JP2007277398A - ポリウレタン発泡体 - Google Patents

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Abstract

【課題】底付き感が少なく、寝具等のクッション材として好適なポリウレタン発泡体を提供する。
【解決手段】ポリオール、ポリイソシアネート、発泡性ビーズ、減熱剤、発泡剤を含む発泡原料から発泡形成し、その発泡時の発熱で発泡性ビーズを発泡させた発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体11の表面に凹凸形状15を設けてクッション材に好適なポリウレタン発泡体10とした。ポリウレタン発泡体10における65%圧縮硬度/25%圧縮硬度の値を5以上とすることにより、底付き感をより効果的に防ぐことができる。減熱剤は二水石膏や硫酸マグネシウム水和物、リン酸マグネシウム水和物等で構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、底付き感が少なく、椅子や寝具等のクッション材として好適なポリウレタン発泡体に関する。
従来、椅子や寝具等のクッション材にはポリウレタン発泡体が多用されている。前記ポリウレタン発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤を含む発泡原料から形成されたものであり、スラブ発泡品あるいはモールド成形品で構成されている。前記スラブ発泡品は、コンベア上に発泡原料を注入して発泡体を連続形成し、その後裁断によりブロック体とし、さらに切削等で所要のサイズや形状にしたものである。それに対してモールド成形品は、金型に発泡原料を注入して発泡させることにより形成したものであり、金型の内面形状に対応した表面形状を有する。
しかし、従来のポリウレタン発泡体は、荷重が加わった時の初期応力が低く、さらに圧縮された場合の応力も低く、いわゆる底付き感があることから、良好なクッション材とはいえなかった。
また、床等と接触する面に凹凸を形成して蒸れ難くした弾性マットレスも提案されているが、このものは、底付き感の改善を目的とするものではなく、圧縮された場合の応力が低いことなどから、満足のできる底付き感防止効果を得られなかった。
特開2005−59358号公報 特開2005−186499号公報 特開2006−14819号公報
本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、底付き感の少ないポリウレタン発泡体の提供を目的とする。
請求項1の発明は、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡性ビーズ、減熱剤、発泡剤を含む発泡原料から形成された発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の表面に凹凸形状を形成したことを特徴とするポリウレタン発泡体に係る。
請求項2の発明は、請求項1において、前記ポリウレタン発泡体の65%圧縮硬度/25%圧縮硬度の値が5以上であることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2において、前記ポリウレタン発泡体がクッション材用であることを特徴とする。
本発明によれば、発泡体の表面に凹凸形状を有することにより、押圧時の初期においては相手との接触面積が小さく、これに伴う弾性力も小さいことから初期応力を低くすることができる。前記弾性力は圧縮率が10%以下の範囲で特に小さい。さらに押圧した場合には、発泡体の表面の凸部分が潰されて発泡体の表面全体が相手に接触することになり、しかも圧縮の程度が大きくなるにしたがって発泡体内の発泡性ビーズによって高い応力を示すようになるため、底付き感を少なくできる。
以下本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の一実施例におけるポリウレタン発泡体の斜視図、図2はその一部の断面図である。
図1及び図2に示すポリウレタン発泡体10は、マットレス等のクッション材として使用されるものであって、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡性ビーズ、減熱剤、発泡剤を含む発泡原料から形成された発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体11の表面に凹凸形状15を有するものである。
ポリオールとしては、ポリウレタン発泡体に用いられる公知のエーテル系ポリオールまたはエステル系ポリオールの何れか一方又は両方を用いることができる。エーテル系ポリオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロース等の多価アルコール、またはその多価アルコールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールを挙げることができる。また、エステル系ポリオールとしては、マロン酸、コハク酸、アジピン酸等の脂肪族カルボン酸やフタル酸等の芳香族カルボン酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等の脂肪族グリコール等とから重縮合して得られたポリエステルポリオールを挙げることできる。
