(57)【要約】  ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物および発泡性第二組成物を混合して発泡ポリウレタンフォームを製造する。発泡性第二組成物は、ポリオールを主成分とする第二組成物に主発泡剤および副発泡剤を混合して調製されて貯留容器に貯留されている。副発泡剤は、主発泡剤よりも低い沸点を有し、常温で気体である。貯留容器に貯留加圧剤を加圧状態で充填するか、貯留容器内の液層（発泡性第二組成物）を気層に対して封止する。貯留加圧剤は、副発泡剤よりも第二組成物に対する溶解度および拡散係数が小さい気体である。
2013027416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物と、ポリオールを主成分とする第二組成物に発泡剤を混合した発泡性第二組成物と、を混合して発泡ポリウレタンフォームを製造するための製造装置であって、
前記第一組成物および前記発泡性第二組成物を混合して吐出する混合部と、
当該混合部に対して前記発泡性第二組成物を供給可能に密閉貯留する第二貯留部と、
を備え、
前記発泡剤として、主発泡剤と、当該主発泡剤よりも低い沸点を有し、常温で気体である副発泡剤とが用いられ、前記発泡性第二組成物には、前記主発泡剤および前記副発泡剤が混合されており、
さらに、前記第二貯留部内に貯留される前記発泡性第二組成物から前記副発泡剤の遊離を抑制する副発泡剤遊離抑制部を備えている、
発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項２】
前記副発泡剤遊離抑制部は、前記副発泡剤よりも前記第二組成物に対する溶解度および拡散係数が小さい気体である貯留加圧剤を、前記第二貯留部内に加圧状態で充填する貯留加圧剤充填部である、
請求項１に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項３】
前記第二組成物に前記主発泡剤のみを混合したものを、半発泡性第二組成物としたときに、
前記貯留加圧剤は、前記副発泡剤よりも前記半発泡性第二組成物に対する溶解度および拡散係数が同等もしくは小さい気体である、
請求項２に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項４】
前記貯留加圧剤は、窒素または空気である、
請求項２に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項５】
前記第二貯留部内では、前記発泡性第二組成物が液層を成しているとともに、当該発泡性第二組成物に対して不活性な気体が充填されることにより気層が形成されており、
前記副発泡剤遊離抑制部は、前記気層に対して前記液層を封止する液層封止部材である、
請求項１に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項６】
前記液層封止部材は、前記第二貯留部内において、前記液層の液面の位置が変動することに伴って移動可能な可動部材、または、前記第二貯留部内を分断した状態で当該第二貯留部内に固定される分断固定部材である、
請求項５に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項７】
前記液層封止部材による前記液層の封止は、前記第二貯留部内に前記発泡性第二組成物が９０％体積以上充填されたときに行われる、
請求項５に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項８】
前記第二組成物に前記主発泡剤のみを混合したものを、半発泡性第二組成物としたときに、
前記半発泡性第二組成物に対して前記副発泡剤を混合して前記発泡性第二組成物を調製する、副発泡剤混合部をさらに備えている、
請求項１に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項９】
前記副発泡剤は二酸化炭素である、
請求項１に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項１０】
前記主発泡剤は、低級炭化水素およびハイドロフルオロカーボンの少なくとも一方である、
請求項１に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造装置。
【請求項１１】
ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物と、ポリオールを主成分とする第二組成物に発泡剤を混合した発泡性第二組成物と、を混合して発泡ポリウレタンフォームを製造する方法であって、
前記発泡剤として、主発泡剤と、当該主発泡剤よりも低い沸点を有し、常温で気体である副発泡剤とが用いられ、
ポリオールを成分とする第二組成物に主発泡剤を混合して半発泡性第二組成物を調製する主発泡剤混合ステップと、
前記半発泡性第二組成物に副発泡剤を混合して発泡性第二組成物を調製する副発泡剤混合ステップと、
発泡性第二組成物と第一組成物とを混合して吐出する混合吐出ステップと、
前記混合吐出ステップの前で、前記発泡性第二組成物から前記副発泡剤の遊離を抑制する副発泡剤遊離抑制ステップと、
を含んでいる、
発泡ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１２】
前記副発泡剤遊離抑制ステップは、前記副発泡剤よりも前記半発泡性第二組成物に対する溶解度および拡散係数が小さい気体である貯留加圧剤により、内部が加圧された貯留容器内に前記発泡性第二組成物を貯留する加圧貯留ステップである、
請求項１１に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１３】
前記副発泡剤遊離抑制ステップは、貯留容器内において、前記発泡性第二組成物に対して不活性な気体により形成される気層に対して、前記発泡性第二組成物により形成される液層を封止する液層封止ステップである、
請求項１１に記載の発泡ポリウレタンフォームの製造方法。
【請求項１４】
内方材および外方材により少なくとも構成され、
前記外方材と前記内方材との間に、前記発泡ポリウレタンフォームが充填される充填空間が形成され、
請求項１に記載の製造装置もしくは請求項１１に記載の製造方法により製造された前記発泡ポリウレタンフォームが前記充填空間に充填されている、
断熱構造体。
【請求項１５】
前記内方材および前記外方材の少なくとも一方に設けられ、前記第一組成物および前記発泡性第二組成物の混合物を前記充填空間に注入するための注入口を有しているとともに、
前記充填空間は、前記注入口に連通し平板状に広がる第一充填空間と、
当該第一充填空間に連通し、かつ、当該第一充填空間に対して交差する方向に平板状に広がる第二充填空間と、から少なくとも構成されている、
請求項１４に記載の断熱構造体。
【請求項１６】
冷蔵庫、冷凍庫、断熱パネル、および貯湯タンクから選択される少なくとも１つである、
請求項１４に記載の断熱構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立した微細な気泡を有する発泡ポリウレタンフォームの製造装置と、当該発泡ポリウレタンの製造方法と、当該発泡ポリウレタンフォームを有する断熱構造体に関し、特に、内部が中空の板状体または箱状体内に充填される発泡ポリウレタンフォームの製造装置および製造方法、並びに当該発泡ポリウレタンフォームを有する断熱構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
発泡ポリウレタンフォームは、ポリイソシアネートとポリオールとを、触媒および発泡剤（必要に応じて他の添加剤）等とともに混合し、ポリイソシアネートおよびポリオールの縮合反応と発泡とをほぼ同時に行わせることによって製造される成形体であって、独立した微細な気泡（以下、独立気泡と称する。）が全体に略均一に存在している。発泡剤として熱伝導性の低いガスを用いて発泡ポリウレタンフォームを製造すれば、当該ガスは独立気泡中に封入されることになるので、優れた耐熱性能を実現することができる。【０００３】
前記発泡剤としては、以前はいわゆる「フロンガス」（クロロフルオロカーボン等の二種類以上のハロゲンを含むハロゲン系炭化水素類）が用いられていたが、オゾン層破壊および温室効果の原因物質であることから、現在ではその生産および消費は規制されている。それゆえ、発泡ポリウレタンフォームの製造においても、発泡剤として、環境への負荷が小さい他の物質が用いられている。【０００４】
代表的な発泡剤としては、水、塩化メチレン、低沸点フッ素系炭化水素、低級炭化水素、二酸化炭素（炭酸ガス）等が挙げられるが、これらの物質はフロンガスと比較して取扱性等に劣るため、成形体中に均一な独立気泡を形成するためには、発泡ポリウレタンフォームの製造方法や製造装置において、さまざま技術的改良が行われている。【０００５】
例えば、特許文献１には、発泡剤として、二酸化炭素を用いて発泡ポリウレタンフォームを製造する技術が開示されている。この技術で用いられる二酸化炭素は、水とポリイソシアネート成分との反応により生成したものと、超臨界状態、亜臨界状態または液体状態のものとの２種類が併用されている。【０００６】
具体的には、この技術では、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分はタンクに貯留され、これらがミキシングヘッドにより混合されて吐出される構成となっているが、発泡剤である液体状態の二酸化炭素は、ミキシングヘッドに至る流路で移送中のポリオール成分に対して、水とともに所定範囲で配合され、かつ、流路内では前記二酸化炭素は超臨界状態または亜臨界状態で保持されている。【０００７】
このような状態の二酸化炭素を発泡剤として用いることで、ポリイソシアネート成分とポリオール成分との混合性を上昇させることができるとともに、発泡剤としての水の使用量を低減させて、過剰な尿素結合の生成を抑制することができるので、低密度で難燃性が高く、寸法安定性に優れた硬質ポリウレタンフォームを得ることが可能と記載されている。【０００８】
また、特許文献２には、発泡ポリウレタンフォーム等の発泡合成樹脂を製造する製造装置において、発泡剤とは異なるガスを用いて、ポリイソシアネートおよびポリオールの混合性を向上するとともに、ミキシングヘッドからの吐出時の撒布性の向上を図る技術が開示されている。【０００９】
具体的には、前記製造装置には、ミキシングヘッドに、ポリイソシアネートとポリオールとの混合攪拌を促す第一のガスを導入する手段が設けられ、吐出ノズル部に、撒布を促す第二のガスを導入する手段が設けられている。これにより、第一のガスでポリイソシアネートとポリオールとの混合攪拌が促され、第二のガスで吐出ノズル部からの均一な撒布を促すことができるので、攪拌不足を防止して独立気泡を微細化できるとともに、発泡合成樹脂中のボイドの発生を防止できるとされている。【００１０】
なお、この技術では、発泡剤としては低級炭化水素の一つであるペンタン類が用いられており、水が併用可能であることが開示されている。ペンタン（および水）は、触媒や他の添加剤とともにポリオールに混合されて、ポリオール成分としてタンクに保管されている。また、混合攪拌を促進する第一のガスも、均一な撒布を促進する第二のガスも、いずれも常温常圧で気体のガスであればよいとされ、具体的には、希ガスや代替フロン類、窒素等が例示されている。中でも、得られるフォームの断熱性能、経済性、安全性、環境負荷等の観点から空気、窒素、炭酸ガスが好ましいとされ、特に、純度９５％%以上の炭酸ガスは、発泡剤のペンタンと熱的特性が近いことから、得られる発泡合成樹脂の熱伝導率を低くできるためさらに好ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４１５４６５４号公報
