(57)【要約】【課題】表面外観に優れ、高発泡倍率を有する熱可塑性樹脂発泡体を簡易に製造できる押出機用円環状ダイを得る。【解決手段】本発明の押出機用円環状ダイは、溶融樹脂を濾過するためのブレーカープレートと、ダイ中心部を構成するマンドレルと、ダイ外壁部を構成するダイ本体と、前記マンドレルの先端部に設けられたリップと、前記ダイ本体とリップとの間に設けられ、溶融樹脂の出口となる円環状のダイスリットと、前記ダイ本体とマンドレルとの間に設けられ、前記ブレーカープレートからダイスリットに至る樹脂流路とを備えた押出機用円環状ダイであって、前記マンドレルがブレーカープレートによって支持されていることを特徴とする。【選択図】        図１
2004195889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂を濾過するためのブレーカープレートと、ダイ中心部を構成するマンドレルと、ダイ外壁部を構成するダイ本体と、前記マンドレルの先端部に設けられたリップと、前記ダイ本体とリップとの間に設けられ、溶融樹脂の出口となる円環状のダイスリットと、前記ダイ本体とマンドレルとの間に設けられ、前記ブレーカープレートからダイスリットに至る樹脂流路とを備えた押出機用円環状ダイであって、前記マンドレルがブレーカープレートによって支持されていることを特徴とする押出機用円環状ダイ。
【請求項２】
発泡可能な熱可塑性樹脂組成物を請求項１記載の押出機用円環状ダイを用いて押出成形することを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造法。
【請求項３】
請求項２記載の製造法により得られる熱可塑性樹脂発泡体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高発泡倍率を有し表面外観の優れた熱可塑性樹脂発泡体を製造するのに有用な押出機用円環状ダイと、該円環状ダイを用いた熱可塑性樹脂発泡体の製造法、及び該製造法により得られる熱可塑性樹脂発泡体に関する。前記熱可塑性樹脂発泡体は、例えば、電子機器等の内部絶縁体、緩衝材、遮音材、断熱材、食品包装材、衣用材、建材用等として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂発泡体の製造法として、化学発泡剤を用いる化学的発泡法、物理的発泡剤を用いる物理的発泡法（ガス発泡法）が知られている。化学発泡法は、一般に、原料樹脂と成形温度で分解してガスを発生する低分子量の有機発泡剤とを混合し、該発泡剤の分解温度以上に加熱することにより発泡成形する方法である。この方法は、ガスの発生が分解温度に対してシャープであり、分解温度も発泡助剤等を添加することによって容易に調整できる上に、独立気泡を有する発泡体を得ることができるという利点を有する。しかし、化学発泡法は、特殊な発泡剤を用いるため、発泡体中に残存する発泡剤の分解残留物によって発泡体の変色、臭気の発生、食品衛生上の問題などを生じる。また、化学発泡剤が原因である成形機の汚れ、及びそれに伴う成形不良についても問題となっている。特に、電子部品用途などの分野においては低汚染性の要求が高く、腐食性ガスや不純物による汚染が問題となる。
【０００３】
これに対し、物理的発泡法は、成形機で樹脂を溶融したところに、ブタン、ペンタン、ジクロロジフルオロメタンのような低沸点有機化合物を供給し、混練した後、低圧域に放出することにより発泡成形する方法である。この方法に用いられる低沸点有機化合物は、樹脂に対して親和性があるため溶解性に優れ、また保持性にも優れていることから、高倍率発泡体を得ることができるという特徴を持っている。しかし、物理的発泡法の発泡剤の多くは可燃性や毒性等の危険性を有しており、大気汚染の問題を生じる可能性を持っている。また、ジクロロジフルオロメタンをはじめとするフロン系ガスはオゾン層破壊の環境問題から、全廃の方向へ進んでいる。
【０００４】
このような従来法の問題点を解決するために、クリーンでコストがかからない炭酸ガス、窒素等の不活性ガスを発泡剤とする方法が数多く提案されている。しかしながら、該不活性ガスは樹脂との親和性が低いことから、溶解性に乏しい。このため発泡体は、気泡径が大きく、不均一で、セル密度が小さいため、外観性、機械的強度、断熱性、発泡倍率の点に問題があった。
【０００５】
