JP2005213414A - 軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ポリオール成分(A)と、ポリイソシアネート成分(B)とを、触媒、発泡剤、および整泡剤の存在下に反応させる軟質ポリウレタンフォームの製造方法において、(A)が特定のポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオール3種を含有し、(B)がMDI系ウレタンプレポリマーを含有することを特徴とする前記方法。
【選択図】 なし
Description
(I) ポリオール成分(A)と、ポリイソシアネート成分(B)とを、触媒(C)、発泡剤(D)、および整泡剤(E)の存在下に反応させる軟質ポリウレタンフォームの製造方法において、(A)が下記ポリオール(a1)、(a2)および(a3)を含有し、(B)がMDI系ウレタンプレポリマーを含有することを特徴とする前記方法。
ポリオール(a1):平均官能基数が3〜4で、水酸基価が90〜200mgKOH/gで、末端オキシエチレン単位の含量が0〜1質量%、内部オキシエチレン単位の含量が25〜75質量%であるポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオール。
ポリオール(a2):平均官能基数が3〜4で、水酸基価が220〜350mgKOH/gで、末端オキシエチレン単位の含量が2〜25質量%であるポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオール。
ポリオール(a3):平均官能基数が3〜4で、水酸基価が30〜80mgKOH/gで、末端オキシエチレン単位の含量が2〜25質量%であるポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオール。
(II) (I)の方法により得られ、反発弾性が15%以下である軟質ポリウレタンフォーム。
(III) (II)の軟質ポリウレタンフォームからなる寝具用クッション材。
(a1)、(a2)、および(a3)としては、例えば、少なくとも2個の活性水素を含有する化合物(多価アルコール、多価フェノール、アミン、ポリカルボン酸、リン酸等)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、2種以上を併用してもよい。これらのうちで好ましいものは、多価アルコールにAOが付加された構造の化合物である。
これらの活性水素化合物は2種以上を併用してもよく、平均官能基数が3〜4となるように選ばれる。
AO付加時に用いる触媒としては、通常用いられるアルカリ触媒(KOH、CsOH等)の他、特開2000−344881号公報に記載の触媒〔トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン等〕、特開平11−120300号公報に記載の触媒(過塩素酸マグネシウム等)を用いてもよい。
なお、ここで(a1)と、後述の(a2)、(a3)、および(a4)の平均官能基数は、原料の平均官能基数から計算される理論値を、官能基数であると見なしたものである。
水酸基価が220未満ではフォームの反発弾性が高くなり、350を越えるとフォームの硬さが高くなり過ぎる。平均官能基数が3未満ではフォームの耐久性が悪くなり、4を越えるとフォームの硬さが高くなり過ぎる。末端EO単位の含量が2%未満であるとフォームの硬化時間が長くなり、25%を越えるとフォームの独立気泡率が高くなり、フォームが収縮する。
水酸基価が30未満ではフォームの反発弾性が高くなり、80を越えるとフォームの硬さが高くなり過ぎる。平均官能基数が3未満ではフォームの硬化時間が長くなり、4を越えるとフォームの硬さが高くなり過ぎる。末端EO単位の含量が2%未満であるとフォームの硬化時間が長くなり、25%を越えるとフォームの独立気泡率が高くなり、フォームが収縮する。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、前記の多価アルコール、多価フェノール、またはアミンのAO付加物であって、(a1)、(a2)、および(a3)以外のものが挙げられる。 多価アルコール、多価フェノール、アミン、および付加するAOとしては、前記(a1)〜(a3)におけるものと同様のものが挙げられる。好ましくは、多価アルコールのAO付加物であり、さらに好ましくは、水酸基価が50〜250のポリオキシプロピレンポリオールである。
