JPH0841161A - 広いゴム領域を有する熱可塑性ポリウレタン樹脂及びその製造法 - Google Patents

広いゴム領域を有する熱可塑性ポリウレタン樹脂及びその製造法

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JPH0841161A
JPH0841161A JP6243465A JP24346594A JPH0841161A JP H0841161 A JPH0841161 A JP H0841161A JP 6243465 A JP6243465 A JP 6243465A JP 24346594 A JP24346594 A JP 24346594A JP H0841161 A JPH0841161 A JP H0841161A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐熱性に優れ、かつ低温特性に優れた熱可塑
性ポリウレタン、すなわち広いゴム領域を有する熱可塑
性ポリウレタン樹脂を提供する。 【構成】 側鎖に低級アルキル基を有するアルキレン鎖
を分子内にもつ特定の低融点ポリアルキレンエーテルジ
オールと有機ジイソシアネート及び、スピロ環を含む特
定のジヒドロキシ化合物から構成される熱可塑性ポリウ
レタン樹脂

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な熱可塑性ポリウ
レタン樹脂、更に詳しくは広いゴム領域を有する新規な
熱可塑性ポリウレタン樹脂及びその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】熱可塑性ポリウレタンはかなり以前から
知られ、弾性繊維、エラストマー、人工皮革、塗料など
広範な分野に用いられている。熱可塑性ポリウレタン樹
脂は、一般にポリエーテルジオールとして分子量500
〜4000のポリ(プロピレングリコール)又は混合ポ
リプロピレン−ポリエチレングリコール,ポリ(テトラ
メチレンエーテルグリコール),またポリエステルグリ
コールとしてポリ(ブチレンアジペート)又はポリ(カ
プロラクトングリコール)と有機ジイソシアネート及び
鎖延長剤として短鎖グリコール,短鎖ジアミンとの反応
によって得られる。有機ジイソシアネートとしては、例
えばトリレンジイソシアネート(TDI),4,4−ジ
フェニルメタンジイソシアネート(MDI),1,6−
ヘキサンジイソシアネート(HDI)など、短鎖グリコ
ール,短鎖ジアミン鎖延長剤としては、例えば1,4−
ブタンジオール,1,6−ヘキサンジオール,エチレン
ジアミン,プロピレンジアミン,4,4’−ジアミノジ
フェニルメタン,メチレンビスモノクロロアニリンなど
である。これらの熱可塑性ポリウレタン樹脂は、長鎖ジ
オールがソフトセグメントとなり、一方有機ジイソシア
ネートと短鎖グリコール、短鎖ジアミン鎖延長剤から生
成される部分がハードセグメントとなり、所謂ミクロ相
分離構造を形成してゴム弾性を発揮するが、用いられる
長鎖ジオール、有機ジイソシアネート及び鎖延長剤の種
類、混合比によって種々のゴム物性が得られ、使用目
的、各種要求性能に応じて用いられる。
【0003】しかし近年、用途の広範化に伴い高機能化
の要求が強まっている。特に耐熱性に優れ、かつ低温特
性に優れた熱可塑性ポリウレタン、すなわち広いゴム領
域を有する熱可塑性ポリウレタン樹脂である。従来の熱
可塑性ポリウレタンは温度120℃程度でその弾性を失
う。耐熱性を改良する方法として一般的にジイソシアネ
ート及び鎖延長剤比を増加させる方法、鎖延長剤に3官
能以上のポリオール又はポリアミンを併用する方法が彩
られる。これらの方法では耐熱性は向上するものの本来
のゴム弾性が低下するばかりか、又熱可塑性が失われる
傾向をとる。一方、特開平3−177413には熱可塑
性ポリウレタンにおいて鎖延長剤にスピロ環を含む特定
のジオール化合物を用いることにより200℃付近まで
ゴム弾性を有する熱可塑性ポリウレタンが開示されてい
る。しかし耐熱性は向上しても低温側の弾性率は上昇す
るため、耐熱用途に適するものの0℃以下の低温では有
効な弾性体とはならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は耐熱性に優
れ、かつ低温特性に優れた熱可塑性ポリウレタン樹脂、
すなわち広いゴム領域を有する熱可塑性ポリウレタン樹
脂を提供することを目的とするものである。本発明者ら
は種々検討した結果、側鎖に低級アルキル基を有するア
ルキレン鎖を分子内にもつ特定の低融点ポリアルキレン
エーテルジオールと有機ジイソシアネート及び、スピロ
環を含む特定のジヒドロキシ化合物から構成される場合
に上記目的が達成されることを見出し本発明に至った。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、 1.一般式(1) −CONH−X−NHC00−Y−O− の繰り返し単位(A)と、(一般式(1)中、Xは、パ
ラフェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイ
ソシアネート、2,6ートルエンジイソシアネート、
4,4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5
ーナフタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジ
フェニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選
ばれる芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が
除かれた二価の残基であり、Yは主鎖がーCH2CH2
2CH2Oーで表される基とーCHR1CHR2CHR3
CHR4Oーで表される基(R1、R2、R3、R4のうち
いずれか1個が低級アルキル基であり残る3個が水素で
ある)とで構成されている分子量500〜10000の
ポリアルキレンエーテルジオールからヒドロキシル基が
除かれた二価の残基を示す)一般式(2) −CONH−X−NHCOO−Z−O− の繰り返し単位(B)(一般式(2)中、Xは、パラフ
ェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイソシ
アネート、2,6ートルエンジイソシアネート、4,
4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5ーナ
フタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジフェ
ニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選ばれ
る芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が除か
れた二価の残基であり、Zは、3,9ービス(1,1ー
ジメチルー2ーヒドロキシエチル)ー2,4,8、10
ーテトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンからヒドロ
キシル基が除かれた二価の残基を示す。)との結合から
なり、繰り返し単位(A)と(B)の配列がランダムで
あって、(A)/(B)の割合が0.1〜2.0である
30000〜500000の平均分子量を有する広いゴ
ム領域を有するポリウレタン樹脂 2.一般式(1) −CONH−X−NHC00−Y−O− の繰り返し単位(A)と、(一般式(1)中、Xは、
4,4’ージフェニルメタンジイソシアネートからイソ
シアネート基が除かれた二価の残基であり、Yは主鎖が
ーCH2CH2CH2CH2Oーで表される基とーCH2
HR2CHR3CH2Oーで表される基(R2、R3、のう
ちいずれか1個がメチル基であり残る1個が水素であ
る)とで構成されている分子量500〜10000のポ
リアルキレンエーテルジオールからヒドロキシル基が除
かれた二価の残基を示す)一般式(2) −CONH−X−NHCOO−Z−O− の繰り返し単位(B)(一般式(2)中、Xは、4,
4’ージフェニルメタンジイソシアネートからイソシア
ネート基が除かれた二価の残基であり、Zは、3,9ー
ビス(1,1ージメチルー2ーヒドロキシエチル)ー
2,4,8,10ーテトラオキサスピロ[5,5]ウン
デカンからヒドロキシル基が除かれた二価の残基を示
す。)との結合からなる1記載の広いゴム領域を有する
ポリウレタン樹脂。
【0006】3.パラフェニレンジイソシアネート、
2,4ートルエンジイソシアネート、2,6ートルエン
ジイソシアネート、4,4’ージフェニルメタンジイソ
シアネート、1,5ーナフタレンジイソシアネート、
3,3’ージメチルジフェニルー4,4ージイソシアネ
ートよりなる群から選ばれる芳香族ジイソシアネート
と、主鎖がーCH2CH2CH2CH2OーとーCHR1
HR2CHR3CHR4Oーで表される基(R1、R2
3、R4のうちいずれか1個が低級アルキル基であり、
残る3個が水素である)とで構成されている分子量50
0〜10000のポリアルキレンエーテルジオールをモ
ル比(r)を1.5〜10.0対1で不活性雰囲気中に
おいて不活性溶剤中または無溶媒下、室温から130℃
の範囲内の温度において反応させて一般式(3) OCN−〔−X−NHC00−Y−O−CONH−〕p
−X−NCO と、一般式(4) q×〔OCNーXーNCO〕 (一般式(3)と(4)中、p,qは正数、(p+q+
1)/p=r、Xは、パラフェニレンジイソシアネー
ト、2,4ートルエンジイソシアネート、2,6ートル
エンジイソシアネート、4,4’ージフェニルメタンジ
イソシアネート、1,5ーナフタレンジイソシアネー
ト、3,3’ージメチルジフェニルー4,4ージイソシ
アネートよりなる群から選ばれる芳香族ジイソシアネー
トからイソシアネート基が除かれた二価の残基であり、
Yは主鎖がーCH2CH2CH2CH2Oーで表される基と
ーCHR1CHR2CHR3CHR4Oーで表される基(R
1、R2、R3、R4のうちいずれか1個が低級アルキル基
であり、残る3個が水素である)とで構成されている分
子量500〜10000のポリアルキレンエーテルジオ
ールからヒドロキシル基が除かれた二価の残基を示
す。)で表される部分プレポリマーを形成し、次いで同
様に不活性雰囲気中で該反応系に、一般式(3)、式
(4)からなる該部分プレポリマーに対してモル比で
0.90〜1.10の3,9ービス(1,1ージメチル
ー2ーヒドロキシエチル)ー2,4,8,10ーテトラ
オキサスピロ[5,5]ウンデカンを添加し、重付加反
応させることからなる一般式(1) −CONH−X−NHC00−Y−O− の繰り返し単位(A)と、(一般式(1)中、Xは、パ
ラフェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイ
ソシアネート、2,6ートルエンジイソシアネート、
4,4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5
ーナフタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジ
フェニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選
ばれる芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が
除かれた二価の残基であり、Yは主鎖がーCH2CH2
2CH2Oーで表される基とーCHR1CHR2CHR3
CHR4Oーで表される基(R1、R2、R3、R4のうち
いずれか1個が低級アルキル基であり残る3個が水素で
ある)とで構成されている分子量500〜10000の
ポリアルキレンエーテルジオールからヒドロキシル基が
除かれた二価の残基を示す)一般式(2) −CONH−X−NHCOO−Z−O− の繰り返し単位(B)(一般式(2)中、Xは、パラフ
ェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイソシ
アネート、2,6ートルエンジイソシアネート、4,
4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5ーナ
フタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジフェ
ニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選ばれ
る芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が除か
れた二価の残基であり、Zは、3,9ービス(1,1ー
ジメチルー2ーヒドロキシエチル)ー2,4,8,10
ーテトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンからヒドロ
キシル基が除かれた二価の残基を示す。)との結合から
なり、繰り返し単位(A)と(B)の配列がランダムで
あって、(A)/(B)の割合が0.1〜2.0である
30000〜500000の平均分子量を有する広いゴ
ム領域を有するポリウレタン樹脂の製造法。
【0007】4.パラフェニレンジイソシアネート、
2,4ートルエンジイソシアネート、2,6ートルエン
ジイソシアネート、4,4’ージフェニルメタンジイソ
シアネート、1,5ーナフタレンジイソシアネート、
3,3’ージメチルジフェニルー4,4ージイソシアネ
ートよりなる群から選ばれる芳香族ジイソシアネート
と、主鎖がーCH2CH2CH2CH2OーとーCHR1
HR2CHR3CHR4Oーで表される基(R1、R2
3、R4のうちいずれか1個が低級アルキル基であり、
残る3個が水素である)とで構成されている分子量50
0〜10000のポリアルキレンエーテルジオール
(b)、及び3,9ービス(1,1ージメチルー2ーヒ
ドロキシエチル)ー2,4,8、10ーテトラオキサス
ピロ[5,5〕ウンデカン(c)とを、モル比;(a)
/{(b)+(c)}=0.90〜1.10の範囲で不
活性雰囲気中において不活性溶剤中、室温から130℃
の範囲内の温度において、または無溶媒下、180〜2
30℃の範囲内の温度において重付加反応させることか
らなる、一般式(1) −CONH−X−NHC00−Y−O− の繰り返し単位(A)と、(一般式(1)中、Xは、パ
ラフェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイ
ソシアネート、2,6ートルエンジイソシアネート、
4,4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5
ーナフタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジ
フェニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選
ばれる芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が
除かれた二価の残基であり、Yは主鎖がーCH2CH2
2CH2Oーで表される基とーCHR1CHR2CHR3
CHR4Oーで表される基(R1、R2、R3、R4のうち
いずれか1個が低級アルキル基であり残る3個が水素で
ある)とで構成されている分子量500〜10000の
ポリアルキレンエーテルジオールからヒドロキシル基が
除かれた二価の残基を示す)一般式(2) −CONH−X−NHCOO−Z−O− の繰り返し単位(B)(一般式(2)中、Xは、パラフ
ェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイソシ
アネート、2,6ートルエンジイソシアネート、4,
4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5ーナ
フタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジフェ
ニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選ばれ
る芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が除か
れた二価の残基であり、Zは、3,9ービス(1,1ー
ジメチルー2ーヒドロキシエチル)ー2,4,8,10
ーテトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンからヒドロ
キシル基が除かれた二価の残基を示す。)との結合から
なり、繰り返し単位(A)と(B)の配列がランダムで
あって、(A)/(B)の割合が0.1〜2.0である
30000〜500000の平均分子量を有する広いゴ
ム領域を有するポリウレタン樹脂の製造法。
【0008】このポリウレタン樹脂は熱可塑性であっ
て、常用の射出成型機及び押出成型機等によって熱成型
が可能である。このポリウレタンは−50℃程度の低温
から高いゴム弾性率を示すエラストマーである。このポ
リウレタン樹脂はまたその動的貯蔵弾性率が、例えば−
50℃の低温から約170℃のような高温度まで実質的
に変化せず、広い温度範囲で弾性率の一定なエラストマ
ーである。上記本発明のポリウレタン樹脂はプレポリマ
ー法及びワンショット法によって製造することが出来
る。プレポリマー法においては、まず芳香族ジイソシア
ネート化合物とポリアルキレンエーテルジオールとを反
応させて末端がイソシアネート基で終っているプレポリ
マーを製造し、次にそのプレポリマーと3,9−ビス
(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシエチル)−2,
4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカ
ンとを重付加反応させると目的のポリウレタン樹脂が得
られる。
【0009】上記のプレポリマー法において、プレポリ
マー生成反応は末端イソシアネートの部分プレポリマー
を生成させるためにジイソシアネート成分とジオール成
分とのモル比(r)を1.5〜10.0:1、好ましく
は1.5〜5.0:1の範囲で反応させることが必要で
ある。両成分比(r)は目的とするポリウレタン樹脂の
物性、要求性能によって適切に選ばれる。ただし、イソ
シアネート化合物は周知のように貯蔵中及び/又は使用
時に水分のために一部失活することがあるので、その分
を補償する意味で通常は若干過剰のイソシアネートが反
応に供される。通常はイソシアネートの化学量論量の約
1〜5モル%程度過剰で用いられる。この反応は通常室
温〜約130℃、好ましくは約50〜100℃の範囲の
温度で行うことが出来る。ジブチルチンジラウレートな
どの有機金属触媒を用いることにより反応を促進させる
ことも出来る。
【0010】このプレポリマー生成反応で使用すること
が出来るジイソシアネート化合物は次の一般式(5) OCN−X−NCO で表されるものである。上記ジイソシアネート化合物に
ついて具体的な化合物を挙げると、p−フェニレンジイ
ソシアネート,トルエン−2,4−ジイソシアネート,
トルエン−2,6−ジイソシアネート及び4,4´−ジ
フェニルメタンジイソシアネート、1,5ーナフタレン
ジイソシアネート、3,3’ージメチルジフェニルー
4,4’ージイソシアネートである。おれらのジイソシ
アネート化合物は2種以上の混合物として反応に供して
