JPH07258372A - 低密度かつ高硬度の軟質ポリウレタンフォームの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低密度かつ高硬度の軟質ポリウレタンフォー
ムの製造方法。 【構成】 ポリオール組成物の少なくとも一種が、平均
官能基数４〜６とＯＨ価１３０〜１６０ｍｇＫＯＨ／ｇ
であるポリエーテルポリオールを１〜３０重量％の範囲
で用いる軟質ポリウレタンフォームの製造方法。 【効果】 容易に軟質ポリウレタンフォームを高硬度化
することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は軟質ポリウレタンフォー
ムの製造方法及び該方法により製造されたフォームに関
する。さらに詳しくは、本発明は低密度かつ高硬度の軟
質ポリウレタンフォームの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】軟質ポリウレタンフォームは自動車、家
具、寝具等の極めて広範囲の成形物の成形に使用されて
いる。従来軟質ポリウレタンフォームの密度が１０〜５
０ｋｇ／ｍ³ の範囲のものが生産され、特に１４〜２５
ｋｇ／ｍ³ 、ＪＩＳ硬さで５．５〜１３．５ｋｇの範囲
のフォームが主流である。

【０００３】軟質ポリウレタンフォームは、多官能イソ
シアネートとポリオールとを水を含む発泡剤の存在下に
反応させて製造され、かかる反応において多官能イソシ
アネートと水との反応により発生する炭酸ガスとクロロ
フルオロカーボンやジクロロメタンのような物理的発泡
剤の作用によりフォーム化が達成される。通常、成形物
の用途に適した軟質ポリウレタンフォームを製造するた
めに、反応に使用するポリオールや多官能イソシアネー
トの種類や量、成形条件等が調整される。近年、低コス
ト化を目的として原料を節約するために、軟質ポリウレ
タンフォームの低密度化が課題とされており、水と多官
能イソシアネートとの反応により発生する炭酸ガス及び
物理的発泡剤の配合量を調整することにより軟質ポリウ
レタンフォームの低密度化を図っている。

【０００４】一般に、軟質ポリウレタンフォームの密度
と硬度とは比例関係にあり、密度が低いほど硬度も低く
なる傾向にある。特に軟質スラブストックフォームの製
造では、コストの点から密度２０ｋｇ／ｍ³ 以下の低密
度フォームが主流である。上記のように低密度化して製
造された軟質スラブストックフォームの場合、硬度が十
分でなく、高硬度化が要望されている。高硬度の軟質ポ
リウレタンフォームの製造方法として、ポリマーポリオ
ールを使用する方法が知られているが、この方法の場
合、添加量を多くしないと高硬度化が達成されない、高
粘度であるために混合機において流量コントロールが困
難である、コストの上昇等の欠点があり、特に低密度か
つ高硬度の軟質ポリウレタンフォームを製造するときに
はフォーム内部にスコーチ（内部発熱のため生じる焦げ
や変色のこと）が生じ易いという問題が生じる。また、
イソシアネートの添加量を理論量より大きくすることに
より、より高硬度のフォームを製造する方法もあるが、
スコーチを起こしやすいばかりでなく、内部発熱が大き
いこともあり、火災発生の可能性もでてくる。

【０００５】スコーチ防止剤の添加により上記スコーチ
を防ぐことができるが、スコーチ防止剤を添加すると反
応性の低下、硬度の低下、コストの上昇を伴うので好ま
しくない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の、硬度を向
上すべくポリマーポリオールやイソシアネートの量を増
加する方法では、スコーチの発生等の問題があり、工業
的に利用することは困難であった。

【０００７】本発明の目的は、低密度かつ高硬度の軟質
ポリウレタンフォームを製造する方法を提供することに
ある。

【０００８】本発明の他の目的は、フォーム内部にスコ
ーチを生じることなく、他の物性を維持させながら低密
度かつ高硬度の軟質ポリウレタンフォームを製造する方
法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべく鋭意研究を重ねた結果、ポリオールと多官能イ
ソシアネートとを発泡剤、整泡剤及び触媒の存在下に反
応させて軟質ポリウレタンフォームを製造する際に、ポ
リオール成分として、平均官能基数４〜６、ＯＨ価１３
０〜１６０ｍｇＫＯＨ／ｇであるポリエーテルポリオー
ル、より好ましくはソルビトールにプロピレンオキシド
を付加した特定のポリオールを特定量従来の軟質ポリウ
レタンフォーム用ポリエーテルポリオールに配合して使
用することにより、上記目的を達成し得ることを見い出
し、本発明に到達した。

