(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２段押出し機スクリュー（１）であって、
（ｉ）１より大きなスクリューリード対スクリュー直径及びスクリュー直径の少なくとも１２％のチャンネル深さ（１７）を有する送り区分（１６）と、
（ｉｉ）少なくとも３：１の圧縮比及び少なくとも５巻回体分の長さを有する第１の遷移区分（１９）と、
（ｉｉｉ）少なくとも３巻回体分の長さの第１の定量供給区分（２１）と、
（ｉｖ）第２の遷移区分（２４）と、
（ｖ）第２の定量供給区分（２５）と、
（ｖｉ）随意としての、通気区分（２６）と、
（ｖｉｉ）随意としての、混合区分（３０）と、
を含む２段押出し機スクリュー。
【請求項２】
シート、プロフィール又はフィルムを作るために、熱可塑性材料をダイス（２２）を通して可塑化し押出す工程に使用される請求項１のスクリューからなる単一スクリュー押出し機であって、熱可塑性材料は、０．１５ｇ／ｃｍ3乃至０．４ｇ／ｃｍ3の範囲のかさ密度を有するポリカーボネートを含み、前記押出し機は、平均ヘッド区域溶融圧力を超える又は未満±１０％内の変化を有するヘッド区域（３１）の溶融圧力を特徴とする、単一スクリュー押出し機。
【請求項３】
更に少なくとも３０゜の内包円錐角（２７）を有するホッパ（７）を備える請求項２の単一スクリュー押出し機。
【請求項４】
更にバレル（３）を通る送りのど部開口（８）を含み、送りのど部開口（８）が１より大きいアスペクト比及びバレル２８の内径の少なくとも１倍の幅を有する請求項２乃至４のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項５】
前記送り区分（１６）がスクリューの直径の少なくとも１４％の一定チャンネル深さ（１７）を有する請求項２乃至４のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項６】
前記送り区分（１６）がスクリューの直径の少なくとも１６％の一定チャンネル深さ（１７）を有する請求項２乃至４のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項７】
前記第１の遷移区分（１９）が少なくとも３．５：１の圧縮比を有する請求項２乃至６のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項８】
前記第１の遷移区分（１９）が少なくとも４：１の圧縮比を有する請求項２乃至６のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項９】
更に溶融ポンプを有する請求項２乃至８のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項１０】
ポリカーボネートフィルムを可塑化し押出す工程に使用される請求項２乃至９のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項１１】
ポリカーボネートプロフィールを可塑化し押出す工程に使用される請求項２乃至９のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項１２】
ポリカーボネートシートを可塑化し押出す工程に使用される請求項２乃至９のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項１３】
２段押出し機スクリューが、（ｖｉ）通気区分（２６）を有する請求項２乃至１２のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項１４】
２段押出し機スクリューが（ｖｉｉ）混合区分（３０）を含む請求項２乃至１３のいずれか１項の単一スクリュー押出し機。
【請求項１５】
請求項２乃至１４のいずれか１項の単一スクリュー押出し機を使用し、シート、プロフィール又はフィルムを可塑化し押出す方法。
【請求項１６】
請求項１３又は１４の押出し機を使用し、シート、プロフィール又はフィルムを可塑化し押出す方法であって、（ａ）２段押出し機スクリュー（１）の通気区分（２６）内へ可塑化された材料を通気する工程を含む方法。
【請求項１７】
請求項１４の押出し機を使用し、シート、プロフィール又はフィルムを可塑化し押出す方法であって、２段押出し機スクリュー（１）の混合区分（３０）内で前記可塑化された材料を混合する工程を含む方法。
【請求項１８】
更に（ｂ）第２の遷移区分（２４）内で前記通気された材料をコンパクティングする工程と、（ｃ）第２の計量区分（２５）内の第２の遷移区分（２４）から下流側の前記コンパクティングされた材料を計量する工程と、を含む請求項１７の方法。
【請求項１９】
請求項９の押出し機を使用しシート、プロフィール又はフィルムを可塑化し押出す方法であって、可塑化された材料を、ダイス（２２）の前に溶融ポンプを通過させる工程を含む方法。
【請求項２０】
ポリカーボネートが不規則な形状である請求項１５の方法。
【請求項２１】
不規則な形状のポリカーボネートが０．１６ｇ／ｃｍ3乃至０．３６ｇ／ｃｍ3の範囲の密度を有する請求項２０の方法。
【請求項２２】
不規則な形のポリカーボネートが０．１８ｇ／ｃｍ3乃至０．３２ｇ／ｃｍ3の範囲の密度を有する請求項２０の方法。
【請求項２３】
０．５ｇ／ｃｍ3乃至１．２ｇ／ｃｍ3の範囲の密度を有する熱可塑性材料を更に含む請求項１５の方法。
【請求項２４】
熱可塑性材料が第２のポリカーボネートである請求項２３の方法。
【請求項２５】
第２のポリカーボネートが０．５５ｇ／ｃｍ3乃至０．７５ｇ／ｃｍ3の範囲内の密度を有する請求項２４の方法。
【請求項２６】
不規則な形のポリカーボネートが本質的に塊となった多孔性で、その最大長さ寸法が１ｍｍ乃至５０ｍｍの範囲にあり、平均寸法が８ｍｍ乃至１２ｍｍである請求項２０の方法。
【請求項２７】
ヘッド区域（３１）の溶融圧力の変化が±８％内に維持される請求項１５の方法。
