JPH03134036A - 低密度軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、寝具、家具のクツション材や梱包材料等とし
て好適に使用される低密度軟質ポリウレタンフォームの
製造方法に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
低密度軟質ポリウレタンフォームは、ポリヒドロキシ化
合物、ポリイソシアネート化合物、発泡剤、触媒等の発
泡原料を混合し、この混合物を撹拌して発泡・樹脂化さ
せることにより製造されているが、この軟質ポリウレタ
ンフォームの製造は高分子合成反応の中でとりわけ重縮
合反応を利用したものであり、発熱を伴なう。特に、発
泡剤として水を用いた場合におけるポリイソシアネート
と水との発泡反応による反応熱は、軟質ポリウレタンフ
ォーム製造時の発熱の大きな原因となっている。この場
合、軟質ポリウレタンフォームの内部に蓄積された反応
熱は時間の経過と共に周囲ｔ；放熱されてゆくが、フオ
ームブロックのサイズが大きくなると中心部の蓄熱は周
辺部の放熱の影響を余り受けなくなり、反応が終了して
から１５〜３０分後に中心部は最高温度（以下フオーム
の内部発熱最高温度をＴｍａｘという）に達する。

このＴｍａｘは発泡剤としての水の配合量に比例して上
昇し、例えばポリヒドロキシ化合物１００重量部に対し
て水を５重量部使用したときには１６５〜１７０℃にな
るが、フオームの内部熱はフオームのサイズが大きくな
るほど放熱が遅くなり、このため長時間高温状態に保た
れたフオーム内部では高温に起因する熱劣化、酸化劣化
が起こり、内部やけ（スコーチ）と呼ばれるフオームの
変色、物性低下の原因となるばかりでなく、極端な場合
は自然発火の原因にもなる。

これに対し、従来より発泡原料混合物に酸化防止剤を添
加し、これによって高温によるフオーム内部のスコーチ
や発火を防止する方法が提案されている（特開昭５４−
６８８９８号公報等）。しかし、この方法はフオームの
高温状態での酸化劣化や熱劣化を薬剤を用いて防止しよ
うとするもので、フオームの内部温度、特に水を５重量
部以上用いた場合の高温を直接制御するものでないため
、上述した高温に起因する問題点を完全に解決できるも
のではない。

一方、フオームの内部温度をコントロールし、より低い
Ｔｍａｘで軟質ポリウレタンフォームを製造する方法と
して、水の配合量を減らすと共に発泡剤として補助的に
フレオン、メチレンクロライド等の揮発性有機溶剤を添
加する方法が知られている。これらの揮発性有機溶剤は
液状で発泡原料中に配合され、発泡時に気化して軟質ポ
リウレタンフォームの低密度化に役立つと同時に、気化
熱によりフオームの内部温度を低下させる効果がある。

しかし、近年フレオンはオゾン層破壊の問題から、また
メチレンクロライドといった有機溶剤は毒性の問題から
、それぞれ使用が制限される傾向にあり、将来的にはこ
れらの揮発性有機溶剤を用いない発泡方法が望まれてい
る。

更に、水及び揮発性有機溶剤以外の発泡剤を用いる低密
度軟質ポリウレタンフォームの製造方法として、発泡剤
に蟻酸を用いる方法も提案されている（特開昭５８−２
９８３７号公報）。しかし、この方法においても発泡時
には発熱を伴ない、このため蟻酸を多量に使用した場合
には水を発泡剤として用いた場合と同様にフオームの内
部スコーチ、自然発火の問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、発泡剤とし
て多量の水や蟻酸を用いた場合でもＴｍａｘを低い値に
コントロールすることができ。

従って大型フオーム製造時におけるフオームの内部スコ
ーチ、自然発火を防止することが可能な低密度軟質ポリ
ウレタンフォームの製造方法を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明は、上記
目的を達成するため、発泡原料としてポリヒドロキシ化
合物、ポリイソシアネート化合物、発泡剤及び触媒を含
む混合物を撹拌し、この混合物を発泡させることにより
低密度軟質ポリウレタンフォームを製造する方法におい
て、発泡剤として水及び蟻酸若しくはその塩の一方又は
両方をポリヒドロキシ化合物１００重量部に対し水当量
として５重量部以上配合し、かつ上記発泡原料の温度を
上記混合物の温度が１５℃以下となるように予め調整し
ておくことにより該混合物の温度を１５℃以下にした状
態で撹拌を開始すると共に、高勉媒活性状態で発泡樹・
脂化反応を行なわせるようにしたことを特徴とする低密
度軟質ポリウレタンフォームの製造方法を提供する。

