(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出成形機の材料投入口に、少なくともセルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂を投入し、更に押出成形機のシリンダ内に水を発泡剤として注入・添加して発泡成形を行う発泡成形体の製造方法において、
注入用の水を貯溜するタンク内に冷却装置を設置して、このタンクからシリンダ内に注入される水の温度が、押出成形機の材料投入口に投入される前のセルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の温度に対して２〜７℃低くなるように水の冷却を行うことを特徴とする発泡成形体の製造方法。
【請求項２】
シリンダ内への水の注入量を、セルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の合計量100重量部に対して1〜10重量部とすることを特徴とする請求項１記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項３】
シリンダ内への水の注入速度を100〜1200ml/minとすることを特徴とする請求項１または２に記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項４】
セルロース微粉体に含水率10〜25％の紙ペレットを使用することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の発泡成形体の製造方法。
【請求項５】
押出成形機の材料投入口から投入する材料の割合が、合計量100重量部に対してそれぞれセルロース微粉体10〜25重量部、親水性高分子27〜54重量部、ポリオレフィン系樹脂25〜72重量部であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の発泡成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡成形体の製造方法の改良、詳しくは、押出発泡成形において、水発泡による発泡安定性を高めて成形不良品の発生、及び比重やセル径のバラつきを抑えることができ、しかも、ロングラン性や材料コストの面でも優れた発泡成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、住宅の建築時には、室内の保温性を向上させる目的で床下や壁裏、天井裏などに断熱材が施工されることが多い。また、建築用の断熱材としては、合成樹脂材料(主にポリスチレンやポリエチレン、ポリプロピレン等)を押出法やビーズ法により発泡成形して作製された発泡断熱材が幅広く利用されている。
【０００３】
しかし、上記石油由来の合成樹脂材料を主材料に用いた発泡断熱材に関しては、建築材料として大量に使用されることによって、有限な石油資源の浪費に繋がる問題があった。また、上記発泡断熱材に関しては、製造過程で温室効果ガスである二酸化炭素が大量に排出されていたため、環境に対する悪影響も懸念されていた。
【０００４】
そこで、従来においては、発泡断熱材中の合成樹脂材料の配合量を減らすために、植物由来の材料であるセルロース微粉体(紙粉や木粉等)と親水性高分子(デンプン等)を主材料に使用し、これらを水発泡により押出発泡成形することによって環境に優しい発泡断熱材を製造する技術も開発されている(特許文献１,２参照)。
【０００５】
しかしながら、上記従来技術に関しては、シリンダ内に注入した水と主材料とがなじみ難かったことから、発泡が不安定になり、特に成形開始時においては爆裂や脈動によって成形不良品が大量に発生する問題があった。また、注入水のなじみ難さが混練材料の分散不良や滞溜を招いてロングラン性にも悪影響を及ぼしていた。
【０００６】
また同様の理由で、ロングラン成形を行った際に発泡断熱材の比重やセル径にバラつきが生じて、均一な断熱性能が得られなくなる問題もあった。また、発泡安定性を高めるために、発泡性ポリプロピレン等の配合量を増やす方法も考えられたが、この方法だと材料コストが増大して製品が割高になるデメリットがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０―１７９５６６号公報
【特許文献２】特開２０１１―２１３９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、押出発泡成形において、水発泡による発泡安定性を高めて成形開始時の成形不良品の発生、及びロングラン成形時の比重やセル径のバラつきを抑えることができ、しかも、ロングラン性や材料コストの面でも有利な発泡成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。
【００１０】
即ち、本発明は、押出成形機の材料投入口に、少なくともセルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂を投入し、更に押出成形機のシリンダ内に水を発泡剤として注入・添加して発泡成形を行う発泡成形体の製造方法において、注入用の水を貯溜するタンク内に冷却装置を設置して、このタンクからシリンダ内に注入される水の温度が、押出成形機の材料投入口に投入される前のセルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の温度に対して２〜７℃低くなるように水の冷却を行う点に特徴がある。
