JP2008195909A - 軟質ポリウレタンフォーム - Google Patents

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Abstract

【課題】熱成形により賦形された後の使用において黄変を良好に抑えることができ、衣料用途、特にはブラジャーパッドや肩パッド等の衣料用パッド材として好適な軟質ポリウレタンフォームを提供する。
【解決手段】ポリオールとイソシアネートを発泡剤、触媒及び酸化防止剤の存在下反応させることにより得られ、熱成形によって賦形される軟質ポリウレタンフォームにおいて、イソシアネートを芳香族系イソシアネートの一種であるトリレンジイソシアネートのみとし、触媒としてはイソシアネートと反応する反応性アミン触媒を含むアミン触媒のみとして金属触媒を用いないこととし、酸化防止剤としては反応型亜リン酸エステルを含む酸化防止剤を用いることとした。
【選択図】なし

Description

本発明は、NOxガスによる変色を抑えることのできる軟質ポリウレタンフォームに関し、特には熱成形後の使用においてNOxガスによる変色を抑えることのできる熱成形用の軟質ポリウレタンフォームに関する。
軟質ポリウレタンフォームは、優れた軽量性、クッション性及び耐久性を有することから、衣料用途、特に衣料用パッド材としてブラジャーパッドや肩パッド等に幅広く用いられている。通常、軟質ポリウレタンフォームは、ポリオールとイソシアネートを発泡剤、触媒及び酸化防止剤の存在下に反応させて得られる。
また、軟質ポリウレタンフォームは、衣料用途には好まれない経時変化によって黄色に変色する傾向(以下、黄変という。また、特に耐変色性に優れた傾向を難黄変という。)があり、この改善が求められている。
前記黄変は、軟質ポリウレタンフォームにおいて紫外線や酸化窒素ガス(NOxガス)によって化学変化を生じ、黄色の発色団がポリウレタンの分子構造内に形成されることが原因であるとされている。前記発色団を形成するポリウレタン素原料としては、酸化防止剤として使用されているBHT(ブチル化ヒドロキシトルエン)が知られており、この酸化防止剤を変更、改質することが提案されている(特許文献1)。また、ヒンダードフェノール系や亜リン酸エステル系の酸化防止剤を使用することにより、NOx黄変を抑制させる方法も提案されている(特許文献2〜4)。
しかし、衣料用途においては、加熱した成形型で軟質ポリウレタンフォームを熱プレスする熱成形(熱プレス成形とも称される)によって賦形することが一般的であり、熱成形後の軟質ポリウレタンフォームに対して黄変を検討する必要があるにもかかわらず、従来では、熱成形前の状態で黄変が検討されている。軟質ポリウレタンフォームは、熱成形により高分子鎖セグメントの開裂等が起こり、非常に劣化しやすいものとなり、熱成形前の状態よりも耐黄変性が格段に悪化する。そのため、熱成形前の状態で耐黄変性の改善が見られても、熱成形後の状態では耐黄変性の向上が見られなかったり、僅かであったりすることがあり得る。
特開平11−323126号公報 特開2002−097245号公報 特開2002−097246号公報 特開2004−323736号公報
本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、熱成形後の黄変を抑えることができ、衣料用として好適な軟質ポリウレタンフォームの提供を目的とする。
請求項1の発明は、ポリオールとイソシアネートを発泡剤、触媒及び酸化防止剤の存在下に反応させて得られる軟質ポリウレタンフォームにおいて、前記イソシアネートがトリレンジイソシアネートのみからなり、前記触媒が反応性アミン触媒を含むアミン触媒のみからなり、前記酸化防止剤が反応型亜リン酸エステルを含むことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1において、前記反応型の亜リン酸エステルが、トリス(ジプロピレングリコール)ホスファイトであることを特徴とする。
本発明では、イソシアネートをトリレンジイソシアネートのみとし、前記触媒としては反応性アミン触媒を含むアミン触媒のみとし、前記酸化防止剤には反応型の亜リン酸エステルを含むことにより、熱成形後における軟質ポリウレタンフォームの黄変を効果的に抑えることができる。反応性アミン触媒は、非反応性のアミン触媒と異なり、軟質ポリウレタンフォームの発泡時にイソシアネートと反応して軟質ポリウレタンフォーム中にフリーの状態で残存しなくなるため、熱成形後における軟質ポリウレタンフォームの黄変防止効果が高くなる。同様に、反応型亜リン酸エステルについても軟質ポリウレタンフォームの発泡時にイソシアネートと反応して軟質ポリウレタンフォーム中にフリーの状態で残存しなくなるため、熱成形後における軟質ポリウレタンフォームの黄変防止効果を高くすることができる。
