JP2011162742A - 軟質ポリウレタンフォーム - Google Patents
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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。
【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
【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)。
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。
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、平均官能基数が2.0〜2.4、水酸基価が70〜250mgKOH/gで、分子量400〜750のポリオール(B)と、平均官能基数2.7〜3.0、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。
(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、平均官能基数が2.0〜2.4、水酸基価が70〜250mgKOH/gで、分子量400〜750のポリオール(B)と、平均官能基数2.7〜3.0、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、JIS K6400−3に準拠して測定した値であり、JIS K6401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、JIS K6400−2 B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S1−S2 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S1 に対するヒステリシスループの面積(S1−S2 )の割合(%)を求める。
(S1 −S2 )/S1 ×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。
(S1 −S2 )/S1 ×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、平均官能基数が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、平均官能基数が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、平均官能基数が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。
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>
JIS K7222に準拠して測定した。
JIS K7222に準拠して測定した。
<硬さ>
JIS K6400−2に準拠して測定した。
JIS K6400−2に準拠して測定した。
<反発弾性>
JIS K6400−3に準拠して測定した。
JIS K6400−3に準拠して測定した。
<ヒステリシスロス>
JIS K6400−2 B法に準拠して測定した。
JIS K6400−2 B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
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。
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。
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h0とし、10分後のマットレスの厚みをh1として、クリープ特性を算出した。
クリープ特性=(h0−h1)/h0×100(%)
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h0とし、10分後のマットレスの厚みをh1として、クリープ特性を算出した。
クリープ特性=(h0−h1)/h0×100(%)
<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。
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。
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 (4)
- 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、平均官能基数が2.0〜2.4、水酸基価が70〜250mgKOH/gで、分子量400〜750のポリオール(B)と、平均官能基数2.7〜3.0、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。
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- 2010-02-15 JP JP2010030197A patent/JP2011162742A/ja active Pending
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