JP2005232382A - 軟質発泡ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、特定のポリエーテルポリオールを使用することにより、圧縮歪みの改善された水発泡により得られる低密度の軟質発泡ポリウレタンフォームを提供する。
【構成】
発泡剤、整泡剤、触媒の存在下でポリオールと有機ポリイソシアネートとを反応させて得られる軟質発泡ポリウレタンフォームの製造において、発泡剤として水を使用し、且つポリオール成分として平均重合度が２〜４のポリグリセリンにプロピレンオキサイドを付加させた後、更にエチレンオキサイドを付加させたエチレンオキサイド含有率が全体の５〜５０重量％で、且つ数平均分子量が２０００〜７０００のポリエーテルポリオールを全ポリオールに対して１〜５０重量％含むことを特徴とする軟質発泡ポリウレタンフォーム及びその製造方法。

Description

本発明は軟質発泡ポリウレタンフォーム及びその製造方法に関するものである。詳しくは圧縮歪みに代表される耐久性の改善された車両用内装材、家具用クッション材、寝具、雑貨等に多用される軟質発泡ポリウレタンフォームに関し、特定のポリオールを使用することによる軟質発泡ポリウレタンフォームの製造方法に関するものである。

軟質発泡ポリウレタンフォームは、そのクッション性により、車両用クッション材や、家具用マット、寝具、雑貨等に幅広く使用されている。軟質発泡ポリウレタンフォームはポリオールや、ポリオール中でアクリロニトリルやスチレンをラジカル重合させて得られたポリマー粒子が分散したポリマーポリオール、発泡剤としての水、シリコーン系界面活性剤等の整泡剤、アミン類やスズ化合物等の触媒、必要により架橋剤等と、難燃剤、顔料等と有機ポリイソシアネートを混合することにより製造される。発泡剤としての水は有機ポリイソシアネートと反応し、脱離した炭酸ガスが発泡ガスとなり、同時にポリ尿素を生成する反応により発泡剤として機能する。

近年は、例えば車両用では燃費規制に対応する軽量化のための低密度化が要望されていると同時にコスト低減の意味でも益々、低密度化の要望が強くなってきている。このような要望に応えるため、発泡剤としての水は更に増加の傾向にある。水を増加させることは、発生炭酸ガス量を増加させるため、軟質発泡ポリウレタンフォームの密度を低下させるには有効であるが、圧縮歪み特性、耐久特性を悪化させる原因となる。このような軟質発泡ポリウレタンフォームの形状安定性は、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不具合である。特に車両用クッション等で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視界が狭められ安全性を損なったり、座り心地や乗り心地が悪化する。これらの問題は、軟質発泡ポリウレタンフォームの耐久性の問題であり、従って、軽量化が達成可能でかつ圧縮歪みや繰り返し圧縮試験において優れた物性の軟質発泡ポリウレタンフォームが望まれていた。圧縮歪みを改良するポリオールとして水酸基価３４〜６０、総不飽和度０．０３以下のポリオールを用いる特許（例えば、特許文献１参照。）や、ポリオールとして水酸基価５〜２５、総不飽和度０．０７以下の高分子量ポリオキシアルキレンポリオールと低分子量のイソシアネート反応基を有する多官能性化合物との混合物を用いる特許（例えば、特許文献２参照。）が開示されている。これらの方法では、軟質発泡ポリウレタンフォームの架橋度が高くなり、軟質発泡ポリウレタンフォームの圧縮歪みが改善されると考えることができるが、このような方法においては、軟質発泡ポリウレタン樹脂に要求される機械的物性である伸び率が低下するため、問題である。
特開平０２−１１５２１１公報 特開平０３−０６８６２０公報

