ポリウレタン発泡体の製造方法
【課題】 発泡体を構成するセルの形状を略球状とし、その縦方向及び横方向における物性の相違が少ないポリウレタン発泡体を効率良く製造するためのポリウレタン発泡体の製造方法を提供する。
【解決手段】 ポリウレタン発泡体は、密閉容器１１内にポリウレタン発泡体の原料２０を注入する注入工程、原料２０を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体を製造する発泡・反応工程、密閉容器１１内の圧力を調整する圧力調整工程及び密閉容器１１からポリウレタン発泡体を取り出す取出工程とを経て製造される。圧力調整工程における密閉容器１１内の圧力を注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期がライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように設定される。
【解決手段】 ポリウレタン発泡体は、密閉容器１１内にポリウレタン発泡体の原料２０を注入する注入工程、原料２０を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体を製造する発泡・反応工程、密閉容器１１内の圧力を調整する圧力調整工程及び密閉容器１１からポリウレタン発泡体を取り出す取出工程とを経て製造される。圧力調整工程における密閉容器１１内の圧力を注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期がライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば家具、寝具等のクッション材として使用されるポリウレタン発泡体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のクッション材に用いられる材料としては、へたり難く、使用感を綿に近づけた感触の良好なポリウレタン発泡体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このポリウレタン発泡体を得るための製造工程では、主としてポリオールとポリイソシアネートとが反応するが、ポリイソシアネートと発泡剤としての水とが反応してできるウレア結合（尿素結合）が生成する反応も起きる。このウレア結合は凝集しやすいことから、発泡体が硬くなる傾向を示す。
【０００３】
これを防止するために、水の量を減らしたり、発泡剤としてポリイソシアネートと反応しないメチレンクロライドを用いたり、ポリオールとして反応性の高いポリオールを使用したり、それに反応性が高く分子量の小さいポリオールを併用したりするという工夫がなされている。そして、得られる発泡体のセルの発泡体厚さ方向（板厚方向）の長さａと厚さ方向と直交する方向（板面方向）の長さｂとの比ａ／ｂが、０．６〜１．０であるポリウレタン発泡体を得ている。つまり、発泡体の厚さ方向に扁平なセル形状とし、座屈点をなくすように構成されている。
【特許文献１】特開平１１−３５７２５号公報（第２頁及び第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の特許文献１に記載されたポリウレタン発泡体は、そのセルの形状が板面方向に扁平であり、特に板厚方向（縦方向）の長さａと板面方向（横方向）の長さｂとの比ａ／ｂが、０．６に近い場合には、ポリウレタン発泡体を板厚方向で切り取ったときと板面方向で切り取ったときでは硬さ、引張強度、反発弾性等の物性が異なってしまう。このため、例えばポリウレタン発泡体をソファーの肘掛けとして左の肘掛けに縦断面の発泡体、右の肘掛けに横断面の発泡体を用いた場合、左右の肘掛けで硬さの違いが生じ、製品として不適当なものとなる。
【０００５】
また、特許文献１に記載のポリウレタン発泡体では、発泡体の使用感を向上させるべくウレア結合の生成を抑えるために、発泡剤の種類、配合量、ポリオールの種類等が変更されている。しかしながら、ポリウレタン発泡体の板厚方向と板面方向とで物性の均一性を図るためには、ポリウレタン発泡体の原料を変更して対処するには限界があった。
【０００６】
一方、自然発泡では、板厚方向と板面方向とでは発泡の度合いが異なり、前記の比ａ／ｂが一般に１．２〜１．５程度となる。この場合には、セルの形状が板厚方向に扁平となり、前記と同様の問題が生ずる。そこで、発泡体を構成するセルの形状を球状に近づけ、セルの縦方向及び横方向における物性の相違を少なくすることができる製造方法が求められる。
【０００７】
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、発泡体を構成するセルの形状を略球状とし、その縦方向及び横方向における物性の相違が少ないポリウレタン発泡体を効率良く製造するためのポリウレタン発泡体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法は、密閉容器内にポリウレタン発泡体の原料を注入する注入工程、前記原料を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体を製造する発泡・反応工程、前記密閉容器内の圧力を調整する圧力調整工程、及び前記密閉容器からポリウレタン発泡体を取り出す取出工程とを備え、圧力調整工程における密閉容器内の圧力を注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期が原料の注入時から発泡が最も進行して発泡高さが最も高くなるまでの時間を表すライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯であり、かつその圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定されることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法は、請求項１に係る発明において、前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行われることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記ポリウレタン発泡体の原料は、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤及び触媒を含有するものであり、発泡剤として水を用い、その水の含有量がポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
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。
請求項１に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法においては、圧力調整工程における密閉容器内の圧力を注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期がライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定される。このため、発泡時には発泡体を構成するセルの縦方向における発泡を抑制でき、セルの横方向に対する縦方向の比を１に近づけることができる。従って、セルの形状を略球状にすることができ、その縦方向及び横方向における物性の相違が少ないポリウレタン発泡体を効率良く製造することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法によれば、前記加圧がライズタイムの５％以上の時間行われることにより、加圧による効果を十分に発揮することができ、請求項１に係る発明の効果を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法によれば、発泡剤として水を用い、その水の含有量がポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることにより、発泡を適正範囲に維持することができ、請求項１又は請求項２に係る発明の効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態におけるポリウレタン発泡体の製造方法は、密閉容器内にポリウレタン発泡体の原料を注入する注入工程、前記原料を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体を製造する発泡・反応工程、前記密閉容器内の圧力を調整する圧力調整工程、及び前記密閉容器からポリウレタン発泡体を取り出す取出工程とを備えている。
【００１４】
上記圧力調整工程における密閉容器内の圧力は、注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期が原料の注入時から発泡が最も進行して発泡高さが最も高くなるまでの時間を表すライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定される。また、前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行われることが好ましい。更に、発泡剤としての水の含有量はポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることが好ましい。
