(57)【要約】【課題】高品質な発泡ポリウレタンを提供する。【解決手段】ミキシングヘッド１０３の上流側で略大気圧で沸点が零度以下の発泡剤１０６を含有した第３の原料１０５と第１の原料１０１を混合するものであり、第１の原料１０１と第３の原料１０５は混合されたあと、ミキシングヘッド１０３にて第２の原料１０２と混合されて系外に吐出される。つまり、第３の原料１０５は、第１の原料１０１と第２の原料１０２の主たる原料の経路とは別経路で発泡剤１０６を含有させるので、十分な混合時間を確保でき、均一に混合することができる。このため、発泡ポリウレタン原料中へ適正な量の発泡剤１０６を含有させることができるので、高品質な発泡ポリウレタンを製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の原料と第２の原料をミキシングヘッドで混合するものであって、前記ミキシングヘッドの上流側で略大気圧で沸点が零度以下の発泡剤を含有した第３の原料と前記第１の原料を混合することを特徴とする発泡ポリウレタンの製造方法。
【請求項２】
第３の原料は、第１の原料に発泡剤を混合したものであることを特徴とする請求項１に記載の発泡ポリウレタンの製造方法。
【請求項３】
第３の原料は、第１の原料より温度が低いことを特徴とする請求項１または２に記載の発泡ポリウレタンの製造方法。
【請求項４】
発泡剤は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の発泡ポリウレタンの製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法で製造された発泡ポリウレタンを備えた断熱箱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスを発泡剤として用いた発泡ポリウレタンと、それを用いた断熱箱体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から、熱エネルギーを効率的に利用する技術開発に対する社会的要望が高まっている。冷凍冷蔵機器や温熱機器を製造するメーカーでは、各種部品や機器全体の省エネ設計に加えて、断熱技術の開発に注力している。
【０００３】
代表的な冷凍冷蔵機器として、家庭用の電気冷凍冷蔵庫がある。この分野における技術革新は著しく、過去の商品と同容量の電気冷凍冷蔵庫の消費電力量は、数分の一程度まで低減されている。
【０００４】
また、消費者の生活様式の変化に伴い、設置面積を拡大することなく、内容量を大型化する要望が強くなっている。このため、近年の電気冷凍冷蔵庫は、断熱性能の向上による壁面薄肉化や、各機能部品の高性能化あるいは配置設計の最適化などで要求に応えている。壁面薄肉化の一例としては、従来から断熱材として広く利用されている発泡ポリウレタンに加えて、断熱性能が勝る真空断熱材の利用が進んでいる。
【０００５】
発泡ポリウレタンは、液状原料であるポリオールとイソシアネートを、ミキシングヘッドを備えた注入機を用いて壁面に注入する。注入直後、混合原料は流動性を有しているため壁面内を流れるが、時間経過とともに反応が進行して硬化する。この混合から硬化までの混合原料の流動性変化が、断熱性能や冷蔵庫筐体への充填性に影響する。
【０００６】
例えば、反応が速過ぎると、原料が冷蔵庫筐体の隅々まで行き渡らず、充填不良となる。これによって、その部分での断熱性能が失われることに加えて、筐体強度も低下する。一方、反応が遅過ぎると、硬化時間つまりキュアに時間を要するため、生産性が悪く高コストの原因となる。
【０００７】
また、冷蔵庫用発泡ポリウレタンの発泡剤は、オゾンを破壊しないシクロペンタンが広く用いられている。シクロペンタンは、略大気圧での沸点が４９℃であり、ポリウレタンの発泡過程では、原料の反応熱や外部から発泡治具からの熱によって気化する。
【０００８】
このため、発泡治具は略４０℃に温度調整されている。この温度調整の手段としては、温風により所定温度に調整されたキュア炉内部に発泡治具を通過させる方法があるが、温度分布が大きくなることが懸念される。
【０００９】
一方、発泡ポリウレタン断熱材の断熱性能は、ポリウレタン樹脂の熱伝導率、気泡内ガスの熱伝導率、気泡径などで決定される。なかでも、気泡内ガス熱伝導率は、気泡内に存在するガス組成に大きく影響され、過去に発泡剤として使用されていたフロンガスなどと比較してシクロペンタンは熱伝導率が高く好ましくない。
【００１０】
しかし、環境保護が地球規模で問題となっている現在においては、環境負荷が大きいフロンガスは使用できないのが現状である。
【００１１】
そこで、発泡ポリウレタン断熱材を高性能化するべく、気泡径を微細化する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
図３は、従来の硬質ポリウレタンフォームの製造装置の概略構成図である。ポリオール成分のタンク１から計量ポンプ２を介して配管中に設けたガスローディング装置３にポリオール成分を送出するとともに、このガスローディング装置３を介してガスを導入した後、スタティックミキサー４で撹拌することで直接気液分散系としてミキシングヘッド５に送るようになっている。
【００１３】
一方、ミキシングヘッド５には、イソシアネート成分がタンク６から計量ポンプ７を介して送られるようになっている。
【００１４】
