(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプのピストンシールを形成するための方法であって、
プレポリマー成分、ポリオール添加物、ジオール成分、及び硬化成分を含む反応混合物を形成することであって、
前記プレポリマー成分が、少なくともイソシアネート成分とポリカーボネートポリオール成分の反応生成物であるポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーを含み、前記プレポリマー成分が、前記反応混合物の総重量に基づいて、５５重量％〜９０重量％の量で存在し、
前記ポリオール添加物が、ポリカーボネートポリオールを含み、前記反応混合物の前記総重量に基づいて、５重量％〜４０重量％の量で存在し、
前記ジオール成分が、前記反応混合物の前記総重量に基づいて、５重量％〜２０重量％の量で存在し、
前記硬化成分が、前記反応混合物の前記総重量に基づいて、０．０１重量％〜２０重量％の量で存在するジアミン系硬化剤を含む、形成することと、
前記反応混合物及び金型を用いて、密封要素を形成することと、
前記密封要素を硬化させて油圧ポンプのピストンシールを形成することと、を含む、前記方法。
【請求項２】
前記ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーは、混合物の総重量に基づいて、前記ポリカーボネートポリオール成分が３０重量％〜８０重量％の量で存在し、かつ前記イソシアネート成分が２０重量％〜６０重量％の量で存在する前記混合物の前記反応生成物である、請求項１に記載の前記方法。
【請求項３】
前記ポリカーボネートポリオール成分は、ポリカーボネートジオールを含み、前記ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーは、混合物の総重量に基づいて、前記ポリカーボネートジオールが５５重量％〜７０重量％の量で存在し、かつ前記イソシアネート成分が３０重量％〜４５重量％の量で存在する前記混合物の前記反応生成物である、請求項１に記載の前記方法。
【請求項４】
前記反応混合物中の前記硬化成分の量は、前記反応混合物の前記総重量に基づいて、０．０１重量％〜４．５重量％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の前記方法。
【請求項５】
前記硬化成分は、トルエン系ジアミン硬化剤及び塩素化芳香族ジアミン硬化剤の群から選択される少なくとも１つを含む、請求項４に記載の前記方法。
【請求項６】
前記イソシアネート成分は、前記イソシアネート成分の合計１００重量％に基づいて、少なくとも６０重量％の４，４’−メチレンジフェニルイソシアネート及び２，４’−メチレンジフェニルイソシアネートの残部を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記方法。
【請求項７】
前記密封要素が硬化されて前記油圧ポンプの前記ピストンシールを形成した後に、前記ピストンシールが前記油圧ポンプのピストンに取り付けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記方法。
【請求項８】
前記密封層が前記油圧ポンプのピストン上に形成され、前記密封層が前記ピストン上で適所に硬化される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記方法。
【請求項９】
前記油圧ポンプがコンクリートポンプである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の前記方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の前記方法に従って形成されたピストンシールを含む、油圧ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーを使用して形成される油圧ポンプ用のポリウレタンエラストマーシール、及び該ポリウレタンエラストマーシールを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ポンプは、例えば、ピストン棒と共に往復運動様式で移動する少なくとも１つのピストン等の種々の機械構成要素を含み得る。米国特許第８，３１２，８０５号に論じられるように、ピストンは、ポリウレタン生成物であるエラストマーシール材料を有し得、このシール材料は、ピストンとそのピストンを包囲するライナースリーブ壁との間の空間に組み込まれる。油圧ポンプの動作条件（高温及び／または高圧等）及び油圧ポンプによって移動する摩耗性材料は、ピストンシールの早期障害を引き起こす場合がある。したがって、油圧ポンプの工業条件に耐えることがより可能なポリウレタンシールが求められる。
【０００３】
