JPH0649747B2 - 優れた圧縮永久ひずみ特性を有するp―TMXDIポリウレタンエラストマーの製造方法 - Google Patents

優れた圧縮永久ひずみ特性を有するp―TMXDIポリウレタンエラストマーの製造方法

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JPH0649747B2
JPH0649747B2 JP60166038A JP16603885A JPH0649747B2 JP H0649747 B2 JPH0649747 B2 JP H0649747B2 JP 60166038 A JP60166038 A JP 60166038A JP 16603885 A JP16603885 A JP 16603885A JP H0649747 B2 JPH0649747 B2 JP H0649747B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は良好な圧縮永久ひずみ特性を有するp−テトラ
メチルキシレンジイソシアネート(p−TMXDI)を
ベースとするキャスト(cast)ポリウレタンエラストマ
ーに関するものである。
過剰のポリイソシアネートをポリオールと反応させて末
端反応性イソシアネート基を有する液体または低融点ポ
リウレタン予備重合体を生成させ、次にこのものをジア
ミン硬化剤と反応させてポリウレタンエラストマーを生
成させ得ることによりポリウレタンエラストマーを製造
することは本分野で十分に公知である。残念なことに、
これらのエラストマーのあるものは乏しい「圧縮永久ひ
ずみ」を示し、このことにより機械ロール(roll)及び
車輪(wheel)として荷重下で使用される成形製品に用
いる際に望ましくないものとなる。
かかる荷重使用に対して、その反発弾性を保持し、そし
て長期使用下で平坦な部分を生じさせない高い形状安定
性を示すことが本質的である。この特性は「良好な圧縮
永久ひずみ」として本分野で公知である。圧縮永久びず
みは通常ASTM Method D395により測定さ
れ、エラストマー試料をその高さが特定の値に減じられ
るに十分な荷重下に置き、その荷重下にて一定の温度で
ある期間保持し、次に荷重を解除した場合に生じる残留
変形の量を表わす。かくて試料の荷重前の高さが100
単位であり、そしてこのものを荷重下で90単位の高さ
に圧縮し、荷重を除去した際に95単位の高さに回復し
た場合、その圧縮永久ひずみは50%であり、即ち、変
形の50%が永久的なものであった。明らかに、所定の
エラストマーに対する圧縮永久ひずみが低い程、荷重に
耐える用途に適している。
米国特許第3,997,514号に50%またはそれ以下の圧縮
永久ひずみを有するポリウレタンエラストマーの製造方
法が開示されている。この方法において、イソシアネー
ト末端化された予備重合体は次の工程により調製され、
そして加硫される: 1.2,4-トリレンジイソシアネートの如き芳香族ジイソ
シアネートをポリ(テトラメチレンエーテル)グリコー
ル(分子量約1,000)の如きグリコールでキャッピング
し、 2.生じる中間体を脂肪族ジイソシアネートと反応させ
て予備重合体を生成させ、そして 3.適当なジアミンを用いてこの予備重合体を硬化して
特に50%またはそれ以下の改善された圧縮永久ひずみ
を有する加硫物を生成させる。芳香族イソシアネートの
例は第1欄の最後から2番目の節に与えられ、そして交
叉結合剤として有用な芳香族ポリアミンの例は第2欄の
最後から2番目の節に与えられる。トリレンジアミン並
びに4,4′−メチレンジアニリンがとりわけこの節に
おいて列挙されるポリアミンの例である。
米国特許第3,428,610号は交叉結合されたポリウレタン
プラスチック及びこのものの製造方法に関するものであ
る。この交叉結合されたポリウレタンは(1)0.5乃至
15%間の遊離のNCO基を含む中間体1当量を(2)
0.8乃至1.2当量間の液体芳香族ジアミンと反応さ
せることにより調製される。この液体芳香族ジアミンは
(i)1つのアミノ基に対してオルト位置にある炭素原子
1〜3個の1つの直鎖状アルキル置換基及び他のアミノ
基に対して両方ともオルト位置にある炭素原子1〜3個
