軟質ポリウレタン発泡体の製造方法
【課題】 発泡及び硬化時における発熱温度を効果的に低下させることができ、スコーチを抑制することができる軟質ポリウレタン発泡体の製造方法を提供する。
【解決手段】 軟質ポリウレタン発泡体は、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ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の第１吸水性材料と第２吸水性材料とを吸水した状態で配合し、前記ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させることにより製造される。この製造過程で、第１吸水性材料又は第２吸水性材料中に吸収されている水の蒸発によって発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制するように構成されている。第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比は、質量基準で１：２〜１：２０が好ましい。
【解決手段】 軟質ポリウレタン発泡体は、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ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の第１吸水性材料と第２吸水性材料とを吸水した状態で配合し、前記ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させることにより製造される。この製造過程で、第１吸水性材料又は第２吸水性材料中に吸収されている水の蒸発によって発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制するように構成されている。第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比は、質量基準で１：２〜１：２０が好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば家具類、寝具類、自動車の座席等を形成するクッション材に用いられる軟質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】
従来、密度１５kg／m3以下の低密度軟質ポリウレタン発泡体を製造する際に、発泡剤を水のみとした場合、水の添加量が増すことから発泡及び硬化時における発熱温度が１７０℃以上に達する。このため、ポリウレタンの酸化劣化（スコーチ）に基づく自己発火の可能性があると共に、スコーチにより、得られる軟質ポリウレタン発泡体に着色が発生する。そのような事態を回避するために、従来の水の添加量のままで発泡助剤として塩化メチレンや液化炭酸ガスを添加することが知られている。
【０００３】
しかし、塩化メチレンは環境等に悪影響を与える物質の一つであって、使用が規制されている。一方、液化炭酸ガスによる発泡は、液化炭酸ガスを高圧で供給する専用の設備が必要であり、発泡を円滑に行うためには製造条件が限定されるうえに、製造コストも上昇する。そこで、吸熱を目的として、ポリエチレンパウダー等のポリオレフィンパウダーを添加する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。
【特許文献１】特表２００２−５３２５９６号公報（第２頁）
【特許文献２】特開平６−１９９９７３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、前記従来のポリオレフィンパウダーを添加する技術においては、発泡及び硬化時における発熱温度の低下に対して効果が認められるが、発熱量を効果的に低減させるためにはポリオレフィンパウダーを増量させることが必要である。その場合、増量されたポリオレフィンパウダーにより、得られる軟質ポリウレタン発泡体の密度が高くなり過ぎると共に、圧縮残留歪等の物性が低下してしまう。従って、ポリオレフィンパウダーの配合量を増量することが難しく、その結果前記発熱温度の低下を促すことができず、スコーチの抑制を十分に果たすことができないという問題があった。
【０００５】
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、発泡及び硬化時における発熱温度を効果的に低下させることができ、スコーチを抑制することができる軟質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】
【０００６】
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の製造方法は、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ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の吸水性材料を吸水した状態で配合し、前記ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させ、前記２種類の吸水性材料中に吸収されている水の蒸発によって前記発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２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１に係る発明において、前記吸水性材料は吸水量の多い第１吸水性材料と吸水量の少ない第２吸水性材料とより構成され、第１吸水性材料は水を吸収して膨潤し、加熱時には水を放出する有機質材料であり、第２吸水性材料は第１吸水性材料の表面に存在する水を吸収し、かつ加熱時には水を放出する多孔質の無機質材料であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３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２に係る発明において、前記第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比は、質量基準で１：２〜１：２０であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４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１から請求項３のいずれかに係る発明において、前記発泡剤として水を用い、その水の配合量は、ポリオール１００質量部に対して７〜１３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に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の吸水性材料が吸水した状態で配合されている。このため、ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させる際に、２種類の吸水性材料中に吸収されている水が蒸発し、その気化熱（蒸発熱）が奪われることにより、発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制することができる。従って、発泡、硬化時における発熱温度を効果的に低下させることができ、その結果温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差を抑えることができ、得られる軟質ポリウレタン発泡体の着色を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、前記吸水性材料は吸水量の多い第１吸水性材料と吸水量の少ない第２吸水性材料とより構成されている。第１吸水性材料は水を吸収して膨潤し、加熱時には水を放出する有機質材料であり、第２吸水性材料は第１吸水性材料の表面に存在する水を吸収し、かつ加熱時には水を放出する多孔質の無機質材料である。従って、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に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比が質量基準で１：２〜１：２０に設定されている。このため、第１吸水性材料の表面に存在する水が第２吸水性材料に吸水保持されることから、第１吸水性材料の表面に存在する水が発泡剤として作用することがなく、第１吸水性材料及び第２吸水性材料に含まれる水が吸熱に有効に利用され、発熱を効果的に抑制することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、発泡剤として水を用い、その水の配合量がポリオール１００質量部に対して７〜１３質量部に設定される。このため、高発泡にできて軟質ポリウレタン発泡体を低密度にすることができると共に、発熱温度の上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態における低密度の軟質ポリウレタン発泡体は以下のようにして製造される。すなわち、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ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の吸水性材料を吸水した状態で配合し、前記ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させて得られる。そして、２種類の吸水性材料中に吸収されている水の蒸発によって前記発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇が抑制されるようになっている。２種類の吸水性材料は、吸水量の多い第１吸水性材料と吸水量の少ない第２吸水性材料とより構成されている。発泡、硬化時の温度が例えば１７０℃以上に上昇すると、発泡体に酸化劣化すなわちスコーチが起きて軟質ポリウレタン発泡体に着色が発生する。この現象を、第１吸水性材料又は第２吸水性材料中に含まれる水の蒸発によって気化熱（蒸発熱）が奪われることを利用して抑制するのである。
