JP2013513006A - 軟質ウレタンフォームの調製方法及び該方法により得られたウレタンフォーム - Google Patents
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Abstract
Description
高レジリエンス(HR)ウレタンフォームが、その優れたサポート力とレジリエンス特性により、ボディーサポート分野で広く採用されてきた。HRウレタンフォームは、とりわけサグ係数(SAG factor)が非常に高く、レジリエンスも高い。しかしながら、この種の発泡体の圧力分散の均一性は最適とはいえず、圧点となることがある。そのため、例えば、長期入院患者が褥瘡に悩むことが多い病院等で、圧力を逃がしておくことが必要な人にとってはHRウレタンフォームが好適とはならない。
本発明の方法の好ましい実施形態の1つでは、反応混合物に分散されるオルガノゲル材料の量は、反応混合物から調製されるウレタンフォームの全質量を基準に計算した場合、少なくとも0.1質量%、好ましくは少なくとも1質量%、より好ましくは少なくとも5質量%、最も好ましくは少なくとも10 質量%である。
好ましくは、オルガノゲルが、ポリウレタンゲル、油展熱可塑性ブロック共重合体ゲル、とりわけSEBSゲル、シリコーンゲル及びPVCプラスチゾルゲルからなる群から選択されるゲルであって、該オルガノゲル材料はポリウレタンゲルであることが好ましい。
ボディーサポート用途に特に適した特定の実施形態では、本発明の方法で得られた軟質ウレタンフォームの密度が25〜120kg/m3、ASTM D3574Hにより20℃で測定したレジリエンスが35%より高く、ISO2439Bで測定した40%ILD硬さが60〜500Nである。
良好なサポート性を得るには、発泡体のSAGファクターが好ましくは1.8より大きく、より好ましくは2.0より大きく、最も好ましくは2.2より大きい。
また、本発明は、本発明の方法で得られた軟質ウレタンフォームに関する。この発泡体は気泡リブ及び気泡壁を有し、オルガノゲル材料が発泡体中に混入され、前記気泡リブ及び/又は気泡壁の少なくとも一部を形成するか、或いは、発泡体は気泡リブのみを実質的に有し(特に、網目化発泡体(reticulated foam))、オルガノゲル材料が発泡体中に混入され、気泡リブの少なくとも一部を形成する。好ましい実施形態では、オルガノゲル材料が、気泡リブ及び/又は気泡壁内にゲル包含物を形成する。そこで、気泡リブ及び/又は気泡壁内にオルガノゲル包含物が存在することにより、発泡体の物理的特性を変えられる。
本発明の他の詳細な特徴や利点については、本発明の軟質ウレタンフォーム調製方法のいくつかの特定の実施形態についての下記の説明から明らかになるであろう。
軟質ウレタンフォームは、発泡剤を含む反応混合物を発泡させて調製する。発泡剤は、イソシアネート基と反応して二酸化炭素ガスを生成する水を含むことが好ましい。公知のワンショット法、セミプレポリマー法又は完全プレポリマー(full prepolymer)法を従来の混合装置とともに用いることができ、発泡体をスラブ材、成形品等の形態に製造すればよい。完全プレポリマー法においては、イソシアネートプレポリマーを水性混合物(界面活性剤を含む)と混合して反応混合物を調製し、ウレタンフォームを生成する。この方法は、特に親水性ウレタンフォームの調製に用いる。座席及びベッド用の軟質ウレタンフォームの製造には、ワンショット法又はセミプレポリマー法が通常は適用される。これらの方法においては、少なくともイソシアネート成分とイソシアネート反応性成分とを混合して、ポリウレタン反応混合物を構成する。セミプレポリマー法においては、イソシアネート成分はイソシアネートプレポリマーを含み、及び/又は、イソシアネート反応性成分はイソシアネート反応性プレポリマー、とりわけポリオールプレポリマーを含む。
