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JP3007418B2 - 高温用ポリウレタン/尿素エラストマー - Google Patents

高温用ポリウレタン/尿素エラストマー

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JP3007418B2
JP3007418B2 JP8505192A JP50519296A JP3007418B2 JP 3007418 B2 JP3007418 B2 JP 3007418B2 JP 8505192 A JP8505192 A JP 8505192A JP 50519296 A JP50519296 A JP 50519296A JP 3007418 B2 JP3007418 B2 JP 3007418B2
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trans
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Gates Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明が属する技術分野 本発明は、成形されたポリウレタン/尿素エラストマ
ーに関する。特に本発明は動的用途において高温及び低
温での耐熱性を伴う、改善された成形ポリウレタン/尿
素エラストマー、特にこれらの改善されたエラストマー
を利用する改良されたベルトに関する。これらの高分子
エラストマーは、耐薬品性、低温可撓性耐屈曲亀裂性及
び低いヒステリシスを含む、容認できる静的及び動的特
性を維持する一方で、改善された熱安定性を示す。
従来の技術 ポリウレタン又はポリウレタン/尿素エラストマーで
構成された、タイミング又は同期ベルト、V−ベルト、
多V−リブ付ベルト、ミクロリブ付ベルト、平ベルトな
どのようなベルトは、従来のゴムベルトよりも多くの著
しい利点を提供する。これらの利点の中で、ポリウレタ
ン及びポリウレタン/尿素のベルト類は、より大きい耐
屈曲性、耐油性、加水分解抵抗性を有し、かつ許容荷重
の向上を示す。これらのベルトは、単一操作の真空スピ
ンキャスト、射出成形、又はバッチキャストすることが
できる。従来のゴム製の歯付ベルトは、多くの二次加工
工程を必要としている。
ポリウレタン/尿素をベースにしたエラストマーは、
ワンショット又は2工程(プレポリマー)法のいずれか
による、ポリオールのような、比較的高分子量の活性ヒ
ドロキシ末端を有する物質、及び連鎖延長剤として公知
である、比較的低分子量の活性アミン末端を有する物質
を、ポリイソシアネートと反応することによって、これ
まで調製されている。このエラストマーの調製におい
て、これらの反応性成分及びいずれかの触媒又は任意の
添加剤を、一緒に混合し、かつその後この配合物が硬化
される適当な形の型へと移される。典型的には、この混
合は、バッチ法で達成される。この混合物は、成形され
た形を維持することが可能になるまで、型の中で硬化さ
れ、成形品が離型され、かつ重合が完了するまで後硬化
される。代わりに、このエラストマーは、反応射出成形
(RIM)により調製することができ、これは活性水素を
含有する物質を、迅速に衝突(impingiment)によりポ
リイソシアネートと混合し、かつ同時にこの反応が進行
する型へと射出される。
4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、
ポリ(プロピレンオキシド)ポリオール、及びジアミン
連鎖延長剤の反応生成物である、ポリウレタン/尿素エ
ラストマーを利用する、比較的高温及び低温に耐熱性が
ある成形ベルトが公知である。これらのエラストマー配
合物は、熱安定性を改善するために、典型的には酸化防
止剤を含有している。その酸化防止剤は、通常100〜130
℃で生じるポリエーテルポリオールの酸化を妨げるため
に必要である。特に、この酸化防止剤は、高温でのポリ
エーテルの酸化を妨げるが、なくすことはなく、従っ
て、最初に認められた熱安定性は、経時的に、及びベル
トの使用と共に低下する。更に、この配合物は、典型的
には、得られるエラストマーの高温での加硫戻り(reve
rsion)を促進することが公知である触媒を使用するこ
とができる。
ポリウレタン及びポリウレタン/尿素エラストマーの
熱安定性の改善は、ポリイソシアネートプレポリマー組
成物において、パラ−フェニレンジイソシアネート(PP
DI)を使用することによって達成される。MDIと異なるP
PDIの高いイソシアネート反応性は、オリゴマー生成の
減少、及び該プレポリマーにおける遊離ジイソシアネー
トの比例的減少を生じる。その結果、PPDIプレポリマー
は、硬質及び軟質セグメントのより大きい相分離を促進
し、おれにより得られるエラストマーの熱安定性をより
良好にする。
PPDI、ポリ(ヘキサメチレンカーボネート)ポリオー
ル、及び1,4−ブタンジオール又は1,4−ビス−(β−ヒ
ドロキシエトキシ)ベンゼンのような短鎖ポリオールか
ら調製された、熱可塑性ポリウレタン樹脂が公知であ
る。この物質の欠点は、得られるポリウレタンエラスト
マーの成形において、ヒドロキシ末端の連鎖延長剤を使
用することである。好ましい加工特性を有するにもかか
わらず、ヒドロキシ末端の連鎖延長剤は、ポリイソシア
ネートプレポリマーと、比較的弱いウレタン結合を形成
することがわかっていて、このことは動的用途におい
て、ポリウレタンエラストマーの性能を損なう。
