JP3637568B2 - 二液硬化型発泡砥石用ポリオール組成物、二液硬化型発泡砥石用組成物、発泡砥石、及び発泡砥石の製造法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1の研磨パッドは、トルエンジイソシアネート(TDI)系ウレタンプレポリマーへ水(発泡剤)及びエポキシ樹脂粉末を加え、触媒、シリコンオイルを加えて、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジクロロジフェニルメタン(以下、MBOCAとも言う)を加えて混合し、注型機で金型に注型発泡させてブロック状成形品を得た後、成形品をスライスして製造されている。
しかし、使用されるMBOCAの融点が約110℃であり、また水の沸点が100℃であるため、ウレタンプレポリマとMBOCAとの反応(架橋反応)及び水との反応(発泡反応)を同時に生起する必要があるので、二液混合注型機が通常使用される。この成形をする場合、MBOCAは混合のため液状とする必要があるので110℃以上に加熱しなければならない。一方、発泡剤の水はイソシアネートと反応するためイソシアネートウレタンプレポリマーの中に事前に入れることはできない。そこで、事前にMBOCAの中に添加されるが、MBOCAを液状にするためには、その融点である110℃以上の加熱が必要であり、その際、水が気散してしまい望ましい発泡体を生成することができない。具体的には、成形品中の密度ムラが大きく生じ、砥石として不可欠な均一な密度分布を有する発泡体成形品が得られない欠点を有している。
特許文献2は、水での発泡の代わりにイソシアネート基末端プレポリマーにシリコーン系界面活性剤で処理された微小体を混合し、MBOCAを添加混合し、型に流し込み成形体を得ている。しかし、微小体を界面活性剤で処理してもイソシアネート基末端プレポリマーへ均一混合することが難しく、均一な密度分布を有する成形品が得られない欠点を有している。
(式中、Xは塩素原子又は水素原子を表し、nは3以上の正数を表す。)
からなるポリアミノクロロフェニルメタン混合物を、(B)ポリオールに均一に溶解し、前記(A)/(B)の重量割合を30/70〜60/40とすることを特徴とする二液硬化型発泡砥石用ポリオール組成物、それを用いた二液硬化型発泡砥石用組成物、発泡砥石、及び発泡砥石の製造法を提供するものである。
前記化1〜3の式で表される二核体、三核体、及び四核体以上のポリアミノクロロフェニルメタン化合物には、全てのXが水素原子である場合が含まれるが、本願明細書では便宜上全てのXが水素原子の場合も含めて「ポリアミノクロロフェニルメタン化合物」と称することとする。
前記混合物(A)の組成範囲を外れるものは、長期保存時にポリオール(B)に溶解したポリアミノクロロフェニルメタン混合物(A)の析出を生じ、溶解安定性が悪くなるので好ましくない。また、こうしたものを使用すると、ポリウレタン発泡砥石としての十分な物性と均一な密度分布のものが得られない。
前記の側鎖にメチル基を有するポリオールとしては、例えば、2−メチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール及びこれらグリコールとアジピン酸とから得られるポリエステルポリオールが挙げられる。また、これらを併用しても良い。
混合物(A)を溶解するポリオール(B)は、前記から選択されるが、特に砥粒を含む砥石の製造の場合には、砥粒の配合量に合わせて決定される。これは、砥粒を配合する事により二液硬化型発泡砥石用組成物の粘度が高くなり過ぎ、通常の二液混合注型機で成形が出来なくなるからである。ポリオール(B)の粘度は、好ましくは50〜1000ポイズ(25℃)である。
前記ポリイソシアネート化合物(2−1)としては、例えば2,4−ないしは2,6−トルエンジイソシアネート、1,4−テトラメチレ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、1,12−ドデカメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン−1,3−ないしは1,4−ジイソシアネート、1−イソシアナト−3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(別名イソホロンジイソシアネート;以下IPDIという)、ビス−(4−イソシアナトシクロヘキシル)メタン(以下水添MDIという)、2−ないしは4−イソシアナトシクロヘキシル−2’−イソシアナトシクロヘキシルメタン、1,3−ないしは1,4−ビス−(イソシアナトメチル)−シクロヘキサン、ビス−(4−イソシアナト−3−メチルシクロヘキシル)メタン、1,3−ないしは1,4−α,α,α’α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、2,2’−、2,4’−ないしは4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン(以下MDIという)、1,5−ナフタレンジイソシアネート、p−ないしはm−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートまたはジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート等が挙げられる。より好ましくは、2,4−ないしは2,6−トルエンジイソシアネートである。
