JP4306818B2 - 軟質ポリウレタンフォーム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリウレタンフォーム特有のヘタリ難さを維持した上で、その使用感を綿に近づけた著しく感触の良好な軟質ポリウレタンフォームに関する。
【0002】
【従来の技術】
軟質ポリウレタンフォームは良好なクッション性を有し、綿のように長期ないし繰り返し使用時にヘタることがなく、柔らかく良好な感触を有することから、自動車用のシートクッションや家具のソファー材、ブラジャーパッド、肩パッド等の衣料用として広く使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軟質ポリウレタンフォームは、図7に示す如く、応力−撓み曲線において特有の座屈点を持つため、このような座屈点のない綿とその使用感が著しく異なるものとなっていた。
【0004】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ポリウレタンフォーム特有のヘタリ難さを維持した上で、その使用感を綿に近づけた著しく感触の良好な軟質ポリウレタンフォームを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の軟質ポリウレタンフォームは、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させてなる板状の軟質ポリウレタンフォームであって、該ポリオールが、MW1000〜8000、OH価20〜100の、エチレンオキシドを含むポリオール、ポリエーテル系又はポリエステル系ポリオール(以下「高反応性ポリオール」と称す。)と、MW50〜900、OH価500〜3000のポリオール(以下「高反応性低分子ポリオール」と称す。)とを含み、高反応性低分子ポリオールが高反応性ポリオールに対して1〜25重量%であり、圧縮率75%にまで予備圧縮した後、再度圧縮して求めた応力−圧縮率曲線において、圧縮率5%の点における接線と、圧縮率15%の点における接線との交叉角度が168°以上であり、フォームの発泡セルのフォーム厚さ方向の長さaと該厚さ方向と直交する方向の長さbとの比a/bが0.6〜0.9であることを特徴とする。
【0006】
このような軟質ポリウレタンフォームであれば、応力−撓み曲線において顕著な座屈点が表れず、良好な感触が得られる。
【0007】
なお、本発明において、応力−圧縮率曲線は、JIS K 6401 5.4項「硬さ試験」に準じて測定され、圧縮率75%にまで予備圧縮した後、再度圧縮して求めた応力−圧縮率曲線、即ち、2回目の圧縮時の応力−圧縮率曲線である。
【0008】
本発明に係る座屈交叉角度とは、図1に示す如く、応力を縦軸にとり、圧縮率を横軸とした応力−圧縮率曲線の、圧縮率5%の点Aにおける接線LAと圧縮率15%の点Bにおける接線LBとの交叉角度のうち、該曲線に臨む下向きの角度θである。
【0009】
また、フォームの発泡セルのフォーム厚さ方向の長さaは、図1(a)(板状の軟質ポリウレタンフォーム1の厚さ方向の断面図)、(b)(セルの拡大図)に示す如く、フォーム1の発泡セル2の板厚方向の径a(以下「板厚方向径a」と称す。)を指し、この厚さ方向と直交する方向の長さbとはこの板厚方向の径aに直交する方向の径b(以下「板面方向径b」と称す。)を指す。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0011】
まず、請求項1の軟質ポリウレタンフォームの実施の形態を説明する。
【0012】
請求項1の軟質ポリウレタンフォームは、座屈交叉角度θが168°以上の応力−撓み特性を有するものである。
【0013】
このような座屈交叉角度θが168°以上の軟質ポリウレタンフォームは、例えば次のようにして製造することができる。
【0014】
即ち、従来において柔らかいポリウレタンフォームを製造するにあたっては、一般には発泡助剤としてのメチレンクロライドを多量に添加し、機械的にないし構造的に柔らかくしていたが、このような方法では、得られるポリウレタンフォーム本来のヘタリ難さが損なわれる。
【0015】
一方で、ウレタン反応時にイソシアネートと水との反応で生成するウレア結合は凝集し易く、この凝集の結果、得られるフォームが硬くなることが知られている。
