JP2010070670A - 粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物、並びにそれを用いたシート状ポリウレタン樹脂成形物及びその製造方法 - Google Patents

粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物、並びにそれを用いたシート状ポリウレタン樹脂成形物及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 成形性、耐摩耗性、機械物性等に優れ、成形物の軽量化を実現する均一な厚みの薄膜シート状成形物を得ることができる粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物、並びにそれを用いたシート状ポリウレタン樹脂成形物及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を構成する粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の体積平均粒径が110〜300μmであり、かつ100μm未満の粒子の含有量が40質量%以下、かつ30μm未満の粒子の含有量が5質量%以下、かつ20μm未満の粒子の含有量が2質量%以下であることを特徴とする粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物、並びにそれを用いたシート状ポリウレタン樹脂成形物及びその製造方法により解決する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物、並びにそれを用いたシート状ポリウレタン樹脂成形物及びその製造方法に関する。更に詳細には、優れた粉体流動性を有する粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂材料を使用することにより、成形性が格段に優れたものとなり、耐摩耗性、機械物性等に優れ、成形物の軽量化を実現する均一な厚みの薄膜シート状成形物を得ることができる粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物、並びにそれを用いたシート状ポリウレタン樹脂成形物及びその製造方法に関する。
スラッシュ成形法は、優れた粉体流動性により意匠性の高い肉厚の均一な製品を効率的に成形できることから、自動車の内装材等の用途に広く利用されている。
粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂材料の粉体流動性に関しては、粒子の形状や平均粒径に大きく左右され、特に100μm未満の小径粒子の存在量に強く依存することが知られている。特許文献1では、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂材料の粉体流動性やそれに伴う成形性に関して、75μm未満の粒子の存在割合が20質量%以下、好ましくは15質量%以下であることが好ましいと明記されている。
特開2003−300428
しかしながら粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂材料を保管する場合や、熱成形時に材料に加わる熱履歴により一次粒子同士が凝集固化しブロッキングすることで、粉体流動性が悪化し成形不良を引き起こすという問題が挙げられている。
本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。本発明の目的は、粉体流動性が良好であり、かつブロッキングを抑制する粒子を得るためには、粒子の粒度分布をコントロールすることが重要であることを見出し、更に耐摩耗性、機械物性等に優れ、成形物の軽量化を実現する意匠性の高い薄膜シート状成形物を得ることができる粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物、並びにそれを用いたシート状ポリウレタン樹脂成形物及びその製造方法を提供することにある。
すなわち本発明は、以下の(1)〜(8)に示すものである。
(1)粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を構成する粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の体積平均粒径が110〜300μmであり、かつ100μm未満の粒子の含有量が40質量%以下、かつ30μm未満の粒子の含有量が5質量%以下、かつ20μm未満の粒子の含有量が2質量%以下であることを特徴とする粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)。
(2)(A)のかさ比重が0.60g/cm以上であり、かつ100cmの(A)が出口内径8mmの漏斗を流下する時間が20秒以下であることを特徴とする前記(1)の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)。
(3)(A)の安息角が35°以下であることを特徴とする前記(1)又は(2)の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)。
(4)(A)のブロッキング率を測定した際のパス率が50%以上であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかの粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)。
(5)前記(1)〜(4)のいずれかの粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を用いた成形物の厚みが0.2〜0.8mmであることを特徴とするシート状ポリウレタン樹脂成形物。
(6)前記(1)〜(4)のいずれかの粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を用いた成形物の厚みが0.2〜0.8mmであることを特徴とする、前記(5)のシート状ポリウレタン樹脂成形物の製造方法。
(7)次の2工程を経ることを特徴とする、前記(6)のシート状ポリウレタン樹脂成形物の製造方法。
第一工程:200℃〜300℃に予備加熱した金型内に、前記(1)〜(4)のいずれかの粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を仕込んで1〜10秒間保持し、金型を反転させて余剰の粉末材料を除去し、金型面に(A)を均一な厚みで付着かつ溶融させる工程
第二工程:200〜400℃の加熱オーブン内に、(A)層が付着した金型を30〜120秒間入れて、粉末樹脂の溶融を完結させ、その後加熱オーブンから取り出して金型を冷却した後、成形物を脱型する工程