様々な因子が、従来のポリウレタン又はポリウレタン
/尿素エラストマーの熱安定性に貢献している。これら
は、軟質セグメントとしてポリエーテルポリオールを使
用する場合のポリエーテルの酸化、配合物中に触媒が存
在する場合の急激な加硫戻り、ポリイソシアネート又は
好ましくない構造の連鎖延長剤を使用する場合の不充分
な相分離、並びにヒドロキシ連鎖延長剤を使用する場合
の比較的弱いウレタン結合を含む。自動車のタイミング
又は同期ベルト、V−ベルト、多V−リブ付ベルト、ミ
クロリブ付ベルトなどのような特定のベルトの用途にお
いて、動的荷重条件下で、このようなベルトは繰り返し
極端な高温及び低温に晒される。ポリウレタン及びポリ
ウレタン/尿素エラストマーは、これらの条件下でそれ
らがせん断及び/又は亀裂しやすいために、これまで、
このような長期の動的用途には利用されていない。より
高温での利用を伴う自動車エンジンでの需要が増すにつ
れて、困難な点がより明らかになってきている。従っ
て、このようなベルトが、タイミング又は同期ベルト、
V−ベルト、多V−リブ付ベルト、ミクロリブ付ベルト
などの形のいずれであっても、長期間の高温及び低温条
件下での反復の動的荷重に耐えるのに必要な特性に加
え、優れた許容荷重を有するような、ベルトに組み込ま
れたポリウレタン/尿素エラストマーの必要性が依然と
してある。
発明の要約 従って、本発明の一つの目的は、動的用途における、
高温及び低温の耐熱性を有する、改善されたポリウレタ
ン/尿素エラストマー組成物を提供することである。
本発明の別の目的は、連続的動力伝達の用途に使用さ
れる場合に、高温及び低温での耐熱性を有する改善され
たポリウレタン/尿素ベルトを提供することである。
前述及び他の目的を達成し、かつ本発明の目的にかな
うために、本願明細書において具体化されかつ概述され
た、改善された成形エラストマーを組み込んでいる高温
及び低温の耐熱性があるベルトを明らかにする。このベ
ルトは、ポリウレタン/尿素エラストマーで製造された
ベルトの本体部分を含む。この本体部分には、引張部材
が配置され、かつ溝車接触部分が該本体部分と一体とな
っている。
このエラストマーは、動的用途において高温及び低温
の耐熱性があり、かつ密(compact)かつ対称な芳香族
ジイソシアネート、もしくはトランス、又はトランス、
トランスに幾何配置された脂肪族ジイソシアネートのい
ずれか、並びに150℃まで酸化されないポリオールと、
1種以上の芳香族で対称の1級ジアミン連鎖延長剤と共
に調製された、ポリイソシアネートプレポリマーの反応
生成物を含み、任意に芳香族2級ジアミン連鎖延長剤、
もしくは酸化されていないポリオール類とと混合されて
いる。この連鎖延長剤は、確立された成形法に従ってこ
れらを混合した場合、触媒が存在しない状態で、迅速に
ポリイソシアネートプレポリマーと反応することが可能
である。
図面の簡単な説明 本出願に組み込まれかつその一部を構成している添付
図面は、本発明の好ましい実施態様を説明し、かつ説明
と共に、本発明の原理を厳密に説明している。これらの
図面において: 図1は、本発明に従って構成されたタイミングベルトの
一部断面を含む、斜視図である: 図2は、本発明に従って構成されたV−ベルトの一部断
面を含む、斜視図である: 図3は、本発明に従って構成された多V−リブ付ベルト
の一部断面を含む、斜視図である。
好ましい実施態様の説明 図1では、典型的なタイミングベルト10を説明してい
る。このベルト10は、エラストマーの本体部分12、及び
該本体部分12の内側の縁に沿って配置された溝車接触部
分14を具備している。この独特な溝車接触部分14は、歯
16及びランド部分18が交互の形状をしている。引張層20
が、該ベルト10に支持及び強度を提供するために、該本
体部分12の中に配置されている。この説明された形状に
おいては、該引張層20は、該本体部分12の長手方向に沿
って並べられた多数のコード22の形状をしている。しか
し、当該技術分野において公知であるあるあらゆる種類
の引張層20が利用できることは理解されなければならな
い。更に、この引張部材として、綿、レーヨン、ナイロ
ン、ポリエステル、アラミド、スチールのようなあらゆ
る所望の材料、並びに許容荷重が低い不連続な繊維でさ
えも使用することができる。図1の好ましい実施態様に
おいて、該引張層20は、アラミド繊維で製造された図示
されたコード22の形状である。他の好ましいコード類
は、図1のタイミングベルト用にはガラス繊維及び炭素
繊維を、かつ下記の図2のV−ベルト用には、ポリエス
テルコードを含む。
補強織物24を使用することができ、これは該ベルト10
の交互の歯16及びランド部分18に沿って密に接触し、ベ
ルトの表面のカバーを形成している。この織物は、いず
れか望ましい角度のたて糸及びよこ糸からなる一般的な
織目のような、いずれか所望の形状でありうるか、もし
くはスペースピック(space pick)コードでまとめられ
たたて糸からなる、又は編まれた又は編組された構造か
らなるものなどである。1枚(ply)以上の織物を使用
することができる。所望であるならば、糸が該ベルトの
走行方向と角度を成すように、該織物24を、斜めに切断
することができる。通常の織物は、綿、ポリエステル、
ポリアミド、大麻、ジュート、ガラス繊維、並びに様々
な他の天然及び合成繊維のような物質を用いて、使用す
ることができる。本発明の好ましい実施態様において、
該織物層24は、たて糸及びよこ糸の少なくとも一方がナ
イロンで製造された、伸縮性の耐磨耗性織物からなる。
好ましい形状において、該織物層24は、ナイロン66伸縮
