JP2006526525A - 均一な組成及び色相の液状シリコーンエラストマーを調製する装置 - Google Patents

Abstract

添加剤を含有する粘性組成物を連続調製する装置は、（ｉ）添加剤を粘性流体中に均一に混合及び分散する混合器と、（ｉｉ）粘性流体を混合器に供給する１つ以上のサーボモータ駆動式ポンプと、（ｉｉｉ）添加剤を混合器に供給する１つ以上のサーボモータ駆動式ポンプと、（ｉｖ）粘性流体を粘性流体用のサーボモータ駆動式ポンプに供給する手段と、（ｖ）添加剤を添加剤用のサーボモータ駆動式ポンプに供給する手段と、（ｖｉ）粘性流体及び添加剤を含有する粘性組成物を混合器から容器に分配する手段と、（ｖｉｉ）粘性流体用のサーボモータ駆動式ポンプ及び添加剤用のサーボモータ駆動式ポンプの動作を制御して、粘性流体を供給する手段及び添加剤を供給する手段における圧力サージに関係なく、粘性流体用のサーボモータ駆動式ポンプと添加剤用のサーボモータ駆動式ポンプとの所定のＲＰＭ比を維持するように構成及び配置される、プログラマブルロジックコンピュータと、（ｖｉｉｉ）粘性流体の温度の変動を補償する温度補償アルゴリズム手段とを備える。

Description

本発明は、エラストマー組成物中に一定量の顔料又は他の添加剤を連続的に供給することが可能であることにより、エラストマーの配合に用いられるエラストマーベース、顔料、又は添加剤の供給ラインにおける圧力サージの存在に関係なく、エラストマー組成物中で同じ色及び／又は均一性を得ることのできる装置に関する。特に、本装置は、コンピュータによりそれぞれが同期する少なくとも２つのポンプを取り入れることにより、各供給ラインにおいて時折生じる流量又は圧力のサージに関係なく、個々のポンプが互いに対して一定のｒｐｍ比で回転するようになる。

材料の一種としてのシリコーンは、液状エラストマーである特定の組成物を含む。これらの液状シリコーンエラストマーは、一般に、（ｉ）建築及び建設業界用、商業用、並びに消費者用のシーリング用途で用いられるシーラント組成物と、（ｉｉ）加工部品を製造するための射出成形で用いられる液状シリコーンゴム（ＬＳＲ）組成物とから成る。

液状シリコーンゴム（ＬＳＲ）は、商業的には、大型のバッチ混合ポットを用いて４〜５個のドラム缶容量で調製される。混合作業が終了すると、大型混合ポットは、濾過システム、脱気システム、及びパッケージングシステムへ移送され、そこで大型混合ポットから内容物が取り出されて、２１０リットル（５５ガロン）ドラム缶又は１９リットル（５ガロン）ペール缶へ移される。大型混合ポット、並びに濾過システム、脱気システム、及びパッケージングシステムの他の構成要素は容易に洗浄できないため、配合プロセス中に顔料のような添加剤を大型混合ポットに入れないようにする必要がある。これは、顔料が機器を汚して、大型混合ポットが次の配合プロセスでの使用に適さなくなるからである。

例えば、米国特許第５，３３２，３１３号明細書（１９９４年７月２６日）及び米国特許第５，５４７，０００号明細書（１９９６年８月２０日）は、着色されたシーラント組成物を混合及び分配する装置に関する一般的な技術水準を示しているが、これらの特許を含む従来技術は、本発明による概念を具現する装置を開示していない。

したがって、本発明は、より少ない機器、及びより少ない工程、段階、並びに動作を利用する装置を提供することにより、従来技術のシステムに関連する欠点、すなわち液状エラストマーベース組成物と着色剤との混合に用いられる機器の汚れを伴わずに、添加剤を添加及び使用して液状エラストマー組成物を着色することができる。その結果、添加剤を添加した後に行われる配合、濾過、脱気、着色、及びパッケージングといった労働集約的な工程が必要なくなる。したがって、液状エラストマーの混合及び着色を、はるかに単純な装置でより効率的に行うことができ、着色又は変性されたエラストマー製品を一段階で製造した後で、エラストマー製品を最終容器パッケージに入れることができる。

