JPH07165863A - 機械的冷却及び添加剤を使用したポリウレタンフオームの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フレキシブルかつ汎用の、実質的に開放気泡
構造を有するポリウレタンスラブ材フォームの製造方法
を提供する。 【構成】 （ａ）ポリエーテルポリオール、水、有機イ
ソシアネート、界面活性剤、ポリウレタンフォーム触
媒、及び架橋／増量剤を含んでなるフォーム加工助剤か
らポリウレタンフォームを生成し、（ｂ）発泡が起こっ
た後該ポリウレタンフォームを機械的に冷却することか
らなるポリウレタンスラブ材フォームの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】環境上の制約や常に厳しくなる政府の規
制により、フレキシブルなスラブ材フォームの製品市場
において、従来の発泡剤、例えばＣＦＣ−１１、塩化メ
チレン及び１，１，１−トリクロロエタンは、使用され
ない方向にある。一般的に、この制約により、産業界で
は、水の含有量がより高くなるような配合をするように
なっている。このような高い割合で水を含有するウレタ
ン配合物では、水とイソシアネートの反応により２酸化
炭素が発生することにより、物理的な発泡が起こる。従
来の低沸点の液体、例えば上記のようなものの気化によ
る従来の発泡方法は、この方法により代替されている。

【０００２】このようなより水の多い配合物への移行及
び従来の発泡剤が使用されなくなることにより、フレキ
シブルなスラブ材製品に多くの新たな要求が生じてい
る。これらの考慮に値する特別の問題のうち３つについ
て記述する。第１により多量の水を使用することにより
より高い発熱をもたらし、その結果フォームの変色、色
焼け発火の危険が高まる。第２により多く水を使用する
系では、共通して尿素の含有量が増加し、それによりよ
り高い硬度値がもたらされる。かくして、より柔らかい
フォーム品質は、発泡剤として水のみを使用したので
は、容易に得られない。第３にフォームの重要な物性の
幾つか、例えば圧縮永久歪（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｓｅｔｓ）（ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４），引張り強さ
（ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４）、引裂強さ（ＡＳＴＭ Ｄ
−３５７４）伸び値（ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４）及びヒ
ステリシス値（ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４）もまた、水の
含有量が高い系では、共通して劇的に悪化する。

【０００３】これらの問題は、最近の水発泡スラブ材フ
ォーム製造技術に固有な落とし穴を克服するための創造
的解決の場を提供した。これらの問題の２つの基礎的な
解決法は、ローインデックステクノロジーを使用するこ
と及び機械的冷却法を使用することである。インデック
ス値は、フォーム中に存在するイソシアネートの量を配
合物中の活性水素成分の全てと反応するのに必要な計算
上の化学量論量のイソシアネートに対する比率として表
したものである。例えば、イソシアネートインデックス
が１１０であることは活性水素成分の全てと反応するの
に化学量論量的に必要なイソシアネートの１１０％の量
のイソシアネートが使用されたことを意味する。

【０００４】ローインデックステクノロジーでは、配合
物中の活性水素成分の全てと反応するのに必要なイソシ
アネートの１００％未満の量が使用される。ローインデ
ックステクノロジーでは、従来の全て水を基礎とした系
（即ち、典型的にはインデックスが１００より大きいか
１００と等しい）と比較して、発熱量がより低く、そし
て硬度の値もより低い。より低いインデックスでは、イ
ソシアネート濃度がより低いため熱の発生がより少なく
そしてそれにより色焼けや変色の問題と関係する温度の
上昇がより少なくなる。不幸にもこれらのローインデッ
クステクノロジーシステムはこれまで開裂の問題、即ち
相当な大きさの開口やボイド（ｖｏｉｄ）が、フォーム
の表面と内部のどちらかもしくは両方にでき、そのため
にフォームポリマーのネットワーク結合性が一般的に欠
如していることを意味している。加えて、このようなロ
ーインデックス化学品は、特にフォームの中心における
受け入れ難く高い圧縮永久歪やフォーム結合性（例えば
破砕）を含む貧弱な物理的特性に悩まされて来た。この
ような問題により、物性増強助剤（ｐｒｏｐｅｒｔｙ
ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）の使用にか
かわらずローインデックステクノロジーの使用を大部分
においてインデックス約９６以上のインデックスに限定
されてきた。

【０００５】ローインデックステクノロジーは、Ｊａｃ
ｏｂｓのＵＳＰ Ｎｏ．４，９７０，２４３及びＨａｇ
ｅｒのＵＳＰ Ｎｏ．４，９５０，６９４（以下Ｈａｇ
ｅｒという）に記述される。ＪａｃｏｂｓのＵＳＰ Ｎ
ｏ．４，９７０，２４３は、ひとつまたはそれ以上のポ
リイソシアネートを、少なくとも２つのイソシアネート
反応性水素原子を含有し、そして約４００ないし約１
０，０００グラム／モルの分子量を有する化合物を水の
存在下において反応させることからなるフレキシブルな
スラブ材ポリウレタンフォームの製造方法を開示する。
しかしながらこの特許は添加剤の使用を開示せず、従っ
て圧縮永久歪（ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４）は比較的高い
（２０％以上）。Ｈａｇｅｒはポリエーテルポリオー
ル、水、有機ポリイソシアネート、ポリウレタンフォー
ム触媒及び気泡連続剤（ｃｅｌｌ ｏｐｅｎｅｒ）を含
んでもよいフォーム加工助剤からなる混合物を反応させ
ることからなるポリウレタンフォームの製造方法を開示
する。ポリエーテルポリオールは、５００ないし１３０
０の当量を有する。フォーム加工助剤は、ポリオールと
構造的に似ていてもよい架橋／増量剤を含有するが、し
かし２００未満の当量を有し、そして当量が約２００な
いし５，０００の酸化ポリエチレンモノオール及び／又
はポリオールである気泡連続剤を含有してもよい。これ
らのフォームは、周囲空気で少なくとも１６時間冷却さ
れなければならず、受け入れ難く高い圧縮永久歪みを有
することが知られている。

