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技術 ウレタン反応射出成形品

出願人 豊田合成株式会社
発明者 筒井良治水野恒
出願日 2002年5月15日 (18年7ヶ月経過) 出願番号 2002-140588
公開日 2003年11月19日 (17年1ヶ月経過) 公開番号 2003-327648
状態 未査定
技術分野 ポリウレタン,ポリ尿素
主要キーワード ベント穴 ポリウレタンフォーム材料 初期材料 ウレタンフォーム材料 手ざわり 材料流動 材料流れ 炭酸ガス発生
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この項目の情報は公開日時点(2003年11月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

反応射出成形時における流れ性が良好であるとともに、成形品表面硬度が高いという二律背反的要求を満たしてウレタンRI成形が可能なウレタン反応射出成形品を提供することを目的とする。

解決手段

ポリオール成分、イソシアネート成分および触媒を必須成分とするポリウレタン材料を反応射出成形させて製造するウレタンハンドル等のウレタン反応射出成形品。ウレタン触媒が、アミン系触媒を主触媒とし、ジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型の有機錫系触媒遅効性触媒)を副触媒とするものである。

概要

背景

概要

反応射出成形時における流れ性が良好であるとともに、成形品表面硬度が高いという二律背反的要求を満たしてウレタンRI成形が可能なウレタン反応射出成形品を提供することを目的とする。

ポリオール成分、イソシアネート成分および触媒を必須成分とするポリウレタン材料を反応射出成形させて製造するウレタンハンドル等のウレタン反応射出成形品。ウレタン触媒が、アミン系触媒を主触媒とし、ジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型の有機錫系触媒遅効性触媒)を副触媒とするものである。

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請求項1

ポリオール成分、イソシアネート成分および触媒を必須成分とするウレタン材料反応射出成形させて形成されてなるウレタン反応射出成形品において、前記触媒が、アミン系触媒を主触媒としジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型の有機錫系触媒を副触媒とするものであることを特徴とするウレタン反応射出成形品。

請求項2

前記有機錫系触媒におけるジアルキル炭素数3〜6であり、メルカプトカルボン酸の炭素数1〜4であり、アルコキシ炭素数が炭素数6〜10であることを特徴とする請求項1記載のウレタン反応射出成形品。

請求項3

前記有機錫系触媒が下記化合物の群から選択される1種又は2種以上からなることを特徴とする請求項2記載のウレタン反応射出成形品。ジブチル錫ビスメルカプトプロピオン酸2−エチルキサンエステル)又は誘導体ジブチル錫ビス(メルカプト酢酸2−エチルへキサンエステル)又は誘導体

請求項4

前記アミン系触媒と有機錫系触媒との質量比率が前者/後者=10/0.05〜10/1であることを特徴とする請求項1、2又は3記載のウレタン反応射出成形品。

請求項5

前記ウレタン材料におけるポリオール成分(鎖延長剤を除く。)100質量部に対する、アミン系触媒と有機錫系触媒の合計配合量が1.5〜4.0質量部であることを特徴とする請求項4記載のウレタン反応射出成形品。

請求項6

ポリオール成分、イソシアネート成分、触媒、及び、発泡剤を必須成分とするポリウレタンフォーム材料から反応射出成形されてなるインテグラルスキンフォーム成形品において、前記触媒が、アミン系触媒を主触媒としジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型の有機錫系触媒を副触媒とし、さらに、発泡剤が水であることを特徴とするインテグラルスキンフォーム成形品。

請求項7

有機錫系触媒におけるジアルキルの炭素数3〜6であり、前記メルカプトカルボン酸の炭素数1〜4であり、アルコキシ炭素数が炭素数6〜10であることを特徴とする請求項6記載のインテグラルスキンフォーム成形品。

請求項8

インテグラルスキンフォーム成形品がステアリングホイールであることを特徴とする請求項6又は7記載のインテグラルスキンフォーム成形品。

技術分野

0001

本発明は、ウレタン反応射出成形品RI成形品)に関する。特に、RIM(Reaction Injection Molding)成形に際して、ステアリングホイールの如く材料流れ性及び表面硬度耐摩耗性見地から)が要求されるインテグラルスキンフォーム成形品(以下「ISF成形品」という。)に好適な発明である。

