WO2017056903A1 - ポリウレタンエラストマーの製造方法 - Google Patents

ポリウレタンエラストマーの製造方法 Download PDF

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WO2017056903A1
WO2017056903A1 PCT/JP2016/076434 JP2016076434W WO2017056903A1 WO 2017056903 A1 WO2017056903 A1 WO 2017056903A1 JP 2016076434 W JP2016076434 W JP 2016076434W WO 2017056903 A1 WO2017056903 A1 WO 2017056903A1
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WO
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prepolymer
polyurethane elastomer
mixture
nco
tdi
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PCT/JP2016/076434
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学 菅原
桝本 雅也
優佑 松村
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Dic株式会社
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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
    • 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
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/74Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic
    • C08G18/76Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a polyurethane elastomer that is particularly excellent in low heat storage.
  • the pot life (usable time) of the urethane prepolymer is moderately long and excellent in workability, and has low heat storage, heat distortion resistance, wear resistance, mechanical strength, And a method for producing a polyurethane elastomer having excellent performance such as impact resilience.
  • polyurethane elastomers have excellent performance such as wear resistance, mechanical strength, solvent resistance, oil resistance, etc., for example, industrial parts such as rolls and casters, automobile parts such as solid tires and belts, It has been used in a wide range of applications as an elastic body for office automation equipment parts such as paper feed rolls and copier rolls, sports equipment, leisure goods, vibration-proofing materials, and packing.
  • a polyurethane elastomer is a composition comprising a urethane prepolymer obtained by reacting a relatively high molecular weight polyol component having a hydroxyl group at a molecular terminal with an excess of a polyisocyanate component, and a curing agent and additives as required. Can be obtained by subjecting it to chain extension reaction and curing.
  • TDI polyisocyanate component containing tolylene diisocyanate
  • PTMG polytetramethylene glycol
  • PPG polypropylene glycol
  • such a conventional type of polyurethane elastomer has, for example, a pot life that is too short in a production process in which a urethane prepolymer obtained by reacting TDI and PTMG in a 2.0 equivalent ratio is cured by MBOCA, There was a problem that workability was very inferior.
  • Elastic bodies eg, rolls, belts, tires, etc.
  • Elastic bodies used in the paper and steel industries are used continuously for a long time under harsh conditions (high friction, high compression, high speed rotation, etc.). Degradation, peeling, and damage associated with the Therefore, for the purpose of preventing such troubles, development of a polyurethane elastomer that is particularly low in heat storage, excellent in heat distortion resistance and excellent in durability has been eagerly desired.
  • a 2,4- and 2,6-TDI mixture containing more than 1% by weight of 2,6-isomer and a polyol, and an equivalent ratio of NCO groups to OH groups of 1.2 or more and 5.0
  • free TDI is distilled off by a vacuum distillation method, the content thereof is 1% by weight or less, and the isocyanate group of 2,6-TDI is used as a prepolymer terminal isocyanate residue.
  • a prepolymer composition is known (see Patent Document 1).
  • the pot life is extended, and by reacting the prepolymer with a curing agent, workability is improved and hysteresis loss can be reduced.
  • Patent Document 1 (1) since the batch-type vacuum distillation method is adopted for removing unreacted TDI, removal is insufficient, and a large amount of unreacted TDI remains in the prepolymer. (2) The batch-type vacuum distillation method takes too much time, and side reactions are likely to occur along with the heat history, a large amount of oligomers are by-produced, and the viscosity of the polyurethane elastomer after curing becomes too high and heat is easily stored. There were problems such as.
  • the polyurethane prepolymer comprises (1) 2,4- and 2,6 containing at least 1% by weight of 2,6-isomer.
  • the content of unreacted tolylene diisocyanate is 1% by weight or less
  • an isocyanate of 2,6-tolylene diisocyanate Low exothermic polyurea containing nate groups as terminal isocyanate groups of polyurethane prepolymer Emissions elastomer composition is known (see Patent Document 2).
  • Patent Document 2 states that the loss elastic modulus is low, the heat generation temperature during the running test is low, and the durability time is long.
  • the polyurethane prepolymer comprises: 1) The equivalent ratio of the NCO group of the mixture of 2,4-tolylene diisocyanate and 2,6-tolylene diisocyanate containing 1% by weight or more of the 2,6-isomer to the OH group of the polyhydroxy compound is 4.0.
  • Patent Document 3 states that the obtained polyurethane elastomer has a low exothermic temperature during a running test and a long durability time.
  • the object of the present invention is that the pot life (potential time) of the urethane prepolymer is reasonably long and excellent in workability, and the obtained polyurethane elastomer has low heat storage, and is used at an ambient temperature (30 ° C. to 130 ° C.).
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a polyurethane elastomer which is difficult to be thermally deformed (excellent in heat distortion resistance) and has excellent performance such as wear resistance, mechanical strength, and resilience.
  • an equivalent ratio of an isocyanate group to a hydroxyl group (hereinafter referred to as “NCO / OH”) is obtained by adding a polyisocyanate component containing TDI and a polyol component in a specific high molecular weight region.
  • Equivalent ratio is obtained by reacting in a specific range, a urethane prepolymer (A) having an NCO group at the molecular end, a polyisocyanate component containing TDI, and a polyol component in a specific low molecular weight region are NCO / OH equivalent.
  • prepolymer mixture (AB) obtained by individually synthesizing and mixing the urethane prepolymer (B) having an isocyanate group at the molecular end obtained by reacting in a specific range to the thin film distillation apparatus. Then, unreacted TDI contained in the prepolymer mixture (AB) is distilled to obtain unreacted TDI in the prepolymer mixture. After the content is reduced to 0.4% by mass or less, a prepolymer mixture (ab) is obtained, and then a composition obtained by blending the main agent containing the prepolymer mixture (ab) and a curing agent (C).
  • the pot life of the said prepolymer mixture (ab) is moderately long, and it is excellent in workability
  • the present invention provides an isocyanate group at the molecular end obtained by reacting a polyisocyanate component containing tolylene diisocyanate and a polyol component having a number average molecular weight in the range of 600 to 3000 in an NCO / OH equivalent ratio in the range of 2 to 4.
  • a urethane prepolymer (A) having a polyisocyanate component containing tolylene diisocyanate and a polyol component having a number average molecular weight of 50 to 300 in an NCO / OH equivalent ratio range of 2 to 4.
  • the prepolymer mixture (AB) obtained by individually synthesizing and mixing the urethane prepolymer (B) having an isocyanate group is supplied to a thin film distillation apparatus, and unreacted contained in the prepolymer mixture (AB).
  • Distilled tolylene diisocyanate and gas chroma as defined in ISO 10283 After reducing the content of unreacted tolylene diisocyanate measured in accordance with the graphic method to 0.4% by mass or less, a prepolymer mixture (ab) is obtained, and then the main agent containing the prepolymer mixture (ab) and
  • the present invention relates to a method for producing a polyurethane elastomer, which comprises thermally curing a composition obtained by blending a curing agent (C).
  • the isocyanate group is represented by “NCO group” and the hydroxyl group is represented by “OH group”.
  • the ratio of the equivalent of NCO groups to the equivalent of polyol OH groups is expressed as “NCO / OH equivalent ratio”.
  • the pot life (usable time) of the urethane prepolymer is reasonably long and excellent in workability, and the obtained polyurethane elastomer has low heat storage, and there is no by-product formation of oligomers associated with heat history.
  • Resistant to thermal deformation at temperatures (30 ° C to 130 ° C) (excellent in heat-resistant deformation), does not cause deterioration, peeling or breakage due to thermal decomposition, and has excellent performance (wear resistance, mechanical strength, impact resilience, etc.) ) Can be expressed.
  • a polyisocyanate component essentially containing TDI and a high molecular weight polyol component having a number average molecular weight (hereinafter referred to as “Mn”) in the range of 600 to 3000 are reacted in an NCO / OH equivalent ratio in the range of 2 to 4.
  • the urethane prepolymer (B) having an NCO group at the molecular end obtained by reacting in the range of 2 to 4 is synthesized and mixed separately to prepare the prepolymer mixture (AB).
  • the obtained polyurethane elastomer when the above (A) is not used, the obtained polyurethane elastomer cannot sufficiently exhibit elastomeric properties and is inferior in low heat storage property, and the object of the present invention cannot be achieved.
  • the obtained polyurethane elastomer when the (B) is not used, the obtained polyurethane elastomer is inferior in strength after curing, and thus the object of the present invention cannot be achieved.
  • TDI tolylene diisocyanate
  • the TDI used in the present invention may be either a synthetic product or a commercial product.
  • a polyisocyanate component other than TDI may be used in combination with TDI as long as the object of the present invention is not impaired.
  • any known polyisocyanate component that can be used in combination with TDI can be used.
  • diphenylmethane diisocyanate (MDI; 4,4′-form, 2,4′-form or 2,2′-form) Or a mixture thereof, crude MDI), MDI modified products (carbodiimide modified products, nurate modified products, burette modified products, urethane imine modified products, etc.), polymethylene polyphenyl polyisocyanate, carbodiimidized diphenylmethane polyisocyanate, xylylene diisocyanate ( XDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), tetramethylxylene diisocyanate, tolidine diisocyanate (TODI) and other aromatic polyisocyanates, or isophorone diisocyanate (IPDI), hydrogenated diphenyl meta Diisocyanate (hydrogenated MDI), hydrogenated xylylene diisocyanate (hydrogenated
  • the polyol component used in the synthesis of the urethane prepolymer (A) is not particularly limited, and examples thereof include lactone-modified polyol, polyester polyol, polyether polyol, and polycarbonate polyol. These may be used alone or in combination of two or more.
  • lactone-modified polyol examples include addition polymerization of lactones such as ⁇ -caprolactone, ⁇ -butyrolactone, and ⁇ -valerolactone to polytetramethylene glycol (PTMG) synthesized by, for example, ring-opening polymerization of tetrahydrofuran (THF). It will be.
  • lactones such as ⁇ -caprolactone, ⁇ -butyrolactone, and ⁇ -valerolactone
  • PTMG polytetramethylene glycol
  • the polyester polyol is usually a dicarboxylic acid or a reactive derivative thereof [eg, acid anhydride, lower alkyl ester (alkyl ester having 1 to 4 carbon atoms such as dimethyl ester or diethyl ester), acid halide ( Acid chloride, etc.)] and diol as raw materials.
  • a dicarboxylic acid or a reactive derivative thereof eg, acid anhydride, lower alkyl ester (alkyl ester having 1 to 4 carbon atoms such as dimethyl ester or diethyl ester), acid halide ( Acid chloride, etc.)] and diol as raw materials.
  • the dicarboxylic acid (or a reactive derivative thereof) is not particularly limited.
  • Examples of the dicarboxylic acid having an aromatic skeleton include terephthalic acid, isophthalic acid, orthophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, biphenyldicarboxylic acid, 1,2-
  • Examples of dicarboxylic acids such as bis (phenoxy) ethane-p, p'-dicarboxylic acid or dicarboxylic acids having no aromatic skeleton include, for example, succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedicarboxylic acid, maleic anhydride , Fumaric acid, 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • p-hydroxybenzoic acid p- (2-hydroxyethoxy) benzoic acid, trimellitic acid, pyromellitic acid and the like may be used in combination.
  • the diol is not particularly limited.
  • Examples of the diol having an aromatic skeleton include aromatic diols such as dihydroxynaphthalene, bisphenol A, bisphenol S, bisphenol AF, bisphenol Si 2 , and alkylene oxide adducts thereof.
  • ethylene glycol for example, ethylene glycol (EG), 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5- Pentanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-buty Aliphatic diols such as lu-2-ethyl-1,3-propanediol and 2-methyl-1,3-propanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, hydrogenated bisphenol A And alicyclic diols such as These may be used alone or in combination of two or more.
  • ethylene glycol ethylene glycol
  • polyester polyol that can be used as necessary include, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1, Examples include alcohols such as 6-hexanediol, neopentyl glycol, glycerin, trimethylolethane, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, sucrose, and aconite sugar; and amines such as triethanolamine and diethanolamine. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the polyester polyol includes a polyester diol or a polyamide polyester diol obtained by using a carboxylic acid, diol, diamine or the like other than the above.
