JP5386144B2 - ポリウレタンフォームおよびポリウレタンフォーム用ポリイソシアネート - Google Patents

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Description

本発明は、ポリウレタンフォーム、および、そのポリウレタンフォームの製造に用いられるポリウレタンフォーム用ポリイソシアネートに関する。
ポリウレタンフォームは、原料であるポリオールやポリイソシアネートの種類、あるいは、発泡剤の配合割合を適宜変更することにより、硬度や触感を幅広く制御することができる。
そのため、マットレスやソファーなどの家具用品、ブラジャーや肩パッドなどの衣料用品、紙おむつ、ナプキン、医療用品、化粧品、洗顔パフや枕などのサニタリー用品、靴底などの靴用品、さらには、車両用のパッドやクッションなどの体圧分散用品、電気冷蔵庫や建築物などの断熱材、充填材、車両のハンドルなど車両用品など、幅広い分野において、ポリウレタンフォームが普及している。
とりわけ、衣料用品、サニタリー用品および靴用品の分野では、高いクッション性および難黄変性が要求される場合がある。
さらに、それらの分野では、高温かつ短時間でフォームを成形することや、洗濯後の乾燥においてドライクリーニング処理や天日干などにより、熱や紫外線に晒されることがある。そのため、それらの分野では、ポリウレタンフォームは、そのような熱や紫外線の履歴が付与されても、良好な意匠性や物性を保持することが要求される。
上記に関連して、例えば、残留湿熱歪みの小さい難黄変性軟質ポリウレタンフォームを製造するために、脂環族ポリイソシアネート化合物、特に、ノルボルナン環を有する多環式脂環族ポリイソシアネートを用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、難黄変軟質ポリウレタンフォームを製造するために、ポリオール骨格にエステル結合を有するポリエーテルポリオールを用いることが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
一方、例えば、微孔質ポリウレタンフォームを製造するために、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンおよび1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの混合物を用いることが提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
特開2003−261643号公報 国際公開パンフレットWO2002/053618号 特表2006−504843号公報
しかし、特許文献1の提案では、難黄変性のポリウレタンフォームを得ることができる一方で、得られるポリウレタンフォームのクッション性に関する反発弾性が不十分である。
また、特許文献2の提案では、芳香族ポリイソシアネートが用いられているため、得られるポリウレタンフォームに、熱や紫外線の履歴が付与されると黄変してしまい、難黄変性が不十分である。
さらに、特許文献3の提案でも、やはり、得られるポリウレタンフォームの難黄変性が不十分である。
本発明の目的は、クッション性および難黄変性に優れ、熱や紫外線の履歴が付与されても、色相変化が少なく反発弾性の保持率に優れる、ポリウレタンフォーム、および、そのポリウレタンフォームの製造に用いられるポリウレタンフォーム用ポリイソシアネートを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のポリウレタンフォームは、加水分解性塩素の含有量が700ppm以下であるビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含むポリイソシアネート、ポリオール、発泡剤および触媒を含有する原料から製造されることを特徴としている。
また、本発明のポリウレタンフォームでは、前記ポリイソシアネートは、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを50質量%以上の割合で含有することが好適である。
また、本発明のポリウレタンフォームは、反発弾性が、40%以上であることが好適である。
また、本発明のポリウレタンフォームは、密度が、200kg/m3以下であることが好適である。
また、本発明のポリウレタンフォームでは、前記ポリオールは、水酸基価が10〜120mgKOH/gであり、分子末端の1級水酸基が50モル%以上であることが好適である。
また、本発明のポリウレタンフォームは、衣料用成形品、サニタリー用成形品または靴用成形品として用いられることが好適である。
また、本発明のポリウレタンフォーム用ポリイソシアネートは、加水分解性塩素の含有量が700ppm以下であるビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含有することを特徴としている。
本発明のポリウレタンフォームによれば、クッション性および難黄変性に優れ、熱や紫外線の履歴が付与されても、色相変化が少なく反発弾性の保持率に優れる。
また、本発明のポリウレタンフォーム用ポリイソシアネートを用いれば、クッション性および難黄変性に優れ、熱や紫外線の履歴が付与されても、色相変化が少なく反発弾性の保持率に優れるポリウレタンフォームを製造することができる。
本発明のポリウレタンフォームは、ポリイソシアネート、ポリオール、発泡剤および触媒を含有する原料から、製造される。なお、本発明のポリウレタンフォーム用ポリイソシアネートは、本発明のポリウレタンフォームの原料として用いられるポリイソシアネートである。
本発明において、ポリイソシアネートは、加水分解性塩素の含有量が700ppm以下であるビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含有している。
ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、例えば、特開平7−309827号公報に記載される冷熱2段法(直接法)や造塩法、あるいは、特開2004−244349号公報や特開2003−212835号公報などに記載されるホスゲンを使用しない方法などにより、製造することができる。
ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの加水分解性塩素の含有量は、上記したように、700ppm以下、好ましくは、500ppm以下、さらに好ましくは、300ppm以下、とりわけ好ましくは、100ppm以下である。
加水分解性塩素の含有量が上記の範囲にあると、熱や紫外線の履歴が付与されても、色相変化を抑制することができ、さらには、反発弾性の保持率を向上させることができる。
ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの加水分解性塩素の含有量を、上記の範囲にするには、例えば、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを冷熱2段法(直接法)により調製する場合には、調製されるビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを精留し、精留により留出するビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの採取条件(例えば、採取するときの温度、圧力、還流比および留出率など)を調整する。
なお、加水分解性塩素の含有量は、例えば、JIS K−1556(2000)の附属書3に記載されている加水分解性塩素の試験方法に準拠して、測定することができる。
また、本発明において、ポリイソシアネートは、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを、50質量%以上、好ましくは、60質量%以上、さらに好ましくは、70質量%以上、とりわけ好ましくは、90質量%の割合で含有している。
ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンとして、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、および、それらの異性体混合物が挙げられる。好ましくは、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン単独、または、異性体混合物が挙げられ、さらに好ましくは、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン単独が挙げられる。
異性体混合物において、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの割合は、例えば、50モル%以上、好ましくは、70モル%以上、さらに好ましくは、80モル%以上、とりわけ好ましくは、90モル%である。
1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンには、シス−1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(以下、シス1,4体とする。)、および、トランス−1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(以下、トランス1,4体とする。)の立体異性体があり、本発明では、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、トランス1,4体を、好ましくは、20質量%以上、さらに好ましくは、40質量%、とりわけ好ましくは、60質量%以上含有する。最も好ましくは、80質量%含有している。
また、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンには、シス−1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(以下、シス1,3体とする。)、および、トランス−1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(以下、トランス1,3体とする。)の立体異性体があり、本発明では、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、トランス1,3体を、好ましくは、20質量%以上、さらに好ましくは、40質量%、とりわけ好ましくは、60質量%以上、最も好ましくは、80質量%以上含有する。
また、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンは、変性体として調製することもできる。
ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの変性体としては、例えば、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの多量体(ダイマー、トリマーなど)、ビウレット変性体(例えば、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと水との反応により生成するビウレット変性体など)、アロファネート変性体(例えば、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンとモノオールまたは低分子量ポリオール(後述)との反応より生成するアロファネート変性体など)、ポリオール変性体(例えば、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと低分子量ポリオール(後述)または高分子量ポリオール(後述)との反応より生成するポリオール変性体など)、オキサジアジントリオン変性体(例えば、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと炭酸ガスとの反応により生成するオキサジアジントリオンなど)、カルボジイミド変性体(ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの脱炭酸縮合反応により生成するカルボジイミド変性体など)などが挙げられる。
ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの変性体は、好ましくは、常温で液体として調製され、その25℃における粘度は、例えば、3000mPa.s以下、好ましくは、2000mPa.s以下、さらに好ましくは、1000mPa.s以下、通常、2mPa.s以上である。
また、ポリイソシアネートにおいて、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンとともに、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン以外の脂環族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネートを併用することもできる。
ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン以外の脂環族ジイソシアネートとして、例えば、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(別名:イソホロンジイソシアネート)、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトエチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトエチル)シクロヘキサン、2,5−または2,6−ビス(イソシアナトメチル)ノルボルナンおよびその混合物などが挙げられる。
