JPH0134527B2 - - Google Patents

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JPH0134527B2
JPH0134527B2 JP60226669A JP22666985A JPH0134527B2 JP H0134527 B2 JPH0134527 B2 JP H0134527B2 JP 60226669 A JP60226669 A JP 60226669A JP 22666985 A JP22666985 A JP 22666985A JP H0134527 B2 JPH0134527 B2 JP H0134527B2
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isocyanate
polyurethane
chain extender
mono
reaction
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JP60226669A
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Japanese (ja)
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JPS6250320A (en
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Furankurin Baagoin Junia Uiriamu
Patoritsuku Keishii Jerimaia
Deibitsudo Deikuson Deiru
Mirigan Baaton
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Air Products and Chemicals Inc
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Air Products and Chemicals Inc
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Publication date
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Publication of JPH0134527B2 publication Critical patent/JPH0134527B2/ja
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【発明の詳細な説明】 本発明はアルキル化芳香族ジアミンを架橋剤と
して用いるポリウレタン−尿素の製造に関するも
のである。 ポリウレタン−尿素エラストマーは様々な成型
品の製造産業において広範囲に利用されているも
のであり、このポリウレタン−尿素エラストマー
は有機ポリイソシアネートとこのイソシアネート
基と反応しうる活性水素原子を有する化合物より
製造される。活性水素原子を有する化合物として
は分子量400〜約12000の有機化合物であり、典型
的には、ポリエーテルまたはポリエステルポリオ
ールのタイプのポリオール類である。ポリウレタ
ンには数多くのタイプが存在するが、これらのポ
リウレタンを区別するために、しばしば、たとえ
ば、キヤステイング法によつて製造されるキヤス
トエラストマーと、反応射出成型と呼ばれている
技術によつて製造されるRIMエラストマーのよ
うに、製造方法によつて類別している。また、発
泡エラストマーについては、剛性及び可撓性の両
者ともにその性質によつて類別している。 反応射出成型(RIM)は今日、成型部品製造、
特に自動車工業において広く利用されているもの
で、この方法によつて製造することのできる成型
部品としてはたとえば、自動車のグリル、バンパ
ー、ヘツドライト及びテイルライトの支持台など
があり、通常、3〜10Kgまたはそれ以上の重さの
ものまでの大型の成型品がある。反応射出成型は
複数の流れの高速衝突によつて高反応性原料化合
物を機械的に混合し、得られる混合物を高速、か
つ、高圧の供給の手段、装置によつて極めて短い
時間内に型内に射出することからなる。この成型
においては、液状で、高反応性の原料物質の大量
のものが非常に短い時間内に型に導かれ、次いで
硬化される。その時間は通常は、約1〜5分であ
る。 反応射出成型(RIM)の方法は次のような特
許に記載されている。 米国特許第4218543号明細書は得られるウレタ
ン系に剛性を付与するために架橋剤
(crosslinker)または鎖伸長剤(chain
extender)として芳香族ジアミンを用いるメチ
レンジフエニルイソシアネート−ポリオール系の
RIM法を開示している。この米国特許に示され
た好適事例ではエチル基が各々のアミノ基のオル
ト位に配置されたジエチルトルエンジアミンが鎖
伸長剤として用いられている。この米国特許に開
示されているように、トルエンジアミン及び数多
くの他の芳香族ジアミン類は実際のRIM法にと
つてはあまりにも反応性が大きすぎるか、もしく
はあまりにも硬化時間が遅いのである。 米国特許第4374210号明細書はこの米国特許第
4218543号明細書に示されているワンシヨツト法
とは反対に、反応性イソシアネート物質のプレポ
リマーを用いる特殊なRIM法を開示している。
多くのポリイソシアネート−プレポリマーをこの
RIM法に用いることができるが、しかしながら、
すべてのものが、イソシアネートとしては4,
4′−メチレンビス(フエニルイソシアネート)を
基本型とするものである。アルキル基を置換基と
して各々のアミノ基に対してオルト位にもつ芳香
族ジアミンが鎖伸長剤として用いられている。こ
の方法に好ましい芳香族ジアミンの例としてはジ
エチルトルエンジアミンがある。 米国特許第4048105号明細書には芳香族ジイソ
シアネート、ポリオール、及び芳香族ジアミン鎖
伸長剤からのポリウレタン−尿素エラストマーの
製造が記載されている。このエラストマーは芳香
族ジイソシアネートとアルカンジオールとのプレ
ポリマーと、長鎖ポリオールを含有するポリオー
ルのブレンドとの反応によつて製造されている。 米国特許第4440952号にはイソプロピル基がア
ミノ基に対してオルト位にあるトルエンジアミン
のモノイソプロピル誘導体をポリウレタン−尿素
系の鎖伸長剤として用いることが示されている。 米国特許第4487908号には有機ポリイソシアネ
ート、ポリオール及び芳香族ジアミン鎖伸長剤か
らの反応射出成型ウレタンエラストマーの製造が
開示されている。この場合には、アルケニルコハ
ク酸無水物がポリマーの生強度(green
strength)の改善のための1種の添加剤として好
ましいものとされている。 また、種々の芳香族ジアミン類をポリウレタン
のエラストマー及びフオームの製造に用いること
を開示している数多くの特許があつて、これらの
特許には次のようなものがある。 米国特許第3752790号明細書は架橋ウレタン系
のための芳香族ジアミンとして塩素化トルエンジ
アミンを開示している。塩素原子の電気陰性が芳
香環の活性を低減させ、反応速度の遅延化をもた
らす。クロルトルエンジアミン誘導体が長い“ポ
ツトライフ(Pot life)”を有する処方物を必要
とする大量生産に好ましい。 米国特許第4365051号明細書はウレタン架橋剤
として、種々の芳香族アミンエステル類、及びニ
トリル類を開示している。たとえば、種々のアル
キルジアミノt−ブチルベンゾエート類、または
ジアミノt−アルキルベンゾニトリル類がある。
前述の米国特許第4218543号、及び米国特許第
4374210号各明細書とは対照的に、ニトリル及び
ベンゾエート基はアミノ基のメタ位にあり、オル
ト位にはない。ニトリル及びエステル基が芳香環
の活性を低減させ、処方物のポツトライフを延長
する。 米国特許第3428610号明細書はアルキル基がア
ミノ基のオルト位置に結合しているアルキル化ト
ルエンジアミンを用いる架橋ポリウレタンの製造
を開示している。この特許では数多くの有機ポリ
イソシアネートとポリオールがアルキル芳香族ト
ルエンジアミン鎖伸長剤による架橋に好適なもの
として示唆されている。 米国特許第3846351号明細書はポリウレタン−
尿素エラストマー製造の組成物のための鎖伸長剤
及び発泡触媒としてsec−芳香族アルキルジアミ
ン類を用いることを開示している。N,N′−ジ
−sec−ブチル−p−フエニルレンジアミンは鎖
伸長と触媒としての活性を持つアミンの一つの例
である。 欧州特許第0069286号明細書は鎖伸長剤として
のアルキル置換フエニルレンジアミンを含有する
気泡ポリウレタンを開示している。ここに示され
ているすべてのジアミン類はアミノ基に対してそ
れぞれオルトの位置にあるアルキル置換基を有し
ている。 米国特許第3280879号明細書はポリウレタン−
尿素エラストマーの鎖伸長剤としてN−モノ−ア
ルキル−芳香族ジアミンを用いることを開示して
いる。 また、さらに、米国特許第4482690号明細書は
本出願の先行技術に相当するものではないが、ポ
リウレタン−尿素の処方についての鎖伸長剤とし
てt−ブチルベンゼンジアミンを用いてポリウレ
タン−尿素エラストマーを製造する方法を開示し
ている。t−ブチルベンゼンアミノはウレタン処
法物により長い“ポツトライフ”を与え、かつ得
られるウレタン−尿素ポリマーに優れた引張りモ
ンジユラスを与える鎖伸長剤ジアミンとして示さ
れている。 本発明は有機ポリイソシアネートを、約400〜
12000の分子量を有しかつツエレビチノフ法によ
つて測定される少くとも2個の活性水素原子を有
する有機化合物及び鎖伸長剤としての芳香族ジア
ミンとを反応させてポリウレタン−尿素エラスト
マーを製造する方法の改良に関するものである。
その改良は鎖伸長剤またはその成分として、第3
アルキル基がアミノ基に対してオルトの位置にあ
るモノ−t−アルキルトルエンジアミンを用いる
ことにある。モノ−t−ブチル−トルエンジアミ
ンが置換ジアミンの1例として好ましい。 ポリウレタン−尿素エラストマーの製造に芳香
族の鎖伸長剤またはジアミン鎖伸長剤成分として
モノ−t−アルキルトルエンジアミンを用いる場
合には、多くの利点が得られる。それらの利点と
しては未置換芳香族ジアミンそしてモノ及びジア
ルキル置換トルエンジアミン系の両物質を用いる
場合に比べ、ポリウレタン−尿素エラストマー成
型組成物のポツトライフが延長されること:熱た
るみ(heat sag)の低減を含め、良好な物理的
特性をもつたポリウレタン−尿素エラストマーが
製造されること;エームズ試験において突然変異
誘発性の活性を示さない芳香族ジアミン鎖伸長剤
を用いることができるので取扱い上、及び加工上
の問題が軽減されること;トルエンジイソシアネ
ート系からのキヤステイング可能なエラストマー
を製造するに際しての方法上の多様性があるこ
と;反応射出成型(RIM)技術を用いる成型法
の自由度、可変性が大きいこと;及び、スキンコ
アの離層(delamination)なしに、熱サグの低
減されたエラストマーを得るために、ポリオール
に対して高レベルの鎖伸長剤を用いることができ
ることである。 第1〜2図は時間の関数として示された芳香族
ジアミンについてのレオロジ−試験データを示し
たものである。 第3及び4図はポリオール中の鎖伸長剤の濃度
に対する曲げモジユラスと熱不安定性を示したも
のである。 本発明の一般的態様としては(a)有機ポリイソシ
アネートを(b)ツエレビチノフの方法によつて測定
されるような活性水素原子を有している化合物及
び(c)芳香族アミン鎖伸長剤とを反応させることに
よつて、ポリウレタン−尿素エラストマーを製造
する。ツエレビチノフの方法は化合物中の活性水
素原子を定量する方法の1つであつて、ヨウ化メ
チルマグネシウムの溶液を化合物の溶液に加え、
発生したメタンを集めその体積を測定しそれから
化合物中の活性水素原子の数を計算する方法であ
る。 ウレタン尿素エラストマーの原料化合物として
用いられるポリイソシアネート反応成分(a)はポリ
ウレタン−尿素エラストマーの製造産業において
普通に用いられている脂肪族、脂環式、芳香脂肪
族、芳香族、そして複素環のイソシアネートの任
意のものを用いてもよい。一般原則としては、本
明細書に記載の鎖伸長剤系とともに芳香族のポリ
イソシアネートを用いるのが特に好ましい。これ
らのポリイソシアネートにはトルエン、2,4−
及び2,6−ジイソシアネートがある。他のもの
としてはフエニルジイソシアネート、ポリフエニ
ル−ポリメチレンポリイソシアネート、4,4′−
メチレンビス(フエニルイソシアネート)、ナフ
タレン−1,5−ジイソシアネート、シクロヘキ
セニル−1,4−ジイソシアネート、ジシクロヘ
キシルメタン−4,4−ジイソシアネート、ビス
(3−メチル−3−イソシアネートフエニル)メ
タン、ジアニシジンジイソシアネート、などがあ
る。これらのなかでは、4,4′−メチレンビス
(フエニルイソシアネート)(MDI)が好ましい
ものである。優れたRIM法特性を有しており、
処方物の取扱い上のリスクを軽減するものであ
る。 ポリウレタン−尿素エラストマーの製造に用い
られる反応成分(b)はツエレビチノフ法によつて測
定される少くとも2個の活性水素原子を有してい
る化合物である。典型的にはたとえば、ポリエー
テル、末端アミンポリオール及びポリエステルポ
リオールなどのポリオール類である。これらのポ
リオール化合物の分子量は約400〜12000、好まし