本発明は、中粘度から高粘度の流体及び添加剤を含有する粘性組成物を連続調製する装置に関する。本装置の特有の特徴及び構成要素は、（ｉ）着色剤のような添加剤を中粘度から高粘度の粘性流体中に均一に混合及び分散する混合器と、（ｉｉ）中粘度から高粘度の粘性流体を混合器に供給する１つ以上のサーボモータ駆動式ポンプと、（ｉｉｉ）添加剤を混合器に供給する１つ以上のサーボモータ駆動式ポンプと、（ｉｖ）中粘度から高粘度の粘性流体を中粘度から高粘度の粘性流体用のサーボモータ駆動式ポンプに供給する手段と、（ｖ）添加剤を添加剤用のサーボモータ駆動式ポンプに供給する手段と、（ｖｉ）中粘度から高粘度の粘性流体及び添加剤を含有する粘性組成物を混合器から容器に分配する手段と、（ｖｉｉ）中粘度から高粘度の粘性流体用のサーボモータ駆動式ポンプ及び添加剤用のサーボモータ駆動式ポンプの動作を制御して、中粘度から高粘度の粘性流体を供給する手段及び添加剤を供給する手段における圧力サージに関係なく、中粘度から高粘度の粘性流体用のサーボモータ駆動式ポンプと添加剤用のサーボモータ駆動式ポンプとの所定のＲＰＭ比を維持するように構成及び配置される、プログラマブルロジックコンピュータと、（ｖｉｉｉ）中粘度から高粘度の粘性流体の温度のいかなる変動も補償する温度補償アルゴリズム手段とを備える。

好ましくは、粘性組成物は、２５℃で測定した場合に５００Ｐａ．ｓ（５００，０００センチストークス）〜３，０００Ｐａ．ｓ（３，０００，０００センチストークス）の粘度を有するポリジオルガノシロキサンであり、添加剤は、無機顔料、有機顔料、触媒混合物、又は粘性組成物の物理的特性を変えることが可能な他の液体添加剤である。

本発明のこれら及び他の特徴は、詳細な説明を検討することにより明らかとなるであろう。

［説明］
液状シリコーンゴム組成物は、一般に、ポリジオルガノシロキサン、充填剤、架橋剤、及び硬化触媒を含有する。液状シリコーンゴムは、２パートキットとして販売されており、熱に晒されることによって硬化する。液状シリコーンゴムは粘性材料であり、その粘度は練り歯磨き程度である。液状シリコーンゴムは、種々の加工構成要素及び部品に射出成形又は鋳造されるため、色、色相、及び物理的特性のような美的要素（aesthetics）は重要な検討事項である。したがって、様々な色及び色相を有する液状シリコーンゴム組成物が商業的に必要とされ、特定の用途に色を合わせることが問題になる場合が多い。

液状シリコーンゴム組成物は、当該技術分野において公知であり、例えば、参照により本明細書に援用されるとみなされる米国特許第５，７８９，０８４号明細書（１９９８年８月４日）を参照することができる。このような組成物は、通常、（ｉ）液状シリコーンゴム（パートＡ）ベース、及び（ｉｉ）液状シリコーンゴム（パートＢ）から成る。パートＡは、一般に、アルケニル基のような反応基と、前処理及び疎水化処理された充填剤とを含有するポリジオルガノシロキサンである。パートＢは、一般に、架橋剤としてのオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、接着促進剤及び粘着防止剤のような他の添加剤とから成る。硬化型液状シリコーンゴム組成物は、パートＡとパートＢとを混合して、混合物を加熱することにより調製される。液状シリコーンゴム（パートＡ）ベースは、液状シリコーンゴム組成物の主要部分を構成する。パート（Ａ）に有用な充填剤のいくつかの例としては、ヘキサメチルジシラザンで処理されたシリカ、微細炭酸カルシウム、二酸化チタン、石英、珪藻土、及びアルミナが挙げられる。

