JP2014508199A - 引抜成形強化ポリウレタンおよびその製造 - Google Patents

引抜成形強化ポリウレタンおよびその製造 Download PDF

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Abstract

本発明は、引抜成形強化ポリウレタンおよび引抜成形によるその製造方法に関する。

Description

本発明は、引抜成形強化ポリウレタンおよび引抜成形によるその製造方法に関する。
WO01/92364A1は、ポリイソシアネート、ポリオールおよび5〜20%のビスフェノールAエポキシ樹脂から作られた樹脂組成物を記載する。ポリイソシアネートは、芳香族ポリイソシアネートを含んでよく、ポリオール成分は、ポリエステルポリオールおよびポリエーテルポリオールの混合物から構成される。MDIは、ポリイソシアネートとして記載される。用いられるポリエーテルポリオールは、70〜400の平均質量を有する一以上の有機ポリヒドロキシ化合物を含んでよい。引抜成形のような適用のための繊維、例えばガラス繊維等の添加も同様に記載される。広い可使時間範囲が記載されるが、どのように特定の可使時間を達成することができるかについての情報は提供されない。同様に、個々の組成物の可使時間またはゲル化時間に関する情報も提供されない。記載の範囲内のより低い範囲、5分〜3時間は、強化繊維の適切な飽和が確保されないので引抜成形に適していないことは当業者にとって明白である。最終特性、例えば十分に高いガラス転移温度等に関する情報は、一般的にのみ記載される。高いガラス転移温度を達成するために高い架橋密度を得る必要があることが記載される。前記高い架橋密度が、より低い不適当な範囲における可使時間またはゲル化時間を与えることは、当業者にとって明白である。
US20080090921は、少なくとも1つのDMC触媒ポリエーテルおよび1つのイソシアネートを含んでなる樹脂組成物を記載する。個々の組成物の可使時間、ゲル化時間またはガラス転移温度に関する情報は記載されていない。
国際公開第01/92364号パンフレット 米国特許出願公開第20080090921号明細書
本発明の目的は、良好な処理条件、例えば長時間利用可能な処理時間を、良好な生成物特性、例えば高いガラス転移温度および高いモジュラスと共に示す引抜成形ポリウレタンを提供することであった。
意外にも、上記目的は、本発明の引抜成形ポリウレタンによって達成された。
本発明は、
A)a)1以上のプロピレンオキシドに基づく15〜50のOH価を有するポリエーテルポリオール、および
b)1以上の150〜600のOH価を有するポリエーテルポリオールおよび1以上の700〜1827のOH価を有する鎖延長剤および/または架橋剤の混合物での
均質的混和性ではない成分a)およびb)の混合物と、
B)1以上のエポキシドと、
C)ブチレン1,4−ジイソシアネート、ペンタン1,5−ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6−ジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、2,2,4−および/または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス(イソシアナトシクロヘキシル)メタンの異性体あるいはこれらの任意の所望の異性体含有量での混合物、シクロヘキシレン1,4−ジイソシアネート、フェニレン1,4−ジイソシアネート、トリレン2,4−および/または2,6−ジイソシアネート(TDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート、ジフェニルメタン2,2’−および/または2,4’−および/または4,4’−ジイソシアネート(MDI)またはMDIの高級同族体(ポリマーMDI)、1,3−および/またはl,4−ビス(2−イソシアナトプロプ−2−イル)ベンゼン(TMXDI)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン(XDI)、およびC〜Cアルキル基を有するアルキル2,6−ジイソシアナトヘキサノエート(リシンジイソシアネート)またはその混合物からなる群からの有機ポリイソシアネート、および
任意にウレットジオン、イソシアヌレート、ウレタン、カルボジイミド、ウレトンイミン、アロファネート、ビウレット、アミド、イミノオキサジアジンジオンおよび/またはオキサジアジントリオン構造を有する変性ジイソシアネートまたは1分子当たり2より多いNCO基を有する未変性ポリイソシアネートの一部との、
D)任意に触媒、
E)離型剤、
F)任意に抑制剤、
G)任意に他の添加剤および/または助剤、
H)任意にフィラー、
I)強化材としての連続フィラメントファイバー、ファイバーマットおよび/または編織布の存在下での
反応による引抜成形法により得られる引抜成形強化ポリウレタンを提供する。
本発明は、
(i)成分a)およびb)を互いに混合し、
(ii)成分B)、D)、E)、F)、G)およびH)を、(i)からの混合物と混合し、
(iii)イソシアネート成分C)を、混合チャンバー中で(ii)からの混合物へ添加し、
