(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベント開口部が形成されたベントインサート付押出機を用いた押出方法において、押出機が二軸同方向回転押出機であり、ベントインサートのベント開口部が、押出機の後端側から見て、スクリュの回転方向とは反対側に位置し、かつベントインサートのベント開口部の平面面積をＡ、スクリュ直径をｄ、ベントインサート内にベント開口部が開口した上部空間を形成するえぐり部におけるえぐり高さをｈとした時に、Ａ／ｄ2＝０．３〜２、ｈ／ｄ＝０．０５〜０．５で、しかもベントインサートのえぐり部における押え角度θが１０〜８０度であることを特徴とするベントインサート付押出機を用いた押出方法。
【請求項２】
ベントインサートのベント開口部が半径Ｒの円弧状コーナー部を有していると共に、ベントインサートのえぐり部の押出機の先端側が半径ｒの円弧状につぼめられており、しかもＲ／ｄ＝０．０１〜０．５とｒ／ｄ＝０．０５〜０．５との少なくともいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１に記載の押出方法。
【請求項３】
ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート、シンジオタクティクポリスチレン、ポリオレフィン架橋物、スチレン・ブタジエンブロック共重合体、水素添加スチレン・ブタジエンブロック共重合体、スチレン・イソプレンブロック共重合体から選ばれる１種以上の樹脂を押し出すことを特徴とする請求項１または２に記載の押出方法。
【請求項４】
ポリスチレン系樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリアミド系樹脂から選ばれる１種以上の樹脂を押し出すことを特徴とする請求項１または２に記載の押出方法。
【請求項５】
ベントインサート部分より上流部で添加物をサイドフィードしながら行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の押出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベント開口部が形成されたベントインサート付押出機に関する。さらに詳しくは、ベントインサート内のスクリュ開放部で樹脂がスクリュからはがれて盛り上がってくることによるベントアップを防止し、揮発分を除去しつつ高生産性で混練・押し出し運転することができる、特に二軸同方向回転のベントインサート付押出機を用いた押出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、押出機による溶融・混練については、ベントアップなしに揮発分を除去でき、かつ高生産性が得られることが求められている。しかし、ベント開口部では、スクリュに巻き付いていた樹脂がはがれてベントアップしやすいため、生産レートを落として生産する場合も多い。そのため、ベントアップなしに揮発分を除去できるようにし、高レートでの生産が可能なベントインサート付押出機が求められている。
【０００３】
従来、ベントアップ防止に関する技術として、下記の２つが知られている。
【０００４】
（１）株式会社日本製鋼所の技術資料には、ベント開口部位置は押出機の後端側（メインホッパー側）から押出機の先端側を見てスクリュの回転側に位置し、開口面積が小さく、しかもベントインサート内にベント開口部が開口した上部空間を形成するえぐり部のえぐりが大きなベントインサートがベントアップ防止に効果があることが開示されている。
【０００５】
（２）１９９７年６月発表の「プラスチック成形技術」には、ダイ圧力上昇による完全充満長さが長くなることによるベントアップに関するシミュレーションが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の知見によると、上記（１）に示されるベントインサートは、ある特定の樹脂および運転条件下でベントアップ防止に効果はあるが、必ずしも満足できるレベルではない。
【０００７】
また、上記（２）は、ダイ圧力上昇による完全充満長さが長くなることによるベントアップを開示しているのみで、ベントインサートの形状についての技術開示はない。
【０００８】
