JP3140463B2

JP3140463B2 - 微小球体の乾燥方法

Info

Publication number: JP3140463B2
Application number: JP05500247A
Authority: JP
Inventors: メルバー，ジョージ，イー．
Original assignee: ピアスアンドスティーブンスコーポレイション
Priority date: 1991-05-24
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: CA2109728A1; EP0586541A1; AU658430B2; EP0586541A4; AU2142192A; JPH06509125A; KR100216886B1; WO1992020465A1

Description

【発明の詳細な説明】 I.発明の背景 A.序文本発明は、熱可塑性樹脂微小球体（microspheres）の
乾燥及び任意の発泡に関する。

本出願は、1990年３月８日に出願した本出願人の継続
中の米国特許出願第07/490,332号の部分継続出願であ
り、35 U.S.C.120の規定に基づいてその利益をここに請
求する。

微小球体は、熱活性発泡剤を含有する熱発泡性熱可塑
性重合体の中空球体である。このような物質、その製造
方法、微小球体の物性及び使用に関する多くの情報は、
既にドナルド・エス・モアハウスに付与された米国特許
第3,615,972号に全て記載されている。このような物質
及び使用に関しては、他にも例えば、米国特許第3,864,
181号、第4,006,273号及び第4,044,176号に教示されて
いる。

上記モアハウス特許の教示によると、微小球体は、加
圧下で限定された凝集方法により水性系中で製造され、
得られた生成物は、未発泡微小球体ビーズと湿潤剤と水
とから成る「湿潤ケーキ」である。この湿潤ケーキの固
体含有率は、典型的には約40乃至75重量パーセントであ
り、このビーズ生成に湿潤剤を用いる理由は、その表面
を湿らせるためである。微小球体の多くの重要な使用で
は、水の除去が要求される。

通常は使用前にビーズを発泡させる。未発泡形態にお
いて、乾燥した微小球体は典型的には約1.1g/cm³の変位
密度を有している。乾燥した発泡した微小球体は、典型
的には約0.06g/cm³未満の変位密度を有し、種々のポリ
マーマトリックスにおいてシンタクチックフォームの製
造に非常に有用である。今や、自由流動発泡微小球体
は、このような使用及びその他の使用のための商業的評
価及び市場の要求を達成している。

B.従来技術従来、発泡した微小球体を湿潤ケーキから製造する方
法は殆ど知られていなかった。

発泡した微小球体を製造する従来の技術は、生成物に
湿気が残っているか、或は、発泡ビーズが相当量の凝集
物と限定された発泡度を伴った乾燥形態で製造されると
いう２点のうちの少なくとも一つで制限されている。こ
のような工程で達成される凝集の「許容できる」レベル
は、生成物の約３乃至10％の範囲である。

米国特許第4,397,799号において、予備発泡した乾燥
低密度微小球体は噴霧乾燥により製造される。この噴霧
乾燥はいくつかの欠点を有する。第一の最も重要な点
は、専用の噴霧乾燥設備を選ぶことが要求され、かなり
の資本投下と、特に技術を要する労働及び乾燥している
液体を加熱する設備のコストのために非常に大きな運転
資金とを必要とすることである。また、生成物は、加熱
された移動する液体の流れに乗って生産され、相当の収
集、回収及び取扱いが要求される。加えて、設備の大き
さと値段故に、使用間際に発泡生成物を製造することは
一般的に実現不可能であり、噴霧乾燥方式は経費のかさ
む大量輸送に大きく任されている。噴霧乾燥は不活性雰
囲気下で行なわれるという要求も無視できない。なぜな
ら、微小球体に含有させた通常の発泡剤は一般的に引火
性で、しばしば爆発性を有するからである。通常の工程
では噴霧乾燥流体として窒素を用いており、これは必要
であるが、系の安全性のために非常に高価な負担となっ
ている。また、この系からの発泡ビーズの回収も要求さ
れる。これは、生成物損失を避けるためばかりでなく、
結果的に生ずる労働環境及び大気の粉塵公害の故でもあ
る。加えて、噴霧乾燥技術では、約0.32g/cm³よりも少
なくなく、約0.40g/cm³まで、典型的には約0.36g/cm³の
発泡密度に発泡させるのに適しているという経験が示さ
れている。より低い密度での試行は、生成物の約10％以
上という許容できないレベルの凝集と、同様に受け入れ
られない過剰発泡及びそれに伴うビーズ構造の破裂によ
る生成物損失とをもたらす結果となっている。

微小球体ビーズの発泡は米国特許第4,513,106号の方
法で湿潤ケーキを蒸気流の中に導入し、次いで冷水で急
冷することにより達成できる。これにより微小球体の予
備発泡物が生成されるが、この生成物はまだ水で湿潤し
ていて、固体含有量が低い。固体含有量が15パーセント
という生成物も時々得られるが、典型的な生成物の固体
含有量はしばしば約３乃至５パーセントである。この水
分が、この方法を適用できる応用範囲を限定している。

本発明者の先行米国特許第4,722,943号において、そ
の開示はここに参照することで収録されているが、本発
明者は、湿潤ケーキを一貫操作で加工助剤と混合し乾燥
し発泡させる方法を開示した。その発明において、加工
助剤は、熱結合、すなわち微小球体の表面がそのガラス
転移温度、T_gより高い温度に加熱され、ポリマーがその
加工助剤と結合する高温溶融接着剤として働くことによ
り、微小球体の表面と密着し、その中に埋め込まれる。
このような操作に必要な装置は全く相当なものであり、
工程は制御が難しく、生成物の品質と均一性を維持する
ことが困難である。注意深く制御すれば、生成物の凝集
の程度は、従来「許容可能」と考えられている限界であ
る３乃至10％の範囲内にある。本発明者の先行特許の工
程は、許容可能な製品の品質を達成するための投下資本
と運転資金の低減を達成したが、更に経費を節減し品質
と生産性を更に向上することが望ましい。また、微小球
体の発泡の程度をもっと大きくし、この方法が依存して
いる接着性表面遮断液体又はこのような液体と固体との
混合物の使用割合をもっと低くすることが望ましい。経
験によれば微小球体が混合物の30重量％より多いとき
は、微小球体ビーズの割合の増加に伴い、凝集を許容可
能なレベルに回避することが難しくなってくることがわ
かった。このことは、表面遮断液体又はこのような液体
と固体との混合物の最低割合と複合材料の最低密度を有
する生成物が主要な用途でより望ましい製品である故
に、深刻な問題である。

