JPH09176276A - 低密度高弾性軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents
低密度高弾性軟質ポリウレタンフォームの製造方法Info
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- JPH09176276A JPH09176276A JP7350503A JP35050395A JPH09176276A JP H09176276 A JPH09176276 A JP H09176276A JP 7350503 A JP7350503 A JP 7350503A JP 35050395 A JP35050395 A JP 35050395A JP H09176276 A JPH09176276 A JP H09176276A
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Abstract
小さな高弾性軟質ポリウレタンフォームをコールドキュ
ア法により製造する。 【解決手段】 (A1)平均官能基数2.5以上、水酸基
価15〜70mgKOH/g、エチレンオキシド含有量
5〜35重量%のポリオールと、(A2)グリセリン又は
ジグリセリンにエチレンオキシドが0〜2モル付加した
水酸基価600〜2000mgKOH/gの低分子ポリ
オールと、(A3)芳香族ポリヒドロキシ化合物(2価フ
ェノール類)などにエチレンオキシド9〜35モルが付
加した水酸基価40〜150mgKOH/gおよびエチ
レンオキシド含量50〜100重量派のポリエーテルポ
リオールと、(B)水と、(C)有機ポリイソシアネー
トとを、(D)触媒および必要に応じて(E)整泡剤の
存在下に反応させ、軟質ポリウレタンフォームを製造す
る。
Description
フォームおよびその製造方法に関する。さらに詳しく
は、単一硬度又は異硬度フォームに適したフォームの硬
さ(以下、単に硬度という)を有する低密度軟質ポリウ
レタンモールドフォームの製造方法、およびこの方法に
より得られる軟質ポリウレタンフォームに関する。
密度で優れた弾性を有するという特性を生かして、家
具、寝具、自動車用シートなどの部材に広く利用されて
いる。特に、自動車用部材の分野では、シートの軽量
化、低コスト化のため、ウレタンフォーム自体の軽量化
および低密度化が検討されている。一方、自動車分野で
は、快適な乗り心地が重視され、シート用のウレタンフ
ォームにも高弾性、高耐久性が要求されている。従来、
低密度で高耐久性のウレタンフォームを得るため、自動
車シート用ウレタンフォームは、160〜200℃程度
の高い硬化温度で成形するホットキュアモールド法によ
り主に製造されていた。しかし、近年、シートクッショ
ン用ウレタンフォームの高弾性化の要求に伴って、高弾
性原料を使用したコールドキュアモールド法が、シート
クッションの成形に広く利用されている。このコールド
キュア法は、ホットモールド法での高い硬化温度を必要
とせず、製造に伴うフォームロスが少ないため、フォー
ム製造の作業環境を保全し、製造コストを低減する上で
有利である。また、コールドキュア法で成形されるシー
トクッション用の高弾性フォームは、ホットモールドフ
ォームに必須の難燃剤を全く使用しなくても、自動車シ
ートで広く実施される難燃性試験(F−MVSS30
2)の難燃性基準を満たすとともに、フォーム密度が十
分高く、高弾性が要求されるシートクッションに関して
は、材料コストの点でもホットモールドフォームと同等
となる。
ルドキュア法による高弾性フォームが使用されているも
のの、比較的高い弾性が要求されず、より低密度化が要
求されるシート用バックレスト材(背もたれ材)には、
コールドキュア法によるフォームは使用されるには至っ
ていない。その理由として、バックレスト材は、弾性
の点で、ホットキュアモールドフォームの性能で十分で
あるとされていること、バックレスト材に要求される
低い密度レベル(25〜30kg/m3 )では、コール
ドキュアフォームの耐久性、特に湿熱永久歪みが劣化す
ること、難燃剤を添加しないと、難燃性基準を充足で
きない場合があること、低密度レベルでは、十分な硬
度が得られず、一般的なバックレスト用フォームの硬度
(JISK 6401のILDにおいて、7〜12kg
f/314cm2 )を満たすことができないこと、要
求される低密度を達成するため発泡剤である水の使用量
を多くすると、フォームの成形不良が生じることなどが
挙げられる。
ームでは、硬度が20kgf/314cm2 程度の高硬
度部位のフォームを、密度35kg/m3 以下の低密度
に成形することが困難である。そのため、一般的に機械
物性が低下し、湿熱永久歪み率が大きくなり、しっとり
した感触のフォームが製造できなくなる。
ーテルポリオールと、有機ポリイソシアネートとを、ヘ
キサヒドロ−s−トリアジン触媒、フォーム安定剤およ
び発泡剤の存在下に反応させる軟質ポリウレタンフォー
ムの製造方法が開示されている。特公平7−62062
号公報には、低い密度レベルで良好な成形性を有するコ
ールドキュアフォームの製造方法として、特定のポリエ
ーテルポリオール、親水性ポリヒドリック物質、ポリオ
ール100重量部に対して4〜20重量部という非常に
高い使用レベルの水、有機ポリイソシアネートを、触媒
およびフォーム安定剤の存在下で反応させる低密度で軟
質のポリウレタンフォームを製造する方法が開示されて
いる。また、特開平7−157705号公報には、低密
度化に伴って難燃性が低下するのを抑制するため、耐熱
性を有する塩素化アルカンを添加する方法が提案されて
いる。
