JPS5947223A - 高耐熱性硬質ポリウレタン - Google Patents

高耐熱性硬質ポリウレタン

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JPS5947223A
JPS5947223A JP57160269A JP16026982A JPS5947223A JP S5947223 A JPS5947223 A JP S5947223A JP 57160269 A JP57160269 A JP 57160269A JP 16026982 A JP16026982 A JP 16026982A JP S5947223 A JPS5947223 A JP S5947223A
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JP
Japan
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polyol
rigid polyurethane
bis
propane
polyol component
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Pending
Application number
JP57160269A
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English (en)
Inventor
Kozo Otani
大谷 耕三
Yuuji Kusada
久貞 祐司
Yoshio Yamada
山田 慶男
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Toyo Tire Corp
Original Assignee
Toyo Tire and Rubber Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規なポリウレタンに関し、特に高い熱変形職
度を有する硬質ポリウレタンに関すルモのである。
硬質ポリウレタンは無発泡成形物と発泡成形物に大別さ
れ、発泡成形物は更に発泡率によって高発泡成形物と低
発泡成形物に区分されている。そして、無発泡成形物と
低発泡成形物はエンジニアリング樹1指として各種機器
部品や自動車部品等に用いられ、高発泡成形物は主とし
て断熱材に供せられる等、極めて広範囲の用途に有用な
樹脂として汎用されている。
従来の硬質ポリウレタンは、多官能性の脂肪族又は芳香
族のポリオール単量体やポリオキシアルキレンポリオー
ル、特にポリオキシプロピレンポリオール又は多官能性
の脂肪族或は芳香族ポリエステルポリオールの一種又は
それ以上の混合物からなるポリオール成分と、脂肪族又
は芳香族ポリイソシアネート或はポリインチオシアネー
トの一種、又はそれ以」−の混合物からなるポリイソシ
アネート成分とを触媒、発泡剤等の存在下で硬(11成
形されている。
しかしながら、これらのポリウレタン成形体は一般に耐
熱性に乏しく、耐熱性を評価する尺度として熱変形温度
(ASTM  D−64,8に準拠して測定)をとった
場合、従来のポリウレタン成形物はぜいせい80〜10
0°Cが限度であり、実用強度を有して100℃を越え
ることは困難であった。
一方イソシアネートの三量化によって得られるインシア
ヌレート基の導入により耐熱性を向上させ得るが、同時
に得られる成形体が極端にもろくなり実用に耐えないと
いう欠点を生ずる。
本発明の目的は高い熱安定性を有するポリウレタンを提
供することにあり、特に従来の硬質ポリウレタンでは達
成できなかった少なくとも110℃以」−の高い熱変形
温度を有し且つ実用強度、特に耐衝撃性を有する新規な
硬質ポリウレタンを提供することにある。
本発明は少なくとも2官能性の水酸基を有する1種又は
それ以」二のポリオール成分と少なくとも2官能性の1
種又はそれ以上のポリイソシアネート成分の反応により
得られるポリウレタンであって、該ポリオール成分とし
て2,2−ビス(4−(2−ヒドロキシプロポキシ)フ
ェニル)プロパンを1成分とする2、2−ビス(4−ヒ
ドロキシフェニル)プロパンのプロピレンオキシド付加
体を用いたことを特徴とする硬質ポリウレタンに係る。
本発明の硬質ポリウレタンは各種の分野に使用できるが