くは分子量は1000〜約6000の範囲である。ポリウ
レタンエラストマーの製造に適したポリオールの
例としては、ポリ(プロピレングリコール)、ポ
リ(エチレングリコール)、ポリ(テトラメチレ
ングリコール)などのポリエーテルポリオール、
ポリカルボン酸と種々のポリオールとの反応によ
つて製造されるポリエステルポリオールがある。
ポリエステルポリオール系はよく知られているも
のであり、たとえば、コハク酸、アジピン酸、フ
タル酸、イソフタル酸などのポリカルボン酸と、
グリセロール、エチレングリコール、プロピレン
グリコール、1,4−ブタンジオール、トリメチ
ロールプロパン、及びペンタエリスリトールなど
のポリオールから誘導されたものがある。また、
ポリエーテルポリオールもポリカルボン酸と反応
させてポリエステルポリオールとすることもでき
る。 本発明の態様においての芳香族アミン鎖伸長剤
は、第3アルキル基がアミノ基に対してオルト位
にあるモノ−t−アルキルトルエンジアミンであ
る。この置換誘導体もまた使用することができ
る。この芳香族アミンはポリウレタン尿素エラス
トマーの鎖伸長剤として、もしくはエラストマー
中に尿素基を与える鎖伸長剤の成分として用いら
れる。わずかの鎖伸長基がエラストマー中に“硬
質(hard)”部分を形成し、得られるポリウレタ
ン−尿素エラストマーの構造安定性と引張りモジ
ユラスを改善するのである。 本発明の目的を実現するためには、処方物中、
鎖伸長剤の少くとも50当量%、好ましくは100当
量%がモノ−t−ブチルトルエンジアミンであ
る。多くの場合、鎖伸長剤系の50当量%までが他
の芳香族ジアミンからなる。鎖伸長剤の種類と使
用割合については、反応速度の速いもの、あるい
は遅いもの等の所望の特性にもとづいて選択す
る。短鎖、もしくは長鎖のポリオールもまた鎖伸
長剤の混合物を生成するためにモノ−t−アルキ
ルトルエンジアミンとともに用いることができ
る。このようなポリオール類としては、エチレン
グリコール、プロピレングリコール、ブタンジオ
ール、グリセロール及びその他の慣用のものがあ
げられる。長鎖のポリオールは一般的には、鎖伸
長剤の成分としては好ましいものではないが、プ
レポリマーの処方には用いることができる。典型
的には、もしポリオールを鎖伸長剤系の一成分と
して用いるのであれば、遊離NCO当量の少くと
も25%、好ましくは少くとも75%は、t−アルキ
ルトルエンジアミンによつて供与する。“ワンシ
ヨツト”法が使用される場合には、この遊離
NCO含量は芳香族ジイソシアネートと活性水素
原子を有する有機化合物との反応の終了後におけ
る利用可能なNCOにもとづく。 本発明の方法において用いられるモノ−t−ア
ルキルトルエンジアミン化合物としては次の式で
示される化合物があげられる。 【式】【式】 【式】 式中、R1、R2及びR3は、C1〜C3アルキル基で
あるか、またはR2及びR3は一緒になつてC5〜C6
員環を形成する。 本発明が開示している組成物とこれまでの先行
技術のものとの重要な相違点は本発明のものが、
わずか一つのモノアルキル基を有し、このモノア
ルキル基が一つのアミノ基に対してオルトの位置
にあり、かつ、このアルキル基が第3−アルキル
基であることにある。前記のように、この芳香族
ジアミンには2,4−、2,6−、2,3−及び
3,4−ジアミノトルエンの誘導体が含まれる。
メチル基はこの場合1の位置にある。 本発明のトルエンジアミン化合物は芳香族炭化
水素のアルキル化と、その後のニトロ化反応を経
由してのアミノ化という手法とは対照的に、芳香
族トルエンジアミンのアルキル化によつて合成す
る。アミノ基に対して芳香族組成物中のアルキル
基がオルト位にあるものとするためには、芳香族
アミンに対してのアルキル化反応を行うことがで
きるからである。アルキル化を最初に行う場合、
つまり、芳香族アミンと異なり、芳香族炭化水
素、もしくはジニトロ芳香族炭化水素にアルキル
化反応を行うと、アルキル基はメチル基に対して
パラの位置に向かう。アミノ基に対してオルトの
位置が利用できる置換トルエンジアミンはアルキ
ル化することができる。前記イソシアネートの
NCO含量に対して不活性の置換基は未置換のt
−アルキルトルエンジアミンに比べて反応性の芳
香族ジアミンに変えることもできる。このような
置換基としては塩素原子のようなハロゲン原子、
エステル基などがある。しかし、好ましいのは置
換基を有しないものである。 アルキル化芳香族ジアミンの製造において、均
一触媒系を用いている技術が多いが、このような
技法は1−メチル−t−アルキル誘導体、たとえ
ば、1−メチル−5−t−ブチル−フエニレン−
2,4−ジアミンまたは1−メチル−3−t−ブ
チル−フエニレン−2,6−ジアミン組成物の製
造にとつて、特に適したものではない。 多くの均一触媒系は芳香族環に第3ブチル基を
導入するに十分な活性を有していない。 均一触媒系の使用については「J.Org.Chem.」
22、693(1957)の文献がある。 これまでの先行技術とは対照的に、t−ブチル
トルエンジアミンはC4〜C10オレフイン、たとえ
ばイソブチレン、イソアミレン、1−メチルシク
ロペンテン、1−メチルシクロヘキセン、2−メ
チル−2−ブテンを液相または気相で、酸性触媒
の存在下に約100〜250℃の温度でトルエンジアミ
ンと反応させることによつて製造する。反応に効
果的な圧力(ゲージ圧)は約1.06〜1.41Kg/cm2
(約15〜2000psig)好ましくは約7〜70Kg/cm2
(100〜1000psig)である。反応時間は通常は2〜
48時間とする。イソブチレンなどのオレフインと
トルエンジアミンとの反応モル比は約1〜10:1
である。反応を障げることになる反応器からの痕
跡量の酸素または水分を除去するために、窒素ま
たはその他の不活性ガスのパージを通常は行な
う。反応生成物はただちにこれまでに知られてい
る手法によつて回収する。まず最初、触媒を去
し、次いで生成物をもし必要ならば蒸留によつて
分離する。 本発明の実施に好適な酸性触媒は、固相にある
もので、これらの固体触媒には、シリカ−アルミ
ナ、モンモリロナイト、ケイソウ土、カオリン及
び天然もくしくは合成のゼオライトがある。これ
ら触媒物質のうち、シリカ−アルミナ及びゼオラ
イトが好ましいものである。特に、水素及び希土
類交換のモルデナイトまたはY型ゼオライトが好
適である。モンモリロナイト及びシリカ−アルミ
ナは、2,6−トルエンジアミン異性体から実質
量のジ−t−ブチルトルエンジアミンを製造する
ことを可能とし、この生成物はもし分離しないの
であれば、混合物の反応性を変化させることがで
きる。H−Y型ゼオライトは特にモノ−t−ブチ
ルトルエンジアミン生成物に選択的に作用する。 アルキル化アミン類はそれ自体ブレンドとし
て、たとえば、2,4−及び2,6−異性体の混
合物、もしくはその他のたとえば2,3−、3,
4−及び2,5−トルエンジアミン誘導体とさら
には他の芳香族ジアミン及びアルキル化ジアミン
類と組合せて用いてもよい。2,4−異性体が約
65〜80%及び2,6−異性体が20〜35%の重量比
からなるt−ブチル−2,4−及び2,6−ジア
ミントルエン異性体の混合物が効果的である。そ
の理由の一つは市販されている原料トルエンジア
ミンが通常約80%の2,4−異性体と20%の2,
6−異性体を微量、たとえば2〜5%の2,3−
及び3,4−t−アルキル誘導体の混合物ととも
に含有しているからである。第二の理由としては
65〜80重量%の5−t−ブチル−2,4−ジアミ
ノトルエン異性体と20〜35重量%の3−t−ブチ
ル−2,6−トルエンジアミン異性体との混合物
は2,4−異性体を単独で用いる場合、もしくは
ジエチルトルエンジアミンを用いる場合に比べて
より大きく、複雑で、精密な成型に必要とされる
反応時間の延長を少量の2,6−異性体が十分に
可能にすることから反応射出成型(RIM)に有
利であるからである。 さらに、この80/20混合物はウレタン処方物の
取扱いにおいて大きな柔軟性を与えることのでき
る過冷(supercooled)液体(mp.38℃)である。 添付図面からも分るように、3−t−ブチル−
2,6−ジアミノトルエン異性体及び5−t−ブ
チル−3,4−ジアミノトルエンは5−t−ブチ
ル−2,4−ジアミノトルエン異性体よりもウレ
タン系における活性が低い。その反応活性の故に
5−t−ブチル−2,4−ジアミノトルエンが使
用できない場合には、前者の異性体が多くの
RIM成型品の製造にそれぞれ用いることができ
る。 エラストマー製造の一般的方法は典型的には5
〜25重量%の遊離イソシアネートを含有するプレ
ポリマーを製造し、次いでこのプレポリマーを化
学量論量の芳香族アミン鎖伸長剤と反応させるこ
とよりなる。この方法においては、この範囲にあ
るプレポリマーの遊離イソシアネート含量は実施
される成型方法の種類によつて変わる。小さな硬
質の成型品の製造においてはたとえば、15〜23重
量%のより高い水準の遊離イソシアネートが許容
される。大型で軟質品の製造の場合には、たとえ
ば5〜15重量%のより低いイソシアネート含量が
必要である。 前述の米国特許第4374210号に示されているよ
うに、プレポリマーを経由する方法は、成型機に
供給される反応成分の量が実質的に等しいという
成型プロセスにとつての有利性を有している。 ウレタン−尿素エラストマーの製造に用いられ
る他の方法はいわゆる“ワンシヨツト法”であ
る。このタイプの製造では、すべての反応成分は
ノズル中においてブレンドされ、直ちに型内に射
出される。この手法は前述の米国特許第4218543
号に開示されてもいる。 ポリウレタン−尿素エラストマーの製造に通常
は触媒の使用が欠かせない。なぜなら、触媒が存
在しない場合には、成型の産業上の時間範囲内で
の迅速に硬化する成型とポリウレタン−尿素エラ
ストマーに必要とされる所望の機械的性質が得ら
れないからである。イソシアネートヒドロキシ反
応に触媒作用するのに適した触媒系はこれまでに
知られており、一般にこれらの触媒系には有機錫
化合物のような有機金属化合物が用いられる。例
としては、Sn()オクトエート及びSn()ラ
ウレートのようなカルボン酸の錫()塩があ
る。カルボン酸のジアルチル錫塩、たとえば、ジ
ブチルSnジラウレート、ジオクチルSnジアセテ
ート、及びジブチルSnマレエートもまた用いら
れる。その他の触媒成分としては、トルエンジア
ミン、トリエチルアミン、N−メチル−N′−(ジ
メチルアミノエチル)ピペラジン及びN−エチル
モルフオリンのような第3アミンがある。第3ア
ミンにはトリエタノールアミン、トリイソプロパ
ノールアミン、N−メチル−ジエタノールアミン
及びそれらの類似化合物も含まれる。 触媒は一般的には、反応系に用いられているポ
リオールにもとづいて0.01〜10重量%、好ましく
は0.05〜約1重量%の範囲で使用する。 ポリウレタン−尿素エラストマーの製造には、
成型品の内部に気泡状態を形成することを目的
に、発泡剤を用いてもよい。通常使用される発泡
剤は水、または揮発性有機系であり、これらの有
機系にはアセトン、メタノール、クロロホルム、
モノフルオロトリクロルメタン、クロルジフルオ
ロメタン等のハロゲンン置換アルカン類、及びジ
エチルエーテルなどのエーテル類が含まれる。 また、エラストマーの製造には、種々の表面活
性添加剤、発泡安定剤及び気泡制御剤を用いるこ
とができる。ドデシルベンゼンスルホン酸のスル
ホン酸のアルカリ金属またはアンモニウム塩は表
面活性添加剤の例である。水溶性のポリエーテル
シロキサン類は、通常発泡安定剤として、また脂
肪アルコールのパラフインもしくはジメチルポリ
シロキサン類は気泡制御剤として用いられる。 離型剤が型から硬化されたポリウレタン−尿素
エラストマーを回収するのを促進するために使用
される。慣用の離型剤も用いることができる。 次の実施例はアルキル化芳香族ジアミンの合成
についての本発明の実施の態様とポリウレタン−
尿素エラストマー系の製造にそれらのアルキル化
ジアミンを用いた場合について示したものであ
る。 実施例 1 3−t−ブチル−2,6−トルエンジアミンの
合成 このオルト−t−ブチルトルエンジアミン(以
後はt−ブチルTDAとする)の合成は機械撹拌
器を装着した約3.79(1ガロン)のステンレス
スチール製の加圧型反応器を用いて行つた。この
反応器に、13%のアルミナを含有する粉末状の市
販のシリカ−アルミナ触媒150gと、1500g
(12.24モル)の2,6−トルエンジアミンを装入
した。オートクレーブを密閉し、窒素によつてパ
ージした。その後圧力は約1.13Kg/cm2(16psig)
とした。反応器の内容物を、定速撹拌しながら
200℃に加熱した。次いで、イソブチレンを反応
器内に供給し、30分以上かけて870g(15.5モル)
を加えた。初期反応圧力は約68.19Kg/cm2
(970psig)となつた。反応混合物を、定速撹拌し
ながら、200℃の温度に約45時間保つた。 45時間後、反応器の内容物を約150℃に冷却し、
撹拌を停止した。反応器を開放し、内容物を回収
した。触媒は反応混合物から過によつて回収し
た。 反応生成物をガスクロマトグラフイーによつて
分析し、次の分析結果を得た。 【表】 モノ及びジ−t−ブチルトルエンジアミンの両
生成物が生成されていた。この生成物は、蒸留に
よつて分離し、鎖伸長剤としての3−t−ブチル
−2,6−トルエンジアミン異性体を得た。 実施例 2 5−t−ブチル−2,4−トルエンジアミンの
合成 機械撹拌器を装着した300c.c.のハストアロイ
(Hestalloy)C圧力反応溶器を、t−ブチルト