0002

本発明を適用可能なISF成形品としては、意匠性ソフト感手ざわり時の感触)とともに耐摩耗性が要求される自動車用内装品、例えば、ウレタンハンドルホーンパッドアームレストヘッドレストインストルメントパネル等を挙げることができる。

0003

以下の説明で、配合単位は、特に断らない限り、質量単位である。

背景技術

0004

ここでは、ISF成形品であるステアリングホイール(ウレタンハンドル)を例に採り説明するが他のISF成形品、さらには、非発泡のウレタン反応射出成形品にも、本発明は適用可能である。

0005

通常、ウレタンハンドルは、下記の如くRIM成形により製造していた(図1〜2参照:特開平4−325533号)。

0006

材料射出前において、第一液(ポリオール成分に鎖延長剤触媒発泡剤等を配合したもの)、第二液(イソシアネート成分)を、相互に非接触状態で、第一液タンク1または第二液タンク3とミキシングヘッド5との間で、高圧定量性ポンプ8、8を介して循環させておく。そして、射出時には、弁体(図示せず)を操作して、ミキシングヘッド5内の混合室で第一・第二液を高圧衝突混合させた後、芯金13がセットされた金型10のキャビティ10a内へ材料を射出注入する。

0007

そして、ウレタンハンドルのキャビティは断面径に対する周長が長いとともに上記の如く、芯金がセットされる。このためRIM材料は、反応射出成形時における流れ性が良好であることが要求される。さらに、ハンドルには耐摩耗性、すなわち、硬度が高いことが要求される。

0008

硬度を上げるためには、反応性を増大、すなわち、触媒量を増大すればよいが、触媒量の増大は、材料流動性(流れ性)を低下させる。

発明の開示

0009

本発明は、この二律背反的な要求を満たしてウレタンRIM成形が可能なウレタン反応射出成形品を提供することを目的とする。

0010

本発明のISF成形品は、上記課題(目的)を、下記構成により解決するものである。

0011

ポリオール成分、イソシアネート成分および触媒を必須成分とするウレタン材料を反応射出成形させて形成されてなるウレタン反応射出成形品において、前記触媒が、アミン系触媒を主触媒としジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型の有機錫系触媒を副触媒とするものであることを特徴とする。

0012

上記の如くアミン系触媒を主触媒とし、副触媒としてジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型のものを使用すると、後述の試験例で示す如く、材料流動性を低下させずに成形品の表面硬度を増大させることが可能となる。その理由は、上記ジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型の触媒は、ある種の立体障害により、望ましい触媒特性、すなわち、触媒作用が当初低く後から高くなる、いわゆる遅効性触媒特性を示すものと推定される。

0013

そして、上記有機錫系触媒におけるジアルキル炭素数3〜6とし、メルカプトカルボン酸の炭素数1〜4とし、アルコキシ炭素数6〜10とすることが、望ましい遅効性触媒特性を得やすい。

0014

具体的な有機錫系触媒としては、
ジブチル錫ビスメルカプトプロピオン酸2−エチルキサンエステル)又は誘導体
ジブチル錫ビス(メルカプト酢酸2−エチルへキサンエステル)又は誘導体
を挙げることができる。

0015

そして、通常、アミン系触媒と有機錫系触媒との質量比率が前者/後者=10/0.1〜10/1とし、また、ウレタン材料における、ポリオール成分(鎖延長剤を除く。)100部に対するアミン系触媒と有機錫系触媒の合計配合量を1.5〜4.0部とする。

0016

そして、ISF成形品とするときは、下記構成とする。

0017

ポリオール成分、イソシアネート成分、触媒、及び、発泡剤を必須成分とするポリウレタンフォーム材料から反応射出成形されてなるインテグラルスキンフォーム成形品において、触媒が、アミン系触媒を主触媒としジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型の有機錫系触媒を副触媒とし、さらに、発泡剤が水であることを特徴とする。

0018

次に、上記手段の各構成について詳細な説明をおこなう。

0019

A.本発明のウレタンハンドルは、ポリオール成分、イソシアネート成分及び触媒を必須とし適宜発泡剤を含有するウレタンフォーム材料からRIM成形されてなる。

0020

(1) 上記、ポリオール成分としては、ウレタンハンドルの場合、通常、ポリエーテルポリオール(硬度調製がしやすい。)を使用する。具体的には、下記例示の二官能体、三官能体、必要により四官能体を適宜組み合わせて使用する。

