(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を定量する原料定量手段と、
不活性流体を定量する不活性流体定量手段と、
前記原料定量手段によって定量された原料および前記不活性流体定量手段によって定量された不活性流体を１０〜３０ＭＰａの混合圧で連続的に予備混合する予備混合手段と、
予備混合手段によって予備混合された原料および不活性流体の混合物中において、原料および不活性流体の混合物を５〜３０ＭＰａで加圧、および、３０〜１００℃で加熱し、原料に不活性流体を連続的に、実質的に完全溶解させるための溶解手段と、
原料を高圧で射出して、反応させながら金型に注入する混合注入手段とを備えることを特徴とする、反応射出成形装置。
【請求項２】
さらに、予圧可能な金型を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の反応射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応射出成形装置、より詳しくは、互いに反応する２成分を原料とし、高圧で射出して、反応させながら金型に注入する、たとえば、ポリウレタンフォームなどの反応射出成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、たとえば、イソシアネート成分およびポリオール成分を原料とし、高圧で射出して反応させながら金型に注入するＲＩＭ成形によって、ポリウレタンフォームなどの発泡成形体を成形することが広く行なわれている。
【０００３】
また、近年、オゾン層の破壊の原因とされるフロンや代替フロンの使用が全廃となることから、そのような発泡成形体の発泡剤として、これらフロンや代替フロンに代えて、二酸化炭素や窒素などの不活性ガスを用いることが種々提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現在までの検討では、二酸化炭素を原料中に溶解させるための時間が相当かかり、また、ＲＩＭ成形を行なっても、発泡成形体のセル径を、たとえば、１００μｍ以下にすることは容易ではなく、実用的にセル径が１００μｍ以下のマイクロセルラー発泡成形体を成形することができるＲＩＭ成形装置の開発が強く望まれている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、二酸化炭素や窒素などの不活性流体を用いて、セル径の小さなマイクロセルラー発泡成形体を簡易かつ短時間で成形することのできる、反応射出成形装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、反応射出成形装置であって、原料を定量する原料定量手段と、不活性流体を定量する不活性流体定量手段と、前記原料定量手段によって定量された原料および前記不活性流体定量手段によって定量された不活性流体を１０〜３０ＭＰａの混合圧で連続的に予備混合する予備混合手段と、予備混合手段によって予備混合された原料および不活性流体の混合物中において、原料および不活性流体の混合物を５〜３０ＭＰａで加圧、および、３０〜１００℃で加熱し、原料に不活性流体を連続的に、実質的に完全溶解させるための溶解手段と、原料を高圧で射出して、反応させながら金型に注入する混合注入手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
このような構成によると、原料が原料定量手段によって定量されるとともに、不活性流体が不活性流体定量手段によって定量され、それらが常に一定の割合で予備混合手段によって１０〜３０ＭＰａの混合圧で連続的に予備混合された後、溶解手段によって、原料に不活性流体が連続的に、実質的に完全溶解される。その後、混合注入手段によって、不活性流体が溶解された原料が高圧で射出され、反応されながら金型に注入されることにより、ＲＩＭ成形が行なわれる。
【０００８】
そのため、原料には、不活性流体が常に一定の割合で連続的に混合溶解、実質的に完全溶解され、その状態で反応射出成形されるので、セル径の小さなマイクロセルラー発泡成形体を簡易かつ短時間で成形することができる。
【００１０】
また、このような構成によると、一定の割合で予備混合された原料および不活性流体の混合物が、溶解手段によって、５〜３０ＭＰａで加圧、および、３０〜１００℃で加熱される。そのため、原料に不活性流体が、実質的に完全溶解され、セル径の小さなマイクロセルラー発泡成形体を良好に成形することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、さらに、予圧可能な金型を備えていることを特徴としている。
【００１２】
