JPH0570544A - 軟質ポリウレタンフオ−ムの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、発泡剤として水のみを用いた場合に
おいてもスコ−チを起こすことなく、低密度で優れた物
性を有する軟質ポリウレタンフォ−ム（特にスラブスト
ックフォ−ム）の製法を提供することを目的とする。 【構成】下記の条件下で反応させることを特徴とする軟
質ポリウレタンフォ−ムの製法。 （１）ポリオ−ルとして、平均官能価数２．５−４．
５、平均当量数５００−１５００で１級水酸基含有率が
少なくとも２５％以上であるポリエ−テルポリオ−ルお
よび／またはそのエチレン性不飽和モノマ−変成体を用
いる。 （２）水を上記ポリオ−ル１００重量部に対し少なくと
も４．５重量部以上用いる。 （３）ＮＣＯ／ＯＨ当量比を０．９以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軟質ポリウレタンフォ
−ムの製法に関し、より詳しくは、水を唯一の発泡剤と
した場合において、スコ−チを起こすことなく低密度で
優れた物性を有する軟質ポリウレタンフォ−ムを製造す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】軟質ポリウレタンフォ−ムは、ポリイソ
シアネ−ト原料とポリオ−ル原料とを水を含む発泡剤の
存在下に反応させて製造され、各原料の種類によって、
自動車、家具、寝具等各用途に適した特性のフォ−ムが
得られる。かかる反応においては、ポリイソシアネ−ト
と水との反応により発生する炭酸ガスによりフォ−ム化
が達成される。この反応は発熱反応であり、軟質ポリウ
レタンスラブストックフォ−ムの製造の場合、クロロフ
ルオロカ−ボンやメチレンクロライドのような物理的発
泡剤を補助発泡剤として併用することにより、この発熱
反応を抑制し、低密度のフォ−ムが製造されている。と
ころで、近時、フロン規制対応から、ハロカ−ボン類や
メチレンクロライド類に替え水が単独の発泡剤として使
用される傾向にある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記補
助発泡剤を用いずに、多量の水とポリイソシアネ−トの
反応のみにより低密度のフォ−ムを得ようとすると、反
応熱によりフォ−ムの内部にスコ−チが発生し、得られ
るフォ−ムの特性に悪影響があるばかりか、火災の発生
につながるなど安全性の点においても問題がある。本発
明の目的は、発泡剤として水のみを用いた場合において
もスコ−チを起こすことなく、低密度で優れた物性を有
する軟質ポリウレタンフォ−ムの製法を提供することに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記実情に
鑑み鋭意検討を重ねた結果、特定のポリオ−ルを特定の
条件下でポリイソシアネ−トと反応させることにより、
上記の目的を容易に達成し得るとの知見を得、本発明を
完成するに至った。すなわち、本発明の要旨は、ポリイ
ソシアネ−トとポリオ−ルとを発泡剤としての水の存在
下に反応させて軟質ポリウレタンフォ−ムを製造する方
法において、 （１）ポリオ−ルとして、平均官能価数
２．５−４．５、平均当量数５００−１５００で１級水
酸基含有率が少なくとも２５％以上であるポリエ−テル
ポリオ−ルおよび／またはそのエチレン性不飽和モノマ
−変成体を用い、かつ（２）水を該ポリオ−ル１００重
量部に対し少なくとも４．５重量部以上用いるととも
に、（３）ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．９以下の条件下で
反応させることを特徴とする軟質ポリウレタンフォ−ム
の製法に存する。

【０００５】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明のポリオ−ルとしては、開始剤にアルキレンオキサ
イドを付加して得られるポリエ−テルポリオ−ルであっ
て、平均官能価数２．５−４．５、平均当量数５００−
１５００で且つ水酸基の少なくとも２５％以上が１級水
酸基であるポリエ−テルポリオ−ルおよび／またはその
エチレン性不飽和モノマ−変成体（ポリマ−ポリオ−
ル）が用いられる。このポリエ−テルポリオ−ルは、水
酸基の一部がアミノ化されたアミノ基含有ポリエ−テル
ポリオ−ルであってもよい。

