JP4910703B2 - 軟質ポリウレタンフォーム、その製造方法、および自動車用シート - Google Patents
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Description
さらに、既存の消泡剤を用いて、フォームの表面スキン層密度を高める技術が知られている(特許文献7)。この技術は、特に、インテグラルスキンフォームに応用される技術であり、本発明の内容と大きく異なっている。
1. 高分子ポリオキシアルキレンポリオールまたは前記高分子ポリオキシアルキレンポリオール中にポリマー微粒子を含むポリマー分散ポリオールと、ポリイソシアネート化合物とを、触媒、発泡剤、および整泡剤の存在下に反応させて得られる軟質ポリウレタンフォームにおいて、
下式(1)で表される化合物を、全活性水素化合物100質量部に対して、0.0001〜1質量部使用することを特徴とする軟質ポリウレタンフォーム(ただし、nの平均値は21〜2100である。)。
上式(1)で表される化合物を、全活性水素化合物100質量部に対して、0.0001〜1質量部使用することを特徴とする、軟質ポリウレタンフォームの製造方法(ただし、nの平均値は21〜2100である。)。
4. 厚み100mmに発泡して得られた軟質ポリウレタンフォームについて、JIS K6400(1997年版)に準拠して測定した25%硬さ(ILD)X(N/314cm2)、およびJIS E7104(2002年版)に準拠する加圧板(鉄研形)を用いて測定される荷重−たわみ量曲線より得られる900N加圧側のたわみ値から500N加圧側のたわみ値を引いた値(加圧側たわみ差)Y(mm)が、好ましくは、下式(2)で表される関係式を満たす。
Y≧−0.000370842X2+0.225401X−10.5013・・・(2)
5. 厚み100mmに発泡して得られた軟質ポリウレタンフォームについて、JIS E7104(2002年版)に準拠する加圧板(鉄研形)を用いて測定される荷重−たわみ量曲線より得られる500N加圧側のたわみ値が、5.0〜55.0mmのとき、900N加圧側のたわみ値から500N加圧側のたわみ値を引いた値(加圧側たわみ差)Y(mm)が、好ましくは、22.5〜33.0mmである。
6. 上記軟質ポリウレタンフォームからなる自動車用シートである。
また、本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法によれば、振動特性、荷重たわみ特性、および耐久性に優れた軟質ポリウレタンフォームを安定して、かつ安価に製造できる。そして、本発明の自動車用シートは、姿勢保持性、サポート感に優れ、底付き感が少ない、座り心地性のよいシートである。
以下、各原料について説明する。
(高分子ポリオキシアルキレンポリオール)
本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造に用いる高分子ポリオキシアルキレンポリオールは、開環付加重合触媒の存在下、開始剤に環状エーテルを開環付加重合させて得られるものが好ましい。
高分子ポリオキシアルキレンポリオール平均水酸基数は用いた開始剤の平均水酸基数である。また、高分子ポリオキシアルキレンポリオールは、JIS K−1557に準拠して測定した水酸基価から下記式を用いて換算した分子量とする。
開環付加重合触媒としては、たとえば、カリウム化合物(水酸化カリウム、カリウムメトキシド等。)、セシウム化合物(セシウム金属、水酸化セシウム、炭酸セシウム、セシウムメトキシド等。)等のアルカリ金属化合物触媒;カチオン重合触媒(ボロントリフロライド等。);複合金属シアン化物錯体触媒:ホスファゼニウム化合物等が挙げられる。これら開環付加重合触媒のうち、アルカリ金属化合物触媒、複合金属シアン化物錯体触媒が好ましく、分子量の大きいポリオキシアルキレンポリオールを得るためには、複合金属シアン化物錯体触媒が特に好ましい。
一方、アルカリ金属化合物触媒の使用量は、得られるポリオキシアルキレンポリオール100質量部に対して、0.1〜0.5質量部が好ましい。
開始剤の活性水素数は、2〜6が好ましい。活性水素数を2以上とすることにより、軟質ポリウレタンフォームの耐久性、シートクッションの乗り心地性が良好となる。活性水素数を6以下とすることにより、軟質ポリウレタンフォームが硬くならず、伸び等の機械物性が良好となる。
ポリオキシアルキレンポリオールは、分子鎖の途中および/または分子末端にオキシエチレン基を有することが好ましく、分子末端にオキシエチレン基を有することが特に好ましい。
