JP4718157B2 - 軟質ポリウレタン発泡体、軟質ポリウレタン発泡体の製造方法、及びクッション - Google Patents
軟質ポリウレタン発泡体、軟質ポリウレタン発泡体の製造方法、及びクッション Download PDFInfo
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Description
本発明は、例えば自動車のシート用クッションを形成する材料等として使用される軟質ポリウレタン発泡体、軟質ポリウレタン発泡体の製造方法、及びクッションに関するものである。
一般に、自動車のシート用クッションは、軟質ポリウレタン発泡体の表面に表皮材（布又は皮革）が接着或いは縫製により接合されて構成されている。これは、シート用クッション表面の皺の防止やボリューム感の向上、或いは裁断後の縫製作業性の向上を図るためである。近年、特に高級車において、シートの乗り心地向上のため、表面ソフト化のニーズが高まっている。このため、軟質ポリウレタン発泡体についてもソフト化が要求されている。従来、軟質ポリウレタン発泡体の硬度を下げる手法としては、原料中のポリオールに対するポリイソシアネートの量、すなわちイソシアネートインデックスを下げる手法と、塩化メチレン（メチレンクロライド）等の非反応性の補助発泡剤の使用比率を上げる手法とが採用されてきた。
しかし、前者の手法では、軟質ポリウレタン発泡体の硬度は低下するが、発泡体全体の架橋密度が低下することから、圧縮時における硬さの低下が起き、底付き感を感じるという問題がある。すなわち、ＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が２前後で小さいため、シート用クッションに着座したときに軟らかさを感じるものの、底付き感があり、座り心地の悪いものであった。一方、後者の手法では、塩化メチレン等の非反応性の補助発泡剤が発泡体を溶解する性質を有するため、発泡体の製造過程で割れが発生したり、得られた発泡体の引張強度が低下したりする傾向があった。このため、発泡体は柔軟性に欠け、底付き感も生じて座り心地が悪いという問題があった。
そこで、特に補助発泡剤を用いることにより反応性が低下するという問題を解決するために、反応性の高いポリオールを使用し、さらに反応性が高く分子量の小さい低分子量ポリオールを併用することによって、ポリオールとポリイソシアネートとの反応性を高めて軟らかい感触を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１１−３５７２５号公報（第２頁及び第３頁）
ところで、軟質ポリウレタン発泡体の表面に荷重を加えていったとき、初期には高い応力（抵抗力）を感ずるが、ある撓み量から急に応力が低下し、沈み込むように感ずる座屈感があると、座り心地が悪く、底付き感も感じて好ましくない。前記特許文献１に記載の技術では、主に発泡体中のセルの形状を厚さ方向よりもそれと直交する面方向に長くすることにより座屈を抑制するものであるため、軟らかい感触が得られるものの、特に圧縮率が大きくなったときの応力（硬さ）が不足している。従って、座屈感や底付き感が十分に解消されておらず、満足できるものではなかった。
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、柔軟性を有すると共に、座屈感や底付き感が抑制された軟質ポリウレタン発泡体、軟質ポリウレタン発泡体の製造方法、及びクッションを提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体は、ポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物を、触媒、発泡剤及び補助発泡剤の存在下に反応させてなる軟質ポリウレタン発泡体であって、ポリオール類は、官能基数が３であるとともに水酸基価が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満であり、前記ポリイソシアネート化合物は、トリレンジイソシアネート、４,４−ジフェニルメタンジイソシアネート、
１,５−ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートから選ばれるポリイソシアネート化合物であり、そのイソシアネートインデックスが１１０〜１２０であり、架橋剤は水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で分子量が１５０〜５００のポリオールであり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部であり（但し、１．５質量部の場合を除く）、発泡剤は水であり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜３．０質量部であり、補助発泡剤はポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物に対して非反応性の有機溶剤であり、さらに発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０であることを特徴とするものである。
