(57)【要約】【課題】ナノメーターオーダーの超微粉体の二次粒子をより容易に解砕して一次粒子とし、この一次粒子を樹脂内に均一に分散することができるようにする。【解決手段】挿入スクリュー２２の周りで超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物Ｇ０を加熱する原料挿入工程と、樹脂Ｇが溶融する樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓにまで加熱された混合物Ｇ０中で超微粉体Ｕの二次粒子を分散させる液相混練分散工程と、混合物Ｇ０中から気化した気体を脱気する脱気工程と、樹脂Ｇが固相状態を保つ樹脂熱変形温度Ｔｄ近辺の温度に冷却して混合物Ｇ０に剪断力を加え、超微粉体Ｕの二次粒子を脆性粒子として解砕する固相混練分散工程と、再び樹脂Ｇが溶融する樹脂溶融温度Ｔｓより若干低めの温度にまで加熱して再度液相混練処理を施す再液相混練工程と、機能性複合樹脂Ｇ１を押し出す押出工程と、機能性複合樹脂Ｇ１を丸紐状の製品に成形する成形工程とを備える。【選択図】図１
2008307863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超微粉体と樹脂とを含む原料を下流側に移動させながら前記原料に混練分散を施す混練方法であって、
一本の回転軸の周りに前記原料を加熱するべく挿入する原料挿入工程と、
樹脂が溶融する温度にまで加熱された原料を樹脂の液相状態で混練して超微粉体を樹脂中に分散させる液相混練分散工程と、
液相状態で混練された原料中から発生する気体を脱気する脱気工程と、
樹脂が固相状態を保つ温度に冷却して前記原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体の二次粒子を分散系の脆性粒子にして解砕する固相混練分散工程と、
再び樹脂が溶融する温度にまで加熱して再度液相混練処理を施す再液相混練工程と、
再度液相混練処理が施されることにより得られた製品を押し出す押出工程とを順次経ることを特徴とする超微粉体を樹脂に混練分散する方法。
【請求項２】
前記脱気工程は、減圧環境下で行うことを特徴とする請求項１記載の超微粉体を樹脂に混練分散する方法。
【請求項３】
前記固相混練分散工程では、樹脂の温度が熱変形温度近傍の温度に設定されるとともに、樹脂の動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上に設定することにより超微粉体の二次粒子を分散系の脆性粒子にして解砕することを特徴とする請求項１または２記載の超微粉体を樹脂に混練分散する方法。
【請求項４】
超微粉体と樹脂とを含む原料を下流側に移動させながら原料を混練分散する混練装置であって、一本の回転軸の周りに超微粉体と樹脂とが装填される挿入シリンダと、この挿入シリンダに同心で内装される挿入スクリューと、この挿入スクリューに同心で一体回転可能に取り付けられる複数の回転円盤と、この回転円盤の側面に対向するように同心で挿入シリンダに装着される複数の固定円盤とが備えられ、
前記挿入シリンダ内に、前記原料の樹脂を溶融温度にする液相混練分散工程と、
液相混練分散された原料中に発生する気体を脱気する脱気工程と、
樹脂が固相状態を保つ温度に冷却して固相混練分散において原料中の超微粉体の二次粒子を系の脆性粒子にして前記原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体の二次粒子を解砕して分散する固相混練分散工程と、
再び樹脂が溶融する温度にまで加熱して再度液相混練処理を施す再液相混練工程と、
再度液相混練処理が施されることにより得られた製品を押し出す押出工程とのそれぞれに対応した部分が備えられ、
前記各工程の温度を調節する温度調節手段が設けられていることを特徴とする超微粉体を樹脂に混練分散する混練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒径がナノメーターオーダーの超微粉体を樹脂に均一に分散させるように混練分散する超微粉体を樹脂に混練分散する方法および混練装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂を着色したり、磁性、導電性、防菌性、摺動性、難燃性、紫外線防止、機械剛性向上等の機能を付与する目的から、顔料、フェライト、カーボン、各種金属粉、タルク、マイカー、酸化チタン、酸化バリウム、ガラス繊維、カーボン繊維等の機能フィラーを樹脂に加えて混練・分散させた機能性樹脂が知られている。このような機能微粒子の粒子径が０．１〜１０．０μｍで比表面積が５〜５０ｍ２／ｇ    程度のものであるが、かかる機能フィラーが樹脂の中に分散されて機能性樹脂とされている。このような機能性樹脂は、ミクロコンポジットと称される。
【０００３】
かかる機能性微粉体を樹脂内に均一に分散させる方法としては、所定の連続式混練押出機に樹脂を装填して加熱溶融し、この溶融状態で粘度の低い樹脂に機能性微粉体を混入して剪断力で混練分散することが行われる。こうすることによって、凝集した機能性微粒子が剪断力を受けて解砕し、樹脂の中に均一に分散していくことになる。
【０００４】
このような目的に使用される混練押出機としては、同一方向に回転している平行に配設された２本のスクリュー軸間に原料である樹脂および機能性微粉体を供給して混練分散する二軸スクリュー式（特許文献１を参照 ） のものや、円盤を同心で多段に配設して円盤の表裏面で供給された原料を混練分散する石臼式（特許文献２を参照） のものを採用するのが一般的である。
【０００５】
ところで近年、樹脂の機械剛性を高めるための強化材料として、一次粒子径がナノ単位の超微粒子であるモンモリロナイトやカーボンナノチューブやフラーレンやナノカーボン繊維が注目されている。というのは、これらの超微粒子は、比表面積が非常に大きく樹脂に少量添加することによって樹脂の機能を大幅に向上させることができる。因みに、ナノ単位の超微粒子を樹脂に分散させたものはナノコンポジットと称される。今後、機能性樹脂は、ミクロコンポジットからナノコンポジットに発展するものと予測される。
【０００６】
かかる超微粒子は、ミクロ粒子の略１，０００倍の表面積と表面エネルギーで凝集して二次粒子が形成されており、したがって、超微粒子の凝集力（ファン・デル・ワールス力）は、粒子径が１μｍオーダーの微粒子に比べて約１，０００倍の凝集エネルギーもって凝集している。
【０００７】
従って、このような大きな凝集エネルギーで二次粒子を構成している凝集粒子を一つ一つの一次粒子に解砕するためには、粒子径が１μｍの微粒子の二次粒子を解砕する場合に較して約１，０００倍の力が必要となる。
【０００８】
このような大きな剪断力が要求される二次粒子の解砕を、従来の二軸スクリュー式の混練押出機を用いて剪断速度を大きくして行おうとすれば、従来のスクリューの回転数（通常、略６００ｒｐｍ）を１，０００倍の６００，０００ｒｐｍにしなければならず、実現不可能である。実際には、せいぜい２，０００〜２，５００ｒｐｍの回転数で試行されているが、この程度の回転数ではナノ粒子が凝集した二次粒子を一次粒子に解砕分散することはできない。なお、多段石臼式の混練押出機においても事情は同じである。
【０００９】
そこで、近年、ナノ粒子と樹脂とを所定の化学反応で樹脂内に分散させるようにした重合法を採用することが実用化されているが、かかる重合法を採用しようとすれば、設備コストが莫大になるばかりか、重合反応に長時間を要して処理効率が劣り、運転コストが嵩むという問題点を有している。
【００１０】
このような状況に鑑み、発明者は、先に特許文献３に記載されているような超微粉体と樹脂との混練方法および混練装置を提案した。特許文献３に記載の混練方法は、樹脂が固体状態を保つ温度に設定した固相混練分散工程において原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体を解砕分散する工程と、樹脂が溶融状態となる温度に設定した混練分散工程と、再び、樹脂が固体状態を保つ温度に設定した樹脂固化混練分散工程において原料に剪断力を加えることにより原料中に超微粒子を分散させる二段階の樹脂固化混練分散工程を経て機能性樹脂を製造するものである。
【００１１】
また、特許文献３に記載の混練装置は、かかる混練方法を具体的に実施するためには最適のものであり、超微粉体と樹脂とが装填されるシリンダと、このシリンダに同心で内装される原料挿入スクリューフィーダと、この原料挿入スクリューフィーダに同心で一体回転可能に取り付けられる複数の回転円盤と、この回転円盤の側面に対向するように同心でシリンダに装着される複数の固定円盤とが備えられたものである。そして、シリンダ内には、樹脂が固体状態を保つ樹脂熱変形温度近辺の温度に設定された樹脂固化ゾーンと、樹脂がゴム粘弾性状態または溶融状態となる樹脂溶融温度近辺の温度に設定された超微粉体分散ゾーンとが形成されるようになされている。
【００１２】
このような混練装置を用いて前記の混練方法を実行することにより、樹脂固化ゾーンにおいて、ファン・デル・ワールス力で凝集して形成された超微粉体の二次粒子が半固化した樹脂内に閉じ込められた状態になっている。従って、かかる樹脂内に閉じ込められた二次粒子は、当該樹脂が高い剪断力を受けて分断されたときに同時に解砕されるとともに、その下流側の超微粉体分散ゾーンにおいて解砕された二次粒子を樹脂中に分散させることができる。
【００１３】
従って、超微粉体および樹脂を、樹脂固化ゾーンと樹脂分散ゾーンとへ順次供給することにより、二次粒子の確実な解砕とその後の分散とにより最終的には超微粉体の単位粒子が均一に樹脂中に均一に分散された機能性樹脂を容易に形成することができ、超微粉体を粒子単位で樹脂中に容易にかつ均一に分散させることで高品質の機能性樹脂を連続的に大量にかつ安価に製造することができる。
【特許文献１】米国特許第 ３，１２２，３５６号明細書
【特許文献２】米国特許第４，４０８，８８７号明細書
【特許文献３】特開２００２−３４７０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、特許文献３に記載の混練方法および混練装置においては、樹脂と超微粉体との混合物に樹脂固化ゾーンおよび樹脂分散ゾーンでの処理が施された後に、得られた機能性樹脂が混練装置から排出される直前に当該機能性樹脂中に分散している気体を脱気する脱気処理が施されるようになっている。
【００１５】
しかしながら、脱気処理が機能性樹脂を製造する一連の工程の最後に行われる場合には、機能性樹脂に脱気処理が行われるまでの間の樹脂と超微粉体との混合物の混練操作時に、気泡が微細化されて原料中に均等に分散してしまうため、剪断作用で混練分散を施しつつあるときには、多数の微細な気泡が原料の中に存在したままとなる。
【００１６】
そして、原料の間に多数の微細な気泡が存在したままの状態で樹脂と超微粉体との混合物に回転円盤の回転による当該回転円盤と固定円盤との間での混合物の剪断による混練分散が施されると、加熱により原料の樹脂と微粒子から揮発分が気体となって発生する、この気体に剪断力が集中して原料中に分散し、微細に分散した気体が脆性部となり滑りを生じて分散系の粘度の低下の原因となり、結果として原料に剪断力が作用する効率が低下して超微粒子の二次凝集を確実に解砕分散させることができなくなるという問題点が生じる。
【００１７】
また、特許文献３に記載の混練方法および混練装置においては、原料の樹脂と超微粒子との混合物に対して加熱と冷却とが交互に繰り返されるため、エネルギーの損失が大きいという問題点も存在する。
【００１８】
本発明は、特許文献３に記載の発明の上記のような問題点を解消するべくなされた改良発明であり、ナノメーターオーダーの超微粉体の二次粒子をより容易に解砕して一次粒子とし、この一次粒子を樹脂内に均一に分散することができるとともに、エネルギーコストの低減化を図ることが可能な超微粉体を樹脂に混練分散する方法および混練装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１記載の発明（超微粉体と樹脂との混練方法）は、超微粉体と樹脂とを含む原料を下流側に移動させながら前記原料に混練分散を施す混練方法であって、一本の回転軸の周りに前記原料を加熱するべく挿入する原料挿入工程と、樹脂が溶融する温度にまで加熱された原料を液相状態で混練して超微粉体を樹脂中に分散させる液相混練分散工程と、液相状態で混練された原料中から発生する気体を脱気する脱気工程と、樹脂が固相状態を保つ温度に冷却して前記原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体の二次粒子を分散系の脆性粒子にして解砕する固相混練分散工程と、再び樹脂が溶融する温度にまで加熱して再度液相混練処理を施す再液相混練工程と、再度液相混練処理が施されることにより得られた製品を押し出す押出工程とを順次経ることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明において超微粉体とは０．１μｍ以下の機能性ナノミクロン粒子等のことであり、樹脂とは、ポリエ樹脂チレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロライド、ポリアミド、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニール樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネイト、ポリアセタール、ポリフェニレンスルフイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトンポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、等の熱可塑性合成樹脂及びフェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、等の熱硬化性樹脂のことである。
【００２１】
この発明において液相混練分散工程とは、樹脂が溶融温度以上に温度設定されて樹脂が流体になっている状態において、当該樹脂と超微粉体とを互いに混練する工程のことである。
【００２２】
この発明において樹脂の固相混練分散工程とは、樹脂の動粘度が例えば１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上に設定された状態で実行される工程のことである。
【００２３】
かかる構成によれば、初めに樹脂を液相混練分散する工程では、粘度が低いためにファン・デル・ワールス力で結合して形成された超微粒子の二次粒子を完全分散するだけの剪断応力を発生することが困難であり、その大半が二次粒子状態で溶融樹脂中に分散される。
【００２４】
次の脱気工程では、樹脂は溶融液相状態にされ、発生した気体分は、大気圧状態または強制真空減圧状態で完全に脱気される。脱気後の原料は、次の固相混練分散工程に移送され、ここでファン・デル・ワールス力で凝集した超微粒子の二次粒子の結合を解砕するための手段として、液相混練分散工程において未分散の二次粒子が分散系の脆性部となっている部分に剪断力を作用させることが必要になる、そこで樹脂の結合力を超微粒子の二次粒子の結合力以上になるように温度を下げて樹脂の動粘度を例えば１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上になるように設定し、この状態で原料に固相混練分散を施す。
【００２５】
そして、１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上の動粘度で固相剪断混練分散を行うには装置の回転トルクを大きくする必要がある。ところで、特許文献１の二軸方式の混練分散装置にあっては、対向軸との軸距離間の制限があり回転トルクを大きくするために軸経を太くすることが容易ではない。これに対し本発明においては一軸の回転軸上に石臼構造の回転円盤と固定円盤を多段に構成した構造であるため、回転円盤の外形寸法を維持して、内径を広め剪断面積を少ない値で減少し、軸経を太くして軸トルクを高くするための改造設計が容易である。
【００２６】
よって、回転円盤の内径を広めた剪断面積分は減少するが、その値だけ逆に剪断力が増加し、回転円盤の内径を広めた相当寸法に軸経を太くして、高トルクを出力する改造設計を行うことにより１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上の動粘度の高剪断力が作用することができる。
【００２７】
従って、原料の超微粉体と樹脂が、液相混練分散工程と脱気工程と固相混練分散工程を経ることにより、二次粒子の確実な解砕分散とが行われ、超微粉体の各単位粒子（一次粒子）が均一に樹脂中に均一に分散された機能性樹脂（ナノコンポジット）が形成される。
【００２８】
そして、従来行われていたように、樹脂を溶融温度より高温に加熱することによって完全な液状とし、この液状の樹脂の中に超微粉体を混入して単純に攪拌するような混練方法にあっては、ファン・デル・ワールス力で強固に凝集した超微粉体の二次粒子を解砕することが困難であり、超微粉体を一粒一粒の粒子単位で（一次粒子の状態で）樹脂中に分散させることができず、従って、従来法では高品質の機能性樹脂を製造することができなかったが、請求項３の発明では、従来のこのような不都合が解消され、粒径が０．１μｍより小さな超微粉体であってもそれを粒子単位で樹脂中に容易にかつ均一に分散させることが可能になり、高品質のナノコンポジットが製造されることになる。
【００２９】
また、樹脂の温度管理で超微粉体を解砕して樹脂中に均等に分散させるようにしているため、設備規模を小さく抑えた上で超微粉体の樹脂内への均一な分散を実現することが可能になり、設備コストの低減化に貢献する。
【００３０】
これらに加えて、請求項１の発明では、液相混練分散工程と固相混練分散工程との間に介設された脱気工程で原料中の気体の脱気処理が施されるため、当該原料は、内部の気泡が存在しない状態で固相混練分散工程に到達し、以後、気泡が存在しない状態で固相混練分散工程において原料に剪断処理が施される。従って、従来の方法の液相混練分散でみられた気泡が脆性部となって滑って剪断力が作用せずに超微粉体の二次粒子が解砕され難くなるような不都合の発生が有効に防止され、結果として、従来にも増して超微粉体が樹脂中に均一に分散した機能性樹脂を得ることができる。
【００３１】
さらに、従来のように解砕分散工程での高温と低温との間の温度変化が複数回に亘って繰り返される場合には、これによる熱損失の増大で熱効率が低下するような不都合が生じたが、請求項１の発明では、液相混練分散工程と脱気工程と固相混練分散工程との組み合わせが１組とされているため、原料に対し加熱、冷却が繰り返えされることはなく、エネルギーコストの低減化に貢献することができる。
【００３２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記脱気工程は、減圧環境下で行うことを特徴とするものである。
【００３３】
かかる構成によれば、脱気工程において減圧環境下で脱気処理が行われるため、より効率的な脱気処理が実現する。
【００３４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記固相混練分散工程では、樹脂の温度が熱変形温度近傍の温度に設定されるとともに、樹脂の動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上に設定されることを特徴とするものである。
【００３５】
かかる構成によれば、樹脂を固相状態で剪断処理することができるため、樹脂の中に混在している超微粉体の二次粒子がこの剪断処理時に効率的に解砕され、これによって超微粉体の一次粒子が樹脂中に均一に分散される。
【００３６】
