(57)【要約】  改造された放射状流ロータ・ステータ混合機は、Ａ．第１ステータおよび第２ステータを備える筺体と、Ｂ．筺体内に第１チャンバと第２チャンバを形成し、第１と第２チャンバの間に流体連絡を提供するように、第１ステータと第２ステータの間に配置されたロータであって、前記ロータが回転可能な軸に接続されたロータと、Ｃ．低剪断領域の第１チャンバ内に配置された一次入口と、Ｄ．一次入口の剪断よりも高い１つ以上の剪断の領域の第１流路内に配置された２つ以上の二次入口と、Ｅ．第２チャンバ内に配置された出口と、を備える。【選択図】なし
2015517399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ．第１ステータおよび第２ステータを備える筺体と、
Ｂ．前記筺体内に第１流路と第２流路を形成し、前記第１と第２流路の間に流体連絡を提供するように前記第１ステータと前記第２ステータの間に配置されたロータであって、回転可能な軸に接続された、ロータと、
Ｃ．低剪断領域における前記第１次流路への一次入口と、
Ｄ．前記一次入口の剪断よりも高い剪断を有する１つ以上の領域における前記第１流路への２つ以上の二次入口と、
Ｅ．前記第２流路からの出口と、
を備える放射状流ロータ・ステータ混合機。
【請求項２】
前記一次入口の剪断よりも高い剪断を有する１つ以上の領域に前記第１流路への３つ以上の二次入口を備える請求項１に記載の放射状流ロータ・ステータ混合機。
【請求項３】
２つ以上の前記二次入口が前記第１流路の同じ領域中に原料供給する請求項１に記載の放射状流ロータ・ステータ混合機。
【請求項４】
２つ以上の前記二次入口が前記第１流路の異なる領域中に原料供給する請求項１に記載の放射状流ロータ・ステータ混合機。
【請求項５】
前記二次入口は、前記一次入口が行うように前記第１流路の同じ領域中に原料供給しない請求項１に記載の放射状流ロータ・ステータ混合機。
【請求項６】
放射状流ロータ・ステータ混合機を用いてポリマー性泡沫を製造するプロセスであって、前記混合機は、
Ａ．第１ステータおよび第２ステータを備える筺体と、
Ｂ．前記筺体内に第１流路と第２流路を形成し、前記第１と第２流路の間に流体連絡を提供するように前記第１ステータと前記第２ステータの間に配置されたロータであって、回転可能な軸に接続された、ロータと、
Ｃ．低剪断領域における前記第１流路への一次入口と、
Ｄ．前記一次入口の剪断よりも高い剪断を有する１つ以上の領域における前記第１流路への２つ以上の二次入口と、
Ｅ．前記第２流路からの出口と、
を備え、
前記プロセスは、
１．前記一次入口を通して液体を含む第１原料を前記第１流路の第１剪断領域へ導入するステップであって、前記第１原料はモノマー、プレポリマーまたはポリマーを含む、ステップと、
２．１つ以上の前記二次入口を通して液体を含む第２原料を前記第１流路の第２剪断領域中に導入するステップであって、前記第２剪断領域は前記第１剪断領域の剪断よりも大きい、ステップと、
３．前記第１流路内に前記第１および第２原料の泡沫を形成するステップと、
４．前記泡沫を前記第１流路から前記第２流路に移すステップと、
５．前記混合機の前記出口を通して前記泡沫を排出するステップと、
を含む。
【請求項７】
前記第１流路の前記第２剪断領域中に導入される前記流体が気体である、請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記第１原料供給がポリオールを含む、請求項６に記載のプロセス。
【請求項９】
前記第２原料供給が、モノマー、プレポリマー、またはイソシアネート官能性を備えるポリマーを含む、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記第２原料供給がさらに界面活性剤と、任意で触媒と、を含む、請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
