JP3242755B2 - インテグラルスキン付ポリウレタンフォームの製造法 - Google Patents

インテグラルスキン付ポリウレタンフォームの製造法

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JP3242755B2 JP14737193A JP14737193A JP3242755B2 JP 3242755 B2 JP3242755 B2 JP 3242755B2 JP 14737193 A JP14737193 A JP 14737193A JP 14737193 A JP14737193 A JP 14737193A JP 3242755 B2 JP3242755 B2 JP 3242755B2
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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、ステアリングホイー
ル、エアースポイラー等の自動車部品や、肘掛け、椅子
脚等の家具等に使用されるインテグラルスキン付ポリウ
レタンフォームの製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】インテグラルスキン付ポリウレタンフォ
ームは、反応性原液を金型中に注入し、発泡硬化させ脱
型すると、スキン層とフォーム層が同時にできる特徴を
もっており、弾力性、耐磨耗性が優れているため、自動
車、家具等の分野の緩衝材として広く使用されている。
このスキン層を形成する為には、発泡剤として低沸点有
機化合物が必要であり、特にトリクロロフルオロメタン
(CFC−11)が常用されていた。しかしながら、近
年トリクロロフルオロメタンを代表とするいわゆるCF
C化合物は大気中のオゾンを破壊することがわかり、世
界的にCFC化合物制御の法規制が成立しつつある。C
FC化合物に替る発泡剤としては、オゾン破壊係数(以
下ODPと略称。)の低いハイドロクロロフルオロカー
ボン類(以下HCFCと略称。)が第2世代用として提
案されており、例えばモノクロロジフルオロメタン(H
CFC−22)、ジクロロトリフルオロエタン(HCF
C−123)、ジクロロフルオロエタン(HCFC−1
41b)、モノクロロジフルオロエタン(HCFC−1
42b)等がある。さらには、第3世代用としてODP
が0のハイドロフルオロカーボン類(以下HFCと略
称。)が提案されており、例えばテトラフルオロエタン
(HFC−134a等がある。
【0003】しかしながら、これらHCFCやくはそに
ついても地球環境を保護する上で十分安心して使用でき
る発泡剤ではないことが懸念されている。すなわち、H
CFCはODPは小さいものの、依然としてオゾン層を
破壊する化合物であり、HFCはODPが0でオゾン層
の破壊に関する心配はないものの、温室効果指数(GW
P)が高く、将来にわたって安心して使用できる化合物
ではない。このように、いわゆる代替フロンも短期的な
フロン規制に対する対応策に過ぎず、恒久的なフロンを
全く使用しない、いわゆる水発泡技術の開発が望まれて
いた。通常のポリウレタンフォーム分野では、軟質フォ
ーム、半硬質フォーム及び硬質フォームの各分野で水発
泡技術の開発が行われ、既にかなりの割合でいわゆる水
発泡フォームが生産されているのが現状である。
【0004】これに対し、インテグラルスキン付ポリウ
レタンフォームの分野では、スキン層生成機構から考え
て低沸点発泡剤の使用が有利であり、発泡剤として水を
使用すると種々の問題が発生し、実用化されるに至って
いない。すなわち、水発泡技術とは水とイソシアネート
との反応生成物である炭酸ガスを発泡剤として用いる技
術であるので、金型表面部分、すなわちポリウレタンフ
ォームの表面付近で発生した炭酸ガスは、一般的なイン
テグラルスキン付ポリウレタンフォームに用いられてい
る発泡剤CFC−11(沸点27.5℃)の場合の反応
成形条件下では、発泡層を形成してしまう。この解決方
法として、特開平3−32811号公報では金型温度を
