JP2009035697A - 形状追従性樹脂発泡体及びその使用方法並びに人体装着用緩衝材 - Google Patents

形状追従性樹脂発泡体及びその使用方法並びに人体装着用緩衝材 Download PDF

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Abstract

【課題】形状追従性樹脂発泡体及びその使用方法並びに人体装着用緩衝材を提供する。
【解決手段】本発明の形状追従性樹脂発泡体(軟質ポリウレタン発泡体等)は、損失正接のピーク値に対応する温度として表されるガラス転移温度が10〜35℃であり、この温度範囲における損失正接が0.20〜0.80であって、且つこの温度範囲における貯蔵弾性率(G’)の最大値(G’max)と最小値(G’min)との比(G’max/G’min)が3.0〜30であることを特徴とする。本発明の使用方法は、形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体を、人体の体表面に装着し、その後、人体からの伝熱によって成形体の硬度を低下させ、成形体を体表面の形状に追従させて変形させて使用することを特徴とする。本発明の人体装着用緩衝材は、形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体からなることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、形状追従性樹脂発泡体及びその使用方法並びに人体装着用緩衝材に関する。更に詳しくは、ガラス転移温度(以下、Tgと略記することもある。)が常温域にあり、この温度を越えると容易に硬度が低下し、軟化させることができ、且つ常温域において貯蔵弾性率(以下、G’と略記することもある。)の最大値と最小値との比が大きく、硬度が変化し易く、被接触物の形状に追従して容易に変形する形状追従性樹脂発泡体、及び人体に装着し、人体からの伝熱によって硬度を低下させ、体表面の形状に追従させて変形させて使用する形状追従性樹脂発泡体の使用方法、並びに人体に装着して用いられる緩衝材に関する。
従来、形状記憶ポリウレタンフォーム及び低反発性ウレタンフォームは知られている。例えば、形状記憶ポリウレタンフォームとしては、ジイソシアネート、2官能のポリオール等を特定のモル比で配合し、発泡剤を添加してプレポリマー法により合成した発泡体であって、特定のガラス転移点等を有する形状記憶ポリマー発泡体が知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネートと、オキシエチレン含有量の多いポリオキシアルキレンポリオールとを、特定のイソシアネートインデックスで反応させる形状記憶ポリウレタンフォームの製造方法が知られている(例えば、特許文献2参照。)。更に、所定量の鎖延長剤と架橋剤を含有するフォーム原料を反応させてなり、特定のガラス転移温度を有する形状記憶ポリウレタンフォームも知られている(例えば、特許文献3参照。)。
また、特定のジオール化合物を含有するウレタンフォーム用組成物を反応させてなり、特定の異なる温度範囲に、少なくとも1つのガラス転移点をそれぞれ有し、ガラス転移点をtanδのピーク値として表したときに、各々の温度範囲におけるtanδのピーク値が所定値以上である低反発性ウレタンフォーム及びその製造方法も知られている(例えば、特許文献4参照。)。
特開平2−92912号公報 特開平6−239955号公報 特開2002−256052号公報 特開2004−285152号公報
しかし、特許文献1〜3に記載された形状記憶フォームでは、室温域の所定範囲のTgを有し、特に、人体からの伝熱によって硬度を低下させ、体表面の形状に追従させて変形させて使用することができ、優れた形状追従性を有する樹脂発泡体については何ら検討がなされていない。また、特許文献4に記載されたフォームは、低温域と室温域とにガラス転移点を有することを必須としており、これにより、室温において優れた低反発性を有し、且つ低温でも硬度の上昇が少ない低反発性ウレタンフォームが生成しているが、同様に、室温域の所定範囲のTgを有し、特に、人体からの伝熱によって硬度が低下し、体表面の形状に追従して変形する形状追従性樹脂発泡体については何ら開示がなく、検討もされていない。
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、Tgが常温域にあり、この温度を越えると容易に硬度が低下し、軟化させることができ、且つ常温域においてG’の最大値と最小値との比が大きく、硬度が変化し易く、被接触物の形状に追従して容易に変形する形状追従性樹脂発泡体を提供することを目的とする。また、この形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体を人体に装着し、人体からの伝熱によって硬度を低下させ、体表面の形状に追従させて変形させて使用する形状追従性樹脂発泡体の使用方法を提供することを目的とする。更に、この形状追従性樹脂発泡体を用いてなり、人体に装着して用いられるブラカップ、肩パッド等のパッド材などの緩衝材を提供することを目的とする。
本発明は以下のとおりである。
1.損失正接のピーク値に対応する温度として表されるガラス転移温度が10〜35℃であり、10〜35℃の温度範囲における損失正接が0.20〜0.80であって、且つ10〜35℃の温度範囲における貯蔵弾性率(G’)の最大値(G’max)と最小値(G’min)との比(G’max/G’min)が3.0〜30であることを特徴とする形状追従性樹脂発泡体。
2.上記形状追従性樹脂発泡体を用いて成形された、寸法180×180mm及び厚さ10mmのシートの四辺を固定し、その後、該シートの中央部に直径132mm、重量1200g及び温度35℃の球状体を載置したときに、該シートの下方への寸法変化の、該載置から1秒経過後の値(L)と180秒経過後の値(L)との比(L/L)が1.05〜1.50である上記1.に記載の形状追従性樹脂発泡体。
3.上記ガラス転移温度が15〜35℃であり、且つ上記比(G’max/G’min)が5.0〜25である上記1.又は2.に記載の形状追従性樹脂発泡体。
4.軟質ポリウレタン発泡体である上記1.乃至3.のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体。
