JP4629386B2 - Method for producing thermoplastic polyurethane tube - Google Patents

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Description

本発明は、特に高温における破壊応力が向上した熱可塑性ポリウレタンチューブの製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a thermoplastic polyurethane tube having particularly improved fracture stress at high temperatures.

熱可塑性ポリウレタンチューブは、柔軟で利便性に優れており、しかも通常の熱可塑性樹脂と同様に押出成形などの成形加工により容易に成形物を得ることができることから、空圧用チューブなどに広く使用されている。熱可塑性ポリウレタンは、一般に原料としてポリオール、ジイソシアネートおよび鎖延長剤としての低分子ジオールを用いて製造され、ジイソシアネートと低分子ジオールとから形成されるハードセグメントと、ポリオールとから形成されるソフトセグメントという2つのセグメントにより高強度で柔軟なエラストマーを与える。   Thermoplastic polyurethane tubes are flexible and convenient, and can be easily obtained by molding processes such as extrusion as with ordinary thermoplastic resins, so they are widely used for pneumatic tubes. ing. Thermoplastic polyurethane is generally produced using polyol, diisocyanate and low molecular diol as chain extender as raw materials, and a hard segment formed from diisocyanate and low molecular diol and a soft segment formed from polyol. One segment gives a high strength and flexible elastomer.

特許文献1には、特定の予熱温度および押出圧力にて熱可塑性ポリウレタンを押出成形する熱可塑性ポリウレタンチューブの製造方法が記載されている。   Patent Document 1 describes a method for producing a thermoplastic polyurethane tube in which thermoplastic polyurethane is extruded at a specific preheating temperature and extrusion pressure.

しかしながら、通常の熱可塑性ポリウレタンチューブは、耐熱性に劣るため、使用可能温度が限定され、特に高温での使用圧力が高い用途には使用することができなかった。このため、従来、高温では主としてナイロンチューブが使用されているが、ナイロンチューブは剛性が高く、柔軟性に劣っている。   However, since ordinary thermoplastic polyurethane tubes have poor heat resistance, the usable temperature is limited, and in particular, they cannot be used for applications where the working pressure at high temperatures is high. For this reason, conventionally, nylon tubes are mainly used at high temperatures, but nylon tubes have high rigidity and poor flexibility.

耐熱性等の熱的性質を改善するために、熱可塑性ポリウレタンのハードセグメントまたはソフトセグメントの分子構造を変える試みが種々なされている(例えば下記特許文献2を参照)。しかし、この方法は、熱可塑性ポリウレタンの分子構造自体を改変するため、柔軟性などのチューブの諸物性に悪影響を及ぼすおそれがある。
特開平7−136278号公報 特開平7−113004号公報
In order to improve thermal properties such as heat resistance, various attempts have been made to change the molecular structure of the hard segment or soft segment of thermoplastic polyurethane (see, for example, Patent Document 2 below). However, since this method modifies the molecular structure of the thermoplastic polyurethane itself, the physical properties of the tube such as flexibility may be adversely affected.
JP-A-7-136278 Japanese Patent Laid-Open No. 7-113004

本発明の課題は、耐熱性が向上し、高温における使用を可能にした熱可塑性ポリウレタンチューブの製造方法を提供することである。
The subject of this invention is providing the manufacturing method of the thermoplastic polyurethane tube which heat resistance improved and enabled use at high temperature.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、柔軟性を損なうことなく、耐熱性が向上した熱可塑性ポリウレタンチューブを得ることに成功し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors succeeded in obtaining a thermoplastic polyurethane tube having improved heat resistance without impairing flexibility, and completed the present invention. .

すなわち、本発明にかかる熱可塑性ポリウレタンチューブの製造方法は、ポリオール、低分子量ジオールおよびジイソシアネートの成形物からなり、流動開始温度Tm以上の温度で溶融成形し冷却固化された前記成形物を、流動開始温度Tm以下でガラス転移点Tg以上の温度T1に加熱し、ついで温度T2(但し、Tm>T1>T2>Tg)に素早く温度降下させ、該温度T2で、ジイソシアネートから形成されたハードセグメントと、ポリオールから形成されたソフトセグメントとが相分離した構造が生じる時間が経過するまで保持した後、冷却することを特徴とする。
That is, the method for producing a thermoplastic polyurethane tube according to the present invention comprises a molded product of a polyol, a low molecular weight diol, and a diisocyanate. The molded product that has been melt-molded and cooled and solidified at a temperature higher than the flow start temperature Tm A hard segment formed from diisocyanate at a temperature T2 below a temperature Tm and heated to a temperature T1 above the glass transition point Tg and then quickly lowered to a temperature T2 (where Tm>T1>T2>Tg); after the time structure in which a soft segment formed from a polyol and phase separation occurs is retained until after, characterized by cooling.

