(57)【要約】【課題】  本発明は、熱可塑性樹脂を押出機により溶融させ、、該溶融された熱可塑性樹脂を金型に通過させ、金型出口より熱可塑性樹脂を押し出し、且つ、発泡させることにより、連続的に発泡成形体を成形する発泡成形体の製造方法において、従来発泡成形に適していない樹脂を発泡成形したり、発泡成形に使われていた樹脂についても発泡倍率をあげたり品質を向上することを課題とするものである。【解決手段】  前記押出機にて溶融された熱可塑性樹脂を二重管形もしくは多管形の熱交換型スタティックミキサーに導入し、該熱交換型スタティックミキサーを通過させた熱可塑性樹脂を金型出口から連続的に押し出し、発泡成形体を成形することを特徴とする発泡成形体の製造方法とする。【選択図】図１
2007230124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を押出機により溶融させ、、該溶融された熱可塑性樹脂を金型に通過させ、金型出口より熱可塑性樹脂を押し出し、且つ、発泡させることにより、連続的に発泡成形体を成形する発泡成形体の製造方法において、
前記押出機にて溶融された熱可塑性樹脂を二重管形もしくは多管形の熱交換型スタティックミキサーに導入し、該熱交換型スタティックミキサーを通過させた熱可塑性樹脂を金型出口から連続的に押し出し、発泡成形体を成形することを特徴とする発泡成形体の製造方法。
【請求項２】
前記押出機と前記二重管形もしくは多管形の熱交換スタティックミキサーの間にギアポンプを設け、押出機にて押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂がギアポンプを通過したあと、該熱交換スタティックミキサーに導入されることを特徴とする発泡成形方法。
【請求項３】
前記二重管系の熱交換型スタティックミキサーが、樹脂を通過させる管の内径をＤ、該管の長さをＬとしたときのＬ／Ｄが５から１００であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発泡体の製造方法。
【請求項４】
前記多管形の熱交換型スタティックミキサーが、樹脂を通過させる管の内径をＤ、該管の長さをＬとしたときのＬ／Ｄが３から７０であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発泡体の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４記載の発泡体の製造方法を用いて、熱可塑性樹脂を発泡、成形したことを特徴とする発泡成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建材、産業資材等の分野に用いられる発泡成形体の製造方法に関する、特に、  熱可塑性樹脂を押出機により溶融、混練し、該溶融、混練された熱可塑性樹脂を金型に通過させ、金型出口より樹脂を押し出すことにより、連続的に発泡成形体を成形する発泡成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂を発泡させ、連続的に発泡成形体を得る方法としては押出機に樹脂を分解型発泡剤と一緒に投入し、押出機内で分解、分散させこれを金型から押し出すいわゆる化学発泡法や、押出機内で樹脂を溶融した後、常温常圧下で気化する液化ガスを注入し押出機内で分散させた後金型より押し出すいわゆる物理発泡法が主に用いられる（例えば、特許文献１）。いずれの場合も発泡剤は金型から出るまでは液化した状態で微細且つ均質に分散されている必要があり、さらに化学発泡の場合は発泡剤が十分に分解している必要がある。まず金型内で発泡剤が気化しないためには金型内では圧力を保つ必要があるが、溶融粘度の低い樹脂では金型内の圧力が低いため発泡剤が気化しやすく金型内部で発泡が始まってしまうため良好な発泡成形は行えない。
【０００３】
また、金型内発泡をしなくても溶融粘度や溶融張力が低いと金型から樹脂が出て、常圧下で発泡が進むときに気泡セルが破れ連泡してしまうため高発泡成形ができなかったり機械強度が得られなかったりする問題が発生する。従って、従来は発泡成形に適した溶融粘度の高い樹脂を選定する、必要に応じて樹脂を架橋させたり高分子成分を混ぜる、溶融張力を高める効果をもつ添加剤を利用するなどの方法をとらざるを得ないことにより使用する樹脂に制約ができたり、目標の発泡倍率まで発泡倍率をあげられなかったりする問題があった。さらに得られた成形品も架橋や添加剤によりリサイクル性が悪くなったり、コストが高くなったりするといった問題もあった。
