特許 6960557 反応プラスチックの製造装置及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6960557

(24)【登録日】2021年10月13日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】反応プラスチックの製造装置及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08G 18/42 20060101AFI20211025BHJP

   B01F 15/02 20060101ALI20211025BHJP

   B01F 5/10 20060101ALI20211025BHJP

   B01F 3/10 20060101ALI20211025BHJP

   B01F 15/04 20060101ALI20211025BHJP

   B01F 3/12 20060101ALI20211025BHJP

   B29B 7/88 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   C08G18/42 044

   B01F15/02 A

   B01F5/10

   B01F3/10

   B01F15/04 C

   B01F3/12

   B29B7/88

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2021-510713(P2021-510713)

(86)(22)【出願日】2018年10月31日

(65)【公表番号】特表2021-529247(P2021-529247A)

(43)【公表日】2021年10月28日

(86)【国際出願番号】EP2018079807

(87)【国際公開番号】WO2020048624

(87)【国際公開日】20200312

【審査請求日】2021年3月15日

(31)【優先権主張番号】102018121890.7

(32)【優先日】2018年9月7日

(33)【優先権主張国】DE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】513035760

【氏名又は名称】クラウスマッファイ テクノロジーズ ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＫｒａｕｓｓＭａｆｆｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】特許業務法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ブルンナー ローベルト

(72)【発明者】

【氏名】ノヴァーク トーマス

【審査官】 関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】 西独国特許出願公開第０２９１４６８４（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０３７６５６０５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００４−００１５７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｂ ７／００−７／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれが第１の混合成分を受け入れて定量的に注出するように設計された第１の定量ユニット（１２０）と第２の定量ユニット（１３０）とを備えた第１の定量装置（１１０）と、
第２の混合成分を受け入れて定量的に注出するように設計された第２の定量装置（１４０）と、
前記第１の定量装置（１１０）の前記第１の定量ユニット（１２０）および／または前記第２の定量ユニット（１３０）によって注出された前記第１の混合成分と、前記第２の定量装置（１４０）によって注出された前記第２の混合成分とを受け入れて混合するように設計された混合装置（１５０）と、
を具備し、
前記混合工程を開始する前に、前記第１の定量ユニット（１２０）から前記第２の定量ユニット（１３０）に前記混合装置（１５０）を介して前記第１の混合成分を導入することで前記第１の混合成分を前記混合工程に必要な圧力、前記混合工程に必要な温度、および／または前記混合工程に必要な粘度とすることができるように、前記第１の定量ユニット（１２０）および前記第２の定量ユニット（１３０）が前記混合装置（１５０）に接続されていることを特徴とする、
反応プラスチックを製造するための装置（１００）。

【請求項2】

さらに、
貯蔵容器（１６５）を有し、前記第１の定量ユニット（１２０）および／または前記第２の定量ユニット（１３０）に前記第１の混合成分を選択的に供給するのに適した、注出装置（１６０）を備え、
前記第１の混合成分は、前記第１の定量ユニット（１２０）および／または前記第２の定量ユニット（１３０）に供給された後、前記注出装置（１６０）に再び導入されることなく、前記混合装置（１５０）において前記第２の混合成分と混合される、
請求項１に記載の装置（１００）。

【請求項3】

前記混合装置（１５０）は制御手段（１５５）を有し、当該制御手段は、第１の混合成分と第２の混合成分との混合を阻止し、前記第１の定量ユニット（１２０）から前記混合装置（１５０）を介した前記第２の定量ユニット（１３０）までのラインにおいて当該制御手段に前記第１の混合成分を導入するように設計されており、
前記制御手段（１５５）は、第１の混合成分と第２の混合成分との混合を可能にし、前記第１の定量ユニット（１２０）から前記混合装置（１５０）を介して前記第２の定量ユニット（１３０）に至る前記混合装置（１５０）内のラインを当該制御手段で遮断するように設計されている、
請求項１または２に記載の装置（１００）。

【請求項4】

前記制御手段（１５５）は、循環溝を有する制御ピストンを有し、
前記制御ピストンは第１の位置において、前記第１の混合成分および前記第２の混合成分の混合室への進入を可能にし、
前記制御ピストンが第２の位置にある場合に、前記第１の混合成分を、前記循環溝を介して前記第１の定量ユニット（１２０）から前記第２の定量ユニット（１３０）へ導入可能である、
請求項３に記載の装置（１００）。

【請求項5】

前記第１の定量ユニット（１２０）は第１の容器を有し
前記第２の定量ユニット（１３０）は第２の容器を有し、
前記第１の混合成分が前記混合工程に必要な圧力、前記混合工程に必要な温度、および／または前記混合工程に必要な粘度に到達するように、前記混合を開始する前に、前記第１の混合成分を前記第１の容器から前記第２の容器に押し込み可能である、
先行する請求項のいずれか一項に記載の装置（１００）。

【請求項6】

前記第１の定量装置（１１０）は、前記混合の開始後、前記第１の定量ユニット（１２０）および前記第２の定量ユニット（１３０）を介して交互にまたは両方から、前記第１の混合成分を前記混合装置に注出するのに適している、
先行する請求項のいずれか一項に記載の装置（１００）。