本発明で得られる熱可塑性ポリウレタンチューブは、柔軟であるというナイロンチューブにない優れた特質を有し、かつ80℃におけるチューブ破壊応力が3.6MPa以上であるという、従来のポリウレタンチューブでは得られなかったナイロンチューブに近い熱的性質を有するため、これまで熱可塑性ポリウレタンチューブを使用できなかった高温での使用が可能になるという効果がある。
The thermoplastic polyurethane tube obtained by the present invention has an excellent characteristic not found in a nylon tube that is flexible, and it cannot be obtained by a conventional polyurethane tube that has a tube breaking stress at 80 ° C. of 3.6 MPa or more. Since it has a thermal property close to that of a nylon tube, there is an effect that it can be used at a high temperature where a thermoplastic polyurethane tube could not be used.

本発明で使用される熱可塑性ポリウレタンは、分子量500〜4000のポリオール、分子量500以下の低分子量ジオールおよびジイソシアネートの付加重合体である。ポリオールとしては、例えばポリオキシアルキレンポリオール(PPG)、ポリエーテルポリオール変性体、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)などのポリエーテルポリオール;縮合系ポリエステルポリオール(例えばアジペート系ポリオール)、ラクトン系ポリエステルポリオール、ポリカーボネートジオールなどのポリエステルポリオール;さらにアクリルポリオール、ポリブタジエン系ポリオール、ポリオレフィン系ポリオール、ケン化EVA、難燃化ポリオール(含リンポリオール、含ハロゲンポリオール)などが挙げられる。   The thermoplastic polyurethane used in the present invention is an addition polymer of a polyol having a molecular weight of 500 to 4000, a low molecular weight diol having a molecular weight of 500 or less, and a diisocyanate. Examples of the polyol include polyether polyols such as polyoxyalkylene polyol (PPG), modified polyether polyol, polytetramethylene ether glycol (PTMG); condensed polyester polyol (for example, adipate polyol), lactone polyester polyol, polycarbonate Examples include polyester polyols such as diols; acrylic polyols, polybutadiene-based polyols, polyolefin-based polyols, saponified EVA, flame-retardant polyols (phosphorus-containing polyols and halogen-containing polyols), and the like.

ジイソシアネートとしては、例えばトリレンジイソシアネート(TDI)、4、4‘−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、p−フェニレンジイソシアネート(PPDI)、ナフチレンジイソシアネート(NDI)などの芳香族系ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(HMDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)などの脂肪族系ジイソシアネートなどが挙げられる。
前記低分子量ジオールは鎖延長剤として使用されるものであり、例えば1,4‐ブタンジオール、ビス(ヒドロキシエチル)ヒドロキノンなどが挙げられる。
Examples of the diisocyanate include aromatic diisocyanates such as tolylene diisocyanate (TDI), 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI), p-phenylene diisocyanate (PPDI), and naphthylene diisocyanate (NDI), and hexamethylene diisocyanate (HDI). And aliphatic diisocyanates such as dicyclohexylmethane diisocyanate (HMDI) and isophorone diisocyanate (IPDI).
The low molecular weight diol is used as a chain extender, and examples thereof include 1,4-butanediol and bis (hydroxyethyl) hydroquinone.

本発明においては、従来から熱可塑性エラストマーとして様々な用途に使用されている汎用熱可塑性ポリウレタンを使用するのが好適であり、具体例としては例えば4、4‘−ジフェニルメタンジイソシアネートから形成されたハードセグメントと、ポリオールから形成されたソフトセグメントとからなる熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。この熱可塑性ポリウレタンの重量平均分子量は10万〜100万程度、数平均分子量は2万〜10万程度であればよい。   In the present invention, it is preferable to use a general-purpose thermoplastic polyurethane conventionally used for various applications as a thermoplastic elastomer. As a specific example, for example, a hard segment formed from 4,4′-diphenylmethane diisocyanate And a thermoplastic polyurethane comprising a soft segment formed from a polyol. The thermoplastic polyurethane may have a weight average molecular weight of about 100,000 to 1,000,000 and a number average molecular weight of about 20,000 to 100,000.

本発明の可塑性ポリウレタンチューブは、動的粘弾性測定において、LogE′が4.5MPaになる温度と、tanδのピーク温度との差が、190〜225℃、好ましくは205〜220℃であり、通常の可塑性ポリウレタンチューブに比して差が拡大している。これは、上記のように熱可塑性ポリウレタンチューブの有するハードセグメントとソフトセグメントとからなる高次構造または相構造が変化したことを示しており、具体的には相分離構造が発生していることを示している。これにより成形品の熱的性質が向上する。   The plastic polyurethane tube of the present invention has a difference between the temperature at which LogE ′ is 4.5 MPa and the peak temperature of tan δ in the dynamic viscoelasticity measurement from 190 to 225 ° C., preferably from 205 to 220 ° C. The difference is larger than that of the plastic polyurethane tube. This indicates that the higher-order structure or phase structure composed of the hard segment and soft segment of the thermoplastic polyurethane tube has changed as described above, and specifically, that the phase separation structure has occurred. Show. This improves the thermal properties of the molded product.

