JPH09132629A - 表皮一体型軟質ポリウレタン発泡体の製造方法 - Google Patents

表皮一体型軟質ポリウレタン発泡体の製造方法

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JPH09132629A
JPH09132629A JP7315899A JP31589995A JPH09132629A JP H09132629 A JPH09132629 A JP H09132629A JP 7315899 A JP7315899 A JP 7315899A JP 31589995 A JP31589995 A JP 31589995A JP H09132629 A JPH09132629 A JP H09132629A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩化ビニル系樹脂表皮材を用いる表皮一体型
ポリウレタン発泡体製造において表皮との発泡接着に優
れかつガス抜け性に優れた複雑な工程を要しない製法を
提供する。 【解決手段】 ジフェニルメタンジイソシアネート系ポ
リイソシアネート、少なくともエチレンオキサイド比率
が50モル%の特定のポリエーテルポリオール、特定のジ
オール成分からなる共重合ポリエステルポリオールの反
応により得られるプレポリマーとポリオール、架橋剤、
発泡剤、整泡剤、触媒からなる液を注入して表皮一体型
軟質ポリウレタン発泡体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は表皮一体型軟質ポリ
ウレタン発泡体の製造方法に関するものであり、更に詳
しくは表皮の軟質塩化ビニル系樹脂との接着性に優れか
つ通気性に優れた表皮一体成形用の軟質ポリウレタン発
泡体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】真空成形や粉末スラッシュ成形により得
られる軟質の塩化ビニル系樹脂の表皮を予め型内にセッ
トし、そこへポリウレタン発泡液を注入して得られる表
皮一体成形軟質ポリウレタン発泡体は、発泡体成形後に
表皮を接着加工する方法に比べて工程が簡略化でき、ま
た複雑な形状品の成形が可能なためヘッドレスト、クラ
ッシュパッド、インストルメントパネル、コンソールボ
ックスカバーなどの自動車用内装品に適用されている。
その場合まず表皮材と発泡体の接着力が要求される。表
皮一体成形で塩化ビニル系表皮とポリウレタン発泡体と
の接着性をポリウレタン組成で向上させる従来技術とし
て特開昭63−99245でポリオール成分にエポキシ
化脂肪酸エステルを配合する方法、特開昭64−202
22でポリオール成分にポリエステルポリオールを一部
配合する方法、特開昭62−99535ではジフェニル
メタンジイソシアネート系ポリイソシアネートとポリエ
ステルポリオールからなるプレポリマーをポリイソシア
ネート成分として用いる方法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし近年、表皮材は
ソフト化の傾向にあり、この場合多量の可塑剤が使用さ
れているため接着がより困難になってきているため従来
より接着力が高くかつ全体に均一な接着性を示すポリウ
レタン発泡処方が望まれている。更にできるだけ後加工
での外観を損なわないようにするためにポリウレタン発
泡液の注入孔は小さい方が望ましい。その場合、発泡体
の通気性が悪いと脱型時までに発生ガスが型外へ抜け
ず、表皮との接着性が弱い場合や接着力が全体で均一で
ない場合はガスが表皮と発泡体の界面全体や接着が弱い
界面に部分的に溜まり脱型時に表皮のみが全体的にまた
は部分的に膨れて剥離し易い。また接着性がある程度良
好でも接着ムラがあると上記の部分剥離とともに、ガス
が表皮に近い所に溜まり、表皮にフォームが薄く付いた
状態で脱型時に表皮が膨れてセル破壊してしまう不良が
生じやすい。そこでガス抜き対策として注入口を大きく
する方法、別にガス抜き箇所を設ける方法、表皮に予め
針状の物で微細な穴を開けておき後から修復する方法、
注入直後から注入口にパイプを突き刺しガスを抜くなど
の方法、またこれらの方法とともに接着力が完全に発現
されるまで脱型時間を従来より長くして硬化させるなど