【００１０】従って、本発明により提供される低密度か
つ高硬度の軟質ポリウレタンフォームの製造方法は、ポ
リオールと多官能イソシアネートとを発泡剤、整泡剤及
び触媒の存在下に反応させることから成り、前記ポリオ
ールとして、（１）平均官能基数２〜４とＯＨ価２６〜
６０ｍｇＫＯＨ／ｇを有する末端ＯＨ基を持つポリエー
テルポリオール７０〜９９重量％、及び（２）平均官能
基数４〜６とＯＨ価１３０〜１６０ｍｇＫＯＨ／ｇを有
するポリエーテルポリオール、好ましくはソルビトール
にプロピレンオキシドを付加したポリエーテルポリオー
ル１〜３０重量％の混合物を使用することを特徴とす
る。

【００１１】本発明方法で使用される各原料について、
以下詳細に説明する。

【００１２】ポリオール成分（１） 平均官能基数２〜４とＯＨ価２６〜６０ｍｇＫＯＨ／ｇ
を有し、末端ＯＨ基を持つものであれば、従来の軟質ポ
リウレタンフォームの製造に使用されることが公知の市
販のポリエーテルポリオールがすべて使用可能である。
好ましい平均官能基数及びＯＨ価はそれぞれ３〜４、３
６〜５８ｍｇＫＯＨ／ｇである。特に、平均官能価数３
とＯＨ価５６ｍｇＫＯＨ／ｇを有するポリオキシプロピ
レンエーテルポリオールまたはポリオキシエチレンプロ
ピレンエーテルポリオールが好ましい。

【００１３】このポリエーテルポリオールを２種以上使
用することも可能である。

【００１４】ポリオール成分（２） 平均官能基数４〜６とＯＨ価１３０〜１６０ｍｇＫＯＨ
／ｇを有するポリエーテルポリオールである。このポリ
エーテルポリオールとしては、４個もしくはそれ以上の
ＯＨ基、好ましくは４〜６個のＯＨ基を有する多官能性
アルコール（例えばジグリセリン、メチルグルコシド、
ペンタエリスリトール、メソエリスリトール、トレイト
ールなどの４価アルコール、アドニトール、アラビトー
ル、キシリトールなどの５価アルコール、ソルビトー
ル、ズルシトール、マンニトールなどの６価アルコー
ル）、グルコース、マンノース、フラクトース、ソルボ
ース等の単糖類、蔗糖、クレハロース、ラクトース、ラ
フィノースなどの少糖類及び多糖類、特に好ましくはソ
ルビトールにプロピレンオキシドを付加したポリエーテ
ルポリオールが例示される。

【００１５】特定のポリエーテルポリオールは周知の方
法で製造されるが、後記実施例で使用した特定のポリエ
ーテルポリオールは次のようにして製造した：一般的
に、ポリエーテルポリオールはアルキレングリコールを
開始剤とし、アルカリ触媒の存在下でのアルキレンオキ
シドのアイオニックな連続付加反応により得られる。こ
こでは、アルカリ触媒として通常ＫＯＨを少量用いて活
性水素化合物である多価アルコールにプロピレンオキシ
ドを８０〜１４０℃の温度範囲で開環付加重合すること
により所定の分子量まで分子を延長し、目標分子量に到
達したポリエーテルポリオール中のアルカリ触媒を中和
除去して目的のポリエーテルポリオールを得た。プロピ
レンオキシド付加重合時にポリエーテルポリオールの分
子量が増大していく過程で、主反応であるプロピレンオ
キシド付加よりも副反応であるプロピレンオキシドのア
リルアルコールへの転移反応が活発となるために生ずる
平均官能基数が開始剤の値よりも低下してしまう問題を
避けるために、本発明ではソルビトールを開始剤とし
て、プロピレンオキシドを上記のように反応させた。

【００１６】ソルビトールにエチレンオキシドを付加し
たポリエーテルポリオールでは活性水素の反応性が著し
く増大し、ソルビトールにブチレンオキシドを付加した
ポリエーテルポリオールでは活性水素の反応性が著しく
低下し、何れもフォーム発泡時の安定性が悪化するので
好ましくない。

【００１７】特定のポリエーテルポリオールは、平均官
能基数４〜６、好ましくは４．８〜５．６、ＯＨ価１３
０〜１６０ｍｇＫＯＨ／ｇ、より好ましくは１３５〜１
５５ｍｇＫＯＨ／ｇを有する。

【００１８】この特定のポリエーテルポリオールを２種
以上使用することも可能である。

【００１９】特定のポリエーテルポリオールはポリオー
ル混合物の１〜３０重量％を占めるべきである。１重量
％未満では、高硬度の軟質ポリウレタンフォームが得ら
れない。３０重量％を超えると、得られたフォームの連
続気泡の割合が低下し、軟質ポリウレタンフォームの柔
軟な風合いが失われる。好ましい配合量は、５〜２５重
量％、特に５〜２０重量％である。

