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JP3324867B2 - ポリウレタンおよびそれからなる成形物の製造方法 - Google Patents

ポリウレタンおよびそれからなる成形物の製造方法

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JP3324867B2
JP3324867B2 JP09216494A JP9216494A JP3324867B2 JP 3324867 B2 JP3324867 B2 JP 3324867B2 JP 09216494 A JP09216494 A JP 09216494A JP 9216494 A JP9216494 A JP 9216494A JP 3324867 B2 JP3324867 B2 JP 3324867B2
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Japan
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polyurethane
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diisocyanate
polyester polyol
diol
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志都夫 岩田
通裕 石黒
広治 平井
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Kuraray Co Ltd
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Kuraray Co Ltd
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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
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40High-molecular-weight compounds
    • C08G18/42Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain
    • C08G18/4236Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain containing only aliphatic groups
    • C08G18/4238Polycondensates having carboxylic or carbonic ester groups in the main chain containing only aliphatic groups derived from dicarboxylic acids and dialcohols

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性、圧縮永久歪み
および耐寒性の全ての性能に優れるポリウレタンおよび
該ポリウレタンからなる成形物に関するものである。本
発明のポリウレタンは、成形後、室温で放置しておくの
みで耐熱性、圧縮永久歪みおよび耐寒性の全ての性能に
優れる成形物を与え、また成形後、熱処理することによ
り性能が一層向上した成形物を与える。
【0002】
【従来の技術】熱可塑性ポリウレタンは、高弾性、耐摩
耗性および耐油性に優れることなどの多くの特長を有す
るため、ゴムやプラスチックの代替材料として注目され
ており、通常のプラスチック成形加工法が適用できる成
形材料として広範囲な用途で多量に使用されるようにな
っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱可塑
性ポリウレタンのうち耐熱性の良好なものは圧縮永久歪
みまたは耐寒性において劣ることから、用途展開の拡大
を図るうえで、耐熱性と圧縮永久歪みおよび耐寒性とを
両立させた熱可塑性ポリウレタンが望まれている。しか
して本発明の目的の一つは、耐熱性、圧縮永久歪みおよ
び耐寒性の全ての性能に優れるポリウレタンを提供する
ことにある。また本発明の他の目的は、これらの優れた
諸性能を効果的に発揮するポリウレタン成形物の製造方
法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
目的の一つは、分子量2500〜3500のポリエステ
ルポリオール、1,4−ブタンジオールおよびジイソシ
アネートを、該ポリエステルポリオールのモル数a、
1,4−ブタンジオールのモル数bおよびジイソシアネ
ートのモル数cが下記の数式(I)
【0005】 1.01≦c/(a+b)≦1.10 (I)
【0006】を満足する割合で反応させて得られる、J
IS−A硬度75以上のポリエステル系ポリウレタンで