また、反応性アミン触媒は、軟質ポリウレタンフォーム用として汎用されている他の触媒と比べて触媒活性が低いため、それを補うために、本発明ではイソシアネートにトリレンジイソシアネートを用いている。さらに、本発明において、触媒は反応性アミン触媒のみとしてもよいが、その場合には触媒活性が低くなって発泡状態の良好な軟質ポリウレタンフォームが得られない場合がある。そこで、本発明では、触媒が反応性アミン触媒を含むアミン触媒からなるものとして、反応性アミン触媒と他のアミン触媒との併用を排除しないものとした。しかも、本発明では、反応性アミン触媒を必須とすることにより、非反応性アミン触媒の量を減らして熱成形後の耐黄変性の向上を実現すると共に軟質ポリウレタンフォームの良好な発泡状態を実現している。
さらに本発明では、金属触媒の使用により、熱成形後の軟質ポリウレタンフォームが黄変しやすくすることに着目し、反応性アミン触媒を含むアミン触媒のみを触媒として使用し、金属触媒を使用しないものとすることにより、熱成形後における軟質ポリウレタンフォームの黄変防止効果を一層高めている。
反応型亜リン酸エステルは、本発明では酸化防止剤として単独で使用してもよいが、ヒンダードフェノールのヒドロペルオキシド生成能と、亜リン酸エステルのヒドロペルオキシドの非ラジカル分解が組み合わされることにより、耐酸化劣化に対する相乗効果が生まれるため、他の酸化防止剤と併用するのが好ましい。そのため、本発明では、酸化防止剤に反応型亜リン酸エステルを含むこととして、反応型亜リン酸エステルの酸化防止剤と他の酸化防止剤との併用を排除しないものとした。
本発明において使用されるポリオールは、軟質ポリウレタンフォーム用として知られているエーテル系ポリオールまたはエステル系ポリオール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使用することもできる。
イソシアネートとしては、芳香族イソシアネートの一種であるトリレンジイソシアネート(TDI)のみが用いられる。トリレンジイソシアネートには、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、2,4−トリレンジイソシアネートと2,6−トリレンジイソシアネートの混合物があり、何れも使用することができる。トリレンジイソシアネートは、脂肪族系や脂環族系あるいは他の芳香族系イソシアネートと比べ、安価で反応性が良好なため、好ましいものである。特に本発明では、触媒に反応性アミン触媒を含み、酸化防止剤に反応型亜リン酸エステル含むため、イソシアネートとしては反応性の高いトリレンジイソシアネートが好適である。さらに、2,4−TDI異性体率が80%のトリレンジイソシアネートは、反応活性が高くワンショット法による製法においてより好ましい。
発泡剤としては、軟質ポリウレタンフォーム用の公知のものが使用され、特には水が好適である。発泡剤としての水の量は、ポリオール100重量部に対して0.5〜5.0重量部程度が好ましい。
触媒としては、反応性アミン触媒を含むアミン触媒のみが用いられ、錫触媒等の金属触媒は使用されない。すなわち反応性アミン触媒が単独で、あるいは軟質ポリウレタンフォーム用の他の汎用アミン触媒(非反応性アミン触媒)と共に使用される。反応性アミン触媒としては、イソシアネートと反応する官能基を有するものが用いられる。さらにはイソシアネートと反応する官能基として、少なくとも一つのOH基を有するアミン系化合物が好ましい。少なくとも一つのOH基を有するアミン系化合物からなる反応性アミン触媒としては、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、ジメチルエタノールアミン(DMEA)、N,N,N’−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルアミノエトキシエタノール、N,N−ジメチルアミノヘキサノール、N,N−ジメチルアミノエトキシヘキサノール等を挙げることができる。反応性アミン触媒は二種以上を用いてもよい。
反応性アミン触媒と共に使用可能な他のアミン触媒(非反応性アミン触媒)としては、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ヘキサデシルジメチルアミン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−オクタデシルモルホリン、ジエチルトリアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン、N,N,N’,N’’,N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N’,N’−トリメチルアミノエチルピペラジン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、トリエチレンジアミン等のアミン触媒を挙げることができる。また、本発明では、触媒として金属触媒を用いないことにより、黄変をより効果的に抑えることができる。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。特に反応性アミン触媒の量は、触媒の全体に対して5重量%〜100重量%が好ましい。より好ましくは反応性アミン触媒と他のアミン触媒の併用であり、その場合のより好ましい反応性アミン触媒の量は、触媒の全体量に対して10重量%以上、100重量%未満である。