１,５−ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートから選ばれるポリイソシアネート化合物であり、そのイソシアネートインデックスが１１０〜１２０であり、架橋剤は水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で分子量が１５０〜５００のポリオールであり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部であり（但し、１．５質量部の場合を除く）、発泡剤は水であり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜３．０質量部であり、補助発泡剤はポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物に対して非反応性の有機溶剤であり、さらに発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０であることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体は、請求項１に係る発明において、前記架橋剤は、ポリエーテルジオールであることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記ポリオール類は、水酸基価が５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）以上、２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記ポリオール類は、水酸基価が５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）以上、２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満であることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明において、前記補助発泡剤の配合量は、ポリオール類１００質量部に対して１０〜１５質量部であることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体は、請求項１から請求項４のいずれか一項に係る発明において、発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が３．０〜４．０であることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明のクッションは、ポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物を、触媒、発泡剤及び補助発泡剤の存在下に反応させてなる軟質ポリウレタン発泡体であって、ポリオール類は、官能基数が３であるとともに水酸基価が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満であり、前記ポリイソシアネート化合物は、トリレンジイソシアネート、４,４−ジフェニルメタンジイソシアネート、１,５−ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートから選ばれるポリイソシアネート化合物であり、そのイソシアネートインデックスが１１０〜１２０であり、架橋剤は水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で分子量が１５０〜５００のポリオールであり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部であり（但し、１．５質量部の場合を除く）、発泡剤は水であり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜３．０質量部であり、補助発泡剤はポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物に対して非反応性の有機溶剤であり、さらに発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０であり、ＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が３．０〜４．０である軟質ポリウレタン発泡体を用いている。
請求項７に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法は、請求項６に記載のクッションに用いる軟質ポリウレタン発泡体の製造方法において、ワンショット法により混合攪拌された反応原料をベルトコンベア上に吐出し、該ベルトコンベアが移動する間に反応原料を自然発泡させ、硬化させることにより、発泡体中のセルの形状について、その厚さ方向の長さをｘ、板面方向の長さをｙとした場合に、ｘ／ｙが１より大きく、１．５以下とすることを特徴とする。
請求項６に記載の発明のクッションは、ポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物を、触媒、発泡剤及び補助発泡剤の存在下に反応させてなる軟質ポリウレタン発泡体であって、ポリオール類は、官能基数が３であるとともに水酸基価が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満であり、前記ポリイソシアネート化合物は、トリレンジイソシアネート、４,４−ジフェニルメタンジイソシアネート、１,５−ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートから選ばれるポリイソシアネート化合物であり、そのイソシアネートインデックスが１１０〜１２０であり、架橋剤は水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で分子量が１５０〜５００のポリオールであり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部であり（但し、１．５質量部の場合を除く）、発泡剤は水であり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜３．０質量部であり、補助発泡剤はポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物に対して非反応性の有機溶剤であり、さらに発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０であり、ＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が３．０〜４．０である軟質ポリウレタン発泡体を用いている。