【００１５】
このようなポリウレタン発泡体の製造方法を、例えば図１に模式的に示す製造装置を用いて具体的に説明する。この図１に示すように、密閉容器１１は有底円筒状をなす容器本体１２とその上端開口部を開閉可能に覆う蓋体１３とにより構成されている。密閉容器１１の側方位置には圧力調整装置１４が配置され、連結配管１５にて密閉容器１１内と連通されている。その連結配管１５にはバルブ１６が設けられ、連結配管１５を開閉できるようになっている。前記蓋体１３には排気管１７が接続されると共に、該排気管１７にはバルブ１８が設けられ、密閉容器１１内の空気を排気できるようになっている。密閉容器１１内の底壁上には発泡容器１９が配置され、その中にポリウレタン発泡体の原料２０が注入される。
【００１６】
続いて、原料供給部２１について説明する。ポリオール用容器２２とポリイソシアネート用容器２３とが並列に配置され、それぞれ内部に収容されたポリオール２４及びポリイソシアネート２５を撹拌混合するための撹拌機２６が備えられている。ポリオール用容器２２の底部には第１接続管２７が接続され、該第１接続管２７にはバルブ２８が設けられている。ポリイソシアネート用容器２３の底部には第２接続管２９が接続され、その先端が前記第１接続管２７に接続されると共に、第２接続管２９にはバルブ３０が設けられている。発泡剤３１が収容された発泡剤用容器３２、触媒３３が収容された触媒用容器３４及びその他の添加剤３５が収容された添加剤用容器３６は並列に配置され、各容器の底部には順に第３接続管３７、第４接続管３８及び第５接続管３９が接続され、それらの接続管の他端がポリイソシアネート用容器２３に接続されている。また、各接続管には開閉用のバルブ４０が設けられている。
【００１７】
前記第１接続管２７の先端は密閉容器１１の周壁に接続されると共に、第１接続管２７の途中には混合装置４１が設けられている。そして、発泡剤３１が発泡剤用容器３２から、触媒３３が触媒用容器３４から及びその他の添加剤３５が添加剤用容器３６から第３接続管３７、第４接続管３８及び第５接続管３９を介してポリイソシアネート２５が収容されたポリイソシアネート用容器２３内に供給され、撹拌機２６で撹拌混合される。その混合物は第２接続管２９を介し、ポリオール用容器２２から送り出されたポリオール２４が流れる第１接続管２７に供給される。更に、第１接続管２７内を流れる混合液は混合装置４１により混合され、図１の二点鎖線の矢印で示すように密閉容器１１内部の発泡容器１９内に注入されるようになっている。すなわち、注入工程では、密閉容器１１内の発泡容器１９にポリウレタン発泡体の原料２０が注入される。
【００１８】
前記ポリウレタン発泡体の原料２０は、前述のようにポリオール２４、ポリイソシアネート２５、発泡剤３１、触媒３３及びその他整泡剤等の添加剤３５より構成されている。ポリオール２４としては、ポリエステルポリオール又はポリエーテルポリオールが用いられる。ポリエステルポリオールは、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。ポリエーテルポリオールは、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、それらの変性体等が挙げられる。このポリオール２４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、水酸基の官能基数や水酸基価を変えることができる。
【００１９】
ポリオール２４と反応させるポリイソシアネート２５はイソシアネート基を複数個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。
【００２０】
ここで、ポリイソシアネート２５のイソシアネートインデックスは８０〜１３０であることが好ましい。イソシアネートインデックスとは、ポリオール２４の水酸基及び発泡剤３１（水）に対するポリイソシアネート２５のイソシアネート基の当量比を百分率で表したものである。従って、その値が１００未満の場合には水酸基がイソシアネート基より過剰であることを意味し、１００を越える場合に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８０未満の場合には、ポリオール２４がポリイソシアネート２５と十分に反応することができず、柔軟性が大きく、形状保持性が低下する原因となる。一方、イソシアネートインデックスが１３０を越える場合には、ポリウレタン発泡体が硬くなったりしてその物性が低下する。
【００２１】
触媒３３はポリオール２４とポリイソシアネート２５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３３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。これらのうち、軟質のポリウレタン発泡体４３を得るためには、３級アミン等のアミン類又はこれと金属含有触媒を併用することが望ましい。
【００２２】
発泡剤３１はポリウレタンを発泡させてポリウレタン発泡体４３とするためのものである。この発泡剤３１としては、水のほかペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、炭酸ガス等が用いられる。その他の添加剤３５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、着色剤等が挙げられる。
【００２３】
そして、前記発泡・反応工程では、ポリウレタン発泡体４３の原料２０を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体４３を製造するが、その際の反応は複雑であり、基本的には次のような反応が主体となっている。すなわち、ポリオール２４とポリイソシアネート２５との付加重合反応（ウレタン化反応）、ポリイソシアネート２５と発泡剤３１との泡化反応及びこれらの反応生成物とポリイソシアネート２５との架橋反応である。
【００２４】
前記圧力調整工程では、密閉容器１１内の圧力が圧力調整装置１４により注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように調整される。加圧を開始する時期が原料の注入時から発泡が最も進行して発泡高さが最も高くなるまでの時間を表すライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力が注入工程での圧力より高くなるようにゲージ圧で２０〜４００ｋＰａに設定される。また、前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行われることが好ましい。発泡容器１９内での発泡は、縦方向（垂直方向）、横方向（水平方向）等へ進行するが、自然発泡では縦方向への発泡の進行が横方向への発泡の進行より大きくなる傾向を示す。
【００２５】
加圧を開始する時期がライズタイムの０．５倍未満である場合、加圧のタイミングが早過ぎて加圧により横方向への発泡の進行が大きくなる。従って、図５に示すように、得られるポリウレタン発泡体４３のセル４４は断面が横方向に長い長円となる。加圧を開始する時期がライズタイムの１．３倍を越える場合、加圧を開始するタイミングが遅く、ウレタン化反応が進行して硬化が進み過ぎ、セル４４の形状を調整することができなくなる。この場合、セル４４の断面形状は図３に示すように、縦方向に長い長円となる。
【００２６】
更に、前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行なうことが望ましく、５〜５０％の時間行なうことがより望ましい。加圧時間の上限はウレタン化反応によって発泡体の硬化が始まるまでの時間である。硬化が始まった段階で加圧を行っても、もはやセル４４の形状を変更をすることができなくなる。加圧の時間がライズタイムの５％未満の場合、加圧時間が短く、縦方向への発泡の進行が横方向への発泡の進行に比べて大きくなる傾向を示す。一方、ライズタイムの５０％を越える場合、加圧時間が長く、横方向への発泡の進行が縦方向への発泡の進行に比べて大きくなる傾向を示す。
【００２７】
図２は反応時間とポリウレタン発泡体４３の原料２０の粘度との関係を示すグラフで、反応の進行に伴なう粘度変化を表している。前述のように、発泡が高さ方向に最高点に達するまでの時間がライズタイムＲTである。ポリウレタン発泡体４３の原料２０が液状（クリーム状）を保っている状態、言い換えれば発泡が始まるまでの時間（クリームタイム）を経て発泡が開始される。その後、原料２０の粘度が上昇してゲル化すると共に、発泡によってセル４４が形成される。加圧を開始する時期は、前述のようにライズタイムＲTの０．５〜１．３倍の時間帯である。
【００２８】
自然発泡の場合には、前記のように発泡が開始されると縦方向への発泡の度合いがそれと直交する横方向への発泡の度合いに比べて発泡の進行が速い。このため、図３に示すように、セル４４は縦方向の長さａが横方向の長さｂに比べて長くなる傾向を示す。従って、発泡の進行を制御し、図４に示すような断面で横方向の長さｂに対する縦方向の長さａの比が０．８５〜１．１５である略球状のセル４４を得るためには、加圧を開始する時期、加圧時の圧力及び加圧の継続時間を前記のように設定することが重要である。
