(57)【要約】  予備発泡装置と成形ステップの間の熟成ステップを不要にする、発泡性ポリマー粒子、例えばポリスチレン（ＥＰＳ）を加工する方法。発泡性粒子は、粒子中にガス圧を生じさせるために、最初にガス、例えば空気、二酸化炭素、窒素、およびこれらの混合物により、５００と８０００ｋＰａの間の圧力および−２０と１３０℃の間の温度で１５〜７２００分間超過圧力をかけられる。粒子中のガス圧を用いて、粒子を、加熱媒体、例えば水蒸気により、１００℃と１２０℃の間の温度および大気圧を超え、前記粒子中のガス圧未満の範囲の圧力、すなわち、５０〜２００ｋＰａで５〜１２０秒間予備発泡させる。予備発泡粒子は、粒子中を正圧に保持しながら予備発泡装置中で空気乾燥され、場合により圧力サイロに移動され、次いで、成形機に移動され、この場合、粒子中のガス圧は発泡物品を形成するために使用される。
2007503324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）発泡性ポリマー粒子を高加圧ガスで加圧して、前記粒子内部に高いガス圧を生じさせるステップと、
ｂ）前記粒子を、大気圧を超える圧力からステップａ）の結果としての前記粒子中のガス圧未満の圧力までの範囲の圧力で、加熱媒体により予備発泡させ、予備発泡粒子を乾燥させるステップと、および
ｃ）前記粒子中の少なくとも残留ガス圧を用いて、前記粒子を直ちに発泡物品に成形するステップと
を含む発泡性ポリマー粒子を加工する方法。
【請求項２】
ステップｂ）の前記予備発泡粒子の前記乾燥が、前記粒子が、大気圧を超える圧力から、ステップａ）のガス圧未満の圧力まで範囲の圧力下に維持されながら実施される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップａ）の前記粒子の加圧における前記ガスが、約−２０℃から約１３０℃の範囲の温度および約５００ｋＰａから約８０００ｋＰａの範囲の圧力を有し、前記加圧が約１５分から約７２００分間実施される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ポリマーがポリスチレンであり、前記ガスが約９０℃以下の温度を有している請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ステップｂ）の前記粒子を前記予備発泡させる前記加熱媒体が、約１００℃から約１２０℃の範囲の温度および約５０ｋＰａから約２００ｋＰａの範囲の圧力を有し、前記粒子に約５秒から約１２０秒間の範囲の時間用いられる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ステップｂ）の前記発泡粒子の前記乾燥が、約２０℃から約９０℃の範囲の温度および約１ｋＰａから約１０ｋＰａの範囲の圧力を有し、約１秒から約９００秒の範囲の時間前記粒子に加えられる空気流からなる請求項２に記載の方法。
【請求項７】
ステップｂ）の前記粒子の予備発泡後、ステップｃ）の前記粒子の前記成形の前に、前記粒子中の圧力を維持するために、前記粒子を圧力サイロに移動させることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ステップｂ）およびｃ）において、前記粒子の圧力が、少なくとも約５０ｋＰａから約２００ｋＰａの範囲の圧力に維持される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ステップａ）の前記加圧ガスが、空気、窒素、二酸化炭素およびこれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ステップａ）の前記加圧ガスが、空気、二酸化炭素およびこれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップｂ）の前記加熱媒体が、水蒸気、熱風、熱水、放射熱、マイクロ波、高周波線および電磁波からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ポリマーが、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンと重合ビニル芳香族樹脂の相互浸入網目からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ポリマーがポリスチレンである請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記発泡性ポリマー粒子が、無機発泡剤、有機発泡剤およびこれらの混合物からなる群から選択される発泡剤を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記発泡性ポリマー粒子が、ポリスチレンであり、予備核形成され、および有機発泡剤を粒子の重量に対して３重量％未満の量で含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記発泡性ポリマー粒子が、予備核形成され、二酸化炭素、窒素、空気、水およびこれらの混合物からなる群から選択される無機発泡剤を含み、ステップａ）の前記加圧ガスが、空気、窒素、二酸化炭素およびこれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記発泡性粒子が、予備核形成され、発泡剤として二酸化炭素を含み、ステップａ）のガスが、空気および二酸化炭素から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記発泡性粒子が、二酸化炭素で含浸された固体ポリスチレン粒子からなり、次いで
予備核形成され、ステップａ）の加圧ガスが、空気および二酸化炭素から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法により加工されたポリマー粒子から形成された発泡物品。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法のステップａ）およびｂ）により加工された粒子。
【請求項２１】
発泡性ポリマー粒子を加工する装置であって
前記粒子の外部の圧力を超える前記粒子中のガス圧を生じさせるために、前記粒子を加圧ガスで加圧する加圧ユニット、
粒子中の残留ガス圧が発泡剤として使用されるように、約１００℃と１２０℃の間の範囲の温度および大気圧を超える圧力から、粒子中のガス圧未満の圧力までの範囲の圧力で加熱媒体を用いる予備発泡ユニットと、大気圧を超える圧力から、前記粒子中のガス圧未満の圧力までの範囲の前記圧力中で、前粒子が乾燥するまで前記粒子を乾燥する乾燥手段を含む前記予備発泡ユニットと、ならびに、
発泡物品を形成する成形ユニットと
を含む、前記装置。
【請求項２２】
