JP2668534B2 - 押出成形、射出成形用熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、押出成形、射出成形用熱可塑性ポリウレタ
ン樹脂組成物に関する、更に詳しくは、耐加水分解性、
耐熱老化性、温度依存性及び圧縮永久歪性を改良した押
出成形、射出成形用熱可塑性ポリウレタン樹脂組成物に
関するものである。 従来の技術 熱可塑性ポリウレタン樹脂は、優れた物理的性質、例
えば、高い引張強度、耐疲労性、良好な低温可撓性等を
有しており、また耐摩耗性も良いことから他の熱可塑性
樹脂と比較すると非常に優れた特徴を持っている。 更に、熱可塑性ポリウレタン樹脂は、他の熱可塑性樹
脂と同様に射出成形によってパッキン、消音ギア、軸受
け、ジョイント、精密機械部品、自動車部品、電子機器
部品等の精密部品のような小物生産に適している。また
押出成形によってベルト、ホース、チューブ、シート、
フィルム等に成形加工することも可能である。 しかし、ウレタンゴムの中の注型エラストマーと比較
した場合、熱可塑性ポリウレタン樹脂は、圧縮永久歪が
劣り、特にパッキン類に使用する場合は、変形が大きく
なるため、シール性が劣るようになり、液洩れ、空気洩
れ等を起し、パッキンとしての性能が低下し、問題とな
っていた。また温度依存性があるため、硬度変化がおこ
りやすい等の欠点を有していた。 また、ジフェニルメタンジイソシアネート（以下MDI
と略す）系の一般的な熱可塑性ポリウレタン樹脂の使用
できる温度限界は、約100℃であり、そのために、高温
雰囲気下となる自動車のエンジン回わりに使用するチュ
ーブ、被覆物、パッキン類等は耐熱性の面で改良が望ま
れていた。 しかし、該ポリウレタン樹脂は耐油性、耐摩耗性等に
関しては他の熱可塑性樹脂（例えば塩ビ系、エステル
系、スチレン系等）に比較すると優れた性能を有してお
り、従って、自動車部品として使用する場合は、高温に
おいても硬度変化の少ない材料が望まれていた。該熱可
塑性樹脂の中でも比較的高温下で使用されるものとして
は、エステルエラストマーがあるが圧縮永久歪性、耐摩
耗性等の面で熱可塑性ポリウレタン樹脂に比較して劣っ
ている。 一方、熱可塑性ポリウレタン樹脂（以下TPUと略す）
については、耐加水分解性、耐熱性等を改良する目的で
ポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオールを使用
することによって改善することは一般に知られている
が、これらのTPUはほとんどがジイソシアネートとしてM
DIを使用しており、これらMDIベースのポリカーボネー
ト系TPUは、低温特性が劣ること、硬度の温度依存性が
大きいこと、圧縮永久歪性、反撥弾性等が劣ること等の
欠点を有しており、その改良が要望されていた。 発明が解決しようとする問題点 本発明者等は、上記のような従来の技術では解決でき
なかった欠点、即ち耐熱老化性、硬度の温度依存性、圧
縮永久歪性、低温特性等を改良すべく鋭意研究を重ねた
結果、押出成形、射出成形用熱可塑性ポリウレタン樹脂
組成物を構成する成分として、特定のポリ（ヘキサメチ
レン）カーボネート）ポリオールと特定のジイソシアネ
ートとを使用することにより改善できることを見出し本
発明を完成するに至った。 問題点を解決するための手段 即ち本発明は、 （Ａ） パラフェニレンジイソシアネートと （Ｂ） 分子量850〜5000のヒドロキシル基末端ポリ
（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオール及び （Ｃ） 炭素数２〜10の短鎖ポリオールと鎖延長剤とし
て、 （Ｂ）：（Ｃ）のモル比が1:2〜1:0.05、イソシアネー
ト基：全活性水素基のモル比が0.93:1〜1.20:1 からなることを特徴とする押出成形、射出成形用熱可塑
性ポリウレタン樹脂組成物に関するものである。 本発明に使用することのできるポリ（ヘキサメチレン
カーボネート）ポリオールとしては、分子量が850〜500
0、より好ましくは1000〜3000である。該ポリオールは
1,6−ヘキサンジオールとジフェニルカーボネート、ジ
エチルカーボネート、エチレンカーボネート等とを縮合
反応することによって得られ、末端がヒドロキシ基を有
している。 また、若干の架橋を付与するため、1,6−ヘキサンジ
オールとジフェニルカーボネートとの縮合反応を行なう
際、若干のトリオール例えばグリセリン、トリメチロー
ルプロパン（以下TMPと略す）等を混合することによっ
て僅かに３官能性を含有するポリ（ヘキサメチレンカー
