JP2022168829A - Polyurethane elastomer and production method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ポリウレタンエラストマー、及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to polyurethane elastomers and methods of making same.
ポリウレタンエラストマーは、人工皮革や合成皮革、塗料、コーティング剤、接着剤など幅広い用途において使用される。一般的に、ポリウレタンエラストマーは、ポリイソシアネートとポリオールの反応物からなり、ポリイソシアネートに由来するハードセグメントとポリオールに由来するソフトセグメントから構成されている。ポリウレタンエラストマー原料の一つであるポリオールは、分子鎖構造の違いにより、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などに分類され、要求性能に応じてポリオールが選択される。中でも、ポリカーボネートポリオールを原料とした、ポリカーボネート構造を有するポリウレタンエラストマーは、耐摩耗性に優れる。その上、ポリエーテル構造やポリエステル構造を有するポリウレタンエラストマーに比べて耐熱性や耐候性、耐加水分解性などにも優れることが知られている。一方、ポリカーボネート構造を有するポリウレタンエラストマーでは、ポリカーボネート構造間に強い分子間力が働き、ポリウレタンエラストマーの顕著な硬度上昇を引き起こす。このため、ポリカーボネート構造を有するポリウレタンエラストマーは、低硬度が要求されるような用途での使用に適用することは困難であった。 Polyurethane elastomers are used in a wide range of applications such as artificial leather, synthetic leather, paints, coating agents, and adhesives. Generally, a polyurethane elastomer is composed of a reaction product of a polyisocyanate and a polyol, and is composed of a hard segment derived from the polyisocyanate and a soft segment derived from the polyol. Polyols, which are one of the raw materials for polyurethane elastomers, are classified into polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, etc., depending on the difference in molecular chain structure, and the polyol is selected according to the required performance. Among them, a polyurethane elastomer having a polycarbonate structure made from polycarbonate polyol is excellent in abrasion resistance. In addition, it is known to be superior to polyurethane elastomers having a polyether structure or polyester structure in terms of heat resistance, weather resistance, hydrolysis resistance, and the like. On the other hand, in a polyurethane elastomer having a polycarbonate structure, a strong intermolecular force acts between the polycarbonate structures, causing a remarkable increase in hardness of the polyurethane elastomer. For this reason, it has been difficult to apply polyurethane elastomers having a polycarbonate structure to applications requiring low hardness.
また、低硬度エラストマーの代表例としてシリコーンエラストマーが挙げられる。該シリコーンエラストマーは、ポリカーボネート構造を有するポリウレタンエラストマーと比較して圧縮永久歪みには優れているが、耐摩耗性には劣る。
このような背景から、ポリカーボネート構造を有するポリウレタンエラストマーと同様の優れた耐摩耗性を有し、シリコーンエラストマーに匹敵する低い圧縮永久歪みのエラストマーが求められている。
Moreover, a typical example of the low-hardness elastomer is a silicone elastomer. The silicone elastomer is superior in compression set but inferior in wear resistance to a polyurethane elastomer having a polycarbonate structure.
Against this background, there is a demand for elastomers that have excellent abrasion resistance similar to polyurethane elastomers having a polycarbonate structure and low compression set comparable to silicone elastomers.
特許文献1には、ポリオールに由来する構造単位、特定の構造を有するポリエーテルカーボネートジオールに由来する構造単位、及び、特定の構造を有する2つの繰り返し単位を有するポリカーボネートジオール及び/又は特定の構造を有する2つの繰り返し単位を有するポリアルキレンエーテルグリコールに由来する構造を含むポリウレタンエラストマーが開示されている。また、特許文献2には、ブレード部材を支持体に接着してなる電子写真装置用現像ブレードが開示されている。そして、該ブレード部材の材料が、ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物との反応物であるポリウレタンエラストマーであって、該ポリオール化合物が少なくとも分子の両末端に活性水素を有するポリジメチルシロキサンとポリプロピレングリコールのブレンド体であることが開示されている。 Patent Document 1 discloses a structural unit derived from a polyol, a structural unit derived from a polyether carbonate diol having a specific structure, and a polycarbonate diol having two repeating units having a specific structure and/or a specific structure. Disclosed is a polyurethane elastomer comprising a structure derived from a polyalkylene ether glycol having two repeating units with . Further, Patent Document 2 discloses a developing blade for an electrophotographic apparatus, which is formed by adhering a blade member to a support. The material of the blade member is a polyurethane elastomer that is a reaction product of a polyol compound and a polyisocyanate compound, and the polyol compound is a blend of polydimethylsiloxane and polypropylene glycol having active hydrogens at least at both ends of the molecule. It is disclosed that
本発明者らの検討によれば、特許文献1に係るポリウレタンエラストマーは、従来のポリカーボネートポリウレタンと比べて柔軟性に優れるものの、シリコーンエラストマーに匹敵するような低硬度の実現は困難であった。また、特許文献1に係るポリウレタンエラストマーは、ポリエーテルのセグメントが、ポリウレタンエラストマー中で均一に存在しているためか、一般的なポリカーボネートポリウレタンに匹敵する良好な摩擦特性の実現も困難であった。また、特許文献2に係るポリウレタンエラストマーは、硬度と摩擦特性の観点では優れているものの、シリコーンエラストマーに匹敵する低圧縮永久歪みの実現は困難であった。
本開示は、良好な摩擦特性(低摩擦係数)と高い耐摩耗性及び低硬度を有するポリウレタンエラストマーおよびその製造方法の提供に向けたものである。
According to the studies of the present inventors, the polyurethane elastomer according to Patent Document 1 is superior in flexibility to conventional polycarbonate polyurethanes, but it was difficult to achieve low hardness comparable to silicone elastomers. Moreover, in the polyurethane elastomer according to Patent Document 1, perhaps because the polyether segments are uniformly present in the polyurethane elastomer, it has been difficult to achieve good frictional properties comparable to general polycarbonate polyurethanes. Moreover, although the polyurethane elastomer according to Patent Document 2 is excellent in terms of hardness and friction properties, it has been difficult to achieve a low compression set comparable to that of silicone elastomers.
The present disclosure is directed to providing a polyurethane elastomer having good frictional properties (low coefficient of friction), high wear resistance and low hardness, and a method for producing the same.
本開示の一形態によれば、ポリウレタンエラストマーであって、一般式(1)で表される第1の繰り返し構造単位と一般式(2)で示される第2の繰り返し構造単位とを有し、マトリックス相と、該マトリックス相中に分散されたドメイン相とを含み、該マトリックス相は、該第1の繰り返し構造単位を含み、該ドメイン相は、該第2の繰り返し構造単位を含む、ポリウレタンエラストマーが提供される。 According to one aspect of the present disclosure, the polyurethane elastomer has a first repeating structural unit represented by general formula (1) and a second repeating structural unit represented by general formula (2), A polyurethane elastomer comprising a matrix phase and a domain phase dispersed in the matrix phase, the matrix phase comprising the first repeating structural unit and the domain phase comprising the second repeating structural unit is provided.
また本開示の別の形態によれば、上記のポリウレタンエラストマーの製造方法であって、(i)少なくとも1個のイソシアネート基を有する第1のポリエーテルと、少なくとも2個の水酸基を有する第1のポリカーボネートポリオールとを反応させて少なくとも2個の水酸基を有するウレタンプレポリマーを得る工程、
(ii)該ウレタンプレポリマーの少なくとも一部を含む液滴を、第2のポリカーボネートポリオール中に分散させた分散体を得る工程、及び
(iii)該分散体、及び、少なくとも2個のイソシアネート基を有するポリイソシアネートを含むポリウレタンエラストマー形成用混合物を調製し、次いで、該ポリウレタンエラストマー形成用混合物中の該ウレタンプレポリマー、該第2のポリカーボネートポリオール、及び、該ポリイソシアネートを反応させて該ポリウレタンエラストマーを形成する工程、を有するポリウレタンエラストマーの製造方法が提供される。
According to another aspect of the present disclosure, a method for producing the above polyurethane elastomer comprises: (i) a first polyether having at least one isocyanate group; and a first polyether having at least two hydroxyl groups; reacting with a polycarbonate polyol to obtain a urethane prepolymer having at least two hydroxyl groups;
(ii) droplets comprising at least a portion of said urethane prepolymer dispersed in a second polycarbonate polyol to obtain a dispersion; and (iii) said dispersion and at least two isocyanate groups; and then reacting the urethane prepolymer, the second polycarbonate polyol, and the polyisocyanate in the polyurethane elastomer-forming mixture to form the polyurethane elastomer. A method for producing a polyurethane elastomer is provided.
本開示によれば、良好な摩擦特性(低摩擦係数)と高い耐摩耗性及び低硬度を有するポリウレタンエラストマーおよびその好適な製造方法が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present disclosure, a polyurethane elastomer having good frictional properties (low coefficient of friction), high wear resistance and low hardness, and a suitable method for producing the same are provided.
以下、本開示の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態はあくまでも一例であり、特定的な記載がない限り、本開示はこれら実施形態に限定されるものではない。
本開示に係るポリウレタンエラストマーは、繰り返し構造単位として、一般式(1)で表される、ポリカーボネート構造を有する第1の繰り返し構造単位と、一般式(2)で表される、ポリエーテル構造を有する第2の繰り返し構造単位を有する。
Embodiments of the present disclosure will be described below. It should be noted that the embodiments described below are merely examples, and the present disclosure is not limited to these embodiments unless there is a specific description.
The polyurethane elastomer according to the present disclosure has, as repeating structural units, a first repeating structural unit having a polycarbonate structure represented by general formula (1) and a polyether structure represented by general formula (2). It has a second repeating structural unit.
また、該ポリウレタンエラストマーは、マトリックス相と、該マトリックス相中に分散されたドメイン相とを含む。該マトリックス相は、該第1の繰り返し構造単位を有するポリウレタンを含む。また、該ドメイン相は、該第2の繰り返し構造単位を含む。 The polyurethane elastomer also includes a matrix phase and domain phases dispersed in the matrix phase. The matrix phase comprises polyurethane having the first repeating structural unit. The domain phase also includes the second repeating structural unit.
ポリカーボネート構造を有するポリオール(ポリカーボネートポリオール)とポリイソシアネートとの反応により得られるポリウレタンは、カーボネート基間で強い分子間力を有する。そのことに起因して、良好な摩擦特性(低摩擦係数)や高い耐摩耗性といった機械的特性を示す。しかしながら、その強い分子間力は、硬度の上昇を引き起こすため、軟らかいポリウレタンエラストマー用途への使用には適さない。
一方、一般的に、ポリエーテル構造を有するポリオール(ポリエーテルポリオール)とポリイソシアネートとの反応により得られるポリウレタンは、エーテル基間で弱い分子間力を有する。そのことに起因して、硬度を極めて低く抑えられるため、軟らかいポリウレタンエラストマー用途への使用に適している。しかしながら、その弱い分子間力は、摩擦特性や耐摩耗性などの機械特性の低化を引き起こす。
A polyurethane obtained by reacting a polyol having a polycarbonate structure (polycarbonate polyol) with a polyisocyanate has a strong intermolecular force between carbonate groups. Due to this, it exhibits mechanical properties such as good frictional properties (low coefficient of friction) and high wear resistance. However, its strong intermolecular forces cause an increase in hardness, making it unsuitable for use in soft polyurethane elastomer applications.
On the other hand, generally, a polyurethane obtained by reacting a polyol having a polyether structure (polyether polyol) with a polyisocyanate has a weak intermolecular force between ether groups. Due to this, the hardness can be kept extremely low, making it suitable for use in soft polyurethane elastomer applications. However, its weak intermolecular force causes deterioration of mechanical properties such as friction properties and wear resistance.
本開示に係るポリウレタンエラストマーは、マトリックス相とドメイン相とを含むマトリックス・ドメイン構造を有する。そして、該マトリックス相は、第1の繰り返し構造単位を含むポリウレタンを含む。また、該ドメインは、第2の繰り返し構造単位を含む。このような構成によって、該ポリウレタンエラストマーは、硬度を低く抑えたまま、良好な摩擦特性、及び高い耐摩耗性を有することができる。すなわち、本開示に係るポリウレタンエラストマーは、マトリックス相に、良好な摩擦特性と高い耐摩耗性の機能を担わせ、かつ、ドメイン相に、低硬度化の機能を担わせている。このように、マトリックス相とドメイン相の各々に異なる機能を担わせることによって、本開示に係るポリウレタンエラストマーは、良好な摩擦特性、高い耐摩耗性、及び、低硬度をより高いレベルで達成し得るものとなっている。 The polyurethane elastomer according to the present disclosure has a matrix-domain structure including a matrix phase and a domain phase. And the matrix phase comprises a polyurethane containing a first repeating structural unit. The domain also includes a second repeating structural unit. With such a configuration, the polyurethane elastomer can have good frictional properties and high wear resistance while keeping the hardness low. That is, in the polyurethane elastomer according to the present disclosure, the matrix phase has the function of good frictional properties and high wear resistance, and the domain phase has the function of lowering the hardness. Thus, by having the matrix phase and the domain phase perform different functions, the polyurethane elastomer according to the present disclosure can achieve good frictional properties, high wear resistance, and low hardness at a higher level. It is a thing.
