JP4745671B2 - Method for producing polyurethane foam having open cell structure - Google Patents
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Description
本発明は、例えば自動車のシート用クッションを形成する材料等として使用される連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体の製造方法に関するものである。 The present invention is, for example, a method for producing a polyurethane foam having an open cell structure used as materials for forming the cushion for automotive seating.
一般に、自動車のシート用クッション材(座部及び背もたれ部)、椅子用クッション材等においては、各用途に応じた種々の硬さを有するものが要求されている。例えば、自動車のシート用クッション材で座部を柔らかくし、背もたれ部を硬くするように要求される場合がある。そのような場合、硬さ以外の物性をできるだけ変化させることなく、硬さのみを変化させることができるクッション材が求められる。従来、軟質ポリウレタン発泡体の硬度を下げる手法としては、原料中のポリオールに対するポリイソシアネートの量、すなわちイソシアネートインデックスを下げる手法や、塩化メチレン(メチレンクロライド)、炭酸ガス等の非反応性の補助発泡剤の使用比率を上げる手法(例えば、特許文献1及び2を参照)等が知られている。 In general, cushioning materials for seats (seats and backrests) for automobiles, cushioning materials for chairs, and the like are required to have various hardnesses according to each application. For example, it may be required to soften the seat portion and harden the backrest portion with a cushion material for an automobile seat. In such a case, a cushion material capable of changing only the hardness without changing physical properties other than the hardness as much as possible is required. Conventionally, methods for lowering the hardness of a flexible polyurethane foam include methods for lowering the amount of polyisocyanate relative to the polyol in the raw material, ie, the isocyanate index, and nonreactive auxiliary foaming agents such as methylene chloride (methylene chloride) and carbon dioxide There are known methods for increasing the usage ratio (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
しかし、前者の手法では、軟質ポリウレタン発泡体の硬度は低下するが、発泡体全体の架橋密度が低下することから、発泡体の引張強度、伸び、圧縮残留歪等の物性が低下する。一方、後者の手法では、塩化メチレン等の非反応性の補助発泡剤が発泡体を溶解する性質を有するため、発泡体の製造過程で割れが発生したり、得られた発泡体の引張強度が低下したりする傾向があった。しかも、炭酸ガスを用いる場合には、ガス圧が急に上昇し、その制御が難しいため、セルの大きさが不均一になったり、割れが生じたりするという問題があった。 However, in the former method, the hardness of the flexible polyurethane foam is lowered, but the crosslink density of the whole foam is lowered, so that physical properties such as tensile strength, elongation, and residual compressive strain of the foam are lowered. On the other hand, in the latter method, since a non-reactive auxiliary foaming agent such as methylene chloride has the property of dissolving the foam, cracks occur in the process of producing the foam, or the tensile strength of the obtained foam is low. There was a tendency to decrease. In addition, when carbon dioxide gas is used, the gas pressure suddenly rises and it is difficult to control the gas pressure, so that there is a problem that the cell size becomes uneven or cracks occur.
また、リン酸類水溶液、炭酸金属塩及びイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを用いて得られる無機有機複合スラブ発泡体も知られている(例えば、特許文献3を参照)。この技術では、炭酸金属塩がリン酸類と反応し、発泡体に無機質の骨格を形成すると同時に、二酸化炭素を発生して発泡を起こすのである。
前記特許文献3に記載の技術においては、配合されているリン酸類水溶液と炭酸金属塩とを反応させて二酸化炭素を発生させ、その二酸化炭素により発泡させて低密度の発泡体を得るものである。さらに、炭酸金属塩がリン酸類と反応して形成される無機質の骨格により、難燃性を発揮できるものである。しかし、生成する二酸化炭素が発泡構造を形成するに足りる量であるため、得られる発泡体の物性に与える影響が大きい。従って、そのような技術では、硬さ以外の物性の変化を抑制した状態で発泡体の硬さを調整することはできないという問題があった。 In the technique described in Patent Document 3, a mixed solution of phosphoric acid and a carbonate metal salt are reacted to generate carbon dioxide, and foamed with the carbon dioxide to obtain a low-density foam. . Furthermore, flame retardance can be exhibited by an inorganic skeleton formed by the reaction of a metal carbonate with phosphoric acid. However, since the generated carbon dioxide is an amount sufficient to form a foam structure, it has a great influence on the physical properties of the obtained foam. Therefore, such a technique has a problem that the hardness of the foam cannot be adjusted in a state where changes in physical properties other than the hardness are suppressed.
本発明は以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、硬さ以外の物性の変化を抑制しつつ、硬さを調整することができる連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and its object is to have an open cell structure capable of adjusting hardness while suppressing changes in physical properties other than hardness. It is providing the manufacturing method of the polyurethane foam which has this.
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体の製造方法は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有するポリウレタン発泡体原料に対し、炭酸水素塩を水に溶解した水溶液を配合し、前記ポリウレタン発泡体原料を反応させ発泡及び硬化させることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the method for producing a polyurethane foam having an open-cell structure according to claim 1 is based on a polyurethane foam raw material containing polyols, polyisocyanates, a foaming agent and a catalyst. An aqueous solution in which a hydrogen carbonate salt is dissolved in water is blended, and the polyurethane foam raw material is reacted to be foamed and cured.