下の軟質ポリウレタンフォームを製造する方法として、
特開平7−165862号公報には、ポリオールと有機
ポリイソシアネートと水とを触媒の存在下で反応させる
方法において、高分子ポリオールと、グリセリン1モル
にエチレンオキシドが1〜8モル付加した2級水酸基を
有する低分子ポリオールで構成されたポリオールを用い
ることが提案されている。特開平7−90045号公報
には、ポリオールと有機ポリイソシアネートと水とを触
媒の存在下で反応させる方法において、活性水素当量が
1300〜10000の高分子ポリオールと、分子中に
少くとも4個の活性水素を有する化合物にアルキレンオ
キサイドを付加した活性水素当量が26〜500のポリ
エーテルポリオールとで構成されたポリオールを用い、
反発弾性率が大きく、永久歪みが小さな密度40kg/
m3 以下の軟質ポリウレタンフォームを製造する方法が
提案されている。
は、ポリオール、架橋剤、触媒、整泡剤、発泡剤、その
他の助剤からなる混合物をポリイソシアネートと反応さ
せる方法において、末端に活性水素を有する非アミン系
の4官能化合物1モルにエチレンオキサイド2〜10モ
ルが付加した架橋剤を、ポリオールの総量100重量部
に対して1〜10重量部添加することにより、軟質高弾
性のポリウレタンフォームの耐湿熱老化性を改良する方
法が開示されている。
材に要求されるフォーム密度を達成するため、水の使用
レベルを高めて低密度とすると、湿熱永久歪みが大きく
なり易い。また、高い水の使用レベルにより湿熱永久歪
みが改善されたコールドキュアによるフォームと、ホッ
トモールドフォームとを、ホットモールドフォームによ
り達成できる密度レベルで比較すると、ホットモールド
フォームよりもコールドフォームの湿熱永久歪みが大き
く、コールドフォームの特色を生かすことができない。
また、難燃剤の使用により実質的に難燃性が付与されて
いる。このように、コールドキュア法は多くの利点を有
するにも拘らず、従来のホットキュアモールド法と比較
すると、ウレタンフォームが低密度化するにつれて、軟
質で高弾性のウレタンフォームが得られるというコール
ドキュア法の利点が損なわれる。
は、低密度であっても湿熱永久歪みが小さな高弾性軟質
ポリウレタンフォームを製造できる方法を提供すること
にある。
となく高い難燃性を有する高弾性の軟質ポリウレタンフ
ォームを製造できる方法を提供することにある。
g/m3 と低密度であるにも拘らず、耐湿熱永久歪みを
含めて耐久性が改善され、十分な硬度を有する高弾性の
軟質ポリウレタンフォームの製造方法を提供することに
ある。
ても、円滑に高弾性の軟質フォームを得ることができる
方法を提供することにある。
を達成するため鋭意検討の結果、特定の低分子ポリオー
ルからなる架橋剤と特定のポリオールとを含むポリオー
ル成分を用いると、前記課題を解決できることを見いだ
し、この知見に基づいてさらに検討し、本発明を完成す
るに至った。
オール成分と(B)水と(C)有機ポリイソシアネート
とを、(D)触媒の存在下に反応させ、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(A)ポリオ
ール成分が、(A1)平均官能基数2.5以上、水酸基価
15〜70mgKOH/g、エチレンオキシド含有量5
〜35重量%のポリオールと、(A2)下記式 R1 [(OCH2CH2)n−OH]m (式中、R1 は、m個のヒドロキシル基を有するポリヒ
ドロキシ化合物の残基、mは3〜5の範囲の平均官能基
数を示す。nは0〜2の範囲の平均エチレンオキシド付
加モル数を示し、mにより異なっていてもよい)で表さ
れ、水酸基価が600〜2000mgKOH/gである
低分子ポリオールと、(A3)下記式 R2 [(OCH2CH2)p−OH]q (式中、R2 は、q個のヒドロキシル基を有し、脂肪族
ポリヒドロキシ化合物、脂環族ポリヒドロキシ化合物お
よび芳香族ポリヒドロキシ化合物から選ばれたポリヒド
ロキシ化合物の残基、qは2〜6の範囲の平均官能基数
を示す。pは9〜35の範囲の平均エチレンオキシド付
加モル数を示し、qにより異なっていてもよい)で表さ
れ、水酸基価が40〜150mgKOH/g,エチレン
オキシド含有量が50〜100重量%であるポリオール
とで構成することにより、低密度高弾性軟質ポリウレタ
ンフォームを製造する。この方法において、ポリオール
(A1)には、ポリエーテルポリオール、重合体ポリオー
ルなどが含まれ、低分子ポリオール(A2)には、グリセ
リン、ジグリセリンおよびこれらのエチレンオキシド付
加体から選択された少くとも一種が含まれる。ポリオー
ル(A3)は、芳香族ポリヒドロキシ化合物(2価フェノ
ール類など)にエチレンオキシドが付加した付加体で構
成してもよい。本発明の方法には、イソシアネートイン
デックスが100であるとき、ポリオール(A1)、低分
子ポリオール(A2)、ポリオール(A3)、水(B)およ
び有機ポリイソシアネート(C)を特定の割合で用いる
方法も含まれる。さらに本発明の方法には、(A1)平均
官能基数2.5〜5、水酸基価20〜60mgKOH/
g、エチレンオキシド含有量10〜30重量%のポリエ
ーテルオール又は重合体ポリオール100重量部に対し
て、(A2)グリセリン又はジグリセレン1モルに対して
エチレンオキサイド0〜2モルが付加した低分子ポリオ
ール1〜6重量部、(A3)2価フェノール類にエチレン
オキシド9〜35モルが付加し、水酸基価が40〜12
0mgKOH/gであるポリエーテルポリオール1〜6
重量部と、(B)水3〜6重量部と、(C)芳香族ポリ
イソシアネートとを、イソシアネートインデックス80
〜120で、(D)触媒および(E)整泡剤の存在下に
