JP6371261B2 - 軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents
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Description
自動車座席に用いられるクッション材には、全体がポリウレタンフォームで一体成形されたものがある。このシートは、すべてを同一配合からなる発泡原料で成形したものの他に、部位別にパッド硬度を設定し乗り心地改善等を図った多点異硬度シートパッドなどがあった(特許文献1)。また、同一配合からなる発泡原料であっても密度を変えて、硬度を変化させて対応していた(特許文献2)。
すなわち、本発明は、ポリオール成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを、触媒(C)、発泡剤(D)及び整泡剤(E)の存在下に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、(A)中に下記ポリオール(a1)を3〜50重量%、下記ポリオール(a2)を35〜95重量%含有し、(B)がジフェニルメタンジイソシアネート、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリオール変性ジフェニルメタンジイソシアネート及びカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートからなる群より選ばれる少なくとも1種のジフェニルメタンジイソシアネート系ポリイソシアネートであり、密閉型モールド中で発泡、硬化させ 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である。
ポリオール(a1):平均官能基数が3〜4であり、水酸基価が28〜57であるポリオキシプロピレンポリオールである。
ポリオール(a2):平均官能基数が3〜4であり、水酸基価が24〜40であり、オキシエチレン単位の含有量が10〜20重量%であるポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオールである。
アルカノールアミンとしては、炭素数2〜20のモノ−、ジ−及びトリ−アルカノールアミン(例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン及びイソプロパノールアミン)などが挙げられる。
ポリアミン(1,2級アミノ基の数:2〜8個又はそれ以上)としては、脂肪族アミンとして、炭素数2〜6のアルキレンジアミン(例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン)、炭素数4〜20のポリアルキレンポリアミン(アルキレン基の炭素数が2〜6のジアルキレントリアミン、トリアルキレンテトラミン、テトラアルキレンペンタミン及びヘキサアルキレンヘプタミン、例えば、ジエチレントリアミン及びトリエチレンテトラミン)などが挙げられる。
また、炭素数6〜20の芳香族ポリアミン(例えば、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、メチレンジアニリン及びジフェニルエーテルジアミン);炭素数4〜20の脂環式ポリアミン(例えば、イソホロンジアミン、シクロヘキシレンジアミン及びジシクロヘキシルメタンジアミン);炭素数4〜20の複素環式ポリアミン(例えば、ピペラジン及びアミノエチルピペラジン)等が挙げられる。
モノアミンとしては、アンモニア;脂肪族アミンとして、炭素数1〜20のアルキルアミン(例えば、n−ブチルアミン及びオクチルアミン);炭素数6〜20の芳香族モノアミン(例えば、アニリン及びトルイジン);炭素数4〜20の脂環式モノアミン(例えば、シクロヘキシルアミン);炭素数4〜20の複素環式モノアミン(例えば、ピペリジン)等が挙げられる。
これらの活性水素含有化合物は2種以上を併用してもよい。これらの中で多価アルコールが好ましい。
なお本発明において、水酸基価は、JISK1557−1に準拠して測定される。
<試料調整法>
測定試料約30mgを直径5mmの1H−NMR用試料管に秤量し、約0.5mlの重水素化溶媒を加え溶解させる。その後、約0.1mlの無水トリフルオロ酢酸を添加し25℃で約5分間放置して、ポリオールをトリフルオロ酢酸エステルとし、分析用試料とする。
ここで重水素化溶媒とは、重水素化クロロホルム、重水素化トルエン、重水素化ジメチルスルホキシド、重水素化ジメチルホルムアミド等であり、試料に溶解させることができる溶媒を適宜選択する。
通常の条件で1H−NMR測定を行う。
<末端水酸基の1級OH化率の計算方法>
1級水酸基の結合したメチレン基由来の信号は4.3ppm付近に観測され、2級水酸基の結合したメチン基由来の信号は5.2ppm付近に観測されるから、末端水酸基の1級OH化率は下数式(1)により算出する。