本発明の目的は、耐久性、特に圧縮歪みに優れた特性を持ち、水を発泡剤として用いた低密度の軟質発泡ポリウレタンフォーム及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、種々検討の結果、特定のポリエーテルポリオールを使用することにより、低密度においても耐久性に優れた、水を発泡剤として使用した軟質発泡ポリウレタンフォームを見出し本発明を完成させた。即ち、発泡剤、整泡剤、触媒の存在下でポリオールと有機ポリイソシアネートとを反応させて得られる軟質発泡ポリウレタンフォームの製造において、発泡剤として水を使用し、且つポリオール成分として平均重合度が２〜４のポリグリセリンにプロピレンオキサイドを付加させた後、更にエチレンオキサイドを付加させたエチレンオキサイド含有率が全体の５〜５０重量％で、且つ数平均分子量が２０００〜７０００のポリエーテルポリオールを全ポリオールに対して１〜５０重量％含むことを特徴とする軟質発泡ポリウレタンフォーム及びその製造方法を見出した。

本発明に用いられるポリエーテルポリオールを使用することにより、圧縮歪みの改善された耐久性に優れた軟質発泡ポリウレタンフォームを製造することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の軟質発泡ポリウレタンフォームは、発泡剤、整泡剤、触媒の存在下でポリオールと有機ポリイソシアネートとを反応させ、発泡剤として水を使用し、且つポリオール成分として平均重合度が２〜４のポリグリセリンにプロピレンオキサイドを付加させた後、更にエチレンオキサイドを付加させたエチレンオキサイド含有率が全体の５〜５０重量％で、且つ数平均分子量が２０００〜７０００のポリエーテルポリオールを全ポリオールに対して１〜５０重量％含ませることにより得られる。本発明に用いられるポリエーテルポリオールを構成する開始剤が平均重合度２のジグリセリンよりも官能基数が少ない場合は、得られるフォームの硬度、機械的強度や耐久性が不十分となり、圧縮歪みが大きくなる。また、平均重合度が４のテトラグリセリンよりも官能基が多い場合は、軟質フォーム本来の硬度が得られず、伸びや機械的強度が低下しやすい。ポリエーテルポリオールの数平均分子量が２０００未満の場合は、得られるフォームの柔軟性が不十分となりやすく、また、数平均分子量が７０００を越えると、硬化が不十分になるため、圧縮歪みが大きくなる。また、平均重合度が２〜４のポリグリセリンにプロピレンオキサイドのみを付加させた数平均分子量が２０００〜７０００のポリエーテルポリオールの場合、イソシアネートとの反応が遅くなり、良好なフォームが得られない。また、平均重合度が２〜４のポリグリセリンにエチレンオキサイドのみを付加させた数平均分子量が２０００〜７０００のポリエーテルポリオールの場合、イソシアネートとの反応は早くなるものの、フォームの歪みが著しく大きくなる。そのため、平均重合度が２〜４のポリグリセリンにプロピレンオキサイドを付加させた後、更にエチレンオキサイドを付加させたエチレンオキサイド含有率が全体の５〜５０重量％で、且つ数平均分子量が２０００〜７０００のポリエーテルポリオールであることが必要であるが、エチレンオキサイド含有量が５重量％未満ではイソシアネートとの反応が遅く、５０重量％を越えるとフォームの歪みが大きくなるため、５〜５０重量％付加させることが必要である。また、全ポリオールに対する添加量が１重量％未満の場合は、得られるフォームの圧縮歪みが大きくなり、また、５０重量％を超えると発泡時のフォーム安定性が悪くなり、良好なフォームが得られないため、１〜５０重量％添加することが必要である。これらのことから、中でも全ポリオールに対して、ジグリセリンまたはトリグリセリンにプロピレンオキサイドを付加させた後、更にエチレンオキサイドを付加させたエチレンオキサイド含有率が全体の１５〜４０重量％で、且つ数平均分子量が３０００〜６０００のポリエーテルポリオールを１０〜３０重量％含むことが好ましい。