このような構成によると、不活性流体が溶解された原料が高圧で射出され、反応されながら金型に注入された後に、その金型の予圧によって、不活性流体の膨張速度が抑えられて、より細かいセルを形成して、よりセル径の小さなマイクロセルラー発泡成形体を成形することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の反応射出成形装置の一実施形態を示す、概略構成図である。
【００１４】
図１において、この反応射出成形装置１は、マイクロセルラーポリウレタンフォームを成形するためのＲＩＭ成形装置であって、イソシアネート成分を供給するためのイソシアネート供給ユニット２、ポリオール成分を供給するためのポリオール供給ユニット３、混合注入手段としての混合ヘッド４および金型５を備えている。
【００１５】
イソシアネート供給ユニット２およびポリオール供給ユニット３は、大略同一の装置構成とされており、原料タンク６および７、原料定量手段としての原料定量供給ポンプ８および９、不活性流体タンク１０および１１、不活性流体定量手段としての不活性流体定量供給ポンプ１２および１３、予備混合手段としての予備混合ユニット１４および１５、溶解手段としての高圧加熱ヒータ１６および１７を、それぞれ備えている。
【００１６】
各原料タンク６および７には、原料がそれぞれ貯蔵されており、より具体的には、原料タンク６には、原料として、ポリイソシアネート化合物などのイソシアネート成分が貯蔵されており、また、原料タンク７には、原料として、ポリオール化合物などのポリオール成分が貯蔵されている。
【００１７】
各原料定量供給ポンプ８および９は、各原料タンク６および７の下流側にそれぞれ接続されており、各原料、すなわち、イソシアネート成分およびポリオール成分を、それぞれ所定量および所定圧力で、各予備混合ユニット１４および１５に輸送するように構成されている。
【００１８】
また、各不活性流体タンク１０および１１には、二酸化炭素や窒素などの不活性流体がそれぞれ貯蔵されており、これら不活性流体タンク１０および１１の下流側にそれぞれ接続される各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３によって、各不活性流体タンク１０および１１内の不活性流体を、所定量および所定圧力で、各予備混合ユニット１４および１５に輸送するように構成されている。
【００１９】
そして、各予備混合ユニット１４および１５は、各原料定量供給ポンプ８および９、および、各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３の下流側において、これらとそれぞれ接続されており、各原料定量供給ポンプ８および９から供給される原料と、各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３から供給される不活性流体とを連続的に予備混合するように構成されている。より具体的には、各予備混合ユニット１４および１５においては、各原料定量供給ポンプ８および９から所定圧力で供給される原料と、各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３から所定の圧力で供給される不活性流体とを、それぞれ定量された所定の割合において、物理的に衝突させて連続的に予備混合するように構成されている。
【００２０】
また、各高圧加熱ヒータ１６および１７は、各予備混合ユニット１４および１５の下流側にそれぞれ接続されており、各混合ユニット１４および１５において予備混合された原料および不活性流体の混合物中において、原料に不活性流体を連続的に溶解させるように構成されている。より具体的には、各高圧加熱ヒータ１６および１７は、耐圧配管の周りにヒータが設けられており、原料および不活性流体の混合物を、耐圧配管中に通過させて、そのまま加圧（保圧）しながら必要によりヒータで加熱することにより、原料に不活性流体を連続的に溶解させるように構成されている。
【００２１】
また、混合ヘッド４は、各高圧加熱ヒータ１６および１７の下流側において、これら高圧加熱ヒータ１６および１７と接続されており、各高圧加熱ヒータ１６および１７において不活性流体が溶解された各原料を混合して、高圧で射出し、反応させながら金型５に注入するように構成されている。
【００２２】
また、金型５には、加圧手段として、たとえば、窒素ボンベなどの加圧ボンベ１８が接続されており、ＲＩＭ成形の前に、キャビティ内を予圧できるように構成されている。なお、この金型５には、図示しない加熱ヒータが設けられるとともに、発泡により発生するガスを外部に放出するための図示しないガス抜き用の調整弁が設けられている。
【００２３】
次に、このように構成された反応射出成形装置１を用いて、マイクロセルラーポリウレタンフォームを成形する方法について説明する。
【００２４】