さらに、本開示に係るポリウレタンエラストマーは、上記のような構成によって、低硬度と低圧縮永久歪みの両立も実現可能となる。この理由としては、マトリックス相とドメイン相とが、界面においてウレタン結合により化学的に連結されているため、圧縮等の外力に対して塑性変形することなく、優れた弾性(エントロピー弾性)が発揮されるためだと考えられる。すなわち、ドメイン相全体がエントロピー弾性の効果により、軟らかい架橋点として機能するため、低硬度と低圧縮永久歪みの両立が実現可能になると考えられる。 Furthermore, the polyurethane elastomer according to the present disclosure can achieve both low hardness and low compression set due to the configuration described above. The reason for this is that the matrix phase and the domain phase are chemically linked by urethane bonds at the interface, so excellent elasticity (entropic elasticity) is exhibited without undergoing plastic deformation against external forces such as compression. It is thought that it is for That is, the entire domain phase functions as a soft cross-linking point due to the effect of entropy elasticity, so it is considered possible to achieve both low hardness and low compression set.
また、本開示に係るポリウレタンエラストマーの動的粘弾性測定(DMA)により得られる温度-損失正接(tanδ)曲線において、-80~+20℃の温度範囲で観察されるガラス転移によるピークが少なくとも2つ以上あることが好ましい。より好ましくは、-70~0℃の温度範囲で観察されるガラス転移によるピークが少なくとも2つ以上あることである。これはすなわち、それぞれ前記ポリカーボネート構造を含むポリウレタンセグメント、及び前記ポリエーテル構造を含むポリウレタンセグメントが、マトリックス相、及びドメイン相の界面を介して明瞭に相分離していることを示している。なお、温度-tanδ曲線においてピークが重なっている場合には、各々のピークを分離する必要がある。ここで、温度-tanδ曲線におけるピーク分離は、公知の方法によって行うことができる。 In addition, in the temperature-loss tangent (tan δ) curve obtained by dynamic viscoelasticity measurement (DMA) of the polyurethane elastomer according to the present disclosure, there are at least two peaks due to the glass transition observed in the temperature range of -80 to +20 ° C. It is preferable that there are at least More preferably, there are at least two peaks due to glass transition observed in the temperature range of -70 to 0°C. This indicates that the polyurethane segment containing the polycarbonate structure and the polyurethane segment containing the polyether structure are clearly phase-separated through the interface between the matrix phase and the domain phase. In addition, when the peaks overlap in the temperature-tan δ curve, it is necessary to separate each peak. Here, peak separation in the temperature-tan δ curve can be performed by a known method.
さらに、本開示に係るポリウレタンエラストマーのDMAにより得られる温度-tanδ曲線において、前記ガラス転移によるピークのうち少なくとも1つが-50℃以下の温度範囲に観察されることが好ましい。またピークのうち少なくとも1つが-40℃以上の温度範囲にあることが好ましい。より好ましくは、少なくとも1つが-60℃以下の温度範囲にあり、また少なくとも1つが-35℃以上の温度範囲にあることである。一般的に、ポリエーテルのガラス転移によるピークは、-80℃~-50℃以下の温度範囲に観察される。また、ポリカーボネートのガラス転移によるピークは、-40℃~+20℃以下の温度範囲に観察される。したがって、前記ガラス転移によるピークが前記2つの温度範囲にあることは、以下のことを意味する。
本開示に係るポリウレタンエラストマーにおいて、第1の繰り返し構造単位で構成されるセグメントと、第2の繰り返し構造単位で構成されるセグメントとは相分離している。そして、2つのセグメントがお互いほとんど相溶することなく存在している。
このような明瞭な相分離により、マトリックス相への第2の繰り返し構造単位で構成されるセグメントの混入が抑えられている。このことにより、本開示に係るポリウレタンエラストマーにおいては、マトリックスによって、良好な摩擦特性、及び高い耐摩耗性が達成されている。
Furthermore, in the temperature-tan δ curve obtained by DMA of the polyurethane elastomer according to the present disclosure, it is preferable that at least one of the glass transition peaks is observed in the temperature range of -50°C or lower. At least one of the peaks is preferably in the temperature range of -40°C or higher. More preferably, at least one is in the temperature range of -60°C or lower, and at least one is in the temperature range of -35°C or higher. Generally, the peak due to the glass transition of polyether is observed in the temperature range of -80°C to -50°C. A peak due to the glass transition of polycarbonate is observed in the temperature range of -40°C to +20°C. Therefore, the presence of the glass transition peaks in the two temperature ranges means the following.
In the polyurethane elastomer according to the present disclosure, the segment composed of the first repeating structural unit and the segment composed of the second repeating structural unit are phase-separated. Then, the two segments exist with little compatibility with each other.
Such clear phase separation suppresses contamination of the segment composed of the second repeating structural unit into the matrix phase. Thus, in the polyurethane elastomer according to the present disclosure, the matrix achieves good frictional properties and high wear resistance.
本開示に係るポリウレタンエラストマーにおけるマトリックス相が含む、一般式(1)で表されるポリカーボネート構造を含む第1の繰り返し構造単位について説明する。一般式(1)中のR1は、炭素数3~12のアルキレン基を示す。好ましくは、R1は、炭素数3~9のアルキレン基を含有し、より好ましくは、炭素数3~6のアルキレン基を含有する。R1が炭素数3~12のアルキレン基であることにより、一般式(2)で表されるポリエーテル構造を含むセグメントとの低い相溶性が担保され、マトリックス相とドメイン相とを明瞭に相分離させ得る。また、R1が炭素数3~12のアルキレン基を含有することにより、カーボネート基間での分子間力を適度に抑え、良好な摩擦特性、及び高い耐摩耗性と低硬度の両立が実現できるという観点からより好ましい。R1としては、例えば、-(CH2)m-(m=3~12)、-CH2C(CH3)2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-、-(CH2)2CH(CH3)(CH2)2-などが挙げられる。ポリウレタンエラストマー中、R1は全て同一であっても、異なるR1の組合せであってもよい。 The first repeating structural unit containing the polycarbonate structure represented by general formula (1), which is included in the matrix phase in the polyurethane elastomer according to the present disclosure, will be described. R 1 in general formula (1) represents an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms. Preferably, R 1 contains an alkylene group with 3 to 9 carbon atoms, more preferably an alkylene group with 3 to 6 carbon atoms. When R 1 is an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms, low compatibility with the segment containing the polyether structure represented by the general formula (2) is ensured, and the matrix phase and the domain phase are distinctly separated from each other. can be separated. In addition, by containing an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms in R 1 , the intermolecular force between carbonate groups can be moderately suppressed, and both good friction characteristics, high wear resistance and low hardness can be achieved. From this point of view, it is more preferable. Examples of R 1 include -(CH 2 ) m - (m=3 to 12), -CH 2 C(CH 3 ) 2 CH 2 -, -CH 2 CH(CH 3 )CH 2 -, -(CH 2 ) 2 CH(CH 3 )(CH 2 ) 2 — and the like. In the polyurethane elastomer, all R 1 's may be the same or a combination of different R 1 's.
一般式(1)で表されるポリカーボネート構造の数平均分子量(Mn)は、ポリウレタンエラストマーにおける繰り返し単位として500以上10000以下であることが好ましい。該数平均分子量は、原料ポリカーボネートポリオールに基づくものである。より好ましくは、700以上8000以下である。数平均分子量が500以上である場合、一般式(2)で表される繰り返し構造単位のポリエーテル構造を含むポリウレタンセグメントとの低い相溶性が担保され、マトリックス相とドメイン相との相分離が明瞭化するため好ましい。また、数平均分子量が10000以下とすることで、原料となるポリカーボネートポリオールの粘度上昇を抑制し得る。
前記ポリカーボネート構造の数平均分子量を含め後述のポリオールなどの数平均分子量は、いずれも、標準ポリスチレン分子量換算、または水酸基価(mgKOH/g)と価数を用いて算出した値である。例えば、ポリスチレン分子量換算による数平均分子量は、高速液体クロマトグラフィーを用いて測定することができる。例えば、東ソー社製、高速GPC装置「HLC-8220GPC」に、カラム:Shodex GPCLF-804(排除限界分子量:2×106、分離範囲:300~2×106)の2本直列を用いて測定することができる。水酸基価と価数を用いる場合、下記の数式によって算出することができる。例えば、56.1mgKOH /g、価数2のポリオールの数平均分子量は2000と算出することができる。
数平均分子量=56.1×1000×価数÷水酸基価
The number average molecular weight (Mn) of the polycarbonate structure represented by general formula (1) is preferably 500 or more and 10000 or less as a repeating unit in the polyurethane elastomer. The number average molecular weight is based on the starting polycarbonate polyol. More preferably, it is 700 or more and 8000 or less. When the number average molecular weight is 500 or more, low compatibility with the polyurethane segment containing the polyether structure of the repeating structural unit represented by general formula (2) is ensured, and phase separation between the matrix phase and the domain phase is clear. preferred because it In addition, by setting the number average molecular weight to 10,000 or less, it is possible to suppress an increase in the viscosity of the raw polycarbonate polyol.
The number average molecular weights of polyols and the like described later, including the number average molecular weight of the polycarbonate structure, are values calculated using standard polystyrene molecular weight conversion or hydroxyl value (mgKOH/g) and valence. For example, the number average molecular weight in terms of polystyrene molecular weight can be measured using high performance liquid chromatography. For example, Tosoh Corporation, high-speed GPC device "HLC-8220GPC", column: Shodex GPCLF-804 (exclusion limit molecular weight: 2 × 106, separation range: 300 ~ 2 × 106) to measure using two series. can be done. When using a hydroxyl value and a valence, it can be calculated by the following formula. For example, the number average molecular weight of 56.1 mg KOH/g, 2-valence polyol can be calculated as 2,000.
Number average molecular weight = 56.1 x 1000 x valence / hydroxyl value
ドメイン相が含む、一般式(2)で表される第2の繰り返し構造単位において、R2は、炭素数3~6のアルキレン基を示す。好ましくは、炭素数3~5の分岐構造を有するアルキレン基を含有し、より好ましくは、炭素数3~4の分岐構造を有するアルキレン基を含有する。R2が炭素数3~6のアルキレン基であることにより、一般式(1)で表されるポリカーボネート構造を含むポリウレタンセグメントとの低い相溶性が担保され、マトリックス相とドメイン相とを明瞭に相分離させ得る。また、R2が炭素数3~5の分岐構造を有するアルキレン基を含有することは、エーテル基間での分子間力を極めて低く抑え、低硬度を実現できるという観点からより好ましい。R2としては、例えば、-(CH2)m-(m=3~6)、-CH2CH(CH3)-、-CH2C(CH3)2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-、-(CH2)2CH(CH3)CH2-、-(CH2)2CH(CH3)(CH2)2-などが挙げられる。ポリウレタンエラストマー中、R2は全て同一であっても、異なるR2の組合せであってもよい。
一般式(2)で表されるポリエーテル構造の数平均分子量(Mn)は、ポリウレタンエラストマーにおける繰り返し単位として1000以上50000以下であることが好ましい。該数平均分子量は、原料ポリエーテルポリオールに基づくものである。より好ましくは、1200以上30000以下である。数平均分子量が1000以上であることにより、一般式(1)で表されるポリカーボネート構造を含むポリウレタンセグメントとの低い相溶性が担保され、マトリックス相とドメイン相との相分離をより明瞭化させることができる。また、数平均分子量が50000以下であることにより、ポリエーテル構造を含むセグメントがドメイン相を形成しやすくなり、相分離構造をより安定化させ得る。
In the second repeating structural unit represented by the general formula (2) contained in the domain phase, R 2 represents an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms. It preferably contains an alkylene group having a branched structure with 3 to 5 carbon atoms, and more preferably contains an alkylene group having a branched structure with 3 to 4 carbon atoms. When R 2 is an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms, low compatibility with the polyurethane segment containing the polycarbonate structure represented by the general formula (1) is ensured, and the matrix phase and the domain phase are distinctly separated from each other. can be separated. Further, it is more preferable that R 2 contains an alkylene group having a branched structure with 3 to 5 carbon atoms, from the viewpoint that the intermolecular force between ether groups can be kept extremely low and low hardness can be achieved. Examples of R 2 include -(CH 2 ) m -(m=3 to 6), -CH 2 CH(CH 3 )-, -CH 2 C(CH 3 ) 2 CH 2 -, -CH 2 CH( CH 3 )CH 2 —, —(CH 2 ) 2 CH(CH 3 )CH 2 —, —(CH 2 ) 2 CH(CH 3 )(CH 2 ) 2 — and the like. In the polyurethane elastomer, all R2 's may be the same or a combination of different R2 's.
