JP3376780B2 - 2液注型用ポリウレタンエラストマー組成物、及びポリウレタンエラストマーの製造方法 - Google Patents

2液注型用ポリウレタンエラストマー組成物、及びポリウレタンエラストマーの製造方法

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JP3376780B2
JP3376780B2 JP26907695A JP26907695A JP3376780B2 JP 3376780 B2 JP3376780 B2 JP 3376780B2 JP 26907695 A JP26907695 A JP 26907695A JP 26907695 A JP26907695 A JP 26907695A JP 3376780 B2 JP3376780 B2 JP 3376780B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2液注型用ポリウ
レタンエラストマー組成物、及びポリウレタンエラスト
マーの製造方法に関する。更に詳しくは、ポリエステル
系イソシアネート基末端プレポリマーと硬化剤として特
定のポリオール混合物とから成る2液注型用ポリウレタ
ンエラストマー組成物で、優れた物理強度及び耐候性を
有するエラストマーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に注型用ポリウレタンエラストマー
は、例えばトリレンジイソシアネートとポリオールとを
反応させてNCO基末端プレポリマーにした後、硬化剤
として4,4′−メチレンビス(2−クロロアニリ
ン)、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、4,4′
−ジアミノジフェニルエーテル等を用いている。このよ
うな組成を用いて得たポリウレタンエラストマーは、芳
香族系のポリイソシアネートのため光による変色があ
り、一方、硬化剤のアミンは、保管や取扱いが不十分で
あることによる空気との接触による酸化、また加熱溶融
による分解が進み着色度が増し、成形品の色調及び着色
度を大きく左右して、用途が制限された。特開平6−3
06141号公報には、ジシクロヘキシルメタンジイソ
シアネート(以下、水添MDIと略す)をポリイソシア
ネートの一部として用い、ポリエーテルポリオールと反
応させてNCO基末端プレポリマーにしている。この発
明は、作業性の改良と優れた物性を得ることを目的とし
ているが、耐候性の改良までは至っていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、従来の
注型技術に於いて、耐候性を改善するために鋭意研究を
重ねた結果、ポリエステル系NCO基末端プレポリマー
用のポリイソシアネートとして、ヘキサメチレンジイソ
シアネートのイソシアヌレート環含有変性体(以下、H
DIの変性体と略す)及び水添MDIを用い、または、
ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン環並び
にイソシアヌレート環含有変性体(以下、HDIのウレ
トジオン環ヌレート環含有変性体と略す)及び水添MD
Iと、ポリエステルポリオールとから成るポリエステル
系NCO基末端プレポリマー成分、と硬化剤として特定
のポリオール混合物を使用することにより、改善できる
ことを見出し本発明に到達した。
【0004】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、ポリウ
レタンエラストマー組成物において、(A)HDIの変
性体及び水添MDIと、ポリエステルポリオールとから
成るポリエステル系NCO基末端プレポリマー成分、と
(B)硬化剤として1,4−ビス(2−ヒドロキシエト
キシ)ベンゼン(以下、BHEBと略す)とトリメチロ
ールプロパン(以下、TMPと略す)とから成ることを
特徴とする2液注型用ポリウレタンエラストマー組成物
である。本発明は、ポリウレタンエラストマー組成物に
おいて、(A)HDIのウレトジオン環ヌレート環含有
変性体及び水添MDIと、ポリエステルポリオールとか
ら成るポリエステル系イソシアネート基末端プレポリマ
