JP2003513829A - 発泡ポリマー材料の製造方法及びその実施に用いられる押出機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の方法は、物理発泡剤を添加してポリマー材料を押出成形することにより熱伝導率が４０ｍＷ／°Ｋ＊ｍ以下、密度が５０ｋｇ／ｍ³以下の発泡ポリオレフィン材料を製造する技術に関する。押出は、同方向回転式かみ合い形スクリュー（１２）を備え、軸方向離隔距離（Ｉ）と直径（Ｄ）の比が０．７〜０．８であり、長さと直径の比（Ｌ／Ｄ）が２２〜３０の二軸押出機を用いて実施され、スクリュー（１２）は、複数の混練部（バックミキシング）（１８ａ〜１８ｃ）及び複数の一つ置きに配置された圧送部（１６ａ〜１６ｄ）を有し、混練部（１８ａ〜１８ｃ）と圧送部（１６ａ〜１６ｄ）の長さの比は、６５％〜７５％である。押出中におけるスクリューの回転速度は、５０ｒｐｍ未満である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、物理発泡剤を加えてポリマーを押出成形することにより独立気泡構
造を備えた低密度ポリオレフィン発泡ポリマー材料の製造方法及びこの方法を実
施する際に用いられる押出機に関する。

【０００２】 低密度ポリオレフィンフォームの製造に当たって最も普通に用いられる発泡剤
は、有機化合物であり、かかる有機化合物としては、フルオロカーボン、特に、
飽和クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣ
ＦＣ）及び他のハロゲン化炭化水素が挙げられる。しかしながら、かかるクロロ
フルオロカーボンは、環境に対するマイナスの影響があるため、特に、地球の大
気のオゾン保護層を破壊する原因になっているのではないかと疑われているので
望ましくないものとして考えられており、かくして、段落的全廃の途上にある。
オゾン層を損傷しない他のハロゲン化炭化水素が用いられているが、発泡剤とし
てこれらを用いると別の問題が生じる。というのは、これらは易燃性が高いから
である。

【０００３】 ＣＦＣ及びＨＣＦＣに代えて無機発泡剤、例えば、二酸化炭素、窒素、アルゴ
ン及び水を用いることが提案され、これらは、易燃性のものではなく、環境に対
する影響が殆ど無いか或いは全く無い。しかしながら、かかる発泡剤をそれ自体
単一の発泡剤として用いると、通常、例えば従来型発泡剤を用いて達成できる所
望密度を備えたフォームを得ることはできない。かくして、当該技術分野におけ
る研究は、幾つかの発泡剤の組合せを利用した特定の発泡システムの利用、特定
の物理的性質を備えたポリマー材料の選択及び添加剤の使用に向けられている。

【０００４】 米国特許第５，２４４，９２７号は、二酸化炭素、低アルコール及び水の組合
せによって構成される発泡システムを用いて製造された低密度ポリスチレンフォ
ームを記載している。

【０００５】 米国特許第５，５５４，６６１号は、特定のメルトインデックス及びメルト引
張特性を備えたエチレンポリマー及び発泡剤としての二酸化炭素及び（又は）ア
ルゴンを用いて得られた密度が１５０ｋｇ／ｍ³ 未満の独立気泡発泡エチレン
ポリマー材料を記載している。

【０００６】 本発明は、他方、特定の物理的及び機械的性質を備えた押出法を利用すること
により、たとえ単一の発泡剤、例えば二酸化炭素、不活性ガス又は水を用いても
低密度及び低熱伝導率の所望の特性を備えた発泡ポリオレフィン材料を製造する
方法に関する。

【０００７】 本発明の一目的は、物理発泡剤を添加してポリマー材料を押出成形することに
より熱伝導率が４０ｍＷ／°Ｋ＊ｍ以下、密度が５０ｋｇ／ｍ³ 以下の発泡ポ
リオレフィン材料を製造する方法において、押出成形は、同方向回転式かみ合い
形スクリューを備え、軸方向離隔距離と直径の比が０．７〜０．８であり、長さ
と直径の比（Ｌ／Ｄ）が２２〜３０の二軸押出機を用いて実施され、スクリュー
は、複数の混練部（バックミキシング）及び複数の一つ置きに配置された圧送部
を有し、混練部と圧送部の長さの比は、６５％〜７５％であり、押出中における
スクリューの回転速度は、５０ｒｐｍ未満であることを特徴とする方法を提供す
ることにある。

