JPH0755975B2 - 軟質ポリウレタンフォームの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軟質ポリウレタンフォームの製造方法、より
詳述すれば、ポリヒドロキシ化合物とポリイソシアネー
ト化合物を触媒、発泡剤及び気泡安定剤の存在下で反応
させる軟質ポリウレタンフォームの製造方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

軟質ポリウレタンフォームは、優れた弾力性を有してい
るため、家具や自動車等のクッション及び背当材等に幅
広く使用されているが、モールドフォームはほとんどが
自動車用である。

軟質ウレタンのモールドフォームを生産する技術は、コ
ールドキュア法とホットキュア法に大別されるが、これ
らはそれぞれ、下記の如く、一長一短がある。即ち、コ
ールドキュア法で得られるフォームは通称HR（High Res
ilience）フォームと呼ばれ、高い反発弾性やSAG係数等
の優れた物性を有し、しかも成型面では低温でキュアリ
ングでき、かつ、キュアリングタイムが短い、また、フ
ォームにクラックや収縮が起り難く、製品の歩留り（収
率）が高いという特長を持つ反面、特にフォームを低密
度化すると、ウエットセットが極端に悪くなるので、高
密度のクッション用にしか使用できないという欠点があ
る。

他方、ホットキュア法では、成型時のキュアリング温度
が高く、時間は長く必要であり、触媒量の過不足、金型
の温度変化、及び型状変化によって、クラック、収縮、
ルーズスキンといった欠陥が発生しやすく、製品の歩留
りが低いという欠点があるが、コールドキュア法より圧
縮永久歪（特にウエットセット）に優れた低密度製品が
得られる特長がある。

従って、この方法で得られるフォームは、低密度フォー
ムは背当材に、中〜高密度フォームはクッション用に各
々利用されている。

近年の傾向として、自動車用のクッション及び背当材
は、社内の居住性、快適性を限りなく追求するあまり、
製品収率が低下しており、特に成型性のやや劣るホット
キュアでは、歩留まり向上が大きな課題となってきた。
収率低下の原因は、各種のインサート材が数多く使用さ
れ、加えて製品型状が益々複雑化したことと、特に三つ
割タイプの金型に見られる同一型内における型温が部分
的にバラつくことに起因すると考えられる。

また、背当材に使用される低密度低硬度フォームは、ほ
とんどがフロン（クロロフルオロカーボン、CFC）を配
合して生産されてきたため、フロンの使用規制の実施に
伴って、フロンを使用しない（又はその使用量を大幅に
削減できる）製法の開発が重要なテーマとなってきてい
る。また、低密度低硬度フォームを得るためには、長い
キュアリングタイムが必要であり、ウエットセットが悪
くなるという問題点もあった。

そこで、次の如き性能を兼ね備えた、即ち 複雑型状製品でも良好な収率が得られ キュアリング・タイムが短く 低密度化してもフォーム物性（特にウエットセッ
ト）が良好で 低硬度フォームの生産において、フロンを使用しな
いか又はその使用を大幅に削減でき 原料注入時の型温を上昇して、生産工程の省略化及
び低密度化が可能な 軟質ポリウレタンフォームの製造方法が開発できれば、
工業的に多大のメリットが期待できる。

上記〜に関して、各々単独の課題については、これ
までにも、いくつかの解決法が提案されている（例え
ば、については特開昭50−1197号公報、同昭57−5715
号公報、については特開昭54−37198号公報、につ
いては特公平１−31536号公報、特開昭57−162714号
公報、特開平１−115919号公報、については特開昭56
−67330号公報、同昭57−195725号公報及び同59−10012
5号公報等）が、〜の課題をすべて同時に解決でき
る方法は全く提案されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前述の如き〜の課題を全て解決し、製品
形状や用途に関係なく、フォーム物性に優れた軟質ポリ
ウレタンフォームを、極めて効率よく製造できる方法を
提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ポリヒドロキシ化合物とポリイソシアネート
化合物を、触媒、発泡剤及び気泡安定剤の存在下で反応
させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法におい
て、特定のポリヒドロキシ化合物及び特定の気泡安定剤
を使用することによって、上記課題を解決した。