ー成分、と(B)硬化剤としてBHEBとTMP、とか
ら成ることを特徴とする2液注型用ポリウレタンエラス
トマー組成物である。本発明は、2液注型用ポリウレタ
ンエラストマー組成物を用い、(A)成分と(B)成分
のNCO基/活性水素基のモル比を0.8〜1.2で混
合攪拌してモールドに注入し、成型することを特徴とす
るポリウレタンエラストマーの製造方法である。
【0005】本発明の(A)成分であるポリエステル系
NCO基末端プレポリマーを構成するポリイソシアネー
トとしては、HDIの変性体及び水添MDI、又はHD
Iのウレトジオン環ヌレート環含有変性体及び水添MD
を併用する。その他には水添MDIと併用できるポリ
イソシアネートとしてイソホロンジイソシアネート、キ
シリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、
テトラメチルキシリレンジイソシアネート等やこれらの
変性体が挙げられる。これらは単独又は2種以上の混合
物として用いることもできる。またHDIのウレトジオ
ン環含有化合物及び水添MDIを併用することもでき
る。このようなポリイソシアネートの使用比率は、水添
MDI100重量部に対してHDIの変性体、又はHD
Iのウレトジオン環ヌレート環含有変性体を25〜40
0重量部である。好ましくは、水添MDI100重量部
に対してHDIの変性体、又はHDIのウレトジオン環
ヌレート環含有変性体を35〜360重量部である。
【0006】本発明の(A)成分を構成するHDI変性
体は、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下、HDI
と略す)又は、HDIのNCO基の一部をポリオール付
加させたHDIのポリオール付加体に、イソシアヌレー
ト化触媒及び必要に応じて助触媒を加えて約50〜10
0℃でイソシアヌレート化反応を行うことにより得るこ
とができる。この場合、HDIのNCO基の20重量%
以下をポリオールと反応させて、HDIのポリオール付
加体を得たものである。HDIのポリオール付加体を得
るためのポリオールとしては分子量3000以下、官能
度2〜3のもので、例えば1,3−ブタンジオール、ジ
プロピレングリコール、1,6−ヘキサングリコール、
3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチル
グリコール(以下、NPGと略す)、2,2−ジエチル
−1,3−プロパンジオール、2−エチル−1,3−ヘ
キサンジオール、2−n−ブチル−2−エチル−1,3
−プロパンジオール(以下、2−BEPGと略す)等や
ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等が
挙げられる。これらは単独又は、2種以上の混合物とし
て使用することもできる。
【0007】HDIの変性体を得るための触媒として
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。触媒と併用することのできる助触媒
としては、フェノール性ヒドロキシ化合物(フェノー
ル、クレゾール等)、アルコール性ヒドロキシ化合物
(エタノール、シクロヘキサノール等)、又は第3級ア
ミン(トリエチルアミン、メチルピペリジン等)類を用
いることができる。この助触媒によって反応は容易に進
行する。使用する触媒量は、ポリイソシアネートに対し
て0.001〜0.25重量%、助触媒は0.01〜
0.2重量%である。また反応停止剤を使用することも
できる。停止剤としては、例えばリン酸、硫酸等が使用
でき、使用量は触媒当量の0.5〜5.0倍使用する。
【0008】本発明に用いられるHDIのウレトジオン
環ヌレート環含有変性体は、HDI又は、HDIのNC
O基の一部を必要に応じてポリオール付加体とした後イ
ソシアヌレート化させて得られる。このHDIのポリオ
ール付加体は、全NCO基の一部(20重量%以下) を
ポリオール付加体とした後、ウレトジオン化とイソシア
ヌレート化したものである。ここに使用できるポリオー
ルは、HDI変性体を得るときに使用したポリオールを
用いることができる。HDIのウレトジオン環ヌレート
環含有変性体を得るための効果的な触媒としては、トリ
