(57)【要約】【課題】高発泡倍率で、微細なセルを有する発泡体を、連続的に押出発泡成形することのできる、工業的に有利な、微細セル発泡体の押出発泡成形方法、および、その方法に用いられる押出発泡成形装置、その方法により得られる微細セル発泡体を提供すること。【解決手段】押出機２において、結晶性の熱可塑性樹脂を含む成形材料を溶融しつつ、その成形材料に超臨界状態の不活性ガスを混合溶解し、その後、成形材料の結晶化温度よりも０．５〜５℃高い温度範囲に温度制御されているダイ４から大気圧下に押し出す。押し出された成形材料には、結晶化温度の近傍における押し出し時の剪断力によって分子鎖に配向を生じ、結晶核あるいは微結晶が多数発生する一方不活性ガスが排除され、その隙間に高濃度で分布してミクロな気泡核を形成し、その気泡核の成長によりマイクロセルラーフォームが形成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性の熱可塑性樹脂を含む成形材料を溶融する溶融工程、前記溶融工程において、溶融する前記成形材料に不活性流体を混合する混合工程、
不活性流体が混合された溶融状態の前記成形材料を、その状態における前記成形材料の結晶化温度に対して、０．５〜５℃高い温度の範囲内で押し出す押出工程を備えていることを特徴とする、微細セル発泡体の押出発泡成形方法。
【請求項２】
前記押出工程において、押し出し前後の圧力差が４〜２５ＭＰａとなるように、不活性流体が混合された溶融状態の前記成形材料を押し出すことを特徴とする、請求項１に記載の微細セル発泡体の押出発泡成形方法。
【請求項３】
前記混合工程において、不活性流体を、溶融する前記成形材料および不活性流体の合計に対して、０．０５〜１０重量％の濃度となるように、前記成形材料に混合することを特徴とする、請求項１または２に記載の微細セル発泡体の押出発泡成形方法。
【請求項４】
結晶性の熱可塑性樹脂を含む成形材料を移動させながら溶融させるための押出機と、
前記押出機における前記成形材料の移動方向途中に接続され、溶融する前記成形材料に対して不活性流体を供給するための不活性流体供給部と、
前記押出機における前記成形材料の移動方向下流側に接続され、不活性流体が混合された溶融状態の前記成形材料の結晶化温度に対して、０．５〜５℃高い温度の範囲内に設定され、その状態の前記成形材料を押し出すためのダイとを備えていることを特徴とする、微細セル発泡体の押出発泡成形装置。
【請求項５】
前記押出機は、前記ダイに接続されている近傍において、前記成形機内の圧力が４〜２５ＭＰａとなるように設定されており、
前記ダイは、前記押出機内の圧力を保持でき、かつ、不活性流体が混合された溶融状態の前記成形材料を、大気圧下に押し出すように設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の微細セル発泡体の押出発泡成形装置。
【請求項６】
前記不活性流体供給部は、不活性流体の供給量を、溶融する前記成形材料および不活性流体の合計に対して、供給される不活性流体が０．０５〜１０重量％の濃度となるように、調整するための濃度調整手段を備えていることを特徴とする、請求項４または５に記載の微細セル発泡体の押出発泡成形装置。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれかに記載の微細セル発泡体の押出発泡成形方法により得られ、平均セル径が１５０μｍ以下、かつ、セル密度が１０５〜１０１０個／ｃｍ３であることを特徴とする、微細セル発泡体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細セル発泡体の押出発泡成形方法、押出発泡成形装置および微細セル発泡体、詳しくは、微細なセルを有するマイクロセルラーフォームを押出発泡成形するための押出発泡成形方法、その方法に用いられる押出発泡成形装置、および、その方法により得られる微細セル発泡体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、熱可塑性樹脂を、押出発泡成形装置を用いて押出発泡成形する方法において、環境にやさしいクリーンな炭酸ガスや窒素ガスなどの不活性流体を、発泡剤として用いて、微細なセルからなるマイクロセルラーフォームを成形する方法が、種々検討されている。
【０００３】
たとえば、特表２００２−５０１４４３号公報（特許文献１）には、押出機の長手方向途中のバレル内に、圧力降下を生じさせる複数の核形成通路を有する核形成器を設けるとともに、その核形成器の上流側にスクリューおよび超臨界二酸化炭素の受口を、その核形成器の下流側に滞留室およびダイを設ける押出システムが提案されている。
【０００４】
この押出システムでは、スクリューにより溶融押出される高分子材料に、受口から超臨界二酸化炭素を供給し、混合することにより単一相溶液とし、次いで、この単一相溶液を、核形成器の核形成通路に通過させて、核形成通路の通過中の圧力降下により気泡の核を形成させて、核形成通路から滞留室に至ったときに、高度に核形成された均一な高分子材料の流体流とし、次いで、滞留室において冷却により気泡の成長を抑制しつつ、その後、高分子材料と非常に小さい気泡との液体混合物の状態で、その混合物を、十分に高い温度でダイに通過させることにより、押出発泡成形する。
【０００５】
このような方法によれば、単一相溶液を、核形成器において一旦分離して、核形成通路にてそれぞれ気泡の核を形成させ、その後、滞留室において合流させることにより、多数の核を有する高分子材料の流体流とすることができるので、これをダイから押し出せば、多数の核を均一に成長させることができ、所望の厚さの微孔性ポリマーを連続して成形することができる、というものである。
