JP5720571B2 - 軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents
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Description
[1]ポリオール混合物(X)とポリイソシアネート化合物とを、ウレタン化触媒、発泡剤および整泡剤の存在下で反応させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法において、
ポリオール混合物(X)が、下記ポリオール(A)、下記ポリオール(B)および下記モノオール(D)を含み、
原料中の全活性水素含有化合物とポリイソシアネート化合物との割合がイソシアネート指数で90以上であって、
ウレタン化触媒が、ジオクチルスズジラウレートを含み、かつジブチルスズジラウレートを含まず、
軟質ポリウレタンフォームのコア密度が、10〜50kg/m 3 となるように前記ポリオール混合物(X)と前記ポリイソシアネート化合物とを反応させ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。
ポリオール(A):平均水酸基数が2〜3、水酸基価が10〜60mgKOH/g、オキシエチレン基含有量が0〜30質量%であるポリオキシアルキレンポリオール、
ポリオール(B):平均水酸基数が2〜3、水酸基価が100〜250mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオール、
モノオール(D):水酸基価が10〜200mgKOH/gであるポリオキシアルキレンモノオール。
[2]前記ポリオール(A)と前記ポリオール(B)との割合が、ポリオール(A)とポリオール(B)との合計の100質量部のうち、ポリオール(A)の割合が5〜50質量部である[1]に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
[3]前記モノオール(D)の割合が、前記ポリオール(A)と前記ポリオール(B)との合計の100質量部に対して、1〜30質量部である[1]または[2]に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
[4]前記モノオール(D)が、開始剤にプロピレンオキシドのみを開環付加重合させたポリオキシプロピレンモノオールである[1]〜[3]のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
[5]前記ポリオール混合物(X)が、さらに下記ポリオール(C)を、ポリオール混合物全体の100質量部のうち2〜10質量部含む、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
ポリオール(C):平均水酸基数が2〜6、水酸基価が10〜60mgKOH/g、オキシエチレン基含有量が50〜100質量%あるポリオキシアルキレンポリオール。
[6]前記ウレタン化触媒が、ポリオール混合物(X)の100質量部中に0.01〜3.0質量部含まれる[1]〜[5]のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
[7]前記発泡剤が水である[1]〜[6]のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
[8]イソシアネート指数が90〜130である[1]〜[7]のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
[9]開放系で発泡させる方法(スラブ法)である[1]〜[8]のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
[10][1]〜[9]のいずれか一項に記載の方法で製造された軟質ポリウレタンフォームを用いたことを特徴とするマットレス。
本発明において用いるポリオール混合物(X)は、後述するポリオール(A)、ポリオール(B)およびモノオール(D)を含む。さらにポリオール(C)を含むことが好ましい。また、場合により、ポリオール(A)、ポリオール(B)、モノオール(D)以外のポリオール(以下、ポリオール(E)という)やモノオール(D)以外のモノオールを含んでもよい。以下、各ポリオールについて説明する。
本発明におけるポリオール(A)は、平均水酸基数が2〜3、水酸基価が10〜60mgKOH/gのポリオキシアルキレンポリオールである。このポリオキシアルキレンポリオールは、重合触媒存在下で開始剤にアルキレンオキシドを開環付加重合させて得られる。
本発明において、ポリオールがポリマー分散ポリオールであるとは、ポリオールをベースポリオール(分散媒)として、ポリマー微粒子(分散質)が安定に分散している分散系であることを意味する。
本発明におけるポリオール(B)は、平均水酸基数が2〜3、水酸基価が100〜250mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオールである。このポリオキシアルキレンポリオールは、ポリオール(A)と同様に、重合触媒存在下で開始剤にアルキレンオキシドを開環付加重合させて得られる。
