JP2020039708A

JP2020039708A - 洗浄用スポンジ

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Publication number: JP2020039708A
Application number: JP2018170971A
Authority: JP
Inventors: 真平東海; Shimpei TOKAI; 矢野　忠史; Tadashi Yano; 忠史矢野
Original assignee: Inoue MTP KK; Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: JP7455504B2

Abstract

【課題】洗浄性を向上させることが可能な洗浄用スポンジを提供すること。【解決手段】洗浄用スポンジは、ポリウレタン樹脂の発泡体からなる。そして、洗浄用スポンジの洗浄面には、微小セル３０が集まってなる微小セル集合体３０Ｇが設けられている。微小セル３０は、４００μｍ以下となっていて、微小セル集合体３０Ｇは、１０００〜３０００μｍとなっている。微小セル集合体３０Ｇは、洗浄用スポンジの洗浄面において、５〜４０％の面積を占めていることが好ましい。【選択図】図１

Description

本開示は、洗浄用スポンジに関する。

従来、洗浄用スポンジとして、メラミン樹脂の発泡体からなるものが知られている。

特開２００１−２５８８０９号公報（段落［００１０］）

上述した従来の洗浄用スポンジにおいて、洗浄性の向上が望まれている。

上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、ポリウレタン樹脂の発泡体からなる洗浄用スポンジにおいて、４００μｍ以下の微小セルが集まってなる１０００〜３０００μｍの微小セル集合体が、洗浄面に設けられている洗浄用スポンジである。

請求項２の発明は、前記微小セル集合体は、前記洗浄面において５〜４０％の面積を占める、請求項１に記載の洗浄用スポンジである。

請求項３の発明は、前記ポリウレタン樹脂のうち前記微小セル集合体を構成する部分に、ウレア結合が含まれている、請求項１又は２に記載の洗浄用スポンジである。

請求項４の発明は、前記ポリウレタン樹脂において、前記ウレア結合の数は、ウレタン結合の数の９倍以上である、請求項３に記載の洗浄用スポンジである。

請求項１の発明の洗浄用スポンジは、ポリウレタン樹脂の発泡体からなり、洗浄面に、４００μｍ以下の微小セルが集まってなる１０００〜３０００μｍの微小セル集合体を有している。本発明によれば、後述する実験で確認されるように、洗浄性を向上させることが可能となる。微小セル集合体は、洗浄性の観点から、洗浄面において５〜４０％の面積を占めることが好ましい（請求項２の発明）。

ポリウレタン樹脂の発泡体は、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤を含む原料から製造され、発泡剤の反応により発泡セルが形成される。ここで、上記原料に、分解や反応により水を生成する添加剤をさらに加えておくと、その添加剤から生成された水と上記原料に残っているポリイソシアネートとの反応により、後発的に発泡セルを形成することが可能となり、この発泡セルにより、微小セルと微小セル集合体を構成することが可能となる。即ち、上記添加剤を原料に添加するだけで、微小セルと微小セル集合体を形成することが可能となる。また、このような方法によれば、ポリウレタン樹脂のうち微小セル集合体を構成する部分にウレア結合が生成されることとなる（請求項３の発明）。従って、請求項３の構成を有する洗浄用スポンジによれば、微小セル集合体の形成を容易にすることが可能となる。

ポリウレタン樹脂においてウレア結合の数は、ウレタン結合の数の９倍以上であることが好ましい（請求項４の発明）。ポリウレタン樹脂においてウレア結合の数がウレタン結合の数の９倍未満であると、微小セル集合体が形成され難くなる。

本開示の一実施形態に係る洗浄用スポンジの表面の微小セル集合体をマイクロスコープで撮影した写真洗浄用スポンジの表面の微小セルをマイクロスコープで撮影した拡大写真洗浄用スポンジの実施例及び比較例を示すテーブル（Ａ）摩擦試験機で摩擦色落ち性試験を行うときの洗浄用スポンジの試験片とステンレス板との側面図、（Ｂ）油性インキが付されたステンレス板の平面図

本開示の一実施形態に係る洗浄用スポンジは、ポリウレタン樹脂からなる連続気泡構造の発泡体で構成される。

図１及び図２に示されるように、本実施形態の洗浄用スポンジは、発泡セルとして、通常セル２０と、通常セル２０よりも小さい微小セル３０と、を有している。微小セル３０は、複数集まって微小セル集合体３０Ｇを構成している。洗浄用スポンジは、通常セル２０で占められた通常セル領域に、微小セル集合体３０Ｇが点在した海島構造となっている（以下、この構造を「ダブルセル構造」という）。

