JP2002526306A - ポリマー微小球のプレブレンドおよび膨張 - Google Patents

ポリマー微小球のプレブレンドおよび膨張

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Abstract

(57)【要約】 ポリマー微小球をポリオール中に分散させた分散体を製造する方法であって、ポリオール中、1〜70重量%のポリマービーズを、二軸スクリュー押出機によって混合すると同時に膨張させて、ポリマー微小球をポリオール中に均一に分散させた均一分散体を形成し、これにより、ポリオールによるポリマー微小球の湿潤を最大化することを特徴とする方法を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の属する技術分野) 本発明は、ポリマー微小球をポリオール中に分散させた分散体を製造する方法
に関する。
【0002】 (従来の技術) 従来から、充填材入りのポリオールからつくられる硬質ホームが知られている
。このような硬質ホームは、一般に、発泡剤の存在下に、ポリイソシアネートと
、ポリオールなどのイソシアネート反応性材料とを反応させて製造することがで
きる。
【0003】 近年、硬質ホームは、その製造原料の価格が高騰しているため、充填材を用い
て、原料の使用量や、最終材料の重量を減少させようと、試みられている。提案
された充填材および絶縁材として、中空の微小球が採用されている。
【0004】 従来技術のフレキシブル硬質ホームの製造法は、不活性充填材や無機充填材を
高い充填量で用いることに関して、(1)固有の粘度が高い欠点や、(2)粒子を
完全に湿潤させることが困難である欠点や、(3)分散体が不安定であるため、
凝集化や沈殿が起こる欠点などのため、その使用が制限されていた。もっとも、
充填材を高い充填量で用いると、次のような、非常に興味深い有効な利点が得ら
れる:(1)安価であること、(2)添加剤をカプセル化する能力が得られること
、(3)圧縮強度が改善されること、および(4)エネルギー吸収能を改善できる
こと。
【0005】 中空のポリマー微小球を、硬質ボードストックポリオール中に充填材として用
いることは、米国特許第08/909, 447号に開示されている。この充填材は、非常
に粘度が高いため、この充填材を多量に含むポリオールは、従来からのボードス
トック混合/計量装置では、処理するのが不可能である。
【0006】 (発明の開示) 本発明は、ポリマー微小球の、ポリオール中分散体を製造する方法であって、 ポリオール中、1〜70重量%のポリマービーズを、二軸スクリュー押出機によ
って膨張させ、ビーズを混合すると同時に膨張させて、ポリマー微小球をポリオ
ール中に均一に分散させた均一分散体を形成し、これにより、ポリオールによる
ポリマー微小球の湿潤を最大化することを特徴とする方法を提供する。
【0007】 図面の説明 図1は、実施例に開示の試料10(50重量%のビーズを、スクリュー速度300 r.p
.m.およびバレル温度100℃で膨張処理)の顕微鏡写真、 図2は、実施例に開示の試料1(50重量%のビーズを、スクリュー速度300 r.p.
m.およびバレル温度25℃で膨張処理)の顕微鏡写真、 図3は、実施例に開示の試料5(50重量%のビーズを、スクリュー速度300 r.p.
m.およびバレル温度155℃で膨張処理)の顕微鏡写真、 図4は、実施例に開示の試料6(50重量%のビーズを、スクリュー速度100 r.p.
m.およびバレル温度100℃で膨張処理)の顕微鏡写真、 図5は、実施例に開示の試料8(50重量%のビーズを、スクリュー速度400 r.p.
m.およびバレル温度100℃で膨張処理)の顕微鏡写真、および 図6は、実施例に開示の試料9(50重量%のビーズを、スクリュー速度500 r.p.