【００１５】
まず、前記ポリウレタン原料について説明する。
ポリオールとしては、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。これらのうち、ポリイソシアネートとの反応性に優れているという点と、ポリエステルポリオールのように加水分解をしないという点から、ポリエーテルポリオールが好ましい。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、多価アルコールにプロピレンオキシドとエチレンオキシドとを付加重合させた重合体よりなるポリエーテルポリオール、それらの変性体等が用いられる。多価アルコールとしては、グリセリン、ジプロピレングリコール等が挙げられる。
【００１６】
ポリエーテルポリオールとして具体的には、グリセリンにプロピレンオキシドを付加重合させ、更にエチレンオキシドを付加重合させたトリオール、ジプロピレングリコールにプロピレンオキシドを付加重合させ、更にエチレンオキシドを付加重合させたジオール等が挙げられる。ポリエーテルポリオール中のポリエチレンオキシド単位は１０〜３０モル％程度である。ポリエチレンオキシド単位の含有量が多い場合には、その分水酸基が多く含まれ、ポリイソシアネートとの反応性が高くなる。このポリオールは、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。
【００１７】
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用いられる。
【００１８】
前記ポリオールと反応させるポリイソシアネート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）、これらの変性物等が用いられる。ポリイソシアネートのイソシアネートインデックスは１００以下又は１００を越えてもよいが、通常９０〜１３０程度の範囲である。ここで、イソシアネートインデックスは、ポリオールの水酸基及び発泡剤としての水に対するポリイソシアネートのイソシアネート基の比を百分率で表したものである。
【００１９】
発泡剤はポリウレタン樹脂を発泡させて軟質ポリウレタン発泡体とするためのもので、例えば水のほかペンタン、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。発泡剤が水の場合には、軟質ポリウレタン発泡体の密度を１５kg／m3以下にするため、その配合量をポリオール１００質量部に対して７〜１３質量部とすることが好ましい。水の配合量が７質量部未満では発泡量が少なく、軟質ポリウレタン発泡体の密度が１５kg／m3を越える傾向となり、１３質量部を越えると発泡及び反応時に温度が上昇しやすくなり、その温度を低下させることが難しくなる。水の配合量を上記のように設定することにより、得られる軟質ポリウレタン発泡体の密度を通常８〜１５kg／m3にすることができる。
【００２０】
触媒はポリオールとポリイソシアネートとのウレタン化反応及び炭酸ガスを放出する泡化反応等を促進するためのものであり、具体的にはトリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、Ｎ,Ｎ´,Ｎ´−トリメチルアミノエチルピペラジン等の３級アミン、オクチル酸スズ（スズオクトエート）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。ポリウレタン原料にはその他必要に応じて、整泡剤、架橋剤、充填剤、安定剤、着色剤、難燃剤、可塑剤等が配合される。整泡剤としては、シリコーン化合物、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等のアニオン系界面活性剤、ポリエーテルシロキサン、フェノール系化合物等が用いられる。
【００２１】
そして、ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させて軟質ポリウレタン発泡体を製造するが、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、ポリオールとポリイソシアネートとの付加重合反応（ウレタン化反応）、ポリイソシアネートと発泡剤としての水との泡化（発泡）反応及びこれらの反応生成物とポリイソシアネートとの架橋（硬化）反応である。
【００２２】
次に、前記第１吸水性材料は、水を吸収して膨潤し、吸収された水が分子間力で保持されると共に、加熱時には吸収された水が蒸発できる材料である。この第１吸水性材料は、水をある程度吸収するとその表面にも存在するが、その水は第１吸水性材料中から染み出した水、或は第１吸水性材料の外周部（表面）に吸水保持された水である。第１吸水性材料としては、（メタ）アクリル酸単位又は（メタ）アクリル酸塩単位を主構成単位とする水不溶性の（メタ）アクリル系吸水性樹脂、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、デンプン等の有機質材料が挙げられる。尚、（メタ）アクリルは、アクリルとメタクリルの双方を意味する略号である。また、（メタ）アクリル酸単位は（メタ）アクリル酸を重合した後の残基を意味し、（メタ）アクリル酸塩単位は（メタ）アクリル酸塩を重合した後の残基を意味する。上記の（メタ）アクリル系吸水性樹脂について説明すると、（メタ）アクリル酸塩を形成する塩としてはナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属塩、アミン塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
【００２３】
この（メタ）アクリル系吸水性樹脂は、例えばアクリル酸を水媒体中で架橋剤の存在下に重合し、得られたゲル状重合体をアルカリ金属の水酸化物で中和することにより製造される。架橋剤としては、エチレン性不飽和基を２個以上有する化合物、エチレン性不飽和基と反応性官能基とを有する化合物、反応性官能基を２個以上有する化合物等が用いられる。この架橋剤として具体的には、Ｎ,Ｎ−メチレンビス（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。（メタ）アクリル系吸水性樹脂の例としては、ポリアクリル酸ナトリウムの架橋物〔三洋化成工業（株）製、アクアパール〕が挙げられる。このポリアクリル酸ナトリウムの架橋物は、吸収される水の量に応じて膨潤する。
【００２４】
第１吸水性材料に吸収される水の量（吸水量）は、ポリウレタン原料の発泡、硬化時に第１吸水性材料中の水がその表面から放出されて発泡剤として機能することがないように、前記ポリオール１００質量部に対して１〜３０質量部であることが好ましい。この水の量が１質量部未満の場合にはポリウレタン原料の発泡、硬化時における発熱を抑制する効果が不十分であり、３０質量部を越える場合にはポリウレタン原料の発泡、硬化時に水が第１吸水性材料の表面に染み出して第２吸水性材料で吸収しきれないおそれがある。ポリウレタン原料に第１吸水性材料を配合する場合、第１吸水性材料の配合量は第１吸水性材料中に含まれる水の量を目安にして決定されるが、ポリオール１００質量部に対して通常５〜４０部である。
【００２５】
第２吸水性材料は、前記第１吸水性材料中に含まれていた水が表面に染み出したときの水、或は第１吸水性材料の外周部に保持された水を吸収すると共に、加熱時には吸収されていた水が蒸発する材料である。この第２吸水性材料は多孔質材料であって、その細孔に水が吸収され、前記第１吸水性材料に比べて吸収された水を放出しにくい構造になっている。第２吸水性材料としては、例えば石膏（半水石膏）、ゼオライト、珪藻土、活性炭等の多孔質の無機質材料が挙げられる。これらのうち、石膏及びゼオライトは吸水性が良く、吸収された水が放出されにくいことから好ましい。半水石膏は吸水すると二水石膏となる。第２吸水性材料の吸水量（吸着量）は、第１吸水性材料の吸水量より少なく、例えばゼオライトではその１００質量部に対して２０質量部である。
【００２６】