前記加圧ユニット中の前記加圧ガスが、空気、窒素、二酸化炭素およびこれらの混合物からなる群から選択される請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記加圧ユニット中の前記加圧ガスが、空気、二酸化炭素およびこれらの混合物からなる群から選択される請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記予備発泡ユニット中の前記加熱媒体が、水蒸気、熱風、熱水、放射線、マイクロ波、高周波線および電磁放射線からなる群から選択される請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡性ポリマー粒子、例えば、発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）粒子を加工する方法に関する。より詳細には、本発明は、有機または無機発泡剤、あるいはこれらの混合物を様々な量で含む発泡性ポリマー粒子を加工する方法に関する。この粒子を、先ずガスで超過圧力にかけ、予備発泡し、次いで熟成することなしに成形機に供給して、発泡物品が形成される。
【背景技術】
【０００２】
発泡性ポリマー粒子から成形された発泡ポリマー物品はよく知られている。従来の慣例によれば、発泡性ポリマー粒子から成形発泡物品への転換は、一般に、３つのステップ、すなわち予備発泡、熟成、および成形で実施される。最も一般的に知られ、使用されている発泡性ポリマー粒子は、ＥＰＳと称される発泡性ポリスチレン粒子である。これらの発泡性粒子は、一般に、固体の比較的小サイズの比較的「高密度」ポリスチレンビーズ、例えば、約０．２〜４．０ミリメートルの直径および約６００ｋｇ／ｍ３のかさ（充填）密度を有するビーズとして作製される。典型的には、これらのポリスチレンビーズは、発泡剤、例えば炭化水素、すなわちペンタン等、で含浸され、次いで、飽和水蒸気により加熱されて、「予備発泡」ポリスチレン粒子、すなわち、より低い密度のより大きな粒子がもたらされる。発泡剤として炭化水素が使用される場合は、その量は、一般にポリスチレンの重量に対して約３．０〜約７．０重量％の範囲にある。発泡剤は、ポリスチレンの軟化点未満で沸騰し、ビーズが飽和水蒸気で加熱されると、これを発泡させて、約８〜８０ｋｇ／ｍ３のより低いかさ密度に予備発泡された粒子を生じさせる。
【０００３】
予備発泡粒子は、一般的に「プレパフ」または「プリフォーム」と称されるが、粒子が発泡物品に成形され得る前にこれらを熟成させておくために、少なくとも約１時間、一般に約８〜２４時間熟成しなければならない。熟成中、空気が粒子に浸透し、最初は大気より低い粒子内部圧が、徐々に大気圧に接近する。同時に、粒子の外部および内部水分が蒸発する。発泡剤としてペンタンが使用される場合は、ペンタンの凝縮により、大気圧に比較して低圧が生じる。熟成中に、この条件が平衡化され、良好な成形をするために必要である。
【０００４】
熟成工程では、最短の成形サイクル時間で最も高品質の成形品を得る最適エージング（熟成）時間には、比較的狭い時間枠（例えば、数時間）があることが知られている。最適熟成時間は、試行錯誤により決定され、ビーズサイズ、発泡剤濃度、かさ密度、予備発泡条件および熟成条件（例えば、温度、換気、等）のような変数の複雑な関数である。
【０００５】
熟成工程では、予備発泡粒子は、一般に、大きな通気袋中で貯蔵される。一般に、相当な量の貯蔵空間が必要であり、袋の日程計画および在庫管理がわずらわしい。さらに、熟成工程には時間がかかる。また、発泡剤としてペンタンが使用される場合は、袋から多少のペンタン蒸気が放出される。空気の体積が非常に多く、相対ペンタン含量は低いので、この放出されたペンタン蒸気を捕らえ、分解するのは困難である。このことにより、環境上および安全上の危害がもたらされ、爆発性の空気／炭化水素混合物を回避するために、適正な換気が必要である。成形に先立つ予備発泡粒子の熟成またはエージングの従来の慣例に伴う他の欠点は、プラントの融通性が低下することである。すなわち、予備発泡粒子は、熟成工程後これらを２〜２４時間以内に使用することが必要になる。従って、労働力およびプラントにおける成形装置がこの時間に容易に利用可能であることが要求される。
【０００６】
熟成ステップが必要なく、それにより予備発泡されポリマー粒子は、粒子が予備発泡された後直ちに成形し得る方法を有することが望ましいことになる。
【０００７】
中間の予備発泡生成物の貯蔵および熟成を必要としない、いくつかの開発がされてきた。
【０００８】
Ａｒｃｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｌ．Ｐ．に譲渡され、１９９３年１２月２１日に発行された、Ｃｏｌｌｕｍらの米国特許第５２７１８８６号では、二酸化炭素で含浸されたポリマー粒子および加熱流体を含む移動ストリームが使用されている。予備発泡ユニットは、二酸化炭素含浸ポリマー粒子および移動加熱流体がそれを通過して流れる、加熱され断熱された発泡用の通路を提供する。予備発泡ポリマー粒子を含む水蒸気の移動ストリームは、予備発泡ユニットから出て成形機に送り出される。移動加熱流体は、２５０〜５００°Ｆの温度で、好ましくは、３５０〜５００°Ｆの過熱水蒸気で予備発泡ユニットに投入される。
【０００９】
成形ステップに先立つ予備発泡粒子の熟成工程を不要にする他の開発が、２００２年６月４日に発行されたＡ，Ｐ．Ａｕｇｕｓｔら、米国特許第６３９９６６５Ｂ１号に開示されている。この特許は、ＥＰＳ粒子の予備発泡が、ビーズに浸透し、ビーズの発泡セル中に水滴を析出させる水蒸気からの凝縮熱により長い間行われてきたことを開示している。この発明は、伝導だけで原料ＥＰＳビーズを予備発泡させるために、空気などの乾燥加熱ガスを使用する。最初にビーズの外層が熱風により加熱され、熱が伝導により内部に浸透し、それによりビーズの周辺の表面により多く予備発泡された構造（より薄いセル壁を有する）が、およびビーズの内部にはより少なく発泡された構造（より厚いセル壁を有する）が形成される。予備発泡ビーズは、発泡剤が各ビーズの内部のセル中に閉じ込められるので、より高いパーセントの含量の発泡剤を含んでいる。結果として生じた予備発泡ビーズは、乾燥しており、優れた流動特性および優れた発泡能力（高残留ペンタン含量による）のために、直ちにＥＰＳ発泡物品の成形に使用することができる。これらの結果として生じたビーズは、熱伝導により各ビーズの中の内部セルより周辺セルを拡大させ、一方、水蒸気は対流により作用して、各ビーズに浸透し（そして、各セル内で凝縮する）、それにより、周辺および内部セルを共に実質上同じ程度に発泡させる点で、水蒸気により予備発泡されたものとは異なる。
【００１０】
含浸された粒子、特に、発泡剤としてペンタンを含む従来のＥＰＳに対するものを熟成させる技術的理由を説明する詳細な情報が、上記に論じた米国特許第６３９９６６５号の背景技術のセクションに示されている。熟成期間は、一般に、セル内の内部ペンタン圧と大気圧が定常状態の平衡に達すること、ならびに、ビーズの表面に凝縮した水蒸気が、金型に充填するのに使用される充填バルブを容易に通過しないか、または金型それ自体のかどおよび狭い空間中に流れないような塊にビーズが凝集しないように、予備発泡ビーズが十分に乾燥するのを可能にする。このエージング期間はまた、セルの内部にある（凝縮した水蒸気からの）水滴の一部をセル壁を通して流出させ、それによって発泡したビーズの内部を乾燥させる。内部が乾燥しないと、各液滴は、周囲のセルの加熱および発泡が進行する前に、それを蒸発させるためにより長い加熱を必要とするので、封入された水滴が局部的な不均一、例えば、時には成形品中に孔を引き起こす。しかし、エージング期間があまりにも長すぎて、残存する発泡剤（例えば、ペンタン）が予備発泡ビーズのセルの外に拡散により多く失われて、成形中に予備発泡ビーズが加熱されたとき、これらがもはやさらに発泡する能力をもたなくならないように注意しなければならない。ビーズが成形中に十分発泡しない場合は、成形発泡物品は、十分融着されず、しばしば、粉々に砕けるか、その内容物、すなわち、コーヒーカップの場合にはコーヒーが漏れ易い。従って、長年、予備発泡ビーズの適正なエージングは、予備発泡中に導入された凝縮水蒸気を乾燥するのに必要な十分に長い時間と、予備発泡ビーズ内に十分な量の発泡剤、例えばペンタンを保持する十分に短い時間の間の微妙なバランスであった。エージングにより、ペンタンおよび凝縮した水蒸気の一部を、セル壁を通して周囲の雰囲気に流出させるのみならず、発泡の後でセルの内部に残存する真空中に空気が逆に浸透して、成形中に粒子が潰れないようにすることも可能にする。
