JPH0815745B2 - 高粘度ポリマー材料の発泡方法と装置 - Google Patents

高粘度ポリマー材料の発泡方法と装置

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JPH0815745B2
JPH0815745B2 JP63086294A JP8629488A JPH0815745B2 JP H0815745 B2 JPH0815745 B2 JP H0815745B2 JP 63086294 A JP63086294 A JP 63086294A JP 8629488 A JP8629488 A JP 8629488A JP H0815745 B2 JPH0815745 B2 JP H0815745B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔従来技術、および発明が解決しようとする課題〕 本発明の出願人は、各種の製品をポリマーコーティン
グやペイントなどと同様に接着するための、ホットメル
ト熱可塑性接着剤或いは産業界で広く用いられるいわむ
る「ホットメルト」を発泡させる方法と装置の開発並び
にその応用を他に先がけて行って来ている。
例えば、ホットメルト接着剤に関して本発明の出願人
は次のような事実を見出している。即ち、所定量の選択
されたホットメルト接着剤により得られる接着剤の結合
強度は、かなり改良された、また殆んどの場合に、接着
剤を、従来の非発泡性接着剤としてでなく、発泡体とし
て塗布した場合、結合強度は少なくとも２倍になること
を見出している。ショール（Scholl）らの米国特許第4,
059,466号には、ホットメルト熱可塑性接着剤発泡シス
テムが示してある。即ち、ホットメルト熱可塑性接着剤
と発泡剤の固形混合物が、加熱リザーバ内で、この接着
剤の溶融温度以上、発泡剤の分解温度以下の温度で加
熱、溶融される。次に、この溶融接着剤と固形発泡剤と
混合物はギヤポンプにより加圧され、加圧下、例えば平
方インチ当り300ポンドの圧力下でホットメルトディス
ペンサに供給される。この溶融接着剤と固形発泡剤の混
合物は、ポンプとホットメルトディスペンサの取出口の
間で更に高温に加熱され、この温度においては、発泡剤
は分解し、ガス、例えば窒素を放出し、このガスは、こ
の圧力下では、液体状接着剤に溶解している状態であ
る。次に、この加圧された液体／ガス接着剤溶液は、接
着剤ディスペンサのバルブ式取出口に供給され、この取
出口から接着剤は大気圧で吐出される。このガスは、デ
ィスペンサの取出口ノズルから放出されるとき、溶液状
態から小さな泡状になり、これにより接着剤の体積は膨
脹する。得られた非圧縮状態の接着剤は、接着剤全体に
わたってほぼ一様に分布するガスセルを持つ均一な固形
発泡物として硬化する。
同様に、ショール（Scholl）らの米国特許第4,059,71
4号には、他のホットメルト熱可塑性接着剤発泡システ
ムが示してある。この場合は、溶融接着剤がガスと混合
され、１段式または２段式ギヤポンプのいずれかにより
加圧される。このギヤポンプ内では、ガスと溶融接着剤
は徹底的に混合され、ガスは、ポンプの取出圧力の下
で、液体状接着剤と溶液状態になっている。次に、この
加圧液体／ガス接着剤溶液は、バルブ式吐出ガンに供給
される。このガンから接着剤が大気圧で吐出される。更
に、ガスは、ディスペンサの取出ノズルから噴出される
とき、溶液から小さな泡を放出し、これにより非圧縮状
態で接着剤の体積は膨脹し、接着剤にわたって一様にガ
スセルを分布させた均一な固形発泡体が形成される。
上記引用特許に示されたように、ガス状発泡剤を溶融
接着剤と混合し、ガスを加圧して接着剤に溶解させる方
法は、一段或いは２段式ギヤポンプを使用している。本
願においては、溶融接着剤や発泡ガスはギヤポンプの内
部に流入し、そこで１対のギヤの噛合歯によりガスと溶
融接着剤が十分に混合され、ガスが加圧下で溶融状態に
され、これにより溶融接着剤／ガス溶液が形成される。
ギヤポンプの作用は、ガスと溶融接着剤の混合物の圧力
を、平方インチ（6.4516cm2）当り約300ポンドの圧力に
増加させることにあり、この圧力では溶融ポリマー内に
含まれるガスはこの溶融ポリマーと溶液状態に維持され
る。この条件の下では、溶液が大気圧で吐出されて発泡
体が形成されまで、溶液のままである。ポンプの噛合ギ
ヤ歯は多数の小形ピストンとして作用し、流入液体をポ
ンプ内に吸引し、これを加圧し、更にポンプ取出口から
吐出する。ホットメルト接着剤成分は、例えば米国特許
第4,059,714号に示されるように、ギヤポンプを用いて
発泡化される。この成分としては、イーストマン・ケミ
カル・カムパニー（Eastman Chemical Company）から市
販されているイースタボンド（Eastabond）Ａ−３およ
びＡ−32のような従来のポリエチレンをベースとするホ
ットメルト接着剤成分が考えられる。これらの材料の粘
度は、約350゜〜400゜Ｆの通常の吐出温度で、約2,200c
pから20,000〜35,000cpまでの範囲にある。
しかしながら、粘度範囲が50,000cpから1,000,000cp
以上の熱硬化性シーラント材料などの比較的高粘度のポ
リマー材料を発泡させようとすると、ギヤポンプシステ
ムは、幾つかの理由、例えば、ガスとポリマーの混合が
不適当であったり、ポリマー材料が不要に温度上昇した
り、スループットが低下するなどの理由により、問題が
あった。上記の混合が不適当という問題は、次に示すよ
うに、若干複雑である。第１に、ポリマーに混合される
空気またはガスの粘度はほぼゼロであり、またポリマー
の粘度は非常に高いので、非常に低粘度の材料を他の非
常に高粘度の材料に混合するのは困難である。第２に、
材料の粘度は非常に高いので、ポンプやホース、パイプ
などを通して材料を移動させる場合のライン損失が大き
くなり、混合を促進するための再循環システムが使用で
きなくなる。第３に、以下でも説明するように、ポリマ
ー材料の温度上昇の問題があるので、ポリマーにエネル
ギーを与える混合またはポンピング装置をシステムに付
加しても、大きなライン損失の問題に対する解決にはな
らない。
或る程度の温度上昇は、例えば、ポリイソブチレンを
ベースとする材料やポリエチレンをベースとするホット
メルトなどの熱可塑性樹脂を発泡させるときには、若干
の熱可塑性樹脂を対しては許容できる。しかしながら、
シリコーンRTV（室温加硫）ゴムなどの熱硬化性材料に
対しては、このような温度上昇は、材料を早期に硬化さ
せ、従って風乾時間を非常に短かくするか、または材料
を発泡装置内で硬化させ、装置を停止させることにな
る。同様にして、このような温度上昇は、ポリマーを、
その化学構造に起因して劣化させるか、または、温度上
昇につれてガスの蒸気圧が上昇するので系内での早期発
泡をもたらすという問題が生じる。
ギヤポンプを用いて高粘度ポリマー材料を発泡させる
場合に生じる許容できないスループットの低下や温度上
昇の原因について調べた結果、ポリマー材料に対するポ
ンプの作用、即ちその機械的な仕事が熱に変換され、こ
の熱がポリマー材料の温度を上昇させることが見出され
ている。既に説明したように、このような温度上昇は、
従来のギヤポンプを用いる限り、比較的高粘度の材料の
発泡を促し、このギヤポンプが商業的には使用できない
という問題を惹起する。
更に、このような高粘度の材料の性質により生じる系
内での大きなライン損失を克服するという問題の他に、
ギヤポンプに対する入力量が不足するという問題があ
る。即ち、上記のような高粘度材料をポンプ内に十分吸
引して適切なスループットを得るためには、ギヤポンプ
の入力部位で発生される通常の吸引力では不適切という
