WO2024122477A1 - ポリウレタンフォーム - Google Patents

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WO2024122477A1
WO2024122477A1 PCT/JP2023/043197 JP2023043197W WO2024122477A1 WO 2024122477 A1 WO2024122477 A1 WO 2024122477A1 JP 2023043197 W JP2023043197 W JP 2023043197W WO 2024122477 A1 WO2024122477 A1 WO 2024122477A1
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polyol
mass
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polyurethane foam
less
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Inventor
貫也 小島
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株式会社イノアックコーポレーション
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    • C08G2101/00Manufacture of cellular products

Definitions

  • the present invention relates to polyurethane foam, and more specifically to polyurethane foam that combines low hardness, high resilience, and low compression set.
  • Polyurethane is a polymeric compound that has a urethane bond (-NH-C(O)O-).
  • Polyurethane is generally obtained by reacting the hydroxyl group (-OH) of a polyol with the isocyanate group (-NCO) of a polyisocyanate. It is known that polyurethane can exhibit a wide variety of properties by optimizing the type of polyol and/or polyisocyanate. For this reason, polyurethane is used in a variety of automobile parts, synthetic leather, paints, adhesives, and more.
  • Polyurethane foam which is made by expanding polyurethane, is also used in insulation and cushioning materials.
  • High-resilience polyurethane foam Polyurethane foam with enhanced elasticity is also known as "high-resilience polyurethane foam.” High-resilience polyurethane foam has strong resilience and does not easily become worn out, so it is used in apparel, sports equipment, toys, bedding, interior decoration, and more.
  • Patent Document 1 states: (a) propylene oxide (PO)-ethylene oxide (EO) adduct of glycerin (molecular weight 3000): 70 parts by mass, (b) PO adduct of pentaerythritol (molecular weight 2000): 25 parts by mass, (c) PO-EO adduct of n-butanol (molecular weight 600): 5 parts by mass, and (d) A predetermined amount of water, a 33% solution of triethylenediamine in dipropylene glycol, a dimethylsiloxane-based foam stabilizer, stannous octoate, and T-80 (a 80/20 mixture of 2,4-TDI and 2,6-TDI)
  • a flexible polyurethane foam obtained by reacting a raw material mixture containing the following is disclosed.
  • Patent Document 2 (a) Polyether polyol (hydroxyl value 56): 100 parts, (b) 3 parts of a polyether monool having 7 mol of PO added to 1 mol of n-butanol; and (c) a predetermined amount of water, a silicone foam stabilizer, stannous octoate, triethylenediamine, and T-80 A flexible polyurethane foam obtained by reacting a raw material composition containing the following is disclosed.
  • Patent Document 3 describes a polyurethane foam that is not highly resilient, but (a) Polyoxypropylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 2, a hydroxyl value of 14 mgKOH/g, and an EO content of 0% (Polyol A2): 21.6 parts by mass, (b) Polyoxypropylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 2, a hydroxyl value of 160 mgKOH/g, and an EO content of 0% (polyol B1): 30.2 parts by mass, (c) polyoxypropylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 3, a hydroxyl value of 168 mgKOH/g, and an EO content of 0% (polyol B2): 31.5 parts by mass, (d) polyoxypropyleneoxyethylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 3, a hydroxyl value of 48 mgKOH/g, and an EO content of 80% (polyol B3): 2.8 parts by mass, (
  • Patent Document 4 describes a polyurethane foam that is not highly resilient, but (a) Polyoxypropylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 2, a hydroxyl value of 18 mgKOH/g, and an EO content of 0% (Polyol A1): 26.3 parts by mass, (b) Polyoxypropylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 2, a hydroxyl value of 160 mgKOH/g, and an EO content of 0% (polyol B1): 36.8 parts by mass, (c) polyoxypropylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 3, a hydroxyl value of 168 mgKOH/g, and an EO content of 0% (polyol B2): 27.0 parts by mass, (d) polyoxypropyleneoxyethylene polyol (polyol C1) having an average hydroxyl value of 3, a hydroxyl value of 48 mgKOH/g, and an EO content of 80%: 5.4 parts by mass, (e
  • Patent Document 5 does not describe a high-resilience polyurethane foam, but (a) Polyoxypropylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 2, a hydroxyl value of 14 mgKOH/g, and an EO content of 0% (Polyol A1): 27.7 parts by mass, (b) Polyoxypropylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 2, a hydroxyl value of 160 mgKOH/g, and an EO content of 0% (polyol B1): 38.8 parts by mass, (c) Polyoxypropylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 3, a hydroxyl value of 168 mgKOH/g, and an EO content of 0% (Polyol B2): 31 parts by mass, (d) polyoxypropyleneoxyethylene polyol having an average number of hydroxyl groups of 3, a hydroxyl value of 48 mgKOH/g, and an EO content of 80% (polyol C): 6 parts by mass
  • Polyurethane foams used for certain applications are required to have not only high resilience but also a soft touch.
  • Methods for softening polyurethane foams include, for example, (A) A method using a high molecular weight polyol, (B) A method using a polyol with a high EO content; (C) A method using a low molecular weight monol is known.
  • a method of softening the resin by using a large amount of a polyol having a high EO content is as follows: (a) The hydrophilicity of the polyurethane foam increases, resulting in a deterioration in water resistance. (b) The polyurethane foam absorbs moisture, causing the cell walls to become sticky, which reduces the resilience. (c) Excessive communication of air bubbles may occur, causing problems such as cell roughness.
  • the problem that this invention aims to solve is to provide a new polyurethane foam that combines low hardness, high resilience, and low compression set.
  • the polyurethane foam according to the first embodiment of the present invention is A compound having an active hydrogen atom; and a polyisocyanate,
  • the compound having an active hydrogen atom is More than 40.0 mass% of polyol A; Polyol B of more than 0 mass%; and monol C of more than 0 mass% and less than 15.0 mass%.
  • polyol A refers to one or more polyether polyols having a weight average molecular weight of 3000 or more and an EO content of less than 50.0 mass%
  • polyol B refers to one or more polyether polyols having an EO content of 50.0 mass% or more
  • monool C refers to one or more monools having a weight average molecular weight of 2000 or more
  • mass % representing the content of the polyol A, the polyol B, or the monool C refers to the ratio of the mass of the polyol A, the polyol B, or the monool C to the total mass of the compound having an active hydrogen atom, respectively.
  • the polyurethane foam according to the second embodiment of the present invention is A monool C having a weight average molecular weight of 2000 or more is used as a raw material, The rebound resilience is 35% or more, The Asker F hardness is 35 or less.
  • the "rebound elasticity" refers to a value measured in accordance with JIS K6255.
  • the polyurethane foam according to the first embodiment of the present invention is A compound having an active hydrogen atom;
  • the polyisocyanate-containing resin is obtained by foaming and reacting a raw material mixture containing the polyisocyanate.
  • the raw material mixture contains at least a compound having an active hydrogen atom and a polyisocyanate, and usually further contains a blowing agent, a catalyst, a foam stabilizer, and the like in addition to these.
  • a “compound having an active hydrogen atom (hereinafter also referred to as an "active hydrogen compound”)” refers to a compound having one or more "functional groups having an active hydrogen atom" in the molecule.
  • functional groups having an active hydrogen atom include a hydroxyl group, an amino group, an imino group, a carboxyl group, a urethane group, and a urea group.
  • the active hydrogen compound contains at least the below-described polyol A, polyol B, and monool C.
  • the active hydrogen compound may further contain other polyols and/or monools.
  • polyol A refers to a polyether polyol (an ether-based high molecular weight polyol) having a weight average molecular weight of 3,000 or more and an EO content of less than 50.0 mass %.
  • Polyol A is one of the main raw materials for producing polyurethane foam.
  • Polyol A may be any one of polyether polyols satisfying the above conditions, or may be a mixture of two or more polyether polyols.
  • the "weight average molecular weight” refers to a value calculated from a chromatogram measured by gel permeation chromatography (GPC) based on the molecular weight of standard polyethylene. If the weight average molecular weight of polyol A is too small, the ratio of soft segments present will be low, and the hardness of the polyurethane foam may become excessively high. Therefore, the weight average molecular weight of polyol A needs to be 3000 or more. The weight average molecular weight is preferably 4,500 or more, or 6,000 or more.
  • the weight average molecular weight of polyol A is preferably 12,000 or less.
  • the weight average molecular weight is preferably 11,000 or less, 10,000 or less, or 9,000 or less.
  • the "EO content (mass %)" of polyol A refers to the ratio of the mass of ethylene oxide (EO) units to the total mass of alkylene oxide units contained in polyol A.
  • Polyol A contains alkylene oxide units other than EO units. In this case, the type of alkylene oxide units other than EO units is not particularly limited, but propylene oxide (PO) units are preferred.
  • the EO content of polyol A must be less than 50.0 mass%.
