JP2005342944A - ポリオール組成物の製造設備および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポリオールと発泡剤との混合効率に優れ、それらの混合比率の調整が容易であり、防爆仕様となる範囲を最小限に抑えた安価なポリオール組成物の製造設備および製造方法を提供すること。
【解決手段】 ポリオールを循環させるポリオール循環路３と、発泡剤を循環させる発泡剤循環路５と、ポリオール循環路３から供給されるポリオールと、発泡剤循環路５から供給される発泡剤とを混合するスタティックミキサー８と、ポリオールを循環させるポリオール循環路４と、ポリオール循環路４から供給されるポリオールと、スタティックミキサー８において発泡剤が混合されたポリオールとを混合するスタティックミキサー９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウレタンフォームを製造するためのウレタン原液となるポリオール組成物の製造設備および製造方法に関する。

ウレタンフォームを製造するためのウレタン原液となるポリオール組成物は、ポリオール化合物、整泡剤、触媒および発泡剤を混合することで製造することができる。下記非特許文献１には、発泡剤を連続的に混合させるための製造設備として、図２に示すような製造設備が開示されている。当該製造設備は、ポリオールを供給するポリオール供給路２１と、ポリオール供給路２１に設けられるタンデムポンプ２０と、発泡剤を供給する発泡剤供給路２２とを備える。タンデムポンプ２０は、第１ポンプ１８と、第１ポンプ１８よりも吐出し量が大きい第２ポンプ１９とを備え、それらは同一のモータ１７によって駆動される。ポリオール供給路２１は途中で二股に分岐しており、一方の分岐路２１ａに第１ポンプ１８および第２ポンプ１９が設けられるとともに、それらの間に発泡剤供給路２２が連結されている。

当該設備によれば、メインポンプ２３によって吐出されたポリオールが、分岐路２１ａにおいて第１ポンプ１８によって下流側に吐出され、続いて第２ポンプ１９によって下流側に吐出される。このとき、第２ポンプ１９は第１ポンプ１８よりも吐出し量が大きいため、吐出し量に不足が生じ、発泡剤供給路２２から発泡剤が補充される。即ち、タンデムポンプ２０において、ポリオールと発泡剤との混合が予備的に行われる。更に、分岐路２１ａ、２１ｂの合流地点において、分岐路２１ａを流れてきたポリオール組成物（発泡剤が混合されたポリオール）に、分岐路２１ｂを流れてきたポリオールが加えられ、その下流側に設けられたスタティックミキサー２４（無駆動ミキサー）によって分散・混合される。なお、ポリオールおよび発泡剤の混合比率の調整は、モータ１７の回転を制御することで行うことができ、その混合量は流量計２５、２６によりそれぞれ確認することができる。また、圧力保持弁２７は、低沸点発泡剤を使用する場合に特に有用となる。

しかしながら、当該製造設備は、ポリオールと発泡剤との予備的な混合がポンプ２０でのみ行われるため、混合効率が十分ではなかった。更に、第１ポンプ１８と第２ポンプ１９とが同一のモータ１７によって駆動される構成であるため、ポリオールの流量変化に応じて発泡剤の流量も相対的に変化してしまい、混合量のキャリブレーションを個別に精度良く行うことが困難となり、混合比率の調整が容易ではなかった。これらの問題は、発泡剤として低粘度のペンタンを低比率で混合する場合に顕著であった。加えて、この場合、第２ポンプ１９でペンタンを混合したポリオール組成物を圧送することになるため、設備のほぼ全体（少なくともタンデムポンプ２０より下流側）を防爆仕様とする必要があった。しかも、タンデムポンプという特殊な装置が必要であり、設備が高価であった。
Hennecke Polyurethane Technology、「Pentane Process Technology−PPT」、（ドイツ）、１９９９年、第５６号、ｐ．６−７

