説明

軟質ポリウレタンフォームおよびその製造方法

【課題】粘度の高い特殊なポリオールを使用することなく、また、機械条件に制限されることなく、セル数の均一な粗大セルを有する軟質ポリウレタンフォーム、および該軟質ポリウレタンフォームを安定に製造できる方法を提供する。
【解決手段】水酸基価が5〜112mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオールと、ポリイソシアネート化合物とを、触媒、発泡剤および整泡剤の存在下で反応させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法において、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、アミノ変性シリコーン(E)0.001〜1質量部の存在下で反応させることを特徴とする軟質ポリウレタンフォームの製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、軟質ポリウレタンフォームおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリオールとイソシアネートを重合させて製造されるポリウレタンフォームは、たとえばソファーに代表される家具等のクッション材に使用され、通常30〜50個/インチのセル数を有する。なかでも、セル数が30個/インチ以下の軟質ポリウレタンフォームは「粗大セルフォーム」と言われ、該粗大セルフォームは、各種フィルター、高通気性マットレス、枕、スポンジタワシ等に利用されている。
該粗大セルフォームのなかでも、セル数の均一なものが特に好ましく、機能性フィルター用においては、圧力損失と集塵効率の観点から、さらにセル数が20個/インチ以下のものが好適なものとして求められている。
【0003】
前記粗大セルフォームの製造方法としては、粘度の高いポリエステルポリオールを使用してセル構造を制御する方法、ポリエーテルポリオールに増粘剤を添加してポリオール成分系の粘度を高め、かつ、2種類のポリシロキサン化合物を添加することにより粗大セルフォームを製造する方法(特許文献1参照)が提案されている。
【0004】
また、ポリオール、ポリイソシアネート、整泡剤、発泡剤等からなる軟質ポリウレタンフォームの製造方法において、ミキシングヘッド内にて所定量の薬剤をほぼ均一になるように撹拌混合するとともに、混合時のミキシングチャンバー内圧を1.5〜2.5kg/cm、エアー注入量を50〜1000cc/minとすることにより、粗大セルフォームを製造する方法が提案されている(特許文献2参照)。
【0005】
また、アミノ変性シリコーンを用いて、ポリウレタンフォームを製造する例として、発泡体の気泡径が大きく分布した研磨シート用ポリウレタン発泡体を製造する方法(特許文献3参照)、表面の摩擦抵抗が小さく、かつ微細セルを有する弾性部材を提供する方法(特許文献4参照)、リアクションインジェクションモールド法により成形した場合にすぐれた成形性と外観を有するポリウレタンを製造することができる方法(特許文献5参照)が提案されている。
【特許文献1】特開昭60−219213号公報
【特許文献2】特開平11−116717号公報
【特許文献3】特開2004−75700号公報
【特許文献4】特開2002−187929号公報
【特許文献5】特開昭57−117524号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献1に記載の方法では、軟質ポリウレタンフォームにおけるセル数の低減化および均一化には限度がある。また、粘度の高いポリオール類の使用またはポリオール類への増粘剤の添加は、高粘度のポリオール成分系を取り扱うことになるため、作業性が悪くなる恐れがある。
特許文献2に記載の方法では、機械条件の設定によりセル数を制御するため、セル数の均一化には限度がある。さらに、エアーを注入できる設備が必須となるため、製造方法が限られてしまう。
特許文献3に記載の方法によれば、製造の際に発泡剤(水、不活性ガス等)を使用せず、比重が0.87であり、平均セル数が390〜635個/インチの微細セル構造を有するポリウレタン発泡体が得られる。しかし、該ポリウレタン発泡体は、セル数の点から粗大セルフォームとは異なるものであり、また、気泡径の分布が大きいためにセル数が不均一なものであり、機能性フィルター用としては不適切なものである。
同様に、特許文献4に記載の方法によれば、セル数が50〜200個/インチの微細セル構造を有する弾性部材が得られる。該弾性部材は、主に画像形成装置用のトナー供給ローラ等に使用されるものであり、また、セル数の点からも粗大セルフォームとは異なるものである。
また、特許文献5に記載の方法によれば、密度が1.0〜1.15g/cmであり、自動車のバンパーカバーなどに使用される、可撓性ないし半硬質ポリウレタンが得られる。該ポリウレタンは、密度が高く、極微細セルであり、機能性フィルター用としては不適切なものである。
【0007】