液状シリコーンゴムベース中のポリジオルガノシロキサンと充填剤との混合物は、一般に透明又は白色であるため、パートＡベースには着色剤が添加されることが多い。液状シリコーンゴムは、透明又は白色であってもよいが、通常は、ブラックと、種々の色調のベージュ、ブラウン、又はグレーとを含む、約５色〜８色の標準色で調製される。しかしながら、顔料の再現性、計量の精度、及び混合の完全性に応じて、事実上いかなる色又は色相も可能である。着色剤は、一般に、種々のカテゴリーの無機顔料及び有機顔料を含む。さらに、液状シリコーンゴムの熱特性を向上するか、その硬化特性を変更すなわち改変するか、又は潤滑性を加えるために、他の改質剤が必要とされ、液状シリコーンゴムに添加されることが多い。

液状シリコーンゴム中で用いられる最も重要な無機着色剤は、一般に、イエロー、ブラウン、レッド、及びブラックの酸化鉄のような酸化鉄顔料から得られる。他の合成無機顔料としては、カドミウムオレンジ、酸化クロムグリーン、マンガンバイオレット、及びモリブデンオレンジが挙げられる。多数の様々な有機合成着色剤としては、アシッドレッド５２、ベンジジンイエローＨＲ、メチルバイオレット、フタロシアニングリーン、フタロシアニンブルー、ピグメントブラウン２８、及びビクトリアブルーＢが挙げられる。処理を容易にするために、着色剤は、液体状態で液状シリコーンゴムベースに添加される。通常はポリジメチルシロキサンポリマーを含む液体キャリア中に顔料を分散させることにより、顔料分散剤、カラー濃縮剤（color concentrates）、及び液体着色剤が調製される。

本発明による装置は、液体顔料及び／又は他のタイプの添加剤を正確に計量して、中粘度から高粘度の粘性流体の流れに注入する、サーボ補助式（servo assisted）の容積式流量計から成る。特に好ましい一実施形態では、本装置は、顔料を計量して、液状シリコーンゴムの配合に用いられるベース組成物に混合することに関する。

より詳細には、本発明による装置は、１つの液状シリコーンゴムベース及び顔料のような１つ以上の添加剤を混合器に圧送する少なくとも２つのサーボモータ駆動式／サーボ制御式計量ギヤポンプから成る。着色された液状シリコーンゴムベースは、混合器からペール缶又はドラム缶に放出される。適した混合器としては、例えば、米国特許第５，３３２，３１３号明細書（１９９４年７月２６日）に記載されているタイプのダイナミックミキサが挙げられるが、いかなるダイナミック混合器を用いてもよい。

サーボモータは、電気機械分野において公知であり、任意の所望の方向に、制御された加速度及び速度で、且つ任意の回転数又は回転部品数で回転を行わせることができるように、レギュレータ構成要素を用いてこのようなモータを制御することができる。サーボモータは、ウィスコンシン州ミルウォーキーのロックウェルオートメイション製のタイプであるアレンーブラッドリー（Allen-Bradley（登録商標））の商品名で市販されている。通常、サーボモータは、レゾルバ、エンコーダ、及びタコメータのような他の構成要素を含む。モータは、ＡＣモータ、ＤＣモータ、又はブラシレス構成であってもよい。

本発明では、ベース用の計量ポンプは、電動ギヤメータとして機能して、正確な計量を可能にするが、上流の流れ状態の変化の影響を受ける。これは、ベース用のポンプ及び駆動ギヤ減速機（箱）の静摩擦損失を解消するために、ベースサーボを定トルクモードで動作させることにより行われる。その結果、通常は約１，０３５ｋＰａ（１５０ｐｓｉ）未満の背圧しか生成しない上流プロセスから比較的低圧のベース流が提供されて、ベース用のポンプがその流れの流量と一致した速度で駆動される。