【０００６】機械的冷却方法もまた従来のインデックス
のフォーム（即ち１００以上）を生成した後の過剰の発
熱を除去するために用いられてきた。これは特に重要で
ある。なぜなら従来のインデックス、水の多く使用する
発泡システムは典型的に高い発熱を生じるからである。
この発熱により生じる高い温度で長時間フォームを放置
すると、これらのフォームはしばしば自然発火点温度を
越えてしまう。機械的冷却技術は、さもなければ自然酸
化反応による色焼け、変色又は自然発火を生じるかもし
れないフォームの製造を可能にする。これらの冷却手段
によりより均一な温度分布がもたらされる。

【０００７】このような機械的冷却システムには、完全
な隆起後（ａｆｔｅｒ ｆｕｌｌ−ｒｉｓｅ）、フォー
ムを通じて空気を吹き込むかフォームから空気を吸引す
ることによる冷却に先立って典型的には５分ないし４時
間（平均では１０〜３０分間）で硬化するフォームバン
を必要とする。この空気処理は、ひとつ又はそれ以上の
反応性の種（水、アミン等）を含んでいてもよくそして
室温の近辺かそれ以下になってもよい。一般的にフォー
ムは、実質的に冷却され、冷却／処理過程が終了した後
は実質的に非反応性になる。その証拠に押込力歪（Ｉｄ
ｅｎｔａｔｉｏｎ Ｆｏｒｃｅ Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏ
ｎ）（ＩＦＤ）（ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４）が冷却が終
了後は長時間にわたってほとんど増加しない。このよう
な過程により、従来の冷却しない製造方法を用いたとき
より製造計画がより正確になる。加えて、このような方
法はフォームの製造を全体的に速くする。

【０００８】機械的冷却は、液状のフォームが発泡剤を
含有するのではなくむしろ、隆起（ｒｉｓｉｎｇ）後に
外部からの流体の流れ、すなわちガスが、固体となっ
た、またはゲル化したフォームに適用される点で、化学
的冷却と区別される。発泡剤は、主として蒸発熱によ
り、そしてまたフォームを膨張させ、フォームの密度を
減少させることにより冷却する。発泡剤の溶媒和化する
性質は、フォームの形態学に影響を及ぼし、企図してい
たフォームより柔らかくなる。従来の水が多く、高いイ
ンデックスのフォームから発泡剤を除去した場合、しば
しばフォームの密度及び形態学に影響が及び、異なった
フォームとなる。このため、多くの高いインデックスの
配合物において発泡剤を機械的冷却に代替することは、
現在のところ予測不可能である。

【０００９】Ｒｉｃｃｉａｒｄｉに発行されたＵＳＰ
３，８９０，４１４では、生成したフォームの固まりに
大量の冷却用ガスを通過させることにより重合したばか
りの熱いフォームのバンを急速にそして均一に冷却する
ことによりポリウレタンフォームのバンの特性の均一性
を改善する方法について論議している。ＳｔｏｎｅのＵ
ＳＰ５，１２８，３７９では、最初は結露点より少し高
いかそれ以上の範囲の水蒸気を含有する流体の冷却剤流
を通過させることよる重合したばかりの熱いフォームを
急速に冷却する方法について論議している。しかしこれ
らの冷却システムを使用して製造されたフォームの硬化
分布は、従来の硬化システムのものと相当異なるため、
水の多いフォームに共通な従来の物理的特性の欠点の多
くがこのような方法についてもいまだ解消されない。１
つの問題は冷却により、硬化過程が停止し、そのため高
いインデックスのフォームが幾つかの面でより低いイン
デックスのフォームと似るようになることである。高い
圧縮永久歪（２０％以上）は、これらの物理的特性の欠
点の最も顕著なものの１つである。加えて水の多い配合
物は、しばしば気泡の大きさ(cell size)をコントロー
ルするために高安定化シリコン界面活性剤の使用を必要
とする。さらにこれらの機械的冷却法は、従来の高いイ
ンデックスのフォーム配合物のみを使用することを企図
しているが、それらはすべて避けるべき発泡剤を含有す
る。

【００１０】ポリウレタンフォームの製造において機械
的冷却システムと添加剤の使用とを結合しようとする試
みが、幾つかの先行文献に記載されている。このような
例の１つはＧｒｉｓｗｏｌｄのＵＳＰ Ｎｏ．４，５３
７，９１２であり、そこでは、機械的冷却システムにお
いて、製造後の空気冷却流中での添加剤、すなわちアン
モニア及び他のアミン成分の使用が開示されている。こ
れらの空気流添加剤の使用は、空気または水蒸気のみを
使用しアミンを使用しなかった製造後処理方法と比較し
て処理されたフォームの圧縮永久歪を減少させるとクレ
ームされている。注意すべきことにこれらの実施例中の
良好な歪みのフォームのすべてはアミン含有空気処理以
前に少なくとも２時間熟成されていることである。より
熟成時間の少ないものはこれらの硬化後添加剤（ｐｏｓ
ｔ ｃｕｒｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）で処理していて
も、９０％、典型的には８２％以上の歪みを有するので
ある。

【００１１】ＲｉｃｃｉａｒｄｉのＵＳＰ Ｎｏ．５，
１７１，７５６には、酸化及び自動酸化を防止するめ
に、新たに硬化されたバンを冷却し、除湿し、そしてそ
れからヒュームを除去するための３段階の減圧方法の使
用が開示されている。ポリウレタン配合物は、ポリーテ
ルポリウレタン、有機ジイソシアネート、水及び少なく
とも１つの柔軟剤を含んでいる。加えて配合物は、しば
しば助発泡剤を含む。好ましい配合物は、２つの異なっ
たポリオールの混合物を使用することにより達成され
る。その内の基礎的ポリオールは、分子量が２５００か
ら４０００であり、ソフトポリオールは、分子量が１２
００から１８００である。基礎的ポリオールのヒドロキ
シル数（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｎｕｍｂｅｒ）は、約３０
ないし８０であり、ソフトポリオールのヒドロキシル数
は、約９０ないし１５０である。

