JP4572069B2

JP4572069B2 - ウレタンベルト及びその製造方法

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Publication number: JP4572069B2
Application number: JP2003406922A
Authority: JP
Inventors: 学秀岡沢; 信吾飯塚
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: JP2005172005A

Description

本発明は、ウレタンベルト及びその製造方法に関し、特に、表面にシロキサン結合を含み、摩擦係数の低減されたポリウレタンの薄層を有するポリウレタンベルト及びその製造方法に関する。

従来、表面のみ摩擦係数を低下させたポリウレタンエラストマー成形物の製造方法については、特許第２９９８１０６号に記載されているように、遠心成形によってポリウレタンエラストマー成形物を作成し、成形材料を回転している成形ドラム内に注入した後、成形材料の硬化の初期段階に成形材料の表面に末端水酸基を有するシリコーンオイルを加え、ポリウレタンエラストマーの表面にシロキサン結合を有するポリウレタンエラストマーの薄層を生成させ、ポリウレタンエラストマーが本来有する特性を保持しつつ、その摩擦係数を低減することができた。（例えば、特許文献１）。

特許０２９９８１０６号

特許文献１に記載のポリウレタン成形物は、ポリウレタン成形物を金型から離型する為に、最初に金型に離型剤を塗布する必要があり、さらに成形材料及びシリコーンオイルを別々に投入する必要があり、手間が掛かっていた。さらに特許文献１に記載の方法では、遠心成形を採らざるを得ず、遠心成形するための大型モータ等の設備が必要となっていた。又、金型を高回転にして成形する為に金型が遠心成形機から外れた場合、危険となり、安全性に問題があった。さらに、任意の一面若しくは両面の摩擦係数を低下させることには困難が生じていた。

又、ポリウレタン成形物の配合中に前もって摩擦係数低下剤を添加した場合、ポリウレタン配合全体に分散し、硬度や物性の低下をきたしていた。

そこで、本発明の目的は、金型を回転する必要が無く静止状態で成形でき、かつベルトの一方の表面摩擦係数を低下できるポリウレタンベルト及びその製造方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、ポリウレタンエラストマーを基材とし、ウレタン弾性体中に抗張体を埋設したウレタンベルトであって、離型剤が付着した金型内で硬化した後離型して得られるウレタンベルトにおいて、該ウレタンベルトの背面に、前記離型剤に含まれた末端に活性水素を有するシリコーン化合物がポリウレタンと反応して形成されたシロキサン結合を含むポリウレタン層を形成するウレタンベルトにある。

請求項２に記載の発明は、外型と内型で形成するキャビティに末端イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと架橋剤とを含む成形材料を注入した後、ウレタンを硬化してウレタンベルトを成形するウレタンベルトの製造方法において、末端水酸基を有するシリコーン化合物を含有する離型剤を少なくとも一方の金型に選択的に塗布し、前記ウレタン硬化時に前記シリコーン化合物がポリウレタンと反応し前記金型面とポリウレタン層との間にシロキサン結合を含むポリウレタン層を形成したウレタンベルトを得るウレタンベルトの製造方法にある。

本発明によると、ポリウレタンエラストマーを基材とし、ウレタン弾性体中に抗張体を埋設したウレタンベルトであって、ウレタンベルトの動力伝達面、又は背面の一方或いは両方に選択的にシロキサン結合を含むポリウレタン層を形成したウレタンベルトであることから、摩擦係数を低下したい面のみ、シロキサン結合を形成し、さらに、経時によっても摩擦係数の低下が起こらないという効果がある。

請求項２に記載の発明によると、ウレタンベルトの背面に、前記離型剤に含まれた末端に活性水素を有するシリコーン化合物がポリウレタンと反応して形成されたシロキサン結合を含むポリウレタン層を形成するウレタンベルトであることから、摩擦係数を低下したい面を形成する金型面に離型剤を塗布することによって、ベルトの摩擦係数を低下する面が選択でき、ウレタン物性の低下も経時による摩擦係数の低下も起こらなく、さらに末端水素基を有するシリコン化合物が含まれた離型剤を金型に塗布することで標準のポリウレタンベルトを製造するのと同じ工数で金型に面したベルト表面の摩擦係数を低下することができるという効果が有る。