請求項2に記載の発明の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体の製造方法は、請求項1に係る発明において、前記炭酸水素塩は炭酸水素ナトリウム又は炭酸水素カリウムであり、前記炭酸水素塩の分解開始温度は50〜100℃であり、前記炭酸水素塩の配合量は、ポリオール類100質量部当たり0.005〜0.5質量部であることを特徴とするものである。 The method for producing a polyurethane foam having an open cell structure according to claim 2 is the invention according to claim 1 , wherein the hydrogen carbonate is sodium hydrogen carbonate or potassium hydrogen carbonate, and the hydrogen carbonate is decomposed. starting temperature is 50 to 100 ° C., the amount of pre-Symbol bicarbonate is characterized in that 0.005 to 0.5 parts by weight polyol per 100 parts.
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項1及び2に記載の発明の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体の製造方法によれば、硬さ以外の物性の変化を抑制しつつ、硬さを調整することができるポリウレタン発泡体を容易に製造することができる。
According to the present invention, the following effects can be exhibited.
According to the method for producing a polyurethane foam having an open cell structure according to the first and second aspects of the invention, it is easy to obtain a polyurethane foam capable of adjusting the hardness while suppressing a change in physical properties other than the hardness. Can be manufactured.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体(以下、単に発泡体ともいう)は、ポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤及び触媒を含有するポリウレタン発泡体原料に対し、炭酸水素塩を水に溶解した水溶液を配合し、ポリウレタン発泡体原料を反応させ発泡及び硬化させることにより得られるものである。ここで、連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体は、発泡体中に存在する気泡(セル)が連通構造を有し、柔軟性があって圧縮荷重に対し復元性を示すものを意味し、軟質ポリウレタン発泡体、半硬質ポリウレタン発泡体等が含まれる。
Embodiments of the present invention are described in detail below.
The polyurethane foam having an open-cell structure according to the present embodiment (hereinafter also simply referred to as a foam) is obtained by using a hydrogen carbonate salt in water relative to a polyurethane foam raw material containing polyols, polyisocyanates, a foaming agent and a catalyst. It is obtained by blending a dissolved aqueous solution and reacting and foaming and curing the polyurethane foam raw material. Here, the polyurethane foam having an open-cell structure means that the foam (cell) present in the foam has a continuous structure, is flexible and exhibits resilience to a compressive load, and is a flexible polyurethane. Examples include foams and semi-rigid polyurethane foams.
まず、前記ポリウレタン発泡体原料について説明する。ポリオール類としては、ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールが用いられる。ポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、それらの変性体、グリセリンにアルキレンオキサイドを付加した化合物等が挙げられる。ポリエステルポリオールとしては、アジピン酸、フタル酸等のポリカルボン酸を、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、グリセリン等のポリオールと反応させることによって得られる縮合系ポリエステルポリオールのほか、ラクトン系ポリエステルポリオール及びポリカーボネート系ポリオールが挙げられる。このポリオール類は、原料成分の種類、分子量、縮合度等を調整することによって、水酸基の数や水酸基価を変えることができる。 First, the polyurethane foam raw material will be described. As the polyols, polyether polyols or polyester polyols are used. Examples of polyether polyols include polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, modified products thereof, and compounds obtained by adding alkylene oxide to glycerin. As polyester polyols, in addition to condensation polyester polyols obtained by reacting polycarboxylic acids such as adipic acid and phthalic acid with polyols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol and glycerin, lactone polyester polyols and polycarbonate systems A polyol is mentioned. These polyols can change the number of hydroxyl groups and the hydroxyl value by adjusting the kind of raw material components, the molecular weight, the degree of condensation, and the like.
ポリオール類の水酸基価は、250(mgKOH/g)未満であることが好ましく、50〜60(mgKOH/g)であることがより好ましい。このような水酸基価を有するポリエーテルポリオールを用いることにより、ポリイソシアネート類との反応性に優れ、適度に架橋された軟質ポリウレタン発泡体を得ることができる。ポリオール類の水酸基価が250(mgKOH/g)以上の場合、架橋密度が高くなり過ぎて発泡体が硬くなり、感触が低下する。一方、水酸基価が50(mgKOH/g)未満の場合、水酸基価が小さくなり過ぎ、ポリウレタン発泡体の架橋密度が低くなって発泡体が座屈しやすくなる傾向を示す。 The hydroxyl value of the polyols is preferably less than 250 (mgKOH / g), more preferably 50 to 60 (mgKOH / g). By using a polyether polyol having such a hydroxyl value, it is possible to obtain a soft polyurethane foam that is excellent in reactivity with polyisocyanates and is appropriately crosslinked. When the hydroxyl value of the polyols is 250 (mgKOH / g) or more, the crosslinking density becomes too high, the foam becomes hard, and the touch is lowered. On the other hand, when the hydroxyl value is less than 50 (mgKOH / g), the hydroxyl value becomes too small, and the crosslinking density of the polyurethane foam tends to be low, and the foam tends to buckle.
ポリウレタン発泡体原料には架橋剤を配合することができる。そのような架橋剤はポリイソシアネート類等と反応し、発泡体に架橋構造を形成するもので、例えば水酸基価が250〜650(mgKOH/g)で分子量が150〜500のポリオールである。係るポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリ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、ソルビトール等が用いられる。ポリエーテルジオールを用いることにより、発泡体を形成する重合体の連鎖が直鎖状に延びる構造が形成され、発泡体の柔軟性を良好にすることができる。 A crosslinking agent can be mix | blended with a polyurethane foam raw material. Such a crosslinking agent reacts with polyisocyanates and the like to form a crosslinked structure in the foam, and is, for example, a polyol having a hydroxyl value of 250 to 650 (mgKOH / g) and a molecular weight of 150 to 500. As such a polyol, polyethylene glycol, diethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol and the like are used. By using polyether diol, a structure in which the chain of the polymer forming the foam extends linearly is formed, and the flexibility of the foam can be improved.