(8)次の2工程を経ることを特徴とする、前記(6)のシート状ポリウレタン樹脂成形物の製造方法。
第一工程:200℃〜300℃に予備加熱した金型内に、前記(1)〜(4)のいずれかの粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を仕込んで1〜10秒間保持し、金型を反転させて余剰の粉末材料を除去し、金型面に(A)を均一な厚みで付着かつ溶融させる工程
第二工程:(A)層が付着した金型を200℃〜300℃にて30〜120秒間自己加熱して粉末樹脂の溶融を完結させ、その後金型を冷却した後、成形物を脱型する工程
本発明により、優れた粉体流動性を有する粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂材料を使用することで、成形性が格段に優れたものとなり、耐摩耗性、機械物性等に優れ、成形物の軽量化を実現する均一な厚みの薄膜シート状成形物を得ることができる粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物、並びにそれを用いたシート状ポリウレタン樹脂成形物及びその製造方法を提供することが可能となった。
本発明の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の体積平均粒径は110〜300μmであり、好ましくは110〜200μmである。体積平均粒径が過大である場合には、得られる成形物におけるアンダーカット部やコーナー部にピンホールが生じやすい。
一方、体積平均粒径が過小である場合には、流れ性や粉切れが悪化して、得られる成形物の肉厚が不均一になりやすい。
ここに、「体積平均粒径」とは、レーザー回折式粒度分析計によって測定した粒径分布(体積分布)カーブにおける50%の累積パーセントの値をいう。
本発明の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)の安息角は35°以下であり、更に好ましくは33°以下である。安息角が過大となる場合は、成形加工時の流れ性が悪くなり、成形不良を起こしやすい。
本発明の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)のブロッキング率を測定した際のパス率は50%以上である。パス率が50%未満となる場合は、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂材料を保管する場合や、熱成形時に材料に加わる熱履歴により一次粒子同士が凝集固化しブロッキングすることで、粉体流動性が悪化し、連続成形を行う際は特に成形不良を起こしやすい。
本発明の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂の形状は、流動性(成形加工時の流れ性)の良い球状であることが好ましい。短径と長径との比(短径/長径)は0.5〜1.0が好ましく、0.8〜1.0が特に好ましい。形状が球状でない場合には、成形加工時の流れ性が悪くなり、成形不良を起こしやすい。
本発明に用いられる粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)は、イソシアネート基末端プレポリマーから形成されるものが挙げられる。イソシアネート基末端プレポリマーとしては、
・高分子ポリオール、有機ポリイソシアネート、及び一官能活性水素基含有化合物を反応させて得られるイソシアネート基末端プレポリマー(以下、「イソシアネート基末端プレポリマー(I)」という。);
・高分子ポリオール、有機ポリイソシアネート、及び一官能活性水素基含有化合物及び低分子量の二官能活性水素基含有化合物を反応させて得られるイソシアネート基末端プレポリマー(以下、「イソシアネート基末端プレポリマー(II)」という。)を挙げることができる。
イソシアネート基末端プレポリマーを得るために使用する高分子ポリオールの数平均分子量は500以上とされ、好ましくは1,000〜5,000とされる。高分子ポリオールの種類としては特に限定されるものではなく、 例えばポリエステルポリオール、ポリエステルアミドポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエーテル・エステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール等の高分子ポリオールが挙げられ、これらは単独又は併用して用いられる。本発明における高分子ポリオールは、ポリエステルポリオールが好ましい。
ポリエステルポリオール、ポリエステルアミドポリオールとしては、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸のジアルキルエステル、酸無水物、酸ハライド等のポリカルボン酸誘導体と、(数平均)分子量500未満の低分子ポリオール、低分子ポリアミンや低分子アミノアルコール等の低分子活性水素基含有化合物との反応により得られるものである。
前記ポリカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸等が挙げられる。
低分子ポリオールとしては、エチレングリコール、1,2−プロパングリコール、1,3−プロパングリコール、2−メチル−1,3−プロピレンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール(以後1,4−BDと略称する)、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール(以後1,6−HDと略称する)、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、3,3−ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2−エチル−1,3−プロパンジオール、2−ノルマルプロピル−1,3−プロパンジオール、2−イソプロピル−1,3−プロパンジオール、2−ノルマルブチル−1,3−プロパンジオール、2−イソブチル−1,3−プロパンジオール、2−ターシャリーブチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−2−ノルマルプロピル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−2−ノルマルブチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−3−エチル−1,4−ブタンジオール、2−メチル−3−エチル−1,4−ブタンジオール、2,3−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2,3,4−トリエチル−1,5−ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ダイマー酸ジオール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。