前記ポリオール(2−2)としては、好ましくは分子量500〜3000のもので、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンアジペート、3−メチル−1,5ペンタンアジペート、ポリカーボネートポリオール等が挙げられ、更に、分子量50〜300のグリコールが併用される場合もある。より好ましくは、分子量500〜1200のポリテトラメチレングリコール或いはポリプロピレングリコールである。
本発明の二液硬化型発泡砥石用組成物で使用されるポリイソシアネート(2)のより好ましいものとしては、トルエンジイソシアネート系末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーが使用される。特に、その融点が60℃以下、特に常温で液状であるものが好適である。また、とりわけ機械的強度などの点からイソシアネート基当量としては、好ましくは300〜580で、ポリイソシアネートとして2,4−ないしは2,6−トルエンジイソシアネートとポリオールとを反応して得られるものである。更に上記の他のポリイソシアネート化合物を併用することができる。
使用する砥粒の平均粒径は、特に指定しないが、研磨目的により好ましくは平均粒径0.1μm〜200μmである。砥粒の平均粒径が200μmより大きくなると、二液混合注型機のタンク内で沈降し易くなり、又、ヘッドノズルの詰まりの原因になる場合があるので好ましくない。砥粒の平均粒径が大きくなるほど砥粒が沈降し易くなる為、二液混合注型機のタンク内攪拌羽根の構造及び回転数を考慮する必要がある。
かかる砥粒は、混合物(A)とポリオール(B)との合計100重量部に対して、砥粒10〜200重量部の範囲で使用するのが良好である。
また、二液硬化型発泡砥石用組成物を用いて砥石を製造する場合は、砥粒の事前混合はポリオール組成物(1)でもポリイソシアネート(2)のどちらでもかまわないが、より好ましくは配合液の安定性の面よりポリオール組成物(1)の方に配合するのが望ましい。砥粒を事前配合するには、高速撹拌可能な攪拌機に入れた混合物(A)及びポリオール(B)からなるポリオール組成物を、撹拌しながら砥粒を分割投入すると均一に分散し易い。又、高速撹拌により、砥粒表面が濡れ易く空気による砥粒の溜まりが無くなる。更に真空脱泡する事により、砥粒からの空気を出すと共に、砥粒の濡れも良くなる。砥粒の濡れを良くする事は、ウレタン樹脂と砥粒の結合が強くなり、研磨時における砥粒の脱落が少なくなる。尚、砥石については、上記砥粒を配合した方が好ましいが、用途によっては砥粒を配合しないものも使用に供することができる。
本発明の二液硬化型発泡砥石は、砥粒を含有しない場合の比重を0.3〜1.0とするのが好ましく、砥粒を含有する場合の比重は0.3〜1.2とするのが好ましい。比重が低すぎる場合は強度不足で摩耗も激しく、比重が高すぎる場合は多孔空間が少ないため、研磨効果が低い。
ポリテトラメチレングリコール(PTMG1000、三菱化学(株)社製品)をフラスコに入れ、100℃でホールドする。このポリオールの70%、60%、50%、及び40%に、混合物(A)(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジクロロジフェニルメタン(二核体)65%、三核体のポリアミノクロロフェニルメタン化合物28%及び四核体以上のポリアミノクロロフェニルメタン化合物7%を含有、70℃雰囲気で溶解)を120℃で溶解した後、先のフラスコに30%、40%、50%、及び60%の重量割合で投入し、溶解混合し、100〜105℃で5〜10mmHgの減圧下で1時間脱水する。冷却後取り出し液状ポリオール組成物を得た。
ポリテトラメチレングリコール(PTMG1000、三菱化学(株)社製品)をフラスコに入れ、100℃でホールドする。このポリオールの70%、60%、50%、及び40%に、混合物(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジクロロジフェニルメタン(二核体)82%、三核体15%及び四核体3%を含有)を120℃で溶解した後、先のフラスコに30%、40%、50%、及び60%の重量割合で投入し、溶解混合し、100〜105℃で5〜10mmHgの減圧下で1時間脱水する。冷却後取り出し液状ポリオール組成物を得た。
