JP5870095B2 - 向上した発泡ｐｖｃの製造方法及びそれと共に得られる発泡ｐｖｃをベースとするプラスチック材料 - Google Patents
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Description
本発明は、向上した発泡ＰＶＣの製造方法、特にポリアミド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリイソシアヌレート及びポリウレアからなるＩＰＮ（相互貫通網目構造）重合体発泡体に関する。
本発明はまた、本方法により得られる発泡ＰＶＣに基づくプラスチック材料へ拡張される。
本発明はまた、本方法により得られる発泡ＰＶＣに基づくプラスチック材料へ拡張される。
本発明の技術分野は、一定の体積を有し、蓋で閉じられる金型中での出発混合物の加熱、及び得られたエンブリオ（embryo）のその後の膨張を含む、発泡ＰＶＣの調製のために使用される方法である。
特に、ポリアミド−ポリイミド−ポリ塩化ビニル−ポリイソシアヌレート−ポリウレアからなるＩＰＮ重合体発泡体の製造の分野において（「相互貫通重合体網目構造」、D. Klempner, L.H. Sperling, L.A. Utracki; vol. 239; 米国化学協会; Ed. 1994におけるＩＰＮ概念の記載を参照のこと）、重合体、界面活性剤、化学発泡剤、イソシアヌレート等の最初の混合物が金型中へ導入される。適切な蓋によって後者が閉じられると、混合物が加熱され、こうして発泡ガスの発生、重合体のゲル化及び所望の架橋反応を引き起こし、架橋されたＩＰＮの分子内へのガスの取り込みがこうして達成される。本方法のこの部分は、特に、密閉金型において、一定の反応体積、ガスの形成及び熱膨張によって生じる金型内の圧力で達成される。
しかしながら、本願において記載される周知技術は、発泡ガスの形成及びプラスチック材料の加熱によって引き起こされる膨張のため、金型を閉じる蓋によって及ぼされる作用と対照的に、溶融ポリマー及び試薬の塊は膨張する傾向がある、という欠点を有する。そのため、この圧縮された溶融塊は膨張し、金型上の蓋の閉じられた領域から漏れる傾向がある。その結果、この成形技術に従う従来の製造方法においては、機械に関する維持問題及び環境影響に加えて全体的な製造費用の望ましくない増加の原因である、少なからぬ量の浪費材料が形成される。
これらの不利点に加えて、特に金型からのプラスチック材料の漏出に対応して、完成品のマイクロセル構造の分解もある。
現在の発泡ＰＶＣの製造方法の更なる欠点は、環境に有害であることに加えて、製品の製造、輸送及び保存の複雑さのため高価でもある、使用される化学発泡剤の量の多さにある。
EP 2039496 A1公報は、加硫金型内の出発混合物の体積増加の作用下で砕かれるのに適したミクロスフェアを用いる、ゴムの製造方法を開示している。発泡プラスチック材料の分野に関連しないこの周知技術によると、成形物は、ゴムをベースとする最終製品の状態であるが、その最後の及び最終的な破砕又は崩壊状態にあるミクロスフェアを組み込む。
そのため、本発明の主要目的は、発泡ＰＶＣ、特にＩＰＮ重合体発泡体の新しい製造方法であって、成形処理の間に溶融製品の損失を回避するのに加えて、周知技術において使用されるよりもはるかに少ない化学発泡剤を用いてでも、所望の密度値を有する発泡ＰＶＣを得られる方法を提供することである。
本発明の更なる目的は、成形段階の出口（outlet）での製品の浪費を相当に減らし、このためプラスチック材料の製造の全体的なプラント管理費用及び環境影響の両方を最小限にすることができる、上述のタイプの方法を提供することである。
本発明はまた、金型の閉じた領域に対応するプラスチック材料のマイクロセル構造の強い分解を回避することによって、最終製品の品質の向上に寄与するという目的を有する。
これら及び他の目的は、請求項１、７及び８のそれぞれに記載の方法、重合体混合物及び発泡プラスチック材料を用いて達成される。本発明の好ましい態様は、残りの請求項において表されている。