性織物で作られ、かつ協調する(cooperating)駆動溝
車を噛み合わせるためにエラストマー−(ポリウレタン
/尿素)を含まない表面を示す。
図2では、標準的ノッチ付きV−ベルト26を説明して
いる。このV−ベルト26は、図1に類似したエラストマ
ー本体部分12、及び同じく図1に説明されたものに類似
の、コード22の形状の引張補強部材20を具備している。
このV−ベルト26のエラストマー本体12及びコード22
は、前述の図1に説明されたものと同じ材料で構成され
る。
前記V−ベルト26は、図1の動力伝達ベルト同様、溝
車接触部分14を具備している。しかしこの実施態様にお
いては、並列した溝車接触部分14は、ノッチ付凹面又は
トラフ28及び歯付突起30が交互の形状である。これらの
交互のノッチ付凹面28及び歯付突起30は、該溝車接触部
分14がプーリー及び溝車の周囲を通過する際に、曲げ応
力の分散及び最小化をもたらすような、図に示された一
般的正弦路をたどる。
図3では、多V−リブ付ベルト32を説明している。こ
の多V−リブ付ベルト32は、図1及び2のベルト同様
に、エラストマー本体部分12、多数のV−リブ34を具備
し、かつ更に好ましくは前述のようなコード22の形状の
引歯補強部材20を具備している。この溝の付いた溝車接
触部分14は、該ベルト32の駆動面を限定する向かい合う
側面を備える、複数のトラフ領域38と共に、複数の浮出
た領域又は頂部36を交互に伴う形状である。図1〜3の
各例において、該溝車接触部分14は、該本体部分12と一
体化され、かつ以下により詳細に説明しているものと同
じエラストマー物質が形成されている。本発明は図1〜
3で示された実施態様について詳細に説明されている
が、本発明はこれらの具体的な実施態様に限定される、
もしくは説明されたように形成されるものではなく、む
しろ下記に限定されたクレームの範囲を超えないあらゆ
るベルト構造に適用されることは、理解されなければな
らない。
本発明のポリウレタン/尿素エラストマーは、標準的
成形法により、ポリイソシアネートプレポリマーと、ジ
アミン連鎖延長剤との反応生成物である。このポリイソ
シアネートプレポリマーは、150℃まで酸化されないポ
リオール、例えばポリカーボネートポリオール、ポリエ
ステルポリオール又はそれらの混合物の、PPDIのような
対称の密な芳香族ジイソシアネート、又はトランス−1,
4−シクロヘキサンジイソシアネート(t−CHDI)のよ
うなトランス−又はトランス、トランス−幾何配置の脂
肪族ジイソシアネートのいずれかとの、反応生成物であ
る。本発明のポリウレタン/尿素エラストマーは、約14
0〜150℃までの熱安定性、及び約−35〜−40℃までの低
温可撓性を有している。本発明の熱安定なベルトは、自
動車のタイミング又は同期ベルト、V−ベルト、多V−
リブ付きベルト、ミクロリブ付きベルト、平ベルトなど
を含み、本発明のポリウレタン/尿素エラストマーを、
その本体部分として利用し、かつ確立されたベルト作製
法を用い製造される。
本発明は、ポリウレタン/尿素エラストマーを調製す
る、標準的成形法による2工程(プレポリマー)法を利
用する。第一の工程においては、ポリオール又はポリオ
ール混合物及びポリイソシアネートが反応し、ポリイソ
シアネートプレポリマーを得る。第二の工程において
は、このポリイソシアネートプレポリマー及び前記連鎖
延長剤が反応し、最終的ポリウレタン/尿素エラストマ
ーを生成する。
当該技術分野において、あらゆる様々な反応物が公知
である。本発明で使用されるポリイソシアネートプレポ
リマーに適している有機ポリイソシアネート類は、下記
の特性を有す:密かつ対称構造の芳香族化合物、もしく
はトランス−又はトランス、トランス−の幾何配置の脂
肪族化合物で、得られたエラストマーの相分離が改善さ
れ、かつ該配合物中の触媒類の必要性を排除するような
アミン基との高い反応性があり、これは他方で高温での
生じたエラストマーの加硫戻りを促進する。このポリイ
ソシアネートプレポリマーの調製のための出発成分とし
て有用なポリイソシアネートは、PPDI、1,5−ナフタレ
ンジイソシアネート(NDI)、及び2,6−トルエンジイソ
シアネート(2,6−TDI)のような、密で対称の芳香族ジ
イソシアネート類を含むが、これに限定されるものでは
ない。更に、このポリイソシアネートプレポリマー類の
調製のための出発成分として有用なポリイソシアネート
は、トランス−又はトランス、トランス−の幾何立体配
置を伴う環状脂肪族ジイソシアネート類を含む。これら
の異性体は、一般に純粋であり、すなわちこれらは実質
的にシス−配置の異性体が存在せず、従って、一旦硬化
されると良好な相分離を促進する。これらは、t−CHD
I、及びトランス、トランス−4,4′−ジシクロヘキシル
メチルジイソシアネート(t,t−HMDI)を含むが、これ
らに限定されるものではない。
本発明で使用されるポリイソシアネートプレポリマー
に有用なポリオールは、同じく一般に当該技術分野にお
いて公知である。適当なポリオール類は、150℃まで酸
化されず、及びポリエステルポリオール及びポリカーボ
ネートポリオールを含むが、これらに限定されるもので
はない。ポリエーテルポリオールは、150℃で非常に酸
化されやすいので、本発明には適していない。ポリチオ
エーテルポリオールは、マクロラジカルなカップリング
を受けやすいエラストマー類を生じ、その結果150℃で
脆化するので、本発明には適していない。これは、150
℃で激しい水素引抜を受け、かつ2個のポリチオエーテ
ル軟セグメント間でカップリングを惹起する、イオウ原
