軟質ウレタンフォーム

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概要

項目	内容
材料名	軟質ウレタンフォーム
略記号	FPUF、PUF、軟質PUフォーム
IUPAC	単一のIUPAC名では表しにくい。代表的にはカルバメート結合（ウレタン結合、－NH－CO－O－）を含む架橋高分子発泡体である。
英語名	Flexible Polyurethane Foam / Flexible PU Foam
日本語名	軟質ポリウレタンフォーム、ウレタンスポンジ、スポンジウレタン、軟質発泡ウレタン
分類	熱硬化性樹脂系発泡体、ポリウレタン系フォーム、発泡プラスチック
プラスチック分類	一般プラスチック系の反応発泡材料であり、エンジニアリング・プラスチック又はスーパーエンジニアリング・プラスチックには通常分類しない。
化学式又は代表構造	代表構造：－R－NH－CO－O－R′－O－CO－NH－R－。実際には尿素結合、分岐、架橋及びセル構造を含む。
CAS No.	ポリウレタンとして9009-54-5が用いられることがある。ただしフォームは配合物であり、単一CAS No.で一義的に表せない。
構造・主成分	ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオール、TDI又はMDI系イソシアネート、水、触媒、シリコーン系整泡剤、架橋剤及び各種添加剤。
主な用途	家具、寝具、自動車シート、吸音材、緩衝材、包装材、フィルター、シール材、建築内装、医療・介護用クッション。

軟質ウレタンフォームは、ポリウレタン樹脂を発泡させた柔軟な多孔質材料である。一般に連続気泡を主体とし、低密度、圧縮回復性、クッション性、吸音性及び断熱性を利用する。密度、硬さ、反発弾性、通気量及びセル径を広い範囲で設計できる。

ポリエーテル系は一般に耐加水分解性、低温柔軟性及び弾性回復性に優れ、家具、寝具、自動車シートで多用される。ポリエステル系は引張強さ、耐摩耗性及び耐油性に優れる傾向があるが、高温多湿下では加水分解に注意が必要である。

本材料はペレットを再溶融する熱可塑性樹脂ではなく、原料液を混合して発泡・架橋させる反応成形材料である。選定時には短時間の引張特性だけでなく、密度、25%又は40%硬さ、反発弾性、圧縮永久ひずみ、通気性、VOC、燃焼性、熱老化及び湿熱老化を確認する必要がある。

特徴

項目	内容
長所	軽量であり、柔軟性、クッション性、衝撃吸収性、吸音性、断熱性及び加工性に優れる。密度や硬さを広範囲に調整できる。
短所	熱、紫外線、湿熱、酸化及び加水分解により劣化する場合がある。長期圧縮ではへたり、強溶剤では膨潤、軟化又は接着層剥離が生じ得る。
外観	白色、淡黄色、灰色、黒色又は着色品。一般に連続気泡のスポンジ状であり、光、熱及びNOxにより黄変しやすい。
耐熱性	連続使用温度は一般に70～100℃程度が目安である。耐熱グレードでも圧縮荷重、酸素、湿度及び時間により性能保持率が変わる。
耐薬品性	水、希薄中性洗剤及び短時間の低級アルコールには比較的耐える場合がある。強酸、強アルカリ、ケトン、エステル、芳香族及び塩素系溶剤には注意が必要である。
加工性	スラブ発泡、モールド発泡、注入発泡、裁断、打抜き、スリット、貼合、含浸及び熱圧縮加工に適する。
分類上の注意	ポリウレタンの発泡体であるが、熱可塑性ポリウレタン（TPU）とは加工法及び評価軸が異なる。硬質ウレタンフォームとも用途及びセル構造が異なる。

構造式

軟質ウレタンフォームの代表構造式

代表的な反応と構造単位

項目	内容
ウレタン結合生成	R－N=C=O ＋ R′－OH → R－NH－CO－O－R′
水発泡反応	2R－N=C=O ＋ H₂O → R－NH－CO－NH－R ＋ CO₂↑
代表構造	ソフトセグメントと、ウレタン結合及び尿素結合を含むハードセグメントからなる架橋構造。
構成成分	ポリオール、ジイソシアネート、水、鎖延長剤、架橋剤、触媒、整泡剤、難燃剤等。
変性グレード	高反発、低反発、低VOC、難燃、帯電防止、導電、抗菌、防カビ、親水、撥水及び耐加水分解グレードがある。

