JPH0349284B2 - - Google Patents
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Landscapes
- Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は3−メチル−1,5−ペンタンジオー
ルをグリコール成分とするポリエステルジオー
ル、有機ジイソシアネートおよび鎖伸長剤を重合
し、耐加水分解性および低温特性のみならず、成
形加工性、耐熱性および耐熱分解性の改良された
均質な熱可塑性ポリエステル系ポリウレタンを連
続的に製造する方法に関する。
従来の技術
従来より熱可塑性ポリウレタンは高弾性、耐摩
耗性、耐油性に優れる等の多くの特長を有するた
めゴムやプラスチツクスの代替材料として注目さ
れており、通常のプラスチツク成形加工法が適用
できる成形材料として広範な用途で多量使用され
るようになつてきている。熱可塑性ポリウレタン
としては、ポリエステル系ポリウレタン、ポリエ
ーテル系ポリウレタン、ポリカーボネート系ポリ
ウレタン等が知られているが、これらのポリウレ
タンのなかでも、その耐加水分解性および低温特
性の点からポリエステル系ポリウレタンが好まし
く用いられている。ポリエステル系ポリウレタン
としては1,4−ブタンジオールを構成成分とす
るポリエステルジオール(以下、BD系ポリエス
テルジオールと略記することもある)、ポリカプ
ロラクトンジオール(CL系ポリエステルジオー
ル)等のポリエステルジオール、有機ジイソシア
ネートおよび鎖伸長剤からなるポリウレタンが知
られている。また、前記ポリウレタンよりさらに
優れた耐加水分解性および低温特性を有するポリ
ウレタンとして3−メチル−1,5−ペンタンジ
オールをグリコール成分とするポリエステルジオ
ール(以下、MPD系ポリエステルジオールと略
記することもある)を用いて得られたポリウレタ
ンが知られている(たとえば、特開昭47−34494
号公報および同48−101496号公報参照)。
これらのポリウレタンの製造方法は、原料を混
合して重合することによつて行なわれているが、
均質なポリウレタンを製造するためには原料を溶
融状態で混合して重合することが好ましいことが
知られている。そして、その際の重合温度として
は150〜250℃の範囲が好ましいと記載されている
一般文献もあるが、通常、原料、特に有機ジイソ
シアネートの熱分解を考慮して200℃以下の範囲
内でできるだけ低い温度が選択されている。例え
ば、前掲特開昭48−101496号公報に記載されてい
る重合温度は高々160℃である。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、上述の製造法によつて得られる
熱可塑性ポリウレタンは溶融粘度の温度依存性が
大きいため他の汎用熱可塑性樹脂と同様の方法で
の成形加工は困難であり不良品率も多くなる欠点
があつた。
さらに高温で成形するため熱安定性の良好なポ
リウレタンを使用しなければ成形加工時に受ける
熱劣化や成形加工機内での分解により、成形品の
物性および外観などに欠陥を生じることになり、
また長時間持続した加工も困難になる欠点があつ
た。
この原因は成形加工温度とポリウレタンの熱分
解温度が接近しているためである。この熱分解を
避けるため比較的低温で成形加工できるようにポ
リウレタンの軟化点を低く定めると必然的に熱可
塑性ポリウレタンの耐熱変形温度が低下し好まし
くない。
熱可塑性ポリウレタンの成形加工性が良くない
と言われるのはこの様な理由によるものである。
本発明者等は、特に成形加工性、耐熱分解性お
よび耐熱性に優れた熱可塑性ポリエステル系ポリ
ウレタンを製造すべく、該製造の際の製造条件に
ついて種々検討したが、充分満足のできる熱可塑
性ポリウレタンを得ることができなかつた。すな
わち、例えばBD系ポリエステルジオールまたは
CL系ポリエステルジオールとジイソシアネート
からポリウレタンを常法により製造してみたが、
該ポリウレタンは溶融粘度の温度依存性が大き
く、充分な成形加工性を有するものではなく、ま
た充分な耐熱分解性を有するものでなかつた。ま
た、前掲特開昭48−101496号公報の実施例4に準
じてMPD系ポリエステルジオール、4,4′−ジ
フエニルメタンジイソシアネートおよび1,4−
ブタンジオールの混合物を160℃の熱板上に注ぎ
込み、熟成した後、粉砕しポリウレタン(フレー
ク)を調製したが、該ポリウレタンは溶融粘度の
温度依存性が大きく、依存として成形加工性が改
良されたものではなかつた。また他の実施例を追
試した場合および特開昭47−34494号公報記載の
実施例を追試した場合も成形加工性の点で充分満
足のできるポリウレタンは得られなかつた。
本発明者等は、上述した従来技術の問題に鑑
み、耐加水分解性および低温特性のみならず、成
形加工性、耐熱性および耐熱分解性の改良された
均質な熱可塑性ポリエステル系ポリウレタンを製
造する方法を提供する目的で鋭意検討を重ね、本
発明を完成するに至つた。
問題点を解決するための手段
本発明によれば、上記目的は、高分子ジオー
ル、有機ジイソシアネートおよび鎖伸長剤を重合
し、熱可塑性ポリウレタンを連続的に製造するに
あたり、
() 前記ジオールとして3−メチル−1,5−
ペンタンジオールおよびジカルボン酸を重縮合
して得られた平均分子量1000〜5000のポリエス
テルジオール(a)を用い、
() 前記ジイソシアネート(b)を前記ポリエステ
ルジオール(a)に対し一般式
0.001M+0.5<R<0.0023M+4.6
〔〕
〔ここでMは前記ポリエステルジオール(a)の平
均分子量を表わし、Rは前記ポリエステルジオ
ール(a)に対する有機ジイソシアネート(b)のモル
比を表す〕で示されるモル比で使用し、かつ
() 重合時の温度をTp℃〔得ようとするポリ
ウレタンの原料組成と同一組成で原料を一括仕
込み法で混合したのち、150℃、160℃、170℃
および180℃の温度で各々15分間重合した後5
℃/分の冷却速度で冷却して得られたポリウレ
タンを示差走査熱量測定(DSC)に供して得
られた4本のDSC曲線(生成ポリウレタンを
10℃/分の昇温速度で昇温した時に得られる
DSC曲線)の最高吸熱ピークの頂点を示す温
度のなかで最も高い温度(℃)を意味する〕以
上とする
ことを特徴とする熱可塑性ポリウレタンの製造法
によつて達成される。
本発明において使用する高分子ジオールは3−
メチル−1,5−ペンタンジオールおよびジカル
ボン酸を必須成分として用いて重縮合して得られ
るポリエステルジオール(MPD系ポリエステル
ジオール)であり、本発明において3−メチル−
1,5−ペンタンジオールの使用は必要不可欠で
ある。本発明においては他の製造条件も必要不可
欠であるが、前記ジオールをグリコール成分とし
たポリエステルジオールの使用によつて耐加水分
解性、低温特性、成形加工性、耐熱性および耐熱
分解性の改良されたポリウレタンを得ることがで
きる。該MPD系ポリエステルジオールの代りに
例えばBD系ポリエステルジオールまたはCL系ポ
リエステルジオールを使用すること以外は本発明
でいう製造条件で重合しても、得られるポリウレ
タンは高温雰囲気に放置するとウレタン結合の分
解が起こるだけでなく、溶融粘度の温度依存性が
大きく、成形加工性に優れたものにならない。
上記MPD系ポリエステルジオールを製造する
際にはグリコール成分として3−メチル−1,5
−ペンタンジオールを単独で用いることが望まし
いが、該ジオールを主体とする混合グリコールを
用いてもよい。混合して用いられるグリコールと
しては例えばエチレングリコール、ブタンジオー
ル、ヘキサンジオール、プロピレングリコール、
ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコー
ル、ノナンジオール等が挙げられる。これらのグ
リコールはそれぞれ1種のみならず2種以上組合
せて用いてもよい。混合グリコール中の3−メチ
ル−1,5−ペンタンジオールの使用量は、混合
グリコールに対して30重量%以上、好ましくは45
重量%以上さらに好ましくは60重量%以上である
のが好ましい。
また、上記MPD系ポリエステルジオールを製
造するためのジカルボン酸としては酸素数4〜12
の脂肪族ジカルボン酸または炭素数8〜12の芳香