【0016】
本発明では、イソシアネートと水の反応よりできるウレア結合の生成、凝集を極力抑える為に、低レベルの水部数を用い、発泡剤としてメチレンクロライド等の反応に関与しない成分を用い、あるいは反応性の高いポリオールを使用し、更に反応性が高く分子量の小さい低分子ポリオールを併用することにより、ポリオールとイソシアネートとの反応性を高めたることで、柔らかい感触を高める。
【0017】
ここで、反応性の高いポリオール(以下「高反応性ポリオール」と称す。)としては、エチレンオキシド(EO)結合を含むポリオール、サンニックスFA703、サンニックスFA103、サンニックスFA207、サンニックスKC264、サンニクッスFA311、ボラノール4021J、エクセノール828等のポリエーテル系又はポリエステル系ポリオールが挙げられ、その好適な分子量(MW)は1000〜8000、水酸基価(OH価)は20〜100である。
【0018】
また、反応性が高く分子量の小さい低分子ポリオール(以下「高反応性低分子ポリオール」と称す。)としては、ジエチレングリコール、トリメチロールプロパン、T−880(タケダ)、XQ82162,000(ダウ)等のMW50〜900、OH価500〜3000のポリオールが挙げられる。
【0019】
本発明では、上記高反応性ポリオール以外に反応性がさほど高くない通常のポリオール(以下「その他のポリオール」と称す。)を併用は単独で用いても良く、この場合、その他のポリオールとしてはMW1000〜8000、OH価20〜100のエクセノール3030、エクセノール4030、アクトコールL−32D、ボラノール3022、ボラノール3010、サンニックスGP−4000等のポリオールを用いることができる。
【0020】
高反応性低分子ポリオールは、高反応性ポリオールに対して1〜25重量%の割合で用いる。
【0021】
このようなポリオールと反応させるポリイソシアネートとしては、特に制限はなく、一分子中に2個以上のイソシアネート基を有する有機ポリイソシアネートであって、脂肪族系及び芳香族ポリイソシアネート化合物、更にこれらの変性物が包含される。脂肪族系ポリイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられ、芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート等が挙げられる。また、これらの変性物としては、カルボジイミド変性物、プレポリマー変性物が挙げられる。本発明において好ましいポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネート又は芳香族系ポリイソシアネートの変性物であり、特に好ましくはジフェニルメタンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
【0022】
また、発泡剤としては、ポリウレタンフォームの製造に使用される全ての発泡剤が使用できる。例えば、低沸点不活性溶剤としてトリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等のフロン系化合物等、メチレンクロライド、液化炭酸ガス反応によってガスを発生するものとして水、酸アミド、ニトロアルカン等、熱分解してガスを発生するものとして重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム等がある。これらのうち、好ましい発泡剤としては、メチレンクロライド、水等が挙げられる。
【0023】
触媒としては、通常のウレタンフォームの製造に使用される全ての触媒が使用できる。例えば、ジブチルチンジラウレート、スタナスオクトエート等の錫系触媒、トリエチルアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン等の3級アミン類等が挙げられる。
【0024】
本発明のポリウレタンフォームには、更に必要に応じて界面活性剤や、難燃剤、その他の助剤を配合使用しても良い。界面活性剤としてはシリコーン系界面活性剤が通常用いられる。難燃剤としては、トリス(2−クロロエチル)フォスフェート、トリス(2,3−ジブロモプロピル)フォスフェート等のような従来公知の難燃剤の他、尿素、チオ尿素のような有機質粉末あるいは金属水酸化物、三酸化アンチモン等の無機質粉末を用いることができる。