【０００６】上記ポリオ−ルにおいて、平均官能価数が
２．５未満の場合、フォ−ムの発泡安定性が悪く、得ら
れるフォ−ムの物性も悪化する。逆に、平均官能価数が
４．５を超える場合、フォ−ムの発泡安定性は優れるも
のの、伸び等の強度物性が低下する。同様に、平均当量
数が５００未満の場合、フォ−ムは独立気泡になり易
く、１５００を超える場合はフォ−ムの発泡安定性に劣
る。さらに、１級水酸基の含有率が２５％未満ではフォ
−ムの発泡安定性が悪く、フォ−ム物性も悪化する傾向
にある。従って、本発明における好ましい平均官能価数
は３．０−４．０であり、好ましい平均当量数は８００
−１２００であり、好ましい１級水酸基含有率は４０％
以上、より好ましくは５０−８０％である。

【０００７】上記のポリエ−テルポリオ−ルは、例え
ば、常法に従い、必要に応じてアルカリ水酸化物などの
触媒の存在下で、平均当量数が５００−１５００の最終
生成物の末端水酸基の１級化率が２５％以上になるよう
にアルキレンオキサイドの付加を行なうことにより得る
ことができる。

【０００８】上記の開始剤としては、エチレングリコ−
ル、プロピレング゛リコ−ル、グリセリン、トリメチロ
−ルプロパン、ヘキサントリオ−ル、ペンタエリスリト
−ル、エリスリト−ル、ジグリセリン、ソルビト−ル、
シュ−クロ−ス、モノエタノ−ルアミン、ジエタノ−ル
アミン、トリエタノ−ルアミンなどの単独または混合物
が用いられる。

【０００９】上記のアルキレンオキサイドとしては、エ
チレンオキサイド（ＥＯ）、プロピレンオキサイド（Ｐ
Ｏ）、ブチレンオキサイド（ＢＯ）などが単独または併
用で用いられる。この付加反応は、通常、５０−２００
℃の温度範囲で行なわれるが、アルキレンオキサイドの
付加形式はランダムまたはブロックいずれの形式でもよ
い。

【００１０】また、ポリエ−テルポリオ−ルをベ−スと
する変成体（ポリマ−ポリオ−ル）は、常法に従い、ポ
リエ−テルポリオ−ル中でエチレン性不飽和モノマ−を
重合することにより得られる。エチレン性不飽和モノマ
−としては、アクリロニトリル、アクリルアミド、アク
リル酸エステル、メタクリル酸エステル、酢酸ビニル、
スチレンなどが挙げられるが、特にアクリロニトリル、
スチレンが好ましい。

【００１１】次に、本発明において用いられるポリイソ
シアネ−トとしては、例えば、２個以上のＮＣＯ基を同
一分子中に有する有機化合物であり、その具体例として
は、トルエンジイソシアネ−ト（ＴＤＩ）、ジフェニル
メタンジイソシアネ−ト（ＭＤＩ）、ポリメリックＭＤ
Ｉおよびこれらの粗製品、あるいは、これらを部分的に
ウレタン化、三量化、カルボジイミド化、アミド化また
はプレポリマ−化などの手段で変成したポリイソシアネ
−ト類が挙げられる。これらは２種以上混合して使用し
てもよい。本発明において、特に好ましく使用されるポ
リイソシアネ−トは、ＴＤＩあるいはそのプレポリマ
−、またはＴＤＩとポリメリックＭＤＩの混合物であ
る。

【００１２】本発明における発泡剤としての水の量は、
上記ポリオ−ル１００重量部当り、少なくとも４．５重
量部以上である。水の使用量が４．５重量部未満では、
常法においてもスコ−チを起こすことはない替わりに、
密度を低下させることができない。水の使用量は、最終
的には、スコ−チ安定性と物性（密度および他の物性）
との関係によって決定されるが、通常、４．５−１５重
量部好ましくは６．０−１３重量部とされる。

