JP5255239B2 - ポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法に関し、発泡剤として液状（超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態）の二酸化炭素を使用して行うポリウレタンフォームの発泡に好適なポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法に関する。

従来、ポリウレタンフォームは、断熱ボード、吹き付けによる断熱材、盛土剤などで広く利用されている。このようなポリウレタンフォームは、通常ポリイソシアネート成分と活性水素基含有化合物成分と発泡剤とを含む原料液を使用し、それぞれの成分を計量圧送して合流・攪拌した後、吐出装置のスプレーガンなどからから吐出させ、吐出された発泡制限量が発泡しながら反応・固化することによって製造されている。

ところが、近年、オゾン層破壊等の問題で、ポリウレタンフォームの発泡剤として、フロンなどの多くの発泡剤が規制されつつあり、二酸化炭素を発泡剤とする方法が検討されている。二酸化炭素を発泡剤とする場合には、液化された二酸化炭素を使用し、これを所定量供給する必要があるが、液化された二酸化炭素は臨界点が約３１℃、約７ＭＰａであり、常温では気体になり易く、ボンベなどの二酸化炭素貯蔵容器からポンプで定量圧送しようとすると、気体となった二酸化炭素が混入し易く、所定量を圧送できないという問題があり、特にポンプの吸引側では圧力が低下し易いことから一層気体となった二酸化炭素が混入し、定量を圧送できなくなるという問題がある。

このため、定量の液状の二酸化炭素を気化させることなく供給するための工夫が種々提案されている。

例えば、特許文献１では、加圧ガス容器を配設し、加圧ガス容器から液化二酸化炭素容器に加圧ガスを供給し加圧することで液化二酸化炭素を液体のまま保持することとしている。また、特許文献２では、液化二酸化炭素の温度を低く維持しておき、第１液化二酸化炭素計量ポンプと第２液化二酸化炭素計量ポンプに導入される液化二酸化炭素の気化を防止する技術が開示されている。また、特許文献３では、冷媒の温度を調節するチラー内に、冷媒とその冷媒を冷却する伝熱管を備え、かつ、当該チラー内に液化二酸化炭素の移送流路を設けることが開示されている。
特開２００６−１９２７２０号公報 特開２００５−２００４８４号公報 特開２００６−２９８９９５号公報

しかし、上記特許文献に開示のウレタンフォームの製造装置は、いずれも二酸化炭素計量ポンプを用いて二酸化炭素の供給量を計量して供給するものであり、二酸化炭素を供給するためのポンプを必須とする。すなわち、上記液化二酸化炭素の気化の問題は、二酸化炭素の計量のためにポンプを用いることに起因するものであって、ポンプを用いる以上、液化二酸化炭素の気化の問題が発生する。そして、当該問題を少しでも解消するために、チラーなどの熱交換器や配給管を断熱構造にして液化二酸化炭素の温度を低く保つか、加圧ガス容器を用いて圧力を高めて、気化を防止しようとするものである。

しかし、いかに液化二酸化炭素容器の近傍で液化の状態を維持できたとしても、二酸化炭素の計量をポンプを用いて行う以上、ポンプの吸引側で吸引工程時に圧力が低下し易く、二酸化炭素が気化しやすいという問題に関して、抜本的な解決手法とならない。また、加圧容器や熱交換器などの部材の点数が増大し、装置が大型化かつ複雑化することとなる。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、上記問題に鑑み、二酸化炭素の適正量の計量をポンプで行うことの問題を解消し、ポンプを利用することによる二酸化炭素の気化の問題を解消することができるポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成のポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法を提供する。

本発明の第１態様によれば、ポリイソシアネートを主成分とするＡ液と、ポリオールを主成分とするＢ液と、液化二酸化炭素容器から供給される発泡剤としての液化二酸化炭素とを混合してポリウレタンフォームを製造するに際し、それぞれ供給管を通して給送された前記Ａ液及び／又はＢ液に前記液化二酸化炭素を混合し、前記Ａ液及びＢ液を混合して所定の吐出圧力で吐出する吐出装置を備えたポリウレタンフォームの製造装置において、
容器内が前記吐出圧力より高圧の第１圧力を有する前記液化二酸化炭素容器に始端側が接続され、前記液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素を前記第１圧力を維持しつつ搬送する第１次配管と、
終端が前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方の前記供給管に接続され、内部が前記第１圧力より低圧の第２圧力で前記液化二酸化炭素を前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方に給送する第２次配管と、
前記第１次配管の終端側と前記第２次配管の始端側に接続され、前記第２次配管内が前記第２圧力を呈する流量となるように、前記第２次配管を流動する液化二酸化炭素の流量を調整する流量調整手段と、を備えることを特徴とする、ポリウレタンフォーム製造装置を提供する。