【００１１】
上述のように、米国特許第５２７１８８６号および米国特許第６３９９６６５号は、予備発泡ステップの後、成形ステップの前に、粒子の熟成またはエージングが不要な発泡性ポリマー粒子を加工する方法を対象としている。米国特許第５２７１８８６号は、発泡剤として二酸化炭素を含む粒子に関し、米国特許第６３９９６６５号は、発泡剤としてペンタンを含む粒子に関する。
【００１２】
発泡剤として二酸化炭素を有する発泡性ポリマー粒子の他の例には、Ｍｅｙｅｒらの米国特許第４９１１８６９号がある。この特許は、二酸化炭素がポリマー粒子の外へ拡散するその迅速さのために、先ず粒子を予備発泡させ、次いで、成形の直前に粒子を同じまたは異なるガスで再含浸させることが必要であることを教示している。上に論じた米国特許第５２７１８８６号は、成形の前に、熟成することなしに、かつプレパフを再膨張させることなしに、ビーズが成形操作への経路にあるときにビーズをその最終密度に発泡させることによりこの問題をうまく回避している。
【００１３】
発泡性ポリマー粒子中の発泡剤として二酸化炭素ガスの使用は、Ｍｅｙｅｒらの米国特許第５０４９３２８号にも開示されている。この特許は、含浸、精製、および発泡のステップを単一工程に組合せ、これにより二酸化炭素ガスの粒子の外への急速な拡散を克服している。再び、上記米国特許第５２７１８８６号は、成形の前に、熟成することなしに、およびプレパフを再膨張させることなしに、ビーズが成形操作への経路にあるときにビーズをその最終密度に発泡させることによりこの問題をうまく回避している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
当技術分野にはまだ、予備発泡工程後の粒子中の発泡剤のタイプおよび／または量にかかわらず、従来の発泡性ポリマー粒子に一般に伴われる熟成ステップを不要にして、予備発泡粒子を金型中に直ちに供給し、「良好な」品質の発泡物品を形成することができる方法を提供する必要がある。
【００１５】
さらに、成形に先立つ再含浸を不要にし得る方法を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、これらの必要性を満たす。本発明は、予備発泡および成形ステップの間の熟成ステップの必要性をなくす発泡性ポリマー粒子を加工する方法を提供する。発泡性ポリマー粒子が無機発泡剤、例えば二酸化炭素または水を含んでいる、または非常に少ない量の有機発泡剤、例えば約１．０〜約３．０重量％のペンタンを含んでいる場合は、本発明は、粒子を予備発泡ステップから成形ステップに直ちに移動させることを可能にする。
【００１７】
本発明は、発泡性ポリマー粒子を発泡物品に加工する方法を提供する。この方法は、ａ）発泡性ポリマー粒子を、粒子中で比較的高圧が達成される加圧ステップにかけること、ｂ）前記粒子を、粒子の内部に十分な正圧を保持しながら、前記粒子の密度を低下させるように粒子を予備発泡させること、および、粒子中に十分な圧力をさらに維持しながら、予備発泡粒子を乾燥すること、ならびにｃ）予備発泡粒子を直ちに成形して、成形発泡物品を形成することのステップを含んでいる。
【００１８】
より具体的には、本発明の方法は、ａ）発泡性ポリマー粒子を、粒子内部に比較的高いガス圧を生じさせるような圧力および温度の圧縮ガスで加圧すること、ｂ）前記粒子を、粒子中の大気圧を超える、十分な正圧を維持しながら、加圧ステップａ）で生じた、少なくとも粒子中のガス圧を用いて、加熱媒体により予備発泡させること、および粒子中に大気圧を超える十分な正圧を維持しながら、粒子を乾燥させるために、粒子の上に熱乾燥空気の流れを十分な時間当てること、ならびに、ｃ）少なくとも粒子中の残留ガス圧を用いて、粒子を直ちに発泡物品に成形することのステップを含んでいる。
【００１９】
発泡性ポリマー粒子は、約６００ｋｇ／ｍ３のかさ密度を有していてもよく、有機発泡剤、例えば炭化水素、すなわち、ペンタン、イソペンタン、およびこれらの混合物を含んでいてもよく、および／または無機発泡剤、例えば水、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ネオンおよびこれらの混合物を含んでいてもよい。発泡性粒子中の発泡剤の量は、約０〜約２０重量パーセントの範囲にあり得る。発泡性粒子は、発泡性粒子の見掛けの密度がわずかに減少し、すなわち体積がわずかに増大した、「予備核形成された（ｐｒｅ−ｎｕｃｌｅａｔｅｄ）」、すなわち、あらかじめ確立されたセルまたは細孔構造を有する粒子であり得る。あるいは、発泡性粒子は「非核形成の（ｎｏｎ−ｎｕｃｌｅａｔｅｄ）」、すなわち、空隙を有し、あらかじめ確立されたセルまたは細孔構造を有しない粒子であり得る。
【００２０】
本発明は、有機発泡剤例えばペンタンを約３重量％未満の量で含む、あるいは、水、二酸化炭素、空気、または窒素などの無機発泡剤（この無機発泡剤例えば二酸化炭素は、上記のように、一般にセルの外に、それによって粒子の外に急速に散逸する。）を含む発泡性ポリスチレン粒子を加工するための特定の応用例を見出し得る。この場合、加圧ステップａ）および予備発泡ステップｂ）で粒子に加えられる加熱媒体の圧力は、粒子が成形工程における所要の発泡のための十分な圧力を有し、粒子が発泡物品を製造するために相互に十分に融着することを保証する。
【００２１】
加圧ステップでは、発泡性粒子は、約５００〜約８０００ｋＰａの範囲の圧力および約−２０〜約１３０℃の範囲の温度のガスで約１５〜約７２００分（５日）間超過圧力がかけられる。この結果、加圧ガスが粒子中、すなわち、粒子の空隙中またはセル中にもたらされ、残存する。次いで、これらの加圧された粒子を予備発泡ユニットに移動させる。
【００２２】
予備発泡ユニットは、粒子を予備発泡させる加熱媒体を含んでいる。加熱媒体は、約５０〜約２００ｋＰａの範囲の圧力および約１００〜約１３０℃の範囲の温度で供給し得る。一般に、予備発泡装置中の圧力は、大気圧を超え、加圧ユニットから出てくる粒子における粒子内部の圧力未満であろう。このことにより、加圧ステップの結果としての粒子中の圧力と、予備発泡ユニット中の圧力との間の圧力差が生じる。加熱媒体は、粒子を軟化させ、粒子中の圧力差により粒子を発泡させる。
【００２３】
予備発泡ユニットの加圧された雰囲気中で、粒子は、予備発泡ユニット中に存在する圧力下、乾燥工程、例えば空気乾燥工程にかけられる。すなわち、粒子が予備発泡された後、熱乾燥空気のストリームが、予備発泡ユニット中および粒子の上を移動され得る。
