特許第5777216号(P5777216)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社SMPテクノロジーズの特許一覧

<>
  • 特許5777216-ポリウレタン発泡体 図000004
  • 特許5777216-ポリウレタン発泡体 図000005
  • 特許5777216-ポリウレタン発泡体 図000006
  • 特許5777216-ポリウレタン発泡体 図000007
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5777216
(24)【登録日】2015年7月17日
(45)【発行日】2015年9月9日
(54)【発明の名称】ポリウレタン発泡体
(51)【国際特許分類】
   C08G 18/48 20060101AFI20150820BHJP
   C08G 101/00 20060101ALN20150820BHJP
【FI】
   C08G18/48 F
   C08G101:00
【請求項の数】3
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2012-7114(P2012-7114)
(22)【出願日】2012年1月17日
(65)【公開番号】特開2013-147530(P2013-147530A)
(43)【公開日】2013年8月1日
【審査請求日】2014年6月5日
(73)【特許権者】
【識別番号】510017594
【氏名又は名称】株式会社SMPテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100118913
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 邦生
(72)【発明者】
【氏名】林 俊一
【審査官】 岡▲崎▼ 忠
(56)【参考文献】
【文献】 特開2005−060552(JP,A)
【文献】 特開2009−035697(JP,A)
【文献】 特開2011−189121(JP,A)
【文献】 特開2004−161987(JP,A)
【文献】 特開2003−306522(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G 18/00−18/87
C08G 101:00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
トルエンジイソシアネートとポリエーテルポリオールを主成分とし、
前記トルエンジイソシアネートが、2,4−トルエンジイソシアネートと2,6−トルエンジイソシアネートとが65:35〜80:20の比率で混合され、
前記ポリエーテルポリオールが、数平均分子量が700以上3000以下のポリオキシプロピレントリオール、数平均分子量が400以上2000以下のポリオキシプロピレンジオール、または、前記ポリオキシプロピレントリオールと前記ポリオキシプロピレンジオールの混合物であり、
損失正接のピーク値に対応する温度とされるガラス転移温度が0℃以上40℃以下であり、
温度0℃以上40℃以下において、0.1Hz以上100Hz以下の周波数領域における前記損失正接が0.4以上であり、
周波数0.1Hz以上1Hz以下の範囲での前記損失正接の平均値が、周波数10Hz以上100Hz以下の範囲での前記損失正接の平均値以下であるポリウレタン発泡体。
【請求項2】
前記周波数0.1Hz以上1Hz以下の範囲での前記損失正接の平均値に対する前記周波数10Hz以上100Hz以下の範囲での前記損失正接の平均値の変化の割合が、0%以上10%以下である請求項1に記載のポリウレタン発泡体。
【請求項3】
前記ポリエーテルポリオールと前記トルエンジイソシアネートとが、100:39.21〜100:48.77(質量比)の比率で配合される請求項1または請求項2に記載のポリウレタン発泡体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被接触物の形状に追従して変形する形状追従性を有するポリウレタン発泡体に関する。特に、人体に装着されて人体の動きに伴う形状変化に追従して変形するポリウレタン発泡体に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリウレタン発泡体として、形状記憶ポリウレタン発泡体や低反発性ポリウレタン発泡体が知られている。しかしながら、これらのポリウレタン発泡体は、人体に装着された場合の動的粘弾性について検討された物ではなかった。このため、人体に装着された場合に、エネルギー吸収能が低いものであり、装着時の快適性に乏しいものであった。
【0003】
