JP2008156519A - ポリエステル系ポリウレタン発泡体 - Google Patents

ポリエステル系ポリウレタン発泡体 Download PDF

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Abstract

【課題】低密度で、特に引張強さ、伸び等の機械的物性に優れたポリエステル系ポリウレタン発泡体を提供する。
【解決手段】ポリエステル系ポリウレタン発泡体は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有する発泡体原料を反応させ、発泡及び硬化させてなるものである。この場合、ポリオール類は水酸基の官能基数が1.5〜2.5である少なくとも2種のポリエステルポリオール、そのうち少なくとも1種は数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールである。発泡剤として水をポリオール類100質量部当たり1.5〜3質量部、ポリイソシアネート類は2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有し、イソシアネート指数が85〜130に設定される。係るポリエステル系ポリウレタン発泡体は、見掛け密度が35〜55kg/m、引張強さが240〜400kPa及び伸びが300〜450%である。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば車両用のバフ研磨材、陶器用の研磨材等として使用され、低密度で、引張強さ、伸び等の機械的物性に優れたポリエステル系ポリウレタン発泡体に関するものである。
一般に、ポリウレタン発泡体は低密度で、引張強さ、伸び、耐摩耗性、耐衝撃性等の機械的物性に優れているため、バフ研磨材等の研磨材の用途に使用されている。ポリウレタン発泡体としては、ポリエーテル系ポリウレタン発泡体とポリエステル系ポリウレタン発泡体とが知られているが、ポリエステル系ポリウレタン発泡体は、ポリエーテル系ポリウレタン発泡体に比べて強度が高く、伸びも大きいため、研磨材の用途に好適に使用されている。この種のポリエステル系ポリウレタン発泡体としては、平均官能基数1.5〜4.0、水酸基価12〜127の芳香族エステルポリオール、ポリイソシアネート成分及び発泡剤を用いてポリウレタン発泡体を製造する方法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。芳香族エステルポリオールとしては、ポリエチレンテレフタレートとジエチレングリコールとのエステル交換反応により得られたもの、フタル酸とプロピレングリコールとの縮合反応により得られたもの等が用いられている。
特開2002−47330号公報(第2頁、第7頁から第9頁)
ところが、特許文献1に記載されているポリウレタン発泡体は家具、靴底などのクッション材に用いられるものであることから、見掛け密度が高く(例えば、304〜332kg/m)、引張強さが低い(例えば、12.4〜36.8kg/cm、すなわち0.124〜0.368kPa)ものであった。バフ研磨材等の研磨材として用いられるポリエステル系ポリウレタン発泡体では、一層低密度で、特に引張強さ、伸び等の機械的物性が要求されている。
そこで本発明の目的とするところは、低密度で、特に引張強さ、伸び等の機械的物性に優れたポリエステル系ポリウレタン発泡体を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項1のポリエステル系ポリウレタン発泡体は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有するポリウレタン発泡体の原料を反応させ、発泡及び硬化させて得られるものである。すなわち、前記ポリオール類は水酸基の官能基数が1.5〜2.5である少なくとも2種のポリエステルポリオールで構成され、そのうち少なくとも1種は数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールであり、発泡剤として水をポリオール類100質量部当たり1.5〜3質量部用いると共に、ポリイソシアネート類は2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有するトリレンジイソシアネートで構成され、かつ前記原料中の活性水素基に対するポリイソシアネート類のイソシアネート基の当量比を百分率で表したイソシアネート指数が85〜130であることを特徴とする。
請求項2のポリエステル系ポリウレタン発泡体は、請求項1に係る発明において、前記イソシアネート指数は105〜130であることを特徴とする。
請求項3のポリエステル系ポリウレタン発泡体は、請求項1又は請求項2に係る発明において、JIS K 7222:1999に準拠して測定される見掛け密度が35〜55kg/m、JIS K 6400−5:2004に準拠して測定される引張強さが240〜400kPa及び同じくJIS K 6400−5:2004に準拠して測定される伸びが300〜450%であることを特徴とする。
