JP6744871B2 - 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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本願は、2015年11月11日に日本国に出願された特願2015−221442号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
金型3は、下型31と上型32とを備える箱形状に形成され、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の上端開口を塞ぐ蓋材であって、外周部に上下に貫くエア抜き孔33が形成されている。
ここで、所定の負荷が付与された状態(以下、「負荷付与状態」という。)における各層状部分L1〜L10の残存厚さ率とは、当該層状部分L1〜L10の無負荷状態での厚さ(T0)に対する負荷付与状態での厚さ(T)の割合(T/T0)を意味する。
さらに、シート用パッド1全体が縦方向Yに大きく圧縮するに従い、複数の層状部分L1〜L10のうち、シート用パッド1の縦方向Yの中央よりも裏面1B側に位置する少なくとも1層における残存厚さ率が、変化の割合を増大させつつ低くなる。本実施形態では、シート用パッド1の縦方向Yの中央が、着座面1A側から5層目の層状部分L5と6層目の層状部分L6との境界上に位置している。そして、シート用パッド1の縦方向Yの中央よりも裏面1B側に位置する複数の層状部分L6〜L10のうち、裏面層L10に隣接する層状部分L9、つまり裏面1B側から2番目の層状部分L9(以下、「裏面隣接層L9」という。)における残存厚さ率が、前述のように変化の割合を増大させつつ低くなる。裏面隣接層L9は、付与される負荷が小さい段階では圧縮し難く、付与される負荷が大きい段階では圧縮し易い。
(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3000〜12000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。
前記発泡原液において、1種類のMDIが単独で含有されてもよいし、2種類以上のMDIが含有されてもよい。
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、特に限定しないが、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。泡化触媒としては特に限定しないが、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。
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3のキャビティCに注入して発泡成形することにより、図3および図4に示す偏平直方体状のシート用パッド1のテストピース(以下、単に「シート用パッド1」という。)を製造し、前述した残存厚さ率を測定した。このシート用パッド1の着座面1Aは、一辺の長さ400mmの正方形であり、シート用パッド1全体の厚さは、100mmである。
「ポリエーテルポリオールA1−2」は、EO/POモル比13/87、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。
「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。
具体的には、評価サンプルSは、シート用パッド1の一部分であるサンプル部分S1を縦方向Yに抜き取ることで採取した。評価サンプルSの形状は、一辺の長さが100mmの立方体とした。図4に示すように、サンプル部分S1における外周縁を構成する各辺部は、シート用パッド1における外周縁を構成する各辺部と平行になっていて、これらの各辺部同士は、100mm以上離間させた。
まず、図5に示すように、無負荷状態の評価サンプルSに、各層状部分L1〜L10を区画する区画線を引くとともに、評価サンプルSを上下一対の加圧板P間に挟みこむ。加圧板Pは、平面視において評価サンプルSの全体を覆うように形成されていて、評価サンプルSを全面圧縮する。そして、例えば所望の圧力で加圧板Pを加圧可能な試験機を用いて一対の加圧板P間の間隔を狭め、評価サンプルSの縦方向Yの圧縮率((圧縮により減少した厚さ)/(無負荷状態での厚さ))を徐々に大きくしていき、圧縮率0%〜50%に至るまで、5%刻みで各層状部分L1〜L10の厚さ(隣り合う区画線同士の縦方向Yの間隔)を計測し、各層状部分L1〜L10の残存厚さ率を算出する。なお図5では、評価サンプルSを全面圧縮した後における各層状部分L1〜L10の厚さを、模式的に互いに同等として表している。
なお、図6、図7に示すグラフでは、横軸が評価サンプルS(シート用パッド1)全体の圧縮率(%)であり、縦軸が各層状部分L1〜L10の残存厚さ率(%)となっている。また、表2、表3は、図6、図7に図示されたのと同様の内容、即ち、評価サンプルS(シート用パッド1)全体の圧縮率(%)に対する各層状部分L1〜L10の残存厚さ率(%)を表に示している。
また比較例では、シート用パッド1全体が縦方向Yに大きく圧縮するに従い、各層状部分L1〜L10の残存厚さ率が、変化の割合が同等に維持されたまま低くなっており、図7に示すグラフにおいて、各層状部分L1〜L10のグラフ線が、線形(直線状)に形成されている。
