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

本発明は、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に関する。
近年、種々の用途に使用されるポリウレタンフォームの分野では、それぞれの用途に適した特性向上のための種々の研究開発がなされている。例えば、自動車シートの高級化に伴ってシートクッションの乗り心地性を向上させるために、反発弾性、振動特性、耐久性などの向上が目標とされている。振動特性に関しては、車体振動が人体に与える影響は振動周波数により一様ではないが、特に人間が敏感な周波数域(例えば4〜8Hz、または6〜20Hzといわれている)の減衰を特に大きくとることが乗り心地性の向上に有効であるとされている。また、これらの特性を向上させるには、従来から製造されているよりも高分子量のポリオキシアルキレンポリオールを用いたシートクッションが有効であると考えられている。
一方、シートクッションは金属バネと軟質ポリウレタンフォーム(以下軟質フォームと表す)からなるパッド材を組み合わせたものが多用されてきた。しかしながら、近年コストダウンや軽量化等の要請から軟質フォーム自体にバネ特性を持たせることによって金属バネを廃止したいわゆるフルフォームタイプと呼ばれる自動車用シートが採用される傾向にある。フルフォームタイプのシートは金属バネを併用しないため厚さが厚くなった。また、軟質フォームの特性がシートの座り心地および乗り心地性に大きく関与する要素となった。すなわち、座り心地および乗り心地性の指標となる、静的特性および動的特性は軟質フォームの開発において重要視されるようになった。特に、静的特性のうち、着座初期のサポート感と着座終期の底付き感の制御が重要である。
軟質フォームのパット材を備えたシートに実際に人が座ると、軟質フォームが圧縮されてたわみ、臀部等の位置が特定の高さまで沈み込む。この静的特性(静的着座感)の測定方法としては、JASO自動車規格B408−89(1989年版)の自動車用シートのパット材の性能試験方法に準拠した荷重試験において、たわみ量を測定し、荷重−たわみ量曲線を得る試験方法または、JIS E7104(2002年版)に準拠する加圧板を用いた測定により得られた荷重−たわみ量曲線から得た500N荷重(ニュートン荷重)を与えた時のたわみ値が使用されることがある。この加圧板は、長径A:300mm、短径B:250mm、厚さC:35mm以上の長円形であり、いわゆる鉄研形と称されている。
一方、一般に軟質フォームの原料として用いられるポリオキシアルキレンポリオールは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のナトリウム/カリウム系触媒の存在下、多価アルコール等の開始剤を使用して、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドを開環重合させて製造される。この製造法では、副生成物として不飽和結合を有する不飽和モノオール(以下、単にモノオールという)が生成し、このモノオールの生成量はポリオキシアルキレンポリオールの分子量の増大(水酸基価の低下)とともに増加する。
弾性ポリウレタンフォームの原料として広く用いられている水酸基価56mgKOH/g程度のポリオキシアルキレンポリオールにおいては、このモノオールの生成量は大きな問題となるほど多くはない。しかし、分子量の高い、低水酸基価のポリオキシアルキレンポリオールの場合には、このモノオールの生成量が問題となる。なぜなら、モノオール含有量の多い(総不飽和度の高い)ポリオキシアルキレンポリオールを用いて弾性ポリウレタンフォームを製造した場合には、製造されたフォームの硬度の低下、圧縮永久歪の低下、フォーム製造時のキュア性低下等の問題が生じるためである。さらに低水酸基価のポリオキシアルキレンポリオールを、ナトリウム/カリウム系触媒を用いて製造しようとしてもモノオール生成量が著しく大きくなり、事実上困難である。
そこで、自動車シート用として、乗り心地性、耐久性等の特性を向上させるために、モノオール含有量の低いポリオキシアルキレンポリオールを用いて弾性ポリウレタンフォームを製造する方法が提案された(特許文献1参照)。
しかし、モノオール含有量の低いポリオキシアルキレンポリオールを用いて製造されたフルフォームタイプに代表される弾性ポリウレタンフォームは、反発弾性率が極めて高いため(コア部反発弾性率71〜74%)、走行中の乗員の姿勢保持性、サポート性の点から、乗り心地性が不十分であることがわかってきた。これらの問題を解決するために、不飽和度の低いポリオキシアルキレンポリオールと、水酸基価90〜300mgKOH/gの低分子量のポリオキシアルキレンポリオールを併用して反発弾性率を抑制する発明が提案されたが(特許文献2参照)、ヒステリシスロスの値が25〜33%と比較的大きく、耐久性の点からは不利であった。
また、前述のフルフォームタイプ構造のシートでは、荷重たわみ特性は、軟質フォーム自体の影響を大きく受けるので、前記加圧板によって上方から加圧した時の荷重たわみ量を測定すると、加圧側500N〜900Nたわみ差の比較的少ないシートとなる。たわみ差が少ないシートは底付き感があるため、乗り心地の評価が悪い傾向を示した。そのため、フルフォームタイプのシートではたわみ差を大きくするためにフォームの厚みを厚くする手法で対応してきた。このたわみ差をフォームの厚みを厚くすることなく大きくする技術としてパーフルオロアルキル基構造を有するフッ素系界面活性剤の使用が提案された(特許文献3)。しかしながら、フッ素系界面活性剤の構造によっては効果が異なる問題が指摘されていた。
一方、高弾性の軟質ポリウレタンフォームを製造する方法として、ジメチルポリシロキサンをポリエーテル100質量部に対して0.003〜2質量部使用する方法が知られている(特許文献4)。しかし、ジメチルポリシロキサンの重合度(分子量)に対してフォームの製造条件が非常に敏感であるため、フォームの製造に重合度10を超えるジメチルポリシロキサンを使用することができなかった。また、重合度が10以下のジメチルポリシロキサンを使用しても、安定したフォームの製造が困難であった。
また、共振倍率が低減された軟質ポリウレタンフォームとしては、シリコーン成分の主成分がジメチルポリシロキサンであるシリコーン系整泡剤を用いて製造された軟質ポリウレタンフォームが知られている(特許文献5、6)。しかし、該シリコーン系整泡剤は、ジメチルポリシロキサンと可塑剤との混合物であり、しかも、可塑剤が約90質量%を占めるため、実際に得られる効果が、ジメチルポリシロキサンによる効果なのか、可塑剤との併用による効果なのか、明確ではない。
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。
特開平7−330843号公報 特開平11−60676号公報 特開平11−322875号公報 特開昭51−50999号公報 特開2001−137077号公報 特開2001−139657号公報 特開平6−87945号公報
本発明は、振動特性および荷重たわみ特性に優れた軟質ポリウレタンフォーム、該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製造方法、および乗員の姿勢保持性、サポート感に優れ、底付き感が少ない自動車用シートを提供する。