族ジカルボン酸が好ましく、それらの具体的なも
のとしてはコハク酸、アジピン酸、アゼライン
酸、セバチン酸、イソフタル酸、テレフタル酸が
挙げられる。なかでもアジピン酸またはアゼライ
ン酸が好ましく使用される。
上記MPD系ポリエステルジオールは、ポリエ
チレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフ
タレートの製造において用いられている公知の方
法と同様の方法、すなわちエステル交換または直
接エステル化とそれに続く溶融重縮合反応にて製
造可能である(前掲特開昭48−101496号公報参
照)。
本発明において、MPD系ポリエステルジオー
ルの平均分子量は1000〜5000、好ましくは1500〜
4000の範囲内にあることが必要である。前記平均
分子量が小さ過ぎると、得られるポリウレタンの
溶融粘度の温度依存性は小さくなるが、耐熱性、
低温特性が著しく低下する。一方、平均分子量が
大き過ぎると、得られるポリウレタンの低温特性
の良好となるが、溶融粘度の温度依存性は大とな
り成形加工性が低下する。
本発明で使用される有機ジイソシアナートとし
ては、例えばジフエニルメタンジイソシアネー
ト、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6
−トリレンジイソシアネート、フエニレンジイソ
シアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネー
ト、3,3′−ジクロロ−4,4′−ジフエニルメタ
ンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネー
ト、トルイレンジイソシアネート等の芳香族ジイ
ソシアネートや、ヘキサメチレンジイソシアネー
ト、イソホロンジイソシアネート、4,4′−ジシ
クロヘキシルメタンジイソシアネート、水添化キ
シリレンジイソシアネート等の脂肪族または脂環
族ジイソシアネートが挙げられる。これらのジイ
ソシアネートは単独で用いても、また2種以上を
混合して用いてもよい。
本発明において、MPD系ポリエステルジオー
ル(a)と有機ジイソシアネート(b)との使用割合は、
ポリエステルジオール(a)の分子量をMで表わし、
MPD系ポリエステルジオール(a)に対する有機ジ
イソシアネートのモル比をRで表わしたとき一般
式0.001M+0.5<R<0.0023M+4.6を満足するモ
ル比で使用することが、他の製造条件とともに重
要である。Rが0.001M+0.5より小さいと耐熱性
が不良となり、Rが0.0023M+4.6以上となると
耐熱性は良好であるが、低温特性および成形加工
性が不良となる。
本発明で使用される鎖伸長剤としては、ポリウ
レタン業界における常用の連鎖成長剤、すなわち
イソシアネート基と反応しうる活性水素原子を分
子中に少なくとも2個以上有する分子量400以の
上下化合物、例えばエチレングリコール、ブタン
ジオール、プロピレングリコール、1,6−ヘキ
サンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジ
オール、1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキ
シ)ベンゼン、1,4−シクロヘキサンジオー
ル、ビス(β−ヒドロキシエチル)テレフタレー
ト、キシレングリコール等のジオール類や、水、
ヒドラジン、エチレンジアミン、プロピレンジア
ミン、キシリレンジアミン、イソホロンジアミ
ン、ピペラジン、フエニレンジアミン、トリレン
ジアミン、アジピン酸ジヒドラジド、イソフタル
酸ジヒドラジド、等が挙げられる。これらの化合
物は単独で、または2種以上を混合して使用して
よい。最も好ましい鎖伸長剤はブタンジオール、
1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキシ)ベンゼ
ンである。
これらの鎖伸長剤の使用量は、論理的にはR−
1の量でよいが、実際にはR−1にR−1の数モ
ル%を加えた量である。なお、ここでRは上記定
義のとおりである。
本発明の製造法においては、高分子ジオールと
して上記特定のMPD系ポリエステルジオールを
使用すること、および該ポリエステルジオールと
有機ジイソシアネートを特定の割合で使用するこ
とに加えて、その重合時の温度をTp(℃)(Tpは
上記定義のとおり)以上、好ましくはTp+5
(℃)以上にすることが必要である。そうするこ
とにより、耐加水分解性および低温特性のみなら
ず、成形加工性、耐熱性および耐熱分解性の改良
された均質な熱可塑性ポリウレタンが得られる。
一方、重合時の温度が低いと、生成ポリウレタン
の溶融粘度の温度依存性が大きく、成形加工性が
何ら改良されない。重合温度により生成溶融粘度
の温度依存性が極めて大きく変化するのは高分子
ジオールとして例えばBD系ポリエステルジオー
ルまたはCL系ポリエステルジオールを用いた場
合にはその効果は小さく、MPD系ポリエステル
ジオールを用いる本発明に特有なものである。
なお、上記におけるTpの決定の際には、Tpの
決定のために行なうポリウレタンの調製時の重
合、すなわち得ようとするポリウレタンの原料と
同一組成の原料を一括仕込み法による重合(以
下、予備重合と称す)の際の温度として150℃、
160℃、170℃および180℃の(すなわち、溶融重
合可能な比較的低い温度)温度のなかからひとつ
の温度(α)を選び、その生成ポリウレタンの
DSC曲線より該ポリウレタンの最高吸熱ピーク
の頂点を示す温度T〓1(℃)を求め、該T〓1をTpと
みなすことができる場合もあるが、使用する
MPD系ポリエステルジオールの平均分子量およ
び該ポリエステルジオールと有機ジイソシアネー
トとの使用割合、すなわちR値によつては、ある
予備重合温度(α)における生成ポリウレタンの
T1が該重合温度より10℃または20℃低い重合温
度(βまたはγ)での重合により生成したポリウ
レタンのT〓1またはT〓1より低い場合がある。なお、
予備重合温度が190℃であれば、重合温度の高低
と生成ポリウレタンのT1の高低における前述し
たような逆転はおこらない。また、予備重合温度
のきざみは小さい方が好ましいが、10℃のきざみ
であれば、求められたT1のなかで最も高い温度
をTpとしても実質的に真のTpとほぼ同じであ
り、問題はない。したがつて、上記Tpの決定方
法は極めて便利で合理的なものである。
なお、重合時の温度はポリウレタンがかなり激
しく分解する温度、たとえば260℃以下にするの
が好ましい。
本発明の製造法における好ましい具体例として
は、次の方法が挙げられる。すなわち、少なくと
もいずれかの部分がTp℃以上に設定された押出
機にMPD系ポリエステルジオール、鎖伸長剤お
よび有機ジイソシアネートを定量ポンプにより連
続的に供給し、次いでストランド状またはシート
状に押出す方法である。この方法において、
MPD系ポリエステルジオールと鎖伸長剤は混合
物の形で供給してもよいし、またMPD系ポリエ
ステルジオールと有機ジイソシアネートを供給前
または供給後にプレポリマーの形にして用いても
よい。なお、前記の押出機としては自己清浄性を
有する双軸スクリユー型押出機で代表される多軸
スクリユー型押出機を用いるのが生成ポリウレタ
ンの均一性の点から推奨される。
本発明の製造法によつて得られる熱可塑性ポリ
ウレタンは、耐加水分解性および低温特性に優
れ、しかも成形加工性、耐熱性および耐熱分解性
の各点で著しく改良されている。特に好ましい場
合には生成ポリウレタンのみかけの溶融流動の活
性化エネルギー(Ea)は、小さくなり、一般式
(250−44N)({η}−1.1)+45<Ea
<(250−44N)({η}−1.1)+70 〔〕
(但し、式中Nはポリウレタンの重量に対する窒
素原子の重量の百分率を示す。また、{η}は30
℃でジメチルホルムアミド中、0.5g/100mlの濃
度で測定した対数粘度を示すが1.1以下である)
で表わされる範囲内にある。
本発明の製造法によつて得られる熱可塑性ポリ
ウレタンは、特に成形加工性および耐熱分解性に
優れているので通常用いられる射出成形機、押出
成形機、ブロー成形機などにより容易に成形さ
れ、優れた耐加水分解性、低温特性、耐熱性を生
かし、シート、フイルム、チユーブホース、ロー
ルギア、パツキング材、防振材、ベルトラミネー
