JP2018517822A - 水性ポリマー分散剤を有する粘弾性ポリウレタンフォーム - Google Patents

Abstract

粘弾性ポリウレタンフォームを形成するための反応系は、イソシアネート成分と、少なくともポリオール成分、添加剤成分、及び予備形成された水性ポリマー分散剤を含むイソシアネート反応性成分と、を含む。混合物は、５０．０重量％〜９９．８重量％のポリオール成分と、０．１重量％〜４９．９重量％の添加剤成分と、０．１重量％〜６．０重量％の予備形成された水性ポリマー分散剤と、を含む。水性ポリマー分散剤は、６．０〜１２．０のｐＨを有し、５重量％〜６０重量％のポリマー成分と、４０重量％〜９５重量％の流体媒体とを含む。ポリマー成分は、２０重量％〜１００重量％の、少なくとも１つのカルボニル基、リン酸基、ホスホン酸基、またはスルホニル基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導され、任意選択で、少なくとも１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーから誘導された、少なくとも１つのベースポリマーを含む。
【選択図】なし

Description

実施形態は、予備形成された水性酸ポリマー分散剤を使用して調製された粘弾性ポリウレタンフォーム、及びかかる粘弾性ポリウレタンフォームを製造する方法に関する。

軟質粘弾性ポリウレタンフォーム（緩徐回復フォーム及び高減衰フォームとしても知られる）は、圧縮からの相対的に緩徐で緩やかな回復を特徴とし、粘弾性フォームは、相対的により低い弾力性を有し得る。粘弾性フォームの例示的な用途は、形状一致、エネルギー減弱化、及び／または音減衰などのフォームの特徴を利用する。例えば、粘弾性ポリウレタンフォームは、快適性用途（例えば、寝具及び枕）、緩衝用途（例えば、運動競技の詰め物及びヘルメット）、ならびに防音用途（例えば、自動車の内装）において使用され得る。

実施形態は、ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４に従って測定されるとき、２０％以下の弾力性を有する粘弾性ポリウレタンフォームを形成するための反応系、及び該粘弾性ポリウレタンフォームを形成する方法を提供することによって、実現され得る。本反応系は、該反応系のイソシアネート指数が５０〜１１０で、少なくとも１つのイソシアネートを含むイソシアネート成分と、少なくともポリオール成分、添加剤成分、及び予備形成された水性ポリマー分散剤を含む混合物であるイソシアネート反応性成分と、を有する。混合物は、少なくとも１つのポリエーテルポリオールを含む、混合物の総重量に基づき、５０．０重量％〜９９．８重量％のポリオール成分と、少なくとも１つの触媒を含む、混合物の総重量に基づき、０．１重量％〜４９．９重量％の添加剤成分と、混合物の総重量に基づき、０．１重量％〜６．０重量％の予備形成された水性ポリマー分散剤と、を含む。予備形成された水性ポリマー分散剤は、６．０〜１２．０のｐＨを有し、５重量％〜６０重量％のポリマー成分と、少なくとも水を含む４０重量％〜９５重量％の流体媒体とを含む。ポリマー成分は、２０重量％〜１００重量％の、少なくとも１つのカルボニル基、リン酸基、ホスホン酸基、またはスルホニル基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導され、任意選択で、少なくとも１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーから誘導された、少なくとも１つのベースポリマーを含む。

粘弾性ポリウレタンフォームは、ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４（反発弾性試験とも称され得る）に従って測定されるとき、２０％以下の弾力性を有することを特徴とし得る。例えば、弾力性は、１５％未満、１０％未満、８％未満、及び／または７重量％未満であってもよい。弾力性は、１％超であってもよい。粘弾性ポリウレタンフォームは、イソシアネート成分とイソシアネート反応性成分とを含む反応系を使用して調製され得る。特に、粘弾性フォームは、イソシアネート成分とイソシアネート反応性成分との反応生成物として形成される。イソシアネート成分は、イソシアネート末端プレポリマー及び／またはポリイソシアネート等の少なくとも１つのイソシアネートを含む。イソシアネート反応性成分は、ヒドロキシル基及びまたはアミン基等のイソシアネート反応性水素原子基を有する少なくとも１つの化合物を含む。イソシアネート成分及び／またはイソシアネート反応性成分は、触媒、硬化剤、界面活性剤、発泡剤、ポリアミン、及び／または充填剤等の添加剤を含んでもよい。

実施形態によれば、イソシアネート反応性成分は、少なくとも３つの成分を含む。具体的には、イソシアネート反応性成分は、ポリオール成分、添加剤成分、及び予備形成された水性ポリマー分散剤を含む。

ポリオール成分は、イソシアネート反応性成分の５０．０重量％〜９９．８重量％（例えば、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するための反応系において主要成分となるように、６０．０重量％〜９９．８重量％、７０．０重量％〜９９．５重量％、８０．０重量％〜９９．０重量％、９０．０重量％〜９９．０重量％等）を占める。ポリオール成分は、少なくとも１つのポリエーテルポリオールを含み、任意選択で、少なくとも１つのポリエステルポリオールを含んでもよい。

添加剤成分は、触媒、硬化剤、界面活性剤（シリコーン界面活性剤等）、発泡剤、ポリアミン、水、及び／または充填剤を含んでもよい。添加剤成分は、イソシアネート反応性成分の総重量に基づき、添加剤成分の０．１重量％〜４９．９重量％（例えば、０．１重量％〜４０．０重量％、０．１重量％〜３０．０重量％、０．１重量％〜２０．０重量％、０．１重量％〜１５．０重量％、０．１重量％〜１０．０重量％、０．１重量％〜５．０重量％等）を占める。例示的な実施形態における添加剤成分は、少なくとも１つの触媒及び少なくとも１つの界面活性剤を含む。

