JP2007314672A - ポリウレタン発泡体 - Google Patents

Abstract

【課題】撥水性に優れ、枕やマットレス等の寝具に好適なモールド成形ポリウレタン発泡体の提供を目的とする。
【解決手段】ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒を含むポリウレタン原料からモールド形成されたポリウレタン発泡体において、ポリオール成分が、エチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａと、リシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂとからなり、さらに好ましくはポリマーポリオールｃを含む構成とした。また、イソシアネートインデックスは、８０〜１００とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリウレタン発泡体、特にはモールド成形ポリウレタン発泡体に関する。

モールド成形ポリウレタン発泡体は、ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒を含むポリウレタン原料をモールド（成形型）に注入し、モールド内で発泡させ、その後に脱型して得られたものである。

従来、モールド成形ポリウレタン発泡体は、一般に、モールド成形時における脱型時間の短縮等のため、ポリオールにエチレンオキサイド（ＥＯ）含有量の高い（通常１２〜２０重量％）ポリエーテルポリオールが使用されている。さらに、ポリウレタン発泡体のモールド成形品は、硬さ調整がイソシアネートインデックスで行われることが多い。例えば、枕やマットレスあるいは敷きパッド等の寝具類等のような比較的低硬度が要求される用途にあっては、イソシアネートインデックスが１００以下とされている。なお、イソシアネートインデックスは、［ポリウレタン原料におけるＮＣＯ（モル）／ＯＨ（モル）×１００］で得られる。

しかしながら、従来のモールド成形ポリウレタン発泡体は、ポリオール中のエチレンオキサイド含有量が高く、またイソシアネートインデックスが１００以下と低い場合、疎水性に乏しく、水分を吸収しやすかった。そのため、使用中に湿気を含み易い寝具類やその他のクッション等として使用された場合、ポリウレタン発泡体にカビが繁殖するおそれがあった。

なお、特許文献１には、発泡体表面のキュアー性及び発泡体の圧縮永久歪の改善を目的として、植物油を水添、アミン変性した後、水酸基を末端としたポリオールを使用してモールド成形したポリウレタン発泡体が開示されている。さらに、同特許文献１にはポリマーポリオールを用いることも示されている。一方、特許文献２には、衝撃吸収性を高めるため、ひまし油系ポリオールを用いたポリウレタン発泡体が開示されている。また、特許文献３には、自動車のシートパッド等に用いられる軟質ポリウレタンモールドフォームにおいて、低反発性と振動吸収性を両立させるため、ポリオールとして鎖末端エチレンオキサイド単位の含有量が４〜１２重量％、水酸基価が２５〜６０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリオキシアルキレンポリオールを使用し、発泡剤としての水をポリオール１００重量部に対して１〜３重量部配合することが示されている。

しかし、特許文献１〜特許文献３に記載されたポリウレタン発泡体においては、何れも、ポリオールにエチレンオキサイド含有量の高いポリエーテルポリオールを使用し、イソシアネートインデックスを１００以下とした場合、寝具等のような湿気を含み易い用途における水分吸収による問題、例えばカビの繁殖の問題を解決することができなかった。

特開平５−１４００５２号公報 特開平７−６２０５１号公報 特開２００４−８３６０５号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、イソシアネートインデックスが低くされるモールド成形ポリウレタン発泡体において、高い撥水性を備え、寝具等のように湿気を含み易い用途に好適な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、ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒を含むポリウレタン原料からモールド成形されたポリウレタン発泡体において、前記ポリオール成分が、エチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａと、リシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂとからなることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記ポリオール成分にポリマーポリオールｃを含むことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２において、イソシアネートインデックスが８０〜１００であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか一項において、接触角度が９０〜１２０度であることを特徴とする。

本発明によれば、モールド成形されたポリウレタン発泡体（モールド成形ポリウレタン発泡体）は、ポリオール成分が、エチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａと、リシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂとからなるため、イソシアネートインデックスが低くされる寝具等の用途においても、高い撥水性を付与することができ、使用時の湿気等によるカビの繁殖を抑えることができる。

本発明におけるポリウレタン発泡体は、ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒を含むポリウレタン原料をモールドに注入し、モールド内で発泡させ、その後に脱型して得られたものである。

本発明におけるポリオール成分は、エチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａ（以下ポリオールａとも記す。）と、リシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂとからなり、さらにポリマーポリオールｃを含むのがより好ましい。

前記エチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａは、エチレンオキサイドが１５〜２０重量％含まれているものが好ましい。エチレンオキサイド含有量が１５重量％未満の場合には親水性が付与されず、一方、２０重量％を超える場合にはポリオールそのものが合成できず、発泡体が得られなくなる。前記エチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａは、ポリアルキレンポリオールであり、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、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を開始剤としてエチレンオキサイドを付加した物、ビスフェノールＡ等の多価フェノール類にエチレンオキサイドを付加した物、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等のポリアミン類やトリエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアルカノールアミン類にエチレンオキサイドを付加した物等を挙げることができる。前記エチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａは、前記ポリオール成分１００重量部中、４０〜９０重量部が好ましく、より好ましくは４０〜８０重量部である。４０重量部よりも少ない場合、モールド内でポリウレタン発泡体が良好に発泡しなくなる。一方、９０重量部より多くなると、相対的にリシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂの量が少なくなり、ポリウレタン発泡体の撥水性が低下するようになる。

