JP2002240124A - 三層構造の樹脂管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発泡倍率が均一で、経時的な肉厚変動が少な
く、寸法精度の良好な三層構造の樹脂管を得ることを目
的とする。 【解決手段】内層および外層となる発泡剤を含まない熱
可塑性樹脂組成物からなる非発泡熱可塑性樹脂層と、内
外層の間に介在され、中間層となる発泡剤が含まれた熱
可塑性樹脂組成物からなる発泡熱可塑性樹脂層とから構
成される三層構造の未固化管状体を金型から共押出し、
共押出された未固化管状体の発泡熱可塑性樹脂層を発泡
させるとともに、両樹脂層の熱可塑性樹脂組成物を冷却
固化して成形する三層構造の樹脂管の製造方法におい
て、発泡熱可塑性樹脂層を形成するために使用する発泡
剤として物理発泡剤を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内層および外層と
なる発泡剤を含まない熱可塑性樹脂組成物からなる非発
泡熱可塑性樹脂層と、内外層の間に介在され、中間層と
なる発泡剤が含まれた熱可塑性樹脂組成物からなる発泡
熱可塑性樹脂層とから構成される三層構造の未固化管状
体を金型から共押出し、共押出された未固化管状体の発
泡熱可塑性樹脂層を発泡させるとともに、両樹脂層の熱
可塑性樹脂組成物を冷却固化して成形する三層構造の樹
脂管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】合成樹脂で形成される樹脂管は、剛性と
耐衝撃破壊強度を保ちながら軽量であることが望まれて
おり、その目的を達成するため、管壁を波形にする方法
やリブを設けた管や硬質の発泡用熱可塑性樹脂を使用し
た管など様々な方法が提案されている。特に内層および
外層が非発泡熱可塑性樹脂層で形成され、中間層が発泡
熱可塑性樹脂層で形成される樹脂管が、剛性と耐衝撃破
壊強度を保ちながら軽量化が図れる樹脂管として注目さ
れている。

【０００３】また、塩化ビニル系樹脂等で形成された樹
脂製品や、製造中に発生する廃材等を回収して樹脂を再
生利用する場合、リサイクルされた樹脂を用いて製造さ
れる製品形態の一つに、前記した中間層が発泡熱可塑性
樹脂層で形成される三層構造の樹脂管がある。さらに、
三層構造の樹脂管は、発泡熱可塑性樹脂層を形成する熱
可塑性樹脂にリサイクル樹脂を用いるのが一般的であ
る。

【０００４】そして、一般に発泡熱可塑性樹脂層の樹脂
を発泡させるための発泡剤としては、アゾジカルボンア
ミド（ＡＤＣＡ）、スルフォニルヒドラジド等の熱分解
型有機発泡剤や、重炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウ
ム、炭酸アンモニウム等の熱分解型無機発泡剤が広く用
いられている（持公昭６３−９５４０号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】熱分解型有機発泡剤
は、熱可塑性樹脂中に含まれる安定剤の種類や不純物の
影響を受けて発泡剤の分解速度に変動を生じる事があ
り、その結果、得られる樹脂管の厚みが不均一なものと
なってしまう。

【０００６】特に、熱可塑性樹脂として塩化ビニル系樹
脂を用いて発泡熱可塑性樹脂層を形成する場合、成形時
に安定剤等の各種配合剤を添加する必要があることか
ら、ＡＤＣＡなどの熱分解型有機発泡剤を用いて発泡さ
せると、安定剤等の配合剤中に含まれる金属成分の種類
によって発泡剤の分解挙動が異なってしまい、得られる
成形体が不均一なものとなってしまう問題がある。

【０００７】例えば、鉛系の安定剤では発泡剤の分解が
促進され発泡倍率が大きくなる傾向にあるのに対し、錫
系の安定剤では逆に発泡剤の分解が遅くなり発泡倍率が
小さくなる傾向にある。

