JPH09169828A - 注型用ポリウレタンエラストマー組成物及びその成形品 - Google Patents

注型用ポリウレタンエラストマー組成物及びその成形品

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JPH09169828A
JPH09169828A JP33021095A JP33021095A JPH09169828A JP H09169828 A JPH09169828 A JP H09169828A JP 33021095 A JP33021095 A JP 33021095A JP 33021095 A JP33021095 A JP 33021095A JP H09169828 A JPH09169828 A JP H09169828A
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casting
polyurethane elastomer
elastomer composition
tolylene diisocyanate
nco
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JP33021095A
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Katsuji Kuribayashi
克次 栗林
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Mitsubishi Chemical Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/10Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粘度が低く、作業性の優れたポリウレタンプ
レポリマー組成物及び耐摩耗性、機械的性質の優れたボ
イドのないポリウレタン系エラストマー注型品。 【解決手段】 トリレンジイソシアネートと数平均分子
量が500〜4000のポリテトラメチレンエーテルグ
リコールとを、反応せしめると共に、反応後期または反
応終了後にジフェニルメタンジイソシアネートをトリレ
ンジイソシアネートに対して1〜20重量%添加して得
られたNCO基末端ウレタンプレポリマー混合物(A
液)と硬化剤(B液)とを含有する注型用ポリウレタン
エラストマー組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は注型用ポリウレタン
エラストマー組成物及びその成形品に関するものであ
る。更に詳しくは、粘度が低く作業性に優れた注型用ポ
リウレタンエラストマー組成物及びそれを用いて得られ
る機械的性質、特に引張強度、引裂強度に優れた成形品
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリテトラメチレンエーテルグリコール
(以下PTMG)を用いたポリウレタンエラストマー注
型品は、耐磨耗性、機械的性質、動的物性、耐溶剤性、
耐油性、耐オゾン性等に優れていることから、ロール、
キャスター等の工業部品、紙送りロール、複写機用ロー
ル等のOA機器部品の他、エスカレーター、スポーツ、
レジャー用品等、広範囲に利用されている。
【0003】かかる注型品を与えるポリウレタンエラス
トマー組成物としては、トリレンジイソシアネート(以
下TDI)とPTMGのプレポリマーに硬化剤として、
1,4−ブタンジオール、ハイドロキノンジエチロール
エーテル、トリメチロールプロパン等の低分子量ポリオ
ールや3,3′−ジクロロ−4,4′−ジアミノジフェ
ニルメタン(以下MOCA)等の芳香族ポリアミンを配
合したものが一般的に用いられている。
【0004】しかしながら、低分子量ポリオールやそれ
らの混合物を硬化剤とする低硬度グレードにおいては、
機械的性質、特に引張強度、引裂強度が低く、耐久性が
不充分であった。そのため、成形品として、例えば引張
強度で200kg/cm2 以上の優れた機械物性を与え
るポリウレタンエラストマー組成物が望まれている。
【0005】また、前記ウレタンプレポリマー中にTD
Iモノマーを1重量%以上含有する場合には特定化学物
質第2類に該当する等、環境衛生上の問題も生じる。T
DIを用いて未反応TDIモノマー含有量1重量%未満
のNCO末端プレポリマーを製造するためには、NCO
基/OH基のモル比率を2/1以下にすることで理論的
には可能であるが、通常の反応条件である50〜70℃
ではNCO基/OH基のモル比率を1.7/1程度まで
下げる必要がある。しかし、このような条件では、プレ
ポリマーの粘度が高くなりすぎ、注型時にプレポリマー