【請求項２８】
ヘッド区域（３１）の溶融圧力の変化が±７％内に維持される請求項１５の方法。
【請求項２９】
ヘッド区域（３１）の溶融圧力の変化が±６％内に維持される請求項１５の方法。
【請求項３０】
ヘッド区域（３１）の溶融圧力の変化が±５％内に維持される請求項１５の方法。
【請求項３１】
請求項４又は９の単一スクリュー押出し機を使用して、シート、プロフィール又はフィルムを可塑化し押出す方法であって、
（ａ）少なくとも３０゜の内包円錐角（２７）を有するホッパ（７）を通して熱可塑性材料を送る工程と；
（ｂ）ホッパ（７）から、１より大きいアスペクト比及びバレル（２８）の内径の少なくとも１倍の幅を有するバレル（３）の送りのど部開口（８）を通して熱可塑性材料を通過させる工程と；
（ｃ）１より大きなスクリューリード対スクリュー直径の比、及びスクリューの直径の少なくとも１２％の一定チャンネル深さ（１７）を有する２段押出し機スクリュー（１）の送り区分（１６）内へ熱可塑性材料を搬送する工程と；
（ｄ）少なくとも３：１の圧縮比及び少なくとも５巻回体分の長さを有する第１の遷移区分（１９）内で熱可塑性材料を可塑化する工程と；
（ｅ）少なくとも３巻回体分の長さの第１の定量供給区分（２１）内で可塑化された熱可塑性材料を搬送する工程と；
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は低かさ密度のポリカーボネート材料の可塑化及び押出しにとって有用な方法及び装置に関する。普通の又は従来のかさ密度熱可塑性材料は、著しい困難を伴うことなく、普通に溶融又は可塑化され、押出しダイスを通る溶融流れ即ちストリームとして押出されていた。使用される連続的な単一又はツインスクリュー押出し機は、処理されている熱可塑性材料を可塑化し、所望の流量で下流側に押出しダイスへこれを通るように溶融ポリマーを搬送するように設計されたスクリューを有する。
【０００２】
従来の押出し機スクリューは、その長さに沿って、送り、遷移及び定量供給区分を順々に有する。送り及び遷移区分は全体の押出し機のスループット量を制御及び制限する定量供給区分へ入力溶融ポリマーの過剰供給を提供するために必要であった。しかし、ある形のポリカーボネートの如き低かさ密度の熱可塑性材料又はこのような低かさ密度ポリカーボネート材料と普通のかさ密度の熱可塑性材料との混合物を処理したい場合は、直ちに問題が生じた。
【０００３】
ここで使用するものとして、「普通のかさ密度の熱可塑性材料」という用語はペレット又はビードの形をした未使用即ち生のポリマーと遭遇する普通のかさ密度範囲でのかさ密度を有する熱可塑性材料を示すことを意図している。例えば、ペレット又はビードの形をした未使用又は正規の熱可塑性材料は通常、典型的には０．５ｇ／ｃｍ3乃至０．７５ｇ／ｃｍ3である普通のかさ密度のポリカーボネート材料に対して、立方／センチメートル当り０．５グラム（ｇ／ｃｍ3）以上で１．２ｇ／ｃｍ3以下のかさ密度を有する。ここで使用するものとして、「低かさ密度のポリカーボネート材料」という用語は０．５ｇ／ｃｍ3よりも小さなかさ密度を有するポリカーボネート材料を示すことを意図している。
【０００４】
例えば、未使用即ち生のポリカーボネートは粉末の如き規則正しい形の低かさ密度の粒状形状となって又は「ポップコーン」に似た外観を有する塊となった粒剤（時として、フレークと呼ばれる）の如き不規則な形の低かさ密度形状として存在できる。先に処理され次いで機械的に粉砕されたポリカーボネートは時としてチップ、スクラップ、再粉砕物又はリサイクル物と呼ばれる不規則な形の低かさ密度形状として存在できる。
【０００５】
規則的及び特に不規則的な形の低かさ密度ポリカーボネート材料、又は、このような低かさ密度ポリカーボネート材料と普通のかさ密度の熱可塑性材料との混合物の押出し中、スクリューの送り区分を搬送される固体はしばしばスクリューを適正に満たすのに不十分となり、それ故、スクリューの可塑化及び定量供給区分への不足供給を生じさせていた。これは、ポリマーのサージング、低スループット量、高溶融温度及び過剰なポリマーの劣化を生じさせる。「押出し物の質」という用語は一般に温度、圧力及びダイス面での押出し物の組成の均一性を言う。押出し物が低い質、温度及び圧力であった場合、変動が大きくなり、ダイスを通る熱可塑性材料の流れが不規則で不安定となり、製品の質が劣化してしまう。
【０００６】
最終製品の重要な決定要因はその寸法を仕様にいかにして良く適合させるかである。例えば、ポリカーボネートのシートにおいては、±２％以上の厚さ変化が、実質的なこわさ及び衝撃強度の如き最終製品の物理的な特性、研磨の望ましくない粗さ及び変化又はその組み合わせによる皺の出現のような問題により生じる最終製品の審美性、及び真空形成や熱形成の如き引き続きのモールド成形操作におけるシートの処理能力を低下させることがある。
【０００７】
従来、スクリューの送り区分を修正することにより定量供給区分からの安定したスループット量を提供する試みがなされてきた。例えば、米国特許第４，３６１，７３４号明細書は、未使用の又は高かさ密度線形低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を取り扱う押出し機の送り区分に通常使用されるものよりも比較的一層深いスクリュールート深さ又は一層大きなスクリューリードとのその組み合わせ又は一層大きなスクリュー長さとのその組み合わせを備えた送り区分を報告している。修正は処理にわたってのＬＬＤＰＥにスループット量の改善を補助したが、全体の処理のスループット量を十分に制御するために、時には回転ギヤポンプと呼ばれる下流側の溶融ポンプが必要である。更に、ポンプ／押出し機装置の全体のエネルギ効率は実際に押出し機自体のものよりも低くなることがある。
【０００８】
