JP2007276245A - 発泡樹脂押出成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形不良を発生することなく、表面にエンボスを付与した発泡樹脂成形体を効率的に製造する製造方法を提供すること。
【解決手段】加熱可塑化状態の発泡熱可塑性樹脂を押出金型で押出して成形する発泡樹脂押出成形体の製造方法において、冷却サイジング装置内の樹脂流路内に設けたエンボスロールにて発泡樹脂押出成形体の表面にエンボスを付与し、次いで冷却サイジング装置内の流路内に設けた平滑ロールにて表面を成形するとともに冷却サイジング装置より引き出してなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発泡樹脂押出成形体の製造方法に関するものであり、特に床材、壁材、天井材、建具類等の建築材料や車両内装材、電気機械器具の部品や筐体等の用途に使用できる発泡樹脂押出成形体の製造方法に関するものである。

発泡により内部を多孔質の細胞状とした熱可塑性樹脂を所定の形状に成形してなる発泡樹脂成形体は、軽量で断熱性が高く、体積当たりの価格も低廉で、加工も容易である等の種々の長所が高く評価されて、従来既に上記した各種の用途に広く使用されている。これらの発泡樹脂成形体の製造方法は各種知られているが、中でも、一定の断面形状を有する長尺状の発泡樹脂成形体を連続的に効率良く製造可能な製造方法として、熱可塑性樹脂に発泡剤を添加してなる発泡樹脂材料を、加熱溶融混練して押出機により押出金型から押出し、これを発泡させながら冷却サイジング金型に導入して、該冷却サイジング金型の内部形状通りの断面形状及び外形寸法に成形しながら冷却固化させる発泡押出成形法が、最も広く用いられている。

しかし、前記した発泡押出成形法では、冷却サイジング金型内に導入された発泡樹脂材料が、自身の発泡の圧力により冷却サイジング金型の内壁面に押しつけられるため、成形スピードも数ｍ／分程度しか出なかった。また、発泡樹脂材料と冷却サイジング金型の内壁面との間での滑りが悪くなり、成形に不都合が生じることが多い。例えば、押出金型から押出されて発泡しつつ冷却サイジング金型内を通過する加熱可塑化状態の発泡樹脂材料が、冷却サイジング金型の内壁面との間の摩擦力に打ち勝つことができず、冷却サイジング金型の内部で詰まって引取り（冷却サイジング金型から連続的に脱型すること）不能となったり、摩擦力の影響で内部応力が強く残った状態で冷却サイジング金型から引取られ、該引取り後に内部応力が開放されて、反りや曲がり、捻れといった変形を生じたり、冷却サイジング金型の内部で詰まった発泡樹脂材料を無理に引き出すと発泡樹脂材料が伸びたり破断したりする等、種々の成形不良事故のために、良好な発泡樹脂押出成形体の製造が困難となる場合が多い。この様な問題は、高発泡倍率の発泡樹脂押出成形体を製造しようとする場合や、発泡樹脂材料の主成分である熱可塑性樹脂として、弾性率の低い樹脂や、結晶化速度の遅い樹脂、或いは金属接着性の高い樹脂などを使用した場合に、特に顕著に発生する傾向がある。このため、前記した発泡押出成形法によって発泡樹脂成形体を製造しようとする場合には、製造可能な発泡樹脂押出成形体の発泡倍率や、使用可能な熱可塑性樹脂の弾性率、結晶化速度、金属接着性などの面で、大きな制約があるのが実情である。

また、断面形状が円形や矩形等の単純な形状であれば余り大きな問題はないが、幅と比較して層厚の薄い薄板状や、表面に複雑な凹凸を有する形状であったりすると、発泡倍率は通常の程度であっても、発泡樹脂材料の断面積との対比において、冷却サイジング金型の内面との接触面積が相対的に増す結果、摩擦力の影響が強く出て、前記した様な種々の成形不良事故が発生する場合がある。
特開平５−１６２０６号公報 特開２００２−３３７２１４号公報

本発明は、従来の技術における上記した様な問題点を解決すべくなされたものであり、その課題とするところは、成形不良を発生することなく、表面にエンボスを付与した発泡樹脂成形体を効率的に製造する製造方法を提供することにある。

本発明はこの課題を解決するためになされたものであり、すなわちその請求項１記載の発明は、加熱可塑化状態の発泡熱可塑性樹脂を押出金型で押出して成形する発泡樹脂押出成形体の製造方法において、冷却サイジング装置内の樹脂流路内に設けたエンボスロールにて発泡樹脂押出成形体の表面にエンボスを付与し、次いで冷却サイジング装置内の流路内に設けた平滑ロールにて表面を成形するとともに冷却サイジング装置より引き出してなることを特徴とする発泡樹脂押出成形体の製造方法である。

