JP3279360B2 - 熱可塑性ポリウレタンパウダーの製造方法 - Google Patents

熱可塑性ポリウレタンパウダーの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパウダー成形に用いられ
る熱可塑性ポリウレタンパウダーの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】熱可塑性ポリウレタンエラストマーは柔
軟性、強度、耐摩耗性などに優れ、多くの分野で応用さ
れており、パウダー成形にも用途が開けている。従来、
熱可塑性ポリウレタンパウダーは、別途製造したフレー
状またはペレット状の熱可塑性ポリウレタンを、粉砕
機によりパウダー化する方法で製造していた。しかしな
がら、本法では、粉砕時の発熱による生成パウダーの凝
集を防止するため、液体窒素などで冷却しながら粉砕す
る必要がある。また、粒子形状および粒径のコントロー
ルは原理的に不可能であり、パウダー成形に適したパウ
ダーとはなりにくい。
【0003】この欠点を改良するため、適当な分散安定
剤の存在下、非水溶媒中に原料を分散させて重合を行う
ことによる熱可塑性ポリウレタンの製造方法が提案され
ている(米国特許3,787,525明細書、米国特
許4,032,516明細書、特開平2−38453
公報、特開平3−91519号公報参照)。
【0004】しかしながら、これらの方法では分散安定
剤の製造に多くのステップが必要であるばかりでなく、
充分な原料分散効果、パウダー凝集抑制効果が得られな
い場合がある。したがって、重合時に高速撹拌が不可欠
であったり、成時に別途大量の滑剤などの添加が必要
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来技
術の有していた前述の欠点を解消する熱可塑性ポリウレ
タンパウダーの製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、ポリイソシア
ネート、ポリヒドロキシ化合物および鎖延長剤を分散媒
中で反応させた後分散媒を除去して熱可塑性ポリウレタ
ンパウダーを製造する方法において、ポリヒドロキシ化
合物の少なくとも一部として、ポリオールと該ポリオー
ル中に安定に分散しているポリマーの微粒子を含むポリ
マー分散ポリオールを使用し、かつそのポリマー分散ポ
リオール中のポリマーの微粒子の一部または全部が、側
鎖に低表面エネルギー鎖を有する重合性不飽和モノマー
および重合性不飽和基を有するマクロマーを含む少なく
とも2種の不飽和モノマーを重合させて得られるポリマ
ーの微粒子であることを特徴とする、熱可塑性ポリウレ
タンパウダーの製造方法である。
【0007】ポリマー分散ポリオールのベースとなるポ
リオールとしては、熱可塑性ポリウレタンの原料として
用いられているジオールを使用できる。具体的には、ポ
リエーテルジオール、例えばポリオキシプロピレンジオ
ール、ポリオキシエチレンジオール、ポリオキシテトラ
メチレンジオール、および上記のブロックないしはラン
ダムコポリマー、ポリエステルジオール、例えばポリエ
チレンアジペートジオール、ポリブチレンアジペートジ
オール、ポリエチレンブチレンアジペートジオール、ポ
リヘキシレンアジペートジオール等の末端水酸基を有す
るポリアジペート類およびポリ−ε−カプロラクトンジ
オール等の末端水酸基を有する環状エステルの開環重合
物等、ポリカーボネートジオールなどが用いられる。ま
た、成形性を損なわない範囲で多官能ポリオールも使用
できる。
【0008】本発明における、側鎖に低表面エネルギー
鎖を有する重合性不飽和モノマーとは、側鎖に炭素10
以上のアルキル基、炭素10以上のアルケニル基、炭素
4以上のポリフルオロアルキル基、炭素4以上のポリフ
ルオロポリエーテル基または分子量300〜50000
のポリジオルガノシロキサン含有基などを有する重合性
不飽和モノマーである。
【0009】アルキル基としては、特に炭素数10〜2
0のアルキル基、アルケニル基としては、特に炭素数1
0〜20のアルケニル基が好ましい。ポリフルオロアル
キル基やポリフルオロエーテル基としては炭素数4以上
のパーフルオロアルキル基が好ましい。ポリジオルガノ
シロキサン含有基としては特にポリジメチルシロキサン
含有基が好ましい。
【0010】側鎖に低表面エネルギー鎖を有する重合性
不飽和モノマーとしては具体的に、下記一般式(1)
または(2)で表される(メタ)アクリレート系モノマ
ーが挙げられる。
【0011】 CH2 =CR1 COOR2 ・・・・(1) CH2 =CR1 COO(CH2n3 ・・・・(2) (R1水素原子またはメチル基。2 は炭素数10以
