JP2018505950A - 熱可塑性ポリウレタンをベースとするフォームの製造方法 - Google Patents

熱可塑性ポリウレタンをベースとするフォームの製造方法 Download PDF

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Abstract

発泡熱可塑性ポリウレタン粒子の製造方法であってａ）第１の押出機Ｅ１中で、熱可塑性ポリウレタンを溶融する工程と、ｂ）第２の押出機Ｅ２中に、ガス状発泡剤を注入する工程と、ｃ）第３の押出機Ｅ３中で、前記熱可塑性ポリウレタンの溶融物を前記ガス状発泡剤に均一に含浸させる工程と、ｄ）ダイプレートを介して、前記含浸させた熱可塑性ポリウレタンを押し出し、温度及び圧力条件下で水中造粒装置で前記溶融物を顆粒化して、発泡熱可塑性ポリウレタン粒子を形成する工程とを含む。

Description

本発明は、発泡剤を含むポリマー溶融物（melt）から発泡ペレットを製造する方法に関する。熱可塑性ポリマー、特に熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）の発泡ペレットは、弾性及びトライボロジー特性を有しており、したがって、広範囲の用途に有用である。熱可塑性ポリウレタンの発泡ペレットにおける用途の例には、再使用可能な体操マット、ボディプロテクター、自動車建造物のトリム要素、音及び振動の吸収材、包装又は靴底が含まれる。ペレットの高い弾力性と良好な均質性は、全てこれらの部門にとって決定的に重要である。
ＷＯ ２００７／０８２８３８には、発泡剤を含む発泡熱可塑性ポリウレタンの製造方法が開示されている。該方法の第１の工程は、熱可塑性ポリウレタンをペレットに押し出す工程を含む。ペレットを、第２の工程において圧力下で水性懸濁液中の発泡剤に含浸させ、第３の工程において発泡させる。該方法のさらなる実施態様において、押出機中で熱可塑性ポリウレタンを発泡剤と共に溶融し、発泡を防ぐために装置を使用しないで溶融物をペレット化する。製造において、押し出しによって、揮発性有機化合物を発泡剤として使用する。
ＷＯ ２０１３／１５３１９０には、推進薬（propellant）含有のポリマー溶融物から発泡顆粒を製造する方法に関し、該方法が：ａ）１５０℃〜２８０℃の温度に制御される多孔板を介して、推進薬含有のポリマー溶融物を造粒チャンバ内に押し込む工程と；ｂ）カッター装置を用いて、温度制御された多孔板を介して押し込まれたポリマー溶融物を粉砕する工程と；ｃ）流体流を用いて、造粒チャンバから顆粒を排出する工程とを含み、ここで、推進薬がＣＯ２、又はＮ２、又はＣＯ２とＮ２の組み合わせを含有し、１０℃〜６０℃の温度に制御され、かつ大気圧より０．７バール〜２０バールの高い圧力を有する流体を生じて造粒チャンバを通して流し、前記造粒チャンバ内の流体の圧力及び温度も、多孔板の温度も、閉曲面（closed skin）を有する発泡顆粒を作るように含有する推進薬により、圧力下で流れ中で顆粒を発泡するように選択される。
発泡熱可塑性ポリウレタン粒子（Ｅ−ＴＰＵ）を製造する押出機を１つだけ使用する場合、密度、外層の厚さ、及び独立したセル比などの生成物の所望の特性を達成するために、温度、圧力、回転速度などの全ての処理パラメータを制御することが時に困難である。製造プロセスにおける保持時間及び回転速度の変動は制限されている。
ＷＯ ２００７／０８２８３８ ＷＯ ２０１３／１５３１９０
本発明は、上記の問題を解決し、発泡熱可塑性ポリウレタン粒子を製造するための正確で適応性のある方法を提供することを目的とした。
前記問題は、
ａ）第１の押出機Ｅ１中で、熱可塑性ポリウレタンを溶融する工程と、
ｂ）第２の押出機Ｅ２中に、ガス状発泡剤を注入する工程と、
ｃ）第３の押出機Ｅ３中で、前記熱可塑性ポリウレタンの溶融物を前記ガス状発泡剤に均一に含浸させる工程と、
ｄ）ダイプレートを介して、前記含浸させた熱可塑性ポリウレタンを押し出し、温度及び圧力条件下で水中造粒装置で前記溶融物を顆粒化して、発泡熱可塑性ポリウレタン粒子を形成する工程と
を含む発泡熱可塑性ポリウレタン粒子の製造方法により解決された。
工程ａ）において、熱可塑性ポリウレタンは、第１の押出機Ｅ１（好ましくは、一軸押出機）中で溶融される。ガスドージング（Gas dosing）に好適な粘度を得て第２の押出機Ｅ２に容易に供給するために、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）の溶融粘度は、温度、圧力及び回転速度などのパラメータを調整することにより一定の範囲に制御される。ＴＰＵを溶融するために押出機Ｅ１のみを使用することにより、硬度及び分子量に依存しない広範囲のＴＰＵを選択することができるようになる。
熱可塑性ポリウレタンは、当業者に公知の任意の所望の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）であってもよい。熱可塑性ポリウレタン及びそれらの製造方法は、例えばＧｅｒｈａｒｄ Ｗ. Ｂｅｃｋｅｒ及びＤｉｅｔｒｉｃｈ Ｂｒａｕｎ、Ｋｕｎｓｔ−ｓｔｏｆｆｈａｎｄｂｕｃｈ、第７巻、“Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ”、Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ、Ｍｕｎｉｃｈ、Ｖｉｅｎｎａ、１９９３年に広範囲に記載されている。
