JP2010280839A

JP2010280839A - 硬質ポリウレタン発泡体組成物、硬質ポリウレタン発泡体およびこれを用いた合成木材

Info

Publication number: JP2010280839A
Application number: JP2009136061A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shoji; 武嗣正司; Hisashi Funamoto; 久船本
Original assignee: Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd
Current assignee: DKS Co Ltd
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: JP5084786B2

Abstract

【課題】意匠性、切断加工性、ねじ打ち性に優れる硬質ポリウレタン発泡体組成物を提供する。
【解決手段】
ポリオール成分（Ａ）と有機イソシアネート成分（Ｂ）とからなる硬質ポリウレタン発泡体組成物であって、ポリオール成分（Ａ）が、水酸基数が４〜８であり平均水酸基価が４００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリエーテルポリオール（Ａ１）、水酸基数が２〜４であり平均水酸基価が２０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリエーテルポリオール（Ａ２）、水酸基数が２〜３であり平均水酸基価が６００〜１８００ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリオール（Ａ３）を含有し、その配合割合（重量比）が、（Ａ１）／（Ａ２）／（Ａ３）＝３０〜９０／５〜３５／５〜３５である。
【選択図】なし

Description

本発明は、硬質ポリウレタン発泡体組成物、硬質ポリウレタン発泡体およびこれを用いた合成木材に関する。

従来、家具、家屋装飾材に関しては、周知のごとく木材が広く用いられてきた。しかしながら、近年、環境保護の観点から南洋材を始めとする木材の伐採規制が強化されており、これまで木材が用いられてきた分野における非木材化が求められており、木材代替品の開発がなされている。

このような木材代替品として、特許文献１では、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）板と硬質ポリウレタン発泡体からなる車両部材用のパネル材が開示されている。しかしながら、上記パネル材は異なる２種類の材料を用いていることから、ＦＲＰ板の製造工程とＦＲＰ板に硬質ポリウレタン発泡体組成物を注入発泡する工程との２工程が必要であり、生産性が十分ではなかった。また、この硬質ポリウレタン発泡体を単独で使用した場合には、良好な切断加工性が得られない。

特開平１１−０４２６５３号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、意匠性、切断加工性、ねじ打ち性に優れる硬質ポリウレタン発泡体を短時間で製造できる硬質ポリウレタン発泡体組成物を提供することである。

本発明の発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、硬質ポリウレタン発泡体組成物として特定のポリオール成分を特定の割合で用いることにより、上記課題を解決できることを見いだし、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の硬質ポリウレタン発泡体組成物は、ポリオール成分（Ａ）と有機イソシアネート成分（Ｂ）からなる硬質ウレタン発泡体組成物であって、ポリオール成分（Ａ）が、水酸基数が４〜８であり平均水酸基価が４００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリエーテルポリオール（Ａ１）、水酸基数が２〜４であり平均水酸基価が２０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリエーテルポリオール（Ａ２）および水酸基数が２〜３であり平均水酸基価が６００〜１８００ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリオール（Ａ３）とを含有し、その配合割合（重量比）が、（Ａ１）／（Ａ２）／（Ａ３）＝３０〜９０／５〜３５／５〜３５であることを特徴とする。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体は、前記硬質ポリウレタン発泡体組成物を用いて得られることを特徴とする。

本発明の合成木材は、前記硬質ポリウレタン発泡体からなることを特徴とする。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体組成物を用いることにより、意匠性、切断加工性、ねじ打ち性に優れる硬質ポリウレタン発泡体を得ることかできる。また、硬質ポリウレタン発泡体のみで合成木材を製造することができるため、生産性を向上させることができる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体組成物は、ポリオール成分（Ａ）として、水酸基数が４〜８であり平均水酸基価が４００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリエーテルポリオール（Ａ１）、水酸基数が２〜４であり平均水酸基価が２０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリエーテルポリオール（Ａ２）および水酸基数が２〜３であり平均水酸基価が６００〜１８００ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリオール（Ａ３）とを含有し、その配合割合（重量比）が、（Ａ１）／（Ａ２）／（Ａ３）＝３０〜９０／５〜３５／５〜３５を重量比である。

なお、本発明のポリオールの水酸基数は１分子中に含まれる水酸基数のことであり、アルキレンオキサイドを付加したポリオールにおいては、アルキレンオキサイドを付加する前の出発原料に含まれる水酸基数を意味する。

また、本発明のポリオールの平均水酸基価は、ＪＩＳＫ１５５７に準じて測定したものである。

本発明に用いるポリエーテルポリオール（Ａ１）は、水酸基数が４〜８であり平均水酸基価が４００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇである。また、好ましい水酸基数は６〜８、好ましい平均水酸基価は４００〜６００ｍｇＫＯＨ／ｇである。上記範囲内とすることにより、得られる発泡体の意匠性、切断加工性、ねじ打ち性が良好なものとなる。