【００２４】
あるいは、粒子の乾燥は、予備発泡ユニットの隔てられた加圧区画中で、あるいは別個の加圧ユニット中で行うことができる。
【００２５】
好ましくは、粒子は、予備発泡ユニットから直接成形機に移動される。しかし、プラントの生産速度に応じて、成形機が利用可能になるまで、粒子を保管容器に移動させることが必要である場合がある。保管容器は、粒子中の圧力を維持する真空気密圧力サイロであってもよく、または保管容器は小さな正味空気流量を有してもよい。
【００２６】
上述のように、粒子は、予備発泡ユニットから、または圧力サイロから成形機に移動される。粒子の外部と環境の間の圧力差はゼロであるが、粒子内部の圧力は大気圧を超えている。加圧された粒子が成形機に入ったとき、粒子内部のガスの分圧は成形機内の空気圧を超えている。このことにより、粒子が成形機中で加熱された場合、粒子がさらに発泡し、相互に融着することが可能になる。
【００２７】
予備発泡ユニット中で、粒子は十分な圧力を有し、粒子は乾燥されるので、粒子を熟成することなしに、粒子を成形機に直接供給することができる。
【００２８】
加圧ユニットに供給して、そこで比較的高いガス圧を発揮する適当なガスとしては、空気、二酸化炭素、窒素、およびこれらの混合物がある。ガスは好ましくは、空気、二酸化炭素およびこれらの混合物からなる群から選択される。
【００２９】
従って、粒子に比較的高いガス圧を加え、粒子をそれにより熟成ステップなしに予備発泡ユニットから成形機に直接移動させることを可能にする、粒子中の圧力を維持することを含む、発泡性ポリマー粒子を加工する方法を提供することが本発明の目的である。
【００３０】
粒子に超過圧力をかけ、加圧された粒子を予備発泡し、および乾燥し、加圧された粒子を直ちに成形して発泡物品を形成させる、発泡性ポリマービーズを成形された発泡物品に加工する方法を提供することが本発明の他の目的である。
【００３１】
本発明の他の目的は、発泡性ポリマー粒子中の発泡剤の量および／または種類にかかわらず、粒子が予備発泡された後直ちに粒子が成形されることを可能にする、発泡性ポリマー粒子を加工する方法を提供することである。
【００３２】
本発明の他の目的は、予備発泡および成形のために十分な量の圧力が粒子中に残存するように、発泡性粒子に超過圧力をかけることである。
【００３３】
本発明の上記その他の目的は、以下の説明を付随の図面および特許請求の範囲と共に読めば、より良く価値が分かり理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（図面の簡単な説明）
図１は従来の発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）粒子が、予備発泡され、熟成され、および成形される、従来技術の方法の概略図である。
図２は発泡性ポリマー粒子が、加圧され、予備発泡されおよび乾燥され、次いで成形される、本発明の方法の概略図である。
【００３５】
（発明の詳細な説明）
図１は、従来の発泡性ポリスチレン粒子を加工する従来の方法の概略図である。発泡性ポリスチレン粒子８を、粒子に水蒸気を加えて粒子の密度を低下させる予備発泡ユニット１０に供給する。上に論じたように、より低い密度の粒子を、熟成工程１２のために予備発泡ユニット１０から大きな通気袋に移動させ、次いで成形機１４に移動させて、完成された発泡物品１６を製造する。従来技術の粒子において、発泡剤、例えばペンタンが少なすぎる場合は一般に、粒子を、予備発泡ユニット１０に入る前、および／または出た後で圧力タンク（図示せず）に収納する。
【００３６】
図２は本発明の方法の概略図である。本発明の方法は、加圧ステップでは、圧力容器１８中で発泡性ポリマー粒子に超過圧力をかけること、次いで、予備発泡および乾燥ステップでは、ポリマー粒子を予備発泡ユニット２０に移動させること、次いで、成形ステップでは、直ちに成形機２２に移動させて、完成品の発泡物品２４を生産することを含んでいる。
【００３７】
本明細書では、「粒子」は、ビーズ、ペレット、または粉砕小片を表す。
【００３８】
本発明の方法に使用するのに適当なポリマーは、熱可塑性ポリマーである。これらのポリマーとしては、これに限定されることなく、ポリスチレン、スチレンコポリマー、例えばスチレン／無水マレイン酸コポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリスチレン／ポリフェニレンオキシドブレンド、ポリオキシメチレン、ポリ（メタクリル酸メチル）、メタクリル酸メチルコポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン／プロピレンコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、これらの架橋変形物、これらのゴム変性バ−ジョン、これらのブレンド、およびこれらの相互浸入網目、例えばポリエチレンとポリスチレンなどの重合ビニル芳香族樹脂がある。
【００３９】
好ましい実施形態では、発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）粒子を参照して論じるが、前記パラグラフに示したように、その他の発泡性ポリマー粒子、例えば発泡性ポリエチレン（ＥＰＥ）、発泡性ポリプロピレン（ＥＰＰ）、スチレンコポリマー、等も本発明を実施する上で使用し得る。
【００４０】
本発明のポリマー粒子は、これらが一般に発泡剤を含んでいることにより発泡性である。発泡剤は粒子を形成する間に粒子中に取り込まれ得る。発泡剤は、有機または無機あるいはこれらの混合物でもよい。有機発泡剤は、炭化水素、例えばｎ−ペンタン（直鎖ペンタン）、ブタン、イソペンタン、およびペンタンの混合物、好ましくは、ｎ−ペンタンおよびペンタンの混合物であり得る。無機発泡剤は、二酸化炭素、窒素、空気、水、およびその他の気泡発生剤、ならびにこれらの混合物であり得る。
【００４１】
発泡剤、特に発泡性ポリスチレン粒子に対しては、ポリマーの重量に対して一般に約０．１〜約８重量％の範囲にある。粒子中への発泡剤の取込みは、粒子が形成されるときに実施され得る。このことは、１ステップ懸濁法で実施してもよく、あるいは、一般に２ステップ懸濁法と称される、粒子が形成された後に発泡剤を粒子中に含浸させてもよい。
【００４２】
粒子中に発泡剤がわずかしか存在しないかまたは存在しない場合は、本発明の加圧ステップで加えられるガス圧が粒子中に十分な圧力を供給し、圧力が予備発泡ステップおよび成形ステップのために維持されよう。一例として、加圧ステップにおいて、４０バールの圧力を粒子に約３時間加えると、ビーズ中の圧力は約２２．５バールになり得る。
【００４３】
二酸化炭素および／または水などの、無機発泡剤の速い拡散速度を減少させるかまたはなくす方法が開発されてきた。この方法は、「予備核形成」と称され得る。粒子の「予備核形成」は、粒子の元の密度の３分の１以上になるように、粒子をわずかに発泡させることにより達成される。この予備核形成法に使用される粒子は、上に論じた無機発泡剤、すなわち、二酸化炭素、窒素、空気、水、およびその他の気泡発生剤ならびにこれらの混合物を含んでいてもよく、あるいは水、および／または少量、例えば約２重量パーセント以下の有機発泡剤、例えば炭化水素液体、例えばペンタンおよび／またはこれらの混合物を含んでいてもよい。「予備核形成」では、粒子中に最初のセルの核が形成される。この場合、セルの核は、引き続いて加圧ガスにより工業的に有用な最終かさ密度にさらに発泡させるために使用される。
