JP7404621B2 - 熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物、熱硬化ポリウレタンエラストマー、産業機械部品および産業機械部品の製造方法 - Google Patents

熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物、熱硬化ポリウレタンエラストマー、産業機械部品および産業機械部品の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物、熱硬化性ポリウレタンエラストマー、産業機械部品および産業機械部品の製造方法に関する。
熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物は、その硬化物が高モジュラス、高破断強度、低摩耗、低歪であることから耐久性が非常に高く、産業機械の部品部材として好適に使用されている。しかしながら、この産業機械の部品部材は、連続稼働等の過酷な条件下では摩擦の影響を受けて熱が発生し、その熱が蓄熱されることによって高温となる。高温となった場合、産業機械の部品部材は、硬化物の特性値が大きく変化して所望の性能を発揮できなくなることがあり、更には、破損による故障を招くことがある。
そこで、特許文献1は、グラファイト、4弗化エチレン、樹脂パウダー、パラフィン、二硫化モリブテン、もくろうなどの群から選ばれた単一または2種以上の混合からなる滑剤が混入されたポリウレタン樹脂で形成された耐摩耗性伝動ベルトを開示している。
また、特許文献2は、ポリウレタン弾性体に脂肪アルコールエステルが添加された組成物が用いられた伝動ベルトを開示している。
さらに、特許文献3は、水酸基もしくはアミノ基を有するステアリン酸、またはオレイン酸系のエステルおよび硬化剤が導入されたポリウレタンを含む伝動ベルトを開示している。
実開昭57-194946号公報 特開平3-346号公報 特開平11-51122号公報
しかしながら、特許文献1~2にかかる伝動ベルトは、ポリウレタンとの反応を伴わない滑剤がポリウレタンエラストマー形成性組成物に混合されるため、これらの滑剤とポリオール成分および/またはイソシアネート成分との相溶性が悪く、不均一なポリウレタンエラストマー成型物(硬化物)となる。さらに、特許文献1~2にかかる伝動ベルトは、滑剤成分のブリードやブルームの発生が生じることがあり、特に精密な産業機械の部品に用いる場合は、これら滑剤成分による汚染によって産業機械に不具合が発生して問題化することがある。
また、特許文献3にかかる伝動ベルトは、滑剤成分の炭素数の不足や自由度の阻害により、ポリウレタンエラストマー成型品の表面に滑剤が十分に移行できずに低摩擦化が不十分な場合や持続しない場合が多くなってしまう。
そこで、本開示の一態様は、優れた耐久性を有し、摩擦力が低減された熱硬化性ポリウレタンエラストマーの形成に資する熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を提供するに向けられている。
また、本開示の他の態様は、優れた耐久性を有し、摩擦力が低減された熱硬化性ポリウレタンエラストマー、産業機械部品および産業機械部品の製造方法の提供に向けられている。
本開示の各態様は、以下の(1)から(4)に示されるものである。
(1): イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)と、
水酸基末端硬化剤(B)と、を含み、
前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)は、
ジフェニルメタンジイソシアネート(C)と、
エステルユニットを有するポリオール(D)と、を含み、
該ポリオール(D)の水酸基価は、30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、
前記水酸基末端硬化剤(B)は、エーテルユニットを有するポリオール(E)を含み、
該ポリオール(E)の水酸基価は、30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、
前記ポリオール(D)の水酸基価をX[KOHmg/g]、前記ポリオール(E)の水酸基価をY[KOHmg/g]としたとき、その総和(X+Y)が200以下である、
熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物。
(2):上記(1)に記載の熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の硬化物を含む、熱硬化性ポリウレタンエラストマー。
(3): 上記(1)に記載の熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の硬化物を含み、
該硬化物は、
JIS-A硬度が70°以上98°以下であり、
動摩擦係数が0.8以下である、産業機械部品。
(4): 上記(1)に記載の熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を90℃以上150℃以下で硬化処理して硬化物を得ることを含む、産業機械部品の製造方法。
本開示の一態様は、優れた耐久性を有し、摩擦力が低減された熱硬化性ポリウレタンエラストマーの形成に資する熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を提供することができる。また、本開示の他の態様は、優れた耐久性を有し、摩擦力が低減された熱硬化性ポリウレタンエラストマー、産業機械部品および産業機械部品の製造方法を提供することができる。
以下、本発明を実施するための例示的な態様を詳細に説明する。
[熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物]
本発明の一態様にかかる熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物は、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)と、
水酸基末端硬化剤(B)と、を含み、
前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)は、
ジフェニルメタンジイソシアネート(C)と、
エステルユニットを有するポリオール(D)と、を含み、
該ポリオール(D)の水酸基価は、30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、
前記水酸基末端硬化剤(B)は、エーテルユニットを有するポリオール(E)を含み、
該ポリオール(E)の水酸基価は、30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、
前記ポリオール(D)の水酸基価をX[KOHmg/g]、前記ポリオール(E)の水酸基価をY[KOHmg/g]としたとき、その総和(X+Y)が200以下である、
熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物。
本態様にかかる熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物は、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)と、水酸基末端硬化剤(B)と、を混合撹拌し、反応(重合)させることで相溶性が下がり、得られる成型物の外観が白濁化し、摩擦力を軽減することができる。この摩擦力の低減は、成型物としたときに各成分がミクロ層分離することによって熱硬化性ポリウレタンエラストマーの成型物の接触面に細かな凹凸が形成され、該成型物と接触対象との接触面積が低減し、低摩擦化が達成されると本発明者は推測している。
ついで、本態様にかかる熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物をその構成成分ごとにより詳細に説明する。
<イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)>
イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)は、ジフェニルメタンジイソシアネート(C)と、エステルユニットを有するポリオール(D)と、を含む。
<<ジフェニルメタンジイソシアネート(C)>>
ジフェニルメタンジイソシアネート(C)としては、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、2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネートが挙げられ、これらの1種または2種以上を用いることができる。ジフェニルメタンジイソシアネート(C)としては特に限定されるものでないが、高温下での機械物性の低下抑制の観点から、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートが特に好ましい。
また、ジフェニルメタンジイソシアネート(C)は、他のポリイソシアネートと併用して使用することもできる。ただし、ジフェニルメタンジイソシアネート(C)は、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)中のイソシアネート全量に対して、60質量%以上含まれていることが好ましく、更に80質量%以上含まれていることが特に好ましい。