【０００８】さらに、リサイクルの塩化ビニル系樹脂を
用いた場合に、樹脂中に鉛安定剤と錫安定剤が混在して
いると、発泡時の倍率や肉厚の変動が大きくなり均一な
押出成形が困難となる。また、リサイクル樹脂中には不
純物が多く含まれている可能性があり、これらも均一成
形を阻害する要因となりうる。しかも、リサイクル樹脂
は、ゲル化特性や溶融粘度挙動が一定ではなく、ゲル化
が不十分な場合は、押出が不均一となってしまう。

【０００９】また、塩化ビニル系樹脂に限らず、その他
の熱可塑性樹脂でも、樹脂中に含まれうる金属成分やそ
の他の添加剤の影響を受けてＡＤＣＡ等の熱分解型有機
発泡剤の分解挙動は異なり、その結果、均一な押出成形
が困難となる場合がある。

【００１０】熱分解型有機発泡剤に影響を及ぼしうる添
加剤としては、無機塩、金属石けん、有機酸、ハロゲン
化有機酸、有機酸無水物、多価アルコール、窒素含有
物、イオウ含有物、リン酸塩、錫化合物、鉛化合物等が
挙げられる。また、リサイクル樹脂には、これら以外に
不純物として種々の金属成分を含有する可能性がある。

【００１１】一方、熱分解型無機発泡剤は熱分解型有機
発泡剤に比べて分解量が少ないために発泡剤の添加量を
多くする必要があり、その結果、コストが高くなった
り、或いは発泡剤の分解速度が緩やかで、連続気泡にな
りやすいという欠点があった。

【００１２】本発明は、発泡倍率が均一で、経時的な肉
厚変動が少なく、寸法精度の良好な三層構造の樹脂管を
得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、内層および外層となる発泡剤を含まない熱可
塑性樹脂組成物からなる非発泡熱可塑性樹脂層と、内外
層の間に介在され、中間層となる発泡剤が含まれた熱可
塑性樹脂組成物からなる発泡熱可塑性樹脂層とから構成
される三層構造の未固化管状体を金型から共押出し、共
押出された未固化管状体の発泡熱可塑性樹脂層を発泡さ
せるとともに、両樹脂層の熱可塑性樹脂組成物を冷却固
化して成形する三層構造の樹脂管の製造方法において、
発泡熱可塑性樹脂層を形成するために使用する発泡剤と
して物理発泡剤を用いたことを特徴とする。

【００１４】発泡剤として物理発泡剤を用いると、樹脂
中に含まれる安定剤等の添加剤、特に添加剤中の金属成
分の影響をほとんど受けずに、一定の発泡倍率で発泡
し、肉厚の安定した均一な成形体が得られる。また、物
理発泡剤が樹脂に溶解すると、樹脂に対して可塑化効果
を示すためゲル化し易くなり、押出挙動が安定する。

【００１５】本発明における物理発泡剤とは、炭酸ガ
ス、窒素ガス、空気、ヘリウム、アルゴン等の無機ガス
や、ジクロロテトラフルオロエタン、モノクロロジフロ
ロエタン等のフロンガス、ブタン、ペンタン等の有機ガ
ス等をいう。これらは、単独で使用しても良いし、２種
類以上併用しても良い。特に、発泡剤の回収が不要とい
う点から無機ガスが好ましい。

【００１６】物理発泡剤の添加量は、所望の発泡倍率を
得る為に適宜調節される。さらに、物理発泡剤を未固化
の熱可塑性樹脂中に供給するにあたっては、一般に押出
機中の熱可塑性樹脂中に供給するのであるが、その供給
位置は、形状の均一成形が可能な範囲で有れば特に制限
はなく、好ましくは押出機におけるベント孔から供給す
るのが好ましい。

【００１７】発泡熱可塑性樹脂層の発泡倍率としては特
に制限はないが、発泡倍率が小さすぎると、軽量化やコ
ストダウンの効果、断熱性等の効果を十分に発揮でき
ず、逆に発泡倍率が大き過ぎると、破泡や連通化、不均
一発泡といった成形上の不具合や、力学物性の低下等を
招き好ましくない。従って、発泡倍率としては１．２倍
〜５倍程度が好ましく、１．５倍〜３倍が特に好まし
い。

