JP3414041B2 - 注型用ポリウレタン系エラストマー組成物及びその成形品 - Google Patents

注型用ポリウレタン系エラストマー組成物及びその成形品

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/10Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は注型用ポリウレタン系エ
ラストマー組成物及びその成形品に関する。更に詳しく
は、40〜90℃の比較的低温で製造でき、速硬化性で
ある注型用ポリウレタン系エラストマー組成物およびそ
れを用いて硬化させた比較的高硬度で耐摩耗性、耐水性
に優れた物性を有する、透明な成形品に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ポリテトラメチレンエーテルグリコール
を用いたポリウレタン系エラストマー注型品は、耐摩耗
性、機械的性質、動的物性、耐溶剤性、耐油性、耐オゾ
ン性等に優れていることから、ロール、キャスター等の
工業部品、紙送りロール、複写機用ロール等のOA機器
部品の他、スポーツ、レジャー用品など広範囲に利用さ
れている。近年美観、装飾上の点から透明なエラストマ
ーの要求が高まりつつある。
【0003】ポリウレタン系エラストマーの注型方法と
しては、末端にNCO基(イソシアネート基)を有する
ウレタンプレポリマーと鎖延長剤の混合物を用い、これ
を型内に注入し一定時間硬化させた後に脱型する方法が
知られている。かかる注型品を与えるポリウレタン系エ
ラストマー組成物としては、トリレンジイソシアネート
(以下TDIと略記する)とポリテトラメチレンエーテ
ルグリコールのプレポリマーにMOCA(3,3′−ジ
クロロ−4,4′−ジアミノジフェニルメタン)を硬化
剤として配合したものが最も代表的である。
【0004】しかしながら、原料中のTDIは気管支喘
息、湿疹などを起こすと言われており、また、MOCA
等の芳香族ジアミン類は発癌の危険性があると言われて
いるので、これらの使用は環境衛生上重大な問題となっ
ている。一方、ジフェニルメタ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のプレポリマーに
対し、ポリテトラメチレンエーテルグリコール及び1,
4−ブタンジオールを硬化剤として用いたエラストマー
の組成物も公知(特開昭55−9822号公報)であり
広く使われているが、得られる成形品は結晶性が高く透
明なポリウレタン系エラストマーを得ることは困難であ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題点を解決し、速硬化性の注型用ポリウレタン系エラ
ストマー組成物及び比較的高い硬度で耐摩耗性、耐水性
に優れた、透明な成形品を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の1は、(A液)
ジフェニルメタ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反応させて得られるNCO基
末端ウレタンプレポリマーと、(B液)1,4−ブタン
ジオール、主鎖の炭素数が3〜8でアルキル側鎖を含有
するグリコール、触媒および必要に応じて、ポリテトラ
メチレンエーテルグリコールを含有する硬化剤とからな
る組成物であり、上記B液中において1,4−ブタンジ
オールに対する該側鎖含有グリコールの割合が5〜10
0モル%であることを特徴とする注型用ポリウレタン系
エラストマー組成物を提供するものである。
【0007】本発明の2は、この組成物を注型、硬化し
て得られるJIS K6301(A規格)に準拠した硬
度が70以上であり、反発弾性が45%以上でかつ、2
mm厚における波長550nmの光透過率が60%以上
である、透明なポリウレタン系エラストマー成形品を与
えるものである。以下、本発明について詳細に説明す
る。
【0008】(1)A液(プレポリマー) 本発明においてA液として使用する末端にNCO基を含
有するウレタンプレポリマー(以下プレポリマーと略記
する)は、ジフェニルメタンジイソシアネート(以下M
DIと略記する)とポリテトラメチレンエーテルグリコ
ール(以下PTMGと略記する)から得られるものであ
る。
【0009】MDIとしては、4,4′−ジフェニルメ
