JP2009113483A - 熱可塑性樹脂発泡体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚みの均一性に優れた熱可塑性樹脂発泡体を提供すること。
【解決手段】発泡性熱可塑性樹脂を溶融させ、先端に複数個のコートハンガー状の流路（１）を有するトーナメント状に分岐した流路（２）を経て、該流路（２）毎に設けられた複数の吐出孔（３）を有する複数のダイユニット（４）から押出し、押出された発泡ストランドを集束させる熱可塑性樹脂発泡体の製造方法において、上記複数のダイユニット（４）の合計の吐出孔群（３）の幅（Ｗ１）を５００〜２，５００ｍｍとすることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、波打がなく、厚みの均一性に優れたストランド集束熱可塑性樹脂発泡体の製造方法に関する。

従来より、熱可塑性樹脂を複数の吐出孔を有するダイを通過させて発泡ストランドを形成し、これらを一体化した発泡体が知られている。例えば、特許文献１には発泡可能な溶融した熱可塑性組成物を、押出される隣接するストランドまたはプロフィールが接触かつ合体するように配置された複数のオリフィスまたはスリット（吐出孔）の列を有するダイプレートを通して押出して、前記のストランドまたはプロフィールが発泡体の縦軸に対して実質的に平行に配置されている構造を有する発泡体の製造方法が開示されている。

また、特許文献２には押出ノズルの上流部にトーナメント状に分岐した流路を設け、さらにその先端にコートハンガー状の整流機構を設けることで、幅方向の樹脂の吐出を均一にする手法が開示されている。

しかしながら、特許文献１において、比較的幅の広いシート状やボード状の発泡体を作成する場合に、熱可塑性樹脂を押出機により各吐出孔からストランド状に押出す必要があり、押出機から押出される樹脂の通過路に比べ、得ようとする製品幅が広いため、製品の両端の厚みが中央部の厚みより薄くなるといった問題を有していた。

また、特許文献２では、コートハンガーダイを用いて樹脂押出機から幅広で均等に樹脂を押出すことが記載されているが、このコートハンガーダイと特許文献１に記載された吐出孔の列を有するダイプレートを通して熱可塑性樹脂をストランド状に押出しても、得ようとする製品幅が広いため、製品の両端の厚みが中央部の厚みよりも薄くなるといった問題を有していた。

製品の両端の厚みが中央部の厚みよりも薄くなると、係る箇所の断熱性能が劣るばかりでなく躯体への適合性にも問題を生じる。この場合、両側をトリムカットすれば前記問題は解決されるが、トリムカットする手間やトリムを除去する手間が生じ、作業的にも好ましくないばかりでなく、トリムカットした樹脂が再利用できない場合は、トリムカットした樹脂を廃棄しなければならないといった問題を有していた。前記問題は特に発泡倍率が１０倍以上になると、発泡体の厚みの差が生じ易く、トリムカットする幅も大きいものであった。
特表平１−５０２２５２号公報 特開２００３−３１１８０６公報

また、比較的幅の広いシート状やボード状のストランド押出し発泡体を得る場合、単一の押出し機から樹脂を供給して押出しをすると、樹脂の供給が特に両端で不十分となり易く、得られる発泡体の厚みが不均一となると云った問題を有していた。この問題は特に発泡体の幅が５００ｍｍ以上になると顕著であり、前記特許文献に記載のコートハンガーダイを用いても未だ十分ではないといった問題を有していた。従って本発明の目的は、上記問題点に鑑み、厚みの均一性に優れた熱可塑性樹脂発泡体を提供することにある。

上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、発泡性熱可塑性樹脂を溶融させ、先端に複数個のコートハンガー状の流路１を有するトーナメント状に分岐した流路２を経て、該流路２毎に設けられた複数の吐出孔３を有する複数のダイユニット４から押出し、押出された発泡ストランドを集束させる熱可塑性樹脂発泡体の製造方法において、上記複数のダイユニット４の合計の吐出孔群３の幅Ｗ１を５００〜２，５００ｍｍとすることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造方法を提供する。

