JP2020111717A - 2液常温硬化型樹脂組成物及び硬化型樹脂の製造法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の課題は毒性の高いMOCAを使用せず、かつイソシアネートの毒性を軽減した人体に優しい高性能の2液常温硬化型樹脂及びその製造法を提供することである。【解決手段】芳香族系ポリイソシアネートをピラゾール系化合物でブロックしたブロックドイソシアネート化合物と脂肪族系及び/又は脂環族系1級のポリアミン化合物からなり、反応が常温から適度に高められた温度範囲で定量的に進行し、優れた物理特性を持つ2液硬化型樹脂前駆体組成物及び該組成物を硬化反応させる樹脂の製造法。【選択図】なし

Description

特許請求の範囲
本発明は芳香族系ポリイソシアネートをピラゾール系化合物でブロックした芳香族系ブロックドイソシアネート化合物と脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミンを反応させて得られる2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂及びその製造法に関するものである。
2液硬化型芳香族系ポリウレタンウレア樹脂は優れた物理特性を持ち、TDI系のプレポリマーと4,4‘−メチレンビス(2−クロロアニリン)(MOCA)からなる芳香族系ポリウレタンウレア樹脂が実用化され、現在も広範な用途で使用されている。
MOCAの毒性は古くから問題であり代替品の開発が行われてきたが、物性、反応性及び相溶性等の面から代替となり得る化合物が見いだされていない。また、近年、特にイソシアネート末端プレポリマーに含まれる揮発性のTDIモノマー(特定化学物質)の毒性も問題となっており、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)系のセミプレポリマーとポリオールからなる処方等が検討されているが、MOCA硬化法に比べて性能的に劣ると共に、高温高湿下では発泡しやすい欠点がある。
イソシアネート基の反応性を抑え、かつフリーのイソシアネートモノマーの揮発性を抑えたシステムとしてブロックドイソシアネート化合物が古くから研究され実用化されている。イソシアネートをフェノール系化合物、メチルエチルケトキシム、マロン酸ジエチル、ε−カプロラクタム、3,5−ジメチルピラゾール等でブロックしたブロックドイソシアネート化合物と通常は水酸基含有のポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等とからなり、常温で安定な1液システムで高温加熱によりブロック剤を解離させて硬化させる。溶液塗料、粉体塗料や水性塗料等の広範な塗料用途で使用されている(非特許文献1、非特許文献2)。
芳香族系イソシアネート末端プレポリマーのフェノール化合物によるブロックドイソシアネート及びエポキシ樹脂が何れも常温で脂肪族系/又は脂環族系ポリアミンと反応することを利用し、3成分からなる柔軟性の改良されたエポキシ樹脂組成物が開示されている(特許文献1)。また、特許文献1の芳香族系イソシアネート末端プレポリマーのフェノール化合物によるブロックドイソシアネートが高粘度であり、高分子量のポリオキシプロピレンポリオールとトリレンジイソシアネート(TDI)から成るイソシアネート末端プレポリマーを混合ブロック剤(フェノール化合物:50〜97モル%、ピラゾール系化合物:3〜50モル%、その他のブロック剤:0〜10モル%)と反応させた低粘度の柔軟性付与化合物が開示されている(特許文献2)。
特許文献1及び特許文献2の芳香族系ブロックドイソシアネート化合物は共にエポキシ樹脂の柔軟性付与剤向けに開発されたもので、芳香族系ブロックドイソシアネートと脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミンの2成分による硬化物は低強度であり、現行の2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂に比較し非常に劣るものであった。
GB1399257 USP5510432
2015年版機能性ポリウレタン最新技術:(株)シーエムシー刊、17〜19(2015) ブロック型ポリウレタン樹脂塗料の最近の技術展開,熱硬化性樹脂,Vol.13,No.2,47〜60(1992)
本発明の目的は常温又は適度に高められた温度で十分な成形時間を確保でき、かつ定量的に反応が進行して優れた物理物性を持つ2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂及びその製造法を提供することである。
また、本発明のもう一つの目的は毒性の高いMOCAを使用せず、かつイソシアネートに起因する毒性を軽減した人体や環境に優しいハイソリッド型の2液硬化型のポリウレタンウレア樹脂及びその製法を提供することである。
上記目的を達成するため、芳香族系ブロックドイソシアネートとポリアミン化合物の反応におけるポリイソシアネート、毒性や環境ホルモンの懸念されるフェノール系化合物を除くブロック剤及びポリアミンの各構造について種々検討した。その結果、特定の芳香族系ブロックドイソシアネート化合物が脂肪族系及び/又は脂環族系のポリアミンと常温で定量的に反応し優れた物理特性を持つポリウレタンウレア樹脂を生成すること、並びに反応性が穏やかで高温、例えば80〜100℃でも成形可能であることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち本発明は、以下の[1]〜[4]に示されるものである。
[1]芳香族系ポリイソシアネートをピラゾール系化合物でブロックしたブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系1級のポリアミン化合物(B成分)からなることを特徴とする2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂及びその製造法。
[2]A成分が芳香族系ポリイソシアネートの70モル%以上のイソシアネート基をピラゾール系化合物でブロックしたものである[1]に記載の2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂及びその製造法。
[3]芳香族系ポリイソシアネートがポリオキシアルキレンポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールから選ばれたポリオールとトリレンジイソシアネート(TDI)とからなるイソシアネート末端プレポリマーである[1]及び[2]に記載の2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂及びその製造法。
[4]各種ロール、オイルシール、ベルト、防振材、接着剤、防水材、床材に用いられることを特徴とする[1]〜[3]に記載の2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂。
本発明は第1に芳香族系ブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミン(B成分)とからなり、反応が常温から適度に高められた温度範囲で定量的に進行し、優れた物理特性を持つポリウレタンウレア樹脂を生成する。
第2に本発明の芳香族系ポリイソシアネートのブロックドイソシアネート化合物は吸入による有害性が指摘される揮発性のイソシアネートモノマーはもとよりイソシアネート基含有化合物を含まず、かつ硬化を常温もしくは適度に高められた温度で実施できるため、ブロックドイソシアネート化合物が解離し、イソシアネート化合物を再生・飛散する可能性の低い人体に非常に優しいシステムである。
第3に本発明のブロックドイソシアネート化合物は脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミンと選択的に反応するため、通常のイソシアネートによる硬化法に比べて高温高湿度下でも発泡の少ない硬化システムである。
本発明の芳香族系ポリウレタンウレア樹脂は芳香族系ポリイソシアネート、ピラゾール系ブロック化合物、脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミンとから構成されている。
芳香族系ポリイソシアネートとしては芳香族系ジイソシアネートモノマー、芳香族系ジイソシアネートモノマーとポリオールを反応して得られるイソシアネート末端プレポリマー及び芳香族系ジイソシアネートモノマーの変成体(アロファネート変性体、ウレア変性体、カルボジイミド変性体、ビュレット変性体、ウレトジオン変性体、及びイソシアヌレート変性体等)が挙げられる。
芳香族系ポリイソシアネートモノマーとしては、例えば、トリレンジイソシアネート(2,4−又は2,6−トリレンジイソシアネートもしくはその混合物)(TDI)、フェニレンジイソシアネート(m−、p−フェニレンジイソシアネートもしくはその混合物)、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ジフェニルメタンジイソシネート(4,4’−、2,4’−又は2,2’−ジフェニルメタンジイソシネートもしくはその混合物)(MDI)、4,4’−トルイジンジイソシアネート(TODI)、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート等が挙げられる。特に好ましい芳香族系ジイソシアネートモノマーはトリレンジイソシアネートである。
本発明の芳香族系イソシアネート末端プレポリマーは芳香族系ポリイソシアネートモノマーと後記の高分子量ポリオールから選ばれた1種以上を主成分とし、必要により低分子量ポリオールを併用して製造される。
芳香族系イソシアネート末端プレポリマーの製造は公知の方法で前記芳香族系イソシアネートモノマーと後記のポリオールの1種以上を窒素ガス雰囲気下で、必要により溶剤やジオクチルチンジラウレート等の触媒の存在下、60〜100℃で行う。反応におけるイソシアネート基/水酸基当量比は通常1.5〜2.5/1.0で行う。イソシアネート基/水酸基当量比は通常イソシアネートモノマーを低減させるため、好ましくは2.0以下で行うが、本発明では次工程でイソシアネートモノマーを含めピラゾール系化合物と反応し、揮発しにくくするため、イソシアネート末端プレポリマーの性状、硬化物の物性に応じ、イソシアネート基/水酸基当量比を2.0以上に設定することができる。
低分子量ポリオールとして、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400未満の化合物であって、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、アルカン(7〜22)ジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、アルカン−1,2−ジオール(C17〜20)、1,3−または1,4−シクロヘキサンジメタノールおよびそれらの混合物、1,4−シクロヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、1,4−ジヒドロキシ−2−ブテン、2,6−ジメチル−1−オクテン−、3,8−ジオール等の2価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン等の3価アルコール等が挙げられる。
また、これらを開始剤としてエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加させて得られる、数平均分子量400未満のポリアルキレンオキサイド(2種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体を含む。)も、低分子量ポリオールに含まれる。
高分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400以上の化合物であって、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリウレタンポリオール、エポキシポリオール、植物油ポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール等が挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、ポリオキシアルキレン系ポリオール、ポリオキシテトラメチレン系グリコール等が挙げられる。
ポリオキシアルキレン系ポリオールは、前記低分子量ポリオールを開始剤とする、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドの付加重合物であり、具体的には数平均分子量400〜5,000、更に好ましくは、400〜3,000であるポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンプロピレングリコール(ランダムまたはブロック共重合体)等が挙げられる。
ポリオキシテトラメチレン系グリコール(PTMG)類としては、カチオン開環重合によるテトラヒドロフランのホモ重合ジオールである数平均分子量400〜5000のポリオキシテトラメチレングリコール、数平均分子量500〜3000のテトラヒドロフランと3−アルキルテトラヒドロフランのカチオン開環共重合やテトラヒドロフランと2価アルコールをヘテロポリ酸等の触媒下で共重合した常温液状の非晶性ポリオキシテトラメチレン系共重合グリコール類が挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、前記した低分子量ポリオールと多塩基酸とを、公知の条件下、反応させて得られる重縮合物が挙げられる。
多塩基酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、1,1−ジメチル−1,3−ジカルボキシプロパン、3−メチル−3−エチルグルタール酸、アゼライン酸、セバチン酸、その他の脂肪族ジカルボン酸(炭素数11〜13)、スベリン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、オクタデカン二酸、ノナデカン二酸、エイコサン二酸、メチルヘキサン二酸、シトラコン酸、水添ダイマー酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ダイマー酸、ヘット酸等のカルボン酸、および、それらカルボン酸から誘導される酸無水物、酸ハライド、リシノレイン酸、12−ヒドロキシステアリン酸等が挙げられる。