請求項３に記載の発明によると、末端水酸基を有するシリコーン化合物を含有する離型剤を少なくとも一方の金型に塗布し、前記ウレタン硬化時に前記シリコーン化合物がポリウレタンと反応し前記金型面とポリウレタン層との間にシキロキサン結合を含むポリウレタン層を形成したウレタンベルトを得るウレタンベルトの製造方法であることから、請求項１及び２の効果に加えて、静止状態でウレタンベルトを成形できることから、金型を回転させる設備も必要ではなく安全性も高いという効果が有る。

ポリウレタンベルトを形成するポリウレタン硬化物は液状のポリウレタン樹脂組成物を注型して加熱・硬化させることによって得られるが、一般に成形法としては、ポリオール触媒、鎖延長剤、顔料等を混合したプレミックス液と、イソシアネート成分を含有する溶液とを混合し、これを注型して硬化反応させるワンショット法と、予めイソシアネートとポリオールを反応させ、イソシアネートの一部をポリオールで変性したプレポリマーを用い、これに触媒を加えて注型し、硬化反応させるプレポリマー法とがある。本発明ではプレポリマー法を好ましく採用する。

イソシアネートとしては限定されるものではないが、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、またそれらの変性体が使用可能である。具体的には、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、メチレンジイソシアネート（ＭＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）そしてイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）などが例示できるが、中でもＴＤＩ及びＭＤＩが好ましく用いられる。

ポリオールとしては、エステル系ポリオール、エーテル系ポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、及びこれらの混合ポリオール等が挙げられる。エーテル系ポリオールとしては、ポリエチレンエーテルグリコール（ＰＰＧ）、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）などが有り、またエステル系ポリオールとしては、ポリエチレンアジペート（ＰＥＡ）、ポリブチレンアジペート（ＰＢＡ）、ポリヘキサメチレンアジペート（ＰＨＡ）、ポリ−ε−カプロラクトン（ＰＣＬ）などが例示できる。なかでも、耐湿性や耐水性に優れると共に強靭な物性とヒステリシスロスの小さい特性を有する成形品が得られるポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）が好適に用いられる。

また本発明においてアミン系硬化剤としては、特に限定されるものではないが、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´−ジクロロ−４，４´−ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）、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−（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´−ジアミノジフェニルスルホンなど、１級アミン、２級アミン、３級アミンのアミン化合物を例示することができる。アミン系硬化剤の配合量は、アミン系硬化剤中のＮＨ_２のモル数とイソシアネート中のＮＣＯのモル数の比であるα値（ＮＨ_２／ＮＣＯ）が１付近になるように、好ましくは０．９０〜１．１０の範囲になるように設定するのがよい。一般にα値は０．９５付近が硬化物の物性が最も良好であり、α値が上記の範囲から外れると、硬化物の物性が低下する傾向が見られる。

本発明は、使用金型表面に均一に末端に活性水素を有するシリコーンオイル、例えば構造式１で示されるようなシリコーンオイルを使用できる。

このようなシリコーンオイルはシリコーンジオールとも呼ばれており、水酸基価２０〜１２０、平均分子量１０００〜６０００程度のものを市販品（例えば、信越化学工業(株)製ＫＦ−６００３）として入手することができる。

以下に、本発明のウレタンベルトの製造方法の一例を示す。
先ず、外型と内型を用意し、外型は例えば歯付ベルトであれば、フラットなもの、或いは、ベルト背面で物品を搬送するようなベルトで背面に突起がついているものであれば、外型には突起形状となる溝や窪みが刻設されたものや、Ｖリブドベルトを成形する外型であれば、外型の円周に沿ってＶリブ形状となる溝が刻設されたもの、等が例示される。又、内型としては、歯付ベルトであれば、金型長手方向にベルトの歯部を形成する溝が刻設されており、さらにはノーズと呼ばれる突出部も長手方向に有している。また、Ｖリブドベルト用の内型であればノッチと呼ばれる内型長手方向に伸びる突起を有している。

