JPH0762053A - 高密度インテグラルスキンフォーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フロン系発泡剤を全く使用せず、水のみを発
泡剤として、特定のポリオール成分を使用することによ
り、インテグラルスキンを有するポリウレタンフォーム
を得る。 【構成】 分子量６０００の３官能ポリエーテルポリオ
ール７０重量部とエチレンオキサイドを３１重量％含有
する特定の２官能のポリエーテルポリオール２２．５重
量部とからなるポリオールに、架橋剤７．５重量部、触
媒２．０４重量部、発泡剤としての水０．４５重量部及
び顔料１重量部を添加したポリオール成分と、ポリイソ
シアネート成分とを反応射出成形することにより、０．
５〜０．８ｍｍの厚さのインテグラルなスキン層を有す
るインテグラルスキンフォームを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的密度が高く、イ
ンテグラルスキン層を有するポリウレタンフォーム（以
下、インテグラルスキンフォームという）に関する。本
発明のインテグラルスキンフォームはステアリングホイ
ール、エアバッグカバー（モジュールカバー、ホーンパ
ッドカバー）、アームレスト、シフトノブ等の用途に使
用される。

【０００２】

【従来の技術】インテグラルスキンフォームの代表的な
用途として、例えば、ステアリングホイールなどはステ
ィール等の芯材の外周にインテグラルな緻密な表層を有
するポリウレタンフォームを被覆して形成されている
（特開平３−３２８１１号公報、特開平３−３３１２０
号公報、特開平２−２９６８１５号公報、特開平３−２
２０２２３号公報、特開平４−１３２７１９号公報、特
開平４−８５３４２号公報、特開平２−１９９１３６号
公報、特開平４−１８０９１２号公報、特開平３−２４
１０８号公報、特開平４−２２６３１３号公報、特開平
４−１５２１１６号公報、特開平４−３２５５３３号公
報等）。上記成形品のようにスキン層とフォーム層とが
一体に成形された製品は、触感に優れ、ステアリングホ
イールのみならず、エアバッグカバーやアームレスト等
多くの製品が同様にして成形されている。

【０００３】上記インテグラルスキンを形成させる発泡
剤としては、従来より低沸点有機化合物であるフロロカ
ーボン系発泡剤が一般に使用されており、特に、トリク
ロロフルオロメタン（フロン１１）に代表されるクロロ
フルオロカーボン類が多用されている。しかし、フルオ
ロカーボン、特にクロロフルオロカーボン類の使用はオ
ゾン層を破壊するとして世界的な環境問題となってお
り、その使用が国際的に規制或いは制限されており、こ
の種発泡剤は使用できなくなりつつある。

【０００４】そこでフロン１１の代替発泡剤としてフロ
ン２２やフロン１２３、フロン１４１ｂ等の使用が検討
されているが、これらのフロロハイドロカーボン系発泡
剤もオゾン層破壊の問題が全くないわけではなく、少な
からず規制の対象になりつつあり、将来使用できなくな
る可能性が高い。また、上記代替発泡剤は何れも沸点が
低かったり、樹脂に対する溶解性が高かったりして、従
来のインテグラルスキンフォームの処方において単純に
フロン１１と置き換えただけでは、脱型したフォームが
大きく収縮したり、コラプス（崩壊、割れ）を生ずると
いう問題もある。更に、その他の代替え発泡剤として有
機溶剤、例えば、塩化メチレンや１，１，１−トリクロ
ロエタンの使用も検討されているが、これら有機溶剤は
生成するフォーム中に溶け込んでしまい、脱型後の製品
が軟らかい物になったり、限度を越えて収縮したりする
という問題がある。

【０００５】上記のように物理発泡剤では種々問題があ
るため、化学発泡剤（反応によりガスを発生する発泡
剤）の使用も検討されている。特に、ウレタンフォーム
においてはイソシアネートと水との反応により二酸化炭
素が生成するため、発泡剤としての水の使用も種々検討
されている。しかし、水のみを発泡剤として使用すると
一般に以下の問題が生ずる。 成形収縮率の低下：フロン１１を使用した場合は脱
型後の製品がある程度収縮するが、水を使用した場合、
製品はむしろ膨張する。そのため、製品の収縮を見込ん
で設計されている従来の型をそのまま使用した場合、製
品が所定寸法より大きなものに仕上がってしまう。