よって、本発明は、粘度の高い特殊なポリオールを使用することなく、また、機械条件に制限されることなく、セル数の均一な粗大セルを有する軟質ポリウレタンフォーム、および該軟質ポリウレタンフォームを安定に製造できる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法は、水酸基価が5〜112mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオールと、ポリイソシアネート化合物とを、触媒、発泡剤および整泡剤の存在下で反応させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法において、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、アミノ変性シリコーン(E)0.001〜1質量部の存在下で反応させることを特徴とする。
前記ポリオキシアルキレンポリオールは、ポリマー微粒子を含んでいることが好ましい。
【0009】
前記アミノ変性シリコーン(E)のアミノ当量は、100〜100000g/molであることが好ましい。
前記アミノ変性シリコーン(E)は、下式(1)および/または下式(2)で表される化合物であることが好ましい。
【0010】
【化1】

【0011】
ただし、式(1)において、Rは炭素数1〜10のアルキレン基であり、Rは炭素数1〜10のアルキル基であり、kは1〜2000の整数である。
式(2)において、mは0〜100の整数であり;nは1〜2000の整数であり;R、RおよびRは、互いに同じであっても異なっていてもよく、それぞれ炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、および窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基からなる群から選ばれる基である(ただし、mが0の場合はRまたはRのうち少なくともどちらかが窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基であり、mが1〜100の整数の場合はR、Rおよびm個のRのうち少なくとも1つは窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基である。)。
【0012】
また、本発明の軟質ポリウレタンフォームは、前記軟質ポリウレタンフォームの製造方法により製造されるものである。
前記軟質ポリウレタンフォームは、コア密度が15〜50kg/mであることが好ましい。
前記軟質ポリウレタンフォームは、セル数が30個/インチ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、セル数の均一な粗大セルを有する。
本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法によれば、粘度の高い特殊なポリオールを使用することなく、また、機械条件に制限されることなく、セル数の均一な粗大セルを有する軟質ポリウレタンフォームを安定に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
<軟質ポリウレタンフォームの製造方法>
本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法は、水酸基価が5〜112mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオールと、ポリイソシアネート化合物とを、触媒、発泡剤および整泡剤の存在下で反応させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法において、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、アミノ変性シリコーン(E)0.001〜1質量部の存在下で反応させる製造方法である。
該軟質ポリウレタンフォームの製造方法としては、たとえばポリイソシアネート化合物以外の全原料の混合物に、後述するイソシアネートインデックスになるようにポリイソシアネート化合物を加え、撹拌混合して反応性混合物を調製し、該反応性混合物を、型等に注入して発泡させる方法が挙げられる。
以下、反応性混合物を調製する工程、発泡工程に分けて、本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法の一例について説明する。
【0015】
[反応性混合物を調製する工程]
本工程では、ポリイソシアネート化合物以外の全原料(水酸基価が5〜112mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオール、アミノ変性シリコーン(E)、整泡剤、発泡剤、触媒、架橋剤、その他の成分)の混合物(以下、ポリオールシステム液ということがある。)に、ポリイソシアネート化合物を加え、撹拌混合して反応性混合物を調製する。
【0016】
(ポリオキシアルキレンポリオール)
本発明においては、水酸基価が5〜112mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオールを使用する。また、前記ポリオキシアルキレンポリオールは、ポリマー微粒子を含んでいることが好ましい。
【0017】
