JP5703336B2 - シートパッド用ポリウレタンフォーム - Google Patents
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Description
車両用シートパッドにおいては、車線変更やカーブを曲がる際に、体に遠心力がかかり、シートが体を支えられなくなり、体がぐらついてしまうという問題がしばしば生じる。このようなぐらつき性を低減させるためには、これまで、(1)ポリウレタンフォームの原料として用いられるポリエーテルポリオールの分子量を、高分子量から低分子量に変更する、(2)該ポリエーテルポリオール中のエチレンオキシドに由来する繰り返し単位とプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位におけるエチレンオキシド単位の比率を上げる、(3)ポリウレタンフォームを形成する発泡原液中の水含有量を増加する、及び(4)架橋剤を増量するなどの手段が講ぜられてきた。
しかしながら、このような手段を講じると、得られるポリウレタンフォームの反発弾性や、通気性が低くなり、乗り心地で重要な「応力緩和」が悪化(増加)するという懸念がある。すなわち、ぐらつき性を改善(低下)すると、応力緩和性が悪化(増加)し、一方、応力緩和性を改善すると、ぐらつき性が悪化し、このようにぐらつき低減性と応力緩和低減性が二律背反の関係であるため、両者を高い水準にすることが困難であった。
また、特許文献2に開示されたポリウレタンフォームでは、ぐらつき性が改善(低下)されている。しかし、応力緩和性は必ずしも低減されておらず、乗り心地には改善の余地があった。また、湿熱圧縮残留歪みが大きくなることもあり、耐久性にも改善の余地があった。
そこで、本発明の課題は、ぐらつき低減性と応力緩和低減性との両立を高い水準で成し遂げ、それゆえに乗り心地感が良好となり、さらに耐久性にも優れたシートパッド用ポリウレタンフォームを提供することにある。
[1](A)ポリオール成分、(B)ポリイソシアネート成分及び(C)架橋剤を含有する発泡原液を発泡成形してなるポリウレタンフォームであって、
前記(A)ポリオール成分が、(a−1)エチレンオキシド及びプロピレンオキシドの開環重合により得られたブロック共重合体であり、エチレンオキシドに由来する繰り返し単位とプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が5/95〜25/75であり、数平均分子量が6,000〜8,000のポリエーテルポリオールを、(A)ポリオール成分中に30〜55質量%の割合で含むと共に、(a−2)プロピレンオキシド単独又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの開環重合により得られ、エチレンオキシドとプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が0/100〜20/80であり、数平均分子量が600〜2,000のポリエーテルポリオールを、ポリオール成分中に2〜20質量%の割合で含み、
且つ(C)架橋剤が、エチレンオキシド単独の開環重合により得られた数平均分子量500〜1,500のポリエーテルポリオールを含有することを特徴とする、
シートパッド用ポリウレタンフォーム。
[2]発泡原液中、(C)架橋剤の配合量が、(A)ポリオール成分及び(C)架橋剤の合計量に対して0.5〜10質量%である、上記[1]に記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム。
[3](A)ポリオール成分として、さらに(a−3)ポリエーテルポリオールにアクリロニトリル−スチレン共重合体をグラフト共重合したポリマーポリオールであり、該ポリエーテルポリオールが、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドの開環重合により得られ、エチレンオキシドに由来する繰り返し単位とプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が5/95〜25/75であり、数平均分子量が3,000〜7,000のポリエーテルポリオールを、(A)ポリオール成分中に40〜60質量%の割合で含む、上記[1]又は[2]に記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかに記載のポリウレタンフォームを用いてなるシートパッド。