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポリオールと発泡剤との混合効率に優れ、それらの混合比率の調整が容易であり、防爆仕様となる範囲を最小限に抑えた安価なポリオール組成物の製造設備および製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係るポリオール組成物の製造設備は、ポリオールを循環させる第１ポリオール循環路と、発泡剤を循環させる発泡剤循環路と、前記第１ポリオール循環路から供給されるポリオールと、前記発泡剤循環路から供給される発泡剤とを混合する第１混合手段と、ポリオールを循環させる第２ポリオール循環路と、前記第２ポリオール循環路から供給されるポリオールと、前記第１混合手段において発泡剤が混合されたポリオールとを混合する第２混合手段とを備える。

かかるポリオール組成物の製造設備によれば、まず、第１混合手段によってポリオールと発泡剤とを予備的に混合することができる。その際、ポリオールおよび発泡剤はそれぞれの循環路から供給されるため、流量および流体圧力の調整が簡単となり、各混合量を容易に調整することができる。これにより、ポリオールと発泡剤とを、所定の比率で混合することができる。

次に、第２混合手段によって、第２ポリオール循環路から供給されるポリオールと、第１混合手段において発泡剤が混合されたポリオールとを混合することができる。その際、ポリオールは循環路から供給されるため、流量および流体圧力の調整が簡単となる。更に、発泡剤は事前に第１混合手段においてポリオールと混合されているため、粘度等が好適に改善されている。これにより、ポリオールと発泡剤とを十分に混合して混合効率を高め、更に、混合比率を正確且つ容易に調整することができる。

即ち、例えば、発泡剤として低粘度のペンタンを低比率で混合する場合であっても、第１混合手段において、ペンタンが均一に混合し、且つ、良好な粘度が得られるような比率で予備的に混合しておくことができる。これにより、第２混合手段において、所定の混合比率となるように容易に調整することができる。また、発泡剤にペンタンを使用した場合、発泡剤循環路と、第１混合手段より下流側のみを防爆仕様とすれば十分であるとともに、タンデムポンプのような特殊な装置が不要となるため、製造設備を安価に構成することができる。

本発明の好適な実施形態として、前記第１混合手段および前記第２混合手段が静止型混合器であるものが挙げられる。

ポリオールと発泡剤とを混合する混合手段として、静止型混合器を採用することにより、連続で均一な操作を簡便に行うことができ、ラインミキサーとして効率的な混合を行うことができる。

上記課題を解決するため、本発明に係るポリオール組成物の製造方法は、ポリオールを循環させる第１ポリオール循環路から供給されるポリオールと、発泡剤を循環させる発泡剤循環路から供給される発泡剤とを、所定の比率で混合する第１混合工程と、前記第１混合工程で発泡剤が混合されたポリオールと、ポリオールを循環させる第２ポリオール循環路から供給されるポリオールとを、所定の比率で混合する第２混合工程とを備える。

かかるポリオール組成物の製造方法によれば、まず、第１混合工程を備えることにより、ポリオールと発泡剤とを予備的に混合することができる。その際、ポリオールおよび発泡剤はそれぞれの循環路から供給されるため、流量および流体圧力の調整が簡単となり、各混合量を容易に調整することができる。第１混合工程での混合比率は、例えば発泡剤の均一分散性や混合後の粘度などを考慮して、任意に設定することができる。

続いて、第２混合工程を備えることにより、第１混合工程で発泡剤が混合されたポリオールと、循環路から供給されるポリオールとを混合することができる。その際、ポリオールは循環路から供給されるため、流量および流体圧力の調整が簡単となる。発泡剤は、事前に第１混合工程においてポリオールと混合されているため、粘度等が好適に改善されている。これにより、ポリオールと発泡剤とを十分に混合して混合効率を高め、更に、混合比率を正確且つ容易に調整することができる。第２混合工程での混合比率は、第１混合工程における混合比率に基づいて、最終的に所定の混合比率が得られるように設定すればよい。

上記において、前記第１混合工程において、前記発泡剤循環路から供給される発泡剤の供給量を一定に保持しながら、前記第２混合工程において、前記第２ポリオール循環路から供給されるポリオールの供給量を変化させることで、ポリオールと発泡剤との混合比率を調整するものが好ましい。