本実施形態では、微小セル３０は、４００μｍ以下となっていて、１００〜３００μｍであることがより好ましい。微小セル集合体３０Ｇは、１０００〜３０００μｍとなっていて、２０００〜３０００μｍであることがより好ましい。通常セル１１は、例えば、６００μｍ以上となっている。

微小セル集合体３０Ｇは、洗浄用スポンジの洗浄面（即ち、表面）において、５〜４０％の面積を占めていることが洗浄性の観点から好ましい。

本実施形態の洗浄用スポンジは、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、炭酸水素ナトリウム、を含む原料を触媒の存在下で反応させて得られる。なお、洗浄用スポンジの原料には、有機個体酸がさらに含まれていてもよい。

ポリオールとしては、ポリウレタンフォーム用のポリオールを使用することができる。例えば、ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルエステルポリオールが挙げられ、それらのうち複数種類を使用してもよい。

ポリエーテルポリオールとしては、例えば、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、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロース等の多価アルコールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール等が挙げられる。

ポリエステルポリオールとしては、例えば、マロン酸、コハク酸、アジピン酸等の脂肪族カルボン酸やフタル酸等の芳香族カルボン酸と、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等の脂肪族グリコール等とから重縮合して得られたポリエステルポリオール等が挙げられる。

ポリエーテルエステルポリオールとしては、上述のポリエーテルポリオールと多塩基酸を反応させてポリエステル化したもの、または１分子内にポリエーテルとポリエステルのセグメントを有するもの等が挙げられる。

ポリイソシアネートとしては、脂肪族系または芳香族系ポリイソシアネート、それらの混合物、およびそれらを変性して得られる変性ポリイソシアネートが挙げられる。脂肪族系ポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキサメタンジイソシアネート等が挙げられる。芳香族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）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、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、ポリメリックＭＤＩ（クルードＭＤＩ）等が挙げられる。

発泡剤としては、水が好ましい。水はポリオールとイソシアネートの反応時に炭酸ガスを発生し、その炭酸ガスによって発泡を行う。発泡剤としての水の量は、ポリオール１００重量部に対して１０〜１５重量部であることが好ましい。

触媒としては、公知のウレタン化触媒を用いることができる。例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ジエタノールアミン、ジメチルアミノモルフォリン、Ｎ−エチルモルホリン、テトラメチルグアニジン等のアミン触媒を用いてもよいし、スタナスオクトエートやジブチルチンジラウレート等のスズ触媒やフェニル水銀プロピオン酸塩またはオクテン酸鉛等の金属触媒（所謂、有機金属触媒）を用いてもよいし、アミン触媒と金属触媒を併用してもよい。アミン触媒の量は、ポリオール１００重量部に対して０．０５〜０．５重量部が好ましい。金属触媒の量は、０又は０．０５〜０．５重量部が好ましい。

炭酸水素ナトリウムの量は、ポリオール１００重量部に対して１０〜４０重量部であり、より好ましい範囲は３０〜４０重量部である。炭酸水素ナトリウムの量を、この範囲とすることにより、炭酸水素ナトリウムによる吸熱反応を良好に行うことができ、ポリウレタン樹脂発泡体の製造時の発熱温度上昇を抑えることができる。なお、炭酸水素ナトリウムは、熱により分解して、水と炭酸ガスを生成する。この反応が吸熱反応である。

有機固体酸は、炭酸水素ナトリウムと併用することにより、ポリウレタン樹脂発泡体の製造時に吸熱作用が大きくなり、ポリウレタン樹脂発泡体の発熱による温度上昇を、より効果的に抑えることができる。有機固体酸の量は、炭酸水素ナトリウムの量の１／６０〜１／３０が好ましい。また、ポリオール１００重量部に対する有機固体酸の量は、ポリオール１００重量部に対して０．３〜０．７重量部が好ましい。なお、有機個体酸は、炭酸水素ナトリウムと反応すると、有機個体酸のナトリウム塩と炭酸を生成し、炭酸が分解することで水と二酸化炭素が生成する。この反応が吸熱反応となる。

有機固体酸としては、クエン酸（水和物、無水物ともに使用できる。）、フマル酸、マロン酸、ステアリン酸、ピルビン酸、フタル酸、リンゴ酸、マレイン酸、コハク酸、ヒドロキシ基を有する多塩基カルボン酸等が挙げられ、これらのうち二種類以上を併用してもよい。また、これらの中で、クエン酸とリンゴ酸（ヒドロキシ酸）がより好ましく、リンゴ酸が特に好ましい。