分子鎖の途中にオキシエチレン基を有するポリオキシアルキレンポリオールとしては、たとえば、開始剤に、炭素数3以上のアルキレンオキシドまたはエチレンオキシドの一方を開環付加重合させ、ついで残りの一方を開環付加重合させ、最終的に炭素数3以上のアルキレンオキシドを開環付加重合させて得られる、分子鎖の途中にオキシエチレンブロック鎖を有するもの;または、開始剤に、炭素数3以上のアルキレンオキシドおよびエチレンオキシドをランダムに開環付加重合させて得られる、分子鎖の途中にオキシエチレンオキシアルキレンランダム鎖を有するポリオキシアルキレンポリオールが挙げられる。
ポリオキシアルキレンポリオール(100質量%)中の全オキシエチレン基の含有量は、後述する破泡剤を除いては、30質量%以下が好ましく、25質量%以下が特に好ましい。オキシエチレン基の含有量を30質量%以下とすることにより、軟質ポリウレタンフォームの独立気泡が少なくなり、クラッシング処理の際のフォームの割れ、クラッシング処理後の収縮等を抑えることができる。
ポリオキシアルキレンポリオール中の末端オキシエチレン基含有量の下限は、後述する破泡剤を除いては、3質量%が好ましく、特に5質量%が好ましい。上限は25質量%であることが好ましい。末端オキシエチレン基の含有量が3質量%未満ではフォームのコラップス等が発生しやすい。一方、25質量%を超えるとフォームの独立気泡が多くなりクラッシング処理の際にフォームが割れたり、クラッシング処理後の収縮等が発生する。
ポリオール(a)の水酸基価は、112mgKOH/g以下が好ましく、10〜80mgKOH/gであり、20〜60mgKOH/gであることが好ましい。20〜40mgKOH/gが最も好ましい。水酸基価を10mgKOH/g以上とすることで、ポリオールの粘度が高くならず、製造時の作業性が良い。水酸基価を112mgKOH/g以下とすることで、軟質ポリウレタンフォームの耐久性、シートクッションの座り心地性が良好となる。
このような総不飽和度のポリオールを得るには、上記の開環付加重合触媒のうち、セシウムアルコキシド化合物、ホスファゼニウム化合物、複合金属シアン化物触媒のいずれかを用いることが好ましく、セシウムアルコキシド化合物、複合金属シアン化物触媒のいずれかを用いることが特に好ましい。
ポリオール(a)はオキシエチレン基を有するものが好ましく、ポリオール(a)(100質量%)中の全オキシエチレン基の含有量は、30質量%以下が好ましく、25質量%以下が特に好ましい。オキシエチレン基の含有量を30質量%以下とすることにより、軟質ポリウレタンフォームの独立気泡が少なくなり、クラッシング処理の際のフォームの割れ、クラッシング処理後の収縮等を抑えることができる。
ポリオール(a)は特に末端にオキシエチレン基を有するものが好ましく、ポリオール(a)中の末端オキシエチレン基含有量の下限は3質量%が好ましく、特に5質量%が好ましい。上限は25質量%であることが好ましい。末端オキシエチレン基の含有量が3質量%未満ではフォームのコラップス等が発生しやすい。一方、25質量%を超えるとフォームの独立気泡が多くなりクラッシング処理の際にフォームが割れたり、クラッシング処理後の収縮等が発生する。
高分子ポリオキシアルキレンポリオール(a)の含有量は、高分子ポリオキシアルキレンポリオール(100質量%)中、30〜100質量%が好ましく、40〜100質量%が特に好ましい。なお、高分子ポリオキシアルキレンポリオールが後述のようにポリマー微粒子を含む場合において、高分子ポリオキシアルキレンポリオールとポリオール(a)の割合は、ポリマー微粒子を除いたポリオールの質量に基づいて計算する。
また、本発明において、高分子ポリオキシアルキレンポリオールの少なくとも一部として、破泡剤と呼ばれる、オキシエチレン基の含有量の高いポリオキシアルキレンポリオール(以下、破泡剤ともいう)を使用することができる。
破泡剤としては、平均水酸基数が2〜8、水酸基価が20〜100mgKOH/g(より好ましくは20〜80mgKOH/g)、オキシエチレン基含有量がポリオキシアルキレンポリオール(100質量%)中50〜100質量%のポリオキシアルキレンポリオールが好ましい。このような破泡剤の使用量は、高分子ポリオキシアルキレンポリオール100質量部中、0.01〜10質量部が好ましく、0.05〜10質量部が特に好ましい。なお、高分子ポリオキシアルキレンポリオールが後述のようにポリマー微粒子を含む場合において、高分子ポリオキシアルキレンポリオール中の破泡剤の割合は、ポリマー微粒子を除いたポリオールの質量に基づいて計算する。
