JP5368667B2 - 連続気泡軟質ポリウレタンフォーム及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高通気度で高反発弾性を有する連続気泡軟質ポリウレタンフォーム、特に軟質ポリウレタンスラブフォーム並びにその製造方法に関するものである。

高反発弾性率を有する軟質ポリウレタンフォームとしては、自動車用のシートクッションパッドとして汎用されているモールドフォームが公知である（特許文献１、２等）。

特許文献１、２には、いずれもポリマーポリオールをポリオール化合物の必須成分として使用し、密度を全密度にて５５ｋｇ／ｍ^３程度以下、スキン層を除いたコア密度として５０ｋｇ／ｍ^３以下のモールドフォームが開示されている。

特開平３−６８６１８号公報 特開平８―１５７５５４号公報

上記特許文献１、２等に開示されている高反発弾性の軟質ポリウレタンフォームは、いずれも自動車用のシートクッションパッドであり、軽量であってかつ車両の振動が人体に伝達されることを防止するためのクッション性が求められるものである。そのために高反発弾性率ではあるが低密度であってソフトな感触のフォームではない。また軽量で人体の重量を負荷しても底付き感を発生しないためにフォームの骨格を構成するポリウレタン自体の強度が高く設計されており、そのため連続気泡ではあるが、クラッシングを行った場合であってもセルが完全に破壊されることはなく、通気度が低いものであった。

これに対して一般のスラブフォームにおいては、ソフトな感触のフォームは反発弾性率が低く、高密度で反発弾性率が高いフォームを得ることはできなかった。

本発明は、ソフトな感触を有しつつ高密度、高通気度で反発弾性率が高い連続気泡軟質ポリウレタンフォーム並びにその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、ポリオール成分とポリイソシアネート化合物とを反応させて得られる連続気泡軟質ポリウレタンフォームであって、
前記ポリオール成分はポリオール化合物、発泡剤である水、触媒、整泡剤を含有するものであり、
前記ポリオール化合物は、平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体又はプロピレンオキサイドの重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０重量％未満、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂとを含み
前記ポリエーテルポリオール化合物Ａの含有量がポリオール化合物１００重量部中５０〜９０重量部であり、
密度が６０〜８０ｋｇ／ｍ ^３ であることを特徴とする。

係る構成の連続気泡軟質ポリウレタンフォームはソフトな感触を有しつつ高密度、高通気度で反発弾性率が高いものである。

上述の連続気泡軟質ポリウレタンフォームにおける「特許文献１、２等に開示されているポリウレタンフォームと比較して低硬度であり、ソフトな感触」は、具体的には密度が６０〜８０ｋｇ／ｍ^３であり、通気度が２．５ｃｆｍ（７０．５Ｌ／ｍｉｎ）以上、反発弾性率が４０％以上である。本発明におけるポリエーテルポリオール化合物は、ポリマーポリオールを含まないことを意味する。また本発明の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、２５％硬さが２５〜１００Ｎ／３１４ｃｍ^２であることが好ましい。密度が６０未満の場合も８０を超える場合も、いずれも実用性に乏しくなる。通気度、反発弾性率は、高いほど好ましい。またスラブフォームの密度はスキン層を除去したコアの測定値である。本発明の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、セルが弱いので破壊されやすく、特にクラッシング工程を設けなくても、一般的な取扱いで所定の通気度が得られる。

ポリエーテルポリオール化合物Ａのエチレンオキサイドの含有率は、６０〜８０重量％であることがより好ましい。

上記の連続気泡軟質ポリウレタンフォームにおいては、さらにポリエーテルポリオール化合物として平均官能基数２〜４、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物をポリオール化合物１００重量部中に５〜１５重量部含有することが好ましい。

係る構成の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、とりわけソフトな感触を有しつつ高密度、高通気度で反発弾性率が高い軟質フォームである。