上記構成において、さらに、前記流量調整手段は、
開閉が切り替えられる開閉弁と、
吐出装置から吐出Ａ液及びＢ液を吐出しないときは前記開閉弁を閉鎖する一方、前記吐出装置内に前記Ａ液及びＢ液を前記吐出装置に供給する動作に連動して開閉弁を開放するように制御する弁制御手段を備えることが好ましい。

上記構成おいて、前記流量調整手段は、前記第１次配管を流れる液化二酸化炭素が前記第２次配管に流れる流量を調整可能な絞り弁を備えるように構成されていてもよい。絞り弁は、前記弁制御手段により絞り度が制御されるニードルバルブで構成されることが好ましい。

また、上記構成において、前記開閉弁は、流量の調整が可能な絞り機構を備え、
前記弁制御手段は、前記第２次配管内が前記第２圧力を呈する流量となるように、前記開閉弁の絞り量を制御するように構成してもよい。

上記各構成において、前記Ａ液及びＢ液を前記吐出装置に供給する供給ポンプを備え、前記弁制御手段は、前記供給ポンプの動作に連動して前記開閉弁の制御を実行するように構成してもよい。

また、ポリウレタンフォーム製造装置には、さらに液化二酸化炭素容器内を第１圧力まで加圧する加圧手段を設けてもよい。加圧手段としては、具体的には、液化二酸化炭素容器を加温する加温機を用いることができる。すなわち、例えば、冬期の外気温が低い場合などでは、液化二酸化炭素容器内を第１圧力に保つことが困難な場合があるため、加圧手段を用いることにより、容器内を第１圧力とすることができる。

また、上記各構成において、ポリウレタンフォーム製造装置は、前記第１次配管の内部に前記液化二酸化炭素を充填させるためのブローバルブを備えていることが好ましい。

上記構成において、前記第１圧力は５ＭＰａから８ＭＰａであり、前記第２圧力及び前記吐出圧力は４ＭＰａから７ＭＰａとすることができる。

また、前記吐出装置は、前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方に前記液化二酸化炭素が混合されたのち、前記Ａ液及びＢ液を加熱するヒータを備えることが好ましい。

本発明の第２態様によれば、ポリイソシアネートを主成分とするＡ液と、ポリオールを主成分とするＢ液と、液化二酸化炭素容器から供給される発泡剤としての液化二酸化炭素とを混合してポリウレタンフォームを製造するに際し、前記液化二酸化炭素を前記Ａ液及び／又はＢ液に混合して内部に貯留し、所定の吐出圧力で吐出する吐出装置を備えたポリウレタンフォームの製造装置を用いて、ポリウレタンフォームを製造する方法であって、
内部が前記吐出圧力より高圧の第１圧力を有する前記液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素を、一端側が前記液化二酸化炭素容器に接続された第１次配管内を通して前記第１圧力を維持しつつ搬送し、
第１次配管から送り出される液化二酸化炭素の流量を調整して第２次配管内に供給し、前記第２次配管内の圧力が、前記第１圧力より低圧の第２圧力となるように前記液化二酸化炭素を搬送し、
前記第２次配管内を搬送された前記液化二酸化炭素を前記第２圧力の状態で前記Ａ液及び／又はＢ液の供給管に供給し、
前記液化二酸化炭素と前記Ａ液及び／又はＢ液が混合された状態で、前記吐出装置内で前記Ａ液及びＢ液を混合して吐出し、前記液化二酸化炭素を気化させることによって発泡ポリウレタンフォームを製造することを特徴とする、ポリウレタンフォームの製造方法を提供する。

また、上記方法において、さらに、前記液化二酸化炭素容器を加熱することによって前記液化二酸化炭素容器内を前記第１圧力まで加圧するステップを備えることもできる。

一般には超臨界状態の二酸化炭素は、液状ではないが、本発明において液化二酸化炭素とは、超臨界状態、亜臨界状態、液体状態の二酸化炭素を含むものとする。また、亜臨界状態の二酸化炭素とは、圧力が二酸化炭素の臨界圧以上でありかつ温度が臨界温度未満である液体状態の二酸化炭素、あるいは圧力が二酸化炭素の臨界圧未満でありかつ温度が臨界温度以上である液体状態の二酸化炭素及び、温度及び圧力がともに臨界点未満ではあるがこれに近い状態、具体的には、温度が２０℃以上であり、かつ圧力が５ＭＰａ以上の二酸化炭素をいう。

本発明によれば、液化二酸化炭素容器内部の第１圧力と、吐出装置の吐出圧力との圧力差を液化二酸化炭素の搬送力として使用し、第１配管内を第１圧力に維持するための流量調整手段を備える。このことにより、冷却することなく二酸化炭素を液体状態（超臨界状態、亜臨界状態も含む）のまま給送することができる。したがって、例えば、夏期のように、外気温が高く、液化二酸化炭素内の圧力が第１圧力となっている場合は、液化二酸化炭素容器をそのまま用いることができる一方、冬期のように外気温が低く、液化二酸化炭素容器の圧力が第１圧力に満たない場合は、加圧手段例えば、加温機などを用いて容器内を第１圧力にまで加圧することができる。