<<他のポリイソシアネート>>
他のポリイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、水素添加トリメチルキシリレンジイソシアネート、2-メチルペンタン-1,5-ジイソシアネート、3-メチルペンタン-1,5-ジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレン-1,6-ジイソシアネート等の脂肪族および脂環族ジイソシアネート;ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、4,4’-ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、4,4’-ジベンジルジイソシアネート、1,5-ナフチ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、トリレン-2,4-ジイソシアネート、トリレン-2,6-ジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;オルトキシリレンジイソシアネート、メタキシリレンジイソシアネート、パラキシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の難黄変ジイソシアネート;これらのウレタン変性体、ウレア変性体、カルボジイミド変性体、ウレトンイミン変性体、ウレトジオン変性体、イソシアヌレート変性体、アロファネート変性体;等が挙げられる。
<<エステルユニットを有するポリオール(D)>>
エステルユニットを有するポリオール(D)は、水酸基価が30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下である。ポリオール(D)としては、特に限定されるものではないが、得られるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)の性状や品質の観点より、水酸基価が30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、かつ、平均官能基数が2~3であるポリオールから選ばれる少なくとも1種類であることがより好ましい。
水酸基価が30KOHmg/g未満の場合は、ポリオール自体の粘度が高く、その結果、得られるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)の粘度が高くなり過ぎて、金型等への注型性が悪化して使用が難しくなる。
水酸基価が120KOHmg/gを超える場合は、得られる成型物の外観が白濁化し難くなり、十分に摩擦力を軽減することができなくなる。また、水酸基価が120KOHmg/gを超える場合は、ポリオール(D)の元原料となる分子量300以下のモノマーポリオールのポリオール(D)中の残存量が多くなり、残存した分子量300以下のモノマーポリオールと、ジフェニルメタンジイソシアネート(C)と、からなる反応物の凝集が発生してしまう。この凝集によって高粘度化や濁度が発生し不安定なイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)となり、品質が安定しないものになってしまう。
なお、2種類以上のポリオールを用いる場合は、ポリオール(D)の水酸基価として、当該2種類以上のポリオールの配合比率に従った平均水酸基価Xav(KOHmg/g)を用いる。
例えば、ポリオール(D)として2種類のポリオール(d1)、ポリオール(d2)を用いる場合、ポリオール(d1)の水酸基価をX(KOHmg/g)、配合比率をm、ポリオール(d2)の水酸基価をX(KOHmg/g)、配合比率をmとしたとき、ポリオール(D)の平均水酸基価Xav(KOHmg/g)は、以下の式で表される。
平均水酸基価Xav = X×(m/(m+m)) + X×(m/(m+m))
ポリオール(D)の具体例としては、例えば、下記ポリエステルポリオール(d-1)、ポリカプロラクトンポリオール(d-2)、ポリカーボネートポリオール(d-3)のポリエステルポリオールを挙げることができる。
<<<ポリエステルポリオール(d-1)>>>
ポリエステルポリオール(d-1)としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、グルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,4-シクロヘキシルジカルボン酸、α-ハイドロムコン酸、β-ハイドロムコン酸、α-ブチル-α-エチルグルタル酸、α,β-ジエチルサクシン酸、マレイン酸、フマル酸等のジカルボン酸;またはこれらの無水物;等の1種類と、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールAのエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド付加物、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール;等の分子量500以下の低分子ポリオール類の1種類以上と、の縮重合反応から得られるポリオールを挙げることができる。
また、低分子ポリオールの一部をヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、モノエタノールアミン等の低分子ポリアミンや低分子アミノアルコールに代えて得られるポリエステル-アミドポリオールを使用することもできる。
<<<ポリカプロラクトンポリオール(d-2)>>>
ポリカプロラクトンポリオール(d-2)としては、例えば、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールAのエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド付加物、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の分子量500以下の低分子ポリオール類から選ばれる1種類以上のポリオールを開始剤として、ε-カプロラクトン、β-ブチロラクトン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトンなどの環状エステル類を開環付加させることにより得られる、ポリカプロラクトンポリオールを使用することができる。
<<<ポリカーボネートポリオール(d-3)>>>
ポリオール(D)としては、ポリカーボネートポリオール(d-3)を用いることもできる。
ポリカーボネートポリオール(d-3)としては、例えば、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールAのエチレンオキサイドやプロピレンオキサイド付加物、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の低分子ポリオールの1種類以上と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のジアルキルカーボネート類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のアルキレンカーボネート類;ジフェニルカーボネート、ジナフチルカーボネート、ジアントリルカーボネート、ジフェナントリルカーボネート、ジインダニルカーボネート、テトラヒドロナフチルカーボネート等のジアリールカーボネート類;と、の脱アルコール反応や脱フェノール反応から得られるものを挙げることができる。
また、ポリオール(D)には、性能が低下しない範囲で、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、シリコーンポリオール、ヒマシ油系ポリオール、フッ素系ポリオール、モノマーポリオールを単独で、または2種以上で併用することができる。これらのポリオールについては後述する。
<<反応制御剤(G)>>
イソシアネート基末端プレポリマー(A)は、ジフェニルメタンジイソシアネート(C)と、ポリオール(D)と、から調製できるものであれば、何ら制限はない。また、イソシアネート基末端プレポリマー(A)には必要に応じて反応抑制剤(G)を添加してもよい。
反応抑制剤(G)は、特に限定されるものではない。反応抑制剤(G)としては、例えば、亜リン酸エステル系、酸性リン酸エステル系、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸系等が挙げられる。
亜リン酸エステル系としては、トリフェニルホスフェート、トリデシルホスフェート、ジブチルハイドロジエンホスフェート等である。
酸性リン酸エステル系としては、ブチルアシッドホスフェート、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート、イソデシルアシッドホスフェート等である。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸系としては、ジ(C12-15)パレス-2リン酸、ジ(C12-15)-パレス4リン酸、ジ(C12-15)-パレス6リン酸、ジ(C12-15)-パレス8リン酸、ジ(C12-15)-パレス10リン酸、リン酸(モノ,ジ)ポリエチレングルコール(3EO)C10-14アルコール、ポリオキシエチレントリデシルエーテルリン酸エステル、リン酸(モノ,ジ)ポリエチレングリコール(4EO)4-ノニルフェニル等である。
