JP2765993B2 - ポリウレタン、その製造方法およびそれに用いるポリエステルジオール - Google Patents

ポリウレタン、その製造方法およびそれに用いるポリエステルジオール

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規なポリウレタン、その製造方法および該
ポリウレタンの原料として用いるポリエステルジオール
に関する。
本発明により提供されるポリウレタンは優れた耐寒性
および弾性回復性を有するとともに、力学的性能にも優
れる。
〔従来の技術〕
従来よりポリウレタンは高弾性率を有し、耐摩耗性お
よび耐油性に優れる等の多くの特長を有するため、ゴム
およびプラスチツクの代替材料として注目されており、
通常のプラスチツク成形加工法が適用できる成形材料と
して広範な用途で多量使用されるようになつてきてい
る。ポリウレタンは高分子ジオール、ジイソシアナート
および1,4−ブタンジオールなどの鎖伸長剤を混合して
重合することにより製造されている。均質なポリウレタ
ンを製造するためには原料を溶融状態で混合して重合す
ることが好ましいことが知られている。
ポリウレタンとしてはポリエステル系ポリウレタン、
ポリエーテル系ポリウレタン、ポリカーボネート系ポリ
ウレタンなどが知られており、これらのポリウレタンは
それぞれの特長に応じて種々の用途に使用されている。
例えば、ポリエーテル系ポリウレタンは耐加水分解性が
特に要求される用途に、ポリエステル系ポリウレタンは
力学的性能、耐油性、耐摩耗性が特に要求される用途
に、またポリカーボネート系ポリウレタンはポリエステ
ル系ポリウレタンの特長に加え、さらに耐久性が要求さ
れる用途にそれぞれ使用されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のポリエステル系ポリウレタンは耐寒性、すなわ
ち低温柔軟性に劣り、弾性回復性が不良である等の問題
を有しており、これらの改良が要望されている。
而して、本発明の1つの目的は、優れた耐寒性および
弾性回復性を有するとともに、力学的性能に優れたポリ
ウレタンを提供することにある。
本発明の1つの目的は、上記のポリウレタンを製造す
る方法を提供することにある。
本発明のさらに他の1つの目的は、上記のポリウレタ
ンを与えるポリエステルジオールを提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、上記の目的の1つは、主鎖が実質的
にポリエステルジオール単位と下記の構造単位(IV)に
からなつており、該ポリエステルジオール単位が実質的
に下記の構造単位(I)、(II)および(III)からな
り、構造単位(I)と(II)のモル分率の和が構造単位
(III)のモル分率に実質的に等しく、かつ構造単位
(I)のモル分率が構造単位(I)と(II)のモル分率
の和に対して2〜30%の範囲にある、対数粘度0.4〜1.8
dl/gのポリウレタンを提供することによつて達成され
る。また上記の他の目的は、実質的に下記の構造単位
(I)、(II)および(III)からなり、構造単位
(I)と(II)のモル分率の和が構造単位(III)のモ
ル分率に実質的に等しく、かつ構造単位(I)のモル分
率が構造単位(I)と(II)のモル分率の和に対して2
〜30%の範囲にある数平均分子量600〜5,000のポリエス
テルジオールとジイソシアナートとを鎖伸長剤の存在下
または不存在下に重合することを特徴とする上記のポリ
ウレタンの製造方法を提供することによつて達成され、
さらに上記のポリエステルジオールを提供することによ
つて達成される。
(式中、nは2〜8の整数を表す。) (式中、R2は2価の飽和脂肪族炭化水素基、飽和脂
環式炭化水素基または芳香族炭化水素基を表す。) 上記の構造単位を詳しく説明する。構造単位(I)は
2−メチル−1,3−プロパンジオールから誘導される。
また構造単位(II)は1,4−ブタンジオールから誘導さ
れる。本発明のポリウレタンを構成する構造単位(I)
および(II)は、構造単位(I)のモル分率が構造単位