関連米国出願第07/490,332号において、その開示はこ
こに参照することで収録されているが、本発明者は，熱
可塑性樹脂微小球体の乾燥及び発泡技術を開示し特許請
求した。本出願は、前記出願に開示した乾燥及び発泡操
作の更なる発展に関し、ここにおいて表面遮断被覆物
は、今や、全体又は必須部分において乾燥温度で液体物
質である。

C.発明の目的本発明の一つの目的は、熱可塑性樹脂微小球体の連続
乾燥方法、すなわち、熱可塑性樹脂微小球体から水を除
去する方法を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、実質的に凝集物（agglom
erates）及び水を含まない微小球体ビーズの製造方法を
提供することである。

更なる目的は、湿潤ケーキから連続的に乾燥した、及
び任意に、発泡した微小球体を提供することである。

投資及び運転において合理的に高価でなく、その生成
物の使用の面でも経済的な利用価値のある水準にあり、
しかも適度な労働と設備コストで操作できる方法によ
り、乾燥した、水分を含まない、任意に、発泡した微小
球体を提供することも本発明の目的である。

本発明の目的は、並外れた独特の性質及び特徴を有す
る自由流動性で任意に発泡した微小球体を提供すること
である。

II.発明の概要本発明において、乾燥微小球体を表面遮断液体又はこ
のような液体と固体材料との混合物からなる粘着性（ad
herent）被覆材と共に、密度が0.015乃至0.020g/cm³と
いう低密度及び生成物中の凝集物（agglomerates）の割
合が、一般に、生成物の１％未満、しばしば0.1％未満
にまで減少できる方法により乾燥し、任意に発泡する。

本発明の方法は、先ず、乾燥微小球体を表面遮断液体
又はこのような液体と固体材料との混合物と混ぜ合わ
せ、次に、微小球体を乾燥して水を除去し、表面遮断液
体又はこのような液体と固体材料との混合物をあとに残
して微小球体の表面の被覆するという逐次的又は同時発
生的工程を基礎としている。微小球体の逐次的又は同時
発生的発泡は容易になる。

表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混合
物を用いることの利点の発見は、表面遮断液体又はこの
ような液体と固体材料との混合物の最も低いレベルにお
いてさえ、生成物の高品質を保ちながら素晴らしい物
性、特に凝集（agglomeration）の減少という結果をも
たらす。凝集は発泡工程において如何なる実質的な程度
にも発生しない。表面遮断液体又はこのような液体と固
体材料成分との混合物の割合を制御することにより、発
泡微小球体生成物を自由流動性粉体、圧縮粉体、密着し
た流動可能な集合体にすることができる。

III.図面の要約図１は、乾燥後の本発明の微小球体の概要的説明図で
あり、表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との
混合物の薄膜がその表面に付着した微小球体を示してい
る。

図２は、以下の実施例１に記載されるように、本発明
の乾燥工程を示す概要的フローダイアグラムである。

IV.詳細な説明発泡した微小球体の最も一般的な用途は、ポリマーバ
インダー系の中にシンタクチックフォーム形成における
成分としてブレンドすることである。例外的な超低密度
特性は、このような物質の質量と体積の関係が考慮され
るような用途で著しい変化をもたらした。一般的経験則
として、１重量％の発泡微小球体を添加すると、典型的
な系において約20容量％の置換となる。

微小球体の特性は、それらの乾燥と予備発泡に関する
多くの研究を妨害してきた。激しい凝集（agglomeratio
n）と装置の暖かい表面への物質の付着が、深刻な配慮
からこのような手順に対する殆どの研究を妨げてきた。
蒸気中での湿潤発泡は水性系が望まれない用途を除外
し、噴霧乾燥工程は余りに費用がかかり、生成物は過剰
になり易く、極端に困難な粉塵問題、及び相当の凝集と
ビーズの限定された発泡、これらの要素が主要な市場の
効果的発展を制限していた。

従来、凝集物（agglomerates）の発生は微小球体の発
泡の必然の結果と考えられていた。本発明者の上記先行
特許の手順によってさえも、発泡ビーズの約３乃至10パ
ーセント程度の凝集物を許容する必要があると考えら
れ、いくつかの条件では更に高い程度が普通である。し
かしながら、本発明者は今や、凝集物の発生の主な原因
となる要素が、湿潤ケーキの特性と従来用いられていた
発泡及び湿潤工程の欠点に見出されるべきであることが
分かった。本発明者は凝集を減少させるため、発泡に先
立ってビーズの完全な分離を確実にするために湿潤ケー
キに作業工程中相当なレベルの混合をしなければならな
いことを知った。

表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混合
物との相当な混合が重要であるという本発明者の発見
は、発泡に先立って混合が十分になされることを意味
し、本発明において達成されるその他の発見と相当の利
益を導く。これらは以下で詳細に説明するが、要約すれ
ば次のとおりである。

1.従来達成された最も低密度に発泡することが液体を基
礎とする系において可能となった。この微小球体の密度
は、0.03g/cm³未満、多くの場合0.02乃至0.015g/cm³と
なり得る。

