JP2004268274A - 樹脂ペレット製造用ダイ及び該ダイを用いた樹脂ペレットの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】太さや大きさにバラツキがなく切断面の形状が均一である形状の樹脂ペレットを高生産で提供すること。
【解決手段】ダイから溶融状態で押し出された樹脂ストランドを冷却水などで冷却後に、当該ストランドをカッティングすることにより樹脂ペレットを得る際に、少なくとも一列あたりのダイノズル数が３０穴以上を有するダイで、かつ形状を中心部から周辺部に向かい、ダイの中心のランド長に対して１０％〜５５％のテーパー加工を施したダイを使用すること、並びにそのダイを使用して樹脂ペレットを製造する方法によって得ることができる。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は切断面の形状が均一で形状の揃ったペレットを製造すること。さらに詳しくは、該ペレットを製造できる押し出しダイを提供し、そのダイを用いて形状を均一にした樹脂ペレットの製造方法を提供することである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱可塑性樹脂ペレットは、溶融した樹脂を押出機やギヤポンプなどを用い、ダイノズルから連続的に押し出すことにより得られた樹脂ストランドを、冷却水や空気で冷却した後、所定の長さにカッティングすることで製造されている。
【０００３】
この様なペレット製造工程において、特に生産性をあげようとして吐出量を大きくすると、ダイノズル出口ダイの中心部と末端部では、ダイの中心部から得られたペレットはその断面積が大きく、ダイの末端部から得られたペレットはその断面積が小さくなり、ペレットサイズにバラツキが発生するという問題点があった。この問題を解決するためには、ダイプレートの長さ方向にあわせてペレット化する回転刃の速度を変えることが考えられるが、これは実用的ではない。
【０００４】
さらに、中心部分のストランドが太くなると、隣接するストランドと接触し最悪の場合、ストランドが板状になってしまいペレット化が出来なくなることが挙げられる。また、板状にならないまでも、ストランド同士がくっついてしまうため、複数のペレットからなる「双子ペレット」や「三つ子ペレット」、甚だしい場合には３つ以上のペレットが連なる「多連ペレット」などの「癒着ペレット」が発生する。この様な、癒着ペレットの存在はペレット化後の製品の空輸工程における、空輸ラインの閉塞の原因になったり、後工程でペレットの計量を行なう際に、大きな計量誤差を引き起こす原因になる。さらに、ペレット全体の嵩密度に影響を及ぼし、充填、包装の効率が低下するという問題もある。また、末端部分においては、末端部分のストランドが細くなりすぎて、ストランドをカッティングする前にストランドが切れてしまう、所謂「糸切れ」が起きてしまい、これもまたカッティングが不可能となってしまう。特に、癒着ペレット、糸切れなどの不良現象は、吐出量をあげ、ストランドの引き取り速度を速くすると生じ易くなる。
【０００５】
一般に、樹脂ペレット製造方法では、各種の課題を抱えているので、種々改良が図られている。例えば、造粒ダイスの面からは、ノズル孔の径及び長さに工夫を凝らし、いかに小粒子ペレットを造粒したか（例えば、特許文献１参照）、あるいはペレット状に切断された造粒物を長時間にわたって安定して製造することができ得るように改良したことなどが散見される（例えば、特許文献２参照）。
さらに、樹脂ペレットの製造方法の面からは、回転刃の構造を改良し切粉やカケが少なく、かつ形状の揃った樹脂ペレットの製造方法が開示されているし（例えば、特許文献３参照）、あるいは樹脂粉量、癒着形ペレットの個数、および水分の重量割合が少なく、成形不良の少ないペレット及びその製造方法などが提供されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２０６２１９号公報
【特許文献２】
特開平７−１５６１４１号公報
【特許文献３】
特開平１１−５８３７３号公報
【特許文献４】
特開２０００−２８９０２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決し、太さや大きさにバラツキがなく、常に均一な形状の樹脂ペレットを安定的に高生産で製造する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題を解決するために継続的な検討、実験を重ねた結果、形状の不均一なペレットは、各ダイノズルからの樹脂の吐出量のバラツキに起因することが判明した。さらには、この様なバラツキはダイプレート入口からダイノズル出口までの間の圧力損失を適当な範囲に調節することで抑制できることが判明した。
【０００９】