ポリイソシアネートとしては、芳香族系、脂環式、脂肪族系の何れでもよく、また、1分子中に2個のイソシアネート基を有する2官能のイソシアネートであっても、あるいは1分子中に3個以上のイソシアネート基を有する3官能以上のイソシアネートであってもよく、それらを単独であるいは複数組み合わせて使用してもよい。
例えば、2官能のイソシアネートとしては、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジアネート、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェニレンジイソネート、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ビフェニレンジイソシアネートなどの芳香族系のもの、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環式のもの、ブタン−1,4−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソプロピレンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、リジンイソシアネートなどの脂肪族系のものを挙げることができる。
また、3官能以上のイソシアネートとしては、1−メチルベンゾール−2,4,6−トリイソシアネート、1,3,5−トリメチルベンゾール−2,4,6−トリイソシアネート、ビフェニル−2,4,4’−トリイソシアネート、ジフェニルメタン−2,4,4’−トリイソシアネート、メチルジフェニルメタン−4,6,4’−トリイソシアネート、4,4’−ジメチルジフェニルメタン−2,2’,5,5’テトライソシアネート、トリフェニルメタン−4,4’,4”−トリイソシアネート、ポリメリックMDI等を挙げることができる。なお、その他ウレタンプレポリマーも使用することができる。また、ポリイソシアネートは、それぞれ一種類に限られず一種類以上であってもよい。例えば、脂肪族系イソシアネートの一種類と芳香族系イソシアネートの二種類を併用してもよい。
発泡性ビーズは、ポリオールとポリイソシアネートが反応する際に発生する反応熱で発泡するものであり、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体には発泡後の状態で分散している。発泡性ビーズを含むことによってポリウレタン発泡体の底付き感防止効果を高めることができる。なお、未発泡状態の発泡性ビーズは、発泡後の発泡性ビーズよりも粒径が小さく、発泡原料に所望の量を分散混合し易い。一般に、ビーズの成形体の製造方法では、未発泡の発泡性ビーズを一次発泡させて、粒径が1〜5mmまで球形の状態で発泡させ、この一次発泡させた球形の発泡性ビーズをモールド内に投入して加熱融着させることで成形体としている。しかし、あらかじめ一次発泡させた発泡性ビーズを発泡原料に混合分散させて本発明の発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体を構成することは、一次発泡させた発泡性ビーズの粒径が大きすぎ、所望量を混合分散できないために好ましくない。
発泡性ビーズの素材には、ポリカーボネート、メチルメタアクリレート、ポリエチレン/ポリプロピレン共重合体、ポリエチレン/ポリスチレン共重合体、アクリル/スチレン共重合体、ポリ尿酸等を挙げることができる。なかでも、発泡性ビーズの好ましい一例として、発泡性ポリスチレンビーズを挙げることができる。発泡性ポリスチレンビーズは、ポリスチレン又はスチレンを主体にした共重合プラスチックに発泡剤を含浸させたものからなる。発泡性ポリスチレンビーズに用いられる発泡剤としては、ペンタン、ブタン、プロパン等であって、数平均分子量が1000〜3000の高分子が好ましい。また、前記発泡性ビーズは、耐熱温度が80℃以上、発泡開始温度が150℃以下のものが好ましい。耐熱温度が80℃より低い場合、発泡性ビーズが一旦発泡した後、崩壊して収縮しやすくなる。一方、発泡開始温度が150℃より高い場合、発泡原料の発泡時の発熱で発泡性ビーズが発泡し難くなる。発泡性ビーズは、未発泡状態における平均粒径が0.8mm、発泡状態時の発泡倍率が50〜60倍、発泡後の密度が0.09〜0.25g/cmのものが、ポリウレタン発泡体の反応性や発泡性ビーズによる硬度増大効果等の点から好ましい。さらに未発泡の発泡性ビーズの量は、ポリオール100重量部に対して10〜50重量部が好ましい。発泡性ビーズの量が10重量部未満の場合、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の硬度が低くなる。一方、50重量部を超えると、発泡原料の発泡時の発熱では発泡性ビーズの全量を発泡させる熱量を供給できなくなって、発泡性ビーズが充分に発泡(膨張)せず、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体に含まれる発泡後の発泡性ビーズが、平均粒径の小さなものになる。