前記第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比は、質量基準で１：２〜１：２０であることが好ましい。この配合比が１：２未満の場合には、第１吸水性材料に対する第２吸水性材料の配合量が少なくなって第１吸水性材料から染み出した水が第２吸水性材料に吸収されなくなり、吸収されなくなった水が発泡剤として機能し、温度上昇を招くおそれがある。一方、配合比が１：２０を越える場合には、第２吸水性材料の配合量が多くなり、得られる軟質ポリウレタン発泡体の密度が大きくなったり、硬くなったりする傾向となる。第１吸水性材料と第２吸水性材料とを吸水した状態でポリウレタン原料に配合する場合には、水がポリイソシアネートと反応することを避けるためポリオールに配合することが好ましい。
【００２７】
ポリオールとポリイソシアネートとのウレタン化反応を行なう場合には、ポリオールとポリイソシアネートとを直接反応させるワンショット法或はポリオールとポリイソシアネートとを事前に反応させて末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを得、それにポリオールを反応させるプレポリマー法のいずれも採用される。
【００２８】
軟質ポリウレタン発泡体は、常温大気圧下に発泡、硬化させるスラブフォーム及び反応混合液をモールド内に注型、充填させて加熱硬化させるモールドフォームのいずれも適用される。尚、変色対策や軽密度品の生産を考え合せると、スラブフォームの方がより好ましい。
【００２９】
このようにして得られる軟質ポリウレタン発泡体は、密度８〜１５kg／ｍ3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が１０％以下、発泡及び反応時における温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差が５以下であり、かつ第１吸水性材料及び第２吸水性材料を含有するものである。ここで、色差は発泡、硬化時における温度の高い部位と温度の低い部位におけるイエローインデックスの差（ΔYI）である。
【００３０】
この軟質ポリウレタン発泡体は密度が８〜１５kg／ｍ3の範囲にある低密度のものであり、クッション性が良く、軽量なものである。軟質ポリウレタン発泡体をこのような低密度にするためには、発泡倍率を６０〜１２５倍という高発泡倍率にする必要がある。また、圧縮残留歪が小さく、クッション性が長期間に渡って持続される。更に、色差が小さいため、着色の点でも問題のないものである。また、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された硬さは７０〜９０Ｎ、引張強度は１００〜１３０ｋＰａ、伸びは１００〜１２０％であることが好ましい。圧縮残留歪が１０％を越える場合又は硬さが９０Ｎを越える場合には、軟質ポリウレタン発泡体が硬くなり過ぎてクッション性が低下したりするおそれがある。軟質ポリウレタン発泡体には第１吸水性材料及び第２吸水性材料が残留しているが、それらの第１吸水性材料及び第２吸水性材料は物性にほとんど影響を与えず、吸水性や吸着性を発揮できる場合がある。このような物性をもつ軟質ポリウレタン発泡体は、椅子、ソファー等の家具類、ベッド、マットレス、枕等の寝具類、自動車の座席等を形成するクッション材等として好適に用いられる。
【００３１】
さて、軟質ポリウレタン発泡体を製造する場合には、例えばポリエーテルポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤としての水及びアミン触媒を含有するポリウレタン原料に対し、第１吸水性材料と第２吸水性材料とを質量基準で１：２〜１：２０の割合にて配合する。この場合、第１吸水性材料及び第２吸水性材料には吸熱のための水が予め含まれている。第１吸水性材料としては、例えばポリアクリル酸ナトリウムの架橋物及び第２吸水性材料としては例えば半水石膏が用いられる。そして、ポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとを反応させると共に、ポリイソシアネートと水とを反応させて発泡させ、更に硬化させることにより軟質ポリウレタン発泡体が製造される。
【００３２】
この製造過程において、ポリウレタン原料に混合され、膨潤しているポリアクリル酸ナトリウムの架橋物中に含まれる水のうち、表面に染み出した水、或は第１吸水性材料の表面に保持された水が多孔質材料よりなる第２吸水性材料の細孔に吸収される。そして、ポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとの反応及び発泡剤としての水による泡化反応に基づく発熱によりポリアクリル酸ナトリウムの架橋物中の水及び半水石膏中の水が蒸発し、それらの水の蒸発によって気化熱が奪われ、発泡体の温度上昇が抑えられる。このため、ポリアクリル酸ナトリウムの架橋物中の水が発泡剤として機能することを避けることができる。それと共に、発泡、硬化時における発泡体の温度が、水を含むポリアクリル酸ナトリウムの架橋物及び半水石膏を配合しないときに１７０℃以上に達するのに比べて、発泡、硬化時における温度を１７０℃以下に抑えることができる。従って、１７０℃以上の高温に晒されることで発生する発泡体のスコーチを抑制することができる。
【００３３】
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 本実施形態における軟質ポリウレタン発泡体は、ポリウレタン原料に対し、水を含む第１吸水性材料と第１吸水性材料の表面に染み出した水を吸収する第２吸水性材料とを配合し、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させ、発泡、硬化させることによって製造される。この製造過程において、発泡、硬化時には発熱によって第１吸水性材料又は第２吸水性材料中に吸収されている水が蒸発し、その際に気化熱が奪われることから、泡化反応及び硬化反応に基づく発熱温度の上昇を抑制することができる。従って、発泡、硬化時における発熱温度を水の蒸発潜熱によって効果的に低下させ、発泡体のスコーチを抑制することができ、その結果温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差を抑えることができ、得られる軟質ポリウレタン発泡体の着色を抑制することができる。
【００３４】
・ また、軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比が質量基準で１：２〜１：２０に設定されている。すなわち、第２吸水性材料が第１吸水性材料に対して過剰に配合されている。このため、第１吸水性材料からその表面に染み出す水が第２吸水性材料に十分に吸収保持される。従って、第１吸水性材料からその表面に染み出した水が発泡剤として作用することがなく、第１吸水性材料及び第２吸水性材料に含まれる水が吸熱に有効に利用され、発熱を効果的に抑制することができる。
【００３５】
・ 更に、軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、発泡剤として水を用い、その水の配合量がポリオール１００質量部に対して７〜１３質量部に設定される。このため、高発泡にでき、軟質ポリウレタン発泡体を低密度にすることができると共に、発熱温度の上昇を例えば１７０℃以下に抑制することができる。
【００３６】
・ また、第１吸水性材料として（メタ）アクリル酸単位又は（メタ）アクリル酸塩単位を主構成単位とする水不溶性の（メタ）アクリル系吸水性樹脂は、吸水能力が高く、かつ加熱時における水の蒸発性が良好である。このため、発熱時に第１吸水性材料中の水が蒸発して気化熱が奪われることにより発泡体の温度上昇が抑えられる。よって、発泡、硬化時の発熱温度をより効果的に低下させ、発泡体のスコーチを抑制し、軟質ポリウレタン発泡体の着色を十分に抑えることができる。また、（メタ）アクリル系吸水性樹脂は吸水能力が高いため、配合量を少なくすることができ、それによる軟質ポリウレタン発泡体の物性に与える影響を少なくすることができる。
【００３７】
・ 第２吸水性材料は多孔質の無機質材料で構成され、前記第１吸水性材料から染み出した水を多数の細孔に十分吸収することができる。従って、第１吸水性材料から放出された水が発泡剤として作用することを回避できる。しかも、第２吸水性材料は加熱時に水を放出することができるため、発熱時にその水が蒸発して気化熱を奪うことにより発泡体の温度上昇を抑えることができる。
【００３８】
・ 上記のようにして得られた軟質ポリウレタン発泡体は、密度８〜１５kg／m3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が１０％以下、色差が５以下であり、かつ第１吸水性材料及び第２吸水性材料を含有するものである。従って、低密度で、圧縮残留歪が小さく、軟質ポリウレタン発泡体として良好な物性を発揮することができる。また、発泡、硬化時における温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差が少ないため、製品が前記温度の高い内部と温度の低い表面部との双方に渡る場合でも、着色による不具合を防止することができる。加えて、軟質ポリウレタン発泡体に存在する第１吸水性材料及び第２吸水性材料は、軟質ポリウレタン発泡体の物性にはほとんど影響を与えず、第１吸水性材料中の水が蒸発してできた細孔及び第２吸水性材料の細孔により、吸水性や吸着性を発揮できる場合がある。
【実施例】
【００３９】
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が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜５及び比較例１〜５）
