JP6928482B2 - 軟質ポリウレタンフォーム - Google Patents
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Description
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒を含むポリウレタンフォーム原料を反応させてなる軟質ポリウレタンフォームであり、上記発泡剤として、液化炭酸ガスおよび水を含む。本発明の軟質ポリウレタンフォームは、反発弾性が15%未満であり、低反発性である。本発明において、ポリオール成分は、水酸基価50mgKOH/g以上60mgKOH/g以下であるポリオールA、および水酸基価225mgKOH/g以上500mgKOH/g以下のポリオールBを含んでいる。
本発明においてポリオール成分は、特に制限はなく、通常の軟質ポリウレタンフォームの原料として使用されるポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、またはポリマーポリオール等である。
上記ポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、若しくはこれらの変性体、またはグリセロール・プロピレンオキシドポリマー等のグリセリンにアルキレンオキサイドを付加した化合物等が例示される。
上記ポリエステルポリオールとしては、アジピン酸等のポリオールと、プロピレングリコール、グリセリン、またはエチレングリコール等との反応により得られる縮合物、ポリカーボネート系ポリオール、またはラクトン系ポリエステルポリオール等が例示される。
上記ポリマーポリオールとしては、ポリエーテルポリオール中で、アクリロニトリルまたはスチレン等を共重合させてなるポリオールであって、ポリエーテルポリオール中にポリマー微粒子が分散されているものが挙げられる。
上述するポリオール成分は、数平均分子量や縮合度等を適宜調整することができ、これによって水酸基の数および水酸基価を調整することができる。
水酸基価50mgKOH/g以上60mgKOH/g以下であり、かつ数平均分子量が1000以上5000未満の範囲であるポリオールAを用いることで、発泡安定性があり、また圧縮残留歪および反発弾性の値が望ましい範囲となる傾向にある。
水酸基価225mgKOH/g以上500mgKOH/g以下であり、かつ数平均分子量が500以上1000以下の範囲であるポリオールBを用いることで、発泡安定性が良好で、温度依存性が小さく、また圧縮残留歪および反発弾性の値が望ましい範囲となる傾向にある。
また、上記範囲の数平均分子量であるポリオールAおよびポリオールBを用いることで、反発弾性が小さく、かつ適度な圧縮硬さおよび圧縮残留歪を備える軟質ポリウレタンフォームの実現が容易である。
次に、ポリイソシアネート成分について説明する。本発明におけるポリイソシアネート成分は、上述するポリオール成分と反応してウレタン結合を構成可能な成分である。たとえばポリイソシアネート成分としては、イソシアネート基を2以上有する芳香族系、脂環族系、若しくは脂肪族系等のポリイソシアネート、またはこれらを変性して得られる変性ポリイソシアネートを1種または2種以上選択して使用することができる。具体的には、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)、ポリメチレンポリフェニルジイソシアネート(クルードMDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、若しくはヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)等のポリイソシアネート、またこれらのプレポリマー型の変性体、ヌレート変性体、ウレア変性体、若しくはカルボジイミド変性体等が挙げられる。これらのうちでも、発泡安定性に優れるという観点から、TDI、MDI、TDIとMDIの混合物は、本発明のポリイソシアネート成分として、好ましい。
イソシアネートインデックスが90以上113以下に調整されることで、原料に含まれるイソシアネート成分を硬化により架橋させ得る。適度に架橋された軟質ポリウレタンフォームは、圧縮残留歪が非常に良好な範囲であるとともに、種々の物性のバランスが良好である。イソシアネートインデックスが113を超える場合、圧縮残留歪は良好であるものの、柔軟性に欠け圧縮硬さが大きくなる傾向にある。またイソシアネートインデックスが90未満である場合、得られる軟質ポリウレタンフォームの圧縮歪が高い傾向にあり、また引張強さ(KPa)が小さくなり過ぎ、用途によっては強度が不充分となる虞がある。
本発明は、発泡剤として水および液化炭酸ガスを含む。水は、公知の軟質ポリウレタンフォームを作製する際に汎用される物理発泡剤である。
一方、液化炭酸ガスは、所定の圧力および温度において液状に調整された物理発泡剤であり、たとえばポリオール成分に溶解して用いられるが、これに限定されない。液化炭酸ガスは、発泡剤である水と比較して発泡力が3割程度であって、相対的に発泡力が弱い。