ト製品、自動車部品、スポーツ用品等に使用され
る。また、溶剤に溶解して人造皮革または繊維の
処理剤、接着剤等にも有用であるが、さらに当技
術分野で知られているかまたはこれから開発され
る種々の用途にも使用可能なることが理解され
る。
実施例
次に実施例および比較例により本発明を更に具
体的に説明するが、本発明はそれらによつて何ら
限定されない。
なお実施例および比較例中、ポリウレタンの溶
融流動特性の温度依存性は高化式フローテスター
(例えば、(株)島津製作所高化式フローテスター
CFT−500型)を用い昇温法(ホールド185℃×
5min、昇温速度5℃/min、ダイス径×長さ=
0.5mmφ×5mml、荷重20Kg)にて粘度を測定し、
みかけの溶融流動の活性化エネルギーEa(Kcal/
モル)で評価した。なお、見かけの溶融流動の活
性化エネルギーEa(Kcal/モル)は、絶対温度の
逆数に対して、絶対温度と相関関係にある流量比
の対数値をプロツトし、その傾きKを求め、次の
式により計算された。
Ea=−2.303R・K
(ここでRはガス定数(1.987cal/deg・mole)
を表わす)
また対数粘度{η}は30℃、DMF溶液中0.5g/
100mlの濃度で測定した。
低温特性については得られたポリウレタンペレ
ツトを250℃で2分間加圧(10Kg/cm2)プレスす
ることにより100μのフイルムを調製し、動的粘
弾性自動測定器(東洋ボールドウイン(株)製レオバ
イブロンモデルDOV−)(110Hz)による主分
散ピーク温度(Ta)を測定することにより評価
した。
耐熱性については上記と同様の方法で調製した
100μのフイルムをタンザク状に打ち抜き、JISK
−6301に従つてインストロンTMM型万能引張試
験機で20℃及び120℃での引張り強度(TB 120、
TB 20)を測定し、その強度保持率〔TB 120/TB 20
×100(%)〕でもつて評価した。
またポリウレタンの耐加水分解性はジヤングル
テストにより評価した。ジヤングルテストは70
℃、95%の相対湿度下に50μの厚みのポリウレタ
ン皮膜を28日間放置しジヤングルテスト前後のフ
イルムの引張強度保持率で評価した。
耐熱分解性は、示差走査熱量天秤(理学電機(株)
製TG−BSC)を用い、窒素雰囲気下、230℃で
ポリウレタン10mgを5時間放置したときの熱重量
減少率を測定して評価した。
なお実施例及び比較例中の各表において用いた
原料は略号をもつて示したが略号と化合物の関係
は、以下のとおりである(第1表)。
Industrial Application Field The present invention polymerizes a polyester diol containing 3-methyl-1,5-pentanediol as a glycol component, an organic diisocyanate, and a chain extender. , relates to a method for continuously producing homogeneous thermoplastic polyester polyurethane with improved heat resistance and thermal decomposition resistance. Conventional technology Thermoplastic polyurethane has long been attracting attention as an alternative material to rubber and plastics because it has many features such as high elasticity, excellent abrasion resistance, and excellent oil resistance, and normal plastic molding processing methods can be applied to it. It has come to be used in large quantities as a molding material in a wide range of applications. As thermoplastic polyurethane, polyester polyurethane, polyether polyurethane, polycarbonate polyurethane, etc. are known, but among these polyurethanes, polyester polyurethane is preferably used from the viewpoint of its hydrolysis resistance and low temperature properties. It is being Examples of polyester polyurethanes include polyester diols containing 1,4-butanediol (hereinafter sometimes abbreviated as BD polyester diol), polyester diols such as polycaprolactone diol (CL polyester diol), organic diisocyanates, and Polyurethanes containing chain extenders are known. In addition, polyester diol (hereinafter sometimes abbreviated as MPD polyester diol) containing 3-methyl-1,5-pentanediol as a glycol component is a polyurethane that has better hydrolysis resistance and low-temperature properties than the polyurethane mentioned above. Polyurethane obtained using
(Refer to Publication No. 48-101496). The manufacturing method of these polyurethanes is carried out by mixing raw materials and polymerizing them.
It is known that in order to produce homogeneous polyurethane, it is preferable to mix raw materials in a molten state and polymerize. Although some general literature states that the polymerization temperature at this time is preferably in the range of 150 to 250°C, it is usually kept as low as possible within the range of 200°C or less, taking into account the thermal decomposition of the raw materials, especially the organic diisocyanate. A lower temperature is selected. For example, the polymerization temperature described in JP-A-48-101496 mentioned above is at most 160°C. Problems to be Solved by the Invention However, since the thermoplastic polyurethane obtained by the above manufacturing method has a large temperature dependence of melt viscosity, it is difficult to mold it in the same manner as other general-purpose thermoplastic resins. The drawback was that there was a high rate of defective products. Furthermore, since molding is carried out at high temperatures, if polyurethane with good thermal stability is not used, defects may occur in the physical properties and appearance of the molded product due to thermal deterioration during the molding process and decomposition within the molding machine.