発泡プラスチック材料の製造に関する周知技術について、本発明の方法は、成形処理の間の溶融産物の損失を回避するだけでなく、このタイプの現在の方法において使用される化学発泡剤について、はるかに少ない量の化学発泡剤を使用しても、所望の密度値を有する発泡ＰＶＣが得られるようにもする。
特に、本発明の方法において使用される化学発泡剤の量の有意な減少の結果、後者は、これらの製品に起因する環境損害だけでなく、化学発泡剤の製造、輸送及び保存費用が少なからぬ影響を有する発泡プラスチック材料の製造費用をも減らす。
本発明の更なる利点は、マイクロセル構造における、また金型の閉鎖に対応して形成されるマイクロセル構造における分解の大幅な欠如によって得られる、プラスチック材料の向上した品質によって表れる。
本発明の方法は、圧縮された重合体の塊内での微粒子の一時的な収縮によって引き起こされる容量補償（volumetric compensation）の結果、前記方法は金型と共に使用される通常の値より低い圧力で実施され得る、という利点と共に、方法の操作条件に関する結果として生じる利点もまた提供される。
更に、金型からのプラスチック材料の損失の大幅な欠如の結果、浪費産物の回収及び処理費用並びに環境に対する後者の影響の両方が、大きく軽減される。
これら及び他の目的、利点及び特徴は、説明及び非制限的な目的のために、同封の図面の図において示される、本発明の方法及び発泡プラスチック材料の好ましい態様の以下の記載から明らかである。
本発明の方法によって製造される重合体のＩＰＮ発泡体は、上記図１において示されるように、ポリアミド、ポリイミド、ポリイソシアヌレート及びポリウレアの網目構造ＲとのＰＶＣの線状鎖Ｃの貫通によって得られる。
図２において図解される周知技術の方法に従って、出発重合体混合物の塊１３ａ（ＰＶＣ樹脂、無水物、イソシアネート、化学発泡剤、界面活性剤及び触媒）を金型１０に注入し、プレスプレート１２によって作動（activate）される蓋１１で閉じ、加熱プレート１４、１５によって加熱され、プロセス反応（process reaction）によって（特に発泡ガスのマイクロセル２０の形成によって）引き起される膨張に対してプレート１２によって及ぼされる対照作用（contrast action）の結果として圧縮されたとき、金型１０の本体に対する蓋１１の密閉作用に打ち勝つまで、前記混合物は力強く膨張する傾向にある。結果として、成形物の塊１３ｂを形成する重合体材料の一部は、金型１０の本体に対する蓋１１の密閉リベート（closing rebate）に対応して出ていく傾向がある（図２の矢印Ｆ）。
続いて、最終産物１３ｃは、単独の発泡ガスのマイクロセル２０によって与えられる密度を有し、発泡ガスはこの目的のために必要な高い適用量で結果として出発混合物の塊１３ａの中に存在しなければならない。
本発明によると、記載された金型１０からの重合体混合物の損失を回避するため、及び発泡重合体の塊内に前記ガス２０のマイクロセルを生成するために用いる化学発泡剤の量を有意に減らすために、処理条件下で伸縮自在に又は可逆的に圧縮可能な材料と共に、中空の微粒子１６を出発混合物に加える。図３で図解される例において、これらの微粒子は、処理条件下で伸縮自在に変形可能な材料、好ましくはポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）又はポリメタクリロニトリル（ＰＭＡＮ）、の外被（outer casting）１７によって形成されるミクロスフェアからなり、その内側はガス１８（好ましくはイソペンタン）で満たされた空洞１９で特徴付けられる。微粒子１６を形成する、記載された伸縮自在に変形可能な材料の使用は、出発重合体材料の熱成形処理が完了すると、微粒子をその最初の形状に戻させるために、微粒子を可逆的に圧縮可能にするという特別な利点を有する。このように、微粒子１６は、その膨張した又は最大の体積の形態において、発泡プラスチック材料の内側で、最終製造産物の密度及び機械的特徴の両方を増大するのに役立つ。