請求項４記載の発明（超微粉体を樹脂に混練分散する装置）は、超微粉体と樹脂とを含む原料を下流側に移動させながら原料を混練分散する混練装置であって、一本の回転軸の周りに超微粉体と樹脂とが装填される挿入シリンダと、この挿入シリンダに同心で内装される挿入スクリューと、この挿入スクリューに同心で一体回転可能に取り付けられる複数の回転円盤と、この回転円盤の側面に対向するように同心で挿入シリンダに装着される複数の固定円盤とが備えられ、前記挿入シリンダ内に、前記原料の樹脂を溶融温度にする液相混練分散工程と、液相混練分散された原料中に発生する気体を脱気する脱気工程と、樹脂が固相状態を保つ温度に冷却して固相混練分散において原料中の超微粉体の二次粒子を系の脆性粒子にして前記原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体の二次粒子を解砕して分散する固相混練分散工程と、再び樹脂が溶融する温度にまで加熱して再度液相混練処理を施す再液相混練工程と、再度液相混練処理が施されることにより得られた製品を押し出す押出工程とのそれぞれに対応した部分が備えられ、前記各工程の温度を調節する温度調節手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００３７】
かかる構成によれば、原料の超微粉体と樹脂との混合物は、スクリューフィーダの駆動により回転している回転円盤の表面とシリンダの内周面および固定円盤の表面との隙間を下流側に向かって移動しながら、これらの隙間で混合物に作用する剪断力により混練分散され、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る超微粉体を樹脂に混練分散する方法および混練分散装置によれば、樹脂溶融温度で原料に加熱を施す樹脂液相混練分散工程では加熱により原料の樹脂と微粒子から揮発分が気体となって発生するが、この気体に剪断力が集中して原料中に分散し、微細に分散した気体が脆性部となってここに滑り現象が生じて樹脂に対し適正に剪断応力が作用せず、超微粉体の二次粒子が解砕され難くなるような不都合が生じることになるのを、樹脂固相混練工程の手前に介設された脱気工程で原料に分散した気泡が完全に脱泡された状態で固相混練分散工程に到達するため、以後、原料に脆性部を形成する要因となる気泡が存在しない状態で原料が例えば１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上の動粘度となる温度に冷却され、樹脂が高弾性体となる。従って、固相混練分散工程において剪断力が超微粉体の二次粒子に効果的に作用するため、結果として、従来にも増して超微粉体が樹脂中に均一に分散した機能性樹脂を得ることができる。
【００３９】
さらに、請求項１の発明では、解砕工程と分散工程との組み合わせが１組とされているため、従来のようにこの組み合わせが複数ある時は、高温と低温との間の温度変化が複数回に亘って繰り返され、これによる熱損失の増大で熱効率が低下するような不都合の発生が有効に防止され、エネルギーコストの低減化に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１は、本発明方法に用いられる超微粉体と樹脂との混練装置（すなわち本発明装置）の実施形態を説明するための側面視の断面図である。混練装置１０は、超微粉体Ｕ（粒径が０．１μｍより小さいナノ粒子）と樹脂Ｇとを定量に配合し混練して超微粉体Ｕを樹脂Ｇ中に均等に分散させるものであり、装置本体２０と、この装置本体２０に超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇを供給する原料供給部３０と、装置本体２０からの完全分散された機能性複合樹脂Ｇ１を系外に導出するための製品排出部４０とを備えた基本構成を有している。
【００４１】
前記原料供給部３０は、原料の機能性を備えた超微粉体Ｕを貯留する超微粉体ホッパー３１と、この超微粉体ホッパー３１内の超微粉体Ｕを切り出す超微粉体定量に切り出す超微粉体定量フィーダー３２と、原料の樹脂Ｇを貯留する樹脂ホッパー３３と、この樹脂ホッパー３３内の樹脂Ｇを定量に切り出す樹脂定量フィーダー３４と、各定量フィーダー３２，３４から排出された原料を受け入れる上下方向に延びた中継筒３５と、この中継筒３５の下端部に接続された原料投入ホッパー３６とを備えている。
【００４２】
超微粉体定量フィーダー３２は、その付設された超微粉体側駆動モータ３２ａを有しているとともに、樹脂定量フィーダー３４は、その付設された樹脂側駆動モータ３４ａを有している。これら駆動モータ３２ａ，３４ａの駆動による定量フィーダー３２，３４によって超微粉体ホッパー３１内の超微粉体Ｕが切出されると同時に、樹脂ホッパー３３内の樹脂Ｇが切り出される。
【００４３】
従って、各定量フィーダー３２，３４の各ホッパー３１，３３から切り出された原料の超微粉体Ｕと樹脂Ｇは、混合物Ｇ０となって中継筒３５を介して原料投入ホッパー３６内を落下供給されて後述する挿入シリンダ２５内に導入されることになる。
【００４４】
また、超微粉体定量フィーダー３２には、切り出された超微粉体Ｕの排出重量を検出するロードセル３７ａと、このロードセル３７ａの検出結果に基づき所定の制御を行うローカル制御器３７ｂとが設けられている。そして、ローカル制御器３７ｂは、ロードセル３７ａが検出した検出値を基にフィードバック制御のための制御信号を超微粉体側駆動モータ３２ａに向けて出力し、これによって超微粉体ホッパー３１からは常に予め設定された超微粉体Ｕが切り出されるようになっている。
【００４５】
また、樹脂定量フィーダー３４には、切り出された超微粉体Ｇの排出重量を検出するロードセル３８ａと、このロードセル３８ａの検出結果に基づき所定の制御を行うローカル制御器３８ｂとが設けられている。そして、ローカル制御器３８ｂは、ロードセル３８ａが検出した検出値を基にフィードバック制御のための制御信号を樹脂側駆動モータ３４ａに向けて出力し、これによって樹脂ホッパー３３からは常に予め設定された樹脂Ｇが切り出されるようになっている。
【００４６】
因みに超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの切り出し量は、これらの合計切り出し量および配合割合によって決定されるが、これらの値は、各ローカル制御器３７ｂ，３８ｂに入力される。
【００４７】
前記装置本体２０は、複数個のシリンダ２１と、このシリンダ２１に同心で内装される挿入スクリュー２２ａと、この挿入スクリュー２２ａに同心で共回り可能に取り付けられる複数の回転円盤２３と、この回転円盤２３の側面に対向するように同心でシリンダ２１に装着される複数の固定円盤２４とを備えている。最上流側（図１の右方）のシリンダ２１（後述の第一シリンダ２１１）には、同心で挿入シリンダ２５が一体的に連結されている。
【００４８】
前記複数のシリンダ２１、前記挿入スクリュー２２ａと同軸上に嵌合された複数の回転円盤２３および複数の固定円盤２４が同心で交互に重ね合わされた状態でこれらの基端側に挿入シリンダ２５が同心で接合され、さらに最下流側のシリンダ２１に製品排出部４０を構成する後述の押出シリンダ４１が同心で接続され、これらにタイロッド２９が貫通されて締結されることにより装置本体２０が挿入シリンダ２５と押出シリンダ４１との間に形成されている。
【００４９】
そして、かかる装置本体２０の挿入シリンダ２５の図１における右端部に駆動装置２６が設けられ、この駆動装置２６の駆動によって挿入スクリュー２２ａが自軸心回りに回転するようになっている。
【００５０】
前記挿入スクリュー２２ａの外周面には、螺条２２ｂが設けられ、原料供給部３０から挿入シリンダ２５内に導入された超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物（原料）Ｇ０は、挿入スクリュー２２ａの軸心回りの回転による螺条２２ｂの回転に誘導されてシリンダ２１内を下流側（図１の左方）に向かって移動し、各シリンダ２１の内周面と各回転円盤２３の外周面との隙間、および各固定円盤２４の側面と各回転円盤２３の側面との隙間を通過しながら混練・分散され、機能性複合樹脂Ｇ１となって後述する成形ダイス４２ａから系外に排出される。
【００５１】
前記製品排出部４０は、装置本体２０の下流端に同心で接続された押出シリンダ４１と、この押出シリンダ４１の下流端に同心で接続されたダイ部材４２と、押出シリンダ４１に同心で内装された、後述のスクリューフィーダ２２と同心で一体回転する押出スクリュー４３とからなっている。
【００５２】
押出シリンダ４１は、上流端および下流端にフランジ４１ａを有し、上流側のフランジ４１ａが最下流のシリンダ２１に当接された状態でこのフランジ４１ａ、各シリンダ２１、固定円盤２４および挿入シリンダ２５にタイロッド２９が差し通されて締結されることにより、装置本体２０、挿入シリンダ２５および製品排出部４０が一体化されるようになっている。かかるタイロッド２９は、図３に示すように装置本体２０の周方向に等ピッチで複数本（図３に示す例では５本）が用いられ、これによって装置本体２０、挿入シリンダ２５および押出シリンダ４１の連結締結状態が確実になるようにしている。
【００５３】
前記ダイ部材４２は、押出シリンダ４１内で押出スクリュー４３により加圧された機能性複合樹脂Ｇ１を環状に数本の丸紐状に成形する成形ダイス４２ａを有し、押出シリンダ４１から押し出された機能性複合樹脂Ｇ１は、ダイ部材４２の成形ダイス４２ａを通って３ｍｍ径の数本の丸紐状にして系外に排出される。
【００５４】
図２は、装置本体２０の一部を示す部分断面図であり、図３は、そのIII−III線断面図である。また、図４は、図２の一点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。
【００５５】
図２〜図４に示すように、シリンダ２１の中実部分には、軸心と同心で形成された環状の第一冷熱媒体流通路２７が設けられているとともに、固定円盤２４には、図２および図４に示すように、軸心と同心形成された環状の第二冷熱媒体流通路２８が設けられている。これらの冷熱媒体流通路２７，２８は、後に詳述する電気バンドヒーター（温度調節手段）９０との協働で装置本体２０内の超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物Ｇ０の温度を加熱するためのものであり、この温度制御を精密に行うことにより、超微粉体Ｕの集合体である二次粒子を解砕分散して樹脂Ｇ内に均等に分散させることができる。
【００５６】
以下、装置本体２０の温度制御について説明する。この温度制御を適切に実行するために、本実施形態においては、装置本体２０は、超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０に対する処理の状況に応じて、上流側（図１における右側）から下流側に向けて原料挿入工程Ｆ、混練脱気工程Ｋ、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄに対応する部分がそれぞれ設けられている。
【００５７】
そして、これらの各工程の内の特に混練脱気工程Ｋは、前記シリンダ２１、スクリューフィーダ２２、回転円盤２３および固定円盤２４により構成された、原料挿入工程Ｆからの混合物Ｇ０に対して混練分散処理に係る本発明の心臓部分であり、液相混練分散工程Ｋ１と、脱気工程Ｖと、固相混練分散工程Ｋ２と、再液相混練工程Ｋ３とを備えている。
【００５８】
そして、本実施形態においては、原料挿入工程Ｆにおいて原料挿入工程が実行され、液相混練分散工程Ｋ１において液相混練分散工程が実行され、脱気工程Ｖにおいて脱気工程が実行され、固相混練分散工程Ｋ２において固相混練分散工程が実行され、再液相混練工程Ｋ３において再液相混練工程が実行され、押出工程Ｍにおいて押出工程が実行され、成形工程Ｄにおいて成形工程が実行されるようになっている。因みに、図１では、各工程を示す符号の下に工程名を示している。原料挿入工程Ｆは、樹脂Ｇの軟化温度より高温の第一温度Ｔ１に設定される。
【００５９】
前記混練脱気工程Ｋには、図１に示すように、最上流側（図１の右方）の第一シリンダ２１１から最下流側の第十シリンダ２２０までの１０基のシリンダ２１と、最上流側の第一スクリュー２２１から最下流側の第九スクリュー２２９までの９基のスクリューフィーダ２２と、最上流側の第一回転円盤２３１から最下流側の第十回転円盤２４０までの１０基の回転円盤２３と、最上流側の第一固定円盤２４１から第九固定円盤２４９までの９基の固定円盤２４とが設けられている。
【００６０】
前記液相混練分散工程Ｋ１は、原料挿入工程Ｆからに押し込まれた超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０に対して樹脂Ｇを加熱溶融して剪断処理を施しつつ当該混合物Ｇ０を溶融樹脂中に混練分散する領域である。本実施形態においては、この液相混練分散工程Ｋ１としてシリンダ２１内（第一〜第三シリンダ２１１〜２１３内）における第一〜第三スクリュー２２１〜２２３と、第一〜第三回転円盤２３１〜２３２と、第１〜第３固定円盤２４１〜２４３とが配設された部分が当てられている。液相混練分散工程Ｋ１は、前記第一温度Ｔ１と同一の第二温度Ｔ２に設定される。
【００６１】
前記脱気工程Ｖは、液相混練分散工程Ｋ１における加熱によって超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０内に含まれていた気化成分の気体を取り除くための領域である。このような脱気工程Ｖが設けられるのは以下の理由による。すなわち、混合物Ｇ０の中に例えば多数の微細な気泡の状態で空気や気化成分のガス等の気体が存在したままの状態で樹脂Ｇと超微粉体Ｕとの混合物Ｇ０に回転円盤２３の回転による当該回転円盤２３と固定円盤２４との間での剪断による混練処理が施されると、混合物Ｇ０における気泡が存在する部分が脆性部となって、この部分に剪断力が作用して滑りが生じ、結果として混合物Ｇ０に剪断力が作用しなくなるという不都合が生じるからである。
【００６２】
そして、混合物Ｇ０に剪断力が作用しなくなると、超微粉体Ｕの二次凝集を確実に解砕分散させることができなくなるのであり、かかる不都合を解消するべく、本発明においては固相混練分散工程Ｋ２に先立って脱気工程Ｖが設けられ、この脱気工程Ｖで溶融して気体を含んだ混合物Ｇ０に脱気処理が施される。脱気工程Ｖでは、樹脂Ｇの軟化温度より高温ではあるが液相混練分散工程Ｋ１の第二温度Ｔ２より若干低温の第三温度Ｔ３に設定される。
【００６３】
かかる脱気工程Ｖの構成要素である第四シリンダ（ベントシリンダ）２１４は、他のシリンダ２１に比べて軸心方向の長さ寸法が長尺に設定され、その上部には上下方向に延びた脱気通路２１４ａが設けられているとともに、当該脱気通路２１４ａ内から外部に向かって開放され通気孔２１４ｂが開口され、脱気工程Ｖで脱気された気体は、脱気通路２１４ａを通り通気孔２１４ｂから外部へ導出されるようになされている。本実施形態においては、脱気工程Ｖ内を減圧環境にして効率よく脱気されるようになされている。
【００６４】
そして、脱気工程Ｖにおける混合物Ｇ０の滞留時間を長く、また、脱気面積を広くして脱気効果を向上させるべく、第四回転円盤２３４は、軸心方向の長さ寸法が第四シリンダ２１４のそれに合わせて他の回転円盤２３より長尺とされている。従って、脱気工程Ｖに導入された超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０は、他の回転円盤２３を通過するよりも長時間をかけて第四回転円盤２３４の周面を通過し、この間に混合物Ｇ０に対し脱気処理が施される。かかる脱気工程Ｖの温度Ｔ３は、本実施形態では、液相混練分散工程Ｋ１の温度Ｔ２と同一になるように制御されている。
【００６５】
前記固相混練分散工程Ｋ２は、樹脂Ｇの動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上になるまで前記第三温度Ｔ３から温度低下された第四温度Ｔ４に設定された状態で、前記脱気工程Ｖにおいて脱気処理が施された超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０に対し剪断力を加えることにより、超微粉体Ｕの二次粒子を効果的に解砕分散し、これによって当該超微粉体Ｕを樹脂Ｇ内に均一に分散させるための領域である。
【００６６】
かかる固相混練分散工程Ｋ２は、シリンダ２１内（第五〜第八シリンダ２１５〜２１８内）における第四〜第七スクリュー２２４〜２２７と、第五〜第八回転円盤２３５〜２３８と、第四〜第七固定円盤２４４〜２４７とが配設された部分が当てられている。
【００６７】
かかる固相混練分散工程Ｋ２においては、混合物Ｇ０は、樹脂が固相状態を保つ第四温度Ｔ４に制御される。固相状態を保つ温度とは、前記のとおり樹脂Ｇの動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上で固体状態を保つ温度のことである。かかる温度においては、樹脂Ｇは、超微粉体Ｕ以上の剪断応力値を示す状態になっているため、この固相混練分散工程Ｋ２での固相混練分散工程を経ることにより、超微粉体Ｕの二次粒子は効果的に解砕分散され、これによって樹脂Ｇが海相となり、ナノオーダーに解砕分散された超微粉体Ｕが島相となって完全分散する状態になる。
【００６８】
前記再液相混練工程Ｋ３は、シリンダ２１内（第九および第十シリンダ２１９，２２０内）の第八および第九スクリュー２２８，２２９と、第九および第十回転円盤２３９，２４０と、第八および第九固定円盤２４８，２４９とが配設された部分が当てられている。ここでは、超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０は、脱気工程Ｖと同じ温度の第五温度Ｔ５になるように制御されている。
【００６９】
前記押出工程Ｍは、再液相混練工程Ｋ３から導出された機能性複合樹脂Ｇ１の押し出しを実行するための領域であり、製品排出部４０における押出シリンダ４１と、この押出シリンダ４１内のスクリュー４３とを備えた部分により形成されている。かかる押出工程Ｍ内の機能性複合樹脂Ｇ１は、前記液相混練分散工程Ｋ１と同じ温度である第六温度Ｔ６に制御される。
【００７０】
前記成形工程Ｄは、押出工程Ｍからの機能性複合樹脂Ｇ１を数本の約３ｍｍ径の丸紐状に成形して外部に排出する領域である。かかる成形工程Ｄは、製品排出部４０のダイ部材４２およびダイス４２ａにより構成されている。この成形工程Ｄにおける温度Ｔ７は、押出工程Ｍでの第六温度Ｔ６と同一の温度Ｔ７になるように制御される。
【００７１】
そして、装置本体２０内の樹脂Ｇの温度制御のために、本発明においては、前記温度調節構造が設けられている。温度調節構造は、図６（なお図６は後に詳述する混練装置１０の運転制御を説明するためのものである）に示すように、原料挿入工程Ｆ、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相混練分散工程Ｋ２、再液相混練工程Ｋ３に対応した部分および押出工程Ｍと成形工程Ｄとに対応した部分の外周面にそれぞれ設けられた電気バンドヒーター９０と、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相混練分散工程Ｋ２および再液相混練工程Ｋ３に対応した部分内を冷却する冷媒供給装置（温度調節手段）６０とを備えている。
【００７２】
前記電気バンドヒーター９０は、内部にニクロム線や炭化珪素等の通電発熱体が内装された環状のケーシングを備えて構成されている。かかるケーシングが装置本体２０に外嵌されることにより、通電発熱体の発熱で挿入シリンダ２５内、装置本体２０内、および製品排出部４０内が加熱されるようになっている。
【００７３】
このような電気バンドヒーター９０としては、原料挿入工程Ｆに対応する部分に設けられた第一電気バンドヒーター９１と、液相混練分散工程Ｋ１に対応する部分に設けられた第二電気バンドヒーター９２と、脱気工程Ｖに対応する部分に設けられた第三電気バンドヒーター９３と、固相混練分散工程Ｋ２に対応する部分に設けられた第四電気バンドヒーター９４と、再液相混練工程Ｋ３に対応する部分設けられた第五電気バンドヒーター９５とＭに設けられた第六電気バンドヒーター９６と、成型工程Ｄに対応する部分に設けられた第七電気バンドヒーター９７との７基が採用されている。