ポリオキシアルキレンポリオールの水酸基価は、5〜112mgKOH/gであり、11.2〜112mgKOH/gであることが特に好ましい。該水酸基価を5mgKOH/g以上とすることでコラップス等が抑制され、軟質ポリウレタンフォームを安定して製造することができ、112mgKOH/g以下とすることで、得られた軟質ポリウレタンフォームの柔軟性に優れる。
【0018】
水酸基価が5〜112mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオールは、たとえば、平均水酸基数が2〜6の活性水素化合物を開始剤として用い、重合触媒の存在下、環状エーテルを開環重合させて得ることができる。
本発明において「平均水酸基数」とは、開始剤中の活性水素原子数の平均値を意味する。平均水酸基数を2以上とすることで、フォームの伸び、引張強度、乾熱圧縮永久歪等のフォーム物性が向上する。一方、平均水酸基数を6以下とすることで、製造される軟質ポリウレタンフォームが硬くなり過ぎず、伸び、引張強度等のフォーム物性が向上する。
【0019】
開始剤としては、たとえばエチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、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、ジグリセリン、デキストロース、シュークロース、ビスフェノールA、またはそれらに少量のアルキレンオキシドを付加した化合物等が挙げられる。
該開始剤は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリオキシアルキレンポリオールの平均水酸基数は、用いた開始剤の平均水酸基数と同じである。
【0020】
重合触媒としては、たとえば水酸化カリウム、カリウムメトキシド等のカリウム化合物、セシウム金属、水酸化セシウム、炭酸セシウム、セシウムメトキシド等のセシウム化合物等のアルカリ金属化合物またはアルカリ金属水酸化物;ボロントリフロライド等のカチオン重合触媒、複合金属シアン化物錯体、ホスファゼニウム化合物等が挙げられる。なかでも、水酸化カリウム等の通常のアルカリ触媒、セシウム化合物、複合金属シアン化物錯体を用いることが好ましく、分子量の大きい重合体を得る効果の点から複合金属シアン化物錯体を用いることが特に好ましい。
該重合触媒は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0021】
環状エーテルとしては、なかでも炭素数2以上のアルキレンオキシドが好ましく、具体例としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシド等が挙げられる。
該環状エーテルは、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明においては、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシドおよび2,3−ブチレンオキシドから選ばれる少なくとも1種と、エチレンオキシドとを併用することが特に好ましい。
【0022】
また、ポリオキシアルキレンポリオールは、その末端または内部にオキシエチレン基を有していてもよい。
ポリオキシアルキレンポリオールの内部にオキシエチレン基を有するポリオキシアルキレンポリオールは、たとえば、開始剤と、炭素数3以上のアルキレンオキシドとエチレンオキシドとを順次、または炭素数3以上のアルキレンオキシドとエチレンオキシドの混合物とを開環重合させることにより得ることができる。
ポリオキシアルキレンポリオールの末端にオキシエチレン基を有するポリオキシアルキレンポリオールは、たとえば、開始剤と炭素数3以上のアルキレンオキシドとを開環重合させた後、エチレンオキシドを開環重合させることにより得ることができる。また、前記開始剤と、炭素数3以上のアルキレンオキシドとエチレンオキシドとを順次、または炭素数3以上のアルキレンオキシドとエチレンオキシドの混合物とを開環重合させた後、エチレンオキシドを開環重合させることにより得ることもできる。
【0023】
また、ポリオキシアルキレンポリオールにおいて、水酸基1個当たりの分子量は500以上のものが好ましく、1000〜10000のものが特に好ましい。該分子量を500以上とすることで、製造される軟質ポリウレタンフォームの柔軟性に優れる。
ポリオキシアルキレンポリオールの分子量は、JIS K1557(1970年版)に準拠して測定される水酸基価を用いて、下式により算出される値とする。
【0024】
分子量=(56100×ポリオールの平均水酸基数)/水酸基価
【0025】
また、本発明において、前記ポリオキシアルキレンポリオールは、ポリマー微粒子を含んでいることが好ましい。ポリマー微粒子を含むポリオキシアルキレンポリオールを使用することにより、樹脂強度が高まり、コラップス等が抑制され、軟質ポリウレタンフォームを安定に製造することができる。
ポリマー微粒子を含む前記ポリオキシアルキレンポリオール(以下、ポリマー分散ポリオールということがある。)は、ポリオキシアルキレンポリオールマトリックス中にポリマー微粒子が含まれる。
【0026】
また、該ポリマー微粒子のポリマーとしては、なかでも付加重合系ポリマー、縮重合系ポリマーが好ましい。
