JP2002525396A - 低レジリエンスで低振動数の成形ポリウレタンフォーム - Google Patents
低レジリエンスで低振動数の成形ポリウレタンフォームInfo
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Abstract
Description
製造に好適な配合物に関する。そのようなフォームは、動的座席用途に有効であ
り、低内的不飽和イソシアネート末端プレポリマーおよび発泡および連鎖延長水
流を型に導入し、反応系を発泡させ硬化させることによって製造される。
る。現在の車両設計の原則は、部材重量およびコストを最少限にすることである
。車両用座席は、かなりの重量およびコストを必要とする故に、そのような部材
を軽量化し、可能であればそれらのコストを減少させ、その一方で乗る者の快適
性を維持し向上させる長期にわたる努力がなされていることは意外なことではな
い。
ンを有する複合車両用座席が一般的であった。しかし、さらに重量を減少させ、
その一方で車両部材の再使用性を増加させることが必要とされるために、設計者
らは、スプリングサスペンションが除去される「ディープフォーム」または「フ
ルフォーム」デザインを考案している。スプリングサスペンション複合座席にお
いて、スプリングサスペンションおよびフォームクッションが、車両自体によっ
て誘発される車両振動、即ちエンジン振動、または路面走行による車両振動から
、乗る者を分離するのに有効である。スプリングサスペンションの除去は、フォ
ームパッド自体が全ての生理学的活性振動、特に6Hz〜20Hzの振動を吸収
するかまたは減衰させなければならない。これらの課題、ならびに振動の吸収/
減衰における3種類のウレタン成形フォーム系、TDI HR、TDI熱硬化、
およびMDI HRの適用性に関して、M. Kinkelaar、K.D. Cavender、およびG
. Crocco、「Vibrational Characterization of Various Polyurethane Foams E
mployed In Automotive Seating Applications」、Polyurethanes Expo '96 con
ference proceedings, Polyurethane Division, SPI, pp.496-503(1996)に詳し
く記載されており、そこに記載の内容は本発明の開示の一部を構成するものとす
る。
減少させることによって、車両内座席快適性が向上する。一般に、座席用フォー
ムの実験室振動試験は、そのフォームの絶対的車両内性能を正確に予測すること
ができない。しかし、フォーム振動試験が車両内快適性に相関し、実験室試験に
おいて低固有振動数を有するフォームは、車両内において向上した振動制御を与
えることが研究によって示されている。一般に、座席用フォームの実験室振動試
験の結果は、幾分、試験法特異的である。ここで使用される試験法を、本明細書
において下記に詳しく説明する。
あり、伝達性はインプットピーク加速度(A0)で割った反応ピーク加速度(A
)として定義される。最も一般的なプロットは3つの明確な領域を有する。極低
い振動数(領域1)において、A/A0=1であり、反応振動はインプット振動
に等しい。高い振動数(領域2)においては、反応振動数がインプット振動数よ
り高い(A/A0>1)。ここで使用される試験法においては、反応振動が固有
振動数においてピークを有する。さらに高い振動数(領域3)においては、反応
振動およびA/A0の数値が1より低くなる。領域3は、「減衰」領域である。
当業にとって最も関心があるのは、減衰特性である。
い換えれば、高い反発弾性を有するフォームは、低い固有振動数を有する傾向が
あり、その逆も同様である。自動車座席工業において、低固有振動数が、フルフ
ォーム座席における良好な振動快適性に必要とされることが知られている。従っ
て、高反発弾性フォームは一般に、フルフォーム座席用途に指定される。しかし
、高反発弾性は他の問題を生じうる。例えば、道路のインプット振動が、自動車
座席の固有振動数に近い場合に、この振動が増幅され、乗る者に不快感を与え、
安全面の懸念を生じる可能性がある。
る。例えば、米国特許第5093380号において、ジイソシアネートまたはポ
リイソシアネートと、ヒドロキシル価5〜38を有し、不飽和y≦0.9/(x−
10)[xはヒドロキシル価である]を有する、比較的大きい分子量のポリオキ
シエチレンキャップトポリオキシプロピレンポリオールとの、ワンショット反応
によって、4Hz未満の共鳴振動数を有する低振動数成形フォームが製造される
。この関係は、11のヒドロキシル価における0.9未満の不飽和、38のヒド
ロキシル価における0.032の不飽和に対応する。従って、同特許は、より大
きい分子量のポリオールを使用する場合に、より大きい不飽和が許容されること
を示している考えられる。0.020〜0.026の不飽和が例示されている。Ki
nkelaarらと一致して、これらのフォームのボール反発弾性値は高く、最少で約
70、平均で80であり、4Hzより低い共鳴振動数を得る。高不飽和ポリオー
ルから製造される同様のワンショットフォーム(TDI HR)は、僅かに高い
共鳴振動数(4.0〜4.3Hz)および幾分低いレジリエンスを示したが、低品