続いて、ポリオール類と反応させるポリイソシアネート類はイソシアネート基を複数有する化合物であって、具体的にはトリレンジイソシアネート(TDI)、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリフェニルメタントリイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)等が用いられる。 Subsequently, the polyisocyanate to be reacted with the polyol is a compound having a plurality of isocyanate groups, specifically, tolylene diisocyanate (TDI), 4,4-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 1,5-naphthalene diisocyanate ( NDI), triphenylmethane triisocyanate, xylylene diisocyanate (XDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate (IPDI) and the like are used.
ここで、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスは100〜120であることが好ましい。すなわち、イソシアネートインデックスは、ポリオール類の水酸基、架橋剤であるポリオールの水酸基及び発泡剤(水)に対するポリイソシアネート化合物のイソシアネート基の当量比を百分率で表したものであるが、その値が100を越えるということはイソシアネート基が水酸基より過剰であることを意味する。イソシアネートインデックスが100未満の場合には、ポリオール類に対するポリイソシアネート類の反応が不足し、発泡体が軟らかくなり過ぎる傾向を示す。一方、イソシアネートインデックスが120を越える場合には、発泡体が硬くなり過ぎる傾向を示し、軟らかい感触が得られなくなる。 Here, it is preferable that the isocyanate index of a polyisocyanate compound is 100-120. That is, the isocyanate index represents the equivalent ratio of the isocyanate group of the polyisocyanate compound to the hydroxyl group of the polyol, the hydroxyl group of the polyol as the crosslinking agent, and the blowing agent (water), but the value exceeds 100. This means that the isocyanate group is in excess of the hydroxyl group. When the isocyanate index is less than 100, the reaction of the polyisocyanate with the polyol is insufficient, and the foam tends to be too soft. On the other hand, when the isocyanate index exceeds 120, the foam tends to be too hard and a soft feel cannot be obtained.
次いで、触媒はポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート類とのウレタン化反応を促進するためのものである。係る触媒としては、N,N´,N´−トリメチルアミノエチルピペラジン、トリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン等の3級アミン、オクチル酸スズ等の有機金属化合物、酢酸塩、アルカリ金属アルコラート等が用いられる。 Next, the catalyst is for accelerating the urethanization reaction between polyols and polyols as crosslinking agents and polyisocyanates. As such a catalyst, N, N ′, N′-trimethylaminoethylpiperazine, tertiary amines such as triethylenediamine and dimethylethanolamine, organometallic compounds such as tin octylate, acetates, alkali metal alcoholates and the like are used.
発泡剤はポリウレタンを発泡させてポリウレタン発泡体とするためのものである。この発泡剤としては、水のほか酸アミド等が用いられる。発泡剤の配合量は、ポリオール類100質量部当たり3〜7質量部であることが好ましい。発泡剤の配合量が3質量部未満では泡化反応が不十分となり、7質量部を越えると泡化反応及び架橋反応が過剰となり、発泡体が硬くなりやすい。この発泡剤のほか、必要により二酸化炭素、塩化メチレン、フロン系化合物(トリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等)等の補助発泡剤を用いることができる。補助発泡剤として二酸化炭素を用いることにより、前記炭酸水素塩と同様の作用を奏することができる。ポリウレタン発泡体の原料として、界面活性剤等の整泡剤、縮合リン酸エステル等の難燃剤、酸化防止剤、可塑剤、紫外線吸収剤、着色剤等を添加することもできる。 The foaming agent is for foaming polyurethane into a polyurethane foam. As the foaming agent, water or an acid amide is used. The blending amount of the foaming agent is preferably 3 to 7 parts by mass per 100 parts by mass of polyols. When the blending amount of the foaming agent is less than 3 parts by mass, the foaming reaction becomes insufficient, and when it exceeds 7 parts by mass, the foaming reaction and the crosslinking reaction become excessive, and the foam tends to become hard. In addition to this foaming agent, auxiliary foaming agents such as carbon dioxide, methylene chloride, and fluorocarbon compounds (such as trichlorofluoromethane and dichlorodifluoromethane) can be used as necessary. By using carbon dioxide as the auxiliary foaming agent, the same effect as the hydrogen carbonate can be obtained. As a raw material of the polyurethane foam, a foam stabilizer such as a surfactant, a flame retardant such as a condensed phosphate ester, an antioxidant, a plasticizer, an ultraviolet absorber, a colorant and the like can be added.
次に、ポリウレタン発泡体原料に添加される炭酸水素塩は、水に溶解された水溶液である。そのような水溶液として添加することにより、炭酸水素塩がポリウレタン発泡体原料中に分子レベルで分散されるものと考えられ、炭酸水素塩がウレア結合の生成を抑制する機能やポリウレタンのハードセグメントの形成を抑制する機能を十分に発揮させることができる。これは、例えば炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)が下記の反応式(1)に基づいて分解し、生成する二酸化炭素(CO2)によるものと考えられる。 Next, the bicarbonate added to the polyurethane foam raw material is an aqueous solution dissolved in water. By adding such an aqueous solution, it is considered that the bicarbonate is dispersed at the molecular level in the polyurethane foam raw material, and the bicarbonate prevents the formation of urea bonds and the formation of polyurethane hard segments. It is possible to sufficiently exhibit the function of suppressing the above. This is considered to be due to, for example, carbon dioxide (CO 2 ) generated by decomposition of sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) based on the following reaction formula (1).
