(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型冷却水用ピット内に上部が開放された隔室を設け、隔室の上部をピットの液面より低くし、軟水器を金型冷却水送液ポンプ入り口より上流側に設置し、前記軟水器の出口配管を前記隔室内部に導入し、かつ、隔室から金型冷却水を金型へ送水するため金型冷却水の入り口配管を設け、前記軟水器を用いて原水の硬度を元硬度の１０％〜４０％にまで削減して軟水化させ、この処理水を金型冷却水として使用することを特徴とする金型冷却水の処理方法。
【請求項２】
軟水器にバイパスラインとバルブを設け、該バルブによりバイパスラインの未処理原水の流量を調整することにより、原水の硬度を元硬度の１０％〜４０％にまで軟水化することを特徴とする請求項１記載の処理方法。
【請求項３】
金型冷却水にナトリウムイオンを添加することを特徴とする請求項１または２記載の処理方法。
【請求項４】
軟水器を用いてナトリウムイオンを添加する請求項３記載の処理方法。
【請求項５】
ナトリウムイオンの添加にナトリウム塩の水溶液を用いる請求項３または請求項４記載の処理方法。
【請求項６】
ナトリウム塩として、炭酸水素ナトリウムを用いる請求項５記載の処理方法。
【請求項７】
ナトリウム塩として、ヘキサメタリン酸ソーダを用いる請求項５記載の処理方法。
【請求項８】
金型冷却水を軟水化しかつ、ボイラー給水中の残留ヒドラジン濃度を０．５ｐｐｍ以下にする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の処理方法。
【請求項９】
膜式脱酸素装置を用いてボイラー給水中の溶存酸素濃度を減少させることにより、ボイラー給水中へのヒドラジン添加量を削減し、ボイラー給水中の残存ヒドラジン濃度を０．５ｐｐｍ以下にする請求項８記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱可塑性樹脂の発泡性粒子を用いた金型内発泡成形において、金型表面に多数開けられたコアベント等の蒸気孔の目詰まりを防止するための金型冷却水処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂の発泡性粒子を用いた金型内発泡成形においては、金型表面全体に、円筒状のコアベント等が埋め込まれている。コアベントは、例えば直径１０ｍｍ程度の円筒状であり製品と接する円形の端面には、直径０．５mm程度の円柱状の細孔が２０個前後あいている。また、０．５mm程度の幅の溝があいているタイプ（スリットタイプ）もある。これらにより設けられた蒸気孔の蒸気通路を本発明では、細孔と総称する。これらの細孔は、加熱用の蒸気の通路になると共に、製品の発泡圧を受ける役割を持つ。こうしたコアベントは、例えば魚箱１個あたり１０００個程度装着されている。
【０００３】
このコアベントの細孔は、細いため閉塞しやすく、閉塞すると、蒸気の通りが悪化するため、その近傍の製品の加熱が不足し、部分的な融着不足、発泡不足を生じる。これを補うため、加熱時間を延長すると、加熱が過剰になる部分を生じて成形工程がアンバランスになり、成形サイクルの悪化を招く。
【０００４】
コアベントが閉塞した場合、細孔は小さいので閉塞物を取り除くことは、人手を要し、かつ、非常に困難な作業である。閉塞がひどい場合は、コアベントを打ちかえることになり、これも多大な費用と時間ロスが生じる。したがって、細孔の閉塞防止策の開発が強く求められてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
細孔閉塞物を分析すると、その主成分は、シリカ（以下、珪酸と称することもある。）、カルシウム等金型冷却水にふくまれる鉱物質や、スチレン樹脂等の、原料樹脂の添加剤であるステアリン酸塩などである。シリカは、亜鉛と結びついた珪酸亜鉛やカルシウムと結びついた珪酸カルシウム等の珪酸塩であり、きわめて強固なスケールを形成してしまう。
【０００６】
ステアリン酸塩は、ステアリン酸カルシウムやステアリン酸マグネシウムであり、これらの物質が形成するスケールは、ヘラで剥ぎ取れる程度の硬さであるが、密な構造をとっており、細孔を閉塞する主成分の一つとなっている。
