(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非可塑状態の難成形樹脂にあらかじめ無機ガスを吸着させたのち、難成形樹脂を溶融し、この溶融樹脂を金型から押し出して賦形する難成形樹脂成形体の製造方法において、金型内で溶融樹脂を冷却固化し、金型に振動を与えて押し出すことを特徴とする非発泡難成形樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非発泡難成形樹脂成形体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超高分子量ポリエチレンや、超高重合度ポリ塩化ビニルなどの樹脂は、溶融粘度が高いとか、分解しやすい等の理由で成形困難なため、難成形樹脂と称されている。
従来、このような難成形樹脂から難成形樹脂成形体を製造するには、つぎのような方法が採られている。
【０００３】
（１）コンプレッション（圧縮）成形またはラム押出成形により、板状あるいは棒状の成形品を作製し、この成形品から、切削等の切出し加工により成形する方法。
（２）難成形樹脂を有機溶媒に溶解し、キャスティング（注型）法により、フィルム化あるいはシート化する方法。
【０００４】
（３）難成形樹脂に有機溶媒を加えて得られる分散物または混合物を押出成形し、成形後に有機溶媒を揮散させてシートを成形体として成形する方法（特公平４−４７６０８号公報等参照）。
【０００５】
しかしながら、上記（１）の方法は、生産性が極めて悪いという欠点がある。また、（２）、（３）の方法では、溶媒が成形体中に残っていると成形体の物性の低下を招くため、成形後に加熱して溶媒揮散させなければならないが、完全に溶媒揮散させるのに大掛かりな装置が必要であるとともに、時間もかかり生産性が悪い。また、そのまま溶媒を揮散させたのでは公害を招く恐れがあるため、溶媒の回収を行わなければならず、回収設備等の設備コストが嵩むと言う問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる非発泡難成形樹脂成形体の製造方法は、このような目的を達成するために、非可塑状態の難成形樹脂にあらかじめ無機ガスを吸着させたのち、難成形樹脂を溶融し、この溶融樹脂を金型から押し出して賦形する難成形樹脂成形体の製造方法において、金型内で溶融樹脂を冷却固化し、金型に振動を与えて押し出すようにした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる非発泡難成形樹脂成形体の製造方法は、このような目的を達成するために、非可塑状態の難成形樹脂にあらかじめ無機ガスを収着させたのち、難成形樹脂を溶融し、この溶融樹脂を金型から押し出し賦形する難成形樹脂成形体の製造方法において、金型内で溶融樹脂を充分冷却して固化状態とし、金型に振動を与えて押し出すようにした。
【０００８】
本発明における難成形樹脂としては、溶融粘度が高くて溶融押出が困難な樹脂、熱分解しやすい樹脂、低沸点もしくは熱分解しやすい添加剤を含有する樹脂、などが挙げられる。
たとえば、溶融粘度が高くて溶融押出が困難な樹脂としては、超高分子量ポリエチレン、超高重合度ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等のスーパーエンプラ系の樹脂、などが挙げられる。
【０００９】
一方、熱分解しやすい樹脂としては、高塩素化度ポリ塩化ビニル、ポリ乳酸等の生分解性樹脂、ポリアクリロニトリル、などが挙げられる。
【００１０】
本発明において使用される無機ガスは、常温で気体である無機物質であって、上記難成形樹脂を劣化させないものなら特に限定されず、たとえば、炭酸ガス、窒素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、酸素などが挙げられる。これらは単独で使用されても良いし、２種以上併用されても良い。このうち炭酸ガスは樹脂に対する溶解度が高く、樹脂の溶融粘度の低下が大きいため最も好ましい。
【００１１】
無機ガスを溶解させる方法としては、特に限定されないが、たとえば、以下のような方法が挙げられる。
（１）予め高圧容器などでペレット又はパウダー状態の樹脂に無機ガスを収着させる方法。
（２）押出機内のホッパから固体輸送部において無機ガスを樹脂中に収着させる方法。
【００１２】
なお、（１）の方法の場合、高圧容器への無機ガスの供給は、ガスボンベから直接供給してもよいし、加圧ポンプ等を用いてより高圧にして供給することもできる。
