JP7148018B2 - 軟質ポリウレタンフォーム形成用ポリオール組成物、軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物、並びに、軟質ポリウレタンフォーム及びその製造方法 - Google Patents
軟質ポリウレタンフォーム形成用ポリオール組成物、軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物、並びに、軟質ポリウレタンフォーム及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
一実施形態のポリオール組成物は、軟質ポリウレタンフォームの形成(例えば成型)に用いられるポリオール組成物である。このポリオール組成物は、ポリオール成分、触媒、整泡剤、発泡剤及び架橋剤を含み、発泡剤として、水を含み、架橋剤として、糖アルコールを含み、当該糖アルコールの含有量が、ポリオール成分100質量部に対して、0.1~5.0質量部である。このポリオール組成物は一液の組成物であり、ポリオール成分、触媒、整泡剤、発泡剤及び架橋剤は混在している。なお、本明細書において、ポリオール成分とは、水酸基を複数有するポリオール化合物のうち、数平均分子量が2500以上である高分子量のポリオール化合物を意味する。数平均分子量が2500未満のポリオール化合物は、架橋剤に分類されるものとする。
ポリオール成分は、ポリイソシアネート成分と重付加してポリウレタンを形成する成分である。ポリオール成分としては、公称官能基数、数平均分子量等を調整することが容易であり、幅広い硬度及び弾性率が得られる観点から、ポリエーテルポリオール及びポリエステルポリオールからなる群より選ばれる少なくとも一種を用いることが好ましい。ポリオール成分は一種を単独で用いてよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
触媒としては、本技術分野において公知である各種のウレタン化触媒の中から2価のスズ触媒以外の触媒を選択して使用できる。触媒としては、例えば、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等の3級アミン触媒及びこれらの有機酸塩、ナフテン酸亜鉛等の有機金属化合物(ただし、2価のスズ触媒は除く)等が挙げられる。これらは一種を単独で用いてよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
整泡剤は、例えば界面活性剤である。界面活性剤としては、有機珪素系(例えばシリコーン系)の界面活性剤が好適に使用できる。具体的な整泡剤としては、例えば、ダウ・東レ社製のSZ-1327、SZ-1325、SZ-1336、SZ-3601等、モメンティブ社製のY-10366、L-5309等、エボニック社製のB-8724LF2、B-8715LF2等が挙げられる。整泡剤は一種を単独で用いてよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
ポリオール組成物は、発泡剤として水を含む。水はイソシアネート基との反応で高硬度のウレア基を形成すると共に炭酸ガスを発生するため、ポリオール組成物をイソシアネート組成物とを混合した際に、混合液を発泡させることができる。
架橋剤は、ポリオール成分がイソシアネート成分と重付加してポリウレタンを形成する際にイソシアネート成分と反応して架橋構造を形成する化合物であり、例えば、イソシアネート成分に対する反応性を有する反応性基(例えば水酸基)を有する。架橋剤は、例えば数平均分子量が2500未満の低分子化合物(例えばポリオール化合物)である。
ポリオ-ル組成物は、上述した成分以外の成分(他の成分)を更に含んでいてもよい。ポリオール組成物は、例えば酸化防止剤を更に含んでいてもよい。ポリオール組成物が酸化防止剤を含む場合、軟質ポリウレタンフォームの形成時及び形成後に発生するアルデヒド揮発量を低減できる傾向がある。
一実施形態の軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物は、例えば、二液型の組成物であり、上記実施形態のポリオール組成物からなる第一液と、ポリイソシアネート成分を含むイソシアネート組成物からなる第二液と、を備える。軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物における上記第一液と第二液とは、別々に貯蔵され、使用時に混合して用いられる。
一実施形態の軟質ポリウレタンフォームの製造方法は、ポリオール成分とポリイソシアネート成分とを、触媒、整泡剤、発泡剤、架橋剤及び任意で使用される他の成分(酸化防止剤等)の存在下で反応させ、軟質ポリウレタンフォームを得る工程を備える。上記方法は、発泡剤として、水を用い、架橋剤として、ポリオール成分100質量部に対して、0.1~5.0質量部の量の糖アルコールを用い、且つ、2価のスズ触媒を用いないことを特徴とする。上記工程で使用される各成分の詳細は、上述したポリオール組成物及びイソシアネート組成物に含まれ得る成分と同じである。
[使用原料]
・ポリオール1:平均官能基数=3.0、水酸基価=24(mgKOH/g)、末端一級化率=84mol%、オキシエチレン単位=14.6質量%、総不飽和度0.03meq./gのポリエチレンポリプロピレンエーテルポリオール(東ソー株式会社製、商品名:NEF-693)
