JPH11236427A - 熱硬化性ポリウレタンゴム硬化触媒及び硬化方法 - Google Patents

熱硬化性ポリウレタンゴム硬化触媒及び硬化方法

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JPH11236427A
JPH11236427A JP3860998A JP3860998A JPH11236427A JP H11236427 A JPH11236427 A JP H11236427A JP 3860998 A JP3860998 A JP 3860998A JP 3860998 A JP3860998 A JP 3860998A JP H11236427 A JPH11236427 A JP H11236427A
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polyurethane
curing
thermosetting polyurethane
rubber
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Hiroshi Okamoto
弘 岡本
Shinichi Inoue
眞一 井上
Koichi Shizuru
公一 志鶴
Akinori Ishii
昭典 石井
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Hokushin Industries Corp
Hokushin Industry Co Ltd
Original Assignee
Hokushin Industries Corp
Hokushin Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 品質の安定化を図り、熟成期間の短縮または
省略が可能な熱硬化ゴム硬化触媒及び硬化方法を提供す
る。 【解決手段】 熱硬化性ポリウレタンゴムの硬化に用い
る触媒であって、Co、Ni、Cr、Fe又はCuから
なる金属の塩化物、アセチルアセトネート塩及び硫酸塩
の群から選択される少なくとも一種を含む触媒を用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱硬化性ゴム硬化
触媒及び硬化方法に関する。なお、本発明により形成さ
れたポリウレタンは、例えば、複写機のウレタンブレー
ド、搬送ロール、転写帯電ロールなどに用いて好適なも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、ポリウレタンなどの熱硬化性ゴム
硬化用の触媒としては、イソシアネートと水酸基との反
応速度を適正に調整するために種々検討され、その中
で、工業化されたものとしては、スタナスオクトエー
ト、ジブチルすずジラウレートなどの有機すず化合物、
あるいは無機すず化合物からなる錫系触媒があり、ま
た、近年においては、1,4−ジアザビシクロ[2,
2,2]オクタンなどの3級アミンに代表されるアミン
系の触媒、または、DBU(1,8−ジアザ−ビシクロ
[5,4,0]ウンデセン−7)の有機酸塩系のアミン
塩などが用いられている。
【0003】例えば、特開昭4−2260308号公報
には、型内硬化に要する時間を大幅に短縮するための触
媒としてイミダゾール誘導体が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ポリウレタ
ンは、硬化完了してから、ゴム硬度、ムーニー粘度等の
特性が安定するまで、一定温湿度での放置、いわゆる、
熟成が必要となるという問題がある。すなわち、硬化反
応・成形後、所定の期間熟成されなければならない。こ
の熟成は、イソシアネートの化学反応を完全に完了する
ための化学的なものと、ポリウレタン結合に由来する高
次構造を安定に形成するための物理的なものとがあると
されている。
【0005】このようなポリウレタン製品の工業化を図
る上では、品質の安定化および熟成期間の短縮または省
略という要望があるが、従来から検討されているもの
は、触媒の検討により化学的な反応速度を適正に調整す
るためのものであり、熟成期間に影響を及ぼすものでは
なかった。
【0006】また、例えば、特開昭5−150697号
公報には、擬プレポリマー法を用い、主剤と硬化剤成分
とをミキシングヘッドで低温で衝突混合させつつ、直ち
に型内に注入するRIM成形により、型内硬化後、型か
ら取りだして二次硬化を行わせることなく製品にできる