請求項７に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法は、請求項６に記載のクッションに用いる軟質ポリウレタン発泡体の製造方法において、ワンショット法により混合攪拌された反応原料をベルトコンベア上に吐出し、該ベルトコンベアが移動する間に反応原料を自然発泡させ、硬化させることにより、発泡体中のセルの形状について、その厚さ方向の長さをｘ、板面方向の長さをｙとした場合に、ｘ／ｙが１より大きく、１．５以下とすることを特徴とする。
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスが１１０〜１２０に設定されていることから、ポリオール類等に対するポリイソシアネート化合物の反応性を確保でき、得られる発泡体の硬度を適度な状態に維持することができる。また、架橋剤として水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）のポリオールを用いることから、架橋剤はポリイソシアネート化合物と反応して架橋構造を形成することができ、発泡体に剛性を付与することができる。さらに、ポリオールの分子量が１５０〜５００という小さい化合物であることから、ウレタン結合やウレア結合よりなるハードセグメントの凝集が妨げられ、分子量分布が変化して発泡体の硬さが低減される。加えて、補助発泡剤として非反応性の有機溶剤が用いられ、発泡体に柔軟性を付与することができる。さらに、発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０であることから、発泡体は低硬度に形成される。従って、軟質ポリウレタン発泡体は、柔軟性を有すると共に、座屈感や底付き感が抑制されたものとなる。
また、架橋剤の配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部に設定されているため、発泡体の架橋密度を適度な範囲に維持することができる。従って、柔軟性と硬さのバランスを向上させることができる。
ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスが１１０〜１２０に設定されていることから、ポリオール類等に対するポリイソシアネート化合物の反応性を確保でき、得られる発泡体の硬度を適度な状態に維持することができる。また、架橋剤として水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）のポリオールを用いることから、架橋剤はポリイソシアネート化合物と反応して架橋構造を形成することができ、発泡体に剛性を付与することができる。さらに、ポリオールの分子量が１５０〜５００という小さい化合物であることから、ウレタン結合やウレア結合よりなるハードセグメントの凝集が妨げられ、分子量分布が変化して発泡体の硬さが低減される。加えて、補助発泡剤として非反応性の有機溶剤が用いられ、発泡体に柔軟性を付与することができる。さらに、発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０であることから、発泡体は低硬度に形成される。従って、軟質ポリウレタン発泡体は、柔軟性を有すると共に、座屈感や底付き感が抑制されたものとなる。
また、架橋剤の配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部に設定されているため、発泡体の架橋密度を適度な範囲に維持することができる。従って、柔軟性と硬さのバランスを向上させることができる。
請求項２に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体では、架橋剤としてポリエーテルジオールを用いることから、請求項１に係る発明の効果に加え、発泡体は重合体の連鎖が直鎖状に延びる構造を形成することができ、柔軟性を向上させることができる。
請求項４に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体では、補助発泡剤の配合量がポリオール類１００質量部に対して１０〜１５質量部に設定されていることから、発泡体に一定の可塑性を付与することができる。このため、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明の効果に加え、発泡体の柔軟性を適度なものにすることができる。
請求項５に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体では、発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が３．０〜４．０に設定され、異なる圧縮力に対する荷重の比が一定範囲に規定されている。従って、請求項１から請求項４のいずれか一項に係る発明の効果に加え、触感が軟らかく、座屈感や底付き感を効果的に抑制することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の軟質ポリウレタン発泡体（以下、単に発泡体ともいう）は、水酸基価（ＯＨＶ）が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満のポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物を、触媒、発泡剤及び補助発泡剤の存在下に反応させて得られるものである。軟質ポリウレタン発泡体は、連続気泡構造を有し、圧縮荷重に対する復元性を有するものである。この場合、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスが１１０〜１２０であると共に、架橋剤は水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）のポリオールであり、かつ補助発泡剤はポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物に対して非反応性の有機溶剤である。