なお、加圧手段は、液化二酸化炭素容器内を第１圧力にすることを目的とするものである。よって、例えば、真夏時の外気温が極めて高い場合など、容器内の圧力が後述する第１圧力の範囲を超えるような場合は、第１圧力の範囲に調整するように液化二酸化炭素容器を冷却する手段を用いることもできる。

また、流量調整手段により、第２次配管内が第１圧力よりも低圧となるように、第２次配管への液化二酸化炭素の供給量が調整され、吐出装置内に第１圧力によって無制限に液化二酸化炭素が供給されることを防止する。すなわち、吐出圧力よりも高い第１圧力により液化二酸化炭素が吐出装置に安定して供給される一方、流量調整手段により、液化二酸化炭素の供給量を調整・測量する。したがって、液化二酸化炭素を供給するためのポンプを使用する必要がなく、ポンプの前後での液化二酸化炭素の気化を防止することができるため、安定して液化二酸化炭素を吐出装置に供給することができる。

また、弁制御手段により、流量調整手段である開閉弁を調整することにより、安定した液化二酸化炭素の供給を実現することができる。すなわち、吐出装置からの吐出がされない状態では、吐出装置内の圧力がほぼ一定に維持されているため、開閉弁を閉鎖しておき、一次圧力側からの液化二酸化炭素の供給を停止する一方、吐出するタイミングにおいて、吐出によってＡ液及びＢ液が少なくなり、吐出装置内の吐出圧力が低下すると、これを維持するために供給ポンプが動作する。この供給ポンプの動作に連動して、開閉弁を開放することにより、第２次配管内を第２圧力に維持することができる。

また、絞り弁をさらに備えることにより、開閉弁を通過した液化二酸化炭素の流量を高精度に調整することができ、例えば、外気温などの諸条件に応じて吐出装置に供給する液化二酸化炭素の量を変更することができる。また、ニードルバルブを用いることで、小型で操作が簡単な絞り弁を実現することができる。絞り弁の開放度の調整は、諸条件に応じて手動で行ってもよいし、弁制御手段からの制御信号により、自動制御されていてもよい。

なお、開閉弁に流量の調整を行うことができる機構が設けられている場合は、絞り弁を設けることなく、第２配管内へ給送される二酸化炭素の量を調整することができる。

さらに、ブローバルブを設けることにより、第１次配管内に液化二酸化炭素を充填させることができ、装置立ち上げ時の手間を容易にすることができる。ブローバルブは、第１次配管に液化二酸化炭素を充填させるものであるため、流量調整バルブの近傍に設けられていることが好ましい。また、ブローバルブを設けることで、装置停止時に配管内に残存する液化二酸化炭素を排出して圧力抜きを行うこともできる。

さらに、第１圧力を５ＭＰａから８ＭＰａに、第２圧力及び吐出圧力をそれぞれ４ＭＰａから７ＭＰａに調整することにより、二酸化炭素を常温で液体の状態に維持させることができる。すなわち、液化二酸化炭素を冷却させるための設備が不要となることから、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。

また、液化二酸化炭素とＡ液及び／又はＢ液が混合した後においては、ヒータによりこれらの液を加熱することにより、二酸化炭素がＡ液及び／又はＢ液内で分散しやすくなり、吐出装置から吐出されたポリウレタンフォームの発泡を促進することができる。また、一定の温度に加温することにより樹脂反応を安定化させることができる。

以下、本発明の実施形態に係るポリウレタンフォーム製造装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置の構成を模式的に示す図である。図１に示した本実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置１は、ポリオール成分に液化二酸化炭素が供給される場合を示しており、液化二酸化炭素容器２０内に貯留されている液化二酸化炭素１００（図４参照）を混合した成分液と、イソシアネート成分とを加温機３及びホースヒータ４を用いて加温しながら搬送し、スプレーガン５内で混合して吐出する装置である。なお、加温機３は、図２に示すように２つの加温機３ａ，３ｂで構成され、それぞれの液体を独立して加温するように構成されていてもよい。また、ホースヒータ４は、図３に示すように２つのホースヒータ４ａ，４ｂで構成され、それぞれの液体を独立して加温するように構成されていてもよい。

ポリウレタンフォーム製造装置１は、図１に示すように、液化二酸化炭素容器２０と、ポリオールを主成分とするＢ液を貯留するポリオール成分貯蔵容器３０と、ポリイソシアネートを主成分とするＡ液を貯留するポリイソシアネート成分貯蔵容器４０とを備え、液化二酸化炭素を搬送する第１配管Ｌ１１，第２配管Ｌｌ２（後述するように逆止弁２９より上流側をＬ１２ａ、下流側をＬ１２ｂとする。）、Ｂ液を搬送するＢ液用配管Ｌ１３，Ａ液を搬送するＡ液用配管Ｌ１４が、吐出装置２に連通する構成を有する。

