JP5717791B2

JP5717791B2 - 車両用シートパッドの製造方法及び車両用シートパッド

Info

Publication number: JP5717791B2
Application number: JP2013109711A
Authority: JP
Inventors: 浩介吉冨
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: JP2014227509A

Description

本発明は、車両用シートパッドの製造方法、特に軽量で成形性のよい車両用シートパッドの製造方法及びその方法によって得られた車両用シートパッドに関する。

ポリウレタンフォームは、用途に応じて様々な特性が求められるが、車両用のシートパッドにおいては、クッションの硬さ、反発力や座り心地感等の快適性や耐久性（ＷＥＴＳＥＴ）が求められている。快適性の向上に関しては、一般に人体の内臓の共振点といわれる６Ｈｚ付近（約４〜８Ｈｚ）の振動吸収特性を高めるため、ポリウレタン発泡原料の主成分の構造や充填材等の副原料について見直しが図られ、得られるポリウレタンフォームの共振周波数及び共振倍率を下げる試みがなされてきた。共振周波数及び共振倍率を下げるためには、密度を大きくし、重量を増加させることが効果的であった。一方、近年の環境負荷軽減に対する意識の高まりから、車両においては燃費向上が求められ、その一環として構成部品に対する軽量化が図られてきた。軽量化に対する試みは車両の外装や内装等のあらゆる構成部品に及び、上記のシートパッド等についても例外ではない。しかし、軽量化の観点から発泡材の低密度化を実現しようとすると、硬度の低下、耐久性（ＷＥＴＳＥＴ）の悪化、成形性の悪化が問題となり、さらに、快適性に影響する振動吸収特性が低下するという問題もあり、低密度化と振動吸収特性の両立が困難であった。そのため、乗り心地感、燃費向上などのニーズから軽量かつ適度な反発力及び振動吸収特性を有するシートが求められている。

従来、軽量化しても硬度を維持するため、ポリウレタンフォーム製造にポリマーポリオールを多く使用したり、架橋剤を使用することが行われてきた。しかし、ポリマーポリオール（ＰＯＰ）を多くすると硬度は上がるが、耐久性が悪化し、架橋剤の増量は硬度、耐久性の向上にはなるが、成形においてボイドが発生しやすくなる。

特許文献１には、高分子量ポリエーテルポリオールを用いることで低周波数領域の吸音特性を改善させた軟質ポリウレタンフォームが提案され、特許文献２には、平均分子量が４，５００〜５，３００の範囲のポリオールを原料としたウレタン発泡体を用いた振動吸収特性を改善したシートパッド材が提案された。

また、特許文献３及び特許文献４によれば、低総不飽和度のポリオキシアルキレンポリオールを用いた振動特性に優れ乗り心地のよいポリウレタン弾性フォームが得られるが、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ると、ウレタンフォームの硬度および反発弾性の低下、ＷＥＴＳＥＴの悪化、成形性に問題があると記載されおり、硬度、耐久性（ＷＥＴＳＥＴ）、成形性のよいシートパッドが望まれている。

特開２００５−１１３１３４号公報特開２００３−２５９９３３号公報特開平０２−１１５２１１号公報特開平０３−１４８１２号公報

本発明は、軽量、すなわち低密度で成形性のよい、しかも硬度、耐久性に優れたポリウレタンフォームからなる車両用シートパッドの製造方法及び車両用シートパッドを提供しようとするものである。

本発明者は、ポリオールとして、ポリマーポリオール（ＰＯＰ）を増量することなく、
架橋剤の量を最適化することで、不飽和度の高いポリエーテルポリオールを使用して、硬度、耐久性の向上した、成形性のよい車両用シートパッドが得られることを見いだし、本発明を完成した。
本発明は、ポリオール、ポリイソシアネート、水、触媒及び架橋剤を含む発泡原液を発泡成形したポリウレタンフォームからなる車両用シートパッドの製造において、ポリオールとして分子量が３０００〜７０００であり、不飽和度が０．０４〜０．１ミリ当量／ｇのポリオールを用い、発泡原液にさらに架橋剤をポリオールと架橋剤の合計１００質量部中に１〜５質量部使用する車両用シートパッドの製造方法である。

