JP2004508969A - プラスチック成形物を形成するため次の加工を受ける造粒中間生成物を生成するための方法 - Google Patents

Abstract

微粒子の熱可塑性または熱弾性ポリマーと実質的に不活性なフィラーとからなる造粒中間生成物を生成し、熱可塑性加工方法によってプラスチック成形物へさらに加工するため、粉末または粒子形状のポリマーをフィラーと混合し、粉末混合物を、ポリマーを可塑化させることなく、機械的圧力のみの下で、粒径がより大きい仕込み可能な凝集物に圧縮することが提案されている。そのような凝集物は、従来のプラスチック造粒材料と同じ方法で成形物へ加工可能で、フィラーとポリマーの分子構造とへの熱損傷は、中間生成物の生成中確実に防止され、極めて高い充填率が達成可能である。

Description

【０００１】
この発明は、少なくとも１つの実質的に粉末または粒子形状の熱可塑性および／または熱弾性ポリマーと実質的に不活性なフィラーとから造粒中間生成物を生成し、熱可塑性加工方法によってプラスチック成形物へさらに加工するため、ポリマーとフィラーとを混合し、粉末混合物を粒径がより大きい造粒物に圧縮する方法に関する。
【０００２】
熱可塑性および熱弾性ポリマーは通常、造粒物の形状で、射出成形器または押出成形器によって成形物へ加工される。このため、原材料の生産者は、信頼性のある次の加工を確実にするため、まずポリマーを仕込み可能な造粒形態にしなければならない。造粒は押出成形器を用いて、ポリマーを溶融し、次に生成された造粒物を成形および冷却することによって行なうことができる。この加工は、ポリマーの分子構造に対するダメージを防止するため、エネルギと注意深い温度制御とを必要とする。成形物への加工中、造粒物は再度溶融され加熱される。再生されたプラスチック材料を用いる場合にも同じことが起こる。このため、プラスチック粒子は通常、より小さい破片に粉砕され、それらからリメルトを経て造粒物が生成される。
【０００３】
所望の態様の最終生成物の材料特性に影響を与えるため、短く切断されているかまたは粉末状の繊維材料が、原料となる造粒物を生成する間、または成形物を生成するために原料となる造粒物を溶融する間に添加される。従来の原料となる造粒物への押出成形、または原料となる造粒物の成形物への押出成形のために、最大６５質量％までの繊維充填率を得ることができる。特に、天然繊維のフィラーは、造粒時のポリマー可塑化による熱応力だけでなく、造粒物の成形物へのさらなる加工中の熱応力にもさらされるため、熱損傷を受ける場合がある。
【０００４】
ＤＥ１９８　３４　１３２　Ａ１は、ダイプレスの形をした、熱可塑性ポリマーと天然繊維とから造粒中間生成物を生成するための装置を記載している。ダイプレスは、造粒される粉末混合物が軸方向に装填可能で、穿孔されたダイによってその周縁部で境界を定められた環状空間を含み、前記環状空間には、回転する摩擦ブレードが、穿孔されたダイを通して投入物をプレスするために配置されている。摩擦ブレードと環状空間の外壁との間に形成された空間は、供給されたポリマーに対して可塑化チャンバとしての役割を果たす。この公知の装置は、粉末混合物に作用する剪断力の変化と、したがって可塑化物中の繊維の永続的な均一な分布とを確実にする。さらに、可塑化チャンバは比較的小さく、かつ閉鎖系であるため、可塑化チャンバの正確な温度制御が期待されており、繊維の熱損傷は最小限に抑えられる。しかし、粉末混合物は少なくとも二重に、つまり造粒中および成形物へのさらなる加工中に可塑化されるため、ポリマーに対する、また特に、混合された繊維に対する熱損傷の危険がある。
【０００５】
ＤＥ　３４　０５　１８５　Ｃ２は、添加剤が混合されたポリマーから造粒物を生成するためのさらなるダイプレスを開示している。ダイには温度制御可能な穿孔されたプレートが設けられており、プレートを通して初期混合物が押込まれることにより、少なくともその一部が可塑化する。ダイに連結された加熱冷却装置は、ダイプレスの運転前に穿孔されたプレートを１００℃〜２００℃の運転温度に加熱し、連続運転中に発生した摩擦熱を放出して初期混合物と接触するプレート上面の過熱を防ぎ、実際の凝集前に微粒子ポリマーと粉末状添加剤との完全な混合を確実にする。さらに、ダイプレート上へのプラスチック材料の酸化による析出および溶融は回避されるべきである。初期混合物への熱損傷の危険はしたがって低くなるが、確実にはなくならない。
【０００６】
この発明の根底にある目的は、粉末混合物への熱損傷を確実に防止しつつ、より高い充填率が達成可能な、コストを削減する上述の様式の方法を提示することにある。
【０００７】
この目的は、粉末混合物が機械的圧力のみによってポリマーを可塑化させることなく造粒物へ圧縮されるこの様式の方法において、この発明に従って達成される。
【０００８】
多くのポリマーは、プラスチック材料の合成生成時および再生時の両方において、粉末または粒子の形状で生成される。セルロース生成からセルロース廃水の濃縮によって微粒子で得られるリグニンなどの天然ポリマーでも、状況は同様である。この発明の方法は、ポリマーのそのような粉末または粒子形状に基づいている。このポリマー粉末に、所望の繊維材料が適切に小さい粒径（短く切断されたものから粉末状まで）で添加され、均一に混合される。結果として生じる均質な粉末混合物は次に、可塑化されることなく、機械的圧力のみの下で、初期生成物のものよりも著しく大きい粒径を有する凝集物へ圧縮される。
