JP7739779B2 - Polyurethane foam, and soles and sports shoes using the same - Google Patents
Polyurethane foam, and soles and sports shoes using the sameInfo
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Description
本発明は、靴用のソール材に好適に使用されるポリウレタンフォームに関する。 The present invention relates to polyurethane foam suitable for use as a sole material for shoes.
ポリウレタンフォームは主にイソシアネートとポリオールとの反応により製造され、車両・家具のクッション材や建築、貯蔵タンク、船舶等における断熱材、構造材、ステアリングホイールをはじめとする自動車内装材や靴用のソール材などのインテグラルスキンフォーム等に幅広く使用されている。 Polyurethane foam is primarily produced by the reaction of isocyanate and polyol, and is widely used in a variety of applications, including cushioning for vehicles and furniture, insulation for buildings, storage tanks, ships, and other applications, structural materials, automotive interior materials such as steering wheels, and integral skin foams such as shoe soles.
ポリウレタンフォームに用いるポリオールとしては、例えば、ポリテトラメチレングリコール、ポリエステルポリオール、ポリアルキレンオキシド等が用いられる。 Examples of polyols used in polyurethane foams include polytetramethylene glycol, polyester polyols, and polyalkylene oxides.
ポリエステルポリオールを用いたポリウレタンフォームはエステル基を含有するため加水分解により耐水性に劣るという課題やガラス転移温度(Tg)が高く耐寒性に劣るという課題がある。 Polyurethane foams made with polyester polyols contain ester groups, which can lead to poor water resistance due to hydrolysis, and also have a high glass transition temperature (Tg), resulting in poor cold resistance.
プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドの付加重合をおこなうことによって製造されるポリアルキレンオキシドは一般に液状で粘度が低く、そのようなポリアルキレンオキシドを用いたポリウレタンフォームは耐加水分解性や耐寒性に優れる。 Polyalkylene oxides, which are produced by addition polymerization of alkylene oxides such as propylene oxide, are generally liquid and have low viscosity, and polyurethane foams made using such polyalkylene oxides have excellent hydrolysis resistance and cold resistance.
ポリアルキレンオキシドは、水酸化カリウム等のアルカリ金属を触媒として用い、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドの付加重合を行うことによって工業的に製造されている。この方法で得られるポリアルキレンオキシドはモノオールを多く副生するため、そのようなポリアルキレンオキシドを用いたポリウレタンフォームは、ネットワーク化が不十分となるため、反発弾性に劣るという課題があった。 Polyalkylene oxides are industrially produced by addition polymerization of alkylene oxides such as propylene oxide using an alkali metal such as potassium hydroxide as a catalyst. The polyalkylene oxides obtained by this method produce a large amount of monool as a by-product, and polyurethane foams using such polyalkylene oxides have the problem of poor impact resilience due to insufficient networking.
特許文献1には不飽和度を0.07meq/g以下に低減したモノオールが少ないポリアルキレンオキシドを用いたポリウレタンフォームからなる靴底が開示されている。しかしながら、モノオールの低減が十分ではなく、分子量分布も広いため、依然反発弾性に劣るという課題があった。 Patent Document 1 discloses a shoe sole made from a polyurethane foam using a polyalkylene oxide with a low monool content, with an unsaturation level reduced to 0.07 meq/g or less. However, the monool content was not sufficiently reduced and the molecular weight distribution was broad, so the product still had the problem of poor rebound resilience.
また、ポリテトラメチレングリコールを用いたポリウレタンフォームは、耐加水分解性や耐寒性、反発弾性に優れるため、それらの特性が必要な用途で好適に使用できる。 In addition, polyurethane foams made using polytetramethylene glycol have excellent hydrolysis resistance, cold resistance, and resilience, making them ideal for applications where these properties are required.
特許文献2には、ポリテトラメチレングリコールを用いたインテグラルスキンフォームが提案されている。 Patent Document 2 proposes an integral skin foam using polytetramethylene glycol.
しかしながら、ポリテトラメチレングリコールは室温環境下で通常固体であり、それを用いたポリオールプレミックスがワックス状となりやすく、ポリウレタンフォーム成型に使用する際には通常加熱して使用される等ハンドリング性に劣る。またそれを用いたポリウレタンフォームは結晶性を有すことがあり、低温~室温など使用条件によって貯蔵弾性率が高く柔軟性に劣る場合があるため改善が求められていた。また低温および高温条件など特定の環境では損失弾性率E”と貯蔵弾性率E’の比(tanδ)が高く反発弾性が十分ではない場合があり、使用条件が限られるといった課題があった。
本発明は、上記の背景技術を鑑みてなされたものであり、その目的は、低温から高温まで貯蔵弾性率、tanδが低く、柔軟性、反発弾性に優れるポリウレタンフォーム、及びそれを用いたソール、靴を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned background art, and its purpose is to provide a polyurethane foam that has a low storage modulus and tan δ from low to high temperatures, and has excellent flexibility and rebound resilience, as well as soles and shoes made using the same.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の構造を有するユニットを主構造とし、特定の温度域および室温での貯蔵弾性率、tanδ値を制御する事によって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research into resolving the above-mentioned issues, the inventors discovered that the above-mentioned issues could be resolved by using units with a specific structure as the main structure and controlling the storage modulus and tan δ value in a specific temperature range and at room temperature, leading to the completion of the present invention.
すなわち、本発明は以下に示すポリウレタンフォームに関する。
[1]オキシエチレン構造およびオキシプロピレン構造を含有し、コリッシュ分解により算出したポリオール留分の不飽和基の含有量がポリウレタンフォーム中の0.08重量%未満であって、
周波数10Hz、0~100℃の範囲で貯蔵弾性率が3×106Pa未満、損失弾性率E”と貯蔵弾性率E’の比(tanδ)が0.15以下であるポリウレタンフォーム。
[2]オキシテトラメチレン構造の含有量が65重量%未満の範囲であり、
JISK7312に準じて測定した25℃での反発弾性率が50%以上、周波数10Hz、25℃でのtanδが0.10以下である事を特徴とする請求項1に記載のポリウレタンフォーム。
[3]コア密度が100~800g/Lであり、JISK7312に準じて測定した25℃での反発弾性率が60%以上である、[1]又は[2]に記載のポリウレタンフォーム。
[4]平均気泡径が50~150μmであり、50%以上の独泡構造を有する、[1]~[3]のいずれかに記載のポリウレタンフォーム。
[5]少なくともポリオール、ポリイソシアネートとの反応生成物であるポリウレタンであって、
ポリオールとしてオキシエチレン基およびオキシプロピレン基を含有するポリエーテルポリオール(A)を含み、
ポリエーテルポリオール(A)の不飽和度が0.010meq/g以下である、
[1]~[4]のいずれかに記載のポリウレタンフォーム。
[6]ポリエーテルポリオール(A)中のオキシエチレン基およびオキシプロピレン基の重量比率が1:99~49:51の範囲であり、水酸基の1級比率が40~99%、水酸基価より算出された数平均分子量が1500~30000の範囲である、[5]に記載のポリウレタンフォーム。
[7]ポリイソシアネートが、変性イソシアネートである[5]又は[6]に記載のポリウレタンフォーム。
[8][1]~[7]のいずれかに記載のポリウレタンフォームからなるシューズソール。
[9]アウトソール、インソール、ミッドソールを含むシューズソールであって、ミッドソールが[1]~[7]のいずれかに記載のポリウレタンフォームの成型物であるシューズソール。
[10]アウトソール、インソール、ミッドソールを含むシューズソールであって、インソールが[1]~[7]のいずれかに記載のポリウレタンフォームの成型物であるスポーツシューズ。
[11][8]~[10]のいずれかに記載のシューズソールを備えるスポーツシューズ。
That is, the present invention relates to the following polyurethane foam.
[1] A polyurethane foam containing an oxyethylene structure and an oxypropylene structure, wherein the content of unsaturated groups in a polyol fraction calculated by Colish decomposition is less than 0.08% by weight,
A polyurethane foam having a storage modulus of less than 3 x 106 Pa at a frequency of 10 Hz in the range of 0 to 100°C, and a ratio (tan δ) of loss modulus E" to storage modulus E' of 0.15 or less.
[2] The content of the oxytetramethylene structure is less than 65% by weight,
2. The polyurethane foam according to claim 1, wherein the impact resilience at 25°C measured in accordance with JIS K7312 is 50% or more, and tan δ at a frequency of 10 Hz and 25°C is 0.10 or less.
[3] The polyurethane foam according to [1] or [2], having a core density of 100 to 800 g/L and a resilience at 25°C measured in accordance with JIS K7312 of 60% or more.
[4] The polyurethane foam according to any one of [1] to [3], having an average cell diameter of 50 to 150 μm and a closed cell structure of 50% or more.
[5] A polyurethane that is a reaction product of at least a polyol and a polyisocyanate,
The polyol contains a polyether polyol (A) containing an oxyethylene group and an oxypropylene group,
The degree of unsaturation of the polyether polyol (A) is 0.010 meq/g or less.
[1] - [4] The polyurethane foam according to any one of [1] to [4].
[6] The weight ratio of oxyethylene groups to oxypropylene groups in the polyether polyol (A) is in the range of 1:99 to 49:51, the primary hydroxyl group ratio is 40 to 99%, and the number average molecular weight calculated from the hydroxyl value is in the range of 1,500 to 30,000. [5] Polyurethane foam.
[7] The polyurethane foam according to [5] or [6], wherein the polyisocyanate is a modified isocyanate.
[8] A shoe sole made of the polyurethane foam according to any one of [1] to [7].
[9] A shoe sole including an outsole, an insole, and a midsole, wherein the midsole is a molded product of the polyurethane foam according to any one of [1] to [7].
[10] A sports shoe having a shoe sole including an outsole, an insole, and a midsole, wherein the insole is a molded product of the polyurethane foam according to any one of [1] to [7].
[11] A sports shoe having the shoe sole according to any one of [8] to [10].
本発明のポリウレタンフォームは、低温から高温まで低硬度であって反発弾性に優れる。 The polyurethane foam of the present invention has low hardness and excellent rebound resilience from low to high temperatures.
またそれを用いたソールは温度条件など環境によらず柔軟でクッション性、反発性に優れ、靴に用いると履き心地や安全性に優れるとともに走行時のエネルギーロスを低減でき疲労低減効果に優れる。 In addition, soles made with this material are flexible and have excellent cushioning and resilience regardless of environmental conditions such as temperature, and when used in shoes, they not only provide excellent comfort and safety, but also reduce energy loss during running, resulting in excellent fatigue-reducing effects.
以下に本発明について詳細に説明する。
<ポリウレタンフォーム>
本発明の一態様であるポリウレタンフォームは、オキシエチレン構造およびオキシプロピレン構造を含有し、周波数10Hz条件において、0~100℃の範囲の何れの温度でも貯蔵弾性率が3×106Pa未満、tanδが0.15以下であることを特徴とする。
The present invention will be described in detail below.
<Polyurethane foam>
The polyurethane foam of one embodiment of the present invention contains an oxyethylene structure and an oxypropylene structure, and is characterized by having a storage modulus of less than 3 x 10 6 Pa and a tan δ of 0.15 or less at any temperature in the range of 0 to 100°C under a frequency condition of 10 Hz.
そのようなポリウレタンフォームの原料としては特に限定されないが、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤を用いることで得られ、後述する構造、性状であることが好ましい。 The raw materials for such polyurethane foam are not particularly limited, but it can be obtained using polyol, polyisocyanate, and a blowing agent, and preferably has the structure and properties described below.
ポリウレタンフォーム中にオキシプロピレン基、オキシエチレン基を有し、特定の性状を有していれば、特に限定されない。上記したオキシプロピレン基、オキシエチレン基を有するポリオールやポリイソシアネート等の原料を必要に応じて上記した発泡剤、整泡剤、粘度調整剤、ウレタン化触媒などの副資材存在下反応させることにより、ポリウレタンフォームを形成することができる。 There are no particular limitations on the polyurethane foam, as long as it contains oxypropylene groups and oxyethylene groups and has specific properties. Polyurethane foam can be formed by reacting raw materials such as the above-mentioned polyols and polyisocyanates containing oxypropylene groups and oxyethylene groups in the presence of secondary materials such as the above-mentioned blowing agents, foam stabilizers, viscosity modifiers, and urethane catalysts, as needed.
そのため、上記ポリウレタンフォーム中には、発泡剤、整泡剤、粘度調整剤、ウレタン化触媒等の副資材を含んでも良く、上記ポリウレタンフォーム中に、ポリオール、発泡剤、ポリイソシアネート等の反応生成物であるポリウレタン成分を85~99.9重量%、上記副資材を0.1~15重量%の範囲で含むことが好ましい。なかでも良好な気泡形状の気泡を形成し良好な機械物性が発現しやすい為、ポリオール、発泡剤、ポリイソシアネート等の反応生成物であるポリウレタン成分を85~99.9重量%、整泡剤成分を0.01~5重量%、ウレタン化触媒を0.001~15重量%、酸化防止剤を0.001~0.5重量%の範囲で含むことが特に好ましい。 Therefore, the polyurethane foam may contain secondary materials such as a blowing agent, foam stabilizer, viscosity modifier, and urethane catalyst. It is preferable for the polyurethane foam to contain 85 to 99.9% by weight of a polyurethane component, which is a reaction product of polyol, blowing agent, polyisocyanate, etc., and 0.1 to 15% by weight of the secondary materials. Among these, it is particularly preferable to contain 85 to 99.9% by weight of a polyurethane component, which is a reaction product of polyol, blowing agent, polyisocyanate, etc., 0.01 to 5% by weight of a foam stabilizer component, 0.001 to 15% by weight of a urethane catalyst, and 0.001 to 0.5% by weight of an antioxidant, as this tends to form cells with a good cell shape and exhibit good mechanical properties.
また上記ポリウレタンフォーム中のカリウム成分としては気泡構造が均一となりやすく、反発弾性率が高くなりやすい為、カリウム含量が50ppm未満であることが好ましく、さらに好ましくは20ppm未満である。 Furthermore, the potassium content in the polyurethane foam tends to form a uniform cell structure and increase the impact resilience, so it is preferable that the potassium content be less than 50 ppm, and more preferably less than 20 ppm.
上記ポリウレタンフォームはオキシエチレン構造およびオキシプロピレン構造を必須成分とするが、ポリオール由来でもイソシアネート由来でもよく特に限定されない。 The above polyurethane foam has an oxyethylene structure and an oxypropylene structure as essential components, but it may be derived from either a polyol or an isocyanate, and is not particularly limited.
オキシプロピレン構造に加えてオキシエチレン構造を含有する事で、均一にポリオール成分が反応した組成のポリウレタンフォームを形成し、オキシテトラメチレン構造やオキシエチレン構造などの結晶性を有しやすい構造を含有していても結晶化を阻害しやすく、低温および室温での貯蔵弾性率が低くなるため、低温~室温まで柔軟性を発現する事ができる。 By including an oxyethylene structure in addition to an oxypropylene structure, a polyurethane foam is formed in which the polyol components react uniformly. Even if it contains structures that are prone to crystallization, such as an oxytetramethylene structure or an oxyethylene structure, crystallization is easily inhibited, and the storage modulus at low and room temperatures is low, allowing it to exhibit flexibility from low to room temperatures.
ポリウレタンフォームに含まれるオキシエチレン構造の含有量としては、特に限定されないが、ポリウレタンフォーム中の1~40重量%であることが好ましく、さらに好ましくは3~30重量%であり、最も好ましくは5~20重量%の範囲である。 The content of oxyethylene structures contained in polyurethane foam is not particularly limited, but is preferably 1 to 40% by weight, more preferably 3 to 30% by weight, and most preferably 5 to 20% by weight.
ポリウレタンフォームに含まれるオキシプロピレン構造の含有量としては、特に限定されないが、ポリウレタンフォーム中の15~70重量%であることが好ましく、さらに好ましくは20~60重量%であり、最も好ましくは25~55重量%の範囲である。 The content of oxypropylene structures contained in polyurethane foam is not particularly limited, but is preferably 15 to 70% by weight, more preferably 20 to 60% by weight, and most preferably 25 to 55% by weight.
上記ポリウレタンフォームに含まれるコリッシュ分解により算出した不飽和基の含有量としては、ポリウレタンフォーム中の0.08重量%未満であり、好ましくは0.03重量%未満であり、最も好ましくは0.0001~0.005重量%未満の範囲である。 The content of unsaturated groups contained in the polyurethane foam, calculated by Colish decomposition, is less than 0.08% by weight, preferably less than 0.03% by weight, and most preferably in the range of 0.0001 to less than 0.005% by weight.
不飽和基の含有量が0.08重量%以上であるとタック感が大きく、tanδが高く、なるため、使用が困難である。 If the unsaturated group content is 0.08% by weight or more, the tackiness will be too great and the tan δ will be high, making it difficult to use.
