JP4734830B2

JP4734830B2 - 軟質ポリウレタンフォーム及び積層体

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Publication number: JP4734830B2
Application number: JP2004023132A
Authority: JP
Inventors: 道征山口; 浩二藤原
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: JP2005213420A

Description

本発明は遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォームと、その積層体とに関する。

ポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られたイソシアネート末端プレポリマーを原料とする軟質ポリウレタンフォームの製造方法は公知である。この方法では、比較的高分子量のポリオールの１種類をポリイソシアネートと反応させてプレポリマー化してなるイソシアネート末端プレポリマーに、触媒や発泡剤を添加混合して発泡硬化させることにより軟質ポリウレタンフォームが製造される。

軟質ポリウレタンフォームの用途として、吸音材、弾性クッション材等がある（例えば、特開２００１−３０２８４１号の従来技術の欄）。
特開２００１−３０２８４１号公報

一般に、壁の遮音性を良くするには、透過音エネルギーを小さくすることが必要である。壁面に入射した音のエネルギー（Ｉ）は、反射音エネルギー（Ｒ）、吸収、熱エネルギーとして失われるエネルギー（Ａ）、透過音エネルギー（Ｔ）に大別される。透過音エネルギー（Ｔ）を小さくするにはＲとＡを大きくすれば良いのであるが、普通壁厚は１０〜３０ｃｍ程度であるから、実際には音波によって振動しにくい重いがっしりとした壁を造り、入射音エネルギーの大部分を入射側へ反射してしまうのが良い遮音を得るもっとも効果的な方法である。

例えば２０ｃｍ厚さのコンクリート壁は、５００Ｈｚで６０ｄＢ余りの透過損失を有する。一方、見掛け密度３２ｋｇ／ｍ^３程度のグラスウールのような吸音材だけで２０ｃｍ厚さの壁を造っても、約１５ｄＢ程度の透過損失であり、３ｍｍ厚さのベニヤ板一枚と同じ位の遮音性しか得られない。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォームを提供することを目的とする。

本発明の遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォームは、圧潰処理された軟質ポリウレタンフォームよりなる遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォームであって、該軟質ポリウレタンフォームは、イソシアネート末端プレポリマーに、架橋剤、及び発泡成分を添加して混合し、発泡硬化させて得られる微細セル構造ポリウレタンフォームであり、該イソシアネート末端プレポリマーは、数平均分子量が４００〜１０００の低分子量ポリオールの１種以上と数平均分子量が３０００〜１２０００の高分子量ポリオールの１種以上とを含むポリオール成分と、ポリイソシアネートとを反応させてなるものであり、空気流れ抵抗が１０ ^６〜１０ ^９Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ ^２であることを特徴とするものである。

本発明では、分子量の異なる２種類以上のポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られたイソシアネート末端プレポリマーを用いることにより、低分子量ポリオール由来のイソシアネート末端プレポリマーと、高分子量ポリオール由来のイソシアネート末端プレポリマーとの反応性の差異を利用してセルの物理的会合を妨げ、微細セル構造の軟質ポリウレタンフォームを得ることができる。

本発明の微細セル軟質ポリウレタンフォームは、好ましくは平均セル径が２０〜５００μｍの微細セル軟質ポリウレタンフォームであり、また好ましくは損失正接ｔａｎδが０．２〜１．０である。

本発明では、圧潰処理された軟質ポリウレタンフォームと圧潰処理していない軟質ポリウレタンフォームとを積層してもよい。

本発明者が軟質ポリウレタンフォームの吸音特性について種々研究を重ねた結果、軟質ポリウレタンフォームに圧潰処理を施すと、軟質ポリウレタンフォームに入射した音のエネルギーのうち軟質ポリウレタンフォームによって音波が吸収され、熱エネルギーとして失われるエネルギーが増大し、これにより軟質ポリウレタンフォームの遮音性が向上することが見出された。

この遮音性は、軟質ポリウレタンフォームのセル寸法を２０〜５００μｍと小さくし、空気流れ抵抗を大きく（例えば１０^６〜１０^９Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ^２）することにより向上する。

