DE102016206008A1

DE102016206008A1 - Polyol-Zusammensetzung zur Herstellung flexibler Polyurethanschäume und flexible Polyurethanschäume

Info

Publication number: DE102016206008A1
Application number: DE102016206008.2A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Takemoto; Yuki Hayashi
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd; Advanced Softmaterials Inc
Current assignee: Toyo Quality One Corp Kawagoe Shi Jp; ASM Inc
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2016-10-20
Also published as: US9914813B2; CN106046303B; JP2016204434A; CN106046303A; US20160304690A1

Abstract

Ein Polyrotaxan (13) ist einer Polyol-Zusammensetzung beigemischt, die die Zugspannung eines flexiblen Polyurethanschaums (10) verringern kann. Auf ein Urethanpolster wirken eine vertikale Druckspannung bedingt durch das Gewicht eines sitzenden Nutzers, und eine Zugspannung bedingt durch den Eintrag seitlicher Vibrationen. Durch Reduktion der Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums (10) kann aber die Richtung (Neigungswinkel) der aus der Druckspannung und der Zugspannung resultierenden Kraft an die vertikale Richtung angenähert werden. Dadurch kann der Neigungswinkel der Hüfte (Ischium) des Nutzers auf dem Urethanpolster bezüglich der vertikalen Richtung, der durch den Eintrag seitlicher Vibrationen bedingt ist, verringert werden, so dass die Empfindung des Schwankens des Urethanpolsters verringert werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polyol-Zusammensetzung zur Herstellung flexibler Polyurethanschäume und flexible Polyurethanschäume und ist insbesondere auf eine Polyol-Zusammensetzung und einen flexiblen Polyurethanschaum gerichtet, aus dem ein Urethanpolster hergestellt werden kann, das die Reduzierung der Empfindung des Schwankens ermöglicht.
Technologischer Hintergrund
Urethanpolster, die für in Beförderungsmitteln befestigte Sitze benutzt werden, wie Fahrzeuge, Boote, Schiffe und Flugzeuge, Stühle und ähnliches können dem Nutzer eine Empfindung des seitlichen Schwankens vermitteln. So kann ein in einem Fahrzeug befestigtes Urethanpolster durch Eintrag von Vibrationen in einem niedrigen Frequenzband (zum Beispiel ungefähr 1 Hz) deformiert werden, wenn das Fahrzeug um eine sanfte Kurve fährt oder die Fahrspur wechselt, was die Empfindung des Schwankens erzeugt, wie etwa Schleudern oder seitliches Geschaukel um eine Längsachse. Eine derartige Empfindung des Schwankens ist ein Faktor, der die Lenkstabilität beeinträchtigt. Es ist bereits ein Verfahren zur Reduzierung der Empfindung des Schwankens bekannt, in dem tan δ in Bezug auf die Vibrationen im niedrigen Frequenzband in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird (Patentdokument 1).
Literaturliste
Patentdokumente

Patentdokument 1 JP-A Nr. 2012-45104

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es gibt aber einen Bedarf, die Empfindung des Schwankens über das oben beschriebene bekannte Verfahren hinaus zu verringern.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um dem oben genannten Bedarf zu entsprechen und hat als Aufgabe die Bereitstellung einer Polyol-Zusammensetzung und eines flexiblen Polyurethanschaums, aus dem ein Urethanpolster hergestellt werden kann, das die Verringerung der Empfindung des Schwankens ermöglicht.
Lösung des Problems und vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, enthält die in Anspruch 1 dargelegte Polyol-Zusammensetzung zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums eine Polyol-Komponente, eine Isocyanat-Komponente und ein Polyrotaxan. Da das Polyrotaxan ein Achsenmolekül mitsamt aufgespießten zyklischen Molekülen und Stoppergruppen, die sich an beiden Enden des Achsenmoleküls befinden, enthält, werden die zyklischen Moleküle des Polyrotaxans mit einem flexiblen Polyurethanschaum quervernetzt, wenn der flexible Polyurethanschaum durch die Reaktion der Hydroxylgruppen der Polyol-Komponente mit den Isocyanatgruppen der Isocyanat-Komponente geformt wird. In dem Polyrotaxan gleitet das Achsenmolekül durch die Quervernetzungspunkte (zyklische Moleküle) zu einer Gleichgewichtsposition, so dass eine auf den flexiblen Polyurethanschaum wirkende Spannung ausgeglichen wird und dadurch die Heterogenität des Drucks verteilt wird. Daher kann der flexible Polyurethanschaum die Zugspannung im Vergleich mit einem flexiblen Polyurethanschaum, der kein beigemischtes Polyrotaxan enthält, verringern.
Wenn laterale Vibrationen in einem niedrigen Frequenzband einem aus diesem flexiblen Polyurethanschaum hergestellten Urethanpolster zugeführt werden und ein Nutzer auf dem Urethanpolster sitzt, wirken eine vertikale Druckspannung bedingt durch das Gewicht des Nutzers und eine Zugspannung bedingt durch den Eintrag der seitlichen Vibrationen auf das Urethanpolster. Die Richtung (Neigungswinkel) der aus der Kombination der Druckspannung und der Zugspannung resultierenden Kraft kann an die vertikale Richtung angenähert werden, wenn die Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums verringert werden kann, weil das Polyrotaxan im Wesentlichen keinen Effekt auf die Druckeigenschaften des flexiblen Polyurethanschaums ausübt. Daher kann der durch den Eintrag von Vibrationen erzeugte Neigungswinkel der Hüfte (Ischium) des Nutzers zur vertikalen Richtung verringert werden, was zur Verringerung der Empfindung des Schwankens des Urethanpolsters führt.
In der Polyol-Zusammensetzung gemäß Anspruch 2 ist die Hydroxylzahl 30 bis 85 mgKOH/g, was verhindern kann, dass die Dichte der Quervernetzung der zyklischen Moleküle zu hoch wird. Demzufolge kann der Freiheitsgrad, mit dem sich die zyklischen Moleküle nach der Quervernetzung entlang des Achsenmoleküls bewegen können, gewährleistet werden. Daher wird zusätzlich zu den Wirkungen gemäß Anspruch 1 die Verringerung der Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums ermöglicht.
In einer Polyol-Zusammensetzung gemäß Anspruch 3 ist das Polyrotaxan in 0,9 bis 30 Massenanteilen relativ zu 100 Massenanteilen der Polyol-Komponente beigemischt. Dadurch wird zusätzlich zu den Wirkungen gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 ermöglicht, zu verhindern, dass das Polyrotaxan das Schäumen des flexiblen Polyurethanschaums behindert und zuverlässig die Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums verringert.
In einem flexiblen Polyurethanschaum gemäß Anspruch 4 wird die Polyol-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 geschäumt und ausgehärtet, was die gleichen Wirkungen entfaltet wie für Anspruch 1 beschrieben.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht der Mikrostruktur eines flexiblen Polyurethanschaums gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht der Mikrostruktur des flexiblen Polyurethanschaums, an den eine Spannung angelegt ist.
3A ist eine schematische Ansicht, die eine auf ein Urethanpolster wirkende Spannung zeigt und
3B ist eine schematische Ansicht, die eine auf ein herkömmliches Urethanpolster wirkende Spannung zeigt.
4 zeigt eine Kraftauslenkungskurve von Teststücken eines flexiblen Polyurethanschaums, die zusammengepresst wurden.
5 zeigt Spannungs-Dehnungs-Kurven von Teststücken aus einem flexiblen Polyurethanschaum, an die eine Zugkraft angelegt wurde.
Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. 1 ist eine schematische Darstellung der Mikrostruktur eines flexiblen Polyurethanschaums 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine schematische Ansicht der Mikrostruktur des flexiblen Polyurethanschaums 10, auf den Druck ausgeübt wird. Wie in 1 gezeigt wird, enthält der flexible Polyurethanschaum 10: Polymere 11, 12, erhalten durch die Reaktion der Hydroxylgruppen einer Polyol-Komponente mit Isocyanatgruppen einer Isocyanat-Komponente; und ein Polyrotaxan 13. Das Polyrotaxan 13 hat eine Struktur, in der ein Achsenmolekül 15 eine große Zahl zyklischer Moleküle 14 enthält, die es durch deren Öffnungen aufspießt, und Stoppergruppen 16 enthält, die an beiden Endpunkten des Achsenmoleküls 15 gebunden sind. Die Stoppergruppen 16 verhindern, dass die zyklischen Moleküle 14 vom Achsenmolekül 15 heruntergleiten. Der flexible Polyurethanschaum 10 hat eine Struktur, in der die Polymere 11, 12 mit den zyklischen Molekülen 14 des Polyrotaxans 13 quervernetzt sind.
