JP2007176990A - ポリウレタン系発泡体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シェアラインの発生が抑制された、表面に面材が貼設されているポリウレタン発泡体の製造方法を提供すること。
【解決手段】 ポリイソシアネートとポリオールと発泡剤とを含む発泡原液を、賦形型内または賦形型間に供給して板状に発泡成形するとともに、該発泡体の少なくとも一方の面に面材を貼合し、上記発泡体を硬化させるポリウレタン系発泡体の製造方法であって、前記賦形型は、金属製賦形型の表面に熱伝導率が０．０４〜０．２Ｗ／ｍＫの断熱材料が貼設されていることを特徴とするポリウレタン系発泡体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面性に優れたポリウレタン系発泡体の製造方法に関する。

従来より、ポリイソシアネートとポリオールと発泡剤とを含む発泡原液を混合し、賦形型内または賦形型間において発泡させ、該発泡体を上下から面材で挟むなどして得られるポリウレタン系発泡体は、断熱材や構造材として建築用途、冷蔵庫などの家電製品或いは自動車などに広く使用されている。

上記発泡体を形成するポリオール成分としては、芳香族系ポリカルボン酸、フェノキシアルコール化合物および多価アルコール化合物が縮合した構造を有する芳香族多官能ポリオール化合物を使用する方法が特許文献１に記載されている。また、特許文献１には、ポリウレタン発泡体の製造上の観点から、（１）硬質ポリウレタンフォームの原料は、これを製造する設備の能力に応じた液粘度などの特性を有したものであること、（２）面材との接着力が良好であること、（３）面材との境界面近傍でシェアラインといわれる層が発生しないことなどの性能を、発泡体の製造における問題としてとらえ、上記のポリオールなどを使用することによりこれらの問題を解決している。

一方で、ポリウレタン発泡体の製造方法においては、発泡させたポリウレタンを挟持して加熱雰囲気内に送り込み、発泡体を硬化させる際に、その少なくとも裏面側に配される一方が、スラットコンベアであるダブルコンベアにおいて、コンベアへの付着物などへの接触圧によるスラット形状の転写を防止するために、裏面材側に配されているスラットコンベアの少なくとも発泡体を挾持する部分の表面に弾性と非粘着性とを有する保護ベルトがエンドレスに張られており、所定の位置に該保護ベルトの表面の幅方向における少なくとも発泡体を挾持する部分に当接せしめられる付着物除去具を設置することが特許文献２に記載されている。
特開２００３−４８９４３号公報 特開平８−３３８６８４６号公報

しかしながら、発泡体と面材との境界面近傍でシェアラインといわれる層が発生するといった特許文献１に記載されている課題については、当該特許文献１に記載された発泡用組成物を用いることである程度の改善できるものの、製造条件によっては、シェアラインが発生し易く、発泡体の組成面からの改良だけでは未だ十分ではないといった問題を有していた。

一方、特許文献２に記載されている発泡体の製造方法においては、発泡体製造時に発泡体に接する面に、弾性と非粘着性とを有する保護ベルトを介してスラットコンベアで挟持することで、コンベアへの付着物などへの接触圧によるスラット形状の転写を防止するといった、スラットコンベアによる模様や汚れの影響を防止するものであるため、上記の保護ベルトを用いてもシェアラインの発生を抑制することはできないものであった。

すなわち、シェアラインとは、発泡途中の原液が空気の巻き込み、セルの会合、あるいはセルつぶれによるガス留りによりボイドが生じ、発泡途中の原液は空隙部の壁面との摩擦によりその膨張の先端部に異常な流れを生じ、気泡が粗大となるなどのことをいい、発泡体が如何に形成されるかに影響が大きいと考えられる。

ポリウレタン系発泡体にこのようなシェアラインが存在すると、該発泡体の特性および商品価値を甚だしく低下させるうえに、面材との接着性が劣り、面材の剥がれや皺が生じるといった問題を有していた。また、このシェアラインの発生は、特許文献１に記載されているように、発泡剤として水を使用する、いわゆる水発泡の場合に特に生じ易いものであった。

