JP2003313267A - 軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成形型充填性に優れた軟質ポリウレタンフォー
ムの製造方法を提供する。 【解決手段】ポリオール化合物とイソシアネート化合物
とを触媒、発泡剤、架橋剤および整泡剤の存在下で反応
させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法におい
て、ポリオール化合物として水酸基価が５６ｍｇＫＯＨ
／ｇ以下のポリエーテルポリオールを用い、発泡剤とし
て水のみまたは水と不活性ガスを併せて用い、架橋剤と
してポリグリセリンを架橋剤のうちの２０質量％以上用
い、かつ、製造された軟質ポリウレタンフォームのコア
密度が３０〜４５ｋｇ／ｍ^３であることを特徴とする軟
質ポリウレタンフォームの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟質ポリウレタン
フォームの製造方法に関し、より詳しくは成形型充填性
に優れた軟質ポリウレタンフォームの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、軟質ポリウレタンフォーム（以
下、軟質フォームという。）の軽量化、低密度化の要求
が高まっている。この密度の低い軟質フォームを製造す
る際には、水を発泡剤として用いる場合はその使用量が
多くなる傾向にある。この場合にポリオール化合物とイ
ソシアネート化合物との反応混合液の反応性が増加しフ
ォームの成形性が悪化する傾向にある。

【０００３】すなわち、成形型に反応混合液を充填した
直後に反応が速やかに進行するために、流動性が悪化
し、成形型末端部での充填性の悪化、エアボイド等の発
生、および軟質フォームの挫屈等の問題が発生しやす
い。これらの問題を解決する方法としては、触媒として
遅延化触媒を用いる方法が知られている。すなわち、３
級アミンをギ酸等の強酸でブロックした化合物を触媒と
して用いる方法である。

【０００４】しかしこのような遅延化触媒を用いた場合
には、強酸による成形型の腐食が問題となりやすい。ま
た架橋剤としてグリセリンを用いることが、特開昭５３
−９９２９８号公報に提案されている。しかし架橋剤と
してグリセリンのみを用いると独立気泡性が強くなる傾
向にあり、良好な成形性（特にクラッシング性）が得ら
れにくい、製造された軟質フォームの伸びが悪化しやす
いという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、上
記の問題を解決し、水を発泡剤として用い軽量（低密
度）の軟質フォームを得る際に、初期の反応性を遅くす
ることにより良好な成形型充填性が得られ、かつ、製造
された軟質フォームの独立気泡性を抑えながら良好な機
械特性を得るための製造方法を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ポリオール化
合物とイソシアネート化合物とを触媒、発泡剤、架橋剤
および整泡剤の存在下で反応させて軟質ポリウレタンフ
ォームを製造する方法において、ポリオール化合物とし
て水酸基価が５６ｍｇＫＯＨ／ｇ以下のポリエーテルポ
リオールを用い、発泡剤として水のみまたは水と不活性
ガスを併せて用い、架橋剤としてポリグリセリンを架橋
剤のうちの２０質量％以上用い、かつ、製造された軟質
ポリウレタンフォームのコア密度が３０〜４５ｋｇ／ｍ
^３であることを特徴とする軟質ポリウレタンフォームの
製造方法を提供する。ここでポリグリセリンとグリセリ
ンとからなる架橋剤を用いることが好ましい。

【０００７】この製造方法により、水のみまたは水と不
活性ガスを併せて発泡剤として用いて軽量の軟質フォー
ムを製造した場合にも、良好な成形型充填性が得られ、
かつ、製造された軟質フォームの機械特性が良好である
という特徴を有する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明では、ポリオール化合物と
イソシアネート化合物とを触媒、発泡剤、架橋剤および
整泡剤の存在下で反応させて軟質ポリウレタンフォーム
を製造する。以下にその詳細を説明する。

【０００９】（ポリオール化合物）本発明で用いるポリ
オール化合物としては、水酸基価が５６ｍｇＫＯＨ／ｇ
以下のポリエーテルポリオールを用いる。このポリエー
テルポリオールは開始剤にアルキレンオキシドを開環付
加重合させて得られる。ポリエーテルポリオールは１種
のみを用いても、２種以上を混合して用いてもよい。