質のフォームを生じた。
と同様であり、良好な振動減衰特性を得るために高い反発弾性が必要であること
を開示している。しかし、しかし、米国特許第5300535号は、通常より高
い粘度による、低不飽和ポリオールの使用に関係する問題を開示している。高い
粘度の故に、ポリオール成分とイソシアネート成分の混合が困難であることを開
示している。米国特許第5300535号は、(メタ)アクリレートのような重
合性不飽和モノマーでポリマーを稀釈することによってこの問題を解決している
。しかし、そのようなモノマーの使用は、製造環境において好ましくない。米国
特許第5093380号と同様に、極低い共鳴振動数および高い反発弾性のフォ
ームを開示している。
の問題が示されている。同特許によれば、高レジリエンスおよび低圧縮永久歪が
必要とされる。この問題は、特定の高環含有量を有するポリフェニレンポリメチ
レンポリイソシアネートを、15モル%未満のモノオール含有量および96モル
%を越えるオキシプロピレン残基頭−尾選択性を有するポリオールと一緒に、使
用することによって解決された。遺憾なことに、そのようなイソシアネート混合
物は、別々に製造するかまたはブレンドしなければならず、低温において塩基に
よって触媒されるオキシアルキル化によって非常に特殊なポリオールが製造され
るにすぎない。低温の故に、そのようなポリオールの製造はかなりのコスト増加
を必要とする。同特許は、樹脂サイドが従来のポリエーテルとポリマーポリオー
ルとの混合物であり、Bサイドが発泡剤としての少量の水だけである、従来のプ
レポリマー法を開示している。該特許の組成物および比較組成物の両方から製造
されるフォームは、平均して高いレジリエンスを有していた。
HR、TDI熱硬化、およびMDI HR技術より優れた振動特性を示すポリウ
レタン成形フォームを提供することが求められている。不飽和稀釈剤を使用せず
、簡単に入手できないかまたはその製造が原価効率的でないイソシアネート組成
物およびポリオールを必要とせずに、低い共鳴振動数および高い減衰性を有する
フォームを製造することが求められている。
ル部の水および必要に応じてアミンを含んで成る硬化流れから、優れた振動吸収
/減衰性を有する座席用フォームを製造しうることが見い出され、ボール反発弾
性によって測定されるフォームのレジリエンスが70%未満であり、本明細書に
記載される試験法によって測定される共鳴振動数が約7Hz未満であるように、
イソシアネート指数、フォーム密度、ならびに他の振動および減衰に影響を与え
るパラメーターが維持される。得られるフォームは、低い共鳴振動数を有するだ
けでなく、ワンショットフォームと比較して優れた振動制御を示す。
タン軟質成形座席用フォームである。該フォームは、伝達された振動エネルギー
の減衰が必要とされる動的座席用途に好適である。「低い共鳴振動数」という用
語は、約7Hz未満、好ましくは2〜6Hzの共鳴振動数を意味する。「低いボ
ール反発弾性」という用語は、ASTM D3574によって測定されるボール反発弾性が
約70%未満であることを意味する。ボール反発弾性は、65%より低いのが好
ましく、50〜60%であるのがより好ましい。
ソシアネート末端プレポリマーの水/アミン連鎖延長によって製造される。イソ
シアネート末端プレポリマーに関する「低い内的不飽和」という用語は、化学量
論的に過剰のジイソシアネートまたはポリイソシアネートと低い内的不飽和ポリ
オールとを反応させることによって製造されるプレポリマーを意味する。「低い
内的不飽和ポリオール」という用語は、0.025meq/g未満の平均の不可
避または「内的」不飽和を有する、ポリオキシアルキレンポリオールまたはそれ
らの混合物、好ましくは主としてオキシプロピレン残基を含有するポリオールを
意味する。内的不飽和は、好ましくは0.020meq/g未満、より好ましく
は0.015meq/g未満、最も好ましくは0.010meq/g未満、即ち0
.002〜0.008meq/gである。「内的」不飽和は、「誘発された」不飽
和、即ち、ポリオールの製造の間にまたは後に意図的にポリオールに付加されて
、ポリマーポリオールの製造に必要な反応性不飽和部位を与える不飽和と区別し
なければならない。低い内的不飽和を有するポリオールの製造は当分野の技術水
準の範囲である。米国特許第5470813号、第5482908号、第571
2216号、第5627122号、および第5545601号に開示されている
ような複金属シアン化物触媒を使用して製造するのが好ましい。
1種類またはそれ以上のポリオールを含有することができ、鎖延長剤、即ち、イ
ソシアネート反応性低分子量化合物およびオリゴマー、好ましくは約1000D
a未満の分子量を有する脂肪族グリコールおよびポリオキシアルキル化グリコー
ルオリゴマーをさらに含有することができる。しかし、主重量部のポリオール成
分は、1000Daを越える、好ましくは1500Da〜5000Da、より好
ましくは1800Da〜3000Daの当量のポリオキシアルキレンポリオール
から成る必要がある。ASTM D-2849-69、「Testing of Urethane Foam Polyol Ra
w Materials」によって測定されるポリオール成分の平均不飽和が、0.025m
