JP2005336493A - 発泡重合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡可能な成形組成物として、例えばＬＳＲ又はＰＵＲを使用するのに適切な、発泡重合体製造方法の提供。
【解決手段】本方法は、成形器具により実施され、架橋反応と発泡体形成が同時に起こる。成形用組成物は、加工前は、２つの成分形態で存在し、それぞれが、架橋反応を実施する部分的手段を含む。２つの成形組成物成分は、加工目的で調合される。２つの成分は、調合の開始時に、高圧力下の２つの流れとして個別に搬送され、両方又は一方の成分に、物理的発泡流体Ｃを注入する。注入後、２つの流れは、高圧力下で合流、混合される。混合された反応性混合物は、連続押出加工と共に圧力を低下させ、或いは計量方式で成形器具の空洞内に射出される。空洞は、任意選択で、架橋反応を促進するために加熱される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載された発泡重合体の製造方法、及びその方法を実施する工場設備に関するものである。発泡重合体の製造は、射出成形による定量方式（ｍｅｔｅｒｅｄ ｍａｎｎｅｒ）、又は押出成形によって連続的に行うことができる。

独国特許出願公開第１９８５３０２１号に、発泡重合体成形物を製造することのできる射出成形法及び対応する装置が記載されている。従来型の射出成形機械を含む装置が開示されているが、それによれば、気体計量システムを使用して、物理的発泡剤（窒素、二酸化炭素、水など）を溶融重合体に導入することができる。記載された実施例に従えば、環状隙間の流れ表面で、発泡剤が溶融流に接触するようにもたらされ、そのようにして重合体に発泡剤の拡散による充満が起こるようになる。環状隙間は、焼結金属で作られた２つの中空シリンダによって形成され、それらの壁を通して、大きな界面にわたって、発泡剤の均一なガス化が可能になる。

溶融重合体ではなく成形組成物を使用することもできる。それは２つの成分を混合することによって、加工可能な状態にするものであり、その成形組成物が、前記状態で成形器具の空洞部に計量方式で供給され、そこで同時に架橋反応によって発泡される。所望の発泡の程度に必要な量の未発泡成形組成物が、計量によって投与される。成形組成物は、その加工前は、個別に保たれた２つの成分の形態で存在し、それぞれが、架橋反応を起こす部分的手段を含み、それらは、それらの部分的手段によって異なる。この２つの成形組成物の成分は、加工する目的で混合される。このような２要素による成形用の組成物の例として、液体シリコンゴムＬＳＲ、およびポリウレタンＰＵＲの製造における反応性混合物がある。

ＬＳＲは、ポンピング及び計量の特殊技術によって、射出成形機械で成形品に加工することのできるペースト状の組成物である。ＬＳＲは、高温（１５０〜２００℃前後）で架橋されるシリコンゴム、即ち所謂「高温で硬化するシリコンゴム」、つまり簡単に言うと「ＨＴＶシリコンゴム」である。成形組成物成分は、単独で反応する能力はない。架橋反応が起こる成形用組成物は、成分を混合し、温度を上昇させることによって作られる。この反応は、例えば白金触媒による付加的架橋として起こり、そこではポリシロキサンが、Ｐｔ触媒の影響下で（短い重合体鎖から成る）橋架け剤と反応する。橋架け剤及び触媒は、架橋反応を起こすための部分的手段であり、架橋剤の２つの成分を形成する。

化学的発泡剤が、ゴム加工工程での発泡に使用され、そこでは発泡用ガスが、熱分解によって生成される。架橋（硬化）前の未だ流動性のあるゴム塊の中で、発泡ガスから泡が形成される。この方法は、ＬＳＲの発泡では使用することができない。それは、発泡ガスの形成に必要な温度レベルでは、ゴムの発泡に使用する発泡剤分解に比較して、架橋反応が過度に急激に起こるので、架橋と発泡とを同時に起こすことが不可能だからである。