ポリウレタン樹脂の分析方法としては、コリッシュ分解による定性定量分析が一般に知られている。(P.J.Corish ,Anal.Chem,31,(8),1298(1959))この方法により、当該樹脂の構成成分を知ることができる。具体的には、ポリウレタン樹脂をアルカリ水溶液で加水分解し、その分解物を有機溶媒で抽出分離することにより水溶成分、油溶成分に分離する。その後、水溶液中に含まれる水溶成分である酸、及びグリコールをpH調整、溶媒抽出等で分離することにより、ポリエステルを構成している物質が定量的に回収される。また一方、有機溶媒中に含まれる油溶成分であるポリアミン、ポリエーテルを、吸着、溶媒抽出等で分離することにより原料ポリイソシアネートが定性され、更に、ポリエーテル成分を定性することができる。コリッシュ分解後の各留分を、1HNMR、13CNMR、HPLC、GPC、IR等を用いて常法により分析、算出することで求められる。 Qualitative and quantitative analysis by Corish degradation is a commonly known method for analyzing polyurethane resins. (P. J. Corish, Anal. Chem, 31, (8), 1298 (1959)) This method allows the constituent components of the resin to be determined. Specifically, polyurethane resin is hydrolyzed in an alkaline aqueous solution, and the resulting decomposition product is extracted and separated with an organic solvent to separate it into water-soluble and oil-soluble components. The water-soluble components, acid and glycol, contained in the aqueous solution are then separated by pH adjustment, solvent extraction, etc., allowing for quantitative recovery of the polyester constituents. Meanwhile, the oil-soluble components, polyamine and polyether, contained in the organic solvent, are separated by adsorption, solvent extraction, etc., allowing for qualitative identification of the raw polyisocyanate, and further, the polyether component. The fractions after Corish degradation are analyzed and calculated using standard methods, such as 1H NMR, 13C NMR, HPLC, GPC, and IR.
これらのポリウレタンフォーム中のオキシエチレン構造、オキシプロピレン構造、オキシテトラメチレン基、不飽和基、芳香族構造の含有量は上記コリッシュ分解による定性定量分析法により算出した含有量を指す。 The contents of oxyethylene structures, oxypropylene structures, oxytetramethylene groups, unsaturated groups, and aromatic structures in these polyurethane foams refer to the contents calculated using the above-mentioned qualitative and quantitative analysis method using Colish degradation.
ポリウレタンフォームに含まれるオキシテトラメチレン構造の含有量は、特に限定されないが、ポリウレタンフォームの低温~室温での貯蔵弾性率が低くなりやすく低温~室温での柔軟性を発現しやすいため、ポリウレタンフォーム中の65重量%未満であることが好ましく、さらに好ましくは5~55重量%未満の範囲であり、最も好ましくは10~45重量%未満の範囲である。ポリウレタンフォームに含まれるオキシテトラメチレン構造の含有量が多くなると高い反発弾性が発現しやすいが、低温~高温まで柔軟性が劣りやすくなり、多すぎると結晶化して顕著に低温での柔軟性が悪化することがある。 The content of oxytetramethylene structures in polyurethane foam is not particularly limited, but because this tends to lower the storage modulus of the polyurethane foam at low to room temperatures and make it easier for it to exhibit flexibility at low to room temperatures, it is preferably less than 65% by weight of the polyurethane foam, more preferably in the range of 5 to less than 55% by weight, and most preferably in the range of 10 to less than 45% by weight. A higher content of oxytetramethylene structures in polyurethane foam tends to make it easier for it to exhibit high impact resilience, but it also tends to make it less flexible from low to high temperatures, and too much oxytetramethylene structure can cause crystallization, significantly reducing flexibility at low temperatures.
ポリウレタンフォームの反発弾性が高くなりやすい為、ポリウレタンフォーム中に芳香族構造を含有することが好ましく、さらに好ましくはメチレンジフェニレン構造、2,4-トリレン構造、2,5-トリレン構造、キシリレン構造の何れか1種以上を含有する事であり、最も好ましくはメチレンジフェニレン構造を含有する事であり、ポリウレタンフォームに含まれる芳香族構造の含有量としては、特に限定されないが、ポリウレタンフォーム中の5~60重量%であることが好ましく、さらに好ましくは10~50重量%であり、最も好ましくは20~40重量%の範囲である。 Since polyurethane foam tends to have high impact resilience, it is preferable for the polyurethane foam to contain an aromatic structure, more preferably one or more of the following: methylenediphenylene structure, 2,4-tolylene structure, 2,5-tolylene structure, and xylylene structure, and most preferably a methylenediphenylene structure. The content of aromatic structures in the polyurethane foam is not particularly limited, but is preferably 5 to 60% by weight, more preferably 10 to 50% by weight, and most preferably 20 to 40% by weight.
ポリウレタンフォームの数平均分子量は、特に限定されないが3万以上であることが好ましく、さらに好ましくは5万以上であり、最も好ましくは10万以上である。ポリウレタンフォームの数平均分子量はジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒に用いてポリスチレンを標準物質としたGPC測定により求めたポリスチレン換算の数平均分子量を指し、不溶分がある場合、DMF溶解成分(ゾル分)の数平均分子量である。 The number average molecular weight of polyurethane foam is not particularly limited, but is preferably 30,000 or more, more preferably 50,000 or more, and most preferably 100,000 or more. The number average molecular weight of polyurethane foam refers to the number average molecular weight in terms of polystyrene determined by GPC measurement using dimethylformamide (DMF) as the solvent and polystyrene as the standard substance. If insoluble matter is present, it is the number average molecular weight of the DMF-soluble component (sol fraction).
ポリウレタンフォームのゲル分率は、特に限定されないが、99.5%以下の範囲であり、柔軟でクッション性の高いポリウレタンフォームを得やすい為、好ましくは0~70%の範囲であり、さらに好ましくは0~40%の範囲であり、最も好ましくは0~20%の範囲である。上記ウレタンフォームのゲル分率は、酢酸エチル100mlにウレタンフォームを0.5g加えて7日静置した際に溶解せず残る不溶分の比率(%)を表した。 The gel fraction of polyurethane foam is not particularly limited, but is in the range of 99.5% or less. To facilitate the production of flexible, cushiony polyurethane foam, it is preferably in the range of 0-70%, more preferably 0-40%, and most preferably 0-20%. The gel fraction of the above-mentioned polyurethane foam represents the percentage of insoluble matter that remains undissolved when 0.5 g of polyurethane foam is added to 100 ml of ethyl acetate and allowed to stand for 7 days.
<ポリウレタンフォームの製造方法>
上記ポリウレタンフォームの製造方法としては、スラブ発泡、モールド発泡、注入発泡、スプレー発泡、パネル発泡、反応射出成型等の公知の製造方法が挙げられる。また予め作製したTPUなどのポリウレタンに発泡剤を加え、熱や化学反応で発泡して製造することもできる。
<Method of manufacturing polyurethane foam>
The polyurethane foam can be produced by known methods such as slab foaming, mold foaming, injection foaming, spray foaming, panel foaming, reaction injection molding, etc. Alternatively, the polyurethane foam can be produced by adding a blowing agent to a pre-prepared polyurethane such as TPU and foaming it by heat or a chemical reaction.
なかでも、ソールなどのインテグラルスキンフォームに用いる場合、モールド発泡、スラブ発泡、反応射出成型などが好適に使用される。 In particular, when used for integral skin foams such as soles, mold foaming, slab foaming, and reaction injection molding are preferably used.
具体的には、例えばポリイソシアネート以外を混合したポリオールプレミックスを作製し、ポリイソシアネートと混合発泡する方法、一部又は全成分を別々の撹拌混合機の混合ヘッドに導入して発泡する方法が挙げられ、両製法とも混合した液を金型内または上下左右に壁面を有するコンベアに注入することでポリウレタンフォームを製造できる。 Specific examples include a method in which a polyol premix containing ingredients other than polyisocyanate is prepared and then mixed with polyisocyanate to foam, and a method in which some or all of the ingredients are introduced into the mixing head of a separate agitator mixer and foamed. In both methods, polyurethane foam can be produced by injecting the mixed liquid into a mold or onto a conveyor with walls on the top, bottom, left, and right.
また上記ポリウレタンフォームを用いたソールの製造方法としては、特に限定されないが、所定の形状の金型内で原料成分を反応またはTPUペレットを発泡させたり、またポリウレタンフォームを所定の形状に切り出しまたは打ち抜くなどしてソール形状としてポリウレタンフォームソールを得ることができる。また、ポリウレタンフォームをアウトソールやシャンク、アッパー材などの存在下で製造したり、印刷、紡糸等で複合化したソールをそのまま製造してもよい。 The method for producing a sole using the polyurethane foam is not particularly limited, but can be achieved by reacting raw material components or foaming TPU pellets in a mold of a predetermined shape, or by cutting or punching the polyurethane foam into a predetermined shape to produce a polyurethane foam sole. The polyurethane foam can also be produced in the presence of an outsole, shank, upper material, etc., or by directly producing a composite sole made by printing, spinning, etc.
<ポリウレタンフォームの性状>
上記ポリウレタンフォームは、低温から高温まで低硬度であって反発弾性に優れる。
<Properties of polyurethane foam>
The polyurethane foam has low hardness from low to high temperatures and is excellent in resilience.
またそれを用いたソールは温度条件など環境によらず柔軟でクッション性、反発性に優れ、靴に用いると履き心地や安全性に優れるとともに走行時のエネルギーロスを低減できるため、以下の粘弾性挙動を示すことが好ましい。 In addition, soles made from this material are flexible and have excellent cushioning and resilience regardless of environmental conditions such as temperature, and when used in shoes, they provide excellent comfort and safety and reduce energy loss during running, so it is preferable for them to exhibit the following viscoelastic behavior.
上記ポリウレタンフォームの周波数10Hz、0~100℃での貯蔵弾性率E’は3×106Pa未満である。好ましくは5×105Pa~3×106Paの範囲が好ましく、さらに好ましくは7×105Pa~2.5×106Pa未満であり、最も好ましくは1×106Pa~2×106Pa未満の範囲である。 The storage modulus E' of the polyurethane foam at a frequency of 10 Hz and at 0 to 100°C is less than 3 x 10 Pa, preferably in the range of 5 x 10 Pa to 3 x 10 Pa, more preferably 7 x 10 Pa to less than 2.5 x 10 Pa, and most preferably 1 x 10 Pa to less than 2 x 10 Pa.
なかでも、0~100℃での貯蔵弾性率E’の変化率は、周辺の環境に依存して柔軟性が変化しにくく安全性が高いことから上記温度の範囲で65%以下であることが好ましく、さらに好ましくは50%以下であることが好ましく、最も好ましくは20~45%の範囲であることが好ましい。0~100℃での貯蔵弾性率E’の変化率は通常、100℃での貯蔵弾性率E’と0℃での貯蔵弾性率E’との比で表すことができる場合が多い。 In particular, the rate of change in storage modulus E' between 0 and 100°C is preferably 65% or less within the above temperature range, more preferably 50% or less, and most preferably in the range of 20 to 45%, as this ensures that flexibility is less susceptible to changes depending on the surrounding environment and provides a high level of safety. The rate of change in storage modulus E' between 0 and 100°C can usually often be expressed as the ratio of storage modulus E' at 100°C to storage modulus E' at 0°C.
周波数10Hz、0~100℃での貯蔵弾性率E’は3×106Paを超えるとウレタンフォームの硬度が高くなりすぎてその温度で柔軟性に劣るため使用できないが、周波数10Hz、0~100℃での貯蔵弾性率E’は3×106Pa未満であれば、上記ポリウレタンフォームを寒冷地のような低温条件で使用した際や、路面が高温の条件で使用した際も良好な柔軟性を発現し、周辺の環境に依存しにくい。ソールとした際に寒冷地のような低温条件で使用した際や、路面が高温の条件で使用した際などの周辺の環境によらず良好なクッション性を示し、靴に使用した際には周辺温度によらず柔軟で履き心地やクッション性に優れ、走行時に安全性に優れる。 If the storage modulus E' at a frequency of 10 Hz and 0 to 100°C exceeds 3 x 10 6 Pa, the urethane foam becomes too hard and has poor flexibility at that temperature, making it unusable, but if the storage modulus E' at a frequency of 10 Hz and 0 to 100°C is less than 3 x 10 6 Pa, the polyurethane foam will exhibit good flexibility even when used in low temperature conditions such as in cold regions or when used on high road surfaces, and will be less dependent on the surrounding environment.When used as a sole, the foam will exhibit good cushioning properties regardless of the surrounding environment, such as when used in low temperature conditions such as in cold regions or when used on high road surfaces, and when used in shoes, the foam will be flexible, comfortable, and cushioned regardless of the surrounding temperature, and will be safe when running.
また、特に限定されないが、耐熱性に優れ、熱乾燥時等の際にへたりにくいなど取扱い性に優れるため、耐熱性が必要な用途においては、周波数10Hz、180℃での貯蔵弾性率E’は2×105Pa以上であることが好ましく、さらに好ましくは5×105Pa以上であり、最も好ましくは5×105Pa~1×106Paの範囲である。 Furthermore, although not particularly limited, since the film has excellent heat resistance and is easy to handle, such as being resistant to settling during thermal drying, in applications requiring heat resistance, the storage modulus E' at a frequency of 10 Hz and 180°C is preferably 2 x 10 5 Pa or more, more preferably 5 x 10 5 Pa or more, and most preferably in the range of 5 x 10 5 Pa to 1 x 10 6 Pa.
特に限定されないが、上記ポリウレタンフォームの周波数10Hz、25℃での貯蔵弾性率E’は2.8×106Pa未満であることが好ましい。なかでも、周波数10Hz、25℃での貯蔵弾性率E’が5×105Pa~2.8×106Paであることが好ましく、さらに好ましくは7×105Pa~1.7×106Paの範囲であり、最も好ましくは1×106Pa~1.7×106Paの範囲である。周波数10Hz、25℃での貯蔵弾性率E’は、2.8×106Pa未満であれば常温条件で低硬度で柔軟性の良好なポリウレタンフォームとなりやすく、ソールとした際に柔軟性が良いためクッション性に優れ、スポーツシューズに用いると履き心地や安全性に優れやすいため好ましい。 Although not particularly limited, the storage modulus E' of the polyurethane foam at a frequency of 10 Hz and 25°C is preferably less than 2.8 x 10 6 Pa. In particular, the storage modulus E' at a frequency of 10 Hz and 25°C is preferably 5 x 10 5 Pa to 2.8 x 10 6 Pa, more preferably 7 x 10 5 Pa to 1.7 x 10 6 Pa, and most preferably 1 x 10 6 Pa to 1.7 x 10 6 Pa. If the storage modulus E' at a frequency of 10 Hz and 25°C is less than 2.8 x 10 6 Pa, the polyurethane foam tends to have low hardness and good flexibility at room temperature, and when used as a sole, the good flexibility provides excellent cushioning, and when used in sports shoes, the comfort and safety of the shoes are likely to be excellent.
上記ポリウレタンフォームの周波数10Hz、0~100℃での損失弾性率E”と貯蔵弾性率E’の比(tanδ)は、0.15以下である。なかでも、周波数10Hz、0~100℃でのtanδが0.02~0.15の範囲が好ましく、さらに好ましくは0.04~0.14の範囲である。周波数10Hz、0~100℃での損失弾性率E”と貯蔵弾性率E’の比(tanδ)は、0.15以下あれば周辺温度によらず使用する際にエネルギーの熱等への変換が少ないため環境によらず高い反発弾性を発現し、周辺温度によらずソールとした際に反発性が良好で、靴に使用した際に環境によらず走行時のエネルギーロスを抑制できるため走行性に優れる。 The ratio (tan δ) of the loss modulus E" to the storage modulus E' of the polyurethane foam at a frequency of 10 Hz and 0 to 100°C is 0.15 or less. In particular, a tan δ of 0.02 to 0.15 at a frequency of 10 Hz and 0 to 100°C is preferred, and a range of 0.04 to 0.14 is even more preferred. When the ratio (tan δ) of the loss modulus E" to the storage modulus E' at a frequency of 10 Hz and 0 to 100°C is 0.15 or less, high resilience is exhibited regardless of the environment because little energy is converted into heat, etc., during use regardless of the ambient temperature. When used in soles, the foam exhibits good resilience regardless of the ambient temperature. When used in shoes, energy loss during running is reduced regardless of the environment, resulting in excellent running performance.