  • the EO content is preferably 25.0 mass% or less, 20.0 mass% or less, or 16.0 mass% or less.
  • the EO content of polyol A is preferably 5.0 mass% or more.
  • the EO content is more preferably 8.0 mass% or more, 10.0 mass% or more, or 12.0 mass% or more.
  • the number of functional groups of the polyol A is not particularly limited, and an optimal value can be selected depending on the purpose. In general, if the number of functional groups of the polyol A is too small, the formation of a three-dimensional network structure is insufficient. Therefore, the number of functional groups of the polyol A is preferably 2.5 or more. The number of functional groups is more preferably 2.6 or more, or more preferably 2.7 or more.
  • the number of functional groups in polyol A is preferably 4.0 or less.
  • the number of functional groups is more preferably 3.5 or less, or 3.3 or less.
  • polyol B refers to a polyether polyol having an EO content of 50.0 mass % or more (an ether-based high-EO polyol). Polyol B is a secondary raw material for controlling the hardness and breathability of the polyurethane foam. Polyol B may be any one of polyether polyols satisfying the above conditions, or may be a mixture of two or more polyether polyols.
  • the "EO content (mass %)" of Polyol B refers to the ratio of the mass of ethylene oxide (EO) units to the total mass of alkylene oxide units contained in Polyol B.
  • Polyol B may contain alkylene oxide units other than EO units. In this case, the type of alkylene oxide units other than EO units is not particularly limited, but propylene oxide (PO) units are preferred.
  • the EO content of polyol B must be 50.0 mass% or more.
  • the EO content is preferably 60.0 mass% or more, or 70.0 mass% or more.
  • the EO content of polyol B may be 100.0 mass%.
  • the weight average molecular weight of polyol B is not particularly limited, and an optimal value can be selected depending on the purpose. In general, if the weight average molecular weight of polyol B is too small, the hardness of the polyurethane foam becomes excessive. Therefore, the weight average molecular weight of polyol B is preferably 2500 or more. The weight average molecular weight is more preferably 2700 or more, or more preferably 3000 or more.
  • the weight average molecular weight of polyol B is preferably 12,000 or less.
  • the weight average molecular weight is more preferably 10,000 or less, 8,000 or less, 6,000 or less, or 4,000 or less.
  • the number of functional groups of the polyol B is not particularly limited, and an optimal value can be selected depending on the purpose. In general, if the number of functional groups of the polyol B is too small, the formation of a three-dimensional network structure is insufficient. Therefore, the number of functional groups of the polyol B is preferably 2.5 or more. The number of functional groups is more preferably 2.6 or more, or more preferably 2.7 or more.
  • the number of functional groups in polyol B is preferably 3.5 or less.
  • the number of functional groups is more preferably 3.4 or less, or 3.3 or less.
  • monool C [C. 1. Definition
  • “monool C” refers to a monool having a weight average molecular weight of 2000 or more (an ether-based high molecular weight monool).
  • Monool C is a secondary raw material for controlling the hardness, resilience, and compression set of the polyurethane foam.
  • Monool C may consist of any one type of monool satisfying the above conditions, or may be a mixture of two or more types of monools.
  • the weight average molecular weight of the monol C is too small, the compression set of the polyurethane foam may increase. Therefore, the weight average molecular weight of the monol C must be 2000 or more.
  • the weight average molecular weight is as follows: Preferably, it is 2300 or more, 2600 or more, 2900 or more, or 3000 or more.
  • the weight average molecular weight of mono-ol C is too large, the bubbles become closed bubbles, and the polyurethane foam may shrink during the cooling process after the reaction. Therefore, the weight average molecular weight of mono-ol C is preferably 12,000 or less.
  • the weight average molecular weight is preferably 10,000 or less, 8,000 or less, or 6,000 or less.
  • EO content refers to the ratio of the mass of ethylene oxide (EO) units to the total mass of alkylene oxide units contained in monol C.
  • the EO content of the monool C is not particularly limited, and an optimal value can be selected depending on the purpose.
  • the EO content of the monool C is usually 0 mass%, but can be any value between 0 and 100 mass%.
  • the type of the alkylene oxide units other than EO units is not particularly limited, but is preferably propylene oxide (PO) units.
  • the functionality of monol C is 1.
  • impurities polyols
  • the apparent functionality of monol C may exceed 1.
  • the monool C may have more than one functional group.
  • the number of functional groups of the monool C is preferably 1.1 or less.
  • the number of functional groups is more preferably 1.1 or less. is 1.05 or less, 1.03 or less, or 1.01 or less.
  • the active hydrogen compound may contain only polyol A, polyol B, and monool C, or may further contain other polyols and/or monools.
  • Examples of other polyols and monools include the following: (a) polyether polyol other than polyol A and polyol B; (b) monool other than monool C; (c) polyester polyol; (d) polymer polyol; (e) polycarbonate diol; (f) polyolefin polyol; (g) plant-derived polyol.
  • Polyisocyanate is another of the main raw materials used to produce polyurethane foam, and refers to a compound having two or more isocyanate groups in one molecule.
  • the type of polyisocyanate is not particularly limited.
  • the raw material mixture may contain one type of polyisocyanate, or may contain two or more types of polyisocyanate.
  • the polyisocyanate is (a) an aromatic isocyanate compound, an aliphatic isocyanate compound, or an alicyclic isocyanate compound; (b) Modified products of the above compounds.
  • aromatic isocyanate compounds include: Diphenylmethane diisocyanate (MDI), Crude diphenylmethane diisocyanate, tolylene diisocyanate (TDI), Naphthalene diisocyanate (NDI), p-phenylene diisocyanate (PPDI), xylene diisocyanate (XDI), Tetramethylxylene diisocyanate (TMXDI), Tolidin diisocyanate (TODI) and the like.
  • MDI Diphenylmethane diisocyanate
  • TDI Crude diphenylmethane diisocyanate
  • NDI Naphthalene diisocyanate
  • PPDI p-phenylene diisocyanate
  • XDI xylene diisocyanate
  • TXDI Tetramethylxylene diisocyanate
  • TODI Tolidin diisocyanate
  • MDI is suitable as a polyisocyanate for producing polyurethane foam.
  • MDI is a compound having three isomers, namely: 2,2'-diphenylmethane diisocyanate (2,2'-MDI), 2,4'-diphenylmethane diisocyanate (2,4'-MDI) and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (4,4'-MDI)
  • the polyisocyanate may contain any one of these isomers, or may contain two or more of them.
  • aliphatic isocyanate compound examples include: Hexamethylene diisocyanate (HDI), Lysine diisocyanate (LDI), Examples include lysine triisocyanate (LTI).
  • Examples of the alicyclic isocyanate compound include: Isophorone diisocyanate (IPDI), Cyclohexyl diisocyanate (CHDI), hydrogenated XDI (H 6 XDI), Hydrogenated MDI (H 12 MDI) and the like are examples.
  • IPDI Isophorone diisocyanate
  • CHDI Cyclohexyl diisocyanate
  • H 6 XDI hydrogenated XDI
  • Hydrogenated MDI H 12 MDI
  • modified isocyanate compounds include urethane modified isocyanate compounds, dimers, trimers, carbodiimide modified compounds, allophanate modified compounds, biuret modified compounds, urea modified compounds, isocyanurate modified compounds, oxazolidone modified compounds, and isocyanate group-terminated prepolymers.
  • Foaming agent refers to an additive for generating bubbles in the raw material mixture during the process in which the liquid raw material mixture is resinified.
  • the blowing agent is (a) a physical blowing agent that generates gas upon pressure reduction or heating; or (b) It may be either a chemical foaming agent that generates gas by thermal decomposition or chemical reaction.
  • Examples of physical foaming agents include: (a-1) Hydrocarbons such as cyclopentane, isopentane, and normal pentane, (a-2) halogen-based compounds such as methylene chloride, trichlorofluoromethane, dichlorodifluoromethane, nonafluorobutyl methyl ether, pentafluoroethyl methyl ether, and pentafluoroisopropyl methyl ether; and so on.
  • Hydrocarbons such as cyclopentane, isopentane, and normal pentane
  • halogen-based compounds such as methylene chloride, trichlorofluoromethane, dichlorodifluoromethane, nonafluorobutyl methyl ether, pentafluoroethyl methyl ether, and pentafluoroisopropyl methyl ether; and so on.
  • Examples of chemical foaming agents include: (b-1) Water that reacts with isocyanate groups to generate CO2 ; (b-2) Azodicarbonamide, which generates nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, or ammonia gas upon thermal decomposition.
  • the raw material mixture may contain any one of these blowing agents, or may contain two or more of them.
  • the foaming agent is preferably water.
  • CO2 gas generated by the reaction of water with isocyanate groups promotes foaming.
  • the reaction heat between water and isocyanate groups promotes the curing of the resin.
  • Catalyst refers to a catalyst that promotes the resinification reaction, a catalyst that promotes the foaming reaction, or a catalyst that promotes both the resinification reaction and the foaming reaction.