上記本発明においては、前記コートハンガー状の流路１とダイユニット４の両者の数が、２〜１６であること；前記コートハンガー状の流路１の末端の開孔幅Ｗ２が、１３０〜４５０ｍｍであること；前記ダイユニット４の吐出孔群３の高さＤ１が２ｍｍ以上で、複数のダイユニット４の全吐出孔群３の全幅をＷ１とした時、Ｗ１／Ｄ１が１０以上であることが好ましい。

また、上記本発明においては、ダイユニット４の吐出孔群３のうち、両外側の吐出孔群（領域ａ、ａ’）の孔径αが、内側の吐出孔群（領域ｂ）の孔径βよりも大きいこと；α／βが、１．０５〜１．４０であること；ダイユニット４の吐出孔群３の幅をＷ３としたとき、両外側（領域ａ、ａ’）の吐出孔群が、Ｗ３の両側端から３０％の範囲内にあること；前記全ての吐出孔１個あたりの樹脂吐出量の比率が、８０％〜１００％（差が２０％以内）であることが好ましい。

また、本発明は、発泡倍率が１０倍以上であり、幅Ｗ４が５００ｍｍ〜２，５００ｍｍ、厚みＤ２が５ｍｍ以上、Ｗ４／Ｄ２が１０以上であり、発泡体の最小の厚みと最大の厚みとの差が１０％以下であることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体を提供する。

本発明によれば、発泡体の幅方向の波打ちがなく、かつ厚みの均一性に優れた熱可塑性樹脂発泡体を提供することができる。

次に発明を実施するための最良の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。本発明の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法は、図１に図解的に示すように、発泡性熱可塑性樹脂を溶融させ、先端に複数個のコートハンガー状の流路１を有するトーナメント状に分岐した流路２を経て、該流路２毎に設けられた複数の吐出孔３を有する複数のダイユニット４から押出し、押出された発泡ストランドを集束させる熱可塑性樹脂発泡体の製造方法において、上記複数のダイユニット４の合計の吐出孔群３の幅Ｗ１を５００〜２，５００ｍｍとすることを特徴とする。該方法によれば、熱溶融樹脂の吐出量が全てのダイユニット４の全幅にわたって均一になり、従って波打ちがなく、かつ厚みの一定な発泡体が得られる。なお、ダイユニット４は、トーナメント状に分岐した流路２毎に１個ずつダイを設ける（すなわち、流路２が８個の場合、８個のダイユニットを設ける）ことで構成することができ（図１）、また、図５に示すように上記流路２の全幅にわたって一枚のダイプレート５を設け、このプレート中に、それぞれ上記流路２の数に対応したダイユニット４の連続体５であってもよい。

上記において、コートハンガー状の流路１とダイユニット４の両者の数（双方の数）は、一般的には２〜１６である。なお、図１に示す例のコートハンガー状の流路１とダイユニット４の数は８であるが、本発明は図１によって限定されない。コートハンガー状の流路１とダイユニット４の数が１では、本発明の目的は達成されず、一方、コートハンガー状の流路１とダイユニット４の数が１６を超えると、溶融樹脂の流れに対してせん断力の影響が大きくなり、樹脂が十分に発泡しなかったり、また、発泡体の生産性が低下する。より好ましいコートハンガー状の流路１とダイユニット４の数は２〜１０である。

また、前記コートハンガー状の流路１の末端の開孔幅Ｗ２は、１３０〜４５０ｍｍであることが好ましい。上記開孔幅Ｗ２が１３０ｍｍ未満では、いたずらにコートハンガー状の流路１の数を増やしてしまうことで、樹脂の流れに対してせん断力の影響が大きくなり、十分に発泡しなかったり、また、発泡体の生産性が低下したり、ダイユニット４の開孔径の構成を複雑にする必要があり好ましくなく、上記開孔幅Ｗ２が４５０ｍｍを超えると、吐出孔群３から樹脂が均一に流れにくくなり、得られる発泡体に波打ちが生じたり、厚みの寸法精度が損なわれたりするため好ましくない。より好ましい開孔幅Ｗ２は２００〜４００ｍｍである。また、上記コートハンガー状の流路１の角度δは９０〜１８０°であることが好ましく、さらに好ましくはδは１２０〜１６０°である。