低分子量ポリオールと多塩基酸との重縮合物として、具体的には、ポリ(エチレンブチレンアジペート)ポリオール、ポリ(エチレンアジペート)ポリオール、ポリ(エチレンプロピレンアジペート)ポリオール、ポリ(プロピレンアジペート)ポリオール、ポリ(ブチレンヘキサンアジペート)ポリオール、ポリ(ブチレンアジペート)ポリオール、ポリ(ヘキサンアジペート)ポリオール、ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンアジペート)ポリオール、ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンアゼレート)ポリオール、ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンイソフタレート)ポリオール、等が挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオールを開始剤として、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類を開環重合して得られる、ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオール、さらには、それらに上記した2価アルコールを共重合したラクトン系ポリオール等が挙げられる。なお、ポリエステルポリオールの数平均分子量は、好ましくは、500〜4000、更に好ましくは、800〜3000である。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオールや1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール等の2価アルコールと、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートやジフェニルカーボネート等の炭酸エステルとの縮合反応により得られるポリカーボネートジオール等が挙げられる。ポリカーボネートポリオールの数平均分子量は、好ましくは、500〜3000、更に好ましくは、800〜2000である。
好ましい高分子量ポリオールは物理特性の優れたポリオキシテトラメチレン系グリコール、グリコールを共重合したアジピン酸系ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールである。特に好ましいポリオールは常温で液状の非晶性ポリオキシテトラメチレン系共重合グリコール、ポリエステル系ポリオール及びポリカーボネート系ポリオールである。
本発明のブロック剤であるピラゾール系化合物として、ピラゾール、3−メチルピラゾール、4−メチルピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3,5−ジ−ターシャリーブチルピラゾール等が挙げられる。好ましいピラゾール系化合物はピラゾール及び3,5−ジメチルピラゾールである。3,5−ジメチルピラゾールによるブロックドイソシアネートはピラゾールによるブロックドイソシアネートに比べて脂肪族及び/又は脂環族ポリアミンに対する反応性がやや高い。
本発明の芳香族系ポリイソシアネートのピラゾール系ブロックドイソシアネート化合物は前記芳香族系ポリイソシアネートに粉末状のピラゾール系化合物を添加し、窒素ガス雰囲気下、発熱に注意しながら徐々に昇温し60〜90℃で反応して製造される。ピラゾール系化合物を予め溶剤に溶解して添加・反応してもよい。反応の進行は赤外吸収スペクトルのイソシアネート基(2270cm−1付近)の吸収強度により確認し、消失した時終点とする。反応はブロックドイソシアネート化合物の粘度や目的に応じて溶剤や可塑剤を添加して実施してもよい。
芳香族系ポリイソシアネートとピラゾール系化合物の反応におけるピラゾール基/イソシアネート基当量比は0.70〜1.20であり、好ましくは0.90〜1.05である。0.70以下では硬化時に残存するイソシアネート基がポリアミンと瞬時に反応し、不均一化しやすく好ましくない。また、ピラゾール系化合物はイソシアネート基に対し高反応性で定量的にブロックできるため、1.20以上は必要ない。
本発明のブロックドイソシアネート化合物と反応するポリアミン化合物は脂肪族系及び/又は脂環族系の1級ポリアミンである。
脂肪族系1級ポリアミンとしては、1,2−ジアミノエタン(エチレンジアミン)、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン(1,4−テトラメチレンジアミン)、1,5−ジアミノペンタン(1,5−ペンタメチレンジアミン)、2−メチル−1,5−ペンタンジアミン、1,6−ジアミノヘキサン(1,6−ヘキサメチレンジアミン)、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,12−ジアミノドデカン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、1,2,3−トリアミノプロパン、トリアミノヘキサン、トリアミノノナン、トリアミノドデカン、1,8−ジアミノ−4−アミノメチルオクタン、1,3,6−トリアミノヘキサン、1,6,11−トリアミノウンデカン、3−アミノメチル−1,6−ジアミノヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、等が挙げられる。
脂肪族系1級ポリアミンの他の例としてポリエーテルポリアミンが挙げられる。具体的にはポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリ(オキシテトラメチレン)等である。
脂環族系1級ポリアミンとしては、ジアミノシクロブタン、イソホロンジアミン(3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン)、1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、メチル−2,4−シクロヘキサンジアミン、メチル−2,6−シクロヘキサンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン)、2,5−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘプタン、2,6−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘプタン、トリアミノシクロヘキサン等が挙げられる。
本発明の好ましいポリアミン化合物は脂環族系1級ジアミンであり、具体例として4,4’−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)が挙げられる。
脂環族系1級ポリアミンにソフトセグメントして脂肪族のポリエーテルポリアミンを併用することにより、柔軟性に富んだ高伸長・高強度のポリウレタンウレア樹脂を製造することができる。
本発明の脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミンに脂肪族系及び/又は脂環族系2級ポリアミン、脂肪族系のアミノアルコール化合物及び/又はアミノシラン化合物をブロックされたイソシアネート基に対し、10当量%以下で使用することができる。
具体的化合物としてはビス(4−sec−ブチルアミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4−sec−ブチルアミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、N,N‘−ジイソプロピルイソホロンジアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
本発明の芳香族系ポリウレタンウレア樹脂は芳香族系ポリイソシアネートのピラゾール系ブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミン(B成分)をブロックされたイソシアネート基に対するポリアミンの当量比(NH2/ブロックされたイソシアネート)を0.80〜1.20、好ましくは0.90〜1.10となる割合で混合し、常温から適度に高められた温度で硬化させて得られる。
ブロックされたイソシアネート基に対するポリアミンの当量比が0.80以下では強度低下し、1.20以上では強度低下とともに着色や加水分解が引き起こされ易くなるため好ましくない。
前記のA成分とB成分の反応におけるブロックドイソシアネート化合物とポリアミン化合物の合計重量に対するブロックされたイソシアネート基濃度は40〜150ミリグラム当量/100g、好ましくは50〜130ミリグラム当量/100gである。40ミリグラム当量以下ではブロックドイソシアネート化合物及び/又はポリアミン化合物が高粘度になり多量の溶剤で希釈する必要があり、好ましくない。また、150ミリグラム当量以上ではブロック剤量が増大し、ポリウレタンウレア樹脂が本来持つ弾性や強靱性に欠けるため好ましくない。なお、ブロックされたイソシアネート基の濃度はポリイソシアネート成分、ブロック剤及びポリアミンの合計量に対するものとし、溶剤や可塑剤等の添加剤は含めないものとする。
本発明のブロックドイソシアネートと脂肪族系及び/又は脂環族系の1級ポリアミンとの反応によりブロック剤であるピラゾール系化合物は遊離するが、ポリウレタンウレア樹脂との相溶性に優れ、優れた物理特性を持つポリウレタンウレア樹脂を生成する。
本発明の芳香族系ブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミン化合物(B成分)の反応は穏やかで高温、例えば80〜100℃で脱型できるまで硬化し、脱型後に常温で養生することで成型サイクルを速めることができる。また、常温で硬化後に加熱養生してもよい。
本発明の成形は2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂で通常使用される成形機(混合機)を使用して実施することができる。本発明のブロックされたイソシアネート基は選択的にポリアミン化合物と反応するため発泡は抑制される。
反応射出成形装置による成形等ではA成分及びB成分を予め減圧下で吸引や遠心分離により溶存空気を脱気することにより、硬化物の泡をより低減することができる。
本発明の芳香族系ブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミン化合物(B成分)の常温以下の温度での硬化においては、有機3級アミンや有機金属化合物等ポリウレタン樹脂で公知の触媒を使用することができる。特に有効な触媒として塩基性度の高いDBU(ジアザビシクロウンデセン)等が挙げられる。
本発明のポリウレタンウレア樹脂において、ポリウレタン樹脂分野において公知の溶剤を使用することができる。例えば酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、イソプロピレンジエチルエーテル、ジイソピレングリコールジメチルエーテル等のグライム類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエステル類、イソパラフィン系やテルペン系の炭化水素類、等が挙げられる。これらの溶剤は、単独、又は2種以上を組合せて用いることができる。
本発明で溶剤の使用量に特に制限はないが、ブロックドイソシアネート化合物(A成分)の粘度低下のためA成分とB成分の合計重量に対し、好ましくは0〜40%の溶剤を添加して実施する。用途により40%以上の溶剤を添加して実施しても硬化及び性能は特に問題ない。
本発明のポリウレタン樹脂分野において公知の可塑剤を使用することができる。フタル酸ジブチル、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ブチルベンジル等のフタル酸エステル類、トリメリット酸トリス−2−エチルヘキシル、トリメリット酸トリスイソノニル等のトリメリット酸エステル類、アジピン酸ジ−2−エチルヘキシル、アジピン酸ジイソノニル、アゼライン酸ジ−2−エチルヘキシル、アゼライン酸ジイソノニル、セバシン酸ジ−2−エチルヘキシル等の脂肪族二塩基酸エステル類、リン酸トリ−2−エチルヘキシル、リン酸トリクレジル等のリン酸エステル類、多官能ポリエーテルの末端エステル化物、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルの酢酸エステル化物等が挙げられる。
本発明のポリウレタンウレア樹脂に当該分野で公知の顔料や染料等の着色剤、消泡剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、加水分解安定剤、炭酸カルシウムやタルク等の無機充填材、湿潤分散剤、沈降防止剤等を添加することができる。
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例に記載の%、部はそれぞれ重量%、重量部を示す。
実施例及び比較例において用いた各成分及び評価方法を以下に示す。なお、入手した各成分は精製や蒸留を行わずそのまま使用した。
<ジイソシアネートモノマー>
T−100:2,4−TDI、M.W.174.2[東ソー(株)製コロネートT−100]
T−80:2,4−TDI/2,6−TDI=80/20[東ソー(株)製コロネートT−80]
<ジイソシアネートプレポリマー>
C−4080:NCO含有率2.8〜3.1%のPTMG/TDI系イソシアネート末端プレポリマー[東ソー(株)製コロネート4080]
C−4095:NCO含有率5.9〜6.7%のPTMG/TDI系イソシアネート末端プレポリマー[東ソー(株)製コロネート4095]
<ポリオール>
P−1010:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール)アジペートジオール、数平均分子量1,000[(株)クラレ製のクラレポリオールP−1010]
P−2010:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール)アジペートジオール、数平均分子量2,000[(株)クラレ製のクラレポリオールP−2010:]
P−3010:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール)アジペートジオール、数平均分子量3,000[(株)クラレ製のクラレポリオールP−2010]
C−1090:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=90/10)共重合カーボネートジオール、数平均分子量1,000[(株)クラレ製のクラレポリオールC−1090]
C−2090:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=90/10)共重合カーボネートジオール、数平均分子量2,000[(株)クラレ製のクラレポリオールC−2090]
PTG−L1000:テトラヒドロフラン/3−メチルテトラヒドロフランからなる共重合ポリエーテルジオール、数平均分子量が1,000[保土谷化学工業(株)製のPTG−L1000]
PTG−L2000:テトラヒドロフラン/3−メチルテトラヒドロフランからなる共重合ポリエーテルジオール、数平均分子量が2,000[保土谷化学工業(株)製のPTG−L2000]
PTG−L3000:テトラヒドロフラン/3−メチルテトラヒドロフランからなる共重合ポリエーテルジオール、数平均分子量が3,000[保土谷化学工業(株)製のPTG−L2000]
PPG−D1000:ポリオキシプロピレングリコール、数平均分子量が1,000[三井化学(株)製のアクトコールDiol1000]
PPG−D2000:ポリオキシプロピレングリコール、数平均分子量が2,000[三井化学(株)製のアクトコールDiol2000]
1,4−BD:1,4−ブタンジオール、M.W.90.1[東京化成工業(株)製]
<ブロック剤>
ピラゾール:M.W.68.1[東京化成工業(株)製]
3,5−ジメチルピラゾール:M.W.96.1[(株)日本ファインケム製]
イミダゾール:M.W.68.1[四国化成工業(株)製]
