JP2953093B2 - 耐荷重性の優れたポリウレタンエラストマーの製造方法 - Google Patents

耐荷重性の優れたポリウレタンエラストマーの製造方法

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JP2953093B2 JP3087177A JP8717791A JP2953093B2 JP 2953093 B2 JP2953093 B2 JP 2953093B2 JP 3087177 A JP3087177 A JP 3087177A JP 8717791 A JP8717791 A JP 8717791A JP 2953093 B2 JP2953093 B2 JP 2953093B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐荷重性の良いポリウ
レタンエラストマーの製造方法に関する。更に詳しく
は、特定の組成のトリレンジイソシアネート(以下、T
DIと略す)とポリオールとからプレポリマーを得て、
特定のジアミンにより硬化させた耐荷重性の優れたポリ
ウレタンエラストマーの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、熱硬化タイプのポリウレタンエラ
ストマーは、強靱な引張物性や、優れた耐摩耗性を有す
るので、製紙用や、鉄鋼用等の工業用ロールや、フォー
クリフトのタイヤ、台車のキャスター、ジェットコース
ターの車輪、ローラースケート等のキャスター等に使用
されている。しかしながら、これらの用途に供されるも
のは、その使用条件が極端に過酷である場合が多い。そ
のために各種エラストマーの中でも物性の優れた熱硬化
タイプのポリウレタンエラストマーが広く使用されてい
る。これらのポリウレタンエラストマーは、通常円柱形
で、荷重を受けつつ回転させながら使用されている。こ
のことは、圧縮と弛緩が繰り返しエラストマーに対して
かかることを意味しており、この荷重がエラストマーの
許容重量を越えるような場合には、エラストマーが変形
して元の形に復帰できなかったり、高荷重に耐えられず
に発熱し、エラストマーの溶融あるいは破裂による破壊
等を引き起こすことになる。このような状況で使用され
るポリウレタンエラストマーは、高強度で耐荷重性のよ
いエラストマーであることが要望されてきた。
【0003】これらを改善するために用いられる熱硬化
タイプのポリウレタンエラストマーは、化学量論的に過
剰のTDIとポリオールとの反応によって得られる、い
わゆるプレポリマーと呼ばれるものと、一般的にはプレ
ポリマーに対する硬化剤と呼ばれる芳香族ジアミンとの
反応により得られる。
【0004】これらの反応において、TDI以外のジイ
ソシアネートが使用されないのは、硬化剤との組合せ
で、高硬度、高強度等が得られなかったり、更には、反
応が早すぎたり、余りに遅すぎたりするためである。
【0005】このようなTDIフルポリマーに芳香族ジ
アミンを反応させて得られるポリウレタンエラストマー
には、TDI成分として、2,4−TDIと2,6−T
DIの異性体混合物において、2,4−TDI重量比率
が、80〜100%のものが使用されている。しかし、
このような組成のエラストマーでは十分な物性が得られ
ていなかった。
【0006】一般的には、2,4−TDIの比率が、8
0%より下回る場合には、このTDIプレポリマーに対
しては、芳香族ジアミンとの反応性が早くなりすぎて、
注型できる時間の目安である、ポットライフが短くなる
ため、使用されることはほとんどなかった。また、2,
6−TDIの含有比率が20%を越えると、ポリオール
と反応させて得られるプレポリマーは、フリーのTDI
が多く残る傾向にある。これは、2,6−TDIの2つ
のNCO基の反応性が等しいために起こる問題である。
【0007】このような理由で、プレポリマーに使用さ
れるTDIは、異性体の混合比率が重量で、2,4−/
2,6−=100/0〜80/20のものが好んで使用
されてきた。従来は、2,6−TDIの耐荷重性に対す
る認識が全くないままに、注型操作のし易い2,6−T
DIの重量含有比率の少ない異性体混合比率で使用して
きたために十分な物性が得られなかったのである。
【0008】熱硬化タイプのウレタンエラストマーを製
鉄用、あるいは、製紙用のロールとして使用する場合、
このロールは高い線圧(単位長さ当たりにかかる圧力)
で、それに対向する金属等のロールに圧接される状態で
使用される。このような高い線圧の状態で長時間回転を
続ける場合、より高い線圧をかけて運転を続けようとす
る場合、又は、より早い回転速度で運転しようとする場
合は、より高硬度で強靱な耐荷重性の優れたエラストマ
ーを使用する必要がある。この場合、耐荷重性の優れた
エラストマーを使用しなければ、高荷重状態で使用を続
けた場合、内部蓄熱によりエラストマーが溶融したり、
あるいは、破壊までに至ってしまうことがある。
【0009】また、台車のキャスターや、フォークリフ
トのタイヤ、ローラースケートのロール等に使用する場
