JP5932255B2 - シートパッド用ポリウレタンフォーム - Google Patents
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Description
シートパッドの乗り心地性能として、振動特性は非常に重要な特性であり、振動特性向上では、上記のように共振周波数と共振倍率を下げることが求められるが、これらは二律背反の関係にあり、同時に低くすることは困難である。
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、共振周波数と共振倍率を同時に低減することができ、乗り心地性能を向上させた車両用シートパッドに最適な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]シートパッド用ポリウレタンフォームであって、該ポリウレタンフォームを形成するセルの平均径が550〜1,000μm、セル一つ当たりが有する穴個数が10以下、及びセルを形成するリブの平均厚みが90〜200μm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](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、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](A)ポリオール成分として、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10/90〜25/75であり、かつ数平均分子量が6,000〜12,000であるポリエーテルポリオールを含むものを用いる、上記[2]に記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム、
[4](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が40質量%以上である、上記[3]に記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム、
[5](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ジフェニルメタンジイソシアネートから選択される少なくとも1種を含む、上記[2]〜[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、
[6]発泡原液における(C)水の含有量が、(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、上記[2]〜[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、
[7]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[2]〜[6]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、
[8]さらに、発泡原液中に(E)整泡剤及び(F)架橋剤から選択される少なくとも1種を含む、上記[2]〜[7]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
[9]発泡成形が、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、上記[2]〜[8]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。
このようなセル構造を有するポリウレタンフォームは、例えばポリオール成分、ポリイソシアネート成分、水及び触媒を含有する発泡原液を発泡成形することにより、作製することができる。特に、ポリオール成分として、エチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)の開環重合により得られ、EOとPO由来の繰り返し単位のモル比、及び数平均分子量が、それぞれ特定の範囲にあるポリエーテルポリオールを含むものを用いることにより、所望のセル構造を有するポリウレタンフォームが効果的に得られる。
ポリウレタンフォームにおいて、フォームを形成するセルの平均径、セルの一つ当たりが有する穴個数、及びセルを形成するリブの平均厚みが、それぞれ上記範囲にあれば、該ポリウレタンフォームは、共振周波数と共振倍率を同時に低減することができ、乗り心地性能を向上させたシートパッド用ポリウレタンフォームとなる。
この場合、共振周波数は、通常3〜3.5Hz程度であり、共振倍率は、通常2.8〜3.5倍程度である。
前記セル一つ当たりが有する穴個数が10を超えると高通気となる。この観点から、該穴個数は、好ましくは8個以下、より好ましくは7個以下、さらに好ましくは5個以下である。また、該穴個数の下限値は、通常好ましくは2個、より好ましくは3個である。
前記セルを形成するリブの平均厚みが90μm未満では高通気となり過ぎ、共振周波数が低くなるが共振倍率が上がり、両立できない。一方、200μmを超えると低通気となり過ぎるため、共振倍率が下がるが、共振周波数が高くなり、両立できない。この観点から、リブの平均厚みは、好ましくは90〜150μm、より好ましくは90〜130μmである。
なお、本発明において、セルを形成する「リブ」とは、セルを形成する柱の部分、つまり、セルからセル穴を除いた部分を指す。
なお、上記各特性値の測定方法については、後で説明する。
このようなポリウレタンフォームを形成させる方法としては、前記のセル構造を有するポリウレタンフォームを形成し得る方法であればよく、特に制限されず、例えば(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する方法を採用することができる。
次に、当該発泡原液における各成分について詳述する。
(A)ポリオール成分としては、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が10/90〜25/75(EO/PO)であり、かつ数平均分子量が6,000〜12,000であるポリエーテルポリオールを含むものが好ましい。このポリエーテルポリオールは1種を単独で、又は2種以上を併用してもよい。
このポリエーテルポリオールにおけるEO/POモル比は、所望のセル構造を有するポリウレタンフォームを形成し得る観点から、10/90〜25/75が好ましく、16/84〜25/75がより好ましく、18/82〜25/75がさらに好ましい。
一方、前記数平均分子量は、得られるポリウレタンフォームのセル構造に大きな影響を与え、例えば該数平均分子量が大きくなると、(1)セルの個数は少なくなって、セル径が大きくなる、(2)セル穴の個数が多くなって、リブの太さが大きくなる、(3)膜の破れ度合いが多くなり、通気性が高くなる、などの傾向が見られる。なお、本発明のポリウレタンフォームのセル構造における膜の破れ度合いは、通常、好ましくは65〜85%である。
ポリエーテルポリオールの数平均分子量が大きくなると、上述のようなセル構造をもたらす傾向が見られ、その結果、振動特性は、共振周波数及び共振倍率が共に低下する効果を奏する。
本発明において、(A)ポリオール成分として用いられるポリエーテルポリオールの数平均分子量としては、前記効果及び製造上の容易さなどの観点から、6,000〜12,000の範囲にあることが好ましく、6,000〜11,000の範囲にあることがより好ましい。
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。
本発明における上記(A)成分として、必要に応じ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。より具体的には、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。
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種以上を併用して用いても良い。
本発明においては、得られるフォームの密度の観点から、トリレンジイソシアネート(TDI)及びジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