すなわち、押出機やギヤポンプを出てからダイノズルにいたるまでの流動状態は、溶融樹脂の粘度が高いことから層流であることがほとんどである。この様な流動状態下では、押出機もしくはギヤポンプ出口からダイノズルまでの間は、その流路中心部の線速度が速く、流路周辺部では線速度が遅い。したがって、ダイノズルでの樹脂ストランドの線速度も中心部が早く、末端部では遅いという事になり、樹脂の吐出量が均一ではなくなるという現象が顕著になる。この様な状態で樹脂ストランドをカッティングしペレット化を行なうと、樹脂ストランドの引き取り速度が一定であるため、ストランドの太さが中心部では太く、末端部では細いという状態になると考えられる。
【００１０】
本発明は、かかる検討、結果に基づいてなされたものであり、ダイから溶融状態で押し出された樹脂ストランドを冷却後に、当該ストランドをカッティングする樹脂ペレット製造方法において、少なくとも一列あたりのダイノズル数が３０穴以上を有するダイで、ダイの形状をダイの中心部から周辺部に向かっての削り代ｔを、ダイの中心部のランド長ｌに対して０．１≦ｔ／ｌ≦０．５５のテーパー加工を施したダイを開発し、かつこのダイを使用することによったペレットの製造方法を提供するものである。
なお、削り代ｔとは、図４に示すとおりダイの中心ノズル位置を０とした場合の最末端ダイノズル位置の削り代をいう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる熱可塑性樹脂として、特に限定されるものではないが、好ましくはスチレン系樹脂に使用される。スイチレン系樹脂としてはスチレンを単独で重合したポリスチレンや、ゴムにより補強された耐衝撃性ポリスチレン、流動パラフィンにより流動性・可塑性が付与されたポリスチレンなどが挙げられる。
【００１２】
また、スチレン系の共重合体も使用することも可能であり、この例としてスチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−メチルメタクリル酸共重合体、これらの共重合体をゴムで補強した耐衝撃性樹脂なども挙げられる。また、イオン重合などで得られるスチレン−ブタジエン共重合体にも使用可能である。
【００１３】
さらに、これらのスチレン系樹脂には各種の添加剤が配合されていてもよい。添加剤としてはブロム系，リン系に代表される難燃剤、金属石鹸，脂肪酸アミド，高級脂肪酸などの滑剤、フェノール系，リン系の酸化防止剤や各種の耐侯剤、帯電防止剤、摺動性改良剤、着色剤などが挙げられる。
【００１４】
本発明で樹脂ストランドを押し出す工程は、単軸、二軸の押出機を用いたものや、連続塊状重合法による、直接樹脂をギヤポンプで押し出す工程のいずれでも構わない。また、これらを組み合わせ押出機の先端にギヤポンプが設置されているような工程でも構わない。
【００１５】
本発明に使用されるダイプレートは、図１〜図３に模式的に示される構造のものを使用することが出来る。１列あたりのダイノズルの数については特に制限されるものではないが、ダイプレートは１列あたり３０穴以上を有するダイノズルが開いているものが好ましい。３０穴以下では、樹脂ストランドの水平方向流れのバラツキが小さくなり、本発明の効果が顕著ではなくなる。また、ノズルの配置については１列あたり３０穴以上という条件であれば、同様のものが２列以上交互に配置されていても問題は無い。ただし、実際にペレットをカッティングすることを考慮した場合、通常ノズルは５列以下、好ましくは３列以下、さらに好ましくは２列以下の配置とする。
【００１６】
ダイノズルは通常、直径ｄとランド長ｌでそのプロフィールが記述される。本発明におけるノズル径ｄは特に制限が無い。ノズル径ｄはダイプレートでのノズル配置ピッチｐとペレット化した後に求められるペレット品の特性、即ちペレット品の順調な空輸、正確な計量、充填、包装の効率など、および樹脂ストランドの溶融物性から決定される。つまり、ノズル径が大きければダイに於ける圧力損失は減少するが、結果として得られるペレットが太いものとなり、ペレット表面積が小さくなる、嵩比重が小さくなるなどの問題点が発生する。一方、ノズル径を小さくした場合は、ダイにおける圧力損失が大きくなり、上流工程の押し出し機やギヤポンプの負荷の増大や、ダイノズルにおけるメルトフラクチャーの発生に伴うペレット化不可などの問題点がある。
【００１７】
このダイノズルは最終的に目標とするペレット形状によっても異なるが、通常直径ｄは２．５〜５．０ｍｍで、隣り合うノズルとの間隔（ピッチ）ｐは３〜１５ｍｍである。また、ダイノズルのランド長ｌは５〜２０ｍｍ程度のものが好ましく使われる。
【００１８】
ダイプレートの材質については特に限定されるものではないが、ステンレススチールが主として用いられる。
【００１９】
本発明で使用したダイプレートの実施の形態を図４に示す。先端面は、中央１００ｍｍが水平であり、そこから末端のダイノズルまでの４２３ｍｍの部分にテーパー加工を施したものである。テーパーはダイプレート中央部からの削り代ｔと同義である。また、１列あたりのダイノズルの数は９０穴、ノズル径はｄ＝４．４ｍｍ、ピッチはｐ＝１０ｍｍ、ランド長はｌ＝１２ｍｍであった。中央の水平部は、必ずしも必要なものではない。本発明で肝要なのは、ダイの中心部から末端部に向かってテーパー加工が施されていることである。
【００２０】
【作用】