【００２０】多官能イソシアネート ２官能以上であれば、公知のすべての多官能イソシアネ
ートが使用可能である。特に、芳香族多官能イソシアネ
ートが好適であり、例えば２，４−及び２，６−トリレ
ンジイソシアネート（ＴＤＩ）もしくはＴＤＩ−８０
［２，４−トリレンジイソシアネート８０重量％と２，
６−トリレンジイソシアネート２０重量％の混合物］や
ＴＤＩ−６５のような異性体混合物、粗製トリレンジイ
ソシアネート（粗製ＴＤＩ）、オルトトルイジンイソシ
アネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート
（ＮＤＩ）、キシレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、
４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤ
Ｉ）及びカーボンジイミド変性ＭＤＩ、ポリメチレンポ
リフェニルイソシアネート（ＰＡＰＩ）、ポリメリック
ポリイソシアネートを単独でまたは混合して使用するこ
とができる。

【００２１】多官能イソシアネートは、通常１００〜１
３０のイソシアネートインデックスを与えるような量使
用される。ここで、イソシアネートインデックスとは、
配合中の全ての活性水素との反応に必要とされるイソシ
アネートの化学量論量のパーセンテージである。即ち、
イソシアネートインデックス１１０とは、全ての活性水
素との反応に必要とされる化学量論量に対して１１０％
のイソシアネートが使用されることを意味する。イソシ
アネートインデックスが低くなるほど硬度も低下するの
で、所望の硬度に応じてイソシアネートインデックスは
適宜増減することができる。

【００２２】発泡剤 水及び／または易揮発性の無機もしくは有機化合物が使
用可能である。適する有機発泡剤としては、アセトン、
酢酸エチル、ハロゲン置換アルカン類（例えばクロロホ
ルム、塩化エチリデン、塩化ビニリデン、クロロジフル
オロメタン、トリクロロモノフルオロメタン、トリクロ
ロトリフルオロエタン、ジブロモテトラフルオロエタ
ン、ジクロロテトラフルオロエタン、ジクロロメタ
ン）、ブタン、ｎ−ペンタン、ｉ−ペンタン、ｎ−ヘキ
サン、ｉ−ヘキサン、ヘプタン及びジエチルエーテルを
例示することができる。また、適する無機発泡剤として
は、空気、炭酸ガスおよびＮ₂ Ｏを例示することができ
る。２種以上の混合物として使用することも可能であ
る。

【００２３】発泡剤の使用量は、通常ポリオール１００
重量部に対して１〜３０重量部が使用される。求めるフ
ォームの密度と硬度により使用量は異なるが、より好ま
しくは５〜１５重量％である。

【００２４】整泡剤 適当な整泡剤は有機珪素界面活性剤である。例えば、日
本ユニカー社製のＬ−５２０、Ｌ５３２、Ｌ−５８０、
Ｌ−５８２、東レダウコーニングシリコン社製のＳＨ１
９０、ＳＨ１９２、ＳＲＸ２５３、ＸＦ２９６１、信越
シリコン社製のＦ１１４、Ｆ１２１、Ｆ１２２、東芝シ
リコン社製のＴＦＡ−４２００、ＴＦＡ−４２０２、ゴ
ールドシュミット社製のＢ４１１３，ＢＦ２３７０等が
挙げられる。

【００２５】整泡剤の使用量は、通常ポリオール１００
重量部に対して０．０１〜５重量部、好ましくは０．１
〜２重量部である。

【００２６】触媒 軟質ポリウレタンフォームの製造に慣用されている公知
の触媒が使用可能である。適当な触媒としては、アミン
触媒、例えばトリエチルアミン、トリプロピルアミン、
トリイソプロパノールアミン、トリブチルアミン、ヘキ
サデシルジメチルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−
エチルモルホリン、Ｎ−オクタデシルモルホリン、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、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジ
メチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ
メチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ
メチルプロピレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テト
ラメチルブタンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ
メチル−１，３−ブタンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’
−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ビス［２−
（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）エチル］エーテル、Ｎ，Ｎ
−ジメチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘ
キシルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’−
ペンタメチルジエチレントリアミン、トリエチレンジア
ミン、トリエチレンジアミンの塩類、第一および第二ア
ミンのアミノ基のオキシアルキレン付加物、Ｎ，Ｎ−ジ
アルキルピレラジン類のようなアザシクロ化合物、種々
のＮ，Ｎ’，Ｎ’’−トリアルキルアミノアルキルヘキ
サヒドロトリアジン類等が例示される。その他の適当な
触媒としては、金属触媒、例えば酢酸錫、オクチル酸
錫、オレイン酸錫、ラウリン酸錫、ジブチル鉛ジクロリ
ド、ナフテン酸鉛、ナフテン酸ニッケル、ナフテン酸コ
バルト等が例示される。