15〜40℃とし、かつ、水とイソシアネートとの反応
には温度依存性が大きく、イソシアネートとOH化合物
との反応には温度依存性が小さい「感温性触媒」を使用
することが提案されており、また、特開平3−3312
0号公報にはその「感温性触媒」の具体例が開示されて
いる。しかしながら、「感温性触媒」を使用する方法で
は、高密度スキン層を形成したとしても、金型表面温度
が低いためにウレタン表面のキュアーが遅れ外観、品質
の悪いものとなり、また、独立気泡率が高く、発泡圧力
の減衰性が小さいために、金型から取り出す時にウレタ
ンフォームにフクレ、割れ等を生じやすく、脱型時間を
長くとる必要がある等の欠点がある。
【0005】更に、水発泡技術のもう一つの課題は、水
とイソシアネートとの反応で生成するウレア結合が非常
に強いハードセグメントを形成し、得られるウレタンフ
ォームの硬度が大きくなり、触感の悪いものになること
である。これに対しては、イソシアネートと反応して同
じく炭酸ガスを発生させ、しかもウレア結合は生成させ
ない反応形式が考えられている。例えば、特開平3−2
4108号公報にはイソシアネート基同士が反応してカ
ルボジイミド基になり、その際に発生する炭酸ガスを発
泡剤として用いる方法、特開平3−152111号公報
には、環式カーボネートとイソシアネートとの反応によ
りオキサゾリドン基が生成する際に発生する炭酸ガスを
発泡剤として使用する方法、特開平2−199136
号、特開平3−153721号各公報には有機カルボン
酸を用いてアミド基が生成する際に発生する炭酸ガスを
発泡剤として使用する方法等が提案されている。しかし
ながら、これらの方法では反応速度の調整が困難であっ
たり、高価な触媒を使用したり、あるいは十分な発泡度
を与えるためにフロンを併用しなければならない等の問
題があり、水発泡技術の課題を本質的に解決するもので
はない。
【0006】更に、発泡剤として水を使用すると、従来
のインテグラルスキン付ポリウレタンフォームに用いら
れているCFC−11を発泡剤に使用するレジンプレミ
ックスと比較して、粘度が著しく高くなり、混合不良に
よる成形不具合が生じやすい欠点があった。これに対し
ては、従来芳香族エステル例えばDOP等の高沸点化合
物が減粘剤として検討されてきたが、減粘効果及び混合
性の改良効果はあるものの、減粘剤を使用しないものと
比較して、キュアー性が著しく悪化する欠点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、フ
ロン及び代替フロンを使用せずに発泡剤として水を用い
てインテグラルスキン付ポリウレタンフォームを製造す
る方法において、混合性を改良する為にレジンプレミッ
クス中に減粘剤を用いることが効果的であるが、以下の
ような項目に留意し減粘剤を選択しなければならない。 (1)低粘度、低凝固点、低揮発性、低臭性、生体安全
性に優れていること。 (2)引火点が比較的高く、危険性の少ないもの。 (3)スキン層に悪影響を与えず、耐摩耗性等物性が著
しく低下しないこと。 (4)耐久試験において製品特性を損なわないこと。 (5)脱型時間が長くなる等生産性及び作業性が悪化し
ないこと。 (6)脱型時にポリウレタンフォームの膨張が生じ、フ
クレ、ハレツ等の成形不具合が生じないこと。 (1)〜(6)全ての項目を満足させる水発泡インテグ
ラルスキン付ポリウレタンフォーム製造法はまだ実用化
されていない。
【0008】本発明者らは、これらの課題を解決するた
めに、発泡剤として水を用いてインテグラルスキン付ポ
リウレタンを得るレジンプレミッス用減粘剤について鋭
意検討した結果、特定の脂肪酸メチルエステルを減粘剤
として使用したレジンプレミックスはイソシアネート類
との混合性に優れ、上記課題を全て解決する生産性及び
成形性に優れた触感良好なインテグラルスキン付ポリウ
レタンフォームを与えることを見いだし、本発明を完成
するに至った。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は 1.(1)芳香族ポリイソシアネート、(2)高分子量
