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JP5670371B2 - 軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

軟質ポリウレタンフォームの製造方法 Download PDF

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JP5670371B2
JP5670371B2 JP2012072671A JP2012072671A JP5670371B2 JP 5670371 B2 JP5670371 B2 JP 5670371B2 JP 2012072671 A JP2012072671 A JP 2012072671A JP 2012072671 A JP2012072671 A JP 2012072671A JP 5670371 B2 JP5670371 B2 JP 5670371B2
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Description

本発明は、軟質ポリウレタンフォームの製造方法に関するものである。
コールドキュア軟質ポリウレタンフォームは、自動車等の車両座席クッションに一般的に使用されている。コールドキュア軟質ポリウレタンフォームを製造する場合、型注入から脱型までの時間は通常4〜8分である(非特許文献1参照)。しかし、近年生産性の向上を目的として、ハイキュアー化(脱型時間の短縮)が求められている。
注入から脱型までの時間を短縮させる方法としては、多官能イニシエーターから誘導されるポリエーテルポリオールを使用する方法や、多量の反応触媒を使用する方法、高官能架橋剤を使用する方法などが知られている。
反応触媒を多量に使用しない方法としては、特定のポリオール成分を使用する方法が知られている。(例えば、特許文献1参照)この方法で製造された軟質ポリウレタンフォームは、ハイキュアーで成形性が良いという特徴を有している。しかしながら、上記製造方法では、低密度で、湿熱圧縮残留ひずみが良好ではないという問題がある。
特開2009−179713号公報
ポリウレタン樹脂ハンドブック 184頁(岩田敬治編、日刊工業新聞社刊)
本発明の目的は、ハイキュアーで生産性が良好かつ成形性が良好に製造でき、得られたフォームが低密度で、湿熱圧縮残留ひずみが良好である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。
本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、ポリオール成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを、触媒(C)、発泡剤(D)及び整泡剤(E)の存在下に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、
(A)が、下記ポリオール(a1)、(a2)、(a3)、(a4)及び(a5)を含有し、(C)が下記触媒(c1)を含有し、(C)中の(c1)の含有量が(C)の重量を基準として25〜65重量%であり、(A)と(C)との重量比{(A)/(C)}が99.7/0.3〜99.5/0.5である軟質ポリウレタンフォームの製造方法である。ポリオール(a1):数平均官能基数が3〜4であり、水酸基価が26〜32mgKOH/gであり、末端オキシエチレン単位の含有量が4〜20重量%であり、内部オキシエチレン単位の含有量が3重量%以下であり、かつ活性水素1個あたりのエチレンオキサイドの平均付加モル数xと末端水酸基の1級OH化率y(%)が下記式(1)の関係を満たすポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
y≧42.0x0.47(1−x/41) (1)
ポリオール(a2):数平均官能基数が3〜4であり、水酸基価が26〜32mgKOH/gであり、末端オキシエチレン単位の含有量が10〜25重量%であり、内部オキシエチレン単位の含有量が3重量%以下である(a1)以外のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
ポリオール(a3):数平均官能基数が2〜8であり、水酸基価が10〜190mgKOH/gであり、オキシエチレン単位の含有量が31〜95重量%であるポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
ポリオール(a4):数平均官能基数が2〜8であり、水酸基価が340〜1900mgKOH/gであるポリオール。
ポリオール(a5):(a1)及び/又は(a2)中で、ラジカル重合開始剤の存在下、ビニルモノマーを重合させて得られる重合体ポリオール。
触媒(c1):2,6−ジメチル−4−(2−ヒドロキシプロピル)モルホリンとN,N−ジメチルアミノアルキル(炭素数2〜4)アミンのプロピレンオキサイド(1〜2モル)付加物とからなる触媒。

本発明の製造方法を用いることにより、ハイキュアー化することにより生産性を損なうことなく、成形性にも優れる軟質ポリウレタンフォームを製造でき、得られたフォームは、湿熱圧縮残留ひずみも良好である。
本発明において、末端水酸基の1級OH化率は、予め試料をエステル化の前処理をした後に1H−NMR法により求める。1H−NMR法の詳細を以下に具体的に説明する。
<試料調整法>
測定試料約30mgを直径5mmの1H−NMR用試料管に秤量し、約0.5mlの重水素化溶媒を加え溶解させる。その後、約0.1mlの無水トリフルオロ酢酸を添加し25℃で約5分間放置して、ポリオールをトリフルオロ酢酸エステルとし、分析用試料とする。
ここで重水素化溶媒とは、重水素化クロロホルム、重水素化トルエン、重水素化ジメチルスルホキシド、重水素化ジメチルホルムアミド等であり、試料に溶解させることができる溶媒を適宜選択する。
<NMR測定>
通常の条件で1H−NMR測定を行う。
<末端水酸基の1級OH化率の計算方法>