減熱剤は、前記発泡原料の発泡時に発熱温度が高くなりすぎて、一旦発泡した発泡性ビーズが熱で崩壊して収縮するのを防ぐためのものであり、前記発泡原料の発泡時の発熱を抑えて最高発熱温度を下げることのできる化合物からなる。前記減熱剤としては、所定温度に達したときに水分を放出し、水の蒸発潜熱によって発泡原料の発泡時の発熱温度を低下させる化合物が好ましい。前記減熱剤の具体例としては、粒状の独立気泡からなる熱可塑性樹脂発泡体の気泡内に水を有するMWパウダー(登録商標、白石カルシウム株式会社製)や無機水和物を挙げることができる。特に無機水和物は、発泡成形時の昇温に対し、適宜所望の水分発生が行われ、適切な反応過程が得られることから好ましいものである。無機水和物としては、二水石膏、硫酸マグネシウム水和物、リン酸マグネシウム水和物の群から選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。減熱剤の量は、ポリオール100重量部に対して10〜30重量部が好ましい。10重量部未満の場合には、減熱剤による減熱効果が少なくなって、一旦発泡した発泡性ビーズが発泡原料の発泡時の発熱によって収縮し易いと共に、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の密度が低くなって硬度も低くなる。一方、30重量部を超えると発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体が内部に空洞を有するパンクした状態の発泡不良のものになりやすい。
発泡剤は、水、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、炭酸ガス等が用いられる。発泡剤が水の場合、添加量は発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体において目的とする密度や良好な発泡状態が得られる範囲に決定され、特にポリオール100重量部に対して3〜5重量部が好ましい。3重量部より少ないと発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体が充分に発泡せず、しかも発泡原料の発泡時における発熱が少なくなって発泡性ビーズが充分発泡(膨張)せず、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の硬度が低くなる。一方、5重量部を超えると、発泡原料の発泡時に発熱が大になって一旦発泡した発泡性ビーズが収縮し、発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の硬度が低くなる。
また、前記発泡原料には触媒が含まれる。触媒は、ポリウレタン発泡体用として公知のものを用いることができる。例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ジエタノールアミン、ジメチルアミノモルフォリン、N−エチルモルホリン、テトラメチルグアニジン等のアミン触媒や、スタナスオクトエートやジブチルチンジラウレート等の錫触媒やフェニル水銀プロピオン酸塩あるいはオクテン酸鉛等の金属触媒(有機金属触媒とも称される。)を挙げることができる。触媒の一般的な量は、ポリオール100重量部に対して0.01〜2.0重量部程度である。
さらに前記発泡原料には、適宜添加剤が含まれる。添加剤としては、整泡剤、顔料などを挙げることができる。整泡剤は、ポリウレタン発泡体に用いられるものであればよく、シリコーン系整泡剤、含フッ素化合物系整泡剤および公知の界面活性剤を挙げることができる。顔料は、求められる色に応じたものが用いられる。
前記発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の製造は、発泡原料を調製、混合し、スラブ発泡等の公知の発泡方法で行うことができる。特に、発泡原料を常温大気圧下で反応させるスラブ発泡は、好ましい方法である。スラブ発泡による具体的な方法として、ポリオール、減熱剤、発泡剤、触媒、適宜の添加剤を混合した後、未発泡の発泡性ビーズを添加混合し、この混合物にポリイソシアネートを公知のポリウレタン注入機で混合して得た発泡原料を、ベルトコンベア上に吐出し、ベルトコンベアが移動する間に、前記発泡原料を常温大気圧下で反応させて自然発泡させ、硬化させることで連続的に製造する例を挙げる。前記スラブ発泡により得られた発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体は、所要のサイズに裁断され、さらに表面に凹凸形状15が形成されて前記ポリウレタン発泡体10とされる。