【０００８】 本発明の方法に用いられるポリオレフィンポリマーとしては、ポリオレフィン
類（polyoleifins）、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン及びこれらのコポ
リマー並びに芳香族アルケニルポリマーが挙げられる。最後に述べたポリマーと
しては、芳香族アルケニル化合物のポリマー、例えば、スチレン、α−メチルス
チレン、エチルスチレン、ビニルベンゼン、ビニルトルエン、クロロスチレン及
びブロモベンゼンが挙げられる。使用できるポリマーとしては、少量の不飽和モ
ノエチレン化合物、例えば、芳香族アルケニル化合物と共重合できるＣ₄−Ｃ₆ジ
エン又はＣ₂−Ｃ₆アルキル酸（alkylylic acids）、例えば、アクリル酸、メタ
クリル酸、アクリロニトリル、無水マレイン酸、メチルアクリレート、エチルア
クリレート及びビニルアセテートが挙げられる。しかしながら、かかるポリマー
の使用は、これにより原料費が著しく高くなるので特に望ましくはない。

【０００９】 本発明の方法は、例えば二酸化炭素、窒素、アルゴン及びヘリウムのような発
泡剤を用いた場合に特に有利であるが、本発明の範囲は、脂肪族化合物、例えば
、メタン、エタン、プロパン、ｎ−ブタン、イソブタン及びｎ−ペンタン並びに
炭素原子が１〜３個の脂肪族アルコールの利用にも及んでいる。また本発明の範
囲には、従来のＣＦＣ及びＨＣＦＣを用いる方法も含まれる。ポリマー材料はま
た、発泡材料の押出しの際に用いられる通常の添加剤、例えば、核剤（成核剤）
、難燃剤及び着色剤を更に含むのがよい。フォーム状のセルの寸法を制御するの
に用いられる核剤としては、特に、タルク、酸化マグネシウム、珪酸カルシウム
、ステアリン酸カルシウム及びクエン酸と炭酸水素ナトリウムの混合物が挙げら
れる。

【００１０】 本発明のもう１つの目的は、上述の方法の実施に用いられ、２つの同方向回転
式かみ合い形スクリューを有する押出機において、軸方向離隔距離（Ｉ）と直径
（Ｄ）の比が、０．７〜０．８であり、長さと直径の比（Ｌ／Ｄ）が、２２〜３
０であり、スクリューは、複数の混練部（バックミキシング）及び複数の一つ置
きに配置された圧送部を有し、混練部と圧送部の長さの比は、６５％〜７５％で
あることを特徴とする押出機を提供することにある。

【００１１】 本発明の別の特徴及び利点は、非限定的な例として特定の実施形態を示す添付
の図面を参照して以下の詳細な説明を読むと明らかになろう。 図１を参照すると、管状押出機本体が、全体を符号１０で示されていて、上述
の特性を備えた２つの同方向回転式かみ合い形スクリュー１２が、押出機本体の
内部キャビティ内に配置されている。ポリマー材料を図示していない供給手段に
よってスクリューの最初の送込み部１４で押出機のキャビティ内に送り込む。ス
クリュー１２は、３つのバックミキシング部１８ａ，１８ｂ，１８ｃによって離
隔された４つの圧送部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを有している（図７参照
）。

【００１２】 スクリュー１２は好ましくは、最初の圧送部１６ａの下流側（参照符号１７参
照）では、コア直径が７〜１４％増大して外径が４〜８％減少し、最後の混練部
１８ｃの下流側（参照符号１９参照）では、コア直径が２〜５％増大して外径が
１〜３％減少している。これらのばらつきは、図面の縮尺及びこれらが比較的小
さいことに起因して図１〜図７のうちいずれを見てもすぐには分からない。

【００１３】 材料を最初のフィーダ部又は供給部１４及び輸送部１６ａ内で溶融させ、好ま
しくは、第１のバックミキシング部１８ａの直ぐ下流側で流動部１６ｂ内に設け
られた図示されていないインジェクタ手段によって発泡剤を押出機本体中へ導入
する。

【００１４】 押出機のヘッドのところでの圧力は、２００〜２８０バール、好ましくは２４
０〜２８０バールである。押出機本体内部の温度は、使用されるポリマーの特定
の性質に依存してオペレータによって管理されることになることは明らかである
。