本発明によれば、軽量で、硬度、耐久性に優れ、しかも製造時の成形性がよい車両用シートパッドが得られる。

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明は、ポリオール、ポリイソシアネート、水、触媒及び架橋剤を含む発泡原液を発泡成形したポリウレタンフォームからなる車両用シートパッドの製造において、特定の分子量、不飽和度を有するポリオールを用い、発泡原液にさらに架橋剤をポリオールと架橋剤の合計量に対して適量使用する車両用シートパッドの製造方法である。

（Ａ）ポリオール成分
ポリオール成分としては、エチレンオキサイド（以下「ＥＯ」と記載する。）及びプロピレンオキサイド（以下「ＰＯ」と記載する。）の開環重合により得られ、ＥＯとＰＯに由来する繰り返し単位のモル比が１０／９０〜２５／７５（ＥＯ／ＰＯ）であり、かつ数平均分子量が３，０００〜７，０００、不飽和度０．０４〜０．１ミリ当量／ｇのポリエーテルポリオールを含むことを特徴とする。これらは１種を単独で、又は２種以上を併用してもよい。

ＥＯとＰＯの比については、上述のように、１０／９０〜２５／７５であることが必須であり、好ましくは１６／８４〜２５／７５、さらに好ましくは２０／８０〜２５／７５である。ＥＯのモル比が少ないと樹脂強度が落ち、フォームダウンにつながり、一方、多いと独立気泡が上昇し、成形困難になる。
数平均分子量については、３，０００〜７，０００の範囲であることを必須とする。ポリエーテルポリオールの数平均分子量が３，０００未満であると反発弾性が低下し、７，０００を超えると粘度の増加により成形性が悪化する。以上の観点から、数平均分子量は３，５００〜５，５００の範囲が好ましい。なお、本発明において数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ法）によりポリスチレン換算値として算出した値である。

本発明において好適に用いられる上記ポリエーテルポリオールの一分子中に含まれるヒドロキシル基の数としては、通常２〜４個、特に３個であることが好ましい。ヒドロキシル基の数が多すぎると原料粘度が上昇する場合があり、少なすぎると物性が低下する場合がある。

上記ポリエーテルポリオールとしては、不飽和度が０．０４〜０．１ミリ当量／ｇ、好ましくは０．０４〜０．０７ミリ当量／ｇのものを用いる。ポリエーテルポリオール中の不飽和度が０．０４ミリ当量／ｇ未満であると、本発明のポリウレタンフォームの成形性が悪くなる。一方、０．１ミリ当量／ｇを超えると、耐久性が悪くなり、架橋剤を増量しても改善しない。
なお、本発明において「不飽和度」とは、ＪＩＳＫ１５５７-１９７０に準拠し、試料中の不飽和度結合に酢酸第二水銀を作用させて遊離する酢酸を水酸化カリウムで滴定する方法にて測定した、総不飽和度（ミリ当量／ｇ）を意味するものである。

本発明における上記（Ａ）ポリオール成分として、上記ポリエーテルポリオールとポリマーポリオールを併用しても良い。ポリマーポリオールとしては、ポリウレタン発泡成形体用として汎用のポリマーポリオールを用いることが可能である。具体的には、例えばポリアルキレンオキシドからなる好ましくは、数平均分子量が３，０００〜８，０００、より好ましくは４，０００〜７，０００のポリエーテルポリオールにポリアクリロニトリル、アクリロニトリル−スチレン共重合体等のポリマー成分をグラフト共重合させたポリマーポリオール等が挙げられる。ポリアルキレンオキシドの原料となるアルキレンオキシドとしては、プロピレンオキシドを含むことが好ましく、プロピレンオキシド単独のもの、又はプロピレンオキシド及びエチレンオキシドを共に含むものであることが特に好ましい。また、上記ポリマーポリオール中に占める上記のようなポリマー成分の割合としては、通常２５〜５０質量％である。

上記（Ａ）ポリオール成分としてポリエーテルポリオールとポリマーポリオールとの混合物を用いる場合、その両者の配合比としては、ポリエーテルポリオール／ポリマーポリオール（質量比）として通常３０／７０〜１００／０、好ましくは４０／６０〜８０／２０である。両者の配合比が上記範囲を逸脱すると、物性が低下したり、反応不具合を生じたりする場合がある。

（Ａ）ポリオール成分中のポリエーテルポリオールの含有量は、４０〜８５質量％の範囲が好ましい。４０質量％以上であると、良好な物性を得ることができ、８５質量％以下であると、脱型時の初期硬度が発現するために変形しにくい。