Wie in 2 gezeigt ist, erlaubt das Polyrotaxan 13, dass sich die zyklischen Moleküle 14 frei entlang des Achsenmoleküls 15 bewegen. Wenn eine Zugkraft an den flexiblen Polyurethanschaum 10 angelegt wird, bewegen sich die Quervernetzungspunkte (zyklische Moleküle 14) des Polyrotaxans 13 (der Seilrolleneffekt), so dass der lokale Aufbau von Spannung in den quervernetzten Strukturen verringert werden kann. Dadurch kann die Zugspannung (Zugmodul) des flexiblen Polyurethanschaums 10 verringert werden. Wenn dagegen eine Druckkraft an den flexiblen Polyurethanschaum 10 angelegt wird, wird eine Druckspannung zwischen den Polymeren 11, 12 erzeugt, und das Polyrotaxan 13 hat im Wesentlichen keine Auswirkung auf die Druckeigenschaften des flexiblen Polyurethanschaums 10.
Unter Bezugnahme auf 3 wird die Empfindung des Schwankens beschrieben, die ein Urethanpolster 20 (Urethanpolster) als eine der Anwendungen eines flexiblen Polyurethanschaums 10 auf einen Benutzer H ausübt. 3A ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie eine Spannung auf ein Urethanpolster 20 wirkt, und 3B ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie eine Spannung auf ein herkömmliches Urethanpolster P wirkt. Die 3A und 3B zeigen einen Zustand, bei dem Nutzer H auf dem Urethanpolster 20, P sitzt. Zu bemerken ist, dass die Pfeile U-D, L-R und F-B die vertikale Richtung, bzw. rechts und links, bzw. vorne und hinten anzeigen, bezogen auf Fahrzeuge (nicht dargestellt), in denen die Urethanpolster 20, P befestigt sind.
Wie in den 3A und 3B gezeigt ist, wirkt auf jedes Urethanpolster 20, P durch das Gewicht des Nutzers H eine Druckspannung F1, F4 in vertikaler Richtung (Richtung der Pfeile U-D) und eine Zugspannung F2, F5 in seitlicher Richtung (Richtung der Pfeile L-R). Die Zugspannung F2 des Urethanpolsters 20 ist kleiner als die Zugspannung F5 des Urethanpolsters P, da das Polyrotaxan 13 (siehe 1) dem Urethanpolster 20 beigemischt ist. Der Neigungswinkel der resultierenden Kraft F3, erhalten durch Kombination der Druckspannung F1 und der Zugspannung F2 bezüglich der vertikalen Richtung, kann kleiner sein als der Neigungswinkel der resultierenden Kraft F6 erhalten durch Kombination der Druckspannung F4 und der Zugspannung F5 bezüglich der vertikalen Richtung, weil die Druckspannungen F1, F4, die in vertikaler Richtung auf das jeweilige Urethanpolster 20, P wirken, ungefähr gleichwertig sind.
Wenn in diesem Zustand Vibrationen aus seitlicher Richtung (die Richtung der Pfeile L-R) in einem niedrigen Frequenzband (zum Beispiel etwa 1 Hz) einwirken, wie sie erzeugt werden, wenn ein Fahrzeug um eine sanfte Kurve fährt oder die Fahrspur wechselt, verändern sich Betrag und Richtung der Zugspannung F2, F5, und Betrag und Richtung der resultierenden Kräfte F3, F6 verändern sich auch entsprechend. Das Urethanpolster 20 kann die Richtung (Neigungswinkel) der resultierenden Kraft F3 nahe an die vertikale Richtung bringen im Vergleich mit der Richtung der resultierenden Kraft F6 des Urethanpolsters P. Demzufolge erlaubt das Urethanpolster 20 im Vergleich mit dem Urethanpolster P einen kleinen Neigungswinkel der Hüfte (Ischium) des Nutzers H bezüglich der vertikalen Richtung verursacht durch das Einbringen von Vibrationen. Daher kann das Urethanpolster 20 die Empfindung des Schwankens, die ein Nutzer H fühlt, reduzieren.
Mit Verweis auf 1 wird das Polyrotaxan 13 beschrieben, das wesentlich für den flexiblen Polyurethanschaum 10 ist. Der Art des zyklischen Moleküls 14 des Polyrotaxans 13 ist keine bestimmte Beschränkung auferlegt, außer dass sie von dem Achsenmolekül 15 aufgenommen werden. Beispiele für das zyklische Molekül 14 sind Cyclodextrine, Kronenether, Benzo-Kronen, Dibenzo-Kronen, Dicyclohexano-Kronen, Calixarene, Cyclophane, Cucurbiturile, Porphyrine, Lactame und Derivate oder modifizierte Formen dieser Verbindungen. Das zyklische Molekül 14 kann in Form einer einzelnen Verbindung der oben genannten Verbindungen benutzt werden oder in Kombination von mehr als einer von diesen. Das zyklische Molekül 14 ist geeignet, wenn es im Wesentlichen zyklisch ist, und sogar ein nicht vollständig geschlossener Ring, wie eine C-Form, kann als zyklisches Molekül 14 benutzt werden. Das nicht vollständig geschlossen zyklische Molekül 14 kann eine spiralförmige Struktur haben.
Das zyklische Molekül 14 ist ein zyklisches Molekül, das eine oder mehrere Arten von funktionellen Gruppen aufweist, darunter Hydroxylgruppe, Carboxylgruppe, Aminogruppe, Epoxygruppe, Isocyanatgruppe, Thiolgruppe, Aldehydgruppe, usw. Dadurch können, wenn die Polyol-Komponente mit der Isocyanat-Komponente reagiert, diese durch die funktionelle Gruppe mit dem Polyrotaxan 13 quervernetzt werden. Wenn auch die funktionelle Gruppe des zyklischen Moleküls 14 nicht auf diese Arten beschränkt ist, ist sie bevorzugt eine Gruppe, die nicht mit der Stoppergruppe 16 reagiert.
Die funktionelle Gruppe des zyklischen Moleküls 14 kann direkt oder über einen Abstandshalter an ein weiteres zyklisches Molekül 14 gebunden sein. Auch wenn die Art des Abstandshalters nicht beschränkt ist, kann der Abstandshalter zugegeben werden, um Handhabbarkeit, Löslichkeit, Kompatibilität, usw. zu erreichen. Beispiele für Abstandshalter sind Alkylen, Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polycaprolacton und Polyalkylencarbonat.
Geeignete funktionelle Gruppen des zyklischen Moleküls 14 sind eine Hydroxylgruppe oder eine Isocyanatgruppe. Im Falle der Hydroxylgruppe ist es möglich, dass die Hydroxylgruppen der zyklischen Moleküle 14 mit den Isocyanatgruppen der Isocyanat-Komponente reagieren und quervernetzen, während die Polymere 11, 12 durch die Reaktion der Hydroxylgruppen der Polyol-Komponente mit den Isocyanatgruppen der Isocyanat-Komponente erhalten werden. Im Falle der Isocyanatgruppe ist es möglich, dass die Isocyanatgruppen der zyklischen Moleküle 14 mit den Hydroxylgruppen der Polyol-Komponente reagieren und quervernetzen, während die Polymere 11, 12 gleichermaßen erhalten werden. Besonders bevorzugt als funktionelle Gruppe des zyklischen Moleküls 14 ist eine Hydroxylgruppe. Das liegt daran, dass das Polyrotaxan 13 einfach gehandhabt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass die funktionellen Gruppen der zyklischen Moleküle 14 alkyliert (modifiziert) werden sollten, um die Hydroxylzahl (Funktionszahl) anzupassen, weil die zyklischen Moleküle 14 die Reaktivität kontrollieren. Die Hydroxylzahl des Polyrotaxans 13 ist bevorzugt 30 bis 85 mgKOH/g und mehr bevorzugt 30 bis 50 mgKOH/g. Es ist anzumerken, dass die Hydroxylzahl gemessen wird entsprechend JIS K1557-1: Ausgabe 2007 (ISO 14900: Ausgabe 2001).
Beispiele für die Alkylierung (Modifizierung) sind Acetylierung, Propionylierung, Butylveresterung, Ethylcarbamoylierung, Butylcarbamoylierung, Hexylcarbamolyierung, Octadecylcarbamoylierung und Cyclohexylcarbamoylierung, ohne Limitierung auf diese.
