JP2855335B2 - 導電性ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

導電性ポリウレタンフォームの製造方法

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JP2855335B2 JP1048634A JP4863489A JP2855335B2 JP 2855335 B2 JP2855335 B2 JP 2855335B2 JP 1048634 A JP1048634 A JP 1048634A JP 4863489 A JP4863489 A JP 4863489A JP 2855335 B2 JP2855335 B2 JP 2855335B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は導電性ポリウレタンフォームの製造方法にか
かわり、特に、緻密で均一な気泡を有し、柔軟で、水分
による膨潤性が小さく、寸法安定性が良い、導電性ポリ
ウレタンフォームの製造方法に関する。
[従来の技術] 導電性ポリウレタンフォームは、その弾力性、多孔質
性を利用して電子部品の梱包材、電子遮蔽材等に利用さ
れている。
また、最近、複写機、プリンターなどの静電気コント
ロール用ロールとしても多く用いられているが、これら
の用途においては緻密で均一な気泡、寸法安定性及び耐
久性が求められており、従来これらの要求をすべて満足
させる導電性ポリウレタンフォームはなかった。
従来の導電性ポリウレタンフォームの製造法として
は、発泡樹脂材料にあらかじめ導電性炭素粒子を配合
し、フォーム生成時にマトリックス樹脂中に導電性炭素
粒子を分散させることにより導電性ポリウレタンフォー
ムを得る方法が知られているが、この方法では配合液の
粘度が上昇し、発泡がスムーズに行われないこと、した
がって出来たフォームは気泡が粗大となり、配合する導
電性炭素粒子の量も微量に限られるため、電気抵抗値が
10オーム・cm以下のフォームは作りにくい等の欠点が
あった。
このような問題を解決する為、ポリオキシエチレン含
有量が60〜100重量%のポリオキシエチレン−ポリオキ
シプロピレン共重合ポリエーテル系ポリオールとイソシ
アネートを反応させた、いわゆる親水性プレポリマー
と、導電性炭素粒子を含む水分散液を化学当量的に水過
剰の条件で混合反応させる技術(特開昭49−69794、特
公昭61−2086)が既に開示されている。
これらの方法で得られた導電性ポリウレタンフォーム
は、導電性炭素粒子を多量にポリウレタン樹脂中に分散
できることから所望の導電性は得られるが、しかしマト
リックス樹脂成分が親水性であるため発泡後の水分蒸発
に伴う寸法収縮が大きく、また圧縮永久歪が大きい等の
問題があり、ロール等の用途には適さない。
かかる問題点を解決するためには、使用するポリオキ
シエチレン−ポリオキシプロピレン共重合ポリエーテル
系ポリオールのポリオキシエチレン含有量を減らすこと
が効果的であるが、ポリオキシエチレン含有量の低下は
原料ポリオール及びそれを用いたプレポリマーの親水性
を低下させ、化学当量的に過剰の水を用いた発泡では発
泡時にフォームの崩壊、セル荒れ、クラック等の現象を
起こすので、良好なフォームが得られない欠点があっ
た。
またこれとは別に、あらかじめ作られたポリウレタン
フォームに導電性塗料を含浸コーティングする技術(特
公昭57−24371)があるが、この方法では導電性物質が
ポリウレタンフォームの気泡を構成する樹脂骨格に付着
しているだけであるため、繰り返し圧縮、摩耗等で脱落
し導電性が低下するという問題がある。また求めるフォ
ームが緻密な気泡である場合、フォームの中まで導電性
塗料液を含浸させることが難しく、実質的にこの方法で
緻密な気泡の、安定した導電性ポリウレタンフォームを
得ることは出来ない。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、緻密で均一な気泡を有し、柔軟で、水分に
よる膨潤性が小さく、寸法安定性が良い、導電性ポリウ
レタンフォームの製造方法を提供することを目的とす
る。
[課題を解決するための手段] 本発明に関わる導電性ポリウレタンフォームの製造方
法は、ウレタンプレポリマーに、そのイソシアネート基
に対して化学当量的に過剰の水量を供給する量の導電性
炭素粒子の水分散液を加えて混合・発泡し導電性ポリウ
レタンフォームを製造する方法において、ウレタンプレ
ポリマーがポリオキシエチレン連鎖含有量が全ポリオー
ル量の30重量%以下であるポリオキシエチレン−ポリオ
キシプロピレン共重合ポリエーテル系ポリオールを化学
当量的に過剰のイソシアネート成分と反応させることに
より得られたプレポリマーであり、しかも混合後の発泡
を大気圧下で自由発泡した場合のフォーム体積よりも小
さい内容積を有するモールド内で成形することを特徴と
する。
上記ウレタンプレポリマーの調製に使用するポリオー
ルは、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエ
リスルトール、ソルビトール等の多価アルコールやアミ
ン類等、2個以上の活性水素を含有する化合物の一種又
は二種以上に、エチレンオキサイドやプロピレンオキサ
イドを付加して作られるが、最終的に得られるポリオー