ＰＵＲは、２つの液体反応物質を混合することによって生成される反応性プラスチックである。これらの成形組成物成分は、多価アルコール（いくつかのアルコール基との化合物）およびポリイソシアネートである。反応でウレタン基が生成され、そこでアルコール基及びイソシアネート基のそれぞれ１つづつからの重付加によって架橋が起こる。ＰＵＲでは、２つの反応物質が、架橋反応の部分的手段である。成形組成物成分の一方に触媒が混合される場合もある。

独国特許出願公開第１９８５３０２１号明細書

本発明の目的は、発泡可能な成形組成物として、例えばＬＳＲ又はＰＵＲを使用するのに適切な、泡の生成が架橋反応と概ね同時に起こる、発泡重合体の製造方法を提供することにある。この目的は、請求項１で定義された方法により達成される。

成形組成物から発泡重合体を製造する方法は、成形器具を使用して実施され、そこでは架橋反応と発泡体の形成とが同時に起こる。成形組成物は、その加工前は、個別に保たれた２つの成分の形態で存在し、それぞれが、架橋反応を起こす部分的手段を含み、それらは、その部分的手段によって異なる。この２つの成形組成物の成分は、加工する目的で調合される。この２つの成分は、調合の開始時に、高圧力下の２つの流れとして個別に搬送される。この加工では、両方の成分、又は成分の一方だけに発泡剤、とりわけ物理的発泡流体が注入される。注入後、２つの流れは、なお高圧力下で合流され、この加工で混合される。最終的に、混合によって形成された反応性混合物は、圧力を低下させながら連続押出加工され、或いは計量方式で成形器具の空洞に射出される。空洞は、任意選択で、架橋反応を促進するために加熱される。

周囲温度で反応性混合物に発泡流体を注入させることも、ＬＳＲの加工で可能である。それは、架橋反応が、その温度では極めてゆっくりと起こるからである。技術的な加工の複雑さの小さいことが、この加工の利点である。

それとは対照的に、本発明による方法は、個別の成形組成物成分が反応する能力がないので、他の点で有利である。注入による偶発的な事故が起きても、使用する注入デバイスが、架橋中の成形組成物によって動作不能になることはない。したがって、簡単な技術加工工程による方法よりも動作の安全性が大きい。さらに、維持管理の手間が少なく、とりわけ中断時の、時間が掛かり材料を消費する洗浄手順が省かれる。

従属請求項２〜請求項５は、本発明による方法の有利な具体例に関するものである。本発明による方法を実施する工場設備は、請求項６〜請求項１０に係るものである。

本発明を、図面を参照して以下に説明する。

本発明による方法を実施することのできる工場設備１を、図１に概略的ブロック図として示す。成形組成物成分Ａ用及びＢ用の貯蔵器１１、１２が、注入デバイス２ａ及び２ｂに、それぞれポンプ１１ａ、１１ｂを介して連結される。（注入デバイスを１つだけ設けることもできる）。注入デバイス２ａ、２ｂの実施形態２を、図２及び図３を参照して記述する。本発明によって発泡される重合体又は成形される重合体品は、射出成形機械、注入デバイス２ａ、２ｂ、及び混合デバイス３によって製作することができる。発泡は、架橋反応と同時に成形器具５で実施される。押出器具を用いたこの方法の変形形態も可能である。

成形組成物は、加工前は、個別に保たれた２つの成分Ａ及びＢの形態で存在する。それらはそれぞれ架橋反応を実施する部分的手段を含み、それらの部分的手段によって異なる。この２つの成形組成物の成分Ａ及びＢは、混合デバイス３で、加工する目的で調合される。本発明によれば、この２つの成分Ａ及びＢ（又は成分Ａ、Ｂのうちの一方だけ）が、調合の開始時に、高圧力下の２つの流れとなり、発泡剤、とりわけ物理的発泡流体Ｃを注入される。それは、ポンプ１３ａ（又はコンプレッサ）を使用して、貯蔵器１３からライン１３２’及び入口スタブ１３２を介して注入デバイス２ａ、２ｂ内に供給される。成分Ａ及びＢのうちの一方がより注入し易い場合、そちらだけに注入することが有利となり得る。それに続く混合デバイス３での均一化により、発泡流体Ｃが、発泡するべき成形組成物全体に分配される。

