JP5401320B2 - ポリウレタン樹脂 - Google Patents
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- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
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- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D175/00—Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D175/04—Polyurethanes
- C09D175/08—Polyurethanes from polyethers
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D175/00—Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D175/04—Polyurethanes
- C09D175/14—Polyurethanes having carbon-to-carbon unsaturated bonds
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- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
- D06N3/12—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof with macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. gelatine proteins
- D06N3/14—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof with macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. gelatine proteins with polyurethanes
- D06N3/146—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof with macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. gelatine proteins with polyurethanes characterised by the macromolecular diols used
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
- G02B1/041—Lenses
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R13/00—Elements for body-finishing, identifying, or decorating; Arrangements or adaptations for advertising purposes
- B60R13/02—Internal Trim mouldings ; Internal Ledges; Wall liners for passenger compartments; Roof liners
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- C08G2110/00—Foam properties
- C08G2110/0041—Foam properties having specified density
- C08G2110/005—< 50kg/m3
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2110/00—Foam properties
- C08G2110/0083—Foam properties prepared using water as the sole blowing agent
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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- C08G2120/00—Compositions for reaction injection moulding processes
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
- C08J2375/04—Polyurethanes
- C08J2375/08—Polyurethanes from polyethers
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- D—TEXTILES; PAPER
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- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
- D01F6/70—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyurethanes
Description
ポリイソシアネート成分として、工業的には、トリレンジイソシアネート(TDI)やジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)などの芳香族ジイソシアネートがよく知られているが、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)や3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(IPDI)、さらには、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)やビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(水添XDI)などの脂肪族・脂環族ジイソシアネートが、耐黄変性が要求される分野において普及している。
ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンには、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンとの構造異性体があり、さらに、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンとのそれぞれにおいて、トランス体およびシス体の幾何異性体の存在が知られている。
本発明の目的は、各種用途において、要求物性を向上させることのできるポリウレタン樹脂を提供することにある。
また、本発明のポリウレタン樹脂では、前記1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンが、85モル%以上のトランス体を含んでいることが好適である。
また、本発明のポリウレタン樹脂は、光学用ポリウレタン樹脂であることが好適である。
また、本発明のポリウレタン樹脂では、前記活性水素化合物成分が、水酸基価が280〜1240mgKOH/gであり、平均官能基数が2を超過し5未満であるポリオール成分であることが好適である。
さらに、本発明の人工または合成皮革は、上記ポリウレタン樹脂が用いられていることを特徴としている。
また、本発明のポリウレタン樹脂は、粒子状ポリウレタン樹脂であることが好適である。
また、本発明のスラッシュ成形品は、上記ポリウレタン樹脂を、スラッシュ成形することにより得られることを特徴としている。
また、本発明のポリウレタン樹脂は、弾性成形用ポリウレタン樹脂であることが好適である。
また、本発明のポリウレタン樹脂では、前記ポリイソシアネート成分が、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のイソシアヌレート変性体を含み、反応射出成形用ポリウレタン樹脂であることが好適である。
また、本発明のポリウレタン樹脂では、前記ポリイソシアネート成分が、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのアロファネート変性体と、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのイソシアヌレート変性体とを、アロファネート/イソシアヌレート組成比が、50/50〜100/0となるように含有し、二液硬化型ポリウレタン樹脂として調製されることが好適である。
また、本発明のポリウレタン樹脂では、前記活性水素化合物成分が、ポリオール成分であり、前記ポリオール成分は、水酸基価が10〜120mgKOH/gであり、分子末端の1級水酸基が40モル%以上であることが好適である。
本発明において、ポリイソシアネート成分は、必須成分として、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含有している。
1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンには、シス−1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(以下、シス1,4体とする。)、および、トランス−1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(以下、トランス1,4体とする。)の幾何異性体があり、本発明では、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、トランス1,4体を、80モル%以上、好ましくは、85モル%以上含有する。
1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの誘導体としては、例えば、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの多量体(ダイマー、トリマー(例えば、イソシアヌレート変性体など)など)、ビウレット変性体(例えば、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと水との反応により生成するビウレット変性体など)、アロファネート変性体(例えば、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンとモノオールまたは低分子量ポリオール(後述)との反応より生成するアロファネート変性体など)、ポリオール変性体(例えば、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと低分子量ポリオール(後述)または高分子量ポリオール(後述)との反応より生成するポリオール変性体など)、オキサジアジントリオン変性体(例えば、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと炭酸ガスとの反応により生成するオキサジアジントリオンなど)、カルボジイミド変性体(1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの脱炭酸縮合反応により生成するカルボジイミド変性体など)、ウレトジオン変性体などが挙げられる。
脂環族ジイソシアネートとしては、例えば、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(別名: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)、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトエチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトエチル)シクロヘキサン、2,5−または2,6−ビス(イソシアナトメチル)ノルボルナン(NBDI)およびその混合物などが挙げられる。
芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、2,4−トリレンジイソシアネートおよび2,6−トリレンジイソシアネート、ならびにこれらトリレンジイソシアネートの異性体混合物、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ならびにこれらジフェニルメタンジイソシアネートの任意の異性体混合物、トルイレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネートなどが挙げられる。
本発明において、活性水素化合物成分としては、例えば、ポリオール成分(水酸基を2つ以上有するポリオールを主として含有する成分)、ポリチオール成分(メルカプト基(チオール基)を2つ以上有するポリチオールを主として含有する成分)、ポリアミン成分(アミノ基を2つ以上有するポリアミンを主として含有する化合物)などが挙げられる。
低分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量400未満の化合物であって、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、アルカン(7〜22)ジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、アルカン−1,2−ジオール(C17〜20)、1,3−または1,4−シクロヘキサンジメタノールおよびそれらの混合物、1,4−シクロヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、1,4−ジヒドロキシ−2−ブテン、2,6−ジメチル−1−オクテン−3,8−ジオール、ビスフェノールAなどの2価アルコール、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパンなどの3価アルコール、例えば、テトラメチロールメタン(ペンタエリスリトール)、ジグリセリンなどの4価アルコール、例えば、キシリトールなどの5価アルコール、例えば、ソルビトール、マンニトール、アリトール、イジトール、ダルシトール、アルトリトール、イノシトール、ジペンタエリスリトールなどの6価アルコール、例えば、ペルセイトールなどの7価アルコール、例えば、ショ糖などの8価アルコールなどが挙げられる。