請求項4のポリエステル系ポリウレタン発泡体は、請求項1から請求項3のいずれか一項に係る発明において、前記ポリウレタン発泡体は、熔解処理によりセル膜が除去されたものであることを特徴とする。
請求項5のポリエステル系ポリウレタン発泡体は、請求項1から請求項4のいずれか一項に係る発明において、前記熔解処理は、爆破処理であることを特徴とする。
請求項6のポリエステル系ポリウレタン発泡体は、請求項1から請求項5のいずれか一項に係る発明において、車両用のバフ研磨材として用いられるものであることを特徴とする。
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項1のポリエステル系ポリウレタン発泡体においては、ポリオール類は水酸基の官能基数が1.5〜2.5である少なくとも2種のポリエステルポリオールで構成されていることから、例えば官能基数が3のポリエステルポリオールに比べて発泡体の伸びを良好に維持しつつ、引張強さ等の機械的物性を高めることができる。さらに、ポリエステルポリオールのうち少なくとも1種は数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールであることから、分子中のベンゼン環に基づいて、発泡体の剛性を高めることができ、硬さを向上させることができる。
また、発泡剤として水の含有量がポリオール類100質量部当たり1.5〜3質量部であることから、発泡が十分に行われ、発泡体を低密度化することができる。加えて、ポリイソシアネート類は2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有するトリレンジイソシアネートで構成されるため、異性体である2,6−トリレンジイソシアネートに比べて反応性が高く、特に泡化反応が促進される。しかも、イソシアネート指数が85〜130に設定されるため、樹脂化反応を十分に進行させることができる。従って、これらの作用が相乗的に働くことにより、得られるポリエステル系ポリウレタン発泡体は、低密度で、特に引張強さ、伸び等の機械的物性に優れたものとなる。
請求項2のポリエステル系ポリウレタン発泡体では、イソシアネート指数は105〜130であることから、請求項1に係る発明の効果に加えて、引張強さ等の機械的物性を向上させることができる。
請求項3のポリエステル系ポリウレタン発泡体では、見掛け密度が35〜55kg/m、引張強さが240〜400kPa及び伸びが300〜450%であることから、請求項1又は請求項2に係る発明の効果を具体的に発揮することができる。
請求項4のポリエステル系ポリウレタン発泡体は、熔解処理によりセル膜が除去されたものであることから、請求項1から請求項3のいずれかに係る発明の効果に加えて、発泡体の弾力性が良くなり、引張強さ、伸び等の機械的物性を向上させることができる。
請求項5のポリエステル系ポリウレタン発泡体では、前記熔解処理が爆破処理であることから、請求項4に係る発明の効果を有効に発揮させることができる。
請求項6のポリエステル系ポリウレタン発泡体は、車両用のバフ研磨材として用いられるものであることから、車両用のバフ研磨材として用いるときに請求項1から請求項5のいずれかに係る発明の効果を有効に発揮させることができる。
以下、本発明の最良と思われる実施形態について詳細に説明する。
本実施形態におけるポリエステル系ポリウレタン発泡体(以下、ポリウレタン発泡体又は単に発泡体ともいう)は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有するポリウレタン発泡体の原料を反応させ、発泡及び硬化させて得られるものである。すなわち、その特徴とするところは、ポリオール類は水酸基の官能基数が1.5〜2.5(以下、実質的に2官能ともいう)である少なくとも2種のポリエステルポリオールで構成され、そのうち少なくとも1種は数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールである。発泡剤として水を用い、その含有量はポリオール類100質量部当たり1.5〜3質量部である。ポリイソシアネート類は、2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有するトリレンジイソシアネートである。さらに、前記原料中の活性水素基に対するポリイソシアネート類のイソシアネート基の当量比を百分率で表したイソシアネート指数が85〜130に設定される。
ポリウレタン発泡体の原料が反応する場合には、ポリオール類とポリイソシアネート類との樹脂化反応(ウレタン化反応、付加重合反応)が起きてポリウレタン骨格が形成される。同時に、ポリイソシアネート類と発泡剤としての水との泡化(発泡)反応が起き、炭酸ガスが発生して発泡体が形成される。さらに、これらの反応生成物とポリイソシアネート類とのビューレット反応やアロファネート反応等の架橋(硬化)反応が起き、発泡体に架橋構造が形成される。