【００１２】

【発明の概略】本発明は、４００〜１５００の当量の多
官能性ポリオール、水、イソシアネート、ポリウレタン
触媒及びフォーム加工助剤から、それらを組み合わせそ
してその次に機械的に冷却することによる、フレキシブ
ルで一般的で、実質的に開放気泡構造（ｏｐｅｎ ｃｅ
ｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有するポリウレタンスラ
ブ材フォームの製造方法を記述する。該フォーム加工助
剤は、少なくとも１つの多官能性架橋剤を含み、その架
橋剤は、少なくとも２つのイソシアネートと反応性を有
する官能性及び必要により気泡連続剤を含有する。

【００１３】

【発明の説明】本発明は、少量のフォーム添加剤を従来
のすべて水により発泡されるポリウレタンスラブ材配合
物に添加することにより、物許容可能な物理的特性、特
に圧縮永久歪を有する、割れのない（ｓｐｌｉｔ ｆｒ
ｅｅ）、開放気泡構造のフォームを、吹き出しのすぐ後
に機械的冷却過程を行うことにより製造することができ
るという出願人の発見を基礎とする。本発明の関連する
ポリウレタン技術の分野は、適当なレジリエンス及び適
当なＩＦＤ回復率（ＩＦＤ Ｒｅｔｕｒｎ Ｐｅｒｃｅ
ｎｔａｇｅ）（ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４）を有するもの
である。本発明は、機械的冷却と組み合わせてこの添加
剤技法を使用することにより、ポリウレタンの圧縮永久
歪が改善されることを示す。かくして本発明は機械的冷
却をともなう、先行するすべての水発泡、低密度、ソフ
トポリウレタンフォームの要点となる問題を解決する。

【００１４】

【ポリウレタンスラブ材フォームの成分】本明細書に記
載されるポリウレタンスラブ材フォームは、（I）１つ
またはそれ以上のポリオール、（II）１つまたはそれ以
上の有機イソシアネート、（III）発泡剤、（IV）１つ
またはそれ以上の界面活性剤、（V）１つまたはそれ以
上の触媒、（VI）１つ又はそれ以上のフォーム加工助
剤、そして必要により１つまたはそれ以上の（VII）当
該技術分野に既知の他の標準的な配合物を含んでなる。
ポリウレタンフォームの類似する配合物は、Ｈａｇｅｒ
にすでに開示されている。それは、ここに参考のため編
入される。以下は本発明の各成分の説明である。

【００１５】ポリオール ポリオール、（I）群、これらは本発明において用いる
ことができるが、これらに限定されるものではないが、
以下のポリエーテルポリオールを含む：（ａ）ポリヒド
ロキシアルカンのアルキレンオキサイド付加物、（ｂ）
非還元糖及び糖誘導体のアルキレンオキサイド付加物、
（ｃ）ポリフェノールのアルキレンオキサイド付加物、
（ｄ）ポリアミン及びポリヒドロキシアミンのアルキレ
ンオキサイド付加物。一般的には２ないし４個の炭素原
子を有するアルキレンオキサイドが用いられ、特にプロ
ピレンオキサイド、エチレンオキサイド及びそれらの混
合物が好ましい。

【００１６】Ｚｅｒｅｗｉｔｉｎｏｆｆ法により決定さ
れる活性水素を有するいかなる材料もある程度利用する
ことが可能でありそしてそれ故ポリオール（I）群の広
い定義の内に含まれる。例えば、アミン末端ポリエーテ
ルポリオール、ヒドロキシル末端ポリブタジエンポリオ
ール及び他の多くのものが公知であり、そして上記通常
のポリエーテルポリオールと組み合わせて少量成分とし
てしようすることが可能である。

【００１７】一般的に、ポリオール化合物（I）は、約
４００ないし約１５００グラム／当量の範囲の当量を有
するべきであり、そしてエチレンオキサイド含有量が２
０％未満であるべきである。好ましくは、当量は約５０
０ないし約１３００グラム／当量の範囲であり、最も好
ましくは７５０ないし１２５０グラム／当量の範囲であ
る。ポリオールまたはポリオールブレンドは少なくとも
２の平均ヒドロキシ官能数を有するべきである。当量
は、ヒドロキシル数を計測することにより特定される。
ヒドロキシル数は１グラムのポリオールから生成した完
全にアセチル化した誘導体の完全な加水分解のために必
要とされる水酸化カリウムのミリグラム数として定義さ
れる。ヒドロキシル数と当量との関係は次式により定義
される。ＯＨ＝５６，１００／当量（ここで、ＯＨはポ
リオールのヒドロキシル数と同値である）。

【００１８】かくして、ポリオールは好ましくは約４３
ないし約１１０の範囲のヒドロキシル数を有し、より好
ましくは約４５ないし約７５の範囲のである。

【００１９】好ましくはポリオールはポリ（オキシプロ
ピレン）及びポリ（オキシエチレンーオキシプロピレ
ン）トリオールを含有する。エチレンオキサイドが使用
された場合ポリマー鎖中にいかなる様式で組み込まれる
ことができる。言い換えるとエチレンオキサイドは、内
部ブロックまたは末端ブロックできる組み込まれること
ができ、またはポリオール鎖中にランダムに分散するこ
ともできる。しかしながら、組み込まれるかた及びポリ
オール中のエチレンオキサイド含有量は、好ましくは上
記の通りである。かくして、エチレンオキサイドは約２
０重量％未満のレベルで使用され、好ましくは約１５重
量％、そして基本的にポリオール鎖の内部に位置する。