【０００６】
【特許文献１】
特表２００２−５０１４４３号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、このような方法によると、ダイを通過させる以前に、高分子材料の流体流に、多数の気泡の核を形成させておくので、ダイから押し出すときに、その押し出し時の剪断力によって、気泡の破泡や合泡が進むため、高発泡率の発泡体を得ることができないという不具合がある。
【０００７】
また、バレル内に核形成器を設けると、バレル内の圧力調整が構造的に困難となり、押し出し時の圧力制御が難しく、また、バレルが長くなるなど、工業的には不向きな要因を含んでいる。
【０００８】
本発明は、このような不具合に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、高発泡倍率で、微細なセルを有する発泡体を、連続的に押出発泡成形することのできる、工業的に有利な、微細セル発泡体の押出発泡成形方法、および、その方法に用いられる押出発泡成形装置、その方法により得られる微細セル発泡体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の微細セル発泡体の押出発泡成形方法は、結晶性の熱可塑性樹脂を含む成形材料を溶融する溶融工程、前記溶融工程において、溶融する前記成形材料に不活性流体を混合する混合工程、不活性流体が混合された溶融状態の前記成形材料を、その状態における前記成形材料の結晶化温度に対して、０．５〜５℃高い温度の範囲内で押し出す押出工程を備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような方法によると、溶融工程において、溶融された結晶性の熱可塑性樹脂を含む成形材料に、混合工程において、不活性流体が混合され、押出工程において、その不活性流体が混合された溶融状態の成形材料が、その状態における成形材料の結晶化温度に対して、０．５〜５℃高い温度の範囲内で押し出される。そうすると、押し出された成形材料は、結晶化温度の近傍における押し出し時の剪断力によって、分子鎖に配向を生じ、その成形材料中において、ミクロな結晶核あるいは微結晶が均一に多数発生する。そうすると、その成形材料中に溶融混合されている不活性流体は、それら結晶核あるいは微結晶から排除されるので、多数の結晶核あるいは微結晶の隙間に、高濃度で分布し、多数のミクロな気泡核を均一に形成するようになる。そして、多数の気泡核が成長することにより、多数の微細なセルが均一に生成し、これによって微細なセルを有する発泡体が成形される。
【００１１】
このような方法によれば、押し出し時に、気泡が破泡あるいは合泡することが著しく低減され、高発泡倍率で、微細なセルを有する発泡体を、所望の厚みおよび形状で、連続的に押出発泡成形することができる。
【００１２】
また、本発明の押出発泡成形方法においては、前記押出工程において、押し出し前後の圧力差が４〜２５ＭＰａとなるように、不活性流体が混合された溶融状態の前記成形材料を押し出すことが好ましく、また、前記混合工程において、不活性流体を、溶融する前記成形材料および不活性流体の合計に対して、０．０５〜１０重量％の濃度となるように、前記成形材料に混合することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の微細セル発泡体の押出発泡成形装置は、結晶性の熱可塑性樹脂を含む成形材料を移動させながら溶融させるための押出機と、前記押出機における前記成形材料の移動方向途中に接続され、溶融する前記成形材料に対して不活性流体を供給するための不活性流体供給部と、前記押出機における前記成形材料の移動方向下流側に接続され、不活性流体が混合された溶融状態の前記成形材料の結晶化温度に対して、０．５〜５℃高い温度の範囲内に設定され、その状態の前記成形材料を押し出すためのダイとを備えていることを特徴としている。
【００１４】
このような押出発泡成形装置によると、まず、押出機において、結晶性の熱可塑性樹脂を含む成形材料が、移動されながら溶融され、その移動方向途中において、不活性流体供給部から、その成形材料に対して不活性流体が供給される。その後、不活性流体が混合された溶融状態の成形材料が、その状態における成形材料の結晶化温度に対して０．５〜５℃高い温度の範囲内に設定されているダイから、押し出される。
【００１５】
そうすると、押し出された成形材料は、結晶化温度の近傍における押し出し時の剪断力によって、分子鎖に配向を生じ、その成形材料中において、ミクロな結晶核あるいは微結晶が均一に多数発生する。そうすると、その成形材料中に溶融混合されている不活性流体は、それら結晶核あるいは微結晶から排除されるので、多数の結晶核あるいは微結晶の隙間に、高濃度で分布し、多数のミクロな気泡核を均一に形成するようになる。そして、多数の気泡核が成長することにより、多数の微細なセルが均一に生成し、これによって微細なセルを有する発泡体が成形される。
【００１６】