もよい。好ましいジイソシアネート化合物として4,4
´−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)あげ
ることができる。
【0011】本発明に於けるジイソシアネート化合物と
反応させて末端がイソシアネート基のプレポリマーを形
成するのに用いられるポリアルキレンエーテルジオール
は、主鎖がーCH2CH2CH2CH2Oーおよび、ーCH
1CHR2CHR3CHR4Oーで表される基(R1
2、R3、R4のうちいずれか1個が低級アルキル基
(C1〜C4)であり、残る3個が水素である)とで構
成されており、これらの構成単位の重合様式はランダム
重合である。このようなポリアルキレンエーテルジオー
ルは、例えばテトラヒドロフランと3ーメチルテトラヒ
ドロフラン又は2ーメチルテトラヒドロフランとのモル
比85/15ないし20/80の混合物を、THFを開
環しうる強酸、例えばクロロスルホン酸、フロロスルホ
ン酸、過塩素酸などにより、通常0℃〜50℃の温度で
共重合して得られるランダムコポリアルキレンエーテル
ジオールである。前記一般式(1)中のYの ーCHR
1CHR2CHR3CHR4Oーで表され基は、3ーメチル
テトラヒドロフラン又は2ーメチルテトラヒドロフラン
などによって与えられる基で本発明で使用するポリアル
キレンエーテルジオール中に5〜50重量%含まれてい
る。上記数値が5重量%より低いと、結晶性が増し、こ
れにより得られるポリウレタン樹脂の0℃以下の貯蔵弾
性率の上昇が見られ、目的に合わない。また、上記数値
が50重量%より高い場合でもガラス転移点の上昇によ
って得られるポリウレタン樹脂の低温特性が低下し好ま
しくない。本発明で使用するポリアルキレンエーテルジ
オールの分子量は500〜10000である。分子量が
約500以下及び分子量が10000以上では低温特
性、耐熱性はもとより、好ましいゴム弾性を有するポリ
ウレタンエレストマーを得ることは出来ない。ポリアル
キレンエーテルジオールの好ましい分子量は約800〜
7000の範囲である。
【0012】本発明によれば、前記のジイソシアネート
化合物と前記ポリアルキレンエーテルジオールとの反応
で次の一般式(3) OCN−〔−X−NHCOO−Y−O−CONH−〕p
−X−NCO と、一般式(4) q×〔OCNーXーNCO〕 [一般式(3)と(4)中、p,q、Xは前記定義の通
りであり、そしてYは使用ポリアルキレンエーテルジオ
ールから末端ヒドロキシル基が除かれた二価の残基であ
る。]で表される末端がイソシアネートである部分プレ
ポリマー(プレポリマーとジイソシアネートの共存化合
物)が形成される。上記で得られた一般式(3)と式
(4)からなる末端イソシアネート部分プレポリマーは
次に3,9−ビス(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシ
エチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ
[5,5]ウンデカンとの重付加反応に供される。この
重付加反応は部分プレポリマー形成反応が完了した後、
その反応混合物に生成部分プレポリマーにたいしてモル
比で0.90〜1.10、好ましくは0.95〜1.0
5の3,9−ビス(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシ
エチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ
[5,5]ウンデカンを添加することによって行われ
る。この重付加反応は一般にプレポリマーの合成で用い
られる温度と同じ室温〜約130℃の範囲の温度で行う
ことが出来る。この温度範囲において通常は約4〜約1
0時間反応を行えば目的の分子量を持つポリウレタンエ
ラストマーが得られる。好ましい反応温度は約50〜1
00℃である。この重付加反応は無触媒で十分に進行す
る。しかし、所望によっては触媒の存在下で行うことも
出来る。触媒はポリウレタンの合成において末端イソシ
アネートプレポリマーをジオール系鎖延長剤と反応させ
るために通常使用されるものが通常の使用量範囲で使用
することが出来る。このような触媒の代表的な例を示す
と、ジブチルチンジラウレート等の有機金属触媒あるい
はトリエチルアミンなどのアミン触媒等がある。上記の
本発明によるプレポリマー法はその両反応を不活性溶媒
中で、又は無溶媒下で行うことが出来る。不活性溶媒中
でプレポリマー法を実施する場合、反応体濃度は一般に
約10〜約50重量/容量%、好ましくは約20〜約4
0重量/容量%である。不活性溶媒として、例えばトル
エン,アニソール,ジメチルホルムアミド,ジメチルア
セトアミド,ジメチルスルホキシドなどが好適に使用す
ることが出来る。又、両反応は共に不活性雰囲気中で行
われる。不活性雰囲気としてネオン,アルゴン等の希ガ
ス及び窒素ガスが一般に用い得るが、経済的観点から窒
素ガスが一般的に用いられる。
【0013】本発明により耐熱性、低温特性とも良好な
熱可塑性ポリウレタン樹脂を製造するためには、ーCH
2CH2CH2CH2Oーおよび、 ーCHR1CHR2CH
3CHR4Oーで表される基(R1、R2、R3、R4
うちいずれか1個が低級アルキル基であり、残る3個が
水素である)とで構成されているランダムコポリアルキ
レンエーテルジオール及び3,9−ビス(1,1−ジメ
チル−2−ヒドロキシエチル)−2,4,8,10−テ
トラオキサスピロ[5,5]ウンデカンを用いることが
必須である。本発明の研究によれば、上記成分から得ら
れたポリウレタン樹脂以外、例えば一般的に熱可塑性ポ
リウレタン樹脂の製造に用いられる1,4−ブタンジオ
ール,1,6−ヘキサンジオール,エチレングリコール
及びジエチレングリコール等の短鎖グリコールとポリウ
レタンに用いられる長鎖ジオールポリプロピレングリコ
ールやポリテトラメチレンエーテルグリコールなどの組
み合わせによっては、本発明のポリウレタン樹脂が持つ
ような低温特性および耐熱性の両方の特性を兼ね備えた
樹脂を得ることが出来ないことが明らかになった。
【0014】一方、ワンショット法においては、本発明
に関する芳香族ジイソシアネート化合物とポリアルキレ
ンエーテルジオール及び3,9−ビス(1,1−ジメチ
ル−2−ヒドロキシエチル)−2,4,8,10−テト
ラオキサスピロ[5,5]ウンデカンとを同時に混合
し、重付加反応させることにより目的のポリウレタン樹
脂が得られる。本法においてジイソシアネート成分