子に隣接するメチレンプロトンの存在のためである。
本発明で使用されるポリエステルポリオールは、多価
アルコール、好ましくは2価アルコールで、任意に3価
アルコールを加えたもの、及び多塩基酸、好ましくは2
塩基カルボン酸との反応生成物を含むが、これらに限定
されるものではない。低級アルコールの対応するポリカ
ルボン酸無水物又は対応するポリカルボン酸エステル、
もしくはそれらの混合物は、ポリエステルの調製のため
に、それらの遊離ポリカルボン酸相当部よりも好まし
い。これらのポリカルボン酸は、実在の脂肪族、環状脂
肪族、及び/又は芳香族であってよい。以下に例を挙げ
るが限定するものではない:コハク酸、アジピン酸、ス
ベリン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、トリ
メリト酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、
無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラクロロフタル
酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水エ
ンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水グルタル酸、
フマル酸、二量体及び三量体の脂肪酸、任意単量体脂肪
酸と混合されたもの、ジメチルテトラフタル酸及びテレ
フタル酸−ビス−グリコールエステルである。このよう
なポリエステルの生成での使用に適した多価アルコール
は、下記を含むが、これに限定されるものではない:エ
チレングリコール、1,2−及び1,3−プロピレングリコー
ル、1,4−及び2,3−ブチレングリコール、1,6−ヘキサ
ンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジ
オール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサ
ンジメタノール、又は1,4−ビス−ヒドロキシメチルシ
クロヘキサン、2−メチル−1,3−プロパンジオール、
グリセロール、トリメチロールプロパン、1,2,6−ヘキ
サントリオール、1,2,4−ブタントリオール、トリメチ
ロールエタン、及びそれらの混合物である。δ−カプロ
ラクトンのようなラクトンのポリエステル、及びω−ヒ
ドロキシカプロン酸のようなヒドロキシカルボン酸も、
使用することができる。
適当なポリカーボネートポリオールが公知であり、か
つ例えば1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオー
ル、1,6−ヘキサンジオール、1,10−デカンジオール、
ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリ
エチレングリコール又はテトラエチレングリコール、及
びそれらの混合物のようなジオール類の、例えばジフェ
ニルカーボネート、ジエチルカーボネートのようなジア
ルキルカーボネートのような、ジアリールカーボネート
類、又はホスゲンとの反応によって調製することができ
る。
好ましいポリオールは、分子量約500〜約3000であ
る、ポリカーボネートポリオール及びポリエステルポリ
オール、もしくはこれらのポリオールの混合物である。
より好ましいポリオールは、分子量約500〜約3000であ
る、ポリ(ヘキサメチレンカーボネート)ジオール、ポ
リカプロラクトンジオール、及びポリ(ヘキサメチレン
アジペート)ジオールである。最も好ましいポリオール
は、分子量約1500〜約2500である、ポリ(ヘキサメチレ
ンカーボネート)ジオール、ポリカプロラクトンジオー
ル、及びポリ(ヘキサメチレンアジペート)ジオールで
ある。これらのポリオールは、本発明に有用なポリイソ
シアネートプレポリマーを生成するために、ジイソシア
ネートとの反応前に、含水量が約0.03重量%未満、より
好ましくは約0.015重量%に乾燥する。
ジアミン連鎖延長剤の使用は、それらの融点がより高
いために、通常はジオール連鎖延長剤よりも加工がより
困難であるが、これは、それらのウレタン相当部よりも
安定であるような尿素結合により、熱安定性により貢献
する。本発明において有用な好ましいジアミン連鎖延長
剤は、下記の3種の特徴を有す:得られるエラストマー
類の相分離を改善するための対称構造を示し;硬質セグ
メントの結晶化のための置換基が存在し、かつ概して得
られるエラストマーの相分離が遅れない場合には、芳香
環上に嵩のない(non−bulky)置換基があり;並びにイ
ソシアネート基との好ましい反応性があり、従って該配
合物中に触媒の必要性がないことである。1級ジアミン
連鎖延長剤が、好ましい反応性のために使用される。
本発明において有用な対称な1級ジアミン連鎖延長剤
は、触媒の必要が無く、迅速にポリイソシアネートプレ
ポリマーとの反応が可能なものである。更に、これらの
連鎖延長剤は、本発明で生じるエラストマーの優れた動
的性能に、独特な貢献をもたらさなければならない。本
発明において有用な連鎖延長剤の対称性は、相分離の向
上をもたらし、その結果動的用途における最終のポリウ
レタン/尿素エラストマーの熱安定性を増大する。適当
な1級ジアミン連鎖延長剤は、分子量約90〜約500であ
る、対称な芳香族アミン類、及びそれらの混合物を含む
が、これに限定されるものではない。例としては:1,4−
フェニレンジアミン、2,6−ジアミノトルエン、1,5−ナ
フタレンジアミン、4,4′−ジアミノジフェニルメタ