(iv)(iii)からの反応混合物を射出箱へ通過させ、
(v)工程(iv)と同時に、強化材I)を射出箱へ通過させ、射出箱中に存在する反応混合物(iii)と共に硬化を行うチャンバーへ通過させ、
(vi)反応混合物および強化材から作られた複合材料をチャンバー中で硬化し、
(vii)(vi)からの硬化複合材料を張力機構によりチャンバーから引出し、および
(viii)硬化複合材料を所望の長さへ切断すること
を特徴とする引抜成形技術による本発明の引抜成形強化ポリウレタンの製造方法を更に提供する。
ポリオールa)およびb)の混合物は不均質であり、すなわち、少なくとも2つの相を有する。
均質的混和性ではない成分a)およびb)の混合物は、好ましくは以下の割合を含み、ここで、重量による割合の合計は100である:
a)≧10重量%〜≦30重量%の1以上のプロピレンオキシドに基づく15〜50のOH価を有するポリエーテルポリオール、
b)≧45重量%〜≦65重量%の1以上の150〜600のOH価を有するポリエーテルポリオールおよび≧15重量%〜≦35重量%の1以上の700〜1827のOH価を有する鎖延長剤および/または架橋剤。
好ましくは、硬化工程は、チャンバー中で高温により引き起こされる。好ましい加熱の方法では、チャンバーは、好ましくは複数の加熱帯を有する。チャンバーは、必要に応じて、成形工程のために同時に使用することができる。
用いることができるエポキシドは、低粘性の脂肪族、脂環式または芳香族エポキシド、またはこれらの混合物である。エポキシドは、例えばエピクロロヒドリンとアルコールとの反応により製造することができる。用いることができるアルコールの例は、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、シクロヘキサンジメタノール、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、クレゾール−ホルムアルデヒドノボラック、ブタンジオール、ヘキサンジオール、トリメチロールプロパンおよびポリエーテルポリオールである。また、グリシジルエステル、例えばフタル酸、イソフタル酸もしくはテレフタル酸またはこれらの混合物を用いることも可能である。エポキシドはまた、二重結合を含んでなる二重結合を有する有機化合物をエポキシド化して、例えば脂肪油、例えば大豆油等をエポキシド化して、エポキシド化大豆油を与えることにより製造することもできる。用いることができる他のエポキシドは単官能性エポキシドである。これらは、例えばエピクロロヒドリンとモノアルコール、例えば4〜18個の炭素原子を有するアルコールのモノグリシジルエーテル、クレゾールまたはp−tert−ブチルフェノールとの反応により製造することができる。用いることができる他のエポキシドは、例えばHenry LeeおよびKris Nevilleにより「Handbook of Epoxy resins」、McGraw−Hill Book Company、1967年に記載される。エポキシ当量は、ASTM D1652に従って決定することができる。
適当なポリイソシアネートの例は、ブチレン1,4−ジイソシアネート、ペンタン1,5−ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6−ジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、2,2,4−および/または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス(イソシアナトシクロヘキシル)メタンの異性体またはこれらの任意の所望の異性体含有量での混合物、シクロヘキシレン1,4−ジイソシアネート、フェニレン1,4−ジイソシアネート、トリレン、2,4−および/または2,6−ジイソシアネート(TDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート、ジフェニルメタン2,2’−および/または2,4’−および/または4,4’−ジイソシアネート(MDI)またはMDIの高級同族体(ポリマーMDI)、1,3−および/またはl,4−ビス(2−イソシアナトプロプ−2−イル)ベンゼン(TMXDI)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン(XDI)、およびC〜Cアルキル基を有するアルキル2,6−ジイソシアナトヘキサノエート(リシンジイソシアネート)である。特に好ましいのは、MDIおよびポリマーMDI(pMDI)の混合物である。
ウレットジオン、イソシアヌレート、ウレタン、カルボジイミド、ウレトンイミン、アロファネート、ビウレット、アミド、イミノオキサジアジンジオンおよび/またはオキサジアジントリオン構造を有する変性ジイソシアネートまたは1分子当たり2を超えるNCO基を有する未変性ポリイソシアネート、例えば4−イソシアナトメチルオクタン、1,8−ジイソシアネート(ノナントリイソシアネート)またはトリフェニルメタン4’,4,4’’−トリイソシアネートの一部を、前記ポリイソシアネートと共に用いることもできる。
用いるイソシアネート成分におけるNCO基の数とイソシアネートに対して反応性の基の数との数値の比(インデックスとも称する)は、好ましくは≧70:100〜≦150:100、特に≧90:100〜≦130:100である。