という技術が開示されているが、これは触媒による熟成
期間の調整ではない。
【0007】本発明は、このような事情に鑑み、品質の
安定化を図り、熟成期間の短縮または省略が可能な熱硬
化ゴム硬化触媒及び硬化方法を提供することを課題とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の第1の態様は、熱硬化性ポリウレタンゴムの硬化に
用いる触媒であって、Co、Ni、Cr、Fe又はCu
からなる金属の塩化物、アセチルアセトネート塩及び硫
酸塩の群から選択される少なくとも一種を含むことを特
徴とする熱硬化性ポリウレタンゴム硬化触媒にある。
【0009】また、本発明の第2の態様は、熱硬化性ポ
リウレタンゴムの硬化に用いる触媒であって、Co、N
i、Cr、Fe又はCuからなる金属の塩化物、アセチ
ルアセトネート塩及び硫酸塩の群から選択される少なく
とも一種を含む熱硬化性ポリウレタンゴム硬化触媒をポ
リイソシアネートに混合して所定の混合物を調整するス
テップと、この混合物と前記ポリイソシアネートと所定
のポリウレタンを形成するポリオールとを硬化反応させ
てポリウレタンとするステップとを具備することを特徴
とする熱硬化性ポリウレタンゴムの硬化方法にある。
【0010】ここで、本発明で触媒として用いる金属塩
化物は、Co、Ni、Cr、Fe又はCuからなる金属
の塩化物で、例えば、塩化第二コバルト、塩化第一ニッ
ケル、塩化第二鉄などを挙げることができる。また、本
発明で触媒として用いる金属アセチルアセトネート塩
は、Co、Ni、Cr、Fe又はCuからなる金属のア
セチルアセトネート塩であり、例えば、コバルトアセチ
ルアセトネート、ニッケルアセチルアセトネート、鉄ア
セチルアセトネートなどを挙げることができる。
【0011】また、本発明で触媒として用いる金属硫酸
塩は、Co、Ni、Cr、Fe又はCuからなる金属の
硫酸塩で、例えば、硫酸銅などをあげることができる。
金属との錯体を形成させ硬化反応に用いる。
【0012】本発明では、このような触媒は、近年工業
化されたポリウレタンに用いられた実績はないが、これ
らは、ポリウレタンの反応速度に影響するだけでなく、
熟成期間を短縮し、安定した物性が早期に発現するとい
う効果を奏する。
【0013】すなわち、ポリウレタンゴムの物性は、原
料であるポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオ
ールまたは低分子ポリオールの末端活性水素とポリイソ
シアネートのイソシアネート基との化学反応により生じ
るウレタン結合による三次元網目構造と、連鎖中に存在
する極性基によって生成する微細な結晶とによって発現
する。結晶構造を生成させるための極性基は配合される
低分子ポリオールとジイソシアネートとの繰り返しドメ
インによって導入される。本発明の触媒を用いることに
より、ポリウレタンゴムの活性水素とイソシアネートと
の反応時に準安定な金属−カルボニル錯体が生成し、こ
の錯体がウレタン結合生成において均一且つ微細な結晶
部分を生成することに好適な立体構造を有していること
が推測される。本発明の熱硬化性ポリウレタンゴム硬化
触媒は、予めポリウレタンイソシアネートと混合して所
定の混合物を形成した後、ポリウレタンの硬化反応に供
するのが好ましい。
【0014】これは、上述した金属−イソシアネート錯
体が予め調製され、これがウレタン硬化反応に供される
ので、前述した効果が助長されると推測される。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
説明するが、本発明は、これらの実施例により限定され
るものではない。
【0016】(実施例1)ポリウレタン原料であるポリ
オールとしては、PCL−220(ポリカプロラクトン:分子
量2000、ダイセル化学工業(株)製)を130℃で12時間
以上脱水機にて脱水させて使用した。一方、ジイソシア
ネートとしては、ミリオネートMT(4,4’−ジフェニ
ルメタンジイソシアネート:日本ポリウレタン工業(株)
製)をそのまま使用した。鎖延長剤には1,4−BD
(1,4−ブタンジオール:三菱化学(株))、TMP
(トリメチロールプロパン:共栄化学工業(株)製)を使
用した。また、金属触媒としては、塩化コバルト(Co
Cl2試薬:関東化学製)使用した。
【0017】このような材料を用い、以下の ようにして
ポリウレタン硬化反応を行った。
【0018】PCL−220の水酸基に対して過剰量のミリオ