1級OH化率(%)=〔r/(r+2s)〕×100 (1)
ただし、
r:4.3ppm付近の1級水酸基の結合したメチレン基由来の信号の積分値
s:5.2ppm付近の2級水酸基の結合したメチン基由来の信号の積分値
である。
(α)としては、特開2000−344881号公報に記載のものが挙げられ、具体的には、BF3以外の、フッ素原子、(置換)フェニル基及び/又は3級アルキル基が結合したホウ素又はアルミニウム化合物であり、トリフェニルボラン、ジフェニル−t−ブチルボラン、トリ(t−ブチル)ボラン、トリフェニルアルミニウム、ジフェニル−t−ブチルアルミニウム、トリ(t−ブチル)アルミニウム、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン、ビス(ペンタフルオロフェニル)−t−ブチルボラン、トリス(ペンタフルオロフェニル)アルミニウム及びビス(ペンタフルオロフェニル)−t−ブチルアルミニウムなどが挙げられる。
これらの中で好ましいものは、トリフェニルボラン、トリフェニルアルミニウム、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン及びトリス(ペンタフルオロフェニル)アルミニウムであり、さらに好ましいのはトリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン及びトリス(ペンタフルオロフェニル)アルミニウムである。
アルキレンオキサイド(以下AOと略記する。)の付加条件についても上記公報に記載の方法と同様でよく、例えば、生成する開環重合体の重量に基づいて、好ましくは0.0001〜10%、さらに好ましくは0.001〜1%の上記触媒(α)を用い、好ましくは0〜250℃、さらに好ましくは20〜180℃で反応させる。
PO及びEOを含むAOの付加形式としては、PO、EOの順序でブロック付加したものが好ましい。
(a2)のEO単位は末端EO単位でも、末端以外のEO単位(以下、内部EO単位)でも構わない。
内部EO単位の含有量は、フォームの圧縮永久歪率の観点から、3%以下が好ましく、さらに好ましくは0%である。
ポリオール(a2)の含有量〔後述する重合体ポリオール中の(a2)も含む〕は35〜95%であり、好ましくは40〜92%、さらに好ましくは50〜75%である。35%未満であると硬化が十分に進行せず、95%を超えると圧縮永久歪率が低下する。
芳香族ポリカルボン酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,2‘−ビベンジルジカルボン酸、トリメリット酸、ヘミリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸及びナフタレン−1,4ジカルボン酸、ナフタレン−2,3,6トリカルボン酸、ジフェン酸、2,3−アントラセンジカルボン酸、2,3,6−アントラセントリカルボン酸およびピレンジカルボン酸等の炭素数8〜18の芳香族ポリカルボン酸が挙げられる。
脂肪族ポリカルボン酸としては、コハク酸、フマル酸、セバシン酸およびアジピン酸等が挙げられる。
なお、本発明においては、ポリオール成分(A)中に使用する重合体ポリオールにポリオール(a1)、(a2)が含まれている場合も、ポリオール成分(A)にポリオール(a1)、(a2)が含有されているものとして取り扱う。
重合体ポリオールは、ポリオール中でビニルモノマーを公知の方法で重合して製造することができる。例えば、ポリオール中で、ラジカル重合開始剤の存在下、ビニルモノマーが重合され、得られたビニルモノマーの重合体が安定分散されたものが挙げられる。重合方法の具体例としては、米国特許第3383351号明細書及び特公昭39−25737号公報等に記載の方法が挙げられる。
ビニルモノマーとしては、スチレン及び/又はアクリロニトリルが好ましい。
芳香族ポリイソシアネートとしては、炭素数:C(NCO基中の炭素を除く;以下のポリイソシアネートも同様)が6〜16の芳香族ジイソシアネート、C6〜20の芳香族トリイソシアネート及びこれらのイソシアネートの粗製物等が挙げられる。具体例としては、1,3−及び1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−及び2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、粗製TDI、2,4’−及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(粗製MDI)、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート並びにトリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネート等が挙げられる。