あって、該ポリエステルポリオールが、主として1,9
−ノナンジオール成分および3−メチル−1,5−ペン
タンジオール成分からなるジオール成分とジカルボン酸
成分とを有し、全ジオール成分基準における1,9−ノ
ナンジオール成分のモル分率dおよび3−メチル−1,
5−ペンタンジオール成分のモル分率eが下記の数式
(II)
【0007】 0.4≦d/(d+e)≦0.6 (II)
【0008】を満足することを特徴とするポリウレタン
を提供することにより達成される。また本発明の他の目
的は、該ポリウレタンを成形後、60℃以上の温度で熱
処理することを特徴とするポリウレタン成形物の製造方
法を提供することにより達成される。
【0009】本発明において使用されるポリエステルポ
リオールは、主としてジオール成分およびジカルボン酸
成分からなり、該ジオール成分は主として1,9−ノナ
ンジオール成分および3−メチル−1,5−ペンタンジ
オール成分からなる。該ジオール成分中における1,9
−ノナンジオール成分のモル分率dおよび3−メチル−
1,5−ペンタンジオール成分のモル分率eは、上記数
式(II)を満足することが重要である。d/(d+e)
の値が0.4未満の場合には、ポリウレタンの耐寒性が
低下し、また0.6を越える場合には、耐熱性および圧
縮永久歪みの性能が低下する。また本発明において使用
されるポリエステルポリオールの分子量(数平均分子
量)は2500〜3500の範囲内である。ポリエステ
ルポリオールの分子量が2500未満であると、得られ
るポリウレタンの耐熱性および圧縮永久歪みの性能が低
下し、一方、3500を越える場合には、得られるポリ
ウレタンの成形性、引張強度および透明性が不十分とな
る。
【0010】本発明で用いられるポリエステルポリオー
ルにおけるジカルボン酸成分としては、炭素数が6〜1
2の直鎖脂肪族ジカルボン酸が好ましい。該脂肪族ジカ
ルボン酸の例としてはアジピン酸、ピメリン酸、スベリ
ン酸、アゼライン酸、セバシン酸等が挙げられる。また
ジオール成分は、1,9−ノナンジオールおよび3−メ
チル−1,5−ペンタンジオールのみであってもよい
が、少量であれば他のジオールを補足的に使用してもよ
い。
【0011】ポリエステルポリオールの製造法は特に限
定されず、例えば、ジオール、ジカルボン酸またはそれ
らのエステル化物を原料として使用して、エステル化反
応またはエステル交換反応による公知の重縮合法で製造
することができる。なお、該重縮合においてチタン触
媒、スズ触媒などのエステル化触媒を用いることが可能
である。チタン系エステル化触媒を使用した場合には、
重縮合後、得られたポリエステルポリオールに含まれる
該触媒の失活処理を行うことが好ましい。失活処理とし
ては、ポリエステルポリオールを加熱条件下に水と接触
させる方法が好ましい。
【0012】本発明において使用可能なジイソシアネー
トとしては、例えば、4,4'−ジフェニルメタンジイ
ソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、トル
イレンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシ
アネート等を挙げることができる。これらの中でも、
4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネートが特に好
ましい。
【0013】熱可塑性ポリウレタンは、高分子ポリオー
ル、鎖伸長剤およびジイソシアネートを反応させて得ら
れるが、本発明においては、優れた耐熱性、圧縮永久歪
みおよび耐寒性の性能を確保するために、高分子ポリオ
ールとして上記のポリエステルポリオール、鎖伸長剤と
して1,4−ブタンジオールをそれぞれ使用し、かつポ
リエステルポリオール、鎖伸長剤およびジイソシアネー
トの相対使用量を上記数式(I)を満足する範囲内に設
定することが重要である。すなわち、該ポリエステルポ
リオールのモル数a、1,4−ブタンジオールのモル数
bおよびジイソシアネートのモル数cが、c/(a+
b)の値において1.01より小さい場合には、成形後
においてポリウレタンの分子量が十分に増加しないため
に、耐熱性および圧縮永久歪みの性能が不十分な成形物
しか得られない。逆に、c/(a+b)の値が1.10
より大きい場合には、ポリウレタンの成形性が不良とな
り、熱可塑性の特長が発揮されにくくなる。c/(a+
b)の値は、1.02〜1.08の範囲内であることが
好ましい。
【0014】ポリエステルポリオール、1,4−ブタン
ジオールおよびジイソシアネートを重合して本発明のポ
リウレタンを製造する方法に関しては、公知のウレタン
化反応の技術を採用することができる。中でも、実質的
に溶媒の不存在下で溶融重合することが好ましく、特に
多軸スクリュー型押出機を用いる連続溶融重合が好まし
い。なお、本発明のポリウレタンを製造するに際して、
高分子ポリオール、鎖伸長剤およびジイソシアネートと
して、少量であれば、上記のポリエステルポリオールお
よび1,4−ブタンジオール以外の化合物を併用しても
よい。また、重合過程または重合後に、着色剤、滑剤、