従って、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、シェアラインの発生が抑制された、表面に面材が貼設されているポリウレタン系発泡体の製造方法を提供することである。

上記目的は以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、ポリイソシアネートとポリオールと発泡剤とを含む発泡原液を、賦形型内または賦形型間に供給して板状に発泡成形するとともに、該発泡体の少なくとも一方の面に面材を貼合し、上記発泡体を硬化させるポリウレタン系発泡体（以下単に「発泡体」という）の製造方法であって、前記賦形型は、金属製賦形型の表面に熱伝導率が０．０４〜０．２Ｗ／ｍＫの断熱材料が貼設されていることを特徴とする発泡体の製造方法を提供する。

上記本発明においては、前記金属製賦形型の表面の温度を４０〜９０℃にして行うこと；前記断熱材料の厚みが０．１〜１０ｍｍであること；前記断熱材料の密度が１００〜１，０００ｋｇ／ｍ³であること；および前記発泡剤として水を使用することが好ましい。

本発明によれば、発泡体を賦形型内または賦形型間で発泡成形する際に、賦形型と発泡体との間に、断熱材料を挟んで賦形すると、発泡体の表面性が改良され、かつ発泡体と面材との接着性が向上し、従来技術の課題であったシェアラインの発生を抑制することができる。

次に発明を実施するための最良の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
本発明で使用する発泡原液は、ポリイソシアネートとポリオールと発泡剤とを含み、上記ポリイソシアネートとしては従来から硬質ウレタンフォームの製造に使用されているポリイソシアネート化合物が使用され、ポリオールも同様であり、発泡剤も同様であり、さらに使用する触媒や難燃剤も同様である。

上記発泡剤として物理的な発泡剤、例えば、ＨＦＣ、ペンタン、ブタン、ＨＣＦＣ、ＣＯ₂などを使用する場合には、これらの発泡剤の発泡温度は５０℃未満であるので、金属製賦形型の温度が高いと賦形型に面材を介して接する発泡体の表面部分が、発泡してしまうために、発泡体表面にボイドが発生し、発泡体の表面性が低下しシェアラインが発生する。

また、発泡剤として水を使用する場合には、水が発泡反応に寄与するため、賦形型の温度が低い場合、発泡原液の反応熱が金属製の賦形型に吸熱されて、反応が不十分となり、発泡体の表面にシェアラインが発生する。このシェアラインの発生は発泡体と面材との接着性に影響を与え、面材に皺が発生する。一方、賦形型の温度を高くすると、発泡体の表面が先に硬化し、後に発泡硬化する発泡体内部の圧力によって発泡体のセルがつぶれるため、発泡体の表面が荒れ、発泡体の所定厚み不足や厚みむら生じる。上記シェアラインは発泡体と面材との間に生成した０．１〜５ｍｍ程度の密度の低い層のことである。

本発明では、前記発泡原液を賦形型内（バッチ式）に注入、または賦形型間（連続式）に挟持して発泡成形するに際し、発泡中の発泡原液に（面材を介して）接触する上記金属製賦形型の表面に、断熱材料を貼設して発泡体の成形を行うことを特徴としている。前記の如き成形時に発生する発泡体の表面の不具合を、発泡体を断熱性のある材料を挟んで成形することにより、賦形型の表面の温度により発生するシェアライン（落雁）の問題が解決され、表面性の良好な発泡体が得られ、発泡体表面と面材との接着性が良好になり、シェアラインや面材の皺の発生という問題が解決される。

成形方法が、連続成形方式の場合には、発泡体を挟持して搬送するスラット面に断熱材料を貼設して成形を行い、また、成形方法がバッチ式の場合は、金属製賦形型の表面に断熱材料を貼設して成形を行えばよく、本発明の方法はいずれの成形方法にも限定されない。