本発明において、高分子ポリオキシアルキレンポリオール中にポリマー微粒子を含むポリマー分散ポリオールを用いてもよい。該ポリマー分散ポリオールは、ポリオキシアルキレンポリオールマトリックス中にポリマー微粒子を含み、ポリマー微粒子は、好ましくは分散して含まれる。ポリマー微粒子としては付加重合系ポリマーや縮重合系ポリマーが好ましい。
ポリイソシアネート化合物としては、芳香族ポリイソシアネートが好ましい。芳香族ポリイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(クルードMDI)等が挙げられる。これらは混合物であってもよく、TDIとクルードMDI混合物(TDI/クルードMDI=85/15〜75/25(質量比))が特に好ましい。
本発明において触媒としては、ウレタン化反応を促進する触媒を使用できる。例えば、トリエチレンジアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル等の3級アミン類;酢酸カリウム、2−エチルヘキサン酸カリウム等のカルボン酸金属塩;ジブチルスズジラウレート、スタナスオクトエート等の有機金属化合物等が挙げられる。
触媒の使用量は、ポリマー微粒子を含む全ポリオール100質量部に対して、0.01〜5質量部が好ましく、0.1〜1質量部が特に好ましい。
本発明においては、上式(1)で表される化合物(以下、ジメチルポリシロキサンともいう。)を使用する。
上式(1)中、nの平均値は13〜2100であり、15〜2100が好ましく、21〜1000が特に好ましい。nの平均値を2100以下とすることにより、発泡時のフォーム安定性が良好となる。また、nの平均値を13〜2100とすることにより、JIS E7104の準拠した加圧板(鉄研形)を用いて測定された荷重たわみ量曲線から得られる900Nから500Nの加圧側たわみ差を安定的に確保できる。nの平均値を21〜1000とすれば、加圧側たわみ差を最も安定的に確保できる。
本発明において、nの平均値、すなわち重合度は、JIS Z8803−1991 5.2.3に記載のウベローデ型粘度計を用いて測定された25℃におけるジメチルポリシロキサンの動粘度をもとに、伊藤邦雄編,「シリコーン・ハンドブック」,初版,日刊工業新聞社,1990年8月31日,p.116に記載の「ジメチルシリコーンオイルの分子量と,重合度と粘度の関係」のグラフを用いて決定することができる。
本発明においては、整泡剤として、通常の軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられる整泡剤を併用してもよく、シリコーン系整泡剤を使用することが特に好ましい。整泡剤の使用量は、ポリマー微粒子を含む全ポリオール100質量部に対し、0.001〜3質量部が好ましい。
発泡剤としては、水および不活性ガスから選ばれた1種以上の発泡剤が好ましく、水が特に好ましい。不活性ガスとしては、空気、窒素、二酸化炭素等が挙げられる。
発泡剤の使用量は、特に限定されず、水のみが使用される場合、ポリマー微粒子を含む全ポリオール100質量部に対して、10質量部以下が好ましく、0.1〜8質量部が特に好ましい。水以外の発泡剤を、発泡倍率等の要求に応じて適切な量併用してもよい。
本発明においては、架橋剤を使用してもよい。架橋剤としては、平均水酸基数が2〜8、水酸基価が200〜2000mgKOH/gのポリオールが好ましい。架橋剤の使用量は、ポリマー微粒子を含む全ポリオール100質量部に対して0.1〜10質量部が好ましく、0.5〜10質量部が特に好ましい。
本発明においては、乳化剤;酸化防止剤、紫外線吸収剤等の老化防止剤;炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の充填剤;難燃剤、可塑剤、着色剤、抗カビ剤等の公知の各種添加剤、助剤を必要に応じて使用してもよい。
軟質ポリウレタンフォームの製造・成形は、低圧発泡機または高圧発泡機を用いて反応性混合物を直接金型に注入する方法(すなわち、反応射出成形方法)または、開放状態の金型に反応性混合物を注入する方法で行われることが好ましい。高圧発泡機は、通常の2液を混合する型が好ましく、そのうち、1液はポリイソシアネート化合物であり、他の液はポリイソシアネート化合物以外の全原料の混合物が用いられる。場合によっては、触媒、破泡剤(通常、一部のポリオキシアルキレンポリオールに分散または溶解して用いる)等を別成分とし、合計3種類の反応性混合物を用意してもよい。
