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、スコーチによる着色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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、前記ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させることにより製造される。無機化合物の水和物は、好ましくは硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物である。無機化合物の水和物の分解温度は１００〜１７０℃であることが好ましい。そして、無機化合物の水和物が分解されて生成する水の蒸発により、前記発泡及び硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制する。
【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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、前記ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させることにより製造される。無機化合物の水和物は、好ましくは硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物である。無機化合物の水和物の分解温度は１００〜１７０℃であることが好ましい。そして、無機化合物の水和物が分解されて生成する水の蒸発により、前記発泡及び硬化に基づく発熱温度の上昇を抑制する。
【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２５kg／m3以下の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は認められるが、発熱量を効果的に抑制す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する。このような物性の低下を防ぐためには、ポリオレフィンパウダーを十分に配合することができないことから、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ず、その結果スコーチによる着色を抑制する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、スコーチによる着色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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、前記ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させ、前記無機化合物の水和物が分解されて生成する水の蒸発によって前記発泡及び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に記載の発明において、前記無機化合物の水和物の分解温度は、１００〜１７０℃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１又は請求項２に係る発明において、前記無機化合物の水和物は、硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させる。このため、発泡及び硬化時において、無機化合物の水和物が加熱により分解して水を生成し、その水の蒸発によって気化熱（蒸発熱）が奪われ、発泡及び硬化に基づく発熱が抑制される。従って、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、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。
【００１０】
更に、無機化合物の水和物の比重が１．５〜４．０で従来のポリオレフィンパウダーより大きいため、配合された無機化合物の水和物の体積が小さく、得られる軟質ポリウレタン発泡体中に残存する無機化合物が軟質ポリウレタン発泡体の密度等の物性を変化させるおそれが少ない。
【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、無機化合物の水和物の分解温度が１００〜１７０℃に設定されている。このため、発泡及び硬化時に温度上昇して１００℃以上に達すると無機化合物の水和物の分解が始まって水が生成し、生成した水が蒸発する。従って、その水の蒸発により発熱を効果的に抑制することができ、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に記載の発明の軟質ポリウレタンの製造方法においては、無機化合物の水和物が硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物である。これらの無機化合物の水和物は、発泡及び硬化時の温度上昇に伴なって分解し、水を生成し、生成した水が蒸発する。従って、その水の蒸発潜熱により発熱を効果的に抑制することができ、請求項１又は請求項２に係る発明の効果を十分に発揮することができる。
【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（以下、単に発泡体ともいう）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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させることにより製造される。そして、無機化合物の水和物が分解されて生成する水の蒸発潜熱によって前記発泡及び硬化に基づく発熱が抑制される。発泡及び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、無機化合物の水和物の分解により生成す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。本実施形態の発泡体は、常温大気圧下に発泡、硬化させて得られる軟質スラブ発泡体及び成形型内にポリウレタン原料（反応混合液）を注入、型締めして型内で発泡、硬化させて得られるモールド発泡体のいずれの方法により製造されるものであってもよい。この場合、軟質スラブ発泡体の方が一般に連続生産によりブロック体を高さ１ｍ程度の嵩高に成形することから、蓄熱しやすく黄変しやすいため、スコーチによる黄変対策として本実施形態の製造方法が有効である。
【００１４】
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。
【００１５】