また、脂肪族ジイソシアネートとして、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、1,2−ブチレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、2,4,4−または2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアネートメチルカプロエートなどが挙げられる。
ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと併用できるポリイソシアネートとして、好ましくは、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、2,5−または2,6−ビス(イソシアナトメチル)ノルボルナンおよびその混合物、ヘキサメチレンジイソシアネートが挙げられる。
さらに好ましくは、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネートが挙げられる。
また、ポリイソシアネートにおいて、得られるポリウレタンフォームの難黄変性を損なわない範囲で、芳香脂肪族ジイソシアネートや芳香族ジイソシアネートを併用することもできる。
芳香脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、1,3−または1,4−キシリレンジイソシアネートもしくはその混合物、1,3−または1,4−テトラメチルキシリレンジイソシアネートもしくはその混合物、ω,ω′−ジイソシアナト−1,4−ジエチルベンゼンなどが挙げられる。
芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、4,4′−、2,4′−または2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネートもしくはその混合物、2,4−または2,6−トリレンジイソシアネートもしくはその混合物、3,3′−ジメトキシビフェニル−4,4′−ジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、m−またはp−フェニレンジイソシアネートもしくはその混合物、4,4′−ジフェニルジイソシアネート、4,4′−ジフェニルエーテルジイソシアネートなどが挙げられる。
また、上記したビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと併用できるジイソシアネートは、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンと同様に、変性体として調製することもできる。
そのような変性体としては、上記したビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの変性体と同様に、例えば、上記ポリイソシアネートの多量体、ビウレット変性体、アロファネート変性体、ポリオール変性体、オキサジアジントリオン変性体、カルボジイミド変性体などが挙げられる。好ましくは、トリマー(イソシアヌレート変性体、好ましくは、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート変性体)、アロファネート変性体、ポリオール変性体が挙げられる。
それら変性体は、好ましくは、常温で液体として調製され、その25℃における粘度は、例えば、3000mPa.s以下、好ましくは、2000mPa.s以下、さらに好ましくは、1000mPa.s以下、通常、2mPa.s以上である。
さらに、変性体は、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンとともに、それに併用できるジイソシアネートを同時に配合して、調製することもできる。
さらに、得られるポリウレタンフォームの物性を損なわない範囲で、モノイソシアネートを併用することもできる。モノイソシアネートとしては、例えば、メチルイソシアネート、エチルイソシアネート、n−ヘキシルイソシアネート,シクロヘキシルイソシアネート、2−エチルヘキシルイソシアネート、フェニルイソシアネート、ベンジルイソシアネートなどが挙げられる。
本発明において、ポリオールは、水酸基を2つ以上有する化合物であって、例えば、高分子量ポリオールが挙げられる。
高分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する、例えば、数平均分子量400以上20000以下の化合物であって、その水酸基価が、例えば、10〜120mgKOH/g、好ましくは、20〜100mgKOH/g、さらに好ましくは、20〜80mgKOH/gである。水酸基価が上記範囲であれば、ポリウレタンフォームの反発弾性の向上および圧縮永久歪みの低減を達成することができる。
また、高分子量ポリオールの平均官能基数(2種以上の高分子量ポリオールを併用する場合を含む)は、機械物性の向上の観点から、好ましくは、2〜6程度である。
さらに、高分子量ポリオールは、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの反応性が芳香族ジイソシアネートの反応性と比較して低いため、ポリウレタンフォームの反発弾性を高めるべく、好ましくは、分子末端に1級水酸基を含有させる。その場合、分子末端の全水酸基に対する1級水酸基の割合(分子末端1級水酸基化率)は、好ましくは、50モル%以上、さらに好ましくは、60モル%以上、とりわけ好ましくは、70モル%以上である。なお、分子末端1級水酸基化率は、1H−NMR測定により求めることができる。
また、高分子量ポリオールは、ポリイソシアネートとの混合性を向上させるべく、好ましくは、常温液状として調製される。
ポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。さらに、例えば、特開2001−172382号に記載の芳香族ポリエステル変性ポリエーテルポリオール、例えば、ひまし油、大豆油、菜種油、綿実油などの植物油から得られる植物油ポリオール、例えば、植物油ポリオールがポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールにより変性された変性植物油ポリオールなどが挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリプロピレンポリオール、ポリテトラメチレンエーテルポリオールなどが挙げられる。
ポリプロピレンポリオールとしては、例えば、低分子量ポリオール(後述)または低分子量ポリアミン(後述)を開始剤とする、主としてプロピレンオキサイドの付加重合物であって、必要によりエチレンオキサイドが併用される。
プロピレンオキサイドおよびエチレンオキサイドが併用されるポリプロピレンポリオール(プロピレンオキサイドおよびエチレンオキサイドのランダムおよび/またはブロック共重合体)としては、例えば、プロピレンオキサイド重合体の分子末端に、エチレンオキサイドがブロック共重合されたポリプロピレンポリオール(末端エチレンオキサイド変性ポリプロピレンポリオール)などが挙げられる。