Another drawback was that it was difficult to perform long-term processing. This is because the molding temperature and the thermal decomposition temperature of polyurethane are close to each other. In order to avoid this thermal decomposition, if the softening point of the polyurethane is set low so that it can be molded at a relatively low temperature, the heat deformation resistance temperature of the thermoplastic polyurethane inevitably decreases, which is undesirable. This is the reason why thermoplastic polyurethane is said to have poor moldability. In order to produce a thermoplastic polyester polyurethane with particularly excellent moldability, thermal decomposition resistance, and heat resistance, the present inventors have conducted various studies on the production conditions for the production, and have found that a thermoplastic polyurethane that is fully satisfactory. I couldn't get it. That is, for example, BD polyester diol or
I tried manufacturing polyurethane from CL polyester diol and diisocyanate using a conventional method, but
The melt viscosity of the polyurethane had a large temperature dependence, it did not have sufficient moldability, and it did not have sufficient thermal decomposition resistance. In addition, MPD polyester diol, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and 1,4-
A mixture of butanediol was poured onto a hot plate at 160°C, aged, and then crushed to prepare polyurethane (flake), but the melt viscosity of this polyurethane has a large temperature dependence, and the moldability was improved as a result. It wasn't something. Furthermore, even when other examples were repeated and when the example described in JP-A-47-34494 was repeated, a polyurethane that was fully satisfactory in terms of moldability could not be obtained. In view of the problems of the prior art described above, the present inventors have created a homogeneous thermoplastic polyester polyurethane that has improved not only hydrolysis resistance and low-temperature properties, but also moldability, heat resistance, and thermal decomposition resistance. With the aim of providing a method, the present invention has been completed after extensive research. Means for Solving the Problems According to the present invention, the above object is achieved by polymerizing a polymeric diol, an organic diisocyanate, and a chain extender to continuously produce a thermoplastic polyurethane. Methyl-1,5-
Using a polyester diol (a) with an average molecular weight of 1,000 to 5,000 obtained by polycondensing pentanediol and dicarboxylic acid, () the diisocyanate (b) to the polyester diol (a) according to the general formula 0.001M+0.5< R<0.0023M+4.6
[] [Here, M represents the average molecular weight of the polyester diol (a), and R represents the molar ratio of the organic diisocyanate (b) to the polyester diol (a)], and ( ) The temperature during polymerization was Tp℃ [After mixing the raw materials with the same composition as the raw material composition of the polyurethane to be obtained using the batch charging method, the temperature was 150℃, 160℃, 170℃
and 5 after polymerization for 15 minutes each at a temperature of 180 °C.