問題がある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明において、その主要な側面の１つは、次のよう
な事実に基づいて与えられる。即ち、50,000〜1,000,00
0cp以上の程度の高粘度を有するポリマー材料中のガス
の溶液は、材料の早期発泡または反応をもたらす状況の
組合わせが起こらないようにして、ガスおよびポリマー
材料を、圧力降下の小さな低エネルギー入力のミキサに
入れるか、これを通して強制的に供給することにより、
ポリマー材料の商業的に許容できるスループットおよび
最小で許容できる温度上昇のもとに達成できる。即ち、
ガスとポリマー材料を低エネルギー入力ミキサ内で混合
することにより、ポリマー材料の早期発泡または硬化を
もたらす系内への熱の導入が回避される。ミキサでの圧
力降下が大き過ぎるため早期発泡をもたらすという問題
も、同様に回避される。
本発明によれば、ポリマー材料と発泡ガスとの混合
は、ディスク状ミキサにより達成される。このディスク
状ミキサは、加圧下でガスとポリマー材料を収容するハ
ウジング内に、これに沿って延在する回転シャフト上に
隔置された一連のディスクを有する。このようなディス
ク状ミキサ内でガスとポリマーを混合することにより、
加圧下でのポリマー材料中でのガスバルブの溶液を得る
ことができ、さらにこれは、この溶液が圧力の解放を伴
って吐出されるとき、ポリマー材料が連続的に且つ即座
に発泡化され、ガスがこの溶液から解放され、ポリマー
に捕えられて一様な発泡体を形成されるよう行なわれる
ことがわかっている。
本発明は更に、その一般的な側面において、比較的低
粘度の材料の発泡のための従来システムで見出された上
記欠点を克服する、高粘度材料を発泡させるための独自
のシステムを提供する。このシステムは、非常に高粘度
の材料を、低剪断力および材料に対する入力エネルギー
の低い状態で、移送または移動させることができるポン
プを備えている。次に、システムの全体にわたる圧力降
下は材料の温度上昇に対して十分低く維持され、これに
よりシステムを通して吐出ノズルまで溶液状態にはガス
は維持され、吐出前の材料の発泡が回避される。特に、
ノズルに加わる圧力差が十分なため、吐出以前のガスは
溶液状態に維持され、しかも吐出後には発泡が可能とな
る。最後に、混合装置が設けられ、これは、十分に効率
的な混合により、熱硬化性材料の架橋或いは早期発泡を
惹起する温度上昇の悪影響がないようガスとポリマーの
均一な混合を可能にするものである。
本発明で用いられる一形態のディスク混合装置は、管
状ハウジングを備え、このハウジングは、このハウジン
グの長さ方向に沿って延在するほぼ平行で、逆方向に駆
動される１対のシャフトを備え、これらのシャフトは、
これらの軸線にほぼ垂直方向で、その各々に隔置された
一連の中実平板ディスクを有しており、一方のシャフト
のディスクは他方のシャフトのディスクと噛合してい
る。更にこの装置は、ハウジングの長さ方向に沿って延
在し、且つ噛合ディスクの要部の輪郭に正確に対応する
表面輪郭を有するステータをハウジング内に備えてい
る。噛合ディスクは、ハウジングを、その長さ方向に沿
う一連のコンパートメントに分割するように作用する。
被発泡ポリマーは、ハウジングの一端部において液体と
して導入される。また、ポリマー／ガス溶液取出口がハ
ウジングの他方の端部から延在している。発泡用ガス
は、ディスクミキサの上流でガスバルブとしてポリマー
中に導入されるか、またはこのガスがポリマー上のヘッ
ド空間に充満するミキサ自体内でポリマー中に導入され
る。平行シャフトは、逆方向に駆動され、これにより互
いに噛合するディスクが互いに相対して回転される。こ
れらのディスクの回転により、ディスク面に対してポリ
マー材料の層流が惹起され、付加されたガスバルブが伸
張され、これによりポリマー内でガスを溶解するため必
要な表面領域が形成される。ミキサ内のポリマー上のヘ
ッド空間にガスが付加されると、ディスクの回転によ
り、シャフト間でポリマー材料の相対運動が惹起され、
ポリマー材料は、ヘッド空間内のガスを取り込み、そし
てガスをポリマー内に溶解させる。ミキサは、ポリマー
中のガスの大きなバブルを破砕し、ディスクとハウジン
グの壁部の間に形成されたニップ（nip）部位の非常に
小さなバブルを取り込む。更に、ディスクの回転によ
り、ガス／ポリマー溶液は、一連の個別コンパートメン
トを通し、ハウジングの長さ方向に沿って搬送される。
本発明に用いられるディスク混合装置の他の形態にお
いては、ミキサは、管状ハウジングと、このハウジング
の長さ方向に沿って延在する従動シャフトとを備え、こ
の従動シャフトは、その軸線に対してほぼ垂直方向に隔
置された一連のディスクを有する。これらのディスク
は、その外周に弧状に歯を隔置し、これらの間にはスロ
ットが形成される。これらの歯はほぼハウジングの内壁
まで延在し、これにより隔置されたスロットは、ハウジ
ングの固定内壁と共に、これらの歯の間に周辺に隔置さ
れた一連の室を形成する。これらの室は、ハウジング
を、その長さ方向に沿いディスクからディスクへ、一連
の回転コンパートメントに分割するように作用する。被
発泡ポリマーおよび発泡ガスは、ハウジングの一端部
で、それぞれ、液状およびガス状に導入される。ポリマ
ー／ガス溶液取出口はハウジングの他方の端部から延在
する。シャフトの回転によりディスクは回転される。こ
れらのディスクの回転により、ポリマー中のガスバルブ
が破砕され、ハウジングの固定内壁によってディスクス
ロット内のポリマー材料が剪断される。更にポリマーが
ディスクの間を移動するにつれ、ポリマーは切断され捩
られる。これにより付加されたガスバルブが伸長され、
分断され、更にポリマー中のガスが溶解するため必要な
表面領域が形成される。
この混合操作の結果、接着剤、シーラント、コーチン
グ、ガスケット材料、および他の多くの用途に適したよ
うなポリマー材料が生成される。このポリマー材料は内
部にガスバブルを分散し溶解している。次に、ポリマー
／ガス溶液が加圧下でポリマー／ガス取出口から弁式ノ
ズルなどの吐出装置に移送され、このノズルからポリマ
ー材料が大気圧下で吐出される。
本明細書とクレイムを通して、用語「溶液」は、吐出
装置に高圧下で供給されるような溶解ガスを含む液状ポ
リマーの説明に用いられる。この溶解されたガスは大気
圧下で吐出されたとき発泡ポリマー構造を形成する。本
願の明細書およびクレイムで用いられるこの用語「溶
液」は、ガスと溶融または液状ポリマーとの均一な混合
物である溶液の幅広い総称を示しており、ガス分子が実
際にはポリマー分子中に溶解又は分散しているかどうか
は問題としていない。
ディスペンサの取出ノズルから出ると、ガスは小さな
バブル状の溶液から生成拡大され、これによりポリマー
材料の体積が膨脹される。非圧縮状態で得られた製品
は、気孔または気泡を有する均一な発泡体になる。この
気泡は、開いた気泡と閉じた気泡を含む種々の形状をな
し、ポリマー内の至る所でほぼ均一に分布されている。
ポリマー材料が冷却されるか硬化されると、永続的で均
一な泡が形成される。一方、硬化または固化前のホット
メルト接着剤などのポリマー発泡体が、例えば、カート
ンの２つのフラップの間で圧縮できるようになる。材料
の発泡することにより、所定体積のホットメルト接着剤
で従来の非発泡接着剤を上まわる非常に強い結合強度を
有する接着剤が得られる。（このような発泡接着剤の利
点は米国特許第4,059,466号に示されている。） 以上に説明したように、本発明は、1,000,000センチ
ポアズ以上にわたる広範な粘度を有する様々なポリマー
材料の連続的な発泡を可能にする。即ち、本発明の重要
な特徴は、粘度が比較的高く、温度上昇に敏感なため、
発泡には適さない広範な熱可塑性材料および熱硬化性材
料に適用できることにある。本発明は、比較的高粘度の