次に本発明に用いられる触媒について説明する。触媒は、低反発の軟質ポリウレタンフォームを作製するに適した1種、または2種以上が用いられる。上記触媒として、アミン系触媒を用いることは、本発明において好ましい1つの態様である。かかる態様は、アミン系触媒のみを用いた場合、並びにアミン系触媒および他の触媒を用いた場合を包含する。また上記アミン系触媒として、1種が用いられてもよいし、2種以上が用いられてもよい。ここでアミン系触媒とは、化合物内にアミンを含み、ウレタン化反応を促進する化合物を指す。たとえば、アミン系触媒としては、たとえばトリエチレンジアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N',N'−テトラメチルヘキサメチレンジアミンなどの3級アミン類およびそのカルボン酸塩等が挙げられる。
以下に、本発明の軟質ポリウレタンフォームに関する物性について、測定方法と好ましい範囲について説明する。下記示す物性の測定方法は、後述する実施例において適宜参照される。
本発明における反発弾性とは、軟質ポリウレタンフォームの反発性を示す指標となる。本発明の軟質ポリウレタンフォームは、低反発性であり、具体的には、JIS K6400−3(2011)に準じて測定される反発弾性(%)が15%未満である。本発明において、反発弾性は、15%未満であることが好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。反発弾性の下限は特に限定されないが、1%以上であることが好ましく、3%以上であることがより好ましい。反発弾性が10%以下である軟質ポリウレタンフォームは、感触が非常に良好で、衝撃吸収に優れるとともに、マットやクッションに用いた場合には、体圧の分散性が良好であるため、体に対する局部的な圧迫が小さい。本発明の軟質ポリウレタンフォームは、反発弾性を10%以下と非常に小さく調整することが可能である。かかる理由は明らかではないが、発泡剤として水とともに液化炭酸ガスを用いるとともに、触媒としてアミン触媒を好ましい範囲で含むことで、非常に小さい反発弾性を実現可能としたものと推察される。
本発明において、密度(kg/m3)は、JIS K7222(2005)に準じて測定される。本発明は軟質ポリウレタンフォームの低密度化を図るという観点から、当該密度は、40kg/m3以下であることが好ましく、36kg/m3以下であることがより好ましく、35kg/m3以下であることがさらに好ましい。また密度の下限は、特に限定されないが、適度な50%圧縮残留歪が得られ易いという観点から、20kg/m3以上であることが好ましい。
本発明における変色とは、作製された軟質ポリウレタンフォームの外側表面において、目視で観察される程度に、本来の軟質ポリウレタンフォームの色とは異なる色が確認されることをいう。作製された軟質ポリウレタンフォームの外面を目視にて観察し、以下の通り評価した。
全体的に白色であり変色が確認されなかった・・・・・○
部分的に非白色の箇所が散見され変色が生じたことが確認された・・・・・×
本発明における圧縮残留歪は、JIS K6400−4(2004)に準じ、圧縮する比率を50%に変更して測定された50%圧縮残留歪(%)を指す。本発明において、50%圧縮残留歪(%)は、10%以下であることが好ましく、7%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましい。
本発明における圧縮硬さは、JIS K6400−2(2012)に準じて測定される25%圧縮硬さ(N)である。本発明の軟質ポリウレタンフォームは、良好な柔軟性を有するという観点からは、25%圧縮硬さ(N)が、40N以下であることが好ましく、35N以下であることがより好ましく、28N以下であることがさらに好ましい。ただし、柔軟すぎると底付きする可能性があるため、用途に応じて適宜調整される。
本発明における引張強さ(kPa)は、JIS K6400−5(2004)に準じて測定される。本発明において、引張強さ(kPa)は、特に限定されないが、適度な強度の確保という観点からは、40kPa以上であることが好ましく、45kPa以上であることがより好ましい。一方、引張強さの上限は特に限定されず、軟質ポリウレタンフォームの用途に応じて適宜調整される。
ポリオールA:水酸基価55.9mgKOH/g、数平均分子量3000、官能基3、ポリエーテルポリオール(アクトコールT−3000、三井化学SKCポリウレタン株式会社製)
ポリオールB:水酸基価240mgKOH/g、数平均分子量700、グリセロール・プロピレンオキシドポリマー、官能基3(VORANOL2070、ダウ・ケミカル日本社製)
イソシアネート:トリレンジイソシアネート(三井化学SKCポリウレタン株式会社製)
アミン触媒1:トリエチレンジアミン(TEDA−L33、東ソー株式会社製)
アミン触媒2:ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル(TOYOCAT−ETS、東ソー株式会社製)