【００２０】好ましくは、ポリオール成分の一部または
全部が、ポリオール中でポリマー固形物の安定した分散
を形成するために反応性モノマーがポリオール中で重合
されるように、ポリオールポリマーの形で加えられるこ
とができる。

【００２１】使用されるポリオールの量は製造されるべ
き製品の量により決定される。このような量は、当業者
であれば容易に計算することができる。

【００２２】イソシアネート 本発明に従ってポリウレタンフォームを製造するのに有
用な有機イソシアネート（（ＩＩ）群）は、平均で約
１．５ないし約６のイソシアネート基を有する有機化合
物であり、そして好ましくは、約２個のイソシアネート
基を有する。適する有機ポリイソシアネートには、炭化
水素ジイソシアネート、例えば、アルキレンジイソシア
ネート及びアリールジイソシアネート、そして特にジフ
ェニルメタンジイソシアネート及びトルエンジイソシア
ネート（ＴＤＩ）が含まれる。好ましいポリイソシアネ
ートは、２の官能性を有する２，４及び２，６トルエン
ジイソシアネート及びそれらの混合物があり、それら
は、本明細書中ではひろく単にＴＤＩと呼ぶ。最も好ま
しいポリイソシアネートは８０／２０ＴＤＩ（すなわち
２，４−トルエンジイソシアネート８０％と２，６−ト
ルエンジイソシアネート２０％の混合物）である。使用
されるイソシアネートの量は所望のフォームのインデッ
クスとそして生成するフォームの最終的な物性による。
上述したように、もしインデックスが１００ならば、系
中のポリオール成分（（I）群）及び他の活性水素含有
成分と反応するのに必要なイソシアネートの量と化学量
論的に当量である。本発明は、広い範囲のインデックス
において実施することが可能であるが、使用される好ま
しい範囲のインデックスは、９５ないし１１５（以下高
インデックスという）である。Ｈａｇｅｒにより教示さ
れる低いインデックス（６０〜９５、以下低インデック
スという）は、機械的冷却をともなわない場合に適当で
あるが、機械的に冷却することにより低インデックスフ
ォームが急冷された場合問題が生じるかもしれない。発
明者は、この理由は急冷することにより硬化過程を停止
させイソシアネート基とフォームの非水成分との反応を
妨げ、そして低インデックスフォームが、より低いイン
デックスのフォームのごとくふるまうようになるからだ
と信じる。１１５以上のインデックスのフォーム（超高
インデックスフォーム）は、しばしば機械的に冷却され
た場合イソシアネートが化学量論的に過剰であるために
より以上には硬化しないことが見られる。

【００２３】９０ないし１２０のインデックスの範囲内
では、インデックスの少しのぶれ（すなわち１ないし
２）が、フォームの安定性、ＩＦＤ、硬度、発熱または
発熱に伴う他の分解特性、及びフォームの他の物理的性
質に劇的な変化をもたらすかもしれないことが当該技術
分野において知られている。かくして、フォームのイン
デックスの変化させることの影響を予測することは、少
数のユニットにおいても、特に低インデックス範囲にお
いて当業者においても困難であった。しかしながら、本
発明の添加剤は、以下に述べるようにこの問題を解決す
る。

【００２４】発泡剤 水（成分III）は、好ましくは、イソシアネートととの
反応により二酸化炭素を発生する唯一の発泡剤である。
水は、約１ないし１２ｐｐｈｐ（ポリオール（I群）１
００に対する部）そして好ましくは２ないし１０ｐｐｈ
ｐ使用されるべきである。フォームのインデックスが１
００未満では、化学量論的な水の過剰は、二酸化炭素を
発生する反応の一部としてではなく、気化することによ
り冷却し発泡する。当該技術分野において通常使用され
る他の発泡剤は、本発明においても使用することが可能
である。しかし本発明の配合物の有用性のためにそのよ
うな添加剤はもはや多量には必要なく、多くの場合全く
必要としない。

【００２５】界面活性剤 スラブ材の用途のための適当な安定化剤（IV群）には、
加水分解可能な（ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ）ポリシロ
キサン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーが含
まれる。フォーム安定化剤の他の有用な類は非加水分解
（ｎｏｎ−ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ）ポリシロキサン
−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーである。後
者のコポリマーは、ポリシロキサン部分がポリオキシア
ルキレン部分に。炭素−酸素−ケイ素結合と通じてでは
なく、直接炭素−ケイ素結合により結合している点で上
述のポリシロキサン−ポリオキシアルキレンブロックコ
ポリマーと異なる。最も好ましいものはコネチカット州
ダンバリーのＯｓｉ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ，Ｉｎ
ｃ．から販売しているシリコン界面活性剤Ｌ−６２０及
びＬ−６０３である。安定化剤は、全反応混合物にたい
して約０．０００１％ないし約５重量％存在するべきで
ある。

【００２６】触媒 成分Vには第３アミン及び有機金属ポリウレタン触媒の
標準的な組み合わせが含まれ、それらは反応混合物に対
して約０．０００１ないし５重量％存在するべきであ
る。適当な触媒には、これらに限定されるものではない
が、カルボン酸のジアルキルスズ塩、有機酸のスズ塩、
トリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）、ビス（２，２’−
ジメチルアミノエチル）エーテル及び類似の化合物があ
り、当該技術分野において公知である。

【００２７】フォーム加工助剤 フォーム加工助剤（VI群）は、低密度、スラブ材フォー
ムの物性を改善するために使用され、１分１平方フィー
トあたり４０立方フィート以上の多孔性（ＣＦＭ−ｆｔ
²）を有するポリウレタンを生成するために該、フォー
ム加工助剤は架橋剤及び／または増量剤及び好ましくは
十分な量の気泡連続剤を含む。