0021

二官能体:ポリオキシプロピレンポリオキシエチレングリコール
ポリオキシエチレングリコール(PEG)、
ポリオキシプロピレングリコール(PPG)、
ポリオキシブチレングリコール
三官能体:プロピレンオキサイドトリメチロールプロパン共重合体
プロピレンオキサイド−ヘキサントリオール共重合体、
プロピレンオキサイド−グリセリン共重合体、
エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−グリセリン共重
合体
四官能体:エチレンジアミン−エチレンオキサイド−プロピレンオキサ
ド共重合体、
ここで、二官能体と多官能体との配合比率は、前者/後者=75/25〜0/100とすることが望ましい。多官能体の配合量が過多であると、成形に際して、材料流動性が不安定となり、また、エア巻き込み現象が発生しやすい。多官能体は、二官能体に比して反応性が高く、反応速度が高くなり過ぎるためである。

0022

さらに、ウレタンハンドルの場合、上記ポリオール成分は、下記要件を満たすポリエーテルポリオールとし、さらには、下記鎖延長剤を添加することが望ましい。鎖延長剤は、成形品の強度・反発弾性を増大させる作用、及び、反応系での熱制御の作用を奏する。

0023

ポリエーテルポリオール…水酸基価20〜55、平均官能基数2〜3、PPG/PEG=70/30〜95/5、末端水酸基一級化率50〜95%、
鎖延長剤…エチレングリコール(EG)、ジエチレングリコール(DEG)、1,4−ブタンジオール等、
そして、上記ポリエーテルポリオール100部に対する配合量は、例えば、EGの場合、2〜15部(望ましくは3〜10部)、後二者の場合、3〜25部(望ましくは5〜15部)とする。鎖延長剤が過剰であると、成形品が硬くなり過ぎ、また、ウレタン材料の反応が促進され材料流動性が低下してIS層が不完全になりやすい。

0024

(2)上記イソシアネート成分としては、慣用のものを使用でき、例えば、下記のもの内から、成形品に要求される物性に応じて、適宜種類及び量を選定する。意匠性が要求され、かつ、成形品に仕上げ塗装またはインモールドコートをおこなわない場合は、非黄変タイプである脂肪族系イソシアネートを使用することが望ましい。

0025

芳香族系イソシアネート
4,4´−ジフエニルメタンジイソシアネート(以下「MDI」と略す)、ポリメリックMDI(クルードMDI)、液状MDI、トリレンジイソシアネート、及びフエニレンジイソシアネート等、さらには取扱上及び物性上の見地から、これらのを高分子化させたダイマートリマープレポリマーなどを挙げることができる。

0026

脂肪族系イソシアネート
本来の脂肪族イソシアネートの他に脂環式イソシアネートも含み、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、水添キシレンジイソシアネート(水添XDI)、4,4´−メチレンビスジシクロヘキシルジイソシアネート(H12MDI)、メチルシクロヘキシルジイソシアネート(水添TDI)、及びイソホロンジイソシアネート(IPDI)等、さらには、取扱上の見地から、それらを高分子化させたダイマー、トリマー、プレポリマーなど、いわゆる非黄変性のものを挙げることができる。

0027

(3) また、ウレタンハンドルの場合、上記イソシアネート成分は、下記ブレン物をポリオール成分に対してNCO/OH=0.95〜1.3 の範囲の混合比で使用することが望ましい。

0028

NCO%20〜35%、ピュアMDIプレポリマー/ポリメリックMDI=25/75〜100/0のブレンド物

0029

B.本発明は、上記構成において、ウレタン材料におけるアミン系触媒を主触媒としジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型の有機錫系触媒を副触媒とする。

0030

(1)上記の如くアミン系触媒を主触媒とし、副触媒としてジアルキル錫ビスメルカプトカルボン酸エステル型のものを使用すると、後述の試験例で示す如く、材料流動性を低下させずに成形品硬度を増大させることが可能となる。

0031

上記アミン系触媒としては、汎用のものを使用でき、例えば、トリエチレンジアミン(TEDA)、トリエタノールアミンジエタノールアミンジメチルエタノールアミンペンタメチルジプロピレントリアミン等を挙げることができる。

