JP6215285B2 - 軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法 - Google Patents
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このため、ハイキュアーで成形性の良好な軟質ポリウレタンフォームの製造方法が望まれているが、従来の方法(例えば特許文献1参照)では、その両立は困難であった。
すなわち本発明は、 ポリオール成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを、発泡剤(C)及び触媒(D)の存在下に反応させる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、ポリオール成分(A)中に下記ポリオール(A1)、(A2)及び(A3)を含有し、触媒(D)が非反応性型アミン触媒(D1)及び反応性型アミン触媒(D2)を含有し、(D1)がトリエチレンジアミンのみからなり、(D2)が(A3)以外の化合物であり、(D1)の含有量がポリオール成分(A)100重量部に対して0.001〜0.20重量部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である。
ポリオール(A1):活性水素含有化合物のアルキレンオキサイド付加物であって、エチレンオキサイド単位の含有量が5〜18重量%であり、末端に位置する水酸基の70%以上が1級水酸基であり、水酸基価(mgKOH/g)が20〜45、不飽和度が0.12meq/g以下であるポリオキシアルキレンポリオール。
ポリオール(A2):ポリオール(A1)中で、ラジカル重合開始剤の存在下、ビニルモノマー(v)が重合されて得られた重合体ポリオール。
ポリオール(A3):下記一般式(1)で表されるアミン系ジオール。
なお、(メタ)アクリレートとは、メタクリレート及び/又はアクリレートを意味し、以下において同様である
アルカノールアミンとしては、炭素数2〜20のモノ−、ジ−及びトリ−アルカノールアミン(例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン及びイソプロパノールアミン)等が挙げられる。
ポリアミン(1,2級アミノ基の数:2〜8個)としては、脂肪族アミンとして、炭素数2〜6のアルキレンジアミン(例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン)、炭素数4〜20のポリアルキレンポリアミン(アルキレン基の炭素数が2〜6のジアルキレントリアミン〜 ヘキサアルキレンヘプタミン、例えば、ジエチレントリアミン及びトリエチレンテトラミン)等が挙げられる。
また、炭素数6〜20の芳香族ポリアミン(例えば、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、メチレンジアニリン及びジフェニルエーテルジアミン);炭素数4〜20の脂環式ポリアミン(例えば、イソホロンジアミン、シクロヘキシレンジアミン及びジシクロヘキシルメタンジアミン);炭素数4〜20の複素環式ポリアミン(例えば、ピペラジン及びアミノエチルピペラジン)等が挙げられる。
モノアミンとしては、アンモニア;脂肪族アミンとして、炭素数1〜20のアルキルアミン(例えば、n−ブチルアミン及びオクチルアミン);炭素数6〜20の芳香族モノアミン(例えば、アニリン及びトルイジン);炭素数4〜20の脂環式モノアミン(例えば、シクロヘキシルアミン);炭素数4〜20の複素環式モノアミン(例えば、ピペリジン)等が挙げられる。
これらの活性水素含有化合物は2種以上を併用してもよい。これらの中で好ましくは多価アルコールである。
(A1)の数平均官能基数が2以上では硬化時間が短くなり生産性が向上し、4以下であるとフォームの伸び物性が向上する。
なお、本発明における水酸基価は、JIS K0070(1992年版)に規定の方法で測定される。
<試料調製法>
測定試料約30mgを直径5mmのNMR用試料管に秤量し、約0.5mlの重水素化溶媒を加え溶解させる。その後、約0.1mlの無水トリフルオロ酢酸を添加し、分析用試料とする。上記重水素化溶媒としては、例えば、重水素化クロロホルム、重水素化トルエン、重水素化ジメチルスルホキシド及び重水素化ジメチルホルムアミド等であり、試料を溶解させることのできる溶媒を適宜選択する。
<NMR測定>