eq/gまたはそれ以下、より好ましくは0.020meq/gまたはそれ以下
、最も好ましくは約0.015meq/gまたはそれ以下であることが重要であ
る。
れた不飽和から、不飽和を計算することができる。この計算において、500D
a未満の当量を有するポリオールおよび鎖延長剤を無視することができる。
、低い内的不飽和ポリオール、好ましくは0.015meq/g未満、より好ま
しくは0.010meq/g未満の不飽和を有するポリオールから成る必要があ
る。前記のように、ポリオール成分の全内的不飽和が0.025meq/gを越
えてはならず、それより低いのが好ましい。1000Daより大きい当量を有す
るポリオールを、複金属シアン化物錯体で触媒されるオキシアルキル化によって
製造するのが最も好ましい。好ましいポリオールは、96%未満、好ましくは9
0%未満の頭−尾選択性を有する。
大きい当量を有するポリオールから成るポリオール成分の50重量%以上が、オ
キシプロピレン残基であることを意味する。ポリオール成分中に実質的な量で存
在する各ポリオールは、約50重量%を越える量で、より好ましくは65重量%
より多い量でオキシプロピレン残基を含有するのが好ましい。オキシプロピレン
残基以外のオキシアルキレン残基は、内部的に、ブロック、ランダム、またはブ
ロックランダム形において、または外部的に、ホモポリオキシエチレンブロック
またはコポリマーブロックとして、存在するオキシエチレン残基であるのが好ま
しい。他のオキシアルキレン残基、例えば、1−オキシプロピレン(オキセタン
から誘導)、オキシブチレン(1,2−ブチレンオキシドおよび/または2,3−
ブチレンオキシドから誘導)、ならびにスチレンオキシドおよびハロゲン化アル
キレンオキシドから誘導される他のオキシアルキレン残基も好適である。全ての
オキシアルキレン残基が、プロピレンオキシドまたはエチレンオキシドであるの
が好ましい。低い内的不飽和ポリオールを、複金属シアン化物が触媒するオキシ
アルキル化によって製造する場合に、いずれかの実質的なポリオキシプロピレン
ブロックが最少で約1.5重量%のランダムオキシエチレン残基を含有するのが
最も好ましい。
は、既知の芳香族および脂肪族ジイソシアネートおよびポリイソシアネート、例
えば、2,4−および2,6−トルエンジイソシアネートおよびそれらの混合物(
TDI)、2,2'−、2,4'−、および4,4'−メチレンジフェニレンジイソシ
アネートおよびそれらの混合物(MDI)、ポリメチレンポリフェニレンポリイ
ソシアネート(PMDI)、1,6−ヘキサンジイソシアネート、イソホロンジ
イソシアネート、およびそのようなイソシアネートの混合物を包含する。他のイ
ソシアネートも使用することができる。ジイソシアネートまたはポリイソシアネ
ートを、イソシアネート反応性モノマーまたはオリゴマーあるいはそれ自体と反
応させることによって製造されるいわゆる改質イソシアネートも好適である。
を、1種類またはそれ以上のグリコール、トリオール、オリゴマーポリオキシア
ルキレンジオールまたはポリオール、あるいはそれらの混合物と反応させること
によって製造されるウレタン改質イソシアネート;イソシアネートを、ジアミン
またはアミノ末端ポリオキシアルキレンポリエーテルオリゴマーと反応させるこ
とによって製造される尿素改質イソシアネート;イソシアネートまたは改質イソ
シアネートを、好適な触媒の存在下において、それ自体と反応させることによっ
て製造される、カルボジイミド、ポリイソシアヌレート、ウレトンイミン、アロ
ファネート、およびウレトジオン改質ポリイソシアネートである。そのようなイ
ソシアネートおよび改質イソシアネートは、充分に定着した市販品である。特に
好ましいジイソシアネートおよび/またはポリイソシアネートは、TDI、MD
I、PMDI、およびこれらの混合物、特にTDIとMDIの混合物であり、後
者が実質的に多い4,4'−異性体を含有するのが好ましい。
を構成するPOLYURETHANE HANDBOOK, Gunter Oertel, Hanser Publishers, Munic
h(C)1985、およびPOLYURETHANES: CHEMISTRY AND TECHNOLOGY, J.H. Saunder
sおよびK.C. Frisch, Interscience Publishers, New York, 1963、ならび米国
特許第5070114号に記載されているように、ウレタン促進触媒を使用する
かまたは使用せず、ポリオール成分とイソシアネート成分とを反応させることに
よって製造される。イソシアネート末端プレポリマーの連続および回分製造法が
、「Continuous Processing of Urethane Foam Prepolymers」、J.R. Wall, CHE
MICAL ENGR. PROGRESS, V.57, No.10, pp.48-51;Sanders、前記文献、Part II,
pp.38-43;米国特許第5278274号;ヨーロッパ出願公開第EP0480
588A2号;およびカナダ特許第2088521号に記載されている。
重量%、より好ましくは8重量%〜20重量%の遊離イソシアネート(NCO)
基含量を有する。
(イソサイド)を含んで成る。本発明の成形ポリウレタンフォーム系のBサイド
(樹脂サイド)は、イソシアネート反応性成分、発泡剤、界面活性剤、ならびに