(I)と(II)のモル分率の和に対して2〜30%の範囲
にある関係にある必要がある。構造単位(I)のモル分
率が2%未満である場合には得られるポリウレタンの弾
性回復性が不良となり、また30%を越える場合には得ら
れるポリウレタンの耐寒性および力学的性能が劣る。構
造単位(I)のモル分率は構造単位(I)と(II)のモ
ル分率の和に対して2〜15%の範囲にある場合が好まし
い。
構造単位(III)は炭素数4〜10の脂肪族ジカルボン
酸から誘導される。該脂肪族ジカルボン酸としてはコハ
ク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン
酸、アゼライン酸またはセバシン酸が挙げられる。ポリ
ウレタンの耐寒性の点から、構造単位(III)はアジピ
ン酸、アゼライン酸またはセバシン酸から誘導された単
位であることが好ましい。構造単位(III)のモル分率
は上記の構造単位(I)と(II)のモル分率の和に実質
的に等しい。
また構造単位(IV)はイソシアナート基を分子中に2
個含有する脂肪族、脂環族または芳香族のジイソシアナ
ートから誘導される。ジイソシアナートとしては、例え
ば4,4′−ジフエニルメタンジイソシアナート、p−フ
エニレンジイソシアナート、トリレンジイソシアナー
ト、1,5−ナフチレンジイソシアナート、キシリレンジ
イソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、イ
ソホロンジイソシアナート、4,4′−ジシクロヘキシル
メタンジイソシアナートなどが挙げられる。
本発明のポリウレタンは、上記のとおり、ポリエステ
ルジオールト構造単位(IV)を与えるジイソシアナート
とを鎖伸長剤の存在下または不存在下に重合することに
より製造される。重合条件は公知のウレタン生成反応に
採用される条件が適用される。例えば、ポリエステルジ
オールまたはこれと鎖伸長剤との混合物を約40〜100℃
の温度に予熱したのち、これにそれらの化合物の活性水
素原子数とイソシアナート基の比が約1対1となる量の
ジイソシアナートを加え、短時間強力に攪拌する。攪拌
後、約50〜150℃の温度で放置することによりポリウレ
タンを得る。通常、ポリエステルジオールまたはこれと
鎖伸長剤との混合物に対してジイソシアナートは極く僅
か過剰に用いられる。反応は溶媒中で行うことも可能で
あり、溶媒としてはジメチルホルムアミド、ジエチルホ
ルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトア
ミド、テトラヒドロフラン、イソプロパノール、ベンゼ
ン、トルエン、エチルセロソルブ、トリクレンなどが単
独でまたは2種以上の組合わせで用いられる。この場
合、生成するポリウレタンの溶液濃度が10〜40重量%の
範囲無いとなるような溶媒量で反応を行うことが高分子
量のポリウレタンを製造するうえで好都合である。
鎖伸長剤としてはポリウレタン業界における常用の連
鎖成長剤、すなわちイソシアナートと反応し得る水素原
子を少なくとも2個含有する分子量400以下の低分子化
合物を用いることができ、例えばエチレングリコール、
プロピレングルコール、1,4−ブタンジオール、ネオペ
ンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチ
ル−1,5−ペンタンジオール、1,4−シクロヘキサンジオ
ール、1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキシ)ベンゼ
ン、ビス(β−ヒドロキシエチル)テレフタレート、キ
シリレングリコールなどのジオール;エチレンジアミ
ン、プロピレンジアミン、キシリレンジアミン、イソホ
ロンジアミン、ピペラジン、フエニレンジアミン、トリ
レンジアミンなどのジアミン;ヒドラジン;アジピン酸
ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジドなどのヒドラ
ジドなどが挙げられる。鎖伸長剤としては1,4−ブタン
ジオールまたは1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキシ)