本発明の要旨は、以下のとおりである。
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。)
Figure 0004910703
2. 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る軟質ポリウレタンフォームの製造方法において、
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。)
3. 軟質ポリウレタンフォームは、コア密度が好ましくは30〜70kg/m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/314cm)、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≧−0.000370842X+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。
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、振動特性および荷重たわみ特性に優れる。
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。
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、ポリオールとポリイソシアネート化合物とを触媒、整泡剤および発泡剤の存在下で反応させて得られるものである。
以下、各原料について説明する。
<ポリオール>
(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。
分子量=(56100×ポリオールの水酸基数)/水酸基価
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。
複合金属シアン化物錯体触媒としては、高い重合活性を有することから、亜鉛ヘキサシアノコバルテートを主成分とする錯体が好ましく、高活性であることから、エーテルおよび/またはアルコール錯体が特に好ましい。エーテルとしては、エチレングリコールジメチルエーテル(グライム)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグライム)、モノエチレングリコールモノ−tert−ブチルエーテル(METB)等が好ましく、製造時に錯体を取り扱いやすいことから、グライムおよびMETBが特に好ましい。アルコールとしては、高活性触媒が得られることから、tert−ブチルアルコールが特に好ましい。
複合金属シアン化物錯体触媒の使用量は、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、0.001〜0.05質量部が好ましく、製品の貯蔵安定性が優れ、かつ経済的にも有利であることから0.001〜0.03質量部が特に好ましい。
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。
開始剤としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、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、ジグリセリン、デキストロース、シュークロース、ビスフェノールA等、またはこれらに少量のアルキレンオキシドを付加した化合物が挙げられる。開始剤は、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
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。
環状エーテルとしては、炭素数2以上のアルキレンオキシドが好ましい。炭素数2以上のアルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシド等が挙げられる。これらのうち、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、および2,3−ブチレンオキシドから選ばれる少なくとも1種と、エチレンオキシドとの併用が特に好ましい。
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。
分子末端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を開環付加重合させ、ついでエチレンオキシドを開環重合させて得られる、末端オキシエチレンブロック鎖を有するポリオキシアルキレンポリオール;または、前記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に、さらにエチレンオキシドを開環重合させて得られる、末端オキシエチレンブロック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。
高分子ポリオキシアルキレンポリオールの平均水酸基数は2〜6が好ましく、3〜4が特に好ましい。平均水酸基数が2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座り心地性が良好となる。また、平均水酸基数を6以下とすることで、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。
高分子ポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価は、10〜112mgKOH/gが好ましく、10〜80mgKOH/gがより好ましい。20〜60mgKOH/gが特に好ましく、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。
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ポリオキシアルキレンポリオール(a)(以下、ポリオール(a)ともいう。)を使用することが好ましい。ポリオール(a)は、10〜112mgKOH/gであり、総不飽和度(USV)が0.08meq/g以下であるポリオキシアルキレンポリオールである。
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。
ポリオール(a)の総不飽和度は、0.08meq/g以下であり、0.07meq/g以下が好ましく、0.05meq/g以下であることが好ましい。ポリオール(a)の総不飽和度を0.08meq/g以下とすることにより、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)の平均水酸基数は、2〜6であることが好ましく、2〜4がより好ましい。ポリオール(a)は、1種の単独であっても、水酸基価が10〜80mgKOH/gであり、かつ総不飽和度が0.08meq/g以下であるポリオールを2種以上混合して得られる混合物であってもよい。また、混合物を開始剤として用いて製造したものであってもよい。
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。
(破泡剤)
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。