【００１１】
また上記シリンダ内への水の注入量については、セルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の合計量100重量部に対して1〜10重量部とするのが好ましい。そしてまた、上記シリンダ内への水の注入速度については、100〜1200ml/minとするのが好ましい。
【００１２】
また、上記セルロース微粉体については、含水率10〜25％の紙ペレットを使用するのが好ましい。また更に、上記押出成形機の材料投入口から投入する各材料の割合に関しては、セルロース微粉体10〜25重量部、親水性高分子25〜72重量部、ポリオレフィン系樹脂27〜54重量部とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、セルロース粉体及び親水性高分子を主材料に用いた発泡断熱材の製造方法において、水発泡を行う際に、シリンダ内に注入する水の温度を投入前の材料が配置されるスペースの雰囲気温度以下にしたことにより、注入水と主材料とをシリンダ内でなじみ易くすることができるため、発泡安定性を高めることが可能となる。
【００１５】
そして、上記発泡安定性を高めたことにより、成形開始時の爆裂や脈動を抑えて成形不良品の発生を大幅に抑制することができるだけでなく、ロングラン成形時に、発泡成形体の比重やセル径のバラつきを抑えることもできるため、均一な性能の発泡断熱材を歩留り良く、かつ、効率的に製造することが可能となる。
【００１６】
しかも、本発明では、押出成形機内で主材料と水をなじみ易くしたことによって、混練材料の整流化を図ることもできるため、ノズルの目詰まり等を防止してロングラン性を向上させることもできる。また本発明では、発泡安定化を目的とした発泡性プロピレン等の使用も抑えられるため、材料コストも低減できる。
【００１７】
したがって、本発明により、植物性材料であるセルロース微粉体や親水性高分子等を活用して環境への負担を軽減できるだけでなく、従来において製造上の大きな課題であった比重やセル径のバラつき及び歩留りの改善も図れる発泡成形体の製造方法を提供できることから、本発明の実用的利用価値は頗る高い。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明を実施するための具体的態様及び好ましい条件について説明する。
【００１９】
［発泡成形体の構成］
まず本発明の発泡成形体は、セルロース微粉体と、親水性高分子と、ポリオレフィン系樹脂の混練物とを材料に用いる。なお、発泡成形体の内側に無数に形成されるセルの直径は、100〜3000μｍ程度となるようにするのが好ましい。また発泡成形体の比重については、0.02〜0.03g/cm3となるようにするのが好ましい。
【００２０】
一方、上記発泡成形体を、厚みの大きい板状または棒状に成形する場合には、発泡成形体の内側にセルができるだけ均一に形成されるように、直径5〜20mmのストランド状発泡体を所定の断面形状となるように集束して、互いに融着させた構造とするのが好ましい。またその場合には、押出成形から融着までを一連に行うのが望ましい。
【００２１】
［セルロース微粉体］
本発明で使用するセルロース微粉体としては、主に紙粉や木粉、米粉、竹粉、籾粉、草粉などを使用することができ、セルロースを多量に含む粉状のものであれば他の材料も使用することもできる。また、これらの材料から選択した複数種の材料を組み合わせて使用することもできる。
【００２２】
［親水性高分子］
本発明で使用する親水性高分子としては、デンプンやペクチン、コンニャクマンナン、グアガム、アラビアガムなどの植物多糖、または寒天やカラギーナン、アルギン酸などの海藻多糖などを採用することができる。また他にも、親水性であれば微生物多糖や動物多糖などを使用することもできる。
【００２３】
また、上記親水性高分子については、一つの材料を単独で使用することも複数の材料を混ぜて使用することも可能であるが、どちらを選択する場合でも、デンプンを主成分とすることが好ましい。これは、デンプンのα化(糊化)を利用することで発泡成形体の成形性(発泡性)が良好となるためである。
【００２４】
［ポリオレフィン系樹脂］
本発明で使用するポリオレフィン系樹脂としては、主にポリプロピレンやポリエチレンなどを使用することができ、コスト面やリサイクル面を重視する場合にはポリプロピレンを選択するのが好ましい。また、上記ポリオレフィン系樹脂には、バージン樹脂だけでなく再生樹脂を使用することもできる。
【００２５】
［各材料の配合割合］
上記セルロース微粉体と親水性高分子の配合割合に関しては、両者の配合量の合計を100重量部としたときに、セルロース微粉体20〜50重量部、親水性高分子50〜80重量部となるようにするのが好ましい。また、ポリオレフィン樹脂の配合量は、セルロース微粉体と親水性高分子を合わせた配合量を100重量部としたときに、50〜150重量部となるようにするのが好ましく、特にセルロース微粉体と天然高分子材料を合わせた配合量が、ポリオレフィン系樹脂の配合量よりも重量比で多くなるようにするのが好ましい。
