JP4916222B2 - マイクロセルフォームの製造方法及びそのための製造装置 - Google Patents
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しかしながら、ペンタン等の炭化水素類を用いる場合は実用性の面で大きな問題を抱えている。即ち、炭化水素は危険な引火性物質であり安全対策上の設備投資が極めて高額となること、現場発泡分野では十分な安全対策が事実上不可能であるという問題があり、炭化水素発泡に移行することができない。
なお、セル径は、溶解させる液状プラスチックフォーム原料の粘度や温度,圧力などにより異なるが、これらを調節することにより発泡ガスのセル径や二酸化炭素の混合量をコントロールすることができる。因みに、圧力を大きくすればセル径が小さくなり、またその分二酸化炭素の混合量を増やすことができる。
しかし、特許文献2の発明では、依然としてミキシングヘッドからウレタンフォーム原料が吐出されるときの爆発的な気化を十分にコントロールできているとはいえず、セル径の小さな超微細気泡フォームの製造には適していない。
しかし、この特許文献4の発明では、特殊な金型を製造することが前提で、そのためのコストや手間を考慮すると実用的とはいい難い。
この可視化セルにより確認する方法により二酸化炭素と混合し易い状態及び二酸化炭素とウレタンフォーム原料(ここではポリオール成分薬液)の相溶性を把握することができる。勿論、二酸化炭素の溶解量も測定することができる。なお、この可視化セルは、原料タンク2側の原料供給ラインL2にも設けることができる。参考までに、超臨界二酸化炭素を混合したウレタンフォーム原液(ポリオール成分薬液)の減圧時の挙動についての観察データの一例を下記の表1に示す。
また、この圧力調整手段25における減圧は、二酸化炭素を混合したポリオール成分原料とイソシアネート成分原料の発泡硬化時間(ミキシングヘッド13からの吐出開始から発泡硬化するまでの時間)に関連していると推測され、実際、発泡硬化時間が3〜90秒、好ましくは5〜40秒のときに気泡の微細化と低密度化が可能で、これより早いと原料吐出経路の詰まりによる不具合や混合不良、大容量を充填する場合等の充填不足が生じ、遅いとセルの成長によるセル径増大や二酸化炭素の放散が生じる。
カーボネート系のポリオール成分薬液としては、たとえば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール等の多価アルコールと、ジエチレンカーボネート、ジプロピレンカーボネート等との脱アルコール反応により得られる化合物等が挙げられる。
上記のポリオール成分薬液及びイソシアネート成分薬液は、一種単独で又は二種以上を混合して使用することができる。
上記表3に示した組成A〜Dについて、薬液の液温を40℃にしたときと25℃にしたときに製造されたウレタンフォームの密度,気泡の平均セル径、熱伝導率などを測定した。それらの結果は下記の表4〜表13に示した通りであった。
また、イソシアネート成分薬液とポリオール成分薬液にそれぞれCO2を混合した場合は、ポリオール成分薬液に混合した方が発泡に寄与するCO2量の添加量の限界が大きくなることが解る。
更に、アジャスターで絞った場合は液温40℃よりは液温25℃の方がCO2混合量が多くなるに連れて密度が小さくなることが分かった。なお、イソシアネート成分薬液の粘度を上昇させてCO2発泡を実施したが、得られるフォームの密度には大差がなかった。
CO2を入れない状態(高密度)でのセル径を150〜160μmとした場合、CO2を0.5〜1.5wt%まで添加した場合には180〜230μmとなり、成形条件の違いによって得られるフォーム密度・セル径は異なっていた。
また、得られるフォームの熱伝導率は密度との兼ね合いもあるが、CO2が0.5wt%で極小となった。
上記の結果から、従来よりCO2の混合量を多くし、それが発泡に寄与し、気泡の微細化,低密度化に寄与するようにするためには、吐出後の原液の状態(粘度,圧力,温度)を制御(圧力調整工程など)が重要であることがわかる。
また、図4に、組成Bを用い吐出量15kg/minにしたときの圧力制御、詳細にはCO2の混合量が1.5wt%,2.0wt%でそれぞれの液温が25℃,40℃のときの吐出直前圧変化を芯密度との関係で示す。圧力制御を行わない場合(ミキシングヘッドのまま)では、CO2添加量1.5wt%では31kg/m3,2.0wt%では33kg/m3が密度最小であったが、圧力制御することにより、密度低下が可能であることが解る。また、CO2混合量が多くなればなる程吐出直前の圧力を高めることにより密度が低下することが解る。更に、図5に、組成Bを用い吐出量15kg/minにしたときの圧力制御、詳細にはCO2の混合量が1.5wt%,2.0wt%,2.5wt%で液温が40℃のときの発泡直前圧変化を芯密度との関係で示す。ここでも図4と同様CO2混合量が多くなればなる程吐出直前の圧力を高めることにより密度が低下することが解る。