【０００６】 型内での原料の流動性の低下：フロン
１１は極めて粘度が低く、これをブレンドした従来のポ
リオール成分は比較的粘度が低い。そのため型に注入し
た原料も反応の各段階に応じて優れた流動性を有する。
しかし、水を発泡剤として使用すると原料の粘度が上が
り、流動性が低下する。 スキン層成形能の低下：水も化学発泡剤の一種であ
り、当然のことながらフォーム全体が均一に発泡してし
まい、スキン層が形成され難くなる。 高圧攪拌方式での攪拌不良の発生：インテグラルス
キンフォームは一般に反応射出成形法（ＲＩＭ）によっ
て成形される。ＲＩＭでは２成分が高圧で衝突混合する
ことにより攪拌が行われるが、上記で示したように水
を使用した場合はポリオール成分の粘度が上昇し、イソ
シアネート成分の粘度には大きな変化はないため、衝突
する二成分の粘度のバランスが崩れ、攪拌不良となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、オゾン層破
壊の問題をかかえるフロン系発泡剤を使用せず、しかも
特定のポリオール成分を使用することにより、上記の水
のみを発泡剤として使用した場合の種々の問題点を解決
し、優れた性質を有するインテグラルスキンフォームを
提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本第１発明は、ポリイソ
シアネート、ポリオール及び水を含む発泡性組成物を発
泡させて得られる高密度インテグラルスキンフォームに
おいて、上記ポリオールは、少なくとも、官能基数３、
平均分子量６０００〜１００００のポリエーテルポリオ
ールと、エチレンオキサイドをランダムに付加重合させ
て得られ、官能基数が２のポリエーテルポリオールとを
含み、上記官能基数２のポリエーテルポリオールを１０
０重量％とした場合に、上記エチレンオキサイド部分は
２０重量％以上であり、また、上記ポリオールの全量を
１００重量部とした場合に、上記官能基数３のポリエー
テルポリオールが６０重量部以上、上記官能基数２のポ
リエーテルポリオールが１０〜３０重量部であることを
特徴とする。また、第２発明は、上記発泡性組成物の一
成分である触媒が、少なくともイミダゾール系３級アミ
ン触媒を含むものであることを特徴とする。

【０００９】上記「ポリイソシアネート」としては、通
常ポリウレタンフォームの原料として使用されるものを
特に制限なく使用できる。例えば、トリレンジイソシア
ネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレ
ンジイソシアネート、トリジ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、キシリレンジイソシアネート、及びこれらの変性
物が挙げられる。上記イソシアネート成分は、イソシア
ネート基と水酸基との当量比（イソシアネート指数とい
う）が０．８〜１．３、特に好ましくは０．９〜１．１
となる範囲で使用される。

【００１０】上記「官能基数３のポリエーテルポリオー
ル」は、アルキレンオキサイドと開始剤であるトリオー
ルとの反応によって得られるポリエーテルポリオールで
あって「平均分子量が６０００〜１００００」のもので
ある。アルキレンオキサイドは通常プロピレンオキイド
であり、コポリマーの形でエチレンオキサイドが使用さ
れる。トリオールとしては、グリセリン、トリメチロー
ルプロパン、ヘキサントリオール、トリエタノールアミ
ン等が挙げられる。

【００１１】官能基数３のポリエーテルポリオールの平
均分子量が６０００未満では、得られるインテグラルス
キンフォームの物性、特に引張強度、引張伸び、引裂強
度等が低下し、また、平均分子量が１００００を越えて
大きい場合はポリオール成分の粘度が高くなり、ＲＩＭ
成形時に充分な攪拌効果が得られず、良好な成形品が得
られないため好ましくない。また、官能基数３のポリエ
ーテルポリオールの使用量は、全ポリオールを１００重
量部とした場合に、その「６０重量部以上」とする必要
があり、使用量が６０重量部未満では、得られるインテ
グラルスキンフォームの引張強度等機械的物性が低下す
るため好ましくない。

