(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物性が厚み方向に傾斜的に変化していることにより傾斜的に変化した機能を有する傾斜機能性ポリウレタン成形体であって、
前記傾斜機能は、ポリウレタン成形体の厚み方向に電気泳動により傾斜輸送された重合性モノマー又はポリマーに起因するものである
ことを特徴とする傾斜機能性ポリウレタン成形体。
【請求項２】
物性が厚み方向に傾斜的に変化していることにより傾斜的に変化した機能を有する傾斜機能性ポリウレタン成形体の製造方法であって、
ポリウレタン成形体を電気泳動用溶媒により膨潤させた後、前記電気泳動用溶媒を満たし陰極と陽極との二つの電極を備えた電気泳動装置の泳動槽の中央部に前記泳動槽を二分する隔壁のように前記ポリウレタン成形体を設置し、二分された前記泳動槽の一方に、重合性モノマー又はポリマーを添加し、前記陰極と前記陽極との間に直流電流を印加させて電気泳動を実行することにより、前記重合性モノマー又はポリマーを前記ポリウレタン成形体の厚み方向に傾斜的に泳動させ、その後、重合反応を行うか又は重合反応を行わずに、乾燥取得する
ことを特徴とする傾斜機能性ポリウレタン成形体の製造方法。
【請求項３】
傾斜的に泳動されるものが、メタクリル酸である請求項２記載の傾斜機能性ポリウレタン成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリウレタンからなる成形体であって、厚み方向に傾斜的に変化した機能を有する成形体に関し、特に、工業用部品、ＯＡ機器用部品、運搬ベルト、伝導ベルト、建材、止水材、スポーツ用品、玩具等に好適に使用し得る傾斜機能性ポリウレタン成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリウレタン成形体は、耐磨耗性、耐薬品性等に優れているので、工業用部品、ＯＡ機器用部品等に広く使用されている。このようなポリウレタン成形体として、近年、摩擦係数、弾性率、硬度等の物性がその厚み方向に傾斜的に変化している傾斜機能性ポリウレタン成形体が注目されている。
【０００３】
従来、このような傾斜機能性ポリウレタン成形体は、物性の異なる２種以上のポリウレタン成形体を接着、圧着又はラミネートする方法、ポリウレタン成形体に第２成分を塗布又は含浸する方法、物性の異なる２種以上のポリウレタン成形体をネジ等により物理的に連結する方法等の方法により製造されていた。また、このような複数の材料を用いる方法以外の方法として、ポリウレタン成形体の表面に研磨やケミカルエッチングによる微細加工を施す方法も行われていた。
【０００４】
しかしながら、接着、圧着又はラミネートする方法により得られた傾斜機能性ポリウレタン成形体は、物性の異なるポリウレタン成形体間で界面剥離が起こったり、温度、湿度等の使用環境の影響により曲がりや反りが発生したりするので、安定した性能を長期間発揮することができなかった。
第２成分を塗布又は含浸する方法により得られた傾斜機能性ポリウレタン成形体は、塗布又は含浸された第２成分層の厚さが安定せず、性能的に劣るものであった。
【０００５】
ネジ等により物理的に連結する方法により得られた傾斜機能性ポリウレタン成形体は、連結部が傾斜機能性ポリウレタン成形体の運動や変形に充分に追従できないため、ポリウレタン成形体が本来有する性能を発揮できず、亀裂、割れが起こりやすいものであった。
表面に微細加工を施す方法により得られた傾斜機能性ポリウレタン成形体は、製造過程においてポリウレタン成形体に対する２次加工が必要であるので、ポリウレタン成形体が本来有する性能を発揮できず、厚み方向への物性の傾斜的な変化も充分なものではなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑み、厚み方向への物性の傾斜的な変化が充分に大きく、安定した性能を長期に渡って発揮することができる傾斜機能性ポリウレタン成形体及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、物性が厚み方向に傾斜的に変化していることにより傾斜的に変化した機能を有する傾斜機能性ポリウレタン成形体であって、上記傾斜機能は、ポリウレタン成形体の厚み方向に電気泳動により傾斜輸送された重合性モノマー又はポリマーに起因するものである傾斜機能性ポリウレタン成形体である。
以下に本発明を詳述する。
【０００８】
本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体は、基材であるポリウレタン成形体内に重合性モノマー又はポリマーが電気泳動により傾斜輸送されてなるものである。このため、本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体は、物性がその厚み方向に傾斜的に変化したものとなり、機能もその厚み方向に傾斜的に変化したものとなる。