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、通常、コールドキュアー法により製造される。
コールドキュアー法以外の、たとえば、加熱工程を含む方法で製造してもよい。
本発明の軟質ポリウレタンフォームのコア密度は、30〜70kg/m3であることが好ましく、自動車用シートのシートクッションに適用するためには、コア密度35〜60kg/m3が特に好ましい。コア密度が30kg/m3以上であれば、軟質ポリウレタンフォームの耐久性、シートクッションの乗り心地性がさらに良くなる。また、コア密度が70kg/m3以下であれば、自動車用シートへ適用した場合、燃費向上の妨げにならない。コア密度の測定は、JIS K6400(1997年版)に準拠した方法で行う。コア密度の測定には、軟質ポリウレタンフォーム中央部からスキン部(端部)を取り除いて、縦横100mm、高さ50mmの大きさに切り出したものを用いる。
Y≧−0.000370842X2+0.225401X−10.5013・・・(2)
該関係式を満たすことで、シートクッションとしての充分なたわみ量を確保することができる。
500N加圧側たわみ値が5.0〜55.0mmのとき、フォーム厚み100mmにおける900N加圧側のたわみ値から500N加圧側のたわみ値を引いた値(加圧側たわみ差)Y(mm)が22.5mmよりも少ない場合は、シートの底付き感がやや発生してくるので好ましくない。また、加圧側たわみ差(mm)Yが33.0mmを上回る場合、姿勢保持性が悪くなるので好ましくない。
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、さらに100mmの厚みに発泡して得られたフォームについて、JIS E7104(2002年版)に準拠する加圧板(鉄研形)を用いて、10mm/s以下の一定速さで荷重を加えて測定される荷重−たわみ量曲線より得られる500N加圧側のたわみ値が18.0〜55.0mmのとき、900N加圧側のたわみ値から500N加圧側のたわみ値を引いた値(加圧側たわみ差)Y(mm)が22.5〜33.0mmであることがさらに好ましく、27.0〜33.0mmであることがより好ましい。
以上説明した本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法にあっては、上式(1)で表される化合物、すなわちジメチルポリシロキサンを用いているため、得られる軟質ポリウレタンフォームのセルの大きさが均一にならない。不均一なセルを有する軟質ポリウレタンフォームは、荷重を加えていっても比較的大きなセルがつぶれにくいため、高荷重下でもたわみがあり、結果、加圧側たわみ差が大きくなる。また、セルの大きさが不均一な軟質ポリウレタンフォームは、共振しにくく、よって振動特性にも優れる。
また、従来のフッ素系界面活性剤を用いた製造方法に比べ、安価に軟質ポリウレタンフォームを製造できる。
ポリオールa1:水酸化カリウム触媒を用いて、グリセリンを開始剤としてプロピレンオキシドを開環付加重合させた後、精製して分子量1000のポリオキシプロピレンポリオールを得た後、水酸化セシウム触媒を用いてプロピレンオキシドをさらに開環付加重合させ、ついでエチレンオキシドを開環付加重合させて得られたポリオキシプロピレンオキシエチレンポリオール。官能基数は3、水酸基価は24mgKOH/g、不飽和度は0.04meq/g、末端オキシエチレンブロック基の量は16質量%である。
ポリオールa3:水酸化カリウム触媒を用いて、グリセリンを開始剤としてプロピレンオキシドを開環付加重合させた後、末端にエチレンオキシドを開環付加重合させて得られたポリオキシプロピレンオキシエチレンポリオール。官能基数は3、水酸基価は28mgKOH/g、不飽和度は0.06meq/g、末端オキシエチレンブロック基の量は15質量%である。
架橋剤b1:ジエタノールアミン。
架橋剤b2:平均水酸基数が4、水酸基価が562mgKOH/gのポリオキシエチレンポリオール。
ウレタン化触媒c2:ビス−[(2−ジメチルアミノ)エチル]エーテルのジプロピレングリコール溶液(東ソー社製、商品名「TOYOCAT―ET」)。
ウレタン化触媒c3:東ソー社製、商品名「TOYOCAT−NCT」。
シリコーン系整泡剤d2:日本ユニカー社製、商品名「L−5309」。
ジメチルポリシロキサンe1〜e4:ジメチルポリシロキサンe1〜e4は、表1に示す構造のものである。