Wenn die Hydroxylzahl des Polyrotaxans 13 zwischen 30 und 85 mgKOH/g ist, kann das verhindern, dass die Dichte der Quervernetzung der zyklischen Moleküle 14 zu hoch ist.
Demzufolge kann der Freiheitsgrad, mit dem sich die zyklischen Moleküle 14 nach der Quervernetzung entlang des Achsenmoleküls 15 bewegen, gewährleistet werden, was den Effekt der Verringerung der Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums 10 ermöglicht. Insbesondere wenn die Hydroxylzahl des Polyrotaxans 13 30 bis 50 mgKOH/g ist, kann der Effekt der Verringerung der Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums 10 solide erzeugt werden.
Wenn die Menge, in der die zyklischen Moleküle 14 maximal auf dem Achsenmolekül 15 aufgenommen werden können (maximale Einlagerungsmenge), 1 ist, ist die Einlagerungsmenge, in der die zyklischen Moleküle 14 auf dem Achsenmolekül 15 aufzunehmen sind, bevorzugt 0,1 bis 0,6. Wenn das Verhältnis aus der Einlagerungsmenge und der maximalen Einlagerungsmenge der zyklischen Moleküle 14 zwischen 0,1 und 0,6 ist, kann der Freiheitsgrad, mit dem sich die zyklischen Moleküle 14 entlang des Achsenmoleküls 15 bewegen können, gewährleistet werden, was den Effekt der Verringerung der Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums 10 ermöglicht. Das Verhältnis der Einlagerungsmenge zur maximalen Einlagerungsmenge ist mehr bevorzugt 0,1 bis 0,5 und noch mehr bevorzugt 0,2 bis 0,4. Dadurch wird die Zuverlässigkeit, mit der der Seilrolleneffekt entsteht, erhöht.
Das Achsenmolekül 15 ist geeignet, wenn es ein im Wesentlichen lineares Kettenmolekül ist, und es kann eine Seitenkette aufweisen, so lange wie die zyklischen Moleküle 14 darauf aufgenommen werden können, um den Seilrolleneffekt zu erzeugen. Beispiele für ein Achsenmolekül 15 sind: Polyester, wie Polyalkylene und Polycaprolactone; Polyether, wie Polyethylenglycol; Polyamide; Polyacrylate, und Benzolring-enthaltende lineare Moleküle. Das Achsenmolekül 15 hat bevorzugt ein Molekulargewicht von 1000 bis 60000, und geeigneterweise hat es ein Molekulargewicht von 5000 bis 30000. In Abhängigkeit von der Art der zyklischen Moleküle 14 zeigen kleinere Molekulargewichte des Achsenmoleküls 15 eine Tendenz, den Seilrolleneffekt zu vermindern, und größere Molekulargewichte des Achsenmoleküls 15 zeigen eine Tendenz, die Löslichkeit zu verringern und die Schäumbarkeit des flexiblen Polyurethanschaums 10 zu beeinflussen.
Das Achsenmolekül 15 hat bevorzugt an beiden Endpunkten funktionelle Gruppen. Das ist nötig, um die funktionellen Gruppen mit den Stoppergruppen 16 zur Reaktion zu bringen, um die Stoppergruppen 16 an beide Endpunkte des Achsenmoleküls 15 zu binden. Die funktionellen Gruppen an beiden Endpunkten des Achsenmoleküls 15 können in geeigneter Weise ausgewählt werden, abhängig von der Art der Stoppergruppen 16. Beispiele sind Hydroxylgruppe, Aminogruppe, Carboxylgruppe und Thiolgruppe.
Die Stoppergruppen 16 sind Atomgruppen, die sich an beiden Endpunkten des Achsenmoleküls 15 befinden, und diese können jede Atomgruppe sein, so lange wie deren sterische Hinderung (Sperrigkeit oder ionische Wechselwirkung) die Beibehaltung des Zustandes ermöglicht, in dem die zyklischen Moleküle 14 auf dem Achsenmolekül 15 aufgenommen sind. Beispiele für die Stoppergruppe 16 sind: Dinitrophenylgruppen, wie 2,4-Dinitrophenylgruppe und 3,5-Dinitrophenylgruppe; Cyclodextrine; Adamantangruppen; Tritylgruppen; Fluorescine; Pyrene; und deren Derivative oder modifizierte Formen.
Als nächstes wird die Methode zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums 10 beschrieben. Es wird hier eine Methode zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums 10 beschrieben, in der ein Polyrotaxan 13 verwendet wird, das Hydroxylgruppen als funktionelle Gruppen der zyklischen Moleküle 14 enthält. Der flexible Polyurethanschaum 10 wird dadurch hergestellt, dass eine Flüssigkeitsmischung (Polyol-Zusammensetzung) enthaltend eine Polyol-Komponente, eine Isocyanat-Komponente, ein Medium enthaltend ein Polyrotaxan 13, das darin gelöst oder dispergiert ist, ein Treibmittel, und ein Katalysator in ein Formwerkzeug eingegossen wird (nicht dargestellt) und dann in dem Formwerkzeug geschäumt und ausgehärtet wird.
Beispiele für die Polyol-Komponente sind Polyole, wie Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polycarbonatpolyole, Polyolefinpolyole, und Lacton-basierte Polyole, wobei ein einzelnes Polyol oder eine Mischung zweier oder mehrerer dieser Polyole benutzt werden kann. Im Hinblick auf geringe Kosten der Ausgangsmaterialien und ausgezeichnete Wasserbeständigkeit, sind darunter Polyetherpolyole bevorzugt.
Wenn nötig, kann die Polyol-Komponente zusammen mit einem polymeren Polyol verwendet werden. Ein Beispiel für ein polymeres Polyol ist eines, das durch Pfropf-Copolymerisation eines Polyetherpolyols hergestellt aus Polyalkylenoxid mit einer Polymer-Komponente, wie Polyacrylonitril oder Acrylonitril-styrol-Copolymer erhältlich ist.
Das Massenmittel der Molmasse der Polyol-Komponente ist bevorzugt 3000 bis 10000. Wenn das Massenmittel der Molmasse kleiner als 3000 ist, verliert der resultierende Schaum Flexibilität, was wahrscheinlich verschlechterte physikalische Eigenschaften und ein verringertes elastisches Verhalten bedingt. Wenn das Massenmittel der Molmasse höher als 10000 ist, ist es wahrscheinlich, dass die Härte des Schaums abnimmt.
Beispiele für die Isocyanat-Komponente sind verschiedene Arten polyfunktioneller aliphatischer, alicyclischer und aromatischer Isocyanate. Beispiele dafür sind Toluol-diisocyanat (TDI), Diphenylmethan-diisocyanat (MDI), Dicyclohexylmethan-diisocyanat, Triphenyl-diisocyanat, Xylol-diisocyanat, Polymethylen-polyphenyl-polyisocyanat, Hexamethylen-diisocyanat, Isophoron-diisocyanat, Ortho-toluidin-diisocyanat, Naphthalen-diisocyanat, Xylylen-diisocyanat und Lysin-diisocyanat, und wobei diese Verbindungen allein oder in Kombination zweier oder mehrerer benutzt werden können.
Beispiele für MDI-basierte Isocyanate vertreten durch Diphenylmethan-diisocyanat sind Diphenylmethan-diisocyanat (reines MDI), Polyphenylen-polymethylen-polyisocyanat (polymeres MDI), deren polymere Formen, deren Urethan-modifizierte Formen, deren Harnstoff-modifizierte Formen, deren Allophanat-modifizierte Formen, deren Biuret-modifizierte Formen, deren Carbodiimid-modifizierte Formen, deren Uretonimin-modifizierte Formen, deren Uretdion-modifizierte Formen, deren Isocyanurat-modifizierte Formen, und Mischungen zweier oder mehrerer davon.
Terminale Isocyanat-Präpolymere können als die Isocyanat-Komponente benutzt werden. Terminale Isocyanat-Präpolymere können erhalten werden, indem zuvor ein Polyol, wie ein Polyetherpolyol oder ein Polyesterpolyol, mit einem Polyisocyanat (wie ein TDI-basiertes Isocyanat oder ein MDI-basiertes Isocyanat) zur Reaktion gebracht werden. Die Verwendung eines derartigen terminalen Isocyanat-Präpolymers ist geeignet, weil dadurch die Kontrolle der Viskosität der Flüssigkeitsmischung (Stammlösung zum Schäumen), der Primärstruktur des Polymers, und der Kompatibilität ermöglicht wird.