数平均分子量500未満の低分子ポリアミンとしては、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、キシリレンジアミン、イソホロンジアミン、エチレントリアミン等が挙げられる。
数平均分子量500未満の低分子アミノアルコールとしては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノプロパノールアミン等が挙げられる。
また、ε−カプロラクトン、アルキル置換ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、アルキル置換δ−バレロラクトン等の環状エステル(ラクトン)モノマーを開環重合して得られるラクトン系ポリエステルポリオール等のポリエステルポリオールも好適に使用できる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレンエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルポリオール等が挙げられる。
ポリエーテル・エステルポリオールとしては、上記のポリエーテルポリオールと上記したポリカルボン酸誘導体から製造されるポリエステルポリオールが挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、一般には低分子ポリオールとジエチルカーボネートの脱エタノール縮合反応、あるいは低分子ポリオールとジメチルカーボネートの脱メタノール縮合反応、あるいは低分子ポリオールとジフェニルカーボネートの脱フェノール縮合反応、あるいは低分子ポリオールとエチレンカーボネートの脱エチレングリコール縮合反応等で得られ、この低分子ポリオールとしては、前述のポリエステルポリオールを得るのに用いられる低分子ポリオールが挙げられる。
ポリオレフィンポリオールの具体例としては、水酸基末端ポリブタジエンやその水素添加物、水酸基含有塩素化ポリオレフィン等が挙げられる。
好ましい高分子ポリオールとしては、得られる成形物に良好な物性や触感等が発現できることから、数平均分子量1,000〜5,000の、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオールであり、中でも、数平均分子量1,000〜5,000のポリエステルポリオールが好ましく、酸成分として芳香族ジカルボン酸を30モル%以上用いたポリエステルポリオールが特に好ましい。
有機ポリイソシアネートとしては、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、キシレン−1,4−ジイソシアネート、キシレン−1,3−ジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルエーテルジイソシアネート、2−ニトロジフェニル−4,4′−ジイソシアネート、2,2′−ジフェニルプロパン−4,4′−ジイソシアネート、3,3′−ジメチルジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネート、4,4′−ジフェニルプロパンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、ナフチレン−1,4−ジイソシアネート、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、3,3′−ジメトキシジフェニル−4,4′−ジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、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(以後HDIと略称する)、デカメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、水素添加キシレンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加テトラメチルキシレンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネートの他、その重合体やそのポリメリック体、ウレタン変性体、アロファネート変性体、ウレア変性体、ビウレット変性体、カルボジイミド変性体、ウレトンイミン変性体、ウレトジオン変性体、イソシアヌレート変性体、更にこれらの2種以上の混合物が挙げられる。本発明では、成形物の耐候性等を考慮すると、脂肪族及び/又は脂環族ジイソシアネートが好ましく、特にHDIが好ましい。
イソシアネート基含有プレポリマーを得るために使用する高分子ポリオールと、有機ポリイソシアネートとの割合としては、前者の有する水酸基に対する後者の有するイソシアネート基モル比([NCO]/[OH])が1.05〜5.0となる割合であることが好ましく、更に好ましくは1.3〜2.5となる割合である。
粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の分子量を調節するために使用する一官能活性水素基含有化合物は、活性水素基と炭素数が4〜12の炭化水素基とを有する活性水素基含有化合物である。
一官能の活性水素基含有化合物の有する「活性水素基」としては、水酸基(―OH)、イミノ基(=NH)、及びアミノ基(−NH)を挙げることができる。
一官能の活性水素基含有化合物の有する「炭素数が4〜12の炭化水素基」としては、アルキル基及びアルケニル基を挙げることができる。
一官能の活性水素基含有化合物の有する「炭化水素基」の炭素数は4〜12とされ、好ましくは4〜11、更に好ましくは4〜9とされる。
炭素数が4未満の活性水素基含有化合物を使用する場合には、沸点が低く反応系外へ蒸発しやすいためプレポリマー化反応が不完全となり、得られる樹脂の分子量を制御することができない。一方、炭素数が12を越える活性水素基含有化合物を使用する場合には、得られる樹脂による成形物にブルーミングが発生する。
一官能の活性水素基含有化合物の具体例としては、ジ−n−ブチルアミン、ジ−イソブチルアミン、ジ−t−ブチルアミン、ジ−n−ヘキシルアミン、ジ−シクロヘキシルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ−2−エチルヘキシルアミン、ジ−n−ノニルアミン、ジ−ドデシルアミン等のジアルキルアミン(第二級アミン);ジ−アリルアミン等のジアルケニルアミン;ドデシルアミン等のアルキルアミン(第一級アミン);n−ブタノール、イソブタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、n−ノニノール、n−デカノール、ラウリルアルコール、シクロヘキサノール等のモノオールを挙げることができ、これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。これらのうち、ジアルキルアミンが好ましい。