ポリプロピレンポリオールでは、上記のように、プロピレンオキサイド重合体の分子末端に、エチレンオキサイドをブロック共重合させれば、分子末端1級水酸基化率を向上させることができる。エチレンオキサイドの共重合割合は、例えば、末端エチレンオキサイド変性ポリプロピレンポリオールに対して、好ましくは、8〜25質量%であり、さらに好ましくは、10〜20質量%である。
このような末端エチレンオキサイド変性ポリプロピレンポリオールは、例えば、特開2005−154783号公報に記載の方法により製造することができる。
また、プロピレンオキサイドおよび/またはエチレンオキサイドの付加重合において、触媒として、特許第3905638号公報に記載のホスファゼニウム化合物を添加すれば、モノオール副生量が低減されたポリプロピレンポリオールを得ることができる。
なお、モノオール副生量の指標として、JIS K−1557に記載の方法に示されている総不飽和度は、ポリプロピレンポリオールにおいて、好ましくは、0.07meq./g以下であり、さらに好ましくは、0.05meq./g以下、とりわけ好ましくは、0.03meq./g以下である。
ポリテトラメチレンエーテルポリオールとしては、例えば、テトラヒドロフランのカチオン重合により得られる開環重合物、テトラヒドロフランの重合単位に低分子量ポリオール(後述)を共重合した非晶性(常温液状)ポリテトラメチレンエーテルグリコール、テトラヒドロフランとアルキレンオキサイド(例えば、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイドなど)との共重合により得られる共重合物などが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、低分子量ポリオール(後述)と、多塩基酸またはそのアルキルエステルとを、公知の条件下、反応させて得られる重縮合物が挙げられる。
多塩基酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタール酸、アジピン酸、1,1−ジメチル−1,3−ジカルボキシプロパン、3−メチル−3−エチルグルタール酸、アゼライン酸、セバチン酸、その他の脂肪族ジカルボン酸(炭素数11〜13)、スベリン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、オクタデカン二酸、ノナデカン二酸、エイコサン二酸、メチルヘキサン二酸、シトラコン酸、水添ダイマー酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ダイマー酸、ヘット酸などのカルボン酸、および、それらカルボン酸から誘導される酸無水物、酸ハライド、リシノレイン酸、12−ヒドロキシステアリン酸などが挙げられる。
低分子量ポリオール(後述)と多塩基酸との重縮合物として、具体的には、ポリ(エチレンブチレンアジペート)ポリオール、ポリ(エチレンアジペート)ポリオール、ポリ(エチレンプロピレンアジペート)ポリオール、ポリ(プロピレンアジペート)ポリオール、ポリ(ブチレンヘキサンアジペート)ポリオール、ポリ(ブチレンアジペート)ポリオールなどのアジペート系ポリエステルポリオールや、例えば、ポリ(アルキレンフタレート)系ポリオールが挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとして、例えば、ひまし油ポリオール、または、ひまし油ポリオールとポリプロピレンポリコールとの反応により得られるエステル変性ひまし油ポリオールなどが挙げられる。
また、ポリエステルポリオールとして、例えば、低分子量ポリオール(後述)を開始剤として、例えば、ε−カプロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類を開環重合して得られる、ポリカプロラクトンポリオール、ポリバレロラクトンポリオール、さらには、それらに低分子量ポリオール(後述)を共重合したラクトン系ポリオールなどが挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、低分子量ポリオール(後述)を開始剤とするエチレンカーボネートの開環重合物や、例えば、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオールや1,6−ヘキサンジオールなどの2価アルコールと、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートやジフェニルカーボネートなどの炭酸エステルとの縮合反応により得られるポリカーボネートジオールや、非晶性(常温液状)ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。
これら高分子量ポリオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、低粘度で流動性に優れるポリエーテルポリオールが挙げられ、さらに好ましくは、末端エチレンオキサイド変性ポリプロピレンポリオールが挙げられる。
また、本発明において、原料として、上記した高分子量ポリオールとともに、ポリオールとして低分子量ポリオールを併用することができる。さらには、低分子量ポリアミンを併用することもできる。それら低分子量ポリオールおよび/または低分子量ポリアミンは、ポリウレタンフォームの反発弾性の向上を図るべく、架橋剤として配合される。
低分子量ポリオールは、水酸基を2つ以上有する数平均分子量60〜400未満の化合物であって、エチレングリコール、プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、アルカン(7〜22)ジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−または1,4−シクロヘキサンジメタノールおよびそれらの混合物、1,4−シクロヘキサンジオール、アルカン−1,2−ジオール(C17〜20)、水素化ビスフェノールA、1,4−ジヒドロキシ−2−ブテン、2,6−ジメチル−1−オクテン−3,8−ジオール、ビスフェノールAなどの2価アルコール、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパンなどの3価アルコール、例えば、テトラメチロールメタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、D−ソルビトール、キシリトール、D−マンニトール、D−マンニット、ショ糖などの水酸基を4つ以上有する多価アルコールなどが挙げられる。さらには、低分子量ポリオールのアルキレンオキサイド(例えば、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイドなど)付加重合物なども挙げられる。