イソシアネート反応性化合物、(3)架橋剤、(4)発
泡剤として水、(5)減粘剤として脂肪酸メチルエステ
ルを触媒存在下型内に注加させるポリウレタンフォーム
の製造法において、脂肪酸メチルエステル添加量が、高
分子量イソシアネート反応性化合物100重量部に対し
て5〜20重量部であることを特徴とする、成形品密度
が0.3〜0.8g/cm3 であるインテグラルスキン付
フォームの製造法。 2.脂肪酸メチルエステルの脂肪酸成分の炭素数が、6
〜20の整数であることを特徴とする1記載のインテグ
ラルスキン付ポリウレタンフォームの製造法。 3.脂肪酸メチルエステルが、天然のパーム油、パーム
核油、ヤシ油等のメチルエステルであることを特徴とす
る1記載のインテグラルスキン付ポリウレタンフォーム
の製造法。 4.高分子量イソシアネート反応性化合物が、平均官能
基数2〜4、OH価24〜55mgKOH /gでエチレンオ
キサイド含有量が10〜20重量%、末端1級OH価率
が70〜90モル%であるポリオール、および/または
これにエチレン性不飽和単量体をグラフトしたポリマー
ポリオールであることを特徴とする1記載のインテグラ
ルスキン付ポリウレタンフォームの製造法。 5.高分子量イソシアネート反応性化合物が、下記
(A)及び(B) (A)平均官能基数2〜4、末端1級OH価率が70〜
90モル%であるポリオール、またはこれにエチレン性
不飽和単量体をグラフトしたポリマーポリオール (B)平均官能基数2〜4、平均分子量2000〜60
00の末端にアミノ基を有するポリエーテルポリアミン の重量比90/10〜99/1の混合物であることを特
徴とする1記載のインテグラルスキン付ポリウレタンフ
ォームの製造法。 6.成形方法として、反応射出成形法を用いることを特
徴とする1記載のインテグラルスキン付ポリウレタンフ
ォームの製造法。 である。
【0010】以下に、本発明の構成について詳細に説明
する。芳香族ポリイソシアネートは、公知のものが使用
可能であるが、特にジフェニルメタンジイソシアネー
ト、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、これら
と活性水素含有化合物との反応生成物である末端イソシ
アナト基含有プレポリマー、ウレトンイミン化した変成
イソシアネート等が好適である。特に好適なポリイソシ
アネートは、3核体以上の多核体含有量の多いポリメチ
レンポリフェニルイソシアネートであり、より具体的に
は3核体以上の多核体含有率が60重量%以上のものが
好ましい。また、ジフェニルメタンジイソシアネートの
ウレタン変成プレポリマー、ウレトンイミン化した液状
ジフェニルメタンジイソシアネート等と混合したものも
好適に使用できる。
【0011】高分子量イソシアネート反応性化合物
(A)は、水、プロピレングリコール、グリセリン、ト
リメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビ
トール、ショ糖、トリエタノールアミン、エチレンジア
ミン、トリレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等
を、平均官能基数が2〜4になるように、単独の、ある
いは混合した活性水素含有化合物にプロピレンオキサイ
ド、エチレンオキサイドを付加重合せしめて得られるポ
リオールであって、OH価が24〜55mgKOH/g
で、ポリオール中に占めるエチレンオキサイド含有量が
10〜20重量%で、末端1級OH価率が70〜90モ
ル%のポリオールである。また上記ポリオールに、スチ
レン、アクリロニトリル、メチルメタアクリレート等の
エチレン性不飽和単量体をグラフト重合して得られる商
品名ポリマーポリオールも好適に使用される。エチレン
オキサイド含有量が10重量%より低いと、末端1級O
H化率も70モル%より低くなり、反応性が低くなって
生産性が劣る。また、エチレンオキサイド含有量が20
重量%を越えたり、末端1級OH化率が90モル%を超
えると反応性が早くなり過ぎ、フォーム肉厚部のフク
レ、フォーム肉厚変動部でのヒケ現象が起こるので好ま
