JP2001329035A - ポリウレタンフォーム成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境負荷の大きいフロンやコストの嵩むフッ
素系不溶性液体を発泡剤に使用することなくポリウレタ
ンフォーム成形体を製造し得て、環境配慮およびコスト
低減を実現し得る新たな製造方法を提供する。 【解決手段】 所定の圧力系１１下で、各原料および圧
縮性気体を混合して、得られた混合原料６８を大気圧に
解放することで、該圧縮性気体の膨張による発泡作用下
にポリウレタンフォーム成形体７０を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ポリウレタンフ
ォーム成形体の製造方法に関し、更に詳細には、発泡手
段として圧縮性気体を用いることで、環境に配慮しかつ
低廉な製造コストを実現したポリウレタンフォーム成形
体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内部に多数のセルを含有したポリウレタ
ンフォーム成形体は、イソシアネート、ポリオールおよ
び所定の発泡剤を混合し、該イソシアネートおよびポリ
オールの重合反応を進行させることで製造される。前記
発泡剤は、重合の際に混合物内で発泡して所要のセルを
形成するために必要とされ、該発泡剤としては、ＣＦＣ
(フロン１１またはフロン１２)或いはメチレンクロライ
ド等が好適に使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記フ
ロン等の物質は、オゾン層の破壊係数が非常に高く、か
つ地球温暖化に与える影響も炭酸ガスの数倍から数十倍
と高いため、世界的にその生産量の削減が努力されてお
り、将来的には大幅に規制ないし廃止される方向にあ
る。従ってポリウレタンフォーム成形体の製造において
も、発泡剤としてのフロンの使用量の削減が急務となっ
ている。そこで前記フロンの代替物質として環境負荷の
低いフッ素系不溶性液体を用いることで、前述した問題
を回避するポリウレタンフォーム成形体の製造方法が提
案および実施されている。しかし前記フッ素系不溶性液
体を使用した製造方法では、該フッ素系不溶性液体が高
価であるため、結果的にポリウレタンフォーム成形体の
製造コストが増大してしまう別の欠点が顕在化する。

【０００４】また、前記フロンやフッ素系不溶性液体等
を発泡剤としてポリウレタンフォーム成形体を製造する
場合、該発泡剤から形成されるセルの径および数量(す
なわち気孔率)といった重要な要素は、副原料としての
添加物の種類や量、原料の攪拌速度、原料混合部の圧力
調整その他原料の反応速度等の様々な要因により決定さ
れる。これら要因の完全な制御は非常に困難であり、こ
れに携わる作業者の技量に応じて品質にばらつきを生
じ、歩留りが悪化してしまう等の欠点も指摘される。

【０００５】

【発明の目的】この発明は、従来のポリウレタンフォー
ム成形体の製造方法に内在していた前記問題に鑑み、こ
れを好適に解決するべく提案されたものであって、環境
負荷の大きいフロンやコストの嵩むフッ素系不溶性液体
を発泡剤に使用することなくポリウレタンフォーム成形
体を製造し得て、環境配慮およびコスト低減を実現し得
る新たな製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を克服し、所期
の目的を達成するため、本発明に係るポリウレタンフォ
ーム成形体の製造方法は、予め各種の添加物を添加した
ポリオールおよびイソシアネートを混合し、これを成形
型に注入して発泡させることで所要形状に成形されたポ
リウレタンフォーム成形体を製造する方法において、所
定の圧力系の下で前記ポリオールと各種の添加物との予
備混合を行なうと共に、前記圧力系の圧力と略等しい圧
力に設定した圧縮性気体を予備混合物に供給して該圧縮
性気体を微細かつ均一に分散させ、同じく前記所定の圧
力系の下で、前記圧縮性気体を分散させたポリオールの
予備混合物に前記イソシアネートを混合して、これらポ
リオールとイソシアネートとの重合反応を進行させると
共に、この重合反応が進行中の混合原料の全体にも該圧
縮性気体を微細かつ均一に分散させ、前記圧縮性気体が
分散された混合原料を前記圧力系の圧力と略等しい圧力
に設定した前記成形型へ注入した後、所要のタイミング
で該成形型を大気圧に解放することで、該圧縮性気体の
膨張による発泡作用下にポリウレタンフォーム成形体を
製造するようにしたことを特徴とする。