溶融ポンプはダイスを通る溶融熱可塑性材料の体積流れを一層均一にするが、経験から、溶融ポンプを通しての通過はポリマーの温度変化を大幅に減少させないことが判明した。それ故、溶融ポンプは、押出し機の体積流量が均一になることを保証できるだけであり、押出し物がその中で大きな温度変化を伴う場合は、そ温度の変化はポンプを通ってダイスにおいて現れ、そこで、温度変化が不規則な流れを生じさせ、製品の質を劣化させることがある。ＥＰ０１４４９３２Ｂ１号明細書においてスチレン・ブタジエンエラストマーに対して教示されているような溶融ポンプの後で単独又は運動無しミキサーに関連して内部加熱された押出し機スクリューを提供するような温度変動を最小化するために種々の技術が使用されてきた。
【０００９】
低かさ密度ポリカーボネート材料の熱可塑化及び押出し中の押出し物の高質の要求が続いているため、ポリマーのサージング、低圧化及び温度変動を減少させ、かつ、良好な全体のスループット量を提供しながら、ポリマーの劣化を減少させる方法及び装置を提供するのが望ましい。従って、本発明は、低かさ密度のポリカーボネート材料の可塑化及び押出し時に、ポリマーのサージング、低圧化及び温度変動を減少させ、かつ、良好な全体のスループット量を提供しながら、ポリマーの劣化を減少させる方法及び装置に向けられる。
【００１０】
１つの態様においては、本発明は０．１５ｃ／ｃｍ3乃至０．５ｇ／ｃｍ3の範囲のかさ密度を有する低かさ密度のポリカーボネート材料からなる熱可塑性材料からシート、プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出すための単一スクリュー押出し機を含み、±１０％内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけられる可塑化される材料の一定のスループットがダイスへ及びダイスを通して提供される。
【００１１】
別の態様においては、本発明は０．１５ｇ／ｃｍ3乃至０．５ｇ／ｃｍ3の範囲のかさ密度を有する低かさ密度のポリカーボネートからなる熱可塑性材料からシート、プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出すための単一スクリュー押出し機を含み、この押出し機は、
（ａ）（i）１より大きな直径比でのスクリューリード及びスクリューの直径の少なくとも１２％の一定チャンネル深さを有する送り区分と、
（ii）少なくとも３：１の圧縮比及び少なくとも５巻回体分の長さを有する遷移区分と、
（iii）少なくとも３巻回体分の長さの定量供給区分と、
を有する２段押出し機スクリュー；
（ｂ）少なくとも３０゜の内包円錐角を有するホッパ；
（ｃ）バレルを通る送りのど部開口であって、１より大きいアスペクト比及びバレルの内径の少なくとも１倍の幅を有する送りのど部開口；及び
（ｄ）押出しダイス；
を有し、±１０％内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけられる可塑化される材料の一定のスループットがダイスへ及びダイスを通して提供される。
【００１２】
更に別の態様においては、本発明は２段押出し機スクリューを含み、この２段押出し機スクリューは、
（ａ）１より大きな直径比でのスクリューリード及びスクリューの直径の少なくとも１２％の一定チャンネル深さを有する送り区分と；
（ｂ）少なくとも３：１の圧縮比及び少なくとも５巻回体分の長さを有する第１の遷移区分と；
（ｃ）少なくとも３巻回体分の長さの第１の定量供給区分と；
（ｄ）随意としての混合区分と；
（ｆ）逃し区分と；
（ｇ）第２の遷移区分と；
（ｈ）第２の定量供給区分と；
を有する。
【００１３】
別の態様においては、本発明は、単一スクリュー押出し機において０．１５ｇ／ｃｍ3乃至０．５ｇ／ｃｍ3の範囲のかさ密度を有する低かさ密度のポリカーボネート材料からなる熱可塑性材料からシート、プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出すための方法を含み、この方法は±１０％内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけられる可塑化される材料の一定のスループットを押出しダイスへ及び押出しダイスを通して提供する工程を有する。
【００１４】
更に別の態様においては、本発明は０．１５ｇ／ｃｍ3乃至０．５ｇ／ｃｍ3の範囲のかさ密度を有する低かさ密度のポリカーボネート材料からなる熱可塑性材料からシート、プロフィール又はフィルムを可塑化し、押出すための方法を含み、この方法は、
（ａ）少なくとも３０゜の内包円錐角を有するホッパを通して熱可塑性材料を送る工程と；
（ｂ）ホッパから、１より大きいアスペクト比及びバレルの内径の少なくとも１倍の幅を有するバレルの送りのど部開口を通して熱可塑性材料を通過させる工程と；
（ｃ）１より大きな直径比でのスクリューリード及びスクリューの直径の少なくとも１２％の一定チャンネル深さを有する２段押出し機スクリューの送り区分内へ熱可塑性材料を搬送する工程と；
（ｄ）少なくとも３：１の圧縮比及び少なくとも５巻回体分の長さを有する遷移区分内で熱可塑性材料を可塑化する工程と；
（ｅ）少なくとも３巻回体分の長さの定量供給区分内で可塑化された熱可塑性材料を搬送する工程と；
（ｆ）±１０％内に維持された定常ヘッド区域溶融圧力により特徴づけられる可塑化される材料の一定のスループットを押出しダイスへ及び押出しダイスを通して提供する工程と；
を有する。
【００１５】
ポリマー材料は種々異なる形となって存在することができ、あるものは粉末やビードやペレットの如く規則的な形をし、また、あるものはフレークやチップや繊維やストリップの如く不規則な形をしている。ポリマー材料は、一定で、かつその物理的な形の形状に関係なく材料の固有の特性である密度を有する。しかし、ポリマー材料はまたかさ密度を有し、この特性は可変であって、それが存在する物理的な形の形状により決定される。密度は単位体積当りの材料の連続媒質の質量として定義することができ、一方、ポリマー材料のかさ密度は質量により占められる体積で割った材料の不連続媒質の質量として定義することができる。
【００１６】