イソシアネート基末端プレポリマー(II)を得るために使用する低分子量の二官能活性水素基含有化合物としては、数平均分子量が500未満である二官能性の活性水素基含有化合物である。
低分子量の二官能活性水素基含有化合物の具体例としては、高分子ポリオールであるポリエステルポリオールを得るために使用する低分子ポリオールとして例示した化合物を挙げることができ、これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。このうち、1,4−BD及び1,6−HDが好ましい。
本発明に用いられる粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)を得るために使用する水は、イソシアネート基末端プレポリマーの鎖延長剤として使用されると同時に、分散媒としての役目を担うこともできる。
粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)は、製造方法としては特に限定されないが、例えば以下の方法が例示できる。
(1)公知の方法で塊状重合して得られた熱可塑性ポリウレタン樹脂を冷凍粉砕して(A1)の粉末を得る方法
(2)イソシアネート基末端プレポリマーを溶解しない非水系の分散媒中に分散させて、水と反応させて鎖延長する工程を経て得られるポリウレタン樹脂を分離・乾燥して粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)を得る方法
(3)水中に分散させたイソシアネート基末端プレポリマーを、イソシアネート基末端プレポリマーの有するイソシアネート基の残部を水の有する活性水素基と反応させる工程を経て得られるポリウレタン樹脂を分離・乾燥して粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)を得る方法
これらのうちでは、樹脂の形状が球状であり、粉体流動性が良好なものが得られる(2)及び(3)の方法が好ましい。
本発明に用いられる粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)は、これをゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したチャートにおいて、ピーク面積が最大である主ピークに係る成分の数平均分子量(Mn)が、18,000〜50,000であることが好ましく、更に好ましくは20,000〜45,000である。数平均分子量(Mn)が過小である場合には、最終的に得られる成形物に、十分な機械的特性及び耐久性を付与することができない。一方、数平均分子量(Mn)が過大の場合には、好適な溶融成形性を発揮することができない。
本発明に用いられる粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)には、必要に応じて添加剤を添加することができる。かかる添加剤としては、顔料・染料、酸化防止剤、紫外線吸収剤、加水分解防止剤、可塑剤、ブロッキング防止剤、ラジカル重合開始剤、カップリング剤、難燃剤、無機及び有機充填剤、滑剤、帯電防止剤、架橋剤等を挙げることができる。
粉末状着色顔料の一例としては、住化カラー製カーボンブラック分散顔料「PV−817」や、酸化チタン分散顔料「PV−7A1301」や、酸化チタン分散顔料「PV−346」等が適しており、目標とする色調に合わせて予め混合したものを用いることもできる。顔料の添加量は、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂に対して、通常5%以下とされ、好ましくは0.5〜2.0%とされる。
更に(A1)への粉末状着色顔料の付着性を向上させ、(A1)表面からの粉末状着色顔料の脱落を防止するために、補助剤を併用することもできる。補助剤の一例としては、可塑剤やシランカップリング剤、シリコーンオイル等が挙げられ、好ましくはエステル基を分子内に含有する可塑剤であり、特に好ましいのはエーテル系活性水素化合物とモノ又はジ又はトリカルボン酸とをエステル化反応させ、分子内にエーテル基とエステル基を併せ持ったエーテルエステル系可塑剤である。
シート状ポリウレタン樹脂成形物の厚みは、0.2〜0.8mmであり、好ましくは0.3〜0.6mmである。ここに、「厚み」とは、成形物の所定の数箇所について厚みを測定し、その平均値を「厚み」とした。
成形物の厚みが厚すぎる場合は、軽量化が達成されない。薄すぎる場合は、自動車内装材の表皮層として用いる場合、ポリウレタンフォームから成るコア材由来のボイドの影響を受け、成形物の表面に凹凸が出現して外観不良を招き、意匠性が低下しやすい。更に成形物全体としての機械的特性及び耐久性が不十分となりやすい。
本発明の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂成形物の製造方法は、具体的には以下の二通りである。
A法:次の2工程を経ることを特徴とする、金型を間接的に加熱する製造方法である。
第一工程:200℃〜300℃に予備加熱した金型内に、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を仕込み、金型を反転させて余剰の粉末材料を除去し、金型面に(A)を均一な厚みで付着かつ溶融させる工程
第二工程:200〜400℃の加熱オーブン内に、(A)層が付着した金型を入れて、粉末樹脂の溶融を完結させ、その後加熱オーブンから取り出して金型を冷却した後、成形物を脱型する工程
B法:次の2工程を経ることを特徴とする、金型が自己発熱する製造方法である。
第一工程:200℃〜300℃に予備加熱した金型内に、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を仕込み、金型を反転させて余剰の粉末材料を除去し、金型面に(A)を均一な厚みで付着かつ溶融させる工程
第二工程:(A)層が付着した金型を200℃〜300℃にて自己発熱させて粉末樹脂の溶融を完結させ、その後金型を冷却した後、成形物を脱型する工程
B法における金型の自己発熱のシステムとしては、金型外面に付随するジャケットに熱媒を流して加熱するシステム、電気による発熱線を設置し、通電することで発熱させるシステム等が挙げられる。
A法、B法ともに、第一工程における好ましい保持時間(粉末樹脂を金型に仕込み、反転させて余分な粉末樹脂を除去するまでの時間)、第二工程の加熱時間は次の通りである。