【００２９】
そして、前記圧力調整工程における密閉容器１１内の圧力が注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように設定される。このように圧力設定をすることにより、自然発泡に比べてセル４４の縦方向への発泡を抑えることができ、セル４４の縦方向及び横方向への発泡をより均一なものにすることができる。また、圧力調整工程において、注入工程での密閉容器１１内の圧力からゲージ圧で２０〜４００ｋＰａまで加圧することにより、発泡によって形成されるセル４４の縦方向及び横方向への成長が均等になり、つまりセル４４の成長に歪みが生ずるのを抑制でき、セル４４の縦方向と横方向の長さを略同じに調節することができる。この圧力が２０ｋＰａ未満又は４００ｋＰａを越える場合には、セル４４の横方向の長さに対する縦方向の長さの比が０．８５未満又は１．１５を越えることとなり、発泡体の縦方向及び横方向における物性の相違が大きくなる。
【００３０】
更には、前記の加圧はライズタイムＲTの５％以上の時間行われることが好ましい。加圧時間が５％未満の場合には、加圧の作用が十分に発揮されず、発泡体の縦方向及び横方向における物性の相違が大きくなる。加圧時間の上限は、ポリウレタン発泡体４３の原料２０が反応硬化するまでの時間である。
【００３１】
前記ポリオール２４とポリイソシアネート２５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２４とポリイソシアネート２５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２４とポリイソシアネート２５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２４又はポリイソシアネート２５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。
【００３２】
最後に、取出工程においては、密閉容器１１の排気管１７のバルブ１８を緩めて密閉容器１１内を常圧にした後、蓋体１３を開けて発泡容器１９を外へ出し、その発泡容器１９からポリウレタン発泡体４３が取り出される。
【００３３】
得られたポリウレタン発泡体４３においては、発泡体を構成するセル４４はその横方向の長さに対する縦方向の長さの比が例えば０．８５〜１．１５である略球状に形成される。このため、セルの縦方向及び横方向、すなわち発泡体の縦方向及び横方向における硬さ、密度等の物性の相違を少なくすることができる。従って、例えば発泡体の縦方向と横方向のＪＩＳ Ｋ６４００に基づく硬さの差を５以下にすることができる。また、発泡体の密度を２５〜８０kg／m3にして利用することができる。
【００３４】
さて、ポリウレタン発泡体４３を製造する場合には、注入工程において、密閉容器１１内に配置された発泡容器１９内にポリウレタン発泡体４３の原料２０として、ポリオール２４、ポリイソシアネート２５、発泡剤３１、整泡剤、触媒等の添加剤３５を混合装置４１で混合して注入する。このとき、図２に示すように、発泡・反応工程において、原料２０が液状で低粘度の状態から一定時間後に発泡が開始され、クリーム状態となって次第に原料２０の粘度が上昇して最も粘度の高いライズタイムＲTに到る。ライズタイムＲTを経過した後には、略一定の粘度で推移すると共に、反応硬化が進行し、ポリウレタン発泡体４３が製造される。この過程で圧力調整工程において、ライズタイムＲTの０．５〜１．３倍の時間帯で圧力調整装置１４により密閉容器１１内を加圧する。それと共に、その圧力をゲージ圧で２０〜４００ｋＰａに設定し、加圧時間をライズタイムＲTの５％以上に設定する。
【００３５】
この加圧操作によって、発泡体を構成するセル４４の縦方向への発泡の進行を抑えることができ、セル４４の横方向の長さｂに対する縦方向の長さａの比を１に近づけることができる。
【００３６】
その後、取出工程において、前記密閉容器１１の蓋体１３を開けて発泡容器１９を外へ出し、その発泡容器１９からポリウレタン発泡体４３が取り出される。このようにして得られたポリウレタン発泡体４３は、図４に示すように、セル４４の形状を略球状にすることができる。従って、図６に示すように、ポリウレタン発泡体４３のブロック４５から縦方向に延びるように板状に切り出した製品４６ａと、横方向に延びるように板状に切り出した製品４６ｂとは略同じ物性を有するものとなる。
【００３７】
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。
・ 上記実施形態のポリウレタン発泡体４３の製造方法においては、圧力調整工程における密閉容器１１内の圧力を注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期がライズタイムＲTの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定される。このため、発泡時には発泡体を構成するセル４４の縦方向における発泡を抑制でき、セル４４の横方向に対する縦方向の比を１に近づけることができる。従って、セル４４の形状を略球状にすることができ、その縦方向及び横方向における物性の相違が少ないポリウレタン発泡体４３を効率良く製造することができる。
【００３８】
・ また、前記加圧がライズタイムＲTの５％以上の時間行われることにより、加圧による効果を十分に発揮することができ、加圧に基づくセル４４の形状の調節を容易に行うことができる。
【００３９】
・ 更に、発泡剤３１として水を用い、その水の含有量がポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることにより、発泡を適正範囲に維持することができ、セル４４の形状調節を容易に行うことができる。
【００４０】
・ 図７（ａ）に示すように、成形されたポリウレタン発泡体４３からブロック４５を切り出した後一定の大きさの直方体状をなす製品４６を得る場合、図７（ｂ）に示すように、セル４４が断面長円状をなしているとき端部４７（図中のハッチング部分）で方向を変えて製品４６を取ると方向によって物性が変わってしまう。これに対して、図７（ｃ）に示すように、本実施形態のポリウレタン発泡体４３ではセル４４が球状をなしていることから、ブロック４５の端部４７で方向を変えて製品４６を取っても、異なる方向で同じ物性を発揮することができる。従って、製品４６の歩留りが良く、少量多品種の製品４６として有用である。
【実施例】
【００４１】
以下に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態を更に具体的に説明する。
（実施例１〜３及び比較例１〜４）
ポリウレタン発泡体の原料として、ポリエーテルポリオール〔三洋化成工業（株）製、ＧＰ３０００、水酸基価５６〕１００質量部、ポリイソシアネートとしてトリレンジイソシアネート〔日本ポリウレタン工業（株）製、Ｔ−８０〕５１．８質量部（イソシアネートインデックスを１０５とした）、発泡剤として水４．２質量部、触媒としてアミン化合物〔中京油脂（株）製、３３ＬＶ〕０．６質量部とオクチル酸第１スズ〔城北化学（株）製、ＭＲＨ１１０〕０．２質量部、及び整泡剤としてシリコーン化合物〔ゴールドシュミット社製、Ｂ８１１０〕１．０質量部を用意した。
【００４２】
そして、前記図１に示す製造装置を用い、ポリウレタン発泡体４３を製造した。すなわち、発泡剤３１としての水、触媒３３及び整泡剤、その他の添加剤３５をポリイソシアネート用容器２３内へ供給して撹拌すると共に、第２接続管２９から第１接続管２７へ供給した。一方、ポリオール２４をポリオール用容器２２から第１接続管２７へ供給し、混合装置４１でポリオール２４をポリイソシアネート２５等と混合した。この混合液を、大気圧下、２０℃で密閉容器１１内部の発泡容器１９へ注入した。
【００４３】
その状態で放置すると、ポリオール２４とポリイソシアネート２５とが触媒３３の存在下にウレタン化反応すると共に、発泡剤３１及び整泡剤により自然発泡が行われる。この場合、ライズタイムＲTは９０秒であった。また、原料２０が発泡を始めるまでの時間を表すクリームタイムは２０秒であった。それに対し、発泡容器１９へ原料２０を注入した後、加圧を開始するまでの時間（設定の圧力になるまでの時間）及び圧力を表１及び表２に示すように変えてポリウレタン発泡体４３を成形した。但し、実施例１〜３における加圧時間を３０秒間とした。得られたポリウレタン発泡体４３について、セル４４の横方向の長さｂに対する縦方向の長さａの比（セル径比）、密度（ｋｇ／ｍ3）、硬さ（Ｎ）、通気度（Ｌ／min）、引張強度（ｋＰａ）、伸び（％）及び反発弾性（％）を次の方法によって測定し、それらの結果を表１及び表２に示した。
（セル径比）
セル４４の横方向の長さｂに対する縦方向の長さａの比を１０点測定し、それらの平均を算出して求めた。
（密度、硬さ及び反発弾性）
長さ４００ｍｍ、幅２００ｍｍ及び厚み５０ｍｍのサンプルを切り出し、ＪＩＳ Ｋ６４００に準拠して測定した。
【００４４】
（通気度）
ＡＳＴＭ Ｄ３５７４に準拠して測定した。
（引張強度及び伸び）
ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して測定した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
表１に示すように、実施例１〜３においては、加圧を開始する時期が６０秒（ライズタイムＲTの６７％）で、かつその圧力が注入工程での圧力より２５〜２００ｋＰａ高い圧力に設定されている。このため、セル４４の縦方向におけるセル径比は０．８９〜１．１２で略球状をなしていた。また、ポリウレタン発泡体４３の硬さは、縦方向と横方向との差が２Ｎ以下でほとんど差がなかった。更に、ポリウレタン発泡体４３の密度、通気度、引張強度、伸び及び反発弾性は、縦方向と横方向との差が±１０％以下で大きな差は認められなかった。
【００４７】
一方、表２に示すように、加圧を行わない場合（比較例１）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．３２でセルは縦方向に長い長円形であった。加圧を開始するまでの時間が２０秒（ライズタイムＲTの２２％）という早過ぎる時間の場合（比較例２）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．２８でセル４４は縦方向に長い長円形であった。加圧を開始するまでの時間が１００秒（ライズタイムＲTの１１０％）という遅過ぎる時間の場合（比較例３）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．３０でセル４４は縦方向に長い長円形であった。加圧の圧力が５００ｋＰａという高い圧力の場合（比較例４）では、セル４４の縦方向におけるセル径比は０．８０で横方向に長い長円形であった。そのため、ポリウレタン発泡体４３の硬さ、伸び及び反発弾性について、縦方向と横方向との差が±１０％以上となる場合が認められた。
（実施例４〜１１及び比較例５、６）
ポリウレタン発泡体４３の原料２０として、ポリエーテルポリオール〔三洋化成工業（株）製、ＧＰ３０００、水酸基価５６〕１００質量部、ポリイソシアネート２５としてトリレンジイソシアネート〔日本ポリウレタン工業（株）製、Ｔ−８０〕２８．６質量部（イソシアネートインデックスを１０２とした）、発泡剤３１として水２．０質量部、触媒３３としてアミン化合物〔中京油脂（株）製、３３ＬＶ〕０．０６質量部とオクチル酸第１スズ〔城北化学（株）製、ＭＲＨ１１０〕０．１２質量部、及び整泡剤としてシリコーン化合物〔信越化学工業（株）製、Ｆ６５０〕０．３質量部を用意した。
【００４８】
そして、前記実施例１と同様にしてポリウレタン発泡体４３を製造した。この場合、ライズタイムＲTは４分５７秒（２９７秒）、クリームタイムは２４秒であった。発泡容器１９へ原料２０を注入した後加圧を開始するまでの時間（設定の圧力になるまでの時間）及び圧力を表３及び表４に示すように変えてポリウレタン発泡体４３を成形した。但し、実施例１〜３における加圧時間を３０秒間とした。得られたポリウレタン発泡体４３について、セル４４の横方向の長さに対する縦方向の長さの比（セル径比）、密度（ｋｇ／ｍ3）、硬さ（Ｎ）、通気度（Ｌ／min）、引張強度（ｋＰａ）、伸び（％）及び反発弾性（％）を前記の方法によって測定し、それらの結果を表３及び表４に示した。
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
表３に示すように、実施例４〜７においては、加圧を開始する時期がライズタイムＲT以前で、かつその圧力が注入工程での圧力より１００〜１５０ｋＰａ高い圧力に設定されている。このため、セル４４の縦方向におけるセル径比は０．８８〜０．９８で略球状をなしていた。また、ポリウレタン発泡体４３の密度、硬さ、引張強度及び反発弾性は、縦方向と横方向との差が±１５％以下で大きな差は認められなかった。
【００５１】
また、表４に示すように、実施例８〜１１においては、加圧を開始する時期がライズタイムＲT以後で、ライズタイムＲTの１．３倍までで、かつその圧力が注入工程での圧力より１５０ｋＰａ高い圧力に設定されている。このため、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．０８〜１．１５で略球状をなしていた。また、ポリウレタン発泡体４３の密度、引張強度、伸び及び反発弾性は、縦方向と横方向との差が±１５％以下で大きな差は認められなかった。
【００５２】
一方、表３に示すように、加圧を行わない場合（比較例５）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．５３でセル４４は縦方向に長い長円形であった。そのため、ポリウレタン発泡体４３の特に硬さ及び引張強度について、縦方向と横方向との間に大きな差が認められた。更に、表４に示すように、加圧を開始するまでの時間がライズタイムＲT以後で、ライズタイムＲTの１．４３倍の場合（比較例６）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．４２でセル４４は縦方向に長い長円形であった。そのため、ポリウレタン発泡体４３の硬さ及び通気度について、縦方向と横方向とに大きな差が認められた。
【００５３】
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。
・ 圧力調整装置１４によって密閉容器１１内を加圧する場合、圧力を次第に高くしたり、次第に低くしたりして調整することもできる。
【００５４】
・ 圧力調整装置１４による加圧を、例えば初期と終期とに分けて行う等間欠的に実施することもできる。
・ ポリウレタン発泡体４３の原料２０中の触媒、整泡剤等の種類、使用量等によってセル４４の形状を調節することも可能である。
【００５５】
・ 注入工程における密閉容器１１内の圧力が減圧状態である場合であっても、圧力調整工程における密閉容器１１内の圧力を注入工程における密閉容器１１内の圧力よりも高い圧力、例えば常圧に設定すれば実施形態の効果を発揮することができる。
【００５６】
更に、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。
・ 前記加圧を開始する時期がポリウレタン発泡体の原料の反応により硬化する前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ポリウレタン発泡体の製造方法。この製造方法によれば、加圧による効果を確実に発揮することができる。
【００５７】
・ 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明により得られるポリウレタン発泡体であり、発泡体を構成するセルは、その横方向の長さに対する縦方向の長さの比が０．８５〜１．１５である略球状に形成されていると共に、密度が２５〜８０kg／m3であることを特徴とするポリウレタン発泡体。このように構成した場合、得られたポリウレタン発泡体は、全体に略均質なものとなり、縦方向及び横方向における密度を略均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態におけるポリウレタン発泡体の製造装置を示す概略説明図。
【図２】反応時間とポリウレタン発泡体の原料の粘度との関係を示すグラフ。
【図３】自然発泡させたときのポリウレタン発泡体のセルを示す模式的な断面図。
【図４】本実施形態のポリウレタン発泡体のセルを示す模式的な断面図。
【図５】圧力を高く設定した場合のポリウレタン発泡体のセルを示す模式的な断面図。
【図６】ポリウレタン発泡体のブロックを縦切りしたとき及び横切りしたときの状態を示す説明図。
【図７】（ａ）はポリウレタン発泡体からブロックを切り出した状態を示す断面図、（ｂ）はセルが長円状の場合にポリウレタン発泡体のブロックから製品を切り出すときの説明図、（ｃ）はセルが真円状の場合にポリウレタン発泡体のブロックから製品を切り出すときの説明図。
【符号の説明】
【００５９】
１１…密閉容器、１４…圧力調整装置、２０…ポリウレタン発泡体の原料、２４…ポリオール、２５…ポリイソシアネート、３１…発泡剤、３３…触媒、４３…ポリウレタン発泡体、ＲT…ライズタイム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば家具、寝具等のクッション材として使用されるポリウレタン発泡体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のクッション材に用いられる材料としては、へたり難く、使用感を綿に近づけた感触の良好なポリウレタン発泡体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このポリウレタン発泡体を得るための製造工程では、主としてポリオールとポリイソシアネートとが反応するが、ポリイソシアネートと発泡剤としての水とが反応してできるウレア結合（尿素結合）が生成する反応も起きる。このウレア結合は凝集しやすいことから、発泡体が硬くなる傾向を示す。
【０００３】
これを防止するために、水の量を減らしたり、発泡剤としてポリイソシアネートと反応しないメチレンクロライドを用いたり、ポリオールとして反応性の高いポリオールを使用したり、それに反応性が高く分子量の小さいポリオールを併用したりするという工夫がなされている。そして、得られる発泡体のセルの発泡体厚さ方向（板厚方向）の長さａと厚さ方向と直交する方向（板面方向）の長さｂとの比ａ／ｂが、０．６〜１．０であるポリウレタン発泡体を得ている。つまり、発泡体の厚さ方向に扁平なセル形状とし、座屈点をなくすように構成されている。
