JPH07329057A - ウレタンフォームにおける気泡数の調整方法 - Google Patents
ウレタンフォームにおける気泡数の調整方法Info
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- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、低圧混合ヘッドを使用してウレタ
ンフォームを連続製造する際にウレタンフォームの気泡
数を調整することを目的とする。 【構成】 調整された気泡数を有するウレタンフォーム
を製造するための方法および装置につき開示し、各成分
のための混合ヘッドと計量ポンプとの間の分散装置にて
一方の成分であるポリオールもしくはイソシアネートに
気体を分散させる。
ンフォームを連続製造する際にウレタンフォームの気泡
数を調整することを目的とする。 【構成】 調整された気泡数を有するウレタンフォーム
を製造するための方法および装置につき開示し、各成分
のための混合ヘッドと計量ポンプとの間の分散装置にて
一方の成分であるポリオールもしくはイソシアネートに
気体を分散させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にウレタン・ブロッ
ク軟質フォームの連続製造に際し低圧混合ヘッドを使用
する際にウレタンフォームにおける気泡数を調整するた
めの方法に関するものである。
ク軟質フォームの連続製造に際し低圧混合ヘッドを使用
する際にウレタンフォームにおける気泡数を調整するた
めの方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ＰＵＲ
−ブロック軟質フォーム製造に際し、フォームはイソシ
アネートと水との間の反応から生成する発泡ガス（一般
に二酸化炭素）により得られることが知られている。均
質気泡構造を生ぜしめるには、イソシアネート成分とポ
リオール成分とからなる反応混合物に気泡核を与えるこ
とが必要である。得られるフォームの品質（すなわちフ
ォーム構造の均一性）は、発泡前に得られる気泡核の均
一性に依存する。特に、フォームにおける気泡の個数お
よびその寸法は準備された気泡核の個数により決定され
る。極く少数の気泡核しか供給されなければ、相応に少
数であるが大きい気泡を有するフォームが生ずる。多数
の気泡核を供給すれば、容積単位に基づき多数であるが
小さい気泡を有するフォームが生ずる。気泡数を調整す
るには、高圧混合ヘッドとの関係で気泡数を一方の成分
（すなわちイソシアネート成分）における溶解した気体
含有量（特に空気）の調整によって気泡数を調整するこ
とが既に提案されている。溶解した空気は、混合ヘッド
デノイソシアネート成分の注入に際し微細な気泡核とし
て遊離される（ＥＰ−Ａ−５６５ ９７４号参照）。し
かしながら、イソシアネートにおける所定の溶解空気含
有量の調整は面倒である。ＥＰ−Ａ−５６５ ９７４号
によれば、イソシアネートの大きい液体表面積が得られ
る遠心分離器にて、イソシアネートとの空気交換を遠心
分離器内に支配する空気圧力に応じて行うことが提案さ
れている。他の提案（ＤＥ−Ａ ３９ ２０ ９９４
号、ＵＳ−Ａ ４９ ３３ １１５号およびＥＰ−Ａ
２３９ ７２０号）によれば気体充填は特殊な気体充填
装置で行われ、それぞれ貯槽からの各成分の部分流に気
体が充填去れると共に、この部分流を貯槽へ返送する。
混合ヘッドへの装填は貯槽から計量ポンプによって行わ
れる。この方法においては、気体充填を計量ポンプの吸
入側で行うことが欠点となる。これは一方ではかなりの
計量問題を与えると共に他方では分散を阻害して、ポン
プを流過する際に気泡核の凝集をもたらす。さらに、上
記方法はエマルジョンにおける気体含有量の調整にかな
りの経費を必要とする。
−ブロック軟質フォーム製造に際し、フォームはイソシ
アネートと水との間の反応から生成する発泡ガス（一般
に二酸化炭素）により得られることが知られている。均
質気泡構造を生ぜしめるには、イソシアネート成分とポ
リオール成分とからなる反応混合物に気泡核を与えるこ