そのため、このような押出発泡成形装置によれば、押し出し時に、気泡が破泡あるいは合泡することが著しく低減され、高発泡倍率で、微細なセルを有する発泡体を、所望の厚みおよび形状で、連続的に押出発泡成形することができる。また、成形機内に核形成器などを設ける必要もないので、装置構成の簡略化を図ることができるとともに、押し出し時において確実に圧力制御することができ、また、成形機が長くなることもなく、工業的に有利な押出発泡成形装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明の押出発泡成形装置においては、前記押出機は、前記ダイに接続されている近傍において、前記成形機内の圧力が４〜２５ＭＰａとなるように設定されており、前記ダイは、前記押出機内の圧力を保持でき、かつ、不活性流体が混合された溶融状態の前記成形材料を、大気圧下に押し出すように設けられていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の押出発泡成形装置においては、前記不活性流体供給部は、不活性流体の供給量を、溶融する前記成形材料および不活性流体の合計に対して、供給される不活性流体が０．０５〜１０重量％の濃度となるように、調整するための濃度調整手段を備えていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、上記した微細セル発泡体の押出発泡成形方法により得られ、平均セル径が１５０μｍ以下、かつ、セル密度が１０５〜１０１０個／ｃｍ３である微細セル発泡体をも含んでいる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の微細セル発泡体の押出発泡成形装置としてのタンデム型押出発泡成形装置の要部構成を示す概略全体構成図である。
【００２１】
図１において、このタンデム型押出発泡成形装置１は、押出機２と、不活性流体供給部としてのガス供給部３と、ダイ４と、これら各部を制御するためのＣＰＵ５とを備えている。
【００２２】
押出機２は、第１押出機６、連結部７および第２押出機８を備えている。
【００２３】
第１押出機６は、シリンダ９、および、そのシリンダ９内に２本のスクリュー１０（図１では１本のスクリューのみが現われている。）を備える二軸押出機から構成されており、さらに、駆動モータ１１、ホッパ１２およびヒータ１３などを備えている。
【００２４】
シリンダ９は、筒状部材からなり、そのシリンダ９内に内装される２本のスクリュー１０の軸方向一端部（押出方向（成形材料の移動方向）上流側端部）を、回転可能に軸受支持している。
【００２５】
また、このシリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向一端部には、ホッパ１２が接続される供給口１４が形成されている。また、このシリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向他端部（押出方向（成形材料の移動方向）下流側端部）には、成形材料を連結部７に向けて押し出すための押出口１５が形成されている。またこのシリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向途中には、後述するガスノズル３０が接続されるノズル接続口４８が形成されている。
【００２６】
２本のスクリュー１０は、シリンダ９内において、軸方向に沿って並行に配置されている。これら２本のスクリュー１０の径、条数、回転方向（同方向回転または異方向回転）、噛み合いの有無などは、その用途および目的によって、適宜選択される。
【００２７】
駆動モータ１１は、シリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向一端部において、図示しない減速装置などを介して、２本のスクリュー１０の軸方向一端部にそれぞれ連結されている。
【００２８】
ホッパ１２は、シリンダ９の供給口１４に接続されている。このホッパ１２には、成形材料として、結晶性の熱可塑性樹脂、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリ乳酸などのペレットが投入される。
【００２９】
なお、このタンデム型押出発泡成形装置１によって、押出発泡成形が可能な熱可塑性樹脂は、結晶性、すなわち、一部あるいは殆ど全部の鎖状分子がある温度などの条件を満たしたときに、高い秩序の分子配列が生ずる性質を発現できる結晶性の熱可塑性樹脂であれば、上記に例示の樹脂に限定されることなく、用いることができる。また、後述する発泡が可能な割合の結晶性の熱可塑性樹脂（たとえば、ポリエチレンテレフタレート）を含んでいれば、非結晶性の熱可塑性樹脂（たとえば、ポリスチレン）を含んでいてもよい。
【００３０】
また、成形材料には、結晶性の熱可塑性樹脂とともに、例えば、炭酸カルシウム、酸化ケイ素、酸化チタン、クレー、タルクなどの無機微粒子を含有させてもよい。このような無機微粒子は、たとえば、その平均粒子径が、０．０１〜２０μｍ程度であり、たとえば、成形材料中にマスターバッチとして、０．１〜５重量％程度配合することができる。このような無機微粒子を含有させることで、結晶核の形成を促進させることができ、気泡核の形成を容易にすることができる。
【００３１】
ヒータ１３は、シリンダ９における外周面に、スクリュー１０の軸方向に沿って複数のブロックごとに設けられている。シリンダ９内には、ＣＰＵ５に接続される図示しない温度センサが設けられており、この温度センサによって検知された検知温度に基づいて、ヒータ１３がブロック単位で温度制御される。
【００３２】
なお、シリンダ９内には、ＣＰＵ５に接続される図示しない圧力センサが設けられている。
【００３３】
連結部７は、第１押出機６の押出口１５に接続される出口部１６と、第２押出機８の次に述べるシリンダ２２の供給口２６に接続される入口部１７と、これら出口部１６および入口部１７を接続する接続管１８とを一体的に備えている。