工程ｂ）において、ガス状発泡剤は、第２の押出機Ｅ２（好ましくは、二軸押出機）中に注入される。好ましくは、ＣＯ２及び／又はＮ２、及びより好ましくはＣＯ２とＮ２の組み合わせは、ガス状発泡剤として使用される。ポリマー溶融物に共発泡剤（co-blowing agent）をさらに添加することができる。有用な共発泡剤には、アルカン、例えばエタン、プロパン、ブタン、ペンタン、アルコール、例えばエタノール、イソプロパノール、ハロゲン化炭化水素、又はＣＦＣｓ、又はそれらの混合物を含む。単なるＣＯ２及び／又はＮ２、及びそれらの組み合わせは、製造中に潜在的な爆発性雰囲気を起こらないような、不燃性の不活性ガスであるので、その使用は特に有利である。ガス状発泡剤を注入するために別個の押出機Ｅ２を使用することにより、ガス状発泡剤の注入時間を延長することができるようになる。
工程ｃ）を行わない場合、従って、ガス状発泡剤は、第２の押出機のパラメータを制御することにより適切に分散されなければならず、第２の押出機Ｅ２の後半では、スクリュー形状を調整し、温度を制御することにより冷却を行わなければならない。
３つの押出機Ｅ１、Ｅ２及びＥ３は直列に接続され、好ましくは、押出機Ｅ１は押出機Ｅ２と直接に接続され、押出機Ｅ２は押出機Ｅ３と直接に接続される。最も好ましくは、押出機Ｅ１及び押出機Ｅ３には一軸押出機を使用し、押出機Ｅ２には二軸押出機を使用する。
熱可塑性ポリウレタンの溶融物をガス状発泡剤に均一に含浸させる工程は、第３の押出機Ｅ３中で行われる。特別な形状のスクリューに冷却ユニットを備える第３の押出機Ｅ３のパラメータを制御することによる低回転及び低剪断速度によりＴＰＵを安定化及び冷却することは、目的とするセルサイズ、重力、外層の厚さ及び独立したセル比（independent sell ratio）を得ることができる。
工程ｄ）は、ダイプレートを介して、前記含浸させた熱可塑性ポリウレタンを押し出し、温度及び圧力条件下で水中造粒装置で前記溶融物を顆粒化して、発泡熱可塑性ポリウレタン粒子（Ｅ−ＴＰＵ）を形成する工程である。
好ましくは、工程ｄ）で形成した発泡熱可塑性ポリウレタン粒子のかさ密度は、３０〜２５０ｋｇ／ｍ３、好ましくは１００〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲にある。
発泡熱可塑性ポリウレタン粒子の所望のかさ密度を達成するために、好ましくは、水中造粒装置における水は、１〜２０バールの圧力、及び１０〜５０℃の温度を有する。
原料：
Ｅｌａｓｔｏｌｌａｎ １１８０Ａ（ＢＡＳＦ ＳＥ製ＴＰＵ）
Ｅｌａｓｔｏｌｌａｎ １１９６Ａ（ＢＡＳＦ Ｊａｐａ製ＴＰＵ）
Ｅｌａｓｔｏｌｌａｎ ＥＴ８８０（ＢＡＳＦ Ｊａｐａｎ製ＴＰＵ）
Ｅｌａｓｔｏｌｌａｎ ＳＰ９３２４（ＢＡＳＦ ＳＥ製ＴＰＵ）
架橋剤ポリエーテルポリオール−ＭＤＩをベースとするプレポリマー
ＴＰＵを形成するバインダー
Ｅｌａｓｔａｎ（登録商標）Ｃ８００８ Ｃ−Ｂ：１５％／ＭＣＰ
以下の機械の設置を実施例１〜１２に使用する：
３つの異なるタイプの押出機を接続し、以下の装置を
１．第１の押出機に乾燥器、
２．第２の押出機にガスドージングシステム、
３．第３の押出機に水中ペレット化システム、
それぞれ、取り付けている。
第１の押出機中で、ＴＰＵを溶融した。使用したＴＰＵのグレードにより、温度条件を調整した。注入ポンプを用いて、窒素及び／又は二酸化炭素を第２の押出機（４６ｍｍφの二軸押出機）中に注入した。
Figure 2018505950
制御した条件
回転速度：４７ｒｐｍ
出口圧力：７．５ＭＰａ
発泡剤：
Ｎ２：圧力８ＭＰａ（ＴＰＵに対して０．４〜０．５％）
ＣＯ２：圧力４ＭＰａ（ＴＰＵに対して１．１〜１．４％）。
溶融したＴＰＵ中でガスを拡散させるために、第３の押出機（冷却可能の四条ねじスクリューを備える６５ｍｍφの一軸押出機）を使用した。
Figure 2018505950
制御した条件
回転速度：２４ｒｐｍ
入口圧力：８ＭＰａ
ダイ圧力：９ＭＰａ。
水中造粒：
Figure 2018505950
以下の機械の設置を実施例１３〜１５に使用する：
比較例には、ＴＰＵの溶融、ガスドージング及びガスの拡散を実施する1つの押出機のみを使用した。
Figure 2018505950
水中造粒：
Figure 2018505950
成形条件：
ＴＰＵバインダーＥｌａｓｔａｎ Ｃ８００８を用いて、実施例１〜１５からのＴＰＵ発泡粒子を成形し、８０℃で３０分圧力を掛けた。成形品の物理的特性を表１にまとめる。
測定：
ＪＩＳ Ｋ ６７６７に従って、成形品の密度及び圧縮強度を決定した。
ＪＩＳ Ｋ ６４００に従って、引張強度及び破断点伸びを決定した。
ＪＩＳ Ｋ ７３１１に従って、引裂強度及び反発弾性を決定した。
圧縮永久ひずみを決定した。
Figure 2018505950