【００７４】
かかる各電気バンドヒーター９１〜９７には、電源装置９９からそれぞれ所定量の電力が供給され、これによる通電発熱体の発熱によって各工程に対応した部分がそれぞれ別個に所定の温度に加熱される。なお、各工程の温度については、つぎに説明する冷媒供給装置６０との協働によって所定の温度（Ｔ１〜Ｔ７）になるように制御される。
【００７５】
前記冷媒供給装置６０は、内部に冷凍機等からなる冷熱源と、この冷熱源によって冷却された水や冷却オイル等の冷媒を送出する複数基の冷媒送出ポンプとを有している。
【００７６】
そして、液相混練分散工程Ｋ１部分に対応した冷媒送出ポンプと液相混練分散工程Ｋ１部分の冷熱媒体流通路２７，２８との間には第一往管路６１が設けられ、脱気工程Ｖ部分に対応した冷媒送出ポンプと脱気工程Ｖ部分の冷熱媒体流通路２７，２８との間には第二往管路６２が設けられ、固相混練分散工程Ｋ２部分に対応した冷媒送出ポンプと固相混練分散工程Ｋ２部分の冷熱媒体流通路２７，２８との間には第三往管路６３が設けられ、再液相混練工程Ｋ３部分に対応した冷媒送出ポンプと再液相混練工程Ｋ３部分の冷熱媒体流通路２７，２８との間には第四往管路６４が設けられている。
【００７７】
また、これらの各工程Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３部分で装置本体２０内の超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０の温度調節用に使用された後の冷媒は、１本の復管路６５に集められて冷媒供給装置６０に戻され、循環使用されるようになっている。かかる復管路６５には、外気との熱交換で冷媒を冷却する熱交換器６６が設けられ、装置本体２０内で加熱された冷媒は、ここで一旦常温より若干高めの温度にまで冷却された後に冷媒供給装置６０に戻される。
【００７８】
前記第一往管路６１には第一制御弁６１ａが、第二往管路６２には第二制御弁６２ａが、第三往管路６３には第三制御弁６３ａが、第四往管路６４には第四制御弁６４ａがそれぞれ設けられ、これらの制御弁６１ａ〜６４ａの開閉操作による冷媒の流量調整と、熱媒体流通路２７，２８への電力供給量の制御とで各混練工程Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３および脱気工程Ｖの温度が制御される。
【００７９】
そして、冷媒供給装置６０に戻された冷媒は、冷熱源で所定の温度にまで冷却された後に各制御弁６１ａ〜６４ａを介して往管路６１〜６４を通って再度各工程に向けて送り出されて循環使用される。
【００８０】
図５は、原料挿入工程Ｆ、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相混練分散工程Ｋ２、再液相混練工程Ｋ３、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄのそれぞれの設定温度を示す工程図であり、各工程の並びについては図１と対応させている。また、縦軸に温度と動粘度とを設定している。温度と動粘度とは、互いに逆比例する関係にある。この工程図における温度は、高めのものと、低めのものとがあり、右下がりのハッチングが付されている温度で超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０に剪断力による解砕分散処理が施される一方、右上がりのハッチングが付されている温度で混合物Ｇ０は溶融状態の液相になっている。具体的にどのような温度が採用されるかについては、樹脂Ｇの種類によって決められる。
【００８１】
このような温度制御が行われるのは、以下の理由による。すなわち、超微粉体Ｕは、一つ一つは径寸法がナノオーダーの非常に細かいものではあるが、これらの多数がファン・デル・ワールス力によって凝集して、いわゆる一次粒子が二次粒子に凝集して二次粒子に結合し形成され、この二次粒子があたかも一つの粒子であるかの如き挙動を示すため、かかる二次粒子の集合体である超微粉体Ｕを単に溶融状態の樹脂Ｇに供給して混練しても、二次粒子が樹脂Ｇ内に分散するだけであり、二次粒子が解砕分散して一つ一つの微粒子（一次粒子）が樹脂Ｇ内に均一に分散するようなことは起こらない。
【００８２】
そこで、本実施形態においては、樹脂Ｇを液相混練分散工程Ｋ１における液相混練分散工程で加熱溶融して液相状とし、樹脂Ｇ内に二次粒子を均等に混練分散させる。このとき混合物Ｇ０内の揮発成分が気体となり分散によって気泡が形成されるが、この気泡は、引き続き実行される脱気工程で脱気される。このような脱気処理が行われるのは、先に説明したとおり、混合物Ｇ０の中に例えば多数の微細な気泡の状態で空気や気化ガス等の気体が存在したままの状態で樹脂Ｇと超微粉体Ｕとの混合物Ｇ０に回転円盤２３の回転による当該回転円盤２３と固定円盤２４との間での剪断による混練処理が施されると、混合物Ｇ０における気泡が存在する部分が脆性部となって、この部分で剪断力に対して滑りが生じ、結果として混合物Ｇ０中の超微粉体Ｕの二次粒子を均等に混練分散するための剪断力が作用しなくなるという不都合が生じるからである。
【００８３】
ついで、固相混練分散工程Ｋ２で樹脂Ｇが固体状態になるように温度を精密に制御しながら回転している回転円盤２３とシリンダ２１および固定円盤２４との間で生じる剪断力によって樹脂Ｇが海相となり二次粒子が脆性破壊して解砕分散して超微粉体Ｕの粒子の一つ一つが樹脂Ｇ島相となって均一に完全分散される。
【００８４】
引き続き再液相混練工程Ｋ３で混合物Ｇ０が溶融した液状になるように温度を制御して混練し、次の押出工程Ｍに送られる。
【００８５】
そして、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相混練分散工程Ｋ２および再液相混練工程Ｋ３では、精密な温度制御が行われる。この温度制御は、本実施形態においては、電気バンドヒーター９０の通電発熱体に供給される電源装置９９からの電力と、シリンダ２１の第一冷熱媒体流通路２７（図２）および固定円盤２４の第二冷熱媒体流通路２８に供給される冷媒の流量を制御することにより行われる。
【００８６】
原料挿入工程Ｆおよび液相混練分散工程Ｋ１では、超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０の装置本体２０内における流動性に重点がおかれ、そのために原料挿入工程Ｆおよび液相混練分散工程Ｋ１の第一温度Ｔ１および第二温度Ｔ２は樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓの液相混練領域内に設定される。従って、原料挿入工程Ｆおよび液相混練分散工程Ｋ１では、混合物Ｇ０に大きな剪断力が作用することはなく、超微粉体Ｕは二次粒子のままで樹脂Ｇ内に分散される。
【００８７】
ついで、脱気工程Ｖでは、気泡を効果的に放出させるために、樹脂Ｇに若干の剪断力を作用させるようになされている。そのために、脱気工程Ｖの第三温度Ｔ３は、樹脂溶融温度Ｔｍより高く、かつ、Ｔｓより若干低めに設定されている。
【００８８】
ついで、固相混練分散工程Ｋ２では、樹脂Ｇを固体の固相状態にして剪断することにより固相状態の樹脂Ｇ内に分散している二次粒子は分散系の脆性粒子となり二次粒子の解砕が容易になって樹脂Ｇ内に分散することになる。そのために、固相混練分散工程Ｋ２は、樹脂Ｔｍより低温の樹脂固相温度ＴL１〜ＴL２の固相混練領域内の温度である第四温度Ｔ４になるように制御される。
【００８９】
樹脂溶融温度Ｔｍは、樹脂Ｇを加熱していった場合に液状化する温度であるのに対し、樹脂熱変形温度Ｔｄは、樹脂溶融温度Ｔｍより低温の樹脂が自然体で自己変形しない（高い外力によって変形はする）固体状態になる温度である。そして、樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓの温度領域で、図５に示すように、前記液相混練分散領域が設定されるとともに、樹脂溶融温度Ｔｍより低温で、かつ、樹脂熱変形温度Ｔｄ近辺の温度領域で前記固相混練領域が設定される。
【００９０】
前記樹脂熱変形温度Ｔｄについてさらに詳しく説明する。樹脂熱変形温度Ｔｄは、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉｓｌ：米国規格協会）の試験法Ｄ−６４７による試験で得られた、１．８２０（ＭＰｓ）の荷重が与えられた状態で樹脂が熱変形を開始する温度である。この温度の近辺においては、樹脂Ｇに力が加えられると容易に変形するが流動性をほとんど示さない、いわゆる固体状態になる。この樹脂熱変形温度Ｔｄを目安にして樹脂Ｇ内の二次粒子を脆性粒子にして解砕させる温度領域である固相混練領域が設定される。
【００９１】
因みに、樹脂熱変形温度Ｔｄは、樹脂の種類によって異なり、例えばメタクリル樹脂は６０℃〜８０℃、ポリエチレンは、高密度のもので４３℃〜５２℃、中密度のもので３２℃〜４１℃、低密度のもので２４℃〜３２℃である。また、ポリプロピレンは１４０℃である。
【００９２】
各工程Ｆ，Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３，Ｍ，Ｄで具体的に設定される温度Ｔ１〜Ｔ７は、樹脂Ｇの種類に応じた前記樹脂溶融温度Ｔｍおよび樹脂熱変形温度Ｔｄを基本とし、これに実際に行った各種の試験の結果を加味することで決められる。
【００９３】
そして、超微粉体ホッパー３１（図１）および樹脂ホッパー３３から装置本体２０の原料挿入工程Ｆに導入された超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物Ｇ０は、ここで第一電気バンドヒーター９１により加熱されて樹脂溶融温度Ｔｍより高温の第一温度Ｔ１とされ、液相混練分散工程Ｋ１へ押し込まれる。
【００９４】
液相混練分散工程Ｋ１へ押し込まれた混合物Ｇ０は、第二電気バンドヒーター９２による加熱と、第一冷熱媒体流通路２７および第二冷熱媒体流通路２８を流通している冷媒供給装置６０からの冷媒による冷熱とで調整された第二温度Ｔ２に精密に制御され、これによって樹脂Ｇは溶融状態になる。そして、溶融した樹脂Ｇと超微粉体Ｕの混合物Ｇ０は、挿入スクリュー２２ａの回転による下流側に向けた推進力を得て下流側に移動しながら回転円盤２３（第一〜第三回転円盤２３１〜２３３）の回転によって超微粉体Ｕと混練され、これによって超微粉体Ｕの二次粒子が均一に樹脂Ｇ内に分散した超微粉体Ｕの二次粒子と樹脂Ｇとの混練分散物が得られる。
【００９５】
この超微粉体Ｕの二次粒子と溶融樹脂Ｇとの混練分散混練物は、脱気工程Ｖにおいて第四回転円盤２３４の回転で移動されながら第三電気バンドヒーター９３による加熱と冷媒供給装置６０からの冷媒による冷却との調整による精密な温度制御により第三温度Ｔ３に設定された状態で脱気処理が施される。
【００９６】
ついで、脱気処理後の混合物Ｇ０は、固相混練分散工程Ｋ２で第四電気バンドヒーター９４による加熱と冷媒供給装置６０からの冷媒による冷却との調整による精密な温度制御により、前記樹脂熱変形温度Ｔｄより以下の第四温度Ｔ４に設定され、これによって今まで溶融状態であった樹脂Ｇは固体状態になる。この固体状態の混合物Ｇ０が、回転円盤２３（第五〜第八回転円盤２３５〜２３８）の回転による剪断力で混合物Ｇ０中の超微粉体Ｕの二次粒子が系の脆性粒子となり、これが解砕分散される。
【００９７】
ついで、再液相混練工程Ｋ３における再液相混練工程で混合物Ｇ０中の超微粉体Ｕは完全に分散が完了し、次の押出工程Ｍに溶融状態で送るよう樹脂溶融温度Ｔｍより高温でＴｓより若干低めの第五温度Ｔ５にまで昇温される。
【００９８】
このようにして得られた機能性複合樹脂Ｇ１は、押出シリンダ４１内の押出工程Ｍに向けて移送され、第六電気バンドヒーター９６により樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓの第六温度Ｔ６に設定されて押出工程Ｍを通り、さらに成形工程Ｄのダイ部材４２において第七バンドヒーター９７により第六温度Ｔ６と略同一の第七温度Ｔ７に加熱された状態で３ｍｍ径の数本の丸紐状になって系外に排出される。
【００９９】
図６は、混練装置１０の運転制御の一実施形態を示すブロック図である。この図に示すように、混練装置１０の近傍には制御装置７０が設けられ、混練装置１０は、この制御装置７０の制御で運転されるようになっている。かかる制御装置７０は、中央演算処理装置であるＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）７１と、このＣＰＵ７１に付設された入出力装置７２と、必要データを一時的に記憶するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）７３と、制御プログラムを記憶したＲＯＭ（ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）７４とを備えている。
【０１００】
前記入出力装置７２は、混練装置１０の運転に必要な各種の運転条件などのデータをＣＰＵ７１へ入力するとともに、ＣＰＵ７１が行う所定の演算の演算結果や、現に実施されている混練装置１０の運転状況や時には警報などを出力するものである。かかる入出力装置７２は、図略のキーボード入力装置や、各種の情報を画面表示するディスプレー装置、さらには各種の情報を印字出力するプリンタ等を備えている。
【０１０１】
一方、原料挿入工程Ｆ部分の適所には第一温度センサ８１が、液相混練分散工程Ｋ１部分の適所には第二温度センサ８２が、脱気工程Ｖ部分の適所には第三温度センサ８３が、固相混練分散工程Ｋ２部分の適所には第四温度センサ８４が、Ｋ３の適所には第五温度センサ８５が押出工程Ｍ部分の適所には第六温度センサ８６が成形工程Ｄ部分の適所には第七温度センサ８７がそれぞれ設けられている。
【０１０２】
これらの温度センサ８１〜８７の内の挿入工程Ｆ、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄを対象とした第一、第六および第七温度センサ８１，８６，８７は、例えばバイメタル熱電対等の電力供給断続部材が採用され、予め設定された温度を超えると接点が離れて電力の供給が停止される一方、予め設定された温度以下になると接点がつながって電力が供給されるようになされた簡便な温度制御方式が採用されている。
【０１０３】
これに対し液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相混練分散工程Ｋ２および再液相混練工程Ｋ３に対応する部分ついては、精密な温度管理が必要なことから、制御装置７０による制御が行われる。この制御のために、第二〜第五温度センサ８２〜８５からの温度検出信号は、逐一ＣＰＵ７１に入力され、ＣＰＵ７１は、この検出信号に基づく制御信号を電源装置９９および各制御弁６１ａ〜６４ａへ出力し、これによる第二〜第五ジャケット９２〜９５への電力供給量の増減と、制御弁６１ａ〜６４ａの開閉とによる開度の調節で液相混練分散工程Ｋ１、固相混練分散工程Ｋ２、脱気工程Ｖおよび再液相混練工程Ｋ３の温度を精密に制御するようになされている。
【０１０４】
また、入出力装置７２から入力された超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合割合に基づく制御信号が超微粉体側駆動モータ３２ａおよび樹脂側駆動モータ３４ａへ向けて出力される。これによって各駆動モータ３２ａ，３４ａは、前記混合割合に沿って駆動し、各定量フィーダー３２，３４の周回で予め設定された量の超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇが各ホッパー３１，３３から切り出される。
【０１０５】
なお、超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの切り出し量の微調整は、先に説明したロードセル３７ａ，３８ａおよびローカル制御器３７ｂ，３８ｂによって行われる。この制御結果は、ローカル制御器３７ｂ，３８ｂからＣＰＵ７１へ逐一入力される。そして、この制御結果は、入出力装置７２に画像出力されたり、あるいはプリンターにより印字出力されたりするため、オペレータは、この出力を視認することで超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇが適正に切り出されているか否かを逐一監視することができる。
【０１０６】
以下、このような制御装置７０による混練装置１０の運転制御についてさらに詳細に説明する。混練装置１０の運転に当たっては、予めＣＰＵ７１からの制御信号によって電源装置９９を介して電力が各電熱ジャケット９１〜９７の通電発熱体に供給され、これによって各工程Ｆ，Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３，Ｍ，Ｄが所定の温度にまで加熱された状態とされる。また、超微粉体ホッパー３１および樹脂ホッパー３３には予め所定量の超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇがそれぞれ装填されている。
【０１０７】
この状態で入出力装置７２にその運転に係る超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの設定切出し量、および各工程Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３の設定温度が入力される。なお、原料挿入工程Ｆ、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄに係る第一温度センサ８１、第六温度センサ８６および第七温度センサ８７については、バイメタルの設定温度が手作業で設定される。
【０１０８】
ついでＣＰＵ７１から駆動装置２６および各駆動モータ３２ａ，３４ａに向けて駆動信号が出力されることにより、挿入スクリュー２２ａが回転するとともに、各定量フィーダー３２，３４も周回して各ホッパー３１，３３から超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇが切り出される。
【０１０９】
そして、各定量フィーダー３２，３４によって切り出された超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物Ｇ０は、中継筒３５および原料投入ホッパー３６を介して装置本体２０の原料挿入工程Ｆに導入されて溶融され、挿入スクリュー２２ａの駆動回転により下流側に向けて移動し、各工程Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３において、先に詳述したように、回転円盤２３の回転により混合物Ｇ０中の超微粉体Ｕの二次粒子の解砕および分散が行われて機能性複合樹脂Ｇ１になる。
【０１１０】
かかる混練工程Ｋ１〜Ｋ５における装置本体２０内の温度制御について、液相混練分散工程Ｋ１を例に挙げて説明する。前記ＣＰＵ７１は、第二温度センサ８２からの検出信号が入力されると、この検出信号の値と、予め入力されている設定温度の値（第二温度Ｔ２）とを比較し、検出信号の値の方が設定温度より高い場合には、電源装置９９に向けて第二ジャケット９２への電力供給を停止させる制御信号を出力するとともに、第一制御弁６１ａに向けて弁の開度を大きくする信号を出力する。これによる冷媒の流量の増加によって液相混練分散工程Ｋ１における冷熱媒体流通路２７，２８を介した混合物Ｇ０への冷媒の伝熱量が増大し、液相混練分散工程Ｋ１の温度は第一温度Ｔ１に向けて低下することになる。
【０１１１】
逆に第一温度センサ８１の検出信号の値が第一温度Ｔ１より低いときには、ＣＰＵ７１は、電源装置９９に向けて第二ジャケット９２への電力供給量を増加させる制御信号を出力するとともに、第一制御弁６１ａに向けて弁の開度を小さくする制御信号が出力し、これによる第二ジャケット９２の温度上昇と冷媒の流量の減少とで液相混練分散工程Ｋ１の温度は第一温度Ｔ１に向けて上昇することになる。