・ポリオール2:平均官能基数=3.0、水酸基価=24(mgKOH/g)、末端一級化率=79mol%、オキシエチレン単位=14.0質量%、総不飽和度0.19meq./gのポリエチレンポリプロピレンエーテルポリオール(東ソー株式会社製、商品名:NEF-728)
・ポリオール3:平均官能基数=3.0、水酸基価=24(mgKOH/g)、オキシエチレン単位=70質量%のポリエーテルポリオール(東ソー株式会社製、商品名:NEF-729)
・架橋剤1:D-ソルビトール(東京化成工業株式会社製、単糖アルコール、糖組成として単糖アルコール97質量%含有、数平均分子量:182)
・架橋剤2:マルチトール(東京化成工業株式会社製、二糖アルコール、糖組成として単糖アルコール4質量%含有、数平均分子量:344)
・架橋剤3:糖アルコール混合物1(単糖アルコール~十糖アルコールの混合物、糖組成として単糖アルコール85質量%含有、70質量%水溶液、数平均分子量:214)
・架橋剤4:ソルビトールC(物産フードサイエンス株式会社製、単糖アルコール~十糖アルコールの混合物、糖組成として単糖アルコール90質量%含有、70質量%水溶液、数平均分子量:202)
・架橋剤5:糖アルコール混合物2(単糖アルコール~十糖アルコールの混合物、糖組成として単糖アルコール3質量%含有、数平均分子量:2013)
・架橋剤6:D-(+)-グルコース(富士フィルム和光純薬株式会社製、糖質(還元糖の単糖類))
・架橋剤7:精製グリセリン(阪本薬品工業株式会社製)
・架橋剤8:トリメチロールプロパン(三菱ガス化学株式会社製)
・架橋剤9:ジエタノールアミン(三井化学株式会社製)
・架橋剤10:ポリエチレングリコール(三洋化成工業株式会社製、商品名:PEG200、数平均分子量200)
・架橋剤11:1,4-シクロヘキサンジメタノール(EASTMAN CHEMICAL社製、商品名:CHDM―D)
・触媒1:2-ヒドロキシメチルトリエチレンジアミン(東ソー株式会社製、商品名:RZETA HD)
・触媒2:N,N,N’-トリメチル-N’-ヒドロキシエチル-ビスアミノエチルエーテル(東ソー株式会社製、商品名:TOYOCAT RX-10)
・触媒3:2-エチルヘキサン酸スズ(II)(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・整泡剤1:シリコーン系整泡剤(モメンティブ社製、商品名:L-3639LF)
・イソシアネート1:MDI含有率が85質量%であり、アイソマー含有率が38質量%であり、ポリフェニレンポリメチレンポリイソシアネートを含むポリイソシアネート混合物(東ソー株式会社製、商品名:CEF-550)
・酸化防止剤1:ホスファイト系酸化防止剤(ADEKA株式会社製、商品名:アデカスタブ1500)
(ポリオール組成物の調製)
攪拌機、冷却管、窒素導入管及び温度計を備えた反応器を窒素置換した後、ポリオール1を100g、ポリオール3を1.5g、架橋剤1を1.5g、架橋剤11を2.0g、触媒1を0.8g、触媒2を0.2g、整泡剤1を1.0g、及び、水を3.6g仕込み、23℃にて0.5時間撹拌することにより、ポリオール組成物(P-1)を得た。その他のポリオール組成物(P-2~P-17)も、表1~表3に記載のとおり各原料を仕込み、ポリオール組成物(P-1)と同様に調製した。
実施例1~9、比較例1~7及び参考例1では、イソシアネート1をイソシアネート組成物(I-1)として用いた。
攪拌機、冷却管、窒素導入管及び温度計を備えた反応器を窒素置換した後、イソシアネート1を100g、及び、酸化防止剤1を0.03g仕込み、23℃にて0.5時間撹拌することにより、イソシアネート組成物(I-2)を得た。その他のイソシアネート組成物(I-3~I-5)も、表2に記載のとおり各原料を仕込み、イソシアネート組成物(I-2)と同様に調製した。
表1~表3に示す組み合わせでポリオール組成物及びイソシアネート組成物を用い、軟質ポリウレタンフォームを作製した。具体的には、まず、イソシアネート組成物、及び、ポリオール組成物(イソシアネート組成物以外の全原料の混合物)の液温をそれぞれ24℃~26℃に調整した。次いで、NCOインデックス(配合物中に存在する活性水素原子数に対するNCO基の百分率)が95となるように、ポリオール組成物にポリイソシアネート成分を所定量加えて、ミキサー(毎分7000回転)で7秒間混合した。その後、得られた混合液を金型内に注入し、混合液を反応発泡させた。反応発泡の条件は以下のとおりとした。
[条件]
・金型温度:60~70℃
・金型形状:300mm×300mm×100mm
・金型材質:アルミニウム
・キュア時間:5分
ポリオール組成物を調製後、40℃又は60℃の乾燥機内で30日間保管した後の分離及び着色の有無により貯蔵安定性を評価した。30日間経過した後もポリオール組成物に分離及び着色がみられない場合をA評価とし、ポリオール組成物に分離は生じないが着色が生じた場合をB評価とし、ポリオール組成物に分離及び着色が生じた場合をC評価とした。結果を表4~表6に示す。