【００２８】比較的低い分子量（一般的に約２５０グラ
ム／モル未満）の多官能性グリコール架橋／増量剤が、
安定した、自由上昇（ｆｒｅｅ−ｒｉｓｅ）フォームを
製造するために好ましい。これらの添加剤の当量は一般
的に約２００未満であるがしかし、特定の状況下におい
てはそれ以上であってもよい。これらの化合物の反応性
基の官能性は、少なくとも２であるべきであり、そして
好ましくは添加剤混合物中においては、少なくともその
１つは３またはそれ以上であるべきである。発明者は、
このような多官能性イソシアネート反応化合物、例えば
約１３２ｇ／モルの分子量で、当量３０のヘキサヒドロ
キシ官能アルケンが好ましいことを見いだした。発明者
は、これはより高い官能性の化合物は、より低い官能性
成分より容易にポリマー構造を構築することができるた
めと信じている。これは特に低インデックス配合物にお
いて顕著であり、重要である。このような高い官能性成
分によりより低いインデックスのフォームは、高いイン
デックスのフォームと同等かよりよい物理的性質を有す
ることができる。発明者は、このような官能性の数は、
Ｈａｇｅｒが教示した８という限界より大きくてもよい
ことを見いだした。本明細書中において使用されるポリ
オールは、その以前に記載されたものと異なり、第１ア
ルコールを含むことができる。

【００２９】前述のように、機械的冷却は進行中の化学
反応を停止させ、高いインデックスのフォームをより低
いインデックスのフォームの見かけの物理的性質に変え
る。硬化過程を停止させる効果は、以前には理解されて
いなかったか、十分には研究されていなかった。驚くべ
きことに、発明者は、本発明の高い官能性の添加剤がポ
リマー構造の構築により、機械的冷却による物理的性質
の損失を補ってあまりあることを見いだした。かくして
先行技術の高いインデックスのフォーム及び機械的冷却
の組み合わせの問題は本発明の添加剤を使用することに
より解決することが可能である。

【００３０】架橋／増量剤は約０．１ないし１０ｐｐｈ
ｐの間で存在するべきであり、好ましくは０．２ないし
５ｐｐｈｐの間である。本発明において多官能イソシア
ネート反応性化合物が使用されていることから、Ｈａｇ
ｅｒの教示と比較して架橋／増量剤の量は減少する。

【００３１】発明者はまたポリウレタンフォームを生成
する際の添加剤としてとして使用することが以前には知
られていなかった他の多官能性イソシアネート反応性成
分が、本発明において使用可能なことを見いだした。こ
れらにはの分子量が２，０００〜２０，０００のポリビ
ニルブチラールを含むポリビニルアルコールのホモポリ
マー及び多くのモノマーとのコポリマー、分子量２，０
００〜２０，０００のヒドロキシエチル（メタ）アクリ
レートホモまたはコポリマー、分子量２，０００〜２
０，０００のポリビニルエーテルのヒドロキシル誘導
体、例えばヒドロキシブチルビニルエーテルホモ及びコ
ポリマー等の他の高分子量架橋剤が含まれる。これらの
ポリマーは、２００より大きい当量を有していてもよ
く、特定の用法においては好ましい。一般的には、当量
は、５０ないし２，０００の間である。さらにこれらの
ポリマーの分子量は２，０００ないし２０，０００であ
る。気泡連続剤は、好ましくは、当量２００以上、好ま
しくは２００〜１，０００で、２またはそれ以上のヒド
ロキシル官能性を有するポリエチレンオキサイドモノオ
ールまたはポリオールである。例えば、好ましい気泡連
続剤の１つは分子量約９９０ｇ／モル、当量約３３０の
グリセロールのポリエチレンオキサイド付加物である。
気泡連続剤は約０ないし２０ｐｐｈｐ存在すべきであ
る。ある場合には当量の違いにかかわらず、気泡連続剤
は架橋剤として機能する、逆に、場合により架橋剤また
は気泡連続剤の必要が減少することに注意すべきであ
る。

【００３２】配合物中に存在する架橋剤にたいする気泡
連続剤の重量比率は、約６：１ないし１：２であるべき
であり、３：１が好ましい比率である。発明者は、好ま
しい範囲内での気泡連続剤と架橋剤の組み合わせは、フ
ォームに共生の効果を与えることを見いだした。例え
ば、架橋剤のみが単独で使用された場合、フォームは安
定して割れはないが、きっちりして空気の流量が少なく
結果として圧縮永久歪が悪くなった。もし、気泡連続剤
のみが単独で使用された場合には、フォームは、開口で
あるが、中央に割れが生じ、もっともよい場合には適当
な圧縮永久歪みを有する。好ましい比率の範囲において
は、これらを組み合わせることにより割れのない低い圧
縮永久歪を有する安定した開口の(open)フォームが得ら
れる。

【００３３】他の添加剤 当該技術分野において従来公知の固体安定化ポリマー
（VII）及び難燃剤、着色剤、染料及び帯電防止剤等の
他の添加剤を本発明の配合物とともに使用することがで
きる。ＵＳＰ Ｎｏ．４，９５０，６９４に表示される
ものがそれらの例示であり、ここの編入される。

【００３４】方法 最初にポリオール、水、フォーム加工助剤の量及び所望
のインデックスから必要とされるトルエンジイソシアネ
ートの量を計算する。ポリオール、界面活性剤、アミ
ン、添加剤、水及び他の添加剤を混合し撹拌する。撹拌
の間に、有機金属触媒及びイソシアネートを加え均一に
なるまで混合し続ける。混合を停止した時には、液状の
フォームマス(foam mass)をできるだけ速く所望の型に
流し込む。ガスの放出を開始した後、フォームは機械的
に冷却される。機械的冷却は、約４００゜Ｆより高いか
もしれないフォームの温度を、酸化危険領域より低い約
２５０゜Ｆ以下約２００゜Ｆにまで減少させることを企図
したものであり、そしてそれは実際に室温にまでフォー
ムを冷却することに使用する事も可能である。