ポリテトラメチレングリコール(PTMG1000、三菱化学(株)社製品)をフラスコに入れ、100℃でホールドする。このポリオールの70%、60%、50%、及び40%に、パンデックス E(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジクロロジフェニルメタン(二核体)98重量%以上、大日本インキ化学工業(株)製品)を120℃で溶解した後、先のフラスコに30%、40%、50%、及び60%の重量割合で投入し、溶解混合し、100〜105℃で5〜10mmHgの減圧下で1時間脱水する。冷却後取り出し液状ポリオール組成物を得た。
ポリテトラメチレングリコール(PTMG1000、三菱化学(株)社製品)500部ジエチレングリコール(三菱化学(株)社製品)34.1部を加えたポリオール混合物(B)をフラスコに入れ、100℃でホールドする。この混合物(B)の70%、60%、50%、及び40%に実施例1で使用した混合物(A)を120℃で溶解した後、先のフラスコに30%、40%、50%、及び60%の重量割合で投入し、溶解混合し、100〜105℃で5〜10mmHgの減圧下で1時間脱水する。冷却後取り出し液状ポリオール組成物を得た。
ポリテトラメチレングリコール(PTMG1000、三菱化学(株)社製品)500部にジエチレングリコール(三菱化学(株)社製品)34.1部を加えたポリオール混合物をフラスコに入れ、100℃でホールドする。この混合物の70%、60%、50%、及び40%に、比較例2で使用したパンデックス Eを120℃で溶解した後、先のフラスコに30%、40%、50%、及び60%の重量割合で投入し、溶解混合し、100〜105℃で5〜10mmHgの減圧下で1時間脱水する。冷却後取り出し液状ポリオール組成物を得た。
コロネート T−100(トルエンジイソシアネート、日本ポリウレタン(株)社製品)500部をフラスコに入れ、PTMG1000(ポリテトラメチレングリコール、三菱化学(株)社製品)556.0部及び、DEG(ジエチレングリコール、三菱化学(株)社製品)93.4部を分割で投入混合し、窒素気流下60℃で約5時間反応を行い、イソシアネート基当量400のウレタンプレポリマー(イ)を得た。
PTMG1000(ポリテトラメチレングリコール、三菱化学(株)社製品)500部及び、DEG(ジエチレングリコール、三菱化学(株)社製品)34.1部をフラスコに入れ、100℃でホールドする。混合物(A)(二核体65%、三核体28%、四核体7%) 534.1部を120℃で溶解した後、先のフラスコに投入混合し、100〜105℃で5〜10mmHgの減圧下で1時間脱水する。冷却後取り出し、NH2・OH当量189の液状ポリオール組成物を得た。
調整2のポリオール組成物100部にイオン交換水0.5部、整泡剤トーレシリコーン SH−193(東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)社製品)0.3部、触媒 トヨキャット ET(N,N−ジメチルアミノエチルエーテル、TOYOCAT−ET、東ソー(株)社製品)0.3部を配合し良く撹拌混合した後、二液混合注型機のポリオールタンクに入れ60℃に温調した。一方、先に調整1で得たウレタンプレポリマー(イ)を二液混合注型機のプレポリマー用タンクに入れ80℃に温調した。二液混合注型機にて、ウレタンプレポリマー(イ)(2)/ポリオール組成物(1)の重量比=260/101.1で、110℃に加熱した金型(120mm×280mm×15mm)に約260gを注入した。直ちに金型の蓋をした後、110℃金型で1時間放置し、その後に発泡成形品を取り出し該発泡成形品を110℃で16時間アフタキュアを行った。その成形品をスライサーで約2mm厚に切り出したところ、密度分布が均一で優れた物性を有するシート状発泡砥石が得られた。
調整2のポリオール組成物100部にイオン交換水0.7部、整泡剤トーレシリコーンSH−193(東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)社製品)0.3部、触媒 トヨキャット ET(N,N−ジメチルアミノエチルエーテル、TOYOCAT−ET、東ソー(株)社製品)0.3部、砥粒 HF−210(酸化セリウム、新日本金属化学(株)社製品)79.3部を配合し、良く撹拌混合した後、二液混合注型機のポリオールタンクに入れ60℃に温調した。一方、先に調整1で得たウレタンプレポリマー(イ)を二液混合注型機のプレポリマー用タンクに入れ80℃に温調した。二液混合注型機にて、ウレタンプレポリマー(イ)(2)/ポリオール(1)の重量比=270/180.6で、110℃に加熱した金型(120mm×280mm×15mm)に約260gを注入した。直ちに金型の蓋をした後、110℃の金型で1時間放置し、その後に発泡成形品を取り出し、該発泡成形品を110℃で16時間のアフタキュアを行った。その成形品をスライサーで約2mm厚に切り出したところ、密度分布が均一で優れた物性を有するシート状発泡砥石が得られた。