ポリマー材料と発泡ガスを混合でき、更に最小で且つ許
容できる材料の温度上昇範囲内で商業的にも使用できる
スループットでこのガスを溶液状態にして、発泡化ポリ
マー材料を連続的に吐出することができる。このように
して、本発明の方法と装置により、多様な熱可塑性、熱
硬化性材料を確実に発泡させることが出来、低密度発泡
材料を一様な出力量の商業的に実施できるスループット
で形成することができる。
〔実施例〕
上記のように、本発明は、熱可塑性材料の発泡につい
ても熱硬化性のポリマー材料の発泡についても有効に用
いることができる。
「熱可塑性材料」は、この用語が当業者にはよく知ら
れているように、天然または合成の熱可塑性ポリマーま
たはポリマー状組成を含む。熱可塑性材料は、使用温度
では通常固形状または半固形状の材料であり、高温に加
熱すると溶解または液化する。冷却すると、この材料は
凝固するか、または固形或いは半固形状態に復帰する。
更にここの説明でも用いられるように、「熱可塑性ホッ
トメルト接着剤」または「ホットメルト接着剤」は従来
から知られており、またこの材料は同様の特性、即ち加
熱すると液化し、冷却すると、固形、半固形、または粘
着状態になる特性を有する。
「熱硬化性材料」の用語は、当業者にはよく知られる
ように、天然または合成の熱硬化性ポリマーまたはポリ
マー状組成を含むものである。熱硬化性樹脂は、ある処
理段階では液状になることが多く、これは熱、触媒、ま
たはその他の化学的方法により硬化される。十分硬化さ
れた後の熱硬化性樹脂は、ほとんど不融性、不溶性を有
し、加熱しても液化しなくなる。
熱可塑性材料には、例えば、エチレンなどの不飽和モ
ノマーを含有するポリマー、つまりポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、ポリ（−メ
チルスチレン）、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポ
リアクリル酸エチル、ポリアクリレートなどのポリマ
ー；エチレンなどの不飽和モノマーを含有するコポリマ
ー、つまりエチレンとプロピレン、エチレンとスチレ
ン、ポリビニルアセテート、スチレンと無水マレイン
酸；スチレンとメタクリル酸メチル；スチレンとアクリ
ル酸エチル；スチレンとアクリロニトリル；メタクリル
酸メチルとアクリル酸エチルなどのコポリマー；そして
ポリブタジエン、ポリイソプレン、およびポリクロロプ
レンのような共役ジエンのポリマーとコポリマーが用い
られる。本発明で用いられる熱硬化性材料には、例え
ば、合成ブチルゴム、合成イソプレンゴム、シリコーン
RTV（室温加硫）ゴム、スチレンブタジエンゴム、エチ
レン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ス
チレン−ブタジエンゴムなど；アルキド樹脂およびその
他のポリエステルを含む飽和および不飽和ポリエステ
ル；ナイロン樹脂およびその他のポリアミド；ポリエス
テルアミドとポリウレタン樹脂；塩素化ポリエーテル、
エポキシポミマー、酢酪酸セルロースなどのセルロース
エステルが知られる。これらの材料により1,000,000cp
以上の範囲にわたる粘度を得る。
「熱可塑性材料」という用語は、ここでは「ホットメ
ルト」、「メルト」、「ホットメルト熱可塑性樹脂」ま
たは「ホットメルト接着剤」と言いかえて用いる場合も
ある。勿論。これらの組成は、上述の定義のごとくそれ
らの熱可塑性により特徴づけられる。以下に示す動作例
で用いられる、粘度が著しく異なる（ブルックフィール
ド（Brookfield）粘度計により測定された）熱可塑性ま
たはホットメルト接着剤組成物の例は、イーストマン・
ケミカル・カムパニーで製造された従来のポリエチレン
ベースの接着剤組成物である。例えば、350゜Ｆで粘度
が2,200cpのイーストボンドＡ−３」がある。或いは、3
50゜Ｆで粘度が35,000〜40,000cpの「イーストボンドＡ
−32」が知られている。熱可塑性材料の他の例として、
トレムコ・カムパニー（Tremco Company）によりトレム
コ・ブチル・シーランド（Tremco Butyl Sealant）JS−
792として市販されているポリイソブチレンをベースと
する熱可塑性のシーリング、コーキング材料が知られて
いる。この材料の粘度は、375゜Ｆで740,000cpと350゜
Ｆの970,000cpの範囲にある。熱可硬化材料の例として
は、ダウ・コーニング・カムパニー（Dow Corning Comp
any）により製造された、比較的高粘度のポリマー材料
で、熱硬化性RTVシリコーンゴムであるダウ・コーニン
グ（Dow Corning）732RTVが知られている。
本発明の実施に際しては、以上に示した各種ポリマー
配合物の他に、各種のガス、例えば空気、窒素、酸素、
二酸化炭素、メタン、エタン、ブタン、プロパン、ヘリ
ウム、アルゴン、ネオン、ジクロロジフルオロエタンや
モノクロロトリフルオロメタンのようなフルオロカーボ
ン、又はその他のガス、或いはこれらのガスのいずれか
の混合物が用いられている。このようなガスもポリマー
材料やその他の使用添加剤に応じて変えることができ
る。
第１図は本発明の方法を実施するシステムの概略構成
図である。本実施例における装置では、塊状材料溶解装
置10などのポリマーの塊状材料源が用いられ、この塊状
材料溶解装置10は、固体状または半固体状のポリマー材
料を液化し、且つこのポリマー材料をタンクからポンプ
により送り出すことのできる加熱手段を備える。このよ
うな塊状材料溶解装置は、例えば、本発明の出願人に譲
渡された米国特許第4,073,409号に示されている。その
説明をここに引用する。ポンプは、カートリッジ式ギヤ
ポンプであるが、塊状材料の容器から材料を送り出すの
に十分な圧力を与えることができるポンプが適してい
る。このポンプには、ディスクミキサーと一体化された
２軸式スクリューポンプを用いてもよい。他方、ホット
メルト材料は、従来の市販されているホットメルト・デ
ィスペンサから得ることができる。感熱性の、または硬
化性の材料を用いる場合は、ポリマー材料源は、当然の
ことながら、加熱されない。
被発泡材料は、加圧下で加熱材料を搬送できるホース
などの管路12を通してディスクミキサ14の上流端部に搬
送され、ここでミキサに注入される。
発泡ガスは、ガスライン16を通して加圧ガス供給装置
15からディスクミキサに供給される。ガスライン16中の
圧力調節器18と流量計20はガス圧とミキサ14へのガス流
量の制御に用いられる。第１図に示したように、ガスは
他の幾通りかの経路を通してシステムに供給されうる。
１つは、ミキサーをポリマー材料で部分的に充填し、且
つディスクミキサ内のポリマー材料の上のヘッド空間を
ライン16（実線で示したように）からのガスで所望の圧
力まで充填する経路か考えられる。上記の所望の圧力に
おいては、ミキサ内の被発泡ポリマー材料は、ミキサの
動作時にヘッド空間からガスを取り込んでポリマー／ガ
ス溶液を形成する。他の経路であるガス流路16a（ドッ
トで示した）の場合は、ポリマー材料をミキサ14に供給
するライン12内にガスバルブを計量導入する。これによ
り、ガスとポリマーが共にミキサに導入され、これを完
全に充填し、ミキサ内のポリマーの溶液中にガスを配合
することができる。他の経路16b（同様に点線が示して
ある。）の場合は、ミキサ内に多孔性の端部板が設れら
れ、この板を通してガスバルブを、ポリマーで完全に充
填されたミキサ14に、つまりミキサ内のポリマーに供給
する。これらの方法は用途に従って用いられるが、ここ
では説明の便宜上、ライン16を通してミキサ14のヘッド
空間に発泡ガスを供給する方法を一実施例として示す。
ここで第２図〜４図を参照すると、ディスクミキサ14