また、低分子量ポリアミンとしては、例えば、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミンなどの脂肪族ジアミン、例えば、トリレンジアミンなどの芳香族ジアミンなどが挙げられる。さらには、低分子量ポリアミンのアルキレンオキサイド(例えば、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイドなど)付加重合物なども挙げられる。
架橋剤(低分子量ポリオールおよび低分子量ポリアミン)は、必要により配合すればよく、単独使用または2種類以上併用することができる。また、架橋剤の配合割合は、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.5〜10質量部、好ましくは、1〜7質量部である。
本発明において、発泡剤としては、例えば、化学発泡剤および物理発泡剤が挙げられる。化学発泡剤としては、ポリイソシアネートと反応して炭酸ガスを発生させる、例えば、水が挙げられる。化学発泡剤の配合割合は、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.1〜6質量部、好ましくは、0.5〜5質量部、さらに好ましくは、0.5〜4である。
物理発泡剤としては、例えば、メチレンクロライド類、クロロフルオロカーボン類、ヒドロキシクロロフルオロカーボン類(HCFC−134aなど)、炭化水素類(シクロペンタンなど)、炭酸ガス、液化炭酸ガス、超臨界(炭酸)ガス、HFC(ヒドロフルオロカーボン)類、有機発泡剤(分解温度が60〜130℃の有機発泡剤であって、例えば、ジアゾアミノベンゼン、ジアゾ酢酸エチル、ジアゾ酢酸アミド、アゾジカルボンアミドなどのアゾ化合物、例えば、ベンゼンスルホニルヒドラジド、p−トルエンスルホニルヒドラジドなどのスルホニルヒドラジド化合物など)、無機発泡剤(分解温度が60〜130℃の無機発泡剤であって、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、亜リン酸アンモニウムなど)が挙げられる。
物理発泡剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。また、物理発泡剤の配合割合は、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.1〜4質量部、好ましくは、0.1〜3質量部である。
発泡剤の配合割合によって、ポリウレタンフォームの密度を制御することができる。
本発明において、触媒としては、公知のウレタン化触媒が例示され、例えば、アミン系触媒、有機金属系触媒などが挙げられる。
アミン系触媒として、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、N−メチルモルホリン、ビス(N,N−ジメチルアミノエチルエーテル)、モルホリン類、ジアザビシクロウンデセンなどの3級アミン類、例えば、テトラエチルヒドロキシルアンモニウムなどの4級アンモニウム塩、例えば、イミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類などが挙げられる。
有機金属系触媒として、例えば、酢酸スズ、オクチル酸スズ、ジブチルスズジラウレートなどの有機スズ系化合物、例えば、オクチル酸鉛、ナフテン酸鉛などの有機鉛化合物、例えば、ナフテン酸ニッケルなどの有機ニッケル化合物、例えば、オクチル酸ビスマス、ネオデカン酸ビスマスなどの有機ビスマス化合物などが挙げられる。
さらに、触媒として、例えば、炭酸カリウム、酢酸カリウム、オクチル酸カリウムなどのカリウム塩が挙げられる。
触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。好ましくは、有機アミン触媒とカリウム塩とを併用する。また、触媒の配合割合は、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.01〜3質量部、好ましくは、0.02〜1.5質量部である。
さらに、本発明では、原料として、整泡剤やその他の添加剤を、適宜、必要により配合することができる。
整泡剤としては、例えば、シロキサン−オキシアルキレンブロック共重合体などのシリコーン系整泡剤が挙げられる。具体的には、MOMENTIVE社製の商品名:L−580、L−590、L−620、L−680、L−682、L−690、SC−154、SC−155、SC−240、L−598、L−2100、L−2171、SH−210、L−2114、SE−232、L−533、L−534、L−539、M−6682B、L−626、L−627、L−3001、L−3111、L−3415、L−3002、L−3010、L−3222、L−3416、L−3003、L−3333、L−3417、L−2171、L−3620、L−3630、L−3640、L−3170、L−3360、L−3350、L−3555、L−3167、L−3150/L−3151、L−5309、SH−209、L−3184などが挙げられる。
また、東レ・ダウ・コーニング社製の商品名:SF−2964、SF−2962、SF−2969、SF−2971、SF−2902L、SF−2904、SF−2908、SF−2909、SRX−274C、SZ−1328、SZ−1329、SZ−1330、SZ−1336、SZ−1346、SZ−3601、SRX−294A、SRX−280A、SRX−294A、SRX−298、SH−190、SH−192、SH−194などが挙げられる。
また、信越化学工業社製の商品名:F−327、F−345、F−305、F−242Tなどや、BYK Chemie社製の商品名:Silbyk 9700、Silbyk 9705、Silbyk 9710などが挙げられる。
整泡剤は、単独使用または2種類以上併用することができる。また、整泡剤の配合割合は、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.1〜3質量部、好ましくは、0.2〜1.5質量部である。
その他の添加剤として、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、多機能安定剤などが挙げられ、それらの配合割合は、適宜選択され、例えば、高分子量ポリオール100質量部に対して、例えば、0.01〜5質量部、好ましくは、0.1〜3質量部である。
酸化防止剤としては、特に制限されず、公知の酸化防止剤が例示され、例えば、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤などが挙げられる。
紫外線吸収剤としては、特に制限されず、公知の紫外線吸収剤が例示され、例えば、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系紫外線吸収剤、サリチレート系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、アクリロニトリル系紫外線吸収剤、ニッケル/コバルト錯塩系紫外線吸収剤などが挙げられる。
