JP2007302790A - 連続気泡軟質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物及び連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

連続気泡軟質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物及び連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】生産性が良好で高反発弾性率を有すると共に優れた機械的強度を有し、しかもクラッシング工程が不要なモールド成形連続気泡軟質ポリウレタンフォーム用のポリオール組成物並びにモールド成形連続気泡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】少なくともポリオール化合物、発泡剤としての水、整泡剤及び触媒を含有し、ポリイソシアネート化合物とを反応させて金型内で連続気泡軟質ポリウレタンフォームを形成するモールド成形軟質ポリウレタンフォーム用のポリオール組成物であって、ポリオール組成物はポリマーポリオールを含有せず、ポリオール化合物は、官能基数3又は4の開始剤から選択される少なくとも1種を開始剤とし、平均分子量4000〜8000、末端がエチレンオキサイド重合単位であり、エチレンオキサイド重合単位の含有率が5〜20重量%であるポリエーテルポリオールからなるポリオール組成物とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、クラッシングすることなく所定の反発弾性を示すモールド成形連続気泡軟質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物及びクラッシングすることなく所定の反発弾性を示すモールド成形連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法に関するものである。
生産性が良好で高反発弾性率を有すると共に優れた機械的強度を有する軟質ポリウレタンフォームとしては、プレポリマーを含有するポリイソシアネート化合物を使用する軟質ポリウレタンフォームが公知である(特許文献1、2等)。
特許文献1、2には、ポリイソシアネート化合物にポリオール化合物を添加して反応させたプレポリマーを含有するポリイソシアネート化合物を使用し、いずれもポリマーポリオールを好適なポリオール化合物として使用したモールド発泡の軟質ポリウレタンフォームが開示されている。
特開平6−228259号公報 特開2004−115820号公報
モールド(金型)成形した軟質ポリウレタンフォームは、発泡ガスの揮散が金型並びに金型表面で形成されるウレタンフォームのスキン層により抑制されるために本質的に連続気泡のフォームとはならないものである。特に上記特許文献1、2等に開示されている軟質ポリウレタンフォームは、ポリマーポリオールをポリオール化合物の必須成分として使用するものであるため、生産性が良好で高反発弾性率を有すると共に優れた機械的強度を有するものではあるが、製造直後は独立気泡のフォームであり、所定の反発弾性を発揮させるためにはいずれも独立気泡を形成するセル膜を破壊して連続気泡のフォームとするクラッシング工程が不可欠である。係るクラッシングのためには圧縮ロールなどの装置を必要とし、コストの低減の要請への充分な対応が困難である。特にマットレス用クッション材などの大型の成形品では大型のクラッシング装置を必要とし、より高価な設備が必要であった。
本発明は、上記の公知技術の問題点に鑑みて生産性が良好で高反発弾性率を有すると共に優れた機械的強度を有し、しかもクラッシング工程が不要なモールド成形連続気泡軟質ポリウレタンフォーム用のポリオール組成物並びにモールド成形連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法を提供することを目的とする。
本発明のポリオール組成物は、少なくともポリオール化合物、発泡剤としての水、整泡剤及び触媒を含有し、ポリイソシアネート化合物とを反応させて金型内で軟質ポリウレタンフォームを形成するモールド成形連続気泡軟質ポリウレタンフォーム用のポリオール組成物であって、
前記ポリオール組成物はポリマーポリオールを含有せず、
前記ポリオール化合物は、官能基数3又は4の開始剤から選択される少なくとも1種を開始剤とし、平均分子量4000〜8000のポリエーテルポリオールと2官能開始剤を使用した平均分子量が1000〜4000のポリエーテルグリコールを含有し、前記ポリエーテルポリオール/ポリエーテルグリコール重量比が99/1〜90/10であることを特徴とする。
上記組成のポリオール組成物を使用することにより、生産性が良好で高反発弾性率を有すると共に優れた機械的強度(引張り強度にて180kPa以上、好ましくは190kPa以上)を有する連続気泡軟質ポリウレタンフォームを、クラッシング工程を必要とすることなくモールド成形により製造することができる。ポリエーテルポリオール/ポリエーテルグリコール重量比は98/2〜92/8であることがより好ましい。
上記のポリオール組成物においては、前記ポリエーテルポリオールは、末端がエチレンオキサイド重合単位であり、前記エチレンオキサイド重合単位の含有率が5〜20重量%であることが好ましい。
