JP2008007710A - 高密度軟質ポリウレタンフォーム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ジェル状クッションのような感触を有し、軽量であって通気性もよく、冬場の冷感が小さなクッション材とその成形品の製造方法を提供する。
【解決手段】密度が１００〜３００ｋｇ／ｍ^３であり、ポリオール成分を構成するポリオール化合物は、平均官能基数２〜４、ＰＯとＥＯの共重合体であり、ＥＯの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、ＰＯとＥＯの共重合体又はＰＯの重合体であり、ＥＯの含有率が５０重量％以下、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂを含み、ポリエーテルポリオール化合物Ａの含有量がポリオール化合物１００重量部中５０〜９０重量部である連続気泡の高密度軟質ポリウレタンフォームとする。
【選択図】なし

Description

本発明は、軟質ジェル状樹脂の感触と通気性を有する連続気泡の高密度軟質ポリウレタンフォーム並びにその成形品の製造方法に関するものである。

柔らかくて弾性のあるジェル状樹脂を、多角形のハニカム状構造としたクッション材は公知である（特許文献１）。また連続気泡の軟質ポリウレタンフォームはクッション材として一般的に使用されており、周知である。

特開２００５−１４３５５２号公報

しかし、一般的な連続気泡の軟質ポリウレタンフォームは、特許文献１のようなジェル状クッション材のような感触を有しないものである。一方、上記特許文献１に開示されているジェル状クッション材は、公知の軟質ポリウレタンフォームでは得ることができない優れた感触を有するものではあるが、非発泡の樹脂にて形成されているために重量が大きいこと、通気性に乏しいこと、冬場には冷感が強いこと等の問題を有し、改善が求められるものであった。

本発明は、上記公知技術の問題点に鑑みて、ジェル状クッションのような感触を有し、軽量であって通気性もよく、冬場の冷感が小さなクッション材とその成形品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の高密度軟質ポリウレタンフォームは、ポリオール成分とポリイソシアネート化合物とを反応させて得られる連続気泡軟質ポリウレタンフォームであって、
密度が１００〜３００ｋｇ／ｍ^３であり、
前記ポリオール成分はポリオール化合物、発泡剤である水、触媒、整泡剤を含有するものであり、
前記ポリオール化合物は、平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体又はプロピレンオキサイドの重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０重量％以下、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂを含み、
前記ポリエーテルポリオール化合物Ａの含有量がポリオール化合物１００重量部中５０〜９０重量部であることを特徴とする。

係る構成の高密度軟質ポリウレタンフォームは、ジェル状クッションのような感触を有し、軽量であって通気性もよく、冬場の冷感が小さなクッション材である。フォームの密度が１００ｋｇ／ｍ^３未満の場合にはジェル状の感触が低下し、３００ｋｇ／ｍ^３を超えると重くなって取り扱い難くなる。

ポリエーテルポリオール化合物Ａのエチレンオキサイド含有率が５０未満の場合には得られるフォームが乾燥した感触となり、９０重量％を超えるとフォームの強度が低下する。また水酸基価が３０未満の場合にはフォーム強度が低下し、７０を超えるとフォームの硬度が高くなる。官能基数が１．９以下の場合にはフォーム強度が低下し、４を超えるとしっとりした感触のフォームが得られない。ポリエーテルポリオール化合物Ａの官能基数は２．５〜３．５であることがより好ましい。ポリエーテルポリオール化合物Ａのポリオール化合物１００重量部中の配合量が５０重量部未満の場合にはジェル状の感触が低下し、９０重量部を超えるとフォームの強度が低下する。

ポリエーテルポリオール化合物Ｂのエチレンオキサイドの含有率が５０重量％を超えると、ポリエーテルポリオール化合物Ａと併用したフォームの強度が低下する。ポリエーテルポリオール化合物Ｂのエチレンオキサイドの含有率は３０重量％以下であることが好ましく、２０重量％以下であることがさらに好ましい。ポリエーテルポリオール化合物Ｂの官能基数もフォームの強度と感触の観点より２．５〜３．５であることがより好ましい。

上記の高密度軟質ポリウレタンフォームは、通気度が０．３〜６ｃｆｍ（８．５〜１６９．２Ｌ／ｍｉｎ）であることが好ましい。また本発明の連続気泡軟質ポリウレタンフォームは、２５％硬さが好ましくは１５〜１６０Ｎ／３１４ｃｍ^２、より好ましくは２５〜１６０Ｎ／３１４ｃｍ^２であり、反発弾性率は好ましくは５〜４０％、より好ましくは１５〜３０％である。フォームの密度はスキン層を除去したコアの測定値である。本発明の高密度軟質ポリウレタンフォームは、セルが弱いので破壊されやすく、特にクラッシング工程を設けなくても、一般的な取扱いで所定の通気度が得られる。

