JP4283142B2 - 低反発性ポリウレタン発泡体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、低反発性ポリウレタン発泡体及びその製造方法に関する。
近年、枕やマットレスの上敷きとして、圧縮後の復元が遅い低反発性ポリウレタン発泡体を用いたものが好んで用いられている。なお、本発明における低反発性とは、反発弾性が低いことを言い、具体的にはＪＩＳ Ｋ６４００に準拠する反発弾性値が３０％以下を言う。
従来、ポリウレタン発泡体の復元性を遅くする手段として、ガラス転移温度をポリウレタン発泡体の使用温度に近づけること、通気性を低くすること、低分子量の架橋剤を添加すること、パラフィンオイルや難燃剤等の添加剤を配合することなどが提案されている。
しかし、従来の低反発性ポリウレタン発泡体は、通気性が低いため、洗濯の際に乾燥時間が長くなる問題がある。また、通気性が低いことから、使用中に蒸れ易い問題がある。さらに通気性とは別の問題として、使用中の蒸れと温度及び圧縮によって生じる永久歪（いわゆる湿熱圧縮歪）が大きい問題もある。
特開２００４−２５９１号公報
特開平１１−２８６５６６号公報
本発明は前記の点に鑑みなされたもので、通気性が高く、しかも復元性が遅く、さらには湿熱圧縮歪の小さい低反発性ポリウレタン発泡体及びその製造方法の提供を目的とする。
請求項１の発明は、プレポリマーとポリオールを反応させることにより得られる軟質スラブポリウレタン発泡体からなる低反発性ポリウレタン発泡体において、前記プレポリマーが、水酸基を有する化合物として１級水酸基を含むモノオールのみとトルエンジイソアネートの反応により得られた末端イソシアネート基を有するプレポリマーからなることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記ポリオールがポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールの混合物からなることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２において、イソシアネートインデックスが、８５〜１１５であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１から３の何れか一項において、前記低反発性ポリウレタン発泡体が、前記軟質スラブポリウレタン発泡体を除膜処理したものからなることを特徴とする。
請求項５の発明は、軟質スラブポリウレタン発泡体からなる低反発性ポリウレタン発泡体の製造方法において、水酸基を有する化合物として１級水酸基を含むモノオールのみとトルエンジイソシアネートを混合撹拌して反応させることにより末端イソシアネート基を有するプレポリマーを合成し、前記プレポリマーと触媒、発泡剤及びポリオールを混合して反応させることにより軟質スラブポリウレタン発泡体を形成することを特徴とする低反発性ポリウレタン発泡体の製造方法に係る。
請求項６の発明は、請求項５において、前記軟質ポリウレタン発泡体に除膜処理を施すことを特徴とする。
本発明によれば、水酸基を有する化合物として１級水酸基を含むモノオールのみとトルエンジイソシアネートの反応により得られた末端イソシアネート基を有するプレポリマーを、ポリオールと反応させることにより得られる軟質スラブポリウレタン発泡体から低反発性ウレタン発泡体を構成したため、通気性を高くできると共に復元性を遅くでき、さらには湿熱圧縮歪を小さくすることができる。また、除膜処理を施すことによって、通気性を一層高くすることができる。
本発明における低反発性ポリウレタン発泡体は、プレポリマーとポリオールを触媒及び発泡剤の存在下で反応させることにより得られる軟質スラブポリウレタン発泡体からなる。
本発明におけるプレポリマーは、水酸基を有する化合物として１級水酸基を含むモノオールのみとトルエンジイソアネートの反応により得られる末端イソシアネート基を有するプレポリマーからなる。１級水酸基を含むモノオールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブチルアルコール（イソブタノール）等が挙げられる。それらの中でも、メタノール、エタノールが好ましい。
また、本発明において使用されるトルエンジイソシアネート（ＴＤＩと称される）としては、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート
、またはそれらの混合物が挙げられる。
、またはそれらの混合物が挙げられる。
前記プレポリマーは、前記モノオールとトルエンジイソシアネートを混合撹拌して反応させることによって得られる。前記プレポリマーのＮＣＯ％は、３０〜４４％が好ましい。３０％未満の場合には圧縮歪が大きくなり、４４％を超えると低反発性が得られない。前記プレポリマーを予め合成した後、発泡体を成形することで、モノオールの全量が確実にトルエンジイソシアネートと結合し、得られる発泡体内に未反応のモノオールが残留することがない。したがって、歪み特性に優れた発泡体となる。
前記プレポリマーとの反応に使用されるポリオールは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールの何れでもよい。特にポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールの両方を用い、ポリエーテルポリオール：ポリエステルポリオール（重量部比）の比を９０：１０〜６０：４０とするのが好ましい。前記ポリオールにおいて、ポリエーテルポリオールの割合が増加すると永久歪が大きくなり、減少すると湿熱歪が大きくなるため、ポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールの割合は、前記範囲が好ましい。
本発明において使用可能なポリエーテルポリオール及びポリエステルポリオールは、ポリウレタン発泡体に用いられるものであれば、特に限定されるものではない。ポリエーテルポリオールとしては、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、またはそ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を挙げることができる。
また、エステル系ポリオールとしては、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を挙げることができる。
本発明において触媒は、軟質ポリウレタン発泡体用として公知のものが使用され、特に限定されない。使用可能な触媒として、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、テトラメチルグアニジン等のアミン触媒や、ジブチルチンジラウレート、スタナスオクトエート等の錫触媒や、フェニル水銀プロピオン酸塩あるいはオクテン酸鉛等の金属触媒（有機金属触媒とも称される。）が挙げられる。触媒の配合量は、触媒の種類によって適宜決定されるが、ポリオール１００重量部に対し０．３〜２．０重量部程度が一般的である。
本発明において発泡剤は、水が使用される。水の配合量は、軟質スラブポリウレタン発泡体の密度により異なるが、通常、ポリオール１００重量部に対して１〜３重量部程度とされる。
その他、適宜助剤が配合される。例えば、助剤としてシリコ−ン系整泡剤、着色剤、難燃剤等を挙げることができる。
前記軟質スラブポリウレタン発泡体は、前記プレポリマー、ポリオール、触媒、発泡剤及び整泡剤等を、常温で混合撹拌し、大気圧下で反応させて発泡を行うことにより得られる。その際、イソシアネートインデックス（イソシアネート基／イソシアネート基と反応しうる活性水素基）は、８５〜１１５が好ましい。イソシアネートインデックスが８５未満の場合には圧縮歪が大きくなり易く、それに対して１１５より大になると硬さが高くなって、クッション性が得られない。
前記軟質スラブポリウレタン発泡体は、密度４０〜８０ｋｇ／ｍ３が好ましい。前記範囲よりも密度が小さくなると永久歪が大きくなり、密度が大きくなると軽量性が損なわれ、枕やマットレスの上敷きとしての取り扱いに困るようになる。
前記軟質スラブポリウレタン発泡体は、所要サイズに切り出されて低反発性ポリウレタン発泡体とされる。さらに、前記低反発性ポリウレタン発泡体は、前記切り出された後に除膜処理が施されたものが好ましい。前記除膜処理は、ポリウレタン発泡体のセル膜（気泡膜）を除去する公知の処理が用いられる。公知の除膜処理として、アルカリ濃厚溶液中にポリウレタン発泡体を浸漬して加水分解によりセル膜を溶解除去するアルカリ処理法や、浸透剤によってポリウレタン発泡体中に水を含浸させ、前記水を１００℃以上に加熱して水の体積膨張でセル膜を破壊する湿潤過熱法や、ポリウレタン発泡体を密封容器に収容し、前記密封容器に水素、酸素の混合等からなるガスを充填して爆破させることによりセル膜を破壊させる熱処理（爆発法）などがある。前記除膜処理によって、ポリウレタン発泡体はセル膜のほとんどが除去され、ほぼ骨格のみとなる。前記除膜処理後の低反発性ポリウレタン発泡体は、通気量が２００Ｌ／分以上（ＪＩＳ Ｋ６４００）、反発弾性が１０％以下（ＪＩＳ Ｋ６４００）が好ましい。
