ポリウレタンがOtto Bayer 博士により1937年に発明されてから80年を過ぎた現在、ポリウレタンに要求される性能は多岐に亘り、他の樹脂との性能差別化のための新しい機能付与と、そのための機能発現メカニズムの解明が急務となっている。最近のポリウレタンの基礎化学においては、量子化学を基礎とした計算機化学により反応機構がより詳細に明らかにされる一方、ポリウレタンの物性の多様性は“ミクロ相分離”、“相混合”で説明されてきたが、原子間力顕微鏡,シンクロトロン放射光の出現でより明確な説明がなされるようになってきている。また、環境問題や更なる高機能化等を考慮して、イソシアネートを用いないウレタンの合成、動的結合を活用したポリウレタン等の合成法の開発が盛んに進められている。近年の中国、東南アジアをはじめとする新しい市場の急成長により、従来からの用途である自動車部品、建築用途、日用製品,寝具用フォーム等の機能化がより加速されるともに、3Dプリンター用樹脂としてのポリウレタン、耐震粘着ゲル、自己修復性塗料等の新しい応用分野も広がっている。
ポリウレタンの合成、構造、物性の基礎から応用展開までの最新の考え方と研究開発動向が専門家方々の執筆によりなされている本書を、研究者・技術者皆様の側に置いて頂き、今後のポリウレタンの進化に貢献できれば幸いである。
目次
【ポリウレタンの化学 編】
第1章 ポリウレタンの合成
1 はじめに
2 イソシアネートと活性水素化合物の反応
2.1 イソシアネートの合成
2.2 イソシアネートの反応機構
2.3 イソシアネートを用いたポリウレタンの合成法
2.4 合成に用いるポリオール,イソシアネート,鎖延長剤
3 イソシアネートを用いないウレタン合成
3.1 ビスクロロ炭酸エステル並びにビスクロロギ酸エステルを用いる合成
3.2 環状カーボナートを用いる方法
4 おわりに
第2章 イソシアネートのウレタン化反応機構
1 はじめに
2 イソシアネートX-N=C=OとアルコールR-OHの構造と性質,その作用について
2.1 MOPAC2016 PM7等での評価
2.2 フェニルイソシアネートとアルコールとのウレタン化反応へのフェニル置換基の効果
3 イソシアネートX-N=C=OとアルコールR-OHとのウレタン化反応の反応機構
3.1 イソシネートとアルコールとの反応の速度論的解析と理論計算による多分子機構の検証
3.2 イソシアネートX-NCOとアルコールR-OH 等とのウレタン化反応のPM6シミュレーション
4 イソシアネートのウレタン化反応への触媒の作用機構について
4.1 イソシアネートのウレタン化反応への第3級アミンの触媒作用
4.2 イソシアネートのウレタン化反応への有機強酸等による触媒作用
5 生成物のカルバミン酸の不安定・脱炭酸性およびカルバミン酸エステルの安定さにつ
いて
5.1 フェニルカルバミン酸の水との反応
5.2 フェニルカルバミン酸メチルと水との挙動
6 まとめ
第3章 ポリウレタンの物性への化学構造と凝集構造の影響
1 はじめに
2 ポリウレタンの構成要素鎖
3 化学構造因子の物性への影響
3.1 ポリウレタンの製造法の影響
3.2 ポリマーグリコールの分子量分布の影響
3.3 ハードセグメントの分子量分布
3.4 鎖延長剤の混合比の影響
4 硬化温度の影響
5 ポリウレタンの物性と凝集構造の可視化
5.1 ミクロ凝集構造とゴム弾性
5.2 ポリウレタンのミクロ凝集構造の可視化
6 将来展望
第4章 新しいポリウレタン
1 ポリヒドロキシウレタンの合成と応用
1.1 背景
1.2 環状カーボナートの合成
1.3 ポリヒドロキシウレタンの合成と反応
1.4 ポリヒドロキシウレタンの応用
1.5 まとめ
2 トポロジカルな構造をもつポリウレタン
2.1 はじめに
2.2 ロタキサン構造をもつポリウレタン
2.3 主鎖に環状化合物を導入したネットワークポリウレタン
2.4 ポリロタキサンで架橋したポリウレタン
2.5 まとめ
3 環境対応ポリウレタン バイオベースポリオールを基材とするPU
3.1 はじめに
3.2 植物油脂を用いる高分子材料
3.3 植物油脂を用いるバイオポリウレタン
3.4 分岐状ポリ乳酸ポリオール
3.5 ダイマー酸をベースとするポリウレタン
3.6 おわりに
4 磁場応答性ソフトマテリアル
4.1 はじめに
4.2 磁性エラストマーの可変粘弾性