通常の条件で1H−NMR測定を行う。
上に述べた前処理の方法により、ポリオキシアルキレンポリオールの末端の水酸基は、添加した無水トリフルオロ酢酸と反応してトリフルオロ酢酸エステルとなる。その結果、1級水酸基が結合したメチレン基由来の信号は4.3ppm付近に観測され、2級水酸基が結合したメチン基由来の信号は5.2ppm付近に観測される(重水素化クロロホルムを溶媒として使用)。1級水酸基率は次の計算式により算出する。
1級水酸基率(%)=[a/(a+2×b)]×100
但し、式中、aは4.3ppm付近の1級水酸基の結合したメチレン基由来の信号の積分値;bは5.2ppm付近の2級水酸基の結合したメチン基由来の信号の積分値である。
本発明における不飽和度の測定方法および単位を以下に示す。
不飽和度:JIS K1557−3に準拠、単位はmeq/g
他の触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、炭酸カリウム、トリエチレンジアミン等の塩基性触媒;三フッ化ホウ素、塩化スズ、トリエチルアルミニウム、へテロポリ酸等の酸触媒;亜鉛ヘキサシアノコバルテート;フォスファゼン化合物等が挙げられる。これらの中では塩基性触媒が好ましい。
他の触媒としては、前記のものが挙げられ、好ましいものも同様である。
触媒(α)を用いて得られたポリオール(A1)を使用したポリウレタンフォームは、反発弾性が良好となる傾向がある。
(v1)としては、スチレン、α−メチルスチレン、ヒドロキシスチレン、クロルスチレン等が挙げられる。
(v2)としては、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等が挙げられる。
(v3)としては、C、H及びO原子から構成されるもの、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(アルキル基の炭素数が1〜24)〔例えば、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、エイコシル(メタ)アクリレート、ドコシル(メタ)アクリレート〕、ヒドロキシアルキル(炭素数2〜5)(メタ)アクリレート〔例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート〕及びヒドロキシポリオキシアルキレンモノ(メタ)アクリレート〔例えば、アルキレン基の炭素数2〜4、ポリオキシアルキレン鎖の数平均分子量200〜1000〕が挙げられる。
これら(v)中で好ましいものは、(v1)及び(v2)であり、とくにスチレン及び/又はアクリロニトリルである。
(v1)及び(v2)の合計は、好ましくは50〜100重量%、さらに好ましくは90〜100重量%である。(v1)と(v2)の重量比はとくに限定されないが、好ましくは10/90〜100/0である。(v3)は、好ましくは0〜50重量%、さらに好ましくは0〜20重量%である。(v4)は、好ましくは0〜10重量%、さらに好ましくは0〜5重量%である。
また、(v)中に、これらの単官能モノマー以外に、少量(好ましくは0.05〜1重量%)の2官能以上(好ましくは2〜8官能)の多官能ビニルモノマー(v5)を用いることにより、重合体の強度をさらに向上させることができる。(v5)としては、例えば、ジビニルベンゼン、エチレンジ(メタ)アクリレート、ポリアルキレン(アルキレン基の炭素数2〜8、重合度:2〜10)グリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
重合体粒子の体積平均粒子径(R)をより小さくする方法としては、重合体粒子を構成するビニルモノマー(v)中の、(v2)の比率を高くする方法等が挙げられる。
得られた重合体ポリオールを、レーザー光の透過率が70〜90%となるように、それに用いたポリオールで希釈し、下記の粒度分布測定装置にて10μm以上の粒子の含有量(体積%)及び体積平均粒子径(μm)を測定した。
装置:堀場製作所製 LA−750
測定原理:Mie散乱理論
測定範囲:0.04μm〜262μm
溶液注入量:He−Neレーザー
測定時間:20秒
以下の式による。
体積平均粒子径(μm)=Σ〔q(J)×X(J)〕/Σ〔q(J)〕
J:粒子径分割番号(1〜85)
q(J):頻度分布値(体積%)
X(J):粒子径分割番号J番目の粒子径(μm)