他の添加剤および補助剤、例えば、鎖延長剤、架橋剤、触媒、染料、顔料、充填
剤等を使用する。イソシアネートに反応性でない添加剤を、配合のAサイドに添
加することができる。
チル錫ジアセテート、ジブチル錫ジラウレート、オクタン酸第一錫等のような錫
触媒;NIAX(登録商標)A-1、ジエチレントリアミン、1,4−ジアザビシクロ[
2.2.2]オクタン等のようなアミン触媒から選択される。アミン触媒が好まし
い。触媒の量は、当業者によって簡単に決めることができ、例えば、フォームの
重量に基づいて0.1〜5重量%である。
子量を有するオリゴマーポリオキシアルキレンングリコール、例えば、エチレン
グルコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサン
ジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレング
リコール等を包含する。鎖延長剤の量を調節して、フォームの必要な加工または
物理的パラメーターを与えることができる。最も少ない量、例えば、フォームの
重量に対して10重量%未満、好ましくは5重量%未満の鎖延長剤を使用するの
が好ましい。アミノ官能性鎖延長剤、例えば、脂肪族ジアミン、MOCA、トル
エンジアミン、およびヒンダード芳香族アミンも好適である。
を包含するが、好ましくは、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン(DE
OA)、およびトリエタノールアミン(TEOA)のようなアルカノールアミン
が好ましい。鎖延長剤、架橋剤が使用される場合、最も少ない量、例えば、合計
フォーム重量に対して10重量%未満、最も好ましくは5重量%未満の量で使用
するのが好ましい。鎖延長剤および架橋剤の両方が使用される場合、発泡剤とし
て作用する水に溶解させるのが好ましい。
種々のオルガノポリシロキサンを包含し、ポリオキシアルキレンオルガノポリシ
ロキサンが当業者に既知である。好適な界面活性剤は、Air Productsから入手で
きるDC5043、およびWitco.から入手できるY-10515を包含する。他の界面活性剤
は、Wacker Silicones, Adrian, MI、およびGoldschmidt A.G.,Germanyから入手
できる。界面活性剤の組み合わせ、例えば、Union Carbide Corporationから入
手できるTergitol 15-S-9とDC5043とのブレンドも使用することができる。界面
活性剤の量は、フォームのつぶれを防止するのに有効な量でなければならず、当
業者によって簡単に確認することができる。フォームの重量に基づいて0.1〜
約5重量%、好ましくは0.5〜2重量%の量が好適である。
リオキシアルキレンポリオールをさらに含有することができ、ポリオールは、約
300Daまたはそれ以上の分子量、好ましくは500〜5000、より好まし
くは1000〜3000の当量を有する。Bサイドは、そのようなポリオールを
、30重量%まで、好ましくは20重量%以下、より好ましくは10重量%未満
の量で含有することができる。プレポリマーが90%を越える合計ポリオールを
含有するのが最も好ましく、実質的に全てのポリオールを含有するのが特に好ま
しい。同じ理由から、第一級ヒドロキシルの高含有量は、Bサイドのポリオール
に必要ではない。しかし、Bサイドのポリオールが、50モル%より多い、より
好ましくは70モル%より多い第一級ヒドロキル基を含有するのが好ましい。追
加のポリオキシアルキレンポリオールをBサイド配合物に含有しないのが好まし
い。
ソシアネートと反応して尿素結合を形成する水である。水と一緒に物理的発泡剤
も使用することができる。追加の発泡剤の非制限的な例は、低級アルカン、例え
ば、ブタン、イソブタン、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン等;クロロフル
オロカーボン(CFC)、例えば、クロロトリフルオロメタン、ジクロロジフル
オロメタン等;ヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、例えば、フルオロ
ジクロロメタンおよびクロロジフルオロメタン;過弗素化C3〜C8脂肪族およ
び脂環式炭化水素(PFC)ならびに実質的弗素化類似体(HPFC);塩素化
炭化水素、例えば、メチレンジクロリド、液体CO2等である。CFCは、環境
上の理由から避けるのが好ましい。前記のように、好ましい発泡剤は水であり、
水を単独の発泡剤として使用するのが最も好ましい。CO2、窒素、および空気
のような起泡剤も導入することができる。
より好ましくは1.0 lb/ft3〜3.0 lb/ft3、最も好ましくは約1
.2 lb/ft3〜約2.8 lb/ft3のフォーム密度を与えるように、発泡
剤の量が選択される。水の量は、フォーム配合成分100部に対して、1.0部
〜5.0部、好ましくは2.0部〜約4.5部であるのが特に好ましい。
用して合わし、必要に応じておよび好ましくは周囲温度より高い温度に維持した
型に導入する。型の温度は、熱成形または常温成形に好適な温度に維持される。
型は、フォーム形成成分が好適な装填口に導入される密閉型であるか、またはフ