トリアゾール:M.W.69.1[東京化成工業(株)製]
マロン酸ジエチル:M.W.160.2[東京化成工業(株)製]
メチルエチルケトキシム:M.W.87.1[東京化成工業(株)製]
ε−カプロラクタム:M.W.113.2[東京化成工業(株)製]
<脂肪族系及び脂環族系ポリアミン>
アミキュアPACM:4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、M.W.210.4[エアープロダクツジャパン(株)製のアミキュアPACM]
ラロミンC−260:4,4‘−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン):M.W.238.4[BASF社製のラロミンC−260]
ポリエーテルジアミンD−400:数平均分子量が400[三井化学ファイン(株)製のポリエーテルアミンD400]
ポリエーテルトリアミンT−403:数平均分子量が400[三井化学ファイン(株)製のポリエーテルアミンT403]
<可塑剤>
SK−500:ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルの酢酸エステル[三洋化成工業(株)製のサンフレックスSK−500]
<溶剤>
ジグライム:ジエチレングリコールジメチルエーテル[東京化成工業(株)製]
アイソパーH:イソパラフィン系炭化水素[エクソンモービル]
〈イソシアネート含有率の測定〉
プレポリマー合成時のイソシアネート含有率の測定はJISK7301のジノルマルブチルアミンの塩酸逆滴定法に準じて行った。
〈イソシアネート基のIR分析〉
ポリイソシアネート化合物とブロック剤の反応終点は日本分光(株)製のフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)(商品名:FT/IR−300)により、2270cm−1付近のNCO吸収が消失した点とした。
〈粘度の測定〉
芝浦システム株式会社製のビスメトロン粘度計(型式VDA2型)を用いて25℃で測定した。
〈A成分とB成分の混合〉
調製したA成分とB成分を、所定の混合比でPP製100mlのディスポ容器に秤量し、株式会社シンキー製の自転/公転ミキサー「あわとり練太郎AR−100」(装置仕様:自転800rpm、公転2000rpm)を用いて、25℃で攪拌モード30秒、脱泡モード30秒で混合した。
〈フィルム作製〉
25℃のA成分とB成分を前記混合条件で混合し、PP板上にアプリケーター方式で約400ミクロン厚に流延し、25℃で硬化しフィルムを作製した。フィルムは25℃で2日後にPP板から剥離し、25℃で10日後に引張試験に供した。なお、80℃硬化の場合は実施例毎に条件を記載する。
〈25℃流動性試験〉
25℃のA成分とB成分を所定の混合比で15gとなるようPP製100mlのディスポ容器に秤量し、前記「あわとり練太郎AR−100」の混合条件で混合した。混合開始からディスポ容器を逆さにし、液の壁面の流動距離が10cm/10秒以下になる迄の25℃での時間(分)を25℃流動時間とした。
〈25℃成形性〉
25℃での流動時間が5分以上の場合:○、5分以下の場合:×とした。
〈25℃硬化性試験〉
前記条件で作製したフィルムの25℃、1日後の状態(表面タックや脱型できるかどうか)で硬化性を判定した。フィルムがタックなく脱型できた場合:◎、ややタックはあるが脱型できた場合:○、硬化が不十分で脱型できない場合:×とした。
〈引張試験〉
前記方法で作製し25℃で10日間養生した400ミクロン厚のフィルムからJIS−K−6251の3号ダンベルを打ち抜き、引張試験機(株式会社東洋精機製作所のストログラフVE10D型)を用い、標線間20mm、引張速度500mm/分の条件で測定した。
〈引裂試験〉
前記方法で作製し25℃で10日間養生した400ミクロン厚のフィルムからJIS−K−6252のアングル形ダンベルを打ち抜き、引張速度500mm/分の条件で測定した。
実施例1
撹拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管を取り付けた4ツ口フラスコの内部を窒素雰囲気にし、C−4080(NCO含有率:2.95%)を71.41g、粉末状のピラゾールを3.59g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収は消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み30分間攪拌し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.11%、粘度は2,400mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を28.30g、B成分のラロミンC−260を1.70g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:420%、100%モジュラス:7N/mm2、引張強度:37N/mm2、引裂強度:81N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
実施例2
実施例1と同様な操作によりC−4080(NCO含有率:2.95%)を70.04g、粉末状の3,5−ジメチルピラゾールを4.96g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収は消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み30分間攪拌し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.07%、粘度は2,000mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を28.37g、B成分のラロミンC−260を1.63g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:450%、100%モジュラス:7N/mm2、引張強度:47N/mm2、引裂強度:80N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
実施例3
実施例1と同様な操作によりC−4095(NCO含有率:6.38%)を72.16g、粉末状のピラゾールを7.84g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収は消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み30分間攪拌し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で4.60%、粘度は1,800mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を26.60g、B成分のラロミンC−260を3.40g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:300%、100%モジュラス:20N/mm2、引張強度:65N/mm2、引裂強度:121N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
実施例4
実施例1と同様な操作によりC−4095(NCO含有率:6.38%)を65.03g、粉末状のピラゾールを9.97g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収は消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み30分間攪拌し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で4.15%、粘度は950mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を26.90g、B成分のラロミンC−260を3.10g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:320%、100%モジュラス:14N/mm2、引張強度:63N/mm2、引裂強度:91N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
表1に示す実施例1〜4はイソシアネート含有率の異なる2種類の芳香族系イソシアネート末端プレポリマーのピラゾール及び3,5−ジメチルピラゾールによるブロックドイソシアネート化合物と脂環族ジアミンであるラロミンC−260との反応例であり、何れも25℃における成形性(流動性)及び硬化性は良好であり、高強度のポリウレタンウレア樹脂が得られた。なお、3,5−ジメチルピラゾールによるブロックドイソシアネートはピラゾールよるブロックドイソシアネートに比べてやや反応性が高い傾向である。
実施例5〜9(ブロックされたイソシアネート/アミン当量比の検討)
実施例1のブロックドイソシアネート化合物を用い、実施例1と同様な操作によりブロックされたイソシアネート基当量に対するラロミンC−260のアミン当量比を0.80〜1.20と変化させその影響を検討した。処方及び前記方法で行った25℃成形性(流動性)試験、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張及び引裂試験の結果を表1に示す。
Figure 2020111717
表1の実施例5〜9の引張物性の結果より、ブロックされたイソシアネート基に対するC−260のアミンの当量比が1.00を中心に0.90〜1.10の範囲で良好であり、0.80及び1.20では伸びが増大傾向にある。
本発明のブロックドイソシアネート化合物とポリアミンの反応は定量的に進行していると考えられ、脂肪族系アミンが過剰にならないように以降の実施例ではブロックされたイソシアネート基に対するアミンの当量比を0.98で実施した。
実施例10
撹拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管を取り付けた4ツ口フラスコの内部を窒素雰囲気にし、室温でクラレポリオールP−1010を54.33g、T−100を19.51g及びジグライムを18.46g仕込み徐々に昇温し、75℃で3時間反応した。NCO含有率は理論イソシアネート含有率に到達しており、反応液を40℃まで冷却した。得られたプレポリマーのNCO含率は4.89%であった。次に粉末状のピラゾールを7.70g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応し、IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で4.51%、粘度は2,800mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を26.66g、B成分のC−260を3.34(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:340%、100%モジュラス:18N/mm2、引張強度:58N/mm2、引裂強度:115N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
実施例11〜16(ポリエステルポリオールの分子量、ブロック剤化合物及びポリアミン化合物の検討)
実施例15〜19にポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール)アジペートジオールとT−100からなるプレポリマーを用い、ポリオールの分子量、ブロック剤及び脂肪族系及び脂環族系ポリアミンを変えた処方に付き検討した。処方及び前記方法で行った25℃成形性(流動性)試験、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張及び引裂試験の結果を表2に示す。
実施例17〜20(ポリカーボネートポリオール系でのイソシアネートモノマー、ブロック剤、ポリアミン化合物の検討)
実施例21〜24に(3−メチル−1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール)共重合カーボネートジオールとT−100からなるプレポリマーを用い、ポリオールの分子量、ブロック剤、脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミンを変えた処方に付き検討した。処方及び前記方法で行った25℃成形性(流動性)試験、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張及び引裂試験の結果を表2に示す。
Figure 2020111717
実施例21〜27(ポリオキシアルキレンポリオール系の種類及び分子量、ブロック剤化合物、ポリアミン化合物の検討)
実施例22〜28にポリオキシアルキレンポリオールとTDIからなるプレポリマーを用い、ポリオールの種類と分子量、TDI異性体(T−100、T−80)、ブロック剤、脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミンを変えた処方に付き検討した。処方及び前記方法で行った25℃成形性(流動性)試験、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張及び引裂試験の結果を表3に示す。
Figure 2020111717
本発明の基本となるポリイソシアネート(イソシアネートモノマー、ポリオール)、ブロック剤及びポリアミン成分の25℃成形性(流動時間)、25℃硬化性及び引張及び引裂物性に及ぼす影響は次の通りである。
〈硬化性〉
ブロック剤:
3,5−ジメチルピラゾールによるブロックドイソシアネート化合物はピラゾール によるブロックドイソシアネート比べて硬化がやや速い。
ポリアミン成分:
ラロミンC−260がアミキュアPACMに比べて硬化性に優れている。
ラロミンC−260にポリエーテル系ポリアミンを併用すると硬化が遅くなる。
〈引張及び引裂物性〉
ポリオール:
ポリカーボネート系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリオキシテトラメ チレン系グリコールが良好な物性
ブロックドイソシアネート含有率:
ブロックドイソシアネート含有率(ポリオール分子量)を変化させることにより、 柔軟から硬質なポリウレタンウレア樹脂を製造することができる
ポリアミン:
ラロミンC−260が高強度であり、アミキュアPACMはラロミンC−260に 比べて柔軟で伸びが大きい
脂環族ポリアミンにポリエーテル系ポリアミンを併用することにより柔軟化できる
実施例28〜32に無溶剤・無可塑剤処方系、実施例33〜34に無溶剤・可塑剤添加系の80℃硬化の例を示す。
実施例28