【０１１２】
このような制御が脱気工程Ｖ、固相混練分散工程Ｋ２および再液相混練工程Ｋ３で実行されることにより、各工程Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３は、予め設定された設定温度が所定の許容温度範囲で精密に維持されることになり、これによって樹脂Ｇの所定温度での固体状態および液体状態を現出させることが可能になり、先に説明したように超微粉体Ｕの二次粒子を脆性粒子にして解砕分散が適切に行われ、超微粉体Ｕの単位粒子が均一に樹脂Ｇ内に分散した優れた機能性複合樹脂Ｇ１を得ることができる。
【０１１３】
以上詳述したように、本実施形態に係る超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混練分散方法は、一本の回転軸としてのスクリューフィーダ２２の周りに原料である超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物Ｇ０を加熱するべく原料挿入工程Ｆへ挿入する原料挿入工程と、液相混練分散工程Ｋ１において樹脂Ｇが溶融する温度（すなまち、樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓ）にまで加熱された混合物Ｇ０を液相状態で混練して超微粉体Ｕの二次粒子を樹脂Ｇ中に分散させる液相混練分散工程と、脱気工程Ｖにおいて液相状態で混練された樹脂Ｇ中から発生する気体を脱気する脱気工程と、その後、固相混練分散工程Ｋ２において樹脂Ｇが固相状態を保つ樹脂熱変形温度Ｔｄ近辺の温度（樹脂固相温度Ｔｌ１〜Ｔｌ２）に冷却して混合物Ｇ０に剪断力を加えることにより超微粉体Ｕの二次粒子を分散系の脆性粒子として解砕する固相混練分散工程と、再液相混練工程Ｋ３において再び樹脂Ｇが溶融する温度（樹脂溶融温度Ｔｓより若干低めの温度）にまで加熱して再度液相混練処理を施す再液相混練工程と、押出工程Ｍにおいて再度液相混練処理が施されることにより得られた機能性複合樹脂Ｇ１を押し出す押出工程と、成形工程Ｄにおいて機能性複合樹脂Ｇ１を丸紐状の製品に成形する成形工程とを順次経るものである。
【０１１４】
かかる構成によれば、特に、固相混練分散工程Ｋ２での固相混練分散工程Ｋ２において、ファン・デル・ワールス力で凝集して形成された超微粉体Ｕの二次粒子は、樹脂熱変形温度Ｔｄ近辺の樹脂固相温度Ｔｌ１〜Ｔｌ２で固体になった樹脂Ｇ内に閉じ込められた状態になっている。この状態の超微粉体Ｕの二次粒子を含む混合物Ｇ０は、剪断力を受けたときに超微粉体Ｕの二次粒子が脆性粒子となって当該二次粒子に剪断が集中して作用し、これにより効果的に解砕される。ついで、その後の再液相混練工程Ｋ３における再液相混練工程においては、樹脂Ｇが再溶融されて液状となり次の押出工程Ｍに移送していくことになる。
【０１１５】
従って、固相混練分散工程で樹脂Ｇの海相中における超微粉体Ｕの島相の二次粒子の確実な解砕とその後の各単位粒子（一次粒子）の樹脂Ｇ内への分散とが行われ、結果として超微粉体Ｕが均一に樹脂Ｇ中に均一に分散された機能性複合樹脂（ナノコンポジット）が形成される。
【０１１６】
そして、従来行われていたような、樹脂Ｇを溶融温度より高温に加熱することによって完全な液状とし、この液状の樹脂Ｇの中に超微粉体Ｕを混入して単純に攪拌するような混練方法にあっては、ファン・デル・ワールス力で強固に凝集した超微粉体Ｕの二次粒子を解砕することが困難であり、超微粉体Ｕを一粒一粒の粒子単位で（すなわち、一次粒子の状態で）樹脂Ｇ中に分散させることができず、従って、従来法では高品質の機能性樹脂を製造することができなかったのであるが、本発明では、従来のこのような不都合が解消され、粒径が０．１μｍより小さな超微粉体Ｕであってもそれを粒子単位で樹脂Ｇ中に容易にかつ均一に分散させることが可能になり、高品質のナノコンポジットを製造することができる。
【０１１７】
また、樹脂Ｇの温度管理で超微粉体Ｕを解砕して樹脂Ｇ中に均等に分散させるようにしているため、設備規模を小さく抑えた上で超微粉体Ｕの樹脂Ｇ内への均一な分散を実現することが可能になり、設備コストの低減化に貢献することができる。
【０１１８】
これらに加えて、本発明では、混合物Ｇ０の温度が樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓに設定された液相混練分散工程Ｋ１における液相混練分散工程と、混合物Ｇ０の温度が樹脂熱変形温度Ｔｄ近辺の樹脂固相温度ＴL１〜ＴL２に設定された固相混練分散工程Ｋ２における固相混練分散工程との間に、加熱溶融した混合物Ｇ０中に存在する気体を脱気する脱気工程Ｖにおける脱気工程が介設されている。従って、この脱気工程Ｖで混合物Ｇ０に脱気処理が施されることにより樹脂Ｇが溶融状態の混合物Ｇ０は、内部の気泡が存在しない状態で固相混練分散工程Ｋ２に到達する。従って、以後、気泡が存在しない状態で固相混練分散工程Ｋ２における固相混練分散工程において樹脂Ｇに剪断処理が施されるため、気泡による滑りの剪断力が作用せず、超微粉体Ｕの二次粒子が最も剪断力を受けやすい脆性粒子になり、結果として超微粉体Ｕが樹脂Ｇ中に均一、かつ、確実に分散した機能性複合樹脂Ｇ１を得ることができる。
【０１１９】
さらに、本発明では、加熱による液相混練分散工程Ｋ１と冷却による固相混練分散工程Ｋ２との組み合わせが、装置本体２０の全体を通して１対１に対応した１組だけとされているため、従来のようにこの組み合わせが複数ある時は、高温と低温との間で加熱処理と冷却処理とが複数回に亘って繰り返され、これによる熱損失の増大で熱効率が低下するような不都合の発生が有効に防止され、エネルギーコストの低減化に貢献することができる。
【０１２０】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【０１２１】
（１）上記の実施形態においては、混練装置１０に超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇを貯留する超微粉体ホッパー３１および樹脂ホッパー３３が設けられ、これら超微粉体ホッパー３１および樹脂ホッパー３３から超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇが装置本体２０に向けて同時に切り出されることにより中継筒３５内で始めて両者が落下混合されるようになされているが、本発明は、超微粉体Ｕと樹脂Ｇとを装置本体２０内で混合することに限定されるものではなく、混練装置１０とは独立した別の混合機で予め超微粉体Ｕと樹脂Ｇとを予め設定された割合で混合して混合物Ｇ０とし、一台の定量フィーダーを介してこの混合物Ｇ０を原料投入ホッパー３６に供給するようにしてもよい。
【０１２２】
（２）上記の実施形態においては、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相混練分散工程Ｋ２および再液相混練工程Ｋ３の温度調節用に使用される冷媒は、冷媒供給装置６０内の冷凍機等の冷熱源によって冷却されたものを循環使用するようになされているが、本発明は、冷媒を循環使用することに限定されるものではなく、例えば冷媒として上水や工業用水を採用し、使い捨てで使用するようにしてもよい。
【０１２３】
（３）上記の実施形態においては、各工程Ｆ，Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３，Ｍ，Ｄ部分を加熱するために電気バンドヒーター９０が用いられているが、本発明は、各工程部分の加熱のために電気バンドヒーター９０を採用することに限定されるものではなく、加熱蒸気を通すスチームジャケットや、加熱オイルを通すオイルジャケット等の加熱媒体を熱源として利用するものを採用してもよい。
【０１２４】
（４）上記の実施形態においては、超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇは一種類のものを採用しているが、本発明は、一種類であることに限定されるものではなく、複数種類であってもよい。
【０１２５】
（５）上記の実施形態においては、脱気工程Ｖにおける脱気は、減圧環境下で行うようになされているが、本発明は、脱気工程を減圧環境下で行うことに限定されるものではなく、大気圧下で行うようにしてもよい。この場合、溶融した混合物Ｇ０中に分散された気泡は次の固相混練分散工程Ｋ２に至るまでに加えられる加圧力によって大方の気泡が圧縮脱気される。
【０１２６】
（６）上記の実施形態においては、固相混練分散工程Ｋ２で超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０の固化状態における１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上の動粘度に対応させる回転円盤２３として４枚が採用されているが、本発明は、回転円盤２３が４枚であることに限定されるものではなく、超微粉体Ｕの二次粒子の解砕に必要な回転円盤２３の枚数を状況に応じて例えばトライアンドエラーで見出してもよい。また、剪断力の強化に伴うスクリューフィーダ２２の軸を高トルク化に対応し得るように高強度のものに増強するなどの対応策を採用してもよい。
【０１２７】
この場合、剪断面積の増加に伴う回転円盤２３の増加に対し、軸径寸法を大きくしたり、丈夫な材質を採用したりする等の軸強度の強化改造策を挙げることができる。例えば、先願である前記特許文献１に記載の混練装置を基準とし、本発明の混練装置１０のスクリューフィーダ２２の軸の径をそれより１０ｍｍ太くしたような場合、回転円盤２３の径も１０ｍｍ大きくすることで対応することができる。
【実施例１】
【０１２８】
マレイン酸グラフト化ポリプロピレン（以下ＭＡＨ−ＰＰという）に、ナノオーダーの超微粉体である有機クレイが分散されてなる、ポリプロピレンの機械的な強度を向上させるために開発されたいわゆる有機クレイナノコンポジットを本発明に係る混練装置１０を用いて本発明方法（固相剪断分散方式）で実際に実施例として製造するとともに、比較例として樹脂を溶融した液相剪断分散方式で有機クレイナノコンポジットを製造し、実施例の有機クレイナノコンポジット性能と、比較例の有機クレイナノコンポジットの性能とを比較した。なお、比較例においても本発明に係る混練装置１０を使用している。
【０１２９】
ＭＡＨ−ＰＰは、直鎖状の合成樹脂であるポリプロピレンの分枝に無水マレイン酸がグラフト共重合して形成されたものである。本実施例においては、ポリプロピレンとしてサンアロマー株式会社製の銘柄名「ＰＭ９０００Ａ」を使用し、無水マレイン酸として日本油脂株式会社製の銘柄名「ＣＲＹＳＴＡＬ  ＭＡＮ  ＡＢ」を使用した。
【０１３０】
有機クレイは、シリカおよびアルミナと少量のマグネシアとを主成分とする、粘土の一種であるモンモリロナイトを４級アンモニューム塩で有機化したナノオーダーの超微粉体であり、本実施例においては、ホウジュン株式会社製の銘柄名「Ｓ  Ｂｅｎ４００  ＦＰ」を使用した。
【０１３１】
そして、超微粉体Ｕとしての有機クレイを本発明に係る混練装置１０の超微粉体ホッパー３１に装填するとともに、ポリプロピレンと前記無水マレイン酸とで予め調製された樹脂ＧとしてのＭＡＨ−ＰＰを同樹脂ホッパー３３に装填し、各駆動モータ３２ａ，３４ａの駆動による各切定量フィーダー３２，３４の周回で有機クレイおよびＭＡＨ−ＰＰの双方を装置本体２０へ供給し、当該装置本体２０の駆動でＭＡＨ−ＰＰと有機クレイとの混合物に剪断分散処理を含む混練捏和処理を施し、実施例および比較例それぞれの有機クレイナノコンポジットの製造を行った。ＭＡＨ−ＰＰに対する有機クレイの添加割合は、いずれも実クレイ量を３．０ｗｔ％とした。製品である有機クレイナノコンポジットの押出工程Ｍの成形工程Ｄからの外部への吐出量は、実施例および比較例ともに１８ｋｇ／ｈに設定した。
【０１３２】
すなわち、実施例においては、装置本体２０の原料挿入工程Ｆおよび固相混練分散工程Ｋ２においてＭＡＨ−ＰＰをその樹脂熱変形温度Ｔｓである１４０℃よりも低い１３５℃に設定し、当該ＭＡＨ−ＰＰを固体状態とした上でＭＡＨ−ＰＰと有機クレイとの混合物に剪断分散処理を施す、いわゆる固相剪断分散処理が施されているのに対し、比較例においては、ＭＡＨ−ＰＰが完全に溶融状態になる２００℃でＭＡＨ−ＰＰと有機クレイとの混合物に剪断分散処理を施す、いわゆる液相剪断分散処理が施される。
【０１３３】
液層剪断分散処理方式である比較例および固相剪断分散処理方式である実施例のそれぞれにおける操業条件を表１に示す。
【０１３４】
【表１】
2008307863.tif 000003
【０１３５】
表１に示すように、比較例においては、各工程Ｆ，Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３，Ｍ，Ｄの温度がポリプロピレンの融点Ｔｍよりも高温の２００℃に設定されているのに対し、実施例においては、原料挿入工程Ｆおよび液相混練分散工程Ｋ１が２００℃に、脱気工程Ｖが１８０℃に、固相混練分散工程Ｋ２が１３５℃に、再液相混練工程Ｋ３が１７０℃に、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄがそれぞれ２００℃に設定されている。
【０１３６】
そして、特にＭＡＨ−ＰＰに対して固相剪断分散処理を施す固相混練分散工程Ｋ２は、ＭＡＨ−ＰＰが固体状態になる温度である１３５℃に設定され、これによって混合物Ｇ０中の有機クレイの二次粒子が分散系の脆性粒子に置き代わり樹脂を固相剪断する操作となり二次粒子の脆性粒子が容易に解砕分散が効果的に行い得るようになっている。また、実施例においては、回転円盤２３を回転させるエネルギーを比較例の場合よりも相当大きくし（混練負荷電流が比較例の混練負荷電流（１３Ａ）の２倍強（３０Ａ）になる）、これによって固相混練分散工程Ｋ２での動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上になる。このようにすることで、超微粉体である有機クレイの二次粒子の解砕分散がより良好に行われ、これによって解砕された二次粒子の粒子径のバラツキが少なくなるとともに、有機クレイがＭＡＨ−ＰＰ中への分散状態をより良好なものにすることができる。
【０１３７】
そして、ＭＡＨ−ＰＰのグラフト率（グラフト化処理用としてポリプロピレンに添加された無水マレイン酸の添加割合）を１ｗｔ％、１．４ｗｔ％および１．８％の３種類を設定し、それぞれのグラフト化率の有機クレイナノコンポジットを製造した上で、それぞれの有機クレイナノコンポジットの引張弾性率（ＧＰａ）を「ＪＩＳＫ６９１１  ５．１８」に基づき測定した。
【０１３８】
測定結果は、表２に示す通りである。なお、表２においては、ブランク試験用として有機クレイが添加されていないＭＡＨ−ＰＰの引張弾性率も参考のために記載している。
【０１３９】
【表２】
2008307863.tif 000004
【０１４０】
表２から明らかなように、ブランク試験用のＭＡＨ−ＰＰのばあい、グラフト率が０（すなわちグラフト化処理が施されていない）のものの引張弾性率が１．５２７ＧＰａと最も高く、グラフト率が増加していくに従って低下している。
【０１４１】
これに対し、ＭＡＨ−ＰＰに有機クレイが３％添加された混合物については、液相剪断分散処理の比較例の場合であっても、グラフト化率が１．０％の場合は、引張弾性率は１．６０２ＭＧＰａとグラフト率０のブランクのＭＡＨ−ＰＰより高くなっているとともに、グラフト率の増加に従い高くなることが確認された。そして、グラフト率が１．８％にまで高くされると、引張強さは、１．６６３ＧＰａにまで上昇する。
【０１４２】
これに対し、ＭＡＨ−ＰＰに有機クレイが３％添加され、かつ、固相剪断分散処理によりＭＡＨ−ＰＰと有機クレイとの混合物に本発明方法での混練捏和処理が施された実施例の場合には、グラフト率が１．０％のものでも引張強さは、１．６９４ＧＰａと比較例のグラフト率が１．８％のものよりも大きく、グラフト率が１．４％、１．８％と高くなるに従い、引張弾性率は、１．７８４ＧＰａ、１．８６３ＧＰａと順次大きくなっていることを確認することができた。
【０１４３】
このことは、剪断分散処理を１３５℃の固相で行う本発明が、優れたものであることを示している。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明に係る混練装置の一実施形態を示す側面断面視の説明図である。
【図２】装置本体の一部を示す部分断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図２の一点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。
【図５】原料挿入工程、液相混練分散工程、脱気工程、固相混練分散工程、再液相混練工程、押出工程および成形工程それぞれの温度を示す工程図であり、横軸に装置本体の基端側からの距離を設定しているとともに、縦軸に温度を設定している。
【図６】混練装置の運転制御の一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０  混練装置              ２０  装置本体
２１  シリンダ              ２１１〜２２０  第一〜第十シリンダ
２１４ａ  脱気通路          ２１４ｂ  通気孔
２２  挿入スクリュー
２２１〜２２９  第一〜第九スクリュー
２２ａ  挿入スクリュー      ２２ｂ  螺条
２３  回転円盤              ２３１〜２４０  第一〜第十回転円盤
２４  固定円盤              ２４１〜２４９  第一〜第９固定円盤
２５  挿入シリンダ          ２６  駆動装置
２７  第一冷熱媒体流通路    ２８  第二冷熱媒体流通路
２９  タイロッド            ３０  原料供給部
３１  超微粉体ホッパー      
３２  超微粉体定量フィーダー
３２ａ  超微粉体側駆動モータ
３３  樹脂ホッパー          ３４  樹脂定量フィーダ
３４ａ  樹脂側駆動モータ    ３５  中継筒
３６  原料投入ホッパー      ３７ａ  ロードセル
３７ｂ  ローカル制御器      ３８ａ  ロードセル
３８ｂ  ローカル制御器      ４０  製品排出部
４１  押出シリンダ          ４１ａ  フランジ
４２  ダイ部材
４２ａ  成形ダイス          ４３  押出スクリュー
６０  冷媒供給装置（温度調節手段）
６１  第一往管路            ６１ａ  第一制御弁
６２  第二往管路            ６２ａ  第二制御弁
６３  第三往管路            ６３ａ  第三制御弁
６４  第四往管路            ６４ａ  第四制御弁
６５  復管路                ６６  熱交換器
７０  制御装置              ７１  ＣＰＵ
７２  入出力装置            ８１〜８７  第一〜第七温度センサ
９０  電気バンドヒーター（温度調節手段）
９１〜９７  第一〜第七電気バンドヒーター
９９  電源装置              Ｇ  樹脂
Ｕ  超微粉体                Ｇ０  混合物（原料）
Ｇ１  機能性複合樹脂        Ｆ  原料挿入工程
Ｋ  混練脱気工程            Ｋ１  液相混練分散工程
Ｖ  脱気工程                Ｋ２  固相混練分散工程
Ｋ３  再液相混練工程        Ｍ  押出工程
Ｄ  成形工程                Ｔ１〜Ｔ７  第一〜第七温度
【図１】
2008307863.tif 000005
【図２】
2008307863.tif 000006
【図３】
2008307863.tif 000007
【図４】
2008307863.tif 000008
【図５】