ォーム配合物の導入後に型を閉める開放型であってもよい。「密閉型」という用
語は、両方のタイプ、および変化形を包含する。成形フォーム中の気泡は、Cave
nderの米国特許第4579700号および第4717518号に開示されている
時限圧力開放(TPR)によって成形品取り出し前に開き、および/または成形
品取り出し後に圧潰し、次に、従来法によって硬化する。驚くことに、本発明の
フォーム配合物はよく加工されるだけでなく、そのフォームが、低い内的不飽和
ポリオールを使用しない同様の系から製造される従来のフォームと比較してより
高い品質であることが見い出された。さらに、これらの結果は、成形フォームの
製造に一般に必要とされる第一級ヒドロキシル分に関係なく、ポリオールから得
ることができる。
流れ形態が使用される。第一の流れは、活性剤流れを含んで成り、好ましくは大
部分の水から成り、必要に応じて、界面活性剤、触媒、アミン、アルカノールア
ミン、および従来のポリウレタン添加剤を含有する。第二の流れは、イソシアネ
ート流れを含んで成り、1種類またはそれ以上の従来の改質または非改質イソシ
アネートを含有することができる。第三の流れは、ポリオール成分中にポリマー
ポリオールを含有しないかまたはほとんど含有せず、前記のように低い内的不飽
和ポリオールと過剰のイソシアネートとの反応によって一般に製造される低(ま
たは非)固体イソシアネート末端プレポリマー流れから成り;第四の流れは、前
記のように製造されるが、認識できるポリマーポリオール固体を含有する「高」
固体プレポリマーを含んで成る。
とができる。特に、イソシアネートの添加による装填材料の形成は、効果的に行
うことができる。各流れの好ましい配合量を下記の表に示す。全ての量は、各流
れの合計重量に対する重量部で示される。
の成形フォーム、特に、20〜70kg/m3の密度、および1〜14kPa(
50%CFD)の堅固性(firmness)を有するフォームを包含する多種類のフォ
ームを製造することができる。
クスヘッドおよび2つの水の流れに供給され、後者は触媒、架橋剤等を含有し、
1つの水の流れは低密度フォーム用途に最適化され、他の水の流れは高密度フォ
ーム用途に最適化される。イソシアネート官能性の流れは、ポリマー高含有量を
有し、即ち、1種類またはそれ以上のイソシアネート末端プレポリマーを含んで
成る流れを有し、一方、第二のイソシアネート官能性の流れは、ポリマー低含有
量を有し、即ち、高NCO分プレポリマー、準プレポリマー、あるいは未反応ジ
イソシアネートまたはポリイソシアネートと混合した高または低NCO分プレポ
リマーである。第一のイソシアネート官能性の流れは一般にかなりの量のポリマ
ーポリオールも含有し、一方、第二のイソシアネート官能性の流れは、ポリマー
ポリオールをほとんど含有しないかまたは含有しない。
らの流れの相互の比率を変化させて、固形物およびイソシアネート含有量を簡単
に調節することができる。例えば、高固体流れに対して低固体(高イソシアネー
ト)流れの高い相対比率を、高密度用途に最適化された1つの水触媒流れと一緒
に使用して、自動車用成形座席クッションを製造することができ、一方、高固体
(低イソシアネート)の高い相対比率を、第二の水/触媒流れと一緒に使用して
、低密度の座席の背もたれを製造することができる。以前は、高密度、高硬質フ
ォームから、低密度、軟質フォームへの切り換え、ミックスヘッドに供給される
流れの全体的な変更を必要とした。本発明の方法においては、製造におけるこれ
らの変更は、高固体流れ/固体をほとんど含有しないかまたは含有しないイソシ
アネート流れの比率を変化させ、必要に応じて、異なる最適化された水/触媒流
れを選択するか、または水の流れ/触媒流れの比率を変化させることによって、
簡単に行うことができる。
なくとも1つの第一活性剤流れ;および必要に応じて、主モル部の水およびポリ
ウレタン促進触媒を含んで成る代替的第一活性剤流れ(該第一活性剤流れは、該
二次第一活性剤流れと異なる);ならびに、少なくとも2つまたは必要に応じて
3つのイソシアネート官能性流れ:1種類またはそれ以上のジイソシアネートま
たはポリイソシアネートを含んで成る第二イソシアネート流れ;低含有量、好ま
しくは0重量%〜約10重量%の分散相ポリマー固体を含有する第三低固体プレ
ポリマー流れ;および高含有量、例えば15重量%〜60重量%の分散相ポリマ
ー固体を含有する第四高固体プレポリマー流れ、を供給し;該第三および第四流
れの少なくとも1つを成形流れとして選択し、必要に応じて該第二流れも選択し
て、イソシアネート反応性成分を型に供給し;該第一活性剤流れおよび該代替的
第一活性剤流れの少なくとも1つを選択し;該成形流れを混合し;該成形流れを
型に導入することによって、ミックスヘッド反応性成分供給を変化させずに、単
一のミックスヘッドから種々のタイプの成形ポリウレタンフォームを製造する順
応性のある製造法も提供する。
いかぎり限定することを意図するものではない特定の実施例を参照にすることに
よって、本発明をより深く理解することができる。
5meq/g、および16重量%ポリオキシエチレンキャップを有する従来の(
塩基)触媒ポリオキシプロピレントリオールであり;ポリオールBは、ヒドロキ
シル価28、不飽和0.005meq/gを有する低内的不飽和トリオールであ