液化二酸化炭素を搬送する第１配管Ｌ１１は、液化二酸化炭素容器２０のコネクタ２２に接続され、途中にはフィルタ２３，ブローバルブ２４，第１圧力計２５が設けられており、開閉弁２６及びニードルバルブ２７で構成される流量調整機構１５を介して第２配管Ｌ１２に連結している。第２配管Ｌ１２には、第２圧力計２８，逆止弁２９が設けられており、Ｂ液用配管Ｌ１３に設けられている混合器３２に接続されている。

Ｂ液用配管Ｌ１３は、Ｂ液用ポンプ３１と混合器３２を備え、吐出装置のスプレーガン５に連通する。また、Ａ液用配管Ｌ１４は、Ａ液用ポンプ４１を備え、吐出装置のスプレーガン５に連通する。スプレーガン５は、Ａ液用配管Ｌ１４とＢ液用配管Ｌ１３によって給送されたＡ液及び液化二酸化炭素と混合したＢ液を混合させ、吐出口から吐出する。なお、Ａ液用配管Ｌ１４とＢ液用配管Ｌ１３には、加温機３及びホースヒータ４が設けられており、給送される液を加熱して温度を一定に保つことで反応条件を安定化させることができ、また、スプレーガン５からの吐出時の反応性を高めることができるように構成されている。

なお、図１の例では、液化二酸化炭素はＢ液に混合するように構成されているが、図２に示すように、Ａ液に混合するように構成されていてもよい。この場合は、Ａ液用配管Ｌ１４に混合器４２が設けられることとなる。また、図３に示すように、Ａ液及びＢ液の双方に混合するように構成されていてもよい。この場合は、第２配管Ｌ１２を分岐させ、それぞれ、Ａ液用配管Ｌ１４に設けられた混合器４２とＢ液用配管Ｌ１３に設けられた混合器３２に連結するようにすればよい。

液化二酸化炭素容器２０は、図４に示すように、内部にサイホン管Ｌ２０が設けられたサイホン管つきの容器である。なお、容器は特に限定されるものではなく、一般に提供されているものでよく、耐圧性が高く、断熱がされていない小型のガスボンベなどの容器が例示できる。

また、液化二酸化炭素容器２０には、当該容器を加熱する加熱部材２１が設けられている。加熱部材２１は、液化二酸化炭素容器２０内に貯留されている液化二酸化炭素を加熱し容器内部の圧力を高めるためのものである。加熱部材２１の具体例としては、電気ヒータ、スチームヒータ、温水槽に容器を浸漬するなどの方法が例示できる。

加熱部材２１は、液化二酸化炭素容器２０の内部圧力が約５から８ＭＰａ程度、好ましくは７から８ＭＰａとなるように液化二酸化炭素を加熱する。以下、液化二酸化炭素容器２０を加熱して上記範囲に設定された内部圧力を第１圧力と記載する。なお、通常市販されているガスボンベは、温度条件によって異なるが、内部圧力が３から７ＭＰａ程度であり、冬期には上記第１圧力に満たないため、加熱を行う。加熱温度としては、４０℃以下となるようにする。なお、液化二酸化炭素容器２０内は加熱されているので、貯留されている液体を大量に抜き取らない限り上記第１圧力にまで到達しないという現象は起こらない。すなわち、サイホン管付き容器は、液体の液化二酸化炭素を抜き取るので圧力低下が起こりにくい構造であり、上記４０℃以下の加熱であっても、内部圧力を第１圧力とすることができる。

なお、第１圧力を上記のような値に設定しているのは、液化二酸化炭素容器２０及び第１配管Ｌ１１内の二酸化炭素が気化しないようにするためであり、温度条件によっては臨界圧（７．３８２ＭＰａ（ａｂｓ））近傍もしくは臨界圧以上としたものである。

第１配管Ｌ１１は、６φのステンレス製の管で構成されており、液化二酸化炭素容器２０から供給された液化二酸化炭素を、第１圧力を維持したまま給送する。第１配管Ｌ１１に設けられているフィルタ２３は、第１配管Ｌ１１内の異物を取り除くためのものであり、供給経路が狭く構成されているニードルバルブ２７などに異物がつまることを防止する。第１圧力計２５は、第１配管Ｌ１１内の圧力、すなわち、液化二酸化炭素容器２０の内部圧力を検出することができ、当該検出値に基づいて、加熱部材２１を制御することができる。

開閉弁２６は、流量調整機構１５を構成する開閉弁２６は、第１配管Ｌ１１と第２配管Ｌ１２を連結する部材であり、後述する制御部１０によって電気的に開閉制御される。開閉弁２６の上流側である１次圧力系と下流側である２次圧力系の圧力調整の機能を兼ねている。すなわち、開閉弁２６の両端側に連結される第１配管Ｌ１１と第２配管Ｌ１２内の圧力は異なることとなる。