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、その含有量が少ない場合に比べて親水性が高くなり、極性の高い分子、ポリイソシアネート化合物等との混合性が良くなる。その結果、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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当量比を百分率で表したものである。
【００１８】
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２５kg／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２５kg／m3を越える傾向となり、１３質量部を越えると発泡及び硬化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１５〜２５kg／m3にすることができる。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、前記比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物は、加熱によって分解し、分解により水を生成する材料である。比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物としては、硫酸カルシウム・２水和物（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ、二水石膏、比重２．３２、分解温度１２８〜１６３℃）、硫酸鉄の１水和物から５水和物（ＦｅＳＯ4・Ｈ2ＯからＦｅＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、比重２．９７、分解温度１００〜１３０℃）又はそれらの混合物、その他酸化アルミニウムの１水和物から３水和物（Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2ＯからＡｌ2Ｏ3・３Ｈ2Ｏ、比重２．４〜３．４、分解温度１５０〜３６０℃）、硫酸銅の５水和物（ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、比重２．２９）、硫酸マグネシウムの１水和物から７水和物（ＭｇＳＯ4・Ｈ2ＯからＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、比重２．５７〜１．６８、分解温度１５０℃、平均粒子径５０μｍ）等が用いられる。無機化合物の水和物に含まれる水和水は、固体結晶として常温で安定に存在するものであり、結晶水である。無機化合物の水和物としては、硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物が好ましい。これらの無機化合物の水和物は、ポリウレタン原料の発泡及び硬化時の温度上昇に沿って１００℃以上で次第に分解して水を生成するからである。
【００２１】
無機化合物の水和物の比重は１．５〜４．０であることが必要であり、２．０〜３．０であることが好ましい。この比重が１．５未満では、無機化合物の水和物（粉体）を体積として大量にポリウレタン原料、例えばポリオールに添加しなければ所定の質量を添加できず、粉体とポリオールとの混合撹拌を十分に行うことができない。しかも、軟質ポリウレタン発泡体中に占める無機化合物の水和物の体積が大きくなって、軟質ポリウレタン発泡体としての物性が低下する。一方、その比重が４．０を越えると、ポリウレタン発泡体の原料特にポリオール中において長期保管すると沈降しやすく反応混合液中への分散性が悪くなって、発熱温度を低下させるという無機化合物の水和物の機能が低下する。比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物の分解温度は、１００〜１７０℃であることが好ましい。分解温度が１００℃未満の場合には、ポリウレタン原料による発泡及び硬化の初期の段階で、すなわち発熱温度の低い段階で分解による水が生成するため、発泡及び硬化に悪影響を与えたり、生成した水が発泡剤として機能したりするおそれがある。ちなみに、二水石膏は、１００℃以上になると、分子中の２モルの水のうちの１．５モルの水が分解して遊離の水となる。
【００２２】
比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物の配合量は、ポリオール１００質量部に対して３〜１５０質量部であることが好ましく、２０〜１００質量部であることがより好ましい。この配合量が３質量部未満の場合には、分解して生成する水の量が少なく、発泡及び硬化に基づく発熱温度の上昇を十分に抑制することができなくなる。一方、配合量が１５０質量部を越える場合には、過剰な水が発泡剤として機能し、泡化反応が進んで発熱温度が上昇するおそれがある。
【００２３】
無機化合物の水和物は、複数種類の水和物、例えば硫酸カルシウムの水和物と硫酸マグネシウムの水和物とを組合せて配合することが好ましい。その場合には、より広い温度範囲で無機化合物の水和物の機能を発揮させることができ、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るとともに、無機化合物の水和物の配合量を減らすことができる。
【００２４】
そして、ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させることにより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。
【００２５】
ポリウレタン発泡体を製造する場合には、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。
【００２６】
このようにして得られる軟質ポリウレタン発泡体は、密度が２５kg／ｍ3以下、通常１５〜２５kg／ｍ3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が５％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、かつ無機化合物の水和物を含有するものである。ここで、色差は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におけるイエローインデックスの差（ΔYI）である。
【００２７】
このように、軟質ポリウレタン発泡体は密度が２５kg／ｍ3以下の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。一般に軟質ポリウレタン発泡体は、セル（気泡）が連通構造を有し、復元性のあるものをいう。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４０倍以上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１１０〜１５０Ｎ、引張強度は１００〜１５０ｋＰａ、伸びは１００〜２００％であることが好ましい。硬さが１５０Ｎ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中には無機化合物の水和物に基づく無機化合物が残留しているが、無機化合物の水和物は前記のように比重が１．５〜４．０であり、その体積が小さく軟質ポリウレタン発泡体の物性に与える影響が少ない。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。