予備形成された水性ポリマー分散剤は、イソシアネート反応性成分の０．１重量％〜６．０重量％（例えば、０．１重量％〜５．０重量％、０．１重量％〜４．１重量％、０．１重量％〜４．０重量％、０．１重量％〜３．５重量％、０．１重量％〜３．０重量％、０．４重量％〜２．５重量％、０．５重量％〜２．４重量％等）を占める。予備形成された水性ポリマー分散剤は、ポリマーが、１，０００ｇ／ｍｏｌ〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導されている水性酸ポリマー分散剤である。予備形成された水性ポリマー分散剤は、予備形成された水性ポリマー分散剤の総重量に基づき、１０重量％〜８０重量％の固体含有量を有する。水性ポリマー分散剤は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するために使用される１つ以上の水性ポリマー分散剤の組み合わせであってもよい。分散剤は、２つの成分の混合物の形成及び／または安定化を促進することが可能であってもよい。

予備形成された水性ポリマー分散剤添加剤を使用して調製された粘弾性フォームは、標準条件下で４．０標準立方フィート毎分（ｓｃｆｍ）（およそ２．４Ｌ／ｓ）超の空気流を有してもよい。例えば、空気流は、４．５ｓｃｆｍ超及び／または５．０ｓｃｆｍ超であってもよい。空気流は、１５ｓｃｆｍ未満であってもよい。例えば、弾力性を犠牲にすることなく、増加した空気流を有する粘弾性ポリウレタンフォームが調製され得る。

予備形成された水性ポリマー分散剤
予備形成された水性ポリマー分散剤は、少なくとも（ａ）２０重量％〜１００重量％（例えば、３０重量％〜１００重量％、４０重量％〜１００重量％、５０重量％〜１００重量％等）の、少なくとも１つのカルボニル基、リン酸基、ホスホン酸基、もしくはスルホニル基、または他の酸性基（それらの任意の組み合わせを含む）を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導され、任意選択で、少なくとも１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーから誘導されたベースポリマーを含む、ポリマー成分と、（ｂ）少なくとも水を含む流体媒体であって、ベースポリマーが該流体媒体中で分散される、流体媒体と、を含む。本明細書で使用する場合、ポリマーとは、同じ種類であるかまたは異なる種類であるかにかかわらず、モノマーを重合させることによって調製される化合物を意味する。したがって、ポリマーという用語は、通常１種類のみのモノマーから調製されるポリマーを指すために用いられるホモポリマーという用語、及びインターポリマーという用語を包含する。これはまた、例えば、ランダム、ブロック、同質、異質等のすべての形態のインターポリマーも包含する。コポリマー／インターポリマーとは、少なくとも２つの異なる種類のモノマーの重合によって調製されるポリマーを意味する。これらの用語は、古典的コポリマー、すなわち、２つの異なる種類のモノマーから調製されるポリマー、及び２つ以上の異なる種類のモノマーから調製されるポリマー、例えば、ターポリマー、テトラポリマー等の両方を含む。ベースポリマーは、１つのモノマーから誘導されてもよく、または少なくとも２つの異なるモノマーから誘導されたコポリマーであってもよい。ベースポリマーは、制御された微細構造、分子量分布、及び／または分子量を有してもよい。ベースポリマーは、１０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量（Ｍ_ｎ）を有してもよい。

Ｍ_ｎは、例えば、任意の以下の方法によって決定されるとき、分散剤の数平均分子量を指す：分散剤を、ｐＨ７のリン酸二水素ナトリウムの２０ｍＭ溶液中に２ｍｇ／ｍＬの濃度で溶解し、０．４５μｍのフィルタを通過させ、１００μＬを、１ｍＬ／分の流速で、直列させたＴＳＫｇｅｌ ＧＭＰＷ ＸＬ充填カラム（７．５ｍｍ×３０ｃｍ、Ｔｏｓｏｈ）、ＴＳＫｇｅｌ Ｇ２５００ＰＷ ＸＬ 充填カラム（７．５ｍｍ×３０ｃｍ、Ｔｏｓｏｈ）に注入する。溶出を屈折率検出器によって監視し、分子量プロフィールを、２１６ｇ／ｍｏｌ〜１，１００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲の分子量のポリ（アクリル酸）基準標準に対して評価する。

例えば、ベースポリマーは、少なくとも１つのカルボニル基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導されてもよく、例えば、エチレン性不飽和カルボキシル化モノマーから誘導されるか、または加水分解されてカルボン酸官能基をもたらし得るモノマーから誘導されてもよい。エチレン性不飽和カルボキシル化モノマーの例としては、アクリル酸、クロトン酸、メタクリル酸、桂皮酸、アルファクロロアクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、グルタコン酸、トラウマチン酸、シトラコン酸、メサコン酸、及びアコニット酸が挙げられる。加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらし得るモノマーの例としては、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水トラウマチン酸、及び無水グルタコン酸が挙げられる。例えば、加水分解されて、カルボン酸官能基をもたらし得るモノマーは、酸無水物であってもよい。例示的な実施形態では、親水性酸モノマーは、１つ超のカルボニル基を有するカルボン酸または酸無水物であってもよい。