オルガノゲルは寸法的に安定したゼリー状物質である。主に液体からなるが、その液体中に三次元架橋網状構造が存在することにより固体のように挙動する。オルガノゲル中の液体は有機液体であり、ヒドロゲル中の液体は水である。ヒドロゲルの重大な欠点は、水の蒸発によってたやすく乾燥してしまうことで、ヒドロゲルの硬化につながる。本発明の方法では、ゲル材料を弾性フィルムにすっぽりと包むことではこの問題を防ぐことはできない。なぜならば、ゲル材料は反応混合物中に分散されるからである。更に、本発明の方法ではヒドロゲルは不利である。それは、ヒドロゲル中に取り込まれた大量の水がウレタンフォーム生成反応を妨害することがあるからで、これは望ましくない。したがって、本発明の方法では、有機液体を含むオルガノゲルを利用する。この有機液体は水よりも揮発性が低く、及び/又は、ゲル材料から蒸発しないように又は実質的に蒸発しないようにゲル中で結合している。ゲルは実質的に水を含まない無水ゲルが好ましい。
オルガノゲル材料は別の組成であってもよい。例えば、シリコーンゲル、なかでもオルガノシロキサンゲルが挙げられる。このようなゲルの好適な例が米国特許第4072635号に記載されているが、引用により本願明細書の記載に含まれるものとする。また、オルガノゲル材料はPVCプラスチゾルゲルでもよい。このようなゲルの例は米国特許第5330249号に記載されているが、引用により本願明細書の記載に含まれるものとする。油展熱可塑性ブロック共重合体ゲルもまた好適なゲルである。このオイルゲル、より具体的にはSEBSゲル(ポリ(スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン)ゲル類)の例は米国特許第5508334号及び第5336708号に記載されているが、引用により本願明細書の記載に含まれるものとする。これらのオイルゲルは、可塑剤を高濃度に含有してゼラチン状特性を得る。
本発明の方法で使用するオルガノゲル材料は、ポリウレタンゲルを含むことが好適である。このようなポリウレタンゲルの例は、米国特許第4404296号、第4456642号及び第5362834号に記載されているが、引用により本願明細書の記載に含まれるものとする。
反応混合物中に分散されるオルガノゲルの量は、少なくとも0.1質量%、好ましくは少なくとも1質量%、より好ましくは少なくとも5質量%、最も好ましくは少なくとも10 質量%である。反応混合物中に分散されるオルガノゲルの量は、40質量%未満が好ましく、30質量%未満がより好ましく、20質量%未満が最も好ましい。このパーセンテージは、反応混合物から調製されたウレタンフォームの全質量を基準に算出する。
オルガノゲルは、平均体積0.001〜10mm3、好ましくは0.01 mm3より大きく、更に好ましくは0.1mm3より大きく、一方、2mm3未満、より好ましくは0.5mm3未満の粒子の形態で反応混合物中に分散されることが好ましい。このような粒子サイズを得るには、微粒子状、より詳細には粒子又は粉末状態のオルガノゲルを添加するか、或いは、より大きめのゲル材料を添加後に均質化することで達成できる。この作業は、反応混合物中及び/又は反応混合物を構成するために互いに混合される1種以上の成分において行うことができる。
ウレタンフォームの気泡リブ及び/又は気泡壁中のオルガノゲル包含物が存在することで、発泡体の物理的特性及び/又は温熱生理学的特性が影響をうける。例えば、圧力分散特性がこうして向上した発泡体の引張応力は低減される。一方で、より軟らかくゲルのような感触が発泡体に付与され、発泡体の心地良さを向上させる。また、発泡体の熱容量や熱伝導性にも影響を及ぼすことから、より冷たい感触を発泡体に付与することができる。ゲル粒子は発泡体の形成にも何らかの影響を与えるので、発泡体の連続気泡の含有量も増加する。
本願明細書前記で説明したように、少なくともイソシアネート成分とイソシアネート反応性成分との混合により反応混合物が構成されることが好ましい。反応混合物中、イソシアネート成分中及び/又はイソシアネート反応性成分中にオルガノゲルを分散することができる。
