JPS61176624A - 軽中荷重用タイヤ - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、軽中荷重用タイヤに関し、詳しくは、多孔質
ポリウレタンエラストマーからなる耐摩耗性、軽量性及
び生産性等にすぐれた軽中荷重用タイヤに関する。

（従来の技術） 一般に、ソリッドタイヤやキャスターは、走行抵抗を抑
えるために、できるだけ高硬度のゴムであることが望ま
しく、従って、従来、天然ゴムやスチレン・ブタジェン
ゴムから製造されている。

しかし、このような一般的なゴムからなるソリッドタイ
ヤは、耐オゾン性や耐床面汚染性に劣るほか、硬度を高
くすれば、耐摩耗性をはじめ、反ばつ弾性その他の物理
的特性が極度に低下する。更に、製造工程が複雑であり
、加硫作業も１２０〜１６０℃の温度で１５〜６０分を
必要とする等、生産性に劣ると共に、エネルギー費用も
高い。

一方、注型法による非多孔質ポリウレタンエラストマー
からなるタイヤも既に知られている。このタイヤは、高
硬度でも伸びが大きく、弾性にすぐれ、また、耐摩耗性
、圧縮歪特性等においても、上記した天然ゴムやスチレ
ン・ブタジェンゴムからなるタイヤに比べてすぐれてい
るものの、注型法によるために、製造工程が複雑である
うえに、注型から脱型まで１時間程度、金型温度を１０
０〜１３０℃に保持する必要があり、更に、脱型後も、
後硬化のために３時間程度にわたって上記温度を保持す
る必要があるので、従来の一般的なゴムを用いるタイヤ
製造と同様に、生産性に劣るのみならず、エネルギー費
用も高い。

更に、例えば、特開昭５１−１３６７６３号公報には、
ポリオールとしてポリエーテルポリオールを用いた多孔
質ポリウレタンエラストマーからなる低荷重用タイヤが
記載されているが、耐摩耗性はか、機械的性質において
劣る。

（発明の目的） 本発明者らは従来のソリッドタイヤにおける上記した問
題を解決し、小型ソリッドタイヤ又はキャスターに類似
する耐摩耗性、軽量性及び生産性等にすぐれる多孔質ポ
リウレタン軽中荷重用タイヤを得るために鋭意研究した
結果、発泡剤、鎖延長剤及び触媒の存在下に反応射出成
形、所謂Ｒ１間法にて末端イソシアネートプレポリマー
とポリオールとを密閉型内で反応させて多孔質ポリウレ
タンエラストマーからなるタイヤを得るに際して、ポリ
オール成分としてポリエステルポリオールを用いるとき
、上記目的を達成し得ることを見出して、本発明に至っ
たものである。

（発明の構成） 本発明による軽中荷重用タイヤは、 （ａ）　　平均官能基数が２．０〜２．７、数平均分子
量が８００〜４０００の範囲にあるポリエステルポリオ
ール、 （ｂ）　　高分子量ポリヒドロキシ化合物と有機ポリイ
ソシアネートから得られるイソシアネート末端プレポリ
マー、 ｆｃ）　　水、 （ｄ）　　有機鎖延長剤、及び （ｅ）　　触媒 を主成分とするポリウレタン生成用液状組成物を反応射
出成形機にて密閉型内で反応させることにより得られる
嵩密度が０．６〜１．１　ｇ／ｃｍ”である多孔質ポリ
ウレタンエラストマーからなることを特徴とする。

本発明において、末端イソシアネートプレポリマーと反
応させるために用いるポリエステルポリオールは、１分
子当りの平均官能基数が２．０〜２゜７の範囲にあり、
且つ、数平均分子量が８００〜４０００の範囲にあるこ
とが必要である。ポリエステルポリオールの平均官能基
数が２．０よりも少ないときは、後述する方法によって
得られる多孔質ポリウレタンエラストマーの圧縮歪特性
が大きいのみならず、脱型に要する時間も長くなって、
生産性に劣ることとなる。一方、平均官能基数が２．７
を越えるときは、得られるエラストマーが過度に硬いと
共に、伸び及び引裂強度が低下し、損傷亀裂を受けやす
くなるので、耐久性が低下する。