  • catalysts examples include amine catalysts and metal catalysts.
  • Amine catalysts are catalysts that promote both the resinification reaction and the foaming reaction.
  • Metal catalysts are catalysts that promote the resinification reaction.
  • the raw material mixture may contain one of these catalysts, or may contain two or more types.
  • Examples of the amine catalyst include: N,N-dimethylcyclohexylamine, N,N-dimethylbenzylamine, N,N-dimethylaminoethanol, Examples include N,N',N'-trimethylaminoethylpiperazine and triethylenediamine.
  • metal catalysts examples include: (a) tin catalysts such as stannous octoate and dibutyltin dilaurate; (b) mercury catalysts, such as phenylmercury propionate; (c) Lead catalysts such as lead octenate.
  • foam stabilizer refers to an additive that has the effect of making the size and distribution of bubbles uniform. Adding a foam stabilizer to the raw material mixture makes it possible to obtain polyurethane foam with uniform bubble size and distribution.
  • foam stabilizers include silicone-based foam stabilizers, fluorine-containing compound-based foam stabilizers, and known surfactants.
  • the content of polyol A needs to be more than 40.0 mass%.
  • the content is preferably 50.0 mass% or more, 60.0 mass% or more, 70.0 mass% or more, or 80.0 mass% or more.
  • the compression set may increase. If the content of polyol A is excessive, closed cells may be easily formed. Therefore, in the cooling process after the reaction, the polyurethane foam may shrink and the resilience may decrease. Therefore, the content of polyol A must be less than 100.0 mass%.
  • the content is preferably 95.0 mass% or less, or 90.0 mass% or less.
  • the “content (mass %) of polyol B” refers to the ratio of the mass of polyol B to the total mass of the active hydrogen compounds.
  • the content of polyol B must be more than 0.0 mass%.
  • the content is preferably 0.5 mass% or more, 1.0 mass% or more, or 2.0 mass% or more.
  • the content of polyol B is preferably 25.0 mass% or less.
  • the content is preferably 20.0 mass% or less, 15.0 mass% or less, 12.0 mass% or less, or 10.0 mass% or less.
  • the “content (mass %) of monool C” refers to the ratio of the mass of monool C to the total mass of active hydrogen compounds.
  • the content of monol C needs to be more than 0.0 mass%.
  • the content is preferably 1.0 mass% or more, 2.0 mass% or more, 3.0 mass% or more, or 4.0 mass% or more.
  • the content of monol C is excessive, the ratio of urethane bonds (the ratio of hard segments) becomes excessively small, and the required hardness may not be obtained.
  • the content of monol C must be less than 15.0 mass%.
  • the content is preferably 14.0 mass% or less, or 13.0 mass% or less.
  • the “content (mass %) of other polyols and monools” refers to the ratio of the total mass of other polyols and monools to the total mass of active hydrogen compounds.
  • the active hydrogen compound may contain polyols and/or monools other than the above-mentioned polyol A, polyol B, and monool C.
  • the content of the other polyols and monools is preferably 50.0 mass% or less.
  • the content is more preferably 25.0 mass% or less, 10.0 mass% or less, or 5.0 mass% or less.
  • isocyanate index refers to the ratio of the equivalent weight of isocyanate groups of the polyisocyanate in the raw material mixture to the equivalent weight of active hydrogen groups in the raw material mixture, multiplied by 100.
  • the isocyanate index is not particularly limited, and an optimal value can be selected depending on the purpose.
  • the larger the isocyanate index the greater the number of crosslinking points, and therefore the greater the strength and toughness of the polyurethane foam. Therefore, the isocyanate index is preferably 80 or more.
  • the isocyanate index is more preferably 85 or more, or 90 or more.
  • the isocyanate index is preferably 110 or less.
  • the isocyanate index is more preferably 105 or less, or 100 or less.
  • the "content of blowing agent” refers to the mass of the blowing agent when the total mass of the active hydrogen compounds is taken as 100.
  • the water content is preferably 1.0 part by mass or more. More preferably, the water content is 1.5 parts by mass or more, or 2.0 parts by mass or more. On the other hand, if the water content is excessive, the polyurethane foam may suffer from cell roughness or a poor feel. Therefore, the water content is preferably 8.0 parts by mass or less. The water content is more preferably 5.0 parts by mass or less, or 3.0 parts by mass or less.
  • the “content of catalyst” refers to the mass of the catalyst when the total mass of the active hydrogen compounds is taken as 100.
  • the catalyst content is preferably 0.5 parts by mass or more.
  • the content is more preferably 0.6 parts by mass or more, or 0.7 parts by mass or more.
  • the catalyst content is preferably 1.5 parts by mass or less.
  • the content is more preferably 1.4 parts by mass or less, or more preferably 1.3 parts by mass or less.
  • the “content of foam stabilizer” refers to the mass of the foam stabilizer when the total mass of the active hydrogen compounds is taken as 100.
  • the content of the foam stabilizer is preferably 0.5 parts by mass or more.
  • the content is more preferably 0.6 parts by mass or more, or 0.7 parts by mass or more.
  • the content of the foam stabilizer is preferably 1.5 parts by mass or less.
  • the content is more preferably 0.9 parts by mass or less, or 0.8 parts by mass or less.
  • reactions A polyisocyanate (liquid B) is added to a raw material mixture (liquid A) containing an active hydrogen compound and other additives, and the mixture is maintained at a predetermined temperature, whereby a foaming reaction and a resinification reaction occur, producing the polyurethane foam according to the present invention.
  • the polyurethane foam of the present invention exhibits high resilience because it uses Monool C, which satisfies certain conditions, as a raw material.
  • the resilience modulus is 35% or more.
  • the resilience modulus is 40% or more, or 45% or more.
  • Asker F hardness refers to a value measured using an Asker Type F rubber hardness tester.
  • the polyurethane foam of the present invention exhibits low hardness because it uses Monool C, which satisfies certain conditions, as a raw material.
  • the Asker F hardness is 35 or less.
  • the Asker F hardness is 33 or less, or 30 or less.
  • compression set refers to a value measured in accordance with JIS K6400-3 (50% compression).
  • the polyurethane foam according to the second embodiment of the present invention is A monool C having a weight average molecular weight of 2000 or more is used as a raw material, The rebound resilience is 35% or more, The Asker F hardness is 35 or less.
  • Monool C refers to a monool (an ether-based high molecular weight monool) having a weight average molecular weight of 2000 or more. Details of the monool C are as described above, and therefore will not be described here.
  • the polyurethane foam according to this embodiment has a resilience of 35% or more. Other points regarding the resilience are the same as those in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.
  • the polyurethane foam according to this embodiment has an Asker F hardness of not more than 35. Other points regarding the Asker F hardness are the same as those in the first embodiment, and therefore a description thereof will be omitted.
  • the polyurethane foam according to the present invention can be produced by mixing the above-mentioned components to prepare a raw material mixture and carrying out a resinification reaction and a foaming reaction.
  • a resinification reaction and a foaming reaction any general method can be freely combined and used as long as it does not impair the object and effect of the present invention.
  • slab foaming is a method in which raw materials for producing a polyurethane foam are mixed and discharged onto a belt conveyer, and foamed at atmospheric pressure and room temperature.
  • mold foaming is a method in which raw materials for manufacturing polyurethane foam are mixed and injected into the cavity of a mold (metal mold) and allowed to foam into the shape of the cavity.
  • the reason for the decrease in hardness is believed to be that the addition of an appropriate amount of Monol C resulted in an appropriate decrease in the proportion of hard segments (urethane bonds) in the polymer chain.
  • the reason why the resilience is improved or the decrease in compression set is suppressed is believed to be that the addition of an appropriate amount of Monool C increases the length of the terminal alkyl groups, and the free long-chain alkyl groups strengthen the repulsive action between molecules.
  • Monool C1 Polyether monool, weight average molecular weight 3000, number of functional groups 1, EO content 0 mass%, product name: ML-3000, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.
  • Monool C2 polyether monool, weight average molecular weight 5000, number of functional groups 1, EO content 0 mass%, product name: ML-5000, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.
  • Monool F polyether monool, weight average molecular weight 470, number of functional groups 1, EO content 0 mass%, product name: CA-120, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.
  • Resinification catalyst triethylenediamine 33%, product name: DABCO 33LSI, manufactured by Eponic Japan Co., Ltd.
  • Foam stabilizer silicone-based foam stabilizer, product name: B8742FL2, manufactured by Eponic Japan Co., Ltd.
  • Foaming agent water
  • Polyisocyanate monomeric MDI (diphenylmethane diisocyanate), NCO content 33.6%, product name: Lupranate (registered trademark) MI, manufactured by BASF Inoac Polyurethane Co., Ltd.
  • Table 1 shows a list of the raw materials used.
  • Compression set was measured in accordance with JIS K6400-3, where the compression ratio was 50% or 25% of the original thickness.