また、特に限定されないが、周波数10Hz、25℃でのtanδは0.10以下であれば常温で使用する際にエネルギーの熱等への変換が顕著に少ないため、使用頻度の高い常温で顕著に高い反発弾性を発現し、ソールとした際に反発性が良好で、スポーツシューズに使用した際に使用頻度の高い常温で走行時のエネルギーロスを顕著に抑制できるため疲労感が小さく走行性に優れるため好ましく、なかでも25℃でのtanδが0.02~0.10の範囲が好ましく、さらに好ましくは0.03~0.09の範囲であり、最も好ましくは0.04~0.08の範囲である。 Furthermore, although not particularly limited, if the tan δ at a frequency of 10 Hz and 25°C is 0.10 or less, the conversion of energy into heat, etc., when used at room temperature is significantly reduced, resulting in significantly high rebound resilience at room temperature, where use is frequent, and good rebound properties when used in soles. When used in sports shoes, the material significantly reduces energy loss during running at room temperature, where use is frequent, resulting in less fatigue and excellent running performance, and is particularly preferred. Tan δ at 25°C is preferably in the range of 0.02 to 0.10, more preferably 0.03 to 0.09, and most preferably 0.04 to 0.08.
また、特に限定されないが、高温の路面で使用した際によりエネルギーロスを顕著に抑制できるため、周波数10Hz、100℃でのtanδが0.050以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.045以下である。 Furthermore, although not particularly limited, it is preferable that tan δ at a frequency of 10 Hz and 100°C be 0.050 or less, and more preferably 0.045 or less, as this can significantly reduce energy loss when used on high-temperature road surfaces.
上記ポリウレタンフォームのガラス転移温度は、特に限定されないが、-80℃~-30℃の範囲が好ましい。さらに好ましくは、-80℃~-50℃の範囲である。ガラス転移温度が-80℃~-30℃の範囲であれば、低温下でも柔軟性を保持しやすく、ソールとした際に寒冷地でもクッション性を保ち安全性の高い靴となりやすいため好ましい。 The glass transition temperature of the polyurethane foam is not particularly limited, but is preferably in the range of -80°C to -30°C. It is even more preferably in the range of -80°C to -50°C. A glass transition temperature in the range of -80°C to -30°C is preferable because flexibility is easily maintained even at low temperatures, and when used as a sole, it tends to provide shoes with high cushioning and safety even in cold climates.
本発明において、貯蔵弾性率E’、tanδ、ガラス転移温度は動的粘弾性測定装置UBM社製Rheogel E-4000を用いて、測定温度-100℃~200℃、昇温速度3℃/min、周波数10Hz、歪み0.04%一定、引張モード条件にて測定を行い、試験片は厚み方向にスキン層を有するように切り出したものを使用した値を指す。貯蔵弾性率E’に対する損失弾性率E”の比であるtanδのピーク値を取る温度をガラス転移温度として評価し、25℃での値を25℃での損失弾性率E”と貯蔵弾性率E’の比(tanδ)として評価した値を指す。 In the present invention, storage modulus E', tan δ, and glass transition temperature refer to values measured using a dynamic viscoelasticity measuring device, Rheogel E-4000, manufactured by UBM, at a measurement temperature of -100°C to 200°C, a heating rate of 3°C/min, a frequency of 10 Hz, a constant strain of 0.04%, and in tensile mode. Test specimens were cut out so that they had a skin layer in the thickness direction. The temperature at which tan δ, which is the ratio of loss modulus E" to storage modulus E', peaks is evaluated as the glass transition temperature, and the value at 25°C refers to the ratio (tan δ) of loss modulus E" to storage modulus E' at 25°C.
<ポリウレタンフォームの物性>
ポリウレタンフォームの平均気泡径は、発泡密度や用途により異なり特に限定されないが、通常20~200μmの範囲である。好ましくは50~150μmの範囲であり、さらに好ましくは70~130μmの範囲である。上記範囲内であれば、良好な機械物性を発現しやすいため好ましい。
<Physical properties of polyurethane foam>
The average cell diameter of polyurethane foam is not particularly limited, and varies depending on the foaming density and application, but is usually in the range of 20 to 200 μm, preferably in the range of 50 to 150 μm, and more preferably in the range of 70 to 130 μm. A diameter within the above range is preferred because it is likely to exhibit good mechanical properties.
ポリウレタンフォームの気泡構造としては、特に限定さないが、50%以上の独泡構造を含有(独泡率)する事が好ましく、さらに好ましくは50~90%の範囲の独泡構造を含有(独泡率)する事である。 The cell structure of the polyurethane foam is not particularly limited, but it is preferable for it to contain 50% or more of a closed cell structure (closed cell ratio), and even more preferably to contain 50-90% of a closed cell structure (closed cell ratio).
上記ポリウレタンフォームのコア密度としては、通常100~800g/Lの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは150~500g/Lの範囲である。800g/Lを超えるとコストが高く実用に耐えられない場合があり、コア密度が100g/L未満では、反発弾性等が劣るものとなる場合がある。 The core density of the polyurethane foam is preferably in the range of 100 to 800 g/L, and more preferably in the range of 150 to 500 g/L. If it exceeds 800 g/L, the cost may be high and it may not be practical, while if the core density is less than 100 g/L, the impact resilience and other properties may be poor.
上記ポリウレタンフォームの25℃での反発弾性率は、特に限定されないが50%以上であることが好ましい。なかでも高反発性が要求される用途に用いる場合、25℃での反発弾性率が55%以上であることが好ましく、さらに好ましくは60%以上であり、最も好ましくは63%以上である。 The rebound resilience of the polyurethane foam at 25°C is not particularly limited, but is preferably 50% or higher. In particular, when used in applications requiring high resilience, the rebound resilience at 25°C is preferably 55% or higher, more preferably 60% or higher, and most preferably 63% or higher.
上記ポリウレタンフォームの0℃での反発弾性率は、特に限定されないが40%以上であることが好ましく、さらに好ましくは45%以上である。なかでも、寒冷地向けに使用される場合、0℃での反発弾性率50%以上であることが好ましく、さらに好ましくは55%以上である。 The rebound resilience of the polyurethane foam at 0°C is not particularly limited, but is preferably 40% or higher, and more preferably 45% or higher. In particular, when used in cold climates, the rebound resilience at 0°C is preferably 50% or higher, and more preferably 55% or higher.
また、25℃での反発弾性率と0℃での反発弾性率の差(反発弾性率変化)は、特に限定されないが10%以内であることが好ましく、さらに好ましくは5%以内である。 Furthermore, the difference between the resilience modulus at 25°C and that at 0°C (change in resilience modulus) is not particularly limited, but is preferably within 10%, and more preferably within 5%.
上記ポリウレタンフォームの25℃での硬度は、特に限定されないが27~55の範囲であることが好ましい。なかでもミッドソールに用いる場合30~55の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは35~45の範囲であり、インソールに用いる場合20~45の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは25~40の範囲である。 The hardness of the polyurethane foam at 25°C is not particularly limited, but is preferably in the range of 27 to 55. When used in a midsole, the hardness is preferably in the range of 30 to 55, and more preferably in the range of 35 to 45. When used in an insole, the hardness is preferably in the range of 20 to 45, and more preferably in the range of 25 to 40.
ポリウレタンフォームの0℃での硬度は、特に限定されないが30~60の範囲であることが好ましい。なかでもミッドソールに用いる場合35~60の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは40~50の範囲であり、インソールに用いる場合30~45の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは35~45の範囲である。 The hardness of polyurethane foam at 0°C is not particularly limited, but is preferably in the range of 30 to 60. When used in midsoles, the hardness is preferably in the range of 35 to 60, and more preferably in the range of 40 to 50. When used in insoles, the hardness is preferably in the range of 30 to 45, and more preferably in the range of 35 to 45.
また、25℃での硬度と0℃での硬度の差は、特に限定されないがアスカーC硬度で10以内であることが好ましく、さらに好ましくはアスカーC硬度で5以内である。 Furthermore, the difference between the hardness at 25°C and the hardness at 0°C is not particularly limited, but is preferably within 10 on the Asker C hardness scale, and more preferably within 5 on the Asker C hardness scale.
本発明において、密度はJISK7222、硬さ(アスカーC、スキン付き表面硬度)、引張強度(3号ダンベル)、引張伸び(3号ダンベル)、引裂き強度(B型ダンベル)、反発弾性率(リュプケ式)は、JISK7312に準じて測定を行った。 In the present invention, density was measured in accordance with JIS K7222, and hardness (Asker C, surface hardness with skin), tensile strength (No. 3 dumbbell), tensile elongation (No. 3 dumbbell), tear strength (B-type dumbbell), and rebound resilience (Lupke method) were measured in accordance with JIS K7312.
0℃における反発弾性率、硬度は24時間0±1℃に温度調整された恒温槽に保管したサンプルを取り出した後、10秒以内に上記常温の場合と同じ方法にて測定した値を指す。 The rebound resilience and hardness at 0°C refer to the values measured within 10 seconds after removing a sample stored in a thermostatic chamber maintained at a temperature of 0±1°C for 24 hours, using the same method as above for room temperature.
<ポリオール構造>
上記ポリウレタンフォームに用いるポリオールとしては、特に限定するものではないが任意の箇所に分子内に1分子当たり水酸基を1個または2個以上有している化合物であり、ポリテトラメチレングリコールやポリアルキレンオキシドといったポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートジオール等が挙げられる。
<Polyol structure>
The polyol used in the polyurethane foam is not particularly limited, but is a compound having one or more hydroxyl groups per molecule at any position within the molecule, and examples thereof include polyether polyols such as polytetramethylene glycol and polyalkylene oxide, polyester polyols, and polycarbonate diols.
なかでも、ポリウレタンフォーム中にオキシエチレン構造およびオキシプロピレン構造を含有していれば特に限定されないが、上記ポリウレタンフォームを得やすいため、ポリオールとしてオキシエチレン基およびオキシプロピレン基を含有するポリエーテルポリオール(A)を含むことが好ましい。なかでも低温での柔軟性が発現しやすいため、このようなポリエーテルポリオール(A)をポリオール中の10重量%以上用いることが好ましく、さらに好ましくはポリオール中の40重量%以上、最も好ましくは55重量%以上用いることである。ポリオール中にオキシプロピレン基に加えてオキシエチレン基を含有するポリエーテルポリオール(A)を10重量%以上含むことで、結晶性のポリオールを併用してもウレタンフォーム中での結晶化を阻害しやすく、低温での柔軟性が顕著に良くなりやすい為好ましい。 Among these, there are no particular limitations as long as the polyurethane foam contains an oxyethylene structure and an oxypropylene structure. However, since this facilitates the production of the polyurethane foam, it is preferable to include a polyether polyol (A) containing an oxyethylene group and an oxypropylene group as the polyol. In particular, since flexibility at low temperatures is readily apparent, it is preferable to use 10% by weight or more of such polyether polyol (A) in the polyol, more preferably 40% by weight or more of the polyol, and most preferably 55% by weight or more. By including 10% by weight or more of polyether polyol (A) containing oxyethylene groups in addition to oxypropylene groups in the polyol, crystallization in the urethane foam is more likely to be inhibited even when a crystalline polyol is used in combination, and flexibility at low temperatures is likely to be significantly improved, making this preferable.
また特に限定されないが、オキシテトラメチレン構造が多すぎると結晶化して低温特性が悪化することがあり、低温~室温での柔軟性を悪化させることがあるため、ポリオール中のポリテトラメチレングリコールの含有量は70重量%以下であることが好ましく、さらに好ましくはポリオール中の50重量%以下、最も好ましくは柔軟性の悪化を抑制しつつ反発弾性率が向上しやすいため5~40重量%の範囲である。特に限定されないが、併用するポリテトラメチレングリコールの分子量としては1000~3000の範囲であることが好ましい。 Although not particularly limited, if there is too much oxytetramethylene structure, crystallization may occur, resulting in poor low-temperature properties and reduced flexibility at low to room temperatures. Therefore, the content of polytetramethylene glycol in the polyol is preferably 70% by weight or less, more preferably 50% by weight or less, and most preferably in the range of 5 to 40% by weight, as this tends to improve the rebound resilience while suppressing a decrease in flexibility. Although not particularly limited, the molecular weight of the polytetramethylene glycol used in combination is preferably in the range of 1,000 to 3,000.
ポリエーテルポリオール(A)としては、例えば、活性水素含有化合物R[-H]mを一種又は二種以上用い、炭素数が2~12の3員環のアルキレンオキシドを二種以上付加したアルキレンオキシド付加物であることが好ましく、また、下記一般式(1)で表されるポリアルキレンオキシドであることが好ましい。 The polyether polyol (A) is preferably an alkylene oxide adduct in which one or more active hydrogen-containing compounds R[-H]m are used and two or more three-membered alkylene oxides having 2 to 12 carbon atoms are added, and is preferably a polyalkylene oxide represented by the following general formula (1):
[上記一般式(1)中、Rは、活性水素含有化合物(R[-H]m)からm個の活性水素を除いたm価の基であり、Zは炭素数2~12のアルキレン基又はシクロアルキレン基であり、Aは炭素数3のアルキレン基である。複数のZ又はAがある場合、それぞれは同一でも異なっていてもよい。mは2~100、pは0又は1~500の整数、qは1~1000の整数、rは1~500の整数である。]
活性水素含有化合物(R[-H]m)としては、活性水素基を有していれば特に限定されないが、例えば、水、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、1,6-ヘキサンジオール、トリプロピレングリコール、トリエチレングリコール、三洋化成社製サンニックスPP-200、PP-400、PP-600、PP-1000等のポリオキシアルキレンジオール等の2官能のジオール類、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD等のビスフェノール類、カテコール、レゾルシン、ハイドロキノン等のジヒドロキシベンゼン類、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン等のアミン類等の2個の活性水素基を有する化合物、グリセリン、トリメチロールプロパン、1,2,6-ヘキサントリオール、三洋化成社製サンニックスGP-250、GP-400、GP-600、GP-1000等の3官能の低分子量ポリオール等のトリオール、ペンタエリスリトール、ジグリセリン等のテトラオール、ヘキソール、アンモニア、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン類等の3個以上の活性水素を有する化合物が挙げられる。活性水素含有化合物(R[-H]m)としては、これらの中からから選ばれる一種又は二種以上の混合物を用いることができる。
[In the above general formula (1), R is an m-valent group obtained by removing m active hydrogens from an active hydrogen-containing compound (R[—H] m ), Z is an alkylene group or cycloalkylene group having 2 to 12 carbon atoms, and A is an alkylene group having 3 carbon atoms. When there are multiple Z or A, they may be the same or different. m is 2 to 100, p is 0 or an integer of 1 to 500, q is an integer of 1 to 1000, and r is an integer of 1 to 500.]
The active hydrogen-containing compound (R[—H] m ) is not particularly limited as long as it has an active hydrogen group, and examples thereof include bifunctional diols such as water, propylene glycol, ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, butylene glycol, 1,6-hexanediol, tripropylene glycol, triethylene glycol, polyoxyalkylene diols such as Sannix PP-200, PP-400, PP-600, and PP-1000 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., bisphenols such as bisphenol A, bisphenol F, and bisphenol AD, dihydrides such as catechol, resorcinol, and hydroquinone. Examples of the active hydrogen-containing compound include compounds having two active hydrogen groups such as hydroxybenzenes, amines such as methylamine, ethylamine, propylamine, and butylamine, triols such as glycerin, trimethylolpropane, 1,2,6-hexanetriol, and trifunctional low molecular weight polyols such as Sannix GP-250, GP-400, GP-600, and GP-1000 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., tetraols such as pentaerythritol and diglycerin, hexol, ammonia, ethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine, and compounds having three or more active hydrogens. The active hydrogen-containing compound (R[—H] m ) can be one or a mixture of two or more selected from these.
活性水素含有化合物(R[-H]m)に付加させるアルキレンオキシドとしては、分子内にエポキシ環を1個以上有している化合物であればよく、特に限定されないが、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド等の炭素数2~12のアルキレンオキシドが挙げられ、一種又は二種以上のアルキレンオキシドを用いてもよい。 The alkylene oxide to be added to the active hydrogen-containing compound (R[—H] m ) is not particularly limited as long as it is a compound having one or more epoxy rings in the molecule, but examples thereof include alkylene oxides having 2 to 12 carbon atoms such as ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, and styrene oxide, and one or more alkylene oxides may be used.
これらのなかでも、工業的に入手が容易なプロピレンオキシド、エチレンオキシド等の炭素数が2~3のアルキレンオキシドを含む一種又は二種以上のアルキレンオキシドが好ましく、プロピレンオキシドおよびエチレンオキシドの二種のアルキレンオキシドであることが更に好ましい。 Among these, one or more alkylene oxides including alkylene oxides having 2 to 3 carbon atoms, such as propylene oxide and ethylene oxide, which are easily available industrially, are preferred, and two alkylene oxides, propylene oxide and ethylene oxide, are even more preferred.
