JPH08183828A - Production of polyurethane foam - Google Patents

Production of polyurethane foam

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JPH08183828A
JPH08183828A JP32730894A JP32730894A JPH08183828A JP H08183828 A JPH08183828 A JP H08183828A JP 32730894 A JP32730894 A JP 32730894A JP 32730894 A JP32730894 A JP 32730894A JP H08183828 A JPH08183828 A JP H08183828A
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polyol
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water
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Hiroaki Sugita
浩昭 杉田
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2101/00Manufacture of cellular products

Abstract

PURPOSE: To produce a polyurethane foam having uniformity in cell diameter distribution. CONSTITUTION: The process comprises mixing at least two ingredients consisting of a polyisocyanate and a polyol and applying ultrasonic to the polyol before the mixing or to the polyisocyanate/polyol mixture.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ポリウレタンフォーム
の製造方法に関し、詳細には、セル径の分布が均一なポ
リウレタンフォームの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a polyurethane foam, and more particularly to a method for producing a polyurethane foam having a uniform cell diameter distribution.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、ポリウレタンフォームは断熱材、
クッション材等として広く実用化されている。このポリ
ウレタンフォームの特性はそのセルの大きさに大きく依
存している。例えば、ポリウレタンフォームの熱伝導率
は、セル径が小さい程小さいことが知られている。
2. Description of the Related Art Currently, polyurethane foam is a heat insulating material,
Widely used as a cushioning material. The properties of this polyurethane foam are highly dependent on its cell size. For example, it is known that the thermal conductivity of polyurethane foam is smaller as the cell diameter is smaller.

【0003】従来、このようなポリウレタンは、ポリイ
ソシアネート成分を含む液と、ポリオールを主成分と
し、発泡剤、触媒及び整泡剤を添加した液を用い、これ
らを混合することにより製造されている。発泡剤として
はいわゆるフロンと水が用いられ、それらの使用量によ
ってセルの大きさを調節していた。しかしながら、現
在、オゾン層破壊の観点からフロンの使用はきびしく制
限されるようになった。その結果、発泡剤として水のみ
を用いてポリウレタンを製造する際に、セルの大きさを
制御する様々な方法が提案された。
Conventionally, such a polyurethane is produced by mixing a liquid containing a polyisocyanate component, a liquid containing a polyol as a main component, a foaming agent, a catalyst and a foam stabilizer, and mixing them. . So-called CFCs and water were used as the foaming agent, and the cell size was adjusted depending on the amounts used. However, at present, the use of CFCs has been severely restricted from the viewpoint of ozone depletion. As a result, various methods have been proposed for controlling the cell size when producing polyurethane using only water as a blowing agent.

【0004】例えば、特開昭57−125225号明細書では、
整泡剤としてシリコーン系化合物、陰イオン系界面活性
剤、陽イオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤等を
ポリオール成分及びポリイソシアネート成分の両方に添
加することを特徴とする、ポリウレタンフォームの製造
方法を開示している。この方法において、ポリオール成
分とポリイソシアネート成分の混合により、発泡反応と
重合反応が同時に進行する。この反応の工程において、
水とポリイソシアネートとの反応により二酸化炭素が発
生し、フォームが形成される。この際に、上記整泡剤
は、その表面張力の強さによってフォーム中のセルの大
きさを制御している。
For example, in JP-A-57-125225,
Production of a polyurethane foam characterized by adding a silicone compound, an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, etc. as a foam stabilizer to both the polyol component and the polyisocyanate component. A method is disclosed. In this method, the foaming reaction and the polymerization reaction proceed simultaneously by mixing the polyol component and the polyisocyanate component. In the process of this reaction,
The reaction of water with polyisocyanate generates carbon dioxide, forming a foam. At this time, the foam stabilizer controls the size of cells in the foam by the strength of its surface tension.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリウ
レタンの製造に用いられるポリオール、特にポリエーテ
ルポリオールはその主鎖中のエーテル結合の電子供与性
が高く、従って発泡剤として用いられる水分子と水素結
合を形成する。その結果、ポリオール中には水が偏在す
ることになる。ポリオール中におけるこの発泡剤である
水の偏在は、発泡過程で形成されるセルの直径及び大き
さのばらつきを引起し、得られるポリウレタンフォーム
の物性の低下の一因となる。上記の整泡剤を使用するセ
ル径の制御は、不均一に分散した水の放出する二酸化炭
素をトラップする受動的なセル径の制御であり、水の分
布を均一にすることはできず、根本的な解決にはならな
い。さらに、整泡剤を添加するポリオール成分は、多成
分の混合系であるため粘度がかなり高く、従って発泡剤
である水を均一に分散させることは困難である。
However, polyols, particularly polyether polyols, used in the production of polyurethane have a high electron-donating property of the ether bond in the main chain, and therefore, the hydrogen bond with the water molecule used as the foaming agent is high. Form. As a result, water is unevenly distributed in the polyol. The uneven distribution of water, which is the foaming agent, in the polyol causes variations in the diameter and size of the cells formed during the foaming process, which contributes to the deterioration of the physical properties of the resulting polyurethane foam. The control of the cell diameter using the foam stabilizer is a passive control of the cell diameter that traps carbon dioxide released from the non-uniformly dispersed water, and the water distribution cannot be made uniform, It is not a fundamental solution. Further, the polyol component to which the foam stabilizer is added has a considerably high viscosity because it is a multi-component mixed system, and therefore it is difficult to uniformly disperse water as a foaming agent.