このような相分離構造を発生させるためには、熱可塑性ポリウレタンを通常の方法により、流動開始温度Tm以上の温度Txで溶融押出成形しチューブを作製する。得られた熱可塑性ポリウレタンチューブを図1に示すように流動開始温度Tm以下でガラス転移点Tg以上の温度T1に加熱し、ついでガラス転移点Tg以上の温度T2に素早く温度降下させ、温度T2で相分離構造が生じる時間が経過するまで保持した後、室温まで冷却する。流動開始温度は、フローテスターを用いて樹脂に一定荷重(通常10kg)の荷重を掛けて、温度を上昇させていったとき、ノズル(通常直径1mm×長さ1mm)から樹脂が流出を開始する温度を測定することによって求められる。   In order to generate such a phase-separated structure, a thermoplastic polyurethane is melt-extruded at a temperature Tx equal to or higher than the flow start temperature Tm by a normal method to produce a tube. As shown in FIG. 1, the obtained thermoplastic polyurethane tube is heated to a temperature T1 that is equal to or lower than the flow start temperature Tm and is equal to or higher than the glass transition point Tg, and is then quickly dropped to a temperature T2 that is equal to or higher than the glass transition point Tg After holding until the time when the phase separation structure is formed, it is cooled to room temperature. The flow start temperature is such that when a constant load (usually 10 kg) is applied to the resin using a flow tester and the temperature is raised, the resin starts to flow out from the nozzle (usually 1 mm in diameter x 1 mm in length). It is determined by measuring the temperature.

前記温度Txは、流動開始温度Tm以上で熱可塑性ポリウレタンを溶融成形できる温度であればよく、通常200〜240℃である。チューブの溶融成形手段は特に制限されないが、溶融押出成形があげられる。また、成形されるチューブの形状や大きさも特に制限されないが、一般には外径が3〜16mm、肉厚が0.5〜2mmのチューブが例示される。   The temperature Tx may be a temperature at which the thermoplastic polyurethane can be melt-molded at a flow start temperature Tm or higher, and is usually 200 to 240 ° C. The melt molding means of the tube is not particularly limited, and melt extrusion molding can be mentioned. Further, the shape and size of the tube to be molded are not particularly limited, but generally a tube having an outer diameter of 3 to 16 mm and a wall thickness of 0.5 to 2 mm is exemplified.

前記温度T1は175〜190℃の範囲である。温度T1がこの範囲を外れると、成形品の高次構造を制御できなくなるおそれがある。前記温度T1での保持時間は5〜90秒、好ましくは10〜60秒であるのがよい。   The temperature T1 is in the range of 175 to 190 ° C. If the temperature T1 is out of this range, the higher-order structure of the molded product may not be controlled. The holding time at the temperature T1 is 5 to 90 seconds, preferably 10 to 60 seconds.

一方、前記温度T2は155〜165℃の範囲である。温度T2がこの範囲を外れると、成形品の高次構造を制御できなくなるおそれがある。温度T2での保持時間は、少なくとも相分離構造が生じる時間が経過するまでであり、通常は30秒以上、好ましくは1分以上であればよい。温度T2での保持時間の上限は特に制限されないが、60分以下とするのが適当である。   On the other hand, the temperature T2 is in the range of 155 to 165 ° C. If the temperature T2 is out of this range, the higher-order structure of the molded product may not be controlled. The holding time at the temperature T2 is at least until the time when the phase separation structure occurs, and is usually 30 seconds or longer, preferably 1 minute or longer. The upper limit of the holding time at the temperature T2 is not particularly limited, but is suitably 60 minutes or less.

本発明では、前記温度T1から素早く温度降下させて温度T2にするのが重要であり、素早く温度降下させない場合には、チューブの高次構造を制御できなくなるおそれがある。温度T2で所定時間保持した後は室温まで徐冷してもよく、急冷してもよい。ここで、温度T1から温度T2への温度降下は、約50〜1000℃/分の冷却速度であるのが好ましい。   In the present invention, it is important to quickly drop the temperature from the temperature T1 to the temperature T2. If the temperature is not quickly lowered, the higher-order structure of the tube may not be controlled. After holding at temperature T2 for a predetermined time, it may be gradually cooled to room temperature or may be rapidly cooled. Here, the temperature drop from the temperature T1 to the temperature T2 is preferably a cooling rate of about 50 to 1000 ° C./min.

また、本発明では、チューブ全体にムラのない均一な構造制御が必要であり、特に温度にムラがあるとチューブの一部に相分離構造が発現しないので、高温での熱的性質を改善できなくなるおそれがある。本発明で使用可能な構造制御装置の一例を図2に示す。同図に示すように、複数の赤外線ヒータ1をポリウレタンチューブ2の周方向に配設してポリウレタンチューブ2を加熱する。   In addition, the present invention requires uniform structure control with no unevenness throughout the tube, and in particular, if the temperature is uneven, the phase separation structure does not appear in a part of the tube, so the thermal properties at high temperatures can be improved. There is a risk of disappearing. An example of a structure control apparatus usable in the present invention is shown in FIG. As shown in the figure, the polyurethane tube 2 is heated by disposing a plurality of infrared heaters 1 in the circumferential direction of the polyurethane tube 2.

赤外線ヒータ1としては、遠赤外線ヒータ、中赤外線ヒータおよび近赤外線ヒータのいずれもが使用可能である。ここで、中赤外線ヒータは、近赤外線ヒータほどではないが、狭い波長で高いエネルギーを持ち、かつプラスチックへの吸収性が高いために短時間で精密加熱が可能である。   As the infrared heater 1, any of a far infrared heater, a middle infrared heater, and a near infrared heater can be used. Here, although the mid-infrared heater is not as much as the near-infrared heater, it has high energy at a narrow wavelength and has high absorbability to plastic, so that precise heating is possible in a short time.

