●無黄変熱可塑性ポリウレタンエラストマー
ウレタン研究所

エラストマーグループ

小出横田和宏博栄により生成する高ウレタン基濃度のセグメント（ハー1．はじめにドセグメント）は、凝集して疑似架橋点として機能す

ポリウレタン樹脂は、ウレタン結合を持つ樹脂の総る。一方、高分子量ジオールを主成分とするセグメン称であり、フォーム、接着剤、塗料等多岐に渡る分野

ト（ソフトセグメント）は、変形に対する自由度が高に使用されている。

く、ポリマーに柔軟性を付与する役割を担う（図２）。

ポリウレタン樹脂の一種である熱可塑性ポリウレタ

TPU の設計においては、ポリマー中のハードセグンエラストマー（TPU）は、ウレタン結合を介して線メントの比率、高分子量ジオールの選択が重要な要素状に重合されたポリマーであり、ゴムとプラスチックとなり、機械強度、耐久性等の必要性能に応じて両者の中間的な領域をカバーするエラストマー材料に位置が最適化される。
本稿では、光による変色をほとんど起こさず、また、付けられる。

良好なゴム弾性を有する XN − 2000 シリーズについて

TPU はプラスチックと同様の成形加工が可能なため生産性が高く、また、ゴムと比べて強靭で耐摩耗性紹介する。に優れるという特徴を持つため、産業用チューブ、エスカレーター手摺、各種フィルム等の強度を要求され2．XN − 2000 シリーズの特長る分野に使用されている。
TPU はジイソシアネート、短鎖ジオール、高分子［1］ジイソシアネートの特長

量ジオールからなる 3 成分の共重合により得られる線

汎用グレードの TPU では、ジイソシアネートに状ポリマー骨格を基本としている（図１）。イソシア

MDI が用いられており、強靭な樹脂を得ることがでネート基と水酸基の重合により生成するウレタン結合きる。一方で、MDI を使用した TPU は光曝露環境下は、水素結合に由来する高い凝集力を持つことが特長で黄変する傾向にあり、透明性や意匠性が特に重視さであり、特にジイソシアネートと短鎖ジオールの重合れる用途への展開には不向きと言える。

OCN

R1 NCOHOジイソシアネート

R2 OH

短鎖ジオール

R2 O

COH
高分子量ジオール

OOO

HON

R1 N

HHOCOOCl

ハードセグメント

ON

R1 N

HHCmn

ソフトセグメント

図１

TPU の構造

ハードセグメント
ソフトセグメント
疑似架橋構造図２

TPU のミクロ相分離構造

111

TOSOH Research & Technology Review Vol.62（2018）

XN − 2000 シリーズでは光による黄変を抑制するた

HDI を選択した場合のデメリットとしては、光透め、ジイソシアネートに脂肪族ジイソシアネートで過性の低下が挙げられる。光透過性の低下は、ミクロある HDI を採用している。脂肪族ジイソシアネート

相分離の過度な進行によりハードセグメントやソフトとしては水添 MDI も候補となるが、HDI と水添 MDIセグメントの部分結晶化が進むことに由来する。XNには構造上大きな差異があり、得られる TPU の特性− 2000 シリーズでは、合成条件と高分子量ジオールのもこれに付随して大きく異なったものとなる（表１）。

最適化により、このデメリットの最小化に取り組んで

HDI は単一構造かつ直鎖状であるために規則性の高いる。

いハードセグメントが生成し、強い凝集力を発現する。
そのため、ハードセグメントとソフトセグメントがミ［2］高分子量ジオールの特長クロ相分離し、ソフトセグメントは自由度を損なうこ

TPU に用いられる高分子量ジオールは、ポリエスとなく柔軟成分として十分に機能できる。この性質にテル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系に大別

より、HDI を使用した TPU は、樹脂全体として良好できる。ポリエステルジオールを使用した TPU は耐なゴム弾性を達成するとともに、成形品の表面を微細熱性や耐油性に優れるものの耐水性に劣り、ポリエー加工した際にも形状消失が起こりにくいという特長をテルジオールを使用したものは耐水性に優れるものの有する。また、HDI から得られるハードセグメントは耐熱性に劣るといった具合に、TPU の耐久性は選択溶剤に侵されにくく、水添 MDI を使用した TPU と比する高分子量ジオール種により大きく変化する。

べて高い耐溶剤性を発揮する。

XN − 2000 シリーズでは、耐熱性と耐水性を両立できるポリカーボネートジオールを採用しており、優れ

表１

ハードセグメント

オールの分子構造の最適化により、十分な光透過性をHDI

水添 MDI

単一異性体混合物

規則性

高い

低い

凝集性

強い

弱いミクロ相分離

大小耐溶剤性◎△XN − 2000 シリーズには、硬さの異なる XN − 2001、ゴム弾性◎△

XN − 2002、XN − 2004S の 3 グ レ ー ド が あ る（ 表 ２）。

透明性

◯◎

図５に XN−2001、XN−2004S の動的粘弾性挙動を示す。

構造

TPU 特性た耐久性を備えている。さらに、ポリカーボネートジ

HDI と水添 MDI から得られる TPU の特性OCN確保している。

3．XN − 2000 シリーズのグレード

OCN

NCO

NCO

MDI

NCO
NCO

NCO

OCNHDI

水添 MDI（構造例の一部）

ジイソシアネートの構造

図３

HOR1OR2OOR1OHnO

ポリエステルジオール
HHOROORO112OH

ポリエーテルジオール

ポリカーボネートジオール

図４RnHnOO

高分子量ジオールの構造東ソー研究・技術報告第 62 巻（2018）

XN − 2000 シリーズは、常温域の tan δが十分に低いトルエンで膨潤する傾向にあるが、その他溶剤に対すことに加えて貯蔵弾性率も安定している。そのため、る耐久性は汎用エステル系 TPU に匹敵するものとな良好なゴム弾性と安定した硬さを有するエラストマーる（図 11）。