【００１５】 溶融状態のポリマー材料は、最終流動／圧送部１６ｄを出ると、定置型ミキサ
／ホモジナイザユニット２０に送られる。このユニットは、公知形式のものであ
るのがよく、好ましくは、本出願人の名義の米国特許第４，２２２，７２９号に
記載された装置である。

【００１６】 いずれの場合においても、本発明の方法を用いる場合、定置型ミキサユニット
の特性が３０〜８０バールの圧力降下を生じさせるようなものであることが好ま
しい。

【００１７】 材料は、定置型ミキサ２０を出ると、最終的に、一般に１００〜２００バール
の圧力状態にあるダイ２２（図２〜図６参照）に送られる。 ダイ２２は、材料を流通させる内部通路２６を備えた本体２４を有し、その第
１の部分２８（図４、図５及び図６参照）の横断面は、円形部分３０から実質的
に矩形の部分３２まで次第に変化しており、この矩形部分３２内では、１対の側
部３４は他方の対をなす側部３６よりも著しく長い。

【００１８】 通路２６は、第１の部分２８の下流側に配置された第２の部分３８を有し、そ
の横断面（図３参照）は、側部３４を一段と長くすると共に側部３６を一段と短
くすることによって次第に変化している。 最後に、２つの向かい合ったリップ４０（図２参照）が、出口通路２６の外部
出口のところに設けられており、これらリップにより、通路２８の流れ断面が減
少している。

【００１９】 実験例Ｉ 上述の特性を有し、長さと直径の比Ｌ／Ｄが２４の同方向二軸押出機を用いた
。スクリューのそれ以外の特徴は以下の通りである。 − 軸方向離隔距離Ｉ：１００ｍｍ − スクリュー直径Ｄ：１３２ｍｍ − 利用可能な電力： ７５ｋＷ 使用したポリマー材料は、メルトインデックスが１．７〜１．８ｇ／１０分で
あり、ビカー軟化点が１００℃以上のポリスチレンであった。

【００２０】 使用した材料は又、核剤として０．５〜１．５重量％のタルク、４〜５％の難
燃剤及び着色剤を含有していた。純粋な二酸化炭素を発泡剤として用い、試行中
、固形物の１００部について２〜５％の範囲にわたる種々の割合の発泡剤を用い
た。

【００２１】 試行中、スクリューの回転速度は、１８〜２５ｒｐｍの範囲で変化させた。 押出機のヘッドのところの圧力を、２００〜２８０バールに維持し、ダイ中の
圧力は、１００〜２００バールであった。 発泡材料のパネルを得たが、その特性は次のとおりである。 − ６００〜８００ｍｍの範囲内でばらつきのある幅 − ２０〜６０ｍｍの厚さ − ３５〜５０ｋｇ／ｍ³ の範囲内でばらつきのある密度 − ０．１５０〜０．２５０ｍｍの範囲内でばらつきのある気泡直径 熱伝導率は、２６．５〜２８．２ｍＷ／°Ｋ＊ｍの値の範囲内で押出し直後、
変化することが判明した。

【００２２】 これらばらつきは、使用した発泡剤及び核剤の種々の割合によって定められた
状態で生じる。 得られた発泡パネルのうち少なくとも９５％は、ＡＳＴＭ・Ｄ・２８５６−Ａ
によって定められた独立気泡構造を有していた。 生産性（利用可能な電力／製品のｋｇ）は、０．４〜０．６ｋＷ／ｋｇの範囲
にわたっていた。

【００２３】 実験例ＩＩ スクリューが上記のものと同一タイプの同方向回転式二軸押出機を用い、追加
の特性は以下の通りである。 − 軸方向離隔距離Ｉ：６６ｍｍ − スクリュー直径Ｄ：８２ｍｍ − 利用可能な電力： １８ｋＷ 実験例Ｉの場合と同一のポリマー材料を用い、この場合も又、発泡剤の量を２
〜５％の範囲で変化させた。