2NaHCO3 → Na2CO3+CO2+H2O ・・・(1)
炭酸水素塩としては、分解開始温度が低く、ポリウレタン発泡体の生成に沿って分解されて機能を発揮することができる点から、炭酸水素アルカリ金属塩であることが好ましい。炭酸水素アルカリ金属塩として具体的には、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等が挙げられる。水に対する溶解度は、炭酸水素ナトリウムが10.6g/100g(25℃)であり、炭酸水素カリウムが36.2g/100g(25℃)である。この炭酸水素アルカリ金属塩は、溶解度の範囲内で水に溶解された状態の水溶液として用いられる。炭酸水素カリウムは炭酸水素ナトリウムに比べて溶解度が大きいため、配合量を増加させることができ、得られるポリウレタン発泡体の硬さを下げ、柔らかくすることができる。炭酸水素塩の粉末を例えばポリオール類に分散させた状態で使用すると、炭酸水素塩の効果が安定した状態で発揮されなくなる。
2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O (1)
The hydrogen carbonate is preferably an alkali metal hydrogen carbonate because the decomposition start temperature is low and it can be decomposed along with the formation of the polyurethane foam to exert its function. Specific examples of the alkali metal hydrogen carbonate include sodium hydrogen carbonate and potassium hydrogen carbonate. The solubility in water is 10.6 g / 100 g (25 ° C.) for sodium hydrogen carbonate and 36.2 g / 100 g (25 ° C.) for potassium hydrogen carbonate. This alkali metal hydrogen carbonate is used as an aqueous solution in a state dissolved in water within the solubility range. Since potassium hydrogen carbonate has a higher solubility than sodium hydrogen carbonate, the blending amount can be increased, and the hardness of the resulting polyurethane foam can be lowered and softened. If the hydrogen carbonate powder is used in a state where it is dispersed in, for example, a polyol, the effect of the hydrogen carbonate is not exhibited in a stable state.
また、ポリウレタン発泡体の生成時の温度上昇に沿って炭酸水素塩の分解が開始されて機能を発揮することができる点から、炭酸水素塩の分解開始温度は50〜100℃であることが好ましい。炭酸水素ナトリウムの分解開始温度は50℃であり、炭酸水素カリウムの分解開始温度は100℃である。この分解開始温度が50℃未満の場合には、分解開始の時期が早過ぎて炭酸水素塩の分解生成物である二酸化炭素によって発泡のバランスが崩れたり、分解生成物である水が発泡剤として機能したりして好ましくない。一方、分解開始温度が100℃を越える場合には、分解開始の時期が遅過ぎてその分解生成物による作用を十分に得ることができなくなる。 Further, the decomposition start temperature of the bicarbonate is preferably 50 to 100 ° C. from the viewpoint that the decomposition of the bicarbonate can be started along with the temperature rise during the production of the polyurethane foam and the function can be exhibited. . The decomposition start temperature of sodium hydrogen carbonate is 50 ° C., and the decomposition start temperature of potassium hydrogen carbonate is 100 ° C. When the decomposition start temperature is less than 50 ° C., the start of decomposition is too early, and the balance of foaming is lost due to carbon dioxide, which is a decomposition product of bicarbonate, or water, which is a decomposition product, is used as a foaming agent. It is not preferable because it functions. On the other hand, when the decomposition start temperature exceeds 100 ° C., the decomposition start time is too late, and the effect of the decomposition product cannot be sufficiently obtained.
炭酸水素塩の配合量は、炭酸水素塩の分解を過剰又は不足することなく適度に行うために、ポリオール類100質量部当たり0.005〜0.5質量部であることが好ましい。炭酸水素塩の水溶液の配合量としては、ポリオール類100質量部当たり0.1〜1.5質量部が好ましい。炭酸水素塩の配合量が0.005質量部未満のときには、炭酸水素塩の分解生成物である二酸化炭素の生成量が少なく、炭酸水素塩の機能を十分に果たすことができなくなる。一方、0.5質量部を越えるときには、二酸化炭素の生成量が多く、過剰な発泡により発泡体の物性が変化したり、分解生成物である過剰な水が発泡剤として機能したりして好ましくない。 The blending amount of the bicarbonate is preferably 0.005 to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of the polyols in order to appropriately perform the decomposition of the bicarbonate without excessive or insufficient. As a compounding quantity of the aqueous solution of hydrogen carbonate, 0.1-1.5 mass parts is preferable per 100 mass parts of polyols. When the blending amount of the bicarbonate is less than 0.005 parts by mass, the amount of carbon dioxide that is a decomposition product of the bicarbonate is small, and the function of the bicarbonate cannot be sufficiently achieved. On the other hand, when it exceeds 0.5 parts by mass, the amount of carbon dioxide produced is large, and physical properties of the foam change due to excessive foaming, or excessive water as a decomposition product functions as a foaming agent. Absent.
上述した炭酸水素塩を用いることにより、得られるポリウレタン発泡体の硬さを低下させることができる。この機能は、次のようにして発現されるものと考えられる。
ポリオール類とポリイソシアネート類との反応によるポリウレタンの生成反応(ウレタン結合の生成反応、樹脂化反応)は、次の反応式(2)に基づいて進行する。
By using the above-mentioned bicarbonate, the hardness of the resulting polyurethane foam can be reduced. This function is considered to be expressed as follows.
The polyurethane formation reaction (urethane bond formation reaction, resinification reaction) by the reaction of polyols and polyisocyanates proceeds based on the following reaction formula (2).
ROH+−R−NCO → −R−NH−CO−O−R ・・・(2)
また、ポリイソシアネート類と水との反応による泡化反応は次の反応式(3)に従って進行する。
ROH + —R—NCO → —R—NH—CO—O—R (2)
Moreover, the foaming reaction by reaction of polyisocyanate and water proceeds according to the following reaction formula (3).