実施例10と同様な操作により、PTG−L1000を66.28g、T−100を24.00g仕込み徐々に昇温し、75℃で2.5時間反応した。NCO含有率は理論イソシアネート含有率に到達しており、反応液を40℃まで冷却した。得られたプレポリマーのNCO含率は6.32%であった。次に粉末状のピラゾールを9.72g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応し、IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で5.71%、粘度は1,800mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した25.89gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を4.11g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:270%、100%モジュラス:19N/mm2、引張強度:42N/mm2、引裂強度:105N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例29
実施例28においてA成分を25.01g、B成分として2.78gのC−260と2.21gのポリエーテルジアミンD−400からなる混合物を用いる以外は同様な操作により80℃でフィルムを作製し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:410%、100%モジュラス:8N/mm2、引張強度:54N/mm2、引裂強度:87N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例30
実施例10と同様な操作により、PPG−D1000を67.37g、T−80を23.43g仕込み徐々に昇温し、85℃で4.5時間反応した。NCO含有率は理論イソシアネート含有率に到達しており、反応液を40℃まで冷却した。得られたプレポリマーのNCO含率は5.95%であった。次に粉末状のピラゾールを9.20g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応し、IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で5.40%、粘度は1,400mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した25.94gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分(2.78gC−260と2.21gのジェファーミンT−403からなる混合物)(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し、約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:410%、100%モジュラス:9N/mm2、引張強度:33N/mm2、引裂強度:68N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例31
実施例1と同様な操作によりC−4080を95.22g、粉末状のピラゾールを4.78g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.81%、粘度は4,800mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した27.83gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を2.17g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:430%、100%モジュラス:6N/mm2、引張強度:32N/mm2、引裂強度:77N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例32
実施例31においてC−4080の代わりにC−4095を90.20g、粉末状のピラゾールを9.80g仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で5.75%、粘度は2,400mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した25.86gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を4.14g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:300%、100%モジュラス:16N/mm2、引張強度:52N/mm2、引裂強度:115N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例33
実施例31と同様な操作によりC−4080を85.70g、粉末状のピラゾールを4.30g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認した後、可塑剤SK−500を10.00g添加しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.53%、粘度は3,000mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した28.03gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を1.97g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:510%、100%モジュラス:5N/mm2、引張強度:40N/mm2、引裂強度:66N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例34
実施例31と同様な操作によりC−4080を76.17g、粉末状のピラゾールを3.83g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認した後、可塑剤SK−500を20.00g添加しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.25%、粘度は1,850mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した28.24gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を1.76g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:530%、100%モジュラス:5N/mm2、引張強度:37N/mm2、引裂強度:57N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例32〜36より本発明は反応が穏やかに進行するため、無溶剤処方での80℃高温成形が可能で高強度ポリウレタンウレア樹脂が得られた。また、可塑剤を使用すると低粘度化により成形性は向上し、かつ塗膜の柔軟化に有効であることが判明した。
Figure 2020111717
比較例1
撹拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管を取り付けた4ツ口フラスコの内部を窒素雰囲気にし、C−4080を71.41g、イミダゾールを3.59g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)を仕込み、徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.11%、粘度は6,500mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.34g、B成分のC−260を1.66g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌したところ10秒以内でゲル化し、不均一な塊状物となった。成形性は×、硬化性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
比較例2
比較例1と同じ装置を用い、C−4080を71.36g、トリアゾールを3.64g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)を仕込み、徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.11%、粘度は3,000mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.34g、B成分のC−260を1.66g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌したところ10秒以内でゲル化し、不均一な塊状物となった。成形性は×、硬化性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
比較例3
比較例1と同じ装置を用い、C−4080を67.01g、ジエチルマロネートを7.92g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)及び触媒としてソジウムメトキサイド0.07gを仕込み、徐々に昇温し、80℃で4.5時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で1.98%、粘度は3,700mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.44g、B成分のC−260を1.56g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験を行った。硬化性は25℃/2日で未硬化であり×、成形性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
比較例4
比較例1と同じ装置を用い、C−4080を70.47g、メチルエチルケトキシムを4.53g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)を仕込み、徐々に昇温し、80℃で4.5時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.08%、粘度は2,700mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.36g、B成分のC−260を1.64g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験を行った。硬化性は25℃/2日で未硬化であり×、成形性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
比較例5
比較例1と同じ装置を用い、C−4080を69.22g、ε−カプロラクタムを5.78g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)を仕込み、徐々に昇温し、80℃で4.5時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.04%、粘度は3,050mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.39g、B成分のC−260を1.61g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験を行った。硬化性は25℃/2日で未硬化であり×、成形性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
Figure 2020111717
本発明は常温又は適度に高められた温度で十分な成形時間を確保でき、かつ定量的に反応が進行し、優れた物理特性、耐水性、耐熱性等を持つ2液硬化型のポリウレタンウレア樹脂であり、各種ロール、オイルシール、ベルト、防振材、接着剤、防水材、床材等の広範な用途へ好適に使用できる。
本発明は芳香族系ポリイソシアネートをピラゾール系化合物でブロックしたブロックドポリイソシアネート化合物と脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミン化合物からなり、反応が常温から適度に高められた温度範囲で定量的に進行し、優れた物理特性を持つ2液常温硬化型ポリウレタンポリウレア樹脂前駆体組成物及び該前駆体組成物を硬化反応させたポリウレタンウレア樹脂及びその製造法に関するものである。
2液硬化型芳香族系ポリウレタンウレア樹脂は優れた物理特性を持ち、TDI系のプレポリマーと4,4‘−メチレンビス(2−クロロアニリン)(MOCA)からなる芳香族系ポリウレタンウレア樹脂が実用化され、現在も広範な用途で使用されている。
MOCAの毒性は古くから問題であり代替品の開発が行われてきたが、物性、反応性及び相溶性等の面から代替となり得る化合物が見いだされていない。また、近年、特にイソシアネート末端プレポリマーに含まれる揮発性のTDIモノマー(特定化学物質)の毒性も問題となっており、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)系のセミプレポリマーとポリオールからなる処方等が検討されているが、MOCA硬化法に比べて性能的に劣ると共に、高温高湿下では発泡しやすい欠点がある。
イソシアネート基の反応性を抑え、かつフリーのイソシアネートモノマーの揮発性を抑えたシステムとしてブロックドイソシアネート化合物が古くから研究され実用化されている。イソシアネートをフェノール系化合物、メチルエチルケトキシム、マロン酸ジエチル、ε−カプロラクタム、3,5−ジメチルピラゾール等でブロックしたブロックドイソシアネート化合物と通常は水酸基含有のポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等とからなり、常温で安定な1液システムで高温加熱によりブロック剤を解離させて硬化させる。溶液塗料、粉体塗料や水性塗料等の広範な塗料用途で使用されている(非特許文献1、非特許文献2)。
芳香族系イソシアネート末端プレポリマーのフェノール化合物によるブロックドイソシアネート及びエポキシ樹脂が何れも常温で脂肪族系/又は脂環族系ポリアミンと反応することを利用し、3成分からなる柔軟性の改良されたエポキシ樹脂組成物が開示されている(特許文献1)。また、特許文献1の芳香族系イソシアネート末端プレポリマーのフェノール化合物によるブロックドイソシアネートが高粘度であり、高分子量のポリオキシプロピレンポリオールとトリレンジイソシアネート(TDI)から成るイソシアネート末端プレポリマーを混合ブロック剤(フェノール化合物:50〜97モル%、ピラゾール系化合物:3〜50モル%、その他のブロック剤:0〜10モル%)と反応させた低粘度の柔軟性付与化合物が開示されている(特許文献2)。
特許文献1及び特許文献2の芳香族系ブロックドイソシアネート化合物は共にエポキシ樹脂の柔軟性付与剤向けに開発されたもので、芳香族系ブロックドイソシアネートと脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミンの2成分による硬化物は低強度であり、現行の2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂に比較し非常に劣るものであった。
GB1399257 USP5510432