【特許文献１】特開平１１−３５７２５号公報（第２頁及び第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来の特許文献１に記載されたポリウレタン発泡体は、そのセルの形状が板面方向に扁平であり、特に板厚方向（縦方向）の長さａと板面方向（横方向）の長さｂとの比ａ／ｂが、０．６に近い場合には、ポリウレタン発泡体を板厚方向で切り取ったときと板面方向で切り取ったときでは硬さ、引張強度、反発弾性等の物性が異なってしまう。このため、例えばポリウレタン発泡体をソファーの肘掛けとして左の肘掛けに縦断面の発泡体、右の肘掛けに横断面の発泡体を用いた場合、左右の肘掛けで硬さの違いが生じ、製品として不適当なものとなる。
【０００５】
また、特許文献１に記載のポリウレタン発泡体では、発泡体の使用感を向上させるべくウレア結合の生成を抑えるために、発泡剤の種類、配合量、ポリオールの種類等が変更されている。しかしながら、ポリウレタン発泡体の板厚方向と板面方向とで物性の均一性を図るためには、ポリウレタン発泡体の原料を変更して対処するには限界があった。
【０００６】
一方、自然発泡では、板厚方向と板面方向とでは発泡の度合いが異なり、前記の比ａ／ｂが一般に１．２〜１．５程度となる。この場合には、セルの形状が板厚方向に扁平となり、前記と同様の問題が生ずる。そこで、発泡体を構成するセルの形状を球状に近づけ、セルの縦方向及び横方向における物性の相違を少なくすることができる製造方法が求められる。
【０００７】
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、発泡体を構成するセルの形状を略球状とし、その縦方向及び横方向における物性の相違が少ないポリウレタン発泡体を効率良く製造するためのポリウレタン発泡体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法は、密閉容器内にポリウレタン発泡体の原料を注入する注入工程、前記原料を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体を製造する発泡・反応工程、前記密閉容器内の圧力を調整する圧力調整工程、及び前記密閉容器からポリウレタン発泡体を取り出す取出工程とを備え、圧力調整工程における密閉容器内の圧力を注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期が原料の注入時から発泡が最も進行して発泡高さが最も高くなるまでの時間を表すライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯であり、かつその圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定されることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法は、請求項１に係る発明において、前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行われることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記ポリウレタン発泡体の原料は、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤及び触媒を含有するものであり、発泡剤として水を用い、その水の含有量がポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
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。
請求項１に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法においては、圧力調整工程における密閉容器内の圧力を注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期がライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定される。このため、発泡時には発泡体を構成するセルの縦方向における発泡を抑制でき、セルの横方向に対する縦方向の比を１に近づけることができる。従って、セルの形状を略球状にすることができ、その縦方向及び横方向における物性の相違が少ないポリウレタン発泡体を効率良く製造することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法によれば、前記加圧がライズタイムの５％以上の時間行われることにより、加圧による効果を十分に発揮することができ、請求項１に係る発明の効果を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明のポリウレタン発泡体の製造方法によれば、発泡剤として水を用い、その水の含有量がポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることにより、発泡を適正範囲に維持することができ、請求項１又は請求項２に係る発明の効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態におけるポリウレタン発泡体の製造方法は、密閉容器内にポリウレタン発泡体の原料を注入する注入工程、前記原料を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体を製造する発泡・反応工程、前記密閉容器内の圧力を調整する圧力調整工程、及び前記密閉容器からポリウレタン発泡体を取り出す取出工程とを備えている。
【００１４】
上記圧力調整工程における密閉容器内の圧力は、注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期が原料の注入時から発泡が最も進行して発泡高さが最も高くなるまでの時間を表すライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定される。また、前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行われることが好ましい。更に、発泡剤としての水の含有量はポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることが好ましい。
【００１５】
このようなポリウレタン発泡体の製造方法を、例えば図１に模式的に示す製造装置を用いて具体的に説明する。この図１に示すように、密閉容器１１は有底円筒状をなす容器本体１２とその上端開口部を開閉可能に覆う蓋体１３とにより構成されている。密閉容器１１の側方位置には圧力調整装置１４が配置され、連結配管１５にて密閉容器１１内と連通されている。その連結配管１５にはバルブ１６が設けられ、連結配管１５を開閉できるようになっている。前記蓋体１３には排気管１７が接続されると共に、該排気管１７にはバルブ１８が設けられ、密閉容器１１内の空気を排気できるようになっている。密閉容器１１内の底壁上には発泡容器１９が配置され、その中にポリウレタン発泡体の原料２０が注入される。
【００１６】
続いて、原料供給部２１について説明する。ポリオール用容器２２とポリイソシアネート用容器２３とが並列に配置され、それぞれ内部に収容されたポリオール２４及びポリイソシアネート２５を撹拌混合するための撹拌機２６が備えられている。ポリオール用容器２２の底部には第１接続管２７が接続され、該第１接続管２７にはバルブ２８が設けられている。ポリイソシアネート用容器２３の底部には第２接続管２９が接続され、その先端が前記第１接続管２７に接続されると共に、第２接続管２９にはバルブ３０が設けられている。発泡剤３１が収容された発泡剤用容器３２、触媒３３が収容された触媒用容器３４及びその他の添加剤３５が収容された添加剤用容器３６は並列に配置され、各容器の底部には順に第３接続管３７、第４接続管３８及び第５接続管３９が接続され、それらの接続管の他端がポリイソシアネート用容器２３に接続されている。また、各接続管には開閉用のバルブ４０が設けられている。
【００１７】
前記第１接続管２７の先端は密閉容器１１の周壁に接続されると共に、第１接続管２７の途中には混合装置４１が設けられている。そして、発泡剤３１が発泡剤用容器３２から、触媒３３が触媒用容器３４から及びその他の添加剤３５が添加剤用容器３６から第３接続管３７、第４接続管３８及び第５接続管３９を介してポリイソシアネート２５が収容されたポリイソシアネート用容器２３内に供給され、撹拌機２６で撹拌混合される。その混合物は第２接続管２９を介し、ポリオール用容器２２から送り出されたポリオール２４が流れる第１接続管２７に供給される。更に、第１接続管２７内を流れる混合液は混合装置４１により混合され、図１の二点鎖線の矢印で示すように密閉容器１１内部の発泡容器１９内に注入されるようになっている。すなわち、注入工程では、密閉容器１１内の発泡容器１９にポリウレタン発泡体の原料２０が注入される。