【０００９】
実際の試験では驚くべきことに、この様態で生成された凝集物は本質的に安定し、かつ非摩耗性で、押出成形、射出成形などの任意の熱可塑性加工方法を用いる従来の様態のプラスチック成形物へ加工するための仕込み可能な中間生成物として供給、梱包、および投入することが可能である、ということが示された。凝集物はしたがって、フィラーを含まないポリマーにマスターバッチとして添加したり、または成形物に直接加工することができる。実際の試験ではまた、このプレスで凝集させることは、特に、使用される粉末混合物に対して最大９５％という大部分を呈し得る繊維状フィラーに対して、ポリマーにおける結合を著しく損なうことなく、相当より高いフィラー比率を作り出す、ということも示された。特に、この発明の方法によって、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの任意の合成熱可塑性または熱弾性ポリマーに高い比率の天然繊維を充填することが可能となり、このことは、一般により高価であるポリマーのより大部分を繊維に置き換えることによって著しいコスト削減につながる。従来の方法は最大で６５質量％の充填率しか達成していない。
【００１０】
粉末混合物は、好ましくは、５ｋＮ／ｃｍ〜３０ｋＮ／ｃｍの直線力で圧縮される。この種の圧力は成形プレス、スクリューまたはローラプレスにおいて簡単に実現可能であり、それにより成形凝集物がその可塑化なく得られる。
【００１１】
連続スクリューまたはローラプレス成形では、得られる材料は、簡単な解砕加工によって、粘度に依存する所望の粒径に解砕され得る。粉末混合物は代わりに、セクションローリングを経て成形凝集物に圧縮されてもよい。別の可能性は、スクリュープレスを用いて粉末混合物を任意の側面形状のストランドに圧縮し、そのストランドを所望の粒径の凝集物に解砕することである。
【００１２】
機械的圧縮に用いられる装置に依存して、特に粉末混合物の剪断応力は、摩擦熱が生じるため、圧縮中に粉末混合物の冷却を必要とする場合がある。これは、たとえば、粉末混合物と接触している機器部分を冷却することによって行なわれてもよい。用いられたポリマーの均一な表面可塑化を安全にかつ確実に防止するため、粉末混合物は最大５０℃、好ましくは最大４０℃に保たれるべきである。ローラまたはセクションローラを好ましく使用する場合、特に設備が開放系であるときには、冷却は一般に省略可能である。比較的高い熱伝導係数を有する材料、たとえば金属または金属合金から作られたローラを用いることは、摩擦熱が常に放出されるため有利である。剪断力がより小さいため、この熱はダイプレスで発生するものよりも著しく少ない。
【００１３】
ポリマー粉末に添加される繊維材料は、好ましくは、１０μｍ〜１０，０００μｍの粒径を有する。
【００１４】
粉末混合物は、好ましくは、１ｍｍ〜１０ｍｍの粒径を有する凝集物に圧縮される。
【００１５】
粉末混合物は、好ましくは、凝集物に実質的に乾式で加工される。繊維材料が天然材料である場合、それはある一定の残留水分を有していてもよく、９５質量％までの量添加されてもよい。
【００１６】
上述のように、ポリマーは合成および／または天然ポリマーであってもよく、またはそれらの混合物であってもよい。この発明の方法は、セルロース生成で生成されたリグニン粉末と天然繊維のフィラーとの粉末混合物を用いて、特に有利に使用可能である。
【００１７】
以下にこの発明を、図面に概略的に示された方法を実施するためのシステムを参照して説明する。
【００１８】
粉末ポリマーまたは粉末ポリマー混合物と、粉末状ないし繊維状の粘度のフィラーとが、方向を示す矢印２で示されたミキサ１に供給され、均一に混合される。ミキサ１は連続またはバッチミキサであり得る。ミキサを離れた混合物は３でホッパー４などに供給され、そこから粉末混合物は計量されて、吐出または移動される。図示された実施例では、粉末混合物は２つのプレスローラ５の間のローラ間隙に達し、そこで単に機械的にストランドまたは帯状の材料（スキャブ）に圧縮され、次いで、たとえば回転ビータまたは刃を含む解砕機６において、仕込み可能な凝集物７に解砕される。ローラ間隙で粉末混合物を圧縮する間、材料へのあらゆる熱損傷と、特に、使用されるポリマーの可塑化とが確実に防止されるよう、粉末混合物は摩擦により、粉末混合物の初期温度に依存して約２５℃〜４０℃に、最小限のみ加熱される。
【００１９】
仕込み可能な凝集物７は、たとえば供給ホッパー９を有する押出成形器８または従来の射出成形器へポリマーを供給して溶融する任意の従来の熱可塑性加工方法を用いて、プラスチック成形部品１０に加工され得る。
【００２０】
【実施例】
１．　１０質量％のポリエチレン粉末と９０質量％の木材粉末または短く切断された木材繊維とを均一に混合する。粉末混合物を、ストランドプレスまたはローラプレスにおいて、５ｋＮ／ｃｍ〜３０ｋＮ／ｃｍの直線力で、或る側面形状のストランドに凝集する。次にストランドを、粒径が１ｍｍ〜１５ｍｍの個々の凝集物に解砕する。
【００２１】
２．　セルロース生成からの７０質量％のリグニン粉末を、３０質量％の短く切断された麻繊維と均一に混合する。粉末混合物を２つのローラ間で５ｋＮ／ｃｍ〜３０ｋＮ／ｃｍの直線力で圧縮し、生成した材料を仕込み可能な凝集物に解砕する。