【００３５】一般的に、機械的冷却技術は、それを使用
しなければそのインデックスで得られたであろうよりも
よりも高い圧縮永久歪をもたらすことが見いだされてい
る。本発明は、この問題を前述のように高いインデック
ス及び架橋剤を使用することにより克服する。機械的冷
却による反応の停止により硬化量が減少し、フォームの
効果的インデックスが低下するため、本発明においては
低インデックス配合物のみならず高インデックスも使用
することができる。

【００３６】本発明においては、さまざまなタイプの機
械的冷却方法を用いることができる。冷却流をフォーム
ブロックに適応するするか、冷却流を内含する装置にフ
ォームブロックを通すかにより、流体及び気体の両方の
冷却流を使用することができる。このような方法には、
フォームの表面にスリットを切断するかフォームの外皮
を除去し、フォームを開口にするかフォームに穴をあけ
ることが包含される。このような機械的冷却は、ライン
中の工程かまたは製造後の工程として製造工程に組み込
まれることができる。方法の例示としてＧｒｉｓｗｏｌ
ｄに発行されたＵＳＰ Ｎｏ．４，５３７，９１２、Ｓ
ｔｏｎｅに発行されたＵＳＰ Ｎｏ．５，１２８，３７
９，Ｄｒｙｅ他のＵＳＰ Ｎｏ．５，１８８，７９２、
Ｒｉｃｃｉａｒｄｉに発行されたＵＳＰ Ｎｏ．５，１
７１，７５６をあげることができ、それらはすべて使用
することができる機械的冷却方法を開示し、それらは、
本明細書に参考のために編入される。この機械的冷却方
法は、ポリウレタンの製造時間を短縮する。すなわち、
一般的には、５ないし４時間の範囲に、平均では１０〜
３０分に短縮する。該フォームは、ヒステリシス、引裂
強さ及び引張強さを含む１つまたはそれ以上の改善され
た物理的性質をする。それ以上に、得られたフォーム
は、２０％より小さい圧縮永久歪を有する。

【００３７】

【実施例】実施例１ 所望のインデックス及び使用されるポリオールのヒドロ
シル基の数から与えられるＴＤＩの所望の量を計算し
た。ミルトロニクスミクロレインジャーウルトラソニッ
クレベル測定器（Ｍｉｌｌｔｒｏｎｉｃｓ Ｍｉｃｒｏ
ｒａｎｇｅｒ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｍ
ｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）（Ｓｏｎａ
ｒ Ｕｎｉｔ）をどれくらい速くフォームが隆起するか
を測定するために使用することができるよう、すなわち
時間の関数として高さを測定できるようにその目盛りを
調節した。スズ触媒を添加するための注射器もまた目盛
りを調節し所望の量のスズ触媒が注射器に注入された。
適当量のＴＤＩが計量されビーカーに入れられた。

【００３８】１００ｇのグリセリン出発、ヒドロキシル
数５６のポリオキシプロピレン末端ポリオキシエチレン
ポリオキシプロピレンポリオール、ＯＳｉ Ｓｐｅｃｉ
ａｌｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．，の１．０ｇのシリコン界面活
性剤Ｌ−６２０、０．２２ｇのＯＳｉ Ｓｐｅｃｉａｌ
ｔｉｅｓ Ｉｎｃ．，のアミン触媒Ｃ−１８３、５．０
ｇの添加剤及び５．２５ｇの蒸留水が計量され、紙のミ
キシングカップに入れられた。添加剤は、約５６％の分
子量５００のグリセリンのポリオキシエチレン付加物、
１９％のソルビトール及び２５％の蒸留水であった。ミ
キシングカップの内容物は、あらかじめプログラムされ
たタイマーを備えたドリルプレスベースドブレードミキ
シングシステムを使用して２５００ＲＰＭで６０秒間完
全に混合された。ドリルプレスは、あらかじめプログラ
ムされたスケジュールに従って、初期の撹拌の後、１５
秒で停止した。その間にペンシルバニア州アレンタウン
のＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏ．のスズ触媒Ｔ−９
を０．０９ｇ注射器を用いて添加した。ドリルプレスは
再スタートし、さらに９秒間混合した。このとき、６
４．３８ｇのＴＤＩが１回に急いで添加されそして６秒
間さらに混合した。ドリルプレスを停止したとき、液状
のフォーム体をポリエチレンのごみ袋に並べられた１２
×１２×１６インチの厚紙の箱にできるだけ速く注ぎ込
まれた（約５秒未満）。ガスの放出はフォームの表面に
泡が見られたことか確認された。ちょうど１分間後ガス
の放出を始め、５〜６の穴（直径２〜３ｍｍ、６ｃｍの
深さ）をフォームの底にフォームの外皮を通して空けら
れ、バンを通して空気が移動できるようにした。これら
の穴は、互いに近くにあり、それらのすべてを真空ホー
スがカバーできるようにした。加えて、５〜６の穴（直
径２〜３ｍｍ、６ｃｍの深さ）フォームの上部の外皮を
通して等距離にあけた。、Ｓｅａｒｓ Ｃｒａｆｔｓｍ
ａｎ のＷｅｔ／Ｄｒｙ真空装置（８ガロン２．２５Ｈ
Ｐ）のホースを前に空けたフォームの底の穴の上に、取
り付け、そして真空ポンプの全力で２分間フォームを通
して空気を吸引した。

【００３９】ソナーユニット（Ｓｏｎａｒ Ｕｎｉｔ）
を初期混合の後５分間のデータを取るためにセットし
た。このソナーユニットは、真空冷却の前に除去した。
最終の発熱は応答の速いデジタル温度計を使用して記録
した。最終の隆起及びフォームの安定の度合いはガスの
放出の後に記録した。最後にフォームはフードの中に２
４時間入れられ、その後切断されその物理的性質が評価
された。