【００１３】本発明においては、上記の必須成分の他
に、触媒、整泡剤が用いられるが、これらの使用量には
制限はなく、従来公知の方法におけると同様に決定する
ことができる。そして、触媒としては、例えば、トリエ
チレンジアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミ
ン、ジメチルシクロヘキシルアミン、メチルイミダゾ−
ルなどのアミン化合物、スタナスオクトエ−ト、ジブチ
ルチンジラウレ−トなどの有機スズ化合物が挙げられ、
整泡剤としては、各種のシロキサン、ポリアルキレンオ
キサイドブロック共重合体などが挙げられる。本発明に
おいては、上記の触媒、整泡剤の他に、必要により、ト
リスクロロエチルホスフェ−ト、トリスジクロロプロピ
ルホスフェ−ト、塩素化パラフィンなどの難燃剤、カ−
ボンブラック、酸化チタンなどの顔料、ジ−ｔ−ブチル
フェノ−ル、α−メチルスチレンなどの安定剤などをポ
リオ−ル原料に適量加えてもよい。

【００１４】本発明において、ポリイソシアネ−トとポ
リオ−ルの使用割合は、ＮＣＯ／ＯＨ当量比として０．
９以下とされる。この当量比は、水の使用量によって決
定される。例えば、水の量が少ない時は当量比が大きく
てもスコ−チを起こしにくいが、水の量が多い時は、当
量比が大きい場合にはスコ−チを起こし易くなるので、
当量比を小さく設定する必要がある。従って、本発明に
おいては、スコ−チ性と物性との関係から、ＮＣＯ／Ｏ
Ｈ当量比を０．４−０．９の範囲に設定するのが好まし
い。

【００１５】本発明においては、反応形式としては、ワ
ンショット法、プレポリマ−法または半プレポリマ−法
のいずれをも採用することができるが、特にワンショッ
ト法が好ましい。また、発泡機としては、低圧発泡機、
高圧発泡機あるいはボックスフォ−ミングなどが使用で
きる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて
具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限
り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以
下の例において使用した反応成分は次の通りであり、特
に断わらない限り、「部」および「％」は、重量を基準
とする。また、得られたフォ−ムの物性測定方法は以下
の通りである。

【００１７】（１）ポリイソシアネ−ト ＴＤＩ−８０（２，４−ＴＤＩ：８０％、２，６−ＴＤ
Ｉ：２０％）

【００１８】（２）ポリオ−ル ポリオ−ルＡ：グリセリンを開始剤としてプロピレンオ
キサイド（ＰＯ）のみを付加させた、官能価数３、平均
当量数１０００、水酸基価５６の１級水酸基を含まない
ポリエ−テルポリオ−ル。

【００１９】ポリオ−ルＢ：ジグリセリンを開始剤とし
てＰＯのみを付加させた官能価数４、平均当量数１００
０、水酸基価５６の１級水酸基を含まないポリエ−テル
ポリオ−ル。

【００２０】ポリオ−ルＣ：グリセリンを開始剤として
ＰＯを付加した後、エチレンオキサイド（ＥＯ）を付加
させた、官能価数３、平均当量数１０００、水酸基価５
６、１級水酸基含有率２０％のポリエ−テルポリオ−
ル。

【００２１】ポリオ−ルＤ：グリセリンを開始剤として
ＰＯを付加した後、ＥＯを付加させた官能価数３、平均
当量数１０００、水酸基価５６、１級水酸基含有率３０
％のポリエ−テルポリオ−ル。

【００２２】ポリオ−ルＥ：グリセリンを開始剤として
ＰＯを付加した後、ＥＯを付加させた官能価数３、平均
当量数１０００、水酸基価５６、１級水酸基含有率５０
％のポリエ−テルポリオ−ル。

【００２３】ポリオ−ルＦ：グリセリンとシュ−クロ−
スの混合物を開始剤としてＰＯを付加した後、ＥＯを付
加させた平均官能価数４、平均当量数１０００、水酸基
価５６、１級水酸基含有率５０％のポリエ−テルポリオ
−ル。