また、軟質ポリウレタンフォームは一般に連続気孔を主とするものであるが、セル寸法が小さくなると独立気孔の割合も多くなる。軟質ポリウレタンフォームに圧潰処理を施すと、この独立気孔が連続気孔に連通し、これにより気孔の迷路度（Ｔｏｒｔｓｕｓｉｔｙ）が増大し、高周波側（約１０００Ｈｚ以上）での遮音性が向上する。

軟質ポリウレタンフォームの粘弾性特性による音の減衰も軟質ポリウレタンフォームの遮音性に影響する。軟質ポリウレタンフォームの損失正接ｔａｎδが０．２〜１．０であると、遮音性が向上する。

以下に本発明の軟質ポリウレタンフォームの実施の形態を詳細に説明する。

まず、本発明で用いるイソシアネート末端プレポリマーについて説明する。

本発明で用いるイソシアネート末端プレポリマーは、数平均分子量が４００〜１０００の低分子量ポリオールの１種以上と数平均分子量が３０００〜１２０００の高分子量ポリオールの１種以上とを含むポリオール成分と、ポリイソシアネートとを反応させてなるものである。このように、分子量の異なる２種類以上のポリオールとポリイソシアネートとを反応させて得られたイソシアネート末端プレポリマーを用いることにより、低分子量ポリオール由来のイソシアネート末端プレポリマーと、高分子量ポリオール由来のイソシアネート末端プレポリマーとの反応性の差異を利用してセルの物理的会合を妨げ、微細セル構造の軟質ポリウレタンフォームを得ることができる。

プレポリマー化に用いるポリオールは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールのいずれであってもよく、これらの混合物であっても良い。

ポリエーテルポリオールとしては、例えばプロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオールなどを出発物質としてアルキレンオキシドを付加重合してなるものが好ましく、特にグリセリンにエチレンオキシド又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドを付加重合させたものが好適である。ポリエステルポリオールとしては、ジカルボン酸とジオールやトリオールなどとの縮合により得られる縮合系ポリエステルポリオール、ジオールやトリオールをベースとしてラクトンの開環重合により得られるラクトン系ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールの末端をラクトンでエステル変性したエステル変性ポリオールなどのポリオールが好ましく用いられる。

低分子量ポリオールとしては、数平均分子量４００〜１０００好ましくは７００〜１０００で、水酸基価１５０〜５００のものが好ましく、高分子量ポリオールとしては、数平均分子量３０００〜１２０００好ましくは３０００〜９０００で、水酸基価１５〜６０のものが好ましい。

プレポリマー化に用いるポリオール成分中の低分子量ポリオールの割合は、３０重量％以上、特に４０〜５０重量％であることが好ましい。ポリオール成分中の低分子量ポリオールの割合が３０重量％未満では、低分子量ポリオールと高分子量ポリオールとを併用することによる本発明の効果を十分に得ることができない。ポリオール中の低分子量ポリオールの割合が多過ぎても同様に低分子量ポリオールと高分子量ポリオールとを併用することによる効果を十分に得ることができない上に、プレポリマーの粘度が高く、触媒等と均一に混ざらない等の問題が生じる。

一方、プレポリマー化に用いるポリイソシアネートとしては、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）及びジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上（例えば２，４−ＴＤＩと２，６−ＴＤＩとの混合物）が好適である。

上記ポリオール成分とポリイソシアネートとは、ポリオール成分：ポリイソシアネート＝１：０．１５〜０．５（重量比）で反応させることが好ましい。この範囲よりもポリイソシアネートが多いと得られるプレポリマー中のフリーのポリイソシアネート含有量が多くなり発泡剤との反応が速くなって得られるフォームのセル径及び形状が不均一なものとなる。逆に、この範囲よりも少ないとプレポリマー生成時の液の粘度が上昇して作業性が低下する。

このようにして分子量の異なる２種以上のポリオール成分とポリイソシアネートとを反応させて得られたイソシアネート末端プレポリマーに架橋剤、及び発泡成分の所定量を添加し、撹拌混合して発泡硬化させる。

架橋剤としては、２官能以上、特に３官能以上の低分子量ポリオールが好ましく、このような低分子量ポリオールをイソシアネート末端プレポリマー１００重量部に対して３．０〜１０．０重量部用いることにより、架橋密度を上げ、より一層のセルの微細化を図ることができる。