酸化防止剤としては、反応型亜リン酸エステルからなる酸化防止剤が必須として含まれる。反応型亜リン酸エステルからなる酸化防止剤としては、トリス(ジプロピレングリコール)ホスファイトが好適である。
酸化防止剤は、一種類に限られず、複数種類用いてもよい。反応型亜リン酸エステルと他の酸化防止剤の併用は、前記のように耐酸化劣化に対する相乗効果が生まれるため、特に好ましい。反応型亜リン酸エステルと共に使用可能な酸化防止剤は限定されるものではなく、フェノール系、アミン系、イオウ系、リン系等が挙げられる。
反応型亜リン酸エステルと共に使用可能な酸化防止剤として、例えばフェノール系ではペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシルフェニル)プロピオネート]、n−オクタデシル3−(3,5−ジ−t−ブチル−4ヒドロキシフェニル)プロピオネート、トリエチレングリコールビス[2−[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート]等、アミン系では、[オクチル化ジフェニルアミン、N−n−ブチルアミノフェノール、N,N−ジイソプロピル−p−フェニレンジアミン等、イオウ系ではラウリルステアリルチオジプロピオネート、ジラウリル−3,3’−チオジプロピオネート、ジステアリル−3,3’−チオジプロピオネート等、リン系ではトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェノール)ホスファイト、ビス(2,4−t−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、トリス(4−n−ノニルフェニル)ホスファイト、テトラキス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)4,4’−ビフェニレンジホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリイソデシルホスファイト等を挙げることができる。
酸化防止剤の添加量は、ポリオール100重量部に対して0.1〜13重量部が好ましく、より好ましくは0.2〜10重量部の範囲である。さらに、反応型亜リン酸エステルからなる酸化防止剤と他の酸化防止剤とを併用する場合における反応型亜リン酸エステルからなる酸化防止剤の好ましい量は、酸化防止剤の全体に対して10重量%以上、100重量%未満である。反応型亜リン酸エステルからなる酸化防止剤の量が前記範囲よりも少ないと軟質ポリウレタンフォームの熱成形後における黄変を効果的に抑えることができなくなる。また酸化防止剤の全体量が多過ぎると、発泡不良を生じやすくなる。
その他、本発明においては、整泡剤、顔料、光安定剤、紫外線吸収剤などの添加剤を適宜配合することができる。
整泡剤は、軟質ポリウレタンフォーム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。特に衣料用パッド材のフォームにおける顔料としては白顔料が好ましい。
光安定剤は、例えば、ヒンダ−ドピペリジン骨格を持つヒンダードアミン系である、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジニル)セバケート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)セバケート、ポリ((6−((1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ)−s−テトラジン−2,4−ジジル)(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ)ヘキサメチレン(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ)))、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)[[3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル]メチル]ブチルマロネート等を挙げることができる。
