JP3531849B2 - ウレタン組成物、ウレタンフォーム、及びウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

ウレタン組成物、ウレタンフォーム、及びウレタンフォームの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウレタンフォーム
原料であるウレタン組成物、ウレタンフォーム、及びウ
レタンフォームの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ウレタン組成物に発泡剤を添加して発泡
させたウレタンフォームには現在多くの利用分野があ
り、その物理的性状により軟質ウレタンフォーム、半硬
質ウレタンフォーム、及び硬質ウレタンフォームに分類
される。軟質ウレタンフォームは圧縮硬さが非常に小さ
く、可撓性があり、又、半硬質ウレタンフォームは軟質
ウレタンフォームと硬質ウレタンフォームの中間の圧縮
硬さがあり、衝撃吸収や永久歪も大きい。更に、硬質ウ
レタンフォームは、軟質ウレタンフォームのように弾性
は高くないが、断熱性が非常に大きい。そのためにウレ
タンフォームはこれらの特徴に応じて、自動車、寝具、
家具、及び建材等の用途に広く使用されている。
【0003】従来、ウレタンフォームを製造する場合に
使用する発泡剤としては、水、フロン11やフロン12
等の塩化フッ化炭素、メチレンクロライドやエチレンク
ロライド等の塩化アルキレン、並びに、イソペンタン等
が挙げられる(特開平5−1171号公報参照)。水
は、イソシアネート類との反応により炭酸ガスを放出す
るために発泡作用を示し、塩化フッ化炭素、塩化アルキ
レン、及びイソペンタン等は低沸点成分であり、常温で
気体であったり、反応熱により気化したりするために発
泡作用を示す〔今井嘉夫著「ポリウレタンフォーム」、
高分子刊行会編(1987)〕。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、発泡剤として
水やイソペンタンを使用した場合、自己消火性を付与で
きないという課題があり、塩化フッ化炭素や塩化アルキ
レンを使用することは、健康上や環境上の理由で好まし
くないという課題があった。又、ウレタンフォームは燃
えやすいために火災の危険性が大きく、難燃剤を添加し
て自己消火性を付与する必要があった。難燃剤としてハ
ロゲンやリン系化合物等が使用されるが、やはり健康上
や環境上好ましくないという課題があった。
【0005】ウレタンフォームには多様な用途があり、
我々の生活に密着した高分子材料の一つであるために、
ウレタンフォームを使用する場合には健康や環境に対す
る安全性や自己消火性の向上を十分考慮することが望ま
れていた。本発明者らはこれらの課題を解決するために
鋭意検討した結果、ある特定の発泡剤を含有してなる
レタン組成物の発泡性とウレタンフォームの自己消火性
を同時に向上できるという知見を得て本発明を完成する
に至った。
【0006】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、層状アル
ミノケイ酸塩類を含有してなるウレタンフォーム製造用
発泡剤とイソシアネート類とポリオール類と触媒を含有
してなるウレタン組成物ウレタンフォーム、及びウレ
タンフォームの製造方法である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
剤は層状アルミノケイ酸塩類を含有してなる物質
である。
【0008】本発明で使用する層状アルミノケイ酸塩と
は、ケイ酸塩のケイ素の一部がアルミニウムにより置換
されて生ずる、積層した層状構造である塩をいう。これ
らの中では含水率が大きい点で、Si−O四面体又はA
l−O四面体が平面的に連続したSi−O四面体層又は
Al−O四面体層と、Al−O八面体又はAl−OH八
面体が平面的に連続したAl−O八面体層又はAl−O
H八面体層とが、積層した層状構造である層状アルミノ
ケイ酸塩である
【0009】Si−O四面体又はAl−O四面体は、ケ
イ素原子又はアルミニウム原子を中心とし、それらに酸
素原子が結合した構造である。Al−O八面体又はAl
−OH八面体はアルミニウム原子を中心とし、アルミニ