の対処をしなければならなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、特定組成のポリウレタン液を用いることによりソ
フトな塩化ビニル系樹脂表皮材との均一接着良好でさら
に通気性に優れているため複雑な工程を要さない表皮一
体型軟質ポリウレタン発泡体の製造方法を見いだした。
すなわち本発明は、軟質の塩化ビニル系樹脂表皮材を予
めセットした型内に有機ポリイソシアネート、ポリオー
ル、架橋剤、発泡剤、整泡剤、触媒からなる液を注入し
て表皮一体型軟質ポリウレタン発泡体を製造する方法に
おいて該有機ポリイソシアネートが2,4′−異性体を
5〜70%含有するジフェニルメタンジイソシアネート
(以下、MDIと略す)50〜80重量%、官能基数3
以上のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート
(以下、ポリメリックMDIと略す)10〜30重量
%、少なくともエチレンオキサイド比率が50モル%以
上の官能基数2〜3、平均分子量1000〜4000の
エチレンオキサイド/プロピレンオキサイドランダム共
重合ポリエーテルポリオール5〜20重量%、少なくと
も2種が直鎖状に炭素数4〜6を有する脂肪族ジオール
とジカルボン酸から得られる平均分子量1000〜30
00の共重合ポリエステルポリオール1〜5重量%から
なるプレポリマーであり、水を唯一の発泡剤であること
を特徴とする表皮一体型軟質ポリウレタン発泡体の製造
方法、さらに、上記ポリオールが重合体粒子5〜15重
量%含有の官能基数3〜4、平均ヒドロキシル当量10
00〜3000のポリエーテルポリオールであることを
特徴とする前記方法、および、直鎖状に炭素数4〜6を
有する該脂肪族ジオールの少なくとも1種はさらに炭素
分岐構造を有し、少なくとも1種は直鎖状炭素のみから
なることを特徴とする前記方法も本発明である。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明をさらに詳しく説明する。
本発明に使用される有機ポリイソシアネートは2,4′
−異性体を5〜70%含有するMDI50〜80重量
%、官能基数3以上のポリメリックMDI10〜30重
量%をプレポリマー原料としているが、2種以上のMD
I系原料を混合して上記組成に調整することもできる。
プレポリマー合成法としては特に制限されるものではな
くイソシアネート原料とポリオール原料を全量仕込みプ
レポリマー化する方法、イソシアネート原料の一部とポ
リオール原料を反応させてから残りのイソシアネート原
料を混合する方法などが適用できる。
【0006】プレポリマー合成に使用されるポリエーテ
ルポリオールとしては少なくともエチレンオキサイド比
率が50モル%以上の官能基数2〜3、平均分子量10
00〜4000のエチレンオキサイド/プロピレンオキ
サイドランダム共重合ポリエーテルポリオールであり、
さらに好ましくは官能基数2、平均分子量1000〜3
000、オキシエチレンユニット60〜90重量%含有
のランダム共重合ポリエーテルジオールである。プレポ
リマー中の使用量は5〜20重量%である。これらの特
定組成のイソシアネートおよびポリエーテルポリオール
を原料としたプレポリマーを用いることにより均一で安
定なセル構造を有し、かつ通気性に良好な特性を与える
のに対し、ポリエステルオリオール変性は接着性能を高
める役目が大きい。従来からポリエーテルベースのポリ
ウレタンよりポリエステルベースのポリウレタンの方が
軟質塩化ビニル系樹脂との相溶性、接着性面で良好なこ
とは知られていたが、どのような構造のポリエステルが
本発明のような製造法に適しているのか知られてなかっ
た。検討の結果、炭素数4〜6の直鎖状の脂肪族ジオー
ル単品からなるポリエステルポリオール変性プレポリマ
ーが塩化ビニルとの接着強さが高いことを見いだした。
炭素数がこれより低いと塩化ビニル中の可塑剤ブリード
を止められず、炭素数が多すぎるとワックス効果が強く
なりすぎるためと推定される。しかしながら、これらの
ポリエステルポリオールをプレポリマ−変性に用いた場
合、部分的に接着不良を生じ易いともに発泡体セルが乱
れ、発泡体物性に悪影響を及ぼす。これはポリエステル
成分の発泡体マトリックスへの相溶性が悪いためと推定
される。そして鋭意検討の結果、以下のポリエステルポ