【特許文献２】特開２００９−０７９１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、ポリウレタン樹脂は熱硬化性樹脂であるため、熱可塑性樹脂のように加熱して再利用することができず、何らかの特殊な技術を利用しない限り、焼却したり圧縮破砕して埋め立てたりする等の廃棄処理を行うことになる。それゆえ、発泡ポリウレタンフォームにおいては、単に断熱性能を向上させるだけでなく、その密度を低下させることも重要となりつつある。【００１３】
具体的には、発泡ポリウレタンフォームの密度を低下させるということは、所定体積中のポリウレタン樹脂の量を少なくするということである。したがって、発泡ポリウレタンフォームの体積が大きくても密度が小さければ、焼却または圧縮破砕等の処理を行えば、廃棄物としての量も小さくなるので、結果としてゴミの減量化につながる。さらに、発泡ポリウレタンフォームの密度を低下させれば、同量のポリウレタン樹脂でより大きな成形物を製造することができるので、製造コストの面からも好ましい。【００１４】
発泡ポリウレタンフォームは、樹脂部分と発泡剤が封入されている独立気泡とから構成されるので、発泡ポリウレタンフォームの密度を低下するためには、独立気泡を増加させればよいことになる。【００１５】
しかしながら、独立気泡を増加させるということは発泡剤の使用量を多くすることを意味する。例えば、発泡剤としてペンタン等の低級炭化水素を用いる場合、このような低級炭化水素は有機溶剤としても使用される化合物であるため、その使用量を多くすれば環境に与える負荷の増大が懸念される。一方、発泡剤として二酸化炭素を用いる場合、低級炭化水素に比べれば環境への負荷は非常に小さいものの、発泡剤としての取扱性に劣るため、独立気泡を十分に増加させることが難しい。【００１６】
例えば、特許文献１に開示される技術では、混合時には二酸化炭素を液状に、混合した後の流路内では、超臨界または亜臨界状態に維持する必要があるため、特に超臨界または亜臨界状態を適切に維持するための設備が別途必要となる。また、特許文献１では、液体の二酸化炭素をポリオール成分にそのまま投入する例と、スタティックミキサー等を用いて機械的に混合する例とを挙げているが、そのまま投入する例では、二酸化炭素の混合量を増加することが難しく、機械的に混合する場合には吐出時の圧力調整が難しい。そもそも、二酸化炭素の溶解量には限界があるため、発泡剤として二酸化炭素のみを用いる場合には、その増量は困難である。【００１７】
また、特許文献２に開示される技術では、発泡剤としてペンタンを用いるとともに、第一のガスの使用で混合攪拌を促進し、第二のガスの使用で均一な撒布を促進しているが、発泡剤の増量を図る点に関しては何ら開示がない。また、発泡剤としてのペンタンを増量させることは、前述したとおり環境への負荷の増大のおそれがある。【００１８】
ここで、第一のガスおよび第二のガスとして高純度の二酸化炭素が好ましいことが開示されているので、この技術で製造される発泡合成樹脂の独立気泡には、二酸化炭素が含まれている可能性がある。ただし、第一および第二のガスは発泡剤としての使用ではなく、かつ、混合攪拌や均一撒布の促進として使用されているので、これらガスとして多量の二酸化炭素を使用したとしても、硬化前の混合物に十分溶け込むことはなく、独立気泡の増加にはつながらない。【００１９】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、環境への負荷の増大を抑えて簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することが可能であり、さらに断熱構造体が備える発泡ポリウレタンフォームの製造にも好適に用いることが可能な技術を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置は、前記の課題を解決するために、ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物と、ポリオールを主成分とする第二組成物に発泡剤を混合した発泡性第二組成物と、を混合して発泡ポリウレタンフォームを製造するための製造装置であって、前記第一組成物および前記発泡性第二組成物を混合して吐出する混合部と、当該混合部に対して前記発泡性第二組成物を供給可能に密閉貯留する第二貯留部と、を備え、前記発泡剤として、主発泡剤と、当該主発泡剤よりも低い沸点を有し、常温で気体である副発泡剤と、が用いられ、前記発泡性第二組成物には、前記主発泡剤および前記副発泡剤が混合されており、さらに、前記第二貯留部内に貯留される前記発泡性第二組成物から前記副発泡剤の遊離を抑制する副発泡剤遊離抑制部を備えている構成である。【００２１】
前記製造装置においては、前記副発泡剤遊離抑制部は、前記副発泡剤よりも前記第二組成物に対する溶解度および拡散係数が小さい気体である貯留加圧剤を、前記第二貯留部内に加圧状態で充填する貯留加圧剤充填部であってもよい。【００２２】
また、前記製造装置においては、前記第二貯留部内では、前記発泡性第二組成物が液層を成しているとともに、当該発泡性第二組成物に対して不活性な気体が充填されることにより気層が形成されており、前記副発泡剤遊離抑制部は、前記気層に対して前記液層を封止する液層封止部材であってもよい。【００２３】
また、本発明に係る発泡ポリウレタンフォームの製造方法は、前記の課題を解決するために、ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物と、ポリオールを主成分とする第二組成物に発泡剤を混合した発泡性第二組成物と、を混合して発泡ポリウレタンフォームを製造する方法であって、前記発泡剤として、主発泡剤と、当該主発泡剤よりも低い沸点を有し、常温で気体である副発泡剤とが用いられ、ポリオールを成分とする第二組成物に主発泡剤を混合して半発泡性第二組成物を調製する主発泡剤混合ステップと、前記半発泡性第二組成物に副発泡剤を混合して発泡性第二組成物を調製する副発泡剤混合ステップと、発泡性第二組成物と第一組成物とを混合して吐出する混合吐出ステップと、前記混合吐出ステップの前で、前記発泡性第二組成物から前記副発泡剤の遊離を抑制する副発泡剤遊離抑制ステップと、を含んでいる構成である。【００２４】
前記製造方法においては、前記副発泡剤遊離抑制ステップは、前記副発泡剤よりも前記半発泡性第二組成物に対する溶解度および拡散係数が小さい気体である貯留加圧剤により、内部が加圧された貯留容器内に前記発泡性第二組成物を貯留する加圧貯留ステップであってもよい。【００２５】
また、前記製造方法においては、前記副発泡剤遊離抑制ステップは、貯留容器内において、前記発泡性第二組成物に対して不活性な気体により形成される気層に対して、前記発泡性第二組成物により形成される液層を封止する液層封止ステップであってもよい。【００２６】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、環境への負荷の増大を抑えて簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することが可能になり、断熱構造体が備える発泡ポリウレタンフォームの製造にも好適に用いることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置の構成の一例を示す模式図であり、図１Ｂは、従来の代表的な発泡ポリウレタンフォームの製造装置の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１Ａに示す発泡ポリウレタンフォームの製造装置における第二貯留部、貯留加圧剤充填部、および副発泡剤混合部の構成の一例を示す模式的配管図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る発泡ポリウレタンフォームの製造方法の一例を示す概略工程図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ本発明の実施の形態２に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置の一例を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置の構成の一例を示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示す発泡ポリウレタンフォームの製造装置における第二貯留部、および副発泡剤混合部の構成の一例を示す模式的配管図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、図６に示す第二貯留部に設けられる液層封止部材の具体的な構成の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３に係る発泡ポリウレタンフォームの製造方法の一例を示す概略工程図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態４に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置および製造方法において、発泡ポリウレタンフォームを充填する対象の断熱構造体の一例である冷蔵庫の部分構造を示す模式的斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態４に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置および製造方法において、発泡ポリウレタンフォームを充填する対象の断熱構造体の一例である貯湯タンクを備える、ヒートポンプ給湯装置の全体構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置は、ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物と、ポリオールを主成分とする第二組成物に発泡剤を混合した発泡性第二組成物と、を混合して発泡ポリウレタンフォームを製造するための製造装置であって、前記第一組成物および前記発泡性第二組成物を混合して吐出する混合部と、当該混合部に対して前記発泡性第二組成物を供給可能に密閉貯留する第二貯留部と、を備え、前記発泡剤として、主発泡剤と、当該主発泡剤よりも低い沸点を有し、常温で気体である副発泡剤とが用いられ、前記発泡性第二組成物には、前記主発泡剤および前記副発泡剤が混合されており、さらに、前記第二貯留部内に貯留される前記発泡性第二組成物から前記副発泡剤の遊離を抑制する副発泡剤遊離抑制部を備えている構成である。
【００３０】
前記構成によれば、発泡ポリウレタンフォームの製造装置が副発泡剤遊離抑制部を備えているので、環境への負荷の増大を抑えて簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することが可能になる。その結果、断熱構造体が備える発泡ポリウレタンフォームの製造にも好適に用いることができる。
【００３１】
前記製造装置においては、前記副発泡剤遊離抑制部は、前記副発泡剤よりも前記第二組成物に対する溶解度および拡散係数が小さい気体である貯留加圧剤を、前記第二貯留部内に加圧状態で充填する貯留加圧剤充填部である構成であってもよい。
【００３２】
前記構成によれば、第二貯留部の内部に貯留加圧剤充填部によって貯留加圧剤を充填するので、発泡性第二組成物以外の空間は貯留加圧剤が満たされていることになる。これにより、第二貯留部内で副発泡剤の遊離は実質的に抑制される。そのため、発泡性第二組成物中に主発泡剤が限界まで混合されていても、十分な量の副発泡剤を安定して混合させることができ、しかも、副発泡剤の抜けを防止するために複雑な構成を採用する必要がない。それゆえ、簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することができる。
【００３３】
また、前記製造装置においては、前記第二組成物に前記主発泡剤のみを混合したものを、半発泡性第二組成物としたときに、前記貯留加圧剤は、前記副発泡剤よりも前記半発泡性第二組成物に対する溶解度および拡散係数が同等もしくは小さい気体である構成であってもよい。
【００３４】