【００２８】
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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合する。無機化合物の水和物としては、例えば二水石膏又は硫酸鉄の水和物が用いられる。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。
【００２９】
この製造過程において、発泡及び硬化時に、無機化合物の水和物が１００℃以上に加熱されることにより水和物として結合されていた水が分解されて遊離された水を生成し、生成した水が蒸発する。その水の蒸発によって気化熱が奪われ、発泡及び硬化に基づく発泡体の発熱が抑えられる。そのため、発泡及び硬化時における発熱温度を低下させることができる。発泡及び硬化時における発泡体の温度は、無機化合物の水和物を配合しないときに１７０℃以上に達するのに比べて、発泡及び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。
【００３０】
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の製造方法においては、ポリウレタン原料に対し、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させると共に発泡させる。このため、発泡及び硬化時において、無機化合物の水和物が加熱により分解して水を生成し、その水の蒸発によって気化熱が奪われ、発泡及び硬化に基づく発熱が抑制される。従って、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、また一旦上昇した温度の低下速度を速くすることができ、その結果温度の高い部位と温度の低い部位とが生じることによって発生する発泡体の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。
【００３１】
しかも、無機化合物の水和物の比重が１．５〜４．０であることから、配合された無機化合物の水和物の体積が小さく、その結果得られる軟質ポリウレタン発泡体の密度等の物性を変化させるおそれが少ない。
【００３２】
・ また、無機化合物の水和物は、その分解温度が好ましくは１００〜１７０℃である。このため、発泡及び硬化時に温度上昇して１００℃以上に達すると無機化合物の水和物の分解が始まって水が生成し、生成した水が蒸発する。従って、その水の蒸発潜熱により発熱を効果的に抑制することができる。
【００３３】
・ 更に、無機化合物の水和物としては硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物が好ましい。これらの無機化合物の水和物は、発泡及び硬化時の温度上昇に伴なって１００℃以上で次第に分解して水を生成し、生成した水が蒸発する。従って、その水の蒸発により発熱を効果的に抑制することができる。
【００３４】
・ 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１５〜２５kg／m3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が５％以下、色差が５以下であり、かつ比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物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、硬化する際に過度の発熱を抑えることで、従来高温部となっていた部位の酸化劣化が少なくなり、結果として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少なくなる。従って、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比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物による無機化合物は、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ない。
【実施例】
【００３５】
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１〜９及び比較例１〜３）
まず、各実施例及び比較例で用いた比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を以下に示す。
【００３６】
二水石膏： 比重２．３２、平均粒子径４０μｍの二水石膏。
硫酸鉄の水和物： 比重２．９７、平均粒子径４０μｍ、硫酸鉄の１水和物から５水和物までの混合物。
【００３７】
硫酸マグネシウムの水和物： 比重１．６８、平均粒子径５０μｍの硫酸マグネシウムの７水和物
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。
【００３８】
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、表２及び表３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に、前記比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を混合して混合物を調製した。ここで、比較例１では比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を加えない例、比較例２及び比較例３ではポリエチレンパウダーのみを加えた例を示した。
【００３９】
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、加熱炉を通過させて加熱反応（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、最高発熱温度より１０℃下がるまでの時間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、表２及び表３に示した。表１、表２及び表３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。
【００４０】
最高発熱温度（℃）： 発泡用容器の中央部に熱電対を差込み、発泡及び硬化時において上昇した最も高い温度を示した。
最高発熱温度より１０℃下がるまでの時間： 最高発熱温度（℃）を測定した後、その最高発熱温度（℃）より１０℃低下するまでの時間（分）を測定した。
【００４１】