0032

これらのうちで、TEDAが汎用性があり、かつ、反応触媒能が高くて望ましい。

0033

また、上記有機錫系触媒におけるジアルキルの炭素数3〜6(望ましくは4〜5)であり、前記メルカプトカルボン酸の炭素数1〜4(望ましくは1〜2)であり、アルコキシ炭素数が炭素数6〜10(望ましくは7〜9)とする。それらの範囲がのぞましい遅効触媒特性を示し易いためである。

0034

上記要件を満たす具体的な有機錫系触媒としては、ジブチル錫ビス(メルカプトプロピオン酸2−エチルへキサンエステル)(下記化学式参照)又は誘導体

0035

0036

ジブチル錫ビス(メルカプト酢酸2−エチルへキサンエステル)又は誘導体

0037

0038

を挙げることができる。ここで、誘導体としては、具体的にはオキサイド体を挙げることができる。

0039

そして、通常、アミン系触媒と有機錫系触媒との質量比率は前者/後者=10/0.05〜10/1(望ましくは10/0.1〜10/0.5)とする。アミン系触媒が過多であると、ウレタン材料の流動性が損なわれ易く、逆に過少であると十分な表面硬度を確保しがたくなる。

0040

また、ウレタン材料におけるポリオール成分100部に対するアミン系触媒と有機錫系触媒の合計配合量は、1.5〜4.0部(望ましくは2.0〜3.0部)とする。触媒の合計添加部数が過大であると、初期材料流動性を確保しがたく、過少であると表面硬度を確保しがたい。

0041

すなわち、触媒量が過少では、ウレタン化反応重合反応)及び炭酸ガス発生反応(気泡化反応)に対する触媒作用を奏しがたく、成形サイクルが長くなり実際的でない。他方、触媒量が過多では、ウレタン化反応が早くなり過ぎて、製品キャビティを材料が充満する前に材料流れが悪くなり、ショートショット充填不良)が発生し易くなり、ウレタンハンドル(ISF成形品)の物性も不安定となる。

0042

(2) 上記水の配合量は、ポリオール成分100部に対して0.05〜1.0部(望ましくは 0.1〜0.5部)とする。水の配合量が 0.05部未満では、炭酸ガス発生量が過少で、コアフォームを形成しがたい。また、1.0部を超えると、炭酸ガスの発生量が過剰となり(特に初期の)、均一なIS層を得がたく、かつ、炭酸ガスが一箇所にたまりふくれ等の表面不良がIS層に発生し易くなる。

0043

C.成形方法
本実施形態のウレタンハンドル(ISF成形品)は、上記要件を満足するPURフォーム材料を使用して、反応射出成形(RIM成形)により前述の如く製造する。

0044

このときの成形条件は、通常、次の範囲とする。

0045

ウレタンフォーム材料温度(第一・第二液):20〜60℃(望ましくは30〜40℃)、
射出圧力:100〜200kgf/cm2 ( 9.8〜19.6MPa)、
金型温度:20〜80℃(望ましくは40〜60℃)、
射出量:100〜300g/s、
脱型時間:60〜180s、

0046

以下、本発明の効果を確認するために、表1に示す実施例および比較例の各ウレタン材料を用いて、下記反応条件でウレタンハンドルをRIM成形した。

0047

ウレタンフォーム材料温度(第一・第二液):30〜40℃
射出圧力:130〜160kgf/cm2 (12.7〜15.7MPa)、
金型温度:50〜60℃、
射出量:160g/s、
脱型時間:90s、
そして、各実施例及び比較例について、下記各項目の試験を行った。

0048

(1)材料流動性(ベント穴からのウレタン噴出量
RIM金型のゲートに対向するベント穴からのウレタン材料噴出量(g)を計測した。

0049

(2)表面硬度
離型直後のウレタンハンドルについてショアー押込硬度計(A形)を使用して表面硬度測定をした。

0050

(3)試験結果
試験結果を示す表1から下記のことが分かる。各実施例は、各比較例に比してその材料流動性を大きく損なうことなく、離型時の表面硬度が高くなっていることが分かる。

0051

図面の簡単な説明

0052

図1本発明のISF成形品の成形方法を説明するための概略図である。
図2本発明のISF成形品の一例であるウレタンハンドルを成形する際に使用する金型の概略断面図である。

--

0053

1 第一液タンク、
3 第二液タンク、
5ミキシングヘッド、
15混合タンク

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