<<NCO含量>>
イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)のNCO含量は、5質量%以上25質量%以下が好ましい。NCO含量が5質量%以上25質量%以下であると、プレポリマーの粘度が過剰に高くなることを高度に抑制でき、注型時の流れ性がより良好になるとともに、保存時および使用時の性状安定性がより良好になるため、安定した産業機械部品を得やすくなり、成型不良の発生をさらに抑制できる。
<イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)の製造方法>
イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)の製造方法として特に制限はないが、以下の製造方法が好ましい。
撹拌容器内にジフェニルメタンジイソシアネート(C)、反応抑制剤(G)を投入し撹拌後、容器内の温度を40~70℃に保ちながら、ポリオール(D)を投入し撹拌する。更に必要に応じ、酸化防止剤、消泡剤を投入して撹拌する。続いて攪拌容器内の温度を70~90℃に保ちながら、2~5時間程度ウレタン化反応を進めるとイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)を得ることができる。
<水酸基末端硬化剤(B)>
水酸基末端硬化剤(B)は、エーテルユニットを有するポリオール(E)を含む。ポリオール(E)は、水酸基価が30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下である。
水酸基末端硬化剤(B)は、さらに分子量300以下のモノマーポリオール(F)を含むことが好ましい。
<<エーテルユニットを有するポリオール(E)>>
ポリオール(E)は、水酸基価が30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下である。
水酸基価が30KOHmg/g未満の場合は、ポリオール自体の粘度が高く、このため得られる水酸基末端硬化剤(B)の粘度が高くなり過ぎて、金型等への注型性が悪化し使用が難しくなる。更には、ポリオール分子量300以下のモノマーポリオール(F)を併用した水酸基価末端硬化剤(B)の場合、水酸基価が30KOHmg/g未満であると相溶性が悪化し、不均一になる、各成分が経時で分離する等の問題が生じる。
また、水酸基価が120KOHmg/gを超える場合は、得られる成型物の外観が白濁化し難くなり、十分に摩擦力を軽減することができなくなる。
なお、2種類以上のポリオールを用いる場合は、ポリオール(E)の水酸基価として、配合比率に従った平均水酸基価Yav(KOHmg/g)を用いる。
例えば、ポリオール(E)として2種類のポリオール(e1)、ポリオール(e2)を用いる場合、ポリオール(e1)の水酸基価をY(KOHmg/g)、配合比率をn、ポリオール(e2)の水酸基価をY(KOHmg/g)、配合比率をnとしたとき、ポリオール(D)の平均水酸基価Yav(KOHmg/g)は、以下の式で表される。
平均水酸基価Yav = Y×(n/(n+n)) + Y×(n/(n+n))
ポリオール(E)としては、特に限定されるものではないが、水酸基末端硬化剤(B)の性状や品質、低摩擦化の観点より、水酸基価が30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、かつ、平均官能基数が2~3のポリオールから選ばれる少なくとも1種類であることがより好ましい。
ポリオール(E)の具体例としては、例えば、下記(E-1)、(E-2)のポリエーテルポリオールを挙げることができる。
<<<ポリオール(E-1)>>>
エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールA、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の低分子ポリオール類;エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トルエンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、キシリレンジアミン等の低分子ポリアミン類;等のような活性水素基を2個以上、好ましくは2~3個有する化合物を開始剤として、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のようなアルキレンオキサイド類を付加重合させることによって得られるポリエーテルポリオール。
<<<ポリオール(E-2)>>>
メチルグリシジルエーテル等のアルキルグリシジルエーテル類;フェニルグリシジルエーテル等のアリールグリシジルエーテル類;テトラヒドロフラン等の環状エーテルモノマー;を開環重合することで得られるポリエーテルポリオール。
また、ポリオール(E)には、性能が低下しない範囲で、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、シリコーンポリオール、ヒマシ油系ポリオール、フッ素系ポリオール、モノマーポリオールを単独、または2種以上を併用することができる。
<<ポリオレフィンポリオール>>
ポリオレフィンポリオールとしては、例えば水酸基を2個以上有するポリブタジエン、水素添加ポリブタジエン、ポリイソプレン、水素添加ポリイソプレン等を挙げることができる。
<<アクリルポリオール>>
アクリルポリオールとしては、例えばアクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステル〔以下(メタ)アクリル酸エステルという〕のアクリルモノマーと、分子内に反応点となりうる1個以上の水酸基を有するアクリル酸ヒドロキシ化合物および/またはメタクリル酸ヒドロキシ化合物〔以下(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物という〕のアクリルモノマーと、が共重合したものが挙げられる。アクリルモノマーの共重合は、重合開始剤を使用し、熱エネルギーや紫外線または電子線などの光エネルギー等を付与して行うことができる。
<<<(メタ)アクリル酸エステル>>>
(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、炭素数1~20のアルキルエステルを挙げることができる。このような(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸-2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸の脂環式アルコールとのエステル;(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸アリルエステル;を挙げることができる。このような(メタ)アクリル酸エステルは、単独で、または2種類以上組み合わせて用いることができる。
<<<(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物>>>
(メタ)アクリル酸ヒドロキシ化合物としては、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート(C)等のポリイソシアネートとの反応点となりうる、分子内に1個以上の水酸基を有するものが挙げられる。具体的には、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート、3-ヒドロキシ-2,2-ジメチルプロピルアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートなどのアクリル酸ヒドロキシ化合物;2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、4-ヒドロキシブチルメタクリレート、3-ヒドロキシ-2,2-ジメチルプロピルメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレートなどのメタクリル酸ヒドロキシ化合物;等が挙げられる。これらアクリル酸ヒドロキシ化合物および/またはメタクリル酸ヒドロキシ化合物は、単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
<<<重合開始剤>>>
重合開始剤は、熱重合開始剤、光重合開始剤を挙げることができ、重合方法によって適宜選択される。
熱重合開始剤としては、例えば、ジ-2-エチルヘキシルペルオキシジカーボネート等のペルオキシジカーボネート類;t-ブチルペルオキシベンゾエート、t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t-ヘキシルペルオキシイソプロピルカーボネート等のペルオキシエステル類;ジ(t-ブチルペルオキシ)-2-メチルシクロヘキサン、ジ(t-ブチルペルオキシ)3,3,5-トリメチルシクロヘキサンおよびジ(t-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン等のペルオキシケタール類;などが挙げられる。