前記凹凸形状15は、この例では、凸部12と凹部13が交互に設けられた波状の断面形状を有するものであり、前記発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体11の片面に設けられている。前記凹凸形状15における凹凸の高低差d1は、5〜30mmが好ましい。凹凸の高低差d1が5mm未満の場合には、初期応力を低くすることができなく、凹凸による効果が得られなくなる。一方、凹凸の高低差d1が30mmを超える場合には、使用時の押圧により凸部12が完全に潰れ難くなって使用感が低下するようになる。また、前記凸部12の間隔(凹部13の間隔と同じ)d2は、20〜100mmが好ましい。前記凸部12の間隔d2が20mm未満の場合には、凸部12の間隔が狭くなりすぎて凹凸形状15による効果が得難くなる。一方、前記凸部12の間隔d2が100mmを超える場合には、凸部12の間隔が広くなりすぎて凹凸形状15による効果が得難くなる。なお、図2におけるd3は前ポリウレタン発泡体10の厚み寸法を示す。
なお、前記凹凸形状15の形成は、軟質発泡体の表面を凹凸にする加工方法として多用されているプロファイル加工によるのが好適である。前記プロファイル加工は、凹凸加工とも称されるものであり、例えば凹凸表面を有する上下のロール間に発泡体を通して圧縮し、その圧縮された発泡体を、前記上下のロール間に設けた刃によって二分割し、その二分割体をロール間から外して復元させることにより、分割面に凹凸形状を形成する方法である。
また、前記ポリウレタン発泡体10を構成する発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体11は、65%圧縮硬度/25%圧縮硬度の値(CI値とも称される。)が5以上であるのが好ましい。65%圧縮硬度/25%圧縮硬度の値は、大になると初期応力が低くなると共に最終応力が高くなり、底付き感を減らすことができる。特に底付き感を生じにくくするには65%圧縮硬度/25%圧縮硬度の値が5以上であるのが好ましい。65%圧縮硬度及び25%圧縮硬度(単位;N)の値は、JIS K 6400−2:2004 D法に準じて測定した値である。なお、65%圧縮硬度及び25%圧縮硬度を測定する際に試験片を押し込むのに使用される測定部品は、直径150mmの円盤である。さらに、本発明のポリウレタン発泡体10は、密度が30〜40kg/mであるのが好ましい。密度が30kg/m未満の場合、密度が低いことから硬度が低くなって良好なクッション材とならない。一方、40kg/mを超える場合、密度が高いことから硬度が高くなって良好なクッション材とならない。
なお、前記説明においては、前記発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体11の片面に凹凸形状を設けた例を示したが、前記発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体11の両面に前記凹凸形状15を設けてもよい。例えば、発泡体の両面を成形する金型の型面に凹凸形状を設けて前記発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体をモールド成形したり、前記プロファイル加工等により発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の片面に凹凸形状を形成したものを背中合わせに積層したりして、両面に凹凸形状を有するポリウレタン発泡体を製造してもよい。
以下、本発明の実施例について、比較例とともに具体的に説明する。表1〜表3に示す各成分を同表中の配合割合にしたがって配合し、混合後にスラブ発泡で反応、発泡させることにより発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体を形成した。前記各成分の配合及び混合は、ポリオールに、減熱剤、発泡剤、触媒、適宜の添加剤を混合した後、未発泡の発泡性ビーズを添加混合し、この混合物にポリイソシアネートを混合することにより行った。この発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体を厚み100mm、幅200mm、長さ200mmに裁断し、さらにプロファイル加工によって凹凸形状を片面に形成し、凹凸形状を表面に有するポリウレタン発泡体を得た。このようにして得られた凹凸形状を有するポリウレタン発泡体は、図2に示す厚みd3が50mm、幅200mm、長さ200mmであり、凹凸形状の凹凸高低差d1は略12mm、凸部間隔d2は略50mmである。なお、表1の比較例1D及び1Eについては、プロファイル加工を行わず、凹凸形状を設けなかった。表1は発泡性ビーズの量変化と凹凸形状の有無の場合、表2は減熱剤の量を変化させた場合、表3は発泡剤(水)の量を変化させた場合である。
Figure 2007277398
Figure 2007277398
Figure 2007277398