第一工程:1〜10秒が好ましい。
第二工程:30〜120秒が好ましい。
保持時間を調節することにより、成形物の厚さを調整することができる。
このようにして得られる成形性が格段に優れた薄膜シート状ポリウレタン樹脂成形物は、耐摩耗性、機械物性等に優れ、成形物の軽量化を実現するものである。本発明によって得られたシート状ポリウレタン樹脂成形物は自動車内装材(インストルメントパネル、コンソールボックス、アームレスト等)の表皮に最適なものである。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[調製例1(分散剤溶液の調製)]
攪拌機、温度計、留出塔及び窒素ガス導入管を備えた容量2Lの反応器に、アジピン酸762gと無水マレイン酸49gとエチレングリコール386gとを仕込み、窒素ガスを流しながら、150℃、常圧の条件で攪拌することによりエステル化反応させた。
縮合水が認められなくなった時点で、テトラブチルチタネート0.1gを添加し、反応系内の圧力を徐々に0.07kPaまで減圧するとともに、190℃まで徐々に昇温して反応を継続することによりポリエステルジオールを得た。得られたポリエステルジオールの数平均分子量は2,000、ヨウ素価は12.7gI/100gであった。
続いて、攪拌機、温度計、留出塔及び窒素ガス導入管を備えた容量500mLの反応器に、上記のポリエステルジオール74gと酢酸ブチル150gとを仕込み、窒素ガスを流しながら110℃まで昇温して、攪拌した。その後、2−エチルヘキシルメタクリレート75gと過酸化ベンゾイル1gとの溶解混合物を滴下ロートから1時間かけて滴下した。滴下終了後、130℃に昇温して更に2時間反応させることにより、固形分50%の分散剤溶液を得た。以下、これを「分散剤溶液(1)」という。
[調製例2(分散剤溶液の調製)]
攪拌機、温度計、留出塔及び窒素ガス導入管を備えた容量2Lの反応器に、アジピン酸565gと3−メチルペンタンジオール575gとを仕込み、窒素ガスを流しながら、150℃、常圧の条件で攪拌することによりエステル化反応させ、数平均分子量1,000のポリエステルジオールを合成した。
次に、攪拌機、温度計、留出塔及び窒素ガス導入管を備えた容量1,000mLの反応器に、上記のポリエステルジオール100gとジイソノニルアジペート150gを仕込み、窒素ガスを流しながら80℃まで昇温して攪拌した。ここにヘキサメチレンジイソシアネート42gを追加し、80℃で2時間反応させて、イソシアネート基含有プレポリマーを調整した。ここに数平均分子量1,000のポリビニルアルコールを200g追加で仕込み、更に80℃で2時間反応させて固形分約70%の分散安定剤溶液を得た。以下、これを「分散剤溶液(2)」という。
[調製例3〜17(粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂「A1−1」〜「A1−14」、「A1−16」の調製)]
攪拌機、温度計、冷却器及び窒素ガス導入管を備えた容量3Lの反応器に、1,4−BDとエチレングリコールとアジピン酸とから得られる数平均分子量2、600のポリエステルジオール282.6gと、1,4−BDとアジピン酸とから得られる数平均分子量1,000のポリエステルジオール201.8gと、1,6−HDとイソフタル酸とから得られる数平均分子量1,500のポリエステルジオール322.9gを80〜100℃で均一に混合した後に、分散剤溶液(1)24.2gと、非水系の分散媒としてイソオクタン「キョーワゾール C−800」(協和発酵ケミカル(株)製)818.2gとを仕込み、75〜98℃で30〜150分間攪拌することにより、高分子ポリオールをイソオクタン中に分散させて、非水系の分散液を調製した。この段階で分散温度や分散時間を適宜調節することで、最終的な粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の体積平均粒径を調整することができる。
上記分散液に、一官能の活性水素基含有化合物であるジ−2−エチルヘキシルアミン20.3g、有機ポリイソシアネートとしてHDI159.2gと、ビスマス系触媒「ネオスタン U−600」(日東化成(株)製)0.005gとを添加し、90〜95℃で3時間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(I)の分散液を調製した。
前記イソシアネート基末端プレポリマー分散液(I)に、二官能の活性水素基含有化合物である1,6−HD7.5gを添加し、イソシアネート基末端プレポリマー(I)と80〜90℃にて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(II)の分散液を調製した。
上記のイソシアネート基末端プレポリマー(II)の分散液に、水50.7g〔イソシアネート基末端プレポリマー(II)のイソシアネート基(計算値)の10倍当量に相当〕を添加し、イソシアネート基末端プレポリマー(II)と水とを、65〜70℃にて、イソシアネート基が消費されるまで鎖延長反応させることにより、ポリウレタン樹脂の分散液を調製した。
上記のポリウレタン樹脂の分散液から固形分(ポリウレタン樹脂)を濾別し、これに、下記に示す添加剤(1)〜(4)を添加し乾燥した後に、打粉剤「MP−1451」(綜研化学(株)製)3.0gを添加することにより、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)を調製した。前述の分散条件を適宜変更することで、70〜350μmの体積平均粒径の樹脂を任意に得ることができ、それぞれを表1、2に記載した「A1−1」〜「A1−14」、「A1−16」とした。得られた樹脂の粒子は真球状(短/長=1.0)であり、粒径を変更しても分子量は変動せず、すべてにおいて数平均分子量は29,000であった。
〔添加剤〕
(1)酸化防止剤:「イルガノックス245」(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、添加量=2.0g。
(2) 紫外線吸収剤:「チヌビン213」(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、添加量=2.0g。
(3)光安定剤:「チヌビン765」(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、添加量=2.0g。
(4)内部離型剤:「SH200−300CV」(東レ・ダウコーニング(株)製)、添加量=1.5g。
[調製例18(粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂「A1−15」の調製)