ル中、エチレンオキサイドの付加により形成されるポリ
オキシエチレン連鎖が全ポリオール量の分子量中の30%
重量以下であるポリオール単独、あるいはポリオキシエ
チレン連鎖を有するポリオールとそれを有しないポリオ
ールをブレンドして作成されたポリオール全量に対する
ポリオキシエチレン連鎖の量が30重量%以下になるよう
調整したポリオールを用いる。
本発明で用いるウレタンプレポリマーは、上記ポリオ
ールに化学当量以上のイソシアネート成分を反応させ過
剰のイソシアネート成分を含むよう調製されたもので、
ウレタンプレポリマー中のNCO基含有率が3〜30重量%
であるものが望ましい。ウレタンプレポリマーのNCO基
含有率が3重量%未満では系の粘度が上昇して取扱が難
しくなり、また発生するガス量が少なくなることから発
泡体の密度のコントロールも難しくなる。またNCO基含
有率が30重量%を越えるものでは発生するガス量が多す
ぎて緻密なセルが得難く実用的ではない。
ウレタンプレポリマー調製に用いるイソシアネートと
しては、トリレンジイソシアネート、(TDI)、ジフェ
ニルメタンジイソシアネート(MDI)、ヘキサメチレン
ジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、シク
ロヘキシル−メタンジイソシアネート、キシリレンジイ
ソシアネート、ポリメチルポリフェニルイソシアネー
ト、粗TDI、粗MDI、変性MDI等が挙げられる。
導電性炭素粒子を含む水分散液はカーボンブラック又
はグラファイト等の導電性炭素粒子を界面活性剤等と共
に水に分散したもので、分散性、水分散液の粘度等の観
点から炭素粒子の含有量が5〜50重量%のものが好まし
く、カーボンブラックの種類としてはファーネスブラッ
ク、サーマルブラック、チャンネルブラック、アセチレ
ンブラック、カラーブラック等のいずれでも良い。
本発明において、ウレタンプレポリマーと導電性炭素
粒子の水分散液のほかに、第3成分としてシリコン系整
泡剤、アミン系、錫系の触媒、それに必要に応じて低沸
点の溶剤も補助発泡剤として用いることができるが、そ
の種類等に関しては一般的なポリウレタン発泡体製造用
のものが用いられ、特に制限はない。
ウレタンプレポリマーと導電性炭素粒子の水分散液の
混合比率は、ウレタンプレポリマーのイソシアネート基
に対し化学当量的に過剰の水量となる量の導電性炭素の
水分散液を加えなければならない。それ以下では最終的
なウレタンフォームに十分な導電性を付与するだけの導
電性炭素を混入することが難しく、また発泡倍率が上昇
して本発明が目標とする緻密なセルが得られない。水量
の上限に特に制限はないが、ウレタンプレポリマーのイ
ソシアネート基に対し化学当量的に300倍以上の水量は
ウレタンプレポリマーとの相溶性の面から均一混合が難
しくなり好ましくない。
使用するモールドは密閉型のものが好ましく、モール
ド内容積は少なくとも大気圧下での自由発泡で得られる
フォーム体積よりも小さいものとする。このようなモー
ルドを使用すれば、成形時にはモールド内は必然的に大
気圧より高圧となるので、大気圧下自由発泡ではセル荒
れ、クラック等が発生するものが、モールド内で加圧成
形されることによりセルが安定化するものと推測され
る。
大気圧下での自由発泡体積に対するモールド内容積の
比率であるが、少なくとも1より小さく、好ましくは0.
5〜0.9の範囲が良い。0.5以下では発泡時にモールドに
かかる圧力が高くなるので型の設計が難しくなること
と、製品のセルが独立気泡になりモールドの圧力を抜く
のに時間がかかる等生産性に難が生じ、0.9以上ではセ
ルが粗になる傾向がある。
[実施例1] グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサ
イドを付加して最終的にポリオキシエチレン連鎖の含有
量を20重量%とした分子量5000のポリエーテル系ポリオ
ール100gと、トリレンジイソシアネート(2,6異性体量2
0%:日本ポリウタン(株)製:TDI80)25gを反応させて
NCO含有量7.5重量%のウレタンプレポリマーを得た。
このウレタンプレポリマー100gに、導電性カーボンブ
ラック8重量%を含む導電性カーボン水分散液(ライオ
ン(株)製:W−311N)25gと、反応活性化触媒としてN
メチルモルフォリン1g及びトリエチルアミン0.3g、それ
にシリコン系界面活性剤(日本ユニカー(株)製:L−52
0)1.5gを秤量添加し、8秒間撹拌混合した後直ちに内
容積900cmのモールド内に注入した。
この場合、ウレタンプレポリマーのイソシアネート基
に対して添加された水量は化学当量で12倍であった。
なお同一配合、同一量の原料を大気圧下で自由発泡し
た場合の体積は1125cmであった。
その後発泡液が硬化するに要する時間(約10分)後に
圧力を抜き発泡体を取り出したところ、第1表の物理特
性値を有する緻密なセルを持つ良好な導電性ポリウレタ
ンフォームが得られた。
[実施例2] ポリウレタン発泡用発泡機を用いて実施例1で使用し
たのと同じ配合の原料組成物6200gを幅550mm、奥行550m
m、高さ150mmのアルミニウム製モールドに入れ密閉して
発泡させ、約15分後に取り出した導電性ポリウレタンフ
ォームの物性を第1表に示す。フォームはクラック等の