本実施形態の軟質ポリウレタン発泡体（以下、単に発泡体ともいう）は、水酸基価（ＯＨＶ）が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満のポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物を、触媒、発泡剤及び補助発泡剤の存在下に反応させて得られるものである。軟質ポリウレタン発泡体は、連続気泡構造を有し、圧縮荷重に対する復元性を有するものである。この場合、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスが１１０〜１２０であると共に、架橋剤は水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）のポリオールであり、かつ補助発泡剤はポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物に対して非反応性の有機溶剤である。
前記ポリオール類としては、ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールが用いられる。ポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、それらの変性体、グリセリンにアルキレンオキサイドを付加した化合物等が挙げられる。ポリエステルポリオールとしては、アジピン酸、フタル酸等のポリカルボン酸を、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等のポリオールと反応させることによって得られる縮合系ポリエステルポリオールのほか、ラクトン系ポリエステルポリオール及びポリカーボネート系ポリオールが挙げられる。このポリオール類は、原料成分の種類、分子量、縮合度等を調整することによって、水酸基の数や水酸基価を変えることができる。
ポリオール類の水酸基価は、２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満の化合物であり、５０〜６０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）であることが好ましい。このような水酸基価を有するポリエーテルポリオールを用いることにより、ポリイソシアネート化合物との反応性に優れ、適度に架橋された軟質ポリウレタン発泡体を得ることができる。ポリポリオール類の水酸基価が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）以上の場合、架橋密度が高くなり過ぎて発泡体が硬くなり、感触が低下する。一方、水酸基価が５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満の場合、水酸基価が小さくなり過ぎ、軟質ポリウレタン発泡体の架橋密度が低くなって発泡体が座屈しやすくなる傾向を示す。
架橋剤はポリイソシアネート化合物等と反応し、発泡体に架橋構造を形成するもので、水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で分子量が１５０〜５００のポリオールである。そのようなポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、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、ソルビトール等が用いられる。これらの架橋剤のうち、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリエーテルジオールが好ましい。ポリエーテルジオールを用いることにより、発泡体を形成する重合体の連鎖が直鎖状に延びる構造が形成され、発泡体の柔軟性を良好にすることができる。
架橋剤の水酸基価が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満の場合には、ポリイソシアネート化合物との架橋反応が不足し、発泡体の架橋密度が小さくなる。６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）を越える場合には、過度の架橋反応によって発泡体の架橋密度が大きくなり過ぎる。また、架橋剤の分子量が１５０未満のときには発泡体が硬くなり過ぎて、触感を損ない、５００を越えるときには発泡体が軟らかくなり過ぎて、座屈感や底付き感が起きる原因となる。
架橋剤の配合量は、ポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部であることが好ましい。架橋剤の配合量が１．５質量部未満の場合には、発泡体に十分な架橋構造を形成することができず、座屈感や底付き感が発生しやすくなる。一方、４．０質量部を越える場合には、発泡体の架橋構造が密になり過ぎて、軟らかさが不足し、感触が悪くなる傾向を示す。
次に、ポリオール類と反応させるポリイソシアネート化合物はイソシアネート基を複数有する化合物であって、具体的には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（ＭＤＩ）、１,５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、トリフェニルメタントリイソシアネート、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）等が用いられる。
ここで、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスは１１０〜１２０である。すなわち、イソシアネートインデックスは、ポリオール類の水酸基、架橋剤であるポリオールの水酸基及び発泡剤（水）に対するポリイソシアネート化合物のイソシアネート基の比を百分率で表したものであるが、その値が１００を越えるということはイソシアネート基が水酸基より過剰であることを意味する。イソシアネートインデックスが１１０未満の場合には、ポリオール類及び架橋剤としてのポリオールに対するポリイソシアネート化合物の反応が不足し、発泡体が軟らかくなって座屈感や底付き感が生ずる傾向を示す。一方、イソシアネートインデックスが１２０を越える場合には、発泡体が硬くなる傾向を示し、軟らかい感触が得られなくなる。
