JP2017052882A

JP2017052882A - マットレス用軟質ポリウレタンフォーム

Info

Publication number: JP2017052882A
Application number: JP2015178129A
Authority: JP
Inventors: 尚哉是佐; Naoya Koresa
Original assignee: Achilles Corp
Current assignee: Achilles Corp
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2035-09-10
Also published as: JP6559513B2

Abstract

【課題】蒸れ難く、へたり難いマットレス用軟質ポリウレタンフォームを提供する。
【解決手段】ポリオール成分、イソシアネート成分、触媒、発泡剤、整泡剤からなる軟質ポリウレタンフォームであり、ポリオール成分は、数平均分子量が３０００〜５０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が６０％以上であるポリエーテルポリオール（Ｉ）と、数平均分子量が２０００〜４０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が２０％以下であるポリエーテルポリオール（ＩＩ）とを含み、前記ポリエーテルポリオール（Ｉ）と前記ポリエーテルポリオール（ＩＩ）の比率が、重量比で、ポリエーテルポリオール（Ｉ）／ポリエーテルポリオール（ＩＩ）＝６０〜９０％／４０〜１０％であり、前記イソシアネート成分が、ジフェニルメタンジイソシアネートであり、通気量が１５０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であるポリウレタンフォーム。
【選択図】なし

Description

本発明は、マットレス用の軟質ポリウレタンフォームに関し、詳しくは、除膜処理を施さずに高い通気性を示し、圧縮残留ひずみの小さいマットレス用軟質ポリウレタンフォームに関する。

従来、マットレスやクッションには軟質ポリウレタンフォームが一般的に用いられており、その物性を高めるために様々な改良が行われている。

中でも、一般に軟質ポリウレタンフォームは蒸れ易いことが知られており、該蒸れを改善するために通気性を高めたものが検討されている。（特許文献１、特許文献２）

特開平１１−３１８６４６号公報特開２０１１−１８４４８７号公報

特許文献１には、蒸れを解消するため、マットレスを構成する軟質ポリウレタンフォームとして、無膜ポリウレタンフォームが用いられている。該無膜ポリウレタンフォームとは、除膜処理を施された軟質ポリウレタンフォームであり、前記除膜処理とは、軟質ポリウレタンフォームを構成するセル膜を破壊・除去するための処理であり、例えば、酸素等による爆発処理や、溶剤による溶解処理等が挙げられる。このセル膜を除去したことにより通気性が向上し、該無膜ポリウレタンフォームを使用してマットレスを製造することにより蒸れを解消している。また、特許文献１では、前記除膜処理を施した軟質ポリウレタンフォームを用いる他に、マットレス表面に多数の溝を設けることで、水平方向の通気性も確保している。なお、水平方向の通気性確保の方法としては、前記溝加工以外にもプロファイル加工による凹凸面の形成も知られている。

また、特許文献２には、密度及び硬度が低く、高い通気性を有し、且つ圧縮残留ひずみの小さいマットレス用ポリウレタンフォームを提供することを目的とし、エチレンオキサイド含有率が６０％以上のポリオールを３〜２２質量％とエチレンオキサイド含有率が３０％以下のポリオールといった他のポリオールとを併用し、水と二酸化炭素を発泡剤として使用してポリウレタンフォームを製造している。

前記特許文献１に用いられている無膜ポリウレタンフォームは、通気性を確保しているものの、へたり易いという問題を有している。この為、更に指圧効果や体圧分散性を付与するために溝加工やプロファイル加工を施したマットレスはよりへたり易くなり、長期使用のみならず運搬・保存時における圧縮梱包等によってもへたりが生じ、元の厚みや形状に戻り難いといった問題を有している。また、特許文献２のマットレス用ポリウレタンフォームは密度及び硬度が低く、底付き感の解消が不十分であった。

