本書は,株式会社シーエムシー出版から2015年に出版された『機能性ポリウレタンの最新技術』,2018年に出版された『機能性ポリウレタンの進化と展望』に続く第3弾として企画された書籍で,ポリウレタンに関係する初心者から中堅技術者を対象にしています。内容については,ポリウレタンに精通された大学の先生方,各分野のプロフェッショナルな技術者の皆様に御執筆頂き,ポリウレタンの基礎から応用,最新の学術情報から技術的な最新トピックスに至るまで,盛り沢山です。本書が皆様の業務に貢献でき,今後のポリウレタンの発展に寄与できれば幸いです。
前2冊は,世界的に著名なポリウレタン研究者であり,教育者であった長崎大学名誉教授の古川睦久先生と共に監修を務めさせて頂きましたが,先生は残念ながら本書の完成を見ずにご逝去されてしまいました。ポリウレタン研究で多大なご功績を残された古川先生に心から感謝を捧げますとともに,哀悼の意を捧げます。本当にありがとうございました。心からご冥福をお祈りいたします.。
2023年6月
三条市立大学 和田浩志(「刊行にあたって」より抜粋)
目次
【ポリウレタン科学の基礎 編】
第1章 ポリウレタンの歴史と需要動向
1 はじめに
2 ポリウレタンの歴史
3 ポリウレタンの市場
4 ポリウレタンの需要動向
4. 1 ポリウレタン製品の市場
4. 2 ポリウレタン原料の市場
5 おわりに
第2章 ポリウレタンの合成と設計
1 ポリウレタンの特長と多様性
2 末端官能基とポリウレタンの分子設計
2. 1 官能基等量とその計算方法
2. 2 配合計算
3 分子構造のモデル化と応用
3. 1 架橋の影響
3. 2 直鎖状構造
3. 2. 1 1 次構造と凝集構造
3. 2. 2 エラストマーの製造
3. 3 緩い化学架橋構造
3. 4 密度の高い架橋構造
4 まとめ
第3章 ポリウレタンの設計と成形
1 はじめに
2 イソシアネートモノマーを基幹とするプレポリマー設計
2.1 ポリウレタン樹脂におけるプレポリマー
2.2 ワンショット法とプレポリマー法
2.2.1 原料系における関係性
2.2.2 ワンショット法とプレポリマー法との差異
2.2.3 ポリウレタン樹脂の種類と成形法の関係
2.2.4 プレポリマー法のその他の特徴
3 おわりに
【ポリウレタンの原料 編】
第1 章 イソシアネート
1 はじめに
2 イソシアネート基の化学
2. 1 イソシアネート基の反応性
2. 2 イソシアネートの合成方法
2. 2. 1 ホスゲン法
2. 2. 2 ノンホスゲン法
3 イソシアネートの市場
4 芳香族イソシアネートの構造と用途
4. 1 芳香族イソシアネートの特徴
4. 2 MDIの構造と用途
4. 3 TDIの構造と用途
4. 4 特殊芳香族系イソシアネートの構造と用途
5 脂肪族/脂環式イソシアネートの構造と用途
5. 1 脂肪族/脂環式イソシアネートの特徴
6 特殊芳香脂肪族イソシアネートの特徴
6. 1 オリゴマーのアルコールとの反応性
6. 2 アクリルウレタン塗料分野での特徴
7 新規イソシアネートの動向
8 各種ジイソシアネートモノマーの物性
第2章 ポリオール
1 はじめに
2 ポリエーテルポリオール
2. 1 PPG
2. 1. 1 PPGの種類と構造
2. 1. 2 高純度・高分子量PPG
2. 1. 3 その他の機能性PPG
2. 2 変性PPG
2. 2. 1 ポリマーポリオール(POP)
2. 2. 2 ポリPHD(Polyharnstoff dispersion)ポリオール
2. 3 ポリオキシテトラメチレングリコール
3 ポリエステルポリオール
3. 1 重縮合系ポリエステルポリオール
3. 2 ポリカプロラクトンポリオール
4 ポリカーボネートジオール
5 ポリオレフィン系ポリオール
5. 1 ポリブタジエンポリオール
6 各種ポリオールの性状とそのポリウレタンの特徴
7 ポリオールの環境対応
7. 1 ポリエステルポリオール
7. 1. 1 ヒマシ油系ポリオール