−R−NCO+H2O → −R−NH2+CO2 ・・・(3)
さらに、反応式(3)で生成したアミン化合物(−R−NH2)がポリイソシアネート類と反応し、ウレア(尿素)結合を生成する反応は、次の反応式(4)に従って進行する。
-R-NCO + H 2 O → -R-NH 2 + CO 2 ··· (3)
Furthermore, the reaction in which the amine compound (—R—NH 2 ) produced in the reaction formula (3) reacts with polyisocyanates to form a urea (urea) bond proceeds according to the following reaction formula (4).
−R−NCO+−R−NH2 → −R−NH−CO−NH−R ・・・(4)
炭酸水素塩の分解によって生成する二酸化炭素により、反応式(3)で右辺の二酸化炭素の濃度が高くなるため、反応式(3)で示される反応の進行が抑制され、アミン化合物(−R−NH2)の生成が抑えられる。そのため、反応式(4)において左辺の成分が少なくなって反応の進行が規制される。ウレア結合は、ウレタン結合に比べて水素結合による凝集力が強く、その存在により発泡体が硬くなるが、ウレア結合の生成が規制されることで、発泡体の硬さを下げることができると推測される。
-R-NCO + -R-NH 2 → -R-NH-CO-NH-R ··· (4)
The carbon dioxide produced by the decomposition of the bicarbonate increases the concentration of carbon dioxide on the right side in the reaction formula (3), so that the progress of the reaction represented by the reaction formula (3) is suppressed, and the amine compound (—R— Formation of NH 2 ) is suppressed. Therefore, in reaction formula (4), the component on the left side is reduced and the progress of the reaction is restricted. Urea bonds have stronger cohesion due to hydrogen bonds than urethane bonds, and the presence of them makes the foam harder, but it is speculated that the formation of urea bonds can be restricted to reduce the hardness of the foam Is done.
前記ポリオール類とポリイソシアネート類とのウレタン化反応を行なう場合には、ワンショット法又はプレポリマー法が採用される。ワンショット法は、ポリオール類とポリイソシアネート類とを直接反応させる方法である。プレポリマー法は、ポリオール類とポリイソシアネート類との各一部を事前に反応させて末端にイソシアネート基又は水酸基を有するプレポリマーを得、それにポリオール類及びポリイソシアネート類を反応させる方法である。ワンショット法はプレポリマー法に比べて製造工程が一工程で済み、製造条件の制約も少ないことから好ましい方法であり、製造コストを低減させることができる。 When the urethanization reaction between the polyols and the polyisocyanates is performed, a one-shot method or a prepolymer method is employed. The one-shot method is a method in which polyols and polyisocyanates are directly reacted. The prepolymer method is a method in which a part of a polyol and a polyisocyanate are reacted in advance to obtain a prepolymer having an isocyanate group or a hydroxyl group at a terminal, and the polyol and the polyisocyanate are reacted therewith. The one-shot method is a preferable method because the manufacturing process is one step compared to the prepolymer method, and there are few restrictions on the manufacturing conditions, and the manufacturing cost can be reduced.
ポリウレタン発泡体としては、スラブポリウレタン発泡体が好ましい。スラブポリウレタン発泡体は上記ワンショット法により混合攪拌されたポリウレタン発泡体原料をベルトコンベア上に吐出し、該ベルトコンベアが移動する間にポリウレタン発泡体原料が常温、大気圧下で自然発泡し、硬化することで得られる。その後、乾燥炉内で硬化(キュア)し、所定形状に裁断される。その他、モールド成形法、現場施工スプレー成形法等によってポリウレタン発泡体を得ることができる。 As a polyurethane foam, a slab polyurethane foam is preferable. Slab polyurethane foam is a polyurethane foam material mixed and stirred by the above-mentioned one-shot method. The polyurethane foam material is naturally foamed and cured at room temperature and atmospheric pressure while the belt conveyor moves. It is obtained by doing. Thereafter, it is cured (cured) in a drying furnace and cut into a predetermined shape. In addition, a polyurethane foam can be obtained by a molding method, an on-site spray molding method, or the like.
得られるポリウレタン発泡体は、例えばJIS K6400に規定されている密度が20〜25(kg/m3)で、硬さを90〜120(N)の範囲で調整することができるとともに、引張強度を120〜140(kPa)、伸びを140〜150(%)及び圧縮残留歪を3〜4(%)の範囲に維持することができる。 The obtained polyurethane foam has a density specified in, for example, JIS K6400 of 20 to 25 (kg / m 3 ), and the hardness can be adjusted in the range of 90 to 120 (N), and the tensile strength can be adjusted. It is possible to maintain 120 to 140 (kPa), elongation to 140 to 150 (%), and compression residual strain to 3 to 4 (%).
