JP2010179566A - 断熱材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】植物性材料を主原料とし、これを水蒸気圧で発泡させて製造する発泡成形体において、建築用断熱材として利用可能な成形体の製造を可能にする。
【解決手段】紙・澱粉・ポリオレフィン系樹脂の混合物を主原料とし、これを押出機の押出口に取り付けた多数の開孔を有するダイ装置から押し出すと同時に発泡させて多数のストランドを形成し、このストランド群をサイジング装置を通過させて、水蒸気の放散を妨げない程度の空隙を保つように一体化させて発泡成形体と成した後、第１圧縮装置によりサイジング装置の開口部を基準としてその７０〜９０％となるように圧縮し、さらに第２圧縮装置により基準値の４５〜６５％となるように圧縮する。これにより、厚みが大きく且つ低熱伝導率の発泡成形体が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水を加えた原料を押出機から押し出す際に、水蒸気圧で原料を発泡させることにより、断熱材を製造する方法に関し、特に、植物性材料を主原料とした断熱材の製造方法に関する。

近年、プラスチック発泡体に比べ、廃棄時及び焼却時における環境に対する影響が少ない発泡体の開発が進められている。例えば、コーンスターチ等の澱粉材料と、ポリプロピレン又は生分解性樹脂とを原料とする発泡体が実用化されており、さらに、紙を原料に使用した発泡体も研究されている。

紙粉と澱粉とポリプロピレンとを原料とし、これらを水と共に押出機へ供給して加熱混練したのち、溶融混合物を押出機から押し出す時に水蒸気圧で発泡させることにより発泡体を製造する技術は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された発泡体の製造方法は次の如くである。紙の粉砕物・コーンスターチ・ポリプロピレンを主原料とし、これに水を加えて加熱混練した成形材料を、押出機に取り付けたダイ装置に設けた多数の小孔から押し出す。これにより、成形材料が水蒸気圧で発泡し、多数の連続する柱状の発泡体（ストランド）が押出形成される。ストランドは、ダイ装置内で互いに隙間無く密着し一体化する。引き続き、一体化したストランド群を、ダイ装置の排出側に設けた成形部で断面矩形に形成することにより、板状の発泡体が得られる。

特開２００３−３３５８８７号公報

前述のような発泡体を、建築物用の断熱材として利用することが検討されている。発泡体を建築物用断熱材に適用する場合、熱伝導率が低く、且つ、厚みが一定値以上を有することが条件となる。具体的には、熱伝導率が０．０３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、厚みが２５ｍｍ以上であることが望ましい。特許文献１に記載された技術は、熱伝導率の低い発泡体を製造できるとされているが、厚みの薄い発泡体しか製造できず、断熱材として必要な厚みを持った発泡体の製造が困難である。その理由は、以下の如くである。

一般に、発泡体の熱伝導率を小さくするには密度を高める必要があり、それには、ダイ装置に設ける小孔の単位面積当たりの数を増やして、ダイ装置内で発泡成形させるストランドの単位面積当たりの本数を増やすことが考えられる。しかし、そうすると、各ストランドどうしが隙間無く密着するため、ダイ装置から外部へ押し出されたときに、ストランドの発泡に寄与した水蒸気が、発泡体の中心部分からは放散されにくくなる。発泡体の厚みが薄いならば、ストランド密度が多少高くても、水蒸気の放散がある程度可能であるが、厚みが大きいときには、水蒸気が発泡体の内部に留まって空洞を形成し、断熱性能低下の原因となる。また空洞によって、表面が膨出し、外観不良を招く。さらに、多数のストランドを高密度に密着させた状態で押し出すと、発泡体がダイ装置を通過する際に内面へ強く押しつけられるため、発泡体表面に傷が付きやすいという問題も有る。これらのような理由から、特許文献１の技術では、熱伝導率が低く且つ２５ｍｍ以上の厚みを持った発泡体の製造は難しかった。