【００１０】前記開始剤としては、グリセリン、ペンタ
エリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール類、
ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカ
ノールアミン類、エチレンジアミン等のアミン類、また
は、これらに少量のアルキレンオキシドを付加した化合
物等が挙げられ、これらの１種または２種以上の併用が
好ましい。また前記アルキレンオキシドとしては、エチ
レンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド
等が挙げられ、エチレンオキシドとプロピレンオキシド
との併用が好ましい。

【００１１】前記ポリオール化合物の水酸基数は３〜６
が好ましく、３〜４．５がより好ましい。この水酸基数
が３未満の場合には製造される軟質フォームの耐久性が
悪化する傾向にあり、また水酸基数が６を超える場合に
は製造される軟質フォームが硬くなり伸び等の機械物性
が悪化する傾向にあり、いずれも好ましくない。なお耐
久性は圧縮永久歪により評価される。

【００１２】また前記ポリオール化合物の水酸基価は５
６ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であるが、１０〜５６ｍｇＫＯＨ
／ｇが好ましく、１５〜４５ｍｇＫＯＨ／ｇがより好ま
しい。水酸基価が５６ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると製造さ
れる軟質フォームの伸び、反発弾性等の物性が得られに
くく、また１０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であるとポリオール
化合物の粘度が高くなりすぎ、いずれも好ましくない。
前記ポリオール化合物の不飽和度は、０．０４ｍｅｑ／
ｇ以下が好ましく、０．０３５ｍｅｑ／ｇ以下が好まし
い。不飽和度が０．０４ｍｅｑ／ｇより大きい場合には
製造された軟質フォームの耐久性が悪化しやすく好まし
くない。

【００１３】また前記ポリエーテルポリオールがオキシ
エチレン基を有することが好ましく、その含有量はポリ
オール化合物全体を平均して、５〜２０質量％が好まし
く、１０〜１６質量％がより好ましい。オキシエチレン
基含有量が少ない場合には、軟質フォームを製造する際
に挫屈が発生しやすく製造が困難になりやすい。またオ
キシエチレン基含有量が多い場合には、耐久性が悪化し
やすく好ましくない。

【００１４】本発明においてポリオール化合物としてポ
リマー分散ポリオールを用いることが好ましい。ここで
ポリマー分散ポリオールとは、ベースポリオール（分散
媒）中にポリマー微粒子（分散質）が安定に分散してい
る分散系である。ポリマー微粒子のポリマーとしては、
付加重合系ポリマーまたは縮重合系ポリマーが挙げられ
る。付加重合系ポリマーは例えば、アクリロニトリル、
スチレン、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル
等のモノマーを単独重合または共重合して得られる。

【００１５】また縮重合系ポリマーとしては、ポリエス
テル、ポリウレア、ポリウレタン、メラミン等が挙げら
れる。ポリオール中にポリマー微粒子が存在することに
より、ポリオールの水酸基価が低く抑えられ、軟質フォ
ームの硬度、通気性等の物性向上に有効である。またポ
リマー分散ポリオール中のポリマー微粒子の含有率は特
に制限されないが、５０質量％以下が好ましく、３〜４
０質量％がより好ましい。なお、ポリオールの質量を計
算に用いる場合はポリマー微粒子の質量は含まない。

【００１６】（イソシアネート化合物）前記イソシアネ
ート化合物としては、特に制限はないが、イソシアネー
ト基を２以上有する芳香族系、脂環族系、脂肪族系等の
ポリイソシアネート；前記ポリイソシアネートの２種類
以上の混合物；これらを変性して得られる変性ポリイソ
シアネート等が挙げられる。具体例としては、トリレン
ジイソシアネート（ＴＤＩ）、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ルイソ
シアネート（通称：クルードＭＤＩ）、キシリレンジイ
ソシアネート（ＸＤＩ）、イソホロンジイソシアネート
（ＩＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭ
ＤＩ）等のポリイソシアネート、またはこれらのプレポ
リマー型変性体、ヌレート型変性体、ウレア型変性体、
カルボジイミド型変性体等が挙げられる。このうち、Ｔ
ＤＩ、ＭＤＩ、クルードＭＤＩ、またはこれらの変性体
が好ましく、ＴＤＩとクルードＭＤＩの混合物が特に好
ましい。