軟質ポリウレタンフォームの成型中に成型性を評価した。具体的には、ポリウレタンフォームが最高の高さに達した後に大きく沈んでいき崩壊する現象、及び、生成したポリウレタンフォームが発泡直後又はキュア後に収縮する現象が生じることなく、軟質ポリウレタンフォームを成型できた場合にA評価とし、これらの現象が確認され、軟質ポリウレタンフォームを成型できなかった場合にB評価とした。結果を表4~表6に示す。
上記方法で成型された軟質ポリウレタンフォームの見掛け密度、反発弾性率、湿熱圧縮歪み及び伸び率をJIS K6400記載の方法により求めた。また、JIS K6400記載のB法にしたがって、スキン付きフォーム試験片を作製し、25%圧縮硬度(25%ILD)を求めた。結果を表4~表6に示す。
上記方法で成型された軟質ポリウレタンフォームの発泡方向における硬度分布を以下の方法で測定した。まず、モールドの上型側が下部となり、下型側が上部となるように軟質ポリウレタンフォームを配置し、当該軟質ポリウレタンフォームを上部側の端面(上面)から下面側に向かって45mm毎に切断した。具体的には、軟質ポリウレタンフォームを、上部側の端面からの厚さ方向(発泡方向)の長さが45mmとなる位置及び90mmとなる位置で、厚さ方向に垂直な平面に沿って切断した。これにより、軟質ポリウレタンフォームから、厚さ0mm(上面側)~45.0mmに対応する上面側フォームと、厚さ45.0mm~90.0mmの部分に対応する下面側フォームを切り出した。
上記硬度分布測定において作製した評価サンプルについて、FT-IR測定を行った。得られたIRスペクトルにおける、波数1660cm-1付近に観測されたウレア結合由来のピーク高さを波数1710cm-1付近に観測されたウレタン結合由来のピーク高さで割ることで、それぞれの評価サンプルにおけるウレア結合比を算出した。このウレア結合比が小さいほど、ウレア結合の生成が抑制されており、硬度が発現しにくいことを意味する。
上記方法で成型された実施例1及び比較例3の軟質ポリウレタンフォームのセルの異方性を以下の方法で評価した。まず、モールドの上型側が下部となり、下型側が上部となるように軟質ポリウレタンフォームを配置し、当該軟質ポリウレタンフォームを上部側の端面(上面)から下面側に向かって22.5mm毎に切断した。具体的には、軟質ポリウレタンフォームを、上部側の端面からの厚さ方向(発泡方向)の長さが22.5mmとなる位置、45mmとなる位置、67.5mmとなる位置及び90mmとなる位置で、厚さ方向に垂直な平面に沿って切断した。これにより、軟質ポリウレタンフォームから、厚さ0mm(上面側)~22.5mmの部分に対応する第1層、厚さ22.5mm~45mmの部分に対応する第2層、厚さ45mm~67.5mmの部分に対応する第3層、及び、厚さ67.5mm~90mmの部分に対応する第4層を切り出した。
上記方法で成型された実施例1及び実施例10~13の軟質ポリウレタンフォームについて、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド及びプロピオンアルデヒドの揮発量を測定した。具体的には、まず、各モールド成型体から、縦100mm×横70mmのスキン表面を含み、厚さが80mmの直方体状の試験片を切り出した。次いで、得られた試験片を窒素4Lと共に10Lのサンプリングバッグ内に封入した。次いで、サンプリングバッグを65℃で2時間加熱し、専用の捕集管(DNPHカートリッジ)に揮発成分を捕集した。捕集された揮発成分を高速液体クロマトグラフィにて分析することで、各アルデヒドガスの揮発量(放散量)を測定した。結果を表4及び表5に示す。なお、高速液体クロマトグラフィの測定条件は以下のとおりである。
[条件]
・装置:島津製作所社製のLC-20Aシリーズ
・カラム:TSKgel ODS-80TsQA
・移動相:アセトニトリル/水
・移動相速度:1.0mL/min
・カラム温度:40℃
・検出器:UV(λ=360nm)
・検量線:アルデヒド-DNPHのアセトニトリル溶液を標準試料溶液として作成
Claims (19)
- 数平均分子量が2500以上であるポリオール成分と、触媒と、整泡剤と、発泡剤と、架橋剤とを含み、
前記発泡剤として、水を含み、
前記架橋剤として、数平均分子量が120以上2500未満の糖アルコールを含み、
前記糖アルコールの含有量が、前記ポリオール成分100質量部に対して、0.1~5.0質量部であり、
2価のスズ触媒を含まない、軟質ポリウレタンフォーム形成用ポリオール組成物。 - 前記糖アルコールが、単糖アルコールを含む、請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用ポリオール組成物。
- 前記単糖アルコールの含有量が、前記糖アルコールの総量に対して、90質量%以上である、請求項2に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用ポリオール組成物。
- 前記ポリオール成分が、総不飽和度が0.04meq./g以下であるポリエーテルポリオールを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用ポリオール組成物。
