【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟質ポリウレタンモールドフォーム及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟質ポリウレタンモールドフォームとしては、その原材料の化学構造からくる反応活性、反応形態の差で、ホットキュアタイプ（コンベンショナルフォーム）とコールドキュアタイプまたは常温キュアタイプ（ＨＲフォーム）とに分類される。
コンベンショナルフォームは軽量化が可能で、しかも耐久性に優れるという点で非常に優れた材料である。しかしながら、製品表面のタッチ感が硬く、触り心地が悪いという致命的な欠点があり、ここ数年にて急激に需要が減少している。一方、ＨＲフォームはコンベンショナルフォームの最大の欠点である表面タッチ感の硬さが改善されたものであるが、ＨＲフォームに比して重量が重く（ＨＲフォーム比で、約２０％程度の重量増）、耐久性に劣るという欠点がある。
耐久性に劣るということは、フォームの形状安定性が悪いということを意味し、種々の不具合の原因となる。例えば、ベッド用クッションの厚みが使用に伴って低下したり、車両用クッションが使用に伴い、厚みや硬さが変化したりするといった不具合の原因となる。特に車両用クッションにおいては長時間の車両運転により、設計当初のクッション厚みや硬さが低下し、運転者の定位置が下降し、座り心地や乗り心地が悪化することとなる。
【０００３】
上記問題を解決するため、原料の合成技術や配合設計技術の改善により、ＨＲフォームの軽量化技術が進化している。しかしながら、未だ、耐久性の悪化を抑制しつつ成形性が確保された原料及び配合設計技術は出現しておらず、軽量で耐久性に優れ、しかも表面のタッチ感が柔らかな軟質ポリウレタンモールドフォームの出現が望まれていた。
【０００４】
【非特許文献１】
岩田敬治著「ポリウレタン樹脂ハンドブック」日刊工業新聞社、
昭和６２年９月２５日、Ｐ．１７８〜２０４。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、軽量で耐久性に優れ、しかも表面のタッチ感が柔らかな軟質ポリウレタンモールドフォーム及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討の結果、軽量で耐久性に優れ、しかも表面のタッチ感が柔らかな軟質ポリウレタンモールドフォームを見出し、本発明をなすに至った。また、その軟質ポリウレタンモールドフォームの製造においては、イソシアネート成分とポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液を金型内に注入し、その後発泡硬化させる製造方法を採用するにあたり、発泡原液内におけるイソシアネート当量を最適化することによって、軽量で耐久性に優れ、しかも表面のタッチ感が柔らかな軟質ポリウレタンモールドフォームを効率よく製造可能であることを知見し、本発明をなすに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、下記の軟質ポリウレタンモールドフォーム及びその製造方法を提供する。
請求項１：
全密度が３０ｋｇ／ｍ3未満であり、ＪＩＳ Ｋ−６４０１に準じた湿熱残留ひずみ試験における湿熱残留ひずみが２５％未満であり、且つＡＳＴＭ Ｄ−３５７４に準じた圧縮特性試験における、５ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量が３ｍｍ以上であることを特徴とする軟質ポリウレタンモールドフォーム、
請求項２：
前記軟質ポリウレタンモールドフォームが、イソシアネート基を供給するポリイソシアネート成分とヒドロキシ基を供給するポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液を金型内に注入し、その後発泡硬化させることによって得られた軟質ポリウレタンモールドフォームであって、前記発泡原液内におけるイソシアネート当量が７０以上８０未満である請求項１記載の軟質ポリウレタンモールドフォーム、
請求項３：
前記発泡原液を金型内に注入する際の金型温度が４０〜６０℃であり、且つ、発泡原液を発泡硬化させる際の金型温度が８０〜１２０℃である請求項２記載の軟質ポリウレタンモールドフォーム、
請求項４：
前記ポリオール成分の数平均分子量が２０００以上３０００未満である請求項２又は３記載の軟質ポリウレタンモールドフォーム、
請求項５：
前記ポリオール成分に含まれるエチレンオキシドユニットの含有率が１５〜２０重量％である請求項２，３又は４記載の軟質ポリウレタンモールドフォーム、請求項６：
イソシアネート基を供給するポリイソシアネート成分とヒドロキシ基を供給するポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液を金型内に注入し、その後前記軟質ポリウレタン発泡原液を発泡硬化させて軟質ポリウレタンモールドフォームを製造する方法であって、前記発泡原液内におけるイソシアネート当量が７０以上８０未満であることを特徴とする軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法、
請求項７：
前記発泡原液を金型内に注入する際の金型温度が４０〜６０℃であり、且つ、発泡原液を発泡硬化させる際の金型温度が８０〜１２０℃である請求項６記載の軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法、
請求項８：
前記ポリオール成分の数平均分子量が２０００以上３０００未満である請求項６又は７記載の軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法、
請求項９：
前記ポリオール成分に含まれるエチレンオキシドユニットの含有率が１５〜２０重量％である請求項６，７又は８記載の軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法。
【０００８】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の軟質ポリウレタンモールドフォームは、全密度が３０ｋｇ／ｍ3未満であり、ＪＩＳ Ｋ−６４０１に準じた湿熱残留ひずみ試験における湿熱残留ひずみが２５％未満であり、且つＡＳＴＭ Ｄ−３５７４に準じた圧縮特性試験における、５ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量が３ｍｍ以上であることを特徴とする軟質ポリウレタンモールドフォームであって、軟質ポリウレタンモールドフォームの有する表面の柔らかなタッチ感を保持しつつ、しかも、軽量性と耐久性をも両立させた、従来には無い全く新しい、優れた特性を有する軟質ポリウレタンモールドフォームである。