【００１７】イソシアネート化合物の使用量は通常イソ
シアネートインデックス（ポリオール、架橋剤、破泡
剤、水等のすべての活性水素数の合計に対するイソシア
ネート基の数の１００倍で表される数値）で表すが、本
発明におけるイソシアネート化合物の使用量は、イソシ
アネートインデックスで５０〜１２０が好ましく、６５
〜１１０がより好ましい。

【００１８】（触媒）前記触媒としては、ウレタン化反
応を促進する触媒であれば特に制限はないが、例えば、
トリエチレンジアミン、ビス（２−ジメチルアミノエチ
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等の３級アミン類；酢酸カリウム、
２−エチルヘキサン酸カリウム等のカルボン酸金属塩；
ジブチルスズジラウレート等の有機金属化合物等が挙げ
られる。これらの触媒は１種のみを用いても２種以上を
併用してもよい。またその使用量はポリオール化合物１
００質量部に対して、０．０５〜１質量部が好ましい。

【００１９】（発泡剤）本発明においては、発泡剤とし
て水のみまたは水と不活性ガスを併せて用いる。不活性
ガスとしては、空気、窒素、炭酸ガス等が挙げられる。
ここで、発泡剤としては、水のみまたは水と炭酸ガスの
併用が好ましい。水の使用量はポリオール化合物１００
質量部に対して、１０質量部以下が好ましく、０．１〜
８質量部がより好ましい。

【００２０】（架橋剤）本発明においては、架橋剤とし
てポリグリセリンを用い、その使用量は架橋剤のうち２
０質量％以上である。ただしポリグリセリンとはグリセ
リンの縮合した化合物の混合物であり、具体的には、ジ
グリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリン等の混
合物である。本発明で用いるポリグリセリンの平均水酸
基数は４を超え１０以下が好ましく、５〜８がより好ま
しい。

【００２１】本発明において架橋剤として、ポリグリセ
リンと他の化合物とを併用してもよい。ポリグリセリン
と併用してもよい化合物としては、多価アルコール類、
ポリアミン類が挙げられる。架橋剤の活性水素原子は２
以上であればよいが、３以上が好ましく、４〜８がより
好ましい。架橋剤として用いる多価アルコール類の水酸
基価は１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上が好ましく、２００ｍ
ｇＫＯＨ／ｇ以上がより好ましい。多価アルコール類の
具体例としては、グリセリン、トリメチロールプロパン
等が挙げられる。またポリアミン類としては、エチレン
ジアミン等が挙げられる。

【００２２】本発明においては、架橋剤としてポリグリ
セリンを所定量使用すればよいが、ポリグリセリンとグ
リセリンとからなる混合物を用いることが好ましく、ポ
リグリセリンのみを用いることが特に好ましい。架橋剤
のうちの、ポリグリセリンの割合は、２０質量％以上で
あるが、５０質量％以上が好ましく、１００質量％が特
に好ましい。架橋剤全体の平均活性水素原子数は３．５
〜１０が好ましく、４〜８がより好ましい。架橋剤の使
用量はポリオール化合物１００質量部に対して、０．５
〜１０質量部が好ましく、１〜５質量部がより好まし
い。

【００２３】（整泡剤）本発明においては、成形性を向
上させるために整泡剤を用いる。この整泡剤としては特
に制限はないが、シリコーン系整泡剤、フッ素系整泡剤
等が挙げられ、このうちシリコーン系整泡剤が好まし
い。整泡剤の使用量は、ポリオール化合物１００質量部
に対して、０．１〜４質量部が好ましく、０．５〜３質
量部がより好ましい。