そして、気液分散系のポリオール成分とイソシアネート成分とをミキシングヘッド５で反応させて吐出することで、硬質ポリウレタンフォームを作製する。
【００１５】
このような硬質ポリウレタンフォームの製造装置によれば、ガスを用いることで、液体同士をエマルジョン分散系とするのに比べ、短時間に気液分散系として発泡させることができる。このことから、各成分中の気泡を短時間に微細化でき、得られるフォームも微細化、均一化でき、熱伝導率を小さくすることができる。
【特許文献１】特開２００７−２６９８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記従来の構成では、タンク１から計量ポンプ２を介してミキシングヘッド５に送られた原料は、再びタンクに戻される循環回路となっており、ポリウレタンフォーム作製時だけ回路外に吐出される。仮に、循環中の原料にガスを混合すれば、原料中ガス濃度が過剰になってしまう。また、原料中ガス濃度を適正に制御するためには、吐出時のみガスを混合することが好ましいが、スタティックミキサー４からミキシングヘッド５間でガスを均一に混合するためには、ある程度の混合時間を稼ぐために配管長を長くする必要があるが、配管内に滞留する原料が増大するという課題がある。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑み、品質に優れた発泡ポリウレタンの製造方法と、それを用いた断熱箱体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の発泡ポリウレタンの製造方法は、第１の原料と第２の原料をミキシングヘッドで混合するものであって、前記ミキシングヘッドの上流側で略大気圧で沸点が零度以下の発泡剤を含有した第３の原料と前記第１の原料を混合するのである。
【００１９】
混合器で第１の原料と第３の原料は混合され、そのあとミキシングヘッドにて第２の原料と混合されて系外に吐出される。第３の原料には、略大気圧で容易に気化する発泡剤を含有しているので、吐出後直ちに発泡が開始される。
【００２０】
つまり、第３の原料は、第１の回路とは別経路で発泡剤を含有させるので、十分な混合時間を確保でき、均一に混合することができる。このため、発泡ポリウレタン原料中へ適正な量の発泡剤を含有させることができるので、高品質な発泡ポリウレタンを得ることができる。また、それを用いた断熱箱体を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、低沸点である二酸化炭素を発泡剤として使用するにあたり、原料中に適正量含有させることができ、発泡ポリウレタンのセル微細化や低密度化ができえることから、断熱材とそれを用いた断熱箱体の品質を著しく向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の請求項１に記載の発泡ポリウレタンの製造方法の発明は、第１の原料と第２の原料をミキシングヘッドで混合するものであって、前記ミキシングヘッドの上流側で略大気圧で沸点が零度以下の発泡剤を含有した第３の原料と前記第１の原料を混合することを特徴とするものであり、第１の原料と第３の原料は混合されたあと、ミキシングヘッドにて第２の原料と混合されて系外に吐出される。第３の原料には、略大気圧で容易に気化する発泡剤を含有しているので、吐出後直ちに発泡が開始される。
【００２３】
つまり、第３の原料は、第１の原料と第２の原料の主たる原料の経路とは別経路で発泡剤を含有させるので、十分な混合時間を確保でき、均一に混合することができる。このため、発泡ポリウレタン原料中へ適正な量の発泡剤を含有させることができるので、高品質な発泡ポリウレタン断熱材を製造することができる。
【００２４】
また、請求項２に記載の発泡ポリウレタンの製造方法の発明は、請求項１に記載の発明において、第３の原料が、第１の原料に発泡剤を混合したものであることを特徴とするものであり、第１の原料と第３の原料は密度、粘度など基本物性は、ほぼ同じである。
【００２５】
つまり、第１の原料と発泡剤を混合するためには、圧力、温度、混合時間などの精密な管理が必要であるが、第１の原料と第３の原料の混合は比較的容易であり、均一に混合することができる。このため、発泡ポリウレタン原料中へ適正な量の発泡剤を含有させることができるので、さらに高品質な発泡ポリウレタン断熱材を製造することができる。
【００２６】
また、請求項３に記載の発泡ポリウレタンの製造方法の発明は、請求項１または２に記載の発明において、第３の原料が、第１の原料より温度が低いことを特徴とするものであり、略大気圧で気化しやすい発泡剤をポリウレタン原料のような液体に溶解させるためには、ヘンリーの法則から低温であることが好ましい。
【００２７】
しかしながら、第１の原料温度を低温化すると、ミキシングヘッドで第２の原料と混合した場合、原料全体の平均温度が低くなり、反応速度が減速するため硬化する時間が長くなる。このため、原料中に溶存していた発泡剤が大気中に放出されやすくなり、最悪の場合には大きなボイド発生の原因となる。
【００２８】
このことから、別経路で低温化した第１の原料に予め発泡剤を混合して第３の原料を調合し、これを第１の回路を流れる第１の原料と混合することによって、発泡剤を原料内に均一に混合することができ、発泡ポリウレタン原料中へ適正な量の発泡剤を含有させることができるので、さらに高品質な発泡ポリウレタン断熱材を製造することができる。
