JP2018501089A - 熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張した熱可塑性マイクロスフェアに膨張させるための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを膨張させるための装置及び方法が開示される。本装置及び方法は、液体伝熱媒体とのいかなる直接接触もなく、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを膨張させる。本装置及び方法は、出口パイプに取り付けられた分配パイプを使用する。

Description

本発明は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させて、膨張した熱可塑性マイクロスフェアを得るための装置及び方法に関する。特に、本装置及び方法は、膨張した熱可塑性マイクロスフェアが凝集塊を含まず、均一な密度分布を持ち、膨張後に急速に冷却されるようにする。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、熱可塑性ポリマーシェル内にカプセル化された発泡剤を含む。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、例えば、米国特許第３６１５９７２号明細書に開示されている。

加熱時、発泡剤が気化して熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの内圧を上昇させ、同時に、熱可塑性ポリマーシェルが軟化して熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが膨張し、膨張した熱可塑性マイクロスフェアを生成する。膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、しばしば、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの少なくとも２〜５倍の直径を有する。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、自由に流動する乾燥した熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアとして、又は熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリー（すなわち、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは担体液体中に存在する。）として利用できる。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェア又は膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、さまざまな用途で利用される。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、例えば、感熱記録紙、多孔質セラミックス、射出成形、熱可塑性材料の押出、印刷インク、紙及びボードにおいて使用される。膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、例えば、エマルション爆薬中の鋭感剤、液体塗料、液体コーティング並びにさまざまな熱硬化性材料、例えば、人工大理石、ポリエステルパテ及び人工木材として使用される。膨張する熱膨張性熱可塑性マイクロスフェア及び／又は膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、セメント系組成物においても、例えば、セメント系組成物に凍結融解耐久性を与えるために使用されることがある。

膨張した熱可塑性マイクロスフェアの輸送は商業的に実現可能ではないが、それは、膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、その膨張したサイズのために、かなりの体積を要するからである。したがって、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、膨張した熱可塑性マイクロスフェアを現場で熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーから製造するエンドユーザーまで輸送される。次いで、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、最終用途、例えば、前述の用途のいずれかのために膨張され、プロセスの近くで、又はプロセス内へ直接、膨張した熱可塑性マイクロスフェアを生成する。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させて、膨張した熱可塑性マイクロスフェアを生成するための装置及び方法は当分野において公知である。

特開２００５−２５４２１３号公報には、熱膨張したマイクロカプセルを製造するための装置及び方法が開示されている。この装置及び方法は、加熱／発泡管を使用する。特開２００５−２５４２１３号公報には、熱膨張性マイクロカプセルの水スラリーが、高温の水蒸気を用いて、水蒸気の圧力を超える背圧をかけることにより、加熱／発泡管に圧入されることが開示されている。熱膨張性マイクロカプセルは大気中に排出され、次いで、膨張する。

米国特許第４５１３１０６号明細書には、膨張した熱可塑性マイクロスフェアを熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアから生成するための装置及び方法が開示されている。米国特許第４５１３１０６号明細書には、水蒸気が、圧力ゾーン内の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーに、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを加熱し、且つ少なくとも部分的に膨張させるのに十分な量で導入されることが開示されている。次いで、部分的に膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、圧力低下した圧力ゾーンを離れ、これにより、マイクロスフェアはさらに膨張され、少なくとも１ｍ／ｓの速度を有する流れ内に加速される。

国際公開第０３／０５１７９３号パンフレットには、熱膨張性マイクロスフェアを水蒸気と共に供給してマイクロスフェアを熱膨張させ、湿った膨張したマイクロスフェアを生成する工程による爆薬の製造方法が開示されている。

特開２００５−２５４２１３号公報、米国特許第４５１３１０６号明細書及び国際公開第０３／０５１７９３号パンフレットの装置及び方法は、生じる膨張した熱可塑性マイクロスフェアがくっついて、装置内及び最終製品中で凝集塊を生成するという欠点を有する。さらに、それらに開示されている膨張した熱可塑性マイクロスフェアに加えられる水蒸気又は水分は、しばしば、膨張した熱可塑性マイクロスフェア中の水分と最終用途におけるその使用とが両立しないということにつながる。

膨張した熱可塑性マイクロスフェアは良好な断熱材であり、製造されるとき、このことが、製造及び保管されるときに問題を引き起こす。膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、しばしば、保管中に膨張し続ける。さらに、膨張した熱可塑性マイクロスフェアは熱可塑性ポリマーシェルを有するため、このシェルが高温であるとき、このことが、膨張した熱可塑性マイクロスフェアがくっついて、製造及び／又は貯蔵中に凝集塊を形成する原因となる。凝集し、膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、均一分散した膨張した熱可塑性マイクロスフェアが必要とされる用途では望ましくない。