多機能安定剤としては、特に制限されず、公知の多機能安定剤が例示され、例えば、ベンゾトリアゾリル−アルキルビスフェノール化合物などが挙げられる。
さらに、添加剤として、必要に応じて、従来公知の難燃剤、顔料などを適宜配合することもできる。
そして、本発明のポリウレタンフォームを製造するには、特に制限されず、公知の発泡方法を用いることができる。
例えば、原料として、ポリイソシアネート以外の成分、すなわち、ポリオール、架橋剤(任意成分)、発泡剤、触媒、整泡剤(任意成分)および添加剤(任意成分)を、予め配合して、レジンプレミックスを調製する。次いで、ポリイソシアネートとレジンプレミックスとを配合して、発泡成形する。発泡成形には、例えば、スラブ発泡成形法やモールド発泡成形法などの公知の方法が用いられる。
ポリイソシアネートとレジンプレミックスとの配合割合は、イソシアネートインデックス(活性水素基濃度に対するイソシアネート基濃度の比に100をかけた値)として、例えば、70〜180、好ましくは、80〜150である。さらに好ましくは、85〜130である。
また、上記の製造では、メカニカルフロス発泡成形法を用いることができる。メカニカルフロス発泡成形法では、まず、レジンプレミックスに空気を吹き込み、泡立てて、レジンプレミックスにおいて均一でミクロな泡を形成させ(エアーローディング)、次いで、ポリイソシアネートを混合して、60〜130℃で反応硬化させる。
例えば、衣料用成形品、サニタリー用成形品などは、スラブ発泡成形により製造する。具体的には、まず、フォームをスラブ発泡成形し、その後、所定の大きさに裁断する。そして、目的とする形状となるように、フォームを型に入れて熱成形することにより、成形品を製造する。熱成形条件としては、例えば、180〜220℃で数十秒から数分間加熱する。
一方、靴用成形品、体圧分散用成形品などは、モールド発泡成形により製造する。具体的には、まず、例えば、予め40〜70℃に温度調整した所望形状の型に、レジンプレミッスおよびポリイソシアネートを混合した反応液を注入し、その後、モールド内で発泡成形して、フォームを製造する。その後、塗装、接着などの工程を経て、目的とする成形品を製造する。
上記により、本発明のポリウレタンフォームは、例えば、軟質、半硬質、硬質または微発泡(密度200kg/m3以上)のポリウレタンフォームとして得ることができる。好ましくは、軟質ポリウレタンフォームとして得ることができる。
上記により得られるポリウレタンフォームは、クッション性および難黄変性に優れ、熱や紫外線の履歴が付与されても、色相変化が少なく反発弾性の保持率に優れる。
具体的には、上記により得られるポリウレタンフォームは、その密度(JIS K 6400に準拠)が、例えば、200〜10kg/m3であり、さらには、15〜180k
g/m3であり、とりわけ、20〜150kg/m3である。密度が上記範囲であると、ポリウレタンフォームの触感が向上する。
また、その反発弾性(JIS K 6400に準拠)が、例えば、40%以上、さらには、50%以上、とりわけ、60%以上である。反発弾性が上記以上であると、ポリウレタンフォームのクッション性が向上し、かつ、熱や紫外線の履歴が付与されても、その反発弾性が保持される。
また、その湿熱下での残留歪み(ウエットセット:JIS K 6400に準拠))が、例えば、25%以下、好ましくは、20%以下、とりわけ、15%以下である。ウエットセットが上記以下であると、湿熱環境下におけるポリウレタンフォームの耐久性が向上する。
また、その軟化温度が、例えば、150℃以上、さらには、165℃以上、とりわけ、175℃以上である。軟化温度が上記以上であると、ポリウレタンフォームをさらに熱成形しても、その成形品の物性の保持性や意匠性の変化を抑制することができる。
なお、上記の軟化温度は、動的粘弾性測定から得られた貯蔵弾性率の終端領域において、貯蔵弾性率のそれぞれの接線の交点を求め、その交点の温度として、定義される。
そして、本発明のポリウレタンフォームは、マットレスやソファーなどの家具用品、ブラジャーや肩パッドなどの衣料用品、紙おむつ、ナプキン、医療用品、化粧品、洗顔パフや枕などのサニタリー用品、靴底などの靴用品、さらには、車両用のパッドやクッションなどの体圧分散用品、電気冷蔵庫や建築物の断熱材、充填材、車両のハンドルなど車両用品など、幅広い分野において用いることができる。
とりわけ、本発明のポリウレタンフォームは、高いクッション性および難黄変性が要求される、衣料用品、サニタリー用品および靴用品の分野において、有効に用いられる。
次に、本発明を、調製例、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、それらによって限定されるものではない。なお、以下の説明において、特に言及がない限り、「部」および「%」は質量基準である。また、調製例などに使用される測定方法を、以下に示す。
(ポリイソシアネートの加水分解性塩素濃度の測定)
各ポリイソシアネートに含有される加水分解性塩素の濃度(以下、HCと略する。)は、JIS K−1556(2000)の附属書3に記載されている加水分解性塩素の試験方法に準拠して測定した。
なお、以下の実施例および比較例で用いられるポリイソシアネートの略号およびHCを下記に示す。
NBDI:ノルボルナンジイソシアネート(三井化学ポリウレタン社製、商品名:コスモネートNBDI)、HC86ppm
IPDI:イソホロンジイソシアネート(デグサ社製、商品名:VESTANAT IPDI)、HC63ppm
TDI:2,4−および2,6−トルエンジイソシアネートの異性体混合物(2,4/2,6異性体混合比80:20、三井化学ポリウレタン社製、商品名:コスモネートT−80)、HC61ppm
調製例1(HCが異なる5種類の1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの調製)
13C−NMR測定によるシス/トランス比が74/26の1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱瓦斯化学社製)(以下、1,3−BACと略する。)を原料として、冷熱2段ホスゲン化法を常圧下で実施した。
すなわち、フラスコに、攪拌棒、温度計、ホスゲン導入管、滴下ロートおよび冷却管を取り付けて、そのフラスコにオルトジクロロベンゼン400質量部を仕込んだ。フラスコを冷水で冷却しながら、フラスコ内の温度を10℃以下とし、ホスゲン導入管よりホスゲン280質量部を導入した。滴下ロートに1,3−BAC100質量部およびオルトジクロロベンゼン500質量部の混合液を仕込み、その混合液を、30分かけてフラスコ内に添加した。この間、フラスコ内の温度を30℃以下に維持した。添加終了後、フラスコ内は、白色スラリー状液となった。再び、ホスゲンを導入しながら反応温度を150℃まで上昇させ、150℃で5時間反応を継続させた。フラスコ内の反応液は淡褐色澄明な液体となった。