色差： 発泡及び加熱反応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、表２及び表３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（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％との混合物）
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
表１及び表２に示したように、実施例１〜９においては、発泡及び硬化時における最高発熱温度を１４５℃以下に抑えることができ、その最高温度より１０℃下がるまでの時間を１０分以下に抑えることができると共に、色差を３．０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１７．３〜２４．８kg／m3という低密度、硬さが１１１〜１４４Ｎ、引張強度が１０５〜１４５ｋＰａ、伸びが１０５〜２０３％及び圧縮残留歪が３．１〜４．８％であった。特に、実施例９においては、硫酸マグネシウムの７水和物と二水石膏とを合計２０質量部という少量で配合することにより、１７．６kg／m3という低密度で、最高発熱温度を１２７℃に抑え、色差を２．１に抑制することができ、最もバランスの良い性能を得ることができた。
【００４５】
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５％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、発泡及び硬化時における発熱により比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物が分解して生成した水が蒸発し、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３に示したように、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を含まない場合（比較例１）には、最高発熱温度が１８７℃という高い温度になり、かつ最高発熱温度より１０℃下がるまでの時間が２２分という長い時間になった。そのため、色差が１２．１という高い値を示し、圧縮残留歪が１０．８％という高い値を示した。ポリエチレンパウダーを３０質量部加えた場合（比較例２）には、最高発熱温度より１０℃下がるまでの時間が１８分と長いため、すなわち高温に保持されている時間が長いため、色差が５．１まで増大した。前記のように、色差の目安は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、ポリエチレンパウダーを１００質量部配合した場合（比較例３）には、ポリウレタンの原料がペースト状になって発泡が不可能であった。
【００４７】
上記実施例１及び比較例２の結果について、発熱温度（℃）と経過時間（分）との関係を図１にグラフで示した。この図１に示すように、最高発熱温度以降の温度の下降度合いが比較例２に比べて実施例１の方が大きいことがわかる。実施例１における最高発熱温度（１４１℃）から１０℃下がるまでの時間Ｔ1は９分で、比較例２における最高発熱温度（１４３℃）から１０℃下がるまでの時間Ｔ2は１８分であった。実施例１では二水石膏の分解により生成する水で最高発熱温度から速やかな温度低下が見られるのに対し、比較例２ではポリエチレンパウダーが温度を保持するように機能し、最高発熱温度からの温度低下が緩やかであった。
【００４８】
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。
・ 比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物として、炭酸ナトリウム１水和物（Ｎａ2ＣＯ3・Ｈ2Ｏ、比重２．２５、分解温度１００℃）、リン酸二水素カルシウム１水和物（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ4）2・Ｈ2Ｏ、比重２．２２、分解温度１０９℃）等を用いることもできる。
【００４９】
・ 水を吸収して膨潤し、加熱時には吸収された水が蒸発して吸熱する吸水性材料、例えば（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を、水を含んだ状態で配合することもできる。
【００５０】
・ 水を吸収する多孔質の無機質材料、例えば半水石膏、ゼオライト、珪藻土、活性炭等を、水を含んだ状態で配合することもできる。
・ 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。
【００５１】
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。
・ 前記硫酸鉄の水和物は硫酸鉄の１水和物から５水和物であり、硫酸カルシウムの水和物は硫酸カルシウムの２水和物であることを特徴とする請求項３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、無機化合物の水和物がポリウレタン原料の反応による発泡及び硬化時の温度上昇に沿って１００℃以上で次第に分解して水を生成することができる。
【００５２】
・ 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。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。
【００５３】
・ 前記無機化合物の水和物は複数種類配合され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。この製造方法によれば、より広い温度範囲で無機化合物の水和物の機能を発揮させることができ、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るとともに、無機化合物の水和物の配合量を減らすことができる。
【００５４】
・ 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反応させて発泡及び硬化させることにより得られる軟質ポリウレタン発泡体であって、密度１５〜２５kg／m3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が５％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、かつ比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１と比較例２における発熱温度（℃）と経過時間(分）との関係を示すグラフ。
