JP3094126B2 - 発泡体ポリウレタンエラストマーシート及びその製造方法 - Google Patents

発泡体ポリウレタンエラストマーシート及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発泡ポリウレタンエラス
トマーシートに関し、更に詳しくは、その少なくとも片
側に無発泡の表面層を有することを特徴とする発泡ポリ
ウレタンエラストマーシートに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、発泡性ウレタンエラストマー
シートは、柔軟性、伸長性等の特徴を持っていることで
知られており、又、シート内部に気泡があるため、クッ
ション性及び保温性を持っており、衣類等に利用される
ことも多い材料である。
【0003】近年、衣類の分野では、透湿性及び防水性
を持つ素材によるものが多く登場してきているが、これ
らの素材は布状体であるためにクッション性を持ってお
らず、クッション性を持たすためには、透湿性及び防水
性と共にクッション性を持つ他の材料と組み合わせて使
用する必要があった。
【0004】発泡性ウレタンエラストマーシートは、上
記のように気泡があるためにクッション性を持っている
が、この気泡がシート両面につながっている(連通性で
ある)ため、防水性はなく、従ってクッション材として
利用されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】発泡性ウレタンエラス
トマーシートの表面層(スキン層)が、防水性を持つよ
うなほぼ無発泡の層であれば、透湿性を併せ持つことが
できるが、発泡性ウレタンエラストマーシートの製造に
は、シート表面に水蒸気を接触させることが必要であ
り、この際に表面にも気泡が発生することを避けられな
いため、このようなほぼ無発泡の表面層を持つ発泡性ウ
レタンエラストマーシートを作成することは困難であっ
た。
【0006】本発明は、上記のような従来技術の難点を
解消し、クッション性を持つと共に、無発泡の表面層を
有するために透湿性及び防水性を併せ持ち、衣類等の素
材として好適な発泡性ウレタンエラストマーシート及び
その製造方法を提供することを目的としてなされた。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明が採用した発泡性ウレタンエラストマーシート
の構成は、有機ポリイソシアネートとポリオールより得
られ、末端NCOでその遊離NCO%が3.5〜7.5%のプレポリ
マーと、2−ピロリドンとを混合し、該混合物をシート
状に形成した後、該シート状混合物に水蒸気を接触さ
せ、発泡及び硬化させることにより得られるシートであ
り、該シートの少なくとも片側に無発泡の表面層を有す
ることを特徴とし、又、本発明が採用した発泡性ウレタ
ンエラストマーシートの製造方法の構成は、有機ポリイ
ソシアネートとポリオールより得られる末端NCOのプレ
ポリマーと、2−ピロリドンとの混合物を、紙系、フィ
ルム系、編布系、織布系又は不織布系等の基材上でシー
ト状に形成した後、該シート状混合物に水蒸気を接触さ
せ、発泡及び硬化させることを特徴とする。
【0008】尚、この明細書の本発明の説明における
「無発泡の表面層」という語は、発泡していない、或い
は、発泡していても実質的に防水性を持つ表面層を意味
し、具体的には密度が1.0g/cm3以上の表面層であること
を意味している。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。
【0010】本発明で使用する末端イソシアネート(NC
O)のプレポリマーを製造するための有機ポリイソシア
ネートは、脂肪族系、脂環式系、芳香族系及びこれらの
混合系等のいずれのタイプのものであっても良いが、特
に4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)又
はMDIとそのカルボジイミド変性物の混合物を使用する
ことが、高弾性回復率、低伸長応力及び低伸長歪み等の
特性を持つ、エラスティック且つソフトな風合いの発泡
シートを得ることができるという観点から好ましい。
【0011】又、本発明で使用する末端NCOのプレポリ
マーを製造するためのポリオールとしては、公知のも
の、具体的には例えばポリエーテル系、ポリエステル
系、ポリカプロラクタム系及びポリカーボネート系等の
ポリオールを使用することができるが、このポリオール
は、官能基数が2であるジオールを使用することが好ま
しく、又、該ジオールはその分子量が1,000〜3,000のも
のであることが好ましい。
【0012】上記のようなジオールが好ましい理由は、
官能基数が2であるジオールを使用することにより、直
鎖状のプレポリマーの生成が可能となり、又、分子量が
1,000〜3,000ジオールを使用することにより、フレキシ
ビリティーに富んだソフトセグメントを形成し得るプレ
ポリマーの生成が可能となり、やはり高弾性回復率、低
伸長応力及び低伸長歪み等の特性を持つ、エラスティッ
ク且つソフトな風合いの発泡シートを得ることができる
からである。
【0013】本発明で使用する末端NCOのプレポリマー
は、既知の方法に従い、上記有機ポリイソシアネートと
ポリオールとを反応させることにより合成することがで
きるが、このプレポリマーにおける遊離NCO%は3.5〜7.