5.上記軟質ポリウレタン発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート及び発泡剤を含有するフォーム原料を発泡硬化させてなるものであり、該ポリオールは全量がポリエーテルポリオールであって、該ポリエーテルポリオールには2種以上のポリエーテルポリオールが含有され、そのうちの1種が水酸基価が200〜500のポリエーテルポリオール(A)であり、該ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、該ポリエーテルポリオール(A)の含有量が35〜85質量%である上記4.に記載の形状追従性樹脂発泡体。
6.上記ポリエーテルポリオールには、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が3のポリエーテルポリオール(B−1)と、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が2のポリエーテルポリオール(B−2)とが更に含有されており、該ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、該ポリエーテルポリオール(B−2)の含有量が5〜25質量%である上記5.に記載の形状追従性樹脂発泡体。
7.上記ポリエーテルポリオールはアルキレンオキサイドを用いて鎖延長されたものであり、該アルキレンオキサイドを100質量%とした場合に、プロピレンオキサイドが80質量%以上である上記5.又は6.に記載の形状追従性樹脂発泡体。
8.上記ポリイソシアネートがトルエンジイソシアネートである上記5.乃至7.のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体。
9.上記軟質ポリウレタン発泡体を製造するときのイソシアネートインデックスが100〜120である上記4.乃至8.のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体。
10.上記形状追従性樹脂発泡体を用いて成形された、寸法180×180mm及び厚さ10mmのシートの四辺を固定し、その後、該シートの中央部に直径132mm、重量1200g及び温度35℃の球状体を載置したときに、該シートの下方への寸法変化の、該載置から1秒経過後の値(L)と180秒経過後の値(L)との比(L/L)が1.05〜1.50であり、該形状追従性樹脂発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート及び発泡剤を含有するフォーム原料を発泡硬化させてなる軟質ポリウレタン発泡体であって、該ポリオールは全量がポリエーテルポリオールであり、該ポリエーテルポリオールには、水酸基価が200〜500のポリエーテルポリオール(A)、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が3のポリエーテルポリオール(B−1)、及び水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が2のポリエーテルポリオール(B−2)が含有され、該ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、該ポリエーテルポリオール(A)の含有量が35〜85質量%、且つ該ポリエーテルポリオール(B−2)の含有量が5〜25質量%であって、該ポリエーテルポリオールはアルキレンオキサイドを用いて鎖延長され、該アルキレンオキサイドを100質量%とした場合に、プロピレンオキサイドが80質量%以上であり、該ポリイソシアネートがトルエンジイソシアネートであって、該軟質ポリウレタン発泡体を製造するときのイソシアネートインデックスが100〜120である上記1.に記載の形状追従性樹脂発泡体。
11.上記1.乃至10.のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体の使用方法であって、上記形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体を、人体の体表面に装着し、その後、該人体からの伝熱によって該成形体の硬度を低下させ、該成形体を該体表面の形状に追従させて変形させて使用することを特徴とする形状追従性樹脂発泡体の使用方法。
12.上記形状追従性樹脂発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート及び発泡剤を含有するフォーム原料を発泡硬化させてなる軟質ポリウレタン発泡体であって、該ポリオールは全量がポリエーテルポリオールであり、該ポリエーテルポリオールには、水酸基価が200〜500のポリエーテルポリオール(A)、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が3のポリエーテルポリオール(B−1)、及び水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が2のポリエーテルポリオール(B−2)が含有され、該ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、該ポリエーテルポリオール(A)の含有量が35〜85質量%、且つ該ポリエーテルポリオール(B−2)の含有量が5〜25質量%であって、該ポリエーテルポリオールはアルキレンオキサイドを用いて鎖延長され、該アルキレンオキサイドを100質量%とした場合に、プロピレンオキサイドが80質量%以上であり、該ポリイソシアネートがトルエンジイソシアネートであって、該軟質ポリウレタン発泡体を製造するときのイソシアネートインデックスが100〜120である上記11.に記載の形状追従性樹脂発泡体の使用方法。
13.上記1.乃至10.のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体からなることを特徴とする人体装着用緩衝材。
14.上記成形体がブラカップである上記13.に記載の人体装着用緩衝材。
本発明の形状追従性樹脂発泡体によれば、Tgが常温域にあり、この温度を越えると容易に硬度が低下し、軟化させることができ、且つ常温域においてG’の最大値と最小値との比が大きく、硬度が変化し易いため、被接触物の形状に追従して容易に変形させることができる。