【０００９】
本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体は、ポリウレタン成形体を電気泳動用溶媒により膨潤させた後、上記電気泳動用溶媒を満たし陰極と陽極の二つの電極を備えた電気泳動装置の泳動槽の中央部に上記泳動槽を二分する隔壁のように上記ポリウレタン成形体を設置し、二分された上記泳動槽の一方に、重合性モノマー又はポリマーを添加し、上記陰極と上記陽極との間に直流電流を印加させて電気泳動を実行することにより、上記重合性モノマー又はポリマーを上記ポリウレタン成形体の厚み方向に傾斜的に泳動させ、その後、重合反応を行うか又は重合反応を行わずに、乾燥取得することにより得ることができる。
【００１０】
本発明においては、まず、ポリウレタン成形体を電気泳動用溶媒により膨潤させる。このようにすることによりポリウレタン分子の網目を充分に拡張することができるので、上記重合性モノマー又はポリマーを上記ポリウレタン成形体内に効率的に短時間で傾斜的に泳動させることができる。
【００１１】
上記ポリウレタン成形体は、本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体の基材となるものである。上記ポリウレタン成形体は、ポリエステル系及びポリエーテル系のいずれであってもよく、また、熱可塑型及び熱硬化型のいずれであってもよい。
【００１２】
上記電気泳動用溶媒としては、上記ポリウレタン成形体を膨潤させることが可能であり、また、上記重合性モノマー又はポリマー、導電剤等の本発明において添加される全てのものを溶解することができるものであれば特に限定されず、例えば、水；メタノール、エタノール等のアルコール類；ジエチルエーテル、石油エーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類；酢酸エチル等のエステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族類；ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化物類；ジメチルスルホキシド；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド；Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１３】
上記電気泳動用溶媒には、導電剤を添加することができる。上記導電剤を添加することにより、電気泳動を行う際に、上記ポリウレタン成形体が通電され、上記重合性モノマー又はポリマーの上記ポリウレタン成形体内への泳動が可能となる。
【００１４】
上記導電剤としては、上記電気泳動用溶媒に可溶なものであれば特に限定されず、例えば、酢酸、ギ酸、乳酸、グリコール酸、安息香酸、プロピオン酸、シュウ酸、酒石酸、コハク酸、アジピン酸、フタル酸、クエン酸、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の有機酸類や無機酸類；水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の無機塩類；ジメチルアミン、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、アンモニア、ピリジン、アニリン等の塩基類等を挙げることができる。
【００１５】
本発明においては、次に、上記電気泳動用溶媒により膨潤させた上記ポリウレタン成形体を、図１に示すように、上記電気泳動用溶媒を満たし陰極と陽極との二つの電極を備えた電気泳動装置の泳動槽の中央部に上記泳動槽を二分する隔壁のように設置する。
【００１６】
本発明においては、次に、二分された上記泳動槽の一方に、上記重合性モノマー又はポリマーを添加する。
上記重合性モノマー又はポリマーは、後述する電気泳動により上記ポリウレタン成形体内に取り込まれ、架橋密度を上昇させたり、樹脂状層を形成したりすることにより、上記ポリウレタン成形体の摩擦係数、弾性率、硬度等の物性をその厚み方向に傾斜的に変化させる。
【００１７】
上記重合性モノマー又はポリマーとしては、本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体に付与したい機能に応じて適宜選択することができる。上記電気泳動用溶媒に可溶であり、また、上記電気泳動用溶媒中で解離、分極することにより、電流、電圧に応答して泳動することができるものであれば特に限定されない。
【００１８】
