JP2022189050A - カレンダー用ロール被覆材およびカレンダー用ロール - Google Patents
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Abstract
Description
図1を参照して、本実施形態のカレンダー用ロール被覆材12は、ジイソシアネートとポリオールとの反応物であるウレタンプレポリマー成分と、ジアミンおよびジオールの少なくとも1つを含む硬化剤成分と、を含む樹脂組成物の硬化物を含み、ジイソシアネートはイソホロンジイソシアネート(以下、IPDIともいう)を含む。本実施形態のカレンダー用ロール被覆材は、耐熱性および耐摩耗性が高くカレンダー加工に好適である。
本実施形態のカレンダー用ロール被覆材12に含まれる樹脂組成物の硬化物におけるウレタンプレポリマー成分は、ウレタンプレポリマーに由来する成分であって、ジイソシアネートとポリオールとの反応物である。ここで、ウレタンプレポリマーは、後述する硬化剤と反応して樹脂組成物の硬化物を形成するものであり、ウレタンプレポリマーの少なくとも1つの末端にイソシアネート基(NCO基)を含む。
ポリオールと反応してウレタンプレポリマーを得るジイソシアネートは、イソホロンジイソシアネート(以下、IPDIともいう)を含む。IPDIとは、IUPAC名で3-イソシアナトメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルイソシアネートと呼ばれるジイソシアネートである。本実施形態のカレンダー用ロール被覆材は、ウレタンプレポリマー成分中にIPDIとポリオールとの反応物であるIPDI由来成分を含むことにより、耐熱性および耐摩耗性が高くカレンダー加工に好適となり、カレンダー加工において織布または不織布に、適度な光沢度を付与し、色合いの低下(色差)が小さく、また、良好な風合い(触感)付与することができる。
ジイソシアネートと反応してウレタンプレポリマーを得るポリオールは、特に制限はないが、耐熱性および耐摩耗性が高くカレンダー加工に好適なカレンダー用ロール被覆材を得る観点から、脂肪族ポリオールが好ましく、脂肪族ポリオールのうちポリエーテルポリオールおよびポリエステルポリオールの少なくともいずれかがより好ましい。ポリエーテルポリオールとしては、たとえば、ポリエチレングリコール(以下、PEGともいう)、ポリプロピレングリコール(以下、PPGともいう)、ポリテトラメチレングリコール(以下、PTMGともいう)などが好適に挙げられる。ポリエステルポリオールとしては、ポリカプロラクトン系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリエチレンアジペート系ポリオール、ポリブチレンアジペート系ポリオール、ポリヘキセンアジペート系ポリオールなどが好適に挙げられる。これらの脂肪族ポリオールは、単独でまたは2種以上を混合もしくは重合させて用いることができ、さらにこれらの変性体も用いることができる。
本実施形態のカレンダー用ロール被覆材12を構成する硬化剤成分は、ウレタンプレポリマーと反応する硬化剤に由来する成分である。ここで、硬化剤は、前述のウレタンプレポリマーと反応して樹脂組成物の硬化物を形成するものであり、ジアミンおよびジオールの少なくとも1つを含む。また、硬化剤は、ウレタンプレポリマーとの反応により得られる硬化物の耐熱性および耐摩耗性をより高める観点から、ジアミンを含むことが好ましい。
ジアミンは、特に制限はないが、耐熱性および耐摩耗性が高くカレンダー加工に好適なカレンダー用ロール被覆材を得る観点から、4,4’-メチレン-ビス(2-クロロアニリン)(以下、MOCAともいう)、トリメチレン-ビス(4-アミノベンゾアート)(以下、CUA-4ともいう)、ジエチルトルエンジアミン(以下、DETDAともいう)、ジメチルチオトルエンジアミン(以下、DMTDAともいう)、4,4’-メチレン-ビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)(以下、M-CDEAともいう)などが好適に挙げられる。さらに、上記の観点から、ジアミンはMOCAがより好ましい。