エチルホスフィン、ジブチルエチルホスフィン、トリ−
n−プロピルホスフィン、トリオクチルホスフィン、ト
リアミルホスフィン等のホスフィン類が挙げられる。反
応は、イソシアヌレート化と同様にして行うことができ
る。このようにして得た反応混合物は、例えば薄膜蒸留
により未反応HDIを除去することによって得られる。
HDIのウレトジオン環ヌレート環含有変性体は、該ウ
レトジオン二量体含量20〜60重量%に対してイソウ
アヌレート環状三量体含量は11〜40重量%の比率で
ある。またこのNCO基含量は、17〜25重量%であ
る。なお、ウレトジオン二量体含量とイソウアヌレート
環状三量体含量は、示差屈折計検出によるゲルパーミエ
ーションクロマトグラフィーによって得られる各ピーク
の面積百分率を基に検量線から求めた。
【0009】このようにHDIの変性体やHDIのウレ
トジオン環ヌレート環含有変性体は、HDIにポリオー
ルを付加させることによって、イソシアヌレート化やウ
レトジオン化及びイソシアヌレート化反応等が容易に進
行するようになる。またこのようなポリイソシアネート
を、その成分の一部として使用することによって、エラ
ストマーを得るための成分全体の相溶性が良くなり、よ
り優れた性能を発揮する成形品が得られるようになる。
【0010】本発明の(A)成分を得るために用いる好
ましいポリイソシアネートとしては、HDIにポリオー
ル付加させてイソシアヌレート環を含有させた化合物及
び水添MDIの併用、又はHDIにポリオール付加させ
てウレトジオン環並びにイソシアヌレート環を含有させ
た化合物及び水添MDIの併用が挙げられる。
【0011】本発明の(A)成分であるポリエステル系
イソシアネート基末端プレポリマーを構成するポリエス
テルポリオールとしては、エチレングリコール、プロピ
レングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペ
ンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオー
ル、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコー
ル(以下、NPGと略す)、ジエチレングリコール、
1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキ
サンジメタノール、デカメチレングリコール等の1種又
は2種以上と、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、アジ
ピン酸、グルタル酸、ピメリン酸、セバシン酸、シュウ
酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘキサヒ
ドロフタル酸等の1種又は2種以上とからのポリエステ
ルポリオール、及びラクトンを開環重合して得られるポ
リカプロラクトンポリオール等が挙げられる。好ましい
ポリエステルポリオールは、分子量800〜3500好
ましくは、分子量1000〜3000のヒドロキシ末端
基を有するポリ(エチレンアジペート)ジオールであ
る。
【0012】本発明の(A)成分であるポリエステル系
NCO基末端プレポリマーの製造は、NCO基/水酸基
モル比が1.3〜10.0の範囲内にて行われる。好ま
しくは、1.6〜6.0である。ポリイソシアネートと
ポリエステルポリオールとの反応は、反応温度50〜1
00℃、反応時間2.5〜6時間でポリエステル系NC
O基末端プレポリマーを得ることができる。該プレポリ
マーのNCO基含量は、3.0〜8.0重量%である。
【0013】本発明の(B)成分の硬化剤としては、B
HEBとTMPを使用する。BHEBとTMPの使用比
率は、95:5から10:90(モル比)、好ましくは
90:10から20:80(モル比)である。この比率
は、硬さ、引張り強さ、圧縮歪等エラストマーの諸特性
に影響を与える。このため、比率を自由に変えることに
よって、要求特性に応じたエラストマーを得ることがで
きる。
【0014】本発明の(B)成分を構成するBHEBと
TMPには、必要に応じて触媒を添加することができ
る。触媒としては、トリエチレンジアミン、ジメチルエ
タノールアミン等の第3級アミン類やジブチルチンジラ