さらに、コンクリートポンプ等の油圧ポンプは、摩耗性の重くて高粘着性の材料を効果的に移動させることを可能にしなければならない。コンクリートポンプに接続される移送管に耐摩耗性を与えるためのポリ（テトラメチレン）エーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）系ポリウレタンエラストマーの使用は、国際公開第２００８／０９１５１１号に論じられる。しかしながら、耐摩耗性を与えること、及びコンクリートポンプ等の油圧ポンプ内の高い温度に耐えることの両方に適合されるポリウレタンエラストマーが求められる。
【発明の概要】
【０００４】
実施形態は、プレポリマー成分、ポリオール添加物、ジオール成分、及び硬化成分を含む反応混合物を形成することと、その反応混合物及び金型を用いて密封要素を形成することと、その密封要素を硬化させて油圧ポンプのピストンシールを形成することと、を含む、油圧ポンプのピストンシールを形成するための方法を提供することによって実現することができる。プレポリマー成分は、少なくともイソシアネート成分とポリカーボネートポリオール成分の反応生成物であるポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーを含み、プレポリマー成分は、反応混合物の総重量に基づいて、５５重量％〜９０重量％の量で存在する。ポリオール添加物は、ポリカーボネートポリオールを含み、反応混合物の総重量に基づいて、５重量％〜４０重量％の量で存在し、ジオール成分は、反応混合物の総重量に基づいて、５重量％〜２０重量％の量で存在し、硬化成分は、反応混合物の総重量に基づいて、０．０１重量％〜２０重量％の量で存在するジアミン系硬化剤を含む。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
実施形態は、ウレタン系プレポリマー成分と、ポリオール添加物と、ジオール鎖延長剤成分と、硬化成分との間で反応を発生させることを含む、ポリウレタンエラストマーシールを形成する方法に関する。ウレタン系プレポリマー成分は、イソシアネート成分とポリカーボネートポリオール成分との間の反応から形成されるポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーを含む。さらに、実施形態は、改善された耐摩耗性を有し、かつ油圧ポンプの動作条件に耐える改善された能力を有する低摩擦ピストンシールに関する。ポリウレタンエラストマーシールは、２８日間の加水分解エージングに曝露された後でも、ＡＳＴＭ  Ｄ  ２２４０に従って、８５を超えるショアＡ硬度（例えば、８５〜１００、９０〜１００等）を有するように配合され得る。
【０００６】
ポリウレタンエラストマーシールは、ポンプを含むピストン内のピストンシールであり得る。例えば、ポリウレタンエラストマーシールは、コンクリートポンプ及び泥水ポンプ等の油圧ポンプに使用され得る。ポリウレタンエラストマーシールは、コールドチャンバ注型プロセスまたはホットチャンバ注型プロセス等の注型プロセスによって形成されてもよい。例えば、ポリウレタンエラストマーシールは、反応混合物及び金型を使用した油圧ポンプのピストン上の場所打ちであり、次いでピストンの外壁と直接接触して硬化されるシール区分を形成し得る。別の例示的な実施形態によると、ポリウレタンエラストマーシールは、反応混合物を使用して金型に形成され、金型から取り外されて、次いで油圧ポンプのピストンに取り付けられ得る。反応混合物は、ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマー、ポリオール添加物、ジオール鎖延長剤成分、及び硬化成分を有するウレタン系プレポリマー成分を含み、反応混合物は、金型に形成されるか、または金型に注入され得る。
【０００７】
ポリウレタンエラストマーシールを形成するための方法は、少なくともポリカーボネート−イソシアネートプレポリマー、ポリオール添加物、少なくともジアミン系硬化剤を有する硬化成分、及びジオール成分を有するウレタンプレポリマー成分を含む反応混合物を、金型に形成して密封層を形成することを含む。ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーは、イソシアネート成分とポリカーボネートポリオールの反応生成物であり、プレポリマー成分は、反応混合物の総重量に基づいて、５５重量％〜９０重量％（例えば、６０重量％〜８５重量％、６５重量％〜８０重量％、７０重量％〜８０重量％等）の量で反応混合物中に存在する。当業者によって理解されるように、重量パーセンテージは、反応混合物の総重量１００重量％に基づいて計算される。ウレタン系プレポリマー成分中のプレポリマーはそれぞれ、少なくとも１つの末端イソシアネート基を含み得、硬化成分は、活性水素基を有する少なくとも１つの硬化剤を含み得る。
【０００８】