り、20重量%のランダム内部オキシエチレン残基を含有し、それの15重量%
が45:55のオキシエチレン対オキシプロピレンの重量比を有するランダム外
部ブロックとして存在する。ポリオールCは、不飽和0.035meq/gおよ
び19重量%ポリオキシエチレンキャップを有する35ヒドロキシル価の従来の
ように触媒されるトリオール中での、35:65のアクリロニトリルおよびスチ
レンの40重量%固形物への現場重合によって製造されるポリマーポリオールで
あり;ポリマーDは、ポリオールCと同様のポリマーポリオールであり、ベース
ポリオールがヒドロキシル価28、不飽和0.004meq/gを有し、ポリオ
ールBと同様に分布した20重量%ランダム内部オキシエチレン残基を含有する
低内的不飽和トリオールである。
測定し、この装置からのデーターの例が図2に示されている。この試験において
、フォームサンプルを、サーボ油圧作動式ベースプレート(MTS Corp.,Minneapo
lis, MN)の上に置き、マス(mass)3をフォーム5の上に可動的に載せる。マ
スは22.7kgであり、標準IFD圧子の先と同じ直径(200mm)であった。電
源9によって作動する加速度計7(PCB Piezoelectronics)で加速度を測定し、
データ取得モジュール11によってデータを取得し、コンピューター13で実時
間で分析し記録した。150秒で1Hzから16Hzへの振動数スイープ(swee
p)を行うように、サーボ油圧作動装置をプログラミングした。スイープの間に
、振動数が増加するとともに振幅が減少して、0.2gの一定ピークインプット
加速度(図2におけるA0)を維持した。伝達性(transmissivity)を、インプ
ット(A0)ピーク加速度で割った反応(A)、即ち、 伝達性=A/A0 として記録した。
用座席の使用中の固有振動数を与えないが、この試験法は、実験室条件における
種々のフォームの振動反応を比較する有効な方法である。従って、この試験は、
使用中のフォームを比較する指標となる。
に一致した方法によって測定される。ASTM D-3574-81「Standard Test Methods
For Cellular Materials-Slab, Bonded, and Molded Urethane Foams」によって
以下のものが測定される:密度(Test A);ボール反発弾性(Test H);通気度
(Test G);引張強度および伸び(Test E);引裂抵抗(Test F);50%お
よび75%乾燥永久歪(TestD−Constant Deflection Compression Set Test)
;75%湿潤老化圧縮永久歪、「HACS」(Test J-Steam Autoclave Aging)。フ
ォーム共鳴振動数および伝達性A/A0の測定は前記に説明した通りである。2
5%JIS IFD、50%湿潤永久歪、およびヒステリシスの特性は、有標試験によ
って測定され、比較だけを目的とする。しかし、これらの試験は、文献に公表さ
れている試験と同様であり、その結果は、公表されている試験法によって得られ
る結果と比較しうるものであると考えられる。25%JIS IFD試験は、日本工業
標準規格試験に記載されている試験と同様である。
成形フォームと本発明のプレポリマーフォームを比較した。実施例1〜3におい
て、ポリオール(ポリオールAおよびポリマーポリオールD)を先ずイソシアネ
ートと反応させて、イソシアネート末端プレポリマーを製造した。フォームの配
合および物理的特性を下記表2に示す。
使用するTDI基剤ワンショットフォームと比較して、成形フォームのボール反
発弾性を顕著に減少させうることを示す。得られる低いボール反発弾性は、従来
のワンショット配合物に低不飽和ポリオールを使用する米国特許第509338
0号に開示されているものより顕著に低い。
、グリセリンで開始される、24ヒドロキシル価低内的不飽和ポリオール、ポリ
オールEと、TDI/MDIの80/20重量/重量ブレンドとの反応から誘導さ
れるイソシアネート末端プレポリマーから、本発明のプレポリマー誘導成形フォ
ームを製造した。配合およびフォームの物理的特性を下記の表3に示す。
性剤流れと一緒に使用することによって、極低い共鳴振動数および低い反発弾性
を有する成形フォームを製造することができた。フォームは優れた50%湿潤永
久歪特性も示した。
車両用座席の主要な支持または振動吸収特性が、フォームクッションの下部に沿
った支持またはそれの内部における金属または複合物のスプリングによる支持な
しに、成形フォーム自体によるものであることを意味する。スプリングサスペン
ションの使用は、車両座席用途における一般的な選択である。本発明のフォーム
クッションは、成形インサートの使用によって自立しているか、あるいは金属、
プラスチック、または相当する材料の座席パンに載せることができる。「物理化
学特性」という用語は、ポリオール型、イソシアネート、硬質セグメント含有量
、ウレア基含有量等のような化学特性と、密度、引張強度、伸び、湿潤永久歪等
のような物理的特性との組み合わせを意味する。「ポリウレタン触媒」という用
語および類似用語は、反応性混合物からのポリウレタンフォームの形成を促進す
る触媒を意味する。そのような触媒の例は、限定されないが、ヒドロキシル基お
