JP5386366B2 - 反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物および成形品 - Google Patents
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Description
熱硬化性ポリウレタン樹脂に関して、イソホロンジイソシアネート(IPDI)の3量体と単量体との混合物(イソシアネート基含有率:24.5〜34重量%)を含むイソシアネート成分と、平均官能基数が2〜4および平均当量が800〜4000の末端水酸基を有するポリエーテルポリオール、脂肪族または脂環族の水酸基のみを有する鎖伸長剤、および、アミン開始剤を含むイソシアネート反応性成分とを、80℃以上に設定された金型において、反応射出成形により反応させて成形される熱硬化性ポリウレタン成形品が提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。
また、上記特許文献2に記載の熱硬化性ポリウレタン成形品の成形には、高粘度のポリエステルエーテルポリオールが用いられるため、成形品の成形性が低下するという不具合がある。
本発明の目的は、長期耐熱性および耐光性に優れる成形品を、生産効率よく反応射出成形することのできる反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物、および、その反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物から成形される成形品を提供することにある。
また、本発明の反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物では、脂環族ポリイソシアネートおよび芳香脂肪族ポリイソシアネートの少なくとも一方と、ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体との重量混合比が、40:60〜90:10であることが好適である。
さらに、本発明の成形品は、上記反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物から成形されていることを特徴としている。
本発明において、イソシアネート成分は、脂環族ポリイソシアネートおよび芳香脂肪族ポリイソシアネートの少なくとも一方、および、ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体(トリマー)を含有する。
これらポリイソシアネートは、単独使用および2種類以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンおよび/または1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼンおよび/または1,4−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン、および、イソホロンジイソシアネートが挙げられ、さらに好ましくは、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンおよび/または1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼンおよび/または1,4−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼンが挙げられる。とりわけ好ましくは、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンおよび/または1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンが挙げられる。
これらの重量混合比が上記した範囲であれば、反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物の引裂き強度(引裂き抵抗)を向上させることができるので、反応射出成形後の金型からの脱型時における成形品の破損(例えば、破れなど)を抑制することができる。また、成形品の長期耐熱性を向上させることもできる。
また、イソシアネート成分は、上記したポリイソシアネートおよびヘキサメチレンジイソシアネートの3量体(トリマー)を、ポリオールにより変性し、ポリイソシアネートのポリオール変性体(以下、単にポリオール変性体という場合がある。)として調製することもできる。
また、ポリイソシアネートのポリオール変性体は、そのイソシアネート基含量が、例えば、20質量%以上であり、好ましくは、21〜30質量%であり、さらに好ましくは、23〜28質量%である。ポリイソシアネートのイソシアネート基含量が上記した範囲であれば、反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物の粘度の増加を抑制することができるので、反応射出成形時における流動性の低下を抑制することができる。
高分子量ポリオールは、水酸基を1分子中に2つ以上有し、数平均分子量が、例えば、400〜10000、好ましくは、1400〜7000、さらに好ましくは、1500〜5500であり、その水酸基価が、例えば、10〜125mgKOH/g、その平均官能基数が、例えば、2〜4の化合物である。なお、ポリオール成分の数平均分子量は、ポリオール成分の水酸基価(JIS K 1557−1(2007)から求められる。)および平均官能基数から算出することができる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリオキシ(炭素数2〜3)アルキレンポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。
ポリオキシ(炭素数2〜3)アルキレンポリオールは、例えば、低分子量ポリオールまたは低分子量ポリアミンを開始剤とする、アルキレンオキサイドの付加重合物である。
また、ポリオキシ(炭素数2〜3)アルキレンポリオールを調製するための触媒としては、例えば、特許第3905638号公報に記載のホスファゼニウム化合物を触媒が挙げられる。このような触媒を用いてポリオキシ(炭素数2〜3)アルキレンポリオールを調製すれば、モノオール副生量が少ないポリオキシ(炭素数2〜3)アルキレンポリオールを得ることができる。
ポリオキシ(炭素数2〜3)アルキレンポリオールとしては、例えば、ポリエチレンポリオール、ポリプロピレンポリオール、ポリエチレンポリプロピレンポリオールなどが挙げられる。