1,4−BDとエチレングリコールとアジピン酸とから得られる数平均分子量2,600のポリエステルジオール293.2kgと、1,4−BDとアジピン酸とから得られる数平均分子量1,000のポリエステルジオール209.4kgと、1,6−HDとイソフタル酸とから得られる数平均分子量1,500のポリエステルジオール335.1kgとを、24.6kgの1,4−BDと混合して均一なグリコール成分とした。このグリコール成分とHDIとを混合し、流量比100:17.5で、約190℃に温度調節した二軸押出機のホッパーより供給し、混練りと同時に樹脂化を行い、ポリウレタン樹脂を得た。
上記の工程で得られたポリウレタン樹脂をペレタイザーにかけ、ペレットとしたポリウレタン樹脂100部に、調製例3〜17で用いた添加剤と同一の添加剤を、酸化防止剤の配合量として、0.25部、紫外線吸収剤を0.15部、光安定剤を0.15部、内部離型剤を0.25部添加し、約200℃に温度調節した二軸押出機のホッパーより供給し、混練りを行い、ポリウレタン樹脂を得た。
上記のようにして添加剤が加えられたポリウレタン樹脂を液体窒素で−150℃程度に冷却し、衝撃微粉砕機により微粉末化とした。これに流動性を付与するため、樹脂100gに対して、打粉剤「MP−1451」0.4gを添加し、ポリウレタン樹脂表面に均一に付着するように攪拌混合した。その後で700μm以上の粒子を分級除去し、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物「A1−15」を得た。
得られた樹脂組成物の形状は不定形であり、体積平均粒径は300μm、数平均分子量は30,000であった(表2参照)。
[調製例19(粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂「A2」の調製)]
攪拌機、温度計、冷却器及び窒素ガス導入管を備えた容量3Lの反応器に、1,4−BDとエチレングリコールとアジピン酸とから得られる数平均分子量2,600のポリエステルジオール245.5gと、1,4−BDとアジピン酸とから得られる数平均分子量1,000のポリエステルジオール163.7gと、1,6−HDとイソフタル酸とから得られる数平均分子量1,500のポリエステルジオール409.1gを90℃で混合した。
次に上記混合物を65℃まで冷却し、一官能活性水素基含有化合物であるジ−n−ブチルアミン8.8gと、二官能の活性水素基含有化合物である1,4−BD6.5gを添加後更に混合し、HDI160.7gと、ビスマス系触媒「ネオスタン U−600」(日東化成(株)製)0.05gとを添加し、まず65℃で15分、引き続き80〜90℃で3時間にわたり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(III)を得た。
上記のイソシアネート基含有プレポリマー(III)を60℃に冷却した後、MEK199gと分散安定剤(2)42.6gを加えて均一に混合して、イソシアネート基含有プレポリマー/分散剤混合液を調整した。
このMEKの量は、得られたイソシアネート基含有プレポリマーに対して20%に相当する量である。また、分散安定剤溶液(2)の量は、得られたイソシアネート基含有プレポリマーに対して3.0%に相当する量である。
次いで配合物の全量を60℃に調節し、60℃の温水(2,353g)中に、プライミクス(株)製ホモミキサー(機械式強制分散機)を用いて8,000rpmの回転数で2分間混合し分散させた。
この混合分散物を温度計、攪拌機及び窒素吹込み管を備えた反応容器に移し、攪拌しながら60℃で10時間反応させた。
上記のポリウレタン樹脂の分散液から固形分(ポリウレタン樹脂)を濾別し、これに、以下に示した添加剤(1)〜(4)を添加し乾燥した後に、打粉剤「MP−1451」(綜研化学(株)製)3.0gを添加することにより、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂「A2」を調製した。得られた樹脂の粒子は真球状(短/長=1.0)であり、体積平均粒径は140μm、数平均分子量は32,000であった(表2参照)。
〔添加剤〕
(1)酸化防止剤:「イルガノックス245」(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、添加量=2.0g。
(2) 紫外線吸収剤:「チヌビン213」(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、添加量=2.0g。
(3)光安定剤:「チヌビン765」(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、添加量=2.0g。
(4)内部離型剤:「SH200−100,000cs」(東レ・ダウコーニング(株)製)、添加量=2.0g。
Figure 2010070670
Figure 2010070670
[実施例1〜11、比較例1〜6(粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)の調製)]
粉体流動性の異なる熱可塑性ポリウレタン樹脂「A1−1」〜「A1−16」及び「A2」を容量9Lのヘンシェルミキサーにそれぞれ1,500g仕込み、次いで、以下の着色顔料「D−1」を0.8%(12g)添加し、それぞれ1,000rpmで30秒間撹拌混合して粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を調整し、夫々を樹脂「PU−0」〜「PU−16」とした(組成及び質量比は表3、4参照)。
〔着色顔料D−1〕
住化カラー製カーボンブラック分散顔料「PV−817」667gと、同社製酸化チタン分散顔料「PV−7A1301」333gを、粉体専用リボンミキサーを用いて均一になるまで混合した。
Figure 2010070670
Figure 2010070670
実施例12(シート状ポリウレタン樹脂成形物の製造)その1〕
250℃に熱した金型内に、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)として「PU−3」を仕込んで1秒間保持し、金型を反転させて過剰の粉末材料を除去し、この金型を300℃の加熱炉に入れて30秒間にわたり加熱した後で、加熱炉から取り出した金型を冷却し脱型することで、シート状ポリウレタン樹脂成形物を得た。
この実施例において、使用した粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の体積平均粒径は110μmであり、100μm未満の粒子の含有量は40質量%、30μm未満の粒子の含有量は5質量%、20μm未満の粒子の含有量は2質量%である。また、この(A)としてのかさ比重は0.61g/cm、流下時間は20秒、安息角は35°、耐ブロッキング率は50%である。得られた成形物の所定の数箇所について厚みを測定し、それらの平均値を算出したところ、厚みは0.3mmであり、均一な厚みの成形物であった。また、表5に記載した特性を示し、溶融成形性、表面特性、機械的特性ともに良好であった。成形物の質量は17.9gであり、これは後述する比較例15の厚み1.2mmの成形物に比較して、69%の軽量化に相当した。