ベンゼンを用いるのが最も好ましい。これらの化合物は
単独でまたは2種以上の組合わせで使用される。
本発明のポリウレタンの原料として用いるポリエステ
ルジオールは上記のとおりの構造単位(I)、(II)お
よび(III)から実質的になる。ポリエステルジオール
は上記の構造単位(I)および(II)を与えるジオール
と構造単位(III)を与える脂肪族ジカルボン酸または
そのエステルの所定量から、ポリエチレンテレフタレー
トまたはポリブチレンテレフタレートの製造に採用され
る公知のエステル交換反応または直接エステル化反応と
それに続く溶融重縮合反応を行うことにより製造され
る。上記の構造単位(III)を与える脂肪族ジカルボン
酸またはそのエステルは1種または2種以上の組合わせ
で使用される。本発明のポリウレタンの原料としては、
水酸基価および酸価より求めた数平均分子量が600〜5,0
00の範囲にあるポリエステルジオールを用いる。ポリエ
ステルジオールの数平均分子量が600より小さい場合に
は得られるポリウレタンの耐寒性などの低温特性が不良
となり、また5,000より大きい場合には得られるポリウ
レタンの力学的性能が劣る。ポリエステルジオールとし
ては数平均分子量が800〜4,000の範囲にあるものが好ま
しい。
上記のようにして得られるポリウレタンは、濃度0.5g
/100mlのジメチルホルムアミド溶液として30℃で求めた
対数粘度0.4〜1.8dl/gを有する。ポリウレタンとしては
対数粘度0.7〜1.2dl/gのものが好ましい。
本発明のポリウレタンは通常用いられている射出成形
機、押出成形機、ブロー成形機などにより容易に成形さ
れる。本発明のポリウレタンは優れた耐寒性および力学
的性能を有することから、シート、フイルム、ロール、
ギア、ソリツドタイヤ、ベルト、ホース、チユーブ、パ
ツキング材、防振材、靴底、スポーツ靴、その他各種の
ラミネート製品の素材、機械部品、自動車部品、スポー
ツ用品、弾性繊維などに使用される。また、本発明のポ
リウレタンは溶剤に溶解して人造皮革、繊維処理剤、接
着剤、バインダー、塗料などにも使用される。また、本
発明のポリウレタンは、目的に応じて公知の充填剤、安
定剤、着色剤、強化剤などを混合して用いることもでき
る。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらの実施例によつて何ら限定されるものでは
ない。なお、実施例および比較例において、ポリエステ
ルジオールの数平均分子量およびポリエチレンの対数粘
度は下記の方法に従つて求めたものである。またポリウ
レタンの耐寒性、弾性回復性および力学的性能は下記の
方法に従つて評価したものである。
(1) 数平均分子量:ポリエステルジオールの水酸基
価および酸価より求めた。
(2) 対数粘度:ポリウレタンをジメチルホルムアミ
ドに溶解し、0.5g/100mlの濃度で30℃で測定した。
(3) 耐寒性:厚さ100μのポリウレタンフイルムよ
り作製した試験片について、動的粘弾性測定装置
〔(株)レオロジ製、DVEレオスペクトラー〕を用い、
温度分散によりTα(E″のピーク温度、11Hz)を測定
し、これにより耐寒性を評価した。
(4) 弾性回復性:厚さ100μのポリウレタンフイル
ムより作製した試験片について、引張り強度測定装置
〔(株)島津製作所製、島津オートグラフAG−B形〕を
用い、10分間200%伸長を保持し、その後10分間放置し
た時の試験片の長さl′と伸長前の試験片の長さlを測
定し、下記の式より求めた。
(5) 力学的性能:厚さ100μのポリウレタンフイル
ムから3号ダンベルによつて打抜いた試験片について、
引張り強度測定装置〔(株)島津製作所製、島津オート
グラフAG−B形〕を用いて破断強度および破断伸度を測
定し、これらにより力学的性能を評価した。
実施例1 ポリエステルジオールの製造 1,4−ブタンジオールおよび2−メチル−1,3−プロパ
ンジオールの混合物(モル比=90:10)1,260gとアジピ
ン酸1,460g(ジオール対アジピン酸のモル比=1.4:1.