特に好ましい平均官能基数は２．０〜２．５の範囲であ
る。

また、ポリエステルポリオールの数平均分子量が８００
よりも小さいときは、得られる多孔質ポリウレタンエラ
ストマーが硬すぎ、特に、繰返し圧縮に対する耐久性が
著しく低下する。他方、数平均分子量が４０００を越え
るときは、このポリエステルポリオールの粘度が高すぎ
て、作業性を悪くするうえに、得られるポリウレタンエ
ラストマーの物性も低下する。特に好ましい数平均分子
量の範囲は１０００〜３０００である。

従って、本発明においては、ポリエステルポリオールは
、上記した条件を満足する限りは、特に制限されること
なく、常法に従って、グリコール類と多塩基酸、特に、
二塩基酸との重縮合によって得られるそれ自体既に知ら
れているものを用いることができる。従って、上記グリ
コール類としては、例えば、エチレングリコール、１．
２−プロピレングリコール、ｌｌ３−プロピレングリコ
ール、ジエチレングリコール、１．３−ブチレングリコ
ール、２．３−７”チレングリコール、１．４−フチレ
ンゲリコール、１，６−へキサメチレングリコール、１
，４−シクロヘキサンジメタツール、ネオペンチルグリ
コール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、トリメチロ
ールエタン、トリメチロールプロパン、３−メチルペン
タン−１，３，５−トリオール、Ｌ２，６−ヘキサント
リオール等、又はこれらの混合物が用いられる。また、
上記二塩基酸としては、例えば、コ、ハタ酸、グルタル
酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン
酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、フタル酸
、イソフタル酸、テレフタル酸、無水フタル酸、テトラ
ヒドロフタル酸無水物等の飽和及び不飽和脂肪族、脂環
族及び芳香族の二塩基酸が用いられる。

尚、本発明においては、得られる多孔質ポリウレタンエ
ラストマーの好ましい物性を損なわない範囲において、
ポリ　（オキシプロピレン）ポリオール、ポリ　（オキ
シエチレンプロピレン）ポリオール、ポリテトラメチレ
ンエーテルグリコール等のポリエーテルポリオール、ア
クリルポリオール、ヒドロキシ末端液状ポリブタジェン
等のポリオールを上記ポリエステルポリオールと併用し
てもよい。

次に、本発明において用いるイソシアネート末端プレポ
リマーは、よく知られているように、有機ポリイソシア
ネートと高分子量ポリヒドロキシ化合物とから得られ、
本発明においては、ポリイソシアネートとして、例えば
、２．４−　）リレンシイ　　　　・ソシアネート、２
．６−トリレンジイソシアネート、２．４−及び２，６
−トリレンジイソシアネートの混合物、ｍ−又はｐ−フ
ェニレンジイソシアネート、ｐ−キシレンジイソシアネ
ート、エチレンジイソシアネート、テトラメチレン−１
，４−ジイソシアネート、ヘキサメチレン−１，６−ジ
イツシアネー１・、ジフェニルメタン−４，４′−ジイ
ソシアネート、３，３”−ジメチルジフェニルメタン−
４，４゛−ジイソシアネート、４．４゛−ビフェニレン
ジイソシアネート、３．３’　−ジメチル−４，４°−
ビフェニレンジイソシアネート、３゜３′−ジクロル−
４，４゛−ビフェニレンジイソシアネート、１．５−ナ
フチレンジイソシアネート等を挙げることができる。こ
れらは単独で、又は混合物として用いることができる。