【００２９】
また、請求項４に記載の発泡ポリウレタンの製造方法の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、発泡剤が、二酸化炭素であることを特徴とするものであり、二酸化炭素は略大気圧での沸点が氷点下７９℃であり、発泡力が非常に高く、化学的に安定し、耐環境性にも優れた物質である。これを発泡剤として用い、原料中に均一に混合するため、さらに高品質な発泡ポリウレタン断熱材を製造することができる。
【００３０】
また、請求項５に記載の断熱箱体の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法で製造された発泡ポリウレタンを備えた断熱箱体であり、高品質な断熱箱体を製造することができる。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における原料分離型の発泡ポリウレタンの製造方法を示す説明図である。図２は、本発明の実施の形態１における原料分岐型の発泡ポリウレタンの製造方法を示す説明図である。
【００３３】
図１に示すように、ポリウレタン原料は、第１の原料１０１と第２の原料１０２がある。具体的には、ポリオール成分とイソシアネート成分があり、本実施の形態では、第１の原料１０１がポリオール成分、第２の原料１０２がイソシアネート成分としているが、これと逆になっても構わない。なお、ポリオール成分である第１の原料１０１には、予めシクロペンタン、水、整泡剤、触媒などが混合されている。
【００３４】
第１の原料１０１および第２の原料１０２は、ミキシングヘッド１０３に供給され、ここで混合されたあと、電気冷凍冷蔵庫、自動販売機などに代表される断熱筐体１０４に注入される。なお、ミキシングヘッド１０３を１台で説明しているが、断熱筐体１０４の形状、構造などを鑑み、複数のミキシングヘッド１０３を用いることもある。
【００３５】
第１の原料１０１がミキシングヘッド１０３に搬送される間に、第３の原料１０５と混合される。第３の原料１０５は、第１の原料１０１に発泡剤１０６を含有させたものであり、第１の原料１０１より低い温度に設定されている。発泡剤１０６は、略大気圧における沸点が零度以下の物質を用い、取り扱いやすさや耐環境性、気体状態での熱伝導率を鑑み、二酸化炭素を用いることが好ましい。
【００３６】
このことから、第３の原料１０５が略大気圧雰囲気に置かれると、発泡剤１０６が気化して気泡が発生する。故に、第１の原料１０１と第３の原料１０５を混合するためには、８〜１３ＭＰａ程度の高圧雰囲気下で、スタティックミキサーに代表される液−液混合器１０７などを用いることが好ましい。このような条件下においては、混合性に影響を及ぼす第１の原料１０１と第３の原料１０５の粘度や密度などの物性は、ほぼ同一であり、良好に混合される。
【００３７】
なお、第３の原料１０５を調合するためには、図１に示すように第１の原料１０１を分離し、発泡剤１０６を発泡剤混合器１０８で混合する方法と、図２に示すように、第１の原料１０１を分岐した副経路で混合する方法がある。この場合においては、熱交換手段１０９を備えて第１の原料１０１を冷却することで、発泡剤１０６の溶解性は向上し、第３の原料１０５は均質な状態になる。
【００３８】
以上のように、第１の原料１０１と第２の原料１０２をミキシングヘッド１０３で混合するものであって、ミキシングヘッド１０３の上流側で略大気圧で沸点が零度以下の発泡剤１０６を含有した第３の原料１０５と第１の原料１０１を混合するものであり、第１の原料１０１と第３の原料１０５は混合されたあと、ミキシングヘッド１０３にて第２の原料１０２と混合されて系外に吐出される。第３の原料１０５には、略大気圧で容易に気化する発泡剤１０６を含有しているので、吐出後直ちに発泡が開始される。
【００３９】
つまり、第３の原料１０５は、第１の原料１０１と第２の原料１０２の主たる原料の経路とは別経路で発泡剤１０６を含有させるので、十分な混合時間を確保でき、均一に混合することができる。このため、発泡ポリウレタン原料中へ適正な量の発泡剤１０６を含有させることができるので、高品質な発泡ポリウレタンを製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかる発泡ポリウレタンの製造方法および断熱箱体は、低沸点発泡剤である二酸化炭素を均一に原料に混合することができるため、発泡ポリウレタン断熱材およびそれを用いた断熱箱体の品質を向上することができる。このため、冷蔵庫などの温熱機器の省エネ化を促進し、環境に優しい商品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１における原料分離型の発泡ポリウレタンの製造方法を示す説明図
【図２】本発明の実施の形態１における原料分岐型の発泡ポリウレタンの製造方法を示す説明図
【図３】従来の硬質ポリウレタンフォームの製造装置の概略構成図
【符号の説明】
【００４２】
１０１  第１の原料（ポリオール成分）
１０２  第２の原料（イソシアネート成分）
１０３  ミキシングヘッド
１０４  断熱箱体（冷蔵庫）
１０５  第３の原料
１０６  発泡剤（二酸化炭素）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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