発生がない良好なフォームであった。
[比較例1] 実施例2と同じ方法で同じモールド内に実施例2で使
用したのと同じ配合で同量の原料組成物を幅550mm、奥
行550mm、高さ300mmで上部が開放状態のモールドに入れ
大気圧下で自由発泡させたところ、15分後に取り出され
たフォームはクラックが発生、気泡も荒れており、しか
も抵抗値は1×10オーム・cm以上で、導電性ポリウレ
タンフォームとして種々の用途に耐えるようなものでは
なかった。
[比較例2] 実施例1で調製したのと同じウレタンプレポリマー
に、実施例1で使用した導電性カーボンブラック水分散
液に用いられたものと同じ導電性カーボンブラック(ラ
イオンアクゾ社製:ケッチェンブラックEC)微粉末2g
(ウレタンプレポリマーに対するカーボンの添加量は実
施例1と同量)を添加して発泡を試みたが、ウレタンプ
レポリマーの粘度が上がり撹拌発泡できる状態ではなか
った。
[比較例3] グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサ
イドを付加して最終的にポリオキシエチレン連鎖の含有
量を60重量%とした分子量5000のポリエーテル系ポリオ
ール100gを実施例1と同様にトリレンジイソシアネート
25gを反応させて得たNCO含有量7.5重量%のウレタンプ
レポリマーを用いたほかは実施例1と同じ配合で、混合
発泡するに当たり常圧下で自由発泡させたところ、クラ
ック、セル荒れのない良好なフォームが得られたが、得
られたフォームの水膨潤度は13%と大きく、水分による
寸法安定性にも問題があり、また圧縮永久歪も23%で、
複写機等のロール用としては使用に耐えないものであっ
た。
[比較例4及び実施例3] グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサ
イドを付加して最終的にポリオキシエチレン連鎖の含有
量を10重量%から100重量%まで変化させた分子量5000
のポリエーテル系ポリオール100gを実施例1と同様にト
リレンジイソシアネート25gを反応させて得たNCO含有量
7.5重量%のウレタンプレポリマーを用いたほかは実施
例1と同じ配合で、大気圧下で自由発泡した場合(比較
例)の特性を第2表に、また実施例1と同様にモールド
成形した場合の特性を第3表に示す。
ロール用途としては圧縮永久歪10%以下、水膨潤性10
%以下であることが必要であるが、ポリオキシエチレン
連鎖含有量が全ポリオール量の30重量%以下であるポリ
オキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合ポリエー
テル系ポリオールを用いた実施例はいずれもこの要件を
満たしている。
[実施例4] グリセリンにプロピレンオキサイドのみを付加して得
られた分子量4500のポリオール100gに、グリセリンにエ
チレンオキサイドのみを付加して得られた分子量5000の
ポリエーテル系ポリオール50gをブレンドして全ポリオ
ール量に対するポリエチレンオキサイド連鎖の量を30重
量%としたブレンドポリオールを作成して、このポリオ
ール100gとトリレンジイソシアネート25gを反応させて
ウレタンプレポリマーを得た。
このウレタンプレポリマーを用いて実施例1と同様の
操作でモールド成形された導電性ウレタンフォームは第
4表に示す特性を持つフォームであった。
[発明の効果] 緻密で均一な気泡を有し、柔軟で、水分による膨潤性
が小さく、寸法安定性が良い、導電性ポリウレタンフォ
ームを製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI //(C08G 18/00 101:00) C08L 75:04 (56)参考文献 特開 昭59−84914(JP,A) 特開 平2−209962(JP,A) 特開 昭57−185602(JP,A) 特開 昭58−157854(JP,A) 特開 平1−292041(JP,A) 特開 昭60−32852(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08L 75/00 - 75/16 C08K 3/00 - 3/04 C08G 18/00 - 18/87 C08J 9/00 - 9/42

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウレタンプレポリマーに、そのイソシアネ
    ート基に対して化学当量的に過剰の水量を供給する量の
    導電性炭素粒子の水分散液を加えて混合・発泡し導電性
    ポリウレタンフォームを製造する方法において、ウレタ
    ンプレポリマーがポリオキシエチレン連鎖含有量が全ポ
    リオール量の30重量%以下であるポリオキシエチレン−
    ポリオキシプロピレン共重合ポリエーテル系ポリオール
    を化学当量的に過剰のイソシアネート成分と反応させる
    ことにより得られたプレポリマーであり、しかも混合後
    の発泡を大気圧下で自由発泡した場合のフォーム体積よ
    りも小さい内容積を有するモールド内で成形することを
    特徴とする導電性ポリウレタンフォームの製造方法。
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