【0025】
また、その他の助剤としては、顔料、染料などの着色粉末、タルク、グラファイトなどの粉末、ガラス短繊維、その他の無機増量剤や有機溶媒などが挙げられる。
【0026】
請求項1のポリウレタンフォームは、高反応性ポリオール、高反応性低分子ポリオール及びポリイソシアネートと、必要に応じて、発泡剤、触媒等を用いて常法に従って製造することができる。なお、原料のNCO/OH当量比は80〜120が好適である。
【0027】
このようにして製造される請求項1のポリウレタンフォームは、座屈交叉角度θが168°以上であるが、好ましくは168〜170°である。座屈交叉角度θが135°未満では、座屈点が顕著となり、感触の良いポリウレタンフォームを形成し得ない。
【0028】
以下に、図2〜6を参照して請求項1の軟質ポリウレタンフォームの実施の形態を説明する。
【0029】
請求項1の軟質ポリウレタンフォームは、上記軟質ポリウレタンフォームにおいて、発泡セルの形状が図2に示す板厚方向径aと板面方向径bとの比a/b(以下「セル径比a/b」と称す。)が0.6〜0.9と、厚さ方向に偏平なものであり、このようなセル形状とすることで座屈点を無くするようにしたものである。
【0030】
即ち、一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に際しては、重力に逆らって発泡反応が進行するため、図3(a)に示す如く、得られるポリウレタンフォームのブロック体3のセル3Aの形状は鉛直方向に長く、鉛直方向の径yと水平方向の径xとの比y/xは1.2〜1.5程度となっている。
【0031】
従来においては、このポリウレタンフォームのブロック体3を水平方向に裁断して(図3(a)の一点鎖線C1,C2)板状のポリウレタンフォームを製造するため、図3(b)に示す如く、得られる板状のポリウレタンフォーム4のセル径比a/bは1.2〜1.5程度となる。このように、セルが板厚方向に長いポリウレタンフォーム4では、座屈点が顕著に現れる。
【0032】
セル径比a/bが0.6〜0.9となる請求項1の板状のポリウレタンフォームを製造する方法としては、前記の軟質ポリウレタンフォームを製造する方法において、更に、次のような方法を採用することが挙げられる。
【0033】
(1) 常法に従って製造された図3(a)に示すポリウレタンフォームのブロック体3を、鉛直方向に裁断し(図3の一点鎖線C3,C4)、図4に示す如く、セルが板面方向に長い板状のポリウレタンフォーム5を製造する。
(2) 常法に従って製造された図3(a)に示すポリウレタンフォームのブロック体3から、常法に従って水平方向に裁断して得られた図3(b)に示すセルが板厚方向に長い板状のポリウレタンフォーム4を厚さ方向に熱プレスして図5に示すようなセルが板厚方向に長い板状のポリウレタンフォーム6を製造する。この場合、ポリウレタンフォーム4を元の厚みの30〜80%程度の厚みとなるように熱プレスすることによりセル径比a/b=0.6〜0.9の板状のポリウレタンフォーム6を得ることができる。
(3) 製造条件を制御することにより、図6(a)に示す如く、水平方向に長いセルが形成されたポリウレタンフォームのブロック体7を製造し、このポリウレタンフォームのブロック体7を常法に従って水平方向に裁断し(図6(a)の一点鎖線C5,C6)、図6(b)に示す如く、セルが板面方向に長い板状のポリウレタンフォーム8を製造する。図6(a)に示すように、セルが水平方向に長いポリウレタンフォームのブロック体7を製造する方法としては(I)コンベア角度を1.5〜90度と、クリームポイントとライズポイントを極端に近づける又は遠ざける(II)発泡体上面を機械的に加圧し、押し込む等の方法が挙げられる。
【0034】
このようにして得られるセル径比a/bが0.6〜0.9の板状の軟質ポリウレタンフォームは、一般に、その厚さ方向に圧縮して座屈交叉角度θを求めると座屈交叉角度θは138°以上の値を示す。
【0035】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0036】
実施例1,2、比較例1,2,6,7
下記原料配合にて、下記プロセス条件にて20℃で混合発泡させて軟質ポリウレタンフォームを製造した。
【0037】
原料配合(重量部)
ポリイソシアネート(TDI−80):34
