JP3341266B2 - ポリウレタン系エラストマー形成性組成物の製造方法 - Google Patents

ポリウレタン系エラストマー形成性組成物の製造方法

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JP3341266B2 JP09371993A JP9371993A JP3341266B2 JP 3341266 B2 JP3341266 B2 JP 3341266B2 JP 09371993 A JP09371993 A JP 09371993A JP 9371993 A JP9371993 A JP 9371993A JP 3341266 B2 JP3341266 B2 JP 3341266B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリウレタン系エラス
トマー形成性組成物の製造方法に関する。更に詳しく
は、ポリウレタン系シール剤及び結束剤等に使用される
ポリウレタン系エラストマー形成性組成物の製造方法
関するものである
【0002】
【従来の技術】ポリウレタンは、工業的には有機ポリイ
ソシアネートとポリエステル構造のポリオール、又はポ
リエーテル構造のポリオールとを反応させて得られる主
鎖の繰返し単位に−NHCOO−を有する高分子化合物
であって、原料の組合せによってポリウレタンフォー
ム、ポリウレタンゴム、接着剤、繊維、塗料等幅広い用
途がある。
【0003】例えば、電気用シール剤及び中空繊維分離
膜を用いた医療用、工業用流体分離装置の中空繊維結束
剤においては、主剤(ポリイソシアネート)として、ト
リレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタン
ジイソシアネート(MDI)のような芳香族イソシアネ
ート、もしくは、ヘキサメチレンジイソシアネート(H
DI)、水添MDI、イソホロンジイソシアネート(I
PDI)等の非芳香族イソシアネートを、ヒマシ油、ア
ルコール変性ヒマシ油等のヒマシ油系ポリオール、ある
いは、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコ
ール等のポリエーテルポリオールと反応させたプレポリ
マーが使用され、硬化剤(活性水素含有化合物)とし
て、ヒマシ油、アルコール変性ヒマシ油等のヒマシ油系
ポリオール、あるいはポリプロピレングリコール、ポリ
エチレングリコール等が使用されている。
【0004】これらシール剤及び結束剤においては、低
温で硬化の早い低粘度システムも研究されており、作業
性、成形性での問題は少なくなりつつある。しかし物性
面では弾性、強度等が低く、耐久性の点で劣ることか
ら、用途が限定されている。
【0005】一方、製紙・製鉄・印刷等の工業用ロー
ル、紙送りロール、クリーニングブレード等のOA機器
部品用の2液性ポリウレタンにおいては、前記芳香族あ
るいは非芳香族イソシアネートとポリエチレンアジペー
ト、ポリブチレンアジペート等のポリエステルポリオー
ル、又は、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポ
リプロピレングリコール等のポリエーテルポリオールを
反応させたプレポリマーが使用され、硬化剤(活性水素
含有化合物)として、4,4′−メチンビス(2−クロ
ロアニリン)、4,4′−メチレンジアニリン等の芳香
族アミン、又は、1,4−ブタンジオール、トリメチロ
ールプロパン等の脂肪族グリコールと反応硬化させるこ
とにより、高弾性、高物性樹脂が得られることから広く
産業分野で利用されている。
【0006】しかしながら、これらのシステムは、低温
での反応性が低く、高物性を得るには100℃以上の加
熱硬化が必要とされる。更に、ポリイソシアネートとポ
リオールによるプレポリマーは粘度が高く、微細な箇所
への注型が困難である。
【0007】更に、低温にて硬化性を速める手段とし
て、Sn、Pb、Zn、Cd等の重金属触媒、あるい
は、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン等のアミ
ン触媒の添加も行われるが、失活により反応性が不安定
となる可能性があるとともに、医療用途においては、体