1級水酸基の結合したメチレン基由来の信号は4.3ppm付近に観測され、2級水酸基の結合したメチン基由来の信号は5.2ppm付近に観測されるから、末端水酸基の1級OH化率は下式(2)により算出する。
1級OH化率(%)=〔r/(r+2s)〕×100 (2)
ただし、
r:4.3ppm付近の1級水酸基の結合したメチレン基由来の信号の積分値
s:5.2ppm付近の2級水酸基の結合したメチン基由来の信号の積分値
である。
本発明の製造方法に用いるポリオール成分(A)は、前記ポリオール(a1)、(a2)、(a3)、(a4)及び(a5)を必須成分として含有する。
ポリオール(a1)、(a2)、(a3)及び(a4)としては、活性水素含有化合物(例えば、多価アルコール、アミン、多価フェノール、ポリカルボン酸及びこれらの混合物)に、アルキレンオキサイド(以下AOと略記する。)が付加された構造の化合物が挙げられる。
上記多価アルコールとしては、炭素数2〜20の2価アルコール(脂肪族ジオール、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−及び1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール及びネオペンチルグリコールなどのアルキレングリコール;並びに脂環式ジオール、例えば、シクロヘキサンジオール及びシクロヘキサンジメタノールなどのシクロアルキレングリコール)、炭素数3〜20の3価アルコール(脂肪族トリオール、例えば、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及びヘキサントリオールなどのアルカントリオール);炭素数5〜20の4〜8価又はそれ以上の多価アルコール(脂肪族ポリオール、例えば、ペンタエリスリトール、ソルビトール、マンニトール、ソルビタン、ジグリセリン及びジペンタエリスリトールなどのアルカンポリオール及びそれら又はアルカントリオールの分子内又は分子間脱水物;並びにショ糖、グルコース、マンノース、フルクトース及びメチルグルコシドなどの糖類及びその誘導体)が挙げられる。
アミンとしては、アルカノールアミン、ポリアミン、及びモノアミンが挙げられる。
アルカノールアミンとしては、炭素数2〜20のモノ−、ジ−及びトリ−アルカノールアミン(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及びイソプロパノールアミン)などが挙げられる。
ポリアミン(1,2級アミノ基の数:2〜8個又はそれ以上)としては、脂肪族アミンとして、炭素数2〜6のアルキレンジアミン(例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン)、炭素数4〜20のポリアルキレンポリアミン(アルキレン基の炭素数が2〜6のジアルキレントリアミン〜 ヘキサアルキレンヘプタミン、例えば、ジエチレントリアミン及びトリエチレンテトラミン)などが挙げられる。
また、炭素数6〜20の芳香族ポリアミン(例えば、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、メチレンジアニリン及びジフェニルエーテルジアミン);炭素数4〜20の脂環式ポリアミン(例えば、イソホロンジアミン、シクロヘキシレンジアミン及びジシクロヘキシルメタンジアミン);炭素数4〜20の複素環式ポリアミン(例えば、ピペラジン及びアミノエチルピペラジン)等が挙げられる。
モノアミンとしては、アンモニア;脂肪族アミンとして、炭素数1〜20のアルキルアミン(例えば、n−ブチルアミン及びオクチルアミン);炭素数6〜20の芳香族モノアミン(例えば、アニリン及びトルイジン);炭素数4〜20の脂環式モノアミン(例えば、シクロヘキシルアミン);炭素数4〜20の複素環式モノアミン(例えば、ピペリジン)等が挙げられる。
多価(2〜8価又はそれ以上)フェノールとしては、ピロガロール、ハイドロキノン及びフロログルシン等の単環多価フェノール;ビスフェノールA、ビスフェノールF及びビスフェノールスルホン等のビスフェノール;フェノールとホルムアルデヒドの縮合物(ノボラック);たとえば米国特許第3265641号明細書に記載のポリフェノール等が挙げられる。
ポリカルボン酸としては、炭素数4〜18の脂肪族ポリカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、グルタル酸、アゼライン酸など)、炭素数8〜18の芳香族ポリカルボン酸(フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸など)及びこれらの2種以上の混合物があげられる。
これらの活性水素含有化合物は2種以上を併用してもよい。これらの中で多価アルコールが好ましい。
上記活性水素含有化合物に付加させるAOとしては、プロピレンオキサイド(以下POと略称する。)及びエチレンオキサイド(以下EOと略称する。)が好ましい。AOは、これらのみを含有することが好ましいが、AO中10重量%(以下、%はとくに断りのない場合、重量%を意味する。)以下(とくに5%以下)の範囲で他のAOを併用してもよい。他のAOとしては、炭素数4〜8のものが好ましく、1,2−、1,3−、1,4−及び2,3−ブチレンオキサイド並びにスチレンオキサイド等が挙げられ、2種以上用いてもよい。
本発明に用いるポリオール(a1)としては、前記活性水素含有化合物のうち2〜4価又はそれ以上のものに、後述する方法でAOが付加された構造の化合物が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
AOとしては、PO及びEOである。AOは、これらのみを含有することが好ましいが、AO中10%以下(とくに5%以下)の範囲で前記の他のAOが併用された付加物であってもよい。
PO及びEOを含むAOの付加形式としては、PO、EOの順序でブロック付加したものが好ましい。