【請求項7】

前記第１の定量ユニット（１２０）および前記第２の定量ユニット（１３０）はそれぞれ、スピンドルとナットとで駆動される定量ピストンと、サーボモータとを有する、
先行する請求項のいずれか一項に記載の装置（１００）。

【請求項8】

前記混合装置（１５０）は、前記第１の混合成分を前記混合装置（１５０）に供給するための供給ライン（１５７）と、前記第１の混合成分を前記混合装置（１５０）から排出するための排出口（１５９）とを有し、
前記第１の定量ユニット（１２０）は、第１のバルブ（１２２）を介して前記供給ライン（１５７）に接続され、第２のバルブ（１２４）を介して前記排出口（１５９）に接続されており、
前記第２の定量ユニット（１３０）は、第３のバルブ（１３２）を介して前記供給ライン（１５７）に接続され、第４のバルブ（１３４）を介して前記排出口（１５９）に接続されており、
前記各バルブ（１２２、１２４、１３２、１３４）は、互いに独立して開閉可能である、
先行する請求項のいずれか一項に記載の装置（１００）。

【請求項9】

前記第１の定量ユニット（１２０）および／または前記第２の定量ユニット（１３０）で受け入れ可能な前記第１の混合成分の体積は、前記第１の定量ユニット（１２０）からおよび／または前記第２の定量ユニット（１３０）から前記混合装置（１５０）につながるラインを介して受け入れ可能な前記第１の混合成分の体積よりも大きい、
先行する請求項のいずれか一項に記載の装置（１００）。

【請求項10】

前記第１の定量装置（１１０）と前記混合装置（１５０）とが配置されたロボットアームをさらに具備する、
先行する請求項のいずれか一項に記載の装置（１００）。

【請求項11】

前記第１の混合成分を、前記混合工程に必要な圧力、前記混合工程に必要な温度、および／または前記混合工程に必要な粘度とするために、前記第１の混合成分を前記第１の定量ユニット（１２０）から前記混合装置（１５０）を介して前記第２の定量ユニット（１３０）に導入することと、その後、
前記第１の混合成分と前記第２の混合成分とを前記混合装置（１５０）によって混合することと、
を特徴とする、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置を用いて反応プラスチックを製造する方法。

【請求項12】

前記第１の混合成分は、固体、膨張黒鉛、マイクロガラスビーズ、またはエアロゲルと混合されたポリオール、ポリエステルポリオールまたはポリエーテルポリオールを有し、
前記第２の混合成分は、イソシアネートを有する、
請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、反応プラスチックを混合して製造するための装置および方法に関し、特に、イソシアネートとポリオールを、例えば膨張黒鉛のような難燃剤と混合してポリウレタンフォームを製造するための装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

反応プラスチック（またはそれぞれ反応性プラスチック）の製造では、通常、プラスチックの個々の成分、すなわち反応性成分は、処理機械の回路内で、攪拌機を備えた貯蔵容器から定量ポンプまたは定量ピストンを介して混合ヘッドに移動し、そこから貯蔵容器に戻ってくる。これは例えば、沈降を防ぐため、システム内の温度を可能な限り一定に保つため、または混合ヘッドのノズルに安定した圧力レベルを設定するためである。
この背景のもと、ドイツ特許出願公開第４００３２９４号公報は、ポリウレタン発泡システムのための混合ヘッド、特に平行ノズルヘッドの、回路ブロックを記載している。ドイツ特許出願公開第１０２０１６１１４８９８号公報は、粘性材料を発泡させるための装置に関するものであり、第１の搬送ラインを介して第１の搬送圧力で第１の搬送装置を用いて粘性材料が搬送され、第２の搬送ラインを介して第２の搬送圧力の気体が搬送される。第２の搬送ラインは第１の搬送ラインへの開口部位で開口し、開口部位の下流には、粘性材料とガスとの混合物の圧力を緩和する流出装置が設けられ、開口部位にはガス注入弁が配置され、ガス注入弁が粘性材料にガス気泡を注入できるようになっている。
貯蔵容器と混合ヘッドとの間に上記のような回路を介さずに、ドイツ特許出願公開第２９１４６８４号公報には、２つの反応性粘性媒体を連続的に混合及び定量する方法が既に記載されているが、上記のような回路は具備していない。米国特許第３７６５６０５号公報はまた、ポリウレタンフォームの成分のような互いに反応する２つの流体を、流体を別々にポンプで送液して最後でのみ混合する装置によって一緒に混合して基板上に排出する、対応する装置を記載している。ポンプを対向関係に再編成し、複動式流体モータなどの定圧モータで駆動することで、補正効果が生まれ、ストローク動作が反転したときの圧力変動を効果的に低減することができる。

【0003】

ここでの欠点は、例えば難燃剤（特に膨張黒鉛）、マイクロガラスビーズ、エアロゲルのような反応システムの特性変更のために添加される固形物が、容器攪拌機、ポンプ、および／または混合ヘッドのノズルにおける連続的な回路動作において段々と損傷を受けることである。これにより、製品の均一な品質をもはや保証できない。特に、断片化による固体材料の損傷により、そこに貯蔵されていた化学物質が放出され、反応システムに悪影響を及ぼす可能性がある。また、回路動作により、システム内での固形物の滞留時間が長くなりすぎて、実際の混合前に固形物の化学反応を引き起こす可能性がある。