ポリイソシアネート成分は、通常は1種のポリイソシアネート化合物しか含まないが、1種より多いポリイソシアネート化合物(=複数種のポリイソシアネート)を含んでもよい。軟質ウレタンフォームの調製に従来から使用される有機ポリイソシアネートとしては、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート及び芳香脂肪族(araliphatic)ポリイソシアネート、ならびに、芳香族ポリイソシアネート、例えば市販のTDI(トルエンジイソシアネート)、MDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)及び粗MDI又はポリメリックMDIが挙げられる。
変性イソシアネートも有用である。一般に、変性イソシアネートは、例えばTDI又はMDI等の市販のイソシアネートと、低分子量のジオール又はアミンとの反応で調製される。変性イソシアネートは、イソシアネート類同士の反応で調製することもでき、アロファネート、ウレトンイミン、カルボジイミド又はイソシアヌレート結合を含むイソシアネート類を生成する。MDI中ポリ尿素分散液をはじめとするMDIの変性形態については、例えば、EP-A-0 103996に記載がある。
イソシアネート反応性成分は更に1種以上の固体ポリマーを含んでもよく、該ポリマーはオルガノゲルではなく、イソシアネート反応性成分に安定して分散されるポリマーである。ポリマーポリオールを製造するためのポリオール中に安定分散されたポリマーの調製については、当該分野では公知である。この分野の基本特許は、米国特許第3383351号及び第3304273号である。このような組成物を製造するには、ポリオール中に溶解又は分散した1種以上のエチレン性不飽和モノマーを遊離基触媒の存在下で重合し、ポリマー粒子が安定分散したポリオール分散液を形成することによる。こうしたポリマーポリオール組成物は、対応の未変性ポリオールに比べ、そこから製造されるウレタンフォームに対してより高い耐力特性を付与する有用な性質がある。米国特許第3325421号及び第4374209号に教示されているものに類似したポリオール類も包含される。
オルガノゲル粒子及び固体ポリマー粒子の発泡体温湿圧縮永久歪に対する負の影響を回避するために、イソシアネート反応性成分がイソシアネート反応性化合物を含み、100質量部の前記イソシアネート反応性化合物が、好ましくは、
(a)ポリオキシアルキレンポリオールであって、ポリオキシアルキレンポリオールのオキシアルキレン単位の少なくとも40質量%がオキシエチレン単位であり、ヒドロキシル価が20〜100、好ましくは20〜60、公称官能価が2〜4である、前記ポリオキシアルキレンポリオール1種以上を50〜80部と、
本願明細書で使用の「公称官能価」という用語は、ポリオールの官能価数(1分子あたりのヒドロキシル基の数)を指すが、これは、ポリオキシアルキレンポリオールの官能価数が、その調製で使用した開始剤の官能価数(1分子あたりの活性水素原子の数)と等しいことを前提としている。しかしながら、実際のところは末端の不飽和により幾分少ないことが多い。2種以上の開始剤を使用してポリオキシアルキレンポリオール混合物を得る場合、該混合物の異なるそれぞれのポリオールは、別個のポリオール(イソシアネート反応性化合物)とみなされる。開始剤は、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン又はジエチレントリアミンが挙げられる。
本明細書に記載の部及びパーセンテージはすべて質量基準である。
「ヒドロキシル価」という用語は、1グラムのポリオール試料に相当するKOHのmg数を指し、ポリオール当量 = 56100/ヒドロキシル価である。
EOリッチであるポリオールの量が増えると、発泡体の連続気泡含有量が増える。連続気泡フォームの利点は、製造後に収縮しないこと、また、従来のHRウレタンフォームでは通常必要とされている圧縮工程又は網目化(reticulation)工程を別途必要としないことである。EOリッチであるポリオールは、ポリオキシアルキレンポリオールのオキシアルキレン単位のうち、オキシエチレン単位含有量が少なくとも50 質量%、より好ましくは少なくとも60質量%、最も好ましくは少なくとも70質量%有することが好ましい。好ましくは、EOリッチであるポリオールのオキシエチレン単位含有量は、ポリオキシアルキレンポリオールのオキシアルキレン単位の90質量%未満、好ましくは85質量%未満、より好ましくは80質量%未満である。