【００２７】２種以上の触媒を使用することも可能であ
る。

【００２８】触媒の使用量は、通常ポリオール１００重
量部に対して０．００１〜１０重量部、好ましくは０．
０１〜２重量部である。

【００２９】任意成分 更に必要に応じて、公知の充填剤、安定剤、着色剤等を
配合することができる。

【００３０】本発明の低密度かつ高硬度の軟質ポリウレ
タンフォームは、通常のスラブ製造方法に従って、全部
の原料を十分に混合後、ベルトコンベア上で発泡させて
製造される。あるいは、バッチ式で製造しても良い。混
合時及び成形時の条件は特に限定されない。

【００３１】

【実施例】以下に本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。

【００３２】配合中の各成分の詳細は以下の通りであ
る。

【００３３】ポリオール ポリオールＡ：カラドールＳＣ５６−０１、シェル社
（平均官能基数３、平均ＯＨ価５６ｍｇＫＯＨ／ｇ） ポリオールＢ：カラドールＳＣ５６−０２、シェル社
（平均官能基数３、平均ＯＨ価５６ｍｇＫＯＨ／ｇ） ポリオールＣ：平均官能基数５. ２、平均ＯＨ価１４５
ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール ポリオールＤ：平均官能基数５. ２、平均ＯＨ価１５５
ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオール ポリオールＥ：平均官能基数３、平均ＯＨ価１５５ｍｇ
ＫＯＨ／ｇのポリプロピレンポリオール。

【００３４】フォームの製造方法 ポリエーテルポリオールの混合物１００重量％をビーカ
ーに取り、２０℃に温度を調節し、アミン触媒：ＤＡＢ
ＣＯ３３ＬＶ（日本エアプロダクツ社製）０．１重量
％、水、ジクロロメタン、整泡剤：Ｌ５８２（日本ユニ
カー社製）１．２重量％を加えた後３０秒間撹拌した。
ついで、錫触媒：Ｔ−９（エアプロダクツ社製）０．２
重量％を加えて１０秒間撹拌した後、イソシアネート：
カラデート８０（シェル社製）を加え１０秒間撹拌し、
３５×３５×２０ｃｍの容器内で自由発泡させた。得ら
れたフォームを７０℃の空気循環式オーブン中で１０分
間加熱し、室温で２４時間放置して軟質ポリウレタンフ
ォームを得た。

【００３５】実施例で製造されたポリウレタンフォーム
の諸特性は次のようにして測定した。

【００３６】密度 ＪＩＳ−Ｋ６４０１に準じて測定（ｋｇ／ｍ³ ） 硬度 ＪＩＳ−Ｋ６４０１に準じて測定（ｋｇ） 引張強さ ＡＳＴＭ−Ｄ３７５４に準じて測定（ｋＰａ） 伸び ＡＳＴＭ−Ｄ３７５４に準じて測定（％）。

【００３７】実施例１〜１２及び比較例１〜６ 第１表及び第２表に示す配合の４倍量にて発泡した。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】発明の効果 （１）第１表から、実施例１〜８で製造された軟質ポリ
ウレタンフォームは比較例１〜２で製造されものと同程
度の密度を有しているが、硬さは著しく向上しており、
本発明方法により低密度かつ高硬度の軟質ポリウレタン
フォームが製造され得ることが明らかである。

【００４１】（２）第２表から、イソシアネートインデ
ックスが高い場合でも低密度かつ高硬度の軟質ポリウレ
タンフォームが製造され得ること、ＯＨ価が等しい場合
官能基数の減少は硬度を低下をもたらすことが明らかで
ある。

【００４２】本発明方法に従うと、従来法の欠点である
密度が２０ｋｇ／ｍ³ 以下である低密度軟質ポリウレタ
ンフォームの製造法において、低密度になるに従い低硬
度になる欠点が除かれるので、本発明方法は工業的な軟
質ポリウレタンフォームの製造方法として有用である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリオールと多官能イソシアネートとを
   発泡剤、整泡剤及び触媒の存在下に反応させることから
   成り、前記ポリオールとして、（１）平均官能基数２〜
   ４とＯＨ価２６〜６０ｍｇＫＯＨ／ｇを有する末端ＯＨ
   基を持つポリエーテルポリオール７０〜９９重量％、及
   び（２）平均官能基数４〜６とＯＨ価１３０〜１６０ｍ
   ｇＫＯＨ／ｇを有するポリエーテルポリオール１〜３０
   重量％の混合物を使用することを特徴とする低密度かつ
   高硬度の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
2. 【請求項２】 ポリオール（２）がアルキレングリコー
   ルにプロピレンオキシドの付加したポリエーテルポリオ
   ールである請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 軟質ポリウレタンフォームの密度が２０
   ｋｇ／ｍ³ 以下である請求項１または２に記載の方法。