本発明において上記（Ａ）ポリオール成分としては、粘度（ポリオール成分として複数種のポリオールを混合して使用する場合には、その混合したポリオール全体の粘度）が液温２５℃において３，０００ｍＰａ・ｓ以下、特に１，８００ｍＰａ・ｓ以下となる粘度範囲が好ましい。このような粘度範囲のポリマーポリオールを用いることにより、ポリウレタン発泡原液の増粘速度を抑制することが可能となって攪拌効率が上昇し、イソシアネート基とヒドロキシル基とがより均一に反応することが可能となるため、従来に比べて発生ガスの発生効率が増加するのみならず、その発生ガスの発生箇所としても、ポリウレタン発泡原液内で均一に発生することとなり、軽量かつ均質なポリウレタン発泡成形体を得ることが可能となる。なお、本発明において「粘度」とは、ＪＩＳＺ８８０３−１９９１に準拠し、液温２５℃において、毛細管粘度計を用いて測定した粘度を意味する。

（Ｂ）ポリイソシアネート成分
ポリイソシアネート成分としては、公知の各種多官能性の脂肪族、脂環族及び芳香族のイソシアネートを用いることができる。例えば、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）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、トリフェニルジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、オルトトルイジンジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等を挙げることができ、これらは１種を単独でも、また２種以上を併用して用いても良い。
本発明においては、成形密度領域の観点から、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）及び／又はジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を含むことが好ましい。

（Ｂ）ポリイソシアネート成分（２種以上のイソシアネートを併用する場合には、その総量）が、上記ポリウレタン発泡原液中に占める割合としては、特に制限されるものではないが、その目安としてのイソシアネート当量値（上記ポリウレタン発泡原液中の活性水素量（モル）を１００とした時の、イソシアネート基の当量（モル）比）として通常６０以上、好ましくは７０以上、上限として通常１２０以下、好ましくは１１５以下である。イソシアネート当量が６０未満であると、攪拌不良が起こる場合があり、１２０を超えるとフォームダウンする場合がある。

（Ｃ）架橋剤
本発明における上記ポリウレタン発泡原液には、架橋剤を配合する。架橋剤の種類と量を調整することで上記不飽和度のポリオールを使用しても成形性を満足し、硬度耐久性のよいシートパッドが得られる。架橋剤としては、２種以上のポリオキシアルキレンポリオールからなり、そのうちの１種はエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの両方を含むポリオキシアルキレンポリオールを用いることが必要である。また、これに追加してグリセリンを使用することもできる。
ポリウレタン発泡原液中の架橋剤の配合量としては、発泡原液にポリオールと架橋剤の合計１００質量部中に２種以上のポリオキシアルキレンポリオール各１〜２質量部使用する。

（Ｄ）水
本発明においては、発泡剤として水を用いる。水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ことから、本発明において発泡剤として用いることができる。
水の配合量は、（Ａ）ポリオール成分１００質量部に対して、１〜７質量部、好ましくは２〜５質量部である。水の配合量がこの範囲を外れると、ウレタンフォーム成形体の湿熱圧縮残留歪み（ＷＥＴＳＥＴ）特性に劣ったり、成形できない場合がある。

（Ｅ）触媒
本発明における上記ポリウレタン発泡原液は、発泡成形の際の反応性の観点から触媒を含むことが好ましい。（Ｄ）触媒としては、ポリウレタンフォームの製造において汎用のものを用いることができ、用途や要求に応じて１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。具体的には、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ビス−（ジメチルアミノエチル）エーテル、テトラメチルプロピレンジアミン、トリメチルアミノエチルピペラジン、テトラメチルエチレンジアミン、ジメチルベンジルアミン、メチルモルフォリン、エチルモルフォリン、トリエチレンジアミン、ジエタノールアミン等のアミン触媒や、スタナスオクテート、ジブチルチンジラウレート等の錫系触媒を挙げることができる。上記（Ｄ）触媒としては市販品を用いることができ、例えばトリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ−Ｌ３３：東ソー（株）製）、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル（ＴＯＹＯＣＡＴ−ＥＴ：東ソー（株）製）等を好適に用いることができる。
なお、ポリウレタン発泡原液中の（Ｄ）触媒の配合量としては、上記（Ａ）ポリオール成分１００質量部に対して通常０．１〜５質量部であり、より好ましくは０．２〜１質量部である。