即ち、従来低密度軟質ポリウレタンフォームの製造にお
いては、発泡原料、特にポリヒドロキシ化合物及びポリ
イソシアネート化合物の液温を予め２０〜２５℃に調整
してから混合、撹拌を行なっている。その理由は、液温
が高いと反応が速すぎて発泡が不安定になり、また液温
か低いと反応が遅くなって硬化までに時間を要したり、
やはり発泡が不安定になったりするためであり、従って
夏期にはポリヒドロキシ化合物及びポリイソシアネート
化合物をそれぞれ予め冷却し、冬期にはこれらを予め加
温して用いている。これに対し、本発明においては、発
泡原料の温度をこれらの混合物の温度が１５℃以下とな
るように予め調整しておき、撹拌時における発泡原料混
合物の液温を従来の液温に比べて極めて低い値（１５℃
以下）とすることによりＴｍａｘを従来の液温で撹拌、
発泡を行なわせる場合に比べて低下させることができる
ため（通常１０℃以上低下）、発泡剤として多量の水や
蟻酸を配合してもＴｍａｘを許容温度以下に保持するこ
とができると共に、高触媒活性状急で発泡・樹脂化反応
を行なわせることにより、低温による反応性の低下をカ
バーし、混合撹拌から発泡終了までの時間（ライスタイ
ム）を通常の液温（２０〜２５℃）で撹拌、発泡を行な
った場合と同等の時間にすることができる。従って、本
発明は、発泡反応に要する時間を変えることなく発泡終
了後におけるフオームブロックの内部温度を低下させた
もので、これにより高温に起因するスコーチ、発火や反
応性の低下に起因する生産性の低下を防止し、低密度軟
質ポリウレタンフォームを安全かつ安価に製造できるよ
うにしたものである。

なお、従来ポリヒドロキシ化合物及びポリイソシアネー
ト化合物を混合タンクに導入し、これを冷却しながら混
合した後、この混合物をミキサーに移し、更に触媒、発
泡剤等を加えて発泡させる軟質ポリウレタンフォームの
製造方法が公知である（特開平１−２１３３２６号公報
）。しかし、この方法は発泡原料を予め冷却しておくも
のではなく、このため従来設備に加えて別途冷却混合室
が必要になると共に、冷却は反応を遅らせて物性を上げ
ることが目的であり、従って本発明とはその目的、構成
、効果が全く異なるものである。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。

本発明で用いるポリヒドロキシ化合物の種類に制限はな
く、末端にヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオ
ールやポリエステルポリオール、これらの共重合物であ
るポリエーテルポリエステルポリオール、ポリオール中
でエチレン性不飽和単量体を重合させたポリマーポリオ
ールといった一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に
使用されるものであればいずれのものも使用できる。

この場合、ポリヒドロキシ化合物は液温を低下させると
粘度が指数関数的に上昇するので、低温下でも他の発泡
原料と均一に撹拌でき、かつ撹拌後の混合物に流動性を
与えるものであることが好ましく、従って０〜１５℃に
おける粘度が２００〜１ｏｏｏｏｃｐｓであるものを用
いることが好適である。

また、ポリイソシアネート化合物としては、トリレンジ
イソシアネート（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、４．４′−ジ
フェニルメタンジイソシアネート、（ＭＤＩ）、粗製Ｍ
Ｄｆ、炭素数２〜′１８の脂肪族ポリイソシアネート、
炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネート、炭素数８
〜１５の芳香族ポリイソシアネート、或いはポリイソシ
アネートの混合物や変性物１例えば部分的にポリオール
類と・反応させたプレポリマーといった一般に軟質ポリ
ウレタンフォームの製造に使用されるものであればいず
れのものも使用できる。

更に、発泡剤としては、上述したようにポリヒドロキシ
化合物１００重量部に対して５重量部以上の水、これと
同当量の蟻酸若しくはその塩又は水と蟻酸若しくはその
塩との混合物を配合する。