付加重合系ポリマーの具体例としては、アクリロニトリル、スチレン、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル等のビニルモノマーが重合してなるホモポリマー、コポリマー等が挙げられる。
また、縮重合系のポリマーの具体例としては、ポリエステル、ポリウレア、ポリウレタン、メラミン樹脂等が挙げられる。
該ポリマーは、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリオキシアルキレンポリオール中のポリマー微粒子の含有量は、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、50質量部以下とすることが好ましく、3〜45質量部とすることがより好ましい。ポリマー微粒子の含有量を50質量部以下とすることで、粘度の増加が抑制される。
【0027】
(アミノ変性シリコーン(E))
本発明においては、分子内にケイ素原子と窒素原子を有するアミノ変性シリコーン(E)(以下、(E)成分ということがある。)を使用する。本発明においては、前記ポリオキシアルキレンポリオールと、ポリイソシアネート化合物とを、触媒、発泡剤および整泡剤とともに該(E)成分の存在下で反応させる。
該(E)成分を使用することにより、セル径がほぼ均一となって、セル数の均一な粗大セルが形成される。その理由は、該(E)成分の存在下で反応させることにより、発泡により形成される気泡が適度に破泡して、気泡同士が合一しやすくなるためと推測される。
【0028】
該(E)成分としては、なかでもアミノ当量が100〜100000g/molであることが好ましく、1000〜10000g/molであることがより好ましい。アミノ当量を100g/mol以上とすることにより、本発明の効果が得られやすくなる。また、前記フォーム特性が向上する。アミノ当量を100000g/mol以下とすることにより、ポリオールシステム液中で該(E)成分が分離することなく、より安定に存在できる。
アミノ当量は、一般的な中和滴定法により求めることができる。たとえば、JIS K7245(2000年版)に記載の中和滴定法を用いて算出することができる。
【0029】
該(E)成分は、具体的には前記式(1)、前記式(2)で表される化合物であることが好ましい。
【0030】
前記式(1)において、Rは炭素数1〜10のアルキレン基であり、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。該アルキレン基の炭素数は1〜10であり、1〜8であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基等が挙げられる。
は炭素数1〜10のアルキル基であり、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。該アルキル基の炭素数は1〜10であり、1〜8であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。ただし、3つのRは、互いに同じであっても異なっていてもよい。
kは1〜2000の整数であり、1〜1500の整数であることが好ましく、1〜1000の整数であることがより好ましい。kが1〜2000の範囲であることにより、フォームの発泡がより安定になる。ただし、3つのkは、互いに同じであっても異なっていてもよい。
【0031】
前記式(2)において、mは0〜100の整数であり、0〜50の整数であることが好ましい。mが0〜100の範囲であることにより、フォームを安定に発泡できる。
nは1〜2000の整数であり、1〜1500の整数であることが好ましく、1〜1000の整数であることがより好ましい。nが1〜2000の範囲であることにより、フォームの発泡がより安定になる。
【0032】
、RおよびRは、互いに同じであっても異なっていてもよく、それぞれ炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、および窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基からなる群から選ばれる基である。
該アルキル基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。該アルキル基の炭素数は1〜10であり、1〜8であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
該アルコキシ基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。該アルコキシ基の炭素数は1〜10であり、1〜8であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。
【0033】
本発明において「窒素原子を有するアルキル基」とは、アルキル基の水素原子の少なくとも1つがアミンで置換された基を意味する。
該アミンは、1級アミン、2級アミンまたは3級アミンのいずれであってもよい。1級アミンは、アミンの水素原子の1個が「窒素原子を有するアルキル基」におけるアルキル基で置換されたものである。2級または3級のアミンは、前記アルキル基以外の炭化水素基でさらに置換されたもの(ただし、該炭化水素基は、さらにアミンで置換されていてもよい。)である。その場合、該炭化水素基に存在する炭素原子も炭素数に含めるものとする。