In dieser Ausführungsform werden MDI-basierte Isocyanate bevorzugt als die Isocyanat-Komponente benutzt, weil sie zu elastischen Schäumen geformt werden können, die eine kleinere aufweisen als elastische Schäume aus TDI-basierten Isocyanaten. Falls eine Mischung eines MDI-basierten Isocyanates und eines TDI-basierten Isocyanates benutzt wird, ist das Massenverhältnis zwischen MDI-basierten und TDI-basiertem Isocyanat 100:0 bis 75:25 und bevorzugt 100:0 bis 80:20. Wenn das Massenverhältnis des TDI-basierten Isocyanats in der Isocyanat-Komponente größer als 20/100 ist, wird Empfindung des Schwankens des resultierenden Produktes (Urethanpolster) sich eher verringern. Wenn das Massenverhältnis des TDI-basierten Isocyanates größer als 25/100 ist, ist diese Tendenz erheblich.
Der Isocyanatindex der Isocyanat-Komponente (der Anteil des Äquivalenzverhältnisses der Isocyanatgruppen zu aktiven Wasserstoffgruppen) wird zum Beispiel auf 85 bis 130 eingestellt. Der Isocyanatindex wird relativ zu allen aktiven Wasserstoffgruppen in den anderen Komponenten bestimmt, einschließlich der Polyol-Komponente, des Polyrotaxans, des Mediums und des Vernetzungsmittels.
Die Menge des beigemischten Polyrotaxans ist bevorzugt 0,9 bis 30 Massenanteile bezogen auf 100 Massenanteile der Polyol-Komponente. Das ist, um zu verhindern, dass das Polyrotaxan das Schäumen des flexiblen Polyurethanschaums behindert und um die Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums zu verringern. Wenn die Menge des beigemischten Polyrotaxan in Bezug auf 100 Massenteile der Polyol-Komponente größer als 30 Massenteile ist, wird das Schäumen des flexiblen Polyurethanschaums eher gehemmt. Wenn die Menge des vermengten Polyrotaxans kleiner als 0,9 Massenanteile ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich die Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums verringert.
Das Medium ist eine Verbindung, die als Lösemittel oder als Dispersionsmittel für das Polyrotaxan dient; es können ohne Einschränkung sowohl gute Lösemittel mit einer hohen Löslichkeit von Polyrotaxan verwendet werden, als auch schlechte Lösemittel (Dispersionsmittel), die eine schlechte Löslichkeit des Polyrotaxans besitzen. Durch das Lösen oder Dispergieren des Polyrotaxans in dem Medium und durch Mischen des Mediums mit der Polyol-Komponente oder der Isocyanat-Komponente kann verhindert werden, dass das Polyrotaxan lokal in der Flüssigkeitsmischung (Polyol-Zusammensetzung) vorhanden ist. Dadurch kann die Homogenität des Polyrotaxans in dem flexiblen Polyurethanschaum erhöht werden.
Beispiele für das Medium sind Tenside und Hydroxylverbindungen, wie Alkohole. Beispiele für Tenside sind anionische Tenside, kationische Tenside, nicht-ionische Tenside und zwitterionische Tenside. Diese Tenside können einzeln benutzt werden oder als Mischung zweier oder mehrerer.
Beispiele für das anionische Tensid sind Polyoxyethylenalkyletheracetate, Dialkylsulfosuccinate, Dodecylbenzolsulfonate, Laurylate, Polyoxyethylenalkylethersulfate, Alkylallylsulfonate, Alkylnaphthalensulfonate, Alkylphosphate, Alkylsulfate, Alkylsulfonate, Alkylethersulfate, Alkylsulfosuccinate, Alkylestersulfate, Alkylbenzolsulfonate, Alkyldiphenyletherdisulfonate, Alkylaryletherphosphate, Alkylarylethersulfate, Alkylaryletherestersulfate, Olefinsulfonate, Alkaneolefinsulfonates, Polyoxyethylenalkyletherphosphate, Polyoxyethylenalkylethersulfate, Ethercarboxylate, Sulfosuccinate, α-Sulfo-Fettsäureester, Fettsäuresalze, Kondensate höherer Fettsäuren und Aminosäuren, und Naphthenate.
Beispiele für kationische Tenside sind Alkylaminsalze, Dialkylaminsalze, aliphatische Aminsalze, Benzalkoniumsalze, quatäre Ammoniumsalze, Alkylpyridiniumsalze, Imidazoliniumsalze, Sulfoniumsalze und Phosphoniumsalze.
Beispiele für nicht-ionische Tenside sind nicht-ionische Tenside vom Ethertyp, wie Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyalkylenalkylether, Polyoxyethylenpolyoxypropylenealkylether, Polyoxyethylenpolyoxypropylenemonobutylether, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylenenonylphenylether; nicht-ionische Tenside vom Esterethertyp, wie Polyoxyethylenölsäureester, Glycerinfettsäureester, Polyoxyethylenstearinsäureester, Polyoxyethylenfettsäure(lauryl)methylester, Polyethylenglycolölsäuremonoester und Polyoxyethylensorbitanfettsäureester; nicht-ionische Tenside vom Estertyp, wie Polyoxyethylenalkylester, Saccharosefettsäureester und Sorbitanfettsäureester; Alkylglycoside, wie Octylglycosid; nicht-ionische Tenside vom Alkanolamidtyp, wie Polyoxyethylenölsäureamid und Polyoxyethylenalkylamid; Aminoxide, wie Dodecyldimethylaminoxid und Tetradecyldimethylaminoxid; nicht-ionische Tenside vom Alkylamintyp, wie Polyoxyethylenalkylamin und Polyoxypropylenpolyoxyethylenalkylamin; und höhere Alkohole, wie Cetylalkohol, Stearylalkohol und Oleylalkohol.
Beispiele für zwitterionische Tenside sind: Imidazolin-Derivate, wie Imidazoliniumbetain; Dimethylalkyllaurylbetain; Alkylglycin; und Alkyldi(aminoethyl)glycin.
Beispiele für die Hydroxyl-Komponente sind: Alkohole, wie Polyole und aliphatische Alkohole; Phenole; und Hydroxylgruppen enthaltende Verbindungen, wie die durch Hydrocracken erzeugten Produkte der Polyole. Wenn das Medium ein Polyol ist, ist das Medium Teil der Polyol-Komponente. Das durch Hydrocracken erhaltene Produkt eines Polyols wird durch Reaktion des Polyols mit Wasserstoff erhalten, um Hydroxylgruppen abzubauen, und ist eine Verbindung, die durch Abbau des Polyols in dem Maße erhalten wird, dass mindestens eine Hydroxylgruppe übrig bleibt.
Es ist bevorzugt, dass das Medium als einen Hauptbestandteil eine Verbindung enthalten sollte, die ein Massenmittel der Molmasse von 100 oder mehr aufweist, bevorzugt 300 bis 2000, und weiterhin bevorzugt 600 bis 1000. Wenn das Massenmittel der Molmasse des Mediums 100 oder mehr ist, kann die Löslichkeit oder Dispergierbarkeit des Polyrotaxans in dem Medium gewährleistet werden. Auf diese Weise kann die Homogenität des Polyrotaxans in dem flexiblen Polyurethanschaum erhöht werden. Wenn das Massenmittel der Molmasse des Mediums 300 bis 2000 ist, kann der Effekt der Verringerung der Zugspannung (Zugmodul) des flexiblen Polyurethanschaums gewährleistet werden, abhängig von der Menge des Mediums oder des vermengten Polyrotaxans, während die Löslichkeit oder Dispergierbarkeit des Polyrotaxans in dem Medium gewährleistet werden kann.
Abhängig von der Art des Mediums, ist die Menge des beigemischten Mediums bevorzugt 50 bis 200 Massenanteile relativ zu 100 Massenanteilen des Polyrotaxans. Dadurch wird die Löslichkeit oder Dispergierbarkeit des Polyrotaxans im Medium gewährleistet und gleichzeitig verhindert, dass die Menge des beigemengten Mediums zu viel ist relativ zu der Polyol-Zusammensetzung (Mischung) und dadurch das Medium das Schäumen des flexiblen Polyurethanschaums behindert. Wenn die Menge des beigemengten Mediums relativ zu 100 Massenanteilen des Polyrotaxans kleiner als 50 Massenanteile ist, neigt die Löslichkeit oder Dispergierbarkeit des Polyrotaxans im Medium dazu, sich zu verringern. Wenn die Menge des beigemengten Mediums größer als 200 Massenanteile ist, kann sich die Schäumbarkeit des flexiblen Polyurethanschaums verringern.