ネートMTを減圧下100℃で12分間反応させた。次に、
余剰のイソシアネート基に対して等量またはわずかに過
小量の1,4−BDと、TMPと、CoCl2との混合
物を加え素早く撹拌混合して130℃に保温した金型に注
入した。金属触媒の含有量は、総重量の0.1%とし
た。そして、30分後に金型から取り出してポリウレタン
エラストマーを得た。
【0019】得られたエラストマーのゴム硬度は73度
(JISA)、反発弾性は68%であった。
【0020】(実施例2)金属触媒をCo(acac)
2(コバルトアセチルアセトネート:関東化学社製)と
した以外は実施例1と同様に操作してポリウレタンエラ
ストマーを得た。
【0021】得られたエラストマーのゴム硬度は72度
(JISA)、反発弾性は67%であった。
【0022】(実施例3)金属触媒をNi(acac)
2(ニッケルアセチルアセトネート:関東化学社製)と
した以外は実施例1と同様に操作してポリウレタンエラ
ストマーを得た。
【0023】得られたエラストマーのゴム硬度は72度
(JISA)、反発弾性は68%であった。
【0024】(実施例4)金属触媒としてCo(acac)
2(コバルトアセチルアセトネート:関東化学社製)を
用い、これの20%塩化メチレン溶液とミリオネートMT
(4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート:日本
ポリウレタン工業(株)製)との所定量を液体窒素で凍結
させて真空ポンプにて減圧凍結乾燥した。次いで、この
溶液を30℃で4時間反応させた後、減圧蒸留で溶媒を
除去してコバルト/イソシアネート錯体を得た。
【0025】次いで、PCL−220(ポリカプロラクトン:
分子量2000、ダイセル化学工業(株)製)に、水酸基に対
して過剰量のイソシアネート基を含有する上記コバルト
/イソシアネート錯体を減圧下100℃で12分間反応
させた。続いて、余剰のイソシアネート基に対して等量
または僅かに過小量の1,4−BD、TMPの混合物を
加え、素早く攪拌混合して、130℃に保温した金型に
注入した。金属触媒の含有量は、総重量の0.05%と
した。そして、30分後に金型から取り出してポリウレ
タンエラストマーを得た。
【0026】得られたエラストマーのゴム硬度は、74
度(JISA)、反発弾性は68%であった。
【0027】(実施例5)PCL-220(実施例1参照)に
総重量の0.1%の塩化コバルト(CoCl2試薬:関
東化学製)、等量のミリオネートMT(実施例1参照)
を加えて素早く撹拌混合し、100℃に保温した金型に
注入し、そのまま100℃で3時間保温してミラブルウ
レタンガムを得た。
【0028】得られたミラブルウレタンガムにカーボン
ブラック、可塑剤、酸化亜鉛、を充填し、過酸化物加硫
物をプレス成形で得た。
【0029】得られたミラブルウレタンガムのムーニー
粘度は64、加硫エラストマーのゴム硬度は53度(JI
SA)、反発弾性は78%であった。
【0030】(実施例6)金属触媒をCo(acac)
2(コバルトアセチルアセトネート:関東化学社製)と
した以外は実施例5と同様に操作してミラブルウレタン
ガム及び加硫エラストマーを得た。
【0031】得られたミラブルウレタンガムのムーニー
粘度は67、加硫エラストマーのゴム硬度は55度(JI
SA)、反発弾性は79%であった。
【0032】(実施例7)金属触媒をNi(acac)
2(ニッケルアセチルアセトネート:関東化学社製)と
した以外は実施例5と同様に操作してミラブルウレタン
ガム及び加硫エラストマを得た。
【0033】得られたミラブルウレタンガムのムーニー
粘度は67、加硫エラストマーのゴム硬度は55度(JI
SA)、反発弾性は79%であった。
【0034】(実施例8)Co(acac)2(コバルトア
セチルアセトネート:関東化学社製)が総重量の0.1
%となるように実施例4と同様の操作でコバルト/イソ
シアネート錯体を得た。
【0035】得られたコバルト/イソシアネート錯体を
用いて実施例5と同様の操作でミラブルウレタンガム及
びそのガムを加硫して加硫エラストマーを得た。
【0036】ミラブルウレタンガムのムーニー粘度は6
6、加硫エラストマーのゴム硬度は55度(JISA)、反
発弾性は78%であった。
【0037】(比較例1)触媒としてDabco(1,4−
ジアザビシクロ(2,2,2)オクタン:三共エアープ
ロダクツ(株)製)を総重量の0.5%用いた以外は、
実施例1と同様の操作でポリウレタンエラストマーを得