不活性気体が前記第１流路の前記第２剪断領域中に導入される、請求項１０に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ・ステータ混合機に関する。一態様において、本発明は複数の二次入口を備えるロータ・ステータ混合機に関し、他の態様において、本発明は複数の二次入口を備えるロータ・ステータを用いて、平均気泡直径が小さく、気泡サイズ分布の狭い、液中気体の分散物を生成するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー性泡沫などの液中気体分散物の気泡サイズは、流体の物理的性質（粘度、界面張力等）およびロータ・ステータ混合機の流体力学（剪断速度、持続期間等）の両方に依存する。標準的なロータ・ステータ混合機は単一の入口流と単一の出口流を有する。いくつかの標準的なロータ・ステータ混合機は国際公開第２００８／０７７１１６号に教示されるもののように１つ以上の二次入口を有するように改造される。標準および改造されたロータ・ステータ混合機の両方とも機能的なポリマー性泡沫を製造するが、今日入手可能なロータ・ステータ混合機で製造されるよりも平均気泡サイズが小さく、気泡サイズ分布の狭いポリマー性泡沫を製造するロータ・ステータ混合機に対する関心は継続している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態において、本発明は、
Ａ．第１ステータおよび第２ステータを備える筺体と、
Ｂ．前記筺体内に第１流路と第２流路を形成し、前記第１と第２流路の間に流体連絡を提供するように第１ステータと第２ステータの間に配置されたロータであって、回転可能な軸に接続された、ロータと、
Ｃ．低剪断領域における第１流路への一次入口と、
Ｄ．一次入口の剪断よりも高い剪断を有する１つ以上の領域における第１流路への２つ以上の二次入口と、
Ｅ．前記第２流路からの出口と、
を備える放射状流ロータ・ステータ混合機である。
【０００４】
本発明の混合機は第１流路内の可変剪断の場を利用し、それらは装置の第１流路内の多くの場所に流体を追加する手段を提供する。これらの領域はステータ半径が異なり、したがって異なる剪断速度レベルを特徴とする。さらに、異なる密度または粘度の流体、例えば気体および液体の追加は、低剪断領域中に注入されるよりも、高剪断領域に注入されるとき、より安定な混合物を形成する。一実施形態において、本発明は放射状流ロータ・ステータ混合機の第１流路に沿って３つ以上の二次入口を配置することであり、各二次入口は混合機の一次入口の剪断よりも大きい剪断の領域に配置される。
【０００５】
一実施形態において、本発明は放射状流ロータ・ステータ混合機を用いてポリマー性泡沫を製造するプロセスであり、混合機は、
Ａ．第１ステータおよび第２ステータを含む筺体と、
Ｂ．筺体内に第１流路と第２流路を形成し、第１と第２流路の間に流体連絡を提供するように第１ステータと第２ステータの間に配置されたロータであって、回転可能な軸に接続された、ロータと、
Ｃ．低剪断領域における第１流路への一次入口と、
Ｄ．一次入口の剪断よりも高い剪断を有する１つ以上の領域における第１流路への２つ以上の二次入口と、
Ｅ．第２流路からの出口と、
を備え、
プロセスは、
１．一次入口を通して液体を含む第１原料を第１流路の第１剪断領域へ導入するステップであって、第１原料はモノマー、プレポリマーまたはポリマーを含む、ステップと、
２．１つ以上の二次入口を通して気体を含む第２原料を第１流路の第２剪断領域中に導入するステップであって、第２剪断領域は第１剪断領域の剪断よりも大きい、ステップと、
３．第１流路内に第１および第２原料の泡沫を形成するステップと、
４．泡沫を第１流路から第２流路に移すステップと、
５．混合機の出口を通して泡沫を排出するステップと、
を含む。
一実施形態において、第１原料は混合機の軸の近くに導入され、追加の原料は、それが軸の末端の第１ステータに沿って所定距離に混合機の第１流路に入るように、２つ以上の二次入口を通して導入される。
【０００６】
本発明は、本発明の範囲を制限するためではなく、いくつかの実施形態を説明するためのみに、図面を参照して全体的に説明される。図面において、同じ数字は全ての同じ部品を表すために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】混合機の高剪断領域における２つの二次入口の、一次入口との相対的位置が改造された、標準的な放射状流ロータ・ステータ混合機の断面である。
【図１Ｂ】図１Ａの線１Ｂ−１Ｂに沿う断面図であり、ロータが２つのステータの間の空間に配置された図である。
【図１Ｃ】図１Ａの線１Ｂ−１Ｂに沿う断面図であり、ロータが２つのステータの間の空間から取り除かれた図である。
【図２】第１ステータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
定義