ポリエーテルポリオール化合物Ａのエチレンオキサイドの含有率は、６０〜８０重量％であることがより好ましい。

係る構成の高密度軟質ポリウレタンフォームは吸放湿性に優れており、ムレが抑制された快適なクッション材である。

上記の高密度軟質ポリウレタンフォームにおいては、さらにポリエーテルポリオール化合物として平均官能基数２〜４、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物をポリオール化合物１００重量部中に５〜１５重量部含有することが好ましい。

係る構成の高密度軟質ポリウレタンフォームは、とりわけジェル状クッションのような感触に優れた軟質フォームである。

別の本発明はポリオール成分とポリイソシアネート化合物とを反応させる連続気泡の高密度軟質ポリウレタンフォームの製造方法であって、
密度が１００〜３００ｋｇ／ｍ^３であり、
前記ポリオール成分はポリオール化合物、発泡剤である水、触媒、整泡剤を含有するものであり、
前記ポリオール化合物は、平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体又はプロピレンオキサイドの重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０重量％以下、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂとを含み、
前記ポリエーテルポリオール化合物Ａの含有量がポリオール化合物１００重量部中５０〜９０重量部であることを特徴とする。

係る構成の製造方法により、ジェル状クッションのような感触を有し、軽量であって通気性もよく、冬場の冷感が小さなクッション材を製造することができ、モールド成形法によれば、所定形状の成形品を製造することができる。

上記の高密度軟質ポリウレタンフォームの製造方法においては、さらにポリエーテルポリオール化合物として平均官能基数２〜４、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物をポリオール化合物１００重量部中に５〜１５重量部含有することが好ましい。

係る構成の製造方法により、ジェル状クッションのような感触を有し、軽量であって通気性もよく、冬場の冷感が小さなクッション材とその成形品をより確実に製造することができる。

本発明の高密度軟質ポリウレタンフォームは、所定のポリエーテルポリオール化合物、発泡剤、触媒および整泡剤を含有するポリオール成分とポリイソシアネート成分を混合し、発泡硬化させることにより形成される。密度は発泡剤の添加量にて調整する。

本発明において使用するポリエーテルポリオール化合物は、多官能性アルコール系化合物を開始剤とし、これにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドもしくはプロピレンオキサイドを付加させて得られる。プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体ポリオール化合物は、ランダム重合体、ブロック重合体のいずれでもよい。

多官能性アルコール系化合物としては、たとえば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、トリエタノールアミン、ジエタノールアミンを例示できる。平均官能基数２〜４は、これらの開始剤の選択、組合せにより得られる。平均官能基数は、２．５〜３．５であることがより好ましい。これらの中でも、グリセリン又はトリメチロールプロパンを開始剤として使用した３官能ポリオールの使用が好ましい。

本発明においては、上記のポリオール化合物の中から、平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体又はプロピレンオキサイドの重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０重量％以下、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂとを使用し、より好ましくは、さらに平均官能基数２〜４、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物を使用する。

平均官能基数２〜４、より好ましくは２．５〜３．５、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物は、硬質ポリウレタンフォーム用のポリオール化合物として使用されるポリオール化合物である。本発明においては、このような硬質フォーム用ポリオール化合物を軟質ポリウレタンフォームの原料として使用することにより、より優れた特性の軟質ポリウレタンフォームを得ることに成功した。

本発明においては、必要に応じてポリオール化合物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。

ポリイソシアネート成分としては、連続気泡軟質ポリウレタンフォームの製造に通常使用される、イソシアネート基を２個以上有する芳香族系、脂環族系、脂肪族系の各種のポリイソシアネート化合物、さらにはこれらポリイソシアネート化合物を変性して得られる変性ポリイソシアネート化合物を使用できる。また、ポリイソシアネート化合物は２種以上を併用してもよい。

ポリイソシアネート化合物の具体例としては、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、その変性物としては、ポリイソシアネート化合物のプレポリマー型変性体、イソシアヌレート型変性体、ウレア型変性体、カルボジイミド型変性体などがあげられる。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の使用が好ましい。必要に応じてこれらにクルードＭＤＩをポリイソシアネート化合物全量中２０重量％以下添加してもよい。トルエンジイソシアネートは、２，４−置換体と２，６−置換体とがあるが、これらの混合物の使用が好ましく、２，４−置換体／２，６−置換体混合比が９０／１０〜６０／４０の混合物の使用が好適である。

発泡剤としては、公知の発泡剤、例えばメチレンクロライド、水などを使用することができるが、環境に対する影響が少ないことから、水を使用す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）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，（東レダウコーニングシリコン製）、Ｌ−５３６６，Ｌ−５３０９（日本ユニカー製）、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。