合、かかる荷重がエラストマーの許容量を越えてしまう
と、破壊、破裂、かけ等により正常な用を足さなくなっ
てしまう。これを解決するために、従来では、キャスタ
ーの数を増やしたり、キャスターの硬度を高くしたり、
キャスターを大きくしたりして対処してきた。しかしな
がら、これらの方法では、コストがかかりすぎたり、乗
り心地や静粛性が損なわれたり、そのもの自体の大きさ
が大きくなり過ぎたりしてしまうという欠点があった。
これらの耐荷重性がないために、あるいは、荷重の許容
量が小さいために遭遇する色々な問題を解決することが
望まれてきたのである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、従来の
欠点を改善するために鋭意研究を重ねた結果、ジイソシ
アネート成分として特定のTDIと、ポリオール成分
して特定のポリオールとの反応により得られたプレポリ
マーを、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリ
ン)(以下、MOCAと略す)と反応させ、耐荷重性を
大幅に改善できることを見出し、本発明に至った。
【0011】すなわち本発明は、2,4−/2,6−異
性体の重量比が65/35であるTDIと、ポリ(テト
ラメチレンエーテル)グリコールとをNCO/OH当量
比1.2〜3.0で反応させて得られるNCO基末端プ
レポリマーと、MOCAとで反応させて得られることを
特徴とする耐荷重性の優れたポリウレタンエラストマー
の製造方法である。
【0012】本発明のプレポリマーを合成するためのジ
イソシアネートとして、2,4−TDIと2,6−T
DIの異性体の混合比率が、2,4−TDI/2,6−
TDI=65/35であるものを使用する。
【0013】本発明に使用されるポリ(テトラメチレン
エーテル)グリコール(以下、PTGと略する)の数平
均分子量は、最終的なエラストマーの硬度や粘度等の問
題で適宜選択され、数平均分子量は500〜4000の
ものが使用される。更に好ましい数平均分子量は、85
0〜2000である。
【0014】本発明において、プレポリマーを得るため
のTDIとPTGとの反応におけるNCO/OH当量比
は、1.2〜3.0であり、好ましくは、1.4〜2.
6である。反応条件は50〜100℃で、1〜5時間で
ある。
【0015】また、ポリウレタンエラストマーを得るた
めのプレポリマーとMOCAとの反応条件は、NH
NCOのモル比として0.90〜1.00であり、加熱
硬化条件は110〜125℃で、3〜12時間である。
【0016】
【作用】本発明は、重量混合比で2,4−TDI/2,
6−TDI=65/35であるTDIを使用し、ポリオ
ールにPTGを使用することにより、圧縮と弛緩を繰り
返すような状態において、耐荷重性という面での優れた
耐久性を持つポリウレタンエラストマーを得ることがで
きる。また、TDIの異性体混合物が前述のものであれ
ば、ポットライフが短くなりなりすぎて、注型操作がで
きなくなるというようなことはない。これにより耐荷重
性が不足するという問題を克服できる。
【0017】
【実施例】本発明について、実施例及び比較例により更
に詳細に説明するが、本発明は、これらにより何ら限定
されるものではない。実施例及び比較例において、
「%」は全て「重量%」を意味する。
【0018】実施例1 2,4−TDI/2,6−TDI=65/35の比率の
TDI222.3グラムをガラスフラスコ中に秤量し、
これに約60℃で溶融した数平均分子量1000のPT
G777.7グラムを小量づつ加え、約75℃に攪拌混
合しながら加熱し、約3時間反応させる。約3時間後、
得られたプレポリマーは、反応性のNC0を4.2%含
有するプレポリマーであった。
【0019】該プレポリマーを300グラム秤量した
後、75℃に温調し、MOCAとの比がNH/NCO
=0.95のモル比になるように計量し、120℃で溶
解させた所定量のMOCAと素早く混合攪拌し、予め1
20℃の熱風乾燥機中で加温した圧縮試験用の金型に流
し込み、120℃で10時間加熱した。これを10時間
の後、金型から取り外し、室温で7日間エージングして
ポリウレタンエラストマーを得た。結果を表1に示す。
【0020】比較例1 2,4−TDI/2,6−TDI=100/0の比率の
TDI222.3グラムをガラスフラスコ中に秤量し、
これに約60℃で溶融した数平均分子量1000のPT
G777.7グラムを加え、約75℃に攪拌混合しなが
ら加熱し、約3時間反応させる。約3時間後、得られた
プレポリマーは、反応性のNCOを4.2%含有するプ
レポリマーであった。
【0021】該プレポリマーを300グラム秤量した
後、75℃に温調し、MOCAとの比がNH/NCO
=0.95のモル比になるように計量し、120℃で溶
解させた所定量のMOCAと素早く混合攪拌し、予め1
20℃の熱風乾燥機中で加温した圧縮試験用の金型に流
し込み、120℃で10時間加熱した。これを10時間
の後、金型から取り外し、室温で7日間エージングして
ポリウレタンエラストマーを得た。結果を表1に示す。
【0022】比較例2 2,4−TDI/2,6−TDI=80/20の比率の