これに対し、特許文献1は、人体からの伝熱によって硬度を低下させ、体表面の形状に追従させて変形させて使用することができる形状追従性を有する樹脂発泡体を開示している。特許文献1の樹脂発泡体は、例えばポリウレタン発泡体とされ、10〜35℃(すなわち体表面温度近傍)にガラス転移点を有し、この温度範囲における正弦損失tanδが0.20〜0.80とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−35697号公報(特許請求の範囲、段落[0006]、[0009]〜[0012]、[0015]〜[0023]、[0031]〜[0049])
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1の段落[0038]には、周波数1Hzでポリウレタン発泡体の貯蔵弾性率及び損失弾性率を測定し、tanδを算出したと記載されている。周波数1Hzは、安静時の人体体表面の動的粘弾性に相当する。このため、特許文献1に開示される発泡体は、安静時においてすぐれた形状追従性を有すると言える。一方で、特許文献1の発泡体は運動時(100Hz近傍)における形状追従性については一切議論していない。特許文献1の発泡体では、運動時においても安静時の柔らかさを示すため、運動時における装着性及び快適性を担保するのは困難であった。
【0006】
本発明は、人体に装着された際に、運動時及び安静時のいずれにおいても快適性を有しながら、優れた形状追従性を有するポリウレタン発泡体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明は、トルエンジイソシアネートとポリエーテルポリオールを主成分とし、損失正接のピーク値に対応する温度とされるガラス転移温度が0℃以上40℃以下であり、温度0℃以上40℃以下において、0.1Hz以上100Hz以下の周波数領域における前記損失正接が0.4以上であり、周波数0.1Hz以上1Hz以下の範囲での前記損失正接の平均値が、周波数10Hz以上100Hz以下の範囲での前記損失正接の平均値以下であるポリウレタン発泡体を提供する。
【0008】
上記発明において、前記周波数0.1Hz以上1Hz以下の範囲での前記損失正接の平均値に対する前記周波数10Hz以上100Hz以下の範囲での前記損失正接の平均値の変化の割合が、0%以上10%以下であることが好ましい。
【0009】
上記発明において、前記ポリオールエーテルポリオールと前記トルエンジイソシアネートとが、100:39.21〜100:48.77(質量比)の比率で配合されることが好ましい。
【0010】
上記発明において、前記トルエンジイソシアネートが、2,4−トルエンジイソシアネートと2,6−トルエンジイソシアネートとが65:35〜80:20の比率で混合され
【0011】
上記発明において、前記ポリオールエーテルポリオールが、数平均分子量が700以上3000以下のポリオキシプロピレントリオール、数平均分子量が400以上2000以下のポリオキシプロピレンジオール、または、前記ポリオキシプロピレントリオールと前記ポリオキシプロピレンジオールの混合物である
【0012】
本発明のポリウレタン発泡体は、人体の体表面と同程度のガラス転移温度を有する。このため、本発明のポリウレタン発泡体を人体体表面に装着させた場合、硬度が低下して柔軟になり、接触部分で体表面の形状に追従して変化する。
また、本発明のポリウレタン発泡体は、安静時の人体体表面の周波数(0.1〜1Hz)から運動時の人体体表面の周波数(10〜100Hz)にかけて、高い損失正接を有する。また、安静時の周波数での損失正接の平均値は、運動時の周波数での損失正接の平均値以下となっている。このため、本発明のポリウレタン発泡体は、人体に装着された場合に、安静時に柔らかさを示すが、運動時はばねとして働き衝撃を吸収する。従って、本発明のポリウレタン発泡体は、安静時には人体に良好にフィットするとともに、運動時には優れた装着性と保持性を有する。特に、安静時の周波数での損失正接の平均値に対する運動時の周波数での損失正接の平均値の変化の割合が0%以上10%以下であるポリウレタン発泡体は、安静時及び運動時のいずれにおいても、装着者に良好な装着感を与えることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明のポリウレタン発泡体は、運動時に必要とされる剛さと、安静時に必要とされる柔らかさを両立させており、且つ、高いエネルギー吸収能を有する。このため、快適性を有しながら、運動時に必要な装着性と保持性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】実施例1のポリウレタン発泡体の動的粘弾性の温度依存性を示すグラフである。
図2】実施例1のポリウレタン発泡体の動的粘弾性の周波数依存性を示すグラフである。
図3】比較例3のポリウレタン発泡体の動的粘弾性の温度依存性を示すグラフである。
図4】比較例3のポリウレタン発泡体の動的粘弾性の周波数依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本実施形態のポリウレタン発泡体は、トルエンジイソシアネート及びポリエーテルポリオールを主成分とするフォーム原料を発泡・硬化させて製造させる。
