JP4884025B2

JP4884025B2 - 発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体

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Publication number: JP4884025B2
Application number: JP2006040197A
Authority: JP
Inventors: 伸征牧原
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007217574A

Description

本発明は、ポリオールとポリイソシアネートを含む発泡原料の反応時における発熱で発泡させた発泡性ビーズを含有するポリウレタン発泡体に関する。

ポリウレタン発泡体は、硬度に劣る一方、吸音性及び断熱性に優れる特性を有する。それに対して、発泡スチロールに代表されるオレフィンビーズ発泡体は、硬度及び断熱性に優れる一方、吸音性に劣る特性を有する。

また、ポリウレタン発泡体の硬度を高めるために、発泡原料にポリオールとポリイソシアネートと共に発泡性ビーズを含有させて、発泡原料の反応時における発熱で発泡性ビーズを発泡させた発泡性ビーズを含有するポリウレタン発泡体が提案されている。しかし、前記発泡性ビーズを含有するポリウレタン発泡体においても硬度が不足することがあった。

また、発泡体の用途によっては、硬度と吸音性と断熱材の３特性に優れるものが求められる場合がある。しかし、従来においては、硬度と吸音性と断熱材の３特性に優れる発泡体が見当たらなかった。

特開２００１−２６１８７８号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、硬度と吸音性と断熱性の３特性に優れるポリウレタン発泡体の提供を目的とする。

請求項１の発明は、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡性ビーズ、減熱剤、発泡剤を含む発泡原料から形成された発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体において、前記ポリオール１００重量部中に少なくとも３０重量部のポリマーポリオールを含み、前記発泡性ビーズの量は前記ポリオール１００重量部に対して１０〜５０重量部、前記減熱剤の量は前記ポリオール１００重量部に対して１０〜３０重量部、前記発泡剤は水からなり、前記水の量は前記ポリオール１００重量部に対して３〜５重量部であることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記減熱剤が無機水和物であることを特徴とする。

本発明によれば、ポリオールに少なくとも３０重量部のポリマーポリオールを含むことにより、硬度と吸音性と断熱性の３特性に優れる、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体を得ることができる。しかも、発泡原料の発泡時における発熱が減熱剤によって抑制されるため、発泡時の発熱で一旦発泡した発泡性ビーズが、さらなる発熱温度の上昇で崩壊し、収縮することによる発泡体の硬度低下を防ぐことができ、硬度の高い発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体を得ることができる。また、本発明の発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体は、硬度と吸音性と断熱性の３特性に優れることから、寝具（マットレスを含む）、ソファ、建材に好適であり、特に硬度と吸音性と断熱性の３特性が重要とされる壁材としては好適なものである。

以下本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明における発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡性ビーズ、減熱剤、発泡剤を含む発泡原料から形成されたものであり、前記ポリオールに少なくとも３０重量部のポリマーポリオールが含まれている。

本発明において使用されるポリオールは、ポリオール１００重量部中に少なくとも３０重量部のポリマーポリオールが含まれたものである。前記ポリマーポリオールが３０重量部未満の場合、ポリマーポリオールによる硬度増大効果が得られにくくなって、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の硬度が劣るようになる。前記ポリマーポリオールは、ポリエーテルポリオールにアクリロニトリルとスチレンの固形分がグラフト重合されたものが好ましい。また、前記ポリマーポリオールが１００重量部未満の場合においてポリマーポリオールと併用されるポリオールは、ポリウレタン発泡体に用いられる公知のエーテル系ポリオールまたはエステル系ポリオールの何れか一方又は両方とされる。

エーテル系ポリオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロース等の多価アルコール、またはその多価アルコールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールを挙げることができる。また、エステル系ポリオールとしては、マロン酸、コハク酸、アジピン酸等の脂肪族カルボン酸やフタル酸等の芳香族カルボン酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等の脂肪族グリコール等とから重縮合して得られたポリエステルポリオールを挙げることできる。

ポリイソシアネートとしては、芳香族系、脂環式、脂肪族系の何れでもよく、また、１分子中に２個のイソシアネート基を有する２官能のイソシアネートであっても、あるいは１分子中に３個以上のイソシアネート基を有する３官能以上のイソシアネートであってもよく、それらを単独であるいは複数組み合わせて使用してもよい。

例えば、２官能のイソシアネートとしては、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジアネート、２，２’−ジフェニ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、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニレンジイソネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネートなどの芳香族系のもの、シクロヘキサン−１，４−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−４，４’−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などの脂環式のもの、ブタン−１，４−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソプロピレンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、リジンイソシアネートなどの脂肪族系のものを挙げることができる。