種類・代表グレード

種類	主成分又は特徴	長所	短所	主な用途
汎用ポリエーテル系	ポリエーテルポリオールとTDI系を用いることが多い。	低コスト、耐加水分解性、弾性回復性。	耐油性及び耐摩耗性には限界。	家具、寝具、包装、吸音材。
ポリエステル系	ポリエステルポリオール主体。	引張強さ、耐摩耗性、耐油性。	湿熱下で加水分解しやすい。	フィルター、工業用スポンジ、研磨材。
高反発フォーム	高弾性ポリオール及びMDI/TDI系。	反発弾性、支持性、耐へたり性。	配合管理が複雑で比較的高価格。	自動車シート、椅子、マットレス。
低反発フォーム	ガラス転移領域を室温付近に設計した粘弾性フォーム。	体圧分散、衝撃吸収、静粛性。	温度依存性、通気性、復元遅延。	枕、寝具、介護用品、保護材。
難燃グレード	難燃剤又は難燃性ポリオールを配合。	各種燃焼規格への対応が可能。	物性、VOC、煙及びコストへの影響。	自動車、鉄道、建築、電気機器。
導電・帯電防止	カーボン系材料又は帯電防止剤を配合。	ESD対策が可能。	汚染性、湿度依存性、圧縮後抵抗変化。	電子部品包装、導電クッション。
再生チップフォーム	粉砕端材をバインダーで再結合。	高密度、耐荷重性、端材利用。	物性ばらつき、臭気及び異物管理。	床下材、緩衝材、マット。

成形加工

加工方法	適性	理由・注意点
スラブ発泡	◎	連続又はバッチで大ブロックを発泡し、裁断して使用する代表法。
モールド発泡	◎	複雑形状、自動車シート及び一体成形に適する。
注入発泡	◎	混合比、液温、吐出量、発泡圧及び硬化時間を管理する。
圧縮・熱圧縮加工	○	厚み調整、形状付与が可能。セル潰れと硬さ上昇に注意。
切削・裁断・打抜き	◎	刃物、バンドナイフ、ウォータージェット等が利用可能。
接着・貼合	○	溶剤攻撃、接着剤浸透、VOC及び可塑剤移行を確認する。
射出成形	×	通常の熱可塑性射出成形には不適。反応射出又はモールド発泡として扱う。
押出・ブロー・真空成形	×	再溶融成形材料ではないため、通常の熱可塑加工には不適。
3Dプリント	－	一般的な軟質フォームとしては標準工法ではない。

代表的な発泡・成形条件

項目	単位	一般的な目安	備考
ポリオール液温	℃	20～30	配合、粘度及び設備により調整。
イソシアネート液温	℃	20～30	結晶化、粘度及び反応速度に注意。
金型温度	℃	40～70	モールドフォームの代表範囲。原料系に依存。
脱型時間	min	3～15	部品厚さ、触媒系及び金型温度に依存。
後硬化・熟成	h	24～72	最終物性及びVOC評価前の一般的な養生目安。
成形収縮率	%	一般化困難	発泡倍率、セル開放度、金型拘束及び後収縮に依存するため、熱可塑性樹脂の収縮率と同列に扱わない。