リオールをプレポリマー成分に用いることにより接着強
度を維持しかつ均一な接着能力を示しかつセル構造も良
好な組成を見いだした。すなわちプレポリマー合成に使
用されるポリエステルポリオールとしては少なくとも2
種が直鎖状に炭素数4〜6を有する脂肪族ジオールとジ
カルボン酸の重縮合反応により得られる官能基数2〜
3、平均分子量1000〜3000の共重合ポリエステ
ルポリオールである。
【0007】直鎖状に炭素数4〜6を有する脂肪族ジオ
ールとしては、1,4−ブタンジオール、1,5−ペン
タンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル
−1,5−ペンタンジオール等が挙げられる。その他の
ポリオールも必要に応じポリオール成分中30モル%以
内の使用量で併用することができる。併用できるポリオ
ールとしてはエチレングリコール、1,2−プロピレン
グリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリ
コール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−
エチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール、1,
9−ノナンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3
−ペンタンジオール、1,4−シクロヘキサンジオー
ル、1,4−シクロヘキサンジメタノール等のジオー
ル、グリセリン、トリメチロールプロパン等のトリオー
ルが挙げられる。これらのポリオールの中で好ましくは
直鎖状に炭素数4〜6を有する該脂肪族ジオールの少な
くとも1種はさらに炭素分岐構造を有し、少なくとも1
種は直鎖状炭素のみからなるポリオールの組み合わせで
ある。これは接着力に寄与する直鎖状の炭素数を変えず
に接着力を維持しつつポリエステルポリオールの結晶性
を抑制し、かつ発泡体マトリックスとの相溶性がより高
まっているためと考えられる。
【0008】本発明に使用できるジカルボン酸としては
コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼ
ライン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル
酸、マレイン酸、フマル酸、ダイマー酸などが挙げられ
る。好ましいジカルボン酸は4〜6のメチレン基数を有
するジカルボン酸であり、特に好ましくはアジピン酸で
ある。
【0009】なお本発明のポリエステルポリオールをプ
レポリマー化せずにポリオール成分に加えた場合、接着
強度低下が生じるとともに発泡体セルが不安定になる。
これはウレタン結合を介さずにポリエーテルポリオール
とポリエステルポリオールが直接混合の不均一系となり
接着性、セル安定性に悪影響しているためと思われる。
また液の経時により反応性が低下しキュア性が悪化する
傾向になるが、これは本発明では発泡剤に水を使用して
おりそのためエステル結合が加水分解して酸が生成して
いるためと考えられる。本発明のプレポリマーのNCO
含量は15〜31%であることが好ましい。
【0010】本発明に使用されるポリオールは末端水酸
基を有するポリエーテルポリオールであり、その例とし
ては水、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチ
ロールプロパン、ペンタエリスリトール、αーメチルグ
リコシド、ショ糖などのポリオール類、あるいはジエタ
ノールアミン、トリエタノールアミン、トリプロパノー
ルアミンなどのアミノアルコール類、あるいはエチレン
ジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、トリエチレンテ
トラアミン、アニリン、トルイレンジアミン、メチレン
ビスアニリンなどのアミン類にエチレンオキサイド、プ
ロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドを付加
して得られるポリオール類及びこれらポリエーテルポリ
オール中でアクリルニトリル、スチレン、メチルメタア
クリレートなどのエチレン性不飽和単量体を重合して得