チューブ2の周方向に配設する赤外線ヒータ1の数は特に制限されないが、2〜10個程度であるのが適当である。赤外線ヒータ1は、その長さ方向がチューブ2の軸方向と平行に配置されるのがよい。各赤外線ヒータ1は、反射板3の内部に設置されている。   The number of infrared heaters 1 arranged in the circumferential direction of the tube 2 is not particularly limited, but is suitably about 2 to 10 pieces. The infrared heater 1 is preferably arranged such that its length direction is parallel to the axial direction of the tube 2. Each infrared heater 1 is installed inside the reflector 3.

ポリウレタンチューブ2を均一に加熱するために、赤外線ヒータ1とポリウレタンチューブ2とを該チューブ2の周方向に相対移動させるのが好ましい。具体的には、赤外線ヒータ1またはポリウレタンチューブ2をチューブ2の周方向に回転させる。これにより、周方向に均一に加熱されるようになる。回転速度は特に制限されないが、10〜300回転/分程度であるのが均一加熱を図るうえで好ましい。   In order to uniformly heat the polyurethane tube 2, it is preferable that the infrared heater 1 and the polyurethane tube 2 are relatively moved in the circumferential direction of the tube 2. Specifically, the infrared heater 1 or the polyurethane tube 2 is rotated in the circumferential direction of the tube 2. Thereby, it comes to be heated uniformly in the circumferential direction. The rotation speed is not particularly limited, but it is preferably about 10 to 300 rotations / minute for uniform heating.

また、長いポリウレタンチューブ2を処理する場合には、例えば、チューブ2またはこれを囲む赤外線ヒータ1を一定速度でチューブ2の長さ方向に移動させながら、赤外線ヒータ1をチューブ2の周方向に回転させればよい。   When processing a long polyurethane tube 2, for example, the infrared heater 1 is rotated in the circumferential direction of the tube 2 while moving the tube 2 or the infrared heater 1 surrounding the tube 2 at a constant speed in the length direction of the tube 2. You can do it.

図3は熱可塑性ポリウレタンチューブの構造制御装置の概要を示している。図3に示すように、この装置は、巻回したチューブ2を引取機4で連続的に引出し、ポリウレタンチューブ2を温度T1に加熱する第1の赤外線ヒータ加熱領域Aと、チューブ2を温度T2まで温度降下させる温度降下領域Bと、チューブ2を温度T2に加熱する第2の赤外線ヒータ加熱領域Cと、冷却手段Dとがチューブ2の引出し方向に沿って配置されている。   FIG. 3 shows an outline of a structure control device for a thermoplastic polyurethane tube. As shown in FIG. 3, this apparatus continuously draws the wound tube 2 with a take-up machine 4, and heats the polyurethane tube 2 to a temperature T1, and a first infrared heater heating area A, and the tube 2 to a temperature T2. A temperature drop region B that lowers the temperature to 2 °, a second infrared heater heating region C that heats the tube 2 to a temperature T2, and a cooling means D are arranged along the drawing direction of the tube 2.

第1の赤外線ヒータ加熱領域Aと第2の赤外線ヒータ加熱領域Cとは、図2に示すように複数の赤外線ヒータ1をチューブ2の周方向に配設したものである。各加熱領域A、Cにおける温度調整は、各赤外線ヒータの出力調整などによって行なうことができる。各加熱領域A、Cでのチューブ2の通過時間は、チューブ2の各温度T1、T2での保持時間および各加熱領域A、Cの長さから決定することができる。   In the first infrared heater heating area A and the second infrared heater heating area C, a plurality of infrared heaters 1 are arranged in the circumferential direction of the tube 2 as shown in FIG. The temperature adjustment in each heating area A, C can be performed by adjusting the output of each infrared heater. The passage time of the tube 2 in each heating region A, C can be determined from the holding time of the tube 2 at each temperature T1, T2 and the length of each heating region A, C.

温度降下領域Bでは、例えば冷風をチューブ2に吹き付けるなどして、チューブ2を温度T1からT2またはその近傍まで素早く温度降下させる。冷却手段Dは、例えば冷却水槽などから構成され、チューブ2を室温近くまで冷却する。温度T2への温度降下もチューブの周方向全体に均一に行なわれるようにするのが好ましい。
なお、温度降下領域Bを設けずに、第1の赤外線ヒータ加熱領域Aと第2の赤外線ヒータ加熱領域Cとを並設してもよい。
また、チューブ2を押出成形しながら、冷却(例えば水槽に浸漬するなど)し、前記した第1の赤外線ヒータ加熱領域A、温度降下領域B、第2の赤外線ヒータ加熱領域Cおよび冷却手段Dの順に連続的に通過させて、温度T1、T2および冷却の順で熱処理してもよい。
In the temperature drop region B, the temperature of the tube 2 is quickly lowered from the temperature T1 to T2 or the vicinity thereof by, for example, blowing cool air to the tube 2. The cooling means D is composed of, for example, a cooling water tank or the like, and cools the tube 2 to near room temperature. It is preferable that the temperature drop to the temperature T2 is performed uniformly over the entire circumferential direction of the tube.
The first infrared heater heating area A and the second infrared heater heating area C may be provided side by side without providing the temperature drop area B.
Further, the tube 2 is cooled while being extruded (for example, immersed in a water tank), and the first infrared heater heating area A, temperature drop area B, second infrared heater heating area C, and cooling means D are described. Heat treatment may be performed in the order of temperatures T1 and T2 and cooling by sequentially passing in order.