、特に耐熱性を要求される各種の工業用部品、例えば摺
動材の部品またその細波覆物等として有用である。
本発明においてはポリオール成分として下記構造を有す
る2、2−ビス(4−(2−ヒドロキシプロポキシ)フ
ェニル)フロパンを1成分とする2、2−ビス(4−ヒ
ドロキシフェニル)フロパン(以下ビスフェノールAと
称する)のプロピレンオキシド(以下POと称する)付
加体を使用した。
ことにより、耐熱性に優れた硬質ポリウレタンを得るこ
とに成功したものである。
ソシアネートと反応して得られるポリウレタンは分子鎖
中の芳香環濃度が高く剛直な分子構造になるので高いガ
ラス転移点を有する。従って熱安定性に優れ、熱変形温
度C以下HDTと記す)においても高いという特徴を発
揮する。
本発明の上記ビスフェノールA−PO付加体は公知の方
法によりビスフェノールA、1モルに対しPOを2モル
又はそれ以上反応させることにより得られる。即ち上記
付加体はビスフェノールAの1モルに対してPOがフェ
ノール性水酸基にそれぞれ1モル付加した2、2−ビス
(4−(2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル)プロパ
ンを1成分として含有し、その含有量は通常約40重量
%以上、好ましくは約80重量%以上であるのが良い。
その他の成分としてビスフェノールA1モルに対してP
Oが3モル以上の付加体を通常約60重量%以下、好ま
しくは約20重量%以下含むことができる。又、その他
の成分として一級の末端水酸基を1又は2ケ有する、ビ
スフェノールAとPOの2モル又は3モル以上の付加体
は、付加反応時の副生物として生成し、任意の割合でポ
リオール成分中に含むことができる。
しかし、未反応のフェノール性水酸基を有するたとえば
ビスフェノールA及びビスフェノールAのPOIモル付
加体などは1重量%以下でなければならない。
尚、ビスフェノールA1モルに対してPOが2モルの付
加体が40重量%未満の場合にはポリオール成分のビス
フェノールAの骨格の濃度が低下するので得られるポリ
ウレタンの耐熱性は低下する。
本発明のポリイソシアネート成分としてはポリウレタン
製造分野における各種の少なくとも2官能性の公知の脂
肪族、脂環族及び芳香族ポリイソシアネートを使用でき
るが、なかでも芳香族ポリイソシアネートが特に好適に
使用される。例えば4.4−ジフェニルメタンジイソシ
アネート(MDI)及びカーポジイミド変性MDI(例
えば日本ポリウレタン社MTL)、ポリメチレンポリフ
ェニルイソシアネート(PAP I )、ポリメリック
ポリイソシアネート(例えば住人バイエルウレタン44
v)、2,4−及び2.6− )リレンジイソシアネー
ト(TDI)、オルトトルイジンジイソシアネート(T
OD I )、ナフチレンジイソシアネート(HDT)
、キシリレンジイソシアネート(XDI)等が好適に使
用される。
本発明においては上記ビスフェノールA−PO付加体か
らなるポリオール成分と特に芳香族ポリ7− インシアネートを反応させることにより非常に高いHD
Tを有する優れた硬質ウレタンを得ることができるが、
さらにポリオール成分として該ポリオールに、少くとも
2官能性の水酸基価200〜700、好ましくは300
〜500の芳香族アミン基体ポリオキシアルキレンポリ
オールを併用しポリオール成分の平均の水酸基価を20
0〜700、好ましくは300〜500とする場合には
得られるポリウレタンの衝撃強度は意外にも予想に反し
、その高いHDTを殆ど低下させることなく衝撃強度を
高めるという相乗効果が得られることが判った。即ち上
記2種類のポリオール成分を単独で用いた場合の各々の
ポリウレタンの衝撃強度よりも、上記2種類のポリオー
ル成分を併用したポリウレタンの衝撃強度は優れる。こ
の理由については未だ十分に理論解明できていないが、
従来の硬質ポリウレタンではHDTを高めると衝撃強度
が低下8− めるのは至難であったことを考えると、上記本発明の効
果は驚くべきことである。又本発明においてビスフェノ
ールAのPO付加体と芳香族アミン基体ポリオールを併
用したことにより高いHDTと衝撃強度が得られるばか
りでなく、加工性、成形性等をも有効に向上させ得るこ
とも判った。ここにいう加工性の向上とは、芳香族アミ
ン基体ポリオールを導入したことによりポリオール液の