製造した膨張した熱可塑性マイクロスフェアの凝集が回避され、高分散の均一に膨張した熱可塑性マイクロスフェアを提供するように、スラリー中の膨張する熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの技術を改善することが望ましいであろう。

追加で水、すなわち、水蒸気を導入する必要のない、スラリー中の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置及び方法を提供することが望ましいであろう。

担体液体が熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリー中で使用される点で柔軟である、スラリー中の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置及び方法を提供することが望ましいであろう。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを加熱して、膨張した熱可塑性マイクロスフェアを生成するための手段に関して柔軟である、スラリー中のマイクロスフェアを膨張させるための装置及び方法を提供することが望ましいであろう。

装置内で、生成された膨張した熱可塑性マイクロスフェアの凝集を回避する、スラリー中の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置及び方法を提供することが望ましいであろう。

さまざまな膨張温度を有する幅広いマイクロスフェアのグレードに使用することができる、スラリー中の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置及び方法を提供することが望ましいであろう。

スラリー中の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが膨張装置を一旦離れたら膨張し続けない、スラリー中の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置及び方法を提供することが望ましいであろう。

少なくとも上述の欠点を克服する、スラリー中の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置及び方法を提供することが必要とされている。

米国特許第３６１５９７２号明細書 特開２００５−２５４２１３号公報 米国特許第４５１３１０６号明細書 国際公開第０３／０５１７９３号パンフレット

本発明によれば、本明細書に記載の装置及び方法を提供することにより、これら及び他の目的を達成できることが明らかになった。

第１の態様において、本発明は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置に関する。装置は、最低４ｂａｒの圧力に耐えることができる加熱ゾーンを備える。加熱ゾーンは、入口パイプ及び出口パイプを有する。装置は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを加熱ゾーン内に供給するためのポンプを備える。ポンプは、加熱ゾーン内に最低４ｂａｒの圧力を発生させることができる。装置は、加熱ゾーン内の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを最低６０℃の温度まで、いかなる液体伝熱媒体とのスラリーのいかなる直接接触もなく加熱するための手段を備える。装置の出口パイプは、分配パイプに、分配パイプの入口と出口との間で取り付けられている。

別の態様において、本発明は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための方法に関する。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを加熱ゾーン内に供給する工程を含む方法。次いで、スラリーを加熱ゾーン内で最低６０℃の温度まで加熱し、最低４ｂａｒの圧力を発生させる。加熱は、いかなる液体伝熱媒体とのスラリーのいかなる直接接触もなく達成される。加熱ゾーン内の圧力は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが完全に膨張しないように維持される。スラリーは、出口パイプを通じて、次いで、分配パイプを通じて、加熱ゾーンから回収される。出口パイプは、分配パイプに、分配パイプの入口と出口との間で取り付けられている。スラリーは、さらに低圧のゾーン内に回収され、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを完全に膨張させる。

本開示による熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置を示す。

本開示による出口パイプの端部及び分配パイプの拡大図を示す。

本発明及びその利点を完全に理解するために、以下の詳細な説明及び添付図を参照する。

本明細書に開示されている詳細な説明及び添付図のさまざまな態様及び実施形態は、本発明を実施するための特定の方法を例示するものであって、特許請求の範囲及び詳細な説明及び添付図と共に考慮に入れるとき、本発明の範囲を限定しないと理解されるべきである。また、本発明のさまざまな態様及び実施形態による特徴は、本発明のさまざまな態様及び実施形態による特徴と組み合わせられてもよいことも理解されたい。

本発明による装置及び方法は、あらゆる種類の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアに使用することができる。

本明細書において用いられるとき、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、発泡剤をカプセル化する熱可塑性ポリマーシェルを指す。熱により膨張したとき、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、膨張した熱可塑性マイクロスフェアと呼ばれる。