  • 2.4. Form State The presence or absence of cell roughness was visually evaluated.
  • Example 6 In all of Examples 1 to 7, the hardness was 35 or less, the resilience was 35% or more, and the compression set (50% compression) was 20% or less. However, cell roughness occurred in Example 1. This is thought to be due to the fact that the amount of polyol B with a high EO content added was somewhat large, which destabilized foam formation. (7) In Example 6, the hardness was lower, the rebound resilience was higher, and the compression set was lower than in Example 2. This is believed to be because the increased amount of Polyol B improved the breathability and the flexibility of the molecular skeleton.
  • the polyurethane foam of the present invention can be used in apparel, sports goods, toys, bedding, interior decoration, etc.

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Abstract

ポリウレタンフォームは、活性水素原子を有する化合物と、ポリイソシアネートとを含む原料混合物を発泡及び反応させることにより得られる。活性水素原子を有する化合物は、40.0mass%超のポリオールAと、0mass%超のポリオールBと、0mass%超15.0mass%未満のモノオールCとを含む。但し、「ポリオールA」とは、重量平均分子量が3000以上であり、EO含有率が50.0mass%未満であるポリエーテルポリオールをいい、「ポリオールB」とは、EO含有率が50.0mass%以上であるポリエーテルポリオールをいい、「モノオールC」とは、重量平均分子量が2000以上であるモノオールをいう。

Description

ポリウレタンフォーム
 本発明は、ポリウレタンフォームに関し、さらに詳しくは、低硬度と、高反発性と、低圧縮永久歪とを兼ね備えたポリウレタンフォームに関する。
 ポリウレタンとは、ウレタン結合(-NH-C(O)O-)を有する高分子化合物をいう。ポリウレタンは、一般に、ポリオールの水酸基(-OH)と、ポリイソシアネートのイソシアネート基(-NCO)とを反応させることにより得られる。ポリウレタンは、ポリオール及び/又はポリイソシアネートの種類を最適化することにより、多様な性質を示すことが知られている。そのため、ポリウレタンは、各種自動車部品、合成皮革、塗料、接着剤などに応用されている。また、ポリウレタンを発泡させたポリウレタンフォームは、断熱材、クッション材などに応用されている。
 弾性を高めたポリウレタンフォームは、特に、「高反発ポリウレタンフォーム」とも呼ばれている。高反発ポリウレタンフォームは、復元力が強く、へたりにくいことから、アパレル用品、スポーツ用品、玩具、寝具、インテリアなどに使用されている。
 このような高反発ポリウレタンフォームに関し、従来から種々の提案がなされている。
 例えば、特許文献1には、
(a)グリセリンのプロピレンオキサイド(PO)-エチレンオキサイド(EO)付加物(分子量3000):70質量部、
(b)ペンタエリスリトールのPO付加物(分子量2000):25質量部、
(c)n-ブタノールのPO-EO付加物(分子量600):5質量部、並びに、
(d)所定量の水、トリエチレンジアミン33%ジプロピレングリコール溶液、ジメチルシロキサン系整泡剤、スタナスオクトエート、及び、T-80(2,4-TDIと2,6-TDIの80/20混合物)
を含む原料混合物を反応させることにより得られる軟質ポリウレタンフォームが開示されている。
 同文献には、このような方法により、
(A)25%ILDが11.4kg/314cm2であり、
(B)圧縮永久歪が7.3%であり、
(C)反発弾性率が42%である
軟質ポリウレタンフォームが得られる点が記載されている。
 特許文献2には、
(a)ポリエーテルポリオール(水酸基価56):100部、
(b)1molのn-ブタノールに対して7molのPOを付加したポリエーテルモノオール:3部、並びに、
(c)所定量の水、シリコーン整泡剤、スタナスオクトエート、トリエチレンジアミン、及びT-80
を含む原料組成物を反応させることにより得られる軟質ポリウレタンフォームが開示されている。
 同文献には、このような方法により、
(A)硬度が9.7kg/314cm2であり、
(B)永久歪が10.6%であり、
(C)反発弾性が41%である
軟質ポリウレタンフォームが得られる点が記載されている。
 特許文献3には、高反発ポリウレタンフォームではないが、
(a)平均水酸基数が2、水酸基価が14mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールA2):21.6質量部、
(b)平均水酸基数が2、水酸基価が160mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールB1):30.2質量部、
(c)平均水酸基数が3、水酸基価が168mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールB2):31.5質量部、
(d)平均水酸基数が3、水酸基価が48mgKOH/g、EO含有率が80%であるポリオキシプロピレンオキシエチレンポリオール(ポリオールB3):2.8質量部、
(e)平均水酸基数が1、水酸基価が16.7mgKOH/gであるポリオキシプロピレンモノオール(モノオールD1):13.9質量部、並びに、
(f)所定量の発泡剤、整泡剤、触媒、及び、ポリイソシアネート化合物
を含む原料混合物を反応させることにより得られる低反発性の軟質ポリウレタンフォームが開示されている。
 同文献には、このような方法により、
(A)25%ILDが73N/314cm2であり、
(B)乾熱圧縮永久歪が2.3%であり、
(C)コア反発弾性率が13%である
低反発性の軟質ポリウレタンフォームが得られる点が記載されている。
 特許文献4には、高反発ポリウレタンフォームではないが、
(a)平均水酸基数が2、水酸基価が18mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールA1):26.3質量部、
(b)平均水酸基数が2、水酸基価が160mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールB1):36.8質量部、
(c)平均水酸基数が3、水酸基価が168mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールB2):27.0質量部、
(d)平均水酸基価が3、水酸基価が48mgKOH/g、EO含有率が80%であるポリオキシプロピレンオキシエチレンポリオール(ポリオールC1):5.4質量部、
(e)平均水酸基数が1、水酸基価が16.7mgKOH/gであるポリオキシプロピレンモノオール(モノオールD1):4.5質量部、並びに、
(f)所定量の発泡剤、触媒、整泡剤、及び、ポリイソシアネート化合物
を含む原料混合物を反応させることにより得られる低反発性の軟質ポリウレタンフォームが開示されている。
 同文献には、このような方法により、
(A)25%ILDが48N/314cm2であり、
(B)乾熱圧縮永久歪が3.2%であり、
(C)コア反発弾性率が11%である
低反発性の軟質ポリウレタンフォームが得られる点が記載されている。
 特許文献5には、高反発ポリウレタンフォームでないが、
(a)平均水酸基数が2、水酸基価が14mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールA1):27.7質量部、
(b)平均水酸基数が2、水酸基価が160mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールB1):38.8質量部、
(c)平均水酸基数が3、水酸基価が168mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールB2):31質量部、
(d)平均水酸基数が3、水酸基価が48mgKOH/g、EO含有率が80%であるポリオキシプロピレンオキシエチレンポリオール(ポリオールC):6質量部、
(e)平均水酸基数が1、水酸基価が17mgKOH/gであるポリオキシプロピレンモノオール(モノオールD):7.5質量部、並びに、
(f)所定量の触媒、発泡剤、整泡剤、及び、ポリイソシアネート化合物
を含む原料組成物を反応させることにより得られる低反発性の軟質ポリウレタンフォームが開示されている。
 同文献には、このような方法により、
(A)25%ILDが13N/314cm2であり、
(B)乾熱圧縮永久歪が42.1%であり、
(C)反発弾性率が1%である
軟質ポリウレタンフォームが得られる点が記載されている。
 特許文献6には、高反発ポリウレタンフォームではないが、
(a)平均水酸基数が2、水酸基価が11mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールA1):21.2質量部、