係る構成のポリオール組成物を使用することにより、より確実にクラッシング工程を必要とすることなく連続気泡軟質ポリウレタンフォームを製造することができる。
また上記のポリオール組成物においては、前記ポリエーテルポリオールは、いずれもがエチレンオキサイドの含有率が5〜20重量%のポリエーテルポリオール(A)とポリエーテルポリオール(B)とからなり、
前記ポリエーテルポリオール(A)の平均分子量をM(A)、エチレンオキサイドの含有率をE(A)、前記ポリエーテルポリオール(B)の平均分子量をM(B)、エチレンオキサイドの含有率をE(B)としたときに(M(A)−M(B))が1000以上、E(A)とE(B)の差が2以上10以下であることが好ましい。
係る構成のポリオール組成物の使用により、硬度が10N/314cm以上1000N/314cm以下の広い範囲の連続気泡軟質ポリウレタンフォームを任意に製造することができる。(M(A)−M(B))は1500以上であることがより好ましい。またE(A)とE(B)の差は8以下であることがより好ましい。
本発明の連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法は、少なくともポリオール化合物、発泡剤としての水、整泡剤を含有するポリオール組成物とポリイソシアネート化合物とを反応させて金型内で発泡硬化させる連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法であって、
前記ポリオール組成物はポリマーポリオールを含有せず、
前記ポリオール化合物は、官能基数3又は4の開始剤から選択される少なくとも1種を開始剤とし、平均分子量4000〜8000のポリエーテルポリオールと2官能開始剤を使用した平均分子量が1000〜4000のポリエーテルグリコールを含有し、前記ポリエーテルポリオール/ポリエーテルグリコール重量比が99/1〜90/10であり、
前記ポリイソシアネート化合物は平均分子量が2000〜4000のポリエーテルグリコールを構成成分とするプレポリマーを含み、イソシアネート基濃度が22〜28重量%のプレポリマー含有ポリイソシアネートであることを特徴とする。
上記構成の製造方法によれば、高反発弾性率を有すると共に優れた機械的強度を有する連続気泡軟質ポリウレタンフォームを、良好な生産性にてクラッシング工程を設けることなくモールド成形により製造することができる。本発明の製造方法により得られる連続気泡軟質ポリウレタンフォームの反発弾性率は40%以上であることが好ましい。
上記の製造方法においては、前記ポリエーテルポリオールは、末端がエチレンオキサイド重合単位であり、前記エチレンオキサイド重合単位の含有率が5〜20重量%であることが好ましい。
係る構成の製造方法によれば、より確実にクラッシング工程を必要とすることなく連続気泡軟質ポリウレタンフォームを製造することができる。上記の製造方法においては、金型温度が20〜80℃という従来よりも低温の広い温度領域にて軟質ポリウレタンフォームの成形を行うことができる。
上記の連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法においては、前記ポリエーテルポリオールは、いずれもがエチレンオキサイドの含有率が5〜20重量%のポリエーテルポリオール(A)とポリエーテルポリオール(B)とを含み、
前記ポリエーテルポリオール(A)の平均分子量をM(A)、エチレンオキサイドの含有率をE(A)、前記ポリエーテルポリオール(B)の平均分子量をM(B)、エチレンオキサイドの含有率をE(B)としたときに(M(A)−M(B))が1000以上、E(A)とE(B)の差が2以上10以下であることが好ましい。
係る構成の製造方法により、硬度が10N/314cm以上1000N/314cm以下の広い範囲の連続気泡軟質ポリウレタンフォームを任意に製造することができる。
本発明の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、所定のポリオール化合物、発泡剤、触媒および整泡剤を含有するポリオール組成物を使用し、該ポリオール組成物とポリイソシアネート成分とを混合して反応性組成物とし、該反応性組成物を金型(モールド)内で発泡硬化させるモールド成形法により製造することができる。硬度は、発泡剤の添加量、架橋剤の添加量によってもある程度調整はできるが、パック率(自由発泡体積/金型キャビティー容積)により調整できる。モールド成形の軟質ポリウレタンフォームにおいては、パック率を高くして硬度を高くするとよりフォームがより独立気泡となりやすいが、本発明によれば、パック率を高くして硬度を1000N/314cmとしてもクラッシングすることなく連続気泡の軟質フォーム製造することができる。本発明の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、密度が60〜90kg/m,より好ましくは65〜85kg/mである。また反発弾性率は高い方がよく、好ましくは40%以上である。