【００１２】上記「官能基数２のポリエーテルポリオー
ル」は、アルキレンオキサイド（エチレンオキサイド及
び他のアルキレンオキサイド、通常はプロピレンオキイ
ド）と、出発物質であるジオール（水、プロピレングリ
コール、エチレングリコール等）との反応によって得ら
れるポリエーテルポリオールであって、「エチレンオキ
サイドをランダムに付加重合させて得られ」、且つ、エ
チレンオキサイド部分が「官能基数２のポリエーテルポ
リオールを１００重量％とした場合」に「２０重量％以
上」のものである。このポリオールの平均官能基数が２
より大きい場合は、ポリオール成分の粘度が高くなり、
高圧攪拌時の攪拌不良を招くため好ましくない。

【００１３】また、エチレンオキサイドはその２０％以
上が他のアルキレンオキサイドに対してランダムに付加
重合していなければならず、そうでない場合（例えば、
他のアルキレンオキサイドのポリマーの末端にエチレン
オキサイドが付加重合した場合等）は、反応が急激にな
り過ぎ成形に支障を起こす恐れがあると同時に、フォー
ムの独泡性が高くなり製品の収縮率の低下等の問題が生
ずるため好ましくない。更に、連続した明瞭なスキン層
を得るためには、エチレンオキサイドの含有量が２０重
量％以上である必要があり、２０重量％未満の場合は、
良好なスキン層が得られないばかりか、上記と同様フォ
ームの独泡性が高くなり、従来技術の発泡剤として水の
みを使用した場合の問題点として挙げたと同様脱型後
の成形品の収縮率の低下という問題もある。

【００１４】本発明のように水を発泡剤としてフォーム
にインテグラルなスキン層を形成するためには、急激な
反応系を選定する必要があるが、余りに急激であるとス
キン層も含めフォーム全体の成形性に問題を生ずること
となり、その反応系の反応速度を制御しなければならな
い。そのため、本発明では、触媒として少なくとも「イ
ミダゾール系３級アミン」を含む３級アミン系触媒を使
用することが好ましい。また、イミダゾール系以外の３
級アミン系触媒を併用すれば、更に安定した成形性が維
持され、より好ましい。ここで使用されるイミダゾール
系触媒は下記の特徴を有し、インテグラルスキンフォー
ムを作る場合、大変、有用である。

【００１５】 反応開始から終了（ＲＴ）までの間で
の初期増粘が緩やかで（ＣＴ〜ＧＴ間）、その後（ＧＴ
〜ＲＴ間）は極めて硬化速度が速い、そのため、発泡性
組成物の優れた流動性が維持され、且つ、硬化性にも優
れる。 ＲＴ：発泡終了時のことで、ライズタイムの略 ＣＴ：気泡が生じ始めるが、架橋はしていない時点、ク
リームタイムの略 ＧＴ：ゲル化する時点で、この後硬化が進む、ゲルタイ
ムの略 フォームセルの独泡性が低くなり、成形品の収縮率
を、従来のフロン系発泡剤を使用したのと同程度に高く
することができる。 水を発泡剤とした系において、例えば、ステアリン
グホイールの芯材である金属等との優れた接着性が得ら
れる。

【００１６】上記イミダゾール系３級アミン触媒として
は、１−メチルイミダゾール、１−エチルイミダゾー
ル、１−ブチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダ
ゾール、１−エチル−２−メチルイミダゾール、１−イ
ソブチル−２−メチルイミダゾール、２−エチル−１，
４−ジメチルイミダゾール、１，２−ジエチル−４−メ
チルイミダゾール、１−（２−ヒドロキシエチル）−２
−メチルイミダゾール、１−（３−アミノプロピル）−
２−メチルイミダゾール、１−ベンジル−３−メチルイ
ミダゾール等が挙げられ、また、イミダゾール系以外の
３級アミン系触媒としては、トリエチレンジアミン、Ｎ
−メチルモルホリン、ジメチルエタノールアミン、テト
ラメチルプロピレンジアミン、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、ジメチル
ピペラジン、トリエチルアミン等が挙げられる。