中の気泡が抜けにくく、成形品にボイド等が発生する、
あるいは表面形状の荒れが発生する等の不良品が発生し
やすい問題点がある。
【0006】そこで、NCO基/OH基のモル比率を2
/1以上として、プレポリマーを製造し、その後、任意
の精製方法、例えば薄膜蒸留器等を用いて未反応TDI
モノマーを低下させる方法もあるが、製造工程が増え、
製造時間が長くなり、製造コストも高くなる。また、N
CO基/OH基のモル比率を1.8/1程度とし、20
℃以下の低温反応により、ポリオールの滴下時間を長く
することで、未反応TDIモノマー含有量を低下させる
ことができるが、製造時間が長くなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、粘度
が低く、作業性に優れると共に原料プレポリマー中の未
反応TDIモノマー含有量を少なくすることができるポ
リウレタンエラストマー組成物を提供することであり、
更に耐摩耗性、機械的性質、特に引張強度、引裂強度に
優れ、ボイドがなく、表面性に優れたポリウレタンエラ
ストマー注型品を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
のため、鋭意検討した結果、TDIとPTMGでブレポ
リマーを製造する際に、反応後期または反応終了後にジ
フェニルメタンジイソシアネート(以下MDI)を添加
することにより、上記目的を達成できることを見出し、
本発明に到達した。
【0009】即ち、本発明はトリレンジイソシアネート
と数平均分子量が500〜4000のポリテトラメチレ
ンエーテルグリコールとを反応せしめると共に、反応後
期または反応終了後にジフェニルメタンジイソシアネー
トをトリレンジイソシアネートに対して1〜20重量%
添加して得られたNCO基末端ウレタンプレポリマー混
合物(A液)と硬化剤(B液)とを含有することを特徴
とする注型用ポリウレタンエラストマー組成物にある。
【0010】
【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。 (1)プレポリマー混合物(A液) 本発明に使用する末端にNCO基を含有するウレタンプ
レポリマー(以下プレポリマーと略記する。)混合物
は、TDIまたはTDI及びMDIと数平均分子量が5
00〜4000のPTMGから得られるプレポリマーと
MDIの混合物である。上記TDIとしては、2,4−
トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシ
アネートあるいはそれ等の異性体混合物等が挙げられ、
反応性の点から2,4−トリレンジイソシアネートが特
に好ましい。
【0011】本発明の効果を損わない範囲において、他
のジイソシアネート化合物を添加することもできる。M
DIとしては、4,4′−ジフェニルメタンジイソシア
ネート、2,2′−及び2,4′−ジフェニルメタンジ
イソシアネート異性体混合物、カルボジイミド変性ジフ
ェニルメタンジイソシアネート等が挙げられる。これら
のうち、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート
が物性、コストの面から特に好ましい。
【0012】A液に用いられるPTMGにより、他のポ
リエーテルポリオール、ポリエステルポリオールでは得
られない耐摩耗性、耐水性に優れるポリウレタンエラス
トマー注型品を与えることができる。ここで、PTMG
は1種、または2種以上の併用も可能で、500〜40
00の数平均分子量のものを使用する。更に好ましい数
平均分子量の範囲は650〜3000である。尚、ここ
での分子量は末端水酸基量より、計算した数平均分子量
である。
【0013】PTMGは、例えば、特開昭61−162
522号公報に記載されているようにテトラヒドロフラ
ンを開環重合することにより、製造することができる。
また、本発明の効果を損なわない範囲において、PTM
G以外にアルキレングリコール等の低分子グリコールを
併用することができる。該低分子グリコールの使用量と
してはPTMGの40重量%以下、好ましくは20重量
%以下である。A液の製造方法としては、TDIとPT
MGをNCO基/OH基のモル比率を2/1以下で反応
させ、反応後期または反応終了後にMDIをTDIに対
して1〜20重量%、好ましくは2〜10重量%添加
し、混合する。
【0014】この際、最終プレポリマー混合物中のNC
O基の含有率が3〜7重量%となるように添加すること
が好ましい。該最終プレポリマー混合物中のNCO含有
率が3重量%未満では、粘度が高くなり、注型時、気泡
が抜けにくく作業性の低下、注型品の表面性の低下等の
可能性があり、好ましくない。一方、NCO含有率が7
重量%を越える場合には、未反応TDIが1重量%以上