また、前記ダイユニット４の吐出孔群３の高さＤ１が２ｍｍ以上で、複数のダイユニット４の全吐出孔群３の全幅をＷ１とした時、Ｗ１／Ｄ１が１０以上であることが好ましい。上記Ｄ１が２ｍｍ未満では、本発明で使用するポリプロピレン樹脂のような高粘性の樹脂の押出しに、特徴的なメルトフラクチャーの影響を無視できなくなり、結果として厚みの寸法精度が悪化してしまうために好ましくなく、上記Ｗ１／Ｄ１が１０未満では、Ｗ１が５００〜２，５００ｍｍに対して高さＤ１が極端に大きくなり、発泡体の平滑性が得られにくくなったり、発泡後に発泡体内部の樹脂が硬化するまでのタイミングが遅くなり、結果として発泡体が収縮して発泡倍率の高い製品が得られなくなるため好ましくない。より好ましいＤ１は、５〜７０ｍｍであり、より好ましいＷ１／Ｄ１は、１０〜８００である。
また、本発明における吐出孔群３の配列は、図２に示すような格子状の配列でも、斜めにハニカム状（千鳥状）に配列させても構わない。格子状に配列させた場合は、得られる発泡体が柔軟性の高い製品となり、逆にハニカム状に配列させた場合、得られる発泡体の曲げ強度が高い製品となる。

図２は、１個のダイユニット４の正面図であり、図２に示すダイユニット４に設けられた吐出孔群３は、図３に示すようにその両側領域ａ，ａ’の吐出孔群３の孔径αが、中央部領域ｂの吐出孔群３の孔径βよりも大きく、例えば、両外側（領域ａ、ａ’）の吐出孔群３の孔径αが、内側（領域ｂ）の吐出孔群３の孔径βよりも大きくすることが好ましい。さらにα／βが１．０５〜１．４０とすることが好ましい。このようにすることで、通常は、個々のダイユニット４の吐出孔群３のうちの両側端部（領域ａ、ａ’）の樹脂の吐出量が低下して、隣接するダイユニット４の境界部の発泡体が薄くなる傾向があるが、この傾向を補償して厚みが均一な発泡体が得られる。ここでα／βが１．０５未満であると上記効果が得られず、一方、α／βが１．４０を超えると、逆に隣接するダイユニット４の境界部の発泡体の厚みが増し好ましくない。より好ましいα／βは１．０５〜１．２５である。

前記領域ａ、ａ’は、ダイユニット４の吐出孔群の幅をＷ３としたとき、その両側端から３０％以内、すなわち、０＜Ｗ３≦０．３（０．５がダイユニット４の中心である）の範囲にあることが好ましく、隣接するダイユニット４の境界部の発泡体の厚みをより均一にすることができる。
また、本発明で使用するダイユニット４は、図４に示すように、前記領域ａ、ａ’と領域ｂとの間にそれぞれ領域ｃ、ｃ’を設け、領域ｃ、ｃ’の吐出孔群３の孔径をγとしたとき、その孔径の関係をα＞γ＞βとすることができる。また、これらの領域ｃ、ｃ’の位置は、特に限定されず、領域ａ、ａ’と領域ｂの間にあればよい。

また、前記全ての吐出孔群３の１個あたりの樹脂吐出量の比率を、８０％〜１００％（差が２０％以内）とすることで上記と同様な効果が得られる。

本発明で用いる熱可塑性樹脂は、特に限定されず、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリアミド樹脂などが挙げられ、これらの１種または２種以上で用いることができる。これらの樹脂は架橋、非架橋を問わない。架橋樹脂であれば、本発明によりトリム屑が少なくなり、非架橋樹脂であれば、わずかなトリム屑が生じても再利用することができる。

非架橋樹脂としては、押出発泡性や得られる発泡体の性能が優れることから、比較的分子量の大きなプロピレン単独重合体、プロピレンを主体とするプロピレンとエチレンとの共重合体、ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂との混合樹脂が好ましく用いられる。