【００２４】（その他配合剤）本発明の軟質フォームの
製造においては、上記以外の配合剤も使用できる。例え
ば、難燃剤、破泡剤、安定剤等である。

【００２５】（軟質フォームの製造方法）本発明におけ
る軟質フォームの製造方法としては、低圧発泡機または
高圧発泡機を用いて反応混合液を直接金型に注入する方
法（すなわち反応射出成形法）が好ましい。本発明にお
ける軟質フォームはコールドキュア法、ホットキュア法
のいずれの方法によっても製造できるが、コールドキュ
ア法が好ましい。

【００２６】本発明の特定の架橋剤を用いると初期反応
性を遅くすることができ、成形型への充填性が向上す
る。この初期反応性の評価方法は、以下のように行う。
上部が開放の箱内に発泡機より反応混合液を注入し、注
入後２５秒後の発泡高さの、発泡終了時の高さに対して
の割合で評価する。この値が小さければ初期反応性が遅
いといえ、２５％以下であれば成形型への充填性が特に
良好であるといえる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明はこれに限定されない。なお、実施例
および比較例中の発泡処方欄の数値は質量部を表す。使
用した原料を以下に示す。

【００２８】ポリオール１：ペンタエリスリトールを開
始剤とし、水酸化セシウムを用いてプロピレンオキシド
を付加し、次いでエチレンオキシドを付加した、水酸基
価が２８ｍｇＫＯＨ／ｇ、オキシエチレン基含有量が１
３質量％、不飽和度が０．０３ｍｅｑ／ｇのポリエーテ
ルポリオール。

【００２９】ポリオール２：グリセリンを開始剤とし、
水酸化カリウムを用いてプロピレンオキシドを付加し、
次いでエチレンオキシドを付加した、水酸基価が３４ｍ
ｇＫＯＨ／ｇ、オキシエチレン基含有量が１５質量％、
不飽和度が０．０３５ｍｅｑ／ｇのポリエーテルポリオ
ール。

【００３０】ポリオール３：グリセリンとペンタエリス
リトールとの混合物を開始剤とし、水酸化カリウムを用
いてプロピレンオキシドを付加し、次いでエチレンオキ
シドを付加した、水酸基価が２８ｍｇＫＯＨ／ｇ、オキ
シエチレン基含有量が１５質量％、不飽和度が０．０３
６ｍｅｑ／ｇのポリエーテルポリオール。

【００３１】ポリオール４：ポリオール２をベースポリ
オールとし、スチレン／アクリロニトリルが２２．５／
７７．５の割合で共重合したポリマー微粒子が分散し
た、ポリマー微粒子濃度が３５質量％のポリマー分散ポ
リオール。

【００３２】ポリオール５：ポリオール３をベースポリ
オールとし、スチレン／アクリロニトリルが４０／６０
の割合で共重合したポリマー微粒子が分散した、ポリマ
ー微粒子濃度が２２質量％のポリマー分散ポリオール。

【００３３】架橋剤１：平均水酸基数が６のポリグリセ
リン（商品名：ポリグリセロール３００、鹿島ケミカル
社製）。 架橋剤２：グリセリン。 架橋剤３：ソルビトールを開始剤とし、水酸化カリウム
を用いてプロピレンオキシドを付加し、次いでエチレン
オキシドを付加した、水酸基価が４５０ｍｇＫＯＨ／
ｇ、オキシエチレン基含有量が１５質量％のポリエーテ
ルポリオール。

【００３４】触媒１：トリエチレンジアミンのジプロピ
レングリコール（ＤＰＧ）溶液（商品名：ＴＥＤＡ Ｌ
３３、東ソー社製）。 触媒２：ビス−［（２−ジメチルアミノ）エチル］エー
テルのＤＰＧ溶液（商品名：ＴＯＹＯＣＡＴ ＥＴ、東
ソー社製）。

【００３５】整泡剤１：シリコーン系整泡剤（商品名：
Ｌ−５３０９、日本ユニカー社製）。 整泡剤２：シリコーン系整泡剤（商品名：Ｌ−３６０
１、日本ユニカー社製）。