本発明はポリカーボネート材料に向けられる。好ましくは、少なくとも０．１５ｇ／ｃｍ3、一層好ましくは少なくとも０．１６ｇｃｍ3、更に一層好ましくは少なくとも０．１７ｇ／ｃｍ3、更に一層好ましくは少なくとも０．１８ｇ／ｃｍ3更に一層好ましくは少なくとも０．１９ｇ／ｃｍ3、最も好ましくは少なくとも０．２ｇ／ｃｍ3のかさ密度を有するポリカーボネート材料が使用される。更に、好ましくは、０．５ｇ／ｃｍ3以下、一層好ましくは０．４６ｇ／ｃｍ3以下、更に一層好ましくは０．４３ｇ／ｃｍ3以下、更に一層好ましくは０．４ｇ／ｃｍ3以下、更に一層好ましくは０．３６ｇ／ｃｍ3以下、更に一層好ましくは０．３３ｇ／ｃｍ3以下、最も好ましくは０．３ｇ／ｃｍ3以下のかさ密度を有するポリカーボネート材料が使用される。好ましくは、低かさ密度のポリカーボネート材料は不規則な形をしており、一層好ましくは、本質的に塊となった多孔性で、その最大長さ寸法は１ｍｍ乃至５０ｍｍの範囲にあり、平均寸法は８ｍｍ乃至１２ｍｍである。
【００１７】
ポリカーボネートの如き熱可塑性ポリマー材料は種々のモールド成形品又は形状品の製造にとって有用である。熱可塑性材料は、ダイスを通してモールド成形され、形状づけられ又は押出されるように（時として可塑化と呼ばれる）自由に流れる程度に熱軟化されねばならない。押出し機はポリマー材料の可塑化のために普通に使用される機器である。結晶性であるポリマー材料の場合は、可塑化は溶融と同義である。無定形であるポリカーボネートの如きポリマー材料の場合は、可塑化はガラス転移温度（Ｔg）で生じる。
【００１８】
図面は押出し機スクリュー、送り及びホッパ手段を示すが、押出し機スクリュー、送り及びホッパ手段は、その通常の環境内で、即ち、普通のフレーム手段、水平通気バレル及び駆動手段（これらは当業界で商業的に入手できる周知の装置なので、図示しない）と共働的に関連して、使用されることを理解されたい。本発明のポリマー材料の処理に使用される押出し機は、螺旋状に配置された時としてフライト２と呼ばれる１又はそれ以上の隆起部を有するシリンダであるスクリュー１を備え、このスクリューは環状のシリンダ即ちバレル３内で回転する。フライトがそこから隆起するスクリューの表面はスクリューのルート即ち谷４である。
【００１９】
スクリューの１つの１回転分の巻回体の軸方向の距離（すなわち、１つのフライトから次のフライトまでの距離）はスクリューのリード５である。典型的には、押出し機スクリューの１つの巻回体のための距離はスクリューの直径６と同じ距離である。ホッパ７は、バレルの送りのど部開口８を通して、スクリューと接触するように、フライトと押出し機のバレルの内壁との間の空間（時としてスクリューチャンネル９と呼ばれる）へ、ポリマー材料を導く。
【００２０】
随意として、スクリューは送りのど部ににおける壁への架橋現象及び膠着の如き送りの問題を減少するために水冷される。水はスクリューの下流端即ち後端に取り付けられたスクリュー貫通パイプへ流入（１０）し、流出（１１）する。スクリューは冷却すべき深さまでその中心１２へドリル加工された穴を有し、穴は水出口ライン１３のためのパイプを取り付けるようにネジ部を有する。水はパイプの内部で緩く取り付けられたチューブ及びドリル穴１４を通ってスクリュー内へ送られる。配管は回転ユニオン１５と一緒に組立てられ、水の流れと共にスクリューが回転するのを許容する。
【００２１】
典型的には、スクリューは押出し機のバレル内で固形のポリマー材料を前方へ搬送する工程を開始する最初の区分即ち送り区分１６を有し、スクリューによりホッパから離れるように移送されるようなポリマー材料の進行方向を下流方向とする。スクリューのこの区分においては、時としてルートチャンネル深さ又は単にチャンネル深さ１７と呼ばれるスクリューのルートとバレルの内壁との間の空間は、普通、スクリューに過剰供給を行うのに十分なほど大きい。これは望ましい効果である。その理由は、過剰供給作用がポリマー材料をコンパクティング及び加圧し、前進する材料の固体ベッドを形成する役目を果たすからである。
【００２２】
チャンネル深さはスクリューの重要な寸法である。典型的には、この深さは、ホッパの下方のスクリュー区分、例えば送り区分で、最も深く、下流端即ちスクリュー先端１８の近傍で最も浅い。いくつかの押出し機スクリューは、一端から他端に向かってチャンネル深さが徐々に変化するように、形成される。これは定テーパ（先細り）スクリューと呼ぶことができる。しかし、大半のスクリューはチャンネル深さの少なくとも３つの別個の区分、即ち、送り区分、時として可塑化区分と呼ばれる１又はそれ以上の遷移区分、及び、時としてポンピング区分と呼ばれる１又はそれ以上の定量供給区分を有する。区分の長さは、例えば、絶対数値（例えば、約２５．４ｃｍ（１０インチ））又は押出し機スクリューの長さ（Ｌ）の百分率（例えば、Ｌの５０％）又はスクリューの巻回体の数（例えば、スクリューの１０巻回体分）のように、いくつかの方法で表現することができる。
【００２３】
送り区分はスクリューの上流端で開始し、一定のチャンネル深さを有する。典型的には、ポリマー材料の可塑化を行う時として溶融区分又は圧縮区分と呼ばれる遷移区分１９が、介在区分を伴って又は伴わずに、スクリューの送り区分に続く。遷移区分は、チャンネルの変化（例えば、一層浅くなる）が始まる箇所で開始する。遷移区分は一定深さに再度達する箇所で終了する。ポリマー材料の可塑化は、押出し機バレル２０の外側で装着されたヒータバンドにより生じる熱と、スクリューがポリマー材料に作用させて、押出し機バレルの内壁とポリマー材料との間に摩擦を生じさせるようなせん断力と、の組み合わせ効果の結果として生じる。
【００２４】
典型的には、定量供給区分２１が、再度介在区分を伴って又は伴わずに、スクリューの遷移区分に続き、定量供給区分は、典型的にはダイス２２又はある他の形の絞りオリフィスである押出し機の下流端を通して可塑化された材料を押出し物としてポンピングする機能を果たす。定量供給区分は一定のチャンネル深さを有する。