(A3)の具体例としては、N,N−ジメチルアミノプロピルアミンのPO2〜4モル付加物、N,N−ジメチルアミノプロピルアミンのEO2〜4モル付加物、N,N−ジエチルアミノプロピルアミンのPO2〜4モル付加物、N,N−ジエチルアミノプロピルアミンのEO2〜4モル付加物 N,N−ジメチルアミノエチルアミンのPO2〜4モル付加物、N,N−ジメチルアミノエチルアミンのEO2〜4モル付加物が挙げられ、好ましくは、N,N−ジメチルアミノプロピルアミンのPO2モル付加物である。
AOとしてはPOとEOのみを含有するものが好ましいが、AO中10重量%以下(とくに5重量%以下)の範囲で前記の他のAOを含有してもよい。
PO及びEOの付加形式としては、PO、EOのブロック付加であってもランダム付加であってもよいが、ランダム付加が好ましい。
(A5−1)として具体的には、アルカノールアミン、C1〜20のアルキルアミン、C2〜6のアルキレンジアミン及びアルキレン基のCが2〜6のポリアルキレンポリアミン(重合度2〜8)等が挙げられる。(A5−1)としては、アルカノールアミン及びアルキレンジアミンが好ましい。
(A5−1)において付加するAOとして、軟質ポリウレタンフォームの機械物性の観点から、PO及び/又はEOを主成分とし、必要により20重量%以下の他のAOを含むものが好ましく、特に好ましくはPO及びPOとEOとの併用である。
ポリオール(A1)は、成形性の観点から、好ましくは20〜88重量%、さらに好ましくは40〜78重量%である。ポリオール(A2)は、機械物性の観点から、好ましくは10〜78重量%、さらに好ましくは20〜58重量%である。ポリオール(A3)は、成形性の観点から、好ましくは0.1〜5重量%、さらに好ましくは0.1〜2重量%である。ポリオール(A4)は、成形性の観点から、好ましくは0〜10重量%、さらに好ましくは0.1〜5重量%である。ポリオール(A5)は、機械物性の観点から、好ましくは0〜20重量%、さらに好ましくは0.1〜10重量%である。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、C6〜10の脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、1,6−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等が挙げられる。
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、C8〜12の芳香脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。具体例としては、キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
変性ポリイソシアネートの具体例としては、ウレタン変性MDI、カルボジイミド変性MDI等が挙げられる。
これらの中で好ましいものは、芳香族ポリイソシアネート及びその変性物である。
発泡剤(C)としては、水を含有し、他に公知の発泡剤を含有するのが好ましい。公知の発泡剤としては、例えば、水素原子含有ハロゲン化炭化水素、低沸点炭化水素及び液化炭酸ガス等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
水素原子含有ハロゲン化炭化水素の具体例としては、塩化メチレンやHCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)タイプのもの(例えばHCFC−123及びHCFC−141b);HFC(ハイドロフルオロカーボン)タイプのもの(例えば、HFC−245fa及びHFC−365mfc);HFO(ハイドロフルオロオレフィン)タイプのもの(例えば、HFO−1336mzzZ)等が挙げられる。
低沸点炭化水素は、沸点が通常−5〜70℃の炭化水素であり、その具体例としては、ブタン、ペンタン、シクロペンタンが挙げられる。
触媒(D)としては、フォギング及びポリカーボネートへの汚染性及びウレタンフォームの成形性の点から、非反応性型アミン触媒(D1)と反応性型アミン触媒(D2)を併用する。(D1)を用いないと、フォームを成形することができない。
(D3)としては、オクチル酸第一スズ、ジラウリル酸ジブチル第二スズ及びオクチル酸鉛等が挙げられる。
非反応性型アミン触媒(D1)中のビス(ジメチルアミノエチル)エ−テルの使用量は、フォギング及びポリカーボネートへの汚染性の点から、ポリオール成分(A)100重量部に対して、0〜0.03重量部であることが好ましく、さらに好ましくは0〜0.01重量部である。