本発明は、植物性材料と合成樹脂材料とに水を加えた原料、特に紙・澱粉・ポリオレフィン系樹脂の混合物を主原料とし、これを押出機で押出発泡させることにより、熱伝導率が低く且つ厚みの大きい断熱材を製造することが可能な技術の提供を目的とする。本発明に係る断熱材の製造方法の特徴とするところは、請求項１に記載する如く、押出機の押出口に多数の開孔を有するダイ装置を取り付け、前記原料を当該ダイ装置の開孔から押し出すと同時に発泡させて、連続する柱状発泡体である多数のストランドを形成し、当該多数のストランドを、ダイ装置に連設したサイジング装置を通過させて、発泡に寄与した水蒸気の放散を妨げない程度の空隙を保つように一体化させることにより、断面矩形の発泡成形体と成し、当該発泡成形体を、サイジング装置に近接させて配置した第１圧縮装置により、その厚みが、サイジング装置の開口部における厚み寸法の７０〜９０％となるように圧縮したのち、当該発泡成形体を、第１圧縮装置に近接させて配置した第２圧縮装置により、その厚みが、サイジング装置の開口部における厚み寸法の４５〜６５％となるようにさらに圧縮することである。

植物性材料と合成樹脂材料とに水を加えた原料は、押出機のシリンダー内で加圧加熱下で混練されることにより溶融混合物になされた後、押出口に取り付けたダイ装置の多数の開孔から気中へ押し出される。このとき原料中の水が急激に気化するので、水蒸気圧により原料が発泡・膨張する。従って、ダイ装置の各開孔からは、柱状の発泡体（ストランド）が連続して押し出されることになる。ストランドは原料が発泡して膨張したものであるから、ダイ装置の開孔の面積よりも大きい断面積を有する。ダイ装置から押し出されたストランド群は、ダイ装置に連設したサイジング装置を通過させる。サイジング装置の開口部の開口面積を適当に設定することにより、各ストランドを互いに密着させて一体化した発泡成形体とすることができる。但し、発泡直後のストランドは内部に水蒸気が残留しているから、発泡成形体の中心部に位置するストランドからも水蒸気の放散が可能な程度の空隙が、各ストランド間に保たれる程度の密着度とする。

サイジング装置を通過して押し出される発泡成形体は、水蒸気の放散を妨げないようストランド間に適宜の空隙を有しているので、密度は低く、熱伝導率は高い。そこで、この発泡成形体の密度を高くして所望の熱伝導率を得るため、後続の第１圧縮装置及び第２圧縮装置により発泡成形体を圧縮して緻密化する。第１の圧縮装置では、サイジング装置の開口部における厚み寸法を基準として、これに対し、発泡成形体の厚み寸法が７０〜９０％となるように圧縮する。サイジング装置から押し出された発泡成形体は、第１圧縮装置に達するまでに、ストランド間の空隙からある程度水蒸気を放散させるから、第１圧縮装置により圧縮されたとき、内部に空洞が形成されるおそれがなく、組織の緻密化が確実である。次いで第２圧縮装置により、当該発泡成形体を、その厚みが基準値（サイジング装置の開口部における厚み寸法）の４５〜６５％となるようにさらに圧縮する。この２段階の圧縮工程の結果、発泡成形体の密度が増大して緻密化し、熱伝導率を所望する程度まで小さくすることができる。

もし仮に、１回の圧縮工程で、発泡成形体を基準の４５〜６５％まで圧縮すると、上流側（押出機側）へ押し戻された大量の水蒸気が発泡成形体内に残留し、空洞を形成して断熱性能を低下させ、また外観不良を招く原因となる。
なお、ダイ装置で原料を押出成形する時の発泡倍率を抑えることにより、最初に形成される発泡成形体の密度を高く設定し、１回の圧縮工程で所定の密度となるよう圧縮することも考えられる。しかしながら、この場合、当初の発泡倍率が低いため、圧縮により発泡成形体の密度を高めても、所望する熱伝導率を得るのは難しい。

第１の圧縮装置による圧縮率を基準値の７０〜９０％としたのは、次のような理由による。第１圧縮装置により発泡成形体を圧縮したとき、発泡成形体のストランド間に残存する水蒸気は、ストランド間の空隙を通じて第１圧縮装置の上流側へ押し戻される。発泡成形体を、その厚み寸法が基準値の７０％未満となるまで圧縮すると、これは急激な圧縮となるので、上流側へ押し戻される水蒸気が大量になる。このためサイジング装置と第１圧縮装置との間で、発泡成形体内から水蒸気を十分に放散することができなくなり、残留した水蒸気で発泡成形体内に空洞が形成されたり、外観不良を引き起こしたりするという問題が生じる。