(ポリマー分散ポリオール)
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。
ポリマー微粒子のポリマーとしては、付加重合系ポリマーまたは縮重合系ポリマーが挙げられる。付加重合系ポリマーとしては、アクリロニトリル、スチレン、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル等のビニルモノマーのホモポリマー、コポリマー等が挙げられる。縮重合系ポリマーとしては、ポリエステル、ポリウレア、ポリウレタン、メラミン樹脂等が挙げられる。ポリマー微粒子の存在により、ポリマー分散ポリオール全体の水酸基価をマトリックスのポリオールの水酸基価より抑えることができる。このようなポリマー分散ポリオールは公知の方法で製造でき、高分子ポリオキシアルキレンポリオール中で、モノマーを重合して製造できる。また、別途溶媒中でモノマーを重合してポリマー微粒子溶液を製造し、これを高分子ポリオキシアルキレンポリオールに混合後、溶媒を除去することによっても得られる。また、一部の高分子ポリオキシアルキレンポリオール中でモノマーを重合し、選られたポリマー分散ポリオールを他の高分子ポリオキシアルキレンポリオールと混合しても調製できる。
高分子ポリオキシアルキレンポリオールに含まれるポリマー微粒子の含有量は、50質量%以下であることが好ましい。ポリマー微粒子の含有量を50質量%以下とすることにより、ポリオールの粘度が高くならず、製造時の作業性が良い。ポリマー微粒子の含有量は、ポリマー微粒子を含む全ポリオール(100質量%)中、1〜35質量%が好ましい。
<ポリイソシアネート化合物>
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。
ポリイソシアネート化合物の使用量は、軟質ポリウレタンフォームの原料における、ポリオール、水等の総活性水素数に対するイソシアネート基の数の100倍で表した数値(イソシアネートインデックスという。)が、80〜120となる量が好ましく、85〜115となる量が特に好ましい。
<触媒>
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。
<ジメチルポリシロキサン>
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。
ジメチルポリシロキサンの使用量は、全活性水素化合物100質量部に対し0.0001〜1質量部であり、0.0003〜0.1質量部が特に好ましい。活性水素化合物とは、軟質ポリウレタンフォームの原料のうちポリイソシアネート化合物と反応しうる化合物をいい、このような化合物としては、ポリオール、架橋剤、発泡剤としての水等が挙げられる。ポリイソシアネート化合物と反応しうる化合物100質量部に対し、ジメチルポリシロキサンの使用量を0.0001質量部以上とすることにより、加圧側たわみ差を安定的に確保できる。ジメチルポリシロキサンの使用量を1質量部以下とすることにより、発泡時のフォーム安定性が損なわれることがない。
<整泡剤>
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>
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。
<架橋剤>
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。
<その他>
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方法>
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。
<軟質ポリウレタンフォーム>
本発明の軟質ポリウレタンフォームのコア密度は、30〜70kg/m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/mが特に好ましい。コア密度が30kg/m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/m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。
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、100mmの厚みに発泡して得られたフォームについて、フォーム厚さに対する25%圧縮時の硬度(25%硬さ)が、180〜500N/314cmであることが好ましく、180〜400N/314cmであることが特に好ましい。25%硬さが180N/314cm以上であれば、乗員のサポート感がさらに良くなる。25%硬さが500N/314cm以下であれば、軟質ポリウレタンフォームのたわみが充分大きくなり、乗り心地性が向上する。25%硬さの測定は、JIS K6400(1997年版)に準拠した方法で行う。
本発の軟質ポリウレタンフォームは、100mmの厚みに発泡させ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/314cm)、およびJIS E7104(2002年版)に準拠する加圧板(鉄研形)を用いて、10mm/s以下の一定速度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900N加圧側たわみ値から500N加圧側たわみ値を引いた値Y(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が好ましい。
Y≧−0.000370842X+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。
また、本発明の軟質ポリウレタンフォームは、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以下の一定速度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であることが好ましい。27.0〜33.0mmであることが特に好ましい。
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。
<作用>
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、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、ジメチルポリシロキサンとともに、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とを併用しているため、ジメチルポリシロキサンを用いていても、軟質ポリウレタンフォームを安定して製造することができ、特に、従来では製造が困難であった、重合度が10以上のジメチルポリシロキサンを用いた軟質ポリウレタンフォームの製造が可能となった。
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。