ウレタンプレポリマー成分は、少なくとも１つのウレタン系プレポリマーを含む。ウレタン系プレポリマーは、イソシアネート成分及びポリオール成分を含む反応混合物を形成するプレポリマーの生成物である。イソシアネート成分は、１つ以上の異なるイソシアネート（例えば、１つの芳香族イソシアネートの少なくとも２つの異なる異性体）を含む。イソシアネート成分中の１つ以上の異なるイソシアネートのそれぞれは、１．８〜４．２（例えば、１．９〜３．５、２．０〜３．３等）の官能価を有し得る。１つ以上のイソシアネートは独立して、芳香族イソシアネート、脂環式イソシアネート、及び脂肪族イソシアネートの群から選択され得る。ウレタンプレポリマーは、５重量％〜３０重量％（例えば、５重量％〜２０重量％、８重量％〜１５重量％、９重量％〜１１重量％等）のイソシアネート基含有量（すなわち、ＮＣＯ含有量）を有し得る。ポリオール成分は、１つ以上の異なるポリオールを含む。１つ以上の異なるポリオールはそれぞれ、ポリエーテルまたはポリエステルのうちの１つであり得る。
【０００９】
イソシアネート成分をポリオール成分と反応させたときに、イソシアネートインデックスは、９０〜１１５（例えば、９５〜１１０、１００〜１０５等）であり得る。イソシアネートインデックスは、１００を乗じた、存在するイソシアネート−反応性水素含有基（すなわち、ＯＨ部分）の総当量で割った存在するイソシアネート基（すなわち、ＮＣＯ部分）の当量である。別の方法で考慮すると、イソシアネートインデックスは、配合物中に存在するイソシアネート反応性水素原子にわたる、パーセンテージとして示されるイソシアネート基の比率である。それゆえ、イソシアネートインデックスは、配合に使用されるイソシアネート−反応性水素の量と反応させるのに理論的に必要とされるイソシアネートの量に対する配合に実際に使用されたイソシアネートのパーセンテージを表す。
【００１０】
実施形態によると、ウレタンプレポリマー成分は、反応混合物を形成するプレポリマーを使用して形成されるポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーを含む。ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーを形成するために、イソシアネート成分は、反応混合物を形成するプレポリマーの総重量の２０重量％〜６０重量％（例えば、２５重量％〜５０重量％、３０重量％〜４５重量％、３５重量％〜４０重量％等）を占める。ポリオール成分は、反応混合物を形成するプレポリマーの総重量の３０重量％〜８０重量％（例えば、４５重量％〜７５重量％、５０重量％〜７０重量％、５５重量％〜６５重量％、６０重量％〜６５重量％等）を占める。反応混合物を形成するプレポリマーはまた、イソシアネート成分とポリオール成分との間で反応を開始するように、さらに、かつ／または促進するように配合される触媒を含む添加物成分も含み得る。例えば、触媒は、当該技術分野で既知の少なくとも１つのかかる触媒を含んでもよい。添加物成分はまた、ブロモ酢酸エステル、トリクロロ酢酸、シアノ酢酸エステル、ジメチル硫酸、塩化ベンゾイル、及び塩化アセチルの群から選択される他の添加物を含む。添加物成分は、反応混合物を形成するプレポリマーの総重量の５重量％未満（例えば、０．０１重量％〜０．０５重量％、０．１５重量％〜０．１重量％等）を占める。
【００１１】
反応混合物を形成するプレポリマーのイソシアネート成分中の１つ以上のイソシアネートの例示的なイソシアネートには、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、ならびにそれらの種々の異性体及び／または誘導体が含まれる。その２，４’−、２，２’−、及び４，４’−異性体のうちの少なくとも１つを使用して、ＭＤＩは、ポリマー、コポリマー、混合物、または修飾ポリマー形態を有し得る。例示的なＭＤＩ生成物は、ＩＳＯＮＡＴＥ、ＰＡＰＩ、及びＶＯＲＡＮＡＴＥの商標名で、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能である。その２，４及び２，６−異性体のうちの少なくとも１つを使用して、ＴＤＩは、ポリマー、コポリマー、混合物、または修飾ポリマー形態を有し得る。例示的なＴＤＩ生成物は、ＶＯＲＡＮＡＴＥの商標名で、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能である。
【００１２】