  • polyether polyol examples include polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polyethylene propylene glycol (PEPG), polytetramethylene glycol (PTMG), 2-methyl-1,3-propane adipate, 3 -Methyl-1,5-pentane adipate and the like, and among these, polytetramethylene glycol (PTMG) is preferred.
  • the polyether polyol may have any structure of linear, branched and cyclic.
  • polycarbonate polyol for example, those obtained by esterification of carbonic acid and aliphatic polyol can be used.
  • diols such as 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, diethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol or polytetramethylene glycol (PTMG), and dimethyl carbonate And reaction products with diphenyl carbonate, phosgene and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • a low molecular weight glycol may be used in combination with the polyol component used in the synthesis of the urethane prepolymer (A) as long as the object of the present invention is not impaired.
  • the low molecular weight glycol preferably has a molecular weight in the range of 50 to 300, more preferably in the range of 50 to 200.
  • Examples of the low molecular weight glycol include ethylene glycol (EG), 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-butyl-2-ethyl-1, Aliphatic diols such as 3-propanediol and 2-methyl-1,3-propanediol; Alicyclic diols such as 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol and hydrogenated bisphenol A; Glycerin , Trimethylolpropane, pe Such trifunctional or more hydroxyl group-containing compound
  • Mn of the polyol component used in the synthesis of the urethane prepolymer (A) is in the range of 600 to 3000, and preferably in the range of 600 to 2000.
  • the mechanical strength can be further improved and excellent performance such as low heat storage can be obtained.
  • the hydroxyl value of the polyol component used in the synthesis of the urethane prepolymer (A) is preferably in the range of 56.1 to 187.0 mg KOH / g (hereinafter abbreviated as a unit).
  • a unit 56.1 to 187.0 mg KOH / g
  • the ratio of the sum of the equivalents of the isocyanate groups of the polyisocyanate component containing TDI and the sum of the equivalents of the hydroxyl groups of the polyol component is It is in the range of 2-4. If the NCO / OH equivalent ratio during the synthesis of (A) is set within such a range and reacted, a low heat storage polyurethane elastomer excellent in the balance of physical properties such as tensile strength and elongation can be obtained.
  • any of the glycols exemplified as the low molecular weight glycol in the synthesis of the urethane prepolymer (A) can be used as the polyol component used in the synthesis of the urethane prepolymer (B) that is essential in the present invention.
  • the molecular weight of the low molecular weight glycol is in the range of 50 to 300, preferably in the range of 50 to 200. If the molecular weight of the low molecular weight glycol is within such a range, the reactivity can be controlled more easily, and excellent performance such as mechanical strength and low heat storage property can be obtained.
  • the ratio of the sum of equivalents of isocyanate groups of the polyisocyanate component containing TDI to the sum of equivalents of hydroxyl groups of the polyol component having a molecular weight of 50 to 300 is in the range of 2-4. If the NCO / OH equivalent ratio during the synthesis of (B) is set within such a range and reacted, a urethane prepolymer with low unreacted TDI and low viscosity can be obtained.
  • the synthesis of the urethane prepolymer (A) and the urethane prepolymer (B) may be any conventional method, and is not particularly limited.
  • a predetermined amount of raw materials such as polyisocyanate components and polyol components containing TDI are put into a reactor in a batch, split, dripping, etc. ) And charging in an efficient manner and stirring.
  • the reaction temperature is not particularly limited, but is preferably 40 ° C. or higher, more preferably in the range of 60 to 100 ° C.
  • the synthesis of the urethane prepolymer (A) and the urethane prepolymer (B) may employ any system such as a batch system, a semi-continuous system, and a continuous system, and is not particularly limited. Among them, (1) the distillation efficiency is high, unreacted TDI can be distilled off from the prepolymer mixture in a short time, and (2) there is almost no by-product of urethane oligomer accompanying thermal history. Therefore, the continuous type is preferable.
  • a prepolymer mixture (AB) obtained by separately synthesizing and mixing the urethane prepolymer (A) and the urethane prepolymer (B) is supplied to a thin film distillation apparatus, and the prepolymer mixture is supplied.
  • the unreacted TDI contained in (AB) is distilled, and the content of unreacted TDI measured according to the gas chromatography method specified in ISO 10283 described later is completely distilled off to 0% by mass, or The prepolymer mixture (ab) after distillation is obtained by reducing the content to 0.4% by mass or less.
  • the main agent having a moderately long pot life and excellent workability can be obtained.
  • the mixing ratio of the urethane prepolymer (A) and the urethane prepolymer (B) is preferably 95/5 to 50/50. If the mixing ratio of the urethane prepolymers (A) and (B) is within such a range, performance such as excellent workability, mechanical strength, and low heat storage can be exhibited.
  • ⁇ Curing agent (C) In the present invention, a main composition containing the prepolymer mixture (ab) and a curing agent (C) are blended to prepare a composition, and the resulting composition is injected into a preheated mold and cured. Thereafter, it is taken out to obtain a urethane elastomer molded product.
  • NCO group-reactive compound a known isocyanate group-reactive compound (hereinafter referred to as “NCO group-reactive compound”) can be used.
  • the functional group of the curing agent (C) may be an active hydrogen-containing group, and examples thereof include a hydroxyl group and an amino group.
  • the molecular weight of the curing agent (C) is not particularly limited, but is preferably in the range of 60 to 300, more preferably in the range of 60 to 150. When the molecular weight of the curing agent (C) is within such a range, a polyurethane elastomer having a further improved balance of physical properties such as wear resistance, tensile strength, and elongation can be obtained.
  • the curing agent (C) may have any reactivity with the urethane prepolymers (A) and (B) and does not adversely affect the quality of the polyurethane elastomer.
  • a polyamino compound such as 3,3′-dichloro-4,4′-diaminodiphenylmethane (hereinafter referred to as “MBOCA”), a polyaminochlorophenylmethane compound, a mixture of a polyaminochlorophenylmethane compound and polytetramethylene glycol, or ethylene glycol (EG), propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol (DEG) , Triethylene glycol Fats such as tetraethylene glycol, dipropylene glyco
  • MBOCA is preferable because the curing reaction can proceed smoothly even when the amount used is smaller, and a stable quality product is obtained.
  • the amount of the curing agent (C) used is preferably in the range of 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the prepolymer mixture (ab). If the amount of (C) used is within such a range, it can be rapidly and uniformly stirred and mixed, the curing reaction can proceed smoothly, and a stable quality product can be obtained, and the wear resistance and tensile strength can be obtained. A polyurethane elastomer having excellent mechanical properties such as elongation can be obtained.
  • total number of moles of groups capable of reacting with NCO groups in curing agent (C)] / [total number of moles of NCO groups in prepolymer mixture (ab)] is preferably 0. It is in the range of 5 to 1.5 molar ratio, more preferably in the range of 0.7 to 1.3 molar ratio (ie 0.7 to 1.3 equivalent ratio).
  • molar ratio equivalent ratio
  • a polyurethane elastomer having an excellent balance of physical properties such as abrasion resistance, tensile strength, and elongation can be obtained.
  • the production method of the present invention includes, for example, a series of steps including the following [Step 1] to [Step 6].
  • the setting conditions (temperature, time, pressure, presence / absence and type of inert gas, supply amount, discharge amount, additive, etc.) of each process are not particularly limited.
  • any method can be selected and combined in any step as long as the additive can be added without any problem and uniform blending and mixing are possible.
  • Step 1 Preparation of urethane prepolymer (A) having an NCO group at the molecular terminal
  • the urethane prepolymer (A) is prepared by carefully charging in accordance with a conventional method so as to be within the range of, and reacting at a set temperature (preferably in a range of 60 ° C. to 100 ° C.) while stirring in a nitrogen atmosphere. obtain.
  • the NCO / OH equivalent ratio is set in the range of 2 to 4 in accordance with a conventional method while paying attention to heat generation, and the reaction is performed at a set temperature (preferably in a range of 60 ° C. to 100 ° C.) while stirring in a nitrogen atmosphere.
  • the NCO / OH equivalent ratio is set in the range of 2 to 4 in accordance with a conventional
  • Step 3 Preparation of main agent containing prepolymer mixture (ab)
  • the urethane prepolymers (A) and (B) are mixed and supplied to a thin film distillation apparatus as a prepolymer mixture (AB), and the prepolymer mixture ( The unreacted TDI contained in AB) is distilled off and reduced by thin film distillation.
  • the method for confirming the end point when thin-film distillation of unreacted TDI contained in the prepolymer mixture is performed in accordance with the gas chromatography method specified in ISO 10283. That is, the end point is the time when the content of unreacted TDI in the prepolymer mixture is distilled off to 0% by mass, or when the content is reduced to 0.4% by mass or less.
  • prepolymer mixture (ab) This mixture is designated as prepolymer mixture (ab).
  • the prepolymer mixture (ab) may be used as a main agent, and other prepolymers and additives may be blended as a main agent as long as the object of the present invention is not impaired.
  • a composition that is, a two-component curable polyurethane composition.
  • the mixing of the main agent and the curing agent (C) is completed.
  • the time (t) until the viscosity of the composition reaches 50,000 mPa ⁇ s is 300 seconds or more.
  • Step 5 Casting Step The composition is poured into a mold that has been kept warm at 80 ° C. in advance.
  • Step 6 Curing Step After the composition is poured into the mold, it is immediately held at a set temperature condition (80 ° C.) for 1 hour to undergo a curing reaction, and further subjected to after curing at 110 ° C. for 16 hours to obtain a molded product. Take out.
  • the molded product extracted from the mold may be subjected to an appropriate processing method such as grooving, cutting, cutting, and polishing as necessary, and adjusted to a shape according to the application, and the processing method is particularly limited. do not do.
  • thin film distillation of unreacted TDI in a continuous or semi-continuous manner while controlling thin film distillation conditions (eg, prepolymer mixture feed rate, distillation temperature, distillation pressure, internal condenser temperature, etc.)
  • the content of unreacted TDI in a polymer mixture can be efficiently distilled down to 0 to 0.4% by mass, and a polyurethane elastomer that can be greatly reduced and has almost no by-product of oligomer accompanying thermal history can be obtained. This is preferable because it is possible.
  • the pot life of the resulting prepolymer mixture is reasonably long and excellent in workability, and the polyurethane elastomer has low heat storage, and is hardly thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) ( It is excellent in heat-resistant deformation), does not cause deterioration, peeling or breakage due to thermal decomposition, and can be used particularly as an elastic body (for example, a roll or a belt).
  • the polyurethane elastomer obtained by the present invention has excellent performance such as low heat storage and heat distortion resistance.
  • the evaluation and determination of the low heat storage property and heat distortion resistance of the polyurethane elastomer are carried out as described below by preparing a molded product for evaluation, performing dynamic thermomechanical measurement, and storing elastic modulus, loss elastic modulus, and The loss factor (tan ⁇ ) is measured and can be obtained by calculating the energy loss factor ( ⁇ ) between 30 ° C. and 130 ° C. and the ratio ( ⁇ ) of the storage elastic modulus at 30 ° C. and 130 ° C.
  • the energy loss factor ( ⁇ ) When the energy loss factor ( ⁇ ) is less than 500, the heat storage property is low. On the other hand, when the energy loss factor ( ⁇ ) is 500 or more, the heat storage property is high.
  • the storage elastic modulus ratio ( ⁇ ) when the storage elastic modulus ratio ( ⁇ ) is less than 4.5, the heat deformation resistance is excellent. On the other hand, when the storage modulus ratio ( ⁇ ) is 4.5 or more, the heat distortion resistance is poor.
  • thin film distillation conditions for example, holder heat retention temperature, distillation temperature (external wall temperature), prepolymer mixture temperature after distillation (residue temperature), internal condenser temperature (distillate temperature), prepolymer mixture feed rate
  • holder heat retention temperature for example, holder heat retention temperature, distillation temperature (external wall temperature), prepolymer mixture temperature after distillation (residue temperature), internal condenser temperature (distillate temperature), prepolymer mixture feed rate
  • the thin film distillation conditions may be adjusted to an appropriate value or an appropriate range as needed while confirming the distillation state, operating state, and safety.