発泡剤として、例えばペンタンのような低粘度のものを使用した場合、その供給量を一旦変動させると、安定するまでに時間を要し、結果として混合量にばらつきが生じる傾向にある。そこで、上記構成によれば、発泡剤の供給量を一定に保持しながら、第２混合工程でのポリオールの供給量を変化させることにより、発泡剤を安定して供給することができ、ポリオールとの混合比率を容易に調整することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。図１は、ポリオール組成物の製造設備のフロー図（模式図）である。

＜ポリオール組成物の製造設備＞
ポリオール組成物は、ポリオール化合物、整泡剤、触媒、発泡剤からなり、ウレタンフォームを製造するための原料として使用される。本発明に係るポリオール組成物の製造設備には、発泡剤を除いたポリオール組成物（本実施形態において単にポリオールと呼ぶ。）を貯留するタンク１と、発泡剤を貯留するタンク２とが設けられている。

タンク１には、ポリオールを撹拌するための撹拌羽根１ａが設けられており、撹拌羽根１ａは駆動装置１ｂにより回転駆動される。タンク１内のポリオールは液状であり、ポリオール循環路３（前記第１ポリオール循環路に相当する。）およびポリオール循環路４（前記第２ポリオール循環路に相当する。）に沿って循環するように構成されている。ポリオール循環路３は、タンク１の底部を出発点として、図１の反時計周りに循環してタンク１の上部に帰還する。また、ポリオール循環路４は、タンク１の底部を出発点として、図１の時計周りに循環してタンク１の上部に帰還する。

タンク２内には、発泡剤が貯留されており、発泡剤循環路５に沿って循環するように構成されている。発泡剤循環路５は、タンク２の底部を出発点として、図１の反時計周りに循環してタンク２の上部に帰還する。

次に、ポリオール循環路３の途上に設けられている各機能について説明する。ポリオール循環路３には、タンク１の底部から順番に、ストレーナ３１、ポンプ３２、流量計３３、圧力センサー３４、圧力調整弁３５および三方弁３６が設けられている。ストレーナ３１は不純物を除去する機能を有し、ポンプ３２はモータ３７により駆動されてポリオール循環路３内にポリオールを循環させる。ポリオール循環路３内を流れるポリオールの流量および流体圧力は、それぞれ流量計３３および圧力センサー３４により検出することができる。圧力調整弁３５は、ポリオール循環路３内を循環するポリオールの流体圧力が所定値を超える圧力になった際に余剰圧力を逃がし、その流体圧力を所定値以内に保持する機能を有する。三方弁３６は、ポリオール循環路３と後述する混合路６との連結位置に配置されており、ポリオールの流路を切り換えることができる。

ポリオール循環路４および発泡剤循環路５の途上には、ポリオール循環路３に設けられたものと同様の機能を有するストレーナ４１、５１、ポンプ４２、５２、モータ４７、５７、流量計４３、５３、圧力センサー４４、５４および圧力調整弁４５、５５がそれぞれ設けられている。ポリオール循環路４に設けられた三方弁４６は、ポリオール循環路４と後述する混合路７との連結位置に配置されており、ポリオールの流路を切り換えることができる。発泡剤循環路５に設けられた三方弁５６は、発泡剤循環路５と後述する混合路６との連結位置に配置されており、発泡剤の流路を切り換えることができる。

スタティックミキサー８（前記第１混合手段に相当する。）は、混合路６の途上に設けられている。混合路６は、スタティックミキサー８の上流側において合流位置Ａで二股に分かれており、一方はポリオール循環路３に、もう一方は発泡剤循環路５に連結されている。スタティックミキサー８は、駆動手段を有さない静止型混合器（エレメント式ミキサー）であり、内部で乱流を起こすことで流体を撹拌して混合する機能を有する。スタティックミキサー８としては、例えば、捻り方向を異ならせて各々１８０度捻った長方形板からなる２種類のエレメントを、軸方向に沿って９０度毎に交互に連結した構造（スパイラルタイプ）のものが挙げられる。

