JP2010189481A

JP2010189481A - 軟質ポリウレタンフォーム

Info

Publication number: JP2010189481A
Application number: JP2009033012A
Authority: JP
Inventors: Manabu Yamanaka; 学山中
Original assignee: Achilles Corp
Current assignee: Achilles Corp
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】体圧分散性能を有するにも関わらず、寝返り等の身体の位置変更が容易である、枕、敷き寝具、マットレス、ソファーや椅子等のクッション材として好適な軟質ポリウレタンフォームを提供すること。
【解決手段】少なくともポリオール成分、ポリイソシアネート成分、整泡剤、触媒、発泡剤とを含むポリウレタンフォーム原料を発泡させてなる軟質ポリウレタンフォームであって、反発弾性が２５％以下であり、ヒステリシスロスが３５％以下であることを特徴とする軟質ポリウレタンフォーム。
【選択図】なし

Description

本発明は、軟質ポリウレタンフォームに関するものであり、詳細には、低反発弾性ポリウレタンフォームと高反発弾性ポリウレタンフォームの性質を併せ持ち、枕、マットレス等の敷き寝具、ソファーや椅子等のクッション材として好適な軟質ポリウレタンフォームに関するものである。

低反発弾性ポリウレタンフォームは、クッション材やマットレス等に用いた場合に、局部的な圧迫がなく身体接触圧が分散されるので感触が良いばかりでなく、疲労感の軽減、血流阻害による褥瘡防止に効果的であることが知られている（先行技術文献１等）。しかしながら、低反発弾性ポリウレタンフォームは身体接触圧を分散できる反面、身体の沈み込み量が大きいため、この沈み込みによって体位を変更する際の支点を作りにくくなり、身体に大きな負担がかかる。例えば、低反発弾性ポリウレタンフォームをマットレスとして使用する場合には、寝返り時の身体の負荷が大きくなり、結果として好適な寝姿勢が取れないといった問題がある。この問題は、低反発弾性ポリウレタンフォームのヒステリシスロスが大きいことに起因している。
また、低反発弾性ポリウレタンフォームは、温度依存性が大きく、低温雰囲気下においてフォームが非常に硬くなるという問題も有する（感温性）。

ヒステリシスロスの小さい軟質ポリウレタンフォームとしては、高反発弾性ポリウレタンフォームが一般的である。高反発弾性ポリウレタンフォームは、寝返り等の体位の変更はスムーズに行うことができるが、低反発弾性ポリウレタンフォームのような体圧分散性能は有さない。そのため、枕、マットレス等の敷き寝具、ソファーや椅子等のクッション材として用いるのは好ましくない。

特開２０００−５２４４号公報

本発明は、低反発弾性ポリウレタンフォームの有する上記問題を解決するために種々検討したところ、低反発弾性ポリウレタンフォームのヒステリシスロスを、高反発弾性軟質ポリウレタンフォームと同等の低ヒステリシスロスにすれば、体圧分散性能を有するにも関わらず、寝返り等の身体の位置変更が容易になると考えて本発明を完成するに至った。

本発明は、このような知見の下、成し得たものであり、以下を要旨とする。
（１）少なくともポリオール成分、ポリイソシアネート成分、整泡剤、触媒、発泡剤とを含むポリウレタンフォーム原料を発泡させてなる軟質ポリウレタンフォームであって、反発弾性が２５％以下であり、ヒステリシスロスが３５％以下であることを特徴とする軟質ポリウレタンフォーム。
（２）ポリオール成分として、水酸基価が１０〜６０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量が５０００〜１００００のポリオール（Ａ）と、水酸基価が７０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量４００〜７５０のポリオール（Ｂ）と、水酸基価が７０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量が５００〜２０００のポリオール（Ｃ）とを少なくとも用いることを特徴とする（１）に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
（３）ポリオール（Ａ）／ポリオール（Ｂ）＝３５〜５０／６５〜５０の割合で用いることを特徴とする（２）に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
（４）ポリオール成分として、さらにエチレンオキシド含有量が６０〜９０重量％のポリオキシアルキレンポリオール（Ｄ）を含有することを特徴とする請求項（２）に記載の軟質ポリウレタンフォーム。

本発明の軟質ポリウレタンフォームは低反発弾性でありながら、ヒステリシスロスが低いため、体圧分散性能を有しつつ、寝返り等の身体の位置変更も容易な軟質ポリウレタンフォームであり、低温雰囲気下における硬度変化もない。このような本願発明の軟質ポリウレタンフォームは、枕、マットレス等の敷き寝具、ソファーや椅子等のクッション材として好適に利用される。