反応させる軟質ポリウレタンフォームの製造方法も含ま
れる。本発明は、前記方法により得られる軟質ポリウレ
タンフォームも提供する。
ール成分と(B)水と(C)有機ポリイソシアネートと
を、(D)触媒の存在下に反応させ、軟質ポリウレタン
フォームを製造する。以下に、各成分について説明す
る。
量5〜35重量%のポリオール、(A2)低分子ポリオー
ル及び(A3)ポリオールで構成されている。 [ポリオール(A1)]前記ポリオール(A1)の平均官能
基数は、2.5以上(例えば、2.5〜8)、好ましく
は2.5〜5(例えば、2.5〜4)程度であり、水酸
基価は、15〜70mgKOH/g、好ましくは20〜
60mgKOH/g、さらに好ましくは20〜45mg
KOH/g(例えば、25〜45mgKOH/g)程度
である。水酸基価が15mgKOH/g未満では、ポリ
ウレタンフォームの円滑な製造が困難であるとともに、
商業的に入手が困難である場合が多く、フォームの硬度
が低下しやすい。一方、水酸基価が70mgKOH/g
を越えると、ポリウレタンフォームの反発弾性率が低下
しやすく、湿熱永久歪みが大きくなり易い。
含有量は、5〜35重量%、好ましくは10〜30重量
%、さらに好ましくは10〜25重量%(例えば、10
〜20重量%)程度である。さらに、前記ポリオール
(A1)の末端1級水酸基の割合は、例えば、65%以上
(例えば、65〜90%)、好ましくは65〜85%程
度である。
タンの製造に用いられる慣用のポリエーテルポリオー
ル、このポリオール中でビニル単量体を重合することに
より得られる重合体ポリオールなどが挙げられる。ポリ
エーテルポリオールには、1分子中に2以上の活性水素
原子、特に少くとも3以上の活性水素原子を有する化合
物(例えば、アルコール類、アミン類、アンモニアな
ど)を開始剤として、アルキレンオキサイドが付加した
付加体が含まれる。これらの活性水素原子を有する化合
物は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
アルコール類(例えば、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、1,3−ブタ
ンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチル
グリコール、1,6−ヘキサンジオールなどのC2-10ア
ルキレングリコール、2,2−ビス(4−ヒドロキシシ
クロヘキシル)プロパン、1,4−シクロヘキサンジオ
ールなどの脂環族グリコール、ビスフェノールAなどの
芳香族ジオール、ポリエステルジオールなど)、3価ア
ルコール類(例えば、グリセリン、トリメチルロールプ
ロパン、トリメチロールエタンなど)、4価アルコール
類(例えば、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ソ
ルビタンなど)、6価アルコール類(例えば、ジペンタ
エリスリトール、ソルビトールなど)、8価アルコール
類(例えば、ショ糖など)、ポリエステルポリオールな
どの多価アルコール類が挙げられる。
ルポリオールは、慣用の方法、例えは、前記ポリオール
類と、ポリカルボン酸類(例えば、アジピン酸、アゼラ
イン酸、セバシン酸、マレイン酸などの脂肪族多価カル
ボン酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸など
の芳香族多価カルボン酸など)との反応により生成する
ポリエステルポリオール、ラクトン類(ε−カプロラク
トン、ブチロラクトンなど)の開環重合により生成する
ポリエステルポリオール、前記ポリオール類とポリカル
ボン酸との反応により生成するポリエステルポリオール
とラクトン類との反応により得られるポリエステルポリ
オールなどが含まれる。
えば、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、ア
ニリンなど)、3価アミン類(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など)、4
価アミン類(例えば、エチレンジアミン、テトラメチレ
ンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などの多価
アミン類が挙げられる。
レンオキサイド、プロピレンオキサイド、1,2−、
1,4−及び2,3−ブチレンオキサイドなどのC2-4
アルキレンオキサイドが含まれる。これらのアルキレン
オキサイドは単独で又は二種以上組み合わせて使用でき
る。これらのアルキレンオキサイドのうち、少くともエ
チレンオキサイドを用いるのが好ましく、エチレンオキ
サイドとプロピレンオキサイドとを組み合わせて使用す
る場合が多い。プロピレンオキサイドとエチレンオキサ
イドとを併用する場合、アルキレンオキサイドの付加形
式はランダム又はブロック付加のいずれであってもよ
い。
中で、ラジカル重合開始剤の存在下、ビニル単量体をラ
ジカル重合させた安定な分散体であり、ビニル単量体に
は、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリルな
どのシアン化ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデンなど
のハロゲン含有ビニル単量体、スチレン,α−メチルス
チレン、ビニルトルエンなどの芳香族ビニル、メタクリ
ル酸メチルなどのアクリル系単量体、酢酸ビニルなどの
ビニルエステルなどが含まれる。これらのビニル単量体
は単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。好