ポリプロピレングリコールとしては、例えば、上記した低分子量ポリオールまたは芳香族/脂肪族ポリアミン(後述)を開始剤とする、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドの付加重合物(2種以上のアルキレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体を含む。)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(好ましくは、2価アルコール)と多塩基酸とを、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。
植物油ポリオールとしては、例えば、ひまし油、やし油などのヒドロキシル基含有植物油などが挙げられる。例えば、ひまし油ポリオール、またはひまし油ポリオールとポリプロピレンポリオールとの反応により得られるエステル変性ひまし油ポリオールなどが挙げられる。
アクリルポリオールとしては、例えば、ヒドロキシル基含有アクリレートと、ヒドロキシル基含有アクリレートと共重合可能な共重合性ビニルモノマーとを、共重合させることによって得られる共重合体が挙げられる。
また、アクリルポリオールには、例えば、シリコーンポリオールやフッ素ポリオールが含まれる。
フッ素ポリオールとしては、例えば、上記したアクリルポリオールの共重合において、共重合性ビニルモノマーとして、例えば、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンなどのビニル基を含むフッ素化合物が配合されたアクリルポリオールが挙げられる。
高分子量ポリオールとして、好ましくは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールおよびポリカーボネートポリオールから選択される高分子量ポリオールが挙げられる。
そして、ビニルモノマー変性ポリオールは、これら高分子量ポリオール、および、ビニルモノマーを、例えば、ラジカル重合開始剤(例えば、過硫酸塩、有機過酸化物、アゾ系化合物など)の存在下などにおいて反応させることにより得ることができる。
ポリチオール成分としては、例えば、脂肪族ポリチオール、芳香族ポリチオール、複素環含有ポリチオール、メルカプト基以外に硫黄原子を含有する脂肪族ポリチオール、メルカプト基以外に硫黄原子を含有する芳香族ポリチオール、メルカプト基以外に硫黄原子を含有する複素環含有ポリチオールなどが挙げられる。
ポリチオール成分として、さらには、例えば、これらポリチオールの塩素置換体、臭素置換体などのハロゲン置換体が挙げられる。
ポリアミン成分としては、例えば、芳香族ポリアミン、芳香脂肪族ポリアミン、脂環族ポリアミン、脂肪族ポリアミン、アミノアルコール、第1級アミノ基、または、第1級アミノ基および第2級アミノ基を有するアルコキシシリル化合物、ポリオキシエチレン基含有ポリアミンなどが挙げられる。
芳香脂肪族ポリアミンとしては、例えば、1,3−または1,4−キシリレンジアミンもしくはその混合物などが挙げられる。
脂環族ポリアミンとしては、例えば、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン(別名:イソホロンジアミン)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジアミン、2,5(2,6)−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、1,4−シクロヘキサンジアミン、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、ビス−(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ジアミノシクロヘキサン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、1,3−および1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンおよびそれらの混合物などが挙げられる。
第1級アミノ基、または、第1級アミノ基および第2級アミノ基を有するアルコキシシリル化合物としては、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアルコキシシリル基含有モノアミン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランなどが挙げられる。
これらポリアミン成分は、単独使用または2種類以上併用することができる。
モノオールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、2−エチルヘキシルアルコール、その他のアルカノール(C5〜38)および脂肪族不飽和アルコール(9〜24)、アルケニルアルコール、2−プロペン−1−オール、アルカジエノール(C6〜8)、3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン−3−オールなどが挙げられる。
本発明のポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネート成分として、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含んでいる。そのため、各種用途に応じた要求物性を向上させることができる。
そのため、本発明のポリウレタン樹脂は、例えば、エラストマー(溶液系ポリウレタン、水系ポリウレタン、パウダー、熱硬化エラストマー、熱可塑性エラストマー、スプレー成形ウレタン、弾性繊維、フィルム、シートなど)、レンズ(メガネレンズ)、人工または合成皮革、スラッシュパウダー、弾性成形品(スパンデックス)、RIM成形品、塗料(主に溶液系、粉体系硬化剤:アダクト、アロファネート、ビュレット、ウレトジオン、イソシアヌレートおよびそれらの混合物)、接着剤、シーリング材、フォームなど、幅広い用途に用いることができる。
まず、本発明のポリウレタン樹脂として、エラストマー(成形用樹脂)を製造する場合について説明する。
本発明のポリウレタン樹脂をエラストマーとして製造する場合における、上記ポリイソシアネート成分としては、好ましくは、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを、単独で使用する。
活性水素化合物成分として、好ましくは、上記高分子量ポリオール、より好ましくは、ポリエステルポリオール、さらに好ましくは、アジピン酸系、セバチン酸系、フタル酸系ポリエステルポリオールが挙げられる。
水酸基価は、JIS K 1557−1のA法またはB法に準拠するアセチル化法やフタル化法などから求めることができる。また、水酸基価と水酸基当量とは、次式(1)の関係にある。
数平均分子量は、水酸基当量および平均官能基数から求めることができ、平均官能基数は、次式(2)から求めることができる。
平均官能基数=(各ポリオールの官能基数×当量数)の総和/各ポリオールの当量数の総和 (2)
なお、活性水素化合物成分として、必要により、さらに、例えば、上記した低分子量ポリオール、ポリチオール成分、ポリアミン成分、モノオールおよび/またはモノアミンなどを、適宜の割合で配合することができる。好ましくは、低分子量ポリオール、ポリアミン成分を配合する。
バルク重合では、例えば、窒素気流下において、ポリイソシアネート成分を撹拌しつつ、これに、活性水素化合物成分を加えて、反応温度50〜250℃、さらに好ましくは50〜200℃で、0.5〜15時間程度反応させる。
有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、例えば、アセトニトリルなどのニトリル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチルなどのアルキルエステル類、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素類、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類、例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、メチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネートなどのグリコールエーテルエステル類、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、例えば、塩化メチル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、臭化メチル、ヨウ化メチレン、ジクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素類、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、N,N’−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホニルアミドなどの極性非プロトン類などが挙げられる。
アミン類としては、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ビス−(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N−メチルモルホリンなどの3級アミン類、例えば、テトラエチルヒドロキシルアンモニウムなどの4級アンモニウム塩、例えば、イミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類などが挙げられる。
これらウレタン化触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
バルク重合および溶液重合では、例えば、ポリイソシアネート成分と活性水素化合物成分とを、活性水素化合物成分中の活性水素基(水酸基、メルカプト基、アミノ基)に対するポリイソシアネート成分中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が、例えば、0.75〜1.3、好ましくは、0.9〜1.1となるように配合する。
ワンショット法では、例えば、ポリイソシアネート成分と活性水素化合物成分とを、活性水素化合物成分中の活性水素基(水酸基、メルカプト基、アミノ基)に対するポリイソシアネート成分中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が、例えば、0.75〜1.3、好ましくは、0.9〜1.1となるように処方(混合)した後、例えば、室温〜250℃、好ましくは、室温〜200℃で、例えば、5分〜72時間、好ましくは、4〜24時間硬化反応させる。なお、硬化温度は、一定温度であってもよく、あるいは、段階的に昇温または冷却することもできる。
そして、成形型に注入して反応させた後、脱型すれば、所望形状に成形されたポリウレタン樹脂を得ることができる。なお、脱型後、必要に応じて、室温にて、7日間以内程度で熱成させることもできる。
そして、成形型に注入して反応させた後、脱型すれば、所望形状に成形されたポリウレタン樹脂を得ることができる。なお、脱型後、必要に応じて、室温にて、7日間以内程度で熱成させることもできる。
次に、本発明のポリウレタン樹脂として、レンズを製造する場合について説明する。
このような場合において、本発明のポリウレタン樹脂は、上記ポリイソシアネート成分と上記活性水素化合物成分との反応により、光学用ポリウレタン樹脂として製造される。
本発明のポリウレタン樹脂を光学用ポリウレタン樹脂として製造する場合における、上記活性水素化合物成分としては、例えば、上記ポリオール成分および/またはポリチオール成分が挙げられる。
本発明のポリウレタン樹脂を光学用ポリウレタン樹脂として製造する場合における、ポリオール成分の水酸基価は、例えば、280〜1240mgKOH/g、好ましくは、400〜940mgKOH/gであり、平均官能基数は、例えば、2を超過し、好ましくは、2.5を超過し、さらに好ましくは、2.8を超過し、通常、5未満、好ましくは、4.5未満である。
また、ポリオール成分の数平均分子量は、例えば、90〜1000、好ましくは、100〜800である。
なお、活性水素化合物成分として、必要により、さらに、例えば、上記低分子量ポリオール、ポリチオール成分(脂肪族ポリチオールを除く)、ポリアミン成分、モノオールおよび/またはモノアミンなどを、適宜の割合で配合することができる。
なお、本発明のポリウレタン樹脂を光学用ポリウレタン樹脂として製造する場合においても、必要に応じて、さらに、公知の添加剤、例えば、内部離型剤、可塑剤、消泡剤、レベリング剤、艶消し剤、難燃剤、揺変剤、粘着付与剤、増粘剤、滑剤、帯電防止剤、界面活性剤、反応遅延剤、脱水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、加水分解防止剤、耐候安定剤などを、適宜の割合で配合することができる。
そして、このように光学用ポリウレタン樹脂として得られるポリウレタン樹脂は、優れた外観(透明性)を有しながら、硬度、熱的性質、貯蔵弾性率(高温下における貯蔵弾性率)屈折率および耐衝撃性に優れる。
このような場合においては、本発明のポリウレタン樹脂は、上記ポリイソシアネート成分と上記活性水素化合物成分との反応により、水性ポリウレタン樹脂(ポリウレタン樹脂の水系ディスパージョン)として製造される。
より具体的には、ポリウレタン樹脂を水性ポリウレタン樹脂として製造するには、例えば、まず、上記したイソシアネート成分と、活性水素化合物成分とを、活性水素化合物成分中の活性水素基に対するイソシアネート成分中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が1を超過する割合で反応させ、イソシアネート基末端プレポリマーを得る。
本発明のポリウレタン樹脂を水性ポリウレタン樹脂として製造する場合における、活性水素化合物成分としては、例えば、上記ポリオール成分が挙げられる。
本発明のポリウレタン樹脂を水性ポリウレタン樹脂として製造する場合における、高分子量ポリオールの水酸基価は、例えば、10〜125mgKOH/gであり、その数平均分子量は、例えば、400〜5000、好ましくは、1400〜3000、さらに好ましくは、1500〜2500である。
親水基含有活性水素化合物は、少なくとも1つの親水基と、2つ以上の活性水素基とを併有する化合物であって、親水基としては、例えば、アニオン性基、カチオン性基、ノニオン性基が挙げられる。活性水素基としては、イソシアネート基と反応する基であって、例えば、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、エポキシ基などが挙げられる。親水基含有活性水素化合物として、より具体的には、カルボン酸基含有活性水素化合物、スルホン酸基含有活性水素化合物、水酸基含有活性水素化合物、親水基含有多塩基酸、ポリオキシエチレン基含有活性水素化合物などが挙げられる。