上記一般式(1)中のZOとしては、良好なウレタンフォーム成形性を示しやすいため、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド等の炭素数2~12のアルキレンオキシド由来のポリエーテル構造を有することが好ましい。更に好ましくはエチレンオキシド、プロピレンオキシドから選ばれる一種又は二種以上のアルキレンオキシド由来のポリエーテル構造であり、最も好ましくはエチレンオキシド、プロピレンオキシドから選ばれる一種のポリエーテル構造である。 In the above general formula (1), ZO preferably has a polyether structure derived from an alkylene oxide having 2 to 12 carbon atoms, such as ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, or styrene oxide, as this tends to provide good urethane foam moldability. More preferred are polyether structures derived from one or more alkylene oxides selected from ethylene oxide and propylene oxide, and most preferred are polyether structures derived from one type of alkylene oxide selected from ethylene oxide and propylene oxide.
上記一般式(1)中のpは0又は1~500の整数であり、好ましくはp=0又は1~100の整数であり、更に好ましくはp=0である。 In the above general formula (1), p is 0 or an integer from 1 to 500, preferably p = 0 or an integer from 1 to 100, and more preferably p = 0.
上記一般式(1)中のZとしては、例えば、下記一般式(2)で示される構造が挙げられる。 Examples of Z in the above general formula (1) include the structure shown in the following general formula (2):
[上記一般式(2)中、R2、R3、R4、R5は各々独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~10のシクロアルキルを表す。但し、R2~R5の合計の炭素数が10を超えることはない。また、R2~R5のいずれか2つが結合してシクロアルキル基を形成してもよい。]
また、上記一般式(1)中のAOとしては、ポリウレタンフォームとした際に良好な柔軟性を示しやすいため、プロピレンオキシド等の炭素数3のアルキレンオキシド由来のポリエーテル構造であることが好ましい。
[In the above general formula (2), R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, provided that the total number of carbon atoms of R 2 to R 5 does not exceed 10. Any two of R 2 to R 5 may be bonded to form a cycloalkyl group.]
Furthermore, AO in the above general formula (1) is preferably a polyether structure derived from an alkylene oxide having 3 carbon atoms, such as propylene oxide, because this tends to provide good flexibility when made into a polyurethane foam.
上記一般式(1)中のAとしては、例えば、下記式で示される構造が挙げられる。 Examples of A in the above general formula (1) include structures shown in the following formula:
上記一般式(1)中のqは1~1000の整数であり、好ましくはq=10~500の整数であり、更に好ましくはq=15~100の整数である。 In the above general formula (1), q is an integer from 1 to 1000, preferably an integer from 10 to 500, and more preferably an integer from 15 to 100.
上記一般式(1)中のrは、0又は1~500の整数である。低温で固化しにくくハンドリング性に優れやすいため、好ましくはr=0又は1~100の整数であり、更に好ましくはr=0又は1~50である。 In the above general formula (1), r is 0 or an integer from 1 to 500. Because it is less likely to solidify at low temperatures and is easier to handle, r is preferably 0 or an integer from 1 to 100, and more preferably r is 0 or an integer from 1 to 50.
上記一般式(1)中のpとqとrの関係としては、ポリウレタンが結晶化しにくく、低温での柔軟性を発現しやすいため、p+q>r(但し、p+qが10~1000、qが10~1000、rが0又は1~100)を満たすことが好ましい。更に好ましくは、p+q>2r(但しp+qが15~300、qが15~300、rが0又は1~100)を満たすことであり、最も好ましくは10r>p+q>2r(但しp+qが30~150、qが30~150、rが5~50)を満たすことである。 The relationship between p, q, and r in the above general formula (1) preferably satisfies p+q>r (where p+q is 10-1000, q is 10-1000, and r is 0 or 1-100), as this makes it difficult for polyurethane to crystallize and facilitates flexibility at low temperatures. Even more preferably, p+q>2r (where p+q is 15-300, q is 15-300, and r is 0 or 1-100) satisfies, and most preferably, 10r>p+q>2r (where p+q is 30-150, q is 30-150, and r is 5-50) satisfies.
ポリエーテルポリオール(A)中のオキシエチレン基とオキシプロピレン基の重量比率としては特に限定されないが、1:99~49:51の範囲が好ましく、5:95~35:65の範囲がさらに好ましく、最も好ましくは10:90~25:75の範囲である。このオキシエチレン基とオキシプロピレン基の重量比率は、通常の方法で測定した1HNMRの積分比により求めることができる。 The weight ratio of oxyethylene groups to oxypropylene groups in polyether polyol (A) is not particularly limited, but is preferably in the range of 1:99 to 49:51, more preferably 5:95 to 35:65, and most preferably 10:90 to 25:75. This weight ratio of oxyethylene groups to oxypropylene groups can be determined from the integral ratio of 1H NMR measured by a conventional method.
ポリエーテルポリオール(A)中の水酸基の1級比率としては、特に限定されないが40~99%の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは1級比率60~95%の範囲であり、最も好ましくは1級比率70~90%の範囲である。 The primary hydroxyl group ratio in polyether polyol (A) is not particularly limited, but is preferably in the range of 40 to 99%, more preferably in the range of 60 to 95%, and most preferably in the range of 70 to 90%.
なかでも、ポリオールとしてポリエーテルポリオール(A)以外のポリオールを30重量%以上併用する場合、1級比率75~90%の範囲であることが好ましい。 In particular, when 30% by weight or more of a polyol other than polyether polyol (A) is used as the polyol, the primary ratio is preferably in the range of 75 to 90%.
ポリエーテルポリオールA中の水酸基の1級比率は無水トリフルオロ酢酸等を用い常法により前処理し、通常の方法で測定した1HNMRの積分比により算出することができる。 The primary hydroxyl group ratio in polyether polyol A can be calculated from the integral ratio of 1H NMR measured by a conventional method after pre-treating using trifluoroacetic anhydride or the like.
ポリエーテルポリオール(A)として、ポリエーテルポリオール(A1)とポリエーテルポリオール(A2)とを組み合せて使用しても良く、その場合、好ましくはポリエーテルポリオール(A1)がm=2のジオール、ポリエーテルポリオール(A2)がm=3または4のトリオール、テトラオールの組み合わせである。 Polyether polyol (A) may be a combination of polyether polyol (A1) and polyether polyol (A2). In this case, a preferred combination is one in which polyether polyol (A1) is a diol with m = 2 and polyether polyol (A2) is a triol or tetraol with m = 3 or 4.
また、ポリエーテルポリオール(A1)とポリエーテルポリオール(A2)とを組み合せて使用する場合、ポリエーテルポリオール(A1)、ポリエーテルポリオール(A2)、それぞれが上記構造を有する方がより好ましいが、含有量の多い方のポリエーテルポリオールの分子構造が上記構造を有していれば好適に使用できる。 When polyether polyol (A1) and polyether polyol (A2) are used in combination, it is more preferable that both polyether polyol (A1) and polyether polyol (A2) have the above structure, but it is also preferable if the molecular structure of the polyether polyol contained in a greater amount has the above structure.
<ポリオールの性状>
上記ポリウレタンフォームに用いるポリオールとしては、特に限定されないが温度条件によらず反発弾性が顕著に高いウレタンフォームを得やすい為、不飽和度が顕著に低いポリエーテルポリオールAを用いることが好ましい。ポリオールとしてこのようなポリエーテルポリオールを用いない場合、イソシアネートの変性剤に使用してウレタンへ組み込むことが好ましい。
<Properties of polyol>
The polyol used for the polyurethane foam is not particularly limited, but it is preferable to use polyether polyol A having a significantly low degree of unsaturation, since it is easy to obtain a polyurethane foam having a significantly high impact resilience regardless of temperature conditions. When such a polyether polyol is not used as the polyol, it is preferable to use it as an isocyanate modifier and incorporate it into the urethane.
ポリエーテルポリオール(A)の不飽和度としては0.010meq/g以下であることが好ましく、更に好ましくは0.0005~0.005meq/gの範囲であり、最も好ましくは0.001~0.003meq/gの範囲である。 The degree of unsaturation of polyether polyol (A) is preferably 0.010 meq/g or less, more preferably in the range of 0.0005 to 0.005 meq/g, and most preferably in the range of 0.001 to 0.003 meq/g.
ポリエーテルポリオール(A)として、ポリエーテルポリオール(A1)とポリエーテルポリオール(A2)とを組み合せて使用する場合、それぞれの不飽和度が上記範囲内であることが好ましいが、含有量の多い方のポリエーテルポリオールの不飽和度が上記範囲内であれば好適に使用できる。 When polyether polyol (A1) and polyether polyol (A2) are used in combination as polyether polyol (A), it is preferable that the degree of unsaturation of each is within the above range, but the polyether polyol contained in the greater amount can be used preferably as long as its degree of unsaturation is within the above range.
不飽和度が上記範囲内であれば、得られるポリウレタンフォーム中に不飽和構造やモノオール成分に由来するダングリング鎖や低分子量成分が顕著に少なくなり、本発明のtanδが顕著に低い高反発弾性のポリウレタンフォームが得られやすく、それを用いたソール、靴の反発性が顕著に高く使用時にエネルギーロスが少なく疲労感の小さいスポーツシューズとなりやすいため好ましい。 When the degree of unsaturation is within the above range, the resulting polyurethane foam will contain significantly fewer dangling chains and low-molecular-weight components derived from unsaturated structures and mono-ol components, making it easier to obtain the high-resilience polyurethane foam of the present invention with a significantly low tan δ. This is preferable because the soles and shoes made therefrom tend to have significantly higher resilience, resulting in sports shoes with less energy loss and less fatigue during use.
本発明において、ポリオールの「不飽和度(meq/g)」とは、ポリオール1g当たりに含まれる不飽和基の総量のことであり、高分子論文集1993,50,2,121-126に記載のNMR法に準拠して測定した値を指し、スキャン数は500回以上が好ましい。JIS K1557 6.7に規定された方法に準拠して測定した値では、夾雑物により正確に測定できない場合がある。ポリエーテルポリオールの不飽和度はポリエーテルポリオール中に存在するモノオール量の指標となり、増加することでポリエーテルポリオールの平均官能基数が低下することがあり、ポリウレタン原料として用いた際に停止反応となり、ポリウレタンの分子量低下や未架橋の低分子量成分の増加につながったり、ポリウレタン中でダングリング鎖として作用することなどでtanδが上昇し、反発弾性が低下することがある。 In the present invention, the "degree of unsaturation (meq/g)" of a polyol refers to the total amount of unsaturated groups contained per gram of polyol. It refers to a value measured in accordance with the NMR method described in "Collaboration of Polymers, Vol. 50, No. 2, 121-126, 1993," with a scan count of 500 or more being preferred. Values measured in accordance with the method specified in JIS K1557 6.7 may not be accurate due to impurities. The degree of unsaturation of a polyether polyol is an indicator of the amount of monool present in the polyether polyol. An increase in the degree of unsaturation can decrease the average number of functional groups in the polyether polyol. When used as a polyurethane raw material, this can result in a termination reaction, leading to a decrease in the molecular weight of the polyurethane and an increase in uncrosslinked low-molecular-weight components. It can also function as dangling chains in the polyurethane, increasing tan δ and reducing impact resilience.
上記ポリウレタンフォームに用いるポリオールの水酸基価から算出した数平均分子量(M)は特に限定されないが、ポリエーテルポリオール(A)として水酸基価より算出した数平均分子量(M)は1500~30000のものを用いることが好ましく、さらに好ましくは1500~15000の範囲であり、最も好ましくは2500~7500の範囲である。 The number average molecular weight (M) calculated from the hydroxyl value of the polyol used in the polyurethane foam is not particularly limited, but it is preferable to use a polyether polyol (A) whose number average molecular weight (M) calculated from the hydroxyl value is 1,500 to 30,000, more preferably 1,500 to 15,000, and most preferably 2,500 to 7,500.
ポリエーテルポリオール(A)の数平均分子量(M)が上記範囲であれば得られるポリウレタンフォームの低温での貯蔵弾性率が低くなりやすく、低温特性に優れるポリウレタンフォームが得られやすい為好ましい。
ポリエーテルポリオール(A)として、ポリエーテルポリオール(A1)とポリエーテルポリオール(A2)とを組み合せて使用する場合、それぞれの分子量が上記範囲内であることが好ましいが、含有量の多い方のポリエーテルポリオールの分子量が上記範囲内であれば好適に使用できる。
If the number average molecular weight (M) of the polyether polyol (A) is within the above range, the storage modulus of the resulting polyurethane foam at low temperatures tends to be low, and a polyurethane foam with excellent low-temperature properties is likely to be obtained, which is preferable.
When a combination of polyether polyol (A1) and polyether polyol (A2) is used as the polyether polyol (A), it is preferable that the molecular weights of the respective components are within the above-mentioned ranges. However, the polyether polyol contained in a larger amount can be suitably used as long as its molecular weight is within the above-mentioned range.
本発明において、ポリオールの水酸基価より算出した数平均分子量(M)は、ポリオールの水酸基価(OHV、単位はmgKOH/g)に基づき、下記数式(1)を用いて計算した値をいう。 In the present invention, the number average molecular weight (M) calculated from the hydroxyl value of the polyol refers to a value calculated using the following mathematical formula (1) based on the hydroxyl value (OHV, unit: mgKOH/g) of the polyol.
数平均分子量=(56100/OHV)×1分子当たりの水酸基数 (1)
ここで、「OHV」は、JIS K1557 6.4に準拠して測定した値である。また、「1分子当たりの水酸基数」とは、それぞれのポリオールを製造するときに原料として用いた開始剤である活性水素含有化合物1分子あたりの活性水素原子の数をいう。市販品で開始剤の活性水素原子の数を特定できない場合、公称官能基数を用いる。
Number average molecular weight = (56100/OHV) x number of hydroxyl groups per molecule (1)
Here, "OHV" is a value measured in accordance with JIS K1557 6.4. Furthermore, "number of hydroxyl groups per molecule" refers to the number of active hydrogen atoms per molecule of the active hydrogen-containing compound, which is the initiator used as a raw material in producing each polyol. When the number of active hydrogen atoms of a commercially available initiator cannot be specified, the nominal functionality is used.
本発明において、ポリオールとして用いることが好ましいポリエーテルポリオール(A)は、室温環境下で液体であり、非晶性の化合物が好ましい。室温環境下で液体で非晶性であれば、加熱をせず使用しやすい等成形性に優れやすい。 In the present invention, the polyether polyol (A) preferably used as the polyol is a liquid at room temperature and is preferably an amorphous compound. If the polyether polyol is liquid and amorphous at room temperature, it will have excellent moldability, such as being easy to use without heating.
また、ポリエーテルポリオール(A)のガラス転移温度はハンドリング性に優れやすく得られるポリウレタンフォームの低温での貯蔵弾性率が低いポリウレタンフォームを得やすいため-30℃以下が好ましい。 In addition, the glass transition temperature of polyether polyol (A) is preferably -30°C or lower, as this makes it easier to obtain a polyurethane foam that is easy to handle and has a low storage modulus at low temperatures.
ポリオールとして用いるポリエーテルポリオール(A)の25℃条件における粘度は、特に限定されず、用途により適宜選択されるが、好ましくは0.1~2000Pa・s(25℃)の範囲であり、更に好ましくは0.2~200Pa・s(25℃)の範囲である。ポリアルキレンオキシド(A)の粘度が0.1~2000Pa・s(25℃)の範囲であれば成形しやすく、得られるポリウレタンフォームの物性が安定しやすい。 The viscosity of the polyether polyol (A) used as the polyol at 25°C is not particularly limited and can be selected appropriately depending on the application, but is preferably in the range of 0.1 to 2000 Pa·s (25°C), and more preferably 0.2 to 200 Pa·s (25°C). If the viscosity of the polyalkylene oxide (A) is in the range of 0.1 to 2000 Pa·s (25°C), molding is easy, and the physical properties of the resulting polyurethane foam tend to be stable.
本発明において、25℃条件における「粘度」とは、JIS K1557-5 6.2.3項のコーンプレート回転粘度計で測定した値を指す。具体的には、せん断速度0.1(1/s)条件での粘度を指すが、粘度が測定範囲に入らない場合、測定範囲に入るようせん断速度範囲を0.01~10(1/s)の範囲で調整しても良い。 In this invention, "viscosity" at 25°C refers to the value measured using a cone-plate rotational viscometer in accordance with JIS K1557-5, Section 6.2.3. Specifically, it refers to the viscosity at a shear rate of 0.1 (1/s). However, if the viscosity is outside the measurement range, the shear rate range may be adjusted to fall within the range of 0.01 to 10 (1/s) so that it falls within the measurement range.
ポリオールとして用いるポリエーテルポリオール(A)のポリスチレンを標準物質としてゲルパーミエッションクロマトグラフィー(GPC)法により求めた分子量分布としては得られるポリウレタンフォームの架橋が均一となって顕著に高い反発弾性を発現しやすい為、1.039以下であることが好ましい。さらに好ましくは1.003~1.039の範囲であり、更に好ましくは1.005~1.029の範囲であり、最も好ましくは1.006~1.019の範囲である。 The molecular weight distribution of the polyether polyol (A) used as the polyol, as determined by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as the standard, is preferably 1.039 or less, since this results in uniform crosslinking in the resulting polyurethane foam, which tends to exhibit significantly high impact resilience. It is more preferably in the range of 1.003 to 1.039, even more preferably in the range of 1.005 to 1.029, and most preferably in the range of 1.006 to 1.019.