2015年版機能性ポリウレタン最新技術:(株)シーエムシー刊、17〜19(2015) ブロック型ポリウレタン樹脂塗料の最近の技術展開,熱硬化性樹脂,Vol.13,No.2,47〜60(1992)
本発明の目的は常温又は適度に高められた温度で十分な成形時間を確保でき、かつ定量的に反応が進行して優れた物理物性を持つ2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂及びその製造法を提供することである。
また、本発明のもう一つの目的は毒性の高いMOCAを使用せず、かつイソシアネートに起因する毒性を軽減した人体や環境に優しいハイソリッド型の2液硬化型のポリウレタンウレア樹脂及びその製法を提供することである。
上記目的を達成するため、芳香族系ブロックドイソシアネートとポリアミン化合物の反応におけるポリイソシアネート、毒性や環境ホルモンの懸念されるフェノール系化合物を除くブロック剤及びポリアミンの各構造について種々検討した。その結果、特定の芳香族系ブロックドイソシアネート化合物が脂肪族系及び/又は脂環族系のポリアミンと常温で定量的に反応し優れた物理特性を持つポリウレタンウレア樹脂を生成すること、並びに反応性が穏やかで高温、例えば80〜100℃でも成形可能であることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち本発明は、以下の[1]〜[5]に示されるものである。
[1]芳香族系ポリイソシアネートをピラゾール系化合物でブロックしたブロックドポリイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系1級のポリアミン化合物(B成分)からなり、常温で反応可能であることを特徴とする2液常温硬化型ポリウレタンウレア樹脂前駆体組成物。
[2]A成分が芳香族系ポリイソシアネートの70モル%以上のイソシアネート基をピラゾール系化合物でブロックしたものである[1]に記載の2液常温硬化型ポリウレタンウレア樹脂前駆体組成物。
[3]芳香族系ポリイソシアネートがポリオキシアルキレンポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールから選ばれたポリオールとトリレンジイソシアネート(TDI)とからなるイソシアネート末端プレポリマーである[1]又は[2]に記載の2液常温硬化型ポリウレタンウレア樹脂前駆体組成物。
[4][1]〜[3]のいずれか一項に記載の2液常温硬化型ポリウレタンウレア樹脂前駆体組成物を硬化反応させることを特徴とするポリウレタンウレア樹脂の製造法。
[5][1]〜[3]のいずれか一項に記載の2液常温硬化型ポリウレタンウレア樹脂前駆体組成物を硬化反応させたポリウレタンウレア樹脂。
本発明は第1に芳香族系ブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミン(B成分)とからなり、反応が常温から適度に高められた温度範囲で定量的に進行し、優れた物理特性を持つポリウレタンウレア樹脂を生成する。
第2に本発明の芳香族系ポリイソシアネートのブロックドイソシアネート化合物は吸入により特に危険な揮発性のイソシアネートモノマーはもとよりイソシアネート基含有化合物を含まず、かつ硬化を常温もしくは適度に高められた温度で実施できるため、ブロックドイソシアネート化合物が解離し、イソシアネート化合物を再生・飛散する可能性の低い人体に非常に優しいシステムである。
第3に本発明のブロックドイソシアネート化合物は脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミンと選択的に反応するため、通常のイソシアネートによる硬化法に比べて高温高湿度下でも発泡の少ない硬化システムである。
本発明の芳香族系ポリウレタンウレア樹脂は芳香族系ポリイソシアネート、ピラゾール系ブロック化合物、脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミンとから構成されている。
芳香族系ポリイソシアネートとしては芳香族系ジイソシアネートモノマー、芳香族系ジイソシアネートモノマーとポリオールを反応して得られるイソシアネート末端プレポリマー及び芳香族系ジイソシアネートモノマーの変成体(アロファネート変性体、ウレア変性体、カルボジイミド変性体、ビュレット変性体、ウレトジオン変性体、及びイソシアヌレート変性体等)が挙げられる。
芳香族系ポリイソシアネートモノマーとしては、例えば、トリレンジイソシアネート(2,4−又は2,6−トリレンジイソシアネートもしくはその混合物)(TDI)、フェニレンジイソシアネート(m−、p−フェニレンジイソシアネートもしくはその混合物)、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ジフェニルメタンジイソシネート(4,4’−、2,4’−又は2,2’−ジフェニルメタンジイソシネートもしくはその混合物)(MDI)、4,4’−トルイジンジイソシアネート(TODI)、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート等が挙げられる。特に好ましい芳香族系ジイソシアネートモノマーはトリレンジイソシアネートである。
本発明の芳香族系イソシアネート末端プレポリマーは芳香族系ポリイソシアネートモノマーと後記の高分子量ポリオールから選ばれた1種以上を主成分とし、必要により低分子量ポリオールを併用して製造される。
芳香族系イソシアネート末端プレポリマーの製造は公知の方法で前記芳香族系イソシアネートモノマーと後記のポリオールの1種以上を窒素ガス雰囲気下で、必要により溶剤やジオクチルチンジラウレート等の触媒の存在下、60〜100℃で行う。反応におけるイソシアネート基/水酸基当量比は通常1.5〜2.5/1.0で行う。イソシアネート基/水酸基当量比は通常イソシアネートモノマーを低減させるため、好ましくは2.0以下で行うが、本発明では次工程でイソシアネートモノマーを含めピラゾール系化合物と反応し、揮発しにくくするため、イソシアネート末端プレポリマーの性状、硬化物の物性に応じ、イソシアネート基/水酸基当量比を2.0以上に設定することができる。
低分子量ポリオールとして、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400未満の化合物であって、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、アルカン(7〜22)ジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、アルカン−1,2−ジオール(C17〜20)、1,3−または1,4−シクロヘキサンジメタノールおよびそれらの混合物、1,4−シクロヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、1,4−ジヒドロキシ−2−ブテン、2,6−ジメチル−1−オクテン−、3,8−ジオール等の2価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン等の3価アルコール等が挙げられる。
また、これらを開始剤としてエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加させて得られる、数平均分子量400未満のポリアルキレンオキサイド(2種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体を含む。)も、低分子量ポリオールに含まれる。
高分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400以上の化合物であって、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリウレタンポリオール、エポキシポリオール、植物油ポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール等が挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、ポリオキシアルキレン系ポリオール、ポリオキシテトラメチレン系グリコール等が挙げられる。
ポリオキシアルキレン系ポリオールは、前記低分子量ポリオールを開始剤とする、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドの付加重合物であり、具体的には数平均分子量400〜5,000、更に好ましくは、400〜3,000であるポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンプロピレングリコール(ランダムまたはブロック共重合体)等が挙げられる。
ポリオキシテトラメチレン系グリコール(PTMG)類としては、カチオン開環重合によるテトラヒドロフランのホモ重合ジオールである数平均分子量400〜5000のポリオキシテトラメチレングリコール、数平均分子量500〜3000のテトラヒドロフランと3−アルキルテトラヒドロフランのカチオン開環共重合やテトラヒドロフランと2価アルコールをヘテロポリ酸等の触媒下で共重合した常温液状の非晶性ポリオキシテトラメチレン系共重合グリコール類が挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、前記した低分子量ポリオールと多塩基酸とを、公知の条件下、反応させて得られる重縮合物が挙げられる。
多塩基酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、1,1−ジメチル−1,3−ジカルボキシプロパン、3−メチル−3−エチルグルタール酸、アゼライン酸、セバチン酸、その他の脂肪族ジカルボン酸(炭素数11〜13)、スベリン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、オクタデカン二酸、ノナデカン二酸、エイコサン二酸、メチルヘキサン二酸、シトラコン酸、水添ダイマー酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ダイマー酸、ヘット酸等のカルボン酸、および、それらカルボン酸から誘導される酸無水物、酸ハライド、リシノレイン酸、12−ヒドロキシステアリン酸等が挙げられる。
低分子量ポリオールと多塩基酸との重縮合物として、具体的には、ポリ(エチレンブチレンアジペート)ポリオール、ポリ(エチレンアジペート)ポリオール、ポリ(エチレンプロピレンアジペート)ポリオール、ポリ(プロピレンアジペート)ポリオール、ポリ(ブチレンヘキサンアジペート)ポリオール、ポリ(ブチレンアジペート)ポリオール、ポリ(ヘキサンアジペート)ポリオール、ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンアジペート)ポリオール、ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンアゼレート)ポリオール、ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンイソフタレート)ポリオール、等が挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオールを開始剤として、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類を開環重合して得られる、ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオール、さらには、それらに上記した2価アルコールを共重合したラクトン系ポリオール等が挙げられる。なお、ポリエステルポリオールの数平均分子量は、好ましくは、500〜4000、更に好ましくは、800〜3000である。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオールや1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール等の2価アルコールと、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートやジフェニルカーボネート等の炭酸エステルとの縮合反応により得られるポリカーボネートジオール等が挙げられる。ポリカーボネートポリオールの数平均分子量は、好ましくは、500〜3000、更に好ましくは、800〜2000である。
好ましい高分子量ポリオールは物理特性の優れたポリオキシテトラメチレン系グリコール、グリコールを共重合したアジピン酸系ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールである。特に好ましいポリオールは常温で液状の非晶性ポリオキシテトラメチレン系共重合グリコール、ポリエステル系ポリオール及びポリカーボネート系ポリオールである。
本発明のブロック剤であるピラゾール系化合物として、ピラゾール、3−メチルピラゾール、4−メチルピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3,5−ジ−ターシャリーブチルピラゾール等が挙げられる。好ましいピラゾール系化合物はピラゾール及び3,5−ジメチルピラゾールである。3,5−ジメチルピラゾールによるブロックドイソシアネートはピラゾールによるブロックドイソシアネートに比べて脂肪族及び/又は脂環族ポリアミンに対する反応性がやや高い。
本発明の芳香族系ポリイソシアネートのピラゾール系ブロックドイソシアネート化合物は前記芳香族系ポリイソシアネートに粉末状のピラゾール系化合物を添加し、窒素ガス雰囲気下、発熱に注意しながら徐々に昇温し60〜90℃で反応して製造される。ピラゾール系化合物を予め溶剤に溶解して添加・反応してもよい。反応の進行は赤外吸収スペクトルのイソシアネート基(2270cm−1付近)の吸収強度により確認し、消失した時終点とする。反応はブロックドイソシアネート化合物の粘度や目的に応じて溶剤や可塑剤を添加して実施してもよい。
芳香族系ポリイソシアネートとピラゾール系化合物の反応におけるピラゾール基/イソシアネート基当量比は0.70〜1.20であり、好ましくは0.90〜1.05である。0.70以下では硬化時に残存するイソシアネート基がポリアミンと瞬時に反応し、不均一化しやすく好ましくない。また、ピラゾール系化合物はイソシアネート基に対し高反応性で定量的にブロックできるため、1.20以上は必要ない。
本発明のブロックドイソシアネート化合物と反応するポリアミン化合物は脂肪族系及び/又は脂環族系の1級ポリアミンである。
脂肪族系1級ポリアミンとしては、1,2−ジアミノエタン(エチレンジアミン)、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン(1,4−テトラメチレンジアミン)、1,5−ジアミノペンタン(1,5−ペンタメチレンジアミン)、2−メチル−1,5−ペンタンジアミン、1,6−ジアミノヘキサン(1,6−ヘキサメチレンジアミン)、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,12−ジアミノドデカン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、1,2,3−トリアミノプロパン、トリアミノヘキサン、トリアミノノナン、トリアミノドデカン、1,8−ジアミノ−4−アミノメチルオクタン、1,3,6−トリアミノヘキサン、1,6,11−トリアミノウンデカン、3−アミノメチル−1,6−ジアミノヘキサン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、等が挙げられる。