上記重合性モノマーの具体例としては特に限定されず、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸ナトリウム塩、メタクリル酸ナトリウム塩、マレイン酸、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート４級化物、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド４級化物等を挙げることができる。本発明においては、これらのうち、メタクリル酸を特に好適に用いることができる。
上記ポリマーの具体例としては特に限定されず、例えば、上記重合性モノマーの１種又は２種以上からなるオリゴマー、上記重合性モノマーの１種又は２種以上からなるポリマー等を挙げることができる。
【００１９】
本発明においては、次に、上記泳動装置の上記陰極と上記陽極との間に直流電流を印加させて電気泳動を実行することにより、上記重合性モノマー又はポリマーを上記ポリウレタン成形体の厚み方向に傾斜的に泳動させる。
【００２０】
上記電気泳動を実行する際において、印加電圧及び泳動時間としては特に限定されず、本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体に付与したい機能に応じて適宜決定することができる。
【００２１】
本発明においては、次に、重合反応を行うか又は重合反応を行わずに、乾燥取得することにより、本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体を得る。
上記重合反応は、上記重合性モノマーを電気泳動させた場合に行われる。上記重合反応としては特に限定されず、種々の反応を実施することができるが、本発明においては、ラジカル重合反応が好適に実施される。上記ラジカル重合反応は、上記重合性モノマーの泳動後、加熱することにより行われる。この場合において用いられるラジカル重合開始剤としては、上記電気泳動用溶媒に可溶なものであれば特に限定されず、例えば、２，２−アゾビスイソブチロニトリル、４，４−アゾビス−４−シアノバレリン酸、２，２−アゾビス−２−アミジノプロパン二塩酸塩等の油溶性、半水溶性、水溶性のアゾ系開始剤；過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル等の過酸化物系開始剤；ジクミルペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド等の高温開始剤；過酸化ベンゾイル−ジメチルアニリン等のレドックス開始剤等を挙げることができる。
【００２２】
また、架橋剤を用いることにより、上記重合性モノマー又はポリマーを架橋させることもできる。このようにすることにより、上記重合性モノマー又はポリマーが上記ポリウレタン成形体内に固定化され、本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体が長期に渡って安定した物性を発揮することが可能となる。
【００２３】
上記架橋剤としては、上記電気泳動用溶媒に可溶であり、また、上記重合性モノマー又はポリマーの有する官能基とカップリング反応して架橋構造を形成することができるものであれば特に限定されず、例えば、エチレングリコールジメタクリレート、メチレンビスアクリルアミド、ジビニルベンゼン等のラジカル重合性の架橋剤；ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソイアネート等を挙げることができる。
【００２４】
本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体は、物性が厚み方向に傾斜的に変化しているので、その機能も厚み方向に傾斜的に変化したものとなっている。従って、工業用部品、ＯＡ機器用部品、運搬ベルト、伝導ベルト、建材、止水材、スポーツ用品、玩具等に好適に用いることができる。
【００２５】
本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体の製造方法は、分析化学等で広く利用されている電気泳動を利用して、重合性モノマー又はポリマーをポリウレタン成形体内に傾斜的に泳動することにより実施される。このため、重合性モノマー又はポリマーの選択、電気泳動を行う際の印加電圧、泳動時間等の調整を行うことにより、種々の機能を有する傾斜機能性ポリウレタン成形体を短時間かつ効率的に得ることができる。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