ボネート）ポリオールに変性することができ、このポリ
オールを併用することもできる。 またポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオール
には、ポリ（ブチレンアジペート）ポリオール、ポリカ
プロラクトンポリオール、ポリ（ヘキサメチレンアジペ
ート）ポリオール等を併用したり、ポリ（ヘキサメチレ
ンカーボネート）ポリオール以外のポリカーボネートポ
リオール類例えば、1,5−ペンタンジオール、３メチル
−1,5−ペンタンジオール、あるいは、シクロヘキサン
ジメタノールから誘導されるポリカーボネートポリオー
ル等を単独又はポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ポ
リオールと混合して使用することもできる。しかしポリ
（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオール単独使用よ
りも性能は僅かに低下する傾向を示すようになる。 これらポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオー
ルと反応させる有機ジイソシアネートは、パラフェニレ
ンジイソシアネート（以下PPDIという）である。このPP
DIは、融点が95℃と非常に高く、しかも昇華性が激しい
こと、また、溶融状態ではタイマーが発生し易いジイソ
シアネートであり、非常に取扱いにくいものである。 また、本発明に使用する鎖延長剤としては、炭素数が
２〜10個を有する短鎖ポリオールを使用することができ
る。例えば、エチレングリコール、1,3−プロピレング
リコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコ
ール、３−メチル−1,5−ペンタンジオール、Ｐ−キシ
レングリコール、1,4−ビス（β−ヒドロキシエトキ
シ）ベンゼン、1,3−ビス（β−ヒドロキシエトキシ）
ベンゼン、シクロヘキサン1,4−ジメタノール、オクタ
ン−1,8−ジオール、デカン−1,10−ジオール、等が挙
げられ、これらは単独または、２種以上の混合で使用す
ることができる。特に好ましい鎖延長剤は、1,4−ブタ
ンジオール、1,4−ビス（β−ヒドロキシエトキシ）ベ
ンゼン等である。 また本発明の樹脂中に若干の架橋を導入するために、
必要に応じて上記ジオールにTMP、グリセリン、ヘキサ
ン−1,2,6−トリオールのようなトリオールを含有させ
ることができる。 本発明方法において存在するイソシアネート基および
活性水素基は、化学量論的比率を保持しなければなら
ず、イソシアネート基対活性水素基のモル比は0.93:1〜
1.20:1好ましくは、0.98:1〜1.10:1である。 また本発明において使用するポリ（ヘキサメチレンカ
ーボネート）ポリオールと鎖延長剤とのモル比は1:2〜
に0.05好ましくは、1:1〜に0.1となるような比率を保持
することによって優れた物性を得ることができる。上記
ポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオールと鎖延
長剤との比率を変化させること、ポリ（ヘキサメチレン
カーボネート）ポリオールの分子量を変えること及び鎖
延長剤の種類を変えることによって任意の硬度を有する
押出成形、射出成形用熱可塑性ポリウレタン樹脂は、得
ることができる。 本発明の押出成形、射出成形用熱可塑性ポリウレタン
樹脂組成物から得られた樹脂は、必要に応じて構造の適
当な段階において、酸化防止剤、滑剤、安定剤、顔料、
難燃剤、耐候性改良剤等の添加剤を混合することもでき
る。 また特に、分子量が大きいポリ（ヘキサメチレンカー
ボネート）ポリオールを使用したり、鎖延長剤の比率の
少ない場合の製造においては、第３級有機アミン触媒、
有機スズ触媒等を使用することができる。代表的な第３
級有機アミン触媒としては、トリエチルアミン、トリエ
チレンジアミン、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレン
ジアミン、Ｎ−メチルモルフォリン等及び、これに類似
のものも含まれる。代表的な有機スズ触媒としては、ス
タナスオクテート、スタナスオレエート、ジブチルチン
ジラウリエート、ジブチルチンオクテート及び、これに
類似のものが含まれる。 本発明における押出成形、射出成形用熱可塑性ポリウ
レタン樹脂の製造方法としては、ワンショット法とプレ
ポリマー法の二つがある。本発明を実施するに当たり、