【００１８】また、本発明で用いられる熱可塑性樹脂と
しては、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリブテン、塩素化ポリエチレン、
エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−エチルアク
リレート共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ＡＢ
Ｓ樹脂、アクリル樹脂などの押出可能な熱可塑性樹脂が
あげられ、これらは単独で用いられても良く、二種以上
が併用されても良い。

【００１９】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
記載の三層構造の樹脂管の製造方法において、発泡熱可
塑性樹脂層を形成する熱可塑性樹脂組成物としてリサイ
クル樹脂を含有することを特徴とする。本発明における
リサイクル樹脂とは、市中から回収された樹脂製品の樹
脂部分を粉砕したものの他、工場内での成形品の端材
や、成形スタート時、ストップ時、あるいはトラブル時
に発生するスクラップを粉砕したもの等、再生利用する
樹脂のことをいう。

【００２０】リサイクル樹脂を用いる場合、樹脂中に多
数の添加剤が含まれている場合があるが、本発明の製造
方法によれば、熱分解型発泡剤を使用した場合に生じて
いた安定剤などの種類によってガス発生量が変化し発泡
倍率の変動が発生するといった問題がなく、また、滑剤
の添加量の変化による粘度変化による押出変動や吐出分
布を発生させるという問題が生じにくく、肉厚の変動を
少なくして肉厚寸法の安定した樹脂管が得られる。な
お、これらのリサイクル樹脂は単独で用いてもよいが、
成形安定性をより改善するためにバージン（未使用）樹
脂を任意の割合で併用してもよい。

【００２１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の三層構造の樹脂管の製造方法におい
て、熱可塑性樹脂として塩化ビニル系樹脂を用いたこと
を特徴とする。塩化ビニル系樹脂は、熱分解型発泡剤を
使用した場合、安定剤などの種類によってガス発生量が
変化し発泡倍率の変動が発生するといった問題や、滑剤
の添加量の変化による粘度変化による押出変動や吐出分
布を発生させるという不具合が生じやすいが本発明の製
造方法によれば、そのような問題が生じることなく肉厚
の変動を少なくして肉厚寸法の安定した樹脂管が得られ
る。

【００２２】請求項４に記載の発明は、請求項１から請
求項３の何れかに記載の三層構造の樹脂管の製造方法に
おいて、物理発泡剤に炭酸ガスを用いたことを特徴とす
る。炭酸ガスは、発泡剤の回収が不要となるだけでな
く、樹脂に対する溶解性が高く成形が行いやすい。

【００２３】本発明の樹脂組成物中には、必要に応じて
安定剤、航酸化剤、加工助剤、滑剤、発泡助剤、充填
剤、顔料、難燃剤等を添加することがでさる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の三層構造の樹脂管の製造
方法の一実施形態について図面に基づいて説明する。

【００２５】図１及び図２は、三層構造の樹脂管を製造
するための製造装置の全体構成図であって、非発泡用熱
可塑性樹脂組成物２１が溶融混練される内外層押出機１
１と、発泡用熱可塑性樹脂組成物２２が溶融混練される
中間層押出機１２と、内外層押出機１１の非発泡用熱可
塑性樹脂組成物２１と中間層押出機１２の発泡用熱可塑
性樹脂組成物２２が注入される金型１３と、三層構造の
樹脂管３の外面を成形するための管外面成形用チューブ
１４が取り付けられた冷却水槽１５と、冷却水槽１５か
ら送られてきた樹脂管３を受け取る引取機１６と、引取
機１６から送られてきた樹脂管３を所定の長さに切断す
る切断機１７とから構成されている。