の2つの直鎖状アルキル置換基、または(ii)両方のアミ
ノ基の両方ともオルト位置にある炭素原子1〜3個の2
つの直鎖状アルキル置換基を有する。この特許にはn=
2〜8である式 OCN−(CH2−NCO を有する脂肪族ポリイソシアネート及び芳香族ジイソシ
アネートの如きいずれかの適当な有機ポリイソシアネー
トを使用し得ることが開示されている。ポリイソシアネ
ートの例は第3及び4欄にまたがる節に与えられてい
る。第4欄における最初の全体の節に述べられる適当な
芳香族ジアミンの中には1−メチル−3,5−ジエチル−
2,4−ジアミノベンゼン及び1−メチル−3,5−ジ
エチル−2,6−ジアミノベンゼンがある。(またこれ
ら両方の異性体はジエチルトルエンジアミンまたはDE
TDAとしても公知である。)しかしながら、この文献
は特定の芳香族ジアミンの使用の効果及び生じるポリウ
レタンエラストマーの圧縮永久ひずみに対するその効果
に関するものではない。
米国特許第4,218,543号は特定のポリイソシアネート、
ポリヒドロキシ化合物及び特定の活性芳香族ポリアミン
の高い反応性系を用いる反応射出成形の技術により密な
表面を有するエラストマー性成形物の一段の製造方法に
関するものである。またこの特許はエラストマー性成形
物を調製する際に有用な活性水素含有配合物に関するも
のであり、ここに該配合物はポリヒドロキシル化合物及
び特定の活性芳香族ジアミンからなる。このエラストマ
ー性成形物は次のものをベースとする: (a) 4,4′−ジイソシアナトジフエニルメタンをベ
ースとする4,4′−ジイソシアナトジフエニルメタン
及びポリイソシアネート; (b) 1,800〜12,000の分子量を有する化合
物を含み、そして好ましくは少なくとも2個の第1級ヒ
ドロキシル基を含むヒドロキシル基; (c) 鎖延長剤としての活性芳香族アミン; (d) ヒドロキシル基及びイソシアネート基間の反応用
の触媒;並びに (e) 場合によっては、ポリウレタン化学で公知のブロ
ーイング(blowing)剤、補助剤及び/または添加剤。
芳香族アミンの例には1−メチル−3,5−ジエチル−
2,4−ジアミノベンゼン及び1−メチル−3,5−ジ
エチル−2,6−ジアミノベンゼンがある。
この特許(米国特許第4,218,543号)はゲル化時間が極
めて速い(約1秒間またはそれ以下)ポリウレタンの反
応射出成形に関するものである。この特許の技術を基礎
として、数分間程度のゲル化時間を必要とするポリウレ
タンキャストエラストマーに、ジエチルトルエンジアミ
ン(DETDA)を使用し得ることは予期されなかった
であろう。殊に、ポリウレタンエラストマーを製造する
際の硬化剤としてDETDAを用いる場合に特殊なポリ
ウレタン予備重合体を用いて良好な圧縮永久ひずみ特性
を得ることができることは予期されなかったであろう。
良好な圧縮永久ひずみは例えばトルエンジイソシアネー
トが予備重合体を調製する際に使用されるジイソシアネ
ートであり、そしてメチレンビス(o−クロロアニリ
ン)[MBCA、メチレンビス(o−クロロアニリン)
の商標MOCA としても公知]を用いて硬化を行う公
知のキャストエラストマー分野で達成される。
この系の原理的欠点は実験動物を用いた試験を基に発癌
性の疑いが報告されているMBCAの使用を必要とする
点にある。
良好な圧縮永久ひずみ、即ち40%より少ないか、また
はこれに等しい値の圧縮永久ひずみを有し、そしてMB
CAの使用を必要としない、ポリウレタンキャステイン
グ可能な(castable)エラストマーが本分野に寄与する
ものとして待望されている。
本発明はp−TMXDIベースの予備重合体並びにDE
TDA、2,4−ビス(p−アミノベンジル)アニリン
(BABA)及びその混合物から選ばれる芳香族ジアミ
ンの反応生成物からなる、約40%より少ないか、また
はこれに等しい圧縮永久ひずみを有するポリウレタンエ
ラストマー組成物を提供する。
本発明は (a) 末端反応性イソシアネート基を有し、且つ高分子
ジオールと化学量論的過剰のp−TMXDIとの反応生
成物として生成されるポリウレタン予備重合体;と (b) 硬化させるに有効量のDETDA、BABA及び
その混合物よりなる群から選ばれる硬化剤;並びに (c) 場合によっては硬化剤の重量を基準として約0.