＜原料＞
１）ポリエーテルポリオール化合物
ポリオール１
ＥＰ５０５Ｓ：エチレンオキサイド＋プロピレンオキサイド共重合ポリエーテルポリオール、ＥＯ＝７２重量％、３官能、水酸基価＝５２ｍｇＫＯＨ／ｇ（三井タケダケミカル社製）
ポリオール２
ＰＰＧ−３０００：プロピレンオキサイド重合体ポリエーテルポリオール、３官能、水酸基価＝５６ｍｇＫＯＨ／ｇ（ダウケミカル社製）
ポリオール３
ＧＲ−０９：３官能低分子量ポリオール化合物、水酸基価＝４００ｍｇＫＯＨ／ｇ（三井タケダケミカル社製）
２）触媒：ＴＥＤＡ ３３ＬＶ（東ソー）
３）その他の成分
発泡剤：水
整泡剤：ＳＦ２９０４（東レダウコーニングシリコン）
４）イソシアネート成分：ＴＤＩ−８０（２，４−ＴＤＩ／２，６−ＴＤＩ＝８０／２０）

＜フォーム製造例＞
表１の上段に記載した配合に基づき、常法によりの実施例、比較例の連続気泡軟質ポリウレタンフォームを調製した。配合比は重量部にて表示した。

＜評価＞
１）密度
縦、横３００ｍｍ、深さ１００ｍｍの試作モールドを使用し、モールド成形法により製造した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）２５％硬さ
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。

４）通気度
ＡＳＴＭ Ｄ−１６５４に準拠して測定した。スラブフォーム製造ラインで製造した軟質ポリウレタンフォームから縦５０ｍｍ，横５０ｍｍ，厚さ２５ｍｍのサンプルを３個切り出し、ＦＬＵＩＤ ＤＡＴＡ社の測定器を使用して測定した（ＤＯＷ法）。１ｃｆｍ＝＊＊＊＊（ＳＩ単位系の数値を記載してください。）である。

５）感触
製造例で作製した実施例、比較例の軟質ポリウレタンフォームを使用してマットレスを作製し、ジェルをクッション材として使用した市販のマットレスと比較した。感触の評価は１０人のモニターが実施例、比較例の軟質ポリウレタンフォームを使用したマットレスと市販のジェルマットレスの感触を比較し、が市販のジェルマットレスと同等以上の感触であると評価したモニターが１０人全員の場合を◎、５〜９人の場合を○、４人以下の場合を×として表示した。

表１の結果より、本発明の軟質ポリウレタンフォームは軽量でジェルフォームのような感触を有するマットレスのクッション材であった。これに対して密度が低すぎる場合には反発弾性が単なるウレタンフォームのような感触となり、密度が高すぎると硬い感触のフォームとなってしまうことが分かる。

Claims (4)

1. 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得られる軟質ポリウレタンフォームであって、
   密度が１００〜３００ｋｇ／ｍ^３であり、
   前記ポリオール成分はポリオール化合物、発泡剤である水、触媒、整泡剤を含有するものであり、
   前記ポリオール化合物は、平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体又はプロピレンオキサイドの重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０重量％以下、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂを含み、
   前記ポリエーテルポリオール化合物Ａの含有量がポリオール化合物１００重量部中５０〜９０重量部であることを特徴とする高密度軟質ポリウレタンフォーム。
2. さらにポリエーテルポリオール化合物として平均官能基数２〜４、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物をポリオール化合物１００重量部中に５〜１５重量部含有することを特徴とする請求項１に記載の高密度軟質ポリウレタンフォーム。
3. ポリオール成分とポリイソシアネート化合物とを反応させる軟質ポリウレタンフォームの製造方法であって、
   前記軟質ポリウレタンフォームの密度が１００〜３００ｋｇ／ｍ^３であり、
   前記ポリオール成分はポリオール化合物、発泡剤である水、触媒、整泡剤を含有するものであり、
   前記ポリオール化合物は、平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０〜９０重量％、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ａと平均官能基数２〜４、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体又はプロピレンオキサイドの重合体であり、エチレンオキサイドの含有率が５０重量％以下、水酸基価が３０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール化合物Ｂとを含み、
   前記ポリエーテルポリオール化合物Ａの含有量がポリオール化合物１００重量部中５０〜９０重量部であることを特徴とする高密度軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
4. さらにポリエーテルポリオール化合物として平均官能基数２〜４、水酸基価が３００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇの低分子量ポリエーテルポリオール化合物をポリオール化合物１００重量部中に５〜１５重量部含有することを特徴とする請求項３に記載の高密度軟質ポリウレタンフォームの製造方法。