The number average molecular weight (Mn) of the polyether structure represented by general formula (2) is preferably 1000 or more and 50000 or less as a repeating unit in the polyurethane elastomer. The number average molecular weight is based on the starting polyether polyol. More preferably, it is 1200 or more and 30000 or less. A number-average molecular weight of 1000 or more ensures low compatibility with the polyurethane segment containing the polycarbonate structure represented by the general formula (1), and further clarifies the phase separation between the matrix phase and the domain phase. can be done. Moreover, when the number average molecular weight is 50,000 or less, the segment containing the polyether structure can easily form a domain phase, and the phase separation structure can be further stabilized.
本開示に係るポリウレタンエラストマーの断面における、前記マトリックス相/前記ドメイン相の面積比率は、40/60~90/10であることが好ましい。より好ましくは、45/55~80/20である。前記マトリックス相/前記ドメイン相の面積比率が前記範囲にある場合、相分離形態が安定化し、安定的に前記マトリックス相、及び前記ドメイン相が形成されやすくなる傾向があるため好ましい。 The area ratio of the matrix phase/the domain phase in the cross section of the polyurethane elastomer according to the present disclosure is preferably 40/60 to 90/10. More preferably, it is 45/55 to 80/20. When the area ratio of the matrix phase/the domain phase is within the above range, the phase separation state is stabilized, and the matrix phase and the domain phase tend to be stably formed, which is preferable.
前記ドメイン相の平均径は、0.2~30μmの範囲であることが好ましい。より好ましくは、0.5~20μmの範囲である。平均径が0.2μm以上であることにより低硬度が担保され、30μm以下であることにより相分離形態が安定化するため好ましい。
なお、前記マトリックス相/前記ドメイン相の面積比率、及びドメイン相の平均径は、例えば、光学顕微鏡やマイクロ粘弾性顕微鏡(Visco-Elastiicty Atomic Force Microscopy, or VE-AFM)、走査型電子顕微鏡を用いて得られたウレタンエラストマーの断面像から、公知の方法によって算出することができる。
また、前記マトリックス相、及びドメイン相に含まれる成分の化学構造については、例えば、AFM赤外分光分析装置や顕微赤外分光分析装置、顕微ラマン分光分析装置などの分光分析装置、あるいは質量分析装置などを用いて分析することができる。
The average diameter of the domain phase is preferably in the range of 0.2-30 μm. More preferably, it is in the range of 0.5 to 20 μm. An average diameter of 0.2 μm or more ensures low hardness, and an average diameter of 30 μm or less stabilizes the phase separation form, which is preferable.
The area ratio of the matrix phase/the domain phase and the average diameter of the domain phase can be determined using, for example, an optical microscope, a microviscoelasticity microscope (Visco-Elastiicty Atomic Force Microscopy, or VE-AFM), or a scanning electron microscope. It can be calculated by a known method from the cross-sectional image of the urethane elastomer obtained by the above.
In addition, the chemical structures of the components contained in the matrix phase and the domain phase can be analyzed by, for example, a spectroscopic analyzer such as an AFM infrared spectroscopic analyzer, a microscopic infrared spectroscopic analyzer, a microscopic Raman spectroscopic analyzer, or a mass spectrometer. etc. can be used for analysis.
本開示に係るポリウレタンエラストマーは、例えば、下記工程(i)~工程(iii)を有する方法によって合成することができる。
工程(i):少なくとも1個のイソシアネート基を有する第1のポリエーテルと、少なくとも2個の水酸基を有する第1のポリカーボネートポリオールとを反応させて少なくとも2個の水酸基を有するウレタンプレポリマーを得る工程、
工程(ii):該ウレタンプレポリマーの少なくとも一部を含む液滴を、第2のポリカーボネートポリオール中に分散させた分散体を得る工程、及び
工程(iii):該分散体、及び、少なくとも2個のイソシアネート基を有するポリイソシアネートを含むポリウレタンエラストマー形成用混合物を調製し、次いで、該ポリウレタンエラストマー形成用混合物中の該ウレタンプレポリマー、該第2のポリカーボネートポリオール、及び、該ポリイソシアネートを反応させて該ポリウレタンエラストマーを形成する工程。
The polyurethane elastomer according to the present disclosure can be synthesized, for example, by a method having steps (i) to (iii) below.
Step (i): A step of reacting a first polyether having at least one isocyanate group with a first polycarbonate polyol having at least two hydroxyl groups to obtain a urethane prepolymer having at least two hydroxyl groups. ,
Step (ii): obtaining a dispersion in which droplets containing at least part of the urethane prepolymer are dispersed in a second polycarbonate polyol; and Step (iii): the dispersion and at least two and then reacting the urethane prepolymer, the second polycarbonate polyol, and the polyisocyanate in the polyurethane elastomer-forming mixture to react the Forming a polyurethane elastomer.
上記した、本開示の一態様に係るポリウレタンエラストマーの製造方法の一形態について、図1を用いて説明する。なお、本開示に係るポリウレタンエラストマーの製造方法はこの形態に限定されるものではない。
工程(i)では、少なくとも1個のイソシアネート基を有する第1のポリエーテル51と、少なくとも2個の水酸基を有する第1のポリカーボネートポリオール52とを混合する。次に硬化触媒の存在下で得られた混合物中のイソシアネート基と水酸基とを反応させ、ウレタン結合を介して両者を連結することによって、少なくとも2個の水酸基を有するウレタンプレポリマー53を得る。なお、図1においては、第1のポリエーテル51の例として、2個のイソシアネート基を有するポリエーテルを記載している。
One embodiment of the method for producing the polyurethane elastomer according to one embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. Note that the method for producing a polyurethane elastomer according to the present disclosure is not limited to this form.
In step (i), a
工程(ii)では、第2のポリカーボネートポリオール55中に、工程(i)で得られたウレタンプレポリマー53を分散させる。ウレタンプレポリマー53に含まれる該第1のポリエーテル51に由来するセグメントは、第2のポリカーボネートポリオール55とは相溶せず、液滴54を形成する。一方、ウレタンプレポリマー53に含まれる第1のポリカーボネートポリオール52に由来するセグメントを介して、第2のポリカーボネートポリ―ル55中において、該ウレタンプレポリマーの一部を構成する第1のポリエーテルに由来するセグメントを含む液滴54は、均一かつ安定に分散される。その結果、ウレタンプレポリマー53の第1のポリエーテル51に由来するセグメントを含む液滴54が第2のポリカーボネートポリオール55中に分散した分散体が得られる。なお、説明のため、工程(i)と工程(ii)を分割して記載しているが、これらの工程は連続した一連の工程であってもよい。
工程(ii)において、液滴54を分散させる第2のポリカーボネートポリポリオール55は、工程(i)で用いた第1のポリカーボネートポリオールのうち、第1のポリエーテルとの未反応物であることができる。すなわち、工程(i)において、第1のポリエーテルに対して第1のポリカーボネートポリオールを過剰量用いることで、工程(ii)で説明した、ウレタンプレポリマー53が余剰の第1のポリカーボネートポリオール、すなわち、第2のポリカーボネートポリオール55に分散してなる分散体を得ることができる。なお、第1のポリカーボネートポリオールを過剰量用いた場合であっても、ウレタンプレポリマーの分散媒としてのポリカーボネートポリオール(第2のポリカーボネートポリオール)を追加で加えることもできる。この場合において、追加するポリカーボネートポリオールは、工程(i)で用いた第1のポリカーボネートポリオールと同一の化学組成のものであっても異なっていてもよい。
一方、工程(i)において、第1のポリカーボネートポリオールと、第1のポリエーテルと、を当量で反応させ、第1のポリカーボネートポリオールを全て消費した場合には、工程(ii)においては、新たなポリカーボネートポリオールを第2のポリカーボネートポリオールとして用いて、分散体を調製する。この場合においても、第2のポリカーボネートポリオールとして用いるポリカーボネートポリオールは、第1のポリカーボネートポリオールと同一の化学組成のものであっても異なっていてもよい。
In step (ii), the
In step (ii), the
On the other hand, in step (i), the first polycarbonate polyol and the first polyether are reacted in equal amounts, and when all the first polycarbonate polyol is consumed, in step (ii), a new A dispersion is prepared using a polycarbonate polyol as the second polycarbonate polyol. Also in this case, the polycarbonate polyol used as the second polycarbonate polyol may or may not have the same chemical composition as the first polycarbonate polyol.
最後に工程(iii)では、工程(ii)で調製した分散体、及び、少なくとも2個のイソシアネート基を有するポリイソシアネート56を含むポリウレタンエラストマー形成用混合物を調製する。次いで、該ポリウレタンエラストマー形成用混合部中の該ウレタンプレポリマー53の末端水酸基、該第2のポリカーボネートポリオール55の水酸基、及び該ポリイソシアネート56のイソシアネート基を反応させる。こうして、ウレタン結合を介したネットワーク構造を形成させ、該ポリウレタンエラストマー形成用混合物を硬化させて、本開示に係るポリウレタンエラストマーを得る。こうして得られたポリウレタンエラストマー33は、第1のポリエーテル51に由来するポリエーテル構造、すなわち、第2の繰り返し構造単位を含むドメイン32が、第1のポリカーボネートポリオール52、及び第2のポリカーボネートポリオール55に由来するポリカーボネート構造、すなわち、第1の繰り返し構造単位を有するウレタンエラストマーを含むマトリックス31中に分散してなる、マトリックス・ドメイン構造を有する。また、ドメイン32は、主としてポリエーテル構造部分(第2の繰り返し構造単位)で構成され、ドメイン内部は架橋構造を実質的に有さないようにすることができる。言い換えれば、ドメイン32は、ほぼ液体の状態でマトリックス中に存在させ得る。このことにより、本開示に係るポリウレタンエラストマー33においては、ドメインが低い弾性率を有することができる。
さらに、当該ドメインは、単に液体部分がマトリックス中に閉じ込められているのではなくて、ドメインとマトリックスとの境界部分において、ドメインとマトリックスとがウレタン結合で化学結合している。そのため、当該ポリウレタンエラストマー33に加えられた荷重が除去されたときのドメインの変形からの回復をマトリックスの変形からの回復に連動させることができる。すなわち、略液状のドメインは、内部に架橋構造を実質的に有さない。そのため、ポリウレタンエラストマー33に対して荷重が付加されて変形したドメインは、自律的には変形から回復することが困難である。しかしながら、本開示に係るポリウレタンエラストマーにおいては、ドメインがマトリックスとの境界部分においてマトリックスと化学結合していることにより、マトリックスの変形回復とともにドメインも変形から回復し得る。このことにより、ポリウレタンエラストマー33に荷重の負荷と除荷とが繰り返された場合であっても安定した変形(変形量)と、当該変形からの安定的な回復とが達成される。
Finally, in step (iii), a polyurethane elastomer-forming mixture is prepared comprising the dispersion prepared in step (ii) and a
Furthermore, the domains are not simply confined in the matrix in the liquid portion, but are chemically bonded to the matrix by urethane bonds at the boundary between the domains and the matrix. Therefore, the recovery from deformation of the domains when the load applied to the
なお、上記工程(i)~(ii)は、本来は相溶性が低く、安定かつ均一に分散させることが困難なポリエーテルをポリオールに安定して分散させる工程である。すなわち、第1のポリエーテル51を、第1のポリカーボネートポリオール52と反応させてウレタンプレポリマー53とする。そのことにより、第1のポリエーテル51に由来するポリエーテルのセグメントを、第2のポリカーボネートポリオール中に安定かつ均一に分散してなる分散体を得る工程である。これにより、円形度が高く、かつサイズがマイクロメートルオーダーと小さくて比較的均一なサイズ分布のドメイン32が、マトリックスとしてのポリウレタン31中に分散してなるポリウレタンエラストマー33を作製することが可能となる。
なお、相溶性が低い材料同士を混合する他の方法として、例えば、高いせん断力で混合、分散させる方法がある。しかしながら、この方法では、ポリエーテルに高いせん断力が加わる結果、ドメインの形状がいびつになって円形度が低下し、また、ドメイン同士のサイズも不均一となり得る。また、分散状態も不安定であり、比較的短時間でドメイン同士の凝集が進む。また、ポリエーテルとポリカーボネートポリオールとの非相溶性が担保されず、得られるウレタンエラストマーのマトリックスとドメインとの相分離が不明瞭化する。そのため、本開示に係る、柔軟かつ変形回復性に優れる弾性体を与えるようなポリウレタンエラストマーを得ることは困難である。
The above steps (i) to (ii) are steps for stably dispersing polyether, which originally has low compatibility and is difficult to disperse stably and uniformly, in polyol. That is, a
As another method of mixing materials with low compatibility, for example, there is a method of mixing and dispersing with a high shearing force. However, in this method, as a result of applying a high shearing force to the polyether, the shape of the domains becomes distorted, the degree of circularity decreases, and the sizes of the domains may become uneven. Moreover, the dispersed state is also unstable, and the aggregation of domains progresses in a relatively short period of time. In addition, incompatibility between the polyether and the polycarbonate polyol is not ensured, and phase separation between the matrix and the domains of the resulting urethane elastomer becomes unclear. Therefore, it is difficult to obtain a polyurethane elastomer that provides an elastic body that is flexible and has excellent deformation recovery properties according to the present disclosure.