【００３４】
出口部１６には、絞り１９が設けられている。この絞り１９は、出口部１６の流路２０に臨み、流路２０に対して矢印方向に進退自在に設けられている。そして、絞り１９は、ＣＰＵ５の制御によって、進出により流路２０を閉鎖し、退避により流路２０を開放するように動作され、その進退動作により、流路２０の開閉および開度を調整して、第１押出機６から第２押出機８に押し出される成形材料の押出量を調整可能に構成されている。
【００３５】
また、出口部１６における絞り１９よりも成形材料の押出方向上流側には、ＣＰＵ５に接続される図示しない圧力センサが設けられており、この圧力センサによって検知される検知圧力に基づいて、絞り１９の進退動作が制御される。
【００３６】
第２押出機８は、第１押出機６と大略同様の構成とされ、シリンダ２２、および、そのシリンダ２２内に２本のスクリュー２３（図１では１本のスクリューのみが現われている。）を備える二軸押出機から構成されており、さらに、駆動モータ２４およびヒータ２５などを備えている。
【００３７】
シリンダ２２は、筒状部材からなり、そのシリンダ２２内に内装される２本のスクリュー２３の軸方向一端部（押出方向（成形材料の移動方向）上流側端部）を、回転可能に軸受支持している。
【００３８】
また、このシリンダ２２におけるスクリュー２３の軸方向一端部には、連結部７の入口部１７が接続される供給口２６が形成されている。また、このシリンダ２２におけるスクリュー２３の軸方向他端部（押出方向（成形材料の移動方向）下流側端部）には、成形材料をダイ４に向けて押し出すための押出口２７が形成されている。
【００３９】
２本のスクリュー２３は、シリンダ２２内において、軸方向に沿って並行に配置されている。これら２本のスクリュー２３の径、条数、回転方向（同方向回転または異方向回転）、噛み合いの有無などは、その用途および目的によって、適宜選択される。
【００４０】
駆動モータ２４は、シリンダ２２におけるスクリュー２３の軸方向一端部において、図示しない減速装置などを介して、２本のスクリュー２３の軸方向一端部にそれぞれ連結されている。
【００４１】
ヒータ２５は、シリンダ２２における外周面に、スクリュー２３の軸方向に沿って複数のブロックごとに設けられている。シリンダ２２内には、ＣＰＵ５に接続される図示しない温度センサが設けられており、この温度センサによって検知された検知温度に基づいて、ヒータ２５がブロック単位で温度制御される。
【００４２】
なお、シリンダ２２内には、ＣＰＵ５に接続される図示しない圧力センサが設けられている。
【００４３】
ガス供給部３は、ガスタンク２８、濃度調整手段としての定量供給ポンプ２９、ガスノズル３０およびガス供給ライン３１を備えている。
【００４４】
ガスタンク２８には、不活性流体として、たとえば、炭酸ガス（二酸化炭素ガス）や窒素ガスなどの不活性ガスが貯蔵されている。また、ガスタンク２８は、ガス供給ライン３１を介して定量供給ポンプ２９に接続されている。
【００４５】
定量供給ポンプ２９は、ガス供給ライン３１を介してガスノズル３０に接続されている。この定量供給ポンプ２９は、次に述べるガスノズル３０を介して、シリンダ９内に、ガスタンク２８に貯蔵されている不活性ガスを、単位時間あたり一定量で供給することができる定量供給ポンプから構成されている。
【００４６】
ガスノズル３０は、図２に示すように、ノズル部３２と、ノズル部３２に螺合されるジョイント部３３とを備えている。
【００４７】
ノズル部３２は、先端筒部３４と、先端筒部３４の後端から連続して先端筒部３４より大径に形成される中間筒部３５と、中間筒部３５の後端から連続して中間筒部３５より大径に形成される後端筒部３６とが一体的に形成されている。
【００４８】
また、先端筒部３４の筒内先端部には、段差状のばね受け部３７が、中間筒部３５の筒内先端部には、段差状の係止部３８が、後端筒部３６の筒内上端部には、ねじ溝が形成される螺着部３９が、それぞれ形成されている。
【００４９】
そして、先端筒部３４の筒内には、ばね４０が収容され、そのばね４０の一端側がばね受け部３７に受けられている。また、中間筒部３５の筒内には、放射状の羽根を有するボール受け部４１およびボール４２が収容され、ボール受け部４１がばね４０の他端側上において、係止部３８に係止可能に配置され、ボール４２がボール受け部４１上において、ボール受け部４１に受け入れ可能に配置されている。
【００５０】
ジョイント部３３は、その後端部にガス供給ライン３１が接続されるとともに、その先端部には、ガス供給ライン３１に連結するガス供給ライン３１と同径のガス導入孔４３が形成されている。また、先端部の外周には、ねじ山が形成される螺着部４４が形成されるとともに、先端部と後端部との間の途中には、六角ボルト４５が一体的に設けられている。
【００５１】
そして、ジョイント部３３は、ワッシャ４６を介してノズル部３２に、ジョイント部３３の螺着部４４がノズル部３２の螺着部３９に六角ボルト４５を回転させることにより螺着されることによって、接続されている。
【００５２】
このノズル部３２では、ジョイント部３３がノズル部３２に接続された状態において、ジョイント部３３におけるガス導入孔４３が開口される先端縁部４７が、中間筒部３５の筒内のボール４２上において、ボール４２およびボール受け部４１が移動可能な間隔を隔てて、係止部３８と対向配置される。
【００５３】
そして、このノズル部３２では、不活性ガスが供給されないときには、ばね４０の付勢力により、ボール受け部４１およびボール４２がジョイント部３３の先端縁部４７側に向かって付勢され、ボール４２が先端縁部４７におけるガス導入孔４３の開口部を塞ぎ、これによって不活性ガスの逆流が防止されている。