【００２６】さらに、中間層押出機１２のベント孔から
物理発泡剤である炭酸ガスを供給するため、中間層押出
機１２の近くに炭酸ガスボンベ１８と定量ポンプ１９が
設けられている。炭酸ガスの発泡用熱可塑性樹脂組成物
２２への供給は、図１および図２に示すように、中間層
押出機１２内において発泡用熱可塑性樹脂組成物２２を
溶融混練しながら、炭酸ガスボンベ１８内の炭酸ガスが
定量ポンプ１９のポンプ動作によりベント孔から中間層
押出機１２内の発泡用熱可塑性樹脂組成物２２へと定量
供給されるようになっている。

【００２７】また、本実施の形態の製造装置において
は、図３に示すように、金型１３から押出された未固化
の樹脂管３の管外面成形用チューブ１４内への挿入を円
滑に行うべく、管外面成形用チューブ１４の入口側にテ
ーパー面が形成されている。

【００２８】以下、本発明の作用について詳述する。中
間層押出機１２内にて発泡用熱可塑性樹脂組成物２２に
物理発泡剤である炭酸ガスが供給され、発泡用熱可塑性
樹脂組成物２２中に炭酸ガスが溶解する。

【００２９】そして、内外層押出機１１により溶融混練
された非発泡用熱可塑性樹脂組成物２１と、中間層押出
機１２により溶融混練された炭酸ガス供給後の発泡用熱
可塑性樹脂組成物２２が、金型１３に注入され金型１３
内部で合流されて、内層および外層となる発泡剤を含ま
ない非発泡熱可塑性樹脂層３１と、内外層の間に介在さ
れ、中間層となる発泡剤が含まれた発泡熱可塑性樹脂層
３２とから構成される三層構造の未固化管状体が形成さ
れる。

【００３０】さらに、三層構造の未固化の管状体が金型
１３より吐出されると、炭酸ガスが溶解した発泡熱可塑
性樹脂層３２の樹脂が発泡し、未固化の管状体が管外面
成形用チューブ１４内に挿入され、管状体は所定寸法に
型成形されながら冷却水槽１５内で冷却されて樹脂管３
が成形される。さらに、冷却成形された樹脂管３は引取
機１６に引き渡されて切断機１７に送られ、切断機１７
において所定の長さに切断される。

【００３１】本実施の形態では、発泡剤として物理発泡
剤を用いるので、ＡＤＣＡ等の分解型有機発泡剤を用い
た場合に比べ、発泡倍率が一定で、厚み変動等の少ない
三層構造の樹脂管３が得られる。

【００３２】また、鉛系安定剤や錫系安定剤といった異
なった種類の安定剤が含まれるリサイクル樹脂を用いて
発泡熱可塑性樹脂層３２を形成する場合でも、炭酸ガス
等の物理発泡剤により物理的に樹脂を発泡されられるの
で、リサイクル樹脂中に含まれる不純物や安定剤種類等
の作用を受けて発泡挙動が変化することもなく、均一な
発泡成形が可能となる。また、炭酸ガス等の物理発泡剤
が樹脂に溶解すると、樹脂に対して可塑化効果を示すた
めゲル化し易くなり、均一押出が容易になる。

【００３３】なお、中間層押出機１２に供給する炭酸ガ
スの供給量は、定量ポンプ１９により一定量供給するの
が好ましいが、押出量や発泡倍率に応じて適宜調節され
る。炭酸ガスの供給については、中間層押出機１２中に
樹脂の未充満部分などの圧力開放部を設け、そこへ供給
するようにしてもよいし、樹脂圧力より高いガス圧力で
強制的に供給するようにしてもよい。また、中間層押出
機１２内での炭酸ガスのシールは樹脂で行うようにして
もよいし、メカニカルシールにより行うようにしてもよ
い。

【００３４】

【実施例】次に、実施例、比較例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定され
るものではない。以下の実施例、比較例で用いた原材料
について説明する。