脂肪族系1級ポリアミンの他の例としてポリエーテルポリアミンが挙げられる。具体的にはポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリ(オキシテトラメチレン)等である。
脂環族系1級ポリアミンとしては、ジアミノシクロブタン、イソホロンジアミン(3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン)、1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、メチル−2,4−シクロヘキサンジアミン、メチル−2,6−シクロヘキサンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン)、2,5−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘプタン、2,6−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘプタン、トリアミノシクロヘキサン等が挙げられる。
本発明の好ましいポリアミン化合物は脂環族系1級ジアミンであり、具体例として4,4’−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン)、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)が挙げられる。
脂環族系1級ポリアミンにソフトセグメントして脂肪族のポリエーテルポリアミンを併用することにより、柔軟性に富んだ高伸長・高強度のポリウレタンウレア樹脂を製造することができる。
本発明の脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミンに脂肪族系及び/又は脂環族系2級ポリアミン、脂肪族系のアミノアルコール化合物及び/又はアミノシラン化合物をブロックされたイソシアネート基に対し、10当量%以下で使用することができる。
具体的化合物としてはビス(4−sec−ブチルアミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4−sec−ブチルアミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、N,N‘−ジイソプロピルイソホロンジアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
本発明の芳香族系ポリウレタンウレア樹脂は芳香族系ポリイソシアネートのピラゾール系ブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミン(B成分)をブロックされたイソシアネート基に対するポリアミンの当量比(NH2/ブロックされたイソシアネート)を0.80〜1.20、好ましくは0.90〜1.10となる割合で混合し、常温から適度に高められた温度で硬化させて得られる。
ブロックされたイソシアネート基に対するポリアミンの当量比が0.80以下では強度低下し、1.20以上では強度低下とともに着色や加水分解が引き起こされ易くなるため好ましくない。
前記のA成分とB成分の反応におけるブロックドイソシアネート化合物とポリアミン化合物の合計重量に対するブロックされたイソシアネート基濃度は40〜150ミリグラム当量/100g、好ましくは50〜130ミリグラム当量/100gである。40ミリグラム当量以下ではブロックドイソシアネート化合物及び/又はポリアミン化合物が高粘度になり多量の溶剤で希釈する必要があり、好ましくない。また、150ミリグラム当量以上ではブロック剤量が増大し、ポリウレタンウレア樹脂が本来持つ弾性や強靱性に欠けるため好ましくない。なお、ブロックされたイソシアネート基の濃度はポリイソシアネート成分、ブロック剤及びポリアミンの合計量に対するものとし、溶剤や可塑剤等の添加剤は含めないものとする。
本発明のブロックドイソシアネートと脂肪族系及び/又は脂環族系の1級ポリアミンとの反応によりブロック剤であるピラゾール系化合物は遊離するが、ポリウレタンウレア樹脂との相溶性に優れ、優れた物理特性を持つポリウレタンウレア樹脂を生成する。
本発明の芳香族系ブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミン化合物(B成分)の反応は穏やかで高温、例えば80〜100℃で脱型できるまで硬化し、脱型後に常温で養生することで成型サイクルを速めることができる。また、常温で硬化後に加熱養生してもよい。
本発明の成形は2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂で通常使用される成形機(混合機)を使用して実施することができる。本発明のブロックされたイソシアネート基は選択的にポリアミン化合物と反応するため発泡は抑制される。
反応射出成形装置による成形等ではA成分及びB成分を予め減圧下で吸引や遠心分離により溶存空気を脱気することにより、硬化物の泡をより低減することができる。
本発明の芳香族系ブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミン化合物(B成分)の常温以下の温度での硬化においては、有機3級アミンや有機金属化合物等ポリウレタン樹脂で公知の触媒を使用することができる。特に有効な触媒として塩基性度の高いDBU(ジアザビシクロウンデセン)等が挙げられる。
本発明のポリウレタンウレア樹脂において、ポリウレタン樹脂分野において公知の溶剤を使用することができる。例えば酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、イソプロピレンジエチルエーテル、ジイソピレングリコールジメチルエーテル等のグライム類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエステル類、イソパラフィン系やテルペン系の炭化水素類、等が挙げられる。これらの溶剤は、単独、又は2種以上を組合せて用いることができる。
本発明で溶剤の使用量に特に制限はないが、ブロックドイソシアネート化合物(A成分)の粘度低下のためA成分とB成分の合計重量に対し、好ましくは0〜40%の溶剤を添加して実施する。用途により40%以上の溶剤を添加して実施しても硬化及び性能は特に問題ない。
本発明のポリウレタン樹脂分野において公知の可塑剤を使用することができる。フタル酸ジブチル、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ブチルベンジル等のフタル酸エステル類、トリメリット酸トリス−2−エチルヘキシル、トリメリット酸トリスイソノニル等のトリメリット酸エステル類、アジピン酸ジ−2−エチルヘキシル、アジピン酸ジイソノニル、アゼライン酸ジ−2−エチルヘキシル、アゼライン酸ジイソノニル、セバシン酸ジ−2−エチルヘキシル等の脂肪族二塩基酸エステル類、リン酸トリ−2−エチルヘキシル、リン酸トリクレジル等のリン酸エステル類、多官能ポリエーテルの末端エステル化物、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルの酢酸エステル化物等が挙げられる。
本発明のポリウレタンウレア樹脂に当該分野で公知の顔料や染料等の着色剤、消泡剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、加水分解安定剤、炭酸カルシウムやタルク等の無機充填材、湿潤分散剤、沈降防止剤等を添加することができる。
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例に記載の%、部はそれぞれ重量%、重量部を示す。
実施例及び比較例において用いた各成分及び評価方法を以下に示す。なお、入手した各成分は精製や蒸留を行わずそのまま使用した。
<ジイソシアネートモノマー>
T−100:2,4−TDI、M.W.174.2[東ソー(株)製コロネートT−100]
T−80:2,4−TDI/2,6−TDI=80/20[東ソー(株)製コロネートT−80]
<ジイソシアネートプレポリマー>
C−4080:NCO含有率2.8〜3.1%のPTMG/TDI系イソシアネート末端プレポリマー[東ソー(株)製コロネート4080]
C−4095:NCO含有率5.9〜6.7%のPTMG/TDI系イソシアネート末端プレポリマー[東ソー(株)製コロネート4095]
<ポリオール>
P−1010:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール)アジペートジオール、数平均分子量1,000[(株)クラレ製のクラレポリオールP−1010]
P−2010:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール)アジペートジオール、数平均分子量2,000[(株)クラレ製のクラレポリオールP−2010:]
P−3010:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール)アジペートジオール、数平均分子量3,000[(株)クラレ製のクラレポリオールP−3010]
C−1090:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=90/10)共重合カーボネートジオール、数平均分子量1,000[(株)クラレ製のクラレポリオールC−1090]
C−2090:ポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール=90/10)共重合カーボネートジオール、数平均分子量2,000[(株)クラレ製のクラレポリオールC−2090]
PTG−L1000:テトラヒドロフラン/3−メチルテトラヒドロフランからなる共重合ポリエーテルジオール、数平均分子量が1,000[保土谷化学工業(株)製のPTG−L1000]
PTG−L2000:テトラヒドロフラン/3−メチルテトラヒドロフランからなる共重合ポリエーテルジオール、数平均分子量が2,000[保土谷化学工業(株)製のPTG−L2000]
PTG−L3000:テトラヒドロフラン/3−メチルテトラヒドロフランからなる共重合ポリエーテルジオール、数平均分子量が3,000[保土谷化学工業(株)製のPTG−L3000]
PPG−D1000:ポリオキシプロピレングリコール、数平均分子量が1,000[三井化学(株)製のアクトコールDiol1000]
PPG−D2000:ポリオキシプロピレングリコール、数平均分子量が2,000[三井化学(株)製のアクトコールDiol2000]
1,4−BD:1,4−ブタンジオール、M.W.90.1[東京化成工業(株)製]
<ブロック剤>
ピラゾール:M.W.68.1[東京化成工業(株)製]
3,5−ジメチルピラゾール:M.W.96.1[(株)日本ファインケム製]
イミダゾール:M.W.68.1[四国化成工業(株)製]
トリアゾール:M.W.69.1[東京化成工業(株)製]
マロン酸ジエチル:M.W.160.2[東京化成工業(株)製]
メチルエチルケトキシム:M.W.87.1[東京化成工業(株)製]
ε−カプロラクタム:M.W.113.2[東京化成工業(株)製]
<脂肪族系及び脂環族系ポリアミン>
アミキュアPACM:4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、M.W.210.4[エアープロダクツジャパン(株)製のアミキュアPACM]
ラロミンC−260:4,4‘−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン):M.W.238.4[BASF社製のラロミンC−260]
ポリエーテルジアミンD−400:数平均分子量が400[三井化学ファイン(株)製のポリエーテルアミンD400]
ポリエーテルトリアミンT−403:数平均分子量が400[三井化学ファイン(株)製のポリエーテルアミンT403]
<可塑剤>
SK−500:ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルの酢酸エステル[三洋化成工業(株)製のサンフレックスSK−500]
<溶剤>
ジグライム:ジエチレングリコールジメチルエーテル[東京化成工業(株)製]
アイソパーH:イソパラフィン系炭化水素[エクソンモービル]
〈イソシアネート含有率の測定〉
プレポリマー合成時のイソシアネート含有率の測定はJISK7301のジノルマルブチルアミンの塩酸逆滴定法に準じて行った。
〈イソシアネート基のIR分析〉
ポリイソシアネート化合物とブロック剤の反応終点は日本分光(株)製のフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)(商品名:FT/IR−300)により、2270cm−1付近のNCO吸収が消失した点とした。
〈粘度の測定〉
芝浦システム株式会社製のビスメトロン粘度計(型式VDA2型)を用いて25℃で測定した。
〈A成分とB成分の混合〉
調製したA成分とB成分を、所定の混合比でPP製100mlのディスポ容器に秤量し、株式会社シンキー製の自転/公転ミキサー「あわとり練太郎AR−100」(装置仕様:自転800rpm、公転2000rpm)を用いて、25℃で攪拌モード30秒、脱泡モード30秒で混合した。
〈フィルム作製〉
25℃のA成分とB成分を前記混合条件で混合し、PP板上にアプリケーター方式で約400ミクロン厚に流延し、25℃で硬化しフィルムを作製した。フィルムは25℃で2日後にPP板から剥離し、25℃で10日後に引張試験に供した。なお、80℃硬化の場合は実施例毎に条件を記載する。
〈25℃流動性試験〉
25℃のA成分とB成分を所定の混合比で15gとなるようPP製100mlのディスポ容器に秤量し、前記「あわとり練太郎AR−100」の混合条件で混合した。混合開始からディスポ容器を逆さにし、液の壁面の流動距離が10cm/10秒以下になる迄の25℃での時間(分)を25℃流動時間とした。
〈25℃成形性〉
25℃での流動時間が5分以上の場合:○、5分以下の場合:×とした。
〈25℃硬化性試験〉
前記条件で作製したフィルムの25℃、1日後の状態(表面タックや脱型できるかどうか)で硬化性を判定した。フィルムがタックなく脱型できた場合:◎、ややタックはあるが脱型できた場合:○、硬化が不十分で脱型できない場合:×とした。
〈引張試験〉
前記方法で作製し25℃で10日間養生した400ミクロン厚のフィルムからJIS−K−6251の3号ダンベルを打ち抜き、引張試験機(株式会社東洋精機製作所のストログラフVE10D型)を用い、標線間20mm、引張速度500mm/分の条件で測定した。
〈引裂試験〉
前記方法で作製し25℃で10日間養生した400ミクロン厚のフィルムからJIS−K−6252のアングル形ダンベルを打ち抜き、引張速度500mm/分の条件で測定した。
実施例1