まず、各実施例及び比較例で用いた第１吸水性材料及び第２吸水性材料について以下に示す。
（第１吸水性材料）
ポリアクリル酸ナトリウムの架橋物（ＳＡＰ）： 三洋化成工業（株）製、アクアパールＡ３、吸水量（ＪＩＳ Ｋ７２２３−１９９６に準拠して測定した値）はＳＡＰの粉体に対して２５０質量％未満である。
【００４０】
ポリエチレンパウダー： 三井化学（株）製、比重０．９３、平均粒子径４０μｍの低密度ポリエチレンパウダー。
（第２吸水性材料）
ゼオライト： （株）アクシーズケミカル製、比重２．９７、平均粒子径２００μｍのゼオライト。水の吸水量（吸着量）は、２５℃、１０％ＲＨでゼオライトに対して２０質量％である。
【００４１】
尚、水の蒸発熱は２２５９Ｊ／ｇ、ポリエチレンパウダーの融解潜熱は１９８Ｊ／ｇであり、水の吸熱効果はポリエチレンパウダーより格段に優れていることがわかる。
そして、表１及び表２に示すポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、整泡剤及び触媒よりなるポリウレタン原料を調製するに際し、ポリオールに前記第１吸水性材料及び第２吸水性材料を混合し、それをその他のポリウレタン原料に混合、撹拌して混合物を調製した。実施例１〜５においては、第１吸水性材料に水を含ませた後、それに第２吸水性材料を加えて使用した。一方、比較例１及び比較例５では第１吸水性材料及び第２吸水性材料のいずれも加えない例、比較例２では第１吸水性材料としてポリエチレンパウダーのみを加えた例、比較例３では第１吸水性材料に水を含ませ、第２吸水性材料を使用しなかった例及び比較例４では第２吸水性材料に水を含ませ、第１吸水性材料を使用しなかった例を示した。
【００４２】
これらの混合物を縦、横及び深さが各５００ｍｍの発泡容器内に注入し、常温、大気圧下で発泡させた後、加熱炉内に静置して加熱反応（硬化）させることにより軟質スラブ発泡体を得た。得られた軟質スラブ発泡体を切り出すことによってシート状のポリウレタン発泡体を製造した。このポリウレタン発泡体について、密度、硬さ、引張強度、伸び、圧縮残留歪、最高発熱温度及び色差を以下の測定方法に従って測定した。それらの結果を表１及び表２に示した。表１及び表２における略号の意味を次に示す。
（測定方法）
密度（kg／m3）、硬さ（Ｎ）、引張強度（ｋＰａ）、伸び（％）及び圧縮残留歪（％）： ＪＩＳ Ｋ６４００に準じて行った。
【００４３】
最高発熱温度（℃）： 発泡用容器の中央部に熱電対を差込み、発泡及び反応時において上昇した最も高い温度を示した。
色差： 発泡、硬化時における温度の高い発泡体の部位（中央部）と温度の低い部位（側面部）について、色差計〔スガ試験機（株）製、ＳＭカラーコンピューター ＳＭ−４〕により黄変度（白色度）を測定し、それらの色差（ΔYI）で示した。
（表１及び表２における略号）
ポリオールＧＰ３０００： ポリエーテルポリオール、三洋化成工業（株）製、水酸基価５６（mgＫＯＨ／ｇ）
アミン触媒ＬＶ３３： 中京油脂（株）製のアミン系触媒
シリコーン整泡剤 Ｂ８１１０： ゴールドシュミット社製
オクチル酸第１スズ ＭＲＨ１１０： 城北化学工業（株）製
ポリイソシアネート Ｔ−８０： 日本ポリウレタン工業（株）製、トルエンジイソシアネート
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
表１に示したように、実施例１〜５においては、発泡、硬化時における最高発熱温度を１４２℃以下に抑えることができ、色差を１．２以下に抑制することができた。従って、得られた軟質ポリウレタン発泡体は、密度が１０．１〜１４．１kg／m3という極めて低密度、硬さが７３〜９０Ｎ、引張強度が１０３〜１２３ｋＰａ、伸びが１０３〜１１７％及び圧縮残留歪が７．８〜９．１％であった。一般に、マットレス等の家具類に用いられる軟質ポリウレタン発泡体では色差の目安が５以下とされ、また自動車用のシール材や家具の詰め物等に用いられる軟質ポリウレタン発泡体では圧縮残留歪が１０％以下とされ、そのような基準を十分に満たすことができた。このように、発熱温度を低く抑えることができ、色差を十分に抑制することができ、かつ低発泡の軟質ポリウレタン発泡体を得ることができた理由は、発泡、硬化時における発熱により第１吸水性材料又は第２吸水性材料中の水が蒸発し、その蒸発に伴い気化熱が奪われて発熱温度が低下することに基づくものと推測される。
【００４６】
これに対し、表２に示したように、第１吸水性材料及び第２吸水性材料のいずれも含まない場合（比較例１）には、最高発熱温度が１５７℃という高めの温度になり、圧縮残留歪が２５．４％という高い値を示した。第１吸水性材料としてポリエチレンパウダーのみを加えた場合（比較例２）には、最高発熱温度が１７８℃に達し、色差が８．３まで増大した。前記のように、色差の目安が５以下とされており、そのような基準を満たすことができなかった。更に、第１吸水性材料に水を含ませ、第２吸水性材料を使用しなかった場合（比較例３）には、最高発熱温度が１６１℃に達し、色差が５．８まで増大した。これは、第１吸水性材料中の水が表面に染み出し、その水が発泡剤として機能し、発泡が進行したためと考えられる。第２吸水性材料に水を含ませ、第１吸水性材料を使用しなかった場合（比較例４）には、圧縮残留歪が１３．１％で歪が大きく、引張強度が８３ｋＰａで低いものになった。更に、発泡剤としての水を増量し、イソシアネートインデックスを低くし、かつ第１吸水性材料及び第２吸水性材料のいずれも含まない場合（比較例５）には、圧縮残留歪が４５．３％で歪が非常に大きく、硬さが４１Ｎで低く、引張強度が５３ｋＰａで非常に低いものになった。
【００４７】
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。
・ 第１吸水性材料に含ませる水を第１吸水性材料の吸水能力以上とすることも可能である。この場合、第２吸水性材料の配合量を、第１吸水性材料の吸水能力を越える水を吸収するに足る量に設定する必要がある。
【００４８】
・ 第１吸水性材料として、エチレン−ビニルアルコール共重合体、Ｎ−ビニルアミド重合体、ビニルアミン重合体、アルギン酸等を用いることも可能である。
・ 軟質ポリウレタン発泡体は、自動車のドアの内張り材、天井材等の自動車内装材、その他キルティング材等として使用することができる。
【００４９】
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。
・ 前記第１吸水性材料は、（メタ）アクリル酸単位又は（メタ）アクリル酸塩単位を主構成単位とする水不溶性の（メタ）アクリル系吸水性樹脂であることを特徴とする請求項２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の製造方法。この製造方法によれば、第１吸水性材料の吸水能力を高め、発熱による水の蒸発量を増やすことができる。
【００５０】
・ 前記第２吸水性材料は、石膏又はゼオライトであることを特徴とする請求項２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の製造方法。この製造方法によれば、第２吸水性材料の吸水性が良く、吸収された水を放出しにくくすることができる。
【００５１】
・ 前記発熱温度を１７０℃以下に設定す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の製造方法。この製造方法によれば、スコーチを抑制することができ、得られる軟質ポリウレタン発泡体の色差、圧縮残留歪等の物性を良好なものにすることができる。
【００５２】
・ 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ポリウレタン原料を発泡及び硬化させて得られる軟質ポリウレタン発泡体であって、密度８〜１５kg／m3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が１０％以下、発泡及び硬化時における温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差が５以下であり、かつ吸水量の異なる２種類の吸水性材料を含有することを特徴とする軟質ポリウレタン発泡体。このように構成した場合には、クッション材等に用いられる軟質ポリウレタン発泡体として適切な物性を発揮することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば家具類、寝具類、自動車の座席等を形成するクッション材に用いられる軟質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】
従来、密度１５kg／m3以下の低密度軟質ポリウレタン発泡体を製造する際に、発泡剤を水のみとした場合、水の添加量が増すことから発泡及び硬化時における発熱温度が１７０℃以上に達する。このため、ポリウレタンの酸化劣化（スコーチ）に基づく自己発火の可能性があると共に、スコーチにより、得られる軟質ポリウレタン発泡体に着色が発生する。そのような事態を回避するために、従来の水の添加量のままで発泡助剤として塩化メチレンや液化炭酸ガスを添加することが知られている。
【０００３】