さらにポリプロピレン系樹脂は、高発泡倍率化に特に不利な条件である非架橋のプロピレン単独重合体を使用しても、特定条件下において結果として得られる発泡体は高発泡倍率化が図れ、かつ厚みが均一となるため好適に採用される。以下好ましい具体例として非架橋ポリプロピレン系樹脂を含むポリプロピレン系樹脂を用いる場合について説明する。

非架橋ポリプロピレン系樹脂は、２３０℃における溶融張力（ＭＴ）が５〜３０ｇのものを用いることが好ましい。ここで溶融張力とは、キャピログラフを用い、測定温度２３０℃、押出速度１０ｍｍ／ｍｉｎ．、引き取り速度３．１ｍ／ｍｉｎ．によって求めることができる。溶融張力が５ｇ未満であると発泡時にセルの破泡が生じ易く、逆に３０ｇを超えると、発泡時に充分なセルの成長が行われない。溶融張力は、好ましくは６．５〜２０ｇであり、より好ましくは７．５〜１０ｇである。

さらに、上記の非架橋ポリプロピレン系樹脂は、上記２３０℃における溶融張力と、２３０℃におけるメルトフローレート（ＭＦＲ）との関係が、下記の式（Ｉ）を満たすことが好ましい。
Ｌｏｇ（ＭＴ）＞−１．３３ｌｏｇ（ＭＦＲ）＋１．２ （Ｉ）

上記非架橋ポリプロピレン系樹脂または複数の熱可塑性樹脂を含有した非架橋ポリプロピレン系樹脂の溶融張力とＭＦＲが上記式（Ｉ）を満たす場合には、溶融張力の増大に対し、樹脂の溶融流動性が同時に増大し、発泡の際の押出時における樹脂圧力が適正に保持され、また、発泡時にセル膜の充分な伸びが得られ、高倍率の発泡体が容易に得られるので極めて好適である。

発泡剤は、二酸化炭素、窒素などの無機不活性ガスや、ブタン、ペンタンなどの炭化水素系ガスや、フロンガス、フロン代替ガスが挙げられ、前記非架橋ポリプロピレン系樹脂を無機不活性ガスを用いて発泡させて、１０倍以上の高発泡倍率の発泡体を得るには、超臨界状態のガスのみで発泡させることが好ましい。さらに、無機不活性ガスを使用する場合、臨界圧力が比較的小さい二酸化炭素が最も好ましく、さらに超臨界状態の二酸化炭素を用いる場合、熱可塑性樹脂１００質量部に対して、二酸化炭素を好ましくは４〜２０質量部、特に好ましくは５〜１５質量部を使用して発泡させるのが好適である。二酸化炭素の使用量が４質量部未満であると発泡倍率の低下が生じ易く、また、２０質量部を超えると過剰な二酸化炭素による大きな空隙（ボイド）が発泡体中に生じ易く好ましくない。炭化水素系ガスやフロンガスおよびフロン代替ガスで発泡させる場合は、発泡剤を適切な樹脂圧力を維持できるガス量である３〜３０質量部を添加し発泡させることが好ましい。

本発明の発泡体は、押出機と、その先端に取付けられた図１に示す発泡装置とを用い、上記特定の物性を有する非架橋のホモポリプロピレン系樹脂を含む非架橋ポリオレフィン系樹脂組成物中に、発泡剤として特に超臨界状態の二酸化炭素を混合させ、温度１６０〜２５０℃で溶融押出して製造する。

溶融押出し温度が１６０℃未満であると超臨界二酸化炭素の樹脂中への溶解および拡散が劣ったり、発泡時の樹脂の伸張性が不足して発泡倍率が低下したりするため好ましくなく、逆に、２５０℃を超えるとポリプロピレン系樹脂の熱による分子鎖切断などの劣化や発泡後の冷却固化のタイミングの遅延に由来する熱収縮が生じ始めるので好ましくない。発泡直前の樹脂温度は１６０〜２１０℃が好ましく、さらには１７０〜２００℃、１８０〜１９０℃であることが最も好ましい。