液中に溶出し生体に悪影響を及ぼす恐れがある等の問題
点がある。更に従来の樹脂は、高度が高すぎて、脆い等
の欠点がありその改善が要望されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のポリ
ウレタン系シール剤及び結束剤の欠点、すなわち高弾性
・高物性で反応性が速く生産性の良好なものを得るに
は、樹脂の粘度が高めになること、加熱硬化が必要とな
ること、逆に低温で硬化が速いものは、低物性で用途が
限定され、更には、溶出度が多くなり生体適合性がない
こと、樹脂の硬度が高すぎて脆いこと等を改良すること
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、従来の欠
点を改良するため鋭意研究検討を重ねた結果、ポリイソ
シアネートとして、HDI、ポリオール及び三量化触媒
の存在下で、反応して得たイソシアヌレート変性体
(A)、及びジフェニルメタンジイソシアネート(MD
I)又はカルボジイミド変性MDIのNCO基末端プレ
ポリマー(B)を併用することにより改善できることを
見出し本発明に至った。
【0010】即ち、本発明は、ポリイソシアネートと硬
化剤とからなるポリウレタン系エラストマー形成性組成
の製造方法において、該ポリイソシアネートがヘキサ
メチレンジイソシアネート、分子量62〜3000、官
能基数2〜3のポリオール(E)及び三量化触媒の存在
下で、ウレタン化反応と三量化反応を同時に行って得ら
れるウレタン結合とイソシアヌレート環構造を有するヘ
キサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート変性
体(A)、及びジフェニルメタンジイソシアネート(M
DI)又はカルボジイミド変性MDIのNCO基末端プ
レポリマー(B)とを混合して得られるものであり、該
硬化剤として、アミン系ポリオール(C)及び/又はア
ミン系以外のポリオール(D)からなることを特徴とす
るポリウレタン系エラストマー形成性組成物の製造方法
に関するものである。
【0011】
【0012】本発明に使用することのできるポリイソシ
アネートは、HDI、ポリオール(E)及び触媒の存在
下で反応して得られる分子中にウレタン結合とイソシア
ヌレート環構造を有するHDIのイソシアヌレート変性
体〔以下HDIの変性体(A)という〕、及びジフェニ
ルメタンジイソシアネート(MDI)又はカルボジイミ
ド変性MDIのNCO基末端プレポリマー(B)とから
なるものである。HDI変性体(A)は、HDIの反応
前の全NCO基の一部(15重量%以下)がウレタン結
合を有するものである。HDI変性体(A)を得るため
の分子量62〜3000、官能基数2〜3のポリオール
(E)としては、2官能のポリオールは、例えば、エチ
レングリコール、ジエチレングリコール(DEG)、
1,3−ブタンジオール(1,3−BD)、1,4−ブ
タンジオール(1,4−BD)、プロピレングリコー
ル、ジプロピレングリコール(DPG)、ネオペンチル
グリコール(NPG)、1,6−ヘキサンジオール
(1,6−HD)等のジオールや2価のポリエステルポ
リオール、又はポリエーテルポリオール等が挙げられ
る。3官能のポリオールは、例えば、グリセリン、トリ
メチロールエタン、トリメチロールプロパン(TMP)
等のトリオールや3価のポリエーテルポリオール等が挙
げられる。更に2官能以上のポリエステルポリオールが
挙げられる。これらポリオールは1種又は2種以上の混
合物として使用することができる。これらポリオールの
好ましい分子量は62〜2000である。
【0013】HDIの変性体(A)中のウレタン結合
は、反応開始前の全イソシアネート基の15重量%以下
である。15重量%以上になると、その後生成するイソ
シアヌレート環構造の特長を十分発揮することができな
い。好ましくは10重量%以下である。
【0014】HDIの変性体(A)を得るために用いら
れる三量化触媒(以下触媒と略す)としては、一般式
n2n+1COOH で示される有機酸のカリウム又は
ナトリウム塩で、単独使用又は併用し、必要に応じて助
触媒をも併用し、100℃以下で反応を行なうことがで
きる。使用できる触媒としては、プロピオン酸、酪酸、
吉草酸、カプロン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、ペラル
ゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸及びこれらの分岐脂
肪酸のカリウム又はナトリウム塩が挙げられる。
【0015】これらの触媒と同時に、フェノール性ヒド
ロキシ化合物、アルコール性ヒドロキシ化合物を助触媒
として用いると反応は更に容易に進行する。この様なH
DIのウレタン化とイソシアヌレート化反応は、反応中
のNCO含有率を測定することにより、反応の進行を知
ることができる。HDIの変性体(A)のNCO含量
は、16.5〜23.5重量%である。
【0016】本発明のポリイソシアネートに用いられる
ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)又はカル
ボジイミド変性MDIのNCO基末端プレポリマー
(B)は、NCO基と活性水素基とを反応させて得られ
るもので、NCO基を有するMDI、あるいはMDIの
一部をビウレット、アロファネート、カルボジイミド、
オキサゾリドン、アミド、イミド等に変性したものを用
いる。
【0017】プレポリマーを得るための活性水素基を有
する化合物としては、低分子ポリオール、ポリエーテル
系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、アミン系ポ
リオール、ヒマシ油系ポリオール等が挙げられる。これ
らは単独、又は2種以上の混合物として使用することが
できる。低分子ポリオールとしては、2価のもの例え
ば、エチレングリコール、DEG、プロピレングリコー
ル、1,4−BD、1,6−HD、DPG、NPG、水
添ビスフェノールA等、3価以上のもの(3〜8価のも
の)例えばグリセリン、TMP、ヘキサントリオール、
ペンタエリスリトール、ソルビトール、シュークローズ
等が挙げられる。低分子ポリオールの分子量は62〜5
00のものが使用される。
【0018】ポリエーテルポリオールとしては、上記低
分子ポリオールのアルキレンオキサイド(炭素数2〜4
のアルキレンオキシド例えば、エチレンオキシド、プロ
ピレンオキシド、ブチレンオキシド)付加物及びアルキ
レンオキシドの開環重合物が挙げられ、具体的にはポリ
エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリ
テトラメチレンエーテルグリコールが含まれる。ポリエ
ーテルポリオールの分子量は400〜3000のものが
使用される。好ましくは、500〜2500である。
【0019】ポリエステル系ポリオールとしては、ポリ
エステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール及
びポリエーテルエステルポリオール等がある。ポリエス
テルポリオールは、カルボン酸(脂肪族飽和又は不飽和
カルボン酸例えば、アジピン酸、アゼライン酸、ドデカ
ン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、二量化リノ
ール酸及び/又は芳香族ポリカルボン酸例えばフタル
酸、イソフタル酸)とポリオール(上記低分子ポリオー
ル及び/又はポリエーテルポリオール)との縮合重合に
より得ることができる。このようなポリオールの分子量
は400〜5000である。好ましくは500〜300
0である。
【0020】ポリカプロラクトンポリオールは、グリコ
ール類やトリオール類の重合開始剤に、ε−カプロラク
トン、α−メチル−ε−カプロラクトン、ε−メチル−
ε−カプロラクトン等を有機金属化合物、金属キレート
化合物、脂肪酸金属アシル化物等の存在下で付加重合に
より得られる。このようなラクトンポリオールの分子量
は、400〜3000である。ポリエーテルエステルポ
リオールは、末端にカルボキシル基及び/又はOH基を
有するポリエステルにアルキレンオキシギ例えば、エチ
レンオキシド、プロピレンオキシド等を付加反応させて
得られる。ポリエステル系ポリオールの当量は200〜
1500である。
【0021】アミン系ポリオールとしては、テトラキス
ヒドロキシエチルエチレンジアミン、テトラキスヒドロ
キシプロピルエチレンジアミン等である。
【0022】ヒマシ油系ポリオールとしては、ヒマシ油
及びヒマシ油あるいはヒマシ油脂肪酸と前記低分子ポリ