Four DSC curves were obtained by subjecting the polyurethane obtained by cooling at a cooling rate of °C/min to differential scanning calorimetry (DSC).
Obtained when heating at a heating rate of 10℃/min.
This is achieved by a method for producing thermoplastic polyurethane, which is characterized in that the temperature is the highest temperature (°C) showing the top of the highest endothermic peak of the DSC curve) or higher. The polymeric diol used in the present invention is 3-
A polyester diol (MPD polyester diol) obtained by polycondensation using methyl-1,5-pentanediol and dicarboxylic acid as essential components, and in the present invention, 3-methyl
The use of 1,5-pentanediol is essential. Although other manufacturing conditions are essential in the present invention, the use of a polyester diol containing the diol as a glycol component improves hydrolysis resistance, low-temperature properties, moldability, heat resistance, and heat decomposition resistance. polyurethane can be obtained. Even if the polymerization is carried out under the production conditions of the present invention except for using, for example, BD polyester diol or CL polyester diol instead of the MPD polyester diol, the urethane bonds will decompose if the resulting polyurethane is left in a high temperature atmosphere. Not only does this occur, but the temperature dependence of the melt viscosity is large, resulting in poor moldability. When producing the above MPD polyester diol, 3-methyl-1,5 is used as the glycol component.
- Although it is desirable to use pentanediol alone, a mixed glycol containing this diol as a main component may also be used. Examples of glycols used in combination include ethylene glycol, butanediol, hexanediol, propylene glycol,
Examples include neopentyl glycol, diethylene glycol, nonanediol, and the like. These glycols may be used not only alone but also in combination of two or more. The amount of 3-methyl-1,5-pentanediol used in the mixed glycol is 30% by weight or more, preferably 45% by weight based on the mixed glycol.
It is preferably at least 60% by weight, more preferably at least 60% by weight. In addition, the dicarboxylic acid for producing the above MPD polyester diol has an oxygen number of 4 to 12.
Aliphatic dicarboxylic acids or aromatic dicarboxylic acids having 8 to 12 carbon atoms are preferred, and specific examples thereof include succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, isophthalic acid, and terephthalic acid. Among them, adipic acid or azelaic acid is preferably used. The above MPD-based polyester diol can be produced by a method similar to the known method used in the production of polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate, that is, transesterification or direct esterification followed by melt polycondensation reaction (see above). (Refer to Japanese Patent Application Laid-open No. 101496/1983). In the present invention, the average molecular weight of the MPD polyester diol is 1000 to 5000, preferably 1500 to 5000.
Must be within the range of 4000. If the average molecular weight is too small, the temperature dependence of the melt viscosity of the obtained polyurethane will be small, but the heat resistance,
Low-temperature properties deteriorate significantly. On the other hand, if the average molecular weight is too large, the obtained polyurethane will have good low-temperature properties, but the temperature dependence of the melt viscosity will be large and the moldability will be reduced. Examples of the organic diisocyanate used in the present invention include diphenylmethane diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6
- Aromatic diisocyanates such as tolylene diisocyanate, phenylene diisocyanate, 1,5-naphthylene diisocyanate, 3,3'-dichloro-4,4'-diphenylmethane diisocyanate, xylylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, and hexamethylene Examples include aliphatic or alicyclic diisocyanates such as diisocyanate, isophorone diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, and hydrogenated xylylene diisocyanate. These diisocyanates may be used alone or in combination of two or more. In the present invention, the usage ratio of MPD polyester diol (a) and organic diisocyanate (b) is as follows:
The molecular weight of polyester diol (a) is represented by M,
It is important to use a molar ratio of organic diisocyanate to MPD polyester diol (a) that satisfies the general formula 0.001M+0.5<R<0.0023M+4.6, expressed as R, along with other manufacturing conditions. be. If R is less than 0.001M+0.5, heat resistance will be poor, and if R is 0.0023M+4.6 or more, heat resistance will be good, but low temperature properties and moldability will be poor. The chain extenders used in the present invention include commonly used chain extenders in the polyurethane industry, i.e., compounds with a molecular weight of 400 or more having at least two active hydrogen atoms capable of reacting with isocyanate groups, such as ethylene glycol. , butanediol, propylene glycol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,4-bis(β-hydroxyethoxy)benzene, 1,4-cyclohexanediol, bis(β-hydroxy Diols such as ethyl) terephthalate and xylene glycol, water,
Examples include hydrazine, ethylene diamine, propylene diamine, xylylene diamine, isophorone diamine, piperazine, phenylene diamine, tolylene diamine, adipic acid dihydrazide, isophthalic acid dihydrazide, and the like. These compounds may be used alone or in combination of two or more. The most preferred chain extender is butanediol,
1,4-bis(β-hydroxyethoxy)benzene. The amount of these chain extenders used is logically determined by R-
Although the amount may be 1, the actual amount is R-1 plus several mol% of R-1. In addition, R is as defined above here. In the production method of the present invention, in addition to using the above specific MPD polyester diol as the polymer diol and using the polyester diol and organic diisocyanate in a specific ratio, the temperature during polymerization is set to Tp. (℃) (Tp as defined above) or higher, preferably Tp+5
(°C) or higher. By doing so, a homogeneous thermoplastic polyurethane is obtained which has improved not only hydrolysis resistance and low-temperature properties, but also moldability, heat resistance and thermal decomposition resistance.
