JP2001512380A - イソシアネートとポリオール配合物から反応混合物を製造する方法及び混合ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 撹拌器を用いずにイソシアネートとより高い粘性のポリオール配合物から反応混合物を製造する混合ヘッド及び方法を開示する。この両方の成分を混合ゾーンに送り、その中で互いに混合する。この場合、少なくとも３０００ｍＰａ・ｓの粘度を有するポリオール配合物を、低圧にて混合ゾーンに送り、低粘度の成分（イソシアネート及び任意の低粘性ポリオール）の少なくとも２つの流れを、高圧にて高粘性ポリオール配合物の流れに注入する。

Description

【発明の詳細な説明】 イソシアネートとポリオール配合物から 反応混合物を製造する方法及び混合ヘッド 本発明は、撹拌装置を用いずにイソシアネート及びポリオール配合物からポリ ウレタン形成反応混合物を製造するための方法に関する。これら２つの成分を混 合ゾーンに送り、その中で互いに混合する。これらの成分のうち少なくとも１つ は、３０００ｍＰａ・ｓより大きい粘度、好ましくは５０００ｍＰａ・ｓより大 きい粘度を有する。 新しい応用分野では、より高い粘度のポリオール配合物を処理することが要求 される。より高い粘度の成分を使用すると、多くの利点が得られる。一般に、ポ リエーテルポリオール、特にポリエステルポリオールの粘度は、官能価が増加す るのに伴って明確に増大する。高度の架橋結合を達成してより良い機械的特性レ ベルに到達するには、高い官能価のポリオール成分を相対的により大きな成分量 使用するのが望ましい。 高粘度成分としては、イソシアネート成分もプレポリマーの形態にて使用され る。 撹拌装置を含まない自己清浄混合チャンバー内で満足な混合を行うには、これ らの成分の粘度が増大する程度に応じて依然として困難が存在する。“プラスチ ックハンドブック”、Ｖｏｌ．７、“ポリウレタン”（Carl Hanser Verlagによ り発行、Munich、１９９３年）の第１７５頁、最終段落には、「以前は混和性の 限界は１５００ｍＰａ・ｓであったが、現在は注入法により２０００ｍＰａ・ｓ を越える粘度を扱うことができる」との記載がある。しかしながら、実際には今 だに向流高圧注入法により３０００ｍＰａ・ｓを越える粘度を有する反応成分を 処理することができない。結果として得られるフォーム(foam)は縦じわを含み、 物理的な値は急激に低下する。従って、撹拌装置を含んだ混合ヘッドを使用する 必要があった。 高い処理温度にて粘度を２０００ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓに下げるこ とも知られている（プラスチックハンドブック、第１２５頁）。しかしながら、 成分温度が高くなることにより、システムの反応性が高まり、発泡プロセスが制 御不能となる。 以下の説明は、高粘度成分としてのポリオール成分に関するが、これは例示で ある。イソシアネート成分を高粘度成分として使用する場合にも、これらの説明 が対応して適用される。 本発明の目的は、撹拌装置を用いることなく、高品質の生成物を形成すべく反 応する上記記載したタイプの反応混合物を製造できる方法及び混合ヘッドを提供 することである。 この目的は、少なくとも３０００ｍＰａ・ｓの粘度を有するポリオール配合物 を、低圧にて混合ゾーンに送り、低粘度成分（イソシアネート及び場合によって は低粘度ポリオール）の少なくとも２つの流れを、高粘度ポリオール配合物の流 れに高圧にて注入することで達成される。 驚くべきことに、このことにより、より高い粘度の成分が良好に混合する。本 発明は、より高い粘度成分を２以上の分流に分離した結果としてそのエネルギー の変化が起こるけれどもエネルギーは全体として増加するという事実を利用する 。 好ましくは、ポリオール配合物の流れの断面領域は、イソシアネートの流れの 断面領域の総和よりも１０〜１００倍大きい。 