かくして得られる本発明の熱可塑性ポリウレタンチューブ2は、動的粘弾性測定において、tanδのピーク温度(すなわちTg)が、通常の熱可塑性ポリウレタンを加熱溶融し冷却固化したものに比べて低下して−20〜10℃となる。一方、前記LogE′が4.5MPaになる温度は、通常の熱可塑性ポリウレタンを加熱溶融し冷却したものに比べて上昇し190〜210℃となる。その結果、前記したように、LogE′が4.5MPaになる温度とtanδのピーク温度との差が190〜225℃となる。   In the thermoplastic polyurethane tube 2 of the present invention thus obtained, the peak temperature (that is, Tg) of tan δ in the dynamic viscoelasticity measurement is lower than that obtained by heating, melting, and solidifying ordinary thermoplastic polyurethane. 20-10 ° C. On the other hand, the temperature at which the Log E ′ becomes 4.5 MPa rises to 190 to 210 ° C. as compared with a temperature obtained by heating and melting ordinary thermoplastic polyurethane. As a result, as described above, the difference between the temperature at which LogE ′ becomes 4.5 MPa and the peak temperature of tan δ is 190 to 225 ° C.

その結果、本発明の熱可塑性ポリウレタンチューブは、室温での柔軟性が損なわれることなく、80℃におけるチューブ破壊応力が3.6Ma以上になり、高温での使用圧力が向上し、さらに耐熱性および耐寒性も向上する。ちなみに、本発明の熱可塑性ポリウレタンチューブは、室温におけるチューブ破壊応力が通常の熱可塑性ポリウレタンチューブとほぼ同等である。 As a result, thermoplastic polyurethane tube of the present invention is not impaired flexibility at room temperature, the tube breaking stress at 80 ° C. is more than 3.6M P a, improves working pressure at high temperature, further heat And cold resistance are also improved. By the way, the thermoplastic polyurethane tube of the present invention has substantially the same tube breaking stress at room temperature as a normal thermoplastic polyurethane tube.

上記のように構造制御された本発明の熱可塑性ポリウレタンチューブは、高温での破壊強度が向上するという利点のほかは、機械的性質などにおいて通常の熱可塑性ポリウレタンチューブとほぼ同等の性質を有する。   The thermoplastic polyurethane tube of the present invention whose structure is controlled as described above has almost the same properties as ordinary thermoplastic polyurethane tubes in mechanical properties and the like, in addition to the advantage that the breaking strength at high temperature is improved.

なお、以上の説明では、本発明の熱可塑性ポリウレタンチューブを製造するための構造制御手段として、赤外線ヒータを使用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、(1)温度T1の加熱炉(熱風乾燥機等)および温度T2の加熱炉を並べてチューブをこの順に通過させる、(2)チューブに中空金属管を挿入し該中空金属管内に温度T1およびT2に加熱した2つの熱媒(オイル等)をこの順に通過させるなどによっても、高温での破壊強度が向上した本発明の熱可塑性ポリウレタンチューブを得ることができる。   In the above description, the infrared heater is used as the structure control means for manufacturing the thermoplastic polyurethane tube of the present invention, but the present invention is not limited to this. For example, (1) a heating furnace (hot air dryer or the like) having a temperature T1 and a heating furnace having a temperature T2 are arranged and the tubes are passed in this order. (2) A hollow metal tube is inserted into the tube, and the temperature T1 and The thermoplastic polyurethane tube of the present invention with improved breaking strength at high temperatures can also be obtained by passing two heating media (oil or the like) heated to T2 in this order.

以下、実施例をあげて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited only to a following example.

[参考例]
<熱可塑性ポリウレタンチューブの製造>
熱可塑性ポリウレタンとして、日本ポリウレタン社製の「ミラクトランE394」(流動開始温度Tm:約190℃、ガラス転移点:約0℃)を使用した。このポリウレタンは、ハードセグメントにMDIを、ソフトセグメントにPTMGを使用し、鎖延長剤に1,4‐ブタンジオールを使用したものである。この熱可塑性ポリウレタンを押出成形し、室温付近に冷却し固化させて、外径8mm、肉厚1.5mmの熱可塑性ポリウレタンチューブを得た。
[Reference example]
<Manufacture of thermoplastic polyurethane tube>
As the thermoplastic polyurethane, “Milactolane E394” manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd. (flow start temperature Tm: about 190 ° C., glass transition point: about 0 ° C.) was used. This polyurethane uses MDI for the hard segment, PTMG for the soft segment, and 1,4-butanediol as the chain extender. This thermoplastic polyurethane was extruded, cooled to around room temperature, and solidified to obtain a thermoplastic polyurethane tube having an outer diameter of 8 mm and a wall thickness of 1.5 mm.

