JP5838154B2 - シートパッド用ポリウレタンフォーム - Google Patents
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Description
しかしながら、このような手段を講じると、得られるポリウレタンフォームの反発弾性や、通気性が低くなり、乗り心地で重要な「応力緩和」が悪化(増加)するという問題が生じる。すなわち、ぐらつき性を向上(低下)させると、応力緩和性が悪化(増加)し、一方、応力緩和性を向上させると、ぐらつき性が悪化するという、ぐらつき性と応力緩和性は二律背反の関係にあった。
このような要求に対し、出願人は、ポリオール成分とイソシアネート成分とを主成分とするポリウレタン発泡原液を発泡成形してなるポリウレタンフォームにおいて、前記ポリオールとして分子量が3,000〜12,000、不飽和度が0.03ミリ当量/g以下であり、且つ分子量/官能基数が1,000〜3,000であるポリエーテルポリオールを用いると共に、有機化処理された無機充填材を配合することを特徴とするポリウレタンフォームを提案した(特許文献1参照)。ここで提案されたポリウレタンフォームは、軽量且つ振動吸収特性に優れたものである。
本発明は、このような状況下になされたもので、ぐらつき低減性と応力緩和低減性の両立を図ることができ、特に車両用シートパッドに最適な、乗り心地感が良好であり、且つぐらつきの問題のないシートパッド用ポリウレタンフォームを提供することを目的とするものである。
[1](A)ポリオール成分、(B)ポリイソシアネート成分、(C)水、及び(D)触媒を含有する発泡原液を発泡成形してなるポリウレタンフォームであって、
前記(A)ポリオール成分が、(a−1)エチレンオキシド及びプロピレンオキシドの開環重合により得られ、エチレンオキシドとプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が5/95〜25/75であり、数平均分子量が6,000〜8,000のポリエーテルポリオールを、ポリオール成分中に40〜55質量%の割合で含むと共に、(a−2)プロピレンオキシド単独又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの開環重合により得られ、エチレンオキシドとプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が0/100〜20/80であり、数平均分子量が600〜2,000のポリエーテルポリオールを、ポリオール成分中に5〜15質量%の割合で含み、
且つ前記(A)ポリオール成分100質量部に対し、(C)水の配合量が2.0質量部以上であることを特徴とするシートパッド用ポリウレタンフォーム、
[2](B)ポリイソシアネート成分が、トリレンジイソシアネート及び/又はジフェニルメタンジイソシアネートを含む、上記[1]に記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム、
[3]発泡原液中に(B)ポリイソシアネート成分を、該ポリイソシアネート成分中のイソシアネート基と、前記発泡原液中の活性水素基とのモル比が60:100〜120:100になるように含む、上記[1]又は[2]に記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム、
[4]さらに、(E)整泡剤及び/又は(F)架橋剤を含む、上記[1]〜[3]のいずれかに記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム、及び
[5]発泡原液を金型内に形成されたキャビティ内に供給する工程、及びゲルタイムより20〜50秒間経過した後に、金型内の圧力を0.15〜0.25MPa低下させる工程を有する発泡成形によって得られる、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム、
を提供するものである。
当該発泡原液においては、(A)成分として用いられるポリオール成分が、下記の(a−1)高分子量ポリエーテルポリオールと、(a−2)低分子量ポリエーテルポリオールの組み合わせを含有することを特徴とする。
((a−1)高分子量ポリエーテルポリオール)
この(a−1)高分子量ポリエーテルポリオールは、エチレンオキシド(以下「EO」と記載する。)及びプロピレンオキシド(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(EO/PO)が5/95〜25/75であり、且つ数平均分子量が6,000〜8,000のポリエーテルポリオールである。この高分子量ポリエーテルポリオールは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、数平均分子量については、6,000〜8,000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6,000未満であると反発弾性が低下し、8,000を超えるとぐらつきを解消し得ない。以上の観点から、数平均分子量は7,000〜8,000の範囲が好ましい。
この(a−2)低分子量ポリエーテルポリオールは、PO単独又はEOとPOと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0/100〜20/80であり、数平均分子量が600〜2,000のポリエーテルポリオールである。この低分子量ポリエーテルポリオールは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。前記のモル比が、前記範囲外、つまり20/80を超えると通気性が上がり過ぎ、ぐらつきが増大するため、本発明の目的が達せられない。前記モル比は0/100〜10/90が好ましく、0/100〜5/95がより好ましい。
また、低分子量ポリエーテルポルオールの数平均分子量が600未満では応力緩和が増大するため、本発明の目的が達せられず、一方2,000を超えると、ぐらつきが増加するため、本発明の目的が達せられない。この低分子量ポリエーテルポリオールの好ましい数平均分子量は650〜1,500であり、より好ましくは700〜1200である。