前記構成によれば、貯留加圧剤は、副発泡剤よりも半発泡性第二組成物に対して溶解および拡散し難い気体となる。それゆえ、貯留加圧剤は、発泡性第二組成物（半発泡性第二組成物に副発泡剤を混合した組成物）に溶け込み難いことになるので、副発泡剤の遊離をより一層抑制することができる。
【００３５】
また、前記製造装置においては、前記貯留加圧剤は、窒素または空気である構成であってもよい。
【００３６】
前記構成によれば、窒素または空気は安価であり取扱性にも優れている気体であるので、貯留加圧剤として好適に用いることができる。
【００３７】
また、前記製造装置においては、前記第二貯留部内では、前記発泡性第二組成物が液層を成しているとともに、当該発泡性第二組成物に対して不活性な気体が充填されることにより気層が形成されており、前記副発泡剤遊離抑制部は、前記気層に対して前記液層を封止する液層封止部材である構成であってもよい。
【００３８】
前記構成によれば、副発泡剤は発泡性第二組成物から遊離しようとするが、液層封止部材で液層を封止しているため、副発泡剤の気層への遊離は抑制される。それゆえ、環境への負荷の増大を抑えて簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することが可能になる。
【００３９】
また、前記製造装置においては、前記液層封止部材は、前記第二貯留部内において、前記液層の液面の位置が変動することに伴って移動可能な可動部材、または、前記第二貯留部内を分断した状態で当該第二貯留部内に固定される分断固定部材である構成であってもよい。
【００４０】
前記構成によれば、液層封止部材が可動部材であれば、第二貯留部内での発泡性第二組成物（液層）の液面が変動しても、追随して封止することが可能となり、副発泡剤の遊離を抑制することができる。また、液層封止部材が分断固定部材であれば、発泡性第二組成物（液層）と気層とを分断することが可能となるので、液面を封止することができ、副発泡剤の遊離を抑制することができる。
【００４１】
また、前記製造装置においては、前記液層封止部材による前記液層の封止は、前記第二貯留部内に前記発泡性第二組成物が９０％体積以上充填されたときに行われる構成であってもよい。
【００４２】
前記構成によれば、第二貯留部内に発泡性第二組成物が９０体積％以上充填されているので、副発泡剤の溶解比率の低下を抑えることができる。それゆえ、副発泡剤の遊離を抑制することができる。
【００４３】
また、前記製造装置においては、前記第二組成物に前記主発泡剤のみを混合したものを、半発泡性第二組成物としたときに、前記半発泡性第二組成物に対して前記副発泡剤を混合して前記発泡性第二組成物を調製する、副発泡剤混合部をさらに備えている構成であってもよい。
【００４４】
前記構成によれば、副発泡剤混合部をさらに備えているので、効率よく安定して副発泡剤を混合することができる。
【００４５】
また、前記製造装置においては、前記副発泡剤は二酸化炭素である構成であってもよい。
【００４６】
前記構成によれば、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。それゆえ、環境への負荷を抑えた副発泡剤として好適に用いることができる。
【００４７】
また、前記製造装置においては、前記主発泡剤は、低級炭化水素およびハイドロフルオロカーボンの少なくとも一方である構成であってもよい。
【００４８】
前記構成によれば、低級炭化水素またはハイドロフルオロカーボンは熱伝導率が比較的低いことに加え、環境への負荷も小さいので、主発泡剤として好適に用いることができる。
【００４９】
本発明に係る発泡ポリウレタンフォームの製造方法は、ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物と、ポリオールを主成分とする第二組成物に発泡剤を混合した発泡性第二組成物と、を混合して発泡ポリウレタンフォームを製造する方法であって、前記発泡剤として、主発泡剤と、当該主発泡剤よりも低い沸点を有し、常温で気体である副発泡剤とが用いられ、ポリオールを成分とする第二組成物に主発泡剤を混合して半発泡性第二組成物を調製する主発泡剤混合ステップと、前記半発泡性第二組成物に副発泡剤を混合して発泡性第二組成物を調製する副発泡剤混合ステップと、発泡性第二組成物と第一組成物とを混合して吐出する混合吐出ステップと、前記混合吐出ステップの前で、前記発泡性第二組成物から前記副発泡剤の遊離を抑制する副発泡剤遊離抑制ステップと、を含んでいる構成である。
【００５０】
前記構成によれば、発泡ポリウレタンフォームの製造方法が副発泡剤遊離ステップを含んでいるので、環境への負荷の増大を抑えて簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することが可能になる。その結果、断熱構造体が備える発泡ポリウレタンフォームの製造にも好適に用いることができる。
【００５１】
前記製造方法においては、前記副発泡剤遊離抑制ステップは、前記副発泡剤よりも前記半発泡性第二組成物に対する溶解度および拡散係数が小さい気体である貯留加圧剤により、内部が加圧された貯留容器内に前記発泡性第二組成物を貯留する加圧貯留ステップである構成であってもよい。
【００５２】
前記構成によれば、加圧貯留ステップにより、貯留容器内の発泡性第二組成物以外の空間は貯留加圧剤が満たされていることになる。これにより、貯留容器内で副発泡剤の遊離は実質的に抑制される。そのため、発泡性第二組成物中に主発泡剤が限界まで混合されていても、十分な量の副発泡剤を安定して混合させることができ、しかも、副発泡剤の抜けを防止するために複雑な構成を採用する必要がない。それゆえ、簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することができる。
【００５３】
また、前記製造方法においては、前記副発泡剤遊離抑制ステップは、貯留容器内において、前記発泡性第二組成物に対して不活性な気体により形成される気層に対して、前記発泡性第二組成物により形成される液層を封止する液層封止ステップである構成であってもよい。
【００５４】
前記構成によれば、副発泡剤は発泡性第二組成物から遊離しようとするが、液層封止ステップにより液層を封止しているため、副発泡剤の気層への遊離は抑制される。それゆえ、環境への負荷の増大を抑えて簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することが可能になる。
【００５５】
本発明に係る断熱構造体は、内方材および外方材により少なくとも構成され、前記外方材と前記内方材との間に、前記発泡ポリウレタンフォームが充填される充填空間が形成され、前記製造装置もしくは前記製造方法により製造された前記発泡ポリウレタンフォームが前記充填空間に充填されている構成である。
【００５６】
前記構成によれば、環境への負荷の増大を抑えて簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させることができる。
【００５７】
前記断熱構造体においては、前記内方材および前記外方材の少なくとも一方に設けられ、前記第一組成物および前記発泡性第二組成物の混合物を前記充填空間に注入するための注入口を有しているとともに、前記充填空間は、前記注入口に連通し平板状に広がる第一充填空間と、当該第一充填空間に連通し、かつ、当該第一充填空間に対して交差する方向に平板状に広がる第二充填空間と、から少なくとも構成されている構成であってもよい。
【００５８】
前記のような充填空間では、前記混合物は、立体的な位置関係にある充填空間全体に回り込むように流動していくことになる。しかしながら、前記混合物は、樹脂化反応の進行に伴って粘度を徐々に上昇させながら発泡するため、発泡にばらつきが生じやすい。充填空間内で発泡にばらつきが生じていると、断熱性能を確保する観点から、最も発泡率の低い箇所を基準として発泡ポリウレタンフォームの密度を設定する必要がある。発泡率が低いということは、発泡ポリウレタンフォームの密度は高いことになるため、結果的に、使用する発泡ポリウレタンフォームの量が多くなる。
【００５９】
これに対して、前記構成によれば、副発泡剤である二酸化炭素は、前記混合物中で迅速に膨張可能であるとともに、前記混合物の粘度が上昇しても樹脂化反応等による発熱を受けてより強い力で膨張することが可能である。それゆえ、粘度を上昇させながら充填空間を回り込むように流動する過程であっても、前記混合物内で迅速かつ良好な発泡が可能になる。その結果、従来と比較しても、立体的な充填空間内で全体的により均質な発泡を目指すことが可能となり、断熱構造体の断熱性をより一層向上させることが可能となる。
【００６０】
また、全体的に均質な発泡が実現できれば、最も発泡率の低い箇所を基準として発泡ポリウレタンフォームの密度を設定したとしても、発泡ポリウレタンフォームの増量はわずかで済む。それゆえ、製造コストの低減を図ることができるとともに、廃棄時のゴミの減量化も図ることができる。
【００６１】
また、前記断熱構造体においては、冷蔵庫、冷凍庫、断熱パネル、および貯湯タンクから選択される少なくとも１つである構成であってもよい。
【００６２】
前記構成によれば、冷蔵庫、冷凍庫、断熱パネル、および貯湯タンクにおいても立体的な充填空間内で全体的により均質な発泡を目指すことが可能となり、断熱構造体の断熱性をより一層向上させることが可能となる。
【００６３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００６４】
（実施の形態１）
［発泡ポリウレタンフォームの製造装置の構成］
まず、本発明の実施の形態１に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置の構成について、図１Ａおよび図２を参照して具体的に説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置１０Ａの構成の一例を示す模式図であり、図１Ｂは、従来の発泡ポリウレタンフォームの製造装置１００の一例を示す模式図である。また、図２は、図１Ａに示す製造装置１０Ａの第二貯留部および貯留加圧剤充填部の構成の一例を示す模式的配管図である。
【００６５】
図１Ａに示すように、本実施の形態に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置１０Ａは、第一貯留部１１、第二貯留部１２、混合部１３、および貯留加圧剤充填部（副発泡剤遊離抑制部）１４を備えている。
【００６６】
本実施の形態に係る製造装置１０Ａは、ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物と、ポリオールを主成分とする第二組成物に発泡剤を混合した発泡性第二組成物と、を混合して発泡ポリウレタンフォームを製造するものである。そして、第一貯留部１１は、前記第一組成物を混合部１３に供給可能に貯留し、第二貯留部１２は、発泡性第二組成物を混合部１３に供給可能に貯留するものである。第一貯留部１１および第二貯留部１２の具体的な構成は特に限定されず、いずれも、発泡ポリウレタンフォームの製造分野で公知の貯留容器（例えば、貯留タンク等）を好適に用いることができる。ただし、後述するように、第二貯留部１２は、単なる貯留容器ではなく独自の構成を有している。
【００６７】
第一貯留部１１は、第一供給ライン３１を介して混合部１３に接続され、第二貯留部１２は、第二供給ライン３２を介して混合部１３に接続されている。混合部１３は、第一組成物および前記発泡性第二組成物を少なくとも混合するものである。また、混合した後に吐出する機能を併せ持つ構成であってもよく、その場合には、吐出される混合物は、発泡しながら硬化することによって発泡ポリウレタンフォームを形成する。混合部１３の具体的な構成は特に限定されず、例えば公知のミキシングヘッドを好適に用いることができる。
【００６８】
第一供給ライン３１および第二供給ライン３２は、前記の通り、第一組成物および第二組成物をそれぞれ混合部１３へ供給可能とする配管である。その具体的な構成は特に限定されず、発泡ポリウレタンフォームの製造分野で公知のパイプ、ホース等により構成されていればよい。また、必要に応じて、開閉弁、流量測定器、分岐弁等を備えていてもよい。