ベースポリマーは、少なくとも１つのリン酸基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導されてもよく、例えば、リン酸またはそれらのエステル（例えば、当業者に知られるもの等）誘導されてもよい。ベースポリマーは、少なくとも１つのホスホン酸基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導されてもよく、例えば、ホスホン酸またはそれらのエステル（例えば、当業者に知られるもの等）から誘導されてもよい。ベースポリマーは、少なくとも１つのスルホニル基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導されてもよく、例えば、スルホン酸またはスルホン酸から得られる置換基（例えば、当業者に知られるもの等）から誘導されてもよい。

例示的な実施形態では、ベースポリマーは、少なくとも１つのカルボニル基（酸無水物基等）、リン酸基、ホスホン酸基、またはスルホニル基を有する親水性酸モノマーの任意の組み合わせから誘導されてもよい。例えば、ベースポリマーは、２つの異なる親水性酸モノマーから誘導された、例えば、２つの異なるエチレン性不飽和カルボキシル化モノマーから誘導された、加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらし得る２つの異なるモノマーから誘導された、コポリマーであってもよい。例えば、ベースポリマーは、１つのエチレン性不飽和カルボキシル化モノマーと、加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらし得る１つのモノマーとから誘導されてもよい。

さらなる例示的な実施形態では、ベースポリマーは、少なくとも１つのカルボニル基（酸無水物基等）、リン酸基、ホスホン酸基、またはスルホニル基を有する親水性酸モノマーと、疎水性末端不飽和炭化水素モノマーとの任意の組み合わせから誘導されてもよい。例えば、ベースポリマーは、加水分解されて複数のカルボン酸官能基をもたらし得る１つのモノマーと、１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーとから誘導されてもよい。

疎水性末端不飽和炭化水素モノマーの例としては、Ｃ_２〜Ｃ_２０アルファオレフィン、エチレン性不飽和芳香族化合物（スチレン等）、及びエチレン性不飽和カルボキシル化モノマーのアルキルエステル（アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、及びメタクリル酸ブチル等）が挙げられる。例えば、疎水性末端不飽和炭化水素モノマーは、Ｃ_２〜Ｃ_１０アルファオレフィンから選択されるもののうちの１つであってもよく、またはスチレンであってもよい。スルホン酸化エチレン性不飽和モノマーの非限定的な例としては、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及びその塩が挙げられる。リン酸化エチレン性不飽和モノマーの非限定的な例としては、メタクリル酸２−（ホスホノオキシ）エチル及びその塩が挙げられる。ホスホン酸化エチレン性不飽和モノマーの非限定的な例としては、ビニルホスホン酸及びその塩が挙げられる。例示的な実施形態は、少なくとも１つのエチレン性不飽和カルボキシル化モノマーを含む。

予備形成された水性ポリマー分散剤は、５重量％〜６０重量％（例えば、５重量％〜５０重量％、１０重量％〜５０重量％、１５重量％〜４５重量％、１５重量％〜４０重量％、２０重量％〜３６重量％等）のポリマー成分と、少なくとも水を含む、４０重量％〜９５重量％の流体媒体とを含む。例えば、予備形成された水性ポリマー分散剤は、ポリマー成分と流体媒体とから本質的になってもよい。ポリマー成分は、ベースポリマーから本質的になってもよい。予備形成された水性ポリマー分散剤は、他の成分を含有してもよく、非現実的な例としては、界面活性剤、有機溶剤、開始剤及び連鎖移動残余物、ならびに充填剤が挙げられる。

予備形成された水性ポリマー分散剤は、６．０〜１２．０（例えば、６．５〜１２．０、８．０〜１２．０、８．０〜１１．５、８．０〜１１．０、８．０〜１０．５、８．０〜１０．０等）のｐＨを有する。予備形成された水性ポリマー分散剤は、室温及び気圧の周囲条件で連続液相成分であってもよく、液相（すなわち、流体媒体）及び固相（すなわち、ベースポリマー）から誘導される。予備形成された水性ポリマー分散剤は、予備形成された水性ポリマー分散剤の総重量に基づき、１０重量％〜８０重量％（例えば、２５重量％〜７５重量％等）の固体含有量を有してもよい。

水性ポリマー分散剤は、中和剤を使用することによって調製され得る。例示的な中和剤としては、アンモニア、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及びそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、ベースポリマーの極性基が事実上酸性または塩基性である場合、ポリマーは、中和剤によって部分的にまたは完全に中和され、対応する塩を形成し得る。例えば、分散剤がアクリル酸を使用して調製される場合、中和剤は、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、及び／または水酸化ナトリウム等の塩基である。当業者であれば、適切な中和剤の選択が、配合される特定の組成物に依存し得ること、及びこのような選択が当業者の知識の範囲内であることを認識するであろう。

予備形成された水性ポリマー分散剤は、イソシアネート反応性成分の０．１重量％〜６．０重量％（例えば、０．１重量％〜５．０重量％、０．１重量％〜４．１重量％、０．１重量％〜４．０重量％、０．１重量％〜３．５重量％、０．１重量％〜３．０重量％、０．４重量％〜２．５重量％、０．５重量％〜２．４重量％等）を占める。水性ポリマー分散剤は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するために使用される１つ以上の水性ポリマー分散剤の組み合わせであってもよい。