ルエンジアミンの製造に用いた。 約100g(0.819モル)の2,4−トルエンジア
ミンを反応器に装入し、同時に5gの36%塩酸水
溶液を加える。反応器を密閉し、窒素ガスによつ
てパージした。約2.32Kg/cm2(33psig)とした。
反応器の内容物を次いで連続的に撹拌しながら
180℃に加熱した。イソブチレンを反応器内に供
給し、15分以上かけて、53.4g(0.96モル)を添
加した。このイソブチレン添加の過程で、反応器
内の圧力は約53.85Kg/cm2(766psig)に増大し
た。次いで反応混合物を定速撹拌しながら180℃
に24時間保つた。その後圧力を約36.8Kg/cm2
(524psig)に低減させた。内容物を160℃に冷却
し、撹拌を停止した。 反応容器を開放し、反応生成物を分析した。そ
の組成は次のとおりである。 【表】 5−t−ブチル−2,4−トルエンジアミン異
性体を蒸留によつて回収した。 実施例 3 3−t−ブチル−2,6−トルエンジアミンの
合成 15.0gの粉末状のH−Y型ゼオライト触媒と、
140.0g(1.15モル)の2,6−トルエンジアミ
ンを、機械撹拌器を有する1000c.c.のハスタロイ
(Hastalloy)圧力反応器(実施例2と同様の)
に装入した。反応器を密閉し、窒素ガスによつて
パージして室温で約14.06Kg/cm2(200psig)の圧
力とした。内容物を撹拌しながら180℃に加熱し
た。イソブチレン(267g、4.76モル)を20分以
上かけてこの反応混合物に添加した。初期反応圧
力は約77.33Kg/cm2(1100psig)となつた。これ
は、イソブチレン:トルエンのモル比を41:1に
するものであつた。定速撹拌下に反応混合物を
180℃に30時間保つた。 反応生成物を実施例2の手順によつて分離し
た。生成物は、次の組成からなつていた。 【表】 モノ−t−ブチル−トルエンジアミン異性体へ
の転化率及び選択率からみた結果は、実施例1に
おける2,6−ジアミノトルエン異性体の転換で
得られたものよりも良好であつた。3−t−ブチ
ル−2,6−トルエンジアミン生成物は、蒸留に
よつて回収した。 2,4−及び2,6−tBTDA異性体の80/20
混合物は、本実施例の2,6−tBTDA異性体に
ついて80/20混合物に代えることによつて製造す
ることができる。 実施例 4 種々の鎖伸長剤を用いて一連のポリウレタン−
尿素エラストマーを製造した。相互関連性のある
標準ウレタン処方物において鎖伸長剤の反応活性
を判定するために、ポツトライフ試験によつてポ
ツトライフを評価した。 ポリウレタン−尿素エラストマーは、2,4−
トルエンジイソシアネートによつて末端キヤツプ
化された、ポリ(1,4−オキシテトラメチレ
ン)グリコールの、NCO含有率がおおむね5〜
7%にあるプレポリマーを、試験しようとする鎖
伸長剤芳香族ジアミン及びジオールと反応させる
ことによつて製造した。イソシアネート:ジアミ
ン鎖伸長剤:ジオールの基準となる化学量論的等
価比は、2:1:1である。実際の製造にはプレ
ポリマーはデユポン社(E.I.duPont de
Nemours Company)の商標名アデイプレン
(ADIPRENE)L−167の市販品を利用すること
ができ、また、ポリ(ε−カプロラクトン)ジオ
ールは、インテロツクス社(Interox Chemicals
Limited)のカパ(CAPA)200を市販品として
利用することができる。 ポツトライフを測定する試験システムは、7g
の試験サンプルを用いることのできる恒温(50
℃)状態にある加熱試験チエンバーからなり、垂
直貫通式ピストンを備えている。このピストン
は、時間変化に応じて試験サンプル内部を上下に
移動する。(発熱反応による温度の上昇は割引か
れる) ポリマーサンプル内部のピストンの移動に必要
となる力は、任意の単位によつて測定される。こ
の力の相互関連性を時間の関数として表示する。
硬化過程のウレタンのこの力とポツトライフとの
相互関係を次いでウレタン−尿素製造についての
力と粘性との相互関係に関連づける。 【表】 ミン

表1はいくつかの鎖伸長剤についての時間の三
元素の力の多項関数としての粘度の10の対数とし
て示した実験的モデル係数の数値を示したもので
ある。係数は、次の式として与えられる。 log(粘度)=I+A(時間)+B(時間)2+C(時間

3 第1の力(A)の係数は、初期反応性を評定する
“準”反応速度定数である。“準”速度定数(A)につ
いてのより小さな値は、より長い、かつ望ましい
ポツトライフを示している。T−5000の値は、反
応生成物が相対粘度5000単位を有する時間であ
る。この値が任意の値であるにもかかわらず、こ
の値は、RIMプロセスもしくはキヤストエラス
トマープロセスにおける試験物質の能力判定に用
いるのに好適なものである。比較的小さく簡単な
成型品の場合には、J−5000は、約2.5分でよい
が、大きな、もしくは複雑な成型品の場合には5
分以上、たとえば10分というより長いT−5000の
時間が必要となろう。 第1図および第2図は、試験物質について得ら
れた結果を示したものである。これらの図は、他
種の芳香族ジアミンからなる鎖伸長剤、tBTDA
の80/20混合物およびジ−t−トルエンジアミン
生成物との比較で、5−t−ブチル−2,4−ジ
アミノトルエン(5tB24TDA)および3−t−
ブチル−2,6−ジアミノトルエン異性体
(3tB26TDA)の相対能力を示している。第1図
が示しているように、3tB26TDA(曲線4)は、
ほぼ直線的な度の上昇を示し、先行技術の基準物
質であるジエチルトルエンジアミン(DETDA)
よりもその反応は実施的にゆつくりしている。
80/20混合物(曲線2)もまた、DETDA(曲線
1)よりもおそく液体状態にある。他方、ジ−t
−2,6−異性体は、モノ−t−異性体よりも反
応はかなり速い(第1図のT−5000を第2図のT
−5000と比較されたい)。モノ−t−ブチル−2,
4−ジアミノ−メタ−キシレン異性体は、80/20
混合物または2,6−異性体そのものよりもかな
り速く反応する。 要約すると、この第1図および第2図には立体
的延遅延反応と電子供与効果との平衡が示されて
いる。 2,6−TDA異性体がイソブチレンによつて
一つではなく二つのオルト位がアルキル化される
場合には、ポリウレタン/尿素の製造における反
応性は低減されるよりも増大する。たとえば、T
−5000は、モノ置換2,6−TDAの17.8分から、
ジ置換化合物の11.3分へと減少する。反応性の低
いアミノ基のまわりの立体的障害ブロツク化は、
いずれの場合でも同様のものである(−NH2
は、−CH3基および最も近接した−C(CH33基に
よつてかこまれる)。しかしながら、
35DtB26TDAの場合には、二番目の−C(CH33
アルキル基によつて、反応を促進する特別の電子
供与が行われるのである。このことは、5−t−
ブチル−2,4−ベンゼンジアミン(T−5000=
10.7分)対5−t−ブチル−2,4−ジアミノ−
メタ−キシレン(T−5000=2.6分)についても
見ることができる。メタ−キシレン誘導体の場合
には、一つのt−ブチル基による立体的障害ブロ
ツク化の効果は、芳香環への二つのメチル基の付
加にともなうアミンの反応性の活性化効果によつ
て打消されてしまうのである。t−ブチル基が反
応性アミン置換基のオルト位にない場合には、ア
ルキル置換基による活性化効果のみがある。この
ことはパラ−t−ブチルトルエンのニトロ化/還
元により製造される4−t−ブチル−2,6−ト
ルエンジアミンが非常に速く反応し、T−5000は
0.5分にすぎずA(時間)は3.87であるという事実
によつて証明される。 実施例 5 一連のポリウレタン−尿素キヤストエラストマ
ーの試料について、手混合(handmix)手法を
用いて物理的試験を行つた。より詳しく説明する
と、通常のイソシアネートによつてキヤツプした
プレポリマー〔アデイプレン(Adiprene)L−
167〕を90〜100℃の温度、5〜14mmHgの条件下
に脱ガス処理した。バブリング処理を止め、試料
を直ちに使用した。次いで、あらかじめ選択され
た量のイソシアネートプレポリマーを75℃で大気
圧下に鎖伸長剤と混合した。使用する鎖伸長剤と
しては、実施例4に示されたT−5000が10分以上
の時間のものとした。鎖伸長剤をプレポリマーと
混合した後、得られた混合物をアルミニウム型に
注入し、100℃の温度において水圧プレスによつ
て約175.75Kg/cm2(2500psig)に加圧して硬化さ
せた。2時間の後、試料を型から取出し、空気オ
ーブン中において22時間、100℃で硬化させた。
後硬化は常温条件25〜30℃で7日間行つた。試験
に先立つて、試料を温度23±2℃、相対温度50±
5の条件下に24時間置いた。 表2は、引張りモジユラス、破壊引張り強度、
破壊伸び、引裂き抵抗およびジユロメーター硬度
について、ASTM法に従つて測定した物理的特
性の試験結果を示している。より詳しく説明する
と、所定の伸びと破壊時の引張り強度はASTM
D 1708によつて、引裂き抵抗はASTM D
624(Die C)、およびジユロメーター硬度は
ASTM D 2240によつて測定したものである。 【表】 実施例 6 一連のポリウレタン−尿素エラストマーの試料
について、反応射出成型(RIM)手法を用いて
物理的試験を行つた。この目的のために、ジエチ
ルトルエンジアミン異性体(DETDAの2,4−
および2,6−異性体の80/20混合物)、RIM製
造のための通常の鎖伸長剤を2,4−および2,
6−モノ−t−ブチル−トルエンジアミン異性体
の80/20混合物とそれぞれ比較した。その他のも
のとしては、DETDAに対しての特定のt−ブチ
ルトルエンジアミン異性体についての評価を行つ
た。 ウレタン合成の方法は同じものとし、また、直
接的な比較は種々のポリオールおよびイソシアネ
ートをもつて行つた。 より詳しく説明すると、反応射出生成型
(RIM)エラストマー類は、二成分混合物のプロ
セスに好適なSA8−20型実験機(LIMクンストス
トツフテクノロジー社(Kunststoff
Technologie GmbH、Kittsee、Austria))を用
いて製造した。この実験機は、成分“A”(メチ
レンジフエニルジイソシアネート、MDI)およ
び成分“B”(ポリオール+鎖伸長剤+触媒)の
ための二つの10〜30c.c.分の定量ポンプを用いてい
る。このポンプは、可変速(50〜250rpm)モー
ターによつて混合物に応じて動かされる鎖歯車で
同時に運転される。成分AおよびBは、各々制御
された圧縮空気操作バルブによつて混合チエンバ
ーに導かれる。周波数変換器によつて連続的に
10000〜18000rpmに調節することのできる高速ロ
ーターが、これら成分を混合する。混合した後、
ポンプブロツクと混合ヘツドは、圧縮空気によつ
て自動的に静止型に向つて進む。流動温度は制御
することができるが、一応50℃とした。 型は、混合ヘツドが導かれるジグに乗せられる
前から射出成型の操作の間中自動調温される。こ
れらの型は、26×27×4cmアルミニウムの100×
200×2mmおよび200×200×3mmのキヤビテイと
した。射出操作の前に、型に離型剤処理を行つ
た。 場合によつてはすべてのエラストマーについ
て、イソシアネートインデツクスは1.05になるよ
うに努め、サンプリングポートを通じて未混合成
分AおよびBの機械検定によるチエツクを行つ
た。他の場合には、ウレタン/尿素エラストマー
の物理的性能に対するイソシアネートの効果を判
定するために、0.94のイソシアネートインデツク
スとするように努めた。 射出の終了後、型が降ろされて開かれている時
に、混合ローターをジオクチルフタレートで洗浄
し、窒素で吹き清め、次の射出シヨツトに備え
た。 成型品は、表に示されているように、60℃で12
時間、もしくは125℃で1時間硬化させ、離型剤
を除去し、硬化、引張り、および引裂き試験のた
めに、2mm厚試験片を、23±2℃の温度、50±5
%相対湿度の条件に置いた。物理的特性は、
ASTMの方法に従つて測定した。これらのうち
には、硬度(ASTM D 2240)および引張り
(ASTM D 1708)(測定は、五つの判定の平均
である)、引裂き抵抗(ASTM D 624、die
C)(三つの判定の平均)がある。さらに降伏引
張り(yield tensile)を、インストロン
(Instron)応力ひずみ曲線の形状特性にもとづく
ものとして、架橋RIMエラストマーについて報
告する。また、曲げモジユラスおよび最大応力
(ASTM D 1708)(3mm成型品の五つの2.54×
7.62cm(1″×3″)片の各々について測定した)お
よびたるみ(sag)、3mm厚成型品を用いた100mm
オーバーハングの試験片について4インチオーバ
ーハングの試験片に関して測定した熱安定性値
(ASTM D 3769)も表に示した。 次に示す表3、表4、および表5はこれらの試
験の結果である。 【表】 【表】 【表】 【表】 【表】 すべての試験片は、アツプジヨン社のジイソシ
アネートとダウ社のポリオールを用いて製造し
た。触媒は、プロピレングリコール中のダブコ
(Dabco)社の33−LVトルエチレンジアミンとM
&TのT−12ジブチルジラウレートで、各々ポリ
オールの0.05重量%用いた。成分流の温度は各目
的には50℃で、型温度は70℃、脱型時間は2〜3
分であり後硬化は125℃で1時間行つた。 引張りおよび引裂きのデータは、2mm厚、200
mm×200mm成型品からのものであり、曲げモジユ
ラスおよびたるみは、3mm厚、200mm×200mm成型