の構成の詳細が示してある。このミキサ14は、ほぼ水平
位置内にベース23（第２図で点線で示した）で支承さ
れ、ストラップ25により固定された管状ハウジング22に
より構成される。ハウジング22の長軸線に沿って延在す
る一対のほぼ平行するシャフト24、26が設けられる。ハ
ウジング22の対向する両端には、ねじ32などの適切な手
段により、それぞれ上流端部および下流端部キャップ28
と30が固定される。これらの端部キャップ28と30はハウ
ジング22の端部を閉じ、さらにシャフトを端部キャップ
28、30で支承して回転させるためのスラストベアリング
34とジャーナル36を備える。ホットメルト接着剤の発泡
のような用途は、例えば350゜Ｆのような高い温度で行
われるので、これに耐え得る封止がなされなければなら
ない。一方、ハウジング内部50に材料を逆流するためシ
ャフトには小さな溝を設けることができる。
第１図に示したように、シャフト24の一方は電動モー
タ38により駆動される。この電動モータの速度制御に
は、定回転制御装置40が用いられる。連続の処理条件の
下では、シャフトを駆動するトルクは、処理される材料
量に直接関係するので、トルクセンサ42を用いてミキサ
内での材料レベルを検出、制御する。駆動シャフト24に
はギヤ44が設けられ、このギヤ44は隣接従動シャフト26
に設けられた同様のギヤ46と噛合する。この噛合によ
り、駆動シャフト24が一方向に回転したとき、従動シャ
フト26は逆方向に回転する。
それぞれのシャフト24、26は、これらの軸線にほぼ垂
直な一連の隔置された平板ディスク48を備えている。第
２図および第３図にわかり易く示したように、ディスク
48は、２つのシャフト24、26の間の空間で互いに噛合或
いは重畳するように配置されている。更に、これらのデ
ィスクは、ハウジング22の内周50までほぼ延在し、これ
らの間でニップ51を形成する。駆動モータ38の動作によ
りシャフト24、26が逆方向に（第２図の矢印で示したよ
うに）回転され、これにより噛合ディスク48の重畳面が
互いに関して移動し、またディスク48の周囲が固定ハウ
ジング内部 50関して移動される。
ポリマ材料は、ハウジング22の上流端部キャップ28の
ポート52を通してハウジング22に流入する。ライン16
は、適切な取付手段（図略）によりポート52に接続され
る。ライン16を通してハウジングに供給された発泡ガス
は、開口54を通してハウジング壁22内に流入する。ライ
ン16は、適切な加圧ホース取付手段55により開口54に接
続される。一方、既に説明したように、開口54は材料ラ
イン12または端部キャップ28内に配置することができ、
或いは発泡ガスは、多孔性端部板を通してハウジングの
材料内に注入することができる。第３図および第４図に
わかり易く示したように、上流側ディスク48（即ち、端
部キャップ28に向けて配置されたもの）は、下流側ディ
スクよりも互いに近接して配置される。この、上流端部
から下流端部に向けて徐々に増加する噛合ディスクの間
隔は、ハウジングに沿って材料を搬送する場合に、特に
材料の粘度が高くなる程、都合よく作用する。とは言
え、このディスク間隔はそれ程厳密なものではなく、従
って本発明では、ディスクの間隔が一様なものも対象と
している。
浸漬チューブ56の形状をなす材料取出口は、ハウジン
グの下流側端部のハウジング壁22を通してあり、シャフ
ト24、26の少なくとも中心線のレベルまで延在する。こ
の浸漬チューブ56は、ガスを溶液状に混入されハウジン
グ内で加圧されたポリマー材料が、この浸漬チューブ56
から送出されて吐出ノズルに搬送されることを可能にす
る。即ち、図に示した実施例においては、ハウジングの
内部はシャフトの上部のレベルまで充填され、材料上の
空間またはヘッドは例えば300〜350プサイまで加圧され
た発泡ガスで充填される。この圧力により材料は浸漬チ
ューブ56を上昇し、吐出ノズルに到達する。浸漬チュー
ブ56はシャフトの中心線にまで達しているので、ヘッド
空間内のガスは浸漬チューブに誤って侵入することはな
い。そうでない場合、この浸漬チューブは材料流をしゃ
断し、スパックリングを惹起する。ハウジング壁22を通
すように延在する覗き窓58を用いて材料を可視的に観察
し、ハウジング内の材料レベルを制御することができ
る。同様に、トルクセンサ42を使用し、ハウジング内の
材料レベルを検出、制御できる。
一方、ガスがライン16aまたは16bを通して注入される
と、ハウジングは完全に材料で充填される。この場合
は、ミキサに対する材料の押出圧により材料／ガス溶液
がミキサから吐出ノズルに送出される。
ハウジング22は、バンドヒータ60により、例えば、70
゜Ｆ〜600゜Ｆの温度範囲で、必要に応じて加熱され
る。ハウジング内の材料の温度を測定する熱電対の挿入
のため、ポート62がハウジングの長さ方向に沿って設け
られる。
噛合ディスク48の回転動作は、粘性ポリマーに正の圧
力を加えると考えられている。この正の圧力は、ポリマ
ーを、ハウジングの一端部の取入口52から、ハウジング
22の長さ方向に沿って、ハウジングの下流端部まで連続
的に送込み或いは駆動し、この下流端部でポリマーは浸
漬チューブ56を通して吐出される。噛合ディスクにより
粘性ポリマーに加えられたポンプ圧力は、ディスクの下
部ニップ部位で最大になる。ディスクの下部ニップ部位
でディスクの半径周にほぼ一致する断面を持ち、ハウジ
ング22の底部に設けられたステータ64は、ディスクの下
部のニップを通して材料がバイパスするのを防止する。
もっとも、ディスクの回動時には、ポリマーは、ディス
クの表面に粘着する傾向があり、従ってハウジングの底
部で付着引上げられ、上部表面にもたらされる傾向があ
る。ガスがディスク上部のヘッド空間に注入されると、
上記の表面にもたらされたポリマーはガスにさらされ、
ポリマー中にガスを取り込むための新しい接触表面が生
じる。
このようにして、ガスの「指状部」が流体の流れに従
って静止流体レベル下方に形成され、そしてこれは、デ
ィスク形状が適切な場合は、ポリマーに混入され、溶解
される。ディスクミキサは、ポリマー内のガスの大きな
バブルを分断し、またニップ51部位で非常に小さなガス
バブルを取り込む。ポリマーがディスクミキサー内にま
たはミキサの上流側端部を通して計量注入されてガスバ
ブルがポリマーに付加されると、ガスバブルはディスク
の回転により伸長されると、溶解に必要な表面領域が形
成される。このように、高粘度、高分子量ポリマーにお
いては、ディスクの回転によりポリマー材料の層流が維
持され、その流線に沿って流体を分離することで、表面
が形成される。このことにより最小の仕事量で最小の表
面領域を形成し、混合動作時の電力消費量が最小にな
る。
第１図〜４図には、ディスクミキサの方向として、デ
ィスクの装着されるシャフトをほぼ水平に配置したもの
を示しているが、この特定の方向は厳密なものではな
い。ガスヘッド空間がポリマー材料上部に形成されると
きは、シャフトは当然水平に保たれなければならない。
しかし、発泡ガスがディスクミキサに注入される前また
はその時点で、ポリマーと混合された場合は、ミキサ
は、上流または下流端部のいずれか一方を高い位置とし
て垂直軸線上におくことができ、さらにこれらの間の任
意の方向に向けることができる。なぜなら、ポリマー材
料がハウジングの内部を充填しているためである。更
に、使用ディスクの個数、それらの直径、厚み、および
間隔は、処理される材料の粘度、所望の処理量に応じて
変化させることができる。従って、材料の粘度が比較的
低く500〜5,000センチポアズの場合は、高速回転シャフ
トにより動作され、小さな体積ユニットに設けられた多
数の比較的小形の薄形ディスクが適していると考えられ