本発明におけるポリオール(C)は、平均水酸基数が2〜6、水酸基価が10〜60mgKOH/g、オキシエチレン基含有量が50〜100質量%であるポリオキシアルキレンポリオールである。このポリオキシアルキレンポリオールは、ポリオール(A)やポリオール(B)と同様に、重合触媒存在下で開始剤にアルキレンオキシドを開環付加重合させて得られる。また、ポリオール(C)は、エチレンオキシドの多量化で得られるポリエチレングリコールであってもよい。ポリオール(C)を用いると、破泡効果が認められ、ポリオール(C)の添加は通気性の向上に効果がある。
本発明におけるモノオール(D)は、水酸基価が10〜200mgKOH/gであるポリオキシアルキレンモノオールである。このポリオキシアルキレンモノオールは、活性水素の数が1である開始剤を使用し、この開始剤にポリオール(A)やポリオール(B)と同様に重合触媒存在下でアルキレンオキシドを開環付加重合させて得られる。
本発明におけるポリオール(E)は、ポリオール(A)、ポリオール(B)、ポリオール(C)以外のポリオールであり、例えば、ポリオール(B)よりも高水酸基価のポリオール、ポリオール(A)およびポリオール(B)よりも平均水酸基数が大きく、かつポリオール(C)よりもオキシエチレン含有量が高いポリオール、ポリオキシアルキレンポリオール以外の高分子量ポリオールなどが挙げられる。
本発明におけるポリオール混合物は、前記ポリオール(A)、ポリオール(B)およびモノオール(D)を含む。さらにこのポリオール混合物は前記ポリオール(C)を含むことが好ましい。
(ZnおよびCoの合計量の測定方法)
ポリオール混合物の20gを白金皿に秤量し、ガスバーナーを用いて燃焼、灰化させた後、さらに600℃の電気炉にて完全に灰化させる。灰化残渣を6N塩酸の2mLに溶解させ、蒸留水にて100mLに定溶し、灰化残渣に含まれるZnおよびCoの量を原子吸光光度計にて測定する。ZnおよびCoの定量は、金属標準液で作成した検量線から求める。
本発明において用いられるポリイソシアネート化合物としては、特に制限はなく、イソシアネート基を2以上有する芳香族系、脂環族系、脂肪族系等のポリイソシアネート;前記ポリイソシアネートの2種類以上の混合物;これらを変性して得られる変性ポリイソシアネート等が挙げられる。
ポリオール混合物(X)とポリイソシアネート化合物とを反応させるウレタン化触媒としては、ウレタン化反応を促進させる触媒のうち、軟質ポリウレタンフォームの人体および環境へ悪影響を及ぼす懸念のある物質の使用を制限するCerti−PURに該当しない触媒のみを使用することができる。1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
整泡剤としては、シリコーン系整泡剤、フッ素系整泡剤等が挙げられる。これらのうち、シリコーン系整泡剤が好ましい。シリコーン系整泡剤のうち、ポリオキシアルキレン・ジメチルポリシロキサンコポリマーを主成分とするシリコーン系整泡剤が好ましい。整泡剤は、ポリオキシアルキレン・ジメチルポリシロキサンコポリマー単独であっても、これに他の併用成分を含んだ混合物であってもよい。他の併用成分としては、ポリアルキルメチルシロキサン、グリコール類、ポリオキシアルキレン化合物等が挙げられる。整泡剤としては、ポリオキシアルキレン・ジメチルポリシロキサンコポリマー、ポリアルキルメチルシロキサンおよびポリオキシアルキレン化合物を含む整泡剤混合物が、軟質ポリウレタンフォームの安定性に優れる点から特に好ましい。該整泡剤混合物としては、たとえば、東レダウコーニング社製のSZ−1127、L−580、L−582、L−520、SZ−1919、L−5740S、L−5740M、SZ−1111、SZ−1127、SZ−1162、SZ−1105、SZ−1328、SZ−1325、SZ−1330、SZ−1306、SZ−1327、SZ−1336、SZ−1339、L−3601、SZ−1302、SH−192、SF−2909、SH−194、SH−190、SRX−280A、SRX−298、SF−2908、SF−2904、SRX−294A、SF−2965、SF−2962、SF−2961、SRX−274C、SF−2964、SF−2969、PRX−607、SZ−1711、SZ−1666、SZ−1627、SZ−1710、L−5420、L−5421、SZ−1669、SZ−1649、SZ−1654、SZ−1642、SZ−1720、SH−193等、信越化学工業社製のF−114、F−121、F−122、F−348、F−341、F−502、F−506、F−607、F−606等、GE東芝シリコーン社製のY−10366、L−5309、TFA−4200、TFA−4202等、ゴールドシュミット社製のB−8110、B−8017、B−4113、B−8727LF,B−8715LF、B−8404、B−8462等が挙げられる。整泡剤は、2種類以上併用してもよく、また前記特定の整泡剤以外の整泡剤を併用してもよい。
発泡剤としては、フッ素化炭化水素等の公知の発泡剤が使用でき、水および不活性ガスからなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。不活性ガスとしては、具体的には、空気、窒素、炭酸ガス等が好ましく挙げられる。これらのうちでも、環境への配慮から水がもっとも好ましい。
本発明において軟質ポリウレタンフォームを製造する際には、上述したウレタン化触媒、発泡剤、整泡剤以外に所望の添加物も使用できる。添加剤としては、炭酸カリウム、硫酸バリウム等の充填剤;乳化剤等の界面活性剤;酸化防止剤、紫外線吸収剤等の老化防止剤;難燃剤、可塑剤、着色剤、抗カビ剤、破泡剤、分散剤、変色防止剤等が挙げられる。