本発明で使用する断熱材料は、熱伝導率が０．０４〜０．２Ｗ／ｍＫであれば特に限定はない。熱伝導率が０．０４Ｗ／ｍＫ未満では、本発明の目的が達成されず、一方、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍＫを超えると、断熱性が不十分であってシェアラインの発生を抑制し難い。

断熱材料の材質としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、木材などが挙げられ、形態としては、板状、繊維のウェブ状（フエルト状）、発泡体などが挙げられるが、本発明の発泡体の成形時の圧縮による変形がなく、耐熱温度が１００℃以上のものがよい。上記断熱材料は厚みが０．１ｍｍ〜１０ｍｍの板状体がよく、密度が１００ｋｇ／ｍ³〜１，０００ｋｇ／ｍ³であるものが好ましい。

断熱材料の厚みが、０．１ｍｍ未満ではシェアライン発生が十分には抑制できず、一方、断熱材料の厚みが１０ｍｍ超を超えると、成形中の発泡体に熱が十分に伝わらず、発泡体が十分硬化せず、そのため金属製賦形型の温度を高める必要あり、熱効率が劣るので好ましくない。また、断熱材料の密度が１００ｋｇ／ｍ³未満では、断熱材料自体が柔らか過ぎて、十分な表面平滑性を有する発泡体が得られない。一方、断熱材料の密度が１，０００ｋｇ／ｍ³を超えると、金属製賦形型の熱が発泡体に伝わり易くなり、発泡体にシェアライン発生し易くなるので好ましくない。

上記断熱材料としては、発泡剤として水を使用する場合には、発泡ポリプロピレン（３倍発泡品、密度３００ｋｇ／ｍ³、厚み３ｍｍ）を用いることによりよい結果が得られた。この場合、厚みは３〜５ｍｍが好ましく、金属製賦形型の温度が高いほど厚いものを使用することが好ましい。

本発明では、上記の如き断熱材料を金属製賦形型の表面に貼設して発泡成形を行うが、この場合の金属製賦形型の表面温度は、４０〜９０℃の範囲が好ましい。金属製賦形型の表面温度が４０℃未満では、シェアライン発生が十分には抑制できず、一方、金属製賦形型の表面温度が９０℃を超えると、発泡体の表面が先に硬化し、後で発泡硬化する内側の圧力によってセルがつぶれるため、表面が荒れ、所定厚み不足、厚みむらを生じるので好ましくない。

本発明における発泡体は、難燃性の点から発泡体の外周の少なくとも一面に面材を貼合することを必須とする。本発明では、面材はシェアラインの発生が抑制された発泡体と貼合されるため、発泡体との接着性が良好で、剥がれや皺の発生が生じないものである。本発明の発泡体で使用する面材としては、従来公知のいずれの面材でもよいが、発泡体と当接する面にポリエチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂層を有し、かつアルミニウム層を少なくとも１層有するものが好ましい。また、樹脂層とアルミニウム層との間には、クラフト紙、不織布、織布などの繊維層を介在させたものでもよい。樹脂層としては、ポリイソシアヌレート発泡体との接着性などを考慮すると、ポリエチレン樹脂層であることが好ましい。

また、アルミニウム層の厚みは、３〜４０μｍであることが好ましく、より好ましくは９〜４０μｍである。厚みが３μｍ以上であれば、発泡体の断熱性を向上させることができ、厚みを９μｍ以上とすることで、発泡体と組み合わせ、ＩＳＯ５６６０に定められた難燃材料として用いることができる。なお、アルミニウム層の厚みは４０μｍよりも大きくしても、コストや重量が増加するばかりで、さほど効果は向上しないため、厚みを４０μｍ以下とすることが好ましい。上記面材を貼り付けた本発明の発泡体は、難燃性および断熱性に優れたものであり、さらには、ＩＳＯ５６６０ コーンカロリーメータ試験で定められた不燃材料として用いることもできる。