続いて、ベース用のサーボモータのレゾルバがベース用のモータの駆動速度をプログラマブルロジック制御コンピュータに送り、それにより、顔料／添加剤ポンプ速度が所望の混合比に基づいて設定される。ベースを種々の温度で上流プロセスから放出することができるため、ベースにおけるいかなる容積変化も補償するために、温度補償ループを比制御（ratio control）にプログラムする。これは、ベース供給物に関する温度インジケータにより行われる。本装置において有用な液状エラストマーベース、特にＬＳＲは、一般に大きな熱膨張率を有する。したがって、これに関して、温度を測定し、計量プロセス中にそのデータを用いて適切な質量−体積関係を確保することが必要である。

したがって、本発明の主な焦点は、均一な液状シリコーンゴム組成物を一貫して提供するために、２つ以上のポンプのｒｐｍ比を同期させるコンピュータを含む装置である。ポンプは、各供給ラインにおいて時折生じるベース及び顔料の流量の変化に関係なく、互いに同じ固定のｒｐｍ比で常に回転するように同期させられる。以下の実施例においてわかるように、ベース対顔料の１つの特に有効な比は１：２．３３３であった。

図面の図１を参照すると、装置内の材料の流れの簡略パターンを見ることができる。したがって、エラストマーベース及び顔料／添加剤成分は、２つの別個のシステムのサーボモータ駆動式ポンプにより混合器に供給される。ポンプＡは、上流プロセスの流れにより駆動され、サーボモータＡにより補助される。ポンプＢは、サーボモータＢにより駆動され、混合器に顔料／添加剤を供給する。混合器からは、所望の着色エラストマーが放出される。

図２において見られるように、エラストマーベースは、一般に約１，０３５ｋＰａ（１５０ｐｓｉ）未満の圧力下で、適当な供給機（図示せず）から装置に供給される。エラストマーベースは、エラストマーベース用のポンプＡにより混合器に供給される。エラストマーベース用のポンプＡは、エラストマーベース用の駆動ギヤ減速機を介して、エラストマーベース用のサーボモータＡにより駆動される。混合器は、混合器用のギヤ減速機及び混合器用の駆動モータを含む。

顔料／添加剤は、一般に約３，４５０ｋＰａ（５００ｐｓｉ）未満の圧力下で、適当な供給機（図示せず）から装置に供給される。顔料／添加剤は、顔料／添加剤用のポンプＢにより混合器に供給される。顔料／添加剤用のポンプＢは、顔料／添加剤用の駆動ギヤ減速機を介して、顔料／添加剤用のサーボモータＢにより駆動される。混合器からの放出ラインにより、混合器から空のドラム缶又はペール缶に着色エラストマーが搬送される。

エラストマーベースの供給ラインにある温度インジケータＴが、ラインにおけるエラストマーベースの温度を感知し、記録された温度はプログラマブルロジックコントローラコンピュータ（ＰＬＣ）により監視される。温度補償アルゴリズムが、エラストマーベースの温度のいかなる変動も補償するように機能する。ＰＬＣは、エラストマーベース用のサーボモータＡ及び顔料／添加剤用のサーボモータＢの互いに対する動作を、任意の時点で、監視、制御、及び調節するように接続されている。

エラストマーベースの供給ライン及び顔料／添加剤の供給ラインのうちの一方、又は他方、又は両方において、圧力又は流量のサージが発生しなければ、調節は必要ない。エラストマーベースの供給ライン及び顔料／添加剤の供給ラインのうちの一方、又は他方、又は両方において、圧力又は流量のサージが発生した場合、エラストマーベース用のサーボモータＡと顔料／添加剤用のサーボモータＢとの所定のＲＰＭ比を維持するために、ＰＬＣは顔料／添加剤用のサーボモータＢの回転速度を自動的に調節する。エラストマーベース用のサーボモータＡ及び顔料／添加剤用のサーボモータＢの所定のＲＰＭ比は、１：１から変わることがあり、所与の製品を配合するために用いられるエラストマーベース及び顔料／添加剤の特定の特性及び特徴、並びに所望の製品の色及び色相に応じた因子である。しかしながら、ＰＬＣは、これらの複雑な動作を実行するようにプログラムされる。