オキシエチレン単位に加え、オキシアルキレン鎖は通常オキシプロピレン単位を含む。エチレンオキシド部位(とりわけオキシルキレン(oxylkylene)単位の25%未満)は、オキシアルキレン鎖末端のキャップに使用できるので、ポリオールの一級ヒドロキシル基含量が高く、例えば、一級ヒドロキシル基含量が50%より高い。このように、ポリオールはイソシアネートに対してより反応性が高い。オキシエチレン単位の残りの部分はオキシアルキレン鎖全体に分布されているとよく、ランダムな分布が好ましい。
本発明の方法により、ASTM D3574Fにより測定した引裂抵抗が1N/cmより高く、EN ISO1798に従って測定した伸び率が100%より高く、EN ISO1798により測定した引張強さが50kPaより高く、好ましくは70kPaより高い発泡体を製造することができる。
本発明の方法で使用する好適な発泡剤は水であるが、任意で例えば低沸点オルガノフルオロ化合物等の物理的発泡剤と一緒に使用してもよい。当業者には公知であるように、発泡剤の量を変えて所望の発泡体密度を得ることができる。水のみを発泡剤として使用することが好ましい。反応系のイソシアネートインデックス(NCOインデックス)は80〜120に変えることができるが、90より高いことが好ましく、100より高いことが更に好ましい。イソシアネートインデックスを高くすると、発泡体の硬度を上昇させる一助となる。
発泡体組成物は、ウレタンフォーム組成物の従来の添加剤1種以上を含んでもよい。このような添加剤としては、第三アミン、錫化合物等の触媒、シロキサン-オキシアルキレン共重合体等の界面活性剤や気泡安定剤、難燃剤、有機及び無機充填剤、顔料、ポリジメチルシロキサン等のいわゆる沸騰発泡効果(boiling-foam effect)を抑える薬剤、成形用内部離型剤が挙げられる。
Claims (15)
- 発泡剤を含む反応混合物を発泡させてウレタンフォームを生成する、軟質ウレタンフォームの調製方法であって、前記反応混合物を発泡させる前に、前記反応混合物中に少なくとも1種のオルガノゲル材料を分散させることを特徴とする調製方法。
- 前記反応混合物に分散させる前記オルガノゲル材料の量が、前記反応混合物から調製される前記ウレタンフォームの全質量を基準に計算した場合、少なくとも0.1質量%、好ましくは少なくとも1質量%、より好ましくは少なくとも5質量%、最も好ましくは少なくとも10質量%であることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記反応混合物に分散させる前記オルガノゲル材料の量が、前記反応混合物から調製される前記ウレタンフォームの全質量を基準に計算した場合、40質量%未満、好ましくは30質量%未満、より好ましくは20質量%未満であることを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
- 前記オルガノゲル材料が、ポリウレタンゲル、油展熱可塑性ブロック共重合体ゲル、とりわけSEBSゲル、シリコーンゲル及びPVCプラスチゾルゲルからなる群から選択され、なかでもポリウレタンゲルが好ましいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
- 前記オルガノゲル材料が、平均体積0.001〜10mm3、好ましくは0.01mm3より大きく、更に好ましくは0.1mm3より大きく、一方、好ましくは2mm3未満、より好ましくは0.5mm3未満の粒子の形態で前記反応混合物中に分散される、請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。