また、３官能以上のイソシアネートとしては、１−メチルベンゾール−２，４，６−トリイソシアネート、１，３，５−トリメチルベンゾール−２，４，６−トリイソシアネート、ビフェニル−２，４，４’−トリイソシアネート、ジフェニルメタン−２，４，４’−トリイソシアネート、メチルジフェニルメタン−４，６，４’−トリイソシアネート、４，４’−ジメチルジフェニルメタン−２，２’，５，５’テトライソシアネート、トリフェニルメタン−４，４’，４”−トリイソシアネート、ポリメリックＭＤＩ等を挙げることができる。なお、その他ウレタンプレポリマーも使用することができる。また、ポリイソシアネートは、それぞれ一種類に限られず一種類以上であってもよい。例えば、脂肪族系イソシアネートの一種類と芳香族系イソシアネートの二種類を併用してもよい。

発泡性ビーズは、ポリオールとポリイソシアネートが反応する際に発生する反応熱で発泡するものであり、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体には発泡後の状態で分散している。未発泡状態の発泡性ビーズは、発泡後の発泡性ビーズよりも粒径が小さく、発泡原料に所望の量を分散混合し易い。一般に、ビーズの成形体の製造方法では、未発泡の発泡性ビーズを一次発泡させて、粒径が１〜５ｍｍまで球形の状態で発泡させ、この一次発泡させた球形の発泡性ビーズをモールド内に投入して加熱融着させることで成形体としている。しかし、あらかじめ一次発泡させた発泡性ビーズを発泡原料に混合分散させて本発明の発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体を構成することは、一次発泡させた発泡性ビーズの粒径が大きすぎ、所望量を混合分散できないために好ましくない。

発泡性ビーズの素材には、ポリカーボネート、メチルメタアクリレート、ポリエチレン／ポリプロピレン共重合体、ポリエチレン／ポリスチレン共重合体、アクリル／スチレン共重合体、ポリ尿酸等を挙げることができる。なかでも、発泡性ビーズの好ましい一例として、発泡性ポリスチレンビーズを挙げることができる。発泡性ポリスチレンビーズは、ポリスチレン又はスチレンを主体にした共重合プラスチックに発泡剤を含浸させたものからなる。発泡性ポリスチレンビーズに用いられる発泡剤としては、ペンタン、ブタン、プロパン等であって、数平均分子量が１０００〜３０００の高分子が好ましい。また、前記発泡性ビーズは、耐熱温度が８０℃以上、発泡開始温度が１５０℃以下のものが好ましい。耐熱温度が８０℃より低い場合、発泡性ビーズが一旦発泡した後、崩壊して収縮しやすくなる。一方、発泡開始温度が１５０℃より高い場合、発泡原料の発泡時の発熱で発泡性ビーズが発泡し難くなる。発泡性ビーズの量は、ポリオール１００重量部に対して１０〜５０重量部が好ましい。発泡性ビーズの量が１０重量部未満の場合、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の硬度が低くなる。一方、５０重量部を超えると、発泡原料の発泡時の発熱では発泡性ビーズの全量を発泡させる熱量を供給できなくなって、発泡性ビーズが充分に発泡（膨張）せず、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体に含まれる発泡後の発泡性ビーズが、平均粒径の小さなものになる。

減熱剤は、前記発泡原料の発泡時に発熱温度が高くなりすぎて、一旦発泡した発泡性ビーズが熱で崩壊して収縮するのを防ぐためのものであり、前記発泡原料の発泡時の発熱を抑えて最高発熱温度を下げることのできる化合物からなる。前記減熱剤としては、所定温度に達したときに水分を放出し、水の蒸発潜熱によって発泡原料の発泡時の発熱温度を低下させる化合物が好ましい。前記減熱剤の具体例としては、粒状の独立気泡からなる熱可塑性樹脂発泡体の気泡内に水を有するＭＷパウダー（登録商標、白石カルシウム株式会社製）や無機水和物を挙げることができ、特には無機水和物が好ましい。無機水和物としては、二水石膏、硫酸マグネシウム水和物、リン酸マグネシウム水和物の群から選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。減熱剤の量は、ポリオール１００重量部に対して１０〜３０重量部が好ましい。１０重量部未満の場合には、減熱剤による減熱効果が少なくなって、一旦発泡した発泡性ビーズが発泡原料の発泡時の発熱によって収縮し易いと共に、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の密度が低くなって硬度も低くなる。一方、３０重量部を超えると発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体が内部に空洞を有するパンクした状態の発泡不良のものになりやすい。

前記発泡原料を発泡させるため、発泡原料には発泡剤が含まれる。発泡剤は、水、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、炭酸ガス等が用いられる。発泡剤が水の場合、添加量は発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体において目的とする密度や良好な発泡状態が得られる範囲に決定され、特にポリオール１００重量部に対して３〜５重量部が好ましい。３重量部より少ないと発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体が充分に発泡せず、しかも発泡原料の発泡時における発熱が少なくなって発泡性ビーズが充分発泡（膨張）せず、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の硬度が低くなる。一方、５重量部を超えると、発泡原料の発泡時に発熱が大になって一旦発泡した発泡性ビーズが収縮し、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の硬度が低くなる。