ワンショット法による製造で得た樹脂は、結晶性が強
く、熱成形時の溶融特性が劣り、しかも、脆い樹脂にな
りやすい等の傾向を示した。 従って本発明の熱可塑性ポリウレタン樹脂は、プレポ
リマー法で造ることが好ましい。プレポリマー法で行な
う場合においては、バッチ方式、連続方式にかかわらず
目的とする押出成形、射出成形用熱可塑性ポリウレタン
樹脂を製造することができる。またPPDIは、融点が非常
に高く、溶融状態では変質しやすく、更にPPDIは溶融状
態では非常に昇華しやすい性質を有している。従って本
発明の製造においては、使用量を正確にコントロールす
る必要があるため、PPDIを溶融状態で使用することは、
品質の変化及びイソシアネート成分と活性水素成分の化
学量論面で問題を生じ易く、従って本発明の押出成形、
射出成形用熱可塑性ポリウレタン樹脂を得るに当って
は、上記問題点をなくすため、PPDIは、フレーク状で使
用することが好ましい。 バッチ方式の場合、ポリ（ヘキサメチレンカーボネー
ト）ポリオールとPPDIからプレポリマーを合成し、この
プレポリマーと鎖延長剤または鎖延長剤と追加量のポリ
（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオールとを反応さ
せる際、上記プレポリマーの粘度が非常に高いため、強
力な撹拌力を備えた双腕型ニーダーにより製造するのが
好適である。このニーダーによる製造方法としては、特
公昭56−43245号で示されている有用な製造方法があ
る。 これら本発明におけるプレポリマーの製造は、反応釜
あるいは加圧ニーダーを用いるいずれの方法において
も、反応温度は65℃〜95℃、反応時間は15分〜30分で行
うことができる。この場合、イソシアネート基：活性水
素基のモル比が2:1をこえてイソシアネート基が大にな
ると90℃以上の温度では、PPDIが昇華するため、イソシ
アネートと活性水素基の比率が変化し、優れた物性が得
られなくなり好ましくない。従ってこのような場合はプ
レポリマー温度を80℃以下に保持する必要がある。 またこのポリウレタン樹脂をプレポリマー方式で製造
するに際し、PPDIとポリ（ヘキサメチレンカーボネー
ト）ポリオールとのプレポリマーの反応を双腕型ニーダ
ーで反応せしめ、引続いて鎖延長剤または、鎖延長剤と
追加量のポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオー
ルとの反応せしめることによって製造することもでき
る。 連続方式の場合は、プレポリマーは粘度が高いため、
高粘度用のギヤポンプまたは、スネークポンプを介し、
鎖延長剤は、低粘度用のギヤポンプを介し、ミキシング
ヘッドで混合しながら連続的にベルトコンベアに流し込
む。ベルトコンベア上に流し込んだ混合物は140℃〜170
℃の熱風乾燥炉で連続的に加熱され、反応が進行する。
反応したベルト状固形物は、粉砕機を通してフレーク状
に粉砕される。十分加熱キュア後押出機を通してストラ
ンドペレットまたは、粒状ペレットに造粒され、目的の
押出成形、射出成形用熱可塑性ポリウレタン樹脂を得る
ことができる。 上記方法は静置状態で重合せしめる連続法であり、連
続静置重合と呼ばれているもので特公昭43−5920号があ
る。 上記の方法以外に、多軸押出機によるプレポリマー法
での連続重合も行なうことができる。多軸押出機による
製造方法としては、特公昭44−25600号、特公昭56−524
4号等があり、いずれの場合も適用可能である。また特
殊な例として、プラネタリーローラー押出機での製造も
可能である。また特公昭49−31760号のようなコニーダ
による製造でも可能である。 発明の効果 本発明は、従来の熱可塑性ポリウレタン樹脂では解決
し得なかった以下のような特徴を有しており、工業用部
品、自動車用部品等として非常に有用である。 1. 耐熱老化性に優れており、150℃の温度条件下でも
使用可能である。 2. 圧縮永久歪みが従来の熱可塑エラストマーに比較し
て非常に優れている。 3. 硬度の温度依存性が従来のエラストマーに比較して
非常に小さい。 4. 耐熱水性が非常に良好である。 5. 耐摩耗性が良好である。 6. 射出成形、押出成形等の加工性が良好である。 以上の特徴から本発明の樹脂は高温で使用される工業
用部品（パッキング、Ｏ−リング等）、自動車部品（ダ
ンパー、プッシュ、ブーツ等）等を射出成形によって生
産性良く、成形加工することができる。 また押出成形によって成形加工されたベルト、チュー