紫外線吸収剤は、ベンゾトリアゾール系である、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−p−クレゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−アミルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−(1,1,3,3−テトラエチルブチル)フェニル)ベンゾトリアゾール、2,2’−メチレンビス(6−(2Hベンゾトリアゾール−2−イル)−4−1,1,3,3−(テトラメチルブチル)フェノール)、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−[5−クロロ(2H)−ベンゾトリアゾール−2−イル]−4−メチル−6−(t−ブチル)フェノール等、ベンゾフェノン系である、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、5−ベンゾイル−4−ヒドロキシ−2−メトキシベンゼンスルホニックアシッド2−ヒドロキシ−4−n−オクチルオキシベンゾフェノン、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン等、ベンゾエート系である、2,4−t−ブチルフェニル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンゾエート等、シアノアクリレート系である、エチル−2−シアノ−3,3−ジフェニルアクリレート、2−エチルヘキシル−2−シアノ−3,3−ジフェニルアクリレート等を挙げることができる。
本発明における軟質ポリウレタンフォームの製造は、ポリオールとイソシアネートを発泡剤、触媒及び酸化防止剤等の存在下、直接反応させるワンショット法、あるいはポリオールとポリイソシアネート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、このプレポリマーに発泡剤、触媒及び酸化防止剤等の存在下、ポリオールを反応させるプレポリマー法の何れの方法によって行うことができる。また、本発明の軟質ポリウレタンフォームとしては、スラブポリウレタンフォームが好ましい。スラブポリウレタンフォームは、混合攪拌された原料(反応混合原料)をベルトコンベア上に吐出し、該ベルトコンベアが移動する間に、原料が常温、大気圧下で自然発泡し、硬化することで連続的に製造される。その後、乾燥炉内で硬化(キュア)した後、所定形状に裁断される。
以下この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及び表2に示す各成分を同表中の配合割合にしたがって用い、前記ワンショット法及びスラブポリウレタンフォームの製造方法によって実施例及び比較例の軟質ポリウレタンフォームを製造した。
Figure 2008195909
Figure 2008195909
表1及び表2に示すポリオール1は品名:GP3000(ポリエーテルポリオール、グリセリンスターターのプロピレンオキサイド付加物、Mw=3000,f=3、OHV=56.1)、三洋化成工業株式会社製、ポリオール2は品名:N−2200(ポリエステルポリオール、OHV=60.5)、日本ポリウレタン工業株式会社製、ポリオール3は品名:F−3010(ポリエステルポリオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール/アジピン酸の共重合体、Mw=3000,f=3,OHV=56.1)、株式会社クラレ製、反応性アミン触媒1はジメチルエタノールアミン、エアプロダクツ株式会社製、反応性アミン触媒2は品名:KL No.25(N,N−ジメチルアミノヘキサノール)、花王株式会社製、非反応性アミン触媒1は品名33LV(トリエチレンジアミン33%ジプロピレングリコール溶液)、エアプロダクツ株式会社製、非反応性触媒2は品名:KL No.8(N,N’’,N’−トリメチルアミノエチルピペラジン)、花王株式会社製、非反応性触媒3は品名:KL No.22(N−エチルモルホリン)、花王株式会社製、金属触媒は品名:MRH−110(スタナスオクトエート)、城北化学工業株式会社製、整泡剤1は品名:SZ−1136(ポリアルキレン変性シリコーン)、日本ユニカー株式会社製、整泡剤2は品名:B−8324(エステル用シリコーン整泡剤)、ゴールドシュミット社製、整泡剤3は品名:BJ−100(非イオン性界面活性剤)、花王株式会社製、反応型亜リン酸エステル酸化防止剤は品名:CS−22(トリス(ジプロピレングリコール)ホスファイト)、GE東芝シリコーン株式会社製、他の酸化防止剤1は品名:I−1135(ベンゼンプロパン酸,3,5−ビス(1,1−メチル−エチル)−4ヒドロキシ−,C7−C9側鎖アルキルエステル)、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、他の酸化防止剤2は品名:JPP−13IN(ビス(トリデシル)ペンタエリスリトールジホスファイト)、城北化学工業株式会社製、イソシアネートは品名:コロネート T−80(トリレンジイソシアネート、2,4−TDI異性体率80%)、日本ポリウレタン工業株式会社製である。各実施例および各比較例は、何れも良好な発泡状態であった。