光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、メトキシアセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、p-ジメチルアミノアセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、α-ヒドロキシ-α,α’-ジメチルアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-シクロヘキシルアセトフェノン、2-メチル-1[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モンフォリノプロパノン-1等のアセトフェノン類;ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルブチルエーテル等のベンゾインエーテル類、ベンゾフェノン、2-クロロベンゾフェノン、p,p’-ジクロロベンゾフェノン、N,N’-テトラメチル-4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン等のケトン類;チオキサンソン、2-クロロチオキサンソン、2-メチルチオキサンソン等のチオキサンソン類;ビスアシルホスフィンオキサイド、ベンゾイルホスフィンオキサイド等のホスフィン酸化物;ベンジルジメチルケタール等のケタール類;カンファン-2,3-ジオン、フェナントレンキノン等のキノン類;などが挙げられる。
<<シリコーンポリオール>>
シリコーンポリオールとしては、例えば、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどを重合したビニル基含有シリコーン化合物、および分子中に少なくとも1個の末端水酸基を有する、α,ω-ジヒドロキシポリジメチルシロキサン、α,ω-ジヒドロキシポリジフェニルシロキサン等のポリシロキサンが挙げられる。
<<ヒマシ油系ポリオール>>
ヒマシ油系ポリオールとしては、例えば、ヒマシ油脂肪酸とポリオールとの反応により得られる線状または分岐状ポリエステルポリオールが挙げられる。また、脱水ヒマシ油、一部分を脱水した部分脱水ヒマシ油、水素を付加させた水添ヒマシ油等も使用することができる。
<<フッ素系ポリオール>>
フッ素系ポリオールとしては、例えば、含フッ素モノマーとヒドロキシ基を有するモノマーとを必須成分として共重合反応により得られる線状、または分岐状のポリオールである。ここで、含フッ素モノマーとしては、フルオロオレフィンであることが好ましく、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、トリクロロフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、トリフルオロメチルトリフルオロエチレン等が挙げられる。また、ヒドロキシル基を有するモノマーとしては、例えば、ヒドロキシエチルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル、シクロヘキサンジオールモノビニルエーテル等のヒドロキシアルキルビニルエーテル;2-ヒドロキシエチルアリルエーテル等のヒドロキシアルキルアリルエーテル;ヒドロキシアルキルクロトン酸ビニル等のヒドロキシル基含有カルボン酸ビニル;アリルエステル等のヒドロキシル基を有するモノマー;等が挙げられる。
<<モノマーポリオール(F)>>
水酸基末端硬化剤(B)としてモノマーポリオール(F)と、ポリオール(E)と、を併用した場合、モノマーポリオール(F)と、ジフェニルメタンジイソシアネート(C)と、からなるハードセグメントの凝集が発生する。この凝集によって低摩擦化により有利なミクロ層分離が生じやすくなると本発明者は推測している。水酸基末端硬化剤(B)としてモノマーポリオール(F)と、ポリオール(E)と、を併用すると、得られる熱硬化性ポリウレタンエラストマーの成型物の外観がより白濁化して、低摩擦化することができる。
モノマーポリオール(F)としては、例えば、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビスフェノールA、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。これらの中でも、白濁化のしやすさの観点から、モノマーポリオール(F)として、エチレングルコールを用いることが好ましい。
<<触媒(H)>>
水酸基末端硬化剤(B)は、必要に応じて触媒(H)が添加されていてもよい。触媒(H)は、特に限定されるものでないが、機械物性や成形加工性を向上させる観点から、ポリウレタン用ウレタン化触媒(H1)が好ましい。
なお、必要に応じて、ポリウレタン用ヌレート化触媒(H2)、ポリウレタン用アロファネート化触媒(H3)を併用、または単独使用することもできる。
<<<ポリウレタン用ウレタン化触媒(H1)>>>
ウレタン化反応で使用されるポリウレタン用ウレタン化触媒(H1)としては、従来公知の触媒から適宜選択して用いることができ、例えば、アミン系触媒、イミダゾール系触媒、ジアザシクロアミン塩系触媒、金属系触媒等が挙げられる。
アミン系触媒としては、例えば、トリエチレンジアミン、2-メチルトリエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルプロピレンジアミン、N,N,N’,N”,N”-ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N’,N”,N”-ペンタメチル-(3-アミノプロピル)エチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”-ペンタメチルジプロピレントリアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテル、ジメチルエタノールアミン、ジメチルイソプロパノールアミン、ジメチルアミノエトキシエタノール、N,N-ジメチル-N’-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、N,N-ジメチル-N’-(2-ヒドロキシエチル)プロパンジアミン、ビス(ジメチルアミノプロピル)アミン、ビス(ジメチルアミノプロピル)イソプロパノールアミン等が挙げられる。
イミダソール系触媒としては、例えば、1-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1-イソブチル-2-メチルイミダゾール、1-ジメチルアミノプロピルイミダゾール、N,N-ジメチルヘキサノールアミン、N-メチル-N’-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン、1-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾール、1-(2-ヒドロキシプロピル)イミダゾール、1-(2-ヒドロキシエチル)-2-メチルイミダゾール、1-(2-ヒドロキシプロピル)-2-メチルイミダゾール等が挙げられる。
ジアザシクロアミン塩系触媒としては、例えば、1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)-ウンデセン-7あるいは1,5-ジアザヒシクロ(4,3,0)-ノネン-5と、オクチル酸、オレイン酸、p-トルエンスルホン酸、ギ酸、フェノール酸、オルソフタル酸、酢酸、マレイン酸あるいはホウ酸と、からなるジアザシクロアミン塩等が挙げられる。
金属系触媒としては、例えば、スタナスジアセテート、スタナスジオクトエート、スタナスジオレエート、スタナスジラウレート、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジクロライド、ジオクチル錫ジラウレート等の有機スズ触媒や、オクチル酸ニッケル、ナフテン酸ニッケル、オクチル酸コバルト、ナフテン酸コバルト、オクチル酸ビスマス、ナフテン酸ビスマス等が挙げられる。
また、これらのポリウレタン用ウレタン化触媒(H1)は、単独、または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、ポリウレタン用ウレタン化触媒(H1)の使用量は、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)と水酸基末端硬化剤(B)との総和質量に対して、0.001質量%以上0.5質量%以下の範囲で用いられることが好ましく、中でも、反応制御の容易さという観点から、0.005質量%以上0.10質量%以下の範囲で用いられることがより好ましい。
<<<ポリウレタン用ヌレート化触媒(H2)>>>
ヌレート化反応で使用されるポリウレタン用ヌレート化触媒(H2)としては、従来公知の触媒から適宜選択して用いることができ、例えば、第三級アミン、第四級アンモニウム炭酸水素塩、第四級アンモニウム炭酸塩、ヒドロキシアルキルアンモニウムのハイドロオキサイド、カルボン酸のアルカリ金属塩等が挙げられる。
第三級アミンとしては、例えば、トリエチルアミン、N-エチルピペリジン、N,N’-ジメチルピペラジン、N-エチルモルフォリン、フェノール化合物のマンニッヒ塩基等が挙げられる。