上記表15に示した組成A〜Cについて、薬液の液温を40℃にしたときとに製造されたウレタンフォームの発泡密度,気泡の平均セル径、熱伝導率などを測定した。それらの結果は下記の表16〜表18に示した通りであった。
図6,図7により、測定値はほぼ理論値近傍の値になることが解る。その結果、内包されたガスの熱伝導率が高い場合(炭酸ガス 0.020W/m・K)でも、マイクロセル化することにより、熱伝導率を下げることが可能であることが解る。
1a,2a 攪拌翼
1b,2b 加熱ジャケット
1c,2c 圧力計
1d,2d リリーフ弁
3,4、33,34 原料定量供給ポンプ
3a,4a、8 モータ
5,35 二酸化炭素ボンベ、
6,7、37 二酸化炭素定量供給ポンプ
9 切換弁
10,11、38 混合ユニット
10a,11a 圧力計
12 可視化セル
13 ミキシングヘッド
14,15 センサマニホールド
14a,15a 圧力計
14b,15b 温度計
18 温度,圧力の表示盤
19,20 サイトグラス
23,24 調圧弁
25,40 圧力調整手段
36 冷凍機、
39 スプレーガン
39a ノズル
P,P1,P2,P3,P4 逆止弁
L1,L2、R1,R2 原料供給ライン
l1,l2 バイパス
A,B 二酸化炭素供給装置
C 油圧システム
Claims (9)
- 2種以上のプラスチックフォーム薬液を供給する供給工程と、1種以上の加圧したプラスチックフォーム薬液に発泡剤として超臨界及び/又は亜臨界状態の二酸化炭素を混入し混入プラスチックフォーム薬液を作成する混入工程と、当該工程で作成した混入プラスチックフォーム薬液と前記二酸化炭素を混入していないプラスチックフォーム薬液、又は、前記二酸化炭素を混入した2種以上の混入プラスチックフォーム薬液同士を混合吐出手段によって加圧状態で混合、吐出して反応、硬化させマイクロセルフォームを製造する混合吐出工程と、前記2種以上のプラスチックフォーム薬液を混合したプラスチックフォーム薬液混合物を吐出させる前記混合吐出手段の吐出口に圧力調整手段を設けて、前記混合吐出手段から混合吐出される反応硬化前のプラスチックフォーム薬液混合物の圧力を減圧し、マイクロセルフォーム中の発泡セルを微細化する圧力調整工程を含むことを特徴とするマイクロセルフォームの製造方法。
- 超臨界及び/又は亜臨界状態の二酸化炭素は、プラスチックフォーム薬液混合物に対し0.3wt%以上混入する請求項1のマイクロセルフォームの製造方法。
- 2種以上のプラスチックフォーム薬液は、ポリウレタンフォーム作製用のイソシアネート成分薬液とポリオール成分薬液である請求項1又は2のマイクロセルフォームの製造方法。
- 2種以上のプラスチックフォーム薬液をそれぞれ供給する少なくとも2つの原料供給手段と、発泡剤として二酸化炭素を超臨界及び/又は亜臨界状態で供給する二酸化炭素供給手段と、前記原料供給手段の少なくとも1つから供給される加圧した薬液に前記二酸化炭素供給手段から供給される二酸化炭素を混入する混入手段と、当該混入手段において二酸化炭素を混入したプラスチックフォーム薬液と他の原料供給手段からの前記二酸化炭素を混入していないプラスチックフォーム薬液、又は、前記2つの原料供給手段からそれぞれ供給される前記薬液に前記二酸化炭素供給手段から供給される二酸化炭素を混入した2種の薬液を、それぞれの薬液の温度,圧力を制御して加圧状態で混合、吐出して反応、硬化させマイクロセルフォームを製造する混合吐出手段と、前記2種以上のプラスチックフォーム薬液を混合したプラスチックフォーム薬液混合物を吐出させる前記混合吐出手段の吐出口に設けられ、前記混合吐出手段から混合吐出される反応硬化前のプラスチックフォーム薬液混合物の圧力を減圧して、マイクロセルフォーム中の発泡セルを微細化する圧力調整手段を備えたことを特徴とするマイクロセルフォーム製造装置。
- 超臨界及び/又は亜臨界状態の二酸化炭素は、プラスチックフォーム薬液混合物に対し0.3wt%以上混入する請求項4のマイクロセルフォーム製造装置。
- 2種以上のプラスチックフォーム薬液は、ポリウレタンフォーム作製用のイソシアネート成分薬液とポリオール成分薬液である請求項4又は5のマイクロセルフォーム製造装置。
- 混合吐出手段は、ミキシングヘッドである請求項4〜6のいずれかのマイクロセルフォーム製造装置。
- 混合吐出手段は、スプレーガンである請求項4〜6のいずれかのマイクロセルフォーム製造装置。
- 圧力調整手段は、混合吐出手段の外部又は内部に組込んだ請求項4〜8のいずれかのマイクロセルフォーム製造装置。
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