品からのものである。熱安定性は、3mm厚試験片
について10.2cm(4″)オーバーハングでのものを
測定した。 型の離型剤は、Chemtrend136である。
DETDAは、エチル社(Ethyl Corp)から市販
されているジエチルトルエンジアミンとした。t
−BTDAは、t−ブチルトルエンジアミンであ
る。この各々の当量重量は89.1gである。 添字/Lは実験室において製造されたtBTDA
を、/Pは、液状射出成型機に用いられるものと
類似のパイロツトプラント物質を示している。
tBTDAのみがポリオール中において、30pph以
上で鎖伸長剤として作用する。このレベルでは、
DETDA試験片はスキン−コアデラミネーシヨン
(skin−core delamination)に到つている。 表3からは、等当量のDETDAとtBTDAの物
性が類似のようにも見えるが、試験された四種の
ポリオールでははつきりと相違している。
tBTDAのRIMエラストマーは伸長性に優れ(同
じひずみであつても応力は小さい)、より大きな
最大伸びを示す。しかしながら、わずかに熱安定
性が低い。 各々のt−ブチル化トルエンジアミン異性体に
もとづく物理的特性への寄与は表4に示されてい
る。イソシアネートについて示されている0.95お
よび1.05のデータは、イソシアネートがわずかに
少ない場合よりもわずかに多い場合が有利である
ことを確めている。tBTDAの二種の異性体のう
ち、3−t−ブチル−2,6−トルエンジアミン
は、熱不安定性を大きくするように作用し、破壊
引張りと最大%伸びもまた低下する。このこと
は、3tB26TDAが二種の異性体の対称性に乏し
いという事実によるものと考えられる。 表4においては、4tBTDAのデータがポリオ
ール中の22pph(重量部鎖伸長剤/100重量部ポリ
オール)の鎖伸長剤のレベルにおいて、DETDA
と比較されている。このtBTDA異性体はわずか
に大きな曲げモジユラスを示し、また、DETDA
のたるみ(Sag)0.46cm(0.18インチ)に対して
0.84cm(0.33インチおよび0.51cm(0.20インチ)
のたるみとして示されているようにわずかに熱安
定性が低い。ポリオールに対して30pphの場合に
は、DETDAについては成型することが困難であ
り、プレ・ゲル化を起こし、試験成型品はスキン
−コアデラミネーシヨンに近づいていく。鎖伸長
剤のこのレベルにおいては、曲げモジユラスは
tBTDA異性体の場合がDETDAよりもはるかに
大きく、熱的たるみの減少も、10.2cm(4″)オー
バーハング試験片について0.15cm(0.06インチ)
および0.10cm(0.04インチ)と優れたものとな
る。鎖伸長剤の35pphのレベルにおいては、
DETDAによる製造は可能でなく、tBTDAの曲
げモジユラスは、NCOインデツクスに依存して
72000〜82000となり、熱的たるみは非常に小さな
もの、1.05のNCOインデツクスの場合には0.02ま
でになる。 同様に小さな熱たるみ値と高い曲げモジユラス
値は、アミン−停止−ポリオール−MDIプレポ
リマー系によつてもまた実現されるものである。
DETDAに対して50%のゆつくりしたtBTDAの
反応性は、対比しうる強度部品のよりゆつくりし
た処理、またはより高度の強度部品の処方物の対
比しうる反応速度の系を許容するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the production of polyurethane-ureas using alkylated aromatic diamines as crosslinking agents. Polyurethane-urea elastomers are widely used in various molded article manufacturing industries, and are produced from organic polyisocyanates and compounds having active hydrogen atoms that can react with the isocyanate groups. . Compounds having active hydrogen atoms are organic compounds having a molecular weight of 400 to about 12,000, typically polyols of the polyether or polyester polyol type. There are many types of polyurethane, but to distinguish between these polyurethanes, it is often necessary to distinguish between, for example, cast elastomers, which are produced by the casting method, and cast elastomers, which are produced by a technique called reaction injection molding. They are classified by manufacturing method, such as RIM elastomers. Furthermore, foamed elastomers are classified based on their properties, both rigidity and flexibility. Reaction injection molding (RIM) is used today to manufacture molded parts,
Particularly widely used in the automobile industry, molded parts that can be manufactured using this method include, for example, automobile grilles, bumpers, headlights and taillight supports, and typically weigh between 3 and 10 kg. There are large molded products that can weigh up to 100 yen or more. In reaction injection molding, highly reactive raw materials are mechanically mixed by high-speed collision of multiple streams, and the resulting mixture is transferred into a mold within an extremely short time using high-speed and high-pressure supply means and equipment. It consists of ejecting. In this molding, large quantities of liquid, highly reactive raw material are introduced into a mold within a very short time and then hardened. The time is usually about 1 to 5 minutes. Reaction injection molding (RIM) methods are described in the following patents: U.S. Pat. No. 4,218,543 discloses the use of crosslinkers or chain extenders to impart rigidity to the resulting urethane system.
Methylene diphenyl isocyanate-polyol system using aromatic diamine as extender)
Discloses the RIM method. In the preferred embodiment shown in this patent, diethyltoluenediamine, in which the ethyl group is located ortho to each amino group, is used as the chain extender. As disclosed in this patent, toluenediamine and many other aromatic diamines are either too reactive or have too slow cure times for practical RIM processes. U.S. Patent No. 4,374,210
In contrast to the one-shot process shown in US Pat. No. 4,218,543, a special RIM process using prepolymers of reactive isocyanate materials is disclosed.
Many polyisocyanate-prepolymers are
It can be used in the RIM method, however,
All are 4, as isocyanate.
The basic type is 4'-methylenebis(phenyl isocyanate). Aromatic diamines having an alkyl group as a substituent ortho to each amino group are used as chain extenders. An example of an aromatic diamine preferred for this method is diethyltoluenediamine. U.S. Pat. No. 4,048,105 describes the preparation of polyurethane-urea elastomers from aromatic diisocyanates, polyols, and aromatic diamine chain extenders. This elastomer is made by reacting a prepolymer of aromatic diisocyanate and alkanediol with a blend of polyols containing long chain polyols. US Pat. No. 4,440,952 discloses the use of a monoisopropyl derivative of toluenediamine in which the isopropyl group is ortho to the amino group as a chain extender for polyurethane-urea systems. U.S. Pat. No. 4,487,908 discloses the production of reaction injection molded urethane elastomers from organic polyisocyanates, polyols, and aromatic diamine chain extenders. In this case, alkenylsuccinic anhydride is used to increase the green strength of the polymer.
It is said to be preferable as a kind of additive for improving the strength. There are also a number of patents disclosing the use of various aromatic diamines in the production of polyurethane elastomers and foams, including the following: US Pat. No. 3,752,790 discloses chlorinated toluenediamine as an aromatic diamine for crosslinked urethane systems. The electronegative nature of the chlorine atom reduces the activity of the aromatic ring, resulting in a retardation of the reaction rate. Chlortoluenediamine derivatives are preferred for large scale production requiring formulations with a long "pot life". US Pat. No. 4,365,051 discloses various aromatic amine esters and nitriles as urethane crosslinking agents. For example, various alkyl diamino t-butyl benzoates or diamino t-alkyl benzonitriles.