【０００７】前記課題を克服し、所期の目的を達成する
ため、本願の別の発明に係るポリウレタンフォームの製
造方法は、予め各種の添加物を添加したポリオールおよ
びイソシアネートの混合原料を順次発泡させることでポ
リウレタンフォーム成形体を製造する方法において、所
定の圧力系の下で前記ポリオールと各種の添加物との予
備混合を行なうと共に、前記圧力系の圧力と略等しい圧
力に設定した圧縮性気体を予備混合物に供給して該圧縮
性気体を微細かつ均一に分散させ、同じく前記所定の圧
力系の下で、前記圧縮性気体を分散させたポリオールの
予備混合物に前記イソシアネートを混合して、これらポ
リオールとイソシアネートとの重合反応を進行させると
共に、この重合反応が進行中の混合原料の全体にも該圧
縮性気体を微細かつ均一に分散させ、前記圧縮性気体が
分散された混合原料を前記圧力系の出口から送り出して
大気圧に解放することで、該圧縮性気体の膨張による発
泡作用下にポリウレタンフォーム成形体を連続的に製造
するようにしたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るポリウレタン
フォーム成形体の製造方法につき、好適な実施例を挙げ
て、添付図面を参照しながら以下説明する。本願の発明
者は、ウレタンフォーム成形体の製造を所定圧力下で行
ない、ポリウレタンフォーム原料中に対して圧縮性気体
を充分に混合・分散させ、該フォーム原料を反応させて
硬化成形させる途中の過程で圧力を大気圧に解放して該
圧縮性気体を膨張させることで、均一なセルを有するポ
リウレタンフォーム成形体を製造し得ることを知見した
ものである。

【０００９】実施例に係るポリウレタンフォーム成形体
の製造方法に使用される製造装置１０を図１に示す。こ
の装置１０は、第１原料タンク１２、第２原料タンク
１４、添加物タンク１６および圧縮性気体供給源１８か
らなる原料供給部Ａと、これら各原料タンク１２，１
４，１６および１８から供給される各原料および圧縮性
気体を混合・分散させる第１混合機２２および第２混合
機２４からなる原料混合部Ｂと、混合された原料から
所要のポリウレタンフォーム成形体を得る成形型３０、
温度調節装置３２、圧力調整装置３４および大気解放弁
３６からなる成形部Ｃとから基本的に構成される。この
製造装置１０を構成する各機器は、圧縮性気体の使用を
前提としているので、所定の圧力に耐えるようされると
共に、前記原料供給部Ａおよび原料混合部Ｂは所定の圧
力を保持する圧力系１１を形成している。ここで圧力系
１１は、内部を所定の圧力に保持した管体等の密閉経路
や、同じく内部を所定の圧力に保持した筐状容器の如き
密閉空間等である。本実施例では、密閉構造に係るタン
クやミキサーを管体で接続した密閉経路が採用されてい
る。また前記各タンク１２、１４および１６は、その出
口近傍に貯留された各原料を圧力下に送出可能な送出ポ
ンプが備えられており、必要に応じてその他機器の入口
や出口には、開閉バルブまたは逆止弁等が備えられてい
る。

【００１０】前記第１混合機２２および第２混合機２４
としては、耐圧性が高く、前述の各原料および圧縮性気
体を充分に攪拌・混合させると共に、該圧縮性気体を原
料中に均一に分散させた混合原料６８を得る、例えばイ
ンライン形状のスタティックミキサーが好適に使用され
る。殊に前記第２混合機２４では、原料の重合等の反応
を促進させる機能も併せ持つため、充分な攪拌・混合作
用が要求される。

【００１１】また前記第１混合機２２および第２混合機
２４による、前記圧縮性気体の混合原料中への混合度
合、分散度合および分散した圧縮性気体の気泡径は、製
造されるポリウレタンフォーム成形体のセル径に多大な
影響を与えるため、該混合機２２および２４の選定およ
び混合時間等の条件の設定には充分な注意が必要であ
る。すなわち充分な混合・分散がなされない場合には、
前記圧縮性気体の気泡径が不均一となってしまい、均質
かつ均一なセル径を有する良好なポリウレタンフォーム
成形体が得られなくなってしまう。

【００１２】前記成形型３０は、その内部空間３０ｃを
前記圧力系１１と略同等の圧力を保持して密閉可能であ
ると共に、所望の形状となるようにした上型３０ａおよ
び下型３０ｂから構成され、該内部空間３０ｃの温度を
制御する温度調節装置３２と、加圧および減圧を夫々制
御する開閉バルブ３４ａを有する圧力調整装置３４およ
び大気解放弁３６とが備えられている。前記上型３０ａ
は、図示しない動力源により稼働する開閉機構によって
前記内部空間３０ｃを開閉自在に傾動し得るもので、こ
れによりポリウレタンフォーム成形体の成形時には、該
内部空間３０ｃを密閉的に閉成し、該成形体完成時には
容易に取り出し可能となるよう大きく上方に解放する構
成となっている。また前記上型３０ａの所定位置には、
前記混合原料６８を導入する開閉バルブ３８ａを備える
導入部３８が設けられている。