これらのうちでも、本発明においては、作業性の点から
、芳香族ジイソシアネート、特に、ジフェニルメタン−
４，４”−ジイソシアネートを好適に用いることができ
る。

上記のようなジイソシアネートと反応させて末端イソシ
アネートプレポリマーを得るための高分子量ポリヒドロ
キシ化合物としては、前記した数平均分子量８００〜４
０００のポリエステルポリオールのほか、数平均分子量
８００〜６０００のポリエーテルポリオール等を好まし
く用いることができる。末端イソシアネートプレポリマ
ーを調製するには、従来知られている通常の方法によれ
ばよい。

本発明によれば、上記プレポリマーと、ポリエステルポ
リオール、有機鎖延長剤、発泡剤としての水及び触媒を
主成分とするポリオール溶液とからなるポリウレタン生
成用液状組成物を反応射出成形機にて混合し、所定の車
輪用心金をインサートした金型内に射出成形し、発泡硬
化させることによって得ることができる。

上記有機鎖延長剤は、上記イソシアネート末端プレポリ
マーとウレタン結合又は尿素結合を形成して、所謂ハー
ドセグメントを形成し、得られる多孔質ポリウレタンエ
ラストマーに特に軽中荷重用タイヤに要求される所定の
硬度、強度、伸び、低温特性、圧縮歪等の物理的特性を
付与するためには、少なくとも２官能性であると共に、
その分子量が３００以下であることが好ましい。分子量
が３００を越えるときは、鎖延長効果が不十分であり、
特に、得られるポリウレタンエラストマーが硬度及び強
度に劣ることとなる。また、有機鎖延長剤は、２〜４官
能性であってよいが、特に、２官能であることが好まし
い。

このような比較的低分子量の有機鎖延長剤としては、例
えば、エチレングリコール、１．２−プロピレングリコ
ール、１．３−プロピレングリコール、ジエチレングリ
コール、１．３−ブチレングリコール、２．３−ブチレ
ングリコール、１．４−ブチレングリコール、１，６−
へキサメチレングリコール、１．４−シクロヘキサンジ
メタツール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、ｐ−キ
シレンジオール等のグリコール類、フェニレンジアミン
、ナフチレンジアミン、ピペラジン、エチレンジアミン
、３，３°−ジクロル−４，４°〜ジアミノジフエニル
メタン等の脂肪族又は芳香族ジアミン類、アミノプロパ
ツール、オキシエチルアニリン等のアミノアルコール類
等を挙げることができる。

このような有機鎖延長剤の配合量もまた、得られるポリ
ウレタンエラストマータイヤの物性に大きい影響を与え
る。本発明においては、有機鎖延長剤は、その活性水素
の当量単位で表現して、得られるポリウレタンエラスト
マーの単位重量当りについて、０．９Ｘ１０−３〜２．
３Ｘ１０−”当量／ｇ。

好ましくは１．４Ｘ１０−３〜２．０Ｘ１０−’当量／
ｇの範囲で配合することが好ましい。

配合量が０．９Ｘ１０−”当量／ｇよりも少ないときは
、得られるポリウレタンエラストマーの硬度及び強度が
極めて低く、他方、２．３Ｘ１０−３当量／ｇよりも多
いときは、エラストマーにおけるハードセグメントが増
加するために、強度は向上するが、極めて硬く、繰返し
圧縮歪や永久歪特性に劣るので、実用に耐えない。

特に、本発明においては、上記したなかでも、２官能性
のエチレングリコール、１．４−ブチレングリコール及
び３，３゛−ジクロル−４，４°−ジアミノジフェニル
メタンが有機鎖延長剤として好適である。

また、本発明に従って、嵩密度０．６〜１．１　ｇ／ｃ
ｍ３の多孔質ポリウレタンエラストマーを得るためには
、発泡剤としての水を用いることが必要であり、その配
合量は、密閉型の容積とこれに充填するプレポリマー、
ポリエステルポリオールの量等にもよるが、通常、ポリ
エステルポリオール１００重量部に対して０．０２〜０
．５重量部の範囲である。