以下、成分ごとに詳細に説明する。なお、本明細書において、好ましいとされているもの及び数値は任意に採用することができ、好ましいものや好ましい数値の組み合わせはより好ましいと言える。
当該発泡原液においては、(A)成分として用いられるポリオール成分が、下記(a−1)成分と(a−2)成分を必須成分として含有する。ただし、(A)成分は後述する(C)成分を含有しない。
((a−1)ポリエーテルポリオール)
(a−1)成分のポリエーテルポリオールは、エチレンオキシド(以下、「EO」と記載することがある。)及びプロピレンオキシド(以下、「PO」と記載することがある。)の開環重合により得られたブロック共重合体であり、EOに由来する繰り返し単位とPOに由来する繰り返し単位のモル比(EO/PO)が5/95〜25/75、且つ数平均分子量が6,000〜8,000という、比較的高分子量のポリエーテルポリオールである。特に、成形性、反応性の観点から、EO単位からなるブロックは分子末端にあることが好ましく、分子内部はPO単位からなるブロックであり、かつ分子末端がEO単位からなるブロックであることがより好ましい。分子内部のEO単位の存在量は、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは実質的に0%である。
該(a−1)成分により、特に応力緩和低減性が改善される。(a−1)成分は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、数平均分子量については、6,000〜8,000の範囲であることを必須とする。(a−1)成分の数平均分子量が6,000未満であると反発弾性が低下し、8,000を超えるとぐらつきを解消し得ない。以上の観点から、数平均分子量は7,000〜8,000の範囲が好ましい。
なお、本発明において、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC法)によりポリスチレン換算値として算出した値である。
(a−1)成分の1分子中に含まれるヒドロキシル基の数としては、通常、好ましくは2〜4個、特に3個であることがより好ましい。ヒドロキシル基の数が4個以下であれば、原料粘度が上昇することがない。
(a−2)成分のポリエーテルポリオールは、PO単独又はEOとPOとの開環重合により得られ、EOとPOに由来する繰り返し単位のモル比(EO/PO)が0/100〜20/80であり、数平均分子量が600〜2,000という、(a−1)成分と比べて低分子量のポリエーテルポリオールである。(a−2)成分により、特にぐらつき低減性が効果的に改善される。該(a−2)成分は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記のモル比が、前記範囲外、つまり20/80を超えると通気性が上がり過ぎ、ぐらつきが増大するため、本発明の目的が達せられない。ぐらつき低減性の観点から、前記モル比は0/100〜10/90が好ましく、0/100〜5/95がより好ましい。さらに、ぐらつき低減性の観点から、(a−2)成分は、PO単独の開環重合により得られたもの、つまりEO/PO=0/100であることが好ましい。
また、(a−2)成分の数平均分子量が600未満では応力緩和が増大し、一方2,000を超えると、ぐらつきが増加する。同様の観点から、(a−2)成分の数平均分子量は、好ましくは650〜1,500であり、より好ましくは700〜1,200である。
(a−2)成分の1分子中に含まれるヒドロキシル基の数としては、通常2〜4個、特に3個であることが好ましい。ヒドロキシル基の数が4個以下であれば、原料粘度が上昇することがない。
(A)成分としては、通常、上記(a−1)成分及び(a−2)成分以外のその他のポリオール成分も用いることが多く、例えば、下記(a−3)成分などが挙げられる。
((a−3)ポリエーテルポリオール)
