JP6580564B2 - 軟質ポリウレタンフォーム成形品、およびシート用パッド - Google Patents
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Description
本願は、2014年6月12日に日本に出願された特願2014−121917号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
これに対して、軟質ポリウレタンフォームの粘弾性を高くすることによりぐらつきを抑えることが可能であるが、この場合、クッション性が損なわれる可能性がある。
また、シート用パッド1の発泡セル21は、軟質発泡樹脂の気孔である。
ここで、縦方向Yに沿って着座面1Aとは反対側を裏面1Bという。
このような発泡原液2では、1液(1配合)で発泡の挙動をコントロールさせることで、アスペクト比を変化させて硬さのグラデーションを発現させてもよいし、1液に限定されることはなく、2液(2配合)以上を混合して発現させることも可能である。
ここで、着座面1A側に含まれる発泡セル21Aのアスペクト比として、1.4〜1.6の範囲に設定されることが好ましい。なお、この数値は、着座面1A側に含まれる発泡セル21Aのうち、後述するキャビティCの内面に当接する又は近接する部分で形成され、発泡が抑えられた部分を除く部分を対象としている。
ここで、上述したC領域に含まれる発泡セル21Cのアスペクト比として、0.95〜1.05の範囲に設定されることが好ましい。なお、この数値は、裏面1B側に含まれる発泡セル21Cのうち、後述するキャビティCの内面に当接する又は近接する部分で形成され、発泡が抑えられた部分を除く部分を対象としている。
このアスペクト比は、シート用パッド1を前記縦方向Yに複数等分割した各部分における所定の領域内において、横方向Xに占める発泡セル21と、このセルを画成する骨材と、の比率、及び縦方向Yに占める発泡セル21と、この発泡セル21を画成する骨材と、の比率に基づいて特定できる。具体的には、光学顕微鏡写真を画像処理することで、横方向Xに延びる直線上に位置する発泡セル21と骨材との比率、及び縦方向Yに延びる直線上に位置する発泡セル21と骨材との比率に基づいて特定できる。
なお、シート用パッド1の製造方法では、図4に示す成形型3が用いられる。この成形型3は、下型31と上型32とから箱形状に形成され、その内部空間が、シート用パッド1を形成するキャビティCとなっている。上型32は、下型31の開口を塞ぐ蓋材であって、平面視で外周部に成形型3内のエア抜き孔33が設けられている。
例えば、ヒップポイント直下のシート用パッドを、その厚さ寸法に応じて載置面(表面)から裏面に向かう順に縦20mm×横20mm×高さ20mmの立方体を切り出し、評価サンプルを取得する。例えば、厚さが95mmであれば4つ、75mmであれば3つの評価サンプルを取得する。
そして、各評価サンプルの中央部分を光学顕微鏡で拡大した写真を取得し、写真の中心を通る縦横方向に延びるラインをそれぞれ縦基準線、横基準線とする。さらに縦基準線及び横基準線のそれぞれから2mm間隔で等分割した縦横ラインを設定する。ここで、縦横ラインは、上記の縦基準線及び横基準線も含めたものをいう。縦ラインのうち、縦基準線とその両側の3本の縦ラインを測定対象とする。そして、これら縦ライン毎に横基準線を中心とした6mmの範囲において、発泡セルの骨格と縦ラインとの交点の数を目視によりカウントし、3本の縦ライン毎のカウント値の平均を求め、この平均値を発泡セルの縦方向の直径Ryと仮定する。
また、横方向についても同様に、横ラインのうち、横基準線とその両側の3本の横ラインを測定対象とし、これら横ライン毎に縦基準線を中心とした10mmの範囲において、発泡セルの骨格と横ラインとの交点の数を目視によりカウントし、3本の横ライン毎のカウント値の平均を求める。この平均値を発泡セルの横方向の直径Rxと仮定する。
その後、発泡セルの縦横寸法をRx/Ry(平均値の逆数)により算出し、アスペクト比を測定することができる。
なお、前述の評価サンプル(立方体)の寸法、縦横ラインの間隔、分割数、カウント範囲(長さ)などは、適宜、変更可能である。
図5のグラフに示されているように、実施例1及び2の軟質ポリウレタンフォームは、表面から裏面へ向けた厚み方向のアスペクト比の低下率が比較例に比べて大きい傾向を示している。図5の結果によれば、実施例1及び2では、表面付近のアスペクト比が比較的大きいことから、着座時の反発力が適度であり、座面からの圧迫感が少ないことがわかる。