親水基含有多塩基酸としては、例えば、スルホン酸を含有する多塩基酸、より具体的には、5−スルホイソフタル酸、スルホテレフタル酸、4−スルホフタル酸、5−(p−スルホフェノキシ)イソフタル酸、5−(スルホプロポキシ)イソフタル酸、4−スルホナフタレン−2,7−ジカルボン酸、スルホプロピルマロン酸、スルホコハク酸、2−スルホ安息香酸、2,3−スルホ安息香酸、5−スルホサリチル酸、および、それらカルボン酸のアルキルエステル、さらには、それらスルホン酸の金属塩類やアンモニウム塩類などが挙げられる。好ましくは、5−スルホイソフタル酸のナトリウム塩、5−スルホイソフタル酸ジメチルのナトリウム塩が挙げられる。
ポリオキシエチレン基含有活性水素化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール(例えば、数平均分子量200〜6000、好ましくは300〜3000)、ポリオキシエチレン側鎖含有ポリオールが挙げられる。
すなわち、まず、上記したジイソシアネート(1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含む。以下同様)と片末端封鎖ポリオキシエチレングリコール(例えば、炭素数1〜4のアルキル基で片末端封止したアルコキシエチレングリコールであって、数平均分子量200〜6000、好ましくは300〜3000)とを、片末端封鎖ポリオキシエチレングリコールの水酸基に対して、ジイソシアネートのイソシアネート基が過剰となる割合でウレタン化反応させ、必要により未反応のジイソシアネートを除去することにより、ポリオキシエチレン鎖含有モノイソシアネートを得る。
ポリオキシエチレン側鎖含有ポリオールを得るためのジイソシアネートとして、好ましくは、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)などの脂肪族ジイソシアネート、1,4−または1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(H6XDI)、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(別名:イソフォロンジイソシアネート(IPDI))、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(H12MDI)、2,6−ビス(イソシアナトメチル)ノルボナン(NBDI)などの脂環族ジイソシアネートが挙げられる。さらに好ましくは、HDIが挙げられる。
なお、ポリウレタン樹脂またはイソシアネート基末端プレポリマー中のポリオキシエチレン基の濃度は、例えば、内部標準物質を用いたNMR法などにより測定することができる。
なお、活性水素化合物成分として、上記した低分子量ポリオール、ポリチオール成分、ポリアミン成分、モノオールおよび/またはモノアミンなどを、適宜の割合で配合することができる。
溶液重合を採用する場合には、上記した有機溶媒に、ポリイソシアネート成分、高分子量ポリオール、および、親水基含有活性水素化合物を加えて、反応温度50〜120℃、好ましくは、50〜80℃で、3〜15時間程度反応させる。
例えば、上記したポリエステルポリオールの合成において、低分子量ポリオールとして、上記した親水基含有活性水素化合物を配合することにより、高分子量ポリオールの分子鎖中に、親水基含有活性水素化合物を含有させることができる。
また、例えば、開環重合により得られるポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、エポキシポリオールの合成において、開始剤または共重合成分として、上記した親水基含有活性水素化合物を配合することにより、高分子量ポリオールの分子鎖中に、親水基含有活性水素化合物を含有させることもできる。
そして、得られるイソシアネート基末端プレポリマーにおいて、親水基として、アニオン性基またはカチオン性基が含まれている場合には、好ましくは、中和剤を添加して、アニオン性基またはカチオン性基の塩を形成させる。
このようにして得られるイソシアネート基末端プレポリマーは、その分子末端に、2つ以上の遊離のイソシアネート基を有するポリウレタンプレポリマーであって、そのイソシアネート基の含有量(イソシアネート基含量)が、例えば、0.3〜10質量%、好ましくは、0.5〜6質量%、さらに好ましくは、1.0〜5.0質量%である。また、イソシアネート基の平均官能基数は、例えば、1.5〜3.0、好ましくは、1.9〜2.5である。また、その数平均分子量(標準ポリスチレンを検量線とするGPC測定による数平均分子量)が、例えば、1000〜30000、好ましくは、1500〜20000である。また、イソシアネート基末端プレポリマーの親水基濃度は、例えば、0.1〜1.0mmol/g、好ましくは、0.2〜0.7mmol/g、さらに好ましくは、0.2〜0.6mmol/gである。
鎖伸長剤としては、例えば、上記2価アルコール、上記3価アルコールなどの低分子量ポリオール、例えば、上記脂環族ポリアミン、上記脂肪族ポリアミンなどのポリアミン成分などが挙げられる。
アルコキシシリル基において、Si原子に結合するアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基などの炭素数1〜4のアルコキシ基などが挙げられ、好ましくは、メトキシ基、エトキシ基が挙げられる。また、上記アルコキシ基のSi原子への結合数は、通常1〜3つ、好ましくは、1〜2つである。
アルコキシシリル基を含有する活性水素化合物として、より具体的には、例えば、N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルジメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルジエトキシシラン、N,N’-ビス〔a-(トリメトキシシリル)プロピル〕エチレンジアミンなどが挙げられる。
これら鎖伸長剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。
イソシアネート基末端プレポリマーを分散させるには、攪拌下、イソシアネート基末端プレポリマーを水に徐々に添加する。水は、イソシアネート基末端プレポリマー100質量部に対して、好ましくは60〜1000質量部の割合となるように添加される。
また、鎖伸長剤としてポリアミン成分(ジアミン)を用いる場合には、そのアミノ基は、イソシアネート基末端プレポリマーのイソシアネート基との反応性が高く、また、反応により生成されるウレア結合は、分子間凝集力が非常に高いことから、鎖伸長剤とイソシアネートモノマーとの局所的な反応の低減が必要である。そのため、鎖伸長剤は、好ましくは、水溶液として配合する。水溶液中のジアミンの濃度は、少なくとも20質量%が好ましく、さらに好ましくは、少なくとも50質量%である。また、鎖伸長剤は、好ましくは、40℃以下の温度で添加し、添加終了後は、さらに撹拌しつつ、例えば、常温にて反応を完結させる。
なお、活性水素化合物成分として、親水基含有活性水素化合物を使用しない場合、すなわち、水性ポリウレタン樹脂として製造において、ポリウレタン樹脂を内部乳化させない場合には、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどのノニオン型界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウムなどのアニオン型界面活性剤などの外部乳化剤を用いて、外部乳化(転相乳化、強制乳化)することにより、外部乳化型の水性ポリウレタン樹脂(ポリウレタン樹脂の水系ディスパージョン)を得ることができる。
また、このポリウレタン樹脂は、その数平均分子量(標準ポリスチレンを検量線とするGPC測定による数平均分子量)が、例えば、3000〜100000、好ましくは、5000〜80000である。また、ポリウレタン樹脂(固形分)は、そのウレア基に対するウレタン基の仕込み比が、例えば、0.05〜1.2が好ましく、さらに好ましくは、0.1〜0.8である。
そして、水性ポリウレタン樹脂として製造された本発明のポリウレタン樹脂を成膜すれば、耐薬品性、熱的性質、破断強度、破断伸びおよび強度発現性に優れ、さらには、分散安定性、耐溶剤性および風合にも優れるフィルムを得ることができる。
なお、成膜は、例えば、グラビアコート法、リバースコート法、ロールコート法、バーコート法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ディッピング法などの公知のコーティング方法により、水性ポリウレタン樹脂を基材に塗布し、その後、加熱乾燥する。
なお、水性ポリウレタン樹脂は、上記したようなフィルム、人工皮革および合成皮革に限らず、例えば、自動車、電子機器、衣料、医療、建材、塗料、接着剤などの各種用途にも用いることができる。
このような場合において、本発明のポリウレタン樹脂は、上記ポリイソシアネート成分と上記活性水素化合物成分との反応により、粒子状ポリウレタン樹脂として製造される。
本発明のポリウレタン樹脂を粒子状ポリウレタン樹脂として製造する場合における、上記ポリイソシアネート成分としては、例えば、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを単独で使用する。
活性水素化合物成分として、好ましくは、高分子量ポリオール、より好ましくは、ポリエステルポリオールが挙げられる。
また、本発明のポリウレタン樹脂を粒子状ポリウレタン樹脂として製造する場合において、活性水素化合物成分は、鎖伸長剤を含んでいる。
鎖伸長剤として、好ましくは、2価アルコール、さらに好ましくは、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサメチレングリコールが挙げられる。
ポリイソシアネート成分と活性水素化合物成分とを反応させるには、例えば、上記したワンショット法(本発明のポリウレタン樹脂をエラストマーとして製造する場合におけるワンショット法)や、上記したプレポリマー法(本発明のポリウレタン樹脂をエラストマーとして製造する場合におけるプレポリマー法)などの、公知のポリウレタンの成形方法に準拠することができる。好ましくは、プレポリマー法により、ポリイソシアネート成分と活性水素化合物成分とを反応させる。
この反応は、例えば、窒素雰囲気下、反応温度40〜260℃、好ましくは、80〜220℃で、反応時間0.5〜10時間、好ましくは、2〜8時間継続する。
ウレタン化触媒は、例えば、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.001〜5質量部、好ましくは、0.01〜3質量部添加される。
プレポリマー法を採用する場合には、まず、鎖伸長剤を除く活性水素化合物成分(例えば、高分子量ポリオール、および、必要により配合される、低分子量ポリオール、ポリチオール成分、ポリアミン成分、モノオールおよびモノアミン)中の活性水素基に対する、上記ポリイソシアネート成分中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が、例えば、1.1〜4、好ましくは、1.4〜2.5となる割合で、それらを配合して反応させ、イソシアネート基末端プレポリマーを得る。
この反応は、例えば、窒素雰囲気下、反応温度40〜180℃、好ましくは、60〜140℃で、反応時間0.5〜10時間、好ましくは、2〜8時間継続し、反応系において、所望のイソシアネート基含量(例えば、1〜12質量%)となった時点で反応を終了する。また、反応には、必要により、上記したウレタン化触媒(本発明のポリウレタン樹脂をエラストマーとして製造する場合におけるウレタン化触媒)や、上記した有機溶媒(本発明のポリウレタン樹脂をエラストマーとして製造する場合における有機溶媒)を添加することができる。
鎖伸長反応では、例えば、イソシアネート基末端プレポリマーを、非水性分散媒または水性分散媒に分散させて、イソシアネート基末端プレポリマーの分散液を調製し、その分散液に、鎖伸長剤を、一括または分割して添加する。
非水性分散媒または水性分散媒の配合割合は、例えば、イソシアネート基末端プレポリマー100質量部に対して、例えば、10〜200質量部、好ましくは、20〜150質量部である。
鎖伸長反応では、例えば、反応温度10〜100℃、好ましくは、20〜90℃で、反応時間0.5〜8時間、好ましくは、2〜6時間反応させる。また、反応には、必要により、上記した公知のウレタン化触媒を添加することができる。
なお、鎖伸長反応では、イソシアネート基末端プレポリマーを、非水性分散媒または水性分散媒に分散させずに、イソシアネート基末端プレポリマーおよび鎖伸長剤を、直接反応させることもできる。
そして、本発明のポリウレタン樹脂は、分散液が非水性分散媒から調製されている場合には、例えば、ろ過などの分離手段によって固体分を分離して、ポリウレタン樹脂を粉体として得る。また、分散液が水性分散媒から調製されている場合には、例えば、噴霧乾燥により、固体分を分離し、ポリウレタン樹脂を粉体として得る。さらに、非水性分散媒または水性分散媒に分散させずに、イソシアネート基末端プレポリマーおよび鎖伸長剤を、直接反応させる場合には、例えば、冷凍粉砕法により、ポリウレタン樹脂を粉体として得る。
そのため、本発明のスラッシュ成形品は、引張強度および熱的性質に優れ、さらには、触感(風合)および意匠性にも優れる。
このような場合において、本発明のポリウレタン樹脂は、上記ポリイソシアネート成分と上記活性水素化合物成分との反応により、弾性成形用ポリウレタン樹脂として製造される。
本発明のポリウレタン樹脂を弾性成形用ポリウレタン樹脂として製造する場合における、活性水素化合物成分としては、例えば、上記ポリオール成分などが挙げられる。
また、本発明のポリウレタン樹脂を粒子状ポリウレタン樹脂として製造する場合において、活性水素化合物成分は、鎖伸長剤を含んでいる。
鎖伸長剤としては、上記した本発明のポリウレタン樹脂を水性ポリウレタン樹脂として製造する場合における鎖伸長剤と同様の鎖伸長剤が挙げられ、具体的には、例えば、上記2価アルコール、上記3価アルコールなどの低分子量ポリオール、例えば、上記脂環族ジアミン、上記脂肪族ジアミンなどのポリアミン成分などが挙げられる。好ましくは、ポリアミン成分、さらに好ましくは、脂肪族ジアミンが挙げられる。
なお、活性水素化合物成分として、必要により、さらに、例えば、上記した低分子量ポリオール、ポリチオール成分、ポリアミン成分、モノオールおよび/またはモノアミンを併用することができる。
バルク重合を採用する場合には、例えば、上記各成分を、窒素雰囲気下、100〜250℃、好ましくは、130〜220℃で、0.5〜12時間、好ましくは、1〜10時間反応させる。