とが必要である。得られるフォームの品質（すなわちフ
ォーム構造の均一性）は、発泡前に得られる気泡核の均
一性に依存する。特に、フォームにおける気泡の個数お
よびその寸法は準備された気泡核の個数により決定され
る。極く少数の気泡核しか供給されなければ、相応に少
数であるが大きい気泡を有するフォームが生ずる。多数
の気泡核を供給すれば、容積単位に基づき多数であるが
小さい気泡を有するフォームが生ずる。気泡数を調整す
るには、高圧混合ヘッドとの関係で気泡数を一方の成分
（すなわちイソシアネート成分）における溶解した気体
含有量（特に空気）の調整によって気泡数を調整するこ
とが既に提案されている。溶解した空気は、混合ヘッド
デノイソシアネート成分の注入に際し微細な気泡核とし
て遊離される（ＥＰ−Ａ−５６５ ９７４号参照）。し
かしながら、イソシアネートにおける所定の溶解空気含
有量の調整は面倒である。ＥＰ−Ａ−５６５ ９７４号
によれば、イソシアネートの大きい液体表面積が得られ
る遠心分離器にて、イソシアネートとの空気交換を遠心
分離器内に支配する空気圧力に応じて行うことが提案さ
れている。他の提案（ＤＥ−Ａ ３９ ２０ ９９４
号、ＵＳ−Ａ ４９ ３３ １１５号およびＥＰ−Ａ
２３９ ７２０号）によれば気体充填は特殊な気体充填
装置で行われ、それぞれ貯槽からの各成分の部分流に気
体が充填去れると共に、この部分流を貯槽へ返送する。
混合ヘッドへの装填は貯槽から計量ポンプによって行わ
れる。この方法においては、気体充填を計量ポンプの吸
入側で行うことが欠点となる。これは一方ではかなりの
計量問題を与えると共に他方では分散を阻害して、ポン
プを流過する際に気泡核の凝集をもたらす。さらに、上
記方法はエマルジョンにおける気体含有量の調整にかな
りの経費を必要とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば今回、ポ
リオール成分のための計量ポンプと混合ヘッド入口との
間に気体分散装置を設けることが提案され、この分散装
置は実質的に無圧力下で操作される。ここで「無圧力」
という用語は２〜５バール（好ましくは３バールまで）
の程度の僅か高められた圧力と理解され、分散装置から
混合ヘッド入口への導管の流動抵抗および混合室圧力
（約１バール）を克服する必要がある。好ましくは分散
装置としては高回転数で操作される動的ミキサーが使用
され、計量供給されるポリオール量および計量供給され
る気体の効果的混合を行うと共に高剪断力が生じて、気
泡の効果的分散が生ずる。本発明によれば、好ましくは
得られる分散物の気泡は４０〜１００μｍの平均直径を
有する。分散装置としては簡単な撹拌槽にて既に充分で
あることが判明し、高回転数を有する攪拌機を操作して
撹拌槽内に存在する分散物を全容器容積内に渦巻を形成
させながら回転させ、しかも撹拌槽の頂部にはガスクッ
ションを形成させない。１枚の撹拌翼のみを使用する場
合、これは好ましくは撹拌槽の底部に配置される。ポリ
オール分散物の出口は好ましくは撹拌槽外套の円筒部分
の上部領域、すなわち上方向成分を有する渦巻流の領域
に存在する。撹拌槽の寸法は、好ましくは撹拌槽におけ
るポリオールの滞留時間が２０〜４０秒となるよう決定
される。相応に面倒な分散装置を使用する場合は、必要
に応じ短い滞留時間も可能である。より長い滞留時間は
一般にポリオール分散の改善を与えない。
リオール成分のための計量ポンプと混合ヘッド入口との
間に気体分散装置を設けることが提案され、この分散装
置は実質的に無圧力下で操作される。ここで「無圧力」
という用語は２〜５バール（好ましくは３バールまで）
の程度の僅か高められた圧力と理解され、分散装置から
混合ヘッド入口への導管の流動抵抗および混合室圧力
（約１バール）を克服する必要がある。好ましくは分散
装置としては高回転数で操作される動的ミキサーが使用
され、計量供給されるポリオール量および計量供給され
る気体の効果的混合を行うと共に高剪断力が生じて、気
泡の効果的分散が生ずる。本発明によれば、好ましくは
得られる分散物の気泡は４０〜１００μｍの平均直径を