ウレート等の金属化合物が挙げられる。
【0015】本発明の(A)成分と(B)成分は、ウレ
タンプレポリマーの有するNCO基と(B)成分の活性
水素基濃度は、NCO基/活性水素基のモル比は0.8
〜1.2である。必要に応じて反応触媒、添加剤等を用
いても良い。注型は(A)/(B)混合液を予め加熱し
た型に注入し、20〜160℃の温度にて一次架橋させ
る。次に必要に応じて100〜170℃で二次架橋さ
せ、熟成した後ウレタンエラストマーが得られる。得ら
れたウレタンエラストマーは、種々の分野で使用でき、
例えば特にロール、タイヤ等に有用である。
【0016】
【発明の効果】本発明によって得られたポリウレタンエ
ラストマーは硬さ、引張強さ、伸び、圧縮ひずみ等の一
般的な物理特性を低下させることなく、注型作業性も良
好でり、耐熱性、耐候性等に優れた性能を示す。特にH
DIのイソシアヌレート環を含有させることにより優れ
た耐熱性、耐候性等が得られる。
【0017】
【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。実施例中の「部」及び「%」はそれぞれ「重量
部」、「重量%」を示す。
【0018】参考例1 (HDI変性体の合成)HDI100部に触媒として、
カプリン酸カリウム0.1部及び助触媒としてフェノー
ル0.1部用い、50℃で5時間イソシアヌレート化反
応を行い、停止剤としてリン酸を0.07部添加して、
反応を終了した。次に未反応のHDIを留去してHDI
の変性体を得た。NCO基含量22.0%、粘度195
0cPs /25 ℃であった。
【0019】参考例2 (HDI変性体の合成)HDI100部に2−BEPG
1.0部加え90℃で3時間反応を行い、HDIのポリ
オール付加体を得た。次にカプリン酸カリウム0.1部
及び助触媒としてフェノール0.1部用い、50℃で5
時間イソシアヌレート化反応を行い、停止剤としてリン
酸を0.07部添加して、反応を終了した。次に未反応
のHDIを留去してHDIの変性体を得た。NCO基含
量21.1%、粘度2850cPs /25 ℃であった。
【0020】参考例3 (HDIのウレトジオン環ヌレート環含有変性体の合
成)HDI300部にトリブルホスフィン0.3部加え
90℃で3時間反応を行い、停止剤としてパラトルエン
スルホン酸メチル0.33部を添加して、反応を終了し
た。次に未反応のHDIを留去してHDIのウレトジオ
ン環ヌレート環含有変性体を得た。NCO基含量22.
0%、粘度100cPs /25 ℃であった。またHDIの二
量体含量43%、HDIの三量体含量31%であった。
【0021】参考例4 (HDIのウレトジオン環ヌレート環含有変性体の合
成)HDI300部、NPG6.4部、トリブチルホス
フィン0.4部、を用いて、参考例2と同様に反応を行
った。停止剤としてパラトルエンスルホン酸メチル0.
33部を添加して、反応を終了した。次に未反応のHD
Iを留去してHDIのウレトジオン環ヌレート環含有変
性体を得た。NCO含量21.1%、粘度150cPs /2
5 ℃であった。またHDIの二量体は、32%、HDI
の三量体は、28%であった。
【0022】実施例1〜3 ポリウレタンエラストマー組成物、及びエラストマーの
製造 ポリイソシアネートとして、水添MDI(商品名 ハイ
レンW、デュポン製、NCO基含量31.8%、以下同
じ)と参考例1のHDIの変性体とポリ(エチレンアジ
ペート)ジオール(平均分子量1500、水酸基価7
4.8)とから成るポリエステル系NCO基末端プレポ
リマー成分と硬化剤としてBHEBとTMPとから成る
エラストマー組成物を得た。
【0023】エラストマーの製造 ポリイソシアネートとして、水添MDIと参考例1のH
DI変性体を表1の条件で四つ口フラスコに仕込み、5
0℃に保持した。次いでポリ(エチレンアジペート)ジ
オールを窒素気流下、攪拌しながら表1の条件で反応さ
せて、透明且つ粘性を持ったプレポリマー(A)を得
た。このようにして得たプレポリマー(A)に(B)成
分としてBHEBとTMPを加え完全に均一になるまで
充分に攪拌した後、真空ポンプ10Torr以下の減圧
度で発泡がおさまるまで脱泡を行った。この混合液を1