該窒素原子を有するアルキル基は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。該アルキル基の炭素数は1〜10であり、1〜8であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。
該アルキル基が有する窒素原子の数、すなわち置換基としてのアミンの数は1〜3であることが好ましい。
該窒素原子を有するアルキル基の具体例としては、アミノメチル基、アミノエチル基、アミノプロピル基、アミノヘキシル基、アミノオクチル基、N,N−ジメチルアミノエチル基、N,N−ジエチルアミノエチル基、N,N−ジメチルアミノプロピル基、N−(アミノエチル)アミノプロピル基(−C−NH−C−NH)、N−(N’−(アミノエチル)アミノエチル)アミノプロピル基(−C−NH−C−NH−C−NH)等が挙げられる。
なかでも、最終的に製造される軟質ウレタンフォームからブリードアウトすることがない点から、窒素原子に結合した活性水素原子を有している、すなわち1級アミンまたは2級アミンで置換されたアルキル基が好ましい。
【0034】
前記式(2)において、mが0の場合、RまたはRのうち少なくともどちらかが窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基であり、より好ましい形態はR、R共に窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基である。
mが1〜100の整数の場合、R、Rおよびm個のRのうち少なくとも1つは窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基であり、より好ましい形態はRが窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基、R、Rが炭素数1〜10のアルキル基および炭素数1〜10のアルコキシ基のいずれかからなる場合、または、R、RおよびRのうち2つ以上が窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基となる場合である。
ただし、mが2以上の整数の場合、m個のRは互いに同じであっても異なっていてもよい。
また、(m+n)個のシロキサンユニットからなる主鎖は、ブロック共重合鎖であってもランダム共重合鎖であってもよい。
【0035】
該アミノ変性シリコーン(E)は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アミノ変性シリコーン(E)の使用量は、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、0.001〜1質量部であり、好ましくは0.01〜1質量部である。0.001質量部以上とすることにより、本発明の効果が得られる。また、前記フォーム特性が向上する。1質量部以下とすることにより、発泡時のフォーム安定性が向上する。
【0036】
(整泡剤)
本発明において使用する整泡剤としては、フォームの安定性等の点から、シリコーン系化合物が好ましい。シリコーン系化合物としては、通常軟質ポリウレタンフォームに使用されるシリコーン系整泡剤が使用できる。
整泡剤は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
整泡剤の使用量は、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、0.001〜3質量部とすることが好ましい。
【0037】
(発泡剤)
本発明において使用する発泡剤としては、たとえば水、不活性ガスが好適なものとして挙げられる。
不活性ガスとしては、空気、窒素、二酸化炭素等が挙げられる。
該発泡剤のなかでも、水が好ましい。
発泡剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。なかでも、水および不活性ガスから選ばれる1種以上の発泡剤を用いることが好ましく、水を用いることがより好ましく、水のみを用いることが特に好ましい。
発泡剤の使用量は、特に限定されず、たとえば水のみが使用される場合、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、10質量部以下であることが好ましく、1.5〜8質量部であることが特に好ましい。その他の発泡剤が使用される場合についても、発泡倍率等の要求に応じて適切な量を使用することができる。
【0038】
(触媒)
本発明において使用する触媒としては、ウレタン化反応を促進する触媒を使用でき、たとえばトリエチレンジアミン、ビス[(2−ジメチルアミノ)エチル]エーテル、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン等の3級アミン類、酢酸カリウム、2−エチルヘキサン酸カリウム等のカルボン酸金属塩、ジブチルチンジラウレート、スタナスオクトエート等の有機金属化合物等が挙げられる。