2.生成物中に凝集物（agglomerates）を生じさせること
なしに、表面遮断液体又はこのような液体と固体材料と
の混合物の低割合を用いることができる。

3.ビーズ発泡の精密制御が達成され、その結果、発泡不
足、過剰発泡及び破壊ビーズの割合が低下する。

4.プロセス制御の条件が簡単になり、設備の要求条件も
厳しくなく、生成物の品質、均一性及び生産性をより高
レベルに達成しながら、安価な設備で単純な制御条件で
操作することができる。

5.凝集物（agglomerates）の量が一貫して生成物の１％
未満、多くの場合0.1％未満に保たれるので、生成物か
ら凝集物を分離するための後発泡加工を除くことができ
る。

6.過剰発泡ビーズ、破壊ビーズ、及びビーズ破片が非常
に低レベルなのでポリマー断片や他の高密度部分を分離
するための後発泡加工を除くことができる。

7.液体表面遮断被覆材は、逐次的又は同時発生的配合操
作を容易にするので、配合処理に微小球体成分を混合し
て微小球体の均質分散液とすることがより速く、より簡
単に、より確実に達成できる。

8.液体と固体粒子の両方のブレンドが表面遮断被覆材と
して用いられるときは、独特な組合わせの物性を提供す
ることができる。

9.表面遮断液体が、次に配合される配合処方中で反応性
であるときは、最終生成物の物性、特に衝撃強度及び引
裂強度がしばしば相当に高められる。

10.上記全ての総合効果として、実質的に生成物の品質
を高めながら製造コストを減少し、且つ従来得られたよ
りも広い範囲の生成物を得ることができる。

表面遮断液体を驚くほど少ない重量比で用いることが
でき、これで乾燥中に及び発泡の際に微小球体の凝集
（agglomeration）を防ぎ、更にこのような物質は発泡
生成物の粉塵化を積極的に且つ効果的に抑制することが
観察された。この特徴と観察の結果は、初めに微小球体
を、表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混
合物と、ビーズ表面が完全に濡れるまで混合し、続いて
制御された乾燥をして生成物を回収することによる微小
球体の効果的発泡の発展を導いた。微小球体は、所望の
独立気泡状態に留まると共に、望ましくない凝集物（ag
glomerates）は実質的に含有していない。逐次的又は同
時発生的発泡は、この技術分野における従来の努力によ
り確立された限界よりも高い限界まで行われる。すなわ
ち、0.03g/cm³未満、0.015乃至0.02g/cm³という低い微
小球体密度を達成する。

本発明では、この微小球体の殆どの用途に関して、多
くの場合、体積を考慮することが特に重要であり、重量
基準では全く相当の割合であっても、体積基準では無視
できるか或は非常に些細な成分であることが重要であ
る。例えば、表面遮断液体としてDINP（di−isononylph
thalate）を用いたとき、DINPの量を変化させることに
よる乾燥した発泡微小球体の体積と重量の関係は、第１
表に示す通りである。

第１表の関係が示すように、DINPの重量比を非常に大
きくしても、発泡生成物の体積の変化は僅かである。特
に、この微小球体の用途に関係する多くのポリマー系の
中に、至極普通の可塑剤などとしてこれらの物質を見出
すことが可能なので、本発明における表面遮断液体とし
てこのような物質を用いることは通常好ましい。多くの
場合、表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との
混合物は互いに混合し又は組合わせて用いることが有利
である。

発泡微小球体の殆どの用途において、このような物質
は、いずれの場合も最終使用者によって企画される調合
の構成成分となっている。そして、このような成分を処
方に加えた場合には、微小球体と共に含まれる増加分を
埋め合わす為に、相当量の調整をすることが単に必要で
ある。幅広く様々なこのような物質は、本発明の機能的
要求を満たし、殆ど全ての環境で企画された最終用途の
処方要求に適合した、表面遮断液体又はこのような液体
と固体材料との混合物を見出すことができる。

適当なレベルのこのような表面遮断液体により、微小
球体が凝集したり乾燥機や発泡機の加熱された表面へ付
着したりする傾向を効果的に除去し、また、最終発泡生
成物の粉塵化も、効果的に除去されないとしても実質的
に減少できる。

難燃性表面遮断液体、又は、この混合物の操作及び作
業特性の条件下で難燃性である物質を選択することによ
り、実質的な火災や爆発の危険を導くことなく、不活性
雰囲気にする必要がない温度で、効果的な逐次適又は同
時発生的発泡ができる装置を用いることが可能となっ
た。このことは、製造経費の大幅な減少、及びシステム
の安全性を真に実現することを意味する。本発明により
製造されたビーズは通常粉立ち（ダスチング）が無く、
粉立ちに関連する危険を抑制するための不活性雰囲気又
は他の加工設備を必要としない。

通常、可能なときはいつでも易燃性物質を避ける方が
好ましいが、相応の安全予防措置が用いられているなら
ば、勿論、必要なときは、易燃性物質を表面遮断液体又
はこのような液体と固体材料との混合物として用いても
よい。

当業者は既に気付いているように、本発明の方法及び
本発明で製造された生成物を支配する相当数のパラメー
タがある。それらの重要パラメータは、以下で本発明に
関連して順次説明される。

微小球体は、一般に湿潤ケーキとして入手できる。そ
の湿潤ケーキは、典型的には約40％の水、約60％の未発
泡微小球体ビーズ、及び上記モアハウス特許の方法によ
るビーズの製造に用いられた微量の物質すなわち湿潤剤
から成る。

最も速やかに入手できる微小球体は、ニューヨーク州
14240−1092、バッファロー、ピー・オー・ボックス109
2、オハイオ・ストリート710のピアス・アンド・スティ
ーブンス社（Pierce ＆ Stevens Corporation）から入
手できる物でり、それらは主として、発泡剤としてイソ
ブタンを含むポリ塩化ビニデン微小球体である。現在入
手できる微小球体の幾つかは、ビーズ重合において小割
合のコモノマーを含有している。上記の入手可能な物質
は、本発明において第一にその入手のし易さ及び適正価
格の点で好ましい。共重合体は、一般により高いTgと発
泡温度を有している。