(a−3)成分としてのポリマーポリオールは、ポリエーテルポリオールにアクリロニトリル−スチレン共重合体をグラフト共重合したポリマーポリオールであり、該ポリエーテルポリオールが、EO及びPOの開環重合により得られ、EOに由来する繰り返し単位とPOに由来する繰り返し単位のモル比(EO/PO)が5/95〜25/75であり、数平均分子量が3,000〜7,000のポリエーテルポリオールである。なお、前記ポリエーテルポリオールは、EO及びPOの開環重合により得られたブロック共重合体であることが好ましい。さらに、EO単位からなるブロックは分子末端にあることが好ましく、分子内部はPO単位からなるブロックであり、かつ分子末端がEO単位からなるブロックであることがより好ましい。つまり、分子内部のEO単位の存在量は、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは実質的に0%である。
該ポリマーポリオールによって、ウレタンフォームに硬さを付与することができ、応力緩和低減性やぐらつき低減性を評価する際には、各試料の硬さを統一するために該(a−3)が有効に用いられる。
また、(a−3)成分において、数平均分子量が上記範囲であると、粘度が大きくならず、量産性も確保できる。同様の観点から、数平均分子量は、好ましくは4,000〜6,000である。
(a−3)成分の1分子中に含まれるヒドロキシル基の数としては、通常2〜4個、特に3個であることが好ましい。ヒドロキシル基の数が4個以下であれば、原料粘度が上昇することがない。
(A)成分が(a−3)成分を含む場合、(a−3)成分の(A)ポリオール成分中の配合量は、通常、好ましくは40〜60質量%、より好ましくは45〜55質量%である。
発泡原液において、(B)成分として用いられるポリイソシアネート成分としては公知の各種多官能性の脂肪族、脂環族及び芳香族のイソシアネートを用いることができる。例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、トリフェニルジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、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、オルトトルイジンジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等を挙げることができ、これらは1種を単独で、又は2種以上を併用してもよい。
本発明においては、成形密度領域の観点から、トリレンジイソシアネート(TDI)及び/又はジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)を含むことが好ましい。
ポリウレタン発泡原液は、(C)成分として、エチレンオキシド単独の開環重合により得られた数平均分子量500〜1,500のポリエーテルポリオールを含有する。(C)成分中、該ポリエーテルポリオールの含有量は、ぐらつき低減性と応力緩和低減性の高水準での両立及び耐久性の観点から、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上、特に好ましくは実質的に100質量%である。
エチレンオキシド単独の開環重合により得られた数平均分子量500〜1,500のポリエーテルポリオールとしては、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(C)成分が含有するエチレンオキシド単独の開環重合により得られた数平均分子量500〜1,500のポリエーテルポリオールにおいて、1分子中に含まれるヒドロキシル基の数としては、通常2〜4個、特に3個であることが好ましい。ヒドロキシル基の数が4個以下であれば、原料粘度が上昇することがない。また、該ポリエーテルポリオールの数平均分子量は、好ましくは500〜1,000、より好ましくは500〜800である。
架橋剤である(C)成分としては、ぐらつき低減性と応力緩和低減性の高水準での両立及び耐久性の観点から、官能基1つ当たりの分子量が150〜250であることが好ましく、180〜230であることがより好ましい。
ポリウレタン発泡原液中の(C)架橋剤の配合量としては、ぐらつき低減性と応力緩和低減性の高水準での両立及び耐久性の観点から、上記(A)成分及び(C)成分の合計量に対して、好ましくは0.5〜10質量%、より好ましくは1〜6質量%である。なお、10質量部以下であれば、成形性が確保でき、フォームダウンし難い。