例示的な実施形態によると、反応混合物を形成するプレポリマー中のイソシアネート成分は、例えば、ＭＤＩもしくはＴＤＩの異なる異性体の混合物、またはＭＤＩ及びＴＤＩの混合物等の少なくとも２つの異なる芳香族ジイソシアネートを含む芳香族ジイソシアネート混合物を含み得る。例示的な実施形態によると、芳香族ジイソシアネート混合物は、少なくとも６０重量％の４，４’−メチレンジフェニルイソシアネートと、ＴＤＩの異性体、及びイソシアネート成分の総重量に基づいて、（例えば、６０重量％及び４０重量％、７０重量％及び３０重量％、８０重量％及び２０重量％、９０重量％及び１０重量％、９５重量％及び５重量％、９８重量％及び２重量％等の混合比で）４，４’−メチレンジフェニルイソシアネートとは異なるＭＤＩの１つの異性体の群から選択される少なくとも１つの残部と、を含み得る。例えば、芳香族ジイソシアネート混合物は、イソシアネート成分の総重量に基づいて、少なくとも６０重量％の４，４’−メチレンジフェニルイソシアネート及び２，４’−メチレンジフェニルイソシアネートの残部を含み得る。
【００１３】
ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーを形成するためのポリオール成分は、例えば、１つのポリカーボネートジオール、１つ以上の異なるポリカーボネートジオール、または１つのポリカーボネートジオール等の少なくとも１つのポリカーボネートポリオール、及び１つ以上の他のポリオールを含む。ポリオール成分中に含まれ得る他のポリオールには、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、エステル−カーボネートポリオール、及びエーテル−カーボネートポリオールが含まれる。ポリオール成分中の各ポリオールは、２〜８（例えば、２〜４）の公称ヒドロキシル官能価を有し得る。例示的な実施形態によると、プレポリマーを形成するための反応混合物は、反応混合物を形成するプレポリマーの総重量に基づいて、３０重量％〜８０重量％（例えば、４０重量％〜７０重量％、３０重量％〜６０重量％、５０重量％〜８０重量％等）のポリカーボネートジオールを含む。例えば、反応混合物を形成するプレポリマーは、反応混合物を形成するプレポリマーの総重量に基づいて、３０重量％〜４５重量％のイソシアネート成分、ならびにポリオール成分を形成する５５重量％〜７０重量％のポリカーボネートジオールを含む。
【００１４】
ポリカーボネートポリオールは、少なくとも１つのジオール（例えば、少なくとも１つのアルカンジオールを含むもの）と、カルボニル部分含有成分（例えば、カーボネートエステル及びホスゲンの群から選択される少なくとも１つのかかる部分を含むもの）との間の反応の生成物であり得る。ポリカーボネートポリオールを形成するために使用され得る例示的なジオールには、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，２−ドデカンジオール、シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、ビス（２−ヒドロキシエチル）エーテル、ビス（６−ヒドロキシヘキシル）エーテル、７００ｇ／ｍｏｌ未満の数平均分子量を有する短鎖Ｃ２、Ｃ３、またはＣ４ポリエーテルジオール、それらの組み合わせ、及びそれらの異性体が含まれる。例示的なカーボネートエステルには、ジメチルカーボネート、トリメチレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジフェニルカーボネート、プロピレンカーボネート、ポリ（プロピレンカーボネート）、及びポリ（ビスフェノールＡカーボネート）が含まれる。ポリカーボネートポリオールは、ジオール及びカルボニル部分含有成分を含む反応混合物を重合反応に供することによって得ることができる。例えば、結果として得られたポリカーボネートポリオールは、ヒドロキシル末端ポリカーボネートジオールであり得る。
【００１５】
ポリカーボネートポリオールは、分岐鎖または非分岐鎖として、２〜５０個の炭素原子（例えば、２〜２０個の炭素原子、３〜６個の炭素原子、５〜６個の炭素原子等）を有する１つ以上のアルカンジオール由来の繰り返し単位を含み得、酸素（Ｏ）等の追加のヘテロ原子によって阻害されることもあり得る。１つ以上のアルカンジオール成分由来の繰り返し単位を有する例示的なポリカーボネートポリオールは、ＥＴＥＲＮＡＣＯＬＬの商標名でＵＢＥ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから、かつＤＥＳＭＯＰＨＥＮの商標名でＢａｙｅｒ  ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＬＬＣから入手可能である。例えば、ポリカーボネートポリオールは、１，６−ヘキサンジオール系ポリカーボネートジオール、１，５−ペンタンジオール系ポリカーボネートジオール、１，４−ブタンジオール系ポリカーボネートジオール、及び１，３−プロパンジオール系ポリカーボネートジオールの群から選択される１つである。例示的な実施形態によると、ポリカーボネートポリオールは、１，６−ヘキサンジオールの反応生成物、及び１，４−シクロヘキサンジメタノール等のカーボネートエステルである。
【００１６】