本発明は、ベントインサート付押出機による樹脂の混練・押し出しにおいて、樹脂中の揮発分をベントアップなしに除去でき、かつ高生産で混練・押し出しすることができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このために本発明は、ベント開口部が形成されたベントインサート付押出機を用いた押出方法において、押出機が二軸同方向回転押出機であり、ベントインサートのベント開口部が、押出機の後端側から見て、スクリュの回転方向とは反対側に位置し、かつベントインサートのベント開口部の平面面積をＡ、スクリュ直径をｄ、ベントインサート内にベント開口部が開口した上部空間を形成するえぐり部におけるえぐり高さをｈとした時に、Ａ／ｄ2＝０．３〜２、ｈ／ｄ＝０．０５〜０．５で、しかもベントインサートのえぐり部における押え角度θが１０〜８０度であることを特徴とするベントインサート付押出機を用いた押出方法を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１１】
本発明に係るベントインサート付押出機の概略を図１に示す。図１中において、１はメインフィーダー、２はサイドフィーダー、３はベントインサートに形成されたベント開口部、４は液添ノズル、５は液添用タンク、６は液添用ポンプ、７および８はフィーダーである。
【００１２】
本発明で用いる押出機は、二軸同方向回転押出機で、例えばドイツ国ワーナー＆フライドラー社製の「ＺＳＫ」シリーズや東芝機械社製の「ＴＥＭ」シリーズや日本製鋼所社製「ＴＥＸ」シリーズ等を用いることができる。
【００１３】
本発明における押出機は一箇所以上の混練ゾーン（第一混練ゾーン）を有するものであればよく、この混練ゾーンに使われるスクリュパーツは、右向き、左向き、中間のニーディングディスク、逆ネジ、バリスターリング、ミキシングスクリュ（例えばドイツ国ワーナー＆フライドラー社製の「ＳＭＥ」や「ＺＭＥ」等）を１種以上組み合わせて任意に設計することができる。ただし、サイドフィーダー２から樹脂、ガラスファイバー、フィラー等をサイドフィードするときは、サイドフィーダー２とベント開口部３（ベントインサート）の間をシールするために、サイドフィーダー２とベント開口部３（ベントインサート）の間に混練ゾーン（第二混練ゾーン）を設ける必要がある。また、液添ノズル４から液状添加剤を添加する場合にも、その下流側をシールするため、液添ノズル４とベント開口部３（ベントインサート）の間に混練ゾーンを設ける必要がある。
【００１４】
フィーダー７，８としては、定量式フィーダー、ロスインウェイト式フィーダー、ベルト式重量式フィーダーが好ましい。
【００１５】
本発明のベントインサート付押出機においては、図２に示すように、ベントインサート１０に形成されたベント開口部３が、押出機後端側から押出機先端側を見て、スクリュ９ａ，９ｂの回転方向（図２では左回転）とは反対側（図２では右側）であることが必要である。この図２の場合に基づいて説明すると、図中右側のスクリュ９ａに付着した樹脂は、図中左側のスクリュ９ｂとの擦れ合いにより、図中左側のスクリュ９ｂ上に盛り上がることになる。従って、スクリュ９ａ，９ｂの回転方向の側（図２では左側のスクリュ９ｂ上）にベント開口部３が位置していると、この盛り上がる樹脂によってベントアップを生じることになる。これに対して本発明のようにスクリュ９ａ，９ｂの回転方向とは反対側のスクリュ９ａ上にベント開口部３が位置していると、盛り上がった樹脂は、ベントインサート１０内にベント開口部３が開口した上部空間を形成するえぐり部１１の上面に押えられることになり、ベントアップが防止されることになる。
【００１６】
上記位置に位置するベント開口部３の平面面積をＡ、スクリュ９ａ，９ｂの直径をｄとした時にＡ／ｄ2 ＝０．３〜２であることが必要である。Ａ／ｄ2 が０．３未満であると、揮発ガスの流速が上がり、ベントアップを防止しにくくなる。また、Ａ／ｄ2 が２を超えると、バレルが長くなり過ぎて実用的でなくなる。
【００１７】
図３に示すように、ベント開口部３が位置する側とは反対側のスクリュ９ｂの中心を通る垂線上におけるえぐり部１１の深さをえぐり高さｈとしたときに、ｈ／ｄ＝０．０５〜０．５であることが必要である。ｈ／ｄが０．０５未満では、盛り上がってきた樹脂をえぐり部１１の上面で押さえきれずにベントアップしやすくなる。また、ｈ／ｄが０．５を超えると、えぐり部１１への樹脂の滞留時間が長くなり、樹脂の熱劣化による炭化物が異物として製品中に混入しやすくなる。また、図５におけるえぐり部１１の深さｈは押出機後端側から先端側へ均一であるが、ｈ／ｄが０．０５〜０．５の範囲であれば、えぐり部１１の深さｈは押出機後端側から先端側へ次第に小さくなってもよい。
【００１８】
図３に示すように、ベント開口部３が位置する側とは反対側のスクリュ９ｂの中心を通る垂線とえぐり部１１の上面との交点からベント開口部３までのえぐり部１１上面の傾斜角を押さえ角度θとした時に、θ＝０〜８０度であることが必要で、好ましくは１０〜６０度である。角度が０度未満であると、盛り上がった樹脂がベント開口部３の壁面に当たって成長し、ベントアップしやすくなる。また８０度を超えると、盛り上がった樹脂を押さえ込む力が弱く、樹脂の流れが悪くなって、樹脂の熱劣化による炭化物が異物として製品中に混入しやすくなる。