ましいビニル単量体には、アクリロニトリルなどのシア
ン化ビニル、スチレンなどの芳香族ビニルなどが含まれ
る。重合体ポリオール中のビニル重合体の含量は、例え
ば、10〜50重量%、好ましくは15〜45重量%程
度である。
みや湿熱永久歪みを小さくするめ他には、重合体ポリオ
ール、特に平均水酸基価20〜45mgKOH/g、末
端第1級水酸基含有量65%以上の重合体ポリオールを
用いるのが有利である。
2)]架橋剤としての低分子ポリオール(A2)は、下記
式で表すことができる。 R1 [(OCH2CH2)n−OH]m (式中、R1 は、m個のヒドロキシル基を有するポリヒ
ドロキシ化合物の残基、mは3〜5の範囲の平均官能基
数を示す。nは0〜2の範囲の平均エチレンオキシド付
加モル数を示し、mにより異なっていてもよい) 前記式において、R1 は、R1 (OH)m で表されるポ
リヒドロキシ化合物の残基であり、芳香族又は脂環族ポ
リヒドロキシ化合物の残基であってもよいが、脂肪族ポ
リヒドロキシ化合物の残基である場合が多い。また、m
は3〜5(特に3〜4)の範囲であり、nは0〜2の範
囲から選択できる。ポリヒドロキシ化合物に対するエチ
レンオキサイドの付加モル数nが2モルを越えると、湿
熱永久歪み、難燃性が低下しやすい。低分子ポリオール
(A2)の水酸基価は、600〜2000mgKOH/
g、好ましくは800〜2000mgKOH/g、さら
に好ましくは600〜1950mgKOH/g程度であ
る。
ポリヒドロキシ化合物としては、エチレングリコール、
グリセリン、ジグリセリン、トリメチロールプロパン、
トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ジペン
タエリスリトールなどが含まれる。脂肪族ポリヒドロキ
シ化合物は、第1級水酸基を分子中に2個以上(好まし
くは3又は4個程度)有する低分子ポリオール化合物、
特にグリセリン、ジグリセリンなどであるのが好まし
い。また、低分子ポリオール(A2)を構成するエチレン
オキサイド付加物には、グリセリン、ジグリセリンのエ
チレンオキシド付加物が含まれる。これらの低分子ポリ
オール(A2)は、単独で又は二種以上組み合わせて使用
できる。低分子ポリオール(A2)において、第2級水酸
基の割合は、0〜70%、好ましくは10〜60%、さ
らに好ましくは25〜55%程度である。
使用量は、ポリウレタンフォームの耐久性などを損なわ
ない範囲で選択でき、例えば、ポリオール(A1)100
重量部に対して1〜7重量部、好ましくは1〜6重量部
程度であり、2〜5(例えば、2〜4)重量部程度であ
る場合が多い。架橋剤(A2)の使用量が1重量部未満で
あると、湿熱永久歪みが大きく、難燃性が低下しやす
く、7重量部を越えると、フォーム成形が不安定になり
やすく、発泡過程でフォームが崩壊する場合がある。
ポリオール)と組み合わせて使用してもよい。架橋剤
(A2)と併用可能な架橋剤には、活性水素原子を分子中
に2個以上(好ましくは3又は4個程度)有する慣用の
低分子架橋剤、例えば、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などの、モノ−,
ジ又はトリ(ヒドロキシC1-4 アルキル)アミン類など
の活性水素原子を分子中に2個以上(好ましくは3又は
4個程度)有する低分子ヒドロキシアルキルアミンなど
が含まれる。また、これらの併用可能な低分子架橋剤に
は、架橋剤(A2)と同様に、低分子架橋剤1モルに対し
てエチレンオキサイド0〜2モル程度が付加していても
よい。
橋剤(A2)と他の架橋剤とを併用する場合、架橋剤にお
いて、「m」の平均値は、例えば、2.5〜4.5、好
ましくは3〜4程度であり、「n」の平均値は、例え
ば、0〜3、好ましくは0〜2.5程度であってもよ
い。
は、下記式で表すことができる。 R2 [(OCH2CH2)p−OH]q (式中、R2 は、q個のヒドロキシル基を有し、脂肪族
ポリヒドロキシ化合物、脂環族ポリヒドロキシ化合物お
よび芳香族ポリヒドロキシ化合物から選ばれたポリヒド
ロキシ化合物の残基、qは2〜6の範囲の平均官能基数
を示す。pは9〜35の範囲の平均エチレンオキシド付
加モル数を示し、qにより異なっていてもよい) 前記式において、R2 は、R2 (OH)q で表されるポ
リヒドロキシ化合物の残基であり、脂肪族ポリヒドロキ
シ化合物(直鎖状脂肪族ジオール化合物など)、脂環族
ポリヒドロキシ化合物や芳香族ポリヒドロキシ化合物の
残基、特に芳香族ポリヒドロキシ化合物の残基である場
合が多い。また、qは2〜6(好ましくは2〜4、特に
2〜3)の範囲であり、pは9〜35(好ましくは10
〜30、さらに好ましくは10〜20)の範囲から選択
できる。
ポリヒドロキシ化合物としては、脂肪族ポリヒドロキシ
化合物[例えば、2価アルコール類(エチレングリコー
ル、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオー
ルなどの直鎖C2-6 アルキレングリコール)、3価アル
コール類(例えば、グリセリン、トリメチルロールプロ
パン、トリメチロールエタンなど)、4価アルコール類
(例えば、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、ソル
ビタンなど)、6価アルコール類(例えば、ジペンタエ
リスリトール、ソルビトールなど)]、脂環族ポリヒド
ロキシ化合物(例えば、1,4−シクロヘキサンジオー
ル、1,4−シクロヘキサンジメタノールなどの第1級
水酸基を有する脂環族2価アルコール類など)、芳香族