第1のポリエーテルは、少なくとも1個のイソシアネート基を有し、且つ前記一般式(2)で表される繰り返し構造単位を有するポリエーテルである。第1のポリエーテルは、例えば、以下の工程により得ることができる。
少なくとも2つの水酸基を有し、且つ前記一般式(2)で表される繰り返し構造単位を有するポリエーテルポリオールと、少なくとも2つのイソシアネート基を有するポリイソシアネートを反応させる。
前記ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、テトラヒドロフランとネオペンチルグリコールとの共重合体、テトラヒドロフランと3-メチルテトラヒドロフランとの共重合体等のアルキレン構造含有ポリエーテル系ポリオールや、これらポリアルキレングリコールのランダム或いはブロック共重合体などが挙げられる。これらは、単独でも、2種以上を組み合せて用いてもよい。
前記ポリエーテルポリオールの中でも、後述する第2のポリカーボネートポリオールとの低い相溶性、および低硬度を実現できるという観点から、非晶性のポリエーテルポリオールが好ましい。より好ましくは、ポリエーテルポリオールの中でも、ポリプロピレングリコール、テトラヒドロフランとネオペンチルグリコールとの共重合体、テトラヒドロフランと3-メチルテトラヒドロフランとの共重合体から選ばれる少なくとも一つを含有することである。
前記ポリエーテルポリオールの数平均分子量は、1000以上50000以下であることが好ましい。より好ましくは、1200以上30000以下である。数平均分子量が1000以上である場合、前記ポリカーボネートポリオールとの低い相溶性が担保され、得られるウレタンエラストマーのマトリックス相とドメイン相との相分離が明瞭化するため好ましい。また、数平均分子量が50000以下の場合、前記ポリエーテルポリオールに由来するポリウレタンセグメントがドメイン相を形成しやすくなる傾向があり、相分離形態が安定化するため好ましい。
The first polyether is a polyether having at least one isocyanate group and a repeating structural unit represented by the general formula (2). The first polyether can be obtained, for example, by the following steps.
A polyether polyol having at least two hydroxyl groups and a repeating structural unit represented by the general formula (2) is reacted with a polyisocyanate having at least two isocyanate groups.
Examples of the polyether polyol include alkylene structure-containing polyether polyols such as polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, copolymers of tetrahydrofuran and neopentyl glycol, and copolymers of tetrahydrofuran and 3-methyltetrahydrofuran, Examples include random or block copolymers of these polyalkylene glycols. These may be used alone or in combination of two or more.
Among the polyether polyols, amorphous polyether polyols are preferable from the viewpoint of realizing low compatibility with the second polycarbonate polyol described later and low hardness. More preferably, among polyether polyols, it contains at least one selected from polypropylene glycol, a copolymer of tetrahydrofuran and neopentyl glycol, and a copolymer of tetrahydrofuran and 3-methyltetrahydrofuran.
The polyether polyol preferably has a number average molecular weight of 1,000 or more and 50,000 or less. More preferably, it is 1200 or more and 30000 or less. A number-average molecular weight of 1000 or more is preferable because low compatibility with the polycarbonate polyol is ensured and phase separation between the matrix phase and the domain phase of the obtained urethane elastomer becomes clear. Further, when the number average molecular weight is 50,000 or less, the polyurethane segment derived from the polyether polyol tends to easily form a domain phase, which is preferable because the phase separation form is stabilized.
前記ポリエーテルポリオールと反応させる前記ポリイソシアネートとしては、例えば、ペンタ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、イソホロンジイソシアネート、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、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、或いはこれらポリイソシアネートの3量体化合物(イソシアヌレート)又は多量体化合物、アロファネート型ポリイソシアネート、ビュレット型ポリイソシアネート、水分散型ポリイソシアネート等が挙げられる。これらポリイソシアネートは単独でも、2種以上を組み合せて用いてもよい。
上記に例示したポリイソシアネートの中でも、ポリエーテルポリオールとの相溶性の高さ、および粘度等の物性調整の容易さから、2つのイソシアネート基を有する二官能イソシアネートが好ましい。より好ましくは、上記ポリイソシアネートの中でも、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、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、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートから選ばれる少なくとも一つを含有することである。
前記ポリエーテルポリオールと、前記ポリイソシアネートを反応させて前記第1のポリエーテルを得る工程において、イソシアネートインデックスが0.05から8.0の範囲であることが好ましい。より好ましくは、0.1から5.0の範囲である。イソシアネートインデックスが前記範囲にあることによって、ネットワーク構造化されずに残存する第1のポリエーテル由来の成分を低減し、ポリウレタンエラストマーからの液状物質の滲み出しを抑制することができる。なお、イソシアネートインデックスとは、イソシアネート化合物中のイソシアネート基のモル数とポリオール化合物中の水酸基のモル数との比([NCO]/[OH])を示すものである。
第1のポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとの反応で得られる第1のポリエーテルは、水酸基とイソシアネート基との反応によるウレタン結合を介して連結された構造を有している。その数平均分子量は1000以上100000以下であることが好ましい。より好ましくは、1200以上50000以下である。
Examples of the polyisocyanate to be reacted with the polyether polyol include pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, or Trimer compounds (isocyanurates) or polymeric compounds of these polyisocyanates, allophanate-type polyisocyanates, burette-type polyisocyanates, water-dispersed polyisocyanates, and the like can be mentioned. These polyisocyanates may be used alone or in combination of two or more.
Among the polyisocyanates exemplified above, bifunctional isocyanates having two isocyanate groups are preferred because of their high compatibility with polyether polyols and ease of adjustment of physical properties such as viscosity. More preferably, among the above polyisocyanates, it contains at least one selected from hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, and diphenylmethane diisocyanate. be.
In the step of reacting the polyether polyol and the polyisocyanate to obtain the first polyether, the isocyanate index is preferably in the range of 0.05 to 8.0. More preferably, it ranges from 0.1 to 5.0. When the isocyanate index is within the above range, it is possible to reduce the remaining first polyether-derived components without forming a network structure, and to suppress the exudation of liquid substances from the polyurethane elastomer. The isocyanate index indicates the ratio ([NCO]/[OH]) of the number of moles of isocyanate groups in the isocyanate compound to the number of moles of hydroxyl groups in the polyol compound.
The first polyether obtained by the reaction of the first polyether polyol and the polyisocyanate has a structure in which hydroxyl groups and isocyanate groups are linked via urethane bonds. The number average molecular weight is preferably 1,000 or more and 100,000 or less. More preferably, it is 1200 or more and 50000 or less.
第1のポリカーボネートポリオールは、少なくとも2個の水酸基を有し、且つ前記一般式(1)で表される繰り返し構造単位を有するポリカーボネートポリオールである。前記第1のポリカーボネートポリオールとしては、例えば、多価アルコールとホスゲンとの反応物、環状炭酸エステル(アルキレンカーボネートなど)の開環重合物などが挙げられる。
前記多価アルコールとしては、例えば、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,4-テトラメチレンジオール、1,3-テトラメチレンジオール、2-メチル-1,3-トリメチレンジオール、1,5-ペンタメチレンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサメチレンジオール、3-メチル-1,5-ペンタメチレンジオール、2,4-ジエチル-1,5-ペンタメチレンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、シクロヘキサンジオール類(1,4-シクロヘキサンジオールなど)、糖アルコール類(キシリトールやソルビトールなど)などが挙げられる。
前記アルキレンカーボネートとしては、例えば、トリメチレンカーボネート、テトラメチレンカーボネート、ヘキサメチレンカーボネートなどが挙げられる。
前記第1のポリカーボネートポリオールの数平均分子量は、500以上10000以下であることが好ましい。より好ましくは、700以上8000以下である。数平均分子量が500以上である場合、一般式(2)で表されるポリエーテル構造を含むポリウレタンセグメントとの低い相溶性が担保され、マトリックス相とドメイン相との相分離をより明確にすることができるため、好ましい。また、数平均分子量が10000以下である場合、原料となるポリカーボネートポリオールの粘度上昇によって、取り扱いが困難になることを防げるため好ましい。
前記第1のポリカーボネートポリオールの数平均分子量は、前記ポリエーテルポリオールの数平均分子量と同様、水酸基価(mgKOH/g)と価数を用いて算出することができる。
The first polycarbonate polyol is a polycarbonate polyol having at least two hydroxyl groups and a repeating structural unit represented by the general formula (1). Examples of the first polycarbonate polyol include a reaction product of a polyhydric alcohol and phosgene, and a ring-opening polymer of a cyclic carbonate (such as an alkylene carbonate).
Examples of the polyhydric alcohol include propylene glycol, dipropylene glycol, trimethylene glycol, 1,4-tetramethylenediol, 1,3-tetramethylenediol, 2-methyl-1,3-trimethylenediol, 1, 5-pentamethylenediol, neopentyl glycol, 1,6-hexamethylenediol, 3-methyl-1,5-pentamethylenediol, 2,4-diethyl-1,5-pentamethylenediol, glycerin, trimethylolpropane, trimethylolethane, cyclohexanediols (1,4-cyclohexanediol, etc.), sugar alcohols (xylitol, sorbitol, etc.), and the like.
Examples of the alkylene carbonate include trimethylene carbonate, tetramethylene carbonate, hexamethylene carbonate and the like.
The number average molecular weight of the first polycarbonate polyol is preferably 500 or more and 10,000 or less. More preferably, it is 700 or more and 8000 or less. When the number average molecular weight is 500 or more, low compatibility with the polyurethane segment containing the polyether structure represented by the general formula (2) is ensured, and the phase separation between the matrix phase and the domain phase becomes clearer. It is preferable because Further, when the number average molecular weight is 10,000 or less, it is preferable because handling becomes difficult due to an increase in the viscosity of the polycarbonate polyol as a raw material.
The number average molecular weight of the first polycarbonate polyol can be calculated using the hydroxyl value (mgKOH/g) and the valence, like the number average molecular weight of the polyether polyol.
工程(iii)で使用する少なくとも2個のイソシアネート基を有するポリイソシアネート56としては、第1のポリエーテルの原料として上記に例示したポリイソシアネートと同様のものを用いることができる。これらポリイソシアネートは単独でも、2種以上を組み合せて用いてもよい。
第1のポリイソシアネートとしては、上記に例示したポリイソシアネートの中でも、マトリックスの弾性率を上げられる観点から、ポリイソシアネートの3量体化合物(イソシアヌレート)又は多量体化合物、アロファネート型ポリイソシアネート、ビュレット型ポリイソシアネート等、少なくとも3個のイソシアネート基を有するポリイソシアネートを含むことが好ましい。より好ましくは、ペンタメチレンジイソシアネートの3量体化合物(イソシアヌレート)、ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体化合物(イソシアヌレート)、ジフェニルメタンジイソシアネートの多量体化合物のいずれかを含むことである。ウレタンエラストマーの硬化触媒は、ゴム化(樹脂化)や泡化を促進するためのウレタン化触媒(反応促進触媒)と、イソシアヌレート化触媒(イソシアネート3量化触媒)とに大別される。本開示では、これらの一つを単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。
As the
As the first polyisocyanate, among the polyisocyanates exemplified above, from the viewpoint of increasing the elastic modulus of the matrix, a polyisocyanate trimer compound (isocyanurate) or polymer compound, allophanate-type polyisocyanate, buret-type It preferably comprises a polyisocyanate having at least 3 isocyanate groups, such as a polyisocyanate. More preferably, it contains any one of a pentamethylene diisocyanate trimer compound (isocyanurate), a hexamethylene diisocyanate trimer compound (isocyanurate), and a diphenylmethane diisocyanate polymer compound. Curing catalysts for urethane elastomers are broadly classified into urethanization catalysts (reaction promoting catalysts) for promoting rubberization (resinization) and foaming, and isocyanurate catalysts (isocyanate trimerization catalysts). In the present disclosure, one of these may be used alone, or a mixture thereof may be used.
ウレタン化触媒としては、例えば、ジブチルチンジラウレート、スタナスオクトエートなどのスズ系のウレタン化触媒や、トリエチレンジアミン、テトラメチルグアニジン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ジエチルイミダゾール、テトラメチルプロパンジアミン、N,N,N’-トリメチルアミノエチルエタノールアミンなどのアミン系のウレタン化触媒などが挙げられる。これらの一つを単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。
これらのウレタン化触媒の中でも、ウレタン反応を特に促進する点で、トリエチレンジアミンが好ましい。
Examples of urethanization catalysts include tin-based urethanization catalysts such as dibutyltin dilaurate and stannous octoate, triethylenediamine, tetramethylguanidine, pentamethyldiethylenetriamine, diethylimidazole, tetramethylpropanediamine, N, N, N Examples include amine-based urethanization catalysts such as '-trimethylaminoethylethanolamine. One of these may be used alone, or a mixture thereof may be used.