上記モアハウス特許が示しているように、微小球体は
やや幅広い様々な熱可塑性ポリマーから製造され得る。
実際には、市販されている微小球体は、ポリ塩化ビニリ
デン、又は塩化ビニリデンとアクリロニトリルのランダ
ムコポリマー、又は塩化ビニリデンとアクリロニトリル
とジビニルベンゼンのランダムターポリマーにほぼ限定
される。ポリアクリロニトリル、ポリアルキルメタクリ
レート、ポリスチレン、又はポリ塩化ビニルのような他
の物質の微小球体も知られているが、これらの物質は広
く一般的には入手できない。本発明は微小球体を形成し
ているどんな熱可塑性樹脂にも応用できる。しかし、ポ
リ塩化ビニリデンを基礎物質とする微小球体が業界で最
も入手しやすいので、説明は主としてこれらの物質で行
なう。当業者は既に気づいているように、処理パラメー
タは異なるポリマー物質に用いるには調整を必要とす
る。

種々の発泡剤を微小球体中に用いることができる。市
販品はもっと範囲が限定され、多くの場合低級アルカン
類、特にプロパン、ブタン及びこれらの混合物から、そ
のポリ塩化ビニリデンポリマーに適するものが選ばれて
いる。上記モアハウス特許が明らかに述べているよう
に、発泡剤の選択は用いられる熱可塑性ポリマーの機能
であり、この議論に関して、市販の微小球体と共に通常
用いられている発泡剤に最大の関心が払われている。ポ
リ塩化ビニリデンの微小球体にはイソブタンを用いるこ
とが最も多い。

未発泡形態において、微小球体は種々のサイズに形成
され、市場で速やかに入手できるものは大抵２乃至20ミ
クロン、特に３乃至10ミクロンである。これらの物質
は、発泡すると大抵10乃至100マイクロメートルのビー
ズ直径を有する。更に広い範囲の大きさの微小球体を製
造することも可能であり、本発明はそれらにも同様に適
用できる。例えば、発泡前の微小球体は直径約0.1ミク
ロンほどに小さいものから約１ミリメートルほどに大き
いものまで製造できることが証明されている。このよう
な物質は通常は入手できない。

種々の形状も可能ではあるが、入手できる微小球体は
特性的に球状であり、中央の空洞のほぼ中心に位置して
発泡剤を含有している。

乾燥した未発泡微小球体は典型的には1g/cm³よりちょ
っと大きい、典型的には約1.1g/cm³の変位密度を有して
いる。

このような微小球体を発泡すると、それらは未発泡ビ
ーズの直径の５乃至10倍の直径に拡大され、乾燥してい
れば0.1以下、多くの場合、約0.03乃至0.06の変位密度
をもたらす。本発明では、0.015乃至0.020g/cm³のよう
な低い発泡密度を達成することが可能である。

微小球体は水性懸濁液中で製造されるので、この懸濁
液を破壊し脱水して固体含有量約60％の「湿潤ケーキ」
の形態で微小球体を供給するのが普通である。これによ
り、水性系の必要量より大きい積み出しを避ける。

湿潤ケーキの固体含有物は実質的に全て未発泡の微小
球体であるが、湿潤剤を含む懸濁成分も含有しているの
で、湿潤ケーキに残存する水を除去することは大変困難
である。

乾燥作業は、通常の高速・高剪断能力を有する接触型
間接熱交換撹拌乾燥機を使用して都合よく行われる。種
々のタイプの装置が利用できる。一般に、任意に減圧下
の作業を伴う良い温度条件、粉末物質と顆粒物質との良
い混合、高い剪断応力、及び、好ましくは蒸発した水の
凝縮を伴う除去及び回収のための要求条件がある。微小
球体の積極的冷却は、撹拌乾燥機そのものの中でも、付
属設備の中でも、任意に行なわれる。

本発明に関連してバッチ運転又は連続運転が可能な前
述の基準に合致する殆どいかなる規模の運転において
も、多種多様の撹拌乾燥機が使用できる。一般的に、連
続運転が好ましい。

本発明の表面遮断液体又はこのような液体と固体材料
との混合物は、意図した機能の条件に適う種々の物質の
いずれでもよい。表面遮断液体又はこのような液体と固
体材料との混合物は、乾燥作業の温度と圧力において自
由流動性を有する液体又はこのような液体と固体材料と
の混合物であり、微小球体、及び好ましくは系中の他の
成分、例えば湿潤ケーキ中の湿潤剤及びその関連成分と
は乾燥工程の温度又は圧力において化学的に反応せず、
発泡温度において発泡進行中の微小球体を分離してそれ
らが互いに接触せず結合しないように機能することが要
求される。

表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混合
物は、次の一般特性に合う１又は２以上の成分から選ば
れる。

表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混合
物は、微小球体の熱可塑性ポリマーの非溶媒でなければ
ならず、好ましくは微小球体のポリマーを膨潤してはな
らない。

その液体は微小球体の表面を自由に濡らさなければな
らない。

その液体は、用いられる混合、乾燥、取扱い、梱包あ
るいは保存の条件で重合したり、酸化したり、分解した
り、又は他の反応をしてはならない。しかしながら、そ
の液体−ビーズ複合材料（liquid−bead composite）が
配合されるその後の処方において化学的に反応するため
又は物理的に変換するために選ばれた物質であってもよ
い。

その液体は、水が実質的に蒸気圧を有する如何なる好
都合な温度で行なわれる乾燥工程の温度、好ましくは少
なくとも約100℃、好ましくはビーズ発泡の起こらない
温度、通常、微小球体ポリマーのTgより少なくとも20℃
低い温度の融点を有していなければならない。