ポリカーボネートポリオールは、７５０〜５０００ｇ／ｍｏｌ（例えば、１０００〜５０００ｇ／ｍｏｌ、１５００〜３０００ｇ／ｍｏｌ、１８００〜２２００ｇ／ｍｏｌ等）の数平均分子量を有し得る。ポリカーボネートポリオールは、２２〜２２０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ（例えば、３５〜１５０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、４５〜７５ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、５０〜６０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ等）の公称ヒドロキシル価を有し得る。ポリカーボネートポリオールは、平行板レオメトリーによって７５℃で測定されたときに、３００〜１５，０００ｃＰの平均粘度を有し得る。例えば、ポリカーボネートポリオールは、７５℃で測定された１５００ｃＰ〜５０００ｃＰの粘度（例えば、２０００ｃＰ〜３０００ｃＰ等）で、適度に粘性であり得る。
【００１７】
ポリカーボネートポリオールを形成するための重合反応は、触媒成分の存在によって助長され得る。触媒成分の存在下でポリカーボネートポリオールを形成するために重合反応を実施するための方法には、例えば、エステル交換反応が含まれる。エステル交換反応において、反応物質は、反応条件下で、エステル交換触媒の存在下で接触される。均一触媒及び不均一触媒の群から選択される少なくとも１つを含む触媒成分を使用することができる。ポリカーボネートポリオールに対する重合反応に使用される触媒は、水酸化物、酸化物、金属アルコラート、カーボネート、ならびに元素周期表の主族Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、及びＩＶ、亜族ＩＩＩ及びＩＶ、ならびに希土類からの元素のうちの１つの金属の有機金属化合物（例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐｂ、Ｓｎ、及びＳｂの化合物は、本明細書に記載のプロセスに特に好適である）の群から選択される少なくとも１つを含み得る。反応が完了した後、触媒は、結果として得られた生成物中に残されるか、または分離、中和、もしくは遮蔽され得る。
【００１８】
エステル交換反応の温度は、１２０℃〜２４０℃であり得る。エステル交換反応は、大気圧で実施されるが、より低い圧力またはより高い圧力でエステル交換反応を形成することも可能である。真空が活動サイクルの最後に適用されて、いかなる揮発性物質も除去し得る。反応時間は、温度、圧力、ならびに使用される触媒の種類及び量等の可変物に依存する。
【００１９】
ポリウレタンエラストマーシールを形成するためのプレポリマー成分は、任意に、ポリカーボネートプレポリマーとは異なる少なくとも１つの他のプレポリマーを含んでもよい。例示的な実施形態によると、プレポリマー成分は、プレポリマー成分の総重量に基づいて、５０重量％〜９９重量％（例えば、６０重量％〜９０重量％、７５重量％〜８５重量％等）のポリカーボネートプレポリマー、及びポリエーテルグリコール由来のプレポリマー（例えば、ＰＴＭＥＧ由来のプレポリマー）等の少なくとも１つの他のプレポリマーの残部を含む。ポリオール成分中の他のプレポリマー総重量は、プレポリマー成分の総重量に基づいて、１重量％〜５０重量％（例えば、５重量％〜３５重量％、１０重量％〜３０重量％、１５重量％〜２５重量％等）であり得る。例えば、プレポリマー成分は、ポリカーボネートプレポリマーとポリエーテルグリコール由来のプレポリマーの８０：２０〜７０：３０の混合物であってもよい。
【００２０】
ポリウレタンエラストマーシールを形成するための反応混合物はさらに、ポリオール添加物を含み、ポリオール添加物は、ポリカーボネートポリオール、及び任意に、少なくとも１つの他のポリオールを含む。例えば、任意に少なくとも１つの他のポリオールは、ポリカーボネートポリオール及び／またはポリエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ等）を含む。ポリオール添加物は、ポリカーボネートプレポリマー及びポリエーテルグリコール由来のプレポリマーの形成に関して上述されたポリオールの組成物と同様のものを有し得る。例えば、ポリオール添加物のポリカーボネートポリオールは、ポリカーボネートプレポリマーを形成するのに使用されるポリカーボネートポリオールと同一のものであり得る（ＥＴＥＲＮＡＣＯＬＬの商標名でＵＢＥ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能な、１，６−ヘキサンジオール系ポリカーボネートジオール等）。反応混合物中のポリオール添加物は、反応混合物の総重量に基づいて、５重量％〜４０重量％（例えば、５重量％〜３５重量％、１０重量％〜２５重量％、１５重量％〜２０重量％等）のポリカーボネートポリオールを含む。ポリオール添加物は、反応混合物の５重量％〜４０重量％（例えば、５重量％〜３５重量％、１０重量％〜２５重量％、１５重量％〜２０重量％等）を占める。