ヒータ長が80mmの近赤外線ヒータを図2に示すように配設し、中央に、前記参考例で得たチューブ2を配置し、これを200回転/分で回転させてチューブ2全体を加熱した。各近赤外線ヒータの温度調整は、ヒータへの出力調整により行なった。すなわち、チューブ2の表面に熱電対を設置して、温度を測定し、そのデータをもとにヒータの出力を調整した。
以上の装置を用いて、チューブ2の構造制御を行った。すなわち、チューブ2を180℃で30秒間加熱し、ついで素早くヒータの出力を変えて160℃で180秒間加熱した。このとき、チューブ2には加熱による変形は認められなかった。
A near-infrared heater having a heater length of 80 mm is disposed as shown in FIG. 2, and the tube 2 obtained in the reference example is disposed in the center, and this is rotated at 200 rpm to heat the entire tube 2. . The temperature of each near infrared heater was adjusted by adjusting the output to the heater. That is, a thermocouple was installed on the surface of the tube 2, the temperature was measured, and the output of the heater was adjusted based on the data.
The structure of the tube 2 was controlled using the above apparatus. That is, the tube 2 was heated at 180 ° C. for 30 seconds, and then the heater output was quickly changed and heated at 160 ° C. for 180 seconds. At this time, the tube 2 was not deformed by heating.

(光学顕微鏡観察)
ミクロトームを使用して、チューブ表面を0.1mm厚さにスライスした後、偏光光学顕微鏡観察を行なった。その結果、構造制御処理を行ったチューブ2には、ハードセグメントとソフトセグメントとがミクロ相分離した構造が出現していた。
(Optical microscope observation)
After slicing the tube surface to a thickness of 0.1 mm using a microtome, observation with a polarizing optical microscope was performed. As a result, a structure in which the hard segment and the soft segment are microphase-separated appears in the tube 2 subjected to the structure control process.

(80℃での破壊応力の測定)
チューブの破壊応力は、図4に示す装置を用いるチューブ破壊試験によって測定した。すなわち、図4に示すように、チューブ5の一端を栓6で塞ぎ、他端に水供給口7に接続して、水槽に入れた80℃の温水8中に浸漬した。この状態で5分間放置した後、水供給口7より80℃の温水をチューブ5内に注入して水圧をかけ(昇圧速度:0.12MPa/秒)、チューブ5が破壊した圧力を破壊圧力として測定し、これから次式に従って破壊応力を求めた。

Figure 0004629386
(Measurement of fracture stress at 80 ° C)
The breaking stress of the tube was measured by a tube breaking test using the apparatus shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4, one end of the tube 5 was closed with a stopper 6, the other end was connected to a water supply port 7, and immersed in 80 ° C. warm water 8 placed in a water tank. After leaving in this state for 5 minutes, hot water at 80 ° C. is injected into the tube 5 from the water supply port 7 to apply water pressure (pressure increase rate: 0.12 MPa / second), and the pressure at which the tube 5 is broken is taken as the breaking pressure. The fracture stress was determined from the measurement according to the following formula.
Figure 0004629386

その結果、構造制御しないチューブ(対照)の破壊応力が2.89MPaであったのに対して、構造制御したチューブの破壊応力は3.60MPaにまで向上していた(約24.6%の強度向上)。   As a result, the fracture stress of the non-structure-controlled tube (control) was 2.89 MPa, whereas the fracture stress of the structure-controlled tube was improved to 3.60 MPa (approximately 24.6% strength). Improvement).

(室温での破壊応力の測定)
水槽中に温度23℃の水を入れ、これにチューブを浸漬したほかは、上記80℃の場合と同様にして、破壊応力を測定した。その結果、構造制御しないチューブ(対照)の破壊応力が8.7MPaであったのに対して、構造制御したチューブの破壊応力は8.9MPaであった。
(Measurement of fracture stress at room temperature)
Fracture stress was measured in the same manner as in the case of 80 ° C., except that water at a temperature of 23 ° C. was placed in a water tank and the tube was immersed therein. As a result, the fracture stress of the tube without structure control (control) was 8.7 MPa, whereas the fracture stress of the tube with structure control was 8.9 MPa.

(広角X線(WAXD)測定)
実施例1で得た構造制御したポリウレタンチューブと構造制御しないチューブ(対照)とを広角X線測定した。測定は(株)リガク製の「RNT‐2000」を用いて測定範囲2θ=10°〜30°、測定レート0.2°の条件で行った。測定結果を図5に示す。図5から、実施例1で得たポリウレタンチューブでは結晶化度が高くなっていることがわかる。
(Wide-angle X-ray (WAXD) measurement)
Wide-angle X-ray measurement was performed on the structure-controlled polyurethane tube obtained in Example 1 and the non-structure-controlled tube (control). The measurement was performed using “RNT-2000” manufactured by Rigaku Corporation under the conditions of a measurement range 2θ = 10 ° to 30 ° and a measurement rate of 0.2 °. The measurement results are shown in FIG. FIG. 5 shows that the polyurethane tube obtained in Example 1 has a high crystallinity.