第四級アンモニウム炭酸水素塩としては、例えば、テトラメチルアンモニウム炭酸水素塩、メチルトリエチルアンモニウム炭酸水素塩、エチルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、プロピルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ブチルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ペンチルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ヘキシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ヘプチルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、オクチルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ノニルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、デシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ウンデシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ドデシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、トリデシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、テトラデシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ヘプタデシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ヘプタデシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、オクタデシルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、(2-ヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウム炭酸水素塩、ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム炭酸水素塩、1-メチル-1-アザニア-4-アザビシクロ[2.2.2]オクタニウム炭酸水素塩、1,1-ジメチル-4-メチルピペリジニウム炭酸水素塩等が挙げられる。
第四級アンモニウム炭酸塩としては、例えば、テトラメチルアンモニウム炭酸塩、メチルトリエチルアンモニウム炭酸塩、エチルトリメチルアンモニウム炭酸塩、プロピルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ブチルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ペンチルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ヘキシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ヘプチルトリメチルアンモニウム炭酸塩、オクチルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ノニルトリメチルアンモニウム炭酸塩、デシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ウンデシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ドデシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、トリデシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、テトラデシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ヘプタデシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、ヘプタデシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、オクタデシルトリメチルアンモニウム炭酸塩、(2-ヒドロキシプロピル)トリメチルアンモニウム炭酸塩、ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム炭酸塩、1-メチル-1-アザニア-4-アザビシクロ[2,2,2]オクタニウム炭酸塩、1,1-ジメチル-4-メチルピペリジニウム炭酸塩等が挙げられる。
ヒドロキシアルキルアンモニウムのハイドロオキサイドとしては、例えば、トリメチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリメチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリエチルヒドロキシエチルアンモニウム等のハイドロオキサイドが挙げられる。
カルボン酸のアルカリ金属塩としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸、カプリン酸、吉草酸、オクチル酸、ミリスチン酸、ナフテン酸等のカルボン酸のアルカリ金属塩が挙げられる。また、これらに用いるアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等が挙げられる。
ポリウレタン用ヌレート化触媒(H2)としては、カリウム塩や第四級アンモニウム塩が好ましい。
また、これらのポリウレタン用ヌレート化触媒(H2)は、単独、または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、ヌレート化触媒(H2)の使用量は、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)と水酸基末端硬化剤(B)との総和質量に対して、0.001質量%以上0.5質量%以下の範囲であることが好ましく、中でも、反応制御の容易さという観点から、0.005質量%以上0.10質量%以下の範囲であることがより好ましい。
<<<ポリウレタン用アロファネート化触媒(H3)>>>
アロファネート化反応で使用されるポリウレタン用アロファネート化触媒(H3)としては、従来公知の触媒から適宜選択して用いることができ、例えば、カルボン酸の金属塩やアルカノールアミンを用いることができる。
カルボン酸の金属塩を構成するカルボン酸としては、例えば、モノカルボン酸類、ポリカルボン酸類などが挙げられる。
モノカルボン酸類としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸、オクチル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、2-エチルヘキサン酸等の飽和脂肪族カルボン酸;シクロヘキサンカルボン酸、シクロペンタンカルボン酸等の飽和単環カルボン酸;ビシクロ(4.4.0)デカン-2-カルボン酸等の飽和複環カルボン酸;ナフテン酸等の上述したカルボン酸の混合物;オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、大豆油脂肪酸、トール油脂肪酸等の不飽和脂肪族カルボン酸;ジフェニル酢酸等の芳香脂肪族カルボン酸;安息香酸、トルイル酸等の芳香族カルボン酸;などが挙げられる。
ポリカルボン酸類としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、クルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,4-シクロヘキシルジカルボン酸、α-ハイドロムコン酸、β-ハイドロムコン酸、α-ブチル-α-エチルグルタル酸、α,β-ジエチルサクシン酸、マレイン酸、フマル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等が挙げられる。
カルボン酸の金属塩を構成する金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;マグネシウム、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属;スズ、鉛等のその他の典型金属;マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム等の遷移金属;などが挙げられる。
アルカノールアミンの具体例としては、N,N,N,N’-トリメチルアミノエチルエタノールアミン、N,N-ジメチルアミノエトキシエタノール等が挙げられる。
ポリウレタン用アロファネート化触媒(H3)としては、N,N,N,N’-トリメチルアミノエチルエタノールアミンやN,N-ジメチルアミノエトキシエタノールが好ましい。
また、これらのポリウレタン用アロファネート化触媒(H3)は、単独、または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、アロファネート化触媒(H3)の使用量は、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)と水酸基末端硬化剤(B)との総和質量に対して、0.001質量%以上0.5質量%以下の範囲で用いられることが好ましく、中でも、反応制御の容易さという観点から、0.005質量%以上0.10質量%以下の範囲で用いられることがより好ましい。