【0006】また、近年、例えば車両のシート等に用い
られるポリウレタンフォームにおいては、その軽量化の
観点から、フォームの低密度化が図られるようになって
きている。このような低密度のフォームにおいては、特
にセルの大きさの分布を均一にすることが必要であり、
従来の方法では満足な物性を有するフォームが得られな
かった。
Further, in recent years, in the case of polyurethane foam used, for example, in vehicle seats, the density of the foam has been reduced from the viewpoint of weight reduction. In such a low-density foam, it is particularly necessary to make the cell size distribution uniform,
Foams having satisfactory physical properties have not been obtained by conventional methods.

【0007】本発明は、物理的な力を加えることにより
ポリオール主鎖中のエーテル結合と水分子との水素結合
を切断し、ポリオール成分中の水を均一に分散させ、そ
の結果、セル径の分布が均一なポリウレタンフォームを
製造する方法を提供することを目的とする。
The present invention breaks the hydrogen bond between the ether bond and the water molecule in the polyol main chain by applying a physical force to uniformly disperse the water in the polyol component. It is an object of the present invention to provide a method for producing a polyurethane foam having a uniform distribution.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、ポリイソシア
ネート成分とポリオール成分の少なくとも2成分を混合
するポリウレタンフォームの製造方法において、ポリイ
ソシアネート成分と混合する前のポリオール成分に、又
はポリイソシアネート成分とポリオール成分の混合物
に、超音波を印加することを特徴とするものである。
The present invention provides a method for producing a polyurethane foam in which at least two components of a polyisocyanate component and a polyol component are mixed, in the polyol component before mixing with the polyisocyanate component, or in the polyisocyanate component. An ultrasonic wave is applied to the mixture of the polyol components.

【0009】[0009]

【作用】ポリオールとポリイソシアネートの反応前に、
ポリオール成分中の水に超音波を加えることにより、ポ
リオールの主鎖中のエーテル結合と水との間の水素結合
を切断し、水をポリオール成分中に均一に分散させるこ
とができる。その結果、均一なセル径分布を有するポリ
ウレタンフォームが得られる。
[Function] Before the reaction between the polyol and the polyisocyanate,
By applying ultrasonic waves to the water in the polyol component, the hydrogen bond between the ether bond in the main chain of the polyol and the water can be broken, and the water can be uniformly dispersed in the polyol component. As a result, a polyurethane foam having a uniform cell size distribution can be obtained.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段の補足説明】本発明におい
て、ポリイソシアネートとしては、ポリウレタンフォー
ムの製造において従来より用いられている、イソシアネ
ート基を2以上有する芳香族系、脂環族系、もしくは脂
肪族系のポリイソシアネート、又はこれらの混合物もし
くは変性体を用いることができる。その例としては、ト
リレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタン
ジイソシアネート(MDI)、ヘキサメチレンジイソシ
アネート(HMDI)等が例示される。
[Supplementary Explanation of Means for Solving the Problems] In the present invention, the polyisocyanate is an aromatic type, alicyclic type, or a fatty acid having two or more isocyanate groups, which is conventionally used in the production of polyurethane foam. Group-based polyisocyanates, or mixtures or modified products thereof can be used. Examples thereof include tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), hexamethylene diisocyanate (HMDI) and the like.