5%という範囲、好ましくは4.0〜7.0%という範囲内で
あることが望ましい。なぜならば、NCO%が3.5%より低
いと、プレポリマーと水蒸気を接触させても発泡、硬化
が非常に遅くなり、又、7.5%より高いと、発泡倍率が
高くなって表面層が連通化してしまうおそれがあるから
である。
【0014】上記プレポリマーにおける遊離NCO%を3.5
〜7.5%という範囲とするには、例えば以下の式
【式1】 に従って上記有機ポリイソシアネートとポリオールとの
混合重量比を算出し、両者を混合して反応させればよ
い。
【0015】上記プレポリマーを合成するときの雰囲気
温度は、好ましくは40〜100℃、更に好ましくは60〜80
℃であり、又、合成時間は、好ましくは1〜24時間、更
に好ましくは1〜2時間である。
【0016】又、上記プレポリマーを合成後、添加剤と
して整泡剤、紫外線吸着剤、酸化防止剤又は反応調節剤
等を、必要に応じて適宜に添加することもできる。一
方、本発明で使用する2−ピロリドン(α−ピロリド
ン)は、式
【化1】 で示される化合物で、ω−アミノ酸の分子内脱水物であ
る。
【0017】通常、ポリウレタンエラストマーを製造す
るときに硬化及び発泡のために用いられる触媒として
は、ジブチル錫ジラウレートのような金属触媒、或い
は、トリエタノールアミンのようなアミン触媒が用いら
れてきたが、しかしながらこれらの触媒は、本発明で使
用するプレポリマーのようにNCO%が低いものに対して
は、その効果が発現しにくく、発泡体表面での樹脂化の
みが進行してしまい、そのために水蒸気の発泡体内部へ
の浸透が阻害され、内部が発泡できなくなる。
【0018】又、触媒効果の発現を高めるため、触媒の
添加量を増加した場合は、発泡体表面でも発泡が起こっ
てしまい、気泡が連通化してほぼ無発泡の表面層を形成
することが困難になってしまう。
【0019】ところが、上記2−ピロリドン(α−ピロ
リドン)を用いると、その触媒効果と溶媒効果により、
発泡体表面から内部まできわめて円滑に水蒸気と反応
し、しかも表面層を連通化させることなく発泡、硬化さ
せることが可能となるため、防水性及び透湿性を併せ持
った本発明の発泡性ウレタンエラストマーシートを作成
することができることが判明したのである。
【0020】本発明では、上記末端NCOのプレポリマー
と2−ピロリドンを混合した後に、該混合物をシート状
に形成するのであり、この際の混合方法としては、ポリ
ウレタンの製造に用いられる公知の技術、例えば撹拌子
を持つミキシングヘッド等による方法を採用することが
できる。
【0021】尚、上記末端NCOのプレポリマーと2−ピ
ロリドンとの混合比は、100:5〜100:30であることが好
ましく、プレポリマーと2−ピロリドンとの混合比が10
0:5を下回ると2−ピロリドンの触媒効果が発揮されに
くく、又、100:30を上回ると2−ピロリドンの混合物等
からの析出量が増加してしまい、いずれも好ましくな
い。
【0022】上記末端NCOのプレポリマーと2−ピロリ
ドンを混合した後は、速やかにシート状に形成すること
が望ましく、混合物をシート状に形成するには、例えば
フィルム系、編布系、織布系、不織布系等の基材上に当
該混合物を撒き、例えば発泡及び硬化の厚みを考慮しつ
つ、後述する装置における基材とナイフとの間隙を調節
することにより、所望の厚みになるようにすればよい。
【0023】そして、上記のようにして得られたシート
状混合物に水蒸気を接触させ、発泡及び硬化させること
により、本発明の発泡ポリウレタンエラストマーシート
を得ることができる。尚、水蒸気を接触させるときの雰
囲気温度は、40〜100℃、更に好ましくは60〜80℃であ
り、雰囲気湿度は90%以上、発泡及び硬化させる時間は
4〜18分であることが好ましい。
【0024】尚、発泡及び硬化を完全ならしめるために
は、高温度、高湿度及び長時間の条件を採用することも
