(57)【要約】【課題】ポリマーアロイ、ポリマーブレンドまたはポリマーとフィラーとの混合物のうちのいずれかである複合成形材料の粘度低下、熱劣化がなく、微細な発泡セルを有する発泡体を製造することができるようにする。【解決手段】第１押出機Ｅ1 にホッパ５より、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドまたはポリマーとフィラーとの混合物のうちのいずれかである複合成形材料の主原料または副原料を投入して混練・溶融し、サイドフィーダ６より添加剤を添加してニーディングディスク部３において混練・混合して溶融した複合成形材料を製造する。続いて、前記溶融した複合成形材料をポリマー配管８を介して第２押出機Ｅ2 に導入して発泡に適した温度範囲まで冷却する途中で、超臨界流体の不活性ガスを注入口１５より注入して前記溶融した複合成形材料中に含浸させたのち、ダイ１４より押し出して急激な圧力開放を行う。【選択図】図１
2007276321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーアロイ、ポリマーブレンド、ポリマーとフィラーとの混合物のうちのいずれかである複合成形材料からなる発泡体を超臨界流体の不活性ガスを発泡剤に用いて製造する方法において、
第１押出機に前記複合成形材料の主原料および副原料を供給して混練し、溶融後に添加剤を添加して溶融した前記複合成形材料を製造する複合成形材料製造工程と、
前記複合成形材料製造工程に続いて、溶融した前記複合成形材料をポリマー配管を介して第２押出機に導入して発泡に適した温度範囲まで冷却する途中で、前記超臨界流体の不活性ガスを注入して前記不活性ガスを含浸させたのち、ダイより押し出して急激な圧力開放を行う発泡成形工程と、を有することを特徴とするタンデム型押出発泡成形方法。
【請求項２】
ポリマー配管にギヤポンプを介在させ、前記ギヤポンプの吐出量を制御することによって第１押出機における混練度を調節すること、を特徴とする請求項１記載のタンデム型押出発泡成形方法。
【請求項３】
主原料がポリオレフィン系樹脂であり、副原料がエチレンプロピレン系ゴムであり、添加剤が核剤および増粘剤であること、を特徴とする請求項１または２記載のタンデム型押出発泡成形方法。
【請求項４】
主原料がポリブチレンテレフタレートであり、添加剤が核剤および増粘剤であること、を特徴とする請求項１または２記載のタンデム型押出発泡成形方法。
【請求項５】
主原料がポリカーボネートであり、添加剤が核剤であること、を特徴とする請求項１または２記載のタンデム型押出発泡成形方法。
【請求項６】
急激な圧力開放を、減圧速度が０．１〜１５ＧＰａ／ｓｅｃの範囲以内で行うこと、を特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載のタンデム型押出発泡成形方法。
【請求項７】
超臨界流体の不活性ガスは、二酸化炭素または窒素であることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載のタンデム型押出発泡成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドまたはポリマーとフィラーとの混合物のいずれかである複合成形材料の発泡体を製造するための、超臨界流体の不活性ガスを発泡剤とするタンデム型押出発泡成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細発泡セルが均一に分散された発泡体の製造方法として、超臨界流体の不活性ガスを発泡剤とする押出発泡成形方法が注目されている。
【０００３】
特許文献１（特開平８−１１１９０号公報）に開示された押出発泡成形方法は、図３に示すような、上流の超臨界流体注入口１０５を有する第１押出機１０１の吐出口を下流の第２押出機１０３の供給口にスタティックミキサ１０２を介して接続したタンデム型押出発泡成形装置を用いる。
【０００４】
第１押出機１０１において、ホッパ１０４より熱可塑性樹脂を供給して混練・溶融し、超臨界流体注入口１０５より超臨界流体の不活性ガスを注入して含浸させたのち、スタティックミキサ１０２を介して第２押出機１０３へ導入する。そして、第２押出機１０３において、加圧状態を維持したまま樹脂温度を発泡に適した温度に冷却したのち、核生成デバイス１０６により急激な圧力低下を生じさせて多数の気泡核を発生させることによって発泡体を成形する。
【０００５】