この場合、蟻酸の塩としては蟻酸とヒドラジン、トリエ
チルアミン、ジメチルベンジルアミン又はトリエチレン
ジアミンとの塩が好適に使用できる。

また、発泡剤のより好ましい配合量は水単独の場合はポ
リヒドロキシ化合物１００重量部に対して５〜１０重量
部、蟻酸類又は水と蟻酸類との混合物の場合はこれと同
当量である。なお、本発明においては、フオームをより
低密度にする目的で発泡剤としてプレオン等の揮発性溶
剤を少量補助的に使用することもできるが、通常はこれ
ら揮発性溶剤の配合は不要である。

また、触媒の種類も限定されず、オクチル酸鉛、オクチ
ル酸亜鉛、オクチル酸錫、ジブチル絽ジラウレート、酢
酸ナトリウム等の有機金属化合物、トリエチルアミン、
トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、ジメチ
ルアミノメチルフェノール等の三級アミン類、アルカリ
及びアルカリ土類金属のアルコキシドやフェノキシト、
第四級アンモニウム塩、イミダゾール類等の公知のもの
を使用できる。

この場合、本発明においては高触媒活性状態で発泡反応
を行なわせる。即ち、本発明では１５℃以下という低い
原料液温条件下で発泡・樹脂化反応を行なわせるもので
あり、従って触媒使用に当ってはこのように低い液温で
発泡反応速度と樹脂化反応速度とのバランスをとり、泡
潰れ、セルの粗大化等を防ぐため、高触媒活性状態とす
ることによって通常の液温（２０〜２５℃）で行なう化
学反応と同等の速度で反応を行なわせることが生産性低
下を防止するために必要である。この場合、高触媒活性
状態にする手段としては、触媒として高活性のものを用
いる方法成いは触媒の増量を行なう方法を好適に採用し
得、例えば高活性の触媒としてはテトラメチルへキサメ
チレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ジア
ザビシクロウンデセン（ＤＢＵ）といった三級アミン触
媒及びスタナスオクトエート、ジブチルチンジラウレー
トといった有機錫化合物の１種又は２種以上を挙げるこ
とができる。

本発明においては、上述した発泡原料の温度をこれらの
混合物の温度が１５℃以下になるように予め調整してお
くものであるが、この場合ポリヒドロキシ化合物及びポ
リイソシアネート化合物をそれぞれ予め１５℃以下に冷
却しておくことが好ましい。即ち、軟質ポリウレタンフ
ォームの製造においてポリヒドロキシ化合物及びポリイ
ソシアネート化合物は通常発泡原料の総重量中９０％以
上を占め、発泡原料混合物の液温は上記両化合物の液温
に支配されるため、これら両主要原料の温度を１５℃以
下とすることによって発泡原料混合物の温度を確実に１
５℃以下にすることができる。

しかし、ポリヒドロキシ化合物及びポリイソシアネート
化合物の液温を低下させると粘度の上昇や凝固等の問題
が生じることがあるため、一方の温度を１５℃以上とし
、混合したときに全体として１５℃以下になるようにし
ても差支えない。なお。

より好ましい液温はポリヒドロキシ化合物が０〜１５℃
、ポリイソシアネート化合物が０〜１５℃であり１両化
合物をこの温度範囲とすることにより上述した粘度上昇
、凝固等の問題を回避することができる。

また、他の発泡原料である触媒１発泡剤、整泡剤等も予
め１５℃以下に調整しておくことが好ましいが、これら
補助原料の温度が混合液全体の温度に与える影響は少な
いので、温度管理の煩雑さを避けて通常の液温（２０〜
２５℃）のままとし、ポリヒドロキシ化合物、ポリイソ
シアネート化合物の温度をこれら補助原料の温度と相殺
される程度に下げて混合液全体の液温か１５℃以下にな
るようにしてもよい。