  • the low heat storage polyurethane elastomer obtained by the production method of the present invention can be added with known additives at any stage as long as it does not adversely affect the reaction and product performance.
  • the additive examples include fillers (carbonates, silicic acid, silicates, hydroxides, sulfates, borates, titanates, metal oxides, carbons, organics, etc.), antioxidants, defoaming, etc.
  • the purpose of the present invention is to use known and commonly used agents such as agents, ultraviolet absorbers, abrasive grains, pigments, thickeners, surfactants, flame retardants, plasticizers, lubricants, antistatic agents, heat stabilizers, and blending resins. It can be used at any stage of the production process as long as it does not inhibit.
  • the said additive is only an example, Comprising: The kind in particular is not limited.
  • the thin film distillation method performed under specific operating conditions is adopted, unreacted in the prepolymer mixture obtained by mixing two different urethane prepolymers (A) and (B). Since the TDI content can be distilled off to 0% by mass, or can be greatly reduced to an unprecedented low level of 0.4% by mass or less, a polyurethane elastomer with little by-product of oligomer accompanying thermal history is obtained. be able to.
  • the pot life of the resulting prepolymer mixture is reasonably long, excellent in workability, low in heat storage, and hardly deformed by heat at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.). Excellent), and a polyurethane elastomer free from problems such as deterioration, peeling and breakage of an elastic body (for example, a roll or a belt) accompanying thermal decomposition can be obtained.
  • the polyurethane elastomer obtained by the production method of the present invention has particularly low heat storage and excellent mechanical strength, for example, industrial parts such as rolls and casters, automobile parts such as solid tires and belts, paper feed rolls, Elastic body that can be used continuously for a long time under severe conditions (high friction, high compression, high speed rotation, etc.) such as office automation equipment parts such as rolls for copying machines, sports equipment, leisure goods, anti-vibration materials, packing, etc. It is particularly useful for applications.
  • pot life (usable time) is measured as a criterion for workability.
  • the main agent (50 ° C.) containing the prepolymer mixture (ab) and the curing agent (C) (120 ° C.) are each kept warm, and then the main agent and the curing agent (C) are stirred and mixed in a room temperature environment, A composition (two-component curable polyurethane composition) was prepared.
  • the time (t, second) until the viscosity of the composition reached 50,000 mPa ⁇ s from the time when the mixing of the main agent and the curing agent (C) was completed was determined as a pot life.
  • the viscosity of the composition was measured using a B-type viscometer (model: TVB-10, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.), thermostatic bath temperature: 80 ° C., rotor: No. Measured with M4.
  • the pot life was determined according to the following criteria. ⁇ : When the pot life is 300 seconds or longer, the pot life is moderately long and the workability is excellent. X: When pot life is less than 300 seconds, pot life is short and workability is inferior.
  • the determination of low heat storage by the energy loss factor ( ⁇ ) between 30 ° C. and 130 ° C. was performed according to the following criteria. ⁇ : When the energy loss factor ( ⁇ ) is less than 500, the heat storage property is low. X: When energy loss factor ((alpha)) is 500 or more, it is high heat storage property.
  • Judgment of heat distortion resistance by the ratio ( ⁇ ) of storage elastic modulus at 30 ° C. and 130 ° C. was performed according to the following criteria. ⁇ : When the storage elastic modulus ratio ( ⁇ ) is less than 4.5, the heat distortion resistance is excellent. X: When the storage elastic modulus ratio ( ⁇ ) is 4.5 or more, the heat distortion resistance is poor.
  • the polyurethane elastomer (1) of the present invention was obtained. Obtained and used to produce a molded article (1). As shown in Table 1, the composition (1) had a pot life (time from the addition of MBOCA to reach 50,000 mPa ⁇ s) of 330 seconds, and was reasonably long and excellent in workability. In addition, the polyurethane elastomer (1) has low heat storage and is hardly thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) (excellent heat resistance deformation), and is deteriorated, peeled off or damaged due to thermal decomposition. It was excellent in durability.
  • NCO / OH equivalent ratio 3. It was made to react at 70 degreeC, heating and stirring at 00, and the urethane prepolymer (A2) (NCO group equivalent 318 thing) which has an NCO group at the molecular terminal was obtained.
  • AB2 prepolymer mixture
  • Example 1 Thin film distillation treatment was performed under the same distillation conditions.
  • the content of unreacted TDI after distillation was less than 0.01%, and the prepolymer mixture (ab2) (NCO group equivalent of 466 having a significantly reduced amount of unreacted TDI.
  • the composition (2) was prepared by stirring and mixing immediately, and the composition (2) was poured into a mold heated to 80 ° C.
  • the polyurethane elastomer (2) of the present invention was obtained. Obtained and used to produce a molded article (2). As shown in Table 1, the composition (2) had a pot life (time from addition of MBOCA to reach 50,000 mPa ⁇ s) of 318 seconds, and was reasonably long and excellent in workability. In addition, the polyurethane elastomer (2) has low heat storage and is not easily thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) (excellent heat resistance deformation), and is deteriorated, peeled off or damaged due to thermal decomposition. It was excellent in durability.
  • Example 1 Thin film distillation treatment was performed under the same distillation conditions. As a result, the content of unreacted TDI after distillation was less than 0.01%, and the amount of unreacted TDI was greatly reduced (ab3) (with NCO group equivalent of 467.
  • the mixture (3) was prepared by stirring and mixing immediately, and the composition (3) was poured into a mold heated to 80 ° C. Immediately after closing the mold lid and leaving it in a dryer (80 ° C.) for 1 hour (primary curing), after curing at 110 ° C. for 16 hours (secondary curing), the polyurethane elastomer (3) of the present invention was obtained. Obtained and used to produce a molded article (3).
  • the composition (3) had a pot life (time from the addition of MBOCA to reach 50,000 mPa ⁇ s) of 330 seconds, and was reasonably long and excellent in workability.
  • the polyurethane elastomer (3) has low heat storage and is hardly thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) (excellent heat resistance deformation), and is deteriorated, peeled off or damaged due to thermal decomposition. It was excellent in durability.
  • AB4 prepolymer mixture
  • Example 1 Thin film distillation treatment was performed under the same distillation conditions.
  • the content of unreacted TDI after distillation was less than 0.01%, and the prepolymer mixture (ab4) (NCO group equivalent of 469 having a significantly reduced amount of unreacted TDI.
  • the prepolymer mixture (ab4) NCO group equivalent of 469 having a significantly reduced amount of unreacted TDI.
  • the mixture (4) was prepared by stirring and mixing immediately, and the composition (4) was poured into a mold heated to 80 ° C.
  • the polyurethane elastomer (4) of the present invention was obtained. Obtained and used to produce a molded article (4). As shown in Table 1, the composition (4) had a pot life (time from the addition of MBOCA to reach 50,000 mPa ⁇ s) of 306 seconds, and was reasonably long and excellent in workability.
  • the polyurethane elastomer (4) has a low heat storage property and is hardly thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) (excellent in heat distortion resistance), and is deteriorated, peeled off or damaged due to thermal decomposition. It was excellent in durability.
  • a prepolymer (A5) (with an NCO group equivalent of 366) was obtained.
  • AB5 with an NCO group equivalent of 464
  • Example 1 Thin film distillation treatment was performed under the same distillation conditions. As a result, the content of unreacted TDI after distillation was less than 0.01%, and the amount of unreacted TDI was greatly reduced (ab5) (with NCO group equivalent of 474.
  • the composition (5) was prepared by stirring and mixing immediately, and the composition (5) was poured into a mold heated to 80 ° C. Immediately after closing the mold lid and leaving it in a dryer (80 ° C.) for 1 hour (primary curing), after curing at 110 ° C. for 16 hours (secondary curing), the polyurethane elastomer (5) of the present invention was obtained. Obtained and used to produce a molded article (5).
  • the composition (5) had a pot life (time from MBOCA addition to reach 50,000 mPa ⁇ s) of 324 seconds, and was reasonably long and excellent in workability.
  • the polyurethane elastomer (5) has a low heat storage property and is hardly thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) (excellent heat resistance deformation), and is deteriorated, peeled off or damaged due to thermal decomposition. It was excellent in durability.
  • Comparative Example 1 In Comparative Example 1, the urethane prepolymer (A6) having an NCO group at the molecular end obtained by the operation described later is not subjected to a thin film distillation treatment, and the unreacted TDI in (A6) is left as follows. The curing reaction of the process was performed. In addition, said (A6) is synthesize
  • the composition (6) was injected into the mold.
  • the mold was left in a dryer (80 ° C.) for 1 hour and then after-cured at 110 ° C. for 15 hours to obtain a polyurethane elastomer (6), which was used to form a molded product (6).
  • the composition (6) had a high unreacted TDI content of 1.21% (gas chromatography method).
  • the pot life time from the addition of MBOCA to the arrival of 50,000 mPa ⁇ s
  • the pot life was 184 seconds, which was very short and inferior in workability.
  • the urethane elastomer (6) obtained by using the composition (6) has a high heat storage property and is easily thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) (inferior in heat resistant deformation property). ), Deteriorated easily due to thermal decomposition, peeling and breakage, and poor durability.
  • urethane prepolymer (A7) having an NCO group at the molecular end (with an NCO group equivalent of 620. Light yellow liquid at room temperature) )
  • the composition (7) was injected into the mold. Immediately after closing the mold, the mold was left in a dryer (80 ° C.) for 1 hour and then after-cured at 110 ° C. for 15 hours to obtain a polyurethane elastomer (7), which was used to form a molded product (7).
  • the composition (7) had a pot life (time from MBOCA addition to reach 50,000 mPa ⁇ s) of 275 seconds, and was very short and inferior in workability. Further, the urethane elastomer (7) obtained by using the composition (7) has a high heat storage property and is easily thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) (inferior in heat resistant deformation property). ), Deteriorated easily due to thermal decomposition, peeling and breakage, and poor durability.
  • Comparative Example 3 In Comparative Example 3, thin film distillation treatment was performed on the urethane prepolymer (A8) having an NCO group at the molecular end obtained by the operation described below. In addition, said (A8) was synthesize
  • combined independently and is not what mixed 2 or more types of urethane prepolymers. 436 parts of Cosmonate T-80 (trademark; 2,4-TDI / 2,6-TDI 80/20 mass ratio mixture manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) and 436 parts of Coronate T-100 are charged into the reactor. , Mixed. Next, 966 parts of PTMG1000 were charged and reacted at 70 ° C. with heating and stirring at an NCO / OH equivalent ratio of 2.00.
  • a urethane prepolymer (a8) (NCO group equivalent 489) in which the amount of unreacted TDI could be significantly reduced and the content of unreacted TDI was less than 0.01% was obtained.
  • the composition (8) was poured into the mold. Immediately after closing the mold, it was left in a dryer (80 ° C.) for 1 hour, and after-cured at 110 ° C.
  • the composition (8) had a pot life (time from addition of MBOCA to reach 50,000 mPa ⁇ s) of 240 seconds, and was very short and inferior in workability. Further, the urethane elastomer (8) obtained by using the composition (8) has a high heat storage property and is easily thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) (inferior in heat resistant deformation property). ), Deteriorated easily due to thermal decomposition, peeling and breakage, and poor durability.
  • Comparative Example 4 In Comparative Example 4, a thin film distillation treatment was performed on a urethane prepolymer (A9) having an NCO group at the molecular end obtained by an operation described later. In addition, said (A9) was synthesize
  • the reactor was charged with 484 parts of Cosmonate T-80 and 484 parts of Coronate T-100 and mixed.
  • a urethane prepolymer (a9) (NCO group equivalent 361) having an NCO group at the molecular end with an unreacted TDI content of less than 0.01% was obtained.
  • the composition (9) was injected into the mold.
  • the mold was left in a dryer (80 ° C.) for 1 hour and then after-cured at 110 ° C.