る。材料の粘度が5,000〜3,000,000とより高くなると、
直径が大きく、更に隔置され、より低速で動作され、よ
り少ない個数のディスクを用いることができる。
更に、ディスクミキサに関しては、多数の変更が可能
である。例えば、両シャフトを回転させる必要はない。
むしろ、シャフト24、26の一方だけを回転し、回転する
シャフト上のディスクを、他方の固定されたシャフト上
の回転していないディスクと噛合するよう回転させるこ
とにより、混合が成功していることが知られている。こ
れは、ディスクを、一方はロータ上に設け、他方はステ
ータに設け、これらディスクを噛合させることにより、
混合がうまく実現できることを示している。更に本発明
は、隣接シャフトのディスクと噛合するディスクを支持
する一連のシャフト（図には２つ示したが、それ以上
の）も考慮している。上に示した原理によれば、これら
のシャフトの幾つかはロータとして動作され、幾つかは
ステータとして動作されてもよく、また全てがロータと
して動作されてもよい。
ハウジング22がポリマーで完全に充填されるように構
成された本発明の実施例においては、第２ステータが、
ハウジング22内に配置され、ステータ64と類似したちょ
うど逆の輪郭を有し、またそれに反対の位置にある。こ
れらのステータは、混合装置の効率を低下させる材料の
渦および淀み領域の存在を減少させるものと考えられ
る。このようにこの方式は上記の点では望ましいが、混
合に絶対必要なものではない。
ここで第５図を参照すると、本発明の方法を実施する
他のシステムの概略構成図が示してある。この装置で用
いるポンプ110は、バケットまたはバレル111などのバル
ク源からポリマー材料を、時間当り約10〜1,000ポンド
の計量速度で、また通常500〜1,200psig、最高5,000psi
gの範囲の圧力で、しかもポリマー材料に不必要な仕事
をなさず、従ってポリマーの温度を上昇させることなし
に、放出することができる。これに適したポンプとして
は、ジョンストン（Johnstone）ポンプのような、エア
モータ113により駆動される。複動ピストンポンプが用
いられる。但し、バルクコンテナ111から材料を送出す
るのに十分な圧力を考えることができるポンプなら何で
もよい。ポンプ110は、ポリマー流量に比例する信号を
発生するリニアポテンショメータ114などの装置を取り
付けられている。
被発泡材料は、加圧下で液状材料を搬送できるホース
などのライン116を通り、またアキュムレータ117を通し
て、ディスクミキサ118の上流側端部即ち取入口端部119
に搬送され、ここでミキサに注入される。
発泡ガスは、加圧ガス供給源からガスライン120を通
してディスクミキサ118に供給される。ライン120中のガ
ス量計バルブ122と差圧バルブ124により、システム圧力
とは独立に、ポリマー流量に比例して、ミキサ118に対
するガス圧と流量が制御される。ガス量計バルブ122に
適したものとしては、ペンシルバニア州，ハットフィー
ルド，エマーソン・エレクトリック社（Emerson Electr
ic Co.），ブルックス・インスツルメント・ディビジョ
ン（Brooks Instrument Division）で製造されたモデル
5850E流量制御装置が知られる。ガスは、ポリマー材料
取入口119に近接する部分でミキサ118に供給される。停
止バルブ125はポリマー材料のライン120への流入を防止
する。ポリマーとガスは、例えば500〜1,200psigの高圧
でミキサ118に導入される。ガス流路120は、ポリマー材
料をミキサ118に供給するライン116に近接する部分でミ
キサにガスバブルを導入する。そしてミキサ内のポリマ
ー中にガスを溶解するため、ガスとポリマーは、共にミ
キサに注入され、これを完全に充填する。
ミキサ118は、標準形モータ制御装置128により制御さ
れるモータと減速機126により駆動される。ミキサ118の
下流端部には取出口130が設けられ、これを通して、ポ
リマー／ガス溶液がライン132を通してミキサから吐出
ノズル134に送出される。ミキサを出たポリマー／ガス
溶液の温度は熱電対136により監視される。
ミキサの温度は、熱電対136からのバルブ入力信号に
対応して／バルブ138を制御することにより、ミキサ118
を囲繞するジャケット137（第６図）を通る冷却水の循
環量により制御される。一般に、上記材料は、最高20゜
Ｆまでの温度上昇では影響を受けず、また30〜50゜Ｆの
温度上昇に耐え得るものである。これらのパラメータの
維持には冷却材が用いられる。
ここで第６図および第７図を参照すると、ディスクミ
キサ118の構成が示してある。ミキサ118は管状ハウジン
グ或いはバレル140から構成され、これはボルト（図
略）によりマウントに支持される。ハウジング140の長
軸線に沿ってシャフト146が延在する。上流および下流
側端部キャップ148と150が、それぞれ、ボルト152など
の適切な手段によりハウジング140のそれぞれの対向端
部に固定される。端部キャップ148と150は、ハウジング
140端部閉止し、シャフト146を支承して回転させる適当
なスラストベアリング154とジャーナル156を備える。ハ
ウジング140の内部は加圧されており、またホットメル
ト接着剤の発泡などの幾つかの用途は、例えば350゜Ｆ
以上の高温で行われるため、漏れなしにこれらの高圧高
温に耐えうるシールを使用しなければならない。一方、
シャフト146に小さな溝を設け、材料を室または中心コ
ア147に逆流させることができる。
第５図に示したように、シャフト146は減速機126を通
して電動モータにより駆動される。このモータ速度を制
御するために定回転速度制御装置128が用いられる。
本実施例においては、これは説明のためで制限するも
のではないが、シャフト146は隔置された一連のディス
ク158を与えるように加工され、これらのディスクはシ
ャフト146の軸線にほぼ垂直に配置される。第７図に示
したように、ディスク158は、外周上に、スロッド162に
より分離され隔置された一連の歯160を備えている。更
に、これらの歯160は、ほぼハウジング140の内壁164ま
で延在し、歯160は、スロット162、およびハウジング壁
164の間に個別に隔置されたコンパートメントを形成
し、一方ハウジング140内でのシャフトとディスクの回
転を許容する。駆動モータ126の動作はシャフト146の回
転を惹起し、この回転は、固定ハウジング内壁164に対
する、隔置されたディスク158の回転と歯160およびスロ
ット162の動作を惹起する。
ポリマー材料は、ハウジング140の中央内腔147に連結
するハウジングの上流側端部のポート119を通してハウ
ジング140に流入する。このポート119には適切な取付部
品（図略）によりライン116が接続される。ライン120を
通してハウジングに送られる発泡ガスはポート119に近
接するハウジング壁の開口（図略）を通して流入する。
この開口には、適切な加圧ホース取付部品によりライン
120が接続される。
ハウジングの下流側端部には材料出口ポート130がハ
ウジング壁140を通して延在する。このポート130はライ
ン132に接続される。これにより、ハウジング140内で加
圧下にあるガスを溶解混入したポリマー材料がミキサ11
8を出て、吐出ノズル134に搬送される。
ハウジング140は、例えば、ハウジング140の外壁とジ
ャケット137の間の空間を通して冷却水を循環させるこ
とにより、必要に応じて冷却される。この冷却水の流入
口および流出口用のポート172、174がそれぞれ設けられ
る。一方、ポリマー材料の加熱を必要とする用途、例え
ば発泡ホットメルトの場合には、ジャケット137が除去
され、そしてバンドヒータがハウジング140を所望温度
に加熱する。