適宜、イソシアネートに対しては５０〜３００バールの好適な処理圧力にて、 ポリオール配合物に対しては２０バールより小さい好適な処理圧力にて、良好な 結果が得られる。７０〜２５０バールの圧力が好ましく、１００〜２００バール の圧力が特に好ましい。 好ましくは、イソシアネート成分の分流を、交差流にて注入する。 ここで留意すべきは、交差流入力からのずれが大きすぎない場合でもなお相対 的に良好な結果が達成可能なことである。 注入ジェットが混合ゾーンの中心軸に向かって方向付けられないことも利点と なる。というのは、少なくともほぼ接線の入力方向により、さらなる乱流が起こ り良好な程度の混合が得られるからである。通常は、入力位置を混合ゾーンの周 辺に亘って一様に分布し、適宜、低粘度成分のみを端側にて供給する。 ２０００ｍＰａ・ｓより小さい成分粘度での古典的な向流(counterflow)注入 原理では、次のエネルギー分布が使用される。 （m_Poly x p_Poly）+（m_lso x p_lso）=E １００バールの注入圧力における４ｋｇ／分のポリオール（粘度４０００ｍＰ ａ・ｓ）と６ｋｇ／分のイソシアネート（粘度５０ｍＰａ・ｓ）の出力、すなわ ち１０ｋｇ／分の全体出力の場合、以下のエネルギー分布が生じる。 （4x100）+（6x100） ポリオールのエネルギー４００＋イソシアネートのエネルギー６００＝１０００ これに対して新規な方法では、ポリオールを１０バールで供給し、イソシアネ ートを互いに対向した方向の２つの分流に１８０バールで交差流にて注入する場 合は、 （m_Poly x p_Poly）+［(m_lso/2 x p_lso)+(m_lso/2 x p_lso)］=E 4x10+（6/2x180）+（6/2x180) ポリオールのエネルギー４０＋イソシアネートのエネルギー１０８０＝１１２０ 新規な方法の代替実施態様では、全ての流れを同一平面内にて混合ゾーンに導 入する。 ポリオール配合物のより高い粘度成分のみを低圧にて供給し、それとは別にイ ソシアネートだけでなく低粘度成分も高粘度成分の流れに高圧にて注入すること もできる。 ここで次の例を考えることができる。すなわち、４ｋｇ／分のポリオールを処 理し、その２／３は高粘度であり１／３は低粘度である場合。高粘度成分は、混 合ゾーン内に垂直に１０バール圧力にて入れる。低粘度成分と６ｋｇ／分のイソ シアネートは、１２０°づつずれている全部で３つの分流として横方向に１５０ バールにて注入する。関連のエネルギー計算は以下の通りであり、ここで「poly H」は高粘度ポリオールであり、「poly N」は低粘度ポリオールである。 ［(1/3m_PolyH x p_Poly)+(2/3m_PolyN x p_Poly)］+［(m_lso/2 x p_lso)+(m_lso/2 x p_lso)］=E （1.33x10）+（2.66x150）+（6/2x150）+（6/2x150） ポリオールのエネルギー４１３＋イソシアネートのエネルギー９００＝１３１ ３ ポリオール配合物を高粘度成分と低粘度成分に分離する場合、高粘度成分を混 合チャンバー内に垂直に導入し、低粘度成分を１つの流れとして注入し、イソシ アネート全量を互いに対向した別の流れとして注入することもできる。 ［(1/3m_PolyH x p_Poly)+(2/3m_PolyN x p_Poly)］+［(m_lso x p_lso)=E （1.33x10）+（2.66x150）+（6x150） ポリオールのエネルギー４１３＋イソシアネートのエネルギー９００＝１３１ ３ もちろん、イソシアネート及び／又は低粘度ポリオールの両方を、複数の分流 として注入することもできる。 新規な方法を実現するには、これらの成分のための入口開口を備えた混合チャ ンバーを含み且つ撹拌装置を有さない混合ヘッドが特に適する。 新規性は、より高い粘度のポリオール配合物のための入口開口、及び低粘度成 分（イソシアネート及び場合により低粘度ポリオール）のための少なくとも２つ の入口開口に存すると考えられる。