粘度が低下し、又ポリオール液とポリイソシアネート液
が室温下でも良く混合するいわゆる相溶性の向上であり
、又芳香族第3級アミンによる適度な自己触媒作用によ
り化学反応が進行するので、触媒をあえて必要としない
。従ってポリオール液に触媒を加える必要がないので、
ポリオール液の保存安定性に優れることなどが挙げられ
る。又成形性の向上とは少なくとも2官能性の芳香族ア
ミン基体ポリオールによる一次網目の導入により、ポな
どが挙けられる。
上記の少くとも2官能性の水酸基価200〜70代好ま
しくは300〜500の芳香族アミン基体ポリオキシア
ルキレンポリオールは、公知の方法によりアニリンなど
の芳香族モノアミン又は2.4−及び2.6−1−リレ
ンジアミン(TDA)及びいわゆる粗製TDA、4,4
−ジアミノジフェニルメタン及びアニリンとホルマリン
の縮合により得られるポリメチレンポリフェニレンポリ
アミン、オルト又はメタ又はパラフェニレンジアミン、
メタ又はパラキシリレンジアミンなどの芳香族ジアミン
及び芳香族ポリアミンの1種又はそれ以」二に、プロピ
レンオキシド、エチレンオキシドなどのアルキレンオキ
シドの1種又は2種以上を付加して得られ、遊離の1級
又は2級アミンが実質的に残っていないポリオールであ
る。このポリオールをビスフェノールA−POO加ポリ
オールと併用する場合、ポリオール成分の平均の水酸基
価を特に300〜500にするのが好ましい。又、この
併用系ポリオールの3級アミン濃度は3meq/9以下
にするのが好ましく、0.2〜1.5 meq/yの範
囲にするのが特に好ましい。これらの範囲内では併用に
よる」1記の相乗効果が特に著しい。
上記の芳香族アミン基体ポリオールは、粘度を下げ加工
性を向」ニさせるためその合成の段階で、芳香族アミン
類に加えて以下の脂肪族グリコール類等を共開始剤とし
て用いることができる。たとエバエチレングリコール、
ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロ
ピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパ
ン、グルコース、ソルビトール、シュクロースなどの多
官能脂肪族グリコール。
÷ノ エタノールアミン、ジエタノ  、トリエタノールアミ
ン、エチレンジアミンなどの脂肪族アミン及び脂肪族ア
ルカノールアミン類などがあげられ、これら共開始剤は
、芳香族アミン類に1対して等モル11− 以下で用いるのが好ましい。
本発明はビスフェノールAのPO付付加金ポリオール成
分とし、又はビスフェノールAのP O付加体と芳香族
アミン基体ポリオールをポリオール成分とし、ポリイソ
シアネートとの反応により得られるポリウレタンが高い
HDTを有することが特徴であり、又、優れた加工性、
成形性を有するが、これらポリオール成分に他の少なく
とも2官能性の水酸基価50〜1830のポリオールを
全ポリオール成分に対して、50重隈%を越えない範囲
で併用することができ、ポリオール成分の粘度低下など
の加工性、成形性向上の効果がある。
少な(とも2官能性の水酸基価50〜1830のポリオ
ールとしては具体的には次のようなポリオールを挙げる
ことができる。
(al  少なくとも2官能性の水酸基を有する水酸基
価50〜850の芳香族ポリオール。
(イ)  ハイドロキノン、ピロガロール−4,4−イ
12− ソプロピリデンジフェノールなどの少なくとも2個の水
酸基を有する単環又は多環芳香族化合物にプロピレンオ
キシド、エチレンオキシドなどのアルキレンオキシドを
付加して得られる水酸基価250〜600のポリオール
、 (ロ) フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリ
メリット酸などの芳香族多塩基酸にプロピレンオキシド
、エチレンオキシドなどのアルキレンオキシドを付加し
て得られる水酸基価300〜500のポリオール i/X)メタキシリレングリコール、パラキシリレング
リコール に)) フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などの
芳香族ジカルボン酸もしくはその無水物もしくはその低
級アルコールエステル、及び/又はアジピン酸、コハク
酸などの脂肪族ジカルボン酸などを酸成分とし、エチレ
ングリコール、L4−ブチレンゲリコール−トリメチロ