第１の圧縮装置による圧縮が基準値の９０％を超える程度であった場合は、発泡成形体の最初の圧縮率が低いため、所望する密度に到達させるには、第２圧縮装置における圧縮が急激にならざるを得ない。このため、発泡成形体内に残存する水蒸気がストランド間の空隙を通じて第２圧縮装置より上流側へ押し戻される結果、第１圧縮装置と第２圧縮装置との間で、発泡成形体内に空洞が形成されるという問題を生じさせる。

第２の圧縮装置による発泡成形体の厚み寸法の圧縮を、最終的に基準値（サイジング装置の開口部における厚み寸法）の４５〜６５％の範囲とした理由は次の通りである。本発明者らは、発泡成形体の密度と熱伝導率との関係を調べたところ、特定の密度で熱伝導率が極小となり、その前後では熱伝導率が増大することを見出した。発泡成形体の厚み寸法を基準値の６５％を超える程度までしか圧縮しなかった場合は、発泡成形体の密度が低いため、所望する熱伝導率を得ることができない。反対に、基準値の４５％未満となるまで圧縮して、発泡成形体の密度が特定値より高くなった場合も、やはり熱伝導率が高くなる可能性が高い。このような事情に基づき、第２圧縮装置における圧縮を基準値の４５〜６５％の範囲に設定することにより、発泡成形体の密度を、熱伝導率が極小となる特定値又はその近傍に制御することが容易である。

前記の製造方法において、第１圧縮装置及び第２圧縮装置による発泡成形体の圧縮は、請求項２に記載の如く、最終的に発泡成形体の熱伝導率が０．０３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下となる密度となるように行なうことが望ましい。
あるいは請求項３に記載の如く、当該発泡成形体の熱伝導率が極小値となる密度を目標として、第１圧縮装置及び第２圧縮装置による発泡成形体の圧縮を行なうものとしてもよい。

前記発泡成形体の原料は、請求項４に記載の如く、植物性材料とポリオレフィン系樹脂とを主体とするものであって、植物性材料の重量比率が、ポリオレフィン系樹脂の重量比率よりも多くなるように設定することが望ましい。
この場合、前記植物性材料は、請求項５に記載の如く、紙粉と澱粉とを主成分とするものとすることができる。

本発明に使用する紙粉は、紙・板紙を細かく破砕したもの、あるいは、紙・板紙の解繊物であるが、古紙を使用すれば原料コストを下げることができる。また一般に、回収された古紙はほとんどが製紙原料に使用されているが、製紙原料にならないもの（いわゆる低級古紙）も、本発明の紙粉用材料に使用できる。紙粉の大きさは、特に限定されるものではないが、粒子径０．０８ｍｍ以下が望ましい。このような紙粉を製造する手段として、特許第３７３８３６７号に記載する粉砕機を用いればよい。

本発明において使用する澱粉は、コーンスターチが原料コストの面から見て有利であるが、他に、馬鈴薯澱粉、小麦澱粉、タピオカ澱粉等を用いることができる。

紙と澱粉とを用いて断熱材を製造する場合、紙粉よりも澱粉の重量比率を大きくした方が発泡性や気泡形状が良好になり、断熱性能が向上する傾向にある。そこで具体的には紙粉：澱粉＝２：８〜４：６（重量比）の範囲に設定するのが好ましい。

前記製造方法において、請求項６に記載の如く、前記ポリオレフィン系樹脂をポリプロピレンとすることができる。環境に及ぼす影響を抑えるため、ポリプロピレンの配合比率は５０重量％未満とするが、発泡性を考慮すると４０重量％以上とするのが望ましい。