第１の態様において、本発明は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置に関する。装置を図１に示す。装置は、最低４ｂａｒの圧力に耐えることができる加熱ゾーン４を備える。加熱ゾーン４は、入口パイプ１０及び出口パイプ８を有する。装置は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを加熱ゾーン４内に供給するためのポンプ１を備える。ポンプ１は、加熱ゾーン４内に最低４ｂａｒの圧力を発生させることができる。装置は、加熱ゾーン４内の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを最低６０℃の温度まで、いかなる液体伝熱媒体とのスラリーの直接接触もなく加熱するための手段を備える。装置の出口パイプ８は、分配パイプ１２に、分配パイプ１２の入口１３と出口１４との間で取り付けられている。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、商標Ｅｘｐａｎｃｅｌ（商標）でＡｋｚｏＮｏｂｅｌにより市場に出されているものにすることができる。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェア及びその製造は、例えば、米国特許第３６１５９７２号明細書、米国特許第３９４５９５６号明細書、米国特許第４２８７３０８号明細書、米国特許第５５３６７５６号明細書、米国特許第６２３５８００号明細書、米国特許第６２３５３９４号明細書、米国特許第６５０９３８４号明細書、米国特許第６６１７３６３号明細書、米国特許第６９８４３４７号明細書、米国特許出願公開第２００４／０１７６４８６号明細書、欧州特許第４８６０８０号明細書、欧州特許第５６６３６７号明細書、欧州特許第１０６７１５１号明細書、欧州特許第１２３０９７５号明細書、欧州特許第１２８８２７２号明細書、欧州特許第１５９８４０５号明細書、欧州特許第１８１１００７号明細書、欧州特許第１９６４９０３号明細書、国際公開第２００２／０９６６３５号パンフレット、国際公開第２００４／０７２１６０号パンフレット、国際公開第２００７／０９１９６０号パンフレット、国際公開第２００７／０９１９６１号パンフレット、国際公開第２００７／１４２５９３号パンフレット、特開昭６２−２８６５３４号公報及び特開２００５−２７２６３３号公報に開示されており、これらは、ここに参照により本明細書に組み込まれる。

熱可塑性ポリマーシェルは、ポリマー又はコポリマーから、さまざまなエチレン性不飽和モノマーを重合することにより調製することができる。エチレン性不飽和モノマーは、モノマーを含むニトリル、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル、α−エトキシアクリロニトリル、フマロニトリル及びクロトニトリル、アクリル酸エステル、例えば、メチルアクリレート又はエチルアクリレート、メタクリル酸エステル、例えば、メチルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート及びエチルメタクリレート、ハロゲン化ビニル、例えば、ビニルクロライド、ハロゲン化ビニリデン、例えば、塩化ビニリデン、ビニルピリジン、ビニルエステル、例えば、ビニルアセテート、任意選択で置換されたスチレン、例えば、スチレン、ハロゲン化スチレン及びα−メチルスチレン、ジエン、例えば、ブタジエン、イソプレン及びクロロプレン、並びにこれらの任意の混合物にすることができる。

エチレン性不飽和モノマーは、架橋多官能性モノマーを含んでもよい。架橋多官能性モノマーには、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、グリセロールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，１０−デカンジオールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリトリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリトリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリトリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ（メタ）アクリレート、トリアリルホルマールトリ（メタ）アクリレート、アリルメタクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ＰＥＧ＃２００ジ（メタ）アクリレート、ＰＥＧ＃４００ジ（メタ）アクリレート、ＰＥＧ＃６００ジ（メタ）アクリレート、３−アクリロイルオキシグリコールモノアクリレート、トリアクリルホルマール又はトリアリルイソシアネート、トリアリルイソシアヌレートあるいはこれらの任意の混合物のいずれか１つが含まれる。架橋多官能性モノマーは、熱可塑性ポリマーシェルのエチレン性不飽和モノマーの総量の０．１〜１重量％、最も好ましくは０．２〜０．５重量％を構成する。

熱可塑性ポリマーシェルが、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの６０〜９５重量％、より好ましくは７５〜８５重量％を構成することが好ましい。

熱可塑性ポリマーシェルの軟化温度は、そのガラス転移温度（Ｔ_ｇ）に対応する。Ｔ_ｇは、５０〜２５０℃の範囲内にあり、より好ましくは７０〜２００℃の範囲内にある。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェア内の発泡剤は、Ｔ_ｇを超えない沸点（室温及び室内圧力における。）を有する液体にすることができる。発泡剤は、少なくとも１つの炭化水素又はその任意の混合物にすることができる。炭化水素は、ｎ−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、ブタン、イソブタン、ヘキサン、イソヘキサン、ネオヘキサン、ヘプタン、イソヘプタン、オクタン及びイソオクタンから選択することができる。炭化水素は、石油エーテル、塩素化又はフッ素化炭化水素、例えば、メチルクロライド、メチレンクロライド、ジクロロエタン、ジクロロエチレン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン及びトリクロロフルオロメタンにすることもできる。発泡剤は、好ましくは、イソブタン、イソペンタン、イソヘキサン、シクロヘキサン、イソオクタン、イソドデカン、及びこれらの任意の混合物のうちの少なくとも１つである。発泡剤は、より好ましくは、イソブタン及びイソペンタンである。