0)を反応器に仕込み、常圧下、窒素ガスを系無いに通
じつつ、約170℃で生成する水を系外に留去しながらエ
ステル化反応を行つた。ポリエステルの酸価が0.3以下
になつた時点で真空ポンプにより徐々に真空度を上げ、
反応を完結させた。このようにして得られたポリエステ
ルジオールは水酸基価56、酸価0.10、数平均分子量1,98
0を有していた。
実施例2〜5および比較例1〜3 ポリエステルジオールの製造 実施例1においてそれぞれ表1に示すジカルボン酸成
分を与えるジカルボン酸およびジオール成分を与えるジ
オールを用いる以外は同様にしてエステル化反応を行
い、それぞれ表1に示すポリエステルジオールを得た。
実施例1〜5および比較例1〜3で鰓得たポリエステ
ルジオールについて、ジカルボン酸成分およびジオール
成分、それらの割合、数平均分子量、酸価をまとめて表
1に示す。なお、表1においてジカルボン酸成分および
ジオール成分は次の略号を用いて示した。
BD :1,4−ブタンジオール MPG:2−メチル1,3−プロパンジオール AD :アジピン酸 AZA:アゼライン酸 SBA:セバシン酸 実施例6 ポリウレタンの製造および性能評価 ポリエステルジオール(A)200gおよび1,4−ブタン
ジオール(以下、これをBDと略称する)18gのジメチル
ホルムアミド溶液に4,4′−ジフエニルメタンジイソシ
アナート(以下、これをMDIと略称する)75gを添加し
(ポリエステルジオール(A)対BD対MDIのモル比=1:
2:3)、30重量%溶液とした。この溶液を窒素気流下、7
0℃で反応させ、溶液粘度(70℃)が1,000ポイズのポリ
ウレタン溶液を得た。得られたポリウレタンの各種性能
を評価し、その結果を表2に示す。
得られたポリウレタンは耐寒性、弾性回復性、力学的
性能がともに良好であつた。
実施例7〜10および比較例4〜6 ポリウレタンの製造および性能評価 実施例6においてポリエステルジオール(A)の代り
に表2に示すポリエステルジオールを用いる以外は同様
にして反応を行うことにより、ポリウレタン溶液を得
た。得られたポリウレタンの各種性能を評価し、その結
果を表2に示す。
実施例により得られたポリウレタンは耐寒性、弾性回
復性、力学的性能がともに良好であつた。
比較例により得られたポリウレタンは耐寒性、弾性回
復性、力学的性能のすべてにおいて良好ではなかつた。
〔発明の効果〕 本発明により提供されるポリウレタンは、前記の表2
から明らかなように、耐寒性、弾性回復性、力学的性能
のすべてにおいて優れる。本発明によればかかる優れた
性能を有するポリウレタンの製造方法が提供され、また
該ポリウレタンを与えるポリエステルジオールが提供さ
れる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 18/42 C08G 63/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主鎖が実質的にポリエステルジオール単位
    と下記の構造単位(IV)とからなつており、該ポリエス
    テルジオール単位が実質的に下記の構造単位(I)、
    (II)および(III)からなり、構造単位(I)と(I
    I)のモル分率の和が構造単位(III)のモル分率に実質
    的に等しく、かつ構造単位(I)のモル分率が構造単位
    (I)と(II)のモル分率の和に対して2〜30%の範囲
    にある、対数粘度0.4〜1.8dl/gのポリウレタン。 (式中、nは2〜8の整数を表す。) (式中、R2は2価の飽和脂肪族炭化水素基、飽和脂環
    式炭化水素基または芳香族炭化水素基を表す。)
  2. 【請求項2】実質的に下記の構造単位(I)、(II)お
    よび(III)からなり、構造単位(I)と(II)のモル
    分率の和が構造単位(III)のモル分率に実質的に等し
    く、かつ構造単位(I)のモル分率が構造単位(I)と
    (II)のモル分率の和に対して2〜30%の範囲にある数
    平均分子量600〜5,000のポリエステルジオールとジイソ
    シアナートとを鎖伸長剤の存在下または不存在下に重合
    することを特徴とする請求項1記載のポリウレタンの製
    造方法。 (式中、nは2〜8の整数を表す。)
  3. 【請求項3】実質的に下記の構造単位(I)、(II)お
    よび(III)からなり、構造単位(I)と(II)のモル
    分率の和が構造単位(III)のモル分率に実質的に等し
    く、かつ構造単位(I)のモル分率が構造単位(I)と
    (II)のモル分率の和に対して2〜30%の範囲にある数
    平均分子量600〜5,000のポリエステルジオール。 (式中、nは2〜8の整数を表す。)
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