【００１３】本願の発明に係るポリウレタンフォーム成
形体として代表的なポリウレタンフォーム成形体の製造
方法を実施例として説明すれば、図１および図２に示す
如く、ＴＤＩ(トリレンジイソシアネート)およびＰＰＧ
(ポリプロピレングリコール)を混合することで基本的に
製造され、原料予備混合工程Ｓ１、原料混合工程Ｓ２、
成形工程Ｓ３および最終工程Ｓ４からなる。また前記第
１原料タンク１２にはＰＰＧが、第２原料タンク１４に
はＴＤＩが夫々予め貯留され、添加物タンク１６には添
加物であるアミン触媒、スズ触媒および豊泡剤が夫々個
別に貯留されており、前記圧力系１１は２気圧程度の圧
力下にあるものとする。

【００１４】前記原料予備混合工程Ｓ１は、主原料であ
る前記ＰＰＧおよびＴＤＩの混合に先立ち、該ＰＰＧに
対して添加物としてのアミン触媒、スズ触媒等の重合開
始剤、重合触媒および豊泡剤といった重合・発泡に必要
な各薬剤を投入し、得られた予備混合物６６に空気、窒
素ガスその他不活性ガスの圧縮性気体を圧力系１１と略
同等の圧力で注入・混合する工程である。これら各原料
および圧縮性気体は、夫々各タンク１２、１６の送出ポ
ンプおよび圧縮性気体供給源１８の稼働により予め設定
された所定量が送出されるようになっており、前記第１
混合機２２で均一に攪拌・混合される。前記圧縮性気体
供給源１８の圧縮性気体の供給圧力は、コンプレッサま
たはレギュレータ等の調圧手段により前記圧力系１１と
略同等に設定される。

【００１５】前記原料混合工程Ｓ２は、前記予備混合物
６６および圧縮性気体の混合物と、ＴＤＩとを混合させ
ると共に、重合反応を開始させる工程である。図１に示
す如く、予備混合物６６に対して第２原料タンク１４の
送出ポンプにより送出されたＴＤＩが投入され、前記第
２混合機２４で充分に攪拌・混合されて混合原料６８と
される。

【００１６】前記成形工程Ｓ３は、図２および図３に示
す如く、予圧段階Ｓ３１、重合(反応)段階Ｓ３２、成形
・膨張段階Ｓ３３、キュア段階Ｓ３４および脱型段階Ｓ
３５からなる。前記予圧段階Ｓ３１は、前回の製造工程
で製造されたポリウレタンのポリウレタンフォーム成形
体７０を前記内部空間３０ｃから取り除き、該内部空間
３０ｃを密閉状態とすると共に、前記大気解放弁３６を
閉成し、圧力調整装置用開閉バルブ３４ａを解放した
後、圧縮性気体と同一の気体を前記圧力調整装置３４に
より導入し、前記圧力系１１と同一圧力に予圧する段階
である(図３(ａ)参照)。この予圧完了後に前記開閉バル
ブ３４ａは閉成される。

【００１７】また前記重合(反応)段階Ｓ３２は、予圧の
完了した内部空間３０ｃ内に前記原料混合段階Ｓ２で得
られた混合原料６８を、前記開閉バルブ３８ａを解放し
て導入部３８から所定量流入させて、重合反応を進行さ
せる段階である(図３(ｂ)参照)。前記成形型３０により
成形される所定量の混合原料６８が注入された後は、前
記開閉バルブ３８ａは閉成されて前記内部空間３０ｃ内
は完全な密閉状態にされる。

【００１８】更に前記成形・膨張段階Ｓ３３は、前記混
合原料６８の重合が進行して完全に硬化する前に、前記
大気解放弁３６を開放して前記内部空間３０ｃ内に充填
されていた圧縮性気体を排出して大気圧状態に解放する
ことで、混合原料６８内に分散している圧縮性気体を膨
張させてポリウレタンフォーム成形体７０を得る段階で
ある(図３(ｃ)参照)。ここでの大気圧解放は、前記混合
原料６８が完全に硬化する前に行なうことが必須であ
り、完全硬化した後に大気圧解放を行なっても、所要の
ポリウレタンフォーム成形体７０は得られないので注意
が必要である。