撹拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管を取り付けた4ツ口フラスコの内部を窒素雰囲気にし、C−4080(NCO含有率:2.95%)を71.41g、粉末状のピラゾールを3.59g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収は消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み30分間攪拌し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.11%、粘度は2,400mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を28.30g、B成分のラロミンC−260を1.70g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:420%、100%モジュラス:7N/mm2、引張強度:37N/mm2、引裂強度:81N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
実施例2
実施例1と同様な操作によりC−4080(NCO含有率:2.95%)を70.04g、粉末状の3,5−ジメチルピラゾールを4.96g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収は消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み30分間攪拌し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.07%、粘度は2,000mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を28.37g、B成分のラロミンC−260を1.63g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:450%、100%モジュラス:7N/mm2、引張強度:47N/mm2、引裂強度:80N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
実施例3
実施例1と同様な操作によりC−4095(NCO含有率:6.38%)を72.16g、粉末状のピラゾールを7.84g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収は消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み30分間攪拌し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で4.60%、粘度は1,800mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を26.60g、B成分のラロミンC−260を3.40g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:300%、100%モジュラス:20N/mm2、引張強度:65N/mm2、引裂強度:121N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
実施例4
実施例1と同様な操作によりC−4095(NCO含有率:6.38%)を65.03g、粉末状のピラゾールを9.97g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収は消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み30分間攪拌し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で4.15%、粘度は950mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を26.90g、B成分のラロミンC−260を3.10g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:320%、100%モジュラス:14N/mm2、引張強度:63N/mm2、引裂強度:91N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
表1に示す実施例1〜4はイソシアネート含有率の異なる2種類の芳香族系イソシアネート末端プレポリマーのピラゾール及び3,5−ジメチルピラゾールによるブロックドイソシアネート化合物と脂環族ジアミンであるラロミンC−260との反応例であり、何れも25℃における成形性(流動性)及び硬化性は良好であり、高強度のポリウレタンウレア樹脂が得られた。なお、3,5−ジメチルピラゾールによるブロックドイソシアネートはピラゾールよるブロックドイソシアネートに比べてやや反応性が高い傾向である。
実施例5〜9(ブロックされたイソシアネート/アミン当量比の検討)
実施例1のブロックドイソシアネート化合物を用い、実施例1と同様な操作によりブロックされたイソシアネート基当量に対するラロミンC−260のアミン当量比を0.80〜1.20と変化させその影響を検討した。処方及び前記方法で行った25℃成形性(流動性)試験、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張及び引裂試験の結果を表1に示す。
Figure 2020111717
表1の実施例5〜9の引張物性の結果より、ブロックされたイソシアネート基に対するC−260のアミンの当量比が1.00を中心に0.90〜1.10の範囲で良好であり、0.80及び1.20では伸びが増大傾向にある。
本発明のブロックドイソシアネート化合物とポリアミンの反応は定量的に進行していると考えられ、脂肪族系アミンが過剰にならないように以降の実施例ではブロックされたイソシアネート基に対するアミンの当量比を0.98で実施した。
実施例10
撹拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管を取り付けた4ツ口フラスコの内部を窒素雰囲気にし、室温でクラレポリオールP−1010を54.33g、T−100を19.51g及びジグライムを18.46g仕込み徐々に昇温し、75℃で3時間反応した。NCO含有率は理論イソシアネート含有率に到達しており、反応液を40℃まで冷却した。得られたプレポリマーのNCO含率は4.89%であった。次に粉末状のピラゾールを7.70g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応し、IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で4.51%、粘度は2,800mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に25℃のA成分を26.66g、B成分のC−260を3.34(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張試験を行った。25℃成形性(流動時間65分)及び25℃/1日後の硬化性、25℃/10日後のフィルムの引張及び引裂物性は良好であった。破断時の伸び率:340%、100%モジュラス:18N/mm2、引張強度:58N/mm2、引裂強度:115N/mmであった。処方及び試験結果を表1に示す。
実施例11〜16(ポリエステルポリオールの分子量、ブロック剤化合物及びポリアミン化合物の検討)
実施例15〜19にポリ(3−メチル−1,5−ペンタンジオール)アジペートジオールとT−100からなるプレポリマーを用い、ポリオールの分子量、ブロック剤及び脂肪族系及び脂環族系ポリアミンを変えた処方に付き検討した。処方及び前記方法で行った25℃成形性(流動性)試験、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張及び引裂試験の結果を表2に示す。
実施例17〜20(ポリカーボネートポリオール系でのイソシアネートモノマー、ブロック剤、ポリアミン化合物の検討)
実施例21〜24に(3−メチル−1,5−ペンタンジオール/1,6−ヘキサンジオール)共重合カーボネートジオールとT−100からなるプレポリマーを用い、ポリオールの分子量、ブロック剤、脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミンを変えた処方に付き検討した。処方及び前記方法で行った25℃成形性(流動性)試験、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張及び引裂試験の結果を表2に示す。
Figure 2020111717
実施例21〜27(ポリオキシアルキレンポリオール系の種類及び分子量、ブロック剤化合物、ポリアミン化合物の検討)
実施例22〜28にポリオキシアルキレンポリオールとTDIからなるプレポリマーを用い、ポリオールの種類と分子量、TDI異性体(T−100、T−80)、ブロック剤、脂肪族系及び/又は脂環族系ポリアミンを変えた処方に付き検討した。処方及び前記方法で行った25℃成形性(流動性)試験、25℃硬化性試験及び25℃/10日後の引張及び引裂試験の結果を表3に示す。
Figure 2020111717
本発明の基本となるポリイソシアネート(イソシアネートモノマー、ポリオール)、ブロック剤及びポリアミン成分の25℃成形性(流動時間)、25℃硬化性及び引張及び引裂物性に及ぼす影響は次の通りである。
〈硬化性〉
ブロック剤:
3,5−ジメチルピラゾールによるブロックドイソシアネート化合物はピラゾール によるブロックドイソシアネート比べて硬化がやや速い。
ポリアミン成分:
ラロミンC−260がアミキュアPACMに比べて硬化性に優れている。
ラロミンC−260にポリエーテル系ポリアミンを併用すると硬化が遅くなる。
〈引張及び引裂物性〉
ポリオール:
ポリカーボネート系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリオキシテトラメ チレン系グリコールが良好な物性
ブロックドイソシアネート含有率:
ブロックドイソシアネート含有率(ポリオール分子量)を変化させることにより、 柔軟から硬質なポリウレタンウレア樹脂を製造することができる
ポリアミン:
ラロミンC−260が高強度であり、アミキュアPACMはラロミンC−260に 比べて柔軟で伸びが大きい
脂環族ポリアミンにポリエーテル系ポリアミンを併用することにより柔軟化できる
実施例28〜32に無溶剤・無可塑剤処方系、実施例33〜34に無溶剤・可塑剤添加系の80℃硬化の例を示す。
実施例28
実施例10と同様な操作により、PTG−L1000を66.28g、T−100を24.00g仕込み徐々に昇温し、75℃で2.5時間反応した。NCO含有率は理論イソシアネート含有率に到達しており、反応液を40℃まで冷却した。得られたプレポリマーのNCO含率は6.32%であった。次に粉末状のピラゾールを9.72g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応し、IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で5.71%、粘度は1,800mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した25.89gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を4.11g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:270%、100%モジュラス:19N/mm2、引張強度:42N/mm2、引裂強度:105N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例29
実施例28においてA成分を25.01g、B成分として2.78gのC−260と2.21gのポリエーテルジアミンD−400からなる混合物を用いる以外は同様な操作により80℃でフィルムを作製し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:410%、100%モジュラス:8N/mm2、引張強度:54N/mm2、引裂強度:87N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例30
実施例10と同様な操作により、PPG−D1000を67.37g、T−80を23.43g仕込み徐々に昇温し、85℃で4.5時間反応した。NCO含有率は理論イソシアネート含有率に到達しており、反応液を40℃まで冷却した。得られたプレポリマーのNCO含率は5.95%であった。次に粉末状のピラゾールを9.20g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応し、IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で5.40%、粘度は1,400mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した25.94gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分(2.78gC−260と2.21gのジェファーミンT−403からなる混合物)(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熟したPP板状にアプリケーター方式で流延し、約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:410%、100%モジュラス:9N/mm2、引張強度:33N/mm2、引裂強度:68N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例31
実施例1と同様な操作によりC−4080を95.22g、粉末状のピラゾールを4.78g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.81%、粘度は4,800mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した27.83gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を2.17g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:430%、100%モジュラス:6N/mm2、引張強度:32N/mm2、引裂強度:77N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例32
実施例31においてC−4080の代わりにC−4095を90.20g、粉末状のピラゾールを9.80g仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認し、A成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で5.75%、粘度は2,400mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した25.86gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を4.14g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:300%、100%モジュラス:16N/mm2、引張強度:52N/mm2、引裂強度:115N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例33