本発明のマットレスは、前記問題を解決し、除膜処理を施していなくても高い通気性を有し、蒸れ難く、且つ復元性・耐久性に優れたマットレス用軟質ポリウレタンフォームを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、ポリオール成分、イソシアネート成分、触媒、発泡剤、整泡剤からなるポリウレタンフォームであり、前記ポリオール成分は、数平均分子量が３０００〜５０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が６０％以上であるポリエーテルポリオール（Ｉ）と、数平均分子量が２０００〜４０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が２０％以下であるポリエーテルポリオール（ＩＩ）とを含み、前記ポリエーテルポリオール（Ｉ）と前記ポリエーテルポリオール（ＩＩ）の比率が、重量比で、ポリエーテルポリオール（Ｉ）／ポリエーテルポリオール（ＩＩ）＝６０〜９０％／４０〜１０％であり、前記イソシアネート成分が、ジフェニルメタンジイソシアネートであり、除膜処理を施さずに通気量が１５０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であり、７５％圧縮残留ひずみが３．０％以下で、硬さ低下率が２０％以下であることを特徴とする。

本発明により製造されるマットレス用軟質ポリウレタンフォームは、ポリオール成分としてＥＯ含有率の高いポリウレタンフォームとＥＯ含有率の低いポリウレタンフォームの少なくとも２種を併用し、且つイソシアネート成分としてジフェニルメタンジイソシアネートを使用したため、除膜処理を施さずに高い通気性を有しており、マットレスとした際には、良好に蒸れを解消できるのに加え、除膜処理されていないためへたり難く、良好な復元性を有している。

以下に本発明を詳細に説明する。
本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームとしては、ポリオール成分、イソシアネート成分、触媒、発泡剤、整泡剤からなる原料を反応させてなり、除膜処理を施さずに通気量が１５０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であり、７５％圧縮残留ひずみが３．０％以下で、硬さ低下率が２０％以下である。

前記ポリオール成分としては、ポリエーテルポリオール（Ｉ）及びポリエーテルポリオール（ＩＩ）の少なくとも２種を含む。

前記ポリエーテルポリオール（Ｉ）は、アルキレンオキサイド単位の全量を１００重量％とした場合に、エチレンオキサイド単位の含有率（以下ＥＯ含有率と記載）が６０％以上であり、数平均分子量が３０００〜５０００、平均官能基数が２〜４である。また、前記ＥＯ含有率は７０％以上とすると好ましい。

次いで前記ポリエーテルポリオール（ＩＩ）は数平均分子量が２０００〜４０００、平均官能基数が２〜４、ＥＯ含有率が２０％以下である。

前記ポリエーテルポリオール（Ｉ）とポリエーテルポリオール（ＩＩ）の配合比率は、ポリエーテルポリオール（Ｉ）とポリエーテルポリオール（ＩＩ）の合計量を１００重量％とした場合に、ポリエーテルポリオール（Ｉ）／ポリエーテルポリオール（ＩＩ）が６０〜９０重量％／４０〜１０重量％である。
また、ポリオール成分全体におけるＥＯ含有率を４５〜６８％とすると好ましい。ＥＯ含有率が高すぎる場合、発泡時にコラップスが生じやすく、一方、低すぎる場合は、収縮が起こり易い。

なお、前記ポリオール成分としては、本発明の効果を損なわない程度であれば、一般に軟質ポリウレタンフォームに用いられている公知のポリオールを併用してもよい。例えば、架橋剤となりえる低分子量ポリオール等が挙げられる。

前記イソシアネート成分としては、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を用いる。
なお、ポリオール成分とイソシアネート成分との配合比率としては、イソシアネートインデックスで９０〜１０５とすることが好ましい。前記イソシアネートインデックスが低い場合、フォームの弾性が低くなりやすく、一方、高すぎる場合、発泡の際に収縮し易い。９０〜１０５の範囲であれば、軟質ポリウレタンフォームの発泡も良好であり、且つマットレスとして有用な硬さ等の物性を得ることができるため好ましい。