【００６９】
ここで、第二貯留部１２は、第一貯留部１１と同様に公知の貯留容器であればよいが、その内部に発泡性第二組成物を密閉貯留した状態で、貯留加圧剤充填部１４により、気体の貯留加圧剤を加圧状態で充填する構成となっている。
【００７０】
第二貯留部１２および貯留加圧剤充填部１４の具体的な構成の一例について、図２を参照して説明する。図２に示すように、本実施の形態では、第二貯留部１２は、本体である貯留タンク２１に対して、攪拌部２３、圧力調整器２２、気層温度センサ２４、液層温度センサ２５等が設けられており、さらに貯留加圧剤充填部１４にも接続されている。
【００７１】
貯留タンク２１の下部には、第二供給ライン３２の一端と副発泡剤混合ライン３４の一端とが接続されている。第二供給ライン３２の他端は、図１Ａに示すように、混合部１３に接続されており、副発泡剤混合ライン３４の他端は図示されないポリオール供給源に接続されている。また、第二供給ライン３２には供給ポンプ３５が設けられ、副発泡剤混合ライン３４には、副発泡剤混合部１５とその上流側に位置する供給ポンプ３３とが設けられ、またこれら副発泡剤混合部１５と供給ポンプ３３との間に副発泡剤供給部５０の合流点Ｐｓが設けられている。
【００７２】
貯留タンク２１内には、図中符号ＦＭ２で示す発泡性第二組成物（液体）が密閉貯留されており、この発泡性第二組成物ＦＭ２は攪拌部２３によって攪拌される。また、貯留タンク２１内には、圧力調整器２２が、貯留タンク２１内に充填されている貯留加圧剤（気体）の圧力を調整するために設けられている。さらに、気層温度センサ２４および液層温度センサ２５は、それぞれ貯留加圧剤および発泡性第二組成物ＦＭ２の温度を測定し、これら温度は、第二貯留部１２の各種の制御（温度、攪拌部２３の攪拌、貯留加圧剤の圧力等）に利用される。
【００７３】
なお、圧力調整器２２、攪拌部２３、気層温度センサ２４、液層温度センサ２５の具体的な構成は特に限定されず、各種樹脂原料あるいは他の液状の化学原料、化成品等を貯留したり流通させたりする分野の計器類、攪拌手段等を好適に用いることができる。
【００７４】
貯留加圧剤充填部１４は、本実施の形態では、貯留加圧剤貯留部４１、圧力調整器４２、および貯留加圧剤供給ライン４３等から構成されている。貯留加圧剤貯留部４１は、貯留加圧剤を第二貯留部１２（貯留タンク２１内）に供給可能に貯留するものであり、本実施の形態における貯留加圧剤は窒素ガス（Ｎ2 ）であるので、窒素ガスボンベで構成されている。圧力調整器４２は、第二貯留部１２に貯留加圧剤を供給して充填する際の供給圧力を調整する。貯留加圧剤供給ライン４３は、貯留タンク２１と貯留加圧剤貯留部４１とを貯留加圧剤を供給可能に接続する配管である。
【００７５】
副発泡剤供給部５０は、本実施の形態では、副発泡剤貯留部５１、圧力調整器５２、副発泡剤供給ライン５３、および流量調整弁５４等から構成されている。副発泡剤貯留部５１は、副発泡剤混合ライン３４の合流点Ｐｓに副発泡剤を供給可能に貯留するものであり、本実施の形態における副発泡剤は二酸化炭素（炭酸ガス、ＣＯ2 ）であるので、炭酸ガスボンベで構成されている。圧力調整器５２は、合流点Ｐｓに副発泡剤を供給する際の供給圧力を調整する。副発泡剤供給ライン５３は、副発泡剤貯留部５１と合流点Ｐｓとを供給可能に接続する配管である。流量調整弁５４は、合流点Ｐｓへの副発泡剤の供給量を調整する弁である。
【００７６】
副発泡剤混合部１５は、合流点Ｐｓから供給された副発泡剤を、副発泡剤混合ライン３４に流れる原料組成物に混合するものであり、本実施の形態では、スタティックミキサーで構成されている。ここで、副発泡剤混合ライン３４の他端からは、ポリオールを主成分とする第二組成物に主発泡剤のみが混合された半発泡性第二組成物が供給される。したがって、副発泡剤混合部１５は、半発泡性第二組成物に対して副発泡剤を混合し発泡性第二組成物を調製するものである。
【００７７】
なお、供給ポンプ３３、３５、貯留加圧剤貯留部４１、圧力調整器４２、貯留加圧剤供給ライン４３、副発泡剤貯留部５１、圧力調整器５２、副発泡剤供給ライン５３、流量調整弁５４および副発泡剤混合部１５の具体的な構成は特に限定されず、窒素、二酸化炭素等を含む公知の工業用ガスを貯留したり流通させたりする分野のポンプ、貯留手段、計器類、弁手段、混合手段等を好適に用いることができる。また、合流点Ｐｓは配管を単に接続する構成であってもよいし、別途、弁手段を設ける構成であってもよい。
【００７８】
また、副発泡剤混合ライン３４に接続されるポリオール供給源の具体的な構成は特に限定されず、ポリオールを主成分とし主発泡剤は含まない第二組成物を調製する第二調製部と、この第二組成物に主発泡剤を混合する主発泡剤混合部とから構成されてもよいし、前記第二調製部が、最初から主発泡剤を含む半発泡性第二組成物を調製するよう構成され、主発泡剤混合部を含まない構成であってもよいし、その他の公知の構成であってもよい。
【００７９】
次に、図２に示す構成において、副発泡剤の混合および第二貯留部１２への貯留加圧剤の充填について具体的に説明する。前述したように、副発泡剤混合ライン３４の他端は、図示されないポリオール供給源に接続されており、この供給源から供給される原料は半発泡性第二組成物となっている。そして、図２の矢印Ｆ０に示すように、半発泡性第二組成物が、供給ポンプ３３によりポリオール供給源から副発泡剤混合ライン３４に供給される。
【００８０】
第一組成物および第二組成物の流れ方向（矢印Ｆ０の方向）を基準とすれば、副発泡剤混合ライン３４は、図示されないポリオール供給源、供給ポンプ３３、合流点Ｐｓ、副発泡剤混合部１５および貯留タンク２１（第二貯留部１２）を、この順で接続している。また、貯留タンク２１に接続される第二供給ライン３２も、前記流れ方向（矢印Ｆ０の方向）を基準として、貯留タンク２１、供給ポンプ３５、および図２には図示されない混合部１３（図１Ａ参照）を、この順で接続している。
【００８１】
それゆえ、副発泡剤混合ライン３４を流れる原料組成物（副発泡剤混合部１５の上流側では半発泡性第二組成物、下流側では発泡性第二組成物）は、供給ポンプ３３の動作によりポリオール供給源から貯留タンク２１に向かって流れることになり、第二供給ライン３２を流れる原料組成物（発泡性第二組成物）は、供給ポンプ３５の動作により貯留タンク２１から混合部１３に向かって流れることになる。
【００８２】
［原料組成物、発泡剤、および貯留加圧剤の構成］
次に、本発明で用いられる原料組成物、発泡剤、および貯留加圧剤について、より具体的に説明する。
【００８３】
本発明で用いられる原料組成物は、ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物、並びに、ポリオールを主成分とする第二組成物である。このうち、第一組成物に含まれるポリイソシアネートとしては、目的とする発泡ポリウレタンフォームに要求される物性等に応じて公知の化合物を挙げることができるが、典型的には、イソシアネート基を２以上有する芳香族系、脂肪環族系、または脂肪族系のポリイソシアネート、もしくはこれらを変性した変性ポリイソシアネート等が挙げられる。
【００８４】
より具体的には、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジメチルフェニレンジイソシアネート、ジベンジルジイソシアネート、アントラセンジイソシアネート、ジメチルジフェニルジイソシアネート等のイソシアネート系化合物；これらのプレポリマー型変性体、ヌレート変性体、ウレア変性体；等を挙げることができる。
【００８５】
これら化合物中における置換基の位置は特に限定されない。またこれら化合物および変性体は単独で用いてもよいし、２種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。なお、本実施の形態では、個別の化合物としてのポリイソシアネートと、成分全体としてのポリイソシアネートとを区別するために、前者は単に「ポリイソシアネート」と称し、後者は「ポリイソシアネート成分」と称する。なお、本実施の形態で好ましく用いられるポリイソシアネート成分は特に限定されず、得られる発泡ポリウレタンフォームの用途等に応じて、適宜好ましい化合物を選択することができる。
【００８６】
また、第二組成物に含まれるポリオールとしては、目的とする発泡ポリウレタンフォームに要求される物性等に応じて公知の化合物を挙げることができるが、典型的には、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、多価アルコール、水酸基含有ジエン系ポリマー等が挙げられる。
【００８７】
より具体的には、例えば、ポリエーテル系ポリオールとしては、多価アルコール、糖類、アルカノールアミン、ポリアミン、多価フェノールその他のイニシエーターに環状エーテルまたはアルキレンオキシドを付加して得られる化合物等が挙げられる。前記多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等を用いることができ、前記糖類としては、シュークロース、デキストロース、ソルビトール等を用いることができ、前記アルカノールアミンとしては、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等を用いることができ、前記ポリアミンとしては、エチレンジアミン、トルエンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ポリメチレンポリフェニルアミン等を用いることができ、前記多価フェノールとしては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、フェノール樹脂系初期縮合物等を用いることができる。また、ポリエステル系ポリオールとしては、多価アルコール−多価カルボン酸縮合系のポリオール、環状エステル開環重合体系のポリオール、芳香族系ポリエステルポリオール等を挙げることができる。
【００８８】
これら化合物は単独で用いてもよいし、２種類以上を適宜組み合わせて用いてもよい。なお、本実施の形態では、個別の化合物としてのポリオールと、成分全体としてのポリオールとを区別するために、前者は単に「ポリオール」と称し、後者は「ポリオール成分」と称する。なお、本実施の形態で好ましく用いられるポリオール成分は特に限定されず、得られる発泡ポリウレタンフォームの用途等に応じて、適宜好ましい化合物を選択することができる。
【００８９】
前記第一組成物および第二組成物は、前記ポリイソシアネートまたはポリオール以外の成分、例えば、触媒および各種添加剤を含んでいてもよい。ここでいう添加剤とは、発泡剤、整泡剤、充填剤、安定剤、着色剤、難燃剤等を挙げることができる。なお、本発明においては、これらの添加剤のうち発泡剤のみは、他の添加剤とは独立した成分として取り扱うものとする。
【００９０】
前記触媒は、ポリイソシアネートとポリオールとの樹脂化反応（縮合重合反応）を促進させる成分であれば、公知の化合物を好適に用いることができる。具体的には、例えば、ジメチルエタノールアミン、トリエチレンジアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、１，２−ジメチルイミダゾール、ペンタメチルジエチレントリアミン、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル等のアミン触媒；オクチル酸鉛、ジブチル錫ジラウレート等の金属化合物系触媒；トリス（ジメチルアミノプロピル）ヘキサヒドロ−Ｓ−トリアジン、酢酸カリウム、オクチル酸カリウム等のイソシアヌレート化触媒；等を挙げることができる。これら触媒は１種類のみを用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００９１】