On the other hand, if the temperature during polymerization is low, the melt viscosity of the resulting polyurethane will have a large temperature dependence, and the moldability will not be improved at all. The temperature dependence of the produced melt viscosity changes extremely depending on the polymerization temperature, but this effect is small when, for example, BD polyester diol or CL polyester diol is used as the polymer diol, and the present invention using MPD polyester diol It is unique to In addition, when determining Tp in the above, the polymerization performed during the preparation of polyurethane to determine Tp, that is, the polymerization by a batch charging method of raw materials having the same composition as the raw materials for the polyurethane to be obtained (hereinafter referred to as prepolymerization) 150℃ as the temperature when
Select one temperature (α) from among 160°C, 170°C and 180°C (i.e., a relatively low temperature at which melt polymerization is possible), and evaluate the resulting polyurethane.
The temperature T〓 1 (°C) indicating the peak of the highest endothermic peak of the polyurethane is determined from the DSC curve, and the temperature T〓 1 can be regarded as Tp in some cases.
Depending on the average molecular weight of the MPD polyester diol and the ratio of the polyester diol to the organic diisocyanate, that is, the R value, the resulting polyurethane at a certain prepolymerization temperature (α) may vary.
T 1 may be lower than T〓 1 or T〓 1 of a polyurethane produced by polymerization at a polymerization temperature (β or γ) 10° C. or 20° C. lower than the polymerization temperature. In addition,
If the prepolymerization temperature is 190° C., the above-mentioned reversal of the polymerization temperature and the T 1 of the produced polyurethane does not occur. Furthermore, although it is preferable that the increments of the prepolymerization temperature be small, if the increments are 10°C, even if Tp is the highest temperature among the obtained T 1 , it is practically the same as the true Tp, and there is no problem. There isn't. Therefore, the above method for determining Tp is extremely convenient and rational. The temperature during polymerization is preferably a temperature at which polyurethane decomposes considerably, for example, 260° C. or lower. Preferred specific examples of the production method of the present invention include the following method. That is, the MPD polyester diol, the chain extender, and the organic diisocyanate are continuously fed by a metering pump into an extruder in which at least one part is set at Tp°C or above, and then extruded into a strand or sheet. be. In this method,
The MPD polyester diol and the chain extender may be supplied in the form of a mixture, or the MPD polyester diol and the organic diisocyanate may be used in the form of a prepolymer before or after supply. As the extruder, it is recommended to use a multi-screw extruder, typically a self-cleaning twin-screw extruder, from the viewpoint of uniformity of the polyurethane produced. The thermoplastic polyurethane obtained by the production method of the present invention has excellent hydrolysis resistance and low-temperature properties, and is significantly improved in moldability, heat resistance, and heat decomposition resistance. In particularly favorable cases, the activation energy (Ea) of the apparent melt flow of the produced polyurethane becomes small, and the general formula (250−44N)({η}−1.1)+45<Ea<(250−44N)({η }−1.1)+70 [] (However, in the formula, N represents the percentage of the weight of nitrogen atoms relative to the weight of polyurethane. Also, {η} is 30
The logarithmic viscosity measured in dimethylformamide at a concentration of 0.5 g/100 ml at °C is less than or equal to 1.1)
It is within the range expressed by . The thermoplastic polyurethane obtained by the production method of the present invention has particularly excellent moldability and heat decomposition resistance, so it can be easily molded using commonly used injection molding machines, extrusion molding machines, blow molding machines, etc. Taking advantage of its hydrolysis resistance, low-temperature properties, and heat resistance, it is used in sheets, films, tube hoses, roll gears, packing materials, vibration-proofing materials, belt laminate products, automobile parts, sporting goods, etc. It is also understood that it can be dissolved in a solvent and used as a treatment agent for artificial leather or fibers, as an adhesive, etc., but can also be used for a variety of other applications known in the art or to be developed in the future. be done. Examples Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. In the Examples and Comparative Examples, the temperature dependence of the melt flow characteristics of polyurethane was measured using a Koka-type flow tester (for example, a Koka-type flow tester manufactured by Shimadzu Corporation).
CFT-500 type) using heating method (hold 185℃ x
5min, heating rate 5℃/min, die diameter x length =
Measure the viscosity at 0.5mmφ×5mml, load 20Kg),
Activation energy Ea (Kcal/
Evaluated in moles). The apparent activation energy Ea (Kcal/mole) of the melt flow can be calculated by plotting the logarithm of the flow rate ratio, which has a correlation with the absolute temperature, against the reciprocal of the absolute temperature, finding its slope K, and calculating it as follows: Calculated by the formula. Ea=-2.303R・K (Here, R is the gas constant (1.987cal/deg・mole)
In addition, the logarithmic viscosity {η} is 0.5 g/dm in DMF solution at 30°C.
Measured at a concentration of 100ml. Regarding low-temperature properties, a 100μ film was prepared by pressing the obtained polyurethane pellets at 250℃ for 2 minutes (10Kg/cm 2 ), and a dynamic viscoelasticity automatic measuring device (manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd.) was used. Evaluation was made by measuring the main dispersion peak temperature (T a ) using the rheovibron model DOV-) (110 Hz). Regarding heat resistance, it was prepared using the same method as above.
Punch out a 100μ film into a tanzak shape and JISK
Tensile strength (T B 120 ,
T B 20 ) and its strength retention rate [T B 120 /T B 20
×100 (%)] was also evaluated. Further, the hydrolysis resistance of polyurethane was evaluated by a young angle test. Jingle test is 70
A polyurethane film with a thickness of 50μ was left for 28 days at 95% relative humidity at a temperature of 95% relative humidity, and the tensile strength retention of the film before and after the jungle test was evaluated. Thermal decomposition resistance was measured using a differential scanning calorimeter (Rigaku Denki Co., Ltd.)