別段の記載がなく、文脈から暗示されるか、または当技術分野の通例である限り、全ての部およびパーセントは重量に基づき、全ての試験方法はこの開示の出願日の現行方法である。米国特許の慣習に従って、全ての参照特許、特許出願または公告の内容、特に定義（本開示に提供されるあらゆる定義と矛盾しない範囲で）および当技術分野において一般的な知識の開示に関して、参照によりその全体が組み込まれる（またはそれに対応する米国版が参照により組み込まれる）。
【０００９】
本開示の数の範囲は概数であり、したがって、特記されない限り範囲外の値を含み得る。任意の下限値と任意の上限値との間に２単位以上の開きがあることを前提として、数値範囲は、下限値から上限値まで一単位刻みで、下限値及び上限値を含む全ての値を含む。例えば、組成的、物理的、または他の特性、例えば分子量等などが、１００〜１０００である場合、１００、１０１、１０２等などの全ての個々の値、および１００〜１４４、１５５〜１７０、１９７〜２００等などのサブレンジが明確に列挙される。１未満の値または１を超える小数値（例えば、１．１、１．５等）を含む範囲については、１単位は０．０００１、０．００１、０．０１、または０．１であると考えるのが適切である。１０未満の単一の数字を含む範囲（例えば、１〜５）については、１単位は典型的に０．１であると考えられる。これらは特別に意図されたものの単なる例であり、列挙された最小値と最大値との間の数値の全ての可能な組み合わせが、本開示に明確に記述されたものと考えるべきである。本開示内で数の範囲は、中でも、分子量について提供される。
【００１０】
「流体連絡」及び同様の用語は、流体、例えば液体、気体等が１つの限定された領域から他の限定された領域に障害なく直接通過できることを意味する。例えば、液体は一次入口から環状チャンバ中に通過し、次いで第２流路への接続チャンネルを通って第１流路を通り、次いで障害なく直接出口を通ることができる。混合機の各領域は他と流体連絡する。
【００１１】
放射状流のロータ・ステータ混合機の文脈において、「放射状」等の用語はロータ軸から垂直（すなわち直角）方向を意味する。
【００１２】
「放射状流」及び同様の用語は、第１流路に入る流体がロータ軸またはその近くでロータ軸から第１流路に沿って上方にまたはロータ軸から最も遠い領域へ離れて、および／またはロータ軸から最も遠い第２流路の領域から下方およびロータ軸あるいはその近くの第２流路の領域に向かって動く通路を意味する。
【００１３】
「流路」及び同様の用語は対向するが接触しないステータとロータの表面によって画定される流れ通路またはチャンネルを意味する。第１流路は第１ステータの表面と対向するロータ表面によって画定される流れ通路を意味する。第１流路中の流体はロータ軸またはその近くの低剪断領域、すなわちロータ・ステータ中心近くから、ロータ・ステータの周辺またはその近くの高剪断領域、すなわち第１通路と接続チャンネルの接合点近く、または、言い換えればロータ軸から最も遠い第１流路の点またはその近くへ動く。第２流路は第２ステータの表面とロータの対向する表面によって画定される流れ通路である。第２流路中の流体は、ロータ・ステータの周辺またはその近くの高剪断領域、すなわち接続チャンネルと第２流路の接合部またはその近く、言い換えれば、ロータ軸から最も遠い第２流路上の点またはその近くから、典型的にロータ・ステータの中心またはその近くの混合機出口へ動く。結果として、および本発明の状況において、流体はロータ・ステータ混合機を通って動き、低い剪断の領域中の第１流路に入り、第１流路の増加剪断勾配を通り、接続チャンネルを通って第２流路を上昇し、減少剪断勾配を通って第２流路を下降し、低剪断領域から第２流路を離れ、混合機出口を通って混合機を出る。
【００１４】
「剪断」及び同様の用語は、流体（液体、気体、またはその両方）がロータ・ステータ混合機の第１および第２流路を通って動く際に与えられた速度勾配を意味する。剪断速度はサイズ、長さ、および流路の形状、ステータとロータの面形状、ロータの回転速度、流体の粘度および速度、流路内の流体上の圧力等を含むがこれらに限定されない要因の組み合わせの結果である。
【００１５】
「剪断領域」及び同様の用語は、流体が剪断応力、すなわち、流体の断面と同一平面の応力成分を有する流路内の空間または容積を意味する。剪断応力は断面に平行な力のベクトル成分から発生する。他方、垂直応力は、それが作用する材料断面に直角の力ベクトル成分から発生する。本開示の目的のためには、流体が流路を通って動く、または動かないに関わらず、剪断領域は流路内の空間または容積に適用される。