ポリオール(a1)の1分子当たりの数平均官能基数は3〜4であり、フォームの硬化速度及び圧縮永久歪率の観点から、好ましくは4である。この範囲以外の官能基数のものが含まれていても、数平均官能基数が3〜4となればよい(他のポリオールの平均官能基数についても同様)。なお、本発明において、ポリオールの官能基数は、出発物質の官能基数と同一であるとみなす。また、本発明において平均官能基数とは、数平均官能基数を意味する。
(a1)の水酸基価は26〜32(mgKOH/g、以下の水酸基価も同じ)であり、フォームの硬さ及び伸び物性の観点から、好ましくは29〜31である。本発明における水酸基価は、JIS K0070に規定の方法で測定される。
(a1)の末端オキシエチレン単位(以下、オキシエチレン単位をEO単位と記載する。)の含有量は4〜20%であり、十分に硬化させる、及び独立気泡を低減する観点から、好ましくは6〜10%である。
(a1)の内部EO単位の含有量は、フォームの圧縮永久歪率の観点から、3%以下が好ましく、さらに好ましくは0%である。
また(a1)は、活性水素1個当たりのエチレンオキサイドの平均付加モル数xと1級OH化率yが下記式(1)の関係を満たし、好ましくは下記式(1’)の関係、さらに好ましくは下記式(1’’)の関係を満たす。
y≧42.0x0.47(1−x/41) (1)
y≧42.5x0.47(1−x/41) (1’)
y≧43.0x0.47(1−x/41) (1’’)
なお、xの範囲としては、上記のEO単位の含有量となる範囲内であればよいが、好ましくは0.1〜12、さらに好ましくは1〜10である。
上記式(1)は、後述する触媒(α)を用いてPO付加後に、末端EO付加して得られるポリオールと、通常用いられる水酸化カリウム等のアルカリ触媒を用いて、同様の付加形式で得られるポリオールとを区別するために、実験により求めたものである。すなわち、(α)を用いて得られた(a1)が式(1)の関係を満たすのに対し、アルカリ触媒を用いて得られたポリオールは、通常式(1)の関係を満たさない。
(a1)が式(1)を満たさないとフォームの硬化速度が低下する。数平均官能基数が3未満であると圧縮永久歪率が低下し、4を越えると伸び物性が低下する。水酸基価が26未満であるとフォームの硬さが低下し、32を越えると伸び物性が低下する。末端EO単位の含有量が4%未満であると発泡終了直前の硬化が不十分でフォームが崩壊しやすく、末端EO単位の含有量が20%を越えると独立気泡が多くなりフォームが収縮しやすくなる。
このポリオール(a1)を得る方法としては、特定の触媒(α)の存在下で、前記活性水素含有化合物に、PO、EOの順序でAOを付加させる方法等が挙げられる。AO付加に通常用いられる水酸化カリウムなどの塩基性触媒を用いた場合、末端EO単位の含有量が4〜20%で、且つ、式(1)を満たすポリオールを得ることは非常に困難である。
(α)はPO付加時に用いるが、必ずしもPO付加の全段階に用いる必要はなく、後述する通常使用される他の触媒の存在下で一部のPOを付加後、付加反応後期のみに(α)を用いて、残りのPOを付加してもよい。
(α)としては、特開2000−344881号公報に記載のものが挙げられ、具体的には、BF3以外の、フッ素原子、(置換)フェニル基及び/又は3級アルキル基が結合したホウ素又はアルミニウム化合物であり、トリフェニルボラン、ジフェニル−t−ブチルボラン、トリ(t−ブチル)ボラン、トリフェニルアルミニウム、ジフェニル−t−ブチルアルミニウム、トリ(t−ブチル)アルミニウム、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン、ビス(ペンタフルオロフェニル)−t−ブチルボラン、トリス(ペンタフルオロフェニル)アルミニウム及びビス(ペンタフルオロフェニル)−t−ブチルアルミニウムなどが挙げられる。
これらの中で好ましいものは、トリフェニルボラン、トリフェニルアルミニウム、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン及びトリス(ペンタフルオロフェニル)アルミニウムであり、さらに好ましいのはトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン及びトリス(ペンタフルオロフェニル)アルミニウムである。
AOの付加条件についても上記公報に記載の方法と同様でよく、例えば、生成する開環重合体に対して、通常0.0001〜10%、好ましくは0.001〜1%の上記触媒を用い、通常0〜250℃、好ましくは20〜180℃で反応させる。
上記のPO付加物に、さらにEOを付加させることでさらに1級OH化率の大きなポリオールが得られる。触媒(α)を用いた場合、EO付加させる前のポリオールの末端水酸基の1級OH化率が通常40%以上(好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上)と極めて大きいため、少ないEO使用量で末端水酸基の1級OH化率を大きくできる。なお、上記EO付加に用いる触媒は、触媒(α)をそのまま用いても、それに代えて通常使用される他の触媒などを用いてもよい。
他の触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、炭酸カリウム及びトリエチレンジアミンなどの塩基性触媒;三フッ化ホウ素、塩化スズ、トリエチルアルミニウム及びへテロポリ酸などの酸触媒;亜鉛ヘキサシアノコバルテート;フォスファゼン化合物などが挙げられる。これらの中では塩基性触媒が好ましい。触媒の使用量は特に限定されないが、生成する重合体に対して、好ましくは0.0001〜10%、さらに好ましくは0.001〜1%である。
本発明に用いるポリオール(a2)としては、前記活性水素含有化合物のうち2〜4価又はそれ以上のものにAOが付加された構造の化合物が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
AOとしてはPOとEOのみを含有するものが好ましいが、前記の他のAOを、好ましくはAO中10%以下(とくに5%以下)含んでいてもよい。PO及びEOの付加方法としては、PO、EOの順序でブロック付加したものが好ましい。なお、AO付加時に用いる触媒としては、水酸化カリウム等の塩基性触媒など、通常用いられる触媒でよい〔(a3)及び(a4)のうちのAO付加物も同様〕。