Among these urethanization catalysts, triethylenediamine is preferable in that it particularly accelerates the urethane reaction.
イソシアヌレート化触媒としては、例えば、Li2O,(Bu3Sn)2Oなどの金属酸化物や、NaBH4などのハイドライド化合物や、NaOCH3、KO-(t-Bu)、ホウ酸塩などのアルコキシド化合物や、N(C2H5)3、N(CH3)2CH2C2H5、1,4-エチレンピペラジン(DABCO)などのアミン化合物や、HCOONa、Na2CO3、PhCOONa/DMF、CH3COOK、(CH3COO)2Ca、アルカリ石鹸、ナフテン酸塩などのアルカリ性カルボキシレート塩化合物や、アルカリ性ギ酸塩化合物や、((R)3-NR’OH)―OCOR”などの4級アンモニウム塩化合物などが挙げられる。また、イソシアヌレート化触媒として用いられる組み合わせ触媒(共触媒)として、例えばアミン/エポキシド、アミン/カルボン酸、アミン/アルキレンイミドなどが挙げられる。これらイソシアヌレート化触媒及び組合せ触媒は、単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。 Examples of isocyanurate catalysts include metal oxides such as Li 2 O and (Bu 3 Sn) 2 O, hydride compounds such as NaBH 4 , NaOCH 3 , KO-(t-Bu), borates, and the like. alkoxide compounds, N(C 2 H 5 ) 3 , N(CH 3 ) 2 CH 2 C 2 H 5 , amine compounds such as 1,4-ethylenepiperazine (DABCO), HCOONa, Na 2 CO 3 , PhCOONa /DMF, CH 3 COOK, (CH 3 COO) 2 Ca, alkaline soap, alkaline carboxylate salt compounds such as naphthenate, alkaline formate compounds, ((R) 3 —NR′OH)—OCOR”, etc. and quaternary ammonium salt compounds of.In addition, the combination catalyst (cocatalyst) used as the isocyanurate catalyst includes, for example, amine/epoxide, amine/carboxylic acid, amine/alkyleneimide, etc.These isocyanurates The conversion catalyst and combination catalyst may be used alone or in combination.
ウレタン合成用触媒の中でも、単独でウレタン化触媒として作用し、かつイソシアヌレート化触媒の作用も示すN,N,N’-トリメチルアミノエチルエタノールアミン(以下、ETAという)が好ましい。 Among the urethane synthesis catalysts, N,N,N'-trimethylaminoethylethanolamine (hereinafter referred to as ETA), which acts alone as a urethanization catalyst and also acts as an isocyanurate catalyst, is preferred.
本開示に係るポリウレタンエラストマーの製造方法においては、必要に応じて鎖延長剤(多官能の低分子量ポリオール)を用いてもよい。鎖延長剤としては、例えば、数平均分子量1000以下のグリコールが挙げられる。グリコールとしては、例えばエチレングリコール(EG)、ジエチレングリコール(DEG)、プロピレングリコール(PG)、ジプロピレングリコール(DPG)、1,4-ブタンジオール(1,4-BD)、1,6-ヘキサンジオール(1,6-HD)、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、キシリレングリコール(テレフタリルアルコール)、トリエチレングリコールなどが挙げられる。また、グリコール以外の鎖延長剤としては、例えば3価以上の多価アルコールが挙げられる。3価以上の多価アルコールとしては、例えばトリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなどが挙げられる。これらを単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。 In the method for producing a polyurethane elastomer according to the present disclosure, a chain extender (polyfunctional low-molecular-weight polyol) may be used as necessary. Examples of chain extenders include glycols having a number average molecular weight of 1000 or less. Examples of glycols include ethylene glycol (EG), diethylene glycol (DEG), propylene glycol (PG), dipropylene glycol (DPG), 1,4-butanediol (1,4-BD), 1,6-hexanediol ( 1,6-HD), 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, xylylene glycol (terephthalyl alcohol), triethylene glycol and the like. Examples of chain extenders other than glycol include polyhydric alcohols having a valence of 3 or more. Examples of trihydric or higher polyhydric alcohols include trimethylolpropane, glycerin, pentaerythritol and sorbitol. These may be used alone or in combination.
また、必要に応じて導電剤、顔料、可塑剤、防水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤などの添加剤を併せて用いることもできる。 Additives such as conductive agents, pigments, plasticizers, waterproofing agents, antioxidants, ultraviolet absorbers, and light stabilizers can also be used together as necessary.
以下、本発明にかかる実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
<使用材料>
以下、実施例および比較例にて使用した材料を列記する。
[ポリオール]
・A-1:ポリエーテルジオール(ポリプロピレングリコール)〔製品名:PREMINOL S4013F、R2の炭素数=3(分岐)、Mn=12,000、水酸基価:9.4mgKOH/g、AGC社製〕
・A-2:ポリエーテルジオール(ポリプロピレングリコール)〔製品名:ユニオール D-2000、R2の炭素数=3(分岐)、Mn=2,000、水酸基価:55.0mgKOH/g、日油社製〕
・A-3:ポリエーテルジオール(テトラヒドロフランと3-メチルテトラヒドロフランとの共重合体)〔製品名:PTG-L3000、R2の炭素数=5(分岐)+4(直鎖)、Mn=2,900、水酸基価:38.6mgKOH/g、保土谷化学工業社製〕
・A-4:ポリエーテルジオール(ポリテトラメチレングリコール)〔製品名:PTMG2000、R2の炭素数=4(直鎖)、Mn=2.000、水酸基価:57.2mgKOH/g、三菱ケミカル社製〕
・A-5:ポリカーボネートジオール〔製品名:クラレポリオール C-2090、R1の炭素数=6(直鎖)+6(分岐)、Mn=2,000、クラレ社製〕
・A-6:ポリカーボネートジオール〔製品名:クラレポリオール C-2065N、R1の炭素数=9(直鎖)+6(分岐)、Mn=2.000(水酸基価:56.4mgKOH/g、クラレ社製〕
・A-7:ポリカーボネートジオール〔製品名:デュラノール T6002、R1の炭素数=6(直鎖)、Mn=1.900、水酸基価:57.6mgKOH/g、旭化成ケミカル社製〕
・A-8〔製品名:デュラノール G3452、Mn=2.1×103(水酸基価:53.6mgKOH/g)、旭化成ケミカル社製〕
・A-9:ポリエステルジオール〔製品名:クラレポリオール P-2050、Mn=1,900、水酸基価:58.1mgKOH/g、クラレ社製〕
[ポリイソシアネート]
・B-1:キシリレンジイソシアネート〔東京化成工業社製〕
・B-2:ポリメリックMDI〔製品名:ミリオネート MR-200、東ソー社製〕
・B-3:イソシアヌレート化合物〔製品名:スタビオ D-370N、三井化学社製〕
[硬化触媒]
・C-1:1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン-2-メタノール(製品名;RZETA)〔東ソー社製〕
[鎖延長剤]
・D-1:1,4-ブタンジオール
EXAMPLES Examples according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
<Materials used>
Materials used in Examples and Comparative Examples are listed below.
[Polyol]
A-1: Polyether diol (polypropylene glycol) [product name: PREMINOL S4013F, number of carbon atoms in R2 = 3 (branched), Mn = 12,000, hydroxyl value: 9.4 mgKOH/g, manufactured by AGC]
・ A-2: Polyetherdiol (polypropylene glycol) [Product name: Uniol D-2000, number of carbon atoms in R 2 = 3 (branched), Mn = 2,000, hydroxyl value: 55.0 mgKOH / g, NOF Corporation Made]
・A-3: Polyether diol (copolymer of tetrahydrofuran and 3-methyltetrahydrofuran) [product name: PTG-L3000, number of carbon atoms in R2 = 5 (branched) + 4 (linear), Mn = 2,900 , hydroxyl value: 38.6 mgKOH / g, manufactured by Hodogaya Chemical Industry Co., Ltd.]
・A-4: Polyether diol (polytetramethylene glycol) [product name: PTMG2000, carbon number of R2 = 4 (straight chain), Mn = 2.000, hydroxyl value: 57.2 mgKOH / g, Mitsubishi Chemical Co., Ltd. Made]
・A-5: Polycarbonate diol [product name: Kuraray Polyol C-2090, number of carbon atoms in R1 = 6 (straight chain) + 6 (branched), Mn = 2,000, manufactured by Kuraray Co., Ltd.]
・A-6: Polycarbonate diol [Product name: Kuraray Polyol C-2065N, number of carbon atoms in R 1 = 9 (straight chain) + 6 (branched), Mn = 2.000 (hydroxyl value: 56.4 mgKOH / g, Kuraray Co., Ltd. Made]
・A-7: Polycarbonate diol [product name: Duranol T6002, number of carbon atoms in R 1 = 6 (straight chain), Mn = 1.900, hydroxyl value: 57.6 mgKOH/g, manufactured by Asahi Kasei Chemical Co., Ltd.]
・A-8 [Product name: Duranol G3452, Mn = 2.1 x 103 (hydroxyl value: 53.6 mgKOH/g), manufactured by Asahi Kasei Chemical]
A-9: Polyester diol [product name: Kuraray Polyol P-2050, Mn = 1,900, hydroxyl value: 58.1 mgKOH/g, manufactured by Kuraray Co., Ltd.]
[Polyisocyanate]
・ B-1: Xylylene diisocyanate [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.]
・ B-2: Polymeric MDI [product name: Millionate MR-200, manufactured by Tosoh Corporation]
・ B-3: isocyanurate compound [product name: Stabio D-370N, manufactured by Mitsui Chemicals]
[Curing catalyst]
· C-1: 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane-2-methanol (product name; RZETA) [manufactured by Tosoh Corporation]
[Chain extender]
・D-1: 1,4-butanediol
<評価>
以下、実施例および比較例における評価方法は下記のとおりである。
[評価1:外観検査]
マトリックス相/ドメイン相を有するポリウレタンエラストマーは可視光の散乱により透明度が低くなる傾向があるため、2mm厚のサンプルについて以下の基準にて評価した。
評価基準
A評価:不透明(サンプルを通して物体が透けて見えない。)
B評価:半透明(サンプルを通して物体が透けて見えるが、透明性は高くない。)
C評価:透明((サンプルを通してはっきりと物体が透けて見える。)
<Evaluation>
Evaluation methods in Examples and Comparative Examples are as follows.
[Evaluation 1: Appearance inspection]
Since a polyurethane elastomer having a matrix phase/domain phase tends to be less transparent due to scattering of visible light, a sample with a thickness of 2 mm was evaluated according to the following criteria.
Evaluation criteria A evaluation: opaque (an object cannot be seen through the sample.)
B rating: translucent (an object can be seen through the sample, but the transparency is not high.)
C rating: Transparent ((Objects can be clearly seen through the sample.)
[評価2:ガラス転移によるtanδピーク温度]
粘弾性測定装置(商品名:Physica MCR302、アントンパール社製)を用いて、下記のように測定した。打抜きカッターで成形した厚さ2mm、幅5mmの試験片をセットし、長さ20mm間でのトーションモード(ねじり)で、昇温速度2℃/minで-85℃~20℃まで周波数1Hzにて粘弾性を測定し、温度-tanδ曲線を得た。
[Evaluation 2: tan δ peak temperature due to glass transition]
Using a viscoelasticity measuring device (trade name: Physica MCR302, manufactured by Anton Paar), measurements were made as follows. Set a test piece with a thickness of 2 mm and a width of 5 mm molded with a punching cutter, in torsion mode (twisting) at a length of 20 mm, at a temperature increase rate of 2 ° C./min from -85 ° C. to 20 ° C. at a frequency of 1 Hz. Viscoelasticity was measured and a temperature-tan δ curve was obtained.
[評価3:マイクロゴム硬度]
マイクロゴム硬度計(商品名:MD-1capa;高分子計器株式会社製、押し針:タイプA(円柱形、直径0.16mm、高さ0.5mm、外径4mm、内径1.5mm)、測定モード:ピークホールドモード)を用いて、23℃における厚さ2mmの試験片のマイクロゴム硬度を測定した。マイクロゴム硬度は、以下の基準にて評価した。
評価基準
A評価:マイクロゴム硬度が40°未満
B評価:マイクロゴム硬度が40°以上50°未満
C評価:マイクロゴム硬度が50°以上
[Evaluation 3: micro rubber hardness]
Micro rubber hardness tester (trade name: MD-1capa; manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd., push needle: type A (cylindrical, diameter 0.16 mm, height 0.5 mm, outer diameter 4 mm, inner diameter 1.5 mm), measurement Mode: peak hold mode) was used to measure the microrubber hardness of a 2 mm thick test piece at 23°C. Micro rubber hardness was evaluated according to the following criteria.