【発明の概要】

【0004】

上述した課題を解決することが本発明の目的である。特に、混合成分に固形分を添加することにより、均一に高品質のプラスチックを製造することが可能な反応プラスチックの製造装置及び製造方法を示す。

【0005】

この問題は、独立請求項の主題によって解決される。有利なさらなる発展形は、従属請求項に示されている。

【0006】

反応性プラスチックを混合するための装置は、それぞれが第１の混合成分を受け入れて定量で注出(分注)するのに適した第１の定量ユニットと第２の定量ユニットとを備えた第１の定量装置を有する。さらに、当該装置は、第２の混合成分を受け入れて定量で注出するのに適した第２の定量装置と、第１の定量装置の第１の定量ユニットおよび／または第２の定量ユニットによって注出された第１の混合成分と第２の定量装置によって注出された第２の混合成分とを受け入れて混合するのに適した混合装置とを有する。このために、第１の定量ユニットおよび第２の定量ユニットは混合装置に接続されており、混合工程を開始する前に、第１の定量ユニットから混合装置を介して第２の定量ユニットに第１の混合成分を導入することによって、第１の混合成分を混合工程に必要な作動状態（圧力、温度、粘度、または類似のもの）、特に作動圧力とすることが可能である。

【0007】

通常使用される回路動作では、混合工程の開始前に、第１の混合成分が所望の作動状態に達するまで、固体と混合された第１の混合成分を貯蔵容器から定量装置を介して混合装置へと、そして貯蔵容器に戻るように循環させる。これに対して、上記の装置では、回路動作は省かれる。

【0008】

代わりに、所望の作動状態に達するまで第１の混合成分を導入する２つの定量ユニットが設けられている。特に、反応プラスチックの製造に必要な、例えば１００〜２００バールの範囲の圧力を、一方の定量ユニットから他方の定量ユニットに向けて第１の混合成分を比較的短い時間、例えば数秒間（すなわち、例えば０．５秒間、１．５秒間または２秒間）押し込むことによって発生させてもよい。この場合、混合装置（例えば、それ自体公知の混合ノズル）を介在させる。例えば、処理圧力は、反応性成分混合物が混合装置の混合ヘッド内のノズルを通って移動する際に発生する。意図された流量に到達する時点で圧力は発生し得るが、これは、混合装置に向かう混合成分の加速度に依存して、約１秒持続する。所望の作動状態に達すると、混合装置を介した導入を行うことから所望の作動状態が混合装置内でも優勢となり、混合を開始することができ、例えば混合圧力が低すぎるといった欠陥のある作動状態が原因で無駄が発生することはない。

【0009】

１つの定量ユニットで受け入れた量の第１の混合成分は、通常、混合装置を一度通過するだけではその品質が損なわれることはない。したがって、混合開始後、受け入れ側の定量ユニット内に既に存在する量の第１の混合成分と混合するために混合装置に引き渡すことができる。

【0010】

したがって、回路動作における材料の戻りを完全に排除することができる。これにより、一方では装置の構造が簡略化され、それにもかかわらず、圧力、温度、粘度のような第１の混合成分の作動状態を正確に設定することが可能となる。他方、適用可能な場合には、第１の混合成分に含まれる固形物は、混合によって生成されるプラスチックの品質が低下する混合装置を一度通過しただけでは損傷を受けない。一度通過した量の第１の混合成分を定量ユニットで回収することにより、第１の混合成分の無駄が発生しないことに加え、むしろ、確実に、可能な限り完全に第１の混合成分が処理される。

【0011】

さらに、当該装置は貯蔵容器を有する注出装置を有してもよい。注出装置は、第１の定量ユニットおよび／または第２の定量ユニットに対する第１の混合成分の選択的な供給に適している。ここで、第１の混合成分は、第１の定量ユニットおよび／または第２の定量ユニットに供給された後、注出装置に再び導入されることなく、混合装置内で第２の混合成分と混合されてもよい。これにより、簡単な方法で、第１の混合成分を有する２つの定量ユニットを得ることができる。貯蔵容器に帰還させる必要がないため、第１の混合成分に添加される材料が保存され、装置の構造が簡素化される。

【0012】

さらに、混合装置は制御手段を有してもよく、当該制御手段は、第１の混合成分と第２の混合成分との混合を阻止し、第１の定量ユニットから混合装置を介した第２の定量ユニットまでのラインにおいて当該制御手段に第１の混合成分を導入するのに適している。さらに、制御手段は、第１の混合成分と第２の混合成分との混合を可能にし、第１の定量ユニットから混合装置を介した第２の定量ユニットに至る混合装置内のラインを当該制御手段で遮断するのに適していてもよい。

【0013】

これにより、簡単な方法で、第１の混合成分と第２の混合成分の混合を制御することができる。確実に、特に混合中に、第１の混合成分がすべて混合工程に供給され、一方の定量ユニットから他方の定量ユニットに移動しない。これにより、混合工程に使用される第１の混合成分と第２の混合成分の量の比率を正確に設定することができる。