2008307863.tif 000009
【図６】
2008307863.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月10日(2008.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一本の回転軸の周りに超微粉体と樹脂とが装填されるシリンダと、このシリンダに同心で内装されるスクリューと、このスクリューに同心で一体回転可能に取り付けられる複数の回転円盤と、この回転円盤の側面に対向するように同心でシリンダに装着される複数の固定円盤とが備えられてなる混練装置を用いて超微粉体と樹脂とを含む原料を下流側に移動させながら前記原料に混練分散を施す混練方法であって、
前記シリンダ内で直列に配設された前記回転円盤と前記固定円盤との所定数ずつの組み合わせにより、前記シリンダ内に上流側から下流側に向けて向かわせて加熱するべく、一本の回転軸の周りに前記原料を挿入する原料挿入工程と、
樹脂が溶融する温度にまで加熱された原料を樹脂の液相状態で混練して超微粉体を樹脂中に分散させる液相混練分散工程と、
液相状態で混練された原料中から発生する気体を脱気する脱気工程と、
樹脂が固相状態を保つ温度に冷却して前記原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体の二次粒子を分散系の脆性粒子にして解砕する固相剪断分散工程と、
再び樹脂が溶融する温度にまで加熱して再度液相混練処理を施す再液相混練工程と、
再度液相混練処理が施されることにより得られた製品を押し出す押出工程とを順次設定するとともに、
前記液相混練分散工程と、前記固相剪断分散工程との間に前記脱気工程を介設したことを特徴とする超微粉体を樹脂に混練分散する方法。
【請求項２】
前記脱気工程は、減圧環境下で行うことを特徴とする請求項１記載の超微粉体を樹脂に混練分散する方法。
【請求項３】
前記固相剪断分散工程では、樹脂の温度が熱変形温度近傍の温度に設定されるとともに、樹脂の動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上に設定することにより超微粉体の二次粒子を分散系の脆性粒子にして解砕することを特徴とする請求項１または２記載の超微粉体を樹脂に混練分散する方法。
【請求項４】
超微粉体と樹脂とを含む原料を下流側に移動させながら原料を混練分散する混練装置であって、一本の回転軸の周りに超微粉体と樹脂とが装填されるシリンダと、このシリンダに同心で内装されるスクリューと、このスクリューに同心で一体回転可能に取り付けられる複数の回転円盤と、この回転円盤の側面に対向するように同心でシリンダに装着される複数の固定円盤とが備えられてなる超微粉体を樹脂に混練分散する混練装置であって、
前記シリンダ内で直列に配設された前記回転円盤と前記固定円盤との所定数ずつの組み合わせにより、前記シリンダ内に上流側から下流側に向けて、前記原料の樹脂を溶融温度にして液相状態で混練分散させる部分と、
樹脂が固相状態を保つ温度に冷却して原料中の超微粉体の二次粒子を系の脆性粒子にして前記原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体の二次粒子を解砕して分散する固相剪断分散を行う部分と、
再び樹脂を溶融する温度にまで加熱して再度液相混練処理を施す部分と、
再度液相混練処理が施されることにより得られた製品を押し出す部分とが備えられ、
前記樹脂を溶融温度にして液相状態で混練分散させる部分と、前記原料中の超微粉体の二次粒子を解砕して分散する固相剪断分散を行う部分との間に、液相混練分散された原料中から発生する気体を脱気する脱気する部分が設けられていることを特徴とする超微粉体を樹脂に混練分散する混練装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒径がナノメーターオーダーの超微粉体を樹脂に均一に分散させるように混練分散する超微粉体を樹脂に混練分散する方法および混練装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂を着色したり、磁性、導電性、防菌性、摺動性、難燃性、紫外線防止、機械剛性向上等の機能を付与する目的から、顔料、フェライト、カーボン、各種金属粉、タルク、マイカー、酸化チタン、酸化バリウム、ガラス繊維、カーボン繊維等の機能フィラーを樹脂に加えて混練・分散させた機能性樹脂が知られている。このような機能微粒子の粒子径が０．１〜１０．０μｍで比表面積が５〜５０ｍ２／ｇ    程度のものであるが、かかる機能フィラーが樹脂の中に分散されて機能性樹脂とされている。このような機能性樹脂は、ミクロコンポジットと称される。
【０００３】
かかる機能性微粉体を樹脂内に均一に分散させる方法としては、所定の連続式混練押出機に樹脂を装填して加熱溶融し、この溶融状態で粘度の低い樹脂に機能性微粉体を混入して剪断力で混練分散することが行われる。こうすることによって、凝集した機能性微粒子が剪断力を受けて解砕し、樹脂の中に均一に分散していくことになる。
【０００４】
このような目的に使用される混練押出機としては、同一方向に回転している平行に配設された２本のスクリュー軸間に原料である樹脂および機能性微粉体を供給して混練分散する二軸スクリュー式（特許文献１を参照） のものや、円盤を同心で多段に配設して円盤の表裏面で供給された原料を混練分散する石臼式（特許文献２を参照）のものを採用するのが一般的である。
【０００５】
ところで近年、樹脂の機械剛性を高めるための強化材料として、一次粒子径がナノ単位の超微粒子であるモンモリロナイトやカーボンナノチューブやフラーレンやナノカーボン繊維が注目されている。というのは、これらの超微粒子は、比表面積が非常に大きく樹脂に少量添加することによって樹脂の機能を大幅に向上させることができる。因みに、ナノ単位の超微粒子を樹脂に分散させたものはナノコンポジットと称される。今後、機能性樹脂は、ミクロコンポジットからナノコンポジットに発展するものと予測される。
【０００６】
かかる超微粒子は、ミクロ粒子の略１，０００倍の表面積と表面エネルギーで凝集して二次粒子が形成されており、したがって、超微粒子の凝集力（ファン・デル・ワールス力）は、粒子径が１μｍオーダーの微粒子に比べて約１，０００倍の凝集エネルギーもって凝集している。
【０００７】
従って、このような大きな凝集エネルギーで二次粒子を構成している凝集粒子を一つ一つの一次粒子に解砕するためには、粒子径が１μｍの微粒子の二次粒子を解砕する場合に比較して約１，０００倍の力が必要となる。
【０００８】
このような大きな剪断力が要求される二次粒子の解砕を、従来の二軸スクリュー式の混練押出機を用いて剪断速度を大きくして行おうとすれば、従来のスクリューの回転数（通常、略６００ｒｐｍ）を１，０００倍の６００，０００ｒｐｍにしなければならず、実現不可能である。実際には、せいぜい２，０００〜２，５００ｒｐｍの回転数で試行されているが、この程度の回転数ではナノ粒子が凝集した二次粒子を一次粒子に解砕分散することはできない。なお、多段石臼式の混練押出機においても事情は同じである。
【０００９】
そこで、近年、ナノ粒子と樹脂とを所定の化学反応で樹脂内に分散させるようにした重合法を採用することが実用化されているが、かかる重合法を採用しようとすれば、設備コストが莫大になるばかりか、重合反応に長時間を要して処理効率が劣り、運転コストが嵩むという問題点を有している。
【００１０】
このような状況に鑑み、発明者は、先に特許文献３に記載されているような超微粉体と樹脂との混練方法および混練装置を提案した。特許文献３に記載の混練方法は、樹脂が固体状態を保つ温度に設定した固相剪断分散工程において原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体を解砕分散する工程と、樹脂が溶融状態となる温度に設定した混練分散工程と、再び、樹脂が固体状態を保つ温度に設定した樹脂固相剪断分散工程において原料に剪断力を加えることにより原料中に超微粒子を分散させる二段階の樹脂固相剪断分散工程を経て機能性樹脂を製造するものである。
【００１１】
また、特許文献３に記載の混練装置は、かかる混練方法を具体的に実施するためには最適のものであり、超微粉体と樹脂とが装填されるシリンダと、このシリンダに同心で内装される原料挿入スクリューフィーダと、この原料挿入スクリューフィーダに同心で一体回転可能に取り付けられる複数の回転円盤と、この回転円盤の側面に対向するように同心でシリンダに装着される複数の固定円盤とが備えられたものである。そして、シリンダ内には、樹脂が固体状態を保つ樹脂熱変形温度近辺の温度に設定された樹脂固化ゾーンと、樹脂がゴム粘弾性状態または溶融状態となる樹脂溶融温度近辺の温度に設定された超微粉体分散ゾーンとが形成されるようになされている。
【００１２】
このような混練装置を用いて前記の混練方法を実行することにより、樹脂固化ゾーンにおいて、ファン・デル・ワールス力で凝集して形成された超微粉体の二次粒子が半固化した樹脂内に閉じ込められた状態になっている。従って、かかる樹脂内に閉じ込められた二次粒子は、当該樹脂が高い剪断力を受けて分断されたときに同時に解砕されるとともに、その下流側の超微粉体分散ゾーンにおいて解砕された二次粒子を樹脂中に分散させることができる。
【００１３】
従って、超微粉体および樹脂を、樹脂固化ゾーンと樹脂分散ゾーンとへ順次供給することにより、二次粒子の確実な解砕とその後の分散とにより最終的には超微粉体の単位粒子が均一に樹脂中に均一に分散された機能性樹脂を容易に形成することができ、超微粉体を粒子単位で樹脂中に容易にかつ均一に分散させることで高品質の機能性樹脂を連続的に大量にかつ安価に製造することができる。
【特許文献１】米国特許第 ３，１２２，３５６号明細書
【特許文献２】米国特許第４，４０８，８８７号明細書
【特許文献３】特開２００２−３４７０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、特許文献３に記載の混練方法および混練装置においては、樹脂と超微粉体との混合物に樹脂固化ゾーンおよび樹脂分散ゾーンでの処理が施された後に、得られた機能性樹脂が混練装置から排出される直前に当該機能性樹脂中に分散している気体を脱気する脱気処理が施されるようになっている。
【００１５】
しかしながら、脱気処理が機能性樹脂を製造する一連の工程の最後に行われる場合には、機能性樹脂に脱気処理が行われるまでの間の樹脂と超微粉体との混合物の混練操作時に、気泡が微細化されて原料中に均等に分散してしまうため、剪断作用で混練分散を施しつつあるときには、多数の微細な気泡が原料の中に存在したままとなる。
【００１６】
そして、原料の間に多数の微細な気泡が存在したままの状態で樹脂と超微粉体との混合物に回転円盤の回転による当該回転円盤と固定円盤との間での混合物の剪断による混練分散が施されると、加熱により原料の樹脂と微粒子から揮発分が気体となって発生する、この気体に剪断力が集中して原料中に分散し、微細に分散した気体が脆性部となり滑りを生じて分散系の粘度の低下の原因となり、結果として原料に剪断力が作用する効率が低下して超微粒子の二次凝集を確実に解砕分散させることができなくなるという問題点が生じる。
【００１７】
また、特許文献３に記載の混練方法および混練装置においては、原料の樹脂と超微粒子との混合物に対して加熱と冷却とが交互に繰り返されるため、エネルギーの損失が大きいという問題点も存在する。
【００１８】
本発明は、特許文献３に記載の発明の上記のような問題点を解消するべくなされた改良発明であり、ナノメーターオーダーの超微粉体の二次粒子をより容易に解砕して一次粒子とし、この一次粒子を樹脂内に均一に分散することができるとともに、エネルギーコストの低減化を図ることが可能な超微粉体を樹脂に混練分散する方法および混練装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１記載の発明（超微粉体と樹脂との混練方法）は、一本の回転軸の周りに超微粉体と樹脂とが装填されるシリンダと、このシリンダに同心で内装されるスクリューと、このスクリューに同心で一体回転可能に取り付けられる複数の回転円盤と、この回転円盤の側面に対向するように同心でシリンダに装着される複数の固定円盤とが備えられてなる混練装置を用いて超微粉体と樹脂とを含む原料を下流側に移動させながら前記原料に混練分散を施す混練方法であって、前記シリンダ内で直列に配設された前記回転円盤と前記固定円盤との所定数ずつの組み合わせにより、前記シリンダ内に上流側から下流側に向けて向かわせて加熱するべく、一本の回転軸の周りに前記原料を挿入する原料挿入工程と、樹脂が溶融する温度にまで加熱された原料を樹脂の液相状態で混練して超微粉体を樹脂中に分散させる液相混練分散工程と、液相状態で混練された原料中から発生する気体を脱気する脱気工程と、樹脂が固相状態を保つ温度に冷却して前記原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体の二次粒子を分散系の脆性粒子にして解砕する固相剪断分散工程と、再び樹脂が溶融する温度にまで加熱して再度液相混練処理を施す再液相混練工程と、再度液相混練処理が施されることにより得られた製品を押し出す押出工程とを順次設定するとともに、前記液相混練分散工程と、前記固相剪断分散工程との間に前記脱気工程を介設したことを特徴とするものである。
【００２０】
この発明において超微粉体とは０．１μｍ以下の機能性ナノミクロン粒子等のことであり、樹脂とは、ポリエ樹脂チレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロライド、ポリアミド、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニール樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネイト、ポリアセタール、ポリフェニレンスルフイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトンポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、等の熱可塑性合成樹脂及びフェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、等の熱硬化性樹脂のことである。
【００２１】
この発明において液相混練分散工程とは、樹脂が溶融温度以上に温度設定されて樹脂が流体になっている状態において、当該樹脂と超微粉体とを互いに混練する工程のことである。
【００２２】
この発明において樹脂の固相剪断分散工程とは、樹脂の動粘度が例えば１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上に設定された状態で実行される工程のことである。
【００２３】
かかる構成によれば、初めに樹脂を液相混練分散する工程では、粘度が低いためにファン・デル・ワールス力で結合して形成された超微粒子の二次粒子を完全分散するだけの剪断応力を発生することが困難であり、その大半が二次粒子状態で溶融樹脂中に分散される。
【００２４】
次の脱気工程では、樹脂は溶融液相状態にされ、発生した気体分は、大気圧状態または強制真空減圧状態で完全に脱気される。脱気後の原料は、次の固相剪断分散工程に移送さ
れ、ここでファン・デル・ワールス力で凝集した超微粒子の二次粒子の結合を解砕するための手段として、液相混練分散工程において未分散の二次粒子が分散系の脆性部となっている部分に剪断力を作用させることが必要になる、そこで樹脂の結合力を超微粒子の二次粒子の結合力以上になるように温度を下げて樹脂の動粘度を例えば１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上になるように設定し、この状態で原料に固相剪断分散を施す。
【００２５】
そして、１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上の動粘度で固相剪断分散を行うには装置の回転トルクを大きくする必要がある。ところで、特許文献１の二軸方式の混練分散装置にあっては、対向軸との軸距離間の制限があり回転トルクを大きくするために軸経を太くすることが容易ではない。これに対し本発明においては一軸の回転軸上に石臼構造の回転円盤と固定円盤を多段に構成した構造であるため、回転円盤の外形寸法を維持して、内径を広め剪断面積を少ない値で減少し、軸経を太くして軸トルクを高くするための改造設計が容易である。
【００２６】
よって、回転円盤の内径を広めた剪断面積分は減少するが、その値だけ逆に剪断力が増加し、回転円盤の内径を広めた相当寸法に軸経を太くして、高トルクを出力する改造設計を行うことにより１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上の動粘度の高剪断力が作用することができる。
【００２７】
従って、原料の超微粉体と樹脂が、液相混練分散工程と脱気工程と固相剪断分散工程を経ることにより、二次粒子の確実な解砕分散とが行われ、超微粉体の各単位粒子（一次粒子）が均一に樹脂中に均一に分散された機能性樹脂（ナノコンポジット）が形成される。
【００２８】
そして、従来行われていたように、樹脂を溶融温度より高温に加熱することによって完全な液状とし、この液状の樹脂の中に超微粉体を混入して単純に攪拌するような混練方法にあっては、ファン・デル・ワールス力で強固に凝集した超微粉体の二次粒子を解砕することが困難であり、超微粉体を一粒一粒の粒子単位で（一次粒子の状態で）樹脂中に分散させることができず、従って、従来法では高品質の機能性樹脂を製造することができなかったが、請求項３の発明では、従来のこのような不都合が解消され、粒径が０．１μｍより小さな超微粉体であってもそれを粒子単位で樹脂中に容易にかつ均一に分散させることが可能になり、高品質のナノコンポジットが製造されることになる。
【００２９】
また、樹脂の温度管理で超微粉体を解砕して樹脂中に均等に分散させるようにしているため、設備規模を小さく抑えた上で超微粉体の樹脂内への均一な分散を実現することが可能になり、設備コストの低減化に貢献する。
【００３０】
これらに加えて、請求項１の発明では、液相混練分散工程と固相剪断分散工程との間に介設された脱気工程で原料中の気体の脱気処理が施されるため、当該原料は、内部の気泡が存在しない状態で固相剪断分散工程に到達し、以後、気泡が存在しない状態で固相剪断分散工程において原料に剪断処理が施される。従って、従来の方法の液相混練分散でみられた気泡が脆性部となって滑って剪断力が作用せずに超微粉体の二次粒子が解砕され難くなるような不都合の発生が有効に防止され、結果として、従来にも増して超微粉体が樹脂中に均一に分散した機能性樹脂を得ることができる。
【００３１】
さらに、従来のように解砕分散工程での高温と低温との間の温度変化が複数回に亘って繰り返される場合には、これによる熱損失の増大で熱効率が低下するような不都合が生じたが、請求項１の発明では、液相混練分散工程と脱気工程と固相剪断分散工程との組み合わせが１組とされているため、原料に対し加熱、冷却が繰り返えされることはなく、エネルギーコストの低減化に貢献することができる。
【００３２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記脱気工程は、減圧環境下で行うことを特徴とするものである。
【００３３】
かかる構成によれば、脱気工程において減圧環境下で脱気処理が行われるため、より効率的な脱気処理が実現する。
【００３４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記固相剪断分散工程では、樹脂の温度が熱変形温度近傍の温度に設定されるとともに、樹脂の動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上に設定されることを特徴とするものである。