有する。分散装置としては簡単な撹拌槽にて既に充分で
あることが判明し、高回転数を有する攪拌機を操作して
撹拌槽内に存在する分散物を全容器容積内に渦巻を形成
させながら回転させ、しかも撹拌槽の頂部にはガスクッ
ションを形成させない。１枚の撹拌翼のみを使用する場
合、これは好ましくは撹拌槽の底部に配置される。ポリ
オール分散物の出口は好ましくは撹拌槽外套の円筒部分
の上部領域、すなわち上方向成分を有する渦巻流の領域
に存在する。撹拌槽の寸法は、好ましくは撹拌槽におけ
るポリオールの滞留時間が２０〜４０秒となるよう決定
される。相応に面倒な分散装置を使用する場合は、必要
に応じ短い滞留時間も可能である。より長い滞留時間は
一般にポリオール分散の改善を与えない。
【０００４】ウレタンフォームの気泡数の調整は、分散
装置への気体供給を調整することにより行われる。特に
ポリオール供給に対し０．０５〜２容量％（標準状態）
の範囲における気体供給の調整は、６〜３５個の気泡／
ｃｍのウレタンフォームにおける気泡数の変動をもたら
す。分散すべき気体としては空気または窒素、好ましく
は空気が使用される。標準状態における空気もしくは窒
素に対する通常のポリオールの溶解能力は約１０容量
％、すなわち分散すべき気体量を越える程度であるが、
使用したポリオールの飽和度による気泡数への影響は空
気もしくは窒素につき観察されなかった。明かにポリオ
ールの分散および混合ヘッドへの供給は、顕著な気体の
相転位が生じないよう短い時間（好ましくは１０〜８０
秒間、特に好ましくは２０〜５０秒間）にて行われる。
装置への気体供給を調整することにより行われる。特に
ポリオール供給に対し０．０５〜２容量％（標準状態）
の範囲における気体供給の調整は、６〜３５個の気泡／
ｃｍのウレタンフォームにおける気泡数の変動をもたら
す。分散すべき気体としては空気または窒素、好ましく
は空気が使用される。標準状態における空気もしくは窒
素に対する通常のポリオールの溶解能力は約１０容量
％、すなわち分散すべき気体量を越える程度であるが、
使用したポリオールの飽和度による気泡数への影響は空
気もしくは窒素につき観察されなかった。明かにポリオ
ールの分散および混合ヘッドへの供給は、顕著な気体の
相転位が生じないよう短い時間（好ましくは１０〜８０
秒間、特に好ましくは２０〜５０秒間）にて行われる。
【０００５】さらに本発明によれば、使用ポリオールの
部分流のみを分離装置に供給すると共に、相応に高い容
積比率の気体をポリオールに分散させてポリオールの主
たる量を混合ヘッドにてポリオール分散物と混合するこ
とも可能である。ウレタンフォームにおける気泡数につ
き決定的なことは、使用ポリオールの全量に対する分散
気体量である。本発明によれば、ポリオール／気体分散
物の計量に際し生ずる計量問題が確実に回避される。特
にポリオールにおける気体含有量の測定につき無駄な計
量装置が全く必要でない。さらに、分散物の作成とその
混合ヘッドへの導入との間の短い滞留時間は、使用ポリ
オールの気体飽和度もしくは不飽和度をその都度考慮す
ることなく、気泡数を確実に調整することができる。
部分流のみを分離装置に供給すると共に、相応に高い容
積比率の気体をポリオールに分散させてポリオールの主
たる量を混合ヘッドにてポリオール分散物と混合するこ
とも可能である。ウレタンフォームにおける気泡数につ
き決定的なことは、使用ポリオールの全量に対する分散
気体量である。本発明によれば、ポリオール／気体分散
物の計量に際し生ずる計量問題が確実に回避される。特
にポリオールにおける気体含有量の測定につき無駄な計
量装置が全く必要でない。さらに、分散物の作成とその
混合ヘッドへの導入との間の短い滞留時間は、使用ポリ
オールの気体飽和度もしくは不飽和度をその都度考慮す
ることなく、気泡数を確実に調整することができる。
【０００６】以下、添付図面を参照して本発明をさらに
説明する。図１は、クンストストッフ・ハンドブーフ、
第７巻、出版社ベッカー／ブラウン（１９９３）の第１
７７頁における図４．５３にしたがう低圧混合ヘッド、
たとえば摩擦ミキサーを示す。混合ヘッド１には計量ポ