全密度としては、３０ｋｇ／ｍ3未満、好ましくは２０ｋｇ／ｍ3以上３０ｋｇ／ｍ3未満、更に好ましくは２２ｋｇ／ｍ3以上２５ｋｇ／ｍ3未満である。
ＪＩＳ Ｋ−６４０１に準じた湿熱残留ひずみ試験における湿熱残留ひずみとしては、２５％未満、好ましくは５％以上２５％未満、更に好ましくは１０％以上１５％未満である。
ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４に準じた圧縮特性試験における、５ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量としては、３ｍｍ以上、好ましくは３〜５ｍｍ、更に好ましくは４〜４．５ｍｍである。
全密度、湿熱残留ひずみ、撓み量のいずれが上記範囲を逸脱しても、本発明の目的は達成し得ない。
なお、ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４に準じた圧縮特性試験における、１０ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量としては、好ましくは１０〜２０ｍｍ、更に好ましくは１３〜１５ｍｍであり、同１５ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量としては、好ましくは２１〜２７ｍｍ、更に好ましくは２３〜２６ｍｍであり、同２０ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量としては、好ましくは３０〜４０ｍｍ、更に好ましくは３３〜３５ｍｍである。５ｋｇｆ、１０ｋｇｆ、１５ｋｇｆ、２０ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量が上記範囲であると、従来のＨＲフォームの当該値とほぼ同等の値となり（当該試験により得られる応力−歪曲線が、従来のＨＲフォームの示す応力−歪曲線にほぼ重なることを意味する）、従来のＨＲフォーム品と同等の表面のタッチ感、触り心地を達成することができる。
【０００９】
本発明の上記軟質ポリウレタンモールドフォームは、イソシアネート基を供給するポリイソシアネート成分とヒドロキシ基を供給するポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液を金型内に注入し、その後発泡硬化させる際に、イソシアネート当量を最適化することによって効率よく得ることができるものである。
【００１０】
まず、本発明に好適に用いられる、イソシアネート基を供給するポリイソシアネート成分とヒドロキシ基を供給するポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液について説明する。
上記ポリイソシアネート成分としては、軟質ポリウレタンモールドフォームの製造に通常用いられているものを用いることができる。特に限定されるものではないが、例えば、トリレンジイソシアネート（２，４−体や２，６−体等の異性体比率は特に限定されないが、２，４−体／２，６−体が８０／２０〜６５／３５（重量比）のものが好ましく使用される。）や、トリレンジイソシアネートとポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート（例えば三井化学社製コスモネートＭ−２００）の混合物を挙げることができる。トリレンジイソシアネートとポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートの混合物を使用する場合には、トリレンジイソシアネート／ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート＝９８／２〜５０／５０（重量比）であることが好適である。
【００１１】
ここで、イソシアネート成分の使用量として、イソシアネート当量（軟質ポリウレタン発泡原液中の活性水素量（モル）を１００とした時の、軟質ポリウレタン発泡原液中のイソシアネ−ト基の当量（モル）比）としては７０以上、上限として８０未満、好ましくは７５以下である。イソシアネート当量が７０未満であると、軟質ポリウレタンモールドフォームのスキン強度が損なわれる場合があり、一方８０以上であると、柔らかさが損なわれる場合がある。
【００１２】
本発明で使用されるポリオール成分としては、軟質ポリウレタンモールドフォームの製造において通常用いられているものを用いることができる。例えば開始剤としてジプロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ショ糖等の活性水素化合物にエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、テトロヒドロフラン、スチレンオキシド等の１種または２種以上を付加重合せしめて得られるポリオール類が使用される。ポリオールの一部がエチレン性不飽和単量体で変性された、いわゆるポリマーポリオールを、該ポリオール中に混合して使用することも可能である。
【００１３】
上記ポリオール類の付加重合形式は特に限定されないが、軟質ポリウレタンモールドフォームの成形性、発泡性等の観点から、末端オキシエチレン基が５〜２０重量％以下であることが好ましい。末端オキシエチレン量が５重量％未満であると、キュアー性が低下する場合があり、一方、２０重量％を超えると、独立気泡で収縮する場合がある。
本発明で使用されるポリオール成分の水酸基価としては、通常３０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇであって、好ましくは４０〜８０ｍｇＫＯＨ／ｇである。これらのポリオール成分は単独または混合して用いられる。なお、水酸基価はＪＩＳ Ｋ
１５５７に準じて測定することができる（以下同様である）。
【００１４】
本発明に用いられるポリオール成分として、より具体的には、例えば２価〜６価等の多価アルコール、ポリオキシアルキレンポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール等が挙げられる。特に、ポリオキシアルキレンポリオール、ポリエステルポリオールを用いることが好ましく、ポリオキシアルキレンポリオールを用いることが更に好ましい。これらのポリオール成分は単独で用いてもよいが複数を併用してもよい。
【００１５】
また、上記ポリオール成分の数平均分子量としては、２０００以上３０００未満であることが好ましい。ポリオール成分の数平均分子量が２０００未満であるとキュアー性が低下する場合があり、一方３０００以上であると、柔らかさが損なわれる場合がある。
【００１６】
上記ポリオール成分に含まれるエチレンオキシドユニットの含有率（重量％）としては、１５〜２０重量％であることが好ましい。エチレンオキシドユニットの含有量が１５重量％未満であると、キュアー性が低下する場合があり、一方２０重量％を超えると、独立気泡で収縮する場合がある。
【００１７】