このようなポリエーテルポリオールとしては、例えば、ペンタエリスリトールなどの４つの水酸基を有するポリオール、ソルビトールなどの６つの水酸基を有するポリオール、蔗糖などの８つの水酸基を有するポリオールを出発原料とし、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドを平均水酸基価が上記範囲内となるように付加重合したものが挙げられる。

本発明に用いるポリエーテルポリオール（Ａ２）は、水酸基数が２〜４であり、平均水酸基価が２０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇである。また、好ましい平均水酸基価は３０〜６０ｍｇＫＯＨ／ｇである。上記範囲内とすることにより、得られる発泡体の意匠性、切断加工性、ねじ打ち性が良好なものとなる。

このようなポリエーテルポリオールとしては、例えば、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノールなどの２つの水酸基を有するポリオール、グリセリン、トリメチロールプロパンなどの３つの水酸基を有するポリオール、ペンタエリスリトールなどの４つの水酸基を有するポリオールを出発原料とし、ポリエーテルポリオール（Ａ１）と同様のアルキレンオキサイドを平均水酸基価が上記範囲内となるように付加重合したものが挙げられる。

本発明に用いるポリオール（Ａ３）は、水酸基数が２〜３であり、平均水酸基価が６００〜１８００ｍｇＫＯＨ／ｇである。上記範囲内とすることにより、得られる発泡体の意匠性、切断加工性、ねじ打ち性が良好なものとなる。このようなポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール（Ａ２）の出発物質として例示した２つの水酸基を有するポリオールや３つの水酸基を有するポリオールのほか、ジエタノールアミンやトリエタノールアミンなどのアミノアルコールが挙げられる。また、これらを出発物質として、平均水酸基価が６００〜１８００ｍｇＫＯＨ／ｇとなるようにポリエーテルポリオール（Ａ１）と同様のアルキレンオキサイドを付加重合したものも挙げられる。

本発明のポリエーテルポリオール（Ａ１）とポリエーテルポリオール（Ａ２）とポリオール（Ａ３）との配合割合（重量比）は、（Ａ１）／（Ａ２）／（Ａ３）＝３０〜９０／５〜３５／５〜３５であり、好ましくは４０〜８０／５〜３０／１５〜３０である。各ポリオールの配合割合を上記範囲内とすることにより、得られる発泡体の意匠性、切断加工性、ねじ打ち性が良好なものとなる。

本発明に用いる有機イソシアネート成分（Ｂ）に用いるイソシアネート化合物としては、例えば、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルジイソシアネート、ポリメチレンジイソシアネート、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ポリイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート等のイソシアネート化合物を挙げることができる。また、ポリエーテルポリオール、トリメチロールプロパンなどの多価アルコールなどで変性したウレタンプレポリマー変性物、二量化変性物、三量化変性物、ウレア変性物、カルボジイミド変性物などを使用してもよい。これらのイソシアネート化合物は、２種類以上併用してもよい。これらのうち、得られる硬質ポリウレタン樹脂の意匠性がより良好となることから、ＴＤＩ、ＭＤＩおよびこれらをポリエーテルポリオールで変性したものが好ましい。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体組成物には、発泡剤として、通常、硬質ポリウレタン発泡体組成物に用いられるものが使用される。このような発泡剤としては、例えば、水、ＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＣ−１５２ａ、ＨＦＣ−３５６ｍｆｆ、ＨＦＣ−２３６ｅａ、ＨＦＣ−２４５ca、ＨＦＣ−３６５−ｍｆｃなどのハイドロフルオロカーボン、塩化メチレン、ペンタンおよびシクロペンタンなどの低沸点炭化水素、液化炭酸ガスなどが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、２種以上を併用して使用してもよい。これらのうち、非可燃性であり、地球温暖化係数が小さいことから、水および液化炭酸ガスが好適に用いられる。

本発明のポリオール成分（Ａ）には、本発明の効果を損なわない程度に、他のポリオールを使用することができる。このようなポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。

本発明に用いるポリオール成分（Ａ）と有機イソシアネート成分（Ｂ）との配合割合は、ＮＣＯ／ＯＨ比（活性水素基に対するイソシアネート基の当量比）が０．９〜３．０が好ましく、０．９〜１．５がさらに好ましい。上記範囲内とすることにより、得られる発泡体の切断加工性、ねじ打ち性が良好なものとなる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体組成物には、反応性や硬化時間を調整するために触媒を使用することができる。このような触媒としては、硬質ポリウレタン発泡体組成物に通常使用される３級アミンやジアザビシクロアルケン類およびその塩類、有機金属化合物などが挙げられる。