さらに、ポリエーテルポリオール(A)として、2官能のポリエーテルポリオール(A1)と3官能以上のポリエーテルポリオール(A2)とを併用する場合、ポリスチレンを標準物質としてゲルパーミエッションクロマトグラフィー(GPC)法により求めた、ポリエーテルポリオール(A1)、ポリエーテルポリオール(A2)それぞれの分子量分布(Mw/Mn)が上記範囲内であることがより好ましいが、含有量の多い方のポリエーテルポリオールの分子量分布(Mw/Mn)が上記範囲内であれば好適に使用できる。
なかでもポリエーテルポリオール(A)としての分子量分布(Mw/Mn)が1.039を超えるポリエーテルポリオールを用いる場合、又は不飽和度が0.010meq/gを超えるポリエーテルポリオールを用いる場合には、得られるポリウレタンフォーム中の架橋点間分子量が不均一となり、柔軟で高反発のポリウレタンフォームを得にくい場合があるため、ポリオール中のそのようなポリエーテルポリオール(A)の含有量は30重量%未満の範囲であることが好ましく、10重量%未満の範囲であることがさらに好ましい。
Furthermore, when a difunctional polyether polyol (A1) and a tri- or higher functional polyether polyol (A2) are used in combination as the polyether polyol (A), it is more preferable that the molecular weight distributions (Mw/Mn) of the polyether polyol (A1) and the polyether polyol (A2), as determined by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as the standard substance, are each within the above-mentioned range. However, the polyether polyol contained in a larger amount can be suitably used as long as its molecular weight distribution (Mw/Mn) is within the above-mentioned range.
In particular, when a polyether polyol having a molecular weight distribution (Mw/Mn) of more than 1.039 or a polyether polyol having a degree of unsaturation of more than 0.010 meq/g is used as the polyether polyol (A), the molecular weight between crosslinking points in the resulting polyurethane foam will be non-uniform, making it difficult to obtain a flexible, highly resilient polyurethane foam. Therefore, the content of such polyether polyol (A) in the polyol is preferably in the range of less than 30% by weight, more preferably in the range of less than 10% by weight.
ポリスチレンを標準物質としてゲルパーミエッションクロマトグラフィー(GPC)法により求めた分子量分布(Mw/Mn)は、分離カラムに粒径3μmの充填剤を充填したカラム4本を直列接続し、レファレンス側に抵抗管を接続、展開溶媒にテトラヒドロフランを用いた条件で測定して分析した分子量分布であることが好ましく、標準ポリスチレンを用いた3次近似曲線検量線を用いて算出した分子量分布(Mw/Mn)である。 The molecular weight distribution (Mw/Mn) determined by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as the standard substance is preferably measured and analyzed using four separation columns packed with 3 μm particle size packing material connected in series, a resistance tube connected to the reference side, and tetrahydrofuran as the developing solvent. It is the molecular weight distribution (Mw/Mn) calculated using a third-order approximation calibration curve using standard polystyrene.
ポリオールとして用いるポリエーテルポリオール(A)の製造方法としては特に限定するものではないが、反発弾性が顕著に高いウレタンフォームが得やすい為、活性水素含有化合物と塩基触媒、ルイス酸の存在下に、できるだけ低温でアルキレンオキシドの開環重合を行うことにより製造することが好ましく、さらに好ましくは上記条件に加えて副生物の要因となりうる不純物を低減し沸点が低い副生物となる触媒系にて反応を行い製造することであり、最も好ましくは、上記条件に加えて副生物を十分減圧除去し、固体への吸着処理により製造することである。
<ポリイソシアネート>
上記ポリウレタンフォームに用いるポリイソシアネートとしては、特に限定するものではないが、任意の箇所に分子内に1分子当たりのイソシアネート基を1個または2個以上有している化合物であり、具体的には、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5-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、キシリレンジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’-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、1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、1,4-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ペンタメチレンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、1,6,11-ウンデカントリイソシアネート、1,8-ジイソシアネートー4-イソシアネートメチルオクタン、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、それらとポリオールとの反応によるイソシアネート含有プレポリマー、及びこれらの二種以上の混合物等が例示される。更に、これらのイソシアネートの変性物(例えば、ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、イソシアヌレート基、アミド基、イミド基、ウレトンイミン基、ウレトジオン基又はオキサゾリドン基含有変性物)やポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(ポリメリックMDI)等の縮合体(多核体と称されることもある)も包含される。
The method for producing the polyether polyol (A) used as the polyol is not particularly limited, but it is preferable to produce it by ring-opening polymerization of an alkylene oxide in the presence of an active hydrogen-containing compound, a base catalyst, and a Lewis acid at as low a temperature as possible, as this makes it easier to obtain a urethane foam with significantly high impact resilience. It is more preferable to produce it by carrying out the reaction under the above conditions in a catalyst system that reduces impurities that may be the cause of by-products and produces by-products with low boiling points, and it is most preferable to produce it by removing the by-products sufficiently under reduced pressure and then adsorbing them onto a solid, in addition to the above conditions.
<Polyisocyanate>
The polyisocyanate used in the polyurethane foam is not particularly limited, but is a compound having one or more isocyanate groups per molecule at any position within the molecule, and specific examples thereof include 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, tolidine diisocyanate, xylylene diisocyanate, 1,3-phenylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, lysine diisocyanate, triphenylmethane triisocyanate, tetramethylxylene diisocyanate, and 1,6-hexamethylene diisocyanate. , 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate, 1,4-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane, 1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane, pentamethylene diisocyanate, norbornane diisocyanate, lysine ester triisocyanate, 1,6,11-undecane triisocyanate, 1,8-diisocyanate-4-isocyanatomethyloctane, 1,3,6-hexamethylene triisocyanate, bicycloheptane triisocyanate, trimethylhexamethylene diisocyanate, isocyanate-containing prepolymers obtained by reacting these with polyols, and mixtures of two or more of these. Furthermore, modified products of these isocyanates (for example, modified products containing a urethane group, a carbodiimide group, an allophanate group, a urea group, a biuret group, an isocyanurate group, an amide group, an imide group, a uretonimine group, a uretdione group, or an oxazolidone group) and condensates (sometimes referred to as polynuclear compounds) of polymethylene polyphenylene polyisocyanate (polymeric MDI) and the like are also included.
なかでも、得られるポリウレタンフォームの室温でのtanδが低くなりやすく、室温での反発弾性が高くなりやすい為、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、これらの部分カルボジイミド変性イソシアネートからなる群より選ばれる1種以上の変性イソシアネートであることが好ましく、さらに好ましくは2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、これらの部分カルボジイミド変性イソシアネートからなる群より選ばれる1種以上のポリイソシアネートとポリアルキレンオキシド及び/又はポリテトラメチレングリコールとのウレタン変性イソシアネートである。 Among these, one or more modified isocyanates selected from the group consisting of 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, and partially carbodiimide-modified isocyanates thereof are preferred, as these tend to result in a lower tan δ at room temperature and higher impact resilience at room temperature. Even more preferred are urethane-modified isocyanates of one or more polyisocyanates selected from the group consisting of 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, and partially carbodiimide-modified isocyanates thereof with polyalkylene oxide and/or polytetramethylene glycol.
なかでも最も好ましくは2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、およびこれらのからなる群より選ばれる1種以上のポリイソシアネートと不飽和度が0.010meq/g以下でオキシプロピレン基を含有するポリエーテルポリオール及び/又は数平均分子量1500~3500ポリテトラメチレングリコールとのウレタン変性体であって、イソシアネート基含有量が7~25重量%である変性イソシアネートである。ポリオールとしてオキシエチレン基およびオキシプロピレン基を含有するポリエーテルポリオールAを用いない場合でもイソシアネートの変性剤としてそのようなポリエーテルポリオールAを用いることで上記ポリウレタンフォームが得やすい為好ましい。 Among these, the most preferred are 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, and a urethane-modified product of one or more polyisocyanates selected from the group consisting of these with a polyether polyol having an unsaturation degree of 0.010 meq/g or less and containing oxypropylene groups and/or polytetramethylene glycol with a number average molecular weight of 1500 to 3500, and having an isocyanate group content of 7 to 25% by weight. Even if polyether polyol A containing oxyethylene groups and oxypropylene groups is not used as the polyol, using such a polyether polyol A as an isocyanate modifier is preferred because it makes it easier to obtain the above-mentioned polyurethane foam.
上記ポリウレタンフォームに用いるポリイソシアネートの使用量としては、本発明の趣旨を損なわない範囲であれば特に限定されないが、多すぎると低温での弾性率が高くなり、温度によらず柔軟なポリウレタンフォームを得にくい為、好ましくはポリオール100重量部に対して1~200重量部の範囲であり、更に好ましくは10~100重量部の範囲であり、最も好ましくは30~70重量部の範囲である。 The amount of polyisocyanate used in the polyurethane foam is not particularly limited as long as it does not impair the spirit of the present invention; however, if the amount is too large, the elastic modulus at low temperatures will increase, making it difficult to obtain a polyurethane foam that is flexible regardless of temperature. Therefore, the amount is preferably in the range of 1 to 200 parts by weight, more preferably 10 to 100 parts by weight, and most preferably 30 to 70 parts by weight per 100 parts by weight of polyol.
上記ポリウレタンフォームに用いるポリイソシアネートの添加比率としては、特に限定されないが、ポリイソシアネート(B)の有するNCO基総量とポリオールを含む活性水素含有化合物の有するOH基総量の比率(NCO/OH比と記載)が0.5~1.5(モル比)となる添加量の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは0.6~1.1(モル比)となる添加量の範囲である。
<発泡剤>
上記ポリウレタンフォーム原料として用いる発泡剤としては、特に限定するものではないが公知の市販の物理的発泡剤及び/又は化学的発泡剤等を使用できる。例えば、物理的発泡剤としては、クロロフルオロカーボン類、ハイドロクロロフルオロオレフィン類、ハイドロクロロフルオロカーボン類、ハイドロフルオロオレフィン類、ハイドロフルオロカーボン類、パーフルオロカーボン類、塩化メチレン等の低沸点のハロゲン系ハイドロカーボン類、アセトン、蟻酸メチル、ヘキサン、イソペンタン、ペンタン、シクロペンタン等のハイドロカーボン類、空気、窒素、二酸化炭素等の気体又は低温液体等が挙げられる。化学発泡剤としては、水、有機酸、硼酸等の無機酸類、アルカリ炭酸塩類、環状カーボネート類、ジアルキルカーボネート、アゾ化合物などのポリウレタン原料と反応または熱等により分解してガスを発生させるもの等が挙げられ、水であることが好ましい。
The addition ratio of the polyisocyanate used in the polyurethane foam is not particularly limited, but is preferably in a range such that the ratio of the total number of NCO groups in the polyisocyanate (B) to the total number of OH groups in the active hydrogen-containing compound including the polyol (referred to as the NCO/OH ratio) is 0.5 to 1.5 (molar ratio), and more preferably 0.6 to 1.1 (molar ratio).
<Blowing Agent>
The blowing agent used as the polyurethane foam raw material is not particularly limited, and known commercially available physical blowing agents and/or chemical blowing agents can be used. Examples of physical blowing agents include low-boiling halogenated hydrocarbons such as chlorofluorocarbons, hydrochlorofluoroolefins, hydrochlorofluorocarbons, hydrofluoroolefins, hydrofluorocarbons, perfluorocarbons, and methylene chloride; hydrocarbons such as acetone, methyl formate, hexane, isopentane, pentane, and cyclopentane; and gases or cryogenic liquids such as air, nitrogen, and carbon dioxide. Examples of chemical blowing agents include those that react with polyurethane raw materials, such as water, organic acids, inorganic acids such as boric acid, alkali carbonates, cyclic carbonates, dialkyl carbonates, and azo compounds, or decompose by heat or the like to generate gas, with water being preferred.
触媒の種類や配合にもよるが、水のみを発泡剤に用いる場合、ポリオール100重量部に対して0.1~5重量部の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは0.3~2.5重量部の範囲である。 Depending on the type and formulation of catalyst, when water alone is used as the blowing agent, the amount is preferably in the range of 0.1 to 5 parts by weight per 100 parts by weight of polyol, and more preferably in the range of 0.3 to 2.5 parts by weight.
<添加剤>
上記ポリウレタンフォーム中には添加剤を含有してもよい。添加剤としては、特に限定されないが、具体的には整泡剤、減粘剤や増粘剤などの粘度調整剤、ウレタン化触媒、充填材、難燃材、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、防カビ剤、抗菌剤、VOCキャッチャー剤、離型剤などが挙げられる。
なかでも、ポリウレタンフォームの気泡径の微細化を抑制しやすく、高い機械物性を発現しやすいため、整泡剤、増粘剤を用いることが好ましい。
<Additives>
The polyurethane foam may contain additives, which are not particularly limited, but specific examples thereof include foam stabilizers, viscosity modifiers such as viscosity reducers and thickeners, urethane catalysts, fillers, flame retardants, antioxidants, ultraviolet absorbers, light stabilizers, antifungal agents, antibacterial agents, VOC catchers, and mold release agents.
Among these, it is preferable to use a foam stabilizer and a thickener, since these can easily suppress the reduction of the cell diameter of the polyurethane foam and can easily develop high mechanical properties.
整泡剤としては、特に限定されず、例えば、有機シロキサン-ポリオキシアルキレン共重合体、シリコーン-グリース共重合体等の非イオン系界面活性剤等の有機シリコーン系界面活性剤等の公知の界面活性剤が挙げられる
ポリウレタンフォーム中の整泡剤の添加量としては100~50000ppmの範囲が好ましい。
The foam stabilizer is not particularly limited, and examples thereof include known surfactants such as organic silicone surfactants, including nonionic surfactants such as organosiloxane-polyoxyalkylene copolymers and silicone-grease copolymers. The amount of foam stabilizer added to the polyurethane foam is preferably in the range of 100 to 50,000 ppm.
増粘剤としては特に限定されず、公知の増粘剤、レオロジーコントロール剤を使用でき、カーボンブラックや微粉シリカのような微粉末状の増粘剤、水添ヒマシ油ワックスや脂肪酸アミドワックス、ビックケミー社製BYK-410、BYK-415、BYK-420、BYK-430等のウレア系レオロジーコントロール剤等が挙げられる。 The thickener is not particularly limited, and known thickeners and rheology control agents can be used, including fine powder thickeners such as carbon black and finely divided silica, hydrogenated castor oil wax, fatty acid amide wax, and urea-based rheology control agents such as BYK-410, BYK-415, BYK-420, and BYK-430 manufactured by BYK-Chemie.
減粘剤としてはジブチルフタレート、ジヘプチルフタレート、ジ(2-エチルヘキシル)フタレート、ジオクチルフタレート、ジオクチルアジペート、ジオクチルセバケート、ジブチルセバケート、コハク酸イソデシル、トリクレジルホスフェート、トリブチルホスフェート、エポキシ化大豆油、エポキシステアリン酸ベンジル等といった、フタル酸エステル類、非芳香族二塩基酸エステル類、脂肪族エステル類、ポリアルキレングリコールのエステル類、トリメリット酸エステル類、塩素化パラフィン類、炭化水素系油、プロセスオイル類、ポリエーテル類、エポキシ可塑剤類、ポリエステル系可塑剤類等が挙げられる。減粘剤の含有量としては特に限定されないが、ポリウレタンフォーム中の25重量%未満であることが好ましい。 Viscosity reducers include phthalates such as dibutyl phthalate, diheptyl phthalate, di(2-ethylhexyl) phthalate, dioctyl phthalate, dioctyl adipate, dioctyl sebacate, dibutyl sebacate, isodecyl succinate, tricresyl phosphate, tributyl phosphate, epoxidized soybean oil, and benzyl epoxy stearate; non-aromatic dibasic acid esters; aliphatic esters; esters of polyalkylene glycols; trimellitic acid esters; chlorinated paraffins; hydrocarbon oils; process oils; polyethers; epoxy plasticizers; and polyester plasticizers. The amount of viscosity reducer used is not particularly limited, but it is preferably less than 25% by weight of the polyurethane foam.
充填剤としては、特に限定されず、例えば、無機充填剤、有機充填剤、繊維状充填材等任意の充填剤を選択して使用することができる。 The filler is not particularly limited, and any filler can be selected and used, such as inorganic fillers, organic fillers, fibrous fillers, etc.