本発明における、イソシアネート成分とポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液は、上記の様なイソシアネート成分及びポリオール成分を、発泡剤、発泡触媒あるいは整泡剤の存在下で金型中にて反応させることが好ましい。
【００１８】
水は、ポリイソシアナートと反応して炭酸ガスを発生させることから、ポリウレタン樹脂を発泡させることができ、本発明においても発泡剤として用いることができる。本発明の主旨を損なわない範囲であれば水と共に、地球環境保護の目的で開発されたクロロフルオロカーボン類や、ヒドロキシクロロフルオロカーボン類（ＨＣＦＣ−１３４ａ等）、炭化水素類（シクロペンタン等）、その他の発泡剤を併用してもよい。また、水以外の発泡剤のみで発泡してもよい。
本発明における発泡剤の使用量としては、ポリオール成分１００重量部に対して通常２．５〜８重量部、好ましくは５〜７重量部である。発泡剤の使用量が２．５重量部未満であると、キュアー性が低下する場合があり、８重量部を超えると、へたり性が悪化する場合がある。
【００１９】
本発明において用いられる発泡触媒としては、ポリウレタンに通常使用される公知のもの、例えばカルボン酸の金属塩（酢酸ナトリウム、オクチル酸鉛、オクチル酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、スタナスオクトエート等）；アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のアルコキシドもしくはフェノキシド（ナトリウムメトキシド、ナトリウムフェノキシド等）；３級アミン類（トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、ジメチルアミノメチルフェノール、ピリジン等）；４級アンモニウム塩（テトラエチルヒドロキシルアンモニウム等）；並びに、スズ、アンチモン等の金属を含有する有機金属化合物（テトラフェニルスズ、トリブチルアンチモンオキサイド等）等を用いることができる。これらのうち好ましいものは、３級アミン類、スズまたはアンチモンを含有するカルボン酸の金属塩もしくは有機金属化合物およびこれらの２種以上の併用である。発泡触媒の使用量としては、ポリオール成分１００重量部に対して、０．００５〜１０重量部であることが好ましい。発泡触媒の使用量が０．００５重量部未満であると、キュアー性が低下する場合があり、１０重量部を超えると、独立気泡で収縮する場合がある。
【００２０】
整泡剤としては、ポリウレタンフォームの製造に通常使用できるものが用いられ、具体例としては、ジメチルシロキサン系整泡剤、例えば日本ユニカー（株）製の「ＳＺ１１０５」、「ＳＺ１１４２」、「ＳＺ１１６０」、「Ｌ−５７４０Ｍ」、「Ｌ−５７４０Ｓ」、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製の「ＳＲＸ２９４Ａ」、「ＰＲＸ６０７」、「ＳＦ−２９６２」等が挙げられる。
本発明における整泡剤の使用量としては、ポリオール成分１００重量部に対して通常０．５〜５．０重量部、好ましくは０．８〜３．０重量部である。整泡剤の使用量が０．５重量部未満であると、セルが不安定になる場合があり、５．０重量部を超えると、独立気泡で収縮する場合がある。
【００２１】
本発明における、イソシアネート成分とポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液には、上記の様なイソシアネート成分、ポリオール成分、発泡剤、発泡触媒、および整泡剤に加え、更に架橋剤、難燃剤、顔料、紫外線吸収剤、酸化防止剤等のその他添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で用いることができる。
架橋剤としては、例えばグリセリン等の脂肪族多価アルコール類；ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン類などが用いられる。また、水酸基価が２００〜１８００ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリオキシアルキレンポリオールを架橋剤として用いることもできる。これら架橋剤の使用量としては、ポリオール成分１００重量部に対して、０．５〜１０重量部の間であることが好ましい。
【００２２】
本発明における上記イソシアネート成分とポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液の粘度としては、成形性の観点から５００〜２５００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。
【００２３】
本発明の軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法は、上記イソシアネート成分と上記ポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液を金型内に注入し、その後前記軟質ポリウレタン発泡原液を発泡硬化させて軟質ポリウレタンモールドフォームを製造する方法であって、前記発泡原液内におけるイソシアネート当量が７０以上８０未満であることを特徴とするものである。イソシアネート成分とポリオール成分とを含む軟質ポリウレタン発泡原液としては、好ましくは上記に説明した各配合成分よりなるものであることが好ましい。
【００２４】
本発明において、上記発泡原液を金型内に注入する際の金型温度としては、通常４０〜６０℃であり、好ましくは４５〜５０℃である。上記発泡原液を金型内に注入する際の金型温度が６０℃より高いと、クラックが発生する場合があり、一方、４０℃未満であると、キュアー性が低下する場合がある。
また、上記発泡原液を発泡硬化させる際の金型温度としては、通常８０〜１２０℃であり、好ましくは８０〜１００℃である。上記発泡原液を発泡硬化させる際の金型温度が１２０℃より高いと、キュアー温度が高く、火災が発生する場合があり、一方、８０℃未満であると、キュアー性が低下する場合がある。
【００２５】
本発明の軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法においては、通常の軟質ポリウレタンモールドフォームの場合と同様、高圧発泡機や低圧発泡機等を用いて、上記配合成分を混合することができる。
イソシアネート成分とポリオール成分は発泡直前で混合することが好ましい。その他の成分は必要に応じて予めイソシアネート成分またはポリオール成分と予め混合することが一般的であり、それら混合物は混合後直ちに使用しても、貯留し必要量を適宜使用してもよい。その他の成分の混合は必要に応じて適宜その混合の組み合わせ、混合順序、混合後の貯留時間等を決定することができる。
【００２６】
低圧発泡機を用いる場合には、２種を超える成分の混合が可能であるため、ポリオール系、発泡剤系、イソシアナート系等に分割して混合することもできる。