タンジイソシアネート、2,2′−および2,4′−ジ
フェニルメタンジイソシアネート異性体混合物、カルボ
ジミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートが挙げら
れる。中でも、物性、コストの点から4,4′−ジフェ
ニルメタンジイソシアネートが好ましい。また、作業性
や物性を損ねない範囲でジフェニルメタンジイソシアネ
ートの一部を他のポリイソシアネート化合物と置き換え
ることができる。他のポリイソシアネート化合物として
は、例えば2,4−トリレンジイソシアネート、2,6
−トリレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシ
アネート、トリジンジイソシアネート、ナフタレン−
1,5−ジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネー
ト;ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−ト
リメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸
ジイソシアネート、リジンメチルエステルジイソシアネ
ート等の脂肪族ジイソシアネート;イソホロンジイソシ
アネート、4,4−メチレンビス(シクロヘキシルイソ
シアネート)、ω,ω′−ジイソシアネートジメチルシ
クロヘキサン等の脂環族ジイソシアネート;キシレンジ
イソシアネート、m−α,α,α′,α′−テトラメチ
ルキシリレンジイソシアネート等の芳香環を有する脂肪
族ジイソシアネート等が挙げられる。
【0010】A液および必要に応じて後に説明するB液
に用いられるPTMGは、他のポリエーテルポリオー
ル、ポリエステルポリオールでは得られない耐摩耗性、
耐水性、高反発度に優れたエラストマー注型品を与える
事ができる。PTMGは650〜4,000の範囲の数
平均分子量のものを単独または二種以上用いることがで
きる。好ましくは数平均分子量は650〜3,000の
範囲である。数平均分子量が650未満では反発弾性が
低下し、また4,000超過ではエラストマーの結晶性
が高くなり透明性が低下して好ましくない。
【0011】また、通常A液及びB液の合計重量中のP
TMG含有量は50〜85重量%となるように設定する
のが好ましい。上記PTMGの含有量が50重量%未満
では反発度が50%以上の注型品が得られず、また含有
量が85重量%を超えては硬度が不足した注型品しか得
られない傾向にある。PTMGは、例えば特開昭61−
162522号公報に記載されているようにテトラヒド
ロフランを開環重合することにより製造することができ
る。
【0012】なお、上記のPTMGの分子量は末端水酸
基量から計算した数平均分子量である。A液は、MDI
とPTMGとを反応させる際のモル比が、NCO基過剰
で、該A液のNCO基が3〜15重量%になるように設
定する。上記NCO基含有量が3重量%未満では、A液
の粘度が高くなり、注型時、気泡が抜けにくく作業性が
低下するので好ましくない。
【0013】一方、NCO基が15重量%超過になる
と、B液との反応制御がしにくくなったり、注型時発泡
しやすくなるので好ましくない。A液のプレポリマー
は、例えば、MDIとPTMGとを乾燥窒素気流下、8
0℃で3〜5時間攪拌下反応することによって得られ
る。A液には必要に応じて安定剤を添加することができ
る。安定剤の例としては、酸性リン酸エステル系及び亜
リン酸エステル系等が挙げられる。酸性リン酸エステル
系としてはブチルアシッドホスフェート、2−エチルヘ
キシルアシッドホスフェート、イソデシルアシッドホス
フェート等が挙げられ、亜リン酸エステル系としてはト
リフェニルホスファイト、トリデシルホスファイト、ジ
ブチルハイドロジエンホスファイト等が挙げられる。
【0014】(2)B液(硬化剤) B液の硬化剤は、1,4−ブタンジオール、主鎖の炭素
数が3〜8でアルキル側鎖を有するジオールおよび触媒
よりなる。 主鎖の炭素数が3〜8でアルキル側鎖を含有するジオ
ール 本発明においてB液に使用する主鎖の炭素数が3〜8で
アルキル側鎖を含有するジオールとしては、2−メチル
−1,3プロパンジオール、3−メチル1,5−ペンタ
ンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、
2−エチル−1,3ヘキサンジオール、3,3−ジクロ