反応終了後、100〜150℃で窒素ガスを10L/時で通気し、脱ガスした。
次いで、減圧下でオルトジクロルベンゼンを留去した後、ガラス製フラスコに、充填物(住友重機械工業社製、商品名:住友/スルザーラボパッキングEX型)を4エレメント充填した蒸留管、還流比調節タイマーを装着した蒸留頭(柴田科学社製、商品名:蒸留頭K型)および冷却器を装備する精留装置を用いて、138〜143℃、0.7〜1KPaの条件下、さらに還流しながら精留した。そして、精留塔から採取条件(1)〜(5)の留分を採取した。なお、以下の留出率とは、フラスコに仕込んだオルトジクロルベンゼンを留去した反応液に対する留出率を示す。
なお、採取条件(1)〜(5)は、以下の通りである。
採取条件(1):還流比10、留出率9.9%
採取条件(2):還流比10、留出率14.2%
採取条件(3):還流比1、留出率83.7%
採取条件(4):還流比1、留出率94.1%
採取条件(5):採取条件(3)および採取条件(4)の1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンをそれぞれ45および55の質量比で混合した。
これにより、HCが異なる5種類の1,3−BIC(1)〜(5)を得た。1,3−BIC(1)〜1,3−BIC(5)は、全て13C−NMR測定によるシス/トランス比が74/26であった。また、1,3−BIC(1)〜1,3−BIC(5)のHCは、以下の通りである。
1,3−BIC(1):HC:281ppm(採取条件(1))
1,3−BIC(2):HC:136ppm(採取条件(2))
1,3−BIC(3):HC:28ppm (採取条件(3))
1,3−BIC(4):HC:731ppm(採取条件(4))
1,3−BIC(5):HC:410ppm(採取条件(5))
調製例2(1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの調製)
13C−NMR測定によるトランス/シス比が93/7の1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱瓦斯化学社製)(以下、1,4−BACと略する。)を用いた以外は、製造例1記載の方法に準拠して、ホスゲン化反応を行なった後、減圧下でオルトジクロルベンゼンを留去した。
その後、精留して、前記した精留塔から138〜140℃/0.7KPaの条件下、留出率82.1%での留分を採取した。これにより、HCが21ppmの1,4−BIC(6)を得た。この1,4−BIC(6)の13C−NMR測定によるトランス/シス比は93/7であった。
調製例3(ポリエーテルポリオールAの調製)
テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ]ホスフォニウムクロリド(Fluka社製)を用いて、特許第3905638号公報に記載の方法に従い調製したテトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスフォラニリデンアミノ]ホスフォニウムの水酸化物(以下、PZNと略する)を触媒として、ポリエーテルポリオールAを調製した。
すなわち、グリセリンの水酸基に対して、0.25モル%のPZNを添加し、110℃、1.33kPa以下の条件で、4時間、加熱減圧操作して、重合開始剤を調製した。
次いで、その重合開始剤をオートクレーブに仕込み、窒素置換した。その後、6.65kPaまで減圧し、付加重合温度80℃、最大反応圧力0.3MPaGの条件で、水酸基価(以下、OHVと略する)が40mgKOH/gになるまで、プロピレンオキサイドを多段反応させた。
プロピレンオキサイドを装入後、オートクレーブの圧力が一定になるまで監視し、最終的に圧力の変化がなくなった時点で、反応を終了した。これにより、粗製ポリエーテルポリオールaを得た。
次いで、粗製ポリエーテルポリオールaの水酸基に対して、40モル%のカリウムメトキサイド(以下、KOMeとする。なお、KOMeは30質量%のメタノール溶液として調製されている。)を添加し、液相中に窒素を通気しながら、110℃、1.33kPa以下の条件で、5時間、加熱減圧操作した。
その後、反応温度120℃、最大反応圧力0.5MPaG以下の条件で、OHVが34mgKOH/gになる量のエチレンオキサイドを逐次装入した。
エチレンオキサイドを装入後、オートクレーブの圧力が一定になるまで監視し、最終的に圧力の変化がなくなった時点で、反応を終了した。
次に、105℃、1.33kPa以下の条件で、0.5時間、加熱減圧処理し、エチレンオキサイドを共重合した粗製ポリエーテルポリオールbを得た。
上記粗製ポリエーテルポリオールb中の塩基成分(PZNとKOMeの総モル数)1モルに対して、1.05モルのリン酸(75質量%の水溶液として調製されている。)、および粗製ポリエーテルポリオールbに対して、6質量%のイオン交換水を添加し、90℃、2時間の中和反応した。
徐々に加熱減圧脱水しながら、40kPaの時点で、粗製ポリエーテルポリオールbに対して、3質量%の吸着剤(協和化学工業社製、商品名:KW−700SEL)および0.04質量%のヒンダードフェノール系酸化防止剤(チバ・スペシャリティー社製、商品名:イルガノックス1010)を添加し、さらに減圧脱水した。
最終的に、110℃、1.33kPaの条件で、3時間減圧操作し、その後、ポリオールにろ過助剤(昭和化学工業社製、商品名:ラジオライト#900)を添加した後、加圧ろ過操作を繰り返すことにより、精製したポリエーテルポリオール(末端エチレンオキサイド変性ポリプロピレンポリオール)Aを回収した。
JIS K−1557に準拠して測定したポリエーテルポリオールAのOHVは34.1mgKOH/g、総不飽和度は0.016meq./g、1H−NMRで測定した分子
末端1級水酸基化率は、85.6モル%であった。
実施例1
ポリイソシアネート1として、1,3−BIC(5)を用いた。
ポリエーテルポリオールA 100質量部、酸化防止剤(チバ・スペシャリティー社製、商品名:イルガノックス1135)0.2質量部、紫外線吸収剤(チバ・スペシャリティー社製、商品名:チヌビンB75)0.15質量部、トリエタノールアミン(三井化学社製)5質量部、イオン交換水1.5質量部、炭酸カリウム(K2CO3)0.7質量部、アミン系触媒(東ソー社製、商品名:TOYOCAT F22)0.5質量部、およびシリコーン系整泡剤(MOMENTIVE製、商品名:L−5309)1.0質量部を秤量し、23℃、相対湿度55%の実験室内で、それらを均一になるまで撹拌混合することにより、レジンプレミックスを調製した。
その後、レジンプレミックスおよびポリイソシアネートの温度を、ともに23℃に調整した。次いで、上記した実験室内で、レジンプレミックスに、イソシアネートインデックスが110となる量のポリイソシアネート1を添加後、回転数5000r.p.m.の条件で6秒間、撹拌混合し、反応液を調製した。