ウム原子に酸素原子又は水酸基が結合した構造である。
層状アルミノケイ酸塩類は、その層状構造により2:1
層と1:1層に分類される。2:1層とはAl−O八面
体層又はAl−OH八面体層の上下をSi−O四面体層
又はAl−O四面体層で挟んだ層状構造の繰り返しをい
い、1:1層とはAl−O八面体層又はAl−OH八面
体層と、Si−O四面体層又はAl−O四面体層とが交
互に積層した層状構造をいう。
【0010】層状アルミノケイ酸塩類としては、バイデ
ライト、カオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイ
ト、パイロフィライト、バーミキュライト、雲母、緑泥
石、サポナイト、又は酸性白土等を含有してなる粘土鉱
物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を含有して
なる粘土を使用できる。これらの中では含水率を大きく
できる点で、モンモリロナイト−バイデライト系鉱物を
主に含有してなるベントナイトが好ましい。
【0011】本発明の含水率とは、層状アルミノケイ酸
塩類中に含有する非結晶水の割合をいう。層状アルミノ
ケイ酸塩類中の非結晶水とは、150℃程度の乾燥工程
で放出される水分をいい、層状アルミノケイ酸塩類の表
面に付着したり層間に含有したりする遊離水分を主にい
う。
【0012】含水率は適度な発泡状態を得る上で、
20重量%が好ましく、5〜15重量%がより好まし
い。含水率が重量%未満では発泡の効果がないおそれ
がある。含水率が20重量%を越えるとウレタン組成物
が急激に発泡し、硬化不良を起こすおそれがある。含水
率が20重量%を越える場合は層状アルミノケイ酸塩類
を乾燥させ、含水率が重量%未満の場合は層状アルミ
ノケイ酸塩類を含水させることによって、含水率を調整
できる。
【0013】泡剤の使用量は、ウレタン組成物の原料
である後述のイソシアネート類とポリオール類との合計
100重量部に対して、1〜120重量部が好ましく、
3〜80重量部がより好ましい。使用量が1重量部未満
ではウレタン組成物を発泡させることが難しくなるおそ
れがある。使用量が120重量部を越えるとウレタン組
成物が急激に発泡し、硬化不良を起こすおそれがある。
【0014】本発明で使用するイソシアネート類として
は、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(M
DI)、2,4−トリレンジイソシアネート(TD
I)、1,3−キシリレンジイソシアネート(XD
I)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、
ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメ
リックMDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート
(NDI)、上記イソシアネート類を、水や分子量10
00以下の1価又は多価のアルコールで変性した変性
物、及び上記イソシアネート類と分子量1000を越え
る1価又は多価のアルコール等が挙げられ、これらのう
ちの1種又は2種以上を使用できる。
【0015】又、本発明で使用するポリオール類として
は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ル、及びヘキサメチレングリコール等のポリアルキレン
グリコール類、グリセリン、ソルビトール、及びショ糖
にエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加し
た付加物、トリメチロールプロパン、並びに、ひまし油
のトリグリセリト等が挙げられ、これらのうちの1種又
は2種以上を使用できる。
【0016】ポリオール類の使用量は、イソシアネート
類100重量部に対して、50〜150重量部が好まし
く、80〜120重量部がより好ましい。50重量部未
満ではウレタンフォームの硬化時間が遅くなり、150
重量部を越えるとウレタン組成物が発泡しにくくなるお
それがある。
【0017】本発明で使用する触媒とは、イソシアネー
トとポリオールの反応時間を制御する物質をいう。触媒
