靴の材料の化学工業の小さい知識：ポリウレタンの調合指図書の原理

接着剤の設計は最終的な使用性能を獲得することを目的として、ポリウレタン接着剤を調合して設計し、製造した接着剤の施工性（操作性）、固化条件及び接着強度、耐熱性、耐化学品性、耐久性などの性能要求を考慮しなければならない。

1.ウレタン分子設計——構造と性能

ポリウレタンは原料の種類や組成の多様性から、様々な性能の高分子材料を合成することができます。

例えば、その本体材料（即ち、溶剤を含まない）の外観性から、柔らかいから硬いまでの弾性体、発泡材料が得られます。

ポリウレタンはその本体の性質（またはその固化物）から言えば、基本的に前の弾性体の性質で、接着強度、機械性能、耐久性、耐低温性、耐薬品性などの物理化学的性質があります。

だから、ポリウレタン接着剤を調合して設計するには、まず分子設計を行います。すなわち、化学構造と組成から性能に対する影響を認識します。

ポリウレタン原料の品種及び化学構造と性能の関係について。

2.原料の角度からPU接着剤の調製を設計する

ポリウレタン接着剤の調合指図書には一般的に三つの原料が使われています。一つはNCO類の原料（すなわちジイソシアン酸エステルまたはその改質物、多イソシアン酸エステル）で、一つはoH類の原料（すなわち、ヒドロキシル基を含むオリゴマーの多元アルコール、拡鎖剤などです。広義的には活性水素を含む化合物です。

原料の角度からポリウレタン接着剤を調合して設計しました。その方法は次の二つがあります。

(1)上記の原料から直接配合する

最も簡単なポリウレタン接着剤調合法は0 H類原料とNCO類原料（または添加剤）を簡単に混ぜて直接使用します。

この方法はポリウレタン接着剤の調合設計ではあまり採用されていません。その理由は、ほとんどのオリゴマーの多塩基アルコール分子量が低いからです。

触媒を添加しても固化速度が遅く、固化物の強度が低く、実用価値が少ない場合があります。

また、未変性のTDIは蒸気圧が高く、においが大きく、揮発性が大きいが、MDIは常温では固体であり、使用が不便で、PAPl、DesmaodurR、DesmourRF、Coronanelなどの商品化が少数しかない。

しかし、いくつかの場合は上記の方法でポリウレタン接着剤を配合することができます。

例えば、（1）高分子量ポリエステル（Mr 500-50000）の有機溶液と、ポリウレタン溶液（Coronature Lなど）からなる二成分ポリウレタン接着剤は、複合積層フィルムなどの用途に利用でき、性能が良い。

これは、主成分の高分子量ポリエステル自体がより高い初期粘着リレーがあり、組成の接着剤の凝集強度が大きいためである。

（2）.NCO類及びOH類原料の事前アンモニアエステル化の改変性

前述したように、ほとんどのオリゴマー多変性アルコールは分子量が低く、TDI揮発性が大きいため、MDIは常温で固体となり、直接接着剤としての一般的な性能が劣るため、接着剤の初期粘度を高め、一定の接着強度を発生させるために必要な時間を短縮するために、通常、ポリエーテルまたはポリウレタン多アルコールをTDIまたはMDI単量体と反応させ、エンドNCOまたはOHのアミノ酸メチル成分として使用する。

3.使用形態の要求からPUゴムを設計する

ポリウレタン接着剤の使用形態から、主に単成分と二成分があります。

A.単成分ポリウレタン接着剤

単成分ポリウレタン接着剤は直接使用できるという利点があります。無双成分接着剤は使用前に調合する必要があります。

単成分ポリウレタン接着剤は主に以下の2種類があります。

{pageubreak}

（1）一NCOを端基とするポリウレタンプリポリマーを主体とする湿硬化ポリウレタン接着剤は、空気中の微量の水分及び基材表面の微量吸着水を用いて固化し、基材表面活性水素基と反応して強固な化学結合を形成することができる。

このタイプのポリウレタンは一般的に無溶剤型です。ラテックスを使いやすいために、粘度が大きすぎないです。単成分湿式硬化ポリウレタン接着剤はポリエーテル型が多く、すなわち、主なOH原料はポリエーテル多元アルコールです。

このような接着剤の中の遊離NCOの含有量はどの程度がいいかは、接着剤の粘度（操作性に影響する）、塗布方法、塗布厚さ及び被粘着物の種類などによって決められ、そして接着剤の貯蔵安定性を考慮しなければならない。

（2）熱可塑性ポリウレタン弾性体をベースとした単成分溶媒型ポリウレタン接着剤であり、主成分は高分子量端OHベースのポリウレタンであり、ヒドロキシ基数が小さく、溶媒が揮発し始めるとゴムの粘度が急激に増加し、初期粘着力が生じる。

溶剤が基本的に完全に揮発すると、十分な粘リレーが発生し、室温で放置され、このタイプのポリウレタン弾性体の中の鎖セグメントが結晶化し、接着強度をさらに高めることができる。

このタイプの単成分ポリウレタンは一般に、結晶性ポリエステルをウレタンの主な原料として使用しています。

単成分ポリウレタン以外にもポリウレタン熱メルト、単成分水性ポリウレタン接着剤などのタイプがあります。

B.二分ポリウレタン接着剤

二分ポリウレタン接着剤は端ヒドロキシル基を含む主剤と端NCO基を含む固化剤からなり、一成分に比べて二成分性能が良く、接着強度が高く、同じ二成分ポリウレタン接着剤の二成分比率が一定の範囲を許容し、このように固化物の性能を調節することができます。

主剤は一般的にポリウレタンの多元アルコールまたは高分子ポリエステルの多元アルコールです。

二つの成分の配合比は固化剤を少し過剰にして、微量のNCO基が過剰であることが望ましい。このように、可能な水分によるNCO損失を補い、接着剤が十分な架橋反応を生じることを保証する。

4.性能要求に応じてPUゴムを設計する

ポリウレタン接着剤に特殊な性能要求がある場合、ポリウレタン構造と性能の関係に基づいて調合設計を行うべきです。

異なった基材、異なった応用領域と応用環境は、ポリウレタンゴムに対して、工業化生産ラインで使用されるポリウレタンゴムは急速な硬化を要求し、複合ソフト包装フィルム用のポリウレタン接着剤は耐酸耐水解を要求します。

A.高温に耐える

ポリウレタン接着剤は一般に高温性能に弱いです。

特殊な耐熱の場合に使用するには、ポリウレタン接着剤を予め設計しておくことができます。

いくつかの方法で、ポリウレタンの耐熱性を高めることができます。例えば、（1）ポリエーテル、ポリエステル、イソシアン酸エステル原料、（2）イソシアン酸エステル及び拡鎖剤の含有量を高めることができます。（3）硬化剤の使用量を高めることができます。（4）高温熱分解に耐える多イソシアン酸エステルを採用します。

B.耐水性

ポリエステル型ポリウレタン接着剤の耐水性が悪く、加水分解安定剤（炭化ジタミン、エポキシ化合物など）を添加して改善します。

ポリエステル自体の耐水性を高めるために、長鎖二元酸及び二元アルコール原料（二酸、1、6－己二アルコールなど）を使用して、新しい戊二元アルコール原料のように、支鎖のある二元アルコールもポリエステルの耐水性を高めることができます。

ポリエステルは耐水性がよく、ポリエステルと一緒にポリウレタンを調製することができます。

接着剤の調合指図書に少量の有機シリコンの結合剤を添加しても接着層の耐水性を高めることができます。