(b)平均水酸基数が2、水酸基価が160mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールB1):29.7質量部、
(c)平均水酸基数が3、水酸基価が168mgKOH/g、EO含有率が0%であるポリオキシプロピレンポリオール(ポリオールB2):36.9質量部、
(d)平均水酸基数が3、水酸基価が48mgKOH/g、EO含有率が80%であるポリオキシプロピレンオキシエチレンポリオール(ポリオールC1):5.4質量部、
(e)平均水酸基数が1、水酸基価が16.7mgKOH/gであるポリオキシプロピレンモノオール(モノオールD1):6.8質量部、並びに、
(f)所定量の発泡剤、整泡剤、触媒、及び、ポリイソシアネート化合物
を含む原料組成物を反応させることにより得られる低反発性の軟質ポリウレタンフォームが開示されている。
 同文献には、このような方法により、
(A)25%ILDが53N/314cm2であり、
(B)50%圧縮残留歪みが20.7%であり、
(C)コア反発弾性率が11%である
軟質ポリウレタンフォームが得られる点が記載されている。
 ある種の用途(例えば、アパレル用途)に用いられるポリウレタンフォームには、高反発であるだけでなく、触感がソフトであることも求められる。ポリウレタンフォームをソフト化する方法としては、例えば、
(A)高分子量ポリオールを用いる方法、
(B)EO含有率の高いポリオールを用いる方法、
(C)低分子量モノオールを用いる方法
などが知られている。
 しかしながら、高分子量ポリオールのみを用いてソフト化する方法は、セルが独立気泡構造になりやすくなるため、
(a)ポリウレタンフォームの硬度自体は低下するものの、「ハリ感」が生じ、触感としては硬さが残る、
(b)ポリウレタンフォームの圧縮永久歪が増大する、
(c)ポリウレタンフォームの通気性が低下する
などの問題が生じる場合がある。
 また、EO含有率の高いポリオールを多量に用いてソフト化する方法は、
(a)ポリウレタンフォームの親水性が上がるために、耐水性が悪化する、
(b)ポリウレタンフォームが湿気を吸い込み、セル壁同士に接着性(ベタツキ)が発生し、反発性が悪化する、
(c)気泡の連通が過度に進行し、セル荒れが発生する
などの問題が生じる場合がある。
 さらに、低分子量モノオールのみを用いてソフト化する方法は、モノオールの部分で重合が止まり、ポリマーの架橋密度が小さくなり、樹脂の強度が低下することから、
(a)ポリウレタンフォームの反発性が下がる、
(b)ポリウレタンフォームの圧縮永久歪が増大する
などの問題が生じる場合がある。
特開平04-146916号公報 特開平05-287047号公報 国際公開第2006/115169号 国際公開第2008/050841号 国際公開第2009/041535号 特開2013-127011号広報
 本発明が解決しようとする課題は、低硬度と、高反発性と、低圧縮永久歪とを兼ね備えた新規なポリウレタンフォームを提供することにある。
 上記課題を解決するために本発明の第1の実施の形態に係るポリウレタンフォームは、
 活性水素原子を有する化合物と、
 ポリイソシアネートと
を含む原料混合物を発泡及び反応させることにより得られ、
 前記活性水素原子を有する化合物は、
 40.0mass%超のポリオールAと、
 0mass%超のポリオールBと、
 0mass%超15.0mass%未満のモノオールCと
を含む。
 但し、
 前記「ポリオールA」とは、重量平均分子量が3000以上であり、EO含有率が50.0mass%未満である1種又は2種以上のポリエーテルポリオールをいい、
 前記「ポリオールB」とは、EO含有率が50.0mass%以上である1種又は2種以上のポリエーテルポリオールをいい、
 前記「モノオールC」とは、重量平均分子量が2000以上である1種又は2種以上のモノオールをいい、
 前記ポリオールA、前記ポリオールB、又は、前記モノオールCの含有量を表す「mass%」とは、それぞれ、前記活性水素原子を有する化合物の総質量に対する前記ポリオールA、前記ポリオールB、又は、前記モノオールCの質量の割合をいう。
 本発明の第2の実施の形態に係るポリウレタンフォームは、
 原料として重量平均分子量が2000以上のモノオールCを用い、
 反発弾性率が35%以上であり、
 アスカーF硬度が35以下である。
 但し、前記「反発弾性率」とは、JIS K6255に準拠して測定された値をいう。
 ポリウレタンフォームを製造する場合において、原料としてモノオールC(エーテル系高分子量モノオール)を添加すると、低硬度と、高反発性と、低圧縮永久歪とを兼ね備えたポリウレタンフォームが得られる。これは、モノオールCを用いたことによる架橋密度の低下、分子間の反発作用の増大などに起因すると考えられる。
 以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. ポリウレタンフォーム(1)]
 本発明の第1の実施の形態に係るポリウレタンフォームは、
 活性水素原子を有する化合物と、
 ポリイソシアネートと
を含む原料混合物を発泡及び反応させることにより得られる。
[1.1. 成分]
 原料混合物は、少なくとも、活性水素原子を有する化合物と、ポリイソシアネートとを含む。原料混合物は、通常、これらに加えて、発泡剤、触媒、整泡剤などをさらに含む。
[1.1.1. 活性水素原子を有する化合物]
 「活性水素原子を有する化合物(以下、「活性水素化合物」ともいう)」とは、分子内に1個又は2個以上の「活性水素原子を持つ官能基」を備えた化合物をいう。活性水素原子を持つ官能基としては、例えば、水酸基、アミノ基、イミノ基、カルボキシ基、ウレタン基、尿素基などがある。
 本発明において、活性水素化合物は、少なくとも、後述するポリオールAと、ポリオールBと、モノオールCとを含む。活性水素化合物は、これら以外のポリオール及び/又はモノオールをさらに含むものでも良い。
[A. ポリオールA]
[A.1. 定義]
 本発明において、「ポリオールA」とは、重量平均分子量が3000以上であり、EO含有率が50.0mass%未満であるポリエーテルポリオール(エーテル系高分子量ポリオール)をいう。
 ポリオールAは、ポリウレタンフォームを製造するための主原料の一つである。ポリオールAは、上記の条件を満たすいずれか1種類のポリエーテルポリオールからなるものでも良く、あるいは、2種以上のポリエーテルポリオールの混合物でも良い。
[A.2. 重量平均分子量]
 本発明において、「重量平均分子量」とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)で測定したクロマトグラムから標準ポリエチレンの分子量を基準にして算出した値をいう。
 ポリオールAの重量平均分子量が小さくなりすぎると、ソフトセグメントの存在比率が低くなり、ポリウレタンフォームの硬度が過度に高くなる場合がある。従って、ポリオールAの重量平均分子量は、3000以上である必要がある。重量平均分子量は、好ましくは、4500以上、あるいは、6000以上である。
 一方、ポリオールAの重量平均分子量が大きくなりすぎると、ウレタン結合の存在比率(ハードセグメントの存在比率)が過度に低くなり、必要な硬さが得られない場合がある。また、原料混合物を反応させる際に一旦発泡させても、硬化中に原料混合物から気泡が抜けてしまい、発泡体を維持するのが困難となる(フォームが形成されない)場合がある。さらに、原料混合物の粘度が過度に高くなるために、原料混合物の攪拌不良が発生し、ムラができやすくなる場合がある。従って、ポリオールAの重量平均分子量は、12000以下が好ましい。重量平均分子量は、好ましくは、11000以下、10000以下、あるいは、9000以下である。
[A.3. EO含有率]
 ポリオールAの「EO含有率(mass%)」とは、ポリオールAに含まれるアルキレンオキサイド単位の総質量に対する、エチレンオキサイド(EO)単位の質量の割合をいう。
 ポリオールAは、EO単位以外のアルキレンオキサイド単位を含む。この場合、EO単位以外のアルキレンオキサイド単位の種類は特に限定されないが、プロピレンオキサイド(PO)単位が好ましい。
 ポリオールAのEO含有率が大きくなりすぎると、いわゆる「セル荒れ」を起こす場合がある。すなわち、一部のセル同士が会合して大きなセルとなり、セルサイズが大小不均一になる場合がある。また、セルの一部は、セル膜ごと失われ、セル骨格のみが残った状態となる場合がある。従って、ポリオールAのEO含有率は、50.0mass%未満である必要がある。EO含有率は、好ましくは、25.0mass%以下、20.0mass%以下、あるいは、16.0mass%以下である。
 一方、ポリオールAのEO含有率が小さくなりすぎると、気泡が独立気泡になりやすくなる。その結果、ガス抜き効果が不十分となり、触感が硬くなる場合がある。また、反応後の冷却過程においてフォームがくびれる(すなわち、シュリンクを起こす)場合がある。従って、ポリオールAのEO含有率は、5.0mass%以上が好ましい。EO含有率は、さらに好ましくは、8.0mass%以上、10.0mass%以上、あるいは、12.0mass%以上である。
[A.4. 官能基数]
 ポリオールAの官能基数は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。一般に、ポリオールAの官能基数が少なくなりすぎると、立体網目構造の形成が不十分となり、熱硬化しにくくなる場合がある。従って、ポリオールAの官能基数は、2.5以上が好ましい。官能基数は、さらに好ましくは、2.6以上、あるいは、2.7以上である。
 一方、ポリオールAの官能基数が多くなりすぎると、ポリウレタンフォームの硬度が過度に高くなる場合がある。従って、ポリオールAの官能基数は、4.0以下が好ましい。官能基数は、さらに好ましくは、3.5以下、あるいは、3.3以下である。
[B. ポリオールB]
[B.1. 定義]
 本発明において、「ポリオールB」とは、EO含有率が50.0mass%以上であるポリエーテルポリオール(エーテル系高EOポリオール)をいう。