また、前記発泡原料には触媒が含まれる。触媒は、ポリウレタン発泡体用として公知のものを用いることができる。例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ジエタノールアミン、ジメチルアミノモルフォリン、Ｎ−エチルモルホリン、テトラメチルグアニジン等のアミン触媒や、スタナスオクトエートやジブチルチンジラウレート等の錫触媒やフェニル水銀プロピオン酸塩あるいはオクテン酸鉛等の金属触媒（有機金属触媒とも称される。）を挙げることができる。触媒の一般的な量は、ポリオール１００重量部に対して０．０１〜２．０重量部程度である。

さらに前記発泡原料には、適宜添加剤が含まれる。添加剤としては、整泡剤、顔料などを挙げることができる。整泡剤は、ポリウレタン発泡体に用いられるものであればよく、シリコーン系整泡剤、含フッ素化合物系整泡剤および公知の界面活性剤を挙げることができる。顔料は、求められる色に応じたものが用いられる。

前記発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の製造は、発泡原料を調製した後、発泡原料を常温大気圧下で反応させる公知のスラブ発泡により行われる。具体的には、ポリオール、減熱剤、発泡剤、触媒、適宜の添加剤を混合した後、未発泡の発泡性ビーズを添加混合し、この混合物にポリイソシアネートを公知のポリウレタン注入機で混合して得た発泡原料を、ベルトコンベア上に吐出し、ベルトコンベアが移動する間に、前記発泡原料を常温大気圧下で反応させて自然発泡させ、硬化させることで連続的に製造することができる。

以下、本発明の実施例について、比較例とともに具体的に説明する。表１〜表４に示す各成分を同表中の配合割合にしたがって配合し、スラブ発泡によって反応させ、実施例及び比較例のポリウレタン発泡体を得た。その際、ポリオールに、減熱剤、発泡剤、触媒、適宜の添加剤を混合した後、未発泡の発泡性ビーズを添加混合し、この混合物にポリイソシアネートを混合した。表１はポリマーポリオールの量と硬度の関係、表２は発泡性ビーズの量と硬度の関係、表３は発泡剤（水）の量と硬度の関係、表４は減熱剤の量と硬度の関係を示すものである。

表１〜表４におけるポリオール１はアクリロニトリルとスチレンがグラフト重合されたエーテル系ポリマーポリオール（品番：９４１ＷＦ、旭化成工業株式会社製）、ポリオール２はポリエーテルポリオール（品番：サンニックスＧＰ３０５０Ｆ、ＭＷ３０００、官能基数ｆ＝３、ＯＨ価＝３３、三洋化成工業株式会社製）、減熱剤１は二水石膏、減熱剤２はリン酸マグネシウム８水和物、アミン触媒は６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノール（品番：カオーライザーＮｏ．２５、花王株式会社製）、金属触媒はオクチル酸第一錫（品番：ＭＲＨ１１０、城北化学工業株式会社製）、整泡剤はシリコーン整泡剤（品番：Ｆ６５０Ａ、信越化学工業株式会社製）、発泡性ビーズは発泡性ポリスチレンビーズ（品番：ＮＥＷＲＳ、耐熱温度１２０〜１３０℃、未発泡平均粒径０．８ｍｍ、発泡後平均粒径１．２ｍｍ、日立化成工業株式会社製）、ポリイソシアネートはトリレンジイソシアネート（品番：Ｔ−８０、日本ポリウレタン工業株式会社製）である。

このようにして得られたポリウレタン発泡体を切断して内部を目視で観察して発泡性ビーズの外観（大きさ及び収縮の有無）を判断すると共に発泡性ビーズの平均粒径を目視により測定した。表中、ビーズ外観欄における「○」は発泡性ビーズが所定の大きさである場合、「小」は小さい場合、「収縮」は一旦発泡後収縮している場合を示す。また、密度（ＪＩＳＫ７２２２−２００４準拠）と２５％硬度（ＪＩＳＫ６４００準拠）を測定した。さらに、表４の例については、ポリウレタン発泡体の内部にパンク（空洞）が有るか否かを判断した。表４の発泡体の状態欄において「○」はパンクが無く良好な発泡状態の場合、「パンク」はポリウレタン発泡体の内部にパンク（空洞）が有った場合を示す。

表１の結果から、ポリオール１００重量部中ポリマーポリオールを少なくとも３０重量部含む実施例１Ａ〜１Ｄは、ポリマーポリオールが２０重量部からなる比較例１Ａやポリマーポリオールを含まない比較例１Ｂと比べて、２５％硬度が高くなっているのがわかる。このことから、ポリマーポリオールを少なくとも３０重量部含むことにより、硬度を高くできることが理解される。なお、比較例１Ｃは、ポリマーポリオールが０重量部、発泡性ビーズが５０重量部の例である。