脂環式ポリイソシアネートとしては、C6〜16の脂環式ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、イソホロンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメ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及びノルボルナンジイソシアネート等が挙げられる。
変性ポリイソシアネートの具体例としては、ポリオール変性MDI、カルボジイミド変性MDI等が挙げられる。
触媒(C)の使用量は、引っ張り強度の観点から、ポリオール成分(A)の重量に基づいて、0.01〜5.0%が好ましく、さらに好ましくは0.2〜3.0%である
これらのうち、成形性の観点から、塩化メチレン、HCFC−141b、HFC−134a、HFC−356mff、HFC−236ea、HFC−245ca、HFC−245fa、HFC−365mfc及びこれらの2種以上の混合物が好ましい。
低沸点化合物の使用量は、成形不良の観点から、ポリオール成分(A)の重量に基づいて、40%以下が好ましく、さらに好ましくは5〜30%である。
整泡剤(E)の使用量は、引っ張り強度の観点から、ポリオール成分(A)の重量に基づいて、0.3〜3.0%が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2.5%である。
その他の添加剤としては、着色剤(染料及び顔料)、難燃剤(リン酸エステル及びハロゲン化リン酸エステル等)、老化防止剤(トリアゾール及びベンゾフェノン等)、酸化防止剤(ヒンダードフェノール及びヒンダードアミン等)等の公知の補助成分が挙げられる。
反発弾性(%)は45〜65であることが好ましく、さらに好ましくは、50〜60である。反発弾性(%)が45〜65であると、車両座席用クッション材としたときのクッション感が良好である。
なお、本発明において、「モールドの下型面の硬度がコア部の硬度よりも低いフォーム」とは、本発明の製造方法により得られる軟質ポリウレタンフォームにおいて、モールドの下型に接していた面から20mmまでの範囲における硬度を下型面の硬度とし、フォームの重心部分の硬度をコア部の硬度とした場合に、下型面の硬度がコア部の硬度よりも低くなるフォームを意味する。もし、この方法での測定が困難な場合は、一般に原料組成と処方が同じであれば、モールドの形状、大きさにかかわらず、同様に下型面の硬度がコア部の硬度よりも低いフォームが得られるので、そのフォームと同様の原料組成と処方で下型面から上型面までの厚みが100mmのポリウレタンモールドフォームを製造したとき、下型面から厚さ20mm毎に5層に切り出したときの下型面から20mmまでの1層目の硬度をモールドの下型面の硬度とし、下型面から40〜60mmを切り出した3層目の硬度をコア部の硬度とした場合に、下型面の硬度がコア部の硬度よりも低くなるフォームを意味する。
本発明における硬度は、JIS K6400に準拠して測定される25%−ILDまたは25%−CLDである。
また、本発明の製造方法により得られる軟質ポリウレタンフォームは、車両座席用クッション材とした場合の乗り心地の観点から、車両座席用モールドの水平な下型面から、厚みが最も大きい部位において、発泡方向に同じ厚さで5層に切り出したときの下型面から1〜4層目の密度の平均に対する1層目の密度の比(1層目の密度/1〜4層目の密度の平均)が1.00〜1.10であることが好ましく、1.00〜1.05であることがさらに好ましい。
なお、もし、これらの方法での測定が困難な場合は、一般に原料組成と処方が同じであれば、モールドの形状(車両座席用モールドか直方体のモールドか)、大きさにかかわらず、硬度や密度の分布が同様なフォームが得られるので、そのフォームと同様の原料組成と処方で、下型面から上型面までの厚みが100mmのポリウレタンモールドフォームを製造し、20mm毎にスライスして5層切り出して、上記と同様に測定した硬度の比および密度の比を用いる。
本発明における密度は、JIS K6400に準拠して測定される、
(1)ポリオール(a1−1):ペンタエリスリトールにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒として用いてPOを付加させて得られた、官能基数4.0、水酸基価45、末端水酸基の1級OH化率70%のポリオキシプロピレンポリオール。
(2)ポリオール(a1−2):ペンタエリスリトールにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒として用いてPOを付加させて得られた、官能基数4.0、水酸基価35、末端水酸基の1級OH化率70%のポリオキシプロピレンポリオール。