【００３５】
かかる構成によれば、樹脂を固相状態で剪断処理することができるため、樹脂の中に混在している超微粉体の二次粒子がこの剪断処理時に効率的に解砕され、これによって超微粉体の一次粒子が樹脂中に均一に分散される。
【００３６】
請求項４記載の発明（超微粉体を樹脂に混練分散する装置）は、超微粉体と樹脂とを含む原料を下流側に移動させながら原料を混練分散する混練装置であって、一本の回転軸の周りに超微粉体と樹脂とが装填されるシリンダと、このシリンダに同心で内装されるスクリューと、このスクリューに同心で一体回転可能に取り付けられる複数の回転円盤と、この回転円盤の側面に対向するように同心でシリンダに装着される複数の固定円盤とが備えられてなる超微粉体を樹脂に混練分散する混練装置であって、前記シリンダ内で直列に配設された前記回転円盤と前記固定円盤との所定数ずつの組み合わせにより、前記シリンダ内に上流側から下流側に向けて、前記原料の樹脂を溶融温度にして液相状態で混練分散させる部分と、樹脂が固相状態を保つ温度に冷却して原料中の超微粉体の二次粒子を系の脆性粒子にして前記原料に剪断力を加えることにより原料中の超微粉体の二次粒子を解砕して分散する固相剪断分散を行う部分と、再び樹脂を溶融する温度にまで加熱して再度液相混練処理を施す部分と、再度液相混練処理が施されることにより得られた製品を押し出す部分とが備えられ、前記樹脂を溶融温度にして液相状態で混練分散させる部分と、前記原料中の超微粉体の二次粒子を解砕して分散する固相剪断分散を行う部分との間に、液相混練分散された原料中から発生する気体を脱気する脱気する部分が設けられていることを特徴とするものである。
【００３７】
かかる構成によれば、原料の超微粉体と樹脂との混合物は、スクリューフィーダの駆動により回転している回転円盤の表面とシリンダの内周面および固定円盤の表面との隙間を下流側に向かって移動しながら、これらの隙間で混合物に作用する剪断力により混練分散され、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る超微粉体を樹脂に混練分散する方法および混練分散装置によれば、樹脂溶融温度で原料に加熱を施す樹脂液相混練分散工程では加熱により原料の樹脂と微粒子から揮発分が気体となって発生するが、この気体に剪断力が集中して原料中に分散し、微細に分散した気体が脆性部となってここに滑り現象が生じて樹脂に対し適正に剪断応力が作用せず、超微粉体の二次粒子が解砕され難くなるような不都合が生じることになるのを、樹脂固相剪断工程の手前に介設された脱気工程で原料に分散した気泡が完全に脱泡された状態で固相剪断分散工程に到達するため、以後、原料に脆性部を形成する要因となる気泡が存在しない状態で原料が例えば１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上の動粘度となる温度に冷却され、樹脂が高弾性体となる。従って、固相剪断分散工程において剪断力が超微粉体の二次粒子に効果的に作用するため、結果として、従来にも増して超微粉体が樹脂中に均一に分散した機能性樹脂を得ることができる。
【００３９】
さらに、請求項１の発明では、解砕工程と分散工程との組み合わせが１組とされているため、従来のようにこの組み合わせが複数ある時は、高温と低温との間の温度変化が複数回に亘って繰り返され、これによる熱損失の増大で熱効率が低下するような不都合の発生が有効に防止され、エネルギーコストの低減化に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１は、本発明方法に用いられる超微粉体と樹脂との混練装置（すなわち本発明装置）の実施形態を説明するための側面視の断面図である。混練装置１０は、超微粉体Ｕ（粒径が０．１μｍより小さいナノ粒子）と樹脂Ｇとを定量に配合し混練して超微粉体Ｕを樹脂Ｇ中に均等に分散させるものであり、装置本体２０と、この装置本体２０に超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇを供給する原料供給部３０と、装置本体２０からの完全分散された機能性複合樹脂Ｇ１を系外に導出するための製品排出部４０とを備えた基本構成を有している。
【００４１】
前記原料供給部３０は、原料の機能性を備えた超微粉体Ｕを貯留する超微粉体ホッパー３１と、この超微粉体ホッパー３１内の超微粉体Ｕを切り出す超微粉体定量に切り出す超微粉体定量フィーダー３２と、原料の樹脂Ｇを貯留する樹脂ホッパー３３と、この樹脂ホッパー３３内の樹脂Ｇを定量に切り出す樹脂定量フィーダー３４と、各定量フィーダー３２，３４から排出された原料を受け入れる上下方向に延びた中継筒３５と、この中継筒３５の下端部に接続された原料投入ホッパー３６とを備えている。
【００４２】
超微粉体定量フィーダー３２は、その付設された超微粉体側駆動モータ３２ａを有しているとともに、樹脂定量フィーダー３４は、その付設された樹脂側駆動モータ３４ａを有している。これら駆動モータ３２ａ，３４ａの駆動による定量フィーダー３２，３４によって超微粉体ホッパー３１内の超微粉体Ｕが切出されると同時に、樹脂ホッパー３３内の樹脂Ｇが切り出される。
【００４３】
従って、各定量フィーダー３２，３４の各ホッパー３１，３３から切り出された原料の超微粉体Ｕと樹脂Ｇは、混合物Ｇ０となって中継筒３５を介して原料投入ホッパー３６内を落下供給されて後述する挿入シリンダ２５内に導入されることになる。
【００４４】
また、超微粉体定量フィーダー３２には、切り出された超微粉体Ｕの排出重量を検出するロードセル３７ａと、このロードセル３７ａの検出結果に基づき所定の制御を行うローカル制御器３７ｂとが設けられている。そして、ローカル制御器３７ｂは、ロードセル３７ａが検出した検出値を基にフィードバック制御のための制御信号を超微粉体側駆動モータ３２ａに向けて出力し、これによって超微粉体ホッパー３１からは常に予め設定された超微粉体Ｕが切り出されるようになっている。
【００４５】
また、樹脂定量フィーダー３４には、切り出された超微粉体Ｇの排出重量を検出するロードセル３８ａと、このロードセル３８ａの検出結果に基づき所定の制御を行うローカル制御器３８ｂとが設けられている。そして、ローカル制御器３８ｂは、ロードセル３８ａが検出した検出値を基にフィードバック制御のための制御信号を樹脂側駆動モータ３４ａに向けて出力し、これによって樹脂ホッパー３３からは常に予め設定された樹脂Ｇが切り出されるようになっている。
【００４６】
因みに超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの切り出し量は、これらの合計切り出し量および配合割合によって決定されるが、これらの値は、各ローカル制御器３７ｂ，３８ｂに入力される。
【００４７】
前記装置本体２０は、複数個のシリンダ２１と、このシリンダ２１に同心で内装される挿入スクリュー２２ａと、この挿入スクリュー２２ａに同心で共回り可能に取り付けられる複数の回転円盤２３と、この回転円盤２３の側面に対向するように同心でシリンダ２１に装着される複数の固定円盤２４とを備えている。最上流側（図１の右方）のシリンダ２１（後述の第一シリンダ２１１）には、同心で挿入シリンダ２５が一体的に連結されている。
【００４８】
前記複数のシリンダ２１、前記挿入スクリュー２２ａと同軸上に嵌合された複数の回転円盤２３および複数の固定円盤２４が同心で交互に重ね合わされた状態でこれらの基端側に挿入シリンダ２５が同心で接合され、さらに最下流側のシリンダ２１に製品排出部４０を構成する後述の押出シリンダ４１が同心で接続され、これらにタイロッド２９が貫通されて締結されることにより装置本体２０が挿入シリンダ２５と押出シリンダ４１との間に形成されている。
【００４９】
そして、かかる装置本体２０の挿入シリンダ２５の図１における右端部に駆動装置２６が設けられ、この駆動装置２６の駆動によって挿入スクリュー２２ａが自軸心回りに回転するようになっている。
【００５０】
前記挿入スクリュー２２ａの外周面には、螺条２２ｂが設けられ、原料供給部３０から挿入シリンダ２５内に導入された超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物（原料）Ｇ０は、挿入スクリュー２２ａの軸心回りの回転による螺条２２ｂの回転に誘導されてシリンダ２１内を下流側（図１の左方）に向かって移動し、各シリンダ２１の内周面と各回転円盤２３の外周面との隙間、および各固定円盤２４の側面と各回転円盤２３の側面との隙間を通過しながら混練・分散され、機能性複合樹脂Ｇ１となって後述する成形ダイス４２ａから系外に排出される。
【００５１】
前記製品排出部４０は、装置本体２０の下流端に同心で接続された押出シリンダ４１と、この押出シリンダ４１の下流端に同心で接続されたダイ部材４２と、押出シリンダ４１に同心で内装された、後述のスクリューフィーダ２２と同心で一体回転する押出スクリュー４３とからなっている。
【００５２】
押出シリンダ４１は、上流端および下流端にフランジ４１ａを有し、上流側のフランジ４１ａが最下流のシリンダ２１に当接された状態でこのフランジ４１ａ、各シリンダ２１、固定円盤２４および挿入シリンダ２５にタイロッド２９が差し通されて締結されることにより、装置本体２０、挿入シリンダ２５および製品排出部４０が一体化されるようになっている。かかるタイロッド２９は、図３に示すように装置本体２０の周方向に等ピッチで複数本（図３に示す例では５本）が用いられ、これによって装置本体２０、挿入シリンダ２５および押出シリンダ４１の連結締結状態が確実になるようにしている。
【００５３】
前記ダイ部材４２は、押出シリンダ４１内で押出スクリュー４３により加圧された機能性複合樹脂Ｇ１を環状に数本の丸紐状に成形する成形ダイス４２ａを有し、押出シリンダ４１から押し出された機能性複合樹脂Ｇ１は、ダイ部材４２の成形ダイス４２ａを通って３ｍｍ径の数本の丸紐状にして系外に排出される。
【００５４】
図２は、装置本体２０の一部を示す部分断面図であり、図３は、そのIII−III線断面図である。また、図４は、図２の一点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。
【００５５】
図２〜図４に示すように、シリンダ２１の中実部分には、軸心と同心で形成された環状の第一冷熱媒体流通路２７が設けられているとともに、固定円盤２４には、図２および図４に示すように、軸心と同心形成された環状の第二冷熱媒体流通路２８が設けられている。これらの冷熱媒体流通路２７，２８は、後に詳述する電気バンドヒーター（温度調節手段）９０との協働で装置本体２０内の超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物Ｇ０の温度を加熱するためのものであり、この温度制御を精密に行うことにより、超微粉体Ｕの集合体である二次粒子を解砕分散して樹脂Ｇ内に均等に分散させることができる。
【００５６】
以下、装置本体２０の温度制御について説明する。この温度制御を適切に実行するため
に、本実施形態においては、装置本体２０は、超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０に対する処理の状況に応じて、上流側（図１における右側）から下流側に向けて原料挿入工程Ｆ、混練脱気工程Ｋ、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄに対応する部分がそれぞれ設けられている。
【００５７】
そして、これらの各工程の内の特に混練脱気工程Ｋは、前記シリンダ２１、スクリューフィーダ２２、回転円盤２３および固定円盤２４により構成された、原料挿入工程Ｆからの混合物Ｇ０に対して混練分散処理に係る本発明の心臓部分であり、液相混練分散工程Ｋ１と、脱気工程Ｖと、固相剪断分散工程Ｋ２と、再液相混練工程Ｋ３とを備えている。
【００５８】
そして、本実施形態においては、原料挿入工程Ｆにおいて原料挿入工程が実行され、液相混練分散工程Ｋ１において液相混練分散工程が実行され、脱気工程Ｖにおいて脱気工程が実行され、固相剪断分散工程Ｋ２において固相剪断分散工程が実行され、再液相混練工程Ｋ３において再液相混練工程が実行され、押出工程Ｍにおいて押出工程が実行され、成形工程Ｄにおいて成形工程が実行されるようになっている。因みに、図１では、各工程を示す符号の下に工程名を示している。原料挿入工程Ｆは、樹脂Ｇの軟化温度より高温の第一温度Ｔ１に設定される。
【００５９】
前記混練脱気工程Ｋには、図１に示すように、最上流側（図１の右方）の第一シリンダ２１１から最下流側の第十シリンダ２２０までの１０基のシリンダ２１と、最上流側の第一スクリュー２２１から最下流側の第九スクリュー２２９までの９基のスクリューフィーダ２２と、最上流側の第一回転円盤２３１から最下流側の第十回転円盤２４０までの１０基の回転円盤２３と、最上流側の第一固定円盤２４１から第九固定円盤２４９までの９基の固定円盤２４とが設けられている。
【００６０】
前記液相混練分散工程Ｋ１は、原料挿入工程Ｆからに押し込まれた超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０に対して樹脂Ｇを加熱溶融して剪断処理を施しつつ当該混合物Ｇ０を溶融樹脂中に混練分散する領域である。本実施形態においては、この液相混練分散工程Ｋ１としてシリンダ２１内（第一〜第三シリンダ２１１〜２１３内）における第一〜第三スクリュー２２１〜２２３と、第一〜第三回転円盤２３１〜２３２と、第１〜第３固定円盤２４１〜２４３とが配設された部分が当てられている。液相混練分散工程Ｋ１は、前記第一温度Ｔ１と同一の第二温度Ｔ２に設定される。
【００６１】
前記脱気工程Ｖは、液相混練分散工程Ｋ１における加熱によって超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０内に含まれていた気化成分の気体を取り除くための領域である。このような脱気工程Ｖが設けられるのは以下の理由による。すなわち、混合物Ｇ０の中に例えば多数の微細な気泡の状態で空気や気化成分のガス等の気体が存在したままの状態で樹脂Ｇと超微粉体Ｕとの混合物Ｇ０に回転円盤２３の回転による当該回転円盤２３と固定円盤２４との間での剪断による混練処理が施されると、混合物Ｇ０における気泡が存在する部分が脆性部となって、この部分に剪断力が作用して滑りが生じ、結果として混合物Ｇ０に剪断力が作用しなくなるという不都合が生じるからである。
【００６２】
そして、混合物Ｇ０に剪断力が作用しなくなると、超微粉体Ｕの二次凝集を確実に解砕分散させることができなくなるのであり、かかる不都合を解消するべく、本発明においては固相剪断分散工程Ｋ２に先立って脱気工程Ｖが設けられ、この脱気工程Ｖで溶融して気体を含んだ混合物Ｇ０に脱気処理が施される。脱気工程Ｖでは、樹脂Ｇの軟化温度より高温ではあるが液相混練分散工程Ｋ１の第二温度Ｔ２より若干低温の第三温度Ｔ３に設定される。
【００６３】
かかる脱気工程Ｖの構成要素である第四シリンダ（ベントシリンダ）２１４は、他のシ
リンダ２１に比べて軸心方向の長さ寸法が長尺に設定され、その上部には上下方向に延びた脱気通路２１４ａが設けられているとともに、当該脱気通路２１４ａ内から外部に向かって開放され通気孔２１４ｂが開口され、脱気工程Ｖで脱気された気体は、脱気通路２１４ａを通り通気孔２１４ｂから外部へ導出されるようになされている。本実施形態においては、脱気工程Ｖ内を減圧環境にして効率よく脱気されるようになされている。
【００６４】
そして、脱気工程Ｖにおける混合物Ｇ０の滞留時間を長く、また、脱気面積を広くして脱気効果を向上させるべく、第四回転円盤２３４は、軸心方向の長さ寸法が第四シリンダ２１４のそれに合わせて他の回転円盤２３より長尺とされている。従って、脱気工程Ｖに導入された超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０は、他の回転円盤２３を通過するよりも長時間をかけて第四回転円盤２３４の周面を通過し、この間に混合物Ｇ０に対し脱気処理が施される。かかる脱気工程Ｖの温度Ｔ３は、本実施形態では、液相混練分散工程Ｋ１の温度Ｔ２と同一になるように制御されている。
【００６５】
前記固相剪断分散工程Ｋ２は、樹脂Ｇの動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上になるまで前記第三温度Ｔ３から温度低下された第四温度Ｔ４に設定された状態で、前記脱気工程Ｖにおいて脱気処理が施された超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０に対し剪断力を加えることにより、超微粉体Ｕの二次粒子を効果的に解砕分散し、これによって当該超微粉体Ｕを樹脂Ｇ内に均一に分散させるための領域である。
【００６６】
かかる固相剪断分散工程Ｋ２は、シリンダ２１内（第五〜第八シリンダ２１５〜２１８内）における第四〜第七スクリュー２２４〜２２７と、第五〜第八回転円盤２３５〜２３８と、第四〜第七固定円盤２４４〜２４７とが配設された部分が当てられている。
【００６７】
かかる固相剪断分散工程Ｋ２においては、混合物Ｇ０は、樹脂が固相状態を保つ第四温度Ｔ４に制御される。固相状態を保つ温度とは、前記のとおり樹脂Ｇの動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上で固体状態を保つ温度のことである。かかる温度においては、樹脂Ｇは、超微粉体Ｕ以上の剪断応力値を示す状態になっているため、この固相剪断分散工程Ｋ２での固相剪断分散工程を経ることにより、超微粉体Ｕの二次粒子は効果的に解砕分散され、これによって樹脂Ｇが海相となり、ナノオーダーに解砕分散された超微粉体Ｕが島相となって完全分散する状態になる。
【００６８】
前記再液相混練工程Ｋ３は、シリンダ２１内（第九および第十シリンダ２１９，２２０内）の第八および第九スクリュー２２８，２２９と、第九および第十回転円盤２３９，２４０と、第八および第九固定円盤２４８，２４９とが配設された部分が当てられている。ここでは、超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０は、脱気工程Ｖと同じ温度の第五温度Ｔ５になるように制御されている。
【００６９】
前記押出工程Ｍは、再液相混練工程Ｋ３から導出された機能性複合樹脂Ｇ１の押し出しを実行するための領域であり、製品排出部４０における押出シリンダ４１と、この押出シリンダ４１内のスクリュー４３とを備えた部分により形成されている。かかる押出工程Ｍ内の機能性複合樹脂Ｇ１は、前記液相混練分散工程Ｋ１と同じ温度である第六温度Ｔ６に制御される。
【００７０】
前記成形工程Ｄは、押出工程Ｍからの機能性複合樹脂Ｇ１を数本の約３ｍｍ径の丸紐状に成形して外部に排出する領域である。かかる成形工程Ｄは、製品排出部４０のダイ部材４２およびダイス４２ａにより構成されている。この成形工程Ｄにおける温度Ｔ７は、押出工程Ｍでの第六温度Ｔ６と同一の温度Ｔ７になるように制御される。
【００７１】
そして、装置本体２０内の樹脂Ｇの温度制御のために、本発明においては、前記温度調節構造が設けられている。温度調節構造は、図６（なお図６は後に詳述する混練装置１０の運転制御を説明するためのものである）に示すように、原料挿入工程Ｆ、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相剪断分散工程Ｋ２、再液相混練工程Ｋ３に対応した部分および押出工程Ｍと成形工程Ｄとに対応した部分の外周面にそれぞれ設けられた電気バンドヒーター９０と、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相剪断分散工程Ｋ２および再液相混練工程Ｋ３に対応した部分内を冷却する冷媒供給装置（温度調節手段）６０とを備えている。
【００７２】
前記電気バンドヒーター９０は、内部にニクロム線や炭化珪素等の通電発熱体が内装された環状のケーシングを備えて構成されている。かかるケーシングが装置本体２０に外嵌されることにより、通電発熱体の発熱で挿入シリンダ２５内、装置本体２０内、および製品排出部４０内が加熱されるようになっている。