よびとイソシアネート基の反応を促進して、ウレタン結合を形成する触媒;水と
イソシアネートの反応を促進して、アミンおよび二酸化炭素を生成する触媒(発
泡触媒)等である。
されないかぎり、数平均分子量および当量である。全ての%組成は、他に指定さ
れないかぎり重量%である。「主」という用語は、50重量%またはそれ以上、
あるいは50モル%またはそれ以上を意味し;同様に、「少量」という後は、同
じベースで50%未満を意味する。本発明の組成物および方法における成分は、
所望であれば、特定されていない成分を除外して使用することができる。例えば
、必須成分は、本明細書において定義される低内的不飽和プレポリマー、発泡剤
/鎖延長剤「活性剤」流れ、ならびにAサイドおよびBサイドの反応性によって
必要とされる場合に有効量の反応促進触媒である。例えば、低分子量不飽和粘度
降下剤の使用は好ましくなく、これらは除外することができる。「共鳴振動数」
という用語は、本明細書に開示される方法、または同様の結果を与える他の方法
によって測定されるフォーム共鳴振動数を意味する。
脱せず、本発明に多くの変更および改良を加えうることが当業者に明らかである
。
概略図を示す。
Claims (18)
- 【請求項1】 7Hzまたはそれ以下の共鳴振動数、および70%未満、好
ましくは65%未満、特に60%未満、例えば50〜60%のボール反発弾性を
有する成形ポリウレタンフォームであって、該成形ポリウレタンフォームが、 a) 化学量論的過剰の1種類またはそれ以上のジイソシアネートまたはポリ
イソシアネートと、0.025meq/g未満の不飽和および1000Daより
大きい当量を有する1類類またはそれ以上の二価またはそれ以上の官能価の低内
的不飽和ポリオキシアルキレンポリオールを主部分で含んで成る、平均内的不飽
和0.025meq/g未満を有するポリオール成分との反応によって製造され
るイソシアネート末端プレポリマー; を含んで成るポリウレタンまたはポリウレタン/ウレア形成組成物と、 b) 水および必要に応じて低分子量アミンまたはアルカノールアミンを含ん
で成る活性剤流れ; とを、任意に c) a)とb)の反応を促進する1種類またはそれ以上の触媒; の存在下において、 密閉型において反応させることによって製造される、成形ポリウレタンフォーム
。 - 【請求項2】 該ポリオール成分が、0.015meq/gまたはそれ以下
、好ましくは0.010meq/gまたはそれ以下の内的不飽和を有する1種類
またはそれ以上の低内的不飽和ポリオキシプロピレンポリオールを80重量%を
越えて含んで成る請求項1に記載の成形ポリウレタンフォーム。 - 【請求項3】 該活性剤流れが、水およびジエタノールアミンを含んで成る
請求項1または2に記載の成形ポリウレタンフォーム。 - 【請求項4】 該ポリオール成分が、1種類またはそれ以上の鎖延長剤、あ
るいは分子量1000Da未満のイソシアネート反応性ポリオキシアルキレンオ
リゴマーを少量部でさらに含んで成る請求項1〜3のいずれかに記載の成形ポリ
ウレタンフォーム。 - 【請求項5】 該ポリオール成分が、ポリマーポリオールをさらに含んで成
る請求項1〜4のいずれかに記載の成形ポリウレタンフォーム。 - 【請求項6】 該ポリマーポリオールが、低内的不飽和ポリマーポリオール
を含んで成る請求項5に記載の成形ポリウレタンフォーム。 - 【請求項7】 少なくとも1つの該1種類またはそれ以上の低内的不飽和ポ
リオキシアルキレンポリオールが、1.5重量%〜30重量%のオキシエチレン
残基も含有するポリオキシプロピレンポリオールを含んで成る請求項1〜6のい
ずれかに記載の成形ポリウレタンフォーム。 - 【請求項8】 該ポリオール成分が0.015meq/g以下の平均不飽和
を有するように、0.010meq/g未満の内的不飽和を有する1種類または
それ以上の低内的不飽和ポリマーポリオールを、該ポリオール成分が含んで成る
請求項1〜7のいずれかに記載の成形ポリウレタンフォーム。 - 【請求項9】 該活性剤流れが、水、アルカノールアミン、および必要に応
じて少ないモルパーセントのジ第一級脂肪族グリコールまたはポリオールを含ん
で成る、請求項1〜8のいずれかに記載の成形ポリウレタンフォーム。 - 【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載のフォームを主部分におい
て含んで成る座席クッションを有する車両用座席。 - 【請求項11】 該座席が、スプリングサスペンションを有さないディープ
フォーム座席である請求項10に記載の車両用座席。 - 【請求項12】 請求項1〜12のいずれかに記載の成形ポリウレタンフォ
ームの製造法であって、該方法が、 a) 化学量論的過剰の1種類またはそれ以上のジイソシアネートまたはポリ
イソシアネートと、0.025meq/g未満の不飽和および1000Daより
大きい当量を有する1類類またはそれ以上の二価またはそれ以上の官能価の低内
的不飽和の実質的なポリオキシプロピレンポリオールを主部分で含んで成る、平
均内的不飽和0.025meq/g未満を有するポリオール成分との反応によっ
て製造される、イソシアネートを末端基とする低内的不飽和プレポリマー; を含んで成るポリウレタンまたはポリウレタン/ウレア形成組成物と、 b) 水および必要に応じて低分子量アミンまたはアルカノールアミンを含ん