各種ポリオールもしくはモノオールとしては、ポリブタジエンポリオール等のポリジエンポリオールおよびそれらの水添物;アクリル系ポリオール、特開昭58−57413号公報および特開昭58−57414号公報等に記載された水酸基含有ビニル重合体;ヒマシ油等の天然油脂系ポリオール;ヒマシ油変性物(例えば多価アルコールエステル交換生成物、水添物)等の天然油脂系ポリオールの変性物;国際公開WO98/44016号公報に記載の末端ラジカル重合性官能基含有活性水素化合物(モノオールも含まれる。);ポリエーテルポリオールをメチレンジハライド等のアルキレンジハライド等でジャンプした変性ポリオール;ポリエーテルポリオールのOH末端プレポリマー;等が挙げられる。
多価アルコール、アルカノールアミンとしては前述のものが挙げられる。
(a4)として好ましいものは、ポリエーテルポリオールおよび/またはアルカノールアミンである。
(a1)、(a2)、および(a3)の量が上記範囲内であると、反発弾性、フォームの硬さが適度となり、かつ湿熱圧縮残留歪みが良好となる。
また、(A)中の(a4)の含量は30%以下が好ましい。上限は、さらに好ましくは20%、とくに好ましくは10%であり、下限は、さらに好ましくは1%である。
ポリオールと反応させるMDI系ポリイソシアネートとしては、MDIが好ましい。MDIを用いると反発弾性が低くなる。
上記ポリオールとしては、前記のポリエーテルポリオール〔(a1)、(a2)、(a3)、および他のポリエーテルポリオール〕、多価アルコール等が挙げられる。これらの中では、平均官能基数が2〜6で、水酸基価が20〜200で、末端EO単位の含量が0〜50%である、ポリオキシプロピレン(ポリオキシエチレン)ポリオールが好ましい。平均官能基数が2以上ではフォームの成形性が良好であり、6以下では生成するMDI系ウレタンプレポリマーの粘度が適度に低くなる。水酸基価が20以上ではフォームの反発弾性が低くなり、200以下ではフォームの硬さが適度となる。末端EO単位の含量が50%以下であると、反応させるポリイソシアネートとの相溶性が良好となる。
また、MDI系ウレタンプレポリマーのNCO含量は、15〜30%が好ましい。下限は、さらに好ましくは17%、とくに好ましくは18%であり、上限は、さらに好ましくは28%、とくに好ましくは26%である。プレポリマーのNCO含量が15%以上ではフォームが適度に硬くなり、30%以下では成形性が良好となる。
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。
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、ショ糖変性TDI、ひまし油変性TDIなどが挙げられる。
これらのうちで好ましいものは、芳香族ポリイソシアネートであり、さらに好ましくは、TDI、および粗製TDIである。
(B)のNCO含量は、15〜30%が好ましい。下限は、さらに好ましくは17%、とくに好ましくは18%であり、上限は、さらに好ましくは28%、とくに好ましくは26%である。NCO含量が15%以上でフォームが適度に硬くなり、30%以下で成形性が良好となる。
触媒の使用量は、ポリオール成分(A)100質量部(以下、部は、特に記載のない限り質量部を意味する。)に対して、好ましくは0.01〜6部、さらに好ましくは0.2〜4部である。
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、HFC−365mfcおよびこれらの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部あたり、好ましくは50部以下、さらに好ましくは5〜45部である。
低沸点炭化水素を用いる場合の使用量は、(A)100部あたり、好ましくは40部以下、さらに好ましくは5〜30部である。
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。
整泡剤の使用量は、ポリオール成分(A)100部に対して、好ましくは5部以下、さらに好ましくは0.5〜3部である。
反発弾性の下限は、好ましくは1%であり、上限は、好ましくは13%、さらに好ましくは10%、とくに好ましくは5%である。
反発弾性が15%以下であると、寝具として用いた場合に頭部および身体を安定した状態で保つことができ、頭部および身体に及ぼす応力が適度になる。
また、本発明の軟質ポリウレタンフォームの全密度(kg/m3)は、好ましくは30〜150であり、さらに好ましくは、下限は40、上限は120である。
表1に記載の部数の、ポリイソシアネート以外の成分を混合したポリオールプレミックス(25℃)に、所定のNCO指数となるようポリイソシアネート(25℃)を加えて、ホモディスパー(特殊機化社製攪拌機)にて4000rpmで10秒攪拌後、65℃に温度調節した300mm(長さ)×300mm(幅)×100mm(高さ)のアルミ製モールドに注入し、キュアー時間5分にて成形した。