【０００７】
細孔の閉塞に関与したスチレン樹脂等の樹脂は、成形時に発泡圧により細孔に食い込んだものが、離型時に、何らかの理由で残存したものである。一度、樹脂が細孔に残るとその上に更に樹脂が融着して成長する。
【０００８】
細孔の表面は、金属または、金属表面をコーテイングしたポリテトラフロロエチレンであるため、スチレン樹脂は、細孔表面を比較的滑り易く、金型製作した当初または、清浄したすぐ後は、細孔に食い込んでも残存しにくい。しかし、表面に上記スケールが付着すると表面に細かい凹凸が出来て、樹脂が残存しやすくなる。従って、コアベント等の細孔の目詰まりを防止するためには、珪酸塩の生成、及び、ステアリン酸塩の生成を防ぐことが重要となる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ｐHがアルカリ側で珪酸塩は生成する。ところで、ボイラー供給水に添加する清缶剤には、脱酸素剤としてのヒドラジンが含まれる。ヒドラジンは、揮発性のアルカリ性物質であるので、蒸気に同伴して、加熱時に金型まで到達することになる。従ってヒドラジンの濃度を下げればアルカリ性になることが防止できることから珪酸塩の生成は、抑制される。
【００１０】
閉塞物として検出される珪酸塩は、主として、珪酸亜鉛、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム等である。珪酸亜鉛の亜鉛は、原料ビーズの添加剤であるステアリン酸亜鉛等に含まれる亜鉛がカルシウムと置換したものである。珪酸カルシウム、珪酸マグネシウムは、冷却水中の硬度成分と珪酸が結びついたものである。従って、冷却水中に、カルシウム、マグネシウム等の硬度成分が含まれなければ、強固な珪酸塩は、生成しないことになる。また、ナトリウム塩は、水に対する溶解度が高いため、自身がスケールになりにくいだけでなく、他のスケール化しやすい成分を洗い流す効果も期待できる。
【００１１】
前述のように細孔閉塞物の発生を防止しようとして金型冷却水中のカルシウム、マグネシウムなど硬度（すなわち全硬度）として検出される硬度成分をすべて除去して、高度な軟水化を行うと、逆に、金型の表面が腐食するという重大な弊害が生ずる結果になってしまう。すなわち、金型材質は、多くの場合アルミニウムであるが、このアルミニウムは高温の蒸気に長期間繰り返しさらされると表面が腐食してえぐられ、金型強度の低下等好ましくない現象が発生する。これは、通常の冷却水中には硬度成分が存在するので、金型の金属表面に薄い皮膜を形成するため、このような腐食からアルミニウムの表面を保護しているのに対し、軟水化による硬度成分の除去により、こうした皮膜の形成がなくなるためである。
【００１２】
スケールの原因物質である硬度成分を除去しつつ、その副作用としての金属腐食を防ぐ方法として、特願平７−２５２４３０が挙げられる。この発明は、冷却水を循環使用することを前提に補給水の硬度成分を１００％除去し、一方、ブロー水量を減少させ、総アルカリ度を上げることとｐＨを９．０以上にするものである。ｐＨ９．０以上は、強アルカリであり、工場作業員を薬症の危険にさらしたり、工場廃水として排出できないものであり、有効な方法とは言い難い。
【００１３】
本発明者らは、アルミニウムの腐食を防ぎつつ、珪酸塩の生成を防ぐ方法を検討した結果、金型冷却水中の硬度成分の濃度を原水の硬度の１０〜４０％に除去することが有効であること。さらに、ナトリウムイオンを添加すること。ボイラー給水中の残留ヒドラジン濃度を０．５ｐｐｍ以下にすること等の知見を用いることにより上記課題が解決することを見出し、本発明に到達した。
【００１４】
即ち、本発明は、
１．金型冷却水用ピット内に上部が開放された隔室を設け、隔室の上部をピットの液面より低くし、軟水器を金型冷却水送液ポンプ入り口より上流側に設置し、前記軟水器の出口配管を前記隔室内部に導入し、かつ、隔室から金型冷却水を金型へ送水するため金型冷却水の入り口配管を設け、前記軟水器を用いて原水の硬度を元硬度の１０％〜４０％にまで削減して軟水化させ、この処理水を金型冷却水として使用することを特徴とする金型冷却水の処理方法。