<その他の成分>
本態様にかかる熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物は、さらに必要に応じて、添加剤として、酸化防止剤、消泡剤、紫外線吸収剤等を含んでいてもよい。
<エステルユニットを有するポリオール(D)、エーテルユニットを有するポリオール(E)>
熱硬化性ポリウレタン形成性組成物は、ポリオール(D)と、ポリオール(E)とを含み、摩擦力の低減の観点から、前記ポリオール(D)の水酸基価と、前記ポリオール(E)の水酸基価と、の総和が、200以下であることが好ましく、更に120以下であることが特に好ましい。
すなわち、ポリオール(D)の水酸基価をX[KOHmg/g]、前記ポリオール(E)の水酸基価をY[KOHmg/g]としたとき、その総和(X+Y)が200以下であることが好ましく、120以下であることがより好ましい。
前記の水酸基価の総和(X+Y)が、200を超える場合は、得られる成型物の外観が十分に白濁化せずに、摩擦力を十分に低減することができない。
熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の全量中、ポリオール(D)の質量Wと、ポリオール(E)の質量Wとの比(W/W)が、20/80以上90/10以下であることが好ましく、40/60以上70/30以下であることが特に好ましい。比(W/W)が所定の範囲内であると、より効率よく非相溶性を向上させることができ、摩擦力がさらに低減される。
[熱硬化性ポリウレタンエラストマー]
熱硬化性ポリウレタンエラストマーは、上述した熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の硬化物を含む。
<熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の硬化物(熱硬化ポリウレタンエラストマー、成型物)の製造方法>
本態様においては、これまでに述べた熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を用いて、成形型内において硬化処理(具体的には、加熱により硬化を促進する処理)を行い、ウレタン化、およびヌレート化、アロファネート化結合を有する熱硬化ポリウレタンエラストマー成型物を製造する。
この場合、本発明の一態様にかかる熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を用いて、本発明の一態様にかかる熱硬化性ポリウレタンエラストマー成型物を製造する方法としては、以下のような(1)~(4)を含む方法が好ましい。
(1):イソシアネート基末端プレポリマー(A)と水酸基末端硬化剤(B)を均一に混合して熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を調製する。ただし、予め水酸基末端硬化剤(B)に触媒(H)を含有させない場合は、触媒(H)を別途添加する。なお、空気を巻き込み気泡が見られる場合は、真空脱泡等で気泡を取り除く。これらは、専用のポリウレタン注型機を用いることが好ましい。
(2):プレヒートした成形型に該形成性組成物を混合後直ちに成形型内に注入し(注型)、該形成性組成物を成形型内で硬化処理を行う(具体的には、加熱して硬化反応させる)。この場合、成形型の温度はウレタン化反応、およびヌレート化、アロファネート化反応を容易に且つ確実に行わせる条件であるという観点から、90℃以上150℃以下の範囲であることが好ましい。
(3):形成性組成物が硬化した後、硬化物(即ち、熱硬化ポリウレタンエラストマー、成型物)を成形型内から取り出す(脱型)。なお、本態様においては、前記の注型から脱型までに要する時間は、特に限定されるものではないが、熱硬化性ポリウレタンエラストマーの生産性という観点から触媒量や成形型のプレヒート温度を調整し、1分以上180分以下の範囲であることが好ましい。
(4):硬化後、熱硬化性ポリウレタンエラストマー成形物(産業機械部品)を脱型した後、室温で一週間エージング処理を行う。ここで、室温とは一般的な作業環境であれば特に制限はないが、例えば、20℃以上25℃以下を意味する。
なお、注型時における水酸基末端硬化剤(B)のOH基含量と、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)のNCO基含量と、のモル比(OH基/NCO基)は、選択した触媒種や目的の物性に応じて選択することができる。
例えば、ウレタン化触媒(H1)を単独で用いる場合は、モル比(OH基/NCO基)が0.8以上1.0以下であることが好ましい。0.8以上1.0以下である場合は、十分な分子延長が行えて硬化不足、物性低下等の問題の発生をさらに抑制することができる。
また、ポリウレタン用ヌレート化触媒(H2)やポリウレタン用アロファネート化触媒(H3)を用いる場合は、モル比(OH基/NCO基)が0.2以上0.8以下であることが好ましい。この場合、ウレタン化触媒(H1)を併用することもできる。0.2以上0.8以下である場合は、架橋点をより適切な量とすることができる。すなわち、過剰イソシアネートによるヌレート化やアロファネート化が極端に多くなることを抑制できるため、架橋点の増加による著しい引張物性値の低下を抑制することができる。また、ヌレート化やアロファネート化による架橋点が極端に少なくなることを抑制できるため、初期モジュラス(M100)の低下によって引き起こされる応力に対する変形量の増大を抑制し、硬度に対する強度がより高めることができる。
[熱硬化性ポリウレタンエラストマー]
本発明の一態様にかかる熱硬化性ポリウレタンエラストマーは、上述した熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を硬化処理して得られた硬化物である。
[産業機械部品、産業機械部品の製造方法]
本発明の一態様にかかる産業機械部品は、上述した熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を硬化処理して得られた硬化物であり、JIS-A硬度が70°以上98°以下であり、かつ、動摩擦係数が0.8以下である。JIS-A硬度が70°以上95°以下であることが好ましい。また、静止摩擦係数が0.8以下であることが好ましい。
産業機械部品の具体例としては、ロール、ローラー、伝導ベルト、ワイパー、スクイージー等が挙げられる。特に、低摩擦化要求される、もしくは、連続運転で温度が上昇して高温となる産業機械物品であって、優れた機械強度や耐久性を要するものが好適な例として挙げられる。
本発明の一態様にかかる産業機械部品の製造方法は、上述した熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を90℃以上150℃以下で硬化処理して硬化物を得ることを含む。
本発明の一態様は、滑剤を用いることなく、もしくは、滑材の含有量を低減し、従来既存のウレタン原料を用いながらも、特定の組み合わせを取ることで低摩擦化がなされ、発熱や疲労が軽減されることで、優れた耐久性を有する熱硬化性ポリウレタンエラストマーの形成に資する熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を提供することができる。また、本発明の他の態様は、該熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を用いて、低摩擦化により、発熱や疲労が軽減されることで、優れた耐熱性および耐久性を有し、摩擦力が低減された熱硬化性ポリウレタンエラストマー、産業機械部品およびその製造方法を提供することができる。
本発明について、実施例、および比較例により、更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。実施例および比較例において、「%」は全て「質量%」を意味する。なお、実施例1~6のうち、実施例4は本発明の範囲に属しない参考例としての例である。
[実施例1~6、比較例1~6]
表1、および表2に示す各配合比率(質量)に従い、窒素を満たした5Lの攪拌容器内に各種イソシアネート(C)と反応抑制剤(G)、酸化防止剤を投入攪拌した。その後、攪拌容器内の温度を40~70℃に保ちながら各種ポリオール(D)を投入攪拌した。続いて、消泡剤を投入し攪拌容器内の温度を70~90℃に保ちながら、2~5時間程度ウレタン化反応を進めることで、各種イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)を得た。
また、表1、および表2に示す各配合比率(重量)に従い、窒素を満たした5Lの攪拌容器内に各種ポリオール(E)と各種触媒(H)、消泡剤を投入攪拌し、拌容器内の温度を40~70℃に保ちながら、1~3時間程度、混合攪拌することで、各種水酸基末端硬化剤(B)を得た。
表1、および表2に用いられる原料の略記号は以下の通り。
「ジフェニルメタンジイソシアネート(C)」
(1) モノメリックMDI;ミリオネートMT(東ソー社製)、4,4’-MDI、NCO含有量=33.6%