となりやすく好ましくない。
【0015】A液の製造方法をより具体的に説明すれ
ば、先ずTDIとPTMGを乾燥窒素気流下、20〜9
0℃で2〜6時間攪拌下で反応させる。TDIとPTM
Gの添加割合は、好ましくはNCO基/OH基のモル比
率2/1〜1.5/1、更に好ましくは1.9/1〜
1.6/1である。次いで、反応後期または反応終了後
にMDIを添加する。
【0016】本発明において反応後期とは、TDIとP
TMGの反応が進行して、NCO基が理論値の90%以
上、好ましくは95%以上反応したときを意味する。こ
の際、A液には必要に応じて、安定剤を添加することが
できる。該安定剤としては、ブチルアシッドホスフェー
ト、2−エチルヘキシルアシッドホスフェート、イソデ
シルアシッドホスフェート等の酸性リン酸エステル、ト
リフェニルホスファイト、トリデシルホスファイト、ジ
ブチルハイドロジエンホスファイト等の亜リン酸エステ
ル等が挙げられる。
【0017】(2)硬化剤(B液) 硬化剤としてはウレタン樹脂に通常使用される硬化剤が
特に限定なく使用でき、それぞれの用途に応じて、低分
子量ポリオール、芳香族ポリアミン等を選択する。低分
子量ポリオールとしては、1,4−ブタンジオール、ハ
イドロキノンジエチロールエーテル、トリメチロールプ
ロパン等の単独、または混合物が挙げられ、芳香族ポリ
アミンとしてはMOCA、トリメチレングリコール−ジ
−p−アミノベンゾエート等のMOCA代替品等が挙げ
られる。
【0018】B液には必要に応じて、触媒、顔料、可塑
剤、防水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の
添加剤を配合することができる。上記触媒としては、通
常のウレタン化反応に使用される触媒が挙げられる。例
えば、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラ
ウレート、ジブチルチンジオクトエート、スタナスオク
トエート、ジブチルチンアセテート等の錫系触媒、鉄ア
セチルアセテート、塩化第二鉄等の鉄系触媒、トリエチ
レンジアミン、トリエチルアミン、トリエチレンジアミ
ンの複塩、テトラメチルヘキサメチレンジアミン等のア
ミン触媒等が挙げられる。これらの触媒は単独もしくは
2種類以上を組み合わせて使用しても良い。
【0019】顔料としては、カーボンブラック、酸化チ
タン、ベンガラ、黄鉛、フタロシアニン系有機顔料等
が、可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジオクチル
フタレート等のエステル類が挙げられる。
【0020】(3)A液とB液の混合方法 本発明のウレタンエラストマー組成物の調製方法は、通
常の注型タイプのエラストマーに一般に用いられるプレ
ポリマー法(A液がNCO末端プレポリマーで、B液が
硬化剤であるA液、B液を配合して使用する方法)が使
用できる。A液とB液の配合比は組成物全体で、NCO
基/(OH基+NH2 基)の当量比が0.90〜1.2
0、好ましくは、0.98〜1.10の範囲が好まし
い。0.90未満では注型品の物性低下、キュアー性が
低下するため、好ましくない。一方、1.20を越える
場合には、注型時に発泡等の問題を生じる可能性が有り
好ましくない。また、A液とB液の混合時における液温
は粘度、反応性を考慮して決められるが、通常は20〜
100℃の範囲が好ましい。そのため、例えばA液は7
5℃における粘度が850mPa・sec以下であるこ
とが好ましい。
【0021】(4)注型 本発明の注型用ポリウレタンエラストマー組成物を金型
を用いて、注型する場合、金型の温度は70〜150℃
が好ましい。70℃より低い場合には硬化不良を起こし
て、脱型時間が長くなり、150℃より高くなると、熱
劣化により、着色等の問題が生じやすく好ましくない。
【0022】
【実施例】以下、本発明を実施例、および比較例により
更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えな
い限りこれらの実施例に限定されるものではない。尚、
「部」及び「%」は特に断らないかぎり、重量部、重量
%を表す。 A液(プレポリマー混合物)の製造 製造例1〜4 容量1リットルのガラス製フラスコに表1に示す部数の
TDI(三菱化学ダウ社製)及び各種ポリオールを滴下
により、反応温度が50℃を越えないように仕込み、混
合し、ポリオールの仕込後窒素気流下50℃で4時間反
応させた後、更にMDI(三菱化学ダウ社製 Ison
ate−125M、NCO率33.6%)を表1に示す
部数添加し、50℃で2時間混合して、A液1、2、
3、4を得た。これらのNCO基含有量、未反応TDI
モノマー含有量、粘度の測定結果を表1に記載した。