ン、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノジフェニルメタ
ン、1−メチル−3,5−ビス(メチルチオ)−2,6−ジア
ミノベンゼン、1−メチル3,5′−ジエチル−2,6−ジア
ミノベンゼン、4,4′−メチレン−ビス−(3−クロロ
−2,6−ジエチルアニリン)、4,4′−メチレン−ビス−
(オルト−クロロアニリン)、4,4′−メチレン−ビス
−(2,3−ジクロロアニリン)、トリメチレングリコー
ルジ−パラ−アミノベンゾエート、4,4′−メチレン−
ビス−(2,6−ジエチルアニリン)、4,4′−メチレン−
ビス−(2,6−ジイソプロピルアニリン)、4,4′−メチ
レン−ビス−(2−メチル−6−イソプロピルアニリ
ン)、4,4′−ジアミノジフェニルスルホンなどであ
る。
前述の対称な芳香族1級ジアミン連鎖延長剤は、硬さ
のようなエラストマー特性を変えるために、任意に約25
重量%までの2級ジアミン連鎖延長剤と組み合わせるこ
とができる。芳香族2級ジアミン連鎖延長剤の適当な例
は、分子量が約150〜約500であり、かつN,N′−ジ−sec
−ブチル−アミノベンゼン及びN,N′−ジ−sec−ブチル
−アミノ−ジフェニルメタンを含むが、これらに限定さ
れるものではない。
同じく、対称な芳香族1級ジアミン連鎖延長剤は、混
合比、加工温度、柔軟性などのような方法及び生成物の
特性を変更するために、前述のかつ該プレポリマーに含
有される1種以上のポリオールと組み合わせることがで
きる。これらの長鎖のポリオールは、連鎖延長剤として
は作用しないが、該エラストマー中の硬質セグメントの
量を低下し、その結果硬さを減少する。このことは、一
部の用途においては望ましい。対称な1級ジアミン連鎖
延長剤に対するポリオールの適した重量比は、約30:70
〜約60:40であり、より好ましくは約40:60〜約50:50で
ある。
脂肪族のみならず芳香族の短鎖のヒドロキシ化合物
も、得られるエラストマーにおける高温でのウレタン結
合の不安定性、及び高温での用途におけるそれらの不適
当な動的特性のために、本発明の連鎖延長剤として適し
ていない。
ポリイソシアネート及び1種のポリオール又はポリオ
ール混合物の反応を通じての、ポリイソシアネートプレ
ポリマーの調製は、当該技術分野において公知である。
この添加の順番の一般的選択基準は、オリゴマーの量を
最低にすること、他方粘度が高いプレポリマーの形での
加工困難性を引き起こすことである。ポリイソシアネー
トプレポリマーを調製するための添加の順番の選択にお
いては、他の因子も考慮されなければならない。例え
ば、該ポリオール成分が、液体PPPDIにその融点95℃以
上で、添加される場合には、高度のPPDIの二量体化及び
昇華が生じることは公知である。下記の実施例におい
て、PPDIをポリオールに添加したPPDIをベースにしたプ
レポリマーの合成を除いて、あらゆるポリオールは、ポ
リイソシアネートに添加した。必要であるならば、塩化
ベンゾイルのような少量の安定剤を、調製時に、ポリイ
ソシアネートプレポリマーに添加することができる。NC
O/OHの理論比として表わされるポリイソシアネートのポ
リオールに対する好ましい混合比は、約1.8:1から約2.
4:1であり、かつPPDIをベースにしたプレポリマーにつ
いては、より好ましくは約2:1であり、かつt,t−HMDIを
ベースにしたプレポリマーについては、より好ましくは
約2.2:1である。ジイソシアネート及びポリオールの反
応は、好ましくは、約3時間〜約10時間、更に好ましく
は約5〜約6時間で行う。本発明で有用なポリイソシア
ネートプレポリマーは、およそ2〜12重量%NCOのイソ
シアネート基含有率を有し、これはより好ましくは3〜
7重量%NCOであり、かつ最も好ましくは3.4〜4.0重量
%NCOである。
本発明のポリイソシアネートプレポリマーは、ポリウ
レタン/尿素の技術分野において公知であるように、連
鎖延長剤との、標準的成形法によって反応することがで
きる。本発明のポリウレタン/尿素エラストマーは、ア
ミン又はアミン/ヒドロキシに対するイソシアネートの
当量比が、約0.95:1から約1.2:1であり、より好ましく
は約1.05:1から約1.1:1である。
本発明のポリウレタン/尿素エラストマーには、顔
料、着色剤、帯電防止剤などの添加剤を、ベルト製造の
適当な段階で、混合することができる。
更に本発明を、下記の実施例によって詳細に説明する
が、これは限定を意図するものではなく、これらの実施
例においては、部及びパーセントは、特に言及しない限
りは、全て重量についてのものである。分子量は、“数
平均”分子量である。
PPDIをベースにしたプレポリマーの合成 表1〜4の適当な実施例に記載されたように、各ポリ
オール又はポリオール混合物1400部を、機械的攪拌機及
び減圧装置(vacuum source)を装備した反応器の中
で、90℃に維持し、かつ含水率が約0.03%未満、好まし
くは約0.015%になるように乾燥した。その後温度を下
げ、70℃に保った。この滞留工程において、PPDIを448
部、高速で攪拌している前述の容器に、一度に添加し
た。この反応器の中の混合物を、70℃で、5時間反応さ
せた後、NCO滴定を行い、この反応の完了を確認した。
t,t−HMDIをベースにしたプレポリマーの合成 表2の実施例9に記載されたポリオール混合物1400部
を、機械的攪拌機及び減圧装置を装備した反応器の中
で、90℃に維持し、かつ含水率が約0.015%になるよう
に乾燥した。機械的攪拌機及び窒素ガスシールを装備し