【００４４】
予備核形成粒子、すなわち、ある種のセル構造を前もって有する粒子を調製する方法は、以下の２つの特許文献に開示されている。
【００４５】
ＷＯ００／１５７０３（２００３年３月２５日に発行された、米国特許第６５３８０４２Ｂ１号）は、多孔性ポリビニルアーレン粒子に関する。非発泡粒子をわずかに発泡させて、ある種のセル構造および２００と６００ｋｇ／ｍ３の間の範囲の見掛けの密度を有し、２重量％未満の有機発泡剤を含む多孔性粒子を作り出す。これらの多孔性粒子は、非発泡粒子の体積に比較して約１．５〜３倍未満の体積増加を有する。
【００４６】
ＷＯ００／１５７０４（２００２年９月２４日に発行された、米国特許第６４５５５９９Ｂ１号）は、２００〜６００ｋｇ／ｍ３の範囲の密度を有する粒子に無機ガスを含浸させること、およびこの粒子を、非発泡粒子の元の密度の３分の１以上の低さの密度に発泡させることによる、発泡多孔性粒子の調製方法に関する。
【００４７】
固体粒子中に空隙を含む発泡性ポリマー粒子を調製する方法が、以下の特許文献に開示されている。
【００４８】
ＷＯ００／１５７０２（２００３年６月３日に発行された、米国特許第６５７３３０６Ｂ１号）は、固体粒子中に空隙構造および特性を維持させるために、固体粒子を、Ｎ２および／またはＯ２含有ガスからなる群から選択される無機化合物に、ならびに９５℃未満の温度および１００〜２０００ｋＰａゲージの圧力に曝すことにより、空隙を含む固体ポリビニルアーレン粒子が含浸される発泡性ポリビニルアーレン粒子の調製方法に関する。無機ガスは、わずかな体積の有機化合物を含んでおり、有機化合物に比較してポリマーマトリックス中により溶け難い、従って、無機ガスは粒子の発泡のために必ず固体粒子の空隙中に留まる。
【００４９】
本発明の方法では、発泡性ポリマー粒子は、上に論じたように無機または有機発泡剤を含む、従来の発泡性ポリマー、例えば、発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）粒子、発泡性ポリプロピレン（ＥＰＰ）粒子、発泡性ポリエチレン（ＥＰＰ）粒子であり得る。発泡性ポリマー粒子は、米国特許第６５３８０４２号（ＷＯ００／１５７０３）および米国特許第６４５５５９９Ｂ１号（ＷＯ００／１５７０４）の教示に従って調製された予備核形成粒子でもよく、あるいは、粒子は米国特許第６５７３３０６Ｂ１号（ＷＯ００／１５７０２）の教示に従って調製されたものでもよく、これらの開示すべては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【００５０】
前記特許の粒子中の発泡剤は二酸化炭素であり、従って本発明でも二酸化炭素であり得る。
【００５１】
発泡性ポリマー粒子は、脂肪族炭化水素発泡剤とブレンドした水を含んでいてもよく、あるいは、ＮＯＶＡ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）Ｓ．Ａ．に譲渡された米国特許第６１２７４３９号、第６１６００２７号、および第６２４２５４０号に教示のように、水を唯一の発泡剤として使用することができる。これらの特許では、保水剤が使用されている。発泡剤として使用する水の重量パーセントは、１〜２０％の範囲にあり得る。米国特許第６１２７４３９号、第６１６００２７号、および第６２４２５４０号の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【００５２】
発泡性ポリマー粒子は、小さい球状ペレットを形成するアンダーウォーターカッターを有する押出機により製造し得る。押出機において、発泡剤として二酸化炭素ガスを放出する化学発泡剤を使用し得て、この場合、発泡剤はポリマーと混合されて、押出機のダイを出るときに、「予備核を形成する」、すなわち、ポリマー中にセルを形成する。気体の二酸化炭素、ペンタン、ＨＣＦＣ、およびＣＦＣなどの追加の発泡剤も直接押出機に加えることができる。また、例えば、非核形成粒子を作製する場合は、発泡性粒子は、発泡剤、例えばペンタンと共に、ダイで発泡することなしに押出機中で製造し得る。
【００５３】
発泡性ポリマー粒子は、ＮＯＶＡ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｉｎｃ．に譲渡された、Ａｒｃｈらの米国特許第１０／０２１７１６号に教示のように、発泡セル状ポリマー粒子でもよい。発泡セル状粒子は、６００〜約２００ｋｇ／ｍ３の間の範囲のかさ密度に予備発泡され、ポリマーの重量に対して６．０重量パーセント未満、好ましくは２．０〜５．０重量％の間の範囲、より好ましくは２．５〜３．５重量％の間の範囲の有機発泡剤濃度を含むポリスチレンが好ましい。米国特許第１０／０２１７１６号の開示は、参照としてその全体が本明細書に取り込まれている。
【００５４】
発泡性ポリマー粒子が、前記パラグラフにおいて論じられた発泡セル状ポリマー粒子の場合、あるいは発泡性ポリマー粒子が従来のＥＰＳ粒子の場合は、粒子中に十分な量の発泡剤が存在し得て、例えば、粒子中のペンタン濃度が少なくとも２重量％の場合は、加圧ステップが不要であり得る。本発明の加圧ステップは、粒子中の発泡剤の種類および量にかかわらず、粒子中に十分な圧力があって、成形ステップにおいて粒子が相互に十分に融着し得ることを保証する。
【００５５】
大局的に見て、本発明は、加圧ステップ、乾燥ステップを含む予備発泡ステップ、および成形ステップを含む、発泡性ポリマー粒子を加工する方法に関する。この粒子は、原料ビーズが本発明の方法を受ける前に受けてきた方法に応じて、空隙、セル、またはセル核形成サイトを含んでいてもよい。例えば、原料ビーズが、米国特許第６５３８０４２号（ＷＯ００／１５７０３）および／または米国特許第６４５５５９９Ｂ１号（ＷＯ００／１５７０４）の教示に従って予備核形成された場合は、本発明の方法において使用されるビーズは、一般にセルを含んでいよう。原料ビーズが「非核形成」である、すなわち、最初に米国特許第６５７３３０６Ｂ１号（ＷＯ００／１５７０２）の教示に従って加工された場合は、本発明の方法において使用されるビーズは、一般にセル核を形成するサイトを含んでいよう。
【００５６】
加圧ステップにおいて、発泡性ポリマー粒子は、約６００ｋｇ／ｍ３の、ある場合には約１６ｋｇ／ｍ３もの低さの範囲のかさ密度を有してもよい。好ましくは、発泡性ポリマー粒子は、約２００と約６００ｋｇ／ｍ３の間の範囲、ある場合は、約２５０と５００ｋｇ／ｍ３の間の範囲のかさ密度を有する。加圧ステップにおいて、粒子は、粒子中、すなわち、空隙、セル核形成サイト、またはセルのガス圧が所要の密度の低下に対して十分になるまで、約５００と約８０００ｋＰａの間の範囲の圧力、および−２０と１３０℃の間の範囲の温度の圧縮ガスに、１５分と約７２００分（５日）の間、好ましくは、１４４０分（２４時間）未満の期間曝される。粒子に加えられるガスの圧力が２５００ｋＰａである場合は、粒子中が２５００ｋＰａの圧力に達するまでこの圧力でこのガスに曝され得る。