【００２４】（３）添加剤 触 媒：トリエチレンジアミン（Ｄａｂｃｏ３３ＬＶ：
エアプロダクト社製） スタナスオクトエ−ト（Ｔ−９：日東化成社製） 整泡剤：シリコン系整泡剤１（ＢＦ−２３７０：ゴ−ル
ドシュミット社製） シリコン系整泡剤２（Ｌ−５８０：日本ユニカ−社製） 発泡剤：水 トリクロロフルオロメタン（ＣＦＣ−１１）

【００２５】（４）物性測定方法 コア密度(kg/m³) ：ＪＩＳ Ｋ−６４０１
準拠 ２５％圧縮硬度(kg/225cm²) ：ＪＩＳ Ｋ−６４０１
準拠 伸び率(%) ：ＪＩＳ Ｋ−６３０１
準拠 引張り強度(kg/cm²) ：ＪＩＳ Ｋ−６３０１
準拠 引き裂き強度(kg/cm²) ：ＪＩＳ Ｋ−６３０１
準拠 反発弾性率(%) ：ＪＩＳ Ｋ−６４０１
準拠 ５０％乾熱圧縮永久歪率(%) ：ＪＩＳ Ｋ−６４０１
準拠 通気度(c.f.m.) ：アムスコ社製モデルＦ
ＰＩ通気度測定器使用

【００２６】実施例１−８および比較例１−４ 表−１、表−２および表−３に記載の配合処方に従い、
次の要領にて軟質ポリウレタンフォ−ムを製造した。ポ
リオ−ル５５０ｇをカップに秤量し、ポリイソシアネ−
ト原料を除く他の全ての成分を計量（表に示された量の
５．５倍量）して添加し、２０００回転の条件下に２０
秒間攪拌した。その後、所定量（表に示された量の５．
５倍量）のポリイソシアネ−ト（ＴＤＩ−８０）を計量
して添加し、同条件下に８秒間攪拌後、断熱材に覆われ
た木箱（内寸３５ｃｍｘ３５ｃｍｘ４５ｃｍ）内に注入
した。注入後、木箱の上蓋から温度センサ−を挿入し、
フォ−ム内部の温度を測定した。次いで、フォ−ム内部
の温度が低下してきた時点でフォ−ムを木箱から取出
し、常温で１昼夜放置後、フォ−ムを裁断し、物性を測
定した。配合処方および得られた結果を各表に示した。

【００２７】表に示された結果から明らかなように、比
較例１はフロン使用処方であり、比較例２−４は用いた
ポリオ−ルの１級水酸基含有率が低いため、フォ−ムの
発泡安定性（スコ−チ安定性）に劣り、かつフォ−ム物
性も十分とは言えず本発明の目的を達成することができ
ない。これに対し実施例は、比較例２−４と比較してス
コ−チ安定性が改善され、得られるフォ−ムも低密度で
良好な物性を示している。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水のみを発泡剤として使用した場合、特定のポリオ−ル
を特定の条件（水の量およびＮＣＯ／ＯＨ当量比）下で
ポリイソシアネ−トと反応させることにより、スコ−チ
を起こさずに低密度で優れた物性を有する軟質ポリウレ
タンフォ−ムを得ることができる。従って、本発明は、
フロン規制に対応した技術としてその工業的価値は大で
ある。

【００２９】 表−１ （比較例） 比較例 １ ２ ３ ４ 使用ポリオ−ル Ａ Ａ Ｂ Ｃ （１級水酸基含有率％） ( 0) ( 0) ( 0) (20) （配合処方） ポリオ−ル 100 100 100 100 水 4.5 6.5 6.5 6.5 ＣＦＣ−１１ 10 - - - Ｄａｂｃｏ３３ＬＶ 0.3 0.3 0.3 0.3 ＢＦ−２３７０ 1.0 1.0 1.0 1.0 Ｔ−９ 0.25 0.25 0.25 0.19 ＴＤＩ−８０ 56.4 64.3 64.3 64.3 ＮＣＯ／ＯＨ比 1.08 0.90 0.90 0.90 （スコ−チ安定性） フォ−ム内到達温度(℃) 148 171 170 169 （物性） コア密度(kg/m³) 18.3 - 16.8 17.0 ２５％ＣＬＤ(kg/225cm²) 2.5 - 3.7 3.2 伸び(%) 134 - 108 80 引張り強さ(kg/cm²) 0.60 - 0.39 0.19 引き裂き強さ(kg/cm) 0.30 - 0.27 0.12 反発弾性率(%) 41 - 31 36 ５０％乾熱圧縮永久歪率(%) 2.9 - 8.9 8.4 通気度(c.f.m.) 1.73 - 2.68 5.40 （注）比較例２：フォ−ム成形不良のため物性測定不可