考えられるが、あまりに高温過ぎると発泡ポリウレタン
エラストマーシートの表面が粗くなって、外観品位に劣
るものとなってしまい、又、あまりに長時間にわたって
水蒸気を接触させると、生産効率が劣ることになってし
まい、従って、上記のような条件が好ましいのである。
【0025】得られた本発明の発泡ポリウレタンエラス
トマーシートは、シートの少なくとも片側に無発泡の表
面層(発泡していない、或いは、発泡していても実質的
に防水性を持つ表面層を意味し、具体的には密度が1.0g
/cm3以上の表面層)を有しており、この表面層の存在に
より、防水性及び透湿性を発揮するものであり、表面層
以外には、従来の発泡ポリウレタンエラストマーシート
と同様に十分な気泡が存在するため、クッション性をも
有するものである。
【0026】本発明の発泡ポリウレタンエラストマーシ
ートの厚さは、0.3〜1.5mmであることが好ましく、更に
好ましくは0.3〜0.6mmであることが好ましい。厚みが1.
5mmを超えると、発泡シートの気泡が連通しやすくな
り、一般的な軟質発泡体に近いものになってしまうが、
厚みが1.5mmより薄くなればなるほど柔軟性が増し、0.6
mmより薄いと更に柔軟性が増し、高弾性回復率、低伸長
応力及び低伸長歪み等の特性を持つ、エラスティック且
つソフトな風合いの発泡シートを得ることができるから
である。
【0027】本発明の発泡ポリウレタンエラストマーシ
ートは、上記基材を移動させることにより、連続的に形
成してもよい。則ち、例えば図1に示すように、移動す
る基材5上で、上記有機ポリイソシアネートとポリオー
ルより得られる末端NCOのプレポリマーと2−ピロリド
ンとの混合物の供給源であるミキシングヘッド6を、基
材5の移動する方向に対して直角方向に往復運動させる
ことにより前記混合物1を撒き、基材5の移動方向に、
混合物1が所望の厚みになるようにナイフ4を置き、こ
こを通すことにより連続的に所望の厚みのシート状混合
物2を得ることができる。
【0028】そして、このシート状混合物2を、内部に
蒸気を発生、充満させている加温、加湿槽7内に移動さ
せて水蒸気に当て、発泡及び硬化させることにより、本
発明の発泡ポリウレタンエラストマーシート3を連続的
に製造するのである。
【0029】得られた本発明の発泡ポリウレタンエラス
トマーシート3には、加湿、加温される面に無発泡の表
面層が形成されることになる。
【0030】もちろん、本発明の発泡ポリウレタンエラ
ストマーシートを連続的に形成する方法としては、上記
方法に限定されることはなく、これ以外の方法を用いる
ことができる。
【0031】次に実施例及び比較例によって本発明を更
に具体的に説明する。
【0032】実施例1乃至5及び比較例1乃至3 有機ポリイソシアネートとしてIsonate 143L[4,4'
−ジフェニルメタンジイソシアネートとそのカルボジイ
ミド変性物の混合物、三菱化成ダウ(株)製、商品名]
とPMPA(ポリ3−メチル1.5−ペンタンジオールアジ
ペート、分子量約2,000、官能基数=2)を、表1に示し
たNCO%となるように計量し、雰囲気温度80℃にて1
時間撹拌してプレポリマーを合成した。上記プレポリマ
ーと2−ピロリドンとを、混合比100:6となるようにポ
リウレタンエラストマー注型機により混合、撹拌した後
に、コーティングマシンを用い、塗工厚さ0.2mmとなる
ように離型紙上で混合物をシート状に成型した。このシ
ート状物を、雰囲気温度70℃、雰囲気湿度95%の加温、
加熱層中で4分間移動させて発泡及び硬化させ、実施例
及び比較例の発泡ポリウレタンエラストマーシートを得
た。
【0033】作成した実施例及び比較例の発泡ポリウレ
タンエラストマーシートについて、見掛け厚み、発泡倍
率、破断強力及び破断伸度(共にJIS-K7311準拠)、100
%伸長応力及び100%伸長歪、弾性回復率、耐水性、透