ポリヒドロキシ化合物(例えば、レゾルシノール、ヒド
ロキノン、カテコール、2,4−ジヒドロキシトルエ
ン、2,6−ジヒドロキシトルエン、1,3−キシリレ
ン−3,6−ジオールなどの2価フェノール類、1,4
−ナフタレンジオール、1,5−ナフタレンジオールな
どの2価ナフトール類、ピロガロール、オキシヒドロキ
ノン、フロログリシンなどの3価フェノール類、ビス
(4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(4
−ヒドロキシフェニル)プロパン、4,4′−ビス(4
−ヒドロキシフェニル)エーテルなどビスフェノール類
など)が挙げられる。これらの基剤は単独で又は二種以
上組み合わせて、エチレンオキサイドとの付加体とする
ことができる。好ましいポリヒドロキシ化合物には、分
子中にフェノール性水酸基を2個以上(2〜4個、特に
2又は3個)有する芳香族ポリヒドロキシ化合物、特
に、レゾルシノール、ヒドロキノン、カテコールなどの
2価フェノール類が含まれる。
レンオキシド9〜35モルが付加し、ポリエーテルポリ
オールを構成している。エチレンオキサイドの付加モル
数は、好ましくは10〜30モル(例えば、10〜25
モル)、好ましくは10〜20モル、特に10〜15モ
ル程度である。ポリオール(A3)のエチレンオキシド含
有量は、50〜100重量%、好ましくは60〜100
重量%、さらに好ましくは75〜100重量%程度であ
る。
度ポリウレタンフォームの耐久性を損なわない40〜1
50mgKOH/g程度の範囲から選択でき、例えば、
40〜140mgKOH/g(例えば、40〜120m
gKOH/g)、好ましくは45〜120mgKOH/
g、さらに好ましくは50〜120mgKOH/g程度
である。水酸基価が40mgKOH/g未満では、湿熱
永久歪みを改善できるものの、常温で固体である場合が
多く、工業的実施に際して取り扱い性が低下しやすく、
水酸基価が150mgKOH/gを越えると、低分子ポ
リオール(A2)と組み合わせても、低密度ポリウレタン
フォームの湿熱永久歪みが大きくなりやすい。
ンフォームの耐久性などに応じて選択でき、例えば、ポ
リオール100重量部に対して、0.5〜7重量部、好
ましくは1〜6重量部、さらに好ましくは1.5〜5重
量部(例えば、2〜4重量部)程度である。ポリオール
(A3)の使用量が0.5重量部未満であると、架橋剤
(A2)と組み合わせても、湿熱永久歪みが大きくなりや
すく、使用量が7重量部を越えると、フォームの発泡過
程でセルの連通化が激しく、フォームが不安定で崩壊す
る場合がある。
は、ポリウレタンフォームの密度に応じて選択でき、例
えば、ポリオール(A1)100重量部に対して3〜8重
量部(例えば、3〜6重量部)、好ましくは3.5〜6
重量部、さらに好ましくは4〜5重量部程度である。水
の使用量が8重量部を越えると、フォームの密度は低下
するものの、湿熱永久歪みが大きくなり、フォームの耐
久性が低下しやすい。一方、水の使用量が3重量部未満
では、通気性の高いフォームが得難く、低密度フォーム
の弾性が低下しやすい。なお、本発明の方法では、水を
発泡剤として用いることにより、フロン11,フロン1
23などの低沸点のハロゲン化炭化水素類(フッ化炭化
水素類)などの発泡剤を必ずしも必要としない。
シアネートとしては、例えば、2,4−又は2,6−ト
リレンジイソシアネートなどのトリレンジイソシアネー
ト(TDI)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシア
ネート、3,3′−ジメチル−4,4′−ジフェニルメ
タンジイソシアネートなどのジフェニルメタンジイソシ
アネート(MDI)、1,3−フェニレンジイソシアネ
ート、1,4−フェニレンジイソシアネート、1−クロ
ロ−2,4−フェニレンジシソシアネートなどのフェニ
レンジイソシアネート(PDI)、4,4′−ジフェニ
ルジイソシアネート、3,3′−ジメチル−4,4′−
ジフェニルジイソシアネート、3,3′−ジメトキシ−
4,4′−ジフェニルジイソシアネートなどのジフェニ
ルジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネ
ートなどのナフタレンジイソシアネート(NDI)、ク
ルードTDI、変性TDI、クルードMDI、変性MD
Iなどの芳香族ポリイソシアネート;ヘキサメチレンジ
イソシアネート、リジンジイソシアネートなどの脂肪族
ポリイソシアネート;イソホロンジイソシアネート、シ
クロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、水添MDI
などの脂環族ポリイソシアネート;これらのポリメリッ
クポリイソシアネートなどが挙げられる。これらの有機
ポリイソシアネートは、単独又は二種以上併用できる。
好ましい有機ポリイソシアネートには、芳香族ポリイソ
シアネート、特に、TDI,クルードTDI,MDI,
クルードMDIなどや、TDIとMDI(又はクルード
MDI)との混合物が含まれ、TDI単独のように少く
ともTDIを含む場合が多い。
シアネートインデックスが70〜130、好ましくは8
0〜120、さらに好ましくは90〜110程度となる
量である。イソシアネートインデックスが70未満で
は、フォームの弾性や耐久性が低下しやすく、130を
越えるとフォームが脆くなりやすい。
えば、3級アミン類(トリエチルアミン、ビス−(2−
ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N−ジメチルシ
クロヘキシルアミンなどのモノアミン類、トリエチレン