一例を示せば、まず、ポリオール成分(A)、発砲剤、及び必要により他の添加剤を所定量混合する。次いで、ポリウレタン低圧又は高圧注入発泡機又は撹拌機を使用して、この混合物(ポリオールプレミックス)とイソシアネート成分とを急速混合する。得られた混合液を密閉型もしくは開放型のモールド(金属製又は樹脂製)に注入し、ウレタン化反応を行わせ、所定時間硬化後、脱型してポリウレタンフォームを得る。
反発弾性(%)は、車両座席用クッション材としたときのクッション感の観点から、65%以上であることが好ましい。伸び率(%)は、フォームの機械物性の観点から、100%以上であることが好ましい。湿熱圧縮残留歪み(%)は、車両座席用クッション材としたときの機械物性の観点から20%以下が好ましい。
表1に示す部数のポリオールプレミックス(有機ポリイソシアネート以外の成分の混合物)に、NCOインデックス100となるよう所定量の有機ポリイソシアネートBを加えて、ホモディスパー(特殊機化社製攪拌機)にて4000rpmで6秒攪拌後、65℃に温度調節した300mm(長さ)×300mm(幅)×100mm(高さ)のアルミ製モールドに注入し、キュアー時間(原料の注入から脱型までの時間)3分30秒にて成形した。
各フォームの物性値等の測定結果を表1に示す。なお、コア密度はフォームの中心部から100mm×100mm×50mmの大きさに切り出して測定した密度である。
1.ポリオール成分(A)
(1)ポリオール(A1−1):ペンタエリスリトールにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、官能基数4.0、水酸基価28、末端EO単位の含有量8.0%、末端水酸基の1級水酸基率85%、不飽和度0.05meq/gのポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(2)ポリオール(A1−2):ペンタエリスリトールに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、水酸基価30.5、末端EO単位の含有量16%、末端水酸基の1級水酸基率88%、不飽和度0.04meq/gのポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(3)ポリオール(A1−3):グリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、水酸基価28、末端EO単位の含有量16%、末端水酸基の1級水酸基率85%、不飽和度0.10meq/gのポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(4)ポリオール(A1’−4):グリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加して得られた、水酸基価34.0、末端水酸基の1級水酸基率2%、不飽和度0.08meq/gのポリオキシプロピレンポリオール。
(5)ポリオール(A1’−5):グリセリンに水酸化カリウムを触媒として用いてPOを付加し、次いでEOを付加させて得られた、水酸基価56.1、末端EO単位の含有量20%、末端水酸基の1級水酸基率75%、不飽和度0.04meq/gのポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール。
(7)ポリオール(A3−1):N,N−ジメチルアミノプロピルアミンのPO2モル付加物。
(8)ポリオール(A4−1):グリセリン1モルに水酸化カリウムを触媒として、EO11.5モル付加し、その後、EO99.9モルとPO34.6モルをランダム付加し、常法により水酸化カリウムを除去して得られたポリエーテルポリオールである。水酸基価=24、EO単位の含有量=70.0%。
(9)ポリオール(A5−1):エチレングリコール。水酸基価=1810。
(10)ポリオール(A5−2):トリエタノールアミン。水酸基価=1130。
(11)ポリオール(A5−3):グリセリン。水酸基価=1829。
発泡剤(C−1):水
3.触媒(D)
触媒(D1−1):エアプロダクツジャパン(株)社製「DABCO 33LV」:(トリエチレンジアミンの33%ジプロピレングリコール溶液)