【００１６】
「高剪断領域」、「低剪断領域」等の用語は、流体が流路を通って動く、または動かないに関わらず、流路内の他の空間または容積に対して流路中の空間または容積を示すために用いられる相対的な用語である。高剪断領域は、空間または容積を通って動く流体が、流路内の少なくとも１つの他の領域を通って動くときよりも広くまたは大きな剪断応力を受ける流路中の空間または容積である。流体がロータ・ステータの中心から離れて流路をさらに動くと、流体はより大きな剪断応力を受けるであろう。したがって、流路に沿った２つの類似サイズの領域のうち、ロータ・ステータ中心から最も遠い領域は高剪断領域であり、ロータ・ステータ中心に最も近い領域は低剪断領域である。
【００１７】
放射状流、ロータ・ステータ混合機
図１Ａを参照すれば、放射状流のロータ・ステータ混合機１０は、ロータ１２に接続されたロータ軸１１およびそれとロータを回転させるモータ（図示せず）を備える。ロータ１２は筺体１３内に配置され、筺体１３は、手段３１によって第２筺体部分１５に接合された第１筺体部分１４を備える。第１筺体部分１４は第１ステータ１６を備え、第２筺体部分１５は第２ステータ１７を備える。第１および第２ステータは互いに向かい合って配置されてそれらの間にロータ１２が占拠する容積１８を画定する（図１Ｃ）。ロータ１２は容積１８を第１流路またはチャンネル１９と、第２流路またはチャンネル２０（図１Ｂ）に分割し、両流路とも非常に小さな容積であり、ロータの第１表面２１は第１ステータ１６に近接して配置され、ロータの第２表面２２は第２ステータ１７に近接して配置される。２つの筺体部分はロータおよびステータへのアクセスを提供するために互いに分離することができる。
【００１８】
一次入口２４はロータ軸１１を取り囲む環状チャンバ２５と流体連絡する。同様に、環状チャンバ２５は第１流路１９と流体連絡し、第１流路１９は接続チャンネル２３によって第２流路２０と流体連絡し、第２流路２０は出口２６と流体連絡する。したがって、液体は、一次入口２４に入り、環状チャンバ２５に入って通過し、第１流路１９に入って通過し、接続チャンネル２３を通って第２流路２０を横断し、出口２６を出ることによって、混合機１０を通過することができる。
【００１９】
第１筺体部分１４は、第１冷却ジャケット２７Ａを装備し、第２筺体部分１５は第２冷却ジャケット２７Ｂを装備する。第１冷却ジャケット２７Ａは第１ステータ１６近くの第１筺体部分１４に取り付けられ、冷却流体（図示せず）は第１冷却流体入口２８および第１冷却流体出口（図示せず）によってそれを通って循環される。第２冷却ジャケット２７Ｂは第２ステータ１７近くの第２筺体部分１５に取り付けられ、冷却流体（図示せず）は第２冷却流体入口２９および第２冷却流体出口（図示せず）によってそれを通って循環される。
【００２０】
第１筺体部分１４は第１流路１９と流体連絡する第１二次入口３０Ａを備え、やはり第１流路１９と流体連絡する第２二次入口３０Ｂを備える。環状チャンバが第１流路中に原料供給する領域よりも大きい剪断の領域で二次入口が第１流路に原料供給することは、本発明に取って重要である。第１および第２流路は可変剪断の領域である。ロータの回転のため、剪断は軸に最も近い両流路で最低であり、軸から最も遠い、または最末端の両流路で最高である。
【００２１】
図１Ａにおいて、環状チャンバ２５から第１チャンバに入る液体はロータ軸１１またはその近くに入り、したがって、ロータ軸から離れて位置する領域よりも低い剪断である第１流路の領域中に入る。第２二次入口３０Ｂから第１流路に入る流体は、第１ステータ１６の約半分の位置まで入り、したがって、ロータ軸１１により近い第１流路の領域中の剪断よりも大きい剪断の領域中の第１流路に入る。第１二次入口３０Ａから第１流路に入る流体は、第１ステータ２０の端部またはその近くでロータ軸１１から最も遠い領域中に入り、したがって、ロータ軸１１に最も近い第１流路の領域中の剪断に対して最大剪断の領域中に入る。
【００２２】
図には示されていないが、放射状流のロータ・ステータ混合機１０は２つ以上の二次入口を装備することができる。これらの任意追加の入口も環状チャンバによって供給されるものよりも大きい剪断の領域で第１流路中に原料供給する。各二次入口は、各々が環状チャンバの供給する領域の剪断よりも大きい剪断の領域中に供給する限り、１つ以上の他の二次入口として、第１流路の同じまたは異なる領域中に供給することができる。環状チャンバが液体を供給する第１流路の領域中に、気体を供給する１つ以上の二次入口を配置することは、混合機によって作られた泡沫が、液体の供給される領域の剪断よりも大きい剪断を有する領域中に二次入口の全てが気体を供給するとき作られた泡沫のものよりも大きな気泡および気泡サイズ分布を有する傾向があり、好ましくない。