【0014】

制御手段は、循環溝を有する制御ピストンを有してもよい。この制御ピストンは、第１の位置において第１の混合成分および第２の混合成分の混合室への進入を可能にし、第２の位置においては循環溝を介して第１の混合成分を第１の定量ユニットから第２の定量ユニットに導入する。これにより、制御ピストンが閉じた状態では、定量ユニット間での第１の混合成分の簡単かつ確実な移送が担保される。制御ピストンを開放することでラインは遮断され、第１の混合成分が混合室（例えば混合ノズル）に入ることが可能になる。これは、制御ピストンが開く前に設定されていた作動パラメータで正確に行われる。制御ピストンの開放に伴い、第２の混合成分の混合室への進入も可能になる。

【0015】

第１の定量ユニットは第１の容器を有し、第２の定量ユニットは第２の容器を有してもよく、第１の混合成分が作動状態に到達するように、混合を開始する前に、第１の混合成分を第１の容器から第２の容器に押し込んでもよい。中間貯蔵用に設けられた容器を定量ユニットに備えることにより、第１の混合成分の柔軟かつ正確な定量が可能となる。

【0016】

例えば、混合方法の開始時に、第１の容器が完全に満量充填されていてもよく、その一方で、第２の容器は部分的にのみ、例えば半量だけ充填されている。混合の開始前に、第１の混合成分は、正確に定量された状態で、混合装置を介して第１の容器から第２の容器に送られる。第２の容器内で第１の混合成分が利用可能な容積は、ここでは、例えば圧力または温度などの作動状態を設定するために一定の状態を維持してもよいし、または変化させてもよい。所望の作動状態に達した後、混合が可能になり、例えば、第１の混合成分の一定の質量流量が第１の容器から混合装置に搬送される。第１の容器が空になるにつれて、第１の混合成分と第２の混合成分との量比または体積比を変えることなく、第２の容器からも搬送が開始されるか、または、第１の容器が完全に空になった後に、第１の混合成分と第２の混合成分との量比または体積比を変えることなく、第２の容器から排他的に搬送が開始される。

【0017】

これにより、混合装置を一度通過した量の第１の混合成分を、確実に、混合物に更なる損傷を与えることなく搬送することができる。

【0018】

第１の定量装置は、混合の開始後、第１の定量ユニットと第２の定量ユニットとを介して交互にまたは両方から(オンザフライで)、第１の混合成分を混合装置に対して注出するのに適していてもよい。第１の混合成分の搬送が１つの定量ユニットから行われる一方、他方の定量ユニット自体が第１の混合成分で満たされる。これにより、混合工程を中断することなく、また、反応プラスチックの量に対応する量の第１の混合成分を１つの定量ユニットに保持することなく、より多くの量の反応プラスチックを製造することが可能となる。

【0019】

よって、定量ユニットを空間的にコンパクトに構成してもよく、これにより、一方では、定量ユニットの柔軟な位置決めが可能となり、他方では、１つの定量ユニットに長時間にわたってより多くの量の第１の混合成分が残留して混合成分の品質が損なわれることを防止する。

【0020】

第１の混合成分は、固体（特に膨張黒鉛、マイクロガラスビーズまたはエアロゲル）と混合されたポリオール(特にポリエステルポリオールまたはポリエーテルポリオール）を有してもよく、第２の混合成分は、イソシアネートを有してもよい。対応する装備を用いれば、装置は、固体の添加により特定の特性を有するポリウレタンを製造するのに適している。例えば、膨張黒鉛の添加により、非常に難燃性が高く、最高の防火規則を満たすポリウレタンフォームの製造が可能となる。このようなポリウレタンフォームは、例えば防音部品として使用してもよい。固形物に加えて、混合成分には、様々な添加剤をさらに追加してもよい。例えば、膨張黒鉛と混合されるポリオールに、さらに粉砕性難燃剤を添加してもよい。ポリオールとイソシアネートに加えて、反応性プラスチックの製造に適した他の反応性成分も使用してもよいことは自明である。

【0021】

ポリオールと膨張黒鉛との混合物を第１の混合成分として使用する場合、上述の装置の使用は特に有利である。ポリオールは塩基に関係し、一方、膨張黒鉛は酸を構成するので、ポリウレタンの所望の特性を保証可能とするためには、第１の混合成分を短時間で、例えば１〜２時間以内に処理しなければならない。ここで、従来の方法で循環の際に使用される一日用容器(day container)での保管は不可能である。また、循環工程で膨張黒鉛が摩耗するため、製造するポリウレタンの所望の特性を保証することが急速にできなくなる。したがって、厳密には、第１の混合成分としてのポリオールおよび膨張黒鉛を用いるには、上述したような装置の使用を必要とする。

【0022】

第１の定量ユニットおよび第２の定量ユニットは、それぞれ、スピンドルとナットとで駆動される定量ピストンと、サーボモータとを有してもよい。これにより、第１の混合成分を正確に定量して定量ユニットから排出することが可能となる。特に、このようにすることで、発生する力に対して、優れた実用性と制御性を実現することができる。代替的に、定量ユニットはまた、これに適した他の電子駆動装置、または混合成分の注出のための他の油圧駆動装置または空気圧駆動装置を備えてもよい。