  • the composition (9) had a pot life (time from MBOCA addition to reach 50,000 mPa ⁇ s) of 192 seconds, and was very short and inferior in workability. Further, the urethane elastomer (9) obtained by using the composition (9) has a high heat storage property and is easily thermally deformed at the use environment temperature (30 ° C. to 130 ° C.) (inferior in heat resistant deformation property). ), Deteriorated easily due to thermal decomposition, peeling and breakage, and poor durability. The urethane elastomer (9) was inferior in elongation at break.
  • Tables 1 and 2 mean the following compounds.
  • PTMG650 trademark, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, polytetramethylene glycol, having a number average molecular weight of 650.
  • PTMG750 Trademark, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, polytetramethylene glycol, with a number average molecular weight of 1000 and 650.
  • PTMG850 trademark, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, polytetramethylene glycol, having a number average molecular weight of 850.
  • PTMG1000 trademark, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, polytetramethylene glycol, having a number average molecular weight of 1,000.
  • DEG Diethylene glycol.
  • MBOCA 3,3′-dichloro-4,4′-diaminodiphenylmethane.
  • the pot life (usable time) of the urethane prepolymer is reasonably long and excellent in workability, and the obtained polyurethane elastomer has a low heat storage property and has no by-product of oligomer accompanying thermal history.
  • Resistant to thermal deformation at environmental temperatures (30 ° C to 130 ° C) excellent in heat-resistant deformation), superior in durability without degradation, peeling or breakage due to thermal decomposition, wear resistance, mechanical strength, rebound resilience
  • Excellent performance such as, industrial parts such as rolls and casters, automobile parts such as solid tires and belts, office automation equipment parts such as paper feed rolls and copier rolls, sports equipment, leisure goods, It can be used in a wide range of applications as an elastic body such as a vibration isolator and packing.

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Abstract

本発明は、TDIを含むポリイソシアネート成分と高分子量のポリオール成分を特定のNCO/OH当量比で反応させ得られるウレタンプレポリマーと、TDIを含むポリイソシアネート成分と低分子量のポリオール成分を特定のNCO/OH当量比で反応させ得られるウレタンプレポリマーとを、別々に合成し混合して得られるプレポリマー混合物を薄膜蒸留装置に供給して、前記プレポリマー混合物に含まれる未反応TDIを蒸留して、未反応TDIの含有量を0.4質量%以下にまで低減後、混合物を得て、前記混合物を含む主剤と硬化剤を配合し得られる組成物を熱硬化させることを特徴とするポリウレタンエラストマーの製造方法を提供する。この製造方法を用いて得られたポリウレタンエラストマーは、ポットライフが適度に長く作業性に優れ、且つ、使用環境温度において熱変形し難く、耐摩耗性、機械的強度、反発弾性等に優れた性能を有する。

Description

ポリウレタンエラストマーの製造方法
 本発明は、特に低蓄熱性に優れるポリウレタンエラストマーの製造方法に関する。
 更に詳しくは、本発明は、ウレタンプレポリマーのポットライフ(可使時間)が適度に長く作業性に優れており、且つ、低蓄熱性であり、耐熱変形性、耐摩耗性、機械的強度、及び反発弾性などの優れた性能を有するポリウレタンエラストマーの製造方法に関する。
 従来から、ポリウレタンエラストマーは、耐摩耗性、機械的強度、耐溶剤性、耐油性などの優れた性能を有することから、例えば、ロール、キャスター等の工業部品、ソリッドタイヤ、ベルト等の自動車部品、紙送りロール、複写機用ロール等のオフィス・オートメーション機器部品、スポーツ用品、レジャー用品、防振材、パッキン等の弾性体として、広範囲の用途に利用されてきた。
 ポリウレタンエラストマーは、分子末端に水酸基を有する比較的高分子量のポリオール成分と過剰のポリイソシアネート成分とを反応させて得られるウレタンプレポリマーに、硬化剤と必要に応じて添加剤を配合して組成物を調製して、これに鎖延長反応させ、硬化させることにより得られる。
 従来のポリウレタンエラストマーでは、トリレンジイソシアネート(以下「TDI」と云う)を含むポリイソシアネート成分と、ポリオール成分〔ポリテトラメチレングリコール(以下「PTMG」と云う)、ポリエステルジオール、ポリプロピレングリコール(以下「PPG」と云う)などのポリオール〕とを反応して得られるウレタンプレポリマーを含む主剤と、硬化剤として4,4’-メチレン-ビス(2-クロロアニリン)(以下「MBOCA」と云う)を反応させて得ていた。
 しかしながら、このような従来タイプのポリウレタンエラストマーは、例えば、TDIとPTMGとを2.0当量比で反応させて得たウレタンプレポリマーを、MBOCAにより硬化させる製造工程において、ポットライフが短すぎて、作業性に大変劣るという問題があった。
 また、粘性の高いポリウレタンエラストマーの場合には、使用中に動的繰り返し荷重を長時間受け続けると内部蓄熱が増して溶融破壊するという重大な問題があった。
 製紙産業や鉄鋼産業などで用いられる弾性体(例えば、ロール、ベルト、タイヤなど)では、過酷な条件(高摩擦、高圧縮、高速回転など)で長時間連続使用されるため、エラストマーの熱分解に伴う劣化や剥離、破損などが起きやすい。そのため、このようなトラブルを防止する目的で、特に低蓄熱性で、耐熱変形性に優れ、且つ、耐久性に優れるポリウレタンエラストマーの開発が切望されていた。
 かかる問題を解決するために、これまで種々の提案がなされてきた。
 例えば、2,6-異性体を1重量%を超えて含有する2,4-及び2,6-TDI混合物とポリオールとからなり、NCO基とOH基の当量比を1.2以上5.0以下で製造したプレポリマーを、減圧蒸留法にて、遊離のTDIを留去し、その含有量を1重量%以下とし、かつ、2,6-TDIのイソシアネート基がプレポリマー末端イソシアネート残基として含まれるプレポリマー組成物、が知られている(特許文献1参照)。
 前記特許文献1は、ポットライフが延長され、プレポリマーを硬化剤と反応させることにより、作業性を改善すると共に、ヒステリシス損を低減できる、という。
 しかしながら、特許文献1では、(1)未反応TDIの除去にバッチ式の減圧蒸留法を採用しているため、除去が不充分であり未反応TDIがプレポリマー中に多量に残存してしまうこと、(2)バッチ式の減圧蒸留法では時間が掛かりすぎ、熱履歴に伴い副反応が起き易く、オリゴマーが多量に副生し、硬化後のポリウレタンエラストマーの粘性が高くなり過ぎて蓄熱し易いこと、などの問題があった。
 また、ポリウレタンプレポリマーを芳香族ポリアミンにより硬化してポリウレタンエラストマーを製造する方法において、該ポリウレタンプレポリマーが(1)2,6-異性体を1重量%以上含有する2,4-及び2,6-トリレンジイソシアナートの混合物と、Mw/Mn比が1.2~2.0で平均分子量が500~4,000のポリテトラメチレンエーテルグリコール単独若しくはこれに分子量400以下の低分子グリコールを該ポリヒドロキシ化合物全量に対して20重量%以下含有する混合物とを反応させ、(2)未反応トリレンジイソシアナートの含有量を1重量%以下とし、(3)2,6-トリレンジイソシアナートのイソシアナート基がポリウレタンプレポリマーの末端イソシアナート基として含有される低発熱性ポリウレタンエラストマー組成物、が知られている(特許文献2参照)。
 前記特許文献2は、損失弾性率が低く、走行試験時の発熱温度が低く、且つ、耐久時間が長い、という。
 しかしながら、前記特許文献2では、ウレタンプレポリマーを合成後、更に、鎖伸長剤として低分子量グリコールを加えて得られる一括合成型プレポリマーと硬化剤とを反応させて得られるポリウレタンエラストマーであり、このような一括合成型プレポリマーでは、(1)未反応MDIが多量に残存してしまうこと、(2)TDI/ポリオールとグリコールによる副反応が起こるため、硬化時のエラストマーの粘性が高くなり過ぎて、蓄熱しやすいこと、などの問題があった。
 更に、有機ポリイソシアネートとポリヒドロキシ化合物とを反応せしめて得られる分子末端にイソシアネート基を有するポリウレタンプレポリマーを、芳香族ポリアミンにより硬化してポリウレタンエラストマーを製造する方法において、該ポリウレタンプレポリマーが、(1)2,6-異性体を1重量%以上含有する2,4-トリレンジイソシアネート及び2,6-トリレンジイソシアネートの混合物のNCO基とポリヒドロキシ化合物のOH基との当量比を4.0~6.0で反応させ、(2)2,6-トリレンジイソシアネートのイソシアネート基がポリウレタンプレポリマーの末端イソシアネート基として含有され、(3)過剰の未反応トリレンジイソシアネートを、プレポリマー中の含有量が1重量%以下になるよう蒸発温度が140~170℃、蒸発圧力が0.1~5mmHgで薄膜蒸留除去し、蒸発器から留出したプレポリマーを5分以内に100℃以下に冷却する低発熱性ポリウレタンエラストマーの製造方法、が知られている(特許文献3参照)。
 前記特許文献3は、得られるポリウレタンエラストマーが、走行試験時の発熱温度が低く、且つ耐久時間が長い、という。
 しかしながら、特許文献3でも、(1)未反応TDIが多く残存するため、ポットライフが短く作業性に劣ること、(2)ウレタンオリゴマーが比較的多量に副生するため、硬化時のポリウレタンエラストマーの粘性が高くなり過ぎ、蓄熱しやすいこと、などの問題があった。
特開昭61-221215号公報 特開平4-008719号公報 特開平4-202417号公報
 本発明の目的は、ウレタンプレポリマーのポットライフ(可使時間)が適度に長く作業性に優れ、且つ、得られるポリウレタンエラストマーが低蓄熱性であり、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、耐摩耗性、機械的強度、及び反発弾性などの優れた性能を有するポリウレタンエラストマーの製造方法を提供することにある。
 本発明者らは、前記課題を解決すべく、鋭意検討を進めた結果、TDIを含むポリイソシアネート成分及び特定の高分子量領域にあるポリオール成分をイソシアネート基と水酸基の当量比(以下「NCO/OH当量比」)が特定の範囲で反応して得られる分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A)と、TDIを含むポリイソシアネート成分及び特定の低分子量領域にあるポリオール成分をNCO/OH当量比が特定の範囲で反応して得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(B)とを、それぞれ別々に合成し混合して得られるプレポリマー混合物(AB)を、薄膜蒸留装置に供給して、前記プレポリマー混合物(AB)に含まれる未反応TDIを蒸留して、プレポリマー混合物中の未反応TDIの含有量を0.4質量%以下にまで低減後、プレポリマー混合物(ab)を得て、次いで、前記プレポリマー混合物(ab)を含む主剤と硬化剤(C)とを配合して得られる組成物を熱硬化させるポリウレタンエラストマーの製造方法であれば、前記プレポリマー混合物(ab)のポットライフが適度に長く作業性に優れており、得られるポリウレタンエラストマーが低蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを起こさないことを見出し、本発明を完成するに到った。