また、収着時の温度は、効率を考慮すると、難成形樹脂を溶融させない範囲でできるだけ高温にすることが好ましい。因に、難成形樹脂が超高分子量ポリエチレンの場合には、５０℃から１２０℃の範囲で収着を行うことが好ましい。
【００１３】
無機ガスが収着した難成形樹脂の押出機への供給は、樹脂に収着したガスが拡散によって大気中に抜けていくのを抑制するためにできるだけ速やかに行うことが好ましい。この場合、ホッパ自体を耐圧容器にすることがより好ましい。
一方、（２）の方法の場合、無機ガスが押出機外へ揮散しないようにスクリュー駆動軸およびホッパの耐圧シール構造を組み入れることが好ましい。
【００１４】
無機ガスの溶解量は、溶解によって樹脂の溶融粘度が成形に適した粘度になれば特に限定されず、樹脂の種類、無機ガスの種類によって適宜選択することができる。
【００１５】
また、この製造方法によって、非発泡成形体を得ることができる。
【００１６】
非発泡成形体を得るには、以下のような方法を採用することができる。
（３）金型内で溶融樹脂を冷却固化し、金型での流動抵抗を小さくするために金型に振動を与えて壁面との摩擦抵抗を小さくする等の対策が講じられる。
【００１８】
（３）の方法において金型に振動を与える方法としては、従来公知のものが任意に使用でき、たとえば、振動モーター、バイブレーター等を用いて振動を与える方法が挙げられる。
なお、金型と押出機のバレルの間には金型の振動を押出機に伝えないために防振ゴムなどを挿入するのが好ましい。
【００１９】
また、振動の振動数は、特に限定されないが、１００〜１００００Ｈｚが好ましく、５００〜２０００Ｈｚがより好ましい。
すなわち、振動数が、１００Ｈｚ未満では押出された組成物の金型内での充填が不良になる恐れがあり、１００００Ｈｚを越えると振動を与えるために多くのエネルギーを要し、製造コストが嵩む恐れがある。
【００２０】
一方、振動の振幅は０．５〜１０００μｍが好ましく、１〜５００μｍがより好ましく、１０〜２００μｍが特に好ましい。
すなわち、振幅が０．５μｍ未満では押出された組成物の金型内での充填が不良になる恐れがあり、１０００μｍを超えると成形体の直線性を低下させる恐れがある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明の非発泡難成形樹脂成形体の製造方法に使用される成形装置の１例を模式的にあらわしている。
【００２８】
図１に示すように、この成形装置Ａは、押出機１，金型２，高圧容器３を備えている。  押出機１は、シリンダー１１内にスクリュー１２を有し、シリンダー１１の一端に原料ホッバー１３が設けられ、他端に金型２が一体に設けられている。
【００２９】
また、スクリュー軸は、耐圧シール構造となっており、昇温により原料から揮散される無機ガスを密閉させることができる。
金型２は、押出機１から押し出されてくる溶融樹脂原料を所望の形状に成形しつつ押し出すようになっているとともに、図示していないが、温度コントロール装置を有し、所定の温度に制御できるようになっているとともに、金型２の外壁面に沿って設けられ発振器４によって振動する振動子４１によって振動が与えられるようになっている。
【００３０】
高圧容器３は、開閉バルブ３１を開放することによってガスボンベ３２から無機ガスが充填できるようになっている。
【００３１】
この装置Ａを用いた、本発明の非発泡難成形樹脂成形体の製造方法は、まず、温度コントロール装置によって金型２の型面の温度を後述する溶融樹脂中の無機ガスが溶融樹脂中に封入可能な、溶融樹脂より低い温度に保持しておくとともに、振動子４１によって所定の振動を金型２に与えておく。
そして、高圧容器３に難成形樹脂５を充填し、密閉状態としたのち、開閉バルブ３１を開き、ガスボンベ３２の無機ガスを高圧容器３内に注入し、難成形樹脂５に無機ガスを収着させる。
【００３２】
つぎに、この無機ガスが収着された難成形樹脂５を高圧容器３から取り出し、ホッパー１３からシリンダー１１内に供給し、シリンダー１１内のスクリュー１２よって混練しながら溶融する。
この溶融樹脂を金型２へ供給し、金型２から所定の形状にして押出賦形したのち、賦形物を冷却固化して所定の成形体を得るようになっている。
【００３３】
この製造方法は、以上のように、押出機１内で難成形樹脂５が溶融混練される前に、難成形樹脂５に予め無機ガスを収着させているため、無機ガスによって難成形樹脂５が可塑化する際のエネルギが下がり、トルクが低減し、スクリュー１２の回転がスムーズに行える。しかも、無機ガスが難成形樹脂中に溶解するため、溶融粘度も低下し、押出機１からスムーズに溶融樹脂を押し出すことができる。
【００３４】