そこで発泡剤として超臨界流体を用い、これを熱可塑性樹脂に含浸させることにより、極めて微細なセル径と大きなセル密度を有する発泡体を得る技術も開発されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような超臨界流体を発泡剤として用いた場合であっても、熱可塑性樹脂への溶解度が低いため、高発泡倍率の樹脂発泡体を製造するには、高圧を維持する必要がある。
【０００６】
しかし、樹脂発泡体を押出成形により製造する場合、ダイのリップ部まで高圧を維持できないと、ダイ内発泡と呼ばれるダイ内部で発泡剤が気化し吐出前に発泡を開始してしまう現象が発生し、高発泡倍率の樹脂発泡体が得られない。また、樹脂発泡体を押出成形により製造する場合、通常円環状ダイが用いられる。円環状ダイとしては、ダイの中心部を構成するマンドレルをスパイダーと呼ばれる支持足を用いてダイ外壁部に固定しているものや、濾過部材であるブレーカープレートを通過した溶融樹脂をダイの側部から供給できるようにスパイラル状に樹脂流路を設計することでマンドレルをダイの長さ方向の端部で固定しているものが一般的である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
図４は従来の押出機用円環状ダイを示す断面図である。この押出機用円環状ダイは、押出機（図示せず）から供給された溶融樹脂を濾過するためのブレーカープレート１３と、ダイ中心部を構成するマンドレル１２と、ダイ外壁部を構成するダイ本体１５と、前記マンドレル１２の先端部に取り付けられたコア１８及びリップ１１と、前記ダイ本体１５とリップ１１との間に設けられ、溶融樹脂の出口となる円環状のダイスリット１７と、前記ダイ本体１５とマンドレル１２との間に設けられ、前記ブレーカープレート１３からダイスリット１７に至る樹脂流路１６と、前記マンドレル１２をダイ本体１５から支持、固定するためのスパイダー１９と、ダイ本体１５の外側に設けられた加熱部２０とで構成されている。
【０００８】
しかし、このような円環状ダイでは、スパイダー１９を設ける必要があるため、ブレーカープレート１３から発泡点であるリップ部までの距離が長くなり、その間の圧力損失が大きくなってしまう。それ故、ダイ本体部で圧力低下を招き、リップ部では十分に高い圧力が得られず、発泡倍率も上がらないという問題が生じる。もし、リップ部まで高圧を維持しようとすれば、押出機自体の内圧をそれ以上の高圧に保つ必要が生じてくる。このことは、押出機自体のコストアップを余儀なくされると共に、不活性ガスの注入機装置も高圧仕様にせねばならず、多大な投資を必要とする。また、この円環状ダイでは、スパイダー１９が樹脂流路１６を横断しているので、発泡体の表面にスパイダー由来の線条（縦すじ）が付くという問題もある。これを避けるために、スパイダー１９の下流側に流路を狭くした整流部を設けることが多いが、この場合には圧力損失がさらに大きくなり、リップ部の圧力がより低下して、高い発泡倍率が得られない。また、上記のスパイラル状のマンドレルを有する円環状ダイにおいても溶融樹脂の流路が長くなるため、同様の問題が起こる。
【０００９】
【特許文献１】
特表平６−５０６７２４号公報
【非特許文献１】
村上健吉監修、「押出成形」、第６版、株式会社プラスチック・エージ、１９８３年２月１５日、第１３４頁、第２１９頁
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、表面外観に優れ、高発泡倍率を有する熱可塑性樹脂発泡体を簡易に製造できる押出機用円環状ダイ及び熱可塑性樹脂発泡体の製造法、並びに該製造法により得られる熱可塑性樹脂発泡体を提供することにある。
本発明の他の目的は、熱可塑性樹脂発泡体を経済的に有利に製造できる押出機用円環状ダイ、及び熱可塑性樹脂発泡体の製造法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、押出機用円環状ダイにおいて、ダイ中心部を構成するマンドレルをダイ外壁部を構成するダイ本体からスパイダー（支持足）を介して支持、固定するのではなく、押出機より供給された溶融樹脂を濾過するためのブレーカープレートから支持、固定すると、ブレーカープレートからリップ部に至る樹脂流路長を大幅に短縮でき、圧力の低下を抑制できるため、高発泡倍率を有する外観の良好な熱可塑性樹脂発泡体を得ることができることを見いだし、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明は、溶融樹脂を濾過するためのブレーカープレートと、ダイ中心部を構成するマンドレルと、ダイ外壁部を構成するダイ本体と、前記マンドレルの先端部に設けられたリップと、前記ダイ本体とリップとの間に設けられ、溶融樹脂の出口となる円環状のダイスリットと、前記ダイ本体とマンドレルとの間に設けられ、前記ブレーカープレートからダイスリットに至る樹脂流路とを備えた押出機用円環状ダイであって、前記マンドレルがブレーカープレートによって支持されていることを特徴とする押出機用円環状ダイを提供する。