られる粒子分散型のいわゆるポリマーポリオールを用い
ることができる。
【0011】本発明においては重合体粒子分散型ポリエ
ーテルポリオールが好ましく、この場合、粒子分散型ポ
リエーテルポリオール単独または重合体粒子を含まない
ポリエーテルポリオールとの混合物でも良く、平均的に
粒子重合体を5〜15重量%含有し、官能基数3〜4、
平均ヒドロキシル当量1000〜3000のポリエーテ
ルポリオールが特に好ましい。粒子重合体は通気性を向
上させるとともに本発明の有機ポリイソシアネートとの
組み合わせで特に接着性能に影響することを見いだし
た。すなわち本発明の有機ポリイソシアネートを用いる
ことにより接着ムラがない均一な接着性が得られること
に対し、特定濃度の粒子重合体含有ポリエーテルポリオ
ールはその剥離強度を向上させる効果が大きいことを見
いだした。粒子重合体濃度が低すぎるとその効果が小さ
く逆に重合体粒子濃度が高すぎると接着ムラが生じ易く
なる。これは粒子重合体がある濃度で接着界面の補強効
果の役割をしているがそれ自体の接着能力は低いためと
推定される。
【0012】本発明に使用される架橋剤は平均分子量5
00以下の低分子ポリオール、ポリアミン又はアルカノ
ールアミンであり、具体例としてはエチレングリコー
ル、1,2−プロピレングリコール、ジエチレングリコ
ール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブタンジオー
ル、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオ
ール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,9
−ノナンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、
1,4−シクロヘキサンジメタノール、グリセリン、ト
リメチロールプロパン、モノエタノールアミン、N−メ
チル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、ヘキサメチレンジアミン、キシレンジア
ミン、イソホロンジアミン、トリレンジアミン、ジエチ
ルトリレンジアミン、メチレンビスアニリン、4,4′
−ビス(ブチルアミノ)ジフェニルアミン及びそのエチ
レンオキサイド、プロピレンオキサイドの付加体などが
挙げられる。架橋剤の使用量は前述のポリエーエルポリ
オール100重量部に対し0.〜5重量部が好ましい。
【0013】本発明に使用される発泡剤はNCO基と水
との反応で発生する炭酸ガスにより発泡させるものであ
る。使用水量は発泡体の設定密度によるが通常前述のポ
リエーエルポリオール100重量部に対し2〜5重量部
の範囲で使用される。なお付加的にガスローディング装
置を用いて原液中に空気、窒素、二酸化炭酸などのガス
を混入溶解させ成形することもできる。
【0014】本発明に使用される触媒としては当業界で
公知の各種ウレタン化触媒を用いることができる。代表
例としてはトリエチルアミン、トリプロピルアミン、ト
リブチルアミン、N−メチルモルホリン、N−エチルモ
ルホリン、ジメチルベンジルアミン、N,N,N′,
N′−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、N,N,
N′,N′,N″−ペンタメチルジエチレントリアミ
ン、ビス−(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ト
リエチレンジアミン、1,8−ジアザ−ビシクロ(5,
4,0)ウンデセン−7、1,2−ジメチルイミダゾー
ル、1−ブチル−2−メチルイミダゾールなどの三級ア
ミン、ジメチルエタノールアミン、N−トリオキシエチ
レン−N,N−ジメチルアミン、N,N−ジメチル−N
−ヘキサノールアミンなどの反応型三級アミン又は、こ
れらの有機酸塩、スタナスオクトエート、ジブチルチン
ジラウエート、ナフテン酸亜鉛などの有機金属化合物な
どが挙げられる。
【0015】本発明に使用される整泡剤は当業界で公知
の有機珪素系界面活性剤であり、例えば日本ユニカー社
製のL-520、L-540、L-5309、L-5366、SZ-1306、トーレ
ダウコーニング社製のSH-193、SRX-274C、ゴールドシュ