発泡剤は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの５〜４０重量％の量で存在する。

発泡剤の沸点（室温及び室内圧力における。）は、好ましくは−２０〜２００℃の間、より好ましくは−２０〜１５０℃の間、さらにより好ましくは−２０〜１００℃の間である。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが大気圧で膨張し始める温度をＴ_{ｓｔａｒｔ}と呼ぶ。Ｔ_{ｓｔａｒｔ}は、熱可塑性ポリマーシェル及び発泡剤のタイプ及び組み合わせに依存する。本発明において使用される熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、好ましくは４０〜２３０℃の間、より好ましくは６０〜１８０℃の間のＴ_{ｓｔａｒｔ}を有する。

装置は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーが内部を流れる加熱ゾーン４を備える。加熱ゾーン４は、容器、パイプ又はチューブの形態にすることができる。加熱ゾーン４は、入口パイプ１０及び出口パイプ８を備える。

加熱ゾーン４は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーをそこで、いかなる液体伝熱媒体、すなわち、水蒸気、又は加熱された気体とのスラリーのいかなる直接接触もなく加熱する。

加熱ゾーン４は熱交換器でもよい。加熱ゾーン４は、熱交換器の形態のときは、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーと直接接触していない伝熱媒体に取り囲まれている少なくとも１本のパイプ又はチューブを備える。熱交換器は、例えば、好ましくは共通の入口及び共通の出口に接続された、数本の好ましくは平行なパイプ又はチューブ、例えば、２〜１０本又は３〜７本のパイプ又はチューブを備えてもよい。パイプ又はチューブは、それぞれ、２〜２５ｍｍ、又は好ましくは４〜１５ｍｍ、又はさらにより好ましくは６〜１２ｍｍの内径を有してもよい。ただ１本のパイプ又はチューブを有することもできる。単一のパイプ又はチューブの使用は、数本の平行なパイプ又はチューブのうちの１本における部分的な詰まりによって引き起こされる不均一な流れ分布のリスクを低減する利点を有する。このような単一のパイプ又はチューブは、好ましくは、伝熱媒体を含む容器又はタンク内に位置する伝熱媒体に取り囲まれている。伝熱媒体は、任意の適した液体媒体、例えば、熱水、水蒸気又は油でもよい。

加熱ゾーン４は、少なくとも１つの電気加熱要素を備えてもよい。少なくとも１つの電気加熱要素は、加熱ゾーン４の内部又は外部、あるいはこれらの任意の組み合わせに位置してもよい。電気加熱要素は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーが、加熱ゾーン４内のその電気加熱要素周辺の隙間を流れるように、加熱ゾーン４の中心に備えられてもよい。電気加熱要素が、少なくとも１本のパイプ又はチューブの内部と外部の両方に備えられることが好ましい。

加熱ゾーン４は、電磁放射マイクロ波源、例えば、電子レンジを備えてもよい。

加熱ゾーン４は、好ましくは、熱伝導性の金属、例えば、鋼又は銅で作られる。熱伝導性の金属は、液体伝熱媒体又は電気加熱要素によりスラリーが加熱される場合に有利である。

電磁放射源により加熱される場合、加熱ゾーン４は、電磁放射源から生じるこのような放射が透過できる材料、例えば、ポリマー材料でできている。

加熱ゾーン４は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを最低６０℃の温度まで加熱する。加熱ゾーン４の温度は、温度計７により測定される。しかし、本発明の加熱ゾーン４があれば、例えば、電気加熱要素、又は伝熱媒体として熱油を使用することにより、水蒸気によって実際に実現可能な温度よりも高い温度を必要とする熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させることが可能である。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーが加熱ゾーン４内で加熱される温度は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのタイプに依存する。この温度は、最低６０℃、好ましくは６０〜２５０℃、より好ましくは８０〜２３０℃、さらにより好ましくは８０〜２００℃の範囲内にある。

本発明によれば、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーが使用される。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを使用することにより、ダスティングが回避される。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを使用することにより、乾燥した膨張した熱可塑性マイクロスフェアによる装置の閉塞が回避される。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーは、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを担体液体に供給することによって得られる。担体液体は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアに対して不活性である。担体液体は、スラリーが加熱される温度に耐えることができる。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの水性スラリーを生成するために、担体液体は、水又は水性液体にすることができる。担体液体は、有機液体、例えば、植物油、鉱油及びグリセロール又はこれらの任意の混合物にすることができる。有機液体は水を含まないため、且つ水蒸気又は水がスラリーに加えられる必要がないため、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの水を含まないスラリーを調製することが可能であり、このことは、生じる膨張した熱可塑性マイクロスフェアが、水を含まないことが必要な用途において必要とされる場合に有利である。