01〜約2重量%の触媒;との反応生成物からなる、4
0%より少ないか、またはこれに等しい圧縮永久ひずみ
を有するポリウレタンエラストマー組成物を提供する。
本発明の他の具体例は(a)のポリウレタン予備重合体を
(b)の硬化剤及び場合によっては(c)の触媒と反応させる
工程からなる、約40%より少ないか、またはこれに等
しい圧縮永久ひずみ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。
また本発明の他の具体例において、本発明の組成物から
製造される製品が提供される。
p−TMXDIの化学式は次のものである: またp−TMXDIは例えば米国特許第4,361,518号、
同第4,379,767号及び同第4,399,074号参照の本分野で公
知の方法により調製することができ、ここにこの開示例
も参考として本明細書に併記する。
本明細書に用いる「高分子ジオール」なる用語には相溶
性(compatible)ジオールの混合物、例えばポリエーテ
ルジオールの混合物、ポリエステルジオールの混合物、
並びにポリエーテルジオール及びポリエステルジオール
の相溶性混合物が含まれる。「相溶性」なる用語はジオ
ールが単一相を形成するように相互に溶解することを意
味することは本分野に精通せる者には明らかであろう。
例えばヒドロキシル末端化されたポリウレタンエラスト
マーの製造に通常使用されるポリエーテル及びポリエス
テルジオールは本発明の組成物を製造する際の高分子ジ
オールとして用いることができる。代表的なジオールに
はポリアルキレンエーテルグリコール例えばポリエチレ
ンエーテルグリコール、ポリプロピレンエーテルグリコ
ール及びポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール並
びに環式エーテル例えばエチレンオキシド、プロピレン
オキシド、トリメチレンオキシド及びテトラヒドロフラ
ンと脂肪族ジオール例えばエチレングリコール、1,3
−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ジエチレ
ングリコール、ジプロピレングリコール、1,2−プロ
ピレングリコール及び1,3−プロピレングリコールと
の共重合により調製されるポリエーテルがある。ポリエ
ーテルの混合物、例えばポリテトラメチレンエーテルグ
リコール及びポリプロピレン−ポリエチレンオキシドエ
ーテルグリコールの混合物を使用し得る。
本明細書で有用であるが、これに限定されない適当なヒ
ドロキシル末端化されたポリエステルにはポリエチレン
アジペート、ポリプロピレンアジペート、ポリ(エチレ
ン−プロピレン)アジペート、ポリブチレンアジペー
ト、ポリヘキサメチレンアジペートなど、並びにエチレ
ングリコール及びプロピレングリコールをその調製中に
前記のポリエステルと共重合させることにより製造され
るコポリエステル、例えばポリ(1,4−ブチレン−エ
チレン)アジペート、ポリ(1,4−ブチレン−プロピ
レン)アジペート及びポリ(1,4−ブチレン−エチレ
ン−プロピレン)アジペートが含まれる。他のヒドロキ
シル末端化されたポリエステルはポリウレタン技術に有
用なものとして十分認識され、そしてカプロラクトンの
重合並びにジカルボン酸例えばコハク酸、マロン酸、ピ
メリン酸、セバシン酸及びスベリン酸と殊にジオール例
えばエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、
1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3
−プロパンジオール、1,4−ブタン−ジオール、1,
5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど
との縮合から誘導されるものが含まれる。またポリエス
テルの混合物を用いることができる。
少なくとも約300の数平均分子量を有する高分子ジオ