表1〜表3におけるポリオールは、ポリエーテルポリオール、品番:サンニックスGP3050F、MW3000、官能基数f=3、OH価=33、三洋化成工業株式会社製、発泡性ビーズは発泡性ポリスチレンビーズ(品番:NEWRS、耐熱温度120〜130℃、未発泡平均粒径0.8mm、発泡後平均粒径1.2mm、日立化成工業株式会社製)、減熱剤は二水石膏、アミン触媒は6−ジメチルアミノ−1−ヘキサノール(品番:カオーライザーNo.25、花王株式会社製)、金属触媒はオクチル酸第一錫(品番:MRH110、城北化学工業株式会社製)、整泡剤はシリコーン整泡剤(品番:F650A、信越化学工業株式会社製)、ポリイソシアネートはトリレンジイソシアネート(品番:T−80、日本ポリウレタン工業株式会社製)である。
このようにして得られたポリウレタン発泡体を切断して内部を目視で観察して発泡性ビーズの外観(大きさ及び収縮の有無)を判断すると共に発泡性ビーズの平均粒径を目視により測定した。表中、ビーズ外観欄における「○」は発泡性ビーズが所定の大きさである場合、「小」は発泡が不十分で小さい場合、「収縮」は一旦発泡後収縮している場合を示す。さらにポリウレタン発泡体の内部にパンク(空洞)が有るか否かを判断した。表中、発泡体の状態欄において「○」はパンクが無く良好な発泡状態の場合、「パンク」はポリウレタン発泡体の内部にパンク(空洞)が有った場合を示す。また、密度(JIS K7222:2005準拠)と25%圧縮硬度(JIS K 6400−2:2004 D法準拠)、65%圧縮硬度(JIS K 6400−2:2004 D法準拠)を測定し、25%圧縮硬度と65%圧縮硬度の測定値から65%圧縮硬度/25%圧縮硬度の値(CI値)を計算した。各結果は表1〜3の下部に示す通りである。さらに、表1における実施例1B(発泡性ビーズ量30pbw、凹凸有)、実施例1C(発泡性ビーズ量50pbw、凹凸有)、比較例1C(発泡性ビーズ量0pbw、凹凸有)、比較例1D(発泡性ビーズ量0pbw、凹凸無)、比較例1E(発泡性ビーズ量30pbw、凹凸無)について、応力−撓み試験を行った。その結果を図1に示す。
表1の結果から、発泡性ビーズの量が10〜50重量部の実施例1A〜1Cは発泡性ビーズの外観が良好であって、発泡性ビーズの平均粒径が1.2mmであり、発泡性ビーズが充分に発泡していることがわかる。それに対し、発泡性ビーズの量が50重量部を超える比較例1Aは、発泡性ビーズの平均粒径が1.2mm未満であり、発泡性ビーズが充分に発泡していないことがわかる。また発泡性ビーズが10重量部未満の比較例1Bは、一旦発泡した発泡性ビーズが収縮していた。このことから、発泡性ビーズの量は、10〜50重量部が好ましいことが理解される。さらに、表1の結果によれば、発泡性ビーズの含有及び凹凸形状の形成により、65%圧縮硬度/25%圧縮硬度の値(CI値)を大にすることができる。すなわち初期応力が低くなると共に最終応力が高くなることから、底付き感を少なくすることができる。さらに、図1に示す応力−撓み曲線から、発泡性ビーズの含有によって、ヒステリシスロスが大きくなり、クッション材として好適なポリウレタン発泡体になることがわかる。
表2の結果から、減熱剤の量が10〜30重量部の実施例2A〜2Cは、発泡体の状態及び発泡性ビーズの外観が良好であって、発泡性ビーズも充分発泡しているのに対し、減熱剤が10重量部未満の比較例2Bは発泡時の発熱が高くなるため、一旦発泡した発泡性ビーズが収縮し、一方、減熱剤の量が30重量部を超える比較例2Aは発泡体が内部に空洞を有するパンク状態となることがわかる。このことから、減熱剤の量は10〜30重量部が好ましいことが理解される。なお、比較例2Aについては、発泡体内部がパンクしていたため密度や硬度を測定せず、また凹凸形状も形成しなかった。
表3の結果から、発泡剤(水)の量が3〜5重量部の実施例3A〜3Cは、発泡体の状態が良好であって発泡性ビーズの外観も良好であるのに対し、3重量部未満の比較例3Aは発泡性ビーズが充分に発泡せず、一方、5重量部を超える比較例3Bは一旦発泡した発泡性ビーズが収縮するようになり、何れの場合も発泡性ビーズの平均粒径が1.2mm未満となっていた。このことから、発泡剤(水)の量は、ポリオール100重量部に対して3〜5重量部が好ましいことが理解される。
このように、本発明のポリウレタン発泡体は、初期応力を低くできると共に最終応力を高くでき、底付き感を減らすことができるため、クッション材として好適である。
本発明の第1実施例におけるポリウレタン発泡体の斜視図である。 その一部の断面図である。 応力−撓み曲線である。
符号の説明
10 ポリウレタン発泡体
11 発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体
12 凸部
13 凹部
15 凹凸形状

Claims (3)

  1. ポリオール、ポリイソシアネート、発泡性ビーズ、減熱剤、発泡剤を含む発泡原料から形成された発泡性ビーズ含有ポリウレタン発泡体の表面に凹凸形状を形成したことを特徴とするポリウレタン発泡体。
  2. 前記ポリウレタン発泡体の65%圧縮硬度/25%圧縮硬度の値が5以上であることを特徴とする請求項1に記載のポリウレタン発泡体。
  3. 前記ポリウレタン発泡体がクッション材用であることを特徴とする請求項1または2に記載のポリウレタン発泡体。
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