The aforementioned U.S. Pat. No. 4,218,543 and U.S. Pat.
In contrast to the 4374210 specifications, the nitrile and benzoate groups are in the meta position of the amino group and not in the ortho position. Nitrile and ester groups reduce the activity of the aromatic rings and extend the pot life of the formulation. US Pat. No. 3,428,610 discloses the preparation of crosslinked polyurethanes using alkylated toluenediamines in which the alkyl group is attached in the ortho position to the amino group. This patent suggests a number of organic polyisocyanates and polyols as suitable for crosslinking with alkyl aromatic toluenediamine chain extenders. U.S. Patent No. 3,846,351 describes polyurethane
The use of sec-aromatic alkyldiamines as chain extenders and blowing catalysts for compositions for producing urea elastomers is disclosed. N,N'-di-sec-butyl-p-phenyl diamine is an example of an amine with chain extension and catalytic activity. EP 0 069 286 discloses cellular polyurethanes containing alkyl-substituted phenyl diamines as chain extenders. All the diamines shown here have an alkyl substituent in the respective position ortho to the amino group. U.S. Patent No. 3,280,879 describes polyurethane
The use of N-mono-alkyl-aromatic diamines as chain extenders in urea elastomers is disclosed. Additionally, although U.S. Pat. No. 4,482,690 does not correspond to prior art to the present application, it is possible to prepare polyurethane-urea elastomers using t-butylbenzenediamine as a chain extender for polyurethane-urea formulations. discloses a method to do so. T-butylbenzenamino has been shown to be a chain extender diamine that gives a longer "pot life" to the urethane formulation and provides excellent tensile montage to the resulting urethane-urea polymer. The present invention uses an organic polyisocyanate of about 400 to
A process for producing polyurethane-urea elastomers by reacting an organic compound having a molecular weight of 12,000 and having at least two active hydrogen atoms determined by the Tserevitinov method with an aromatic diamine as a chain extender. It is about improvement.
The improvement is that the third
The aim is to use mono-t-alkyltoluene diamines in which the alkyl group is ortho to the amino group. Mono-t-butyl-toluene diamine is preferred as an example of a substituted diamine. Many advantages are obtained when using mono-t-alkyltoluene diamines as the aromatic chain extender or diamine chain extender component in the preparation of polyurethane-urea elastomers. Their advantages include extended pot life of polyurethane-urea elastomer molding compositions compared to both unsubstituted aromatic diamines and mono- and dialkyl-substituted toluene diamines; reduced heat sag; Polyurethane-urea elastomers are produced with good physical properties, including; ease of handling and processing as aromatic diamine chain extenders that do not exhibit mutagenic activity in the Ames test can be used; The above problems are alleviated; the process versatility in producing castable elastomers from toluene diisocyanate systems; the flexibility and variability of the molding process using reaction injection molding (RIM) technology; and the ability to use high levels of chain extender in the polyol to obtain an elastomer with reduced thermal sag without skin core delamination. Figures 1-2 show rheology test data for aromatic diamines shown as a function of time. Figures 3 and 4 show the bending modulus and thermal instability as a function of chain extender concentration in the polyol. In a general embodiment of the present invention, (a) an organic polyisocyanate is combined with (b) a compound having an active hydrogen atom as determined by the Tzelevitinoff method, and (c) an aromatic amine chain extender. A polyurethane-urea elastomer is produced by the reaction. Tselevitinoff's method is one of the methods for quantifying active hydrogen atoms in compounds, in which a solution of methylmagnesium iodide is added to a solution of the compound,
This method collects the generated methane, measures its volume, and then calculates the number of active hydrogen atoms in the compound. The polyisocyanate reaction component (a) used as the raw material compound for the urethane-urea elastomer is aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic, aromatic, and heterocyclic isocyanates commonly used in the polyurethane-urea elastomer manufacturing industry. Any of these may be used. As a general rule, it is particularly preferred to use aromatic polyisocyanates with the chain extender systems described herein. These polyisocyanates include toluene, 2,4-
and 2,6-diisocyanate. Others include phenyl diisocyanate, polyphenyl-polymethylene polyisocyanate, 4,4'-
Methylene bis(phenyl isocyanate), naphthalene-1,5-diisocyanate, cyclohexenyl-1,4-diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4-diisocyanate, bis(3-methyl-3-isocyanate phenyl)methane, dianisidine diisocyanate ,and so on. Among these, 4,4'-methylenebis(phenyl isocyanate) (MDI) is preferred. It has excellent RIM method characteristics,
This reduces the risks associated with handling the formulation. Reactant component (b) used in the preparation of polyurethane-urea elastomers is a compound having at least two active hydrogen atoms, as determined by the Zelevitinoff method. Typically polyols such as polyethers, terminal amine polyols, and polyester polyols. The molecular weight of these polyol compounds ranges from about 400 to 12,000, preferably from 1,000 to about 6,000. Examples of polyols suitable for the production of polyurethane elastomers include polyether polyols such as poly(propylene glycol), poly(ethylene glycol), poly(tetramethylene glycol);
There are polyester polyols produced by the reaction of polycarboxylic acids with various polyols.