ジアミン、N−メチルモルホリン、N,N′−ジメチル
ピペラジンなどの環状アミン類、N,N,N′,N′−
テトラメチルエチレンジアミンなどのポリアミン類な
ど)、4級アンモニウム塩(テトラメチルヒドロキシア
ンモニウム、テトラエチルヒドロキシアンモニウムな
ど)、イミダゾール類(イミダゾール、2−エチル−4
−メチルイミダゾールなど)、有機酸の金属塩(例え
ば、オクチル酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、スタナスオ
クトエート、ジブチル錫ジアセテートなど)、アルカリ
金属のアルコキシド(ナトリウムメトキシド、ナトリウ
ムフェノキシドなど)などが挙げられる。これらの触媒
は単独で又は二種以上使用できる。これらの触媒のう
ち、3級アミン類、イミダゾール類や有機酸の錫又はア
ンチモン塩を用いる場合が多い。
応じて選択でき、例えば、ポリオール(A1)100重量
部に対して0.01〜5重量部、好ましくは0.05〜
2.5重量部程度である。
より整泡剤(E)を使用できる。整泡剤としては、ポリ
ウレタンに使用される慣用の化合物、例えば、ジメチル
シロキサン系整泡剤(シリコーン系整泡剤)が挙げられ
る。ジメチルシロキサン系整泡剤は、例えば、日本ユニ
カー(株)から商品名「L−5366」、「L−530
9」、「SZ−1311」、「SZ−1313」として
入手でき、トーレシリコン(株)から商品名「SRX−
274C」、ゴールドシュミット(株)から商品名「B
−4113」として入手できる。整泡剤の使用量は、フ
ォーム成形性に応じて選択でき、例えば、ポリオール
(A1)100重量部に対して0.1〜10重量部、好ま
しくは0.5〜5重量部程度である。
必要に応じて種々の添加剤、例えば、酸化防止剤、紫外
線吸収剤、加水分解防止剤などの安定剤、乳化剤、防黴
剤、離型剤などを添加してもよい。
ンフォームは、前記ポリオール成分(A)および水
(B)と、有機ポリイソシアネート(C)とを、触媒
(D)および必要に応じて整泡剤(E)の存在下に撹拌
混合して反応させ、発泡させることにより得ることがで
きる。前記ポリオール成分(A)および水(B)の混合
液には、触媒(D)および整泡剤(E)を含有させ、有
機ポリイソシアネート(C)と反応させる場合が多い。
ポリウレタンフォームは、慣用のスラブ法やホットキュ
ア法でも製造できるが、本発明では、前記のような種々
の利点(低い硬化温度、作業環境の保全、製造コスト、
難燃剤の不使用など)を有するコールドキュア法を利用
して製造するのが有利である。
ネートインデックスが100である場合、下記式(1)
で表されるフォームの分岐点密度(Db)が4.00e
q/m3 以上(例えば、5〜30eq/m3 )、好まし
くは5〜25eq/m3 、さらに好ましくは6〜25e
q/m3 (例えば、7〜20eq/m3 )程度の範囲
で、各成分(A1)(A2)(A3)(B)(C)を使用して
反応させるのが有利である。
当量は、活性水素原子1個当たりのポリオール(A1)
(A2)(A3)の重量(g/eq)を示し、イソシアネー
ト当量はイソシアネート基1個当たりの有機ポリイソシ
アネートの重量(g/eq)を示す。
む場合には、ビニル単量体で形成される重合体を除くポ
リオール)の重量分率(重量%) F1:ポリオール(A1)(但し、重合体ポリオールを含
む場合には、ビニル単量体で形成される重合体を除くポ
リオール)の平均官能基数 F2:低分子ポリオール(A2)の平均官能基数 F3:ポリオール(A3)の平均官能基数 F5:有機ポリイソシアネート(C)の平均官能基数 E1:ポリオール(A1)(但し、重合体ポリオールを含
む場合には、ビニル単量体で形成される重合体を除くポ
リオール)の活性水素当量(g/eq) E2:低分子ポリオール(A2)の活性水素当量(g/e
q) E3:ポリオール(A3)の活性水素当量(g/eq) E5:有機ポリイソシアネート(C)のイソシアネート
当量(g/eq) d:フォームの密度(kg/m3 ) 前記フォームの分岐点密度(Dd)は、フォームの湿熱
永久歪みと難燃性を向上させる上で重要である。すなわ
ち、Ddの値が4.00eq/m3 未満では、湿熱永久
歪みが大きくなり耐久性が低下しやすくなるとともに、
難燃性試験(F−MVSS 302)において自己消火
性が発現しない場合がある。
ームは、25〜35kg/m3 (好ましくは25〜30
kg/m3 )程度の低密度であり、弾性が大きく(例え
ば、反発率58〜65%、好ましくは60〜65%程
度)、硬度も7〜25kgf/314cm2 (好ましく
は7〜22kgf/314cm2 )程度と高い。特に、
湿熱永久歪みが15〜27%(好ましくは15〜25
%)程度であり、耐久性が高いという特色がある。ま
た、本発明のポリウレタンフォームはしっとりとした良
好な感触を有する。そのため、高い弾性を有し、低密度
で湿熱永久歪みが小さなことが要求される種々の発泡体
の用途、例えば、自動車のバックレスト材、家具、寝具
や自動車のマット材、クッション材などとして利用でき
る。
(A2)と特定のポリオール(A3)とを組み合わせて使用
するので、低密度であっても湿熱永久歪みが小さな高弾
性軟質ポリウレタンフォームを製造できる。また、難燃
剤を添加することなく高い難燃性を有する高弾性の軟質
ポリウレタンフォームを製造できる。さらに、25〜3
5kg/m3 と低密度であるにも拘らず、十分な硬度を
有する高弾性の軟質ポリウレタンフォームにおいて耐湿
熱永久歪みを含めて耐久性を改善できる。さらに、水の
使用量を多くしても、円滑に高弾性の軟質フォームを得
ることができる。そのため、バックレスト用などの高弾
性で軟質な低密度ポリウレタンフォームを、難燃剤を添