しくない。
【0012】高分子量イソシアネート反応性化合物
(B)としては、平均官能基数が2〜4、平均分子量が
2000〜6000の末端に第1級及び/又は第2級ア
ミノ基を少くとも50当量%以上、好ましくは80〜1
00当量%含むポリエーテルポリアミンであって、残基
は第1級及び/又は第2級ヒドロキシル基であるものが
好ましい。このポリエーテルポリアミンは公知の方法に
より製造できる。公知の方法の一つはポリヒドロキシポ
リエーテル(例えば、ポリプロピレンエーテルグリコー
ル)のアミノ化反応である。例えば米国特許36543
70、3838076各号明細書にはニッケル、クロ
ム、銅触媒の存在下にポリオールとアンモニアと水素と
を高圧下で反応させることによりポリエーテルアミンを
製造する方法が記載されている。好適なポリエーテルポ
リアミンの例としては、グリセリンにプロピレンオキサ
イドを付加重合した後、アミノ化して得た平均分子量5
000、アミノ化率95%のポリエーテルトリアミン
(テキサコ社、商品名ジェファーミンT−5000)が
ある。高分子量イソシアネート反応性化合物としては、
(A)単独よりむしろ(A)及び(B)との混合物であ
るほうが、脱型時間の短縮及びフォーム肉厚部のフクレ
を減少させることからより好ましい。
【0013】発泡剤としては水を用いるが、他の発泡剤
を併用することもできる。他の発泡剤としては、本発明
の目的からフロン等以外の塩素やフッ素を含まない低沸
点炭化水素化合物、例えばペンタン等があげられる。
【0014】架橋剤としては、一般的にインテグラルス
キン付ポリウレタンフォームの製造に用いられている公
知の架橋剤を使用することができる。その例としては、
エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,
4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール等のポ
リアルキレングリコール、ジエチレングリコール、ジプ
ロピレングリコール、トリエチレングリコール等のポリ
オキシアルキレングリコール、ジエタノールアミン、ト
リエタノールアミン等のアルカノールアミン、トリメチ
ロールプロパン、グリセリン等の多価アルコール及びエ
チレンジアミン、アニリン、グリセリン、2,4−/
2,6−トリレンジアミン異性体混合物等にアルキレン
オキサイドを活性水素基当たり1〜2モル付加した低分
子ポリオール等があげられる。これらは単独または2種
以上を混合して用いることもできる。特に好ましい架橋
剤はジエチレングリコールである。
【0015】触媒としては、トリエチレンジアミン、
N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサン−1,6−
ジアミン、N,N,N’,N'',N''−ペンタメチルジ
エチレントリアミン、N,N’−ビス(N'',N''−ジ
メチルー3−アミノプロピル)N,N’−ジメチルエチ
レンジアミン、N−メチルーN’−(2−ジメチルアミ
ノ)エチルピペラジン、N−エチルモルフォリン、1−
メチルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、
3−(ジメチルアミノ)プロピルイミダゾール、ジメチ
ルアミノエタノール等の第3級アミン触媒やジブチル錫
ジラウレート、ジメチル錫ジラウレート等の有機金属触
媒が用いられる。これらは単独でも2種以上混合しても
使用することができ、使用量は高分子量イソシアネート
反応性化合物(A)及び(B)の合計量100重量部当
たり0.5〜2.5部重量部が好ましい。
【0016】脂肪酸メチルエステルは、一般式R・CO
O・CH3 で表わされる、脂肪酸成分の炭素数が6〜2
0の整数のものであり、とりわけR=Cn 2n+1、Cn
2n -1又はCn 2n-3,(n=5,7,9 ・・)のものが好適に用
いられる。このものは常温で透明または半固体の油性液
体であり、その例としては、炭素数n=15〜17、粘
度4.1CPS/25℃、引火点102℃、凝固点8.