以下、本願発明を詳細に説明する。

本願発明の軟質ポリウレタンフォーム（以下、単に「フォーム」ともいう）は、反発弾性が２５％以下であり、ヒステリシスロスが３５％以下である、体圧分散性に優れたポリウレタンフォームである。

本願発明における、反発弾性とは、ＪＩＳＫ６４００−３に準拠して測定した値であり、ＪＩＳＫ６４０１では、低反発弾性フォームは反発弾性１５％以下、高反発弾性フォームとは５０％以上と定義されている。本発明の軟質ポリウレタンフォームは、反発弾性が２５％以下であって、低反発弾性フォームと同等の体圧分散性を有する。

ヒステリシスロスとは、ＪＩＳＫ６４００−２Ｂ法に準拠して測定した値である。ヒステリシスロスとは、応力−歪み曲線におけるヒステリシスループの面積割合を示す。ヒステリシスロスの算出方法は、次の通りである。まず、試験体に対して圧縮応力Ｓｃを負荷したときと、この応力Ｓｃを除荷したときとの両方で試験体の撓み量Ｓの変化を測定する。次いで、圧縮応力Ｓｃを増加させたときに得られる上昇曲線の積分値と、圧縮応力Ｓｃを減少させたときに得られる下降曲線の積分値とから、ヒステリシスループの面積Ｓ_１−Ｓ_２を算出する。さらに下記数式（１）によって、上記上昇曲線の積分値Ｓ_１に対するヒステリシスループの面積（Ｓ_１−Ｓ_２）の割合（％）を求める。
（Ｓ_１ −Ｓ_２）／Ｓ_１ ×１００・・・（１）
一般に、ヒステリシスロスが小さいほどバネのような性状になると言われている。したがって、ヒステリシスロスが３５以下であれば、身体が沈み込み過ぎず、体位の変更が容易となると考えられる。

反発弾性が２５％以下であり、ヒステリシスロスが３５％以下の軟質ポリウレタンフォームは、ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、整泡剤、触媒、発泡剤およびその他添加剤とを用いて発泡、硬化させて得られる。

ポリオール成分としては、特に制限はなく、通常の軟質ポリウレタンフォームの原料として使用されるポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールを用いることができるが、水酸基価が１０〜６０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量が５０００〜１００００のポリオール（Ａ）と、水酸基価が７０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量４００〜７５０のポリオール（Ｂ）と、水酸基価が７０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量が５００〜２０００のポリオール（Ｃ）とを含有すると、反発弾性が２５％以下であり、ヒステリシスロスが３５％以下の軟質ポリウレタンフォームを得られやすい。

上記水酸基価が１０〜６０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量が５０００〜１００００のポリオール（Ａ）は、活性水素数が２である開始剤を主成分として製造され、官能基が２．０〜２．４であることが好ましい。

上記水酸基価が７０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量４００〜７５０のポリオール（Ｂ）は、活性水素数が２である開始剤を主成分として製造され、官能基が２．０〜２．４であることが好ましい。

上記水酸基価が７０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量が５００〜２０００のポリオール（Ｃ）は、活性水素数が３である開始剤を主成分として製造され、官能基が２．７〜３．０であることが好ましい。

本願発明において、ポリオール（Ａ）／ポリオール（Ｂ）＝３５〜５０／６５〜５０の割合で用いると、低温雰囲気下においてもフォームが硬くなりにくく、体圧分散性能を発現するため、好ましい。

また、上記ポリオール（Ａ）、ポリオール（Ｂ）、ポリオール（Ｃ）に加え、エチレンオキシドの含有量が６０〜９０重量％のポリオール（Ｄ）を添加することが好ましい。ポリオール（Ｄ）を添加すると、フォームの連通化が促され、性状の良好なフォームが得られやすい。また、フォームの戻りが遅く、体圧分散性にも優れる。

ポリイソシアネート成分としては、特に制限がなく、イソシアネート基を２以上有する芳香族系、脂環族系、脂肪族系等のポリイソシアネートや、これらを変性して得られる変性ポリイソシアネートを１種または２種以上の混合物で使用できる。具体的には、トリレ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）、ポリメチレンポリフェニルジイソシアネート（クルードＭＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）等のポリイソシアネート、またこれらのプレポリマー型の変性体、ヌレート変性体、ウレア変性体、カルボジイミド変性体等が挙げられる。これらのうちでも、ＴＤＩ、ＭＤＩ、ＴＤＩとＭＤＩの混合物が、発泡安定性に優れるため、好ましく用いられる。

ポリイソシアネート化合物の使用量は、通常イソシアネートインデックスで表される。ポリイソシアネート化合物の使用量は、イソシアネートインデックスで１００以上であり、１００〜１３０の範囲が好ましく、１０５〜１２０の範囲がより好ましい。イソシアネートインデックスが１００未満であってもフォームは形成できるが、硬度の高いフォームが得られにくく、加熱又は水を含むと強度低下を起こすため、上記イソシアネートインデックスで製造されることが好ましい。