【００１９】前記成形・膨張段階Ｓ３３における混合原
料６８中の圧縮性気体の挙動について述べれば、図４に
示す如く、前記内部空間３０ｃの圧力解放前は該混合原
料６８中に均一かつ微細な大きさで均質に分散している
に過ぎない(図４(ａ)参照)。そして前記内部空間３０ｃ
の大気圧への解放により、前記圧縮性気体が混合原料６
８内全体で均一に膨張を起こす(図４(ｂ)参照)。従っ
て、この膨張する気泡により発生するセルの径は非常に
均一で、かつその分布は均質となる。また原料単位量中
に混合する圧縮性気体の量およびその圧力値を制御する
ことで、ポリウレタンフォーム成形体７０の物性値を左
右するセル径および気孔率を容易に制御し得る。更に前
記圧縮性気体の膨張、すなわち大気圧解放に要する時間
を制御することにより、該ポリウレタンフォーム成形体
７０内部のセル構造(独立気泡状態であるか、連通状態
であるか、更にはその連通度合)等を任意に設定し得
る。

【００２０】前記キュア段階Ｓ３４は、所要形状となっ
たポリウレタンフォーム成形体７０を、所定のキュア時
間およびキュア温度の条件下で熟成させる段階である。
このときのキュア時間およびキュア温度は、前記温度制
御装置３２により制御される。最終の脱型段階Ｓ３５
は、完成した成形体を前記内部空間３０ｃ内から取り出
す段階である(図３(ｄ)参照)。

【００２１】ここまでの工程の完了により得られたポリ
ウレタンフォーム成形体７０は、最終的に洗浄、商品形
状への加工および検査を行なう最終工程Ｓ４を経ること
で完成に至る。

【００２２】この実施例では、製造工程に構成する所定
の各製造機器が、夫々所定の圧力状態に維持する圧力系
となるよう構成されているが、この他に製造工程全体を
大きな圧力空間内に設置するようにしてもよい。また設
定圧力については、前述の完成品としてのポリウレタン
フォーム成形体７０に必要とされるセル径等の物性およ
び製造工程管理等の諸条件により適宜好適に設定されも
のである。更に本実施例では、ポリウレタンフォーム成
形体を例に挙げて説明しているが、これに限定されるも
のではなく、２種以上の原料を反応させると共に、発泡
剤を使用してセルを形成する各種フォーム成形体にも好
適に採用し得る。

【００２３】

【別の実施例】前述の実施例は、発泡成形が完了した度
に成形型３０からポリウレタンフォーム成形体７０を取
り出す、所謂バッチ方式の製造方法について述べたが、
連続的に生産可能な構成としてもよい。例えば、図５に
示す別実施例に係る製造装置５０は、前述の実施例にお
いて連続生産が可能である前記原料予備混合工程Ｓ１お
よび原料混合工程Ｓ２に合わせて、成形工程Ｓ３を連続
生産可能なように構成したものである。すなわち前記成
形型３０に代えて、混合原料６８の吐出圧を調整可能な
圧力系１１の出口としての注出圧力調整バルブ５２と、
吐出された混合原料６８の重合反応を進行させつつ大気
圧下に解放して順次所要形状に成形・硬化する成形用注
出ノズル５４と、この成形用注出ノズル５４から注出さ
れる硬化済みのポリウレタンフォーム成形体７０を順次
注出方向の下流側に移送する移送コンベア５６とを備え
る。この移送コンベア５６は、図示しない動力源により
稼働され、その移送速度はポリウレタンフォーム成形体
７０の注出速度に合わせて制御されるようになってい
る。前記成形用注出ノズル５４は、その内部で同期的に
起こる重合反応、硬化および圧縮性気体の膨張を制御す
るために適切な長さおよび注出口大きさ等が、混合原料
６８の吐出量および完成形状等から逆算・決定される。
また前記成形用注出ノズル５４および／または移送コン
ベア５６は、ポリウレタンフォーム成形体の種類および
成形速度等の諸要因によっては温度調節を施すようにし
てもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明した如く、本発明に係圧縮性
気体を用いたポリウレタンフォーム成形体の製造方法に
よれば、ポリウレタンフォーム成形体中にセルを形成す
るフロン等の発泡剤に代わって、空気等の圧縮性気体を
用いるようにしたので、該発泡剤による環境汚染を回避
し得ると共に、低廉な製造コストとなし得るものであ
る。また前記圧縮性気体の圧縮率、すなわち圧力および
前記圧力系内の設定圧力と、大気圧解放のタイミング等
とを制御することで、ポリウレタンフォーム成形体中の
セル径等の重要な物性を容易に設定し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例に係るポリウレタンフォ
ーム成形体の製造装置の概略図である。