【００２１】
ポリウレタンエラストマーシールを形成するための反応混合物はまた、ウレタンプレポリマー成分及びポリオール添加物に加えて、ジオール鎖延長剤成分も含む。ジオール成分は、１つ以上の異なるジオールを含む。ジオール成分は、反応混合物の総重量に基づいて、５重量％〜２０重量％（例えば、５重量％〜１５重量％、７重量％〜１０重量％等）の量で反応混合物中に存在する。ジオール鎖延長剤用の例示的なジオールには、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，２−ドデカンジオール、シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、ビス（２−ヒドロキシエチル）エーテル、ビス（６−ヒドロキシヘキシル）エーテル、７００ｇ／ｍｏｌ未満の数平均分子量を有する短鎖Ｃ２、Ｃ３、またはＣ４ポリエーテルジオール、それらの組み合わせ、及びそれらの異性体が含まれる。ポリウレタンエラストマーシールを形成するための反応混合物は任意に、例えば、架橋を増大させるトリオール成分を含んでもよい。例えば、トリオール成分は、反応混合物の総重量に基づいて、０．０１重量％〜５重量％の量で反応混合物中に存在してもよい。
【００２２】
ポリウレタンエラストマーシール用の反応混合物はまた、ウレタン系プレポリマー成分、ポリオール添加物、及びジオール鎖延長剤成分に加えて硬化成分も含む。硬化成分は、反応混合物の総重量の０．０１重量％〜２０重量％（例えば、０．０１重量％〜１０重量％、０．０１重量％〜４．５重量％、０．０５重量％〜３重量％、０．０５重量％〜１重量％等）を占める少なくとも１つのアミン系硬化剤を含む。例えば、アミン系硬化剤は、二官能性有機ジアミン化合物（トルエン系ジアミン、フェニル系ジアミン、アルキル系ジアニリン、ポリエーテル系ジアミン、もしくはイソホロン系ジアミン等）、または三官能性有機ジアミン化合物（フェニル系トリアミン、アルキル系トラミン（ｔｒａｍｉｎｅ）、もしくはプロピレン系トリアミン等）であってもよい。例示的なアミン系硬化剤は、Ｃａｙｔｕｒの商標でＣｈｅｍｔｕｒａから入手可能である。例示的な実施形態によると、硬化成分は、ジメチルチオ−トルエンジアミンを含み得る。
【００２３】
硬化成分は、硬化成分の総重量の５重量％〜１００重量％（例えば、２０重量％〜９０重量％、３０重量％〜９０重量％、５０重量％〜９５重量％、８０重量％〜９９重量％、９０重量％〜１００重量％等）を占める少なくとも１つの塩素化芳香族ジアミン硬化剤を含み得る。塩素化芳香族ジアミン硬化剤は、例えば、４−クロロ−３，５−ジアミノ安息香酸イソブチル、４−クロロ−１，２−ジアミノ安息香酸イソブチル、４−クロロ−１，３−ジアミノ安息香酸イソブチル、４−クロロ−１，４−ジアミノ安息香酸イソブチル、ジ、トリ、またはテトラ塩素化１，３−または１，４−ベンゼンジアミンの群から選択される少なくとも１つであり得る。例えば、塩素化芳香族ジアミン剤は、４−クロロ−３，５−ジアミノ安息香酸イソブチルである。
【００２４】
ポリウレタンエラストマーシールを形成するための反応混合物はさらに、シリコーン系添加物、鎖延長剤、架橋剤、充填剤、顔料、及び作業中の架空の損失（ｆｉｃｔｉｏｎａｌ  ｌｏｓｓｅｓ）を低減することのできる添加物の群から選択される少なくとも１つ等の他の成分を含み得る。シリコーン系添加物は、ポリウレタンエラストマーシールの摩擦特性を著しく低下させることなく耐摩耗性を改善することができる。シリコン系添加物は、活性Ｈ原子を含み、例えば、ヒドロキシルまたはアミン官能基を含み得る。シリコーン系添加物は、乾燥した、非反応性のシリコーンまたは非反応性のシリコーン油であってもよい。
【００２５】
ポリウレタンエラストマーシールは、例えば、注型プロセス（金型注型プロセス等）によって形成され得る。例えば、ポリウレタンエラストマーシールは、場所打ちであり、かつピストンハブと接触して硬化されるシール区分を有するピストンシールであり得る。別の実施形態では、ポリウレタンエラストマーシールは、注型かつ硬化され、その後、ピストンハブと接触して設置されるシール区分を有するピストンシールであり得る。ピストンシールは、ピストンハブの最も外側の面を中心として対称的に適応するように成形され得る。ピストンシールは、（エポキシ系接着層を用いる等）結合剤を使用して、または使用することなく、ピストンハブと接触して設置されてもよい。
【００２６】