洗浄用スポンジのポリウレタン樹脂発泡体の原料には、例えば、整泡剤や着色剤等が含まれていてもよい。整泡剤としては、ポリウレタン樹脂発泡体用の公知のものを用いることができ、例えば、シリコーン系整泡剤、フッ素系整泡剤や、公知の界面活性剤を用いることができる。着色剤としては、カーボン顔料等が挙げられる。

ポリウレタン樹脂発泡体の発泡硬化反応では、まず、ポリオール成分とイソシアネート等の反応が支配的に起こり、ポリオールとイソシアネートによるウレタン結合が生成される。また、発泡剤としての水とポリイソシアネートとの反応により生成された炭酸ガスにより、通常セル２０（図１参照）が形成される。この間、ポリオールとイソシアネートの反応の反応熱、水とポリイソシアネートの反応の反応熱により発泡体内で温度が上昇する。やがて、炭酸水素ナトリウムが、分解温度に達すると、分解して炭酸ガスと水が生成される。この水はイソシアネートと反応する。ここで、この水と反応すると想定されるイソシアネートは、ウレタン結合を生成するためにポリオール成分と反応したイソシアネート以外のイソシアネート（即ち、イソシアネートインデックスにおいて１００を超える量に相当するイソシアネート）である。そして、このイソシアネートと炭酸水素ナトリウムから生成された水とが反応すると、ウレア結合が生成されると共に、炭酸ガスが生成され、微小セル３０（図２参照）と微小セル集合体３０Ｇが形成される（即ち、ダブルセル構造が形成される）ものと想定される。

なお、イソシアネートインデックスとは、ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル数を、ポリオール、発泡剤（水）等の全活性水素基のモル数で除した値に１００をかけた値である。イソシアネートインデックスは、１００を超えていることが好ましく、１２０以上であることがより好ましい。また、イソシアネートインデックスは、反応熱による過度な内部温度上昇の抑制の観点から１６０以下であることが好ましい。

洗浄用スポンジを構成するポリウレタン樹脂において、ウレア結合の数は、ウレタン結合の数の９倍以上であることが好ましい。ポリウレタン樹脂においてウレア結合の数がウレタン結合の数の９倍未満であると、微小セル集合体が形成され難くなる。なお、ポリウレタン樹脂においてウレア結合の数がウレタン結合の数の９倍以上であると、発泡セルによりポリウレタン樹脂発泡体の見掛け密度を下げて軽量化を図ることが可能となる。また、ポリウレタン樹脂のうち微小セル集合体を構成する部分にウレア結合が含まれることで、当該部分の耐久性を向上させることが可能となる。

本実施形態の洗浄用スポンジを製造するにあたっては、まず、上記したポリオール、発泡剤、炭酸水素ナトリウム、有機個体酸、整泡剤、触媒等を混合したものがＡ液として用意される。次いで、そのＡ液と、ポリイソシアネートを含むＢ液とを混合した液状の原料が、ベルトコンベア上に連続的に吐出される。上記原料は、ベルトコンベア上で反応して発泡し、連続したブロック状のポリウレタン樹脂の発泡体が得られる（所謂、スラブ成形法）。そのブロック状のポリウレタンフォームが、所定のサイズにカットされて、洗浄用スポンジが得られる。なお、ポリウレタンフォームの原料を、成形金型内で発泡させて洗浄用スポンジを成形してもよい（所謂、モールド成形法）。

本実施形態の洗浄用スポンジでは、洗浄面に、４００μｍ以下の微小セル３０が集まってなる１０００〜３０００μｍの微小セル集合体３０Ｇが設けられている。本実施形態の洗浄用スポンジによれば、後述する実験で確認されるように、洗浄性を向上させることが可能となる。また、洗浄用スポンジは、ポリウレタン樹脂の発泡体からなるので、メラミン樹脂の発泡体からなるものに比べて、製造コストの低減を図ることが可能となる。