特許文献２（特開２００４−２３７７２９号公報）には、図４に示すような、不活性ガス供給口２０５を有する第１押出機２０１の吐出口を、第２押出機２０３の供給部にアダプター２０２を介して接続したタンデム型押出機において、前記不活性ガス供給口２０５に、前記不活性ガスを分散させるための多孔質の分散部材を設けることにより、超臨界流体の不活性ガスを第１押出機２０１の成形材料中に十分に分散させて微細発泡セルを有する発泡体をダイ２０６より押し出すことができるタンデム型押出機が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１１１９０号公報
【特許文献２】特開２００４−２３７７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術は、超臨界流体の不活性ガスを上流側の第１押出機から注入するので、溶融樹脂の粘度低下を起こすとともに滞留時間も長くなってしまい、ガス抜けが発生する。その結果、下流側の第２押出機の発泡制御工程において、発泡セルの成長を抑制することが困難であるため、発泡セル径が大きくなり過ぎる。
【０００７】
また、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドまたはポリマーとフィラーとの混合物のうちのいずれかである複合成形材料のペレットの製造工程と発泡体の成形工程とが別工程であるため、溶融過程が二度になる。その結果、溶融樹脂の粘度が低下して発泡セルの形状保持力が弱くなり、破泡しやすくなる。
【０００８】
本発明は、上記従来の技術の有する課題に鑑みてなされたものであって、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドまたはポリマーとフィラーとの混合物のうちのいずれかである複合成形材料の粘度低下、熱劣化がなく、微細な発泡セルを有する発泡体を製造することができるタンデム型押出発泡成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るタンデム型押出発泡成形方法は、ポリマーアロイ、ポリマーブレンド、ポリマーとフィラーとの混合物のうちのいずれかである複合成形材料からなる発泡体を超臨界流体の不活性ガスを発泡剤に用いて製造する方法において、第１押出機に前記複合成形材料の主原料および副原料を供給して混練し、溶融後に添加剤を添加して溶融した前記複合成形材料を製造する複合成形材料製造工程と、前記複合成形材料製造工程に続いて、溶融した前記複合成形材料をポリマー配管を介して第２押出機に導入して発泡に適した温度範囲まで冷却する途中で、前記超臨界流体の不活性ガスを注入して前記不活性ガスを含浸させたのち、ダイより押し出して急激な圧力開放を行う発泡成形工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、ポリマー配管にギヤポンプを介在させ、前記ギヤポンプの吐出量を制御することによって第１押出機における混練度を調節する。
【００１１】
主原料がポリオレフィン系樹脂であり、副原料がエチレンプロピレン系ゴムであり、添加剤が核剤および増粘剤であるものとする。
【００１２】
主原料がポリブチレンテレフタレートであり、添加剤が核剤および増粘剤であるものとする。
【００１３】
主原料がポリカーボネートであり、添加剤が核剤であるものとする。
【００１４】
さらに、急激な圧力開放を、減圧速度が０．１〜１５ＧＰａ／ｓｅｃの範囲以内で行うとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、上述のとおり構成されているので次に記載するような効果を奏する。
【００１６】
上流側の第１押出機では、好適な樹脂圧力および樹脂温度条件を設定して主原料および副原料の異種原料を混練・溶融して、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドまたはポリマーとフィラーとの混合物である複合成形材料を製造し、続いて下流側の第２押出機において超臨界流体を発泡剤とする発泡成形を行う。その結果、異種原料の熱劣化や粘度低下を防止できるとともに、発泡セルが破泡することなく、微細セルを均一に分散した発泡体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
先ず、一実施の形態によるタンデム型発泡押出成形方法の実施に用いる装置について説明する。
【００１８】