【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２５kg／m3以下の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は認められるが、発熱量を効果的に抑制す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する。このような物性の低下を防ぐためには、ポリオレフィンパウダーを十分に配合することができないことから、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ず、その結果スコーチによる着色を抑制する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、スコーチによる着色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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、前記ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させ、前記無機化合物の水和物が分解されて生成する水の蒸発によって前記発泡及び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に記載の発明において、前記無機化合物の水和物の分解温度は、１００〜１７０℃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１又は請求項２に係る発明において、前記無機化合物の水和物は、硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させる。このため、発泡及び硬化時において、無機化合物の水和物が加熱により分解して水を生成し、その水の蒸発によって気化熱（蒸発熱）が奪われ、発泡及び硬化に基づく発熱が抑制される。従って、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、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。
【００１０】
更に、無機化合物の水和物の比重が１．５〜４．０で従来のポリオレフィンパウダーより大きいため、配合された無機化合物の水和物の体積が小さく、得られる軟質ポリウレタン発泡体中に残存する無機化合物が軟質ポリウレタン発泡体の密度等の物性を変化させるおそれが少ない。
【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、無機化合物の水和物の分解温度が１００〜１７０℃に設定されている。このため、発泡及び硬化時に温度上昇して１００℃以上に達すると無機化合物の水和物の分解が始まって水が生成し、生成した水が蒸発する。従って、その水の蒸発により発熱を効果的に抑制することができ、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に記載の発明の軟質ポリウレタンの製造方法においては、無機化合物の水和物が硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物である。これらの無機化合物の水和物は、発泡及び硬化時の温度上昇に伴なって分解し、水を生成し、生成した水が蒸発する。従って、その水の蒸発潜熱により発熱を効果的に抑制することができ、請求項１又は請求項２に係る発明の効果を十分に発揮することができる。
【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（以下、単に発泡体ともいう）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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させることにより製造される。そして、無機化合物の水和物が分解されて生成する水の蒸発潜熱によって前記発泡及び硬化に基づく発熱が抑制される。発泡及び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、無機化合物の水和物の分解により生成す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。本実施形態の発泡体は、常温大気圧下に発泡、硬化させて得られる軟質スラブ発泡体及び成形型内にポリウレタン原料（反応混合液）を注入、型締めして型内で発泡、硬化させて得られるモールド発泡体のいずれの方法により製造されるものであってもよい。この場合、軟質スラブ発泡体の方が一般に連続生産によりブロック体を高さ１ｍ程度の嵩高に成形することから、蓄熱しやすく黄変しやすいため、スコーチによる黄変対策として本実施形態の製造方法が有効である。
【００１４】
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。
【００１５】
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、その含有量が少ない場合に比べて親水性が高くなり、極性の高い分子、ポリイソシアネート化合物等との混合性が良くなる。その結果、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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当量比を百分率で表したものである。
【００１８】
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２５kg／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２５kg／m3を越える傾向となり、１３質量部を越えると発泡及び硬化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１５〜２５kg／m3にすることができる。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、前記比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物は、加熱によって分解し、分解により水を生成する材料である。比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物としては、硫酸カルシウム・２水和物（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ、二水石膏、比重２．３２、分解温度１２８〜１６３℃）、硫酸鉄の１水和物から５水和物（ＦｅＳＯ4・Ｈ2ＯからＦｅＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、比重２．９７、分解温度１００〜１３０℃）又はそれらの混合物、その他酸化アルミニウムの１水和物から３水和物（Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2ＯからＡｌ2Ｏ3・３Ｈ2Ｏ、比重２．４〜３．４、分解温度１５０〜３６０℃）、硫酸銅の５水和物（ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、比重２．２９）、硫酸マグネシウムの１水和物から７水和物（ＭｇＳＯ4・Ｈ2ＯからＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、比重２．５７〜１．６８、分解温度１５０℃、平均粒子径５０μｍ）等が用いられる。無機化合物の水和物に含まれる水和水は、固体結晶として常温で安定に存在するものであり、結晶水である。無機化合物の水和物としては、硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物が好ましい。これらの無機化合物の水和物は、ポリウレタン原料の発泡及び硬化時の温度上昇に沿って１００℃以上で次第に分解して水を生成するからである。