ジオールは、特に制限はないが、耐熱性および耐摩耗性が高くカレンダー加工に好適なカレンダー用ロール被覆材を得る観点から、1,4-ブタンジオール(以下、1,4-BDともいう)、シクロヘキサンジオール(以下、1,4-CHDともいう)、ポリカーボネートジオール(以下、PCDともいう)などが好適に挙げられる。さらに、上記の観点から、1,4-BDがより好ましい。
本実施形態のカレンダー用ロール被覆材は、カレンダー加工に好適な観点から、表面におけるデュロメータD硬度が60以上90以下が好ましい。また、上記観点から、表面におけるデュロメータD硬度は、65以上85以下がより好ましく、70以上80以下がさらに好ましく、72以上78以下が特に好ましく、74以上76以下が最も好ましい。ここで、カレンダー用ロール被覆材の表面におけるデュロメータD硬度は、JIS K6253-3:2012に準拠して、タイプDデュロメータにより測定した硬度である。
本実施形態のカレンダー用ロール被覆材の製造方法は、特に制限はなく、従来の製造方法が好適に用いられる。たとえば、円筒形の金型に、NCO成分原料であるウレタンプレポリマーと硬化剤成分原料である硬化剤とを注入して、加熱により硬化させる方法が好適に挙げられる。かかる方法においては、円筒形の金型を長さ方向の中心軸を中心として回転させながら硬化させる回転成型が好ましい。回転成型を用いない場合、円筒形の外型と円筒形の内型からなる、断面がドーナツ形の二重構造の型を用意し、外型と内型との隙間にNCO成分原料であるウレタンプレポリマーと硬化剤成分原料である硬化剤とを注入して、加熱により硬化させる方法が可能である。また、金型内で一次加熱により一次硬化させた後、金型から脱型したウレタンエラストマーを二次加熱により二次硬化させることが好ましい。
図2を参照して、本実施形態のカレンダー用ロール10は、ロール芯材11と、ロール芯材11の外周を被覆する実施形態1のカレンダー用ロール被覆材12と、を含む。本実施形態のカレンダー用ロール10は、実施形態1のカレンダー用ロール被覆材12を含むため、耐熱性および耐摩耗性が高くカレンダー加工に好適であり、カレンダー加工において織布または不織布に、適度な光沢度を付与し、色合いの低下(色差)が小さく、また、良好な風合い(触感)付与することができる。
本実施形態のカレンダー用ロール10に含まれるロール芯材11は、カレンダー用ロールとして使用できる機械的強度および耐熱強度を有するものであれば特に制限はなく、たとえば、鉄または鉄合金などの金属で構成できる。かかるロール芯材は、その外周表面上に、樹脂またはFRP(繊維強化プラスチック)を含む下地層が形成されていてもよく、樹脂を塗布および/または含浸させた繊維を巻き付けること(すなわち、フィラメントワインディング(FW))により得られる下巻層(以下、FW層ともいう)が形成されていてもよい。
本実施形態のカレンダー用ロール10において、ロール芯材11の外周を被覆するカレンダー用ロール被覆材12は、実施形態1のカレンダー用ロール被覆材であり、ここではその説明を繰り返さない。ロール芯材11の外周表面あるいは上記下地層および/または上記下巻層(FW層)の外周表面とカレンダー用ロール被覆材12の内周表面との間に少なくとも1層の接着剤層が介在していてもよい。
本実施形態のカレンダー用ロール10の製造方法は、特に制限はなく、従来の製造方法が好適に用いられる。たとえば、実施形態1のカレンダー用ロール被覆材12にロール芯材11を挿入して、ロール芯材11とカレンダー用ロール被覆材12との間の隙間に接着剤を注入して硬化させることにより、ロール芯材11の外周にカレンダー用ロール被覆材12を被覆したカレンダー用ロール10を形成することができる。また、円筒型の金型の中心に、上記ロール芯材11を、そのままあるいは上記接着剤層を形成した後に配置し、カレンダー用ロール被覆材12の原料(すなわち、NCO成分原料であるウレタンプレポリマーおよび硬化剤成分原料である硬化剤)を注入して硬化させることにより、ロール芯材11の外周にカレンダー用ロール被覆材12を被覆したカレンダー用ロール10を形成することができる。