結晶核剤、難燃剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、耐光性
改良剤、加水分解防止剤、防黴剤などの添加剤を適宜加
えてもよい。
【0015】本発明のポリウレタンにおいては、優れた
耐熱性、圧縮永久歪みおよび耐寒性の性能を確保するた
めに、硬度(JIS−A)が75以上であることが重要
である。
【0016】本発明のポリウレタンは、対数粘度(ηin
h )が0.5〜2.1dl/gの範囲にあることが好ま
しい。この範囲とすることにより、耐熱性、圧縮永久歪
みおよび成形性における優れた性能が一層顕著となる。
なお対数粘度は、試料を0.5g/dlとなるように
0.05Mのn−ブチルアミンのN,N−ジメチルホル
ムアミド溶液に溶解し、24時間後、30℃でウッベロ
ーデ型粘度計により溶液粘度を測定し、次式より求める
ことができる。
【0017】ηrel =t/to ηinh =ln(ηrel)/c t :溶液の流下時間(秒) to :溶媒の流下時間(秒) ηrel:比粘度 c :ポリウレタン(試料)の濃度(g/dl)
【0018】本発明のポリウレタンは、耐熱性、圧縮永
久歪みおよび耐寒性の全ての性能において優れる。本発
明のポリウレタンは射出成形等の成形に供することがで
き、得られる成形物は、本発明のポリウレタンに由来す
る上記の優れた諸性能を発揮する。更に圧縮永久歪み等
の性能は、成形後、得られた成形物を60℃以上で、成
形物が変形しない温度、特に80〜110℃の範囲内の
温度で熱処理することにより一層優れた性能となる。従
って、本発明のポリウレタンの具体的用途としては、シ
ート、フィルム、スクィージ、チェーン、ベルト、スク
リーン、チューブ、複写用クリーニングブレード、紙送
りロール、各種ロール、ギア、キャスター、バインダ
ー、ソリッドタイヤ、パッキング材、自動車部品、靴
底、スポーツシューズ、接着剤、機械部品、防振材、制
振材、弾性繊維など従来からポリウレタンの成形に用い
られてきた射出成形、押出成形等により得ることができ
る成形品である。
【0019】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、実施例において、硬度、耐熱性、圧縮永久歪
みおよび耐寒性は以下の方法により測定した。
【0020】[硬度]射出成形により得られた厚さ6m
mの成形サンプルを用い、ショアーA硬度計により測定
した。
【0021】[耐熱性]射出成形により得られた厚さ4
mmの成形サンプルを用いてビカット軟化温度を測定
し、耐熱性の指標とした。ビカット軟化温度の測定荷重
は1kgfとし、JIS−K−7206に準じて測定し
た。
【0022】[圧縮永久歪み]射出成形により得られた
厚さ20mmの成形サンプルを用いて、JIS−K−6
301に準拠した方法(熱処理条件:70℃×22時
間)で測定を行った。
【0023】[耐寒性]射出成形により得られた厚さ2
mmの成形円板から試験片を作製した。この試験片の動
的粘弾性を周波数11Hzで測定し、動的損失弾性率
(E”)がピークとなる温度(Tα)を求め耐寒性の指
標とした。
【0024】[耐加水分解性]射出成形により得られた
厚さ2mmの成形円板から作成したダンベル状試験片を
70℃、95%の相対湿度下に3週間放置し、その前後
での試験片の破断強度を測定し、該放置前の強度に対す
る放置後の強度の保持率を求めて耐加水分解性の指標と
した。
【0025】実施例で用いた化合物は、略号を用いて示
した。略号が意味する化合物名を、下記の表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】[参考例1](PNMA−Aの製造) ND1920g、MPD1416gおよびアジピン酸2
920gを反応器に仕込み、減圧下、200℃で、生成
する水を系外に留去しながらエステル化反応を行った。
反応物の酸価が30以下になった時点でテトライソプロ
ピルチタネート90mgを加え、200〜100mmH
gに減圧しながら重縮合反応を開始した。酸価が1.0
になった時点で真空ポンプにより徐々に真空度を上げて
反応を完結させた。その結果、数平均分子量3000、
ND/MPD=1/1(モル比)のPNMAを5090
g得た(以下、ここで得られたポリエステルジオールを
「PNMA−A」という)。
【0028】[参考例2](チタン系触媒の失活) 参考例1で得られたPNMA−A5000gを100℃
に加熱し、これに水150g(3重量%)を加えた。攪
拌しながらさらに2時間加熱を続けることによりチタン
系触媒を失活させ、減圧下で水を留去した(この処理に
より得られたポリエステルジオールを「PNMA−B」
という)。
【0029】[参考例3〜7]使用するジオールを変更
する以外は参考例1および2に準じて、エステル化反
応、重縮合反応および触媒失活処理を行い、それぞれポ
リエステルジオールを得た。得られたポリエステルジオ
ールのジオール成分および分子量(数平均分子量)を、
それぞれ表2に示す。
【0030】
【表2】
【0031】[実施例1]参考例2で得られたPNMA