 即ち、本発明は、トリレンジイソシアネートを含むポリイソシアネート成分及び数平均分子量が600~3000の範囲のポリオール成分をNCO/OH当量比が2~4の範囲で反応して得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(A)と、トリレンジイソシアネートを含むポリイソシアネート成分及び数平均分子量が50~300のポリオール成分をNCO/OH当量比が2~4の範囲で反応して得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(B)とを、それぞれ別々に合成し混合して得られるプレポリマー混合物(AB)を薄膜蒸留装置に供給して、前記プレポリマー混合物(AB)に含まれる未反応トリレンジイソシアネートを蒸留して、ISO 10283に規定するガスクロマトグラフィー法に準拠し測定した未反応トリレンジイソシアネートの含有量を0.4質量%以下にまで低減後、プレポリマー混合物(ab)を得て、次いで、前記プレポリマー混合物(ab)を含む主剤と硬化剤(C)を配合して得られる組成物を熱硬化させることを特徴とするポリウレタンエラストマーの製造方法に関するものである。
 尚、本発明では、特に断りのない限り、イソシアネート基を「NCO基」で、水酸基を「OH基」で表す。また、NCO基の当量とポリオールOH基の当量との比を「NCO/OH当量比」として表記する。
 本発明は、ウレタンプレポリマーのポットライフ(可使時間)が適度に長く作業性に優れ、且つ、得られるポリウレタンエラストマーが低蓄熱性であり、熱履歴に伴うオリゴマーの副生がなく、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを起こさず、優れた性能(耐摩耗性、機械的強度、反発弾性など)を発現できる。
≪ウレタンプレポリマー(A)とウレタンプレポリマー(B)≫
 先ず、本発明で必須に用いるウレタンプレポリマー(A)とウレタンプレポリマー(B)について、以下に説明する。
 本発明は、TDIを必須に含むポリイソシアネート成分及び数平均分子量(以下「Mn」と云う)が600~3000の範囲の高分子量のポリオール成分をNCO/OH当量比が2~4の範囲で反応して得られる分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A)と、TDIを必須に含むポリイソシアネート成分及び数平均分子量が50~300の範囲の低分子量のポリオール成分とをNCO/OH当量比が2~4の範囲で反応して得られる分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(B)とを、それぞれ別々に合成し混合して、プレポリマー混合物(AB)を調整する。
 しかしながら、本発明において、前記(A)を用いない場合には、得られるポリウレタンエラストマーは、エラストマー性が充分に発現できず、且つ低蓄熱性に劣り、本発明の目的を達成できない。一方、前記(B)を用いない場合には、得られるポリウレタンエラストマーは、硬化後の強度に劣るため、本発明の目的を達成できない。
 なお、本発明で云う「トリレンジイソシアネ-ト(TDI)」とは、特に断りのない限り、その2,4体、又は2,6体、若しくはそれらの混合物を意味する。
 本発明で用いるTDIは、合成品でも市販品でもいずれであってもよい。市販品としては、例えば、コスモネートT-80(商標;三井化学株式会社製、2,4体/2,6体=80/20質量比の混合物)、コロネートT-100(商標;東ソー株式会社製、2,4体)、コロネートT-80(商標;同社製、2,4体/2,6体=80/20質量比の混合物)、コロネートT-65(商標;同社製、2,4体/2,6体=65/35質量比の混合物)などが挙げられるが、特に限定しない。
 前記ウレタンプレポリマー(A)及びウレタンプレポリマー(B)のいずれの合成時においても、本発明の目的を阻害しない範囲であれば、TDI以外のポリイソシアネート成分をTDIと併用してもよい。
 TDIと併用可能な前記ポリイソシアネート成分としては、公知のものが何れも使用でき、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネ-ト(MDI;その4,4’体、2,4’体又は2,2’体、若しくはそれらの混合物、クルードMDI)、MDI変性体(カルボジイミド変性体、ヌレート変性体、ビュレット変性体、ウレタンイミン変性体など)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、カルボジイミド化ジフェニルメタンポリイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、テトラメチルキシレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート(TODI)等の芳香族ポリイソシアネ-ト、あるいはイソホロンジイソシアネート(IPDI)、水添ジフェニルメタンジイソシアネート(水添MDI)、水添キシリレンジイソシアネート(水添XDI)等の脂環式ポリイソシアネート、あるいはヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ダイマー酸ジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート等が挙げられる。これらの中でも、適度な反応性、優れた機械的強度や反発弾性を得ることができるなどの理由から、MDIが好ましい。これらは単独でも2種以上を併用してもよい。
 また、前記ウレタンプレポリマー(A)の合成時に用いるポリオール成分としては、特に限定せず、例えば、ラクトン変性ポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。これらは単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 前記ラクトン変性ポリオールとしては、例えば、テトラヒドロフラン(THF)の開環重合等によって合成されるポリテトラメチレングリコール(PTMG)に、ε-カプロラクトン、γ-ブチロラクトン、δ-バレロラクトン等のラクトンを付加重合させてなるものである。
 また、前記ポリエステルポリオールとしては、通常、ジカルボン酸もしくはその反応性誘導体〔例えば、酸無水物、低級アルキルエステル(ジメチルエステル、ジエチルエステルなどの炭素数が1~4のアルキルエステル)、酸ハロゲン化物(酸クロライドなど)〕と、ジオールとを原料にして製造されるものである。
 前記ジカルボン酸(もしくはその反応性誘導体)としては、特に限定しないが、芳香族骨格を有するジカルボン酸として、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、1,2-ビス(フェノキシ)エタン-p,p’-ジカルボン酸などのジカルボン酸、あるいは芳香族骨格を有しないジカルボン酸として、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、無水マレイン酸、フマル酸、1,3-シクロペンタンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸などが挙げられる。これらは単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 また、例えば、p-ヒドロキシ安息香酸、p-(2-ヒドロキシエトキシ)安息香酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等を併用してもよい。
 前記ジオールとしては、特に限定しないが、芳香族骨格を有するジオールとして、例えば、ジヒドロキシナフタレン、ビスフェノールA、ビスフェノールS、ビスフェノールAF、ビスフェノールSi2、及びこれらのアルキレンオキサイド付加物等の芳香族ジオール類、あるいは芳香族骨格を有しないジオールとして、例えば、エチレングリコール(EG)、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール等の脂肪族ジオール類や、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環式ジオール類などが挙げられる。これらは単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 その他に必要に応じて使用できる前記ポリエステルポリオールの原料としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、しょ糖、アコニット糖等のアルコール類;あるいはトリエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアミン類などが挙げられる。これらは単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 前記ポリエステルポリオールには、上記以外のカルボン酸、ジオール、ジアミン等を併用して得られるポリエステルジオール又はポリアミドポリエステルジオールも含まれる。
 また、前記ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリエチレンプロピレングリコール(PEPG)、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、2-メチル-1,3-プロパンアジペート、3-メチル-1,5ペンタンアジペート等が挙げられ、これらの中でも、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)が好ましい。前記ポリエーテルポリオールは、直鎖、分岐、環状の何れの構造を有していてもよい。
 また、前記ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、炭酸と脂肪族ポリオールとをエステル化反応して得られるもの等を使用することができる。具体的には、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール又はポリテトラメチレングリコール(PTMG)等のようなジオールと、ジメチルカーボネートやジフェニルカーボネートやホスゲン等との反応生成物などが挙げられる。これらは単独使用でも2種以上を併用してもよい。
 また、前記ウレタンプレポリマー(A)の合成時に用いる前記ポリオール成分には、本発明の目的を阻害しない範囲であれば、低分子量グリコールを併用してもよい。前記低分子量グリコールとしては、分子量が50~300の範囲のものが好ましく、50~200の範囲のものがより好ましい。
 前記低分子量グリコールとしては、例えば、エチレングリコール(EG)、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール等の脂肪族ジオール類;1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環式ジオール類;グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3官能以上の水酸基含有化合物などが挙げられる。前記低分子量グリコールは、直鎖、分岐、環状などの何れの構造を有していてもよい。
 前記ウレタンプレポリマー(A)の合成時に用いる前記ポリオール成分のMnは、600~3000の範囲であり、好ましくは600~2000の範囲である。前記(A)の合成時に用いるポリオール成分のMnがかかる範囲であれば、機械的強度をより向上でき、且つ低蓄熱性などの優れた性能を得ることができる。
 また、前記ウレタンプレポリマー(A)の合成時に用いる前記ポリオール成分の水酸基価は、好ましくは56.1~187.0mgKOH/g(以下単位略す)の範囲である。前記ポリオール成分の水酸基価がかかる範囲であれば、大幅な粘度上昇が抑えられ、適度な粘性を有するウレタンプレポリマーを得ることができる。
 前記ウレタンプレポリマー(A)の合成時において、TDIを含むポリイソシアネート成分が有するイソシアネート基の当量の合計と、ポリオール成分が有する水酸基の当量の合計との比(即ち、NCO/OH当量比)は、2~4の範囲である。前記(A)の合成時のNCO/OH当量比をかかる範囲に設定して反応すれば、引張強度、伸び等の物性バランスに優れた低蓄熱性ポリウレタンエラストマーを得ることができる。
 しかしながら、前記(A)の合成時のNCO/OH当量比が2未満の場合には、粘度、機械強度、低蓄熱性などの物性に劣ってしまう。一方、前記(A)の合成時のNCO/OH当量比が4を超える場合には、残存するTDIが過剰になり過ぎて、低蓄熱性などの性能が劣ってしまう。
 次に、ウレタンプレポリマー(B)について説明する。
 本発明で必須に用いるウレタンプレポリマー(B)の合成時に用いるポリオール成分とは、前記ウレタンプレポリマー(A)の合成において低分子量グリコールとして例示したグリコールを何れも使用できる。
 前記低分子量グリコールの分子量としては、50~300の範囲であり、好ましくは50~200の範囲である。前記低分子量グリコールの分子量がかかる範囲であるならば、反応性の制御がより容易にでき、且つ、機械的強度、低蓄熱性などの優れた性能が得られるため、好ましい。
 前記ウレタンプレポリマー(B)の合成時において、TDIを含むポリイソシアネート成分が有するイソシアネート基の当量の合計と、分子量が50~300のポリオール成分が有する水酸基の当量の合計との比(即ち、NCO/OH当量比)は、2~4の範囲である。前記(B)の合成時のNCO/OH当量比をかかる範囲に設定して反応すれば、未反応TDIが少なく低粘度なウレタンプレポリマーを得ることができる。
 しかしながら、前記(B)の合成時のNCO/OH当量比が2未満の場合には、副反応を起こし易く、高粘度になる恐れがある。また、前記(B)の合成時のNCO/OH当量比が4を超える場合には、未反応TDIの含有量が多くなってしまい、低蓄熱性などの性能が著しく劣ってしまう。