1.カレンダー用ロール被覆材の作製
表1を参照して、NCO成分原料としての、IPDI(住化コベストロウレタン株式会社製デスモジュールI)とPTMGとを反応させた(IPDI+PTMG)プレポリマー(NCO当量:375g/mol、NCO%:11.2質量%、80℃における粘度:568mPa・s)100質量部と、硬化剤成分原料としてのMOCA(クミアイ化学工業株式会社製キュアミンMT、アミン価:420KOHmg/g)33.8質量部と、を撹拌して円筒形の回転成型用金型に注入して一次加熱により一次硬化させ、金型から脱型して二次加熱により二次硬化させることにより、カレンダー用ロール被覆材を作製した。ここで、原料の撹拌前において、NCO成分原料の液温は80℃、硬化剤成分原料の液温は120℃とした。また、金型温度は100℃、一次加熱条件は金型をその円筒形の長さ方向の中心軸を中心として400rpmで回転させながら100℃×2時間、二次加熱条件は150℃×6時間とした。また、作製されたカレンダー用ロール被覆材は、外径240mmかつ内径200mmの厚さ20mmで長さが250mmの円筒形であった。
図2を参照して、カレンダー用ロール10のロール芯材11として、外径190mmで長さ250mmの鉄芯の外周表面に厚さ3mmの下巻層を形成したものを用いた。かかる下巻層は、鉄芯の外周表面に、エポキシ樹脂(主剤:ナガセエレックス株式会社製NY-632、硬化剤:ナガセエレックス株式会社製XNH7432)が塗布されたガラスクロス(ユニチカ株式会社製M200FZ160CY)を巻き付けて上記エポキシ樹脂接着剤を加熱硬化させることにより形成した。
上記で作製されたカレンダー用ロール10について、以下のようにして、その特性を評価した。
カレンダー用ロール被覆材におけるピンホールの有無を目視により確認した。ピンホールが認められたものを有、ピンホールが認められなかったものを無、と評価した。
カレンダー用ロール被覆材の表面層から厚さ10mmのサンプルを切り出し、当該サンプルのデュロメータD硬度を、JIS K6253-3:2012に準拠して、高分子計器株式会社製アスカーゴム硬度計D型を用いて測定した。結果を表1に示した。
厚さ0.055mmのポリエステル平織布(繊維径:0.10mm、打ち込み本数:73本/cm)を、外径250mmで長さ300mmのヒートロールと上記カレンダー用ロールとの間を通過させる通布試験を行った。通布条件は、ヒートロール温度:140℃、線圧:200kN/m、カレンダー用ロール回転数:10rpmとした。上記通布後のポリエステル平織布の85度鏡面光沢(Gs(85°))を、JIS Z8741:1997に準拠して、日本電色工業株式会社製ハンディ型光沢計PG-IIMを用いて測定した。結果を表1に示した。
上記通布の前後のポリエステル平織布の色度を、JIS Z8781-4:2013に準拠して、日本電色工業株式会社製ハンディ型色差計NF555を用いて測定した。測定した通布前後の色度から、JIS Z8781-6:2017の附属書JAのJA.3 CMC(l:c)による色差に記載の(JA.2)式においてl=2およびc=1としたCMC(2:1)による色差ΔECMC(2:1)を算出した。色差は小さい方が良い。結果を表1に示した。
上記通布後のポリエステル平織布の風合いを手による触覚により評価した。布にゴワゴワとした感じがないものを良、布にゴワゴワとした感じがあるものを不良、と評価した。結果を表1に示した。
外径250mmで長さ300mmのヒートロールと上記カレンダー用ロールとを接触させた状態で長期間連続して走行させる連続走行試験を行った。連続走行条件は、ヒートロール温度140℃、線圧:200kN/m、カレンダー用ロール回転数:30rpm、走行期間:1週間、とした。連続走行試験前後のカレンダー用ロールについて、上記と同様にしてデュロメータD硬度を測定し、連続走行試験前のデュロメータD硬度に対する連続走行試験後のデュロメータD硬度の変化(単位:ポイント)を算出した。結果を表1に示した。変化が正の値であれば硬度が高くなったことを意味し、変化が負の値であれば硬度が低くなったことを意味する。