ポリイソシアネート化合物: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/2,6−トリレンジイソシアネート=80/20質量%の混合物)と、ポリメチレンポリフェニルイソシアネートとの混合物(トリレンジイソシアネート/ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート=80/20質量%)、イソシアネート基含有量が44.8%(日本ポリウレタン工業社製、商品名「コロネート1021」)。
表2〜4に示す配合比で軟質ポリウレタンフォームを成形した。表2〜4に示す原料のうち、ポリイソシアネート化合物以外の全原料の混合物(ポリオール含有混合物)と、イソシアネート化合物とを25℃±1℃に調整し、ポリオール含有混合物にポリイソシアネート化合物を表2〜4に示すイソシアネートインデックスになるように加えて、高速ミキサー(回転数3000回転/分)で5秒間攪拌混合し、直ちに60℃に加温した縦横400mm、高さ100mmの内寸法をもつ金型に注入して密閉した。6分間キュアした後、軟質ポリウレタンフォームを取り出し、24時間以上放置してから各種物性の測定を行った。
ただし、ヒステリシスロスの測定に用いられる加圧板については、JIS E7104(2002年版)に準拠する加圧板(鉄研形)を用いた。
コア密度およびコア反発弾性率に関しては、フォームの中心部からスキン部を除いて縦横100mm、高さ50mmの寸法に切り出したサンプル用いて測定した。
25%硬さ(ILD)をXとし、下式(3)よりyを算出した。
y=−0.000370842X2+0.225401X−10.5013・・・(3)
なお、2004年11月24日に出願された日本特許出願2004−338815号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (10)
- 前記式(1)で表される化合物を、全活性水素化合物100質量部に対して、0.0003〜0.1質量部使用する、請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
- コア密度が、30〜70kg/m3である、請求項1または2に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
- コア密度が、35〜60kg/m3である、請求項3に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
- 100mmの厚みに発泡して得られた軟質ポリウレタンフォームについて、JIS K6400(1997年版)に準拠して測定した25%硬さ(ILD)X(N/314cm2)、およびJIS E7104(2002年版)に準拠する加圧板(鉄研形)を用いて測定される荷重−たわみ量曲線より得られる900N加圧側のたわみ値から500N加圧側のたわみ値を引いた値(加圧側たわみ差)Y(mm)が、下式(2)で表される関係式を満たすことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の軟質ポリウレタンフォーム。
Y≧−0.000370842X2+0.225401X−10.5013・・・(2) - 100mmの厚みに発泡して得られた軟質ポリウレタンフォームについて、JIS E7104(2002年版)に準拠する加圧板(鉄研形)を用いて測定される荷重−たわみ量曲線より得られる500N加圧側のたわみ値が、5.0〜55.0mmのとき、900N加圧側のたわみ値から500N加圧側のたわみ値を引いた値(加圧側たわみ差)Y(mm)が、22.5〜33.0mmである、請求項1〜5のいずれかに記載の軟質ポリウレタンフォーム。
- 請求項1〜6のいずれか1つに記載の軟質ポリウレタンフォームからなる自動車用シート。
- 前記式(1)で表される化合物を、全活性水素化合物100質量部に対して、0.0003〜0.1質量部使用する、請求項8に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
- 発泡剤として水および不活性ガスから選ばれた少なくとも1種を使用する、請求項8または9に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
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