ールを用いることができる。一般に、用いる分子量は約
300〜約6000の範囲である。約400〜約300
0の範囲が好ましく、約1000〜約3000が最も好
ましい。
上に特記される範囲内の数平均分子量を有するいずれか
のポリエーテルを用いることができる。しかしながら、
一般に約445〜約2100の範囲内の数平均分子量を
有するポリエーテルを用いる。この範囲内の生成物は商
業的に入手できる。好ましくは、数平均分子量は約80
0〜約2000の範囲内である。
上に特記される範囲内の数平均分子量を有するポリエス
テルを高分子ジオールに対して用いることができる。し
かしながら、一般に約300〜約3500の範囲内の数
平均分子量を有するポリエステルが用いられ、約400
〜3000が好ましく、そして約1000〜約3000
が最も好ましい。
上記のように化学量論的過剰のp−TMXDIを高分子
ジオールと反応させて(a)の予備重合体を生成させる。
一般に、p−TMXDI中の−NCOの高分子ジオール
中の−OH基に対する当量の比は約2:1〜約5:1で
あり、約2.5:1〜約4.5:1が好ましく、そして
約3.0:1〜約3.5:1が最も好ましい。
ポリウレタンを製造する予備重合体は予備重合体の重量
を基準として少なくとも約2重量%のイソシアネート含
有量(%NCO)を有する。通常イソシアネート含有量
は約2.0〜約9.0重量%の範囲内であり、約4.0
〜約7.5重量%が好ましく、そして約4.5〜約7.
0重量%が更に好ましい。%NCOは最終の硬化された
エラストマーの硬さに関係し、そして望ましい硬さに依
存して変えることができる。
(a)の予備重合体と反応される硬化剤はDETDA、B
ABA及びその混合物よりなる群から選ばれる。
DETDAは通常2つの異性体1−メチル−3,5−ジ
エチル−2,4−ジアミノベンゼン及び1−メチル−
3,5−ジエチル−2,6−ジアミノベンゼンを表わ
す。2,4−異性体76重量%及び2,6−異性体21
重量%を含むものとして報告されている混合物はEthyl
Corp.から商業的に入手し得る。(この生成物の残り
のものは他のアルキル化されたm−フエニレンジアミン
からなることが報告されている。)混合物中の2,4−
及び2,6−異性体のいずれかの配合物または個々の異
性体はそれ自体有用であることを知り得る。しかしなが
ら、その極めて類似した物理的特性のために異性体の分
離は困難であるので、商業的に入手し得るDETDAを
用いることは経済的に有利である。
DETDA及びBABAの混合物を望まれるエラストマ
ーの特性により変えて混合物中にて各々の量で用いるこ
とができる。しかしながら、この2つのものを一緒にす
る追加の利点はない。DETDA及びBABAの両方と
も良好な圧縮永久ひずみ特性を有するエラストマーを生
じさせるが、DETDAが好ましい。このことは同様の
イソシアネート含有量を有する重合体に対してDETD
Aを用いて引張強さ、伸び及び引裂強さの如き特性に対
して高い値を有するエラストマーを生成させるように見
えるからである。
好ましくは化学量論量の約75〜約110%の硬化剤を
用いる。MBCAの如き公知の硬化剤で硬化される予備
重合体をベースとする公知の類似のトルエンジイソシア
ートと異なり、化学量論比(硬化剤中のアミンの当量/
予備重合体中のイソシアネートの当量)は高度に臨界的
ではない。しかしながら、便宜的に約85〜約95%が
好適な化学量論比である。
1つまたはそれ以上の上記の高分子ジオールを化学量論
的過剰の上記p−TMXDIと反応させる十分公知の方
法によりポリウレタンを製造する。次に生じる反応生成
物(予備重合体)を上記の硬化剤と更に反応させる。予
備重合体の調製中に、場合によっては予備重合体の重量
を基準として約0.005〜約0.1重量%の量で塩化
ベンゾイルを加え得る。特定の予備重合体特性に処理す
るか、またはこれを得るために所定の用途に必要である
か、または所望であり得るように予備重合体をやや酸性