−B、BDおよび50℃に加熱溶融したMDIを、下記
表3に示すように、PNMA−B:BD:MDIのモル
比で1:5.60:6.86で、かつこれらの総量が2
00g/minとなるように、定量ポンプから、30m
mφでL/D=36の同軸方向に回転する二軸スクリュ
ー型押出機に連続的に仕込み、260℃の温度で連続溶
融重合反応を行った。生成した熱可塑性ポリウレタンの
溶融物をストランド状で水中に連続的に押出し、次いで
ペレタイザーで切断し、ペレットに成形した。このペレ
ットを80℃で20時間除湿乾燥後、200℃で射出成
形して測定用サンプルを作製し、80℃で8時間または
20℃で1週間放置した後に対数粘度、硬度、耐熱性、
圧縮永久歪みおよび耐寒性を測定した。得られた結果
を、下記表4に示す。
【0032】[実施例2〜4]ポリエステルジオールの
種類および各原料化合物の使用割合として表3に示す条
件を採用する以外は実施例1と同様にして重合およびペ
レット化を行い、それぞれ熱可塑性ポリウレタンのペレ
ットを得た。実施例1と同様にして、得られたペレット
の乾燥および射出成形を行い、80℃で8時間または2
0℃で1週間放置した試料の物性を測定した。得られた
結果を表4に示す。
【0033】[比較例1〜7]ポリエステルジオールの
種類および各原料化合物の使用割合として表3に示す条
件を採用する以外は実施例1と同様にして重合およびペ
レット化を行い、それぞれ熱可塑性ポリウレタンのペレ
ットを得た。実施例1と同様にして、得られたペレット
の乾燥および射出成形を行い、80℃で8時間または2
0℃で1週間放置した試料の物性を測定した。得られた
結果を表4に示す。
【0034】
【表3】
【0035】
【表4】
【0036】上記表4から、本発明のポリウレタンは、
耐熱性、圧縮永久歪みおよび耐寒性の全ての性能におい
て優れること、および成形後の熱処理により成形物の圧
縮永久歪みが一層良好となることがわかる(実施例1〜
4)。これに対し、ポリエステルジオールのジオール成
分、ポリエステルジオールの分子量またはポリウレタン
原料化合物の相対使用量において本発明とは相違するポ
リウレタンでは、耐熱性、圧縮永久歪みおよび耐寒性の
うち少なくとも一つの性能が不良であることがわかる
(比較例1〜7)。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、耐熱性、圧縮永久歪み
および耐寒性の全ての性能に優れる高硬度ポリウレタン
が提供される。該ポリウレタンからなる成形物は、熱処
理することにより一層優れた性能を発揮する。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−220311(JP,A) 特開 平3−72516(JP,A) 特開 昭61−185520(JP,A) 特開 平7−179557(JP,A) 特開 平3−287805(JP,A) 特開 平3−76811(JP,A) 特開 昭62−39613(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/00 - 18/87

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分子量2500〜3500のポリエステ
    ルポリオール、1,4−ブタンジオールおよびジイソシ
    アネートを、該ポリエステルポリオールのモル数a、
    1,4−ブタンジオールのモル数bおよびジイソシアネ
    ートのモル数cが下記の数式(I) 1.01≦c/(a+b)≦1.10 (I) を満足する割合で反応させて得られる、JIS−A硬度
    75以上のポリエステル系ポリウレタンであって、該ポ
    リエステルポリオールが、主として1,9−ノナンジオ
    ール成分および3−メチル−1,5−ペンタンジオール
    成分からなるジオール成分とジカルボン酸成分とを有
    し、全ジオール成分基準における1,9−ノナンジオー
    ル成分のモル分率dおよび3−メチル−1,5−ペンタ
    ンジオール成分のモル分率eが下記の数式(II) 0.4≦d/(d+e)≦0.6 (II) を満足することを特徴とするポリウレタン。
  2. 【請求項2】 該ジイソシアネートが4,4´−ジフェ
    ニルメタンジイソシアネートである請求項1記載のポリ
    ウレタン。
  3. 【請求項3】 該ポリエステルポリオールが、ジオール
    およびジカルボン酸をチタン系エステル化触媒の存在下
    に重縮合させたのち、該チタン系エステル化触媒を失活
    させて得られたポリエステルポリオールである請求項1
    または2に記載のポリウレタン。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3に記載のポリウレ
    タンを成形後、60℃以上の温度で熱処理することを特
    徴とするポリウレタン成形物の製造方法。
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