(a)とポリアルキレンエーテルジオール(b)、3,
9−ビス(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシエチル)
−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウ
ンデカン(c)とのモル比が(a)/{(b)+
(c)}=0.90〜1.10、好ましくは0.95〜
1.05の範囲で実施される。ワンショット法重付加反
応を不活性溶媒中で行う場合は、プレポリマー法とほぼ
同様な雰囲気、温度、濃度、必要になっては触媒を添加
して行うことができる。一方無溶媒で行う場合は得られ
る本発明ポリウレタン樹脂の軟化点以上、ウレタン基分
解温度以下、すなわち180〜230℃の温度範囲で強
力な強制攪拌下に行われる。反応は無触媒でも問題ない
が必要によっては触媒が使用される。
【0015】以上のようにして製造される本発明のポリ
ウレタンは一般式(1) −CONH−X−NHC00−Y−O− の繰り返し単位(A)と、(一般式(1)中、X、Yは
前記定義の通りである。)一般式(2) −CONH−X−NHCOO−Z−O− の繰り返し単位(B)(一般式(2)中、X、Zは前記
定義の通りである。)の配列がランダムであって、
(A)/(B)の割合が0.1〜2.0である3000
0〜500000の平均分子量を有するポリウレタン樹
脂である。前記繰り返し単位の割合が0.1より低い
と、ポリウレタン樹脂中のソフトセグメントの割合が少
なくなり、成型性、成膜性などの加工性が悪化するほ
か、弾性率が極度に上昇するなど好ましい弾性体が得ら
れない。また前記繰り返し単位の割合が2.0を越える
と、逆に弾性率が低下するばかりか、粘着性がでるため
実用的弾性体が得られない。本発明のポリウレタン樹脂
は、30000〜500000の範囲の平均分子量を有
する。分子量が30000より低いと機械的特性はじめ
塑性変形が起こるなど、好ましい弾性体が得られない。
500000より高いと場合、弾性体物性としては好ま
しいが加工上の問題が生じ実用的ではない。このポリウ
レタン樹脂は前記のように熱可塑性を示し、射出成型や
押出成型、あるいは圧縮成型等の常用の熱成型法で容易
に成型することが出来ると共に、高水準の弾性率も有す
る樹脂である。この高弾性率(動的貯蔵弾性率)は広い
温度範囲、例えば約−50〜約+170℃の温度範囲に
亘って殆んど変化なしに維持される。このように低温か
ら高温の広い領域において安定した弾性率が維持される
ことは、本発明のポリウレタンエラストマーにおいて特
定のランダムコポリアルキレンエーテルジオール部分で
構成される非結晶のソフトセグメント及びジイソシアネ
ートと3,9−ビス(1,1−ジメチル−2−ヒドロキ
シエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ
[5,5]ウンデカンとの反応部分により構成される結
晶性のハードセグメントから成るミクロ相分離構造、即
ち海島構造が低温から高温の広い領域に亘って維持され
ている。更に、本発明のウレタン樹脂は、ポリテトラメ
チレンエーテルグリコールとジイソシアネートおよび
3,9−ビス(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシエチ
ル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,
5]ウンデカンからえられるウレタン樹脂に比べて、耐
熱性が向上することが明かになった。(DSCの結果)
本発明の樹脂は特定の非結晶性ランダムコポリアルキ
レンエーテルジオールを使用することにより、ミクロ相
分離が更に強められ融点上昇、即ち耐熱性が向上すると
考えられる。
【0016】
【実施例】次に、本発明を実施例によって例証する。た
だし、これらの実施例によって本発明が限定されるもの
ではないことは言うまでもない。以下、本発明で使用す
るテトラヒドロフランと3−メチルテトラヒドロフラン
とのランダムコポリアルキレンエーテルジオールをPT
G−Lと略す。3ーメチルテトラヒドロフランによって
与えられる基(ーCH2CH(CH3)CH2CH2Oーま
たはーCH2CH2CH(CH3)CH2Oー)を3ーメチ
ルテトラヒドロフランユニットとする。3,9−ビス
(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシエチル)−2,
4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカ
ンをスピログリコール(SPG)と略す。4,4´−ジ
フェニルメタンジイソシアネートをMDIとする。
【0017】(製造例1)攪拌装置、温度計、シリカゲ
ル管を備えた3000ml四ツ口フラスコにテトラヒド
ロフラン、1200g(16.64モル)、3ーメチル
テトラヒドロフラン、320g(3.72モル)を仕込
み、氷冷バスにより温度10℃に冷却するこれに70%
過塩素酸、53gを適下ロートを用いて添加する。引き
続き無水酢酸、187gを別の滴下ロートを用い、発熱
に注意しつつ約30分を要して添加する。以後の温度が
15℃になるようコントロールし8時間反応を続ける。
反応終了後に20%水酸化ナトリウム水溶液、805g
を加えて反応を停止する 次に反応容器に加温装置、蒸
留器を取り付け徐々に加熱、未反応モノマーを蒸留回収
する。引き続きnーブタノール、900mlを加えて粗
ポリテトラメチレングリコールを溶解、蒸留器を還流冷
却に変えて温度90℃で5時間、加水分解反応を行う。
反応終了後、温度を約70℃に冷却、攪拌を停止して静
置、分離して下層のアルカリ水層を分液する。残った油
槽に蒸留水500gを加え、再び還流下に30分攪拌、
洗浄した後、静置、分離して下層の水槽を分液して除
く。この水洗操作をさらに3回繰り返し、最後の油槽を
蒸留器を備えたクライゼンフラスコに移し、溶媒のnー
ブタノール、微量の水を除き、無色透明な3ーメチルテ
トラヒドロフラン/テトラヒドロフランーコポリエーテ
ルグリコール912gを得た。本コポリエーエルグリコ
ールは、アセチル化法による水酸基価、H1 NMR測定
値及びDSC測定値から数平均分子量2022、3ーメ
チルテトラヒドロフランユニット:テトラヒドロフラン
=16:84(重量比)、融点8℃であった。
【0018】(製造例2)製造例1と同様の反応装置を
用いてテトラヒドロフラン、1200g(16.64モ
ル)、3ーメチルテトラヒドロフラン、573g(6.
