JP4948055B2

JP4948055B2 - ポリウレタン発泡体及びその製造方法

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Publication number: JP4948055B2
Application number: JP2006168359A
Authority: JP
Inventors: 伸征牧原; 哲史岩瀬; 忠史矢野; 享村松; 浩中尾
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-06-19
Also published as: JP2007182533A

Description

本発明は、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応時にポリウレタン発泡原料中の発泡性ビーズを発泡させたポリウレタン発泡体とその製造方法に関する。

従来、軽量なポリウレタン発泡体の製造方法として、ポリウレタン発泡原料中に未発泡の発泡性ビーズを添加して、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応時に発泡性ビーズを発泡させることにより、発泡性ビーズをポリウレタン発泡体内に分散させる方法が提案されている。

しかし、発泡性ビーズを用いる従来の製造方法にあっては、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応中に一旦発泡した発泡性ビーズが崩壊して収縮し、良好なポリウレタン発泡体が得られないことがある。この理由はポリオールとポリイソシアネートの発泡反応時に発熱温度が高くなりすぎることにあると、本発明者は推測する。

特開昭４８−７７９５７号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、発泡性ビーズが一旦発泡した後に崩壊して収縮するのを防ぎ、軽量なポリウレタン発泡体を得ることを目的とする。

請求項１の発明は、ポリオールとポリイソシアネートを発泡反応させたポリウレタン発泡体において、前記ポリオール１００重量部に対して発泡剤を３〜５重量部、耐熱温度が８０〜１５０℃である未発泡の発泡性ビーズを５〜３０重量部、無機水和物を１０〜３０重量を添加して発泡反応させたものからなり、ＣＩ値が３．５〜５．５であることを特徴とする。

請求項２の発明は、ポリオールとポリイソシアネートを常温大気圧下で発泡反応させてポリウレタン発泡体を得るポリウレタン発泡体の製造方法において、前記ポリオール１００重量部に対して発泡剤を３〜５重量部、耐熱温度が８０〜１５０℃である未発泡の発泡性ビーズを５〜３０重量部、無機水和物を１０〜３０重量部添加し、前記ポリオールとポリイソシアネートによる発泡反応時に前記発泡性ビーズを発泡させることを特徴とする。

請求項１の発明のポリウレタン発泡体によれば、ポリオール１００重量部に対して１０〜３０重量部含まれる無機水和物が、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応熱で加熱されることによって水分を放出し、水の蒸発潜熱により発泡反応熱を抑制し、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ことができ、良好な発泡状態からなる軽量なポリウレタン発泡体となる。しかも発泡反応熱で充分に発泡した発泡性ビーズがポリウレタン発泡体中に分散しているためにＣＩ値（ＣｏｍｆｏｒｔＩｎｄｅｘ）を３．５〜５．５と高くでき、クッション体として使用した場合に着座等の際の底付き感が小さいポリウレタン発泡体を得ることができる。

なお、ＣＩ値（ＣｏｍｆｏｒｔＩｎｄｅｘ）は、〔ＣＩ値＝試験体の６５％圧縮時硬さ／試験体の２５％圧縮時硬さ〕で計算される値である。また、前記ＣＩ値の６５％圧縮とは、元厚１００％に対して圧縮による変位量（圧縮変位量）が６５％のことであり、換言すれば元厚１００％に対して圧縮後の厚みが３５％となるように圧縮した状態をいい、圧縮率６５％と同じである。また２５％圧縮とは、元厚１００％に対して圧縮による変位量（圧縮変位量）が２５％のことであり、換言すれば、元厚１００％に対して圧縮後の厚みが７５％となるように圧縮した状態をいい、圧縮率２５％と同じ状態である。前記ＣＩ値が大であるほど、圧縮初期時の感触が柔らかく、しかも底付き感が小さくなる。

請求項２の発明の製造方法によれば、ポリオール１００重量部に対して１０〜３０重量部含まれる無機水和物が、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応熱で加熱されることによって水分を放出し、水の蒸発潜熱により発泡反応熱を抑制し、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ことができ、良好な発泡状態からなる軽量なポリウレタン発泡体を得ることができる。しかも、発泡反応熱で充分に発泡した発泡性ビーズがポリウレタン発泡体中に分散しているためにＣＩ値を高くでき、クッション体として使用した場合に着座等の際の底付き感が小さいポリウレタン発泡体を得ることができる。