【００５７】
上記パラグラフに述べたように、加圧ユニット中のガスの温度は、好ましくは−２０℃と１３０℃の間の範囲にある。しかし、発明者らにより、発泡性ポリスチレン粒子に対して、９０℃より高い温度はポリスチレンを軟化させる傾向にあり、従って、発泡性ポリスチレンの温度は約９０℃以下の必要があることが分かった。また、加圧ユニット中の発泡性ポリスチレン粒子に対して、予備発泡ユニットに備えた粒子中所望の圧力を達成するには、１〜約８時間の期間で十分であることが分かった。
【００５８】
より低密度の粒子には、加圧ユニットに供給されるガスはより低い圧力が必要になることを理解されたい。すなわち、加圧ユニットに入る粒子が、約１６ｋｇ／ｍ３の密度を有する場合、８０００ｋＰａ（８０バール）の高圧では、特に加圧ユニット中で圧力があまりにも急速に上昇される場合、フォームを押しつぶして粒子中のセルを破壊する等の傾向があるので、加圧ユニット中の圧力は、５００ｋＰａ（５バール）未満、すなわち、約５０ｋＰａ（０．５バール）〜約１００ｋＰａ（１．０バール）であり得る。
【００５９】
加圧ステップにおいて、得られた発泡性粒子中の所望のおよび／または所要の圧力を維持するのを助けるために、例えば、約５０〜約２００ｋＰａの圧力の適当な手段を介して、加圧ユニットから予備発泡ユニットに運搬され得る。
【００６０】
予備発泡ステップでは、圧力容器が一般に使用される。圧力容器は自動バッチデバイスでもよく、予備発泡ステップは連続法を含み得る。例えば、粒子が、圧力容器中にその一側面から流入して、予備発泡され、乾燥され、その他の側面より圧力容器から金型に出て行き得る。
【００６１】
粒子の発泡は、予備発泡ステップで１００〜１２０℃（２１２〜２４８°Ｆ）の間の範囲の温度、および５０〜２００ｋＰａの間の範囲の圧力を有する加熱媒体により実施される。加熱媒体を粒子に約５〜１２０秒間加えて、粒子を約１９３〜約８ｋｇ／ｍ３（すなわち、約１２〜約０．５ポンド／立方フィート）の間の範囲の密度に予備発泡させる。例えば、従来の慣例により加圧ステップ中の粒子の密度が約６００ｋｇ／ｍ３である場合は、予備発泡ステップの結果としての粒子の密度は約８ｋｇ／ｍ３である。加熱媒体は、任意の従来の加熱媒体、例えば水蒸気、熱風、熱水、放射熱、対流熱、マイクロ波熱、高周波線、または電磁でもよい。
【００６２】
粒子中の圧力と予備発泡ユニット中の圧力の間に圧力差があるので、粒子は発泡するであろう。粒子中に残存する圧力が、粒子が成形されるのを可能にする。
【００６３】
含浸された熱可塑性プラスチック粒子を予備発泡させる一般に認められている一方法が、粒子を予備発泡させるのに水蒸気を使用する、Ｒｏｄｍａｎの米国特許第３０２３１７５号に教示されている。本発明では、粒子は同様の方法で予備発泡され得る。しかし、上記のように、粒子の発泡のために水蒸気を加えると同時に、いくらかの圧力が粒子中に残存する。予備発泡ユニット中の圧力は、乾燥ステップの間予備発泡ユニット中に維持され得る。
【００６４】
粒子は、熱乾燥空気の流れまたはストリームを予備発泡ユニット中に、および粒子の上に噴射することにより乾燥し得る。乾燥ステップの間、粒子は、粒子中の超過圧力を維持するために、常に高い圧力下におかれる。この乾燥ステップは、スチームからの水蒸気が粒子内部から蒸発するまで続け得る。
【００６５】
予備発泡ユニット中の圧力が５０〜２００ｋＰａの間の場合は、粒子中の圧力は、一般に５０と２００ｋＰａの間の範囲にある。予備発泡装置中の圧力を約３０ｋＰａに到るまで下げた場合は、粒子は、粒子中の圧力が予備発泡装置中の圧力とほぼ等しくなるまで、予備発泡装置中に留まり得る。
【００６６】
上記のように、従来の慣例によれば、粒子が予備発泡された後、予備発泡装置中の圧力を徐々にゼロに到るまで下げ、予備発泡装置中に空気を噴射し、そこから排気する。しかし、本発明においては、予備発泡ユニット中の圧力は維持され、粒子の乾燥工程の間、好ましくは、熱乾燥空気が予備発泡装置中に噴射され、外部環境中に完全に排気されないで保持される。この熱乾燥空気は、約２０〜約９０℃の範囲の温度および約１〜約１０ｋＰａの範囲の圧力を有している。この熱乾燥空気は、粒子からすべての圧力を排気させることなしに、およびすべての空気を環境中に排気することなしに、約１〜約９００秒間粒子の上に流れるように当てられ、その結果、一般にＥＰＳ粒子中の発泡剤として使用される、残留炭化水素、例えば、ペンタンは、雰囲気中に非常にわずかしかまたはまったく放出されない。
【００６７】
予備発泡され、乾燥された粒子は、直ちに従来の成形機に移動させることができる。発泡物品は、当業者にはよく知られている任意のいくつかの方法および装置を用いて、水蒸気が存在する圧力下で成形される。
【００６８】
粒子が予備発泡ユニットを出たときは、粒子は超過圧力をかけられており、例えば約３０〜約２００ｋＰａの範囲の圧力を有していよう。ビーズが成形機に入るときは、粒子内部のガス分圧は成形機内部の空気圧を超えており、これにより、さらに加熱すると粒子がさらに発泡し、相互に融着することが可能になる。
【００６９】
成形ステップでは、本発明の方法は、粒子が相互に十分に融着するために、残留ガス圧、およびある場合は、粒子中の残留発泡剤を使用する。成形ステップのための粒子中の残留発泡剤が、たとえわずかしかないか、またはなくても、この場合、粒子中の残留ガス圧は粒子を相互に適切に融着するのに十分であろう。
【００７０】
上に論じたように、成形機の生産速度は、粒子が予備発泡／乾燥ステップの後、直ちに成形機に移動されることができないようなものであり得る。この場合は、粒子を圧力サイロに運搬することができ、これは成形機に結合していてもよい。圧力サイロは、圧力が保持され、粒子中で維持されるように構成される。この粒子中の圧力は、約３０〜約２００ｋＰａの範囲にあり得る。
【００７１】
本発明では、最初に粒子中に比較的高い圧力が作り出され、次いで、成形ステップに対して十分な圧力が粒子中に存在するように、予備発泡および乾燥ステップを通して十分な圧力が粒子中に維持される。
【００７２】
上記から、本発明の方法は、粒子中に最初に取り込まれた、または予備発泡および成形ステップで粒子中に残存する発泡剤の量および／または種類にかかわらず、予備発泡／乾燥ステップに対して、および成形ステップに対して、粒子中に存在する十分な圧力を提供することを理解されたい。予備発泡、乾燥、および成形ステップにおいて、粒子中の残留ガス圧、およびある場合は、残留発泡剤を用いて粒子が発泡される。
【００７３】
加圧ユニットのための適当なガスは、空気、二酸化炭素、窒素、およびこれらの混合物である。好ましいガスは空気、二酸化炭素、およびこれらの混合物からなる群から選択される。
【００７４】
本発明の方法は、前記米国特許第６１２７４３９号、第６１６００２７号、および第６２４２５４０号に開示されている粒子のような、発泡剤として水を使用する水発泡性ポリマー粒子、好ましくは水発泡性ポリスチレン粒子（ＷＥＰＳ）にある特定の応用例を見出し得る。２０ｋｇ／ｍ３以下の密度を達成するために、高圧、すなわち、５００〜２５００バールの間の範囲のガスを、本発明の教示に従って２０〜９０℃の間の範囲の温度で約１５分〜約７２００時間噴射すると、「セル核」中に同等の圧力が生じることが分かった。次いで、粒子のセル中に存在するこの圧力は、ポリマーの粒子を発泡させるのに使用され、この場合、粒子内部の高圧によりセルの発泡が起こって、所望の２０ｋｇ／ｍ３以下の低密度が生じる。