ンプ２を介しイソシアネートを供給すると共に、計量ポ
ンプ３を介しポリオールを必要なイソシアネート指数に
応じて供給する。さらに矢印４により他の添加剤を供給
することもできる。混合ヘッド１と計量ポンプ３との間
には分散装置５を設けて、そこにポリオール成分を流過
させる。さらに調整弁６を介し気体をウレタンフォーム
の気泡数を調整すべく供給する。分散装置５と混合ヘッ
ド１との間には、他の添加剤、充填剤などをさらに添加
するための手段７を設けることができる。図２による具
体例では、分散のためポリオールの部分流のみを使用す
る。同じ参照符号は図１におけると同じ部材を示す。部
分流を得るため、計量ポンプ３の背後に分岐３１を設
け、さらに分散装置５に至る部分流に部分流ポンプ３２
をも受ける。
説明する。図１は、クンストストッフ・ハンドブーフ、
第７巻、出版社ベッカー／ブラウン（１９９３）の第１
７７頁における図４．５３にしたがう低圧混合ヘッド、
たとえば摩擦ミキサーを示す。混合ヘッド１には計量ポ
ンプ２を介しイソシアネートを供給すると共に、計量ポ
ンプ３を介しポリオールを必要なイソシアネート指数に
応じて供給する。さらに矢印４により他の添加剤を供給
することもできる。混合ヘッド１と計量ポンプ３との間
には分散装置５を設けて、そこにポリオール成分を流過
させる。さらに調整弁６を介し気体をウレタンフォーム
の気泡数を調整すべく供給する。分散装置５と混合ヘッ
ド１との間には、他の添加剤、充填剤などをさらに添加
するための手段７を設けることができる。図２による具
体例では、分散のためポリオールの部分流のみを使用す
る。同じ参照符号は図１におけると同じ部材を示す。部
分流を得るため、計量ポンプ３の背後に分岐３１を設
け、さらに分散装置５に至る部分流に部分流ポンプ３２
をも受ける。
【０００７】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明す
る。実施例１ 図１による試験装置にて、通常のウレタンブロックフォ
ーム系を発泡させた。計量ポンプ３を介し６０Ｌ／ｍｉ
ｎのポリオールを、３０Ｌの容積を有する１枚羽根撹拌
槽からなる分散装置５に連続供給した。さらに調整弁６
を介し所定の空気量を供給した。計量ポンプ２を介し１
８Ｌ／ｍｉｎのイソシアネートを混合ヘッド１に供給し
た。得られたウレタンフォームにて、供給された空気量
に応じ１ｃｍ当りの気泡数を計算した。ここで次の関係
が計測された：
る。実施例１ 図１による試験装置にて、通常のウレタンブロックフォ
ーム系を発泡させた。計量ポンプ３を介し６０Ｌ／ｍｉ
ｎのポリオールを、３０Ｌの容積を有する１枚羽根撹拌
槽からなる分散装置５に連続供給した。さらに調整弁６
を介し所定の空気量を供給した。計量ポンプ２を介し１
８Ｌ／ｍｉｎのイソシアネートを混合ヘッド１に供給し
た。得られたウレタンフォームにて、供給された空気量
に応じ１ｃｍ当りの気泡数を計算した。ここで次の関係
が計測された：
【０００８】
【表１】
【０００９】実施例２ 図２による装置にポンプ３を介し３００Ｌ／ｍｉｎのポ
リオールを供給した。ポンプ３２により２０Ｌ／ｍｉｎ
の部分流を１０Ｌの容積を有する撹拌槽に供給した。さ
らに撹拌槽には調整弁６を介し所定の空気量を供給し
た。ポンプ２を介し混合ヘッド１に９１Ｌ／ｍｉｎのイ
ソシアネート成分を供給した。フォームにおける気泡の
個数と供給空気量との間には次の関係が計測された：
リオールを供給した。ポンプ３２により２０Ｌ／ｍｉｎ
の部分流を１０Ｌの容積を有する撹拌槽に供給した。さ
らに撹拌槽には調整弁６を介し所定の空気量を供給し
た。ポンプ２を介し混合ヘッド１に９１Ｌ／ｍｉｎのイ
ソシアネート成分を供給した。フォームにおける気泡の
個数と供給空気量との間には次の関係が計測された：
【００１０】
【表２】
【００１１】以下、本発明の実施態様を要約すれば次の
通りである： １． 発泡剤および他の添加剤を添加しながら少なくと
も１種のポリオールを少なくとも１種のイソシアネート
と混合すると共に、少なくとも一方の成分に気体の分散
により気泡核を生ぜしめるウレタンフォームを製造する