各フォームの物性値等の測定結果を表1に示す。
(1)ポリオールa1−1:グリセリンのPO/EO/POブロック付加物(水酸基価112、末端EO単位の含量=1%、内部EO単位の含量=34%)。
(2)ポリオールa1−2:グリセリンのPO/EOランダム付加物(水酸基価112、末端EO単位の含量=0%、内部EO単位の含量=70%)。
(3)ポリオールa2−1:グリセリンのPO/EOブロック付加物(水酸基価280、末端EO単位の含量=10%)。
(4)ポリオールa3−1:グリセリンのPO/EOブロック付加物(水酸基価56、末端EO単位の含量=7%)。
(5)ポリオールa4−1:グリセリンのPO付加物(水酸基価112)
(6)ポリオールa4−2:グリセリンのPO付加物(水酸基価280)
(7)ポリオールa4−3:グリセリンのPO付加物(水酸基価56)
(8)ポリオールa4−4:ジエタノールアミン(水酸基価1590)
(9)ポリオールa4−5:グリセリンのPO/EOランダム付加物(付加モル比:35/65、水酸基価49)
(10)ポリオールa4−6:グリセリンのPO付加物(水酸基価450)
(11)ポリオールa4−7:グリセリンのPO付加物(水酸基価168)
(13)ポリイソシアネートB−2:TDI/MDI=80/20(質量比)の混合物〔日本ポリウレタン工業(株)製CE−729〕
(14)ポリイソシアネートB−3:粗製MDI〔日本ポリウレタン工業(株)製ミリオネートMR−200〕
(16)触媒C−2:ビス(N,N−ジメチルアミノ−2−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〕
(17)発泡剤D−1:水
(18)整泡剤E−1:日本ユニカー(株)製「SZ−1302」
<1>:全密度(kg/m3)。
<2>:25%ILD(kgf/314cm2)(−20℃、0℃、および25℃)
<3>:反発弾性(%)
<4>:湿熱圧縮残留歪み(%)
<5>:5分脱型の可否
<1>〜<4>は、JIS K 6400(1997年版)の試験法に準拠した。<5>は、上記条件で成形した際に、キュアー開始5分後で、樹脂化が完了し未硬化物がモールドに残らず脱型可能で、硬化物に指跡の残らないものを可、5分後に樹脂化が完了していないもの、あるいは脱型できても硬化物に指跡が残るものを否とした。
寝具用クッション材は、頭部、身体を乗せると、重さに適当に沈み込み、かつ安定した状態を保つためのものであり、軟質ポリウレタンフォームからなるパッド材と、必要により表皮(合成繊維布帛など)等からなる。中でも枕として用いると、安眠枕用クッション材として著しい効果を発揮し、有用である。
Claims (5)
- ポリオール成分(A)と、ポリイソシアネート成分(B)とを、触媒(C)、発泡剤(D)、および整泡剤(E)の存在下に反応させる軟質ポリウレタンフォームの製造方法において、(A)が下記ポリオール(a1)、(a2)および(a3)を含有し、(B)がMDI系ウレタンプレポリマーを含有することを特徴とする前記方法。
ポリオール(a1):平均官能基数が3〜4で、水酸基価が90〜200mgKOH/gで、末端オキシエチレン単位の含量が0〜1質量%であり、かつ内部オキシエチレン単位の含有量が25〜75質量%であるポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオール。
ポリオール(a2):平均官能基数が3〜4で、水酸基価が220〜350mgKOH/gで、末端オキシエチレン単位の含量が2〜25質量%であるポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオール。
ポリオール(a3):平均官能基数が3〜4で、水酸基価が30〜80mgKOH/gで、末端オキシエチレン単位の含量が2〜25質量%であるポリオキシプロピレンポリオキシエチレンポリオール。 - (A)中の(a1)の量が10〜60質量%であり、(a2)の量が5〜20質量%であり、(a3)の量が20〜85質量%である請求項1記載の方法。
- (B)のNCO含量が15〜30質量%である請求項1または2記載の方法。
- 請求項1〜3のいずれか記載の方法により得られ、反発弾性が15%以下である軟質ポリウレタンフォーム。
- 請求項4記載の軟質ポリウレタンフォームからなる寝具用クッション材。
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