触媒はポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応を促進するためのものである。係る触媒としては、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、ジメチルエタノールアミン等の３級アミン、オクチル酸スズ等の有機金属化合物、酢酸塩、アルカリ金属アルコラート等が用いられる。
発泡剤はポリウレタンを発泡させてポリウレタン発泡体とするためのものである。この発泡剤としては、水のほか酸アミド、炭酸ガス等が用いられる。発泡剤の配合量は、通常より少なくして硬化反応の進行を抑えるために、ポリオール類１００質量部に対して１．５〜３．０質量部であることが好ましい。発泡剤の配合量が１．５質量部未満では泡化反応が不十分となり、３．０質量部を越えると泡化反応及び架橋反応が過剰となり、発泡体が硬くなりやすい。
補助発泡剤は、ポリオール類と架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物とに対して非反応性の有機溶剤であり、発泡体の硬度を下げるために用いられる。この補助発泡剤としては、塩化メチレン（メチレンクロライド、ＣＨ2Ｃｌ2）、ｎ−ペンタン、シクロヘキサン、フロン系化合物（トリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等）が挙げられる。補助発泡剤の配合量は、ポリオール類１００質量部に対して１０〜１５質量部であることが好ましい。補助発泡剤の配合量が１０質量部未満のときには補助発泡剤の効果が十分に発揮されず、１５質量部を越えるときには発泡体自体が溶解されて発泡体の強度が低下する傾向となる。
軟質ポリウレタン発泡体の原料としては、界面活性剤等の整泡剤、縮合リン酸エステル等の難燃剤、酸化防止剤、可塑剤、紫外線吸収剤、着色剤等を添加することもできる。
前記ポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応を行なう場合には、ワンショット法又はプレポリマー法が採用される。ワンショット法は、ポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物とを直接反応させる方法である。プレポリマー法は、ポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物との各一部を事前に反応させて末端にイソシアネート基又は水酸基を有するプレポリマーを得、それにポリオール類及び架橋剤としてのポリオール又はポリイソシアネート化合物を反応させる方法である。ワンショット法はプレポリマー法に比べて製造工程が一工程で済み、製造条件の制約も少ないことから好ましい方法であり、製造コストを低減させることができる。
前記ポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物とのウレタン化反応を行なう場合には、ワンショット法又はプレポリマー法が採用される。ワンショット法は、ポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物とを直接反応させる方法である。プレポリマー法は、ポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物との各一部を事前に反応させて末端にイソシアネート基又は水酸基を有するプレポリマーを得、それにポリオール類及び架橋剤としてのポリオール又はポリイソシアネート化合物を反応させる方法である。ワンショット法はプレポリマー法に比べて製造工程が一工程で済み、製造条件の制約も少ないことから好ましい方法であり、製造コストを低減させることができる。
軟質ポリウレタン発泡体としては、軟質スラブポリウレタン発泡体が好ましい。軟質スラブポリウレタン発泡体は上記ワンショット法により混合攪拌された反応原料（反応混合液）をベルトコンベア上に吐出し、該ベルトコンベアが移動する間に反応原料が常温、大気圧下で自然発泡し、硬化することで得られる。その後、乾燥炉内で硬化（キュア）し、所定形状に裁断される。その他、モールド成形法、現場施工スプレー成形法等によって軟質ポリウレタン発泡体を得ることができる。
得られた軟質ポリウレタン発泡体は、ＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０である。従って、軟質ポリウレタン発泡体は従来よりも低硬度に形成される。さらに、ＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が３．０〜４．０であることが好ましい。ここで圧縮たわみ係数は、２５％圧縮時の荷重（Ｎ）に対する６５％圧縮時の荷重（Ｎ）の比を表すものである。尚、圧縮たわみ係数はＣＩ値（コンフォートインデックス）とも称される。圧縮たわみ係数が３．０未満の場合には、発泡体に座屈感や底付き感を与える傾向を示す。逆に、圧縮たわみ係数が４．０を越える場合には、発泡体に硬い感触を与える傾向を示す。また、軟質ポリウレタン発泡体は板状に成形された場合、発泡体中のセルの形状は、その厚さ方向の長さをｘ、板面方向の長さをｙとすると、ｘ／ｙが１より大きく、１．５以下となる。つまり、セルの形状は、板面方向より厚さ方向に長い長円状に形成される。
さて、軟質ポリウレタン発泡体を製造する場合には、ポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物とを、触媒及び発泡剤としての水、補助発泡剤としての塩化メチレンの存在下に反応させ、発泡させると共に、硬化させることによって行なわれる。