ールプロパンなどの脂肪族ポリオール、I、4−シクロ
ヘキサンジオール、■、4−シクロヘキザンジメタノー
ル、β、β、β、β−テトラメチルー2.4,8.10
−テトラオキサスピロ(5,5)−ウンデカン−3,9
−ジェタノールなどの脂環式ポリオール又は−1−記(
イ)、(川、?へlのポリオールをポリオール成分とす
る水酸基価50〜450のポリエステルポリオール これら(a)の芳香族ポリオールを併用する場合、全ポ
リオールに対し50重量%を越えないようにし、且つ平
均の水酸基価を200〜500にするのが好ましい。
(l〕)水酸基価800〜1830の多官能脂肪族グリ
コール。
例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、フ
ロピレンゲリコール、ジプロピレングリコール、グリセ
リン、トリエタノールアミンなどが挙げられ、全ポリオ
ールに対し10重量%以下の範囲で併用できる。
(c)  水酸基価300〜800の多官能脂肪族ポリ
オール。
例エバシュクロース、ソルビトール、クルコース、ペン
クエリスリト−ル、トリメチロールプロパン、グリセリ
ン、エチレンジアミン、ジェタノールアミン、水などの
1種又は2種以上にプロピレンオキシド、エチレンオキ
シドなどのアルキレンオキシドの1種又は2種以」−を
付加したポリオールで、全ポリオールに対し50重量%
以下の範囲で併用するのが好ましい。
以」―列挙したポリオール類は特に好ましいものであり
、これら以外の少なくとも2官能性の水酸基価50〜1
830のポリオールを全ポリオールに対し50重量%を
越えない範囲で併用することができる。
これらポリオール類はインシアネ−1・類との反応に先
たち、水分率を0.05%以下、好ましくは15− 0.02%以下としておく必要がある。またポリイソシ
アネート類も予め脱ガスを十分にしておく。
これらを怠ると硬化反応時に不必要な発泡が起こる。但
し発泡体を得る場合は勿論この限りではな(r’。
ポリオール成分とポリイソシアネー1へ成分はワンショ
ット法でもプレポリマー法でも反応させることができる
。ポリオールとポリイソシアネートとの反応はイソシア
ネートインデックスとして100〜180、好ましくは
105〜160の範囲で行うのが適当で、この範囲外で
はイソシアネートインデックスが小さくなっても大きく
なっても耐熱性は低下してくる。この原因は明らかでな
いが、実質的なポリマーの分子量が低下するためと推定
される。
本発明においては触媒は特に必要古しないが、トリエチ
レンジアミンなどの3級アミン、ジブチルチンジラウレ
−1・などの有機金属化合物などの16− 公知の触媒を用いることもできる。しかしイソシアヌレ
ート環を生成するイソシアネート三43 (ヒ触媒は好
ましくない。また無機質充填剤をポリオール又はポリイ
ソシアネートに予め混合しておくことにより無機質充填
剤含有硬質ポリウレタンとすることも可能である。無機
質充填剤としてはミルドガラスファイバー、チョツプド
ストランドガラスファイバーなどのガラスファイバー、
グラファイト、1・k化珪素、酸化アルミニウム、二硫
化モリブデンなどが挙けられ、硬度、成型収縮率、摩擦
係数、面4摩粍性などの改良に効果がある。また本発明
では水、トリフルオロトリクロロエタンなどのハロゲン
化炭化水素、アゾビスイソブチロニトリルなどの有機発
泡剤を用いることにより発泡体とすることも可能である
本発明において硬化反応は例えは次のように行うことが
できる。先ず配合物の液温を室温〜120℃とし、注型
する型の温度を50〜120°Cとして注型、硬(ヒし
て脱型する。本発明の硬化成形体はそのままでも従来の
ポリウレタン成形体よりも高いHD Tを有しているが
、更に140〜180℃の温度で熱処理を行うことによ
り、衝撃強度等の特性を向上させることができる。熱処
理は空気又は窒素などの不活性ガス雰囲気中で行うこと
かできる。
以下に実施例を挙げて本発明を説明する。
実施例1 ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加体〔東邦千
葉化学工業製、rBisol−2PJ  (ガスクロマ
トグラフ分析によりPOの2モル付加体約93%、PO
の3モル付加体約7%を含む。OH価316〕を100
℃に加熱して減圧下に脱水し水分率を0015%にした