4.3 磁性エラストマーの応用
4.4 おわりに
【素材と加工 編】
第5章 イソシアネート
1 はじめに
2 イソシアネートモノマー
2.1 イソシアネートの合成方法
2.2 代表的なイソシアネートモノマーの種類と反応性
2.3 特殊イソシアネート化合物を含む各種イソシアネートモノマー
2.4 変性ポリイソシアネート
第6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
2.2 変性PPG
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 非化石炭素資源由来ポリオール
7.1 植物油系ポリオール
8 おわりに
第7章 第三成分(鎖延長剤・硬化剤・架橋剤)
1 第三成分の概要
1.1 第三成分とは
1.2 第三成分の内容(中身)
1.3 第三成分の種類
1.4 第三成分の重要性
1.5 第三成分の使用状況
2 ジオール系第三成分
2.1 ジオール系第三成分の種類
2.2 ジオール系第三成分の製造方法
2.3 ジオール系第三成分の特徴
2.4 ジオール系第三成分の用途分野
3 ジアミン系第三成分
3.1 ジアミン系第三成分の種類
3.2 ジアミン系第三成分の製法
3.3 ジアミン系第三成分の特徴
3.4 ジアミン系第三成分の用途分野
4 その他の第三成分など
4.1 多価アルコール系の第三成分
4.2 その他の第三成分
5 総括(まとめ)
第8章 触媒
1 はじめに
2 ポリウレタンフォーム用触媒の活性機構
2.1 無触媒系における反応機構
2.2 触媒存在下における反応機構
3 ポリウレタンフォーム用触媒の種類
3.1 樹脂化反応活性と泡化反応活性
3.2 温度依存性
3.3 架橋反応活性
4 開発動向
4.1 軟質フォーム用反応遅延型触媒(TOYOCAT-CX20)
4.2 軟質フォーム用エミッション低減触媒(RZETA)
4.3 硬質フォーム用HFO 発泡剤対応触媒(TOYOCAT-SX60)
5 おわりに
第9章 界面活性剤
1 はじめに
2 ポリウレタン発泡系におけるシリコーン整泡剤の位置づけ
3 シリコーン整泡剤の構造
4 シリコーン整泡剤の機能と役割
4.1 原料の均一混合・分散(乳化作用)
4.2 気泡核の生成(巻き込みガスの分散)
4.3 気泡の安定化(合一の防止)
4.4 セルの安定化(膜の安定化)
4.5 まとめ
5 シリコーン整泡剤の選択
5.1 軟質スラブおよびホットモールドフォーム用整泡剤
5.2 高弾性モールドフォーム
5.3 硬質フォーム
5.4 その他のフォーム
5.5 整泡剤の選択基準
6 今後の動向
第10章 難燃剤と難燃化技術
1 はじめに
2 ウレタンフォームの燃焼と難燃化機構
2.1 吸熱反応による難燃化
2.2 炭化促進による難燃化
2.3 希釈効果
2.4 ラジカルトラップによる難燃化
3 難燃剤の種類と特徴
3.1 ハロゲン系難燃剤
3.2 リン系難燃剤
3.3 水酸化金属系難燃剤
4 ウレタンフォームの難燃規格と評価方法
4.1 自動車
4.2 家具
4.3 電子材料
4.4 建材
4.5 その他
5 難燃剤の選択
6 おわりに
第11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
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
第12章 成形加工プロセス～ポリウレタン コンポジット成形について～
1 はじめに
2 RRIM(Reinforced Reaction Injection Molding)
3 成形装置
3.1 フィラープレミックス装置
3.2 エアローデイング
3.3 RRIM注入機
3.4 金型
3.5 成形プレス
4 ポリウレタンRTM(Resin transfer Molding)
5 ウレタンRTM成形装置
5.1 ガラス繊維プレカットおよびプリフォーム
5.2 高圧RTM注入機
5.3 成形金型
5.4 成形プレス
【ポリウレタンの応用製品 編】
第13章 ポリウレタンフォームの最新技術動向
1 はじめに
2 軟質スラブウレタンフォーム
2.1 自動車用途
2.2 衣類用途
2.3 寝具,家具用途
2.4 フィルター用途
3 軟質モールドウレタンフォーム
4 硬質ウレタンフォーム・硬質イソシアヌレートフォーム
5 気体混入法