 前記ウレタンプレポリマー(A)と前記ウレタンプレポリマー(B)の合成は、いずれも常法に従えばよく、特に限定しない。例えば、反応装置に、不活性雰囲気下(例えば窒素)で、TDIを含むポリイソシアネート成分やポリオール成分などの所定量の原料を、一括、分割、滴下などの安全(特に異常発熱や突沸などに注意)且つ効率的な方法で仕込み、攪拌しながら行えばよい。反応温度は、特に限定しないが、好ましくは40℃以上で、より好ましくは60~100℃の範囲である。
 前記ウレタンプレポリマー(A)と前記ウレタンプレポリマー(B)の合成は、バッチ式、半連続式、連続式などのいずれの方式を採用してもよく、特に限定しない。その中でも、(1)蒸留効率が高く、プレポリマー混合物から短時間で未反応TDIの留去が可能であること、(2)熱履歴に伴うウレタンオリゴマーの副生が殆どないこと、などの理由から、連続式が好ましい。
≪プレポリマー混合物(AB)とプレポリマー混合物(ab)≫
 本発明では、前記ウレタンプレポリマー(A)と前記ウレタンプレポリマー(B)を、それぞれ別々に合成し混合して得られるプレポリマー混合物(AB)を薄膜蒸留装置に供給して、前記プレポリマー混合物(AB)に含まれる未反応TDIを蒸留して、後述するISO 10283に規定するガスクロマトグラフィー法に準拠し測定した未反応TDIの含有量を0質量%にまで完全に留去して、又は、0.4質量%以下にまで低減して、蒸留後のプレポリマー混合物(ab)を得る。
 前記プレポリマー混合物(ab)中の未反応TDIの含有量がかかる範囲であれば、ポットライフが適度に長く作業性に優れる主剤を得ることができる。
 しかしながら、前記プレポリマー混合物(ab)中の未反応TDIの含有量が、0.4質量%を超える場合には、(1)ポットライフが短すぎて作業性に劣ること、(2)ウレタンオリゴマーが多量に副生し、硬化時の粘度が高くなり過ぎて蓄熱しやすいこと、などの問題を起こしてしまう。
 本発明において、前記ウレタンプレポリマー(A)と前記ウレタンプレポリマー(B)との混合比〔即ち(A)/(B)質量比〕としては、好ましくは95/5~50/50である。前記ウレタンプレポリマー(A)と(B)との混合比がかかる範囲であれば、優れた作業性、機械的強度、及び低蓄熱性などの性能を発現できる。
≪硬化剤(C)≫
 本発明では、前記プレポリマー混合物(ab)を含む主剤と硬化剤(C)とを配合して組成物を調製し、得られた組成物を予め加熱しておいた型に注入して、硬化後取り出してウレタンエラストマー成形品を得る。
 前記硬化剤(C)としては、公知のイソシアネート基反応性化合物(以下「NCO基反応性化合物」と云う。)を使用できる。
 前記硬化剤(C)が有する官能基としては、活性水素含有基であればよく、例えば、水酸基、アミノ基などが挙げられる。
 前記硬化剤(C)の分子量は、特に限定しないが、好ましくは60~300の範囲であり、より好ましくは60~150の範囲である。前記硬化剤(C)の分子量がかかる範囲であれば、耐摩耗性、引張強度、伸び等の物性バランスが一層向上したポリウレタンエラストマーを得ることができる。
 前記硬化剤(C)としては、前記ウレタンプレポリマー(A)及び(B)に対して良好な反応性を有しており、且つ、ポリウレタンエラストマーの品質に悪影響を与えないものであればよく、例えば、3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(以下「MBOCA」と云う。)、ポリアミノクロロフェニルメタン化合物、ポリアミノクロロフェニルメタン化合物とポリテトラメチレングリコールの混合物などのポリアミノ化合物、あるいはエチレングリコール(EG)、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール(DEG)、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-ブチル-2-エチル1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオールなどの脂肪族ジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなどの脂環式ジオール、あるいはグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの3官能以上の多官能化合物、あるいはトリエタノールアミン、ジエタノールアミンなどのアミン類などが挙げられる。これらは単独使用でもよく2種以上を併用してもよい。
 前記硬化剤(C)の中でも、使用量がより少量であっても硬化反応を円滑に進行でき、且つ、安定した品質の製品を得ることから、MBOCAが好ましい。
 前記硬化剤(C)の使用量としては、プレポリマー混合物(ab)100質量部に対して、好ましくは5~50質量部の範囲である。前記(C)の使用量がかかる範囲内であるならば、迅速且つ均一に攪拌混合でき、硬化反応を円滑に進行させ、安定した品質の製品を得ることができ、耐磨耗性や引張強度、伸びなど機械的特性の優れた性能を有するポリウレタンエラストマーを得ることができる。
 また、本発明において、〔硬化剤(C)中のNCO基と反応し得る基の合計モル数〕/〔プレポリマー混合物(ab)中のNCO基の全モル数〕としては、好ましくは0.5~1.5モル比の範囲、より好ましくは0.7~1.3モル比(即ち、0.7~1.3当量比)の範囲である。前記モル比(当量比)の比がかかる範囲であるならば、耐摩耗性、引張強度、伸び等の物性バランスに優れたポリウレタンエラストマーを得ることができる。
≪低蓄熱性ポリウレタンエラストマーの製造方法≫
 次に、本発明の低蓄熱性ポリウレタンエラストマーの製造方法について、より具体的に以下に説明する。
 本発明の製造方法は、例えば、以下のような〔工程1〕~〔工程6〕を含む一連の工程からなる。
 尚、各工程の設定条件(温度、時間、圧力、不活性ガス使用の有無や種類、供給量、排出量、添加剤など)は、特に限定しない。また、添加剤を用いる場合、添加剤が支障なく添加でき、且つ、均一な配合と混合が可能であれば、何れの工程で如何なる方法を選択し組み合わせて添加しても差し支えない。
〔工程1〕分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A)の調整
 反応装置に、TDIを含むポリイソシアネート成分とポリオール成分(Mn=600~3000)とをNCO/OH当量比が2~4の範囲になるように常法に従い発熱に充分注意しながら仕込み、窒素雰囲気下で攪拌しながら、設定温度(好ましくは60℃~100℃の範囲)で反応させて、ウレタンプレポリマー(A)を得る。
〔工程2〕分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(B)の調整
 前記工程1とは別の反応装置を用いて、TDIを含むポリイソシアネート成分とポリオール成分(分子量=50~300)とをNCO/OH当量比が2~4の範囲になるように常法に従い発熱に充分注意しながら仕込み、窒素雰囲気下で攪拌しながら、設定温度(好ましくは60℃~100℃の範囲)で反応させて、ウレタンプレポリマー(B)を得る。
〔工程3〕プレポリマー混合物(ab)を含む主剤の調整
 前記ウレタンプレポリマー(A)と(B)とを混合してプレポリマー混合物(AB)として薄膜蒸留装置に供給し、前記プレポリマー混合物(AB)に含まれる未反応TDIを薄膜蒸留にて留去・低減させる。
 プレポリマー混合物中に含まれる未反応TDIを薄膜蒸留する際の終点の確認方法は、ISO 10283に規定するガスクロマトグラフィー法に準拠して行う。
 即ち、終点とは、プレポリマー混合物中の未反応TDIの含有量が0質量%にまで留去された時点、又は0.4質量%以下にまで低減された時点であり、その時点に得られた混合物をプレポリマー混合物(ab)とする。
 尚、本発明では、前記プレポリマー混合物(ab)を主剤としてもよく、本発明の目的を阻害しない範囲であれば、その他のプレポリマーや添加剤などを配合して主剤してもよい。
〔工程4〕2液硬化型ポリウレタン組成物の調整(主剤と硬化剤との混合)
 次いで、前記〔工程3〕で得られたプレポリマー混合物(ab)を含む主剤と、MBOCAを含む硬化剤(C)とをNH/NCO=0.9当量比で配合し、直ちに攪拌混合して組成物(即ち、2液硬化型ポリウレタン組成物)を調整する。
 尚、本発明では、前記プレポリマー混合物(ab)を含む主剤と前記硬化剤(C)とを含有する組成物の硬化反応において、前記主剤と前記硬化剤(C)の混合完了時点から、前記組成物の粘度が5万mPa・sに到達するまでの時間(t)は、300秒以上である。
〔工程5〕注型工程
 前記組成物を予め80℃に保温しておいた金型内に注入する。
〔工程6〕硬化工程
 前記組成物を金型内に注入後、直ちに設定温度条件(80℃)にて1時間保持し硬化反応させた後、更に110℃で16時間アフタキュアを行い、成形品を取り出す。
 型より抜き出した成形品は、必要に応じて、溝入れ加工、切削加工、切断加工、研摩加工などの適当な加工方法を施し、用途に応じた形状に整えればよく、加工方法は特に限定しない。
 本発明では、薄膜蒸留条件(例えば、プレポリマー混合物供給量、蒸留温度、蒸留圧力、内部コンデンサー温度など)を制御しながら、連続式又は半連続式に未反応TDIを薄膜蒸留することが、プレポリマー混合物中の未反応TDIの含有量を効率的に0~0.4質量%にまで留去し大幅に低減でき、且つ、熱履歴に伴うオリゴマーの副生が殆どないポリウレタンエラストマーを得ることができるので、好ましい。
 また、本発明では、得られるプレポリマー混合物のポットライフが適度に長く作業性に優れ、且つ、ポリウレタンエラストマーが低蓄熱性であり、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを起こさず、特に弾性体(例えばロールやベルトなど)として利用できる。
 本発明で得られるポリウレタンエラストマーは、低蓄熱性及び耐熱変形性という優れた性能を有している。
 本発明では、ポリウレタンエラストマーの低蓄熱性と耐熱変形性の評価と判定は、後述の如く、評価用の成形品を作製し、動的熱機械測定を行い、貯蔵弾性率、損失弾性率、及び損失係数(tanδ)を測定し、30℃から130℃の間のエネルギー損失因子(α)と、30℃と130℃での貯蔵弾性率の比(β)を算出することにより求めることができる。
 前記エネルギー損失因子(α)が500未満の場合、低蓄熱性である。一方、前記エネルギー損失因子(α)が500以上の場合、高蓄熱性である。
 また、前記貯蔵弾性率の比(β)が4.5未満の場合、耐熱変形性に優れる。一方、貯蔵弾性率の比(β)が4.5以上の場合、耐熱変形性に劣る。
 本発明において、薄膜蒸留条件(例えば、ホルダー保温温度、蒸留温度(外部壁面温度)、留去後のプレポリマー混合物温度(残留物温度)、内部コンデンサー温度(蒸留物温度)、プレポリマー混合物供給速度、減圧度などの諸条件)は、個々の設備能力に合せて適宜設定すればよく、特に限定しない。
 尚、前記薄膜蒸留条件は、当然ながら蒸留状態、運転状態、及び安全面を確認しながら随時適正値或いは適正範囲内に調整すればよい。
 本発明の製造方法で得られる低蓄熱性ポリウレタンエラストマーには、反応や製品性能などに悪影響を及ぼさない範囲であれば、任意の段階で公知の添加剤を添加することができる。
 前記添加剤としては、例えば、充填剤(炭酸塩、珪酸、珪酸塩、水酸化物、硫酸塩、硼酸塩、チタン酸塩、金属酸化物、炭素物、有機物等)、酸化防止剤、脱泡剤、紫外線吸収剤、砥粒、顔料、増粘剤、界面活性剤、難燃剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、耐熱安定剤、ブレンド用樹脂など公知慣用のものを、本発明の目的を阻害しない範囲で、製造工程の何れの段階においても用いることができる。尚、前記添加剤はほんの一例であって、特にその種類を限定するものではない。
 以上の如く、本発明では、特定の運転条件で行う薄膜蒸留法を採用しているので、2つの異なるウレタンプレポリマー(A)及び(B)を混合して得られるプレポリマー混合物中の未反応TDIの含有量を0質量%にまで留去でき、又は0.4質量%以下という従来にない低レベルにまで大幅に低減できるので、熱履歴に伴うオリゴマーの副生が殆どないポリウレタンエラストマーを得ることができる。
 また、本発明では、得られるプレポリマー混合物のポットライフが適度に長く作業性に優れ、低蓄熱性であり、且つ使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う弾性体(例えばロールやベルトなど)の劣化や剥離、破損などの問題がないポリウレタンエラストマーを得ることができる。
 本発明の製造方法で得られるポリウレタンエラストマーは、特に低蓄熱性であり、且つ機械的強度に優れるので、例えば、ロール、キャスター等の工業部品、ソリッドタイヤ、ベルト等の自動車部品、紙送りロール、複写機用ロール等のオフィス・オートメーション機器部品、スポーツ用品、レジャー用品、防振材、パッキンなどの如く、過酷な条件(高摩擦、高圧縮、高速回転など)で長時間連続使用される弾性体としての用途に特に有用である。
 以下、本発明を実施例により、一層具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例のみに限定されるものではない。
 また、本発明では、特に断りのない限り、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」である。
 尚、本発明で用いた測定方法及び評価方法は、以下の通りである。
〔ポットライフ(可使時間)の評価方法と判定基準〕
 本発明では、作業性の判断基準として、ポットライフ(可使時間)を測定する。
 プレポリマー混合物(ab)を含む主剤(50℃)と硬化剤(C)(120℃)を、それぞれ保温し、次いで室温環境下にて前記主剤と前記硬化剤(C)を撹拌混合して、組成物(2液硬化型ポリウレタン組成物)を調整した。
