(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘度の異なる２種以上の熱可塑性樹脂材料を溶融混練し、この溶融混合樹脂材料をダイから押し出す際に、ダイの外型と内型とを相対回転させ、ダイ内の環状流路の厚さ方向所定部分に粘度の高い樹脂材料の層を形成するとともに、該高粘度樹脂層の内外に粘度の低い樹脂材料の層を形成することを特徴とする多層押出成形品の製造方法。
【請求項２】
外型と内型の相対回転は、外型及び内型の何れか一方をその軸心回りに回転駆動することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の多層押出成形品の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法によってパイプ状の多層パリソンを成形し、このパリソンを割金型に挟み込んでボトル底部となるパリソンの軸方向一部を融着するとともに、このパリソン内にエアーを吹き込み、エア圧によりパリソンを膨張させて割金型の内面に押圧させることを特徴とするダイレクトブロー成形法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物性の異なる樹脂層を複数積層状に形成してなる多層押出成形品の製造方法、該製造方法によって成形された円筒状パリソンを用いたダイレクトブロー成形法、及び、これら製造方法並びに成形法に好適に用いることが可能な多層押出成形装置に関し、特に、単一の押出機から混合材料を押し出してダイ内で積層化することのできる新規な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ダイレクトブロー成形法により多層ボトルを成形する場合、図２に示すようなダイ２０が用いられる。このダイ２０は、２種３層の多層ブロー成形用スパイダヘッドであって、２種の溶融樹脂材料を供給するための２つの押出機２１，２２が接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、多層ボトルをダイレクトブロー成形法により製造する場合には、各層を構成するそれぞれの成形材料を混練するスクリューが取付けられた２以上の専用押出機と、複数の成形材料を層状に成形するための流路が形成された多層押出ヘッドとを備える多層ダイレクトブロー成形機が必要である。しかし、層構成に必要な成形材料の数だけのスクリューが取付けられた成形機は非常に高価であるとともに、大がかりな装置となって設置面積も大きくなる。さらに、かかる多層ダイレクトブロー成形機では、単層成形品を成形することができず、生産品が多層成形品に限定されてしまう。
【０００４】
そこで、本発明は、単一の押出機から混合材料をダイに供給し、ダイ内で混合材料が内外に分離され積層構造を得ることのできる新規な多層樹脂成形品の製造方法並びにダイレクトブロー成形法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記製造方法及び成形法に好適に使用できるとともに、必要時には単層成形品を押出成形することも可能な多層押出成形装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、多層成形品の各層を構成するそれぞれの成形材料を単純に混ぜ合わせて溶融したブレンド物に剪断力を付与すると、各成形材料の粘度差によって押出成形時のダイ内で各材料が内外に分離され、層状に構成されることを知見した。即ち、押出成形は、溶融した成形材料を、ダイの外型（ダイス）と内型（コア）の間に形成された横断面環状の流路を通過させ、この流路通過過程で賦形硬化させるが、ダイ内で成形材料が流動すると、溶融樹脂材料が金型壁面に触れた直後から冷却されてその粘度が上昇し、その結果、粘度が上昇した材料のすぐ内側の流動中材料との間で常に剪断状態にある。このとき、成形材料が溶融時粘度に差がある混合材料により構成されていると、この剪断現象によって低粘度材料が流動層の外側へ移行し、高粘度材料が流動層の中心（内側）に移行しようとする現象が生じる。かかる知見に加えて、本願発明者らは、単純に押出成形するときに成形材料に生じる剪断現象のみでは良好な多層構造を得ることはできないため、成形材料の押出成形開始の時点から、ダイの外型と内型とを高速に相対回転させることによって強烈な剪断力を発生させ、その結果混合材料の積層押出成形品を得る方法を見出した。