ポリオール(a2)は、前記式(1)の関係を満たさない(a1)以外のポリオールである。
(a2)の1分子当たりの数平均官能基数は3〜4であり、硬化時間及びフォームの伸び物性の観点から、好ましくは3である。水酸基価は26〜32であり、フォームの硬さ及び反発弾性率の観点から、好ましくは27〜30、さらに好ましくは28〜29である。
末端EO単位の含有量は10〜30%であり、硬化を十分にする観点、及びフォームの独立気泡を低減する観点から、好ましくは12〜25%、さらに好ましくは15〜20%である。内部EO単位の含有量は、フォームの圧縮永久歪率の観点から、好ましくは3%以下、さらに好ましくは0%である。
(a2)の数平均官能基数が3未満では硬化時間が長くなり生産性が低下し、4を越えるとフォームの伸び物性が低下する。末端EO単位の含有量が10%未満であると発泡終了直前の硬化が不十分でフォームが崩壊しやすく、末端EO単位の含有量が30%を越えるとフォームの独立気泡が多くなり、フォームが収縮しやすくなる。水酸基価が26未満ではフォーム硬さが低下し、32を越えるとフォームの反発弾性率が低下する。
(a1)と(a2)を併用することで、ハイキュアー化によっても生産性を損なうことなく、成形性にも優れた軟質ポリウレタンフォームが得られやすい。
本発明に用いるポリオール(a3)としては、前記活性水素含有化合物のうち2〜8価又はそれ以上のものにAOが付加された構造の化合物が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
AOとしてはPOとEOのみを含有するものが好ましいが、AO中10%以下(とくに5%以下)の範囲で前記の他のAOを含有してもよい。
PO及びEOの付加形式としては、PO、EOのブロック付加であってもランダム付加であってもよいが、ランダム付加が好ましい。
ポリオール(a3)の1分子当たりの数平均官能基数は2〜8であり、硬化時間及びフォームの伸び物性の観点から、好ましくは3〜4である。
(a3)の水酸基価は10〜190であり、フォームの硬さを向上する、及びフォームの独立気泡を低減する観点から、好ましくは15〜150、さらに好ましくは20〜120である。
(a3)のEO単位の含有量は31〜95%であり、硬化時間を短くする、及びフォームの独立気泡を低減する観点から、好ましくは50〜92%、さらに好ましくは60〜90%である。
(a3)の数平均官能基数が2未満では、硬化時間が長くなり生産性が低下し、8を越えると、フォームの伸び物性が低下する。水酸基価が10未満ではフォーム硬さが低下し、190を越えると、フォームの独立気泡が多くなり、フォームが収縮しやすくなる。EO単位の含有量が31%未満であると硬化時間が長くなり、95%を越えると、フォームの独立気泡が多くなり、フォームが収縮しやすくなる。
本発明の方法におけるポリオール(a4)としては、2〜8価又はそれ以上の、多価アルコール、アルカノールアミン及び活性水素含有化合物にAOが付加された構造の化合物が挙げられ、2種以上を併用してもよい。多価アルコール、アルカノールアミン及び活性水素含有化合物としては、具体的には前記のものが挙げられる。
活性水素含有化合物に付加するAOとしては、PO及び/又はEO、とくにPOのみ又はEOのみを含有するものが好ましいが、前記の他のAOを、好ましくはAO中10%以下(とくに5%以下)含んでいてもよい。
ポリオール(a4)の1分子当たりの数平均官能基数は2〜8であり、硬化時間及びフォームの伸び物性の観点から、好ましくは3〜6である。
水酸基価は340〜1900であり、フォームの硬さを向上する、及びフォームの独立気泡を低減する観点から、好ましくは400〜1250である。
(a4)の数平均官能基数が2未満では、硬化時間が長くなり生産性が低下し、8を越えると、フォームの伸び物性が低下する。水酸基価が340未満ではフォーム硬さが不足し、1900を越えると、フォームの独立気泡が多くなり、フォームが収縮しやすくなる。
本発明に用いるポリオール(a5)は、ポリオール(a1)及び/又は(a2)中で、ラジカル重合開始剤の存在下、ビニルモノマー(m)を通常の方法で重合して製造することができる。重合方法の具体例としては、米国特許第3383351号明細書、特公昭39−25737号公報等に記載の方法が挙げられる。
ラジカル重合開始剤としては、遊離基を生成して重合を開始させるものが使用でき、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)及び2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)等のアゾ化合物;ジベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーイキサイド及び過コハク酸等の有機過酸化物;過硫酸塩及び過ホウ酸塩等の無機過酸化物などが挙げられる。なお、これらは2種以上を併用することができる。
(m)としては、芳香族ビニル単量体(m1)、不飽和ニトリル(m2)、(メタ)アクリル酸エステル(m3)、その他のビニル単量体(m4)及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
(m1)としては、スチレン、α−メチルスチレン、ヒドロキシスチレン及びクロルスチレン等が挙げられる。
(m2)としては、アクリロニトリル及びメタアクリロニトリル等が挙げられる。
(m3)としては、C、H及びO原子から構成されるもの、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(アルキル基の炭素数が1〜24)〔例えば、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、エイコシル(メタ)アクリレート及びドコシル(メタ)アクリレート〕、ヒドロキシアルキル(炭素数2〜5)(メタ)アクリレート〔例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート〕及びヒドロキシポリオキシアルキレンモノ(メタ)アクリレート〔例えば、アルキレン基の炭素数2〜4、ポリオキシアルキレン鎖の数平均分子量200〜1000〕が挙げられる。