なお、前記イソシアネート成分として、本発明の効果を損なわない程度であれば、軟質ポリウレタンフォームに使用されている公知のイソシアネートを併用してもよい。
公知のイソシアネートとしては、例えばトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、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等の芳香族ポリイソシアネートや、更に、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の脂肪族ポリイソシアネートを用いることもできる。これらの他、プレポリマー型のポリイソシアネートを用いることもできる。

発泡剤としては、軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられる公知のものが使用できる。例えば、低沸点不活性溶剤としてトリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等のフロン系化合物等、メチレンクロライド、液化炭酸ガス反応によってガスを発生するものとして水、酸アミド、ニトロアルカン等、熱分解してガスを発生するものとして重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム等がある。これら発泡剤は、単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。なお、好ましくは、水とメチレンクロライドを併用することが挙げられる。水とメチレンクロライドを併用することで軟質ポリウレタンフォームが良好に発泡させられるため好ましい。

また、前記発泡剤として水を用いる場合は、ポリオール成分１００重量％に対し１．５〜５重量％含有させることが好ましい。更に、メチレンクロライドを併用する場合は、１１重量％以下で含有させることが好ましい。メチレンクロライドを前記範囲で併用することでマットレスとして適した硬さを得られやすい。

整泡剤としては、軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられる公知のものが使用できる。例えば、各種シロキサン−ポリエーテルブロック共重合体のシリコーン系整泡剤等を用いることができる。

なお、前記整泡剤の配合量としては、前記ポリオール成分１００重量％に対して０．５〜３重量％とすると好ましい。少ない場合、整泡効果が得られ難く、一方、多すぎる場合は通気量及び圧縮残留ひずみが悪化するおそれがある。

触媒としては、軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられる公知のものが使用できる。例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル、Ｎ−メチルモルホリン、ジメチルアミノメチルフェノール、イミダゾール等の３級アミン化合物などのアミン系触媒を用いることができる。また、スタナスオクトエート等の有機錫化合物、ニッケルアセチルアセトネート等の有機ニッケル化合物などの金属系触媒を用いることもできる。これら触媒としては単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なお、触媒の配合量は、前記ポリオール成分を１００重量％とした場合に、０．１〜１．５重量％とすることができる。

また、必要に応じ、本発明の効果を損なわない範囲で他の添加剤を併用することもできる。例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、及びウレタン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希釈剤等が挙げられる。

本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームは、除膜処理を施さずに通気量が１５０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であり、圧縮残留ひずみが３．０％以下である。除膜処理が施されていないためへたり難い。また、通気量が１５０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上と通気性も高く、且つ圧縮残留ひずみも３．０％以下なため、圧力がかかった状態から開放されれば周囲の空気を容易に取り込み元の状態へすばやく戻るといった復元性が高い。更に、前記の通り通気性が高いため使用時における蒸れを良好に解消でき、マットレスといった寝具関係の用途に非常に適している。なお、前記通気量が２００ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であると前記復元性や蒸れの解消がより向上するため好ましい。

また、本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームは、硬さ低下率が２０％以下である。この為、繰返しの使用や、運搬・保存時における圧縮梱包等にさらされても、物性低下が低く、長期に亘って快適に使用し続けることができる。

更に、本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームは、密度が３０〜６０ｋｇ／ｍ^３であることが好ましい。密度が３０ｋｇ／ｍ^３未満の場合、ポリウレタンフォームがへたり易くなるおそれがあり、一方、６０ｋｇ／ｍ^３を超える場合、マットレスとした際に重量が大きくなるため、移動時等における使用者の負担が大きくなるおそれがある。

また、本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームは、４０％圧縮時の硬さが４０〜７０Ｎであることが好ましい。前記硬さが柔らかすぎる場合はマットレスとして使用した際に底付き感を感じるおそれがあり、一方、硬すぎる場合は感触や体圧分散性が悪化するおそれがある。

本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームの製造方法としては、従来公知の方法により製造される。例えば、ポリオール成分に、発泡剤、整泡剤、触媒、その他助剤等のイソシアネート成分を除いた成分を混合し、その後イソシアネート成分と混合・発泡させること等の方法で得ることができる。