【００１８】
前記ポリウレタン発泡体の原料２０は、前述のようにポリオール２４、ポリイソシアネート２５、発泡剤３１、触媒３３及びその他整泡剤等の添加剤３５より構成されている。ポリオール２４としては、ポリエステルポリオール又はポリエーテルポリオールが用いられる。ポリエステルポリオールは、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。ポリエーテルポリオールは、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、それらの変性体等が挙げられる。このポリオール２４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、水酸基の官能基数や水酸基価を変えることができる。
【００１９】
ポリオール２４と反応させるポリイソシアネート２５はイソシアネート基を複数個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。
【００２０】
ここで、ポリイソシアネート２５のイソシアネートインデックスは８０〜１３０であることが好ましい。イソシアネートインデックスとは、ポリオール２４の水酸基及び発泡剤３１（水）に対するポリイソシアネート２５のイソシアネート基の当量比を百分率で表したものである。従って、その値が１００未満の場合には水酸基がイソシアネート基より過剰であることを意味し、１００を越える場合に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８０未満の場合には、ポリオール２４がポリイソシアネート２５と十分に反応することができず、柔軟性が大きく、形状保持性が低下する原因となる。一方、イソシアネートインデックスが１３０を越える場合には、ポリウレタン発泡体が硬くなったりしてその物性が低下する。
【００２１】
触媒３３はポリオール２４とポリイソシアネート２５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３３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。これらのうち、軟質のポリウレタン発泡体４３を得るためには、３級アミン等のアミン類又はこれと金属含有触媒を併用することが望ましい。
【００２２】
発泡剤３１はポリウレタンを発泡させてポリウレタン発泡体４３とするためのものである。この発泡剤３１としては、水のほかペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、炭酸ガス等が用いられる。その他の添加剤３５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、着色剤等が挙げられる。
【００２３】
そして、前記発泡・反応工程では、ポリウレタン発泡体４３の原料２０を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体４３を製造するが、その際の反応は複雑であり、基本的には次のような反応が主体となっている。すなわち、ポリオール２４とポリイソシアネート２５との付加重合反応（ウレタン化反応）、ポリイソシアネート２５と発泡剤３１との泡化反応及びこれらの反応生成物とポリイソシアネート２５との架橋反応である。
【００２４】
前記圧力調整工程では、密閉容器１１内の圧力が圧力調整装置１４により注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように調整される。加圧を開始する時期が原料の注入時から発泡が最も進行して発泡高さが最も高くなるまでの時間を表すライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力が注入工程での圧力より高くなるようにゲージ圧で２０〜４００ｋＰａに設定される。また、前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行われることが好ましい。発泡容器１９内での発泡は、縦方向（垂直方向）、横方向（水平方向）等へ進行するが、自然発泡では縦方向への発泡の進行が横方向への発泡の進行より大きくなる傾向を示す。
【００２５】
加圧を開始する時期がライズタイムの０．５倍未満である場合、加圧のタイミングが早過ぎて加圧により横方向への発泡の進行が大きくなる。従って、図５に示すように、得られるポリウレタン発泡体４３のセル４４は断面が横方向に長い長円となる。加圧を開始する時期がライズタイムの１．３倍を越える場合、加圧を開始するタイミングが遅く、ウレタン化反応が進行して硬化が進み過ぎ、セル４４の形状を調整することができなくなる。この場合、セル４４の断面形状は図３に示すように、縦方向に長い長円となる。
【００２６】
更に、前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行なうことが望ましく、５〜５０％の時間行なうことがより望ましい。加圧時間の上限はウレタン化反応によって発泡体の硬化が始まるまでの時間である。硬化が始まった段階で加圧を行っても、もはやセル４４の形状を変更をすることができなくなる。加圧の時間がライズタイムの５％未満の場合、加圧時間が短く、縦方向への発泡の進行が横方向への発泡の進行に比べて大きくなる傾向を示す。一方、ライズタイムの５０％を越える場合、加圧時間が長く、横方向への発泡の進行が縦方向への発泡の進行に比べて大きくなる傾向を示す。
【００２７】
図２は反応時間とポリウレタン発泡体４３の原料２０の粘度との関係を示すグラフで、反応の進行に伴なう粘度変化を表している。前述のように、発泡が高さ方向に最高点に達するまでの時間がライズタイムＲTである。ポリウレタン発泡体４３の原料２０が液状（クリーム状）を保っている状態、言い換えれば発泡が始まるまでの時間（クリームタイム）を経て発泡が開始される。その後、原料２０の粘度が上昇してゲル化すると共に、発泡によってセル４４が形成される。加圧を開始する時期は、前述のようにライズタイムＲTの０．５〜１．３倍の時間帯である。
【００２８】
自然発泡の場合には、前記のように発泡が開始されると縦方向への発泡の度合いがそれと直交する横方向への発泡の度合いに比べて発泡の進行が速い。このため、図３に示すように、セル４４は縦方向の長さａが横方向の長さｂに比べて長くなる傾向を示す。従って、発泡の進行を制御し、図４に示すような断面で横方向の長さｂに対する縦方向の長さａの比が０．８５〜１．１５である略球状のセル４４を得るためには、加圧を開始する時期、加圧時の圧力及び加圧の継続時間を前記のように設定することが重要である。
【００２９】
そして、前記圧力調整工程における密閉容器１１内の圧力が注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように設定される。このように圧力設定をすることにより、自然発泡に比べてセル４４の縦方向への発泡を抑えることができ、セル４４の縦方向及び横方向への発泡をより均一なものにすることができる。また、圧力調整工程において、注入工程での密閉容器１１内の圧力からゲージ圧で２０〜４００ｋＰａまで加圧することにより、発泡によって形成されるセル４４の縦方向及び横方向への成長が均等になり、つまりセル４４の成長に歪みが生ずるのを抑制でき、セル４４の縦方向と横方向の長さを略同じに調節することができる。この圧力が２０ｋＰａ未満又は４００ｋＰａを越える場合には、セル４４の横方向の長さに対する縦方向の長さの比が０．８５未満又は１．１５を越えることとなり、発泡体の縦方向及び横方向における物性の相違が大きくなる。
【００３０】
更には、前記の加圧はライズタイムＲTの５％以上の時間行われることが好ましい。加圧時間が５％未満の場合には、加圧の作用が十分に発揮されず、発泡体の縦方向及び横方向における物性の相違が大きくなる。加圧時間の上限は、ポリウレタン発泡体４３の原料２０が反応硬化するまでの時間である。
【００３１】
前記ポリオール２４とポリイソシアネート２５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２４とポリイソシアネート２５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２４とポリイソシアネート２５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２４又はポリイソシアネート２５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。
【００３２】
最後に、取出工程においては、密閉容器１１の排気管１７のバルブ１８を緩めて密閉容器１１内を常圧にした後、蓋体１３を開けて発泡容器１９を外へ出し、その発泡容器１９からポリウレタン発泡体４３が取り出される。
【００３３】
得られたポリウレタン発泡体４３においては、発泡体を構成するセル４４はその横方向の長さに対する縦方向の長さの比が例えば０．８５〜１．１５である略球状に形成される。このため、セルの縦方向及び横方向、すなわち発泡体の縦方向及び横方向における硬さ、密度等の物性の相違を少なくすることができる。従って、例えば発泡体の縦方向と横方向のＪＩＳ Ｋ６４００に基づく硬さの差を５以下にすることができる。また、発泡体の密度を２５〜８０kg／m3にして利用することができる。