本発明において使用されるポリオールは、軟質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が用いられる。

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。

前記ポリオールとポリイソシアネートの発泡剤として水が添加される。発泡剤としての水の量は、ポリオール１００重量部に対して３〜５重量部が好適である。３重量部より少ない場合、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応時の発熱温度が十分に上昇せず、その結果、発泡性ビーズが十分に発泡せず、良好なポリウレタン発泡体が得られなくなる。一方、５重量部より多い場合、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応時の発熱温度が上昇し過ぎて、ポリウレタン発泡体が良好に発泡しなくなるのみならず、発泡性ビーズが一旦発泡した後、崩壊して収縮するようになり、これによっても良好なポリウレタン発泡体が得られなくなる。

発泡性ビーズは、未発泡状態のものが前記ポリオールやポリイソシアネート等と共に使用される。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、ポリウレタン原料に所望の量を分散混合することができることから好ましいものである。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、一次発泡させた球形の発泡性ビーズを成形型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、本発明において、一次発泡させた発泡性ビーズをポリウレタン原料に混合分散させて本発明のポリウレタン発泡体を得ることは、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ことから好ましくない。

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、前記未発泡の発泡性ビーズは、耐熱温度が８０〜１５０℃のものがより好ましい。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、１５０℃より高い場合、発泡性ビーズが発泡しなくなる。発泡性ビーズの粒径は、０．３〜１．６ｍｍ程度が好ましい。また、発泡性ビーズの添加量は、ポリオール１００重量部に対して５〜３０重量部が好ましい。５重量部未満の場合、ポリウレタン発泡体の軽量性及び硬度増加効果が得難くなる。一方、３０重量部を超えると、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応時に発泡バランスが崩れてポリウレタン発泡体を得難くなる。

無機水和物は、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応熱で加熱されることにより水分を放出し、水の蒸発潜熱によって発泡反応熱を抑制することのできる化合物をいう。具体的には、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。無機水和物の添加量は、ポリオール１００重量部に対して１０〜３０重量部が好ましい。１０重量部未満の場合は、前記発泡反応熱の抑制効果が得難くなり、一方、３０重量部を超えると、ポリオールとポリイソシアネートの発泡反応時に発泡バランスが崩れてポリウレタン発泡体を得難くなる。

その他の添加剤として、整泡剤、顔料などを挙げることができる。整泡剤は、軟質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。

また、前記ポリオールとポリイソシアネートの反応には触媒が用いられる。触媒としては、軟質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。

本発明におけるポリウレタン発泡体の製造は、ポリオールとポリイソシアネートを常温大気圧下で発泡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、前記ポリオール、ポリイソシアネート、未発泡の発泡性ビーズ、触媒、水、無機水和物及びその他適宜の添加剤からなるポリウレタン発泡原料（反応混合原料）をベルトコンベア上に吐出し、該ベルトコンベアが移動する間に、ポリウレタン発泡原料を常温大気圧下で自然発泡させ、硬化することで連続的に製造する。その際、ポリウレタン発泡原料は、ワンショット法でもプレポリマー法でも、いずれの方法で反応させてもよい。なお、ワンショット法は、ポリオールとポリイソシアネートを、未発泡の発泡性ビーズ、触媒、水、無機水和物及びその他適宜の添加剤等の存在下、直接反応させる反応方法である。それに対してプレポリマー法は、ポリオールとポリイソシアネートを事前に反応させて末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを得、このプレポリマーに未発泡の発泡性ビーズ、触媒、水、無機水和物及び添加剤等の存在下、ポリオールを反応させる方法である。

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及び表２に示す各成分を同表中の配合割合にしたがって配合し、ワンショット法を用いるスラブ発泡によって発泡反応させ、ポリウレタン発泡体を得た。実施例１〜４は無機水和物１を用い、発泡性ビーズの量を変化させた例、実施例５は無機水和物１に代えて無機水和物２を添加した例である。一方、比較例１は無機水和物１の添加量を少なくした例、比較例２は発泡剤（水）の添加量を多くした例、比較例３は発泡剤（水）の添加量を少なくした例、比較例４は発泡性ビーズを添加しなかった例である。