また、形状追従性樹脂発泡体を用いて成形された、寸法180×180mm及び厚さ10mmのシートの四辺を固定し、その後、シートの中央部に直径132mm、重量1200g及び温度35℃の球状体を載置したときに、シートの下方への寸法変化の、載置から1秒経過後の値(L)と180秒経過後の値(L)との比(L/L)が1.05〜1.50である場合は、被接触物と接触したときの大きな変形のみでなく、その後も経時とともに僅かではあるが変形が継続し、歪み分布が均一化されるとともに、被接触物により近似した形状に変形させることができる。
更に、ガラス転移温度が15〜35℃であり、且つ比(G’max/G’min)が5.0〜25である場合は、硬度がより大きく変化し易く、且つ圧縮残留歪も小さいため、より容易に被接触物の形状に追従して変形させることができ、且つ被接触物と離間させたときには容易に形状を回復させることができる。
また、形状追従性樹脂発泡体が軟質ポリウレタン発泡体である場合は、より容易に、且つ十分に形状追従し得る樹脂発泡体とすることができる。
更に、軟質ポリウレタン発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート及び発泡剤を含有するフォーム原料を発泡硬化させてなるものであり、ポリオールは全量がポリエーテルポリオールであって、ポリエーテルポリオールには2種以上のポリエーテルポリオールが含有され、そのうちの1種が水酸基価が200〜500のポリエーテルポリオール(A)であり、ポリエーテルポリオールの全量を100質量%としたときに、ポリエーテルポリオール(A)の含有量が35〜85質量%である場合は、硬度が低く、且つ反発弾性率及び圧縮残留歪が小さい軟質ポリウレタン発泡体とすることができ、優れた形状追従性を有する樹脂発泡体とすることができる。
また、ポリエーテルポリオールには、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が3のポリエーテルポリオール(B−1)と、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が2のポリエーテルポリオール(B−2)とが更に含有されており、ポリエーテルポリオールの全量を100質量%としたときに、ポリエーテルポリオール(B−2)の含有量が5〜25質量%である場合は、より容易に硬度の低い樹脂発泡体とすることができ、且つ硬度が変化し易く、優れた形状追従性を有する軟質ポリウレタン発泡体とすることができる。
更に、ポリエーテルポリオールはアルキレンオキサイドを用いて鎖延長されたものであり、アルキレンオキサイドを100質量%としたときに、プロピレンオキサイドが80質量%以上である場合は、よりミクロ相分離構造が少ない、均一な樹脂構造を有する発泡体となり、tanδがシングルピークとなって、容易に所定の特性を有する形状追従性樹脂発泡体とすることができる。
また、ポリイソシアネートがトルエンジイソシアネートである場合は、Tgが高くなりすぎず、且つ硬度が低く、軽量な軟質ポリウレタン発泡体とすることができる。
更に、軟質ポリウレタン発泡体を製造するときのイソシアネートインデックスが100〜120である場合は、人体に装着したときに装着部の形状に追従して圧縮、変形し、湿熱圧縮残留歪が抑えられるため、人体に密着したときでも、人体からの湿熱による圧縮残留歪が問題になることがない。
本発明の形状追従性樹脂発泡体の使用方法によれば、樹脂発泡体を用いてなる成形体の硬度を人体からの伝熱によって容易に低下させることができ、体表面の形状に追従させて変形させて使用することができる。
本発明の人体装着用緩衝材によれば、人体に装着することにより、人体からの伝熱によって硬度を低下させ、容易に体表面の形状に追従させて変形させることができ、装着感に優れる。
また、成形体がブラカップである場合は、使用していないときの形状保持が容易な硬度を有し、意匠性が損なわれることがなく、使用時には人体に装着することにより温度が上昇し、十分な形状追従性が発現され、且つ硬すぎず装着感に優れ、併せて十分な保形性を有する。
以下、本発明を詳しく説明する。
[1]形状追従性樹脂発泡体
本発明の形状追従性樹脂発泡体は、損失正接(以下、tanδと略記する。)のピーク値に対応する温度として表されるTgが10〜35℃であり、この温度範囲におけるtanδが0.20〜0.80であって、且つこの温度範囲におけるG’の最大値(G’max)と最小値(G’min)との比(G’max/G’min)が3.0〜30であることを特徴とする。
上記「Tg」は、tanδのピーク値に対応する温度として表され、このTgは10〜35℃であり、特に15〜35℃、更に20〜32℃であることが好ましい。Tgが10〜35℃であれば、この常温域において硬度が容易に低下し、優れた形状追従性を有する樹脂発泡体とすることができる。
また、樹脂発泡体を用いてなる成形体を人体に装着して用いる場合、Tgは体表面温度(後記のように、所謂、体温ではなく、顔面、胸部等の表面の温度であり、28〜30℃である。)に近似していることが好ましい。そのため、成形体を人体に装着して用いるときは、Tgは25〜32℃、特に27〜32℃であることが好ましい。このTgが25〜32℃であれば、成形体の体表面側では人体からの伝熱によって硬度が十分に低下して柔軟になり、外表面側では体表面側に比べて十分な硬度が維持される。従って、体表面に加わる圧力が分散され、緩和されて、装着感に優れるとともに、十分な保形性をも併せて有する形状追従性樹脂発泡体とすることができる。
上記「tanδ」は、損失弾性率(G")をG’により除した値、即ち、G"/G’である。このtanδは0.20〜0.80であり、0.30〜0.80であることが好ましい。tanδが0.20〜0.80であれば、特に、樹脂発泡体を用いてなる成形体を人体に装着して用いたときに、装着者が硬度の低下及び形状追従に違和感を覚えることがなく、装着感が良好である。更に、G’の最大値(G’max)と最小値(G’min)との比(G’max/G’min)は、3.0〜30であり、5.0〜25であることが好ましい。G’の比が3.0〜30であれば、硬度が高くなりすぎず、且つ硬度が十分に変化するため、樹脂発泡体を用いてなる成形体を人体に装着して用いたときに、装着者が硬度の変化を体感することができる。このG‘の比が3.0未満であると、成形体を人体に装着したときに硬度変化を体感し難く、人体装着用緩衝材としての十分な作用効果も期待できない。一方、G’の比が30を越えると、常態(初期状態)での硬度が高く、人体に装着して用いる緩衝材には適さない。