Claims (17)

1. 少なくとも１つの実質的に粉末または粒子形状の熱可塑性および／または熱弾性ポリマーと実質的に不活性なフィラーとから造粒中間生成物を生成し、熱可塑性加工方法によってプラスチック成形物へさらに加工するため、ポリマーとフィラーとを混合し、粉末混合物を粒径がより大きい造粒物に圧縮する方法であって、
   前記粉末混合物は、ポリマーを可塑化させることなく、機械的圧力のみの下で造粒物に圧縮されることを特徴とする、方法。
2. 粉末混合物は５ｋＮ／ｃｍよりも大きい直線力で圧縮されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 粉末混合物は３０ｋＮ／ｃｍ未満の直線力で圧縮されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 粉末混合物はプレスにおいて成形凝集物に圧縮されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 粉末混合物はローラを用いて圧縮されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
6. 粉末混合物はセクションローリングによって成形凝集物に圧縮されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 粉末混合物はローラによって平面の材料に圧縮され、それは次に凝集物に解砕されることを特徴とする、請求項５または６に記載の方法。
8. 粉末混合物はスクリュープレスによって任意の側面形状のストランドに圧縮され、ストランドは凝集物に解砕されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
9. 圧縮中、粉末混合物は最大５０℃、好ましくは最大４０℃に保たれることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 粉末または粒子形状のポリマーは、フィラーとしての解砕された繊維材料と混合されることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
11. 繊維材料は天然材料であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 粒径が１０μｍ〜１０，０００μｍの繊維材料が用いられることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 粉末混合物は、１ｍｍ〜１０ｍｍの粒径を有する凝集物に圧縮されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
14. 粉末または粒子形状のポリマーは、粉末混合物に対して９５質量％までのフィラーとともに加工されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
15. 粉末混合物は凝集物に実質的に乾式で加工されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
16. 合成および／または天然ポリマー、またはそれらの混合物が用いられることを特徴とする、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
17. セルロース生成からのリグニン粉末が用いられることを特徴とする、請求項１から１６のいずれかに記載の方法。