従来の技術では、ダイのノズル径やランド長、およびその加工方法などにノウハウがあったが、ダイプレートのテーパー（ダイプレート中央部からの削り代ｔ）とペレット形状についての関係については知られていなかった。本発明はダイプレートにｔ／ｌが０．１から０．５５というテーパー加工を施すことで、均一な形状の樹脂ペレットを安定的に高生産で製造することが可能となった。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を詳しい実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。
【００２２】
本発明で使用したダイプレートの例を図４に示す。先端面は、中央１００ｍｍが水平であり、そこから末端のダイノズルまでの４２３ｍｍの部分にテーパー加工を施したものである。また、１列あたりのダイノズルの数は９０穴、ノズル径はｄ＝４．４ｍｍ、ピッチはｐ＝１０ｍｍ、中央部のランド長はｌ＝１２ｍｍであった。そして以下の実施例ではｔを変えて実施した。
【００２３】
また、本発明の評価では、得られたペレットは正確な真円ではないので、その形状を定義するために、ペレット切断面の長径と短径を測定し、ペレット切断面は楕円形であるものとして、ペレット断面積を算出した。さらに、ダイプレート長さ方向のバラツキを評価するために、ダイプレートを図５に示したとおり長さ方向に８つのセクションに分けて、その各々のセクションから得られたペレットをサンプリングし、その断面積を測定した。各セクションでのペレット形状の代表値としては、サンプリングしたペレットの平均断面積を用いた。これらペレットの断面積のバラツキを評価するために、以下の式で定義される面積偏差を用いた。すなわち、面積偏差＝（各セクションでの平均断面積−全ペレットの平均断面積）
【００２４】
実施例１
実施例、比較例ともに塊状連続重合法で未反応の溶剤を含むポリスチレン樹脂液を温度２３０℃、真空条件下で脱揮し、得られた樹脂を温度２６５℃まで加熱した上で、ギヤポンプを用い８．４トン／時間で、ｔ＝２．０ｍｍ、ｔ／ｌ＝０．１７の形状ダイプレートから押出した。得られた樹脂ストランドを温度６０℃の冷却水で冷却したのち、ペレット化した。評価の結果を表１に示した。
【００２５】
比較例１
実施例１と同一の押出条件で、かつノズル径、ランド長はまったく同様でテーパー加工のみｔ＝０ｍｍ、ｔ／ｌ＝０とし、溶融したポリスチレン樹脂を用いて実施し、得られたペレットの形状を評価した。評価結果を表２に示した。
【００２６】
実施例２
実施例１と同一の押出条件で、かつノズル径、ランド長はまったく同様でテーパー加工のみｔ＝３．５、つまりｔ／ｌ＝０．２９としたダイプレートを用いて、実施し、得られたペレットの形状を評価した。評価結果を表３に示した。
【００２７】
これらの実施例、比較例の各セクションでの面積偏差を表４にまとめた。表４の結果からも明らかなように、ｔ／ｌ＝０よりも０．１７、０．２９とすることによってより各セクションでの面積偏差が小さくなることが分かる。
【００２８】
【表１】
Figure 2004268274
【００２９】
【表２】
Figure 2004268274
【００３０】
【表３】
Figure 2004268274
【００３１】
【表４】
Figure 2004268274
【００３２】
【発明の効果】
表４の結果からも明らかなように、ダイの中心部から周辺部に向かっての削り代ｔを、ダイの中心部のランド長ｌに対して０．１≦ｔ／ｌ≦０．５５とするテーパー加工を施したダイを使用することによる本発明の効果は非常に大きく、樹脂ストランドの太さと、ダイプレートの長さ方向の吐出量を調整することができ、より断面積の均一なペレットを得ることが出来た。これにより、従来とほとんど同様のペレット化工程で、従来より優れた生産性を図ることが可能となり、合成樹脂製造・加工分野での価値はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】模式的なダイプレートの正面図
【図２】模式的なダイプレート長手方向水平断面図
【図３】模式的なダイプレート短手方向縦断面図
【図４】本発明で使用した模式的なダイプレートの正面図
【図５】本発明で使用した模式的なダイプレートのセクション分け概念図

Claims (4)

  1. ダイから溶融状態で押し出された樹脂ストランドを冷却後、当該ストランドをカッティングする樹脂ペレット製造方法において、少なくとも一列あたりのダイノズル数が３０穴以上を有するダイで、かつダイの中心部から周辺部に向かっての削り代ｔを、ダイの中心部のランド長ｌに対して０．１≦ｔ／ｌ≦０．５５のテーパー加工を施したダイ。
  2. 請求項１に記載のダイを用いて樹脂ペレットを製造することを特徴とするペレットの製造方法。
  3. 請求項１に記載のダイを用いてスチレン系樹脂ペレットを製造することを特徴とするペレットの製造方法。
  4. 請求項１に記載のダイを用いて樹脂ペレットを製造する際に、ダイから溶融状態で押し出された樹脂ストランドを冷却水で冷却して樹脂ペレットを製造することを特徴とする請求項２または請求項３記載のペレットの製造方法。
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