実施例1、実施例2及び比較例のアスペクト比より得られる近似曲線は、それぞれ、Y=-0.668X+1.541(実施例1)、Y=-0.836X+1.647(実施例2)、Y=-0.123X+1.190(比較例)となる。すなわち、前記近似曲線の傾きが-0.85から-0.60であることにより、着座感を良好に保ちつつ、且つぐらつきを抑えることで安定性を向上させることができ、乗り心地が向上する。
(B) 架橋剤成分として発泡原液中に含まれる化合物の全体(架橋剤の総体)におけるエチレンオキシド基/プロピレンオキシド基(モル比)は100以上である。
(C) ポリイソシアネートとして、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)をイソシアネート当量で70以上含有する。
前記発泡原液を構成するポリオール成分として、重量平均分子量Mwが3,000〜12000であり、且つ官能基数(ヒドロキシル基の数)が3〜4であるポリエーテルポリオールを含有する。上記ポリエーテルポリオールとしては、反応性が良好であることから、アルキレンオキシドの開環重合により得られるポリエーテルポリオールが好ましい。アルキレンオキシドとしては、プロピレンオキシド(PO)、エチレンオキシド(EO)等が挙げられる。ポリエーテルポリオールの材料として使用されるアルキレンオキシドは1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
前記発泡原液を構成するポリイソシアネート成分として、ジフェニルメタンジイソシアネートをイソシアネート当量で70以上含有する。
前記発泡原液が発泡成形されてなる軟質ポリウレタンフォームが所望の物性を有するために、前記発泡原液を構成する架橋剤成分として、前記ポリイソシアネート成分に対する反応性が水よりも高い架橋剤が、主成分として含まれることが好ましい。通常、グリセリン、エチレンオキシド基を有する架橋剤(EO系架橋剤)、水、プロピレンオキシド基を有する架橋剤(PO系架橋剤)の順で、前記ポリイソシアネート成分に対する反応性が低下する。これに基づいて、前記発泡原液に架橋剤として含有される1種又は2種以上の化合物の全体が有するEO基とPO基のモル比(EO基のモル数/PO基のモル数)は100以上であることが好ましく、105以上であることがより好ましく、110以上であることがさらに好ましい。このモル比は高い程好ましい。つまり、前記発泡原液において、PO基を有する架橋剤が実質的には含有されないことが好ましい。
前記発泡原液を構成する発泡剤成分としては、水を用いることが好ましい。水はポリイソシアネートと反応して炭酸ガスを発生するため、発泡剤として機能する。
前記発泡原液中の水の含有量としては、ポリオール成分100質量部に対して、1〜7質量部であることが好ましく、2〜5質量部であることがより好ましい。上記範囲であると、所望の物性を有する軟質ポリウレタンフォームが容易に得られる。また、得られた軟質ポリウレタンフォームの熱圧縮残留歪み特性が劣化することを防止できる。
前記発泡原液を構成する触媒成分としては、ポリウレタンフォームの分野で使用される公知の触媒が挙げられる。公知の触媒としては、アミン系触媒、スズ触媒が挙げられる。
好適な樹脂化触媒は、ポリイソシアネートとポリオールの反応を特に促進する第三級アミン触媒であり、特に限定するものではないが、例えば、トリエチレンジアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、及び1−メチルイミダゾール、1、2−ジメチルイミダゾール、1−イソブチル−2−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、1,1’−(3−(ジメチルアミノ)プロピル)イミノ)ビス(2−プロパノール)が挙げられる。また好適な泡化触媒は、イソシアネ−トと水の反応を特に促進し、炭酸ガスを有効に発生させる第三級アミン触媒であり、一般的にフォームの流動性、寸法安定性改良に使用される。泡化触媒は特に限定されないが、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N′,N″,N″−ペンタメチルジエチレントリアミン、及びN,N,N′,N″,N''',N'''−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン等が挙げられる。