ミット社製のB-4113などが挙げられる。これら整泡剤の
使用量は前述のポリエーエルポリオール100重量部に
対し0.5〜2重量部が好ましい。
【0016】本発明は必要に応じ通気性を調整する目的
でエチレンオキサイド含量の高いポリエーテルポリオー
ルを少量配合することができる。具体的には少なくとも
オキシエチレンユニットを50重量%含有し官能基数2
〜4、ヒドロキシル当量500〜2000のエチレンオ
キサイドとプロピレンオキサイドとのランダム共重合ポ
リエーテルポリオールが好ましい。
【0017】本発明はさらに必要に応じ、難燃剤、可塑
剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、各種充填剤、
内部離型剤、その他の加工助剤を加えて用いることがで
きる。なお、これらの助剤の中でイソシアネートと反応
しうる活性水素を有しない加工助剤はイソシアネートプ
レポリマーに予め混合しておくこともできる。
【0018】本発明におけるイソシアネート(NCO)
/水酸基(OH)の当量比としては0.7〜1.5、好
ましくは0.8〜1.2の範囲で製造される。
【0019】通常イソシアネート成分とポリオール、架
橋剤、触媒、水、整泡剤などを含んだポリオール成分の
2成分を混合発泡させるが、混合は公知のメカニカル撹
拌装置を備えた注入機または高圧衝突混合方式により混
合され表皮材をセットした型内に注入されて製造され
る。その際に硬化を均一にするため表皮材および型は2
0〜50℃の範囲の一定温度で温度調整されていること
が好ましい。型の注入口は注入可能な最低限の大きさで
良く、ガス抜きのための大きめの注入口さらには他の箇
所にガス抜き穴を用意することを特に必要としない。脱
型時間は短い方が生産効率面から好ましく、本発明では
注入後1〜5分間で脱型可能であるが、不良率削減のた
めには完全硬化後の脱型直前に針金のようなものを注入
口から差し込み内部ガスが少し残っている場合は、ガス
を抜くとともにガスが滞留していないことを確認程度に
実施してから脱型することが好ましい。本発明では表皮
材との接着性良好で通気性に優れたセル構造発泡体が得
られるため注入直後から注入口にパイプや針金状のもの
を差し込んで左右上下に動かしガス抜きを行い接着不良
や膨れ防止策を取ることを特に必要としない。
【0020】
【実施例】以下に合成例、実施例によって本発明をさら
に具体的に示す。「部」及び「%」は特に断りのない限
り「重量部」及び「重量%」を示す。
【0021】〔使用原料〕 イソシアネート−1;2,4′−異性体15%含有のM
DI、NCO含量33.5% イソシアネート−2;2,4′−異性体10%含有のM
DIを40%含有のポリメリックMDI、NCO含量3
0.7% ポリエーテルポリオールA;EO/PO=80/20比
のランダム共重合ポリエーテルジオール、OH価56K
OHmg/g ポリエーテルポリオールB;アクリニトリル/スチレン
重合体粒子20%含有ポリエーテルトリオール、OH価
28KOHmg/g ポリエーテルポリオールC;10%EOキャップのポリ
オキシプロピレントリオール、OH価34KOHmg/
g ポリエステルポリオールA;1,6−ヘキサンジメタノ
ール(1,6−HD)/3−メチル−1,5−ペンタン
ジオール(MPD)=2/1モル比のグリコールとアジ
ピン酸からなる分子量2000のポリエステルポリオー
ル ポリエステルポリオールB;1,4−ブタンジオール/
MPD=1/1モル比のグリコールとアジピン酸からな
る分子量1000のポリエステルポリオール ポリエステルポリオールC;1,6−HD/MPD/ネ
オペンチルグリコール=3/1/1モル比のグリコール
とアジピン酸からなる分子量2000のポリエステルポ
リオール ポリエステルポリオールD;1,6−HDとアジピン酸
からなる分子量1000のポリエステルポリオール ポリエステルポリオールE;エチレングリコール/1,
6−HD=1/1モル比のグリコールとアジピン酸から
なる分子量1000のポリエスルポリオール 架橋剤;エチレンジアミンのプロピレンオキサイド付加
体、OH価760KOHmg/g TEDA−L33;触媒、トリレンジアミンのジプロピ
レングリコール溶液、東ソー製 トヨキャットET;触媒、ビス−(2−ジメチルアミノ
エチル)エーテルのジプロピレングリコール溶液、東ソ