【００３０】 表−２ （実施例） 実施例 １ ２ ３ ４ 使用ポリオ−ル Ｄ Ｅ Ｆ Ｆ （１級水酸基含有率％） (30) (50) (50) (50) （配合処方） ポリオ−ル 100 100 100 100 水 6.5 6.5 6.5 6.5 Ｄａｂｃｏ３３ＬＶ 0.3 0.3 0.3 0.3 ＢＦ−２３７０ 1.0 1.0 1.0 - Ｌ−５８０ - - - 1.0 Ｔ−９ 0.16 0.10 0.10 0.10 ＴＤＩ−８０ 64.3 64.3 64.3 64.3 ＮＣＯ／ＯＨ比 0.90 0.90 0.90 0.90 （スコ−チ安定性） フォ−ム内到達温度(℃) 166 166 163 166 （物性） コア密度(kg/m³) 16.9 17.1 16.7 18.2 ２５％ＣＬＤ(kg/225cm²) 3.5 4.1 5.2 7.0 伸び(%) 129 153 125 122 引張り強さ(kg/cm²) 0.36 0.84 0.82 0.61 引き裂き強さ(kg/cm) 0.30 0.66 0.45 0.43 反発弾性率(%) 37 41 38 30 ５０％乾熱圧縮永久歪率(%) 7.0 6.6 5.9 5.1 通気度(c.f.m.) 5.48 5.15 2.36 1.64

【００３１】 表−３ （実施例） 実施例 ５ ６ ７ ８ 使用ポリオ−ル Ｆ Ｆ Ｆ Ｆ （１級水酸基含有率％） (50) (50) (50) (50) （配合処方） ポリオ−ル 100 100 100 100 水 8.0 9.5 11.0 12.1 Ｄａｂｃｏ３３ＬＶ 0.3 0.3 0.3 0.3 ＢＦ−２３７０ - - - 1.0 Ｌ−５８０ 1.0 1.0 1.0 - Ｔ−９ 0.10 0.10 0.10 0.10 ＴＤＩ−８０ 62.7 62.2 60.9 65.4 ＮＣＯ／ＯＨ比 0.73 0.62 0.53 0.52 （スコ−チ安定性） フォ−ム内到達温度(℃) 155 143 131 128 （物性） コア密度(kg/m³) 16.1 15.3 14.6 12.7 ２５％ＣＬＤ(kg/225cm²) 5.9 5.6 5.0 2.1 伸び(%) 126 109 111 107 引張り強さ(kg/cm²) 0.54 0.44 0.39 0.39 引き裂き強さ(kg/cm) 0.37 0.32 0.29 0.27 反発弾性率(%) 30 29 30 30 ５０％乾熱圧縮永久歪率(%) 5.3 5.9 6.8 9.3 通気度（c.f.m.) 1.00 0.63 0.52 1.23

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 75:04

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリイソシアネ−トとポリオ−ルとを発
   泡剤としての水の存在下に反応させてポリウレタンフォ
   −ムを製造する方法において、 （１）ポリオ−ルとして、平均官能価数２．５−４．
   ５、平均当量数５００−１５００で１級水酸基含有率が
   少なくとも２５％以上であるポリエ−テルポリオ−ルお
   よび／またはそのエチレン性不飽和モノマ−変成体を用
   い、かつ （２）水を該ポリオ−ル１００重量部に対し少なくとも
   ４．５重量部以上用いるとともに、 （３）ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．９以下の条件下で反応
   させることを特徴とする軟質ポリウレタンフォ−ムの製
   法。