Das Medium enthält bevorzugt als Hauptbestandteil eine Verbindung, die eine oder zwei Hydroxylgruppen pro Molekül besitzt. Das ist zum Zwecke der Quervernetzung des Mediums in dem Gerüst des flexiblen Polyurethanschaums und um durch das Medium zu verhindern, dass die Dichte der Quervernetzung des Polyrotaxans hoch wird. Da verhindert werden kann, dass die Dichte der Quervernetzung des Polyrotaxans hoch wird, und damit der Freiheitsgrad, mit dem das Achsenmolekül durch die Quervernetzungspunkte (zyklische Moleküle) gleitet, gewährleistet werden kann, kann die Zugspannung des flexiblen Polyurethanschaums zuverlässig verringert werden. Insbesondere wenn ein Medium mit einer Hydroxylgruppe pro Molekül benutzt wird, kann der Effekt, der darin besteht, durch das Medium zu verhindern, dass die Dichte der Quervernetzung des Polyrotaxans hoch wird, erhöht werden.
Es ist bevorzugt, dass das Medium ein Tensid ist. Der Grund dafür ist, dass die Dispergierbarkeit des Polyrotaxans in dem Medium erhöht werden kann. Wenn das Medium ein Tensid ist, kann die Dispergierbarkeit des Polyrotaxans verbessert werden und dadurch die Homogenität des flexiblen Polyurethanschaums weiter erhöht werden. Das Medium ist besonders bevorzugt ein Hydroxylgruppen-enthaltendes, nicht-ionisches Tensid. Der Grund dafür ist, dass es möglich ist, jedwede Auswirkung auf die Reaktion zwischen der Polyol-Komponente und der Isocyanat-Komponente zu verhindern, weil das nicht-ionische Tensid keine Atomgruppen enthält, die in Ionen dissoziieren können.
Das Medium enthält bevorzugt als Hauptkomponente eine Polyoxyalkylen-Gruppen enthaltende Verbindung. Dadurch kann die Kompatibilität mit der Polyol-Komponente, die ein Gerüst des flexiblen Polyurethanschaums bildet, verbessert werden. Demzufolge kann die Dispergierbarkeit des Polyrotaxans verbessert werden und somit die Homogenität des flexiblen Polyurethanschaums weiter erhöht werden. Beispiele für die Polyoxyalkylen-Gruppen enthaltende Verbindung sind Polyoxyalkylenalkylether, Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether, Polyoxyethylenpolyoxypropylenmonobutylether und Polyoxypropylenpolyoxyethylenalkylamin.
Als Treibmittel wird hauptsächlich Wasser benutzt. Das Formen kann unter Benutzung eines Treibmittels durchgeführt werden, wenn nötig, in Kombination mit einer niedrig siedenden organischen Verbindung, wie eine kleine Menge von Cyclopentan oder normalem Pentan, Isopentan oder HFC-245fa, oder durch Einmischen und Lösen von Luft, Stickstoffgas, verflüssigtem Kohlendioxid oder ähnlichem in die Stammlösung mittels einer Apparatur zum Beladen mit Gas. Die bevorzugte Menge des zugesetzten Treibmittels ist, abhängig von der gewünschten Dichte des resultierenden Produkts 0,5 bis 15 Massen-% relativ zur Polyol-Komponente.
Als Katalysator können verschiedene Arten von bekannten Urethanisierungs-Katalysatoren benutzt werden. Beispiele sind: reaktive Amine, wie Triethylamin, Tripropylamin, Tributylamin, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, Dimethylbenzylamin, N,N,N',N'-Tetramethylhexamethylendiamin, N,N,N',N',N''-Pentamethyldiethylentriamin, und bis-(2-Dimethylaminoethyl)ether; deren Salze von organischen Säuren; Metallcarboxylate, wie Kaliumacetat und Kaliumoctylat; und organische Metallverbindungen, wie Zinnoctoat, Dibutylzinndilaurat und Zinknaphthenat. Bevorzugt sind auch aktive Wasserstoffgruppen enthaltende Aminkatalysatoren, wie N,N-Dimethylethanolamin und N,N-Diethylethanolamin. Die bevorzugte Menge des zugesetzten Katalysators ist 0,01 bis 10 Massen-% relativ zu der Polyol-Komponente.
Wenn nötig, wird eine polyvalente aktive Wasserstoffverbindung mit niedrigem Molekulargewicht als Vernetzungsmittel verwendet. Mit Hilfe des Vernetzungsmittels lassen sich die elastischen Eigenschaften des Urethanpolsters einfach steuern. Beispiele für Vernetzungsmittel sind Polyalkohole, wie Ethylenglycol, Propylenglycol, 1,4-Butandiol, Trimethylolpropan, und Glycerin; durch Polymerisation von Ethylenoxid oder Propylenoxid mit irgendeinem der oben genannten Polyalkohole als Initiator erhaltene Verbindungen; und Alkanolamine, wie Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin und N-Methyldiethanolamin. Diese Verbindungen können einzeln oder als Mischung von zwei oder mehreren benutzt werden.
Darüber hinaus kann, wenn nötig, ein Schaumstabilisator benutzt werden. Bekannte organische Silizium-basierte Tenside können als Schaumstabilisator verwendet werden. Die bevorzugte Menge des zugesetzten Schaumstabilisators ist 0,1 bis 10 Massen-% relativ zu der Polyol-Komponente. Zudem können, wenn nötig, ein Flammschutzmittel, ein Weichmacher, ein Zellöffner, ein Antioxidans, ein Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung, ein Farbstoff, verschiedene Füllstoffe, ein internes Entformungsmittel, und/oder andere Prozesshilfsmittel benutzt werden.
Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die Beispiele beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung soll aber nicht durch die Beispiele begrenzt werden. Die Verhältnisse der Zusammensetzung der Flüssigkeitsmischungen (Polyol-Zusammensetzungen) zur Formung der Urethanpolster der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt. Die numerischen Werte in den Tabellen 1 und 2 verkörpern Massenprozente (Massenverhältnis). Jedes Isocyanat wurde so zugemischt, dass die Isocyanatzahl 100 erreicht. Tabelle 1

		Beispiel 1	Vergleichsbeispiel 1	Beispiel 2	Vergleichsbeispiel 2
Polyol	1	75	75	75	75
	2
	3	25	25	25	25
Medium	1	3	3	3	3
Medium	2
Polyrotaxan	1	3		3
	2
	3
Vernetzungsmittel		0,75	0,75	1,00	1,00
Zellöffner		2,00	2,00	2,00	2,00
Schaumstabilisator	1	0,93	0,93	0,93	0,93
	2	0,07	0,07	0,07	0,07
	3
	4
Katalysator	1	0,35	0,35	0,35	0,35
Katalysator	2	0,10	0,10	0,10	0,10
Wasser		2,90	2,90	2,90	2,90
Isocyanat	1	51,7	51,5	52,7	52,4
Isocyanat	2
Dichte (kg/m³)		62,5	62,2	62,0	63,0
25% ILD (N/314cm²)		289,7	289,0	294,6	290,6
Auslenkung (mm)		31,5	31,8	31,1	31,8
Zugspannung (kPa)		147,6	148,1	138,1	159,1
Ausdehnung (%)		119,1	115,0	116,6	115,8
Zugmodul (kPa)		82,6	87,0	77,6	89,1
		Beispiel 3	Beispiel 4	Vergleichsbeispiel 3
Polyol	1	75	75	75
	2
	3	25	25	25
Medium	1	3	5	3
Medium	2
Polyrotaxan	1	3	5
	2
	3
Vernetzungsmittel		1,00	1,00	1,00
Zellöffner		2,00	2,00	2,00
Schaumstabilisator	1	0,90	0,90	0,90
	2	0,10	0,10	0,10
	3
	4
Katalysator	1	0,35	0,35	0,35
Katalysator	2	0,10	0,10	0,10
Wasser		2,90	2,90	2,90
Isocyanat	1	52,7	53,2	52,4
Isocyanat	2
Dichte (kg/m³)		63,0	62,6	62,0
25% ILD (N/314 cm²)		287,5	267,6	295,7
Auslenkung (mm)		31,7	33,3	30,8
Zugspannung (kPa)		126,0	154,8	166,8
Ausdehnung (%)		105,8	122,5	115,0
Zugmodul (kPa)		78,9	85,5	96,0
		Beispiel 5	Beispiel 6	Beispiel 7
Polyol	1	67	67	47
	2
	3	30	30	50
Medium	1
Medium	2	3	3	3
Polyrotaxan	1	3	3	3
	2
	3
Vernetzungsmittel		2,00	2,00	2,00
Zellöffner		2,00	2,00	2,00
Schaumstabilisator	1	0,90	0,90	0,90
	2	0,10	0,10	0,10
	3
	4
Katalysator	1	0,30	0,35	0,40
Katalysator	2	0,10	0,10
Wasser		2,90	2,90	2,20
Isocyanat	1	52,4	52,4
Isocyanat	2			33,4
Dichte (kg/m³)		62,0	61,0	60,9
25% ILD (N/314 cm²)		283,3	259,6	295,3
Auslenkung (mm)		31,8	33,8	30,6
Zugspannung (kPa)		146,0	129,5	159,3
Ausdehnung (%)		102,5	99,2	97,5
Zugmodul (kPa)		81,5	74,2	83,3