湿度について測定した。尚、100%伸長応力、100%伸長
歪は、破断強力、破断伸度の測定と同じ試験条件にて行
い、弾性回復率は、100%S-Sカーブにおける50%伸長時
での往路応力に対する復路応力の割合を求めた。
【0034】又、耐水圧は、バックアップ材としてガラ
スクロスを使用し、0.4kg/cm2の水圧をかけて2分放置
し、漏水の有無を確認することにより行い、透湿度は、
JIS-Z0208の「防湿包装材料の試験方法」に従い、透湿
カップによる40℃、90%の条件下で行った。測定結果
を表1に示す。
【0035】
【表1】
【0036】尚、表1における耐水圧の良否は、無発泡
の表面層が形成されているか否かを示すものである。
【0037】
【発明の効果】従来の発泡性ウレタンエラストマーシー
トが持つ、クッション性、柔軟性、伸長性という特徴に
加え、少なくとも片面に無発泡の表面層を持つことによ
り、防水性を持ちつつ透湿性を併せ持つシートを提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発泡ポリウレタンエラストマーシート製造装置
の一例である。
【符号の説明】
1 混合物 2 シート状混合物 3 発泡ポリウレタンエラストマーシート 4 ナイフ 5 基材 6 ミキシングヘッド 7 加温、加湿槽 8 基材ロール 9 巻き取りロール

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機ポリイソシアネートとポリオールよ
    り得られ、末端NCOでその遊離NCO%が3.5〜7.5%のプレ
    ポリマーと、2−ピロリドンとを混合し、該混合物をシ
    ート状に形成した後、該シート状混合物に水蒸気を接触
    させ、発泡及び硬化させることにより得られるシートで
    あり、該シートの少なくとも片側に無発泡の表面層を有
    することを特徴とする発泡ポリウレタンエラストマーシ
    ート。
  2. 【請求項2】 有機ポリイソシアネートが、4,4'−ジフ
    ェニルメタンジイソシアネート、又は、4,4'−ジフェニ
    ルメタンジイソシアネートとそのカルボジイミド変性物
    との混合物である請求項1に記載の発泡ポリウレタンエ
    ラストマーシート。
  3. 【請求項3】 ポリオールが、官能基数=2のジオール
    である請求項1に記載の発泡ポリウレタンエラストマー
    シート。
  4. 【請求項4】 ジオールが、その分子量が1,000〜3,000
    のものである請求項3に記載の発泡ポリウレタンエラス
    トマーシート。
  5. 【請求項5】 プレポリマーと2−ピロリドンとの混合
    比が100:5〜100:30である請求項1に記載の発泡ポリウ
    レタンエラストマーシート。
  6. 【請求項6】 発泡及び硬化させた後の厚みが0.3〜1.5
    mmである請求項1に記載の発泡ポリウレタンエラストマ
    ーシート。
  7. 【請求項7】 有機ポリイソシアネートとポリオールよ
    り得られる末端NCOのプレポリマーと、2−ピロリドン
    との混合物を、紙系、フィルム系、編布系、織布系又は
    不織布系等の基材上に供給してシート状に形成した後、
    該シート状混合物に水蒸気を接触させ、発泡及び硬化さ
    せることを特徴とする発泡ポリウレタンエラストマーシ
    ートの製造方法。
  8. 【請求項8】 上記シート状混合物を、有機ポリイソシ
    アネートとポリオールより得られる末端NCOのプレポリ
    マーと2−ピロリドンとの混合物の供給源に対して基材
    を相対的に移動させることにより、連続的に形成する請
    求項7に記載の発泡ポリウレタンエラストマーシートの
    製造方法。
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