さらに、他の液体媒体がスラリーに加えられる必要がないため、制御された高固形分の膨張した熱可塑性マイクロスフェアを含む膨張したマイクロスフェアのスラリーを調製することが可能である。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリー中の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの含有量は、５〜５０重量％の間、好ましくは５〜３０重量％の間、より好ましくは１０〜２０重量％の間である。含有量がこれらの範囲内であるとき、装置内のスラリーのポンプ能力及び／又は熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーの輸送は最適である。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーは、入口パイプ１０を通じてポンプ１により加熱ゾーン４内に供給される。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが加熱ゾーン４内で加熱されたときに完全に膨張しないように、ポンプ１は、加熱ゾーン４内に十分に高い圧力（最低４ｂａｒ）を与える。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、加熱ゾーン４内で部分的に、例えば、加熱ゾーン４の外部での完全膨張後の体積の１０〜８０％又は２０〜７０％の体積まで膨張してもよいが、ポンプ１によって与えられる圧力を操作することにより、加熱ゾーン４内でまったく膨張しないようにしてもよい。ポンプ１は、油圧ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、スクリューポンプ（例えば、偏心スクリューポンプ）、ギヤポンプ、ロータリーローブポンプ及び遠心ポンプのいずれか１つにすることができる。油圧ダイヤフラムポンプが特に好ましい。ポンプ１は、装置内で熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを運ぶのに必要な力を提供する。

装置内の圧力は、圧力計３により測定される。

装置は、さらに、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーをポンプ１まで、例えば、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを貯蔵するタンク（図示せず）から運ぶための導管（図示せず）を備えてもよい。導管（図示せず）は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを装置内に導く三方弁９に接続されるであろう。

ポンプ１によって与えられ、加熱ゾーン４内で必要とされる圧力は、特定の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアに依存する。好ましくは、圧力は最低１０ｂａｒである。圧力上限は、実際的に考慮して決定され、例えば、最高４０ｂａｒ又は最高５０ｂａｒでもよい。

上で述べたように、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、加熱ゾーン４内で加熱されたときに完全に膨張しない。熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが分配パイプ１２の出口１４まで運ばれるとき、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアは、圧力が出口１４で低下するとき、最後に完全に膨張するが、それは、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが、最後の膨張を容易にするのに十分な低圧（例えば、大気圧）の領域に達するからである。

図２に示す通り、分配パイプ１２は、出口パイプ８に取り付けられている。分配パイプ１２は、分配パイプ１２の入口１３と出口１４との間で取り付けられている。図２ｂは図２ａの断面図を示す。

図２に示す構成では、膨張した熱可塑性マイクロスフェアが分配パイプ１２に入ると、これらは、分配パイプ１２の内壁内を跳ね回ってから、出口１４を介して分配パイプ１２を離れる。これが、膨張した熱可塑性マイクロスフェアの凝集が少ないことにつながることが明らかになっている。これは、分配パイプ１２の内壁にぶつかる膨張した熱可塑性マイクロスフェア、及び空気流が分配パイプ１２に入りやすくする入口１３を有することにより分配パイプ１２内で引き起こされるボルテックス効果の一種による結果であると考えられる。分配パイプ１２に入る空気流は、膨張した熱可塑性マイクロスフェアが分配パイプ１２に入るときの膨張した熱可塑性マイクロスフェアの冷却を容易にする。

出口パイプ８は、一定の内径を有してもよい。

出口パイプ８は、出口パイプ８の開口部への端部が、出口パイプ８の内径の少なくとも２倍の内径を有するように、内径において増加してもよい。出口パイプ８の開口部への端部は、出口パイプ８の内径の最大６倍の内径を有してもよい。

出口パイプ８の開口部への端部が、出口パイプ８の内径の少なくとも２倍の内径を有するとき、これが、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのより効率的な膨張を容易にする。出口パイプ８の開口部への端部が、出口パイプ８の内径の少なくとも２倍の内径を有するとき、これが、出口パイプ８内の製造された膨張した熱可塑性マイクロスフェアの流量制限をもたらし、加熱ゾーン４内の圧力を維持する。出口パイプ８の開口部への端部が、出口パイプ８の内径の少なくとも２倍の内径を有するとき、これが、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのより自由な三次元の膨張を可能にして、より低密度の均一に膨張した熱可塑性マイクロスフェアにつながり、膨張した熱可塑性マイクロスフェアの凝集を防いで、膨張した熱可塑性マイクロスフェアのより均一な（且つ、より密度が低い）密度分布をもたらすことが観察される。

さらに、観察されてきたのは、出口パイプ８の内径の少なくとも２倍の内径を有する出口パイプ８の開口部への端部を有すること、これが、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが出口パイプ８から分配パイプ１２内へ離れるときに大気圧になりながら膨張するとき、出口パイプ８の開口部の閉塞を防ぐということである。

膨張した熱可塑性マイクロスフェアは良好な断熱材であるので、膨張した熱可塑性マイクロスフェア及び特に熱可塑性ポリマーシェルが互いにくっついて凝集塊を生成するリスクが排除される。