上のアルキル基、炭素数10以上のアルケニル基また
分子量300〜50000のポリシロキサン含有基
3 は炭素数4以上のパーフルオロアルキル基または炭素
数4以上のパーフルオロポリエーテル基nは1〜4の
整数。)
【0012】本発明における重合性不飽和基を有するマ
クロマーとは、ポリマー分散ポリオールのベースとなる
ポリオールと類似の繰り返し単位と分子量を有するポリ
オールに1ないし2官能の重合性不飽和基を導入して得
られるマクロマーである。ポリマー分散ポリオールのベ
ースとなるポリオールと類似の繰り返し単位と分子量を
有するポリオールとは主鎖がほぼ同一の繰り返し単位か
らなり、分子量が0.8〜1.2倍のポリオールをい
う。
【0013】具体的には、官能基を有する重合性不飽和
モノマーの官能基とポリエーテルポリオールもしくはポ
リエステルポリオールの水酸基または水酸基から変換し
た他の官能基を直接反応させる方法、複数の官能基を有
する化合物をスペーサーとして用いる方法等が考えられ
る。特に好ましいマクロマーはポリマー分散ポリオール
と実質的に同一のポリオール、水酸基と重合性不飽和基
を有する化合物、およびポリイソシアネートを反応させ
て得られるマクロマーである。
【0014】上記重合性モノマー以外の他の共重合性モ
ノマーと上記重合性モノマーとの共重合体でもよく、他
の共重合性モノマーとしては、例えばオレフィン系モノ
マー、スチレン系モノマー、アクリロニトリル系モノマ
ー、アクリレート系モノマー、ハロゲン化ビニル系モノ
マー、ジエン系モノマー、酢酸ビニル系モノマー、不飽
和酸エステル系モノマー、またはその他の重合性モノマ
ーがあり、これら2種以上を併用することもできる。
このとき側鎖に低表面エネルギー鎖を有する重合性不飽
和モノマーの全モノマーに対する割合は5〜90重量%
が好ましい。
【0015】ポリマー分散ポリオールの製造方法として
は、界面活性剤の存在下または非存在下、上記重合性モ
ノマーを重合して得られるポリマーをポリオールに強制
分散させる方法、開始剤の存在下、ポリオール中でモノ
マーを重合させる方法などを選択できるが、ポリオール
中での安定性などから後者の方が好ましい。また、これ
らの方法で製造したポリマー分散ポリオールは、上記ポ
リマー分散ポリオールのベースとなるポリオールとして
例示したポリオール類で希釈して使用することもでき
る。ポリマー分散ポリオール中のポリマーの割合は全ポ
リオールに対して3〜40重量%が好ましい。
【0016】ポリマー分散ポリオール中のポリマーは、
熱可塑性ポリウレタンに対して1〜10重量%含まれる
ことが好ましい。1重量%未満であるとパウダーの収率
が著しく低くなり、10重量%存在すると生成熱可塑
性ポリウレタンの物性に悪影響を及ぼす。
【0017】本発明の熱可塑性ポリウレタンパウダーの
製造方法としては、(1)触媒の存在下または非存在
下、分散媒中でポリイソシアネート、ポリヒドロキシ化
合物および鎖延長剤を同時に反応させるワンショット
法、(2)あらかじめ有機イソシアネートとポリヒドロ
キシ化合物からプレポリマーを合成し、このプレポリマ
ーを有機溶媒中に分散後、鎖延長剤でキュアする方法
などを選択できる。また、分子量を調節する目的で、鎖
延長剤に1官能の活性水素化合物を添加することもでき
る。
【0018】記の方法で反応させた後、濾過・乾燥に
より分散媒を除去することにより、熱可塑性ポリウレタ
ンパウダーを回収できる。また、取扱いを容易にし、成
形性を改良するため既知の方法により造粒することも
る。
【0019】本発明によって得られたポリウレタンパウ
ダーは、パウダー成形により成形できるが、押出・射出
・ブロー・カレンダー・インフレーション成形などでも
成形できる。また、物性の改良を目的として熱可塑性樹
脂をブレンドしたり、酸化防止剤・紫外線吸収剤・加水
分解防止剤などの安定剤、可塑剤・滑剤・帯電防止剤な
どの成形性および物性改良剤、着色剤、有機・無機充填
剤などを添加することもできる。
【0020】本発明におけるポリイソシアネートとして
は、従来既知の有機ポリイソシアネートを使用できる。
具体的には、芳香族ジイソシアネート、例えば、4,
4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、
2,4−(または2,6−トリレンジイソシアネート
(TDI)、m−(またはp−フェニレンジイソシア
ネート、1,3−(または1,4−キシリレンジイソ
シアネート(XDI)、1,5−ナフタレンジイソシア
ネート(NDI)、3,3’−ジメチル−4,4’−ビ
フェニレンジイソシアネート(TODI)など、脂肪族
ジイソシアネート、例えば、ヘキサメチレンジイソシア
ネート(HDI)、水添MDI(H12MDI)、イソホ