上記の発明においては、通気度が２．５ｃｆｍ（７０．５Ｌ／ｍｉｎ）以上、反発弾性率が４０％以上であることが好ましい。

係る連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、高密度、高通気度で反発弾性率が高い軟質ポリウレタンフォームである。本発明におけるポリエーテルポリオール化合物は、ポリマーポリオールを含まないことを意味する。通気度は高い方が好ましい。また反発弾性率も高い方が好ましいが、一般的には８０以下である。密度が６０ｋｇ／ｍ^３未満の場合は反発弾性が低下し、８０ｋｇ／ｍ^３を超えると裁断が困難となる。本発明の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、セルが弱いので破壊されやすく、特にクラッシング工程を設けなくても、一般的な取扱いで所定の通気度が得られる。またスラブフォームの密度はスキン層を除去したコアの測定値である。

上記密度、通気度並びに反発弾性率を有する連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、例えば平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体又はプロピレンオキサイドの重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０重量％以下、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂとを含み、前記ポリエーテルポリオール化合物Ａの含有量がポリオール化合物１００重量部中５０〜９０重量部であるポリオール化合物を使用し、発泡剤として水を使用したポリオール成分とポリイソシアネート成分とを反応させることにより製造することができる。

上記の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、２５％硬さが１００Ｎ／３１４ｃｍ^２以下であることが好ましい。２５％硬さは、２５Ｎ／３１４ｃｍ^２以上であることが好ましい。

係る軟質ポリウレタンフォームは、特許文献１、２等に開示されているポリウレタンフォームと比較して低硬度であり、ソフトな感触のポリウレタンフォームである。

別の本発明はポリオール成分とポリイソシアネート化合物とを反応させる連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法であって、
前記ポリオール成分はポリオール化合物、発泡剤である水、触媒、整泡剤を含有するものであり、
前記ポリオール化合物は、平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体又はプロピレンオキサイドの重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０重量％未満、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂとを含み、
前記ポリエーテルポリオール化合物Ａの含有量がポリオール化合物１００重量部中５０〜９０重量部であり、
密度が６０〜８０ｋｇ／ｍ ^３ であることを特徴とする。

係る構成の製造方法により、ソフトな感触を有しつつ高密度、高通気度で反発弾性率が高い連続気泡軟質ポリウレタンフォームを製造することができる。

上記の連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法においては、さらにポリエーテルポリオール化合物として平均官能基数２〜４、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物をポリオール化合物１００重量部中に５〜１５重量部含有することが好ましい。

係る構成の製造方法により、ソフトな感触を有しつつ高密度、高通気度で反発弾性率が高い連続気泡軟質ポリウレタンフォームをより確実に製造することができる。

本発明の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、所定のポリエーテルポリオール化合物、発泡剤、触媒および整泡剤を含有するポリオール成分とポリイソシアネート成分を混合し、発泡硬化させることにより形成される。

本発明において使用するポリエーテルポリオール化合物は、多官能性アルコール系化合物を開始剤とし、これにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドもしくはプロピレンオキサイドを付加させて得られる。プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体ポリオール化合物は、ランダム重合体、ブロック重合体のいずれでもよい。

多官能性アルコール系化合物としては、たとえば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、トリエタノールアミン、ジエタノールアミンを例示できる。平均官能基数２〜４は、これらの開始剤の選択、組合せにより得られる。平均官能基数は、２．５〜３．５であることがより好ましい。これらの中でも、グリセリン又はトリメチロールプロパンを開始剤として使用した３官能ポリオールの使用が好ましい。

本発明においては、上記のポリオール化合物の中から、平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体又はプロピレンオキサイドの重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０重量％以下、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂとを使用し、より好ましくは、さらに平均官能基数２〜４、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物を使用する。

平均官能基数２〜４、より好ましくは２．５〜３．５、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物は、硬質ポリウレタンフォーム用のポリオール化合物として使用されるポリオール化合物である。本発明においては、このような硬質フォーム用ポリオール化合物を軟質ポリウレタンフォームの原料として使用することにより、より優れた特性の軟質ポリウレタンフォームを得ることに成功した。