粘弾性フォームを形成するために使用される反応系の算出総含水量は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するための反応系の総重量に基づき、５重量％未満、３重量％未満、２．０重量％未満、及び／または１．６重量％未満であってもよい。算出総含水量は、予備形成された水性ポリマー分散剤の一部として配合物に添加された水の量に加えて、配合物に添加されたＤＩ（脱イオン）水の総量として算出される。例えば、算出総含水量は、０．５重量％〜１．６重量％、０．５重量％〜１．５重量％、及び／または１．０重量％〜１．５重量％であってもよい。

例示的な水性ポリマー分散剤は、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＴＡＭＯＬ（商標）及びＯＲＯＴＡＮ（商標）製品、ならびにＢＹＫ ｇｍｂｈから入手可能なＢＹＫ及びＤＩＳＰＥＲＢＹＫ製品、ならびにＲｈｏｄｉａ Ｇｒｏｕｐ から入手可能なＲｈｏｄａｌｉｎｅ（登録商標）製品、ならびにＡｒｋｅｍａから入手可能なＣｏａｄｉｓ（商標）製品、ならびにＢＡＳＦから入手可能なＨｙｄｒｏｐａｌａｔ（登録商標）製品として販売されている。

ポリオール成分
ポリオール成分は、少なくとも１つのポリエーテルポリオール及び／またはポリエステルポリオールを含む。例示的なポリエーテルポリオールは、アルキレンオキシド（例えば、少なくとも１つのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、及び／またはブチレンオキシド）と１分子当たり２〜８個の活性水素原子を含有する開始剤との反応生成物である。例示的な開始剤としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、エチレンジアミン、トルエンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ポリメチレンポリフェニレンポリアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、及びかかる開始剤の混合物が挙げられる。例示的なポリオールとしては、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＯＲＡＮＯＬ（商標）製品が挙げられる。ポリオール成分は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するために使用可能なポリオールを含んでもよい。

例えば、ポリオール成分は、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有し、２〜６（例えば、２〜４）の公称ヒドロキシル官能価を有し、５００ｇ／モル〜５０００ｇ／モル（例えば、５００ｇ／モル〜４０００ｇ／モル、６００ｇ／モル〜３０００ｇ／モル、６００ｇ／モル〜２０００ｇ／モル、７００ｇ／モル〜１５００ｇ／モル、及び／または８００ｇ／モル〜１２００ｇ／モル）の数平均分子量を有するポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールを含んでもよい。少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオール。ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分の５重量％〜９０重量％（例えば、１０重量％〜９０重量％、３５重量％〜９０重量％、４０重量％〜８５重量％、５０重量％〜８５重量％、５０重量％〜８０重量％、及び／または５５重量％〜７０重量％）を占めてもよい。少なくとも５０重量％（ポリオールが誘導されるアルキレンオキシド単位の総重量に基づく）のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分中の主要成分であってもよい。

ポリオール成分は、２０重量％未満（ポリオールが誘導されるアルキレンオキシド単位の総重量に基づく）のエチレンオキシド含有量を有し、２〜６（例えば、２〜４）の公称ヒドロキシル官能価を有し、１０００ｇ／ｍｏｌ超（または１５００ｇ／ｍｏｌ超）かつ６０００ｇ／ｍｏｌ未満の数平均分子量を有するポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンポリエーテルポリオールを含んでもよい。例えば、分子量は、１５００ｇ／ｍｏｌ〜５０００ｇ／ｍｏｌ、１６００ｇ／ｍｏｌ〜５０００ｇ／ｍｏｌ、２０００ｇ／ｍｏｌ〜４０００ｇ／ｍｏｌ、及び／または２５００ｇ／ｍｏｌ〜３５００ｇ／ｍｏｌであってもよい。２０重量％未満のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分の５重量％〜９０重量％（例えば、５重量％〜７０重量％、５重量％〜５０重量％、１０重量％〜４０重量％、及び／または１０重量％〜３０重量％）を占めてもよい。２０重量％未満のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンポリエーテルポリオールは、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールとブレンドされてもよく、一方でこのうちの後者はより多い量で含まれる。

ポリオール成分は、２〜６（例えば、２〜４）の公称ヒドロキシル官能価を有し、５００ｇ／ｍｏｌ〜５０００ｇ／ｍｏｌ（例えば、５００ｇ／ｍｏｌ〜４０００ｇ／ｍｏｌ、６００ｇ／ｍｏｌ〜３０００ｇ／ｍｏｌ、６００ｇ／ｍｏｌ〜２０００ｇ／ｍｏｌ、７００ｇ／ｍｏｌ〜１５００ｇ／ｍｏｌ、及び／または８００ｇ／ｍｏｌ〜１２００ｇ／ｍｏｌ）の数平均分子量を有するポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールを含んでもよい。ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、イソシアネート反応性成分の５重量％〜９０重量％（例えば、５重量％〜７０重量％、５重量％〜５０重量％、１０重量％〜４０重量％、及び／または１０重量％〜３０重量％）を占めてもよい。ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールは、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールとブレンドされてもよく、一方でこのうちの後者はより多い量で含まれる。

例示的な実施形態では、ポリオール成分は、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールと、２０重量％未満のエチレンオキシド含有量を有するポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールと、ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールとのブレンドを含んでもよい。