なお、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分が、冷蔵庫の分野で好ましく用いられる化合物である場合には、前記触媒のうち泡化触媒としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミンを好ましく用いることができ、樹脂化触媒としてはトリエチレンジアミンを好ましく用いることができる。
【００９２】
本実施の形態においては、前記触媒は、第二組成物に予め含有されていればよい。すなわち、第二組成物は、前記ポリオール成分に少なくとも触媒を配合して調製されていることが好ましい。また、発泡剤による発泡が生じる前に第二組成物に泡が発生することがないように、整泡剤を配合してもよい。整泡剤としては公知のポリシリコーン系組成物を好適に用いることができるが、特に限定されない。また、整泡剤以外の添加剤（充填剤、安定剤、着色剤、難燃剤）等は、製造する発泡ポリウレタンフォームに要求される物性等に応じて適宜配合すればよく、配合の対象は、第二組成物であってもよいし、第一組成物であってもよい。
【００９３】
第一組成物および第二組成物に含まれる各成分、特に、主成分であるポリイソシアネート成分およびポリオール成分と、樹脂化反応に重要な成分である触媒とについては、その配合量、濃度等については特に限定されない。これら成分は、製造する発泡ポリウレタンフォームに要求される物性、製造装置１０Ａにおける第一組成物および第二組成物の供給量、混合部１３の混合特性等の諸条件に応じて、適切な範囲の混合比となるように配合量または濃度等を調整すればよい。
【００９４】
本発明においては、前記触媒に加えて前記発泡剤も重要な成分となっている。この発泡剤は、前述したように、主発泡剤と副発泡剤との２種類が挙げられる。このうち主発泡剤は、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分の化学反応により生じる反応熱で気化可能な物質であり、具体的には、例えば、炭素数６以下の低級炭化水素、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）等を挙げることができる。中でも、ｎ−ペンタン、ｉ−ペンタン（２−メチルブタン）、ｃ−ペンタン（シクロペンタン）等のペンタン類を特に好ましく用いることができる。これらペンタン類は、沸点が５０℃以下であるとともに、熱伝導率が１２．４〜１４．５ｍＷ／ｍＫ（２５℃）であり、比較的良好な熱伝導性を有していることに加え、オゾン破壊係数（ＯＤＰ）が０であり、地球温暖化係数（ＧＷＰ）も０．０００４と非常に低い値を示す。それゆえ、ＨＦＣ等と比較して環境への負荷が小さいため好ましい。
【００９５】
また、前記ペンタン類の中でも特にシクロペンタンがより好ましく用いられる。シクロペンタンは、沸点が約４９℃であることから、常温（例えば約２５℃）以下で貯留されるポリオール成分（あるいはポリイソシアネート成分）に混合しても気化しないため発泡しない。しかしながら、混合部１３から吐出された後にポリオール成分とポリイソシアネート成分と反応すれば、その反応熱によって沸点まで容易に温度上昇できるので、シクロペンタンは容易に発泡することができる。
【００９６】
主発泡剤としては、その使用条件に応じてＨＦＣあるいは他の代替フロンを用いることもできる。好ましいＨＦＣの一例としては、ＨＦＣ−１３４ａ，ＨＦＣ−２４５ｆａ，ＨＦＣ−３６５ｍｆｃ等を挙げることができる。これら化合物も、主発泡剤として用いるには良好な沸点と熱伝導率とを有しており、ＧＷＰが０．０８２〜０．２５であるもののＯＤＰが０であることから、比較的環境への負荷は小さいものとなっている。
【００９７】
前記副発泡剤は、前記主発泡剤よりも低い沸点を有し、常温で気体である物質であればよく、特に好ましい一例としては二酸化炭素（炭酸ガス、ＣＯ2 ）が挙げられる。発泡ポリウレタンフォームの製造分野においては、ポリオール成分に水を添加しておき、この水をポリイソシアネート成分と反応させて二酸化炭素を発生させる「水発泡」の技術が知られているが、本発明では、図１Ａおよび図２に示すように、「水発泡」により発生する二酸化炭素とは別に、気体の二酸化炭素を別途第二組成物に混合する。
【００９８】
前述したように、従来では、液体の二酸化炭素をポリオール成分に混合することは知られているが、その混合量を増加することは困難であった。そこで、本発明では、副発泡剤である二酸化炭素を混合した発泡性第二組成物を第二貯留部１２に密閉貯留し、その状態で貯留加圧剤を加圧充填している。これにより、発泡性第二組成物中に主発泡剤が限界まで混合されていても、十分な量の副発泡剤を安定して混合させることができ、しかも、副発泡剤の抜けを防止するために複雑な構成を採用する必要がない。それゆえ、簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させることができる。
【００９９】
なお、副発泡剤は二酸化炭素に限定されず、主発泡剤よりも低沸点であり常温で気体である条件を有していれば、他の気体であってもよい。二酸化炭素は安価であり、かつ、前記の通り「水発泡」における発泡剤として使用実績もあることから、本発明では特に好ましく用いることができるが、もちろん副発泡剤としては他の気体が使用可能であることはいうまでもない。また、第二組成物には水を配合することにより、混合部１３からの混合吐出後に、副発泡剤による発泡とは別に「水発泡」による発泡が並行して行われてもよい。この場合、第二組成物に配合される水は、「主発泡剤としての二酸化炭素」を発生させる「発泡剤発生剤」ということができる。
【０１００】
前記貯留加圧剤は、副発泡剤よりも第二組成物に対する溶解度および拡散係数が小さい気体であればよく、本実施の形態では、窒素ガスが用いられている。発泡性第二組成物を貯留する貯留タンク２１の内部は、貯留加圧剤（具体的には窒素ガス）を充填している。貯留加圧剤は、第二組成物に対して副発泡剤よりも溶け込み難いため、貯留タンク２１の前段で副発泡剤混合部１５により限界まで副発泡剤を混合させておけば、発泡性第二組成物内に溶け込んでいる副発泡剤（二酸化炭素）が遊離して気体になることが抑制される。それゆえ、従来よりも多くの副発泡剤（二酸化炭素）を混合する（溶け込ませる）ことができ、かつ、溶存状態を安定化させることができる。
【０１０１】
なお、貯留加圧剤としては、窒素以外に空気を用いることができる。この場合、貯留加圧剤充填部１４は、窒素ボンベ等の貯留加圧剤貯留部４１ではなく、空気を貯留タンク２１内に加圧充填する加圧充填部を備えていればよい。また、この加圧充填部は公知のポンプ等により構成されればよい。窒素または空気は、安価であり取扱性にも優れているので、本発明では貯留加圧剤として好ましく用いられるが、もちろん貯留加圧剤としては他の気体が使用可能であることはいうまでもない。
【０１０２】
さらに、副発泡剤および貯留加圧剤の具体的構成は、前記二酸化炭素および窒素等に限定されない。副発泡剤は、前述したように、主発泡剤よりも低い沸点を有し、常温で気体であればよく、貯留加圧剤は、副発泡剤よりも第二組成物に対する溶解度および拡散係数が小さい気体であればよい。つまり、本発明においては、貯留加圧剤は、副発泡剤として選択された物質（常温で気体）を発泡性第二組成物に十分に溶け込ませた状態を維持できるような物性を有する気体であればよく、副発泡剤が二酸化炭素に、貯留加圧剤が窒素等に限定されるものではない。本発明で選択可能な副発泡剤および貯留加圧剤は、使用される主発泡剤に合わせて、前記条件を満たす物質を適宜選択することができる。
【０１０３】
なお、貯留加圧剤としては、副発泡剤よりも半発泡性第二組成物に対する溶解度および拡散係数が同等もしくは小さい気体であるとより好ましい。発泡性第二組成物を、ポリオール成分の溶液として見た場合、触媒および主発泡剤を除けば、大部分が溶媒であるポリオール成分となるので、貯留加圧剤は、副発泡剤よりもポリオール成分に対して溶解および拡散し難い気体であればよい。ただし、特に本実施の形態では、常温で液体であることが可能なペンタン類を用いていることから、主発泡剤も溶媒とみなすことが可能であるため、主発泡剤を混合済みの半発泡性第二組成物は、ポリオール成分および主発泡剤の混合溶媒に触媒等の他の成分が溶け込んでいるとみなすことができる。それゆえ、貯留加圧剤は、副発泡剤よりも「ポリオール成分および主発泡剤の混合溶媒」（すなわち半発泡性第二組成物）に対して溶解および拡散し難い気体であるとより好ましい。
【０１０４】
［発泡ポリウレタンフォームの製造方法］
次に、図１Ａに示す製造装置１０Ａを用いた発泡ポリウレタンフォームの製造方法について、図１Ｂおよび図３を参照して従来の構成と対比させながら具体的に説明する。図１Ｂは、従来の代表的な発泡ポリウレタンフォームの製造装置の一例を示す模式図であり、図３は、本実施の形態１に係る発泡ポリウレタンフォームの製造方法の一例を示す概略工程図である。
【０１０５】
本実施の形態に係る発泡ポリウレタンフォームの製造においては、第一組成物と第二組成物に発泡剤を混合した発泡性第二組成物とを混合して発泡ポリウレタンフォームを製造するという点は、従来と同様である。それゆえ、図１Ａに示す本実施の形態に係る製造装置１０Ａにおいても、図１Ｂに示す従来の製造装置１００（特許文献１参照）においても、ポリイソシアネートを主成分とする第一組成物を調製するステップと、ポリオールを主成分とする第二組成物を調製するステップとは同様に行われる。図３の工程図においては、第一組成物調製ステップＳ１０と、第二組成物調製ステップＳ２１とは、互い並行して実施可能であることを示している。
【０１０６】
前述した例では、第一組成物調製ステップＳ１０では、１種類または２種類以上のポリイソシアネートを用い、必要に応じて公知の添加剤を配合して第一組成物を調製すればよい。また、第二組成物調製ステップＳ２１では、１種類または２種類以上のポリオールに、触媒および整泡剤等の添加剤を配合して第二組成物を調製すればよい。
【０１０７】
さらに、図３に示す工程図では、第二組成物調製ステップＳ２１で調製された第二組成物に主発泡剤を混合する主発泡剤混合ステップＳ２２を行っている。ここで、主発泡剤としては、前述した例ではペンタン類が好適に用いられ、さらには従来の「水発泡」と同様に発泡剤発生剤として水を配合することができるので、第二組成物調製ステップＳ２１において、ペンタン類等の主発泡剤と水等の発泡剤発生剤を添加してもよい。したがって、ステップＳ２２は必須工程ではなく、ステップＳ２１に包括される形で省略することができる。
【０１０８】
ポリオールを溶媒とする溶液（ポリオール溶液）である第二組成物に主発泡剤（および発泡剤発生剤）を配合すれば、得られるポリオール溶液は、ステップＳ２２で括弧書きで記載するように、半発泡性第二組成物となる。この半発泡性第二組成物に、さらに副発泡剤を混合すれば発泡性第二組成物が得られる。
【０１０９】
ここで、図１Ｂに示す従来の製造装置１００では、一般的な貯留タンクである第二貯留部１０２に半発泡性第二組成物が貯留されているので、第二供給ライン３２から半発泡性第二組成物が混合部１３に供給されることになる。製造装置１００の第二供給ライン３２には、副発泡剤供給ライン１３４の一端が接続されているとともに、その接続点の下流には副発泡剤混合部１０５が設けられている。副発泡剤供給ライン１３４の他端には副発泡剤貯留部１０４が接続されている。
【０１１０】
それゆえ、従来の製造装置１００では、半発泡性第二組成物に副発泡剤としての二酸化炭素を機械的に混合（あるいはそのまま合流させて混合）し、混合部１３に供給する。混合部１３では、第一供給ライン３１から第一貯留部１１に貯留されている第一組成物が供給されるので、これらを混合して吐出することにより、発泡ポリウレタンフォームを製造する。しかしながら、第二供給ライン３２の途中で副発泡剤を機械的に混合（あるいはそのまま合流）しただけでは、半発泡性第二組成物に十分な量の副発泡剤を混合することができない。
【０１１１】