【００１９】
図示されるベント開口部３の平面形状は略方形（略長方形）、半円形、楕円の半分の形、三角形でも構わない。
【００２０】
図４に示すように、ベント開口部３のコーナー部は円弧状であることが好ましく、この円弧状コーナー部の半径をＲとした時に、Ｒ／ｄ＝０．０１〜０．５であることが好ましい。Ｒ／ｄが０．０１未満では、コーナー部に樹脂の溜まりができてベントアップしやすくなる。また、Ｒ／ｄが０．５を超えると、ベント開口部３の開口面積が小さくなり、やはりベントアップしやすくなる。
【００２１】
ベントインサート１０のえぐり部１１の押出機先端側は、直線的なテーパ状につぼめられてもよいが、図５に示すように、ベントインサート１０のえぐり部１１の押出機の先端側は円弧状につぼめられていることが好ましく、半径ｒの弧状につぼめられてるとした場合に、ｒ／ｄ＝０．０５〜０．５であることが好ましい。ｒ／ｄが０．０５未満では、盛り上がった樹脂を受け入れる空間容積が小さくなってベントアップしやすくなる。また、ｒ／ｄが０．５を超えると、盛り上がった樹脂をスクリュ９ｂへと押し戻す力が小さくなってベントアップしやすくなる。
【００２２】
本発明のベントインサート付押出機で混練・押し出しする樹脂の種類は特に限定されないが、樹脂の溶融粘度が１０〜１０００００Ｐａ・ｓとなる樹脂が好ましい。溶融粘度は、東洋精機社製の「キャピログラフ１Ｂ」を使ってたデータである。溶融粘度は、剪断速度１２３（１／ｓ）で、ベントインサート１０の付いたバレル設定温度における値で、ベントインサート１０の付いたバレルの設定温度を上記溶融粘度となる温度に設定して混練・押し出しすることが好ましい。溶融粘度が１０００００Ｐａ・ｓより大きいと、溶融樹脂粘度が高過ぎて押し出し阻害されやすくなる。
【００２３】
本発明のベントインサート付押出機で混練・押し出しする樹脂の具体例としては、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンエーテルとアルケニル系樹脂のブレンド物、ポリカーボネイト、ポリオレフィン系樹脂（高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等）、ホモポリオキシメチレン、コポリマーポリオキシメチレン、ポリフェニレンスルニド、ポリスチレン系樹脂（ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、シンジオタクティ クポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等）、ポリアミド系樹脂（ナイロン６、ナイロン６６等）、ポリエステル系樹脂（ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等）、スチレン・ブタジエン共重合体等を挙げることができ、これらのを樹脂をブレンドしてもよく、フィラー、ガラスファイバー、カーボンファイバー、安定剤、難燃剤、シリコンオイル、パラフィン系オイル等を添加してもよい。また、オレフィン系架橋物等の架橋物を混練・押し出しすることもできる。オレフィン系架橋物の架橋剤としては、過酸化物であり、架橋助剤としてジビニルベンゼン等を使用してよい。
【００２４】
上記樹脂の中でも、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート、シンジオタクティクポリスチレン、ポリオレフィン架橋物、スチレン・ブタジエンブロック共重合体、水素添加スチレン・ブタジエンブロック共重合体、スチレン・イソプレンブロック共重合体から選ばれる１種以上の樹脂であと、ベントアップを防止しながら効率的に混練・押し出しすることが容易であるので好ましい。
【００２５】
本発明のベントインサート付押出機による樹脂の混練・押し出しに際しては、ベントインサート１０部分より上流部分（図１のサイドフィーダー２および／または液添ノズル４）から添加物をサイドフィードしても、ベントアップを効果的に防止することができる。添加物としては、他の樹脂、粉体状強化材、ファイバー、液状添加剤を挙げることができる。
【００２６】