ポリオール成分は、イソシアネート成分と接触する前に、予備形成された水性ポリマー分散剤（及び任意選択で、添加剤成分の少なくとも一部）と混合されてもよい。

添加剤成分
添加剤成分は、予備形成された水性分散剤及びポリオール成分を形成する成分から分離される。添加剤成分は、イソシアネート反応性成分の一部であるが、他の添加剤が、イソシアネート成分に組み込まれてもよい。添加剤成分としては、触媒、硬化剤、架橋剤、界面活性剤、発泡剤（水性ポリマー分散剤からは分離された、水性及び非水性）、ポリアミン、可塑剤、芳香剤、色素、抗酸化剤、ＵＶ 安定剤、水（水性ポリマー分散剤からは分離される）、及び／または充填剤が挙げられ得る。他の例示的な添加剤としては、鎖延長剤、難燃剤、煙抑制剤、乾燥剤、タルク、粉末、離型剤、ゴムポリマー（「ゲル」）粒子、ならびに粘弾性フォーム及び粘弾性フォーム製品で使用するための当該技術分野において既知の他の添加剤が挙げられる。

添加剤成分は、スズ触媒、亜鉛触媒、ビスマス触媒、及び／またはアミン触媒を含んでもよい。イソシアネート反応性成分中の触媒の総量は、０．１重量％〜３．０重量％であってもよい。

界面活性剤は、例えば、フォームが拡大及び硬化する際にそれを安定させるのを助けるために、添加剤成分中に含まれてもよい。界面活性剤の例としては、非イオン性界面活性剤及び湿潤剤、例えば、長鎖アルコールのプロピレングリコール、固体または液体オルガノシリコーン、及びポリエチレングリコールエーテルに、プロピレンオキシドその後エチレンオキシドを順次添加することによって調製されるもの等が挙げられる。例えば、長鎖アルキル酸硫酸エステルの３級アミンまたはアルカノールアミン塩、アルキルスルホン酸エステル、及びアルキルアリールスルホン酸等のイオン性界面活性剤が、使用されてもよい。例えば、配合物は、オルガノシリコーン界面活性剤等の界面活性剤を含んでもよい。イソシアネート反応性成分中のオルガノシリコーン界面活性剤の総量は、０．１重量％〜５．０重量％、０．１重量％〜３．０重量％、０．１重量％〜２．０重量％、及び／または０．１重量％〜１．０重量％であってもよい。使用される界面活性剤の量は、使用される予備形成された水性ポリマー分散剤の量よりも少なくてもよい。

添加剤成分は、水を含んでもよく、これは、予備形成された水性ポリマー分散剤からは分離される。水は、イソシアネート反応性成分の総重量の２．０重量％未満を占めてもよい。予備形成された水性ポリマー分散剤からの水と添加剤成分からの水とを含む全体の水は、イソシアネート反応性成分の総重量の５重量％未満を占めてもよい。

添加剤成分は、水性ポリマー分散剤の使用に基づいて、任意の従来的なポリウレタンフォーム化学セルオープナーを除外してもよい。添加剤成分は、ポリブチレン、ポリブタジエン、及びワックス状脂肪族炭化水素、例えば低弾力性フォームにおいて一般に用いられるセルオープナーである油（例えば、鉱油、パラフィン油、及び／またはナフテン系油）を除外してもよい。添加剤成分は、例えば、米国特許第４，５９６，６６５号で述べられるように、少なくとも４つの炭素原子を有するα，β−アルキレンオキシドのアルコキシル化から主に誘導されたポリオールであるセルオープナーを除外してもよい。添加剤成分は、例えば、米国特許第４，８６３，９７６号の背景技術の節で述べられるように、エチレンオキシドまたはブチレンオキシドから誘導された単位の高い比率（通常、５０パーセント以上）を含有する最大約３５００分子量のポリエーテルであるセルオープナーを除外してもよい。添加剤成分は、例えば、米国特許第４，８６３，９７６号の特許請求の範囲において述べられるように、少なくとも５０００の分子量を有し、オキシエチレン単位の少なくとも５０重量％を有するポリエーテルポリオールであるセルオープナーを除外してもよい。

イソシアネート成分
イソシアネート成分は、少なくとも１つのイソシアネートを含む。イソシアネート成分は、５０〜１１０（例えば、６０〜１００、６５〜１００、７０〜１００、７４〜１００、７０〜９０、７０〜８５、及び／または７４〜８５）のイソシアネート指数で存在する。イソシアネート指数は、１００を乗算した、イソシアネート反応性単位（イソシアネート部分と反応するために利用可能な活性水素）のモル数に対する、反応混合物中のイソシアネート部分のモル化学量論的過剰量として定義される。１００のイソシアネート指数は、１００を乗算した、１．０モルのイソシアネート反応性基当たり１．０モルのイソシアネート基が存在するように、化学量論的過剰量が存在しないことを意味する。