ロンジイソシアネート(IPDI)などである。フッ素
含有ジイソシアネート、シリコーン含有ジイソシアネー
トなどの特殊ジイソシアネートも使用できる。また、こ
れらジイソシアネートのプレポリマー型、ヌレート型、
ウレア型、カルボジイミド型などの変性体も好ましい。
これらのジイソシアネートまたは変性体2種以上
使用できる。
【0021】鎖延長剤としては、従来既知のいずれのも
のも使用でき、低分子量ジオール、例えば、エチレング
リコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオ
ール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコ
ール、ハイドロキノン、ビス(ヒドロキシエチル)ベン
ゼン、2,2’−(または4,4’−ジヒドロキシジ
フェニルメタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)プロパンなどが挙げられる。また、成形性を損なわ
ない範囲で低分子量ジアミン、多官能ポリオールも使用
できる。また、分散媒としてはポリウレタンを溶解しな
い溶剤を用いる。
【0022】
【作用】本発明において、側鎖に低表面エネルギー鎖を
有するモノマーおよび重合性不飽和基を有するマクロマ
ーからなるポリマーを含むポリマー分散ポリオールを用
いることによって、有機溶媒中にポリウレタンの原料を
安定に分散・懸濁させることができ、その効果が大きい
ために重合後もポリウレタンパウダーとして安定に有機
溶媒中に存在できると考えられる。
【0023】
【実施例】(ポリマー分散ポリオールの合成) (参考例1) 分子量約1000のポリオキシテトラメチレンジオール
(保土谷化学工業製、PTG−1000SN、以下PT
MGと略す)とヒドロキシエチルメタクリレートおよび
トリレンジイソジアネート(日本ポリウレタン工業製、
T−80)を等モルずつ反応させてプレポリマーを得
た。
【0024】PTMG225gと前記プレポリマー15
gを1リットルのフラスコに仕込み、110℃に昇温し
た。ここに、充分混合したアクリロニトリル10g、ス
テアリルアクリレート50g、およびアゾビスイソブチ
ロニトリル0. 15gを滴下した。滴下終了後、110
℃で30分反応させ、引続き2時間真空ポンプにより脱
気操作を行った。60℃での粘度が238c(E型粘
)の淡黄色、半透明のポリマー分散ポリオールが2
77g得られた。
【0025】(比較参考例1) PTMG225gと前記プレポリマー15gのかわり
に、PTMGを240g用いる以外は参考例1と同様に
ポリマー分散ポリオールを合成した。60℃での粘度が
143c(E型粘度)の淡黄色、半透明のポリマー
分散ポリオールが275g得られた。
【0026】(ポリウレタンパウダーの合成) (実施例1) 参考例1のポリマー分散ポリオール5. 26g、PTM
G14. 77gおよびピュアMDI(p−MDI
0. 68gを200cm3 の4つ口フラスコに仕込み、
80℃に昇温した。2時間反応させた後リグロインを
60g添加し、スリーワンモーターにより拌しながら
プレポリマー懸濁液とした。触媒としてジブチル錫ジラ
ウレートを1滴加えた後、1,4−ブタンジオール
(1,4−BD)2. 12gを、液温が80±2℃に保
たれるような速度で滴下した。滴下終了後80℃でさら
に撹拌を30分間続け、室温まで冷却後、濾過によりパ
ウダーを回収しヘキサンで充分洗浄してから乾燥した。
粒径300μ以下のパウダーが28. 03g得られ
た。
【0027】(実施例2) 参考例1のポリマー分散ポリオール8. 00g、PTM
G12. 00gおよびp−MDI10. 64g、1,
4−BD2. 14gを用い実施例1と同様にポリウレタ
ンパウダーを合成した。粒径300μ以下のパウダー
が27. 26g得られた。このパウダーの200℃での
溶融粘度は10. 4×104であった。
【0028】得られたパウダーをSEMで観察したとこ
ろ、径10〜数10μの球状または楕円状の形状を有
していることがわかった。
【0029】(比較例1) PTMG20. 00gおよびp−MDI11. 58
g、1,4−BD2. 32gを用いる以外は実施例1と
同様にポリウレタンパウダーを合成した。粒径500μ
以下のパウダー2. 51g得られ、収率14%と低
く、他はエラストマー状の塊状物であった。
【0030】(比較例2) 比較参考例1のポリマー分散ポリオール10. 00g、
PTMG10. 00gおよびp−MDI10. 67
g、1,4−BD2. 11gを用いる以外は実施例1と
同様にポリウレタンパウダーを合成した。粒径500μ