7. 2 二酸化炭素を原料にしたポリオール
7. 2. 1 二酸化炭素とアルキレンオキシドの共重合ポリオール
7. 3 その他のバイオマスポリオール
8 おわりに
第3章 触媒
はじめに
1 ポリウレタンフォーム用触媒の活性機構
1. 1 無触媒系における反応機構
1. 1. 1 樹脂化反応
1. 1. 2 泡化反応
1. 2 触媒存在下における反応機構
1. 2. 1 樹脂化反応
1. 2. 2 泡化反応
2 ポリウレタンフォーム用触媒の種類
2. 1 樹脂化反応活性と泡化反応活性
2. 2 温度依存性
2. 3 架橋反応活性
3 開発動向
3. 1 軟質フォーム用エミッション低減触媒(RZETA)
3. 1. 1 背景
3. 1. 2 高活性反応型触媒の設計
3. 1. 3 評価処方
3. 1. 4 触媒活性
3. 1. 5 アミンエミッション量
3. 1. 6 臭気
3. 1. 7 樹脂汚染性
3. 1. 8 アルデヒドエミッション量
3. 1. 9 まとめ
3. 2 硬質フォーム用HFO発泡剤対応触媒(TOYOCAT-SX70)
3. 2. 1 背景
3. 2. 2 HFO発泡剤対応泡化アミン触媒の設計
3. 2. 3 評価処方
3. 2. 4 触媒活性
3. 2. 5 貯蔵安定性
3. 2. 6 従来の触媒との相溶性
3. 2. 7 まとめ
おわりに
第4章 界面活性剤・発泡剤
〈界面活性剤〉
1 はじめに
2 発泡のメカニズム及び界面活性剤の作用
2. 1 概要
2. 1. 1 「シャボン玉理論」の展開(従来の考え方)
2. 1. 2 統括的な考え方
2. 2 原料成分の相溶性の向上,分散性の向上
2. 3 気泡の発生(気泡核の発生)
2. 4 気泡の成長
2. 5 気泡の安定化
2. 6 気泡の連通化,独立気泡としての安定化
3 シリコーン系界面活性剤の構造
3. 1 一般的な構造
3. 2 分類
4 界面活性剤の応用
4. 1 シリコーン系界面活性剤の応用概要
4. 2 シリコーン系界面活性剤の主な用途(応用)
4. 2. 1 一般の軟質フォーム用途
4. 2. 2 高弾性(HR)フォーム用途
4. 2. 3 硬質フォーム用途
4. 3 シリコーン系以外の界面活性剤の応用
5 界面活性剤の技術動向,市場動向
5. 1 技術動向
5. 2 市場動向
6 おわりに
〈発泡剤〉
1 はじめに
2 発泡剤の分類
2. 1 反応型発泡剤
2. 2 揮発型発泡剤
2. 3 その他
3 各種発泡剤の使用状況(各論)
3. 1 水発泡剤(反応型発泡剤)
3. 2 フロン系発泡剤(揮発型発泡剤)
3. 3 炭化水素系発泡剤(揮発型発泡剤)
3. 4 その他の発泡剤
4 用途別発泡剤の使用状況(まとめ)
5 おわりに
第5章 ウレタンフォームに用いられる難燃剤
1 はじめに
2 1970年代からのウレタンフォームの難燃技術
2. 1 原料自身を難燃化して用いる方法
2. 2 難燃剤を原料に加えておく方法
2. 3 後加工で難燃剤を含浸する方法
3 難燃剤としての赤リン ─ウレタンフォームに著効─
4 新しいホウ酸系難燃剤によるウレタンフォームの難燃化
4. 1 特長
4. 2 ポリホウ酸ナトリウム水溶液の含浸による硬質ウレタンフォームの不燃化
4. 3 新しい難燃塗布剤「デンプン・ポリホウ酸ナトリウム混合液」の塗布による硬質ウレタンフォームの難燃処理
5 まとめ
第6章 添加剤
1 はじめに
2 高分子の劣化
3 高分子の安定化
4 ポリウレタン用添加剤
4. 1 スパンデックスの特許例
4. 2 スパンデックス用添加剤の特徴
4. 2. 1 基本配合
4. 2. 2 酸化防止剤(AO)
4. 2. 3 紫外線吸収剤(UVA)
4. 2. 4 HALS
4. 2. 5 NOx変色防止剤
4. 2. 6 染色向上剤
4. 2. 7 無機系添加剤
4. 2. 8 ゼネリック品
5 高分子の変色問題
5. 1 変色原因
5. 2 変色メカニズム
5. 3 何故片ヒンダードフェノール系AOが変色しにくいか?