本発明で得られる軟質ポリウレタンフォームの形成法としては、密閉された金型内に反応性混合物を注入し発泡成形する方法(モールド法)でも、開放系で反応性混合物を発泡させる方法(スラブ法)でもよく、スラブ法が好ましい。具体的には、ワンショット法、セミプレポリマー法、プレポリマー法等の公知の方法により行うことができる。軟質ポリウレタンフォームの製造には、通常用いられる製造装置を用いることができる。
本発明で得られる軟質ポリウレタンフォームは、低反発であることを特徴とし、そのコア反発弾性率は、20%以下が好ましく、18%以下がより好ましく、15%以下がとりわけ好ましく、12%以下が最も好ましい。コア反発弾性率を20%以下とすることで、充分な低反発性が発揮される。通常下限は0%である。コア反発弾性率の測定は、JIS K6400(1997年版)に準拠した方法で行う。また、本発明における「コア」とは、軟質ポリウレタンフォームの中央部から表皮部を除いた部分である。
本発明で得られる軟質ポリウレタンフォームにおいて、圧縮率50%の圧縮残留歪みは10%以下が好ましく、6%以下がより好ましく、5%以下がとりわけ好ましく、4%以下が最も好ましい。圧縮率90%での圧縮残留歪みは20%以下が好ましく、15%以下がより好ましく、12%以下がとりわけ好ましく、10%以下が最も好ましい。
また本発明で得られる軟質ポリウレタンフォームにおいて、圧縮率50%での湿熱圧縮残留歪みは15%以下が好ましく、10%以下がより好ましく、5%以下が特に好ましく、4%以下が最も好ましい。圧縮率90%での湿熱圧縮残留歪みは20%以下が好ましく、15%以下がより好ましく、12%以下がとりわけ好ましく、10%以下が最も好ましい。
ポリオールA1:水酸化カリウム触媒の存在下、ジプロピレングリコールを開始剤として数平均分子量1,000までプロピレンオキシドを開環重合させた後、珪酸マグネシウムで精製し、開始剤(a1)を製造した。次いで、DMC触媒である亜鉛ヘキサシアノコバルテート−tert−ブチルアルコール錯体触媒の存在下、前記開始剤(a1)にプロピレンオキシドを開環付加重合させて得られる、平均水酸基数2、水酸基価14mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオール。
ポリオールB1:水酸化カリウム触媒を用いてジプロピレングリコールを開始剤として、プロピレンオキシドを開環付加重合させて得られる平均水酸基数が2、水酸基価が160mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオール。
ポリオールB2: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て得られる平均水酸基数が3、水酸基価が168mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオール。
ポリオールC1: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およびエチレンオキシドの混合物を開環付加重合させて得られる、平均水酸基数が3、水酸基価が48mgKOH/g、全オキシエチレン基含有量が80質量%であるポリオキシプロピレンオキシエチレンポリオール。
モノオールD1:n−ブチルアルコールを開始剤として、亜鉛ヘキサシアノコバルテート−tert−ブチルアルコール錯体触媒を用いて、プロピレンオキシドを開環付加重合させて得られる平均水酸基数が1、水酸基価が16.7mgKOH/gのポリオキシプロピレンモノオール。
触媒A:ジオクチルスズジラウレート(日東化成社製、商品名:ネオスタンU−810)
触媒B:ジブチルスズジラウレート(日東化成社製、商品名:ネオスタンU−100)。
触媒C:2−エチルヘキサン酸スズ(エアプロダクツ アンド ケミカルズ社製、商品名:ダブコT−9)。
触媒D: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)。
整泡剤A:シリコーン系整泡剤(東レダウコーニング社製、商品名:SRX−298)。
整泡剤B:シリコーン系整泡剤(東レダウコーニング社製、商品名:SZ−1327)。
表1および表2に示した原料および配合剤のうち、ポリイソシアネート化合物以外の全原料の混合物(「ポリオールシステム液」ということもある)の液温を23℃±1℃に調整し、ポリイソシアネート化合物を液温23℃±1℃に調整した。ポリオールシステム液にポリイソシアネート化合物を所定量加えて、ミキサー(毎分3000回転)で5秒間混合し、室温(23℃)状態で上部が開放になっている縦が600mm、横が600mm、高さが400mmのビニールシートを敷きつめた木箱に注入し、軟質ポリウレタンフォーム(スラブフォーム)を製造した。製造された軟質ポリウレタンフォームを取り出して、室温(23℃)、湿度50%RHに調節された室内に24時間以上放置してから、各種物性の測定を行った。その測定結果を表1および表2に示す。なお例1、2は参考例、例3〜5は実施例、例6〜7は比較例である。
(クリームタイム、ライズタイム)
ポリオールシステム液とポリイソシアネート化合物の混合を開始した時間を0sとし、0sから発泡反応の開始が目視で確認出来た時間をクリームタイム、0sから発泡が終了して軟質ポリウレタンフォーム上部からガス抜け(所謂ヘルシーバブル)が観測された時間をライズタイムとして、ストップウオッチで測定した。