微粒子１６の外被１７の伸縮自在に変形可能な性質及び空洞１９に集められたガス１８の固有の圧縮性の結果、前記微粒子１６は、外側の圧力の作用の下、より大きな寸法を有する最初の形態Ａからより小さな寸法を有する形態Ｂへ、一時的に収縮され、金型１０から取り出されると、成形されたＩＰＮ塊を湿潤下で加熱することでその最初の形態Ａへ戻る（図３）。本発明の適用のために１０〜１１０μｍの直径を有するミクロスフェアが有利に使用され得るとはいえ、特に前記微粒子１６は、好ましくは３５〜５５μｍの直径を有するミクロスフェアの形態にある。
図４においてより良く図解されるように、重合体混合物の最初の塊１３は、より大きな体積を有するその最初の形態１６Ａにある圧縮性の微粒子と共に、金型へ導入又は注入される。前記微粒子は、特に、前記出発重合体混合物の塊１３内に、他の成分と共に均質に分散されている。
この最初の形態から始め、蓋１１を閉じることで一定の体積を有する環境において、金型１０内に注入された塊１３は加熱され、こうして、化学発泡剤の分解によって、並びにＩＰＮ重合体のゲル化及び架橋反応によって得られるガスマイクロセル２０を生成する。
一定の体積を有する金型１０に対する蓋１１の密閉作用とは対照的に、こうして塊１３において生じる膨張は、図４の最初の塊１３内に分散された上記微粒子１６の一時的な収縮を引き起こす圧力の増大を引き起こす。
上記微粒子１６の収縮現象のため、一定の体積を有する金型１０中に集められた重合体の塊１３における圧力の増大に対する反応において、これらはより大きな体積を有するその最初の形態１６Ａから減少した体積を有する１６Ｂへと変化し、後者を金型１０から取り出した重合体の塊１３ｂと呼ぶ（「エンブリオ１３ｂ」とも呼ぶ）。
この時点で、湿度条件下（水蒸気の存在中、炉２１の中、又は熱湯槽中に浸すことによる）で、発泡ガスのマイクロセル２０の形成による化学発泡との組み合わせにおいて、微粒子１６の最初の体積Ａを回復することによってＩＰＮ重合体の所望の密度を有する塊１３ｃが得られるまで、エンブリオ１３ｂを加熱する（図４）。
好ましい態様によると、本発明のＩＰＮ重合体発泡体の製造のための出発混合物は、
ＰＶＣ ３５〜６０％
無水物 １〜２０％
イソシアネート ２０〜５０％
化学発泡剤 ０．５〜７％
界面活性剤 ０．０８〜０．８％
触媒 ０．０２〜０．２％
からなり（割合は質量）、０．０５〜０．５％のミクロスフェア１６が加えられる。
ＰＶＣ ３５〜６０％
無水物 １〜２０％
イソシアネート ２０〜５０％
化学発泡剤 ０．５〜７％
界面活性剤 ０．０８〜０．８％
触媒 ０．０２〜０．２％
からなり（割合は質量）、０．０５〜０．５％のミクロスフェア１６が加えられる。
周知技術との比較として、以下の組成：
ＰＶＣ ４５％
無水物 ９％
イソシアネート ４５％
界面活性剤 ０．５％
触媒 ０．１３％
を有する出発混合物を、一回わずか５．５％の発泡剤と一緒に（図２の周知技術）、二回目は０．２％のミクロスフェアの存在下で２．５％の化学発泡剤と一緒に（本発明の方法、図４）処理する。両方の場合において、４５ｋｇ／ｍ3の密度を有する、発泡したＩＰＮ重合体発泡体１３ｃが得られた。従って、本発明の方法は、現在の方法（図２の発泡製品１３ｃ）において使用される量の半分である量での化学発泡剤の使用によって、所望の密度度合いを有するが、最終製品の機械的特性を変化させずに保ち、製造された製品の塊内でより均質な化学発泡剤の分布を有する発泡材料を得られるようにする（図４の１３ｃ）。
本発明の好ましい態様は、下記の通りである。
〔１〕密閉金型内で重合体混合物の塊（１３）を加熱する工程を含むタイプの発泡ＰＶＣの製造方法であって、以下の工程、
（ａ）前記密閉金型（１０）によって規定される一定の体積を有する環境における熱成形処理による前記塊（１３）の膨張を制御する工程であって、前記制御が、前記重合体混合物の塊（１３）中における、同じ塊（１３）中で発泡ガスのマイクロセル（２０）の形成及び膨張によって生成される圧力の作用の下で、より大きな体積を有する最初の形態（Ａ）からより小さな体積を有する形態（Ｂ）へ収縮されるのに適した圧縮性材料の微粒子（１６）の存在によって得られる工程、そして