尚、10〜35℃の温度範囲では、通常、G’は温度の上昇とともに小さくなる。そのため、G’の比は「10℃におけるG’(最大値)/35℃におけるG’(最小値)」である。
本発明の形状追従性樹脂発泡体は、応力が負荷されると、その時点で大きく変形し、その後、徐々に変形が大きくなり、同時に歪み分布も均一化される。これにより、特に、樹脂発泡体を用いてなる成形体を人体に装着して用いたときに、装着者が硬度の低下及び形状追従を実感することができ、且つ装着感に優れる。この硬度の低下及び形状追従は、樹脂発泡体を用いて成形された所定寸法のシートの四辺を固定し、その後、その中央部に所定寸法、重量及び温度の球状体を載置したときの、シートの下方への寸法変化の経時変化を算出する前記の方法により評価することができる。前記の比(L/L)は1.05〜1.50、特に1.1〜1.50、更に1.20〜1.50であることが好ましく、比(L/L)が1.05〜1.50であれば、装着者が硬度の低下及び形状追従の経時変化を十分に実感することができる。
形状追従性樹脂発泡体は特に限定されず、ポリウレタン発泡体、スチレン系熱可塑性エラストマー及びオレフィン系熱可塑性エラストマー等を用いてなる熱可塑性エラストマー発泡体、ポリエチレン発泡体等のポリオレフィン発泡体などが挙げられる。また、樹脂混合物の発泡体であってもよく、熱可塑性エラストマーとポリオレフィンとの混合物、例えば、スチレン系熱可塑性エラストマーとポリエチレンとの混合物の発泡体であってもよい。この形状追従性樹脂発泡体としては、Tgの調整が容易なポリウレタン発泡体が好ましく、Tg以下のガラス領域においても過度に剛直ではなく、柔軟性が維持される軟質ポリウレタン発泡体(以下、PU発泡体という。)がより好ましい。
以下、形状追従性樹脂発泡体がPU発泡体である場合について詳しく説明する。
PU発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート及び発泡剤を含有するフォーム原料を発泡硬化させて製造することができる。
ポリオールとしては、PU発泡体の製造に一般に用いられるポリオールを特に限定されることなく用いることができる。ポリオールはポリエーテルポリオールであることが好ましく、このポリエーテルポリオールとしては、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、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール等の開始剤にアルキレンオキサイドを付加し、鎖延長してなるポリエーテルポリオールを用いることができる。本発明のPU発泡体では、ポリオールの全量がポリエーテルポリオールであることが好ましい。
ポリオールは、その全量がポリエーテルポリオールであり、且つこのポリエーテルポリオールには、水酸基価が200〜500、特に200〜350のポリエーテルポリオール(A)が含有されることが好ましい。このような低分子量のポリオールを用いることにより、室温域にTgを有するPU発泡体とすることができる。このポリエーテルポリオール(A)の含有量は特に限定されないが、ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、ポリエーテルポリオール(A)の含有量が35〜85質量%、特に45〜75質量%であることがより好ましい。また、ポリエーテルポリオール(A)の官能基数は特に限定されないが、2官能又は3官能であることが好ましく、3官能であることがより好ましい。
ポリエーテルポリオールとしては、相対的に低分子量のポリエーテルポリオール(A)と、相対的に高分子量のポリエーテルポリオールとを組み合わせて用いることが好ましい。この相対的に高分子量のポリエーテルポリオールは1種でもよく、2種以上でもよい。更に、その官能基数も特に限定されないが、2官能又は3官能であることが好ましく、1種のみ用いるときは3官能であることがより好ましい。
上記の相対的に高分子量のポリエーテルポリオールとしては、水酸基価が40〜100であり、且つ3官能のポリエーテルポリオール(B−1)及び水酸基価が40〜100であり、且つ2官能のポリエーテルポリオール(B−2)のうちの少なくとも一方が含有されることが好ましい。また、これらのポリエーテルポリオール(B−1)及び(B−2)はともに含有されることがより好ましい。更に、一方のみが含有される場合は、3官能のポリエーテルポリオール(B−1)であることが好ましい。ポリエーテルポリオール(B−1)、(B−2)の各々の含有量は特に限定されないが、ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、ポリエーテルポリオール(B−1)の含有量は5〜45質量%であることが好ましい。また、2官能のポリエーテルポリオール(B−2)を併用することにより、常温域(10〜35℃)での硬度が過度に高くなることを回避することができるが、使用量の増加とともに耐歪性が低下する(圧縮残留歪が大きくなる)ため、ポリエーテルポリオール(B−2)の含有量は25質量%以下、特に5〜25質量%、更に10〜20質量%であることが好ましい。
ポリエーテルポリオールには、ポリエーテルポリオール(A)並びに(B−1)及び/又は(B−2)を除く他のポリエーテルポリオールが含有されていてもよいが、その場合、ポリエーテルポリオールの全量を100質量%としたときに、ポリエーテルポリオール(A)並びに(B−1)及び/又は(B−2)の合計が80質量%以上、特に90質量%以上であることが好ましく、ポリエーテルポリオール(A)並びに(B−1)及び/又は(B−2)の合計が100質量%であってもよい。