。このポリオール100’! (0,563当量)を5
0℃にし、溶融し50°Cにした純MDI(日本ポリウ
レタン社)747(0,592当量)とビーカー中で4
0秒間プロペラ型撹)!1′機で撹拌し、次いで1分間
真空デシケータ−中で脱泡した。この混合液を直ちに9
0℃に加熱した内寸130 mmX 130mmX6m
rrの組立て式ガラスモールドに注きこみ、100℃の
空気・101侃槽中で30分間反応させた後、硬化物を
型より取り出した。この間気泡の発生はみられなかった
。次いで160°Cの空気恒温槽中で2時間熱処理を行
い、無発泡の強靭な硬質ポリウレタンを得た。
実施例2 2.4−トリレンジアミン(TDA)1モルに対しプロ
ピレンオキシド56モル、エチレンオキシド2.6モル
を付加反応して得られたO H価400のTDA基体ポ
リオール50 !i’ CO,357当@)19− と実施例1で用いたポリオールrBisol −2PJ
 50g(0,282当計)より成る混合ポリオール1
00P及びカーポジイミド変性MDI(日本ポリウレタ
ン社、[コロネートMTLJNCO含有ft28.8%
)11.2g(0,768当@)を用い実施例1と同様
にして無発泡の強靭な硬質ウレタンを得た。
ただし液温は35℃とし、モールドは1.00 ’Cに
加熱した内寸130mmX130mmX5mmの鉄製モ
ールドを用いた。
熱変形温度(荷重186に7/。m2)  120℃曲
げ弾性率          247ooK7/。m2
アイゾツト衝撃値(ノツチ付)    5、OKグ°C
rT1/10m実施例3 実施例2のポリイソシアネート量を1497(1,02
2当隈)に増やしインシアネートインデックスを160
にした他は実施例2と同様にして、無発泡の強靭な硬質
ポリウレタンを得た。
熱変形温度(荷重18.6KP/C,112)   1
31°C20− 曲げ弾性率         25100 Kfcm2
アイゾツト衝撃値(ノツチ付)    4.8KP°c
m/。□実施例4 800メツシユのカーボランダム(炭化ケイ素、半井化
学薬品)を110℃で一夜乾燥後、「コロネー)MTL
JlooFに対しカーボランダム50gの割合で混合し
、フラスコ中で減圧下に80℃で1時間撹拌した後、窒
素ガスで常圧にもどし液温を32℃にした。このカーボ
ランダム入りポリイソシアネー)液150fFと300
Cの実施例2で用いた混合ポリオール100gを用いて
実施例2と同様にして反応させカーボランダムが20重
量%入った比重1.35の無発泡硬質ポリウレタンを得
た。
熱変形温度(荷重18.6 KIi+/cm2)   
121°C曲げ弾性率          85600
改/。m2アイゾツト衝撃値(ノツチ付)2,0〜°C
In/Cm実施例5 実施例2で用いた混合ポリオール200gにジブチルチ
ンジラウレート0.04 P及びモノクロルトリフルオ
ロメタン(フレオン11)20Fを混合し液温を30℃
とした。
これに30°Cのポリメリックポリイソシアネート「ス
ミジュール44V−20J(住人バイエルウレタン社、
NCO含有量31.0%)208Fを加え高速ラボミキ
サーで15秒間激しく撹拌し、直ちに80°Cのアルミ
製の内寸200mmX200mm X 10 mmのモ
ールドに所要量流し込みフタをして発泡硬化させた。3
0分後に脱型し次いで140℃の空気恒温槽中て2時間
熱処理して、比重0.32の硬質ポリウレタン発泡体を
得た。
熱変形温度(荷重4.6 KP/cm2 )    1
07℃曲げ弾性率          3500に7/
cm2曲げ強度           102Kg//
Cn12アイゾツト衝撃値(ノツチ無し)   2.O
K?“Cn1/Cm実施例6 実施例5と同様にして比重0.71の硬質ポリウレタン
発泡体を作った。
熱変形温度(荷重4゜6 K9/cm2)    12
0℃曲げ弾性率          12400に97
cm2曲ケ強度573に!i!/Cm2 アイゾツト衝撃値(ノツチ無し)    4.2 ”V
°Cm/cm実施例7 実施例1て用いたポリオールrBisol’−2P41
00gと4,4−ジアミノジフェニルメタンを基体とし
たポリオキシプロピレングリコールrMD−480j(
三井日曹つレタン社、OI(価487)50グとペンタ
エリスリトールを基体としたポリオキシプロピレングリ
コールrPE−450J(三井東圧化学、OH価453