ポリオール:表1に示す通り
界面活性剤(SF2904):1.0
触媒(DABCO CS−90):0.20
難燃剤(クレジルジフェニルフォスフェート):10
発泡剤(メチレンクロライド):10
水:2.4
プロセス条件
通常:コンベアー角度0〜2.5度,クリーム位置(M)0.8〜1.5
改良:コンベアー角度2.5度以上,クリーム位置(M)0.1〜0.8又は
1.5〜3.0
得られた軟質ポリウレタンフォームのブロック体から厚さ15mmの板状の軟質ポリウレタンフォームを切り出し、この軟質ポリウレタンフォームについて座屈交叉角度及びセル径比a/b、密度及び25%硬度を測定すると共に、下記の方法により感触及びヘタリ難さを評価し、結果を表1に示した。
【0038】
感触
ウレタンフォームの感触を綿の感触と比較し、下記基準で評価した。
【0039】
◎:綿に非常に近い
○:綿に近い
△:綿とは差を感じる
×:綿とは著しい差を感じる
ヘタリ難さ
JIS K 6401圧縮残留歪を測定した。圧縮残留歪は8以下であれば合格とみなせる。
【0040】
比較例3
比較例1において、得られたポリウレタンフォームのブロック体から板状のポリウレタンフォームを切り出すに当り、比較例1の裁断方向とは直交する方向に裁断して板状のポリウレタンフォームを得、同様に評価を行って結果を表1に示した。
【0041】
比較例4,5
比較例1で得られた板状のポリウレタンフォームを熱プレスすることにより、初期厚さの70%(比較例4)又は50%(比較例5)となるように圧縮したものについて同様に評価を行い、結果を表1に示した。
【0042】
【表1】
【0043】
表1より本発明の軟質ポリウレタンフォームは、感触が良好でヘタリ難い良好なポリウレタンフォームであることがわかる。
【0044】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の軟質ポリウレタンフォームによれば、ポリウレタンフォーム特有のヘタリ難さを維持した上で、その使用感を綿に近づけた著しく感触の良好な軟質ポリウレタンフォームが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る座屈交叉角度を説明する応力−圧縮率曲線のグラフである。
【図2】 図2(a)はポリウレタンフォームのセル形状を示す模式的な断面図であり、図2(b)はセルの拡大図である。
【図3】 従来のポリウレタンフォームのセル形状を示す模式的な断面斜視図であり、図3(a)はポリウレタンフォームのブロック体を示し、図3(b)は板状のポリウレタンフォームを示す。
【図4】 本発明の板状のポリウレタンフォームを示す模式的な断面斜視図である。
【図5】 本発明の板状のポリウレタンフォームを示す模式的な断面斜視図である。
【図6】 本発明の板状のポリウレタンフォームの製造方法の一例を示す模式的な断面斜視図であり、図6(a)はポリウレタンフォームのブロック体を示し、図6(b)は板状のポリウレタンフォームを示す。
【図7】 ポリウレタンフォーム及び綿の応力−撓み曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ポリウレタンフォーム
2,3A 発泡セル
3,7 ポリウレタンフォームのブロック体
4,5,6,8 板状のポリウレタンフォーム
Claims (1)
- ポリオールとポリイソシアネートとを反応させてなる板状の軟質ポリウレタンフォームであって、
該ポリオールが、MW1000〜8000、OH価20〜100の、エチレンオキシドを含むポリオール、ポリエーテル系又はポリエステル系ポリオール(以下「高反応性ポリオール」と称す。)と、MW50〜900、OH価500〜3000のポリオール(以下「高反応性低分子ポリオール」と称す。)とを含み、高反応性低分子ポリオールが高反応性ポリオールに対して1〜25重量%であり、
圧縮率75%にまで予備圧縮した後、再度圧縮して求めた応力−圧縮率曲線において、圧縮率5%の点における接線と、圧縮率15%の点における接線との交叉角度が168°以上であり、
フォームの発泡セルのフォーム厚さ方向の長さaと該厚さ方向と直交する方向の長さbとの比a/bが0.6〜0.9であることを特徴とする軟質ポリウレタンフォーム。
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