鎖延長に用いられるアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド及びブチレンオキサイド等が用いられる。これらは1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。また、2種以上のアルキレンオキサイドを併用する場合、アルキレンオキサイドの全量を100質量%とした場合に、特定の1種のアルキレンオキサイドの含有量が80質量%以上、特に95質量%以上であることが好ましい。これにより、tanδのピークが10〜35℃の温度範囲のみに存在するPU発泡体とすることができる。更に、特定の1種のアルキレンオキサイドはプロピレンオキサイドであることがより好ましい。また、アルキレンオキサイドは1種のみであることが特に好ましく、この1種のみのアルキレンオキサイドがプロピレンオキサイドであることがより好ましい。
ポリイソシアネートは特に限定されず、末端イソシアネート基を2個以上有する各種のポリイソシアネートを用いることができる。このポリイソシアネートとしては、例えば、トルエンジイソシアネート(TDI)、粗TDI、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、粗MDI、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、粗HDI、1,5−ナフタレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、m−キシレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、水添MDI、イソホロンジイソシアネート等が挙げられる。ポリイソシアネートは1種のみ用いてもよく、2種以上を併用してもよい。ポリイソシアネートとしてはTDIを用いることが好ましく、TDIのみであることがより好ましい。TDIであれば、軽量、且つ柔軟なPU発泡体とすることができ、且つTgが高くなりすぎるのを抑えることもできる。
尚、広範な用途で用いられているMDIでは、本発明におけるPU発泡体の場合、Tgが高くなり、常温域及び人体に装着したときのいずれの場合も硬くなりすぎ、更には軽量な発泡体とすることもできず好ましくない。また、TDIはMDIに比べて安価であり、コストメリットもある。
ポリイソシアネートの配合量は、PU発泡体に必要とされる物性等により設定することが好ましい。この配合量はイソシアネートインデックスにより調整され、このイソシアネートインデックスは特に限定されないが、100〜120であることが好ましく、105〜120、特に105〜115であることがより好ましい。イソシアネートインデックスを100以上に設定することで、未反応のポリオールを低減させることができ、人体に装着したときに装着部の形状に追従して容易に変形し、且つ湿熱圧縮残留歪も抑えられるため、人体に密着したときでも、人体からの湿熱による歪みが問題になることがない。
発泡剤は特に限定されず、ポリイソシアネートとポリオールとの反応生成物を発泡させることができる各種の発泡剤を用いることができる。この発泡剤としては、PU発泡体の製造で一般的に使用される(1)水、(2)メチレンクロライド、トリクロロエタン等のハロゲン化脂肪族炭化水素、(3)二酸化炭素、(4)重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、アジド化合物等の無機系発泡剤、及び(5)アゾジカルボンアミド、アゾビスホルムアミド、N,N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン等の有機系発泡剤が挙げられる。発泡剤は1種のみ用いてもよく、2種以上を併用してもよい。発泡剤としては水が好ましい。この水は特に限定されず、例えば、イオン交換水、水道水、蒸留水等の各種の水を用いることができる。発泡剤の配合量も特に限定されないが、ポリオールの全量を100質量部とした場合に、0.5〜5.0質量部、0.5〜4.0質量部、更に1.0〜3.0質量部とすることが好ましい。
フォーム原料には、ポリオール、ポリイソシアネート及び発泡剤の他、通常、整泡剤、触媒等が配合される。
整泡剤は、均一に分散した微細な気泡を安定化させるために配合される。この整泡剤は特に限定されないが、ジメチルポリシロキサンとポリエーテルのブロック共重合体を使用することができる。また、ポリシロキサンに有機官能基を付加した特殊な整泡剤を用いることもできる。このように、整泡剤としてはシリコーン系整泡剤が用いられることが多い。整泡剤は1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。整泡剤の配合量は特に限定されないが、ポリオールの全量を100質量部とした場合に、0.5〜3質量部、特に0.7〜2質量部とすることが好ましい。
触媒も特に限定されず、各種の触媒を用いることができる。この触媒としては、例えば、アミン系触媒及び金属触媒等が挙げられる。アミン系触媒としては、トリエチレンジアミン、テトラメチルグアニジン、N,N,N’N’−テトラメチルヘキサン−1,6ジアミン等が挙げられる。金属触媒としては、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸カリウム、ナフテン酸鉛、ネオデカン酸亜鉛等が挙げられる。触媒は1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。併用する場合、アミン系触媒と金属触媒等とを組み合わせて用いてもよい。触媒の配合量は特に限定されないが、ポリオールの全量を100質量部とした場合に、0.1〜2質量部、特に0.1〜1質量部、更に0.2〜0.5質量部とすることが好ましい。
フォーム原料には、更に他の添加剤、助剤等を配合することができる。この添加剤、助剤等としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、及びフォーム原料の粘度を低下させ、攪拌、混合を容易にするための各種の希釈剤などが挙げられる。これらの添加剤、助剤等は、本発明の作用効果が損なわれない範囲で適量を配合することができる。
[2]形状追従性樹脂発泡体の使用方法
本発明の形状追従性樹脂発泡体の使用方法は、本発明の形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体を、人体の体表面に装着し、その後、人体からの伝熱によって成形体の硬度を低下させ、成形体を体表面の形状に追従させて変形させて使用することを特徴とする。
尚、成形体は、通常、その全表面が織布等により覆われた状態で用いられる。従って、成形体は織布等を介して人体の体表面に装着されることになる。