この場合、より高い粘度のポリオール配合物 のための入口開口の断面領域は、低粘度成分のための入口開口の断面領域の総和 よりも１０〜１００倍大きい。 このような混合ヘッドは、自己清浄し、原理的にはそれらの制御設備に依存し て、例えば下流ベルトシステムのための連続運転、又は成形具や充填すべき他の 空洞を充填するためのバッチ運転をも可能にする。 本発明により、３０００ｍＰａ・ｓを越える粘度、特に１００００〜５０００ ０ｍＰａ・ｓの粘度を有するポリオール成分を用いて反応混合物を製造できる。 ポリオール成分の粘度の限界は、要求される搬送手段により課せられる。１０ ００００ｍＰａ・ｓまでなら、ギヤポンプ、スクリュースピンドルポンプ、又は ウォームコンベヤーもが、搬送手段として適する。 以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。 図１ａと図１ｂは、本発明による混合ヘッドを示し、スロットダイ(slot die) の形態の出口を有する。 図２は、本発明による混合ヘッドを示し、スプーン又はファンノズルの形態の 出口を有する。 図３ａと図３ｂは、本発明によるバッチ運転用の混合ヘッドを示す。 図４ａ、図４ｂ、図４ｃは、本発明によるバッチ運転用の混合ヘッドの代替実 施態様を示す。 図１ａに示す本発明による混合ヘッド１は、高粘度ポリオール用の供給管１１ とイソシアネート用入口開口１２を含む。入口開口１２は、密封円錐部１５を有 し、密封円錐部１５は、プレストレスばねに抗して移動でき、イソシアネートを 要求圧力にて供給するとき（矢印１４）、開放する。混合ゾーン１３は、ジオメ トリー的には明瞭には定義されないが、単純なフロースロー(flow-through)管の 形態であり、この管内にイソシアネートの注入ノズル１２が開放する。混合ゾー ン１３は、如何なる種類の乱流形成組込部材も含まない。好ましくは、イソシア ネートの注入ノズル１２は、混合ゾーン１３の軸方向に配置せず、イソシアネー トの注入の結果として高粘度ポリオールの流れが混合ゾーン１３において回転運 動を起こして混合を助けるように、軸に対して垂直な面内において回転配置する 。混合ヘッド１の出口２は、スロットダイの形態を有する。図１ｂは、混合ヘッ ド出口２を通って図１ａの図面に垂直な断面を示す。 図２は、図１ａに示すような混合ヘッド１を示すが、ファンノズルの形態の出 口２を有する。 図３ａの混合ヘッド１は、フォーム成形品を製造するための断続的なバッチ運 転に適する。混合ヘッドは、軸方向（矢印２１）に油圧移動可能な密封ピストン ２０を有する。型に充填するために、密封ピストン２０を（矢印２１で示される ように）後方に移動し、高粘度ポリオール用入口１１とイソシアネート用注入ノ ズル１２を開放して混合ゾーン１３に自由に入れる。混合物は、混合ゾーン１３ から出口管２に送り、これを通って混合物を型に導入する。型の充填が完了する と、密封ピストン２０を図示した位置に戻し、混合ゾーン１３への入口１１、１ ２を遮断する。同時に、入口１１、１２は、密封ピストン２０内の溝２８、２９ を介して再循環管２４、２５に接続し、これらを介して高粘度ポリオールとイソ シアネートをそれら夫々の貯蔵容器に送り戻す。ポリウレタン製造技術では普通 なように、再循環する流れは、バッチ間の中断時にも維持される。混合ヘッドも 、油圧操作される清浄ピストン２６を有する。清浄ピストン２６は、バッチの終 わりに密封ピストン２０が密封位置に移動すると、出口管２内に残る混合物を出 口管２から放出する。図３ｂは、図３ａのＡ−Ａ断面を示す。例として示した図 では、３つの注入ノズルを設けてイソシアネートを導入する。混合ヘッドの構成 の変更は可能であり、Becker/Braunによる“プラスチックハンドブック”、Ｖｏ ｌ．７、ポリウレタン、第１７７〜１８２頁（１９９３年）から当業者ならば容 易に導き得る。本発明に本質的なのは、イソシアネート入口開口と比較して大き な断面の高粘度ポリオール用供給管であり、再循環管も対応して大きな断面を有 し、その結果、高粘度ポリオールを実質的に圧力の無い方式にて搬送し得ること である。 