【００２１】
無機化合物の水和物の比重は１．５〜４．０であることが必要であり、２．０〜３．０であることが好ましい。この比重が１．５未満では、無機化合物の水和物（粉体）を体積として大量にポリウレタン原料、例えばポリオールに添加しなければ所定の質量を添加できず、粉体とポリオールとの混合撹拌を十分に行うことができない。しかも、軟質ポリウレタン発泡体中に占める無機化合物の水和物の体積が大きくなって、軟質ポリウレタン発泡体としての物性が低下する。一方、その比重が４．０を越えると、ポリウレタン発泡体の原料特にポリオール中において長期保管すると沈降しやすく反応混合液中への分散性が悪くなって、発熱温度を低下させるという無機化合物の水和物の機能が低下する。比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物の分解温度は、１００〜１７０℃であることが好ましい。分解温度が１００℃未満の場合には、ポリウレタン原料による発泡及び硬化の初期の段階で、すなわち発熱温度の低い段階で分解による水が生成するため、発泡及び硬化に悪影響を与えたり、生成した水が発泡剤として機能したりするおそれがある。ちなみに、二水石膏は、１００℃以上になると、分子中の２モルの水のうちの１．５モルの水が分解して遊離の水となる。
【００２２】
比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物の配合量は、ポリオール１００質量部に対して３〜１５０質量部であることが好ましく、２０〜１００質量部であることがより好ましい。この配合量が３質量部未満の場合には、分解して生成する水の量が少なく、発泡及び硬化に基づく発熱温度の上昇を十分に抑制することができなくなる。一方、配合量が１５０質量部を越える場合には、過剰な水が発泡剤として機能し、泡化反応が進んで発熱温度が上昇するおそれがある。
【００２３】
無機化合物の水和物は、複数種類の水和物、例えば硫酸カルシウムの水和物と硫酸マグネシウムの水和物とを組合せて配合することが好ましい。その場合には、より広い温度範囲で無機化合物の水和物の機能を発揮させることができ、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るとともに、無機化合物の水和物の配合量を減らすことができる。
【００２４】
そして、ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させることにより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。
【００２５】
ポリウレタン発泡体を製造する場合には、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。
【００２６】
このようにして得られる軟質ポリウレタン発泡体は、密度が２５kg／ｍ3以下、通常１５〜２５kg／ｍ3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が５％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、かつ無機化合物の水和物を含有するものである。ここで、色差は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におけるイエローインデックスの差（ΔYI）である。
【００２７】
このように、軟質ポリウレタン発泡体は密度が２５kg／ｍ3以下の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。一般に軟質ポリウレタン発泡体は、セル（気泡）が連通構造を有し、復元性のあるものをいう。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４０倍以上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１１０〜１５０Ｎ、引張強度は１００〜１５０ｋＰａ、伸びは１００〜２００％であることが好ましい。硬さが１５０Ｎ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中には無機化合物の水和物に基づく無機化合物が残留しているが、無機化合物の水和物は前記のように比重が１．５〜４．０であり、その体積が小さく軟質ポリウレタン発泡体の物性に与える影響が少ない。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。
【００２８】
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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合する。無機化合物の水和物としては、例えば二水石膏又は硫酸鉄の水和物が用いられる。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。
【００２９】
この製造過程において、発泡及び硬化時に、無機化合物の水和物が１００℃以上に加熱されることにより水和物として結合されていた水が分解されて遊離された水を生成し、生成した水が蒸発する。その水の蒸発によって気化熱が奪われ、発泡及び硬化に基づく発泡体の発熱が抑えられる。そのため、発泡及び硬化時における発熱温度を低下させることができる。発泡及び硬化時における発泡体の温度は、無機化合物の水和物を配合しないときに１７０℃以上に達するのに比べて、発泡及び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。
【００３０】
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の製造方法においては、ポリウレタン原料に対し、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させると共に発泡させる。このため、発泡及び硬化時において、無機化合物の水和物が加熱により分解して水を生成し、その水の蒸発によって気化熱が奪われ、発泡及び硬化に基づく発熱が抑制される。従って、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、また一旦上昇した温度の低下速度を速くすることができ、その結果温度の高い部位と温度の低い部位とが生じることによって発生する発泡体の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。