本発明の形状追従性樹脂発泡体は、この樹脂発泡体を用いてなる成形体を人体の体表面に装着して用いた場合に特に有用である。口中又は脇の下等で測定される、所謂、体温は36℃を少し越えるのが正常であるが、顔面、胸部、腰部、手足等の表面温度は、部位により多少の差はあるが、通常、28〜30℃であり、体温より少し低温である。本発明の形状追従性樹脂発泡体はTgが10〜35℃であるため、この樹脂発泡体を用いてなる成形体を、上記の温度範囲にある体表面に装着した場合に、容易に硬度が低下して柔軟になり、且つ接触部位の形状に追従して容易に変形させることができる。
更に、この形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体は、体表面に接触したときに、比較的短時間で装着部位の形状に追従して変形するが、装着後、経時とともに僅かではあるが更に変形し、装着部位の形状により近似した形状に変形する。従って、装着者が成形体の装着部位への形状追従をより実感することができ、且つ体表面に加わる圧力が分散され、緩和されるため、優れた装着感を体感することができる。
[3]人体装着用緩衝材
本発明の人体装着用緩衝材は、本発明の形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体からなることを特徴とする。
人体装着用緩衝材としては、ブラカップ、肩パッド、インソール、スポーツ等で使用される膝パッド及びレガース、ヘルメット内の緩衝材等が挙げられる。この人体装着用緩衝材は、上記の優れた形状追従性を有する形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体からなるため、装着者が成形体の装着部位への形状追従をより実感することができる。また、体表面に加わる圧力が分散され、緩和されるため、優れた装着感を体感することができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
[1]発泡体の製造
(1)PU発泡体
実施例1〜11及び比較例1〜7
各々のPU発泡体はワンショット法で製造した。表1〜4に記載の配合割合で、それぞれの原料をミキシングヘッドに供給し、ヘッド内で攪拌された混合液を移動しつつあるベルトコンベア上に吐出させ、このコンベア上で常温(15〜25℃)、大気圧下、自然発泡させた。その後、スチームで約60℃に調温されたキュア炉内で硬化させ、養生させて、PU発泡体を製造した。
尚、表1〜4の数値は、ポリオールの全量を100質量部とした場合の配合量(単位;質量部)である。
Figure 2009035697
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表1〜4におけるフォーム原料の詳細は以下のとおりである。
ポリオール(A);旭電化工業社製、商品名「G700」、ポリエーテルポリオール、水酸基価 240mgKOH/g、3官能、プロピレンオキサイド(100質量%)付加体
ポリオール(B−1);三洋化成社製、商品名「GP3000」、ポリエーテルポリオール、水酸基価 56mgKOH/g、3官能、プロピレンオキサイド(100質量%)付加体
ポリオール(B−2);三洋化成社製、商品名「PP−2000」、ポリエーテルポリオール、水酸基価 56mgKOH/g、2官能、プロピレンオキサイド(100質量%)付加体
発泡剤;水(比較例5では水とメチレンクロライドとを用いた。)
整泡剤;ジーイー東芝シリコーン社製、商品名「L−626」、PU発泡体用シリコーン系整泡剤
触媒;中京油脂社製、商品名「LV33」、トリエチレンジアミンとプロピレングリコールとの質量比1:2の混合物
ポリイソシアネート(A);日本ポリウレタン工業社製、商品名「T65」、2,4−
異性体を65質量%含有するトルエンジイソシアネート
ポリイソシアネート(B);日本ポリウレタン工業社製、商品名「T80」、2,4−異性体を80質量%含有するトルエンジイソシアネート
(2)水添スチレン−ブタジエン系樹脂発泡体
実施例12及び比較例8
水添スチレン−ブタジエン系樹脂(以下、「HSBR」と略記する。旭化成社製、グレード名「SQE−SS9000」)及び低密度ポリエチレン(日本ユニカー社製、グレード名「NUC8505」)と、発泡剤、架橋剤及び助剤とを含有する樹脂組成物を、発泡倍率10倍に架橋発泡させて水添スチレン−ブタジエン系樹脂発泡体(以下、HSBR発泡体という。また、表2、4でも「HSBR発泡体」と表記する。)を製造した。実施例12では、HSBR90質量部と低密度ポリエチレン10質量部とを使用し、比較例8では、HSBR70質量部と低密度ポリエチレン30質量部とを使用した(HSBRと低密度ポリエチレンとの合計を100質量部とする。)。この樹脂の質量割合によりHSBR発泡体のTgを調整した。
[2]物性測定
実施例1〜11及び比較例1〜7のPU発泡体、並びに実施例12及び比較例8のHSBR発泡体を用いて、以下のようにして物性を測定した。
(1)密度(kg/m)はJIS K 7222に準拠し、25%硬さ(kPa)はJIS K 6400−2に準拠し、反発弾性率(%)はJIS K 6400−3に準拠し、圧縮残留歪(%)はJIS K 6400−4に準拠して測定した。
(2)湿熱圧縮残留歪(%)は、試片を温度70℃、相対湿度95%の雰囲気に22時間曝露し、その後、室温(25℃)に降温させ、上記の圧縮残留歪と同様にして測定した。
尚、PU発泡体の圧縮残留歪(%)及び湿熱圧縮残留歪(%)は、50%圧縮時の測定値である。また、HSBR発泡体の圧縮残留歪(%)(表6、8の括弧内数値)は25%圧縮時の測定値である。
(3)熱分析装置(レオメトリックス社製、型式「RDA−700」)を用いて、測定温度範囲−80〜130℃(PU発泡体)又は−50〜80℃(HSBR発泡体)、昇温速度6℃/分、周波数1Hzで、貯蔵弾性率(G’)及び損失弾性率(G")を測定し、下記の式によりtanδを算出した。
tanδ=G"/G’
また、tanδのピーク値に対応する温度をガラス転移温度(℃)とする。
更に、10℃におけるG’を35℃におけるG’で除した値を貯蔵弾性率(G’)の比とする。
(4)緩和時間は、PU発泡体及びHSBR発泡体を用いて成形された、寸法180×180mm及び厚さ10mmのシートの四辺を固定し、その後、シートの中央部に直径132mm、重量1200g及び温度35℃の球状体を載置したときのシートの下方への寸法変化(mm)を、載置から1、10、180及び600秒経過後測定し、1秒経過の値(L)と10、180及び600秒経過後の値(L)との比(L/L)により評価した。