(3)ポリオール(a1−3):ペンタエリスリトールにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒として用いてPOを付加させて得られた、官能基数4.0、水酸基価30、末端水酸基の1級OH化率70%のポリオキシプロピレンポリオール。
(4)ポリオール(a1−4):グリセリンにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒として用いてPOを付加させて得られた、官能基数3.0、水酸基価45、末端水酸基の1級OH化率70%のポリオキシプロピレンポリオール。
(5)ポリオール(a1−5):ペンタエリスリトールにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒として用いてPOを付加させて得られた、官能基数4.0、水酸基価45、末端水酸基の1級OH化率50%のポリオキシプロピレンポリオール。
(6)ポリオール(a2−1):グリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEO付加して得られた、官能基数3.0、水酸基価28、EO単位の含有量16.0%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(7)ポリオール(a2−2):グリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEO付加して得られた、官能基数3.0、水酸基価40、EO単位の含有量16.0%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(8)ポリオール(a2−3):ペンタエリスリトールに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEO付加して得られた、官能基数4.0、水酸基価28、EO単位 の含有量16.0%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(9)ポリオール(a2−4):グリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEO付加して得られた、官能基数3.0、水酸基価28、EO単位の含有量12.0%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(10)ポリオール(a2−5):グリセリン1モルに水酸化カリウムを触媒として、PO72.6モルを付加し、さらにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒としてPO12.0モルを付加、さらに水酸化カリウムを触媒としEOを16.7モル付加して得られた、官能基数3.0、水酸基価29.0、EO単位の含有量13.0%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(11)ポリオール(a4−1):ペンタエリスリトールに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEO付加して得られた官能基数4.0、水酸基価28、EO単位の含有量12.0%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール(a2−6)、及びグリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEO付加して得られた官能基数3.0、水酸基価34、EO単位の含有量14%のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール(a2−7)の混合物(重量比:8/2)中で、スチレンとアクリロニトリル(重量比:3/7)を共重合させた重合体ポリオール(重合体含量33%)。
1.触媒(C)
ウレタン化触媒(C−1):エアプロダクツジャパン(株)製「DABCO−33LV」(トリエチレンジアミンの33%ジプロピレングリコール溶液)
ウレタン化触媒(C−2):東ソー(株)製「TOYOCAT ET」(ビス(ジメチルアミノエチル)エーテルの70%ジプロピレングリコール溶液)
2.発泡剤(D)
発泡剤(D−1):水
3.整泡剤(E)
整泡剤(E−1):エボニック(株)製「TEGOSTAB B8742LF2」(ポリシロキサン系整泡剤)
整泡剤(E−2):エボニック(株)製「TEGOSTAB B8715LF2」(ポリシロキサン系整泡剤)
有機ポリイソシアネート(B−1):MDI系ポリイソシアネート(NCO含量32.3%)〔日本ポリウレタン工業(株)製CEF−504〕
有機ポリイソシアネート(B−2):TDI−80(2,4−および2,6−TDI、2,4−体の比率が80%)/粗製MDI(平均官能基数2.9)=80/20(重量比)(NCO含量44.6)