ゲル化反応(それ自体は緩やかに進む)は、任意に触媒の添加により促進することができる。ヒドロキシ基およびイソシアネート基の間の反応を促進するそれ自体既知の触媒を用いることが可能である。特に、それ自体既知の型の第3級アミン、例えばトリエチルアミン、トリブチルアミン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−ココモルホリン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、N−メチル−N’−ジメチルアミノエチルピペラジン,N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,3−ブタンジアミン、N,N−ジメチルイミダゾール−β−フェニルエチルアミン、1,2−ジメチルイミダゾールまたは2−メチルイミダゾールを用いることが可能である。有機金属触媒、特に有機ビスマス触媒、例えばビスマス(III)ネオデカノエートまたは有機錫触媒、例えばカルボン酸の錫(II)塩、例えば錫(II)アセテート、錫(II)オクトエート、錫(II)エチルヘキソエートおよび錫(II)ラウレートおよびカルボン酸のジアルキル錫塩、例えばジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫マレエート、ジブチル錫スルフィドまたはジオクチル錫ジアセテートを、単独で、または第3級アミンと組み合わせて用いることができる。ゲルの組成物を基準に0〜5重量%、特に0.3〜2.0重量%の触媒または触媒組み合わせを用いることは好ましい。他の触媒、および触媒の作用形態に関する詳細は、Kunststoff−Handbuch(プラスチック・ハンドブック)、第7巻、「Polyurethane」、第3版、Carl Hanser Verlag、ミュンヘン/ウィーン、1993年、第104〜110頁に記載されている。
任意に用いるべきフィラーは、無機フィラーまたは有機フィラーのいずれかであってよい。無機フィラーの例は、以下に挙げられる:シリケート鉱物、例えばフィロシリケート、金属酸化物、例えば酸化鉄、特に発熱的に生産された金属酸化物、例えばAerosils(EP−B−1125975に記載)等、金属塩、例えば重晶石等、無機顔料、例えば硫化カドミウム、硫化亜鉛等、およびガラスおよび中空または固体ガラスマイクロビーズなど。天然および合成繊維鉱物、例えば珪灰石および可変長のガラス繊維を用いることができ、これらは任意にサイズ処理することができる。有機フィラーの例は、以下に挙げられる:結晶性パラフィンまたは脂肪(「相変化物質」)(EP−B−1277801に記載)、ポリスチレンに基づく、ポリ塩化ビニルからの、ウレア−ホルムアルデヒド組成物および/またはポリヒドラゾジカルボンアミド(例えばヒドラジンおよびトルイレンジイソシアナートから得られたもの)からの粉末。ここで、例えばウレア/ホルムアルデヒド樹脂またはポリヒドラゾジカルボンアミドは、本発明によるゲルの製造のために用いられるポリオールの1つにおいて直接製造することができる。さらに、有機由来の中空マイクロビーズ(EP−B−1142943に記載)またはコルク(DE10024087に記載)を添加することも可能である。有機フィラーまたは無機フィラーは、個々にまたは混合物の形態で用いることができる。フィラーを反応混合物へ添加する場合、その添加量は、ゲルの全重量を基準に0〜50重量%、好ましくは0〜30重量%である。
用いることができる離型剤は、例えば引抜成形法から既知の離型剤である。
任意に用いることができる助剤および添加剤は、特に、例えば着色剤、水結合性物質、難燃剤、可塑剤および/または一価アルコールである。
本発明のゲルは、着色剤として、例えばポリウレタンの着色についてそれ自体既知の有機および/または無機染料および/または着色顔料を含んでよく、その例は、酸化鉄顔料および/または酸化クロム顔料およびフタロシアニン系および/またはモノアゾ系顔料である。
適当な水結合性物質は、水に対して高い反応性を有する化合物、例えばトリス(クロロエチル)オルトギ酸だけでなく、水結合性フィラー、例えばアルカリ土類金属酸化物、ゼオライト、酸化アルミニウムおよびシリケートである。適当な合成ゼオライトの例は、Baylith(登録商標)として市販されている。
任意に併用すべきである適当な難燃剤の例は、トリクレジルホスフェート、トリス(2−クロロエチル)ホスフェート、トリスクロロプロピルホスフェートおよびトリス(2,3−ジブロモプロピル)ホスフェートである。上記ハロゲン置換ホスフェート以外に用いることができる化合物は、無機系難燃剤、例えば酸化アルミニウム水和物、アンモニウムポリホスフェート、硫酸カルシウム、ナトリウムポリメタホスフェートまたはアミンホスフェート、例えばメラミンホスフェートである。任意に併用すべき他の添加剤は、一価アルコール、例えばブタノール、2−エチルヘキサノール、オクタノール、ドデカノールまたはシクロヘキサノール等であり、これらは任意に、所望の連鎖停止を引き起こすために併用することができる。