（Ｆ）整泡剤
更に、本発明における上記ポリウレタン発泡原液には整泡剤を配合してもよい。整泡剤としては、ポリウレタン発泡成形体用のものとして汎用のものを用いることができ、例えば、各種シロキサン−ポリエーテルブロック共重合体等のシリコーン系整泡剤を用いることができる。
ポリウレタン発泡原液中の整泡剤の配合量としては、上記（Ａ）ポリオール成分１００質量部に対して通常０．５〜５質量部、特に０．５〜３質量部とすることが好ましい。５質量部を超えても特に性能的に問題ないがコストが上がり、０．５質量部未満であるとポリオール成分とイソシアネート成分の攪拌性が低下し、狙い通りのウレタンフォームが得られないおそれがあり好ましくない。

更に、本発明における発泡原液には対しては、必要に応じて各種添加剤を配合することができ、例えば、顔料等の着色剤、鎖延長剤、炭酸カルシウム等の充填材、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、カーボンブラック等の導電性物質、抗菌剤などを配合することができる。この場合、配合量は、通常使用される範囲で差し支えない。

本発明における発泡原液の配合方法としては、特に限定されるものではないが、（Ｂ）イソシアネート成分を除いた残りの各成分からなる混合物（以下、「ポリオール混合物」と略記することがある。）を調製し、その後（Ｂ）イソシアネート成分と混合する。
該ポリオール混合物の調製は、水と触媒とをなるべく接触させないとの観点から、上記（Ａ）ポリオール成分に対して、（Ｅ）触媒を配合し、次いで（Ｆ）整泡剤、（Ｃ）架橋剤などその他の成分を配合し、最後に発泡成分である（Ｄ）水を配合することが好適である。
本発明において、ポリオール混合物の液温２５℃における粘度としては、２，４００ｍＰａ・ｓ以下が好ましい。該ポリウレタン発泡原液の攪拌効率を良好とし、発泡が均一かつ十分となって所望のポリウレタン発泡成形体が得られるためである。以上の観点から、ポリオール混合物の液温２５℃における粘度は、１，８００ｍＰａ・ｓ以下が好ましい。

ポリウレタンフォームを発泡成形する方法としては、金型内に形成されたキャビティ内にポリウレタン発泡原液を注入し、発泡成形する従来公知の方法が採用できる。

ポリウレタン発泡原液の各成分の分離を防止する観点から、金型キャビティ内に上記ポリウレタン発泡原液を注入する直前に、上述の各成分を混合してポリウレタン発泡原液を調製することが好ましい。この時、上記原液の液温は通常１０〜５０℃、好ましくは２０〜４０℃、更に好ましくは２５〜３５℃である。ここで、各成分の配合順序に特に制限はないが、ポリウレタン発泡原液を調製する前に不必要な粘度の上昇を抑制する観点から、少なくとも（Ａ）ポリオール成分と、（Ｂ）イソシアネート成分とが、最後に混合されることが好ましい。金型に注入後、金型内にて発泡・硬化させ、脱型するが、本発明では容易に脱型することができる。型温は通常４０〜８０℃、好ましくは５０〜７０℃、更に好ましくは６０〜６５℃である。

本発明の車両用シートパッドは、その特性として、車酔いを低減し、座り心地を良くする観点から、共振周波数が４Ｈｚ以下であることが好ましく、特に低ければ低いほど好ましい。４Ｈｚを超えると、車酔いに影響する６Ｈｚ時の伝達率（倍率）が高くなり、車酔いし易くなるおそれがある。共振倍率は通常３以下であり、特に低ければ低いほど好ましい。３を超えると、シートに座った体の上下の揺れが大きくなり、座り心地が悪くなるおそれがある。