以下、実施例及び比較例を具体的に示すが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
実施例１〜６においては、まずプレポリマー１，２を製造した。プレポリマー１は、トルエンジイソシアネート（Ｔ−６５、日本ポリウレタン工業製）３０．４重量部にモノオールとしてエタノール１重量部を添加し、常温で２４時間、ミキサーを用いて混合撹拌し反応させることにより製造した。プレポリマー２は、トルエンジイソシアネート（Ｔ−６５、日本ポリウレタン工業製）２９．８重量部にモノオールとしてイソブチルアルコール１重量部を添加し、常温で２４時間、ミキサーを用いて混合撹拌し反応させることにより製造した。得られたプレポリマー１及び２は、何れも透明な液体であった。また、モノオールに代えてジオールとして１，４ブタンジオールを用いたプレポリマー３、トリオールとしてグリセリンを用いたプレポリマー４を同様にして製造したが、何れも白濁沈降物質を生じ、軟質スラブポリウレタン発泡体の製造に使用できないものであった。前記プレポリマー３及びプレポリマー４が白濁沈降物質を生じた理由として、１，４ブタンジオールやグリセリンがトルエンジイソシアネートと反応することにより、結晶性の高い物質が生成されるためと考察される。表１に、前記プレポリマー１〜４の配合、ＮＣＯ％及び外観を示す。
実施例１〜６においては、まずプレポリマー１，２を製造した。プレポリマー１は、トルエンジイソシアネート（Ｔ−６５、日本ポリウレタン工業製）３０．４重量部にモノオールとしてエタノール１重量部を添加し、常温で２４時間、ミキサーを用いて混合撹拌し反応させることにより製造した。プレポリマー２は、トルエンジイソシアネート（Ｔ−６５、日本ポリウレタン工業製）２９．８重量部にモノオールとしてイソブチルアルコール１重量部を添加し、常温で２４時間、ミキサーを用いて混合撹拌し反応させることにより製造した。得られたプレポリマー１及び２は、何れも透明な液体であった。また、モノオールに代えてジオールとして１，４ブタンジオールを用いたプレポリマー３、トリオールとしてグリセリンを用いたプレポリマー４を同様にして製造したが、何れも白濁沈降物質を生じ、軟質スラブポリウレタン発泡体の製造に使用できないものであった。前記プレポリマー３及びプレポリマー４が白濁沈降物質を生じた理由として、１，４ブタンジオールやグリセリンがトルエンジイソシアネートと反応することにより、結晶性の高い物質が生成されるためと考察される。表１に、前記プレポリマー１〜４の配合、ＮＣＯ％及び外観を示す。
次に、前記プレポリマー１又は２に、表２の配合にしたがってポリオール、触媒、発泡剤（水）、整泡剤を添加してミキサーで混合し、常温、大気圧下で反応させ、実施例１〜６の軟質スラブポリウレタン発泡体を製造した。得られた実施例１〜６の軟質スラブポリウレタン発泡体を、１００×３００×３００ｍｍに切り出し、さらに実施例１〜５については除膜処理を行った。除膜処理は、熱処理により行った。
また、表３の配合にしたがって比較例１〜１０の軟質スラブポリウレタン発泡体を製造し、得られた軟質スラブポリウレタン発泡体を１００×３００×３００ｍｍに切り出した。さらに、比較例２〜１０については実施例１〜５と同様に除膜処理を施した。
表２及び表３において、ポリエーテルポリオール１は、品番Ｇ７００（旭電化製、ＯＨＶ２４０）、ポリエーテルポリオール２は、品番ＧＰ３０００（三洋化成工業製、ＯＨＶ５６）、ポリエステルポリオールは、品番ＴＡ２２−５９５（日立化成ポリマー製、ＯＨＶ２４０）である。アミン触媒は、品番ＬＶ３３（中京油脂製）、金属触媒は品番ＭＲＨ１１０（城北化学製）、シリコーン整泡剤は、品番Ｌ５８４（日本ユニカー製）を用いた。