【０００６】
即ち、本発明の多層押出成形品の製造方法は、粘度の異なる２種以上の熱可塑性樹脂材料を溶融混練し、この溶融混合樹脂材料をダイから押し出す際に、ダイの外型と内型とを相対回転させ、ダイ内の環状流路の厚さ方向所定部分に粘度の高い樹脂材料の層を形成するとともに、該高粘度樹脂層の内外に粘度の低い樹脂材料の層を形成することを特徴とするものである。なお、２以上の樹脂材料としては、ガスバリアー性や耐薬品性などの物性の異なる複数の熱可塑性樹脂の組み合わせを選択することができる。
【０００７】
なお、上記した２種以上の樹脂材料としては、これら複数の樹脂材料のうちの最も高い融点の近傍の温度では相溶性の小さいもの（即ち、非相溶系の組み合わせ）を選択するのが好ましい。一方で、ダイの環状流路に供給される際の溶融混合樹脂材料は、２種以上の樹脂材料が均一に混合溶融された均一ブレンド物であることが望ましい。異種のポリマーは、通常は混和し難いが、重合性の界面作用物質である相溶化剤を添加することによって、２種以上のポリマーから所望の性質を有する均一ブレンド物が形成され易くなる。特に、本発明において用いる相溶化剤としては、所定の温度以上で大きな相溶性を示すものが好ましい。これによれば、ダイ内に溶融混合樹脂材料を供給する時点においては、この溶融混合樹脂材料の温度を、相溶化剤により大きな相溶性を示す温度にしておくことで、押出機内で混合材料の分離現象が生じることを解消して、均一ブレンド物の状態でダイに溶融混合樹脂材料を供給することが可能である。そして、金型に接触して冷却されると相溶性を示さなくなり、上記した金型の相対回転によりダイの環状流路内の樹脂材料に剪断力を付与することで容易に多層化させることが可能となる。
【０００８】
上記本発明の製造方法によれば、単一の押出機と、単一の環状流路を有するダイとにより多層押出成形品を得ることが可能であるから、多層押出成形品の大幅なコスト低減を図ることが可能となる。
【０００９】
一般に、外型と内型とを相対回転しつつ溶融混合樹脂材料が環状流路を通過すると、金型接触面近傍が最も剪断力が大きくなり、環状流路の厚さ方向中央部が最も剪断力が小さくなる。したがって、上記高粘度樹脂層は、環状流路の厚さ方向中央部に形成される。
【００１０】
上記製造方法によって製造される成形品は、横断面円筒状のものに制約されるが、その成形品の種類は特定のものに限定されるものではない。例えば、積層構造の樹脂管、ダイレクトブロー成形に用いる円筒状パリソンなどを上記製造方法によって成形することが可能である。即ち、上記製造方法を適用した本発明のダイレクトブロー成形法は、上記本発明の製造方法によってパイプ状の多層パリソンを成形し、このパリソンを割金型に挟み込んでボトル底部となるパリソンの軸方向一部を融着するとともに、このパリソン内にエアーを吹き込み、エア圧によりパリソンを割金型の内面に押圧させることを特徴とするものである。かかるダイレクトブロー成形法は、パリソンの積層化法を除いて従来周知の技術を適用することにより当業者ならば容易に実施できる。
【００１１】
上記本発明の製造方法は、次の製造装置によって実施することが可能である。即ち、本発明の多層押出成形品の製造装置は、粘度の異なる２種以上の熱可塑性樹脂材料を溶融混練する押出機と、該押出機の先端部に取付けられたダイとを備え、該ダイは、円筒状の内周面を有する外型と、円筒状の外周面を有し外型内に同一軸心上に配設された内型と、外型と内型とをその軸心回りに相対回転させる回転駆動機構とを備え、内型と外型の間には横断面において環状の流路が形成されたものである。かかる製造装置によれば、回転駆動機構により外型と内型とを相対回転することで剪断応力の小さい環状流路の厚さ方向所定部分に粘度の高い樹脂材料の層を形成するとともに、該高粘度樹脂層の内外に粘度の低い樹脂材料の層を形成することが可能である。また、回転駆動機構を作動させなければ、単層押出用ダイとして使用することが可能であるため、かかる製造装置を用いて単層の押出成形品を成形することも可能である。