混合方法は発泡機のマシンヘッド混合室内で混合を行うダイナミックミキシング、送液配管内で混合を行うスタティックミキシングの何れでも良く、また両者を併用してもよい。発泡直前で実施される混合や物理発泡剤等のガス状成分と液状成分の混合はスタティックミキシングで、貯留可能成分同士の混合はダイナミックミキシングで実施される場合が多い。
【００２７】
このような混合により得られた混合液を金型（モールド）内に吐出し、発泡硬化させ、その後脱型が行われる。
発泡硬化させる際の硬化時間としては通常３０秒〜１５分、好ましくは８〜１２分である。硬化時間が３０秒未満であると、キュアー性が低下する場合があり、硬化時間が１５分より長いと、エネルギーコストがかさむ場合がある。
【００２８】
上記脱型を円滑に行うため、金型には予め離型剤を塗布しておくことも好適である。使用する離型剤としては、成形加工分野で通常用いられる離型剤を用いればよく、特に限定されるものではないが、発泡原液の不要な発泡を抑制する観点から、本発明においては水−エマルジョン系離型剤（スキンレスタイプ）が好適に用いられる。
また、発泡原液注入時の金型温度をより均一に制御する観点から、脱型の際には金型の冷却を行うことが好ましい。冷却方法としては水冷法、空冷法のいずれも採用し得るが、コストの観点から、本発明においては空冷法が好適である。なお、冷却温度としては、２０〜２５℃であることが好ましい。
【００２９】
上記の製造方法により、本発明の軟質ポリウレタンモールドフォームを効率よく得ることができる。
【発明の効果】
本発明の軟質ポリウレタンモールドフォームは、表面のタッチ感が柔らかく、耐久性に優れ、しかも軽量なポリウレタンモールドフォームであり、車両用内装材、家具用クッション材、寝具、雑貨等に好適に使用される。この軟質ポリウレタンモールドフォームは、本発明の製造方法により効率よく得ることができる。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【００３１】
〔実施例１，２、比較例１〜３〕
表１の配合（特に断りがない場合、数値は重量部を表す）に従って発泡原液を作成した。ＣＡＮＮＯＮ製Ｌ型ヘッドを備えた高圧発泡機を用い、表２に示す条件下にて、金型内に発泡原液を注入し、発泡硬化させて軟質ポリウレタンモールドフォームを作成した。発泡硬化させる際の硬化時間は１０分間であった。
得られた軟質ポリウレタンモールドフォームの評価結果を表２に併記する。
【００３２】
【表１】
イソシアネート成分
三井武田ケミカル（株）製、商標Ｔ−８０。イソシアネート基価４８．２重量％。
ポリエーテルポリオール
旭硝子（株）製、商標ＥＬ２２８。水酸基価７１．４重量％。数平均分子量２５００。
ＰＰＧ１
三洋化成工業（株）製、商品名ＦＡ２０７。水酸基価５６重量％。数平均分子量３０００。
ＰＰＧ２
三洋化成工業（株）製、商品名ＫＣ２６４。水酸基価３４重量％。数平均分子量５０００。
エチレンオキシド含有率（重量％）
ポリオール成分に含まれるエチレンオキシドユニットの含有率（重量％）
触媒
東ソー（株）製、商品名ＴＥＤＡ−Ｌ３３。
整泡剤
日本ユニカー（株）製、商品名ＳＺ１１４２。
イソシアネート当量
上記配合原料中のイソシアネート成分の配合量（重量部）とポリオール成分の配合量（重量部）とから、下記式により算出した。
【数１】
【００３３】
【表２】
冷却方法
ａ：空冷、ｂ：水冷、ｃ：冷却無し。
使用離型剤
ｘ：水−エマルジョン系離型剤（スキンレスタイプ）。コニシ（株）製、商品名ＵＲＥ９０７。
ｙ：水−エマルジョン系離型剤。中京油脂（株）製、商品名ＳＦ３７８Ｗ。
ｚ：溶剤系離型剤。中京油脂（株）製、商品名Ｆ４７６。
全密度（ｋｇ／ｍ 3 ）
ＪＩＳ Ｋ ６４００に記載の方法により、全密度の測定を実施した。全密度は、ＪＩＳ規格で規定している「見掛け密度」を指す。本発明では、表皮スキン有りの直方体フォームサンプルを用いて全密度の測定を行った。
軽量性
以下の基準に従って評価した。
○：上記全密度が３０ｋｇ／ｍ3未満。
△：上記全密度が３０ｋｇ／ｍ3以上３５ｋｇ／ｍ3未満。
×：上記全密度が３５ｋｇ／ｍ3以上。
乾熱圧縮残留歪み（％）
ＪＩＳ Ｋ ６４００に記載の圧縮残留ひずみの測定方法により、乾熱圧縮残留歪みの測定を実施した。ただし、測定に際しては成形した軟質フォームのコア部を５０×５０×２５ｍｍ切り抜き、これを試験片として使用した。試験片を５０％の厚みまで圧縮し、平行平面板に挟み、７０℃の条件下に、２２時間放置した。そして、２２時間放置後、この試験片を取り出して３０分後、その厚みを測定し、試験前の厚みの値と比較し、歪み率を測定し、この歪み率を乾熱圧縮永久歪みとした。
湿熱圧縮残留歪み（％）
ＪＩＳ Ｋ ６４００に記載の圧縮残留ひずみの測定方法により、湿熱圧縮残留歪みの測定を実施した。ただし、測定に際しては成形した軟質フォームのコア部を５０×５０×２５ｍｍ切り抜き、これを試験片として使用した。試験片を５０％の厚みまで圧縮し、平行平面板に挟み、５０℃、相対湿度９５％の条件下に、２２時間放置した。そして、２２時間放置後、この試験片を取り出して３０分後、その厚みを測定し、試験前の厚みの値と比較し、歪み率を測定し、この歪み率を湿熱圧縮残留歪みとした。
耐久性
以下の基準に従って評価した。
○：上記湿熱圧縮残留歪みが２５％未満。
×：上記湿熱圧縮残留歪みが２５％以上。
撓み量（ｍｍ）
ＡＳＴＭ Ｄ−３５７４に準じた圧縮特性試験における、５〜２０ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量。
表面タッチ感
以下の基準に従って評価した。
○：上記５ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量が３ｍｍ以上。
△：上記５ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量が１．５ｍｍ以上３ｍｍ未満。
×：上記５ｋｇｆ荷重負荷時の撓み量が１．５ｍｍ未満。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flexible polyurethane mold foam and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, flexible polyurethane mold foams are classified into hot cure type (conventional form) and cold cure type or room temperature cure type (HR form) according to the difference in reaction activity and reaction form derived from the chemical structure of the raw material.