代表的な物性値又は機械的性質

以下は非強化の一般的な軟質ポリエーテル系フォームを中心とした代表範囲である。フォーム密度、硬さ、セル構造、測定方向及び試験規格により大きく変動する。

項目	単位	下限	代表値	上限	規格・条件・備考
密度	g/cm³	0.015	0.030	0.080	一般クッションフォームの代表範囲。特殊高密度品は範囲外。
比重	－	0.015	0.030	0.080	水を1とした概略値。
引張強さ・破断	MPa	0.07	0.12	0.30	ISO 1798又はJIS K 6400系の代表範囲。方向依存性あり。
引張破断伸び	%	80	150	300	密度及び架橋密度に依存。
引裂強さ	N/cm	2	4	10	試験方法及び切欠き形状により変動。
反発弾性	%	20	45	65	低反発品は低く、高反発品は高い。
圧縮永久ひずみ	%	2	8	20	50～75%圧縮、常温又は加熱条件。条件併記が必須。
25%圧縮硬さ	kPa	1.0	3.5	10.0	ISO 3386又はJIS K 6400系。厚さ及び前処理に依存。
ガラス転移温度	℃	-70	-50	-20	ソフトセグメントの組成に依存。低反発品は室温付近に別の緩和を示す場合がある。
融点	℃	該当なし			架橋熱硬化性フォームであり、明確な再溶融温度を持たない。
連続使用温度	℃	70	80	100	無荷重又は軽荷重の一般目安。熱老化試験で確認する。
熱伝導率	W/(m・K)	0.030	0.040	0.055	密度、セル、温度及び含水率に依存。
吸水率・24時間	%	一般化困難			連続気泡率、表面皮膜及び試験方法で大差がある。質量増加率又は体積吸水率を区別する。
体積抵抗率	Ω・cm	1E10	1E13	1E15	乾燥状態の絶縁性フォームの概略。帯電防止・導電品は大幅に低い。
UL 94燃焼性	－	グレード依存			厚さ、密度、色、難燃剤及び認証ファイルを個別確認する。

比較用評価スコア

評価項目	スコア	評価理由
衝撃吸収性	5	セル構造と粘弾性によりエネルギー吸収性に優れる。
低温特性	4	ポリエーテル系は低温柔軟性が良い。低反発系は低温で硬化しやすい。
耐熱性	2	高温長期では酸化劣化及び圧縮永久ひずみが進む。
耐薬品性	2	水系には一定の耐性があるが、多くの有機溶剤で膨潤しやすい。
耐加水分解性	3	ポリエーテル系は比較的良好、ポリエステル系は注意。
成形加工性	4	発泡一体成形と二次加工の自由度が高いが、反応管理を要する。
リサイクル性	2	架橋体で再溶融できず、再結合フォーム等に限定される。
価格優位性	4	汎用品は比較的低価格で流通性が高い。

耐薬品性

下表はポリエーテル系軟質フォームの一般傾向である。フォームは表面積が大きく、接着剤、表皮材及び添加剤の影響も受ける。実使用条件で浸漬後の質量、体積、硬さ、引張強さ及び外観を確認する必要がある。

薬品	濃度	温度	接触条件	評価	主な劣化形態	備考
水	－	23℃	短時間～24h	○	吸水、硬さ変化	ポリエーテル系は比較的安定。乾燥後回復も確認。
温水	－	60～80℃	長時間	△	加水分解、強度低下	ポリエステル系は特に注意。
塩酸	5%	23℃	短時間	△	変色、結合劣化	濃度及び温度上昇で悪化。
硫酸	10%	23℃	短時間	△	炭化、脆化	濃硫酸は不適。
水酸化ナトリウム	5%	23℃	短時間	△	加水分解、軟化	ポリエステル系は不利。
エタノール	99%	23℃	短時間	○	一時膨潤、抽出	長時間浸漬及び接着層には注意。
IPA	99%	23℃	短時間	○	一時膨潤	乾燥後の寸法及び硬さ回復を確認。
グリセリン	99%	23℃	短時間	○	吸着、べたつき	洗浄性及び残留を確認。
トルエン	99%	23℃	短時間	×	著しい膨潤、軟化	芳香族炭化水素は不適となる場合が多い。
n-ヘキサン	99%	23℃	短時間	△	膨潤、添加剤抽出	配合により差が大きい。
アセトン	99%	23℃	短時間	×	著しい膨潤、軟化	ケトン系は一般に不適。
酢酸エチル	99%	23℃	短時間	×	膨潤、接着層剥離	エステル系は一般に不適。
ジクロロメタン	99%	23℃	短時間	×	著しい膨潤、溶解様崩壊	塩素系溶剤は避ける。
鉱物油	－	23℃	24h	△	膨潤、硬さ変化	ポリエステル系が有利な場合がある。
ガソリン	－	23℃	短時間	×	膨潤、抽出	燃料接触用途には専用評価が必要。
次亜塩素酸ナトリウム	0.1～1%	23℃	短時間	△	酸化、黄変、脆化	有効塩素濃度、pH及び接触時間を確認。
過酸化水素	3%	23℃	短時間	△	酸化、変色	高濃度又は高温では劣化が加速。