ー製 L−5309;シリコン系整泡剤、日本ユニカー製
【0022】プレポリマーの合成 合成例1 反応容器にイソシアネート−1を500部、イソシアネ
ート−2を500部、ポリエーテルAを120部、ポリ
エステルAを25部を仕込み80℃で2時間反応させて
NCO含量27.5%のNCO末端プレポリマーAを得
た。これらをまとめて表1に示す。
【0023】合成例2〜6 合成例1と同様の方法でプレポリマーB、C、D、E、
Fを得た。これらの配合割合(部)及びNCO含量をま
とめて表1に示す。
【0024】実施例1〜5、比較例1〜5 表皮一体成形用のヘッドレスト型を用い袋状の軟質塩化
ビニル表皮材(A硬度62)をセットし30℃に温度調
整した。次に表2に示す配合液をMC−106高圧注入
機(ポリウレタンエンジニアリング製)により混合液を
密度50Kg/m3 設定で注入口から注入し4分後に脱
型した。なお脱型前に注入口から針金を20〜30秒間
差し込む操作を行った。評価方法であるが接着性につい
ては脱型直後の外観、手で揉んだ場合の剥離の有無、さ
らには接着している箇所を切り出しバネばかりにより2
5mm幅の接着強さを測定した。評価結果を表2に示
す。
【0025】なお実施例1の処方を用い型温30℃の3
00×300×100mmのアルミ型に注入発泡した場
合の物性測定結果を以下に示す。脱型時間3分、試験方
法はJIS K6401及びJIS K6301に基づ
いて行った。弾性フォームとして優れた機械強度を有し
ていた。 全密度 49.8(Kg/m3) 25%LD1 14.3(Kg/200mmφ) 反発弾性 58 (%) 引張り強さ 2.1(Kg/m2) 伸び 110 (%) 引裂き強さ 0.6(Kg/cm) 圧縮永久歪み 50%圧縮70℃22hr 7.2(%) 50%圧縮50℃95%22hr 12.5(%)
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】
【発明の効果】以上説明のように本発明により優れた接
着性、成形性を有する表皮一体ポリウレタン発泡体が得
られるためヘッドレスト、クラッシュパッド、インスト
ルメントパネル、コンソールボックスカバーなどの自動
車用内装品、さらには事務用、家具用クッションの表皮
一体用の製法に有用である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軟質の塩化ビニル系樹脂表皮材を予めセ
    ットした型内に有機ポリイソシアネート、ポリオール、
    架橋剤、発泡剤、整泡剤、触媒からなる液を注入して表
    皮一体型軟質ポリウレタン発泡体を製造する方法におい
    て、該有機ポリイソシアネートが、2,4′−異性体を
    5〜70%含有するジフェニルメタンジイソシアネート
    50〜80重量%、官能基数3以上のポリメチレンポリ
    フェニルポリイソシアネート10〜30重量%、少なく
    ともエチレンオキサイド比率が50モル%以上の官能基
    数2〜3、平均分子量1000〜4000のエチレンオ
    キサイド/プロピレンオキサイドランダム共重合ポリエ
    ーテルポリオール5〜20重量%、直鎖状に炭素数4〜
    6を有する脂肪族ジオールの少なくとも2種とジカルボ
    ン酸から得られる平均分子量1000〜3000の共重
    合ポリエステルポリオール1〜5重量%からなるプレポ
    リマーであり、水を唯一の発泡剤であることを特徴とす
    る表皮一体型軟質ポリウレタン発泡体の製造方法。
  2. 【請求項2】 該ポリオールが重合体粒子5〜15重量
    %含有の官能基数3〜4、平均ヒドロキシル当量100
    0〜3000のポリエーテルポリオールであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. 【請求項3】 直鎖状に炭素数4〜6を有する該脂肪族
    ジオールの少なくとも1種はさらに炭素分岐構造を有
    し、少なくとも1種は直鎖状炭素のみからなることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。
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