7℃の脂肪酸メチルエステル(ライオン社、商品名パス
テルM−182)がある。
【0017】整泡剤としては、例えば日本ユニカー社製
のL−5340、L−3601、トーレシリコーン社製
のSRX−274C、SF−2961、SF−2962
等の有機シリコーン系整泡剤等があげられる。その他用
いることができる助剤には、着色剤、老化防止剤、内部
離型剤等があり、公知のものが用いられる。
【0018】インテグラルスキン付ポリウレタンフォー
ム製造時のイソシアナト基と水酸基の当量比は、0.8
5ないし1.30、より好ましくは0.95〜1.10
が適当である。また、本発明のインテグラルスキン付ポ
リウレタンフォームの成形にはオープンモールド法、反
応射出成形法等が用いられ、特に反応射出成形法による
のが好ましい。
【0019】以下に実施例及び比較例をあげて具体的に
説明する。実施例及び比較例の結果をまとめて表1及び
表2に示す。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】実施例及び比較例で使用したポリオール、
ポリエーテルポリアミン、芳香族ポリイソシアネート、
架橋剤、触媒及び発泡剤は次の通りである。 ポリオール(A):平均官能基数3、平均分子量600
0、末端エチレンオキサイド含有率15重量%のポリオ
ール。 ポリエーテルポリアミン(B):平均官能基数3、平均
分子量5000の末端にアミノ基を有するポリエーテル
ポリアミン(テキサコ社 ジェファーミンT−500
0)。 架橋剤(A):ジエチレングリコール。 触媒(A):トリエチレンジアミンの33%ジプロピレ
ングリコール溶液。 触媒(B):1メチルイミダゾール/トリエチレンジア
ミン=70/30(重量比)混合品の33%ジプロピレ
ングリコール溶液。 触媒(C):NメチルN’(2−ジメチルアミノ)エチ
ルピペラジン。 触媒(D):ジブチル錫ジラウレート。 芳香族ポリイソシアネート(A):ジフェニルメタンジ
イソシアネートとポリメチレンポリフェニルイソシアネ
ート(NCO含有率31.5%、3核体以上の多核体含
有率70重量%)の70:30の混合物をジプロピレン
グリコールでウレタン変成したNCO含有率27.5%
ポリイソシアネート。 芳香族ポリイソシアネート(B):カルボジイミド変成
ジフェニルメタンジイソシアネートとポリメチレンポリ
フェニルイソシアネート(NCO含有率31.5%、3
核体以上の多核体含有率70重量%)の70:30の混
合物でNCO含有率29.2%のポリイソシアネート。 発泡剤(A):トリクロロフルオロメタン(CFC−1
1)。 発泡剤(B):水。 減粘剤(A):脂肪酸メチルエステル(ライオン社 パ
ステルM182)。 減粘剤(B):ジオクチルフタレート。 減粘剤(C):プロピレンカーボネート。 減粘剤(D):トリス(クロロプロピル)フォスフエー
ト。
【0023】実施例1 ポリオール(A)95部、ポリエーテルポリアミン
(B)5部、架橋剤(A)13部、触媒(B)1.0
部、触媒(C)1.0部、触媒(D)0.01部、減粘
剤(A)5部及び発泡剤(B)0.5部を混合しポリオ
ール成分とした。芳香族ポリイソシアネート(B)と上
記ポリオール成分をNCO/OH比1.05の割合で混
合し、自由発泡及びモールド発泡を行った。自由発泡で
は発泡が開始するまでの時間(クリームタイム)、発泡
が終了するまでの時間(ライズタイム)及び自由密度を
測定した。モールド発泡では予め40℃に調整した金型
(400×100×10mmt)にウレタン混合液を注
入し、上型を締めて室温で4分放置した後、成形品をモ
ールドより取り出し、脱型時の表面硬度(アスカーTy
pe C)を測定した。最終硬度はモールド成形後24
時間放置した後に測定した。結果は表1の通りで、フク
レ、混合性とも良好な結果を示した。
【0024】実施例2 実施例1において、減粘剤(A)の代わりに(B)を使
用し他は同様に行った結果、混合性には効果がみられた
が、フォームがフクレる不良な結果を示した。
【0025】実施例3 実施例1において、減粘剤(A)の代わりに(C)を使
用し他は同様に行った結果、混合性には効果がみられた
が、フォームがフクレる不良な結果を示した。
【0026】実施例4 実施例1において、減粘剤(A)の代わりに(D)を使
用し他は同様に行った結果、混合性には効果がみられた
が、フォームがフクレる不良な結果を示した。
【0027】実施例5 実施例1において、ポリオール(A)/ポリエーテルア