- 前記架橋剤として、脂環族グリコール及び芳香族グリコールからなる群より選ばれる少なくとも一種の環状グリコールを更に含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用ポリオール組成物。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載のポリオール組成物からなる第一液と、ポリイソシアネート成分を含むイソシアネート組成物からなる第二液と、を備える、軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物。
- 前記ポリイソシアネート成分が、ジフェニルメタンジイソシアネートを含む、請求項6に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物。
- 前記ジフェニルメタンジイソシアネートの含有量が、前記ポリイソシアネート成分の総量に対して、50~85質量%である、請求項7に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物。
- 前記ジフェニルメタンジイソシアネートが、2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート及び2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートの少なくとも一方を含み、
前記2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート及び前記2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートの総量が、前記ジフェニルメタンジイソシアネートの総量に対して、10~50質量%である、請求項7又は8に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物。 - 前記第一液及び前記第二液の少なくとも一方がホスファイト系酸化防止剤を含む、請求項6~9のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物。
- 前記第一液と前記第二液とをNCOインデックスが95となるように混合したとき、混合液中の前記ホスファイト系酸化防止剤の含有量が、前記混合液の総量に対して50~1100質量ppmとなる、請求項10に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物。
- 請求項6~11のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物における前記第一液と前記第二液の混合液を反応発泡させてなる、軟質ポリウレタンフォーム。
- モールド成型体であり、
モールドの上型側に対応する下部と、モールドの下型側に対応する上部とを有し、
前記上部側の端面から前記下部側の端面までの長さを前記軟質ポリウレタンフォームの厚さとすると、
前記軟質ポリウレタンフォームを、上部側の端面からの前記厚さ方向の長さが前記軟質ポリウレタンフォームの厚さの45%となる位置及び90%となる位置で、前記厚さ方向に垂直な平面に沿って切断することにより、前記軟質ポリウレタンフォームの厚さの45%の厚さを有する2つのフォームを切り出し、切り出された2つのフォームの25%圧縮硬度の平均値を100としたとき、前記平均値に対する、前記2つのフォームのうちの前記上部側のフォームの25%圧縮硬度の比が50~85である、請求項12に記載の軟質ポリウレタンフォーム。 - 見掛け密度が30~70kg/m3であり、
JIS K6400記載のB法にしたがって作製されるスキン付きフォーム試験片の25%圧縮硬度が100~350N/314cm2であり、
伸び率が100%以上である、請求項12又は13に記載の軟質ポリウレタンフォーム。 - 反発弾性率が45~75%である、請求項12~14のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
- 湿熱圧縮歪みが20%未満である、請求項12~15のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
- JIS K6400記載のB法にしたがって作製されるスキン付きフォーム試験片の25%圧縮硬度が183~350N/314cm2である、請求項12~16のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
- 数平均分子量が2500以上であるポリオール成分とポリイソシアネート成分とを、触媒、整泡剤、発泡剤及び架橋剤の存在下で反応させ、軟質ポリウレタンフォームを得る工程を備え、
前記工程では、前記発泡剤として、水を用い、前記架橋剤として、前記ポリオール成分100質量部に対して、0.1~5.0質量部の量の、数平均分子量が120以上2500未満の糖アルコールを用い、且つ、2価のスズ触媒を用いない、軟質ポリウレタンフォームの製造方法。 - 前記工程では、請求項6~11のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタンフォーム形成用組成物における前記第一液と前記第二液とを混合することで、前記ポリオール成分と前記ポリイソシアネート成分とを反応させる、請求項18に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
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