第２配管Ｌ１２に設けられたニードルバルブ２７は、第１配管Ｌ１１から第２配管Ｌ１２に送り込まれる液化二酸化炭素の流量を調整するものであり、外気温やポリウレタンフォームの発泡の程度などの装置の使用環境に応じて、手動により第２配管Ｌ１２を給送する液化二酸化炭素の量を調整する。

第２配管Ｌ１２に設けられている逆止弁２９は、混合器３１と連通するＢ液用配管内のＢ液が第２配管Ｌ１２内に流入しないように、液化二酸化炭素の流動方向を規制するものである。

第２配管Ｌ１２ｂは、第１配管Ｌ１１よりも断面積が小さい細径のものが用いられており、本実施形態では、３φのステンレス製の管で構成されている。すなわち、ニードルバルブ２７の上流側と下流側において、液化二酸化炭素の流量が異なるため、第２配管Ｌ１２ｂを細径にして、圧力の低下を少なくすることができる。第２配管Ｌ１２は、給送される液化二酸化炭素の流量が少なくなるため、第１配管Ｌ１１内の第１圧力より低圧の第２圧力の状態となる。第２圧力の具体的数値としては、４から７ＭＰａ、好ましくは５から６ＭＰａであり、吐出装置のスプレーガン５の吐出圧力（停止時）とほぼ同じ圧力であることが好ましい。

Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４は、それぞれポンプ３１，４１で加圧された圧力でＢ液及びＡ液をスプレーガン５へ給送する。

Ａ液であるポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート、また、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート又は脂環族ジイソシアネートのイソシアネート基の一部をウレタン及び／又はウレアに変性したものを用いてもよく、イソシアネート基の一部をビュウレット、アロファネート、カルボジイミド、オキサジリドン、アシド、イミド等に変性したものを用いてもよい。

Ｂ液であるポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ、３−メチル−１、５−ペンタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、シュークローズ、グルコース、フラクトースソルビトール、メチルグリコキシド等の活性水素を有する化合物のうち少なくとも１種が挙げられる。また、例えば、上記の他の活性水素を有する化合物としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、トルエンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、キシリレンジアミン等のようなアミンのうちの少なくとも１種が挙げられる。

さらに、活性水素基含有化合物としてポリエーテルポリオールを使用してもよく、ポリエーテルポリオールとしては、例えば、上記例示した活性水素化合物のうちの少なくとも一種を開始剤として、アルキレンオキサイド等のモノマーを公知の方法により付加重合することによって得られるものが挙げられる。なお、付加重合反応に使用するモノマーとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、グリシジルエーテル、メチルグリシジルエーテル、ｔ−ブチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル等が挙げられる。

また、活性水素基含有化合物としてポリエステルポリオールを使用してもよく、ポリエステルポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１、５−ペンタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ビスフェノールＡのような少なくとも２つ以上のヒドロキシル基を有する化合物のうちの少なくとも１種と、例えば、アジピン酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、ピメリン酸、セバシン酸、シュウ酸、フタル酸、テレフタル酸、アゼライン酸、トリメリット酸、グルタコン酸、α−ヒドロムコン酸、β−ジエチルサクシン酸、ヘミメリチン酸、１、４−シクロヘキサンジカルボン酸等のような少なくとも２つ以上のカルボキシル基を有する化合物のうちの少なくとも１種を使用し、公知の方法によって製造したものが挙げられる。

さらに、上記のポリエステルポリオールの他に、ポリアルキレンテレフタレートポリマーと低分子ジオールとのエステル交換により生成されるポリエステルポリオールも使用することができる。なお、低分子ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。

ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物とのウレタン化反応を進行させるための触媒は特に限定されず、例えば公知の触媒を使用することができる。また、整泡剤も特に限定されるものではなく、例えば、ポリウレタンフォームの製造において使用されているものは全て利用できる。また、触媒、整泡剤、難燃剤等の添加剤は、通常Ｂ液側に混合される。なお、本発明のポリウレタンフォームには、ポリイソシアヌレートフォームも含まれる。

Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の圧力、すなわち、スプレーガン５の吐出圧力は、ポンプ３１，４１により一定（４から６ＭＰａ）となるように制御されている。Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の圧力は、ポンプの駆動により、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内をＢ液及びＡ液が脈動するため、圧力が変動するが、ポンプの停止時には、５ＭＰａ程度となるように構成されている。すなわち、ポンプ３１，４１は、油圧などの圧力調整機構５０により一定圧力で常時Ｂ液及びＡ液をポリオール成分貯蔵容器３０とポリイソシアネート成分貯蔵容器４０から給送するように構成されており、例えば、スプレーガン５を操作して、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の液が消費された場合、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の吐出圧力が低下するため、ポンプが駆動して吐出圧力を一定に調整する。