加することなく、コールドキュアモールド法で製造で
き、湿熱永久歪みを含めて耐久性を大きく改善できる。
に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定され
るものではない。以下の実施例および比較例では下記の
材料を用いた。ポリオール(A1) A1-1:グリセリンにプロピレンオキシド及びエチレンオ
キシドが付加重合した水酸基価36mgKOH/g、エ
チレンオキシド含有量17重量%、末端1級水酸基含有
量74.5%のポリエーテルポリオール A1-2:グリセリンにプロピレンオキシド及びエチレンオ
キシドが付加重合した水酸基価34mgKOH/g、エ
チレンオキシド含有量13重量%のポリエーテルポリオ
ール中で、アクリロニトリルをラジカル重合することに
より得られた水酸基価28mgKOH/g、末端1級水
酸基含有量71.3%の重合体ポリオール低分子ポリオール(A2) A2-1:グリセリン A2-2:グリセリン1モルにエチレンオキシド1モルが付
加した水酸基価1237mgKOH/gの低分子ポリオ
ール A2-3:ジグリセリン A2-4:グリセリン1モルにエチレンオキシド3モルが付
加した水酸基価750mgKOH/gの低分子ポリオー
ル 架橋剤−1:トリメチロールプロパン 架橋剤−2:モノエタノールアミン 架橋剤−3:グリセリン1モルにプロピレンオキシド
1.44モルが付加した水酸基価935mgKOH/g
の低分子ポリオール 架橋剤−4:ジエチレングリコールポリオール(A3) A3-1:レゾルシンにエチレンオキシドが付加し水酸基価
105mgKOH/gのポリオール A3-2:カテコールにエチレンオキシドが付加した水酸基
価105mgKOH/gのポリオール a3:水酸基価105mgKOH/gのポリオキシプロピ
レングリコール整泡剤 整泡剤−1:日本ユニカー(株)製,シリコン整泡剤
「L−5366」 整泡剤−2:日本ユニカー(株)製,シリコン整泡剤
「L−5309」 整泡剤−3:ゴールドシュミット社製,シリコン整泡剤
「B−4113」触媒 アミン触媒−1:ビス−(2−ジメチルアミノエチル)
エーテルを70重量%の濃度で含むジプロピレングリコ
ール溶液 アミン触媒−2:トリエチレンジアミンを33重量%の
濃度で含むジプロピレングリコール溶液有機ポリイソシアネート イソシアネート−1:2,4−トリレンジイソシアネー
トと2,6−トリレンジイソシアネートの異性体比が8
0/20であるTDI混合物 イソシアネート−2:イソシアネート−1とクルードM
DIとの80/20重量比の混合物 実施例1〜6 ポリオール(A1)、低分子ポリオール(A2)、ポリオー
ル(A3)、水、触媒および整泡剤の混合物と、有機ポリ
イソシアネートとを、表1に示す割合(但し、表1の倍
数欄に示した値を乗じた量を使用)で用い、高速ミキサ
ーにて混合した。混合した後、直ちに、予め62±2℃
に調整したアルミ製金型(内寸400×400×70m
m)へ注入し、フタを閉め、そのまま5分間保持し、発
泡成形した。金型からフォームを取り出し、クラッシン
グ操作を行ない、JIS K 6301、およびJIS
K 6401に準じて、得られたポリウレタンフォー
ムの特性を測定した。結果を表1に示す。
0kg/m3 で、硬度7〜12kgf/314cm2 と
なるとともに、湿熱永久歪みが、自動車のバックレスト
用ウレタンフォームの基準値である25%以下となり、
難燃性試験(F−MVSS 302)でも自己消火性と
なった。また、実施例6のポリウレタンフォームは、密
度35kg/m3以下でも高硬度のフォームが得られ、
湿熱永久歪みが小さく、高い難燃性を示した。
となく、水の使用量を4.6重量部とするとともに、イ
ソシアネートインデックスを実施例1と同様に100と
するため有機ポリイソシアネートの使用量を50.2重
量部とする以外、実施例1と同様にしたポリウレタンフ
ォームを得た。
く、水の使用量を4.6重量部、イソシアネートインデ
ックスを実施例1と同様に100とするため、イソシア
ネートの使用量を58.2重量部とした以外は、実施例
1と同様にしてポリウレタンフォームを得た。
剤−4を用い、イソシアネートインデックスを実施例1
と同様に100とするためイソシアネートの使用量を5
4.2重量部とした以外は、実施例1と同様にしたポリ
ウレタンフォームを得た。
(a3)を使用し、イソシアネートインデックスを実施例
1と同様に100とするためイソシアネートの使用量を
57.8重量部とした以外は、実施例1と同様にしてポ
リウレタンフォームを得た。
いることなく、低分子ポリオール(A2-4)をポリオール
100重量部に対して6重量部使用し、イソシアネート
インデックスを実施例6と同様に105とするためイソ
シアネートの使用量を51.0重量部とした以外は、実
施例6と同様にしてポリウレタンフォームを得た。
ォームの特性を測定したところ、表2に示す結果を得
た。
ンフォームは、いずれも湿熱永久歪みが30%を越え、
耐久性が劣る。また、比較例1,3のポリウレタンフォ
ームは、難燃性試験で自己消火性とならなかった。
Claims (12)
- 【請求項1】 (A)ポリオール成分と(B)水と
(C)有機ポリイソシアネートとを、(D)触媒の存在
下に反応させ、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(A)ポリオール成分が、(A1)平均
官能基数2.5以上、水酸基価15〜70mgKOH/
g、エチレンオキシド含有量5〜35重量%のポリオー
ルと、(A2)下記式 R1 [(OCH2CH2)n−OH]m (式中、R1 は、m個のヒドロキシル基を有するポリヒ
