JP7189883B2 - ポリウレタン樹脂組成物、硬化物、成形品、繊維強化プラスチックおよび繊維強化プラスチックの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明[2]は、前記反応遅延剤が、下記一般式(2)で示される、上記[1]に記載のポリウレタン樹脂組成物を含む。
本発明[3]は、前記反応遅延剤が、ピコリン酸である、上記[2]に記載のポリウレタン樹脂組成物を含む。
本発明のポリウレタン樹脂組成物は、ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分と、有機金属触媒と、後述の反応遅延剤とを含有する。
低分子量ポリエーテルポリオールは、単独使用または2種以上併用することができる。
一般式(1)において、R1は、環Aを構成する炭素数1の炭化水素基を示し、具体的には、メチレン基(-CH2-)またはメチン基(-CH=)を示す。また、一般式(1)中において、mは、1または2である。
反応遅延剤として、具体的には、ニコチン酸、2,6-ピリジンジカルボン酸、プロリン、ピコリン酸、2-ピリジニル酢酸、2-ピペリジンカルボン酸などが挙げられる。このような反応遅延剤は、単独使用または2種以上併用することができる。
ポリウレタン樹脂を製造するには、ポリイソシアネート成分とポリオール成分とを反応(ウレタン化反応)させて、ポリウレタン樹脂組成物を硬化させる。つまり、ポリウレタン樹脂は、ポリウレタン樹脂組成物の硬化物を含み、好ましくは、ポリウレタン樹脂組成物の硬化物からなる。
上記のポリウレタン樹脂および成形品の用途は、特に制限されないが、例えば、繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)、構造材用プラスチック、構造材芯材用プラスチックなどが挙げられる。
このような繊維強化プラスチックは、例えば、上記の繊維に、上記したポリウレタン樹脂組成物を含浸させ、硬化させることにより製造される。
<<ポリイソシアネート成分の準備>>
準備例1(イソシアネート(1))
商品名コスモネートM-200(三井化学SKCポリウレタン社製、ポリフェニルメタンポリイソシアネート、イソシアネート基含有率=31.2質量%)を、イソシアネート(1)として準備した。
商品名コスモネートLK(三井化学SKCポリウレタン社製、ポリフェニルメタンポリイソシアネートのカルボジイミド誘導体、イソシアネート基含有率=28.3質量%、カルボジイミド基含有率=30質量%)を、イソシアネート(2)として準備した。
国際公開第2009/051114号公報の製造例3に記載の方法で得られた1,4-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを、イソシアネート(3)として準備した。
準備例4(ポリオール(1))
商品名アクトコールDiol-280(三井化学SKCポリウレタン社製、ポリオキシプロピレンポリオール、数平均分子量=281、水酸基価400mgKOH/g、平均官能基数=2、25℃、粘度=63mPa・s)を、ポリオール(1)として準備した。
商品名ユニオールDB-400(日油社製、ポリオキシプロピレンビスフェノールAエーテル)を、ポリオール(2)として準備した。
準備例6(有機金属触媒(1))
商品名SCAT-24(日東化成社製、モノブチル錫トリオクテート、分子量=605.43、錫含有量=1.65mmol/g)を、有機金属触媒(1)として準備した。
商品名ヘキソエートカリウム13%(東栄化工社製、オクチル酸カリウム、カリウム含有量=3.3mmol/g)を、有機金属触媒(2)として準備した。
準備例8(反応遅延剤(1))
ピコリン酸(本発明の反応遅延剤)を、反応遅延剤(1)として準備した。
ニコチン酸(本発明の反応遅延剤)を、反応遅延剤(2)として準備した。
2,6-ピリジンジカルボン酸(本発明の反応遅延剤)を、反応遅延剤(3)として準備した。
2-ピリジニル酢酸(本発明の反応遅延剤)を、反応遅延剤(4)として準備した。
2-ピペリジンカルボン酸(本発明の反応遅延剤)を、反応遅延剤(5)として準備した。
プロリン(本発明の反応遅延剤)を、反応遅延剤(6)として準備した。
商品名DP-4(大八化学工業社製、酸性リン酸ブチルエステル、他の反応遅延剤)を、反応遅延剤(7)として準備した。
イソニコチン酸(他の反応遅延剤)を、反応遅延剤(8)として準備した。
2-ピリジンプロピオン酸(他の反応遅延剤)を、反応遅延剤(9)として準備した。
4-ピペリジンカルボン酸(他の反応遅延剤)を、反応遅延剤(10)として準備した。
商品名エピコート807(三菱化学社製、ビスフェノールF型エポキシ樹脂)を、エポキシ成分として準備した。
商品名ジェファーミンT-403(ハンツマン社製、ポリエーテルアミン)を、エポキシ樹脂硬化剤として準備した。
SIGRATEX C B300-45/ST(SGLカーボン社製、ノンクリンプ織物)を、炭素繊維(1)として準備した。
商品名ベスファイト W-7161(東邦テナックス社製、PAN系炭素繊維、12K綾織)を、炭素繊維(2)として準備した。
実施例1~33および比較例1~8、12~17
以下の方法により、ポリウレタン樹脂組成物を調製した。各成分の量は、表1~7に記載の通りである。
A剤をエポキシ樹脂硬化剤に変更し、B剤をエポキシ成分に変更し、表4に記載の配合量でエポキシ樹脂組成物を調製したこと、および、金型の予熱温度および成形温度を表4に示す値に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、エポキシ樹脂を製造した。
実施例1~33および比較例1~17について、以下の通り評価を実施した。
上記したポリウレタン樹脂組成物およびエポキシ樹脂組成物のポットライフを測定した。その結果を表1~7に示す。