【００２３】
図２を参照して放射状流のロータ・ステータ混合機１０をさらに説明する。図２を参照すると、第１ステータ１６は任意の形状、例えば第１ステータ１６は円形とし得る。第１ステータ１６はさらに中心チャンネル３２を含み得る。第１ステータ１６には任意の数の、全体としてリング状のステータ歯３３が設けられ得る。例えば、第１ステータ１６には少なくとも２つの全体としてリング状のステータ歯３３が設けられ得る。全体的にリング状のステータ歯３３の各々には、周縁方向に複数の櫛形状の歯３４が設けられ得る。全体としてリング状のステータ歯３３は、さらに互いから任意の距離３５をおいて離間し得る。
【００２４】
第１ステータ１６は、環状チャンバ２５を経由して一次入口２４と流体連絡する第１ステータ入口孔３６、第２二次入口３０Ｂと流体連絡する第１ステータ入口孔３７、および第１二次入口３０Ａと流体連絡する第１ステータ入口孔３８を含む（図２において、第１ステータ１６は３つの入口孔３８を備えて示され、図１Ａ〜１Ｃには示されない実施形態を図示し、ロータ・ステータ混合機１０は４つの二次入口を装備し、うち３つは第１ステータの周囲に、ロータ軸から第１流路上最大距離またはその近くに、等間隔で離間する）。また、図２は第１ステータを備える第１筺体部分を、第２ステータを備える第２筺体部分（図２には図示せず）に接合または結合するための手段３１を示す。２つの部分を接合または結合するための手段３１は、インターロッキング機構、ナットおよびボルト、およびネジを含むがこれらに限定されない。
【００２５】
剪断勾配矢３９は第１流路に沿って、言い換えれば、第１ステータ１６の半径に沿って増加する剪断の方向を示す。剪断はロータ軸１１（図示せず）が通過する最も近い中心チャンネル３２で最低であり、外周部４０またはその近くで最大である。
【００２６】
第２ステータ１７の構成は第１ステータの形状と同じかまたは異なってよい。典型的には、構成は同一か、もしくは類似している。ロータの面はそれらが対向するステータの形状に従う。ステータ形状および／または他の要因が異なるため、第２流路の剪断勾配矢は第２流路でも同じであるが、第１流路中の特定の一領域の剪断は異なり得て、典型的には、第２流路の対応する領域中の剪断ステータよりも大きい。
【００２７】
ロータ１２はロータ軸１１（図１）に結合するための手段（図示せず）を含み、その手段は、電源例えば、ロータに回転動を付与するための電動機（図示せず）に結合される。ロータをロータ軸に結合するための手段は、インターロック機構、ナットおよびボルト、およびネジを含むがこれらに限定されない。
【００２８】
ポリマー性泡沫を形成するプロセス
一実施形態において、反応性水素官能性を有する第１のプレポリマー相、例えばポリオールが一次入口２４を経由して第１流路に導入され、他方、イソシアネート官能性を有する第２プレポリマー相が、界面活性剤および任意に触媒の存在下で二次入口３０Ｂを経由して第１流路に導入され、いずれか、または両方が、他の二次入口を通って別々に導入され得て、または第１および第２プレポリマー相の１つまたは両方と組み合わせて導入され得る。第１プレポリマー相が導入される剪断領域よりも高い第１流路の剪断領域中の二次入口３０Ａを通して、第１流路中へ不活性気体を導入することから泡沫が得られる。当業者であれば、第１および第２プレポリマー相は、それらが第１流路中に導入される、および／または複数の入口に分割される順序が逆であってもよいことが理解される。本発明の重要な特徴は、不活性気体が反応性成分の導入される領域よりも高剪断の領域中の第１流路に導入されることである。他の実施形態において、剪断追加の順序は変更され、例えば、ポリオールが低剪断で加えられ、気体は中間剪断で加えられ、イソシアネートは高剪断で加えられる。
【００２９】