ポリテトラメチレンエーテルグリコールとしては、例えば、テトラヒドロフランのカチオン重合により得られる開環重合物や、テトラヒドロフランの重合単位に上記した2価アルコールを共重合した非晶性(常温液状)ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールと多塩基酸またはそのアルキルエステルとを、公知の条件下、反応させて得られる重縮合物が挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとして、例えば、上記した低分子量ポリオールを開始剤として、例えば、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類を開環重合して得られる、ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオール、さらには、それらに上記した2価アルコールを共重合したラクトン系ポリオールなどが挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、上記した2価アルコールを開始剤とするエチレンカーボネートの開環重合物や、例えば、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオールや1,6−ヘキサンジオールなどの2価アルコールと、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートやジフェニルカーボネートなどの炭酸エステルとの縮合反応により得られるポリカーボネートジオールや非晶性(常温液状)ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。
これら高分子量ポリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、低粘度で流動性に優れるポリエーテルポリオールが挙げられ、さらに好ましくは、ポリオキシ(炭素数2〜3)アルキレンポリオールが挙げられ、とりわけ好ましくは、ポリエチレンポリプロピレンポリオールが挙げられる。
そして、本発明の反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物は、別々に調製もしくは用意された上記イソシアネート成分と、上記ポリオール成分とを含有する。
反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物は、公知の反応射出成形装置にて成形することができる。なお、公知の反応射出成形装置とは、例えば、イソシアネート成分を供給するための第1供給タンク(1)と、ポリオール成分を供給するための第2供給タンク(2)と、イソシアネート成分およびポリオール成分を混合し、その混合物を金型に射出するためのミキシングヘッド(3)と、金型(4)とを、少なくとも備えている装置である。
なお、本発明において、イソシアネート成分およびポリオール成分のいずれか一方または両方に、必要により、ウレタン化触媒、紫外線吸収剤、酸化防止剤、多機能安定剤などの添加剤を添加することができる。これら添加剤は、イソシアネート成分および/またはポリオール成分に予め添加する。好ましくは、ポリオール成分に添加する。
金属系触媒としては、例えば、錫系またはビスマス系金属触媒などが挙げられる。
錫系触媒としては、例えば、酢酸錫、オクタン酸錫、オレイン酸錫、ラウリル酸錫、スタナスオクトエート、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート、ジブチルチンジメルカプチド、ジブチルチンマレエート、ジメチルチンジラウレート、ジオクチルチンジメルカプチド、ジメチルチンジネオデカノエートなどが挙げられる。
ウレタン化触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、ジメチルチンジラウレート、ジブチルチンジラウレート、ジメチルチンジネオデカノエートが挙げられる。また、ウレタン化触媒の添加量は、例えば、ポリオール成分100質量部に対して、0.1〜1.5質量部であり、好ましくは、0.3〜1.0質量部である。
以上のようにして得られた成形品は、長期耐熱性および耐光性に優れる。
具体的には、この成形品は、長期耐熱性に関して、例えば、そのJIS K 7361−1(1997)に準拠して測定した光沢度が、0.5〜2.5であり、好ましくは、0.5〜1.5である。
この成形品は、また、触感に優れており、例えば、そのJIS K6301(1969)に記載の加硫ゴム試験方法に準拠して測定したShore−A硬度が、50〜90であり、好ましくは、70〜90である。また、JIS K6301(1969)に記載の加硫ゴム試験方法に準拠して測定した伸び率が、80〜400%であり、好ましくは、100〜300%である。
すなわち、本発明の成形品は、低温の金型で、脱型性よく成形することができる。しかも、上記したように、長期耐熱性や耐光性などの物性にも優れる。
<原料>
以下の原料を用いた。
1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(三井化学ポリウレタン社製 タケネート600)
1,4−BIC(2)
13C−NMR測定によるトランス/シス比が93/7の1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱瓦斯化学社製)を原料として、冷熱2段ホスゲン化法を常圧下で実施することにより調製した。
減圧下で溶媒のオルトジクロルベンゼンを留去し、さらに減圧蒸留により、沸点138〜140℃/0.7KPaの留分を採取した。
これによって、無色透明液体として、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン123質量部(収率90%)を得た。
IPDI(3)
イソホロンジイソシアネート(デグサ社製 VESTANAT IPDI)
1,3−XDI(4)
m−キシリレンジイソシアネート(三井化学ポリウレタン社製 タケネート500)
HDI(5)
ヘキサメチレンジイソシアネート(三井化学ポリウレタン社製 タケネート700)
クルードMDI(6)
ジフェニルメタンジイソシアネート(三井化学ポリウレタン社製 コスモネートM−50)
HDIトリマー(7)
ヘキサメチレンジイソシアネートトリマー(三井化学ポリウレタン社製 タケネートD170N)
IPDIトリマー(8)
イソホロンジイソシアネートトリマー(デグサ社製 VESTANAT 1890/100)
ポリオール変性体(9)
1,3−BIC(1)/HDIトリマー(7)の混合重量比率が70/30のイソシアネートを、後述するTPG(20)で一部ウレタン変性した変性体(イソシアネート基含量26重量%)。
ポリオール変性体(10)
1,3−BIC(1)/HDIトリマー(7)の混合重量比率が70/30のイソシアネートを、後述するTPG(20)で一部ウレタン変性した変性体(イソシアネート含量23重量%)。
ポリオール変性体(11)