本発明の発泡体を製造する好ましい例としては、図１に示されるようにスラットコンベア式連続ラミネーターを用いて、連続して供給される面材（下面材）の上に、前記イソシアネート成分とポリオール成分とを混合した発泡原液を吐塗し、同時に発泡しつつある発泡原液の上に面材（上面材）を配置してサンドイッチして、発泡硬化させるなどの方法によって得ることができる。スラットコンベア式連続ラミネーターは図１に示されるように、鉄やアルミニウム製の金属製賦形型の表面に断熱材料が貼設されており、発泡体は当該面材を介して押圧される。

次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。なお、文中「部」および「％」とあるのは質量基準である。
実施例１〜４、比較例１〜４
下記の処方Ａ、Ｂの発泡原液および断熱材料Ａ〜Ｃを用いて常法に従って発泡体を成形した。

［モールド発泡体の製作］
下記処方による芳香族ポリイソシアネートとポリオールとの混合物約３５０部を、ラボミキサー（５，０００ｒｐｍ）で５秒間攪拌して、面材が発泡体の上下面に貼着されるように準備されている、所定の温度に加温した内寸法５００×５００×厚さ４８ｍｍのサイド部開放アルミ製のモールドに注入し、６分後に脱型して発泡体を得た。面材としてはクラフト紙（５０μｍ厚ポリエチレン／８０ｇ／ｍ²クラフト紙／５０μｍ厚ポリエチレン）を用いた。

（処方Ａ）
ポリエステルポリオール（水酸基価１１０、官能基数２）と、ポリエーテルポリオール（水酸基価３００、官能基数４）を１／１（質量比）でブレンドし、該ブレンド物１００部に対し、難燃剤としてトリクロロプロピルホスフェートを１０部、整泡剤としてシリコーン（東レ製、ＳＦ２９３７Ｆ）を２部、触媒としてペンタメチレンジエチレントリアミンを１．２部、オクチル酸カリウムを２．２部、酢酸カリウムを５．４部および発泡剤として水を７部添加したものをポリオール成分とする。

上記ポリオール成分１００部に対し、イソシアネート成分として芳香族ポリイソシアネート（ＮＣＯ＝３１．５％、日本ポリウレタン工業製ＭＲ２００）を３２０部の配合比で混合し、得られる発泡体の密度が３３ｋｇ／ｍ³で、ＮＣＯインデックスが２５０となるように定めた。

（処方Ｂ）
ポリエステルポリオール（水酸基価２５０、官能基数２）と、ポリエーテルポリオール（水酸基価３７５、官能基数４．５）を１／１（質量比）でブレンドし、該ブレンド物１００部に対し、難燃剤としてトリクロロプロピルホスフェートを１０部、整泡剤としてシリコーン（東レ製、ＳＦ２９３７Ｆ）を２部、触媒としてペンタメチレンジエチレントリアミンを１部、４級アンモニウム塩を５部、発泡剤としてシクロペンタンを２６．５部添加したものを、ポリオール成分とする。

上記ポリオール成分１００部に対し、イソシアネート成分として芳香族ポリイソシアネート（ＮＣＯ＝３１．５％、日本ポリウレタン工業製ＭＲ２００）を１５０部の配合比で混合し、得られる発泡体の密度が３３ｋｇ／ｍ³で、ＮＣＯインデックスが２５０となるように定めた。

（断熱材料Ａ）
材質：ポリプロピレン（発泡体）
形状：平板
熱伝導率：０．０６Ｗ／ｍＫ
密度：３００ｋｇ／ｍ³

（断熱材料Ｂ）
材質：硬質ポリ塩化ビニル
形状：平板
熱伝導率：０．１７Ｗ／ｍＫ
密度：１，３９０ｋｇ／ｍ³

（断熱材料Ｃ）
材質：ゴム（硬度６０）
形状：平板
熱伝導率：０．２４Ｗ／ｍＫ
密度：１，２００ｋｇ／ｍ³

［評価項目］
（セルつぶれ）
前記実施例および比較例で得られた発泡体を１晩室温で放置し、厚み方向に発泡体を切断し、断面を目視で観察した。セルつぶれが発生している場合、面材に近接する発泡体の色が発泡体中心部と比べ変色している。変色部の厚みからセルつぶれの程度を判断した。
変色層なし ：◎
変色層の厚み １ｍｍ未満：○
変色層の厚み ２ｍｍ未満：△
変色層の厚み ２ｍｍ以上：×