【００３１】
しかも、無機化合物の水和物の比重が１．５〜４．０であることから、配合された無機化合物の水和物の体積が小さく、その結果得られる軟質ポリウレタン発泡体の密度等の物性を変化させるおそれが少ない。
【００３２】
・ また、無機化合物の水和物は、その分解温度が好ましくは１００〜１７０℃である。このため、発泡及び硬化時に温度上昇して１００℃以上に達すると無機化合物の水和物の分解が始まって水が生成し、生成した水が蒸発する。従って、その水の蒸発潜熱により発熱を効果的に抑制することができる。
【００３３】
・ 更に、無機化合物の水和物としては硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物が好ましい。これらの無機化合物の水和物は、発泡及び硬化時の温度上昇に伴なって１００℃以上で次第に分解して水を生成し、生成した水が蒸発する。従って、その水の蒸発により発熱を効果的に抑制することができる。
【００３４】
・ 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１５〜２５kg／m3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が５％以下、色差が５以下であり、かつ比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物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、硬化する際に過度の発熱を抑えることで、従来高温部となっていた部位の酸化劣化が少なくなり、結果として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少なくなる。従って、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比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物による無機化合物は、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ない。
【実施例】
【００３５】
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１〜９及び比較例１〜３）
まず、各実施例及び比較例で用いた比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を以下に示す。
【００３６】
二水石膏： 比重２．３２、平均粒子径４０μｍの二水石膏。
硫酸鉄の水和物： 比重２．９７、平均粒子径４０μｍ、硫酸鉄の１水和物から５水和物までの混合物。
【００３７】
硫酸マグネシウムの水和物： 比重１．６８、平均粒子径５０μｍの硫酸マグネシウムの７水和物
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。
【００３８】
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、表２及び表３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に、前記比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を混合して混合物を調製した。ここで、比較例１では比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を加えない例、比較例２及び比較例３ではポリエチレンパウダーのみを加えた例を示した。
【００３９】
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、加熱炉を通過させて加熱反応（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、最高発熱温度より１０℃下がるまでの時間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、表２及び表３に示した。表１、表２及び表３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。
【００４０】
最高発熱温度（℃）： 発泡用容器の中央部に熱電対を差込み、発泡及び硬化時において上昇した最も高い温度を示した。
最高発熱温度より１０℃下がるまでの時間： 最高発熱温度（℃）を測定した後、その最高発熱温度（℃）より１０℃低下するまでの時間（分）を測定した。
【００４１】
色差： 発泡及び加熱反応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、表２及び表３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（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％との混合物）
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
表１及び表２に示したように、実施例１〜９においては、発泡及び硬化時における最高発熱温度を１４５℃以下に抑えることができ、その最高温度より１０℃下がるまでの時間を１０分以下に抑えることができると共に、色差を３．０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１７．３〜２４．８kg／m3という低密度、硬さが１１１〜１４４Ｎ、引張強度が１０５〜１４５ｋＰａ、伸びが１０５〜２０３％及び圧縮残留歪が３．１〜４．８％であった。特に、実施例９においては、硫酸マグネシウムの７水和物と二水石膏とを合計２０質量部という少量で配合することにより、１７．６kg／m3という低密度で、最高発熱温度を１２７℃に抑え、色差を２．１に抑制することができ、最もバランスの良い性能を得ることができた。
【００４５】
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５％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、発泡及び硬化時における発熱により比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物が分解して生成した水が蒸発し、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３に示したように、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を含まない場合（比較例１）には、最高発熱温度が１８７℃という高い温度になり、かつ最高発熱温度より１０℃下がるまでの時間が２２分という長い時間になった。そのため、色差が１２．１という高い値を示し、圧縮残留歪が１０．８％という高い値を示した。ポリエチレンパウダーを３０質量部加えた場合（比較例２）には、最高発熱温度より１０℃下がるまでの時間が１８分と長いため、すなわち高温に保持されている時間が長いため、色差が５．１まで増大した。前記のように、色差の目安は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、ポリエチレンパウダーを１００質量部配合した場合（比較例３）には、ポリウレタンの原料がペースト状になって発泡が不可能であった。