で成る活性剤流れ; とを、任意に c) a)とb)の反応を促進する1種類またはそれ以上の触媒の有効量; の存在下において、 密閉型において反応させることを含んで成る方法。 - 【請求項13】 反応物または生成物が請求項1〜9のいずれかにおいて定
義される請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】 イソシアネート末端プレポリマーと水流との反応による成
形ポリウレタンフォームの製造方法であって、その方法における改良が、 a) 主モル部の水を含んで成る、第一活性剤流れ、 b) 1種類またはそれ以上の有機ジイソシアネートまたはポリイソシアネー
トを含んで成る、第二イソシアネート流れ、 c) 1種類またはそれ以上のイソシアネート末端プレポリマーを含んで成る
第三低固体プレポリマー流れであって、該プレポリマーが、該低固体プレポリマ
ー流れの該プレポリマーに含有されるポリオールの重量に基づいて0重量%〜1
0重量%の分散相ポリマー固形分を有する、第三低固体プレポリマー流れ、 d) 1種類またはそれ以上のイソシアネート末端プレポリマーを含んで成る
第四高固体プレポリマー流れであって、該第四流れが、該高固体プレポリマー流
れに含有されるポリオールの重量に基づいて15重量%〜60重量%の分散相ポ
リマー固体を含有する、第四高固体プレポリマー流れ、 を含む4つの反応性流れを、ミックスヘッドに供給し; 該第一活性剤流れの一部、および該第二、第三、および第四流れの少なくとも
2つを、該ミックスヘッドに導入し; 該ミックスヘッドにおいて該流れを混合して、反応性ポリウレタンフォーム混
合物を形成し; 該反応性ポリウレタンフォーム混合物を型に導入し;および 該型からポリウレタンフォームを取り出す; ことを含んで成る方法。 - 【請求項15】 該低固体プレポリマー流れのプレポリマー、および該高固
体プレポリマー流れのプレポリマー中の、1000Daより大きい当量を有する
全てのポリオールが、低内的不飽和ポリオールである請求項14に記載の方法。 - 【請求項16】 単一の流れの配合構成を変化させずに、a)〜d)の流れ
の1つまたはそれ以上の比率を変化させることによって、フォームの物理化学的
特性を変化させる請求項14または15に記載の方法。 - 【請求項17】 a)〜d)の流れを反応させてポリウレタン/ウレアフォ
ームを形成し、該フォームを硬化した後に、硬化したフォームが、7Hz未満の
共鳴振動数、70未満のボール反発弾性を有する請求項14、15、または16
に記載の方法。 - 【請求項18】 種々の物理化学的特性を有する2種類またはそれ以上の成
形ポリウレタンフォームを単一ミックスヘッドから製造する方法であって、該方
法が、 1) a) 下記の1つまたはそれ以上の活性剤流れ: a)i) 主モル部の水を含んで成る、第一活性剤流れ、および a)ii) 該第一活性剤流れと異なる、主モル部の水を含んで
成る、代替的第一活性剤流れ、 (該1つまたはそれ以上の活性剤流れを、少なくとも1つのポリウ
レタン触媒の存在下において、該ミックスヘッドに供給する) b) 下記の2つまたはそれ以上のイソシアネート官能性流れ: b)i) 1種類またはそれ以上の有機ジイソシアネートまたは
ポリイソシアネートを含んで成る第二イソシアネート流れ、 b)ii) 1種類またはそれ以上のイソシアネート末端プレポ
リマーを含んで成る第三低固体プレポリマー流れであって、該プレポリマーが、
該低固体プレポリマー流れの該プレポリマーに含有されるポリオールの重量に基
づいて0重量%〜約10重量%の分散相ポリマー固形分を有する、第三低固体プ
レポリマー流れ、 b)iii) 1種類またはそれ以上のイソシアネート末端プレ
ポリマーを含んで成る第四高固体プレポリマー流れであって、該第四流れが、該
高固体プレポリマー流れに含有されるポリオールの重量に基づいて15重量%〜
60重量%の分散相ポリマー固体を含有する、第四高固体プレポリマー流れ、 (該2つまたはそれ以上のイソシアネート反応性流れの少なくとも
1つを、b)ii)またはb)iii)から選択する) をミックスヘッドに供給し; 2) 該ミックスヘッドにおいて、a)i)、a)ii)、またはa)i)お
よびa)ii)の両方から誘導される活性剤流れの一部と、1つまたはそれ以上
のイソシアネート反応性流れb)i)、b)ii)、またはb)iii)(該1
つまたはそれ以上のイソシアネート反応性流れの少なくとも1つがプレポリマー
含有流れb)ii)またはb)iii)である)とを混合して、反応性ポリウレ
タンフォーム混合物を形成し; 3) 該反応性ポリウレタンフォーム混合物を型に導入し; 4) 第一の組の物理化学的特性を有する第一成形ポリウレタンフォームを、
該型から取り出し;および 5) 工程1)において供給されるa)i)〜b)iii)の流れの供給を変
化させずに、工程2)において該ミックスヘッドで混合されるa)i)、a)i
i)、b)i)、b)ii)、およびb)iii)の流れの相対比率を変化させ
、工程2)〜4)を反復して、該第一成形ポリウレタンフォームと異なる物理化
学的特性を有する第二成形ポリウレタンフォームを取り出す; ことを含んで成る方法。
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