【００１７】これらイミダゾール系３級アミン触媒及び
イミダゾール系以外の３級アミン触媒は、何れも特に限
定されることなく１種又は２種以上を混合して使用でき
る。また、イミダゾール系３級アミン触媒は、ポリオー
ルと架橋剤との合計量を１００重量部とした場合に０．
５〜３重量部使用することが好ましく、イミダゾール系
以外の３級アミン触媒は、イミダゾール系３級アミン触
媒に対して０．２〜０．５程度の比率で使用することが
好ましい。各触媒を上記の範囲で使用することにより、
インテグラルなスキン層形成のための適度な反応速度と
なり、また、セルの独泡性が低くなり、成形品の収縮率
も適度な範囲となるため好ましい。

【００１８】更に、本発明では、必要に応じて上記アミ
ン系触媒に下記理由により、ジブチル錫ラウレート、ジ
ブチル錫マレエート、ジオクチル錫ラウレート、ジオク
チル錫アセテート等の錫系金属触媒を併用してもよい。 アミン系触媒の使用量の低減 金属触媒の触媒活性が極めて高いためにアミン系触媒の
使用量を低減できる。これによりアミン系触媒の臭気の
問題（アミン系触媒は極めて強いアミン臭を発する）の
対策となるのに加え、アミンが原因となり得るビニルス
テインと呼ばれる塩ビ製品の変色或いはフォギングと呼
ばれる硝子面の曇り現象などが抑制される。また、コス
トダウンも期待できる。 フォームのキュア性が高いために成形サイクルの短
縮が図れる。これによって生産性が向上する。 触媒活性の温度依存性が高いため、反応時高温にな
るフォーム内部の発泡が促進され、比較的低温で一定温
度の型表面での反応性が低く、水を発泡剤とする化学発
泡であるにもかかわらず、インテグラルなスキン層が形
成される。但し、錫系金属触媒は、反応性が非常に高く
取り扱いが難しく、加水分解を起こし易い性質もあるた
め、使用に際してはそのような特徴を十分考慮する必要
がある。

【００１９】

【作用】インテグラルスキンフォームは、フォーム表層
にインテグラルスキン層（緻密層）を有することが特徴
である。更に詳しく言えば、表面近くと内部との密度差
が連続的に変化している状態を有するポリウレタンフォ
ームで、表層付近はほとんど発泡していないため密度が
高く、内部にいくに従って順次密度が低くなっているも
のである。そのような構造上、従来より発泡剤としては
いわゆる物理発泡剤（化学反応等によってガスを発生さ
せる発泡剤ではなく、温度上昇や圧力低下によってガス
体となる発泡剤）、具体的にはフロン１１が専ら使用さ
れてきた。しかし、環境上の問題からフロン系発泡剤が
使用できなくなりつつあり、化学反応によりガスを生成
する化学発泡剤の使用が検討されているが、フォーム全
体の均一な発泡が避けられず、インテグラルスキンの形
成が困難である。本発明では化学的発泡剤の一種である
水のみを使用しているが、特定のポリオールを特定量使
用することにより、フロン系発泡剤を使用した場合と同
様の構造、物性を有するインテグラルスキンフォームを
得ることができたものである。

【００２０】

【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明する。 実施例１〜４及び比較例１〜２ 表１に各実施例及び比較例に用いた発泡性組成物の組成
を示す。尚、表１中のポリイソシアネート以外の成分の
配合量は、ポリオール成分と架橋剤との合計量を１００
重量部とした場合の重量部で表す。ポリイソシアネート
はイソシアネート指数で表す。また、＊は本発明の範囲
を外れていることを表す。

【００２１】

【表１】

【００２２】以下に表１中の成分を具体的に示す。 (1) ポリオール成分 ポリオールＡ：旭硝子社製、商品名「ＥＬ−８０
４」（水酸基価：２６、平均分子量：６５００、官能基
数：３） ポリオールＢ：三洋化成工業社製、商品名「ＦＡ−
９０８」（水酸基価：２４、平均分子量：７０００、官
能基数：３） ポリオールＣ：三洋化成工業社製、商品名「ＦＡ−
７０３」（水酸基価：３３、平均分子量：５０００、官
能基数：３） ポリオールａ：三洋化成工業社製、商品名「ＰＬ−
２１００」（エチレンオキサイド含有量：３１重量％、
水酸基価：４６、平均分子量：２０００、官能基数：
２） ポリオールｂ：旭硝子社製、商品名「ＰＭＬ−５０
０５」（エチレンオキサイド含有量：２４重量％、水酸
基価：２８、平均分子量：４０００、官能基数：２）