イソシアネート成分は、ポリイソシアネート及び／またはイソシアネート末端プレポリマー等の１つ以上のイソシアネートを含んでもよい。イソシアネートは、脂肪族、脂環式、脂環の、アリール脂肪族、及び／もしくは芳香族ポリイソシアネート、またはそれらの誘導体であるイソシアネート含有反応物であってもよい。例示的な誘導体としては、アロファネート、ビウレット、及びＮＣＯ（イソシアネート部分）末端プレポリマーが挙げられる。例えば、イソシアネート成分は、少なくとも１つの芳香族イソシアネート、例えば、少なくとも１つの芳香族ポリイソシアネートまたは芳香族ポリイソシアネートから誘導された少なくとも１つのイソシアネート末端プレポリマーを含んでもよい。イソシアネート成分は、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）の少なくとも１つの異性体、粗ＴＤＩ、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）の少なくとも１つの異性体、粗ＭＤＩ、及び／またはより高い官能性のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート（ポリマー性ＭＤＩまたはＰＭＤＩとしても知られる）として、含んでもよい。例としては、その２，４及び２，６−異性体、ならびにそれらの混合物の形態のＴＤＩと、その２，４′−、２，２′−、及び４，４′−異性体、ならびにそれらの混合物の形態のＭＤＩとが挙げられる。ＭＤＩ及びそのオリゴマーの混合物は、粗もしくはポリマー性ＭＤＩ、ならびに／またはウレタン、アロファナート、尿素、ビウレット、カルボジイミド、ウレトンイミン、及び／もしくはイソシアヌレート基を含むＭＤＩの既知の変異体であってもよい。例示的なイソシアネートとしては、ＶＯＲＡＮＡＴＥ（商標）Ｍ２２０（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なポリマー性メチレンジフェニルジイソシアネート）が挙げられる。他の例示的なポリイソシアネートとしては、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、及びキシレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ならびにそれらの修飾物が挙げられる。

粘弾性フォーム
粘弾性ポリウレタンフォームは、多様な包装用途、快適性用途（例えば、マットレストッパー、枕、家具、シートクッション等を含むマットレス）、緩衝用途（例えば、バンパーパッド、スポーツ及び医療器具、ヘルメットライナ等）、ならびに騒音及び／または振動減衰用途（例えば、耳栓、自動車パネル等）において有用であり得る。

粘弾性ポリウレタンフォームは、スラブストックプロセス（例えば、フリーライズフォームとして）、成形プロセス（例えば、ボックス発泡プロセスにおいて）、または当該技術分野において既知である任意の他のプロセスにおいて調製されてもよい。スラブストックプロセスでは、成分は、混合されて、配合物が反応し、少なくとも一方向に自由に拡大し、硬化する、トラフまたは他の領域に注がれ得る。スラブストックプロセスは、一般に、商業規模で連続的に動作される。成形プロセスでは、成分は、混合されて、配合物が反応し、少なくとも一方向に型を用いずに拡大し、硬化する、型／箱（加熱または非加熱）に注がれ得る。

粘弾性ポリウレタンフォームは、初期の周囲条件（すなわち、２０℃〜２５℃の範囲の室温及びおよそ１気圧の標準気圧）で調製されてもよい。例えば、粘弾性ポリウレタンフォームは、酸性ポリマー及び／またはイソシアネート反応性成分に対する加熱もしくは加圧を必要としない酸改質ポリオレフィンポリマー（例えば、１００℃超の融点を有するポリマー）を含んでもよい。フォーム密度を低減し、フォームを軟化させるために、気圧未満の圧力条件で発泡させることもできる。フォーム密度を増大させ、その結果、押し込み力たわみ（ＩＦＤ）で測定されるようなフォーム耐荷重性を増大させるために、気圧超の圧力条件で発泡させることができる。成形加工において、粘弾性ポリウレタンフォームは、周囲条件超の、例えば、５０℃以上の初期型温度で調製されてもよい。フォーム密度を増大させるために、型のオーバーパッキング、すなわち、必要以上の発泡材料を型に充填することができる。

粘弾性フォームを形成するために使用される反応系の算出総含水量は、粘弾性ポリウレタンフォームを形成するための反応系の総重量に基づき、５．０重量％未満、３．０重量％未満、２．０重量％未満、及び／または１．６重量％未満であってもよい。算出総含水量は、予備形成された水性ポリマー分散剤の一部として配合物に添加された水の量に加えて、配合物に添加されたＤＩ（脱イオン水）の総量として算出される。例えば、算出総含水量は、０．５重量％〜１．６重量％、０．５重量％〜１．５重量％、及び／または１．０重量％〜１．５重量％であってもよい。

得られた粘弾性ポリウレタンフォームは、改善されたウィッキング効果及び／または改善された水分／熱管理を呈し得る。得られたフォームの水分及び熱管理に関して、例えば、粘弾性ポリウレタンフォーム マットレスまたは枕に関して、良好なウィッキング効果は、汗が使用者の皮膚から素早く離れることを可能にし得る。快適温度を維持するための人体の重要な側面は、発汗による水蒸気を通じるものである。発汗は、我々を涼しく保つ体の機構である。良好なウィッキング効果は、増加した快適さを提供するように、使用者が乾燥し、涼しいままであることを可能にし得る。良好なウィッキング効果はまた、汗／水に、蒸発するためのより多くの表面積を提供し得る。換言すると、汗／水がより大きい面積にわたって分散されるとき、それは、水が小さい表面積にわたって一緒に貯蔵されるときよりも急速に蒸発し得る。さらに、良好な水分透過性は、水分が使用者の皮膚から離れることを可能にし得、天然水蒸気が使用者の皮膚から熱を連れ去ることを可能にし得る。

すべての部及びパーセンテージは、別段の指定がない限り重量によるものである。すべての分子量データは、別段の指定がない限り数平均分子量に基づく。

本明細書において提供されるデータ及び記述情報は、近似値に基づく。さらに、主に使用された材料は、以下の通りである。

［表］

［表］

以下の表１内のおよその配合に従って、実施例１〜６及び比較例Ａを調製する。以下の実施例において、総配合物質量は、１９００グラムになるように設定する。予備形成された水性ポリマー分散剤であるＡＤ１、ＡＤ２、ＡＤ３、ＡＤ４、ＡＤ５、及びＡＤ６のうちの１つを使用して、それぞれ実施例１〜６を調製する。比較例Ａは、水のみを使用して、すなわち、水性ポリマー分散剤を使用せずに調製する。試料の密度は、（ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４に従って）およそ２．７〜３．２ｌｂ／ｆｔ^３の範囲である。