 ポリオールBは、ポリウレタンフォームの硬度及び通気性を制御するための副原料である。ポリオールBは、上記の条件を満たすいずれか1種類のポリエーテルポリオールからなるものでも良く、あるいは、2種以上のポリエーテルポリオールの混合物でも良い。
[B.2. EO含有率]
 ポリオールBの「EO含有率(mass%)」とは、ポリオールBに含まれるアルキレンオキサイド単位の総質量に対する、エチレンオキサイド(EO)単位の質量の割合をいう。
 ポリオールBは、EO単位以外のアルキレンオキサイド単位を含む場合がある。この場合、EO単位以外のアルキレンオキサイド単位の種類は特に限定されないが、プロピレンオキサイド(PO)単位が好ましい。
 ポリオールBのEO含有率が小さくなりすぎると、ガス抜き剤としての機能(気泡を連通させる機能)が損なわれる場合がある。従って、ポリオールBのEO含有率は、50.0mass%以上である必要がある。EO含有率は、好ましくは、60.0mass%以上、あるいは、70.0mass%以上である。ポリオールBのEO含有率は、100.0mass%であっても良い。
[B.3. 重量平均分子量]
 ポリオールBの重量平均分子量は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。一般に、ポリオールBの重量平均分子量が小さくなりすぎると、ポリウレタンフォームの硬度が過度の高くなる場合がある。従って、ポリオールBの重量平均分子量は、2500以上が好ましい。重量平均分子量は、さらに好ましくは、2700以上、あるいは、3000以上である。
 一方、ポリオールBの重量平均分子量が大きくなりすぎると、ウレタン結合の存在比率(ハードセグメントの存在比率)が過度に低くなり、必要な硬さが得られない場合がある。また、原料混合物を反応させる際に一旦発泡させても、硬化中に原料混合物から気泡が抜けてしまい、発泡体を維持するのが困難となる(フォームが形成されない)場合がある。さらに、原料混合物の粘度が過度に高くなるために、原料混合物の攪拌不良が発生し、ムラができやすくなる場合がある。従って、ポリオールBの重量平均分子量は、12000以下が好ましい。重量平均分子量は、さらに好ましくは、10000以下、8000以下、6000以下、あるいは、4000以下である。
[B.4. 官能基数]
 ポリオールBの官能基数は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。一般に、ポリオールBの官能基数が少なくなりすぎると、立体網目構造の形成が不十分となり、熱硬化しにくくなる場合がある。従って、ポリオールBの官能基数は、2.5以上が好ましい。官能基数は、さらに好ましくは、2.6以上、あるいは、2.7以上である。
 一方、ポリオールBの官能基数が多くなりすぎると、ポリウレタンフォームの硬度が過度に高くなる場合がある。従って、ポリオールBの官能基数は、3.5以下が好ましい。官能基数は、さらに好ましくは、3.4以下、あるいは、3.3以下である。
[C. モノオールC]
[C.1. 定義]
 本発明において、「モノオールC」とは、重量平均分子量が2000以上であるモノオール(エーテル系高分子量モノオール)をいう。
 モノオールCは、ポリウレタンフォームの硬度、反発性、及び、圧縮永久歪を制御するための副原料である。モノオールCは、上記の条件を満たすいずれか1種類のモノオールからなるものでも良く、あるいは、2種以上のモノオールの混合物でも良い。
[C.2. 重量平均分子量]
 モノオールCの重量平均分子量が小さくなりすぎると、ポリウレタンフォームの圧縮永久歪が増大する場合がある。従って、モノオールCの重量平均分子量は、2000以上である必要がある。重量平均分子量は、好ましくは、2300以上、2600以上、2900以上、あるいは、3000以上である。
 一方、モノオールCの重量平均分子量が大きくなりすぎると、気泡が独立気泡となり、反応後の冷却過程においてポリウレタンフォームがシュリンクする場合がある。従って、モノオールCの重量平均分子量は、12000以下が好ましい。重量平均分子量は、好ましくは、10000以下、8000以下、あるいは、6000以下である。
[C.3. EO含有率]
 モノオールCの「EO含有率」とは、モノオールCに含まれるアルキレンオキサイド単位の総質量に対する、エチレンオキサイド(EO)単位の質量の割合をいう。
 本発明において、モノオールCのEO含有率は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。モノオールCのEO含有率は、通常、0mass%であるが、0~100mass%の間の任意の値を取ることができる。
 モノオールCにEO単位以外のアルキレンオキサイド単位が含まれる場合、EO単位以外のアルキレンオキサイド単位の種類は、特に限定されないが、プロピレンオキサイド(PO)単位が好ましい。
[C.4. 官能基数]
 モノオールCの官能基数は、理論上、1である。しかしながら、モノオールCに不可避的に不純物(ポリオール)が混入し、モノオールCの見かけの官能基数が1を超えることがある。本発明において、モノオールCは、官能基数が1を超えるものでも良い。
 しかしながら、モノオールCの官能基数が大きくなりすぎると、ポリウレタンフォームの硬度が過度に高くなる場合がある。従って、モノオールCの官能基数は、1.1以下が好ましい。官能基数は、さらに好ましくは、1.05以下、1.03以下、あるいは、1.01以下である。
[D. その他のポリオール及びモノオール]
 活性水素化合物は、ポリオールA、ポリオールB、及び、モノオールCのみを含むものでも良く、あるいは、これら以外のポリオール及び/又はモノオールをさらに含むものでも良い。
 その他のポリオール及びモノオールとしては、例えば、以下のようなものがある。
(a)ポリオールA及びポリオールB以外のポリエーテルポリオール
(b)モノオールC以外のモノオール
(c)ポリエステルポリオール
(d)ポリマーポリオール
(e)ポリカーボネートジオール
(f)ポリオレフィン系ポリオール
(g)植物由来ポリオール
[1.1.2. ポリイソシアネート]
 「ポリイソシアネート」とは、ポリウレタンフォームを製造するための主原料の他の1つであって、一つの分子内にイソシアネート基を2個以上持つ化合物をいう。
 本発明において、ポリイソシアネートの種類は、特に限定されない。また、原料混合物には、1種類のポリイソシアネートが含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。
 ポリイソシアネートとしては、
(a)芳香族系イソシアネート化合物、脂肪族系イソシアネート化合物、若しくは、脂環族系イソシアネート化合物、
(b)上記化合物の変性物
などがある。
 芳香族系イソシアネート化合物としては、例えば、
ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、
粗製ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート(TDI)、
ナフタレンジイソシアネート(NDI)、
p-フェニレンジイソシアネート(PPDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、
テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、
トリジンジイソシアネート(TODI)等が挙げられる。
 これらの中でも、MDIは、ポリウレタンフォームを製造するためのポリイソシアネートとして好適である。MDIは、3種類の異性体、すなわち、
2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート(2,2’-MDI)、
2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4’-MDI)、及び
4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’-MDI)
が存在する。ポリイソシアネートは、これらのいずれか1種の異性体を含むものでも良く、あるいは、2種以上を含むものでも良い。
 脂肪族系イソシアネート化合物としては、例えば、
ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、リシンジイソシアネート(LDI)、
リシントリイソシアネート(LTI)等が挙げられる。
 脂環族系イソシアネート化合物としては、例えば、
イソホロンジイソシアネート(IPDI)、
シクロヘキシルジイソシアネート(CHDI)、水素添加XDI(H6XDI)、
水素添加MDI(H12MDI)等が挙げられる。
 変性イソシアネート化合物としては、例えば、イソシアネート化合物のウレタン変性体、2量体、3量体、カルボジイミド変性体、アロファネート変性体、ビュレット変性体、ウレア変性体、イソシアヌレート変性体、オキサゾリドン変性体、イソシアネート基末端プレポリマー等が挙げられる。
[1.1.3. 発泡剤]
 「発泡剤」とは、液状の原料混合物が樹脂化していく過程で原料混合物中に気泡を生成させるための添加剤をいう。
 本発明において、発泡剤は、
(a)圧力低下又は加熱によりガスを発生させる物理発泡剤、又は、
(b)熱分解又は化学反応によりガスを発生させる化学発泡剤
のいずれであっても良い。
 物理発泡剤としては、例えば、
(a-1)シクロペンタン、イソペンタン、ノルマルペンタンなどの炭化水素、
(a-2)塩化メチレン、トリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、ノナフルオロブチルメチルエーテル、ペンタフルオロエチルメチルエーテル、ペンタフルオロイソプロピルメチルエーテルなどのハロゲン系化合物、
などがある。
 化学発泡剤としては、例えば、
(b-1)イソシアネート基と反応してCO2を発生させる水、
(b-2)熱分解によって、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、又は、アンモニアガスを発生させるアゾジカルボンアミド