としては、アミン系触媒、有機金属系触媒、及び無機系
触媒等が挙げられるが、有機金属系触媒や無機系触媒は
イソシアネートとポリオールの反応活性が比較的小さ
く、環境への悪影響も考えられるので、アミン系触媒を
使用することが好ましい。アミン系触媒としては、エチ
レンジアミン、トリエチレンジアミン、トリエチルアミ
ン、トリエタノールアミン、及びヘキサメチレンジアミ
ン等が挙げられる。これらの触媒にエーテル、トルエ
ン、ヘキサン等の溶剤を併用することもできる。
【0018】触媒の使用量はイソシアネート類100重
量部に対して、0.1〜5重量部が好ましく、0.2〜
3重量部がより好ましい。0.1重量部未満では反応が
遅くなるおそれがあり、5重量部を越えると反応が速す
ぎて発泡作用を制御しにくくなるおそれがある。
【0019】泡剤の分散性を向上させるために、ナフ
タリン系スルホン酸ナトリウムやドデシルベンゼンスル
ホン酸ナトリウム等のスルホン酸塩類、トリポリリン酸
ナトリウム等のリン酸塩類等の分散剤を添加してもよ
い。又、本発明には、ポリオキシアルキレンアルキルエ
ーテルやポリオキシアルキレンアルキルアミノエーテル
等のポリオキシアルキレン系、オルガノポリシロキサン
やシロキサンオキシアルキレンコポリマー等のシリコン
系の整泡剤を添加してもよい。その他、可塑剤、安定
剤、着色剤等を必要に応じ添加してもよい。
【0020】泡剤の使用方法は特に限定されるもので
はないが、次のような方法が挙げられる。例えば、イソ
シアネート類、ポリオール類、触媒、及び発泡剤を予め
一括混合して発泡硬化させる方法や、イソシアネート類
とポリオール類を混合後に、更に発泡剤を添加、混合し
て発泡硬化させる方法等が挙げられる。ウレタン組成物
の発泡方法としては、通常の大気圧下で発泡させる方法
や真空状態で発泡させる方法等があるが、通常は適当な
型枠に流し込んで硬化させ、加熱炉で熟成後更に室温で
熟成し成形する方法が一般的である。又、本発明では、
ギアポンプやピストンポンプ等により圧送できるという
特徴を有する。通常ウレタン組成物はギアポンプやピス
トンポンプ等により4〜300kg/cmの圧力で
混合機に圧送された後に、混合液として1kg/min
〜700kg/minの吐出量で吐出され、ウレタンフ
ォームが形成される。
【0021】なお、本発明のウレタン組成物は、ポリオ
ール類を添加したA液と、イソシアネート類を添加した
B液とに分けた二液型ウレタン組成物として使用しても
よい。この場合、それぞれ別々のタンクに投入したA液
とB液を圧送してY字管等の合流管で両液を合流させた
後に、スタティクミキサーで混合してウレタン組成物を
発泡硬化させる。なお、発泡剤はA液とB液のいずれか
一方又は両方に添加してよく、発泡剤を添加した液には
分散剤も一緒に添加できる。
【0022】
【実施例】以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【0023】(実施例1) イソシアネート類(1)100重量部に対して、ポリオー
ル類α100重量部と、触媒i0.5重量部を混合し、
に発泡剤の使用量をイソシアネート類とポリオール類
の合計100重量部に対して表1に示すように混合し
た。混合後室温で放置して、発泡、硬化してウレタンフ
ォームを得た。得られたウレタンフォームの発泡倍率と
酸素指数を測定し、結果を表1に示した。なお、比較例
として、発泡剤に水を使用して発泡倍率を20倍にさせ
たウレタンフォームを製造した。
【0024】
【0025】(測定方法) 含水率:アルミノケイ酸塩類を150℃の乾燥器で24
時間乾燥し、減少した重量分を以下の計算方法によって
算出した。 (含水率)=〔{(乾燥前の重量)−(乾燥後の重
量)}/(乾燥前の重量)〕×100(重量%) 発泡倍率:以下の計算方法によって算出した。 (発泡倍率)=(発泡前の混合液の比重)/(得られた
ウレタンフォームの比重) 酸素指数:「酸素指数法による高分子材料の燃焼試験方
法」JIS-K-7201に従い行った。酸素指数は22以上の場
合自己消化性を示し、29以上の場合難燃性を示す。
【0026】
【表1】 1)発泡剤はイソシアネート類とポリオール類の合計1
00重量部に対する重量部。2)発 泡剤の代わりに水を使用して発泡倍率を20倍に