 その際、前記主剤と前記硬化剤(C)の混合完了時点から、前記組成物の粘度が5万mPa・sに到達するまでの時間(t、秒)を測定し、ポットライフとした。
 尚、前記組成物の粘度の測定は、B型粘度計(型式:TVB-10、東機産業株式会社製)を用いて、恒温槽温度:80℃、ローター:No.M4にて測定した。
 ポットライフの判定は下記の基準に従い行なった。
 ○:ポットライフが300秒以上の場合、ポットライフが適度に長く作業性に優れる。
 ×:ポットライフが300秒未満の場合、ポットライフが短く作業性に劣る。
〔低蓄熱性と耐熱変形性の評価方法と判定基準〕
 実施例及び比較例で得たポリウレタンエラストマーを用い、評価用の成形品を作製し、下記条件にて動的熱機械測定を行い、貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失係数(tanδ)を測定した。
 測定機器  :動的粘弾性測定装置(セイコーインスツル株式会社製)
 型式    :DMS6100
 測定周波数 :10Hz
 測定温度範囲:30℃~130℃
 上記測定結果を基に、下記式(1)により〔30℃から130℃の間のエネルギー損失因子α〕を算出した。
〔30℃から130℃の間のエネルギー損失因子α〕=〔tanδ×1012〕/〔貯蔵弾性率×(1+(tanδ)2)〕・・・(1)
 また、下記式(2)により、〔30℃と130℃での貯蔵弾性率の比β〕を算出した。
〔30℃と130℃での貯蔵弾性率の比β〕=〔130℃での貯蔵弾性率〕/〔30℃での貯蔵弾性率〕・・・(2)
 30℃から130℃の間のエネルギー損失因子(α)による低蓄熱性の判定は、下記の基準に従い行なった。
○:エナルギー損失因子(α)が500未満の場合、低蓄熱性である。
×:エナルギー損失因子(α)が500以上の場合、高蓄熱性である。
 30℃と130℃での貯蔵弾性率の比(β)による耐熱変形性の判定は、下記の基準に従い行なった。
○:貯蔵弾性率の比(β)が4.5未満の場合、耐熱変形性に優れる。
×:貯蔵弾性率の比(β)が4.5以上の場合、耐熱変形性に劣る。
〔未反応トリレンジイソシアネート(TDI)の定量方法と判定基準〕
 実施例及び比較例で得られたプレポリマー混合物に含まれる未反応TDIの含有量(質量%)をISO 10283に規定するガスクロマトグラフィー法に準拠して測定した。
〔ポリウレタンエラストマーの硬度の測定方法〕
 JIS K7312に準拠して、硬度計(タイプD)にて測定した。
〔ポリウレタンエラストマーの最大抗張力の測定方法と判定基準〕
 JIS K7312に準拠して、3号試験片を用いて、測定温度23℃で測定し、最大抗張力の判定を下記の基準に従い行なった。
 ○:最大抗張力が40MPa以上の場合、良好。
 ×:最大抗張力が40MPa未満の場合、不良。
〔ポリウレタンエラストマーの破断伸びの測定方法と判定基準〕
 JIS K7312に準拠して、3号試験片を用いて、測定温度23℃で測定し、破断伸びの判定を下記の基準に従い行なった。
 ○:伸びが200%を以上の場合、良好。
 ×:伸びが200%未満の場合、不良。
〔実施例1〕
 反応装置に、コスモネートT-80(商標;三井化学株式会社製、2,4-TDI/2,6-TDI=80/20質量比の混合物)761部と、PTMG850(商標;三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、Mn=850のもの)1239部を仕込み、NCO/OH当量比=3.00にて加熱撹拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A1)(NCO基当量344のもの)を得た。
 前記(A1)の合成の時とは別の反応装置に、コスモネートT-80を1662部と、ジエチレングリコール(以下「DEG」という)を339部仕込み、NCO/OH当量比=3.00にて加熱撹拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(B1)(NCO基当量158のもの)を得た。
 ホルダー中で、前記ウレタンプレポリマー(A1)と前記(B1)とを(A1)/(B1)=75/25質量比で混合して、プレポリマー混合物(AB1)(NCO基当量464のもの)を調整し、ホルダー内で内温60℃に保温した。
 次いで、前記ホルダー内の前記プレポリマー混合物(AB1)(未反応TDIの含有量が17%のもの)を短行程蒸留装置KDL5型(UIC GmbH社製)に連続的に供給しながら、下記の蒸留条件にて薄膜蒸留処理を行った。
  ホルダー保温温度(混合物保温温度):60℃
  滴下速度:600g/hr
  蒸留温度(外部壁面温度):170℃
  プレポリマー受け温度(残留物温度):60℃
  内部コンデンサー温度(蒸留物温度):10℃
  減圧度:20Pa
  回転数:400rpm
 その結果、蒸留後の未反応TDIの含有量が0.01%未満であり、未反応TDI量が大幅に低減したプレポリマー混合物(ab1)(NCO基当量473のもの。室温にて淡黄色液状)を得た。
 次いで、混合容器に、前記プレポリマー混合物(ab1)(50℃に加温)と、硬化剤として溶融状態(120℃に加温)の3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(以下「MBOCA」)とを、NH/NCO=0.9当量比で仕込み、直ちに攪拌混合して組成物(1)を調製し、80℃に加熱した金型に前記組成物(1)を注入した。直ちに金型の蓋をして、乾燥機(80℃)中で1時間放置(一次キュア)後、更に110℃で16時間アフタキュア(二次キュア)を行い、本発明のポリウレタンエラストマー(1)を得て、それを用いて成形品(1)を作製した。
 前記組成物(1)は、第1表に示した如く、ポットライフ(MBOCA添加から5万mPa・s到達までの時間)が330秒であり、適度に長く作業性に優れていた。
 また、前記ポリウレタンエラストマー(1)は、低蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを起こさず耐久性に優れていた。
〔実施例2〕
 反応装置に、コスモネートT-80を821部と、PTMG750(商標;三菱化学株式会社製、PTMG850とPTMG650を混合しMn=750にしたもの)を1179部仕込み、NCO/OH当量比=3.00にて加熱撹拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A2)(NCO基当量318のもの)を得た。
  ホルダー中で、前記ウレタンプレポリマー(A2)と前記(B1)とを(A2)/(B1)=79/21質量比で混合して、プレポリマー混合物(AB2)(NCO基当量464のもの)を調整し、ホルダー内で内温60℃に保温した。
 次いで、前記ホルダー内の前記プレポリマー混合物(AB2)(未反応TDIの含有量が17%のもの)を短行程蒸留装置KDL5型(UIC GmbH社製)に連続的に供給しながら、実施例1と同様の蒸留条件にて薄膜蒸留処理を行った。
 その結果、蒸留後の未反応TDIの含有量は0.01%未満であり、未反応TDI量が大幅に低減したプレポリマー混合物(ab2)(NCO基当量466のもの。室温にて淡黄色液状)を得ることができた。
 次いで、混合容器に、前記プレポリマー混合物(ab2)(50℃に加温)と、硬化剤として溶融状態(120℃に加温)のMBOCAとを、NH/NCO=0.9当量比で仕込み、直ちに攪拌混合して組成物(2)を調製し、80℃に加熱した金型に前記組成物(2)を注入した。直ちに金型の蓋をして、乾燥機(80℃)中で1時間放置(一次キュア)後、更に110℃で16時間アフタキュア(二次キュア)を行い、本発明のポリウレタンエラストマー(2)を得て、それを用いて成形品(2)を作製した。
 前記組成物(2)は、第1表に示した如く、ポットライフ(MBOCA添加から5万mPa・s到達までの時間)が318秒であり、適度に長く作業性に優れていた。
 また、前記ポリウレタンエラストマー(2)は、低蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを起こさず耐久性に優れていた。
〔実施例3〕
 反応装置に、コスモネートT-80を927部と、PTMG650(商標;三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、Mn=650のもの)を1173部仕込み、NCO/OH当量比=3.00にて加熱撹拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A3)(NCO基当量296のもの)を得た。
  ホルダー中で、前記ウレタンプレポリマー(A3)と前記(B1)とを(A3)/(B1)=86/14質量比で混合して、プレポリマー混合物(AB3)(NCO基当量464のもの)を調整し、ホルダー内で内温60℃に保温した。
 次いで、前記ホルダー内の前記プレポリマー混合物(AB3)(未反応TDIの含有量が17%のもの)を短行程蒸留装置KDL5型(UIC GmbH社製)に連続的に供給しながら、実施例1と同様の蒸留条件にて薄膜蒸留処理を行った。
 その結果、蒸留後の未反応TDIの含有量は0.01%未満であり、未反応TDI量が大幅に低減したプレポリマー混合物(ab3)(NCO基当量467のもの。室温にて淡黄色液状)を得ることができた。
 次いで、混合容器に、前記プレポリマー混合物(ab3)(50℃に加温)と、硬化剤として溶融状態(120℃に加温)のMBOCAとを、NH/NCO=0.9当量比で仕込み、直ちに攪拌混合して組成物(3)を調製し、80℃に加熱した金型に前記組成物(3)を注入した。直ちに金型の蓋をして、乾燥機(80℃)中で1時間放置(一次キュア)後、更に110℃で16時間アフタキュア(二次キュア)を行い、本発明のポリウレタンエラストマー(3)を得て、それを用いて成形品(3)を作製した。
 前記組成物(3)は、第1表に示した如く、ポットライフ(MBOCA添加から5万mPa・s到達までの時間)が330秒であり、適度に長く作業性に優れていた。
 また、前記ポリウレタンエラストマー(3)は、低蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを起こさず耐久性に優れていた。
〔実施例4〕
 反応装置に、コスモネートT-80を417部とコロネートT-100(商標;東ソー株式会社製、2,4-TDIが99%以上のもの)417部と、PTMG650(商標;三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、Mn=650のもの)1267部を仕込み、NCO/OH当量比=2.50にて加熱撹拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A4)(NCO基当量366のもの)を得た。
 ホルダー中で、前記ウレタンプレポリマー(A4)と前記(B4)とを(A4)/(B1)=84/16質量比で混合して、プレポリマー混合物(AB4)(NCO基当量464のもの)を調整し、ホルダー内で内温60℃に保温した。
 次いで、前記ホルダー内の前記プレポリマー混合物(AB4)(未反応TDIの含有量が12%のもの)を短行程蒸留装置KDL5型(UIC GmbH社製)に連続的に供給しながら、実施例1と同様の蒸留条件にて薄膜蒸留処理を行った。
 その結果、蒸留後の未反応TDIの含有量は0.01%未満であり、未反応TDI量が大幅に低減したプレポリマー混合物(ab4)(NCO基当量469のもの。室温にて淡黄色液状)を得ることができた。
 次いで、混合容器に、前記プレポリマー混合物(ab4)(50℃に加温)と、硬化剤として溶融状態(120℃に加温)のMBOCAとを、NH/NCO=0.9当量比で仕込み、直ちに攪拌混合して組成物(4)を調製し、80℃に加熱した金型に前記組成物(4)を注入した。直ちに金型の蓋をして、乾燥機(80℃)中で1時間放置(一次キュア)後、更に110℃で16時間アフタキュア(二次キュア)を行い、本発明のポリウレタンエラストマー(4)を得て、それを用いて成形品(4)を作製した。
 前記組成物(4)は、第1表に示した如く、ポットライフ(MBOCA添加から5万mPa・s到達までの時間)が306秒であり、適度に長く作業性に優れていた。
 また、前記ポリウレタンエラストマー(4)は、低蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを起こさず耐久性に優れていた。
〔実施例5〕
 反応装置に、コスモネートT-80を833部と、PTMG650を1267部仕込み、NCO/OH当量比=2.50にて加熱撹拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A5)(NCO基当量366のもの)を得た。
  ホルダー中で、前記ウレタンプレポリマー(A5)と前記(B1)とを(A5)/(B1)=83/17質量比で混合して、プレポリマー混合物(AB5)(NCO基当量464のもの)を調整し、ホルダー内で内温60℃に保温した。
 次いで、前記ホルダー内の前記プレポリマー混合物(AB5)(未反応TDIの含有量が12%のもの)を短行程蒸留装置KDL5型(UIC GmbH社製)に連続的に供給しながら、実施例1と同様の蒸留条件にて薄膜蒸留処理を行った。
 その結果、蒸留後の未反応TDIの含有量は0.01%未満であり、未反応TDI量が大幅に低減したプレポリマー混合物(ab5)(NCO基当量474のもの。室温にて淡黄色液状)を得ることができた。
 次いで、混合容器に、前記プレポリマー混合物(ab5)(50℃に加温)と、硬化剤として溶融状態(120℃に加温)のMBOCAとを、NH/NCO=0.9当量比で仕込み、直ちに攪拌混合して組成物(5)を調製し、80℃に加熱した金型に前記組成物(5)を注入した。直ちに金型の蓋をして、乾燥機(80℃)中で1時間放置(一次キュア)後、更に110℃で16時間アフタキュア(二次キュア)を行い、本発明のポリウレタンエラストマー(5)を得て、それを用いて成形品(5)を作製した。
 前記組成物(5)は、第1表に示した如く、ポットライフ(MBOCA添加から5万mPa・s到達までの時間)が324秒であり、適度に長く作業性に優れていた。