【0023】

混合装置は、第１の混合成分を混合装置に供給するための供給ラインと、第１の混合成分を混合装置から排出するための排出口とを有してもよい。ここで、第１の定量ユニットは、第１のバルブを介して供給ラインに接続され、第２のバルブを介して排出口に接続されてもよく、第２の定量ユニットは、第３のバルブを介して供給ラインに接続され、第４のバルブを介して排出口に接続されてもよい。各バルブは、互いに独立して開閉可能である。これにより、第１の混合成分を、必要に応じて、２つの定量ユニットと混合装置の間で移動させることが可能である。これにより、装置の柔軟な動作が保証される。

【0024】

第１の定量ユニットおよび／または第２の定量ユニットで受け入れ可能な第１の混合成分の体積は、第１の定量ユニットからおよび／または第２の定量ユニットから混合装置につながるラインを介して受け入れ可能な第１の混合成分の体積よりも大きくてもよい。

【0025】

これにより、まだ混合に供給されていない第１の混合成分の量は、介在するラインの容積ではなく定量ユニットの寸法によって実質的に決定されることが確実である。これにより、定量ユニットを正しく設計したにもかかわらず第１の混合成分がライン内に過度に長く貯留されたために、製造されるプラスチックの品質が低下することが防止される。特に、定量ユニットと混合装置とは、互いに近接配置してもよく、例えば、相互に直接フランジ付けしたり、短いラインを介して相互に接続したりしてもよい。

【0026】

この装置は、さらに、第１の定量装置と混合装置とが配置されたロボットアームを有してもよい。これにより、自動化した方法で反応プラスチックを製造することが可能である。さらに、ロボットアーム上に第１の定量装置および混合装置を配置することで、確実に、両要素間に短いライン経路のみが設けられることになる。これは、特に、例えば回転テーブル上で、反応プラスチックを用いて柔軟により小型の成形体を製造する場合に有利である。上述したように、これは、製造するプラスチックの品質管理に寄与する。代替的に、上記装置は、ロボットアームを使用することなく、二重ベルト等の上で使用されてもよい。

【0027】

上述したような装置を用いて反応プラスチックを製造するための方法は、第１の混合成分を混合工程に必要な作動状態、特に作動圧力とするために、第１の混合成分を、第１の定量ユニットから混合装置を介して第２の定量ユニットに導入するステップと、その後、第１の混合成分と第２の混合成分とを混合装置によって混合するステップとを備えてもよい。

【0028】

上記の説明では、第１の定量装置に焦点を当てた。第２の定量装置は、従来の循環回路を有するそれ自体公知の定量装置であってもよい。なお、代替的に、第２の定量装置を第１の定量装置と同様に構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0029】

以下、図面を参照して、本発明のさらなる有利な実施形態を記載する。以下に記載する実施形態は、本発明の主題を限定しないことは自明である。発明の主題は、特許請求の範囲の主題を介してのみ決定される。
図１に、反応プラスチックを製造するための装置の概略説明図、
図２に、反応プラスチックを製造するための装置のさらなる概略図、
図３に、反応プラスチックの製造方法の概略フローチャート
が示されている。

【0030】

図１では、混合成分またはそれぞれの反応性成分の混合による反応プラスチックまたはそれぞれの反応性プラスチックの製造のための装置１００が模式的に図示されている。ここでいう「反応プラスチック」とは、少なくとも２つの混合成分の化学反応を伴うプラスチックの製造におけるプラスチックを意味する。装置１００は、例えばポリオール（例えばポリエステルポリオールまたはポリエーテルポリオール）、およびイソシアネートなどの反応性成分の例えばポリウレタン（発泡体）などの、反応性プラスチックの製造に使用してもよい。

【0031】

装置１００は、図１に図示されているように、少なくとも２つの定量装置１１０，１４０を有し、そこからラインシステムを介して、それぞれの混合成分が定量されて混合装置１５０に注出される。以下、２つの定量装置１１０，１４０と、それに応じて２つの混合成分を用いて装置を説明するが、２つ以上の定量装置または対応する各混合成分を使用してもよいことは自明である。

【0032】

第１の定量装置１１０は、少なくとも第１の定量ユニット１２０と第２の定量ユニット１３０とを有する。定量ユニット１２０および１３０のいずれも、それぞれ、第１の混合成分を受け入れ、これに適したラインシステムを介して、混合装置１５０に対して第１の混合成分を注出するのに適している。または、それぞれ、第１の混合成分を後者に供給するのに適している。第１の定量ユニットおよび第２の定量ユニットは、本明細書においてこれらを明確に指定するためだけに第１の定量ユニットおよび第２の定量ユニットと称される。なお、第１の定量ユニット１２０と第２の定量ユニット１３０は、完全に交換可能に構成してもよく、特に、２つの定量ユニット１２０および１３０は、構造的に同一でもよい。さらに、さらなる定量要素、例えば構造的に同一の、または類似の方法で機能する要素を、第１の定量装置１１０に具備させてもよい。