すなわち、無機ガスの混入方法としては、例えば、ベントタイプスクリューを使用して樹脂を溶融させたのち、シリンダーの途中からベント部分のスクリュー未充満領域に混入する方法も採ることができるが、溶融粘度が非常に高粘度な樹脂の場合には、スクリューで可塑化する際にトルクの急激な上昇によりスクリュー回転不能に陥るなどの問題がでる恐れがあるが、この製造方法によれば、その問題が全くない。
【００３５】
また、金型２が温度コントロール装置によって低温に保たれているため、金型に入った溶融樹脂は、金型２内で急冷され、溶融樹脂中に溶解した無機ガスが金型内で揮発膨張することがない。さらに、金型２で溶融樹脂が急冷されると、溶融樹脂の粘度が下がり、流動性が悪くなるが、金型２に振動が付与されているため、この振動によって流動性の低下した溶融樹脂と金型３の内壁面との摩擦抵抗が小さくなり、金型２内に溶融樹脂が緻密に充填される。
【００３６】
したがって、押し出されてきた賦形物７は、発泡もなく金型２の形状に沿う緻密なものとなり、この賦形物７を冷却することにより、発泡のない緻密で表面が平滑な成形体を得ることができる。
【００３７】
しかも、得られた成形体中には、無機ガスが封入されているが、無機ガスが自然に樹脂から抜けるために、有機溶媒で可塑化させる従来の方法に比べ溶媒回収の工程が不要であり、生産性がよい。また、有機溶媒を用いた場合のような回収装置が不要になるため、設備も小型化でき、製造コストも低減できる。
【００３８】
図２は本発明にかかる非発泡難成形樹脂成形体の製造方法に使用される成形装置の他例をあらわしている。
この成形装置Ｂは、上記成形装置Ａのような高圧容器３がなく、押出機１´のホッパー１４が加圧型にして、ホッパー内で無機ガスを収着させるようにするとともに、シリンダー１１の固体輸送部にガス注入弁１５を設け、このガス注入弁１５からシリンダー１１内に無機ガスを注入し、無機ガスの内部圧を高めるようにした以外は、成形装置Ａと同様になっている。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
難成形樹脂としての超高分子量ポリエチレン（三井石油化学工業（株）社製ハイゼックス・ミリオン２４０Ｍ、平均分子量２３０万、融点１３６℃）および無機ガスとしての炭酸ガスを図１に示す成形装置の高圧容器に入れ、炭酸ガス温度８０℃，炭酸ガス圧１５０kgf/cm2 に２４時間保持し、炭酸ガスを超高分子ポリ
エチレンに収着させた。
【００４１】
この炭酸ガスが収着した超高分子ポリエチレンを同方向回転二軸押出機（スクリュー径４４ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝４５）のホッパーから押出機のシリンダー内に供給し、２３０℃の温度に設定されたシリンダー内で押出量３０kg/h、スクリュー回転数３０rpm の条件下で十分に溶融混練した。
【００４２】
そして、この溶融樹脂を８０℃に設定され、振動子としての振動モータによって振動数５００Hz、振幅１００μｍの振動を付与した金型に注入し、押出賦形したのち、冷却固化して超高分子量ポリエチレンシートを得た。
得られた超高分子量ポリエチレンシートは、幅３００mm、厚み２mmでその断面を顕微鏡観察したところ、気泡や、層構造は確認されず、また表面も平滑で均一であった。
【００４３】
（実施例２）
図２に示す成形装置を用いた以外は、実施例１と同様の条件で、超高分子量ポリエチレンシートを得た。
得られた超高分子量ポリエチレンシートは、幅３００mm、厚み２mmでその断面を顕微鏡観察したところ、気泡や、層構造は確認されず、また表面も平滑で均一であった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明にかかる非発泡難成形樹脂成形体の製造方法は、以上のように構成されており、金型内で溶融樹脂を充分に冷却して固化状態とし、金型に振動を与えて押し出すので、有機溶媒の除去や回収の手間がなく、非発泡の難成形樹脂成形体を生産性よくかつ任意に得ることができる。
また、溶媒回収が不要のため、作業工程が少なくて済むとともに、設備コストが低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の非発泡難成形樹脂成形体の製造方法に用いる製造装置の１例を模式的にあらわす模式図である。
【図２】  本発明の非発泡難成形樹脂成形体の製造方法に用いる製造装置の他例を模式的にあらわす模式図である。
【符号の説明】
１  押出機
１´  押出機
２  金型
４  発振器
４１  振動子
５  難成形樹脂
７１  賦形物
【図１】
0003644766.tif 000002
【図２】
0003644766.tif 000003