(m4)としては、エチレン性不飽和カルボン酸及びその誘導体、具体的には(メタ)アクリル酸及び(メタ)アクリルアミドなど;脂肪族又は脂環式炭化水素単量体、具体的にはアルケン(エチレン、プロピレン及びノルボルネン等)、アルカジエン(ブタジエン等)など;フッ素系ビニル単量体、具体的には、フッ素含有(メタ)アクリレート(パーフルオロオクチルエチルメタクリレート及びパーフルオロオクチルエチルアクリレート等)など;塩素系ビニル単量体、具体的には塩化ビニリデンなど;上記以外の窒素含有ビニル単量体、具体的には窒素含有(メタ)アクリレート(ジアミノエチルメタクリレート及びモルホリノエチルメタクリレート等)など;及びビニル変性シリコーンなどが挙げられる。
これら(m)中で(m1)及び(m2)が好ましく、特に好ましくはスチレン及び/又はアクリロニトリルである。
ビニルモノマー(m)中の、(m1)、(m2)、(m3)及び(m4)の重量比率は、要求されるポリウレタンの物性等に応じて変えることができ、特に限定されていないが、一例を示すと次の通りである。
(m1)及び/又は(m2)は、(m)の重量を基準として、50〜100%が好ましく、さらに好ましくは80〜100%である。(m1)と(m2)の重量比はとくに限定されないが、0/100〜80/20が好ましい。(m3)は、0〜50%が好ましく、さらに好ましくは0〜20%である。(m4)は、0〜10%が好ましく、さらに好ましくは0〜5%である。
また、(m)中に、これらの単官能モノマー以外に、少量(好ましくは0.05〜1%)の2官能以上(好ましくは2〜8官能)の多官能ビニルモノマー(m5)を用いることにより、重合体の強度をさらに向上させることができる。(m5)としては、例えば、ジビニルベンゼン、エチレンジ(メタ)アクリレート、ポリアルキレン(アルキレン基の炭素数2〜8、重合度:2〜10)グリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル及びトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
ポリオール(a5)中の(m)の重合体の含有量は、10〜50%が好ましく、さらに好ましくは、20〜40%である。重合体の含有量が10%以上では十分なフォーム硬さが発現でき、50%以下では(a5)の粘度が低くなり取扱いが容易である。
本発明においては、ポリオール成分(A)中の(a1)、(a2)、(a3)、(a4)及び(a5)の含有量は、好ましくは(a1)が10〜79.4%、(a2)が10〜79.4%、(a3)が0.1〜15%、(a4)が0.5〜20%、(a5)が10〜79.4%であり、さらに好ましくは、(a1)が12〜74%、(a2)が12〜74%、(a3)が0.15〜5%、(a4)が1〜10%、(a5)が12〜74%であり、とくに好ましくは(a1)が13〜65%、(a2)が13〜65%、(a3)が0.2〜4%、(a4)が2〜9%、(a5)が15〜70%である。
(a1)が10%以上であるとフォームの伸び物性が良好であり、79.4%以下であるとフォームの硬さが不足することがない。(a2)が10%以上ではフォームの硬さが不足することがなく、79.4%以下では伸び物性が低下することがない。(a3)が0.1%以上では独立気泡が多くなることがなく、15%以下であると硬化時間が長くならない。(a4)が0.5%以上では独立気泡が多くなることがなく、20%以下であると硬化時間が長くならない。(a5)が10%以上ではフォームの硬さが不足することがなく、79.4%以下では伸び物性が低下することがない。
また(A)中の、(a5)中の(a1)を含む(a1)の合計含有量は、粘度及びフォーム硬度の観点から、10〜85%が好ましく、さらに好ましくは12〜80%である。
また(A)中の、(a5)中の(a2)を含む(a2)の合計含有量は、粘度及びフォーム硬度の観点から、10〜85%が好ましく、さらに好ましくは12〜80%である。
なお、ポリオール成分(A)中には、(a1)、(a2)、(a3)、(a4)及び(a5)のみを含有するのが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲(好ましくは5%以下)で、これら以外の成分を含有してもよい。
本発明において、ポリオール成分(A)中の(m)の重合体の含有量は、(A)の重量を基準として、粘度及びフォーム硬度の観点から、5〜25%が好ましい。5%以上であると発泡終了直前の硬化が十分発現しておりかつフォームの硬さ損なわれることがない。特に8〜22%が好ましい。
本発明において、触媒(c1)は2,6−ジメチル−4−(2−ヒドロキシプロピル)モルホリン及びN,N−ジメチルアミノアルキル(炭素数2〜4)アミンのPO(1〜2モル)付加物からなる触媒である。N,N−ジメチルアミノアルキル(炭素数2〜4)アミンのPO(1〜2モル)付加物のアルキル鎖は2〜4であり、反応性の観点から、好ましくは3である。また、PO付加モル数は1〜2モルであり、反応性の観点から、好ましくは2である。
本発明において、触媒(C)中の(c1)の含有量は(C)の重量を基準として25〜65重量%であり、キュアー性及び成形性の観点から、好ましくは30〜60重量%、さらに好ましくは40〜50重量%である。25%未満ではキュアー性が遅く、65%を超えるとフォームの成形性が低下する。
本発明において、ポリオール成分(A)と(C)との重量比{(A)/(C)}は、99.7/0.3〜99.5/0.5であり、反応性及び成形性の観点から、好ましくは99.6/0.4〜99.5/0.5である。(C)の重量比が0.3未満では反応性が不十分であり、0.5を超えると成形性が悪化する。