〔実施例13〜21(シート状ポリウレタン樹脂成形物の製造)その2〕
粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)として「PU−4」、「PU−5」、「PU−7」、「PU−8」、「PU−10」、「PU−11」又は「PU−13」〜「PU−15」を各々使用し、実施例12の成形方法における、粉末樹脂を金型に仕込み、反転させて余分な粉末樹脂を除去するまでの保持時間に関して、各々の成形物の厚みを揃えるために保持時間(以後、パウダリング時間と略称する)を調整した。その他の成形工程は実施例12と同様とし、シート状ポリウレタン樹脂成形物を得た。
この実施例において、使用した粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の体積平均粒径は110〜300μmであり、100μm未満の粒子の含有量は40質量%以下、30μm未満の粒子の含有量は5質量%以下、20μm未満の粒子の含有量は2質量%以下である。得られた成形物は表5、6に記載した良好な特性を示し、均一な厚みの成形物となった。また後述する比較例15の成形物と比較して軽量化が達成された。
〔比較例7、12(シート状ポリウレタン樹脂成形物の製造)その3〕
粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)として「PU−1」又は「PU−16」を各々使用し、実施例12の成形方法において、各々の成形物の厚みを実施例12〜21に揃えるためにパウダリング時間を調整した。その他の成形工程は実施例12と同様とした。
比較例7、12は、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の体積平均粒径が110〜300μmの範囲外のものを使用した比較例である。比較例7の場合、「PU−1」は体積平均粒径が小さいために粉体流動性や粉切れが悪く、粉体が金型細部にまで流れずに欠肉が生じ、また均一な厚みで形成させることが困難であり、比較例7では成形物を得ることが困難であった。一方で、体積平均粒径が350μmと大きい「PU−16」を使用した比較例12については、シート状ポリウレタン樹脂成形物が得られたが、ピンホールによる外観不良及び溶融不良による機械的特性や耐久性の低下が確認された。得られた成形物の特性を表5、6に記載した。
〔比較例8〜11(シート状ポリウレタン樹脂成形物の製造)その4〕
粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)として「PU−2」、「PU−6」、「PU−9」又は「PU−12」を各々使用し、実施例12の成形方法において、各々の成形物の厚みを実施例12〜21に揃えるためにパウダリング時間を調整した。その他の成形工程は実施例12と同様とした。
比較例8〜11は、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の100μm未満の粒子の含有量が40質量%以下、かつ30μm未満の粒子の含有量が5質量%以下、かつ20μm未満の粒子の含有量が2質量%以下の範囲外のものを使用した比較例である。比較例8の場合、「PU−2」の体積平均粒径は110μmであるものの、30μm未満、及び20μm未満の粒子の含有量が範囲外であるため、粉体流動性や粉切れが悪く、比較例7と同様に成形物を得ることが困難であった。比較例9〜11については得られた成形物は表5、6に記載した特性を示し、粉体流動性が悪く、均一な厚みの成形物を得ることが困難であった。
Figure 2010070670
Figure 2010070670
〔実施例22〜26(シート状ポリウレタン樹脂成形物の製造)その5〕
250℃に予備加熱した金型内に、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)として「PU−0」を仕込んで一定時間パウダリング(成形物の厚みを変化させるため)し、金型を反転させて過剰の粉末材料を除去し、この金型を300℃にて自己発熱で30秒間にわたり加熱した後、金型を冷却し脱型することで、シート状ポリウレタン樹脂成形物を得た。
この実施例において、成形物の厚みは、0.2〜0.8mmである。得られた成形物は表7に記載した良好な特性を示し、後述する比較例15の成形物に比較して軽量化された成形物となった。
〔比較例13〜14(シート状ポリウレタン樹脂成形物の製造)その6〕
粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)として「PU−0」を各々使用し、実施例22〜26と同様の成形方法により、シート状ポリウレタン樹脂成形物を得た。
比較例13、14は、成形物の厚みが、0.2〜0.8mmの範囲外である場合の比較例である。得られた成形物は表7に記載した特性を示し、成形物の厚みが0.1mmと薄い比較例13は外観不良及び機械的特性や耐久性の低下が確認され、成形物の厚みが0.9mmと厚い比較例14の成形物については、軽量化が不十分であった。
〔比較例15(シート状ポリウレタン樹脂成形物の製造)その7〕
250℃に熱した金型内に、粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)として「PU−0」を仕込んで16秒間保持し、金型を反転させて過剰の粉末材料を除去し、この金型を300℃の加熱炉に入れて30秒間にわたり加熱した後で、加熱炉から取り出した金型を冷却し脱型することで、厚み1.20mmのシート状ポリウレタン樹脂成形物を得た。このシート厚みは、従来技術による成形物と同等水準であり、得られた成形物は表7記載した特性を示し、軽量化が達成されなかった。
Figure 2010070670
粉体流動性評価方法
粉体流動性に関しては、筒井理化製のかさ比重測定器(JIS−K6720準拠)を用いて粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)のゆるめのかさ比重と、100cmの(A)が出口内径8mmの測定器を流下する時間を測定した。
安息角評価方法
安息角に関しては、筒井理化製のかさ比重測定器(JIS−K6720準拠)を用いて、水平面上に上方から100cmの粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を流出させて円錐状に堆積させ、その表面の傾斜角を測定した。
ブロッキング試験方法
耐ブロッキング性については下記の手順でブロッキング率を測定した。