ミン(B)=95/5の代わりにポリオール(A)を1
00重量部使用し他は同様に行った結果、フクレ及び混
合性とも良好な結果を示したが、表面硬度が高く不良な
結果を示した。
【0028】比較例1 実施例1において、ポリオール(A)/ポリエーテルア
ミン(B)=95/5の代わりにポリオール(A)を1
00重量部使用し、触媒を(A)、発泡剤を(A)、芳
香族ポリイソシアネート(A)にそれぞれ変更して、実
施した結果は表1の通りで、特に脱型時の表面硬度が低
すぎて、作業性が不良であった。
【0029】比較例2 実施例1より減粘剤(A)を省略し、他は同様に行った
結果は表1の通りで、混合性に難があり不良な結果を示
した。
【0030】実施例6 実施例1において、減粘剤(A)の添加量を1部に変更
して他は同様に行った結果、混合性には効果がみられず
不良な結果を示した。
【0031】実施例7 実施例1において、減粘剤(A)の添加量を10部に変
更して他は同様に行った結果、実施例1とほぼ同様の良
好な結果を示した。
【0032】実施例8 実施例1において、減粘剤(A)の添加量を25部に変
更して他は同様に行った結果、フォームのフクレが発生
し、不良な結果を示した。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、インテグラルスキン付
ポリウレタンフォームのレジンプレミックス減粘剤とし
て脂肪酸メチルエステルほ使用しても表面硬度が低く、
脱型時のフクレがなく、キュアー時間も短く、混合性に
優れた良好な完全水発泡インテグラルスキン付ポリウレ
タンフォームが得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08G 101:00) C08G 18/08 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/00 - 18/87

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (1)芳香族ポリイソシアネート
    (2)高分子量イソシアネート反応性化合物 (3)架
    橋剤 (4)発泡剤として水 (5)減粘剤として脂肪
    酸メチルエステルを触媒存在下型内に注加させるポリウ
    レタンフォームの製造法において、脂肪酸メチルエステ
    ル添加量が、高分子量イソシアネート反応性化合物10
    0重量部に対して5〜20重量部であることを特徴とす
    る、成形品密度が0.3〜0.8g/cm3 であるインテ
    グラルスキン付フォームの製造法。
  2. 【請求項2】 脂肪酸メチルエステルの脂肪酸成分の炭
    素数が、6〜20の整数であることを特徴とする請求項
    1記載のインテグラルスキン付ポリウレタンフォームの
    製造法。
  3. 【請求項3】 脂肪酸メチルエステルが、天然のパーム
    油、パーム核油、ヤシ油等のメチルエステルであること
    を特徴とする請求項1記載のインテグラルスキン付ポリ
    ウレタンフォームの製造法。
  4. 【請求項4】 高分子量イソシアネート反応性化合物
    が、平均官能基数2〜4、OH価24〜55mgKOH /g
    でエチレンオキサイド含有量が10〜20重量%、末端
    1級OH価率が70〜90モル%であるポリオール、お
    よび/またはこれにエチレン性不飽和単量体をグラフト
    したポリマーポリオールであることを特徴とする請求項
    1記載のインテグラルスキン付ポリウレタンフォームの
    製造法。
  5. 【請求項5】 高分子量イソシアネート反応性化合物
    が、下記(A)及び(B) (A)平均官能基数2〜4、末端1級OH価率が70〜
    90モル%であるポリオール、またはこれにエチレン性
    不飽和単量体をグラフトしたポリマーポリオール (B)平均官能基数2〜4、平均分子量2000〜60
    00の末端にアミノ基を有するポリエーテルポリアミン の重量比90/10〜99/1の混合物であることを特
    徴とする請求項1記載のインテグラルスキン付ポリウレ
    タンフォームの製造法。
  6. 【請求項6】 成形方法として、反応射出成形法を用い
    ることを特徴とする請求項1記載のインテグラルスキン
    付ポリウレタンフォームの製造法。
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