またその請求項２記載の発明は、前記押出金型が製造すべき成形体の寸法とほぼ同一の内壁面寸法を有すると共に、その内部に中子体を設け、その内部で主として内側の空洞部分に向かって発泡させるセルカ法を用いてなることを特徴とする、請求項１記載の発泡樹脂押出成形体の製造方法である。

請求項１記載の発明により、冷却サイジング装置内にエンボスロールと平滑ロールを設けたことで、従来の冷却サイジング金型内の摩擦による成形速度の低下や不良事故などの問題を回避することができ、より効率的に成形することが可能となる。

またその請求項２記載の発明により、セルカ法により発泡樹脂押出成形体の表面側の発泡が抑えられることから、エンボス形成性や表面強度がより良いものとして成形することが可能となる。

図１に本発明の発泡樹脂押出成形体の製造方法の一実施例の工程示す。押出機１０内にて熱可塑性樹脂を加熱可塑化しつつ混練し、押出金型１１から発泡樹脂材料１２が押出され、後述する冷却サイジング装置１４に導入される。この冷却サイジング装置１４を通過する際に水槽などの冷却槽１５により十分に冷却され、引取機１６の作用力によって引き取られ、切断台１７に送られ、切断刃１８により所定の寸法に切断される。この後４０℃から９０℃程度のエージングを行い、反りを防ぐことができるこうして、目的物である発泡樹脂押出成形体が得られる。

図２に本発明の発泡樹脂押出成形体の製造方法の一実施例の冷却サイジング装置１４の詳細を示す。エンボスロール３３、３５によりエンボスが付与され、押さえ金型３７によりサイジングされ、平滑ロール３４、３６により表面が整えられつつ冷却され、引取機へ引き出される。

熱可塑性樹脂の発泡押出成形法には、大別して２種類が知られている。その一方は、図３に示す様に、製造すべき成形体の寸法より小さ目の内壁面寸法を有する押出金型１１を用い、該押出金型１１から押出された加熱可塑化状態の発泡樹脂材料１２が、押出機１０内の高圧により発泡が抑えられていた状態から、大気圧状態に減圧されることにより、急激に発泡する現象を利用して、製造すべき成形体の外形寸法にほぼ近い寸法にまで発泡させてから、冷却サイジング装置１４に導入する方法である。この方法は、従来最も一般的な方法であったことから通常法と称され、また、発泡樹脂材料１２が大気圧下で金型等による束縛を受けることなく自由な状態で発泡することからフリー法（フリープロセス、フリーフォーミングプロセス）とも称されている。

もう一方は、図４に示す様に、押出金型１１が製造すべき成形体の寸法とほぼ同一の内壁面寸法を有すると共に、その内部に中子体２０を設け、発泡熱可塑性樹脂１２を中空状態で押出し、その発泡が殆ど進行していない状態で冷却サイジング装置１４に導入し、その内部で主として内側の空洞部分に向かって発泡させる方法である。この方法は、フランスのユージンクールマン社によって開発され、セルカ法（セルカプロセス）の名称で広く紹介された方法であり、樹脂の発泡が内部に向かって進行する特徴から、インワードフォーミングプロセスとも称されている。

本発明の発泡樹脂成形体の製造方法においては、発泡樹脂材料１２の発泡押出成形方法としては、上記した通常法、セルカ法のいずれも採用可能であり、目的物である成形体の用途に応じて適宜選択すれば良い。セルカ法の場合には、押出金型１１から押出された発泡樹脂材料１２が直ちに冷却サイジング装置１４に導入され、その外表面が急激に冷却されることにより、図４に示した様に、内部に向かっての発泡により空洞部分が埋められた内部は高発泡層２２となる一方、表層部には未発泡又は低発泡状態に留まった被覆層２１、２３が形成される特徴があり、表面硬度や耐水性、成形体全体としての剛性などが要求される用途などに適している。

本発明においては、冷却サイジング装置１４内でエンボスを施すため、内部の空洞部分に向かっての発泡の反作用としての、発泡層の表層（被覆層２１）をエンボスロールに押し付ける圧力のために、シャープなエンボスを形成し易いといったことにより、セルカ法の方が好ましい。また、セルカ法の場合には、未発泡又は低発泡状態の被覆層２１、２３の有する剛性のために、冷却サイジング装置１４のエンボスロールとの摩擦力に対する抵抗性も強く、冷却サイジング装置１４内における樹脂の詰まりや、冷却サイジング装置１４からの引取時の変形破断等の防止にも、より有効な方法である。更に、表面が低発泡なことにより表面強度が大きくなる効果もある。