粉体状強化材とは、例えば重質炭酸カルシウム、膠質炭酸カルシウム、軟質炭酸カルシウム、シリカ、カオリン、クレー、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、アルミナ、水酸化マグネシウム、タルク、マイカ、ガラスフレーク、ハイドロタルサイト、針状フィラー（ウオラストナイト、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、セプライト、ゾノトライト、ホウ酸アルミニウム）、ガラスビーズ、シリカビーズ、アルミナビーズ、カーボンビーズ、ガラスバルーン、金属系導電性フィラー、非金属製導電性フィラー、カーボン、磁性フィラー、圧電・焦電フィラー、摺動性フィラー、封止材用フィラー、紫外線吸収フィラー、制振用フィラー、着色剤等である。ファイバーとは、例えばガラスファイバー、カーボンファイバ−、金属繊維等である。液状添加剤は、例えばミネラルオイル、リン酸エステル、シリコンオイル等を挙げることができる。ミネラルオイルとは、例えばパラフィン系、ナフテン系、芳香族系等のオイル、リン酸エステルとは、例えばトリフェニルホスフェート、２，２−ビス−｛４−（ビス（メチルフェノキシン）ホスホリルオキシ）フェニル｝プロパン、リン酸−（３−ヒドロキシフェニル）ジフェニル等、シリコンオイルとは、例えばジメチルシリコンオイル、メチルフェニルシリコンオイル、メチルハイドロジェンシリコンオイル等で、同時に１種又は２種以上を用いることができる。
【００２７】
上記他の樹脂、粉体状強化材、ファイバー、液状添加剤のフィード方法は、各々別のフィーダーから供給してもよいし、ブレンドして一括でフィードしてもよい。ただし、液状添加剤の量が、樹脂全体を１００重量部としたとき１０重量部を超える場合、液状添加剤は、図１の液添ノズル４から供給することが好ましい。
【００２８】
【実施例】
使用した二軸同方向回転押出機（押出機後端側から見てスクリュは左回転）は、ワーナー・アンド・フライドラー社製「ＺＳＫ−４０」、Ｌ／Ｄ＝４６、１１バレルをベースとして、主として固体搬送ゾーン、第一混練ゾーン、第二混練ゾーンを設け、第二混練ゾーン下流側に真空ベントを１つ設けたものとし、ベントインサートの形状を変えて実験を行った。トルク変動を極力抑えるため、フィーダーは全てＫトロン社製の重量式フィーダーを使用した。実施例１における押出機の状態を図６に示す。
【００２９】
使用した樹脂（組成物）の粘度とバレル温度は表１に通りである。
【００３０】
【表１】
0003990020.tif 000002
【００３１】
ペレット状樹脂・粉体状樹脂をメインホッパー用重量式フィーダーに入れ、実施例１、２及び比較例１〜５ではマイカ及びファイバーをサイドフィード用重量式フィーダーに入れて各々別フィードし、押出量、ベントアップの有無、残存揮発分を観察した。実施例１、２及び比較例１〜５は、樹脂１００重量部に対して、マイカ及びファイバーを各々３３重量部添加した樹脂組成物とし、実施例４〜８は樹脂単独とした。
【００３２】
実施例１、２及び比較例１〜５樹脂組成は、揮発分１００００ｐｐｍを含有する粉体状樹脂３０重量部とペレット状樹脂７０重量部とした。
【００３３】
押出条件は、特に断り書きがない限り、スクリュ回転２９５ｒｐｍ、ベントは真空ベントとした。真空ベント圧力は、５０ｍｍＨｇとした。
【００３４】
実施例及び比較例の結果は表１および２にまとめ示す。この表１および２に示される測定項目の測定方法は以下の通りである。
【００３５】
ベントアップの有無の確認は目視により行った。
【００３６】
残存揮発分は、ガスクロマトグラフィーでキャピラリーカラムＨＲ−２０Ｍを用い、２００℃で定量した。
【００３７】
実施例１
ベントインサートの開口位置は右側（押出機後端側から見て左回転のスクリュ）であり、Ａ／ｄ2 を０．６５、ｈ／ｄを０．１２５、θを１０度、Ｒ／ｄを０．１２５、ｒ／ｄを０．２５のベントインサート形状のものを使い、メインフィードする樹脂は旭化成工業社製の粉体状樹脂（ポリフェニレンエーテル）と、ペレット状樹脂（ポリスチレンＨ９４０５）とした。サイドフィードするマイカはクラレ社製の「スゾライト・マイカ２００ＨＫ」、ファイバーは日本硝子繊維社製「ＲＥＳ０３−ＴＰ３０」とした。
【００３８】
押出機トルク９０％での押出量は１３０ｋｇ／ｈであった。１時間運転したがベントアップはなく、残留揮発分は４７０ｐｐｍであった。
【００３９】
実施例２
Ａ／ｄ2 を１．３とした以外は実施例１と同様とした。
【００４０】
押出機トルク９０％での押出量は１３０ｋｇ／ｈであった。１時間運転したがベントアップはなく、残留揮発分４４０ｐｐｍで、実施例１と同等の押出量、残留揮発分となった。
【００４１】
比較例１
θを−５度とした以外は実施例１と同様とした。
【００４２】
押出量７０ｋｇ／ｈでベントアップが発生し、実施例１に比して押出量がかなり低くなった。残留揮発分は３３０ｐｐｍであった。
【００４３】
比較例２
ｈ／ｄを０．０２５とした以外は実施例１と同様とした。
【００４４】