本実施例では、液状シリコーンゴムベースは約３，０００Ｐａ．ｓ（３，０００，０００センチストロークス）の粘度を有している。着色剤は、相溶性のポリシロキサン流体中に分散したブラックの酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）顔料である。

本実施例を実行する実験的な試作装置は、移動を容易にするためにスキッドに取り付けられたいくつかのユニットから構成されている。この装置は、（ｉ）一対の容積式ポンプと、（ｉｉ）一般に米国特許第５，３３２，３１３号明細書に示されるような構成の混合器と、（ｉｉｉ）ドラム缶及び／又はペール缶を充填するための外部ドラム缶放出ラインと、（ｉｖ）装置を動作させるのに必要な電気制御ハードウェアを収容する制御パネルとを備えている。

ミネソタ州ミネアポリスのグラコ（Graco（登録商標））社製のドラムポンプを用いて、液状シリコーンゴムベースを装置に供給したが、任意の標準的なドラムポンプ、ポットプレス、又は配合機（compounders）又は脱気装置からの直接供給を用いることができる。実験誤差の発生を判定するために、これらのポンプを減量スケールに取り付けた。

主要な制御システムは、パネルビュー（Panelview（登録商標））オペレータインタフェースと結合したアレンーブラッドリーのＳＬＣプロセッサから構成されている。そのシステムは、主要なＳＬＣプロセッサモジュールと、入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタモジュールと、Ｉ／Ｏシャシと、Ｉ／Ｏモジュールと、通信モジュールと、電源とを含む。

エラストマーベースを圧送するサーボモータＡ及び顔料／添加剤を圧送するサーボモータＢを、アレンーブラッドリーのサーボ駆動システムにより駆動した。混合器を、アレンーブラッドリーの可変周波数駆動装置（ＶＦＤ）により駆動した。これらのシステムは全て、これらのプログラミングを容易にするアレンーブラッドリーの遠隔Ｉ／Ｏにより互いに通信するように設計した。デイジーラブス（Daisy Labs）のブランドのデータ取得ソフトウェアパッケージもシステムの構成要素とした。このデータ取得ソフトウェアパッケージにより、プロセスからのデジタルデータ及びアナログデータの表示、トレンド（trend）、及び評価が可能となった。続いて、ＰＬＣを有効にして、種々のプロセスパラメータの全てを監視させた。

以下の具体的な実施例により、本発明をより詳細に説明する。

［実施例］
（ｉ）約３，０００Ｐａ．ｓ（３，０００，０００センチストロークス）の粘度を有する約９７．０重量パーセントの市販の液状シリコーンゴム（パートＡ）ベース組成物と、（ｉｉ）約１Ｐａ．ｓ（１，０００センチストロークス）の粘度を有する約３．０重量パーセントの着色ポリジメチルシロキサンキャリア流体とから成る実験配合物を調製した。ベースを、グラコのドラムポンプから図２に示すタイプの装置に供給し、通常の上流における液状シリコーンゴム製造プロセスの出力をシミュレートするために圧力及び流量のサージを発生させた。顔料を、定速度でグラコのペールポンプにより装置に供給し、顔料用のサーボ制御式ポンプに自流式に吸引させる（provide flooded suction）とともに、製造中に生じる通常の状況にした。

システムの精度を試験するために、実際に計測された量を、グラコの供給ポンプの減量と、別個のカップにベース及び顔料を回収してそれらを秤量することで行われる増量測定とにより測定した。プロセス中に、定トルクモードでのエラストマーベース用のサーボモータによりエラストマーベース供給物の供給を補助し、エラストマーベース用のグラコのポンプが最小限の圧力損失でエラストマーベース用の供給ポンプを駆動できるようにした。エラストマーベース用のサーボモータのレゾルバ構成要素が、エラストマーベース用のポンプの瞬間速度をＰＬＣに伝えた。続いて、ＰＬＣは、返ってきた信号を用いて、事前に計算されたＲＰＭ比によって考慮された（factored）顔料供給用の供給ポンプのその後の速度を求め、適切な混合比を得た。続いて、計量されたエラストマーベース及び添加剤を混合器に圧送し、ドラム缶に放出した。所定の計算に基づいて、エラストマーベース対顔料の最も望ましいポンプＲＰＭ比は１：２．３３３であった。この比をＰＬＣにプログラムした。