前記リシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂは、主として植物油に由来するポリオールであって、大豆油、ひまし油、菜種油、綿実油などをベースとしたものを挙げることができる。また、前記リシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂは、水酸基価（ＯＨＶ）６０〜２４０ｍｇＫＯＨ／ｇ、官能基数２〜４のものが好ましい。前記ポリオールｂは、前記ポリオール成分１００重量部中に１０〜６０重量部が好ましく、特には２０〜５０重量部である。１０重量部未満の場合にはポリウレタン発泡体の撥水性が低下し、一方、６０重量部を超える場合にはポリウレタン原料が正常に発泡せず、ポリウレタン発泡体が得られなくなる。

前記ポリマーポリオールｃは、重合体微粒子を均一に分散させたポリオキシアルキレン系ポリオールである。重合体微粒子は、ビニル系ポリマー微粒子であり、例えば、アクリロニトリル、スチレン、アルキルメタクリレート、アルキルアクリレート等のビニルモノマーのホモポリマーやコポリマー等の付加重合系ポリマー微粒子や、ポリエステル、ポリウレア、メラミン樹脂等の縮重合系ポリマー微粒子を挙げることができる。ポリマーポリオールの製造方法としては、ポリオール中でスチレンやアクリロニトリルなどのエチレン性不飽和モノマーを重合させる方法、あるいは予め製造した重合体微粒子をポリオールに混合する方法、またはエチレン性不飽和基を有するマクロモノマーとエチレン性不飽和モノマーをポリオール中で重合させる方法などを挙げることができる。前記重合体微粒子の量は、ポリマーポリオール中に５０重量％以下、特に２０重量％〜４０重量％が好ましい。前記ポリマーポリオールｃは、本発明において必ずしもポリオール成分に含む必要はないが、ポリオール成分に含ませることにより、硬さの増大効果及び圧縮歪み低下効果を得ることができる。ポリマーポリオールｃは、ポリオール成分１００重量部中に１０〜５０重量部が好ましい。１０重量部未満の場合、ポリマーポリオールｃの添加による効果が得られなくなる。一方、ポリマーポリオールｃが５０重量部を超えると、硬くなって良好なクッション性が得られなくなる。

本発明におけるポリイソシアネート成分は、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。

また、イソシアネートインデックス［ポリウレタン原料におけるＮＣＯ（モル）／ＯＨ（モル）×１００］は、８０〜１００が好ましい。８０未満の場合、発泡体を形成するための十分な反応が行われず、良好な発泡体が得られなくなる。一方、１００を超えると、得られるポリウレタン発泡体が硬くなり過ぎ、寝具類等のような比較的低硬度の用途に適さなくなる。

本発明における発泡剤は、ポリウレタン発泡体用として公知のものを使用することができる。たとえば、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。発泡剤の配合量は適宜の量とされるが、水の場合には、通常、ポリオール成分１００重量部に対して１〜４重量部程度とされる。

本発明における触媒は、ポリウレタン発泡体用として公知のものを使用することができ、特に限定されない。使用可能な触媒として、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、テトラメチルグアニジン等のアミン触媒や、ジブチルチンジラウレート、スタナスオクトエート等の錫触媒や、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。）が挙げられる。触媒の配合量は、触媒の種類によって適宜決定されるが、ポリオール成分１００重量部に対し０．３〜４．０重量部程度が一般的である。

その他、適宜助剤が配合される。例えば、整泡剤、着色剤、難燃剤等を挙げることができる。整泡剤としては、ポリウレタン発泡体用として公知のものを使用することができ、シリコーン系整泡剤、含フッ素化合物系整泡剤及び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。

本発明のポリウレタン発泡体は、接触角度が９０〜１２０度、特には９５〜１２０度であるのが好ましい。前記接触角はポリウレタン発泡体と水の接触角を測定した値であり、９０度未満の場合には撥水性に劣るようになり、一方、いくら撥水性に優れていても１２０度を超えることはないと推察される。

本発明のポリウレタン発泡体は、公知のモールド成形によって製造されるコールドキュアフォームである。すなわち、前記ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒を含むポリウレタン原料を混合攪拌して、所定形状のモールド（成形型）内に注入し、モールド内で発泡させてその後に脱型することにより得られる。なお、脱型後、その後の冷却により気泡内のガスが収縮してポリウレタン発泡体が変形（シュリンク）するのを防ぐため、クラッシングと称されるガス抜き用圧縮が行われることがある。

以下、実施例及び比較例を具体的に示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。表１の配合に基づきポリウレタン原料を調製して、内寸法１００×４００×６００ｍｍのモールドにポリウレタン原料１１００ｇを注入し、モールドを５０℃として４分間放置し、モールド内で発泡させた後、脱型し、５０％圧縮によりクラッシングを実施して実施例及び比較例のポリウレタン発泡体を得た。