触媒(C)としては、(c1)の他にウレタン化反応を促進する通常の触媒を使用することができ、例として、トリエチレンジアミン、ビス(N,N−ジメチルアミノ−2−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、N,N−ジメチルアミノプロピルアミンのPO付加物などの3級アミン及びそのカルボン酸塩、酢酸カリウム、オクチル酸カリウム及びスタナスオクトエート等のカルボン酸金属塩、ジブチルチンジラウレート等の有機金属化合物が挙げられる。
本発明で使用される有機ポリイソシアネート成分(B)としては、イソシアネート基を分子内に2個以上有する化合物であればよく、ポリウレタンフォームの製造に通常使用されるものを用いることができる。このようなイソシアネートとしては、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、これらの変性物(例えば、ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、イソシヌアレート基、又はオキサゾリドン基含有変性物など)及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
芳香族ポリイソシアネートとしては、炭素数(NCO基中の炭素を除く;以下のイソシアネートも同様)6〜16の芳香族ジイソシアネート、炭素数6〜20の芳香族トリイソシアネート及びこれらのイソシアネートの粗製物などが挙げられる。具体例としては、1,3−及び/又は1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−及び/又は2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−及び/又は4,4’−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レンポリイソシアネート(粗製MDI)、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、トリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネートなどが挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、炭素数6〜10の脂肪族ジイソシアネートなどが挙げられる。具体例としては、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチル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が挙げられる。
脂環式ポリイソシアネートとしては、炭素数6〜16の脂環式ジイソシアネートなどが挙げられる。具体例としては、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネートなどが挙げられる。
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、炭素数8〜12の芳香脂肪族ジイソシアネートなどが挙げられる。具体例としては、キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどが挙げられる。
変性ポリイソシアネートの具体例としては、ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI、ショ糖変性TDI、ひまし油変性MDIなどが挙げられる。
(B)としては、フォームの機械物性の観点から、好ましくは芳香族ポリイソシアネートであり、さらに好ましくは、60%以上の、TDI、粗製TDI、及びそれらの変性物から選ばれる1種以上のポリイソシアネート(これらのイソシアネートをTDI系ポリイソシアネートと表記する。)と、40%以下の他のポリイソシアネート(好ましくはMDI、粗製MDI、及びこれらのイソシアネートの変性物から選ばれる1種以上)とからなるものである。とくに好ましくは、TDI系ポリイソシアネートの量が70〜95%のものである。
本発明における発泡剤(D)としては、水が使用できる。
本発明において、水の使用量はポリオール成分(A)100重量部(以下、部は重量部を意味する。)に対して、フォームの機械物性の観点から、好ましくは2.0〜5.5部、さらに好ましくは2.5〜5.0部である。
発泡剤としては水のみを用いるのが好ましいが。必要により水素原子含有ハロゲン化炭化水素、低沸点炭化水素、液化炭酸ガス等を用いてもよい。
水素原子含有ハロゲン化炭化水素系発泡剤の具体例としてHCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)タイプのもの(例えばHCFC−123、HCFC−141b、HCFC−22及びHCFC−142b);HFC(ハイドロフルオロカーボン)タイプのもの(例えばHFC−134a、HFC−152a、HFC−356mff、HFC−236ea、HFC−245ca、HFC−245fa、及びHFC−365mfc)等が挙げられる。
これらのうち好ましいものは、HCFC−141b、HFC−134a、HFC−356mff、HFC−236ea、HFC−245ca、HFC−245fa、及びHFC−365mfc及びこれらの2種以上の混合物である。
水素原子含有ハロゲン化炭化水素を用いる場合の使用量は、(A)100部当たり、好ましくは50部以下、さらに好ましくは45部以下である。
低沸点炭化水素は、通常沸点が−5〜70℃の炭化水素であり、その具体例としては、ブタン、ペンタン、シクロペンタン及びこれらの混合物が挙げられる。低沸点炭化水素を用いる場合の使用量は、(A)100部当たり、好ましくは30部以下、さらに好ましくは25部以下である。
また、液化炭酸ガスを用いる場合の使用量は、(A)100部あたり、好ましくは30部以下、さらに好ましくは25部以下である。
本発明における整泡剤(E)としては、通常のポリウレタンフォームの製造に用いられるものはすべて使用でき、例として、ポリエーテル変性ジメチルシロキサン系整泡剤[例えば、エボニック デグサ ジャパン製「TEGOSTAB B8738LF2」、東レ・ダウコーニング(株)製の「SZ−1346」、「SF−2969」、「SZ−1327」、「SRX−274C」等]、ジメチルシロキサン系整泡剤[例えば、東レダウシリコーン(株)製の「SRX−253」等]等のシリコーン整泡剤が挙げられる。