（シェアライン）
前記実施例および比較例で得られた発泡体を１晩室温で放置し、面材を剥離し、発泡体の面材剥離面を指で押した。シェアラインが発生している場合、容易に発泡体が挫屈する。挫屈の深さからシェアラインの程度を判断した。
挫屈しない ：◎
挫屈の深さ ０．５ｍｍ未満：○
挫屈の深さ １ｍｍ未満：△
挫屈の深さ １ｍｍ以上：×

（面材接着性−ピーリング試験での評価）
実施例および比較例で得られた発泡体の面材に、１００ｍｍ×１００ｍｍ角の切り目を入れ、その面材の一辺を発泡体から５ｍｍ剥離させ、剥離した部分にクリップを取付けた。その後、クリップを面材の垂直方向に引張り、発泡体から面材をゆっくりと面材の垂直方向に引張って１００ｍｍ剥離させ、最大荷重をピール強度として記録する。その時の最大荷重を測定した。最大荷重が２．０ｋｇｆ以上であれば◎、１．５〜２．０ｋｇｆであれば○、１．０〜１．５ｋｇｆであれば△、１．０ｋｇｆ未満であれば×とした。

（表面性）
前記実施例および比較例で得られた発泡体を１週間放置し、発泡体の表面の状態（ボイドの数や大きさ、面材のシワの入り方、凸凹具合、ボイド）を目視で観察した。
良好な状態 ：◎
小さな欠点があるが、不良と判断されない状態：○
小さな欠点の量が多く、不良と判断される状態：△
重大な欠点がある ：×

上記表１に記載の結果から明らかであるように、熱伝導率が０．０４〜０．２Ｗ／ｍＫの断熱材料を使用した実施例１〜４では、表面性に優れた発泡体が得られたが、熱伝導率が高く密度が高い断熱材料を使用する（比較例１）と十分な表面性の発泡体が得られず、断熱材料を使用しない場合（比較例２〜４）では、発泡剤が水である場合には表面性が劣ることが明らかである。

本発明によれば、発泡体を賦形型内または賦形型間で発泡成形する際に、金属製賦形型と発泡体との間に断熱材料を挟んで賦形すると、発泡体の表面性が改良され、かつ発泡体と面材の接着性が向上し、従来技術の課題であったシェアラインの発生を抑制することができる。

本発明の方法を説明する図。

Claims (5)

1. ポリイソシアネートとポリオールと発泡剤とを含む発泡原液を、賦形型内または賦形型間に供給して板状に発泡成形するとともに、該発泡体の少なくとも一方の面に面材を貼合し、上記発泡体を硬化させるポリウレタン系発泡体の製造方法であって、前記賦形型は、金属製賦形型の表面に熱伝導率が０．０４〜０．２Ｗ／ｍＫの断熱材料が貼設されていることを特徴とするポリウレタン系発泡体の製造方法。
2. 前記金属製賦形型の表面の温度を、４０〜９０℃にして行う請求項１に記載のポリウレタン系発泡体の製造方法。
3. 前記断熱材料の厚みが、０．１〜１０ｍｍである請求項１または２に記載のポリウレタン系発泡体の製造方法。
4. 前記断熱材料の密度が、１００〜１，０００ｋｇ／ｍ³である請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリウレタン系発泡体の製造方法。
5. 発泡剤として水を使用する請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリウレタン系発泡体の製造方法。

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