用いることができる連続フィラメントファイバーまたはファイバーマットの例としては、ガラス繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、玄武岩繊維、鋼繊維および天然繊維、およびこれらから製造されたファイバーマットが挙げられる。引抜成形ポリウレタン中の繊維の高い割合は、生成物の機械的性質について有利である。繊維の割合は、好ましくは60〜90重量%、特に好ましくは75〜85重量%である。
用いる反応性ポリウレタン混合物は、引抜成形材料の製造について極めて良好な適合性を有する。
以下の実施例を、本発明の更なる説明に用いる。
以下に記載のマトリックス特性は、強化材I)を有さないマトリックスのシート上で決定した。用いた反応性ポリウレタン混合物は、市販の引抜成形設備において処理することができる。
テストシートの製造:
ポリオール処方物〔成分a)およびb)の混合物、および成分B)〜D)およびH)〕を、45分間脱気し、次いで脱気イソシアネートCと混合した。混合物を、約10mbarの圧力において数分間撹拌した。次いで、混合物を、厚み4mmのシート金型へ注いだ。次いで、試料を、2時間160℃にて熱調節した。
シートを用いて、DIN EN ISO 6721−B:1996−12捩れ振子法により特性化された試験片を製造した。ここで決定した特性は以下の通りであった:20℃における捩り貯蔵弾性率G’および最高損失係数tanδの最大としてガラス転移温度Tg。
ゲル時間は、ゲルタイマーを用いることにより決定した。
出発成分:
成分a):直鎖ポリプロピレンオキシドポリオール、ヒドロキシ価28mgKOH/g。
成分b1):スターターとしてグリセロールを用いる3価ポリプロピレンオキシドポリオール、ヒドロキシ価235mgKOH/g。
成分b2):スターターとしてグリセロールを用いる3価ポリプロピレンオキシドポリオール、ヒドロキシ価450mgKOH/g。
成分b3):スターターとしてグリセロールを用いる3価ポリプロピレンオキシドポリオール、ヒドロキシ価1050mgKOH/g。
成分G):ゼオライト系乾燥剤。
成分E):Technick ProductsからのTechlube 550 HB離型剤。
成分D):Fomrez UL29:Momentiveからの触媒。
成分B1):Eurepox 710:平均モル質量≦700g/mol;183〜189g/当量のエポキシド当量;25℃における粘度:10000〜12000mPasを有するビスフェノールAエピクロロヒドリン樹脂。
成分B2):Araldite DY−T:トリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテル、Huntsmanからの生成物;122〜128g/当量のエポキシド当量、25℃における粘度:100〜300mPas。
成分B3):Araldite DY−D:ブタンジオールのジグリシジルエーテル、Huntsmanからの生成物;118〜125g/当量のエポキシド当量、25℃における粘度:15〜25mPas。
成分B4):Araldite DY−K:クレゾールのモノグリシジルエーテル、Huntsmanからの生成物;175〜189g/当量のエポキシド当量、25℃における粘度:6〜12mPas。
成分C):31.4重量%NCO含有量を有するポリマーMDI。
Figure 2014508199
Figure 2014508199
表1に見られるように、本発明による実施例1〜4における本発明のポリウレタン成形品は、長時間利用可能な処理時間(長いゲル化時間)と共に良好な機械的特性(高い捩り貯蔵弾性率G’および高いガラス転移温度)を示すが、比較例5〜17では、捩り貯蔵弾性率G’は余りに低いか、またはガラス転移温度が余りに低いか、またはゲル化時間が余りに短い。

Claims (4)

  1. A)a)1以上のプロピレンオキシドに基づく15〜50のOH価を有するポリエーテルポリオール、および
    b)1以上の150〜600のOH価を有するポリエーテルポリオールおよび1以上の700〜1827のOH価を有する鎖延長剤および/または架橋剤の混合物での
    均質的混和性ではない成分a)およびb)の混合物と、
    B)1以上のエポキシドと、
    C)ブチレン1,4−ジイソシアネート、ペンタン1,5−ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6−ジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、2,2,4−および/または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス(イソシアナトシクロヘキシル)メタンの異性体またはこれらの任意の所望の異性体含有量での混合物、シクロヘキシレン1,4−ジイソシアネート、フェニレン1,4−ジイソシアネート、トルイレン2,4−および/または2,6−ジイソシアネート(TDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート、ジフェニルメタン2,2’−および/または2,4’−および/または4,4’−ジイソシアネート(MDI)またはMDIの高級同族体(ポリマーMDI)、1,3−および/または1,4−ビス(2−イソシアナトプロプ−2−イル)ベンゼン(TMXDI)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン(XDI)、およびC〜Cアルキル基を有するアルキル2,6−ジイソシアナトヘキサノエート(リシンジイソシアネート)またはこれらの混合物からなる群からの有機ポリイソシアネート、および