次に、前記ポリウレタン発泡体の原料について順に説明する。
ポリオール類としては、水酸基の官能基数が1.5〜2.5である少なくとも2種のポリエステルポリオールで構成され、そのうち少なくとも1種は数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールが用いられる。係る実質的に2官能のポリエステルポリオール、特にベンゼン環を有する低分子量ポリエステルポリオールを用いることにより、得られる発泡体の架橋密度を高め、弾力性や強靭性を向上させることができる。また、ポリエステルポリオールとしては、発泡体の引張強さと伸びのバランスを図るため、数平均分子量が400〜3000の範囲であることが好ましい。この数平均分子量が400未満の場合には、発泡体の架橋密度が高くなって、硬くなり過ぎる傾向を示す。その一方、数平均分子量が3000を超える場合には、分子鎖長が長く、発泡体の架橋密度が低くなって、柔軟性が大きくなり過ぎる傾向を示す。さらに、ポリエステルポリオールとしては、数平均分子量が1800〜2200のアジピン酸系ポリエステルポリオールを主成分、すなわちポリエステルポリオール中に50質量%以上含有することが望ましい。その場合、得られる発泡体の硬さ、引張強さ及び伸びのバランスを一層向上させることができる。
ポリエステルポリオールとしては、アジピン酸、フタル酸等のポリカルボン酸を、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、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン等のポリオールと反応させることによって得られる縮合系ポリエステルポリオールのほか、ラクトン系ポリエステルポリオール及びポリカーボネート系ポリオールが挙げられる。
該ポリエステルポリオールの官能基数が1.5未満では発泡体に架橋構造を形成することができず、2.5を超えると発泡体の架橋構造が密になり過ぎて、所望とする機械的物性が得られ難くなる。また、フタル酸エステル系ポリオールの数平均分子量が300より小さい場合には、発泡体の架橋密度が高くなり、発泡体が硬くなって引張強さや伸びが不足する。その一方、数平均分子量が550を超える場合には、架橋分子間の鎖長が長くなって、所期の硬さや引張強さが得られなくなる。
係るポリエステルポリオールの水酸基価は50〜400mgKOH/gであることが好ましい。この水酸基価が50mgKOH/g未満の場合には、ポリエステルポリオールとポリイソシアネート類との反応が不足する傾向を示すと共に、発泡体の架橋密度が低下する。一方、水酸基価が400mgKOH/gを超える場合には、ポリエステルポリオールの水酸基が過剰になり、発泡体の架橋密度が高くなり過ぎる傾向がある。
ポリオール類としては、係る低分子量ポリエステルポリオールに加えて、その他のポリエステルポリオール、或いはポリエーテルポリオールを配合することもできる。その他のポリエステルポリオールとして、数平均分子量が好ましくは1500〜5000のポリエステルポリオールを配合することができる。この場合、発泡体の架橋密度(分子鎖長)を調整することができ、所望とする機械的物性を有する発泡体を得ることができる。
ポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、多価アルコールにプロピレンオキシドとエチレンオキシドとを付加重合させた重合体よりなるポリエーテルポリオール、それらの変性体等が用いられる。多価アルコールとしては、グリセリン、ジプロピレングリコール等が挙げられる。これらのポリオール類は、原料成分の種類、分子量、縮合度等を調整することによって、水酸基の官能基数や水酸基価を変えることができる。
前記ポリオール類と反応させるポリイソシアネート類はイソシアネート基を複数個有する化合物であって、具体的には2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有するトリレンジイソシアネート(TDI)が用いられる。トリレンジイソシアネートはポリオール類や発泡剤としての水との樹脂化反応や泡化反応の反応性に優れている。特に、2,4−トリレンジイソシアネートは、異性体である2,6−トリレンジイソシアネートに比べてそれらの反応性、殊に泡化反応の反応性に優れている。そのため、2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有することが必要である。2,4−トリレンジイソシアネートの含有量が65質量%より少ない場合には、ポリオール類や水との反応性が不足し、所望の機械的物性を有する発泡体を得ることができなくなる。一方、2,4−トリレンジイソシアネートの含有量が75質量%より多い場合には、ポリオール類や水との反応性が高くなり過ぎて、泡化反応が過度に進行したり、架橋反応が過度に進行したりして、目的とする発泡体が得られなくなる。