Polyester polyol systems are well known and include, for example, polycarboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, phthalic acid, isophthalic acid,
Some are derived from polyols such as glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, trimethylolpropane, and pentaerythritol. Also,
Polyether polyols can also be reacted with polycarboxylic acids to form polyester polyols. The aromatic amine chain extender in an embodiment of the invention is a mono-t-alkyltoluenediamine in which the tertiary alkyl group is ortho to the amino group. Substituted derivatives of this can also be used. This aromatic amine is used as a chain extender in polyurethaneurea elastomers or as a component of a chain extender that provides urea groups in the elastomer. The few chain extension groups form "hard" portions in the elastomer, improving the structural stability and tensile modulus of the resulting polyurethane-urea elastomer. In order to realize the object of the invention, in the formulation,
At least 50 equivalent %, preferably 100 equivalent % of the chain extender is mono-t-butyltoluenediamine. In many cases, up to 50 equivalent percent of the chain extender system consists of other aromatic diamines. The type and proportion of chain extenders to be used are selected based on desired characteristics such as fast or slow reaction rate. Short or long chain polyols can also be used with mono-t-alkyltoluenediamines to form a mixture of chain extenders. Such polyols include ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, glycerol and other conventional ones. Although long chain polyols are generally not preferred as components of chain extenders, they can be used in prepolymer formulations. Typically, if a polyol is used as a component of the chain extender system, at least 25%, and preferably at least 75%, of the free NCO equivalents will be donated by the t-alkyltoluenediamine. If the “one shot” method is used, this release
The NCO content is based on the NCO available after the reaction of the aromatic diisocyanate with the organic compound containing active hydrogen atoms is completed. Examples of the mono-t-alkyltoluenediamine compound used in the method of the present invention include compounds represented by the following formula. [Formula] [Formula] [Formula] In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are C 1 to C 3 alkyl groups, or R 2 and R 3 together are C 5 to C 6
Forms a member ring. An important difference between the compositions disclosed by the present invention and those of the prior art is that the compositions of the present invention:
It has only one monoalkyl group, this monoalkyl group is ortho to one amino group, and this alkyl group is a tertiary-alkyl group. As mentioned above, the aromatic diamines include derivatives of 2,4-, 2,6-, 2,3- and 3,4-diaminotoluene.
The methyl group is in position 1 in this case. The toluenediamine compounds of the present invention are synthesized by alkylation of aromatic toluenediamine, in contrast to the alkylation of aromatic hydrocarbons and subsequent amination via a nitration reaction. This is because, in order for the alkyl group in the aromatic composition to be in the ortho position with respect to the amino group, an alkylation reaction can be performed on the aromatic amine. If alkylation is carried out first,
That is, unlike aromatic amines, when an aromatic hydrocarbon or a dinitroaromatic hydrocarbon is subjected to an alkylation reaction, the alkyl group moves to the para position relative to the methyl group. Substituted toluenediamines with available positions ortho to the amino group can be alkylated. of the isocyanate
Substituents inert to the NCO content are unsubstituted t
- It is also possible to change to an aromatic diamine which is more reactive than the alkyltoluene diamine. Such substituents include halogen atoms such as chlorine atoms,
There are ester groups, etc. However, preferred are those having no substituents. In the production of alkylated aromatic diamines, many techniques use homogeneous catalyst systems;
It is not particularly suitable for the production of 2,4-diamine or 1-methyl-3-t-butyl-phenylene-2,6-diamine compositions. Many homogeneous catalyst systems do not have sufficient activity to introduce tertiary butyl groups into aromatic rings. For information on the use of homogeneous catalyst systems, see "J.Org.Chem."
22, 693 (1957). In contrast to previous prior art, t-butyltoluenediamine is capable of producing C4 - C10 olefins such as isobutylene, isoamylene, 1-methylcyclopentene, 1-methylcyclohexene, 2-methyl-2-butene in liquid phase or It is produced by reaction with toluenediamine in the gas phase in the presence of an acidic catalyst at temperatures of about 100-250°C. The effective pressure (gauge pressure) for the reaction is approximately 1.06 to 1.41Kg/cm 2
(about 15-2000 psig) preferably about 7-70 Kg/cm 2
(100-1000 psig). Reaction time is usually 2~
48 hours. The reaction molar ratio between olefin such as isobutylene and toluene diamine is approximately 1 to 10:1.
It is. A nitrogen or other inert gas purge is usually used to remove traces of oxygen or moisture from the reactor that would interfere with the reaction. The reaction products are immediately recovered by known techniques. First, the catalyst is removed and then the product is separated, if necessary, by distillation. Acidic catalysts suitable for the practice of this invention are those in the solid phase, including silica-alumina, montmorillonite, diatomaceous earth, kaolin, and natural or synthetic zeolites. Of these catalytic materials, silica-alumina and zeolite are preferred. Particularly suitable are hydrogen and rare earth exchanged mordenite or Y-type zeolite. Montmorillonite and silica-alumina make it possible to produce substantial amounts of di-t-butyltoluenediamine from the 2,6-toluenediamine isomer, and this product, if not separated, will reduce the reactivity of the mixture. It can be changed. The H-Y type zeolite acts particularly selectively on the mono-t-butyltoluenediamine product. The alkylated amines may themselves be blends, e.g., mixtures of 2,4- and 2,6-isomers, or other e.g. 2,3-, 3,
The 4- and 2,5-toluenediamine derivatives may be used in combination with other aromatic diamines and alkylated diamines. The 2,4-isomer is approximately
A mixture of t-butyl-2,4- and 2,6-diaminetoluene isomers consisting of a weight ratio of 65 to 80% and 20 to 35% of the 2,6-isomer is effective. One of the reasons for this is that the commercially available raw material toluenediamine is usually about 80% 2,4-isomer and 20% 2,4-isomer.
6-isomer in trace amounts, e.g. 2-5% of the 2,3-
and 3,4-t-alkyl derivatives. The second reason is
A mixture of 65-80% by weight of 5-t-butyl-2,4-diaminotoluene isomer and 20-35% by weight of 3-t-butyl-2,6-toluenediamine isomer is a 2,4-isomer. Small amounts of the 2,6-isomer are sufficient to extend the reaction time required for larger, more complex, and more precise molding than when using the 2,6-isomer alone or when using diethyltoluenediamine. This is because it is advantageous for reaction injection molding (RIM). Additionally, this 80/20 mixture is a supercooled liquid (mp. 38°C) that can provide great flexibility in handling the urethane formulation. As can be seen from the attached drawings, 3-t-butyl-
The 2,6-diaminotoluene isomer and 5-t-butyl-3,4-diaminotoluene are less active in urethane systems than the 5-t-butyl-2,4-diaminotoluene isomer. If 5-tert-butyl-2,4-diaminotoluene cannot be used because of its reactivity, the former isomer is often
Each can be used to manufacture RIM molded products. The general method of elastomer production is typically 5
It consists of preparing a prepolymer containing ~25% by weight of free isocyanate and then reacting this prepolymer with a stoichiometric amount of an aromatic amine chain extender. In this process, the free isocyanate content of the prepolymer within this range varies depending on the type of molding process performed. Higher levels of free isocyanate, for example 15-23% by weight, are acceptable in the production of small rigid molded articles. For the production of large, flexible products, lower isocyanate contents, for example from 5 to 15% by weight, are required. As shown in the aforementioned U.S. Pat. No. 4,374,210, the prepolymer route has the advantage for the molding process that the amounts of reactants fed to the molding machine are substantially equal. ing. Another process used to produce urethane-urea elastomers is the so-called "one shot process." In this type of manufacturing, all the reactants are blended in a nozzle and immediately injected into a mold. This technique is described in the aforementioned U.S. Patent No. 4,218,543.
It is also disclosed in the issue. The use of catalysts is usually essential to the production of polyurethane-urea elastomers. This is because, in the absence of a catalyst, rapid curing molding within industrial molding time ranges and the desired mechanical properties required for polyurethane-urea elastomers are not achieved. Catalytic systems suitable for catalyzing isocyanate hydroxy reactions are known in the art, and generally include organometallic compounds such as organotin compounds. Examples are tin() salts of carboxylic acids such as Sn()octoate and Sn()laurate. Dialkyltin salts of carboxylic acids, such as dibutyl Sn dilaurate, dioctyl Sn diacetate, and dibutyl Sn maleate, are also used. Other catalyst components include tertiary amines such as toluenediamine, triethylamine, N-methyl-N'-(dimethylaminoethyl)piperazine and N-ethylmorpholine. Tertiary amines also include triethanolamine, triisopropanolamine, N-methyl-diethanolamine and similar compounds thereof. Catalysts are generally used in amounts ranging from 0.01 to 10% by weight, preferably from 0.05 to about 1% by weight, based on the polyol used in the reaction system. For the production of polyurethane-urea elastomer,
A foaming agent may be used for the purpose of forming bubbles inside the molded product. The blowing agents commonly used are water or volatile organic systems, including acetone, methanol, chloroform,
Included are halogen-substituted alkanes such as monofluorotrichloromethane and chlorodifluoromethane, and ethers such as diethyl ether. Additionally, various surface-active additives, foam stabilizers, and foam control agents can be used in the production of elastomers. An alkali metal or ammonium salt of sulfonic acid, such as dodecylbenzenesulfonic acid, is an example of a surface-active additive. Water-soluble polyether siloxanes are commonly used as foam stabilizers and fatty alcohol paraffin or dimethylpolysiloxanes as foam control agents. A mold release agent is used to facilitate recovery of the cured polyurethane-urea elastomer from the mold. Conventional mold release agents can also be used. The following examples illustrate embodiments of the present invention for the synthesis of alkylated aromatic diamines and polyurethanes.