6 ポリウレタンに用いられている添加剤の例
7 まとめ
【ポリウレタンの応用展開 編】
第1章 自動車用内装材料
1 はじめに
2 ポリウレタンの特徴
3 シート・ヘッドレスト
4 インストルメントパネル
5 内装天井
6 ステアリングホイール
7 ロードフロア
8 衝撃吸収材
9 ドアトリムパネル
10 おわりに
第2章 自動車用途ポリウレタン系接着剤
はじめに
1 一液常温湿気硬化型ポリウレタン系接着剤
2 二液反応型ポリウレタン系接着剤
3 一液ポリウレタン系ホットメルト接着剤
おわりに
第3章 ポリウレタン塗料
1 はじめに
2 ポリウレタン塗料の市場
3 ポリウレタン塗料の分類と原料
3. 1 ポリイソシアネート
3. 2 熱活性ポリウレタン樹脂(ブロックポリイソシアネート)
3. 3 水分散型ポリイソシアネート
3. 4 脂肪族二液型ポリウレア(パスクイック)
4 サスティナブルソリューション
4. 1 原料の選択
4. 2 塗装作業時の安全性・効率化
4. 3 塗膜としての物性・耐久性
4. 4 廃棄
5 おわりに
第4 章 接着剤・シーリング材
1 複合パネル用途
1. 1 はじめに
1. 2 2液ウレタンの設計ポイント
1. 3 2液ウレタンの使用手順
1. 4 2液ウレタンの製品一覧
1. 5 おわりに
2 電気電子材料封止用途
2. 1 はじめに
2. 2 電気電子材料封止用2液ウレタン樹脂の設計
2. 3 封止材としてのウレタン樹脂の選定ポイント
2. 4 おわりに
3 PUR(Poly Urethane Reactive)
3. 1 はじめに
3. 2 PUR接着剤の設計について
3. 3 使用方法について
3. 4 おわりに
4 建築用接着剤
4. 1 はじめに
4. 2 反応機構(1液湿気硬化)
4. 3 接着剤の特徴
4. 4 建築用としてのウレタン樹脂系接着剤の使用例
4. 5 おわりに
5 建築用シーリング材
5. 1 はじめに
5. 2 ポリウレタン系シーリング材の特徴
5. 3 ポリウレタン系シーリング材の用途
5. 4 ポリウレタン系シーリング材の配合
5. 5 おわりに
第5章 硬質ウレタンフォーム断熱材
1 はじめに
2 硬質ウレタンフォーム断熱材とは
2. 1 硬質ウレタンフォームの特長
2. 1. 1 用途に応じた製品設計が可能
2. 1. 2 自己接着力がある
2. 1. 3 耐薬品性
2. 1. 4 耐熱性
2. 2 硬質ウレタンフォーム製品の種類
3 硬質ウレタンフォームの用途
4 製品仕様と断熱性能
5 発泡剤の変遷
6 吹付け硬質ウレタンフォームの行政・業界動向
6. 1 フロン排出抑制法
6. 2 JIS A9526の改正
7 準建材トップランナー制度について
8 省エネ基準適合義務化について
9 まとめ
第6章 防水材
1 建築物に対する防水施工の必要性
2 防水材種類
3 ウレタン防水材市場,需要動向
4 ウレタン防水材の特長
5 ウレタン防水材の歴史,組成
6 防水材の性能,規格
7 主な仕様(工法)と施工例
7. 1 密着工法
7. 2 通気緩衝工法(絶縁工法)
7. 3 ウレタン断熱材との組み合わせによる工法(外断熱・機械固定AIM工法)