タンデム型発泡押出成形装置は、図１に示すように、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドまたはポリマーとフィラーとの混合物のうちのいずれか（以下、「複合成形材料」という。）を製造するための第１押出機Ｅ1 と、ギヤポンプ７を介在させたポリマー配管８により第１押出機Ｅ1 の下流側に接続された、超臨界流体の不活性ガスを発泡剤とする発泡体を製造するための第２押出機Ｅ2を備えている。
【００１９】
第１押出機Ｅ1 は、図示しない外部加熱手段によって加熱されるシリンダ１と、シリンダ１内に回転自在に配設された２本のスクリュ２と、２本のスクリュ２を同方向または逆方向に回転させる回転駆動機構（不図示）を備えている。
【００２０】
２本のスクリュ２は、上流側のフルフライトスクリュ部２ａと下流側のフルフライトスクリュ部２ｂと両者の間に介在されたニーディングディスク部３とを備えている。これに対し、シリンダ１は上流端側に配設されたホッパ５と、スクリュ２のニーディングディスク部３に対応する部位に配設された添加剤を供給するためのサイドフィーダ６と、下流端側に設けられた吐出口４とを有している。
【００２１】
第２押出機Ｅ2 は、図示しない冷却ジャケット等の外部冷却手段を有するシリンダ１１と、シリンダ１１内に回転自在に配設されたスクリュ１２と、スクリュ１２を回転させる回転駆動機構１６と、シリンダ１１の下流端に配設されたダイ１４とを有している。
【００２２】
シリンダ１１は、軸方向中央部に周方向へ互いに間隔をおいて設けられた複数の注入口１５を備え、各注入口１５内には多数のノズル孔１５ａを有するインジェクションキッド（図２に示す）が配設されている。
【００２３】
図２は、インジェクションキッドの部分を拡大して示す模式部分断面図である。インジェクションキッドは、シリンダ１１の内壁面に開口する多数のノズル孔１５ａを有し、多数のノズル孔１５ａを介してシリンダ１１内に超臨界流体の不活性ガスを分散して注入できるように構成されている。
【００２４】
スクリュ１２は、多条フライト部１３と、多条フライト部１３の上流側に隣接して配設されたシールリング１７と、シールリング１７の上流側のフルフライト部１２ｂとからなる。多条フライト部１３は、インジェクションキッドが配設された注入口１５に対応する部位の多条フルフライト部１３ａと、多条フルフライト部１３ａの下流側の多条切り欠きフライト部１３ｂとからなる。多条フルフライト部１３ａは連続して形成され、シリンダ内壁とのクリアランスを小さくし、インジェクションキッドからの注入不活性ガスを細かく分断し、溶融樹脂中に良好に混合させている。
【００２５】
インジェクションキッドが配設された各注入口１５には、流量調整弁２４、開閉弁２３、流量計２２等が介在された供給管路２５を介して超臨界流体発生装置２０が接続されている。
【００２６】
そして、第１押出機Ｅ1 の吐出口４がポリマー配管８の上流端に接続されている。
【００２７】
超臨界流体発生装置２０は、ボンベ２１に貯留された二酸化炭素や窒素等の不活性ガスを臨界圧力以上および臨界温度以上にして超臨界流体を生成することができるものであれば、その種類は問わない。因みに、二酸化酸素（ＣＯ2 ）では、臨界温度３１．１℃、臨界圧力７．３８ＭＰａ以上で超臨界流体となる。窒素（Ｎ2 ）では、臨界温度−１４７℃、臨界圧力３．４ＭＰａ以上で超臨界流体となる。
【００２８】
フルフライト部１２ｂのスクリュ径は、第１押出機Ｅ1 のフルフライト部のスクリュ径の１．３〜３．５倍の範囲以内に設定する。また、第２押出機Ｅ2 のスクリュ回転数を、第１押出機Ｅ1 のスクリュ回転数の１／５〜１／２０の範囲以内に設定する。これにより、溶融複合成形材料が深溝のスクリュフライト間を低回転でゆっくり移送され、せん断発熱を極力押えた状態で滞留時間を長くして、外部冷却手段により発泡に適した温度範囲に冷却される。
【００２９】
第１押出機Ｅ1 において、ホッパ５より投入されたポリマーアロイ、ポリマーブレンドまたはポリマーとフィラーの混合物用の主原料および副原料は、上流側のフルフライトスクリュ部２ａにより下流側へ移送される間に、外部加熱手段による外部加熱とせん断発熱とによって混練・溶融され、サイドフィーダ６によって添加された核剤や増粘剤等の添加物とニーディングディスク部３によってさらに混練・混合されたのち、下流側のフルフライトスクリュ部２ｂによって吐出口４へ移送されてポリマー配管８へ吐出される。
【００３０】