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。
当該発泡原液において、(B)成分として用いられる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、脂環族およ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、又は2種以上を併用してもよい。
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。
当該発泡原液においては、(C)成分の発泡剤として水が用いられる。水はポリイソシアネートと反応して二酸化炭素ガスを発生させることから、発泡剤として作用する。
水の配合量は、(A)ポリオール成分100質量部に対して、2.0質量部以上であることが必要である。水の配合量が2.0質量部未満であると、ぐらつき性を抑制する十分な効果が得られない。一方、上限値については、本発明の効果を奏する範囲であれば、特に限定さないが、ポリオール成分100質量部に対して、好ましくは10質量部以下、より好ましくは7質量部以下、さらに好ましくは4質量部以下である。
当該発泡原液においては、発泡成形の際の反応性の観点から、(D)成分として触媒を含有する。この触媒としては、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)成分の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、当該発泡原液中の(D)成分の配合量としては、上記(A)成分のポリオール100質量部に対して通常、好ましくは0.05〜0.5質量部、より好ましくは0.1〜5質量部、さらに好ましくは0.1〜3質量部、特に好ましくは0.1〜1質量部である。
当該発泡原液には、任意成分として(E)整泡剤及び/又は(F)架橋剤を配合することができる。さらに、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、これらの添加剤の配合量は、通常使用される範囲で差し支えない。
この(E)成分の整泡剤としては、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)成分のポリオール100質量部に対して、通常0.3〜5質量部、特に0.3〜3質量部とすることが好ましい。0.3質量部以上であれば、ポリオール成分とイソシアネート成分の攪拌性が良好となり、所望のウレタンフォームを製造し易い。
この(F)成分の架橋剤としては、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る。
ポリウレタン発泡原液中の架橋剤の配合量としては、上記(A)成分のポリオール100質量部に対して通常0.5〜10質量部の範囲が好ましい。0.5質量部以上であれば、架橋剤の効果が十分に得られ、一方、10質量部以下であれば、独立気泡性が適度であり、成形性が確保できるとともに、フォームダウンすることがない。
本発明における発泡原液の調製方法としては、特に限定されるものではないが、前記(B)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)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いう観点から、上記(A)ポリオール成分に対して、上記(D)触媒を配合し、次いで上記(E)整泡剤、(F)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上記(C)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、発泡が均一且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を採用し得るが、時限圧力解放(TPR;Timed Pressure Release)を併用することが好ましい。
本発明におけるTPRは、金型内の圧力を低下させ、気泡の連通化を生じさせるものである。より具体的には、発泡原液を、金型内に形成されたキャビティ内に供給する工程の後に、ゲルタイムより20〜50秒経過した後に金型内の圧力を、0.15〜0.25MPa低下させる工程を有する。
ここでゲルタイムとは、ポリオールとイソシアネートが混合され、増粘が起こってゲル強度が出始める時間をいう。
本発明のウレタンフォームは、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。また、ヒステリシスロスとしては、ウレタンフォームの弾性性能保持の観点から、通常25%以下、好ましくは22%以下、より好ましくは18%以下であり、ヒステリシスロスが高いと、変形した際に復元するのが遅いフォームとなってしまうおそれがある。
また、本発明のウレタンフォームは、ぐらつき感を抑制することができ、車両用のシートパッドとして用いた際に、コーナリング時のシートの傾きを抑えることができる。
(評価方法)
各実施例及び比較例にて製造されたウレタンフォームについて、以下の方法にて評価した。
(1)共振周波数(Hz)及び共振倍率
JASO B 407に準拠して測定した。測定は、ウレタンフォームの硬さが25%硬度で226N(23kgf)になるように調整したサンプルで行った。サンプルに402N(41kg)の加圧板を載せ、周波数を1〜10Hzまで加振させた。最大の伝達率を示した時の周波数を共振周波数(Hz)、共振周波数の時の伝達率を共振倍率とした。なお、25%硬度とは、ウレタンフォームを25%圧縮するのに要する荷重をいう。
(2)応力緩和
直径200mmの円形加圧板で、50mm/分の速度でウレタンフォームの初期厚みの75%の距離を圧縮した。その後、荷重を除き、1分間放置した。再び同じ速度にて荷重をかけて、196N(20kgf)の負荷となった時点で加圧板を停止させ、5分間放置後の加重を読み取った。そして、下記式により、応力緩和率を算出した。