本発明において、発泡樹脂材料１２の主成分として用いられる熱可塑性樹脂の種類には特に制限はなく、目的物である発泡樹脂成形体の用途に応じて任意の熱可塑性樹脂を選択すればよい。具体的には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン、オレフィン系熱可塑性エラストマー等のポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸（エステル）共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸共重合体金属中和物（いわゆるアイオノマー樹脂）等のオレフィン系共重合体樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール等のポリビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、ポリカーボネート等のポリエステル系樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリル等のアクリル系樹脂、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂等のスチレン系樹脂、６−ナイロン、６，６−ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフロロエチレン、エチレン−テトラフロロエチレン共重合体、テトラフロロエチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体等のフッ素系樹脂等、或いはそれらの複数種の混合物、共重合体等であっても良い。また、多層押出法等により同種又は異種の熱可塑性樹脂からなる複数層の積層体によって発泡層を構成することもできる。

本発明において、上記熱可塑性樹脂を発泡させるために添加される発泡剤の種類にも特に制限はなく、従来公知の発泡剤から適宜選択すればよい。具体的には、従来公知の熱可塑性樹脂の発泡法としては、一般的には、熱分解や化学反応によってガスを発生する性質を有する化学物質（化学発泡剤）を利用する化学発泡法と、低沸点の液体又は高圧下で液化した気体（物理発泡剤）が熱の作用により気化する現象を利用する物理発泡法とに分類することができる。前者に用いられる化学発泡剤としては、例えば重炭酸ナトリウム（重曹）、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、ホウ化水素ナトリウム、軽金属（アルミニウム、マグネシウム等）、アジド化合物（アジ化ナトリウム等）等の無機発泡剤や、アゾ系（アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル等）、ニトロソ系（ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ジメチルジニトロソテレフタルアミド等）、ヒドラジド系（ｐ，ｐ’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド等）等の有機発泡剤などを、それぞれ単独若しくは任意の複数種の組み合わせで使用することができる。また、特に発泡倍率が２倍を超える高発泡化を必要とする場合には、物理発泡法が好適であり、その際、ペンタンヘキサン、ヘプタン等）、クロロフルオロカーボン類（いわゆるフロンガス）等の不活性気体が主に用いられている。また、物理発泡法による発泡押出成形に際しても、発泡体のセル形状を整えるため等の目的で、化学発泡剤を併用することもできる。

発泡樹脂材料１２には上記した熱可塑性樹脂と発泡剤の他、必要に応じて例えば熱安定剤、酸中和剤、紫外線吸収剤、光安定剤、着色剤（染料、顔料等）、充填剤、帯電防止剤、滑剤、造核剤、難燃剤、ブロッキング防止剤、半透明化のための光散乱剤、艶調整剤等の各種添加剤を適宜添加することもできる。これらの添加剤のうち、熱安定剤としてはヒンダードフェノール系、硫黄系、リン系等、酸中和剤としてはステアリン酸金属塩、ハイドロタルサイト等、紫外線吸収剤としてはベンゾトリアゾール系、ベンゾエート系、ベンゾフェノン系、トリアジン系等、光安定剤としてはヒンダードアミン系等、難燃剤としてはハロゲン系、リン系、塩素系等、充填剤としては無機系（炭酸カルシウム、シリカ、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、アルミナタルク、クレー、珪酸マグネシウム、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化鉄、カーボンブラック、金属粉、炭素繊維、ガラス繊維等）又は有機系（ナイロン系、ポリカーボネート系、ポリウレタン系、アクリル系、木毛、木粉、紙粉等）等、滑剤としては炭化水素系、脂肪酸系、高級アルコール系、脂肪酸アマイド系、金属石鹸系、エステル系等、造核剤としてはカルボン酸金属塩系、ソルビトール系、リン酸エステル金属塩系等、顔料としては縮合アゾ系、不溶性アゾ系、キナクリドン系、イソインドリノン系、アンスラキノン系、イミダゾロン系、フタロシアニン系、カーボンブラック、酸化チタン、酸化鉄系、コバルトブルー、パール顔料（酸化チタン被覆雲母等）等があり、これらの各種の添加剤を任意の組み合わせで用いることができる。

前記した建築材料の用途には、例えば鋸や錐、鑿等による切削性、釘打ち性や螺子止め性等、従来最も一般的な建築材料である木材と同等の加工性が求められる場合が多い。係る性能をポリプロピレン系樹脂に付与するためには、該樹脂に木質系充填剤を添加することが最も望ましい。