反応する混合物は不活性気体と結合して、細かく分割された均一サイズの気泡の浮遊する液体混合物の泡沫を形成する。泡沫は最初に第１流路中で形成され、次いでロータの遠い末端の放射状通路によって第１チャンバに類似の剪断勾配を有する第２流路へ移動する。第１流路において、反応している混合物は相対的低剪断から相対的高剪断へ放射状通路の上を通って第１流路を移動し、次いで相対的高剪断の領域から相対的低剪断の領域へ第２チャンバを通って下方へ移動し、最終的にポリウレタン泡沫は出口孔２３を経由して第２チャンバおよび混合機を離れる。混合機内、すなわち入口から出口までの両方の流路内の材料の滞留時間は、材料の性質、混合機の運転条件で変化し得るが、典型的に、滞留時間は数秒〜１分未満である。
【００３０】
イソシアネートプレポリマーの相は、実質的に有機溶媒を含まず、また、１つの分子当たり少なくとも２つのイソシアネート基を有する液体を指す。さらに、それらのイソシアネートプレポリマーは、プレポリマー中の有機溶媒の量がプレポリマー相の総重量に基づき１０重量パーセント以下であるイソシアネートプレポリマーを指す。有機溶媒を除去するステップを省くために、有機溶媒の量は、例えば、プレポリマー相の総重量に基づき５重量パーセント以下であってよく、または別法として、有機溶媒の量はプレポリマー相の総重量に基づき１重量パーセント以下であってよく、さらなる別法として、有機溶媒の量はプレポリマー相の総重量に基づき１重量パーセント以下であってよい。好ましい実施形態において、イソシアネートプレポリマー相はいかなる溶媒も含まない。
【００３１】
本発明に用いられるイソシアネートプレポリマーの数平均分子量は、例えば、無溶媒で、モノマー材料から数平均分子量（Ｍｎ）が１，０００〜２００，０００、典型的に１，０００〜５０，０００のプレポリマーの範囲内であってよい。
【００３２】
本発明に用いられるイソシアネートプレポリマーは、従来周知の任意のプロセス、例えば、溶液プロセス、ホットメルト・プロセス、またはプレポリマー混合プロセスによって製造することができる。さらに、イソシアネートプレポリマーは、例えば、ポリイソシアネート化合物を活性水素含有化合物と反応させるプロセスによって製造することができ、例としては、（ｉ）有機溶媒を使用せずにポリイソシアネート化合物をポリオール化合物と反応させるプロセス、（ｉｉ）ポリイソシアネート化合物を有機溶媒中でポリオール化合物と反応させ、続いて溶媒を除去するプロセス、を含むがこれらに限定されない。
【００３３】
ポリイソシアネート化合物の例は、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、３，３’−ジクロロ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、１，５−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、１，３−シクロヘキシレンジイソシアネート、１，４−シクロヘキシレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、水素化キシリレンジイソシアネート、リシンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、その異性体、および／またはこれらの２つ以上の混合物を含む。
【００３４】
本発明に用いられる活性水素含有プレポリマーは、相対的に高い分子量（「高分子量化合物」）を有する化合物、および相対的に低い分子量（「低分子量化合物」）を有する化合物を含むがこれらに限定されない。
【００３５】
高分子量化合物のＭｎは、例えば、３００〜５０，０００の範囲、または別法として５００〜５，０００の範囲内とすることができる。低分子量化合物の数平均分子量は、例えば、３００未満とすることができる。これらの活性水素含有化合物は単独で用いることができ、または２つ以上のそれらの種類を組み合わせて用いることができる。
【００３６】
これらの活性水素含有化合物の中で、高分子量化合物の例は、カプロラクトン系ポリエステルポリオール、シードオイル系ポリエステルポリオール、任意のポリエステル／ポリエーテル混成ポリオール、ＰＴＭＥＧ系ポリエステルポリオールを含む脂肪族および芳香族ポリエステルポリオール、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドに基づくポリエーテルポリオールおよびその混合物、ポリカーボネートポリオール、ポリアセタールポリオール、ポリアクリレートポリオール、ポリエステルアミドポリオール、ポリチオエーテルポリオール、飽和または不飽和ポリブタジエンポリオール、ポリチオエーテルポリオールなどのポリオレフィンポリオール、ポリブタジエンポリオール等などのポリオレフィンポリオールを含むがこれらに限定されない。また、活性水素含有化合物は、第一および第二アミン、または第一または第二アミンで終端されたプレポリマーを含み得る。