(動的粘弾性(DMS)測定)
実施例1で得た構造制御したポリウレタンチューブと構造制御しないチューブ(対照)との動的粘弾性を測定した。測定条件は以下の通りである。
測定装置:SII社製の「DMS6100」
温度条件:−100℃〜+250℃
昇温速度:5℃/分
測定周波数:1Hz
サンプルサイズ:幅5mm×長さ20mm
測定結果を図6に示す。図6から明らかなように、実施例1のチューブは構造制御しない対照チューブに比べてLogE′の落ち込み温度の上昇およびtanδのピーク温度の低下が観測された。これは、ポリウレタンチューブの耐熱性および耐寒性が向上していることを示している。
(Dynamic viscoelasticity (DMS) measurement)
The dynamic viscoelasticity of the structure-controlled polyurethane tube obtained in Example 1 and the non-structure-controlled tube (control) were measured. The measurement conditions are as follows.
Measuring device: “DMS6100” manufactured by SII
Temperature condition: -100 ° C to + 250 ° C
Temperature increase rate: 5 ° C / min Measurement frequency: 1Hz
Sample size: width 5mm x length 20mm
The measurement results are shown in FIG. As apparent from FIG. 6, the increase in the drop temperature of LogE ′ and the decrease in the peak temperature of tan δ were observed in the tube of Example 1 as compared with the control tube without structure control. This indicates that the heat resistance and cold resistance of the polyurethane tube are improved.

(機械的性質)
上記チューブと同じ組成のポリウレタンシート(厚さ0.33mm、幅5mm)を用いて、前記と同様に180℃で30秒加熱し、ついで素早くヒータの出力を変えて160℃で180秒加熱して構造制御を行った。
得られたシートの室温での引張強度をJIS K 7161に準拠して測定した。対照として構造制御を行わなかったポリウレタンシートを用いて、同様にして引張強度を測定した。その結果を図7に示す。同図から、実施例1のチューブは機械的性質が低下せず、対照とほぼ同等の引張強度を有していることが判明した。
(mechanical nature)
Using a polyurethane sheet (thickness 0.33 mm, width 5 mm) having the same composition as the above tube, heat it at 180 ° C. for 30 seconds as above, then quickly change the heater output and heat at 160 ° C. for 180 seconds. Structure control was performed.
The tensile strength at room temperature of the obtained sheet was measured according to JIS K 7161. As a control, a tensile strength was measured in the same manner using a polyurethane sheet which was not subjected to structural control. The result is shown in FIG. From the figure, it was found that the tube of Example 1 did not deteriorate in mechanical properties and had almost the same tensile strength as the control.

(柔軟性)
実施例1で得たポリウレタンチューブの室温での柔軟性(曲げ強さ)を図8に示す方法にて測定した。すなわち、図8に示す測定装置では、試料であるチューブ10を2枚のプレート11,12間に折り曲げて挟持する。プレート11,12はレール13上に保持され、レール13に沿って移動可能である。プレート12の裏面側には、チューブを折り曲げた際の応力を測定するためのロードセル14が位置している。
この状態で、プレート11を矢印で示す方向に一定の速度でゆっくりと移動させてチューブを折り曲げた際の曲げ幅と応力を測定する。応力最大の点がチューブのキンク点であり、そのときの曲げ幅の1/2がチューブのキンク半径となる。なお、測定時の温度は23℃であり、試験に使用したチューブ10のサイズは、外径6mm、内径4mm、長さ220mmである。
比較のため、構造制御を行わなかったポリウレタンチューブ(対照)およびナイロンチューブ(原料樹脂:ナイロン6)を用いて、同様にして試験した。その結果を表1に示す。

Figure 0004629386

表1から明らかなように、構造制御した実施例1のウレタンチューブは対照チューブとキング半径がほぼ同等であるのに対して、ナイロンサンプルはキンク半径が大きく、柔軟性に劣っている。従って、構造制御ウレタンチューブはナイロンチューブと比べて、室温での柔軟性に優れていることがわかる。 (Flexibility)
The flexibility (bending strength) of the polyurethane tube obtained in Example 1 at room temperature was measured by the method shown in FIG. That is, in the measuring apparatus shown in FIG. 8, the tube 10 as a sample is bent and sandwiched between the two plates 11 and 12. The plates 11 and 12 are held on the rail 13 and are movable along the rail 13. A load cell 14 for measuring the stress when the tube is bent is located on the back side of the plate 12.
In this state, the plate 11 is slowly moved at a constant speed in the direction indicated by the arrow to measure the bending width and stress when the tube is bent. The point of maximum stress is the kink point of the tube, and half of the bending width at that time is the kink radius of the tube. In addition, the temperature at the time of a measurement is 23 degreeC, and the size of the tube 10 used for the test is 6 mm in outer diameter, 4 mm in inner diameter, and 220 mm in length.
For comparison, the same test was performed using a polyurethane tube (control) and a nylon tube (raw resin: nylon 6) that were not subjected to structural control. The results are shown in Table 1.
Figure 0004629386

As is apparent from Table 1, the urethane tube of Example 1 with a controlled structure has a king radius almost equal to that of the control tube, whereas the nylon sample has a large kink radius and is inferior in flexibility. Therefore, it can be seen that the structure-controlled urethane tube is superior in flexibility at room temperature as compared with the nylon tube.