【００４７】
上記実施例１及び比較例２の結果について、発熱温度（℃）と経過時間（分）との関係を図１にグラフで示した。この図１に示すように、最高発熱温度以降の温度の下降度合いが比較例２に比べて実施例１の方が大きいことがわかる。実施例１における最高発熱温度（１４１℃）から１０℃下がるまでの時間Ｔ1は９分で、比較例２における最高発熱温度（１４３℃）から１０℃下がるまでの時間Ｔ2は１８分であった。実施例１では二水石膏の分解により生成する水で最高発熱温度から速やかな温度低下が見られるのに対し、比較例２ではポリエチレンパウダーが温度を保持するように機能し、最高発熱温度からの温度低下が緩やかであった。
【００４８】
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。
・ 比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物として、炭酸ナトリウム１水和物（Ｎａ2ＣＯ3・Ｈ2Ｏ、比重２．２５、分解温度１００℃）、リン酸二水素カルシウム１水和物（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ4）2・Ｈ2Ｏ、比重２．２２、分解温度１０９℃）等を用いることもできる。
【００４９】
・ 水を吸収して膨潤し、加熱時には吸収された水が蒸発して吸熱する吸水性材料、例えば（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を、水を含んだ状態で配合することもできる。
【００５０】
・ 水を吸収する多孔質の無機質材料、例えば半水石膏、ゼオライト、珪藻土、活性炭等を、水を含んだ状態で配合することもできる。
・ 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。
【００５１】
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。
・ 前記硫酸鉄の水和物は硫酸鉄の１水和物から５水和物であり、硫酸カルシウムの水和物は硫酸カルシウムの２水和物であることを特徴とする請求項３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、無機化合物の水和物がポリウレタン原料の反応による発泡及び硬化時の温度上昇に沿って１００℃以上で次第に分解して水を生成することができる。
【００５２】
・ 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。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。
【００５３】
・ 前記無機化合物の水和物は複数種類配合され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。この製造方法によれば、より広い温度範囲で無機化合物の水和物の機能を発揮させることができ、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るとともに、無機化合物の水和物の配合量を減らすことができる。
【００５４】
・ 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反応させて発泡及び硬化させることにより得られる軟質ポリウレタン発泡体であって、密度１５〜２５kg／m3、ＪＩＳ Ｋ６４００で規定された圧縮残留歪が５％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、かつ比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１と比較例２における発熱温度（℃）と経過時間(分）との関係を示すグラフ。
【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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、前記ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させ、前記無機化合物の水和物が分解されて生成する水の蒸発によって前記発泡及び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】
前記無機化合物の水和物の分解温度は、１００〜１７０℃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】
前記無機化合物の水和物は、硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物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、比重が１．５〜４．０の無機化合物の水和物を配合し、前記ポリウレタン原料を反応させて発泡及び硬化させ、前記無機化合物の水和物が分解されて生成する水の蒸発によって前記発泡及び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】
前記無機化合物の水和物の分解温度は、１００〜１７０℃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】
前記無機化合物の水和物は、硫酸鉄の水和物、硫酸カルシウムの水和物又は硫酸マグネシウムの水和物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の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００６−６３２９６（Ｐ２００６−６３２９６Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３１７３７（Ｐ２００４−３３１７３７）
【出願日】平成１６年１１月１６日（２００４．１１．１６）
【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３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１６日（２００４．１１．１６）
【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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