本発明の軟質発泡ポリウレタンフォームを製造するに際し、平均重合度が２〜４のポリグリセリンにプロピレンオキサイドを付加させた後、更にエチレンオキサイドを付加させたエチレンオキサイド含有率が全体の５〜５０重量％で、且つ数平均分子量が２０００〜７０００のポリエーテルポリオール以外のポリオールは、当業界で公知のもので良く活性水素基含有化合物を開始剤に用いて、アルキレンオキサイドを含む環状エーテルを開環重合させて得られるものである。開始剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、シクロヘキサン−１，４−ジオール、シクロヘキサン−１，４−ジメタノール、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、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、ソルビトール、また、シュークローズ、グルコース、フラクトース等のシュガー系アルコール類、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トルエンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、キシリレンジアミン等が挙げられる。環状エーテルとしてはエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイド、メチルグリシジルエーテル等のアルキルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル等のアリールグリシジルエーテル、テトラヒドロフラン等が挙げられる。なお、ポリオールには、ポリオール中でビニル単量体を重合させた、いわゆるポリマーポリオールと呼ばれるものを併用することにより、得られるフォームの硬度が自由に調整できるので好ましい。ビニル単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビニル化合物類、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン含有ビニル化合物類、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香環含有ビニル化合物類、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル等のアクリル系化合物類、酢酸ビニル等のビニルエステル化合物類等が挙げられる。尚、本発明の軟質発泡ポリウレタンフォームを製造する際に使用する全ポリオールの水酸基価は３０〜８０であることが好ましい。

本発明に用いられる水は、発泡剤として用いられ、水の配合量は、ポリオール１００重量部に対し３〜６重量部が好ましい。水の配合量が少ない場合は、発生する炭酸ガスが少なくなるため、発泡倍率の維持が困難になり、また水の配合量が多い場合は、ウレア基が多くなるため、フォームの機械的強度及び反発弾性率が低下しやすく、また圧縮歪みが増大しやすくなる。

本発明に用いられる触媒としては、反応速度及び独泡性調整のため、当業界で公知の各種ウレタン化触媒を用いる。具体的には、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等の三級アミン、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等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レート、ナフテン酸亜鉛等の有機金属化合物等が挙げられる。触媒の配合量は、ポリオール１００重量部に対し０．００５〜５重量部が好ましい。

本発明に用いら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、整泡剤の配合量は、ポリオール１００重量部に対し０．２〜２重量部が好ましい。

本発明に用いられる有機ポリイソシアネートとしては、例えば、２，４−又は２，６−トリレンジイソシアネートなどのトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネート、３，３'−ジメチル−４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネートなどのジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、１，３−フェニレンジイソシアネート、１，４−フェニレンジイソシアネート、１−クロロ−２，４−フェニレンジシソシアネートなどのフェニレンジイソシアネート（ＰＤＩ）、４，４'−ジフェニルジイソシアネート、３，３'−ジメチル−４，４'−ジフェニルジイソシアネート、３，３'−ジメトキシ−４，４'−ジフェニルジイソシアネートなどのジフェニルジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネートなどのナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、クルードＴＤＩ、変性ＴＤＩ、クルードＭＤＩ、変性ＭＤＩなどの芳香族ポリイソシアネート；ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネートなどの脂肪族ポリイソシアネート；イソホロンジイソシアネート、シクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、水添ＭＤＩなどの脂環族ポリイソシアネート；これらのポリメリックポリイソシアネートなどが挙げられる。これらの有機ポリイソシアネートは、単独又は二種以上併用できる。好ましい有機ポリイソシアネートには、芳香族ポリイソシアネート、特に、ＴＤＩ，クルードＴＤＩ，ＭＤＩ，クルードＭＤＩなどや、ＴＤＩとＭＤＩ（又はクルードＭＤＩ）との混合物が含まれ、ＴＤＩ単独のように少くともＴＤＩを含むものが挙げられる。有機ポリイソシアネートの使用量は、イソシアネートインデックスが７０〜１３０、好ましくは８０〜１２０、さらに好ましくは９０〜１１０程度となる量である。イソシアネートインデックスが７０未満では、フォームの弾性や耐久性が低下しやすく、１３０を越えるとフォームが脆くなりやすい。