オール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオ
ールとのエステル交換、あるいは、エステル化ポリオー
ルが挙げられる。ヒマシ油系ポリオールの分子量は50
0〜3000のものが使用される。好ましくは分子量8
00〜2000である。
【0023】これらのポリオールのうち好ましいもの
は、低分子ポリオールとしては、1,4−BD、DE
G、DPG、トリプロピレングリコール、ポリエーテル
系ポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ポリ
プロピレングリコール、アミノアルコール系ポリオール
としては、テトラキスヒドロキシエチルエチレンジアミ
ン、テトラキスヒドロキシプロピルエチレンジアミン及
びヒマシ油系ポリオール等である。この場合、イソシア
ネートが常温で固体のものは、プロピレングリコール類
を使用してプレポリマーにすると、常温で液状の安定し
た取扱い易いプレポリマーにすることができる。
【0024】本発明のジフェニルメタンジイソシアネー
ト(MDI)又はカルボジイミド変性MDIのNCO基
末端プレポリマー(B)を得るためのNCO基/活性水
素基の当量比は7.0〜18.0である。反応は、温度
30〜120℃、反応時間3〜8時間の条件で行うこと
ができる。本発明のポリイソシアネートは、HDIの変
性体(A)とジフェニルメタンジイソシアネート(MD
I)又はカルボジイミド変性MDIのNCO基末端プレ
ポリマー(B)とを5:95〜95:5(重量比)の範
囲内で使用することができる。好ましくは、15:85
〜85:15(重量比)である。
【0025】本発明に使用することのできる硬化剤は、
アミン系ポリオール(C)である。アミン系ポリオール
(C)としては、2個以上の活性水素原子を有するアミ
ノ化合物のオキシアルキル化誘導体が使用できる。具体
例としてはアミノ系アルコールとしてN,N,N′,
N′−テトラキス〔2−ヒドロキシプロピル〕エチレン
ジアミン、N,N,N′,N′−テトラキス〔2−ヒド
ロキシエチル〕エチレンジアミン等のエチレンジアミン
の如きアミノ化合物へのプロピレンオキサイド(PO)
もしくはエチレンオキサイド付加物、又は、モノ−、ジ
−、トリ−エタノールアミン等が挙げられる。アミン系
ポリオールは、N,N,N′,N′−テトラキス〔2−
ヒドロキシピロピル〕エチレンジアミン等のエチレンジ
アミンにプロピレンオキサイド、エチレンオキサイドを
付加したものが良好である。
【0026】硬化剤としてのアミン系ポリオール以外の
ポリオール(D)としては、低分子ポリオール及びポリ
エーテルポリオール、ヒマシ油系ポリオール、ポリエス
テル系ポリオール等が挙げられる。これらは、イソシア
ネート基末端プレポリマーを得るために使用した活性水
素基を有する化合物を使用することができる。
【0027】このような硬化剤としてのアミン系ポリオ
ール(C)とアミン系以外のポリオール(D)は好まし
くは10:90〜100:0(重量比)の範囲である。
この場合アミン系ポリオールが10重量%以下になる
と、硬化時間が長くなり作業性、生産性を考慮すると好
ましくない。これら硬化剤には、結束剤、シール剤の要
求特性に応じて他のポリオールと適量混合して用いるこ
とができる。
【0028】本発明のポリイソシアネートと硬化剤との
反応は、イソシアネート基/活性水素基の当量比0.8
〜1.6であり、好ましくは、0.9〜1.2の範囲で
ある。0.8〜1.6の範囲をはずれると、硬化しなか
ったり、樹脂の物性が発現しなかったりする。
【0029】本発明のポリウレタン系エラストマー形成
性組成物の製造方法は、特に、ポリイソシアネート、硬
化剤(活性水素含有化合物)が低温液状・低粘度であ
り、金属、あるいは、アミン系の触媒を使うこと無く、
良好な硬化性を示すことから、加熱装置を必要とせず
に、室温操作、室温硬化にて高弾性・高物性のポリウレ
タンが利用できる。更に、未反応物となる金属、あるい
は、アミン系の触媒を含まないということは、水あるい
は体液への溶出がなく、低温液状・低粘度であることは
作業性の点で有用である。特に耐熱性、引張強さ、引裂
強さ等において優れた性能を示し、透析型人工腎臓装置
において溶出物の測定をすると溶出物の吸光度は低く優