触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。なかでも、開放系の軟質ポリウレタンフォームの製造安定性に優れることから、アミン触媒と金属触媒との併用が好ましい。その場合、アミン触媒と金属触媒との混合割合は、質量比で1/100〜100/1であることが好ましく、1/10〜10/1であることがより好ましい。
触媒の使用量は、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、0.01〜5質量部とすることが好ましい。
【0039】
(架橋剤)
本発明においては架橋剤を使用してもよい。架橋剤を使用することにより、製造される軟質ポリウレタンフォームの引張強度等のフォーム物性に優れる。
架橋剤としては、平均水酸基数が2〜8で、水酸基価が200〜2000mgKOH/gのポリオールが好ましい。
架橋剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
架橋剤の使用量は、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、0.1〜10質量部とすることが好ましく、0.5〜10質量部とすることがより好ましい。
【0040】
(その他の成分)
本発明の軟質ポリウレタンフォームを製造する際には、乳化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の老化防止剤、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の充填剤、難燃剤、可塑剤、着色剤、抗カビ剤等の公知の各種添加剤、助剤を必要に応じて使用できる。
【0041】
(ポリイソシアネート化合物)
本発明において使用するポリイソシアネート化合物としては、たとえば2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI)、粗トリレンジイソシアネート(粗TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’−MDI)、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4’−MDI)、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,2’−MDI)、ジフェニルメタンジイソシアネートの異性体混合物(MDI)、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート(粗製MDI)、トルイジ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、イソホロ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等のジイソシアネート、これらジイソシアネートのカルボジイミド変性体、ビュレット変性体、二量体、三量体、またはそれらのプレポリマー等が挙げられる。なかでも、2,4−TDI、2,6−TDI、粗TDI、またはそれらの混合物が好ましい。
該イソシアネート化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。なかでも、2,4−TDIと2,6−TDIとの質量比で80/20の混合物(80/20−TDIと略記する。)、または質量比で65/35の混合物(65/35−TDIと略記する。)が特に好ましい。
ポリイソシアネート化合物の使用量は、ポリオキシアルキレンポリオールおよび水等の総活性水素原子数に対するイソシアネート基の数の100倍で表される数値(通常、該数値を「イソシアネートインデックス」という。)を80〜120とすることが好ましく、85〜115とすることが特に好ましい。
【0042】
(軟質ポリウレタンフォームの発泡方法)
軟質ポリウレタンフォームを発泡させる方法としては、たとえば密閉された金型内に反応性混合物を注入し、反応性混合物を発泡成形する方法(モールド法)、開放系で反応性混合物を型等に注入して発泡させる方法(スラブ法)が挙げられる。なかでも、本発明の効果が得られやすいことから、スラブ法が好ましい。
具体的には、ワンショット法、セミプレポリマー法、プレポリマー法等の公知の方法により行うことができる。
また、軟質ポリウレタンフォームの製造には、通常、用いられる製造装置を用いることができる。
【0043】
<軟質ポリウレタンフォーム>
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、前記軟質ポリウレタンフォームの製造方法により製造されるものである。
【0044】
該軟質ポリウレタンフォームのコア密度は15〜50kg/mであることが好ましく、15〜40kg/mであることがより好ましい。コア密度が15kg/m以上であることによりコラップス等が抑制され、軟質ポリウレタンフォームを安定して製造することができる。50kg/m以下であることにより軟質ポリウレタンフォームを構成する樹脂分が適度な量となって、粗大セルのフォームが得られやすくなる。
本発明において、「コア密度」とは、軟質ポリウレタンフォームの中央部で、かつ表層部を除いた部位の密度を意味する。