    任意に、ウレットジオン、イソシアヌレート、ウレタン、カルボジイミド、ウレトンイミン、アロファネート、ビウレット、アミド、イミノオキサジアジンジオンおよび/またはオキサジアジントリオン構造を有する変性ジイソシアネートまたは1分子当たり2より多いNCO基を有する未変性ポリイソシアネートの一部との、
    D)任意に触媒
    E)離型剤、
    F)任意に抑制剤、
    G)任意に他の添加剤および/または助剤、
    H)任意にフィラー、
    I)強化材としての連続フィラメントファイバー、ファイバーマットおよび/または編織布の存在下での
    反応により得られる引抜成形強化ポリウレタン。
  2. 均質的混和性ではない成分a)およびb)の混合物は、以下の割合を含み、ここで、重量による割合の合計は100である、請求項1に記載の引抜成形強化ポリウレタン:
    a)≧10重量%〜≦30重量%の1以上のプロピレンオキシドに基づく15〜50のOH価を有するポリエーテルポリオール、
    b)≧45重量%〜≦65重量%の1以上の150〜600のOH価を有するポリエーテルポリオールおよび≧15重量%〜≦35重量%の1以上の700〜1827のOH価を有する鎖延長剤および/または架橋剤。
  3. (i)成分a)およびb)を互いに混合し、
    (ii)成分B)、D)、E)、F)、G)およびH)を(i)からの混合物と混合し、
    (iii)イソシアネート成分C)を、混合チャンバー中で(ii)からの混合物へ添加し、
    (iv)(iii)からの反応混合物を、射出箱中へ通過させ、
    (v)工程(iv)と同時に、強化材I)を、射出箱へ通過させ、および射出箱中に存在する反応混合物(iii)と共に硬化を行うチャンバーへ通過させ、
    (vi)反応混合物および強化材から作られた複合材料を、チャンバー中で硬化し、
    (vii)(vi)からの硬化複合材料を、張力機構によりチャンバーから引出し、および
    (viii)硬化複合材料を、所望の長さへ切断する
    ことを特徴とする、引抜成形技術による請求項1または2に記載の強化引抜ポリウレタンの製造方法。
  4. A)a)1以上のプロピレンオキシドに基づく15〜50のOH価を有するポリエーテルポリオール、および
    b)1以上の150〜600のOH価を有するポリエーテルポリオールおよび1以上の700〜1827のOH価を有する鎖延長剤および/または架橋剤の混合物での
    均質的混和性ではない成分a)およびb)の混合物と、
    B)1以上のエポキシドと、
    C)ブチレン1,4−ジイソシアネート、ペンタン1,5−ジイソシアネート、ヘキサメチレン1,6−ジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、2,2,4−および/または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス(イソシアナトシクロヘキシル)メタンの異性体またはこれらの任意の所望の異性体含有量での混合物、シクロヘキシレン1,4−ジイソシアネート、フェニレン1,4−ジイソシアネート、トリレン2,4−および/または2,6−ジイソシアネート(TDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート、ジフェニルメタン2,2’−および/または2,4’−および/または4,4’−ジイソシアネート(MDI)またはMDIの高級同族体(ポリマーMDI)、1,3−および/または1,4−ビス(2−イソシアナトプロプ−2−イル)ベンゼン(TMXDI)、1,3−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン(XDI)、およびC〜Cアルキル基を有するアルキル2,6−ジイソシアナトヘキサノエート(リシンジイソシアネート)またはこれらの混合物からなる群からの有機ポリイソシアネート、および
    任意に、ウレットジオン、イソシアヌレート、ウレタン、カルボジイミド、ウレトンイミン、アロファネート、ビウレット、アミド、イミノオキサジアジンジオンおよび/またはオキサジアジントリオン構造を有する変性ジイソシアネートまたは1分子当たり2より多いNCO基を有する未変性ポリイソシアネートの一部とから、
    D)任意に触媒、
    E)離型剤、
    F)任意に抑制剤、
    G)任意に他の添加剤および/または助剤、
    H)任意にフィラー、
    I)強化材としての連続フィラメントファイバー、ファイバーマットおよび/または編織布の存在下で
    作られた反応混合物の、引抜成形法により引抜成形材料を製造するための使用。
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