実施例31と同様な操作によりC−4080を85.70g、粉末状のピラゾールを4.30g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認した後、可塑剤SK−500を10.00g添加しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.53%、粘度は3,000mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した28.03gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を1.97g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:510%、100%モジュラス:5N/mm2、引張強度:40N/mm2、引裂強度:66N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例34
実施例31と同様な操作によりC−4080を76.17g、粉末状のピラゾールを3.83g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)仕込み、発熱に注意しながら徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルでイソシアネート基の吸収2270cm−1の消滅を確認した後、可塑剤SK−500を20.00g添加しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.25%、粘度は1,850mPa・s/80℃であった。
PP製100mlのディスポ容器に80℃に加温した28.24gのA成分を仕込んでおき、80℃に加温したB成分のC−260を1.76g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、80℃に加熱したPP板状にアプリケーター方式で流延し約400ミクロン厚のフィルムを作製した。成形性は良好であった。80℃で30分キュアー後に脱型、25℃で7日養生し引張及び引裂試験を行った。その結果、伸び率:530%、100%モジュラス:5N/mm2、引張強度:37N/mm2、引裂強度:57N/mmであった。処方及び試験結果を表4に示す。
実施例32〜36より本発明は反応が穏やかに進行するため、無溶剤処方での80℃高温成形が可能で高強度ポリウレタンウレア樹脂が得られた。また、可塑剤を使用すると低粘度化により成形性は向上し、かつ塗膜の柔軟化に有効であることが判明した。
Figure 2020111717
比較例1
撹拌器、温度計、還流冷却管、窒素吹き込み管を取り付けた4ツ口フラスコの内部を窒素雰囲気にし、C−4080を71.41g、イミダゾールを3.59g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)を仕込み、徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.11%、粘度は6,500mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.34g、B成分のC−260を1.66g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌したところ10秒以内でゲル化し、不均一な塊状物となった。成形性は×、硬化性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
比較例2
比較例1と同じ装置を用い、C−4080を71.36g、トリアゾールを3.64g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)を仕込み、徐々に昇温し、80℃で1時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.11%、粘度は3,000mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.34g、B成分のC−260を1.66g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌したところ10秒以内でゲル化し、不均一な塊状物となった。成形性は×、硬化性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
比較例3
比較例1と同じ装置を用い、C−4080を67.01g、ジエチルマロネートを7.92g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)及び触媒としてソジウムメトキサイド0.07gを仕込み、徐々に昇温し、80℃で4.5時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で1.98%、粘度は3,700mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.44g、B成分のC−260を1.56g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験を行った。硬化性は25℃/2日で未硬化であり×、成形性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
比較例4
比較例1と同じ装置を用い、C−4080を70.47g、メチルエチルケトキシムを4.53g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)を仕込み、徐々に昇温し、80℃で4.5時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.08%、粘度は2,700mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.36g、B成分のC−260を1.64g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験を行った。硬化性は25℃/2日で未硬化であり×、成形性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
比較例5
比較例1と同じ装置を用い、C−4080を69.22g、ε−カプロラクタムを5.78g(イソシアネート基に対し1.05倍当量)を仕込み、徐々に昇温し、80℃で4.5時間反応した。IRスペクトルより2270cm−1のイソシアネート基の吸収はほぼ消滅していた。次いで50℃に冷却後、ジグライムを25.00g仕込み、30分間攪拌しA成分とした。A成分のブロックされたイソシアネート基はイソシアネート換算で2.04%、粘度は3,050mPa・s/25℃であった。
PP製100mlのディスポ容器にA成分を28.39g、B成分のC−260を1.61g(NH2/ブロックされたイソシアネート=0.98当量比)を秤量し、「あわとり練太郎AR−100」による前記混合条件で攪拌・脱泡し、前記方法で25℃成形性(流動性)試験、フィルム作製、25℃硬化性試験を行った。硬化性は25℃/2日で未硬化であり×、成形性は○、引張試験はフィルムが作製できず測定できなかった。処方及び試験結果を表5に示す。
Figure 2020111717
本発明は常温又は適度に高められた温度で十分な成形時間を確保でき、かつ定量的に反応が進行し、優れた物理特性、耐水性、耐熱性等を持つ2液硬化型のポリウレタンウレア樹脂前駆体組成物及び該前駆体組成物を硬化反応させたポリウレタンウレア樹脂及びその製造法であり、ポリウレタンウレア樹脂を構成する成分を種々選択することにより、各種ロール、オイルシール、ベルト、防振材、接着剤、防水材、床材等の広範な用途へ好適に使用できる。
本発明は芳香族系ポリイソシアネートをピラゾール系化合物でブロックしたブロックドポリイソシアネート化合物と脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミン化合物からなり、反応が常温から適度に高められた温度範囲で定量的に進行し、優れた物理特性を持つ2液常温硬化型樹脂組成物及び該組成物を硬化反応させた硬化樹脂の製造法に関するものである。
本発明の目的は常温又は適度に高められた温度で十分な成形時間を確保でき、かつ定量的に反応が進行して優れた物理物性を持つ2液常温硬化型樹脂組成物及びその製造法を提供することである。
また、本発明のもう一つの目的は毒性の高いMOCAを使用せず、かつイソシアネートに起因する毒性を軽減した人体や環境に優しいハイソリッド型の2液常温硬化型樹脂組成物及びその製造法を提供することである。
上記目的を達成するため、芳香族系ブロックドイソシアネートとポリアミン化合物の反応におけるポリイソシアネート、毒性や環境ホルモンの懸念されるフェノール系化合物を除くブロック剤及びポリアミンの各構造について種々検討した。その結果、特定の芳香族系ブロックドイソシアネート化合物が脂肪族系及び/又は脂環族系のポリアミンと常温で定量的に反応し優れた物理特性を持つ硬化型樹脂を生成すること、並びに反応性が穏やかで高温、例えば80〜100℃でも成形可能であることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち本発明は、以下の[1]〜[4]に示されるものである。
[1]芳香族系ポリイソシアネートをピラゾール系化合物でブロックしたブロックドポリイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系1級のポリアミン化合物(B成分)からなり、常温で反応可能であることを特徴とする2液常温硬化型樹脂組成物
[2]A成分が芳香族系ポリイソシアネートの70モル%以上のイソシアネート基をピラゾール系化合物でブロックしたものである[1]に記載の2液常温硬化型樹脂組成物
[3]芳香族系ポリイソシアネートがポリオキシアルキレンポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールから選ばれたポリオールとトリレンジイソシアネート(TDI)とからなるイソシアネート末端プレポリマーである[1]又は[2]に記載の2液常温硬化型樹脂組成物
[4][1]〜[3]のいずれか一項に記載の2液常温硬化型樹脂組成物を硬化反応させることを特徴とする硬化型樹脂の製造法。
本発明の2液常温硬化型樹脂は芳香族系ポリイソシアネート、ピラゾール系ブロック化合物、脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミンとから構成されている。
脂環族系1級ポリアミンにソフトセグメントして脂肪族のポリエーテルポリアミンを併用することにより、柔軟性に富んだ高伸長・高強度の樹脂を製造することができる。
本発明の2液常温硬化型樹脂は芳香族系ポリイソシアネートのピラゾール系ブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系1級ポリアミン(B成分)をブロックされたイソシアネート基に対するポリアミンの当量比(NH2/ブロックされたイソシアネート)を0.80〜1.20、好ましくは0.90〜1.10となる割合で混合し、常温から適度に高められた温度で硬化させて得られる。
前記のA成分とB成分の反応におけるブロックドイソシアネート化合物とポリアミン化合物の合計重量に対するブロックされたイソシアネート基濃度は40〜150ミリグラム当量/100g、好ましくは50〜130ミリグラム当量/100gである。40ミリグラム当量以下ではブロックドイソシアネート化合物及び/又はポリアミン化合物が高粘度になり多量の溶剤で希釈する必要があり、好ましくない。また、150ミリグラム当量以上ではブロック剤量が増大し、樹脂が本来持つ弾性や強靱性に欠けるため好ましくない。なお、ブロックされたイソシアネート基の濃度はポリイソシアネート成分、ブロック剤及びポリアミンの合計量に対するものとし、溶剤や可塑剤等の添加剤は含めないものとする。
本発明のブロックドイソシアネートと脂肪族系及び/又は脂環族系の1級ポリアミンとの反応によりブロック剤であるピラゾール系化合物は遊離するが、樹脂との相溶性に優れ、優れた物理特性を持つ樹脂を生成する。
本発明の2液常温硬化型樹脂で、ポリウレタン樹脂分野において公知の溶剤を使用することができる。例えば酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、イソプロピレンジエチルエーテル、ジイソピレングリコールジメチルエーテル等のグライム類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールエステル類、イソパラフィン系やテルペン系の炭化水素類、等が挙げられる。これらの溶剤は、単独、又は2種以上を組合せて用いることができる。
本発明の2液常温硬化型樹脂に当該分野で公知の顔料や染料等の着色剤、消泡剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、加水分解安定剤、炭酸カルシウムやタルク等の無機充填材、湿潤分散剤、沈降防止剤等を添加することができる。
【0109】
【産業上の利用可能性】
本発明は常温又は適度に高められた温度で十分な成形時間を確保でき、かつ定量的に反応が進行し、優れた物理特性、耐水性、耐熱性等を持つ2液硬化型樹脂組成物及び該組成物を硬化反応させる樹脂の製造法であり、樹脂を構成する成分を種々選択することにより、各種ロール、オイルシール、ベルト、防振材、接着剤、防水材、床材等の広範な用途へ好適に使用できる。

Claims (4)

  1. 芳香族系ポリイソシアネートをピラゾール系化合物でブロックしたブロックドイソシアネート化合物(A成分)と脂肪族系及び/又は脂環族系1級のポリアミン化合物(B成分)からなることを特徴とする2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂及びその製造法。
  2. A成分が芳香族系ポリイソシアネートの70モル%以上のイソシアネート基をピラゾール系化合物でブロックしたものである特許請求の範囲第1項に記載の2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂及びその製造法。
  3. 芳香族系ポリイソシアネートがポリオキシアルキレンポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオールから選ばれたポリオールとトリレンジイソシアネート(TDI)とからなるイソシアネート末端プレポリマーである特許請求の範囲第1項及び第2項に記載の2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂及びその製造法。
  4. 各種ロール、オイルシール、ベルト、防振材、接着剤、防水材、床材に用いられることを特徴とする請求項1〜3に記載の2液硬化型ポリウレタンウレア樹脂。
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