該コア密度は、発泡剤の使用量によって調整することができる。たとえば発泡剤として水のみが使用される場合、水の使用量を、前記ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、1.5〜8質量部とすることにより、軟質ポリウレタンフォームのコア密度を15〜50kg/mに調整することができる。
コア密度の測定は、JIS K6400(1997年版)に準拠した方法により行うことができる。
【0045】
該軟質ポリウレタンフォームのセル数は30個/インチ以下であることが好ましく、20個/インチ以下であることがより好ましく、下限としては5個/インチ以上であることが好ましい。セル数を30個/インチ以下、特に20個/インチ以下であることにより、低い圧力損失で高い集塵効率の機能性フィルター用として利用することができる。
該セル数は、上記アミノ変性シリコーン(E)の使用量によって調整することができる。本発明においては、該(E)成分を、ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対して0.001〜1質量部の範囲内で使用し、通常、その使用量が多いほどセル数を少なく調整することができる。
セル数の測定は、JIS K6400(1997年版)に準拠した方法により行うことができる。
【0046】
以上のように、本発明の軟質ポリウレタンフォームは、セル数の均一な粗大セルを有する。
また、本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法によれば、粘度の高い特殊なポリオールを使用することなく、また、機械条件に制限されることなく、セル数の均一な粗大セルを有する軟質ポリウレタンフォームを安定に製造できる。
【実施例】
【0047】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら例によって何ら限定されない。
軟質ポリウレタンフォーム製造時の配合組成、ならびに得られた軟質ポリウレタンフォームのフォーム物性を表2、3にそれぞれ示す。
表2、3中、例1〜2は実施例、例3〜5は比較例をそれぞれ表す。
また、配合組成において、各原料の使用量の単位は「質量部」である。触媒C1、触媒C2、シリコーン整泡剤D1、アミノ変性シリコーンE1、アミノ変性シリコーンE2、発泡剤Fの使用量は、ポリオキシアルキレンポリオール(ポリオールA1、ポリオールB1)の100質量部に対する値をそれぞれ示す。
また、ポリイソシアネートGの使用量は、イソシアネートインデックスを示す。
【0048】
(使用した原料)
ポリオールA1:水酸化カリウム触媒を用いて、グリセリンを開始剤としてプロピレンオキシドを開環付加重合させて得られた平均官能基数が3、水酸基価が56mgKOH/gのポリオキシプロピレンポリオール。
ポリオールB1:水酸化カリウム触媒を用いて、グリセリンを開始剤としてエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの混合物(10:90質量比)を開環付加重合させて得られたポリエーテルポリオール中で、アクリロニトリルとスチレンを共重合させて得られたポリマー微粒子の含有量が42質量%であり、平均官能基数が3、水酸基価が31mgKOH/gのポリマー微粒子分散ポリオール。
【0049】
触媒C1:トリエチレンジアミンのジプロピレングリコール溶液(東ソー社製、商品名:TEDA−L33)。
触媒C2:オクチル酸スズ(エアプロダクツ アンド ケミカルズ社製、商品名:ダブコT−9)。
【0050】
整泡剤D1:シリコーン系整泡剤(東レ・ダウコーニング社製、商品名:L−5740M)。
【0051】
アミノ変性シリコーンE1〜E2:表1に示す化合物。ただし、R、R、R、R、R、k、nおよびmは、前記式(1)および(2)における符号をそれぞれ示す。
【0052】
【表1】

【0053】
発泡剤F:水。
ポリイソシアネートG:TDI−80(2,4−TDIと2,6−TDIとの質量比で80/20の混合物:80/20−TDI)、イソシアネート基含有量48.3質量%(日本ポリウレタン工業社製、商品名:コロネートT−80)。
【0054】
(軟質ポリウレタンフォームの製造方法)
表2、3に示す原料のうち、ポリイソシアネートG以外の全原料の混合物(ポリオールシステム液)の液温を22℃±1℃、イソシアネートGを22℃±1℃に調整した。
次いで、ポリオールシステム液に、表2、3に示すイソシアネートインデックスになるようにポリイソシアネートGを加えて、高速ミキサー(毎分2000回転)で5秒間撹拌混合し、反応性混合物を調製した。
その後、室温状態で上部が開放になっている縦、横および高さが各々250mmの木箱にビニールシートを敷き詰めた型に、前記反応性混合物を注入して軟質ポリウレタンフォームを製造した。
【0055】
(フォーム物性の評価)
前記製造方法により製造された軟質ポリウレタンフォームを木箱から取り出して、室温(23℃)、湿度50%に調整された室内に24時間以上放置した後、以下に示す各種のフォーム物性の測定を行った。その測定結果を表2、3に示す。
【0056】