まず、イソシアネート供給ユニット２における工程について説明する。イソシアネート供給ユニット２では、まず、原料タンク６に貯蔵されているイソシアネート成分を、原料定量供給ポンプ８によって、たとえば、１０〜３０ＭＰａの圧力で、予備混合ユニット１４に供給するとともに、それと同時に、不活性流体タンク１０に貯蔵されている不活性流体を、不活性流体定量供給ポンプ１２によって、たとえば、１０〜３０ＭＰａの圧力で、予備混合ユニット１４に供給する。これによって、イソシアネート成分および不活性流体が高圧で予備混合ユニット１４に供給されるので、これらが良好に衝突混合される。原料および不活性流体の供給量は、後述するポリオール成分に供給する不活性流体の供給量との合計において、原料全体に対して、０．０５〜２０重量％となるように調整し、また、予備混合ユニット１４における混合圧は、１０〜３０ＭＰａとなるように調整する。
【００２５】
このように供給されたイソシアネート成分および不活性流体を予備混合ユニット１４において連続的に予備混合した後、次いで、高圧加熱ヒータ１６において、イソシアネート成分および不活性流体の混合物を、５〜３０ＭＰａで加圧（保圧）、および、３０〜１００℃で加熱することにより、イソシアネート成分中に不活性流体を連続的に、実質的に完全溶解する。不活性流体をイソシアネート成分中に溶解するための条件は、イソシアネート成分中に不活性流体を、実質的に完全溶解させることができればよく、その目的および用途などによって適宜調整すればよいが、たとえば、１〜５００秒であることが好ましい。
【００２６】
次に、ポリオール供給ユニット３における工程について説明する。ポリオール供給ユニット３では、まず、原料タンク７に貯蔵されているポリオール成分を、原料定量供給ポンプ９によって、たとえば、１０〜３０ＭＰａの圧力で、予備混合ユニット１５に供給するとともに、それと同時に、不活性流体タンク１１に貯蔵されている不活性流体を、不活性流体定量供給ポンプ１３によって、たとえば、１０〜３０ＭＰａの圧力で、予備混合ユニット１５に供給する。これによって、ポリオール成分および不活性流体が高圧で予備混合ユニット１５に供給されるので、これらが良好に衝突混合される。不活性流体の供給量は、前述したイソシアネート成分に供給する不活性流体の供給量との合計において、原料全体に対して、０．０５〜２０重量％となるように調整し、また、予備混合ユニット１５における混合圧は、１０〜３０ＭＰａとなるように調整する。
【００２７】
このように供給されたポリオール成分および不活性流体を予備混合ユニット１５において連続的に予備混合した後、次いで、高圧加熱ヒータ１７において、ポリオール成分および不活性流体の混合物を、５〜３０ＭＰａで加圧（保圧）、および、３０〜１００℃で加熱することにより、ポリオール成分中に不活性流体を連続的に、実質的に完全溶解する。不活性流体をポリオール成分中に溶解するための条件は、ポリオール成分中に不活性流体を、実質的に完全溶解させることができればよく、その目的および用途などによって適宜調整すればよいが、たとえば、１〜５００秒であることが好ましい。
【００２８】
そして、高圧加熱ヒータ１６において不活性流体が溶解されたイソシアネート成分、および、高圧加熱ヒータ１７において不活性流体が溶解されたポリオール成分を、混合ヘッド４において混合して、高圧で射出し、反応させながら金型５に注入する。なお、混合ヘッド４における反応混合圧力は、１０〜２５０ＭＰａであることが好ましい。また、イソシアネート成分とポリオール成分との反応当量比（イソシアネート活性基：ポリオール活性基）は、条件によって適宜選択すればよい。
【００２９】
また、金型５は、加圧ボンベ１８によって、好ましくは、１〜１５ＭＰａで予圧し、さらに、２０〜１５０℃で恒温しておくことが好ましい。予圧しておくことにより、不活性流体の膨張速度を抑えて、微細なセルを形成することができる。
【００３０】
そして、反応終了後、金型５を常温まで減圧し、型開きすることによって、マイクロセルラーポリウレタンフォームを得ることができる。このようにして得られるマイクロセルラーポリウレタンフォームは、１００μｍ以下、好ましくは、３０μｍの微細なセル径を有するものであって、各種の分野において、有効に用いることができる。
【００３１】
このように、この実施形態のポリウレタンフォームの反応射出成形装置１では、イソシアネート供給ユニット２において、イソシアネート成分が原料定量供給ポンプ８によって定量供給されるとともに、不活性流体が不活性流体定量供給ポンプ１２によって定量供給され、それらイソシアネート成分および不活性流体が常に一定の割合で予備混合ユニット１４によって連続的に予備混合された後、高圧加熱ヒータ１６によって、イソシアネート成分に不活性流体が連続的に溶解される。また、ポリオール供給ユニット３において、ポリオール成分が原料定量供給ポンプ９によって定量供給されるとともに、不活性流体が不活性流体定量供給ポンプ１３によって定量供給され、それらポリオール成分および不活性流体が常に一定の割合で予備混合ユニット１５によって連続的に予備混合された後、高圧加熱ヒータ１７によって、ポリオール成分に不活性流体が連続的に溶解される。そして、混合ヘッド４によって、不活性流体が溶解されたイソシアネート成分およびポリオール成分が、高圧で射出され、反応されながら金型に注入されることにより、ＲＩＭ成形が行なわれる。