【００７３】
このような電気バンドヒーター９０としては、原料挿入工程Ｆに対応する部分に設けられた第一電気バンドヒーター９１と、液相混練分散工程Ｋ１に対応する部分に設けられた第二電気バンドヒーター９２と、脱気工程Ｖに対応する部分に設けられた第三電気バンドヒーター９３と、固相剪断分散工程Ｋ２に対応する部分に設けられた第四電気バンドヒーター９４と、再液相混練工程Ｋ３に対応する部分設けられた第五電気バンドヒーター９５とＭに設けられた第六電気バンドヒーター９６と、成型工程Ｄに対応する部分に設けられた第七電気バンドヒーター９７との７基が採用されている。
【００７４】
かかる各電気バンドヒーター９１〜９７には、電源装置９９からそれぞれ所定量の電力が供給され、これによる通電発熱体の発熱によって各工程に対応した部分がそれぞれ別個に所定の温度に加熱される。なお、各工程の温度については、つぎに説明する冷媒供給装置６０との協働によって所定の温度（Ｔ１〜Ｔ７）になるように制御される。
【００７５】
前記冷媒供給装置６０は、内部に冷凍機等からなる冷熱源と、この冷熱源によって冷却された水や冷却オイル等の冷媒を送出する複数基の冷媒送出ポンプとを有している。
【００７６】
そして、液相混練分散工程Ｋ１部分に対応した冷媒送出ポンプと液相混練分散工程Ｋ１部分の冷熱媒体流通路２７，２８との間には第一往管路６１が設けられ、脱気工程Ｖ部分に対応した冷媒送出ポンプと脱気工程Ｖ部分の冷熱媒体流通路２７，２８との間には第二往管路６２が設けられ、固相剪断分散工程Ｋ２部分に対応した冷媒送出ポンプと固相剪断分散工程Ｋ２部分の冷熱媒体流通路２７，２８との間には第三往管路６３が設けられ、再液相混練工程Ｋ３部分に対応した冷媒送出ポンプと再液相混練工程Ｋ３部分の冷熱媒体流通路２７，２８との間には第四往管路６４が設けられている。
【００７７】
また、これらの各工程Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３部分で装置本体２０内の超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０の温度調節用に使用された後の冷媒は、１本の復管路６５に集められて冷媒供給装置６０に戻され、循環使用されるようになっている。かかる復管路６５には、外気との熱交換で冷媒を冷却する熱交換器６６が設けられ、装置本体２０内で加熱された冷媒は、ここで一旦常温より若干高めの温度にまで冷却された後に冷媒供給装置６０に戻される。
【００７８】
前記第一往管路６１には第一制御弁６１ａが、第二往管路６２には第二制御弁６２ａが、第三往管路６３には第三制御弁６３ａが、第四往管路６４には第四制御弁６４ａがそれぞれ設けられ、これらの制御弁６１ａ〜６４ａの開閉操作による冷媒の流量調整と、熱媒体流通路２７，２８への電力供給量の制御とで各工程Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３および脱気工程Ｖの温度が制御される。
【００７９】
そして、冷媒供給装置６０に戻された冷媒は、冷熱源で所定の温度にまで冷却された後に各制御弁６１ａ〜６４ａを介して往管路６１〜６４を通って再度各工程に向けて送り出されて循環使用される。
【００８０】
図５は、原料挿入工程Ｆ、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相剪断分散工程Ｋ２、再液相混練工程Ｋ３、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄのそれぞれの設定温度を示す工程図であり、各工程の並びについては図１と対応させている。また、縦軸に温度と動粘度とを設定している。温度と動粘度とは、互いに逆比例する関係にある。この工程図における温度は、高めのものと、低めのものとがあり、右下がりのハッチングが付されている温度で超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０に剪断力による解砕分散処理が施される一方、右上がりのハッチングが付されている温度で混合物Ｇ０は溶融状態の液相になっている。具体的にどのような温度が採用されるかについては、樹脂Ｇの種類によって決められる。
【００８１】
このような温度制御が行われるのは、以下の理由による。すなわち、超微粉体Ｕは、一つ一つは径寸法がナノオーダーの非常に細かいものではあるが、これらの多数がファン・デル・ワールス力によって凝集して、いわゆる一次粒子が二次粒子に凝集して二次粒子に結合し形成され、この二次粒子があたかも一つの粒子であるかの如き挙動を示すため、かかる二次粒子の集合体である超微粉体Ｕを単に溶融状態の樹脂Ｇに供給して混練しても、二次粒子が樹脂Ｇ内に分散するだけであり、二次粒子が解砕分散して一つ一つの微粒子（一次粒子）が樹脂Ｇ内に均一に分散するようなことは起こらない。
【００８２】
そこで、本実施形態においては、樹脂Ｇを液相混練分散工程Ｋ１における液相混練分散工程で加熱溶融して液相状とし、樹脂Ｇ内に二次粒子を均等に混練分散させる。このとき混合物Ｇ０内の揮発成分が気体となり分散によって気泡が形成されるが、この気泡は、引き続き実行される脱気工程で脱気される。このような脱気処理が行われるのは、先に説明したとおり、混合物Ｇ０の中に例えば多数の微細な気泡の状態で空気や気化ガス等の気体が存在したままの状態で樹脂Ｇと超微粉体Ｕとの混合物Ｇ０に回転円盤２３の回転による当該回転円盤２３と固定円盤２４との間での剪断による混練処理が施されると、混合物Ｇ０における気泡が存在する部分が脆性部となって、この部分で剪断力に対して滑りが生じ、結果として混合物Ｇ０中の超微粉体Ｕの二次粒子を均等に混練分散するための剪断力が作用しなくなるという不都合が生じるからである。
【００８３】
ついで、固相剪断分散工程Ｋ２で樹脂Ｇが固体状態になるように温度を精密に制御しながら回転している回転円盤２３とシリンダ２１および固定円盤２４との間で生じる剪断力によって樹脂Ｇが海相となり二次粒子が脆性破壊して解砕分散して超微粉体Ｕの粒子の一つ一つが樹脂Ｇ島相となって均一に完全分散される。
【００８４】
引き続き再液相混練工程Ｋ３で混合物Ｇ０が溶融した液状になるように温度を制御して混練し、次の押出工程Ｍに送られる。
【００８５】
そして、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相剪断分散工程Ｋ２および再液相混練工程Ｋ３では、精密な温度制御が行われる。この温度制御は、本実施形態においては、電気バンドヒーター９０の通電発熱体に供給される電源装置９９からの電力と、シリンダ２１の第一冷熱媒体流通路２７（図２）および固定円盤２４の第二冷熱媒体流通路２８に供給される冷媒の流量を制御することにより行われる。
【００８６】
原料挿入工程Ｆおよび液相混練分散工程Ｋ１では、超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０の装置本体２０内における流動性に重点がおかれ、そのために原料挿入工程Ｆおよび液相混練分散工程Ｋ１の第一温度Ｔ１および第二温度Ｔ２は樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓの液相混練領域内に設定される。従って、原料挿入工程Ｆおよび液相混練分散工程Ｋ１では、混合
物Ｇ０に大きな剪断力が作用することはなく、超微粉体Ｕは二次粒子のままで樹脂Ｇ内に分散される。
【００８７】
ついで、脱気工程Ｖでは、気泡を効果的に放出させるために、樹脂Ｇに若干の剪断力を作用させるようになされている。そのために、脱気工程Ｖの第三温度Ｔ３は、樹脂溶融温度Ｔｍより高く、かつ、Ｔｓより若干低めに設定されている。
【００８８】
ついで、固相剪断分散工程Ｋ２では、樹脂Ｇを固体の固相状態にして剪断することにより固相状態の樹脂Ｇ内に分散している二次粒子は分散系の脆性粒子となり二次粒子の解砕が容易になって樹脂Ｇ内に分散することになる。そのために、固相剪断分散工程Ｋ２は、樹脂Ｔｍより低温の樹脂固相温度ＴL１〜ＴL２の固相剪断領域内の温度である第四温度Ｔ４になるように制御される。
【００８９】
樹脂溶融温度Ｔｍは、樹脂Ｇを加熱していった場合に液状化する温度であるのに対し、樹脂熱変形温度Ｔｄは、樹脂溶融温度Ｔｍより低温の樹脂が自然体で自己変形しない（高い外力によって変形はする）固体状態になる温度である。そして、樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓの温度領域で、図５に示すように、前記液相混練分散領域が設定されるとともに、樹脂溶融温度Ｔｍより低温で、かつ、樹脂熱変形温度Ｔｄ近辺の温度領域で前記固相剪断領域が設定される。
【００９０】
前記樹脂熱変形温度Ｔｄについてさらに詳しく説明する。樹脂熱変形温度Ｔｄは、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉｓｌ：米国規格協会）の試験法Ｄ−６４７による試験で得られた、１．８２０（ＭＰｓ）の荷重が与えられた状態で樹脂が熱変形を開始する温度である。この温度の近辺においては、樹脂Ｇに力が加えられると容易に変形するが流動性をほとんど示さない、いわゆる固体状態になる。この樹脂熱変形温度Ｔｄを目安にして樹脂Ｇ内の二次粒子を脆性粒子にして解砕させる温度領域である固相剪断領域が設定される。
【００９１】
因みに、樹脂熱変形温度Ｔｄは、樹脂の種類によって異なり、例えばメタクリル樹脂は６０℃〜８０℃、ポリエチレンは、高密度のもので４３℃〜５２℃、中密度のもので３２℃〜４１℃、低密度のもので２４℃〜３２℃である。また、ポリプロピレンは１４０℃である。
【００９２】
各工程Ｆ，Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３，Ｍ，Ｄで具体的に設定される温度Ｔ１〜Ｔ７は、樹脂Ｇの種類に応じた前記樹脂溶融温度Ｔｍおよび樹脂熱変形温度Ｔｄを基本とし、これに実際に行った各種の試験の結果を加味することで決められる。
【００９３】
そして、超微粉体ホッパー３１（図１）および樹脂ホッパー３３から装置本体２０の原料挿入工程Ｆに導入された超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物Ｇ０は、ここで第一電気バンドヒーター９１により加熱されて樹脂溶融温度Ｔｍより高温の第一温度Ｔ１とされ、液相混練分散工程Ｋ１へ押し込まれる。
【００９４】
液相混練分散工程Ｋ１へ押し込まれた混合物Ｇ０は、第二電気バンドヒーター９２による加熱と、第一冷熱媒体流通路２７および第二冷熱媒体流通路２８を流通している冷媒供給装置６０からの冷媒による冷熱とで調整された第二温度Ｔ２に精密に制御され、これによって樹脂Ｇは溶融状態になる。そして、溶融した樹脂Ｇと超微粉体Ｕの混合物Ｇ０は、挿入スクリュー２２ａの回転による下流側に向けた推進力を得て下流側に移動しながら回転円盤２３（第一〜第三回転円盤２３１〜２３３）の回転によって超微粉体Ｕと混練され、これによって超微粉体Ｕの二次粒子が均一に樹脂Ｇ内に分散した超微粉体Ｕの二次粒子と樹脂Ｇとの混練分散物が得られる。
【００９５】
この超微粉体Ｕの二次粒子と溶融樹脂Ｇとの混練分散混練物は、脱気工程Ｖにおいて第四回転円盤２３４の回転で移動されながら第三電気バンドヒーター９３による加熱と冷媒供給装置６０からの冷媒による冷却との調整による精密な温度制御により第三温度Ｔ３に設定された状態で脱気処理が施される。
【００９６】
ついで、脱気処理後の混合物Ｇ０は、固相剪断分散工程Ｋ２で第四電気バンドヒーター９４による加熱と冷媒供給装置６０からの冷媒による冷却との調整による精密な温度制御により、前記樹脂熱変形温度Ｔｄより以下の第四温度Ｔ４に設定され、これによって今まで溶融状態であった樹脂Ｇは固体状態になる。この固体状態の混合物Ｇ０が、回転円盤２３（第五〜第八回転円盤２３５〜２３８）の回転による剪断力で混合物Ｇ０中の超微粉体Ｕの二次粒子が系の脆性粒子となり、これが解砕分散される。
【００９７】
ついで、再液相混練工程Ｋ３における再液相混練工程で混合物Ｇ０中の超微粉体Ｕは完全に分散が完了し、次の押出工程Ｍに溶融状態で送るよう樹脂溶融温度Ｔｍより高温でＴｓより若干低めの第五温度Ｔ５にまで昇温される。
【００９８】
このようにして得られた機能性複合樹脂Ｇ１は、押出シリンダ４１内の押出工程Ｍに向けて移送され、第六電気バンドヒーター９６により樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓの第六温度Ｔ６に設定されて押出工程Ｍを通り、さらに成形工程Ｄのダイ部材４２において第七バンドヒーター９７により第六温度Ｔ６と略同一の第七温度Ｔ７に加熱された状態で３ｍｍ径の数本の丸紐状になって系外に排出される。
【００９９】
図６は、混練装置１０の運転制御の一実施形態を示すブロック図である。この図に示すように、混練装置１０の近傍には制御装置７０が設けられ、混練装置１０は、この制御装置７０の制御で運転されるようになっている。かかる制御装置７０は、中央演算処理装置であるＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）７１と、このＣＰＵ７１に付設された入出力装置７２と、必要データを一時的に記憶するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）７３と、制御プログラムを記憶したＲＯＭ（ｒｅａｄ
ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）７４とを備えている。
【０１００】
前記入出力装置７２は、混練装置１０の運転に必要な各種の運転条件などのデータをＣＰＵ７１へ入力するとともに、ＣＰＵ７１が行う所定の演算の演算結果や、現に実施されている混練装置１０の運転状況や時には警報などを出力するものである。かかる入出力装置７２は、図略のキーボード入力装置や、各種の情報を画面表示するディスプレー装置、さらには各種の情報を印字出力するプリンタ等を備えている。
【０１０１】
一方、原料挿入工程Ｆ部分の適所には第一温度センサ８１が、液相混練分散工程Ｋ１部分の適所には第二温度センサ８２が、脱気工程Ｖ部分の適所には第三温度センサ８３が、固相剪断分散工程Ｋ２部分の適所には第四温度センサ８４が、Ｋ３の適所には第五温度センサ８５が押出工程Ｍ部分の適所には第六温度センサ８６が成形工程Ｄ部分の適所には第七温度センサ８７がそれぞれ設けられている。
【０１０２】
これらの温度センサ８１〜８７の内の挿入工程Ｆ、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄを対象とした第一、第六および第七温度センサ８１，８６，８７は、例えばバイメタル熱電対等の電力供給断続部材が採用され、予め設定された温度を超えると接点が離れて電力の供給が停止される一方、予め設定された温度以下になると接点がつながって電力が供給されるようになされた簡便な温度制御方式が採用されている。
【０１０３】
これに対し液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相剪断分散工程Ｋ２および再液相混
練工程Ｋ３に対応する部分ついては、精密な温度管理が必要なことから、制御装置７０による制御が行われる。この制御のために、第二〜第五温度センサ８２〜８５からの温度検出信号は、逐一ＣＰＵ７１に入力され、ＣＰＵ７１は、この検出信号に基づく制御信号を電源装置９９および各制御弁６１ａ〜６４ａへ出力し、これによる第二〜第五ジャケット９２〜９５への電力供給量の増減と、制御弁６１ａ〜６４ａの開閉とによる開度の調節で液相混練分散工程Ｋ１、固相剪断分散工程Ｋ２、脱気工程Ｖおよび再液相混練工程Ｋ３の温度を精密に制御するようになされている。
【０１０４】
また、入出力装置７２から入力された超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合割合に基づく制御信号が超微粉体側駆動モータ３２ａおよび樹脂側駆動モータ３４ａへ向けて出力される。これによって各駆動モータ３２ａ，３４ａは、前記混合割合に沿って駆動し、各定量フィーダー３２，３４の周回で予め設定された量の超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇが各ホッパー３１，３３から切り出される。
【０１０５】
なお、超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの切り出し量の微調整は、先に説明したロードセル３７ａ，３８ａおよびローカル制御器３７ｂ，３８ｂによって行われる。この制御結果は、ローカル制御器３７ｂ，３８ｂからＣＰＵ７１へ逐一入力される。そして、この制御結果は、入出力装置７２に画像出力されたり、あるいはプリンターにより印字出力されたりするため、オペレータは、この出力を視認することで超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇが適正に切り出されているか否かを逐一監視することができる。
【０１０６】
以下、このような制御装置７０による混練装置１０の運転制御についてさらに詳細に説明する。混練装置１０の運転に当たっては、予めＣＰＵ７１からの制御信号によって電源装置９９を介して電力が各電熱ジャケット９１〜９７の通電発熱体に供給され、これによって各工程Ｆ，Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３，Ｍ，Ｄが所定の温度にまで加熱された状態とされる。また、超微粉体ホッパー３１および樹脂ホッパー３３には予め所定量の超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇがそれぞれ装填されている。
【０１０７】
この状態で入出力装置７２にその運転に係る超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの設定切出し量、および各工程Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３の設定温度が入力される。なお、原料挿入工程Ｆ、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄに係る第一温度センサ８１、第六温度センサ８６および第七温度センサ８７については、バイメタルの設定温度が手作業で設定される。
【０１０８】
ついでＣＰＵ７１から駆動装置２６および各駆動モータ３２ａ，３４ａに向けて駆動信号が出力されることにより、挿入スクリュー２２ａが回転するとともに、各定量フィーダー３２，３４も周回して各ホッパー３１，３３から超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇが切り出される。
【０１０９】
そして、各定量フィーダー３２，３４によって切り出された超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物Ｇ０は、中継筒３５および原料投入ホッパー３６を介して装置本体２０の原料挿入工程Ｆに導入されて溶融され、挿入スクリュー２２ａの駆動回転により下流側に向けて移動し、各工程Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３において、先に詳述したように、回転円盤２３の回転により混合物Ｇ０中の超微粉体Ｕの二次粒子の解砕および分散が行われて機能性複合樹脂Ｇ１になる。
【０１１０】
かかる各工程Ｋ１〜Ｋ５における装置本体２０内の温度制御について、液相混練分散工程Ｋ１を例に挙げて説明する。前記ＣＰＵ７１は、第二温度センサ８２からの検出信号が入力されると、この検出信号の値と、予め入力されている設定温度の値（第二温度Ｔ２）とを比較し、検出信号の値の方が設定温度より高い場合には、電源装置９９に向けて第二ジャケット９２への電力供給を停止させる制御信号を出力するとともに、第一制御弁６