(2) ポリメリックMDI;ミリオネートMR-400(東ソー社製)、MDIの多核体等、NCO含有量=30.0%
「エステルユニット含有ポリオール(D)」
(3) 2f_PCL-4000;プラクセル240(ダイセル社製)、ポリカプロラクトンジオール、2官能、水酸基価=28.1 KOHmg/g
(4) 2f_PCL-3000;プラクセル230(ダイセル社製)、ポリカプロラクトンジオール、官能基数=2、水酸基価=37.4 KOHmg/g
(5) 2f_PCL-1000;プラクセル210(ダイセル社製)、ポリカプロラクトンジオール、官能基数=2、水酸基価=112.2 KOHmg/g
(6) 2f_PBA-2500;ニッポラン3027(東ソー社製)、ポリブチレンアジペート、官能基数=2、水酸基価=44.9 KOHmg/g
(7) 2f_PEA-2000;ニッポラン4040(東ソー社製)、ポリエチレンアジペート、官能基数=2、水酸基価=56.1 KOHmg/g
(8)2f_PBA-800;ニッポラン4056(東ソー社製)、ポリブチレンアジペート、官能基数=2、水酸基価=140.3 KOHmg/g
「エーテルユニット含有ポリオール(E)」
(9) 2f_PTMG-3000;PTMG-3000(三菱ケミカル社製)、ポリテトラメチレングリコール、官能基数=2、水酸基価=37.4 KOHmg/g
(10) 2f_PTMG-1000;PTMG-1000(三菱ケミカル社製)、ポリテトラメチレングリコール、官能基数=2、水酸基価=112.2 KOHmg/g
(11) 2f_PTMG-850;PTMG-850(三菱ケミカル社製)、ポリテトラメチレングリコール、官能基数=2、水酸基価=132.0 KOHmg/g
(12) 2f_PPG-4000;サンニックスPP-4000(三洋化成工業社製)、ポリオキシプロピレングリコール、官能基数=2、水酸基価=28.1 KOHmg/g
(13) 2f_PPG-2000;サンニックスPP-2000(三洋化成工業社製)、ポリオキシプロピレングリコール、官能基数=2、水酸基価=56.1 KOHmg/g
(14) 3f_PPG-1500;サンニックスGP-1500(三洋化成工業社製)、ポリオキシプロピレングリセリルエーテル、官能基数=3、水酸基価=112.2KOHmg/g
「分子量300以下のモノマーポリオール(F)」
(15) EG;エチレングリコール(三菱ケミカル社製)、水酸基価=1,808 KOHmg/g
(16) 1,4-BG;1,4-ブタンジオール(三菱ケミカル社製)、水酸基価=1,245 KOHmg/g
(17) TMP;トリメチロールプロパン(三菱瓦斯化学社製)、水酸基価=1,247 KOHmg/g
「触媒(H)」
(18) TEDA-L33E;TOYOCAT TEDA-L33E(東ソー社製)、トリエチレンジアミンとエチレングリコールの混合物
(19) TMR;DABCO TMR(Air Products and Chemicals, Inc.製)、四級アンモニウム塩触媒とエチレングリコールの混合物
(20) RX-5;TOYOCAT RX-5(東ソー社製)、トリメチルアミノエチルエタノールアミン
「その他・添加剤」
(21) PS-236;Phospholan PS-236(反応抑制剤、Akzo Nobel社製)、モノ・ジ(C10-12)パレス-5リン酸
(22) I-1010;イルガノックス1010(酸化防止剤、BASF製)ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]
(23) BYK-052;消泡剤、BYK Additives & Instruments製
表3、および表4に示す各キュア温度に従い、2mm厚、および3mm厚の平板シート作製用の注型金型を予めキュア温度に設定した恒温槽にて保温して準備しておく。
次に、表3、および表4に示す各配合比率(質量)に従って、予め70~90℃に保温したイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)と、予め40~60℃に保温した水酸基末端硬化剤(B)と、を2液混合ウレタン注型機により混合することにより、本発明の一態様にかかる熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を調製した。
直ちに、この組成物を予め各キュア温度に予熱された2mm厚、および3mm厚の平板シート形成用の注型金型に注入し(注型)、表3、および4に示す各キュア条件(温度×時間)に従い、加熱硬化させた後、この成型物を金型から取り出した(脱型)。その後、25℃の恒温室内で、1週間養生することにより、本発明の一態様にかかるポリウレタンエラストマー成型物(シート)を得た。
得られた成形シートの特性値を表5、および表6に示す。また、特性評価方法は以下の通り。
(1)JIS-A硬度;JIS K7312:1996 「7.硬さ試験」に準じ測定。
(2)引張強度(TB)、伸長率(EB);JIS K7312:1996 「5.引張試験」に準じ測定。
(3)静摩擦係数、動摩擦係数;表面性測定機 TYPE:38(新東科学社製)を用い、以下の条件に従い測定した。
試験片;3mm厚シートを長方形(5mm×50mm)のダンベルカッター(株式会社ダンベル製)で3本切り出し、カミソリ刃で切り出された3mm厚の面を試験面とした。
測定条件;測定冶具=ボール圧子(SUS、ステンレス鋼)、荷重=100g、テーブル移動速度=150mm/min、テーブル移動距離=10mm、往復回数=10回、測定雰囲気=温度23℃、湿度50RH%
試験値;往路10回の静摩擦係数、動摩擦係数の平均値を1サンプルの値とし、3サンプルの平均値で算出。
実施例1~6によれば、特有のイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーと特有の水酸基末端硬化剤とで、ブリードやブルームの発生リスクのある滑剤成分を導入することなく、既存のウレタン原料を用い、静摩擦係数、および動摩擦係数の低減が可能であった。
比較例1は、モノメリックMDI(C)と、水酸基価が28.1KOHmg/gのエステルユニットを有するポリカプロラクトンジオールと、を含む、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)を用いた場合の例である。前記ポリカプロラクトンジオールは、エステルユニットを有するが、水酸基価が30KOHmg/g未満であるため、得られたイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)は、動粘度が2400mm/sと高いものとなった。動粘度は、75℃環境下で、キャノン・フェンスケ粘度計#500(東京硝子器械社製)を用いて測定した。
これを用い金型注型し成型品を得たが、流れ性が悪く十分な面積の2mm厚シートを得ることができなかったため、引張物性の測定は中止した。3mm厚のシートの流れ性は十分とは言えないが、5mm×50mmの長方形に切り出すことが可能であった。得られた試験片の摩擦係数を確認した結果、静摩擦係数と、動摩擦係数とがともに、0.8を超え十分な値でなかった。
比較例2は、モノメリックMDI(C)と、水酸基価が140.3KOHmg/gのエステルユニットを有するポリブチレンアジペートと、を含むイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)を用いた場合の例である。前記ポリブチレンアジペートは、エステルユニットを有するが、水酸基価が120KOHmg/gを超えるため、得られたイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)は、強い濁りが発生し不均一となり貯蔵安定性が悪く、産業機械部品としての品質安定化に懸念が残る性状となった。
得られた試験片の摩擦係数を確認した結果、静摩擦係数と、動摩擦係数とがともに、0.8を超え十分な値でなかった。
比較例3は、水酸基価が28.1KOHmg/gのエーテルユニットを有するポリプロピレングリコールと、分子量300以下のモノマーポリオールである1,4-ブタンジオールと、トリメチロールプロパンと、を含む水酸基価末端硬化剤(B)を用いた場合の例である。前記ポリプロピレングリコールは、エーテルユニットを有するが、水酸基価が30KOHmg/g未満であるため、得られた水酸基価末端硬化剤(B)は、強い濁りが発生し不均一となり貯蔵安定性が悪く、産業機械部品としての品質安定化に懸念が残る性状となった。
得られた試験片の摩擦係数を確認した結果、静摩擦係数と、動摩擦係数とがともに、0.8を超え十分な値でなかった。
比較例4は、モノメリックMDI(C)と、水酸基価が112.2KOHmg/gのエステルユニットを有するポリカプロラクトンジオールと、を含むイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)、および、水酸基価が112.2KOHmg/gのエーテルユニットを有するポリテトラメチレングリコールと、分子量300以下のモノマーポリオールである1,4-ブタンジオールと、トリメチロールプロパンと、を含む水酸基価末端硬化剤(B)を用いた場合の例である。