本発明は、前述した断熱材を製造するための装置の提供を、もう一つの目的としている。本発明に係る断熱材の製造装置の特徴は、請求項７に記載する如くであって、水を加えた原料を押出発泡させる押出機と、押出機の押出口に取り付けた多数の開孔を有するダイ装置と、ダイ装置に連設され、当該ダイ装置の開孔から前記原料を押出発泡させることにより形成した連続する柱状発泡体である多数のストランドを一体化させて断面矩形の発泡成形体と成すサイジング装置と、サイジング装置に近接させて配置され、発泡成形体を圧縮する第１圧縮装置と、第１圧縮装置に近接させて配置され、発泡成形体をさらに圧縮する第２圧縮装置とを備え、前記サイジング装置における開口部の断面積が、前記原料の発泡に寄与した水蒸気の放散を妨げない程度の空隙を保つように各ストランドを一体化させるよう設定され、前記第１圧縮装置は、発泡成形体をその厚みがサイジング装置の開口部における厚み寸法の７０〜９０％となるように圧縮するように設定され、前記第２圧縮装置は、発泡成形体をその厚みがサイジング装置の開口部における厚み寸法の４５〜６５％となるように圧縮するように設定されていることである。

本発明に使用する押出機は、水を加えた原料を加圧加熱下で混練することにより溶融混合物とするものであり、２軸式でも単軸式でもよく、水添加装置を備えるものでもよい。この押出機の押出口に、ダイ装置及びサイジング装置が取り付けられる。ダイ装置には、例えば多数の開孔を一定間隔に形成したプレートが装着され、押出機で準備した溶融原料を、この開孔から押し出すことにより、多数のストランドを形成する。なお、ダイ装置における開孔の大きさ（開孔面積）・個数・形成間隔等は、押出成形する発泡成形体の断面積及び原料の発泡倍率との関係で適宜決定される。

第１及び第２圧縮装置は、押出機からダイ装置及びサイジング装置を経て連続的に排出される発泡成形体の搬送を妨げずに、所定比率に圧縮できる機構であるのが望ましく、例えば所定の間隔を置いて発泡成形体を挟むように配置した２本のローラや、発泡成形体の搬送手段とその上方に配置したローラとで構成することが考えられる。また、圧縮装置には、発泡成形体を厚み方向に圧縮する手段のほか、側面を支持する手段を備えることを妨げない。

押出機に装着されるサイジング装置から第１圧縮装置までの距離、及び、第１圧縮装置から第２圧縮装置までの距離はそれぞれ、発泡成形体の温度があまり低下しないうちに圧縮工程を実行できるよう、発泡成形体の搬送速度に基づいて設定される。なお必要に応じ、サイジング装置と第１圧縮装置との間、及び、第１圧縮装置と第２圧縮装置との間に発泡成形体の搬送手段が設けられる。また第２圧縮装置の下流側に、切断装置や排出装置等を配置してもよい。

請求項１及び８に記載した本発明に係る断熱材の製造方法及び製造装置によれば、押出機から押出成形される発泡成形体を、多数のストランドを水蒸気の放散を妨げない程度の空隙を保つように一体化させたものとしたから、第１圧縮装置で圧縮を行なったとき、上流側へ押し戻された水蒸気をストランド間に形成した空隙から放散することができる。従って、発泡成形体の厚みが大きくても、内部に水蒸気が残留しにくく、空洞が形成されるおそれがない。
発泡成形体を、第１圧縮装置で、サイジング装置の開口部における厚み寸法を基準値として、その７０〜９０％となるように圧縮し、次いで第２圧縮装置により基準値の４５〜６５％となるように圧縮するという２回の圧縮工程を行なうから、発泡成形体の当初厚みが大きくても、水蒸気によって内部に空洞が形成されることなく、組織を無理なく緻密化させて高い圧縮率を実現できる。つまり、当初密度が低い発泡成形体であっても。所定の密度へ到達させて、所望する熱伝導率を確実に得ることが可能である。
要するに本発明は、水蒸気の放散が容易な低密度の発泡成形体から出発して、２回の圧縮工程を経ることにより、最終的に熱伝導率が低く且つ厚みが大きい発泡成形体を製造するものであり、これは建築物用断熱材として十分実用に供することが可能である。

請求項２に記載する如く、発泡成形体の熱伝導率が０．０３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の場合、断熱材として好ましい特性を持った製品を提供できる。