しかし、塩化メチレンは環境等に悪影響を与える物質の一つであって、使用が規制されている。一方、液化炭酸ガスによる発泡は、液化炭酸ガスを高圧で供給する専用の設備が必要であり、発泡を円滑に行うためには製造条件が限定されるうえに、製造コストも上昇する。そこで、吸熱を目的として、ポリエチレンパウダー等のポリオレフィンパウダーを添加する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。
【特許文献１】特表２００２−５３２５９６号公報（第２頁）
【特許文献２】特開平６−１９９９７３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、前記従来のポリオレフィンパウダーを添加する技術においては、発泡及び硬化時における発熱温度の低下に対して効果が認められるが、発熱量を効果的に低減させるためにはポリオレフィンパウダーを増量させることが必要である。その場合、増量されたポリオレフィンパウダーにより、得られる軟質ポリウレタン発泡体の密度が高くなり過ぎると共に、圧縮残留歪等の物性が低下してしまう。従って、ポリオレフィンパウダーの配合量を増量することが難しく、その結果前記発熱温度の低下を促すことができず、スコーチの抑制を十分に果たすことができないという問題があった。
【０００５】
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、発泡及び硬化時における発熱温度を効果的に低下させることができ、スコーチを抑制することができる軟質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】
【０００６】
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の製造方法は、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ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の吸水性材料を吸水した状態で配合し、前記ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させ、前記２種類の吸水性材料中に吸収されている水の蒸発によって前記発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２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１に係る発明において、前記吸水性材料は吸水量の多い第１吸水性材料と吸水量の少ない第２吸水性材料とより構成され、第１吸水性材料は水を吸収して膨潤し、加熱時には水を放出する有機質材料であり、第２吸水性材料は第１吸水性材料の表面に存在する水を吸収し、かつ加熱時には水を放出する多孔質の無機質材料であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３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２に係る発明において、前記第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比は、質量基準で１：２〜１：２０であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４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１から請求項３のいずれかに係る発明において、前記発泡剤として水を用い、その水の配合量は、ポリオール１００質量部に対して７〜１３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に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の吸水性材料が吸水した状態で配合されている。このため、ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させる際に、２種類の吸水性材料中に吸収されている水が蒸発し、その気化熱（蒸発熱）が奪われることにより、発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制することができる。従って、発泡、硬化時における発熱温度を効果的に低下させることができ、その結果温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差を抑えることができ、得られる軟質ポリウレタン発泡体の着色を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、前記吸水性材料は吸水量の多い第１吸水性材料と吸水量の少ない第２吸水性材料とより構成されている。第１吸水性材料は水を吸収して膨潤し、加熱時には水を放出する有機質材料であり、第２吸水性材料は第１吸水性材料の表面に存在する水を吸収し、かつ加熱時には水を放出する多孔質の無機質材料である。従って、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に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比が質量基準で１：２〜１：２０に設定されている。このため、第１吸水性材料の表面に存在する水が第２吸水性材料に吸水保持されることから、第１吸水性材料の表面に存在する水が発泡剤として作用することがなく、第１吸水性材料及び第２吸水性材料に含まれる水が吸熱に有効に利用され、発熱を効果的に抑制することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、発泡剤として水を用い、その水の配合量がポリオール１００質量部に対して７〜１３質量部に設定される。このため、高発泡にできて軟質ポリウレタン発泡体を低密度にすることができると共に、発熱温度の上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態における低密度の軟質ポリウレタン発泡体は以下のようにして製造される。すなわち、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ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の吸水性材料を吸水した状態で配合し、前記ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させて得られる。そして、２種類の吸水性材料中に吸収されている水の蒸発によって前記発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇が抑制されるようになっている。２種類の吸水性材料は、吸水量の多い第１吸水性材料と吸水量の少ない第２吸水性材料とより構成されている。発泡、硬化時の温度が例えば１７０℃以上に上昇すると、発泡体に酸化劣化すなわちスコーチが起きて軟質ポリウレタン発泡体に着色が発生する。この現象を、第１吸水性材料又は第２吸水性材料中に含まれる水の蒸発によって気化熱（蒸発熱）が奪われることを利用して抑制するのである。
【００１５】
まず、前記ポリウレタン原料について説明する。
ポリオールとしては、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。これらのうち、ポリイソシアネートとの反応性に優れているという点と、ポリエステルポリオールのように加水分解をしないという点から、ポリエーテルポリオールが好ましい。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、多価アルコールにプロピレンオキシドとエチレンオキシドとを付加重合させた重合体よりなるポリエーテルポリオール、それらの変性体等が用いられる。多価アルコールとしては、グリセリン、ジプロピレングリコール等が挙げられる。
【００１６】
ポリエーテルポリオールとして具体的には、グリセリンにプロピレンオキシドを付加重合させ、更にエチレンオキシドを付加重合させたトリオール、ジプロピレングリコールにプロピレンオキシドを付加重合させ、更にエチレンオキシドを付加重合させたジオール等が挙げられる。ポリエーテルポリオール中のポリエチレンオキシド単位は１０〜３０モル％程度である。ポリエチレンオキシド単位の含有量が多い場合には、その分水酸基が多く含まれ、ポリイソシアネートとの反応性が高くなる。このポリオールは、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。
【００１７】
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用いられる。
【００１８】
前記ポリオールと反応させるポリイソシアネート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）、これらの変性物等が用いられる。ポリイソシアネートのイソシアネートインデックスは１００以下又は１００を越えてもよいが、通常９０〜１３０程度の範囲である。ここで、イソシアネートインデックスは、ポリオールの水酸基及び発泡剤としての水に対するポリイソシアネートのイソシアネート基の比を百分率で表したものである。