た。
【0038】(比較例2)触媒として、DBTL(ジブチル
チンジラウレート:城北化学社製)を総重量の0.1%
用いた以外は、実施例5と同様の操作でミラブルウレタ
ンガム、加硫エラストマーを得た。
【0039】(試験例1)実施例1〜4及び比較例1の
ポリウレタン弾性体を30℃、80%RHに温湿度を調
節した環境下に保存し、ゴム硬度の変化を測定した。こ
の結果を図1に示す。
【0040】図1に示す結果より、本発明の金属触媒を
用いた実施例1〜4のポリウレタン弾性体は、従来から
用いられているアミン系触媒(Dabco)を用いた比較例
1と比較して、より短い時間でゴム硬度が安定し、熟成
期間を大幅に短縮できることが判った。また、金属触媒
を予めイソシアネートと混合して錯体を形成させておく
と、その効果はさらに向上することが判った。
【0041】(試験例2)実施例1〜4及び比較例1の
ポリウレタン弾性体を30℃、80%RHに温湿度を調
節した環境下に保存し、反発弾性の変化を測定した。こ
の結果を図2に示す。
【0042】図2に示す結果より、本発明の金属触媒を
用いた実施例1〜4のポリウレタン弾性体は、従来から
用いられているアミン系触媒(Dabco)を用いた比較例
1と比較して、より短い時間で反発弾性が安定し、熟成
期間を大幅に短縮できることが判った。また、金属触媒
を予めイソシアネートと混合して錯体を形成させておく
と、その効果はさらに向上することが判った。
【0043】(試験例3)実施例4〜6及び比較例2の
ポリウレタンミラブルガムを各40回作成し、加硫後の
弾性体の物性に影響するムーニー粘度を測定し、最大、
最小及び標準偏差σを算出した。この結果を表1に示
す。
【0044】表1に示す結果より、本発明の金属触媒を
用いた実施例5〜8は、従来の錫系触媒を用いた比較例
2と比較して、ポリウレタンミラブルガムのムーニー粘
度が安定しており、従って、安定した物性が得られるこ
とが判った。
【0045】
【表1】
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
特定な金属触媒を用いることにより、特にポリウレタン
の反応を適正に安定して行うことができ、且つ熟成期間
を短縮または省くことができ、また、安定した物性を得
ることができる。また、特に、金属触媒を予めポリイソ
シアネートと混合して錯体を形成させて用いると、熟成
期間を短縮して安定した物性を得ることができる効果が
さらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】熟成日数とゴム硬度との関係を示す図である。
【図2】熟成日数と反発弾性の関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 昭典 神奈川県横浜市鶴見区尻手2丁目3番6号 北辰工業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱硬化性ポリウレタンゴムの硬化に用い
    る触媒であって、Co、Ni、Cr、Fe又はCuから
    なる金属の塩化物、アセチルアセトネート塩及び硫酸塩
    の群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴と
    する熱硬化性ポリウレタンゴム硬化触媒。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記熱硬化性ポリウ
    レタンゴム硬化触媒は、予めポリウレタンイソシアネー
    トと混合して所定の混合物を形成した後、ポリウレタン
    の硬化反応に供することを特徴とする熱硬化性ポリウレ
    タンゴム硬化触媒。
  3. 【請求項3】 熱硬化性ポリウレタンゴムの硬化に用い
    る触媒であって、Co、Ni、Cr、Fe又はCuから
    なる金属の塩化物、アセチルアセトネート塩及び硫酸塩
    の群から選択される少なくとも一種を含む熱硬化性ポリ
    ウレタンゴム硬化触媒をポリイソシアネートに混合して
    所定の混合物を調整するステップと、この混合物と前記
    ポリイソシアネートと所定のポリウレタンを形成するポ
    リオールとを硬化反応させてポリウレタンとするステッ
    プとを具備することを特徴とする熱硬化性ポリウレタン
    ゴムの硬化方法。
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