(E)の使用量は、ポリオール成分(A)100部に対して、フォームの機械物性の観点から、好ましくは0.5〜3部、さらに好ましくは0.8〜1.5部である。
本発明においては、必要により以下に述べるような、他の補助成分を用い、その存在下で反応させてもよい。
例えば、着色剤(染料、顔料)、難燃剤(リン酸エステル、ハロゲン化リン酸エステルなど)、老化防止剤(トリアゾール系、ベンゾフェノン系など)、抗酸化剤(ヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系など)などの公知の補助成分の存在下で反応させることができる。ポリオール成分(A)100部に対するこれらの補助成分の使用量に関しては、着色剤は、好ましくは1部以下である。難燃剤は、好ましくは5部以下、さらに好ましくは2部以下である。老化防止剤は、好ましくは1部以下、さらに好ましくは0.5部以下である。抗酸化剤は、好ましくは1部以下、さらに好ましくは0.01〜0.5部である。
本発明の製造方法において、ポリウレタンフォームの製造に際してのイソシアネート指数[(NCO基/活性水素原子含有基)の当量比×100](NCOインデックス)は、フォームの機械物性の観点から、好ましくは70〜125、さらに好ましくは75〜120、特に好ましくは85〜115である。
本発明の製造方法により得られる軟質ポリウレタンフォームは、生産性の観点から、コア密度が34〜39kg/m3であることが好ましく、さらに好ましくは36〜37kg/m3である。
また、本発明の製造方法により得られる軟質ポリウレタンフォームは、車両座席用クッション材としたときの乗り心地の観点から、フォーム硬さ176〜274N/314cm2であることが好ましく、さらに好ましくは195〜205N/314cm2である。
本発明の方法によるポリウレタンフォームの製造法の具体的な一例を示せば、下記の通りである。まず、ポリオール成分(A)、触媒(C)、発泡剤(D)及び整泡剤(E)並びに必要により、他の補助成分を所定量混合する。次いでポリウレタン発泡機又は攪拌機を使用して、この混合物(ポリオールプレミックス)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを急速混合する。得られた混合液をモールド(例えば55〜75℃)に注入し、所定時間後脱型して軟質ポリウレタンフォームを得る。
本発明の製造方法によれば、モールド温度が55〜75℃でモールド発泡させた場合、原料の注入から脱型までの時間を2分以上4分未満(好ましくは2〜3.8分)とハイキュアー化し、かつ成形性の良好な軟質ポリウレタンフォームを、容易に製造することができる。
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。
実施例及び比較例におけるポリウレタンフォーム原料は次の通りである。
(1)ポリオールa1−1:ペンタエリスリトールにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、数平均官能基数4.0、水酸基価30、末端EO単位の含有量8.0%、末端水酸基の1級OH化率86モル%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。[式(1)右辺=68.5、x=3.4]
(2)ポリオールa1−2:グリセリンにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、数平均官能基数3.0、水酸基価26、末端EO単位の含有量4.8%、末端水酸基の1級OH化率65モル%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。[式(1)右辺=59.0、x=2.3]
(3)ポリオールa1−3:グリセリンにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、数平均官能基数3.0、水酸基価32、末端EO単位の含有量18%、末端水酸基の1級OH化率93モル%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。[式(1)右辺=88.5、x=7.5]
(4)ポリオールa2−1:グリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、数平均官能基数3.0、水酸基価28.0、末端EO単位の含有量16.0%、末端水酸基の1級OH化率84モル%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。[式(1)右辺=87.9、x=7.3]
(5)ポリオールa2−2:ペンタエリスリトールに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、数平均官能基数4.0、水酸基価32.0、末端EO単位の含有量12.0%、末端水酸基の1級OH化率75モル%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。[式(1)右辺=77.5、x=4.8](6)ポリオールa3−1:グリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOとEOをランダム付加させて得られた、数平均官能基数3.0、水酸基価24、EO単位の含有量70%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(7)ポリオールa4−1:ソルビトールのEO付加物。水酸基価=1247。
(8)ポリオールa4−2:トリエタノールアミン、水酸基価=1130。
(9)ポリオールa4−3:ソルビトールのPO付加物。水酸基価=490。
(10)ポリオールa4−4:グリセリン。水酸基価=1829。