た別の反応器に、ミルズ(Miles)社から入手したt,t−
HMDI、395.7部を添加し、90℃で融解した。この反応器
に、前述の乾燥したポリオール混合物を、反応熱を最小
にするために攪拌しながら、徐々に添加した。この反応
器の内容物を、90℃で、8時間反応させた後、NCO滴定
を行い、この反応の完了を確認した。
80:20 TDIをベースにしたプレポリマーの合成 表4の実施例19に記載されたポリオール混合物1089部
を、機械的攪拌機及び減圧装置を装備した反応器の中
で、90℃に維持し、かつ含水率が約0.015%になるよう
に乾燥した。その後この乾燥したポリオール混合物を60
℃に保った。機械的攪拌機及び窒素ガスシールを装備し
た別の反応器に、ミルズ社から入手した、商品名がモン
ジュール(Mondur)T−80である、2,4−及び2,6−TDI
の重量比が80:20である混合物335.5部を、室温で添加し
た。この反応器に、前述のポリオール混合物を、反応熱
を最小にするために攪拌しながら、徐々に添加した。こ
の反応器の内容物を、80℃で、10時間反応させた後、NC
O滴定を行い、この反応の完了を確認した。
MDIをベースにしたプレポリマーの合成 表4の実施例20に記載されたポリオール混合物1111部
を、機械的攪拌機及び減圧装置を装備した反応器の中
で、90℃に維持し、かつ含水率が約0.015%になるよう
に乾燥した。その後この乾燥したポリオール混合物を60
℃に保った。機械的攪拌機及び窒素ガスシールを装備し
た別の反応器に、ダウケミカル社から入手した、商品名
がイソネート(Isonata)125Mである、4,4′−MDIの22
0.4部を添加し、かつMDIが融解する50℃に加熱した。そ
の後、この反応器に、60℃で、前述のポリオール混合物
を、反応熱を最小にするために攪拌しながら、徐々に添
加した。この反応器の内容物を、70℃で、6時間反応さ
せた後、NCO滴定を行い、この反応の完了を確認した。
ポリウレタン/尿素エラストマー調製 前述のポリイソシアネートプレポリマーは、t,t−HMD
Iをベースにしたプレポリマーを除いて全て、ガス抜き
し、かつ80〜90℃に保った。t,t−HMDIをベースにした
プレポリマーは、ガス抜きし、かつ120〜130℃に保っ
た。その後、プレポリマーは全て、対称な芳香族1級ジ
アミン連鎖延長剤、対称な芳香族1級ジアミン連鎖延長
剤及び芳香族2級ジアミン連鎖延長剤の混合物、もしく
は対称な芳香族1級ジアミン連鎖延長剤及びこの項で説
明したポリオール類の混合物のいずれかと、各々の融点
以上で混合し、かつ硬化し、あらかじめ85℃に加熱し
た、8インチ×8インチ×0.080インチ(20.32cm×20.3
2cm×0.2032cm)の型の中に、対応するポリウレタン/
尿素エラストマーを得た。これらのエラストマー標本
は、30〜60分以内に離型し、次に100℃で24時間、後硬
化した。
ポリウレタン/尿素エラストマー試験 前述のポリウレタン/尿素エラストマー標本は、硬度
(米国工業規格(ASTM)D−2240)、老化した及びして
いない標本のモジュラス(ASTM D−412)、及び低温柔
軟性(ゲーマン(Gehman)試験、ASTM D−1053、及びタ
イナスオルソン(Tinus Olson)脆化点(TOBP)ASTM D
−2137A)について試験した。モジュラス試験のための
これらの標本の老化は、これらの標本を、140〜150℃で
2週間加熱して行った。
下記に、表1〜4の実施例に含まれたポリオールを記
す: ・PHC2000=ポリ(ヘキサメチレンカーボネート)ジオ
ールで、分子量は2000で、ミルズ社から商品名バルコラ
ン(Vulkollan)2020Eで、もしくは日本ポリウレタン工
業社から商品名ニポラン(Nippollan)980Rで市販され
ている。
・PCL2000=ポリカプロラクトンジオールであり、分子
量は2000で、ユニオンカーバイド社から商品名トーン
(Tone)0240で市販されている。
・PHA2000=ポリ(ヘキサメチルアジペート)ジオール
であり、分子量は2000で、イノレックスケミカル(Inol
ex Chemical)社から商品名レクソレッツ(Lexorez)11
30−55で市販されている。
・PHC1000=ポリ(ヘキサメチレンカーボネート)ジオ
ールであり、分子量は1000で、日本ポリウレタン工業社
から商品名ニポラン981Rで市販されている。
・PCL1250=ポリカプロラクトンジオールであり、分子
量1250で、ユニオンカーバイド社から商品名トーン0230
で市販されている。
表1〜4の実施例に含まれた連鎖延長剤を下記に示
す: ・TGDBA=トリメチレングリコールジ−パラ−アミノベ
ンゾエート ・MCDEA=4,4′−メチレン−ビス−(3−クロロ−2,6
−ジエチルアニリン) ・MOCA=4,4′−メチレン−ビス−(オルト−クロロア
ニリン) ・MDCA=4,4′−メチレン−ビス−(2,3−ジクロロアニ
リン) ・MDEA=4,4′−メチレン−ビス−(2,6−ジエチルアニ
リン) ・DBADM=N,N′−ジ−sec−ブチル−アミノ−ジフェニ
ルメタン ・DMTDA=3,5−ジメチルチオトルエン−(2,4又は2,6)
−ジアミン ・MMA=メチレン−ビス−メチルアントラニレート 表1〜2の実施例1〜9は、ポリ(ヘキサメチレンカ
ーボネート)ジオール、ポリカプロラクトンジオール、
ポリ(ヘキサメチレンアジペート)ジオール又はそれら
の混合物、PPDI及びt,t−HMDI、並びにTGDAB、MCDEA、M
OCA、MDCA及びMDEAのような対称の芳香族1級ジアミン
類から調製された本発明のポリウレタン/尿素エラスト
