペーストをコンベヤーベルトにスパチュラを用いて塗布し、損傷面を修復した。ポリウレタンは非たれ性を有するため、ペーストは所望の形状に保持され、コンベヤーベルトの縁部から流れ出なかった。ペースト形成の約５〜７分後、ポリウレタンは、コンベヤーベルトに塗布不可能な稠度まで固まった。

約２５℃において約３０分後、樹脂の粘着性がなくなった。約２５℃において約２時間後、樹脂は十分に硬化し、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０の手順を用いて検査したところ、コンベヤーベルトを通常稼働に戻せるようになった。

コンベヤーベルトの修復に利用したプレポリマー組成物を、以下の表３に示す。

コンベヤーベルトの修復に利用したポリオール組成物を、以下の表４に示す。

混合前のポリオール成分及びプレポリマー成分の物理特性を、以下の表５にまとめる。

２４時間後、ポリウレタンは表６に示す以下の特性を示した。

通常稼働に戻した後、コンベヤーベルトは、修復した表面の消耗が早まることなく、長期間所望の機能を果たすことができた。

好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱しない形態及び詳細の変更を行えることが、当業者であれば理解できるであろう。

Claims (10)

1. ポリウレタン系樹脂であって、
   少なくとも１種のポリイソシアネートと、少なくとも１種のヒドロキシル末端ポリブタジエンと、少なくとも１種のエーテルジオールと、を含むプレポリマー成分；及び
   少なくとも１種の脂肪族油と、少なくとも１種のヒドロキシル末端ポリブタジエンと、少なくとも１種の芳香族ジアミンと、を含むポリオール成分；
   を含み、前記ポリオール成分及び前記プレポリマー成分が混合され、一緒に反応するようにされ、ポリウレタン系樹脂が形成される、ポリウレタン系樹脂。
2. 前記ポリイソシアネートが前記プレポリマー成分の約４０〜約６０重量パーセントを構成する、請求項１に記載の樹脂。
3. 前記ヒドロキシル末端ポリブタジエンが前記プレポリマー成分の約１５〜約２５重量パーセントを構成する、請求項１に記載の樹脂。
4. エーテルジオールの選択量が前記プレポリマー成分の約５〜約１２重量パーセントを構成する、請求項１に記載の樹脂。
5. 前記脂肪族油が前記ポリオール成分の約４０〜約６０重量パーセントを構成する、請求項１に記載の樹脂。
6. 前記ヒドロキシル末端ポリブタジエンが前記ポリオール成分の約７〜約１５重量パーセントを構成する、請求項１に記載の樹脂。
7. 前記プレポリマー成分が混合ポリウレタンの約３０〜約４０重量パーセントを構成する、請求項１に記載の樹脂。
8. 前記ポリオール成分が前記混合ポリウレタンの約６０〜約４７重量パーセントを構成する、請求項１に記載の樹脂。
9. ゴム系部品の修復方法であって、
   少なくとも１種のポリイソシアネートと、少なくとも１種のヒドロキシル末端ポリブタジエンと、少なくとも１種のエーテルジオールと、を、実質的な無酸素雰囲気の中で約４５℃〜約１１０℃の範囲の温度下で、第１の均一混合物を形成させるのに十分な時間一緒に混合することによりプレポリマー成分を調製する工程；
   実質的な無酸素環境を有する第１の容器で前記プレポリマー成分を貯蔵する工程；
   少なくとも１種の脂肪族油と、少なくとも１種のヒドロキシル末端ポリブタジエンと、少なくとも１種のジエチルトルエンジアミンと、を、実質的な無酸素雰囲気の中で、第２の均一混合物を形成させるのに十分な時間一緒に混合することによりポリオール成分を調製する工程；
   実質的な無酸素環境を有する第２の容器で前記ポリオール成分を貯蔵する工程；
   前記プレポリマー成分の少なくとも一部と、前記ポリオール成分の少なくとも一部を、ペーストを形成させるのに十分な時間一緒に混合する工程；
   ゴム系部品の表面に前記ペーストを塗布する工程；及び、ゴム系部品上の前記ペーストを、前記ペーストが固まり、前記ゴム系部品に付着するのに十分な時間硬化させる工程を含む、ゴム系部品の修復方法。
10. 前記ペーストが、約３０〜約４０重量パーセントの前記プレポリマーと、約６０〜約７０重量パーセントの前記ポリオール成分とを含む、請求項９に記載の方法。