ブ等は高温の使用に耐えることができる。 更に、本発明の樹脂は、溶融紡糸することにより、熱
安定性が良く、耐スチーム性の良好なスパンデックスを
得ることができる。 実 施 例 次に本発明について実施例、比較例により更に詳細に
説明する。例における「部」及び「％」はことわりのな
い限り各々「重量部」、「重量％」である。 実施例 １ −1,6−ヘキサンジオールとジエチルカーボネートと
の縮合反応によって得られたヒドロキシル基末端で分子
量が2010の脱水したポリ（ヘキサメチレンカーボネー
ト）ポリオール2010gとPPDI336gとを撹拌機を装備した
容器中で撹拌しながら80℃の液温を保ち20分反応させNC
O含有量が3.8％のプレポリマーを調整した。 このプレポリマー2,900gを３の加圧ニーダー（緊圧
装置を備えたもの）に仕込み、プレポリマーの温度を90
℃に保ちながら撹拌を行ない、これに十分脱水した1,4
−ブタンジオール111gを加え反応させた。反応進行につ
いて反応熱により、温度が上昇し、粘度は急激に上昇し
た。生成した樹脂は次第に固化し、もり上がってくる。
その段階でニーダーのジャケットに冷水を通し、徐々に
加圧ブタを下降させ、加圧する。反応生成物は次第に細
粉化し、反応開始後30分で細粉状のポリウレタン樹脂が
得られた。得られた樹脂は更に、105℃で16時間加熱キ
ュアーを行なった。生成した粉末状の樹脂はそのまま押
出成形、射出成形によって加工することもできるが、押
出成形によって造粒し、良好な形状を有するペレットが
得られた。 得られたペレットを射出成形したところ非常に成形性
が良好であった。射出成形によって試験片（112×112×
2mmのシート）を作成し、物性試験を行ない結果を表１
に示す。またこのペレットを押出成形により、ベルト、
シート、チューブ等に成形加工することが出来た。これ
らにはフィッシュアイがなく、表面性等も良好な成形品
が得られた。 実施例 ２ ３の加圧ニーダーに実施例１で使用したのと同様の
ポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオール2500g
を仕込み、80℃で撹拌しながらフレーク状のPPDI418gを
仕込む。反応進行につれてPPDIは完全に溶解し、反応液
は増粘してくる。20分反応させてNCO含有量を測定した
ところNCO含有量は、3.7％であり、理論NCO含有量3.9％
とほぼ一致したプレポリマーを得ることができた。 引続き、撹拌を続け、プレポリマーの温度が90℃にな
った時点で1,4−ブタンジオール112gを加え、鎖延長反
応を行なった。反応進行につれて反応熱により温度が上
昇し、粘度も急激に上昇した。生成した樹脂は次第に固
化してくる。以下の処理工程は実施例１に準じて行なっ
た。押出成形によって造粒し、形状の良好なペレットを
得ることができた。 得られたペレットは、実施例１と同様優れた成形性を
有していた。また実施例１と同様に射出成形によって得
た試験片の物性測定結果を表１に示す。この樹脂も押出
成形性は非常に良好であった。 実施例 ３ 実施例１と同じ方法で得たプレポリマーは、高粘度ギ
ャーポンプを介して1667g/分、1,4−ブタンジオールは
低粘度ギャーポンプを介して63.8g/分を同時にミキシン
グヘッドに送出した。ミキシングヘッドで連続的に混合
された反応混合物は、ベルトコンベア上に流し込む、こ
の反応混合物は、160℃の熱風乾燥炉で連続的に加熱さ
れ、反応進行につれて樹脂化が進む。得られたベルト状
固形物は、粉砕機を通してフレーク状に粉砕した。更に
フレーク状に粉砕した樹脂は、105℃で16時間熱キュア
ー後、押出成形により、造粒して形状の良好なペレット
を得た。 得られたペレットは、実施例１と同様に射出成形性は
良好であった。押出成形による試験片の物性測定結果を
表１に示す。この樹脂も押出成形性は良好であった。 比較例 １ 実施例１で使用したのと同じ脱水したポリ（ヘキサメ
チレンカーボネート）ポリオール2010gとMDI1030gとを
実施例１と同様の装置で反応させ、NCO含有量が8.5％の
擬プレポリマーを調製した。この擬プレポリマー2500g
を３の加圧ニーダーに仕込み、プレポリマーの温度を
90℃に保ちながら撹拌を行ない、これに十分脱水した1,
4−ブタンジオール226gを加え、反応させた。実施例１
と同様の製造工程でペレット化し、実施例１と同様の方
法で試験片を得た。物性試験結果を表１に示す。 比較例 ２ 実施例１で使用したのと同じ脱水したポリ（ヘキサメ
チレンカーボネート）ポリオール2010gとトリジンジイ