カレンダー用ロール被覆材の表面層からサンプルを切り出し、当該サンプルの摩耗量を、JIS K6264-1:2005およびK6264-2:2005に準拠して、株式会社東洋精機製作所製DIN摩耗試験機を用いて測定した。後述の比較例1のサンプルの摩耗量を100としたときの本実施例のサンプルの摩耗量を相対摩耗量として算出した。結果を表1に示した。相対摩耗量が小さいほど耐摩耗性が高いことを意味する。
カレンダー用ロール被覆材の耐熱性を、その動的粘弾性測定における損失正接tanδのピーク温度により評価した。tanδのピーク温度はガラス転移温度に対応するため、tanδのピーク温度が高いほど耐熱性が高いことを意味する。カレンダー用ロール被覆材の表面層からサンプルを切り出し、当該サンプルのtanδのピーク温度を、JIS K7244-4:1999に準拠して、株式会社エー・アンド・デイ製レオバイブロンDDV-25GPを用いて測定した。
カレンダー用ロール被覆材の表面層からサンプルを切り出し、当該サンプルの30℃および100℃における動的弾性率E’(30℃)およびE’(100℃)を、JIS K7244-4:1999に準拠して、株式会社エー・アンド・デイ製レオバイブロンDDV-25GPを用いて測定し、E’(30℃)に対するE’(100℃)の保持率を算出した。結果を表1に示した。動的弾性率E’の保持率が高いほど、カレンダー用ロールの耐熱安定性が高いことを意味する。
1.カレンダー用ロール被覆材の作製
表1を参照して、NCO成分原料としての、H-MDI(住化コベストロウレタン株式会社製デスモジュールW)とPTMGとを反応させた(H-MDI+PTMG)プレポリマー(NCO当量:352g/mol、NCO%:11.9質量%、80℃における粘度:504mPa・s)100質量部と、硬化剤成分原料としてのMOCA(クミアイ化学工業株式会社製キュアミンMT、アミン価:420KOHmg/g)35.9質量部と、硬化促進剤としてのアジピン酸(東京化成工業株式会社製)0.05質量部と、を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、カレンダー用ロール被覆材を作製した。なお、原料撹拌直後の配合液の粘度は、実施例1と同様に測定したところ、480mPa・sであった。また、配合液のポットライフは、実施例1と同様に測定したところ、24分であった。
上記で作製されたカレンダー用ロール被覆材を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、カレンダー用ロールを作製した。
上記で作製されたカレンダー用ロールについて、実施例1と同様にして、ピンホール、デュロメータD硬度、光沢度、色差、風合い、デュロメータD硬度の変化、相対摩耗量、耐熱性、および動的弾性率E’の保持率を評価した。結果を表1にまとめた。
1.カレンダー用ロール被覆材の作製
表1を参照して、NCO成分原料としての、H-MDI(住化コベストロウレタン株式会社製デスモジュールW)65質量部およびHDI(住化コベストロウレタン株式会社製スミジュールN3300)35質量部の混合物(NCO当量:150g/mol、NCO%:28.0質量%、50℃における粘度:240mPa・s)と、硬化剤成分原料としての、MOCA(クミアイ化学工業株式会社製キュアミンMT)35質量部およびポリアミン(クミアイ化学工業株式会社製エラスマー1000P)23質量部の混合物(アミン価:289KOHmg/g)を用いたこと、原料の撹拌前において、NCO成分原料の液温は50℃、硬化剤成分原料の液温は90℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、カレンダー用ロール被覆材を作製した。なお、原料撹拌直後の配合液の粘度は、実施例1と同様に測定したところ、380mPa・sであった。また、配合液のポットライフは、実施例1と同様に測定したところ、30分であった。
上記で作製されたカレンダー用ロール被覆材を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、カレンダー用ロールを作製した。