表１において、ポリオールａは平均分子量５０００、官能基数３、水酸基価（ＯＨＶ）３６ｍｇＫＯＨ／ｇ、ＥＯ％＝１５％、品番：ＦＡ７０３、三洋化成工業株式会社製、ポリマーポリオールｃは水酸基価（ＯＨＶ）２８ｍｇＫＯＨ／ｇ、品番：ＰＯＰ３１／２８、三井武田ケミカル株式会社製、ポリオールｂ１は水酸基価（ＯＨＶ）１６０ｍｇＫＯＨ／ｇ、官能基数２．７のひまし油ポリオール、品番：Ｈ−３０、伊藤製油株式会社製、ポリオールｂ２は水酸基価（ＯＨＶ）９０ｍｇＫＯＨ／ｇ、官能基数２のひまし油ポリオール、品番：Ｈ−５６、伊藤製油株式会社製、ポリオールｂ３は水酸基価（ＯＨＶ）５２ｍｇＫＯＨ／ｇ、官能基数２の大油ポリオール、品番：Ｒ２−０５２、ＵＳＳＣ社製、アミン触媒１は、ジエタノールアミン、アミン触媒２は、３級アミン、品番：ＬＶ３３、中京油脂株式会社製、整泡剤は、シリコーン整泡剤、品番：ＳＦ２９６１、東レ・ダウコーニング株式会社製、ポリイソシアネートは、ＴＤＩ／ＭＤＩ＝２０／８０の混合物、ＮＣＯ％＝４０．３％、品番：ＴＭ２０、日本ポリウレタン工業株式会社製である。

なお、比較例１は、植物油由来ポリオール、すなわちリシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂ１〜ｂ３をポリオール成分に含まない例、比較例２はエチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａの量が少なく、植物油由来ポリオールｂ２の量が多い例、実施例１〜実施例２はポリオールｂ１，ｂ２としてひまし油ポリオールの種類を変えた例、実施例３はエチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａの好ましい量における下限量の例、実施例４はひまし油ポリオールに代えて大豆油ポリオールｂ３を用いた例、実施例５はポリマーポリオールｃを用いない例、実施例６はイソシアネートインデックスを８０とした例である。

このようにして得られた実施例及び比較例のポリウレタン発泡体について、コア（表皮より内側）の部分を切り出して、密度（ｋｇ／ｍ^３、ＪＩＳ Ｋ ７２２２：１９９９準拠）、硬さ（Ｎ、ＪＩＳ Ｋ ６４００−２：２００４ Ｄ法準拠）、引張強度（ｋＰａ、ＪＩＳ Ｋ ６４００−５：２００４準拠）、伸び（％、ＪＩＳ Ｋ ６４００−５：２００４準拠）、引裂強度（Ｎ／ｃｍ、ＪＩＳ Ｋ ６４００−５：２００４準拠）、圧縮歪（％、ＪＩＳ Ｋ ６４００−４：２００４ Ａ法準拠）、反発弾性値（％、ＪＩＳ Ｋ ６４００−３：２００４準拠）を測定した。また、実施例及び比較例のポリウレタン発泡体の表面と内部に対し、水（０．１ｃｃ）を滴下して水とポリウレタン発泡体との接触角を協和界面科学製、ＣＡ−Ｄ型接触角測定器により測定した。なお、表面の接触角度は、脱型後のポリウレタン発泡体の表面（スキン層の部分）に水を滴下して測定し、一方、内部の接触角度は、脱型後のポリウレタン発泡体を任意の断面で切断し、その切断面に水を滴下して測定した。各測定結果を表１の下部に示す。

表１の結果から以下のことが理解される。比較例１は、植物油由来ポリオール、すなわちリシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂ１〜ｂ３が含まれていないため、接触角が小さく、撥水性が低くなっている。比較例２は、エチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａの量が少なく、植物油由来ポリオールｂ２の量が多いため、モールド内で発泡させることができず、ポリウレタン発泡体が得られなかった。それに対して、実施例１〜６は、比較例１と比べて表面及び内部の接触角が何れも大きく、撥水性に優れていた。しかも、実施例１〜６は、密度及び硬さが比較例１と同等程度であるにもかかわらず、伸びや引裂強度等の物性も比較例１より優れている。したがって、イソシアネートインデックスを低くしてモールド成形された本実施例のポリウレタン発泡体は、高い撥水性を備え、寝具等のように湿気を含み易い用途に好適なものであることがわかる。

Claims (4)

1. ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒を含むポリウレタン原料からモールド成形されたポリウレタン発泡体において、
   前記ポリオール成分が、エチレンオキサイドを含むポリエーテルポリオールａと、リシノレイン酸とグリセリンのエステル縮合物またはオレイン酸及びリノール酸とグリセリンのエステル縮合物を含むポリオールｂとからなることを特徴とするポリウレタン発泡体。
2. 前記ポリオール成分にポリマーポリオールｃを含む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. イソシアネートインデックスが８０〜１００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。
4. 接触角度が９０〜１２０度であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のポリウレタン発泡体。