【0033】

第２の定量装置１４０は、第２の混合成分を受け入れ、定量して混合装置１５０に注出するのに適している。このために、第２の定量装置１４０は、先行技術から公知のように構成されてもよく、例えば、高圧定量ポンプとして構成してもよい。なお、第２の定量装置１４０は、基本的には、第１の定量装置１１０と同様の構造を有してもよい。これにより、第１の定量装置１１０の構造について後で記載する利点は、第２の定量ラインにも適用可能である。

【0034】

以下では、特定の予め定められた作動状態（圧力、温度、粘度または類似のもの）にて反応プラスチックの混合成分を混合装置１５０に供給することができるように、第２の定量装置１４０がどのように構成されなければならないかについては、先行技術から、または第１の定量装置１１０の実施形態の説明に基づいて、当該技術の専門家に公知であることが前提とされる。

【0035】

混合装置１５０の基本的な構成は、同様に先行技術から公知である。混合工程のために、例えば、混合成分が高圧（例えば１００バール、１５０バールまたは２００バール）で噴射される混合ノズルとして混合装置１５０を構成してもよい。典型的には、先行技術から公知のように、関係する混合成分が（従来の）定量装置から混合ノズルに向けて、そして、各混合成分の貯蔵容器または各準備容器を介して定量装置に戻るまでの循環中に、混合成分の必要な作動パラメータまたは作動状態に達することができる。作動パラメータに達するとすぐにノズルが開かれ、混合成分の混合が行われる。

【0036】

しかし、特定の材料特性の生成に必要な固形分が混合成分のいずれかに添加された場合、これらの固形分は循環の過程で劣化するため、品質の損失リスクなしに上記方法を使用することができなくなる。さらに、循環に際しては、必然的に、混合成分の貯蔵期間が長くなり、また、帰還に必要なラインのために、ラインの引き回しが複雑になるという問題がある。

【0037】

特に、例えばイソシアネートを、膨張黒鉛を含むポリオールと混合する難燃性ポリウレタンフォームの製造では、ポリオールを迅速に、すなわち１〜２時間以内に処理に投入する必要がある。さもなければ、酸性の膨張黒鉛と塩基性ポリオールとの化学反応が早すぎて膨張黒鉛の難燃性特性が失われ、すなわち、製造されたポリウレタンフォームの品質が低下する危険性がある。また、循環工程での膨張黒鉛の損傷は、難燃性を低下させる。

【0038】

これらの問題を回避するために、記載の装置１００では、所望の作動状態を設定するための別の改良方法が選択されており、この方法は、（少なくとも１つの）混合成分を循環させることなく実施可能である。難燃性ポリウレタンの製造における利点と並んで、記載した装置１００を使用することで、固形体を含む混合成分の処理にとって広範囲で有利となる。さらに、必要なラインの引き回しの複雑さが低減されるので、記載した構造は、使用される混合成分に固形体を混合しない場合にも有利である。

【0039】

装置１００においては、混合の開始に先立って、すなわち、第１の混合成分と第２の混合成分とが接触して装置１００のラインシステム外に出る前に、第１の混合成分が第１の定量ユニット１２０から混合装置１５０を介して第２の定量ユニット１３０に移動されるように、第１の定量ユニット１２０および第２の定量ユニット１３０が混合装置１５０に接続されている。

【0040】

これにより、第１の混合成分の相当の部分が失われることなく、第１の混合成分を必要な作動パラメータに到達させることができる。つまり、混合が行われない限り、一方の定量装置から他方の定量装置に第１の混合成分を押し込むことができ、これにより、例えば第１の混合成分中の圧力を上昇させることができ、第１の混合成分の温度と粘度を設定することもできる。

【0041】

必要なパラメータに達した後にのみ、混合が開始される。そうなるとすぐに、第１の混合成分は、もはや定量ユニット１２０と１３０との間での移動ではなく、対応するバルブ、ポンプ等を介して、一方または両方の定量ユニット１２０，１３０から例えば一定の質量流量で、混合装置１５０に確実に供給される。第２の定量装置から供給される第２の混合成分との混合は、その後、先行技術から公知のように行われる。

【0042】

これにより、装置１００内で第１の混合成分を循環させる必要がなくなり、装置１００の構造が簡素化される。また、第１の混合成分は、実際に混合工程に投入されることなく、混合装置１５０を一旦通過することになる。これにより、例えば膨張黒鉛、マイクロガラスビーズ、エアロゲルなどのような摩耗しやすい固体の摩耗が防止される。ひいては、製造される反応プラスチックの品質を均一にすることができる。

【0043】

また、第１の定量ユニット１２０により混合操作の前に注出される量の第１の混合成分が第２の定量ユニット１３０に集められるため、この量の第１の混合成分を第２の定量ユニット１３０から混合工程のために注出することができ、混合工程で失われることがない。これにより、循環なくしても、第１の混合成分を反応プラスチックの製造にほぼ完全に使用することが可能となる。

【0044】

図２は、図１の装置１００を、可能且つより詳細な構成で示す。図２は、第１の定量装置１１０の第１の定量ユニット１２０および第２の定量ユニット１３０、ならびに第２の定量装置１４０および混合装置１５０に加え、注出装置１６０を示す。貯蔵容器１６５から第１の定量装置１２０および第２の定量装置１３０、および装置１００の各種のラインおよびバルブに対して、注出装置１６０から第１の混合成分を注出可能である。