The evaluation was made by measuring the thermal weight loss rate when 10 mg of polyurethane was left for 5 hours at 230° C. under a nitrogen atmosphere using TG-BSC (manufactured by TG-BSC). The raw materials used in each table in Examples and Comparative Examples are shown with abbreviations, and the relationship between the abbreviations and compounds is as follows (Table 1).
【表】
実施例 1
(Tpの測定)
回転速度を40rpmに設定した100c.c.のニーダー
(ブラベンダー社製ブラベンダープラストグラフ)
にPMPA、MDIおよびBD(鎖伸長剤)を
PMPA/MDI/BDのモル比が1/5/4となる
割合で合計90gをワンシヨツト法により仕込み、
150℃、160℃、170℃および180℃の温度で各々重
合した。得られたポリウレタンを1週間室温で放
置した後、示差走査熱量計(パーキン−エルマー
社製DSC−2C型)に供しDSC曲線を求めた。各
重合温度における生成ポリウレタンのT′pは第2
表のとおりであり、このポリウレタンのTpを209
℃とした。[Table] Example 1 (Measurement of Tp) 100 c.c. kneader with rotation speed set at 40 rpm (Brabender Plastograph manufactured by Brabender)
PMPA, MDI and BD (chain extender)
A total of 90g of PMPA/MDI/BD was prepared using the one-shot method at a molar ratio of 1/5/4.
Polymerization was carried out at temperatures of 150°C, 160°C, 170°C and 180°C, respectively. After the obtained polyurethane was left at room temperature for one week, it was subjected to a differential scanning calorimeter (Model DSC-2C manufactured by Perkin-Elmer) to obtain a DSC curve. T′p of the polyurethane produced at each polymerization temperature is the second
As shown in the table, the Tp of this polyurethane is 209
℃.
【表】
(ポリウレタンの製造)
平均分子量2000のPMPAとBDとからなり30℃
に加熱された混合物と50℃に加熱溶融したMDI
とをPMPA/MDI/BDの使用モル比が1/5/
4となる量で定量ポンプにより同方向に回転する
二軸スクリユー押出機に連続的に仕込み、連続溶
融重合を行なつた。このとき、前記押出機の中を
前部、中間部、後部の三つの帯域に分け、中間部
の温度をTpより高い230℃とした。該温度を溶融
重合温度とした。生成したポリウレタンをストラ
ンド状で水中へ連続的に押し出し、次いでペレタ
イザーでペレツトに成形した。
得られたポリウレタンについて溶融流動のみか
けの活性化エネルギー(Ea)、耐熱性、低温特
性、耐加水分解性、耐熱分解性を調べた。その結
果を第3表に示す。
実施例2〜7および比較例1〜10
(Tpの測定)
第3表に示した原料と同表に示した組成比で用
い、実施例1と同様の方法によりポリウレタンを
調製し、そのTpを求めた。その結果を第3表に
示す。
(ポリウレタンの製造)
第3表に示した原料を同表に示した組成比で用
い重合温度をTpとして同表に示した温度とする
こと以外は、実施例1と同様の方法でポリウレタ
ン(ペレツト)を製造した。生成した各ポリウレ
タンの物性を第3表に示す。[Table] (Manufacture of polyurethane) Made of PMPA and BD with an average molecular weight of 2000 at 30℃
MDI heated to 50°C and melted to 50°C
and the molar ratio of PMPA/MDI/BD used is 1/5/
4 was continuously charged into a twin-screw extruder rotating in the same direction using a metering pump, and continuous melt polymerization was performed. At this time, the inside of the extruder was divided into three zones: a front section, a middle section, and a rear section, and the temperature of the middle section was set to 230° C., which was higher than Tp. This temperature was defined as the melt polymerization temperature. The polyurethane produced was continuously extruded into water in the form of a strand, and then formed into pellets using a pelletizer. The obtained polyurethane was examined for its apparent activation energy (Ea) of melt flow, heat resistance, low temperature properties, hydrolysis resistance, and thermal decomposition resistance. The results are shown in Table 3. Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 10 (Measurement of Tp) Using the raw materials shown in Table 3 and the composition ratios shown in the same table, polyurethane was prepared in the same manner as in Example 1, and the Tp was I asked for it. The results are shown in Table 3. (Manufacture of polyurethane) Polyurethane (pellets) were produced in the same manner as in Example 1, except that the raw materials shown in Table 3 were used in the composition ratios shown in the table, and the polymerization temperature was set to Tp as shown in the table. ) was manufactured. Table 3 shows the physical properties of each polyurethane produced.