結果は表5〜8のとおりである。
尚、図1は、実施例8のPU発泡体について、熱分析装置により粘弾性を測定した結果を表すグラフであり、図2は、比較例5のPU発泡体について同様に測定した結果を表すグラフである。
Figure 2009035697
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表5によれば、実施例1〜6では、相対的に低分子量のポリオール(A)の増加とともに、Tgが上昇し、G’の比も大きくなっていることが分かる。また、25%硬さが大きくなり、圧縮残留歪が小さくなる傾向があることも分かる。更に、寸法変化量の比もポリオール(A)の増加とともに大きくなっており、これらの特性を併せて考えると、より優れた形状追従性を有していることが分かる。
また、実施例2、3によれば、2官能のポリエーテルポリオール(B−2)が多い場合は、反発弾性率が低下し、寸法変化量の比が大きくなり、特に優れた形状追従性を有するPU発泡体であることが分かる。更に、実施例5、6によれば、2官能のポリオール(B−2)を用いないときは、寸法変化量の比はより大きくなるが、25%硬さが大きくなり、柔軟性が低下する傾向がある。また、2官能のポリオール(B−2)が多い実施例7では、圧縮残留歪が大きくなり、寸法変化量の比が小さくなる傾向がある。このように、フォーム原料の組成によりPU発泡体の物性が変化するため、目的、用途に応じてフォーム原料の組成等を調整することが好ましい。
更に、表6によれば、実施例8〜9では、ポリオール(A)、(B−1)及び(B−2)の質量割合を一定とし、イソシアネートインデックスを変化させた場合、インデックスが大きくなると、Tgが上昇し、圧縮残留歪が少し大きくなる。また、インデックスが115のときは、寸法変化量の比が大きくなっており、より優れた形状追従性を有していることが分かる。更に、2官能のポリオール(B−2)を使用せず、且つインデックスが105.0である実施例10では、G’の比が大きくなり、硬度が容易に変化するが、密度が高くなるため、必要とされる特性を勘案して用いることが好ましい。また、ポリオール(A)のみを使用し、インデックスを低下させた実施例11では、インデックスの低下によりTgの上昇が抑えられ、圧縮残留歪も良好であるが、常温域での硬度が高く、湿熱圧縮残留歪が大きくなるため、同様に必要とされる特性を勘案して用いることが好ましい。
更に、HSBR発泡体である実施例12では、材質の相違により、密度が高く、25%硬さが大きくなり、寸法変化量の比もPU発泡体と比べて相当に大きくなるが、これらは材質の相違によるところもあり、このような特性が必要とされるインソール、スポーツ等で使用される膝パット、レガース等の用途において有用である。
一方、表7によれば、ポリオール(B−1)及び(B−2)をともに使用せず、インデックスが100である比較例1では、Tgが高くなりすぎ、且つ硬度も高いことが分かる。また、ポリオール(A)の質量割合が低い比較例2、3では、反発弾性率、圧縮残留歪がともに大きく、寸法変化量の比が小さく、十分な形状追従性を有していないことが推察される。
更に、一般的なPU発泡体の配合である比較例4では、Tgが過度に低下し、硬度が高く、反発弾性率がより大きく、寸法変化量の比が小さい。そのため、十分な形状追従性を有していないことが推察される。また、一般的な低硬度発泡体の配合である比較例5では、Tgが過度に低下し、反発弾性率が大きく、且つ寸法変化量の比も小さく、形状追従性に劣ることが推察される。
また、表8によれば、ポリエーテルポリオール(A)、(B−1)及び(B−2)を併用しているものの、インデックスが90と低い比較例6では、圧縮残留歪が大きくなる傾向があり、寸法変化量の比が小さく、十分な形状追従性を有していないことが推察される。また、ポリエーテルポリオール(A)、(B−1)及び(B−2)を併用しているものの、インデックスが122と高い比較例7では、Tgが高くなりすぎ、反発弾性率も高く、圧縮残留歪も大きくなって、十分な形状追従性を有していないことが推察される。更に、HSBR発泡体である比較例8では、材質が相違することもあって、Tgが低く、密度及び硬度が高く、反発弾性率も大きく、形状追従性に劣ることが推察される。
尚、本発明は上記の実施例の記載に限られず、目的、用途等に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、上記の実施例では、各々の原料を個別にミキシングヘッドに供給し、攪拌、混合して発泡体を製造しているが、整泡剤及び/又は触媒等を予めポリオールに混合してなるポリオール成分と、ポリイソシアネート成分とを混合し、この混合物を所定形状の成形型に注入して製造することもできる。また、搬送もギアポンプに限定されず、油圧プランジャーを備える高圧注入機を用いることができ、オークスミキサー、ホバートミキサー等のメカニカルフロス用攪拌機等を使用することもできる。尚、量産性及び連続成形性等の観点ではギアポンプを用いることが好ましい。
実施例8のPU発泡体の粘弾性測定における温度とG’、G"及びtanδとの相関を表すグラフである。 比較例5のPU発泡体の粘弾性測定における温度とG’、G"及びtanδとの相関を表すグラフである。

Claims (14)

  1. 損失正接のピーク値に対応する温度として表されるガラス転移温度が10〜35℃であり、10〜35℃の温度範囲における損失正接が0.20〜0.80であって、且つ10〜35℃の温度範囲における貯蔵弾性率(G’)の最大値(G’max)と最小値(G’min)との比(G’max/G’min)が3.0〜30であることを特徴とする形状追従性樹脂発泡体。
  2. 上記形状追従性樹脂発泡体を用いて成形された、寸法180×180mm及び厚さ10mmのシートの四辺を固定し、その後、該シートの中心部に直径132mm、重量1200g及び温度35℃の球状体を載置したときに、該シートの下方への寸法変化の、該載置から1秒経過後の値(L)と180秒経過後の値(L)との比(L/L)が1.05〜1.50である請求項1に記載の形状追従性樹脂発泡体。
  3. 上記ガラス転移温度が15〜35℃であり、且つ上記比(G’max/G’min)が5.0〜25である請求項1又は2に記載の形状追従性樹脂発泡体。