このとき、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスは１１０〜１２０であることから、ポリオール類等に対するポリイソシアネート化合物の反応性が高められ、ウレタン化反応（重合反応）が十分に進行すると共に、架橋反応も進行する。そのため、発泡体に一定の硬さが付与される。また、架橋剤として水酸基価の高い（２５０〜６５０ｍｇＫＯＨ／ｇ）ポリオールを用いることから、架橋剤がポリイソシアネート化合物と反応して更なる架橋構造が形成され、発泡体に剛性が付与される。
ところで、軟質ポリウレタン発泡体は、ウレタン結合やウレア結合よりなるハードセグメントと、メチレン基を有するエーテル結合よりなるソフトセグメントとで構成されている。そして、架橋剤としてのポリオールの分子量が１５０〜５００という小さい化合物を用いることから、ウレタン結合やウレア結合よりなるハードセグメントの凝集が阻害され、分子量分布が乱されて発泡体の硬さが和らげられる。
一方、補助発泡剤として塩化メチレンが用いられることから、泡化反応や架橋反応が抑制され、発泡体に可塑性が付与され、柔軟化される。これらの作用が相俟って、軟質ポリウレタン発泡体は、軟らかさを発現できる一方、圧縮時における応力（反発力）の急激な変化を抑えることができる。特に、圧縮後期（例えば６５％圧縮時）において硬さを維持することができる。
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下にまとめて記載する。
・ 本実施形態の軟質ポリウレタン発泡体においては、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスが１１０〜１２０に設定されていることから、ポリオール類等に対するポリイソシアネート化合物の反応性を確保でき、得られる発泡体の硬度を適度な状態に維持することができる。また、架橋剤として水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）のポリオールを用いることから、架橋剤はポリイソシアネート化合物と反応して架橋構造を形成することができ、発泡体に剛性を付与することができる。さらに、ポリオールの分子量が１５０〜５００という小さい化合物であることから、ウレタン結合やウレア結合よりなるハードセグメントの凝集が妨げられ、分子量分布が変化して発泡体の硬さが低減される。そのうえ、補助発泡剤として非反応性の有機溶剤が用いられ、発泡体に柔軟性を付与することができる。加えて、発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０という低硬度に形成され、圧縮中期の荷重に対して良好な触感が得られるものとなる。従って、軟質ポリウレタン発泡体は、柔軟性を有すると共に、座屈感や底付き感が抑制されたものとなり、シート用クッションにしたときには座り心地の良いものとなる。
・ 本実施形態の軟質ポリウレタン発泡体においては、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスが１１０〜１２０に設定されていることから、ポリオール類等に対するポリイソシアネート化合物の反応性を確保でき、得られる発泡体の硬度を適度な状態に維持することができる。また、架橋剤として水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）のポリオールを用いることから、架橋剤はポリイソシアネート化合物と反応して架橋構造を形成することができ、発泡体に剛性を付与することができる。さらに、ポリオールの分子量が１５０〜５００という小さい化合物であることから、ウレタン結合やウレア結合よりなるハードセグメントの凝集が妨げられ、分子量分布が変化して発泡体の硬さが低減される。そのうえ、補助発泡剤として非反応性の有機溶剤が用いられ、発泡体に柔軟性を付与することができる。加えて、発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０という低硬度に形成され、圧縮中期の荷重に対して良好な触感が得られるものとなる。従って、軟質ポリウレタン発泡体は、柔軟性を有すると共に、座屈感や底付き感が抑制されたものとなり、シート用クッションにしたときには座り心地の良いものとなる。
・ また、架橋剤としてポリエーテルジオールを用いることにより、発泡体は重合体の連鎖が直鎖状に延びる構造を形成することができ、柔軟性を向上させることができる。さらに、架橋剤の配合量をポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部の範囲に設定することにより、発泡体の架橋密度を適正に維持することができる。
・ 加えて、補助発泡剤の配合量をポリオール類１００質量部に対して１０〜１５質量部の範囲に設定することにより、発泡体の柔軟性を高めることができる。
・ 得られる軟質ポリウレタン発泡体は、ＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が３．０〜４．０になることによって、触感が軟らかくなり、かつ圧縮時の荷重の比が適度な範囲になることから、座屈感や底付き感を効果的に解消することができる。
・ 得られる軟質ポリウレタン発泡体は、ＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が３．０〜４．０になることによって、触感が軟らかくなり、かつ圧縮時の荷重の比が適度な範囲になることから、座屈感や底付き感を効果的に解消することができる。
・ このように、軟質ポリウレタン発泡体は良好な柔軟性を有すると共に、座屈感や底付き感が解消されることから、例えば自動車のシート用クッション材、椅子のクッション材等として好適に使用することができる。
以下に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１〜３及び比較例１〜３）