【００２５】
時には、押出し機スクリューはその圧縮比の点から述べられる。圧縮比はチャンネル深さに関連する。これの極めて簡単で便利な計測対象は、遷移区分の上流端での最初の巻回体におけるチャンネルの深さを、遷移区分の最後の下流側巻回体におけるチャンネルの深さで割った値に等しいチャンネル深さ比である。１又はそれ以上の遷移区分を有する押出し機スクリューは１又はそれ以上の圧縮比を有することができる。チャンネル深さがスクリューの下流方向で一層浅くなる遷移区分に対しては、圧縮比は１よりも大きい。チャンネル深さがスクリューの下流方向で一層深くなる遷移区分に対しては、圧縮比は１よりも小さい。
【００２６】
低かさ密度のポリカーボネート材料を処理するための好ましい押出し機は通気(vented)押出し機である。通気押出し機は押出し機バレル２３内に１又はそれ以上の開口（通気ポート）を備え、この開口を通って揮発物が逃げる。従って、通気押出し機は連続的な方法で押出し物から揮発物を抽出することができる。揮発物の抽出の代わりに、添加物、フィラー、反応性成分等のある成分をポリマーに付加するために通気ポートを使用することができる。
【００２７】
通気押出し機を悩ませる主要な問題の１つは通気流れである。これは、揮発物が通気ポートを通って逃げるのみならず、ある量のポリマーも逃げるような状況である。従って、通気ポート（抽出区分）下のポリマー内に正圧が生じないような方法で、押出し機スクリューを設計しなければならない。これは、特に揮発防止押出しのために設計された２段通気押出し機スクリューの開発をもたらした。これは、一方が他方に続く２つのスクリューとみなすことができる。
【００２８】
典型的には、２段通気押出し機スクリューは、介在区分を伴って又は伴わずに、送り区分１６と、第１の遷移区分１９と、第１の定量供給区分２１とを含む第１段即ち後段を有する。第２段即ち前段は、介在区分を伴って又は伴わずに、第２の遷移区分２４及び第２の定量供給区分２５を含む。２つの段は、時として非圧縮区分即ち通気区分２６と呼ばれる深いチャンネルを備えた区分により分離される。非圧縮区分のチャンネル深さは第１の定量供給区分のチャンネル深さよりも少なくとも２倍大きく、好ましくは少なくとも２．５倍、一層好ましくは少なくとも３倍、更に一層好ましくは少なくとも３．５倍、更に一層好ましくは少なくとも４倍、更に一層好ましくは少なくとも４．５倍、更に一層好ましくは少なくとも５倍、第１の定量供給区分のチャンネル深さよりも大きい。
【００２９】
可塑化前に一層高いかさ密度材料に匹敵する開始体積を有する一層低いかさ密度のポリマー材料は溶融されたときに一層小さな体積となる。低かさ密度のポリマー材料の押出し中、従来の押出し機においては、ホッパから送られる固体及びスクリューの送り区分内で搬送される固体の量は、しばしば、可塑化中に材料が圧縮されるときに、スクリューを適正に満たすのに不十分となり、しばしば、スクリューの供給不足を生じさせてしまう。
【００３０】
本発明においては、好ましくは、低かさ密度ポリカーボネート材料からなる熱可塑性材料は一定レベルのホッパから送りのど部を通して押出し機内へ流入し、重力でスクリュー送り区分のチャンネル内へ流入する。この場合、押出し機は氾濫供給(flood fed) されると言うことができ、スクリューはその中へ落下するのと同じ量の樹脂を使用する。随意として、ホッパを空にすることができ、低かさ密度のポリカーボネートからなる熱可塑性材料は、落下の度に持ち去られるように、ホッパを通り、送りのど部を通り、スクリューのチャンネル内へ落下することができる。この場合、押出し機は飢餓供給(starve ded)されると言うことができる。
【００３１】
ある低かさ密度ポリマー材料は極めて弱い流れ特性を有し、押出し機内への定常流れを保証するために付加的な装置を必要とすることがある。時には、これは、任意のブリッジ即ち架橋物（ポリマー材料の流れを停止させるような送りのど部内での過熱樹脂の形成）をその形成直後に逸脱させるためにホッパに取り付けられた振動パッドとすることができる。ある場合は、材料又はホッパ壁からのふき取り材料との組み合わせを混合するために撹拌器を使用する。時には、取り扱いが困難な低かさ密度材料のために予備送り器を使用する。しばしば、低かさ密度材料は空気を捕捉する傾向を有する。空気が送りホッパを通って逃げることができない場合は、空気はポリマー材料と一緒に運ばれ、最終的にはダイスの出口に至る。この空気捕捉問題を克服する１つの解決策は真空送りホッパを使用することである。別の解決策は通気押出し機を使用することである。
【００３２】
ホッパのデザインに関する重要なかさ材料特性は１９９０年発行のシー・ロウエンダール(C. Rauwendaal) 著の「ポリマー押出し」(Polymer Extrusion) の１６８−１７０頁に記載されたような内部摩擦の角度である。典型的には、送りホッパは円筒状の頂区分と、底部での切頭円錐区分とを有する。好ましくは、時として円錐角２７と呼ばれる、水平に対するホッパの側壁の角度は、内部摩擦の角度よりも大きくすべきである。ポリマー材料が極めて大きな内部摩擦角度を有する場合は、実質的にすべての従来のホッパにおいてポリマー材料は架橋してしまう。円錐角はバレルの水平面からホッパの円錐形状の側部まで測った内包角度である。低かさ密度のポリマー材料の流れを改善するため、本発明における円錐角度は少なくとも３０゜、好ましくは少なくとも３５゜、一層好ましくは少なくとも４０゜、最も好ましくは少なくとも４５゜とする。低かさ密度のポリマー材料の流れを改善するためには、円錐角は８０゜よりも小さく、好ましくは７０゜よりも小さく、一層好ましくは６０゜よりも小さく、もっとも好ましくは５０゜よりも小さい。
【００３３】