【0016】
上記トルエンジイソシアネート(TDI)は、2,4−トルエンジイソシアネートと2,6−トルエンジイソシアネートとの混合物とされる。混合比は、2,4−トルエンジイソシアネート:2,6−トルエンジイソシアネート=65:35〜80:20(質量比)の範囲内とされる。
【0017】
上記ポリエーテルポリオールは、ポリオキシプロピレントリオール、ポリオキシプロピレンジオール、または、ポリオキシプロピレントリオールとポリオキシプロピレンジオールとの混合物とされる。
本実施形態に使用されるポリオキシプロピレントリオールは、数平均分子量が700以上3000以下とされる。上記数平均分子量のポリオキシプロピレントリオールを単独で用いても良いし、数平均分子量が異なる複数のポリオキシプロピレントリオールを混合して用いても良い。
【0018】
本実施形態に使用されるポリオキシプロピレンジオールは、数平均分子量が400以上2000以下とされる。上記数平均分子量のポリオキシプロピレンジオールを単独で用いても良いし、数平均分子量が異なる複数のポリオキシプロピレンジオールを混合して用いても良い。
【0019】
本実施形態において、上記ポリエーテルポリオールと上記TDIとの混合比率は、ポリエーテルポリオール:TDI=100:39.21〜100:48.77(質量比)の範囲内とされる。上記範囲よりTDIが少ないと、発泡体が柔軟になりすぎる。この結果、発泡体の強度や弾性率(ヤング率)が低下してしまう。また、上記範囲よりTDIが多いと、発泡体の硬度が上昇する。硬度が上昇すると、発泡体の伸長性が低下するとともに、弾性率が低下する。
【0020】
本実施形態のフォーム原料は、TDIとポリエーテルポリオールとを重合させる触媒を含む。触媒は、例えばアミン系触媒及び金属触媒が用いられる。アミン系触媒としては、トリエチレンジアミン、テトラメチルグアニジン、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサン1,6ジアミンなどが挙げられる。金属触媒としては、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸カリウム、ナフテン酸鉛、ネオデカン酸亜鉛などが挙げられる。触媒は上記の中から1種類が選択されても良いし、2種類以上を混合して用いられても良い。触媒の添加量は、ポリエーテルポリオールの全量に対して、0.1〜2質量%の範囲内とされる。
【0021】
本実施形態のフォーム原料は、発泡剤を含有する。発泡剤は、上記のTDI及びポリエーテルポリオールの反応生成物を発泡させることができるものであれば、特に限定されない。具体的に、発泡剤としては、水、ハロゲン化脂肪族炭化水素(メチレンクロライド、トリクロロエタンなど)、二酸化炭素、無機系発泡剤(重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、アジド化合物など)、有機系発泡剤(アゾジカルボンアミド、アゾピスホルミアミド、N,N‘−ジニトロソペンタメチレンテトラミン等)が適用可能である。特に、水が好ましい。発泡剤は上記の中から1種類が選択されても良いし、2種類以上を混合したものでも良い。発泡剤の添加量は、ポリエーテルポリオールの全量に対して、0.5〜5質量%の範囲内とされることが好ましい。
【0022】
本実施形態のフォーム原料は、整泡剤を含んでいても良い。整泡剤は、均一に分散した微細な気泡を安定化させるために配合される。整泡剤としてはシリコーン系整泡剤を用いることが好ましい。シリコーン系整泡剤として、ジメチルポリシロキサンとポリエーテルとのブロック共重合体や、ポリシロキサンに有機官能基を付加したものなどが挙げられる。整泡剤は1種類のみ使用されても良いし、2種類以上を混合して用いられても良い。整泡剤の添加量は、ポリエーテルポリオールの全量に対して、0.5〜3質量%の範囲内とされることが好ましい。
【0023】
本実施形態のフォーム原料は、安定剤、酸化防止剤、紫外線安定剤などを含んでいても良い。
【0024】
本実施形態のポリウレタン発泡体は、ガラス転移温度Tgが0℃以上40℃以下を示す。ガラス転移温度は、損失正接(tanδ)のピーク値に対する温度として定義される。tanδは、貯蔵弾性率E’に対する損失弾性率E”の比(E”/E’)で定義される。すなわち、tanδはエネルギー吸収能を表している。
人体の体表面の温度は、通常28〜30℃である。このため、本実施形態のポリウレタン発泡体を人体体表面に装着させた場合、ポリウレタン発泡体は硬度が低下して柔軟になり、かつ、接触部分で体表面の形状に追従して変形する。
【0025】
本実施形態のポリウレタン発泡体は、0℃以上40℃以下において、周波数0.1Hzから100Hzの範囲でtanδが0.4以上である。また、本実施形態のポリウレタン発泡体は、周波数0.1Hz以上1Hz以下の範囲でのtanδの平均値Aが、周波数10Hz以上100Hz以下の範囲でのtanδの平均値B以下(すなわち、A≦B)である。