２．軟水器にバイパスラインとバルブを設け、該バルブによりバイパスラインの未処理原水の流量を調整することにより、原水の硬度を元硬度の１０％〜４０％にまで軟水化することを特徴とする１項記載の処理方法。
【００１６】
３．金型冷却水にナトリウムイオンを添加することを特徴とする１または２項記載の処理方法。
４．軟水器を用いてナトリウムイオンを添加する３項記載の処理方法。
５．ナトリウムイオンの添加にナトリウム塩の水溶液を用いる３または４項記載の処理方法。
６．ナトリウム塩として、炭酸水素ナトリウムを用いる５項記載の処理方法。
【００１７】
７．ナトリウム塩として、ヘキサメタリン酸ソーダを用いる５項記載の処理方法。
８．金型冷却水を軟水化しかつ、ボイラー給水中の残留ヒドラジン濃度を０．５ｐｐｍ以下にする１〜７項のいずれか１項記載の処理方法。
９．膜式脱酸素装置を用いてボイラー給水中の溶存酸素濃度を減少させることにより、ボイラー給水中へのヒドラジン添加量を削減し、ボイラー給水中の残存ヒドラジン濃度を０．５ｐｐｍ以下としたことを特徴とする８項記載の処理方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、強固なスケールになる珪酸塩の生成を防ぎつつ、金型表面には、硬度成分の薄い皮膜を生成させ腐食を防ぐことを狙いとしている。珪酸塩の生成速度は、概ね珪酸分の濃度と硬度成分の濃度の積に比例する。珪酸塩の生成速度を押さえつつ、適度な皮膜形成を両立させる硬度成分の濃度は、硬度成分の濃度単独で決まるものではなく、当然、珪酸分の濃度の影響を受ける。ここに硬度成分というのは、Ｃａ成分、Ｍｇ成分等をいうのである。珪酸分の濃度が２０ｐｐｍ程度であれば、硬度成分の濃度は、２０ｐｐｍまで下げれば十分効果はあるが、珪酸分の濃度が５０ｐｐｍを超える場合は、５ｐｐｍ程度まで減少させる必要がある。これらのデータから硬度成分の濃度は、原水の濃度の１０％〜４０％の範囲まで下げれば、コアベント細孔の閉塞防止の効果がみられる。さらに、１０％〜２０％の範囲であれば、特に効果は大きい。
【００１９】
金型冷却水中の硬度成分の濃度を下げるのには、軟水器が有効である。軟水器は、イオン交換樹脂の作用により、硬度成分であるカルシウムイオン、マグネシウムイオンを吸着し、替りにナトリウムイオンを放出する。
【００２０】
軟水器は、金型冷却水ポンプの出口、または、入り口に設置し、軟水化処理を実施することが望ましい。この際、金型冷却水の流量の変動は、一般には大きいので、図２に示すように、空気圧を利用した流量変動吸収用のクッションタンク１３などの設置と併用することが望ましい。
【００２１】
また、軟水器の耐圧より冷却水の水圧が高ければ、軟水器２は、図２や図４のごとく、金型冷却水送液ポンプ３の入り口に設置し、低ければ、図１のように出口側に設置することが望ましい。金型冷却水の硬度成分の濃度を原水の硬度成分濃度の１０〜４０％に調整する具体的手段としては、図１に示すように軟水器２をバイパスするライン６を設けそのラインに流量調整用のバルブを設置し、それを調整することにより硬度成分の濃度を調整する。バイパス弁の開度は、ラインに流量計を設けそれを目安に調整する。金型冷却水の硬度成分の濃度を測定し、目安にする等の方法により軟水器を通過する水量及びバイパスを通過する水量の調節により軟水化処理の程度を調整する。
【００２２】
金型冷却水に用いる水を貯えるピットの水の硬度成分を除去する方法も有効である。ただし、ピットの水が、他の用途にも多量に用いられたり、ピットからのオーバーフローにより多量に捨てられている場合は、有効ではない。
【００２３】
ピットへ送液しているラインに軟水器を設置するのもよく、また、ピットの水を循環するラインを設け軟水器を設置するのもよい。前者の場合、軟水器にバイパスラインを設け硬度成分の濃度を調整するとよい。また、後者の場合は、原水の流入量と軟水器の通過量との比率により硬度成分の濃度が決まる。軟水器への供給水量を制御し、硬度成分の濃度を調整する。
【００２４】