本発明においては、触媒としては、従来より知られてい
る任意のものを用いることができ、代表例として、例え
ば、トリエチルアミン、テトラメチルプロパンジアミン
、トリエチレンジアミン、モルホリン、Ｎ−メチルモル
ホリン、酢酸カリウム、ステアリン酸亜鉛、ジブチルス
ズジラウレート、ジブチルスズオキサイド等を挙げるこ
とができるが、これらに限定されるものではない。これ
ら触媒の使用量は、何ら制限されるものでなく、常法に
従えばよいが、例えば、トリエチレンジアミンの場合で
あれば、ポリエステルポリオール１００重量部について
０．２〜２．０重量部の範囲で用いるのが適当である。

また、２種類以上の触媒を併用してもよい。

更に、本発明においては、ポリウレタン生成用組成物に
は、必要に応じて、シリコン界面活性剤のような気泡安
定剤、染料、顔料その他を適宜量含有させることができ
る。

本発明に従って、多孔質ポリウレタンエラストマーから
なる軽中荷重用タイヤを得るには、先ず、ポリエチレン
アジペートのような高分子量ポリヒドロキシ化合物と４
，４゛−ジフェニルメタンジイソシアネートのような有
機ジイソシアネートとを反応させて、イソシアネート末
端プレポリマーを調製し、別に、ポリエチレンアジペー
ト、ポリエチレンブチレンアジペート等のポリエステル
ポリオール、発泡剤としての水、有機鎖延長剤、触媒及
びその他必要に応じて添加剤を混合して、均一なポリオ
ール溶液を調製する。次いで、上記プレポリマーとこの
ポリオール溶液とをイソシアネートインデックスが１０
０〜１１０となるように反応射出成形機により混合し、
所定の車輪本体をインサートしたタイヤ形状のモールド
キャビティ内にゲートを通して注入し、型温度を４０〜
７０℃として、発泡硬化させ、この後、脱型すれば、本
発明による嵩密度０．６〜１．１　ｇ／ｃｍ３の多孔質
ポリウレタンからなる軽中荷重用タイヤを得ることがで
きる。

（発明の効果） このようにして得られる多孔質ポリウレタンエラストマ
ーからなる軽中荷重用タイヤは、これが有する微細な気
泡が殆ど独立気泡であって、軽量性にすぐれると共に、
耐摩耗性、耐久性、始動抵抗性等にすぐれ、更に、必要
に応じて、明色着色も可能であるので、小児乗物用、事
務機器、医療用機器、家庭用及び産業用運搬車、産業用
ハンドトラックリフト等の軽中荷重用タイヤ又はキャス
ターとして好適に用いることができる。

また、本発明によるタイヤは、その製造面からみても、
反応射出成形によるので、生産性にもすぐれる。

（実施例）　　。

以下に本発明による多孔質ポリウレタンエラストマーか
らなる軽中荷重用タイヤの実施例を挙げる。尚、以下に
おいて、部は重量部を意味する。

実施例 数平均分子量２０４０のポリエチレンブチレンアジペー
ト１０２０部と、４，４゛−ジフェニルメタンジイソシ
アネー）１８９２部とを攪拌下に８０℃の温度で反応さ
せ、イソシアネート当量２０６のイソシアネート末端プ
レポリマーを得た。

別に、高分子量ポリヒドロキシ化合物としての数平均分
子量２０４０のポリエチレンブチレンアジペート１００
部、有機鎖延長剤としての１．４−ブタンジオール１５
部、発泡剤としてのイオン交換水０．０３部、シリコン
界面活性剤である気泡安定剤０．５部、触媒としてのト
リエチレンジアミン１゜２部及びジブチルスズラウレー
ト０．０５部を混合し、均一なポリオール溶液を得た。

次いで、上記プレポリマーとポリオール溶液を反応射出
成形機に仕込み、プレポリマーとポリオール溶液とをそ
れぞれ４０℃の温度とした後、ハンドトラック用車輪形
状を有する内径１５０１ｍ、高さ３ａｌｌの空隙を有す
るモールド中心部へ、タイヤ幅３８１１、外径１２９１
ｍの接着処理した車輪心金を配設し、この心金とモール
ド内壁によって形成される空隙へイソシアネートインデ
ックス１０５となるように、注入ゲートを通して射出成
形した。注入して５分経過後、モールドを開いて、得ら
れた多孔質ポリウレタンタイヤを取り出した。