に保持するように塩化ベンゾイルを使用し得ることは本
分野に精通せる者には分るであろう。
場合によっては通常のポリウレタン触媒を硬化工程に用
いることができる。使用し得る触媒にはモノー及びジカ
ルボン酸並びにその金属塩、例えばグルタル酸、ピメリ
ン酸、アゼライン酸、プロピオン酸、吉草酸、カプロン
酸、カプリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステア
リン酸、ステアリン酸スズ、ナフテン酸クロム、ナフテ
ン酸モリブデン、ナフテン酸鉛、ジラウリル酸ジブチル
スズ、二酢酸ジブチルスズ、ジラウリル酸ジメチルスズ
などが含まれるがこれに限定されるものではない。また
有用なものには第三級アミン、例えばトリエチレンジア
ミン、ジメチルオレイルアミン、トリエチレンジアミ
ン、N−エチルモルホリンなど;及びカルボン酸の無水
物、例えば無水ステアリン酸、無水フタル酸などがあ
る。触媒は好ましくは硬化温度で重合体組成物に可溶性
であるか、またはこのものと相溶性であるかのいずれか
であるべきである。入手の容易さ及び低価格のために反
応に対して好適な触媒はモノー及びジカルボン酸であ
る。このものは通常硬化剤の重量を基準として約0.0
1〜約2重量%の量で使用され、約0.1〜約1重量%
が好ましい。
次の実施例は説明のみのために提供する。付属の特許請
求の範囲の精神及び範囲から離れずに本発明の変法が可
能であるように、実施例は本発明を限定すべきものでは
ない。
予備重合体調製 実施例1において、次のものを85℃で4時間混合する
ことによりポリエーテル予備重合体を調製した: (a) E.I.duPont de Nemours & Co.,Inc.製の
TERACOL 2000なる商標の数平均分子量2000のポ
リ(テトラメチレンエーテル)グリコール1000g(1当
量); (b) p−TMXDI390g(3.2当量); (c) (a+b)の重量を基準として0.01重量%のジラ
ウリル酸ジブチルスズ(M&T触媒T−12,M&T
Chemicals,Inc.の商標)の存在下。イソシアネートキャ
ッピングされた予備重合体は6.2%のNCO含有量を
有していた。
実施例1の方法に従って実施例2〜15のポリエーテル
予備重合体を調製した。第I表は予備重合体を調製する
際に使用されるTERACOL 2000の商標のポリ
(テトラメチレンエーテル)グリコール及びp−TMX
DIの量を示す。用いる触媒は実施例1に用いたものと
同様であった。第I表において「eq」は「当量」に対する
略記である。
硬化 実施例1〜16に対し、特記せぬ限り通常90%の化学
量論量の硬化剤を100℃で予備重合体と混合し次に1
00℃で型中に注ぎ、そして圧縮して0.08″の厚さ
のシートまたは0.5″の厚さのボタンを生成させるこ
とにより予備重合体の硬化を行った。通常離型30〜6
0分後、乾燥器中で100℃にて更に16時間シート及
びボタンを後硬化させた。
本発明の組成物に対するポット・ライフ(pot life)
(100℃で)は存在すれば用いる触媒量に依存して一
般に約2〜約10分間の範囲内である。この範囲は商業
的用途に対して許容し得る限度内である。
第II〜V表において、示される物理的特性は次の試験方
法により測定された: −硬さ、ショアA ASTM 2240 −硬さ、ショアD ASTM 2240 −100%モジュラス ASTM D-412 −200%モジュラス ASTM D-412 −300%モジュラス ASTM D-412 −引張強さ、psi ASTM D-412 −伸び、% ASTM D-412 −引裂き強さダイ「C」、pli ASTM D-624 −圧縮永久ひずみ ASTM D-395B, 70℃で22時間 実施例1〜6 第II表の実施例1〜6は本発明の組成物に対して行われ
た物理的試験の結果を報告する。実施例1〜5に用いた
DETDAはEthyl Corp.から得た。DETDA硬化さ