Tabelle 2

		Beispiel 8	Beispiel 9	Beispiel 10
Polyol	1
	2	49	47	45
	3	50	50	50
Medium	1
Medium	2	1	3	5
Polyrotaxan	1
	2	1	3	5
	3
Vernetzungsmittel		2,00	2,00	2,00
Zellöffner		2,00	2,00	2,00
Schaumstabilisator	1	0,70	0,70	0,70
	2
	3	0,30	0,30	0,30
	4
Katalysator	1	0,35	0,35	0,35
Katalysator	2
Wasser		2,00	2,00	2,00
Isocyanat	1
Isocyanat	2	31,3	32,0	32,7
Dichte (kg/m³)		64,5	63,1	61,9
25% ILD (N/314 cm²)		298,9	246,0	198,9
Auslenkung (mm)		30,7	33,8	36,1
Zugspannung (kPa)		176,3	140,6	115,2
Ausdehnung (%)		90,0	96,7	98,7
Zugmodul (kPa)		93,6	67,8	54,7
		Beispiel 11	Beispiel 12	Vergleichsbeispiel 4
Polyol	1
	2	95	95	95
	3
Medium	1
Medium	2	5	5	5
Polyrotaxan	1
	2	5
	3		5
Vernetzungsmittel		2,00	2,00	2,00
Zellöffner		2,00	2,00	2,00
Schaumstabilisator	1	0,70	0,70	0,70
	2
	3
	4	0,30	0,30	0,30
Katalysator	1	0,35	0,35	0,35
Katalysator	2
Wasser		2,00	2,00	2,00
Isocyanat	1
Isocyanat	2	33,4	33,3	32,7
Dichte (kg/m³)		69,8	72,5	71,7
25% ILD (N/314 cm²)		122,5	125,4	163,7
Auslenkung (mm)		39,4	39,5	43,1
Zugspannung (kPa)		95,6	83,4	104,5
Ausdehnung (%)		108,3	109,1	103,3
Zugmodul (kPa)		50,4	49,0	60,2

Die in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Bestandteile sind die Folgenden:
Polyol 1: Polyetherpolyol EP828 (hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.), Massenmittel der Molmasse 6000;
Polyol 2: Polyetherpolyol EP330N (hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.), Massenmittel der Molmasse 5000;
Polyol 3: Polymerpolyol POP3623 (hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.);
Medium 1: nicht-ionisches Tensid ET116B (hergestellt von Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), Polyoxyalkylenalkylether (höherer Alkohol), Massenmittel der Molmasse 750, eine Hydroxylgruppe pro Molekül;
Medium 2: Polyetherpolyol EL720 (hergestellt von Asahi Glass Co., Ltd.), Massenmittel der Molmasse 700, zwei Hydroxylgruppen pro Molekül;
Polyrotaxan 1: eine alkylierte modifizierte Form von SH1310P (hergestellt von Advanced Softmaterials Inc.), wobei die in SH1310P enthaltenen Cyclodextrine (zyklische Moleküle), die auf Polyethylenglycol (ein Achsenmolekül) aufgenommen sind, an Teilen der Hydroxylgruppe der zyklischen Moleküle mit Butylisocyanat alkyliert sind, Massenmittel der Molmasse des Achsenmoleküls 11000, Hydroxylzahl 43 mgKOH/g;
Polyrotaxan 2: SH1310P (hergestellt von Advanced Softmaterials Inc.), Massenmittel der Molmasse des Achsenmoleküls 11000, Hydroxylzahl 85 mgKOH/g;
Polyrotaxan 3: SH2410P (hergestellt von Advanced Softmaterials Inc.), in dem Cyclodextrine (zyklische Moleküle) auf Polyethylenglycol (ein Achsenmolekül) aufgenommen sind, Massenmittel der Molmasse des Achsenmoleküls 20000, Hydroxylzahl 76 mgKOH/g;
Vernetzungsmittel: Diethanolamin;
Zellöffner: E2505S (hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.);
Schaumstabilisator 1: L3625 (hergestellt von Momentive Performance Materials Inc.);
Schaumstabilisator 2: SF2936F (hergestellt von Dow Corning Toray Co., Ltd.);
Schaumstabilisator 3: SF2945F (hergestellt von Dow Corning Toray Co., Ltd.);
Schaumstabilisator 4: B8736LF2 (hergestellt von Evonik Japan Co., Ltd);
Katalysator 1: TEDA-L33 (hergestellt von Tosoh Corporation);
Katalysator 2: Toyocat ET (hergestellt von Tosoh Corporation);
Isocyanat 1: polymeres MDI, eine Mischung von 2,4'-MDI und 4,4'-MDI; und
Isocyanat 2: TM20 (hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.).
Die Bestandteile wurden in den in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Massenverhältnissen vermischt. In den Beispielen 1 bis 12 (Beispiele, in denen ein Polyrotaxan zugemischt worden war) wurde das Polyrotaxan zuerst zu einem Medium zugegeben, und die Mischung wurde bei 50°C für 30 Minuten gerührt. Nachdem festgestellt worden war, dass das Medium eine homogene Lösung geworden ist, wurde die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt. Ein Polyol wurde gleichmäßig in die gekühlte Lösung eingemischt, und weitere Bestandteile wurden dann gleichmäßig eingemischt, um eine Flüssigkeitsmischung zu erhalten. Als nächstes wurde eine vorbestimmte Menge der Flüssigkeitsmischung in ein Formwerkzeug für ein Urethanpolster gegossen (in den unteren Teil davon), das eine vorbestimmte Form hat, und die Flüssigkeitsmischung wurde geschäumt und ausgehärtet in dem Hohlraum, um dadurch ein Urethanpolster gemäß der Beispiele 1 bis 12 zu erhalten. Da ein Polyrotaxan in dem Medium gelöst oder dispergiert ist und da weitere Bestandteile dann mit dem Medium gemischt werden, kann das Polyrotaxan in dem Urethanpolster gut verteilt werden.
Jedes der Urethanpolster der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 (Beispiele, in denen kein Polyrotaxan eingemischt worden ist) wurde durch Vermischen der einzelnen Bestandteile in üblicher Art und Weise in den in den Tabellen 1 oder 2 gezeigten Massenverhältnissen erhalten, durch gleichmäßiges Mischen der Komponenten, und anschließendes Gießen einer vorbestimmten Menge der Mischung in ein Formwerkzeug für ein Urethanpolster (in den unteren Teil davon), das eine vorbestimmte Form besitzt.
Von allen Urethanpolstern wurden die Dichte, 25% ILD (Härte), die Auslenkung, die Zugspannung, die Ausdehnung und der Zugmodul gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Die Dichte wurde berechnet, indem ein quaderförmiges Teststück mit einer Länge von 100 mm, einer Breite von 100 mm und einer Höhe von 50 mm aus dem Zentrum des Urethanpolsters entnommen wurde und durch Messung der Masse des Teststücks (Einheit: kg/m³).
Die Größe 25% ILD wurde gemessen nach vorausgehender Komprimierung gemäß der folgenden Methode, die der JIS K6400-2 (Ausgabe 2012) D Methode genügt. Die vorausgehende Komprimierung wurde in folgender Weise durchgeführt. Ein Teststück wurde aus dem Urethanpolster entnommen und auf eine Unterlage gelegt, so dass das Zentrum des Teststücks mit dem Zentrum eines Pressbleches fluchtet. Bei einem Teststück mit einer Haut auf einer Seite wurde das Teststück auf die Unterlage gelegt, so dass die Hautseite der Unterlage zugewandt ist. Die Position des Pressbleches (eine flache Scheibe mit 200 mm Durchmesser), wenn eine Kraft von 5 N auf das Teststück angelegt wird, wurde dabei als die Ausgangsposition betrachtet, und die Dicke des Teststücks zu diesem Zeitpunkt wurde auf Zehntel Millimeter genau abgelesen. Danach wurde mit dem Pressblech Druck auf das Teststück ausgeübt mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min, bis 75% der Dicke des Teststücks erreicht waren, und daraufhin wurde das Pressblech sofort mit der gleichen Geschwindigkeit in die Ausgangsposition zurückbewegt (so weit zur vorausgehenden Komprimierung). Nach der vorausgehenden Komprimierung wurde das Teststück für 20 Sekunden stehen gelassen, mit der Pressplatte auf 25% der Dicke mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min gepresst, für 20 Sekunden gehalten, und die Kraft zu diesem Zeitpunkt wurde als Härte abgelesen (25% ILD, Einheit: N/314 cm²). JIS K6400-2 ist ein japanischer Industriestandard, der basierend auf ISO 2439 (4. Ausgabe: veröffentlicht in 2008), ISO 3386-1 (2. Ausgabe: veröffentlicht in 1986), und ISO 3386-2 (2. Ausgabe: veröffentlicht in 1997) eingeführt worden ist.