ポリイソシアネート類のイソシアネート指数(イソシアネートインデックス)は100以下又は100を超えてもよいが、85〜130の範囲に設定される。ここで、イソシアネート指数は、ポリオール類、発泡剤としての水等の活性水素基に対するポリイソシアネート類のイソシアネート基の当量比を百分率で表したものである。従って、イソシアネート指数が100を超えるということは、ポリイソシアネート類がポリオール類等より過剰であることを意味する。イソシアネート指数が85を下回るときには、ポリオール類に対するポリイソシアネート類の含有量が少なく、発泡体が柔らかくなり過ぎて、硬さ、引張強さ等の機械的物性が不足する。一方、イソシアネート指数が130を上回るときには、樹脂化反応や架橋反応が促進され、得られる発泡体が硬くなり過ぎて、伸び等の物性が悪くなる。
発泡剤はポリウレタン樹脂を発泡させてポリウレタン発泡体とするためのもので、泡化反応の反応性が高く、取扱いの容易な水が用いられる。発泡剤が水の場合、主にポリウレタン発泡体の見掛け密度を35〜55kg/mにするため、その含有量がポリオール類100質量部当たり1.5〜3質量部に設定される。水の含有量が1.5質量部に満たない場合には、泡化反応が十分に行われず、ポリウレタン発泡体の見掛け密度が55kg/mを超え、低密度の発泡体が得られなくなる。その一方、3質量部を超える場合には、発泡及び硬化時に温度が上昇しやすくなり、その温度を低下させることが難しくなる。
触媒としては、樹脂化反応や泡化反応を促進するためにアミン触媒、金属触媒等が用いられる。アミン触媒としては、N−エチルモルホリン、N−メチル−N′−ヒドロキシエチルピペラジン、N−(N′,N′−2−ジメチルアミノエチル)モルホリン、脂肪族モノアミン等が挙げられる。また、金属触媒としては、ジブチルスズジラウレート、オクチル酸スズ(スズオクトエート)等が挙げられる。
アミン触媒の含有量は、ポリオール類100質量部当たり1〜5質量部であることが好ましい。アミン触媒の含有量が1質量部未満の場合には、アミン触媒の機能発現が不足し、主に泡化反応を十分に促進させることができなくなる。一方、5質量部を超える場合には、泡化反応が過度に促進され、発泡安定性を損なう結果を招くおそれがある。また、金属触媒の含有量は、ポリオール類100質量部当たり0.001〜0.1質量部であることが好ましい。金属触媒の含有量が0.001質量部未満の場合には、金属触媒の機能が十分に発揮されず、主に樹脂化反応の促進が不足し、良好な発泡体が得られなくなる。その一方、0.1質量部を超える場合には、樹脂化反応が過剰に促進され、発泡体のひずみ特性が悪化する。
また、ポリウレタン発泡体の原料には整泡剤を含有することが好ましい。係る整泡剤は、発泡剤による発泡体のセルの大きさと均一性を調整するためのもので、破泡作用を抑制するために水溶性の化合物が使用される。そのような水溶性の整泡剤としては、シリコーン系化合物が好ましい。シリコーン系化合物は優れた界面活性作用を有し、ポリウレタン発泡体の原料各成分の相溶性を高め、気泡を安定化させて細かい均一な気泡を生成することができる。シリコーン系化合物(非イオン系界面活性剤)としては、例えばオルガノシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体、シリコーン−グリース共重合体又はそれらの混合物等が挙げられる。これらの整泡剤は、複数組合せて使用することができる。整泡剤の含有量は、ポリオール類100質量部当たり0.5〜5質量部程度であることが好ましい。
ポリウレタン発泡体の原料には上記各成分のほか必要に応じ、架橋剤、難燃剤、充填剤、安定剤、酸化防止剤、可塑剤、紫外線吸収剤、着色剤等を配合することができる。
そして、ポリウレタン発泡体を製造する場合には、ポリオール類とポリイソシアネート類とを直接反応させるワンショット法或はポリオール類とポリイソシアネート類とを事前に反応させて末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを得、それにポリオール類を反応させるプレポリマー法のいずれも採用される。また、ポリウレタン発泡体は、常温大気圧下に発泡、硬化させて得られるスラブ発泡体及び成形型内にポリウレタン発泡体の原料(反応混合液)を注入、型締めして型内で発泡、硬化させて得られるモールド発泡体のいずれの方法により製造されるものであってもよい。この場合、スラブ発泡体の方が連続生産できる点から好ましい。