30℃に予熱した遠心成型機に注入し、一次キュアを1
30℃で1時間行い、得られた板状ポリウレタンを12
0℃で2時間二次架橋させた後、更に室温で1週間熟成
し、エラストマーを得た。処方を表1、結果を表1に示
す。
【0024】実施例4〜6 ポリウレタンエラストマー組成物、及びエラストマーの
製造 ポリイソシアネートとして、水添MDIと参考例2のH
DIの変性体とポリ(エチレンアジペート)ジオール
(平均分子量3000,水酸基価37.4)とから成る
ポリエステル系NCO基末端プレポリマー成分と硬化剤
としてBHEBとTMPとから成るエラストマー組成物
を得た。 エラストマーの製造 ポリイソシアネートとして、水添MDIと参考例2のH
DIの変性体を表1の条件で四つ口フラスコに仕込み、
50℃に保持した。次いでポリ(エチレンアジペート)
ジオールを窒素気流下、攪拌しながら表1の条件で反応
させて、透明且つ粘性を持ったプレポリマー(A)を得
た。このようにして得たプレポリマー(A)に(B)成
分としてBHEBとTMPを加え完全に均一になるまで
充分に攪拌した後、真空ポンプ10Torr以下の減圧
度で発泡がおさまるまで脱泡を行った。この混合液を1
30℃に予熱した遠心成型機に注入し、一次キュアを1
30℃で1時間行い、得られた板状ポリウレタンを、1
20℃で2時間二次架橋させた後、更に室温で1週間熟
成し、エラストマーを得た。処方を表1、結果を表1に
示す。
【0025】実施例7〜8 ポリウレタンエラストマー組成物、及びエラストマーの
製造 ポリイソシアネートとして、水添MDIと参考例3のH
DIのウレトジオン環ヌレート環含有変性体とポリ(エ
チレンアジペート)ジオール(平均分子量1500、水
酸基価74.8)とから成るポリエステル系NCO基末
端プレポリマー成分と硬化剤としてBHEBとTMPと
から成るエラストマー組成物を得た。
【0026】エラストマーの製造 ポリイソシアネートとして、水添MDIと参考例3のH
DIのウレトジオン環ヌレート環含有変性体を表2の条
件で四つ口フラスコに仕込み、50℃に保持した。次い
でポリ(エチレンアジペート)ジオールを窒素気流下、
攪拌しながら表2の条件で反応させて、透明且つ粘性を
持ったプレポリマー(A)を得た。このようにして得た
プレポリマー(A)に(B)成分としてBHEBとTM
Pを加え完全に均一になるまで充分に攪拌した後、真空
ポンプ10Torr以下の減圧度で発泡がおさまるまで
脱泡を行った。この混合液を130℃に予熱した遠心成
型機に注入し、一次キュアを130℃で1時間行い、得
られた板状ポリウレタンを、120℃で2時間二次架橋
させた後、更に室温で1週間熟成し、エラストマーを得
た。処方を表2、結果を表2に示す。
【0027】実施例9〜10 ポリウレタンエラストマー組成物、及びエラストマーの
製造 ポリイソシアネートとして、水添MDIと参考例4のH
DIのウレトジオン環ヌレート環含有変性体とポリ(エ
チレンアジペート)ジオール(平均分子量3000,水
酸基価37.4)とから成るポリエステル系NCO基末
端プレポリマー成分と硬化剤としてBHEBとTMPと
から成るエラストマー組成物を得た。 エラストマーの製造 ポリイソシアネートとして、水添MDIと参考例4のH
DIのウレトジオン環ヌレート環含有変性体を表2の条
件で四つ口フラスコに仕込み、50℃に保持した。次い
でポリ(エチレンアジペート)ジオールを窒素気流下、
攪拌しながら表2の条件で反応させて、透明且つ粘性を
持ったプレポリマー(A)を得た。このようにして得た
プレポリマー(A)に(B)成分としてBHEBとTM
Pを加え完全に均一になるまで充分に攪拌した後、真空
ポンプ10Torr以下の減圧度で発泡がおさまるまで
脱泡を行った。この混合液を130℃に予熱した遠心成
型機に注入し、一次キュアを130℃で1時間行い、得
られた板状ポリウレタンを120℃で2時間二次架橋さ
せた後、更に室温で1週間熟成し、エラストマーを得
た。処方を表2、結果を表2に示す。
【0028】比較例1 エラストマーの製造 ポリイソシアネートとして、トリレンジイソシアネート
(以下、TDIと略す)を用い四つ口フラスコに仕込
み、50℃に保持した。次いでポリ(エチレンアジペー
ト)ジオール(平均分子量1500,水酸基価74.