m.およびバレル温度100℃で膨張処理)の顕微鏡写真である。
【0008】 (発明の詳説) 本発明は、PUR/PIRホーム用の微小球を含む充填材入りポリオールの連続処理
法を提供する。 本明細書に用いられる「PUR/PIRホーム」なる用語は、ポリマーマトリックス反
応の間にガス気泡の形成によって製造されるような、ポリウレタンおよび/また
はイソシアネートホームを意味する。
【0009】 本発明の方法によれば、押出機を用いて、ポリオール中ポリマービーズを微小
球に膨張させ、これにより、微小球のポリオール中均一分散体を製造することが
できる。分散体は、その後、他の成分、例えばイソシアネートと混合して、PUR/
PIRホームを製造することができる。好適には、二軸スクリュー押出機を用いる
。このような技術は、例えばUS 5,424,014に開示されている。
【0010】 本発明の分散体は、1〜70重量%のポリマービーズ、好適には10〜60重量%の
ポリマービーズを含むことができる。
【0011】 本発明に使用される中空微小球は、既知である。ポリマー微小球は、ポリオー
ルの分解温度未満の融点を有するポリマーを含んでなるポリマービーズから製造
することができる。市販のビーズには、WU-551またはExpancel DU 551(Expance
l Inc.から市販)、Daulite M 6032 AE(Pierce & Stevens Company))が包含
される。ExpancelおよびDauliteタイプのビーズは、共に、膨張して、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレンおよび/またはポリアクリロニトリ
ルのコポリマーからなる薄膜シェルから構成される中空微小球を形成することが
できる。ExpancelおよびPierce & Stevensからの微小球の内部は、一般に揮発性
炭化水素を含み、例えば、イソブタン、イソペンタンまたはシクロペンタンが挙
げられるが、要すれば通常の低沸点溶媒を用いて製造することができる。より好
適には、低沸点炭化水素は、ブタン異性体またはペンタン異性体またはブタン異
性体とペンタン異性体との両方の組み合わせである。ポリマーシェルの具体例に
よれば、ポリマービーズを加熱すると、ポリマーは、徐々に軟化して、揮発性炭
化水素が蒸発し、このようにビーズが膨張して微小球を形成する。本発明の好適
な一具体例によれば、微小球のシェルは、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ
アクリロニトリルまたはそれらの混合物からつくられる。最も好適には、微小球
は、ポリ塩化ビニル/アクリロニトリルのコポリマーからつくられる。
【0012】 入手される微小球の代表例は、所定範囲の粒径を有する試料である。本発明に
よって製造される微小球は、平均粒径(直径)80〜200μm、好適には80〜140μm
、より好適には80〜120μmの中空微小球である。
【0013】 ビーズの添加量は、ビーズのホーム生成物に対する重量%が、1〜70重量%の
中空微小球に相当するような量である。好適には、微小球の重量%は、10〜60重
量%、より好適には20〜60重量%である。
【0014】 本発明のホームは、独立気泡のポリウレタンホームまたはポリイソシアヌレー
トホームであって、独立気泡の直径は、0.01〜60μm(ミクロン)である。
【0015】 本発明のイソシアネートベース硬質ホームの製造法は、既知である〔例えば、
ドイツ特許出願公開1,694,142, 1,694,215および1,720,768並びにKunststoff-Ha
ndbuch, Vol. VII, Polyurethane, 編者:Vieweg and Hochtlen, Carl Hanser V
erlag, Munich, 1996およびその新版、編者:G. Oertel, Carl Hanser Verlag,
Munich, Vienna, 1996〕。
【0016】 このようなホームは、主として、ウレタンおよび/またはイソシアヌレートお
よび/またはアロファナートおよび/またはウレチドン(メチレン尿素)および
/または尿素および/またはカルボジイミドを含んでなるホームである。本発明
の微小球を用いる、イソシアヌレートベース硬質ホームは、以下の物質を用いて
製造することができる。
【0017】 (a)出発成分:脂肪族、脂環式、アリール脂肪族、芳香族および複素環式のポ
リイソシアネート、例えば文献記載の物質〔例えば、W. Siefken, Justus Liebi
gs Annalen der Chemie, 562, p. 75-136、参照〕、例えば、式:Q(NCO)nの物質
。 式中、nは、2〜4、好適には2〜3、 Qは、炭素原子数2〜18、好適には6〜10の脂肪族炭化水素基、炭化水素数4〜15
、好適には5〜10の脂環式炭化水素基、炭素原子数6〜15、好適には6〜13の芳香
族炭化水素基、または炭素原子数8〜15、好適には8〜13のアリール脂肪族炭化水
素基である。例えば、DE OS 2,832,253(10〜11頁)記載のポリイソシアネート
【0018】 特に好適なものは、通常、当該分野で容易に入手できるポリイソシアネートで
あって、例えば、2,4-および2,6-トルイレンジイソシアネート(TDI)並びにTDI
の混合物、ポリフェニル-ポリメチレンポリイソシアネート、例えばアニリンと