【０００４】
また成形条件としては熱可塑性樹脂の低温ほど溶融粘度が高くなる性質により比較的低温押出になることを目標に条件設定をすることが多いが、押出機の設定温度を下げても逆に剪断発熱が増えることで樹脂温が下がらなかったり、化学発泡剤の分解不良が生じたり、樹脂の溶融地点が遅れることで発泡剤の分散不良が起こるなど問題も多かった。
【特許文献１】特開平１０−１４６８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は従来発泡成形に適していない樹脂を発泡成形したり、発泡成形に使われていた樹脂についても発泡倍率をあげたり品質を向上することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するためには十分に微細且つ均質に発泡剤が分散している状態を維持したまま樹脂の温度を下げることで溶融粘度と溶融張力を高めることが非常に有効である。温度設定やスクリューデザイン設定などの変更で押出機内の樹脂温度分布を下げると押出機内の溶融終了地点が金型側に移動するため分散が悪くなるほか、化学発泡剤については分解不良の原因にもなる。このために樹脂の温度を下げるためにはまず押出機で十分な反応と分散をした樹脂とすることが必要である。
【０００７】
本発明においては、樹脂に十分な熱量を与えて効率的に且つ均質に発泡剤を分散させる為の押出機に続いて、樹脂を発泡押出に適した品質に均質性を保ったまま冷却する二重管形もしくは多管形の熱交換型スタティックミキサーを設置することで上記課題を解決した。
【０００８】
以上より、請求項１にかかる発明は、熱可塑性樹脂を押出機により溶融させ、、該溶融された熱可塑性樹脂を金型に通過させ、金型出口より熱可塑性樹脂を押し出し、且つ、発泡させることにより、連続的に発泡成形体を成形する発泡成形体の製造方法において、前記押出機にて溶融された熱可塑性樹脂を二重管形もしくは多管形の熱交換型スタティックミキサーに導入し、該熱交換型スタティックミキサーを通過させた熱可塑性樹脂を金型出口から連続的に押し出し、発泡成形体を成形することを特徴とする発泡成形体の製造方法とした。
【０００９】
また、請求項２にかかる発明は、前記押出機と前記二重管形もしくは多管形の熱交換スタティックミキサーの間にギアポンプを設け、押出機にて押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂がギアポンプを通過したあと、該熱交換スタティックミキサーに導入されることを特徴とする発泡成形方法とした。
【００１０】
また、請求項３にかかる発明は、前記二重管系の熱交換型スタティックミキサーが、樹脂を通過させる管の内径をＤ、該管の長さをＬとしたときのＬ／Ｄが５から１００であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発泡体の製造方法とした。
【００１１】
また、請求項４にかかる発明は、前記多管形の熱交換型スタティックミキサーが、樹脂を通過させる管の内径をＤ、該管の長さをＬとしたときのＬ／Ｄが３から７０であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発泡体の製造方法とした。
【００１２】
また、請求項５にかかる発明は、請求項１から請求項４記載の発泡体の製造方法を用いて、熱可塑性樹脂を発泡、成形したことを特徴とする発泡成形体。とした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては二重管形もしくは多管形の熱交換型スタティックミキサーを使用することにより均質で安定した発泡体を成形することが可能になった。特に、化学発泡において発泡剤の分解が十分に行えないような温度領域での押し出しが適切である樹脂の成形においても押出機で十分に発泡剤を分解させた後、目標の温度域まで均質な温度分布や良好な分散性を保ったまま冷却できるため例えばポリエステル系の樹脂などこれまで溶融粘度の低さから発泡成形に適さなかった熱可塑性樹脂まで良好な発泡成形が可能になった。
【００１４】
また、ポリプロピレンなどの押し出しにおいてもより均質な状態で低温押し出しが可能なため、特に発泡用に架橋したり高分子量成分を混入したり溶融張力を高めるタイプの添加剤を添加するなど既存の手法を使わなくても良好な発泡体を作ることが可能になった。また、分散性向上により気泡の大きさが小さくなることや独立気泡率の上昇より機械物性の上昇などにも寄与する。
【００１５】