その後、素早く、木製のボックスに反応液を注入し、発泡成形した。得られたポリウレタンフォームを、23℃、相対湿度55%の実験室で2日間静置後に切断し、下記に示す物性評価に供した。その結果を表1に示す。
実施例2
予め、1,3−BIC(1)および1,4−BIC(6)を40/60(質量比)で混合したポリイソシアネート2を用いた。
ポリイソシアネート1をポリイソシアネート2に変更し、さらに、ポリウレタンフォームの密度を実施例1と合わせるため、シリコーン系整泡剤をSRX−294A(東レ・ダウ・コーニング社製)に変更した以外は、実施例1に記載の方法により、ポリウレタンフォームを調製し、下記に示す物性評価に供した。その結果を表1に示す。
実施例3
予め、1,3−BIC(2)およびIPDIを60/40(質量比)で混合したポリイソシアネート3を用いた。
ポリイソシアネート1をポリイソシアネート3に変更した以外は、実施例1に記載の方法により、ポリウレタンフォームを調製し、下記に示す物性評価に供した。その結果を表1に示す。
実施例4
予め、1,3−BIC(3)および1,4−BIC(6)を30/70(質量比)で混合したポリイソシアネート4を用いた。
ポリイソシアネート1をポリイソシアネート4に変更し、さらに、ポリウレタンフォームの密度を実施例1と合わせるため、シリコーン系整泡剤をSRX−294A(東レ・ダウ・コーニング社製)に変更した以外は、実施例1に記載の方法により、ポリウレタンフォームを調製し、下記に示す物性評価に供した。その結果を表1に示す。
実施例5
ポリイソシアネート5として、1,3−BIC(1)を用いた。
ポリイソシアネート1をポリイソシアネート9に変更し、トリエタノールアミン5質量部をジエタノールアミン2質量部に変更し、炭酸カリウムおよびアミン触媒(商品名:TOYOCAT F22)をアミン触媒(MOMENTIVE社製、商品名:Niax A1)0.3質量部に変更し、シリコーン整泡剤(商品名:L−5309)をSRX−274C(東レ・ダウ・コーニング社製)に変更した以外は、イソシアネートインデックスが110にて、実施例1に記載の方法により、ポリウレタンフォームを調製し、下記に示す物性評価に供した。その結果を表1に示す。
比較例1
ポリイソシアネート6として、NBDIを用いた。
ポリイソシアネート1をポリイソシアネート6に変更した以外は、実施例1に記載の方法により、ポリウレタンフォームを調製し、下記に示す物性評価に供した。その結果を表1に示す。
比較例2
ポリイソシアネート7として、IPDIを用いた。
ポリイソシアネート1をポリイソシアネート7に変更した以外は、実施例1に記載の方法により、ポリウレタンフォームを調製し、下記に示す物性評価に供した。その結果を表1に示す。
比較例3
ポリイソシアネート8として、1,3−BIC(4)を用いた。
ポリイソシアネート1をポリイソシアネート8に変更した以外は、実施例1に記載の方法により、ポリウレタンフォームを調製し、下記に示す物性評価に供した。その結果を表1に示す。
比較例4
ポリイソシアネート9として、TDIを用いた。
ポリイソシアネート1をポリイソシアネート9に変更し、トリエタノールアミン5質量部をジエタノールアミン2質量部に変更し、炭酸カリウムおよびアミン触媒(商品名:TOYOCAT F22)をアミン触媒(MOMENTIVE社製、商品名:Niax A1)0.3質量部に変更し、シリコーン整泡剤(商品名:L−5309)をSRX−274C(東レ・ダウ・コーニング社製)に変更した以外は、イソシアネートインデックスが110にて、実施例1に記載の方法により、ポリウレタンフォームを調製し、下記に示す物性評価に供した。その結果を表1に示す。
物性評価
1)ポリウレタンフォームの密度(単位:kg/m3)および反発弾性(単位:%)
JIS K6400に準拠して、密度および反発弾性を測定した。
2)ポリウレタンフォームの熱履歴後の黄変度(ΔYI/単位:なし)
各実施例および各比較例のポリウレタンフォームから試験片を採取し、照度可変型測色計(スガ試験機社製、商品名:SM−7)を用いて、JIS K−7105(6.3.5(1))に記載の黄色度(試験片の初期の黄色度:YI0)を測定した。
その後、ポリウレタンフォームを、150℃、1時間のオーブン中に静置(熱処理)後、23℃、55%相対湿度下の実験室に一昼夜、静置した。
再度、黄色度(変化後の黄色度:YI)を測定し、JIS K−7105(6.3.5(2))に記載の式(ΔYI=YI−YI0)にて、黄変度(ΔYI)を求めた。ΔYIの値が大きければ、黄色度が増加したことを示す。
3)ポリウレタンフォームの熱履歴後の反発弾性の保持率(単位:%)
上記2)記載の熱履歴を付与した後、試験片を、23℃、55%相対湿度下の実験室に一昼夜、静置した。その後、上記1)記載の方法により、反発弾性を測定した。
熱履歴付与前の反発弾性をBR1、熱履歴付与後のそれをBR2と定義し、(BR2/BR1)×100の式により、反発弾性の保持率を算出した。
Figure 0005386144

Claims (7)

  1. 加水分解性塩素の含有量が700ppm以下であるビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含むポリイソシアネート、ポリオール、発泡剤および触媒を含有する原料から製造されることを特徴とする、ポリウレタンフォーム。
  2. 前記ポリイソシアネートは、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを50質量%以上の割合で含有することを特徴とする、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
  3. 反発弾性が、40%以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載のポリウレタンフォーム。
  4. 密度が、200kg/m3以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のポリウレタンフォーム。
  5. 前記ポリオールは、水酸基価が10〜120mgKOH/gであり、分子末端の1級水酸基が50モル%以上であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のポリウレタンフォーム。
  6. 衣料用成形品、サニタリー用成形品または靴用成形品として用いられることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のポリウレタンフォーム。
  7. 加水分解性塩素の含有量が700ppm以下であるビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンを含有することを特徴とする、ポリウレタンフォーム用ポリイソシアネート。
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