SP値（溶解度パラメータ）

ポリウレタンのSP値はソフトセグメント、ハードセグメント及び架橋密度により幅があり、軟質フォームの代表値は概ね20～24 MPa^1/2程度とされることが多い。ただしフォームは多相架橋体であり、単一のSP値で耐薬品性を一義的に判定できない。

溶解性の目安

SP値差	溶解・膨潤の目安	判定
0～2	膨潤・軟化しやすい	×
2～5	条件により膨潤する	△
5～8	短時間接触では比較的安定	○
8以上	溶解・膨潤しにくい	◎

SP値から見た耐溶剤性

溶剤	SP値 MPa^1/2	PUとの差の目安	評価	実務上の注意
トルエン	18.2	2～6	×	芳香族溶剤で膨潤しやすい。
酢酸エチル	18.6	1～5	×	エステル結合及びソフトセグメントとの親和性に注意。
アセトン	20.0	0～4	×	膨潤、軟化、添加剤抽出が起こり得る。
IPA	23.5	0～4	△	SP差は小さいが水素結合、揮発性及び短時間接触では挙動が異なる。
エタノール	26.0	2～6	△	短時間では使用可能な場合があるが、長期浸漬は確認する。
水	47.9	24～28	○	SP上は非膨潤側でも、加水分解及び吸水は別機構で進行する。

SP値差は物理的な親和性の一次スクリーニングであり、加水分解、酸化、ウレタン結合の開裂、添加剤抽出、接着層劣化及び応力状態を考慮しなければならない。

製法

軟質ウレタンフォームの製造工程

工程	内容
原料調整	ポリオール、水、触媒、整泡剤、架橋剤及び添加剤を均一化する。イソシアネート側は水分混入を避ける。
計量・混合	ポリオール側とイソシアネート側を所定のNCO指数で高速混合する。温度、粘度及び混合時間がセル均一性に影響する。
発泡・ゲル化	ウレタン生成反応と水発泡反応を同時進行させる。CO₂発生、セル成長、架橋及びセル開放のバランスを制御する。
硬化・熟成	スラブ又は金型内で硬化させ、脱型後に熟成する。未反応成分、アミン臭及びVOCを管理する。
仕上げ	裁断、打抜き、スリット、貼合、含浸、洗浄、除膜及び検査を行う。
再資源化	端材は粉砕し、再結合フォーム、充填材又はケミカルリサイクル原料として利用される場合がある。

詳細な利用用途

分野	適性	用途例	選定上の注意
家具・寝具	◎	ソファ、椅子、マットレス、枕。	密度、硬さ、反発弾性、へたり、VOC。
自動車内装	◎	シート、ヘッドレスト、吸音材、シール。	FMVSS 302、臭気、フォギング、熱老化。
包装・緩衝	◎	精密機器、電子部品、輸送用緩衝材。	静電気、復元性、圧縮クリープ。
フィルター	○	空気、水、油用の粗ろ過材。	除膜状態、孔径、耐薬品性、加水分解。
建築・設備	○	吸音、目地、シール、断熱補助材。	難燃性、耐候性、結露、発煙性。
医療・介護	○	体圧分散パッド、装具、クッション。	生体適合性、溶出、洗浄、滅菌耐久。
食品機械接触部	△	清掃スポンジ、限定的なシール材。	食品接触適合、吸液、洗浄剤、微生物管理。
高荷重ギア・軸受	×	通常は不適。	剛性、寸法精度及び耐摩耗性が不足。

注意点・劣化及び故障モード

劣化現象	主な原因	発生しやすい条件	影響	予防策	推奨確認試験
熱酸化劣化	酸素、熱、触媒残渣。	80℃以上、長期圧縮。	黄変、硬化、脆化、粉化。	耐熱処方、温度低減、酸化防止剤。	70～120℃熱老化、硬さ・引張保持率。
加水分解	エステル結合の開裂。	高温高湿、温水、酸・アルカリ。	軟化、粘着、強度低下。	ポリエーテル系又は耐加水分解グレード。	85℃/85%RH、温水浸漬。
圧縮永久ひずみ	粘弾性、架橋切断、セル座屈。	高圧縮率、高温、長時間。	へたり、支持力低下。	高密度・高反発品、圧縮率低減。	50～75%圧縮、22～70h、常温及び加熱。
溶剤膨潤	ポリマーと溶剤の親和性。	芳香族、ケトン、エステル、塩素系。	寸法変化、軟化、接着剥離。	接触回避、バリア層、耐溶剤材へ変更。	実薬品浸漬、質量・体積・硬さ測定。
黄変・耐候劣化	UV、NOx、熱、芳香族イソシアネート。	屋外、蛍光灯、高温保管。	色差、表面粉化、強度低下。	遮光、耐候処方、表皮材。	キセノンアーク、色差及び強度保持率。
VOC・アウトガス	触媒、未反応物、添加剤。	高温、密閉空間、成形直後。	臭気、フォギング、電子部品汚染。	低VOC処方、十分な熟成・換気。	VOC、フォギング、TML/CVCM又は用途別試験。

