JP3980068B2 - ポリウレタン - Google Patents
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Description
本発明は、耐加水分解性、耐熱性及び低温柔軟性のバランスに優れ、ホース、チューブ、フィルム、シート、ベルト、ロール等の押出成形材料、パッキング材、機械部品、自動車部品等の射出成形用材料、人工皮革、塗料等のコーティング材料等として有用なポリウレタン及びその原料であるポリカーボネートポリオールに関する。
背景技術
ポリウレタンは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、或はポリカーボネートポリオール等のポリオール類とポリイソシアネートを、必要に応じ低分子のジオール、ジアミン等の鎖伸長剤の存在下に重合させて製造される。ポリエステルポリオールを使用したポリウレタンは、ポリエーテルポリオールを使用したポリウレタンと比較して耐加水分解性に劣り、一方、ポリエーテルポリオールを用いたポリウレタンは、耐熱性等に問題がありその使用が限定されている。従来のポリカーボネートポリオールを使用したポリウレタン(ポリカーボネート系ポリウレタン)は、上記の欠点が改善されているものの低温柔軟性に問題があり、その使用が限定されている。
従来のポリカーボネート系ポリウレタンで低温柔軟性が比較的良好なポリウレタンとして、3−メチル−1,5−ペンタンジオールを用いたポリウレタン(特開昭60−195117号公報)等が知られているが、その低温柔軟性は実用上満足されるものではない。
発明の開示
本発明は、分子内に式(I)
(式中、R1及びR2は同一または異なって低級アルキルを表す)で表される構造単位からなるポリカーボネートポリオール部を有するポリウレタンを提供する。
また、本発明は、上記のポリウレタンの原料である分子内に式(I)で表される構造単位を有するポリカーボネートポリオールも提供する。
式(I)の基の定義において、低級アルキルとしては、直鎖または分枝状の単素数1〜8の、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソアミル、ネオペンチル、2−ペンチル、3−ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチルなどがあげられる。
本発明のポリウレタンの原料であるポリカーボネートポリオールの製造法は特に限定されない。例えば、式(I)で表される構造単位の成分である2,4−ジアルキル−1,5−ペンタンジオールとカーボネート化合物をプラスチック材料講座5「ポリカーボネート樹脂」(日刊工業新聞社出版、62〜63頁、1969年)、特開平4−31418号公報、特開昭60−195117号公報等記載の公知の方法でエステル交換反応させることにより製造することができる。
本発明のポリカーボネートポリオールに用いる2,4−ジアルキル−1,5−ペンタンジオールの具体例としては、2,4−ジメチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−4−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−メチル−4−プロピル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−4−プロピル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジプロピル−1,5−ペンタンジオール、2−イソプロピル−4−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−4−イソプロピル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジイソプロピル−1,5−ペンタンジオール、2−イソプロピル−4−プロピル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジブチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジペンチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジヘキシル−1,5−ペンタンジオール等があげられる。中でも、2,4−ジメチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジプロピル−1,5−ペンタンジオール等が好ましい。該ジオールは、特開平8−48642号公報記載の方法に準じて製造することができる。該ジオールは単独で用いても、または2種以上を併用してもよい。また、該ジオールは公知のジオール類と混合して使用することもできる。この場合、該ジオールの割合は全ジオールの20%以上、好ましくは30%以上である。20%以下では、得られるポリウレタンの耐加水分解性、耐熱性及び低温柔軟性が低下する。併用してもよい公知の他のジオールの好ましい例として、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ジエチレングリコール、1,6−ヘキサングリコール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン等があげられる。