上記木質系充填剤の素材としては特に制限されることなく選択が可能であるが、一般的には木材をカッターミルなどによって破断し、これをボールミルやインペラーミルなどにより粉砕して微粉状にしたもの（木粉）などを用いる。また、配合量が熱可塑性樹脂１００重量部に対して１００重量部を超えるような高配合とする場合には、特に樹脂中での分散性が重要で、比較的繊毛の少ない粒状の木質系充填剤を利用することが好ましい。繊毛の少ない木質系充填剤としては、主にパーティクルボードなどを研磨して得る研磨粉などが用いられる。また、木質系充填剤の配合量については適宜選択が可能であり、化粧材の用途に応じて最適な配合量が異なるが、一般的には熱可塑性樹脂１００重量部に対して２０〜４００重量部程度の範囲で設計される。

発泡樹脂材料１２を構成する熱可塑性樹脂に木質系充填剤を添加する際の、熱可塑性樹脂と木質系充填剤との混練方法は特に問わないが、ヘンシェルミキサーによって混練し、ペレタイザーでペレット化する方法や、２軸押出混練機によって混合、ペレット化する方法などが一般的である。また、本発明の製造方法によって製造した成形体をリサイクルする場合には、破砕した成形体に必要に応じて木質系充填剤、熱可塑性樹脂、各種添加剤などを添加して利用することもできる。その際の混練方法やペレット化方法も上記と同様であり、特に問わない。

発泡成形体を任意の寸法へ切断した後は、４０℃から９０℃で２０時間から７２時間程度のエージングを行うと発泡成形体の寸法安定性が良くなる。

市販の低溶融張力ホモポリプロピレン樹脂７０重量部、マレイン酸変性したホモポリプロピレン樹脂３０重量部、木質系充填剤（木材をカッターミルで破断し、これをボールミルにより粉砕して微粉状にした平均粒径約２０μｍの木粉）４００重量部を、２軸押出混練機によって混練、ペレット化した。また、着色顔料を４０重量部添加した着色ペレットも作製した。こうして得たペレット１００重量部に対し、重曹クエン酸系の化学発泡剤を４５重量％含有するホモポリプロピレン樹脂系マスターバッチ３重量部を混合して、図１及び図３に示す構成の製造装置における押出機に投入した。断面形状が高さ５０ｍｍ×幅２９５ｍｍの押出金型から押出速度１ｍ／分にて断面形状が高さ５ｍｍ×幅３００ｍｍの長方形である長尺状に押出し、これを内壁面の断面形状が高さ５．２ｍｍ×幅３００ｍｍの長方形である冷却サイジング金型に導入すると同時に、冷却、引取しながらエンボスを付与した後、長さ１８００ｍｍに切断した。以上のようにして、本発明の発泡樹脂押出成形体を、冷却サイジング装置内での樹脂詰まりや引取時の変形・破断等の成形不良事故を発生することなく、良好に製造することができた。

本発明の発泡樹脂押出成形体の製造方法の一実施例の工程を示す説明図である。 本発明の発泡樹脂押出成形体の製造方法の一実施例の冷却サイジング装置の詳細を示す説明図である。 通常法による押出金型と冷却サイジング装置との接合部付近の状態を示す説明図である。 セルカ法による押出金型と冷却サイジング装置との接合部付近の状態を示す説明図である。

符号の説明

１０…押出機
１１…押出金型
１２…発泡樹脂材料
１３…エンボス
１４…冷却サイジング装置
１５…冷却装置
１６…引取機
１７…切断台
１８…切断刃
１９…発泡樹脂押出成形体
２２…高発泡層
３３、３５…エンボスロール
３４、３６…平滑ロール
３７…押さえ金型
４０…被覆層

Claims (2)

1. 加熱可塑化状態の発泡熱可塑性樹脂を押出金型で押出して成形する発泡樹脂押出成形体の製造方法において、冷却サイジング装置内の樹脂流路内に設けたエンボスロールにて発泡樹脂押出成形体の表面にエンボスを付与し、次いで冷却サイジング装置内の流路内に設けた平滑ロールにて表面を成形するとともに冷却サイジング装置より引き出してなることを特徴とする発泡樹脂押出成形体の製造方法。
2. 前記押出金型が製造すべき成形体の寸法とほぼ同一の内壁面寸法を有すると共に、その内部に中子体を設け、その内部で主として内側の空洞部分に向かって発泡させるセルカ法を用いてなることを特徴とする、請求項１記載の発泡樹脂押出成形体の製造方法。

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