ホルムアルデヒドとを縮合し、その後ホスゲンで処理して得られる物質(粗製MD
I)、およびカルボジイミド基、ウレタン基、アロファナート基、イソシアヌレ
ート基、尿素基またはビューレット基を含むポリイソシアネート(変性ポリイソ
シアネート)、特に2,4-および/または2,6-トルイレンジイソシアネート並びに
4,4'-および/または2,4'-ジフェニルメタンジイソシアネートから得られる変性
ポリイソシアネート。
【0019】 (b)出発成分は、さらに、分子量が通常400〜10,000で、イソシアネート反応性
の少なくとも2つの水素原子を含む化合物とすることができる。これらの化合物
には、アミノ、チオまたはカルボキシ基を含む化合物の他に、好適には、ヒドロ
キシル基含有化合物、特に2〜8のヒドロキシル基含有化合物、特に好適には、分
子量1,000〜6,000、好適には2,000〜6,000の化合物、例えばポリウレタンおよび
ポリエステル、並びに少なくとも2つ、通常2〜8、好適には2〜6のヒドロキシル
基を含有するポリウレタンおよびポリエステルが包含され、以上の化合物の均一
ポリウレタンおよび気泡ポリウレタンの製造法は、文献に記載されている〔例え
ば、DE OS2,832,253、p.11〜18、参照〕。好適には、代表的な多価アルコールは
、汚染物質ではなく、溶解、膨張などの作用によってポリマービーズを攻撃して
ポリマービーズの微小球への膨張を妨げないような添加剤であれば、いずれも採
用することができる。
【0020】 (c)所望により、付加的な出発成分として、イソシアネート反応性の水素原子
を少なくとも2つを有する分子量32〜399の化合物を使用することができる。ま
たこの場合、ヒドロキシル基および/またはアミノ基および/またはチオール基
および/またはカルボキシル基、好適にはヒドロキシル基および/またはアミノ
基を含む化合物は、鎖長延長剤または架橋剤として使用される物質と、考えるこ
とができる。このような化合物は、通常イソシアネート反応性の水素原子を2〜8
、好適には2〜4個を有することができる。好適な例示は、DE OS2,832,253(19〜
20頁)に開示されている。
【0021】 (d)本発明に使用される発泡剤には、水および/または易揮発性の無機物質
または有機物質および、PUR/PIRホームへの吹き込みに一般に使用される他の揮
発性発泡剤が包含される。有機発泡剤には、次のような物質が包含される:アセ
トン、酢酸エチル、ハロゲン置換アルカン、例えば塩化メチレン、クロロホルム
、塩化エチリデン、塩化ビニリデン、モノフルオロトリクロロメタン、クロロジ
フルオロメタン、ジクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロエタン、ジクロ
ロトリフルオロエタンなどが包含され、また、ブタン、ヘキサン、ヘプタンまた
はジエチルエーテルが包含される。これら発泡剤の具体例には、次のような物質
が包含される:1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロブタン(HFC-356)、テトラフルオ
ロエタン、例えば1,1,1,2-テトラフルオロエタン(HFC-134a)、ペンタフルオロ
プロパン、例えば1,1,2,2,3-ペンタフルオロプロパン(HFC-245ca)、1,1,2,3,3
-ペンタフルオロプロパン(HFC-245ea)、1,1,1,2,3-ペンタフルオロプロパン(
HFC-245eb)および1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン(HFC-245fa)、ヘキサフ
ルオロプロパン、例えば1,1,2,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン(HFC-236ca)、1
,1,1,2,2,3-ヘキサフルオロプロパン(HFC-236cb)、1,1,1,2,3,3-ヘキサフルオ
ロ-プロパン(HFC-236ea)、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン(HFC-236fa
)、ペンタフルオロブタン、例えば1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン(HFC-365
)およびジフルオロエタン、例えば1,1-ジフルオロエタン(HFC-152a)が包含さ
れる。無機発泡剤は、例えば空気、CO2またはN2Oである。発泡作用は、室温を超
える温度で分解してガスを放出しうるような化合物、例えばアゾジカルボンアミ
ドまたはアゾイソブチロニトリルの添加によって得ることができる。発泡剤の他
の例示は、次のような文献に見られる:Kunststoff-Hnadbuch, Vol.VII, 編者:
Vieweg and Hochtlen, Carl-Hnser-Verlag, Munich, 1966, p.108,109, 453-455
, 507-510。
【0022】 (e)所望により、他の助剤および添加剤を同時に使用でき、例えば次のような
物質が例示される。 −水および/または他の高揮発性有機物質、例えば噴射剤 −既知の付加的な触媒、成分(b)を基準に、10重量%までの量 −界面活性剤、例えば乳化剤および泡沫安定化剤、および −反応遅延剤、例えば酸性物質、例えば塩酸または有機酸ハリド、既知の気泡調
整剤、例えばパラフィンまたは脂肪アルコールまたはジメチルポリシロキサン、