Conventional foam is a very excellent material because it can be reduced in weight and has excellent durability. However, there is a fatal drawback that the product surface has a hard touch feeling and uncomfortable touch, and the demand has rapidly decreased in recent years. On the other hand, HR foam has improved surface touch feeling, which is the biggest drawback of conventional foam, but is heavier than HR foam (about 20% more weight than HR foam). ), And has a drawback of poor durability.
Poor durability means that the foam has poor shape stability, which causes various problems. For example, the thickness of the bed cushion decreases with use, and the thickness and hardness of the vehicle cushion change with use. In particular, in the case of a vehicle cushion, long-time vehicle operation reduces the cushion thickness and hardness at the initial design, lowers the driver's home position, and deteriorates sitting comfort and riding comfort.
[0003]
In order to solve the above-mentioned problems, techniques for reducing the weight of HR foams have been evolving by improving the techniques for synthesizing raw materials and the techniques for designing and blending. However, there has not yet been developed a raw material and a compound design technique that have ensured moldability while suppressing deterioration of durability, and a soft polyurethane mold foam having a lightweight, excellent durability and a soft touch on the surface has been developed. Appearance was desired.
[0004]
[Non-patent document 1]
Keiji Iwata, "Polyurethane Resin Handbook", Nikkan Kogyo Shimbun,
September 25, 1987, p. 178-204.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a flexible polyurethane mold foam which is lightweight, has excellent durability, and has a soft touch on the surface, and a method for producing the same.
[0006]
Means for Solving the Problems and Embodiments of the Invention
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, have found a flexible polyurethane mold foam which is lightweight, has excellent durability and has a soft touch on the surface, and has accomplished the present invention. In the production of the flexible polyurethane mold foam, a flexible polyurethane foam stock solution containing an isocyanate component and a polyol component is injected into a mold, and then, when a manufacturing method of foaming and curing is adopted, the isocyanate equivalent in the foaming stock solution is adjusted. The present inventors have found that by optimizing, it is possible to efficiently produce a flexible polyurethane mold foam which is lightweight, has excellent durability, and has a soft touch on the surface, and has accomplished the present invention.
[0007]
That is, the present invention provides the following flexible polyurethane mold foam and a method for producing the same.
Claim 1:
When the total density is less than 30 kg / m 3 , the wet heat residual strain in a wet heat residual strain test according to JIS K-6401 is less than 25%, and the 5 kgf load is applied in a compression property test according to ASTM D-3574. Flexible polyurethane molded foam, wherein the amount of flexure is 3 mm or more,
Claim 2:
The flexible polyurethane mold obtained by injecting a flexible polyurethane foam stock solution containing a polyisocyanate component for supplying an isocyanate group and a polyol component for supplying a hydroxy group into a mold, followed by foaming and curing. The flexible polyurethane mold foam according to claim 1, wherein the isocyanate equivalent in the foaming stock solution is 70 or more and less than 80.
Claim 3:
The flexible polyurethane according to claim 2, wherein a mold temperature at the time of injecting the foaming stock solution into the mold is 40 to 60 ° C, and a mold temperature at the time of foaming and curing the foaming stock solution is 80 to 120 ° C. Mold foam,
Claim 4:
The flexible polyurethane mold foam according to claim 2 or 3, wherein the polyol component has a number average molecular weight of 2,000 or more and less than 3,000.
Claim 5:
The flexible polyurethane molded foam according to claim 2, 3 or 4, wherein the content of the ethylene oxide unit contained in the polyol component is 15 to 20% by weight.
A method for injecting a flexible polyurethane foam stock solution containing a polyisocyanate component for supplying an isocyanate group and a polyol component for supplying a hydroxy group into a mold, and then foaming and curing the flexible polyurethane foam stock solution to produce a flexible polyurethane mold foam A method for producing a flexible polyurethane mold foam, wherein the isocyanate equivalent in the foaming stock solution is 70 or more and less than 80,
Claim 7:
The flexible polyurethane according to claim 6, wherein a mold temperature when the foaming stock solution is injected into the mold is 40 to 60C, and a mold temperature when foaming and curing the foaming stock solution is 80 to 120C. Manufacturing method of mold foam,
Claim 8:
The method for producing a flexible polyurethane molded foam according to claim 6 or 7, wherein the polyol component has a number average molecular weight of 2,000 or more and less than 3000.
Claim 9:
9. The method for producing a flexible polyurethane molded foam according to claim 6, wherein the content of the ethylene oxide unit contained in the polyol component is 15 to 20% by weight.
[0008]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The flexible polyurethane mold foam of the present invention has a total density of less than 30 kg / m 3 , a residual heat and heat strain of less than 25% in a residual heat and heat test according to JIS K-6401, and conforms to ASTM D-3574. A flexible polyurethane molded foam characterized in that the amount of deflection under a load of 5 kgf in a compression characteristic test is 3 mm or more, while maintaining a soft touch feeling on the surface of the flexible polyurethane molded foam, and light weight. This is a flexible polyurethane mold foam that has both properties and durability, and is completely new and has excellent characteristics, which has never existed before.