そして、振動特性および荷重たわみ特性に優れる軟質ポリウレタンフォームからなるシートクッションを具備した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、底付き感が少なく、座り心地性が良い。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は下記例によって何ら限定されない。なお、実施例および比較例中の数値は質量部を示す。
(原料)
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a2:前記ポリオールa1中で、アクリロニトリルを重合させて得られる、微粒子ポリマー量が20質量%であるポリマー分散ポリオール。
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。
ポリオールa4: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。このポリオキシプロピレンポリオール1000gに対して、tert−ブチルアルコールを配位子とした亜鉛ヘキサシアノコバルテート錯体触媒を用いて、プロピレンオキシドを1710g開環付加重合させた後、プロピレンオキシドとエチレンオキシドとの混合物(プロピレンオキシド:エチレンオキシド=90:10の質量比)を4000g開環付加重合させた。このポリオキシアルキレンポリオールを精製後、水酸化カリウム触媒を用いて、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24.0mgKOH/g、不飽和度は0.005meq/g、末端オキシエチレンブロック基の量は14質量%、全オキシエチレン基の量は19質量%である。
ポリオールa5: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る、水酸基価が34mgKOH/gのポリオキシプロピレンオキシエチレンポリオール中で、アクリロニトリルとスチレンとを共重合させて得られたポリマー分散ポリオール。水酸基価は22mgKOH/g、微粒子ポリマー量は35質量%である。
破泡剤: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とエチレンオキシドの混合物を開環付加重合させた、平均官能基数が3、水酸基価が48mgKOH/g、オキシエチレン基の含有量が80質量%のポリオキシエチレン/ポリオキシプロピレンポリオール。
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c1:トリエチレンジアミンのジプロピレングリコール溶液(東ソー社製、商品名「TEDA−L33」)。
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d1:日本ユニカー社製、商品名「SZ−1327」。
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。
Figure 0004910703
発泡剤f:水
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」)。
[実施例1〜8、比較例1〜5]
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。
全密度、コア密度、25%硬さ(ILD)、コア反発弾性率、引裂強度、引張強度、伸び率、乾熱圧縮永久歪(DRY SET)、湿熱圧縮永久歪(WET SET)、ヒステリシスロスは、JIS K6400(1997年版)に準拠した方法で測定した。
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。
荷重−たわみ量曲線を得る試験は、JIS E7104(2002年版)に準拠した長径A:300mm、短径B:250mm、厚さC:35mm以上の長円形の加圧板(いわゆる鉄研形)を用いて、1.7mm/sの一定速度で荷重を加えて行った。荷重−たわみ量曲線から、500Nの荷重(ニュートン荷重)を与えた時の加圧側たわみ値(mm)を得た。荷重500N時の加圧側たわみ値(mm)と荷重900N時の加圧側たわみ値(mm)から加圧側たわみ差Y(mm)を得た。
25%硬さ(ILD)をXとし、下式(3)よりyを算出した。
y=−0.000370842X+0.225401X−10.5013・・・(3)
振動特性については、共振振動数(Hz)、共振倍率(絶対変位測定)および6Hzの伝達率(絶対変位測定)を評価した。共振振動数、共振倍率、6Hzの伝達率は、JASO B407−87(1987年版)に準拠した方法で測定した。振動特性測定条件としては、加圧板として、鉄研形(荷重:490N)を使用し、加振全振幅を5mmとした。
Figure 0004910703
Figure 0004910703
Figure 0004910703
表2〜4に示されるように、比較例に比べ、実施例1〜8は、100mmの厚みに発泡したフォームにおける加圧側たわみ差が大きくなり、かつ実施例は、式(3)より算出されるyの値よりも900N−500N加圧側たわみ差Yの値が大きくなるため、サポート感に優れており、振動特性についても良好な値を示した。
本発明の軟質ウレタンフォームは、主に自動車用シートのシートクッション、シートバック、家具用品等に好ましく適用できる。

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)

  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。
    Figure 0004910703
    (ただし、nの平均値は21〜2100である。)
  2. 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。
  3. コア密度が、30〜70kg/m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。
  4. コア密度が、35〜60kg/mである、請求項3に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
  5. 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/314cm)、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≧−0.000370842X+0.225401X−10.5013・・・(2)
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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る軟質ポリウレタンフォームの製造方法において、
    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の製造方法。
    Figure 0004910703
    (ただし、nの平均値は21〜2100である。)
  9. 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。
  10. 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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