もし、表面遮断液体が周囲温度より高い融点を持って
いるならば、被覆され乾燥された微小球体を、剪断応力
下に混合しながら冷却することは好ましく、顆粒状生成
物を生成する。

加えて、その液体は、乾燥工程及び逐次的又は同時発
生的発泡工程の温度より高い、好ましくは実質的に高
い、沸点を有していなければならない。

このような物質に要求される一般特性に合致する種々
の物質の中から、適切な表面遮断液体を選択すること
は、通常、本発明の手順及び生成物の意図する用途にお
ける多くの機能的要求の均衡をとる問題である。当業者
に助言する基準の中に次に示すものがある。

表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混合
物の第一の機能は、発泡中に微小球体が直接互いに及び
加工装置の表面と接触することを妨げ、それらが密着す
ることを防ぐことである。遮断被覆材は微小球体の表面
を濡らすことで、熱可塑性物質と、さもなければ接触す
るかもしれない他の如何なる物質との間のバリヤーを形
成する。

本発明が、特別な知られている最終用途のために実施
されているとき、表面遮断液体又はこのような液体と固
体材料との混合物の選択を用途の要求に合せることは、
通常、可能である。表面遮断液体又はこのような液体と
固体材料との混合物を、予定の用途における同一物質の
ための単位置換の一単位と考えることは一般的に望まし
い。当業者が既に認識しているように、表面遮断液体又
はこのような液体と固体材料との混合物が微小球体表面
に密着するとう事実は、それらの割合の調整を要求する
要素であるが、このような要件は通常実質的でなく又は
重大でない。

異なった物質の組合わせが表面遮断液体又はこのよう
な液体と固体材料との混合物として用いられるとき、事
実上如何なる設計処方の配合要件内にでも留めることは
可能である。

その表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との
混合物が粘着性（cohesiveness）を有するおかげで、複
合材料生成物は気流又は環境雰囲気に乗って運ばれる傾
向を大きく減少する。当業者が既に理解しているよう
に、粉立ち（ダスチング）傾向は、作業者への暴露の面
でも、火災及び爆発危険の面でも物質安全性を損なう原
因である。微小球体が実質的割合でアルカン発泡剤を含
んでいるので、雰囲気中にある大量のこれらの物質は、
状況によっては実質的問題である。これらの困難性及び
これらの解決のための努力と出費は本発明では共に減少
されるか除去されている。

その複合材料の増加した粘着性（cohesiveness）のお
かげで、発泡した乾燥微小球体を回収する際の加工装置
及びシステムへの要求は非常に平易になり、生成物ロス
は実質的に減少する。

微小球体はその複合材料生成物中でその液体に均質に
分散される。大抵の環境において、乾燥微小球体はその
表面遮断液体の融点が周囲温度より高い場合には比較的
乾燥した自由流動性顆粒状態になる。その表面遮断材が
周囲温度で液体であるときは、微小球体に対するその液
体の割合が比較的高い際には、粘着性の流動可能なフロ
ック様マス（mass）になる。表面遮断液体の割合が比較
的低い際には、そのマスは、特性においてやや顆粒様、
又は粉末様の緩く会合した「クランプ（clumps）」の状
態で比較的密着した（coherent）まま留まる。このよう
な「顆粒フロック（granular flocs）」は、固体取扱い
設備及び加工設備において湿潤粉末又は顆粒材料のよう
なその複合材料の取扱いを許し、更に分散液の配合利益
をもたらす。従って、複合材料のこれらの形状（状態）
は、一般に大抵の応用にとって好ましい。普通の割合
で、ここに記載するように、分散液のマスは用いられた
特定の液体に依存する粘度を示す。フロキュレイション
（flocculation）は、微小球体の凝集（agglomeratio
n）を伴わずに生じ、微小球体は個々に区別できるばら
ばらの状態で留まる。微小球体が逐次的に又は同時発生
的に発泡されても、前記の全ての特性は保たれている。

その表面遮断液体の凝集剤様作用（flocculant−like
action）によって与えられる密着性（coherence）のお
かげで、非常に低割合の表面遮断液体でさえ生成物の粉
立ち（ダスチング）を非常に低下させる。加えて、これ
らの同様の性質は固体粒子と比べて非常に低割合の表面
遮断材での微小球体の乾燥を可能にし、従前実施されて
いるよりも更に低密度における複合材料の効果的な製造
を可能にする。従って、この複合材料から造られるシン
タクチックフォームは、より低密度のためのポテンシャ
ルを有している。

その表面遮断液体は、微小球体の表面を濡らすが、そ
の複合材料（composite）がポリマー系などの中に配合
されるときには、その液体はしばしば系の中に溶け又は
分散する。そして、微小球体の表面はその表面遮断液体
よりもむしろ最終配合物で濡らされるので、最終配合物
は更に均質になる。例えば、シンタクチックフォームに
おいて、圧縮強度、圧縮永久歪、衝撃強度、幾つかの又
は全ての引張り物性は改良される。シンタクチックフォ
ーム生成物が接着剤であるとき、接着強度はかなり高め
られる。

これらの特性は、固体粒子が表面遮断液体と共に用い
られても失われない。本発明者の先の結果と異なり、こ
のような場合には固体粒子は微小球体の表面に結合せ
ず、配合処方において結合材マトリックスの中に分散す
るようになる。用いられるべき固体材料は、先に引用さ
れ、論じられ、ここに参照として取込まれている本発明
者の先の出願に記載のものである。