ールヘプタン、ネオペンチルグリコール等が挙げられ
る。これらの中では2−メチル−1,3プロパンジオー
ル、3−メチル1,5−ペンタンジオールが反発弾性及
び透明性の観点から好ましい。
【0015】B液中の1,4−ブタンジオールに対する
アルキル側鎖を含有するジオールの使用量は5〜100
モル%の量であり、好ましくは10〜100モル%であ
る。5モル%未満では得られる成形品の結晶性が高く透
明な成形品は得られにくい。一方、使用量が100モル
%超過では硬度および反発弾性の低下した注型品となり
好ましくない。
【0016】触媒 本発明において使用する触媒としては、通常のウレタン
化反応に使用される触媒が用いられる。例えば、ジブチ
ルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ジ
ブチルチンジオクトエート、スタナスオクトエート、ジ
ブチルチンジアセテート等の錫系、;鉄アセチルアセテ
ート、塩化第二鉄等の鉄系、;トリエチレンジアミン、
トリエチルアミン、トリエチレンジアミンの複塩、;テ
トラメチルヘキサメチレンジアミン等の三級アミン系等
が挙げられる。これらの触媒は単独で用いてもよいが、
2種類以上を併用してもかまわない。中でもジブチルチ
ンジラウレート単独、あるいはトリエチレンジアミン単
独、又はトリエチレンジアミン及びトリエチレンジアミ
ン複塩との併用触媒が好ましい。触媒の添加量は、A液
とB液との合計量中において3〜10,000重量pp
m、好ましくは5〜5,000重量ppmである。3重
量ppm未満では脱型時間が長くなり、10,000重
量ppmを越えては反応成分(A液とB液)の混合後の
ポットライフが短くなり過ぎて、いずれも好ましくな
い。
【0017】ポリテトラメチレンエーテルグリコール
(PTMG) 必要に応じてB液に用いられるPTMGは、前記A液に
使用するPTMGが用いられる。なお、架橋密度を高め
るために、場合によりトリメチロールプロパン、グリセ
リン等のトリオールをアルキル側鎖を含有するジオール
と併用することができる
【0018】その他の成分 本発明のB液には必要に応じて顔料、可塑剤、防水剤、
酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の添加剤を配合
することができる。顔料としては、カーボンブロック、
酸化チタン、ベンガラ、黄鉛、フタロシアニン系有機顔
料、可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジオクチル
フタレート等が挙げられる。
【0019】(3)A液とB液の混合 本発明の組成物の調製方法は、注型タイプのエラストマ
ーに一般に用いられる各種製造方法、例えばプレポリマ
ー法(A液がNCO末端ウレタンプレポリマーでB液が
鎖延長剤であるA液、B液を配合して使用する方法)、
セミワンショット法(A液がNCO末端プレポリマーと
MDIモノマーでB液がPTMGと鎖延長剤からなるA
液、B液を配合して使用する方法)等が使用できる。
【0020】A液とB液におけるNCO基/OH基の当
量比は0.90〜1.20、好ましくは、0.98〜
1.10である。0.90未満では物性の低下が著し
く、キュアー性も低下する。一方、1.20を超えると
注型時発泡等の問題が生じる。また、A液とB液の混合
時における液温は粘度、反応性を考慮して決められる
が、通常20〜100℃が好ましい。 (4)注型 本発明の注型用ウレタンエラストマー組成物を金型を用
いて注型する場合、金型の温度は70〜150℃、透明
な成形品を得るためには100〜140℃がより好まし
い。70℃より低いと硬化不良を起こして脱型時間が長
くなり、150℃より高くなると、熱劣化により着色を
起こしたりして、いずれも好ましくない。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。なお、以下の例において使用した反応成分は次
の通りであり、特に断らない限り、「部」および「%」
は、重量を基準とする。 A液の製造 製造例1〜5 A液の製造は下記の方法で行った。容量1リットルのガ
ラス製フラスコ内に表−1に示す部数のMDI(三菱化
学ダウ社製:Isonate 125M,NCO=3
3.6%、又は三菱化学ダウ社製:カルボジイミド変性
メチレンジイソシアネート、Isonate 143