このようにして得られるポリウレタン発泡体は、JIS K 7222:1999に準拠して測定される見掛け密度が35〜55kg/mという低密度のものとなり、ISO2439:1997に準拠して測定される硬さが5〜20kPaという十分な硬さをもつものとなる。さらに、JIS K 6400−5:2004に準拠して測定される引張強さが240〜400kPa及び同じくJIS K 6400−5:2004に準拠して測定される伸びが300〜450%という優れた機械的物性を有するものとなる。係るポリウレタン発泡体は、クッション性が良く、軽量な軟質ポリウレタン発泡体である。軟質ポリウレタン発泡体は、一般に柔軟性があってセル(気泡)が連通構造を有し、復元性のあるものをいう。従って、ポリウレタン発泡体は、車両用のバフ材、陶器用の研磨材等として好適に用いられる。ここで、車両とは、鉄道車両、自動車、コンテナ、さらには航空機等、貨客を輸送するための機器をいう。なお、車両用の研磨材は、前記ポリエステル系ポリウレタン発泡体がそのままの形態で使用される。また、陶器用の研磨材としては、ポリエステル系ポリウレタン発泡体に、例えば酸化アルミニウム(アルミナ)砥粒を塗布、固着させ、研磨力と柔軟性とを兼ね備えたものであってもよい。さらに、ポリエステル系ポリウレタン発泡体を、シリコンウェハの外周縁を研磨してばりを取り除くためのバフ研磨材等として使用することもできる。
次に、ポリウレタン発泡体に施される熔解処理は、セル膜を吹き飛ばしてポリウレタン発泡体を構成する骨格構造を残すものである。例えば、熔解処理は、多数のセルを有するポリウレタン発泡体を防爆容器中に収容し、該容器内を脱気した後、容器中に可燃性ガスとしての水素ガスと酸素ガスとを注入する。その後、水素ガスと酸素ガスの混合気に点火してこれを燃焼させる。この燃焼に伴なう圧力により、ポリウレタン発泡体における多数のセルを区画するセル膜を破って、立体網目状の骨格構造を残存させることにより、セル膜が除去されたポリウレタン発泡体が得られる。
この熔解処理は、爆破処理によりセル膜を吹き飛ばしてセルを連通させ、骨格構造だけを残す方法が好ましい。例えば、多数のセルを有する発泡体を防爆容器(密閉容器)中に収容し、該容器中に充填された水素ガス等の可燃性ガスと酸素の混合気に点火してこれを燃焼させる。この燃焼に伴なって飛び散った火花及び圧力により、発泡体における多数のセルを隔てているセル膜を熔解及び吹き飛ばしてセルを連通させ、立体網目状の骨格構造だけを残留させることで、熔解処理済みのポリウレタン発泡体が得られる。
前記防爆容器としては、発泡体を収容でき、かつ内部を真空にできるものであればよく、その形状、大きさ等は限定されない。但し、収容される発泡体と防爆容器内壁との間の隙間が大きくなり過ぎると、可燃性ガスの燃焼の際に隙間付近の発泡体がへたりやすくなるため、防爆容器は発泡体と同一形状及び同一容積にするのが好ましい。その場合、発泡体を切断したり、積層したりすることが望ましい。また、防爆容器内を脱気する方法としては、防爆容器に真空ポンプを接続して行う方法等が挙げられる。
防爆容器に可燃性ガスと酸素ガスを注入する方法は特に限定されず、例えば可燃性ガスと酸素ガスが充填された高圧ボンベから減圧弁で所望の混合比に見合う分圧に調整し、ガス混合ミキサーを介して防爆容器に注入する方法、前記高圧ボンベから減圧弁で所望の混合比に見合う分圧に調整し、別々の注入口から注入する方法等が挙げられる。ガス注入直後には、防爆容器内のガス分散状態が不均一であるため、ガス注入後に数分間放置しておくことが好ましい。上記可燃性ガスとしては、酸素ガスの存在下で燃焼可能なガスであれば特に制限されず、例えばプロパンガス、メタンガス、炭酸ガス、水素ガス等が用いられる。これらの可燃性ガスは、単独又は2種以上を混合して使用することができる。
このようにして得られる熔解処理済みのポリウレタン発泡体は、連続気泡率がほぼ100%(独立気泡率がほぼ0%)で、通気度が例えば100〜300l/minである。そして、ポリウレタン発泡体は、所望形状に裁断されて使用される。
さて、本実施形態の作用を説明すると、ポリエステル系ポリウレタン発泡体は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有する発泡体の原料を常法に従って反応させ、発泡及び硬化させることにより製造される。この場合、ポリオール類としては実質的に2官能のポリエステルポリオールを少なくとも2種用いることから、過度に架橋構造が形成されるのを抑制しつつ、架橋反応が進行する。そのため、例えば官能基数が3のポリエステルポリオールに比べて発泡体の伸びを良好に維持しつつ、引張強さ等の機械的物性を高めることができる。しかも、ポリエステルポリオールのうち少なくとも1種は数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールであることから、分子中のベンゼン環に基づいて、発泡体の剛性を高めることができ、硬さを向上させることができる。
また、発泡剤として水の含有量がポリオール類100質量部当たり1.5〜3質量部であることから、泡化反応が十分に進行し、発泡体が低密度化される。加えて、ポリイソシアネート類は2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有するトリレンジイソシアネートで構成されるため、特に泡化反応が促進される。その上、イソシアネート指数が85〜130に設定されるため、樹脂化反応が十分に進行し、発泡体に樹脂骨格が形成される。従って、これらの作用が相乗的に働き、樹脂化反応、泡化反応及び架橋反応がバランス良く進行し、目的とする低密度でかつ特に引張強さ及び伸びに優れたポリエステル系ポリウレタン発泡体が形成される。