Evaluation criteria A evaluation: Micro rubber hardness is less than 40° B evaluation: Micro rubber hardness is 40° or more and less than 50° C evaluation: Micro rubber hardness is 50° or more
[評価4:摩擦特性(評価4-1:動摩擦係数/評価4-2:耐摩耗性)]
ボールオンディスク摩擦摩耗試験機(商品名:HEIDON Type:20、新東化学株式会社製)を用い次のように評価した。両面テープで固定した厚さ2mmの試験片にSUSボール圧子(直径:10mm)を一定荷重で押し付けて回転摺動させることにより、以下の測定条件にて温度23℃における厚さ2mmの試験片の摩擦特性を評価した。
・荷重:0.5N(50g)
・回転径:1cm
・回転速度:192rpm(10cm/秒)
・測定時間:300秒
<評価4-1>
動摩擦係数は、測定開始10~300秒(サンプリング速度:5ms)の測定値の平均値として算出し、以下の基準にて評価した。
評価基準
A評価:動摩擦係数が1.6未満
B評価:動摩擦係数が1.6以上2.4未満
C評価:動摩擦係数が2.4以上
<評価4-2>
耐摩耗性は、動摩擦測定係数の測定後における摩耗痕の目視での観察結果に基づき、以下の基準にて評価した。
評価基準
A評価:摩耗痕が確認できない。
B評価:わずかに摩耗痕が確認できる。
C評価:はっきりと摩耗痕が確認できる。
[Evaluation 4: Friction Properties (Evaluation 4-1: Dynamic Friction Coefficient / Evaluation 4-2: Wear Resistance)]
A ball-on-disk friction wear tester (trade name: HEIDON Type: 20, manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.) was used for evaluation as follows. By pressing a SUS ball indenter (diameter: 10 mm) on a 2 mm thick test piece fixed with double-sided tape with a constant load and rotating and sliding it, a 2 mm thick test piece at a temperature of 23 ° C. under the following measurement conditions. Friction properties were evaluated.
・Load: 0.5 N (50 g)
・Rotating diameter: 1 cm
・Rotational speed: 192 rpm (10 cm/sec)
・Measurement time: 300 seconds <Evaluation 4-1>
The coefficient of dynamic friction was calculated as the average value of the measured values for 10 to 300 seconds (sampling speed: 5 ms) from the start of measurement, and evaluated according to the following criteria.
Evaluation Criteria A rating: dynamic friction coefficient of less than 1.6 B rating: dynamic friction coefficient of 1.6 or more and less than 2.4 C rating: dynamic friction coefficient of 2.4 or more <Evaluation 4-2>
Wear resistance was evaluated according to the following criteria based on the results of visual observation of wear marks after measuring the coefficient of dynamic friction measurement.
Evaluation Criteria Evaluation A: Abrasion traces cannot be confirmed.
B evaluation: Slight abrasion traces can be confirmed.
C evaluation: Abrasion traces can be clearly confirmed.
[評価5:弾性変形仕事率(ηiT)]
圧縮永久歪みの評価指標として、温度23℃における弾性変形仕事率(ηiT)を採用した。ηiTは、ナノインデンター(フィッシャースコープHM2000、株式会社フィッシャー・インストルメンツ製)を用い、圧子として四角錘型で対面角136°のビッカース圧子を使用して以下の測定条件にて測定した。
・最大押し込み荷重:10mN
・荷重速度10mN/30秒
・最大荷重保持時間:60秒
・除荷時間:5秒
ηiTは、得られた「荷重-変位曲線」から以下の式を用いて算出した。
ηiT(%)=(弾性変形仕事/全変形仕事)×100
圧縮永久歪みは、得られたηiTに基づいて、以下の基準にて評価した。
評価基準
A評価:ηiTが80%以上
B評価:ηiTが60以上80%未満
C評価:ηiTが60未満
[Evaluation 5: Elastic deformation work rate (ηiT)]
The elastic deformation work rate (ηiT) at a temperature of 23° C. was adopted as an evaluation index of the compression set. ηiT was measured using a nanoindenter (Fischer Scope HM2000, manufactured by Fisher Instruments Co., Ltd.) using a square pyramid Vickers indenter with a facing angle of 136° as an indenter under the following measurement conditions.
・Maximum pushing load: 10mN
・Loading speed 10 mN/30 seconds ・Maximum load holding time: 60 seconds ・Unloading time: 5 seconds ηiT was calculated from the obtained “load-displacement curve” using the following formula.
ηiT (%) = (elastic deformation work/total deformation work) x 100
The compression set was evaluated according to the following criteria based on the obtained ηiT.
Evaluation criteria A rating: ηiT is 80% or more B rating: ηiT is 60 or more and less than 80% C rating: ηiT is less than 60
[評価6:ポリウレタンエラストマーの断面におけるドメイン相の平均径、及びマトリックス相/ドメイン相の面積比率]
クライオミクロトームを用いて作製した厚さ約800nmの切片を用いて、走査型プローブ顕微鏡(SPM)(商品名;S-Image、日立ハイテクサイエンス社製)により以下の条件でポリウレタンエラストマーの断面を観察した。
・測定モード:VE-DFM(Viscoelastic Dynamic Force Mode)
・カンチレバー:SI-DF3(バネ定数=1.9N/m)
・走査エリア:50μm四方
・操作周波数:0.3~0.5Hz
SPMイメージ解析ソフトウェアSPIP(Scanning Probe Image Processor、Image Metrology社製)を使用して、グレイン解析モジュールを使用してドメイン相領域を検出することにより、ドメイン相の平均径、及びマトリックス相/ドメイン相の面積比率を求めた。
[Evaluation 6: Average diameter of domain phase in cross section of polyurethane elastomer and area ratio of matrix phase/domain phase]
Using a section with a thickness of about 800 nm prepared using a cryomicrotome, the cross section of the polyurethane elastomer was observed under the following conditions with a scanning probe microscope (SPM) (trade name: S-Image, manufactured by Hitachi High-Tech Science). .
・Measurement mode: VE-DFM (Viscoelastic Dynamic Force Mode)
・Cantilever: SI-DF3 (spring constant = 1.9 N/m)
・Scanning area: 50 μm square ・Operating frequency: 0.3 to 0.5 Hz
SPM image analysis software SPIP (Scanning Probe Image Processor, manufactured by Image Metrology) was used to detect the domain phase region using the grain analysis module, and the average diameter of the domain phase and the matrix phase/domain phase were determined. The area ratio was obtained.
[評価7:ポリウレタンエラストマーの断面におけるマトリックス相とドメイン相の確認と分析(実施例1~12)]
2mm厚のシート状ポリウレタンエラストマーからミクロトームを用いて作製した切片について、三次元顕微レーザーラマン分光分析装置(商品名:Nanofinder30、株式会社東京インスツルメンツ製)を使ってマッピング測定を行った。測定モードはEMで、500nm間隔で60×60ポイント測定し、0~400cm-1の積分像を得た。得られた積分像から、シート内部には、マトリックス相と、マトリックス相中に複数個のドメイン相が分散していることを確認した。また、マトリックス相とドメイン相は明瞭に相分離していた。
次に積分像からマトリックス相とドメイン相の部分のラマンスペクトルを測定した。測定は、光源はNd:YVO4(波長532nm)、レーザー強度は240μW、対物レンズは100倍、回折格子は300gr/mm、ピンホール径は100μm、露光時間は30秒、積算回数は1回で行った。得られたラマンスペクトルから、マトリックス相がポリカーボネートウレタンに由来の構造を含み、ドメインがポリエーテルポリオールに由来の構造を含んでいることを確認した。
[Evaluation 7: Confirmation and Analysis of Matrix Phase and Domain Phase in Cross Section of Polyurethane Elastomer (Examples 1 to 12)]
Mapping measurement was performed on a section prepared using a microtome from a sheet-like polyurethane elastomer having a thickness of 2 mm using a three-dimensional microscopic laser Raman spectrometer (trade name: Nanofinder 30, manufactured by Tokyo Instruments Co., Ltd.). The measurement mode was EM, 60×60 points were measured at intervals of 500 nm, and integral images of 0 to 400 cm −1 were obtained. From the integral image obtained, it was confirmed that a matrix phase and a plurality of domain phases were dispersed in the matrix phase inside the sheet. Also, the matrix phase and the domain phase were clearly separated.
Next, the Raman spectra of the matrix phase and domain phase were measured from the integrated image. The measurement was carried out with a light source of Nd:YVO4 (wavelength of 532 nm), a laser intensity of 240 μW, an objective lens of 100×, a diffraction grating of 300 gr/mm, a pinhole diameter of 100 μm, an exposure time of 30 seconds, and an integration count of 1. rice field. From the obtained Raman spectrum, it was confirmed that the matrix phase contained a structure derived from polycarbonate urethane and the domain contained a structure derived from polyether polyol.
[実施例1]
<ウレタンプレポリマーUP1の調製>
31.9質量部のポリオールA-1、1.0質量部のポリイソシアネートB-1、及び、500ppmの硬化触媒C-1を均一に混合し、温度100℃で24時間加熱することにより、末端にイソシアネート基を有するポリオールを合成した。この中に、59.2質量部のポリオールA-5を混合し、温度100℃で4時間加熱することにより、ウレタンプレポリマーUP1を製造した。
<ウレタンエラストマーNo.1の合成>
92.1質量部の前記ウレタンプレポリマーUP1、1.7質量部のB-1、2.5質量部のB-2、及び、3.7質量部のB-3を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(製品名:V-mini300、EME社製)を用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌した。こうして、本実施例に係るポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、当該ポリウレタンエラストマー形成用混合物を、温度130℃に予熱し、離型剤が薄く塗布された2mm厚シート作製用の金型に流し込み、温度130℃で2時間加熱して硬化させた。次いで、硬化物を脱型し、温度80℃で2日間ポストキュアを行って、厚みが2mmのシート形状のポリウレタンエラストマーNo.1を得た。
[Example 1]
<Preparation of urethane prepolymer UP1>
31.9 parts by mass of polyol A-1, 1.0 parts by mass of polyisocyanate B-1, and 500 ppm of curing catalyst C-1 are uniformly mixed and heated at a temperature of 100 ° C. for 24 hours to remove the terminal synthesized polyols with isocyanate groups. 59.2 parts by mass of polyol A-5 was mixed into this and heated at a temperature of 100° C. for 4 hours to produce a urethane prepolymer UP1.
<Urethane elastomer No. Synthesis of 1>
92.1 parts by mass of the urethane prepolymer UP1, 1.7 parts by mass of B-1, 2.5 parts by mass of B-2, and 3.7 parts by mass of B-3 are mixed, and a rotation-revolution type Using a vacuum stirring and defoaming mixer (product name: V-mini300, manufactured by EME), the mixture was stirred for 2 minutes at a revolution speed of 1600 rpm until homogeneous. Thus, a mixture for forming a polyurethane elastomer according to this example was obtained. Next, the polyurethane elastomer-forming mixture was preheated to a temperature of 130° C., poured into a mold for producing a 2 mm thick sheet lightly coated with a release agent, and cured by heating at a temperature of 130° C. for 2 hours. Next, the cured product was removed from the mold and post-cured at a temperature of 80° C. for 2 days to form a sheet-shaped polyurethane elastomer No. 2 having a thickness of 2 mm. got 1.
[実施例2]
<ウレタンプレポリマーUP2の調製>
13.5質量部のポリオールA-1、26.9質量部のポリオールA-2、4.0質量部のポリイソシアネートB-1、500ppmの硬化触媒C-1を均一に混合し、温度100℃で24時間加熱することにより、末端にイソシアネート基を有するポリオールを合成した。この中に、49.4質量部のポリオールA-5を混合し、温度100℃で4時間加熱することにより、ウレタンプレポリマーUP2を製造した。
<ポリウレタンエラストマーNo.2の合成>
93.8質量部の前記ウレタンプレポリマーUP2、2.5質量部のB-2、3.7質量部のB-3を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサーを用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、このポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.2を得た。
[Example 2]
<Preparation of urethane prepolymer UP2>
13.5 parts by mass of polyol A-1, 26.9 parts by mass of polyol A-2, 4.0 parts by mass of polyisocyanate B-1, and 500 ppm of curing catalyst C-1 are uniformly mixed and heated to 100 ° C. A polyol having terminal isocyanate groups was synthesized by heating for 24 hours at . 49.4 parts by mass of polyol A-5 was mixed into this and heated at a temperature of 100° C. for 4 hours to produce urethane prepolymer UP2.
<Polyurethane Elastomer No. Synthesis of 2>
93.8 parts by mass of the urethane prepolymer UP2, 2.5 parts by mass of B-2, and 3.7 parts by mass of B-3 were mixed, and a revolution speed of 1600 rpm was applied using a revolution-type vacuum stirring and defoaming mixer. A mixture for forming a polyurethane elastomer was obtained by stirring for 2 minutes until the conditions were homogeneous. Next, polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that this polyurethane elastomer-forming mixture was used. got 2.