【００３５】［用いた原料］中間層（発泡熱可塑性樹脂
層）を形成する熱可塑性樹脂には、 Ａ：鉛系安定剤が混入された下水用塩化ビニル管のリサ
イクル塩化ビニル樹脂粉砕品（重合度１０５０） Ｂ：錫系安定剤が混入された水道用塩化ビニル管のリサ
イクル塩化ビニル樹脂粉砕品（重合度１０５０） Ｃ：重合度１０５０の塩化ビニル樹脂（徳山積水工業製
のＴＳ１０００Ｒ） を用意した。なお、Ａ原料、Ｂ原料の塩化ビニル管の粉
砕品は、市販のカッターミルを使用して粉砕した後、φ
５ｍｍのスクリーンを通過した粉砕品を使用した。

【００３６】内外層（非発泡熱可塑性樹脂層）を形成す
るための熱可塑性樹脂として Ｄ：ＪＩＳ Ｋ ６７４１に規定する硬質塩化ビニル管
用の塩化ビニル樹脂を用いた。

【００３７】［実施例１］中間層用樹脂として、Ｃ原料
を６０重量部とＡ原料を４０重量部配合したものに、鉛
安定剤２重量部、ポリエチレン系滑剤０．５重量部、ア
クリル系加工助剤５重量部及び炭酸カルシウム３重量部
を加えて、コールドブレンドした樹脂組成物を用いた。
内外層用樹脂としてＤ原料を用いた。

【００３８】押出成形を行うにあたっては、図１〜３に
示す内外層押出機１１、中間層押出機１２、金型１３、
管外面成形用チューブ１４が取り付けられた冷却水槽１
５、引取機１６、切断機１７とから構成されている製造
装置を用いた。なお、この製造装置には、中間層押出機
１２のベント孔へ炭酸ガスを供給するための炭酸ガスボ
ンベ１８と定量ポンプ１９が設けられている。

【００３９】そして、内外層用の樹脂を１９０℃で内外
層押出機１１にて混練し、押出量４０ｋｇ／ｈで金型１
３に注入させ、また中間層用の樹脂を中間層押出機１２
にて１９０℃で混練し、中間層押出機１２内の樹脂に、
定量ポンプ１９のポンプ動作により炭酸ガスボンベ１８
から炭酸ガスを供給して、炭酸ガスと樹脂とを溶融混練
した後、６０ｋｇ／ｈにて金型１３に注入させた。金型
は製品外径８９ｍｍ、内径７７ｍｍの金型を用いた。金
型１３から吐出した樹脂を、管外面成形用チューブ１４
内に挿入し冷却水槽１５内で冷却し、引取機１６で引き
取った後、切断機１７で所定の長さに切断して三層構造
の樹脂管を得た。

【００４０】［実施例２］中間層用の樹脂として、Ｃ原
料を６０重量部、B原料を４０重量部配合したものに、
鉛安定剤２重量部、ポリエチレン系滑剤０．５重量部、
アクリル系加工助剤５重量部及び炭酸カルシウム３重量
部を加えて、コールドブレンドした原料を用いた以外は
実施例１と同様の方法で三層構造の樹脂管を作製した。

【００４１】［実施例３］中間層用の樹脂として、Ｃ原
料を６０重量部、A原料を２０重量部、B原料を２０重量
部配合したものに、鉛安定剤２重量部、ポリエチレン系
滑剤０．５重量部、アクリル系加工助剤５重量部及び炭
酸カルシウ４３重量部を加えて、コールドブレンドした
原料を用いた以外は実施例１と同様の方法で三層構造の
樹脂管を作製した。

【００４２】［比較例１］中間層用の樹脂として、C原
料を６０重量部、A原料を４０重量部配合したものに、
鉛安定剤２重量部、ポリエチレン系滑剤０．５重量部、
アクリル系加工助剤５重量部、炭酸カルシウム３重量部
及びＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）０．３重量部を
加えて、コールドブレンドした原料を用い、中間層押出
機１２内の樹脂に炭酸ガスを供給しなかったこと以外は
実施例１と同様の方法で三層構造の樹脂管を作製した。