図２に示すように金型冷却水用ピット４を仕切って、隔室１２を設け、冷却水ピットの水を軟水器２により処理した後、隔室１２に溜め、これを金型冷却水ポンプ３で送液することも有効である。この場合、金型冷却水の流量変動をこの隔室で吸収する必要がある。隔室の容量を十分大きくし、変動を吸収するか、隔室の壁の高さを液面より低くし、金型冷却水ピットと水の出入りがあるようにする方法により流量変動を吸収することがのぞましい。もちろん空気圧を用いたクッションタンク１３により流量の変動を吸収する方法との併用も有効な方法である。前者の場合、硬度成分の濃度調整のため、軟水器にバイパスを設けることが望ましい。後者の場合、隔室内に流入するピットの水は、ほぼ軟水器により処理されていない、言い換えれば軟水器をバイパスした水であるので、適切な隔室容量であれば、バイパスを設ける必要はない。
【００２５】
本発明は、ある一定量の硬度成分を除去する方法であるので、硬度成分の濃度が高くスケール化している工場で有効であるのは、当然であるが、冷却水中のシリカ濃度が高い場合、とりわけ有効である。なぜなら、金型コアベント等の細孔の目詰まりを起こす閉塞物質の主成分は、シリカを基因とする珪酸化合物と原料樹脂に副原料として加えられている脂肪酸塩であり、それらの生成に硬度成分、特にカルシウムイオンが不可欠であるためである。
【００２６】
金型冷却水中に、ナトリウムイオンが増加するとコアベント等の細孔は、目詰まりしにくくなる。なぜならナトリウム塩は、水溶性が高く、洗浄効果も高いからである。成形時、コアベント等の細孔は、加熱用蒸気のドレンや冷却水にさらされるので、冷却水中にナトリウム塩が多く含まれていると、自身がスケール化しにくいだけでなく、他のスケール成分を洗い流す効果も期待できる。
【００２７】
ナトリウムイオンの追加は、軟水器による処理により可能である。軟水器は、イオン交換樹脂を用いてカルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分を吸着しナトリウムイオンを放出する機能を持っているからである。
【００２８】
また、ナトリウム塩を添加する方法も望ましい。添加方法としては、粉体状で加えてもよいが、一旦水に溶かして水溶液にし、ポンプで滴下する方法が望ましい。ナトリウム塩としては、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ソーダなどが好ましい。いずれにしろ、ナトリウムイオンは、原水より、例えば、１０ｐｐｍ以上増加させるのが好ましい。
【００２９】
細孔の閉塞物の主成分の一つである珪酸塩は、８０℃以上の高温下でｐHがアルカリ側で生成する。従って、閉塞物の生成を抑制するためには、加熱蒸気のドレンのpHがアルカリ側にならないようにすることが有効である。蒸気発生用ボイラーの供給水には、清缶剤、脱酸素剤が添加される。
【００３０】
脱酸素剤には一般にヒドラジンが用いられる。ヒドラジンは、還元剤であり、溶存酸素と反応するが、一方揮発性のアルカリ性物質である。確実に溶存酸素濃度を下げるため、過剰量のヒドラジンを添加して、ボイラーに給水するので、アルカリ性を示す残留ヒドラジンが蒸気に同伴し、金型のコアベントに達する。これを防止するため、ボイラー給水中の残留ヒドラジン濃度を０．５ｐｐｍ以下にすることが好ましい。
【００３１】
また、ヒドラジンなど揮発性アルカリ性物質である脱酸素剤を使用せず、物理的方法で溶存酸素を取り除くことがより好ましい。物理的溶存酸素除去方法としては、膜式脱酸素装置、加熱脱気法などが挙げられる。
【００３２】
【実施例】
（参考例）発泡スチレンの成形工場において、金型冷却水送液ラインのポンプ出口に軟水器を設置、軟水器バイパスラインを設け、２５％バイパスさせた。金型冷却水ラインには、冷却水の流量変動を吸収するため、上部に空気を封入したクッションタンクを接続した。また、ボイラー供給水を膜式脱酸素装置で処理したため、ボイラー供給水中の脱酸素剤であるヒドラジンの使用量はゼロである。原水の硬度は、２０ｐｐｍであるところ処理後の金型冷却水の硬度は５ｐｐｍに低下した。そして、金型冷却水のナトリウム塩の濃度は１５ｐｐｍであった。魚箱を５万ショット成形し、金型を評価したところ、細孔が完全に閉塞しているコアベントの全体に占める割合は、０．１％であった。ここで使用した金型は、６個取りであり、１個あたりのコアベントの個数は、２５００個である。なお、本発明での実施例における硬度等の測定は、（株）共立理化学研究所製の「パックテスト」を用いて簡便に測定した。