本発明においては、必要に応じてポリオール化合物に加えて架橋剤を使用してもよい。架橋剤としては、低分子量多価アルコールを使用することが好ましく、具体的にはエチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、２−メチル−２，３，４−ブタントリオール、２−メチル−１，２，３−ブタントリオール、２，３，４−ペンタントリオール、２，３，４−ヘキサントリオール、ジメチルペンタグリセリン、１，２，４−ブタントリオール、ペンタンテトロール等の多価アルコール類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等のアルカノールアミン類等が例示される。

ポリイソシアネート成分としては、連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造に通常使用される、イソシアネート基を２個以上有する芳香族系、脂環族系、脂肪族系の各種のポリイソシアネート化合物、さらにはこれらポリイソシアネート化合物を変性して得られる変性ポリイソシアネート化合物を使用できる。また、ポリイソシアネート化合物は２種以上を併用してもよい。

ポリイソシアネート化合物の具体例としては、軟質ポリウレタンフォームの分野において公知のポリイソシアネート化合物を限定なく使用することができ、具体的にはトルエ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）（精製ジフェニルメタンジイソシアネート（ｐ−ＭＤＩ）やクルードＭＤＩ（ｃ−ＭＤＩ）がある）、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートがあげられ、その変性物としては、ポリイソシアネート化合物のプレポリマー型変性体、イソシアヌレート型変性体、ウレア型変性体、カルボジイミド型変性体などがあげられる。これらのなかでも、トルエンジイソシアネート又はジフェニルメタンジイソシアネートの使用が好ましく、必要に応じてこれらにクルードＭＤＩをポリイソシアネート化合物全量中２０重量％以下添加したポリイソシアネート化合物を使用する。トルエンジイソシアネートは、２，４−置換体と２，６−置換体とがあるが、これらの混合物の使用が好ましく、２，４−置換体／２，６−置換体混合比が９０／１０〜６０／４０の混合物の使用が好適である。

発泡剤としては、公知の発泡剤、例えばメチレンクロライド、水などを使用することができるが、環境に対する影響が少ないことから、水を使用することが好ましい。

触媒としては、公知の触媒を限定なく使用することができる。特に第３級アミン触媒の使用が好ましく、トリエチレンジアミン（ＤＡＢＣＯ，ＴＥＤＡ ３３ＬＶ等）、Ｔｏｙｏｃａｔ−ＥＴ（東ソー）等が例示される。

整泡剤としては、連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造において公知の整泡剤を限定なく使用することができ、具体的にはＳＦ２９６５，ＳＦ２９６２，ＳＦ２９０４，ＳＦ２９０８，ＳＲＸ２９４Ａ，（東レダウコーニングシリコン製）、Ｌ−５３６６，Ｌ−５３０９（日本ユニカー製）、Ｂ８６８０（ゴールドシュミット社製）等の市販品の使用が好適である。

＜原料＞
１）ポリエーテルポリオール化合物
ＥＰ５０５ＳＮＢ：
エチレンオキサイド＋プロピレンオキサイド共重合ポリエーテルポリオール、ＥＯ＝７２重量％、３官能、水酸基価＝５２ｍｇＫＯＨ／ｇ（三井タケダケミカル社製）
ＰＰＧ−３０００：
プロピレンオキサイド重合体ポリエーテルポリオール、３官能、水酸基価＝５６ｍｇＫＯＨ／ｇ（ダウケミカル社製）
ＧＲ−０９：
３官能低分子量ポリオール化合物、水酸基価＝４００ｍｇＫＯＨ／ｇ（三井タケダケミカル社製）
触媒：ＴＥＤＡ ３３ＬＶ（東ソー）
２）
ＰＥＰ１１Ｃ：酸化防止剤（旭電化社製）
発泡剤：水
整泡剤：ＳＦ２９０４（東レダウコーニングシリコン）
３）イソシアネート成分：ＴＤＩ−８０（２，４−ＴＤＩ／２，６−ＴＤＩ＝８０／２０）