プレポリマー法を採用する場合には、まず、鎖伸長剤を除く活性水素化合物成分(例えば、高分子量ポリオール、および、必要により配合される、低分子量ポリオール、ポリチオール成分、ポリアミン成分、モノオール、モノアミン)中の活性水素基に対する、上記ポリイソシアネート成分中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が、例えば、例えば、1.1〜3、好ましくは、1.3〜2.5、さらに好ましくは、1.3〜2となる割合で、それらを配合して反応させ、イソシアネート基末端プレポリマーを得る。
次いで、得られたイソシアネート基末端プレポリマーと鎖伸長剤とを、鎖伸長剤中の活性水素基に対するイソシアネート基末端プレポリマー中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)が、例えば、0.9〜1.1、好ましくは、0.98〜1.05となる割合で配合して、鎖伸長反応させることにより、ポリウレタン樹脂を得る。
有機溶媒としては、上記した有機溶媒、好ましくは、N,N’−ジメチルアセトアミドが挙げられる。
イソシアネート基末端プレポリマーを溶媒に溶解させるには、例えば、攪拌下、イソシアネート基末端プレポリマーに有機溶媒を徐々に添加する。有機溶媒は、イソシアネート基末端プレポリマー100質量部に対して、好ましくは180〜900質量部の割合となるように添加される。より具体的には、イソシアネート基末端プレポリマーの濃度が、例えば、10〜35質量%となるように添加する。
次いで、プレポリマー溶液に鎖伸長剤を、上記した割合となるように添加する。ポリアミン成分を鎖伸長剤として用いる場合、好ましくは、20℃以下の温度で添加し、添加終了後は、さらに撹拌しつつ、例えば、25〜80℃にて反応を完結させる。一方、低分子量ポリオールを鎖伸長剤として用いる場合、好ましくは、40〜90℃で鎖伸長剤を滴下し、該温度範囲で反応を完結させる。また、鎖伸長剤は、溶媒の鎖伸長剤溶液として添加することもできる。
本発明のポリウレタン樹脂を弾性成形用ポリウレタン樹脂として製造する場合には、その目的および用途などにより、好ましくは、スルホンアミド基を有するスルホンアミド基含有化合物を含有させる。
そのため、弾性成形用ポリウレタン樹脂を、例えば、加熱処理(例えば、乾燥処理など)される弾性成形品、例えば、洋服、靴下などの弾性繊維に用いる場合には、その弾性成形用ポリウレタン樹脂にスルホンアミド基含有化合物を含有させれば、熱安定性に優れる弾性繊維およびシートなどを得ることができる。
また、本発明のポリウレタン樹脂を弾性成形用ポリウレタン樹脂として製造する場合ににおいて、本発明のポリウレタン樹脂がスルホンアミド基含有化合物を含有する場合には、ポリウレタン樹脂に対するスルホンアミド基含有化合物の含有量は、質量基準で、例えば、好ましくは、1〜10000ppmであり、さらに好ましくは、10〜8000ppmであり、とりわけ好ましくは、100〜3000ppmである。
なお、本発明のポリウレタン樹脂を弾性成形用ポリウレタン樹脂として製造する場合においても、さらに、公知の添加剤、例えば、可塑剤、ブロッキング防止剤、耐熱安定剤、耐光安定剤、離型剤、さらには、顔料、染料、滑剤、フィラー、加水分解防止剤などを添加することができる。これら添加剤は、各成分の合成時に添加してもよく、あるいは、各成分の混合・溶解時に添加してもよく、さらには、ポリウレタン樹脂の分離・乾燥後に添加することもできる。
耐光安定剤としては、例えば、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、サリチレート系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、アクリロニトリル系紫外線吸収剤、ニッケルないしコバルト錯塩系紫外線吸収剤などが挙げられ、好ましくは、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が挙げられる。
そのため、本発明の成形品は、繰り返し変形下においても、機械的強度の低下および残留歪が生じにくく、また、熱的性質、破断強度、破断伸びおよび強度発現性に優れ、さらには、耐黄変性にも優れる。
弾性繊維を溶融紡糸で作製する場合において、具体的な紡糸条件としては、例えば、紡糸温度160〜230℃であり、20〜50デニールの繊維が得られる紡糸速度に調整する。そして、紡糸される弾性繊維は、例えば、カバリング糸や裸糸の状態で使用される。
弾性フィルムをTダイキャスト法およびインフレーション法で作成する場合において、具体的なフィルム成形条件としては、例えば、ダイ温度160〜230℃であり、20〜100μmのフィルム厚みが得られる巻取り速度に調整する。また、弾性シートを作成する場合においては、ダイのリップ幅や巻取り速度を調整する。これにより、100μmを超過する厚みの成形品(弾性シート)を得ることができる。
次に、本発明のポリウレタン樹脂を、反応射出(RIM)成形用ポリウレタン樹脂として製造する場合について説明する。
本発明のポリウレタン樹脂をRIM成形用ポリウレタン樹脂として製造する場合における、上記ポリイソシアネート成分としては、例えば、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと、上記したポリイソシアネートのイソシアヌレート変性体(以下、単にイソシアヌレート変性体という場合がある。)とを併用する。
ポリイソシアネート成分におけるイソシアヌレート変性体の含有量は、ポリイソシアネート成分100質量部中、例えば、60〜10質量部、好ましくは、50〜20質量部、より好ましくは、40〜20質量部である。
そして、本発明のポリウレタン樹脂をRIM成形用ポリウレタン樹脂として製造する場合において、ポリイソシアネート成分を調製するには、例えば、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと、イソシアヌレート変性体とを、上記した質量混合比で配合し、公知の撹拌機で混合する。
活性水素化合物成分として、好ましくは、高分子量ポリオール、より好ましくは、ポリエーテルポリオールが挙げられる。
なお、活性水素化合物成分として、必要により、さらに、例えば、上記した低分子量ポリオール、ポリチオール成分、ポリアミン成分、モノオールおよび/またはモノアミンを併用することができる。
なお、本発明のポリウレタン樹脂をRIM成形用ポリウレタン樹脂として製造する場合においても、必要に応じて、さらに、公知の添加剤、例えば、上記したウレタン化触媒(本発明のポリウレタン樹脂をエラストマーとして製造する場合におけるウレタン化触媒)、耐光安定剤(紫外線吸収剤)、酸化防止剤(耐熱安定剤)、多機能安定剤などを、適宜の割合で配合することができる。これら添加剤は、ポリイソシアネート成分および/または活性水素化合物成分に予め添加する。好ましくは、活性水素化合物成分に添加する。
耐光安定剤(紫外線吸収剤)としては、上記した耐光安定剤(本発明のポリウレタン樹脂を、弾性成形用ポリウレタン樹脂として製造する場合における耐光安定剤)が挙げられる。好ましくは、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤が挙げられる。また、紫外線吸収剤の添加量は、例えば、活性水素化合物成分100質量部に対して、0.1〜1.0質量部であり、好ましくは、0.3〜0.7質量部である。
そして、このように射出成形用ポリウレタン樹脂として得られた本発明のポリウレタン樹脂によれば、成形後の金型からの脱型性、硬度、熱的性質および引裂抵抗発現性に優れ、さらには、耐候性にも優れる反応射出成形品を、生産効率よく射出成形することができる。
よって、反応射出成形用ポリウレタン樹脂として得られる本発明のポリウレタン樹脂およびその反応射出成形品は、反応射出成形が実施される種々の分野、例えば、自動車のバンパー、ダッシュボード、ドアトリム、インストルメントパネルなどの輸送機器の部材、店舗、オフィスおよびその他の建築内装部品、一般および事務用家具などにおいて有用であり、とりわけ、高温環境下に晒される、自動車のインストルメントパネル、ドアトリムなどの輸送機器の内装部材のスキン層などにおいて有用である。
本発明のポリウレタン樹脂を塗料および接着剤として用いる場合には、本発明のポリウレタン樹脂は、上記ポリイソシアネート成分と、上記活性水素化合物成分とを、それぞれ調製し、それらを使用時に配合する、二液硬化型ポリウレタン樹脂として調製される。
80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのアロファネート変性体および/またはイソシアヌレート変性体は、例えば、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと、炭素数10〜50のモノオールとの反応などにより得ることができる。
そして、本発明のポリウレタン樹脂を二液硬化型ポリウレタン樹脂として製造する場合において、上記ポリイソシアネート成分を調製するには、例えば、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと、炭素数10〜50のモノオールとを、アロファネート/イソシアヌレート組成比(80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのアロファネート変性体と、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのイソシアヌレート変性体との質量比)が、50/50〜100/0、好ましくは、60/40〜95/5となるように反応させる。
アロファネート/イソシアヌレート組成比は、例えば、示差屈折率検出器(RID)を装備したゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)によって、ポリイソシアネート成分の分子量分布を測定して、得られたクロマトグラム(チャート)から、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのアロファネート変性体(具体的には、メチルウレタン化物)に相当するピークと、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのイソシアヌレート変性体に相当するピークとの比率(面積比率)を求めることにより、算出することができる。便宜的には、GPCにより測定されたクロマトグラムにおいて、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのアロファネート変性体に相当するピーク以外のピークを、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのイソシアヌレート変性体に相当するピークとみなして(但し、未反応の80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンが残存する場合には、その未反応の80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンに相当するピークは除外する。)、すべてのピークに対する80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのアロファネート変性体に相当するピークの面積比率を、アロファネート組成比(その残余がイソシアヌレート組成比)として、算出することができる。
かかる反応触媒としては、反応の制御が容易であり、反応生成物の着色が少なく、熱安定性に劣る二量体の生成を低減できるものが用いられ、例えば、上記したウレタン化触媒(本発明のポリウレタン樹脂をエラストマーとして製造する場合におけるウレタン化触媒)が挙げられる。
かかる反応条件としては、例えば、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気、常圧(大気圧)下において、反応温度が、例えば、70℃を超過する温度、好ましくは、80〜130℃であり、反応時間が、例えば、1〜24時間、好ましくは、2〜20時間である。
そして、この反応は、より具体的には、例えば、不活性ガスにて置換した反応容器に、80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと、炭素数10〜50のモノオールとを、上記の配合割合にて仕込み、その後、例えば、80℃を超過する温度、好ましくは、85〜120℃で、2〜6時間反応させた後、反応触媒を添加して、さらに、例えば、90〜110℃、好ましくは、90〜100℃で、2〜24時間反応させ、その後、触媒失活剤(例えば、o−トルエンスルホン酸アミドなど。)を添加して、反応を停止させるようにする。
さらに、反応終了後において、得られたポリイソシアネート成分と、数平均分子量が、例えば、400〜5000、好ましくは、700〜3000のポリオールとを反応させることにより、得られたポリイソシアネート成分をポリオールにて変性することもできる。
また、ポリイソシアネート成分とポリオールとは、特に制限されず、公知の反応条件にて反応させることができる。
このようにして得られたポリイソシアネート成分、上記したように、好ましくは、アロファネート/イソシアヌレート組成比が、50/50〜100/0(質量比)、さらには、60/40〜95/5(質量比)であり転化率(反応率)が、例えば、30〜50%、さらには、35〜45%であり、イソシアネート含有量が、例えば、10〜20%、さらには、12〜18%であり、未反応の80モル%以上のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの含有量が、例えば、1.0質量%以下、さらには、0.5質量%以下である。
なお、活性水素化合物成分として、必要により、さらに、例えば、上記した低分子量ポリオール、ポリチオール成分、ポリアミン成分、モノオールおよび/またはモノアミンなどを、適宜の割合で配合することができる。
そのような機能性配合剤として、例えば、塗膜の乾燥性を改善するために、CAB(セルロースアセテートブトレート)、NC(ニトロセルロース)などを含有させてもよく、また、塗膜の光沢、硬度、塗料の施工性を改良するために、アクリル酸またはそのエステルからなる重合体やポリエステルなどを含有させることができる。
紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、シアノアクリレート系の紫外線吸収剤が挙げられる。
光安定剤としては、例えば、ヒンダードアミン系光安定剤などが挙げられ、より具体的には、例えば、アデカスタブLA62、アデカスタブLA67(以上、アデカアーガス化学社製、商品名)、チヌビン292、チヌビン144、チヌビン123、チヌビン440(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、商品名)などが挙げられる。