即ち、本発明では A.ポリヒドロキシ化合物として、 水酸基価 35〜75mgKOH/g エチレンオキサイド含量 25〜60重量％ 全OH基中、末端一級OH基 40モル％以上 を有するポリエーテルポリオールを使用し、 B.気泡安定剤として下記式で表される化合物 （ただし、Ｒは脂肪族不飽和を含まない１価の単価水素
基を表し、Y:−CH₂CH₂−、−CH₂CH₂CH₂−、−CH₂CH₂CH₂
CH₂−、−（CH₂）₂CO−及び−（CH₂）₃NHCO−からなる
群から選ばれる２価の有機基を表し、ａは６以上の整数
を表し、ｂは４以上の整数を表し、Ｑは（C₂H₄O）_ｘ・
（C₃H₆O）_ｙを表し、ｘ及びｙはそれぞれ０又は１以上
の整数で、ｘ＋ｙが４以上の整数である）を、上記ポリ
エーテルポリオール100重量部当り0.3重量部以上の割合
で使用することを特徴とする。

本発明で使用するポリヒドロキシ化合物、即ちポリエー
テルポリオールは、２個以上の活性水素を有する出発物
質に、塩基性触媒の存在下、アルキレンオキサイドを付
加重合して得られるものであるが、この出発物質として
は、例えば、プロピレングリコール、エチレグリコー
ル、ブタンジオール、ヘキサンジオール、グリセリン、
トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペン
タエリスリトール、ジグリセリン、ソルビトール、シュ
ガー等の多価アルコール類、モノエタノールアミン、ジ
エタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジ
アミン、トリエチレンジアミン等のアミン類等がいずれ
も使用できる。特に好ましい出発物質は、グリセリンや
トリメチロールプロパン等のように活性水素を３個有す
る化合物である。

次に、アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサ
イド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、ス
チレンオキサイド等がいずれも使用できるが、最も好ま
しい例はエチレンオキサイド（以下、EOと略す）と、プ
ロピレンオキサイド（POと略す）である。

EOと他のアルキレンオキサイドを重量比率で25〜60:75
〜40の割合で使用するのが好ましく、EOを分子の非末端
位に０〜30重量％ランダム又はブロック状に付加重合
し、分子の末端に４〜30重量％ブロック状に付加重合し
て、全EO量が25〜60重量％となるようにするのが好適で
ある。

ポリエーテルポリオールの水酸基価は35〜75mgKOH/g、
好ましくは45〜60mgKOH/gとなるようにし、また全OH基
の40モル％以上が末端一級OH基となるようにする。末端
一級OH基が50〜85モル％となるようにするのが、特に好
ましい。

なお、エチレンオキサイド含量が25重量％より少ない場
合には、得られるフォームは独泡となり、圧縮永久歪や
反発弾性が悪く、またエチレンオキサイド含量が60重量
％より多い場合には、フォームのセルが粗くなり、とき
には崩壊する。

また、末端一級OH基が４モル％より少ない場合、フォー
ムのスキンが弱く、キュアリングタイムも長くなり、実
用性に乏しいものとなる。

更に、水酸基価については35mgKOH/gより低い場合、フ
ォームの外観は良好であるが、圧縮永久歪が悪くなり、
クッション材として適したフォームが得られない。逆に
水酸基価が75mgKOH/gより高い場合は、セルオープン
性、反発弾性、圧縮永久歪が悪く、これもまた良いフォ
ームが得られない。

次に、本発明では、前述の如く、下記一般式で表される
化合物を気泡安定剤として使用するが、 一般式中、（R₂SiO）aR₂Siの分子量が500〜10,000で、
含有率が20〜50重量％であるのが好ましく、またＱが、
分子量300〜10,000で、含有率は80〜50重量％の割合で
含まれるのが好ましい。Ｙは−CH₂CH₂−、−CH₂CH₂CH₂
−、−CH₂CH₂CH₂CH₂−、−（CH₂）₂CO−又は−（CH₂）₃
NHCO−であり、またＲは脂肪酸不飽和結合を含まない一
価の炭化水素で炭素数１〜20のもの、特にCH₃などの低
級アルキル基又はフェニル基であるのが好ましい。ま
た、Ｑは前述の如く、（C₂H₄O）_ｘ又は（C₃H₆O）_ｙの単
独、又はこれらの組み合わせからなるオキシアルキレン
基であるが、特にｘ及びｙそれぞれ１以上の整数で、ｘ
＋ｙが４以上であるのが好ましい。なお、気泡安定剤の
分子量は30,000以上であるのが好ましく、上限は特に限
定されない。