スタティックミキサー９（前記第２混合手段に相当する。）は、混合路７の途上に設けられている。混合路７は、スタティックミキサー９の上流側において、ポリオール循環路４に連結されているとともに、合流位置Ｂにおいて混合路６の下流側に連結されている。スタティックミキサー９は、例えばスタティックミキサー８と同じ構成のものを使用することができ、混合路７を流れる流体を撹拌して混合する機能を有する。なお、スタティックミキサー８、９の設置個数は適宜設定することができる。

スタティックミキサー９の下流側には、ウレタンフォームを製造するための工場があり、製造したポリオール組成物が工場に送り込まれる。工場では、ポリオール組成物とポリイソシアネート成分とを撹拌させてウレタンフォームの発泡体を製造する。なお、ポンプ３２、４２、５２を高圧ポンプとすることで、高圧発泡の連続ラインに直結することができる。

本実施形態では、合流位置Ａと三方弁３６との間に逆支弁１０が設けられ、合流位置Ｂと三方弁４６との間に逆支弁１１が設けられている。これにより、発泡剤としてペンタンを使用する場合であっても、少なくとも発泡剤循環路５と、逆止弁１０、１１より下流側を防爆仕様としていれば足りる。

なお、ポリオール循環路３、４、発泡剤循環路５および混合路６、７には、図１に示すもの以外にも種々の機能（例えば、バルブや温度センサー等）が設置されているが、説明を簡略化するために省略している。

＜ポリオール組成物の製造方法＞
次に、図１に示した製造設備を用いてポリオール組成物を製造する方法について説明する。なお、本実施形態では、発泡剤としてペンタンを使用する。

まず、タンク１上部からポリオールを投入し、三方弁３６の切換位置をポリオールの循環が可能となるように設定する。次に、ポンプ３２を駆動してポリオール循環路３内にポリオールを循環させる。その際、流量計３３を確認しながら、ポンプ３２を駆動するモータ３７の回転数を制御することで、ポリオールの流量を調整することができる。また、ポリオールの流体圧力は、注入発泡時の混合圧力以上となるように（例えば２０％程度高くなるように）設定される。

ポリオール循環路３におけるポリオールの循環と同じ要領で、ポリオール循環路４においてポリオールが、発泡剤循環路５においてペンタンがそれぞれ循環され、流量および流体圧力がそれぞれ調整される。各循環路における流量は、各スタティックミキサー８、９におけるポリオールとペンタンとの混合比率に基づいて調整される。

ポリオール循環路３、４および発泡剤循環路５における流量および流体圧力が調整された後、三方弁３６、４６、５６をそれぞれ切り換えてポリオールおよびペンタンを送出する。混合路６には、ポリオール循環路３から供給されるポリオールと、発泡剤循環路５から供給されるペンタンとが、それぞれ送り込まれる。それらは合流位置Ａにおいて合流し、スタティックミキサー８に送り込まれる。スタティックミキサー８では、ポリオールとペンタンとが撹拌されて所定の比率で混合される（前記第１混合工程に相当する。）。続いて、混合路７には、スタティックミキサー８においてペンタンが混合されたポリオールと、ポリオール循環路４から供給されるポリオールとが、それぞれ送り込まれる。それらは合流位置Ｂにおいて合流し、スタティックミキサー９に送り込まれる。スタティックミキサー９では、ペンタンが混合されたポリオールと、ポリオール循環路４から供給されたポリオールとが撹拌されて所定の比率で混合される（前記第２混合工程に相当する。）。

ここで、目標とする混合比率がポリオール：ペンタン＝８０：２０である場合、まず、スタティックミキサー８においてポリオール：ペンタン＝２０：２０の比率で混合することが好ましい。このように発泡剤の混合量をポリオールの混合量に近付けることで、ポリオールに発泡剤を均一に混合し易くなる。仮に、ポリオール：ペンタン＝８０：２０の比率で一度に混合を行うと、ポリオールとペンタンの粘度差により均一に混合され難く、混合比率は安定しない。なお、スタティックミキサー８における混合比率は、ポリオールと発泡剤との混合量が一致するものに限られない。次に、スタティックミキサー９においてポリオール：ペンタンが混合されたポリオール＝６０：４０の比率で混合する。これにより、最終的に混合比率をポリオール：ペンタン＝８０：２０とすることができる。スタティックミキサー９における混合では、ペンタンが事前にポリオールに混合されていることによって粘度が改善されているとともに、ポリオール循環路４からポリオールが安定して供給されるため、所定の比率で効率良く混合を行うことができる。