Die Auslenkung wurde gemessen nach vorausgehender Komprimierung in der folgenden Art und Weise, die der JIS K6400-2 (Ausgabe 2012) Methode E genügt. Die vorausgehende Komprimierung wurde in folgender Weise durchgeführt. Ein Teststück wurde aus dem Urethanpolster entnommen und auf eine Unterlage gelegt, so dass das Zentrum des Teststücks mit dem Zentrum eines Pressbleches fluchtet. Bei einem Teststück mit einer Haut auf einer Seite wurde das Teststück auf die Unterlage gelegt, so dass die Hautseite der Unterlage zugewandt ist. Die Position des Pressbleches (eine flache Scheibe mit 200 mm Durchmesser), wenn eine Kraft von 5 N auf das Teststück angelegt wird, wurde dabei als die Ausgangsposition betrachtet, und die Dicke des Teststücks zu diesem Zeitpunkt wurde auf Zehntel Millimeter genau abgelesen. Danach wurde Druck auf das Teststück ausgeübt mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min bis 75% der Dicke des Teststücks erreicht waren, und daraufhin wurde das Pressblech sofort mit der gleichen Geschwindigkeit in die Ausgangsposition zurückbewegt (soweit zur vorausgehenden Komprimierung). Nach der vorausgehenden Komprimierung wurde das Teststück für 60 Sekunden stehen gelassen, mit dem Pressblech wurde dann Druck auf das Teststück ausgeübt mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min, bis 75% der Dicke des Teststücks erreicht waren, und daraufhin wurde das Pressblech sofort mit der gleichen Geschwindigkeit in die Ausgangsposition zurückbewegt. Während dieses Vorgangs wurde die Auslenkung gemessen (Einheit: mm), als eine Kraft von 490 N während der Anwendung des Drucks angelegt war.
Die Zugspannung wurde in Übereinstimmung mit JIS K6400-5 (Ausgabe 2012) auf folgende Art und Weise gemessen. Mittels eines hantelförmigen Stanzwerkzeugs wurde dem Urethanpolster ein Teststück entnommen und zwei parallel gezeichnete Linien wurden an einem parallelen Teilbereich des Teststücks mit gleichem Abstand von der Mittellinie des Teststücks und senkrecht zur Längsrichtung angebracht, so dass sich das Teststück nicht verformt. Der Abstand zwischen den markierten Linien war 40 mm. Klammern des Zugfestigkeitsprüfgeräts wurden symmetrisch an dem Teststück angebracht, so dass die Zugkraft gleichmäßig zum Querschnitt des Zentrums des Teststücks angelegt war, der Zugversuch wurde mit einer Geschwindigkeit von 200 mm/min durchgeführt, und die maximale Kraft und der Abstand zwischen den markierten Linien zum Zeitpunkt des Bruchs wurden gemessen. Die Zugspannung (Einheit: kPa) wurde ermittelt, indem die maximale Kraft zum Zeitpunkt des Bruchs durch die Querschnittsfläche des Teststücks vor dem Test dividiert wurde. JIS K6400-5 ist ein Japanischer Industriestandard, der basierend auf ISO 1798 (4. Ausgabe: veröffentlicht in 2008) und auf ISO 8067 (2. Ausgabe: veröffentlicht in 2008) erstellt worden ist.
Die Bruchdehnung (Einheit: %) wurde ermittelt, indem der Abstand, den man durch Subtraktion des Abstandes zwischen den markierten Linien vor dem Test von dem Abstand zwischen den markierten Linien zum Zeitpunkt des Bruchs erhalten durch den oben genannten Spannungstest in Übereinstimmung mit JIS K6400-5 (Ausgabe 2012) erhalten hat, durch den Abstand zwischen den markierten Linien vor dem Test dividiert wird.
Das Zugmodul wurde in folgender Art und Weise gemessen in Übereinstimmung mit JIS K6400-5 (Ausgabe 2012). Mittels eines hantelförmigen Stanzwerkzeugs wurde dem Urethanpolster ein Teststück entnommen, und zwei parallel gezeichnete Linien wurden an einem parallelen Teilbereich des Teststücks mit gleichem Abstand von der Mittellinie des Teststücks und senkrecht zur Längsrichtung angebracht, so dass sich das Teststück nicht verformt. Der Abstand zwischen den markierten Linien war 40 mm. Klammern des Zugfestigkeitsprüfgeräts wurden symmetrisch an dem Teststück angebracht, so dass die Zugkraft gleichmäßig zum Querschnitt des Zentrums des Teststücks angelegt war, der Zugversuch wurde mit einer Geschwindigkeit von 200 mm/min durchgeführt, und die Zugkraft und der Abstand zwischen den markierten Linien wurden gemessen bis zum Bruch des Teststücks.
Ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm wurde erstellt, indem die Dehnung, die erhalten wurde durch Division des Abstandes, den man erhält durch Subtraktion des Abstandes zwischen den markierten Linien vor dem Test von dem Abstand zwischen den markierten Linien, wenn eine Zugkraft angelegt war, durch den Abstand zwischen den markierten Linien vor dem Test, auf der Abszisse gegen die Spannung σ, die erhalten wurde durch Division der Zugkraft durch die Querschnittsfläche des Teststücks vor dem Test, auf der Ordinate aufgetragen wurde. Das Zugmodul ist der Wert, der durch Division der Zugkraft, wenn eine vorbestimmte Längung auf das Teststück angewendet ist, durch die Querschnittsfläche des Teststücks vor dem Test erhalten wird. In diesen Beispielen wurde eine Spannung (σ [Dehnung 0,5]) bei einer Dehnung von 0,5 bestimmt, und der nach der Berechnungsformel σ [Dehnung 0,5]/0,5 berechnete Wert wurde als Zugmodul (Einheit: kPa) definiert.
4 zeigt eine Durchbiegungskurve, die basierend auf den Messergebnissen erhalten wurde, wenn ein Teststück eines flexiblen Polyurethanschaums zusammengedrückt worden ist gemäß der Methode, die mit der Methode JIS K6400-2 (Ausgabe 2012) E übereinstimmt. Auf der Abszisse ist die Auslenkung aufgetragen, auf der Ordinate die Kraft, und die durchgezogene Linie ist eine Durchbiegungskurve gemäß Beispiel 2. Die Durchbiegungskurve gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 wurde der Durchbiegungskurve (durchgezogene Linie) gemäß Beispiel 2 überlagert.
5 zeigt ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm, das erhalten wurde basierend auf den Messergebnissen, wenn eine Zugkraft an die Teststücke eines flexiblen Polyurethanschaums in der Methode, die mit JIS K6400-5 (Ausgabe 2012) übereinstimmt, angelegt wurde. Auf der Abszisse ist die Dehnung aufgetragen, und auf der Ordinate die Zugspannung. Die durchgezogene Linie ist eine Spannungs-Dehnungs-Kurve gemäß Beispiel 2, und die gestrichelte Linie ist eine Spannungs-Dehnungs-Kurve gemäß dem Vergleichsbeispiel 2.
Da, wie in 4 gezeigt ist, die Durchbiegungskurve gemäß Beispiel 2 der Durchbiegungskurve gemäß Vergleichsbeispiel 2 überlagert ist, kann daraus gefolgert werden, dass die Druckeigenschaften des Beispiels 2 ungefähr gleich zu den Druckeigenschaften des Vergleichsbeispiels 2 sind. Da aber andererseits, wie in 5 gezeigt ist, die Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve (durchgezogene Linie) gemäß Beispiel 2 kleiner ist als die Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve (gestrichelte Linie) gemäß Vergleichsbeispiel 2, kann bestätigt werden, dass Beispiel 2 ein kleineres Zugmodul aufweist als Vergleichsbeispiel 2.