調整。3)発 泡剤の代わりにアルミン酸ナトリウムを使用。
【0027】(実施例2) イソシアネート類(1)100重量部に対して、触媒i
0.5重量部、又、イソシアネート類(1)とポリオール
類αの合計100重量部に対して、発泡剤a10重量部
を混合し、更にポリオール類αの使用量をイソシアネー
ト類100重量部に対して表2に示すように添加、混合
し、硬化してウレタンフォームを得たこと以外は実施例
1と同様に行った。得られたウレタンフォームの発泡倍
率と酸素指数を測定し、結果を表2に示した。
【0028】
【表2】 1)ポリオール類はイソシアネート類100重量部に対
する重量部。
【0029】(実施例3) イソシアネート類(1)100重量部に対して、ポリオー
ル類α100重量部、触媒i0.5重量部、又、発泡剤
aを乾燥又は含水させたりして表3に示す含水率にし
泡剤を、イソシアネート類(1)とポリオール類αの合
計100重量部に対して20重量部を添加、混合、硬化
してウレタンフォームを得たこと以外は実施例1と同様
に行った。得られたウレタンフォームの発泡倍率と酸素
指数を測定し、結果を表3に示した。
【0030】
【表3】
【0031】(実施例4) ポリオール類(1)からなるA液とイソシアネート類αか
らなるB液を別々のタンクに投入した。A液側には、発
泡剤aをイソシアネート類とポリオール類の合計100
重量部に対して5重量部、又、触媒iをイソシアネート
類100重量部に対して0.5重量部添加、混合した。
A液を圧送圧4kg/cmでギアポンプにより圧送
し、Y字管でB液と容積比で1:1になるように合流し
た。その後、スタティックミキサーを通してA液とB液
を混合し、吐出量10kg/minで吐出、発泡硬化さ
せてウレタンフォームを得た。発泡倍率は4.2倍であ
った。又実用上ポンプの圧送時に液が凝集することもな
く、作業性は良好であった。
【0032】(実施例5) B液側に発泡剤aをイソシアネート類とポリオール類の
合計100重量部に対して30重量部添加してスラリー
状とし、B液のスラリーをモルタルポンプにより圧送し
たこと以外は実施例4と同様に行った。得られたウレタ
ンフォームに着火しても黒く焦げる程度で炎は発生しな
かった。そのウレタンフォームの酸素指数を測定したと
ころ、難燃性を示す30であった。
【0033】
【発明の効果】本発明のウレタン組成物、ウレタンフォ
ーム、及びウレタンフォームの製造方法を使用すること
により、従来の発泡剤には全くなかった自己消火性を、
発泡性と同時に付与できる。そのために、本発明では
アルミノケイ酸塩以外の発泡剤や難燃剤を添加する必
要がなく、安価で発泡性の大きいウレタンフォームが期
待できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−7338(JP,A) 特公 昭47−23677(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 9/02 - 9/04 C08G 18/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 含水率が5〜20重量%の層状アルミノ
    ケイ酸塩類を含有してなるウレタンフォーム製造用発泡
    剤、イソシアネート類、ポリオール類、及び触媒を含有
    してなるウレタン組成物。
  2. 【請求項2】 層状アルミノケイ酸塩類がベントナイト
    であることを特徴とする請求項1記載のウレタン組成
  3. 【請求項3】 ポリオールを含有する A 液とイソシアネ
    ート類を含有するB液からなる請求項1又は請求項2記
    載のウレタン組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のうちの1項に記載のウレ
    タン組成物を用することを特徴とするウレタンフォーム
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜3のうちの1項に記載のウレ
    タン組成物を含有してなるウレタンフォーム。
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