【００３６】イソシアネート化合物：ＴＤＩ―８０
（２，４−ＴＤＩと２，６−ＴＤＩの８０／２０（質量
比）混合物。イソシアネート基含有量４８．３質量％）
とクルードＭＤＩとの混合物。混合比はＴＤＩ−８０／
クルードＭＤＩ＝８０／２０（質量比）である。イソシ
アネート基含有量は４４．８質量％である。商品名：コ
ロネート１０２１、日本ポリウレタン工業社製。

【００３７】本実施例では、丸加化工機社製の高圧発泡
機を用いて発泡評価を行った。ポリオール化合物、架橋
剤、水、触媒、整泡剤の各成分、および添加剤を混合し
たものをポリオールシステム液とし、高圧発泡機の一方
のタンクに入れ、タンクの液温を２５℃に調節した。ま
た、もう他方のタンクにイソシアネート化合物を入れ、
タンクの液温を２５℃に調節した。

【００３８】これらのポリオールシステム液とイソシア
ネート化合物を高圧発泡機のヘッド内で混合させ所定の
容器内へ注入した。発泡時の圧力は、ポリオールシステ
ム液、イソシアネート化合物共に１４ＭＰａ〜１５ＭＰ
ａである。所定の容器としては、反応性の測定では３０
０ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの上部開放の木型を使
用した。物性測定用サンプルの成形では、金型の温度を
６２℃〜６８℃に調節した４００ｍｍ×４００ｍｍ×１
００ｍｍの金型を使用した。また、金型からの脱型は原
料注入から６分後に行った。

【００３９】処方および評価結果を表１に示す。例１〜
３は実施例、例４〜６は比較例である。全密度（単位：
ｋｇ／ｍ^３）、コア密度（単位：ｋｇ／ｍ^３）、２５％
硬さ（ＩＬＤ）（単位：Ｎ／３１４ｃｍ^２）、コア反発
弾性率（単位：％）、通気性（単位：Ｌ／ｍｉｎ）、引
き裂き強度（Ｎ／ｃｍ）、引っ張り強度（ｋＰａ）、伸
び（％）、乾熱圧縮永久歪（単位：％）、湿熱圧縮永久
歪（単位：％）はＪＩＳ Ｋ６４００に準拠した方法で
評価した。また初期反応性については本文記載の方法で
行い、２５秒後の高さの最終の高さに対する割合（単
位：％）で表した。また成形性に関しては、軟質フォー
ムを金型から脱型する際の作業性およびテストピースの
末端部の充填製、キュア性を評価し、それぞれ○を良好
とし、△をやや不良、×を不良とした。

【００４０】

【表１】

【００４１】架橋剤として、ポリグリセリンを用いた場
合は軟質フォーム製造時の初期反応性が遅くなり、成形
型の末端部まで充分に反応混合液が充填された。一方架
橋剤としてグリセリンを用いた場合には、伸び、圧縮永
久歪の値が不充分であった。

【００４２】

【発明の効果】本発明の製造方法は、成形型充填性に優
れる。特に低密度、高反発弾性率の軟質フォームを製造
する際に有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J034 BA08 CA03 CB02 CB05 CC01 DG01 DG03 DG14 HA07 HC03 HC12 HC17 HC46 HC61 HC64 HC71 NA01 NA03 NA05 QB01 QB15

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリオール化合物とイソシアネート化合物
   とを触媒、発泡剤、架橋剤および整泡剤の存在下で反応
   させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法におい
   て、 ポリオール化合物として水酸基価が５６ｍｇＫＯＨ／ｇ
   以下のポリエーテルポリオールを用い、発泡剤として水
   のみまたは水と不活性ガスを併せて用い、架橋剤として
   ポリグリセリンを架橋剤のうちの２０質量％以上用い、
   かつ、製造された軟質ポリウレタンフォームのコア密度
   が３０〜４５ｋｇ／ｍ^３であることを特徴とする軟質ポ
   リウレタンフォームの製造方法。
2. 【請求項２】ポリグリセリンとグリセリンとからなる架
   橋剤を用いる、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。