第１押出機Ｅ1 において、スクリュ回転速度およびギヤポンプ７を制御することによって溶融複合成形材料の圧力を調整し、第２押出機Ｅ2 への溶融複合成形材料の吐出量を制御する。
【００３１】
なお、上述したギヤポンプ７の代わりに、ゲートバルブやスロットバルブ等の混練度調節手段を用いて溶融複合成形材料の第２押出機Ｅ2 に向かう吐出量を制御してもよい。
【００３２】
また、第１押出機Ｅ1 の下流端部位（吐出口）に未溶融物を除去するためのブレーカプレートを装着するとよい。
【００３３】
続いて、一実施の形態によるタンデム型押出発泡成形方法について説明する。
【００３４】
（１）第１押出機Ｅ1 の２本のスクリュを回転させた状態で、ポリマーアロイ、ポリマーブレンド、ポリマーとフィラーとの混合物用の主原料および副原料を投入し、回転する２本のスクリュ２によって下流側へ移送される間に外部加熱とせん断発熱とによって混練・溶融する。
【００３５】
（２）上記（１）の工程ののち、サイドフィーダ６を介して添加された核剤・増粘剤等の添加剤が混合・分散されて溶融したポリマーアロイ、ポリマーブレンドまたはポリマーとフィラーとの混合物（以下、「溶融複合成形材料」という。）が製造される。
【００３６】
本工程において混練・溶融の効果を高めるために、２本のスクリュの回転速度およびギヤポンプ７による溶融複合成形材料の圧力制御および押出量制御を行う。
【００３７】
（３）上記（２）の工程ののち、ポリマー配管８に介在されたギヤポンプ７により溶融複合成形材料が第２押出機Ｅ2 へ導入される。
【００３８】
（４）上記（３）の工程ののち、第２押出機Ｅ2 において、溶融複合成形材料は外部冷却手段による外部冷却によって発泡に適した設定温度まで冷却される。また、注入口１５のノズル孔１５ａを介して注入された超臨界流体の不活性ガスは、溶融複合成形材料中にくまなく分散した状態で含浸される。
【００３９】
図２に示した各注入口１５に配設されるインジェクションキッドは、直径が０．２〜０．４ｍｍのノズル孔１５ａを１００〜２００個配列したものとする。各注入口１５に配設されたインジェクションキッド全体でのノズル孔１５ａの数は４００〜８００個が好ましい。直径が０．２ｍｍ未満の小さいノズル孔１５ａは加工が困難である。逆に直径が０．４ｍｍより大きいと噴射する超臨界流体の不活性ガス量が多くなりすぎてセル径が大きくなってしまう。
【００４０】
（５）上記（４）の工程ののち、超臨界流体の不活性ガスが分散・含浸された溶融複合成形材料は、ダイ１４の吐出側において入口側の高圧力から急激に圧力開放が行われる。その結果、含浸された超臨界流体の不活性ガスが気泡へと成長し、微細発泡成形体として押し出される。
【００４１】
本発明において、溶融複合成形材料のダイ出口近傍での温度は、結晶性樹脂では融点＋２〜９０℃の範囲以内、非結晶性樹脂ではガラス転移温度＋８０〜２２０℃の範囲以内が好適である。
【００４２】
さらに、ダイにおける急激な圧力開放時の減圧速度は０．１〜１５ＧＰａ／ｓｅｃの範囲以内が好ましく、さらに好ましくは、０．３〜１０ＧＰａ／ｓｅｃの範囲以内にするとよい。
【００４３】
減圧速度が０．１ＧＰａ／ｓｅｃより小さい場合は、熱力学的不安定状態が弱く発泡セルの生成が少なくなりセル密度が小さくなる。逆に、１５ＧＰａ／ｓｅｃより大きいとセル核ができすぎて周辺同士が合一して大きなセルになったり、ガス抜けして発泡成形品の表層が荒れたり、コルゲーションが強くなる。
【００４４】
本発明において、不活性ガスとしては二酸化炭素、窒素の他にアルゴン、イオン、ヘリウム等を用いる。中でも使用温度および圧力があまり高くなく、溶融樹脂中の浸透性も良好な二酸化炭素、窒素が好ましい。
【００４５】
また、発泡核を多くするには、核剤としてタルク、炭酸カルシウムを用いるとよい。
【００４６】
フィラーとしては、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン等を用いるとよい。
【００４７】
本発明において、複合成形材料は、主原料としてのポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン）と副原料としてのエチレンプロピレン系ゴム（ＥＰＤＭ）を８０：２０の比率で１００重量部、添加剤として、核剤であるタルク５重量部および増粘剤を１重量部とすることができる。
【００４８】
また、複合成形材料は、主原料としてのポリカーボネートと核剤であるタルクを５重量部とすることができる。
【実施例１】
【００４９】