8 最近の防水材動向
第7章 熱可塑性ポリウレタンエラストマー
1 概要
2 市場
3 TPUの構造
4 TPUの製造
4. 1 原料
4. 2 製造方法
5 TPUの高機能化
5. 1 低硬度タイプ
5. 2 ノンハロゲン難燃タイプ
5. 3 ホットメルト
5. 4 溶解用
5. 5 帯電防止
5. 6 抗菌・防カビ
5. 7 バイオマス原料の使用
6 TPUの将来
第8章 熱硬化性ポリウレタンエラストマー
1 はじめに
2 注型法
2. 1 プレポリマー法(安定型:アジプレンタイプ)
2. 2 セミプレポリマー法(不安定型:ブルコランタイプ)
2. 3 ワンショット法
2. 4 その他
3 混練法
3. 1 合成ゴム型
3. 2 低分子熱可塑型
3. 3 低分子熱硬化型
4 おわりに
第9章 人工皮革・合成皮革に用いられるポリウレタン樹脂の高性能化・高機能化
はじめに
1 試作PUの配合と合成
2 表皮層用樹脂として使用した際のシボ付け加工適性に関する検討
2. 1 試作フィルムのS-S曲線とガラス転移点(Tg)
2. 2 揉み加工試験と生成したシボの数値化
2. 3 シボ付け加工適性評価
2. 4 消費耐久性評価結果
3 表面処理剤として使用した際の汚染防止性能に関する検討
3. 1 試作フィルムのS-S曲線とガラス転移点(Tg)
3. 2 試験片レザーの作製と汚染防止性試験
3. 3 染色布に対する汚染防止性評価結果
3. 3. 1 インジゴ染色布に対する汚染防止性
3. 3. 2 分散染料染色布に対する汚染防止性
3. 4 消費耐久性評価
おわりに
第10章 ポリウレタンの3Dプリンティング
1 緒言
2 3Dプリンティングとは
3 熱可塑性ポリウレタン樹脂の3Dプリンティング
3. 1 材料押出し法(MEX)によるTPUの3Dプリンティング
3. 2 粉末床溶融結合法(PBF)によるTPUの3Dプリンティング
4 光硬化性樹脂ポリウレタンの3Dプリンティング
4. 1 高速DLP-VPP(光造形)法
4. 2 MJT法による光硬化性ポリウレタン
4. 3 反応性ポリウレタン3Dプリンティング
5 まとめ
第11章 生分解性高分子を主構造とするポリウレタンエラストマー
1 はじめに
2 生分解性高分子を用いたポリウレタンの合成
2. 1 前駆体ポリマーの合成
2. 2 生分解性高分子を主構造とするポリウレタンPILCの合成と特性
3 PILCとHApの複合化
4 まとめ
第12章 ポリウレタンのミクロ相分離構造・結晶構造と力学特性
1 はじめに
2 熱処理
3 溶融結晶化
4 熱延伸
5 おわりに
第13章 ポリウレタンのケミカルリサイクル
1 はじめに
2 PUのケミカルリサイクル
2. 1 グリコリシス
2. 2 アシドリシス
2. 3 加水分解
3 最後に
第14章 クロロホルムを原料とする光オン・デマンドホスゲン化反応を用いるイソシアネートおよびポリウレタンの合成
1 はじめに
2 クロロホルムの光酸化の予想反応機構
3 クロロギ酸エステルを経由するウレタン合成
4 イソシアネート合成
5 可視光を用いるイソシアネート合成
6 ビスカルバメートとポリウレタンのワンポット合成
7 まとめ