［確認実験］
図３に示される実施例１〜３、比較例１，２の洗浄用スポンジに対して、洗浄性を確認した。

［実施例１〜３の洗浄用スポンジ］
実施例１〜３では、上述の製造方法の通り、ポリオール、発泡剤（水）、炭酸水素ナトリウム、リンゴ酸、触媒等を含むＡ液と、ポリイソシアネートを含むＢ液とを混合した原料を、発泡成形し、洗浄用スポンジを得た。実施例１〜３の洗浄用スポンジの原料の組成及び配合比は、図３及び以下の通りである。実施例１〜３では、ポリオール１００重量に対して、アミン触媒、発泡剤、整泡材、炭酸水素ナトリウム、リンゴ酸、スズ触媒の量は同じになっている一方、ポリイソシアネートの量（即ち、イソシアネートインデックス）のみが異なっている。具体的には、実施例１，２，３では、それぞれイソシアネートインデックスが１５０、１３０、１２０である。実施例１〜３の配合比によれば、洗浄用スポンジを構成するポリウレタン樹脂において推定されるウレア結合の数が、ウレタン結合の数の９倍以上となる。なお、図３におけるウレア結合比率とは、原料から算出され、ウレア結合とウレタン結合の合計数でウレア結合の数を除したものに１００をかけた値である。また、図３におけるクリーミングタイムとは、Ａ液とＢ液の混合を開始してから、発泡が開始するまでの時間であり、ライジングタイムとは、Ａ液とＢ液の混合を開始してから、発泡によるポリウレタン発泡体の膨張が停止するまでの時間である。

＜Ａ液＞
ポリオール；三洋化成株式会社製の商品名「ＧＰ−３０５０」（水酸基価：５６．１）
発泡剤；水（水酸基価：６２３３）
整泡剤；シリコーン系整泡剤。Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ社製の商品名「Ｌ−６３６Ｓ」
アミン触媒Ａ；Ｅｖｏｎｉｋ社製の商品名「ＮＥ−３００」（水酸基価：２７６）
スズ触媒；城北化学株式会社製の商品名「ＭＲＨ−１１０」
＜Ｂ液＞
ポリイソシアネート；東ソー株式会社製の商品名「コロネート（登録商標）Ｔ−８０」（ＮＣＯ価４８．２３）

［比較例１の洗浄用スポンジ］
比較例１の洗浄用スポンジは、実施例１〜３と同様に、Ａ液とＢ液を混合した原料を発泡成形して得られたポリウレタン樹脂発泡体からなる。但し、比較例１の配合は、実施例１〜３に対して、炭酸水素ナトリウムと、有機個体酸（リンゴ酸）を含んでいない点で異なる。また、比較例１の配合は、実施例１〜３とは、ポリオールに対する発泡剤、整泡剤、スズ触媒、ポリイソシアネートの配合比が異なる。

［比較例２の洗浄用スポンジ］
比較例２の洗浄用スポンジは、実施例１〜３及び比較例１とは異なり、メラミン樹脂の発泡体からなる。比較例２では、洗浄用スポンジとして、株式会社イノアックコーポレーション製の商品名「バソテクト（登録商標）Ｗ」を用いた。

［測定方法］
＜洗浄性＞
洗浄用スポンジの洗浄性の評価を、以下の摩擦色落ち性試験にて行った。具体的には、図４（Ａ）に示されるように、ＪＩＳＬ０８２３（染色堅牢度試験用摩擦試験機）に規定する学振型の摩擦試験機５０の摩擦子５１に、洗浄用スポンジの試験片１０（サイズ：厚み１０ｍｍ×幅３０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ）を固定し、その試験片１０でステンレス板５２の表面のうち油性インキが付された部分を擦る試験を行った。

詳細には、１００ｍｍのストロークで水平に往復動する往復支持台５３に上記ステンレス板５２を載置して固定し、そのステンレス板５２に上側から試験片１０が接触するように摩擦子５１を配置した。試験片１０は、厚み方向が上下方向、長さ方向が往復支持台５３の往復方向Ｈになるように配置した。ステンレス板５２には、図４（Ｂ）に示されるように、油性インキで、往復支持台５３の往復方向Ｈと直交する方向に延びる複数の直線Ｌを、上記往復方向Ｈで３０ｍｍに渡って２ｍｍ間隔で引いた。また、摩擦子５１の押圧荷重を５００ｇとした。そして、往復支持台５３を、毎分３０回往復する速度で１００回往復させ、ステンレス板５２のうち油性インキが付された部分について上記往復動作の前後における色差ΔＥを測定した。この測定には、スガ試験機株式会社製の色差計（型番：ＳＭ−Ｔ。ＪＩＳＺ８７２２に準拠）を用いた。なお、この摩擦色落ち性試験では、ΔＥの絶対値が大きい程、油性インキの落ち具合が良いということとなり、洗浄性が高いといえる。