【００４０】比較例１ 手順、実際の成分は上記実施例と同一であるが、添加剤
を使用せず、成分の重量は少し変化した。その変わりに
１００ｇのポリオール、１．５ｇのシリコン界面活性
剤、０．１５ｇのアミン及び６．２５ｇの蒸留水を計量
し、紙のミキシングカップに入れた。ミキシングカップ
の内容物は、ドリルプレスベースドブレードミキシング
システムを使用して２５００ＲＰＭで完全に撹拌され
た。０．０９ｇのスズ触媒が注射器を用いて添加され、
そして６４．３８ｇのＴＤＩが１回に急いで添加されそ
してさらに混合された。ドリルプレスを停止したとき、
液状のフォーム体をポリエチレンのごみ袋に並べられた
１２×１２×１６インチの厚紙の箱にできるだけ速く注
ぎ込み、そしてフォームに穴を空けた。ちょうど１分間
後ガスの放出を始め、５〜６の穴（直径２〜３ｍｍ、５
〜７ｃｍの深さ）をフォームの底からフォームの外皮を
通して空けられ、バンを通して空気が移動できるように
した。これらの穴は、それらのすべてを真空ホースがカ
バーできる用に空けられた。加えて、５〜６の穴（直径
２〜３ｍｍ、５〜７ｃｍの深さ）フォームの上部の外皮
を通して等距離にあけた。真空ホースを前に空けた穴の
上に、フォームの底に取り付け、フォームを通して空気
を吸引した。

【００４１】添加剤及び機械的冷却の両方により処理さ
れたフォームのインデックス数は、機械的冷却工程のみ
で処理されたフォームのインデックス数よりも顕著にひ
くかった。加えて、添加剤及び機械的冷却の両方により
処理されたフォームのＩＦＤ値（ＡＳＴＭ Ｄ−３５７
４）及び圧縮永久歪（ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４）も、顕
著に低かった。最後に添加剤及び機械的冷却の両方によ
り処理されたフォームの戻り率（ｐｅｒｃｅｎｔ ｒｅ
ｔｕｒｎ）は、機械的冷却工程のみで処理されたフォー
ムよりもかなり高かった。機械的冷却工程のみで処理さ
れたフォームとの添加剤及び機械的冷却の両方により処
理されたフォームの物理的性質の比較を表１に示す。

【００４２】 表１ フォームの配合物の 比較例 実施例１化学的成分 ポリオール １００ １００ 水（全量） ６．２５ ６．５ ＴＤＩ−８０ ６６．４０ ６４．３８ インデックス ９８ ８５ スズ ０．１７ ０．０９ アミン ０．１５ ０．２２ シリコン １．５ １．０ 添加剤 − ５．０フォーム加工 割れ なし なし セルサイズ（ｍｍ） ０．８〜１．５ ０．８〜１．２ 発熱温度（ｍａｘ．） １７６Ｆ １６３Ｆ ２分間の冷却後の 温度 ２６Ｆ ２３Ｆ ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４を用いたフォームの物性 密度（ｌｂｓ／ｆｔ^３） １．０９ １．０８ 空気流量（ｆｔ^３ｍ／ｆｔ^２） １２９ １４０ ２５％ＩＦＤ １８．４ １７．５ ６５％ＩＦＤ ３５．９ ３２．３ ％戻り(Return) ６０．７ ６５．１ 負荷比 （６５／２５） １．９５ １．８５ ５０％圧縮永久歪 １０．７ ７．６９０％圧縮永久歪 ３５．１ １５．６ 実施例２及び比較例２ 下記表２に示される組成を有するフォームの組が製造さ
れた。使用されたポリオールは、実施例１と同量であ
り、アミンは、ＯＳｉ ＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓのＡ−
３３と同様のものであり、スズは、Ｔ−９であり、シリ
コンは、ＯＳｉＳｐｅｃｉａｌｔｉｅｓのＬ−６２０で
あり、添加剤は実施例１で使用されたのと同一である。
実施例２は，ＵＳＰ Ｎｏ．５，１７１，７５６に従っ
て機械的に冷却サレたのに比較例２は冷却されなかっ
た。驚くべきことに、添加剤を加えた低インデックスフ
ォーム組成物は、より劣る製品とはならず、むしろいく
つかの物理的特性の点でいくらかの改善が見られた。 表２ フォームの配合物の 比較例２ 実施例２化学的成分 冷却 なし あり 水（全量） ６．５ ６．５ インデックス ８５ ８５ スズ ０．１３６８ ０．１３６８ アミン ０．０９ ０．０９ シリコン １．２ １．２ 添加剤 ５ ５ 塩化メチレン ３ ３ ＴＤＩ−８０ ６４．４ ６４．４ ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４を用いたフォームの物性 セルサイズ（ｍｍ） ５．２ ５．６ 密度（ｌｂｓ／ｆｔ^３） ０．９８ ０．９９ ２５％ＩＦＤ １８．３ １７．２ ％戻り ６０．５ ６３．３ 負荷比 （６５／２５） ２．１９ ２．１３ ５０％圧縮永久歪 １１．３ １６．５ ９０％圧縮永久歪 ２３．０ ２５．０空気流量（ｆｔ^３ｍ／ｆｔ^２） ９０．０ ９７．０ 本発明の特徴及び態様は以下のとおりである。

【００４３】１． （ａ）．４００ないし１５００の
当量を有し、そして呼称官能性が少なくとも２であるポ
リエーテルポリオール ．１．０ないし１２ｐｐｈｐの量の水 ．５０及び１５０の間のインデックスを確立するのに
十分な量の、１．５ないし６の間の平均官能性を有する
有機イソシアネート ．０．０００１ないし５重量％の界面活性剤 ．０．０００１ないし５重量％のポリウレタンフォー
ム触媒、及び ．０．１ないし４０ｐｐｈｐの、少なくとも２の反応
性官能基を有する架橋／増量剤を含んでなるフォーム加
工助剤からポリウレタンフォームを生成し、 （ｂ）発泡が起こった後該ポリウレタンフォームを機械
的に冷却することからなるポリウレタンスラブ材フォー
ムの製造方法。