図１は本発明のウレタンベルトの製造方法に使用する金型の断面図の一例である。これによると、金型１は、外型４と、この外型４に嵌挿する内型５からなり、外型４と内型５の間には注型エラストマーを充填させる空間部６を有している。
尚、この内型５は平坦な外周面を有しているが、軸方向に延びる溝を設けた歯付ベルト用の型であってもよい。
そして、上記で用意した金型１に使用中に継続して摩擦係数を低下させる必要がある面を形成する金型に上記末端に活性水素を有するシリコーンオイルを含んだ離型剤を塗布する。さらに、外型４の上方に設置されたスピニング装置（図示せず）に内型５をネジ等の止め部材によって機械的に固定し、内型５を回転させながら外周面に心線１０をスパイラルに巻き付ける。このスピニング時には、内型５はスピニング装置に吊り下げられた状態で、外型４の真上に位置している。
使用する心線１０としては、パラ系アラミド繊維（商品名：トワロン、ケブラー、テクノーラ）或いはガラス繊維（Ｅガラス、高強度ガラス）、或いはポリエステル繊維のいずれでも良く、その構成、太さ、撚り数等には左右されない。

移動可能な台１５上に設置した外型４内に予め所定量の液状エラストマーを注入した後、台１５を真上に移動させて外型４を内型５に嵌挿して、内型５を外型４内に安置し、内型５をスピニング装置のネジ等の止め部材から分離する。その後、上蓋１６を閉じて型内を密閉して減圧し、液状エラストマー内の気泡を除去した後、液状エラストマーを上方へ流動させる。
尚、外型４の移動方向が設定されているとともに内型５が位置固定されている為、外型４と内型５の中心位置のずれは少なく、ベルト成形体８の厚みは均一になる。
また、液状エラストマーを予め外型４に注型しておく必要は無く、内型５を外型４に設置した後、外型４と内型５の間の空間部６に液状エラストマーを注型してもよい。

液状エラストマーが上昇し終わると、上蓋１６を取って型内へ空気を入れて加圧し、所定温度で液状エラストマーを硬化させる。このときの金型温度は８０〜１５０°Ｃに調節されている。金型温度は外型４内に蒸気、オイル等の熱媒体を通すか、熱媒体を通すジャケットを外型４の外側に配置することにより調節することができる。

硬化後、図２に示すように外型４を真下へ移動させてベルト成形体８を装着した外型４を内型５から抜き取り、これが完了した後にベルト成形体８を外型４から取り出す。

無端のベルト成形体は所定幅にカットされ、ウレタンベルトとなる。本発明では、図４の歯付ベルト、図５〜７に示すＶリブドベルト、図９に示す突起付搬送用ベルトが例示されるがこれらに限定されるものではない。

内型外型一対のシート作成用金型を準備し、前もって内型に離型剤として成分が、末端に活性水素を有する粘度が９０ｃｐである低粘度のシリコーンオイルＤと粘度が１×１０^３ｃｐのシリコーンオイルＢからなるシリコーンオイルと、フッ素化合物とワックスを含む水系離型剤（ＦＲＸ−Ｍ５２）を使用した。このとき、シリコーンオイルＢはシリコーンオイルＤよりも少なく配合した。そして前記離型剤を内型に均一に塗布した。次いで、予め所定量の液状ポリウレタン原料（プレポリマー１００質量部、３，３´−ジシクロ４，４アミノジフェニルメタンである硬化剤を１２質量部、触媒０．２質量部）を注型した外型を移動させて上記内型へ挿入した。空間部内を上蓋で密閉して減圧して脱泡し、液状ポリウレタンを上昇させた後、型内を開けて空気を入れて加圧し、１１０°Ｃの金型温度で２０分間で液状ポリウレタンを硬化させた。その後ウレタンシートを金型から脱型し、雰囲気６０°Ｃにて熟成を行った。そして、前記ウレタンシートから２ｃｍ×２ｃｍのテストピースを作成し、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で洗浄し２時間乾燥した。その後、テストピースに荷重を１．９６Ｎ載せ、引張速度１００ｍｍ／分の速度でテストピースを引っ張り相手材を四フッ化エチレン樹脂として摩擦係数の測定を行った。その結果を表１に示す。