当該発泡原液においては、通常、(D)成分として発泡剤を用いる。通常、発泡剤としては水が好ましく使用される。水はポリイソシアネートと反応して二酸化炭素ガスを発生させることから、発泡剤として作用する。なお、水以外にも、ウレタンフォームの製造に通常用いられる発泡剤、例えば、水素原子含有ハロゲン化炭化水素、液化炭酸ガス、低沸点の炭化水素などを使用することもできる。
(D)成分の配合量に特に制限はないが、(A)ポリオール成分100質量部に対して、好ましくは0.1〜10質量部、より好ましくは0.3〜5質量部、さらに好ましくは0.3〜3質量部である。(D)成分の配合量が、(A)ポリオール成分100質量部に対して0.1質量部以上であれば、ぐらつき性を抑制する十分な効果が得られる。
当該発泡原液においては、発泡成形の際の反応性の観点から、(E)成分として触媒を含有する。この触媒としては、ポリウレタンフォームの製造において汎用のものを用いることができ、用途や要求に応じて1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。具体的には、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ビス−(ジメチルアミノエチル)エーテル、テトラメチルプロピレンジアミン、トリメチルアミノエチルピペラジン、テトラメチルエチレンジアミン、ジメチルベンジルアミン、メチルモルフォリン、エチルモルフォリン、トリエチレンジアミン、ジエタノールアミン等のアミン触媒や、スタナスオクテート、ジブチルチンジラウレート等の錫系触媒を挙げることができる。触媒としては市販品を用いることができ、例えばトリエチレンジアミン(TEDA−L33:東ソー(株)製)、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル(TOYOCAT−ET:東ソー(株)製)等を好適に用いることができる。
なお、当該発泡原液中の(E)成分の配合量に特に制限は無いが、上記(A)成分のポリオール100質量部に対して、通常、好ましくは0.05〜0.5質量部、より好ましくは0.1〜5質量部、さらに好ましくは0.1〜3質量部、特に好ましくは0.1〜1質量部である。
当該発泡原液には、任意成分として(F)整泡剤や、その他の各種添加剤を配合することができる。
[(F)整泡剤]
前記(F)整泡剤としては、ポリウレタン発泡成形体用のものとして汎用のものを用いることができ、例えば、各種シロキサン−ポリエーテルブロック共重合体等のシリコーン系整泡剤を用いることができる。
ポリウレタン発泡原液中の(F)整泡剤の配合量としては、上記(A)成分のポリオール100質量部に対して、通常、好ましくは0.3〜5質量部、より好ましくは0.3〜3質量部、さらに好ましくは0.3〜2質量部である。0.3質量部以上であれば、ポリオール成分とイソシアネート成分の攪拌性が良好となり、所望のウレタンフォームを製造し易い。
[添加剤]
添加剤としては、例えば、顔料等の着色剤、鎖延長剤、炭酸カルシウム等の充填材、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、カーボンブラック等の導電性物質、抗菌剤などが挙げられる。添加剤の配合量は、通常使用される範囲で差し支えない。
本発明における発泡原液の調製方法としては、特に限定されるものではないが、好ましくは、前記(B)ポリイソシアネート成分を除いた残りの各成分からなる混合物(以下、「ポリオール混合物」と略記することがある。)を調製し、その後(B)ポリイソシアネート成分と混合する方法が挙げられる。
該ポリオール混合物の調製は、(D)発泡剤と(E)触媒とをなるべく接触させないという観点から、上記(A)ポリオール成分に対して、上記(E)触媒を配合し、次いで上記(F)整泡剤、(G)架橋剤などその他の成分を配合し、最後に発泡成分である上記(D)発泡剤を配合することが好適である。
本発明において、ポリオール混合物の液温25℃における粘度としては、2,400mPa・s以下が好ましい。該ポリウレタン発泡原液の攪拌効率を良好とし、発泡が均一且つ十分となって所望のポリウレタン発泡成形体が得られるためである。以上の観点から、ポリオール混合物の液温25℃における粘度は、1,800mPa・s以下が好ましい。
ポリウレタンフォームを発泡成形する方法としては、金型内に形成されたキャビティ内にポリウレタン発泡原液を注入し、発泡成形する従来公知の方法を採用し得るが、時限圧力解放(TPR;Timed Pressure Release)を併用することが好ましい。