【００１３】
本発明は、また、発泡可能な熱可塑性樹脂組成物を前記の押出機用円環状ダイを用いて押出成形することを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造法、並びに該製造法により得られる熱可塑性樹脂発泡体を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の押出機用円環状ダイの一例を示す断面図である。この円環状ダイは、溶融樹脂を濾過するためのブレーカープレート３と、ダイ中心部を構成するマンドレル（芯部材）２と、ダイ外壁部を構成するダイ本体５と、前記マンドレル２の先端部に設けられたリップ１と、前記ダイ本体５とリップ１との間に設けられ、溶融樹脂の出口となる円環状のダイスリット７と、前記ダイ本体５とマンドレル２との間に設けられ、前記ブレーカープレート３からダイスリット７に至る樹脂流路６とを備えている。そしてこの円環状ダイの重要な特色は、前記マンドレル２がブレーカープレート３によって支持されている点にある。
【００１５】
前記ブレーカープレート３は、押出機（図示せず）より供給された溶融樹脂中に含まれる異物、炭化物、ゲル状物などを除去するための濾過部材である。図２はブレーカープレート３の一例を示す正面図である。この例では、ブレーカープレート３は多数の穴（例えば１〜５ｍｍφの穴）が同心円上に形成された円板形状を有しており、該多数の穴の内方（中心部側）には、マンドレル２をこのブレーカープレート３に固定するためのネジを挿入する孔（貫通孔）が同心円上に６個形成されている。なお、上記の例では、異物等の除去効果を高めるため、ブレーカープレート３の上流側に濾過機能を有するスクリーン（メッシュ）４が１〜数枚配設されている。なお、本発明では必ずしもスクリーン（メッシュ）４を設けなくてもよい。
【００１６】
ダイ中心部を構成するマンドレル２の形状は特に制限はないが、円柱状である場合が多い。マンドレル２の径は、中央部からリッブ１側及び／又はブレーカープレート３側に近づくにつれて徐々に大きくなっていてもよい。図３はマンドレル２の一例を示す正面図（ブレーカープレート３側から見た図）である。この例では、該マンドレル２をブレーカープレート３に固定するためのネジを挿入する孔（非貫通孔）が、前記図２に示されるブレーカープレート３に形成された６個の孔に対応して形成されている。なお、リップ１とマンドレル２とは、図４に示されるように、コアを介して結合していてもよい。また、リップ１とマンドレル２とは一体に形成されていてもよく、別個に作製されたものを適当な接合手段又は係止手段によって接合乃至係止されていてもよい。
【００１７】
ダイ外壁部を構成するダイ本体５の形状も特に制限はないが、通常円柱状である。ダイ本体５の径はリップ部に向かって段階的又は徐々に小さくなっていてもよい。なお、ダイ本体５の外側には、溶融樹脂の溶融状態を維持したり、樹脂の温度を発泡に適正な温度に調整するため、通常加熱部（加熱機構）乃至保温部（保温機構）、及び／又は冷却部（冷却機構）が設けられている。
【００１８】
リップ１の形状は、溶融樹脂の発泡を損なわないようなものであれば特に制限されず、一般的な形状を採用できる。円環状のダイスリット７のスリット幅は、所望する樹脂発泡体の厚みや発泡倍率等により適宜設定できる。樹脂流路６の幅は、圧力損失による圧力低下を来さない範囲で適宜設計できる。
【００１９】
マンドレル２をブレーカープレート３により支持する方法、手段としては特に制限されない。例えば、マンドレル２とブレーカープレート３とが分離可能に接合乃至係止されていてもよく、分離不能に接合又は一体形成されていてもよい。前記図３に示されるマンドレル２と図２に示されるブレーカープレート３はネジにより固定され、これによってマンドレル２がブレーカープレート３により支持される。