図４ａは、本発明による断続的バッチ運転用の混合ヘッドの代替実施態様を示 し、高粘度ポリオールの旋回角度は小さく保たれる。図３ａと同じ参照符号は、 同じ要素を示す。図４ｂは、図４ａのＢ−Ｂ断面を示す。図４ｃは、図４ａに対 応した図であり、密封ピストン２０は、密封位置に移動している。混合ゾーン１ ３への導入の際、供給管１１を介して供給した高粘度ポリオールの流れは、２０ 〜３０°だけ旋回する。イソシアネートの導入（互いに対向して対にて構成され た４つの入口開口１２ａ及び１２ｂ）は、ポリオールの流れに垂直に為される。 ここで、イソシアネート供給管１４ａ及び１４ｂは、導入面内のポリオールの流 れが反対方向に回転するように、対になってオフセットしている。バッチの終わ りでのイソシアネートの再循環は、密封ピストン２０内の溝２９を介して行う。 高粘度ポリオールの再循環は、密封ピストン２０を介して穴２８により行い、こ の穴は、密封位置にて再循環管２４への接続を形成する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 フリーデリツヒス，ヴオルフガング ドイツ連邦共和国デイー50933 ケルン、 アム・アツカーライン 15 (72)発明者 キユンツエル，ウーヴエ ドイツ連邦共和国デイー51377 レーフエ ルクーゼン、ケーテ―コルヴイツツ―シユ トラーセ 26アー (72)発明者 ヴエーバー，ハンス−ウルリツヒ ドイツ連邦共和国デイー51381 レーフエ ルクーゼン、デユルシヤイダー・ヴエーク ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 撹拌装置を用いずイソシアネートとポリオール配合物から反応混合物を製 造する方法であって、これら２つの成分を混合ゾーンに送り、その中で互いに混 合し、成分の一つは高い粘度を有する上記方法において、少なくとも３０００ｍ Ｐａ・ｓの粘度を有する高粘度成分を、低圧にて混合ゾーンに送り、低粘度成分 の少なくとも２つの流れを、高圧にて高粘度ポリオール配合物の流れに注入する ことを特徴とする上記方法。 ２． 高粘度成分の流れの断面領域が、高圧の流れの断面領域の総和より１０〜 １００倍大きいことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ３． 低粘度成分の流れを、２０バールより小さい圧力を有する高粘度成分の流 れに５０〜２５０バールの圧力にて注入することを特徴とする請求の範囲第１項 又は第２項に記載の方法。 ４． 分流を交差流にて注入することを特徴とする請求の範囲第１項、第２項又 は第３項に記載の方法。 ５． 全ての流れを混合ゾーンの同一面内に導入することを特徴とする請求の範 囲第１項、第２項又は第３項に記載の方法。 ６． ポリオール配合物のうち、より高い粘度成分のみを、低圧にて供給し、そ れから別々に低粘度成分とイソシアネートを、より高い粘度成分の流れに高圧に て注入することを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一項に記載の 方法。 ７． 撹拌装置を有さず、低粘度成分とより高い粘度成分から反応混合物を製造 するための混合ヘッドであって、これらの成分のための入口開口を備えた混合チ ャンバーを含み、より高い粘度成分のための入口開口と低粘度成分の流れのため の少なくとも２つの入口開口を特徴とし、高粘度成分のための入口開口の断面領 域が、低粘度成分のための入口開口の断面領域の総和より１０〜１００倍大きい 上記混合ヘッド。 ８． 低粘度成分のための入口開口が、混合チャンバーの周囲に亘って一様に分 布し、混合チャンバーの軸に少なくともほぼ垂直に配置されることを特徴とする 請求の範囲第８項記載の混合ヘッド。 ９． 全ての入口開口が同一面内にて混合チャンバー内に開放することを特徴と する請求の範囲第７項記載の混合ヘッド。