上記の通り、第２配管Ｌ１２内の内部圧力は、開閉弁２６による液化二酸化炭素の給送及びニードルバルブ２７の開放度を調整することによって、第２配管Ｌ１２への流量が少なくなる結果、第２圧力（吐出圧力と略同じ）に減圧されている。よって、第２配管Ｌ１２、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の第２圧力系は、ポンプ３１，４１の動作によってＡ液及びＢ液の圧力を調整するとともに、開閉弁２６による開閉の切り換え及びニードルバルブ２７によって第１配管Ｌ１１内の第１圧力系から供給される液化二酸化炭素の流量が調整され、液化二酸化炭素の圧力が調整される結果、第２圧力系の圧力をほぼ均一にすることができる。

具体的には、ポンプ３１，４１の動作と開閉弁２６の開閉の切り換えを連動させることにより、この液化二酸化炭素の流量の調整を自動化させることができ、本実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置では、制御部１０によってこの調整を自動化する構成をとる。制御部１０の動作についての詳細は後述する。

なお、ポンプの脈動により、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の圧力、すなわち、スプレーガン５の吐出圧力が一時的に第２配管Ｌ１２内圧力よりも高くなる場合があり得るが、その場合のＢ液及び／又はＡ液の第２配管Ｌ１２内への逆流は逆止弁２９により防止される。

なお、流量調整機構１５は、図２，図３に示すような変形例として構成することもできる。図２に示す例はニードルバルブのみで流量調整機構を構成するものであり、制御部１０は、ニードルバルブの開放度を調整する。すなわち、外気温などの運転条件に加え、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４の圧力に応じて動作するポンプ３１，４１の動作及び第２配管Ｌ１２内の圧力の情報などに基づいて、ニードルバルブ２７の開放度を調整する。このとき、ニードルバルブ２７は、第１配管Ｌ１１から第２配管Ｌ１２間の液化二酸化炭素の流動を完全に停止できるような開閉機構を備えているものであることが好ましい。すなわち、ニードルバルブ２７を最も絞った状態で、液化二酸化炭素の供給を停止できない場合は、装置をスタンバイ状態で放置することにより、第２配管Ｌ１２内へ液化二酸化炭素の供給が連続して行われることになる。その結果、第２配管Ｌ１２内圧力が高くなりすぎ、ポリウレタンフォームを発泡させるには過剰な二酸化炭素が吐出装置２へ供給され、適正なポリウレタンフォームの製造を行うことが困難となる。

また、図３に示す変形例は、制御装置１０が開閉弁２６の開閉に加え、ニードルバルブ２７の開放度も調整する例である。上記のように、図１の例との相違は、ニードルバルブ２７の開放度は、外気温などの運転条件に応じて手動で設定することとなっているのに対し、図３の変形例では、この開放度を制御装置１０からの制御により自動化することである。

次に、本実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置の動作について説明する。まず、本実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置を用いてポリウレタンフォームを製造する前に、行う準備手順について説明する。

本実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置は、まず、原料である液化二酸化炭素容器２０，ポリオール成分貯蔵容器３０、ポリイソシアネート成分貯蔵容器４０を接続した後、配管Ｌ１３，Ｌ１４内にそれぞれＢ液及びＡ液を充填させる。

次いで、液化二酸化炭素を１次配管Ｌ１１内に充填させる。この動作は、開閉弁２６を閉じた状態で、液化二酸化炭素を１次配管Ｌ１１内に給送するが、１次配管には、空気などが存在しているため、一端を開放しなければ、液化二酸化炭素を充填することができない。よって、本実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置１は１次配管にブローバルブ２４を設け、１次配管Ｌ１１内に液化二酸化炭素を充填することとしている。このため、ブローバルブ２４が設けられる位置は、１次配管Ｌ１１の開閉弁２６の上流側近傍であることが好ましい。

その後、加熱部材２１によって液化二酸化炭素容器２０を加熱し、１次配管Ｌ１１内の圧力を上記７から８ＭＰａに調整する。なお、加熱部材２１の温度制御は、たとえば、第１圧力計２５の出力値に基づいて、所定の第１圧力を維持するようにコンピュータ制御するように構成してもよい。

その後、開閉弁２６とニードルバルブ２７を開放して２次配管Ｌ１２内に液化二酸化炭素を充填し、さらに、ニードルバルブ２７の開放度を調整する。２次配管内の圧力は、液化二酸化炭素の流量減少により自然に圧力が低下し、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の圧力（４から６ＭＰａ）とほぼ均衡する。ニードルバルブ２７の開放度は、例えば、ポリウレタンフォーム製造装置を使用する気温などにより調整すればよく、例えば、低温のときは液化二酸化炭素の流量を多くし、高温のときは流量を少なくするように調整することができる。２次配管内の圧力が所定圧に設定されると、開閉弁２６を閉じる。

なお、上記の通り１次圧力を７から８ＭＰａに調整しているのは、二酸化炭素の相状態に基づいている。すなわち、二酸化炭素は、図５に示すような状態図を持ち、臨界点（７．３８２ＭＰａ（ａｂｓ）、３１．１℃）を有する。よって、この臨界圧力付近の高圧を維持している限り、二酸化炭素が気体となることがない。よって、１次圧力を７から８ＭＰａとすることにより、１次配管Ｌ１１内での温度が２０℃程度であれば、液体の状態を保つことができる。