図２に示す構成では、膨張した熱可塑性マイクロスフェアが分配パイプ１２に入ると、これらは、入口１３を介して適用することができる冷却媒体によりもたらされる流れの方向を横切る。この実施形態において、分配パイプ１２は、膨張した熱可塑性マイクロスフェアの瞬間冷却を可能にし、膨張した熱可塑性マイクロスフェアのさらなる膨張及び凝集を直ちに防ぐ。冷却媒体は、分配パイプ１２の入口１３から図２に示す流れ方向に通る。

冷却媒体は、空気、水、窒素ガス、あるいはその他の任意の気体又は液体にすることができる。ただし、これらは膨張した熱可塑性マイクロスフェアに対して不活性であるものとする。冷却媒体は、粒子、例えば、チョーク粒子、炭酸カルシウム粒子、シリカ粒子、粘土粒子及びＴｉＯ_２粒子又はこれらの任意の組み合わせの流れにすることもできる。このような粒子の、分配パイプ１２の入口１３を通じた添加は、膨張した熱可塑性マイクロスフェアが、入口１３によりもたらされる流れの方向を横切るとき、膨張した熱可塑性マイクロスフェアと粒子との均質な混合物が存在するようにする。これは、変更した膨張した熱可塑性マイクロスフェアが最終用途において必要とされるときに重要である。

分配パイプ１２は、少なくとも１つの混合／分離要素１５又はこれらの組み合わせを備えてもよい。少なくとも１つの混合／分離要素１５は、図２ｂに示す通り、出口パイプ８の分配パイプ１２との取り付けの下流の混合／分離デバイス１２内に位置する。

少なくとも１つの混合／分離要素１５は、スタティックミキサー、回転ミキサー、回転ナイフ又はふるい又は流れ分割ユニットから選択することができる。

冷却媒体と混合／分離要素１５との組み合わせを有することにより、膨張した熱可塑性マイクロスフェアを直ちに冷却し、同時に材料の高エネルギー混合をもたらすことが可能である。混合／分離デバイス１２は、冷却媒体の膨張した熱可塑性マイクロスフェアとの効率的な混合をもたらす。冷却媒体の流れは、分配パイプ１２を通じて膨張した熱可塑性マイクロスフェアを運ぶ。したがって、個々の膨張した熱可塑性マイクロスフェアを互いに分離するのに十分な機械的エネルギーが分配パイプ１２に供給される。

加熱ゾーン４内の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの均一な生産量及び加熱をさらに確実にするために、パルセーションダンパー２が存在してもよい。パルセーションダンパー２は、装置内の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーの流れを安定化する。

加熱ゾーン４の出口パイプ８は、好ましくは、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの最大膨張を容易にするために断熱される。

加熱ゾーン４の出口パイプ８は、硬いパイプでも、柔軟なパイプでもよい。柔軟なパイプの形態のとき、これは、装置全体を移動することなく、膨張した熱可塑性マイクロスフェアをその最終使用用途に導くことを容易にする。

本明細書に開示の装置及び方法は、水性用途、例えば、エマルション爆薬、塗料、水性コーティング、感熱記録紙などのコーティング、多孔質セラミックス、石膏ボード、モデリングクレイ、クラック充填材及びセメント系組成物のための熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの現場での膨張に特に有用である。本明細書に開示の装置及び方法は、非水性用途、例えば、ポリエステルパテ、ポリエステル、ポリウレタン又はエポキシに基づく人工木材配合物、ポリエステルに基づく人工大理石、アンダーボディコーティング、エラストマー、シーラント、接着剤、フェノール樹脂、スタッコ、ケーブル充填用コンパウンド及びマイクロセルポリウレタンフォームのための熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの現場での膨張に特に有用である。装置を出る膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、このような製品の生産ライン内に直接加えることができる。例えば、膨張した熱可塑性マイクロスフェアの流れは、エマルション爆薬の生産中にエマルション流内にインラインで直接、又はトラックからのエマルション爆薬によるボアホールの充填中にエマルション流内に直接加えることができる。後者の場合、爆薬を採鉱現場で鋭感化させ、鋭感化させずに鉱山に運ぶことができる。

装置内の流れを導き、装置内の圧力を維持するために、装置内の制御弁６を使用することができる。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーの加熱ゾーン４への流れを遮断するために、且つ／又は加熱ゾーン４内の圧力を維持するために、装置内で加熱ゾーン４の前に安全弁５を使用することができる。

熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを、例えば、水で置換して、安全弁５、制御弁６及び三方弁９の位置を操作することにより装置を運転することによって、装置を洗浄することができる。

本発明の教示は、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが均一な密度分布を有し、よく分散する（すなわち、非凝集である）ように、装置内で直接、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの膨張を可能にする。