コア密度、コア反発弾性率は、JIS K6400(1997年版)に準拠した方法で測定した。軟質ポリウレタンフォームの中央部から表皮部を除いて縦横各250mm、高さ50mmの大きさに切り出したものを測定に用いた。
25%硬さ(ILD)、50%硬さ(ILD)、65%硬さ(ILD)、引張強度、伸び、引裂強度、ヒステリシスロス率、50%圧縮残留歪み、50%湿熱圧縮残留歪み、90%圧縮残留歪み、および90%湿熱圧縮残留歪みは、JIS K6400(1997年版)に準拠した方法で測定した。通気性はJIS K6400(1997年版)のB法に準拠した方法で測定した。
Certi−PURの環境試験は、次のように行った。製造した軟質ポリウレタンフォームの1g(約5mm角)を人工汗溶液50gに浸漬させ、40℃で1時間、超音波にかけた。得られた人工汗溶液を測定溶液とし、該測定溶液をドイツ規格DIN 38407−13に準ずる分析方法により、ガスクロマトグラフ質量分析にて定量分析した。評価結果は、Certi−PURのスペック値であるトリブチルスズが50ppb、ジブチルスズが100ppb、モノブチルスズが100ppb以上確認された場合は×(不良)、トリブチルスズが50ppb、ジブチルスズが100ppb、モノブチルスズが100ppb未満で確認された場合は○(良好)とした。
・L−ヒスチジンオノ塩酸塩第一水和物 0.5g/L
・リン酸二水素ナトリウム二水和物 2.2g/L
・食塩 5g/L
また、例3〜5では、驚くべきことに、低密度の軟質ポリウレタンフォームを安定的に得ることが出来た。加えて、反応性混合物のクリームタイムが比較的長く、好ましい反応性を有し、作業性に優れる反応性混合物であることが確認できた。
なお、2009年9月18日に出願された日本特許出願2009−217211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)
- ポリオール混合物(X)とポリイソシアネート化合物とを、ウレタン化触媒、発泡剤および整泡剤の存在下で反応させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法において、
ポリオール混合物(X)が、下記ポリオール(A)、下記ポリオール(B)および下記モノオール(D)を含み、
原料中の全活性水素含有化合物とポリイソシアネート化合物との割合がイソシアネート指数で90以上であって、
ウレタン化触媒が、ジオクチルスズジラウレートを含み、かつジブチルスズジラウレートを含まず、
軟質ポリウレタンフォームのコア密度が、10〜50kg/m 3 となるように前記ポリオール混合物(X)と前記ポリイソシアネート化合物とを反応させ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。
ポリオール(A):平均水酸基数が2〜3、水酸基価が10〜60mgKOH/g、オキシエチレン基含有量が0〜30質量%であるポリオキシアルキレンポリオール、
ポリオール(B):平均水酸基数が2〜3、水酸基価が100〜250mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオール、
モノオール(D):水酸基価が10〜200mgKOH/gであるポリオキシアルキレンモノオール。 - 前記ポリオール(A)と前記ポリオール(B)との割合が、ポリオール(A)とポリオール(B)との合計の100質量部のうち、ポリオール(A)の割合が5〜50質量部である請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
- 前記モノオール(D)の割合が、前記ポリオール(A)と前記ポリオール(B)との合計の100質量部に対して、1〜30質量部である請求項1または2に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
- 前記モノオール(D)が、開始剤にプロピレンオキシドのみを開環付加重合させたポリオキシプロピレンモノオールである請求項1〜3のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
- 前記ポリオール混合物(X)が、さらに下記ポリオール(C)を、ポリオール混合物全体の100質量部のうち2〜10質量部含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
ポリオール(C):平均水酸基数が2〜6、水酸基価が10〜60mgKOH/g、オキシエチレン基含有量が50〜100質量%あるポリオキシアルキレンポリオール。 - 前記ウレタン化触媒が、ポリオール混合物(X)の100質量部中に0.01〜3.0質量部含まれる請求項1〜5のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
- 前記発泡剤が水である請求項1〜6のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
- イソシアネート指数が90〜130である請求項1〜7のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
- 開放系で発泡させる方法(スラブ法)である請求項1〜8のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法で製造された軟質ポリウレタンフォームを用いたマットレス。
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