【００５４】
一方、不活性ガスが供給されるときには、先端縁部４７におけるガス導入孔４３の開口部からの不活性ガスの噴射力によって、ボール４２およびボール受け部４１がばね４０の付勢力に抗してばね４０側に押圧され、ボール受け部４１が係止部３８に係止されるとともに、先端縁部４７におけるガス導入孔４３の開口部とボール４２との間に隙間が形成される。これによって、不活性ガスは、その間から中間筒部３５内に流入し、ボール受け部４１およびボール４２と中間筒部３５の内周面との隙間を介して、先端筒部３４内に流入し、先端筒部３４の先端から流出される。
【００５５】
また、このガス供給部３では、ガス供給ライン３１が全体的に温度調整可能および圧力調整可能に構成されており、定量供給ポンプ２９によって、超臨界状態で、不活性ガスをガスノズル３０からシリンダ９内に供給できるように構成されている。
【００５６】
そして、このようなガス供給部３おいて、ノズル部３２は、シリンダ９のノズル接続口４８に、先端筒部３４および中間筒部３５が、シリンダ９の内周面４９の近傍まで埋設されるようにして接続されており、ノズル接続口４８における先端筒部４７の先端からシリンダ９の内周面４９までの間には、先端筒部３４からシリンダ９に供給される超臨界状態の不活性ガスを、シリンダ９内の成形材料に分散させるための多孔質部材５０が埋設されている。
【００５７】
多孔質部材５０は、たとえば、その平均孔径が１〜１００μｍ、好ましくは、１０〜１００μｍ、さらに好ましくは、３０〜６０μｍ、気孔率が１０〜６０％、好ましくは、２０〜４０％のセラミックまたは金属からなる焼結多孔質体であって、超臨界状態の不活性ガスの供給量にもよるが、その厚さが２〜１５ｍｍ、好ましくは、５〜１０ｍｍ、直径が３〜２０ｍｍφ、好ましくは、６〜１０ｍｍφの円柱状に形成されている。
【００５８】
なお、多孔質部材５０の平均孔径が１０μｍ未満であると、超臨界状態の不活性ガスの供給圧力が高くなり過ぎて、超臨界状態の不活性ガスの供給効率が低下し、１００μｍを超えると、超臨界状態の不活性ガスを数十μｍのサイズで成形材料に供給することができず、超臨界状態の不活性ガスを高分散状態で成形材料に混合できない場合がある。
【００５９】
また、この多孔質部材５０は、ノズル部３２の先端筒部３４の先端の開口径よりも大径に形成されており、その一端面が、先端筒部３４の先端と接触され、その反対側の他方面がシリンダ９の内周面４９と略面一となるように配置されている。
【００６０】
なお、ノズル接続口４８は、シリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向途中、すなわち、ホッパ１２よりもスクリュー１０の軸方向下流側であって、かつ、押出口１５よりも上流側において、シリンダ９の外周面５１から内周面４９までを貫通するように形成されている。ノズル接続口４８の形成位置は、その目的および用途により、適宜決定すればよいが、ノズル接続口４８が形成されるスクリュー９の軸方向途中位置から、押出口１５が形成される軸方向他端部までの間において、成形材料と不活性ガスとを十分に混合分散して溶解できる軸方向距離が確保される位置に設定される。
【００６１】
ダイ４は、図１に示すように、第２押出機８の押出口２７に接続されており、不活性ガスが溶解されている成形材料が通過する押出通路５２と、その押出通路５２の押出方向途中に設けられる押出抵抗部５３とを備えている。
【００６２】
押出通路５２は、シリンダ２２の軸方向に沿う貫通孔として形成されており、その上流側端部がシリンダ２２の押出口２７に接続され、その下流側端部が大気に開放される開放口５４として形成されている。
【００６３】
また、押出抵抗部５３は、図３に示すように、押出通路５２の押出方向において介装される抵抗部本体５５に、押出方向に沿って貫通状に延びる押出通路５２よりも開口断面積の小さい複数の通路５６（開口断面積の形状は特に限定されない。）が形成されており、この押出抵抗部５３の抵抗部本体５５が押し出し時の抵抗となって、押出通路５２における押出抵抗部５３の上流側（シリンダ２２内におけるダイ４に接続されている近傍を含む。）の圧力が保持されている。
【００６４】
なお、押出通路５２における押出抵抗部５３の下流側は、開放口５４に向かって開口断面積が次第に大きくなるように形成されており、開放口５４は、押し出し後の成形材料に所定の形状を付与できる形状として形成されている。
【００６５】
また、ダイ４には、図示しないヒータおよび温度センサが内臓されており、これらがＣＰＵ５に接続されている。これによって、温度センサによって検知される検知温度に基づいて、ヒータがＣＰＵ５によって温度制御されることにより、このダイ４が温度調節されている。
【００６６】
ＣＰＵ５には、図１に示すように、第１押出機６の駆動モータ１１およびヒータ１３、絞り１９、第２押出機８の駆動モータ２４およびヒータ２５、定量供給ポンプ２９、および、ダイ４を含むこれらに設けられている、図示しない、温度センサ、圧力センサおよびヒータなどの各部が接続されており、これら各部を制御している。
【００６７】
次に、このタンデム型押出発泡成形装置１によって、成形材料を押出発泡成形する方法について説明する。
【００６８】