＜セル及び微小セル集合体のサイズ＞
マイクロスコープ（株式会社キーエンスの商品名「ＶＨＸ−５０００」）を使用し、洗浄用スポンジの表面において、微小セル３０、通常セル２０及び微小セル集合体３０Ｇがそれぞれ含まれる部分を撮影し、その撮影画像から微小セル３０、通常セル２０、微小セル集合体３０Ｇのサイズを測定した。具体的には、微小セル３０、通常セル２０については、撮影画像において、セルの輪郭のうち最も離れた２点間の距離を測定した。そして、その距離を撮影画像内の任意の１０個のセルについて測定し、それら測定値の平均値をセル径とした。また、セル同士の間を区切るセル膜の厚さも測定した。即ち、セルを囲むセル膜の厚みを、セル径の測定対象となった各セルについて撮影画像から１箇所測定し、その測定値を任意の１０個のセルについて平均した平均値をセル膜厚とした。また、微小セル集合体３０Ｇについては、撮影画像において、微小セル集合体３０Ｇの輪郭のうち最も離れた２点間の距離を測定した。そして、その距離を撮影画像内で任意の１０個のセルについて測定し、それら測定値のうち最大値と最小値を、それぞれ集合体サイズの最大値と最小値とした。

＜微小セル集合体の面積比率＞
上記マイクロスコープを用いて、洗浄用スポンジの表面を、１４ｍｍ×１０ｍｍの範囲でランダムに１０箇所撮影した。そして、各撮影箇所において、撮影画像内の洗浄用スポンジの表面積に対する微小セル集合体３０Ｇが占める面積の比率を画像処理にて算出した。その算出値を上記１０箇所で平均したものを、微小セル集合体３０Ｇの面積比率とした。

＜見掛け密度＞
各実施例及び各比較例の洗浄用スポンジについて、見掛け密度をＪＩＳＫ７２２０に準拠して測定した。

［評価結果］
図３に示されるように、ポリウレタン樹脂発泡体からなる実施例１〜３の洗浄用スポンジは、微小セル３０と通常セル２０を有するダブルセル構造となることが確認された。微小セル３０のセル径は２３０〜２５０μｍ、微小セル集合体３０Ｇのサイズは１４００〜２５００μｍであった。また、通常セル２０のセル径は１７００〜１８００μｍであった。一方、ポリウレタン樹脂発泡体からなるものの、原料に炭酸水素ナトリウムが含まれていない比較例１の洗浄用スポンジでは、ダブルセル構造が確認されなかった。

また、実施例１〜３の洗浄用スポンジでは、比較例２のメラミン樹脂発泡体からなる洗浄用スポンジに比べて、摩擦色落ち性試験において、色差ΔＥの絶対値が大きくなることが確認された。即ち、実施例１〜３の洗浄用スポンジは、比較例２の洗浄用スポンジに比べて、油性インキを落とし易くなっていることがわかった。

なお、比較例１では、摩擦色落ち性試験中に摩擦子が２１往復した時点で洗浄用スポンジが破断したため、洗浄性については確認できなかった。図３に示す色差ΔＥは、試験前から破断時点までの変化を表している。比較例１の洗浄用スポンジは、ポリウレタン樹脂発泡体からなると共に、見掛け密度が実施例１〜３の洗浄用スポンジの２倍程度になっているが、ウレア結合比率が９０％以上でダブルセル構造となった実施例１〜３の洗浄用スポンジに比べて、擦る動作に対しては強度が弱いと考えられる。実施例１〜３の洗浄用スポンジによれば、比較例１の洗浄用スポンジに比べて、軽量化と強度アップを図ることが可能となる。

以上説明したように、本確認実験では、ポリウレタン樹脂発泡体からなりダブルセル構造を有する実施例１〜３の洗浄用スポンジによれば、メラミン樹脂発泡体からなる比較例１の洗浄用スポンジよりも洗浄性を向上させることができることが確認された。

２０通常セル
３０微小セル
３０Ｇ微小セル集合体

Claims

ポリウレタン樹脂の発泡体からなる洗浄用スポンジにおいて、
４００μｍ以下の微小セルが集まってなる１０００〜３０００μｍの微小セル集合体が、洗浄面に設けられている洗浄用スポンジ。
前記微小セル集合体は、前記洗浄面において５〜４０％の面積を占める、請求項１に記載の洗浄用スポンジ。
前記ポリウレタン樹脂のうち前記微小セル集合体を構成する部分に、ウレア結合が含まれている、請求項１又は２に記載の洗浄用スポンジ。
前記ポリウレタン樹脂において、前記ウレア結合の数は、ウレタン結合の数の９倍以上である、請求項３に記載の洗浄用スポンジ。