【００４３】［比較例２］中間層用の樹脂として、C原
料を６０重量部、原料４０を重量部配合したものに鉛安
定剤２重量部、ポリエチレン系滑剤０．５重量部、アク
リル系加工助剤５重量部、炭酸カルシウム３重量部及び
ＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）０．３重量部を加え
て、コールドブレンドした原料を用い、中間層押出機１
２内の樹脂に炭酸ガスを供給しなかったこと以外は実施
例１と同様の方法で三層構造の樹脂管を作製した。

【００４４】［比較例３］中間層用の樹脂として、C原
料を６０重量部、A原料を２０重量部、B原料を２０重量
部配合したものに、鉛安定剤２重量部、ポリエチレン系
滑剤０．５重量部、アクリル系加工励剤５重量部、炭酸
カルシウム３重量部及びＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミ
ド）０．３重量部を加えて、コールドブレンドした原料
を用い、中間層押出機１２内の樹脂に炭酸ガスを供給し
なかったこと以外は実施例１と同様の方法で三層構造の
樹脂管を作製した。

【００４５】［サンプル評価法］サンプル評価は樹脂管
の肉厚変動により評価した。押出成形品を１分ごとに１
０回切断し、断面上下左右の４力所の肉厚（単位ｍｍ）
を測定して、４０のデータをとり、それらの標準偏差を
算出した。

【００４６】［結果］表２に、実施例および比較例にて
行った三層構造の樹脂管の肉厚変動の評価結果を示す。

【表１】 実施例１〜３に示すように、本発明の製造方法によれ
ば、熱分解型発泡剤を使用した各比較例に比べ、物理発
泡剤を使用した実施例のほうが添加剤が混入されていて
も、発泡倍率の変動が少なく、安定した肉厚が得られ
た。

【００４７】

【発明の効果】本発明の熱可塑性樹脂製の三層構造の樹
脂管の製造方法によれば、発泡倍率の変動が少ない肉厚
の均一な成形が可能となり、寸法変動の少ない均一な三
層構造の樹脂管を得ることができる。特に中間層の発泡
熱可塑性樹脂層にリサイクル樹脂を使用した場合でも、
発泡倍率の変動が少ない肉厚の均一な成形が可能とな
り、寸法変動の少ない均一な三層構造の樹脂管を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三層構造の樹脂管を製造するための製
造装置の上方から見た全体構成図である。

【図２】図１に示す製造装置の側面から見た全体構成図
である。

【図３】本発明の三層構造の樹脂管を製造するために用
いる金型と管外面成形用チューブ示す構成図である。

【符号の説明】

１３ 金型 ３ 樹脂管 ３１ 非発泡熱可塑性樹脂層 ３２ 発泡熱可塑性樹脂層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内層および外層となる発泡剤を含まない熱
   可塑性樹脂組成物からなる非発泡熱可塑性樹脂層と、内
   外層の間に介在され、中間層となる発泡剤が含まれた熱
   可塑性樹脂組成物からなる発泡熱可塑性樹脂層とから構
   成される三層構造の未固化管状体を金型から共押出し、
   共押出された未固化管状体の発泡熱可塑性樹脂層を発泡
   させるとともに、両樹脂層の熱可塑性樹脂組成物を冷却
   固化して成形する三層構造の樹脂管の製造方法におい
   て、発泡熱可塑性樹脂層を形成するために使用する発泡
   剤として物理発泡剤を用いたことを特徴とする三層構造
   の樹脂管の製造方法。
2. 【請求項２】発泡熱可塑性樹脂層を形成する熱可塑性樹
   脂組成物がリサイクル樹脂を含有することを特徴とする
   請求項１記載の三層構造の樹脂管の製造方法。
3. 【請求項３】熱可塑性樹脂が塩化ビニル系樹脂であるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三層構
   造の樹脂管の製造方法。
4. 【請求項４】物理発泡剤が炭酸ガスであることを特徴と
   する請求項１から請求項３の何れかに記載の三層構造の
   樹脂管の製造方法。