本発明におけるTPRは、金型内の圧力を低下させ、気泡の連通化を生じさせるものである。より具体的には、発泡原液を、金型内に形成されたキャビティ内に供給する工程の後に、ゲルタイムより20〜50秒経過した後に金型内の圧力を、0.15〜0.25MPa低下させる工程を有する。
ここでゲルタイムとは、ポリオールとイソシアネートが混合され、増粘が起こってゲル強度が出始める時間をいう。
本発明のウレタンフォームは、その特性として、車酔いを低減し、座り心地を良くする観点から、応力緩和が11%以下であることが好ましく、10.5%以下であることがより好ましく、一般的には10%未満であると非常に良いと言われる。また、耐久性の観点から、湿熱圧縮残留歪みが11%以下であることが好ましく、10.5%以下であることがより好ましく、一般的には10%未満であると非常に良いと言われる。
また、本発明のウレタンフォームは、ぐらつき感を抑制することができ、車両用のシートパッドとして用いた際に、コーナリング時のシートの傾きを抑えることができる。
(評価方法)
各実施例及び比較例にて製造されたウレタンフォームについて、以下の方法にて評価した。
(1)オーバーオール密度
JIS K−6400記載の方法により測定した、フォーム全体の見かけ密度(単位:kg/m3)である。成形した直方体のポリウレタンフォーム(350mm×350mm×高さ70mm)の重さ(W)を測定し、次いで、該直方体の縦、横、高さから体積(V)を求め、次式からオーバーオール密度(ρ)を算出した。
ρ=(W/V)×106
[ρ:オーバーオール密度(kg/m3)、W:試験片の質量(g)、V:試験片の体積(mm3)]
なお、各例ではオーバーオール密度が62kg/m3、65kg/m3、68kg/m3であった3通りについて、以下の特性値を測定した。
(2)25%硬度
インストロン型圧縮試験機を用いて、23℃、相対湿度50%の環境にてウレタンフォームを25%圧縮するのに要する荷重(kgf)を測定し、硬度の指標とした。
(3)応力緩和(%)
直径200mmの円形加圧板で、50mm/分の速度でウレタンフォームの初期厚みの75%の距離を圧縮した。その後、荷重を除き、1分間放置した。再び同じ速度にて荷重をかけて、196N(20kgf)の負荷となった時点で加圧板を停止させ、5分間放置後の加重を読み取った。そして、下記式により、応力緩和率を算出した。
応力緩和率(%)=100×[加圧板停止時の加重(196N)−5分間放置後の加重]/加圧板停止時の加重(196N)
値が小さいほど、応力緩和低減性に優れていることを示す。
JIS K−6400に記載の圧縮残留ひずみの測定方法により、湿熱圧縮永久歪みの測定を実施した。測定に際しては、成形したポリウレタンフォームのコア部を50×50×25mm切り抜き、これを試験片として使用した。該試験片を50%の厚みまで圧縮し、平行平面板に挟み、50℃、相対湿度95%の条件下に、22時間放置した。その後、試験片を取り出し、30分経過後の試験片の厚みを測定し、試験前の試験片の厚みと比較し、歪み率を測定し、この歪み率を湿熱圧縮永久歪みとし、耐久性の指標とした。値が小さいほど、耐久性に優れていることを示す。
(5)ぐらつき低減性
ぐらつきは、1Hz近辺の周波数帯で発生する。そこで、 HYPERLINK "http://www.saginomiya.co.jp/dynamic/jidousha/sus/suspension02.html" 鷺宮製作所製の100Hz動バネ試験機により、各例で得られたポリウレタンフォームの1Hzの粘弾性(tanδ)を測定した。
なお、値が大きいほど、ぐらつき低減性が大きいことを示す。
第1表に示した配合処方に従って、発泡原液を調製した。調製に際しては、(B)ポリイソシアネート成分以外の各成分からなるポリオール混合物を調製し、その後(B)ポリイソシアネート成分を配合することで行った。ポリオール組成物は、まず、(A)ポリオール成分と、(E)触媒を混合し、次いで(C)架橋剤及び(F)整泡剤を配合して、最後に(D)発泡剤(水)を混合して調製した。その際、ポリウレタン発泡原液の液温を30℃とした。
次いで、上記原液の調製直後に、これを設定温度60℃のキャビティ内の減圧が可能な金型のキャビティに大気圧下にて注入し、注入し終えた直後に減圧を開始した。その後、金型内にて発泡・硬化させ、ゲルタイムより30秒経過した時に、金型内の圧力を、0.2MPa低下させた。その後、脱型し、シートパッド用ポリウレタンフォームを得た。得られたポリウレタンフォームを上記方法にて評価した。評価結果を表1に示す。