上流側の第１押出機に二軸スクリュ押出機〔日本製鋼所製  ＴＥＸ４４  Ｌ／Ｄ：４５．５ＢＷ（Ｇ／Ｐ付き）〕、下流側の第２押出機に単軸スクリュ押出機〔日本製鋼所製  Ｐ９０−３６ＡＷ  Ｌ／Ｄ：３６〕を用いた。
【００５０】
第１押出機のホッパにポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を投入し、上流側のフルフライトスクリュ部で混練・溶融したのち、ニーディングディスク部でサイドフィーダによって核剤５重量部を添加し、下流側のフルフライトスクリュ部にて溶融樹脂と混合する。続いて、ギヤポンプを制御して第１押出機の混練度を調整して前記核剤を均一に分散させた溶融ポリマーブレンドをポリマー配管を介して第２押出機へ吐出する。
【００５１】
第２押出機は、１０〜２５ＲＰＭの低速回転で発熱を押えながら、溶融ポリマーブレンドを深溝のフルフライト部にて下流へ向けて移送させる間にさらに混合・分散を高める。
【００５２】
第２押出機は、超臨界流体の不活性ガスを注入するための複数の注入口を有し、注入口に対応する浅溝の多条フルフライト部の上流側にシールリングが配設されている。
【００５３】
実施例１においては、シリンダとフライト頂部とのクリアランスを０．１０〜０．２０ｍｍとし、溶融ポリマーブレンドを薄く伸ばしながらシリンダの周方向４箇所に設けた注入口より注入された超臨界流体の窒素（Ｎ2 ）０．１重量％を１５ＭＰａの溶融ポリマーブレンド中に３０ＭＰａの圧力で注入し、前記クリアランスで薄く引き延ばされた溶融ポリマーブレンド中に含浸させる。
【００５４】
ついで、下流側の多条切り欠きフライト部で混合した超臨界流体を分散させてＴダイへ向けて移送する。
【００５５】
Ｔダイ内の溶融樹脂圧力は１７．５ＭＰａ、溶融樹脂温度は２３０℃を計測した。
【００５６】
幅６００ｍｍ、リップ隙間０．５ｍｍのＴダイより発泡体シートを押出発泡成形する。
【００５７】
なお、実施例２〜５は、上記実施例１に対して溶融樹脂圧力、温度、窒素、核剤の量を変えて発泡体シートを押出発泡成形したものである。
【００５８】
また、比較例１〜５は、ポリマーブレンドのペレットを単軸スクリュ押出機〔日本製鋼所製、Ｐ９０−３６ＡＷ押出機〕にて、実施例１〜５の下流側の第２押出機と同条件で発泡体シートを押出発泡成形したものである。
【００５９】
表１に成形条件および得られた発泡体シートの品質を示す。
【００６０】
【表１】
2007276321.tif 000003
【００６１】
得られた結果から、実施例１〜５では、ポリマーブレンドが発泡に適しており、伸張粘度が高く、溶融粘度も落ちることが無い。このため発泡体としては、幅５４０〜６００ｍｍ、厚さ０．８〜１．１ｍｍ、セル密度１０10〜１０8 個/ｃｍ3 、平均セル径５．０〜９．７μｍ、発泡倍率２．１〜２．３倍で表面が良好な発泡体シートができる。なお、シート幅と厚さは巻き取り速度が速いほど狭く、薄くなる。
【００６２】
比較例１〜５では熱履歴が長く伸張粘度が下がったことから、平均セル径が１２μｍ以上有り、微細発泡シートとならなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】一実施の形態によるタンデム型発泡押出成形装置の説明図である。
【図２】インジェクションキッドの一例を示す模式断面図である。
【図３】一従来例のタンデム型発泡押出成形装置の説明図である。
【図４】他の従来例のタンデム型発泡押出成形装置の説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
Ｅ1     第１押出機
Ｅ2     第２押出機
１、１１    シリンダ
２、１２    スクリュ
２ａ、２ｂ    フルフライトスクリュ部
３    ニーディングディスク部
４    吐出口
５    ホッパ
６    サイドフィーダ
７    ギヤポンプ
８    ポリマー配管
１３    多条フライト部
１４    ダイ
１５    注入口
１５ａ    ノズル孔
１６    回転駆動機構
１７    シールリング
２０    超臨界流体発生装置
２１    ボンベ
２２    流量計
２３    開閉弁
２４    流量調整弁
２５    供給管路
【図１】
2007276321.tif 000004
【図２】
2007276321.tif 000005
【図３】
2007276321.tif 000006
【図４】
2007276321.tif 000007