３級アミンとしては、例えば、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、ジメチルエタノールアミン、ビス（２−ジメチルアミノエチル）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、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’−ペンタメチルジエチレントリアミン、１，２−ジメチルイミダゾールなどが挙げられる。

有機金属化合物としては、例えば、亜鉛、錫、鉛、ジルコニウム、ビスマス、コバルト、マンガン、鉄などの金属とオクテン酸、ナフテン酸などの有機酸との金属塩、ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセチルアセトナート、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、チタンアセチルアセトナート、アセチルアセトンアルミニウム、アセチルアセトンコバルト、アセチルアセトン鉄、アセチルアセトン銅、アセチルアセトン亜鉛などの金属キレート化合物が挙げられる。

これらの触媒は、いずれも単独あるいは２種以上混合して使用することができる。

また、本発明の硬質ポリウレタン発泡体組成物には、整泡剤を使用することができる。このような整泡剤としては、通常硬質ポリウレタン樹脂の製造に使用されるものが使用でき、例えば、ポリアルキルシロキサン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーなどのシリコーン製泡剤が挙げられる。

さらに、本発明の硬質ポリウレタン発泡体組成物には、充填剤、界面活性剤、酸化防止剤、難燃剤、抗カビ剤、消臭剤、分散剤、変色防止剤、可塑剤、香料などの添加剤を使用することができる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体の製造方法は特に限定されないが、一例として、下記の方法が挙げられる。

まず、ポリオール成分（Ａ）として、ポリエーテルポリオール（Ａ１）、ポリエーテルポリオール（Ａ２）、ポリエーテルポリオール（Ａ３）および発泡剤、必要により触媒、整泡剤などの助剤を所定量混合する。続いて、ホモディスパーなどの攪拌機、または、低圧もしくは高圧発泡機を用いて、ポリオール成分（Ａ）とポリイソシアネート成分（Ｂ）を所定量混合し、得られた混合液を密閉式モールドに注入し、所定時間養生して硬化させた後、脱型することにより硬質ポリウレタン発泡体が得られる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体の圧縮強度は、１〜２０ＭＰａであることが好ましく、２〜１５ＭＰａであることがより好ましい。上記範囲内とすることにより、得られる発泡体の切断加工性が良好なものとなる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体の曲げ弾性率は、１〜１５ＭＰａであることが好ましく、２〜１０ＭＰａであることがより好ましい。上記範囲内とすることにより、得られる発泡体の切断加工性が良好なものとなる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体は、曲げ弾性率に対する圧縮強度の比（圧縮強度／曲げ弾性率）が１〜２であることが好ましい。上記範囲内とすることにより、得られる発泡体の切断加工性が良好なものとなる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体は、さらに表面に耐光性塗料などを塗布することができる。

本発明の合成木材は、硬質ポリウレタン発泡体製造時に使用するモールドとして、木目状に形状を付けたモールドを使用し、外観を木材と同様にしたものである。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。なお、後述する実施例、比較例中の「部」及び「％」は特に断らない限り各々、重量部、重量％を示す。

＜使用原料＞
（ポリエーテルポリオールＡ１−１）
ソルビトールにプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価５５０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール
（ポリエーテルポリオールＡ１−２）
蔗糖にプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価４５０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール
（ポリエーテルポリオールＡ１−３）
グリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価４８０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール
（ポリエーテルポリオールＡ２−１）
プロピレングリコールにプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価５６ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール
（ポリエーテルポリオールＡ２−２）
グリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価５６ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール
（ポリエーテルポリオールＡ２−３）
ペンタエリスリトールにプロピレンオキサイドおよびエチレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価３９ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール（商品名：ハイフレックス５１５、第一工業製薬社製）
（ポリオールＡ３−１）
１，５−ペンタンジオール（平均水酸基価１０７５ｍｇＫＯＨ／ｇ）
（ポリオールＡ３−２）
トリメチロールプロパンにプロピレンオキサイドを付加重合した平均水酸基価８６５ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール
（ポリオールＡ３−３）
１，２−プロパンジオール（平均水酸基価１４７１ｍｇＫＯＨ／ｇ）
（発泡剤）
蒸留水
（触媒）
トリエチレンジアミンの３３重量％ジプロピレングリコール溶液（商品名：ＴＥＤＡＬ−３３、東ソー社製）
（イソシアネート化合物１）
遊離イソシアネートを３１重量％含むポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート
（イソシアネート化合物２）
遊離イソシアネートを２９重量％含むポリオール変性ポリイソシアネート（商品名：ＤＫシステムＢ−２７１１、第一工業製薬株式会社製）