なお、一般式のR,Y,a,b,Q,x,yが前記規定の範囲から外
れた場合は、フォーム表面の荒れ、クラック、崩壊、収
縮等を生じたり、正常なフォームが得られないか、仮に
良好なフォームが得られてもフォーム硬度が高くなり過
ぎたり、反発弾性や圧縮永久歪が悪くなるなど、実用性
に欠けるフォームしか得られない。

次に、気泡安定剤の配合量は、ポリエーテルポリオール
100重量部当り0.3重量部以上で、0.5〜３重量部である
のが好ましい。0.3重量部以下ではフォームのセルが粗
くなったり、クラック、崩壊等が起こる。必要に応じ
て、前記一般式で表される化合物に、当業界で一般に用
いられる気泡安定剤、例えば、下記一般式で表される化
合物 ただし、R:脂肪族不飽和を含まない１価の炭化水素基 ｘ＋y:30〜60 x/（ｘ＋ｙ）:0.4〜0.6 Y:2価の有機基 ａ＋b:20〜110 b/（ａ＋ｂ）:0.06〜0.25 を併用してもよい。

本発明に使用される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、フェニレンジイソシア
ネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等があり、
触媒としてはトリエチレンジアミン及びそのギ酸塩、ジ
メチルエタノールアミン、テトラメチルヘキサメチレン
ジアミン、Ｎ−メチルモルフォリン、Ｎ−エチルモルフ
ォリン等のアミン系触媒、スタナスオクトエート、ジブ
チルチンジラウレート等の錫系触媒が挙げられる。ま
た、発泡剤としては通常水を用いるが、場合によっては
トリクロロフルオロメタン、ジクロロフルオロメタン、
メチレンクロライド等の低沸点溶剤を配合することも可
能で、その他、必要により顔料、難燃剤、帯電防止剤、
架橋剤等の添加剤も加えることができ、ポリエーテルポ
リオールと気泡安定剤以外の原料及び成型方法について
は、特に限定されるものではない。

軟質ポリウレタンフォームの製造方法は、従来公知の方
法がいずれも適用できる。

このようにして、本発明で得られるポリウレタンフォー
ムは、圧縮永久歪（特にウェットセット）が極めて良好
であるので、従来のホットキュア法より更に低密度化で
き、また、硬度を低くすることもできるのでフロンを全
く使用しないか、又はその使用を大幅に削減しても実用
性ある低硬度フォームの生産が可能となる。

更に、本発明は従来法に比べ触媒範囲や原料注入時の金
型温度範囲が極めて広いため、従来法の如く触媒量や金
型温度の厳密な管理が不要となり、作業性に優れている
だけでなく、キュアリングタイムが早いので生産性が大
幅に向上する。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例によって更に詳細に説明する。以
下に部又は％として示す値は、特に断らない限り重量部
又は重量％を示す。

実施例１〜９及び比較例１〜９ 実施例及び比較例で使用するポリエーテルポリオール及
び気泡安定剤（表１及び２参照）を、公知の方法により
作成した。

次に、ポリエーテルポリオール100部、気泡安定剤1.2
部、水5.0部、TEDA−L33（東ソ−製、トリエチレンジア
ミンの33％ジプロピレングリコール溶液）0.3部、スタ
ナスオクトエート0.13部の割合で容器に入れ、容器内の
温度を22℃に調節した。次にタービン型攪拌機を用い35
00rpmで40秒間予備混合した後、22℃のTD1−80（三菱化
成製トリレンジイソシアネート）を化学量論量（NCOind
ex 100）加え、５秒間撹拌し、予め40℃に温調した400
^(W)×400^(L)×100^(H)mmのアルミニウム製金型に注入し
てフォーム化した。

TD1−80を添加して約100秒後に、金型への充填を終了し
た。次いで170℃の熱風オーブンに該金型を８分間入れ
てキュアリングを行い、軟質ポリウレタンモールドフォ
ームを得た。

このフォームをJISK−6401に従いフォーム物性を測定
し、フォームの状態を調べた。その結果を各実施例及び
比較例で使用したポリエーテルポリオールの種類などと
共に表−３に示す。

実施例10〜17−触媒量の試験− 触媒量以外は実施例７と同じ方法でフォーム化を行い、
触媒量とフォーム物性、及びフォーム状態の関係を求め
た結果を表−４に示した。