法規制・認証

法規制・認証	一般的な位置付け	確認事項
RoHS・REACH・SVHC	対応可能なグレードが存在	難燃剤、触媒、顔料、再生材及び製造拠点を含む最新証明書を確認する。
自動車燃焼規格	適合グレードが存在	FMVSS 302等は厚さ、密度、積層構成及び表皮材を含めて評価する。
UL 94	個別グレード認証	認証ファイル、色、試験片厚さ及び等級を確認する。
日本食品衛生法・FDA・EU食品接触	限定的な適合グレード	材料群全体の適合ではない。接触食品、温度、時間及び抽出条件を確認する。
ISO 10993・USP Class VI	医療用個別グレード	最終製品の生体適合性、滅菌方法及び溶出物を用途別に評価する。
PFAS関連規制	配合依存	撥水剤、離型剤、加工助剤等の含有有無をサプライヤーへ確認する。

環境・リサイクル性及び価格・供給性

項目	内容
熱可塑性／熱硬化性	一般に架橋熱硬化性であり、再溶融成形できない。
マテリアルリサイクル	粉砕チップの再結合フォーム、充填材利用等が中心である。
ケミカルリサイクル	グリコリシス等の検討例があるが、分別、採算性及び再生品質が課題となる。
バイオベース	植物由来ポリオールを一部使用した製品が存在する。バイオベースは生分解性を意味しない。
価格区分	汎用品は比較的低価格～中価格。高反発、低VOC、難燃、導電及び医療用は中価格～比較的高価格。
供給形態	ブロック、シート、ロール、打抜き品、成形品、再結合フォーム等。国内入手性は良好である。

比較材料	特徴	軟質ウレタンフォームとの違い
硬質ウレタンフォーム	独立気泡、高断熱、高剛性。	軟質品は連続気泡主体でクッション用途、硬質品は断熱・構造用途。
熱可塑性ポリウレタン	熱可塑性、耐摩耗、高強度。	TPUは再溶融成形可能で高密度。軟質フォームは軽量・多孔質。
EVA	独立気泡発泡体、耐水性、軽量。	EVAフォームは吸水しにくく成形安定性が高いが、軟質PUはクッション設計幅が広い。
発泡ポリエチレン	耐水、耐薬品、軽量。	PEフォームは耐水・耐薬品性に優れ、軟質PUは柔らかさと吸音性に優れる。
EPDM	耐候、耐オゾン、耐水。	EPDMスポンジは屋外耐久性に優れ、PUはクッション性と成形自由度に優れる。
シリコーンゴム	耐熱、耐寒、耐候。	シリコーンフォームは高温域に強いが高価格。PUは汎用クッション用途に有利。
ニトリルゴム	耐油性に優れる。	NBRスポンジは油接触に有利。PUは軽量、吸音、クッション用途に有利。

代表的なメーカー

メーカー	代表製品・ブランド	概要
株式会社イノアックコーポレーション	カラーフォーム等	軟質ウレタンフォーム、モールド品、機能性フォームを広範囲に展開する国内主要メーカー。
アキレス株式会社	エアロン、AIRLON ECO、CRIIN FOAM、FITTY等	寝具、内装、包装、自動車及び工業用途向けの軟質ウレタンフォームを展開する。
株式会社ブリヂストン	ウレタンフォーム関連製品	自動車用シートパッド等の発泡ポリウレタン製品を扱う。採用可否は個別仕様確認が必要。
積水化成品工業株式会社	発泡体・複合発泡材料	用途によりウレタン系を含む発泡材料を展開する。具体的な製品系統は最新カタログで確認する。

概要

特徴

構造式