・上部が開口した直径50mm、高さ130mmの円筒状のスチール缶に約150gの粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を秤量して投入する。
・その上に直径40mm、質量900gのステンレス製の分銅を載せ、80℃の恒温槽に24時間静置する(約7kPaの圧力に相当)。
・分銅を取り外した後で20℃の雰囲気下に2時間静置し、目開き1mmの篩いをパスした(A)の量を秤量する。
・試験後に篩いをパスした量と、試験前の樹脂量との比から百分率を求め、パス率とする。
成形物の厚みの均一性
得られた成形シートの所定の数箇所について厚みを測定し、それらの最大厚みと最小厚みの差を求め、下記の基準に従って評価した。
評価
「5」:厚みの差が0.05mm未満であるもの
「4」:厚みの差が0.05〜0.10mm未満であるもの
「3」:厚みの差が0.10〜0.15mm未満であるもの
「2」:厚みの差が0.15〜0.20mm未満であるもの
「1」:厚みの差が0.20mm以上であるもの
レベリング性
得られたシートの溶融状態を目視により観察し、下記の基準に従って評価した。
評価
「5」:溶融不良がまったく認められないもの
「4」:わずかに溶融不良が認められるが目立たないもの
「3」:わずかであるが溶融不良が明らかに認められるもの
「2」:溶融不良がやや著しいもの
「1」:溶融不良がかなり著しいもの
ピンホールの状態
得られたシートの表面におけるピンホールの有無及び程度をマイクロスコープにより観察し、下記の基準に従って評価した。
評価
「5」:ピンホールがまったく認められないもの
「4」:わずかにピンホールが認められるが目立たないもの
「3」:わずかであるがピンホールが明らかに認められるもの
「2」:ピンホールがやや著しいもの
「1」:ピンホールがかなり著しいもの
耐折れジワ性
シート成形時に、金型から脱型し30秒間放置後、シートを180°折り曲げた状態で30秒間保持し、これを拡開して24時間静置した後、折り曲げられた部分を目視により観察し、下記の基準に従って評価した。
評価
「5」:折れジワがまったく認められないもの
「4」:わずかに折れジワが認められるが目立たないもの
「3」:わずかであるが折れジワが明らかに認められるもの
「2」:折れジワがやや著しいもの
「1」:折れジワがかなり著しいもの
隠蔽性
得られた成形シートの裏面に半硬質ポリウレタンフォームを発泡・充填し、シート表面の色差を測定して隠蔽性を評価した。シート厚み1.20mmの比較例15のL、a、b値を標準とし、各サンプルのΔE値をもとに5段階評価した。
評価
「5」: ΔE≦0.5
「4」:0.5<ΔE≦1.5
「3」:1.5<ΔE≦3.0
「2」:3.0<ΔE≦6.0
「1」:6.0<ΔE
耐摩耗性
得られたシートについて、往復運動平面摩耗試験機を用いて、下記の条件で100往復摩耗を行い、その後の成形シートの状態を目視により観察し、下記の基準に従って評価した。
(条件)
・往復速度 40回/分
・摩擦子 30mm×12mm
・荷重 29.4N
・摩耗材 白綿かなきん3号を5枚積重したもの
評価
「5」:損傷がまったく認められないもの
「4」:わずかに損傷が認められるが目立たないもの
「3」:わずかであるが損傷が明らかに認められるもの
「2」:損傷がやや著しいもの
「1」:損傷がかなり著しいもの
機械的特性
得られたシートについて、JIS K6251、JIS K6252に準じて引張試験を行い、引張強度、破断伸びを測定した。
(条件)
・試験片 ダンベル1号形
・引張速度 200mm/分

Claims (8)

  1. 粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を構成する粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂(A1)の体積平均粒径が110〜300μmであり、かつ100μm未満の粒子の含有量が40質量%以下、かつ30μm未満の粒子の含有量が5質量%以下、かつ20μm未満の粒子の含有量が2質量%以下であることを特徴とする粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)。
  2. (A)のかさ比重が0.60g/cm以上であり、かつ100cmの(A)が出口内径8mmの漏斗を流下する時間が20秒以下であることを特徴とする請求項1記載の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)。
  3. (A)の安息角が35°以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)。
  4. (A)のブロッキング率を測定した際のパス率が50%以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を用いた成形物の厚みが0.2〜0.8mmであることを特徴とするシート状ポリウレタン樹脂成形物。
  6. 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を用いた成形物の厚みが0.2〜0.8mmであることを特徴とする、請求項5記載のシート状ポリウレタン樹脂成形物の製造方法。
  7. 次の2工程を経ることを特徴とする、請求項6記載のシート状ポリウレタン樹脂成形物の製造方法。
    第一工程:200℃〜300℃に予備加熱した金型内に、請求項1乃至請求項4記載の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を仕込んで1〜10秒間保持し、金型を反転させて余剰の粉末材料を除去し、金型面に(A)を均一な厚みで付着かつ溶融させる工程
    第二工程:200〜400℃の加熱オーブン内に、(A)層が付着した金型を30〜120秒間入れて、粉末樹脂の溶融を完結させ、その後加熱オーブンから取り出して金型を冷却した後、成形物を脱型する工程
  8. 次の2工程を経ることを特徴とする、請求項6記載のシート状ポリウレタン樹脂成形物の製造方法。
    第一工程:200℃〜300℃に予備加熱した金型内に、請求項1乃至請求項4記載の粉末状熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物(A)を仕込んで1〜10秒間保持し、金型を反転させて余剰の粉末材料を除去し、金型面に(A)を均一な厚みで付着かつ溶融させる工程
    第二工程:(A)層が付着した金型を200℃〜300℃にて30〜120秒間自己加熱して粉末樹脂の溶融を完結させ、その後金型を冷却した後、成形物を脱型する工程

























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