マーは、140〜150℃の高温熱安定性及び−35〜−40℃の
低温での可撓性を示すことを詳細に説明している。ポリ
(ヘキサメチレンカーボネート)ジオールは、低い温度
靱性(toughness)を示す。ポリカプロラクトンジオー
ル又はポリ(ヘキサメチレンアジペート)ジオールは、
ポリ(ヘキサメチレンカーボネート)ジオールと混合し
た場合に、低温可撓性を示し、かつプレポリマーの粘度
を低下する。対称で芳香族1級ジアミン連鎖延長剤のい
ずれかと共に、密で対称のPPDI、又はトランス、トラン
ス幾何立体配置したt,t−HMDIを使用すると、生じるポ
リウレタン/尿素エラストマーの相分離を激しく促進
し、これは次に低温可撓性に加え、高温安定性を増強す
る。これらの良く相分離されたエラストマー類も、ベル
トのような動的用途に適した、高い耐薬品性、耐屈曲亀
裂性、及び低いヒステリシスを示す。
表3の実施例12〜16は、他の所望の特性に著しく影響
を及ぼすことなく、硬度のような特定のエラストマー特
性を適応させるために、TGDABのような対称の1級ジア
ミン連鎖延長剤と共に、DBDAMのような嵩高の2級ジア
ミンを約25重量%まで使用し、共硬化(co−curative)
することができることを示している。
表2の実施例10〜11は、本発明のポリイソシアネート
プレポリマーの生成に使用される長鎖ポリオール類の約
60重量%を、対称の芳香族1級ジアミン連鎖延長剤と共
に使用して、他の所望の特性に著しく影響を及ぼすこと
なく、硬度のようは物理特性を調節することができるこ
とも示している。これらのポリオール類は、これらの配
合では、連鎖延長剤としては作用せず;それらの長鎖
は、本発明のポリウレタン/尿素エラストマーの軟質セ
グメントを延長する。
表4の実施例17〜20は、非対称のDMTDA、嵩高のMMA、
及び80:20のTDI及びMDIは、得られるポリウレタン/尿
素エラストマーの高温での熱安定性が劣り、かつ低温可
撓性が不適当であるために、本発明には適さないことを
立証している。
本発明のポリウレタン/尿素エラストマーは、前述の
成分の反応によって生成された硬質及び軟質セグメント
の組合わせである。これらの成分は、相分離を促進し、
触媒及び酸化防止剤の必要性を排除し、従って熱安定性
を増大し、かつ最終のエラストマー組成物の高温及び低
温での動的性能を改善するように選択される。
本発明は、説明のために先に詳細に記載されている
が、このような詳細は、単に説明を目的とするのみであ
って、下記のクレームによって限定されることを以外
は、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、当業者
によって変更を行うことができると理解される。本願明
細書において詳細に明らかにされた本発明は、ここにお
いて具体的に記載されていないあらゆる要素が存在しな
い状態で、適切に実行されうる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スタンプ ジェームズ アール アメリカ合衆国 ケンタッキー州 42701 エリザベスタウン チェスナッ ト ストリート 312 (56)参考文献 特開 平5−44784(JP,A) 特表 平5−506060(JP,A) 特表 平4−506226(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29D 29/00 - 29/10 C08G 18/42,18/66

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】動的用途において、約140℃までの高温耐
    熱性及び約−35℃までの低温耐熱性を有することを特徴
    とする、固形ポリウレタン/尿素エラストマー組成物
    (12)から形成された、使用時に動的荷重を受ける自動
    車用動力伝達ベルト(10,26,32)であって、下記の反応
    生成物を含有するベルト: (a)下記の反応によって調製された、ポリイソシアネ
    ートプレポリマー組成物; (i)下記からなる群から選択されたジイソシアネー
    ト; (A)対称構造を有する芳香族ジイソシアネート、及び (B)トランス−又はトランス、トランス−幾何構造を
    有する、環状脂肪族ジイソシアネート;と共に (ii)約150℃未満で実質的に酸化部分を有さない、下
    記からなる群から選択された、ポリオール; (A)ポリカーボネートポリオール、 (B)ポリエステルポリオール、及び (C)前記ポリカーボネートポリオール及び前記ポリエ
    ステルポリオールの混合物、並びに (b)下記からなる群から選択された連鎖延長剤; (i)芳香族対称1級ジアミン連鎖延長剤、 (ii)前記芳香族1級ジアミン連鎖延長剤及び芳香族2
    級連鎖延長剤の混合物、及び (iii)前記芳香族1級ジアミン連鎖延長剤及び前記ポ
    リオールの混合物。
  2. 【請求項2】前記ポリウレタン/尿素エラストマー組成
    物が、イソシアネートのアミン又はアミン/ヒドロキシ
    に対する当量比、約0.95:1から約1.20:1を有し、かつ前
    記ポリイソシアネートプレポリマー組成物のイソシアネ
    ート基含有率が、約2〜約12重量%である、請求の範囲
    第1項記載のベルト。
  3. 【請求項3】前記ポリイソシアネートプレポリマー組成
    物におけるイソシアネート基含有率が、約3〜約7重量
    %である、請求の範囲第1項記載のベルト。
  4. 【請求項4】前記ポリオールが、水を約0.03重量%未満