本発明の軟質ポリウレタンフォームに用いる整泡剤はポリシロキサン鎖およびポリオキシアルキレン鎖を有するシリコーン系化合物を含有するものが好ましく用いられる。シリコーン系化合物中のポリシロキサン鎖およびポリオキシアルキレン鎖は、ブロック型構造を有していてもよいし、主鎖のポリシロキサン鎖にポリオキシアルキレン鎖がグラフトしたグラフト型構造を有していてもよい。また、これらが混在した構造を有していてもよい。成形性がより改善されることから、グラフト型構造を有するシリコーン系化合物が好ましい。シリコーン系化合物のポリオキシアルキレン鎖としては、ポリオキシエチレン鎖、ポリオキシプロピレン鎖等の単一のオキシアルキレン基から構成されるもの、または、オキシエチレンオキシプロピレンブロック鎖、オキシエチレンオキシプロピレンランダム鎖等の複数種のオキシアルキレン基から構成されるものが挙げられ、これらの組み合わせから構成されていてもよい。
整泡剤は、シリコーン系化合物と他の化合物との混合物でもよい。他の化合物としては、グリコール類、ポリオキシアルキレン化合物が挙げられ、グリコール類が好ましい。

整泡剤の使用量は、ポリオール化合物１００質量部に対して０．１質量部〜５質量部以下が好ましく、０．５質量部〜２質量部がより好ましい。整泡剤の使用量を０．１質量部以上とすることで、軟質ポリウレタンフォームを製造する際のセル粗れや陥没を抑制できる。また、整泡剤の使用量を５質量部以下とすることで、軟質ポリウレタンフォームの収縮を抑制できる。

本発明の軟質ポリウレタンフォームに用いる触媒としては、ウレタン化反応を促進する通常の触媒はすべて使用でき、例として、トリエチレンジアミン、ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−２−エチル）エーテル、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサメチレンジアミンなどの３級アミン類およびそのカルボン酸塩；酢酸カリウム、オクチル酸カリウム、スタナスオクトエート、ジブチルチンジラウレート等のカルボン酸金属塩などの有機金属化合物等が挙げられる。これらの中で、好ましいものは、３級アミン類であり、さらに好ましいのはトリエチレンジアミンおよびビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−２−エチル）エーテルである。触媒の使用量は、ポリオール成分１００質量部に対して、好ましくは０．０１〜６質量部、さらに好ましくは０．２〜５質量部である。

本発明の軟質ポリウレタンフォームに用いる発泡剤としては、水のみを発泡剤として用いるのが環境的に好ましいが、必要に応じてメチレンクロライド等の低沸点の有機化合物や、空気、二酸化炭素等の気体も使用することができる。

本発明の軟質ポリウレタンフォームには、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤等を適宜添加してもよい。酸化防止剤としては、フェノール系、リン系、硫黄系、ラクトン系等が、光安定剤としてはヒンダートアミン系、ベンゾエート系等が、紫外線吸収剤としてはベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、トリアジン系等が挙げられる。その他添加剤としては、必要に応じて従来公知の難燃剤、顔料等を使用できる。

本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法は、従来の軟質ポリウレタンフォームの製造方法に基づいて行なうことができ、例えば、プレポリマー法、ワンショット法等を適用できる。

本発明の軟質ポリウレタンフォームは、単独で用いても、他の部材と積層して用いてもよい。例えばマットレスを形成する場合には、上層に本願発明の軟質ポリウレタンフォームを用い、下層に高反発弾性ポリウレタンフォームを用いると、マットレスの形状を確実に保持できる効果がある。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

＜実施例１〜６、比較例１〜５＞
表１に記載の配合処方のポリオール成分、触媒、整泡剤、発泡剤、を攪拌混合し、そこに表１に記載の配合処方のポリイソシアネート成分を加え、混ぜ合わせて発泡させることにより軟質ポリウレタンフォームを得た。