このタンデム型押出発泡成形装置１によって押出発泡成形するには、まず、第１押出機６において、ＣＰＵ５によって、駆動モータ１１を、２本のスクリュー１０が所定の回転速度（たとえば、１〜２００回転／分、好ましくは、３０〜１５０回転／分）で回転するように駆動制御するとともに、ヒータ１３を、シリンダ９内が成形材料の溶融温度以上（成形材料（樹脂）の種類にもよるが、たとえば、１００〜３５０℃、好ましくは、１２０〜３００℃であり、たとえば、成形材料（樹脂）の溶融温度の５〜５０℃以上、好ましくは、１０〜３０℃以上）となるように温度制御する。また、ＣＰＵ５によって、シリンダ９内が所定の圧力（上記の温度制御において、成形材料に対して不活性ガスが溶解する所定の圧力、たとえば、５〜３０ＭＰａ、好ましくは、８〜２０ＭＰａ）となるように、絞り１９の進退動作を制御する。
【００６９】
そして、ホッパ１２から所定量の成形材料を、第１押出機６のシリンダ９内に連続的に投入する。そうすると、シリンダ９内に投入された成形材料が、溶融されながらシリンダ９内を押出方向下流側に向かって連続的に流動する。
【００７０】
また、これとともに、ＣＰＵ５によって、定量供給ポンプ２９を駆動制御して、所定量の超臨界状態の不活性ガスを、ガスタンク２８から、ガス供給ライン３１を介してガスノズル３０に送り、その所定量の超臨界状態の不活性ガスを、ガスノズル３０から多孔質部材５０を介してシリンダ６内に連続的に供給する。
【００７１】
なお、ＣＰＵ５による定量供給ポンプ２９の駆動制御によって供給される超臨界状態の不活性ガスの供給量は、成形材料の種類や、目的とするマイクロセルラーフォームの物性により、適宜決定すればよいが、たとえば、シリンダ９内において混合される成形材料および不活性ガスの合計に対して、０．０５〜１０重量％、好ましくは、たとえば、不活性ガスが炭酸ガスの場合には、０．１〜１０重量％、たとえば、不活性ガスが窒素ガスの場合には、０．０５〜５重量％となるように設定される。不活性ガスの供給量がこれより少ないと、発泡せずあるいは気泡径が大きくなる場合があり、また、不活性ガスの供給量がこれより多いと、合泡および破泡により連通気泡になったり、あるいは発泡倍率が低下する場合がある。
【００７２】
そして、シリンダ９内を溶融されながら流動する成形材料が、ガスノズル３０が接続されるノズル接続口４８に到達すると、その成形材料に、ガスノズル３０から多孔質部材５０を介して供給される超臨界状態の不活性ガスが連続的に混合され、シリンダ９内の温度および圧力によって、成形材料に超臨界状態の不活性ガスが連続的に溶解される。
【００７３】
そして、超臨界状態の不活性ガスが溶解された成形材料は、押出口１５から連続的に押し出されると、出口部１６、接続管１８および入口部１７を介して、第２押出機８のシリンダ２２内に連続的に供給される。
【００７４】
また、第２押出機８においては、ＣＰＵ５によって、駆動モータ２４を、２本のスクリュー２３が所定の回転速度（たとえば、１〜２００回転／分、好ましくは、１０〜１５０回転／分）で回転するように駆動制御するとともに、ヒータ２５を、第２押出機８のシリンダ２２内が、第１押出機６のシリンダ９内の温度よりも低く、かつ、溶融温度よりも高い温度であって、押出方向に従って順次ブロックごとに低くなるような温度（成形材料（樹脂）の種類にもよるが、たとえば、押出方向最上流側温度が８０〜３００℃、好ましくは、８０〜２００℃で、押出方向最下流側温度が７０〜２８０℃、好ましくは、７０〜１７０℃）に温度制御する。なお、押出方向の最下流側のブロックは、ダイ４とほぼ同じ温度、すなわち、超臨界状態の不活性ガスが溶解され溶融状態にある成形材料の結晶化温度に対して、０．５〜５℃高い温度に温度制御する。
【００７５】
また、この第２押出機８のシリンダ２２内は、上記したＣＰＵ５による絞り１９の進退動作の制御により、所定の圧力に設定されている。このシリンダ２２内の圧力は、上記の温度制御において、成形材料に対して不活性ガスが溶解状態を維持できる所定の圧力であって、かつ、ダイ４からの押し出し時に所定の圧力差を付与できる圧力、たとえば、４〜２５ＭＰａ、好ましくは、８〜２０ＭＰａに設定されている。
【００７６】
そして、第２押出機８のシリンダ２２内に連続的に供給された、不活性ガスが溶解されている成形材料は、２本のスクリュー２３の回転によって、さらに不活性ガスが成形材料に対して均一に分散溶解され、シリンダ２２内の圧力が保持された状態で、冷却されながら押出方向下流側に流動し、押出口２７からダイ４に向かって連続的に押し出される。
【００７７】
また、ダイ４においては、ＣＰＵ５によって、このダイ４を、ダイ４に流動されてきた成形材料の結晶化温度、つまり、第１押出機６および第２押出機８によって溶融され、超臨界状態の不活性ガスが溶解されている成形材料が、その状態から結晶化を生じる温度（すなわち、その状態から固化する固化温度と言い換えることもできる。）よりも、０．５〜５℃高い温度、好ましくは、０．５〜２℃高い温度に温度制御する。
【００７８】
なお、ダイ４の温度が、これより低いと、ダイ４の押出孔５１内において、成形材料が固化する場合があり、また、これにより高いと、成形材料の粘度が低くなりすぎて、気泡核の生成時に急激に成長し、その気泡が破泡する場合がある。
【００７９】
また、このような成形材料の結晶化温度は、成形材料や不活性ガスの種類、あるいは、不活性ガスの成形材料に対する配合量、さらには、成形材料の溶融状態などにより異なるが、たとえば、ガスを溶解した成形材料（樹脂）の固化温度を測定することにより、求めることができる。
【００８０】
そして、ダイ４に流動されてきた不活性ガスが溶解されている成形材料は、その状態における成形材料の結晶化温度より若干高い温度で、押し出し前後、つまり、押出抵抗部５３の通過前後の圧力差が４〜２５ＭＰａ、好ましくは、６〜２０ＭＰａとなるように、押出通路５２を通過することにより、開放口５４から、所定の形状で大気圧下に連続的に押し出される。
