JP2022507623A - 低温硬化が低減されたポリウレタンまたはポリウレタン尿素組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
発明の分野。実用寿命の間、物品の耐久性を保証しながら、低イソシアネートシステムにおいて軟質性を維持するように設計されたポリオールに基づくポリウレタンエラストマー組成物が、ここに記載されている。
驚くべきことに、および意外なことに、ポリプロピレングリコールおよびポリ(ブチレンオキシド)などのポリ(アルキレン)オキシドと、ε-カプロラクトンとの共重合体を低イソシアネート形成に用いて、約6ヶ月以上の間それらの軟質性を維持する軟質ポリウレタン材料を得ることができることが発見された。さらに、材料は、ポリエステルアジペート技術に基づくポリウレタンと比べて、加水分解劣化に対する優れた耐性を示す。Aブロックのより高い疎水性は、ポリエステルホモ重合体と比べてより良好な相分離をもたらし、ジイソシアネート結晶化の速度は増加し、したがって離型時間が改善する。加えて、製品は、低減された粘着性を示した、または粘着性を示さなかった。本願に記載されたようなポリウレタン材料は、ニッチなポリエステルアジペートに基づくポリウレタンと同様に、フルオロエラストマーおよびシリコーンエラストマーなどの材料に対する比較的安価な代替物を提供する。したがって、本記載は、低温硬化が低減されたポリウレタンまたはポリウレタン尿素組成物を提供する。
本記載は、
a)少なくとも1つの1000~5000g/molの平均数分子量を有するA-B-Aタイプのブロック共重合体であって、前記ブロック共重合体は、ポリ(アルキレンオキシド)ジオールと、環状ラクトンまたは環状エーテルとの反応生成物であり、前記ポリ(アルキレンオキシド)ジオールは、ブロック共重合体の総分子量の30~70質量%の範囲で存在し、前記環状ラクトンまたは環状エーテルは、ブロック共重合体の総分子量の30~70質量%の範囲で存在する、少なくとも1つの1000~5000g/molの平均数分子量を有するA-B-Aタイプのブロック共重合体と、
b)少なくとも1つのジイソシアネート
との反応生成物を含む、組成物を提供する。
a)は、1000~5000g/molの平均数分子量を有するA-B-Aタイプのブロック共重合体である。ブロック共重合体は、ポリ(アルキレンオキシド)ジオールと環状ラクトンまたは環状エーテルとの反応生成物であり、アルキレンオキシド重合体(A)は、アルキレンオキシド重合体(A)の分子量の少なくとも20質量%の平均が直鎖における分岐として存在する、分岐部を有する直鎖状骨格を確立するA-B-Aタイプのブロック共重合体の総分子量の30~70質量%を構成し、前記環状ラクトンまたは環状エーテルは、ブロック共重合体の総分子量の30~70質量%の範囲で存在し、
b)は、少なくとも1つのジイソシアネートであり、および任意に、
c)は、60~600の分子量を有するジオールまたはジアミン鎖延長剤である。
i) [-b)-a)]n ここでnは>5
または、任意には、
ii) [-b)-c)-b)-a)-b)]n-a) ここでnは>4
が得られる。前記重合体組成物は、製造されてから6ヶ月、ショアAが±5%以内として測定されるようにその軟質特性を維持する。
例1~9
表1にしたがってポリウレタンエラストマー材料を調製するために、溶解された4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートに必須のポリオールがまず滴加され、80℃で2時間反応させた。これにより、約4%のNCOのポリウレタンプレ重合体が得られた。これに、97%化学量論または103イソシアネート指数(index)にしたがって1,4-ブタンジオールが加えられ、混合物は2分間ボルテックスミキサ(vortex mixer)を用いて均質化された。反応混合物は、その後、120℃で1時間コンディショニングされた、コーティングされた金属板の上へ注がれた。その後、離型され23℃まで冷却される前に、キャストシートが120℃で16時間オーブンに置かれた。例1~5は、型から容易に除かれ、粘着性は観察されなかった。
2.1kgの4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、0.4kgの1,4-ブタンジオール(150ppmのジラウリン酸ジブチルスズを含む)および7.5kgのブロック共重合体が、190~260℃の温度プロファイルおよび170℃のダイ温度で、二軸押出機で10kg/hの速度で連続的に混合された。押出物は、ウォーターバスで冷却され、空気によって冷却され、標準温度および湿度条件下で粒状にされた。小粒は、融点以上で圧縮されて6mmのTPUシートを形成した。
ポリウレタンエラストマー材料の初期硬度は、1日後、ASTM D 2240-15にしたがって決定された。23℃/50% R.H.のコンディショニングオーブンまたは4℃の冷蔵庫のいずれかに、シートが置かれた。硬度は、6ヶ月の期間にわたって測定された。
ハードセグメント結晶化の程度は、ポリウレタン材料が結晶化し適時に離型されることができる製品を与える速度の指標である。このような情報は、新製品が商業的に実現可能なサイクル時間で製造されることができることを保証するのに役立つ。表4は、この発明の例のためのハードセグメントの融解エンタルピーが、ポリカプロラクトンホモ重合体がソフトセグメントとして用いられた場合の100倍以上大きく、商業的に利用可能な80ショアA材料と同じ桁であることを示す。
Claims (20)
- 低温硬化が低減されたポリウレタンまたはポリウレタン尿素組成物であって、
a)少なくとも1つの1000~5000g/molの平均数分子量を有するA-B-Aタイプのブロック共重合体であって、前記ブロック共重合体は、ポリ(アルキレンオキシド)ジオールと、環状ラクトンまたは環状エーテルとの反応生成物であり、前記ポリ(アルキレンオキシド)ジオールは、前記ブロック共重合体の総分子量の30~70質量%の範囲で存在し、前記ブロック共重合体は、ポリ(アルキレン)オキシドユニットの分子量の少なくとも20質量%の平均が直鎖における分岐として存在する、分岐部を有する直鎖状骨格を含み、前記環状ラクトンまたは環状エーテルは、前記ブロック共重合体の総分子量の30~70%の範囲で存在する、少なくとも1つの1000~5000g/molの平均数分子量を有するA-B-Aタイプのブロック共重合体と、