有機金属触媒:オクチル酸スズ(ネオスタンスU−28、日東化成株式会社)
発泡剤:水、塩化メチレン、液化炭酸ガス
酸化防止剤:亜リン酸エステル(JPE-13R、城北化学工業株式会社)
製泡剤:ポリアルキレンオキシド−メチルシロキサン共重合体(L−626、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製)
また、発泡剤として、水および液化炭酸ガス、または水および塩化メチレンを用いたことから低密度化が図られ、いずれも密度が40kg/m3以下であった。
(1)ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒を含むポリウレタンフォーム原料を反応させてなる軟質ポリウレタンフォームであって、
反発弾性が15%未満であり、
前記ポリオール成分が、水酸基価50mgKOH/g以上60mgKOH/g以下であるポリオールA、および水酸基価225mgKOH/g以上500mgKOH/g以下のポリオールBを含み、
前記発泡剤が、液化炭酸ガスおよび水を含むことを特徴とする軟質ポリウレタンフォーム。
(2)前記ポリオールAの数平均分子量が1000以上5000未満の範囲であり、前記ポリオールBの数平均分子量が500以上1000以下の範囲であり、
ポリオールA100質量部に対し、前記ポリオールBが30質量部以上100質量部以下の範囲で含まれる上記(1)に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
(3)前記ポリオール成分100質量部に対し、前記液化炭素ガスが1.5質量部以上2.5質量部以下の範囲で含まれるとともに、前記水が1.3質量部以上2.0質量部以下の範囲で含まれる上記(1)または(2)に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
(4)前記触媒として、アミン系触媒を前記ポリオール成分100質量部に対し1.0質量部以上2.0質量部以下の範囲で含む上記(1)から(3)のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
(5)イソシアネートインデックスが、90以上113以下である上記(1)から(4)のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
(6)ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、および触媒の存在下で反応させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法であって、
前記ポリオール成分が、水酸基価50mgKOH/g以上60mgKOH/g以下であるポリオールA、および水酸基価225mgKOH/g以上500mgKOH/g以下のポリオールBを含み、
前記発泡剤が、液化炭酸ガスおよび水を含むことを特徴とする軟質ポリウレタンフォーム製造方法。
Claims (5)
- ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒を含むポリウレタンフォーム原料を反応させてなる軟質ポリウレタンフォームであって、
反発弾性が15%未満であり、
前記ポリオール成分が、水酸基価50mgKOH/g以上60mgKOH/g以下であるポリオールA、および水酸基価225mgKOH/g以上500mgKOH/g以下のポリオールBを含み、
前記発泡剤が、液化炭酸ガスおよび水を含むことを特徴とする軟質ポリウレタンフォーム。 - 前記ポリオールAの数平均分子量が1000以上5000未満の範囲であり、前記ポリオールBの数平均分子量が500以上1000以下の範囲であり、
ポリオールA100質量部に対し、前記ポリオールBが30質量部以上100質量部以下の範囲で含まれる請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォーム。 - 前記ポリオール成分100質量部に対し、前記液化炭素ガスが1.5質量部以上2.5質量部以下の範囲で含まれるとともに、前記水が1.3質量部以上2.0質量部以下の範囲で含まれる請求項1または2に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
- 前記触媒として、アミン系触媒を前記ポリオール成分100質量部に対し1.0質量部以上2.0質量部以下の範囲で含む請求項1から3のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
- イソシアネートインデックスが、90以上113以下である請求項1から4のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
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