並びに顔料または染料および他の既知の難燃剤、例えばリン酸トリクレシル、お
よび老化防止剤および耐候安定化剤、可塑剤、防カビ剤および防菌剤並びに充填
材、例えば硫酸バリウム、ケイソウ土、カーボンブラックまたは白亜
【0023】 所望により同時に使用される、他の界面活性剤、泡沫安定化剤、気泡調整剤、
反応遅延剤、安定化剤、難燃剤、可塑剤、染料、充填材、防カビ剤および防菌剤
並びにこれら添加剤の使用および作用に関する詳細は、文献に記載されている〔
Kunststoff-Handbuch, Vol. VII, 編者:Vieweg and Hochtlen, Carl Hanser Ve
rlag, Munich, 1996, e.g. p.103〜113〕。
【0024】 イソシアネートベースホームは、常法で製造することができる。 ポリウレタンプラスチックの製造は、例えば次のように実施することができる
。反応体を、既知の単一工程法(ワンショット法)、プレポリマー法またはセミ
プレポリマー法で反応させ、しばしば、プラント機械、例えば米国特許第2,764,
565号開示の機械を用いる。本発明に好適な処理プラントについての詳細は、次
の文献に記載されている:Kunststoff-Handbuch, Vol. VII, 編者:Vieweg and
Hochtlen, Carl Hanser Verlag, Munich, 1996, e.g. p.121〜205。微小球を高
い充填量で含有する組成物は、本来的に高い粘度を有するため、付加的な処理を
考慮に入れる必要がある。1つの工業的解決法は、微小球を含むスラリーを計量
/混合する押出機を用いることである。このような技術は、例えば米国特許第5,
424,0140号に開示されている。
【0025】 本発明に従い使用される押出機に関し、スクリューの設計および速度、処理量
およびバレル温度は、ポリオールの温度が選択したポリマービーズの出発温度(
Ts)と最大温度(Tm)との間に入るように、調節される。出発温度は、ポリマー
ビーズの微小球への膨張の開始温度と定義され、最大温度は、微小球の破裂を防
止しうる上限の温度と定義される。これらの温度は、一般に当該分野で既知であ
る。最大温度は、一般に110〜200℃の範囲に入ることが示されている。
【0026】 本発明の方法によって得ることができる生成物は、エネルギー吸収性ホーム、
アプライアンス(例えば電気器具)用の絶縁体、外壁素材としての積層ボード、
屋根用絶縁ボード、内壁、絶縁ドアなどとして使用することができる。
【0027】 (実施例) 以下の実施例では、ZSK30二軸スクリュー押出機(Wemer-Pfleiderer GmbH)を
用いて処理を行った。スクリューの設計は、以下の実施例の粘度および処理量を
基準に、選択した。
【0028】 したがって、他の粘度または処理量が必要な場合には、設計は、変更/最適化
される。用いた多価アルコールは、Stepanpol 2352 (Stepan Chemical)であって
、これは、PUR/PIRホームの製造に汎用されている無水フタル酸をベースとする
ポリエステル多価アルコールである。用いたポリマービーズは、WU-551(Expanc
el Co.)であって、これは、イソブタンで膨潤したポリ塩化ビニル/アクリロニ
トリルコポリマーからなる。このポリマービーズを選択した理由は、その価格が
低く、かつ約100℃の好適な融点を有するからである。ポリマービーズの微小球
への膨潤の程度を評価するため、2つの尺度を用いた。得られた分散体の密度は
、ピクノメーターを用い、容量置換法によって測定した。分散体の密度低下は、
膨張が効果的に達成されたことを示す。膨張の視覚的確認は、電子顕微鏡を用い
て得られた。
【0029】 実施例1 WU-551ポリマービーズ50重量%の分散体を、バレル温度を変化させながら、30
0 r.p.m.のスクリュー速度で処理した。
【0030】
【表1】
【0031】 実施例2 WU-551ポリマービーズ50重量%の分散体を、スクリュー速度を変化させながら
、バレル温度100℃で処理した。
【0032】
【表2】
【0033】 実施例3 WU-551ポリマービーズの分散体中割合(重量%)を変化させながら、スクリュ
ー速度300 r.p.m.およびバレル温度100℃で処理した。
【0034】
【表3】
【0035】 実施例1および2は、50重量%の分散体についての最適なバレル温度およびスク
リュー速度を示し、この場合、試料10の顕微鏡写真を図1に示す。試料1のように
、バレル温度があまりにも低いと、ポリマービーズは、膨張せずに、分散体の密
度が、理論的な限界となる(図2、参照)。例えば試料5のように、バレル温度が
高温の場合、微小球は、過剰に膨張および溶融する(図3、参照)。しかしなが
ら、膨張に必要な総エネルギーは、バレル温度だけでは、適切に調節できず、付
加的な剪断エネルギーを、二軸スクリューの回転によって、系内に導入した。バ
レル温度100℃において、スクリュー速度、したがって剪断エネルギーが小さい
と、ポリマービーズは、ごく僅な膨張しか起こらない(試料6および図4参照)。
これに対し、スクリュー速度があまりにも高いと、微小球は、つぶれてしまい(
試料8および図5、参照)、結局、溶融してしまう(試料9および図6、参照)。ま
た、実施例3の結果から明らかなように、これらの最適条件は、ポリマービーズ
の充填量を増加させるにつれて、変化させることができる。実際には、これらの