リンの酸素酸またはその誘導体において、リンの酸素酸としては、例えば、次亜リン酸、亜リン酸、オルトリン酸、次リン酸などのリン酸類、例えば、メタリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、ポリリン酸、ウルトラリン酸などの縮合リン酸類などが挙げられる。
シランカップリング剤は、例えば、構造式R−Si≡(X)3またはR−Si≡(R’)(X)2(式中、Rは、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基またはメルカプト基を有する有機基を示し、R’は炭素数1〜4の低級アルキル基を示し、Xはメトキシ基、エトキシ基またはクロル原子を示す。)で示される。
これら機能性配合剤および添加剤は、予め、上記ポリイソシアネート成分および/または活性水素化合物成分に配合してもよく、あるいは、ポリイソシアネート成分および活性水素化合物成分の配合後の二液硬化型ポリウレタン樹脂に配合することもできる。
ポリイソシアネート成分および活性水素化合物成分の配合割合は、例えば、活性水素化合物成分中の活性水素基に対する、ポリイソシアネート成分中のイソシアネート基の当量比(NCO/活性水素基)として、例えば、0.5〜1.5、好ましくは、0.8〜1.2となる割合である。
なお、二液硬化型ポリウレタン樹脂は、被塗物または被着物に対して、特に制限されず、例えば、スプレー塗装、エアスプレー塗装、はけ塗り、浸漬法、ロールコーター、フローコーターなどの任意の塗装方法により、塗装することができる。
より具体的には、自動車、電車、航空機などの輸送用機器、橋梁部材、鉄塔などの土木部材、防水材シート、タンク、パイプなどの産業機材、ビル外装、ドア、窓門部材、モニュメント、ポールなどの建築部材、道路の中央分離帯、ガードレール、防音壁などの道路部材、通信機材、電気および電子部品などが挙げられる。
ポリウレタンフォームとして製造される本発明のポリウレタン樹脂は、上記ポリイソシアネート成分、上記活性水素化合物成分、発泡剤およびウレタン化触媒を含有する原料から製造される。
本発明のポリウレタン樹脂をポリウレタンフォームとして製造する場合における、上記活性水素化合物成分としては、例えば、上記ポリオール成分が挙げられる。
本発明のポリウレタン樹脂をポリウレタンフォームとして製造する場合における、高分子量ポリオールの水酸基価は、例えば、10〜120mgKOH/g、好ましくは、20〜10mgKOH/g、より好ましくは、20〜80mgKOH/gであり、その数平均分子量は、例えば、400〜20000である。
また、高分子量ポリオールの平均官能基数は、機械物性の向上の観点から、好ましくは、2〜6程度である。
さらに、高分子量ポリオールは、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの反応性が、芳香族ジイソシアネートの反応性と比較して低いため、ポリウレタンフォームの反発弾性を高めるべく、好ましくは、分子末端に1級水酸基を含有させる。その場合、分子末端の全水酸基に対する1級水酸基の割合(分子末端1級水酸基化率)は、例えば、40モル%以上、好ましくは、50モル%以上、さらに好ましくは、60モル%以上である。なお、分子末端1級水酸基化率は、1H−NMR測定により求めることができる。
なお、活性水素化合物成分として、必要により、さらに、例えば、上記した低分子量ポリオール、ポリチオール成分、ポリアミン成分、モノオールおよび/またはモノアミンなどを、適宜の割合で配合することができる。活性水素化合物成分として、低分子量ポリオール、ポリアミン成分を併用する場合には、それら低分子量ポリオールおよび/またはポリアミン成分は、ポリウレタンフォームの反発弾性の向上を図るべく、架橋剤として配合される。
発泡剤としては、例えば、化学発泡剤および物理発泡剤が挙げられる。化学発泡剤としては、ポリイソシアネート成分と反応して炭酸ガスを発生させる、例えば、水が挙げられる。化学発泡剤の配合割合は、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.1〜6質量部、好ましくは、0.5〜5質量部、より好ましくは、0.5〜4質量部である。
発泡剤の配合割合によって、ポリウレタンフォームの密度を制御することができる。
ウレタン化触媒としては、上記した公知のウレタン化触媒が挙げられる。好ましくは、アミン類とカリウム塩とを併用する。また、ウレタン化触媒の配合割合は、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.01〜3質量部、好ましくは、0.02〜1.5質量部である。
整泡剤としては、例えば、シロキサンーオキシアルキレンブロック共重合体などのシリコーン系整泡剤が挙げられる。具体的には、MOMENTIVE社製の商品名:L−580、L−590、L−620、L−680、L−682、L−690、SC−154、SC−155、SC−240、L−598、L−2100、L−2171、SH−210、L−2114、SE−232、L−533、L−534、L−539、M−6682B、L−626、L−627、L−3001、L−3111、L−3415、L−3002、L−3010、L−3222、L−3416、L−3003、L−3333、L−3417、L−2171、L−3620、L−3630、L−3640、L−3170、L−3360、L−3350、L−3555、L−3167、L−3150、L−3151、L−5309、SH−209、L−3184などが挙げられる。
整泡剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。また、整泡剤の配合割合は、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.1〜3質量部、好ましくは、0.2〜1.5質量部である。
例えば、原料として、ポリイソシアネート成分以外の成分(すなわち、必須成分として、活性水素化合物成分、発泡剤およびウレタン化触媒、任意成分として、架橋剤、整泡剤および添加剤)を、予め配合して、レジンプレミックスを調製する。次いで、ポリイソシアネート成分とレジンプレミックスとを配合して、発泡成形する。発泡成形には、例えば、スラブ発泡成形法やモールド発泡成形法などの公知の方法が用いられる。
ポリイソシアネート成分とレジンプレミックスとの配合割合は、活性水素化合物成分中の活性水素基に対するポリイソシアネート成分中のイソシアネート基のモル比を百分率で表わしたインデックス(INDEX)として、例えば、70〜180、好ましくは、80〜150、より好ましくは、85〜130である。
例えば、衣料用成形品、サニタリー用成形品などは、スラブ発泡成形により製造する。具体的には、まず、フォームをスラブ発泡成形し、その後、所定の大きさに裁断する。そして、目的とする形状となるように、フォームを型に入れて熱成形することにより成形品を製造する。熱成形条件としては、例えば、180〜220℃で数十秒から数分間加熱する。
そして、このようにポリウレタンフォームとして製造される本発明のポリウレタン樹脂は、短時間で発泡成形を完了でき(発泡開始から発泡完了までの時間が短く)、収縮性が低く、反発弾性の保持率に優れ、さらには、熱や紫外線の履歴が付与されても色相変化が少なく、クッション性および耐黄変性にも優れる。
1)1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの製造
(ポリイソシアネートの加水分解性塩素濃度の測定)
各1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンに含有される加水分解性塩素の濃度(以下、HCと略する。)は、JIS K−1556(2000)の附属書3に記載されている加水分解性塩素の試験方法に準拠して測定した。
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段ホスゲン化法を加圧下で実施した。
製造例2(1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン2(以下、1,4−BIC2とする。)の製造方法)
13C−NMR測定によるトランス/シス比が41/59の1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(東京化成工業社製)を原料として、1,4−BIC1と同様の方法にて388質量部の1,4−BIC2を得た。得られた1,4−BIC2のガスクロマトグラフィー測定による純度は99.9%、APHA測定による色相は5、13C−NMR測定によるトランス/シス比は41/59であった。HCは22ppmであった。
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例1の1,4−BIC1を865質量部、製造例2の1,4−BIC2を135質量部装入し、窒素雰囲気下、室温にて1時間撹拌した。得られた1,4−BIC3のガスクロマトグラフィー測定による純度は99.9%、APHA測定による色相は5、13C−NMR測定によるトランス/シス比は86/14であった。HCは19ppmであった。
製造例1の1,4−BIC1を769質量部、製造例2の1,4−BIC2を231質量部用いた以外は、製造例3と同様の操作にて、1,4−BIC4を得た。得られた1,4−BIC4のガスクロマトグラフィー測定による純度は99.9%、APHA測定による色相は5、13C−NMR測定によるトランス/シス比は81/19であった。HCは20ppmであった。
製造例1の1,4−BIC1を692質量部、製造例2の1,4−BIC2を308質量部用いた以外は、製造例3と同様の操作にて、1,4−BIC5を得た。得られた1,4−BIC5のガスクロマトグラフィー測定による純度は99.9%、APHA測定による色相は5、13C−NMR測定によるトランス/シス比は77/23であった。HCは20ppmであった。
製造例1の1,4−BIC1を173質量部、製造例2の1,4−BIC2を827質量部用いた以外は、製造例3と同様の操作にて、1,4−BIC6を得た。得られた1,4−BIC6のガスクロマトグラフィー測定による純度は99.9%、APHA測定による色相は5、13C−NMR測定によるトランス/シス比は50/50であった。HCは21ppmであった。
製造例1の1,4−BIC1を577質量部、製造例2の1,4−BIC2を423質量部用いた以外は、製造例3と同様の操作にて、1,4−BIC7を得た。得られた1,4−BIC7のガスクロマトグラフィー測定による純度は99.9%、APHA測定による色相は5、13C−NMR測定によるトランス/シス比は71/29であった。HCは21ppmであった。
2)エラストマーの合成および評価
(イソシアネート基末端プレポリマー溶液に含有されるイソシアネート基含量/単位:質量%)
イソシアネート基末端プレポリマー溶液のイソシアネート基含量は、電位差滴定装置を用いて、JIS K−1556に準拠したn−ジブチルアミン法により測定した。
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、製造例1の1,4−BIC1を230.8質量部、数平均分子量2000のアジペート系ポリエステルポリオール(商品名:タケラックU−2024、三井化学ポリウレタン社製、略号U−2024)を1000質量部装入し、窒素雰囲気下、80℃にてイソシアネート基含量が4.70質量%になるまで反応させ、イソシアネート基末端プレポリマー(A)(以下、プレポリマー(A)と略する。)を得た。
製造例3の1,4−BIC3を230.8質量部用いた以外は、合成例1と同様の配合処方および操作にて、プレポリマー(B)を得た。
合成例3(プレポリマー(C)の合成)
製造例4の1,4−BIC4を230.8質量部用いた以外は、合成例1と同様の配合処方および操作にて、プレポリマー(C)を得た。
製造例4の1,4−BIC4を197.6質量部、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI、商品名:タケネートT−700、三井化学ポリウレタン社製)30.2質量部を用い、イソシアネート基含量が4.77質量%になるまで反応させた以外は、合成例1と同様の配合処方および操作にて、プレポリマー(D)を得た。
製造例5の1,4−BIC5を230.8質量部用いた以外は、合成例1と同様の配合処方および操作にて、プレポリマー(E)を得た。
合成例6(プレポリマー(F)の合成)
製造例6の1,4−BIC6を230.8質量部用いた以外は、合成例1と同様の配合処方および操作にて、プレポリマー(F)を得た。
製造例2の1,4−BIC2を230.8質量部用いた以外は、合成例1と同様の配合処方および操作にて、プレポリマー(G)を得た。
これら、プレポリマーの配合を表1に示す。
予め80℃に調整したプレポリマー(A)1230.8質量部、耐熱安定剤(商品名:イルガノックス1135、チバスペシャルティケミカル社製)3.9質量部、触媒(オクチル酸錫、商品名:スタノクト、エーピーアイコーポレーション社製)をジイソノニルアジペート(商品名:DINA、ジェイ・プラス社製)を用いて4質量%に希釈した溶液0.32質量部をステンレス容器に入れ、スリーワンモータ(商品名:HEIDON FBL3000、新東科学社製)を使用して、600rpmの撹拌下、約1分間撹拌混合した。次いで、鎖伸長剤として予め80℃に調整した1,4−ブタンジオール(和光純薬株式会社製、略号1,4−BD)61.4質量部を添加した。さらに約2分間全体が均一になるまで充分に撹拌したのち、直ちに真空脱泡を行い、混合液中の泡を取り除いた。予め離型剤(商品名:ミラックスRS−102、ミヨシ油脂社製)を塗布し、100℃に温調したシート、ブロック、ボタン金型に泡が入らないように注意しながら、混合液を流し込み、100℃にて22時間反応させた。その後、金型からエラストマー(A)を取り外し、室温23℃、相対湿度50%の恒温恒湿条件下にて、4時間後に硬度を測定し、さらに7日間養生した後、物性測定に使用した。
プレポリマー(A)に代えて、プレポリマー(B)1230.8質量部を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、エラストマー(B)を得た。
実施例3(エラストマー(C)の合成)
プレポリマー(A)に代えて、プレポリマー(C)1230.8質量部を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、エラストマー(C)を得た。
プレポリマー(A)に代えて、プレポリマー(D)1227.8質量部、1,4−ブタンジオール62.2質量部を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、エラストマー(D)を得た。