本発明のこの実施例の動作時には、ガスとポリマー材
料が約500〜1200psiの範囲の圧力下でミキサ118内に導
入される。ディスク158が50〜200rpm、好ましくは100〜
200rpmの範囲の速度で回転される。ガスが回転ディスク
と接触するようになると、幾つかの現象が発生する。先
ず、ガスバブルが歯160にあたると、これらのバブルは
分断され、小さなバブルになる。第２に、ガスとポリマ
ーが、ハウジング140の固定内壁164に対して回転する小
さな室を形成する歯160の間のスロット162に流入し、通
過するとき、ガスとポリマー材料は剪断される。この作
用は、ハウジングの長さ方向に沿ってガスとポリマーが
通過する間縦続する。第３に、ガス／ポリマー混合物が
連続的に導入し、ハウジング内腔147を通して下流側デ
ィスクを出るとき、この混合物は切断され、剪断され、
捩られて、ガスとポリマーの間には大きな界面領域を与
える。ミキサ取出口130の端部においては、ガスは十分
に混合され、ポリマーと溶液状態になる。
添付した図面では、ミキサの配向は、ディスクの装着
されるシャフトがほぼ水平に配置されるものとして示し
たが、この配向特定は厳しいものではない。ポリマー材
料がハウジングの内部を充填しているため、ミキサは、
上流又は下流端部のいずれかにより高い位置として垂直
軸線上に配置されるか、これらの配置の間の任意の配向
をなして配置されてよい。
例 装置 以下に示されるＩ−Ｖの例の実施に用いられる特定の
ディスクミキサは第１−４図に示されるように構成さ
れ、また長さが13.19インチ、直径が4.685インチの緞造
スチール4140チューブで形成される。このチューブは外
部ワトロー（Watlow）電気バンドテープヒータを備え、
これにより70゜Ｆ〜600゜Ｆの温度範囲に加熱される。
第３図に示したようにハウジングを通して２本のシャフ
トが延在する。それぞれのシャフトは、直径が2.625イ
ンチ、厚みが0.25インチの、11個の中実スチールディス
クを支持する。これらのディスクは、シャフト上に隔置
されて３つのステージを形成する。第１ステージにおい
ては、ディスクは0.5インチ離れて配置され、第２ステ
ージでは、0.75インチ離れて隔置され、第３ステージで
は、１インチ離れて隔置される。これらのディスクは、
ハンプトン・プロダクツ・カムパニー・インコーポレー
テッド（Hampton Products Company,Inc.）により製造
された、０〜３の可変馬力の電動機により駆動される。
通常の動作馬力は0.5以下とした。シャフトの回転数（r
pm）は０〜175rpmで可変であるが、通常は100rpmで動作
させた。材料はノズルに送出され、吐出されたが、この
ノズルは、材料および圧力に従って、内径が1/16と3/16
インチの間で、また長さが3/4の1 1/2インチ（1.93cmと
3.81cm）の間で可変とした。
例 Ｉ 上記の物理的パラメータを持つ、第２〜４図に示した
装置がイーストボンドＡ−３を発泡させるために動作さ
れた。このイーストボンドＡ−３は、イーストマン・ケ
ミカル・カムパニーにより製造された低分子量の枝分れ
ポリエチレンベースのホットメルト接着剤である。ブル
ックフィールド粘度計により測定されたその粘度は350
゜Ｆで約2,200cpであった。材料は、ミキサへの平均流
量が時間あたり80ポンド、圧力が700〜740psigでミキサ
に供給された。温度70゜Ｆ、圧力800psigの窒素ガスが
ミキサの上流のポリマー流に加えられ（第１図のライン
16a）、これによりポリマーとガスがポリマー取入口52
を通してミキサに注入された。ミキサは約160rpmのシャ
フトの回転で動作された。材料はミキサを通され、浸漬
チューブを通して吐出ノズルに吐出された。ミキサを出
るガス／ポリマー溶液の温度は350゜Ｆであった。ミキ
サからの材料の全流量は時間あたり80ポンド程度であっ
た。得られた製品は、連続、クリーム状をなす、非常に
均一な発泡体で、内部に微小なバルブを含んでいた。発
泡体の体積比（発泡前後に有する材料の体積の比）は2.
26:1であった。従って、この例では、350゜Ｆでより低
粘度のホットメルト接着剤の発泡が示され、均一な接着
剤の発泡体が形成されることが示された。
例 II 例Ｉで用いられ、第２−４図に示されたものにほぼ類
似した装置が用いられ、同様にイーストマン・ケミカル
・カムパニーにより製造された中間分子量の枝分れポリ
エチレンベースの接着剤、イーストボンドＡ−32が発泡
された。この材料は、ホットメルト接着剤で、その粘度
はブルックフィールド粘度計により350゜Ｆで測定した
結果35,000〜40,000cpであった。この材料は、350゜Ｆ
の温度300〜550psigの圧力でディスクミキサに注入され
た。ミキサへの流量は時間あたり15と40ポンドの間にあ
った。70゜Ｆ、1,400〜1,450psigで二酸化炭素がミキサ
の上流で時間あたり、.26〜.58ポンドの割合でポリマー
流中に計量流入された。これは、ミキサへのポリマー材
料流入ライン中に多孔性スチールチューブを挿入するこ
とにより実現された。この多孔性チューブは加圧下でガ
ス源と連絡させた。ポリマー材料は、流されるにつれ、
多孔性チューブの表面からガスバルブを剥離した。
次に、発泡ガスを付加された材料はミキサに注入さ
れ、時間あたり14〜40ポンドの流量でこれを通過させら
れた。ミキサの動作温度は350゜Ｆで、材料はミキサの
上部から1/16インチノズルに注入された。ミキサは、そ
のヘッド部にガスがなくなるように全動作された。シャ
フトは約96rpmで回転された。得られた発泡体の発泡体
積比は3:1と7:1の間であった。この発泡体は、例Ｉの場
合より大きなバブルを含んだが均一であった。この例で
は、高粘度ホットメルト接着剤から良好な流量、良好な
発泡比でポリマー発泡体が連続的に形成されることが示
された。
例 III 以上の例に用いられ、第２−４図に示されたものに類
似の装置が本例においても使用された。例IIで用いられ
たイーストボンドＡ−32が発泡剤としてのフレオン（Fr
eon）114と共に混合された。このフレオンは温度が70゜
Ｆ、圧力が1,400〜1,500psigであった。このフレオン
は、前回例と同様に、流管内に設けられた多孔性スチー
ルチューブを通して、ホットメルト接着剤を含むミキサ
に通される。バブルは、流動するホットメルトにより多
孔性チューブの表面から引きはずされた。フレオンの流
量は時間あたり1.3ポンド、ポリマー重量の約3.3％であ
った。ミキサが約95rpmのシャフト回転速度で全動作さ
れた。ミキサの中間に設けた覗きガラスから見た結果、
バブルが見出されないことから、ガスバルブのほぼ全て
がポリマー材料中に拡散されていることがわかった。ポ
リマー／ガス溶液が再び、ミキサの上部を通して1/16イ
ンチの吐出ノズルに吐出された。ミキサからの材料の流
量は時間あたり14〜40ポンドであった。材料の発泡比は
体積で約5:1〜8:1であった。得られた製品は前回と同様
に連続する均一な発泡体をなしていた。
例 IV 前回の例で用いられ、第２−４図に示されたものに類
似の装置が本例においても用いられ、これによりトレム
コ・カムパニー製のポリイソブチレンシーラントJS−79
2が発泡された。この材料の粘度は、ブルックフィール
ド粘度計で測定した結果、375゜Ｆで約740,000cpであっ
た。この材料が、ミキサの上流端部の材料入口を通し
て、時間あたり10〜30ポンドの割合でミキサに導入され
た。３種類のガス,CO2,N2,およびHeが発泡化のために使
用された。この場合、３種類の個々の実験にそれぞれの
ガスを用いるようにした。各々のガスは、ミキサ中の材
料上部のヘッド空間に供給された。CO2とHeガスが250ps