最適条件は、理論上、異なるバレル直径、バレル形態、多価アルコールの種類、
ポリマービーズの種類および所望の処理量について、再吟味する必要がある。こ
のような最適条件の再吟味は、バレル温度、スクリュー速度および、バレル温度
とスクリュー設計とスクリュー速度との相間関係を考慮に入れて、ビーズの微小
球への完全で満足のゆく系内膨張を確保する必要がある。
【0036】 以上、本発明の具体例を記載したが、この記載は、単に本発明の目的を説明す
るためのもので、当業者ならば、本発明の請求の範囲を逸脱することなく、種々
の変形例も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例に開示の試料10(50重量%のビーズを、スクリュー速度30
0 r.p.m.およびバレル温度100℃で膨張処理)の顕微鏡写真
【図2】 実施例に開示の試料1(50重量%のビーズを、スクリュー速度300
r.p.m.およびバレル温度25℃で膨張処理)の顕微鏡写真
【図3】 実施例に開示の試料5(50重量%のビーズを、スクリュー速度300
r.p.m.およびバレル温度155℃で膨張処理)の顕微鏡写真
【図4】 実施例に開示の試料6(50重量%のビーズを、スクリュー速度100
r.p.m.およびバレル温度100℃で膨張処理)の顕微鏡写真
【図5】 実施例に開示の試料8(50重量%のビーズを、スクリュー速度400
r.p.m.およびバレル温度100℃で膨張処理)の顕微鏡写真
【図6】 実施例に開示の試料9(50重量%のビーズを、スクリュー速度500
r.p.m.およびバレル温度100℃で膨張処理)の顕微鏡写真
───────────────────────────────────────────────────── 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 101:00 B29K 101:00 105:04 105:04 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD ,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL, PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,S L,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 カール・イー・ホルシンガー アメリカ合衆国15042ペンシルベニア州フ リーダム、シックスス・アベニュー199番 (72)発明者 レスリー・ジェイ・ベシオ アメリカ合衆国15003ペンシルベニア州ア ンブリッジ、オーク・アベニュー1055番 Fターム(参考) 4F201 AA13 AA15 AA15E AA20 AA20E AA32 AB02 AB20 AB26 AE02 AG20 BA01 BC01 BC13 BC29 BC33 BK02 BK13 BK26 BK75 4J034 DF01 DF22 HA01 HA02 HA06 HA07 HB05 HB06 HB07 HB08 HB09 HC12 HC61 HC64 HC67 HC71 MA29 QC01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリマー微小球をポリオール中に分散させた分散体を製造す
    る方法であって、 ポリオール中、1〜70重量%のポリマービーズを、二軸スクリュー押出機によ
    って混合すると同時に膨張させて、ポリマー微小球をポリオール中に均一に分散
    させた均一分散体を形成し、これにより、ポリオールによるポリマー微小球の湿
    潤を最大化することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 ポリマー微小球を、ポリオールの分解温度未満の融点を有す
    るポリマーを含んでなるポリマービーズから製造する請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 ポリマーは、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリス
    チレン、ポリアクリロニトリルまたはそれらの混合物からなる群から選ばれる請
    求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 ポリマーは、ポリ塩化ビニル/アクリロニトリルコポリマー
    である請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 ポリマー微小球は、低沸点炭化水素を発泡剤として含む請求
    項2記載の方法。
  6. 【請求項6】 低沸点炭化水素は、ブタン異性体、ペンタン異性体およびそ
    れらの混合物からなる群から選ばれる請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 上記分散体は、10〜60重量%のポリマービーズを含んでなる
    請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 上記分散体は、20〜50重量%のポリマービーズを含んでなる
    請求項7記載の方法。
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