比較例1(エラストマー(E)の合成)
プレポリマー(A)に代えて、プレポリマー(E)1230.8質量部を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、エラストマー(E)を得た。
プレポリマー(A)に代えて、プレポリマー(F)1230.8質量部を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、エラストマー(F)を得た。
比較例3(エラストマー(G)の合成)
プレポリマー(A)に代えて、プレポリマー(G)1230.8質量部を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、エラストマー(G)を得た。
各実施例および各比較例で得られたエラストマー(以下、各エラストマーと略する。)の硬度、硬度発現性、圧縮永久歪、抗張力、軟化温度、および、DSC測定によるハードセグメントの凝集温度を以下の方法で測定した。その結果を表2に示す。
<硬度:ShoreA>
「JIS K−7311 ポリウレタン系熱可塑性エラストマーの試験方法」に準じてShoreA硬さを測定し、その結果を数値として示した。
<硬度発現性>
各エラストマーを金型から取り出した後、標準状態に4時間静置した。直ちに硬度測定を実施し、これを0日の値(A)とした。さらに7日後の硬度(B)を測定した。これらの値から次式にて、硬度発現性の値を得た。
値が小さくなるほど、脱型後の硬度変化が少なく、硬度発現性に優れる。
<圧縮永久歪(単位:%)>
「JIS K−6262 加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−常温、高温及び低温における圧縮永久ひずみの求め方」に準じて、大型試験片、温度23℃、試験片を圧縮する割合を25%、保持時間22時間として測定を行った。
<抗張力(単位:GPa)>
「JIS K−7311 ポリウレタン系熱可塑性エラストマーの試験方法」に記載の方法に準拠して得られたシートを用いた引張試験を実施した。試験片をJIS−3号ダンベルにて打ち抜き、引張試験機(東洋精器社製、商品名:全自動ゴム引張試験機 TYPE:AE−CT)にて、標線間20mm、引張速度300mm/分の条件で測定を行った。得られた応力-歪曲線の破断に至るまでの応力の面積(積分値)を抗張力とした。
<軟化温度(単位:℃)>
Seiko Instruments社製、商品名:TMA/SS6000を用いて、JIS K−7196「熱可塑性プラスチックフィルム及びシートの熱機械分析による軟化温度試験方法」に従って測定を実施した。荷重0.49N、窒素N2雰囲気下、昇温速度5℃/min、圧子の直径は1.0mmのものを使用した。
<DSC測定によるハードセグメントの凝集温度(単位:℃)>
示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、商品名:EXSTAR6000 PCステーション、および、DSC220C)を使用して測定した。約8mgのポリウレタンを、アルミニウム製パンにできるだけ密着可能な形状となるように薄く切断して採取した。このアルミニウム製パンにカバーを被せてクリンプしたものを測定用試料とした。同様にアルミナを採取したものをリファレンス試料とした。サンプルおよびリファレンスをセル内の所定位置にセットした後、流量40NmL/minの窒素気流下、試料を10℃/minの速度で−90℃まで冷却し、同温度で5分間保持後、次いで、10℃/minの速度で270℃まで昇温した。さらに270℃で5分間保持した後、−70℃まで10℃/minの速度で冷却した。この冷却の間に現れる発熱ピークの温度をハードセグメントの凝集温度と定義した。実施例3および比較例1のDSC測定結果を図1に示す。なお、図1において、ハードセグメントの凝集温度を矢印で示した。
a)活性水素化合物成分が、ポリオール成分である場合
合成例1(プレポリマー(A)の合成)
攪拌装置、温度計、冷却管および窒素導入管を具備した反応器に、予め、加熱減圧操作を行い脱水した、平均水酸基価869mgKOH/g、平均官能基数3のポリエーテルポリオール(開始剤:トリメチロールプロパン、商品名:アクトコールT−880、三井化学ポリウレタン株式会社製)100質量部、および、1,4−BIC3 505.1質量部を加え、窒素雰囲気下、90℃、3時間反応を行うことにより、NCO質量%が25.4質量%のイソシアネート基末端プレポリマー(A)(以下、プレポリマー(A)と略する。)を得た。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC4を用いた以外は、合成例1と同様の配合処方および操作にて、プレポリマー(B)を得た。
合成例3(プレポリマー(C)の合成)
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を用いた以外は、合成例1と同様の配合処方および操作にて、プレポリマー(C)を得た。
窒素雰囲気下、上記したポリエーテルポリオール(アクトコールT−880)に、上記したポリエーテルポリオール中の水酸基に対するプレポリマー(A)中のイソシアネート基の当量比(NCO/水酸基)が1.00となる量のプレポリマー(A)を添加し、23℃で3分間撹拌した後、撹拌しながら約1時間、真空脱泡し、反応混合液を得た。その後、予め、シリコーン系離型剤を塗布し、120℃に加温したモールドに、反応混合液を注入し、120℃、5時間熱硬化反応を行った。その後、23℃、相対湿度55%の恒温恒湿環境下、光学用ポリウレタン樹脂(A)を取り出し、以下の評価を行った。
プレポリマー(A)に代えて、プレポリマー(B)を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、光学用ポリウレタン樹脂(B)を得た。
比較例1(光学用ポリウレタン樹脂(C)の合成)
プレポリマー(A)に代えて、プレポリマー(C)を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、光学用ポリウレタン樹脂(C)を得た。
各実施例および各比較例で得られた光学用ポリウレタン樹脂(A)〜(C)の外観、硬度、軟化温度の差、貯蔵弾性率を以下の方法で測定した。その結果を表3に示す。
<外観>
目視により観察した。なお、外観の観察は、120℃、5時間熱硬化反応を行った後、23℃、相対湿度55%の恒温恒湿下、光学用ポリウレタン樹脂を取り出し、同環境下、3日間静置した試料を用いた。
<硬度:ShoreD>
JIS K7312−1996の硬さ試験に準拠して、実施例および比較例の光学用ポリウレタン樹脂(A)〜(C)の硬度を測定した。上記した<外観>と同様の試料を用いた。
<軟化温度の差(単位:℃)>
熱機械分析計(Seiko Instruments社製、商品名:TMA/SS6000)を用いて、JIS K−7196「熱可塑性プラスチックフィルム及びシートの熱機械分析による軟化温度試験方法」に従って測定を実施した。荷重0.49N、窒素雰囲気下、昇温速度5℃/min、直径1.0mmの圧子を使用した。なお、軟化温度の差とは、上記実施例および比較例で記載した120℃、5時間熱硬化反応を行った後、23℃、相対湿度55%の恒温恒湿下、約12時間後の光学用ポリウレタン樹脂(A)〜(C)の軟化温度(a/単位:℃)と、前記した恒温恒湿下、3日間後の光学用ポリウレタン樹脂(A)〜(C)の軟化温度(b/単位:℃)との差(b−a/単位:℃)である。
<170℃における貯蔵弾性率(単位:MPa)>
動的粘弾性測定装置(レオメトリックス・ファー・イースト社製、商品名:RSA−III)を用いて、熱硬化性ポリウレタンの貯蔵弾性率の温度依存性を測定した。上記した<外観>と同様の試料を用いた。空気雰囲気下、室温から350℃まで、昇温速度5℃/min、測定周波数1Hzの条件で測定し、170℃における貯蔵弾性率を求めた。
実施例1(光学用ポリウレタン樹脂(D)の合成)
ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)(三井化学社製)に、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)中のチオール基に対するイソシアネート基の当量比(NCO/チオール基)が1.0となる量の1,4−BIC3を添加し、反応混合液を得た。次いで、この反応混合液の全量100質量部に対して、ジメチルチンジクロライド0.01質量部を、気泡が混入しないように混合した。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、光学用ポリウレタン樹脂(E)を得た。
評価
実施例および比較例で得られた光学用ポリウレタン樹脂(D)および(E)の外観、屈折率、耐衝撃性、軟化温度の差を以下の方法で測定した。その結果を表4に示す。
<外観>
目視により観察した。なお、外観の観察は、120℃、5時間重合反応終了後、23℃、相対湿度55%の恒温恒湿下、光学用ポリウレタン樹脂(D)および(E)を取り出し、同環境下、5日間静置した試料を用いた。
<軟化温度の差(単位:℃)>
熱機械分析計(Seiko Instruments社製、商品名:TMA/SS6000)を用いて、JIS K−7196「熱可塑性プラスチックフィルム及びシートの熱機械分析による軟化温度試験方法」に従って測定を実施した。荷重0.49N、窒素雰囲気下、昇温速度5℃/min、直径1.0mmの圧子を使用した。なお、軟化温度の差とは、上記実施例および比較例で記載した120℃、5時間の重合反応終了後、23℃、相対湿度55%の恒温恒湿下、約12時間後の光学用ポリウレタン樹脂(D)および(E)の軟化温度(a/単位:℃)と、前記した恒温恒湿下、5日間後の光学用ポリウレタン樹脂(D)および(E)の軟化温度(b/単位:℃)との差(b−a/単位:℃)である。
<屈折率>
ブルフリッヒ屈折計を用いて、20℃で測定した。
<耐衝撃性(落球試験)>
眼鏡レンズの衝撃性に関するFDA規格(1972年)に記載された手法に準拠して、落球試験を実施した。すなわち、光学用ポリウレタン樹脂(D)および(E)に対して、127cmの高さから鋼球を落下させた後に、硬化物の外観変化を目視観察して、下記の基準によって耐衝撃性を評価した。
良好:642gの鋼球を落下させたが外観変化を確認できなかった。
不良:642gの鋼球を落下させると、硬化物の割れが確認された。
(イソシアネート基末端プレポリマーのカルボキシル基濃度/単位:mmol/g)
イソシアネート基末端プレポリマーの親水基濃度は、電位差滴定装置(平沼産業株式会社製、モデル:COM−980)を用いて中和滴定法により求めた。
より具体的には、TEAを添加する前のプレポリマー溶液を1.5g程度秤量し、予め調製した40mlのトルエン/エタノール混合溶媒(トルエン/エタノールの体積比が2/1)に溶解した。次いで、0.1mol/Lのエタノール性水酸化カリウム(力価付き滴定用試薬)を用いた電位差滴定を行い、カルボキシル基濃度を測定した。
(イソシアネート基末端プレポリマーのオキシエチレン基濃度/単位:質量%)
重水素化クロロホルム5mLにイソシアネート末端プレポリマーを0.5g溶解させた。さらに内部標準物質として重水素化クロロホルムに溶解させたテトラクロロエタンを一定量加えた。この溶液の1H−NMR(JEOL製、JNM−AL400)によりオキシエチレン基濃度を測定した。
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、数平均分子量1000のメトキシポリエチレングリコール1000質量部(東邦化学工業株式会社製)と1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(商品名:タケネート−700、三井化学ポリウレタン株式会社製)1682質量部とを仕込み、窒素雰囲気下90℃で9時間反応させた。得られた反応液を薄膜蒸留して、未反応の1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを取り除き、ポリオキシエチレン基含有モノイソシアネートを得た。次いで、攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、ジエタノールアミン82.5質量部を仕込み、窒素雰囲気下、空冷しながら上記モノイソシアネート917.5質量部を、反応温度が70℃を越えないように徐々に滴下した。滴下終了後、約1時間、窒素雰囲気下において70℃で攪拌し、イソシアネート基が消失したことを確認し、ポリオキシエチレン側鎖含有ジオール(A)を得た。
合成例1(プレポリマー溶液(A)の合成)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、1,4−BIC3を265質量部、予め110℃に加熱し、減圧乾燥した数平均分子量2000のアジペート系ポリエステルポリオール(商品名:タケラックU−5620、三井化学ポリウレタン株式会社製、以下、U−5620と略する。)を1000質量部、アセトニトリル(以下、ANと略する。)を1366質量部、および、ポリエステルポリオールと同様に加熱し、減圧乾燥したジメチロールプロピオン酸(以下、DMPAと略する。)を59質量部装入し、窒素雰囲気下、75℃で8時間反応させた。これにより、イソシアネート基含量が1.10質量%のイソシアネート基末端プレポリマー溶液(以下、プレポリマー溶液)を得た。
その後、同温度にて、30分間撹拌混合することにより、TEAによってカルボン酸が中和されたイソシアネート基末端プレポリマー(以下、プレポリマーと略する。)溶液(A)を得た。得られたプレポリマー溶液(A)の合成条件の詳細および性状を表5に示す。
合成例2(プレポリマー溶液(B)の合成)
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC4を265質量部用いた以外は、合成例1と同様の操作にて、イソシアネート基含量が1.13質量%のプレポリマー溶液(B)を得た。得られたプレポリマー溶液(B)の合成条件の詳細および性状を表5に示す。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を265質量部用いた以外は、合成例1と同様の操作にて、イソシアネート基含量が1.16質量%のプレポリマー溶液(C)を得た。得られたプレポリマー溶液(C)の合成条件の詳細および性状を表5に示す。
合成例4(プレポリマー溶液(D)の合成)