【００１２】
回転駆動機構は、外型及び内型の何れか一方をその軸心回りに回転駆動するものとすることができる。これによれば、外型と内型の一方のみに回転駆動機構を設ければよいから、装置構造の簡素化が図られるとともに、ダイ内の流路構造や、ダイと押出機との接続構造などの設計の自由度を大きくすることができる。
【００１３】
なお、本願発明において成形品は合成樹脂成形品が好ましく、また、成形品としては最終成形品のみならず、その後に更にブロー成形等の成形加工或いはアフターベーキング等の二次加工が施されるもの（パリソンなど）も含まれる。また、本発明方法により製造される成形品は、３層成形品のみならず、４層以上の多層成形品も含まれる。
【００１４】
上記回転駆動機構は、外型と内型とを相対的に回転駆動するものであればどのような構成を採用してもよく、例えば、外型と内型の両者を回転駆動するものでもよいし、外型と内型のいずれか一方を固定し、他方を回転駆動するものでもよい。具体的には、例えば、回転駆動機構は、外型をその軸心回りに回転駆動するものとすることができる。また、回転駆動機構は、内型をその軸心回りに回転駆動するものとすることもできる。また、環状流路の軸方向一部分のみにおいて外型と内型とを相対回転させるように構成することもでき、この場合、相対回転部分において２種以上の溶融樹脂材料が径方向内外に分離されるが、この相対回転部分の下流側で各樹脂材料毎の環状流路を分離して形成し、ある程度粘度が増した時点で各樹脂材料層を合流させることも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る多層パリソンを用いたダイレクトブロー成形装置１の要部を簡略視している。該ダイレクトブロー成形装置１は、円筒状の多層パリソンＰを押出成形する多層押出成形装置２と、該装置２により成形された直後にパリソンＰをブロー成形してボトル製品を得るためのブロー成形金型３とを備えている。
【００１７】
上記押出成形装置２は、クロスヘッドダイ４と、該ダイ４へ溶融混合樹脂材料（成形材料）を供給する単一の混練押出機５と、該混練押出機５にペレット状の原材料を供給するためのホッパー６とを備えている。このホッパー６には、多層成形品の各層を構成する複数の樹脂材料が供給されるとともに、必要ならば各種添加材料（相溶化剤など）が供給される。この樹脂材料の組み合わせは、成形品に要求される性能、用途等に応じて種々選択することができ、例えば、ポリオレフィンとナイロンなどとすることができる。なお、各樹脂材料毎にホッパー４を設けてもよく、また、各樹脂材料毎に溶融混練を行い、溶融状態で異なる樹脂材料を混合するように構成することもできる。
【００１８】
ダイ４は、押出機５の先端に接続されており、円筒状の内周面を有する外型７（ダイス）と、円筒状の外周面を有し外型７内に同一軸心上に配設された内型８（コア）とを備えている。外型７と内型８との間には、横断面において円環状の流路が形成されており、押出機５内でスクリュー５ａによって混練溶融され押し出された成形材料は、この環状流路内で賦形・冷却され、ダイ４の先端部（下端部）から押し出される。なお、ダイ４から押し出された成形材料は、押出機５並びにダイ４内部の加圧状態から瞬間的に常圧状態となるために径方向に膨らみ、所定の径のパリソンが形成される。
【００１９】
上記内型８は、モータ１０及び伝動ギア１１，１２を有する回転駆動機構によって高速に回転駆動可能に構成されている。即ち、内型８の上部側は外型７の上部側に回転可能に嵌合されており、内型８の下部側は上部側に比して小径に構成され、この内型８の下部側と外型７との間の隙間が成形材料の流路となされている。なお、内型８は、外型７に固定したベアリングによって回転可能に支持することもできる。また、内型８の上端部にはギア１２が一体的に設けられているとともに、該ギア１２と噛合するギア１１がモータ１０の出力軸に設けられている。