【００３４】
さて、ポリウレタン発泡体４３を製造する場合には、注入工程において、密閉容器１１内に配置された発泡容器１９内にポリウレタン発泡体４３の原料２０として、ポリオール２４、ポリイソシアネート２５、発泡剤３１、整泡剤、触媒等の添加剤３５を混合装置４１で混合して注入する。このとき、図２に示すように、発泡・反応工程において、原料２０が液状で低粘度の状態から一定時間後に発泡が開始され、クリーム状態となって次第に原料２０の粘度が上昇して最も粘度の高いライズタイムＲTに到る。ライズタイムＲTを経過した後には、略一定の粘度で推移すると共に、反応硬化が進行し、ポリウレタン発泡体４３が製造される。この過程で圧力調整工程において、ライズタイムＲTの０．５〜１．３倍の時間帯で圧力調整装置１４により密閉容器１１内を加圧する。それと共に、その圧力をゲージ圧で２０〜４００ｋＰａに設定し、加圧時間をライズタイムＲTの５％以上に設定する。
【００３５】
この加圧操作によって、発泡体を構成するセル４４の縦方向への発泡の進行を抑えることができ、セル４４の横方向の長さｂに対する縦方向の長さａの比を１に近づけることができる。
【００３６】
その後、取出工程において、前記密閉容器１１の蓋体１３を開けて発泡容器１９を外へ出し、その発泡容器１９からポリウレタン発泡体４３が取り出される。このようにして得られたポリウレタン発泡体４３は、図４に示すように、セル４４の形状を略球状にすることができる。従って、図６に示すように、ポリウレタン発泡体４３のブロック４５から縦方向に延びるように板状に切り出した製品４６ａと、横方向に延びるように板状に切り出した製品４６ｂとは略同じ物性を有するものとなる。
【００３７】
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。
・ 上記実施形態のポリウレタン発泡体４３の製造方法においては、圧力調整工程における密閉容器１１内の圧力を注入工程における密閉容器１１内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期がライズタイムＲTの０．５〜１．３倍の時間帯に設定される。かつ、その圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定される。このため、発泡時には発泡体を構成するセル４４の縦方向における発泡を抑制でき、セル４４の横方向に対する縦方向の比を１に近づけることができる。従って、セル４４の形状を略球状にすることができ、その縦方向及び横方向における物性の相違が少ないポリウレタン発泡体４３を効率良く製造することができる。
【００３８】
・ また、前記加圧がライズタイムＲTの５％以上の時間行われることにより、加圧による効果を十分に発揮することができ、加圧に基づくセル４４の形状の調節を容易に行うことができる。
【００３９】
・ 更に、発泡剤３１として水を用い、その水の含有量がポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることにより、発泡を適正範囲に維持することができ、セル４４の形状調節を容易に行うことができる。
【００４０】
・ 図７（ａ）に示すように、成形されたポリウレタン発泡体４３からブロック４５を切り出した後一定の大きさの直方体状をなす製品４６を得る場合、図７（ｂ）に示すように、セル４４が断面長円状をなしているとき端部４７（図中のハッチング部分）で方向を変えて製品４６を取ると方向によって物性が変わってしまう。これに対して、図７（ｃ）に示すように、本実施形態のポリウレタン発泡体４３ではセル４４が球状をなしていることから、ブロック４５の端部４７で方向を変えて製品４６を取っても、異なる方向で同じ物性を発揮することができる。従って、製品４６の歩留りが良く、少量多品種の製品４６として有用である。
【実施例】
【００４１】
以下に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態を更に具体的に説明する。
（実施例１〜３及び比較例１〜４）
ポリウレタン発泡体の原料として、ポリエーテルポリオール〔三洋化成工業（株）製、ＧＰ３０００、水酸基価５６〕１００質量部、ポリイソシアネートとしてトリレンジイソシアネート〔日本ポリウレタン工業（株）製、Ｔ−８０〕５１．８質量部（イソシアネートインデックスを１０５とした）、発泡剤として水４．２質量部、触媒としてアミン化合物〔中京油脂（株）製、３３ＬＶ〕０．６質量部とオクチル酸第１スズ〔城北化学（株）製、ＭＲＨ１１０〕０．２質量部、及び整泡剤としてシリコーン化合物〔ゴールドシュミット社製、Ｂ８１１０〕１．０質量部を用意した。
【００４２】
そして、前記図１に示す製造装置を用い、ポリウレタン発泡体４３を製造した。すなわち、発泡剤３１としての水、触媒３３及び整泡剤、その他の添加剤３５をポリイソシアネート用容器２３内へ供給して撹拌すると共に、第２接続管２９から第１接続管２７へ供給した。一方、ポリオール２４をポリオール用容器２２から第１接続管２７へ供給し、混合装置４１でポリオール２４をポリイソシアネート２５等と混合した。この混合液を、大気圧下、２０℃で密閉容器１１内部の発泡容器１９へ注入した。
【００４３】
その状態で放置すると、ポリオール２４とポリイソシアネート２５とが触媒３３の存在下にウレタン化反応すると共に、発泡剤３１及び整泡剤により自然発泡が行われる。この場合、ライズタイムＲTは９０秒であった。また、原料２０が発泡を始めるまでの時間を表すクリームタイムは２０秒であった。それに対し、発泡容器１９へ原料２０を注入した後、加圧を開始するまでの時間（設定の圧力になるまでの時間）及び圧力を表１及び表２に示すように変えてポリウレタン発泡体４３を成形した。但し、実施例１〜３における加圧時間を３０秒間とした。得られたポリウレタン発泡体４３について、セル４４の横方向の長さｂに対する縦方向の長さａの比（セル径比）、密度（ｋｇ／ｍ3）、硬さ（Ｎ）、通気度（Ｌ／min）、引張強度（ｋＰａ）、伸び（％）及び反発弾性（％）を次の方法によって測定し、それらの結果を表１及び表２に示した。
（セル径比）
セル４４の横方向の長さｂに対する縦方向の長さａの比を１０点測定し、それらの平均を算出して求めた。
（密度、硬さ及び反発弾性）
長さ４００ｍｍ、幅２００ｍｍ及び厚み５０ｍｍのサンプルを切り出し、ＪＩＳ Ｋ６４００に準拠して測定した。
【００４４】
（通気度）
ＡＳＴＭ Ｄ３５７４に準拠して測定した。
（引張強度及び伸び）
ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して測定した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
表１に示すように、実施例１〜３においては、加圧を開始する時期が６０秒（ライズタイムＲTの６７％）で、かつその圧力が注入工程での圧力より２５〜２００ｋＰａ高い圧力に設定されている。このため、セル４４の縦方向におけるセル径比は０．８９〜１．１２で略球状をなしていた。また、ポリウレタン発泡体４３の硬さは、縦方向と横方向との差が２Ｎ以下でほとんど差がなかった。更に、ポリウレタン発泡体４３の密度、通気度、引張強度、伸び及び反発弾性は、縦方向と横方向との差が±１０％以下で大きな差は認められなかった。
【００４７】
一方、表２に示すように、加圧を行わない場合（比較例１）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．３２でセルは縦方向に長い長円形であった。加圧を開始するまでの時間が２０秒（ライズタイムＲTの２２％）という早過ぎる時間の場合（比較例２）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．２８でセル４４は縦方向に長い長円形であった。加圧を開始するまでの時間が１００秒（ライズタイムＲTの１１０％）という遅過ぎる時間の場合（比較例３）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．３０でセル４４は縦方向に長い長円形であった。加圧の圧力が５００ｋＰａという高い圧力の場合（比較例４）では、セル４４の縦方向におけるセル径比は０．８０で横方向に長い長円形であった。そのため、ポリウレタン発泡体４３の硬さ、伸び及び反発弾性について、縦方向と横方向との差が±１０％以上となる場合が認められた。
（実施例４〜１１及び比較例５、６）
ポリウレタン発泡体４３の原料２０として、ポリエーテルポリオール〔三洋化成工業（株）製、ＧＰ３０００、水酸基価５６〕１００質量部、ポリイソシアネート２５としてトリレンジイソシアネート〔日本ポリウレタン工業（株）製、Ｔ−８０〕２８．６質量部（イソシアネートインデックスを１０２とした）、発泡剤３１として水２．０質量部、触媒３３としてアミン化合物〔中京油脂（株）製、３３ＬＶ〕０．０６質量部とオクチル酸第１スズ〔城北化学（株）製、ＭＲＨ１１０〕０．１２質量部、及び整泡剤としてシリコーン化合物〔信越化学工業（株）製、Ｆ６５０〕０．３質量部を用意した。
【００４８】
