JP2006199897A - 連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体 - Google Patents
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【解決手段】 連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有するポリウレタン発泡体原料に対し、炭酸水素塩を水に溶解した水溶液を配合し、ポリウレタン発泡体原料を反応させ、発泡及び硬化させることにより得られる。その場合、炭酸水素塩としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の炭酸水素アルカリ金属塩であることが好ましい。また、炭酸水素塩の分解開始温度は50〜100℃であることが好ましい。炭酸水素塩の配合量は、ポリオール類100質量部当たり0.005〜0.5質量部であることが好ましい。
【選択図】 なし
Description
請求項1に記載の発明の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体においては、そのポリウレタン発泡体原料に炭酸水素塩を水に溶解した水溶液が添加される。添加された炭酸水素塩は、ポリオール類とポリイソシアネート類とのウレタン化反応、ポリイソシアネート類と発泡剤との泡化反応等による発熱で加熱されて分解され、生成する二酸化炭素により、泡化反応に基づくウレア(尿素)結合の生成が抑制され、ソフトセグメントとハードセグメントよりなるポリウレタンのハードセグメントの形成が抑えられるものと推測される。従って、同じ密度におけるポリウレタン発泡体の硬さを低く調整することができる。
本実施形態の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体(以下、単に発泡体ともいう)は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有するポリウレタン発泡体原料に対し、炭酸水素塩を水に溶解した水溶液を配合し、ポリウレタン発泡体原料を反応させ発泡及び硬化させることにより得られるものである。ここで、連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体は、発泡体中に存在する気泡(セル)が連通構造を有し、柔軟性があって圧縮荷重に対し復元性を示すものを意味し、軟質ポリウレタン発泡体、半硬質ポリウレタン発泡体等が含まれる。
炭酸水素塩としては、分解開始温度が低く、ポリウレタン発泡体の生成に沿って分解されて機能を発揮することができる点から、炭酸水素アルカリ金属塩であることが好ましい。炭酸水素アルカリ金属塩として具体的には、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等が挙げられる。水に対する溶解度は、炭酸水素ナトリウムが10.6g/100g(25℃)であり、炭酸水素カリウムが36.2g/100g(25℃)である。この炭酸水素アルカリ金属塩は、溶解度の範囲内で水に溶解された状態の水溶液として用いられる。炭酸水素カリウムは炭酸水素ナトリウムに比べて溶解度が大きいため、配合量を増加させることができ、得られるポリウレタン発泡体の硬さを下げ、柔らかくすることができる。炭酸水素塩の粉末を例えばポリオール類に分散させた状態で使用すると、炭酸水素塩の効果が安定した状態で発揮されなくなる。
ポリオール類とポリイソシアネート類との反応によるポリウレタンの生成反応(ウレタン結合の生成反応、樹脂化反応)は、次の反応式(2)に基づいて進行する。
また、ポリイソシアネート類と水との反応による泡化反応は次の反応式(3)に従って進行する。
さらに、反応式(3)で生成したアミン化合物(−R−NH2)がポリイソシアネート類と反応し、ウレア(尿素)結合を生成する反応は、次の反応式(4)に従って進行する。
炭酸水素塩の分解によって生成する二酸化炭素により、反応式(3)で右辺の二酸化炭素の濃度が高くなるため、反応式(3)で示される反応の進行が抑制され、アミン化合物(−R−NH2)の生成が抑えられる。そのため、反応式(4)において左辺の成分が少なくなって反応の進行が規制される。ウレア結合は、ウレタン結合に比べて水素結合による凝集力が強く、その存在により発泡体が硬くなるが、ウレア結合の生成が規制されることで、発泡体の硬さを下げることができると推測される。
・ 本実施形態の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体においては、そのポリウレタン発泡体原料に炭酸水素塩を水に溶解した水溶液が添加される。添加された炭酸水素塩は、ポリウレタン発泡体の生成時における発熱で加熱分解され、生成する二酸化炭素によりウレア結合の生成が抑制され、ソフトセグメントとハードセグメントよりなるポリウレタンのハードセグメントの形成が抑えられると考えられる。従って、炭酸水素塩の配合量や分解条件を設定することにより、同じ密度におけるポリウレタン発泡体の硬さを低く調整することができる。しかも、炭酸水素塩が分解して生成される炭酸ナトリウム(比重2.25)、炭酸カリウム(比重2.43)等の分解生成物はポリエチレンパウダー(比重0.93)等の有機物に比べて比重が大きい。このため、フィラーが充填されることで生じるポリウレタン発泡体の物性の変化に与える影響が小さく、ポリウレタン発泡体の硬さ以外の物性の変化を抑制することができる。
(実施例1〜5及び比較例1〜3)
まず、各実施例及び比較例で用いた炭酸水素塩の混合物を以下に示す。
混合物2: 炭酸水素ナトリウム1質量部を水10質量部に溶解させた水溶液。
混合物4: 炭酸水素カリウム1質量部を水3質量部に溶解させた水溶液。
なお、混合物2、混合物3及び混合物4における炭酸水素塩を溶解するための水は、発泡剤としての水の一部を用いた。
(測定方法)
密度(kg/m3)、硬さ(N)、引張強度(kPa)、伸び(%)及び圧縮残留歪(%): JIS K6400に準じて行った。
(表1及び表2における略号)
ポリオールGP3000: ポリエーテルポリオール、三洋化成工業(株)製、水酸基価56(mgKOH/g)
アミン触媒LV33: 中京油脂(株)製のアミン系触媒
シリコーン整泡剤 B8110: ゴールドシュミット社製
オクチル酸第1スズ MRH110: 城北化学工業(株)製
ポリイソシアネート T−80: 日本ポリウレタン工業(株)製、トリレンジイソシアネート(2,4-トリレンジイソシアネート80質量%と2,6-トリレンジイソシアネート20質量%との混合物)
・ 炭酸水素塩として複数種類を組合せ、それらの配合量を調整して使用することもできる。例えば、炭酸水素ナトリウムと炭酸水素カリウムとを等量ずつ使用することにより、ポリウレタン発泡体の製造過程で50℃を越えると炭酸水素ナトリウムが分解して二酸化炭素を生成し、100℃を越えると炭酸水素カリウムが分解して二酸化炭素を生成することから、炭酸水素塩の作用を十分に発揮させることができる。
・ 炭酸水素塩は、必要量を発泡剤としての水に溶解させて使用することもできる。
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
Claims (4)
- ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有するポリウレタン発泡体原料に対し、炭酸水素塩を水に溶解した水溶液を配合し、前記ポリウレタン発泡体原料を反応させ発泡及び硬化させて得られることを特徴とする連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体。
- 前記炭酸水素塩は、炭酸水素アルカリ金属塩であることを特徴とする請求項1に記載の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体。
- 前記炭酸水素塩の分解開始温度は50〜100℃であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体。
- 前記炭酸水素塩の配合量は、ポリオール類100質量部当たり0.005〜0.5質量部であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体。
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