【００２０】
本発明では、マンドレル２がブレーカープレート３によって支持されているため、溶融樹脂の流路長を極小化でき、それによってダイにおける圧力損失を極力小さく抑えることができる。そのため、熱可塑性樹脂に対する溶解性の低い発泡剤を用いた場合であっても、発泡倍率が高く、微細なセル径と大きなセル密度を有し、外観、機械的強度、断熱性、柔軟性などに優れる樹脂発泡体を得ることができる。また、スパイダーを設ける必要がないので、樹脂発泡体に線条が付かない。さらに、ダイ構造を簡略化できると共に、ダイ全体をコンパクト化できるので、コストを低減できる。また、押出機自体の内圧やガス注入装置の内圧をさほど高くする必要がないので、多大な投資が不要である。
【００２１】
本発明の押出機用円環状ダイは、高発泡倍率を有し表面外観の優れた熱可塑性樹脂発泡体を製造するのに有用であるが、リップ部まで高い圧力を保持できることから、とりわけ、二酸化炭素、窒素等の不活性ガス或いは無機ガス（超臨界流体を含む）等の熱可塑性樹脂との親和性が低い発泡剤を用いて樹脂発泡体を製造するためのダイとして有用である。
【００２２】
本発明の熱可塑性樹脂発泡体の製造法の特徴は、発泡可能な熱可塑性樹脂組成物を前記の押出機用円環状ダイを用いて押出成形する点にある。熱可塑性樹脂としては、発泡剤により発泡可能なものであれば何れも使用でき、特に限定されるものではない。
【００２３】
熱可塑性樹脂の代表的な例として、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、直鎖状ポリエチレン（線状ポリエチレン）、エチレン又はプロピレンと他のα−オレフィンとの共重合体、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂；ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などのスチレン系樹脂；ポリメチルメタクリレート；ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニルなどのハロゲン原子含有ポリマー；アルケニル芳香族樹脂；ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１２などのポリアミド；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル；ビスフェノールＡ系等のポリカーボネート；ポリアセタール；ポリフェニレンスルフィド；エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体などのエチレン共重合体；エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリブテン、ポリイソブチレン、塩素化ポリエチレンなどのオレフィン系エラストマー；スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体、スチレン−イソプレン−ブタジエン−スチレン共重合体、これらの水素添加物ポリマーなどのスチレン系エラストマー；熱可塑性ポリエステル系エラストマー；熱可塑性ポリウレタン系エラストマー；熱可塑性アクリル系エラストマーなどの各種熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
【００２４】
熱可塑性樹脂組成物中に含有させる発泡剤としては、物理的発泡剤、化学的発泡剤の何れであってもよい。物理的発泡剤として、例えば、クロロフルオロカーボン類、炭化水素類などの低沸点液体などが挙げられるが、これらに限定されない。環境保護の観点、セル径が小さくセル密度の高い発泡体が得られる点などからすると、二酸化炭素、窒素等の不活性ガス或いは無機ガス（超臨界流体を含む）などが好ましい。
【００２５】
熱可塑性樹脂組成物中には、必要に応じて添加剤を含有させてもよい。該添加剤としては、例えば、加硫剤、顔料、染料、表面処理剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、核剤、界面活性剤、可塑剤などが挙げられる。添加剤の使用量は、セルの形成等を損なわない範囲で適宜選択できる。
【００２６】