その表面遮断液体、及び任意に用いられる固体粒子の
選択は、その複合材料の最終用途に基ずくべきで、好ま
しくは、計画された配合物処方に含まれることが望まし
い成分である。その液体は好ましくは生成物の機能性成
分である。選ばれる液体物質は、例えば、可塑剤、界面
活性剤又は微小球体の表面を優先的に濡らす湿潤剤、増
量剤又は稀釈剤、（微小球体の溶媒ではなく）配合物の
成分のための溶媒、反応性モノマー、オリゴマー、プレ
ポリマー、又は低分子ポリマー、或はポリマー溶液又は
非水分散液であってもよい。他の同様な物質が通常この
ような配合処方に用いられる多くの物質の中から用いる
ことができる。

本発明の特徴は、固体材料の取扱い容易性と、液体の
配合及び混合容易性とが組合されたことである。結果と
して、微小球体成分が液体を混合する容易性を持って配
合物の中へ分散されるので、作業が非常に容易になる。

重合性又は架橋性液体を用いたときは、重合又は架橋
することにより、もう一つの他のポリマーで被覆された
個々に分離した微小球体を提供するという本発明の変形
が得られることになる。重合反応又は架橋反応は、微小
球体が発泡する条件で行なってもよいし、又は、もし望
むなら、微小球体が未発泡で留まる低温で行なってもよ
い。強い発熱は避けられるべきであり、微小球体の崩壊
をもたらす温度を避けるべく制御すべきである。このよ
うな選択をすることで、格別な耐溶媒性及び耐熱性を示
す微小球体生成物を製造することができる。このような
技術を用いるとき、通常、微小球体が反応によって互い
に結合せず個々に独立した形態を保つことを確実にする
ために、この液体の中に固体粒子を含めることは好まし
い。

このような重合反応又は架橋反応が用いられるとき
は、熱活性化又は触媒による付加重合又は縮合重合、あ
るいは架橋反応を用いることができ、また、その反応
は、空気雰囲気中で、不活性ガス雰囲気中で、溶媒又は
分散媒の存在下に、あるいは、界面反応で行なうことが
できる。界面縮合反応では、特に液−液、又は、気−液
反応が面白い。何故なら、これらのタイプの反応では、
微小球体を崩壊するかも知れない構成成分の影響から微
小球体を未だ保護しているうちに、反応体を大きな融通
性をもって選択できるからである。

本発明において、上記表面遮断液体又はこのような液
体と固体材料との混合物は、用いる装置への付着がな
く、微小球体の凝集物の形成なしに、微小球体の発泡が
できるのに十分な量で用いられる。この量は用いる特別
な装置及び特別な加工条件により変化するが、表面遮断
液体又はこのような液体と固体材料との混合物は、殆ど
の場合、乾燥重量基準で遮断液体又はこのような液体と
固体材料との混合物と微小球体の混合物の約５乃至97重
量パーセントの範囲で用いられる。一般則に従って、大
抵の状況において、用いられる量は、遮断液体又はこの
ような液体と固体材料との混合物の規定された機能を確
実に不変に達成できる最小量である。遮断液体又はこの
ような液体と固体材料との混合物は、ブレンドの90重量
パーセント未満、好ましくは80重量パーセント未満の量
で用いられることが一般に好ましい。このことは、当
然、発泡生成物が90容量パーセントより多い微小球体を
含んでいるという結果になる。微小球体の表面面積はか
なりの広さなので、約５重量パーセント未満の表面遮断
液体では被覆が不完全になり、後の困難を導く。一般
に、少なくとも約10重量パーセントの表面遮断液体が用
いられるのが好ましい。

微小球体の殆どの用途で体積の割合が最も問題となる
ので、表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との
混合物は重量割合で非常に多く含有されていても、多く
の最終用途には損害はない。微小球体処方の成分とし
て、表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混
合物が実質的な量で導入される場合は、この成分の適切
な許容度は物質の配合においてなされるべきである。

もし望むなら、凝集を防ぐために要求される最低量よ
りも過剰に表面遮断液体又はこのような液体と固体材料
との混合物を用いてもよいが、微小球体の表面を確実に
且つ完全に濡らす量よりあまりに多い割合で用いること
は避けることが一般に望ましい。

本発明において、微小球体の任意の発泡は、任意に低
圧下に、上記表面遮断液体又はこのような液体と固体材
料との混合物との混合状態で活性撹拌をしながら、加熱
することで達成される。間接熱交換を用いる接触乾燥工
程は一般に最も効果的であるが、本発明に関しては、前
記したように、特別な普通でない条件を用いて適用しな
ければならない。

発泡操作は、ケンタッキー州フローレンスのリトルフ
ォード兄弟社（Littleford Bros.,Inc.）から入手でき
るようなプロー混合機中で好都合に行なうことができ
る。これらの混合機は、微小球体と表面遮断液体又はこ
のような液体と固体材料との混合物との完全な分散と混
合を達成できる激しい撹拌を生じさせ、混合物から水を
効果的に除去する熱交換容量を提供する。この混合機に
は、減圧又は真空下で揮発性成分を除去するための排出
口が設けられている。

本発明において、混合工程及び、もし行なわれるなら
ば、発泡工程おいて、活性混合が用いられる。従来の方
法では、特に、発泡の達成させるためビーズの表面を柔
らかくするために高温にしたときには、微小球体ビーズ
の破壊を防ぐために、実質的剪断応力は避けられてい
る。本発明者は、本発明の操作に用いる非常に制御され
た温度では、可成り十分な剪断応力がかかっても、ビー
ズは破壊しないことを観察した。

本発明者は、このプロー混合機の運転が一般に最終生
成物の凝集物を十分に除去することを観察している。実
質的に凝集物を含まない、すなわち、全生成物の１％未
満、しばしば0.1未満の凝集物しか含んでいない、十分
に発泡した生成物が得られる。