本発明のポリオール組成物の構成成分であるポリエーテルポリオールは、官能基数3又は4の開始剤から選択される少なくとも1種を開始剤とし、平均分子量は4000〜8000である。ポリエーテルポリオールは、末端がエチレンオキサイド重合単位であり、前記エチレンオキサイド重合単位の含有率が5〜20重量%であることが好ましい。
係るポリエーテルポリオールの開始剤は、公知の3官能又は4官能の開始剤を限定なく使用できる。具体的には3官能の開始剤として、トリメチロールプロパン、トリエチロールプロパン、トリエタノールアミン、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール等の脂肪族トリオール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンなどのアルカノールアミンを例示することができ、4官能の開始剤としてはペンタエリスリトール、トルエンジアミンなどの芳香族ジアミンが例示される。これらの中でも3官能の開始剤、とりわけ脂肪族トリオールを使用したポリエーテルポリオールの使用が良好な感触のフォームが得られるのでより好ましい。開始剤は2種以上を併用してもよいが、単独の開始剤を使用することがより好ましい。ポリエーテルポリオールの平均官能基数は3.5以下であることがより好ましく、3官能開始剤を使用したものであることがさらに好ましい。
末端がエチレンオキサイド重合単位であるポリエーテルポリオールは、上記の開始剤にプロピレンオキサイドを開環付加させた後にエチレンオキサイドを開環付加させることにより製造される。係るポリエーテルポリオールのエチレンオキサイド重合単位の含有率は5〜20重量%であることが好ましく、5重量%未満の場合には生産性の低下、フォームの機械的強度の低下などが発生し、20重量%を超えるとやはり機械的強度が低下する。
本発明においては、平均分子量とエチレンオキサイド重合単位の含有率が共に異なる2種のポリエーテルポリオールを使用することが好ましい態様である。平均分子量の大きいポリエーテルポリオール(A)と平均分子量の小さいポリエーテルポリオール(B)との混合比は、(A)/(B)にて30/70〜70/30であることが好ましく、40/60〜60/40であることがより好ましい。エチレンオキサイド重合単位の含有率(E(A)とE(B))はどちらが大きくてもよいが、平均分子量の大きいポリエーテルポリオールのエチレンオキサイド重合単位の含有率が高いことが好ましい。
ポリオール組成物に添加するポリエーテルグリコールは、セル膜を効果的に破壊する作用を奏する。そのためにクラッシング不要な連続気泡の軟質ポリウレタンフォームをより効果的に製造することができる。ポリエーテルグリコールは、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、ジエチレングリコールなどのグリコールを開始剤としてプロピレンオキサイドを開環付加させて得られるものであり、末端がエチレンオキサイドによりキャップされていてもよいが、より破泡効果が優れている点でプロピレンオキサイドの単独重合体であることがより好ましい。
本発明においては、ポリオール組成物には必要に応じてポリエーテルポリオールに加えて架橋剤を使用してもよい。架橋剤としては、低分子量多価アルコールを使用することが好ましく、具体的にはエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、2−メチル−2,3,4−ブタントリオール、2−メチル−1,2,3−ブタントリオール、2,3,4−ペンタントリオール、2,3,4−ヘキサントリオール、ジメチルペンタグリセリン、1,2,4−ブタントリオール、ペンタンテトロール等の多価アルコール類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン等のアルカノールアミン類等が例示される。
本発明においては、ポリイソシアネート化合物としてNCO基末端プレポリマーを含有し、NCO基含有率が22〜28重量%のプレポリマー含有ポリイソシアネートを使用する。プレポリマー含有ポリイソシアネートを構成するイソシアネート化合物としては軟質ポリウレタンフォームの分野において公知のポリイソシアネート化合物を限定なく使用することができ、具体的にはトルエ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)(精製ジフェニルメタンジイソシアネート(p−MDI)やクルードMDI(c−MDI)がある)、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートがあげられる。これらのなかでも、トルエンジイソシアネート又はジフェニルメタンジイソシアネート(p−MDI、c−MDI)の使用が好ましい。イソシアネート化合物は2種以上を併用してもよい。
イソシアネート化合物に含有されるNCO基末端プレポリマーは、平均分子量が1000〜4000のポリエーテルグリコールと上記のポリイソシアネート化合物とで構成される。プレポリマーは別途製造してポリイソシアネート化合物に添加してもよく、ポリイソシアネート化合物中に所定量のポリエーテルグリコールを添加して反応させて形成してもよい。