以下の非限定的な例は、本発明の効果を示す。

実施例１−分配パイプを使用した膨張
対照実験として、一定の直径の出口パイプを分配パイプなしで使用した方法により、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェア（Ｅｘｐａｎｃｅｌ ４６１ＷＵ４０）のスラリーを装置で膨張させた。１００℃の温度に保たれた熱水を満たしたタンク内に位置する単一の長さ１５ｍの銅管（加熱ゾーン）を備えた装置を使用することにより、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させた。銅管は、７．８ｍｍの一定の内径を有していた。ダイヤフラムポンプを用い、８０リットル／時の速度で銅管を通じて２０重量％マイクロスフェアの水性スラリーをポンピングした。ダイヤフラムポンプは、６ｂａｒの圧力を発生させた。膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、出口パイプを通じて銅管を出た。

本発明による実験の通り、熱膨張性熱可塑性マイクロスフェア（Ｅｘｐａｎｃｅｌ ４６１ＷＵ４０）を装置で上述の方法により膨張させた。ただし、出口パイプに取り付けられた分配パイプを使用した。

本発明による実験で、膨張した材料の目視検査により、凝集のレベルが改善されたことが明らかになった。さらに、膨張した熱可塑性マイクロスフェアの温度が、保管袋内で、膨張の１０分後、対照実験（９０℃）と比べてはるかに低温（６５℃）であったことが明らかになった。これは、さらなる膨張は起こらないであろうこと、及び同じ体積の膨張した熱可塑性マイクロスフェアが同じサイズの保管袋に袋詰めされた対照実験と比べて、袋詰めにおける凝集のリスクが低減することを表すものである。

実施例２−分配パイプを使用した膨張。
凝集度（分散性）は５段階評価でランク付けすることができて、１は非常に凝集しており、５は凝集塊がまったくない。

凝集度は、以下の方法を使用することにより検出した。膨張した熱可塑性マイクロスフェア生成物を、粘度０．９５〜１．５０Ｐａｓ（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ ｓｐ．３、１０ｒｐｍで測定される。）のＭｏｗｉｌｉｔｈ ＬＤＭ １８７１Ｓバインダー中に分散させ、５重量％の分散物を与える。ｐｌａｎｅｔ ｍｉｘｅｒ（５７．５ｍｍ）を１００ｒｐｍで５分間使用して、生じる分散物を均質化する。膨張した熱可塑性マイクロスフェアの均質化した分散物を、プラスチックシートに膜厚１８０μｍに塗布する。膜を１０分間乾燥させる。凝集塊の数を膜の１０×１０ｃｍの領域で分析した。

対照実験として、装置で、実施例１と同様の方法により、１００．５℃の温度の油で加熱した加熱ゾーン内で１２０ｋｇスラリー／時間の流量で、Ｅｘｐａｎｃｅｌ ４６１ＷＵ４０のさまざまなスラリーを膨張させた。異なる乾燥含有量の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを用いて４種類のスラリー濃度を評価した。膨張した熱可塑性マイクロスフェアを５０Ｌプラスチック袋内に製造した。一定の直径の出口パイプを使用し、分配パイプは出口パイプに取り付けなかった。

生じた凝集塊を膜の１０×１０ｃｍの領域で分析し、結果を表１に示した。

本発明による実験の通り、装置で、対照実験と同様の方法により、１００．５℃の温度の油で加熱した加熱ゾーン内で１２０ｋｇスラリー／時間の流量で、Ｅｘｐａｎｃｅｌ ４６１ＷＵ４０のさまざまなスラリーを膨張させた。異なる乾燥含有量の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを用いて４種類のスラリー濃度を評価した。膨張した熱可塑性マイクロスフェアを５０Ｌプラスチック袋内に製造した。分配パイプの入口に、圧縮空気（５．３ｂａｒ）の冷却媒体を施した。

生じた凝集塊を膜の１０×１０ｃｍの領域で分析し、結果を表２に示した。

見て分かる通り、分散性は、密度がより高いときでさえも著しく改善されている。本発明による実施例から明らかなことは、より低い乾燥含有量を有することにより、分散性が改善され、膨張が優れている（より低密度）ということである。膨張するマイクロスフェアを出口パイプからの出口で空気により直ちに冷却することにより、膨張が防止される。冷却媒体が適用されないときと比べて、より高い密度が得られる。

分配パイプと装置と空気の冷却媒体とを組み合わせるとき、膨張した熱可塑性マイクロスフェアは、はるかに低い凝集度で製造される。

実施例３−増加する直径を備える出口パイプ及び分配パイプ
１０％の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの乾燥含有量を有するスラリーを用いて、実験２と同様に実験を実施した。