材料となる（表３）。

XN − 2000 シリーズは、ポリカーボネートジオールを採用したことで高い耐久性を備えている。以降にジイソシアネートに MDI を用いた汎用 TPU（エステル1.2
XN−2001
貯蔵弾性率tanδ

1.E＋000.9

1.E−010.6

1.E−020.3tanδ

4． XN − 2000 シリーズの耐久性

貯蔵弾性率（GPa）

1.E＋01系、エーテル系）と XN − 2001 を比較することで、XN
1.E−03− 2000 シリーズの各種耐久性能を例示する。
XN − 2001 は光に対する安定性を有しており、耐候XN − 2001 は酸・アルカリに侵されにくく、変色も起こしにくい（図９、図 10）。溶剤に対しては、やや

50

1001501.2XN−2004S
貯蔵弾性率
tanδ

1.E＋000.9

1.E−010.6

1.E−020.3
0.0

1.E−03

表２−100

XN−2000 シリーズのグレード
XN−2001

XN−2002

XN−2004S（JIS−A）

859095

M100％（MPa）

5.6

6.59.4引張強度 （MPa）

4449597807306207988115

伸び（％）

引裂強さ（kN ／ m）

−50050100150温度（℃）

硬さ

グレード

tanδ

いる（図７、図８）。

01.E＋01
貯蔵弾性率（GPa）

次ぐ耐久性を有しており、また、高い耐水性を有して−50温度（℃）

試験においても黄色度（YI）の上昇は低く抑えられている（図６）。熱に対しては、汎用エステル系 TPU に

0.0−100Tg（℃）−22−22−18

ヘイズ

（％）

1.6

1.7

1.9

色彩（b＊）

1.6

1.61.8

図５

XN−2000 シリーズの動的粘弾性表３XN−2000 シリーズの硬さ

グレード

XN−2001

XN−2004S

0℃

87

96（JIS−A） 25℃

85

95

40℃

85

9460℃

849380℃

8292

硬さ（＊）Tg：動的粘弾性 E のピーク温度（11Hz）（＊＊）ヘイズ、b＊：150μm 厚押出フィルム

60
汎用エステル系 TPU

50

汎用エーテル系 TPU⊿YI40

XN−20013020

QUV Weather Tester（Q−PANEL）
70℃×8h＋50℃×4h（結露）UV lamp（UV−B313nm）

1000255075100

試験時間（h）

図６

光安定性

113

TOSOH Research & Technology Review Vol.62（2018）

このように、XN − 2000 シリーズは幅広い環境下で外観や物性を損なうことなく安定して使用することがかった用途をカバーして TPU の適用分野を広げる役割を担うことができる。

できるという特長を備えており、汎用 TPU では難し

引張強度保持率（％）

120
汎用エステル系 TPU

100

汎用エーテル系 TPU

80

XN−20016040

ギヤ−老化試験機
試験温度＝120℃

2000102030

試験時間（日）図７

耐熱性

引張強度保持率（％）

120
汎用エステル系 TPU

100

汎用エーテル系 TPU

80

XN−20016040

試験温度＝80℃水浸漬

2000102030

試験時間（日）図８

引張強度変化率（％）

耐水性

引張強度変化率（％）⊿YI
50

引張強度変化率（％）、⊿YI

引張強度変化率（％）、⊿YI

500−65％−50

汎用エステル系
TPU

図９114

⊿YI

0−50
汎用エーテル系
TPU

汎用エステル系
TPU

XN−2001

耐酸性（10％塩酸浸漬、23℃×28 日）

図 10

汎用エーテル系
TPU

XN−2001

耐アルカリ性（10％NaOH 水溶液浸漬、23℃×28 日）

東ソー研究・技術報告第 62 巻（2018）300
汎用エステル系 TPU

重量変化率（％）

汎用エーテル系 TPU
200

XN−2001

1000MEK

図 11

TolueneMeOH

n−hexane

IRM903

耐溶剤性（IRM903：85℃×14 日浸漬、その他の溶剤：23℃×3 日浸漬）

5．おわりに本稿で紹介した XN − 2000 シリーズは、良好なゴム弾性と高い耐久性を両立したハイエンドな TPU として様々なニーズに貢献できるものと期待している。
また、当社では顧客の成形機や要求性能に合せてXN − 2000 シリーズや汎用 TPU のカスタマイズを行っており、今後も顧客ニーズに積極的に応えたグレード開発を継続していく。

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