請求項３に記載する如く、熱伝導率が極小値となる密度を目標として発泡成形体を圧縮した場合は、断熱性能に優れた断熱材を提供できる。

請求項４に記載する如く、発泡成形体の原料を植物性材料とポリオレフィン系樹脂とを主体とするものとし、植物性材料の重量比率が、ポリオレフィン系樹脂の重量比率よりも多くなるように設定した場合は、廃棄時又は焼却時において、環境に対する悪影響を少なく抑えられる。また燃焼時の熱量が低くなるので、焼却炉を傷めにくいという利点が得られる。

なお請求項５に記載する如く、植物性材料が紙粉と澱粉とを主成分とする場合や、請求項６に記載する如く、ポリオレフィン系樹脂をポリプロピレンとする場合は、原料コストを抑えることができるので、安価な断熱材製品を提供できる。

本発明に係る断熱材の製造装置の一例を示すものであって、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は側面図である。 図（Ａ）は、本発明に係る断熱材の製造装置におけるサイジング装置の開口部を正面視した図面であり、図（Ｂ）はダイ装置の一部を拡大して示す正面図である。 図（Ａ）は、本発明に係る断熱材の製造装置におけるサイジング装置から発泡成形体が押し出されている状況を示す斜視図、図（Ｂ）は、図（Ａ）のα部に相当する発泡成形体断面の部分拡大図、図（Ｃ）は、図（Ａ）のβ部に相当する発泡成形体表面の部分拡大図である。 図（Ａ）は、本発明に係る断熱材の製造装置における第１圧縮装置の要部を示す側面図、図（Ｂ）は、第２圧縮装置の要部を示す側面図である。 第２圧縮装置に設けたガイドプレートを示す平面図である。 本発明に係る断熱材の製造方法による発泡成形体の圧縮状況を説明する図面である。

［製造装置］
図１に、本発明に係る断熱材の製造方法を実施するための製造装置Ｐ（以下、本発明装置Ｐと言う）の一例を示す。但し図面には、装置Ｐの主要な構成部材のみ示し、フレームやハウジング等の支持部材や、電源コード等の配線部材などについては、図示を省略してある。本発明装置Ｐは、押出機１，第１圧縮装置４，第２圧縮装置７を主要な構成要素とし、これに切断装置１０、搬送手段１１〜１４等が付設される。

押出機１は、水を加えた製造原料を、加圧加熱下で混練することにより溶融して均一な混合物となしたのち、この溶融混合物を押出口から押し出すものであり、汎用製品を使用することができ、１軸式でも２軸式でもよい。また、シリンダーに水を注入できる水添加装置（例えば液添加ポンプ等）を付属したものを用いてもよい。

押出機１の押出口にはダイ装置２とサイジング装置３とが装着される。図２（Ａ）に示すように、ダイ装置２は、溶融混合物を通過させる多数の開孔Ｈを形成したプレート２ａを有している。同図（Ｂ）に示す如く、直径Ｒｈの開孔Ｈから押し出された溶融混合物は発泡して直径ＲｓのストランドＳに形成される。このとき、押出成形された各ストランドＳが互いに接することができるようにするため、ストランドＳの直径Ｒｓは、隣接する開孔Ｈの中心間距離の最大値Ｄｍａｘよりも大きくなるように設定される。実際的には、原料の発泡倍率を操作することで、ストランドＳの直径Ｒｓを所望の値に制御することが可能である。

図２（Ａ）に示す如く、ダイ装置２に連設されるサイジング装置３の開口部３ａは、正面視して矩形であり、ダイ装置２を通過して押し出される発泡成形体Ｍの断面形状及び断面積をほぼ決定する。従って、原料の発泡倍率と開口部３ａの開口面積とに基づき、発泡成形体Ｍの当初密度が決定されることになる。

第１圧縮装置４は、発泡成形体Ｍの上下を挟むように配置した２本のローラ５ａ，５ｂから成る第１押圧ローラ５、第１押圧ローラ５の近傍に配置した上下２本のローラ６ａ，６ｂから成る保持ローラ６、及び、発泡成形体Ｍの左右両側面を支持するガイドローラ２１，２２から構成される（図４参照）。原則として、第１押圧ローラ５及び保持ローラ６を構成する各ローラの回転軸線は、発泡成形体Ｍの搬送面に対し平行である。またガイドローラタ２１，２２を構成する各ローラの回転軸線は、発泡成形体Ｍの搬送面に対し垂直である。