好ましくは、送りのど部はバレルの壁内で切断加工されるか又は主バレルの後部のすぐ近くの別個のスチールケーシング内に含まれる。この開口は任意の形状とすることができ、好ましくは正方形、円形であり、一層好ましくは矩形又は楕円形である。開口が矩形又は楕円形である場合、これは、そのアスペクト比又はその幅に対するその長さの比（ここで、長さはバレルの長さに平行な方向におけるものであり、幅はバレルの長さに対して垂直な方向におけるものである）により表すことができる。本発明においては、送りのど部開口の幅はバレル２８の内径（Ｄ）の少なくとも１倍（１Ｄ）であり、好ましくは少なくとも１．２５Ｄであり、一層好ましくは１．５Ｄであり、更に一層好ましくは１．７５Ｄであり、最も好ましくは２Ｄである。
【００３４】
低かさ密度材料の体積当りの減少した立体を補償するためには、送りのど部開口が１より大きく、好ましくは１．１より大きく、一層好ましくは１．２より大きく、更に一層好ましくは１．３より大きく、更に一層好ましくは１．４より大きく、最も好ましくは１．５より大きいアスペクト比を有することが有利であることが判明した。低かさ密度材料の体積当りの減少した立体を補償するためには、送りのど部開口が４より小さく、好ましくは３．５より小さく、一層好ましくは３より小さく、更に一層好ましくは２．５より小さく、最も好ましくは２より小さいアスペクト比を有することが有利であることが判明した。
【００３５】
ポリマー材料が押出し機内で可塑化される場合、可塑化機構はバレルの内壁との材料の摩擦接触を得るために材料をコンパクティングすることを含む。高かさ密度の材料は一層低かさ密度の材料ほど容易に又はたやすくコンパクティングすることができず、１つの材料のコンパクティングにとって適当な条件は別の材料にとって又は他の材料を含む混合物にとって適当ではない場合がしばしばある。本発明においては、低かさ密度のポリカーボネート材料に対して、比較的深いスクリュールート深さ又は一層大なるスクリューリードとこれとの組み合わせ又は通常使用されるものよりも一層大きな長さとこれとの組み合わせを有する送り区分を使用して、処理中の低かさ密度材料を補償するために送り区分を通る体積スループットを増大させることが好ましいことが判明した。
【００３６】
通常のスクリューにおいて見られるよりも大きな一定ルートチャンネル深さを設けることにより低かさ密度のポリカーボネート材料の取扱中のスループット量を改善するように送り区分を修正することが最も好ましいことが判明した。しかし、深さはスクリューのルート直径部分における金属の強度により制限される。溶融及びポンピングのためのパワーがスクリューの下方へ伝達されねばならないので、金属上の応力は送り区分において最大となり、そして、この区分はスクリューシャフトの最も小径の部分である。
【００３７】
本発明においては、好ましくは、ルートチャンネル深さはスクリュー直径の少なくとも１０％であり、好ましくは少なくとも１２％であり、一層好ましくは少なくとも１４％であり、更に一層好ましくは少なくとも１６％であり、最も好ましくはスクリュー直径の少なくとも１８％である。好ましくは、ルートチャンネル深さはスクリュー直径の３５％よりも小さく、好ましくは３０％よりも小さく、一層好ましくは２５％よりも小さく、更に一層好ましくは２２．５％よりも小さく、最も好ましくはスクリュー直径の２０％よりも小さい。
【００３８】
大半のスクリューは四角ピッチであり、これは、スクリューリードが直径と同じであることを意味し、このようなスクリューは直径に対するスクリューリードの比が１である。本発明においては、押出し機内へもたらされるポリマー材料の体積を更に増大させるために、送り区分における直径に対するスクリューリードの比は１．０よりも大きくし、一層好ましくは１．２５よりも大きくし、更に一層好ましくは１．５よりも大きくし、最も好ましくは１．７５よりも大きくする。更に、直径に対するスクリューリードの好ましい比は３．０よりも小さく、好ましくは２．７５よりも小さく、一層好ましくは２．５よりも小さく、一層好ましくは２．２５よりも小さく、最も好ましくは２．０よりも小さい。
【００３９】
本発明においては、スクリューの送り区分の長さを増大させて、低かさ密度ポリカーボネートの取扱中のスループット量を改善する。送り区分の長さはスクリューの少なくとも４巻回体分、好ましくは５巻回体分、一層好ましくは５．５巻回体分、更に一層好ましくは６巻回体分、最も好ましくは６．５巻回体分とすることができる。スクリューの送り区分は、好ましくは、スクリューの１５巻回体分に等しいか又はこれよりも小さく、一層好ましくは１２巻回体分に等しいか又はこれよりも小さく、一層好ましくは１０巻回体分に等しいか又はこれよりも小さく、更に一層好ましくは８巻回体分に等しいか又はこれよりも小さく、最も好ましくは７巻回体分に等しいか又はこれよりも小さい。
【００４０】
２段スクリューにおいては、各段が遷移区分を有する。好ましくは、第１（１９）及び第２（２４）の遷移区分は送り区分１６から下流側にそれぞれ第１及び第２の段となって順次位置する。非圧縮区分２６は第１及び第２の遷移区分間でスクリュー上に位置する。好ましくは、遷移区分におけるスクリュールート深さは隣接する上流側の区分のスクリュールート深さから隣接する下流側の区分のスクリュールート深さへと漸進的に減少する。２段スクリューにおいては、１つの遷移区分のための圧縮比は他の遷移区分のための圧縮比と同じ又はこれと異ならせることができる。
【００４１】
本発明においては、好ましくは、各遷移区分の圧縮比は少なくとも２：１であり、一層好ましくは少なくとも２．５：１であり、更に一層好ましくは少なくとも３：１であり、更に一層好ましくは少なくとも３．５：１であり、更に一層好ましくは少なくとも４：１であり、更に一層好ましくは少なくとも４：５であり、最も好ましくは少なくとも５：１である。好ましくは、各遷移区分の圧縮比は１５：１よりも小さく、一層好ましくは１３：１よりも小さく、更に一層好ましくは１２：１よりも小さく、一層好ましくは１１：１よりも小さく、最も好ましくは１０：１よりも小さい。
【００４２】