ドロキシ化合物の残基、mは3〜5の範囲の平均官能基
数を示す。nは0〜2の範囲の平均エチレンオキシド付
加モル数を示し、mにより異なっていてもよい)で表さ
れ、水酸基価が600〜2000mgKOH/gである
低分子ポリオールと、(A3)下記式 R2 [(OCH2CH2)p−OH]q (式中、R2 は、q個のヒドロキシル基を有し、脂肪族
ポリヒドロキシ化合物、脂環族ポリヒドロキシ化合物お
よび芳香族ポリヒドロキシ化合物から選ばれたポリヒド
ロキシ化合物の残基、qは2〜6の範囲の平均官能基数
を示す。pは9〜35の範囲の平均エチレンオキシド付
加モル数を示し、qにより異なっていてもよい)で表さ
れ、水酸基価が40〜150mgKOH/g,エチレン
オキシド含有量が50〜100重量%であるポリオール
とで構成されている低密度高弾性軟質ポリウレタンフォ
ームの製造方法。 - 【請求項2】 ポリオール(A1)が、ポリエーテルポリ
オール又は重合体ポリオールであり、平均水酸基価が2
0〜60mgKOH/g、末端第1級水酸基含有量が6
5%以上である請求項1記載の低密度高弾性軟質ポリウ
レタンフォームの製造方法。 - 【請求項3】 低分子ポリオール(A2)が、グリセリ
ン、ジグリセリンおよびこれらのエチレンオキシド付加
体から選択された少くとも一種である請求項1記載の低
密度高弾性軟質ポリウレタンフォームの製造方法。 - 【請求項4】 低分子ポリオール(A2)の割合が、ポリ
オール(A1)100重量部に対して1〜7重量部である
請求項1記載の低密度高弾性軟質ポリウレタンフォーム
の製造方法。 - 【請求項5】 ポリオール(A3)が、芳香族ポリヒドロ
キシ化合物にエチレンオキシドが付加した付加体で構成
されている請求項1記載の低密度高弾性軟質ポリウレタ
ンフォームの製造方法。 - 【請求項6】 ポリオール(A3)が、2価フェノール類
にエチレンオキシドが付加した付加体で構成され、水酸
基価が35〜140mgKOH/gである請求項1記載
の低密度高弾性軟質ポリウレタンフォームの製造方法。 - 【請求項7】 ポリオール(A3)の割合が、ポリオール
(A1)100重量部に対して0.5〜7重量部である請
求項1記載の低密度高弾性軟質ポリウレタンフォームの
製造方法。 - 【請求項8】 水(B)の割合が、ポリオール(A1)1
00重量部に対して、3〜8重量部である請求項1記載
の低密度高弾性軟質ポリウレタンフォームの製造方法。 - 【請求項9】 ポリオール(A1)、低分子ポリオール
(A2)、ポリオール(A3)、水(B)および有機ポリイ
ソシアネート(C)を、イソシアネートインデックスが
100であるとき、下記式(1)で示されるフォームの
分岐点密度(Db)が、4.00eq/m3 以上の範囲
で用いる請求項1記載の低密度高弾性軟質ポリウレタン
フォームの製造方法。 【数1】 式中、W1はポリオール(A1)の使用量(g)、 W2は低分子ポリオール(A2)の使用量(g)、 W3はポリオール(A3)の使用量(g)、 W4は水(B)の使用量(g)、 W5は有機ポリイソシアネート(C)の使用量(g)、 X1はポリオール(A1)(但し、重合体ポリオールを含
む場合には、ビニル単量体で形成される重合体を除くポ
リオール)の重量分率(重量%)、 F1はポリオール(A1)(但し、重合体ポリオールを含
む場合には、ビニル単量体で形成される重合体を除くポ
リオール)の平均官能基数、 F2は低分子ポリオール(A2)の平均官能基数、 F3はポリオール(A3)の平均官能基数、 F5は有機ポリイソシアネート(C)の平均官能基数、 E1はポリオール(A1)(但し、重合体ポリオールを含
む場合には、ビニル単量体で形成される重合体を除くポ
リオール)の活性水素当量(g/eq)、 E2は低分子ポリオール(A2)の活性水素当量(g/e
q)、 E3はポリオール(A3)の活性水素当量(g/eq)、 E5は有機ポリイソシアネート(C)のイソシアネート
当量(g/eq)、 dはフォームの密度(kg/m3 )を示し、 活性水素当量は、活性水素原子1個当たりのポリオール
(A1)(A2)(A3)の重量(g/eq)を示し、イソシ
アネート当量はイソシアネート基1個当たりの有機ポリ
イソシアネートの重量(g/eq)を示す。 - 【請求項10】 さらに(E)整泡剤の存在下で反応さ
せる請求項1記載の低密度高弾性軟質ポリウレタンフォ
ームの製造方法。 - 【請求項11】 (A1)平均官能基数2.5〜5、水酸
基価20〜60mgKOH/g、エチレンオキシド含有
量10〜30重量%のポリエーテルポリオール又は重合
体ポリオール100重量部に対して、(A2)グリセリン
又はジグリセリン1モルに対してエチレンオキサイド0
〜2モルが付加した低分子ポリオール1〜6重量部、
(A3)2価フェノール類にエチレンオキシド9〜35モ
ルが付加し、水酸基価が40〜120mgKOH/gで
あるポリエーテルポリオール1〜6重量部と、(B)水
3〜6重量部と、(C)芳香族ポリイソシアネートと
を、イソシアネートインデックス80〜120で、
(D)触媒および(E)整泡剤の存在下に反応させる軟
質ポリウレタンフォームの製造方法。 - 【請求項12】 請求項1記載の方法により得られる軟
質ポリウレタンフォーム。
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1995
- 1995-12-22 JP JP35050395A patent/JP3610138B2/ja not_active Expired - Fee Related
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