１ａに向けて弁の開度を大きくする信号を出力する。これによる冷媒の流量の増加によって液相混練分散工程Ｋ１における冷熱媒体流通路２７，２８を介した混合物Ｇ０への冷媒の伝熱量が増大し、液相混練分散工程Ｋ１の温度は第一温度Ｔ１に向けて低下することになる。
【０１１１】
逆に第一温度センサ８１の検出信号の値が第一温度Ｔ１より低いときには、ＣＰＵ７１は、電源装置９９に向けて第二ジャケット９２への電力供給量を増加させる制御信号を出力するとともに、第一制御弁６１ａに向けて弁の開度を小さくする制御信号が出力し、これによる第二ジャケット９２の温度上昇と冷媒の流量の減少とで液相混練分散工程Ｋ１の温度は第一温度Ｔ１に向けて上昇することになる。
【０１１２】
このような制御が脱気工程Ｖ、固相剪断分散工程Ｋ２および再液相混練工程Ｋ３で実行されることにより、各工程Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３は、予め設定された設定温度が所定の許容温度範囲で精密に維持されることになり、これによって樹脂Ｇの所定温度での固体状態および液体状態を現出させることが可能になり、先に説明したように超微粉体Ｕの二次粒子を脆性粒子にして解砕分散が適切に行われ、超微粉体Ｕの単位粒子が均一に樹脂Ｇ内に分散した優れた機能性複合樹脂Ｇ１を得ることができる。
【０１１３】
以上詳述したように、本実施形態に係る超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混練分散方法は、一本の回転軸としてのスクリューフィーダ２２の周りに原料である超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇの混合物Ｇ０を加熱するべく原料挿入工程Ｆへ挿入する原料挿入工程と、液相混練分散工程Ｋ１において樹脂Ｇが溶融する温度（すなまち、樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓ）にまで加熱された混合物Ｇ０を液相状態で混練して超微粉体Ｕの二次粒子を樹脂Ｇ中に分散させる液相混練分散工程と、脱気工程Ｖにおいて液相状態で混練された樹脂Ｇ中から発生する気体を脱気する脱気工程と、その後、固相剪断分散工程Ｋ２において樹脂Ｇが固相状態を保つ樹脂熱変形温度Ｔｄ近辺の温度（樹脂固相温度Ｔｌ１〜Ｔｌ２）に冷却して混合物Ｇ０に剪断力を加えることにより超微粉体Ｕの二次粒子を分散系の脆性粒子として解砕する固相剪断分散工程と、再液相混練工程Ｋ３において再び樹脂Ｇが溶融する温度（樹脂溶融温度Ｔｓより若干低めの温度）にまで加熱して再度液相混練処理を施す再液相混練工程と、押出工程Ｍにおいて再度液相混練処理が施されることにより得られた機能性複合樹脂Ｇ１を押し出す押出工程と、成形工程Ｄにおいて機能性複合樹脂Ｇ１を丸紐状の製品に成形する成形工程とを順次経るものである。
【０１１４】
かかる構成によれば、特に、固相剪断分散工程Ｋ２での固相剪断処理において、ファン・デル・ワールス力で凝集して形成された超微粉体Ｕの二次粒子は、樹脂熱変形温度Ｔｄ近辺の樹脂固相温度Ｔｌ１〜Ｔｌ２で固体になった樹脂Ｇ内に閉じ込められた状態になっている。この状態の超微粉体Ｕの二次粒子を含む混合物Ｇ０は、剪断力を受けたときに超微粉体Ｕの二次粒子が脆性粒子となって当該二次粒子に剪断が集中して作用し、これにより効果的に解砕される。ついで、その後の再液相混練工程Ｋ３における再液相混練工程においては、樹脂Ｇが再溶融されて液状となり次の押出工程Ｍに移送していくことになる。
【０１１５】
従って、固相剪断分散工程で樹脂Ｇの海相中における超微粉体Ｕの島相の二次粒子の確実な解砕とその後の各単位粒子（一次粒子）の樹脂Ｇ内への分散とが行われ、結果として超微粉体Ｕが均一に樹脂Ｇ中に均一に分散された機能性複合樹脂（ナノコンポジット）が形成される。
【０１１６】
そして、従来行われていたような、樹脂Ｇを溶融温度より高温に加熱することによって完全な液状とし、この液状の樹脂Ｇの中に超微粉体Ｕを混入して単純に攪拌するような混練方法にあっては、ファン・デル・ワールス力で強固に凝集した超微粉体Ｕの二次粒子を
解砕することが困難であり、超微粉体Ｕを一粒一粒の粒子単位で（すなわち、一次粒子の状態で）樹脂Ｇ中に分散させることができず、従って、従来法では高品質の機能性樹脂を製造することができなかったのであるが、本発明では、従来のこのような不都合が解消され、粒径が０．１μｍより小さな超微粉体Ｕであってもそれを粒子単位で樹脂Ｇ中に容易にかつ均一に分散させることが可能になり、高品質のナノコンポジットを製造することができる。
【０１１７】
また、樹脂Ｇの温度管理で超微粉体Ｕを解砕して樹脂Ｇ中に均等に分散させるようにしているため、設備規模を小さく抑えた上で超微粉体Ｕの樹脂Ｇ内への均一な分散を実現することが可能になり、設備コストの低減化に貢献することができる。
【０１１８】
これらに加えて、本発明では、混合物Ｇ０の温度が樹脂溶融温度Ｔｍ〜Ｔｓに設定された液相混練分散工程Ｋ１における液相混練分散工程と、混合物Ｇ０の温度が樹脂熱変形温度Ｔｄ近辺の樹脂固相温度ＴL１〜ＴL２に設定された固相剪断分散工程Ｋ２における固相剪断分散工程との間に、加熱溶融した混合物Ｇ０中に存在する気体を脱気する脱気工程Ｖにおける脱気工程が介設されている。従って、この脱気工程Ｖで混合物Ｇ０に脱気処理が施されることにより樹脂Ｇが溶融状態の混合物Ｇ０は、内部の気泡が存在しない状態で固相剪断分散工程Ｋ２に到達する。従って、以後、気泡が存在しない状態で固相剪断分散工程Ｋ２における固相剪断分散処理において樹脂Ｇに剪断処理が施されるため、気泡による滑りの剪断力が作用せず、超微粉体Ｕの二次粒子が最も剪断力を受けやすい脆性粒子になり、結果として超微粉体Ｕが樹脂Ｇ中に均一、かつ、確実に分散した機能性複合樹脂Ｇ１を得ることができる。
【０１１９】
さらに、本発明では、加熱による液相混練分散工程Ｋ１と冷却による固相剪断分散工程Ｋ２との組み合わせが、装置本体２０の全体を通して１対１に対応した１組だけとされているため、従来のようにこの組み合わせが複数ある時は、高温と低温との間で加熱処理と冷却処理とが複数回に亘って繰り返され、これによる熱損失の増大で熱効率が低下するような不都合の発生が有効に防止され、エネルギーコストの低減化に貢献することができる。
【０１２０】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【０１２１】
（１）上記の実施形態においては、混練装置１０に超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇを貯留する超微粉体ホッパー３１および樹脂ホッパー３３が設けられ、これら超微粉体ホッパー３１および樹脂ホッパー３３から超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇが装置本体２０に向けて同時に切り出されることにより中継筒３５内で始めて両者が落下混合されるようになされているが、本発明は、超微粉体Ｕと樹脂Ｇとを装置本体２０内で混合することに限定されるものではなく、混練装置１０とは独立した別の混合機で予め超微粉体Ｕと樹脂Ｇとを予め設定された割合で混合して混合物Ｇ０とし、一台の定量フィーダーを介してこの混合物Ｇ０を原料投入ホッパー３６に供給するようにしてもよい。
【０１２２】
（２）上記の実施形態においては、液相混練分散工程Ｋ１、脱気工程Ｖ、固相剪断分散工程Ｋ２および再液相混練工程Ｋ３の温度調節用に使用される冷媒は、冷媒供給装置６０内の冷凍機等の冷熱源によって冷却されたものを循環使用するようになされているが、本発明は、冷媒を循環使用することに限定されるものではなく、例えば冷媒として上水や工業用水を採用し、使い捨てで使用するようにしてもよい。
【０１２３】
（３）上記の実施形態においては、各工程Ｆ，Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３，Ｍ，Ｄ部分を加熱するために電気バンドヒーター９０が用いられているが、本発明は、各工程部分の加熱
のために電気バンドヒーター９０を採用することに限定されるものではなく、加熱蒸気を通すスチームジャケットや、加熱オイルを通すオイルジャケット等の加熱媒体を熱源として利用するものを採用してもよい。
【０１２４】
（４）上記の実施形態においては、超微粉体Ｕおよび樹脂Ｇは一種類のものを採用しているが、本発明は、一種類であることに限定されるものではなく、複数種類であってもよい。
【０１２５】
（５）上記の実施形態においては、脱気工程Ｖにおける脱気は、減圧環境下で行うようになされているが、本発明は、脱気工程を減圧環境下で行うことに限定されるものではなく、大気圧下で行うようにしてもよい。この場合、溶融した混合物Ｇ０中に分散された気泡は次の固相剪断分散工程Ｋ２に至るまでに加えられる加圧力によって大方の気泡が圧縮脱気される。
【０１２６】
（６）上記の実施形態においては、固相剪断分散工程Ｋ２で超微粉体Ｕと樹脂Ｇとの混合物Ｇ０の固化状態における１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上の動粘度に対応させる回転円盤２３として４枚が採用されているが、本発明は、回転円盤２３が４枚であることに限定されるものではなく、超微粉体Ｕの二次粒子の解砕に必要な回転円盤２３の枚数を状況に応じて例えばトライアンドエラーで見出してもよい。また、剪断力の強化に伴うスクリューフィーダ２２の軸を高トルク化に対応し得るように高強度のものに増強するなどの対応策を採用してもよい。
【０１２７】
この場合、剪断面積の増加に伴う回転円盤２３の増加に対し、軸径寸法を大きくしたり、丈夫な材質を採用したりする等の軸強度の強化改造策を挙げることができる。例えば、先願である前記特許文献１に記載の混練装置を基準とし、本発明の混練装置１０のスクリューフィーダ２２の軸の径をそれより１０ｍｍ太くしたような場合、回転円盤２３の径も１０ｍｍ大きくすることで対応することができる。
【実施例１】
【０１２８】
マレイン酸グラフト化ポリプロピレン（以下ＭＡＨ−ＰＰという）に、ナノオーダーの超微粉体である有機クレイが分散されてなる、ポリプロピレンの機械的な強度を向上させるために開発されたいわゆる有機クレイナノコンポジットを本発明に係る混練装置１０を用いて本発明方法（固相剪断分散方式）で実際に実施例として製造するとともに、比較例として樹脂を溶融した液相剪断分散方式で有機クレイナノコンポジットを製造し、実施例の有機クレイナノコンポジット性能と、比較例の有機クレイナノコンポジットの性能とを比較した。なお、比較例においても本発明に係る混練装置１０を使用している。
【０１２９】
ＭＡＨ−ＰＰは、直鎖状の合成樹脂であるポリプロピレンの分枝に無水マレイン酸がグラフト共重合して形成されたものである。本実施例においては、ポリプロピレンとしてサンアロマー株式会社製の銘柄名「ＰＭ９０００Ａ」を使用し、無水マレイン酸として日本油脂株式会社製の銘柄名「ＣＲＹＳＴＡＬ  ＭＡＮ  ＡＢ」を使用した。
【０１３０】
有機クレイは、シリカおよびアルミナと少量のマグネシアとを主成分とする、粘土の一種であるモンモリロナイトを４級アンモニューム塩で有機化したナノオーダーの超微粉体であり、本実施例においては、ホウジュン株式会社製の銘柄名「Ｓ  Ｂｅｎ４００  ＦＰ」を使用した。
【０１３１】
そして、超微粉体Ｕとしての有機クレイを本発明に係る混練装置１０の超微粉体ホッパー３１に装填するとともに、ポリプロピレンと前記無水マレイン酸とで予め調製された樹脂ＧとしてのＭＡＨ−ＰＰを同樹脂ホッパー３３に装填し、各駆動モータ３２ａ，３４ａ
の駆動による各切定量フィーダー３２，３４の周回で有機クレイおよびＭＡＨ−ＰＰの双方を装置本体２０へ供給し、当該装置本体２０の駆動でＭＡＨ−ＰＰと有機クレイとの混合物に剪断分散処理を含む混練捏和処理を施し、実施例および比較例それぞれの有機クレイナノコンポジットの製造を行った。ＭＡＨ−ＰＰに対する有機クレイの添加割合は、いずれも実クレイ量を３．０ｗｔ％とした。製品である有機クレイナノコンポジットの押出工程Ｍの成形工程Ｄからの外部への吐出量は、実施例および比較例ともに１８ｋｇ／ｈに設定した。
【０１３２】
すなわち、実施例においては、装置本体２０の原料挿入工程Ｆおよび固相剪断分散工程Ｋ２においてＭＡＨ−ＰＰをその樹脂熱変形温度Ｔｓである１４０℃よりも低い１３５℃に設定し、当該ＭＡＨ−ＰＰを固体状態とした上でＭＡＨ−ＰＰと有機クレイとの混合物に剪断分散処理を施す、いわゆる固相剪断分散処理が施されているのに対し、比較例においては、ＭＡＨ−ＰＰが完全に溶融状態になる２００℃でＭＡＨ−ＰＰと有機クレイとの混合物に剪断分散処理を施す、いわゆる液相剪断分散処理が施される。
【０１３３】
液層剪断分散処理方式である比較例および固相剪断分散処理方式である実施例のそれぞれにおける操業条件を表１に示す。
【０１３４】
【表１】
2008307863.tif 000011
【０１３５】
表１に示すように、比較例においては、各工程Ｆ，Ｋ１，Ｖ，Ｋ２，Ｋ３，Ｍ，Ｄの温度がポリプロピレンの融点Ｔｍよりも高温の２００℃に設定されているのに対し、実施例においては、原料挿入工程Ｆおよび液相混練分散工程Ｋ１が２００℃に、脱気工程Ｖが１
８０℃に、固相剪断分散工程Ｋ２が１３５℃に、再液相混練工程Ｋ３が１７０℃に、押出工程Ｍおよび成形工程Ｄがそれぞれ２００℃に設定されている。
【０１３６】
そして、特にＭＡＨ−ＰＰに対して固相剪断分散処理を施す固相剪断分散工程Ｋ２は、ＭＡＨ−ＰＰが固体状態になる温度である１３５℃に設定され、これによって混合物Ｇ０中の有機クレイの二次粒子が分散系の脆性粒子に置き代わり樹脂を固相剪断する操作となり二次粒子の脆性粒子が容易に解砕分散が効果的に行い得るようになっている。また、実施例においては、回転円盤２３を回転させるエネルギーを比較例の場合よりも相当大きくし（混練負荷電流が比較例の混練負荷電流（１３Ａ）の２倍強（３０Ａ）になる）、これによって固相剪断分散工程Ｋ２での動粘度が１．５×１０６Ｐａ・ｓｅｃ以上になる。このようにすることで、超微粉体である有機クレイの二次粒子の解砕分散がより良好に行われ、これによって解砕された二次粒子の粒子径のバラツキが少なくなるとともに、有機クレイがＭＡＨ−ＰＰ中への分散状態をより良好なものにすることができる。
【０１３７】
そして、ＭＡＨ−ＰＰのグラフト率（グラフト化処理用としてポリプロピレンに添加された無水マレイン酸の添加割合）を１ｗｔ％、１．４ｗｔ％および１．８％の３種類を設定し、それぞれのグラフト化率の有機クレイナノコンポジットを製造した上で、それぞれの有機クレイナノコンポジットの引張弾性率（ＧＰａ）を「ＪＩＳＫ６９１１  ５．１８」に基づき測定した。
【０１３８】
測定結果は、表２に示す通りである。なお、表２においては、ブランク試験用として有機クレイが添加されていないＭＡＨ−ＰＰの引張弾性率も参考のために記載している。
【０１３９】
【表２】
2008307863.tif 000012
【０１４０】
表２から明らかなように、ブランク試験用のＭＡＨ−ＰＰのばあい、グラフト率が０（すなわちグラフト化処理が施されていない）のものの引張弾性率が１．５２７ＧＰａと最
も高く、グラフト率が増加していくに従って低下している。
【０１４１】
これに対し、ＭＡＨ−ＰＰに有機クレイが３％添加された混合物については、液相剪断分散処理の比較例の場合であっても、グラフト化率が１．０％の場合は、引張弾性率は１．６０２ＭＧＰａとグラフト率０のブランクのＭＡＨ−ＰＰより高くなっているとともに、グラフト率の増加に従い高くなることが確認された。そして、グラフト率が１．８％にまで高くされると、引張強さは、１．６６３ＧＰａにまで上昇する。
【０１４２】
これに対し、ＭＡＨ−ＰＰに有機クレイが３％添加され、かつ、固相剪断分散処理によりＭＡＨ−ＰＰと有機クレイとの混合物に本発明方法での混練捏和処理が施された実施例の場合には、グラフト率が１．０％のものでも引張強さは、１．６９４ＧＰａと比較例のグラフト率が１．８％のものよりも大きく、グラフト率が１．４％、１．８％と高くなるに従い、引張弾性率は、１．７８４ＧＰａ、１．８６３ＧＰａと順次大きくなっていることを確認することができた。
【０１４３】
このことは、剪断分散処理を１３５℃の固相で行う本発明が、優れたものであることを示している。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明に係る混練装置の一実施形態を示す側面断面視の説明図である。
【図２】装置本体の一部を示す部分断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図２の一点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。
【図５】原料挿入工程、液相混練分散工程、脱気工程、固相剪断分散工程、再液相混練工程、押出工程および成形工程それぞれの温度を示す工程図であり、横軸に装置本体の基端側からの距離を設定しているとともに、縦軸に温度を設定している。
【図６】混練装置の運転制御の一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０  混練装置              ２０  装置本体
２１  シリンダ              ２１１〜２２０  第一〜第十シリンダ
２１４ａ  脱気通路          ２１４ｂ  通気孔
２２  挿入スクリュー
２２１〜２２９  第一〜第九スクリュー
２２ａ  挿入スクリュー      ２２ｂ  螺条
２３  回転円盤              ２３１〜２４０  第一〜第十回転円盤
２４  固定円盤              ２４１〜２４９  第一〜第９固定円盤
２５  挿入シリンダ          ２６  駆動装置
２７  第一冷熱媒体流通路    ２８  第二冷熱媒体流通路
２９  タイロッド            ３０  原料供給部
３１  超微粉体ホッパー      
３２  超微粉体定量フィーダー
３２ａ  超微粉体側駆動モータ
３３  樹脂ホッパー          ３４  樹脂定量フィーダ
３４ａ  樹脂側駆動モータ    ３５  中継筒
３６  原料投入ホッパー      ３７ａ  ロードセル
３７ｂ  ローカル制御器      ３８ａ  ロードセル
３８ｂ  ローカル制御器      ４０  製品排出部
４１  押出シリンダ          ４１ａ  フランジ
４２  ダイ部材
４２ａ  成形ダイス          ４３  押出スクリュー
６０  冷媒供給装置（温度調節手段）
６１  第一往管路            ６１ａ  第一制御弁
６２  第二往管路            ６２ａ  第二制御弁
６３  第三往管路            ６３ａ  第三制御弁
６４  第四往管路            ６４ａ  第四制御弁
６５  復管路                ６６  熱交換器
７０  制御装置              ７１  ＣＰＵ
７２  入出力装置            ８１〜８７  第一〜第七温度センサ
９０  電気バンドヒーター（温度調節手段）
９１〜９７  第一〜第七電気バンドヒーター
９９  電源装置              Ｇ  樹脂
Ｕ  超微粉体                Ｇ０  混合物（原料）
Ｇ１  機能性複合樹脂        Ｆ  原料挿入工程
Ｋ  混練脱気工程            Ｋ１  液相混練分散工程
Ｖ  脱気工程                Ｋ２  固相剪断分散工程
Ｋ３  再液相混練工程        Ｍ  押出工程
Ｄ  成形工程                Ｔ１〜Ｔ７  第一〜第七温度
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008307863.tif 000013
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2008307863.tif 000014