発泡体を得るために用いる押出成形装置（発泡装置）としては、前記本発明の円環状ダイを備えた押出機であれば特に限定されない。該押出機として、例えば、二軸押出機、シングルタイプの単軸押出機、タンデム押出機、３台以上連結された単軸押出機などが例示される。なお、発泡成形を行う際、発泡に適正な温度まで樹脂を冷却するため冷却部（冷却機構）が必要であることが多い。
【００２７】
発泡剤として物理的発泡剤［ガス（超臨界流体を含む）］を用いる場合、ガスの供給装置としては特に制限されず、例えば、プランジャーポンプ、ダイアフラムポンプ、ブースターポンプなどが用いられるが、何れのポンプを用いる場合でも、圧力と流量の制御を行うことが望ましい。押出機内の圧力は、ガスの種類や操作性等を考慮して適宜選択できるが、例えば、二酸化炭素などを用いる場合には、５〜１００ＭＰａ程度、好ましくは７．４〜１００ＭＰａ程度である。押出機内の温度（溶融樹脂の温度）は、用いるガスの種類や熱可塑性樹脂のガラス転移温度等によって異なり、広い範囲で選択できるが、操作性等を考慮した場合、１０〜３００℃程度が好ましい。
【００２８】
押出機から供給された溶融樹脂は円環状ダイのブレーカープレートを通過し、樹脂流路を通ってダイスリットから筒状の成形体として押し出される。その際、高い圧力が急激に解放されるため、高発泡倍率の熱可塑性樹脂発泡体が得られる。該発泡体は冷却され、適宜な加工が施された後、使用に供される。
【００２９】
こうして得られる熱可塑性樹脂発泡体は、押出し直前まで高い圧力が保持されるため、発泡倍率が高く、微細なセル径と大きなセル密度を有し、外観、機械的強度、断熱性、柔軟性などに優れる。従って、例えば、電子機器等の内部絶縁体、緩衝材、遮音材、断熱材、食品包装材、衣用材、建材用等として使用できる。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、相対密度は下記の式により算出した。
相対密度＝｛発泡後の密度（発泡体の密度）（ｇ／ｃｍ3）｝÷｛発泡前の密度（発泡させる前のペレットの密度）（ｇ／ｃｍ3）｝
【００３１】
実施例１
密度が０．９ｇ／ｃｍ3、メルトフローレート（２３０℃）が０．５ｇ／１０分であるポリプロピレン５０重量部、ＪＩＳ−Ａ硬度が６９であるエチレン−プロピレン共重合体系エラストマー５０重量部、及び平均粒子径１μｍの水酸化マグネシウム１０重量部を、二軸押出機を用いて混練した後、押出してペレット化した。
得られたペレットを、図１に示す円環状ダイを備えたタンデム押出機（φ６５−φ７５）を用いて押出成形（発泡成形）し、樹脂発泡体を得た。発泡剤として二酸化炭素を用い、一段目の押出機に圧入した。操作条件は、押出機内の温度２００〜２４０℃、押出機内の圧力１５〜２０ＭＰａ、ダイ温度１７４℃、ダイ圧力１０ＭＰａであり、処理量は５０ｋｇ／時である。
得られた発泡体の相対密度は０．０９１であった。発泡体の外観は線条なども無く極めて良好であった。
【００３２】
比較例１
図１に示す円環状ダイを備えたタンデム押出機の代わりに、図４に示す円環状ダイを備えたタンデム押出機を用いた点以外は実施例１と同様の操作を行ったところ、ダイ内発泡が起こり、発泡体を得ることができなかった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイでの圧力損失を小さくでき、リップ部まで高い圧力を保つことができるので、表面外観に優れ高発泡倍率を有する熱可塑性樹脂発泡体を簡易に製造できる。また、熱可塑性樹脂発泡体を経済的に有利に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の押出機用円環状ダイの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の押出機用円環状ダイを構成するブレーカープレートの一例を示す正面図である。
【図３】本発明の押出機用円環状ダイを構成するマンドレルの一例を示す正面図である。
【図４】従来の押出機用円環状ダイを示す断面図である。
【符号の説明】
１  リップ
２  マンドレル
３  ブレーカープレート
４  スクリーン（メッシュ）
５  ダイ本体
６  樹脂流路
７  ダイスリット
【図１】
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【図２】
2004195889.tif 000004
【図３】
2004195889.tif 000005
【図４】
2004195889.tif 000006