本発明で用いられる「活性混合」という言葉は、極め
て機能的言葉で、少なくとも乾燥生成物中の凝集物を除
去するのには十分であるが、ビーズの破壊が深刻な程発
生するよりは低い程度を意味することは当業者には明ら
かであろう。具体的な最低値及び最高値は、用いられる
装置及びその使用条件と運転条件に依存している。

プロー混合機は、その工程のあいだ中、非常にコント
ロールして発泡が起こる温度で運転される。混合及び発
泡が完了すると、表面遮断液体又はこのような液体と固
体材料との混合物は、微小球体ビーズと実質的に均質で
実質的に凝集物を含まないブレンドを形成している。微
小球体成分を１立方センチメートル当たり約0.015グラ
ムという低密度に発泡することができる。

発泡は、微小球体に熱伝達するのに適したバッチ又は
連続運転で、どんな手頃な装置の中ででも行なえる。表
面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混合物の
密着が発泡温度で維持され、水は既に除去されているの
で、発泡のための熱要件だけが考慮され、制御される必
要がある。

この混合物中で生成した均質ブレンドは、非常に簡単
で廉価な装置の中で間接熱交換により均一で効率の良い
熱伝達の助けとなる低剪断応力の撹拌で発泡できること
が見出された。発泡されるべき乾燥ビーズが、すでに凝
集物が減少しており、且つ十分に濡れていて、ブレンド
の十分な均質性が達成されているかぎり、高速で高剪断
応力の撹拌はこの発泡作業においては必要ない。

プロー混合機の中で発泡を行なうことはできるが、も
っと速くもっと高価でない装置の中で、もし望むなら連
続して発泡することが一般に望ましい。このような使用
に適するものとして、イリノイ州、ローリング・メドウ
スのベペックス社（Bepex Corporation）から入手でき
るソルデイア（Soldaire、商標登録）連続熱伝達装置が
ある。

発泡装置は発泡だけのためにエネルギーを供給しなけ
ればならない。これは大きくはなく、前に規定したよう
に、発泡の起こるビーズ温度（具体的なポリマーに依存
する）を達成する大抵の状況において、望みの程度の発
泡を達成することに殆ど困難はない。殆どの状況におい
て、十分な発泡、すなわち、0.03g/cm³未満、好ましく
は約0.02g/cm³（表面遮断液体又はこのような液体と固
体材料との混合物を除いて）の微小球体密度が望まれ
る。

重要な温度限定はその熱可塑性樹脂により規定され
る。過剰発泡により中空球状構造が失われるので、ポリ
マー素材を溶かさないことは重要である。他方、温度が
ポリマーを軟化し、発泡剤の適切な圧力を発現するのに
十分なほど高くないと、発泡は起こらないか又は不十分
である。発泡工程には、はっきりと限定された時間があ
るので、適切な温度での滞留時間もまた有用なパラメー
ターである。適切な温度が達成されたときでさえ、その
温度での滞留時間があまりに短いと、発泡は不完全にな
る。もし時間が長すぎると、微小球体それ自身が過剰発
泡して破裂してしまい、生成物中に壊れた球体やポリマ
ー分裂片やグリットを残し、それに付随して生産性の損
失となる。熱伝達速度は一般に用いられる具体的な装置
に依存するが、多くの場合、滞留時間は0.5乃至３分間
程度で十分である。

発泡温度は一般に非晶質物質のガラス転移温度及び結
晶物質の融点に近いが、実質的にそれより高くはない。
これらのことについては前記のモアハウス特許に更に詳
しく論じられている。

その表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との
混合物の機能は微小球体の凝集物の形成を最大達成度ま
で防ぐことである。大抵の装置で、この特別な要求は、
発泡機中でこの物質の連続低剪断応力撹拌を用いること
で達成できる。効果的撹拌は、また、粒状物質に対する
むらのない均一な熱伝達も促進する。

発泡の程度は実質的にゼロから公知の発泡限界まで変
動できる。このパラメーターは温度、その温度における
滞留時間、及びより劣った程度で系中の圧力によって定
められる。

発泡を起こすには、発泡剤が（外圧と比べて）実質的
な内圧を発現する必要があり、且つ、ポリマーがその内
圧の影響下に流動するのに十分な程軟化している必要が
ある。このことは、一般にポリマーがその融点又はガラ
ス転移点に近い温度又は僅かに高い温度、典型的には、
ポリ塩化ビニリデンホモポリマーを素地とする微小球体
のためには約120℃まで加熱されなければならないこと
を意味する。もし、ポリマー温度があまりに高いと微小
球体は過剰発泡し、破裂して壊れてしまう。温度の上限
は、共重合体については約180℃、ポリ塩化ビニリデン
については好ましくは150℃よりは高くない温度である
べきである。これらの融点又はガラス転移点より高い温
度において、その温度における滞留時間は短時間である
べきである。

その温度が、微小球体が軟化し発泡を開始する点まで
上昇し、それらの表面部分が粘着性になると、表面遮断
液体又はこのような液体と固体材料との混合物は、その
表面を濡らして凝集を防ぎ、良い撹拌は、この工程中の
その段階で微小球体への熱伝達の量を最大にするように
稼動する。撹拌の程度は狭く限定的ではなく、その撹拌
で、表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混
合物と、微小球体の均一で実質的に均一なブレンドが維
持され、比較的にむらのない熱伝達が得られればよい。

その乾燥発泡微小球体は、集められて梱包されるか、
又は、他の取扱を受ける前に、冷却するのが一般に好ま
しい。このことは、ポリマーが可塑状態であるあいだ
に、取り扱いによってビーズ構造が破壊される程度を最
小にする。もし望むなら、活性冷却を用いてもよい。

その結果得られた表面遮断液体の被覆を有する微小球
体を、粉末又は顆粒状物質を取り扱うそのような作業に
普通に用いられている、全く通常の手順と装置で、発泡
機から都合よく回収し、集めることができる。表面遮断
液体を異常に高い割合で用いたときは、そのような液体
のために通常用いられている取り扱い装置を用いてもよ
い。