表1に示す部数のポリオールプレミックスと、表1に示すイソシアネート指数となる有機ポリイソシアネート成分(B)とを、下記の発泡条件により軟質ポリウレタンフォームを直方体の金型内で発泡してフォームを形成後、金型から取り出し一昼夜放置後の軟質ポリウレタンフォーム諸物性を測定した。
また、同様の発泡条件により軟質ポリウレタンフォームを車両座席用モールド(実型)内で発泡してフォームを形成後、型から取り出し一昼夜放置後の軟質ポリウレタンフォームの硬度分布、硬度比と密度比を測定した。
各物性の測定値も表1にそれぞれ記載した。
金型サイズ:400mm×400mm×100mm(高さ)
金型温度:65℃
金型材質:アルミ
ミキシング方法:高圧ウレタン発泡機(PEC社製)ポリオールプレミックスと有機ポリイソシアネート成分(B)とを15MPaで混合。
モールドサイズ(最大寸法):670mm×550mm×100mm(下型面からの最大厚み)
モールド温度:65℃
モールド材質:アルミ
ミキシング方法:高圧ウレタン発泡機(PEC社製)ポリオールプレミックスと有機ポリイソシアネート成分(B)とを15MPaで混合。
コア密度 :JIS K6400に準拠、単位はkg/m3。
フォーム硬さ(25%−ILD):JISK6400に準拠、単位はN/314cm2。
反発弾性:JIS K6400に準拠、単位は%。
圧縮残留ひずみ率:JIS K6400に準拠、単位は%。
湿熱圧縮残留ひずみ率:JIS K6400に準拠、温度50℃、湿度95%とした。単位は%。
硬度分布[1](直方体金型):縦、横100mm角で下型面より発泡方向に20mm毎にスライスし、5層切り出し、各層の25%−CLDをJIS K6400に準拠して測定。単位はN/100cm2。
硬度比[1](直方体金型):上記硬度分布[1]で測定した硬度(1〜4層目)において、(その層の硬度)/(下型面から1〜4層目の各層の硬度の平均)を各層の硬度比とした。
密度比[1](直方体金型):縦、横100mm角で下型面より発泡方向に20mm毎にスライスし、5層切り出し、下型面から1〜4層目の各層の密度をJIS K6400に準拠して測定し、(その層の密度)/(下型面から1〜4層目の密度の平均)を各層の密度比とした。
硬度分布[2](車両座席用モールド):縦、横50mm角で下型面より発泡方向に20mm毎にスライスし、5層切り出し、下型面から1〜4層目の各層の25%−CLDをJIS K6400に準拠して測定。単位はN/25cm2。なお、下型面から5層目は、モールドの形状から、適当な形状の試料が得られないので、測定対象から除いた。)
硬度比[2](車両座席用モールド):上記硬度分布[2]で測定した硬度(1〜4層目)において、(その層の硬度)/(下型面から1〜4層目の各層の硬度の平均)を各層の硬度比とした。
密度比[2](車両座席用モールド):縦、横50mm角で下型面より発泡方向に20mm毎にスライスし、5層切り出し、下型面から1〜4層目の各層の密度をJIS K6400に準拠して測定し、(その層の密度)/(下型面から1〜4層目の密度の平均)を各層の密度比とした。
Claims (3)
- ポリオール成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを、触媒(C)、発泡剤(D)及び整泡剤(E)の存在下に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、(A)中に下記ポリオール(a1)を3〜50重量%、下記ポリオール(a2)を35〜95重量%含有し、(B)がジフェニルメタンジイソシアネート、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリオール変性ジフェニルメタンジイソシアネート及びカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートからなる群より選ばれる少なくとも1種のジフェニルメタンジイソシアネート系ポリイソシアネートであり、密閉型モールド中で発泡、硬化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(a1):平均官能基数が3〜4であり、水酸基価が28〜57であるポリオキシプロピレンポリオール
ポリオール(a2):平均官能基数が3〜4であり、水酸基価が24〜40であり、オキシエチレン単位の含有量が10〜20重量%であるポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール - ポリオール(a1)の全末端水酸基に占める1級水酸基の割合が50モル%以上である請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
- 密閉型モールドが車両座席用モールドである請求項1又は2に記載の製造方法。
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