図9に示すように、ヒータ長が100mmの近赤外線ヒータ51,52を対向して配設し、それらの間の中央に、前記参考例で得たチューブ2を配置した。各近赤外線ヒータ51,52は出力を一定(300℃)にし、チューブ2の表面が構造制御に必要な温度になるように、各ヒータ51,52とチューブ2との距離を調整した。すなわち、チューブ2の表面に熱電対61,62を設置して、温度を測定し、そのデータをもとにヒータとの距離を調整した。そして、チューブ2を200回転/分で回転させてチューブ2全体を加熱するようにした。
以上の装置を用いて、チューブ2の構造制御を行った。すなわち、表2に示す条件でチューブ2を180℃で所定時間加熱し、ついで素早く温度を160℃に変えて所定時間加熱した。

Figure 0004629386
チューブには加熱による変形は認められなかった。また、実施例1と同様にして偏光光学顕微鏡観察を行なった結果、構造制御されたチューブには、ハードセグメントとソフトセグメントとがミクロ相分離した構造が出現していた。
さらに、80℃での破壊応力を実施例1と同様にして測定した。その結果を表に示す。表から、構造制御されたチューブはいずれも対照に比べて、高い破壊応力を有していることがわかる。
As shown in FIG. 9, near-infrared heaters 51 and 52 having a heater length of 100 mm were arranged to face each other, and the tube 2 obtained in the reference example was arranged in the center between them. The outputs of the near infrared heaters 51 and 52 were made constant (300 ° C.), and the distances between the heaters 51 and 52 and the tube 2 were adjusted so that the surface of the tube 2 became a temperature necessary for structural control. That is, thermocouples 61 and 62 were installed on the surface of the tube 2, the temperature was measured, and the distance from the heater was adjusted based on the data. And the tube 2 was rotated at 200 rpm, and the whole tube 2 was heated.
The structure of the tube 2 was controlled using the above apparatus. That is, the tube 2 was heated at 180 ° C. for a predetermined time under the conditions shown in Table 2, and then the temperature was quickly changed to 160 ° C. and heated for a predetermined time.
Figure 0004629386
The tube was not deformed by heating. Moreover, as a result of conducting the polarization optical microscope observation in the same manner as in Example 1, a structure in which the hard segment and the soft segment were microphase separated appeared in the structure-controlled tube.
Further, the breaking stress at 80 ° C. was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2 . From Table 2 , it can be seen that all the structurally controlled tubes have higher fracture stresses than the control.

本発明における温度制御条件を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature control conditions in this invention. 温度制御を実施するための装置の概略を示す平面図である。It is a top view which shows the outline of the apparatus for implementing temperature control. 連続温度制御装置の概略図である。It is the schematic of a continuous temperature control apparatus. 破壊応力測定方法を示す概略図である。It is the schematic which shows a fracture stress measuring method. 実施例1と対照の広角X線(WAXD)測定結果を示すグラフである。2 is a graph showing wide-angle X-ray (WAXD) measurement results of Example 1 and a control. 実施例1と対照の動的粘弾性(DMS)の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the dynamic viscoelasticity (DMS) of Example 1 and a control | contrast. 実施例1における引張強度の測定結果を示すグラフである。3 is a graph showing the measurement results of tensile strength in Example 1. チューブの柔軟性(曲げ強さ)を測定する装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the apparatus which measures the softness | flexibility (bending strength) of a tube. 実施例2で使用した温度制御を実施するための装置の概略を示す平面図である。It is a top view which shows the outline of the apparatus for implementing the temperature control used in Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 赤外線ヒータ
2 熱可塑性ポリウレタンチューブ
1 Infrared heater 2 Thermoplastic polyurethane tube

Claims (1)

ポリオール、低分子量ジオールおよびジイソシアネートの成形物からなり、流動開始温度Tm以上の温度で溶融成形し冷却固化された前記成形物を、流動開始温度Tm以下でガラス転移点Tg以上の温度T1に加熱し、ついで温度T2(但し、Tm>T1>T2>Tg)に素早く温度降下させ、該温度T2で、ジイソシアネートから形成されたハードセグメントと、ポリオールから形成されたソフトセグメントとが相分離した構造が生じる時間が経過するまで保持した後、冷却することを特徴とする熱可塑性ポリウレタンチューブの製造方法The molded product comprising a molded product of polyol, low molecular weight diol and diisocyanate, melt-molded at a temperature not lower than the flow start temperature Tm and cooled and solidified is heated to a temperature T1 not higher than the flow start temperature Tm and not lower than the glass transition point Tg. Then, the temperature is quickly lowered to a temperature T2 (where Tm>T1>T2> Tg), and at this temperature T2, a structure in which a hard segment formed from diisocyanate and a soft segment formed from polyol are phase-separated occurs. after holding until the time has elapsed, method for producing a thermoplastic polyurethane tube, characterized in that the cooling.
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