ポリウレタンエラストマーシール（ピストンシール等）は、（少なくとも１つのイソシアネートを含む）イソシアネート成分を（少なくともポリカーボネートジオールのみを含む）ポリオール成分と反応させることで、まずポリカーボネート−イソシアネートプレポリマー成分を調製することによって形成され得る。次いで、ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマー成分が少なくともジオール鎖延長剤成分及び（ジアミン系硬化剤を含む）硬化成分と混合されて、反応混合物を形成する。プレポリマー成分は、反応混合物の総重量に基づいて、５５重量％〜９０重量％の量で反応混合物中に存在し、ジオール鎖延長剤成分は、５重量％〜２０重量％の量で反応混合物中に存在する。反応混合物は、金型及び反応混合物を使用して密封要素を形成することができるように、金型の中にあり得る（例えば、反応混合物が混合されて、次に金型へ注入され得るか、または反応混合物を形成する種々の成分が金型内で混ぜ合わされ得る）。その後、密封要素が硬化されて、ピストンシールを形成し得る。
【００２７】
ポリウレタンエラストマーシールは、ピストンシールとしてアキシャルピストン型油圧ポンプ（コンクリートポンプ等）に使用され得る。アキシャルピストン型油圧ポンプは、シャフトを通じた外部電源からの電力によって回転する筒を含み得、各筒は、少なくとも１つのピストンを含む。各ピストンは、筒の外に延在して、ピストンが筒内を前後に行き来するようにピストンが流体を押動させることを可能にする連接棒を有し得る。ピストンシールは、ピストンの周りの密封機能を実行するように、１つのピストンの少なくとも一部を包囲する、例えば、その周辺を完全に取り囲むリングを形成することができる。ピストンは、１つのピストンシールまたは複数の隣接したピストンシールと共に提供され得る。
【００２８】
アキシャルピストンポンプは、圧力下で多量の流体を移動させる能力のため、コンクリートポンプ（または泥水ポンプ）として好適である。コンクリートポンプは、コンクリートを移動させて、かつ設置するプロセスに使用される。例えば、コンクリートポンプは、プレキャスト及びティルトアップコンクリートパネルの製造、コンクリート型枠工、スラブ施工、コンクリート舗装、またはコンクリート吹付工に使用され得る。コンクリートポンプは、トラックに載上されるか、またはトレーラー内に設置される。コンクリート圧送は、例えば、およそ１，２５０ｐｓｉの動作圧力といった、高圧で生じ得る。さらに、コンクリート自体は、非常に摩耗性であり、コンクリート材料は、０．７５重量％〜１．００重量％の水、ならびに９９％の岩石、石、砂、セメント、及び／または飛灰を含み得る。これにより、ポンプ内部に過酷な環境が作り出され、コンクリート材料を移動させるのに十分な圧力を提供するピストンの要求が高まる。
【００２９】
したがって、実施形態は、コンクリートポンプでの使用に対する改善された耐摩耗性を有し、かつコンクリートポンプの動作条件（高温及び高圧等）に耐える改善された能力を有する低摩擦ピストンシールに関する。例えば、ピストンシールは、２８日間の加水分解エージングに曝露された後でも、ＡＳＴＭ  Ｄ  ２２４０に従って、少なくとも９０（例えば、９０〜１００）のショアＡ硬度を有し得る。ピストンシールは、２８日間の加水分解エージング後に、１％未満の質量損失を有し得る。ピストンシールは、２８日間の加水分解エージング後に、少なくとも５５％（例えば、少なくとも６０％等）の引張強度保持率、１４日間の加水分解エージング後に、少なくとも６５％（例えば、少なくとも７５％、少なくとも８０％等）の引張強度保持率、及び７日間の加水分解エージング後に、少なくとも９０％（例えば、少なくとも９５％等）の引張強度保持率を示し得る。
【００３０】
別段に示されない限り、本明細書で論じられる平均分子量は、数平均分子量である。さらに、別段に示されない限り、本明細書におけるパーセンテージ値は、重量パーセントに基づく。
【実施例】
【００３１】
以下の材料が使用される。
【００３２】
［表］
0006368370.tif 000002
【００３３】
第１に、実施例１及び２に使用するためのポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーの調製物を、６１．１８重量％のＥＴＥＲＮＡＣＯＬＬ（登録商標）ＵＨ−２００、３８．８０重量％のＩＳＯＮＡＴＥ（商標）Ｍ１２５、及び０．０２重量％の塩化ベンゾイルを使用して調製する。ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーを、ＥＴＥＲＮＡＣＯＬＬ（登録商標）ＵＨ−２００及びＩＳＯＮＡＴＥ（商標）Ｍ１２５を塩化ベンゾイルの存在下にて８０℃で２時間反応させることによって形成する。結果として得られたイソシアネートプレポリマーのＮＣＯ含有量は、１０．３４％である（ＡＳＴＭ  Ｄ５１５５に従って測定する場合）。比較例２は、Ｈｙｐｅｒｌａｓｔ  Ｔ１４０＼９５としてＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＰＴＭＥＧプレポリマーを含む。ＰＴＭＥＧ−イソシアネートプレポリマーのＮＣＯ含有量は、ＡＳＴＭ  Ｄ５１５５に従って測定したとき、６．１％〜６．７％である。