【００８１】
成形材料にこのような圧力差を付与することにより、後述するように、ダイからの押し出し時に、成形材料に高剪断力を与えて分子鎖の配向を促進することができる。なお、圧力差が、これにより低いと、セル密度が低く、セル径が大きくなり、合泡および破泡により連通気泡になったり、あるいは発泡倍率が低下する場合があり、これにより高いと、過度の剪断力により破泡する場合がある。
【００８２】
そして、このダイ４からの押し出しにおいて、押出抵抗部５３を通過した成形材料は、結晶化温度の近傍における押出抵抗部５３からの押し出し時の剪断力によって、分子鎖に配向を生じ、その成形材料中において、ミクロな結晶核あるいは微結晶が均一に多数発生する。そうすると、その成形材料中に溶解されている不活性ガスは、それら結晶核あるいは微結晶から排除されるので、多数の結晶核あるいは微結晶の隙間に、高濃度で分布し、多数のミクロな気泡核を均一に形成するようになる。そして、押出抵抗部５３の押出方向下流側、さらには、開放口５４では、大気圧下において、その圧力差によって急激に圧力が低下して、超臨界状態の不活性ガスが過飽和状態となると、それとともに、多数の気泡核が成長することにより、多数の微細なセルが均一に生成し、これによって微細なセルを有する微細セル発泡体（マイクロセルラーフォーム）が成形される。
【００８３】
このような押出発泡成形方法によれば、ダイ４からの押し出し時（つまり、押出抵抗部５３の通過時）において、予め気泡核が意図的に形成されておらず、そのような気泡核に起因する気泡の破泡あるいは合泡の発生がなく、その一方で、押し出し時においてミクロな結晶核あるいは微結晶を多数均一に形成して、多数均一な気泡核を一気に形成することができるので、大気圧下において圧力差により急激に圧力を低下させることにより、その気泡核を均一に成長させることができる。そのため、高発泡倍率で、微細なセルを有するマイクロセルラーフォームを、所望の厚みおよび形状で、連続的に押出発泡成形することができる。
【００８４】
なお、このような押出発泡成形方法により得られるマイクロセルラーフォームは、たとえば、その厚みが、０．１〜１００ｍｍ、さらには、０．１〜５０ｍｍ、その平均セル径が、１５０μｍ以下、さらには、１２０μｍ以下、とりわけ、３０μｍ以下、セル密度が１０５〜１０１０個／ｃｍ３、さらには、１０６〜１０９個／ｃｍ３、その発泡倍率が２倍以上、さらには、２〜４０倍であり、所望の形状の発泡体として得ることができる。このようなマイクロセルラーフォームは、特に制限されないが、たとえば、断熱材や緩衝材などとして用いることができる。
【００８５】
なお、平均セル径は、たとえば、ＳＥＭ写真の単位面積において、セル直径を平均して、その平均直径をセル数でわることにより求めることができる。
【００８６】
また、セル密度は、ＳＥＭ写真を用いて、次式より求めることができる。
【００８７】
セル密度＝Ｎ（３／２）／（１０−４×√Ｓ）３    （個／ｃｍ３）
Ｎ：セル数
Ｓ：測定面積（μｍ２）
また、このタンデム型押出発泡成形装置１によれば、たとえば、第２成形機８のシリンダ２２内に、たとえば、予め気泡核を形成するための核形成器などを設ける必要もないので、装置構成の簡略化を図ることができるとともに、押し出し時において、確実に圧力制御することができ、また、第２成形機８が長くなることもなく、工業的に有利な押出発泡成形装置として提供することができる。
【００８８】
また、このタンデム型押出成型装置１では、第１押出機６のシリンダ９内における成形材料と超臨界状態の不活性ガスとの混合において、絞り１９によって、第１押出機６から第２押出機８に押し出される時の圧力を調整することができるので、溶融される成形材料に超臨界状態の不活性ガスを適切に溶解することができる。すなわち、絞り１９によって、シリンダ９内の圧力を高くすることにより、シリンダ９内に超臨界状態の不活性ガスが滞留しやすくなるので、成形材料に超臨界状態の不活性ガスが溶解しやすくなり、また、絞り１９によって、シリンダ９内の圧力を低くすることにより、シリンダ９内に成形材料および超臨界状態の不活性ガスが滞留しにくくなるので、成形材料に超臨界状態の不活性ガスが溶解しにくくなる。そのため、このような絞り１９を設けるのみの簡易な構成によって、シリンダ９内において、超臨界状態の不活性ガスを成形材料に効率良く溶解させることができ、マイクロセルラーフォームを、生産効率よく製造することができる。
【００８９】
また、このような絞り１９によって、第１押出機６から第２押出機８に押し出される成形材料の押出量が調整されるので、第２押出機８のシリンダ２２内の圧力も、この絞り１９によって簡易かつ確実に調整することができる。そのため、ダイ４から押し出される成形材料に、確実に所望の圧力差を付与することができる。
【００９０】
また、このタンデム型押出発泡成形装置１では、第１押出機６が、２本のスクリュー１０を備える二軸押出機として構成されているので、ホッパ１２から供給される成形材料と、ガスノズル３０から供給される不活性ガスとを、より一層効率良く混合することができる。また、このタンデム型押出発泡成形装置１では、第２押出機８が、２本のスクリュー２３を備える二軸押出機として構成されているので、不活性ガスの成形材料に対する、より均一な分散溶解を図ることができる。
【００９１】