具体的には、ヒュームドシリカ、沈降性シリカ、結晶性シリカ、溶融シリカ、ドロマイト、無水ケイ酸、含水ケイ酸等のシリカ、脂肪酸処理炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、膠質炭酸カルシウム等の炭酸カルシウム、カーボンブラック、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化亜鉛、ケイソウ土、焼成クレー、クレー、タルク、酸化チタン、硫酸バリウム、カオリン、ゼオライト、ベントナイト、有機ベントナイト、アルミニウム、フリント粉末等の顔料、シラスバルーン、ガラスミクロバルーン、フェノール樹脂・塩化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニル・ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン等の合成樹脂粉末、石綿、ガラス繊維、ガラスフィラメント等が挙げられる。このような充填材は、1種類を単独で又は2種類以上を混合して使用でき、また適宜の表面処理剤で表面処理しておいてもよい。充填剤の含有量としては特に限定されないが、ポリウレタンフォーム中の25重量%未満であることが好ましい。 Specific examples include silica such as fumed silica, precipitated silica, crystalline silica, fused silica, dolomite, silicic anhydride, and hydrous silicic acid; calcium carbonate such as fatty acid-treated calcium carbonate, heavy calcium carbonate, and colloidal calcium carbonate; pigments such as carbon black, magnesium carbonate, magnesium hydroxide, iron oxide, zinc oxide, diatomaceous earth, calcined clay, clay, talc, titanium oxide, barium sulfate, kaolin, zeolite, bentonite, organic bentonite, aluminum, and flint powder; shirasu balloons, glass microballoons, synthetic resin powders such as phenolic resin, vinylidene chloride resin, polyvinyl chloride, polymethyl methacrylate, and polystyrene; asbestos, glass fiber, and glass filament. These fillers can be used alone or in combination, and may be surface-treated with an appropriate surface treatment agent. The filler content is not particularly limited, but it is preferably less than 25% by weight of the polyurethane foam.
酸化防止剤としては、特に限定はされず、例えば、チオエーテル系化合物、リン系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系化合物等ポリマー鎖の酸化を抑制する効果がある化合物が挙げられ、商品名としてはチバ社製イルガノックスやアデカ社製アデカスタブ等である。 The antioxidant is not particularly limited, and examples include compounds that are effective in inhibiting the oxidation of polymer chains, such as thioether-based compounds, phosphorus-based antioxidants, and hindered phenol-based compounds. Examples of such antioxidants include Irganox manufactured by Ciba Corporation and Adeka Stab manufactured by Adeka Corporation.
なかでも、酸化防止剤としてはヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましく、ウレタンに対する酸化防止性を得やすいことから、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)、チバ・ジャパン製IRGANOX-1010、IRGANOX-1024、IRGANOX-1035、IRGANOX-1076、IRGANOX-1081から選ばれる1種以上の酸化防止剤を用いることが特に好ましい。 Among these, hindered phenol-based antioxidants are preferred, and because they are more likely to provide antioxidant properties to urethane, it is particularly preferred to use one or more antioxidants selected from 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol (BHT) and IRGANOX-1010, IRGANOX-1024, IRGANOX-1035, IRGANOX-1076, and IRGANOX-1081 manufactured by Ciba Japan.
光安定剤としては、特に限定はされないが、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系光安定剤、ベンゾフェノン系光安定剤、ベンゾエート系化合物等の紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系光安定剤等耐光性や耐候性等を付与する効果がある化合物が挙げられ、商品名としてはチバ・ジャパン製チヌビン等である。 Light stabilizers are not particularly limited, but examples include compounds that have the effect of imparting light resistance and weather resistance, such as benzotriazole-based compounds, triazine-based light stabilizers, benzophenone-based light stabilizers, ultraviolet absorbers such as benzoate-based compounds, and hindered amine-based light stabilizers, and examples of trade names include Tinuvin manufactured by Ciba Japan.
なかでも、光安定剤としてはチヌビン234、チヌビン144、チヌビンC353、チヌビンB75から選ばれる1種以上を用いることが好ましい。これら酸化防止剤、光安定剤を混合して用いることもできる。 Of these, it is preferable to use one or more light stabilizers selected from Tinuvin 234, Tinuvin 144, Tinuvin C353, and Tinuvin B75. These antioxidants and light stabilizers can also be used in combination.
ウレタン化触媒としては、例えば、有機鉛化合物、有機錫化合物、オクチル酸ビスマス等のビスマス化合物、3級アミン類、4級アンモニウム塩類等が挙げられ、好ましくは有機錫化合物、三級アミン系触媒から選ばれる1種以上の触媒が好ましい。 Urethanization catalysts include, for example, organic lead compounds, organic tin compounds, bismuth compounds such as bismuth octoate, tertiary amines, and quaternary ammonium salts, with one or more catalysts selected from organic tin compounds and tertiary amine catalysts being preferred.
3級アミン類としては、例えば、トリエチレンジアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”-ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N’,N”,N”’,N”’-ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、1,3,5-トリス(N,N-ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロ-S-トリアジン、N-ジメチルアミノエチル-N’-メチルピペラジン、N,N,N’,N’-テトラメチルヘキサメチレンジアミン、1,2-ジメチルイミダゾール、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、ビス(ジメチルアミノプロピル)アミン等のアミン化合物類、N,N-ジメチルアミノエタノール、N,N,N’-トリメチルアミノエチルエタノールアミン、2-(2-ジメチルアミノエトキシ)エタノール、N,N,N’-トリメチル-N’-ヒドロキシエチルビスアミノエチルエーテル、N-(3-ジメチルアミノプロピル)-N,N-ジイソプロパノールアミン、N-(2-ヒドロキシエチル)-N’-メチルピペラジン、N,N-ジメチルアミノヘキサノール、5-ジメチルアミノ-3-メチル-1-ペンタノール等のアルカノールアミン類等が挙げられる。 Examples of tertiary amines include triethylenediamine, dimethylcyclohexylamine, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, N,N,N',N",N"-pentamethyldiethylenetriamine, N,N,N',N",N"',N"'-hexamethyltriethylenetetramine, bis(dimethylaminoethyl)ether, 1,3,5-tris(N,N-dimethylaminopropyl)hexahydro-S-triazine, N-dimethylaminoethyl-N'-methylpiperazine, N,N,N',N'-tetramethylhexamethylenediamine, 1,2-dimethylimidazole, and N,N-dimethyl Examples include amine compounds such as aminopropylamine and bis(dimethylaminopropyl)amine, and alkanolamines such as N,N-dimethylaminoethanol, N,N,N'-trimethylaminoethylethanolamine, 2-(2-dimethylaminoethoxy)ethanol, N,N,N'-trimethyl-N'-hydroxyethyl bisaminoethyl ether, N-(3-dimethylaminopropyl)-N,N-diisopropanolamine, N-(2-hydroxyethyl)-N'-methylpiperazine, N,N-dimethylaminohexanol, and 5-dimethylamino-3-methyl-1-pentanol.
有機錫化合物としては、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオクトエート、及び2-エチルヘキサン酸錫等が挙げられる。
これらウレタン化触媒の添加量としては、少ないと発泡遅延が発生し生産性が低下する場合があり、多いと発泡が不均一となりフォーム物性が不安定となる場合があるため、ポリウレタンフォーム中に3級アミン類では0.01~15重量%、有機錫化合物では0.05~1重量%の範囲が好ましい。
<ポリウレタンフォームの用途>
本発明の一態様であるポリウレタンフォームは、軟質ポリウレタンフォームや半硬質ポリウレタンフォーム、硬質ポリウレタンフォームが一般に用いられる種々の用途に使用できる。
Examples of organotin compounds include dibutyltin dilaurate, dioctyltin dilaurate, dibutyltin dioctoate, and tin 2-ethylhexanoate.
If the amount of these urethanization catalysts added is too small, foaming delay may occur, resulting in reduced productivity, while if it is too large, foaming may become non-uniform, resulting in unstable foam properties. Therefore, the amount of tertiary amines added to the polyurethane foam is preferably in the range of 0.01 to 15% by weight, and the amount of organotin compounds added is preferably in the range of 0.05 to 1% by weight.
<Applications of polyurethane foam>
The polyurethane foam according to one embodiment of the present invention can be used in a variety of applications for which flexible polyurethane foams, semi-rigid polyurethane foams, and rigid polyurethane foams are generally used.
特に限定されないが、例えば、建築、土木関係の断熱材や構造材、電気機器関係では、冷凍庫、冷蔵庫、冷凍ショーケース等の断熱材、プラントや船舶関係では、LPG、LNGタンカーやパイプラインの断熱材、車両関係では、保冷庫や保冷車の断熱材、インパネ等の用途が挙げられるが、クッション性と反発弾性が求められる寝具や自転車のサドル、オートバイシート、自動車等のシート、クッション材、吸音材、制振材、床材、スポーツサーフェス、競技用トラック、床面被覆材、ボール等の用途、ステアリングホイールやヘッドレスト、ギアレバーのノブ、アームレスト、ヘルメット内部、プロテクターの緩衝部、車両用緩衝材、ハイヒール、雪駄、多目的シューズなどのシューズ材料、テニスシューズ、バスケットシューズやランニングシューズ、ウォーキングシューズ、スポーツサンダルなどのスポーツシューズのミッドソールやインソール、アウトソールなどの靴底、シャンク、その他靴用材料などに好ましく用いられる。 Applications include, but are not limited to, insulation and structural materials in construction and civil engineering; insulation for freezers, refrigerators, and freezer showcases in electrical equipment; insulation for LPG and LNG tankers and pipelines in plants and ships; insulation for refrigerator cabinets and refrigerated trucks in vehicles, and instrument panels. Applications requiring cushioning and rebound resilience include bedding, bicycle saddles, motorcycle seats, automobile seats, cushioning, sound-absorbing materials, vibration-damping materials, flooring, sports surfaces, racing tracks, floor coverings, and balls; steering wheels, headrests, gear lever knobs, armrests, helmet interiors, cushioning parts for protectors, vehicle cushioning; shoe materials for high heels, geta sandals, and multi-purpose shoes; and soles, shanks, and other shoe materials for sports shoes such as tennis shoes, basketball shoes, running shoes, walking shoes, and sports sandals.
なかでも、低温から室温、高温まで柔軟性と反発弾性が高く、環境により物性が変化しにくい特長が発揮されやすいため、ミッドソール、インソールなどのシューズソールに好適に用いられ、バスケットシューズやランニングシューズ、ウォーキングシューズ、スポーツサンダルなどのスポーツシューズのミッドソール、インソールに好適に用いられる。 In particular, it has high flexibility and resilience from low to room temperature and high temperatures, and its physical properties are resistant to changes in the environment. This makes it ideal for use in shoe soles such as midsoles and insoles, and for sports shoes such as basketball shoes, running shoes, walking shoes, and sports sandals.
上記ポリウレタンフォームを用いたシューズソールとしては、特に限定されないが、所定の形状の金型内で発泡させたり、またポリウレタンフォームを所定の形状に切り出しまたは打ち抜くなどして得たソール形状のウレタンフォーム、並びにそのソール形状のウレタンフォームに布地や印刷、その他EVA等のクッション材料等を複合化したもの、ゴムなどのアウトソール材やシャンク、アッパー材などと複合化したものが挙げられ、低温から高温まで柔軟性と反発弾性が高くクッション性に優れるため、シューズの構成部材として好適に使用できる。 Shoe soles made from the above-mentioned polyurethane foam include, but are not limited to, sole-shaped urethane foam obtained by foaming in a mold of a predetermined shape, or by cutting or punching polyurethane foam into a predetermined shape, as well as sole-shaped urethane foam composited with fabric, printing, or other cushioning materials such as EVA, and composites with outsole materials such as rubber, shanks, and upper materials. These have high flexibility and resilience from low to high temperatures, and offer excellent cushioning, making them ideal for use as components of shoes.
本発明の一態様であるスポーツシューズとしては、特に限定されず、上記ポリウレタンフォームをスポーツシューズ材料の一部または全部として構成されるスポーツシューズが挙げられる。 Sports shoes that are one embodiment of the present invention are not particularly limited, and examples include sports shoes constructed entirely or in part from the polyurethane foam described above.
好ましくは、少なくともアウトソール、インソール、ミッドソールを含んで構成され、ミッドソールとして上記ポリウレタンフォームの成型物を用いたスポーツシューズ、少なくともアウトソール、インソール、ミッドソールを含んで構成され、インソールとして上記ポリウレタンフォームの成型物を用いたスポーツシューズが挙げられ、必要に応じてアッパー材、シャンク、ヒールカウンター、靴ひも、ゲル緩衝材、ウレタン接着剤などの接着剤成分を含んで構成されることが好ましい。 Preferably, these include sports shoes that are comprised of at least an outsole, an insole, and a midsole, with the midsole made of a molded polyurethane foam, and sports shoes that are comprised of at least an outsole, an insole, and a midsole, with the insole made of a molded polyurethane foam, and preferably also contain an upper material, a shank, a heel counter, shoelaces, gel cushioning material, and adhesive components such as urethane adhesive as necessary.
さらに好ましくはアウトソール上にミッドソールを接着剤または紡糸により接合し、その上にインソールを構成、アウトソールの中心部にシャンク、ミッドソールとアッパー材を接着剤または紡糸により接合し、アッパー材とヒールカウンターを構成したスポーツシューズであって、インソール及び/またはミッドソールとして上記ポリウレタンフォームを含むことが好ましい。 More preferably, the sports shoes have a midsole bonded to the outsole with an adhesive or by spinning, an insole constructed on top of that, a shank in the center of the outsole, the midsole and upper material bonded to the outsole with an adhesive or by spinning, and the upper material and heel counter are constructed, and it is preferable that the insole and/or midsole contain the above-mentioned polyurethane foam.
なかでも、スポーツシューズが上記構成の何れかであってインソール及び/またはミッドソール中に上記ポリウレタンフォームを50重量%以上含み、スポーツシューズ重量のうち20重量%以上を上記ポリウレタンフォームで構成する事が好ましい。 In particular, it is preferable that the sports shoes have any of the above configurations, contain 50% by weight or more of the polyurethane foam in the insole and/or midsole, and that 20% by weight or more of the weight of the sports shoes be made up of the polyurethane foam.
上記スポーツシューズに用いるアウトソール材質としてゴム、シャンクや接着剤としてウレタンを用いた構成であることが好ましい。 It is preferable that the outsole material used in the above sports shoes is rubber, and the shank and adhesive are made of urethane.
以下、本発明を、実施例を用いて更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例により限定して解釈されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例で使用した原料、及び評価方法は以下に示すとおりである。
(原料)
<ポリオール>
実施例又は比較例で用いたポリオールの性状を表1に示す。
The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention should not be construed as being limited to the following examples as long as the gist of the invention is not exceeded. The raw materials and evaluation methods used in the following examples and comparative examples are as follows.
(raw materials)
<Polyol>
The properties of the polyols used in the examples and comparative examples are shown in Table 1.
ポリオール(A1)~(A3):イミノ基含有フォスファゼニウム塩(IPZ)触媒とトリイソプロポキシアルミニウムを併用して脱水・脱溶媒を十分に行い、2官能分子量200のポリオキシプロピレングリコールに十分に脱水したプロピレンオキシド、エチレンオキシドを順にブロック共重合して、常法により触媒を除去し、酸化防止剤BHTを含有させた2官能ポリアルキレンオキシド。 Polyols (A1) to (A3): A bifunctional polyalkylene oxide obtained by thoroughly dehydrating and removing solvent using an imino group-containing phosphazenium salt (IPZ) catalyst in combination with triisopropoxyaluminum, followed by block copolymerization of sufficiently dehydrated propylene oxide and ethylene oxide with bifunctional polyoxypropylene glycol having a molecular weight of 200, followed by removal of the catalyst using standard methods, and incorporating the antioxidant BHT.
ポリオール(A4):市販のポリテトラメチレングリコール(三菱化学社製PTMG-1000)。 Polyol (A4): Commercially available polytetramethylene glycol (PTMG-1000 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
ポリオール(A5):市販のポリテトラメチレングリコール(三菱化学社製PTMG-3000)。 Polyol (A5): Commercially available polytetramethylene glycol (PTMG-3000 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
ポリオール(A6):水酸化カリウム触媒を用いて常法によりプロピレンオキシド、エチレンオキシドを付加し製造したポリアルキレンオキシド。 Polyol (A6): A polyalkylene oxide produced by adding propylene oxide and ethylene oxide using a potassium hydroxide catalyst in a conventional manner.
ポリオール(A7):イミノ基含有フォスファゼニウム塩(IPZ)触媒とトリイソプロポキシアルミニウムを併用して脱水・脱溶媒を十分に行い、2官能分子量200のポリオキシプロピレングリコールに十分に脱水したプロピレンオキシドのみを重合して、常法により触媒を除去し、酸化防止剤BHTを含有させた2官能ポリアルキレンオキシド。 Polyol (A7): A bifunctional polyalkylene oxide obtained by thoroughly dehydrating and removing solvents using an imino group-containing phosphazenium salt (IPZ) catalyst in combination with triisopropoxyaluminum, polymerizing only sufficiently dehydrated propylene oxide into a bifunctional polyoxypropylene glycol with a molecular weight of 200, removing the catalyst using standard methods, and incorporating the antioxidant BHT.