6 まとめ
第14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15章 ポリウレタンを使った環境対応型塗料・自己修復塗料に至る道
～機能性付与の観点から～
1 はじめに
2 PUR 塗料の歴史とその機能性付与
3 環境対応型塗料とPUR 系塗料
4 機能性塗料とPUR 材料・塗料
5 自己治癒・自己修復
6 PUR 塗料と自己修復性
6.1 自動車用塗料・上塗り塗料
6.2 プラスチック用塗料・ソフトフィール塗料
7 PUR 系自己修復塗料の採用事例
8 今後の技術課題とその開発の方向性
8.1 水性UV ポリウレタンアクリレート
8.2 水性ブロックイソシアネート(水性BL)
8.3 ハイブリッド化
9 おわりに
第16章 異種材料とポリウレタンの接着
1 はじめに
2 TPUとPEBAのインサート成形による接着・複合化の従来技術とその問題点
2.1 TPUをインサートしPEBAをオーバーモールドする際の問題点
2.2 PEBAをインサートしTPUをオーバーモールドする際の問題点
3 界面反応を利用したTPUとPEBAの直接接着(ダイアミド® K2シリーズ)
3.1 Type III型PEBAにおける,TPUをインサートしPEBAをオーバーモールドするプロセス
3.2 Type III型PEBAにおける,PEBAをインサートしTPUをオーバーモールドするプロセス
4 界面反応によるTPU-PEBA複合化による効果
4.1 PEBAインサートによる金型および工程の簡略化
4.2 TPUと金属の接合における接着層としての硬質ナイロン
4.3 MuellによるTPUの発泡とType III型PEBAシートの複合化
5 まとめ
第17章 断熱材(硬質ウレタンフォーム)
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
2.2 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 A 9526 の改正
6.3 優良断熱材認証制度
7 準建材トップランナー制度(案)について
8 省エネ基準適合義務化について
9 まとめ
第18章 耐震粘着マット
1 はじめに
2 ポリウレタン粘着ゲルの設計
3 ポリウレタン耐震粘着マットの特性
4 基材の異なる耐震ゲルの比較
5 耐震粘着ゲルの性能向上化
6 おわりに
第19章 体圧分散フォーム
1 はじめに
2 体圧分散フォーム
3 マットレスとしてのウレタンフォームの特性
3.1 体圧分散性能
3.2 圧縮時の通気性
3.3 温度依存性
3.4 寝返りのしやすさ
3.5 底づきの定量化
4 人体から見た性能評価
4.1 体圧分散性
4.2 体圧分散性の測定(1)
4.3 体圧分散性の測定(2)
4.4 寝返りのしやすさ
4.5 官能評価
5 まとめ
第20章 熱可塑性ポリウレタンエラストマー
1 はじめに
2 TPUの基本特性
2.1 製法と構造
2.2 TPUの原料と特性
2.3 ウレタン基濃度
3 成形方法とTPUの用途
4 TPUの高機能化
4.1 低硬度TPU
4.2 高耐熱性TPU
4.3 高透湿性TPU
4.4 耐光変色性TPU
4.5 ノンハロゲン難燃性TPU
4.6 非石油由来TPU
5 今後の展開
第21章 ポリウレタン系弾性繊維
1 はじめに
2 基礎技術
2.1 材料
2.2 製造方法
2.3 物性
2.4 用途
3 最近の技術動向
4 各社のスパンデックス
4.1 ライクラ®
4.2 ロイカ®
4.3 モビロン®
5 今後の展開
第22章 ポリウレタンと3Dプリンティング
1 はじめに
2 3Dプリンティング
3 熱可塑性ポリウレタン樹脂と熱硬化性ポリウレタン樹脂の3Dプリンティングへの利用
3.1 熱可塑性ポリウレタン(TPU)の粉末床溶融結合法(PBF)による3Dプリンティング
3.2 熱硬化性ポリウレタンの3D プリンティングへの展開
4 TPU を用いた材料押し出し法による3Dプリンティング
5 まとめ
【ポリウレタンの市場 編】
第23章 日本市場
1 概要
2 原料
2.1 ポリイソシアネート
2.2 ポリオール
3 ポリウレタン樹脂の製法および用途
4 ポリウレタンの需給
第24章 海外市場
1 概要
1.1 ウレタンフォーム
1.2 非ウレタンフォーム
1.3 中国市場