[実施例3]
<ウレタンプレポリマーUP3の調製>
35.6質量部のポリオールA-2、4.9質量部のポリイソシアネートB-1、及び、500ppmの硬化触媒C-1を均一に混合し、温度100℃で24時間加熱することにより、末端にイソシアネート基を有するポリオールを合成した。この中に、53.3質量部のポリオールA-5を混合し、温度100℃で4時間加熱撹拌することにより、ウレタンプレポリマーUP3を製造した。
<ポリウレタンエラストマーNo.3の合成>
93.8質量部の前記ウレタンプレポリマーUP3、2.5質量部のB-2、及び、3.7質量部のB-3を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサーを用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、当該ポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.3を得た。
[Example 3]
<Preparation of urethane prepolymer UP3>
35.6 parts by mass of polyol A-2, 4.9 parts by mass of polyisocyanate B-1, and 500 ppm of curing catalyst C-1 are uniformly mixed and heated at a temperature of 100 ° C. for 24 hours to remove the terminal synthesized polyols with isocyanate groups. Into this, 53.3 parts by mass of polyol A-5 was mixed, and the mixture was heated and stirred at a temperature of 100° C. for 4 hours to produce urethane prepolymer UP3.
<Polyurethane Elastomer No. Synthesis of 3>
93.8 parts by mass of the urethane prepolymer UP3, 2.5 parts by mass of B-2, and 3.7 parts by mass of B-3 are mixed, and the revolution speed is changed using a revolution-type vacuum stirring and defoaming mixer. The mixture was stirred at 1600 rpm for 2 minutes until homogeneous to obtain a mixture for forming a polyurethane elastomer. Next, polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the mixture for forming polyurethane elastomer was used. got 3.
[実施例4]
<ウレタンプレポリマーUP4の調製>
18.0質量部のポリオールA-1、0.6質量部のポリイソシアネートB-1、及び、500ppmの硬化触媒C-1を均一に混合し、温度100℃で24時間加熱することにより、末端にイソシアネート基を有するポリオールを合成した。この中に、72.1質量部のポリオールA-5を混合し、温度100℃で4時間加熱することにより、ウレタンプレポリマーUP4を製造した。
<ポリウレタンエラストマーNo.4の合成>
93.7質量部の前記ウレタンプレポリマー、3.1質量部のB-1、及び、2.5質量部のB-2、3.7質量部のB-3を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(製品名:V-mini300、EME社製)を用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、このポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.4を得た。
[Example 4]
<Preparation of urethane prepolymer UP4>
18.0 parts by mass of polyol A-1, 0.6 parts by mass of polyisocyanate B-1, and 500 ppm of curing catalyst C-1 are uniformly mixed and heated at a temperature of 100 ° C. for 24 hours to remove the terminal synthesized polyols with isocyanate groups. 72.1 parts by mass of polyol A-5 was mixed into this and heated at a temperature of 100° C. for 4 hours to produce urethane prepolymer UP4.
<Polyurethane Elastomer No. Synthesis of 4>
93.7 parts by mass of the urethane prepolymer, 3.1 parts by mass of B-1, and 2.5 parts by mass of B-2 and 3.7 parts by mass of B-3 were mixed and subjected to a rotation-revolution vacuum Using a stirring and defoaming mixer (product name: V-mini300, manufactured by EME), the mixture was stirred for 2 minutes at a revolution speed of 1600 rpm until it became homogeneous, to obtain a mixture for forming a polyurethane elastomer. Next, polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that this polyurethane elastomer-forming mixture was used. Got 4.
[実施例5]
ポリオールA-5の代わりにポリオールA-6を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてウレタンプレポリマーUP5を調製した。また、ウレタンプレポリマーUP5を用いた以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.5を得た。
[Example 5]
Urethane prepolymer UP5 was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyol A-6 was used instead of polyol A-5. Polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that urethane prepolymer UP5 was used. Got 5.
[実施例6]
ポリオールA-5の代わりにポリオールA-7を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてウレタンプレポリマーUP6を調製した。また、ウレタンプレポリマーUP6を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.6を得た。
[Example 6]
Urethane prepolymer UP6 was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyol A-7 was used instead of polyol A-5. Polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that urethane prepolymer UP6 was used. got 6.
[実施例7]
ポリオールA-5の代わりにポリオールA-8を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてウレタンプレポリマーUP7を調製した。また、ウレタンプレポリマーUP7を用いた以外は実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.7を得た。
[Example 7]
Urethane prepolymer UP7 was prepared in the same manner as in Example 1, except that polyol A-8 was used instead of polyol A-5. Polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that urethane prepolymer UP7 was used. got 7.
[実施例8]
<ウレタンプレポリマーUP8の調製>
32.5質量部のポリオールA-1、1.0質量部のポリイソシアネートB-1、及び、500ppmの硬化触媒C-1を均一に混合し、温度100℃で24時間加熱することにより、末端にイソシアネート基を有するポリオールを合成した。この中に、56.8質量部のポリオールA-5を混合し、温度100℃で4時間加熱することにより、ウレタンプレポリマーUP8を製造した。
<ポリウレタンエラストマーNo.8の合成>
90.2質量部の前記ウレタンプレポリマーUP8、及び、0.8質量部のD-1を混合した。次いで、2.8質量部のB-1、2.5質量部のB-2、及び、3.7質量部のB-3を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(製品名:V-mini300、EME社製)を用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、このポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.8を得た。
[Example 8]
<Preparation of urethane prepolymer UP8>
32.5 parts by mass of polyol A-1, 1.0 parts by mass of polyisocyanate B-1, and 500 ppm of curing catalyst C-1 are uniformly mixed and heated at a temperature of 100 ° C. for 24 hours to remove the terminal synthesized polyols with isocyanate groups. 56.8 parts by mass of polyol A-5 was mixed into this and heated at a temperature of 100° C. for 4 hours to produce urethane prepolymer UP8.
<Polyurethane Elastomer No. Synthesis of 8>
90.2 parts by mass of the urethane prepolymer UP8 and 0.8 parts by mass of D-1 were mixed. Next, 2.8 parts by mass of B-1, 2.5 parts by mass of B-2, and 3.7 parts by mass of B-3 are mixed, and a rotation-revolution vacuum stirring and defoaming mixer (product name: V -mini300, manufactured by EME), the mixture was stirred for 2 minutes at a revolution speed of 1600 rpm until homogeneous, to obtain a mixture for forming a polyurethane elastomer. Next, polyurethane elastomer No. 8 was obtained in the same manner as in Example 1 except that this polyurethane elastomer-forming mixture was used.
[実施例9]
<ウレタンプレポリマーUP9の調製>
35.9質量部のポリオールA-3、4.1質量部のポリイソシアネートB-1、及び、500ppmの硬化触媒C-1を均一に混合し、温度100℃で4時間加熱することにより、末端にイソシアネート基を有するポリオールを合成した。この中に、53.8質量部のポリオールA-5を混合し、温度100℃で4時間加熱撹拌することにより、ウレタンプレポリマーUP9を調製した。
<ポリウレタンエラストマーNo.9の合成>
93.8質量部の前記ウレタンプレポリマーUP9、2.5質量部のB-2、及び、3.7質量部のB-3を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサーを用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、このポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.9を得た。
[Example 9]
<Preparation of urethane prepolymer UP9>
35.9 parts by mass of polyol A-3, 4.1 parts by mass of polyisocyanate B-1, and 500 ppm of curing catalyst C-1 are uniformly mixed and heated at a temperature of 100 ° C. for 4 hours to remove the terminal synthesized polyols with isocyanate groups. Into this, 53.8 parts by mass of polyol A-5 was mixed and heated with stirring at a temperature of 100° C. for 4 hours to prepare urethane prepolymer UP9.
<Polyurethane Elastomer No. Synthesis of 9>
93.8 parts by mass of the urethane prepolymer UP9, 2.5 parts by mass of B-2, and 3.7 parts by mass of B-3 are mixed, and the revolution speed is adjusted using a revolution-type vacuum stirring and defoaming mixer. The mixture was stirred at 1600 rpm for 2 minutes until homogeneous to obtain a mixture for forming a polyurethane elastomer. Next, polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that this polyurethane elastomer-forming mixture was used. got 9.
[実施例10]
<ウレタンプレポリマーUP10の調製>
35.6質量部のポリオールA-4、4.9質量部のポリイソシアネートB-1、及び、500ppmの硬化触媒C-1を均一に混合し、温度100℃で4時間加熱することにより、末端にイソシアネート基を有するポリオールを合成した。この中に、53.3質量部のポリオールA-5を混合し、温度100℃で4時間加熱撹拌することにより、ウレタンプレポリマーUP10を製造した。
<ポリウレタンエラストマーNo.10の合成>
93.8質量部の前記ウレタンプレポリマーUP10、2.5質量部のB-2、及び、3.7質量部のB-3を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサーを用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、このポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.10を得た。
[Example 10]
<Preparation of urethane prepolymer UP10>
35.6 parts by mass of polyol A-4, 4.9 parts by mass of polyisocyanate B-1, and 500 ppm of curing catalyst C-1 are uniformly mixed and heated at a temperature of 100 ° C. for 4 hours to remove the terminal synthesized polyols with isocyanate groups. 53.3 parts by mass of polyol A-5 was mixed with this, and the mixture was heated and stirred at a temperature of 100° C. for 4 hours to produce urethane prepolymer UP10.
<Polyurethane Elastomer No. Synthesis of 10>
93.8 parts by mass of the urethane prepolymer UP10, 2.5 parts by mass of B-2, and 3.7 parts by mass of B-3 are mixed, and the revolution speed is adjusted using a revolution-type vacuum stirring and defoaming mixer. The mixture was stirred at 1600 rpm for 2 minutes until homogeneous to obtain a mixture for forming a polyurethane elastomer. Next, polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that this polyurethane elastomer-forming mixture was used. Got 10.
[実施例11]
<ウレタンプレポリマーUP11の調製>
31.9質量部のポリオールA-1、0.3質量部のポリイソシアネートB-1、及び、500ppmの硬化触媒C-1を均一に混合し、温度100℃で24時間加熱することにより、末端にイソシアネート基を有するポリオールを合成した。この中に、59.2質量部のポリオールA-5を混合し、温度100℃で4時間加熱することにより、ウレタンプレポリマーUP11を製造した。
<ポリウレタンエラストマーNo.11の合成>
92.1質量部の前記ウレタンプレポリマーUP11、2.4質量部のB-1、2.5質量部のB-2、及び、3.7質量部のB-3を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(製品名:V-mini300、EME社製)を用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、このポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.11を得た。
[Example 11]
<Preparation of urethane prepolymer UP11>
31.9 parts by mass of polyol A-1, 0.3 parts by mass of polyisocyanate B-1, and 500 ppm of curing catalyst C-1 are uniformly mixed and heated at a temperature of 100 ° C. for 24 hours to remove the terminal synthesized polyols with isocyanate groups. 59.2 parts by mass of polyol A-5 was mixed into this and heated at a temperature of 100° C. for 4 hours to produce urethane prepolymer UP11.
<Polyurethane Elastomer No. Synthesis of 11>
92.1 parts by mass of the urethane prepolymer UP11, 2.4 parts by mass of B-1, 2.5 parts by mass of B-2, and 3.7 parts by mass of B-3 are mixed, and a rotation-revolution type Using a vacuum stirring and defoaming mixer (product name: V-mini300, manufactured by EME), the mixture was stirred for 2 minutes at a revolution speed of 1600 rpm until it became homogeneous, to obtain a mixture for forming a polyurethane elastomer. Next, polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that this polyurethane elastomer-forming mixture was used. 11 was obtained.
[実施例12]
<ウレタンプレポリマーUP12の調製>
31.9質量部のポリオールA-1、1.5質量部のポリイソシアネートB-1、及び、500ppmの硬化触媒C-1を均一に混合し、温度100℃で24時間加熱することにより、末端にイソシアネート基を有するポリオールを合成した。この中に、59.2質量部のポリオールA-5を混合し、温度100℃で4時間加熱することにより、ウレタンプレポリマーUP12を製造した。
<ポリウレタンエラストマーNo.12の合成>
92.1質量部の前記ウレタンプレポリマーUP12、1.2質量部のB-1、2.5質量部のB-2、及び、3.7質量部のB-3を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサー(製品名:V-mini300、EME社製)を用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、このポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.12を得た。
[Example 12]
<Preparation of urethane prepolymer UP12>
31.9 parts by mass of polyol A-1, 1.5 parts by mass of polyisocyanate B-1, and 500 ppm of curing catalyst C-1 are uniformly mixed and heated at a temperature of 100 ° C. for 24 hours to remove the terminal synthesized polyols with isocyanate groups. 59.2 parts by mass of polyol A-5 was mixed into this and heated at a temperature of 100° C. for 4 hours to produce urethane prepolymer UP12.