この方法により、独特の形態の微小球体が製造され
る。この微小球体は、表面遮断液体又はこのような液体
と固体材料との混合物が被覆する接着面を有する。この
表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との混合物
は、実質的連続層でその表面を完全に被覆している。遮
断被覆物質と微小球体の割合を変化させることにより、
被覆の厚さを制御することができる。

本発明の微小球体は、従来法で得られる乾燥発泡微小
球体と比べて、多くの場合、変形した非球形状物の発生
率が低い。連続形状を持つ中空構造が破壊されるほどに
崩壊した微小球体の発生水準は頻繁ではなく、従来法に
おける標準と同じ位低いか、それより低いとさえ言える
ことが見出された。

本発明の微小球体生成物は、発泡性の限界の非常に近
くまで、すなわち約0.03g/cm³未満、しばしば0.02g/c
m³、又は0.015g/cm³にさえ発泡させることができる。こ
れより高密度もまた可能である。遮断被覆物質を考慮に
入れれば、複合材料密度（composite density）は当然
それより幾分高くなる。このように、生成物の複合材料
密度は、用いられた特別な遮断被覆物質の密度と、含ま
れる遮断被覆物質の量と、発泡度とによって決まる。当
業者は、ここに記載した情報と手引きにより生成物の複
合材料密度を速やかに決定できるだろう。

最も重要なことは、本発明の発泡ビーズは凝集物を１
パーセント未満、多くの場合0.1パーセント未満しか含
んでいないことであろう。本発明において、このことは
生成物の少なくとも約99パーセント、好ましくは少なく
とも約99.9パーセントが100メッシュ篩を通過すること
を意味する。これに比べて従来法又は噴霧乾燥により製
造された従来の乾燥発泡ビーズで認容しうる生成物は80
メッシュ篩上に３〜10パーセントが残り、約97パーセン
トしか、多くの場合90パーセントという少ない量しか10
0メッシュ篩を通過しない。多くの状況で、特に微小球
体がブレンドの約30重量パーセントを越えると、従来法
では、凝集物が生成物の10パーセントを遥かに上回り、
更に高い割合の凝集物が80メッシュ篩上に留まる。本発
明においては、ブレンド中の微小球体の割合が80重量パ
ーセント（99体積パーセント以上）になるまで、凝集物
の発生を非常に少なく押えることができる。表面遮断液
体又はこのような液体と固体材料との混合物の、このよ
うに低い割合は、生成物の幾つかの利用に非常に望まし
い。

以上は本発明の一般的説明である。当業者に対する特
別な手引きとして、次の具体的実施例で本発明の実施に
おける特に明確な手引きを提供することを意図する。

実施例本発明は、以下の第２表に記載した結果で説明され
る。第２表には、微小球体と４つの異なる表面遮断液体
とからなる６つの配合処方が用いられ、微小球体の乾燥
及び任意の発泡を説明している。

第２表に報告した複合材料の製造において、示される
タイプの微小球体湿潤ケーキと表面遮断液体とが、加熱
ジャケットを有し真空源と連通した高剪断応力撹拌機に
仕込まれる。混合を開始し、容器の圧力を約250mmHgに
減少した。そして温度を約10分かけて110℃に上昇し
た。次いで、10分間この温度で保った。その後、温度を
徐々に高め、更に15分かけて第２表に示す最高温度にま
で高め、この温度で２分間保った。混合及び真空を停止
し、周囲の空気を容器内に導入し複合材料を冷却した。
得られた複合材料（composite）が試験され、第２表に
報告した物性を有していることが分かった。

第２表のデータが示すように、幅広く種々の物質、割
合及び複合材料密度（composite density）が速やかに
得られている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08J 9/16 C08J 9/22 C08J 9/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】1.次の工程： A.先ず、発泡性熱可塑性樹脂微小球体と、該熱可塑性樹
脂の沸点より高い沸点を有している表面遮断液体又はこ
のような液体と固体材料との混合物を混ぜ合せる工程、 B.得られた混合物を，微小球体の凝集を崩壊し或は妨げ
るために十分な高剪断応力で撹拌すると同時に該微小球
体から実質的に全ての水を除去するのに十分な時間と温
度で加熱を行なう工程、及び C.前記表面遮断液体又はこのような液体と固体材料との
混合物の接着被覆を有し、実質的に凝集物を含んでいな
い微小球体複合材料（composite microspheres）を集め
る工程とからなる実質的に水を含まず、前記表面遮断液体又は
このような液体と固体材料との混合物の接着被覆を有
し、実質的に凝集物を含まない微小球体の製造方法。
【請求項２】前記液体が、可塑剤、オリゴマー、プレポ
リマー、低分子ポリマー、増量剤、稀釈剤、非水溶媒、
湿潤剤及びこれらの混合物とからなる群から選ばれたも
のであることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】前記液体が、前記微小球体のフロックを形
成するのに十分な量加えられることを特徴とする請求項
１の方法。
【請求項４】前記混合物が、微小球体の発泡に十分な温
度で加熱されることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項５】前記混合物が、水の除去を促進する減圧で
加熱されることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項６】前記微小球体が、約25〜50重量パーセント
の水を含む湿潤ケーキとして加えられることを特徴とす
る請求項１の方法。
【請求項７】前記液体が重合反応又は架橋反応の成分で
あって、該反応がシンタクチックポリマーフォームの形
成のために行なわれることを特徴とする請求項２の方
法。
【請求項８】前記液体が可塑剤であって、前記複合材料
（composite）はプラスチゾルに組込まれることを特徴
とする請求項２の方法。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかの方法で製造さ
れた生成物からなる、表面遮断液体又はこのような液体
と固体材料からなる混合物の接着被覆を有する微小球
体。