プレポリマー構成成分であるポリエーテルグリコールは、上記のポリオール組成物に添加するポリエーテルグリコールとして例示の化合物から適宜選択して使用する。ポリオール組成物に添加するポリエーテルグリコール(D1;平均分子量M(D1))とプレポリマーを構成するポリエーテルグリコール(D2;平均分子量M(D2))は同じであってもよいが、M(D2)>M(D1)であることがより好ましい。
触媒としては、公知の触媒を限定なく使用することができる。特に第3級アミン触媒の使用が好ましく、トリエチレンジアミン(DABCO,TEDA 33LV等)、Toyocat−ET(東ソー)、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル(Niax A−1)、N,N−ジメチルエタノールアミン(DMEA)、M,N−ジメチルシクロヘキシルアミン(Polycat 8)、M,N,N-トリス(3−ジメチルアミノプロピル)アミン(Polycat 9)、N−メチルジシクロヘキシルアミン(Polycat 12)(サンアプロ社)等が例示される。
整泡剤としては、連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造において公知の整泡剤を限定なく使用することができ、具体的にはSF2965,SF2962,SF2904,SF2908,SRX294A,L−5366,L−5309(東レダウコーニングシリコン製)、B8680(ゴールドシュミット社製)等の市販品の使用が好適である。
本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法においては、ポリオール組成物とプレポリマーを含有するポリイソシアネート化合物とを混合した反応性組成物のクリームタイムは、7〜12秒であることが好ましい。
<使用原料>
1)ポリエーテルポリオール(A)
(A1)グリセリンを開始剤としてプロピレンオキサイドを開環付加させた後にエチレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール
平均分子量(末端基定量法)(M(A))7000
エチレンオキサイド単位含有率14重量%
(A2)グリセリンを開始剤としてプロピレンオキサイドを開環付加させた後にエチレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール
平均分子量(末端基定量法)6000
エチレンオキサイド単位含有率(E(A))14重量%
2)ポリエーテルポリオール(B)
(B1)グリセリンを開始剤としてプロピレンオキサイドを開環付加させた後にエチレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール
平均分子量(末端基定量法)4000
エチレンオキサイド単位含有率(E(B))9重量%)
(B2)グリセリンを開始剤としてプロピレンオキサイドを開環付加させた後にエチレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール
平均分子量(末端基定量法)4500
エチレンオキサイド単位含有率(E(B))7重量%)
3)ポリエーテルグリコール
市販の2官能、平均分子量2000のポリプロピレングリコール
4)プレポリマー含有ポリイソシアネート化合物
2官能、平均分子量3000のポリプロピレングリコールを添加反応させてNCO基濃度を26重量%とした粗製MDI(スプラセック201;ICI社)
上記以外の原料は表1に記載した。
(実施例1〜4)
表1の配合により連続気泡の軟質ポリウレタンフォームのモールド成形を行った。実施例1、2の配合では、〔M(A)−M(B)〕は3000、E(A)とE(B)の差は5重量%であり、実施例3、4の配合では、〔M(A)−M(B)〕は1500、E(A)とE(B)の差は7重量%であった。ポリオール組成物とポリイソシアネート化合物との混合は100/60(重量比)である。
縦300mm、横300mm、深さ100mmのキャビティーを有するアルミニウム金型を使用し、成形温度60℃にて成形を行った。実施例1については、30℃、75℃にて成形を行ったが、いずれの温度にても同等の軟質フォームが得られた。また実施例1において、発泡剤添加量を減少させて密度を高くして硬度を約500N/314cm、約700N/314cmとしたフォームを作成したところ、クラッシングすることなく連続気泡であった。
<評価>
1)密度
製造した連続気泡軟質ポリウレタンフォームから縦100mm,横100mm,厚さ50mmのサンプルを切り出し、重量を測定して計算により求めた。
2)硬度
硬さの測定方法は、以下のとおりである。
a)試験片:スラブフォームから50×380×380(mm)のものを1個採取する。
b)試験機:垂直方向に毎分100±20mmの一定速度で動く加圧板と固定した支持板の間で試験片を圧縮できるもので、荷重を±1%又は±1N以上の精度で、荷重下の試験片の厚さを±0.25mmの精度で測定できるものを使用する。
・支持板:他に規定されていない場合試験片より大きく水平で平滑な固い表面をもつものとする。また、試験片の下から空気を逃がすために約6mmの直径で、約20mm間隔の通気孔をもつものとする。
・加圧板:垂直移動で自由に動くようにボールジョイントが取り付けられており、
直径200+3 −0mmの平らな円盤で下部のエッジは1.0+5 −0mmの半径であること。