比較例10〜15−触媒量の試験− 触媒量以外は比較例１と同じ方法にてフォーム化を行
い、触媒量とフォーム物性及びフォーム状態の関係を求
めた結果を表−５に示した。

実施例18〜22比較例16〜19−金型温度幅の試験− 実施例２及び比較例１と同じ条件にて原料注入時の金型
温度のみ変化しフォーム化を行った。得られたフォーム
は外観とさらに切断し、コアの状態のみ調べ、その結果
を表−６に示した。

実施例23〜24、比較例20−キュア性試験− 実施例２及び16、比較例１と同じ条件にてキュアリング
タイムのみ変化し、フォーム化を行った。金型より脱型
したときのフォーム状態のみ調べ表−７に示した。

実施例25〜28、比較例21−気泡安定剤の混合試験− 気泡安定剤の種類及び量以外は、実施例１と同じ方法に
てフォーム化を行い、フォーム物性及びフォーム状態を
調べ、表−８に示した。

実施例29及び比較例22−成型性試験− 発泡機を用いて、発泡用金型を最も良好フォームが得に
くい複雑型状タイプに代えて成型性テストを行い、得ら
れたフォームの不良率を調べ、その結果を表−９に示し
た。

表３〜９の結果から、次のことがわかる。

フォーム物性 実施例１〜９、比較例１〜９（表−３） 本発明に従った実施例では、硬度が４〜5Kg低く、圧縮
永久歪（特にウェットセット）が極めて優れた製品を得
ることができ、ノンフロン化又はフロンの使用が大幅削
減可能となり、更に低密度化も可能となる。実施例での
ウェットセット値は従来技術によるとコア密度値で35Kg
/m³に相当する。

触媒量の管理幅 実施例10〜17、比較例10〜15（表−４、５） 本発明の方法では、従来法より比較にならない程広いこ
とが分かる。

金型温度の管理幅 実施例18〜22、比較例16〜19（表−６） 従来法では40℃前後に限られるの対し、本発明の方法で
は、30〜60℃という広範な温度範囲で良好な結果が得ら
れている。

キュアリング性 実施例23〜24、比較例20（表−７） 本発明の実施例では、従来法より約1/2の時間で脱型可
能、工程のスピード化が図れる。

成型性（歩留り） 実施例29、比較例22（表−９） 従来法では約半数に何等かの欠陥あるフォームが出来た
のに対し、本発明の方法では不良率が僅か２％以下とな
り、極めて優れていた。

発明の効果 本発明の方法では、フォーム密度を低下すると、圧縮永
久歪（特にウェットセット）が悪くなるという当業界の
常識を破り、圧縮永久歪の良好な低密度軟質ポリウレタ
ンフォームの製造が可能となる。また、キュアリング性
の良いものは硬度が高くなり、触媒幅や型温幅が狭く、
かつ、製品歩留りが低下する等の常識も打破り、非常に
良好な物性を有するフォームを、短時間で安定して生産
できる。

更に、フロンを使用しないでも柔らかいフォームが得ら
れるので環境保全にも寄与できる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 75:08 (56)参考文献 特開 平１−259022（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−64620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−71715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−15997（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−106822（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−162715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−93098（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−41997（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−99298（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−21297（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−91997（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−275741（ＪＰ，Ａ) 特公 昭44−16914（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許2917480（ＵＳ，Ａ) 英国特許1220471（ＧＢ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリヒドロキシ化合物とポリイソシアネー
   ト化合物を、触媒、発泡剤及び気泡安定剤の存在下で反
   応させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法にお
   いて、 A.ポリヒドロキシ化合物として、 水酸基価 35〜75mgKOH/g エチレンオキサイド含量 25〜60重量％ 全OH基中、末端一級OH基 40モル％以上 を有するポリエーテルポリオールを使用し、 B.気泡安定剤として下記式で表される化合物 R:脂肪族不飽和を含まない１価の炭化水素基 n:2〜４の整数 y:4以上の整数 b:4以上の整数 a:6以上の整数 Y:−CH₂CH₂−、−CH₂CH₂CH₂−、−CH₂CH₂CH₂CH₂−、−
   （CH₂）₂CO−及び−（CH₂）₃NHCO−からなる群から得ら
   ばれる２価の有機基 を上記ポリエーテルポリオール100重量部当り0.3重量部
   以上の割合で使用することを特徴とする軟質ポリウレタ
   ンフォームの製造法。