【0045】

ここで、装置１００で使用されるバルブの全部または一部を、例えば電気式、空気圧式、または油圧式の制御信号によって能動的に切り替えてもよい。

【0046】

装置１００の注出装置１６０の貯蔵容器１６５には、第１の混合成分、例えば膨張黒鉛のような固体が添加されたポリオールが、第１の定量ユニット１２０および第２の定量ユニット１３０への注出のために貯蔵されている。ここで、第１の混合成分は、沈降を防止するために、撹拌機によって運動状態に維持される。

【0047】

例えば撹拌機の回転速度を調整することで、第１の混合成分に含まれる固形物に損傷が生じないように攪拌が行われる。このために、任意に調整可能なサーボモータにより攪拌機を動作させてもよい。なお、対応する「やさしい」撹拌を可能にする他のどのようなタイプの撹拌機でも可能である。撹拌機に加えて、注出装置１６０には、第１の混合成分の、例えば、温度、粘度、または圧力を測定するセンサー素子を設けてもよい。

【0048】

第１の混合成分は、対応して構成されたラインを介して、貯蔵容器１６５から第１の定量ユニット１２０および第２の定量ユニット１３０に含まれる容器に対して選択的に注出されてもよい。このために、図２に示すように、バルブ（第５のバルブ１６７、第６のバルブ１６９）をライン内に設けてもよい。なお、例えば三方弁のような、第１の混合成分を選択的に(すなわち、個別にまたは両方に)割り当て可能な、任意の他のタイプの流量制御も可能である。

【0049】

第１の定量ユニット１２０および第２の定量ユニット１３０の各容器は、第１の混合成分を混合装置１５０に導入する前に第１の混合成分を貯蔵する機能を有する。ここで、２つの容器は互いに独立した充填レベルを有してもよく、これにより、一方の定量ユニット１２０から他方の定量ユニット１３０に第１の混合成分を移動またはそれぞれ押し込むことが可能となる。

【0050】

例えば、図２に模式的に図示されているように、第１の定量ユニット１２０および第２の定量ユニット１３０は、それぞれ定量ピストンに関連する。ここで、ピストンは、サーボモータによってスピンドルおよびナットにガイドされて、定量ピストンの筐体により形成される容器内にある第１の混合成分に作用し、制御された方法で定量されて混合装置１５０に向けて注出されるようになっている。なお、定量ユニット１２０，１３０は、短時間の貯蔵および定量注出に適した任意の他の要素によっても、任意の他のタイプの駆動装置を用いて実現してもよい。

【0051】

複数のラインが定量ユニット１２０，１３０から混合装置１５０へとつながっている。これにより、第１の混合成分が定量ユニット１２０と定量ユニット１３０との間で混合装置１５０を介して移動可能である。図２に示すように、定量ユニット１２０，１３０の各々は、各場合においてバルブ（第１のバルブ１２２及び第３のバルブ１３２）が設けられた１本のラインを介して混合装置への供給ライン１５７に接続されてもよい。さらに、混合装置１５０の排出口１５９は、バルブ（第２のバルブ１２４および第４のバルブ１３４）を介して、第１の定量ユニット１２０および第２の定量ユニット１３０にそれぞれ接続されている。

【0052】

ここで、定量ユニット１２０，１３０と混合装置１５０との間のライン接続は、可能な限り短くなるように形成される。例えば、これらの要素は、互いに直接フランジ付けされるか、または短いパイプラインによって互いに接続される。特に、これらのラインは、２つの定量ユニット１２０，１３０の容器の一方または両方の容器よりも少ない内部容積を有するように短くなっている。これにより、定量ユニット１２０，１３０内にある第１の混合成分の量と比較して無視できない量の第１の混合成分がライン内に未使用状態で滞留することが防止される。

【0053】

混合の開始前には、例えば、第１のバルブ１２２及び第４のバルブ１３４が開放し、第２のバルブ１２４及び第３のバルブ１３２が閉鎖している。したがって、第１の定量ユニット１２０から第１のバルブ１２２を介して混合装置１５０への接続が存在し、混合装置１５０から第４のバルブ１３４を介して第２の定量ユニット１３０への接続が存在する。

【0054】

混合装置１５０では、混合を開始する前に、供給ライン１５７から排出口１５９への第１の混合成分の通過を許可する制御手段が存在する。図２に図示されているように、これは、特に、循環溝が設けられている制御ピストン１５５に関係してもよく、この制御ピストン１５５が閉鎖されているときに、制御ピストン１５５は供給ライン１５７を排出口１５９に接続する。なお、代替的に、通過を異なる方法で規制してもよい。例えば、供給ライン１５７を、排出口１５９に、そして、混合装置１５０の混合室に接続するラインにおいて対応するバルブを設けてもよい。