【0011】また、本発明において、ポリオールとして
は、ポリウレタンフォームの製造において従来より用い
られている、水酸基を2以上有する、多価アルコール、
グリコール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポ
リオール等、又はこれらの混合物を用いることができ
る。また、エチレングリコール、ジエタノールアミン、
トリエタノールアミン等をポリエーテルポリオールと共
に用いてよい。
In the present invention, the polyol is a polyhydric alcohol having two or more hydroxyl groups, which is conventionally used in the production of polyurethane foam,
Glycol, polyester polyol, polyether polyol, etc., or a mixture thereof can be used. In addition, ethylene glycol, diethanolamine,
Triethanolamine and the like may be used with the polyether polyol.

【0012】さらに、これらの成分に加え、ポリウレタ
ンフォームの製造において通常用いられる他の成分、例
えば触媒、整泡剤、その他の添加剤を用いてもよい。触
媒としては、例えば、活性水素含有基とイソシアネート
基の反応を促進させる有機スズ化合物等の金属化合物系
触媒、トリエチレンジアミン等の3級アミン触媒を使用
することができる。整泡剤としては、例えば、シリコー
ン系整泡剤、含フッ素化合物系整泡剤を用いることがで
きる。他の添加剤としては、例えば、充填材、安定剤、
着色剤、難燃剤等を用いることができる。これらの添加
剤はポリオール成分に加えられて用いられる。
In addition to these components, other components usually used in the production of polyurethane foam, such as catalysts, foam stabilizers and other additives may be used. As the catalyst, for example, a metal compound catalyst such as an organic tin compound that promotes a reaction between an active hydrogen-containing group and an isocyanate group, or a tertiary amine catalyst such as triethylenediamine can be used. As the foam stabilizer, for example, a silicone-based foam stabilizer and a fluorine-containing compound-based foam stabilizer can be used. Other additives include, for example, fillers, stabilizers,
Colorants, flame retardants and the like can be used. These additives are used in addition to the polyol component.

【0013】上記のように、本発明の方法では発泡剤と
して水を用いる。この水は偏在しているため、超音波に
よる物理的力を加えてポリオール内に均一に分布させ
る。超音波を印加する手段としては、超音波加振機、超
音波洗浄器等を用いることができる。この超音波のエネ
ルギーは、水分子を均一に分散させるために、好ましく
は20kHz 以上、より好ましくは50kHz 以上の周波数かつ
50〜100Wの出力を有する。
As described above, water is used as the foaming agent in the method of the present invention. Since this water is unevenly distributed, it is uniformly distributed in the polyol by applying a physical force by ultrasonic waves. As a means for applying ultrasonic waves, an ultrasonic vibrator, an ultrasonic cleaner, etc. can be used. The energy of this ultrasonic wave has a frequency of preferably 20 kHz or more, more preferably 50 kHz or more in order to uniformly disperse water molecules.
It has an output of 50 to 100W.

【0014】この超音波の印加は、ポリオール成分とポ
リイソシアネート成分の混合直前にポリオール成分に実
施することが好ましい。超音波の印加後、しばらく放置
しておくと、均一に分散した水分子が再び水素結合によ
ってポリオール内で偏在するからである。また、ポリオ
ールとポリイソシアネートは混合後にすみやかに重合反
応を開始するため、発泡がある程度進行した段階で超音
波を印加すると、形成したセルを破壊してしまう。従っ
て、混合後に超音波を印加する場合は混合直後に実施す
ることが好ましい。
It is preferable to apply the ultrasonic wave to the polyol component immediately before mixing the polyol component and the polyisocyanate component. This is because, if left for a while after the application of ultrasonic waves, the uniformly dispersed water molecules are unevenly distributed in the polyol again due to hydrogen bonding. Further, since the polyol and the polyisocyanate immediately start the polymerization reaction after mixing, if ultrasonic waves are applied at a stage where foaming has progressed to some extent, the formed cells will be destroyed. Therefore, when ultrasonic waves are applied after mixing, it is preferable to carry out immediately after mixing.