なお、上記ポリオールは使用前に加熱・真空脱水し使用した。市販品以外は、常法により触媒を除去し使用した。 The above polyols were heated and vacuum dehydrated before use. For non-commercially available products, the catalyst was removed using standard methods before use.
ポリオール(A1)はポリオール(A6)より顕著に低不飽和度で分子量分布が狭いものであった。ポリオール(A2)、(A3)は低不飽和度で分子量分布が狭いものであった。 Polyol (A1) had a significantly lower degree of unsaturation and a narrower molecular weight distribution than polyol (A6). Polyols (A2) and (A3) had a lower degree of unsaturation and a narrower molecular weight distribution.
<ポリイソシアネート>
ポリイソシアネート(C1):4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートの部分カルボジイミド変性イソシアネート(東ソー社製、商品名ミリオネートMTL)にPTMGを20重量%となるよう付加した変性イソシアネート。
<Polyisocyanate>
Polyisocyanate (C1): A modified isocyanate obtained by adding 20% by weight of PTMG to a partially carbodiimide-modified isocyanate of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (manufactured by Tosoh Corporation, trade name Millionate MTL).
ポリイソシアネート(C2):4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’-MDI、東ソー社製、商品名ミリオネートMT)
これらを精製することなくそのまま使用した。
Polyisocyanate (C2): 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (4,4'-MDI, manufactured by Tosoh Corporation, trade name Millionate MT)
These were used as is without purification.
<添加剤>
ウレタン化触媒:1-イソブチル-2-メチルイミダゾール(エボニック社製、商品名DABCO NCIM)
1,4-BD:1,4-ブタンジオール(和光純薬社製)
Si整泡剤:市販のシリコーン整泡剤(東レダウコーニング社製、商品名SRX-280A)
上記市販品をそのまま使用した。発泡剤の水はイオン交換水を使用した。
(ポリオールの評価方法)
<水酸基価、分子量>
ポリオールの水酸基価(OHV)はJIS-K1557-1の方法に従い、測定した。また、ポリオールの数平均分子量は、ポリオールの水酸基価に基づき、上記数式(1)を用いて計算した値である。
<Additives>
Urethane catalyst: 1-isobutyl-2-methylimidazole (manufactured by Evonik, trade name DABCO NCIM)
1,4-BD: 1,4-butanediol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Si foam stabilizer: commercially available silicone foam stabilizer (manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd., product name SRX-280A)
The above commercially available product was used as is. Ion-exchanged water was used as the foaming agent.
(Polyol Evaluation Method)
<Hydroxyl value, molecular weight>
The hydroxyl value (OHV) of the polyol was measured according to the method of JIS-K1557-1. The number average molecular weight of the polyol was calculated using the above mathematical formula (1) based on the hydroxyl value of the polyol.
<不飽和度>
核磁気共鳴装置(NMR)を用いた高分子論文集1993,50,2,121-126に記載の方法に従い測定し、JIS K1557 6.7の方法にて確認した。
<Unsaturation degree>
Measurement was carried out using a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer according to the method described in Polymer Research Papers 1993, 50, 2, 121-126, and confirmation was carried out according to the method of JIS K1557 6.7.
<分子量分布(Mw/Mn)>
サンプル瓶へポリオール10mgとTHF10mlを添加し、1終夜静置することで溶解し、PTFEカードリッジフィルター(0.5μm)でろ過することでサンプルを得た。検出器としてRI検出器RI8020、測定用カラムとして分離カラムに粒径3μmの充填剤を充填した東ソー製TskgelSuperH4000×2本及びTskgel SuperH3000×2本の計4本を直列接続し、レファレンス側は抵抗管×5本を接続、展開溶媒に和光社製BHT安定剤含有の特級テトラヒドロフランを用い、分離カラム側の流速0.6ml/min、レファレンス側の流量0.15ml/min、カラム温度40℃の条件で分析した。分子量既知の東ソー社製標準ポリスチレン8点を用いた3次近似曲線を検量線として、分子量分布(Mw/Mn)の解析を行った。測定装置には東ソー製HLC-8320GPC、解析には東ソー製HLC-8320GPC-ECOSEC-WorkStationを用いた。
<Molecular weight distribution (Mw/Mn)>
10 mg of polyol and 10 ml of THF were added to a sample bottle, dissolved by leaving it to stand overnight, and filtered through a PTFE cartridge filter (0.5 μm) to obtain a sample. The detector was an RI detector RI8020, and the measurement column was a separation column packed with a particle size of 3 μm. Two Tskgel Super H4000 columns and two Tskgel Super H3000 columns (manufactured by Tosoh) were connected in series. Five resistance tubes were connected to the reference side. Wako Co., Ltd. special grade tetrahydrofuran containing BHT stabilizer was used as the developing solvent. The separation column flow rate was 0.6 ml / min, the reference side flow rate was 0.15 ml / min, and the column temperature was 40 ° C. Analysis was performed under these conditions. A cubic approximation curve using eight standard polystyrenes manufactured by Tosoh Corporation with known molecular weights was used as a calibration curve, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was analyzed. The measurement device used was a Tosoh HLC-8320GPC, and the analysis was performed using a Tosoh HLC-8320GPC-ECOSEC-WorkStation.
<EO含量(wt%)>
核磁気共鳴装置(NMR)を用い、重溶媒にテトラメチルシラン含有重クロロホルムを使用して1HNMRを測定した。0.8~1.5ppmの範囲の積分値(プロピレンオキシド鎖)、3.2~3.9ppmの範囲の積分値(プロピレンオキシド鎖およびエチレンオキシド鎖)からポリオール中のエチレンオキシド含量を算出した。
<EO content (wt%)>
H NMR was measured using a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer and tetramethylsilane-containing deuterated chloroform as a deuterated solvent. The ethylene oxide content in the polyol was calculated from the integral values in the range of 0.8 to 1.5 ppm (propylene oxide chain) and the integral values in the range of 3.2 to 3.9 ppm (propylene oxide chain and ethylene oxide chain).
<OH基の1級比率>
核磁気共鳴装置(NMR)を用い、重溶媒にテトラメチルシラン含有重クロロホルムを使用して、トリフルオロ無水酢酸で処理したサンプルの1HNMRを測定した。トリフルオロ無水酢酸で処理したサンプルの4.3ppm付近の積分値(1級OH基由来のエステルが結合したメチレン)、5.2ppm付近の積分値(2級OH基由来のエステルが結合したメチン)からポリオールOH基の1級比率を算出した。
(ポリウレタンフォームの性状評価)
<動的粘弾性>
貯蔵弾性率E’、tanδ、ガラス転移温度は動的粘弾性測定装置UBM社製Rheogel E-4000を用いて、測定温度-100℃~200℃、昇温速度3℃/min、周波数10Hz、歪み0.04%一定、引張モード条件にて測定を行い、試験片は厚み方向にスキン層を有するように切り出したものを使用した。貯蔵弾性率E’に対する損失弾性率E”の比であるtanδのピーク値を取る温度をガラス転移温度として評価し、各温度、例えば25℃での値を25℃での損失弾性率E”と貯蔵弾性率E’の比(tanδ)として評価した。
<Primary OH group ratio>
Using a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer, 1H NMR of the sample treated with trifluoroacetic anhydride was measured using tetramethylsilane-containing deuterated chloroform as a deuterated solvent. The ratio of primary OH groups in the polyol was calculated from the integral value around 4.3 ppm (methylene bonded with esters derived from primary OH groups) and the integral value around 5.2 ppm (methine bonded with esters derived from secondary OH groups) of the sample treated with trifluoroacetic anhydride.
(Evaluation of polyurethane foam properties)
<Dynamic viscoelasticity>
The storage modulus E', tan δ, and glass transition temperature were measured using a dynamic viscoelasticity measuring device, Rheogel E-4000, manufactured by UBM, under conditions of a measurement temperature of -100°C to 200°C, a heating rate of 3°C/min, a frequency of 10 Hz, a constant strain of 0.04%, and tensile mode, and test specimens were used that were cut out so that a skin layer was present in the thickness direction. The temperature at which tan δ, which is the ratio of the loss modulus E" to the storage modulus E', peaks was evaluated as the glass transition temperature, and the value at each temperature, for example 25°C, was evaluated as the ratio (tan δ) of the loss modulus E" to the storage modulus E' at 25°C.
0℃~100℃の範囲で何れの温度でも貯蔵弾性率が3×106Pa未満であれば低温~高温の使用温度域で柔軟性が高く、クッション性が顕著に良好となるため○(合格)と判断した。 If the storage modulus is less than 3×10 6 Pa at any temperature in the range of 0° C. to 100° C., the flexibility is high in the low to high temperature range of use, and the cushioning properties are remarkably good, and it was judged as ○ (pass).
なかでも、0~100℃での貯蔵弾性率E’の変化率は、65%以下であれば周辺の環境に依存して柔軟性が変化しにくく安全性が高いことから合格と判断した。上記範囲内での貯蔵弾性率の変化率は(最大値-最小値)/最大値×100の値により判断した。 In particular, if the rate of change in storage modulus E' between 0 and 100°C is 65% or less, it is deemed to be acceptable, as flexibility is unlikely to change depending on the surrounding environment and safety is high. The rate of change in storage modulus within the above range was determined by the value (maximum value - minimum value) / maximum value x 100.
25℃での貯蔵弾性率が2.8×106Pa未満であれば、使用頻度の高い常温で特に柔軟性が高く、クッション性が顕著に良好となるため合格と判断した。 If the storage modulus at 25° C. is less than 2.8×10 6 Pa, the flexibility is particularly high at room temperature where use is frequent, and the cushioning properties are remarkably good, and therefore the product is judged to be acceptable.
また、180℃での貯蔵弾性率E’は2×105Pa以上であれば、乾燥時などに対する耐熱性に期待できるため合格(○)と判断した。 Furthermore, if the storage modulus E' at 180°C is 2 x 10 5 Pa or more, heat resistance during drying etc. can be expected and the sample was judged to be acceptable (◯).
0℃~100℃の範囲で何れの温度でもtanδが0.15以下であれば低温~高温の使用温度域でエネルギーロスが少なく高い反発弾性が期待できるため合格、tanδが0.15を超えると使用環境によってはエネルギーロスが大きく、幅広い温度では使用が困難となるため不合格と判断した。 If tanδ is 0.15 or less at any temperature between 0°C and 100°C, it is considered to pass, as it is expected to have little energy loss and high rebound resilience across a range of operating temperatures from low to high. If tanδ exceeds 0.15, it is considered to fail, as it will have large energy loss depending on the operating environment and will be difficult to use across a wide range of temperatures.
さらに25でのtanδが0.10以下であれば、使用頻度の高い常温で顕著にエネルギーロスが少なく高い反発弾性が期待できるため合格、0.10を超えると特に使用頻度の高い常温で際立った特徴が出ずに使用が困難となるため不合格と判断した。 Furthermore, if tan δ at 25 is 0.10 or less, it is deemed to pass, as it is expected to have significantly less energy loss and high rebound resilience at room temperature, where it is most frequently used. However, if it exceeds 0.10, it will not exhibit any outstanding characteristics, particularly at room temperature, where it is most frequently used, making it difficult to use, and it is therefore deemed to fail.
<フォームセル>
フォームのセルを光学顕微鏡にて気泡形状を観察し、平均の気泡径を算出した。気泡の独泡率は、AsOne社製デジタル体積計NTK-01にて5mm厚みの短冊状のフォームの見かけ体積と測定値の比より気泡の独泡率を算出した。
<Foam Cell>
The cell shape of the foam cells was observed under an optical microscope, and the average cell diameter was calculated. The closed cell ratio was calculated from the ratio of the apparent volume of a 5 mm thick strip of foam measured using an AsOne NTK-01 digital volume meter to the measured value.
<ウレタン組成>
ポリウレタンフォームをアルカリ分解し、各留分の分析によりウレタン成分の構成を算出した。不飽和基含有量、オキシプロピレン構造、オキシエチレン構造、オキシテトラメチレン構造は1HNMR、13CNMRの積分比により算出した。
<Urethane composition>
The polyurethane foam was subjected to alkaline decomposition, and the composition of the urethane component was calculated by analyzing each fraction. The unsaturated group content, oxypropylene structure, oxyethylene structure, and oxytetramethylene structure were calculated from the integral ratio of 1H NMR and 13C NMR.
また、DMFを用いてポリウレタンフォームから添加剤を抽出し、各成分の含有量およびポリウレタンフォームのGPC分子量を求めた。 Additives were also extracted from the polyurethane foam using DMF, and the content of each component and the GPC molecular weight of the polyurethane foam were determined.
ウレタンフォームのゲル分率は、酢酸エチル100mlにウレタンフォームを0.5g加えて7日静置した際に溶解せず残る不溶分の比率(%)を求めた。
(ポリウレタンフォームの物性評価)
本発明において、密度はJISK7222、硬さ(アスカーC、スキン付き表面硬度)、引張強度(3号ダンベル)、引張伸び(3号ダンベル)、引裂き強度(B型ダンベル)、反発弾性率(リュプケ式)は、JISK7312に準じて測定を行った。
The gel fraction of the urethane foam was determined by adding 0.5 g of urethane foam to 100 ml of ethyl acetate, leaving the mixture standing for 7 days, and determining the proportion (%) of insoluble matter remaining undissolved.
(Evaluation of physical properties of polyurethane foam)
In the present invention, density was measured in accordance with JIS K7222, and hardness (Asker C, surface hardness with skin), tensile strength (No. 3 dumbbell), tensile elongation (No. 3 dumbbell), tear strength (B-type dumbbell), and rebound elasticity (Lupke method) were measured in accordance with JIS K7312.
0℃における反発弾性率、硬度は24時間0±1℃に温度調整された恒温槽に保管したサンプルを取り出した後、10秒以内に上記常温の場合と同じ方法にて測定した値を指す。
(ポリウレタンフォームの製造)
実施例又は比較例で作製したフォームの原料組成を表3、得られたフォームの各温度での貯蔵弾性率E’とtanδを表4、フォームの物性を表5に示す。
The impact resilience and hardness at 0°C refer to values measured within 10 seconds after removing a sample stored in a thermostatic chamber whose temperature is adjusted to 0±1°C for 24 hours, using the same method as for room temperature.
(Production of polyurethane foam)
The raw material compositions of the foams produced in the Examples and Comparative Examples are shown in Table 3, the storage moduli E' and tan δ of the resulting foams at various temperatures are shown in Table 4, and the physical properties of the foams are shown in Table 5.
得られるポリウレタンフォーム中のウレタン成分、副資材成分の原料費から算出した計算値を表5に示す。 Table 5 shows the calculated values calculated from the raw material costs of the urethane component and auxiliary material components in the resulting polyurethane foam.
実施例1
イソシアネートを除く成分を表2に示す割合で、卓上ディスパーにより均一に混合し、ポリオールプレミックスを作製した。45℃に調温したイソシアネート成分とポリオールプレミックスを7000rpmの回転数で卓上ミキサーにより混合撹拌した。
Example 1
A polyol premix was prepared by uniformly mixing the components excluding the isocyanate in a tabletop disper in the proportions shown in Table 2. The isocyanate component and the polyol premix, which had been adjusted to 45°C, were mixed and stirred in a tabletop mixer at a rotation speed of 7,000 rpm.
60℃に加温し、離型剤を塗布後、乾燥した300mm×300mm×5mmサイズの金属製モールドに混合物を注入した後、蓋をして7分硬化させた。硬化後、金型から取り出し、ウレタンフォームのテストピース(以下TP)を得た。得られたTPのウレタン構造、ならびにウレタン性状、物性を評価した。 The mixture was heated to 60°C, a release agent was applied, and then the mixture was poured into a dry 300mm x 300mm x 5mm metal mold, which was then covered and allowed to cure for 7 minutes. After curing, the mold was removed and a urethane foam test piece (hereinafter referred to as TP) was obtained. The urethane structure, urethane properties, and physical properties of the resulting TP were evaluated.
得られたポリウレタンフォームは0℃~100℃の範囲で貯蔵弾性率が低く幅広い温度でクッション性が良好であるにも係らず、tanδが低くエネルギーロスが幅広い温度で小さいため幅広い温度で高い反発弾性が期待できるものであった。さらに25℃でのtanδが顕著に低いため、使用頻度の高い常温で特長的にエネルギーロスが小さいものであった。さらには180℃での貯蔵弾性率が高く、耐熱性が高いものであった。 The resulting polyurethane foam had a low storage modulus in the range of 0°C to 100°C, and good cushioning properties over a wide temperature range. However, because tan δ was low and energy loss was small over a wide temperature range, high rebound resilience could be expected over a wide temperature range. Furthermore, because tan δ was significantly low at 25°C, energy loss was characteristically small at room temperature, where usage is frequent. Furthermore, the storage modulus was high at 180°C, and heat resistance was high.