The overall density of less than 30kg / m 3, preferably 20 kg / m 3 or more 30kg / m less than 3, more preferably less than 22 kg / m 3 or more 25 kg / m 3.
The wet heat residual strain in the wet heat residual strain test according to JIS K-6401 is less than 25%, preferably 5% or more and less than 25%, more preferably 10% or more and less than 15%.
The amount of deflection under a load of 5 kgf in a compression property test according to ASTM D-3574 is 3 mm or more, preferably 3 to 5 mm, and more preferably 4 to 4.5 mm.
The object of the present invention cannot be achieved even if any of the total density, the residual residual heat and the amount of deflection deviate from the above ranges.
In addition, in the compression characteristic test according to ASTM D-3574, the amount of deflection under a load of 10 kgf is preferably 10 to 20 mm, more preferably 13 to 15 mm, and the amount of deflection under a load of 15 kgf is It is preferably 21 to 27 mm, more preferably 23 to 26 mm, and the amount of deflection under a load of 20 kgf is preferably 30 to 40 mm, more preferably 33 to 35 mm. When the amount of deflection under a load of 5 kgf, 10 kgf, 15 kgf, or 20 kgf is within the above range, the value becomes substantially the same as the value of the conventional HR foam (the stress-strain curve obtained by the test is the same as that of the conventional HR foam. (Which means that they substantially overlap the stress-strain curve shown), and a touch feeling and a touch feeling on the surface equivalent to those of a conventional HR foam product can be achieved.
[0009]
The above-mentioned flexible polyurethane mold foam of the present invention is characterized in that when a flexible polyurethane foam stock solution containing a polyisocyanate component for supplying an isocyanate group and a polyol component for supplying a hydroxy group is injected into a mold and then foamed and cured, the isocyanate equivalent Can be obtained efficiently by optimizing.
[0010]
First, a flexible polyurethane foam stock solution containing a polyisocyanate component for supplying an isocyanate group and a polyol component for supplying a hydroxy group, which is suitably used in the present invention, will be described.
As the polyisocyanate component, those commonly used in the production of a flexible polyurethane mold foam can be used. Although not particularly limited, for example, tolylene diisocyanate (an isomer ratio such as a 2,4-form or a 2,6-form is not particularly limited. / 20 to 65/35 (weight ratio) are preferably used), and a mixture of tolylene diisocyanate and polymethylene polyphenyl polyisocyanate (for example, Cosmonate M-200 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.). . When a mixture of tolylene diisocyanate and polymethylene polyphenyl polyisocyanate is used, it is preferable that tolylene diisocyanate / polymethylene polyphenyl polyisocyanate = 98/2 to 50/50 (weight ratio).
[0011]
Here, as an amount of the isocyanate component used, isocyanate equivalent (equivalent (mol) ratio of isocyanate groups in the flexible polyurethane foam stock solution when the amount of active hydrogen (mol) in the flexible polyurethane foam stock solution is 100) is used. Is 70 or more and less than 80 as an upper limit, and preferably 75 or less. If the isocyanate equivalent is less than 70, the skin strength of the flexible polyurethane mold foam may be impaired, while if it is 80 or more, the softness may be impaired.
[0012]
As the polyol component used in the present invention, those usually used in the production of a flexible polyurethane mold foam can be used. For example, it can be obtained by addition polymerization of an active hydrogen compound such as dipropylene glycol, glycerin, pentaerythritol, sucrose or the like as an initiator with one or more kinds of ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, tetrahydrofuran, styrene oxide and the like. Polyols are used. It is also possible to use a so-called polymer polyol in which a part of the polyol is modified with an ethylenically unsaturated monomer, by mixing in the polyol.
[0013]
The type of addition polymerization of the above polyols is not particularly limited, but it is preferable that the terminal oxyethylene group is 5 to 20% by weight or less from the viewpoints of moldability, foamability and the like of the flexible polyurethane mold foam. If the amount of terminal oxyethylene is less than 5% by weight, the curability may decrease, while if it exceeds 20% by weight, the cells may shrink with closed cells.
The hydroxyl value of the polyol component used in the present invention is usually 30 to 100 mgKOH / g, and preferably 40 to 80 mgKOH / g. These polyol components are used alone or as a mixture. The hydroxyl value is based on JIS K
It can be measured according to 1557 (the same applies hereinafter).
[0014]
More specifically, examples of the polyol component used in the present invention include polyhydric alcohols such as divalent to hexavalent, polyoxyalkylene polyols, polyester polyols, and polymer polyols. In particular, it is preferable to use a polyoxyalkylene polyol or a polyester polyol, and it is more preferable to use a polyoxyalkylene polyol. These polyol components may be used alone or in combination of two or more.
[0015]
The number average molecular weight of the polyol component is preferably 2000 or more and less than 3000. If the number average molecular weight of the polyol component is less than 2,000, the curability may decrease, while if it is more than 3,000, the softness may be impaired.
[0016]
The content (% by weight) of the ethylene oxide unit contained in the polyol component is preferably 15 to 20% by weight. When the content of the ethylene oxide unit is less than 15% by weight, the curability may decrease, while when it exceeds 20% by weight, the cell may shrink with closed cells.
[0017]
In the present invention, the flexible polyurethane foam stock solution containing an isocyanate component and a polyol component is obtained by reacting the above isocyanate component and polyol component in a mold in the presence of a foaming agent, a foaming catalyst or a foam stabilizer. Is preferred.