押出量３０ｋｇ／ｈでベントアップが発生し、実施例１に比して押出量がかなり低くなった。残留揮発分は２３０ｐｐｍであった。
【００４５】
比較例３
Ａ／ｄ2 を０．２２とした以外は実施例１と同様とした。
【００４６】
押出量７０ｋｇ／ｈでベントアップが発生し、実施例１に比して押出量がかなり低くなった。残留揮発分は４３０ｐｐｍであった。
【００４７】
比較例４
ベント開口部の位置を左側（押出機後端側から見て左回転のスクリュ）とした以外は実施例１と同様とした。
【００４８】
押出量６５ｋｇ／ｈでベントアップが発生し、実施例１に比して押出量がかなり低くなった。残留揮発分は３６０ｐｐｍであった。
【００４９】
比較例５
ベント開口部の位置を左側（押出機後端側から見て左回転のスクリュ）、Ａ／ｄ2 を０．９０、ｈ／ｄを０．３８、θを６０度とした以外は実施例１と同様とした。
【００５０】
押出量８０ｋｇ／ｈでベントアップが発生し、実施例１に比して押出量がかなり低くなった。残留揮発分は４００ｐｐｍであった。
【００５１】
実施例３
実施例１のベントインサート形状を使い、樹脂として旭化成工業社製「ポリアミド１２００Ｓ」を７０重量部メインフィードし、ファイバーとして日本硝子繊維社製「ＲＥＳ０３−ＴＰ３０」を３０重量部サイドフィードした。押出機バレル温度は２９０℃とした。
【００５２】
押出機トルク９０％での押出量は９０ｋｇ／ｈであった。１時間運転したがベントアップは発生しなかった。
【００５３】
実施例４
実施例１のベントインサート形状を使い、樹脂はポリオレフィン架橋物とし、押出機バレル温度は２００℃とした。
【００５４】
押出機トルク９０％での押出量は６０ｋｇ／ｈであった。１時間運転したがベントアップは発生しなかった。
【００５５】
実施例５
実施例１のベントインサート形状を使い、樹脂は旭化成工業社製「高密度ポリエチレンＪ２４１」とし、押出機バレル温度は２５０℃とした。
【００５６】
押出機トルク９０％での押出量は８０ｋｇ／ｈであった。１時間運転したがベントアップは発生しなかった。
【００５７】
実施例６
実施例１のベントインサート形状を使い、樹脂は昭和電工社製「ポリプロピレンＥ−１１００」とし、押出機バレル温度は２５０℃とした。
【００５８】
押出機トルク９０％での押出量は８０ｋｇ／ｈであった。１時間運転したがベントアップは発生しなかった。
【００５９】
実施例７
実施例１のベントインサート形状を使い、樹脂は数平均分子量１５万のシンジオタクティクポリスチレンとし、押出機のバレル温度は２７０℃とした。
【００６０】
押出機トルク９０％での押出量は１００ｋｇ／ｈであった。１時間運転したがベントアップは発生しなかった。
【００６１】
実施例８
実施例１のベントインサート形状を使い、樹脂は数平均分子量３万のポリカーボネートとし、押出機バレル温度は２９０℃とした、
押出機トルク９０％での押出量は７０ｋｇ／ｈであった。１時間運転したがベントアップは発生しなかった。
【００６２】
【表２】
0003990020.tif 000003
【００６３】
【表３】
0003990020.tif 000004
【００６４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した通りのものであり、二軸同方向回転のベントインサート付押出機による混練・押し出し出処理について、ベントアップを防止して、残留揮発分の除去不足等のトラブルを発生させることなく、この押し出しを経て行われるペレット状樹脂の生産性を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るベントインサート付押出機の概略を示す説明図である。
【図２】ベントインサートの概略を示す説明図である。
【図３】ベントインサート形状の説明図（正面図）である。
【図４】ベントインサート形状の説明図（側面図）である。
【図５】ベントインサート形状の説明図（底面図）である。
【図６】実施例１における押出機の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  メインフィーダー
２  サイドフィーダー
３  ベント開口部
４  液添ノズル
５  液添用タンク
６  液添用ポンプ
７  フィーダー
８  フィーダー
９ａ，９ｂ  スクリュ
１０  ベントインサート
１１  えぐり部
【図１】
0003990020.tif 000005
【図２】
0003990020.tif 000006
【図３】
0003990020.tif 000007
【図４】
0003990020.tif 000008
【図５】
0003990020.tif 000009
【図６】
0003990020.tif 000010