さて、ポリウレタン発泡体を製造する場合には、ポリオール類とポリイソシアネート類とを、触媒及び発泡剤としての水の存在下に反応させ、発泡させると共に、硬化させることによって行なわれる。その際、ポリイソシアネート類のイソシアネートインデックスを100〜120にすることにより、ポリオール類に対するポリイソシアネート類の反応性が高められ、ウレタン化反応(重合反応)が十分に進行すると共に、架橋反応も進行し、発泡体に一定の硬さが付与される。この場合、ポリウレタン発泡体原料には炭酸水素塩を水に溶解した水溶液が添加されている。その炭酸水素塩は、ポリウレタン発泡体の生成時における発熱で前述の反応式(1)に基づいて加熱分解され、生成する二酸化炭素により反応式(3)の進行が抑えられる。その結果、反応式(4)に基づくウレア結合の生成が抑制され、ポリウレタンのハードセグメントの形成が抑えられるものと推測される。 Now, when producing a polyurethane foam, it is carried out by reacting a polyol and a polyisocyanate in the presence of a catalyst and water as a foaming agent to cause foaming and curing. At that time, by setting the isocyanate index of the polyisocyanate to 100 to 120, the reactivity of the polyisocyanate with respect to the polyol is enhanced, and the urethanization reaction (polymerization reaction) proceeds sufficiently, and the crosslinking reaction also proceeds. The foam is given a certain hardness. In this case, an aqueous solution in which bicarbonate is dissolved in water is added to the polyurethane foam raw material. The bicarbonate is thermally decomposed based on the above reaction formula (1) due to heat generation during the production of the polyurethane foam, and the progress of the reaction formula (3) is suppressed by the generated carbon dioxide. As a result, it is estimated that the formation of urea bonds based on the reaction formula (4) is suppressed, and the formation of polyurethane hard segments is suppressed.
ところで、ポリウレタン発泡体は、ウレタン結合やウレア結合よりなるハードセグメントと、メチレン基を有するエーテル結合よりなるソフトセグメントとで構成されている。そして、特にウレア結合よりなるハードセグメントの生成及び凝集が阻害され、分子量分布が乱されて発泡体の硬さが抑えられる。さらに、炭酸水素塩の分解で生成する二酸化炭素によって泡化反応や架橋反応が抑制され、発泡体に可塑性が付与され、柔軟化される。これらの作用が相俟って、ポリウレタン発泡体は、軟らかさを発現できる一方、引張強度、伸び及び圧縮残留歪等の物性の変化を抑えることができる。 By the way, a polyurethane foam is comprised by the hard segment which consists of a urethane bond and a urea bond, and the soft segment which consists of an ether bond which has a methylene group. And generation | occurrence | production and aggregation of the hard segment which consists especially of a urea bond are inhibited, molecular weight distribution is disturbed and the hardness of a foam is suppressed. Furthermore, the foaming reaction and the cross-linking reaction are suppressed by the carbon dioxide produced by the decomposition of the hydrogen carbonate, and the foam is plasticized and softened. Together, these actions allow the polyurethane foam to exhibit softness, while suppressing changes in physical properties such as tensile strength, elongation, and compressive residual strain.
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下にまとめて記載する。
・ 本実施形態の連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体においては、そのポリウレタン発泡体原料に炭酸水素塩を水に溶解した水溶液が添加される。添加された炭酸水素塩は、ポリウレタン発泡体の生成時における発熱で加熱分解され、生成する二酸化炭素によりウレア結合の生成が抑制され、ソフトセグメントとハードセグメントよりなるポリウレタンのハードセグメントの形成が抑えられると考えられる。従って、炭酸水素塩の配合量や分解条件を設定することにより、同じ密度におけるポリウレタン発泡体の硬さを低く調整することができる。しかも、炭酸水素塩が分解して生成される炭酸ナトリウム(比重2.25)、炭酸カリウム(比重2.43)等の分解生成物はポリエチレンパウダー(比重0.93)等の有機物に比べて比重が大きい。このため、フィラーが充填されることで生じるポリウレタン発泡体の物性の変化に与える影響が小さく、ポリウレタン発泡体の硬さ以外の物性の変化を抑制することができる。
The effects exhibited by the above embodiment will be described collectively below.
In the polyurethane foam having an open cell structure according to this embodiment, an aqueous solution in which a hydrogen carbonate salt is dissolved in water is added to the polyurethane foam raw material. The added bicarbonate is thermally decomposed by the heat generated during the formation of the polyurethane foam, and the formation of urea bonds is suppressed by the generated carbon dioxide, and the formation of the hard segment of the polyurethane composed of the soft segment and the hard segment is suppressed. it is conceivable that. Therefore, the hardness of the polyurethane foam at the same density can be adjusted low by setting the blending amount and decomposition conditions of the bicarbonate. Moreover, decomposition products such as sodium carbonate (specific gravity 2.25) and potassium carbonate (specific gravity 2.43) produced by decomposition of hydrogen carbonate are more specific than organic substances such as polyethylene powder (specific gravity 0.93). Is big. For this reason, the influence which it has on the physical property change of the polyurethane foam which arises by being filled with a filler is small, and the change of physical properties other than the hardness of a polyurethane foam can be suppressed.
・ また、炭酸水素塩が炭酸水素アルカリ金属塩であることにより、炭酸水素アルカリ金属塩は分解開始温度が低く、ポリウレタン発泡体の生成に沿って分解され、その機能を発揮することができる。 In addition, since the hydrogen carbonate is an alkali metal hydrogen carbonate, the alkali metal hydrogen carbonate has a low decomposition start temperature and is decomposed along with the formation of the polyurethane foam, and can exhibit its function.
・ さらに、炭酸水素塩の分解開始温度が50〜100℃であることにより、ポリウレタン発泡体の生成時における温度上昇に沿って炭酸水素塩の分解が開始され、その機能を発揮することができる。 Furthermore, when the decomposition start temperature of the hydrogen carbonate is 50 to 100 ° C., the decomposition of the hydrogen carbonate is started as the temperature rises during the production of the polyurethane foam, and the function can be exhibited.
・ 加えて、炭酸水素塩の配合量がポリオール類100質量部当たり0.005〜0.5質量部であることにより、炭酸水素塩の分解が過剰又は不足することなく適度に進行する。 -In addition, when the blending amount of the bicarbonate is 0.005 to 0.5 parts by mass per 100 parts by mass of the polyol, the decomposition of the bicarbonate proceeds appropriately without being excessive or insufficient.