【0026】
本実施形態のポリウレタン発泡体は、温度0℃以上40℃以下において、周波数0.1Hzから100Hzの範囲で、tanδが一定であることが好ましい。ここでの「tanδが一定」とは、tanδの平均値Aに対するtanδの平均値Bの変化の割合(B−A)/A(%)が、0%以上10%以下と定義する。上記tanδの変化の割合は、0%以上2.5%以下であることが更に好ましい。
【0027】
安静時の人体体表面の周波数は、0.1〜1Hzに相当する。一方、運動時の人体体表面の周波数は、10〜100Hzに相当する。
上記特性を有するポリウレタン発泡体を人体に装着させた場合、装着者が安静状態にあるときは、装着者がポリウレタン発泡体の硬度の低下やポリウレタン発泡体の形状追従に違和感を覚えることがなく、身体に良好にフィットすると感じる。
一方、装着者が運動状態にあるときは、ポリウレタン発泡体が運動の衝撃を吸収するので、接触部分での体表面の形状が保持される。
更に、運動時の周波数と安静時の周波数とでtanδが一定(変化の割合が0%以上10%以下)であると、装着者は運動時においてもポリウレタン発泡体が身体に良好にフィットすると感じる。この結果、運動時及び安静時のいずれにおいても、良好な装着感を有する。特にtanδの変化の割合が0%以上2.5%以下であると、運動時及び安静時の両方で、装着者に優れた装着感を与える。
【0028】
また、本実施形態のポリウレタン発泡体は、0℃以上40℃以下の温度において、周波数0.1Hzから100Hzの範囲では、周波数が増加するのに従ってE’が増加する傾向を有する。このため、装着者が安静状態にあるときは、装着者はポリウレタン発泡体を柔らかいと感じる。一方、装着者が運動状態にあるときは、ポリウレタン発泡体は筋肉の動きを補佐するとともに、脂肪の形状を保持する。従って、本実施形態のポリウレタン発泡体は、運動時及び安静時のいずれにおいても、良好な装着感を有する。
【0029】
本実施形態のポリウレタン発泡体は、以下の工程により製造される。
まず、所定量のポリオキシプロピレントリオール及びポリオキシプロピレンジオールを秤量する。ポリオキシプロピレントリオール及びポリオキシプロピレンジオールに、触媒以外の添加剤(発泡剤、整泡剤、安定剤、酸化防止剤、紫外線安定剤など)を添加し、室温にて撹拌混合する。
所定量のTDI及び触媒を秤量する。撹拌混合したポリオキシプロピレントリオール及びポリオキシプロピレンジオールにTDI及び触媒を添加し、室温にて撹拌混合してフォーム原料を作製する。
【0030】
フォーム原料を所定形状の容器に入れ、容器内でフォーム原料を自然発泡させる。発泡終了後、容器をスチームが充満したキュア炉内に入れ、加熱処理を行う。加熱処理条件は、温度:60〜90℃、加熱時間:30分〜12時間とする。フォーム原料の組成などに応じて、上述したガラス転移温度及びtanδの周波数依存性を満たすように、加熱処理条件は上記範囲内で適宜設定される。また、加熱処理条件は、発泡体の硬度、密度、強度、伸度、変色性、及び、これらの性質の発泡体全体での均一性をも考慮して、適宜設定されると良い。
【実施例】
【0031】
以下では、実施例により本発明のポリウレタン発泡体を説明する。
実施例及び比較例のポリウレタン発泡体の組成を、表1に示す。各組成は、質量%で表した。
表におけるポリオールAは、数平均分子量700のポリオキシプロピレントリオール(三井化学(株)製、T−700)である。ポリオールBは、数平均分子量700のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製、D−700)である。ポリオールCは、数平均分子量3000のポリオキシプロピレントリオール(三井化学(株)製、T−3000)である。ポリオールDは、数平均分子量2000のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製、D−2000)である。ポリオールEは、数平均分子量1000のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製、D−1000)である。ポリオールFは、数平均分子量400のポリオキシプロピレンジオール(三井化学(株)製、D−400)である。
本実施例及び比較例では、2,4−トルエンジイソシアネート:2,6−トルエンジイソシアネート=65:35であるトルエンジイソシアネート(三井化学(株)製、TDI)を用いた。
【0032】
発泡剤として、水を用いた。触媒として、アミン系触媒(中京油脂(株)製、33LV)を用いた。実施例2では、上記触媒に加え更に金属系触媒(エアープロダクツ・アンド・ケミカルズ社(株)製、T−9)を用いた。整泡剤として、シリコーン系整泡剤(ジーイー東芝シリコーン(株)製、L−626)を用いた。