The use of these alkylated diamines in the production of urea elastomer systems is shown. Example 1 Synthesis of 3-t-butyl-2,6-toluenediamine This synthesis of ortho-t-butyltoluenediamine (hereinafter referred to as t-butyl TDA) was carried out in approximately 1 gallon equipped with a mechanical stirrer. The reaction was carried out using a pressurized stainless steel reactor. The reactor was charged with 150 g of a powdered commercially available silica-alumina catalyst containing 13% alumina and 1500 g.
(12.24 mol) of 2,6-toluenediamine was charged. The autoclave was sealed and purged with nitrogen. After that, the pressure is approximately 1.13Kg/cm 2 (16psig)
And so. The contents of the reactor are stirred at a constant rate.
Heated to 200°C. Next, 870 g (15.5 mol) of isobutylene was fed into the reactor over 30 minutes.
added. Initial reaction pressure is approximately 68.19Kg/cm 2
(970 psig). The reaction mixture was kept at a temperature of 200° C. for about 45 hours with constant stirring. After 45 hours, the contents of the reactor were cooled to approximately 150°C and
Stirring was stopped. The reactor was opened and the contents were collected. The catalyst was recovered from the reaction mixture by filtration. The reaction product was analyzed by gas chromatography, and the following analytical results were obtained. Table: Both mono and di-t-butyltoluenediamine products were produced. The product was separated by distillation to obtain the 3-tert-butyl-2,6-toluenediamine isomer as the chain extender. Example 2 Synthesis of 5-t-butyl-2,4-toluenediamine A 300 c.c. Hestalloy C pressure reactor equipped with a mechanical stirrer was used for the production of t-butyltoluenediamine. Approximately 100 g (0.819 mol) of 2,4-toluenediamine is charged to the reactor, and 5 g of 36% aqueous hydrochloric acid are added at the same time. The reactor was sealed and purged with nitrogen gas. Approximately 2.32 Kg/cm 2 (33 psig).
The contents of the reactor are then continuously stirred
Heated to 180°C. Isobutylene was fed into the reactor and 53.4 g (0.96 mole) was added over 15 minutes. During the course of this isobutylene addition, the pressure within the reactor increased to approximately 53.85 Kg/cm 2 (766 psig). The reaction mixture was then heated to 180°C with constant stirring.
It was kept for 24 hours. Then increase the pressure to approximately 36.8Kg/cm 2
(524 psig). The contents were cooled to 160°C and stirring was stopped. The reaction vessel was opened and the reaction products were analyzed. Its composition is as follows. Table: 5-tert-butyl-2,4-toluenediamine isomer was recovered by distillation. Example 3 Synthesis of 3-t-butyl-2,6-toluenediamine 15.0 g of powdered H-Y type zeolite catalyst,
140.0 g (1.15 moles) of 2,6-toluenediamine was added to a 1000 c.c. Hastalloy pressure reactor (similar to Example 2) with a mechanical stirrer.
It was loaded into The reactor was sealed and purged with nitrogen gas to a pressure of about 200 psig at room temperature. The contents were heated to 180°C with stirring. Isobutylene (267 g, 4.76 mol) was added to the reaction mixture over 20 minutes. The initial reaction pressure was approximately 77.33 Kg/cm 2 (1100 psig). This resulted in an isobutylene:toluene molar ratio of 41:1. Add the reaction mixture under constant stirring.
It was kept at 180℃ for 30 hours. The reaction products were separated by the procedure of Example 2. The product had the following composition: [Table] The results in terms of conversion and selectivity to the mono-t-butyl-toluene diamine isomer were better than those obtained with the conversion of the 2,6-diaminotoluene isomer in Example 1. . The 3-t-butyl-2,6-toluenediamine product was recovered by distillation. 80/20 of 2,4- and 2,6-tBTDA isomers
A mixture can be made by substituting an 80/20 mixture for the 2,6-tBTDA isomer in this example. Example 4 A series of polyurethane preparations using various chain extenders.
A urea elastomer was produced. To determine the reactive activity of chain extenders in correlated standard urethane formulations, pot life was evaluated by a pot life test. Polyurethane-urea elastomer is a 2,4-
The NCO content of poly(1,4-oxytetramethylene) glycol end-capped with toluene diisocyanate is approximately 5 to 5.
A prepolymer at 7% was prepared by reacting with the chain extender aromatic diamine and diol to be tested. The standard stoichiometric equivalence ratio of isocyanate: diamine chain extender: diol is 2:1:1. In actual production, the prepolymer is manufactured by DuPont (EIduPont de
Poly(ε-caprolactone) diol is commercially available under the trade name ADIPRENE L-167 from Interox Chemicals Co., Ltd.
Limited)'s CAPA 200 is available as a commercially available product. The test system for measuring pot life is 7g.
A constant temperature (50
It consists of a heated test chamber in a temperature range (°C) and is equipped with a vertically penetrating piston. This piston moves up and down inside the test sample over time. (Temperature increases due to exothermic reactions are discounted.) The force required to move the piston inside the polymer sample is measured in arbitrary units. Display the interconnectedness of this force as a function of time.
This force-pot life interaction for urethane during curing is then related to the force-viscosity interaction for urethane-urea production. [Table] Min

Table 1 provides numerical values of the experimental model coefficients, expressed as the 10 logarithm of viscosity, as a polynomial function of the three-element force of time for several chain extenders. The coefficient is given as: log (viscosity) = I + A (time) + B (time) 2 + C (time)
3 The first force (A) coefficient is a "quasi" reaction rate constant that estimates the initial reactivity. A smaller value for the "quasi" rate constant (A) indicates a longer and more desirable pot life. The value of T-5000 is the time at which the reaction product has a relative viscosity of 5000 units. Although this value is arbitrary, it is suitable for use in determining the performance of test materials in RIM or cast elastomer processes. For relatively small and simple molded products, the J-5000 can be used in about 2.5 minutes, but for large or complex molded products, it can take up to 5 minutes.
More T-5000 time may be required, such as more than 10 minutes. Figures 1 and 2 show the results obtained for the test substances. These figures illustrate the use of another type of aromatic diamine chain extender, tBTDA.
5-t-butyl-2,4-diaminotoluene (5tB24TDA) and 3-t-toluene diamine product compared to an 80/20 mixture of
The relative potency of the butyl-2,6-diaminotoluene isomer (3tB26TDA) is shown. As Figure 1 shows, 3tB26TDA (curve 4) is
Diethyltoluenediamine (DETDA), which shows an almost linear increase in strength and is the reference material of the prior art.
Rather, the reaction has been slow in practice.
The 80/20 mixture (curve 2) also reaches the liquid state later than DETDA (curve 1). On the other hand, G-t
The -2,6-isomer reacts much faster than the mono-t-isomer (T-5000 in Figure 1 is replaced by T-5000 in Figure 2).
–5000). mono-t-butyl-2,
4-diamino-meta-xylene isomer is 80/20
It reacts much faster than the mixture or the 2,6-isomer itself. In summary, Figures 1 and 2 illustrate the balance between steric delay reactions and electron donating effects. If the 2,6-TDA isomer is alkylated with isobutylene in two ortho positions instead of one, the reactivity in the production of polyurethane/urea is increased rather than reduced. For example, T
-5000 is from 17.8 minutes of mono-substituted 2,6-TDA.
decreases to 11.3 min for the disubstituted compound. Steric hindrance blocking around less reactive amino groups is
The same is true in each case ( -NH2 group is surrounded by -CH3 groups and the nearest -C( CH3 ) 3 groups). however,
In the case of 35DtB26TDA, the second −C(CH 3 ) 3
The alkyl group provides extra electron donation that promotes the reaction. This means that 5-t-
Butyl-2,4-benzenediamine (T-5000=
10.7 min) versus 5-t-butyl-2,4-diamino-
It can also be seen for meta-xylene (T-5000 = 2.6 minutes). In the case of meta-xylene derivatives, the steric blocking effect of one t-butyl group is counteracted by the activating effect of amine reactivity upon addition of two methyl groups to the aromatic ring. That's what happens. If the t-butyl group is not in the ortho position of the reactive amine substituent, there is only an activating effect due to the alkyl substituent. This means that 4-t-butyl-2,6-toluenediamine produced by nitration/reduction of para-t-butyltoluene reacts very quickly, and T-5000 is
This is proven by the fact that it is only 0.5 minutes and A (time) is 3.87. Example 5 Physical testing was performed on a series of polyurethane-urea cast elastomer samples using a handmix technique. More specifically, a prepolymer capped with a conventional isocyanate (Adiprene L-
167] was degassed at a temperature of 90 to 100°C and a pressure of 5 to 14 mmHg. The bubbling process was stopped and the sample was used immediately. A preselected amount of isocyanate prepolymer was then mixed with the chain extender at 75° C. and under atmospheric pressure. As the chain extender used, T-5000 shown in Example 4 was used for 10 minutes or more. After mixing the chain extender with the prepolymer, the resulting mixture was poured into an aluminum mold and cured by applying pressure to about 175.75 Kg/cm 2 (2500 psig) with a hydraulic press at a temperature of 100°C. After 2 hours, the samples were removed from the mold and cured in an air oven for 22 hours at 100°C.
Post-curing was carried out at room temperature of 25-30°C for 7 days. Prior to testing, the sample was heated to a temperature of 23 ± 2°C and a relative temperature of 50 ±
It was left under the conditions of 5 for 24 hours. Table 2 shows the tensile modulus, tensile strength at break,
Physical property test results are shown for elongation at break, tear resistance and durometer hardness, measured according to ASTM methods. To explain in more detail, the tensile strength at a given elongation and failure is determined by ASTM
Tear resistance is ASTM D per D 1708
624 (Die C), and the durometer hardness is
Measured according to ASTM D 2240. EXAMPLE 6 Physical testing was performed on a series of polyurethane-urea elastomer samples using reaction injection molding (RIM) techniques. For this purpose, the diethyltoluenediamine isomer (2,4-
and 80/20 mixture of 2,4- and 2,6-isomers), the usual chain extenders for RIM production.
Each was compared with an 80/20 mixture of 6-mono-t-butyl-toluenediamine isomers. In addition, a specific t-butyltoluenediamine isomer was evaluated for DETDA. The method of urethane synthesis was the same, and direct comparisons were made with different polyols and isocyanates. More specifically, reaction injection molded (RIM) elastomers are manufactured by the SA8-20 experimental machine (LIM Kunststoff Technology) suitable for binary mixture processes.