これに対して、本実施の形態では、図２に示すように、半発泡性第二組成物には、副発泡剤供給部５０および副発泡剤混合部１５により、副発泡剤である二酸化炭素が混合されて発泡性第二組成物が調製され、これが第二貯留部１２に貯留される。しかも第二貯留部１２の内部には、貯留加圧剤充填部１４から貯留加圧剤としての窒素ガスが充填されるので、第二貯留部１２内では、発泡性第二組成物から副発泡剤が遊離して気層を形成することが抑制される。
【０１１２】
つまり、図３に示す工程図では、副発泡剤供給部５０および副発泡剤混合部１５により副発泡剤混合ステップＳ２３が行われ、その後に、加圧貯留ステップ（副発泡剤遊離抑制ステップ）Ｓ２４が行われることになる。ステップＳ２３で十分な量の副発泡剤が混合された発泡性第二組成物は、ステップ２４で安定して貯留されるので、その後の混合吐出ステップＳ３１では、副発泡剤が増量された発泡性第二組成物と第一組成物とを随時混合して吐出させることができる。その結果、発泡硬化ステップＳ３２では、主発泡剤および副発泡剤の２種類の発泡剤によって樹脂化反応と発泡現象とが並行して行われるので、従来よりも発泡率を上昇させることができ、得られる発泡ポリウレタンフォームの密度を低下させることができる。
【０１１３】
なお、前記樹脂化反応とは、ポリイソシアネート成分とポリオール成分との縮合重合反応を指し、具体的には、ポリオール成分のアミノ基（−ＮＨ2 ）とポリイソシアネート成分のイソシアネート基（−ＮＣＯ）とがウレア結合（尿素結合、−ＮＨ−ＣＯ−ＮＨ−）を形成する反応、並びに、ポリオール成分の水酸基（−ＯＨ）とポリイソシアネート成分のイソシアネート基とがウレタン結合（−ＮＨ−ＣＯ−Ｏ−）を形成する反応とを含む。また、前記発泡現象とは、主発泡剤であるペンタン類が液体から気化する現象に加え、「水発泡」の発泡剤発生剤である水（Ｈ2Ｏ ）がポリイソシアネート成分のイソシアネート基と反応してアミノ基を生成するとともに二酸化炭素を発生させ、さらに反応熱を生じる現象とを含む。
【０１１４】
さらに、本実施の形態では、副発泡剤を用いることによって発泡ポリウレタンフォームの品質向上が期待される。すなわち、副発泡剤の使用は、単に発泡剤の絶対量を増加させて発泡ポリウレタンフォームの密度を低下させるだけではなく、発泡ポリウレタンフォームに形成される独立気泡を従来よりも均一に形成させやすくなるので、断熱材としての物性を向上させることが可能となる。
【０１１５】
具体的には、混合部１３から第一組成物および発泡性第二組成物との混合物が吐出され、例えば、所定の充填空間に充填されていくとする。このとき、ポリイソシアネート成分とポリオール成分との樹脂化反応が進行するため、前記混合物は、前記充填空間に広がるように流動する過程で、その粘度が徐々に上昇していく。
【０１１６】
ここで、二酸化炭素等の副発泡剤は、もともと常温で気体であるため、少量であっても前記混合物内で急激に膨張することが可能であり、さらには、樹脂化反応および「水発泡」により発熱が生じれば、より一層膨張し易くなる。それゆえ、副発泡剤は、前記混合物の粘度が上昇する前にある程度膨張することができ、また前記混合物の粘度が上昇しても、前記発熱を受けてさらに強い力で膨張することが可能となる。
【０１１７】
このような状況では、前記混合物の粘度が上昇する前に、副発泡剤による独立気泡の「核」となり得る極微小の気泡が生じていると推測される。その後、樹脂化反応の進行に伴って前記混合物の粘度が上昇しても、主発泡剤であるペンタン類と「水発泡」により生じた二酸化炭素とは、前記「核」を起点として膨張し易くなると考えられ、その結果、良好な大きさの独立気泡を均一に形成することが可能となる。それゆえ、得られる発泡ポリウレタンフォームの断熱性を向上させることが可能となる。
【０１１８】
以上のように、本実施の形態では、第二貯留部１２の内部に貯留加圧剤充填部１４によって貯留加圧剤を充填するので、発泡性第二組成物以外の空間は貯留加圧剤が満たされていることになる。ここで、貯留加圧剤は、第二組成物に対する溶解度および拡散係数が副発泡剤よりも小さいため、発泡性第二組成物に溶け込もうとする。一方、発泡性第二組成物には副発泡剤が混合されて溶け込んでいるので、この副発泡剤は発泡性第二組成物から遊離しようとするが、第二貯留部１２内には貯留加圧剤が充填されているため、副発泡剤の遊離は実質的に抑制される。
【０１１９】
それゆえ、発泡性第二組成物中の副発泡剤の分圧は略一定に調整されることになるので、混合部１３にて発泡性第二組成物と第一組成物とを混合して吐出する時点では、これら混合物は、十分な量の副発泡剤を含有していることになる。その結果、従来よりも多量の発泡剤を用いて発泡ポリウレタンフォームを製造することができるので、独立気泡をより一層増加させて、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを得ることができる。
【０１２０】
したがって、本発明によれば、発泡性第二組成物中に主発泡剤が限界まで混合されていても、十分な量の副発泡剤を安定して混合させることができ、しかも、副発泡剤の抜けを防止するために複雑な構成を採用する必要がない。それゆえ、環境への負荷の増大を抑えて簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することができる。
【０１２１】
（実施の形態２）
本発明に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置および製造方法は、前記実施の形態１に係る製造装置１０Ａおよび製造方法に限定されるものではなく、発泡剤として、前記主発泡剤および副発泡剤とを用いており、これら発泡剤が混合された発泡性第二組成物を貯留する貯留容器内に、前記貯留加圧剤を加圧充填するよう構成されていれば、さまざま構成を採用することができる。そこで、本発明の他の実施の形態について、図４Ａおよび図４Ｂを参照して具体的に説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ本発明の実施の形態２に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置の一例を示す模式図である。
【０１２２】
図４Ａに示すように、本実施の形態に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置１０Ｂは、前記実施の形態１に係る製造装置１０Ａにおける第一貯留部１１を備えていない構成であってもよい。この場合、ポリイソシアネート成分（第一組成物）は、外部装置により供給可能となっていればよい。
【０１２３】
つまり、本発明に係る製造装置１０Ｂは、第二貯留部１２、貯留加圧剤充填部１４および混合部１３を少なくとも備えていればよい。また、この製造装置１０Ｂに対応する製造方法では、図３の工程図に示すステップＳ１０（第一組成物の調製）を含んでいない構成であるということができる。さらに、図２に示す構成のうち、副発泡剤混合部１５および副発泡剤供給部５０は本発明には含まれなくてもよい。この場合、半発泡性第二組成物を調製する構成は、第一貯留部１１と同様に外部装置として構成されていればよく、第二貯留部１２に対して半発泡性第二組成物を外部供給すればよい。
【０１２４】
また、図４Ｂに示すように、本実施の形態に係る他の製造装置１０Ｃは、図２に示す副発泡剤混合部１５および副発泡剤供給部５０に加えて、主発泡剤混合部１６および主発泡剤供給部６０を備える構成となっている。主発泡剤混合部１６は、第二組成物に主発泡剤を混合して半発泡性第二組成物を調製するものであれば、その具体的構成は特に限定されない。前記実施の形態１で説明したように、第二組成物に最初から主発泡剤を配合する構成であれば、第二組成物を調製する構成が主発泡剤混合部１６および主発泡剤供給部６０に対応する。
【０１２５】
なお、本実施の形態に係る製造装置１０Ａ〜１０Ｃの用途によっては、第二組成物は別途貯留容器に貯留されており、必要に応じて主発泡剤および副発泡剤を混合する構成であってもよい。すなわち、ポリウレタン製造設備において、発泡ポリウレタンフォームを製造する設備と、発泡剤を混合しないでポリウレタン成形物を製造する設備とが並設されている場合には、予め主発泡剤を混合しない第二組成物を貯留しておく方が好ましいため、各発泡剤を随時混合できるように、図４Ｂに示すような製造装置１０Ｃが好ましく用いられる。
【０１２６】
ここで、図４Ｂに示す主発泡剤供給部６０は、ペンタンのみを記載するブロックとして図示されているが、「水発泡」の発泡剤発生剤である水を供給するように構成されてもよい。
【０１２７】
また、前記実施の形態１では、発泡性第二組成物を貯留加圧剤により内部が加圧された貯留容器内に貯留するステップ（加圧貯留ステップＳ２３）を、独立した工程として図３に記載しているが、本発明では、加圧貯留ステップＳ２３に相当するような貯留状態が、混合吐出ステップＳ３１の前に行われていればよい。それゆえ、加圧貯留ステップＳ２３は、製造工程として独立して認識されるようなステップでなくてもよい。
【０１２８】
（実施の形態３）
前記実施の形態１および２に係る製造装置または製造方法においては、発泡性第二組成物から副発泡剤の抜けを防止するために、副発泡剤遊離抑制部または副発泡剤遊離抑制ステップとして、貯留加圧剤を第二貯留部１２内に加圧状態で充填する構成を採用していたが、本実施の形態３では、副発泡剤遊離抑制部または副発泡剤遊離抑制ステップとして、第二貯留部１２内で液層を形成する発泡性第二組成物を封止する部材を備える構成を採用している。
【０１２９】
［発泡ポリウレタンフォームの製造装置の構成］
まず、本実施の形態に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置の構成について、図５、図６および図７Ａ〜図７Ｃを参照して具体的に説明する。図５は、本実施の形態に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置の構成の一例を示す模式図であり、図６は、本実施の形態に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置における第二貯留部、および副発泡剤混合部の構成の一例を示す模式的配管図である。また、図７Ａ〜図７Ｃは、第二貯留部に設けられる液層封止部材の構成の一例を示す模式図である。
【０１３０】
図５に示すように、本実施の形態に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置１０Ｄは、第一貯留部１１、第二貯留部１２、混合部１３、第一供給ライン３１、および第二供給ライン３２を備えている。第一貯留部１１、混合部１３、第一供給ライン３１、および第二供給ライン３２の構成は、前記実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【０１３１】
ここで、第二貯留部１２は、図６に示すように、前記実施の形態１で説明した第二貯留部１２と同様に、本体である貯留タンク２１に対して、圧力調整器２２、攪拌部２３、気層温度センサ２４、および液層温度センサ２５等が設けられている構成であるが、さらに、貯留タンク２１の内部には、後述する液層封止部材（副発泡剤遊離抑制部）２６が設けられている。
【０１３２】
また、貯留タンク２１には、前記実施の形態１と同様に、第二供給ライン３２および副発泡剤混合ライン３４が接続されている。第二供給ライン３２は、前記実施の形態１と同様に、混合部１３に接続されており、供給ポンプ３５等が設けられている。また、副発泡剤混合ライン３４も、前記実施の形態１と同様に、図示されないポリオール供給源に接続されており、副発泡剤混合部１５、副発泡剤供給部５０の合流点Ｐｓ、および供給ポンプ３３等が設けられている。副発泡剤供給部５０も、前記実施の形態１と同様に、副発泡剤貯留部５１、圧力調整器５２、副発泡剤供給ライン５３、および流量調整弁５４等から構成されている。
【０１３３】