L、NCO=29%)および各種PTMG(三菱化学社
製)を仕込み、混合し、窒素気流下80℃で3時間〜5
時間反応させ、各プレポリマーを得た。
【0022】これらの組成および得られたプレポリマー
のNCO含有量、粘度の測定結果を表−1に示すなお、
A液で用いたPTMG1000、同2000の数平均分
子量は、それぞれ1018、1958であった。また、
粘度測定方法は次のとおりである。得られた樹脂溶液の
粘度測定にはE型粘度計(VISCONIC EHD−
R型、(株)東京計器製)を使用した。測定温度30
℃、サンプル量1.5ml、標準ローター(1°3
4′)で測定した。
【0023】
【表1】
【0024】B液用ポリオールの製造 製造例6〜14 B液の製造は下記の方法で行った。容量1リットルのガ
ラス製フラスコ内に表−2に示す部数の各原料を仕込
み、均一に混合しB液用のポリオールを製造した。な
お、用いたPTMG1000,同2000の数平均分子
量はそれぞれ1018、1958であった。
【0025】
【表2】
【0026】実施例1〜6及び比較例1〜4 表−3に記載の配合処方に従い、次の要領にてポリウレ
タン系エラストマーを製造した。 (エラストマーの注型)製造例1〜5で得られたA液お
よび製造例6〜14で得られたB液用ポリオール(表−
3に示した触媒入り)を所定の温度(A液50〜80
℃、B液20〜60℃)に加温し、真空脱泡した後、予
め離型剤を塗布した120℃に加熱した金型内(55m
mφ×13mm厚)に注入し、120℃で2時間硬化さ
せて成形物を得た。得られたエラストマー成形物を7日
間熟成(23℃、相対湿度(RH)60%)させた後、
JIS規格(JIS−K6301)に従って物性を測定
した。その結果を表−3に記載した。また機械的物性を
表−4に記載した。
【0027】また、金型としてシート成型用金型(20
0mm×200mm×2mm厚)を使用する以外は上記
エラストマー成形物の作成と同じ製法にて、2mm厚シ
ートを作成して透明度の評価用サンプルとした。なお、
エラストマー成形品の透明度は、2mm厚シートにおけ
る光透過率(T)が60%以上を○、10%未満を×と
して評価した。
【0028】
【表3】
【0029】
【表4】
【0030】
【表5】
【0031】
【発明の効果】本発明の注型用ポリウレタン系エラスト
マーの組成物は、従来品では実現できなかったJIS
K6301におけるA硬度が70以上であり、かつ、反
発弾性が50%以上である透明なポリウレタン系エラス
トマー成形品を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−243112(JP,A) 特開 昭55−98221(JP,A) 特開 平8−231669(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/65 - 18/66 C08G 18/30 - 18/32 C08G 18/48

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A液)ジフェニルメタンジイソシアネ
    ートとポリテトラメチレンエーテルグリコールとを反応
    させて得られるNCO基末端ウレタンプレポリマーと、
    (B液)1,4−ブタンジオール、主鎖の炭素数が3〜
    8でアルキル側鎖を含有するグリコールおよび触媒を含
    有する硬化剤とから成る組成物であり、上記B液中にお
    いて1,4−ブタンジオールに対するアルキル側鎖を含
    有するグリコールの割合が5〜100モル%であること
    を特徴とする注型用ポリウレタン系エラストマー組成
    物。
  2. 【請求項2】 (B液)にさらにポリテトラメチレンエ
    ーテルグリコールを配合してなる請求項1記載の注型用
    ポリウレタン系エラストマー組成物。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の組成物を注型し、こ
    れを硬化させて得られるJIS K6301(A規格)
    に準拠した硬度が70以上、JIS K6301に準拠
    した反発弾性が45%以上かつ、2mm厚における波長
    550nmの光透過率が60%以上であるポリウレタン
    系エラストマー成形品。
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