このような低分子量ポリオールとしては、分子量１００〜３００のもの、具体的にはトリメチロールプロパン、トリメチロールプロパンのＰＯ変性物、その他のポリアルキレンポリオール、ポリエーテルポリオールが挙げられる。

架橋剤は、その添加量が少な過ぎると十分な架橋密度を得ることができず、多過ぎると正常なフォームを発泡させることが困難であることから、上記範囲とすることが好ましい。

なお、架橋剤としては、得られる軟質ポリウレタンフォームの架橋度を低下させない範囲で上記２官能、好ましくは３官能以上の低分子量ポリオールの他、エチレングリコール、プロピレングリコール等のジオールを併用しても良い。

発泡成分は、水を主成分とする発泡剤と、触媒と整泡剤とを含むものであり、イソシアネート末端プレポリマー１００重量部に対する発泡剤の添加量は、０．５〜２．０重量部とすることが好ましい。

触媒、整泡剤としては、軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられている一般的なものを用いることができ、その添加量も、軟質ポリウレタンフォームの製造に通常採用される量で良い。本発明では、上記添加成分以外に、本発明の微細セル軟質ポリウレタンフォームの性能を損なわない範囲において、難燃剤、酸化防止剤、着色剤、紫外線吸収剤、その他の添加剤を添加しても良い。

このようにして製造されるセル軟質ポリウレタンフォームは、好ましくは損失正接ｔａｎδが０．２〜１．０であり、密度０．０５〜０．２５ｇ／ｃｍ^３、平均セル径２０〜５００μｍより好ましくは５０〜３００μｍ特に好ましくは５０〜１５０μｍの微細セル構造の軟質ポリウレタンフォームである。

この軟質ポリウレタンフォームを、圧潰処理することにより空気流れ抵抗が１０^６〜１０^９Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ^２となるようにする。

圧潰方法としては、軟質ポリウレタンフォームをロール間に通して圧縮して圧潰するのが好適であるが、平板間に挟んでプレスして圧縮する方法でもよい。圧潰時の圧縮率は７０〜９５％特に９０〜９５％程度が好ましい。

本発明では、圧潰処理した軟質ポリウレタンフォームと圧潰処理していない軟質ポリウレタンフォームとを積層してもよい。圧潰していない軟質ポリウレタンフォームは低周波（例えば約１０００Ｈｚ以下）の遮音性に優れるので、この積層体によると広い周波数帯域で遮音性が優れたものとなる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

なお、以下の実施例１及び比較例１で用いた原料は次の通りである。
１）イソシアネート成分
２，４−ＴＤＩ／２，６−ＴＤＩの比率８０／２０：三井武田ケミカル社製
２）ポリオール成分
［低分子量ポリオール］
ポリプロピレンポリオール：三井武田ケミカル社製商品名「アクトコール３２−
１６０」（数平均分子量：１０００，水酸基価：１６０）
［高分子量ポリオール］
ポリオキシアルキレンポリオール：三井武田ケミカル社製商品名「アクトコール
ＭＦ７８」（数平均分子量：４８００，水酸基価：３４）
３）架橋剤（低分子量ポリオール）
ポリエーテルポリオール：三井武田ケミカル社製商品名「アクトコールＴ８８０
」（数平均分子量：２２４，水酸基価：８８０）
４）発泡剤：水
５）触媒：トリエチレンジアミン（主成分）
東洋曹達社製商品名「ＴＯＹＯＣＡＴＴＦ」
６）整泡剤（シリコーン整泡剤）：日本ユニカー社製商品名「ＳＺ１１２７」

比較例１
下記に示す配合でポリエーテルポリオール成分とポリイソシアネートとを反応させてイソシアネート末端プレポリマーを製造し、このイソシアネート末端プレポリマーに対して、表１に示す割合で発泡成分、架橋剤を添加し、混合撹拌させて軟質ウレタンフォームを製造した。

低分子量ポリオール３８．５重量部
高分子量ポリオール３８．５重量部
ポリイソシアネート２３重量部
（以上で合計１００重量部）
水（発泡剤）０．５重量部
アミン系触媒２．０重量部
シリコーン系整泡剤１．５重量部
架橋剤４．０重量部

得られた軟質ウレタンフォームについて、下記方法で密度、平均セル径、空気流れ抵抗、損失正接ｔａｎδ及び遮音特性を調べ、結果を表１に示した。なお、遮音特性については図１に詳細に示す。