表１に示すポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物であるトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ−８０）とを、触媒、発泡剤である水及び補助発泡剤としての塩化メチレンの存在下に常法に従って反応させることにより軟質ポリウレタン発泡体を製造した。表１における略号の意味を次に示す。
（実施例１〜３及び比較例１〜３）
表１に示すポリオール類及び架橋剤としてのポリオールとポリイソシアネート化合物であるトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ−８０）とを、触媒、発泡剤である水及び補助発泡剤としての塩化メチレンの存在下に常法に従って反応させることにより軟質ポリウレタン発泡体を製造した。表１における略号の意味を次に示す。
ボラノール３０１０Ｊ：官能基数３のポリエーテルポリオール、ダウ・ポリウレタン（株）製、水酸基価５６ｍｇＫＯＨ／ｇ
ＰＥＧ２００：ポリエチレングリコール、分子量２００、水酸基価５６１ｍｇＫＯＨ／ｇ
ＰＥＧ４００：ポリエチレングリコール、分子量４００、水酸基価２８１ｍｇＫＯＨ／ｇ
ＴＤＩ−８０：日本ポリウレタン工業（株）製のトリレンジイソシアネート（2,4-トリレンジイソシアネート８０質量％と2,6-トリレンジイソシアネート２０質量％の混合物）
ＬＶ３３：トリエチレンジアミンとプロピレングリコールとの質量比が１：２の混合物、中京油脂（株）製の触媒
ＭＲＨ１１０：オクチル酸第１スズ、城北化学（株）製の触媒
Ｌ５８４：日本ユニカー（株）製のシリコーン整泡剤
得られた軟質ポリウレタン発泡体について、密度、５％圧縮時の荷重、２５％圧縮時の荷重、圧縮たわみ係数、クッション感及び引張強度を下記に示す方法で測定し、それらの結果を表１に併せて記載した。
ＰＥＧ２００：ポリエチレングリコール、分子量２００、水酸基価５６１ｍｇＫＯＨ／ｇ
ＰＥＧ４００：ポリエチレングリコール、分子量４００、水酸基価２８１ｍｇＫＯＨ／ｇ
ＴＤＩ−８０：日本ポリウレタン工業（株）製のトリレンジイソシアネート（2,4-トリレンジイソシアネート８０質量％と2,6-トリレンジイソシアネート２０質量％の混合物）
ＬＶ３３：トリエチレンジアミンとプロピレングリコールとの質量比が１：２の混合物、中京油脂（株）製の触媒
ＭＲＨ１１０：オクチル酸第１スズ、城北化学（株）製の触媒
Ｌ５８４：日本ユニカー（株）製のシリコーン整泡剤
得られた軟質ポリウレタン発泡体について、密度、５％圧縮時の荷重、２５％圧縮時の荷重、圧縮たわみ係数、クッション感及び引張強度を下記に示す方法で測定し、それらの結果を表１に併せて記載した。
密度（ｋｇ／ｍ3）、５％圧縮時の荷重（Ｎ）、２５％圧縮時の荷重（Ｎ）、圧縮たわみ係数、引張強度（ｋＰａ）： いずれもＪＩＳ Ｋ６４００に準じて測定した。
クッション感： 厚さ５０ｍｍの軟質ポリウレタン発泡体上に着座したときの感触について評価した。
クッション感： 厚さ５０ｍｍの軟質ポリウレタン発泡体上に着座したときの感触について評価した。
これに対して、イソシアネートインデックスが小さく、水酸基価が２５０〜６５０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリオールよりなる架橋剤を配合しない場合（比較例１）には、圧縮たわみ係数が２．１で低く、クッション感として底付き感が認められた。イソシアネートインデックスを１１５に設定しても、水酸基価が２５０〜６５０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリオールよりなる架橋剤を配合しない場合（比較例２）には、圧縮たわみ係数が１．９で低く、クッション感として座屈感があり、硬いものであった。さらに、イソシアネートインデックスが小さく、水酸基価が２５０〜６５０ｍｇＫＯＨ／ｇのポリオールよりなる架橋剤を配合せず、かつ補助発泡剤として塩化メチレンを配合しない場合（比較例３）には、圧縮たわみ係数が１．８で低く、クッション感として座屈感があり、硬いものであった。
尚、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 架橋剤として、２官能のポリエーテルジオールと、３官能のポリエーテルトリオール又は４官能基以上のポリオールとを組合せて使用し、得られるポリウレタン発泡体の架橋度を調整するように構成することもできる。
・ 架橋剤として、２官能のポリエーテルジオールと、３官能のポリエーテルトリオール又は４官能基以上のポリオールとを組合せて使用し、得られるポリウレタン発泡体の架橋度を調整するように構成することもできる。
・ 軟質ポリウレタン発泡体の原料にプロパノール、ブタノール等の水酸基を有する化合物を添加し、ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスを調整可能に構成することもできる。
・ 軟質ポリウレタン発泡体を、例えば自動車のドアトリム、センターピラーガーニッシュ等の緩衝材、シーリング材等の制振材、マットレス、枕等として使用することもできる。
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている５％圧縮時の荷重（Ｎ）が０．３〜３．０であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタン発泡体。この構成によれば、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加え、圧縮初期における荷重を適切にし、触感を向上させることができる。
・ 発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている５％圧縮時の荷重（Ｎ）が０．３〜３．０であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタン発泡体。この構成によれば、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加え、圧縮初期における荷重を適切にし、触感を向上させることができる。