また、一般に、吐出装置の吐出圧力は、４から７ＭＰａ、好ましくは５から６ＭＰａ程度必要といわれており、２次圧力は、これよりも低く設定すると、Ｂ液用供給管に液化二酸化炭素を供給することができない。なお、ニードルバルブ２７を通過して、Ａ液及び／Ｂ液に供給される流量の測量が終了した後は、二酸化炭素が気化したとしても、ポリウレタンフォーム製造において特に大きな問題が生じることがない。

上記準備工程が終了すると、ポリウレタンフォーム製造装置によりポリウレタンフォームの製造を行う。ポリウレタンフォーム製造の工程は、図６に示す手順によって行われる。具体的には、スプレーガン５を操作し、スプレーガン５からＡ液及びＢ液の混合液を吐出する。スプレーガン５からの吐出により、Ａ液用配管Ｌ１４及びＢ液用配管Ｌ１３内のＡ液及びＢ液及び２次配管Ｌ１２内の液化二酸化炭素が消費され、これらの配管内すなわち、吐出圧力が低下する。吐出圧力が設定圧力（５ＭＰａ）よりも低くなる（＃１０）と、ポンプ３１，４１が駆動し（＃１１）、Ａ液及びＢ液をＡ液用配管Ｌ１４及びＢ液用配管Ｌ１３内に給送する。また、ポンプ３１，４１には、スイッチが設けられており、ポンプが動作すると、制御部に信号が送られて、開閉弁２６の開閉切り換えを行い（＃２１）、２次配管Ｌ１２内に液化二酸化炭素が送り込まれる。このとき、ニードルバルブ２７によって液化二酸化炭素の流量が少なくなり、２次配管Ｌ１２内が２次圧力に調整される（＃２２）。

ポンプ３１，４１の動作により、吐出圧力が所定の圧力になると（＃１２）、ポンプの動作が停止する（＃１３）。すると、制御部１０は、ポンプが停止したことを検知し、開閉弁２６を閉じる（＃２３）ように制御する。

このように、Ａ液及びＢ液の供給動作に応じて、開閉弁２６の開閉の切り換えを行うことにより、より高圧の１次圧力系から液化二酸化炭素が２次圧力系に給送される。また、ニードルバルブ２７は、液化二酸化炭素の流量を調整して２次圧力系での圧力を低下させる、すなわち、流量調整機構１５は、１次圧力系と２次圧力系の隔壁としての役割を有するとともに、制御部１０からの制御によって適正な二酸化炭素の供給量の設定を行う機能を有する。

以上説明したように、本実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置によれば、二酸化炭素容器を加熱して、第１圧力をスプレーガン５の吐出圧力に比べて高圧に設定するとともに、流量を調整することによって、自然に２次圧力にまで低下させた状態で、２次圧力系を吐出装置に連通させることにより、液化二酸化炭素の給送をポンプを用いることなく行うことができる。したがって、ポンプの使用に伴う、二酸化炭素の気化を防止することができる。さらに、第１圧力を５から８ＭＰａ、好ましくは７から８ＭＰａと臨界圧の近傍に設定することにより、二酸化炭素容器を冷却することなく二酸化炭素の気化を防止して給送することができる。

なお、図３に示すように、流量調整機構１５の具体的構成として、１つの開閉弁２６とニードルバルブ２７を組み合わせて構成した場合は、制御部１０からの制御信号を受けて、開閉弁２６の開閉と、ニードルバルブ２７の開放度の双方を制御する。

このように開閉弁２６とニードルバルブ２７を組み合わせることにより、開閉弁２６により容易に液化二酸化炭素の流通の切換を行うことができ、また、ニードルバルブ２７により、例えば、周囲の温度に合わせた開放度の調整を自動的に行うことができる。したがって、より容易にかつ高精度に２次圧力系への液化二酸化炭素の供給を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

本発明の実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置の他の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態にかかるポリウレタンフォーム製造装置のさらに他の構成を模式的に示す図である。 液化二酸化炭素容器の構成を示す図である。 二酸化炭素の状態図である。 図１のポリウレタンフォーム製造装置を用いたポリウレタンフォームの製造工程を示す流れ図である。

符号の説明

１ ポリウレタンフォーム製造装置
２ 吐出装置
３ 加温機
４ ホースヒータ
５ プレーガン
１０ 制御部
２０ 液化二酸化炭素容器
２１ 加熱部材
２２ コネクタ
２３ フィルタ
２４ ブローバルブ
２５ 第１圧力計
２６ 開閉弁
２７ ニードルバルブ
２８ 第２圧力計
２９ 逆止弁
３０ ポリオール成分貯蔵容器
３１ Ｂ液用ポンプ
３２，４２ 混合器
４０ ポリイソシアネート成分貯蔵容器
４１ Ａ液用ポンプ
Ｌ１１ 第１配管
Ｌ１２，Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂ 第２配管
Ｌ１３ Ｂ液用配管
Ｌ１４ Ａ液用配管