対照実験として、７．８ｍｍの一定の内径を有する出口パイプを分配パイプと共に使用し、５．３ｂａｒの圧縮空気の冷却媒体を、入口を介して適用した。

別の実験では、出口パイプを、内径が７．８ｍｍから１６．０ｍｍに太くなるものに置き換えた。分配パイプ及び５．３ｂａｒの圧縮空気の冷却媒体を、入口を介して適用した。

生じた凝集塊を膜の１０×１０ｃｍの領域で分析し、結果を表３に示した。

表３は、上の行に；空気で冷却する前の一定のパイプ径を、下の行に；空気で冷却する前の増加するパイプ径を示す。

結果は明らかに、より太い出口パイプでは、はるかに低密度且つ、より低い凝集度で熱可塑性マイクロスフェアが製造されることを示す。

Claims (17)

1. 熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための装置であって：
   −最低４ｂａｒの圧力に耐えることができる、入口パイプ（１０）及び出口パイプ（８）を有する加熱ゾーン（４）と、
   −熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを前記加熱ゾーン（４）内に供給し、前記加熱ゾーン（４）内に最低４ｂａｒの圧力を発生させることができるポンプ（１）と；
   −前記加熱ゾーン（４）内の前記熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを最低６０℃の温度まで、いかなる液体伝熱媒体との前記スラリーの直接接触もなく加熱するための手段とを備え；及び
   −前記出口パイプ（８）が、分配パイプ（１２）に、前記分配パイプ（１２）の入口（１３）と出口（１４）との間で取り付けられている、前記装置。
2. 前記出口パイプ（８）が、一定の内径を有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記出口パイプ（８）の開口部への端部が、内径において、前記出口パイプ（８）の内径の少なくとも２倍まで増加するように、前記出口パイプ（８）が内径において増加する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記分配パイプ（１２）が、少なくとも１つの混合／分離要素（１５）を内部に備え、又はこれらの組み合わせを、前記出口パイプ（８）の前記分配パイプ（１２）との取り付けの下流に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つの混合／分離要素（１５）が、回転ミキサー、スタティックミキサー、回転ナイフ、流れ分割ユニット又はふるいから選択される、請求項３に記載の装置。
6. 前記スラリーを加熱するための前記手段が、少なくとも１つの電気加熱要素、熱交換器又は電磁放射源である、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記ポンプ（１）と前記加熱ゾーン（４）との間に位置するパルセーションダンパー（２）をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを膨張させるための方法であって：
   −熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを加熱ゾーン（４）内に供給する工程と、
   −前記加熱ゾーン（４）内の前記熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーを最低６０℃の温度まで加熱し、及び最低４ｂａｒの圧力を発生させる工程であって、前記加熱が、いかなる液体伝熱媒体との前記スラリーのいかなる直接接触もなく実現される工程と、
   −前記熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアが完全に膨張しないように、前記加熱ゾーン（４）内の前記圧力を維持する工程と；及び
   −前記分配パイプ（１２）に、前記分配パイプ（１２）の入口（１３）と出口（１４）との間で取り付けられている出口パイプ（８）を通じて、次いで、分配パイプ（１２）を通じて、前記加熱ゾーン（４）からさらに低圧のゾーン内に前記スラリーを回収して、前記熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアを完全に膨張させる工程とを含む、方法。
9. 前記出口パイプ（８）が、一定の内径で使用される、請求項８に記載の方法。
10. 前記出口パイプ（８）の開口部への端部が、内径において、前記出口パイプ（８）の内径の少なくとも２倍まで増加するように、内径において増加する前記出口パイプ（８）が使用される、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記分配パイプ（１２）が、少なくとも１つの混合／分離要素（１５）を内部に備え、又はこれらの組み合わせを、前記出口パイプ（８）の前記分配パイプ（１２）との取り付けの下流に備える、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記入口（１３）を介して冷却媒体を加える工程をさらに含み、
    前記冷却媒体が、空気、水、窒素ガス、チョーク粒子、炭酸カルシウム粒子、シリカ粒子、粘土粒子及びＴｉＯ_２粒子から選択される、気体、液体又は微粒子あるいはこれらの任意の組み合わせのいずれか１つである、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記加熱ゾーン（４）内の前記圧力が、４〜５０ｂａｒの間に維持される、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 膨張性マイクロスフェアのスラリーが、前記加熱ゾーン内で最低６０〜２５０℃の温度まで加熱される、請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリー中の熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアの含有量が、５〜５０重量％の間である、請求項８から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリー中の担体液体が、水性液体又は油性液体である、請求項８から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記熱膨張性熱可塑性マイクロスフェアのスラリーの加熱が、電気加熱要素、熱交換器又は電磁放射源のうちの少なくとも１つによって行われる、請求項８から１６のいずれか一項に記載の方法。