際の気泡数の調整方法において、成分における気体の分
散を計量ポンプと混合ヘッドとの間で行うことを特徴と
する気泡数の調整方法。 ２． ポリオール成分に気泡核を与えることを特徴とす
る上記第１項に記載の方法。 ３． 気泡核の発生を実質的に無圧力下で行うことを特
徴とする上記第１項または第２項に記載の方法。 ４． 気泡核の発生を混合ヘッドへのポリオールの導入
前に１０〜８０秒間の時間内で行うことを特徴とする上
記第１〜３項のいずれか一項に記載の方法。 ５． 気泡数を気泡核として分散される気体の相対量に
より調整することを特徴とする上記第１〜４項のいずれ
か一項に記載の方法。 ６． 調整された気泡数を有するウレタンフォームを製
造するための装置において、低圧混合ヘッドと、イソシ
アネート成分およびポリオール成分を計量供給するため
のポンプと、混合ヘッドと少なくとも一方の計量ポンプ
との間に配置された分散装置と、気体を分散装置へ計量
供給するための手段とを備えることを特徴とするウレタ
ンフォームの製造装置。
通りである： １． 発泡剤および他の添加剤を添加しながら少なくと
も１種のポリオールを少なくとも１種のイソシアネート
と混合すると共に、少なくとも一方の成分に気体の分散
により気泡核を生ぜしめるウレタンフォームを製造する
際の気泡数の調整方法において、成分における気体の分
散を計量ポンプと混合ヘッドとの間で行うことを特徴と
する気泡数の調整方法。 ２． ポリオール成分に気泡核を与えることを特徴とす
る上記第１項に記載の方法。 ３． 気泡核の発生を実質的に無圧力下で行うことを特
徴とする上記第１項または第２項に記載の方法。 ４． 気泡核の発生を混合ヘッドへのポリオールの導入
前に１０〜８０秒間の時間内で行うことを特徴とする上
記第１〜３項のいずれか一項に記載の方法。 ５． 気泡数を気泡核として分散される気体の相対量に
より調整することを特徴とする上記第１〜４項のいずれ
か一項に記載の方法。 ６． 調整された気泡数を有するウレタンフォームを製
造するための装置において、低圧混合ヘッドと、イソシ
アネート成分およびポリオール成分を計量供給するため
のポンプと、混合ヘッドと少なくとも一方の計量ポンプ
との間に配置された分散装置と、気体を分散装置へ計量
供給するための手段とを備えることを特徴とするウレタ
ンフォームの製造装置。
【図１】従来技術による低圧混合ヘッドの流れ図。
【図２】分散のためポリオールの部分流のみを使用する
実施例の流れ図。
実施例の流れ図。
【符号の説明】 １ 混合ヘッド ２ 計量ポンプ ３ 計量ポンプ ４ 混合ヘッド ５ 分散装置 ６ 調整弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−ミヒヤエル・ズルツバツハ ドイツ連邦共和国デイー53639 ケーニヒ スヴインテル、ヘルマン−レンス−シユト ラーセ 12 (72)発明者 ライネル・ラフエル ドイツ連邦共和国デイー53721 ジークブ ルク、ムシユブンゲルト ２ (72)発明者 ヘルベルト・シユタイレン ドイツ連邦共和国デイー53639 ケーニヒ スヴインテル、シユテイールドルフエルホ ーン 57
Claims (2)
- 【請求項１】 発泡剤および他の添加剤を添加しながら
少なくとも１種のポリオールを少なくとも１種のイソシ
アネートと混合すると共に、少なくとも一方の成分に気
体の分散により気泡核を生ぜしめることからなるウレタ
ンフォームを製造する際の気泡数の調整方法において、
成分における気体の分散を計量ポンプと混合ヘッドとの
間で行うことを特徴とする気泡数の調整方法。 - 【請求項２】 調整された気泡数を有するウレタンフォ
ームを製造するための装置において、低圧混合ヘッド
と、イソシアネート成分およびポリオール成分を計量供
給するためのポンプと、混合ヘッドと少なくとも一方の
計量ポンプとの間に配置された分散装置と、気体を分散
装置へ計量供給するための手段とを備えることを特徴と
するウレタンフォームの製造装置。
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