また、このタンデム型押出発泡成形装置１では、不活性ガスが、ガスノズル３０から多孔質部材５０を介してシリンダ９内に供給されるので、多孔質部材５０の平均孔径が、１０〜１００μｍである場合には、不活性ガスを数十μｍのサイズで成形材料に分散させることができる。すなわち、Ｆｉｃｋの法則によると、次式（１）が成り立つ。
【００９２】
ｔ  ≒  Ｌ２／Ｄ                          （１）
（ｔ：ガス溶解（拡散）時間（ｓｅｃ）、Ｌ：ガス拡散距離（ｃｍ）、Ｄ：ガス拡散係数（ｃｍ２／ｓ））
ガス拡散係数Ｄは、通常、１０−６〜１０−８ｃｍ２／ｓのオーダーであり、たとえば、２分以内に、超臨界状態の不活性ガスを成形材料中に完全溶解させるためには、その拡散距離を１００μｍ以内にすればよく、そのため、多孔質部材５０の平均孔径が、１〜１００μｍである場合には、不活性ガスを成形材料に高分散状態で混合することができる。その結果、多孔質部材５０を設けるのみの簡易な構成で、超臨界状態の不活性ガスを成形材料に短時間で完全溶解させることができる。
【００９３】
以上の説明では、本発明の押出発泡成形装置を、タンデム型押出発泡成形装置１として説明したが、本発明の押出発泡成形装置は、これに限らず、たとえば、図４に示すようなシングル型押出発泡成形装置１Ａとして構成してもよい。なお、この図４においては、図１と同等の部材については、図１に付した参照符号と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。なお、図４では、ＣＰＵ５の制御系の図示は省略している。
【００９４】
図４において、このシングル型押出発泡成形装置１Ａでは、押出機として、第２押出機８を設けずに、第１押出機６のスクリュー１０よりも、軸方向長さが長いスクリュー１０Ａと、そのスクリュー１０Ａに対応するシリンダ９Ａを備える押出機２Ａが用いられている。この押出機２Ａにおいても、シリンダ９Ａおよびスクリュー１０Ａの軸方向長さを、超臨界状態の不活性ガスを成分材料に十分に溶解させた後、その成形材料を十分に冷却できる長さとして設定されていれば、上記と同様の押出発泡成形方法によって、高発泡倍率で、微細なセルを有するマイクロセルラーフォームを、所望の厚みおよび形状で、連続的に押出発泡成形することができる。
【００９５】
また、以上の説明では、第１押出機６および第２押出機８を、二軸押出機として構成したが、本発明の押出機においては、これに限らず、たとえば、１本のスクリューを備える単軸押出機として構成してもよい。
【００９６】
【実施例】
実施例１
上記したタンデム型押出発泡成形装置１を用い、押出発泡成形条件を下記のように設定して、ポリプロピレンのペレットを押出発泡成形した。得られたマイクロセルラーフォームは、長手方向に連続する断面形状が長方形状であって、その厚みが５ｍｍ、平均セル径が１１６．８μｍ、セル密度が６．７×１０５個／ｃｍ３、発泡倍率が２０倍であった。また、得られたマイクロセルラーフォームのＳＥＭ写真（倍率１００、加速電圧：２０ｋＶ）を図５に示す。
【００９７】
（押出発泡成形条件）
第１成形機：ホッパ投入量２０ｋｇ、スクリュー回転速度７０回転／分、ヒータ温度（シリンダ内温度）２４０℃、シリンダ内圧力１５ＭＰａ
不活性ガス：超臨界炭酸ガス、ガス供給量（ガス濃度）４重量％
第２成形機：スクリュー回転速度１０回転／分、ヒータ温度（シリンダ内温度）最上流側１８０℃、最下流側１５２℃、シリンダ内圧力８ＭＰａ
ダイ：ダイ温度１５２℃（超臨界炭酸ガスが溶解された状態におけるポリプロピレンの結晶化温度：１５０℃）、圧力差８ＭＰａ
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の微細セル発泡体の押出発泡成形方法によれば、押し出し時に、気泡が破泡あるいは合泡することが著しく低減され、高発泡倍率で、微細なセルを有する発泡体を、所望の厚みおよび形状で、連続的に押出発泡成形することができる。
【００９８】
また、本発明の微細セル発泡体の押出発泡成形装置によれば、成形機内に核形成器などを設ける必要もないので、装置構成の簡略化を図ることができるとともに、押し出し時において確実に圧力制御することができ、また、成形機が長くなることもなく、工業的に有利な押出発泡成形装置を提供することができる。
【００９９】
そして、本発明の微細セル発泡体は、微細なセルを有する発泡体として各種の分野において有用に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微細セル発泡体の押出発泡成形装置としてのタンデム型押出発泡成形装置の要部構成を示す概略全体構成図である。
【図２】図１のタンデム型押出発泡成形装置のガスノズルの要部構成を示す概略拡大構成図である。
【図３】図１のタンデム型押出発泡成形装置のダイの要部構成を示す概略拡大構成図である。
【図４】本発明の微細セル発泡体の押出発泡成形装置としてのシングル型押出発泡成形装置の要部構成を示す概略全体構成図である。
【図５】実施例１で得られたポリプロピレンからなるマイクロセルラーフォームのＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
１    タンデム型押出発泡成形装置
２    押出機
３    ガス供給部
４    ダイ
２９  定量供給ポンプ
【図１】
2004322341.tif 000003
【図２】
2004322341.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004322341.tif 000006
【図５】
2004322341.tif 000007