ウレタンフォームの0℃、25℃での反発弾性率は共に60%以上であり、低温、室温で顕著に高い反発弾性を発現するものであった。また、0℃、25℃でのアスカーC硬度は共に50以下であり、低温、室温で何れも低硬度であり、さらには硬度変化が小さいものであった。 The urethane foam's resilience was over 60% at both 0°C and 25°C, demonstrating significantly high resilience at both low and room temperatures. Furthermore, the Asker C hardness was below 50 at both 0°C and 25°C, demonstrating low hardness at both low and room temperatures, and the change in hardness was minimal.
本実施例のポリウレタンフォームの分子量は5万以上でゲル分率は40%未満であり、ウレタン成分中にオキシエチレン構造、オキシプロピレン構造を有しており不飽和構造が顕著に少なかった。 The polyurethane foam of this example had a molecular weight of over 50,000, a gel fraction of less than 40%, and contained oxyethylene and oxypropylene structures in the urethane component, with significantly less unsaturated structures.
実施例2
実施例1と同様の手法で、表2に示す配合でウレタンフォームのテストピース(以下TP)を作製しウレタン構造、ならびにウレタン性状、物性を評価した。
Example 2
Using the same method as in Example 1, urethane foam test pieces (hereinafter referred to as TP) were prepared with the formulation shown in Table 2, and the urethane structure, urethane properties, and physical properties were evaluated.
得られたポリウレタンフォームは25℃でのtanδは0.10と実施例1、実施例3~8と比較して高めであったが、比較例3のフォームと比較してtanδが低い点に加えて貯蔵弾性率が顕著に低く顕著に柔軟性が良好なフォームであり、反発弾性に加えて柔軟性が特に求められる用途に好適なポリウレタンフォームであった。 The resulting polyurethane foam had a tan δ of 0.10 at 25°C, which was higher than in Examples 1 and 3-8. However, in addition to having a lower tan δ than the foam of Comparative Example 3, the foam also had a significantly lower storage modulus and significantly better flexibility, making it suitable for applications where flexibility is particularly required in addition to rebound resilience.
0℃~100℃の範囲で貯蔵弾性率が低く幅広い温度でクッション性が良好であるにも係らず、tanδが低くエネルギーロスが幅広い温度で小さいため幅広い温度で高い反発弾性が期待できるものであった。さらに25℃でのtanδが低いため、使用頻度の高い常温で特長的にエネルギーロスが小さいものであった。さらには180℃での貯蔵弾性率が高く、耐熱性が高いものであった。 Although the storage modulus is low in the range of 0°C to 100°C, providing good cushioning over a wide temperature range, the low tan δ and small energy loss over a wide temperature range means that high rebound resilience can be expected over a wide temperature range. Furthermore, because the tan δ at 25°C is low, energy loss is characteristically small at room temperature, where use is frequent. Furthermore, the storage modulus is high at 180°C, providing high heat resistance.
ウレタンフォームの0℃、25℃での反発弾性は何れも50%以上であり、低温、室温で高い反発弾性を発現するものであった。また、0℃、25℃でのアスカーC硬度は何れも36以下であり、低温、室温で何れも顕著に低硬度であり、さらには硬度変化が顕著に小さいものであった。 The urethane foam's impact resilience was over 50% at both 0°C and 25°C, demonstrating high impact resilience at both low and room temperatures. Furthermore, the Asker C hardness was 36 or less at both 0°C and 25°C, demonstrating significantly low hardness at both low and room temperatures, and the change in hardness was significantly small.
本実施例のポリウレタンフォームの分子量は5万以上でゲル分率は40%未満であり、ウレタン成分中にオキシエチレン構造、オキシプロピレン構造を有しており不飽和構造が顕著に少なかった。 The polyurethane foam of this example had a molecular weight of over 50,000, a gel fraction of less than 40%, and contained oxyethylene and oxypropylene structures in the urethane component, with significantly less unsaturated structures.
実施例3~9
実施例1と同様の手法で、表2に示す配合でウレタンフォームのテストピース(以下TP)を作製しウレタン構造、ならびにウレタン性状、物性を評価した。
Examples 3 to 9
Using the same method as in Example 1, urethane foam test pieces (hereinafter referred to as TP) were prepared with the formulation shown in Table 2, and the urethane structure, urethane properties, and physical properties were evaluated.
得られたポリウレタンフォームは0℃~100℃の範囲で貯蔵弾性率が低く幅広い温度でクッション性が良好であるにも係らず、tanδが低くエネルギーロスが幅広い温度で小さいため幅広い温度で高い反発弾性が期待できるものであった。さらに25℃でのtanδが顕著に低いため、使用頻度の高い常温で特長的にエネルギーロスが小さいものであった。さらには180℃での貯蔵弾性率が高く、耐熱性が高いものであった。 The resulting polyurethane foam had a low storage modulus in the range of 0°C to 100°C, and good cushioning properties over a wide temperature range. However, because tan δ was low and energy loss was small over a wide temperature range, high rebound resilience could be expected over a wide temperature range. Furthermore, because tan δ was significantly low at 25°C, energy loss was characteristically small at room temperature, where usage is frequent. Furthermore, the storage modulus was high at 180°C, and heat resistance was high.
ウレタンフォームの0℃、25℃での反発弾性は何れも50%以上であり、低温、室温で高い反発弾性を発現するものであった。また、0℃、25℃でのアスカーC硬度は何れも50以下であり、低温、室温で何れも低硬度であり、さらには硬度変化が小さいものであった。 The urethane foam's impact resilience was over 50% at both 0°C and 25°C, demonstrating high impact resilience at both low and room temperatures. Furthermore, the Asker C hardness was below 50 at both 0°C and 25°C, demonstrating low hardness at both low and room temperatures, and the change in hardness was small.
また実施例1~9で得られたポリウレタンフォームは何れも、気泡構造が均一で平均気泡径が50~130μmであり、50~90%の独泡構造を有していた。また実施例1~9で得られたポリウレタンフォームは何れも、カリウム含量が50ppm未満であった。 All of the polyurethane foams obtained in Examples 1 to 9 had a uniform cell structure, an average cell diameter of 50 to 130 μm, and a closed-cell structure of 50 to 90%. All of the polyurethane foams obtained in Examples 1 to 9 also had a potassium content of less than 50 ppm.
比較例1
予め表2の配合で作製したポリウレタンエラストマー(TPU)ペレットを加熱した金型内で物理発泡剤により発泡させて、ポリウレタンフォームのテストピースを作製した。
Comparative Example 1
Polyurethane elastomer (TPU) pellets prepared in advance according to the formulation shown in Table 2 were foamed in a heated mold with a physical foaming agent to prepare polyurethane foam test pieces.
得られたポリウレタンフォームは、0℃でのtanδが0.19と高く、貯蔵弾性率も3.3×106Paと高弾性を示すため、低温での使用が困難なものであり、幅広い温度特性を有さないものであった。 The polyurethane foam obtained had a high tan δ of 0.19 at 0°C and a high storage modulus of 3.3 x 10 6 Pa, making it difficult to use at low temperatures and lacking wide temperature characteristics.
さらには180℃での貯蔵弾性率が顕著に低く、耐熱性が低いものであった。 Furthermore, the storage modulus at 180°C was significantly low, and the heat resistance was poor.
本比較例のウレタンフォームは、ウレタン成分中にオキシエチレン構造、オキシプロピレン構造を有しておらず、ポリオキシテトラメチレン構造が多いことから低温~常温で貯蔵弾性率が高く柔軟性に劣り、0℃、25℃でのアスカーC硬度はともに50を超えるものであり、硬度変化も大きいため、環境によって使用が困難となるウレタンフォームであった。また反発弾性の変化が大きく、使用環境によって特性が変わりやすいフォームであった。さらにはポリウレタンフォームは分子量が低く、気泡構造が不均一で微細であり、機械物性に期待できないものであった。またフォームの独泡率は90%を超えるものであった。 The urethane foam of this comparative example does not contain oxyethylene or oxypropylene structures in the urethane component, and is rich in polyoxytetramethylene structures, resulting in a high storage modulus and poor flexibility at low to room temperatures. Its Asker C hardness exceeded 50 at both 0°C and 25°C, and its hardness also varied significantly, making it difficult to use depending on the environment. It also had a large change in rebound resilience, making its properties susceptible to change depending on the usage environment. Furthermore, the polyurethane foam had a low molecular weight and an uneven, fine cell structure, meaning its mechanical properties were not as promising. The foam's closed cell ratio also exceeded 90%.
比較例2
実施例1と同様の手法で表2に示す配合でウレタンフォームのテストピースを作製し、ウレタン構造、ならびにウレタン性状、物性を評価した。
Comparative Example 2
Test pieces of urethane foam were prepared using the formulation shown in Table 2 in the same manner as in Example 1, and the urethane structure, urethane properties, and physical properties were evaluated.
得られたポリウレタンフォームは0℃、25℃でのtanδは良好であったが、ウレタン成分中にオキシエチレン構造、オキシプロピレン構造を有しておらず、ポリオキシテトラメチレン部位の結晶化が要因と考えられる影響で低温での貯蔵弾性率が顕著に高く、低温では硬くなってクッション性に期待できないものであり、使用が困難なものであった。
また0℃と25℃での貯蔵弾性率の変化率が高く、幅広い温度特性を有さないものであった。
The resulting polyurethane foam had a good tan δ at 0°C and 25°C, but did not contain an oxyethylene structure or an oxypropylene structure in the urethane component, and had a significantly high storage modulus at low temperatures, presumably due to crystallization of the polyoxytetramethylene moiety. As a result, the foam became hard at low temperatures, and cushioning properties could not be expected, making it difficult to use.
In addition, the rate of change in storage modulus between 0°C and 25°C was high, and the film did not have wide temperature characteristics.
ウレタンフォームの0℃、25℃での反発弾性は良好であったが、アスカーC硬度はともに50を超えるものであり、低温~常温で柔軟性が悪く、硬度変化も大きいため、環境によって使用が困難となるウレタンフォームであった。またフォームの独泡率は90%を超えるものであった。 The urethane foam had good impact resilience at 0°C and 25°C, but its Asker C hardness exceeded 50 in both cases, meaning it had poor flexibility from low to room temperature and its hardness changed significantly, making it difficult to use depending on the environment. The foam's closed cell ratio also exceeded 90%.
比較例3
実施例1と同様の手法で表2に示す不飽和基量の多いポリエーテルポリオールを含む配合で、不飽和構造を多く含有するウレタンフォームのテストピースを作製し、ウレタン構造、ならびにウレタン性状、物性を評価した。
Comparative Example 3
Using the same method as in Example 1, test pieces of urethane foam containing a large amount of unsaturated structures were prepared using a formulation containing a polyether polyol with a large amount of unsaturated groups as shown in Table 2, and the urethane structure, urethane properties, and physical properties were evaluated.
本比較例のポリウレタンフォームは、ウレタン成分中にオキシエチレン構造、オキシプロピレン構造を有するが、得られたポリウレタンフォームは25℃でのtanδの値が高く、タック感があり反発弾性率が50%未満と不十分であり、使用が困難なフォームであった。 The polyurethane foam of this comparative example contains oxyethylene and oxypropylene structures in the urethane component, but the resulting polyurethane foam had a high tan δ value at 25°C, a tacky feel, and an insufficient rebound resilience of less than 50%, making it difficult to use.
本比較例のポリウレタンフォームは不飽和構造を多く含有し、分子量も低かった。気泡が50μm以下で微細なため機械物性に期待できないフォームであった。 The polyurethane foam in this comparative example contained many unsaturated structures and had a low molecular weight. Because the cells were tiny, less than 50 μm in size, the foam did not offer the expected mechanical properties.
比較例4
実施例1と同様の手法で表2に示すオキシエチレン基を有さないポリエーテルポリオールとポリテトラメチレングリコールを用いた配合で、オキシエチレン構造を含有しないウレタンフォームのテストピースを作製し、ウレタン構造、ならびにウレタン性状、物性を評価した。
Comparative Example 4
Using the same method as in Example 1, test pieces of urethane foam not containing an oxyethylene structure were prepared using the formulation of polyether polyol not having an oxyethylene group and polytetramethylene glycol shown in Table 2, and the urethane structure, urethane properties, and physical properties were evaluated.
本比較例のポリウレタンフォームは気泡構造が不均一であり、引き延ばされたような気泡構造を有しており、可溶成分の分子量は5万未満と低く、独泡率が50%未満の連通性が高いウレタンフォームであり、指で押してへこむ脆いフォームであった。 The polyurethane foam of this comparative example had a non-uniform, elongated cell structure, a low molecular weight of less than 50,000 for the soluble components, a highly open urethane foam with a closed cell ratio of less than 50%, and was brittle and dented when pressed with a finger.
得られたポリウレタンフォームは25℃でのtanδの値も高く、0℃では貯蔵弾性率も5.5×106Paと高弾性を示すため、低温での使用が困難なものであり、幅広い温度特性を有さないものであった。また、ウレタン物性もタック感があり、脆いこともあり反発弾性が25と顕著に低く、使用が困難なフォームであった。 The resulting polyurethane foam had a high tan δ value at 25°C and a high storage modulus of 5.5 x 10 6 Pa at 0°C, making it difficult to use at low temperatures and lacking wide temperature characteristics. Furthermore, the urethane had tacky properties and was brittle, resulting in a significantly low impact resilience of 25, making the foam difficult to use.
比較例5
市販のEVAペレットを、加熱した金型内で物理発泡剤により発泡させて、EVAフォームのテストピースを作製した。
Comparative Example 5
Commercially available EVA pellets were foamed in a heated mold with a physical foaming agent to prepare EVA foam test pieces.
本比較例のEVAフォームは低温~常温での貯蔵弾性率が顕著に高く使用温度域でクッション性に期待できないものであり、25℃でのtanδが0.19と高くエネルギーロスの大きいフォームであった。 The EVA foam in this comparative example had a significantly high storage modulus at low to room temperatures, meaning that cushioning properties could not be expected within the operating temperature range. It also had a high tan δ of 0.19 at 25°C, resulting in a foam with significant energy loss.
さらには180℃での貯蔵弾性率が顕著に低く、耐熱性が低いものであった。 Furthermore, the storage modulus at 180°C was significantly low, and the heat resistance was poor.
EVAフォームの0℃、25℃での反発弾性は低く、アスカーC硬度はともに50を超えるものであり、低温~常温で柔軟性が悪く、硬度変化も大きいため、環境によって使用が困難となるEVAフォームであった。 The EVA foam had low impact resilience at 0°C and 25°C, and its Asker C hardness exceeded 50 at both temperatures. It also had poor flexibility from low to room temperature and showed large hardness changes, making it difficult to use depending on the environment.
Claims (12)
オキシテトラメチレン構造の含有量が5~45重量%の範囲であり、
コリッシュ分解により算出したポリオール留分の不飽和基の含有量がポリウレタンフォーム中の0.08重量%未満であって、
周波数10Hz、0~100℃の範囲で、貯蔵弾性率が3×106Pa未満、損失弾性率E”と貯蔵弾性率E’の比(tanδ)が0.15以下であるポリウレタンフォーム。 Contains an oxyethylene structure and an oxypropylene structure derived from a bifunctional polyether polyol , and an oxytetramethylene structure derived from a polytetramethylene glycol ,
The content of the oxytetramethylene structure is in the range of 5 to 45% by weight,
the content of unsaturated groups in the polyol fraction calculated by Colish decomposition is less than 0.08% by weight in the polyurethane foam;
A polyurethane foam having a storage modulus of less than 3 x 10 6 Pa and a ratio (tan δ) of loss modulus E" to storage modulus E' of 0.15 or less at a frequency of 10 Hz in the range of 0 to 100°C.
オキシエチレン構造の含有量が5~20重量%の範囲である、請求項1に記載のポリウレタンフォーム。 The content of the oxypropylene structure is in the range of 20 to 60% by weight,
2. The polyurethane foam according to claim 1, wherein the content of the oxyethylene structure is in the range of 5 to 20% by weight .
ポリオールとしてオキシエチレン基およびオキシプロピレン基を含有するポリエーテルポリオール(A)を含み、
ポリエーテルポリオール(A)は、2官能のポリエーテルポリオールで、2官能のポリオキシプロピレングリコールへのプロピレンオキシドおよびエチレンオキシド付加物であり、不飽和度が0.010meq/g以下である、請求項1~5のいずれかに記載のポリウレタンフォーム。 A polyurethane that is a reaction product of at least a polyol and a polyisocyanate,
The polyol contains a polyether polyol (A) containing an oxyethylene group and an oxypropylene group,
6. The polyurethane foam according to claim 1 , wherein the polyether polyol (A) is a bifunctional polyether polyol, which is an adduct of propylene oxide and ethylene oxide to a bifunctional polyoxypropylene glycol, and has an unsaturation degree of 0.010 meq/g or less.
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