[0018]
Water reacts with the polyisocyanate to generate carbon dioxide gas, so that the polyurethane resin can be foamed, and can be used as a foaming agent in the present invention. Along with water, chlorofluorocarbons, hydroxychlorofluorocarbons (e.g., HCFC-134a), hydrocarbons (e.g., cyclopentane), etc., which have been developed for the purpose of protecting the global environment, together with water, as long as the gist of the present invention is not impaired. A foaming agent may be used in combination. Moreover, you may foam only with a foaming agent other than water.
The amount of the foaming agent used in the present invention is usually 2.5 to 8 parts by weight, preferably 5 to 7 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol component. If the amount of the foaming agent is less than 2.5 parts by weight, the curing property may be reduced, and if it is more than 8 parts by weight, the setting property may be deteriorated.
[0019]
As the foaming catalyst used in the present invention, known catalysts usually used for polyurethane, such as metal salts of carboxylic acids (sodium acetate, lead octylate, zinc octylate, cobalt naphthenate, stannas octoate, etc.); alkalis Metal or alkaline earth metal alkoxide or phenoxide (sodium methoxide, sodium phenoxide, etc.); tertiary amines (triethylamine, triethylenediamine, N-methylmorpholine, dimethylaminomethylphenol, pyridine, etc.); quaternary ammonium salts (tetraethyl Hydroxyl ammonium and the like; and an organic metal compound containing a metal such as tin and antimony (such as tetraphenyltin and tributylantimony oxide). Of these, preferred are tertiary amines, metal salts or organometallic compounds of carboxylic acids containing tin or antimony, and combinations of two or more of these. The amount of the foaming catalyst used is preferably 0.005 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol component. If the amount of the foaming catalyst is less than 0.005 parts by weight, the curing property may decrease. If the amount exceeds 10 parts by weight, the foaming catalyst may contract with closed cells.
[0020]
As the foam stabilizer, those which can be usually used for producing a polyurethane foam are used. Specific examples thereof include dimethylsiloxane-based foam stabilizers, for example, “SZ1105”, “SZ1142”, and “SZ1160” manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd. , "L-5740M", "L-5740S", "SRX294A", "PRX607", "SF-2962" manufactured by Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd., and the like.
The amount of the foam stabilizer used in the present invention is usually 0.5 to 5.0 parts by weight, preferably 0.8 to 3.0 parts by weight, per 100 parts by weight of the polyol component. If the amount of the foam stabilizer is less than 0.5 parts by weight, the cell may become unstable, and if it exceeds 5.0 parts by weight, the cells may shrink with closed cells.
[0021]
In the present invention, in addition to the above-described isocyanate component, polyol component, foaming agent, foaming catalyst, and foam stabilizer, the crosslinker, flame retardant, and pigment are used in the flexible polyurethane foam stock solution containing the isocyanate component and the polyol component. Other additives such as an ultraviolet absorber and an antioxidant can be used within a range not to impair the object of the present invention.
As the crosslinking agent, for example, aliphatic polyhydric alcohols such as glycerin; alkanolamines such as diethanolamine and triethanolamine are used. Further, a polyoxyalkylene polyol having a hydroxyl value of 200 to 1800 mgKOH / g can be used as a crosslinking agent. The amount of the crosslinking agent used is preferably between 0.5 and 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol component.
[0022]
The viscosity of the flexible polyurethane foam stock solution containing the isocyanate component and the polyol component in the present invention is preferably 500 to 2500 mPa · s from the viewpoint of moldability.
[0023]
The method for producing a flexible polyurethane mold foam of the present invention comprises: injecting a flexible polyurethane foam stock solution containing the isocyanate component and the polyol component into a mold, and then foaming and curing the flexible polyurethane foam stock solution to form a soft polyurethane mold foam. A method for producing, wherein the isocyanate equivalent in the foaming stock solution is 70 or more and less than 80. The flexible polyurethane foam stock solution containing the isocyanate component and the polyol component is preferably composed of the above-described components.
[0024]
In the present invention, the mold temperature at the time of injecting the foaming stock solution into the mold is usually 40 to 60 ° C, and preferably 45 to 50 ° C. If the mold temperature at the time of injecting the foaming stock solution into the mold is higher than 60 ° C., cracks may occur, while if it is lower than 40 ° C., the curing property may decrease.
The mold temperature when foaming and curing the above foaming stock solution is usually from 80 to 120 ° C, preferably from 80 to 100 ° C. If the temperature of the mold at the time of foaming and curing the foaming stock solution is higher than 120 ° C., the curing temperature is high and a fire may occur. On the other hand, if it is lower than 80 ° C., the curing property may decrease.
[0025]
In the method for producing a flexible polyurethane mold foam of the present invention, the above components can be mixed using a high-pressure foaming machine, a low-pressure foaming machine, or the like, as in the case of a normal flexible polyurethane mold foam.
It is preferable that the isocyanate component and the polyol component are mixed immediately before foaming. The other components are generally preliminarily mixed with the isocyanate component or the polyol component in advance as necessary. The mixture may be used immediately after mixing, or may be stored and used in an appropriate amount. As for the mixing of other components, the combination of the mixing, the mixing order, the storage time after mixing, and the like can be determined as appropriate.
[0026]
When a low-pressure foaming machine is used, more than two types of components can be mixed, so that the mixture can be divided into polyol-based, foaming-agent-based, and isocyanate-based components.
The mixing method may be either dynamic mixing for mixing in a machine head mixing chamber of a foaming machine, or static mixing for mixing in a liquid feed pipe, or both may be used in combination. Mixing performed immediately before foaming or mixing of a gaseous component and a liquid component such as a physical foaming agent is often performed by static mixing, and mixing between storable components is often performed by dynamic mixing.