パンデックス E(大日本インキ化学工業(株)製品、MBOCA98%以上含有)58.7部にイオン交換水0.5部、整泡剤 トーレシリコーン SH−193(東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)社製品)0.3部、触媒トヨキャット ET(N,N−ジメチルアミノエチルエーテル、東ソー(株)社製品)0.3部を配合し120℃で良く撹拌混合した後、二液混合注型機のポリオール用タンクに入れ120℃に温調した。一方、先に調整1で得たウレタンプレポリマー(イ)を二液混合注型機のプレポリマー用タンクに入れ80℃に温調した。二液混合注型機にて、ウレタンプレポリマー成分/ポリアミン成分の重量比=300/81.5で、110℃に加熱した金型(120mm×280mm×15mm)に約260gを注入し、実施例3と同一の操作にて約2mm厚に切り出しシート状砥石を得ようとしたがタンク内の水が揮発し、密度分布が均一なシート状発泡砥石が得られなかった。
比較例4と同様の配合のMBOCA組成物を入れたポリオール用タンクの温度を水が蒸発しない90℃に下げる以外比較例4と同様の操作を行った。しかし、MBOCA(パンデックスE、大日本インキ化学工業株式会社)が固化し、二液混合注型作業ができなかった。
80℃に温調したウレタンプレポリマー(イ)300部にイオン交換水0.6部、整泡剤 トーレシリコーン SH−193(東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製品)0.6部、触媒 トヨキャット ET(N,N−ジメチルアミノエチルエーテル、東ソー(株)社製品)0.6部を配合し撹拌混合した後、プレポリマー用タンクに入れ80℃に温調した。パンデックス E(MBOCA、大日本インキ化学工業(株)製品)をポリオール用タンクに入れ、MBOCAが固まらないように120℃に温調した。実施例3と同様の操作にて、二液混合注型機にて、成形品を製造しようとしたが、ウレタンプレポリマーと水が反応して、プレポリマー用タンクが固まり、成形作業ができなかった。
「硬度(ショアA)」:試料を温度23℃、湿度50%の部屋に24時間以上置き、JIS K7312に準じて1.5mm厚シートを6枚重ねて測定した。
「引張り強度、引張り応力、破断伸度」:試料を温度23℃、湿度50%の部屋に24時間以上置き、島津オートグラフAG−100KNG(島津製作所製品 精密万能試験機)を使用して、JIS K7312に準じて引張り速度を50mm/minで測定した。
Claims (9)
- (A)下記式で表される二核体のポリアミノクロロフェニルメタン化合物を50〜70重量%、
(式中、Xは塩素原子又は水素原子を表す。)
下記式で表される三核体のポリアミノクロロフェニルメタン化合物20〜40重量%
(式中、Xは塩素原子又は水素原子を表す。)
及び下記式で表される四核体以上のポリアミノクロロフェニルメタン化合物を5〜10重量%
(式中、Xは塩素原子又は水素原子を表し、nは3以上の正数を表す。)
からなるポリアミノクロロフェニルメタン混合物を、(B)ポリオールに均一に溶解し、前記(A)/(B)の重量割合を30/70〜60/40とすることを特徴とする二液硬化型発泡砥石用ポリオール組成物。 - 前記ポリオール(B)が、分子量100〜1500の主鎖にエーテル結合を有するポリオール及び/又は分子量50〜500の側鎖にメチル基を有するポリオールであることを特徴とする請求項1記載の二液硬化型発泡砥石用ポリオール組成物。
- 前記ポリオール(B)が、テトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコールから選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1記載の二液硬化型発泡砥石用ポリオール組成物。
- 前記二核体のポリアミノクロロフェニルメタン化合物が、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジクロロジフェニルメタンであることを特徴とする請求項1記載の二液硬化型発泡砥石用ポリオール組成物。
- 請求項1記載のポリオール組成物(1)、ポリイソシアネート(2)及び水(3)とからなることを特徴とする二液硬化型発泡砥石用組成物。
- 前記ポリイソシアネート(2)が、イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーであり、そのイソシアネート基当量が、300〜580であることを特徴とする請求項5記載の二液硬化型発泡砥石用組成物。
- 前記ポリイソシアネート(2)が、トルエンジイソシアネート系末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーである請求項5記載の二液硬化型発泡砥石用組成物。
- 請求項5記載の二液硬化型発泡砥石用組成物を発泡硬化して得られ、比重が0.3〜1.2であることを特徴とする発泡砥石。
- 請求項5の二液硬化型発泡砥石用組成物を、金型内へ注入し、発泡硬化させることを特徴とする発泡砥石の製造法。
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