本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームはそのままでも、他の部材に積層させて使用しても構わない。例えば、反発弾性や硬さの高い軟質ポリウレタンフォーム上に本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームを積層させることで、体圧分散性が良好で、且つ、蒸れを良好に抑制できるマットレスとして使用することができる。
また、必要に応じて、プロファイル加工や二次元加工等、従来公知の方法を用いて表面に凹凸形状を設けることもできる。

なお、マットレスとして使用する際は、側材で被覆して使用する。側材としては、従来公知の素材を使用できるが、本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームの特性を発揮させるために通気性の高い素材からなるものを用いることが好ましい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１〜７、比較例１・２、参考例１・２
［試料］
＜ポリオール成分＞
ポリオールＡ：数平均分子量３３６０、官能基数３、ＥＯ含有率７５％のポリエーテルポリオール（三井化学株式会社製、アクトコールＥＰ−５０５Ｓ）
ポリオールＢ：数平均分子量３０００、官能基数３、ＥＯ含有率０％のポリエーテルポリオール（旭硝子株式会社製、ＥＸＣＥＮＯＬ３０３０）
＜イソシアネート成分＞
イソシアネートＡ：ＮＣＯ含有率が３１．５％のポリメリックＭＤＩ（東ソー株式会社製、ＭＲ−２００）
イソシアネートＢ：ＮＣＯ含有率が４２．８％のＴＤＩ（三井化学株式会社製、コスモネートＴ−８０）
＜発泡剤＞
発泡剤Ａ：水（イオン交換水）
発泡剤Ｂ：メチレンクロライド
＜整泡剤＞
整泡剤：シリコーン系界面活性剤（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＳＨ−１９２）
＜触媒＞
触媒Ａ：第三級アミン触媒、トリエチレンジアミン３３％のジプロピレングリコール溶液（東ソー株式会社製、ＴＥＤＡ−Ｌ３３）
触媒Ｂ：スタナスオクトエート（日東化学株式会社製、ネオスタンＵ−２８）

表１に記載の配合比率にて、ポリオール成分に各種発泡剤、整泡剤、触媒を混合し、次いでイソシアネート成分と混合させ、発泡・硬化させてポリウレタンフォームを製造し、以下に記載の方法にて各種評価を行った。
［密度］
ＪＩＳＫ７２２２に基づいて測定した。
［４０％圧縮硬さ］
ＪＩＳＫ６４００−２Ａ法に基づいて測定した。
［通気量］
ＪＩＳＫ６４００−７Ｂ法（フラジール式通気量）に基づいて測定した。
［７５％圧縮残留ひずみ］
ＪＩＳＫ６４００−４Ａ法に基づいて測定した。
［硬さ低下率］
ＪＩＳＫ６４００−４（繰返し圧縮残留ひずみ試験、定荷重法）に基づき、測定前の４０％圧縮硬さと、測定後の４０％圧縮硬さの差から算出した。
［乾燥性能］
幅が１５０ｍｍ、長さが１５０ｍｍ、厚みが５０ｍｍのブロック状に裁断した軟質ウレタンフォームの上面中央に、十分に水を浸み込ませたφ９０ｍｍのろ紙を設置し、その上から前記ろ紙を完全に覆うように１００ｍｍ×１００ｍｍのガラス板を被せて全体の重量を測定し、更に室温（２４℃）で５時間放置した後に再度重量を測定した。前記測定結果から、軟質ウレタンフォームブロックと水を含んでいない状態のろ紙、及びガラス板の重量を差し引き、軟質ウレタンフォームを通して蒸発した水分量の変化による重量変化率を算出し、以下の基準で評価を行った。
○：８０％を超える重量低下が確認された。
△：６０〜８０％の重量低下が確認された。
×：６０％未満の重量低下が確認された。