【００３２】
そのため、イソシアネート成分およびポリオール成分には、不活性流体が常に一定の割合で連続的に混合溶解され、その状態で反応射出成形されるので、セル径の小さなマイクロセルラーポリウレタンフォームを簡易かつ短時間で成形することができる。
【００３３】
また、各高圧加熱ヒータ１６および１７においては、一定の割合で予備混合された各イソシアネート成分またはポリオール成分と不活性流体との混合物が、加圧および／または加熱されるので、各イソシアネート成分またはポリオール成分に不活性流体が十分に溶解され、これによって、セル径の小さなマイクロセルラーポリウレタンフォームを良好に成形することができる。
【００３５】
さらに、この実施形態のポリウレタンフォームの反応射出成形装置１では、金型５が予圧されているので、キャビティ内における不活性流体の膨張速度が抑えられて、より細かいセルを形成して、よりセル径の小さなマイクロセルラーポリウレタンフォームを成形することができる。
【００３６】
なお、この実施形態のポリウレタンフォームの反応射出成形装置１において、用いられる不活性流体は、常温常圧において不活性ガスである二酸化炭素や窒素であり、その条件により、ガス状態であっても、液状であってもよく、また、不活性流体定量供給ポンプ１２および１３により定量供給され、予備混合ユニット１４および１５によって連続的に予備混合された後には、高温高圧状態あるいは超臨臨界状態となるように条件設定されていることが好ましい。
【００３７】
また、この実施形態のポリウレタンフォームの反応射出成形装置１においては、イソシアネート供給ユニット２およびポリオール供給ユニット３を、大略同一の装置構成として、その両方に、原料定量供給ポンプ８および９、不活性流体定量供給ポンプ１２および１３、予備混合ユニット１４および１５、高圧加熱ヒータ１６および１７を設けたが、その目的および用途によっては、イソシアネート供給ユニット２およびポリオール供給ユニット３のいずれか片方のみに、これら原料定量供給ポンプ８および９、不活性流体定量供給ポンプ１２および１３、予備混合ユニット１４および１５、高圧加熱ヒータ１６および１７を設けるように構成してもよい。
【００３８】
また、このようなポリウレタンフォームの反応射出成形装置１は、硬質、半硬質および軟質の、いずれのポリウレタンフォームについても適用することができる。
【００３９】
さらに、上記の説明では、本発明の反応射出成形装置を、マイクロセルラーポリウレタンフォームの製造に適用した例を示したが、本発明の反応射出成形装置は、これに限らず、２成分を反応させて得ることができる発泡成形体であれば、広く適用することができ、たとえば、ポリアミド樹脂発泡成形体、ジシクロペンタジエン樹脂発泡成形体、不飽和ポリエステル樹脂発泡成形体、アクリラメイト樹脂発泡成形体、エポキシ樹脂発泡成形体などにも適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上に述べたように、請求項１に記載の発明によれば、原料には、不活性流体が常に一定の割合で連続的に混合溶解、実質的に完全溶解され、その状態で反応射出成形されるので、セル径の小さなマイクロセルラー発泡成形体を簡易かつ短時間で成形することができる。
【００４１】
また、請求項１に記載の発明によれば、原料に不活性流体を、実質的に完全溶解することができ、セル径の小さなマイクロセルラー発泡成形体を良好に成形することができる。
【００４２】
請求項２に記載の発明によれば、金型の予圧によって、より細かいセルを形成して、よりセル径の小さなマイクロセルラー発泡成形体を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反応射出成形装置の一実施形態を示す、概略構成図である。
【符号の説明】
１    反応射出成形装置
２    イソシアネート供給ユニット
３    ポリオール供給ユニット
４    混合ヘッド
５    金型
６、７  原料タンク
８、９  原料定量供給ポンプ
１０、１１  不活性流体タンク
１２、１３  不活性流体定量供給ポンプ
１４、１５  予備混合ユニット
１６、１７  高圧加熱ヒータ
【図１】
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