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 本実施形態におけるポリエステル系ポリウレタン発泡体では、ポリオール類は水酸基の官能基数が1.5〜2.5である少なくとも2種のポリエステルポリオールで構成され、そのうち少なくとも1種は数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールである。また、発泡剤として水をポリオール類100質量部当たり1.5〜3質量部用いると共に、ポリイソシアネート類は2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有するトリレンジイソシアネートで構成され、かつイソシアネート指数が85〜130に設定される。従って、樹脂化反応、泡化反応及び架橋反応が十分かつバランス良く進行する結果、得られるポリエステル系ポリウレタン発泡体は、低密度でありながら、特に引張強さ、伸び等の機械的物性に優れたものとなる。そして、特にポリエステルポリオールの種類、組合せ、含有量等を調整することにより、柔軟性があって強度のある発泡体、硬くて強度のある発泡体等、目的に応じた発泡体を得ることができる。
・ 前記イソシアネート指数は105〜130であることにより、引張強さ等の機械的物性を一層向上させることができる。
・ 得られるポリエステル系ポリウレタン発泡体は、見掛け密度が35〜55kg/m、引張強さが240〜400kPa及び伸びが300〜450%になり、低密度でかつ機械的物性に優れたものとなる。
・ さらに、ポリエステル系ポリウレタン発泡体は、熔解処理によりセル膜が除去されることにより、発泡体の弾力性が良くなり、引張強さ、伸び等の機械的物性を向上させることができる。
・ 前記熔解処理が爆破処理であることにより、上記の効果を有効に発揮させることができる。
・ 従って、ポリエステル系ポリウレタン発泡体は、特に車両用のバフ研磨材として好適に使用することができる。
以下に、実施例及び比較例を挙げて、前記実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の範囲に限定されるものではない。
まず、各実施例及び比較例で用いたポリエステル系ポリウレタン発泡体の原料を以下に示す。
ポリエステルポリオールA:アジピン酸と、ジエチレングリコール及びトリメチロールプロパンとより形成されるポリエステルポリオール、数平均分子量2500、水酸基の官能基数が2.7、水酸基価60(mgKOH/g)
ポリエステルポリオールB:アジピン酸と、1,4−ブタンジオール、1,3−プロピレングリコール及びエチレングリコールとより形成されるポリエステルポリオール、数平均分子量2000、水酸基の官能基数が2.0、水酸基価60(mgKOH/g)
ポリエステルポリオールC:アジピン酸と、1,4−ブタンジオール及びトリメチロールプロパンとより形成されるポリエステルポリオール、数平均分子量700、水酸基の官能基数が3.0、水酸基価220(mgKOH/g)
ポリエステルポリオールD:無水フタル酸と、ジエチレングリコールとより形成されるポリエステルポリオール、数平均分子量470、水酸基の官能基数が2.0、水酸基価260(mgKOH/g)
ポリエステルポリオールE:アジピン酸と、ジオールとより形成されるポリエステルポリオール、数平均分子量430、水酸基の官能基数が2.0、水酸基価350(mgKOH/g)
水:発泡剤としての蒸留水
アミン触媒:N−エチルモルホリン、東ソー(株)製、NEM
金属触媒:ジブチルスズジラウレート、城北化学工業(株)製、MRH−110
整泡剤:シリコーン系界面活性剤、GE東芝(株)製、NiaxSE−232
TDI−65:トリレンジイソシアネート(2,4−トリレンジイソシアネート65質量%と2,6−トリレンジイソシアネート35質量%との混合物)、日本ポリウレタン工業(株)製、T−65
TDI−75:トリレンジイソシアネート(2,4−トリレンジイソシアネート75質量%と2,6−トリレンジイソシアネート25質量%との混合物)、日本ポリウレタン工業(株)製、T−75
TDI−80:トリレンジイソシアネート(2,4−トリレンジイソシアネート80質量%と2,6−トリレンジイソシアネート20質量%との混合物)、日本ポリウレタン工業(株)製、T−80
(実施例1〜4及び比較例1〜6)
そして、表1に示す配合割合で各例におけるポリウレタン発泡体の原料を調製した。ここで、比較例1〜3及び6では、ポリオール類として低分子量のポリエステルポリオールを使用しなかった例、比較例4及び5では水酸基の官能基数が2であるポリエステルポリオールを少なくとも2種使用していない例を示した。