触媒(D1−2):東ソ−(株)製「TOYOCAT ET」:(ビス(ジメチルアミノエチル)エ−テルの70%ジプロピレングリコール溶液)
触媒(D2−1):エアプロダクツジャパン(株)社製「DABCO NE300」
4.整泡剤(E)
整泡剤(E−1):EVONIK社製「TEGOSTAB B8742LF2」(ポリシロキサン系整泡剤)
整泡剤(E−2):EVONIK社製「TEGOSTAB B8715LF2」(ポリシロキサン系整泡剤)
5.有機ポリイソシアネート成分(B)
イソシアネート(B−1):TDI−80/粗製MDI=80/20(重量比)、NCO%=44.6
コア密度 :JIS K6400に準拠、単位はkg/m3
フォーム硬さ(25%−ILD):JIS K6400に準拠、単位はN/314cm2
湿熱圧縮残留歪み:JIS K6400に準拠、温度50℃、湿度95%とした。単位は%
反発弾性:JIS K6400に準拠、単位は%
伸び率:JIS K6400に準拠、単位は%
ライズタイム:25℃で発泡させた時の、攪拌開始からフォームの最高の高さに達するまでの時間
キュアー性:フォーム脱型後、フォームに指を押し当て、5秒後離した後の押跡を確認し、以下の基準で評価した。
○:指跡が残らない。
×:指跡が残る。
ポリカーボネートの試験片と5cm×5cm×10cm×ウレタンフォームを4L缶の中に設置し、さらに水を滴下し、密栓して、90℃に設定したオーブンの中で20時間放置後のポリカーボネートの外観を観察し、以下の基準で評価した。
○:外観上に変化が見られない。
×:ポリカーボネートの一部に白化が見られる。
一方、比較例は湿熱圧縮残留歪みで劣り、比較例1〜3では、白化試験において白化が見られた。なお、比較例4のフォームは、フォームが崩壊し成形できなかった。
これらの結果から、本発明の実施例のみにおいて、低密度でポリカーボネートの汚染が低く、機械物性が良好な軟質ポリウレタンフォームが得られていることが分かる。
上記効果を奏することから、本発明の製造方法により得られるポリウレタンフォームはシート材として有用である。特に車両用座席用クッション材として著しい有用性を発揮する。
Claims (4)
- ポリオール成分(A)と有機ポリイソシアネート成分(B)とを、発泡剤(C)及び触媒(D)の存在下に反応させる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、ポリオール成分(A)中に下記ポリオール(A1)、(A2)及び(A3)を含有し、触媒(D)が非反応性型アミン触媒(D1)及び反応性型アミン触媒(D2)を含有し、(D1)がトリエチレンジアミンのみからなり、(D2)が(A3)以外の化合物であり、(D1)の含有量がポリオール成分(A)100重量部に対して0.001〜0.20重量部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。
ポリオール(A1):活性水素含有化合物のアルキレンオキサイド付加物であって、エチレンオキサイド単位の含有量が5〜18重量%であり、末端に位置する水酸基の70%以上が1級水酸基であり、水酸基価(mgKOH/g)が20〜45、不飽和度が0.12meq/g以下であるポリオキシアルキレンポリオール。
ポリオール(A2):ポリオール(A1)中で、ラジカル重合開始剤の存在下、ビニルモノマー(v)が重合されて得られた重合体ポリオール。
ポリオール(A3):下記一般式(1)で表されるアミン系ジオール。
- ポリオール成分(A)中のポリオール(A1)の含有量が20〜88重量%、ポリオール(A2)の含有量が10〜78重量%、ポリオール(A3)の含有量が0.1〜5重量%であり、(A1)および(A2)の合計含有量が50〜99.9重量%である請求項1に記載の軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法。
- モールド温度が55〜75℃、原料の注入から脱型までの時間が2分以上4分未満である請求項1又は2に記載の軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法。
- 得られるフォームのコア密度が35〜60kg/m3、伸び率が100%以上、反発弾性が65%以上かつ湿熱圧縮残留歪みが20%以下である請求項1〜3のいずれかに記載の軟質ポリウレタンモールドフォームの製造方法。
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