第１遷移区分の長さはスクリューの少なくとも４巻回体分、好ましくは５巻回体分、一層好ましくは５．５巻回体分、更に一層好ましくは６巻回体分、最も好ましくは６．５巻回体分とすることができる。スクリューの第１遷移区分は好ましくはスクリューの１５巻回体分に等しいか又はこれよりも小さく、一層好ましくは１２巻回体分に等しいか又はこれよりも小さく、一層好ましくは１０巻回体分、更に一層好ましくは８巻回体分、最も好ましくは７巻回体分に等しいか又はこれよりも小さい。
【００４３】
第１（１９）及び第２（２４）の遷移区分には、介在区分を伴って又は伴うことなく、第１（２１）及び第２（２５）の定量供給区分がそれぞれ続く。通気押出し機スクリューにおいては、第２段は第１段が非圧縮区分へ届くことを排除しなければならず、従って、第２段の定量供給区域におけるチャンネル深はが第１段の定量供給区域におけるチャンネル深さよりも大きくなければならない。さもなければ、ポリマー材料が通気部に至り、これは時として通気流れと呼ばれる。
【００４４】
本発明においては、第１の定量供給区分のチャンネル深さに対する第２の定量供給区分のチャンネル深さの比は１よりも大きく、好ましくは１．１よりも大きく、一層好ましくは１．１５よりも大きく、更に一層好ましくは１．２よりも大きく、最も好ましくは１．２５よりも大きい。好ましくは、第１の定量供給区分のチャンネル深さに対する第２の定量供給区分のチャンネル深さの比は２よりも小さく、好ましくは１．８よりも小さく、一層好ましくは１．６よりも小さく、更に一層好ましくは１．４よりも小さく、最も好ましくは１．３よりも小さい。
【００４５】
各定量供給区分の長さは少なくとも２巻回体分であり、好ましくは少なくとも３巻回体分であり、一層好ましくは少なくとも３．５巻回体分であり、更に一層好ましくは少なくとも４巻回体分であり、最も好ましくは少なくとも４．５巻回体分である。各定量供給区分の長さは１０巻回体分よりも小さく、好ましくは８巻回体分よりも小さく、一層好ましくは６巻回体分よりも小さく、更に一層好ましくは５．５巻回体分よりも小さく、最も好ましくは５巻回体分よりも小さい。随意として、高抵抗に対しては、溶融ポンプを使用できる。
【００４６】
随意として、本発明の通気押出し機スクリューは混合区分３０を有する。混合区分は周知である。好ましくは、混合区分は分散式の混合素子又はこれと分配式の混合素子との組み合わせを有する。典型的には、分散式の混合素子は、塊又はゲルを破壊する必要がある場合に使用される。分散式の混合区分の例は、いくつか挙げれば、ＵＣ（マドック(Maddock) ）混合区分、エガン(Egan)混合区分、ドレイ(Dray)混合区分及びブリスタ(Blister) リングである。典型的には、分配式の混合素子は、異なるポリマーが粘性物と妥当に緊密に一緒に混合される場合に使用される。本質的には、スクリューチャンネル内での粘度プロフィールのいかなる崩壊もが分配式の混合を生じさせる。分配式の混合区分の例は、いくつか挙げれば、ピン混合区分、ダルメージ(Dulmage) 混合区分、サクストン(Saxton)混合区分、パイナップル混合区分、溝付きスクリューフライト、及び空洞移送混合区分である。１又はそれ以上の混合区分は送り区分から下流側、好ましくは第１の定量供給区分又はこれと第２の定量供給区分との組み合わせから下流側に位置する。
【００４７】
押出し機スクリューの出口端には、時としてダイス２２と呼ばれるスチールブロックが位置し、このブロックは押出し物の最終形状を決定する１又はそれ以上の開口で終端する貫通通路を具備する。ダイスのデザインに応じて、種々の形状を有する製品を製造できる。あるダイスはストランド即ちペレットを製造する。ペレットを作るために２つの方法が使用される。１つの方法においては、直径約３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）のストランドが押出され、普通水槽内での冷却後に、約３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）の長さに切断される。
【００４８】
他の方法においては、ダイスの開口が水面下に位置し、ダイスに殆ど接触する第１の回転ナイフが、ダイスから出る際の溶融物をほぼ球状の部片（時としてビードと呼ばれる）に切断する。他の普通の形状の製品の例は、剛直な壁を備えた直径約１２．７ｍｍ（０．５インチ）以上の材料として実質上定義されるパイプ、厚さ約０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）以下のものとして慣例により定義されるフィルム、厚さ約０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）以上の材料であるシート、及び、テーブルエッジや窓チャンネルや自動車のトリムやテープやロッドやフィラメントの如き特殊形状の押出し物であり、すべての型式の輪郭はプロフィール押出し及び実質上プロフィールとしての製品と呼ばれる。
【００４９】
押出し機スクリュー１８の先端とダイスとの間の領域はヘッド区域３１である。好ましくは、１又はそれ以上のスクリーン３２及び時としてブレーカ板３３と呼ばれる重金属ディスクがこの領域内に位置する。好ましくは、ブレーカ板とダイスとの間に連結部片であるアダプタ３６が位置し、このアダプタを通って押出し物が押出し機バレルからダイスヘ流れる。随意として、単一スクリュー押出し機は、好ましくはブレーカ板とアダプタとの間に位置する溶融ポンプを有する。本発明においては、時として排出圧力と呼ばれるヘッド区域溶融圧力は、好ましくは、スクリーン３５又は好ましくはダイス面３６の近傍のアダプタ内でのその組み合わせのすぐ手前のスクリューの先端で測定される。ヘッド区域圧力がダイス面の近傍で測定される場合は、これは、時としてダイス面圧力と呼ばれる。任意の適当な圧力ゲージを使用できる。
【００５０】