【００２６】
また更に、上記セルロース微粉体と親水性高分子とポリオレフィン系樹脂の配合割合に関しては、各材料の合計を100重量部としたときにセルロース微粉体10〜25重量部、親水性高分子27〜54重量部、ポリオレフィン系樹脂25〜72重量部となるようにするのが好ましい。
【００２７】
［発泡成形体の製造方法］
次に、上記発泡成形体の製造方法について以下に説明する。まず、第一のステップとして、水を含ませた状態のセルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂をまとめて押出成形機の材料投入口(ホッパー)から投入し、これらをシリンダ内で加熱しながらスクリューによって混練する。なお、上記セルロース微粉体については、含水率10〜25％の紙ペレットを使用するのが好ましい。
【００２８】
そして、上記第一のステップの後は、第二のステップとして、第一のステップで材料を混練した押出成形機のシリンダ内に、発泡剤として水を注入・添加する。なお、第二のステップにおいて、シリンダ内に水を注入する際には、注入した水がすぐに蒸発して注入管内の水が逆流しないように、水が蒸発しない加熱・圧力条件下で注入を行う。
【００２９】
また、上記第二のステップにおいて、シリンダ内に注入する水の温度は、投入前の材料が配置されるスペースの雰囲気温度よりも２℃以上低くなるようし、好ましくは２〜７℃低くする。また、注入水の温度調節に関しては、注入用の水を貯溜するタンク内に設置した冷却装置によって、タンク内の水の温度が、投入前の材料の雰囲気温度、または投入前の材料の温度に対して所定の温度差を保つように冷却を行うのが好ましい。
【００３０】
また更に、上記第二のステップにおいて、シリンダ内に注入する水の量については、セルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の合計量を100重量部としたときに、水の注入量が1〜10重量部となるようにするのが好ましい。また、上記シリンダ内への水の注入速度については、100〜1200ml/minに設定するのが好ましい。
【００３１】
そして、上記第二のステップの後は、第三のステップとして、第二のステップで注入した水と最初に投入した材料とをシリンダ内で加熱しながら高圧力化で再度混練する。そして最後に、第四のステップとして、上記第三のステップで混練した材料を、押出ダイスのノズルから外部に押し出し、大気圧下で水を蒸発させて材料を発泡させる。
【００３２】
なお、上記第四のステップにおいて、混練材料を複数のノズルからストランド状に押出成形する場合には、冷めて固まる前にこれらを収束して全体を軽くプレスする。これによって、ストランド状発泡体同士を融着させて、断面形状が板状または棒状となるように発泡成形体を成形することができる。もちろん、発泡成形体を板状に成形する場合には、Ｔダイを用いた押出成形も採用できる。
【実施例】
【００３３】
［効果の実証試験］
次に本発明の効果の実証試験について以下に説明する。本試験では、以下の実施例１〜５および比較例１に示す条件で発泡成形体の製造を行い、下記試験方法により発泡成形品の比重の測定および加工性の評価を行った。
【００３４】
「実施例１」
まず材料に関しては、セルロース微粉体として紙粉、親水性高分子としてデンプン、ポリオレフィン系樹脂として発泡性ポリプロピレン(以下、発泡性PPと記載)及び再生ポリオレフィン(以下、R-POと記載)及び再生ポリプロピレン(以下、R-PPと記載)を使用した。
【００３５】
また各材料の配合割合については、紙ペレットを48wt％(内訳、紙粉13.392wt％、デンプン24.864wt％、防カビ剤0.144wt％、水9.6wt％)、発泡性PPを20wt％、R-POを18wt％、リペレット(再生樹脂)を8wt％、R-PPを6wt％とした。
【００３６】
また、押出成形機のシリンダ内への水の注入速度を400〜850ml/minとし、水の注入量が、セルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の合計量100重量部に対して1〜10重量部となるようにした。そして更に、シリンダ内に注入する水の温度を、投入前の材料が配置されるスペースの雰囲気温度よりも５〜７℃低くなるようにした。
【００３７】
なお、上記水の注入速度や注入量、シリンダ内に注入する水の温度と配置スペースの雰囲気温度との温度差に関しては、それぞれ数値範囲で示しているが、これは生産ロットにおける調整範囲を示している。
【００３８】
「実施例２」
材料には、実施例１と同様のものを使用した。また各材料の配合割合は、紙ペレットを49wt％(内訳、紙粉13.671wt％、デンプン25.382wt％、防カビ剤0.147wt％、水9.8wt％)、発泡性PPを25.6wt％、R-POを7wt％、リペレットを12wt％、R-PPを6.4wt％とした。
【００３９】
また、押出成形機のシリンダ内への水の注入速度を500〜950ml/minとし、水の注入量が、セルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の合計量100重量部に対して1〜10重量部となるようにした。そして更に、シリンダ内に注入する水の温度を、投入前の材料が配置されるスペースの雰囲気温度よりも５〜７℃低くなるようにした。