これらのポリエステル系ポリウレタン発泡体の原料を縦、横及び深さが各500mmの発泡容器内に注入し、常温、大気圧下で発泡させた後、加熱炉を通過させて硬化(架橋)させることにより軟質スラブポリウレタン発泡体(ポリエステル系ポリウレタン発泡体)を製造した。この製造過程における発泡性を目視により下記の評価基準にて評価した。得られた軟質スラブポリウレタン発泡体を切り出すことによってシート状のポリウレタン発泡体を得た。このポリウレタン発泡体について、見掛け密度、硬さ、反発弾性率、引張強さ及び伸びを以下の測定方法に従って測定した。それらの結果を表1に示す。
(測定方法)
発泡性:○は発泡状態が良好であったことを示し、×はセルが破れたりして発泡が良好に行われなかったことを示す。
見掛け密度(kg/m):JIS K 7222:1999に準拠して測定した。
硬さ(kPa):ISO2439:1997に準拠して測定した。すなわち、縦150mm、横100mm及び厚さ50mmのサンプルを、直径200mmの円盤にて圧縮速度20mm/minで25%圧縮したときの硬さを測定した。
引張強さ(kPa)及び伸び(%):JIS K 6400−5:2004に準拠して測定した。
反発弾性率(%):JIS K 6400−3:2004に準拠して測定した。
Figure 2008156519
表1に示した結果より、実施例1〜4においては、本発明の前記各要件を満たしているため、ポリウレタン発泡体は、見掛け密度が39〜41kg/mという低密度で、硬さが10〜13kPaという十分な硬さを有していた。さらに、引張強さが290〜330kPa及び伸びが350〜390%であり、いずれも低密度で引張強さ、伸び等の機械的物性に優れたポリエステル系ポリウレタン発泡体を得ることができた。その一方、本発明の範囲外の比較例1〜3及び6では、ポリオール類として低分子量のポリエステルポリオールを使用しなかったため、架橋密度が不足し、引張強さが低い結果であった。比較例4及び5では水酸基の官能基数が1.5〜2.5であるポリエステルポリオールを少なくとも2種使用せず、水酸基の官能基数が2.7のポリエステルポリオールを使用したため、反応の進行が速く、良好な発泡を行うことができなかった。
(実施例5〜11及び比較例7、8)
表2に示す配合割合で各例におけるポリウレタン発泡体の原料を調製し、実施例1〜4と同様にしてポリエステル系ポリウレタン発泡体を調製した。ここで、比較例7ではイソシアネート指数が130を超える例、比較例8ではポリオール類として2,4−トリレンジイソシアネートを80質量%含有するトリレンジイソシアネートを使用した例を示した。
Figure 2008156519
表2に示した結果から、実施例5〜11では、本発明の各要件を満たしているため、ポリウレタン発泡体は、見掛け密度が39.5〜41.5kg/mという低密度で、硬さが9.7〜13.3kPaという十分な硬さを有していた。さらに、引張強さが243〜350kPa及び伸びが300〜390%であり、低密度で特に引張強さ及び伸びに優れたポリエステル系ポリウレタン発泡体を得ることができた。一方、本発明の範囲外の比較例7では、イソシアネート指数が130を超えたため、発泡の進行が過度になり、セルが破裂するなど良好な発泡が行われなかった。比較例8では、ポリオール類として2,4−トリレンジイソシアネートを80質量%含有するトリレンジイソシアネートを使用したため、架橋反応の進行が過度になり、発泡性が不良となった。
(実施例12〜16)
表3に示す配合割合で各例におけるポリウレタン発泡体の原料を調製し、実施例1〜4と同様にしてポリエステル系ポリウレタン発泡体を調製した。ここで、実施例16においては、発泡体の熔解処理を行った。熔解処理は、防爆容器内に発泡体を収容し、十分に脱気した後、プロパンガスと酸素ガスの混合ガスを注入し、点火して燃焼させることにより行った。
Figure 2008156519
表3に示す結果より、実施例12〜16では、本発明の各要件を満たしているため、ポリウレタン発泡体は、見掛け密度が40kg/mという低密度で、硬さが8.5〜16.1kPaという十分な硬さを備えていた。さらに、引張強さが240〜350kPa及び伸びが300〜420%であり、低密度で引張強さ及び伸びに優れたポリエステル系ポリウレタン発泡性を得ることができた。
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施例において、ポリオール類として、実質的に2官能のポリエステルポリオールを3種類以上使用したり、数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールを2種類使用したりして、発泡体の物性を調整するように構成することもできる。
・ ポリオール類として、数平均分子量が400〜3000のポリエステルポリオールに加えて、発泡体の架橋密度を調整するために、数平均分子量が400未満のポリエステルポリオール又は数平均分子量が3000を超えるポリエステルポリオールを配合することも可能である。