応力緩和率(%)=100×[加圧板停止時の加重(196N)−5分間放置後の加重]/加圧板停止時の加重(196N)
(3)ぐらつき角度
図1は、ぐらつき角度を測定するための装置の概略図であって、サンプルのシートパッド1上に、角度計2を取り付けた治具3を乗せ、この治具3に0〜59Nの力を水平方向にかけた際の該治具の傾きを角度計2により測定した。
第1表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、(B)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混合物を調製し、その後(B)ポリイソシアネート成分を配合することで行った。ポリオール組成物は、まず、(A)ポリオール成分と、(D)触媒を混合し、次いで整泡剤、架橋剤を配合して、最後に(C)水を混合して調製した。その際、ポリウレタン発泡原液の液温は30℃とした。次いで、上記原液の調製直後にこれを、設定温度60℃のキャビティ内の減圧が可能な金型のキャビティに大気圧下にて注入し、注入し終えた直後に減圧を開始した。その後、金型内にて発泡・硬化させ、ゲルタイムより30秒経過した時に、金型内の圧力を、0.2MPa低下させた。その後、脱型し、シートパッド用ポリウレタンフォームを得た。得られたポリ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表に示す。
1)ポリエーテルポリオールA:EO/POモル比16/84、数平均分子量5,000、官能基数3
2)ポリエーテルポリオールB:EO/POモル比13/87、数平均分子量3,000、官能基数3
3)ポリエーテルポリオールC:EO/POモル比13/87、数平均分子量7,500、官能基数3
4)ポリエーテルポリオールD:EO/POモル比0/100、数位平均分子量700、官能基数3
5)ポリマーポリオール:EO/POモル比15/85、数平均分子量5,000、官能基数3
6)架橋剤:ポリエーテルポリオール(EO/POモル比100/0、数平均分子量400、官能基数4)
7)触媒:トリエチレンジアミン(東ソー(株)製)
8)シリコーン整泡剤:(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名「SZ1325」)
9)ポリイソシアネート:TDI/MDI(質量比)が80/20、NCO基/(発泡原液中の活性水素基)(モル比)が95/15〜100/0になるように配合する。なお、TDIとしては、「コスモネート(登録商標)T−80」(三井化学(株)製)を、MDIとしては、「MR−200HR」(日本ポリウレタン工業(株)製)を使用した。
2 角度計
3 治具
Claims (6)
- (A)ポリオール成分、(B)ポリイソシアネート成分、(C)水及び(D)触媒を含有する発泡原液を発泡成形してなるポリウレタンフォームであって、
前記(A)ポリオール成分が、(a−1)エチレンオキシド及びプロピレンオキシドの開環重合により得られ、エチレンオキシドとプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が5/95〜25/75であり、一分子中に含まれるヒドロキシル基の数が2〜4個であり、数平均分子量が6,000〜8,000のポリエーテルポリオールを、ポリオール成分中に40〜55質量%の割合で含むと共に、(a−2)プロピレンオキシド単独又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの開環重合により得られ、エチレンオキシドとプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が0/100〜5/95であり、一分子中に含まれるヒドロキシル基の数が2〜4個であり、数平均分子量が600〜2,000のポリエーテルポリオールを、ポリオール成分中に5〜15質量%の割合で含み、
且つ前記(A)ポリオール成分100質量部に対し、(C)水の配合量が2.0質量部以上であることを特徴とするシートパッド用ポリウレタンフォーム。 - (B)ポリイソシアネート成分が、トリレンジイソシアネート及び/又はジフェニルメタンジイソシアネートを含む、請求項1に記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム。
- 発泡原液中に(B)ポリイソシアネート成分を、該ポリイソシアネート成分中のイソシアネート基と、前記発泡原液中の活性水素基とのモル比が60:100〜120:100になるように含む、請求項1又は2に記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム。
- さらに、(E)整泡剤及び/又は(F)架橋剤を含み、(F)架橋剤のエチレンオキシドとプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が100/0である、請求項1〜3のいずれかに記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム。
- 前記(a−1)成分のエチレンオキシドとプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が10/90〜20/80である、請求項1〜4のいずれかに記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム。
- 発泡原液を金型内に形成されたキャビティ内に供給する工程、及びゲルタイムより20〜50秒間経過した後に、金型内の圧力を0.15〜0.25MPa低下させる工程を有する発泡成形によって得られる、請求項1〜5のいずれかに記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム。
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