などがある。
 原料混合物には、これらのいずれか1種の発泡剤が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。
 これらの中でも、発泡剤は、水が好ましい。発泡剤として水を用いると、水とイソシアネート基とが反応することにより発生したCO2ガスが発泡を促す。また、水とイソシアネート基との反応熱が樹脂の硬化を促進する。
[1.1.4. 触媒]
 「触媒」とは、樹脂化反応を促進する触媒、泡化反応を促進する触媒、又は、樹脂化反応と泡化反応の双方を促進する触媒をいう。
 触媒としては、例えば、アミン系触媒、金属触媒などがある。アミン系触媒は、樹脂化反応と泡化反応の双方を促進する触媒である。金属触媒は、樹脂化反応を促進する触媒である。原料混合物には、これらのいずれか1種の触媒が含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。
 アミン系触媒としては、例えば、
N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N-ジメチルベンジルアミン、
N,N-ジメチルアミノエタノール、
N,N’,N’-トリメチルアミノエチルピペラジン、トリエチレンジアミン
等が挙げられる。
 金属触媒としては、例えば、
(a)スタナスオクトエート、ジブチルチンジラウレートなどの錫触媒、
(b)フェニル水銀プロピオン酸塩などの水銀触媒、
(c)オクテン酸鉛などの鉛触媒
等が挙げられる。
[1.1.5. 整泡剤]
 「整泡剤」とは、気泡の大きさや分布を均一化する作用がある添加剤をいう。
 原料混合物に整泡剤を添加すると、気泡の大きさや分布が均一なポリウレタンフォームを得ることができる。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、公知の界面活性剤などがある。
[1.2. 含有量]
[1.2.1. ポリオールAの含有量]
 「ポリオールAの含有量(mass%)」とは、活性水素化合物の総質量に対するポリオールAの質量の割合をいう。
 ポリオールAの含有量が少なくなりすぎると、硬度が増大し、反発性が低下し、又は、圧縮永久歪が増大する場合がある。従って、ポリオールAの含有量は、40.0mass%超である必要がある。含有量は、好ましくは、50.0mass%以上、60.0mass%以上、70.0mass%以上、あるいは、80.0mass%以上である。
 一方、ポリオールAの含有量が過剰になると、かえって、圧縮永久歪が増大する場合がある。また、ポリオールAの含有量が過剰になると、独立気泡が形成されやすくなる。そのため、反応後の冷却過程において、ポリウレタンフォームがシュリンクし、反発性が低下する場合がある。従って、ポリオールAの含有量は、100.0mass%未満である必要がある。含有量は、好ましくは、95.0mass%以下、あるいは、90.0mass%以下である。
[1.2.2. ポリオールBの含有量]
 「ポリオールBの含有量(mass%)」とは、活性水素化合物の総質量に対するポリオールBの質量の割合をいう。
 ポリオールBの含有量が少なくなりすぎると、ガス抜き効果が不十分となり、ポリウレタンフォームが硬くなる場合がある。また、反応後の冷却過程において、ポリウレタンフォームがシュリンクする場合がある。従って、ポリオールBの含有量は、0.0mass%超である必要がある。含有量は、好ましくは、0.5mass%以上、1.0mass%以上、あるいは、2.0mass%以上である。
 一方、ポリオールBの含有量が過剰になると、セル荒れを起こす場合がある。また、セルの一部は、セル膜ごと失われ、セル骨格のみが残った状態となる場合がある。従って、ポリオールBの含有量は、25.0mass%以下が好ましい。含有量は、好ましくは、20.0mass%以下、15.0mass%以下、12.0mass%以下、あるいは、10.0mass%以下である。
[1.2.3. モノオールCの含有量]
 「モノオールCの含有量(mass%)」とは、活性水素化合物の総質量に対するモノオールCの質量の割合をいう。
 モノオールCの含有量が少なくなりすぎると、硬度が増大し、反発性が低下し、又は、圧縮永久歪が増大する場合がある。従って、モノオールCの含有量は、0.0mass%超である必要がある。含有量は、好ましくは、1.0mass%以上、2.0mass%以上、3.0mass%以上、あるいは、4.0mass%以上である。
 一方、モノオールCの含有量が過剰になると、ウレタン結合の存在比率(ハードセグメントの存在比率)が過度に少なくなり、必要な硬さが得られない場合がある。また、原料混合物を反応させる際に一旦発泡させても、硬化中に原料混合物から気泡が抜けてしまい、発泡体を維持するのが困難となる(フォームが形成されない)場合がある。従って、モノオールCの含有量は、15.0mass%未満である必要がある。含有量は、好ましくは、14.0mass%以下、あるいは、13.0mass%以下である。
[1.2.4. その他のポリオール及びモノオールの含有量]
 「その他のポリオール及びモノオールの含有量(mass%)」とは、活性水素化合物の総質量に対するその他のポリオール及びモノオールの総質量の割合をいう。
 活性水素化合物は、上述したポリオールA、ポリオールB、及び、モノオールC以外のポリオール及び/又はモノオールを含むものでも良い。しかしながら、その他のポリオール及びモノオールの含有量が過剰になると、硬度が増大し、反発性が低下し、又は、圧縮永久歪が増大する場合がある。従って、その他のポリオール及びモノオールの含有量は、50.0mass%以下が好ましい。含有量は、さらに好ましくは、25.0mass%以下、10.0mass%以下、あるいは、5.0mass%以下である。
[1.2.5. イソシアネートインデックス]
 「イソシアネートインデックス」とは、原料混合物中の活性水素基の当量に対する、原料混合物中のポリイソシアネートのイソシアネート基の当量の比に100を掛けた値をいう。
 本発明において、イソシアネートインデックスは、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。一般に、イソシアネートインデックスが大きくなるほど、架橋点の数が増加するために、ポリウレタンフォームの強度及び靱性が向上する。従って、イソシアネートインデックスは、80以上が好ましい。イソシアネートインデックスは、さらに好ましくは、85以上、あるいは、90以上である。
 一方、イソシアネートインデックスが大きくなりすぎると、ポリウレタンフォームの硬度が過度に高くなる場合がある。従って、イソシアネートインデックスは、110以下が好ましい。イソシアネートインデックスは、さらに好ましくは、105以下、あるいは、100以下である。
[1.2.6. 発泡剤の含有量]
 「発泡剤の含有量」とは、活性水素化合物の総質量を100とした時の、発泡剤の質量をいう。
 発泡剤の含有量は、発泡剤の種類に応じて、最適な含有量を選択するのが好ましい。
 例えば、発泡剤が水である場合、一般に、水の含有量が多くなるほど、ポリウレタンフォームの硬度が低くなる。このような効果を得るためには、水の含有量は、1.0質量部以上が好ましい。含有量は、さらに好ましくは、1.5質量部以上、あるいは、2.0質量部以上である。
 一方、水の含有量が過剰になると、ポリウレタンフォームにセル荒れが起こる場合や、触感が悪化する場合がある。従って、水の含有量は、8.0質量部以下が好ましい。含有量は、さらに好ましくは、5.0質量部以下、あるいは、3.0質量部以下である。
[1.2.7. 触媒の含有量]
 「触媒の含有量」とは、活性水素化合物の総質量を100とした時の、触媒の質量をいう。
 一般に、触媒の含有量が多くなるほど、短時間で反応が進行する。このような効果を得るためには、触媒の含有量は、0.5質量部以上が好ましい。含有量は、さらに好ましくは、0.6質量部以上、あるいは、0.7質量部以上である。
 一方、触媒の含有量が過剰になると、ポリウレタンフォームが過度に硬くなる場合がある。従って、触媒の含有量は、1.5質量部以下が好ましい。含有量は、さらに好ましくは、1.4質量部以下、あるいは、1.3質量部以下である。
[1.2.8. 整泡剤の含有量]
 「整泡剤の含有量」とは、活性水素化合物の総質量を100とした時の、整泡剤の質量をいう。
 整泡剤の含有量が少なくなりすぎると、フォームの形成が困難となる場合がある。従って、整泡剤の含有量は、0.5質量部以上が好ましい。含有量は、さらに好ましくは、0.6質量部以上、あるいは、0.7質量部以上である。
 一方、整泡剤の含有量が過剰になると、独立気泡になり通気性が損なわれ、あるいは、発泡後にシュリンクして触感が硬くなる場合がある。従って、整泡剤の含有量は、1.5質量部以下が好ましい。含有量は、さらに好ましくは、0.9質量部以下、あるいは、0.8質量部以下である。
[1.3. 反応]
 活性水素化合物及びその他の添加剤を含む原料混合物(A液)にポリイソシアネート(B液)を加えて混合し、混合物を所定の温度に維持する。これにより、泡化反応及び樹脂化反応が起こり、本発明に係るポリウレタンフォームが得られる。
[1.4. 特性]
[1.4.1. 反発弾性率]
 「反発弾性率」とは、JIS K6255に準拠して測定された値をいう。
 本発明に係るポリウレタンフォームは、所定の条件を満たすモノオールCを原料に用いているために、高反発性を示す。製造条件を最適化すると、反発弾性率は、35%以上となる。製造条件をさらに最適化すると、反発弾性率は、40%以上、あるいは、45%以上となる。
[1.4.2. アスカーF硬度]
 「アスカーF硬度」とは、アスカーゴム硬度計F型を用いて測定された値をいう。
 本発明に係るポリウレタンフォームは、所定の条件を満たすモノオールCを原料に用いているために、低硬度を示す。製造条件を最適化すると、アスカーF硬度は、35以下となる。製造条件をさらに最適化すると、アスカーF硬度は、33以下、あるいは、30以下となる。