また、発泡に適した温度で押出を行うために押出機の回転数を落とさざるを得ず生産性を悪化させているといったことも解決できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は従来発泡成形に適していない樹脂を発泡成形したり、発泡成形に使われていた樹脂についても発泡倍率をあげたり品質を向上することを課題とするものであり、本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、特に限定されるものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレンといったポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ乳酸等から適宜選択が可能である。これらは、単独で用いても良いし、ブレンド、共重合体として用いても良い。
【００１７】
また、熱可塑性樹脂は必要に応じて熱安定剤、酸中和剤、紫外線吸収剤、光安定剤、顔料、染料などの着色剤、充填剤、帯電防止剤、滑剤、造核剤、難燃剤、ブロッキング防止剤等を添加することもできる。
【００１８】
これらの添加剤のうち、熱安定剤としてはヒンダードフェノール系、硫黄系、リン系等、紫外線吸収剤としてはベンゾトリアゾール系、ベンゾエート系、ベンゾフェノン系、トリアジン系等、光安定剤としてはヒンダードアミン系等、難燃剤としてはハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、塩素系難燃剤等、充填剤としては炭酸カルシウム、シリカ、硫酸バリウム、酸化亜鉛、アルミナ、タルク、マイカ、珪酸マグネシウム、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウム、ワラストナイト、木粉等があり、これらの添加剤を任意の組み合わせで用いることができる。
【００１９】
特に、熱可塑性樹脂に木粉を木質系充填剤として含ませることにより、良好な木質感を有し、更に、軽量である木質樹脂発泡成形体を得ることができる。これらの木質樹脂発泡成形体は、建築内装材、床材、建具、家電品の表面材等の用途に好適に使用することができる。
【００２０】
このとき、木質系充填材の配合量については、熱可塑性樹脂１００重量部に対し、１０重量部から５００重量部まで適宜選択が可能であるが、成型性や均質性を高めるために、木質系充填材は熱可塑性樹脂１００重量部に対して１０〜２００重量部、より好ましくは１５〜１５０重量部とすることが望ましい。
【００２１】
発泡の手法については公知の手法がいずれも利用できる。一般的には熱分解や化学反応によってガスを発生する化学発泡と、低沸点の液体に熱をかけて気化させる物理発泡に分類できる。熱可塑性樹脂溶融体に分散させる化学発泡剤としては無機系の重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、ホウ化水素ナトリウム、軽金属、アジド化合物等、また、有機系の発泡体としてはアゾ系、ニトロソ系、ヒドラジド系等が任意が使用できる。また、特に３倍を超える高発泡倍率での発泡剤には主に物理発泡が用いられ、発泡体としては炭酸ガスや脂肪族炭化水素が主に用いられる。また、これらの発泡剤は単独で用いても、併用して用いてもよい。例えば、物理発泡剤に発泡成形体のセル形状を整えるため化学発泡剤を併用して用いることができる。
【００２２】
発泡剤や発泡ガスといった発泡成分を熱可塑性樹脂に加え、発泡成形体を得る方法としては、熱可塑性樹脂を押出機に投入する前に熱可塑性樹脂に発泡成分を加える方法と、押出機の前段と後段の中間にて発泡成分を加える方法が用いられる。また、物理発泡の中でも、超臨界状態の発泡成分を注入する超臨界発泡技術も使用できる。
【００２３】
次に、本発明の発泡成形体の製造方法を述べる。本発明において、押出成形の手法や設備についても請求項に記載の範囲内で既知の発泡手法や設備がそのまま使用できる。図１に、本願発明の発泡成形体の製造装置の概略図を示した。原料の熱可塑性樹脂５ａは原料投入口から投入され、押出機１内で熱可塑性樹脂は溶融、混練される。押出機１により溶融、混練された樹脂は、スタティックミキサー３内に導入されるが、このとき、押出機１とスタティックミキサー３の間には必要に応じてギアポンプ２が設けられる。スタティックミキサー３内で熱可塑性樹脂は均質性を保ったまま発泡成形に適した温度まで冷却される。そして、スタティックミキサーを通過し、発泡成形に適した温度まで冷却された熱可塑性樹脂は金型４に導入され、発泡成形され、発泡成形体５ｂとなり連続的に成形される。