【００１９】
発泡剤はポリウレタン樹脂を発泡させて軟質ポリウレタン発泡体とするためのもので、例えば水のほかペンタン、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。発泡剤が水の場合には、軟質ポリウレタン発泡体の密度を１５kg／m3以下にするため、その配合量をポリオール１００質量部に対して７〜１３質量部とすることが好ましい。水の配合量が７質量部未満では発泡量が少なく、軟質ポリウレタン発泡体の密度が１５kg／m3を越える傾向となり、１３質量部を越えると発泡及び反応時に温度が上昇しやすくなり、その温度を低下させることが難しくなる。水の配合量を上記のように設定することにより、得られる軟質ポリウレタン発泡体の密度を通常８〜１５kg／m3にすることができる。
【００２０】
触媒はポリオールとポリイソシアネートとのウレタン化反応及び炭酸ガスを放出する泡化反応等を促進するためのものであり、具体的にはトリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、Ｎ,Ｎ´,Ｎ´−トリメチルアミノエチルピペラジン等の３級アミン、オクチル酸スズ（スズオクトエート）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。ポリウレタン原料にはその他必要に応じて、整泡剤、架橋剤、充填剤、安定剤、着色剤、難燃剤、可塑剤等が配合される。整泡剤としては、シリコーン化合物、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等のアニオン系界面活性剤、ポリエーテルシロキサン、フェノール系化合物等が用いられる。
【００２１】
そして、ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させて軟質ポリウレタン発泡体を製造するが、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、ポリオールとポリイソシアネートとの付加重合反応（ウレタン化反応）、ポリイソシアネートと発泡剤としての水との泡化（発泡）反応及びこれらの反応生成物とポリイソシアネートとの架橋（硬化）反応である。
【００２２】
次に、前記第１吸水性材料は、水を吸収して膨潤し、吸収された水が分子間力で保持されると共に、加熱時には吸収された水が蒸発できる材料である。この第１吸水性材料は、水をある程度吸収するとその表面にも存在するが、その水は第１吸水性材料中から染み出した水、或は第１吸水性材料の外周部（表面）に吸水保持された水である。第１吸水性材料としては、（メタ）アクリル酸単位又は（メタ）アクリル酸塩単位を主構成単位とする水不溶性の（メタ）アクリル系吸水性樹脂、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、デンプン等の有機質材料が挙げられる。尚、（メタ）アクリルは、アクリルとメタクリルの双方を意味する略号である。また、（メタ）アクリル酸単位は（メタ）アクリル酸を重合した後の残基を意味し、（メタ）アクリル酸塩単位は（メタ）アクリル酸塩を重合した後の残基を意味する。上記の（メタ）アクリル系吸水性樹脂について説明すると、（メタ）アクリル酸塩を形成する塩としてはナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属塩、アミン塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
【００２３】
この（メタ）アクリル系吸水性樹脂は、例えばアクリル酸を水媒体中で架橋剤の存在下に重合し、得られたゲル状重合体をアルカリ金属の水酸化物で中和することにより製造される。架橋剤としては、エチレン性不飽和基を２個以上有する化合物、エチレン性不飽和基と反応性官能基とを有する化合物、反応性官能基を２個以上有する化合物等が用いられる。この架橋剤として具体的には、Ｎ,Ｎ−メチレンビス（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。（メタ）アクリル系吸水性樹脂の例としては、ポリアクリル酸ナトリウムの架橋物〔三洋化成工業（株）製、アクアパール〕が挙げられる。このポリアクリル酸ナトリウムの架橋物は、吸収される水の量に応じて膨潤する。
【００２４】
第１吸水性材料に吸収される水の量（吸水量）は、ポリウレタン原料の発泡、硬化時に第１吸水性材料中の水がその表面から放出されて発泡剤として機能することがないように、前記ポリオール１００質量部に対して１〜３０質量部であることが好ましい。この水の量が１質量部未満の場合にはポリウレタン原料の発泡、硬化時における発熱を抑制する効果が不十分であり、３０質量部を越える場合にはポリウレタン原料の発泡、硬化時に水が第１吸水性材料の表面に染み出して第２吸水性材料で吸収しきれないおそれがある。ポリウレタン原料に第１吸水性材料を配合する場合、第１吸水性材料の配合量は第１吸水性材料中に含まれる水の量を目安にして決定されるが、ポリオール１００質量部に対して通常５〜４０部である。
【００２５】
第２吸水性材料は、前記第１吸水性材料中に含まれていた水が表面に染み出したときの水、或は第１吸水性材料の外周部に保持された水を吸収すると共に、加熱時には吸収されていた水が蒸発する材料である。この第２吸水性材料は多孔質材料であって、その細孔に水が吸収され、前記第１吸水性材料に比べて吸収された水を放出しにくい構造になっている。第２吸水性材料としては、例えば石膏（半水石膏）、ゼオライト、珪藻土、活性炭等の多孔質の無機質材料が挙げられる。これらのうち、石膏及びゼオライトは吸水性が良く、吸収された水が放出されにくいことから好ましい。半水石膏は吸水すると二水石膏となる。第２吸水性材料の吸水量（吸着量）は、第１吸水性材料の吸水量より少なく、例えばゼオライトではその１００質量部に対して２０質量部である。
【００２６】
前記第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比は、質量基準で１：２〜１：２０であることが好ましい。この配合比が１：２未満の場合には、第１吸水性材料に対する第２吸水性材料の配合量が少なくなって第１吸水性材料から染み出した水が第２吸水性材料に吸収されなくなり、吸収されなくなった水が発泡剤として機能し、温度上昇を招くおそれがある。一方、配合比が１：２０を越える場合には、第２吸水性材料の配合量が多くなり、得られる軟質ポリウレタン発泡体の密度が大きくなったり、硬くなったりする傾向となる。第１吸水性材料と第２吸水性材料とを吸水した状態でポリウレタン原料に配合する場合には、水がポリイソシアネートと反応することを避けるためポリオールに配合することが好ましい。
【００２７】
ポリオールとポリイソシアネートとのウレタン化反応を行なう場合には、ポリオールとポリイソシアネートとを直接反応させるワンショット法或はポリオールとポリイソシアネートとを事前に反応させて末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを得、それにポリオールを反応させるプレポリマー法のいずれも採用される。
【００２８】
軟質ポリウレタン発泡体は、常温大気圧下に発泡、硬化させるスラブフォーム及び反応混合液をモールド内に注型、充填させて加熱硬化させるモールドフォームのいずれも適用される。尚、変色対策や軽密度品の生産を考え合せると、スラブフォームの方がより好ましい。
【００２９】
このようにして得られる軟質ポリウレタン発泡体は、密度８〜１５kg／ｍ3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が１０％以下、発泡及び反応時における温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差が５以下であり、かつ第１吸水性材料及び第２吸水性材料を含有するものである。ここで、色差は発泡、硬化時における温度の高い部位と温度の低い部位におけるイエローインデックスの差（ΔYI）である。
【００３０】
この軟質ポリウレタン発泡体は密度が８〜１５kg／ｍ3の範囲にある低密度のものであり、クッション性が良く、軽量なものである。軟質ポリウレタン発泡体をこのような低密度にするためには、発泡倍率を６０〜１２５倍という高発泡倍率にする必要がある。また、圧縮残留歪が小さく、クッション性が長期間に渡って持続される。更に、色差が小さいため、着色の点でも問題のないものである。また、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された硬さは７０〜９０Ｎ、引張強度は１００〜１３０ｋＰａ、伸びは１００〜１２０％であることが好ましい。圧縮残留歪が１０％を越える場合又は硬さが９０Ｎを越える場合には、軟質ポリウレタン発泡体が硬くなり過ぎてクッション性が低下したりするおそれがある。軟質ポリウレタン発泡体には第１吸水性材料及び第２吸水性材料が残留しているが、それらの第１吸水性材料及び第２吸水性材料は物性にほとんど影響を与えず、吸水性や吸着性を発揮できる場合がある。このような物性をもつ軟質ポリウレタン発泡体は、椅子、ソファー等の家具類、ベッド、マットレス、枕等の寝具類、自動車の座席等を形成するクッション材等として好適に用いられる。