れた性能を示す。
【0030】本発明のポリウレタン系エラストマー形成
性組成物の製造方法は、その属性としての各種物性、例
えば硬さ、引張強さ、伸び、引裂強さ等に優れているの
で、その属性を利用して各種産業用シール材、例えば電
気用、自動車用、建築用、土木用シール材或いは各種緩
衝材として又製紙・製鉄・印刷等の工業用ロール、紙送
りロール・クリーニングブレード等のOA機器部品に利
用出来る。
【0031】本発明のポリウレタン系エラストマー形成
性組成物の製造方法は上述した優れた物性の他に、未反
応物となる金属あるいはアミン系触媒を含んでいない。
従って、中空繊維分離膜を用いた、医療用、工業用流体
分離装置の中空繊維結束として有利である。これらの
医療用、工業用流体分離装置としては、血漿分離器、人
工肺、人工腎臓、人工肝臓、家庭用・工業用水処理装置
等が挙げられる。
【0032】
【0033】
【実施例】以下に、実施例及び比較例を掲げ本発明を更
に具体的に説明する。ただし、本発明は、これらに限定
されるものではない。実施例及び比較例における「部」
及び「%」は特に言及しないかぎり全て「重量部」、
「重量%」である。
【0034】HDIの変性体(A)の製造 A−1の製造 温度計、攪拌機、窒素シール管を備えた500mlセパ
ラブルフラスコにHDI300部、ポリオール(E)と
して1,3−BD2.7部、触媒としてカプリン酸カリ
ウム0.06部、助触媒としてフェノール0.3部を加
え、フラスコ中の空気を窒素で置換し、攪拌しながら反
応温度70℃に加温し、同温度で4時間反応を行った。
この反応液に停止剤としてリン酸を0.042部加え、
反応温度で1時間攪拌後、分子蒸留装置により遊離HD
Iを除去した。得られた液は、淡黄色透明液体でNCO
含量20.7%、粘度2200mPa・s/25℃、遊
離HDI含量0.3%であった。この変性体をA−1と
する。
【0035】A−2の製造 A−1と同様の装置を用いてHDI300部、1,3−
BD10.2部、触媒としてプロピオン酸カリウム0.
06部、フェノール0.3部、リン酸0.072部用い
てA−1と同様に反応を行った。蒸留後は、NCO含量
19.1%、粘度2800mPa・s/25℃、遊離H
DI含量0.3%であった。この変性体をA−2とす
る。
【0036】A−3の製造 A−2と同様の装置を用いてHDI300部、1,6−
HD3.3部、ウンデシル酸ナトリウム0.03部、リ
ン酸0.198部を用いてA−2と同様に反応を行っ
た。蒸留後は、NCO含量20.3%、粘度3000m
Pa・s/25℃、遊離HDI含量0.2%であった。
この変性体をA−3とする。
【0037】A−4の製造(比較例) A−3と同様の装置を用いてHDI300部とトリメチ
ロールプロパン60部とを80℃で5時間反応させてN
CO含量26.0%、粘度70,000mPa・s/2
5℃のプレポリマーを得た。このプレポリマーをA−4
とする。
【0038】NCO基末端プレポリマー(B)の製造 B−1の製造 変性体の製造(A−1)と同様の装置を用いてMDI
(日本ポリウレタン工業製、商品名ミリオネートMT)
318部とジエチレングリコール15部とを80℃で4
時間反応させてNCO含量28.0%、粘度80mPa
・sのプレポリマーを得た。このプレポリマーをB−1
とする。
【0039】B−2の製造 B−1と同様の装置を用いてカルボジイミド変性MDI
(日本ポリウレタン工業製、商品名ミリオネートMT
L)233部とPPG−2000(旭電化工業製ポリエ
ーテル)110部とを80℃で4時間反応させてNCO
含量18.2%、粘度750mPa・s/25℃のプレ
ポリマーを得た。このプレポリマーをB−2とする。
【0040】B−3の製造 B−1と同様の装置を用いてMDI(日本ポリウレタン
工業製、商品名ミリオネートMT)320部と1,3−
BD10部、ジプロピレングリコール20部を80℃で
4時間反応させてNCO含量24.3%、粘度180m
Pa・s/25℃のプレポリマーを得た。このプレポリ
マーをB−3とする。
【0041】実施例1〜8、比較例1〜4 表1に示す割合で混合し、ポリイソシアネートを調製し
た。また、エラストマー形成性組成物の組成を表1に示
す。表における使用量は部である。上記、ポリイソシア
ネートと硬化剤とを樹脂温度25℃にて反応当量比0.