従来例として、末端に活性水素を有さないシリコーン化合物と、フッ素化合物、ワックス、乳化剤、水からなる水系離型剤を用い、前記離型剤を実施例と同じ内型に均一に塗布した。そして、実施例と同様の方法でテストピースを作成し、実施例と同様の条件でテストピースの摩擦係数を測定した。その結果を表１に示す。

比較例１として、従来例と同じシリコーン化合物と、フッ素化合物、又、従来例よりも高融点のワックス及びシリコーンゴムパウダー、乳化剤、そして水からなる水系離型剤を用い、前記離型剤を実施例と同じ内型に均一に塗布した。そして、実施例と同様の方法でテストピースを作成し、実施例と同様の条件でテストピースの摩擦係数を測定した。その結果を表１に示す。

比較例２として、一次粒径約１２ｎｍの通常の粒子外面をＳｉ−ＯＨ（親水性）からＳｉ（ＣＨ_３）_２（疎水性）へ化学装飾したシリカ、乳化剤と水からなる離型剤を使用した。そして、成形したウレタン表面へシリカパウダーを転写させ表面粗度を増加させることで摩擦係数低減を図った。実施例と同様の方法でテストピースを作成し、実施例と同様の条件でテストピースの摩擦係数を測定した。その結果を表１に示す。

比較例３として、従来例の離型剤を使用し、ウレタン配合に高級脂肪酸を５質量部添加した。
そして、従来例の離型剤を実施例と同じ内型に均一に塗布した。そして、実施例と同様の方法でテストピースを作成し、実施例と同様の条件でテストピースの摩擦係数を測定した。その結果を表１に示す。

表１からもわかるように、実施例は測定前に表面を拭った場合も拭わない場合も、共に摩擦係数が小さい。ウレタン配合に高級脂肪酸を添加した比較例３は、測定前に表面を拭わない場合は、実施例と同じ摩擦係数が得られるが、表面を拭ってから測定すると、表面に析出している高級脂肪酸がとれてしまい、摩擦係数が高くなる。これから、実施例は使用前のベルト及び、カード搬送等の搬送面であっても歯付ベルトの歯側であっても使用中の摩擦係数を小さくできることがわかる。

本発明は、ウレタン製の歯付ベルトやＶベルト、Ｖリブドベルトの継続的な発音防止や、カード搬送やコイン搬送等のポリウレタン製の搬送用ベルトで、搬送面の摩擦係数を継続してある水準以下に抑えたいとき等に利用可能である。

本発明のウレタンベルトの製造方法に使用する一例の金型の断面図の一例である。本発明の製造方法において内型と外型とを離型している状態を示す断面図である。本発明に係るベルト成形体を表した図である。本発明のポリウレタン製歯付ベルトであり、（ａ）は一部破断斜視図、（ｂ）は断面図である。本発明のポリウレタン製Ｖリブドベルトの斜視図である。本発明のトランケート状Ｖリブドベルトの斜視図である。本発明のポリウレタン製Ｖリブドベルトの断面図である。本発明のポリウレタン製Ｖベルトの断面図である。本発明の突起付搬送用ベルトを表した斜視図である。

符号の説明

１金型
４外型
５内型
６空間部
８ベルト成形体
１０心線
１６蓋

Claims

ポリウレタンエラストマーを基材とし、ウレタン弾性体中に抗張体を埋設したウレタンベルトであって、離型剤が付着した金型内で硬化した後離型して得られるウレタンベルトにおいて、該ウレタンベルトの背面に、前記離型剤に含まれた末端に活性水素を有するシリコーン化合物がポリウレタンと反応して形成されたシロキサン結合を含むポリウレタン層を形成することを特徴とするウレタンベルト。
外型と内型で形成するキャビティに末端イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと架橋剤とを含む成形材料を注入した後、ウレタンを硬化してウレタンベルトを成形するウレタンベルトの製造方法において、末端水酸基を有するシリコーン化合物を含有する離型剤を少なくとも一方の金型に選択的に塗布し、前記ウレタン硬化時に前記シリコーン化合物がポリウレタンと反応し前記金型面とポリウレタン層との間にシキロキサン結合を含むポリウレタン層を形成したウレタンベルトを得ることを特徴とするウレタンベルトの製造方法。