【００３１】
さて、軟質ポリウレタン発泡体を製造する場合には、例えばポリエーテルポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤としての水及びアミン触媒を含有するポリウレタン原料に対し、第１吸水性材料と第２吸水性材料とを質量基準で１：２〜１：２０の割合にて配合する。この場合、第１吸水性材料及び第２吸水性材料には吸熱のための水が予め含まれている。第１吸水性材料としては、例えばポリアクリル酸ナトリウムの架橋物及び第２吸水性材料としては例えば半水石膏が用いられる。そして、ポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとを反応させると共に、ポリイソシアネートと水とを反応させて発泡させ、更に硬化させることにより軟質ポリウレタン発泡体が製造される。
【００３２】
この製造過程において、ポリウレタン原料に混合され、膨潤しているポリアクリル酸ナトリウムの架橋物中に含まれる水のうち、表面に染み出した水、或は第１吸水性材料の表面に保持された水が多孔質材料よりなる第２吸水性材料の細孔に吸収される。そして、ポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとの反応及び発泡剤としての水による泡化反応に基づく発熱によりポリアクリル酸ナトリウムの架橋物中の水及び半水石膏中の水が蒸発し、それらの水の蒸発によって気化熱が奪われ、発泡体の温度上昇が抑えられる。このため、ポリアクリル酸ナトリウムの架橋物中の水が発泡剤として機能することを避けることができる。それと共に、発泡、硬化時における発泡体の温度が、水を含むポリアクリル酸ナトリウムの架橋物及び半水石膏を配合しないときに１７０℃以上に達するのに比べて、発泡、硬化時における温度を１７０℃以下に抑えることができる。従って、１７０℃以上の高温に晒されることで発生する発泡体のスコーチを抑制することができる。
【００３３】
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 本実施形態における軟質ポリウレタン発泡体は、ポリウレタン原料に対し、水を含む第１吸水性材料と第１吸水性材料の表面に染み出した水を吸収する第２吸水性材料とを配合し、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させ、発泡、硬化させることによって製造される。この製造過程において、発泡、硬化時には発熱によって第１吸水性材料又は第２吸水性材料中に吸収されている水が蒸発し、その際に気化熱が奪われることから、泡化反応及び硬化反応に基づく発熱温度の上昇を抑制することができる。従って、発泡、硬化時における発熱温度を水の蒸発潜熱によって効果的に低下させ、発泡体のスコーチを抑制することができ、その結果温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差を抑えることができ、得られる軟質ポリウレタン発泡体の着色を抑制することができる。
【００３４】
・ また、軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比が質量基準で１：２〜１：２０に設定されている。すなわち、第２吸水性材料が第１吸水性材料に対して過剰に配合されている。このため、第１吸水性材料からその表面に染み出す水が第２吸水性材料に十分に吸収保持される。従って、第１吸水性材料からその表面に染み出した水が発泡剤として作用することがなく、第１吸水性材料及び第２吸水性材料に含まれる水が吸熱に有効に利用され、発熱を効果的に抑制することができる。
【００３５】
・ 更に、軟質ポリウレタン発泡体の製造方法においては、発泡剤として水を用い、その水の配合量がポリオール１００質量部に対して７〜１３質量部に設定される。このため、高発泡にでき、軟質ポリウレタン発泡体を低密度にすることができると共に、発熱温度の上昇を例えば１７０℃以下に抑制することができる。
【００３６】
・ また、第１吸水性材料として（メタ）アクリル酸単位又は（メタ）アクリル酸塩単位を主構成単位とする水不溶性の（メタ）アクリル系吸水性樹脂は、吸水能力が高く、かつ加熱時における水の蒸発性が良好である。このため、発熱時に第１吸水性材料中の水が蒸発して気化熱が奪われることにより発泡体の温度上昇が抑えられる。よって、発泡、硬化時の発熱温度をより効果的に低下させ、発泡体のスコーチを抑制し、軟質ポリウレタン発泡体の着色を十分に抑えることができる。また、（メタ）アクリル系吸水性樹脂は吸水能力が高いため、配合量を少なくすることができ、それによる軟質ポリウレタン発泡体の物性に与える影響を少なくすることができる。
【００３７】
・ 第２吸水性材料は多孔質の無機質材料で構成され、前記第１吸水性材料から染み出した水を多数の細孔に十分吸収することができる。従って、第１吸水性材料から放出された水が発泡剤として作用することを回避できる。しかも、第２吸水性材料は加熱時に水を放出することができるため、発熱時にその水が蒸発して気化熱を奪うことにより発泡体の温度上昇を抑えることができる。
【００３８】
・ 上記のようにして得られた軟質ポリウレタン発泡体は、密度８〜１５kg／m3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が１０％以下、色差が５以下であり、かつ第１吸水性材料及び第２吸水性材料を含有するものである。従って、低密度で、圧縮残留歪が小さく、軟質ポリウレタン発泡体として良好な物性を発揮することができる。また、発泡、硬化時における温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差が少ないため、製品が前記温度の高い内部と温度の低い表面部との双方に渡る場合でも、着色による不具合を防止することができる。加えて、軟質ポリウレタン発泡体に存在する第１吸水性材料及び第２吸水性材料は、軟質ポリウレタン発泡体の物性にはほとんど影響を与えず、第１吸水性材料中の水が蒸発してできた細孔及び第２吸水性材料の細孔により、吸水性や吸着性を発揮できる場合がある。
【実施例】
【００３９】
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が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜５及び比較例１〜５）
まず、各実施例及び比較例で用いた第１吸水性材料及び第２吸水性材料について以下に示す。
（第１吸水性材料）
ポリアクリル酸ナトリウムの架橋物（ＳＡＰ）： 三洋化成工業（株）製、アクアパールＡ３、吸水量（ＪＩＳ Ｋ７２２３−１９９６に準拠して測定した値）はＳＡＰの粉体に対して２５０質量％未満である。
【００４０】
ポリエチレンパウダー： 三井化学（株）製、比重０．９３、平均粒子径４０μｍの低密度ポリエチレンパウダー。
（第２吸水性材料）
ゼオライト： （株）アクシーズケミカル製、比重２．９７、平均粒子径２００μｍのゼオライト。水の吸水量（吸着量）は、２５℃、１０％ＲＨでゼオライトに対して２０質量％である。
【００４１】
尚、水の蒸発熱は２２５９Ｊ／ｇ、ポリエチレンパウダーの融解潜熱は１９８Ｊ／ｇであり、水の吸熱効果はポリエチレンパウダーより格段に優れていることがわかる。
そして、表１及び表２に示すポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、整泡剤及び触媒よりなるポリウレタン原料を調製するに際し、ポリオールに前記第１吸水性材料及び第２吸水性材料を混合し、それをその他のポリウレタン原料に混合、撹拌して混合物を調製した。実施例１〜５においては、第１吸水性材料に水を含ませた後、それに第２吸水性材料を加えて使用した。一方、比較例１及び比較例５では第１吸水性材料及び第２吸水性材料のいずれも加えない例、比較例２では第１吸水性材料としてポリエチレンパウダーのみを加えた例、比較例３では第１吸水性材料に水を含ませ、第２吸水性材料を使用しなかった例及び比較例４では第２吸水性材料に水を含ませ、第１吸水性材料を使用しなかった例を示した。
【００４２】
これらの混合物を縦、横及び深さが各５００ｍｍの発泡容器内に注入し、常温、大気圧下で発泡させた後、加熱炉内に静置して加熱反応（硬化）させることにより軟質スラブ発泡体を得た。得られた軟質スラブ発泡体を切り出すことによってシート状のポリウレタン発泡体を製造した。このポリウレタン発泡体について、密度、硬さ、引張強度、伸び、圧縮残留歪、最高発熱温度及び色差を以下の測定方法に従って測定した。それらの結果を表１及び表２に示した。表１及び表２における略号の意味を次に示す。
（測定方法）
密度（kg／m3）、硬さ（Ｎ）、引張強度（ｋＰａ）、伸び（％）及び圧縮残留歪（％）： ＪＩＳ Ｋ６４００に準じて行った。
【００４３】
最高発熱温度（℃）： 発泡用容器の中央部に熱電対を差込み、発泡及び反応時において上昇した最も高い温度を示した。
色差： 発泡、硬化時における温度の高い発泡体の部位（中央部）と温度の低い部位（側面部）について、色差計〔スガ試験機（株）製、ＳＭカラーコンピューター ＳＭ−４〕により黄変度（白色度）を測定し、それらの色差（ΔYI）で示した。
（表１及び表２における略号）
ポリオールＧＰ３０００： ポリエーテルポリオール、三洋化成工業（株）製、水酸基価５６（mgＫＯＨ／ｇ）