66モル)を仕込み、氷冷バスにより温度10℃に冷却
する。これに70%過塩素酸、40gを適下ロートを用
いて添加する。引き続き無水酢酸、143gを別の滴下
ロートを用い、発熱に注意しつつ約30を要して添加す
る。以後の温度が15℃になるようコントロールし、8
時間反応を続ける。反応終了後に20%水酸化ナトリウ
ム水溶液、800gを加えて反応を停止する。以下製造
例1と同様に操作し、無色透明な3ーメチルテトラヒド
ロフラン/テトラヒドロフランーコポリエーテルグリコ
ール975gを得た。本コポリエーエルグリコールは、
アセチル化法による水酸基価、H1 NMR測定値及びD
SC測定値から数平均分子量3032、3ーメチルテト
ラヒドロフランユニット:テトラヒドロフラン=21:
79(モル比)、融点0℃であった。
【0019】(実施例1)トルクメーター付き攪拌機、
温度計、滴下漏斗及び窒素導入管を備えた1lの四つ口
セパラブルフラスコに、4,4´−ジフェニルメタンジ
イソシアネート(0.2モル)の30重量/容量%アニ
ソール溶液を入れ、これに攪拌しながら窒素雰囲気下で
製造例1のPTG−L(分子量2022、3−メチルテ
トラヒドロフランユニット16重量%含有:0.1モ
ル)の30重量/容量%アニソール溶液を速やかに滴下
し、次いで80℃に昇温、保持(10時間)して反応さ
せ、末端がイソシアネート基のプレポリマーを合成し
た。反応混合物のトルクメーターの値が実質的に一定に
なった時点で、その反応混合物に攪拌下、窒素雰囲気中
で80℃において、スピログリコール:(0.1モル)
の30重量/容量%ジメチルスルホキシド溶液を滴下し
て重付加反応させた反応は約10時間以上行った。得ら
れた反応混合物は無色、透明な溶液であった。得られた
溶液をメタノールに投入してポリマーを沈澱させ、アス
ピレーターで吸引濾過してポリマーを濾別した。このポ
リマーをジメチルホルムアミドに再溶解し、そして常法
の精製操作を更に2回繰り返した後、室温、約1mmH
gの減圧下において約1週間乾燥し最後に恒量になるま
で室温で真空乾燥した。得られたポリマーは実質的に白
色の粉末で、収率は約80%であった。このポリマーの
固有粘度は約40g/mlであった。又、その元素分析
値は次の通りであり、目的ポリマーの計算値と誤差範囲
内で一致した。 計算値:C 66.37% H 9.75% N 1.92% 測定値:C 66.46% H 9.91% N 1.87% このポリウレタンの自由減衰ねじり振動法による動的貯
蔵弾性率を温度に対してプロットしたグラフを添附図面
に示す(図1、A)。図1から、このポリウレタンは−
50℃の低温からで8.0×106Pa という高い弾性
率を持ち、しかもその弾性率を測定温度範囲の上限であ
る170℃においてもなお殆ど一定に保持し、ポリウレ
タンエラストマーとして極めて優れた低温特性、耐熱性
を有していることが分かる。図2に代表的比較例とし
て、同様の方法で合成した4,4´−ジフェニルメタン
ジイソシアネート/ポリ(オキシテトラメチレングリコ
ール)(分子量2004)/スピログリコール系ポリウ
レタン(図2、D)、4,4´−ジフェニルメタンジイ
ソシアネート/ポリ(オキシテトラメチレングリコー
ル)(分子量3010)/スピログリコール系ポリウレ
タン(図2、E)、及び4,4´−ジフェニルメタンジ
イソシアネート/ポリ(オキシテトラメチレングリコー
ル)(分子量約2004)/1,4ブタンジオール系ポ
リウレタン(図2、F)を同様の方法で測定した動的貯
蔵弾性率/温度プロットを示す。これらのポリウレタン
は公知の熱可塑性ポリウレタンエラストマーに属する
が、カーブから分るように、これらポリウレタンの弾性
率は、前者のポリウレタンの場合は約0℃で急激に上
昇、低温性が問題であり、また後者のポリウレタンの場
合は約60℃から低下し始め、有意の耐熱性を有しなか
った。このポリウレタンはDSC測定の結果(図3、
A)、ソフトセグメントのガラス転移温度として約−7
5℃の値を有し、又エラストマーとしての性質を失って
可塑状態に移行し始める温度が約210℃である熱可塑
性ポリマーであり、可塑状態に移行し始める温度は従来
のポリエーテルポリウレタン(図3、D)に比べ約40
℃以上高かった。
【0020】(実施例2)製造例1の分子量2022の
PTG−L(3ーメチルテトラヒドロフランユニット1
6重量%含有:0.1モル)を製造例2の分子量約30
32のPTG−L(3ーメチルテトラヒドロフランユニ
ット21重量%含有:0.1モル)にかえたことを除い
て実施例1の操作を繰り返した。得られたポリウレタン
は同様にソフトセグメントのガラス転移点として、約−
75℃、可塑状態に移行し始める温度が約210℃であ
る(図3、B)熱可塑性のエラストマーであった。この
ポリウレタンエラストマーは実施例1のポリウレタンエ
ラストマーより若干高い弾性率を有し、同様に−50℃
の低温から170℃の高温まで弾性率に実質的な変化は
みられなかった。(図1、B)
【0021】(実施例3)実施例1の同様の反応装置に
4,4´−ジフェニルメタンジイソシアネート(0.2
モル)30重量/容量%アニソール溶液を入れ、これに
攪拌しながら、製造例1の分子量2022のPTG−L
(3ーメチルテトラヒドロフランユニット16重量%含
有:0.1モル)およびスピログリコール(0.1モ
ル)各々の30重量/容量%アニソール溶液の混合溶液
を10分で滴下し、次いで80℃に昇温して反応させ、
約10時間重合付加反応を行った。得られた反応混合物
は無色透明な液体であった。この溶液を以下実施例と同
様に処理し、実質的白色粉末のポリマーを得た(収率約
80%)。このポリマーの固有粘度は約40g/mlで
あった。又、その元素分析値は次の通りであり、目的ポ
リマーの計算値と誤差範囲内で一致した。 計算値:C 66.37% H 9.75% N 1.93% 測定値:C 66.43% H 9.82% N 1.92% このポリウレタンはソフトセグメントのガラス転移温度
として約−76℃の値を有し、又エラストマーとしての
性質を失って可塑状態に移行し始める温度が約200℃
である熱可塑性ポリマーであった。このポリウレタンの
自由減衰ねじり振動法による動的貯蔵弾性率/温度のプ
ロット(図1、C)から、実施例1のポリウレタンエラ
ストマーと同様にー50℃の低温から170℃の高温ま
で実質的に一定の弾性率を示し、低温特性、及び耐熱性
に優れていた。
【0022】
【発明の効果】本材のようなエラストマーに対する材料
的要請は、当然のことながら、そのゴム弾性力にあり、
この性質を利用した材料として(1)各種ロール材、
(2)各種ホース材、(3)パッキン材、(4)防振
材、(5)建築材、(6)繊維材料(7)弾性塗料等が
あげられるが、ー50℃というから約170℃という広
い温度範囲で弾性率がほぼ一定であり、従来低温および
高温分野で利用できなかった新しい用途においてもエラ
ストマー特性を発揮しうることは、極めて重要で有用な
利点であり、しかも、従来の架橋ゴムのように加硫を施
すこともなく、射出成型や押出し成型により容易に加工
できることは施設面の縮小簡略化により、コストダウン
が可能となり、工業的・経済的効果も極めて大きなもの
である。