以下のパウダーが7. 07g得られ、収率35%と低
く、他はエラストマー状の塊状物であった。
【0031】
【発明の効果】本発明により、パウダー成形用に用いら
れる熱可塑性ポリウレタンパウダーを高収率で得ること
ができる。また、製造条件を変えることで数10μから
1mmまでの粒子を得ることができ、パウダー成形用の
みでなく、塗料用など塗膜形成用パウダーとしても応用
できる。
【0032】本発明により製造されるパウダーを成形す
る場合、金型・ダイス等からの離型性が良好となり、内
部離型剤または滑剤などが不必要となりまたは量を低減
でき、成性に優れた材料となる。また、ポリウレタン
原料の分散安定剤がポリマーとしてポリオール中に存在
するため、分散安定剤の成形物表面への移行が抑制さ
れ、成物の表面へのブリード現象が発生しない。さら
に、共重合成分を選択することにより、ポリウレタン自
身の物性を向上させることもできる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−38453(JP,A) 特開 平1−245013(JP,A) 特開 昭59−80425(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/00 - 18/87 C08L 75/04 - 75/12

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリイソシアネート、ポリヒドロキシ化合
    物および鎖延長剤を分散媒中で反応させた後分散媒を除
    去して熱可塑性ポリウレタンパウダーを製造する方法に
    おいて、ポリヒドロキシ化合物の少なくとも一部とし
    て、ポリオールと該ポリオール中に安定に分散している
    ポリマーの微粒子を含むポリマー分散ポリオールを使用
    し、かつそのポリマー分散ポリオール中のポリマーの微
    粒子の一部または全部が、側鎖に低表面エネルギー鎖を
    有する重合性不飽和モノマーおよび重合性不飽和基を有
    するマクロマーを含む少なくとも2種の不飽和モノマー
    を重合させて得られるポリマーの微粒子であることを特
    徴とする、熱可塑性ポリウレタンパウダーの製造方法。
  2. 【請求項2】ポリマー分散ポリオールが、ポリオール中
    で不飽和モノマー重合して得られるポリマー分散ポリオ
    ールである、請求項1に記載の製造方法。
  3. 【請求項3】側鎖に低表面エネルギー鎖を有する重合性
    不飽和モノマーが、炭素数10以上のアルキル基、炭素
    数10以上のアルケニル基、分子量300〜50000
    のポリジオルガノシロキサン含有基、炭素数4以上のポ
    リフルオロアルキル基、および炭素数4以上のポリフル
    オロポリエーテル基から選ばれる有機基を有するモノマ
    ーである、請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 【請求項4】側鎖に低表面エネルギー鎖を有する重合性
    不飽和モノマーが、下記一般式(1)または(2)で表
    される(メタ)アクリレート系モノマーである、請求項
    3に記載の製造方法。 CH2 =CR1 COOR2 ・・・・(1) CH2 =CR1 COO(CH2n3 ・・・・(2) (R1水素原子またはメチル基。2 は炭素数10以
    上のアルキル基、炭素数10以上のアルケニル基また
    分子量300〜50000のポリシロキサン含有基
    3 は炭素数4以上のパーフルオロアルキル基または炭素
    数4以上のパーフルオロポリエーテル基nは1〜4の
    整数。)
  5. 【請求項5】重合性不飽和基を有するマクロマーが、ポ
    リマー分散ポリオールのベースとなるポリオールと類似
    の繰り返し単位と分子量を有するポリオールに重合性不
    飽和基を導入して得られるマクロマーである、請求項1
    〜4のいずれかに記載の製造方法。
  6. 【請求項6】重合性不飽和基を有するマクロマーが、ポ
    リマー分散ポリオールのベースとなるポリオールと実質
    的に同一のポリオール、水酸基と重合性不飽和基を有す
    る化合物、およびポリイソシアネートを反応させて得ら
    れるマクロマーである、請求項1〜4のいずれかに記載
    の製造方法。
  7. 【請求項7】熱可塑性ポリウレタンパウダー中に、ポリ
    マー分散ポリオール中のポリマーの微粒子を1〜10重
    量%含有する請求項1〜6のいずれかに記載の製造方
    法。
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