Claims (5)

  1. 発泡熱可塑性ポリウレタン粒子の製造方法であって、
    ａ）第１の押出機Ｅ１中で、熱可塑性ポリウレタンを溶融する工程と、
    ｂ）第２の押出機Ｅ２中に、ガス状発泡剤を注入する工程と、
    ｃ）第３の押出機Ｅ３中で、前記熱可塑性ポリウレタンの溶融物を前記ガス状発泡剤に均一に含浸させる工程と、
    ｄ）ダイプレートを介して、前記含浸させた熱可塑性ポリウレタンを押し出し、温度及び圧力条件下で水中造粒装置で前記溶融物を顆粒化して、発泡熱可塑性ポリウレタン粒子を形成する工程と
    を含む、方法。
  2. 工程ｄ）で形成される、前記発泡熱可塑性ポリウレタン粒子のかさ密度が３０〜２５０ｋｇ／ｍ３の範囲にある、請求項１に記載の方法。
  3. ＣＯ２、Ｎ２、又はＣＯ２とＮ２の組み合わせを、ガス状発泡剤として使用する、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 一軸押出機を押出機Ｅ１及び押出機Ｅ３として使用し、二軸押出機を押出機Ｅ２として使用する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記水中造粒装置における水が、１〜２０バールの圧力、及び１０〜５０℃の温度を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
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