1)ポリエーテルポリオール(a−1):EO/POモル比13/87、数平均分子量7,500、官能基数3
2)ポリエーテルポリオール(a−2):PO100モル%、数平均分子量700、官能基数3
3)ポリマーポリオール(a−3):EO/POモル比15/85、数平均分子量5,000、官能基数3
4)架橋剤(C)−1:ポリエーテルポリオール、EO100モル%、数平均分子量600、官能基数3、官能基1つ当たりの分子量200
5)架橋剤(C’)−2[比較用]:ポリエーテルポリオール、EO100モル%、数平均分子量400、官能基数4、官能基1つ当たりの分子量100
6)架橋剤(C’)−3[比較用]:ポリエーテルポリオール、EO100モル%、数平均分子量200、官能基数3、官能基1つ当たりの分子量約67
7)触媒:トリエチレンジアミンと(2−ジメチルアミノエチル)エーテル(東ソー(株)製)
8)シリコーン整泡剤:(東レ・ダウコーニング(株)製、商品名「SZ1325」)
9)ポリイソシアネート:TDI/MDI(質量比)が80/20、NCO基/(発泡原液中の活性水素基)(モル比)が95/15〜100/0になるように配合する。なお、TDIとしては、「コスモネート(登録商標)T−80」(三井化学(株)製)を、MDIとしては、「MR−200HR」(日本ポリウレタン工業(株)製)を使用した。
一方、架橋剤として本発明で特定していない架橋剤のみを使用した比較例1及び2では、応力緩和低減性及び耐久性に乏しい。
なお、図1は応力緩和(%)と1Hz粘弾性(tanδ)の関係をグラフにしたものであるが、これは応力緩和低減性とぐらつき低減性の関係を表しており、グラフの右上にシフトするのが通常であるが、本発明のシートパッド用ポリウレタンフォームでは、左上にシフトしており、これからも、良好な性能が得られたことが分かる。
Claims (3)
- (A)ポリオール成分、(B)ポリイソシアネート成分及び(C)架橋剤を含有する発泡原液を発泡成形してなるポリウレタンフォームであって、
前記(A)ポリオール成分が、(a−1)エチレンオキシド及びプロピレンオキシドの開環重合により得られたブロック共重合体であり、エチレンオキシドに由来する繰り返し単位とプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が5/95〜25/75であり、数平均分子量が6,000〜8,000のポリエーテルポリオールを、(A)ポリオール成分中に30〜55質量%の割合で含むと共に、(a−2)プロピレンオキシド単独又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの開環重合により得られ、エチレンオキシドとプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が0/100〜20/80であり、数平均分子量が600〜2,000のポリエーテルポリオールを、ポリオール成分中に2〜20質量%の割合で含み、さらに(a−3)ポリエーテルポリオールにアクリロニトリル−スチレン共重合体をグラフト共重合したポリマーポリオールであり、該ポリエーテルポリオールが、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドの開環重合により得られ、エチレンオキシドに由来する繰り返し単位とプロピレンオキシドに由来する繰り返し単位のモル比が5/95〜25/75であり、数平均分子量が3,000〜7,000のポリエーテルポリオールを、(A)ポリオール成分中に40〜60質量%の割合で含み、
且つ(C)架橋剤が、エチレンオキシド単独の開環重合により得られた数平均分子量500〜1,500のポリエーテルポリオールを含有し、1分子中に含まれるヒドロキシル基の数が2〜4個であることを特徴とする、
シートパッド用ポリウレタンフォーム。 - 発泡原液中、(C)架橋剤の配合量が、(A)ポリオール成分及び(C)架橋剤の合計量に対して0.5〜10質量%である、請求項1に記載のシートパッド用ポリウレタンフォーム。
- 請求項1又は2に記載のポリウレタンフォームを用いてなるシートパッド。
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