【００４４】２． フォーム加工助剤が気泡連続剤を追
加的に含む上記１に記載の方法。

【００４５】３． 気泡連続剤がグリセロールの酸化ポ
リエチレン付加物である上記２に記載の方法。

【００４６】４． 架橋／増量剤に対する気泡連続剤の
重量比率が６：１ないし１：２の間である上記２に記載
の方法。

【００４７】５． 重量比率が３：１である上記４に記
載の方法。

【００４８】６． イソシアネートが２の平均官能数を
有する上記１に記載の方法。

【００４９】７． 架橋／増量剤が２５０グラム／モル
未満の分子量及び少なくとも３の反応性官能基を有する
上記１に記載の方法。

【００５０】８． 架橋／増量剤がヘキサヒドロキシ官
能分子である上記７に記載の方法。

【００５１】９． フォーム加工助剤が２，０００ない
し２０，０００の分子量及び５０ないし２，０００の当
量を有する上記１に記載の方法。

【００５２】１０． 機械的冷却が （ａ）ポリウレタンフォームの表面を除去し、フォーム
に流体を通過させる （ｂ）ポリウレタンフォームの表面にスリットを切断
し、ポリウレタンフォームに流体を通過させる、及び （ｃ）ポリウレタンフォームに穴をあけ、フォームに流
体を通過させることからなる群から選択される、請求項
１に記載の方法。

【００５３】１１． ポリウレタンフォームからのガス
の放出が生じ始めた後に機械的冷却が開始される上記１
に記載の方法。

【００５４】１２． 上記１に記載された方法により製
造されたポリウレタンフォーム。

【００５５】１３． （ａ）．４００ないし１５００
の当量を有し、そして呼称官能性が少なくとも２である
ポリエーテルポリオール ．１．０ないし１２ｐｐｈｐの量の水 ．９５ないし１１５の間のインデックスを確立するの
に十分な量の、２の平均官能性を有する有機イソシアネ
ート ．０．０００１ないし５重量％の界面活性剤 ．０．０００１ないし５重量％のポリウレタンフォー
ム触媒、及び ．０．１ないし４０ｐｐｈｐの、少なくとも２の反応
性官能基を有する架橋／増量剤を含んでなるフォーム加
工助剤からポリウレタンフォームを生成し、 （ｂ）発泡が起こった後該ポリウレタンフォームを機械
的に冷却することからなるポリウレタンスラブ材フォー
ムの製造方法。

【００５６】１４． フォーム加工助剤が気泡連続剤を
追加的に含む上記１３に記載の方法。

【００５７】１５． 気泡連続剤がグリセロールの酸化
ポリエチレン付加物である上記１４に記載の方法。

【００５８】１６． 架橋／増量剤に対する気泡連続剤
剤の重量比率が６：１ないし１：２の間である上記１４
に記載の方法。

【００５９】１７． 架橋／増量剤が２５０グラム／モ
ル未満の分子量及び少なくとも３の反応性官能基を有す
る上記１３に記載の方法。

【００６０】１８． 架橋／増量剤がヘキサヒドロキシ
官能分子である上記１７に記載の方法。

【００６１】１９． フォーム加工助剤が２，０００な
いし２０，０００の分子量及び５０ないし２，０００の
当量を有する上記１３に記載の方法。

【００６２】２０． 機械的冷却が （ａ）ポリウレタンフォームの表面を除去し、フォーム
に流体を通過させる （ｂ）ポリウレタンフォームの表面にスリットを切断
し、ポリウレタンフォームに流体を通過させる、及び （ｃ）ポリウレタンフォームに穴をあけ、フォームに流
体を通過させることからなる群から選択される、上記１
３に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチヤード・エム・ガーキン アメリカ合衆国ウエストバージニア州 25310クロスレインズ・ケンジントン5300 (72)発明者 グレゴリー・アラン・ピツクレル アメリカ合衆国ウエストバージニア州 25313クロスレインズ・アンリードライブ 5008

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）．４００ないし１５００の当量
   を有し、そして呼称官能性が少なくとも２であるポリエ
   ーテルポリオール ．１．０ないし１２ｐｐｈｐの量の水 ．５０及び１５０の間のインデックスを確立するのに
   十分な量の、１．５ないし６の間の平均官能性を有する
   有機イソシアネート ．０．０００１ないし５重量％の界面活性剤 ．０．０００１ないし５重量％のポリウレタンフォー
   ム触媒、及び ．０．１ないし４０ｐｐｈｐの、少なくとも２の反応
   性官能基を有する架橋／増量剤を含んでなるフォーム加
   工助剤からポリウレタンフォームを生成し、 （ｂ）発泡が起こった後該ポリウレタンフォームを機械
   的に冷却することからなるポリウレタンスラブ材フォー
   ムの製造方法。
2. 【請求項２】 （ａ）．４００ないし１５００の当量
   を有し、そして呼称官能性が少なくとも２であるポリエ
   ーテルポリオール ．１．０ないし１２ｐｐｈｐの量の水 ．９５ないし１１５の間のインデックスを確立するの
   に十分な量の、２の平均官能性を有する有機イソシアネ
   ート ．０．０００１ないし５重量％の界面活性剤 ．０．０００１ないし５重量％のポリウレタンフォー
   ム触媒、及び ．０．１ないし４０ｐｐｈｐの、少なくとも２の反応
   性官能基を有する架橋／増量剤を含んでなるフォーム加
   工助剤からポリウレタンフォームを生成し、（ｂ）発泡
   が起こった後該ポリウレタンフォームを機械的に冷却す
   ることからなるポリウレタンスラブ材フォームの製造方
   法。