Technologie GmbH, Kittsee, Austria). This experimental machine uses two 10-30 c.c. metering pumps for component "A" (methylene diphenyl diisocyanate, MDI) and component "B" (polyol + chain extender + catalyst). . This pump is simultaneously driven by a chain gear driven according to the mixture by a variable speed (50-250 rpm) motor. Components A and B are each directed to the mixing chamber by controlled compressed air operated valves. Continuously by frequency converter
A high speed rotor that can be adjusted to 10,000-18,000 rpm mixes these components. After mixing,
The pump block and mixing head are automatically advanced to stationary form by means of compressed air. Although the flow temperature can be controlled, it was set to 50°C. The mold is self-temperatured throughout the injection molding operation, even before it is placed on the jig through which the mixing head is guided. These molds are made of 100 x 26 x 27 x 4 cm aluminum.
The cavities were 200 x 2 mm and 200 x 200 x 3 mm. Prior to the injection operation, the mold was treated with a release agent. In some cases, an isocyanate index of 1.05 was attempted for all elastomers, and a mechanical check was performed for unmixed components A and B through the sampling port. In other cases, an isocyanate index of 0.94 was sought to determine the effect of isocyanate on the physical performance of urethane/urea elastomers. After the injection was completed, while the mold was being lowered and opened, the mixing rotor was cleaned with dioctyl phthalate and purged with nitrogen in preparation for the next injection shot. The molded product is heated at 60℃ for 12 hours as shown in the table.
After curing for 1 hour at 23 ± 2 °C or 1 h at 125 °C to remove the mold release agent, 2 mm thick specimens were prepared at a temperature of 23 ± 2 °C, 50 ± 5 °C for curing, tensile, and tear tests.
% relative humidity. The physical properties are
Measured according to ASTM method. Among these are hardness (ASTM D 2240) and tensile (ASTM D 1708) (measurements are the average of five determinations), tear resistance (ASTM D 624, die
C) (average of three determinations). Additionally, yield tensile is reported for crosslinked RIM elastomers based on the shape characteristics of Instron stress-strain curves. Also, bending modulus and maximum stress (ASTM D 1708) (five 2.54×
Measured on each of the 7.62cm (1″ x 3″) pieces) and sag, 100mm using 3mm thick moldings
Thermal stability values (ASTM D 3769) measured for 4 inch overhang specimens are also shown in the table. Tables 3, 4, and 5 below are the results of these tests. [TABLE] [TABLE] [TABLE] [TABLE] [TABLE] All test specimens were prepared using Updillon diisocyanate and Dow polyol. The catalyst was Dabco's 33-LV toluethylenediamine in propylene glycol and M
&T T-12 dibutyl dilaurate, each used at 0.05% by weight of the polyol. The temperature of the component stream is 50℃ for each purpose, the mold temperature is 70℃, and the demolding time is 2-3
The post-curing was carried out at 125° C. for 1 hour. Tensile and tear data are for 2mm thickness, 200
The bending modulus and sag are from a 3 mm thick, 200 mm x 200 mm molded product. Thermal stability was measured on 3 mm thick specimens with a 10.2 cm (4'') overhang. The mold release agent was Chemtrend 136.
DETDA was diethyltoluenediamine, commercially available from Ethyl Corp. t
-BTDA is t-butyltoluenediamine. The equivalent weight of each is 89.1 g. The subscript /L is tBTDA produced in the laboratory.
, /P indicates a pilot plant material similar to that used in liquid injection molding machines.
Only tBTDA acts as a chain extender in polyols above 30 pph. At this level,
The DETDA specimen has reached skin-core delamination. From Table 3, it appears that the physical properties of equivalent amounts of DETDA and tBTDA are similar, but they are strikingly different for the four polyols tested.
tBTDA's RIM elastomer exhibits superior extensibility (less stress at the same strain) and greater maximum elongation. However, it has slightly lower thermal stability. The contribution to physical properties based on each t-butylated toluenediamine isomer is shown in Table 4. The 0.95 and 1.05 data shown for isocyanate confirm that slightly more isocyanate is advantageous over slightly less. Of the two isomers of tBTDA, 3-t-butyl-2,6-toluenediamine acts to increase thermal instability, and the tensile strength and maximum % elongation are also reduced. This may be due to the fact that 3tB26TDA has poor symmetry between the two isomers. In Table 4, the data for 4tBTDA is shown at a level of chain extender of 22 pph (parts by weight chain extender/100 parts by weight polyol) in the polyol.
It is compared with. This tBTDA isomer exhibits a slightly larger bending modulus and also DETDA
For sag (Sag) 0.46cm (0.18 inch)
0.84cm (0.33 inch) and 0.51cm (0.20 inch)
Slightly less thermal stability as indicated by sag. At 30 pph relative to polyol, DETDA is difficult to mold and pre-gelation occurs, with test moldings approaching skin-core delamination. At this level of chain extender, the bending modulus is
The reduction in thermal sag is also much greater for the tBTDA isomer than for DETDA, which is 0.15 cm (0.06 inch) for a 10.2 cm (4″) overhang specimen.
and an excellent 0.10 cm (0.04 inch). At a level of 35 pph of chain extender,
Manufacturing with DETDA is not possible and the bending modulus of tBTDA is dependent on the NCO index.
72,000 to 82,000, and the thermal sag is very small, down to 0.02 for an NCO index of 1.05. Similarly low thermal sag values and high flexural modulus values are also achieved with amine-terminated polyol-MDI prepolymer systems.
The 50% slower reactivity of tBTDA relative to DETDA allows for slower processing of comparable strength components or comparable reaction rate systems for higher strength component formulations. be.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1および第2図は、種々の芳香族アミン鎖伸
長剤を用いた場合のポリウレタンのレオメーター
データを示したものであり、そして第3および第
4図は、鎖伸長剤として本発明のtBTDAと対照
としてのDETDAを用いた場合のポリウレタン−
尿素エラストマーの曲げモジユラスと、熱不安定
性を示したものである。
Figures 1 and 2 show rheometer data for polyurethanes using various aromatic amine chain extenders, and Figures 3 and 4 show the tBTDA of the present invention as a chain extender. and polyurethane using DETDA as a control.
This shows the bending modulus and thermal instability of urea elastomer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ポリウレタン−尿素エラストマーを製造する
方法において、 (a) 有機ポリイソシアネートを、 (b) 400〜12000の分子量を有しかつツエレビチノ
フ法によつて測定される少くとも2個の活性水
素原子を含む有機化合物、及び (c) 芳香族ジアミン鎖伸長剤 と反応させ、得られる反応生成物を硬化するに際
し、鎖伸長剤として用いる芳香族ジアミンの少く
とも一部が、第3−アルキル基がアミノ基に対し
てオルトの位置にある次式、 【式】【式】 【式】 (式中、R1、R2及びR3はC1〜3アルキル基である
か、またはR2及びR3は一緒になつてC5〜6員環を
形成する)によつて示されるモノ第3−アルキル
トルエンジアミンであることを特徴とするポリウ
レタン−尿素エラストマーの製造方法。 2 遊離イソシアネートとの反応に用いられる芳
香族ジアミン鎖伸長剤の全量の少くとも50当量%
が第3−アルキルトルエンジアミンである特許請
求の範囲第1項記載の方法。 3 イソシアネートを前記有機化合物と反応させ
て遊離イソシアネートの含量が5〜25重量%であ
るプレポリマーを生成させ、次いでこのプレポリ
マーをモノ第3−アルキルトルエンジアミンから
なる前記芳香族ジアミン鎖伸長剤と反応させてポ
リウレタン−尿素エラストマーを製造する特許請
求の範囲第2項記載の方法。 4 モノ第3−アルキルトルエンジアミンが2,
6−ジアミノ−3−第3−ブチルトルエンである
特許請求の範囲第3項記載の方法。 5 モノ第3−アルキルトルエンジアミンが2,
4−ジアミノ−5−第3−ブチルトルエンである
特許請求の範囲第3項記載の方法。 6 イソシアネートが4,4′−メチレンビス(フ
エニルイソシアネートである特許請求の範囲第4
項記載の方法。 7 イソシアネートが4,4′−メチレンビス(フ
エニルイソシアネートである特許請求の範囲第5
項記載の方法。 8 モノ第3−ブチルトルエンジアミンが65〜80
重量%の2,4−ジアミノ−5−第3−ブチルト
ルエンと20〜35重量%の2,6−ジアミノ−3−
第3−ブチルトルエンとを含有する混合物である
特許請求の範囲第3項記載の方法。
[Scope of Claims] 1. A method for producing a polyurethane-urea elastomer, comprising (a) an organic polyisocyanate, (b) at least two polyisocyanates having a molecular weight of 400 to 12,000 and determined by the Tselevitinov method. When reacting with an organic compound containing an active hydrogen atom and (c) an aromatic diamine chain extender and curing the resulting reaction product, at least a portion of the aromatic diamine used as the chain extender is a tertiary diamine. The following formula in which the alkyl group is ortho to the amino group: A method for producing a polyurethane-urea elastomer, characterized in that the polyurethane-urea elastomer is a mono-tertiary-alkyltoluenediamine represented by ( 2 and R3 taken together to form a C5-6 membered ring). 2. At least 50 equivalent % of the total amount of aromatic diamine chain extender used in the reaction with free isocyanate.
The method according to claim 1, wherein is a tertiary-alkyltoluenediamine. 3. Reacting an isocyanate with said organic compound to form a prepolymer having a free isocyanate content of 5 to 25% by weight, and then treating this prepolymer with said aromatic diamine chain extender consisting of a mono-tertiary-alkyltoluenediamine. The method according to claim 2, wherein a polyurethane-urea elastomer is produced by reaction. 4 Mono-tertiary-alkyltoluenediamine is 2,
4. The method according to claim 3, wherein 6-diamino-3-tert-butyltoluene is used. 5 Mono-tertiary-alkyltoluenediamine is 2,
4. The method according to claim 3, wherein 4-diamino-5-tert-butyltoluene is used. 6 Claim 4 in which the isocyanate is 4,4'-methylenebis(phenyl isocyanate)
The method described in section. 7. Claim 5 in which the isocyanate is 4,4'-methylenebis(phenyl isocyanate)
The method described in section. 8 Mono-tert-butyltoluenediamine is 65-80
wt% 2,4-diamino-5-tert-butyltoluene and 20-35 wt% 2,6-diamino-3-
The method according to claim 3, which is a mixture containing tert-butyltoluene.
JP60226669A 1985-08-23 1985-10-11 Production of polyurethane using mono-tertiary- alkyltoluenediamine as crosslinking agent Granted JPS6250320A (en)

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