グラコの供給ポンプは、約１５ｋｇ／分で圧送を行い、エラストマーベース用のポンプＡを約２０ｒｐｍで駆動し、１０〜３０ｒｐｍのサージを発生させた。エラストマーベース用のポンプＡの背圧は６９０ｋＰａ（１００ｐｓｉ）であり、これにより、関連するサーボモータがエラストマーベース用のポンプ内の製品の流れを実際に補助していたことが確認された。顔料用のポンプＢをエラストマーベース用のポンプＡと協調して動かすことにより、所望の比１：２．３３３を維持した。２つのポンプそれぞれのｒｐｍを、テキサス州オースチンのナショナルインスツルメンツ社製のラボビューのソフトウェアパッケージにより追跡して記録した。データ取得用のこのグラフィカルプログラミング言語により、複雑なプログラムをはるかに短い時間及びはるかに少ない労力で書き込むことができるようなプログラムが可能となった。表１は、所望の比の効果が得られたことを示すデータを含む。

続いて、２つの成分の減量を比較して、所定の期間にわたる混合比を判定した。続いて、これらの値を所望の混合比と比較した。その結果を表２に示す。

プロセスの最終的な精度は、配合された／目標のベース量に近く、初期立ち上げ後の０．１パーセント以内であったことが分かる。

本発明の本質的な特徴から逸脱せずに、本明細書に記載された化合物、組成物、及び方法に他の変形を行うことができる。本明細書に具体的に示されている本発明の実施形態は、単なる例示であり、添付の特許請求の範囲に定義される場合を除いて、それらの範囲を限定することは意図していない。

本発明の概念を具現した装置内の流れパターンを示す簡略機能図である。 本発明の構成をより詳細に示す、図１の装置の図である。

Claims (4)

1. 液状エラストマー及び添加剤を含有する組成物を連続調製する装置であって、
   （ｉ）添加剤を液状エラストマー中に均一に混合及び分散させる混合器と、
   （ｉｉ）前記液状エラストマーを前記混合器に供給する１つ以上のサーボモータ駆動式ポンプと、
   （ｉｉｉ）前記添加剤を前記混合器に供給する１つ以上のサーボモータ駆動式ポンプと、
   （ｉｖ）前記液状エラストマーを前記液状エラストマー用の前記サーボモータ駆動式ポンプに供給する手段と、
   （ｖ）前記添加剤を前記添加剤用の前記サーボモータ駆動式ポンプに供給する手段と、
   （ｖｉ）前記液状エラストマー及び前記添加剤を含有する組成物を前記混合器から容器に分配する手段と、
   （ｖｉｉ）前記液状エラストマー用の前記サーボモータ駆動式ポンプ及び前記添加剤用の前記サーボモータ駆動式ポンプの動作を制御して、前記液状エラストマーを供給する手段及び前記添加剤を供給する手段における圧力サージに関係なく、前記液状エラストマー用の前記サーボモータ駆動式ポンプと前記添加剤用の前記サーボモータ駆動式ポンプとの所定のＲＰＭ比を維持するように構成及び配置される、プログラマブルロジックコンピュータと、
   （ｖｉｉｉ）前記液状エラストマーの温度の変動を補償する温度補償アルゴリズム手段と
   を備える装置。
2. 前記液状エラストマーは、２５℃で測定した場合に約５００Ｐａ．ｓ（５００，０００センチストークス）〜約３，０００Ｐａ．ｓ（３，０００，０００センチストークス）の粘度を有するポリジオルガノシロキサンである、請求項１に記載の装置。
3. 前記添加剤は、無機顔料又は有機顔料である、請求項１に記載の装置。
4. 前記液状エラストマー用の前記サーボモータ駆動式ポンプと前記添加剤用の前記サーボモータ駆動式ポンプとのＲＰＭの比は、約１：２．３３３である、請求項１に記載の装置。
   

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