【００３３】
（実施例１）
発泡スチレンの成形工場において、金型冷却水のピットからポンプで軟水器に送液し、ピット内に設置した直径５０ｃｍの円筒状の隔室に、処理水を送る。このピット内の処理液を金型冷却水ラインに送液する。円筒状隔室の外縁は、ピット液面より１０ｃｍ低くなっており、軟水器の処理能力以上に金型冷却水を使用する場合は、ピット内の水が円筒状隔室内に流入し、一方、逆に過剰になる場合は、円筒状隔室内の軟水器で処理された水がピットへオーバーフローする。
【００３４】
また、金型冷却水の変動を吸収するためタンク内に空気を封入したクッションタンクを金型冷却水送液ポンプの出口に設置している。
【００３５】
原水硬度は２５ｐｐｍであり、処理後の金型冷却水の硬度は７．５ｐｐｍ、ナトリウム塩の濃度は１５ｐｐｍであった。また、ボイラー供給水中のヒドラジンの濃度は５ｐｐｍであった。参考例と同じ金型を用いて魚箱を４万ショット成形し、金型を評価したところ、細孔がすべて閉塞しているコアベントの数の全体に占める割合は、０．５％であった。
【００３６】
（実施例２）
発泡スチレンの成形工場において、実施例１と同様に原水の処理を行うと共に、金型冷却水ピットに、８％炭酸水素ナトリウムの水溶液をポンプで滴下した。原水の硬度は、２５ｐｐｍで、ナトリウム塩の濃度は、１５ｐｐｍであったが、処理後の金型冷却水の硬度成分の濃度は、７．５ｐｐｍ、ナトリウム塩の濃度は３０ｐｐｍとなった。また、ボイラー供給水中のヒドラジンの濃度は５ｐｐｍであった。実施例１と同様の金型を用いて魚箱を８万ショット成形した後、すべての細孔が閉塞しているコアベントの数を勘定したところ、全体の個数に対する割合は、０．５％であった。
【００３７】
（比較例１）発泡スチレンの成形工場において、原水を軟水化処理することなく、金型冷却水の硬度２５ｐｐｍ、ナトリウム塩濃度１５ｐｐｍのままで、実施例２と同様の金型を用いて魚箱を４万ショット成形した後、整備のため金型を分解し、細孔が完全に閉塞しているコアベントの数を測定したところ、その割合は１７％であった。なお、ボイラー供給水中のヒドラジンの濃度は５ｐｐｍであった。
【００３８】
【発明の効果】
熱可塑性樹脂の発泡性粒子を用いた金型内発泡成形において、金型表面のコアベントの閉塞が防止されることにより、加熱ムラ等の成形不良、また、それを回避するための過剰な成形時間が防止出来た。また、閉塞した金型を整備するための工数が削減できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、軟水器をバイパスするラインを設け、一方、ボイラー供給水を脱酸素装置により処理する例を示す配置図である。
【図２】図２は、本発明の１実施態様を示すものであって、金型冷却水のピット内に隔室をもうけた例を示す配置図である。
【図３】  図３は、ナトリウムイオンを添加する例を示す配置図である。
【図４】  図４は、金型冷却水送液ポンプの入り口に軟水器の出口ラインをつなぎ込む場合の例を示す配置図である。
【符号の説明】
１  発泡スチレン成形機
２  軟水器
３  金型冷却水ライン送液ポンプ
４  金型冷却水ピット
５  金型冷却水送液ライン
６  軟水器バイパスライン
７  成形用蒸気ライン
８  ボイラー
９  ボイラー給水ライン
１０膜式脱酸素装置
１１軟水器送液ポンプ
１２円筒状隔室
１３クッションタンク
１４空気層
１５ナトリウム塩水溶液タンク
１６ナトリウム塩追加ポンプ
【図１】
0004085608.tif 000002
【図２】
0004085608.tif 000003
【図３】
0004085608.tif 000004
【図４】
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