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、2.0質量部以上であることが好ましい。水の配合量が2.0質量部未満であると、ぐらつき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、特に限定されず、例えば、ポリオール成分100質量部に対して、15質量部程度配合することができる。
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)成分の触媒としては、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、ポリウレタン発泡原液中の(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。
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0.5〜5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、所望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。
なお、この整泡剤として、高活性の整泡剤、例えば東レ・ダウコーニング社製「SZ1325」を使用することにより、低活性の整泡剤、例えばモメンティブ社製「L−3623」を使用する場合に比べて、得られるポリウレタンフォームの通気性が低減し、共振倍率が低くなるので、好ましい。
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。なお、当該架橋剤は、本発明においては、(A)ポリオール成分に含まれる。
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)のポリオール成分中の含有量が、通常0.5〜10質量%の範囲にあることが好ましい。0.5質量%以上であると、架橋剤の効果が十分に得られ、一方、10質量%以下であると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とが好ましい。
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。
(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。
<セル構造>
X線CTと走査型電子顕微鏡(SEM)により、ポリウレタンフォームのセル構造を観察し、セルの平均径、セル一つ当たりが有する穴個数、セルを形成するリブの平均厚みを求めた。
なお、SEMとしては、日立ハイテク株式会社製、機種名「S−3000N」を用い、倍率30〜200倍にてセル構造を観察した。
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。
(1)数平均分子量
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定した標準ポリスチレン換算の値である。
(2)EO単位/PO単位モル比
1H−NMRスペクトル測定により得られるプロトンシグナルの積分値に基づいて算出した。
(3)官能基数
13C−NMRスペクトル測定により得られるピークから開始剤を決定し、官能基数を決定した。
(4)不飽和度
JIS K 1557−1970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測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。
表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、(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。その時、ポリウレタン発泡原液の液温としては、実施例1及び比較例1〜3、5は30℃とし、実施例2及び比較例4、6は40℃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、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。評価結果を表2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7,000、官能基数3、不飽和度0.04ミリ当量/g
2)ポリエーテルポリオールB:EO/POモル比20/80、数平均分子量7,000、官能基数3、不飽和度0.007ミリ当量/g
3)ポリエーテルポリオールC:EO/POモル比20/80、数平均分子量10,000、官能基数3、不飽和度0.007ミリ当量/g
4)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
5)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)
6)触媒A:トリエチレンジアミン[東ソー(株)製]
7)触媒B:ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル10〜30質量%のジプロピレングリコール溶液(東ソー社製)
8)触媒C:ジエタノールアミン
9)シリコーン整泡剤A:[東レ・ダウコーニング社製、商品名「SZ1325」]
10)シリコーン整泡剤B:[モメンティブ社製、商品名「L−3623」]
11)TDI:「T−80」(三井化学ポリウレタン株式会社製)、MDI:「MR−200HR」(日本ポリウレタン株式会社製)
12)[NCO基]/[発泡原液中の活性水素基]モル比
Claims (7)
- (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、シートパッド用ポリウレタンフォームであって、(A)ポリオール成分として、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10/90〜25/75であり、かつ数平均分子量が6,000〜12,000であるポリエーテルポリオールを含むものを用い、該ポリウレタンフォームを形成するセルの平均径が550〜1,000μm、セル一つ当たりが有する穴個数が10以下、及びセルを形成するリブの平均厚みが90〜200μm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。
- (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が40質量%以上である、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。
- (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ジフェニルメタンジイソシアネートから選択される少なくとも1種を含む、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。
- 発泡原液における(C)水の含有量が、(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、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。
- 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1〜4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。
- さらに、発泡原液中に(E)整泡剤及び(F)架橋剤から選択される少なくとも1種を含む、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。
- 発泡成形が、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、請求項1〜6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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