以下、実施例及び比較例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中において、「部」は「重量部」、「％」は「重量％」を示す。

＜実施例１〜４、比較例１〜５＞
ポリオールＡ：グリセリンにプロピレンオキシドを付加重合させた水酸基価５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、分子量３０００のポリエーテルポリオール
ポリオールＢ：グリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合させた後、エチレンオキサイドを付加重合させた水酸基価５３ｍｇＫＯＨ／ｇ、エチレンオキサイド含有量２０重量％、分子量３０００のポリエーテルポリオール
ポリオールＣ：ジグリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合させた後、エチレンオキサイドを付加重合させた水酸基価７３ｍｇＫＯＨ／ｇ、エチレンオキサイド含有量４０重量％、分子量３１００のポリエーテルポリオール
ポリオールＤ：ジグリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合させた後、エチレンオキサイドを付加重合させた水酸基価５１ｍｇＫＯＨ／ｇ、エチレンオキサイド含有量１５重量％、分子量４４００のポリエーテルポリオール
ポリオールＥ：トリグリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合させた後、エチレンオキサイドを付加重合させた水酸基価５０ｍｇＫＯＨ／ｇ、エチレンオキサイド含有量１５重量％、分子量５６００のポリエーテルポリオール
ポリオールＦ：ジグリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合させた後、エチレンオキサイドを付加重合させた水酸基価６０ｍｇＫＯＨ／ｇ、エチレンオキサイド含有量８０重量％、分子量３７００のポリエーテルポリオール
ポリオールＧ：トリグリセリンにプロピレンオキサイドを付加重合させた後、エチレンオキサイドを付加重合させた水酸基価３０ｍｇＫＯＨ／ｇ、エチレンオキサイド含有量５０重量％、分子量９３５０のポリエーテルポリオール
ポリオールＨ：ソルビトールにプロピレンオキサイドを付加重合させた後、エチレンオキサイドを付加重合させた水酸基価８０ｍｇＫＯＨ／ｇ、エチレンオキサイド含有量５０重量％、分子量４２００のポリエーテルポリオール
整泡剤：信越シリコーン（株）製，シリコン整泡剤「ＦＴ−２４２Ｔ」
触媒Ａ：ＤＡＢＣＯ（トリエチレンジアミンを３３重量％の濃度で含むジプロピレングリコール溶液）
触媒Ｂ：２−エチルヘキサン酸スズ
有機ポリイソシアネート：２，４−トリレンジイソシアネートと２，６−トリレンジイソシアネートの異性体比が８０／２０であるＴＤＩ混合物イソシアネート

ポリオール、水、触媒および整泡剤の混合物と、有機ポリイソシアネートとを、表１に示す割合秤量し、高速ミキサーにて混合した。混合した後、直ちに、予め６２±２℃に調整したアルミ製金型（内寸４００×４００×７０ｍｍ）へ注入し、フタを閉め、そのまま５分間保持し、発泡成形した。金型からフォームを取り出し、ＪＩＳ Ｋ ６４０１に準じて、得られた軟質発泡ポリウレタンフォームの特性を測定した。結果を表１に示す。

特定のポリエーテルポリオールを配合することにより、圧縮歪みが改善された耐久性の優れた低密度の軟質発泡ポリウレタンフォームを得ることが可能となるため、車両用内装材、家具用クッション材、寝具、雑貨用等の材料として好適に用いることができる。

Claims (1)

1. 発泡剤、整泡剤、触媒の存在下でポリオールと有機ポリイソシアネートとを反応させて得られる軟質発泡ポリウレタンフォームの製造において、発泡剤として水を使用し、且つポリオール成分として平均重合度が２〜４のポリグリセリンにプロピレンオキサイドを付加させた後、更にエチレンオキサイドを付加させたエチレンオキサイド含有率が全体の５〜５０重量％で、且つ数平均分子量が２０００〜７０００のポリエーテルポリオールを全ポリオールに対して１〜５０重量％含むことを特徴とする軟質発泡ポリウレタンフォーム及びその製造方法。