igの圧力で供給され、N2ガスが500psigで供給された。C
O2,N2,およびHeガスの流量は、それぞれポリマーの重量
に対して１％,.5％および.1％であった。ポリマー／ガ
ス溶液が、CO2とN2ガス上に対してはミキサの底部を通
して、またHeに対しては上部を通して、415゜Ｆで吐出
された。使用ガスCO2,N2,およびHeに対する発泡比は、
それぞれ、2.5:1〜4:1,2:1,および1.5:1であった。各々
の場合に得られた混合物は弾性泡をなし、時間が経つに
つれ崩壊した。発泡体の半減期（体積が50％減少する時
間）は、15〜30分程度であった。
例 Ｖ 第２−４図に示したものに類似の装置が本例において
も用いられ、比較的高粘度のポリマー材料の発泡化に供
された。ダウ・コーニング・カムパニーにより製造され
たダウコーニング732シラスチック（Silastic）RTVが本
例では発泡化された。この材料は熱硬化性のRTVシリコ
ンゴムである。この材料は大きな剪断減粘性を示し、従
ってその粘度は剪断速度と共に減少した。従って、この
粘度は、ブルックフィールド粘度計により正確には測定
できなかった。しかしながら、この物質は比較的高粘度
の材料で、本発明の範囲内にあることが認められる。
上記材料は、最大温度50゜F,圧力250psig,時間あたり
の流量が約５ポンドでミキサに供給された、温度70゜F,
圧力250psigの窒素ガスが、ミキサ内のポリマー上のヘ
ッド空間に導入された。この材料は、80゜Ｆ以下の温度
でミキサの上部から送出された。これは1/16インチノズ
ルを通して吐出された。ミキサからの流量は、時間あた
り５ポンド程度、また形成された発泡体の発泡比は2.2:
1であった。得られた生成物は、強靭で弾性を有す発泡
体ゴムで、直径が最大1/16インチの気泡を含んでいた。
この例では、比較的高粘度のポリマー材料の発泡を可能
にし、許容できるスループット、ポリマー材料の最小且
つ許容できる温度上昇で発泡化させる場合に、本発明の
装置と方法の有効性を示している。
以上の実験からわかるように、ポリマー材料は、比較
的低い馬力要件および最小で許容できる材料の温度上昇
の下で発泡化が可能である。例えば、イースタボンドＡ
−３は0.02の馬力要件で発泡化された。この測定された
エネルギー入力および材料の熱容量から、温度上昇は、
時間あたり60ポンドの処理量でわずか1.4゜Ｆと評価さ
れた。トレコムJS−792などの熱可塑性ブチルシーラン
トが必要とするエネルギーはわずか0.07馬力で、従って
その温度上昇は、時間あたり60ポンドの流量でわずか5.
1゜Ｆであった。ダウコーニング732シリコーンRTVなど
の高粘度シリコーン材料は、わずか0.12の馬力要件で発
泡化され、その場合の温度上昇は時間あたり60ポンドの
処理量でわずか8.7゜Ｆであった。ここで比較のため、
１馬力モータにより駆動されるパドルによるシリコーン
RTVシーラントの温度上昇を計算すると100゜Ｆ以上であ
った。
第６図および第７図に示されたディスクミキサは41L4
0スチールで形成された。内腔147の長さ８インチで、そ
の半径は1.008インチであった。ハウジングは、外部水
冷ジャケット137を備え、これにより材料は30〜70゜Ｆ
に冷却された。ポリマー材料の取入口温度は65゜〜70゜
Ｆの範囲にあった。シャフト146は、第６図に示したよ
うに、バレル140を通して延在した。シャフトの直径
（２）は1.5インチであった。このシャフト146は、直径
が2.0インチ，ディスク幅（６）が0.25インチの16個の
スチール製ディスクを備える。ディスク間の溝幅（７）
は0.25インチで、溝の深さ（９）は同様に0.25インチで
あった。各々のディスクは15本の歯を持ち、15個のスロ
ットを有した。第７図に示したように、スロットの深さ
（３）は0.125インチで、スロット幅（12）は0.356イン
チであった。歯160と壁164の間のクリアランス（８）は
0.008インチであった。ディスク周囲の15％が歯160のラ
ンド面積であった。
シャフトは、通常約0.25馬力の電動モータにより駆動
された。このシャフトの回転速度は、通常100〜200rpm
の範囲であった。全ての材料はN2ガスで発泡された。ポ
リマー材料とガスが、500〜1000psiの範囲の圧力下でミ
キサに導入された。材料は吐出用ノズルに送出された。
この場合のノズルは、材料および圧力に従って、内径
が.060と.125インチの間で可変であり、長さは.5と３イ
ンチの間で可変であった。
例 VI すぐ前で示した装置を用いて、スタウファー・ウォッ
カー・シリコーン・カムパニー（Stouffer Wacker Sili
cone）から名称931の下で市販されている白色シリコー
ンRTVシーラントが第Ｉ表に示された条件下で発泡され
た。
第 Ｉ 表 流量（g/min） 87.5 動力（hp） .171 動力（cal/min） 1,800 トルク（in−lb） 108 ミキサ取入口圧力（psing） 688 ミキサ取出口圧力（psing） 679 圧力損失（psig） ９ ポンプ取出口圧力（psing） 714 ガン入口圧力（psing） 583 ミキサ取入口のシーラント温度（゜F） 69.6 ミキサ取出口のシーラント温度（゜F） 68.8 温度上昇（゜F） −0.8＊ ミキサ取入口の冷却水（゜F） 60.0 ミキサ取出口の冷却水（゜F） 60.9 冷却液温度上昇（゜F） 0.9 近似水流量（/min） 3.7 冷却液に対する近似カロリ（cal/min） 1,870 ＊ 冷却水による 第II表は、種々の市販ポリマーを第５−７図に示した
ミキサで発泡させた場合の結果を示したものである。各
々の場合に得られた製品は、連続する、クリーム状の、
非常に均一な発泡体をなし、内部に小さなバブルを含ん
でいた。
本発明により生成された発泡体には各種の用途があ
る。即ち、この発泡体は、注入、成形されて接着剤とし
て用いられ、現場発泡されて開口や継目、クラックの封
止に用いられ、或いはガスケットやシールを適切に形成
するなどの製造工程の１部として現場発泡され使用され
る。
本発明の利点は次の点からも更に明らかである。即
ち、現在用いられているシリコーンRTVゴムは、高価な
特殊成分および白金触媒を用いることによってのみ発泡
化される。このように材料費が高価なので、その用途は
極端に制限される。これに対して本発明は、ホットメル
ト接着剤から高点度熱硬化性シーラントおよびコーキン
グに到る各種用途に用いられるポリマー材料の、非常に
効率的で、安価な発泡を可能にする。
以上に説明した装置は、本発明の実施に適した装置を
例示するものであり、発泡されるポリマー材料および所
望の処理量に従って、各種の多重シャフト、ディスク構
成を採用してもよいことは勿論である。また、同様に乱
流混合とは異なる、ポリマーの層流を可能にする、スポ
ーク付ホイール構成を含む多くの平板ディスクも使用す
ることができる。このように層流を発生する多くの変形
構成も、本明細書で用いる用語「ディスク」に含まれる
ものである。更に本発明は、粘度が数千センチポアズか
ら1,000,000cp以上に到る材料を発泡させることができ
る。しかし、約10,000cp以下では、発泡のためにギヤポ
ンプを用いた方が通常はより効果的である。従って、本
発明は、10,000cp以上、通常は50,000cp以上の材料の発
泡化に特に有効に用いられる。従来この場合には、不適
切な混合の問題や許容できない温度上昇、および処理量
の減少などの問題が生じ大へん深刻であった。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の発泡方法を実施するシステムの概略
構成図，第２図は、本発明の方法の実施に用いられるデ
ィスクミキサの１形態であり、ディスクの装着されるシ