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、1,4−BIC3を184質量部、予め110℃に加熱し、減圧乾燥したU−5620を1000質量部、ANを502質量部、アセトンを627質量部、および、ポリエステルポリオールと同様に加熱し、減圧乾燥したポリオキシエチレン側鎖含有ジオールを142質量部装入し、窒素雰囲気下、75℃で7時間反応させた。これにより、イソシアネート基含量が1.01質量%のプレポリマー溶液(D)を得た。得られたプレポリマー溶液(D)の合成条件の詳細および性状を表5に示す。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC4を184質量部用いた以外は、合成例4と同様の操作にて、イソシアネート基含量が1.02質量%のプレポリマー溶液(E)を得た。得られたプレポリマー溶液(E)の合成条件の詳細および性状を表5に示す。
合成例6(プレポリマー溶液(F)の合成)
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を184質量部用いた以外は、合成例4と同様の操作にて、イソシアネート基含量が1.02質量%のプレポリマー溶液(F)を得た。得られたプレポリマー溶液(F)の合成条件の詳細および性状を表5に示す。
予め10℃に調整したイオン交換水1000質量部を3L容積のステンレス容器に入れ、ホモディスパー(商品名:T.K.ホモディスパー、プライミクス社製)を使用して、2000rpmの撹拌下、予め20℃に調整したプレポリマー溶液(A)750質量部を徐々に添加して分散させた。
また、ヒドラジンは、ヒドラジン一水和物(和光純薬工業株式会社製)を用いたが、ヒドラジンの質量部は、ヒドラジンに相当する(以下の実施例および比較例における、鎖伸長剤の当量比およびヒドラジンの使用量に関する記載についても同様である。)。
実施例2(水性ポリウレタン樹脂(B)の合成)
プレポリマー溶液(B)を用い、鎖伸長剤として、ヒドラジン3.07質量部を、20質量%水溶液に調製した鎖伸長剤液を15.4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、水性ポリウレタン樹脂(B)の水分散液を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂(B)の合成条件の詳細および性状を表6に示す。
攪拌機、温度計、還流管、および、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、プレポリマー溶液(D)を750質量部装入し、30℃まで加温した。次いで、予め20℃に調整したイオン交換水1000質量部を徐々に添加して水性化し、ヘキサメチレンジアミン(和光純薬工業株式会社製、以下、HDAと略する。)9.85質量部を、20質量%水溶液に調製した鎖伸長剤液を49.2質量部加えて鎖伸長した。
実施例4(水性ポリウレタン樹脂(D)の合成)
プレポリマー溶液(E)を用い、鎖伸長剤として、HDA9.92質量部を、20質量%水溶液に調製した鎖伸長剤液を49.6質量部用いた以外は、実施例3と同様の条件および操作にて、水性ポリウレタン樹脂(D)の水分散液を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂(D)の合成条件の詳細および性状を表6に示す。
プレポリマー溶液(C)を用い、鎖伸長剤として、ヒドラジン3.15質量部を、20質量%水溶液に調製した鎖伸長剤液を15.8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、水性ポリウレタン樹脂(E)の水分散液を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂(E)の合成条件の詳細および性状を表6に示す。
プレポリマー溶液(F)を用い、鎖伸長剤として、HDA9.94質量部を、20質量%水溶液に調製した鎖伸長剤液を49.7質量部用いた以外は、実施例3と同様の条件および操作にて、水性ポリウレタン樹脂(F)の水分散液を得た。得られた水性ポリウレタン樹脂(F)の合成条件の詳細および性状を表6に示す。
各実施例および各比較例で得られた水性ポリウレタン樹脂(以下、各水性ポリウレタン樹脂と略する。)の耐酸性(耐オレイン酸性)、軟化温度、破断強度、破断伸びおよび強度発現性を、以下の方法で測定した。その結果を表6に示す。
<試験サンプルの作成>
水性ポリウレタン樹脂(A)、(B)および(E)を、アセトンで脱脂したOHPフィルム上にアプリケーターを用いて塗布し、110℃で1時間乾燥することで、厚さ約60μmのフィルムを得た。その後、当該フィルムを、23℃、相対湿度55%の実験室で1週間養生した。これにより、試験サンプルを作製した。
<耐オレイン酸性(単位:%)>
各水性ポリウレタン樹脂の試験サンプルを1×10cmのサイズに切り出し、この試験サンプルの質量を測定した。次いで、23℃にてオレイン酸(和光純薬工業株式会社製)に7日間浸漬した。浸漬後、試験サンプルの質量測定前に、試験サンプルの表面に付着したオレイン酸を素早く拭き取った。そして、浸漬後の試験サンプルの質量を測定した。オレイン酸への浸漬前後の試験サンプルの質量から、次式にて、耐オレイン酸性(%)を計算した。
<軟化温度(単位:℃)>
各水性ポリウレタン樹脂の試験サンプルを、幅5mm、長さ50mmのサイズにダンベルで打ち抜いた。次いで、この試験サンプルに対して、動的粘弾性測定装置(アイティ計測制御社製、モデル:DVA−200)を用いて、引張モード、標線間長25mm、昇温速度5℃/min、測定周波数10Hzの条件で、試験サンプルの動的粘弾性を測定した。ゴムもしくは皮革状平坦領域の貯蔵弾性率が変曲する領域にて、貯蔵弾性率のそれぞれの接線の交点を求め、この温度を軟化温度と定義した。
<破断強度(TS)(単位:%)>
各水性ポリウレタン樹脂の試験サンプルを、幅1cm、長さ10cmのサイズにダンベルで打ち抜いた。次いで、この試験サンプルに対して、引張圧縮試験機(インテスコ社製、Model205N)を用いて、23℃、引張速度300mm/min、チャック間距離50mmの条件で引張試験した。これにより、各水性ポリウレタン樹脂の破断強度(TS)を測定した。
<破断伸び(EL)(単位:%)>
各水性ポリウレタン樹脂の試験サンプルを、幅1cm、長さ10cmのサイズにダンベルで打ち抜いた。次いで、この試験サンプルに対して、引張圧縮試験機(インテスコ社製、Model205N)を用いて、23℃、引張速度300mm/min、チャック間距離50mmの条件で引張試験した。これにより、各水性ポリウレタン樹脂の破断伸び(EL)を測定した。
<強度発現性(単位:MPa/日)>
試験サンプル作成における110℃での熱処理終了後、23℃、相対湿度55%の室内にて1時間静置した後の引張試験における破断強度をTS1(MPa)とし、7日経過後の引張試験における破断強度をTS2(MPa)として、下記式から強度発現性を求めた。
a)分散安定剤(I)の製造
アジペート系ポリエステルポリオール(商品名:U−2610、三井化学ポリウレタン社製)2000質量部、無水マレイン酸98質量部を、攪拌機付の3つ口フラスコに入れ、窒素気流下、徐々に昇温後、150℃、20時間で撹拌した。さらに、窒素バブリングしながら、2.66kPaの減圧下、170℃まで徐々に温度を上げて、同温度にて5時間撹拌し、不飽和結合含有ポリオールを得た。
次いで、その不飽和結合含有化合物を130℃、0.66kPa以下の条件下で減圧処理した。さらに、不飽和結合含有化合物6077質量部に対して、酢酸ブチル11547質量部を添加して、均一な溶液を調製した後、十分に窒素置換して、110℃に昇温した。
b)粒子状ポリウレタン樹脂の合成
実施例1(粒子状ポリウレタン樹脂(A)合成)
窒素導入管、温度計、冷却管および攪拌装置を具備した反応容器に、高分子量ポリオールとして、タケラックU−2420(アジペート系ポリエステルポリオール、三井化学ポリウレタン社製)250.08質量部およびタケラックU−2024(アジペート系ポリエステルポリオール、三井化学ポリウレタン社製)300.5質量部、酸化防止剤としてイルガノックス245(チバスペシャリティケミカルズ社製)3.1質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としてチヌビン571(チバスペシャリティケミカルズ社製)3.1質量部、ヒンダードアミン系耐光安定剤としてチヌビン765(チバスペシャリティケミカルズ社製)3.1質量部、ポリイソシアネート成分として1,4−BIC3 97.22質量部を装入し、よく攪拌しながら80〜85℃に昇温させた。
その後、該プレポリマーに対して、予め混合しておいた分散安定剤(I)0.4質量部とn−ヘプタン20質量部とを、反応器に一括装入し、約0.5時間かけてイソシアネート基末端プレポリマーを分散させた。その後、該プレポリマーに対して、n−ヘプタン50質量部を装入して、約0.5時間かけてイソシアネート基末端プレポリマーを分散させた。
続いて、その分散液を30℃以下に冷却し、ろ過により固体分を採取した。
次いで乾燥機に、固体分100質量部、離型剤としてTSF−451−3000(シリコーンオイル、GE東芝シリコーン社製)0.5質量部、ブロッキング防止剤(商品名:PM032D、ガンツ化成社製)0.3質量部を装入し、減圧下で攪拌しながら40℃にて3時間乾燥した。その後、内容物を25℃以下に冷却した後、排出し、粒子状ポリウレタン樹脂(A)を得た。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC4を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作により、粒子状ポリウレタン樹脂(B)を得た。
比較例1(粒子状ポリウレタン樹脂(C)の製造)
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作により、粒子状ポリウレタン樹脂(C)を得た。
<脱型可能時間(単位:min)>
オーブンにより、シボつきの金型を250℃に加熱した後、各パウダー300gを縦15cm、横15cmの金型上にふりまき、8秒間静置させた後、溶融しなかった余分のパウダーを払い落とした。次いで、270℃で60秒間静置した後、オーブンから取り出して30秒後に、23℃の水に金型を30秒間浸漬して水冷し、厚さ1mmのシートを取り出した。
寸法変化率=|(L2−L1)×100/L1|
そして、各パウダーによりシートを成形した後、以下の方法により、得られたシートの物性を測定した。その結果を表7に示す。
<シートの50%モジュラス(単位:MPa)>
シートの50%モジュラスは、JIS K−6251に記載の方法に準じて、測定した。シートをJIS−4号ダンベルにて打ち抜き、引張試験機(商品名:万能引張試験装置RTA−500型、オリエンテック社製)にて、引張速度300mm/minの条件で伸長し、50%モジュラスを求めた。
<シートの軟化温度(単位:℃)>
動的粘弾性測定装置(レオメトリックス・ファー・イースト社製、商品名:RSA−III)を用いて、シートの貯蔵弾性率の温度依存性を測定した。−90℃〜200℃において、昇温速度5℃/min、測定周波数10Hzの条件で測定し、ゴム状もしくは皮革状平坦領域の貯蔵弾性率が変曲する領域にて、貯蔵弾性率のそれぞれの接点の交点を求め、この温度を軟化温度と定義した。
実施例1(弾性成形品(A)の合成)
窒素雰囲気下、撹拌翼、温度計および水冷式コンデンサーを装着した反応機に、予め減圧脱水処理した、数平均分子量2000のアジペート系ポリエステルポリオール(商品名:タケラックU−7020、三井化学ポリウレタン株式会社製)(以下、U−7020と略する。)100質量部と、同じく予め減圧脱水処理した、数平均分子量2000のポリテトラメチレンエーテルグリコール(商品名:PolyTHF2000、BASFジャパン株式会社製)(以下、PolyTHFと略する。)100質量部と、1,4−BIC3を30.8質量部とを、U−7020およびPolyTHFの水酸基に対する1,4−BIC3のイソシアネート基の当量比(NCO/水酸基)が1.59となるように仕込み、80℃まで昇温した。
次いで、同温度にてイソシアネート基含量が2.05質量%になるまで反応させ、イソシアネート基末端ポリウレタンプレポリマー(以下、プレポリマーと略する。)(A)を得た。
その後、プレポリマー(A)のDMAc溶液の温度が20℃を越えないように、3.26質量部のエチレンジアミン(以下、EDAと略する。)と0.25質量部のジエチルアミン(以下、DEAと略する。)との混合アミンの1.08質量%のDMAc溶液(以下、アミン溶液と略する。)を滴下して、鎖伸長反応させた。EDAとDEAのアミノ基濃度の比率は、それぞれ94.2モル%および5.8モル%であり、プレポリマー(A)のDMAc溶液中のイソシアネート基に対する、混合アミンのアミノ基の当量比は1.001である。
次いで、60℃に昇温後、同温度で5時間乾燥した。さらに同温度で、7時間減圧することにより、DMAcを留去し、さらに100℃、1時間加熱し、弾性成形品(A)を得た。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC4を30.8質量部使用した以外は実施例1と同様の配合処方および操作にて、弾性成形品(B)を得た。
比較例1(弾性成形品(C)の合成)
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を30.8質量部使用した以外は実施例1と同様の配合処方および操作にて、弾性成形品(C)を得た。
各実施例および比較例で得られた弾性成形品(以下、各弾性成形品と略する。)の繰り返し伸張変形後の残留歪、軟化温度、破断強度、破断伸びおよび強度発現性を以下の方法で測定した。結果を表8に示す。
<繰返し伸長変形後の残留歪み(単位:%)>
短冊状の各弾性成形品に対して、23℃、相対湿度55%の実験室内に設置した引張試験機(モデル:205型、インテスコ社製)を用いて、引張試験を行なった。より具体的には、引張方向に30mmの試料長(L1)であるフィルムを、引張速度500mm/minで200%まで伸長する操作を5回繰り返した。
そして、以下の式を用いて繰返し伸長変形後の残留歪みを算出した。
残留歪み = {(L2−L1)/L1}×100
<軟化温度(単位:℃)>
各弾性成形品を、幅5mm、長さ50mmのサイズにダンベルで打ち抜いた。次いで、この弾性成形品に対して、動的粘弾性測定装置(アイティ計測制御社製、モデル:DVA−200)を用いて、引張モード、標線間長25mm、昇温速度5℃/min、測定周波数10Hzの条件で、弾性成形品の動的粘弾性を測定した。ゴムもしくは皮革状平坦領域の貯蔵弾性率が変曲する領域にて、貯蔵弾性率のそれぞれの接線の交点を求め、この温度を軟化温度と定義した。
<破断強度(TS)(単位:%)>
各弾性成形品を、幅1cm、長さ10cmのサイズにダンベルで打ち抜いた。次いで、この各弾性成形品に対して、引張圧縮試験機(インテスコ社製、Model205N)を用いて、23℃、引張速度300mm/min、チャック間距離50mmの条件で引張試験した。これにより、各弾性成形品の破断強度(TS)を測定した。
<破断伸び(EL)(単位:%)>