＜実施例１〜８、比較例１〜３＞
表１に記載の配合からなるポリオール成分（Ａ）とイソシアネート成分（Ｂ）とを液温２２℃に調整した。続いて、ポリオール成分（Ａ）とイソシアネート成分（Ｂ）とを混合後、ただちにホモディスパー（東洋精機社製）を用いて、回転数４５００ｒｐｍで１０秒間激しく攪拌した。これを、あらかじめ５５℃に調整した木目状に形状を付けた密閉型金属モールド（３２５ｍｍ×１５５ｍｍ×３０ｍｍ）に投入し、５５℃で１０分間養生した後、脱型することにより硬質ポリウレタン発泡体を得た。

得られた硬質ポリウレタン発泡体の評価は、下記の方法により行った。なお、各物性の測定は、硬質ポリウレタン発泡体を脱型後、２５℃で２４時間静置した硬質ポリウレタン発泡体を用いた。
＜意匠性＞
硬質ポリウレタン発泡体の表面を観察し、金型の木目が発泡体表面に表れるものを○とし、表れないものを×とした。
＜ねじ打ち性＞
振動ドリル＆ドライバー（商品名：ＥＺ６９０１、パナソニック電工社製、ネジ締め速度の目盛５）を用いて、呼び径３．５ｍｍの木ネジを前記振動ドリル＆ドライバーが自動停止するまで硬質ポリウレタン発泡体に打ち込んだ。ネジ頭頂部と硬質ポリウレタン発泡体表面との差が１ｍｍ以下である場合を○、ネジ頭頂部と硬質ポリウレタン発泡体表面との差が１ｍｍを超える場合を×とした。
＜切断加工性＞
木工用パネルソー（商品名：ＫＶＰＦ−８００ＦＫＬＨ１Ｄ１Ｂ、協和機工社製）を用いて硬質ポリウレタン発泡体を切断し、切断可能な場合を○、切断不可の場合を×とした。
＜発泡体密度＞
ＪＩＳＫ７２２２に準拠して測定した。
＜曲げ弾性率＞
ＪＩＳＡ９５１１に準拠して、硬質ポリウレタン発泡体から４ｍｍ×１０ｍｍ×１００ｍｍの試験片を切り出し、インストロン万能試験機で測定した。
＜圧縮強度＞
ＪＩＳＡ９５１１に準拠して、硬質ポリウレタン発泡体から３０ｍｍ×３０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出し、硬質ポリウレタン発泡体の発泡方向対して垂直方向の一軸圧縮強度をインストロン万能試験機で測定した。

表１から明らかなように、実施例１〜８では、意匠性、ネジ打ち性および切断加工性に優れた硬質ポリウレタン発泡体が得られている。

一方、比較例１のように、ポリオール成分（Ａ）に含まれる各ポリオールの配合量が本発明の範囲外である場合には、意匠性、ネジ打ち性および切断加工性が不良であり、曲げ弾性率や圧縮強度が低くなることがわかる。

また、比較例２のように、ポリエーテルポリオール（Ａ２）を用いない場合には、ネジ打ち性が不良であり、曲げ弾性率や圧縮強度が低くなることがわかる。

さらに、比較例３のように、ポリエーテルポリオール（Ａ１）に代えて水酸基数が３であるポリエーテルポリオールを用いた場合には、ネジ打ち性および切断加工性が不良となることがわかる。

本発明の硬質ポリウレタン発泡体組成物は、意匠性、切断加工性、ねじ打ち性に優れる硬質ポリウレタン発泡体を提供することができる。したがって、従来の合成木材が用いられている分野、例えば、家具、家屋装飾材などの用途に使用することができる。

Claims

ポリオール成分（Ａ）と有機イソシアネート成分（Ｂ）とからなる硬質ポリウレタン発泡体組成物であって、ポリオール成分（Ａ）が、水酸基数が４〜８であり平均水酸基価が４００〜８００ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリエーテルポリオール（Ａ１）、水酸基数が２〜４であり平均水酸基価が２０〜７０ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリエーテルポリオール（Ａ２）および水酸基数が２〜３であり平均水酸基価が６００〜１８００ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリオール（Ａ３）を含有し、その配合割合（重量比）が、（Ａ１）／（Ａ２）／（Ａ３）＝３０〜９０／５〜３５／５〜３５であることを特徴とする硬質ポリウレタン発泡体組成物。
請求項１に記載の硬質ポリウレタン発泡体組成物から得られる硬質ポリウレタン発泡体。
請求項２に記載の硬質ポリウレタン発泡体からなる合成木材。