【００７５】
上に論じたように、加圧ステップでは、粒子に高圧ガスが加えられる。この高圧ガスを、実質的に、発泡剤として使用し得る。この高圧ガスの粒子への適用は、粒子が予備発泡および成形される前の成形業者の立地で実施することができる。成形業者の施設におけるこの高圧ガスの粒子への適用は、すべての発泡剤、例えばペンタンが樹脂供給業者の施設で加えられる、従来のＥＰＳに一般に伴う保管寿命の問題を不要にし得る。
【００７６】
加圧ステップにおいて、加圧ガスは空気でもよい。加圧空気を使用すると、発泡剤として水を使用することに伴う欠点のいくつかを排除できることが分かった。空気のポリスチレン中の拡散速度は、水蒸気より、効率が低くそれによってより遅い、従って、空気は一般に水より長時間粒子中に残存する。空気は任意の温度に加熱することができ、それでも粒子を加圧するのに有効であるが、最も一般的な発泡剤の水およびペンタンは、ポリマーを軟化させ発泡させるためには、これらの沸点を超えて加熱する必要がある。粒子中に加圧空気を使用する他の利点は、空気は発泡後セル中で凝縮せず、それにより、予備発泡と成形ステップの間の熟成ステップの排除に寄与することである。
【００７７】
あるいは、加圧ステップでは、加圧ガスは二酸化炭素でもよい。加圧ステップの加圧ガスとして、ならびに、粒子における発泡剤として、特に前記米国特許第６４５５５９９号、第６５３８０４２号、および第６５７３３０６号に従って調製された予備核形成または非核形成粒子、あるいは二酸化炭素ガスで含浸され次いで米国特許第６５７３３０６号に従って予備核形成された固体ポリスチレン粒子における発泡剤として、二酸化炭素の使用は、本発明の方法の効率が一般に増大し得る点で利点がある。二酸化炭素は、ポリマーマトリックス中により可溶性であり、従って、二酸化炭素では空気または窒素に比較して加圧ガスのより多い取込みが得られこともある。また、二酸化炭素の吸収の反応速度はより速い。最後に、二酸化炭素に基づく方法では、工業用ＣＯ２の再循環が可能になり、それにより、この温室ガスをより良く利用し得る。
【００７８】
本発明の方法は、本質的には、発泡性ポリマー粒子を加圧すること、加圧粒子を予備発泡させることおよび乾燥させること、ならびに、予備発泡粒子を成形機中に直接入れことを含んでいる。従来ＥＰＳ粒子を加工するために使用されたエージング袋、および従来ＥＰＰおよびＥＰＥ粒子を加工するために使用された第２圧力容器が共に不要になることは明らかである。
【００７９】
上述したように、この粒子は、発泡性ポリエチレン（ＥＰＥ）または発泡性ポリプロピレン（ＥＰＰ）でもよい。これらの粒子では、ペンタン、二酸化炭素、またはＣＦＣなどの一般的な発泡剤は、粒子の外に非常に急速に拡散するので、発泡剤で含浸された未発泡ビーズは、発泡するために成形業者の立地に簡単には輸送することはできない。
【００８０】
その代わりに、ＥＰＥおよびＥＰＰ粒子に対する典型的な方法は、先ず、適当な添加剤と共に押出ミニペレットを製造することである。次いで、これらのミニペレットを、当業者に知られている方法で、懸濁化剤と共に水中に懸濁させる。発泡剤を、高温および高圧で比較的小さい圧力容器中に加える。ペレットがまだ高温および高圧の間に、容器の内容物を大気圧に迅速に放出させて、粒子は約１６〜約８０ｋｇ／ｍ３（１〜約５ポンド／ｆｔ３）の範囲の最終かさ密度まで発泡させる。十分に発泡された粒子を、搬送し、包装し、成形業者の立地に輸送する前に、エージングし、乾燥する。このことには一般に「空気」、すなわち、非常に軽量な粒子の長距離輸送に伴うコストが含まれる。
【００８１】
成形業者の立地に来ると、粒子は、通常成形する前にガス、典型的には空気により再膨張する必要がある。このことは、粒子のかさ密度はきわめて低いので、大きな圧力容器（複数）を必要とする。粒子に過剰でありかつ急速な圧力を加えると一般に起こる粒子の崩壊を回避するために、空気圧を４〜２４時間にわたり徐々に増加させなければならない。粒子がいったん膨張すると、これらを圧力下で維持し、および／またはセル構造内の空気が散逸する前に迅速に成形しなければならない。
【００８２】
本発明の方法は、特に、ＥＰＰおよびＥＰＥ粒子を加工するのに適用し得る。加圧ユニットを、成形業者の立地に配置して、予備発泡および成形の前に使用することができる。
【００８３】
本発明を、発泡性ポリスチレン粒子に関連する以下の実施例によりさらに例示するが、これに限定されるものではない。
【実施例１】
【００８４】
この実施例は、発泡剤として水を含む予備核形成ポリスチレンビーズに関する。これらのビーズを、水保持剤として極性水吸収性ポリマーの使用を開示している前記米国特許第６１２７４３９号の教示に従って、ならびに、予備核形成ビーズおよびそのビーズを得る方法をそれぞれが開示している、前記米国特許第６５３８０４２号（ＷＯ００／１５７０３）および米国特許第６４５５５９９Ｂ１号（ＷＯ００／１５７０４）の教示に従って製造した。
【００８５】
この実施例は、予備核形成ビーズは、先ずビーズを加圧し、次いでビーズを、予備発泡ステップと成形ステップの間にビーズを熟成することなしに、予備発泡させ、成形することにより、発泡させ成形することができること、を示す。
【００８６】
予備核形成ビーズを得るために、約４リットルのビーズ（サイズ分画０．９００〜１．２５０ｍｍのふるいにかけた）を、Ｅｒｌｅｎｂａｃｈ  ＰＶＤ−８０バッチ式予備発泡装置（以前は、Ｐｏｌｙｔｅｃｈ  ＰＶＤ−８０）中で水蒸気により部分的に発泡させた。予備核形成される前のビーズの元の密度は約６００ｋｇ／ｍ３であり、わずかに発泡された予備核形成ビーズの密度は約４１９ｋｇ／ｍ３であった。
【００８７】
次いで、これらの４リットルの予備核形成ビーズを、バッチ式容器（４リットルの体積を有する）中で２２５０ｋＰａの圧縮空気により室温で１６時間加圧し、次いで、攪拌される１００リットル発泡容器に２００ｋＰａの圧力下で移動させた。この発泡容器は５ｋＰａの空気圧を有していた。このビーズを、７０ｋＰａの供給圧力の水蒸気で２０秒間処理して、これらを３４ｋｇ／ｍ３の最終密度に発泡させた。次いで、得られた湿性の発泡ビーズ（「プレパフ」または「プレフォーム」と称される）を、予備発泡容器中に空気を室温で１８０秒間吹き込むことにより乾燥し、同時に容器中を３０ｋＰａの正圧に保持した。このビーズを、発泡容器から従来の成形機（Ｋｕｒｔｚ  Ｋ４５、３００ｍｍ×３００ｍｍ×５０ｍｍの寸法の金型キャビティを有する）に移動させた。ビーズ内部の残留空気圧が、後続の成形ステップ中発泡剤として作用した。成形機中で圧力が放出され、この機械は、従来の成形サイクル、すなわち、１００ｋＰａのセット圧力；水蒸気時間８秒；１５ｋＰａのフォーム脱型圧力で運転した。
【００８８】
生じた発泡成形品は３７ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。目視検査からは、ビーズは良好に融着され、フォームの収縮は実質上生じなかった。生じたフォームのクロス破断強度を、ＣＥＮ  １２０８９に従って測定し、このフォーム密度で２０４Ｎの値を示した。