本発明のポリカーボネートポリオールの製造に用いるカーボネート化合物の具体例としては、ジエチルカーボネート等のジアルキルカーボネート、ジフェニルカーボネート等のジアリールカーボネートなどが好ましい。該カーボネート化合物は単独で用いても、または2種以上を併用してもよい。
本発明のポリカーボネートポリオールの数平均分子量は好ましくは400〜8,000であり、より好ましくは700〜4,000である。
本発明のポリウレタンは、公知の方法を用いて製造することができる。すなわち、上記で得られたポリカーボネートポリオールと必要により、2個以上の活性水素原子を有する低分子化合物(鎖伸長剤)を均一に混合して、約60℃に予熱した後、これら混合物中の活性水素原子数とイソシアネート基のモル比が0.95〜1:1.05になる量のポリイソシアネートを加え、回転ミキサーで短時間撹拌しながら二軸スクリューを有する連続重合装置に供給し、連続的にランダムに重付加することにより本発明のポリウレタンを得ることができる。また、ポリカーボネートポリオールとポリイソシアネートをあらかじめ反応させ、末端イソシアネート基のプレポリマーを経由して得ることもできる。これらの反応は、通常、無溶媒で行われるが、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、トルエン等の溶媒中で行うこともできる。これらの溶媒は単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
ポリイソシアネートとしては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート等をあげることができ、これらのポリイソシアネートは単独で用いても、または2種以上を併用してもよい。
鎖伸長剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、1,6−ヘキサンジオールなどのジオール類、プロピレンジアミン、イソフォロンジアミン等のジアミン類を単独で使用しても、または2種以上を併用してもよい。さらに必要により、メタノール、エタノール等の一価の低分子アルコール、メチルアミン、エチルアミン等の一価の低分子アミン等を変性剤として添加することもできる。
ポリウレタンの重量平均分子量は好ましくは40,000〜500,000であり、より好ましくは60,000〜200,000である。分子量40,000以下では、ポリウレタンの力学特性が低下する。一方、500,000よりも大きいとポリウレタンの成形加工性が低下する。
重合反応を無溶媒で行った場合、得られたポリウレタンは、重合後、直ちに成形加工に供することができる。重合条件により、未反応のポリイソシアネートが0.2重量%以上残存する場合は、必要により60〜80℃で4〜30時間の熟成を行い反応を完結させた後、成形加工に供することができる。重合反応を溶媒中で行った場合、ポリウレタンの非溶媒、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン等の炭素数6〜10の脂肪族飽和炭化水素、メタノール、エタノール等のアルコール類を添加混合してポリウレタンを凝集析出、濾過分離、乾燥させた後、成形加工に供することができる。
得られたポリウレタンは、種々の方法で成形加工することができる。成形加工法としては、例えば、150〜230℃、好ましくは170〜220℃での押出成形法、射出成形法、カレンダー成形法、ブロー成形法(プラスチック加工技術便覧、日本工業新聞社、125頁、213頁、283頁、323頁、1969年)等があげられる。
次に、本発明のポリウレタンの耐加水分解性、耐熱性、低温柔軟性について試験例で説明する。
試験例1 耐加水分解性
後述する実施例1、2、比較例1〜3で調製したポリウレタンを用いて、下記条件下、押出成形で300μmのポリウレタンシートを作成した。
押出成形機:40mm単軸押出機 L/D=25、圧縮比1:2.8
押出条件:温度 C1 185℃;C2 190℃;C3 190℃;C4 195℃;ダイ 195℃スクリュー回転数;25rpm
更に作成したポリウレタンシートを、80℃の温水中に7日間浸漬した後、JIS K−7311に従って23℃で破断強度を測定し、破断強度保持率を求めた。
試験例2 耐熱性
後述する実施例1、2、比較例1〜3で調製したポリウレタンを用いて試験例1と同様の方法でポリウレタンシートを作成した。更に作成したポリウレタンシートを、100℃でギヤー式老化試験機(上島製作所株式会社製)を用い、7日間、空気中、加熱老化させた後、JIS K−7311に準拠し、破断強度を測定し、破断強度保持率を求めた。
試験例3 低温柔軟性
後述する実施例1、2、比較例1〜3で調製したポリウレタンを用いて試験例1と同様の方法でポリウレタンシートを作成した。更に作成したポリウレタンシートのTα(tan δ max)値をDVEレオスペクトラー(レオロジー社製)を用いて、1Hzで測定した。
試験例1〜3の測定結果を第1表に示す。
本発明のポリウレタンは、耐加水分解性、耐熱性試験における破断強度保持率が高く、かつ低温柔軟性試験におけるTα値が低く、比較例に比べ、耐加水分解性、耐熱性、低温柔軟性の総合的な面で優れている。
発明を実施するための最良の形態
実施例1 「ポリカーボネートポリオールの合成」