8)を窒素気流下、攪拌しながら表3の処方と条件で反
応させて、透明且つ粘性を持ったプレポリマー(A)を
得た。このようにして得たプレポリマー(A)に(B)
成分として4,4′−メチレンビス(2−クロロアニリ
ン)(以下、MOCAと略す)を加えて透明になるまで
十分に攪拌した後、真空ポンプ10Torr以下の減圧
度で発泡がおさまるまで脱泡を行った。この混合液を1
30℃に予熱した遠心成型機に注入し、一次キュアを1
30℃で1時間行い、得られた板状ポリウレタンを12
0℃で2時間二次架橋させた後、更に室温で1週間熟成
し、エラストマーを得た。処方を表3、結果を表3に示
す。
【0029】比較例2 エラストマーの製造 比較例1に於いて、TDIの代わりにジフェニルメタン
ジイソシアネート(以下、MDIと略す)を用い、ポリ
(エチレンアジペート)ジオール(平均分子量150
0,水酸基価74.8)の代わりにポリ(エチレンアジ
ペート)ジオール(平均分子量3000,水酸基価3
7.4)、MOCAの代わりに1,4−ブタンジオール
を用いた以外は、比較例1と同様にしてエラストマーを
得た。処方と結果を表3に示す。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】〔表の説明〕 (1)耐熱性 試料をギャーオーブン内で120℃、400時間加熱し
たのち、状態変化を観察して5段階で評価した。 5級:表面に全く変化がない 4級:変化が僅かに認められるが目立たない 3級:変化が僅かであるが目立つもの 2級:変化がやや顕著なもの 1級:変化が著しいもの (2)耐候性 サンシャインウエザオメーターを使用し、ブラックバネ
ルの温度を80〜83℃に保持して400時間後(降雨
条件なし)表面の変色状態を観察して5段階で評価し
た。 5級:表面に全く変化がない 4級:変化が僅かに認められるが目立たない 3級:変化が僅かであるが目立つ 2級:変化がやや顕著 1級:変化が著しい
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−316618(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/10 C08G 18/65 - 18/66 C08G 18/77 - 17/79

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリウレタンエラストマー組成物におい
    て、 (A)ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレ
    ート環含有変性体及びジシクロヘキシルメタンジイソシ
    アネートと、 ポリエステルポリオールとから成るポリエステル系NC
    O基末端プレポリマー成分、と (B)硬化剤として1,4−ビス(2−ヒドロキシエト
    キシ)ベンゼンとトリメチロールプロパン、とから成る
    ことを特徴とする2液注型用ポリウレタンエラストマー
    組成物。
  2. 【請求項2】 ポリウレタンエラストマー組成物におい
    て、 (A)ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン
    環並びにイソシアヌレート環含有変性体及びジシクロヘ
    キシルメタンジイソシアネートと、 ポリエステルポリオールとから成るポリエステル系NC
    O基末端プレポリマー成分、と (B)硬化剤として1,4−ビス(2−ヒドロキシエト
    キシ)ベンゼンとトリメチロールプロパン、とから成る
    ことを特徴とする2液注型用ポリウレタンエラストマー
    組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1及び2に記載の2液注型用ポリ
    ウレタンエラストマー組成物を用い、(A)成分と
    (B)成分のNCO基/活性水素基のモル比を0.8〜
    1.2で混合攪拌してモールドに注入し、成型すること
    を特徴とするポリウレタンエラストマーの製造方法。
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