【実施例２】
【００８９】
この実施例は、発泡剤として少量のペンタンを含む予備核形成ポリスチレンビーズを含んでいる。これらの予備核形成ビーズは、前記米国特許第６５３８０４２号（ＷＯ００／１５７０３）および米国特許第６４５５５９９Ｂ１号（ＷＯ００／１５７０４）の教示に従って製造した。実施例２に対する方法および装置は、実施例１で使用されたものと同様であった。
【００９０】
この実施例は、予備核形成ビーズは、先ずビーズを加圧し、次いで予備発泡ステップと成形ステップの間にビーズを熟成することなしに、ビーズを予備発泡させ、成形することにより、発泡させ成形することができること、を示す。
【００９１】
予備核形成ビーズを形成させるために、約４リットルの約６００ｋｇ／ｍ３の元の密度を有し、発泡剤として約１．９重量％ペンタンを含むビーズを、熱風により約４００ｋｇ／ｍ３のより低い密度に部分的に発泡させた。この部分的発泡の後、ビーズ中に残存する発泡剤の量は、ビーズの重量に対して１．２重量％であった。
【００９２】
次いで、これらの４リットルの予備核形成ビーズを、実施例１のバッチ式容器中で、２２５０ｋＰａの圧縮空気により室温で１６時間加圧し、次いで、実施例１の攪拌される発泡容器に２００ｋＰａの圧力下で移動させた。この発泡容器は５ｋＰａの空気圧を有していた。次いで、このビーズを、７０ｋＰａの供給圧力の水蒸気で２０秒間処理して、これらを１９ｋｇ／ｍ３の最終密度に発泡させた。次いで、得られた湿性の発泡ビーズを、予備発泡容器中に空気を室温で１８０秒間吹き込むことにより乾燥し、同時に容器中を３０ｋＰａの正圧に保持した。このビーズを、発泡容器から実施例１の従来の成形機に移動させた。成形機中で圧力が放出され、この機械を実施例１のものと同じ設定値による従来の成形サイクルで運転した。
【００９３】
生じたフォームは１９．５ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。目視検査からは、ビーズは良好に融着され、フォームの収縮は実質上生じなかった。生じたフォームのクロス破断強度を、ＣＥＮ  １２０８９に従って測定し、このフォーム密度で１７６Ｎの値を示した。この値は従来のＥＰＳビーズで得られたものに匹敵する。
【実施例３】
【００９４】
実施例２において使用したものと類似の原料ビーズを、約３８０ｋｇ／ｍ３の密度に予備核形成させ、実施例２のものと同様に加工をした。予備発泡装置中の圧力を、３０ｋＰａに維持した。成形する前のこれらの粒子は、１７ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。粒子を圧力サイロに移し、粒子に３０ｋＰａの圧力を加えた。次いで、粒子を、９０ｋＰａの水蒸気圧で２３秒間成形した。生じたフォームは２０ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。クロス破断強度を、ＣＥＮ  １２０８９に従って測定し、このフォーム密度で２２１Ｎの値を示した。
【００９５】
原料ビーズでいくつかの追加の運転を行った。この場合、予備発泡装置中の圧力を、第１の運転では１５ｋＰａ、第２の運転では１０ｋＰａ、第３の運転では８ｋＰａまで下げた。成形する前のビーズのそれぞれの密度は、１５ｋｇ／ｍ３、１６ｋｇ／ｍ３、および１６ｋｇ／ｍ３であった。このビーズを９０ｋＰａの水蒸気圧で１７〜１９秒間成形した。生じたフォームは、それぞれ１８ｋｇ／ｍ３、１９ｋｇ／ｍ３、および１８ｋｇ／ｍ３の密度を有し、１８３Ｎ、１７２Ｎ、および１６３Ｎのそれぞれのクロス破断強度を有していた。
【００９６】
この実施例は、予備発泡装置の空気圧を下げると、クロス破断強度の値が低下することを例示する。従って、ほとんどの場合、より良好な強度の発泡製品のためには、予備発泡装置中を３０ｋＰａ以上の圧力に維持することがより望ましい。
【実施例４】
【００９７】
この実施例は、二酸化炭素で含浸され、次いで、予備核形成された、すなわち前記米国特許第６５７３３０６号の教示と同様に、４００ｋｇ／ｍ３にわずかに発泡された固体ポリスチレンビーズに関する。この実施例はまた、加圧ユニット中で加圧ガスとして空気を使用する。
【００９８】
この実施例は、二酸化炭素で含浸され、次いで予備核形成されたビーズを、空気で超過圧力をかけ、予備発泡し、および予備発泡ステップと成形ステップの間にビーズを熟成することなしに成形することができることを示す。
【００９９】
この実施例で最初に使用されるビーズを作製するために、６３０ｋｇ／ｍ３の密度を有する約２０リットルの固体ポリスチレンビーズを、ビーズを二酸化炭素で含浸させるために、圧力容器中で二酸化炭素により５００ｋＰａの圧力下室温で３時間加圧した。この含浸ステップに続いて、バッチ式水蒸気発泡装置（Ｅｒｌｅｎｂａｃｈ  ＰＶＤ−８０）による予備核形成ステップを行った。次いで、この予備核形成ビーズを、実施例１のものと同様の装置および条件で加工した。すなわち、次いで予備核形成ビーズを、バッチ式容器（４リットルの体積を有する）中で２２５０ｋＰａの圧縮空気により室温で１６時間加圧し、次いで攪拌される１００リットル発泡容器に２００ｋＰａの圧力下で移動させた。この発泡容器は５ｋＰａの空気圧を有していた。
【０１００】
このビーズを、７０ｋＰａの供給圧力の水蒸気で２０秒間処理して、これらを２０ｋｇ／ｍ３の最終密度に発泡させた。得られたプレパフビーズを、予備発泡容器中に空気を室温で１８０秒間吹き込むことにより乾燥し、同時に予備発泡容器中を３０ｋＰａの圧力に保持した。
【０１０１】
このビーズを、予備発泡容器から従来の成形機（実施例１で使用したＫｕｒｔｚ  Ｋ４５）に移動させた。ビーズ中の残留空気圧が、成形ステップでビーズをさらに発泡させるのを助ける。成形機中で圧力が放出され、この機械は、従来の成形サイクル、すなわち、１００ｋＰａのセット圧力；８秒間の水蒸気；１５ｋＰａのフォーム脱型圧力で運転した。
【０１０２】
生じた発泡成形品は２６ｋｇ／ｍ３の密度を有していた。目視検査からは、ビーズは良好に融着され、フォームの収縮は実質上生じなかった。生じたフォームのクロス破断強度を、ＣＥＮ  １２０８９に従って測定し、このフォーム密度で３３０Ｎの値を示した。
【０１０３】
本発明をこれらの特定の実施形態に関して述べてきたが、本発明についての多数の変形形態が本発明の範囲内にさらに存在することができることを本開示に照らして理解されたい。例えば、予備発泡ユニットおよび成形ユニットは共に、別個の圧力供給源を備え得ることを理解されたい。従って、本発明は、広範に解釈され、かつ、頭記の特許請求の範囲の範囲および精神によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】従来の発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）粒子が、予備発泡され、熟成され、および成形される、従来技術の方法の概略図である。
【図２】発泡性ポリマー粒子が、加圧され、予備発泡されおよび乾燥され、次いで成形される、本発明の方法の概略図である。
【図１】
2007503324.tif 000003
【図２】
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