なお、液層封止部材２６を除く第二貯留部１２の具体的構成（すなわち、貯留タンク２１、圧力調整器２２、攪拌部２３、気層温度センサ２４、および液層温度センサ２５等の構成）、副発泡剤混合部１５の具体的構成、供給ポンプ３３、３５の具体的構成、副発泡剤混合ライン３４の具体的構成、副発泡剤供給部５０の具体的構成（副発泡剤貯留部５１、圧力調整器５２、副発泡剤供給ライン５３、および流量調整弁５４等の構成）も前記実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。また、副発泡剤の混合についても前記実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。さらに、原料組成物（第一組成物および第二組成物）、副発泡剤等の構成についても前記実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【０１３４】
液層封止部材２６は、第二貯留部１２の本体である貯留タンク２１の内部に発泡性第二組成物ＦＭ２を密閉貯留した状態で、当該発泡性第二組成物ＦＭ２の液層を封止するものである。その具体的な構成は特に限定されず、貯留タンク２１内で液層を構成する発泡性第二組成物ＦＭ２を、貯留タンク２１内に充填されている気層から隔離して封止できるものであれば、公知の構成を採用することができる。
【０１３５】
具体的には、例えば、樹脂製の蓋材またはシート材等が挙げられる。これら蓋材またはシート材に用いられる樹脂の種類も特に限定されず、発泡性第二組成物ＦＭ２に対して不活性な樹脂であって、液層を成す発泡性第二組成物ＦＭ２を良好に封止できるものであれば、公知の樹脂を好適に用いることができる。
【０１３６】
また、液層封止部材２６は、蓋材またはシート材のような固体材料ではなく、発泡性第二組成物ＦＭ２よりも比重の小さい流動性材料で構成されてもよい。このような流動性材料の場合、発泡性第二組成物ＦＭ２の液層の上に浮遊した状態で、封止用の液層を形成することになる。このような流動性材料についても特に限定されず、発泡性第二組成物ＦＭ２に対して不活性な樹脂であって、発泡性第二組成物ＦＭ２よりも比重が小さい（軽い）ものであれば、公知の流動性材料を好適に用いることができる。
【０１３７】
液層封止部材２６が、蓋材、シート材、または封止用の液層であれば、図７Ａに示すように、貯留タンク２１内では、液層（発泡性第二組成物ＦＭ２）の液面の位置が変動することに伴って、当該貯留タンク２１内で移動可能となる（例えば図中点線の位置）。液層封止部材２６がこのような「可動部材」であれば、貯留タンク２１内に発泡性第二組成物ＦＭ２が流入または流出することにより、液層の液面の位置が変動しても、この変動に追随して液層を封止することが可能となる。それゆえ、発泡性第二組成物ＦＭ２から副発泡剤の遊離を抑制することが可能となる。
【０１３８】
さらに図７Ｂに示すように、液層封止部材２６は、貯留タンク２１の内部を分断する分断壁部２７であってもよい。言い換えれば、液層封止部材２６は、図７Ａに示すように、貯留タンク２１内で移動可能な「可動部材」であってもよいし、図７Ｂに示すように、貯留タンク２１内で固定されて当該貯留タンク２１内を分断する「分断固定部材」であってもよい。図７Ｂに示す分断壁部２７は、貯留タンク２１を上室と下室とに分断しているとともに、図示しない孔または間隙等の開口部を備えていればよい。これにより、発泡性第二組成物ＦＭ２は、開口部を介して上室と下室との間を流通することができる。
【０１３９】
このような分断壁部２７を有する貯留タンク２１内に発泡性第二組成物ＦＭ２を流入させたときに、流入した発泡性第二組成物ＦＭ２の液面が分断壁部２７の位置に近いか、または分断壁部２７の位置に略一致した場合（すなわち、発泡性第二組成物ＦＭ２が下室のみに貯留されている場合）には、液層（発泡性第二組成物ＦＭ２）の液面またはその近傍で、当該液層と気層とを分断することができる。これにより、下室に貯留されている発泡性第二組成物ＦＭ２（液層）を実質的に気層から分離することができるので、分断しない場合に比較して、発泡性第二組成物ＦＭ２から副発泡剤が遊離する総量を抑制することができる。
【０１４０】
また、液層の液面と分断壁部２７との間に気層が存在していても、当該気層が分断壁部２７により分断されていることになるので、液層に接する気層の容積を実質的に減少させることができる。それゆえ、液層の液面が分断壁部２７に略一致しなくても、発泡性第二組成物ＦＭ２から副発泡剤が遊離する総量を抑制することができる。
【０１４１】
また、流入した発泡性第二組成物ＦＭ２の液面が分断壁部２７を超えた位置にある場合（すなわち、発泡性第二組成物ＦＭ２が下室だけでなく上室にも貯留されている場合）には、液層が分断壁部２７で分割されていることになる。この場合には、気層は上室だけに存在することになり、少なくとも下室に位置する液層から副発泡剤が遊離する総量を抑制することができる。
【０１４２】
また、上室に貯留している液層についても、当該液層から副発泡剤が遊離する総量を抑制することができる。具体的には、副発泡剤の発泡性第二組成物ＦＭ２に対する溶解度は、基本的には、ヘンリーの法則に従って圧力に比例する。それゆえ、気層に接触している液層の体積が少なければ、その状態で副発泡剤の溶解が平衡状態に近づくことになる。そのため、上室で見れば、気層の体積が大きく液層の体積が少ないために副発泡剤の溶解度は上昇する。その結果、上室においても液層から副発泡剤が遊離する総量を抑制することができる。
【０１４３】
このように、分断壁部２７が液層の液中を分断する場合であっても、液層全体（発泡性第二組成物ＦＭ２）として見れば、遊離する副発泡剤の総量を抑制することができる。
【０１４４】
ここで、液層封止部材２６は、貯留タンク２１内で液層を封止していれば、その設置状態は特に限定されないが、図７Ｃに示すように、貯留タンク２１内で発泡性第二組成物ＦＭ２が９０体積％以上充填された状態で、当該発泡性第二組成物ＦＭ２（液層）を液層封止部材２６で封止していることが好ましい。なお、貯留タンク２１内における分断壁部２７の位置は特に限定されず、貯留タンク２１内を上室および下室に二分割できれば、どのような位置であってもよい。
【０１４５】
液層封止部材２６が、前述した蓋材またはシート材等の「可動部材」であれば、貯留タンク２１内で移動可能なことから、貯留タンク２１内で液層を完全に封止（気層と液層とを完全に隔離）できるわけではない。それゆえ、液層封止部材２６により液層を封止していても、長時間経過すると副発泡剤の遊離が発生するおそれがある。これに対して、貯留タンク２１内で発泡性第二組成物ＦＭ２を９０体積％以上充填していれば、当該貯留タンク２１内で気層が１０体積％未満となるため、液層に比べて十分に少なくなり、副発泡剤が微量の遊離で平衡状態となる。それゆえ、副発泡剤の溶解比率の低下を抑えることができる。この点は、液層封止部材２６が分断壁部２７のような「分断固定部材」であっても同様である。
【０１４６】
なお、貯留タンク２１内の気層すなわち貯留タンク２１内に充填（封入）されている気体（説明の便宜上「充填気体」と称する）は、本実施の形態では、二酸化炭素（ＣＯ2 ）であればよい。なお、貯留タンク２１内の充填気体の種類は二酸化炭素に限定されず、二酸化炭素および窒素の混合気体であってもよいし、発泡性第二組成物ＦＭ２に対して不活性な気体であれば、二酸化炭素（または窒素）以外の気体であってもよい。この充填気体の圧力は、圧力調整器２２によって調整されるが、前記実施の形態１のように加圧される必要はない。
【０１４７】
前記実施の形態１で説明したように、従来では、液体の二酸化炭素をポリオール成分に混合することは知られているが、その混合量を増加することは困難であった。そこで、本発明では、副発泡剤である二酸化炭素を混合した発泡性第二組成物を第二貯留部１２に密閉貯留し、液層封止部材２６により第二貯留部１２内の気層から隔離するように封止している。これにより、発泡性第二組成物中に主発泡剤が限界まで混合されていても、副発泡剤の抜けを防止することができるとともに、十分な量の副発泡剤を安定して混合させることができる。それゆえ、簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させることができる。
【０１４８】
［発泡ポリウレタンフォームの製造方法］
次に、図５および図６に示す製造装置１０Ａを用いた発泡ポリウレタンフォームの製造方法について、図８を参照して具体的に説明する。図８は、本実施の形態３に係る発泡ポリウレタンフォームの製造方法の一例を示す概略工程図である。
【０１４９】
図８に示すように、本実施の形態に係る発泡ポリウレタンフォームの製造においては、前記実施の形態１と同様に、第一組成物調整ステップＳ１０、第二組成物調製ステップＳ２１、主発泡剤混合ステップＳ２２、および副発泡剤混合ステップＳ２３が実施される。なお、第一組成物調整ステップＳ１０と、第二組成物調製ステップＳ２１、主発泡剤混合ステップＳ２２、および副発泡剤混合ステップＳ２３等とは、互い並行して実施可能である。
【０１５０】
第一組成物調製ステップＳ１０では、前記実施の形態１と同様に、１種類または２種類以上のポリイソシアネートを用い、必要に応じて公知の添加剤を配合して第一組成物を調製する。また、第二組成物調製ステップＳ２１では、前記実施の形態１と同様に、１種類または２種類以上のポリオールに、触媒および整泡剤等の添加剤を配合して第二組成物を調製する。
【０１５１】
次に、主発泡剤混合ステップＳ２２では、前記実施の形態１と同様に、調製された第二組成物に主発泡剤（ペンタン類等の主発泡剤および水等の発泡剤発生剤）を混合し、半発泡性第二組成物を調製する。なお、前記実施の形態１と同様に、ステップＳ２２は必須工程ではなく、ステップＳ２１に包括される形で省略することができる。
【０１５２】
次に、副発泡剤混合ステップＳ２３では、調製された半発泡性第二組成物に十分な副発泡剤である二酸化炭素を混合することで、発泡性第二組成物を調製する。その後、発泡性第二組成物は、第二貯留部１２内に貯留されるが、このとき、前述したように、第二貯留部１２の貯留タンク２１内で液層封止部材２６により発泡性第二組成物が封止される。それゆえ、本実施の形態では、この貯留ステップを、図８に示すように「液層封止ステップＳ２５」と称する。この液層封止ステップＳ２５は、前記実施の形態１における加圧貯留ステップＳ２４と同様に、副発泡剤遊離抑制ステップとして機能する。
【０１５３】
液層封止ステップ２５で安定して貯留された発泡性第二組成物は、その後の混合吐出ステップＳ３１において、ステップ１０で調製された第一組成物と随時混合されて吐出される。その後の発泡硬化ステップＳ３２では、主発泡剤および副発泡剤の２種類の発泡剤によって樹脂化反応と発泡現象とが並行して行われるので、従来よりも発泡率を上昇させることができ、得られる発泡ポリウレタンフォームの密度を低下させることができる。
【０１５４】
以上のように、本実施の形態では、第二貯留部１２の内部に、液層を成す発泡性第二組成物を液層から隔離して封止する液層封止部材２６を設けている。これにより、発泡性第二組成物から副発泡剤から気層に遊離しようとしても、液層封止部材２６の封止によって副発泡剤の遊離が抑制される。
【０１５５】
それゆえ、混合部１３にて発泡性第二組成物と第一組成物とを混合して吐出する時点では、これら混合物は、十分な量の副発泡剤を含有していることになる。その結果、従来よりも多量の発泡剤を用いて発泡ポリウレタンフォームを製造することができるので、独立気泡をより一層増加させて、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを得ることができる。
【０１５６】
したがって、本発明によれば、発泡性第二組成物中に主発泡剤が限界まで混合されていても、十分な量の副発泡剤を安定して混合させることができ、しかも、副発泡剤の抜けを防止するために複雑な構成を採用する必要がない。それゆえ、環境への負荷の増大を抑えて簡素な構成で発泡剤の混合量を増加させ、より低密度の発泡ポリウレタンフォームを製造することができる。
【０１５７】
なお、本実施の形態に係る製造装置または製造方法は、前記実施の形態１または２に係る製造装置または製造方法の構成と組み合わせて用いることができる。例えば、前記実施の形態１に係る製造装置１０Ａは、副発泡剤遊離抑制部として貯留加圧充填部１４を備えているが、さらに、第二貯留部１２内（貯留タンク２１内）に「可動部材」としての液層封止部材２６が設けられてもよいし、「分断固定部材」としての液層封止部材２６すなわち分断壁部２７等が設けられていてもよい。前記実施の形態２に係る製造装置１０Ｂまたは１０Ｃについても同様である。