（ｂ）その形態（Ｂ）からより大きな体積を有する最初の形態（Ａ）への、成形発泡材料の塊中に含まれる前記微粒子（１６）を膨張する工程であって、こうして得られる前記発泡材料の密度が、後者の塊（１３ｃ）において、発泡ガスのマイクロセル（２０）及びより大きな体積を有するその形態（Ａ）にある前記微粒子（１６）の両方が同時に存在することによって決定される工程、
を含むことを特徴とする方法。
〔２〕前記膨張工程（ｂ）が湿潤条件下で実施される、前記〔１〕に記載の方法。
〔３〕前記微粒子（１６）が、変形可能なプラスチック材料の外被（１７）からなり、その内側はガス（１８）を含む空洞（１９）によって特徴づけられるミクロスフェアの形態である、前記〔１〕に記載の方法。
〔４〕前記微粒子（１６）の外被（１７）がポリアクリロニトリル又はポリメタクリロニトリルからなり、前記空洞（１９）がイソペンタンで満たされている、前記〔３〕に記載の方法。
〔５〕前記ミクロスフェアが１０〜１１０μｍの直径を有する、前記〔３〕又は〔４〕に記載の方法。
〔６〕前記重合体混合物が、０．０５〜０．５％のミクロスフェア（１６）の存在下において、以下の出発組成（ｗ％）：
ＰＶＣ ３５〜６０％
無水物 １〜２０％
イソシアネート ２０〜５０％
発泡剤 ０．５〜７％
界面活性剤 ０．０８〜０．８％
触媒 ０．０２〜０．２％
を有するＩＰＮ重合体発泡体の製造用の混合物である、前記〔１〕〜〔５〕の１以上に記載の方法。
〔７〕前記〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載の方法において使用される、密閉加熱金型内での発泡ＰＶＣの製造用の出発重合体混合物であって、圧縮性材料の微粒子（１６）を含むことを特徴とする、出発重合体混合物。
〔８〕前記〔７〕に記載の重合体混合物を用いて前記〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載の方法によって得られる、ＰＶＣをベースとする発泡プラスチック材料。
〔９〕前記〔８〕に記載のプラスチック材料を使用して製造される、発泡ＰＶＣ製の製品。
〔１０〕前記発泡プラスチック材料が、より大きな体積を有するその状態（Ａ）にある前記微粒子（１６）を含むＩＰＮ重合体発泡体からなる、前記〔９〕に記載の製品。
ＰＶＣ ４５％
無水物 ９％
イソシアネート ４５％
界面活性剤 ０．５％
触媒 ０．１３％
を有する出発混合物を、一回わずか５．５％の発泡剤と一緒に（図２の周知技術）、二回目は０．２％のミクロスフェアの存在下で２．５％の化学発泡剤と一緒に（本発明の方法、図４）処理する。両方の場合において、４５ｋｇ／ｍ3の密度を有する、発泡したＩＰＮ重合体発泡体１３ｃが得られた。従って、本発明の方法は、現在の方法（図２の発泡製品１３ｃ）において使用される量の半分である量での化学発泡剤の使用によって、所望の密度度合いを有するが、最終製品の機械的特性を変化させずに保ち、製造された製品の塊内でより均質な化学発泡剤の分布を有する発泡材料を得られるようにする（図４の１３ｃ）。
本発明の好ましい態様は、下記の通りである。
〔１〕密閉金型内で重合体混合物の塊（１３）を加熱する工程を含むタイプの発泡ＰＶＣの製造方法であって、以下の工程、
（ａ）前記密閉金型（１０）によって規定される一定の体積を有する環境における熱成形処理による前記塊（１３）の膨張を制御する工程であって、前記制御が、前記重合体混合物の塊（１３）中における、同じ塊（１３）中で発泡ガスのマイクロセル（２０）の形成及び膨張によって生成される圧力の作用の下で、より大きな体積を有する最初の形態（Ａ）からより小さな体積を有する形態（Ｂ）へ収縮されるのに適した圧縮性材料の微粒子（１６）の存在によって得られる工程、そして
（ｂ）その形態（Ｂ）からより大きな体積を有する最初の形態（Ａ）への、成形発泡材料の塊中に含まれる前記微粒子（１６）を膨張する工程であって、こうして得られる前記発泡材料の密度が、後者の塊（１３ｃ）において、発泡ガスのマイクロセル（２０）及びより大きな体積を有するその形態（Ａ）にある前記微粒子（１６）の両方が同時に存在することによって決定される工程、
を含むことを特徴とする方法。
〔２〕前記膨張工程（ｂ）が湿潤条件下で実施される、前記〔１〕に記載の方法。