成分Ａ及びＢの流れは、２つの成分又はそれらの成分の一方だけに注入させた後、ライン３２ａ、３２ｂを通して、混合デバイス３内に搬送され、そこで高圧力下で合流され、さらに混合される。最終的に、混合物は、計量方式で成形器具５の空洞に射出されると共に圧力を低下させる。空洞は、ＬＳＲの加工の架橋反応を促進するために加熱される。ここでは示さない計量装置及び絞りノズルを含む連結デバイス４が、続いて混合デバイス３に連結される。絞りノズルは、成形器具５の空洞内に開く。調合された成形組成物を、連結デバイス４で、搬送デバイスによって、例えば可塑化（ｐｌａｓｔｉｃｉｓｉｎｇ）ユニットのスクリューを使用して、成形器具５に搬送することができる。発泡流体の濃度の補い合いが、そのような搬送デバイスで（一般に主に拡散の結果）起こり、その結果、充分に長い滞留時間を経て、濃度の均質化、したがって均一な発泡がもたらされる。ＬＳＲの加工では、早すぎる架橋が起こらないように、温度は、２０〜４０℃の間で低く保たれねばならない。重合体の熱開始架橋は、成形器具５でのみ起こる。

射出成形用の絞りノズル及び成形器具５ではなく、例えば発泡重合管などを連続的に製造することのできる押出器具を、成形器具として設けることも可能である。

ＣＯ_２、Ｎ_２、ペンタン、又は他の適切な炭化水素、即ちより有利な価格で正式に認可された炭化水素を、発泡流体Ｃとして使用することができる。不活性ガス、及び当然的に、前記に指定された全てのガスの２つ以上の混合物などの更なるガスも使用することができる。

混合デバイス３内では、連続して発泡流体Ｃを注入させることが可能である。破線によって示すライン１３３’は、これが可能であることを示す。又、少なくとも１つの更なる添加剤、例えば染料、又は触媒として有効な物質を、デバイス２及び／又は２ｂ内の注入と同時に、成形組成物成分Ａ又はＢに混入させることも可能である。

ＰＵＲの加工では、重合体の架橋が、成形組成物成分Ａ及びＢの混合と共に早くも開始する。したがって連結デバイス４は、反応性混合物の滞留時間が可能な限り短くなるように作られなければならない。連結デバイス４は、実質的に計量装置及び絞りノズルに限定されなければならない。したがって、成分Ａ及びＢが、個別に発泡流体Ｃを注入された反応性混合物は、その調合の直後に成形器具内に射出される。

２つの成形組成物成分Ａ、Ｂの流れ用の２つの注入デバイス２ａ、２ｂは、混合デバイス３の上流にあり、工場設備１では並列に連結されるが、それらは同じ設計とすることができる。このような注入デバイス２は、ドイツ特許第１０１５０３２９号で既に知られており、（しかし反応性混合物の個々の成分Ａ又はＢの注入には、ここに述べるデバイスは提供されず、むしろ溶融重合体に提供される）これを図２に示す。左側領域では長手方向断面図として、右側領域では側面図として示す。同じ型のデバイス２（寸法が幾分大きいと有利）も、混合デバイス３に使用することができる。図２の線ＩＩＩ〜ＩＩＩでのデバイス２の断面図を図３に示す。

注入デバイス２は、以下の構成要素を含む。すなわち、静止型混合要素２２が内側に配置される円柱状混合チャンバ２１のハウジング２０、および組成物に注入させるための連結スタブ２０ａ、２０ｂ、さらに、ハウジング２０と混合チャンバ２１との間の、多孔性材料（例えば金属粒の焼結体など）から作られる筒状壁２３（又はスリーブ２３）がある。圧力下で供給することのできる発泡流体Ｃが、壁２３を通して混合チャンバ２１の被覆表面の上で均質に分配される。スタブ１３２を通って供給される発泡流体Ｃは、筒状壁２３の外側表面の上を、接線方向に軸線方向に環状隙間２４を通って流れる。（図示しない）スペース要素が、環状隙間２４に配置される。環状隙間２４の発泡流体Ｃの分配が不十分で、必要な場合は、１つの入口スタブ１３２ではなく、複数のスタブ１３２を設けることができる。連結スタブ２０ａ、２０ｂに加えて、さらに（図示しない）スタブを設けることができ、そこを通して更なる添加剤を混合チャンバ２１内に分配することができる。