[1.4.3. 圧縮永久歪]
 「圧縮永久歪」とは、JIS K6400-3(50%圧縮)に準拠して測定された値をいう。
 本発明に係るポリウレタンフォームは、所定の条件を満たすモノオールCを原料に用いているために、低圧縮永久歪を示す。製造条件を最適化すると、圧縮永久歪は、20%以下となる。製造条件をさらに最適化すると、圧縮永久歪は、17%以下、あるいは、16%以下となる。
[2. ポリウレタンフォーム(2)]
 本発明の第2の実施の形態に係るポリウレタンフォームは、
 原料として重量平均分子量が2000以上のモノオールCを用い、
 反発弾性率が35%以上であり、
 アスカーF硬度が35以下である。
[2.1. モノオールC]
 「モノオールC」とは、重量平均分子量が2000以上であるモノオール(エーテル系高分子量モノオール)をいう。モノオールCの詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[2.2. 反発弾性率]
 本実施の形態に係るポリウレタンフォームは、反発弾性率が35%以上である。反発弾性率に関するその他の点については、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
[2.3. アスカーF硬度]
 本実施の形態に係るポリウレタンフォームは、アスカーF硬度が35以下である。アスカーF硬度に関するその他の点については、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
[3. ポリウレタンフォームの製造方法]
 本発明に係るポリウレタンフォームは、前述した各成分を混合して原料混合物とし、樹脂化反応及び泡化反応を進行させることにより製造することができる。樹脂化反応及び泡化反応の方法は、本発明の目的や効果を損なわない限り、一般的な方法を自由に組み合わせて採用することができる。
 本発明に係るポリウレタンフォームの製造方法における発泡は、スラブ発泡及びモールド発泡のいずれを採用することもできる。スラブ発泡は、ポリウレタンフォーム製造用の原料を混合してベルトコンベア上に吐出し、大気圧下、常温で発泡させる方法である。
 一方、モールド発泡は、モールド(金型)のキャビティにポリウレタンフォーム製造用の原料を混合して注入し、キャビティ形状に発泡させる方法である。
[4. 作用]
 ポリウレタンフォームを製造する場合において、原料としてモノオールC(エーテル系高分子量モノオール)を添加すると、低硬度と、高反発性と、低圧縮永久歪とを兼ね備えたポリウレタンフォームが得られる。
 硬度が低下するのは、適量のモノオールCを添加することによって、高分子鎖に占めるハードセグメント(ウレタン結合)の割合が適度に減少したためと考えられる。
 反発性が向上し、あるいは、圧縮永久歪の低下が抑制されるのは、適量のモノオールCを添加することによって、末端アルキル基の長さが長くなり、フリーな長鎖アルキル基によって分子間の反発作用が強まったためと考えられる。
(実施例1~7、比較例1~9)
[1. 試料の作製]
[1.1. 原料]
 ポリオールには、以下のものを用いた。
(1)ポリオールA:ポリエーテルポリオール、重量平均分子量7000、官能基数3、EO含有率15.5mass%、品名:KC-737、三洋化成工業(株)製
(2)ポリオールB:ポリエーテルポリオール、重量平均分子量3400、官能基数3、EO含有率72mass%、品名;EP-505S、三井化学(株)製
(3)ポリオールD:ポリエーテルポリオール、重量平均分子量2000、官能基数2、EO含有率0mass%、品名:D-2000、三井化学(株)製
(4)ポリオールE:ポリエーテルポリオール、重量平均分子量750、官能基数3、EO含有率0mass%、品名:GP750NS、三洋化成工業(株)製
 モノオールには、以下のものを用いた。
(1)モノオールC1:ポリエーテルモノオール、重量平均分子量3000、官能基数1、EO含有率0mass%、品名:ML-3000、三井化学(株)製、
(2)モノオールC2:ポリエーテルモノオール、重量平均分子量5000、官能基数1、EO含有率0mass%、品名:ML-5000、三井化学(株)製、
(3)モノオールF:ポリエーテルモノオール、重量平均分子量470、官能基数1、EO含有率0mass%、品名:CA-120、三井化学(株)製
 樹脂化触媒、整泡剤、発泡剤、及び、ポリイソシアネートには、以下のものを用いた。
(1)樹脂化触媒:トリエチレンジアミン 33%、品名:DABCO 33LSI、エポニックジャパン(株)製
(2)整泡剤:シリコーン系整泡剤、品名:B8742FL2、エボニックジャパン(株)製
(3)発泡剤:水
(4)ポリイソシアネート:モノメリックMDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)、NCO含有率33.6%、品名:ルプラネート(登録商標)MI、BASFイノアックポリウレタン(株)製
 表1に、使用した原料の一覧を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
[1.2. フォームの形成]
 上記の原料を所定の比率で混合し、原料混合物を得た。65℃に維持された型内に原料混合物を注入し、型内において原料混合物を発泡させた。さらに、型を70℃に設定したオーブンに入れ、フォームの硬化を行った。
[2. 試験方法]
[2.1. 硬さ]
 アスカーゴム硬度計F型を用いて、アスカーF硬度を測定した。
[2.2. 反発弾性率]
 JIS K6255に準拠して、反発弾性率を測定した。
[2.3. 圧縮永久歪]
 JIS K6400-3に準拠して、圧縮永久歪を測定した。但し、圧縮率は、元の厚さの50%又は25%とした。
[2.4. フォーム状態]
 セル荒れの有無を目視で評価した。
[3. 結果]
 表2及び表3に、結果を示す。なお、表2及び表3には、各試料の原料組成も併せて示した。原料組成の数値は、質量部を表す。表2及び表3より、以下のことが分かる。
(1)比較例1~2は、硬度が増大した。これは、モノオールC1、C2を含まないために、ハードセグメントの存在比率が増加したためと考えられる。
(2)比較例3は、圧縮永久歪が増大した。これは、低分子量のモノオールFを用いたために、末端アルキル鎖が短くなり、セル壁同士が接着しやすくなったためと考えられる。
(3)比較例4、5は、硬度が増加し、反発弾性率が低下し、かつ、圧縮永久歪が増大した。これは、ポリオールAの含有量が少ないためと考えられる。
(4)比較例6は、硬度が増加し、圧縮永久歪も増大した。これは、ポリオールBを含まないために、通気性が低下したためと考えられる。
(5)比較例7~9は、いずれもフォームを形成することができなかった。これは、モノオールC2の含有量が過剰であるために、重合が不十分となり、原料混合物が十分に増粘されず、原料混合物から気泡が抜けたためと考えられる。
(6)実施例1~7は、いずれも、硬度が35以下であり、反発弾性率が35%以上であり、圧縮永久歪(50%圧縮)が20%以下となった。但し、実施例1は、セル荒れが発生した。これは、EO含有率の高いポリオールBの添加量がやや多いために、フォーム形成が不安定化したためと考えられる。
(7)実施例6は、実施例2に比べて、硬度が低下し、反発弾性率が増加し、かつ、圧縮永久歪が低下した。これは、ポリオールBを増量することによって、通気性が向上し、かつ、分子骨格の屈曲性が向上したためと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
 本発明に係るポリウレタンフォームは、アパレル用品、スポーツ用品、玩具、寝具、インテリアなどに使用することができる。

Claims (5)

  1.  活性水素原子を有する化合物と、
     ポリイソシアネートと
    を含む原料混合物を発泡及び反応させることにより得られ、
     前記活性水素原子を有する化合物は、
     40.0mass%超のポリオールAと、
     0mass%超のポリオールBと、
     0mass%超15.0mass%未満のモノオールCと
    を含む
    ポリウレタンフォーム。
     但し、
     前記「ポリオールA」とは、重量平均分子量が3000以上であり、EO含有率が50.0mass%未満である1種又は2種以上のポリエーテルポリオールをいい、
     前記「ポリオールB」とは、EO含有率が50.0mass%以上である1種又は2種以上のポリエーテルポリオールをいい、
     前記「モノオールC」とは、重量平均分子量が2000以上である1種又は2種以上のモノオールをいい、
     前記ポリオールA、前記ポリオールB、又は、前記モノオールCの含有量を表す「mass%」とは、それぞれ、前記活性水素原子を有する化合物の総質量に対する前記ポリオールA、前記ポリオールB、又は、前記モノオールCの質量の割合をいう。
  2.  反発弾性率が35%以上である請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
     但し、前記「反発弾性率」とは、JIS K6255に準拠して測定された値をいう。
  3.  アスカーF硬度が35以下である請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
  4.  圧縮永久歪が20%以下である請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
     但し、前記「圧縮永久歪」とは、JIS K6400-3(50%圧縮)に準拠して測定された値をいう。
  5.  原料として重量平均分子量が2000以上のモノオールCを用い、
     反発弾性率が35%以上であり、
     アスカーF硬度が35以下である
    ポリウレタンフォーム。
     但し、前記「反発弾性率」とは、JIS K6255に準拠して測定された値をいう。
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