 また、前記ポリウレタンエラストマー(5)は、低蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを起こさず耐久性に優れていた。
〔比較例1〕
 比較例1は、後述する操作で得た分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A6)について、薄膜蒸留処理を行わずに、前記(A6)中の未反応TDIを残存させたままで、次工程の硬化反応を行った。尚、前記(A6)は、単独に合成したものであり、2種以上のウレタンプレポリマーを混合したものではない。
 反応装置に、コロネートT-100(商標;東ソー株式会社製、2,4-TDIが99%以上のもの)784部と、PTMG1000(商標;三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、Mn=1000のもの)1064部を仕込み、NCO/OH当量比=1.80にて加熱攪拌しながら70℃で反応させた。
 その後、鎖伸長剤としてDEGを153部仕込み、加熱攪拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A6)(NCO基当量516のもの。室温にて淡黄色液状)を得た。
 次いで、混合容器に前記ウレタンプレポリマー(A6)と、溶融状態のMBOCAを、NH/NCO=0.9当量比で仕込み、攪拌混合して組成物(6)を調製し、80℃に加熱した金型に前記組成物(6)を注入した。直ちに金型の蓋をした後、乾燥機(80℃)中で1時間放置後、更に110℃で15時間アフタキュアを行い、ポリウレタンエラストマー(6)を得て、それを用いて成形品(6)を作製した。
 第2表に示した如く、前記組成物(6)は、未反応TDI含有量が1.21%(ガスクロ法)であり多かった。また、ポットライフ(MBOCA添加から5万mPa・s到達までの時間)が184秒であり、大変短く作業性に劣っていた。
 また、前記組成物(6)を用いて得た前記ウレタンエラストマー(6)は、高蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し易く(耐熱変形性に劣り)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを生じやすく耐久性に劣っていた。
〔比較例2〕
 比較例2は、後述する操作で得た分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A7)について、薄膜蒸留処理を行わずに、前記(A7)中の未反応TDIを残存させたままで、次工程の硬化反応を行った。尚、前記(A6)は、単独に合成したものであり、2種以上のウレタンプレポリマーを混合したものではない。
 反応装置に、コロネートT-100を774部、及びPTMG1000を1041部仕込み、NCO/OH当量比=1.60にて加熱攪拌しながら70℃で反応させた。
 その後、鎖伸長剤としてDEGを184部仕込み、加熱攪拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A7)(NCO基当量620のもの。室温にて淡黄色液状)を得た。
 次いで、混合容器に前記ウレタンプレポリマー(A7)と、溶融状態のMBOCAを、NH/NCO=0.9当量比で仕込み、攪拌混合して組成物(7)を調製し、80℃に加熱した金型に前記組成物(7)を注入した。直ちに金型の蓋をした後、乾燥機(80℃)中で1時間放置後、更に110℃で15時間アフタキュアを行い、ポリウレタンエラストマー(7)を得て、それを用いて成形品(7)を作製した。
 第2表に示した如く、前記組成物(7)は、ポットライフ(MBOCA添加から5万mPa・s到達までの時間)が275秒であり、大変短く作業性に劣っていた。
 また、前記組成物(7)を用いて得た前記ウレタンエラストマー(7)は、高蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し易く(耐熱変形性に劣り)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを生じやすく耐久性に劣っていた。
〔比較例3〕
 比較例3は、後述する操作で得た分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A8)について、薄膜蒸留処理を行った。尚、前記(A8)は、単独に合成したものであり、2種以上のウレタンプレポリマーを混合したものではない。
 反応装置に、コスモネートT-80(商標;三井化学株式会社製、2,4-TDI/2,6-TDI=80/20質量比の混合物)436部と、コロネートT-100を436部仕込み、混合した。
 次いで、PTMG1000を966部仕込み、NCO/OH当量比=2.00にて加熱撹拌しながら70℃で反応させた。
 その後、鎖伸長剤としてDEGを163部仕込み、加熱攪拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A8)(NCO基当量400のもの。室温にて淡黄色液状)を得た。
 前記ウレタンプレポリマー(A8)をホルダー内で内温60℃にて保温した。
 次いで、前記ホルダー内の前記ウレタンプレポリマー(A8)(未反応TDIの含有量が4%のもの)を短行程蒸留装置KDL5型(UIC GmbH社製)に連続的に供給しながら、実施例1と同条件にて薄膜蒸留処理を行った。
 その結果、未反応TDI量を大幅に低減でき、未反応TDIの含有量が0.01%未満であるウレタンプレポリマー(a8)(NCO基当量489)を得た。
 次いで、混合容器に前記ウレタンプレポリマー(a8)と、溶融状態のMBOCAを、NH/NCO=0.9当量比で仕込み、攪拌混合して組成物(8)を調製し、80℃に加熱した金型に前記組成物(8)を注入した。直ちに金型の蓋をした後、乾燥機(80℃)中で1時間放置後、更に110℃で15時間アフタキュアを行い、ポリウレタンエラストマー(8)を得て、それを用いて成形品(8)を作製した。
 第2表に示した如く、前記組成物(8)は、ポットライフ(MBOCA添加から5万mPa・s到達までの時間)が240秒であり、大変短く作業性に劣っていた。
 また、前記組成物(8)を用いて得た前記ウレタンエラストマー(8)は、高蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し易く(耐熱変形性に劣り)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを生じやすく耐久性に劣っていた。
〔比較例4〕
 比較例4は、後述する操作で得た分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A9)について、薄膜蒸留処理を行った。尚、前記(A9)は、単独に合成したものであり、2種以上のウレタンプレポリマーを混合したものではない。
 反応装置に、コスモネートT-80を484部と、コロネートT-100を484部仕込み、混合した。
 次いで、PTMG650(商標;三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、Mn=650のもの)881部を仕込み、NCO/OH当量比=2.00にて加熱撹拌しながら70℃で反応させた。
 その後、鎖伸長剤としてDEGを151部仕込み、加熱攪拌しながら70℃で反応させて、分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(A9)(NCO基当量360のもの。室温にて淡黄色液状)を得た。
 前記ウレタンプレポリマー(A9)をホルダー内で内温60℃にて保温した。
 次いで、前記ホルダー内の前記ウレタンプレポリマー(A9)(未反応TDIの含有量が5%のもの)を短行程蒸留装置KDL5型(UIC GmbH社製)に連続的に供給しながら、実施例1と同条件にて薄膜蒸留処理を行った。
 その結果、未反応TDI量を大幅に低減でき、未反応TDIの含有量が0.01%未満の分子末端にNCO基を有するウレタンプレポリマー(a9)(NCO基当量361)を得た。
 次いで、混合容器に前記ウレタンプレポリマー(a9)と、溶融状態のMBOCAを、NH/NCO=0.9当量比で仕込み、攪拌混合して組成物(9)を調製し、80℃に加熱した金型に前記組成物(9)を注入した。直ちに金型の蓋をした後、乾燥機(80℃)中で1時間放置後、更に110℃で15時間アフタキュアを行い、ポリウレタンエラストマー(9)を得て、それを用いて成形品(9)を作製した。
 第2表に示した如く、前記組成物(9)は、ポットライフ(MBOCA添加から5万mPa・s到達までの時間)が192秒であり、大変短く作業性に劣っていた。
 また、前記組成物(9)を用いて得た前記ウレタンエラストマー(9)は、高蓄熱性であり、且つ、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し易く(耐熱変形性に劣り)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを生じやすく耐久性に劣っていた。
 前記ウレタンエラストマー(9)は、破断伸びに劣っていた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 第1表及び第2表に記載の略号は、下記の化合物を意味する。
コスモネートT-80;商標、三井化学株式会社製、2,4-トルエンジイソシアネート/2,6-トルエンジイソシアネート=80/20質量比の混合物。
PTMG650   ;商標、三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、数平均分子量650のもの。
PTMG750   ;商標、三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、数平均分子量1000と650のものを混合作成したもの。
PTMG850   ;商標、三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、数平均分子量850のもの。
PTMG1000  ;商標、三菱化学株式会社製、ポリテトラメチレングリコール、数平均分子量1000のもの。
DEG       ;ジエチレングリコール。
MBOCA     ;3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン。
 本発明は、ウレタンプレポリマーのポットライフ(可使時間)が適度に長く作業性に優れ、且つ、得られるポリウレタンエラストマーは、低蓄熱性であり、熱履歴に伴うオリゴマーの副生がなく、使用環境温度(30℃~130℃)において熱変形し難く(耐熱変形性に優れ)、熱分解に伴う劣化や剥離、破損などを起こさず耐久性に優れ、耐摩耗性、機械的強度、反発弾性などの優れた性能を発現でき、例えば、ロール、キャスター等の工業部品、ソリッドタイヤ、ベルト等の自動車部品、紙送りロール、複写機用ロール等のオフィス・オートメーション機器部品、スポーツ用品、レジャー用品、防振材、パッキンなどの弾性体として広範囲の用途に利用できる。

Claims (5)

  1.  トリレンジイソシアネートを含むポリイソシアネート成分及び数平均分子量が600~3000の範囲のポリオール成分をイソシアネート基と水酸基の当量比(NCO/OH)が2~4の範囲で反応して得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(A)と、
    トリレンジイソシアネートを含むポリイソシアネート成分及び数平均分子量が50~300のポリオール成分をイソシアネート基と水酸基の当量比(NCO/OH)が2~4の範囲で反応して得られる分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(B)とを、
    それぞれ別々に合成し混合して得られるプレポリマー混合物(AB)を薄膜蒸留装置に供給して、前記プレポリマー混合物(AB)に含まれる未反応トリレンジイソシアネートを蒸留して、ISO 10283に規定するガスクロマトグラフィー法に準拠し測定した未反応トリレンジイソシアネートの含有量を0.4質量%以下にまで低減後、プレポリマー混合物(ab)を得て、
    次いで、前記プレポリマー混合物(ab)を含む主剤と硬化剤(C)を配合して得られる組成物を熱硬化させることを特徴とするポリウレタンエラストマーの製造方法。
  2.  前記硬化剤(C)が、3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタンである請求項1記載のポリウレタンエラストマーの製造方法。
  3.  前記プレポリマー混合物(ab)を含む主剤と前記硬化剤(C)とを含有する組成物の硬化反応において、前記主剤と前記硬化剤(C)の混合完了時点から、前記組成物の粘度が5万mPa・sに到達するまでの時間(t)が、300秒以上である請求項1記載のポリウレタンエラストマーの製造方法。
  4.  前記低蓄熱性ポリウレタンエラストマーを用いて成形品を作製し、下記条件にて測定した動的粘弾性試験において、下記式(1)により算出した、30℃から130℃の間のエネルギー損失因子(α)が、500(1/Pa)未満である請求項1記載のポリウレタンエラストマーの製造方法。
    〔30℃から130℃の間のエネルギー損失因子α〕=〔tanδ×1012〕/〔貯蔵弾性率×(1+(tanδ)2)〕・・・(1)
     なお、上記式(1)中、tanδは、損失係数を表す。
  5.  前記ポリウレタンエラストマーを用いて成形品を作製し、下記条件にて測定した動的粘弾性試験において、下記式(2)により算出した、30℃と130℃での貯蔵弾性率の比(β)〔即ち、30℃/130℃の貯蔵弾性率比〕が、4.5未満である請求項1記載のポリウレタンエラストマーの製造方法。
    〔30℃と130℃での貯蔵弾性率の比β〕=〔130℃での貯蔵弾性率〕/〔30℃での貯蔵弾性率〕・・・(2)
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