Claims (13)

1. ポリイソシアネートを主成分とするＡ液と、ポリオールを主成分とするＢ液と、液化二酸化炭素容器から供給される発泡剤としての液化二酸化炭素とを混合してポリウレタンフォームを製造するに際し、それぞれ供給管を通して給送された前記Ａ液及び／又はＢ液に前記液化二酸化炭素を混合し、前記Ａ液及びＢ液を混合して所定の吐出圧力で吐出する吐出装置を備えたポリウレタンフォームの製造装置において、
   容器内が前記吐出圧力より高圧の第１圧力を有する前記液化二酸化炭素容器に始端側が接続され、前記液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素を前記第１圧力を維持しつつ搬送する第１次配管と、
   終端が前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方の前記供給管に接続され、内部が前記第１圧力より低圧の第２圧力で前記液化二酸化炭素を前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方に給送する第２次配管と、
   前記第１次配管の終端側と前記第２次配管の始端側に接続され、前記第２次配管内が前記第２圧力を呈する流量となるように、前記第２次配管を流動する液化二酸化炭素の流量を調整する流量調整手段と、を備えることを特徴とする、ポリウレタンフォーム製造装置。
2. 前記流量調整手段は、
   開閉が切り替えられる開閉弁と、
   吐出装置から吐出Ａ液及びＢ液を吐出しないときは前記開閉弁を閉鎖する一方、前記吐出装置内に前記Ａ液及びＢ液を前記吐出装置に供給する動作に連動して開閉弁を開放するように制御する弁制御手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
3. 前記流量調整手段は、前記第１次配管を流れる液化二酸化炭素が前記第２次配管に流れる流量を調整可能な絞り弁を備えることを特徴とする、請求項２に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
4. 前記絞り弁は、前記弁制御手段により絞り度が制御されるニードルバルブで構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
5. 前記開閉弁は、流量の調整が可能な絞り機構を備え、
   前記弁制御手段は、前記第２次配管内が前記第２圧力を呈する流量となるように、前記開閉弁の絞り量を制御することを特徴とする、請求項２に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
6. 前記Ａ液及びＢ液を前記吐出装置に供給する供給ポンプを備え、前記弁制御手段は、前記供給ポンプの動作に連動して前記開閉弁の制御を実行することを特徴とする、請求項２から５のいずれか１つに記載のポリウレタンフォーム製造装置。
7. 前記液化二酸化炭素容器内を前記吐出圧力より高圧の第１圧力まで加圧する加圧手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載のポリウレタンフォーム製造装置。
8. 前記加圧手段は、前記液化二酸化炭素容器を加温する加温機であることを特徴とする、請求項７に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
9. さらに、前記第１次配管の内部に前記液化二酸化炭素を充填させるためのブローバルブを備えていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載のポリウレタンフォーム製造装置。
10. 前記第１圧力は５ＭＰａから８ＭＰａであり、前記第２圧力及び前記吐出圧力は４ＭＰａから７ＭＰａであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載のポリウレタンフォーム製造装置。
11. 前記吐出装置は、前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方に前記液化二酸化炭素が混合されたのち、前記Ａ液及びＢ液を加熱するヒータを備えることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載のポリウレタンフォーム製造装置。
12. ポリイソシアネートを主成分とするＡ液と、ポリオールを主成分とするＢ液と、液化二酸化炭素容器から供給される発泡剤としての液化二酸化炭素とを混合してポリウレタンフォームを製造するに際し、前記液化二酸化炭素を前記Ａ液及び／又はＢ液に混合して内部に貯留し、所定の吐出圧力で吐出する吐出装置を備えたポリウレタンフォームの製造装置を用いて、ポリウレタンフォームを製造する方法であって、
    内部が前記吐出圧力より高圧の第１圧力を有する前記液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素を、一端側が前記液化二酸化炭素容器に接続された第１次配管内を通して前記第１圧力を維持しつつ搬送し、
    第１次配管から送り出される液化二酸化炭素の流量を調整して第２次配管内に供給し、前記第２次配管内の圧力が、前記第１圧力より低圧の第２圧力となるように前記液化二酸化炭素を搬送し、
    前記第２次配管内を搬送された前記液化二酸化炭素を前記第２圧力の状態で前記Ａ液及び／又はＢ液の供給管に供給し、
    前記液化二酸化炭素と前記Ａ液及び／又はＢ液が混合された状態で、前記吐出装置内で前記Ａ液及びＢ液を混合して吐出し、前記液化二酸化炭素を気化させることによって発泡ポリウレタンフォームを製造することを特徴とする、ポリウレタンフォームの製造方法。
13. さらに、前記液化二酸化炭素容器を加熱することによって前記液化二酸化炭素容器内を前記第１圧力まで加圧するステップを有することを特徴とする、請求項１２に記載のポリウレタンフォームの製造方法。

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