このようにして得られた多孔質ポリウレタンエラストマ
ーからなるタイヤには気泡や割れが認められなかった。

また、このタイヤの物理的特性を表に示す。

次に、水平面上で上記タイヤの心金に荷重Ｔを加えた状
態において、タイヤを回転させるに必要な水平方向の引
張荷重Ｗ、即ち、始動抵抗を図面に示す。本発明のタイ
ヤによれば、始動抵抗が軽い。

また、上記タイヤの車輪軸に２７０　ｋｇの荷重を負荷
し、高さ２．５　ｍｍ、長さ５鶴、半径２．５１重の突
起をもつ円周約１ｍの鋼製ドラム上を時速４ｋｍの円周
速度にて１０部ｍ走行させたが、タイヤ部にはひび割れ
、剥離等の損傷は全く認められず、すぐれた耐久性をも
つことが明らかである。

比較例 ポリオールとしてポリエーテルポリオールを用いて、以
下のようにして、多孔質ポリウレタンエラストマーから
なるタイヤを製作した。

エチレンオキサイド（約１５％）でキャップした分子量
約４０００のグリセリンのプロピレンオキサイドアダク
ト１００部に有機鎖延長剤としてのブタンジオール１５
部、発泡剤としてのイオン交換水０．０３部、気泡安定
剤０．５部及び触媒としてのトリエチレンジアミン０．
４部を混合して、均一なポリオール溶液を得た。

次に、このポリオール溶液と前記実施例と同じイソシア
ネート末端プレポリマーを用いて、実施例と同じ方法に
て反応射出成形し、注入して１０分経過後に多孔質ポリ
ウレタンエラストマータイヤをモールドから取り出した
。

このようにして得られたタイヤには、気泡、割れ等が認
められず、すぐれた外観を呈するが、実施例と同じ条件
における１０部ｍ走行試験においては、ｌｋｍ走行させ
た時点でタイヤ部にひび割れや、心金との剥離等の重大
な損傷が発生し、実用に耐えるものではなかった。

また、この多孔質ポリウレタンエラストマーからなるタ
イヤの物理的特性を前記実施例によるタイヤと比較して
比較例１として表に示す。

更に、比較のために、従来のポリブタジェンゴムよりな
るタイヤの物理的特性を比較例２として表に示す。

表に示す結果から、本発明によるタイヤが、耐摩耗性は
か、諸性質においてすぐれていることが明らかである。

尚、表において、硬度は、ＪＩＳに−６３０１に従って
、スプリング式硬さ試験機を用いて、ＪＩＳ　Ａ型試験
片について測定した。また、摩耗量は、テーパー摩耗試
験機による試験片の重量減少から求めた。

また、これら比較例のタイヤについて、実施例と同じ条
件下に始動抵抗を測定した。結果を図面に示す。これら
比較例のタイヤは、始動抵抗が大きいことが明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明によるタイヤ及び比較例によるタイヤの
荷重に対する始動抵抗を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）平均官能基数が２．０〜２．７、数平均分
   子量が８００〜４０００の範囲にあるポリエステルポリ
   オール、 （ｂ）高分子量ポリヒドロキシ化合物と有機ポリイソシ
   アネートから得られるイソシアネート末端プレポリマー
   、 （ｃ）水、 （ｄ）有機鎖延長剤、及び （ｅ）触媒 を主成分とするポリウレタン生成用液状組成物を反応射
   出成形機にて密閉型内で反応させることにより得られる
   嵩密度０．６〜１．１ｇ／ｃｍ＾３である多孔質ポリウ
   レタンエラストマーからなることを特徴とする軽中荷重
   用タイヤ。