・ ポリイソシアネート類として、2,4−トリレンジイソシアネートの含有量の異なるトリレンジイソシアネートを混合して使用することも可能である。
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記ポリエステルポリオールは、水酸基の官能基数が2であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のポリエステル系ポリウレタン発泡体。この場合、請求項1から請求項6のいずれかに係る発明の効果に加えて、ポリエステルポリオールの機能を十分に発揮することができると共に、ポリエステルポリオールの選択及び配合を容易に行うことができる。
・ 前記ポリエステルポリオールは、数平均分子量が1800〜2200のアジピン酸系ポリエステルポリオールを主成分として含有するものであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のポリエステル系ポリウレタン発泡体。この場合、請求項1から請求項6のいずれかに係る発明の効果に加えて、発泡体の硬さ、引張強さ及び伸びのバランスを向上させることができる。
・ 前記ポリウレタン発泡体は、軟質ポリウレタン発泡体であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のポリエステル系ポリウレタン発泡体。この場合、請求項1から請求項6のいずれかに係る発明の効果に加えて、柔軟性及び弾力性を発揮させることができる。
・ ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有するポリウレタン発泡体の原料を反応させ、発泡及び硬化させるポリウレタン発泡体の製造方法であって、前記ポリオール類は水酸基の官能基数が1.5〜2.5である少なくとも2種のポリエステルポリオールで構成され、そのうち少なくとも1種は数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールであり、発泡剤として水をポリオール類100質量部当たり1.5〜3質量部用いると共に、ポリイソシアネート類は2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有するトリレンジイソシアネートで構成され、かつ前記原料中の活性水素基に対するポリイソシアネート類のイソシアネート基の当量比を百分率で表したイソシアネート指数が85〜130であることを特徴とするポリエステル系ポリウレタン発泡体の製造方法。この場合、低密度で、特に引張強さ、伸び等の機械的物性に優れたポリエステル系ポリウレタン発泡体を、その原料調整によって容易に行うことができる。

Claims (6)

  1. ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有するポリウレタン発泡体の原料を反応させ、発泡及び硬化させて得られるポリウレタン発泡体であって、
    前記ポリオール類は水酸基の官能基数が1.5〜2.5である少なくとも2種のポリエステルポリオールで構成され、そのうち少なくとも1種は数平均分子量が300〜550のフタル酸エステル系ポリオールであり、発泡剤として水をポリオール類100質量部当たり1.5〜3質量部用いると共に、ポリイソシアネート類は2,4−トリレンジイソシアネートを65〜75質量%含有するトリレンジイソシアネートで構成され、かつ前記原料中の活性水素基に対するポリイソシアネート類のイソシアネート基の当量比を百分率で表したイソシアネート指数が85〜130であることを特徴とするポリエステル系ポリウレタン発泡体。
  2. 前記イソシアネート指数は105〜130であることを特徴とする請求項1に記載のポリエステル系ポリウレタン発泡体。
  3. JIS K 7222:1999に準拠して測定される見掛け密度が35〜55kg/m、JIS K 6400−5:2004に準拠して測定される引張強さが240〜400kPa及び同じくJIS K 6400−5:2004に準拠して測定される伸びが300〜450%であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のポリエステル系ポリウレタン発泡体。
  4. 前記ポリウレタン発泡体は、熔解処理によりセル膜が除去されたものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のポリエステル系ポリウレタン発泡体。
  5. 前記熔解処理は、爆破処理であることを特徴とする請求項4に記載のポリエステル系ポリウレタン発泡体。
  6. 車両用のバフ研磨材として用いられるものであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のポリエステル系ポリウレタン発泡体。
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