れ、そしてBABA硬化された重合体の圧縮永久ひずみ
値はすべて40%以下であった。
第II表において、次の略記を用いる: MDA=4,4−メチレンジアニリン MDPA=メチレンビス(ジプロピルアニリン) (Ethyl Corp.から入手) BDO=1,4−ブタンジオール 比較例7〜10 第III表の比較例7〜10は本発明ではない組成物、即
ちDETDAまたはBABA以外の硬化剤を用いて硬化
された組成物に対して行われた物理的試験の結果を報告
する。これらの組成物の圧縮永久ひずみ値はすべて40
%以上であった。
実施例11〜15 実施例11〜15(第IV表)は本発明の組成物に対する
好適な結果、殊に圧縮永久ひずみの化学量論量に対する
驚くべき無感性(insensitivity)を示す。硬化剤とし
てDETDAを用いる、5.2%NCOを有するp−T
MXDI及びポリテトラメチレンエーテルグリコールか
らの予備重合体を用いて実施例1の方法に従って行い、
そして化学量論比は75乃至110%間で変化させた。
すべての場合において、魅力ある物理的特性が硬化され
たエラストマーに対して見い出された。圧縮永久ひずみ
は常に40%より十分下であった。
実施例16 実施例16において、実施例1に用いた同様の方法を用
いた。しかしながら、この実施例において、予備重合体
を調製する際にポリエーテルジオールの代りにポリエス
テルジオールを用いた。
このポリエステル予備重合体は (a) 数平均分子量2100を有するポリ(エチレンア
ジペート)1801.4g(1.72当量);を (b) p−TMXDI582g(4.77当量)と; (c) (a+b)の重量を基準として0.01重量%のジラ
ウリル酸ジブチルスズ(M&T Chemic als,Inc.の商
標であるM&T 触媒T−12)の存在下で混合するこ
とにより製造した。
この予備重合体を90%の化学量論量のDETDA(Et
hyl Corp.から入手)を用いて硬化させた。エラストマ
ーの物理的特性を第V表に示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a) 末端反応性イソシアネート基を有
    し、且つ高分子ジオールと化学量論的過剰のp−テトラ
    メチルキシレンジイソシアネートとの反応生成物として
    生じるポリウレタン予備重合体;を (b) 硬化させるに有効量のジエチルトルエンジアミ
    ン、2,4−ビス(p−アミノベンジル)アニリン及び
    その混合物よりなる群から選ばれる硬化剤;並びに (c) 場合によっては硬化剤の重量を基準として0.
    01〜2重量%の触媒;と反応させる工程からなる、4
    0%より少ないか、またはこれに等しい圧縮永久ひずみ
    を有するポリウレタンエラストマーの製造方法。
  2. 【請求項2】p−テトラメチルキシレンジイソシアネー
    トの高分子ジオールに対する当量の比が2:1〜5:1
    である、特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. 【請求項3】該ジオールがポリテトラメチレンエーテル
    グリコールまたはポリエチレンアジペートである、特許
    請求の範囲第1項または第2項に記載の方法。
  4. 【請求項4】該予備重合体が予備重合体の重量を基準と
    して4.5〜7.0重量%のイソシアネート含有量を有
    する、特許請求の範囲第1〜3項のいずれかに記載の方
    法。
  5. 【請求項5】該硬化剤がジエチルトルエンジアミンであ
    る、特許請求の範囲第1〜4項のいずれかに記載の方
    法。
  6. 【請求項6】該硬化剤が2,4−ビス(p−アミノベン
    ジル)アニリンである、特許請求の範囲第1〜4項のい
    ずれかに記載の方法。
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