評価サンプルSの各層状部分L1〜L10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V0、横基準線H0とする。さらに縦基準線V0及び横基準線H0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、縦横ラインには、上記の縦基準線V0及び横基準線H0も含める。縦ラインは、縦ラインのうち、縦基準線V0とその両側の3本の縦ラインを測定対象とする。即ち、図9の例では、測定対象は、V−3、V−2、V−1、V0、V1、V2、V3である。そして、これら縦ライン毎に横基準線H0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、7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。例えば、図9の例では、V3において、横基準線H0を中心とした6mmの範囲において、1,2,3,4,5,6,7,8で表示される発泡セルの骨格と縦ラインとの交点を8個のカウントできる。これをV−3、V−2、V−1、V0、V1、V2、V3のすべてについてカウントし、その平均を算出し、これ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H0とその両側の3本の横ラインを測定対象とする。即ち、図9の例では、測定対象は、H−3、H−2,H−1、H0、H1、H2、H3である。これら横ライン毎に縦基準線V0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、7本の横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横方向の直径Rxと仮定する。例えば、図9の例では、H3において、縦基準線V0を中心とした10mmの範囲において、a,b,c,d,e,f,g,hで表示される発泡セルの骨格と縦ラインとの交点を8個のカウントできる。これをH−3、H−2,H−1、H0、H1、H2、H3のすべてについてカウントし、その平均を算出し、これ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S(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。
実施例のアスペクト比をさらに詳細に分析すると、表面層L1のアスペクト比が1.44であり、裏面層L10のアスペクト比が1.34である。また、縦方向の中央に位置する層状部分L5とL6のアスペクト比が共に1.38である。
なお実施例において、無負荷状態のシート用パッド1を、縦方向Yに10層に等分するのに代えて5層に等分した上で、各層状部分の残存厚さ率を求めると、図8に示すような結果になった。
この場合であっても、シート用パッド全体が縦方向に15%圧縮されたときに、表面層(図8のグラフにおける1層目)の残存厚さ率が、複数の層状部分のうちで最低となっている。また、シート用パッド全体が縦方向に50%圧縮されたときに、裏面層(図8のグラフにおける5層目)の残存厚さ率が、複数の層状部分のうちで最高となっている。また、シート用パッド全体が縦方向に大きく圧縮するに従い、表面層の残存厚さ率が、変化の割合を減少させつつ低くなっており、図8に示すグラフにおいて、表面層(1層目)のグラフ線が、下に凸となる曲線状に形成されている。さらに実施例では、シート用パッド全体が縦方向に大きく圧縮するに従い、裏面隣接層(図8のグラフにおける4層目)の残存厚さ率が、変化の割合を増大させつつ低くなっており、図8に示すグラフにおいて、裏面隣接層のグラフ線が、上に凸となる曲線状に形成されている。
また、軟質ポリウレタンフォーム成形品は、人が着座する製品に限らず、荷物等を載置する製品であっても良い。
また、軟質ポリウレタンフォーム成形品は、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に延びる構成に限らず、例えば鉛直方向に延びる構成等、様々な用途の製品を対象とすることが可能である。
なお、複数の層状部分のうちの1つの層(以下、「中央層」という。)にシート用パッド1の縦方向Yの中央が含まれる場合、中央層よりも裏面1B側に位置する少なくとも1層における残存厚さ率が、前述のように変化の割合を増大させつつ低くなる構成を採用することで、同様の作用効果を奏功させることができる。
1A 着座面(載置面)
1B 裏面(反載置面)
L1〜L10 層状部分
Y 縦方向
Claims (5)
- 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に層をなす複数の層状部分を有し、
前記複数の層状部分のうち、前記縦方向に沿って最も前記載置面側に位置する表面層では、前記軟質ポリウレタンフォーム成形品全体が前記縦方向に15%圧縮されたときに、前記縦方向の残存厚さ率が、前記複数の層状部分のうちで最低となり、
前記複数の層状部分のうち、前記縦方向に沿って最も反載置面側に位置する裏面層では、前記軟質ポリウレタンフォーム成形品全体が前記縦方向に50%圧縮されたときに、前記縦方向の残存厚さ率が、前記複数の層状部分のうちで最高となる軟質ポリウレタンフォーム成形品。
ただし、所定の負荷が付与された状態(以下、「負荷付与状態」という。)における各層状部分の残存厚さ率とは、当該層状部分の無負荷状態での厚さ(T 0 )に対する前記負荷付与状態での厚さ(T)の割合(T/T 0 )を意味する。 - 前記軟質ポリウレタンフォーム成形品全体が前記縦方向に大きく圧縮するに従い、前記表面層の残存厚さ率が、変化の割合を減少させつつ低くなる請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォーム成形品。
- 前記軟質ポリウレタンフォーム成形品全体が前記縦方向に大きく圧縮するに従い、前記複数の層状部分のうち、前記軟質ポリウレタンフォーム成形品の前記縦方向の中央よりも反載置面側に位置する少なくとも1層における残存厚さ率が、変化の割合を増大させつつ低くなる請求項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または2に記載の前記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。 - 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3に記載の前記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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