ソシアネート776gとを実施例１と同様の装置で反応さ
せ、NCO含有量が5.7％の擬プレポリマーを調製した。こ
のプレポリマー2900gを３の加圧ニーダーに仕込み、
プレポリマーの温度を110℃に保ちながら撹拌を行な
い、これに十分脱水した1,4−ブタンジオール168gを加
え反応させた。実施例１と同様の製造工程でペレット化
し、試験片を得た。物性試験結果を表１に示す。 比較例 ３ 脱水した平均分子量2000のポリカプロラクトンポリオ
ール2000gとPPDI336gとを実施例１と同様の装置で反応
させ、NCO含有量が3.8％のプレポリマーを調製した。こ
のプレポリマー2900gを３の加圧ニーダーに仕込み、
プレポリマーの温度を90℃に保ちながら撹拌を行ない、
これに十分脱水した1,4−ブタンジオール111gを加え反
応させた。実施例１と同様の製造工程でペレット化し、
試験片を得た。物性試験結果を表１に示す。 比較例 ４ 脱水した平均分子量2000のポリカプロラクトンポリオ
ール2000gとMDI1181gとを実施例１と同様の装置で反応
させ、NCO含有量が9.8％の擬プレポリマーを調製した。
この擬プレポリマー3000gを３の加圧ニーダーに仕込
み、プレポリマーの温度を90℃に保ちながら撹拌を行な
い、これに十分脱水した1,4−ブタンジオール297gを加
え反応させた。実施例１と同様の製造工程でペレット化
し、試験片を得た。物性試験結果を表１に示す。 実施例 ４ 実施例２と同様の装置と方法で、分子量が2010のポリ
（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオール2500g、PPD
I418gを仕込み、NCO含有量3.8％のプレポリマーを得
た。次に、プレポリマーの温度が95℃になった時点で1,
4−ビス（β−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン246gを加
え、鎖延長反応を行なった。以下の工程は実施例１と同
様の製造工程でペレット化し、試験片を得た。物性試験
結果を表１に示す。 実施例 ５ ３の加圧ニーダーに十分脱水した分子量3000のポリ
（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオール2250gを仕
込み、実施例２と同様に撹拌しながらPPDI252gを仕込
み、NCO含有量2.7％のプレポリマーを得た（理論NCO＝
2.8％）。このプレポリマーの温度が85℃になった時点
で分子量3000のポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ポ
リオール750gと1,4−ビス（β−ヒドロキシエトキシ）
ベンゼン99gとを加え、鎖延長反応を行なった。以下の
工程は実施例１と同様の製造工程でペレット化し、試験
片を得た。物性試験結果を表１に示す。 実施例 ６ ３の加圧ニーダーに十分脱水した分子量1010のポリ
（ヘキサメチレンカーボネート）ポリオール2020gを仕
込み、実施例２と同様に撹拌しながらフレーク状のPPDI
672gを仕込み、80℃で約20分反応させてNCO含有量6.8％
の擬プレポリマーを得た（理論NCO＝6.9％）。次にプレ
ポリマーの温度が80℃になった時点で1,4−ブタンジオ
ール180gを加え、鎖延長反応を行なった。以下実施例１
と同様の製造工程でペレット化し、試験片を得た。物性
試験結果を表１に示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 永坂 友康 審判官 柿沢 紀世雄 審判官 沼辺 征一郎 (56)参考文献 特開 昭61−200113（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−98818（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−3143（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．（Ａ）パラフェニレンジイソシアネートと （Ｂ）分子量850〜5000のヒドロキシル基末端ポリ（ヘ
   キサメチレンカーボネート）ポリオール及び （Ｃ）炭素数２〜10の短鎖ポリオールを鎖延長剤とし
   て、 （Ｂ）：（Ｃ）のモル比が1:2〜1:0.05、イソシアネー
   ト基：全活性水素基のモル比が0.93:1〜1.20:1からなる
   ことを特徴とする押出成形、射出成形用熱可塑性ポリウ
   レタン樹脂組成物。