【００３４】
第２に、ポリウレタンエラストマーシールを形成するための組成物を調製する。ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマー及びＰＴＭＥＧプレポリマーを７０〜８０℃のオーブンに置く。１時間後、ポリカーボネート−イソシアネートプレポリマーを４０秒間混合する（８００ｒｐｍで１０秒及び２３５０ｒｐｍで３０秒）。硬化剤を３０分間７０〜７５℃のオーブンに置く。次いで、ポリカーボネート−イソシアネート及びＰＴＭＥＧプレポリマーを、下の表１に従って、それらのそれぞれの硬化成分及び鎖延長剤成分と混合する。結果として得られた混合物を、４０秒間混合し（８００ｒｐｍで１０秒及び２３５０ｒｐｍで３０秒）、次いで１００℃まで予熱された２つのＴＥＦＬＯＮ（登録商標）コーティングされたアルミニウム鍋へ速やかに注入して、含有物を４０００ｐｓｉ（２７．５８ＭＰａ）下にて１００℃で３０分間圧縮成形する。１５分後、それらのプラークを脱型し、オーブンにて１００℃で１８時間後硬化させる。
【００３５】
【表１】
0006368370.tif 000003
【００３６】
第３に、実施例１及び２ならびに比較例Ａのプラークの特性を評価する。特に、実施例１及び比較例Ａを、以下の機械的特性について評価する。
【００３７】
【表２】
0006368370.tif 000004
【００３８】
実施例１及び比較例Ａの引張強度、伸長率、及び弾性率を、ＡＳＴＭ  Ｄ４１２に従って、プラークからパンチされた引張試験片（ドッグボーン形状）試料上で得る。それらの特性を、Ａｌｐｈａ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓからのＭｏｎｓａｎｔｏ  Ｔｅｎｓｏｍｅｔｅｒを使用して測定する。ドッグボーンを、空気圧で締着して、５インチ／分（１２．７ｃｍ／分）の歪み速度で引っ張る。実施例１及び比較例ＡのショアＡ硬度を、ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０に従って、湿潤のエージングした標本上で測定する。表２を参照すると、比較例Ａは、２８日間の加水分解エージング後にショアＡ硬度の減少を示す一方で、実施例１は、２８日間の加水分解エージング後にショアＡ硬度のわずかな変化を示す。
【００３９】
実施例１及び比較例Ａのプラークを、エージング後の質量損失の比較について評価する。質量損失について、９９℃で特定の期間水中でエージングしたドッグボーンを７０℃で一晩乾燥させて、失われた質量のパーセンテージについて評価する。実施例１は、７日間の加水分解エージング後及び１４日間の加水分解エージング後に０．５％未満のおおよその質量損失を示し、２８日間の加水分解エージング後に０．６％のおおよその質量損失を示す。比較例Ａは、７日間の加水分解エージング後に１．５％のおおよその質量損失を、１４日間の加水分解エージング後に２．２％のおおよその質量損失を、及び２８日間の加水分解エージング後に２．９％のおおよその質量損失を示す。
【００４０】
実施例１及び２ならびに比較例Ａのプラークを、２８日間を超えて９９℃で加水分解エージング後の引張強度保持率（パーセンテージとして測定する）について評価する。実施例１は、７日間の加水分解エージング後におよそ９７％の引張強度保持率を有し、１４日間の加水分解エージング後におよそ８１％の引張強度保持率を有し、２８日間を超えて加水分解エージング後におよそ６２％の引張強度保持率を有する。実施例２は、７日間の加水分解エージング後におよそ９０％の引張強度保持率を有し、１４日間の加水分解エージング後におよそ６７％の引張強度保持率を有し、２１日間の加水分解エージング後におよそ６０％の引張強度保持率を有する。比較例Ａは、７日間の加水分解エージング後におよそ１４％の引張強度保持率を有し、１４日間の加水分解エージング後におよそ１０％の引張強度保持率を有し、２８日間を超えて加水分解エージング後におよそ４％の引張強度保持率を有する。
【００４１】
第４に、実施例１及び比較例Ａの配合物を、ゲル化時間及び脱型時間について評価する。ゲル化時間の範囲を、硬化剤をプレポリマーへ添加した後の反応混合物におけるゲル形成の開始と、ストリング形成の開始（例えば、エラストマー形成の始まり）との間の時間として測定する。ゲル化時間を、エラストマーが舌圧子に触れたときにストリングの形成を示す、表１の配合物を金型内で（各配合物を１００グラムの規模で）混合した後の時間として測定する。脱型時間を、注型エラストマー部分を変形することなく金型から取り外すことのできる、表１の配合物を混合した後の時間として測定する。実施例１を、３〜４分のゲル化時間（８０℃で４０秒の混合時間に基づいて）、及び（１００℃で）４０〜４５分の脱型時間を有するものとして測定する。