なお、本発明においては必要に応じて他の添加剤、例え
ば整泡剤、充填剤、難燃剤等を適宜使用することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては、発泡原料の温
度を発泡原料混合物の温度が１５℃以下となるように予
め調整し、混合物の温度を１５℃以下として撹拌を行な
うようにしたので、Ｔ　ｍ　ａ　ｘを通常の液温で発泡
させた場合に比べて低下させることができ、従って通常
の液温では反応熱によるフオームブロック内部の劣化や
発火の危険性がある水や蟻酸の使用量（水当量としてポ
リヒドロキシ化合物１００重量部に対し５重量部以上）
であっても、上述したフオームの劣化や発火を確実に防
ぐことができると共に、高触媒活性状態で発泡・樹脂化
反応を行なわせるようにしたので、液温低下によって生
じるトラブル、即ちフオーム化不良１反応遅延によるキ
ュア時間の延長（生産性低下）を回避することができる
。従って、本発明によれば従来通りの発泡設備を用い、
従来通りの生産性を維持して、品質の安定したフオーム
をスコーチの発生や発火の危険がない状態で安価に製造
することができ、またフオームの内部温度の低減分だけ
発泡剤として水や蟻酸を多く配合できるため、フレオン
等の有機溶剤を使わずに低密度軟質ポリウレタンフォー
ムを製造することができるものである。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に示すが
、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

〔実施例、比較例〕

下記第１表に示す実施例１，２及び比較例１〜４の低密
度軟質ポリウレタンフォームを製造した。

この場合、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各成分を予め第１
表の温度に調整した後、これら（Ａ）、（Ｂ）。

（Ｃ）成分を２０００ｒｐｍの泡立て式撹拌機に導入し
て１５秒間撹拌し、この混合物を直ちに６００　ｎａ＋
　Ｘ　６００　ｍｍ　Ｘ　８００　ｒ＠の紙モールド中
に注入して発泡させた。ここで、第１表の成分としては
下記のものを用いた。

ミカル社製Ｖ−３０２２Ｊ） 整　泡　剤ニジメチルシロキサン系界面活性剤（日本ユ
ニカー社製Ｌ−５２０） アミン触媒二三級アミン触媒（花王社製力オライザ−２
３２） 錫　触　媒：スタナスオクトエート（吉富製薬社製スタ
ックド） ト（重量比８：２）の混合物 なお、（Ｂ）成分は各成分を予備撹拌したものである。

次に、製造直後のフオームブロックに熱雷対をその先端
がブロック中心部に位置するように挿入し、フオーム内
部温度の経時変化を調べた。結果を第１図に示す。また
、ブロックをそのまま２０℃×６５％ＲＨの環境条件下
に２日間放置した後、ブロック内部から取り出したフオ
ームの変色度合と物性を調べた。結果を第１表に併記す
る。この場合、変色度合はブロック表皮近傍部の全く変
色が見られない箇所の色とブロック中央部の変色部位の
色との色差（ΔＥ）を色差計（スガ試験機社製直読色差
コンピューター）で測定することにより評価した。この
色差ΔＥは１．５以上で目立つほどの変色が認められる
と表現されるものである。

第１表及び第１図・の結果より１本発明によれば発泡剤
として水をポリオール１００重量部に対して５重量部以
上配合しても従来例（比較例４）と同等のＴｍａｘ、ラ
イズタイムによって低密度軟質ポリウレタンフォームを
製造できることが認められる。これに対し、原料液温が
高い場合（比較例１）は変色度が大きくなり、原料液温
は低くても触媒量が少ない場合（比較例２）はライズタ
イムが長くなると共に、内部クラックが発生し、原料液
温が高くかつ水の量がより多い場合（比較例３）はＴｍ
ａｘが著しく高くなり（１９８℃）、二次発熱が発生す
ると共に、変色度も極めて大きくなるものであった。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発泡原料としてポリヒドロキシ化合物、ポリイソシ
   アネート化合物、発泡剤及び触媒を含む混合物を撹拌し
   、この混合物を発泡させることにより低密度軟質ポリウ
   レタンフォームを製造する方法において、発泡剤として
   水及び蟻酸若しくはその塩の一方又は両方をポリヒドロ
   キシ化合物１００重量部に対し水当量として５重量部以
   上配合し、かつ上記発泡原料の温度を上記混合物の温度
   が１５℃以下となるように予め調整しておくことにより
   該混合物の温度を１５℃以下にした状態で撹拌を開始す
   ると共に、高触媒活性状態で発泡・樹脂化反応を行なわ
   せるようにしたことを特徴とする低密度軟質ポリウレタ
   ンフォームの製造方法。 ２、ポリヒドロキシ化合物及びポリイソシアネート化合
   物をそれぞれ予め１５℃以下に冷却することを特徴とす
   る請求項１記載の製造方法。