b)少なくとも1つのジイソシアネート
との反応生成物を含む、組成物。 - 前記組成物が、a)、b)、さらにc)60~600g/molの分子量を有するジオール鎖延長剤またはジアミン鎖延長剤の反応生成物であり、前記反応生成物が、0.9:1~2:1のNCO:OH分子比で、反応a)、b)およびc)によって、可塑剤がないときに形成される、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物が、30ショアA~80ショアAの範囲の硬度を有する、請求項1に記載の組成物。
- NCO:OH分子比が、0.9:1~1.7:1の範囲にある、請求項1に記載の組成物。
- NCO:OH分子比が、0.95:1~1.5:1の範囲にある、請求項1に記載の組成物。
- NCO:OH分子比が、1:1~1.2:1の範囲にある、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリ(アルキレン)オキシドユニットの分子量の少なくとも25%が、前記直鎖における分岐として存在する、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリ(アルキレン)オキシドジオールが、ポリ(プロピレン)グリコール、ポリ(ブチレンオキシド)ジオール、およびその混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
- 前記環状ラクトンがε-カプロラクトンである、請求項1に記載の組成物。
- 前記環状エーテルが、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2-ブチレンオキシド、2,3-ブチレンオキシド、テトラヒドロフラン、またはメチルテトラヒドロフランである、請求項1に記載の組成物。
- 前記ジイソシアネートが、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、トルエン-2,4-ジイソシアネート、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、およびその混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
- 前記ジオール鎖延長剤が、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,4-ジ-(ベータヒドロキシエチル)-ヒドロキシキノン、1,4-ジ-(ベータヒドロキシエチル)-ビスフェノールA、およびその混合物の群から選択される、請求項2に記載の組成物。
- 前記ジアミン鎖延長剤が、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、1,4-ジアミノベンゼン、3,3’-ジメトキシ-4,4-ジアミノビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノビフェニル、およびその混合物の群から選択される、請求項2に記載の組成物。
- 前記ポリプロピレングリコールまたは前記ポリ(ブチレンオキシド)ジオールが、前記ブロック共重合体の総分子量の50~70質量%の範囲で存在する、請求項8に記載の組成物。
- 前記組成物は、製造されてから6ヶ月、ショアAが±5%以内として測定されるようにその軟質特性を維持する、請求項1に記載の組成物。
- 低温硬度が低減されたポリウレタンまたはポリウレタン尿素組成物を作製する方法であって、
a)少なくとも1つの1000~5000g/molの平均数分子量を有するA-B-Aタイプのブロック共重合体であって、前記ブロック共重合体は、ポリ(アルキレンオキシド)ジオールと、環状ラクトンまたは環状エーテルとの反応生成物であり、前記ポリ(アルキレンオキシド)ジオールは、前記ブロック共重合体の総分子量の30~70質量%の範囲で存在し、前記ブロック共重合体は、ポリ(アルキレン)オキシドユニットの分子量の少なくとも20質量%の平均が直鎖における分岐として存在する、分岐部を有する直鎖状骨格を含み、前記環状ラクトンまたは環状エーテルは、前記ブロック共重合体の総分子量の30~70%の範囲で存在する、少なくとも1つの1000~5000g/molの平均数分子量を有するA-B-Aタイプのブロック共重合体と、
b)少なくとも1つのジイソシアネート
とを反応させるステップを含む、方法。 - 前記方法が、a)、b)、さらにc)60~600g/molの分子量を有するジオール鎖延長剤またはジアミン鎖延長剤を反応させるステップをさらに含み、前記反応生成物が、0.9:1~2:1のNCO:OH分子比で、反応a)、b)およびc)によって、可塑剤がないときに形成される、請求項16に記載の方法。
- 重合体組成物が、
i) [-b)-a)]n ここでnは>5
という構造を有する、請求項16に記載の方法。 - 重合体組成物が、
ii) [-b)-c)-b)-a)-b)]n-a) ここでnは>4
という構造を有する、請求項17に記載の方法。 - 請求項1に記載の組成物を使用する方法であって、前記方法は、
a.請求項1に記載の組成物を提供するステップと、
b.熱可塑性ポリウレタン、高温キャストエラストマー、低温キャストエラストマー、微孔質ポリウレタン発泡体、水性または有機媒体へのポリウレタン分散剤、ポリウレタン接着剤、1または2成分ポリウレタンコーティング、付加製造またはポリウレタン封止剤としての加工の少なくとも1つにおいて、前記組成物を利用するステップ
とを含む、方法。
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