<Polyurethane Elastomer No. Synthesis of 12>
92.1 parts by mass of the urethane prepolymer UP12, 1.2 parts by mass of B-1, 2.5 parts by mass of B-2, and 3.7 parts by mass of B-3 are mixed, and a rotation-revolution type Using a vacuum stirring and defoaming mixer (product name: V-mini300, manufactured by EME), the mixture was stirred for 2 minutes at a revolution speed of 1600 rpm until it became homogeneous, to obtain a mixture for forming a polyurethane elastomer. Next, polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that this polyurethane elastomer-forming mixture was used. 12 was obtained.
[比較例1]
87.7質量部のポリオールA-5、4.5質量部のB-1、3.1質量部のB-2、4.7質量部のB-3、及び、500ppmの硬化触媒C-1を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサーを用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、このポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.C1を得た。
[Comparative Example 1]
87.7 parts by weight of polyol A-5, 4.5 parts by weight of B-1, 3.1 parts by weight of B-2, 4.7 parts by weight of B-3, and 500 ppm of curing catalyst C-1 and stirred for 2 minutes at a revolution speed of 1600 rpm until homogeneous using a rotation-revolution type vacuum agitating and defoaming mixer to obtain a mixture for forming a polyurethane elastomer. Next, polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that this polyurethane elastomer-forming mixture was used. C1 was obtained.
[比較例2]
35.1質量部のポリオールA-2、52.6質量部のポリオールA-9、4.6質量部のB-1、3.1質量部のB-2、4.7質量部のB-3、及び、500ppmの硬化触媒C-1を混合し、自公転式真空撹拌脱泡ミキサーを用いて公転速度1600rpmの条件で均質になるまで2分間撹拌して、ポリウレタンエラストマー形成用混合物を得た。次いで、このポリウレタンエラストマー形成用混合物を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリウレタンエラストマーNo.C2を得た。
実施例1~12及び比較例1~2に係るポリウレタンエラストマーの評価結果を表1―1及び表1-2に示す。
[Comparative Example 2]
35.1 parts by weight of polyol A-2, 52.6 parts by weight of polyol A-9, 4.6 parts by weight of B-1, 3.1 parts by weight of B-2, 4.7 parts by weight of B- 3 and 500 ppm of curing catalyst C-1 were mixed, and stirred for 2 minutes using a rotation-revolution vacuum stirring and defoaming mixer at a revolution speed of 1600 rpm until homogeneous, to obtain a mixture for forming a polyurethane elastomer. . Next, polyurethane elastomer No. 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that this polyurethane elastomer-forming mixture was used. C2 was obtained.
The evaluation results of the polyurethane elastomers according to Examples 1-12 and Comparative Examples 1-2 are shown in Tables 1-1 and 1-2.
<ポリウレタンエラストマーの構造>
表1―1及び表1-2に示す結果において、粘弾性測定により得られた代表的な温度-tanδ曲線(実施例1、比較例1~2)を図2に示す。図2に示すように、実施例1では、-80~10℃の範囲においてtanδピーク温度(ガラス転移温度)が2つ確認されたのに対して、比較例1、及び比較例2においては、1つのピーク温度のみ確認された。また、ポリウレタンエラストマーの外観についても、実施例1~12に係るポリウレタンエラストマーNo.1~12では不透明であった。一方、比較例1~2に係るポリウレタンエラストマーNo.C1及びC2では透明性が高かった。
実施例1に係るポリウレタンエラストマーNo.1で観測されたtanδピーク温度は-65℃と-22℃であり、それぞれ原料A-1(ポリプロピレングリコール)に由来するポリエーテルポリウレタン、原料A-3(ポリカーボネートポリオール)に由来するポリカーボネートポリウレタン(比較例1参照)に相当するガラス転移温度であった。すなわち、実施例1で得られたポリウレタンエラストマーNo.1については、ポリカーボネートを有するポリウレタンとポリエーテルを有するポリウレタンがほとんど相溶することなく、明瞭に相分離して存在していることが明らかとなった。また、図3に示すポリウレタンエラストマーNo.1の断面のマイクロ粘弾性顕微鏡(VE-AFM)による粘弾性像から、ドメイン相とマトリックス相との明瞭な相分離構造が観測された。また、当該粘弾性像における黒色濃度の高いドメイン相が、低硬度な、ポリウレタンエラストマー中のエーテル構造(一般式(2))に由来するものであること、また、黒色濃度の低いマトリックス相が、高硬度なポリウレタンエラストマー中のカーボネート構造(一般式(1)に由来するものであることが示された。
実施例2~12に係るポリウレタンエラストマーNo.2~12についても、ポリウレタンエラストマーNo.1と同様に、動的粘弾性測定(DMA)により得られる温度-損失正接(tanδ)曲線において、-80~+20℃の温度範囲に、ガラス転移によるピークが2つ認められた。また、ポリウレタンエラストマーNo.2~12の各々の断面のマイクロ粘弾性顕微鏡(VE-AFM)による粘弾性像から、ドメイン相とマトリックス相との明瞭な相分離構造が観測された。また、当該粘弾性像における黒色濃度の高いドメイン相が、低硬度な、ポリウレタンエラストマー中のエーテル構造(一般式(2))に由来するものであること、また、黒色濃度の低いマトリックス相が、高硬度なポリウレタンエラストマー中のカーボネート構造(一般式(1)に由来するものであることが示された。
一方、比較例2で得られたポリウレタンエラストマーNo.C2については、透明性の高い外観や断面観察結果が得られた。さらに、それらのことに加え、-53℃に1つのtanδピークのみが観測されたことから、ポリエーテルポリウレタンとポリエステルポリウレタンとがほぼ完全に相溶しており、相分離構造を有さないことが確認された。
<Structure of Polyurethane Elastomer>
FIG. 2 shows representative temperature-tan δ curves (Example 1, Comparative Examples 1 and 2) obtained by viscoelasticity measurement in the results shown in Tables 1-1 and 1-2. As shown in FIG. 2, in Example 1, two tan δ peak temperatures (glass transition temperatures) were confirmed in the range of -80 to 10 ° C., whereas in Comparative Examples 1 and 2, Only one peak temperature was identified. Also, regarding the appearance of the polyurethane elastomer, the polyurethane elastomer Nos. 1-12 were opaque. On the other hand, polyurethane elastomer Nos. according to Comparative Examples 1 and 2. C1 and C2 had high transparency.
Polyurethane elastomer No. 1 according to Example 1; The tan δ peak temperatures observed in No. 1 are −65° C. and −22° C., and the polyether polyurethane derived from raw material A-1 (polypropylene glycol) and the polycarbonate polyurethane derived from raw material A-3 (polycarbonate polyol) (comparative (see Example 1)). That is, polyurethane elastomer No. 1 obtained in Example 1; Regarding No. 1, it was found that the polycarbonate-containing polyurethane and the polyether-containing polyurethane were hardly compatible with each other, and were clearly phase-separated. Moreover, the polyurethane elastomer No. shown in FIG. From the viscoelastic image of the cross section of No. 1 by a microviscoelastic microscope (VE-AFM), a clear phase separation structure of the domain phase and the matrix phase was observed. In addition, the domain phase with high black density in the viscoelastic image is derived from the ether structure (general formula (2)) in the polyurethane elastomer with low hardness, and the matrix phase with low black density is It was shown that the carbonate structure in the high-hardness polyurethane elastomer (derived from the general formula (1).
Polyurethane elastomer Nos. according to Examples 2-12. Polyurethane elastomer Nos. 2 to 12 are also used. As in No. 1, two peaks due to glass transition were observed in the temperature range of -80 to +20°C in the temperature-loss tangent (tan δ) curve obtained by dynamic viscoelasticity measurement (DMA). Also, polyurethane elastomer No. A distinct phase separation structure between the domain phase and the matrix phase was observed from the viscoelastic images of each of the sections 2 to 12 by a microviscoelastic microscope (VE-AFM). In addition, the domain phase with high black density in the viscoelastic image is derived from the ether structure (general formula (2)) in the polyurethane elastomer with low hardness, and the matrix phase with low black density is It was shown that the carbonate structure in the high-hardness polyurethane elastomer (derived from the general formula (1).
On the other hand, the polyurethane elastomer No. 2 obtained in Comparative Example 2; For C2, highly transparent appearance and cross-sectional observation results were obtained. Furthermore, in addition to these, only one tan δ peak was observed at −53° C., which indicates that the polyether polyurethane and the polyester polyurethane are almost completely compatible and do not have a phase separation structure. confirmed.
<ポリウレタンエラストマーの物性>
実施例1に係るポリウレタンエラストマーNo.1は、比較例1で得られた単独のポリカーボネートポリウレタンNo.C1と比べて硬度が著しく低減し、動摩擦係数の低減も観られた。また、実施例1で得られたポリウレタンエラストマーは、耐摩耗性も良好であり、シリコーンエラストマーに匹敵する高い弾性変形仕事率(低圧縮永久歪み)を示した。
一方、比較例2で得られたポリウレタンエラストマーNo.C2は、低硬度であるものの、耐摩耗性が低く、摩擦特性評価の際、摩耗による表面荒れのためにステンレス鋼(SUS304)製のボール圧子の浮き・跳ねが発生し、動摩擦係数を測定することが困難であった。また、実施例1、及び2と比較して、弾性変形仕事率が低く、圧縮永久歪みが劣化する傾向が観られた。
以上の結果から、本開示に係るポリウレタンエラストマーは、低硬度で且つ、良好な摩擦特性、及び低圧縮永久歪みを実現可能な優れた効果を示すことが明らかとなった。これらの効果は、ポリカーボネートポリウレタンをマトリックス相、ポリエーテルポリウレタンをドメイン相に配した相分離構造を有することによるものと判断される。
<Physical properties of polyurethane elastomer>
Polyurethane elastomer No. 1 according to Example 1; 1 is the single polycarbonate polyurethane No. 1 obtained in Comparative Example 1; Compared to C1, the hardness was significantly reduced, and a reduction in the dynamic friction coefficient was also observed. In addition, the polyurethane elastomer obtained in Example 1 had good abrasion resistance and exhibited a high elastic deformation work rate (low compression set) comparable to silicone elastomers.
On the other hand, the polyurethane elastomer No. 2 obtained in Comparative Example 2; Although C2 has low hardness, it has low wear resistance, and when evaluating friction characteristics, the stainless steel (SUS304) ball indenter floats and bounces due to surface roughness due to wear, and the dynamic friction coefficient is measured. was difficult. In addition, compared with Examples 1 and 2, the elastic deformation work rate was low, and the compression set tended to deteriorate.
From the above results, it has been clarified that the polyurethane elastomer according to the present disclosure exhibits an excellent effect of realizing low hardness, good frictional properties, and low compression set. These effects are believed to be due to the phase-separated structure in which the polycarbonate polyurethane is arranged in the matrix phase and the polyether polyurethane is arranged in the domain phase.
Claims (9)
一般式(1)で表される第1の繰り返し構造単位と一般式(2)で示される第2の繰り返し構造単位とを有し、
マトリックス相と、該マトリックス相中に分散されたドメイン相とを含み、
該マトリックス相は、該第1の繰り返し構造単位を含み、
該ドメイン相は、該第2の繰り返し構造単位を含むことを特徴とするポリウレタンエラストマー:
Having a first repeating structural unit represented by general formula (1) and a second repeating structural unit represented by general formula (2),
comprising a matrix phase and a domain phase dispersed in the matrix phase;
the matrix phase comprises the first repeating structural unit;
A polyurethane elastomer characterized in that said domain phase comprises said second repeating structural unit:
(i)少なくとも1個のイソシアネート基を有する第1のポリエーテルと、少なくとも2個の水酸基を有する第1のポリカーボネートポリオールとを反応させて少なくとも2個の水酸基を有するウレタンプレポリマーを得る工程、
(ii)該ウレタンプレポリマーの少なくとも一部を含む液滴を、第2のポリカーボネートポリオール中に分散させた分散体を得る工程、及び
(iii)該分散体、及び、少なくとも2個のイソシアネート基を有するポリイソシアネートを含むポリウレタンエラストマー形成用混合物を調製し、次いで、該ポリウレタンエラストマー形成用混合物中の該ウレタンプレポリマー、該第2のポリカーボネートポリオール、及び、該ポリイソシアネートを反応させて該ポリウレタンエラストマーを形成する工程、を有することを特徴とするポリウレタンエラストマーの製造方法。
A method for producing the polyurethane elastomer according to any one of claims 1 to 8,
(i) reacting a first polyether having at least one isocyanate group with a first polycarbonate polyol having at least two hydroxyl groups to obtain a urethane prepolymer having at least two hydroxyl groups;
(ii) droplets comprising at least a portion of said urethane prepolymer dispersed in a second polycarbonate polyol to obtain a dispersion; and (iii) said dispersion and at least two isocyanate groups; and then reacting the urethane prepolymer, the second polycarbonate polyol, and the polyisocyanate in the polyurethane elastomer-forming mixture to form the polyurethane elastomer. A method for producing a polyurethane elastomer, comprising the step of:
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