1,3−BIC(1)/HDIトリマー(7)の混合重量比率が70/30のイソシアネートを、後述するTPG(20)で一部ウレタン変性した変性体(イソシアネート基含量21重量%)。
ポリオール変性体(12)
1,3−BIC(1)/IPDI(3)/HDIトリマー(7)の混合重量比率が60/10/30のイソシアネートを、後述するTPG(20)で一部ウレタン変性した変性体(イソシアネート基含量26重量%)。
ポリオール変性体(13)
IPDI(3)/IPDIトリマー(8)の混合重量比率が63/37のイソシアネートを、後述するポリエーテルポリオール(14)で一部ウレタン変性した変性体(イソシアネート基含量28重量%)。
ポリエーテルポリオール(14)
特許第3905638号公報記載のホスファゼニウム化合物を触媒として、グリセリンにプロピレンオキシドを付加重合した後、エチレンオキシドを付加重合して得られた、平均官能基数3、水酸基価34mgKOH/g、総不飽和度0.017meq./gのポリエーテルポリオール。
1,4−BD(15)
1,4−ブタンジオール(三菱化学社製 1,4−BG)
紫外線吸収剤(16)
三共ライフテック社製 サノールLS770(ヒンダードアミン系紫外線吸収剤)
酸化防止剤(17)
チバスペシャルティケミカルズ社製 IRGANOX1035(ヒンダードフェノール系酸化防止剤)
多機能安定剤(18)
城北化学工業社製 JAST−500(ベンゾトリアゾール系安定剤)
ウレタン化触媒(19)
ジメチルチンジネオデカノエート(GEシリコーン社製 UL−28)
TPG(20)
トリプロピレングリコール(ADEKA社製 TPG−H)
実施例1
(1)イソシアネート成分の調製
反応器に1,3−BIC(1)を70質量部、HDIトリマー(7)を30質量部仕込み、攪拌混合・脱気した。これにより、イソシアネート成分を得た。
反応器に、ポリエーテルポリオール(14)を100質量部、紫外線吸収剤(16)を0.5質量部、酸化防止剤(17)を0.5質量部、多機能安定剤(18)を0.5質量部添加し、90℃で溶解させた。次いで、1,4−BD(15)を35質量部、ウレタン化触媒(19)を0.5質量部添加し、攪拌混合・脱気した。そして、60℃に冷却し、ポリオール成分を得た。
反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物、すなわち、(1)で得られたイソシアネート成分および(2)で得られたポリオール成分を、金型に固定されている2成分高圧発泡機のミキシングヘッド内で混合し、ゲートからアルミニウム試験金型内に射出し、成形品が脱型可能な時間、すなわち、表2に記載の脱型時間で脱型して成形品(1)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
射出速度:、400g/sec
イソシアネート成分原料温度:45℃
ポリオール成分の原料温度:45℃
金型寸法:460×380×1mm
金型温度:70℃
実施例2
イソシアネート成分に、1,4−BIC(2)を70質量部、HDIトリマー(7)を30質量部を用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(2)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
イソシアネート成分に、1,3−BIC(1)を90質量部、HDIトリマー(7)を10質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(3)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
実施例4
イソシアネート成分に、1,3−BIC(1)を50質量部、HDIトリマー(7)を50質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(4)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
イソシアネート成分に、ポリオール変性体(9)を100質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(5)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
実施例6
イソシアネート成分に、ポリオール変性体(12)を100質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(6)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
イソシアネート成分に、ポリオール変性体(10)を100質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(7)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
実施例8
イソシアネート成分に、1,3−BIC(1)を95質量部、HDIトリマー(7)を5質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(8)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
イソシアネート成分に、1,3−BIC(1)を40質量部、HDIトリマー(7)を60質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(9)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
実施例10
イソシアネート成分に、ポリオール変性体(11)を100質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(10)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
イソシアネート成分に、IPDI(3)を70質量部、HDIトリマー(7)を30質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(11)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
参考例12
イソシアネート成分に、1,3−XDI(4)を70質量部、HDIトリマー(7)を30質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(12)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