加圧板の下部表面は、磨き加工をしていない平滑な表面であること。
c)測定方法:試験片を試験機の台上の中央に平らに置き、加圧板を試験片の上面に載せて荷重を5+0 −2Nにしたときの厚さを0.1mmまで読み取り、これを初めの厚さとする。
次に加圧板を毎分100±20mmの速さで初めの厚さの25±1%押し込み、静止後20秒経過した時の荷重を1Nまで読み取り、硬さ、(H)は読み取った荷重とする。
測定は1回とし、硬さはJIS−Z−8401によって数値を丸める。
3)反発弾性率
JIS K 6400に準拠して測定した。
評価の結果は表1の下段に示した。得られた軟質ポリウレタンフォームは、クラッシングすることなく連続気泡であり、一般の軟質ポリウレタンフォームよりも優れた反発弾性率を有するものであり、感触にも優れたものであった。また強度も一般の軟質ポリウレタンフォームよりも良好であった。
Figure 2007302790

Claims (6)

  1. 少なくともポリオール化合物、発泡剤としての水、整泡剤及び触媒を含有し、ポリイソシアネート化合物とを反応させて金型内で軟質ポリウレタンフォームを形成するモールド成形連続気泡軟質ポリウレタンフォーム用のポリオール組成物であって、
    前記ポリオール組成物はポリマーポリオールを含有せず、
    前記ポリオール化合物は、官能基数3又は4の開始剤から選択される少なくとも1種を開始剤とし、平均分子量4000〜8000のポリエーテルポリオールと2官能開始剤を使用した平均分子量が1000〜4000のポリエーテルグリコールを含有し、前記ポリエーテルポリオール/ポリエーテルグリコール重量比が99/1〜90/10であることを特徴とする連続気泡軟質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。
  2. 前記ポリエーテルポリオールは、末端がエチレンオキサイド重合単位であり、前記エチレンオキサイド重合単位の含有率が5〜20重量%であることを特徴とする請求項1に記載の連続気泡軟質ポリウレタンフォーム用ポリオール組成物。
  3. 前記ポリエーテルポリオールは、いずれもがエチレンオキサイドの含有率が5〜20重量%のポリエーテルポリオール(A)とポリエーテルポリオール(B)とからなり、
    前記ポリエーテルポリオール(A)の平均分子量をM(A)、エチレンオキサイドの含有率をE(A)、前記ポリエーテルポリオール(B)の平均分子量をM(B)、エチレンオキサイドの含有率をE(B)としたときに(M(A)−M(B))が1000以上、E(A)とE(B)の差が2以上10以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリオール組成物。
  4. 少なくともポリオール化合物、発泡剤としての水、整泡剤を含有するポリオール組成物とポリイソシアネート化合物とを反応させて金型内で発泡硬化させる連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法であって、
    前記ポリオール組成物はポリマーポリオールを含有せず、
    前記ポリオール化合物は、官能基数3又は4の開始剤から選択される少なくとも1種を開始剤とし、平均分子量4000〜8000のポリエーテルポリオールと2官能開始剤を使用した平均分子量が1000〜4000のポリエーテルグリコールを含有し、前記ポリエーテルポリオール/ポリエーテルグリコール重量比が99/1〜90/10であり、
    前記ポリイソシアネート化合物は平均分子量が2000〜4000のポリエーテルグリコールを構成成分とするプレポリマーを含み、イソシアネート基濃度が22〜28重量%のプレポリマー含有ポリイソシアネートであることを特徴とする連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
  5. 前記ポリエーテルポリオールは、末端がエチレンオキサイド重合単位であり、前記エチレンオキサイド重合単位の含有率が5〜20重量%であることを特徴とする請求項4に記載の連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
  6. 前記ポリエーテルポリオールは、いずれもがエチレンオキサイドの含有率が5〜20重量%のポリエーテルポリオール(A)とポリエーテルポリオール(B)とからなり、
    前記ポリエーテルポリオール(A)の平均分子量をM(A)、エチレンオキサイドの含有率をE(A)、前記ポリエーテルポリオール(B)の平均分子量をM(B)、エチレンオキサイドの含有率をE(B)としたときに(M(A)−M(B))が1000以上、E(A)とE(B)の差が2以上10以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載の連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS52141898A (en) * 1976-04-19 1977-11-26 Olin Corp Half hard polyurethane foam for wrapping use

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