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, haben das Beispiel 1 und das Vergleichsbeispiel 1 dieselbe Zusammensetzung, Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 haben dieselbe Zusammensetzung, und Beispiele 3 und 4 und das Vergleichsbeispiel 3 haben die gleiche Zusammensetzung, mit Ausnahme des Polyrotaxans. Im Vergleich zwischen den oben angegebenen Paaren kann bestätigt werden, dass jedes der Beispiele im Vergleich zum relevanten Vergleichsbeispiel ungefähr gleich ist bezüglich der Dichte, 25% ILD (Härte) und Auslenkung, dass aber die Beispiele 1 bis 4, die beigemischtes Polyrotaxan enthalten, kleinere Zugmoduli aufweisen als die Vergleichsbeispiele 1 bis 3, die kein Polyrotaxan enthalten.
Die Menge des Polyrotaxans, das in Beispiel 4 beigemischt ist, ist mit 5 Massenanteilen größer als die Menge (3 Massenanteile) des Polyrotaxans, das in den Beispielen 1 bis 3 beigemischt ist, es konnte aber bestätigt werden, dass Beispiel 4 kleinere Zugmoduli aufweist als das Vergleichsbeispiel 3, das kein Polyrotaxan enthält.
Die Beispiele 5 bis 7 enthalten ein Polyol als Medium und sind vom Typ des Mediums her unterschiedlich von den Beispielen 1 bis 4. Es konnte bestätigt werden, dass die Beispiele 5 bis 7, deren Medium zum Lösen der Polyrotaxane Polyole sind, kleinere Zugmoduli aufweisen als die Vergleichsbeispiele 1 bis 3, die kein Polyrotaxan enthalten.
Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, haben die Beispiele 8 bis 10 die gleiche Zusammensetzung mit Ausnahme von Polyrotaxan und Polyol 2 (Polyetherpolyol). Gemäß den Beispielen 8 bis 10 konnte bestätigt werden, dass, wenn die Menge des beigemischten Polyrotaxans steigt, das Zugmodul abnimmt.
Die Beispiele 11, 12 und das Vergleichsbeispiel 4 haben die gleiche Zusammensetzung mit Ausnahme von Polyrotaxan. Gemäß den Beispielen 11, 12 und dem Vergleichsbeispiel 4 konnte bestätigt werden, dass das Zugmodul verringert wird durch das Beimischen eines Polyrotaxans.
Wenn auch eine entsprechende Beschreibung in den obigen Beispielen fehlt, so konnte doch bestätigt werden, dass, wenn 0,9 bis 30 Massenteile des Polyrotaxans relativ zu 100 Massenteilen der Polyol-Komponente vermengt sind, und wenn die Arten und Mischverhältnisse der Polyol-Komponente, der Isocyanat-Komponente, des Polyrotaxans usw. geeignet gewählt sind, das Zugmodul verglichen mit Urethanpolster, die kein beigemischtes Polyrotaxan enthalten, verringert werden kann.
Wenn auch die vorliegende Erfindung bisher mit Bezug auf die oben genannte Ausführungsform beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung dennoch nicht beschränkt auf diese Ausführungsform, und es lässt sich leicht ableiten, dass diverse Modifikationen und Veränderungen gemacht werden können, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. So sind zum Beispiel die in der oben genannten Ausführungsform beschriebenen Formen lediglich erläuternd, und es ist selbstverständlich möglich, andere Formen zu verwenden.
Wenn auch in der obigen Ausführungsform beschrieben wurde, dass das Urethanpolster (Polstermaterial) aus flexiblem Polyurethanschaum in einem Fahrzeug (Kraftfahrzeug) montiert ist, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise darauf eingeschränkt. Es ist selbstverständlich möglich, den flexiblen Polyurethanschaum in einem Polstermaterial oder einem Rückenpolstermaterial zu verwenden, zur Montage in Fahrzeugen, die keine Kraftfahrzeuge sind (wie zum Beispiel Schienenfahrzeuge), Schiffe, Boote, Flugzeuge und andere Beförderungsmittel oder in einem Polstermaterial oder einem Mattenmaterial für Möbel oder ähnliches.
Wenn auch in der oben genannten Ausführungsform der Fall beschrieben worden ist, dass das Polyrotaxan 13 zu einer Polyol-Zusammensetzung hinzugegeben wurde, um einen flexiblen Polyurethanschaum 10 herzustellen, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt, und es ist selbstverständlich möglich, ein quervernetztes Polyrotaxan zuzugeben, in dem Polyrotaxane 13 miteinander quervernetzt sind. Der Grund dafür ist, dass, selbst wenn das Polyrotaxan ein quervernetztes Polyrotaxan ist, die zyklischen Moleküle 14, solange die zyklischen Moleküle 14 einen Überschuss funktioneller Gruppen enthalten, mit einem flexiblen Polyurethanschaum quervernetzt werden können, wenn der flexible Polyurethanschaum 10 durch die Reaktion der Hydroxylgruppen der Polyol-Komponente mit den Isocyanatgruppen der Isocyanat-Komponente gebildet wird.
Wenn auch in der oben genannten Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums 10 beschrieben worden ist, in dem ein Polyrotaxan 13 benutzt wird, das Hydroxylgruppen als funktionelle Gruppen der zyklischen Moleküle 14 enthält, ist das Polyrotaxan 13 nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Solange die zyklischen Moleküle 14 des Polyrotaxans 13 funktionelle Gruppen enthalten, die eine Quervernetzung ermöglichen, wenn die Polyol-Komponente mit der Isocyanat-Komponente unter Formung eines Urethans reagiert, kann jedes derartige Polyrotaxan 13 ohne Einschränkung benutzt werden.
Wenn auch in der oben genannten Ausführungsform der Fall beschrieben worden ist, in dem bei der Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums 10 ein Polyrotaxan 13 in einem Medium gelöst oder dispergiert wird, bevor es mit einer Polyol-Komponente oder einer Isocyanat-Komponente gemischt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Durch Beimischung eines Polyrotaxans (einer modifizierten Form eines Polyrotaxans), das eine hohe Affinität für die Polyol-Komponente oder die Isocyanat-Komponente besitzt, kann das Polyrotaxan gleichmäßig in der Polyol-Komponente oder in der Isocyanat-Komponente gelöst oder dispergiert werden, ohne dass ein Medium benutzt wird.
Bezugszeichenliste

10: flexibler Polyurethanschaum
13: Polyrotaxan
14: zyklische Moleküle
15: Achsenmolekül
16: Stoppergruppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-45104 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS K1557-1: Ausgabe 2007 [0026]
ISO 14900: Ausgabe 2001 [0026]
JIS K6400-2 (Ausgabe 2012) D Methode [0065]
JIS K6400-2 [0065]
ISO 2439 (4. Ausgabe: veröffentlicht in 2008) [0065]
ISO 3386-1 (2. Ausgabe: veröffentlicht in 1986) [0065]
ISO 3386-2 (2. Ausgabe: veröffentlicht in 1997) [0065]
JIS K6400-2 (Ausgabe 2012) Methode E [0066]
JIS K6400-5 (Ausgabe 2012) [0067]
JIS K6400-5 [0067]
ISO 1798 (4. Ausgabe: veröffentlicht in 2008) [0067]
ISO 8067 (2. Ausgabe: veröffentlicht in 2008) [0067]
JIS K6400-5 (Ausgabe 2012) [0068]
JIS K6400-5 (Ausgabe 2012) [0069]
JIS K6400-2 (Ausgabe 2012) E [0071]
JIS K6400-5 (Ausgabe 2012) [0072]

Claims

Eine Polyol-Zusammensetzung zur Herstellung eines flexiblen Polyurethanschaums (10), wobei die Polyol-Zusammensetzung eine Polyol-Komponente, eine Isocyanat-Komponente und ein Polyrotaxan (13) enthält, wobei das Polyrotaxan (13) ein Achsenmolekül (15) mitsamt darauf aufgespießten zyklischen Molekülen (14) und Stoppergruppen (16) enthält, die sich an beiden Enden des Achsenmoleküls (15) befinden.
Die Polyol-Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Polyrotaxan (13) eine Hydroxylzahl von 30 bis 85 mgKOH/g besitzt.
Die Polyol-Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Polyrotaxan (13) in 0,9 bis 30 Massenanteilen relativ zu 100 Massenanteilen der Polyol-Komponente beigemischt ist.
Ein flexibler Polyurethanschaum (10) erhalten durch Schäumen und Aushärten der Polyol-Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.