【００３７】
ポリエステルポリオールとして、例えば、グリコールと酸の重縮合反応によって得られたポリエステルポリオールを用いることができる。
【００３８】
ポリエステルポリオールを得るために用いることのできるグリコールの例は、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ、１，３−および１，４−シクロヘキサンジメタノール（ＵＮＯＸＯＬ（登録商標）−ジオール）の混合物、水素化ビスフェノールＡ、ハイドロキノン、およびそのアルキレンオキサイド付加物を含むがこれらに限定されない。また、これらの低分子量種はその類似のアミンとして混合機中に直接用いることができる。
【００３９】
ポリエステルポリオールを得るために用いることのできる酸の例は、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、無水マレイン酸、フマル酸、１，３−シクロペンタンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、１，４−ナフタレンジカルボン酸、２，５−ナフタレンジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、ナフタール酸、ビフェニルカルボン酸、１，２−ビス（フェノキシ）エタン−ｐ，ｐ’−ジカルボン酸、およびこれらのジカルボン酸の無水物またはエステル形成誘導体、およびｐ−ヒドロキシ安息香酸、ｐ−（２−ヒドロキシエトキシ）安息香酸、およびこれらのヒドロキシカルボン酸のエステル形成誘導体を含むがこれらに限定されない。
【００４０】
Ｃ−カプロラクトンなどの環状エステル化合物の開環重合反応によって得られるポリエステル、およびそのコポリエステルを用いることもできる。
【００４１】
ポリエステルポリオールの例は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ソルビトール、スクロース、トリカブト糖類、トリメリット酸、ヘミメリト酸、リン酸、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリイソプロパノールアミン、ピロガロール、ジヒドロキシ安息香酸、ヒドロキシフタル酸、１，２，３−プロパントリチオールなどの少なくとも２つの活性水素原子を有する１種以上の化合物と、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、エピクロロヒドリン、テトラヒドロフラン、およびシクロヘキシレンのうち１以上との重付加反応によって得られる化合物を含むがこれらに限定されない。
【００４２】
ポリカーボネートポリオールの例は、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、およびジエチレングリコールなどのグリコールとジフェニルカーボネートおよびホスゲンの反応によって得られる化合物を含むがこれらに限定されない。
【００４３】
活性水素含有化合物の中で、低分子量化合物は、１つの分子当たり少なくとも２つの活性水素を有し、３００未満の数平均分子量を有する化合物であり、その例は、ポリエステルポリオールの原材料として用いられるグリコール成分、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ソルビトール、およびペンタエリスリトールなどのポリヒドロキシ化合物、およびエチレンジアミン、１，６−ヘキサメチレンジアミン、ピペラジン、２，５−ジメチルピペラジン、イソフォロンジアミン、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジアミン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジシクロヘキシルメタンジアミン、１，４−シクロヘキサンジアミン、１，２−プロパンジアミン、ヒドラジン、ジエチレントリアミン、およびトリエチレンテトラアミンなどのアミン化合物を含むがこれらに限定されない。
【００４４】