表１及び表２におけるポリオールはポリエーテルポリオール（品番：ＧＰ３０５０Ｆ、官能基数ｆ＝３、ＯＨ価＝５６、Ｍｗ＝３０００、三洋化成工業株式会社製）、無機水和物１は二水石膏、無機水和物２はリン酸マグネシウム８水和物、アミン触媒はN，N，N’,N”，N”−ペンタメチルジエチレントリアミン（品番：カオーライザーＮｏ３、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：ＢＦ２３７０、ゴールドシュミット製）、発泡性ビーズは発泡性ポリスチレンビーズ（品番：ＳＳＢＴＸ１７、耐熱温度１２０〜１３０℃、粒径０．７〜０．９ｍｍ、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。なお、目視で発泡状態を観察したところ、実施例１〜５及び比較例４については良好な発泡状態であった。一方、比較例１は、無機水和物１の添加量が少なく、良好な発泡体が得られなかった。比較例２は、発泡剤（水）の添加量が多いため、泡化反応が激しくなって発泡後に収縮を生じ、発泡体が得られなかった。比較例３は、発泡剤（水）の添加量が少ないため、充分に発泡せず、発泡性ビーズも発泡していない未発泡の発泡体しか得られなかった。

また、前記実施例及び比較例におけるポリウレタン発泡体の発泡時に、発泡体内に熱電対を挿入して最高発熱温度を電子計測器（品番：ＮＲ−１０００、キーエンス社製）で測定した。さらに、前記実施例及び比較例４のポリウレタン発泡体については、密度をＪＩＳＫ７２２２−２００４に準じて測定し、２５％圧縮硬さをＪＩＳＫ６４００−２：２００４Ｄ法に準じて測定し、ＣＩ値のために２５％ＩＬＤ（２００φ）と６５％ＩＬＤ（２００φ）を、ＪＩＳＫ６４００−２：２００４Ｄ法に準じて測定した。なお、２５％圧縮硬さは、サンプルサイズを厚み５０×縦１５０×横１００ｍｍとし、このサンプルを２５％に完全に圧縮した際の圧縮応力で示す。２５％ＩＬＤ（２００φ）は、直径２００ｍｍの押圧板を用いてポリウレタン発泡体を２５％圧縮した時の硬度であり、一方、６５％ＩＬＤ（２００φ）は、直径２００ｍｍの押圧板を用いてポリウレタン発泡体を６５％圧縮した時の硬度であり、ＣＩ値は〔６５％ＩＬＤ／２５％ＩＬＤ〕で計算される。また、比較例１〜３については、良好なポリウレタン発泡体が得られなかったため、密度、２５％圧縮硬さ、２５％ＩＬＤ（２００φ）、６５％ＩＬＤ（２００φ）を測定できなかった。測定結果は、表１及び表２の下部に示すとおりである。

表１の測定結果から理解されるように、実施例１〜５においては、ポリウレタン発泡体の発泡状態が良好であることがわかる。また、表１及び表２の測定結果から理解されるように、実施例１〜５のポリウレタン発泡体は、発泡性ビーズを添加していない比較例４のポリウレタン発泡体と比べ、密度の割に２５％圧縮硬さが高くなっていた。このことから、実施例１〜５のポリウレタン発泡体は、発泡状態が良好で軽量性及び硬度の高いものであることがわかる。さらに、実施例１〜５のポリウレタン発泡体は、ＣＩ値が３．８〜５．２であって、比較例４のＣＩ値１．７と比べると２倍〜３倍の値を示しており、クッション体として使用した場合に底付き感の少ない良好なものであることが理解される。、

Claims

ポリオールとポリイソシアネートを発泡反応させたポリウレタン発泡体において、
前記ポリオール１００重量部に対して発泡剤を３〜５重量部、耐熱温度が８０〜１５０℃である未発泡の発泡性ビーズを５〜３０重量部、無機水和物を１０〜３０重量を添加して発泡反応させたものからなり、ＣＩ値が３．５〜５．５であることを特徴とするポリウレタン発泡体。
ポリオールとポリイソシアネートを常温大気圧下で発泡反応させてポリウレタン発泡体を得るポリウレタン発泡体の製造方法において、
前記ポリオール１００重量部に対して発泡剤を３〜５重量部、耐熱温度が８０〜１５０℃である未発泡の発泡性ビーズを５〜３０重量部、無機水和物を１０〜３０重量部添加し、
前記ポリオールとポリイソシアネートによる発泡反応時に前記発泡性ビーズを発泡させることを特徴とするポリウレタン発泡体の製造方法。