第１押圧ローラ５は、押出機１からサイジング装置３を経由して押し出される発泡成形体Ｍを、所定厚みまで圧縮するものであり、図４（Ａ）に示すように、第１押圧ローラ５を構成する上下ローラ５ａ，５ｂの間隔Ｔ２は、発泡成形体Ｍの当初厚み寸法Ｔ１よりも狭く設定される。具体的には、上下ローラ５ａ，５ｂの間隔Ｔ２は、サイジング装置３の開口部３ａにおける厚み寸法Ｔｘ（図２（Ａ）参照）の７０〜９０％の範囲に設定される。

保持ローラ６は、圧縮した発泡成形体Ｍが、弾性力で厚みを回復するのを防止するものであり、上下ローラ６ａ，６ｂの間隔は、第１押圧ローラ５の上下間隔Ｔ２と等しく設定される。
ガイドローラ２１，２２は、発泡成形体Ｍの左右両側面を支持して、発泡成形体Ｍの姿勢及び搬送方向を安定させるためのものであり、それぞれ左右一組または二組のローラ対から構成される。各ローラ対の左右間隔は、発泡成形体Ｍの幅寸法と同等に設定される。実際的には、サイジング装置３の開口部３ａにおける幅寸法Ｗｘ（図２（Ａ）参照）にほぼ等しく設定すればよい。

第１圧縮装置４と第２圧縮装置７との間には、発泡成形体Ｍを搬送するためのベルトコンベア等適宜の搬送手段１１が設けられる。

第２圧縮装置７は、ベルトコンベア等の搬送手段１２を支持面とし、発泡成形体Ｍの上方に配置した第２押圧ローラ８、第２押圧ローラ８の下流側に適宜間隔で配置した複数本の保持ローラ９、及び、第２押圧ローラ８と各保持ローラ９の間に配置した複数のガイドプレート２３〜２５から構成される。原則として、第２押圧ローラ８及び保持ローラ９の回転軸線は、発泡成形体Ｍの搬送面に対し平行である。

第２押圧ローラ８は、第１圧縮装置５で圧縮した発泡成形体Ｍを、所定密度に達するよう、さらに圧縮するものであり、図４（Ｂ）に示すように、第２押圧ローラ８と搬送手段１２との上下間隔Ｔ３は、第１圧縮装置で圧縮された発泡成形体Ｍの厚み寸法Ｔ２よりも狭く設定される。具体的には、上下間隔Ｔ３は、サイジング装置３の開口部３ａにおける厚み寸法Ｔｘ（図２（Ａ）参照）の４５〜６５％の範囲に設定される。

保持ローラ９は、２度目の圧縮工程を施した発泡成形体Ｍが、弾性力で厚みを回復するのを防止するものであり、各ローラ９と搬送手段１２との間隔は、第２押圧ローラ８と搬送手段１２との上下間隔Ｔ３と等しく設定される。

ガイドプレート２３，２４，２５は、例えば金属やプラスチックで製作された左右一対の板材から成り、第２圧縮装置７を通過する発泡成形体Ｍの左右両側面を支持して、発泡成形体Ｍの姿勢及び搬送方向を安定させるためのものである。図５に示すように、各ガイドプレート２３，２４，２５の左右間隔Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は同一とし、発泡成形体Ｍの側面に強く接触することがないよう、サイジング装置３の開口部３ａにおける幅寸法Ｗｘ（図２（Ａ）参照）にほぼ等しく設定される。