[0027]
The mixed liquid obtained by such mixing is discharged into a mold, foamed and hardened, and then the mold is removed.
The curing time for foaming and curing is usually 30 seconds to 15 minutes, preferably 8 to 12 minutes. If the curing time is less than 30 seconds, the curing property may decrease, and if the curing time is longer than 15 minutes, the energy cost may increase.
[0028]
It is also preferable to apply a mold release agent to the mold in advance in order to smoothly perform the mold release. As the release agent to be used, a release agent usually used in the field of molding and processing may be used, and is not particularly limited. An emulsion release agent (skinless type) is preferably used.
From the viewpoint of more uniformly controlling the temperature of the mold at the time of injection of the foaming solution, it is preferable to cool the mold at the time of demolding. As a cooling method, any of a water cooling method and an air cooling method can be adopted, but from the viewpoint of cost, the air cooling method is preferable in the present invention. In addition, it is preferable that a cooling temperature is 20-25 degreeC.
[0029]
By the above manufacturing method, the flexible polyurethane mold foam of the present invention can be obtained efficiently.
【The invention's effect】
The flexible polyurethane mold foam of the present invention is a polyurethane mold foam having a soft touch on the surface, excellent durability, and light weight, and is suitably used for interior materials for vehicles, cushion materials for furniture, bedding, miscellaneous goods, and the like. . This flexible polyurethane mold foam can be efficiently obtained by the production method of the present invention.
[0030]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
[0031]
[Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 to 3]
A foaming stock solution was prepared in accordance with the composition shown in Table 1 (the numerical values represent parts by weight unless otherwise specified). Using a high-pressure foaming machine equipped with an L-shaped head manufactured by CANNON, a foaming stock solution was injected into a mold under the conditions shown in Table 2, and foamed and cured to produce a flexible polyurethane molded foam. The curing time for foaming and curing was 10 minutes.
Table 2 also shows the evaluation results of the obtained flexible polyurethane mold foam.
[0032]
[Table 1]
Isocyanate component Trademark T-80 manufactured by Mitsui Takeda Chemical Co., Ltd. Isocyanate value 48.2% by weight.
Polyether polyol , trade name EL228, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. Hydroxyl value 71.4% by weight. Number average molecular weight 2500.
PPG1
Sanyo Kasei Kogyo Co., Ltd., trade name FA207. Hydroxyl value 56% by weight. Number average molecular weight 3000.
PPG2
Sanyo Chemical Industries, Ltd. product name KC264. Hydroxyl value 34% by weight. Number average molecular weight 5000.
Ethylene oxide content (% by weight)
Ethylene oxide unit content in the polyol component (% by weight)
Catalyst: Tosoh Corporation, trade name TEDA-L33.
Foam stabilizer <br/> Nippon Unicar Co., Ltd. under the trade name SZ1142.
Isocyanate equivalent The isocyanate equivalent was calculated from the following formula from the blending amount (parts by weight) of the isocyanate component and the blending amount (parts by weight) of the polyol component in the blending raw materials.
(Equation 1)
[0033]
[Table 2]
Cooling method a: air cooling, b: water cooling, c: no cooling.
Release agent x used : water-emulsion release agent (skinless type). Product name URE907, manufactured by Konishi Corporation.
y: water-emulsion release agent. Made by Chukyo Yushi Co., Ltd., trade name SF378W.
z: Solvent-based release agent. Product name F476 manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd.
Total density (kg / m 3 )
The total density was measured by the method described in JIS K 6400. The total density refers to "apparent density" defined by JIS standards. In the present invention, the total density was measured using a rectangular foam sample having a skin skin.
Lightweight Evaluation was made according to the following criteria.
：: The above total density is less than 30 kg / m 3 .
Δ: The above total density is 30 kg / m 3 or more and less than 35 kg / m 3 .
×: The above total density is 35 kg / m 3 or more.
Dry heat compression set (%)
The measurement of dry heat compression residual strain was carried out by the method for measuring compression residual strain described in JIS K 6400. However, at the time of measurement, a core portion of the molded flexible foam was cut out by 50 × 50 × 25 mm and used as a test piece. The test piece was compressed to a thickness of 50%, sandwiched between parallel flat plates, and left at 70 ° C. for 22 hours. After leaving for 22 hours, the test piece was taken out and 30 minutes later, its thickness was measured, compared with the thickness value before the test, the strain rate was measured, and this strain rate was defined as dry heat compression set. .
Wet heat compression set (%)
The measurement of wet heat compression residual strain was carried out by the method of measuring residual compression strain described in JIS K 6400. However, at the time of measurement, a core portion of the molded flexible foam was cut out by 50 × 50 × 25 mm and used as a test piece. The test piece was compressed to a thickness of 50%, sandwiched between parallel flat plates, and left under a condition of 50 ° C. and a relative humidity of 95% for 22 hours. After leaving for 22 hours, the test piece was taken out and 30 minutes later, its thickness was measured, compared with the thickness value before the test, the strain rate was measured, and this strain rate was defined as wet heat compression residual strain.
Durability Evaluation was made according to the following criteria.
：: The above-mentioned wet heat compression residual strain is less than 25%.
×: The above-mentioned wet heat compression residual strain is 25% or more.
Deflection (mm)
The amount of deflection under a load of 5 to 20 kgf in a compression characteristic test according to ASTM D-3574.
Surface touch feeling was evaluated according to the following criteria.
：: The amount of deflection under a load of 5 kgf is 3 mm or more.
Δ: The amount of deflection under a load of 5 kgf is 1.5 mm or more and less than 3 mm.
X: The amount of deflection under the load of 5 kgf is less than 1.5 mm.