以下の方法により、上記したポリウレタン樹脂およびエポキシ樹脂の180秒脱型性を評価した。その結果を表1~7に示す。
○:完全に硬化しており、未硬化部分がなかった。
△:未硬化部分は観測されないが、硬化が不十分であり、反りや折れ曲がりが起こった。
×:未硬化の液状樹脂部分、もしくは、金型内面に付着樹脂が観測された。
<<曲げ物性>>
繊維強化プラスチックの曲げ強さおよび曲げ弾性率を、JIS K 7074に基づいて測定した。その結果を表4に示す。
<<パンクチャー試験>>
繊維強化プラスチックの衝撃強度を示すパンクチャー試験を、JIS K 7211-2に基づいて実施し、最大衝撃力時エネルギー、パンクチャーエネルギーを測定した。その結果を表4に示す。
<<表面光沢度>>
繊維強化プラスチックの鏡面光沢度を、JIS Z 8741に基づいて測定した。その結果を表4に示す。
<<表面粗度>>
触針式表面粗さ測定機(東京精密社製、製品名SURFCOM 1400D)を用いてJIS B 0601に定義されたRaおよびRzを求め、表面粗度(Ra/Rz)を算出した。その結果を表4に示す。
Claims (14)
- ポリフェニルメタンポリイソシアネートを含有するポリイソシアネート成分と、
ポリオール成分と、
有機金属触媒と、
下記一般式(1)、下記一般式(2)、下記式(3)、下記式(4)または下記式(5)に示す反応遅延剤と、を含有し、
前記有機金属触媒1molに対する前記反応遅延剤のmol比が、0.50以上2.50以下であることを特徴とする、ポリウレタン樹脂組成物。
(一般式(1)中、Aは、脂肪族環または芳香族環を示す。R1は、環Aを構成する炭素数1の炭化水素基を示す。R2は、炭素数1の脂肪族炭化水素基を示す。R3は、環Aが脂肪族環である場合に環Aに含まれる窒素原子に結合する水素原子またはアルキル基を示し、環Aが芳香族環である場合に水素原子を示す。R4は、環Aに結合する水素原子またはカルボキシル基を示す。mは、1であり、nは、0または1であり、nおよびmの総和は、2以下である。必要によりR2を介してR1に結合する-COOHは、nが1である場合、環Aのα位のR1に結合するR2を介して、環Aに結合し、nが0である場合、環Aのα位のR1に直接結合する。)。
(一般式(2)中、AおよびR2は、上記一般式(1)のAおよびR2と同意義を示し、R3は、環Aが脂肪族環である場合に環Aに含まれる窒素原子に結合する水素原子またはアルキル基を示し、環Aが芳香族環である場合には存在せず、nは0を示し、-COOHは、環Aに直接結合する。)。
- 前記反応遅延剤が、ピコリン酸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組成物。
- 前記反応遅延剤の含有割合は、前記ポリオール成分100質量部に対して、0.05質量部以上1.4質量部以下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組成物。
- 前記有機金属触媒が、カリウム塩を含むことを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタン樹脂組成物。
- 前記有機金属触媒の含有割合は、前記ポリオール成分100質量部に対して、0.001質量部以上10質量部以下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組成物。
- 前記ポリイソシアネート成分は、脂環族ポリイソシアネートをさらに含有し、
前記ポリイソシアネート成分において、前記ポリフェニルメタンポリイソシアネート由来のイソシアネート基と、前記脂環族ポリイソシアネート由来のイソシアネート基との総量に対する、前記脂環族ポリイソシアネート由来のイソシアネート基の割合が、10mol%以上70mol%以下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組成物。 - 前記ポリオール成分の水酸基の総和に対する、前記ポリイソシアネート成分のイソシアネート基の総和の割合(イソシアネートインデックス、(NCO/OH)×100)は、前記ポリオール成分の水酸基の総和を100として、75以上400以下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組成物。
- 請求項1に記載のポリウレタン樹脂組成物の硬化物を含むことを特徴とする、硬化物。
- 請求項8に記載の硬化物を含むことを特徴とする、成形品。
- 繊維と、
前記繊維に含浸されている、請求項1に記載のポリウレタン樹脂組成物の硬化物と、を備えることを特徴とする、繊維強化プラスチック。 - 前記繊維が、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも1種以上からなることを特徴とする、請求項10に記載の繊維強化プラスチック。
- 請求項10に記載の繊維強化プラスチックの製造方法であって、RTM法、HP-RTM法、WCM法およびRIM法からなる群から選択されるいずれか1つの成形方法により製造することを特徴とする、繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記成形方法における成形温度は、25℃以上250℃以下であることを特徴とする、請求項12に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
- 前記成形方法における成形時間は、10秒以上5分以下であることを特徴とする、請求項12に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
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