このようにして得られた実施例１〜６及び比較例１〜１０と市販品の低反発性ポリウレタン発泡体の枕からなる比較例１１について、密度（ｋｇ／ｍ３）、硬さ（Ｎ）、セル数（個／２５ｍｍ）、反発弾性（％）、引張強度（ｋＰａ）、通気性（Ｌ／分）をＪＩＳ Ｋ６４００に基づき測定し、また以下の方法で乾熱圧縮歪（％）、湿熱圧縮歪（％）、復元性（秒）を測定した。乾熱圧縮歪（％）は、サンプルを５０％の厚みに圧縮した状態で７０℃の乾燥炉に４８時間放置した後、圧縮を解除して厚みを測定し、圧縮前の厚みに対する変形量を％で表した。湿熱圧縮歪（％）は、サンプルを５０％の厚みに圧縮した状態で７０℃、湿度９５％の炉に４８時間放置した後、圧縮を解除して厚みを測定し、圧縮前の厚みに対する変形量を％で表した。復元性は、５０×５０×５０ｍｍのサンプルを厚み２０ｍｍまで圧縮し、その圧縮状態を３０秒間維持した後に圧縮を解除して復元させ、復元中のサンプルの厚みを経過時間と共に測定して、３０ｍｍの厚みから４０ｍｍの厚みに至るまでの復元時間（秒）を測定した。各測定結果を表２及び表３に示す。
表２の結果に示すように、本発明の実施例１〜６は、反発弾性が８〜１０％、乾熱圧縮歪が２．８〜４．１％、湿熱圧縮歪が２．９〜４．８％、通気性が５４Ｌ／分（実施例６）あるいは２００Ｌ／分以上（実施例１〜５）、復元性が３．７〜７．２秒である。したがって、本発明の実施例１〜６は、低反発性であって、乾熱及び湿熱圧縮歪が小さく、通気性が良好であり、しかも復元の遅いものである。特に、除膜処理を施した実施例１〜５については、復元性をそれほど速くすることなく、通気性を良好にすることができる。
それに対して、表３の結果に示すように、プレポリマーを用いることなく、１，４ブタンジオールを低分子量架橋剤として配合した比較例１〜４は、湿熱圧縮歪が５．４〜１２．１％と悪く、しかも復元が速いことがわかる。さらに、除膜処理を施していない比較例１については、通気性が５Ｌ／分未満であり、極めて悪くなっている。また、１，４ブタンジオールに代えてエタノールを配合した比較例５及び９や、イソブチルアルコールを配合した比較例６、グリセリンを配合した比較例７，８は、湿熱圧縮歪が９．２〜１８．３％であり、実施例よりも悪くなっている。また、低分子量架橋剤を配合していない比較例１０は、湿熱圧縮歪が５．３％であって実施例１〜６よりも悪いのみならず、復元が速くなっている。なお、比較例１１（市販の低反発性ポリウレタン発泡体からなる枕）は、通気性が極めて悪い。
前記測定結果から理解されるように、実施例の低反発性ポリウレタン発泡体は、復元が遅いのみならず、通気性が良好で洗濯時の乾燥が速くなるのみならず、湿熱圧縮歪、すなわち通常の使用による永久歪が小さいものであり、枕やマットレスの上敷きとして好適なものである。
Claims (6)
- プレポリマーとポリオールを反応させることにより得られる軟質スラブポリウレタン発泡体からなる低反発性ポリウレタン発泡体において、
前記プレポリマーが、水酸基を有する化合物として１級水酸基を含むモノオールのみとトルエンジイソアネートの反応により得られた末端イソシアネート基を有するプレポリマーからなることを特徴とする低反発性ポリウレタン発泡体。 - 前記ポリオールがポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールの混合物からなることを特徴とする請求項１に記載の低反発性ポリウレタン発泡体。
- イソシアネートインデックスが、８５〜１１５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低反発性ポリウレタン発泡体。
- 前記低反発性ポリウレタン発泡体が、前記軟質スラブポリウレタン発泡体を除膜処理したものからなることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の低反発性ポリウレタン発泡体。
- 軟質スラブポリウレタン発泡体からなる低反発性ポリウレタン発泡体の製造方法において、
水酸基を有する化合物として１級水酸基を含むモノオールのみとトルエンジイソシアネートを混合撹拌して反応させることにより末端イソシアネート基を有するプレポリマーを合成し、
前記プレポリマーと触媒、発泡剤及びポリオールを混合して反応させることにより、軟質スラブポリウレタン発泡体を形成することを特徴とする低反発性ポリウレタン発泡体の製造方法。 - 前記軟質スラブポリウレタン発泡体に除膜処理を施すことを特徴とする請求項５に記載の低反発性ポリウレタン発泡体の製造方法。
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