以下、実施例及び比較例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
以下の実施例、比較例において、製造されたウレタンフォームのテストピース（３５０×３５０×７０ｍｍ）を作製し、次の各項目の測定、評価を行った。
（評価方法）
（１）ＯＡ密度、２５％硬度、
ＪＩＳＫ６４００に準拠して測定した。
（２）ＷＥＴＳＥＴ
ＪＩＳＫ６４００に記載の圧縮残留歪みの測定方法により、湿熱圧縮永久歪みの測定を行った。測定に際しては、成形したポリウレタンフォームのコア部を５０×５０×２５ｍｍ切り抜き、試験片として使用した。試験片を５０％の厚みまで圧縮し、平行平面板に挟み、温度５０℃、相対湿度９５％の条件下に２２時間放置した。その後、試験片を取りだし、３０分経過後の試験片の厚みを測定し、試験前の試験片の厚みと比較し、歪み率を算定して、この歪み率を湿熱圧縮永久歪みとし、耐久性の指標とした。
数値が小さい方が耐久性がよい。
（３）成形性
製造した実型品の外観を観察して評価した。
○：外観良好で、表面ボイドがない
×：外観不良で、表面ボイドがある

実施例１〜３及び比較例１〜１１
表１、２に示した配合処方に従って、発泡原液を調製した。調製に際しては、ポリイソシアネート成分以外の各成分からなるポリオール組成物を、まず、ポリオール成分と触媒を混合し、次いで整泡剤、架橋剤を配合して、最後に水を混合することで調製した。その後イソシアネート成分を混合して発泡原液を得た。その時、ポリウレタン発泡原液の液温は３０℃とした。上記原液の調製直後にこれを、金型に注入し、金型内にて発泡・硬化させた。その後、脱型し、本発明のシートパッドを得た。得られたシートパッドのウレタンフォームを上記方法にて評価した。評価結果を第１、２表に示す。

表１、２の注
１）ポリエーテルポリオール１数平均分子量５０００、官能基数３、末端ＥＯ１５％、
不飽和度０．１０ミリ当量／ｇ
２）ポリエーテルポリオール２数平均分子量５０００、官能基数３、末端ＥＯ１５％、
不飽和度０．０７ミリ当量／ｇ
３）ポリエーテルポリオール３数平均分子量５０００、官能基数３、末端ＥＯ１５％、
不飽和度０．０４ミリ当量／ｇ
４）ポリエーテルポリオール４数平均分子量５０００、官能基数３、末端ＥＯ１５％、
不飽和度０．０１ミリ当量／ｇ
５）ポリマーポリオールベース数平均分子量５０００、官能基数３、固形分３３％、
アクリロニトリルＡＮ／スチレンＳＴ＝１５／８５
６）架橋剤１数平均分子量７００、官能基数６、ＥＯ／ＰＯ＝２６／７４
７）架橋剤２数平均分子量４００、官能基数４、ＥＯ／ＰＯ＝１００／０
８）架橋剤３数平均分子量３００、官能基数６、ＥＯ／ＰＯ＝１００／０
９）架橋剤４グリセリン
１０）触媒１３３％トリエチレンジアミン／６７％ジプロピレングリコール溶液
（花王（株）製）
１１）触媒２７０％ビスジメチルアミノエチルエーテル／３０％ジプロピレングリコー
ル溶液（東ソー（株）製）
１２）整泡剤Ｂ８７４２ＬＦ２（エポニック社製）
１３）コスモネートＴＭ２０（トルイレンジイソシアネート８０部とポリメチレンポリフ
ェニルポリイソシアネート２０部の混合物）（三井化学（株）製）

実施例のウレタンフォームは耐久性、成形性がよく、硬度、密度もバランスよく向上している。

本発明で得られるシートパッドは、乗用車はじめ、種々の車両のシートパッドに好適である。

Claims

ポリオール、ポリイソシアネート、水、触媒及び架橋剤を含む発泡原液を発泡成形したポリウレタンフォームからなる車両用シートパッドであって、ポリオールとしてエチレンオキサイド（ＥＯ）とプロピレンオキサイド（ＰＯ）をモル比１０／９０〜２５／７５（ＥＯ／ＰＯ）で開環重合して得られる数平均分子量が３０００〜７０００であり、不飽和度が０．０４〜０．１ミリ当量／ｇのポリエーテルポリオールを用い、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの両方を含むポリオキシアルキレンポリオールと他の１種以上の数平均分子量３００〜７００のポリオキシアルキレンポリオールからなる架橋剤をポリオールと架橋剤の合計１００質量部中に各１〜２質量部含む発泡原液を発泡成形させる車両用シートパッドの製造方法。
ポリオールの不飽和度が０．０４〜０．０７ミリ当量／ｇである請求項１に記載の車両用シートパッドの製造方法。
請求項１又は２に記載の製造方法で得られた車両用シートパッド。