前記ポリカプロラクトンジオールは、エステルユニットを有する水酸基価が30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下のポリオール(D)であり、前記ポリテトラメチレングリコールは、エーテルユニットを有する水酸基価が30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下のポリオール(E)であるが、これらのポリオールの水酸基価の総和が200KOHmg/gを超えるため、これらを用いて得られた熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の外観は、透明となった。
得られた試験片の摩擦係数を確認した結果、静摩擦係数と、動摩擦係数とがともに、0.8を超え十分な値でなかった。
比較例5は、水酸基価が132.01KOHmg/gのエーテルユニットを有するポリテトラメチレングリコールと、分子量300以下のモノマーポリオールである1,4-ブタンジオールと、トリメチロールプロパンと、を含む水酸基価末端硬化剤(B)を用いた場合の例である。
前記ポリテトラメチレングリコールは、エーテルユニットを有するが、水酸基価が120KOHmg/gを超えるため、これらを用いて得られた熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の外観は、透明となった。
得られた試験片の摩擦係数を確認した結果、静摩擦係数と、動摩擦係数とがともに、0.8を超え十分な値でなかった。
比較例6は、モノメリックMDI(C)と、水酸基価が44.91KOHmg/gのエステルユニットを有するポリブチレンアジペート(D)と、を含むイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)、および、水酸基価が112.2KOHmg/gのエステルユニットを有するポリカプロラクトンジオールと、分子量300以下のモノマーポリオールであるエチレングリコールと、トリメチロールプロパンと、を含む水酸基価末端硬化剤(B)を用いた場合の例である。
前記の水酸基末端硬化剤(B)は、エーテルユニットを有する水酸基価が30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下のポリオール(E)を用いずに、エステルユニットを有する水酸基価が30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下のポリオール(D)を用いたため、これらを用いて得られた熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の外観は、透明となった。
得られた試験片の摩擦係数を確認した結果、静摩擦係数と、動摩擦係数とがともに、0.8を超え十分な値でなかった。

Claims (6)

  1. イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)と、
    水酸基末端硬化剤(B)と、を含み、
    前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)は、
    ジフェニルメタンジイソシアネート(C)と、
    エステルユニットを有するポリオール(D)と、の反応生成物を含み、
    該ポリオール(D)の水酸基価は、30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、
    前記ポリオール(D)は、
    ポリエステルポリオール(d-1)およびポリカプロラクトンポリオール(d-2)である、または、
    ポリカプロラクトンポリオール(d-2)であり、
    前記水酸基末端硬化剤(B)は、
    エーテルユニットを有するポリオール(E)と、
    分子量300以下のモノマーポリオール(F)と、を含み、
    該ポリオール(E)の水酸基価は、30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、
    前記ポリオール(D)の水酸基価をX[KOHmg/g]、前記ポリオール(E)の水酸基価をY[KOHmg/g]としたとき、その総和(X+Y)が200以下である、
    熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物。
  2. イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)と、
    水酸基末端硬化剤(B)と、を含み、
    前記イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー(A)は、樹脂分が、
    ジフェニルメタンジイソシアネート(C)と、
    エステルユニットを有するポリオール(D)と、の反応生成物のみからなり、
    該ポリオール(D)の水酸基価は、30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、
    前記水酸基末端硬化剤(B)は、
    エーテルユニットを有するポリオール(E)と、
    分子量300以下のモノマーポリオール(F)と、を含み、
    該ポリオール(E)の水酸基価は、30KOHmg/g以上120KOHmg/g以下であり、
    前記ポリオール(D)は、
    ポリエステルポリオール(d-1)、
    リラクトンポリオール(d-2)、および、
    ポリカーボネートポリオール(d-3)、からなる群より選ばれる1種または2種以上であり、
    前記ポリエステルポリオール(d-1)は、
    フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、グルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,4-シクロヘキシルジカルボン酸、α-ハイドロムコン酸、β-ハイドロムコン酸、α-ブチル-α-エチルグルタル酸、α,β-ジエチルサクシン酸、マレイン酸、フマル酸;またはこれらの無水物;からなる群より選ばれる1種類と、
    エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、およびキシリレングリコール;からなる群より選ばれる1種類以上のポリオール、または該ポリオールの一部をヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、もしくはモノエタノールアミンに代えたものと、の縮重合物であり、
    前記ポリラクトンポリオール(d-2)は、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、およびペンタエリスリトール;からなる群より選ばれる1種類以上の開始剤に、ε-カプロラクトン、β-ブチロラクトン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、またはδ-バレロラクトンが開環付加した重合物であり、
    前記ポリカーボネートポリオール(d-3)は、
    エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、3,3-ジメチロールヘプタン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサン-1,4-ジオール、シクロヘキサン-1,4-ジメタノール、ダイマー酸ジオール、ビス(β-ヒドロキシエチル)ベンゼン、キシリレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、およびペンタエリスリトール;からなる群より選ばれる1種類以上と、
    ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジフェニルカーボネート、ジナフチルカーボネート、ジアントリルカーボネート、ジフェナントリルカーボネート、ジインダニルカーボネート、またはテトラヒドロナフチルカーボネートと、の脱アルコール反応物であり、
    前記ポリオール(D)の水酸基価をX[KOHmg/g]、前記ポリオール(E)の水酸基価をY[KOHmg/g]としたとき、その総和(X+Y)が200以下である、
    熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物。
  3. 熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の全量中、前記ポリオール(D)の質量Wと、前記ポリオール(E)の質量Wとの比(W/W)が、20/80以上90/10以下である、請求項1または2に記載の熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物の硬化物を含む、熱硬化ポリウレタンエラストマー。
  5. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱硬化ポリウレタンエラストマー形成性組成物の硬化物を含み、
    該硬化物は、
    JIS-A硬度が70°以上98°以下であり、
    動摩擦係数が0.8以下である、産業機械部品。
  6. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱硬化性ポリウレタンエラストマー形成性組成物を90℃以上150℃以下で硬化処理して硬化物を得ることを含む、産業機械部品の製造方法。
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