・ そのうえ、炭酸水素塩の分解によって生成する水の蒸発潜熱に基づき、ポリウレタン発泡体の製造時における温度上昇を抑えることもでき、ポリウレタン発泡体のスコーチ(着色)を抑制することもできる。 In addition, based on the latent heat of vaporization of water produced by the decomposition of the bicarbonate, it is possible to suppress the temperature rise during the production of the polyurethane foam, and to suppress the scorch (coloring) of the polyurethane foam.
・ このような連続気泡構造を有するポリウレタン発泡体は、例えば自動車のシート用クッション材、椅子用クッション材等として好適に使用することができる。その場合、ポリウレタン発泡体は、硬さの調整がなされることから、例えば自動車のシート用クッション材で座部を柔らかくし、背もたれ部を硬くするように構成することができ、座り心地の良いものとなる。 -The polyurethane foam having such an open-cell structure can be suitably used as, for example, an automobile seat cushion material, a chair cushion material, or the like. In that case, since the hardness of the polyurethane foam is adjusted, for example, the seat can be softened with a cushion material for a seat of an automobile, and the backrest can be hardened. It becomes.
以下に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
(実施例1〜5及び比較例1〜3)
まず、各実施例及び比較例で用いた炭酸水素塩の混合物を以下に示す。
Hereinafter, the embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
(Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3)
First, the mixture of bicarbonate used in each example and comparative example is shown below.
混合物1: 炭酸水素ナトリウム(粉体)1質量部をポリエーテルポリオール10質量部に分散させた分散液。
混合物2: 炭酸水素ナトリウム1質量部を水10質量部に溶解させた水溶液。
Mixture 1: A dispersion obtained by dispersing 1 part by mass of sodium hydrogen carbonate (powder) in 10 parts by mass of a polyether polyol.
Mixture 2: An aqueous solution in which 1 part by mass of sodium bicarbonate was dissolved in 10 parts by mass of water.
混合物3: 炭酸水素カリウム1質量部を水10質量部に溶解させた水溶液。
混合物4: 炭酸水素カリウム1質量部を水3質量部に溶解させた水溶液。
なお、混合物2、混合物3及び混合物4における炭酸水素塩を溶解するための水は、発泡剤としての水の一部を用いた。
Mixture 3: An aqueous solution in which 1 part by mass of potassium hydrogen carbonate was dissolved in 10 parts by mass of water.
Mixture 4: An aqueous solution in which 1 part by mass of potassium hydrogen carbonate was dissolved in 3 parts by mass of water.
In addition, a part of water as a foaming agent was used for water for dissolving the hydrogen carbonate in the mixture 2, the mixture 3, and the mixture 4.
そして、表1及び表2に示すポリオール類、ポリイソシアネート類、発泡剤、整泡剤及び触媒よりなるポリウレタン発泡体原料に、前記炭酸水素塩の混合物を添加して原料を調製した。ここで、比較例1及び比較例2では炭酸水素塩等の添加物を何も加えない例、及び比較例3では炭酸水素ナトリウムをポリエーテルポリオール(GP3000)に分散させた混合物1を用いた例を示した。 And the mixture of the said hydrogen carbonate was added to the polyurethane foam raw material which consists of polyols, polyisocyanates, a foaming agent, a foam stabilizer, and a catalyst which are shown in Table 1 and Table 2, and the raw material was prepared. Here, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are examples in which no additive such as hydrogen carbonate is added, and Comparative Example 3 is an example in which mixture 1 in which sodium hydrogen carbonate is dispersed in polyether polyol (GP3000) is used. showed that.
これらの原料を縦、横及び深さが各500mmの発泡容器内に注入し、常温、大気圧下で発泡させた後、加熱炉に一時保管して加熱、反応(硬化)させることにより軟質スラブ発泡体を得た。得られた軟質スラブ発泡体を切り出すことによってシート状のポリウレタン発泡体を製造した。このポリウレタン発泡体について、密度、硬さ、引張強度、伸び及び圧縮残留歪を以下の測定方法に従って測定した。それらの結果を表1及び表2に示した。表1及び表2における略号の意味を以下に示す。
(測定方法)
密度(kg/m3)、硬さ(N)、引張強度(kPa)、伸び(%)及び圧縮残留歪(%): JIS K6400に準じて行った。
(表1及び表2における略号)
ポリオールGP3000: ポリエーテルポリオール、三洋化成工業(株)製、水酸基価56(mgKOH/g)
アミン触媒LV33: 中京油脂(株)製のアミン系触媒
シリコーン整泡剤 B8110: ゴールドシュミット社製
オクチル酸第1スズ MRH110: 城北化学工業(株)製
ポリイソシアネート T−80: 日本ポリウレタン工業(株)製、トリレンジイソシアネート(2,4-トリレンジイソシアネート80質量%と2,6-トリレンジイソシアネート20質量%との混合物)
These raw materials are poured into a foam container of 500 mm in length, width and depth, foamed at room temperature and atmospheric pressure, then temporarily stored in a heating furnace and heated and reacted (cured) to form a soft slab. A foam was obtained. The obtained soft slab foam was cut out to produce a sheet-like polyurethane foam. About this polyurethane foam, the density, hardness, tensile strength, elongation, and compression residual strain were measured according to the following measuring methods. The results are shown in Tables 1 and 2. The meanings of the abbreviations in Table 1 and Table 2 are shown below.