表２の結果から、発泡性ビーズの量が１０〜５０重量部の実施例２Ａ〜２Ｄは発泡性ビーズの外観が良好で硬度も高いのに対し、発泡性ビーズが１０量部未満の比較例２Ｃ及び比較例２Ｄは、２５％硬度が低いのがわかる。また、発泡性ビーズが５０重量部を超える比較例２Ａ及び比較例２Ｂは、発泡性ビーズが充分に発泡せず、発泡性ビーズの平均粒径が１．２ｍｍ未満であることがわかる。このことから、発泡性ビーズの量は、１０〜５０重量部が好ましいことが理解される。

表３の結果から、発泡剤（水）の量が３〜５重量部の実施例３Ａから３Ｃは発泡性ビーズの外観が良好で２５％硬度も高いのに対し、３重量部未満の比較例３Ａは発泡性ビーズが充分に発泡せず、一方、５重量部を超える比較例３Ｂは一旦発泡した発泡性ビーズが収縮するようになり、何れの場合も発泡性ビーズの平均粒径が１．２ｍｍ未満となって発泡体の硬度を高くできないことがわかる。このことから、発泡剤（水）の量は３〜５重量部が好ましいことが理解される。

表４の結果から、減熱剤の量が１０〜３０重量部の実施例４Ａ〜４Ｄは、発泡体の状態及び発泡性ビーズの外観が良好であって２５％硬度が高いのに対し、減熱剤が１０重量部未満の比較例４Ｂは発泡時の発熱が高くなるため、一旦発泡した発泡性ビーズが収縮して発泡体の硬度が低くなり、一方、減熱剤の量が３０重量部を超える比較例４Ａは発泡体が内部に空洞を有するパンク状態となることがわかる。このことから、減熱剤の量は１０〜３０重量部が好ましいことが理解される。

また、ポリマーポリオール１００重量部と発泡性ビーズ５０重量部と減熱剤２０重量部を含む表２の実施例２Ｄと、ポリマーポリオールを含まず、発泡性ビーズ５０重量部と減熱剤２０重量部を含む表１の比較例１Ｃと、発泡スチロール品について、種々の物性を調べた。その結果を表５に示す。

表５において、密度はＪＩＳＫ７２２２−２００４、２５％硬度はＪＩＳＫ６４００−２，Ｄ法、熱伝導率はＪＩＳＡ１４１２、曲げ強度はＪＩＳＫ７２２１、曲げ弾性率はＪＩＳＫ７２２１、残留歪みはＪＩＳＫ６４００−４，Ａ法、繰り返し歪みはＪＩＳＫ６４００−４、引張強さはＪＩＳＫ６４００−５、伸びはＪＩＳＫ６４００−５、引き裂き強さはＪＩＳＫ６４００−５、反発弾性はＪＩＳＫ６４００−４、通気性はＪＩＳＫ６４００−７に基づいて測定した。測定結果から、実施例２Ｄ及び比較例１Ｃは、発泡スチロール品と同等の低い熱伝導率、すなわち優れた断熱性を示し、ポリマーポリオールの使用によって熱伝導率の増大（断熱性の低下）を殆ど生じないことが理解される。

さらに、ポリマーポリオール１００重量部と発泡性ビーズ５０重量部と減熱剤２０重量部を含む表２の実施例２Ｄと、ポリマーポリオール１００重量部と減熱剤２０重量部含み、発泡性ビーズを含まない票２の比較例２Ｃと、発泡スチロール品について、垂直入射吸音率（ＪＩＳＡ１４０５準拠）を測定することにより吸音性を判断した。図１は測定結果を示すグラフである。図１から理解されるように、実施例２Ｄは、発泡スチロール品と比べて、比較例２Ｃと同様に優れた吸音性を有することが理解される。

このように、本発明の発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体は、硬度と吸音性と断熱材の３特性に優れるものであり、それらの３特性が要求される用途、例えば寝具、ソファ、建材、特に壁材として好適なものである。

熱伝導率の測定結果を示すグラフである。

Claims

ポリオール、ポリイソシアネート、発泡性ビーズ、減熱剤、発泡剤を含む発泡原料から形成された発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体において、
前記ポリオール１００重量部中に少なくとも３０重量部のポリマーポリオールを含み、
前記発泡性ビーズの量は前記ポリオール１００重量部に対して１０〜５０重量部、
前記減熱剤の量は前記ポリオール１００重量部に対して１０〜３０重量部、
前記発泡剤は水からなり、前記水の量は前記ポリオール１００重量部に対して３〜５重量部であることを特徴とする発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体。
前記減熱剤が無機水和物であることを特徴とする請求項１に記載の発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体。