上記で作製されたカレンダー用ロールについて、実施例1と同様にして、ピンホール、デュロメータD硬度、光沢度、色差、風合い、デュロメータD硬度の変化、相対摩耗量、耐熱性、および動的弾性率E’の保持率を評価した。結果を表1にまとめた。
1.カレンダー用ロール被覆材の準備
表1を参照して、6-ナイロンで形成されている既製のカレンダー用ロール被覆材(SINVEX SR NAT SIRTRES社製)を購入した。カレンダー用ロール被覆材12の寸法を、外径260mm、内径186mm、長さ250mmに加工した。
図2を参照して、カレンダー用ロール10のロール芯材11として、外径190mmで長さ250mmの鉄芯を用いた。上記カレンダー用ロール被覆材12を、120℃に加熱した後、上記ロール芯材11に嵌め込んで冷却した。その後、カレンダー用ロール被覆材12の外周表面を研磨加工することにより、外径が230mmのカレンダー用ロールを作製した。
上記で作製されたカレンダー用ロールについて、実施例1と同様にして、ピンホール、デュロメータD硬度、光沢度、色差、風合い、デュロメータD硬度の変化、相対摩耗量、耐熱性、および動的弾性率E’の保持率を評価した。結果を表1にまとめた。
(1)ポットライフ:実施例1は、比較例1および2と同程度のポットライフであり、カレンダー用ロール被覆材およびカレンダー用ロールの製造に好適であった。
(2)ピンホール:実施例1は、比較例1および2と同様に、ピンホールが無い良好なカレンダー用ロール被覆材およびカレンダー用ロールが得られた。これらに比べて、比較例3においては、ピンホールが有った。
(3)デュロメータD硬度:実施例1は、比較例1および2と同程度のデュロメータD硬度であり、良好なカレンダー用ロール被覆材およびカレンダー用ロールであった。
(4)光沢度:実施例1は、比較例1~3に比べて光沢度が高すぎず、織布または不織布に適度な光沢を付与できるため、特に織布または不織布をマット調に仕上げる際のカレンダー加工に好適であることが分かった。
(5)色差:実施例1は、比較例1~3に比べて、カレンダー加工の前後で色合いの低下(色差)が小さいため、織布または不織布を目的とする色合いに仕上げることができ、カレンダー加工に好適であることが分かった。
(6)風合い:実施例1は、比較例1~3と同様に風合いが良であり、織布または不織布のカレンダー加工に好適であることが分かった。
(7)デュロメータD硬度の変化:実施例1は、連続通布試験前後におけるデュロメータD硬度の変化が比較例1および2と同等および比較例3よりも小さく、織布または不織布のカレンダー加工に好適であることが分かった。
(8)相対摩耗量:実施例1は、比較例1~3に比べて相対摩耗量が非常に少なく、非常に高い耐摩耗性を有することが分かった。
(9)耐熱性:実施例1は、比較例1および2に比べてtanδのピーク温度が高く、高い耐熱性を有することが分かった。比較例3のtanδのピーク温度が高いのは、6-ナイロンの物性によるものであった。
(10)動的弾性率E’の保持率:実施例1は、比較例1および2に比べて同等以上でかつ比較例3に比べて非常に高い動的弾性率E’の保持率が発現し、高い耐熱安定性を有することが分かった。
Claims (4)
- ジイソシアネートとポリオールとの反応物であるウレタンプレポリマー成分と、ジアミンおよびジオールの少なくとも1つを含む硬化剤成分と、を含む樹脂組成物の硬化物を含み、
前記ジイソシアネートはイソホロンジイソシアネートを含むカレンダー用ロール被覆材。 - 前記ジイソシアネートは前記イソホロンジイソシアネートである請求項1に記載のカレンダー用ロール被覆材。
- 表面におけるデュロメータD硬度が60以上90以下である請求項1または請求項2に記載のカレンダー用ロール被覆材。
- ロール芯材と、前記ロール芯材の外周を被覆する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカレンダー用ロール被覆材と、を含むカレンダー用ロール。
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