水／テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を体積比２５／７５で混合した溶媒に、ラジカル重合開始剤として２，２−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）と導電剤であるギ酸とを加え均一な溶液とした。ここでＡＩＢＮは泳動物質に対して４重量％添加し、ギ酸は溶媒に対する濃度が０．１ｍｏｌ／ｌとなるように添加した。この溶液に予め成型しておいた厚さ１ｍｍのＭＤＩ／ＰＴＭＧ２０００系熱硬化性ポリウレタンエラストマーを浸漬し、平衡膨潤させた。この後、膨潤ポリウレタンを図１に示すような電気泳動装置にセットし、陰極側及び陽極側の各泳動槽内を上述のポリウレタンを浸漬した溶液で満たした。陰極側の泳動槽に泳動物質としてメタクリル酸モノマー（ＭＡ）を溶液に対して３重量％の濃度となるように添加し、直ちに攪拌して陰極側の泳動槽内を均一な溶液とし、１０００Ｖの電圧を５分間印加することにより、陰極側の泳動槽から膨潤ポリウレタンを介し陽極側の泳動槽へＭＡを輸送させた。電気泳動が終了した後、膨潤ポリウレタンを電気泳動装置から外し、７０℃のオーブン中で２４時間重合させ、更に８０℃の減圧乾燥器内で乾燥させることにより、厚さ１ｍｍである傾斜機能性ポリウレタン成形体を得た。
【００２８】
得られた傾斜機能性ポリウレタン成形体について、陰極側（ＭＡ添加側）及び陽極側（ＭＡ到達側）の摩擦系数を、摩擦試験機（ＨＥＩＤＯＮ−１４ＤＲ型、新東科学社製）により測定した。
また、得られた傾斜機能性ポリウレタン成形体を約０．３ｍｍの厚さで３枚（陰極側、中心部、陽極側）にスライスし、各々の試料片の２００％弾性率について、引張試験により測定した。
【００２９】
また、得られた傾斜機能性ポリウレタン成形体について、陰極側、陽極側及び中心部（成形体内部）のマイクロ硬度を、マイクロゴム硬度計（ＭＤ−１型、高分子計器社製）により測定した。
更に、得られた傾斜機能性ポリウレタン成形体の外観について、目視により評価した。
【００３０】
実施例２
電気泳動条件を１０００Ｖ／１２０分としたこと以外は、実施例１と同様にして傾斜機能性ポリウレタン成形体を得、評価した。結果を表１に示した。
【００３１】
実施例３
実施例１で調整した溶液に更に架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）をＭＡに対して３重量％となるように溶解させた溶液を用いたこと以外は、実施例１と同様にして傾斜機能性ポリウレタン成形体を得、評価した。結果を表１に示した。
【００３２】
実施例４
泳動物質に分子量４０００程度のＭＡオリゴマーを用い、泳動条件を１０００Ｖ／４５分としたこと以外は、実施例１と同様にして傾斜機能性ポリウレタン成形体を得、評価した。結果を表１に示した。
【００３３】
比較例１
電気泳動装置にセットしＭＡモノマーを添加した後、電圧を印加することなく５分間保持したこと以外は、実施例１と同様にして傾斜機能性ポリウレタン成形体を得、評価した。結果を表１に示した。
【００３４】
比較例２
予め成型しておいた厚さ１ｍｍのＭＤＩ／ＰＴＭＧ２０００系熱硬化性ポリウレタンエラストマーについて何等処理を施さずに、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示した。
【００３５】
【表１】
0003670775.tif 000002
【００３６】
【発明の効果】
本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体は、上述の構成からなるので、摩擦係数、弾性率、硬度等の厚み方向への物性の傾斜的な変化が充分に大きなものである。
また、本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体の製造方法は、重合性モノマー又はポリマーを電気泳動装置により傾斜的に泳動させているので、基材となるポリウレタン成形体と泳動物質である重合性モノマー又はポリマーとの界面が小さくなる。従って、得られる傾斜機能性ポリウレタン成形体は、異種材料間で発生する界面剥離等を起こすことがなく、安定した性能を長期に渡って発揮することができるものとなる。更に、本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体の製造方法は、導電剤や電気泳動用溶媒等を回収して再利用することができるため、製造コストの大幅な削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の傾斜機能性ポリウレタン成形体の製造方法において用いられる電気泳動装置の断面概念図である。
【符号の説明】
１  膨潤させたポリウレタン成形体
２  泳動槽
３  電極
４  攪拌モーター
５  攪拌羽根
６  冷却水ジャケット
７  ドレン
【図１】
0003670775.tif 000003