窒素雰囲気下、第2表に示した原料組成の2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールとジフェニルカーボネートを180〜190℃で3時間加熱してエステル交換反応を行った。その後、温度を220℃まで徐々に上げ、5〜10mmHgまで徐々に減圧しながら10時間反応を継続、系内のフェノールを除去後、反応を停止し、ポリカーボネートポリオールA1を製造した。
「ポリウレタンの製造」
上記で得られたポリカーボネートポリオールA1を用い第3表に示す原料組成で、下記に示す重合装置および処方に従い、無溶媒連続重合法によりポリウレタンAを製造した。
予備混合:高速回転ミキサー、温度50〜60℃
重合装置:二軸スクリュー型反応押出機、L/D=42、約10Kg/時間
重合時間:約150秒
実施例2 「ポリカーボネートポリオールの合成」
第2表に示される原料組成の2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールと1,6−ヘキサンジオールの混合ジオールとジフェニルカーボネートを用いた以外は実施例1と同様にして、ポリカーボネートポリオールB1を製造した。
「ポリウレタンの製造」
上記で得られたポリカーボネートポリオールB1を用い第3表に示す原料組成で、実施例1と同様にして、ポリウレタンBを製造した。
実施例1と実施例2で製造したポリカーボネートポリオールの原料組成と生成物の物性を第2表に示す。ポリカーボネートポリオールの数平均分子量は、水酸基価から算出した。
実施例1と実施例2で製造したポリウレタンの原料組成と生成物の分子量を第3表に示す。ポリウレタンの重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による標準ポリスチレン換算で測定した。
(GPC分析条件)
カラム;GMHHR−H[内径7.8mm、長さ30cm(東ソー株式会社製)]2本とG2000HHR[内径7.8mm、長さ30cm(東ソー株式会社製)]を直列に接続した。
移動相;テトラヒドロフラン(流速1ml/分)
検出器;RI[RI−8000(東ソー株式会社製)]
比較例1 「ポリカーボネートポリオールの合成」
第4表に示す原料組成で1,6−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネートを用いた以外は実施例1と同様に処理し、ポリカーボネートポリオールC1を製造した。
「ポリウレタンの製造」
上記で得られたポリカーボネートポリオールC1を用い第5表に示す原料組成で、実施例3と同様に処理し、ポリウレタンCを製造した。
比較例2 「ポリウレタンの製造」
旭電化工業(株)製アデカニューエースF13−35(テトラメチレンアジペート、分子量2013)を用い第5表に示す原料組成で、実施例1と同様に処理し、ポリウレタンDを製造した。
比較例3 「ポリウレタンの製造」
保土ヶ谷化学工業(株)製PTG1000(ポリテトラメチレンエーテルグリコール、分子量1013)を用い第5表に示す原料組成で、実施例1と同様に処理し、ポリウレタンEを製造した。
比較例1で製造したポリカーボネートポリオールの原料組成と生成物の物性を第4表に示す。ポリカーボネートポリオールの数平均分子量は、水酸基価から算出した。
比較例1〜比較例3で製造したポリウレタンの原料組成と生成物の分子量を第5表に示す。ポリウレタンの重量平均分子量は前記と同様の分析条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による標準ポリスチレン換算で測定した。
産業上の利用可能性
本発明により、耐加水分解性、耐熱性、低温柔軟性のバランスに優れたポリウレタン及びその原料であるポリカーボネートポリオールが提供される。
Claims (10)
- 2,4−ジアルキル−1,5−ペンタンジオール単独または、該ジオールを20%以上含有する混合ジオールとカーボネート化合物から得られるポリカーボネートポリオールとポリイソシアネートとから得られる請求の範囲1記載のポリウレタン。
- 2,4−ジアルキル−1,5−ペンタンジオールが2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールである請求の範囲2記載のポリウレタン。
- 重量平均分子量が40,000〜500,000である請求の範囲1〜3のいずれかに記載のポリウレタン。
- 2,4−ジアルキル−1,5−ペンタンジオール単独または、該ジオールを20%以上含有する混合ジオールとカーボネート化合物を反応させてポリカーボネートポリオールを得、次いで該ポリカーボネートポリオールとポリイソシアネートを反応させることを特徴とする請求の範囲1に記載のポリウレタンの製造法。
- 2,4−ジアルキル−1,5−ペンタンジオール単独または、該ジオールを20%以上含有する混合ジオールとカーボネート化合物から得られる請求の範囲6記載のポリカーボネートポリオール。
- 2,4−ジアルキル−1,5−ペンタンジオールが2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールである請求の範囲7記載のポリカーボネートポリオール。
- 数平均分子量400〜8,000である請求の範囲6〜8のいずれかに記載のポリカーボネートポリオール。
- 2,4−ジアルキル−1,5−ペンタンジオール単独または、該ジオールを20%以上含有する混合ジオールとカーボネート化合物を反応させることを特徴とする請求の範囲6記載のポリカーボネートポリオールの製造法。
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