・ 水酸基価が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満のポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物を、触媒、発泡剤及び補助発泡剤の存在下に反応させる軟質ポリウレタン発泡体の製造方法であって、前記ポリイソシアネート化合物のイソシアネートインデックスが１１０〜１２０であると共に、架橋剤は水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で分子量が１５０〜５００のポリオールであり、かつ補助発泡剤はポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物に対して非反応性の有機溶剤であり、さらに発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０であることを特徴とする軟質ポリウレタン発泡体の製造方法。この製造方法によれば、柔軟性を有すると共に、座屈感や底付き感が抑制された軟質ポリウレタン発泡体を容易に製造することができる。
Claims (7)
- ポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物を、触媒、発泡剤及び補助発泡剤の存在下に反応させてなる軟質ポリウレタン発泡体であって、
ポリオール類は、官能基数が３であるとともに水酸基価が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満であり、
前記ポリイソシアネート化合物は、トリレンジイソシアネート、４,４−ジフェニルメタンジイソシアネート、１,５−ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートから選ばれるポリイソシアネート化合物であり、そのイソシアネートインデックスが１１０〜１２０であり、
架橋剤は水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で分子量が１５０〜５００のポリオールであり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部であり（但し、１．５質量部の場合を除く）、
発泡剤は水であり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜３．０質量部であり、
補助発泡剤はポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物に対して非反応性の有機溶剤であり、さらに発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０であることを特徴とする軟質ポリウレタン発泡体。 - 前記架橋剤は、ポリエーテルジオールであることを特徴とする請求項１に記載の軟質ポリウレタン発泡体。
- 前記ポリオール類は、水酸基価が５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）以上、２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軟質ポリウレタン発泡体。
- 前記補助発泡剤の配合量は、ポリオール類１００質量部に対して１０〜１５質量部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタン発泡体。
- 発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が３．０〜４．０であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の軟質ポリウレタン発泡体。
- ポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物を、触媒、発泡剤及び補助発泡剤の存在下に反応させてなる軟質ポリウレタン発泡体であって、
ポリオール類は、官能基数が３であるとともに水酸基価が２５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）未満であり、
前記ポリイソシアネート化合物は、トリレンジイソシアネート、４,４−ジフェニルメタンジイソシアネート、１,５−ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートから選ばれるポリイソシアネート化合物であり、そのイソシアネートインデックスが１１０〜１２０であり、
架橋剤は水酸基価が２５０〜６５０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で分子量が１５０〜５００のポリオールであり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜４．０質量部であり（但し、１．５質量部の場合を除く）、
発泡剤は水であり、その配合量がポリオール類１００質量部に対して１．５〜３．０質量部であり、
補助発泡剤はポリオール類、架橋剤及びポリイソシアネート化合物に対して非反応性の有機溶剤であり、さらに発泡体についてＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている２５％圧縮時の荷重（Ｎ）が３０〜７０であり、ＪＩＳ Ｋ６４００に規定されている圧縮たわみ係数が３．０〜４．０である軟質ポリウレタン発泡体を用いたクッション。 - 請求項６に記載のクッションに用いる軟質ポリウレタン発泡体の製造方法において、
ワンショット法により混合攪拌された反応原料をベルトコンベア上に吐出し、該ベルトコンベアが移動する間に反応原料を自然発泡させ、硬化させることにより、発泡体中のセルの形状について、その厚さ方向の長さをｘ、板面方向の長さをｙとした場合に、ｘ／ｙが１より大きく、１．５以下とすることを特徴とする軟質ポリウレタン発泡体の製造方法。
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