前記発泡原液に含有される、樹脂化触媒:泡化触媒の質量比は、100:0〜100:100が好ましく、100:0〜100:50がより好ましく、100:0〜100:20がさらに好ましい。
ここで、ゲル化触媒定数は、ポリオール類とポリイソシアネート類との樹脂化反応の速度を決定する定数であり、その値が大きくなると発泡体の架橋密度が高くなって発泡体の機械的物性が良好になる。具体的には、トリレンジイソシアネートとジエチレングリコールとのゲル化反応の反応定数が用いられる。一方、泡化触媒定数は、ポリイソシアネート類と水との泡化反応の速度を決定する定数であり、その値が大きくなると発泡体のセルの連通性が高められる。具体的には、トリレンジイソシアネートと水との泡化反応の反応定数が用いられる。上記2つの触媒定数の比は、両方の触媒のバランスを表す。
好適なアミン系触媒の例を、前記樹脂化触媒の具体例も含めて以下に例示する。
前記発泡原液には、整泡剤が含まれてもよい。整泡剤としては、ポリウレタンフォームの分野で使用される公知の整泡剤が適用可能であり、例えば、シリコーン系整泡剤、アニオン系整泡剤、カチオン系整泡剤が挙げられる。これらの整泡剤には、分子鎖末端に水酸基を有する整泡剤が含まれる。
前記発泡原液には、必要に応じて各種添加剤を配合することができる。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。各種添加剤の配合量は、用途や目的に応じて適宜調整される。
前記発泡原液の調製方法は、特に限定されず、例えば、ポリ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、ポリイソシアネート成分と混合して、発泡原液を得る調製方法が挙げられる。
その後、軟質ポリウレタンフォームを発泡成形する工程において、前記ポリオール混合物とポリイソシアネート成分とを混合し、発泡原液を調製することが好ましい。
発泡成形の方法によらず、本発明にかかる軟質ポリウレタンフォームは、発泡成形時の下層から上層へ向かう厚み方向(すなわち鉛直線に沿う上向きの方向)に向かって、徐々に剛性(硬度)が高まる傾向にある。つまり、本発明にかかる軟質ポリウレタンフォームの厚み方向の剛性分布が、連続的な増加傾向又は減少傾向を示す。ここで、軟質ポリウレタンフォームの発泡成形時の下層から上層へ向かう方向に見るとその剛性分布は増加傾向を示すが、同じ軟質ポリウレタンフォームを発泡成形時の上層から下層へ向かう方向に見るとその剛性分布は減少傾向を示す。
本実施の形態のシート用パッド1では、図1、図3A、図3B及び図3Cに示すように、発泡セルの形状が、前記縦方向Yに沿って着座面1Aに向かうに従い横長に変化するので、前記縦方向Yに圧縮変形しやすい比較的横長の発泡セル21が着座面1A側に位置する一方、前記縦方向Yに圧縮変形しにくい比較的縦長の発泡セル21が前記縦方向Yに沿う裏面1B側に位置する。
したがって、着座面1A側の硬度を裏面1B側の硬度と比べて低くすることが可能になり、本実施の形態のように、この軟質ポリウレタンフォーム成形品が車両に装着されてシート用パッド1として用いられる場合、乗員に着座時の硬さを感じさせ難くすることができ、着座感を良好に保つことができる。
表1に示す配合のポリオール成分配合液と、イソシアネート成分とを混合して調製したウレタン配合原液を金型に注入して発泡成形することにより、厚み95mmの車両のシート用パッドを製造し、下記の測定方法により硬度を測定し、以下の評価を行った。
ここで、表1の配合は実施例1及び比較例を示している。なお、実施例2の配合は実施例1の配合と同様である。
以下、発泡成形時の上下の向きを反転させて、発泡成形時の下面を表面と見て、発泡成形時の上面を裏面と見る。この理由は、軟質ポリウレタンフォームをシート用パッドとして使用する場合、シート用パッドの座面に対応する前記表面側が柔らかく、座面と反対側の前記裏面側が硬い構成であると、安定した座り心地が得られ易いからである。
その後、各評価サンプルにおいて、荷重撓み測定を行うことにより、25%撓んだときの応力を測定し、測定した応力を硬度とした。