実施例１〜７
本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームは、通気量が１５０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上と高く、また、ウレタンフォームを通して水分も逃がすことができる為、蒸れ感を良好に解消できる。また、７５％圧縮残留ひずみも３％以下であり、且つ硬さ低下率も２０％以下であるため、へたり難く、長期にわたって使用することができる。

＜比較例１＞
イソシアネート成分としてＴＤＩを使用した。
結果として、通気量が１００ｍｌ／ｃｍ^２／ｓと低く、蒸れを解消し難いポリウレタンフォームとなった。また、７５％圧縮残留ひずみも４．０％と高く、へたり易いものだった。
＜比較例２＞
ポリオール成分として、ＥＯ含有率が０％のポリオールＢのみを使用した。
結果として、発泡時に収縮が生じ、良好なポリウレタンフォームが得られなかった。
＜比較例３＞
ポリオール成分として、ＥＯ含有率が７５％のポリオールＡのみを使用した。
結果として、発泡時にコラップスが生じ、良好なポリウレタンフォームが得られなかった。
＜参考例１＞
従来一般に用いられている軟質ポリウレタンフォームを検討した。硬さ等は自在に変更できるものの、通気量が６０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓと低く、蒸れを感じやすいものであった。また、硬さ低下率が２３％と高いため、長期の使用などによって硬さが低下し、へたり易いものだった。
＜参考例２＞
通気性を高めるために前記参考例１で得られた軟質ポリウレタンフォームに除膜処理を施した無膜ポリウレタンフォームを検討した。除膜処理が施されているため、通気量が３５０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓと高いが、一方で、７５％圧縮残留ひずみは４．７％で、硬さ低下率は４１％と高いため、長期の使用などによって硬さが低下し、へたり易いものだった。

本発明のマットレス用軟質ポリウレタンフォームは、除膜処理を施していないにも係らず高い通気性を有し、同時に、圧縮残留ひずみや硬さ低下率も低いため、長期間の使用や、運搬・保存時における圧縮梱包等においてもへたりが生じ難いものであった。該軟質ポリウレタンフォームは、マットレス等の寝具関係はもちろん、軟質ポリウレタンフォームが用いられている従来公知の物品に応用が可能である。

本発明により製造されるマットレス用軟質ポリウレタンフォームは、ポリオール成分と
してＥＯ含有率の高いポリエーテルポリオールとＥＯ含有率の低いポリエーテルポリオールの少なくとも２種を併用し、且つイソシアネート成分としてジフェニルメタンジイソシアネートを使用したため、除膜処理を施さずに高い通気性を有しており、マットレスとした際には、良好に蒸れを解消できるのに加え、除膜処理されていないためへたり難く、良好な復元性を有している。

前記ポリエーテルポリオール（Ｉ）は、アルキレンオキサイド単位の全量を１００％とした場合に、エチレンオキサイド単位の含有率（以下ＥＯ含有率と記載）が６０％以上であり、数平均分子量が３０００〜５０００、平均官能基数が２〜４である。また、前記ＥＯ含有率は７０％以上とすると好ましい。

Claims

ポリオール成分、イソシアネート成分、触媒、発泡剤、整泡剤からなる軟質ポリウレタンフォームであり、
前記ポリオール成分は、数平均分子量が３０００〜５０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が６０％以上であるポリエーテルポリオール（Ｉ）と、数平均分子量が２０００〜４０００、平均官能基数が２〜４、エチレンオキサイド含有率が２０％以下であるポリエーテルポリオール（ＩＩ）とを含み、
前記ポリエーテルポリオール（Ｉ）と前記ポリエーテルポリオール（ＩＩ）の比率が、重量比で、ポリエーテルポリオール（Ｉ）／ポリエーテルポリオール（ＩＩ）＝６０〜９０％／４０〜１０％であり、
前記イソシアネート成分が、ジフェニルメタンジイソシアネートであり、
除膜処理を施さずに通気量が１５０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上であり、
７５％圧縮残留ひずみが３．０％以下で、
硬さ低下率が２０％以下であることを特徴とするマットレス用軟質ポリウレタンフォーム。