実施例１〜６及び比較例Ａの各々について、透明なプラスチックフィルムで裏打ちされた３８ｃｍ×３８ｃｍ×２４ｃｍ（１５”×１５”×９．５”）の木箱を使用した換気フード下において、周囲条件でのボックス発泡によって、フォーム試料を調製する。高回転速度での１６ピン（９０°離れた４つの半径方向に各４本のピン）ミキサを、１ガロンのカップ（直径１６．５ｃｍ、高さ１８ｃｍ）とともに、高回転速度設定で使用する。イソシアネート反応性成分中の成分を、スズ触媒を除き、まず２４００ｒｐｍで１５秒間混合する。次に、スズ触媒を添加し、２４００ｒｐｍでさらに１５秒間、直ちに混合する。次に、イソシアネート成分を添加し、３０００ｒｐｍでさらに３秒間、直ちに混合する。その後、混合したイソシアネート反応性成分及びイソシアネート成分を、プラスチックフィルムで裏打ちした箱に注ぐ。フォームを、気泡がフォームの上面に現れるときに、最大高さに到達したとして観察する。フォームが完成されると、換気フード下で、フォームを一晩さらに硬化させる。フォーム試料壁を廃棄し、残りの試料を特徴付ける。

算出総含水量（重量部）は、水性分散剤の一部として配合物に添加された水の量に加えて、配合物に添加されたＤＩ（脱イオン水）の総量として算出する。

空気流は、所与の印加空気圧下でフォームを通過することが可能な空気の測定値である。空気流は、１２５Ｐａ（０．０１８ｐｓｉ）の圧力で、１．０インチ（２．５４ｃｍ）厚×２インチ×２インチ（５．０８ｃｍ）の正方形断面のフォームを通過する空気の体積として測定する。単位は、標準立方フィート毎分（ｓｃｆｍ）で表す。空気流を測定するための代表的な商業用ユニットは、Ｚｕｒｉｃｈ、ＳｗｉｔｚｅｒｌａｎｄのＴｅｘＴｅｓｔ ＡＧによって製造され、ＴｅｘＴｅｓｔ Ｆｘ３３００として認定される。本明細書において、空気流は、ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４に従って測定する。

平均弾力性は、ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４に従って、特に反発弾性試験を使用して測定する。回復時間は、７５％の位置（すなわち、フォーム試料を、試料の元の厚さの１００％マイナス７５％に圧縮する）から、フォームの圧縮が１０％の位置に対する位置（フォーム試料の元の厚さに基づく）まで圧縮荷重ヘッドを解放する／戻すことによって測定する。回復時間は、圧縮荷重ヘッドを解放する／戻す時間から、フォームが少なくとも１ニュートンの力を用いて荷重ヘッドに向かって押し返す瞬間までとして定義する。

引張強度及びパーセント伸びは、ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４に従って測定する。本明細書で使用する場合、「引裂強度」という用語は、長手方向の細長いカットでプレノッチされたフォーム試料を、フォーム試料に引き裂くのに必要な最大平均力を表すために、本明細書において使用される。試験結果は、リニアインチ当たりの重量ポンド（ｌｂ_ｆ／ｉｎ）、またはメートル当たりのニュートン（Ｎ／ｍ）において、ＡＳＴＭ Ｄ３５７４−Ｆの手順に従って決定する。

ＩＦＤは、押し込み力たわみと称され、ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４に従って測定する。ＩＦＤは、５０平方インチの円板を使用して、試料を、その試料の元の厚さの特定のパーセンテージだけ押し込むのに必要な力の量（ポンド）として定義する。本明細書において、ＩＦＤは、フォーム試料に対して２５％のたわみ及び６５％のたわみでのポンド数として規定する。粘弾性フォームに対しては、より低いＩＦＤ値が追及される。例えば、２５％で６〜１２のＩＦＤは、ベッド枕、厚い後部枕等のために使用され得る。２５％で１２〜１８のＩＦＤは、中程度の厚さの後部枕、室内装飾用詰め物等のために使用され得る。２５％で１８〜２４のＩＦＤは、薄い後部枕、タフト化マトリックス、非常に厚いシートクッション等のために使用され得る。２５％で２４超のＩＦＤは、平均からより堅いシートクッション、堅いマットレス、緩衝フォーム、包装フォーム、カーペットパッド、及び非常に堅いフォームを必要とする他の用途に、使用され得る。

２５％でリターンのＩＦＤは、フォームが回復する能力である。特に、２５％でリターンのＩＦＤは、６５％でのＩＦＤの測定を繰り返し、２５％の圧縮に戻った後に回復される、２５％でのＩＦＤのパーセンテージとして測定する。

Claims (11)

1. ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４に従って測定されるとき、２０％以下の弾力性を有する粘弾性ポリウレタンフォームを形成するための反応系であって、前記反応系が、
   少なくとも１つのイソシアネートを含むイソシアネート成分であって、前記反応系のイソシアネート指数が、５０〜１１０である、イソシアネート成分と、
   少なくともポリオール成分、添加剤成分、及び予備形成された水性ポリマー分散剤を添加することによって形成される混合物である、イソシアネート反応性成分と、を含み、前記混合物が、
   少なくとも１つのポリエーテルポリオールを含む、前記混合物の総重量に基づき、５０．０重量％〜９９．８重量％の前記ポリオール成分と、
   少なくとも１つの触媒を含む、前記混合物の総重量に基づき、０．１重量％〜４９．９重量％の前記添加剤成分と、
   前記混合物の総重量に基づき、０．１重量％〜６．０重量％の６．０〜１２．０のｐＨを有する前記予備形成された水性ポリマー分散剤と、を含み、前記水性ポリマー分散剤が、５重量％〜６０重量％のポリマー成分と、少なくとも水を含む、４０重量％〜９５重量％の流体媒体とを含み、前記ポリマー成分が、２０重量％〜１００重量％の、少なくとも１つのカルボニル基、リン酸基、ホスホン酸基、またはスルホニル基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導され、任意選択で、少なくとも１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーから誘導された、少なくとも１つのベースポリマーを含む、反応系。
2. 前記予備形成された水性ポリマー分散剤が、室温及び気圧の周囲条件で連続液相成分である、請求項１に記載の反応系。
3. 前記予備形成された水性ポリマー分散剤が、前記ポリオール成分及び前記添加剤成分とは別に提供される、請求項１または２のいずれかに記載の反応系。
4. 前記添加剤成分が、少なくとも１つの界面活性剤を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応系。
5. 前記添加剤成分が、混合物の総重量の２．０重量％未満を占める水を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応系。
6. 前記親水性酸モノマーが、酸無水物基の形態の少なくとも１つのカルボニル基を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応系。
7. 前記予備形成された水性ポリマー分散剤が、少なくとも１つのカルボニル基、リン酸基、ホスホン酸基、もしくはスルホニル基を有する２つの異なる親水性酸モノマーを含むか、または少なくとも１つのカルボニル基、リン酸基、ホスホン酸基、もしくはスルホニル基を有する１つの親水性酸モノマーと、少なくとも１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーとを含む、コポリマーである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応系。
8. 前記ポリオール成分が、少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有し、２〜４の公称ヒドロキシル官能価を有し、前記イソシアネート反応性成分の３５重量％〜９０重量％を占める少なくとも１つのポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の反応系。
9. 前記ポリオール成分が、少なくとも３つのポリオールのブレンドを含み、前記ブレンドが、
   （ｉ）少なくとも５０重量％のエチレンオキシド含有量を有し、２〜４の公称ヒドロキシル官能価を有し、７００ｇ／ｍｏｌ〜１５００ｇ／ｍｏｌの分子量を有し、前記イソシアネート反応性成分の３５重量％〜９０重量％を占めるポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールと、
   （ｉｉ）２０重量％未満のエチレンオキシド含有量を有し、２〜４の公称ヒドロキシル官能価を有し、１５００ｇ／ｍｏｌ超かつ６０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有し、前記イソシアネート反応性成分の５重量％〜５０重量％を占めるポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレンポリエーテルポリオールと、
   （ｉｉｉ）２〜４の公称ヒドロキシル官能価を有し、７００ｇ／ｍｏｌ〜１５００ｇ／ｍｏｌの分子量を有し、前記イソシアネート反応性成分の５重量％〜５０重量％を占めるポリオキシプロピレンポリエーテルポリオールと、を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応系。
10. ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４に従って測定されるとき、２０％以下の弾力性を有し、請求項１〜９のいずれか一項に記載の反応系を使用して調製された、粘弾性ポリウレタンフォームであって、ＡＳＴＭ Ｄ３５７４に従って測定されるとき、少なくとも４．５ｆｔ^３／分の空気流を有する、粘弾性ポリウレタンフォーム。
11. ＡＳＴＭ Ｄ ３５７４に従って測定されるとき、２０％未満の弾力性を有する粘弾性ポリウレタンフォームを形成するための方法であって、
    少なくともポリオール成分、添加剤成分、及び予備形成された水性ポリマー分散剤を添加及び混合することによって、イソシアネート反応性成分を調製することであって、これにより得られた混合物が、
    少なくとも１つのポリエーテルポリオールを含む、前記混合物の総重量に基づき、５０．０重量％〜９９．８重量％の前記ポリオール成分と、
    少なくとも１つの触媒及び少なくとも１つの界面活性剤を含む、前記混合物の総重量に基づき、０．１重量％〜４９．９重量％の前記添加剤成分と、
    前記混合物の総重量に基づき、０．１重量％〜６．０重量％の前記予備形成された水性ポリマー分散剤と、を含み、前記予備形成された水性ポリマー分散剤が、６．０〜１２．０のｐＨを有し、５重量％〜６０重量％のポリマー成分と、少なくとも水を含む４０重量％〜９５重量％の流体媒体とを含み、前記ポリマー成分が、２０重量％〜１００重量％の、少なくとも１つのカルボニル基、リン酸基、ホスホン酸基、またはスルホニル基を有する少なくとも１つの親水性酸モノマーから誘導され、任意選択で、少なくとも１つの疎水性末端不飽和炭化水素モノマーから誘導された、少なくとも１つのベースポリマーを含む、調製することと、
    前記反応系のイソシアネート指数が５０〜１１０となるように、少なくとも１つのイソシアネートを含む、イソシアネート成分を提供することと、
    前記イソシアネート成分を前記イソシアネート反応性成分と反応させて、前記粘弾性ポリウレタンフォームを形成することと、を含む、方法。