＜配合＞
表１の上段に記載した配合に基づき、常法により連続気泡軟質ポリウレタンフォームを調製した。配合比は重量部にて表示した。

＜評価＞
１）密度
スラブフォーム製造ラインで製造した軟質ポリウレタンフォームから縦１００ｍｍ，横１００ｍｍ，厚さ５０ｍｍのサンプルを切り出し、重量を測定して計算により求めた。
２）反発弾性率
ＪＩＳ Ｋ ６４００に準拠して測定した。

３）２５％硬さ
ａ）試験片：スラブフォームから５０×３８０×３８０（ｍｍ）のものを１個採取する。
ｂ）試験機：垂直方向に毎分１００±２０ｍｍの一定速度で動く加圧板と固定した支持板の間で試験片を圧縮できるもので、荷重を±１％又は±１Ｎ以上の精度で、荷重下の試験片の厚さを±０．２５ｍｍの精度で測定できるものを使用する。
・支持板：他に規定されていない場合試験片より大きく水平で平滑な固い表面をもつものとする。また、試験片の下から空気を逃がすために約６ｍｍの直径で、約２０ｍｍ間隔の通気孔をもつものとする。
・加圧板：垂直移動で自由に動くようにボールジョイントが取り付けられており、
直径２００^＋３ _−０ｍｍの平らな円盤で下部のエッジは１．０^＋５ _−０ｍｍの半径であること。
加圧板の下部表面は、磨き加工をしていない平滑な表面であること。
ｃ）測定方法：試験片を試験機の台上の中央に平らに置き、加圧板を試験片の上面に載せて荷重を５^＋０ _−２Ｎにしたときの厚さを０．１ｍｍまで読み取り、これを初めの厚さとする。
次に加圧板を毎分１００±２０ｍｍの速さで初めの厚さの２５±１％押し込み、静止後２０秒経過した時の荷重を１Ｎまで読み取り、硬さ、（Ｈ）は読み取った荷重とする。
測定は１回とし、硬さはＪＩＳ−Ｚ−８４０１によって数値を丸める。

４）反発弾性率
ＪＩＳ Ｋ ６４００に準拠して測定した。

５）通気度
ＡＳＴＭ Ｄ−１６５４に準拠して測定した。スラブフォーム製造ラインで製造した軟質ポリウレタンフォームから縦５０ｍｍ，横５０ｍｍ，厚さ２５ｍｍのサンプルを３個切り出し、ＦＬＵＩＤ ＤＡＴＡ社の測定器を使用して測定した（ＤＯＷ法）。

Claims (2)

1. ポリオール成分とポリイソシアネート化合物とを反応させて得られる連続気泡軟質ポリウレタンフォームであって、
   前記ポリオール成分はポリオール化合物、発泡剤である水、触媒、整泡剤を含有するものであり、
   前記ポリオール化合物は、平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドの重合体からなるポリエーテルポリオール化合物Ｂを含み、
   前記ポリエーテルポリオール化合物Ａの含有量がポリオール化合物１００重量部中５０〜９０重量部であり、
   密度が６０〜８０ｋｇ／ｍ^３であり、
   前記ポリイソシアネート化合物と前記ポリオール成分とにおけるイソシアネート基／活性水素基当量比（ＮＣＯインデックス）が、９５〜１００であり、
   さらにポリエーテルポリオール化合物として平均官能基数２〜４、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物をポリオール化合物１００重量部中に５〜１５重量部含有し、
   通気度が２．５ｃｆｍ（７０．５Ｌ／ｍｉｎ）以上、反発弾性率が４０％以上であることを特徴とする連続気泡軟質ポリウレタンフォーム。
2. ２５％硬さが１００Ｎ／３１４ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載の連続気泡軟質ポリウレタンフォーム。