【表】【table】
【表】
第3表から明らかな如く、高分子ジオールとし
てPMPAを用いてTp以上の温度で重合して得ら
れるポリウレタンは重合温度をTp以下の温度と
すること以外は同じ条件で重合して得られるポリ
ウレタンに比較して溶融流動のみかけの活性化エ
ネルギーが約半分であり、成形加工性に優れてい
る(実施例1、比較例1参照)。ただし、PMPA
に対するMDIのモル比Rが一般式〔〕で示さ
れる値の範囲内にないと生成ポリウレタンの耐熱
性が極めて不良(比較例2)か、溶融流動のみか
けの活性化エネルギーが著しく大きい(比較例
3)。またPMPAの平均分子量が小さいと得られ
るポリウレタンの耐熱性が劣り、低温特性が不良
(比較例4)であり、一方、PMPAの平均分子量
が大きいとTp以上の温度で重合しても溶融流動
のみかけの活性化エネルギーが著しく大きい(比
較例5)のに対し、PMPAの分子量が1000〜
5000の範囲内にある場合には、上記2つの欠点が
改良されている(実施例1〜4)、さらに高分子
ジオールとしてPCLを用いて、Tp以上の温度で
重合しても、得られるポリウレタンの溶融流動の
みかけの活性化エネルギーがあまり小さくならな
い(比較例8)。
発明の効果
本発明方法により、耐加水分解性および低温特
性のみならず、成形加工性、耐熱性および耐熱分
解性の改良された熱可塑性ポリウレタンが得られ
る。[Table] As is clear from Table 3, polyurethane obtained by polymerizing PMPA as a polymeric diol at a temperature above Tp can be obtained by polymerizing under the same conditions except that the polymerization temperature is below Tp. The apparent activation energy of melt flow is about half that of polyurethane, and it has excellent moldability (see Example 1 and Comparative Example 1). However, PMPA
If the molar ratio R of MDI to R is not within the range of the value shown by the general formula [], the heat resistance of the polyurethane produced will be extremely poor (Comparative Example 2), or the apparent activation energy of the melt flow will be extremely large (Comparative Example 3). Furthermore, if the average molecular weight of PMPA is small, the resulting polyurethane will have poor heat resistance and poor low-temperature properties (Comparative Example 4). The apparent activation energy is significantly large (Comparative Example 5), whereas PMPA has a molecular weight of 1000~
If it is within the range of 5000, the above two drawbacks are improved (Examples 1 to 4), and even if PCL is used as the polymer diol and polymerized at a temperature higher than Tp, the resulting polyurethane The apparent activation energy of the melt flow does not become very small (Comparative Example 8). Effects of the Invention By the method of the present invention, a thermoplastic polyurethane can be obtained which has improved not only hydrolysis resistance and low-temperature properties but also moldability, heat resistance, and thermal decomposition resistance.
Claims (1)
び鎖伸長剤を重合して熱可塑性ポリウレタンを連
続的に製造するにあたり、 () 前記高分子ジオールとして3−メチル−
1,5−ペンタンジオールおよびジカルボン酸
を重縮合して得られた平均分子量1000〜5000の
ポリエステルジオール(a)を用い、 () 前記有機ジイソシアネート(b)を前記ポリエ
ステルジオール(a)に対し、一般式 0.001M+0.5<R<0.0023M+4.6
〔〕 〔ここでMは前記ポリエステルジオール(a)の平
均分子量を表し、Rは前記ポリエステルジオー
ル(a)に対する有機ジイソシアネート(b)のモル比
を表す〕で示されるモル比で使用し、 () 重合時の温度をTp℃〔ただし、Tpは得よ
うとするポリウレタンの原料と同一組成で原料
を一括仕込み法で混合した後、150℃、160℃、
170℃および180℃の各温度で各々15分間重合し
た後5℃/分の冷却速度で冷却して得られたポ
リウレタンを示差走査熱量(DSC)に供して
得られた4本のDSC曲線(生成ポリウレタン
を10℃/分の上昇温度で昇温したときに得られ
るDSC曲線)の最高吸熱ピークの頂点を示す
温度のなかで最も高い温度(℃)を意味する〕
以上とする ことを特徴とする熱可塑性ポリウレタンの製造
法。 2 ポリエステルジオール(a)が3−メチル−1,
5−ペンタンジオールと炭素数4〜12の脂肪族ジ
カルボン酸とを重縮合することによつて得られる
高分子ジオールである特許請求の範囲第1項記載
の製造法。 3 脂肪族ジカルボンがアジピン酸またはアゼラ
イン酸である特許請求の範囲第2項記載の製造
法。 4 ポリエステルジオール(a)の平均分子量が1500
〜4000の範囲内にある特許請求の範囲第1項記載
の製造法。 5 重合が多軸スクリユー型押出機を用いる連続
溶融重合であり、かつ前記押出機のいずれかの部
分がTp(℃)以上の温度である特許請求の範囲第
1項記載の製造法。[Scope of Claims] 1. In the continuous production of thermoplastic polyurethane by polymerizing a polymeric diol, an organic diisocyanate, and a chain extender, () 3-methyl- as the polymeric diol;
Using a polyester diol (a) having an average molecular weight of 1,000 to 5,000 obtained by polycondensing 1,5-pentanediol and dicarboxylic acid, () adding the organic diisocyanate (b) to the polyester diol (a), Formula 0.001M+0.5<R<0.0023M+4.6
[] [Here, M represents the average molecular weight of the polyester diol (a), and R represents the molar ratio of the organic diisocyanate (b) to the polyester diol (a).] The temperature during polymerization is Tp℃ [However, Tp is 150℃, 160℃,
Four DSC curves (formed It means the highest temperature (℃) that shows the top of the highest endothermic peak of the DSC curve obtained when polyurethane is heated at a rate of 10℃/min.]
A method for producing thermoplastic polyurethane, characterized by the above. 2 Polyester diol (a) is 3-methyl-1,
The method according to claim 1, which is a polymeric diol obtained by polycondensing 5-pentanediol and an aliphatic dicarboxylic acid having 4 to 12 carbon atoms. 3. The production method according to claim 2, wherein the aliphatic dicarboxylic acid is adipic acid or azelaic acid. 4 The average molecular weight of polyester diol (a) is 1500
4,000. 5. The manufacturing method according to claim 1, wherein the polymerization is continuous melt polymerization using a multi-screw extruder, and any part of the extruder is at a temperature of Tp (° C.) or higher.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60178927A JPS6239613A (en) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | Production of thermoplastic polyurethane |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60178927A JPS6239613A (en) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | Production of thermoplastic polyurethane |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6239613A JPS6239613A (en) | 1987-02-20 |
JPH0349284B2 true JPH0349284B2 (en) | 1991-07-29 |
Family
ID=16057071
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP60178927A Granted JPS6239613A (en) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | Production of thermoplastic polyurethane |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS6239613A (en) |
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Citations (1)
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JPS48101496A (en) * | 1972-04-05 | 1973-12-20 |
-
1985
- 1985-08-13 JP JP60178927A patent/JPS6239613A/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS48101496A (en) * | 1972-04-05 | 1973-12-20 |
Also Published As
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JPS6239613A (en) | 1987-02-20 |
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