アミン触媒ＬＶ３３： 中京油脂（株）製のアミン系触媒
シリコーン整泡剤 Ｂ８１１０： ゴールドシュミット社製
オクチル酸第１スズ ＭＲＨ１１０： 城北化学工業（株）製
ポリイソシアネート Ｔ−８０： 日本ポリウレタン工業（株）製、トルエンジイソシアネート
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
表１に示したように、実施例１〜５においては、発泡、硬化時における最高発熱温度を１４２℃以下に抑えることができ、色差を１．２以下に抑制することができた。従って、得られた軟質ポリウレタン発泡体は、密度が１０．１〜１４．１kg／m3という極めて低密度、硬さが７３〜９０Ｎ、引張強度が１０３〜１２３ｋＰａ、伸びが１０３〜１１７％及び圧縮残留歪が７．８〜９．１％であった。一般に、マットレス等の家具類に用いられる軟質ポリウレタン発泡体では色差の目安が５以下とされ、また自動車用のシール材や家具の詰め物等に用いられる軟質ポリウレタン発泡体では圧縮残留歪が１０％以下とされ、そのような基準を十分に満たすことができた。このように、発熱温度を低く抑えることができ、色差を十分に抑制することができ、かつ低発泡の軟質ポリウレタン発泡体を得ることができた理由は、発泡、硬化時における発熱により第１吸水性材料又は第２吸水性材料中の水が蒸発し、その蒸発に伴い気化熱が奪われて発熱温度が低下することに基づくものと推測される。
【００４６】
これに対し、表２に示したように、第１吸水性材料及び第２吸水性材料のいずれも含まない場合（比較例１）には、最高発熱温度が１５７℃という高めの温度になり、圧縮残留歪が２５．４％という高い値を示した。第１吸水性材料としてポリエチレンパウダーのみを加えた場合（比較例２）には、最高発熱温度が１７８℃に達し、色差が８．３まで増大した。前記のように、色差の目安が５以下とされており、そのような基準を満たすことができなかった。更に、第１吸水性材料に水を含ませ、第２吸水性材料を使用しなかった場合（比較例３）には、最高発熱温度が１６１℃に達し、色差が５．８まで増大した。これは、第１吸水性材料中の水が表面に染み出し、その水が発泡剤として機能し、発泡が進行したためと考えられる。第２吸水性材料に水を含ませ、第１吸水性材料を使用しなかった場合（比較例４）には、圧縮残留歪が１３．１％で歪が大きく、引張強度が８３ｋＰａで低いものになった。更に、発泡剤としての水を増量し、イソシアネートインデックスを低くし、かつ第１吸水性材料及び第２吸水性材料のいずれも含まない場合（比較例５）には、圧縮残留歪が４５．３％で歪が非常に大きく、硬さが４１Ｎで低く、引張強度が５３ｋＰａで非常に低いものになった。
【００４７】
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。
・ 第１吸水性材料に含ませる水を第１吸水性材料の吸水能力以上とすることも可能である。この場合、第２吸水性材料の配合量を、第１吸水性材料の吸水能力を越える水を吸収するに足る量に設定する必要がある。
【００４８】
・ 第１吸水性材料として、エチレン−ビニルアルコール共重合体、Ｎ−ビニルアミド重合体、ビニルアミン重合体、アルギン酸等を用いることも可能である。
・ 軟質ポリウレタン発泡体は、自動車のドアの内張り材、天井材等の自動車内装材、その他キルティング材等として使用することができる。
【００４９】
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。
・ 前記第１吸水性材料は、（メタ）アクリル酸単位又は（メタ）アクリル酸塩単位を主構成単位とする水不溶性の（メタ）アクリル系吸水性樹脂であることを特徴とする請求項２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の製造方法。この製造方法によれば、第１吸水性材料の吸水能力を高め、発熱による水の蒸発量を増やすことができる。
【００５０】
・ 前記第２吸水性材料は、石膏又はゼオライトであることを特徴とする請求項２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の製造方法。この製造方法によれば、第２吸水性材料の吸水性が良く、吸収された水を放出しにくくすることができる。
【００５１】
・ 前記発熱温度を１７０℃以下に設定す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の製造方法。この製造方法によれば、スコーチを抑制することができ、得られる軟質ポリウレタン発泡体の色差、圧縮残留歪等の物性を良好なものにすることができる。
【００５２】
・ 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ポリウレタン原料を発泡及び硬化させて得られる軟質ポリウレタン発泡体であって、密度８〜１５kg／m3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が１０％以下、発泡及び硬化時における温度の高い部位と温度の低い部位とにおける色差が５以下であり、かつ吸水量の異なる２種類の吸水性材料を含有することを特徴とする軟質ポリウレタン発泡体。このように構成した場合には、クッション材等に用いられる軟質ポリウレタン発泡体として適切な物性を発揮することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の吸水性材料を吸水した状態で配合し、前記ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させ、前記２種類の吸水性材料中に吸収されている水の蒸発によって前記発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制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。
【請求項２】
前記吸水性材料は吸水量の多い第１吸水性材料と吸水量の少ない第２吸水性材料とより構成され、第１吸水性材料は水を吸収して膨潤し、加熱時には水を放出する有機質材料であり、第２吸水性材料は第１吸水性材料の表面に存在する水を吸収し、かつ加熱時には水を放出する多孔質の無機質材料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の製造方法。
【請求項３】
前記第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比は、質量基準で１：２〜１：２０であることを特徴とする請求項２に記載の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法。
【請求項４】
前記発泡剤として水を用い、その水の配合量は、ポリオール１００質量部に対して７〜１３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の製造方法。
【請求項１】
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ポリウレタン原料に対し、吸水量の異なる２種類の吸水性材料を吸水した状態で配合し、前記ポリウレタン原料を反応させることで発泡、硬化させ、前記２種類の吸水性材料中に吸収されている水の蒸発によって前記発泡、硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制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。
【請求項２】
前記吸水性材料は吸水量の多い第１吸水性材料と吸水量の少ない第２吸水性材料とより構成され、第１吸水性材料は水を吸収して膨潤し、加熱時には水を放出する有機質材料であり、第２吸水性材料は第１吸水性材料の表面に存在する水を吸収し、かつ加熱時には水を放出する多孔質の無機質材料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の製造方法。
【請求項３】
前記第１吸水性材料と第２吸水性材料との配合比は、質量基準で１：２〜１：２０であることを特徴とする請求項２に記載の軟質ポリウレタン発泡体の製造方法。
【請求項４】
前記発泡剤として水を用い、その水の配合量は、ポリオール１００質量部に対して７〜１３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の製造方法。
【公開番号】特開２００６−２８４１３（Ｐ２００６−２８４１３Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１１７３２（Ｐ２００４−２１１７３２）
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【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２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【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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