【0015】[0015]

【実施例】ポリオールA(平均分子量6000、平均官能基
数3のポリエーテルポリオール)75重量部、ポリオール
B(平均分子量5000、平均官能基数3のポリマーポリオ
ール)25重量部、水3.4 重量部、整泡剤(SZ1306)1.
0 重量部、触媒A(タブコ33LV)0.3 重量部、触媒B
(ポリキャット77)0.25重量部、触媒C(トヨキャット
ET)0.05重量部を混合してポリオール混合物を調製し
た。この混合物45g をビーカーに入れ、このビーカーを
25℃に温度調節した超音波洗浄器の槽内に入れ、45kHZ/
80W の超音波エネルギーを60秒間印加した。この混合物
を32.7g のMDI(NCO%=23.8%)と混合し、発泡
・重合反応させ、直径120mm 、高さ220mmのポリウレタ
ンフォームを得た。また、比較として、上記超音波印加
を行わないことを除き、同様にしてポリウレタンフォー
ムを製造した。
[Examples] 75 parts by weight of polyol A (a polyether polyol having an average molecular weight of 6000 and 3 average functional groups), 25 parts by weight of polyol B (a polymer polyol having an average molecular weight of 5000 and 3 average functional groups), 3.4 parts by weight of water, and foam stabilizer Agent (SZ1306) 1.
0 parts by weight, catalyst A (TABCO 33LV) 0.3 parts by weight, catalyst B
(Polycat 77) 0.25 parts by weight, catalyst C (Toyocat
ET) 0.05 part by weight was mixed to prepare a polyol mixture. Add 45g of this mixture to a beaker,
Put it in the tank of the ultrasonic cleaner whose temperature is adjusted to 25 ℃
Ultrasonic energy of 80 W was applied for 60 seconds. This mixture was mixed with 32.7 g of MDI (NCO% = 23.8%) and subjected to a foaming / polymerization reaction to obtain a polyurethane foam having a diameter of 120 mm and a height of 220 mm. For comparison, a polyurethane foam was produced in the same manner except that the above ultrasonic wave was not applied.

【0016】これらのフォームについて、各々、その任
意の部位より切り出したフォームのテストピースを走査
電子顕微鏡(SEM)にて写真撮影を行った。得られた
写真からセル径の分布を画像解析ソフトにより定量し
た。この結果を以下の表1に示す。
With respect to each of these foams, a test piece of the foam cut out from an arbitrary portion thereof was photographed with a scanning electron microscope (SEM). From the obtained photographs, the distribution of cell diameters was quantified with image analysis software. The results are shown in Table 1 below.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】この表より、ポリオール混合物に超音波を
印加することにより、平均セル径が小さくかつその分布
がより均一であるポリウレタンフォームが得られること
がわかる。
From this table, it is understood that by applying ultrasonic waves to the polyol mixture, a polyurethane foam having a small average cell diameter and a more uniform distribution can be obtained.

【0019】さらに、これらのフォームについて、80℃
における耐熱圧縮永久歪み、すなわち50%圧縮後の残留
歪みを測定した。超音波を印加しない場合の8.4 に対
し、超音波を印加した場合7.1 となり、圧縮永久歪み
(へたり特性)がほぼ15%向上した。これは、超音波印
加によりセル径の分布が均一となり、セルにより形成さ
れるフォームの骨格がより均一化し、変形応力の分散特
性が向上し、フォーム全体で荷重を分担することによ
り、応力集中による局部変形が低下し、永久歪みが低下
したと考えられる。
Furthermore, for these foams, 80 ° C
Heat-resisting compression set, ie, residual strain after 50% compression was measured. It was 7.1 when ultrasonic waves were applied, compared with 8.4 when ultrasonic waves were not applied, improving compression set (sag characteristic) by almost 15%. This is because the distribution of the cell diameter becomes uniform by the application of ultrasonic waves, the skeleton of the foam formed by the cells becomes more uniform, the dispersion characteristics of deformation stress are improved, and the load is shared by the entire foam, which results in stress concentration. It is considered that the local deformation decreased and the permanent set decreased.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、セル径の
分布が均一な、物性の均質なポリウレタンフォームが得
られる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a polyurethane foam having a uniform cell diameter distribution and uniform physical properties.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポリイソシアネート成分とポリオール成
分の少なくとも2成分を混合するポリウレタンフォーム
の製造方法において、ポリイソシアネート成分と混合す
る前のポリオール成分に、又はポリイソシアネート成分
とポリオール成分の混合物に、超音波を印加することを
特徴とする方法。
1. A method for producing a polyurethane foam in which at least two components of a polyisocyanate component and a polyol component are mixed, ultrasonic waves are added to the polyol component before mixing with the polyisocyanate component or to the mixture of the polyisocyanate component and the polyol component. Applying a voltage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2005121053A1 (en) * 2004-06-14 2005-12-22 Agrium Inc. Process and apparatus for producing a coated product
US9878959B2 (en) 2004-11-30 2018-01-30 Agrium Inc. Process and apparatus for coating a controlled release product in a rotating drum

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