また、本発明において発泡体を高発泡倍率化させるためには、押出機先端に取り付けられたダイプレートの吐出孔直近樹脂圧力（圧力損失）は、好ましくは、６〜２０ＭＰａに維持し、超臨界状態の二酸化炭素を溶融させたポリプロピレン樹脂を大気下に放出し押出し発泡させることが好適である。なかでも、上記圧力損失は、７〜１５ＭＰａであることがより好ましい。

該圧力損失が６ＭＰａ未満であるとポリオレフィン系樹脂組成物中に溶解している超臨界状態の二酸化炭素が押出機内部、およびダイス内部で気化し易くなり、発泡が装置内部で生じ、セルの合泡、過剰な成長、発泡倍率の低下、著しい外観性の低下が生じ好ましくない。一方、圧力損失が２０ＭＰａを超えると、発泡におけるセル形成時に、大きなせん断力がセルにかかり易くなり、セルの破泡、セル構造の不均一化が生じ好ましくない。このようなセル構造の不完全さは、発泡ボードとしての良好な外観や厚みの均一性および高い断熱性能を呈するためには大きな障害となる。

炭化水素系ガスやフロンガスおよびフロン代替ガスを使用する場合も、上記の傾向は同じであり、押出機先端に取り付けられたダイプレートの吐出孔直近樹脂圧力（圧力損失）は、高すぎても低すぎても好ましくなく、３〜２０ＭＰａであることが好ましい。

押出機における押出吐出量は、１〜１，０００ｋｇ／ｈｒ．が好適である。なかでも、押出吐出量は、押出機の仕様にもよるが、スクリュー径の比較的小さいタイプにおいては、概ね１〜５０ｋｇ／ｈｒ．が好ましく、また、スクリュー径の比較的大きいタイプにおいては、概ね２０〜１，０００ｋｇ／ｈｒ．が好ましい。吐出量が大きすぎたり、小さすぎたりすると、ダイプレートにおいて発泡に適した圧力損失を保つことが難しくなり、充分な倍率の発泡体を得ることができなかったり、セルが破泡してしまったりする。また、吐出量が高い場合は発泡に適した温度に温調する必要があり、タンデム押出装置の２段目の押出機の先端にさらに押出機を直列につなげる等の考慮が必要となる。

使用する押出機については、スクリュー直径（Ｄｃ）が好ましくは３０〜２００ｍｍ、スクリューの長さを（Ｌｃ）としたときの（Ｌｃ／Ｄｃ）が好ましくは１５〜４０の２本のスクリューを直列に組み合わせることを基本として構成されるタンデム型押出機が好ましい。タンデム型押出機を使用することにより、発泡に適したダイの樹脂圧力損失条件と吐出量とを独立して、各スクリューの回転数で制御でき、非架橋ポリオレフィン系樹脂組成物の特性が充分に発揮される樹脂温度の微調整が可能なことから、優れた特性の発泡体が製造できる。

このようにして得られた発泡体は、発泡倍率が１０倍以上であり、幅（Ｗ４）が５００ｍｍ〜２，５００ｍｍ、厚み（Ｄ２）が５ｍｍ以上、Ｗ４／Ｄ２が１０以上である熱可塑性樹脂発泡ストランドを集束した発泡体であり、発泡体の最小の厚みと最大の厚みとの差が１０％以下である。なお、ここでいう厚み（Ｄ２）は、発泡体の平均の厚みをいう。

前記発泡体の幅（Ｗ４）、厚み（Ｄ２）は、前記吐出孔群の幅（Ｗ１）、高さ（Ｄ１）より大きくなるのが通常であり、Ｗ４／Ｄ２は同様に１０以上となる。発泡体の厚みを調整し、厚みを均一化するために発泡体を得る際、厚み方向に押圧することが可能であり、その場合のＷ４／Ｄ２は、Ｗ１／Ｄ１より大きくなる。発泡倍率を１０倍以上としても好適なセル径、セル分布係数を有することが可能であり、さらに、特に、１５倍以上、さらには、２０倍以上の発泡倍率であっても、好適なセル径、セル分布係数を有する上に、発泡体が高い発泡倍率を有し、かつ充分な部材熱性能を発現するために、比重が小さく、かつ原材料費コストも小さくでき、断熱性に優れるため好適である。