- 前記反応混合物が、少なくともイソシアネート成分とイソシアネート反応性成分とを混合することにより構成されたポリウレタン反応混合物であって、前記イソシアネート反応性成分を前記イソシアネート成分と混合する前に、前記オルガノゲル材料の少なくとも一部を前記イソシアネート反応性成分中に分散する、請求項1〜5のいずれか1項記載の方法。
- 前記反応混合物が、少なくともイソシアネート成分とイソシアネート反応性成分とを混合することにより構成されたポリウレタン反応混合物であって、前記イソシアネート反応性成分がイソシアネート反応性化合物を含み、前記イソシアネート反応性化合物100質量部に対し、
(a)オキシエチレン単位含有量がポリオキシアルキレンポリオールのオキシアルキレン単位の少なくとも40質量%、好ましくは少なくとも50質量%、より好ましくは少なくとも60質量%、最も好ましくは少なくとも70質量%で、ヒドロキシル価が20〜100、好ましくは20〜60、公称官能価が2〜4であり、前記オキシエチレン単位含有量が前記ポリオキシアルキレンポリオールのオキシアルキレン単位の好ましくは90質量%未満、より好ましくは85質量%未満、更に好ましくは80質量%未満であるポリオキシアルキレンポリオール1種以上を50〜80部と、
(b)オキシエチレン単位を含まないか、又は、オキシエチレン単位含有量が更なるポリオキシアルキレンポリオールのオキシアルキレン単位の40質量%未満であり、ヒドロキシル価が20〜100、好ましくは20〜60、公称官能価が2〜4の更なるポリオキシアルキレンポリオール1種以上を20〜50部含み、
前記イソシアネート反応性化合物100質量部に対し、前記1種以上のポリオキシアルキレンポリオールと前記1種以上の更なるポリオキシアルキレンポリオールとが、好ましくは少なくとも85部、より好ましくは少なくとも95部含まれる、請求項1〜6のいずれか1項記載の方法。 - オキシエチレン単位含有量が少なくとも40質量%である前記1種以上のポリオキシアルキレンポリオールが、前記イソシアネート反応性化合物100質量部に対し少なくとも55部、好ましくは少なくとも60部、より好ましくは少なくとも65部含まれることを特徴とする、請求項7記載の方法。
- オキシエチレン単位含有量が少なくとも40質量%である前記1種以上のポリオキシアルキレンポリオールが、前記イソシアネート反応性化合物100質量部に対し75部未満含まれることを特徴とする、請求項7又は8記載の方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項記載の方法により調製された軟質ウレタンフォーム。
- 前記オルガノゲル材料が前記発泡体内に混入し、気泡リブの少なくとも一部を形成し、前記オルガノゲル材料が特に前記気泡リブの包含物を形成することを特徴とする、請求項10記載の軟質ウレタンフォーム。
- 前記オルガノゲル材料が前記発泡体内に混入し、気泡リブ及び/又は気泡壁の少なくとも一部を形成し、前記オルガノゲル材料が特に前記気泡リブ及び/又は気泡壁の包含物を形成することを特徴とする、請求項10記載の軟質ウレタンフォーム。
- 前記反応混合物は、調製後のウレタンフォームの密度が25〜120kgm3となる量の前記発泡剤を含有し、前記調製後のウレタンフォームの密度が好ましくは100kgm3未満、より好ましくは80kgm3未満であることを特徴とする、請求項10〜12のいずれか1項記載の軟質ウレタンフォーム。
- 調製後のウレタンフォームのレジリエンスが、ASTM D3574Hに従って20℃で測定した際に35%より高く、好ましくは45%より高いことを特徴とする、請求項10〜13のいずれか1項記載の軟質ウレタンフォーム。
- 調製後のウレタンフォームの40%ILD硬さが、ISO 2439Bに従って測定した際に60〜500N、好ましくは75〜200Nであることを特徴とする、請求項10〜14のいずれか1項記載の軟質ウレタンフォーム。
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