【0055】

したがって、混合工程を開始する前に、混合装置１５０を介して第１の定量ユニット１２０から第２の定量ユニットに第１の混合成分を移動させることが可能である。例えば、第１の定量ユニット１２０の完全に満量の容器と、第２の定量ユニット１３０の部分的に、例えば半量満たされた容器とで、第１の定量ユニット１２０からの第１の混合成分の押し出しを、開始してもよい。そして、第１の混合成分は、第１のバルブ１２４と、制御ピストン１５５の循環溝と、第４のバルブ１３４とを介して第２の定量ユニット１３０に押し込まれる。これにより、第１の混合成分は、約１００〜２００バールの必要な作動圧力で、すぐに、すなわち数秒以内に到達する。ここで、実際に必要とされる作動圧力は、使用する混合装置１５０の特性に起因する。混合装置１５０に応じて、より低い圧力またはより高い圧力を混合に用いてもよい。

【0056】

第1の混合成分が到達すると、第４のバルブ１３４が閉鎖し、制御ピストン１５５が開放される。これにより、一方では、供給ライン１５７から排出口１５９に至る混合装置１５０内のラインが遮断される。他方、第１の混合成分がこれ以上第２の定量ユニット１３０に流入するのを確実に阻止するために、第４のバルブ１３４を閉鎖することによって第２の定量ユニット１３０へのラインが阻止される。

【0057】

開放した第１のバルブ１２２および開放した制御ピストン１５５により、第１の混合成分は、混合装置１５０(例えばそれ自体公知の混合ノズル)において第２の混合装置１４０から供給された第２の混合成分と公知の方法で混合され、反応プラスチックの製造用の混合装置から排出される。

【0058】

第１定量ユニット１２０の容器が空になると、第１のバルブ１２２が閉鎖され、第３のバルブ１３２が開放される。この結果、第２の定量ユニット１３０は、第１の定量ユニット１２０から混合装置１５０に向けて第１の混合成分を注出する。ここで、例えば全混合工程の期間において一定の質量流量を確保するために、規制された状態で流れるように第１の定量ユニット１２０から第２の定量ユニット１３０に移行してもよい。

【0059】

全混合工程の間、第１の混合成分が２つの定量ユニット１２０，１３０のうちの一方のみから注出されている期間中に、貯蔵容器１６５につながるバルブ１６７，１６９を対応する設定とすることで、それぞれの他方の定量ユニット１２０，１３０を再充填してもよい。これにより、２つの定量ユニット１２０，１３０を直列で動作させることが可能となり、貯蔵容器１６５にある第１の混合成分の量に対応する量の反応プラスチックを１回の作業動作で製造することができる。

【0060】

作業動作が終了すると、２つの定量ユニット１２０，１３０の一方は、各定量ユニット１２０，１３０内の第１の混合成分の充填レベルに応じて、満量充填される一方、他方は部分的な充填状態のままとしてもよい。これにより、さらなる混合／製造プロセスの開始前に、第１の混合成分の正しい作動パラメータを設定するための上述した方法を再び実行することが可能となる。当該装置は対称的な構造を有するので、ここでは、第１の混合成分が第１の定量ユニット１２０または第２の定量ユニット１３０のいずれから最初に注出されるかどうかは問題ではない。

【0061】

以上説明したように、記載の装置によれば、貯蔵容器を介して第１の混合成分を循環させることなく、第１の混合成分を混合に使い切ることが可能となる。とりわけ、循環させることなく、第１の混合成分の作動状態を設定することができる。これにより、第１の混合成分の品質を確保した保管および処理が可能となるとともに、反応プラスチック製造用の装置を構造的に簡素化することができる。

【0062】

上述した装置は、特に、全自動または半自動のプラスチック製造、例えば、より小さな金型に柔軟充填するためのロータリーテーブル上での使用に適している。このために、第１の定量装置１１０は、２つの定量ユニット１２０および１３０を混合装置１５０と共にロボットアーム上に搭載してもよい。上述したように、定量装置１１０と混合装置１５０との間のラインが短いという付加的な利点を有するため、品質の制御にさらに寄与する。ここで、第２の定量装置１４０は従来のように構成してもよく、ロボットアームに隣接して配置された貯蔵容器から、循環工程における第２の混合成分を混合装置１５０に供給してもよい。あるいは、第２の定量装置１４０もまたロボットアームに搭載される。

【0063】

図３は、上述したような反応プラスチックを製造する方法、または装置を用いてそれぞれ混合する方法の概略フローチャートを示す図である。

【0064】

Ｓ１００では、上述したように、第１の混合成分を、第１の定量ユニットから混合装置を介して第２の定量ユニットに導入して、第１の混合成分を混合に必要な作動状態、特に作動圧力とする。

【0065】

その後、Ｓ１１０において、上記で同様に説明したが、第１の混合成分は混合装置によって第２の混合成分と混合される。

【符号の説明】

【0066】

１００ 反応プラスチック製造装置
１１０ 第１の定量装置
１２０ 第１の定量ユニット
１２２ 第１のバルブ
１２４ 第２のバルブ
１３０ 第２の定量ユニット
１３２ 第３のバルブ
１３４ 第４のバルブ
１４０ 第２の定量装置
１５０ 混合装置
１５５ 制御手段
１５７ 供給ライン
１５９ 排出口
１６０ 注出装置
１６５ 貯蔵容器
１６７ 第５のバルブ
１６９ 第６のバルブ

【図1】

【図2】

【図3】