［密度］
５０×３００×３００ｍｍのサンプルの重量を体積で除した（ＪＩＳＫ６４０１に準拠）。
［平均セル径］
ブロックの成長方向により水平裁断した試験片を実体顕微鏡により観察して測定し、２０点の測定値の平均値を求めた。
［空気流れ抵抗］
ＩＳＯ９０５３の直流法に準拠し、円筒上の管内に設置した試料にコンプレッサーから層流を送り、試料前後の差圧を計測し、求めた。
［損失正接ｔａｎδ］
複素弾性率測定装置（レオメトリックスＲＤＡIII）により、測定した。
［遮音特性］
ＩＳＯ１０５３４−２に準拠したインピダンス管を用いた２マイクロフォン法により、試料の伝搬定数および特性インピダンスを計測し、それらの計測値から音響透過損失を算出した。

実施例１
上記比較例１の軟質ポリウレタンフォームをローラ間にて挟み、圧縮率９５％にて圧縮して圧潰処理した。このようにして得られた軟質ポリウレタンフォームの特性を表１及び図１に示す。

実施例２
上記比較例１の軟質ポリウレタンフォームを厚さ１０ｍｍとしたものと、上記実施例１の軟質ポリウレタンフォームを厚さ１０ｍｍとしたものとを積層して積層体とした。

この軟質ポリウレタンフォーム積層体について同様の特性評価を行い、結果を表１及び図２に示した。

比較例２，３
下記の市販の軟質ポリウレタンフォームについて同様の特性評価を行った。結果を表１に示す。
比較例２：株式会社ブリヂストン製軟質ポリウレタンフォームＲＫ
比較例３：株式会社ブリヂストン製軟質ポリウレタンフォームＶＯ

表１及び図１の通り、比較例１の軟質ポリウレタンフォームを圧潰処理した実施例１の軟質ポリウレタンフォームは、約１０００Ｈｚ以上の高周波帯域における遮音特性に優れる。図２の通り、比較例１の軟質ポリウレタンフォームと実施例１の軟質ポリウレタンフォームとを積層することにより広い周波数帯域での遮音特性が優れたものとなる。

なお、比較例２の軟質ポリウレタンフォームは、損失正接ｔａｎδが大きいが空気流れ抵抗が小さいため、透過損失が小さい。比較例３の軟質ポリウレタンフォームは、吸音率のよい材料であるが、空気流れ抵抗が小さいため、透過損失が小さい。

実施例１，比較例１の軟質ポリウレタンフォームの遮音特性図である。実施例２の軟質ポリウレタンフォームの遮音特性図である。

Claims

圧潰処理された軟質ポリウレタンフォームよりなる遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォームであって、
該軟質ポリウレタンフォームは、イソシアネート末端プレポリマーに、架橋剤、及び発泡成分を添加して混合し、発泡硬化させて得られる微細セル構造ポリウレタンフォームであり、
該イソシアネート末端プレポリマーは、数平均分子量が４００〜１０００の低分子量ポリオールの１種以上と数平均分子量が３０００〜１２０００の高分子量ポリオールの１種以上とを含むポリオール成分と、ポリイソシアネートとを反応させてなるものであり、
空気流れ抵抗が１０ ^６〜１０ ^９Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ ^２であることを特徴とする遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォーム。
請求項１において、前記ポリオール成分中の低分子量ポリオールの割合が３０重量％以上であることを特徴とする遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォーム。
請求項２において、前記ポリオール成分中の低分子量ポリオールの割合が３０〜５０重量％であることを特徴とする遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォーム。
請求項１ないし３のいずれか１項において、該軟質ポリウレタンフォームの平均セル径が２０〜５００μｍであることを特徴とする遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォーム。
請求項１ないし４のいずれか１項において、損失正接ｔａｎδが０．２〜１．０であることを特徴とする遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォーム。
請求項１ないし５のいずれか１項において、圧縮率７０〜９５％に圧縮して圧潰処理した軟質ポリウレタンフォームよりなることを特徴とする遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォーム。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の遮音性に優れた軟質ポリウレタンフォームと、圧潰処理されていない軟質ポリウレタンフォームとを積層してなる軟質ポリウレタンフォーム積層体。