(Measuring method)
Density (kg / m 3 ), hardness (N), tensile strength (kPa), elongation (%) and compression residual strain (%): Performed according to JIS K6400.
(Abbreviations in Table 1 and Table 2)
Polyol GP3000: Polyether polyol, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., hydroxyl value 56 (mgKOH / g)
Amine catalyst LV33: Amine catalyst manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd. Silicone foam stabilizer B8110: Gold schmitt stannic octylate MRH110: Johoku Chemical Co., Ltd. Polyisocyanate T-80: Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd. Tolylene diisocyanate (mixture of 2,4-tolylene diisocyanate 80% by mass and 2,6-tolylene diisocyanate 20% by mass)
このように、実施例1〜5においては、得られた軟質ポリウレタン発泡体の密度を23.9〜24.1の範囲に維持しつつ、硬さを96〜119Nの範囲で調整することができた。また、軟質ポリウレタン発泡体の引張強度が127〜135kPa、伸びが143〜150%及び圧縮残留歪が3.1〜3.9%であった。 Thus, in Examples 1-5, the hardness can be adjusted in the range of 96-119N, maintaining the density of the obtained flexible polyurethane foam in the range of 23.9-24.1. It was. Moreover, the tensile strength of the flexible polyurethane foam was 127 to 135 kPa, the elongation was 143 to 150%, and the compression residual strain was 3.1 to 3.9%.
一般に、自動車のシート用クッション材や椅子用クッション材等に用いられる軟質ポリウレタン発泡体では圧縮残留歪が5%以下とされ、そのような基準を十分に満たすことができた。 In general, a soft polyurethane foam used for automobile seat cushions, chair cushions, and the like has a compression residual strain of 5% or less, and can sufficiently satisfy such a standard.
これに対し、表2に示したように、炭酸水素ナトリウム等の添加物を含まない場合(比較例1)には、硬さが128Nとなって高い値を示し、伸びも高い傾向を示した。比較例2では、比較例1においてイソシアネートインデックスを100に下げた例であるが、密度及び圧縮残留歪が大きくなる反面、硬さ、引張強度及び伸びが小さくなる傾向を示した。炭酸水素ナトリウムをポリエーテルポリオールに分散させた分散液を用いた場合(比較例3)には、比較例1の場合に近い物性を示した。 On the other hand, as shown in Table 2, when an additive such as sodium hydrogen carbonate was not included (Comparative Example 1), the hardness was 128 N, indicating a high value, and the elongation also tended to be high. . Comparative Example 2 is an example in which the isocyanate index was lowered to 100 in Comparative Example 1, but the density and compressive residual strain increased, but the hardness, tensile strength, and elongation tended to decrease. When a dispersion liquid in which sodium hydrogen carbonate was dispersed in a polyether polyol was used (Comparative Example 3), physical properties close to those of Comparative Example 1 were shown.
なお、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 炭酸水素塩として複数種類を組合せ、それらの配合量を調整して使用することもできる。例えば、炭酸水素ナトリウムと炭酸水素カリウムとを等量ずつ使用することにより、ポリウレタン発泡体の製造過程で50℃を越えると炭酸水素ナトリウムが分解して二酸化炭素を生成し、100℃を越えると炭酸水素カリウムが分解して二酸化炭素を生成することから、炭酸水素塩の作用を十分に発揮させることができる。
In addition, the said embodiment can also be changed and actualized as follows.
-Multiple types of bicarbonates can be combined, and their blending amounts can be adjusted for use. For example, by using equal amounts of sodium hydrogen carbonate and potassium hydrogen carbonate each time, when the temperature exceeds 50 ° C. in the process of producing a polyurethane foam, sodium hydrogen carbonate decomposes to produce carbon dioxide, and when the temperature exceeds 100 ° C. Since potassium hydrogen is decomposed to generate carbon dioxide, the action of the hydrogen carbonate can be sufficiently exerted.
・ 炭酸水素塩として、炭酸水素マグネシウムカリウム(KMgH(CO3)2)、炭酸水素アンモニウム(NH4HCO3)等を用いることもできる。
・ 炭酸水素塩は、必要量を発泡剤としての水に溶解させて使用することもできる。
- as bicarbonate, potassium bicarbonate magnesium (KMgH (CO 3) 2) , ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3) and the like can also be used.
-The required amount of bicarbonate can be dissolved in water as a blowing agent.
・ ポリウレタン発泡体原料にプロパノール、ブタノール等の水酸基を有する化合物を添加し、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスを調整することにより、発泡体の硬さを変化させるように構成することもできる。 -It can also comprise so that the hardness of a foam may be changed by adding the compound which has hydroxyl groups, such as a propanol and a butanol, to a polyurethane foam raw material, and adjusting the isocyanate index of a polyisocyanate compound.
・ ポリウレタン発泡体原料に架橋剤として、2官能のポリエーテルジオールと、3官能のポリエーテルトリオール又は4官能基以上のポリオールを配合し、得られるポリウレタン発泡体の架橋度を調整し、硬さを変化させるように構成することもできる。 ・ Blending polyurethane foam raw material with bifunctional polyether diol and trifunctional polyether triol or polyol with 4 or more functional groups as a crosslinking agent, adjusting the degree of crosslinking of the resulting polyurethane foam, It can also be configured to change.
・ ポリウレタン発泡体を、例えば自動車のドアトリム、センターピラーガーニッシュ等の緩衝材、シーリング材等の制振材、マットレス、枕等として使用することもできる。 -Polyurethane foam can also be used, for example, as a cushioning material such as an automobile door trim and a center pillar garnish, a damping material such as a sealing material, a mattress, and a pillow .
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