  4. 軟質ポリウレタン発泡体である請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体。
  5. 上記軟質ポリウレタン発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート及び発泡剤を含有するフォーム原料を発泡硬化させてなるものであり、該ポリオールは全量がポリエーテルポリオールであって、該ポリエーテルポリオールには2種以上のポリエーテルポリオールが含有され、そのうちの1種が水酸基価が200〜500のポリエーテルポリオール(A)であり、該ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、該ポリエーテルポリオール(A)の含有量が35〜85質量%である請求項4に記載の形状追従性樹脂発泡体。
  6. 上記ポリエーテルポリオールには、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が3のポリエーテルポリオール(B−1)と、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が2のポリエーテルポリオール(B−2)とが更に含有されており、該ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、該ポリエーテルポリオール(B−2)の含有量が5〜25質量%である請求項5に記載の形状追従性樹脂発泡体。
  7. 上記ポリエーテルポリオールはアルキレンオキサイドを用いて鎖延長されたものであり、該アルキレンオキサイドを100質量%とした場合に、プロピレンオキサイドが80質量%以上である請求項5又は6に記載の形状追従性樹脂発泡体。
  8. 上記ポリイソシアネートがトルエンジイソシアネートである請求項5乃至7のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体。
  9. 上記軟質ポリウレタン発泡体を製造するときのイソシアネートインデックスが100〜120である請求項4乃至8のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体。
  10. 上記形状追従性樹脂発泡体を用いて成形された、寸法180×180mm及び厚さ10mmのシートの四辺を固定し、その後、該シートの中心部に直径132mm、重量1200g及び温度35℃の球状体を載置したときに、該シートの下方への寸法変化の、該載置から1秒経過後の値(L)と180秒経過後の値(L)との比(L/L)が1.05〜1.50であり、該形状追従性樹脂発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート及び発泡剤を含有するフォーム原料を発泡硬化させてなる軟質ポリウレタン発泡体であって、該ポリオールは全量がポリエーテルポリオールであり、該ポリエーテルポリオールには、水酸基価が200〜500のポリエーテルポリオール(A)、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が3のポリエーテルポリオール(B−1)、及び水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が2のポリエーテルポリオール(B−2)が含有され、該ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、該ポリエーテルポリオール(A)の含有量が35〜85質量%、且つ該ポリエーテルポリオール(B−2)の含有量が5〜25質量%であって、該ポリエーテルポリオールはアルキレンオキサイドを用いて鎖延長され、該アルキレンオキサイドを100質量%とした場合に、プロピレンオキサイドが80質量%以上であり、該ポリイソシアネートがトルエンジイソシアネートであって、該軟質ポリウレタン発泡体を製造するときのイソシアネートインデックスが100〜120である請求項1に記載の形状追従性樹脂発泡体。
  11. 請求項1乃至10のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体の使用方法であって、
    上記形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体を、人体の体表面に装着し、その後、該人体からの伝熱によって該成形体の硬度を低下させ、該成形体を該体表面の形状に追従させて変形させて使用することを特徴とする形状追従性樹脂発泡体の使用方法。
  12. 上記形状追従性樹脂発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート及び発泡剤を含有するフォーム原料を発泡硬化させてなる軟質ポリウレタン発泡体であって、該ポリオールは全量がポリエーテルポリオールであり、該ポリエーテルポリオールには、水酸基価が200〜500のポリエーテルポリオール(A)、水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が3のポリエーテルポリオール(B−1)、及び水酸基価が40〜100であり、且つ官能基数が2のポリエーテルポリオール(B−2)が含有され、該ポリエーテルポリオールの全量を100質量%とした場合に、該ポリエーテルポリオール(A)の含有量が35〜85質量%、且つ該ポリエーテルポリオール(B−2)の含有量が5〜25質量%であって、該ポリエーテルポリオールはアルキレンオキサイドを用いて鎖延長され、該アルキレンオキサイドを100質量%とした場合に、プロピレンオキサイドが80質量%以上であり、該ポリイソシアネートがトルエンジイソシアネートであって、該軟質ポリウレタン発泡体を製造するときのイソシアネートインデックスが100〜120である請求項11に記載の形状追従性樹脂発泡体の使用方法。
  13. 請求項1乃至10のうちのいずれか1項に記載の形状追従性樹脂発泡体を用いてなる成形体からなることを特徴とする人体装着用緩衝材。
  14. 上記成形体がブラカップである請求項13に記載の人体装着用緩衝材。
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