熱伝達媒体用の通路システム６が、ハウジング２０に統合される（矢印７、７’によって示す）。とりわけ冷却剤用の通路システムでは、これによって、注入中、混合要素２２により処理される成形組成物成分Ａ又はＢから熱を運び去ることができる。激しい混合では、内部摩擦によって大きいせん断力と、それに対応する局部温度の上昇が起こり、架橋が混合デバイス３内で尚早に開始しないように、冷却が必要である。通路システム６に含まれる軸線方向通路６１は、並列に連結され、注入デバイス２の両端部で、環状の通路６０を介して相互に連結される。冷却剤は、入口スタブ６０ａを通して、示された環状通路６０内に供給される。出口スタブ６０ｂは、図３の断面表示には示さない側に位置するが、鎖線によって図中に示す。８本の通路６１ではなく、４本でも充分であり、例えばそれらを直列に連結できる。ここに示すものとは対照的に、通路システム６を構造物に作ることができるようにするには、ハウジング２０は、いくつかの部分から作らなければならない。

混合要素２２は、公知の交差ウェブ設計（技術分野の人々になじみの「ＳＭＸ構造」）を有することが有利である。隣接し合う混合要素２２は、相互に対してそれぞれ角度で９０°だけずれて設定される。この設計によって、注入される組成物は、周辺（混合チャンバ２１の被覆表面）から連続して搬送され、そこで発泡流体Ｃが、壁２３によって、混合チャンバ２１の内部へ吸収される。反対も同様であり、更になお発泡流体Ｃを充填しなければならない組成物は、混合チャンバ２１の内部から周囲へと移出される。

図２及び図３を参照して述べる本発明による方法の実施例では、注入は、円柱状混合チャンバ２１で実施される。この方法の処理は、最初に挙げたドイツ特許出願公開第１９８５３０２１号で知られているような円筒形状の混合チャンバでも実施することができる。この加工では、発泡流体は、混合チャンバの内側及び外側被覆表面を介して、注入される組成物に接触するようにもたらされる。環状隙間が小さい場合は、発泡流体Ｃの混入を、静止型混合要素なしで行うこともできる。

本発明による方法を実施することのできる工場設備の概略的ブロック図。 長手方向断面図又は側面図として注入デバイスを示す図。 図２のデバイスの断面図。

符号の説明

１ 工場設備
２ａ、２ｂ 注入デバイス
３ 混合デバイス
４ 連結デバイス
５ 成形器具
６ 通路システム
７ 熱伝達媒体
１１、１２、１３ 貯蔵器
１１ａ、１１ｂ、１３ａ ポンプ
２０ ハウジング
２０ａ、２０ｂ 連結スタブ
２１ 混合チャンバ
２２ 混合要素
２３ 筒状壁
６０ 環状通路
６０ａ １３２ 入口スタブ
６０ｂ 出口スタブ
６１ 軸線方向通路

Claims (10)