TDI222.3グラムをガラスフラスコ中に秤量し、
これに約60℃で溶融した数平均分子量1000のPT
G777.7グラムを加え、約75℃に攪拌混合しなが
ら加熱し、約3時間反応させる。約3時間後、得られた
プレポリマーは、反応性のNCOを4.2%含有するプ
レポリマーであった。該プレポリマーを用いて比較例1
と同様な方法でポリウレタンエラストマーを得た。
【0023】比較例3 2,4−TDI/2,6−TDI=100/0の比率の
TDI175.3グラムをガラスフラスコ中に秤量し、
これに約60℃で溶融した数平均分子量2000のPT
G827.7グラムを加え、約75℃に攪拌混合しなが
ら加熱し、約3時間この状態を保ちつつ反応させる。約
3時間後、得られたプレポリマーは、反応性のNCOを
5.0%含有するプレポリマーであった。該プレポリマ
ーを用いて比較例1と同様な方法でポリウレタンエラス
トマーを得た。結果を表1に示す。
【0024】比較例4 2,4−TDI/2,6−TDI=45/55の比率の
TDI222.3グラムをガラスフラスコ中に秤量し、
これに約60℃で溶融した数平均分子量1000のPT
G777.7グラムを加え、約75℃に攪拌混合しなが
ら加熱し、約3時間反応させる。約3時間後、得られた
プレポリマーは、反応性のNCOを4.2%含有するプ
レポリマーであった。該プレポリマーを用いて比較例1
と同様な方法でポリウレタンエラストマーを得た。結果
を表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】表の注 1)耐荷重試験 各例で作ったテストピースを一定荷重で繰り返し圧縮試
験ができるような装置にて、繰り返し圧縮弛緩試験を行
う。本実験においては、鷺宮製作所の油圧サーボを使用
した。本試験においては、荷重500kgから100k
gづつ荷重を増やして、各荷重で2万回の繰り返し圧縮
を行い、破壊するまでの荷重を測定する。
【0027】2)反応性試験(POT LIFE) 実施例及び比較例1〜4のプレポリマーをそれそれ3
00グラム秤量した後、75℃に温調し、NH/NC
O=0.95のモル比になるように、120℃で溶解さ
せ、所定量のMOCAと素早く混合攪拌し、予め120
℃に保温してある、内容300ccのガラス容器中に流
し込み、これを素早く120℃に温調されたオイルバス
中に沈め、B型粘度型で粘度が50000cPに達する
までの時間を測定する。
【0028】
【発明の効果】本発明による、2,4−TDI/2,6
−TDI=65/35であるTDI異 性体混合物とPT
Gからなるプレポリマーを使用して、MOCAとを反応
硬化させて得られる熱硬化ポリウレタンエラストマー
は、通常のTDI異性体重量比率のMOCA硬化タイプ
のポリウレタンエラストマーに比べて、耐荷重性に優れ
ている。また、MOCAとの反応過程においては、本発
明によるTDIの異性体比率であれば、ポットライフは
5分以上あり、ハンドリングできる時間は確保できる。
本発明により、従来よりも更に過酷な条件下(荷重のよ
り大きい)でのポリウレタン製のロール、ローラー、キ
ャスター等への使用が可能になる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−53003(JP,A) 特開 昭56−2348(JP,A) 特開 昭60−245624(JP,A) 特開 平4−202417(JP,A) 特開 平4−8719(JP,A) 特開 昭63−278923(JP,A) 特開 昭51−74865(JP,A) 特公 昭40−12389(JP,B1) 岩田敬治著「ポリウレタン樹脂ハンド ブック」(昭和62−9−25)日刊工業新 聞社発行 p.32〜33 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 18/00 - 18/87 C08L 75/00 - 75/16 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2,4−/2,6−異性体の重量比が6
    5/35であるトリレンジイソシアネートと、ポリ(テ
    トラメチレンエーテル)グリコールとをNCO/OH当
    量比1.2〜3.0で反応させて得られるNCO基末端
    プレポリマーと、4、4′−メチレン−ビス(2−クロ
    ロアニリン)とで反応させて得られることを特徴とする
    耐荷重性の優れたポリウレタンエラストマーの製造方
    法。
JP3087177A 1991-01-28 1991-01-28 耐荷重性の優れたポリウレタンエラストマーの製造方法 Expired - Lifetime JP2953093B2 (ja)

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岩田敬治著「ポリウレタン樹脂ハンドブック」(昭和62−9−25)日刊工業新聞社発行 p.32〜33

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