そして、前記実施例１と同様にしてポリウレタン発泡体４３を製造した。この場合、ライズタイムＲTは４分５７秒（２９７秒）、クリームタイムは２４秒であった。発泡容器１９へ原料２０を注入した後加圧を開始するまでの時間（設定の圧力になるまでの時間）及び圧力を表３及び表４に示すように変えてポリウレタン発泡体４３を成形した。但し、実施例１〜３における加圧時間を３０秒間とした。得られたポリウレタン発泡体４３について、セル４４の横方向の長さに対する縦方向の長さの比（セル径比）、密度（ｋｇ／ｍ3）、硬さ（Ｎ）、通気度（Ｌ／min）、引張強度（ｋＰａ）、伸び（％）及び反発弾性（％）を前記の方法によって測定し、それらの結果を表３及び表４に示した。
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
表３に示すように、実施例４〜７においては、加圧を開始する時期がライズタイムＲT以前で、かつその圧力が注入工程での圧力より１００〜１５０ｋＰａ高い圧力に設定されている。このため、セル４４の縦方向におけるセル径比は０．８８〜０．９８で略球状をなしていた。また、ポリウレタン発泡体４３の密度、硬さ、引張強度及び反発弾性は、縦方向と横方向との差が±１５％以下で大きな差は認められなかった。
【００５１】
また、表４に示すように、実施例８〜１１においては、加圧を開始する時期がライズタイムＲT以後で、ライズタイムＲTの１．３倍までで、かつその圧力が注入工程での圧力より１５０ｋＰａ高い圧力に設定されている。このため、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．０８〜１．１５で略球状をなしていた。また、ポリウレタン発泡体４３の密度、引張強度、伸び及び反発弾性は、縦方向と横方向との差が±１５％以下で大きな差は認められなかった。
【００５２】
一方、表３に示すように、加圧を行わない場合（比較例５）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．５３でセル４４は縦方向に長い長円形であった。そのため、ポリウレタン発泡体４３の特に硬さ及び引張強度について、縦方向と横方向との間に大きな差が認められた。更に、表４に示すように、加圧を開始するまでの時間がライズタイムＲT以後で、ライズタイムＲTの１．４３倍の場合（比較例６）には、セル４４の縦方向におけるセル径比は１．４２でセル４４は縦方向に長い長円形であった。そのため、ポリウレタン発泡体４３の硬さ及び通気度について、縦方向と横方向とに大きな差が認められた。
【００５３】
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。
・ 圧力調整装置１４によって密閉容器１１内を加圧する場合、圧力を次第に高くしたり、次第に低くしたりして調整することもできる。
【００５４】
・ 圧力調整装置１４による加圧を、例えば初期と終期とに分けて行う等間欠的に実施することもできる。
・ ポリウレタン発泡体４３の原料２０中の触媒、整泡剤等の種類、使用量等によってセル４４の形状を調節することも可能である。
【００５５】
・ 注入工程における密閉容器１１内の圧力が減圧状態である場合であっても、圧力調整工程における密閉容器１１内の圧力を注入工程における密閉容器１１内の圧力よりも高い圧力、例えば常圧に設定すれば実施形態の効果を発揮することができる。
【００５６】
更に、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。
・ 前記加圧を開始する時期がポリウレタン発泡体の原料の反応により硬化する前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ポリウレタン発泡体の製造方法。この製造方法によれば、加圧による効果を確実に発揮することができる。
【００５７】
・ 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明により得られるポリウレタン発泡体であり、発泡体を構成するセルは、その横方向の長さに対する縦方向の長さの比が０．８５〜１．１５である略球状に形成されていると共に、密度が２５〜８０kg／m3であることを特徴とするポリウレタン発泡体。このように構成した場合、得られたポリウレタン発泡体は、全体に略均質なものとなり、縦方向及び横方向における密度を略均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態におけるポリウレタン発泡体の製造装置を示す概略説明図。
【図２】反応時間とポリウレタン発泡体の原料の粘度との関係を示すグラフ。
【図３】自然発泡させたときのポリウレタン発泡体のセルを示す模式的な断面図。
【図４】本実施形態のポリウレタン発泡体のセルを示す模式的な断面図。
【図５】圧力を高く設定した場合のポリウレタン発泡体のセルを示す模式的な断面図。
【図６】ポリウレタン発泡体のブロックを縦切りしたとき及び横切りしたときの状態を示す説明図。
【図７】（ａ）はポリウレタン発泡体からブロックを切り出した状態を示す断面図、（ｂ）はセルが長円状の場合にポリウレタン発泡体のブロックから製品を切り出すときの説明図、（ｃ）はセルが真円状の場合にポリウレタン発泡体のブロックから製品を切り出すときの説明図。
【符号の説明】
【００５９】
１１…密閉容器、１４…圧力調整装置、２０…ポリウレタン発泡体の原料、２４…ポリオール、２５…ポリイソシアネート、３１…発泡剤、３３…触媒、４３…ポリウレタン発泡体、ＲT…ライズタイム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内にポリウレタン発泡体の原料を注入する注入工程、前記原料を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体を製造する発泡・反応工程、前記密閉容器内の圧力を調整する圧力調整工程、及び前記密閉容器からポリウレタン発泡体を取り出す取出工程とを備え、圧力調整工程における密閉容器内の圧力を注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期が原料の注入時から発泡が最も進行して発泡高さが最も高くなるまでの時間を表すライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯であり、かつその圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定されることを特徴とするポリウレタン発泡体の製造方法。
【請求項２】
前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行われることを特徴とする請求項１に記載のポリウレタン発泡体の製造方法。
【請求項３】
前記ポリウレタン発泡体の原料は、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤及び触媒を含有するものであり、発泡剤として水を用い、その水の含有量がポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポリウレタン発泡体の製造方法。
【請求項１】
密閉容器内にポリウレタン発泡体の原料を注入する注入工程、前記原料を発泡及び反応させてポリウレタン発泡体を製造する発泡・反応工程、前記密閉容器内の圧力を調整する圧力調整工程、及び前記密閉容器からポリウレタン発泡体を取り出す取出工程とを備え、圧力調整工程における密閉容器内の圧力を注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように加圧を開始する時期が原料の注入時から発泡が最も進行して発泡高さが最も高くなるまでの時間を表すライズタイムの０．５〜１．３倍の時間帯であり、かつその圧力がゲージ圧で２０〜４００ｋＰａの範囲内にて注入工程における密閉容器内の圧力より高くなるように設定されることを特徴とするポリウレタン発泡体の製造方法。
【請求項２】
前記加圧はライズタイムの５％以上の時間行われることを特徴とする請求項１に記載のポリウレタン発泡体の製造方法。
【請求項３】
前記ポリウレタン発泡体の原料は、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤及び触媒を含有するものであり、発泡剤として水を用い、その水の含有量がポリオール１００質量部に対して１．５〜５質量部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポリウレタン発泡体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２０８６（Ｐ２００６−２０８６Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８１５６８（Ｐ２００４−１８１５６８）
【出願日】平成１６年６月１８日（２００４．６．１８）
【出願人】（０００１１９２３２）株式会社イノアックコーポレーション (1,145)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１８日（２００４．６．１８）
【出願人】（０００１１９２３２）株式会社イノアックコーポレーション (1,145)
【Ｆターム（参考）】
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