フォーム物性は、コア密度(単位:kg/m)、セル数(単位:個/インチ)、25%硬さ(ILD)(単位:N/314cm)、引裂強度(単位:N/cm)、引張強度(単位:kPa)、伸び(単位:%)、乾熱圧縮永久歪(単位:%)について、それぞれ評価した。各フォーム物性の評価は、いずれもJIS K6400(1997年版)に準拠した方法により行った。
【0057】
【表2】

【0058】
【表3】

【0059】
表2および表3に示した結果から、本発明のアミノ変性シリコーンの特定量を使用した実施例1〜2は、粘度の高い特殊なポリオールを使用することなく、また、機械条件に制限されることなく、セル数の均一な粗大セルを有する軟質ポリウレタンフォームを安定に製造できることが確認できた。
【0060】
また、実施例1〜2の軟質ポリウレタンフォームは、セル数が20個/インチ以下の範囲内となることから、低い圧力損失で高い集塵効率を有する機能性フィルター用に用いることができることが確認できた。
また、実施例1〜2の軟質ポリウレタンフォームは、耐久性の指標である乾熱圧縮永久歪が5%以下と小さいことから、耐久性も良好であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【0061】
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、輸送機器用途としてエアーフィルター、産業機械用途としてエンジンフィルター、OA機器用途として温度調整用フィルター、家電製品用途としてエアコンフィルター等の各種フィルター;家具・衣料用途として高通気性マットレス、枕、音響製品用途としてマイクロフォンカバー、衛生用品用途として化粧用パフ、日用生活品用途としてスポンジタワシ、農水産資材用途として水耕栽培用培地等に使用することができる。
また、本発明の軟質ポリウレタンフォームは、低い圧力損失と高い集塵効率が求められる機能性フィルター用フォームとして特に好適である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
水酸基価が5〜112mgKOH/gであるポリオキシアルキレンポリオールと、ポリイソシアネート化合物とを、触媒、発泡剤および整泡剤の存在下で反応させて軟質ポリウレタンフォームを製造する方法において、
ポリオキシアルキレンポリオールの100質量部に対し、アミノ変性シリコーン(E)0.001〜1質量部の存在下で反応させることを特徴とする軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項2】
前記ポリオキシアルキレンポリオールがポリマー微粒子を含んでいる請求項1に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項3】
前記アミノ変性シリコーン(E)のアミノ当量が100〜100000g/molである請求項1または2に記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項4】
前記アミノ変性シリコーン(E)が、下式(1)および/または下式(2)で表される化合物である請求項1〜3のいずれかに記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法。
【化1】

ただし式(1)において、Rは炭素数1〜10のアルキレン基であり、Rは炭素数1〜10のアルキル基であり、kは1〜2000の整数である。
式(2)において、mは0〜100の整数であり;nは1〜2000の整数であり;R、RおよびRは、互いに同じであっても異なっていてもよく、それぞれ炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、および窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基からなる群から選ばれる基である(ただしmが0の場合はRまたはRのうち少なくともどちらかが窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基であり、mが1〜100の整数の場合はR、Rおよびm個のRのうち少なくとも1つは窒素原子を有する炭素数1〜10のアルキル基である。)。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれかに記載の軟質ポリウレタンフォームの製造方法により製造される軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項6】
コア密度が15〜50kg/mである、請求項5に記載の軟質ポリウレタンフォーム。
【請求項7】
セル数が30個/インチ以下である、請求項5または6に記載の軟質ポリウレタンフォーム。

【公開番号】特開2008−88388(P2008−88388A)
【公開日】平成20年4月17日(2008.4.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−274196(P2006−274196)
【出願日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【出願人】(000000044)旭硝子株式会社 (2,665)
【Fターム(参考)】