【0023】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明のエーテル系ポリウレタンの動的
貯蔵弾性率を温度に対してプロットしたグラフである。 A:PTGL2000/MDI/SPG:プレポリマー
法 B:PTGL3000/MDI/SPG:プレポリマー
法 C:PTGL2000/MDI/SPG:ワンショット
【図2】図2は従来のエーテル系ポリウレタンの動的貯
蔵弾性率を温度に対してプロットしたグラフである。 D:PTG2000/MDI/SPG:プレポリマー法 E:PTG3000/MDI/SPG:プレポリマー法 F:PTG2000/MDI/1.4BD:プレポリマ
ー法
【図3】図3は本発明のエーテル系ポリウレタン及び従
来のエーテル系ポリウレタン(比較例)のDSC測定デ
ータである。 A:PTGL2000/MDI/SPG:プレポリマー
法 B:PTGL3000/MDI/SPG:プレポリマー
法 D:PTG2000/MDI/SPG:プレポリマー法

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(1) −CONH−X−NHC00−Y−O− の繰り返し単位(A)と、(一般式(1)中、Xは、パ
    ラフェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイ
    ソシアネート、2,6ートルエンジイソシアネート、
    4,4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5
    ーナフタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジ
    フェニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選
    ばれる芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が
    除かれた二価の残基であり、Yは主鎖がーCH2CH2
    2CH2Oーで表される基とーCHR1CHR2CHR3
    CHR4Oーで表される基(R1、R2、R3、R4のうち
    いずれか1個が低級アルキル基であり残る3個が水素で
    ある)とで構成されている分子量500〜10000の
    ポリアルキレンエーテルジオールからヒドロキシル基が
    除かれた二価の残基を示す) 一般式(2) −CONH−X−NHCOO−Z−O− の繰り返し単位(B)(一般式(2)中、Xは、パラフ
    ェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイソシ
    アネート、2,6ートルエンジイソシアネート、4,
    4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5ーナ
    フタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジフェ
    ニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選ばれ
    る芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が除か
    れた二価の残基であり、Zは、3,9ービス(1,1ー
    ジメチルー2ーヒドロキシエチル)ー2,4,8,10
    ーテトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンからヒドロ
    キシル基が除かれた二価の残基を示す。)との結合から
    なり、繰り返し単位(A)と(B)の配列がランダムで
    あって、(A)/(B)の割合が0.1〜2.0である
    30000〜500000の平均分子量を有する広いゴ
    ム領域を有するポリウレタン樹脂。
  2. 【請求項2】 一般式(1) −CONH−X−NHC00−Y−O− の繰り返し単位(A)と、(一般式(1)中、Xは、
    4,4’ージフェニルメタンジイソシアネートからイソ
    シアネート基が除かれた二価の残基であり、Yは主鎖が
    ーCH2CH2CH2CH2Oーで表される基とーCH2
    HR2CHR3CH2Oーで表される基(R2、R3、のう
    ちいずれか1個がメチル基であり残る1個が水素であ
    る)とで構成されている分子量500〜10000のポ
    リアルキレンエーテルジオールからヒドロキシル基が除
    かれた二価の残基を示す) 一般式(2) −CONH−X−NHCOO−Z−O− の繰り返し単位(B)(一般式(2)中、Xは、4,
    4’ージフェニルメタンジイソシアネートからイソシア
    ネート基が除かれた二価の残基であり、Zは、3,9ー
    ビス(1,1ージメチルー2ーヒドロキシエチル)ー
    2,4,8,10ーテトラオキサスピロ[5,5]ウン
    デカンからヒドロキシル基が除かれた二価の残基を示
    す。)との結合からなる請求項1記載の広いゴム領域を
    有するポリウレタン樹脂。
  3. 【請求項3】 パラフェニレンジイソシアネート、2,
    4ートルエンジイソシアネート、2,6ートルエンジイ
    ソシアネート、4,4’ージフェニルメタンジイソシア
    ネート、1,5ーナフタレンジイソシアネート、3,
    3’ージメチルジフェニルー4,4ージイソシアネート
    よりなる群から選ばれる芳香族ジイソシアネートと、主
    鎖がーCH2CH2CH2CH2Oーと ーCHR1CHR2
    CHR3CHR4Oーで表される基(R1、R2、R3、R4
    のうちいずれか1個が低級アルキル基であり、残る3
    個が水素である)とで構成されている分子量500〜1
    0000のポリアルキレンエーテルジオールをモル比
    (r)を1.5〜10.0対1で不活性雰囲気中におい
    て不活性溶剤中または無溶媒下、室温から130℃の範
    囲内の温度において反応させて 一般式(3) OCN−〔−X−NHC00−Y−O−CONH−〕p
    −X−NCO と、 一般式(4) q×〔OCNーXーNCO〕 (一般式(3)と(4)中、p,qは正数、(p+q+
    1)/p=r、Xは、パラフェニレンジイソシアネー
    ト、2,4ートルエンジイソシアネート、2,6トトル
    エンジイソシアネート、4,4’ージフェニルメタンジ
    イソシアネート、1,5ーナフタレンジイソシアネー
    ト、3,3’ージメチルジフェニルー4,4ージイソシ
    アネートよりなる群から選ばれる芳香族ジイソシアネー
    トからイソシアネート基が除かれた二価の残基であり、
    Yは主鎖がーCH2CH2CH2CH2Oーで表される基と
    ーCHR1CHR2CHR3CHR4Oーで表される基(R
    1、R2、R3、R4のうちいずれか1個が低級アルキル基
    であり、残る3個が水素である)とで構成されている分
    子量500〜10000のポリアルキレンエーテルジオ