【００２３】(2) 架橋剤：エチレングリコール (3) 触媒成分 触媒（１）：１−イソブチル−２−メチルイミダゾ
ール 触媒（２）：ビスジメチルアミノエチルエーテル 触媒（３）：１−メチルイミダゾール 触媒（４）：ＤＢＴＤＬ（ジブチルチンジラウレー
ト） 触媒（５）：トリエチレンジアミンの３３重量％ジ
プロピレングリコール溶液 (4) 発泡剤：水 (5) その他成分：顔料 (6) イソシアネートＸ：４，４′−ＭＤＩプレポリマー
／ポリメリック−ＭＤＩの混合品（ＮＣＯ％＝２６％）

【００２４】上記表１に示した発泡性組成物を用い、下
記の方法によりインテグラルスキンフォームを成形し
た。ポリオール、架橋剤、発泡剤他のポリオール成分
と、ポリイソシアネートを、それぞれ高圧発泡機のタン
クに仕込み、４５〜５０℃に温調された２００×２００
×５ｍｍの金型を使用して、吐出圧力１５０Kg/cm²、吐
出量１４０ｇ／秒、両成分の温度を３０℃として反応射
出成形を行った。成形後製品を金型から取り出し、室温
に一週間静置して物性試験に供した。フォームの成形
性、得られたフォームの物性等の評価結果を表２に示
す。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２中の各項目の評価は以下の方法によっ
た。 (1) 粘度の測定 ：Ｂ型粘度計 (2) 攪拌性 ：目視によりフォームのセルの状態、
色むらなどを観察 (3) 成形性 ：金型からの脱型性、指触による初期
強度などの評価 (4) スキン層厚さ：顕微鏡視野下に拡大してゲージによ
り測定 (5) 成形収縮率 ：金型にけがいてあるけがき線の長さ
から、製品上に転写された線の長さを減じた数値を上記
けがき線の長さで除し１００倍した値 (6) 引張強さ及び引張伸び率：ＪＩＳ Ｋ６３０１

【００２７】表２の結果によれば、実施例、比較例何れ
のポリオール成分の粘度も大差はなく、しかもフロン１
１を発泡剤とした場合とほぼ同等であるため、成形時の
攪拌性及び成形性は全て良好である。しかし、各実施例
では０．４〜０．８ｍｍ厚さのスキン層が形成されたの
に対し、比較例ではスキン層が全く形成されず、インテ
グラルスキンフォームが得られなかったことが分かる。
また、各実施例のフォームが成形型の寸法を基準にして
０．２〜０．５％と、フロン系発泡剤を使用した場合と
大差のない収縮率を示しているのに対し、比較例のフォ
ームではむしろ膨張してしまっている。尚、引張強さ、
引張伸び率についても比較例ではやや低い値であり、物
性の面でも劣る傾向にあることが分かる。尚、本発明に
おいては、前記具体的実施例に示すものに限られず、目
的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例
とすることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明では発泡剤として水のみを使用し
ているにもかかわらず、フォーム成形時の攪拌性、成形
性等が良好で、明瞭なスキン層を有するインテグラルス
キンフォームを得ることができ、製品の収縮率、引張強
さ等の物性も優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 75:04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリイソシアネート、ポリオール及び水
   を含む発泡性組成物を発泡させて得られる高密度インテ
   グラルスキンフォームにおいて、 上記ポリオールは、少なくとも、官能基数３、平均分子
   量６０００〜１００００のポリエーテルポリオールと、
   エチレンオキサイドをランダムに付加重合させて得ら
   れ、官能基数が２のポリエーテルポリオールとを含み、
   上記官能基数２のポリエーテルポリオールを１００重量
   ％とした場合に、上記エチレンオキサイド部分は２０重
   量％以上であり、また、上記ポリオールの全量を１００
   重量部とした場合に、上記官能基数３のポリエーテルポ
   リオールが６０重量部以上、上記官能基数２のポリエー
   テルポリオールが１０〜３０重量部であることを特徴と
   するインテグラルスキンフォーム。
2. 【請求項２】 上記発泡性組成物の一成分である触媒
   が、少なくともイミダゾール系３級アミン触媒を含むも
   のである請求項１記載の高密度インテグラルスキンフォ
   ーム。