本発明をさらに詳しく説明するために、以下に実施例および比較例を挙げるが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

実施例１〜９、比較例１〜３
先端に複数個のコートハンガー状の流路１を有するトーナメント状に分岐した流路２を有し、これらの流路に、吐出孔群３を有する複数のプレートからなるダイユニット４を有する装置を用意した。これらの装置の詳細は表１の通りである。これらの装置を用いて表１に記載の製造条件にて発泡体を製造した。得られた発泡体の性状を表２に示す。なお、実施例３は、複数のダイユニット４を８個組み合わせたものではなく、図５に示すように、一枚のプレート中に８個の吐出孔群３を有するダイユニット４の連続体５を用いた。この場合のダイユニット４の開孔幅Ｗ３はコートハンガー状の流路の開孔幅Ｗ２の幅と同じとして、前記領域ａ、ａ’、ｂの領域を決定した。

また、実施例４、６、９は、図４に示すように、中央領域ｂと両側領域ａ、ａ’との間に領域ｃ、ｃ’を設けたダイユニット４を使用し、領域ｃ、ｃ’の範囲を５〜１０％（実施例４、６）、５〜２０％（実施例９）とし、領域ｃ、ｃ’の吐出孔の開孔径を０．６０ｍｍ（実施例４、６）、０．６５ｍｍ（実施例９）とした。

本発明によれば、波打ちがなく、厚みの均一性に優れた熱可塑性樹脂発泡体を提供することができる。

本発明の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法を説明する図。 ダイユニットの正面図。 図２のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ矢視断面図。 他の実施例のダイユニットの正面図。 他の実施例のダイユニットの正面図。

符号の説明

１：コートハンガー状の流路
２：トーナメント状に分岐した流路
３：吐出孔群
４：ダイユニット

Claims (9)

1. 発泡性熱可塑性樹脂を溶融させ、先端に複数個のコートハンガー状の流路（１）を有するトーナメント状に分岐した流路（２）を経て、該流路（２）毎に設けられた複数の吐出孔（３）を有する複数のダイユニット（４）から押出し、押出された発泡ストランドを集束させる熱可塑性樹脂発泡体の製造方法において、上記複数のダイユニット（４）の合計の吐出孔群（３）の幅（Ｗ１）を５００〜２，５００ｍｍとすることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造方法。
2. 前記コートハンガー状の流路（１）とダイユニット（４）の両者の数が、２〜１６である請求項１に記載の製造方法。
3. 前記コートハンガー状の流路（１）の末端の開孔幅（Ｗ２）が、１３０〜４５０ｍｍである請求項１に記載の製造方法。
4. 前記ダイユニット（４）の吐出孔群（３）の高さ（Ｄ１）が２ｍｍ以上で、複数のダイユニット（４）の全吐出孔群（３）の全幅をＷ１とした時、Ｗ１／Ｄ１が１０以上である請求項１に記載の製造方法。
5. ダイユニット（４）の吐出孔群（３）のうち、両外側の吐出孔群（領域ａおよび領域ａ’）の孔径（α）が、内側の吐出孔群（領域ｂ）の孔径（β）よりも大きい請求項１に記載の製造方法。
6. α／βが、１．０５〜１．４０である請求項５に記載の製造方法。
7. ダイユニット（４）の吐出孔群（３）の幅をＷ３としたとき、両外側（領域ａ、ａ’）の吐出孔群が、Ｗ３の両側端から３０％の範囲内にある請求項５に記載の製造方法。
8. 前記全ての吐出孔１個あたりの樹脂吐出量の比率が、８０％〜１００％（差が２０％以内）である請求項１に記載の製造方法。
9. 発泡倍率が１０倍以上であり、幅（Ｗ４）が５００ｍｍ〜２，５００ｍｍ、厚み（Ｄ２）が５ｍｍ以上、Ｗ４／Ｄ２が１０以上であり、発泡体の最小の厚みと最大の厚みとの差が１０％以下であることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体。

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