)50gの割合で混合したポリオールを実施例1と同様
にして脱水した。この混合ポリオール1009.(0,
700当量)とコロネー)MTL123グ(0,843
当量)を液温35℃で、実施例2と同様にして反応させ
23− 無発泡の強靭な硬質ポリウレタンを得た。
熱変形温度(荷重18.6 wcm2)   120°
C曲ケ弾性率26400 K9/cm” アイゾツト衝撃値(ノツチ付)     4.6に9°
Cm/cm比較例1 トリメチロールプロパン基体のポリオキシプロピレング
リコールrT−400J(アデカ社。
OH価891)100グ(0,6,97当」)とスミジ
ュール44V−20の1049 (0,768当量)を
実施例2と同様にして反応させ(ただし熱処理はしなか
った)、無発泡の硬質ポリウレタンを得た。
熱変形温度(荷重18.6 KNcm2)    76
°C曲げ弾性率          28800に9/
cm”アイゾツト衝撃値(ノツチ付)     3.O
K9°cm/cm比較例2 実施例2で用いたT’ D A基体ポリオール100グ
とコロネートMTL 1099を用いて実施例224− と同様にして反応させ無発泡の硬質ポリウレタンを得た
熱変形温度(荷重18.6 Kft’/cm2)   
102℃曲げ弾性率          25100K
g/cm2アイゾツト衝撃値(ノツチ付)      
8.2に9°Cm/cm比較例3 実施例2で用いたTDA基体ポリオール100グ、比較
例1で用いたポリオール100グ、ジブチルチンジラウ
レート0.049、モノクロルトリフルオロメタン20
gを混合したポリオール成分と、スミジュール44V−
2Qを2207用い実施例5と同様にして(ただし熱処
理はしなかった)、比重0.50の硬質ポリウレタン発
泡体を得た。
熱変形温度(荷重4.6 K9/cm2)  ’  8
3°C曲げ弾性率          6000 K9
/cm2曲げ強度            184 K
9/cm29/ゾツト衝撃値(ノツチ無し)    2
.8KLi!・Cr]1/cm/l〉l   L)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)少なくとも2官能性の水酸基を有する1種又はそ
    れ以」−のポリオール成分と少なくとも2官能性の1種
    又はそれ以上のポリイソシアネート成分の反応により得
    られるポリウレタンであって、該ポリオール成分として
    2,2−ビス(4,−(2−ヒドロキシプロポキシ)フ
    ェニル)プロパンを1成分(!: t ル2,2−ビス
    (4−ヒドロキシフェニル)プロパンのプロピレンオキ
    シド付加体を用い、インシアネートインデックス100
    〜180の範囲で反応させることを特徴とする硬質ポリ
    ウレタン。 (2)  ポリオール成分の平均の水酸基価が200〜
    700てあり、ポリイソシアネートとして芳香族ポリイ
    ソシアネートを使用する請求の範囲第1項に記載の硬質
    ポリウレタン。 +31 −.1−記ポリオール成分に、水酸−加傷20
    0〜700の芳香族アミン基体ポリオキシアルキレンポ
    リオールを併用し、ポリオール成分全体の水酸基価を2
    00〜700とした請求の範囲第1項に記載の硬質ポリ
    ウレタン。 (4)上記ポリオール成分に、水酸基価300〜800
    の多官能脂肪族ポリオールを併用した請求の範囲第1項
    に記載の硬質ポリウレタン。 +5)  2.2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プ
    ロパンのプロピレンオキシド付加体において2,2−ビ
    ス(4−(2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル)プロ
    パンの含有量が約40重量%以上である請求の範囲第1
    項に記載の硬質ポリウレタン。 (6)該含有量が約80重量%以上である請求の範囲第
    5項に記載の硬質ポリウレタン。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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