上記で測定した、深さ位置が異なる4箇所の評価サンプルにおけるそれぞれの硬度の測定値の平均を算出して、その平均値に対する各箇所の硬度比を算出した。この硬度比は、発泡成形体の厚み方向の平均的な硬度に対する各箇所(各深さ位置)の硬度の比を意味する。これらの結果について、横軸に各深さ位置をとり、縦軸に硬度比をとったグラフを図6に示す。
実施例1の硬度比は、表層側から裏面側に向けて0.80,0.88,1.07,1.25となり、比較例の硬度比は、同じく表層側から裏面側に向けて1.17,0.96,0.87,1.00となっている。
「ポリエーテルポリオールA1−2」は、EO/POモル比13/87、数平均重量平均分子量7000、官能基数3である。
「ポリマーポリオールA2−1」は、固形分33%、水酸基価23mgKOH/g、重量平均分子量5400、3.2官能のポリマーポリオール(三洋化成工業株式会社製、商品名:KC855)である。
「架橋剤C−2」は、EO/POモル比100/0、重量平均分子量400、官能基数4である。
「架橋剤C−3」は、グリセリンである。
「触媒D−2」は、市販の樹脂化触媒であり、トリエチレンジアミンである。
「触媒D−3」は、市販の泡化触媒であり、(2−ジメチルアミノエチル)エーテルである。
「触媒D−4」は、市販のジエタノールアミンであり、樹脂化と泡化の両方を触媒する。
「整泡剤E−2」は、エボニック社製の高活性型のシリコーン系整泡剤(商品名:B8742)である。
「発泡剤F−1」は、水である。
BASF INOAC社製の「フォームライト1302B」と称されるMDI系のイソシアネートである。TDI系のイソシアネートは実質的に含まれない。
「ポリイソシアネート(B−2)」は、市販のポリイソシアネートであり、TDI/MDI=80/20(質量比)で混合されたTDI系イソシアネートである。
また、人が着座することに限らず、荷物等を載置する載置面を有する軟質ポリウレタンフォーム成形品であっても良い。そのため、載置面が、本実施の形態の着座面1Aのように鉛直方向に直交する水平方向である必要はなく、載置面が上下方向となる場合などその方向は任意に設定することができる。
1A 着座面(載置面)
1B 裏面
2 発泡原液
21、21A、21B、21C 発泡セル
3 成形型
C キャビティ
Ry 発泡セルの縦方向の直径
Rx 発泡セルの横方向の直径
Y 縦方向
X 横方向
Claims (6)
- 載置面を有し、発泡原液が発泡し成形されることで得られる軟質ポリウレタンフォーム成形品であって、
前記載置面に直交する縦方向の発泡セルの直径に対する、前記載置面に沿う横方向の発泡セルの直径の比率が、前記縦方向に沿って前記載置面に向かうに従い、大きくなり、
前記載置面側から該載置面とは反対の裏面側に向かう厚み方向の平均的な硬度に対する各深さ位置の硬度の比を示す硬度比は、前記厚み方向で前記載置面側から前記裏面側に向かって徐々に連続的に増加し、
軟質ポリウレタンフォームは、架橋剤成分が有する主な重合性基がEO基であり、架橋効果が実質的に発揮される程度のPO基が架橋剤成分に含まれないこと、及び、ポリイソシアネート成分の大部分として、MDIが含まれ、TDIが前記発泡原液に含まれるポリイソシアネート成分の総質量に対する20質量%未満又は含まれないこと、を有する軟質ポリウレタンフォーム成形品。 - 前記発泡原液は、一種類のウレタン発泡材料からなる請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォーム成形品。
- 前記載置面側とは反対の裏面側に含まれる発泡セルの前記比率が、0.95〜1.05である請求項1又は2に記載の軟質ポリウレタンフォーム成形品。
- 前記載置面側に含まれる発泡セルの前記比率が、1.40〜1.60である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の軟質ポリウレタンフォーム成形品。
- 前記比率の、前記縦方向に沿って前記載置面に向かう増加率が同等になっている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の軟質ポリウレタンフォーム成形品。
- 車両に取り付けられ着座部として用いられるシート用パッドであって、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の軟質ポリウレタンフォーム成形品であるシート用パッド。
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