イソシアネート成分に、1,3−BIC(1)を55質量部、1,4−BIC(2)を45質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(13)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
比較例2
イソシアネート成分に、ポリオール変性体(13)を100質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(14)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
イソシアネート成分に、HDIトリマー(7)を100質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(15)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
比較例4
イソシアネート成分に、HDI(5)を70質量部、HDIトリマー(7)を30質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(16)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
イソシアネート成分に、クルードMDI(6)を70質量部、HDIトリマー(7)を30質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(17)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
比較例6
イソシアネート成分に、1,3−BIC(1)を70質量部、IPDIトリマー(8)を30質量部用いた以外は、実施例1と同様の条件および操作にて、成形品(18)を得た。イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比(INDEX)を表1に示す。
物性評価
<脱型時間(単位:秒)>
各実施例および各比較例における、イソシアネート成分およびポリオール成分の配合比と同様の配合比で混合したイソシアネート成分とポリオール成分との混合液に、触媒を添加し、減圧・攪拌を開始した時点から、ゲル化したポリウレタン樹脂を金型から離型可能な時間を測定した。測定時間を各実施例および各比較例の脱型時間(DT)とした。その結果を表2に示す。
<Shore−A硬度>
JIS K6301(1969)に記載の加硫ゴム試験方法に準拠して、各成形品のShore−A硬度を測定した。結果を表2に示す。
<伸び率(単位:%)>
JIS K6301(1969)に記載の加硫ゴム試験方法に準拠して引張試験を行ない、各成形品の伸び率(EL)を測定した。結果を表2に示す。
<引裂き抵抗(単位:N/mm)>
JIS K6301(1969)に記載の加硫ゴム試験方法に準拠して引裂き試験を行ない、各成形品の引裂き抵抗(TR−B)を測定した。結果を表2に示す。
<光沢度>
各成形品を用いて、30mm×50mm×1mmの試験片を作製した。この試験片を、110℃空気雰囲気下のオーブン中の棚上に置き、加熱前と加熱開始1000時間後の光沢度を、JIS K 7361−1(1997)に準拠して測定した。なお、光沢度が低いほど、耐熱性が良好と判断した。結果を表2に示す。
<粘度(単位:mPa・s)>
JIS K7117−1に記載の加硫ゴム試験方法に準拠し、B型粘度計を用いて、25℃における各成形品の粘度を測定した。結果を表2に示す。
<耐光性(ΔE)>
全自動色差計(東京電色社製 カラーエースTC−1)を用いて、短冊状の各成形品のE値(E1)を測定後、キセノン照射試験を行なった。
なお、キセノン照射試験は、キセノンウェザーメータ(スガ試験機株式会社製、型式:SX75)を用いて、ブラックパネル温度83℃、相対湿度50%RH、キセノンランプ放射照度150W/m2の条件にて、露光量が150MJに達するまで行なった。
<臭気の有無>
反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物を、金型に固定されている2成分高圧発泡機のミキシングヘッド内で混合し、ゲートからアルミニウム試験金型内に射出した。その後、脱型して成形品を得るまでの間、金型周辺の作業半径2mで、ポリイソシアネートの臭気を感じられない場合を○とし、臭気を強く感じる場合を×と官能評価した。
Claims (4)
- イソシアネート成分と、ポリオール成分とを含有し、
前記イソシアネート成分は、
1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンおよび/または1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと、
ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体と
を含有し、
前記ポリオール成分は、ポリエーテルポリオールを含有することを特徴とする、反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物。 - 前記1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンおよび/または1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと、ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体との重量混合比が、40:60〜90:10であることを特徴とする、請求項1に記載の反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物。
- 前記イソシアネート成分が、数平均分子量100〜10000のポリオールにより変性され、イソシアネート基含量が20質量%以上のポリイソシアネートのポリオール変性体であることを特徴とする、請求項1に記載の反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物。
- イソシアネート成分と、ポリオール成分とを含有し、
前記イソシアネート成分は、
1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンおよび/または1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと、
ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体と
を含有し、
前記ポリオール成分は、ポリエーテルポリオールを含有する反応射出成形用ポリウレタン樹脂組成物から成形されていることを特徴とする、成形品。
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