【００２４】
本発明に用いられる押出機は、単軸押出機、２軸押出機とも使用可能で、２軸押出機においては同方向、異方向、コニカル、パラレルのいずれの組み合わせでも使用可能である。押出機出口付近で十分な樹脂圧を維持して発泡剤が押出機内で気化することが品質や安定性の点で望ましくないのは既知の発泡手法と同様である。
【００２５】
押出機により溶融、混練された樹脂は、必要に応じギアポンプを通過し、二重管形若しくは多管形の熱交換型スタティックミキサーに導入される。ギアポンプはギアを回転させることによって溶融された樹脂を増圧して押し出すものであるが、公知のものが使用できる。
【００２６】
スタティックミキサーは、静止型混合器とも呼ばれ、管状であり、管内部に樹脂を分割、混合、撹拌するためのエレメントが管内に固定され、設けられている。エレメントは、ねじり羽根部を有するらせん状のものを使用することができる。
【００２７】
本発明ではスタティックミキサーは二重管形もしくは多管形の熱交換型スタティックミキサーが用いられる。これは主に熱交換器として利用されるタイプで、外周管に目標押出温度に近い流体を流すことで温度の均質性を保ちつつ目標の押出温度に近づけていくことが可能である。
【００２８】
図２（ａ）に二重管形の熱交換型スタティックミキサーの説明断面図を、図２（ｂ）に多管形の熱交換型スタティックミキサーの説明断面図を示した。
【００２９】
二重管系の熱交換型スタティックミキサーは、管が二重構造を有しており、ジャケット管１２内に熱可塑性樹脂が通過する伝熱管１１を有している。伝熱管１１は内部に管内で固定されたエレメント１３を有している。また、ジャケット管１２内には一定の温度を有する冷媒１５が通される。溶融状態の熱可塑性樹脂１４は、伝熱管１１内部を通る際に、冷媒との熱交換がおこなわれ、冷却される。
【００３０】
多管系の熱交換型スタティックミキサーはジャケット管１２内に複数の伝熱管１１を有する構造である。
【００３１】
多管系の熱交換型スタティックミキサーは熱交換率に優れるが、管毎の流速にバラツキが出ることがある。二重管形のタイプは多管形に比べて熱交換効率は落ちるものの管ごとの流速のばらつきが出ないため、汎用性が高いといえるが、より長い有効長が必要である。二重管形の熱交換型スタティックミキサー、多管系の熱交換型スタティックミキサー共に、溶融状態の熱可塑性樹脂と冷媒との間での熱交換が速やかにおこなうことができ、スタティックミキサー出口において、熱可塑性樹脂の溶融温度を熱可塑性樹脂の発泡温度に適した温度まで速やかに冷却することが可能となる。
【００３２】
また、二重管形スタティックミキサーの場合、樹脂を通過させる管の内径をＤ、該管の長さをＬとしたときのＬ／Ｄは５倍から１００倍でであることが好ましい。この範囲より長さが短いと、十分な冷却効果が得られず本発明の目的を達成することが難しく、またこの範囲より長さが長いと低温での押出を行うため圧損が大きくなり安定した樹脂の送りを続けることが難しい。
【００３３】
同様に、多管形の熱交換型スタティックミキサーの場合、樹脂を通過させる管の内径をＤ、該管の長さをＬとしたときのＬ／Ｄは３倍から７０倍であることが好ましい。この範囲より長さが短いと、十分な冷却効果が得られず本発明の目的を達成することが難しく、またこの範囲より長さが長いと低温での押出を行うため圧損が大きくなり安定した樹脂の送りを続けることが難しい。
【００３４】
また、温度制御した流体を流すゾーンをいくつかに区切ることで温度勾配をつけることも可能である。また管長が長く押出機側の圧力が高くなりすぎる場合は中間にギアポンプを設置するなど数段にわけて冷却を行ない、圧力を平均化してもかまわない。
【００３５】
押出発泡成形手法についても特に規定するものではない。シート成形や、異形成形、ブロー成形など発泡成形を行える手法について適用できる。金型としては、シート成形の場合、Ｔダイスを用いることができる。これらの設備については、高発泡倍率化による冷却効率の低下や低温押出によるダイ内圧力の増加などによる調整、改善が適宜必要となる。
【００３６】