【０１５８】
また、本実施の形態に係る製造装置または製造方法においては、液層封止部材２６として、「可動部材」（例えば蓋材等）または「分断固定部材」としての分断壁部２７のいずれか一方を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されず、液層封止部材２６としては、「可動部材」および「分断固定部材」が併用されてもよい。
【０１５９】
（実施の形態４）
本発明に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置１０Ａ〜１０Ｃおよび製造方法は、発泡ポリウレタンフォームを製造する様々な用途に好適に用いることができるが、特に、箱状の断熱構造体等を製造する分野に好適に用いることができる。この点について、図９および図１０を参照して具体的に説明する。図９は、本発明の実施の形態３において、発泡ポリウレタンフォームが充填される断熱構造体の一例である冷蔵庫の部分構成を示す模式的斜視図であり、図１０は、他の断熱構造体の一例である貯湯タンクを備える、ヒートポンプ給湯装置の概略構成を示す模式図である。
【０１６０】
前記実施の形態１ないし３に係る発泡ポリウレタンフォームの製造装置および製造方法が特に好ましく適用される用途としては、断熱構造体の内部の充填空間に発泡ポリウレタンフォームを充填する用途が挙げられる。ここでいう断熱構造体は、内方材および外方材により少なくとも構成され、外方材と内方材との間に、前記充填空間が形成されているものであればよい。
【０１６１】
具体的には、例えば、図９に示すように、冷蔵庫の断熱箱体２００を挙げることができる。断熱箱体２００は、図９に示す例では、冷蔵庫の天面部および両側部を構成するものであり、外方材である外箱２１０と内方材である内箱２２０とを係合させたものとして構成されている。外箱２１０および内箱２２０の間には、発泡ポリウレタンフォームが充填される充填空間が形成されており、図９には図示しないが、この充填空間に断熱材としての発泡ポリウレタンフォームが充填されることによって断熱箱体２００が構成される。なお、外箱２１０には、充填空間に発泡ポリウレタンフォームを充填するための注入口２０３が２つ設けられている。
【０１６２】
前記充填空間は、図９に示す例では、１つの第一充填空間２０１と２つの第二充填空間２０２とにより、１つの充填空間が構成されている。第一充填空間２０１は、冷蔵庫の天面部に対応する平板状の空間であり、また、２つの第二充填空間２０２は、図９に示す例では、天面部につながる両側部に対応する平板状の空間であり、第一充填空間２０１に連通している。したがって、２つの第二充填空間２０２は互いに対向するように位置し、その一方の端をつなぐように１つの第一充填空間２０１が連通している。
【０１６３】
また、図９に示す例では、２つの注入口２０３は、天面部の両側辺の中央部に位置しているので、これら注入口２０３は第一充填空間２０１に連通するように設けられている。また、これら注入口２０３が設けられている位置は、各第二充填空間２０２に向かってそれぞれ対面するような位置にもなっている。なお、図９に示す例では、１つの第一充填空間２０１および２つの第二充填空間２０２それぞれに真空断熱材２３０が配されている。真空断熱材２３０は、外箱２１０の内面に貼り付けられており、断熱箱体２００の断熱性のさらなる向上が図られている。
【０１６４】
このような構成の断熱箱体２００に、例えば、前記実施の形態１に係る製造装置１０Ａを用いて発泡ポリウレタンフォームを充填するとする。この場合、混合部１３を断熱箱体２００の注入口２０３に装着し、第一貯留部１１から供給される第一組成物と第二貯留部１２から供給される発泡性第二組成物とを混合部１３で混合し、当該混合物を注入口２０３内に吐出する。各注入口２０３は第一充填空間２０１に連通しているので、前記混合物は第一充填空間２０１内に広がるように流動する。また、各注入口２０３は第二充填空間２０２に対面しているので、前記混合物は第二充填空間２０２にも広がるように流動する。
【０１６５】
ここで、断熱箱体２００内の充填空間全体を見ると、注入口２０３に連通する第一充填空間２０１の両端にそれぞれ第二充填空間２０２が連通しているため、複数の平板状の空間が互いに直交して連通するという立体的な位置関係の充填空間が形成されていることになる。そして、注入口２０３から注入された前記混合物は、立体的な位置関係にある充填空間全体に回り込むように流動していくことになるが、当該混合物は、樹脂化反応の進行に伴って粘度を徐々に上昇させながら発泡するため、発泡にばらつきが生じやすい。充填空間内で発泡にばらつきが生じていると、断熱性能を確保する観点から、最も発泡率の低い箇所を基準として発泡ポリウレタンフォームの密度を設定する必要がある。発泡率が低いということは、発泡ポリウレタンフォームの密度は高いことになるため、結果的に、使用する発泡ポリウレタンフォームの量が多くなる。
【０１６６】
これに対して、本発明では、前記実施の形態１でも説明したように、副発泡剤である二酸化炭素が前記混合物中で迅速に膨張可能であり、また、前記混合物の粘度が上昇しても樹脂化反応等による発熱を受けてより強い力で膨張することが可能となっている。それゆえ、粘度を上昇させながら充填空間を回り込むように流動する過程であっても、前記混合物内で迅速かつ良好な発泡が可能になる。その結果、従来の技術と比較しても、立体的な充填空間内で全体的により均質な発泡を目指すことが可能となり、断熱構造体の断熱性をより一層向上させることが可能となる。また、全体的に均質な発泡が実現できれば、最も発泡率の低い箇所を基準として発泡ポリウレタンフォームの密度を設定したとしても、発泡ポリウレタンフォームの増量はわずかで済む。それゆえ、製造コストの低減を図ることができるとともに、廃棄時のゴミの減量化も図ることができる。
【０１６７】
なお、図９に示す断熱箱体２００では、充填空間は、互いに平行な位置関係にある一対の第二充填空間２０２の一方の端に、第一充填空間２０１が位置するように構成されているので、平板状の空間同士がそれぞれ直交する位置関係にあるが、本発明で用いられる断熱構造体の構成はこれに限定されず、断熱構造体は、少なくとも、複数の平板状の空間が互いに交差するように連通して成る充填空間を有していればよい。
【０１６８】
また、充填空間に充填された発泡ポリウレタンフォームは、断熱構造体の断熱材として機能するだけでなく、断熱構造体を構成する内方材および外方材を接着して構造を維持する接着部材としても機能する。前述した例では、断熱箱体２００を構成する外箱２１０および内箱２２０は、発泡ポリウレタンフォームが充填されない状態では、互いの箱体を組み合わせただけであるが、内部に発泡ポリウレタンフォームが充填された状態では、外箱２１０および内箱２２０が接着されるため断熱構造体としての構造が維持される。
【０１６９】
また、例えば断熱箱体２００のような冷蔵庫の例では、内箱２２０の厚みが１ｍｍ前後、外箱２１０の厚みが１ｍｍ未満（例えば０．４ｍｍ）であるが、発泡ポリウレタンフォームの厚みは約４０ｍｍとなる。それゆえ、発泡ポリウレタンフォームは、断熱箱体２００の厚みの大部分を占めることになるが、本発明のように、接着部材である発泡ポリウレタンフォームが全体的に略均質であれば、断熱箱体２００の強度を良好に保持することができる。すなわち、独立気泡の形成にムラが少なく、全体的に略均質に発泡していれば、発泡ポリウレタンフォームの層として見た場合に、強度的なムラも少なくなるため、断熱箱体２００全体の強度向上を図ることも可能となる。
【０１７０】
ここで、本発明に係る製造装置および製造方法を好適に適用できる断熱構造体としては、前述した断熱箱体２００等の冷蔵庫用の筐体以外にも、冷凍庫、貯湯タンク、断熱パネル等のように、より高レベルな断熱性能が要求される構造体を挙げることができる。断熱パネルは、冷蔵庫や貯湯タンク等に比べて充填空間の形状が複雑ではないが、このような断熱構造体であっても、高レベルな断熱性能が要求されるものであれば、本発明を好ましく適用することができる。
【０１７１】
例えば、前記貯湯タンクとしては、ヒートポンプ給湯装置が備える貯湯タンクが挙げられる。具体的には、図１０に示すように、ヒートポンプ給湯装置３００は、外装体３１０、貯湯タンク３２０、加熱部３３０、給水配管３４１、入水配管３４２、入水ポンプ３４３、出湯配管３４４、混合給湯配管３４５、混合給水配管３４６、給湯配管３４７、給湯端末３４８等を備えている。
【０１７２】
貯湯タンク３２０は、外装体３１０内に設けられており、直方体状の形状を有している。貯湯タンク３２０の底面には、給水配管３４１の他端と入水配管３４２の一端とが接続され、点面には、出湯配管３４４の他端と混合給湯配管３４５の一端とが接続されている。給水配管３４１の一端は図示されない給水源に接続されている。また、給水配管３４１からは混合給水配管３４６が分岐している。すなわち、混合給水配管３４６の一端は給水配管３４１に接続されている。なお、混合給水配管３４６の他端は、混合給湯配管３４５の他端と給湯配管３４７の一端と合流している。また、給湯配管３４７の他端には給湯端末３４８が設けられている。
【０１７３】
入水配管３４２には入水ポンプ３４３が設けられており、他端は加熱部３３０に接続されている。加熱部３３０には出湯配管３４４の一端が接続されており、他端は前述したように貯湯タンク３２０の天面に接続されている。入水ポンプ３４３が動作することにより、貯湯タンク３２０の下方の水が入水配管３４２に導入され、加熱部３３０で加熱されて出湯配管３４４から貯湯タンク３２０の上方に供給される。
【０１７４】
貯湯タンク３２０の上方に接続される混合給湯配管３４５と、給水配管３４１から分岐する混合給水配管３４６とは、前述したように給湯配管３４７に合流しているので、合流部に弁装置等を設けることにより、貯湯タンク３２０の上方の湯と給水配管３４１から分岐導入される水とを適宜混合して給湯配管３４７に供給することができる。それゆえ、給湯端末３４８から、所定の温度範囲内の湯を給湯することが可能となる。
【０１７５】
前記構成のヒートポンプ給湯装置３００においては、貯湯タンク３２０には、雰囲気への放熱量を抑えるために断熱材が被覆されており、この断熱材として発泡ポリウレタンフォームを使用することができる。それゆえ、貯湯タンク３２０としては、前述した断熱箱体２００と同様の構成を有する断熱構造体を用いることができる。
【０１７６】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明は、発泡ポリウレタンフォームの製造分野に広く好適に用いることができ、特に、冷蔵庫、冷凍庫、保冷庫、断熱パネル、貯湯タンク等、内部に発泡ポリウレタンフォームの充填空間を有する断熱構造体を製造する分野に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１７８】
１０Ａ〜１０Ｃ    発泡ポリウレタンフォームの製造装置
１１    第一貯留部
１２    第二貯留部
１３    混合部
１４    貯留加圧剤充填部（副発泡剤遊離抑制部）
１５    副発泡剤混合部
１６    主発泡剤混合部
２１    貯留タンク（貯留容器）
２６    液層封止部材（副発泡剤遊離抑制部、可動部材）
２７    分断壁部（液層封止部材、副発泡剤遊離抑制部、分断固定部材）
５０    副発泡剤供給部
６０    主発泡剤供給部
２００    断熱箱体（断熱構造体）
２１０    外箱（外方材）
２２０    内箱（内方材）
２０１    第一充填空間（充填空間）
２０２    第二充填空間（充填空間）
ＦＭ２    発泡性第二組成物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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