本明細書に用いられる用語「界面活性剤」は、液体と気体の間の表面張力を低減する任意の化合物を指す。非イオン性界面活性剤は本発明の実施に有用であり、エトキシル化アルコール、エトキシル化脂肪酸、ソルビタン誘導体、ラノリン誘導体、エトキシル化ノニルフェノールまたはアルコキシル化ポリシロキサンなどのエチレンオキサイドとシリコン界面活性剤を含むブロックコポリマーを含むがこれらに限定されない。それらの界面活性剤は、それらを成長するポリマー中に組み込むことができるように、反応性水素官能性を含み得る。
【００４５】
ポリウレタンプレポリマーは、典型的に、当業者には周知の鎖延長基で延長された鎖である。
【００４６】
本発明の実施に用いられる触媒は、金属系触媒、例えば、スズ誘導体および第３アミンを含む。本発明の実施に用いられる不活性気体は、希ガス、窒素、二酸化炭素、および混合条件下で混合物の他の成分と反応しない他の任意の気体を含むがこれらに限定されない。気体の量および気体の添加速度は用途によって変動する。最大の気体容量は液体を連続相として維持する能力によって決定される。最小の気体容量は最終用途の要求によって決定される。液体は気体なしに加えられる、すなわち、第１流路中に入る前に気体を加えない。典型的に、気体および液体の流れが単純に合流する（例えば、交差パイプのＴ接合で混合される）場合、実施例１に示すように不均一な泡沫が形成される。
【実施例】
【００４７】
実施例１：流れの安定化
ポリウレタン泡沫はイソシアネートプレポリマーとポリエーテルポリオールの反応性混合によってＯａｋｅｓ混合機中で生成した。発泡気体として窒素を用い、ジェフアミンを処方に加えた。標準的な４”のＯａｋｅｓ混合機を改造して反応物の流れを段階的にした。イソシアネート、ポリオール、ジェフアミン、および気体の流量はそれぞれ１８０、４１０、９、０．２６ｇ／分であった。ポリオールとジェフアミンを混合し、軸に沿ってロータ・ステータ混合機に入れた。イソシアネートと気体流はＴ接合パイプ交差で結合させ次の入口でＯａｋｅｓ混合機中に供給した。この構成の運転中、混合機の上流の気体流計で過渡的な気体流が観察された。振動は期間と強さの両方を変化させた。いくつかの振動は６０秒間続けた。気体流の変化の大きさは８０％までであった。気体流を一定にするために、気体入口の場所は段階付き入口に動かした（ロータ歯の５列と６列の間）。この変化は気体流の振動をほとんど取り除いた。気体流はこの変化の後、＜５％の変化で非常に安定した。
【００４８】
実施例２：薬品の多段化
ポリウレタン泡沫は改造されたＯａｋｅｓ混合機中で、イソシアネートプレポリマーとポリエーテルポリオールの反応性混合によって生成した。発泡気体として窒素を使用し、ジェフアミンを処方に加えた。標準的な４”のＯａｋｅｓ混合機を改造して、反応物の流れが第１流路上の３つの追加の位置と第２流路上の２つの追加の位置で多段化されるようにした。改造された混合機のダイアグラムおよび図１Ａは本特許出願に含まれる。イソシアネート、ポリオール、ジェフアミン、および気体の流量はそれぞれ１８０、４１０、９、０．２５ｇ／分であった。最初に、反応物は流れ安定性を向上するために多段化した気体を除いて、標準的なＯａｋｅｓ混合機の標準的な入口孔を通して導入した。この構成で、標準偏差４１ミクロンで７６ミクロンの気泡サイズが得られた。
【００４９】
反応物流が段階化される第２構成（可変滞留時間で混合機中に分離して導入される）を開発した。流量および実験的条件は一定に保ち、ポリオールは一次入口の位置でロータ・ステータ混合機に入れた。Ｏａｋｅｓ混合機の第１流路上の３つの多段化入口はイソシアネート、ジェフアミン、および窒素を含んだ。触媒は第２流路の入口で装置に入れた。この構成は製品泡沫中の気泡サイズを標準偏差２２ミクロンで５１ミクロンに低減した。
【００５０】
好ましい実施形態の前述の説明を通して、本発明をいくつか詳細に説明したが、この詳細は主として説明のためである。当業者であれば、以下の請求項に記述される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変形および修正を加えることができる。
【図１Ａ】
2015517399.tif 000003
【図１Ｂ】
2015517399.tif 000004
【図１Ｃ】
2015517399.tif 000005
【図２】
2015517399.tif 000006
【国際調査報告】
2015517399.tif 000007
2015517399.tif 000008
2015517399.tif 000009
2015517399.tif 000010
2015517399.tif 000011