(11)ポリオールa5−1:グリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、数平均官能基数.0、水酸基価28.0、末端EO単位の含有量13.5%、末端水酸基の1級OH化率82モル%、[式(1)右辺=83.6、x=6.1]のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール中でアクリロニトリルとスチレンを、アクリロニトリル/スチレン=67/33(重量比)で共重合させた重合体ポリオール、水酸基価20(重合体含量30.0%)。

(12)触媒c−1: 2,6−ジメチル−4−(2−ヒドロキシプロピル)モルホリンとN,N−ジメチルアミノプロピルアミンPO2モル付加物(重量比1/15)の混合物。
(13)触媒c−2:トリエチレンジアミンの33%エチレングリコール溶液。[エアプロダクツジャパン(株)製TEDA−L33]
(14)触媒c−3:ビス(ジメチルアミノエチル)エーテルの70%ジプロピレングリコール溶液〔東ソー(株)製TOYOCAT ET〕。
(15)発泡剤d−1:水
(16)整泡剤e−1:エボニック デグサ ジャパン製「TEGOSTAB B8738LF2」。
(17)有機ポリイソシアネートb−1:TDI−80/粗製MDI=80/20(重量比)(NCO%:44.6%)
実施例1〜12及び比較例1〜3
高圧発泡機(PEC社製MiniRIM機)を用いて表1に示す部数のA成分とB成分を25℃に温調した後、衝突混合させ、65℃に温調した400×400×100mmの密閉モールドに注入し、キュアー時間3分にて成形した。各フォームの物性値の測定結果を表1に示す。
Figure 0005670371
<物性試験>
<1>:コア密度(kg/m3
<2>:フォーム硬さ(25%ILD)(N/314cm2
<3>:反発弾性率(%)
<4>:圧縮残留ひずみ率(%)
<1>〜<4>はJIS K6400に準拠した。
<5>:湿熱圧縮残留ひずみ率(%)
<4>の試験において、温度50℃、湿度95%とした。
<6>:キュアー性(成形性)
脱型直後にフォーム端部を20N/cm2 で圧縮し、圧力を取り除いた後、変形の有無を確認した。
変形が回復したものを○とした。
変形したままであるものを×とした。
<7>:クラッシング性
クラッシング時に割れがなく、良好に連通化できるものを○とした。
クラッシング時に割れが発生したものを×とした。
以上の結果から、本発明の方法により得られた実施例1〜12のフォームは、比較例1〜3のフォームに比べハイキュアーかつ成形性が良好であり、湿熱圧縮残留ひずみが小さいことがわかる。
本発明の製造方法によれば、ハイキュアーで生産性が良好かつ成形性が良好な軟質ポリウレタンフォームを製造できるので、得られたポリウレタンフォームは、クッション材として有用であり、特に自動車等の車両座席用のクッション材として有用である。

Claims (3)

  1. ポリオール成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを、触媒(C)、発泡剤(D)及び整泡剤(E)の存在下に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、
    (A)が、下記ポリオール(a1)、(a2)、(a3)、(a4)及び(a5)を含有し、(C)が下記触媒(c1)を含有し、(C)中の(c1)の含有量が(C)の重量を基準として25〜65重量%であり、(A)と(C)との重量比{(A)/(C)}が99.7/0.3〜99.5/0.5である軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
    ポリオール(a1):数平均官能基数が3〜4であり、水酸基価が26〜32mgKOH/gであり、末端オキシエチレン単位の含有量が4〜20重量%であり、内部オキシエチレン単位の含有量が3重量%以下であり、かつ活性水素1個あたりのエチレンオキサイドの平均付加モル数xと末端水酸基の1級OH化率y(%)が下記式(1)の関係を満たすポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
    y≧42.0x0.47(1−x/41) (1)
    ポリオール(a2):数平均官能基数が3〜4であり、水酸基価が26〜32mgKOH/gであり、末端オキシエチレン単位の含有量が10〜25重量%であり、内部オキシエチレン単位の含有量が3重量%以下である(a1)以外のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
    ポリオール(a3):数平均官能基数が2〜8であり、水酸基価が10〜190mgKOH/gであり、オキシエチレン単位の含有量が31〜95重量%であるポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
    ポリオール(a4):数平均官能基数が2〜8であり、水酸基価が340〜1900mgKOH/gであるポリオール。
    ポリオール(a5):(a1)及び/又は(a2)中で、ラジカル重合開始剤の存在下、ビニルモノマーを重合させて得られる重合体ポリオール。
    触媒(c1):2,6−ジメチル−4−(2−ヒドロキシプロピル)モルホリンとN,N−ジメチルアミノアルキル(炭素数2〜4)アミンのプロピレンオキサイド(1〜2モル)付加物とからなる触媒。
  2. モールド発泡法であって、モールド温度が55〜75℃、原料の注入から脱型までの時間が2分以上4分未満である請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
  3. 得られる軟質ポリウレタンフォームのコア密度が34〜39kg/m3であり、フォーム硬さ176〜274N/314cm2である請求項1又は2に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
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