各弾性成形品を、幅1cm、長さ10cmのサイズにダンベルで打ち抜いた。次いで、この弾性成形品に対して、引張圧縮試験機(インテスコ社製、Model205N)を用いて、23℃、引張速度300mm/min、チャック間距離50mmの条件で引張試験した。これにより、各弾性成形品の破断伸び(EL)を測定した。
<強度発現性(単位:MPa/日)>
弾性成形品作成における100℃での熱処理終了後、23℃、相対湿度55%の室内にて1時間静置した後の引張試験における破断強度をTS1(MPa)とし、7日経過後の引張試験における破断強度をTS2(MPa)として、下記式から強度発現性を求めた。
a)NBDIイソシアヌレート変性体の調製
窒素雰囲気下、50℃でノルボルネンジイソシアネート(商品名:コスモネートNBDI、三井化学社製、以下、NBDIと略する。)430.0質量部と、弗化カリウム1.70質量部とを5時間攪拌し、混合した後、ろ過を行なった。このろ液に、ジブチル錫ジラウレートを0.043質量部添加し、液相に窒素をバブリングしながら、減圧脱気を行った。
得られたポリイソシアネート混合物のNCO質量%は、32.1%であり、NBDIのイソシアヌレート変性体の含有量(測定法:GPC)は、38.1%であった。以下、このポリイソシアネート混合物を、NBDIヌレートマスと略する。
窒素雰囲気下、撹拌機を装着した反応器に、1,4−BIC3 70質量部、および、NBDIヌレートマス 30質量部を仕込み、減圧脱気しながら、撹拌混合し、ポリイソシアネート成分を調製した。
一方、別の撹拌機を装着した反応器に、ポリエーテルポリオール(商品名:EP−950P、三井化学ポリウレタン社製)100質量部、1,4−ブタンジオール(三菱化学社製)35質量部、ウレタン化触媒であるジブチルチンジネオデカノエート(GEシリコーン社製、商品名:UL−28)0.5質量部、および、消泡剤(日本ユニカー社製、商品名:SAG−47)0.5質量部を添加し、70℃にて、減圧脱気しながら、30分間、撹拌混合し、ポリオール成分を調製した。
ポリイソシアネート成分およびポリオール成分の配合比は、NCOインデックス(NCO/OH)100で射出した。
射出速度:400g/sec
ポリイソシアネート成分原料温度:45℃
ポリオール成分原料温度:45℃
金型寸法:460×380×1mm
金型温度:70℃
実施例2
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC4を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、反応射出成形品(2)を得た。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、反応射出成形品(3)を得た。
評価
<脱型時間(単位:秒)>
各実施例および比較例における、ポリ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ポリ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・撹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比較例の脱型時間(DT)とした。
<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。
<軟化温度(単位:℃)>
各成形品を、ダンベルにより、幅5mm、長さ50mmのサイズに打ち抜いた。次いで、このサンプルに対して、動的粘弾性測定装置(モデル:DVA−200、アイティ計測制御社製)を用いて、引張モード、標線間長25mm、昇温速度5℃/min、測定周波数1Hzの条件で、動的粘弾性の温度分散を測定した。ゴムもしくは皮革状平坦領域の貯蔵弾性率が変曲する領域にて、貯蔵弾性率のそれぞれの接線の交点を求め、この温度を軟化温度と定義した。
<引裂き抵抗発現性(単位:N/mm・日)>
金型から脱型後、4時間経過した成形品について、JIS K6301(1969)に記載の加硫ゴム試験方法に準拠して、引裂き試験を行い、各成形品の引裂き抵抗(TR)を測定した。その結果をTR0とした。
引裂き抵抗発現性 = (TR2−TR0)/2
値が小さいほど、物性の発現性が良好と判断する。
実施例1(二液硬化型ポリウレタン樹脂(A)および塗膜(A)の合成)
撹拌機、温度計、窒素ガス導入管およびジムロート冷却管を装着した反応機に、窒素ガス雰囲気下、1,4−BIC3 338.11質量部、および、ドデシルアルコール32.38質量部を仕込み、85℃に昇温し、同温度で4時間反応させた。
その後、100℃に昇温し、同温度で4時間反応させた後、FT−IRおよびNCO質量%の測定を行い、イソシアネート基濃度を確認後、さらに、オクチル酸ビスマスを0.01質量部添加した。引き続き、100℃にて、8時間反応を継続した。その後、触媒失活剤として、o−トルエンスルホン酸アミド0.02質量部を添加し、触媒を失活させて、反応を停止させた。
このポリイソシアネート成分と、市販のアクリルポリオール(商品名:アクリディックA−801、DIC社製)とを、アクリルポリオール中の水酸基に対するポリイソシアネート成分中のイソシアネート基の当量比(NCO/水酸基)が1.0となるように配合し、反応混合液(二液硬化型ポリウレタン樹脂(A))を調製した。
実施例2(二液硬化型ポリウレタン樹脂(B)および塗膜(B)の合成)
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC4を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作により、二液硬化型ポリウレタン樹脂(B)および塗膜(B)を得た。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作により、二液硬化型ポリウレタン樹脂(C)および塗膜(C)を得た。
なお、比較例1におけるポリイソシアネート成分は、NMR、FT−IRおよびGPC測定より、アロファネート/イソシアヌレート組成比が81/19であることが確認された。また、ウレタン基は実質的に認められなかった。未反応の1,4−BIC7の含有量は0.5質量%であり、NCO質量%は、13.5%であった。また、酢酸エチルに1000質量%以上希釈しても白濁せず、完全に溶解していた。
各実施例および比較例で得られた二液硬化型ポリウレタン樹脂(以下、各二液硬化型ポリウレタン樹脂と略する。)および塗膜(以下、各塗膜と略する。)の、指触乾燥時間、硬化乾燥時間、塗膜硬度および引張強度を、以下の方法で測定した。その結果を表10に示す。
<指触乾燥時間(単位:分)>
JIS K 5600−1−1に準拠して、25℃、相対湿度55%の条件下で、塗った面の中央に触れてみて、試料で指先が汚れない状態になった時間を測定した。
<硬化乾燥時間(単位:時間)>
JIS K 5600−1−1に準拠して、25℃、相対湿度55%の条件下で、試験片の中央を親指と人差し指で強く挟んでみて、塗面に指紋によるへこみが付かず、すり跡が付かない状態になった時間を測定した。
<塗膜硬度>
JIS K 5600−5−6に準拠して、塗膜表面に傷がついた時点での鉛筆硬度を、塗膜硬度として評価した。
<引張強度(単位:MPa)>
引張圧縮試験機(インテスコ社製、Model205N)を用いて、ガラス板から試料を剥がし、乾燥後、23℃、引張速度50mm/minの条件で引張試験し、引張強度を測定した。
実施例1(ポリウレタンフォーム(A)の合成)
ポリエーテルポリオール(A)(開始剤:グリセリン、水酸基価:34mgKOH/g、エチレンオキサイド含量:15質量%、分子末端1級水酸基化率:82モル%)100質量部、トリエタノールアミン(三井化学社製)5質量部、TOYOCAT F22(東ソー社製、アミン系触媒)0.5質量部、および、L−580(MOMENTIVE社製、シリコーン系整泡剤)1.0質量部を秤量し、23℃、相対湿度55%の実験室内で、それらを均一になるまで撹拌混合することにより、レジンプレミックスを調製した。さらに、イオン交換水1.5質量部に、炭酸カリウム(K2CO3)0.7質量部の比率で溶解した炭酸カリウム水溶液を調製した。
得られたポリウレタンフォーム(A)を、下記に示す物性評価に供した。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC4を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、ポリウレタンフォーム(B)を得た。
比較例1(ポリウレタンフォーム(C)の合成)
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、ポリウレタンフォーム(C)を得た。
1,4−BIC3に代えて、1,4−BIC7を用い、L−580に代えてF−242T(信越化学工業社製、シリコーン系整泡剤)を用いた以外は、実施例1と同様の配合処方および操作にて、ポリウレタンフォーム(D)を得た。
評価
各実施例および各比較例で得られたポリウレタンフォームのクリームタイム(CT)、ライズタイム(RT)、収縮性、フリー密度およびアスカーF硬度(発泡1日後、3日後、7日後におけるアスカーF硬度)を測定した。その結果を表11に示す。
<発泡時間(単位:秒)>
クリームタイム(CT)と、ライズタイム(RT)とを測定した。
<収縮性>
フォームブロック中央部の断面(底面と平行)の面積が、ボックスの内寸(12cm×12cm)に対して、少なくとも30%以上減じている状態を「収縮」とした。逆に、目視で収縮現象が認められなかったものは、多くとも減少率が10%以下であった。
<密度(単位:kg/m3)>
JIS K6400に準拠して、密度を測定した。
Claims (19)
- 81モル%以上93モル%以下のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含有するポリイソシアネート成分と、活性水素化合物成分との反応により得られることを特徴とする、ポリウレタン樹脂。
- 成形用樹脂であることを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。
- 光学用ポリウレタン樹脂であることを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。
- 前記活性水素化合物成分が、水酸基価が280〜1240mgKOH/gであり、平均官能基数が2を超過し5未満であるポリオール成分であることを特徴とする、請求項3に記載のポリウレタン樹脂。
- 前記ポリイソシアネート成分は、ポリイソシアネートを含み、
前記活性水素化合物成分は、水酸基価が10〜125mgKOH/gであり数平均分子量が400〜5000である高分子量ポリオール、親水基を含有する活性水素化合物、および、鎖伸長剤を含み、
まず、前記ポリイソシアネートと、前記高分子量ポリオール、および、親水基を含有する活性水素化合物とを反応させて、イソシアネート基末端プレポリマーを調製し、
次いで、前記イソシアネート基末端プレポリマーと、
前記鎖伸長剤と
を反応させることにより、水性ポリウレタン樹脂として得られることを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。 - 請求項5に記載のポリウレタン樹脂からなることを特徴とする、フィルム。
- 請求項5に記載のポリウレタン樹脂が用いられていることを特徴とする、人工または合成皮革。
- 粒子状ポリウレタン樹脂であることを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。
- スラッシュ成形に用いられることを特徴とする、請求項8に記載のポリウレタン樹脂。
- 請求項8に記載のポリウレタン樹脂を、スラッシュ成形することにより得られることを特徴とする、スラッシュ成形品。
- 弾性成形用ポリウレタン樹脂であることを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。
- 請求項11に記載のポリウレタン樹脂が用いられていることを特徴とする、弾性成形品。
- 前記ポリイソシアネート成分が、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のイソシアヌレート変性体を含み、
反応射出成形用ポリウレタン樹脂であることを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。 - 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が、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、2,5−ジ(イソシアナトメチル)ビシクロ[2,2,1]へプタン、2,6−ジ(イソシアナトメチル)ビシクロ[2,2,1]へプタン、イソホロンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン、および、1,4−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼンからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項13に記載のポリウレタン樹脂。
- 請求項13に記載のポリウレタン樹脂から成形されていることを特徴とする、反応射出成形品。
- 前記ポリイソシアネート成分が、
81モル%以上93モル%以下のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのアロファネート変性体と、
81モル%以上93モル%以下のトランス体を含む1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンのイソシアヌレート変性体とを、
アロファネート/イソシアヌレート組成比が、50/50〜100/0となるように含有し、
二液硬化型ポリウレタン樹脂として調製されることを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。 - さらに、発泡剤を含有し、
発泡および反応させることにより、ポリウレタンフォームとして得られることを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂。 - 前記活性水素化合物成分が、ポリオール成分であり、
前記ポリオール成分は、水酸基価が10〜120mgKOH/gであり、
分子末端の1級水酸基が40モル%以上であることを特徴とする、請求項16に記載のポリウレタン樹脂。 - 衣料用成形品、サニタリー用成形品または靴用成形品として用いられることを特徴とする、請求項16に記載のポリウレタン樹脂。
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