95になるよう配合し、25℃中にて硬化させた。ポリ
イソシアネート硬化剤は速やかに相溶均一化してゲル化
時間も良好で、円滑な注型及び成形が可能であった。製
造したポリウレタンの硬さ、引張強さ、伸び及び引裂強
さを表2に示した。耐熱性をみるため硬さは25℃と1
20℃で測定した。
【0042】溶出試験 実施例1〜8及び比較例1〜3の組成物を使用して、グ
リセリンを約70重量%含む中空糸をセットしたモール
ドに注入する。注入後、遠心成型法にて完全に接着成型
を行った。成型した中空接着部を25℃で7日間放置し
完全な硬化を行なう。その後約1cm角に裁断し40g
を試験片とする。試験結果を表2に示す。 試験項目及び方法 透析型人工腎臓装置基準(厚生省薬務局長通知494
号)V−4中空糸接着部分の溶出試験(注−1)に準じ
て吸光測定法により溶出物の測定を行なった。なお、測
定波長は300〜22nmに広げて測定した。 注−1:透析型人工腎臓装置基準V−4内容 中空糸接着部分の溶出試験 中空糸型透析器にあっては、透析器1本分の中空糸接着
部分を切り取り、約1cm角の大きさに細断する。これ
に水200mlを加え、40℃で2時間緩やかに振と
う、加温する。冷後上澄液1.0mlをとり、水を加え
て正確に5.0mlとする。この液を試験液とし、水を
対照として、層長10mmで波長280〜240mmに
おける吸光度を日局の吸光度測定法により測定すると
き、その吸光度は0.05以下でなければならない。
【0043】
【表1】
【0044】
【表2】
【0045】実施例9〜16、比較例4、5 実施例1〜8及び比較例1〜3と同様に実施した。組成
と物性等は表3、表4に示す。溶出試験も同様に実施し
た。表4に示す。
【0046】
【表3】
【0047】
【表4】
【0048】実施例17〜24 実施例1〜8と同様に実施した。詳細は表5、表6に示
す。溶出試験も同様に実施した。表6に示す。
【0049】
【表5】
【0050】
【表6】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−319007(JP,A) 特開 昭64−2653(JP,A) 特開 昭64−38102(JP,A) 特開 平6−157708(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/00 - 18/87

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリイソシアネートと硬化剤とからなる
    ポリウレタン系エラストマー形成性組成物の製造方法に
    おいて、 該ポリイソシアネートがヘキサメチレンジイソシアネー
    ト、分子量62〜3000、官能基数2〜3のポリオー
    ル(E)及び三量化触媒の存在下で、ウレタン化反応と
    三量化反応を同時に行って得られるウレタン結合とイソ
    シアヌレート環構造を有するヘキサメチレンジイソシア
    ネートのイソシアヌレート変性体(A)、及びジフェニ
    ルメタンジイソシアネート(MDI)又はカルボジイミ
    ド変性MDIのNCO基末端プレポリマー(B)とを混
    合して得られるものであり、 該硬化剤として、アミン系ポリオール(C)及び/又は
    アミン系以外のポリオール(D)からなることを特徴と
    するポリウレタン系エラストマー形成性組成物の製造方
    法。
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