混合比率を調整する際、発泡剤循環路５から供給するペンタンの供給量を一定に保持しながら、ポリオール循環路４より供給するポリオールの供給量を変化させることが好ましく、更に、ポリオール循環路３から供給するポリオールの供給量を一定に保持することが好ましい。これにより、ペンタンの流量を極力変化させることがないため、ペンタンを安定して供給することができ、混合比率を容易に調整することができる。

＜別実施形態＞
（１）前述の実施形態では、ポリオール循環路３とポリオール循環路４とが、同一のタンクにおいて構成されている例を示したが、本発明は、これらが異なるタンクにおいて構成されているものでもよい。また、本発明では、発泡剤として低沸点発泡剤を使用してもよい。その場合、循環する発泡剤のガス化を防止するため、発泡剤循環路５や混合路６、７に熱交換器を設けて、流体を冷却可能に構成するものが好ましい。

（２）前述の実施形態では、スパイラルタイプのスタティックミキサーを用いた例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。即ち、本発明では、混合手段として、静止型混合器（エレメント式ミキサー）を用いるものであれば何れも好ましく、例えば、各ステージが、センター軸を挟んで交差する２つの半楕円形バッフルと、その内の一方と端部を合わせて隙間が漸増するように配された半楕円形バッフルとの、３つのバッフルからなる構造（ステータタイプ）のものでもよい。または、格子状の穴を設けた円盤状のエレメントを２枚１組として、１組以上組み込んだ構造（ラモンドミキサー）のものであってもよい。

ポリオール組成物の製造設備のフロー図 従来のポリオール組成物の製造設備の要部を示す模式図

符号の説明

１ タンク
２ タンク
３ ポリオール循環路
４ ポリオール循環路
５ 発泡剤循環路
６ 混合路
７ 混合路
８ スタティックミキサー
９ スタティックミキサー
３１、４１、５１ ストレーナ
３２、４２、５２ ポンプ
３３、４３、５３ 流量計
３４、４４、５４ 圧力センサー
３５、４５、５５ 圧力調整弁
３６、４６、５６ 三方弁
Ａ 合流位置
Ｂ 合流位置

Claims (4)

1. ポリオールを循環させる第１ポリオール循環路と、
   発泡剤を循環させる発泡剤循環路と、
   前記第１ポリオール循環路から供給されるポリオールと、前記発泡剤循環路から供給される発泡剤とを混合する第１混合手段と、
   ポリオールを循環させる第２ポリオール循環路と、
   前記第２ポリオール循環路から供給されるポリオールと、前記第１混合手段において発泡剤が混合されたポリオールとを混合する第２混合手段と、を備えるポリオール組成物の製造設備。
2. 前記第１混合手段および前記第２混合手段が、静止型混合器である請求項１記載のポリオール組成物の製造設備。
3. ポリオールを循環させる第１ポリオール循環路から供給されるポリオールと、発泡剤を循環させる発泡剤循環路から供給される発泡剤とを、所定の比率で混合する第１混合工程と、
   前記第１混合工程で発泡剤が混合されたポリオールと、ポリオールを循環させる第２ポリオール循環路から供給されるポリオールとを、所定の比率で混合する第２混合工程と、を備えるポリオール組成物の製造方法。
4. 前記第１混合工程において、前記発泡剤循環路から供給される発泡剤の供給量を一定に保持しながら、
   前記第２混合工程において、前記第２ポリオール循環路から供給されるポリオールの供給量を変化させることで、ポリオールと発泡剤との混合比率を調整する請求項３記載のポリオール組成物の製造方法。

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