1. 成形器具（５）において、架橋反応と同時に発泡される成形組成物から、発泡重合体を製造する方法であって、前記成形組成物が、成形加工前には、個別に保たれた２つの成分（Ａ、Ｂ）の形態で存在し、それぞれの成分が、架橋反応を実施する部分的手段を含み、それぞれの成分が前記部分的手段によって異なっており、２つの成形組成物成分を、加工の目的のための調合のために混合する、発泡重合体を製造する方法において、
   前記２つの成分（Ａ、Ｂ）が、調合の開始時に、高圧力下の２つの流れとして個別に搬送され、前記加工において、両成分に、又は一方の成分のみに発泡剤（Ｃ）の注入を行うことと、
   注入後、前記２つの流れ（３２ａ、３２ｂ）を、なお高圧力下で合流させ、混合することと、
   最後に、圧力を低下させながら、混合によって形成した反応性混合物を連続押出加工し、或いは計量方式で成形器具の空洞に射出し、任意選択で、前記空洞を、架橋反応を促進するために加熱することとを特徴とする、発泡重合体を製造する方法。
2. 物理的発泡流体、例えばＣＯ_２、Ｎ_２、ペンタン、他の適切な炭化水素、不活性ガス、又は前記で指定されたガスの２つ以上の混合物を、発泡剤（Ｃ）として使用し、好ましくは、前記注入および前記２つの流れの混合を、静止型混合器（２１、２２）を使用して実施することを特徴とする請求項１に記載された発泡重合体を製造する方法。
3. 架橋反応を実施する前記部分的手段が、１つの架橋剤の２つの成分であること、又は、前記部分的手段が、架橋反応の２つの反応物質によって提供されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された発泡重合体を製造する方法。
4. 少なくとも１つの更なる添加剤、例えば染料、又は触媒として有効な物質を、前記注入と同時に、前記成形組成物成分（Ａ、Ｂ）に混合することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された発泡重合体を製造する方法。
5. 高温で架橋する液体シリコンゴムＬＳＲ、「ＨＴＶシリコンゴム」を、成形組成物として加工することと、注入された前記成形組成物成分（Ａ、Ｂ）を混合する際に、任意選択で発泡流体（Ｃ）をさらに供給できることと、混合後、調合された成形組成物が、搬送デバイスによって、例えば可塑化ユニットのスクリューによって、成形器具（５）に搬送され、計量方式で成形器具に射出されることとを特徴とする、或いは、
   反応性の混合物を、ポリウレタンＰＵＲの製造のために加工することと、前記成分（Ａ、Ｂ）に個別に発泡流体（Ｃ）を注入した混合物を、調合の直後に計量方式で前記成形器具（５）に射出することとを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された発泡重合体を製造する方法。
6. 前記２つの成形組成物成分（Ａ、Ｂ）の流れのうちの１つのための、少なくとも１つの注入デバイス（２ａ、２ｂ）が、混合デバイス（３）の上流に連結され、任意選択で２つの充満デバイスが並列に連結され、
   計量装置と成形器具（５）の空洞内に開く絞りノズルとを備えた連結デバイス（４）が、前記混合デバイスに隣接すること、或いは、前記混合デバイスに押出器具が隣接することを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された方法を実施するための工場設備。
7. とりわけＬＳＲを加工する場合に、スクリュー搬送器が、前記反応性混合物、即ち注入された前記成形組成物を搬送するために、前記連結デバイス（４）に配置され、それにより前記反応性混合物の前記スクリュー搬送器での滞留時間が、２０〜４０℃の低温で比較的長くなり、熱によって開始される重合体の架橋が前記成形器具（５）においてのみ起こることを特徴とする、或いは
   とりわけＰＵＲを加工する場合に、前記連結デバイス（４）が、前記反応性混合物の滞留時間が可能な限り短くなるように作られており、重合体の架橋が前記成形組成物成分（Ａ、Ｂ）の混合と共に開始することを特徴とする請求項６に記載された工場設備。
8. 各注入デバイス（２、２ａ、２ｂ）が、以下の構成要素、すなわち、
   円柱状又は環状隙間状の混合チャンバ（２１）用のハウジング（２０）と、
   多孔性材料から作られる筒状壁（２３）又は２つの筒状壁であって、該壁を通して、圧力下で供給することのできる発泡流体（Ｃ）を、前記混合チャンバの被覆表面又は内側若しくは外側の被覆表面にわたって均一に分配することができる壁とを含むことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載された工場設備。
9. 静止型混合要素（２２）が、前記混合チャンバに配置されることを特徴とする請求項８に記載された工場設備。
10. 熱伝達媒体（７、７’）用の通路システム（６）が、ハウジング（２０）に統合され、とりわけ注入中に、前記混合要素（２２）のせん断力の影響を受けた前記成形組成物成分（Ａ、Ｂ）から、熱を熱伝達媒体によって運び去ることができることを特徴とする請求項９に記載された工場設備。

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