【００２４】 押出機ヘッドのところの圧力を２００〜２８０バールの範囲内で変化させ、ダ
イのところの圧力は１００〜１２０バールの範囲にわたるものであった。 発泡材料のパネルを得たが、その特性は次のとおりである。 − ２００〜４５０ｍｍの幅 − １０〜２５ｍｍの厚さ − ３５〜５０ｋｇ／ｍ³ の密度 − ０．１５０〜０．２５０ｍｍの気泡直径

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を実施する押出プラントの一連の構成部品を示す概略断面図である。

【図２】 図１の押出装置の構成部品の下流側に配置されたダイの断面側面図である。

【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。

【図４】 図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。

【図５】 図２のダイの正面図である。

【図６】 図２のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。

【図７】 本発明を実施する押出プラントのスクリューのうちの１つの側面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｋ 105:04 Ｂ２９Ｋ 105:04 Ｃ０８Ｌ 23:00 Ｃ０８Ｌ 23:00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物理発泡剤を添加してポリマー材料を押出成形することによ
   り熱伝導率が４０ｍＷ／°Ｋ＊ｍ以下、密度が５０ｋｇ／ｍ³ 以下の発泡ポリ
   オレフィン材料を製造する方法において、押出成形は、同方向回転式かみ合い形
   スクリュー（１２）を備え、軸方向離隔距離（Ｉ）と直径（Ｄ）の比が０．７〜
   ０．８であり、長さと直径の比（Ｌ／Ｄ）が２２〜３０の二軸押出機を用いて実
   施され、スクリュー（１２）は、複数の混練部（バックミキシング）（１８ａ〜
   １８ｃ）及び複数の一つ置きに配置された圧送部（１６ａ〜１６ｄ）を有し、混
   練部（１８ａ〜１８ｃ）と圧送部（１６ａ〜１６ｄ）の長さの比は、６５％〜７
   ５％であり、押出中におけるスクリューの回転速度は、５０ｒｐｍ未満であるこ
   とを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 最初の圧送部（１６ａ）の下流側のところで、前記スクリュ
   ー（１２）のコアの直径は７〜１４％増大し、その外径は４〜８％減少している
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 最後の混練部（１８ｃ）の下流側のところで、前記スクリュ
   ー（１２）のコアの直径は２〜５％増大し、その外径は１〜３％減少しているこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 ダイ（２２）が、押出機の下流側に配置され、ダイは、材料
   を流通させる内部通路（２６）を備えた本体（２４）を有し、その第１の部分（
   ２８）の断面は、円形の断面部（３０）から実質的に矩形の断面部（３２）まで
   変化しており、前記矩形断面部では、一方の対をなす側部（３４）が他方の対を
   なす側部（３６）よりも著しく長いことを特徴とする請求項１〜３のうち何れか
   一に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記内部通路（２６）は、第１の部分（２８）の下流側に配
   置された第２の部分（３８）を有し、その断面は、一段と変化しており、その一
   方の対をなす側部（３４）は長く、他方の対をなす側部（３６）は短いことを特
   徴とする請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 ２つの互いに向かい合ったリップ（４０）が、移行通路（２
   ６）の出口のところに形成され、これらリップは、前記内部通路（２６）の流れ
   断面を狭くしていることを特徴とする請求項１〜５のうち何れか一に記載の方法
   。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のうち何れか一に記載の方法の実施に用いられ
   、２つの同方向回転式かみ合い形スクリュー（１２）を有する押出機において、
   軸方向離隔距離（Ｉ）と直径（Ｄ）の比が、０．７〜０．８であり、長さと直径
   の比（Ｌ／Ｄ）が、２２〜３０であり、スクリュー（１２）は、複数の混練部（
   バックミキシング）（１８ａ〜１８ｃ）及び複数の一つ置きに配置された圧送部
   （１６ａ〜１６ｄ）を有し、混練部（１８ａ〜１８ｃ）と圧送部（１６ａ〜１６
   ｄ）の長さの比は、６５％〜７５％であることを特徴とする押出機。
8. 【請求項８】 最初の圧送部（１６ａ）の下流側のところで、前記スクリュ
   ー（１２）のコアの直径は７〜１４％増大し、その外径は４〜８％減少している
   ことを特徴とする請求項７記載の押出機。
9. 【請求項９】 最後の混練部（１８ｃ）の下流側のところで、前記スクリュ
   ー（１２）のコアの直径は２〜５％増大し、その外径は１〜３％減少しているこ
   とを特徴とする請求項７又は８記載の押出機。