なお、実施例1〜3はポリオールをポリエーテルポリオールとしたもの、実施例4〜5はポリオールをポリエステルポリオールとしたもの、実施例6はポリオールにポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールを併用した例である。また、実施例3は反応性アミン触媒2を使用し、他の実施例は反応性アミン触媒1を使用した例である。それに対して、比較例1は実施例1における反応型亜リン酸エステル酸化防止剤に代えて他の酸化防止剤2を同量使用した例、比較例2は実施例2における反応型亜リン酸エステル酸化防止剤に代えて他の酸化防止剤2を同量増加させた例、比較例2Aは実施例2の配合に金属触媒をさらに添加した例、比較例3は実施例3における反応性アミン触媒2の添加量を0重量部とした例、比較例3Aは実施例3における反応性アミン触媒2に代えて非反応性アミン触媒1を同量増加させた例、比較例3Bは実施例3における反応性アミン触媒2に代えて非反応性アミン触媒2を同量使用した例、比較例4は実施例4における反応型亜リン酸エステル酸化防止剤に代えて他の酸化防止剤2を使用した例、比較例5は実施例5における反応性アミン触媒1の添加量を0重量部とした例である。
このようにして得られた実施例及び比較例の軟質ポリウレタンフォームに対して、密度(JIS K 7222:1999準拠)、硬さ(JIS K 6400−2:2004 D法準拠)、伸び(JIS K 6400−5:2004準拠)、引張強度(JIS K 6400−5:2004準拠)、引裂強度(JIS K 6400−5:2004準拠)を測定した。測定結果を表1および表2の下欄に示す。
また、前記実施例及び比較例の軟質ポリウレタンフォームの中央部から40×20×厚み10mmのサンプルを切り出し、NOx変色性、熱成形後のNOx変色性、熱履歴後のNOx変色性試験を以下のようにして行った。測定結果は表1および表2の下欄に示すとおりである。なお、サンプルは、NOx変色性、熱成形後のNOx変色性、熱履歴後のNOx変色性試験用のものをそれぞれ用意した。
NOx変色性試験は、NOxガス曝露装置(品名:KG−120、ファクトケイ株式会社製)に5%NOガス(N希釈)と共にサンプルを収納してNOガスに3時間曝露し、ガス曝露前とガス曝露終了1日後のYI値を色差計(品名:SMカラーコンピュータSM−T、スガ試験機株式会社製)で測定し、その差ΔYI値をNOx変色測定値とした。なお、NO濃度は15ppm、試験環境の温度30℃、湿度75%RHである。
熱成形後のNOx変色性試験は、前記のように切り出したサンプルを、200℃に加熱した熱プレス機で挟み、厚み3mm(プレス前の3/10厚み)にプレスしその状態で60秒間維持して熱プレス(熱成形)し、次に熱プレスを解除して1日放置した後、前記NOx変色性試験と同様の条件でサンプルをNOガスに3時間曝露し、熱プレス(熱成形)直後と、ガス曝露終了1日後のYI値を色差計(品名:SMカラーコンピュータSM−T、スガ試験機株式会社製)で測定し、その差ΔYI値を熱成形後のNOx変色測定値とした。
熱履歴後のNOx変色性試験は、前記のように切り出したサンプルをビニール袋に収納して袋を密閉し、その袋ごと120℃の恒温層に収容し、20時間放置した後に恒温層から袋を取り出し、さらに袋からサンプルを取り出して1日放置した後、前記NOx変色性試験と同様の条件でサンプルをNOガスに3時間曝露し、前記袋から取り出した直後と、ガス曝露終了1日後のYI値を色差計(品名:SMカラーコンピュータSM−T、スガ試験機株式会社製)で測定し、その差ΔYI値を熱履歴後のNOx変色測定値とした。
表1および表2の測定結果に示すように、反応性アミン触媒と反応型亜リン酸エステル酸化防止剤の両方を含み、しかも金属触媒を含まない実施例1〜6の軟質ポリウレタンフォームは、反応性アミン触媒と反応型亜リン酸エステル酸化防止剤の少なくとも一方を欠く比較例1,2,3〜5の軟質ポリウレタンフォームおよび、反応性アミン触媒と反応型亜リン酸エステル酸化防止剤の両方を含みさらに金属触媒を含む比較例2Aの軟質ポリウレタンフォームと比べ、NOx変色性、熱成形後のNOx変色性、熱履歴後のNOx変色性のいずれについてもΔYI値が小さく、NOxによる耐黄変性に優れていた。
このように、本発明の軟質ポリウレタンフォームは、熱成形後の耐変色性に優れるものであり熱成形(熱プレス)によって賦形される衣料用として好適なものである。

Claims (2)

  1. ポリオールとイソシアネートを発泡剤、触媒及び酸化防止剤の存在下に反応させて得られる軟質ポリウレタンフォームにおいて、
    前記イソシアネートがトリレンジイソシアネートのみからなり、
    前記触媒が反応性アミン触媒を含むアミン触媒のみからなり、
    前記酸化防止剤が反応型亜リン酸エステルを含むことを特徴とする軟質ポリウレタンフォーム。
  2. 前記反応型の亜リン酸エステルが、トリス(ジプロピレングリコール)ホスファイトであることを特徴とする請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
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