ダイス面圧力の変動はダイスを通る流量に変化を生じさせる。一定の摘出速度において、これは、時としてサージングと呼ばれる押出し物の直径の変動を生じさせる。サージングは製品の望ましくない厚さ変化を生じさせることがあるが、必ずしも圧力変化に直接比例するとは限らない。圧力の増加はいくつかの事由により生じる。これらの事由は、いくつか挙げれば、スクリュー速度の増加、溶融温度の減少、汚染、スループット量の変化又はポリマー材料の粘度の変化である。圧力の減少は、スクリューへの送り量の減少のほか、逆の事由により生じることがある。
【００５１】
本発明においては、ヘッド区域圧力好ましくはダイス面圧力における２０％（平均圧力の上下±１０％）以下の変化が製品の厚さを制御するのに好ましい。１８％（±９％）以下の変化が一層好ましく、１６％（±８％）以下の変化が更に一層好ましく、１４％（±７％）以下の変化が更に一層好ましく、１２％（±６％）以下の変化が更に一層好ましく、１０％（±５％）以下の変化が更に一層好ましく、８％（±４％）以下の変化が更に一層好ましく、６％（±３％）以下の変化が更に一層好ましく、４％（±２％）以下の変化が更に一層好ましく、２％（±１％）以下のダイス面圧力の変化が製品の厚さを制御するのに最も好ましい。
【００５２】
本発明の実践を示すために、好ましい実施の形態の例を以下に述べる。しかし、これらの例はいかなる方法においても本発明の要旨を限定するものではない。例として、ポリカーボネートシートを作るためにブレヤー(Breyer)２段通気単一スクリュー押出し機を使用した。この押出し機は４５゜の内包角度を持つ円形ホッパと、１以上のアスペクト比及びスクリュー直径の１．５倍の長さを有する送りのど部開口とを具備する。スクリューの直径は９０ｍｍとし、長さ／直径（Ｌ／Ｄ）の比は３９：１とした。バレルの型式は水冷の長手方向溝付きのものとした。最大モータパワーを１１０キロワット（ｋＷ）とし、最大スクリュー速度を毎分１３０回転（ｒｐｍ）とした。ダイスの幅は９００ミリメートル（ｍｍ）とした。スクリューの形状は表１に示す。
【００５３】
次のものはバレルの温度設定点である：ホッパで１２０℃、送り区分で３００℃、第１の遷移及び定量供給区分で２９５℃、通気区分で２８０℃、第２遷移区分で２８５℃、及び、ヘッド区域を通ってダイスに至る第２定量供給区分で２９５℃。シートダイス温度は２９５℃に設定した。スクリーンは使用しなかった。通気区分内で０．９２ミリバール（ｍｂａｒ）の真空が達成された。次のものはロール温度設定点である：ロール１は１２０℃とし、ロール２は１２５℃とし、ロール３は１３０℃とした。次のものはロール速度設定点である：ロール１は０．９９３メートル／分（ｍ／ｍｉｎ．）とし、ロール２は１．０１ｍ／ｍｉｎ．とし、ロール３は１．０１４ｍ／ｍｉｎ．とし、ロール４は１．００７ｍ／ｍｉｎ．とした。ロール１とロール２との間のロールギャップは３．７１１ｍｍとし、ロール２とロール３との間のギャップは２．９８１ｍｍとした。測定した押出しシートは８８５ｍｍの幅と３．０５ｍｍの厚さとを有していた。
【００５４】
【表１】
0004402841.tif 000002
実験１−６の組成及び特性は総組成の重量部として後の表２に示す。表２において：「ＰＣ１」は、３ｇ／１０分のＭＦＲを有する未使用のビスフェノールＡポリカーボネートであり、フレーク形状をしており、０．１９ｇ／ｃｍ3の平均かさ密度である。「ＰＣ２」は、３００℃の温度及び１．２ｋｇの付加荷重の状態でＡＳＴＭ  Ｄ  １２３８により決定されたような、１０分当り３グラム（３ｇ／１０分）の溶融物流量（ＭＦＲ）を有する未使用のビスフェノールＡポリカーボネートであり、ペレット形状をしており、０．６７ｇ／ｃｃ3の平均かさ密度を有する。「ＰＣ３」は０．５ｇ／ｃｍ3 の平均かさ密度を持つ（再研削された）リサイクルポリカーボネートシートである。スクリーンパック前にヘッド区域圧力を決定した。
【００５５】
ハンターラブ(Hunterlob) ＣｏｌｏｒＱＵＥＳＴ球形分光測色計により光学試験を行った。この器具は試片の垂直線から８゜の視野角度及び２５ｍｍ直径のポート寸法を有する。硫化バリウムで被覆された１５．２ｃｍ直径の拡散球体により照射を行い、刺激されたＣＩＥ  Ｄ６５スペクトル分布で照射され、試片の赤外加熱を排除するように濾波された。透過率は押出しシートから切除された試片についてＡＳＴＭ  Ｄ  １０００３−６１に従って測定した。試片の寸法は５０ｍｍ×８０ｍｍとした。報告された値は入射光に対する透過率としてＡＳＴＭ  Ｅ  ３０８で定義される総視感透過率である。
【００５６】
黄味指数はＡＳＴＭ  Ｄ  １９２５で定義され、分光測色計により測定された三刺激値から、次の式に従って計算した：
ＹＩ＝［１００（１．２８ＸCIE−１．０６ＺCIE）］／ＹCIE
ポリカーボネート樹脂は１００℃の温度で最低１時間だけホッパドライヤにおいて予備乾燥した。ホッパはポリカーボネート材料を通して窒素をパージする能力を有する。液体着色剤は滴下により直接ホッパ内に加えた。
【００５７】
表２に示す実験結果から、不規則形状の１又はそれ以上の低かさ密度ポリカーボネートからなるポリカーボネート樹脂をシートとして押出しときに、スループット量、圧力変動及び透過率及び黄味指数により決定されるようなシートの質の望ましいバランスが達成させることが分かる。
【００５８】
上述の教示に照らして、本発明を種々の修正及び変形として実施することは当業者の範囲内である。それ故、ここで述べた本発明の種々の実施の形態は特許請求の範囲で規定されたような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更することができることを理解すべきである。
【００５９】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【図１】  押出し機スクリューの概略垂直立面図である。
【図２】  通気押出し機スクリューの概略垂直立面図である。
【図１】
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【図２】
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