【図２】本発明の好適な実施例に係るポリウレタンフォ
ーム成形体の製造工程を示す工程図である。

【図３】成形工程を示す状態図である。

【図４】成形・膨張段階を示す状態図である。

【図５】別の実施例に係るポリウレタンフォーム成形体
の製造装置の概略図である。

【符号の説明】

１１ 圧力系 ３０ 成形型 ６６ 予備混合物 ６８ 混合原料 ７０ ポリウレタンフォーム成形体

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｋ 75:00 Ｂ２９Ｋ 75:00 105:04 105:04

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め各種の添加物を添加したポリオール
   およびイソシアネートを混合し、これを成形型(30)に注
   入して発泡させることで所要形状に成形されたポリウレ
   タンフォーム成形体を製造する方法において、 所定の圧力系(11)の下で前記ポリオールと各種の添加物
   との予備混合を行なうと共に、前記圧力系(11)の圧力と
   略等しい圧力に設定した圧縮性気体を予備混合物(66)に
   供給して該圧縮性気体を微細かつ均一に分散させ、 同じく前記所定の圧力系(11)の下で、前記圧縮性気体を
   分散させたポリオールの予備混合物(66)に前記イソシア
   ネートを混合して、これらポリオールとイソシアネート
   との重合反応を進行させると共に、この重合反応が進行
   中の混合原料(68)の全体にも該圧縮性気体を微細かつ均
   一に分散させ、 前記圧縮性気体が分散された混合原料(68)を前記圧力系
   (11)の圧力と略等しい圧力に設定した前記成形型(30)へ
   注入した後、所要のタイミングで該成形型(30)を大気圧
   に解放することで、該圧縮性気体の膨張による発泡作用
   下にポリウレタンフォーム成形体(70)を製造するように
   したことを特徴とするポリウレタンフォーム成形体の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記圧力系(11)は、内部を所要の圧力に
   保持した管体等の密閉経路である請求項１記載のポリウ
   レタンフォーム成形体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記圧力系(11)は、内部を所要の圧力に
   保持した筐状容器の如き密閉空間である請求項１記載の
   ポリウレタンフォーム成形体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記圧縮性気体は、空気または窒素ガス
   の如き不活性気体である請求項１〜３の何れかに記載の
   ポリウレタンフォーム成形体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記圧力系(11)の圧力は、２〜３気圧に
   設定されている請求項１〜４の何れかに記載のポリウレ
   タンフォーム成形体の製造方法。
6. 【請求項６】 予め各種の添加物を添加したポリオール
   およびイソシアネートの混合原料(68)を順次発泡させる
   ことでポリウレタンフォーム成形体を製造する方法にお
   いて、 所定の圧力系(11)の下で前記ポリオールと各種の添加物
   との予備混合を行なうと共に、前記圧力系(11)の圧力と
   略等しい圧力に設定した圧縮性気体を予備混合物(66)に
   供給して該圧縮性気体を微細かつ均一に分散させ、 同じく前記所定の圧力系(11)の下で、前記圧縮性気体を
   分散させたポリオールの予備混合物(66)に前記イソシア
   ネートを混合して、これらポリオールとイソシアネート
   との重合反応を進行させると共に、この重合反応が進行
   中の混合原料(68)の全体にも該圧縮性気体を微細かつ均
   一に分散させ、 前記圧縮性気体が分散された混合原料(68)を前記圧力系
   (11)の出口(52)から送り出して大気圧に解放すること
   で、該圧縮性気体の膨張による発泡作用下にポリウレタ
   ンフォーム成形体(70)を連続的に製造するようにしたこ
   とを特徴とするポリウレタンフォーム成形体の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記圧力系(11)は、内部を所要の圧力に
   保持した管体等の密閉経路である請求項６記載のポリウ
   レタンフォーム成形体の製造方法。
8. 【請求項８】 前記圧力系(11)は、内部を所要の圧力に
   保持した筐状容器の如き密閉空間である請求項６記載の
   ポリウレタンフォーム成形体の製造方法。
9. 【請求項９】 前記圧力系(11)の出口に、圧力調整可能
   なバルブ(52)が設けられている請求項６〜８の何れかに
   記載のポリウレタンフォーム成形体の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記圧縮性気体は、空気または窒素ガ
    スの如き不活性気体である請求項６〜９の何れかに記載
    のポリウレタンフォーム成形体の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記圧力系(11)の圧力は、２〜３気圧
    に設定されている請求項６〜１０の何れかに記載のポリ
    ウレタンフォーム成形体の製造方法。