【００４０】
「実施例３」
材料には、実施例１と同様のものを使用した。また各材料の配合割合は、紙ペレットを49wt％(内訳、紙粉13.671wt％、デンプン25.382wt％、防カビ剤0.147wt％、水9.8wt％)、発泡性PPを23.6wt％、R-POを9wt％、リペレットを12wt％、R-PPを6.4wt％とした。
【００４１】
また、押出成形機のシリンダ内への水の注入速度を560〜950ml/minとし、水の注入量が、セルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の合計量100重量部に対して1〜10重量部となるようにした。そして更に、シリンダ内に注入する水の温度を、投入前の材料が配置されるスペースの雰囲気温度よりも４〜７℃低くなるようにした。
【００４２】
「実施例４」
材料には、実施例１と同様のものを使用した。また各材料の配合割合は、紙ペレットを49wt％(内訳、紙粉13.671wt％、デンプン25.382wt％、防カビ剤0.147wt％、水9.8wt％)、発泡性PPを23.6wt％、R-POを9wt％、リペレットを12wt％、R-PPを6.4wt％とした。
【００４３】
また、押出成形機のシリンダ内への水の注入速度を350〜620ml/minとし、水の注入量が、セルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の合計量100重量部に対して1〜10重量部となるようにした。そして更に、シリンダ内に注入する水の温度を、投入前の材料が配置されるスペースの雰囲気温度よりも２〜３℃低くなるようにした。
【００４４】
「実施例５」
材料には、実施例１と同様のものを使用した。また各材料の配合割合は、紙ペレットを49wt％(内訳、紙粉13.671wt％、デンプン25.382wt％、防カビ剤0.147wt％、水9.8wt％)、発泡性PPを23.6wt％、R-POを9wt％、リペレットを12wt％、R-PPを6.4wt％とした。
【００４５】
また、押出成形機のシリンダ内への水の注入速度を390〜680ml/minとし、水の注入量が、セルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の合計量100重量部に対して1〜10重量部となるようにした。そして更に、シリンダ内に注入する水の温度を、投入前の材料が配置されるスペースの雰囲気温度よりも１０〜１５℃低くなるようにした。
【００４６】
「比較例１」
材料には、実施例１と同様のものを使用した。また各材料の配合割合については、紙ペレットを48wt％(内訳、紙粉13.392wt％、デンプン24.864wt％、防カビ剤0.144wt％、水9.6wt％)、発泡性PPを20wt％、R-POを18wt％、リペレットを8wt％、R-PPを6wt％とした。
【００４７】
また、押出成形機のシリンダ内への水の注入速度を400〜850ml/minとし、水の注入量が、セルロース微粉体、親水性高分子及びポリオレフィン系樹脂の合計量100重量部に対して1〜10重量部となるようにした。そして更に、シリンダ内に注入する水の温度を、投入前の材料が配置されるスペースの雰囲気温度よりも１〜−１℃高くなるようにした。
【００４８】
「試験方法」
本試験では、比重の測定を行うにあたって、一部の比重ではなく生産ロットでの平均比重を算出した。また加工性の評価は、立上げ時の膨らみが早く、爆裂や脈動などが無く、ロングラン性が高いものを“◎”、爆裂や脈動はあったり、立上げ時の膨らみも弱いが、ロングラン性が高いものを“○”、爆裂や脈動があり、立上げ時の膨らみも弱く、ロングラン性も低いものを“×”と評価した。
【００４９】
そして、上記方法により試験を行ったところ、下記[表１]に示す結果が得られた。この結果から、実施例１〜５の比重が0.0244〜0.0269g/cm3、特に実施例１〜４の比重が0.0244〜0.0255g/cm3なのに対し、比較例１の比重が0.0269g/cm3であることから、本発明によって発泡成形品の比重が小さくなることが確認できた。また、加工性についても、本発明に係る実施例１〜５(特に実施例１〜４)が比較例１よりも優れていることが確認できた。
【表１】
0006422153.tif 000002
【００５０】
本発明は、概ね上記のように構成されるが、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、発泡成形体の用途は、建築用断熱材に限らず発泡樹脂材料が使用される包装用の緩衝材やベルメットの衝撃吸収部材、救命胴衣等の浮力材に使用することもでき、何れのものも本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
近年、建築用資材としての発泡断熱材の需要は大きく、特に機能性だけでなくエコロジーな製品が求められている。そのような中で、本発明は、植物性材料を主材料とする発泡断熱材の欠点であった製造上の課題を解決できる有用性に優れた技術であることから、その産業上の利用価値は非常に高い。