〔３〕前記微粒子（１６）が、変形可能なプラスチック材料の外被（１７）からなり、その内側はガス（１８）を含む空洞（１９）によって特徴づけられるミクロスフェアの形態である、前記〔１〕に記載の方法。
〔４〕前記微粒子（１６）の外被（１７）がポリアクリロニトリル又はポリメタクリロニトリルからなり、前記空洞（１９）がイソペンタンで満たされている、前記〔３〕に記載の方法。
〔５〕前記ミクロスフェアが１０〜１１０μｍの直径を有する、前記〔３〕又は〔４〕に記載の方法。
〔６〕前記重合体混合物が、０．０５〜０．５％のミクロスフェア（１６）の存在下において、以下の出発組成（ｗ％）：
ＰＶＣ ３５〜６０％
無水物 １〜２０％
イソシアネート ２０〜５０％
発泡剤 ０．５〜７％
界面活性剤 ０．０８〜０．８％
触媒 ０．０２〜０．２％
を有するＩＰＮ重合体発泡体の製造用の混合物である、前記〔１〕〜〔５〕の１以上に記載の方法。
〔７〕前記〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載の方法において使用される、密閉加熱金型内での発泡ＰＶＣの製造用の出発重合体混合物であって、圧縮性材料の微粒子（１６）を含むことを特徴とする、出発重合体混合物。
〔８〕前記〔７〕に記載の重合体混合物を用いて前記〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載の方法によって得られる、ＰＶＣをベースとする発泡プラスチック材料。
〔９〕前記〔８〕に記載のプラスチック材料を使用して製造される、発泡ＰＶＣ製の製品。
〔１０〕前記発泡プラスチック材料が、より大きな体積を有するその状態（Ａ）にある前記微粒子（１６）を含むＩＰＮ重合体発泡体からなる、前記〔９〕に記載の製品。
Claims (6)
- 密閉金型内で重合体混合物の塊（１３）を加熱する工程を含むタイプの発泡ＰＶＣの製造方法であって、以下の工程、
（ａ）前記密閉金型（１０）によって規定される一定の体積を有する環境における熱成形処理による前記塊（１３）の膨張を制御する工程であって、前記制御が、前記重合体混合物の塊（１３）中における、同じ塊（１３）中で発泡ガスのマイクロセル（２０）の形成及び膨張によって生成される圧力の作用の下で、より大きな体積を有する最初の形態（Ａ）からより小さな体積を有する形態（Ｂ）へ収縮されるのに適した圧縮性材料の微粒子（１６）の存在によって得られる工程、そして
（ｂ）その形態（Ｂ）からより大きな体積を有する最初の形態（Ａ）への、成形発泡材料の塊中に含まれる前記微粒子（１６）を膨張する工程であって、こうして得られる前記発泡材料の密度が、後者の塊（１３ｃ）において、発泡ガスのマイクロセル（２０）及びより大きな体積を有するその形態（Ａ）にある前記微粒子（１６）の両方が同時に存在することによって決定される工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記膨張工程（ｂ）が湿潤条件下で実施される、請求項１に記載の方法。
- 前記微粒子（１６）が、変形可能なプラスチック材料の外被（１７）からなり、その内側はガス（１８）を含む空洞（１９）によって特徴づけられるミクロスフェアの形態である、請求項１に記載の方法。
- 前記微粒子（１６）の外被（１７）がポリアクリロニトリル又はポリメタクリロニトリルからなり、前記空洞（１９）がイソペンタンで満たされている、請求項３に記載の方法。
- 前記ミクロスフェアが１０〜１１０μｍの直径を有する、請求項３又は４に記載の方法。
- 前記重合体混合物が、０．０５〜０．５％のミクロスフェア（１６）の存在下において、以下の出発組成（ｗ％）：
ＰＶＣ ３５〜６０％
無水物 １〜２０％
イソシアネート ２０〜５０％
発泡剤 ０．５〜７％
界面活性剤 ０．０８〜０．８％
触媒 ０．０２〜０．２％
を有するＩＰＮ重合体発泡体の製造用の混合物である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
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