    含有する、請求の範囲第1項記載のベルト。
  5. 【請求項5】前記ポリカーボネートポリオールが、ポリ
    (ヘキサメチレンカーボネート)ジオールであり、かつ
    分子量が約500〜約3000である、請求の範囲第1項記載
    のベルト。
  6. 【請求項6】前記ポリエステルポリオールが、ポリカプ
    ロラクトンジオールであり、かつ分子量が約500〜約300
    0である、請求の範囲第1項記載のベルト。
  7. 【請求項7】前記芳香族の対称な1級ジアミン連鎖延長
    剤が、下記からなる群から選択される、請求の範囲第1
    項記載のベルト。 (a)4,4′−メチレン−ビス−(3−クロロ−2,6−ジ
    エチルアニリン)、 (b)4,4′−メチレン−ビス−(オルト−クロロアニ
    リン)、 (c)4,4′−メチレン−ビス−(2,3−ジクロロアニリ
    ン)、 (d)トリメチレングリコールジ−パラ−アミノベンゾ
    エート、 (e)4,4′−メチレン−ビス−(2,6−ジエチレンアニ
    リン)、 (f)4,4′−メチレン−ビス−(2,6−ジイソプロピル
    アニリン)、 (g)4,4′−メチレン−ビス−(2−メチル−6−イ
    ソプロピルアニリン)、及び (h)前述の対称な1級ジアミン連鎖延長剤の2種以上
    の混合物。
  8. 【請求項8】前述の固形ポリウレタン/尿素エラストマ
    ーで形成されたベルト本体部分(12)、該本体部分に配
    置された引張部材(22)、及び該本体部分と一体化して
    いる溝車接触部分(24,14)を具備する、請求の範囲第
    1項記載のベルト(10,26,32)。
  9. 【請求項9】動的用途において、約140℃までの高温耐
    熱性及び約−35℃までの低温耐熱性を有することを特徴
    とする、固形ポリウレタン/尿素エラストマー組成物
    (12)から形成された、使用時に動的荷重を受けるベル
    ト(10,26,32)であって、下記の反応生成物を含有する
    ベルト: (a)下記の反応によって調製された、ポリイソシアネ
    ートプレポリマー組成物; (i)下記からなる群から選択されたジイソシアネー
    ト; (A)パラ−フェニレンジイソシアネート、 (B)2,6−トルエンジイソシアネート、 (C)トランス−1,4−シクロヘキサンジイソシアネー
    ト、及び (D)トランス、トランス−4,4′−ジシクロヘキシル
    メチルジイソシアネート;と共に (ii)約150℃未満で実質的に酸化部分を有さない、下
    記からなる群から選択された、ポリオール; (A)ポリカーボネートポリオール、 (B)ポリエステルポリオール、及び (C)前記ポリカーボネートポリオール及び前記ポリエ
    ステルポリオールの混合物、並びに (b)下記からなる群から選択された連鎖延長剤; (i)芳香族対称1級ジアミン連鎖延長剤、 (ii)前記芳香族1級ジアミン連鎖延長剤及び芳香族2
    級連鎖延長剤の混合物、及び (iii)前記芳香族1級ジアミン連鎖延長剤及び前記ポ
    リオールの混合物。
  10. 【請求項10】前記ポリイソシアネートプレポリマー組
    成物を、 (i)パラ−フェニレンジイソシアネート、と (ii)ポリ(ヘキサメチレンカーボネート)ジオール及
    びポリカプロラクトンジオールの混合物とを反応させる
    ことによって調製し、このポリイソシアネートプレポリ
    マーをトリメチレングリコールジ−パラ−アミノベンゾ
    エートと反応させる請求の範囲第9項記載のベルト。
  11. 【請求項11】下記の工程を含む、ポリウレタン/尿素
    エラストマーから製造された本体部分(12)を備える自
    動車用動力伝達ベルト(10,26,32)の製造法。 (a)反応器に、約150℃未満で実質的に酸化部分を有
    さず、かつポリカーボネートポリオール、ポリエステル
    ポリオール、及びそれらの混合物から選択されたポリオ
    ールを供給する工程; (b)前記ポリオールを乾燥する工程; (c)前記ポリオールに、対称構造の芳香族ジイソシア
    ネート、及びトランス−又はトランス、トランス−の幾
    何構造を有する環状脂肪族ジイソシアネートからなる群
    から選択されたジイソシアネートを添加する工程; (d)前記ジイソシアネート及び前記ポリオールを、約
    60〜約80℃で、約3〜約10時間反応させ、イソシアネー
    ト基の含有率が約2〜約12重量%であるポリイソシアネ
    ートプレポリマーを生成する工程; (e)前記ポリイソシアネートプレポリマー、並びに芳
    香族対称1級ジアミン、前記芳香族1級ジアミン及び芳
    香族2級連鎖延長剤の混合物、並びに前記芳香族1級ジ
    アミン連鎖延長剤及び前記ポリオールの混合物からなる
    群から選択された連鎖延長剤との混合物を調製する工
    程; (f)前記混合物を、ベルト形成型に充填する工程; (g)前記混合物を重合する工程; (h)前記固形ポリウレタン/尿素エラストマーベルト
    を離型する工程;及び (i)前記固形ポリウレタン/尿素エラストマーを、重
    合が実質的に完了するまで、後硬化する工程。
  12. 【請求項12】前記ポリウレタン/尿素エラストマー
    が、実質的に触媒の不存在下で調製される、請求の範囲
    第11項記載の方法。
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