表1では、上記の発泡剤、触媒及び整泡剤の添加量は、トルエンジイソシアネート及びポリオールの合計を100としたときの割合として示されている。
【0033】
【表1】
【0034】
表1に示す組成のフォーム原料を作製し、容器(100cm×100cm×100cm)に入れ、容器内でフォーム原料を15分間自然発泡させた。その後、キュア炉内で温度:80℃、加熱時間:1時間の条件で加熱処理し、硬化させた。各ポリウレタン発泡体から、長さ30mm×幅10mm×厚さ5mmの短冊状の試料を切り出した。
【0035】
実施例及び比較例のポリウレタン発泡体の動的粘弾性を測定した。
(1)動的粘弾性の温度依存性測定
粘弾性測定装置(レオロジ社製、DVE−V4)を用い、測定温度を変えたときの各試料の貯蔵弾性率E’及び損失弾性率E”を測定した。測定条件は、測定モード:引張、変位振幅:20μm、周波数:1Hz、測定温度:−40℃〜130℃、昇温速度:2℃/分とした。
【0036】
(2)動的粘弾性の周波数依存性測定
(1)と同じ装置を用い、測定周波数を変えたときの各試料の貯蔵弾性率E’及び損失弾性率E”を測定した。測定条件は、測定モード:引張、変位振幅:20μm、測定温度:25℃、測定周波数:0.5Hz〜300Hzとした。
【0037】
貯蔵弾性率E’及び損失弾性率E”から、損失正接tanδを得た。各実施例及び比較例について、温度に対するtanδの変化を表すグラフから、測定温度範囲でtanδが最大となるときの温度を、ガラス転移温度Tgとして取得した。
貯蔵弾性率E’及び損失弾性率E”から、損失正接tanδを得た。各実施例及び比較例について、tanδの平均値Aに対するtanδの平均値Bの変化の割合(tanδの変化率)を求めた。
【0038】
表2に、実施例及び比較例のガラス転移温度及びtanδの変化率を示す。
【表2】
【0039】
図1に、動的粘弾性の温度依存性のグラフの一例として、実施例1の結果を示す。同図において、横軸は温度、第1の縦軸はE’及びE”、第2の縦軸はtanδである。
図2に、動的粘弾性の周波数依存性のグラフの一例として、実施例1の結果を示す。同図において、横軸は周波数、第1の縦軸はE’及びE”、第2の縦軸はtanδである。
【0040】
図3に、比較例3の動的粘弾性の温度依存性のグラフを示す。同図において、横軸は温度、第1の縦軸はE’及びE”、第2の縦軸はtanδである。図4に、比較例3の動的粘弾性の周波数依存性のグラフを示す。同図において、横軸は周波数、第1の縦軸はE’及びE”、第2の縦軸はtanδである。なお、比較例3のポリウレタン発泡体は、実施例1と同じ条件で作製されたものである。
【0041】
図1及び図3を参照すると、実施例1及び比較例3の動的粘弾性の温度依存性は類似している。ガラス転移温度も同程度であった。すなわち、実施例1及び比較例3のいずれも、0℃〜40℃の間のガラス転移温度を示した。
なお、実施例2〜6、比較例1〜2のいずれも、0℃〜40℃の間のガラス転移温度を示した。
【0042】
図2及び図4を参照すると、実施例1及び比較例3のポリウレタン発泡体のいずれも、周波数が増加するに従いE’が増加している。しかし、E”に対してE’は、実施例1はほぼ同程度の割合で増加しているのに対し、比較例3はE’の増加度合いの方がE”より大きい。
【0043】
実施例1及び比較例3のいずれも、tanδは0.1〜100Hzの範囲で0.4以上であった。
しかし、実施例1は安静時(0.1〜1Hz)のtanδに対して運動時(10〜100Hz)のtanδが増加している。更に図2に示すように、0.1〜100Hzでtanδはほぼ一定である。表2を参照すると、実施例1のtanδの変化率は1.4%と非常に低い。これに対し、比較例3では、周波数が高くなる程tanδが低下する傾向があり、運動時のtanδは安静時のtanδより低い。表2を参照すると、比較例3のtanδの変化率は−33.2%であった。
【0044】
実施例2〜6のポリウレタン発泡体はいずれも、0.1〜100Hzの範囲でtanδが0.4以上であった。表2に示すように、実施例2〜6では変化率が正であり、運動時のtanδが安静時のtanδ以上となっている。実施例3,4は変化率が10%以下となった。特に実施例2は、変化率が2.4%と低くなった。
【0045】
一方、比較例1〜2のポリウレタン発泡体は、0.1〜100Hzの範囲でtanδの変化率が負となった。つまり、運動時のtanδが安静時のtanδよりも低くなった。
【0046】
以上のように、実施例のポリウレタン発泡体は、ガラス転移温度が人体体表面の温度に近く、0.1〜100Hzの範囲でtanδが0.4以上であり、tanδの変化率が正となった。このため、実施例のポリウレタン発泡体は人体に装着されたときに、運動時及び安静時のいずれにおいても、良好な装着感を与えた。実施例5,6よりも実施例3,4の方が装着感が良好であり、実施例1,2が特に良好な装着感を有していた。
図1
図2
図3
図4