    ールからヒドロキシル基が除かれた二価の残基を示
    す。)で表される部分プレポリマーを形成し、次いで同
    様に不活性雰囲気中で該反応系に一般式(3)、式
    (4)からなる該部分プレポリマーに対してモル比で
    0.90〜1.10の3,9ービス(1,1ージメチル
    ー2ーヒドロキシエチル)ー2,4,8,10ーテトラ
    オキサスピロ[5,5]ウンデカンを添加し、重付加反
    応させることからなる、 一般式(1) −CONH−X−NHC00−Y−O− の繰り返し単位(A)と、(一般式(1)中、Xは、パ
    ラフェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイ
    ソシアネート、2,6ートルエンジイソシアネート、
    4,4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5
    ーナフタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジ
    フェニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選
    ばれる芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が
    除かれた二価の残基であり、Yは主鎖がーCH2CH2
    2CH2Oーで表される基とーCHR1CHR2CHR3
    CHR4Oーで表される基(R1、R2、R3、R4のうち
    いずれか1個が低級アルキル基であり残る3個が水素で
    ある)とで構成されている分子量500〜10000の
    ポリアルキレンエーテルジオールからヒドロキシル基が
    除かれた二価の残基を示す) 一般式(2) −CONH−X−NHCOO−Z−O− の繰り返し単位(B)(一般式(2)中、Xは、パラフ
    ェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイソシ
    アネート、2,6ートルエンジイソシアネート、4,
    4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5ーナ
    フタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジフェ
    ニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選ばれ
    る芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が除か
    れた二価の残基であり、Zは、3,9ービス(1,1ー
    ジメチルー2ーヒドロキシエチル)ー2,4,8,10
    ーテトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンからヒドロ
    キシル基が除かれた二価の残基を示す。)との結合から
    なり、繰り返し単位(A)と(B)の配列がランダムで
    あって、(A)/(B)の割合が0.1〜2.0である
    30000〜500000の平均分子量を有する広いゴ
    ム領域を有するポリウレタン樹脂の製造法。
  4. 【請求項4】 パラフェニレンジイソシアネート、2,
    4ートルエンジイソシアネート、2,6ートルエンジイ
    ソシアネート、4,4’ージフェニルメタンジイソシア
    ネート、1,5ーナフタレンジイソシアネート、3,
    3’ージメチルジフェニルー4,4ージイソシアネート
    よりなる群から選ばれる芳香族ジイソシアネート(a)
    と、主鎖がーCH2CH2CH2CH2OーとーCHR1
    HR2CHR3CHR4Oーで表される基(R1、R2
    3、R4のうちいずれか1個が低級アルキル基であり、
    残る3個が水素である)とで構成されている分子量50
    0〜10000のポリアルキレンエーテルジオール
    (b)、及び3,9ービス(1,1ージメチルー2ーヒ
    ドロキシエチル)ー2,4,8,10ーテトラオキサス
    ピロ[5,5〕ウンデカン(c)とを、モル比;(a)
    /{(b)+(c)}=0.90〜1.10の範囲で不
    活性雰囲気中において不活性溶剤中、室温から130℃
    の範囲内の温度において、または無溶媒下、180〜2
    30℃の範囲内の温度において重付加反応させることか
    らなる、 一般式(1) −CONH−X−NHC00−Y−O− の繰り返し単位(A)と、(一般式(1)中、Xは、パ
    ラフェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイ
    ソシアネート、2,6ートルエンジイソシアネート、
    4,4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5
    ーナフタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジ
    フェニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選
    ばれる芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が
    除かれた二価の残基であり、Yは主鎖がーCH2CH2
    2CH2Oーで表される基とーCHR1CHR2CHR3
    CHR4Oーで表される基(R1、R2、R3、R4のうち
    いずれか1個が低級アルキル基であり残る3個が水素で
    ある)とで構成されている分子量500〜10000の
    ポリアルキレンエーテルジオールからヒドロキシル基が
    除かれた二価の残基を示す) 一般式(2) −CONH−X−NHCOO−Z−O− の繰り返し単位(B)(一般式(2)中、Xは、パラフ
    ェニレンジイソシアネート、2,4ートルエンジイソシ
    アネート、2,6ートルエンジイソシアネート、4,
    4’ージフェニルメタンジイソシアネート、1,5ーナ
    フタレンジイソシアネート、3,3’ージメチルジフェ
    ニルー4,4ージイソシアネートよりなる群から選ばれ
    る芳香族ジイソシアネートからイソシアネート基が除か
    れた二価の残基であり、Zは、3,9ービス(1,1ー
    ジメチルー2ーヒドロキシエチル)ー2,4,8,10
    ーテトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンからヒドロ
    キシル基が除かれた二価の残基を示す。)との結合から
    なり、繰り返し単位(A)と(B)の配列がランダムで
    あって、(A)/(B)の割合が0.1〜2.0である
    30000〜500000の平均分子量を有する広いゴ
    ム領域を有するポリウレタン樹脂の製造法。
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