各実施例および比較例の配合処方の反応性および得られた軟質ポリウレタンフォームについて、以下の測定・評価を行なった。

＜密度＞
ＪＩＳＫ７２２２に準拠して測定した。

＜硬さ＞
ＪＩＳＫ６４００−２に準拠して測定した。

＜反発弾性＞
ＪＩＳＫ６４００−３に準拠して測定した。

＜ヒステリシスロス＞
ＪＩＳＫ６４００−２Ｂ法に準拠して測定した。

＜フォーム性状＞
〇・・・良好
△・・・収縮または亀裂あり
×・・・成形不可

表中；
ポリオール（Ａ）１：
ポリエーテルポリオール（分子量８０００、水酸基価１５、官能基数２）
ポリオール（Ａ）２：
ポリエーテルポリオール（分子量５０００、水酸基価２２、官能基数２）
ポリオール（Ｂ）１：
ポリエーテルポリオール（分子量７００、水酸基価１６０、官能基数２）
ポリオール（Ｂ）２：
ポリエーテルポリオール（分子量５００、水酸基価２２４、官能基数２）
ポリオール（Ｃ）：
ポリエーテルポリオール（分子量１０００、水酸基価１６０、官能基数３）
ポリオール（Ｄ）：
ポリエーテルポリオール（ＥＯの含有量７５重量％、水酸基価４７、官能基数３）
ポリオール（Ｅ）：
ポリエーテルポリオール（分子量７００、水酸基価２４０、官能基数３）
ポリオール（Ｆ）：
ポリエーテルポリオール（分子量３０００、水酸基価５６、官能基数３）
イソシアネート：
ＴＤＩ−８０（三井化学ポリウレタン社製）
整泡剤：
ＳＨ−１９２（東レ・ダウコーニング社製）
触媒１：
スタナスオクテート（ネオスタンＵ−２８、日東化成株式会社製）
触媒２：
アミン触媒（ＤＡＢＣＯ３３−ＬＶ、三共エアプロダクツ株式会社製）
なお、表中、ポリオール、イソシアネート、整泡剤、触媒、発泡剤の数値は重量部を表す。

実施例１〜６は、表１からわかるように何れも反発弾性が低く、ヒステリシスロスの小さい軟質ポリウレタンフォームが得られた。

実施例１および比較例４、５得られた軟質ポリウレタンフォームについて、以下の３項目について評価した。なお、体圧分散性および寝返り性については、幅１２００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、高さ１００ｍｍのマットレスを作成して測定を行った。

＜体圧分散性＞
ＦＳＡ体圧分布測定装置（センサー数：３２×３２＝１０２４ケ、薄型全身用センサー）を用い、被験者（男性、１６５ｃｍ、５８ｋｇ、ＢＭＩ＝２１．３）の仰臥姿勢３分後の頭部、胸部、腰部、脚部の各部位の最高圧力（ｍｍＨｇ）、平均圧力（ｍｍＨｇ）、センサー接触数（ケ）を測定した。
実施例１および比較例４のマットレスは、センサーの接触数が多く、各部位の最高圧力、平均圧力が小さいため、体圧分散性に優れていることがわかる。

＜寝返り性＞
低反発弾性ポリウレタンフォームからなるマットレスは、臀部が沈み込み、凹型に体が嵌ってしまうために寝返りがしにくいものと考えられている。そこで、以下の方法で寝返り性を評価した。
各マットレスに３２ｍｍＨｇ（体圧測定時に臀部に加わる圧力）の荷重を加えたときのマットレスの厚みをｈ_０とし、１０分後のマットレスの厚みをｈ_１として、クリープ特性を算出した。
クリープ特性＝（ｈ_０−ｈ_１）／ｈ_０×１００（％）

表３に示したとおり、実施例１および比較例５のマットレスが身体の沈み込みが小さく、寝返り性に優れることがわかる。

＜感温性の評価＞
０℃、２０℃、４０℃における各フォーム硬度（°）を測定した。測定にはアスカーＦ硬度計を用いた。

表４に示したとおり、実施例１のフォームは低温雰囲気下においても硬度の変化がなく、感温性に優れることがわかる。

以上の試験結果から、反発弾性が２５％以下でヒステリシスロスが３５以下の軟質ポリウレタンフォームから形成させたマットレス（実施例１）は、寝返り性および体圧分散性を有し、感温性が優れることがわかる。

Claims

少なくともポリオール成分、ポリイソシアネート成分、整泡剤、触媒、発泡剤とを含むポリウレタンフォーム原料を発泡させてなる軟質ポリウレタンフォームであって、反発弾性が２５％以下であり、ヒステリシスロスが３５％以下であることを特徴とする軟質ポリウレタンフォーム。
ポリオール成分として、水酸基価が１０〜６０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量が５０００〜１００００のポリオール（Ａ）と、水酸基価が７０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量４００〜７５０のポリオール（Ｂ）と、水酸基価が７０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇで、分子量が５００〜２０００のポリオール（Ｃ）とを少なくとも用い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。
ポリオール（Ａ）／ポリオール（Ｂ）＝３５〜５０／６５〜５０の割合で用いることを特徴とする請求項２に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
ポリオール成分として、さらにエチレンオキシド含有量が６０〜９０重量％のポリオキシアルキレンポリオール（Ｄ）を含有することを特徴とする請求項２に記載の軟質ポリウレタンフォーム。