本願発明では押出機で押し出された高温の熱可塑性樹脂を熱交換型のスタティックミキサーを通過させることにより、発泡に適した温度まで熱可塑性樹脂の温度を低下させる。したがって、押出機に負荷が大きくなるため、増圧能力の少ない押出機やスクリュートルクの小さい押出機においては十分な吐出が得られなかったり、押出そのものが困難であったりすることがあることなどが上げられる。また、滞留時間が長くなり過剰な剪断がかかり発熱や材料劣化などの問題が発生する懸念もある。また、ベントを持つ押出機においては溶融樹脂がベントからあがるいわゆるベントアップなども起こりやすい。このようなときは押出機と熱交換型スタティックミキサーの間にギアポンプを設置することが望ましい。ギアポンプを持ついることにより、熱可塑性樹脂の送り能力を高めることができ、上記のような課題を解決することができる。なお、、押出機において、トルクに余裕があればスクリューデザインで送り能力を高めることでも熱可塑性樹脂の送り能力を高めることは可能である。
【００３７】
本発明の趣旨は従来押出機内での樹脂の溶融、発泡剤の分解、分散や生産能率のアップのために本来押し出したい樹脂温度を大きく超えた温度域で生産を行わざるをえなかったものを本来押出に適した温度に冷却して発泡成形体を生産するためのものであり、この他の成形に関してとりわけ制約が発生するものではない。
【実施例１】
【００３８】
実施例１について示す。実施例１では、押出機出口から順に、ギアポンプ、二重管形の熱交換型スタティックミキサー、Ｔダイスを使用し、シート成形をおこなった。熱可塑性樹脂材料としては、ホモプロピレン（ＭＦＲ＝７、融点１６０℃）９０ｗｔ％とタルク１０ｗｔ％を混合したものを用い、発泡は炭酸ガスによりおこなった。
【００３９】
このとき、使用した押出機のシリンダー径は６５ｍｍであり、シリンダー長Ｌは２３４０ｍｍである（Ｌ／Ｄ＝３６）。使用した二重管形の熱交換スタティックミキサーの伝熱管の内径Ｄは６５ｍｍであり、長さＬは１３００ｍｍである（Ｌ／Ｄ＝２０）。また、冷媒としては、１３０℃のオイルを用いた。
【００４０】
発泡成形体製造時には、押出機出口における樹脂温度は１９０℃、熱交換型スタティックミキサー出口の樹脂温度は１５０℃となるようにし、発泡成形体の製造をおこなった。  得られた発泡成形体は、厚み５ｍｍのシート状の発泡成形体であり、発泡倍率１５倍で独立気泡構造を有する良好な発泡倍率を有する発泡成形体であった。本発明の発泡成形体の製造方法を用いることにより、低温かつ均質な状態で発泡をおこなうことが可能となり、高い発泡倍率を有する発泡成形体を製造することが可能となった。
【実施例２】
【００４１】
実施例２について示す。実施例１では、押出機出口から順に、ギアポンプ、二重管形の熱交換型スタティックミキサー、Ｔダイスを使用し、シート成形をおこなった。熱可塑性樹脂材料としては、ポリ乳酸（レイシアＨ４００（三井化学）／ＭＦＲ＝３、融点１６６℃）９０ｗｔ％とタルク１０ｗｔ％を混合したものを用い、発泡は重炭酸ナトリウムによりおこなった。
【００４２】
このとき、使用した押出機は実施例と同一であり、シリンダー径は６５ｍｍ、シリンダー長Ｌは２３４０ｍｍである（Ｌ／Ｄ＝３６）。使用した二重管形の熱交換スタティックミキサーの伝熱管の内径Ｄは６５ｍｍであり、長さＬは１３００ｍｍである（Ｌ／Ｄ＝２０）。また、冷媒としては、１３０℃のオイルを用いた。
【００４３】
使用した多管形の熱交換スタティックミキサーの伝熱管の本数は５本、伝熱管の内径はＤは２５ｍｍ、長さＬは１０００ｍｍである（Ｌ／Ｄ＝４０）。また、冷媒としては、１１０℃のオイルを用いた。
【００４４】
発泡成形体製造時には、押出機出口における樹脂温度は１７５℃、熱交換型スタティックミキサー出口の樹脂温度は１２０℃となるようにし、発泡成形体の製造をおこなった。  得られた発泡成形体は、厚み５ｍｍのシート状の発泡成形体であり、発泡倍率４．５倍で独立気泡構造を有する良好な発泡倍率を有する発泡成形体であった。本発明の発泡成形体の製造方法を用いることにより、溶融粘度の低い樹脂材料に対しても発泡に適した温度まで冷却し、低温で発泡をおこなうことが可能となり、十分な発泡倍率を有する発泡成形体を製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本願発明の発泡成形体の製造装置の概略図である。
【図２】（ａ）は二重管形の熱交換型スタティックミキサーの説明断面図、図２（ｂ）は多管形の熱交換型スタティックミキサーの説明断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  押出機
２  ギアポンプ
３  熱交換型スタティックミキサー
４  金型
５ａ  熱可塑性樹脂
５ｂ  発泡成形体（熱可塑性樹脂）
１１  伝熱管
１２  ジャケット管
１３  エレメント
１４  熱可塑性樹脂
１５  冷媒
【図１】
2007230124.tif 000003
【図２】
2007230124.tif 000004