尚、PTMG650、1000(三菱化学社製)の数平
均分子量はそれぞれ600、1018であった。
【0023】製造例5 窒素気流下50℃で4時間反応させた後、室温にて15
時間自然放冷し翌日MDIを添加し50℃で2時間混
合。更に安定剤としてリン酸エステル(大橋化学主製:
AP−8)を50ppm添加し50℃で30分混合しA
液5を得た。尚仕込量は製造例3と同様に行った。
【0024】製造例6、7 容量1リットルのガラス製フラスコに表1に示すように
TDI(三菱化学ダウ社製)及び各種ポリオールを滴下
により、反応温度が50℃と20℃を越えないようにそ
れぞれ仕込み、混合し、窒素気流下50℃と20℃で6
時間反応させて、A液6、7を得た。これらのNCO基
含有量、未反応TDIモノマー含有量、粘度の測定結果
を表1に記載した。
【0025】・NCO基含有量の測定方法 NCO基含有量の測定方法はJIS K1603に準じ
て測定した。 ・未反応TDIモノマー量の測定方法 未反応TDIモノマー量の測定はゲルパーミエーション
クロマトグラフィー(東ソー社製 高速GPC装置 H
LC−820)により行い、ピーク面積比から計算し
た。 ・粘度の測定方法 粘度の測定はE型粘度計(東京計器社製 VISCON
IC EHD−R型)でサンプル量1.5ml、標準ロ
ーター(1°34′)で測定した。
【0026】B液(硬化剤) 以下に使用した硬化剤を示す。 B−1 1,4−ブタンジオール(三菱化学社製) 70部 トリメチロールプロパン(光栄化学社製) 30部 B−2 MOCA(イハラケミカル社製 キュアミンMT)
【0027】
【表1】
【0028】実施例1〜6、比較例1〜3 製造例1〜7で得られたA液と上記B液を用いて、表2
に記載の配合処方・条件にて、注型品を製造した。即
ち、A液、B液を、所定温度に加温して、真空脱泡した
のち、予め、離型剤を塗布した120℃に加熱した金型
内(50mmφ×13mm厚、200mm×200mm
×2mm厚)にそれぞれ注入し、120℃で3時間硬化
させて注型品を得た。得られた注型品を7日間熟成(2
3℃、60%RH)させた後、JIS−K6301に従
い物性を測定し、その結果を表3、4に記載した。
【0029】実施例のプレポリマー混合物(A液)は金
型への注入時の粘度が低いため、金型への注入が容易で
あり、未反応TDIモノマーが少ないため、TDIモノ
マーに起因する臭気も感じられず、作業性が良好であっ
た。また、実施例の注型品の表面を観察したが、ボイ
ド、フィッシュアイなどは観察されなかった。表3、4
からわかるように実施例のポリウレタンエラストマー注
型品は比較例のものに対して引張強度、引裂強度に優れ
ている。更に、MDI添加による耐熱性の低下もない。
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
【表5】
【0034】
【表6】
【0035】
【発明の効果】本発明の注型用ポリウレタンエラストマ
ー組成物は粘度が低いため、作業性に優れ、更に未反応
TDIモノマー含有量が少ないため、安全性も高いもの
である。更にその成形品は引張強度、引裂強度等の機械
的性質や表面性、耐熱性にも優れている。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トリレンジイソシアネートと数平均分子
    量が500〜4000のポリテトラメチレンエーテルグ
    リコールとを反応せしめると共に、反応後期または反応
    終了後にジフェニルメタンジイソシアネートをトリレン
    ジイソシアネートに対して1〜20重量%添加して得ら
    れたNCO基末端ウレタンプレポリマー混合物(A液)
    と硬化剤(B液)とを含有することを特徴とする注型用
    ポリウレタンエラストマー組成物。
  2. 【請求項2】 トリレンジイソシアネートとポリテトラ
    メチレンエーテルグリコールの割合がNCO/OHモル
    比1.5/1〜2/1であることを特徴とする請求項1
    記載の注型用ポリウレタンエラストマー組成物。
  3. 【請求項3】 ウレタンプレポリマーがトリレンジイソ
    シアネートモノマーの含有量1重量%未満であり、粘度
    が75℃において850mPa・sec以下である請求
    項1または2記載の注型用ポリウレタンエラストマー組
    成物。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3記載の注型用ポリウレタン
    エラストマー組成物を注型し、これを硬化して得られる
    ことを特徴とするポリウレタン成形品。
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