ャフトの長手軸線を横ぎるラインに沿って切り取られた
断面図，第３図は、第２図のライン３−３に沿って切り
取られた断面図，第４図は、第２図のライン４−４に沿
って取られた断面図，第５図は、本発明の発泡法を実施
する他のシステムの概略構成図，第６図は、本発明の方
法の実施に用いられるディスクミキサの他の形態であ
り、シャフトの長手軸線に沿って切り取られた断面図，
第７図は、第６図のライン７−７に沿って切り取られた
断面図である。 10……塊状材料溶解装置 12、16、116、120、132……ライン 14、118……ミキサ 15……ガス供給装置 18……圧力調節器 20……流量計 22、140……ハウジング 24、26、146……シャフト 38……電動モータ 40……定回転制御装置 42……トルクセンサ 44、46……ギヤ 48、158……ディスク 51……ニップ 52……ポート 56……浸漬チューブ 60……ヒータ 64……ステータ 110……ポンプ 134……吐出ノズル 160……歯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:04 Ｃ０８Ｌ 83:04 (72)発明者 チヤン アイ．チユング アメリカ合衆国．12309 ニユーヨーク, シエネクタデイ，ホワイトホール コート 2483 (72)発明者 ローレンス ビー．セツドマン アメリカ合衆国．44145 オハイオ，ウエ ストレイク，デトロイト ロード ビー- ６ 27381

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】50、000センチポアズ以上の粘度を有する
    ポリマー材料を流動状態で室に導入するステップと、 加圧下でガスを前記室に導入して前記ポリマー材料の存
    在部位に導入するステップと、 前記ポリマー材料を実質的に加熱せずに、単に加圧下で
    前記ポリマー材料内に層流剪断作用を惹起することによ
    り前記ガスと前記ポリマー材料とを混合して、前記ガス
    を前記ポリマー材料内に溶解させるステップと、 加圧下で前記ガスを前記ポリマー材料に溶解した状態で
    維持するステップと、 大気圧下でポリマー材料／ガス溶液を吐出して、前記ガ
    スを溶解状態から開放してポリマー発泡体を形成するス
    テップとを含む高粘度ポリマー材料の発泡体を形成する
    方法。
  2. 【請求項２】前記剪断作用は、ほぼ平らな表面を有する
    ほぼ平らな要素を、前記平らな表面に平行な方向に前記
    ポリマー材料内を通して運動させることにより惹起され
    る請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】前記平らな要素は複数設けられており、複
    数の前記平らな要素が前記平らな表面に平行な方向に前
    記ポリマー材料内を通るように運動させられる請求項２
    記載の方法。
  4. 【請求項４】前記ポリマー材料は前記室を通して流れ、
    且つ前記ポリマー材料の流れの方向は、前記ポリマー材
    料内を通る前記平らな表面の運動方向に対してほぼ垂直
    である請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】流動性ポリマー材料とガスを混合して大気
    圧以上の圧力でポリマー／ガス溶液を形成する装置であ
    って、 少なくとも一つの回転自在なシャフトと、 前記シャフトは、前記シャフトの軸線に対してほぼ垂直
    に配置され、且つ前記軸線回りに前記シャフトと共に回
    転自在な第１の一連の隔置されたディスクを有してお
    り、 前記第１の一連の隔置されたディスクと互いにかみ合う
    ように固定配置された第２の一連の隔置されたディスク
    と、 前記互いにかみ合うディスクを囲繞するハウジングと、 前記ディスクは、前記ハウジングを分割して前記ハウジ
    ングの長さ方向に沿う一連のコンパートメントを形成す
    るように配置されており、 前記ハウジングの一端部に設けられたポリマー材料取入
    口手段と、 前記ハウジングの他端部に設けられたポリマー／ガス溶
    液取出口手段と、 前記ハウジングにガスを導入する手段と、 前記回転自在シャフトを駆動して前記第１の一連の隔置
    されたディスクを回転させ、これにより前記ハウジング
    内で前記ポリマー材料と前記ガスを混合して前記ポリマ
    ー／ガス溶液取出口手段の上流で前記ポリマー／ガス溶
    液を形成する手段とを含む流動性ポリマー材料とガスと
    の混合装置。
  6. 【請求項６】流動性ポリマー材料とガスを混合して大気
    圧以上の圧力でポリマー／ガス溶液を形成する装置であ
    って、 少なくとも一つの回転自在なシャフトと、 前記シャフトは、前記シャフトの軸線に対してほぼ垂直
    に配置され、且つ前記軸線回りに前記シャフトと共に回
    転自在な第１の一連の隔置されたディスクを有してお
    り、 前記シャフト及び前記ディスクを囲繞するハウジング
    と、 前記ディスクは、前記ハウジングを分割して前記ハウジ
    ングの長さ方向に沿う一連のコンパートメントを形成す
    るように配置されており、 前記ハウジングの一端部に設けられたポリマー材料取入
    口手段と、 前記ハウジングの他端部に設けられたポリマー／ガス溶
    液取出口手段と、 前記ハウジングにガスを導入する手段と、 前記回転自在シャフトを駆動して前記第１の一連の隔置
    されたディスクを回転させ、これにより前記ハウジング
    内で前記ポリマー材料と前記ガスを混合して前記ポリマ
    ー／ガス溶液取出口手段の上流で前記ポリマー／ガス溶
    液を形成する手段とを含む流動性ポリマー材料とガスと
    の混合装置。
  7. 【請求項７】流動性ポリマー材料とガスを混合して大気
    圧以上の圧力でポリマー／ガス溶液を形成する装置であ
    って、 内壁を有し、加圧下で前記ガスとポリマー材料を収容す
    る管状ハウジングと、 前記管状ハウジングの長さ方向に沿って延在するシャフ
    トと、 前記シャフトの軸線にほぼ垂直に前記シャフトに設けら
    れた一連の隔置されたディスクと、 前記シャフトに設けられた前記ディスクは、これらの周
    囲に隔置された複数の歯を有しており、且つこれらの歯
    の間に設けられたスロットを有しており、 前記歯は、前記管状ハウジングの前記内壁に向かって外
    方へ延在しているが、前記管状ハウジング内で前記シャ
    フトが回転できるように構成されており、 前記ディスク及び前記ディスクに設けられた前記スロッ
    トは、前記管状ハウジングを分割して一連のコンパート
    メントを形成するように配置されており、前記コンパー
    トメントは、固定された前記管状ハウジングの前記内壁
    に対して周囲方向に運動自在に前記内壁に沿い且つ前記
    管状ハウジングの長さ方向沿って隔置されており、 前記管状ハウジングの一端部に設けられたポリマー材料
    及びガス取入口手段と、 前記管状ハウジングの他端部に設けられたポリマー／ガ
    ス溶液取出口手段とを含み、 前記シャフトは、回転されるように構成されており、前
    記シャフトの回転によって前記シャフトに設けられた前
    記ディスクを回転させ、これにより前記コンパートメン
    ト内及び前記ディスク間において前記ポリマー材料と前
    記ガスを混合して前記ポリマー／ガス溶液取出口手段の
    上流で前記ポリマー／ガス溶液を形成する流動性ポリマ
    ー材料とガスとの混合装置。
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