【００２０】
上述したダイ４の下方には、ブロー成形金型３が配設されている。該ブロー成形金型３は、割型３ａ，３ｂと、図示しない吹き込みノズル等から構成される従来公知のものと同様であるので詳細説明を省略する。
【００２１】
上記実施形態のダイレクトブロー成形装置によれば、例えばポリエチレンなどのポリオレフィンとナイロンとのポリマーブレンドを単一の押出機から押し出すことによって多層構成のブロー成形品を製造することが可能である。即ち、押出機５内で溶融混合された均一ブレンド樹脂材料をダイ４に供給してダイ４内の流路を流通させるが、この際にモータ１０を駆動して内型８を高速に回転させると、ポリオレフィンとナイロンとの溶融時粘度差により、粘度の高いナイロンが環状流路の厚さ方向中央側へ移行し、粘度の低いポリオレフィンが環状流路の厚さ方向方向両外側（ナイロンの外周側と内周側）へ移行していき、混合樹脂材料が環状流路内で多層化される。そして、成形材料は環状流路の下流側に至るにしたがって冷却され、成形材料の硬化が進むため、多層化された状態でダイ４の先端部から押し出され、円筒状の多層パリソン（３層パリソン）が成形される。
【００２２】
このパリソンを、上記ブロー成形型の割金型３ａ，３ｂに挟み込んでボトル底部となるパリソンの軸方向一部（図面において割金型３ａ，３ｂの上部側）を融着するとともに、このパリソン内にエアーを吹き込み、エア圧によりパリソンを膨張させて割金型３ａ，３ｂの内面に押圧させ、冷却固化することで、積層ボトル容器が形成される。
【００２３】
一方、単層成形品を製造する場合には、モータ１０を停止させておくことにより、上記ダイ４により単層パリソンの成形を行うことができ、単層成形品と多層成形品とで装置の共用を図ることができる。
また、多層構造を得るための２以上の樹脂材料を単一の押出機内で混練溶融すればよいから、押出機の数を少なくすることができ、装置コストの低減、装置全体の小型化を図ることも可能である。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態の態様に限定されるものではなく、本願発明の意図する範囲内で適宜設計変更可能である。例えば、ダイは、クロスヘッドダイに限らず、オフセットダイやストレートダイなどの従来公知の適宜の構成とすることができる。また、本発明は、少なくとも一つの押出機内で２以上の樹脂材料を混練溶融し、これをダイ内で多層化させるものであればよく、このような多層化される２以上の樹脂材料を混練溶融する押出機とともに、従来公知のライニング用成形材料の押出機を備えることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明にあっては、多層成形品の各層を構成する樹脂材料を予め溶融混合し、この溶融混合樹脂材料をダイの内部の環状流路を流通させる過程で外型及び内型を相対回転させることにより、各樹脂材料の粘度差と環状流路内部における剪断力の差に起因して各樹脂材料が内外に分散するので、単一の押出機で多層押出成形品を得ることができる。かかる新規な製造方法及び製造装置を用いて多層樹脂成形品を製造することにより、装置構成の簡略化、設備コストの削減を図ることができ、製品コストをも大幅に低減することが可能であるとともに、本発明の押出成形装置は単層成形品と多層成形品のいずれをも成形することが可能であるという顕著な効果を奏することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態に係るダイレクトブロー成形装置の全体簡略側断面図である。
【図２】従来の多層押出成形装置の簡略側断面図である。
【符号の説明】
１  ダイレクトブロー成形装置
２  多層押出成形装置
３  ブロー成形金型
４  ダイ
５  押出機
７  外型（ダイス）
８  内型（コア）
１０，１１，１２  回転駆動機構
Ｐ  パリソン
【図１】
0004116747.tif 000002
【図２】
0004116747.tif 000003