押出機１に装着したサイジング装置３の開口部から第１圧縮装置４の第１押圧ローラ５までの距離Ｌ１、及び、第１押圧ローラ５から第２圧縮装置の７の第２押圧ローラ８までの距離Ｌ２は、発泡成形体Ｍを確実に圧縮できるように温度があまり低下しない範囲であること、及び、発泡成形体Ｍ内部の水蒸気の放散時間を確保できることが必要である。つまり、距離Ｌ１，Ｌ２が長すぎると、発泡成形体Ｍの温度が低くなって所望する圧縮率が得られない可能性がある。反対に、距離Ｌ１，Ｌ２が短すぎると、発泡成形体Ｍ内から水蒸気を放散させる時間が不足し、内部に空洞を形成する可能性がある。
距離Ｌ１及び距離Ｌ２は、かかる条件を満足するように、発泡成形体Ｍの搬送速度Ｖを勘案して決定される。例えば、発泡成形体Ｍの搬送速度Ｖ＝２０〜３０ｍ／分の場合、Ｌ１＝５００〜１１００ｍｍ、Ｌ２＝１０００〜１５００ｍｍに設定すればよい。

また、第２押圧ローラ８の下流に配設される保持ローラ９及びガイドプレート２３〜２５は、発泡成形体Ｍの圧縮状態を固定することを主たる目的としており、本例では、これらの配設個数を各３つとし、各ローラ８，９の間隔Ｌ３＝約３３０ｍｍに設定した。しかし、これに限定されるものではなく、保持ローラ及びガイドプレートの配設個数及び配設間隔は、上記目的を達成できる範囲内で、適宜変更することが可能である。

第２圧縮装置７の下流側には、発泡成形体Ｍの上方に位置する切断装置１０と、搬送手段１３とが設けられ、２回の圧縮工程が施された発泡成形体Ｍを所定長さに切断する。切断装置１０は例えば、円盤状の回転刃１０ａと、これを回転駆動するモータ１０ｂとから成り、これらを発泡成形体Ｍの幅方向に往復動可能に構成したものが考えられる。さらに、切断装置１０で切断した発泡成形体Ｍを排出するためのローラコンベア等から成る排出手段１４が設けられている。

［製造方法］
前述の如く構成された本発明装置Ｐを用いた断熱材の製造方法を、次に説明する。はじめに断熱材の製造原料を準備する。製造原料の主要成分は、植物性材料と合成樹脂材料である。
植物性材料としては、紙粉やコーンスターチ等の澱粉などが用いられる。紙粉は、例えば特許第３７３８３６７号に記載した粉砕機により古紙等の紙製品を微粉砕したものを用いることができる。
合成樹脂材料としては、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂を用いることができる。

植物性材料の配合比率（重量％）は、合成樹脂材料よりも大きくすることが望ましい。紙粉と澱粉とポリプロピレンとを用いる場合、これらを予め混合しておくか、あるいは、それぞれ個別に押出機へ投入する。また、紙粉と澱粉とを前もって混合・造粒しペレット状に成形しておいてもよい。紙粉と澱粉との配合割合は４：６程度が望ましい。ポリプロピレンの原料全体に占める重量比率は、５０％未満であって、４０％以上とするのが好ましい。このような配合比率を採用して、植物性材料が主成分の過半数を占めるようにすれば、廃棄時や焼却時に際し、環境に及ぼす悪影響を抑えられる。

なお前記原料には、必要に応じ、酸化防止剤を添加してもよい。また、紙粉と澱粉とをあらかじめペレット状に成形する場合は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等のバインダーが若干量使用される。

押出機１に前記原料を供給した後、水を注入し、シリンダー内で加圧加熱下で混練し、原料を均一に溶融させる。水の注入量は、発泡倍率を勘案して、適正な水蒸気圧が得られ、且つ、押出発泡させた製品内に気化しなかった余剰の水分が残留しないように設定する。また押出機１におけるシリンダーやダイの加熱温度は、使用するポリプロピレンの融点や、澱粉の耐熱性を考慮して決定する。

次いで、押出機１に装着したダイ装置２におけるプレート２ａの多数の開孔Ｈ（図２参照）を通じ、溶融混合物を押し出す。溶融混合物は、開孔Ｈから押し出されると同時に内部の水が急激に気化することにより、その水蒸気圧により直ちに発泡して膨張し、柱状のストランドＳを連続形成する。図３に示す如く、各ストランドＳは、サイジング装置３内を通過する間に隣接するものどうしが表面で密着し、一体化した発泡成形体Ｍとなって開口部３ａから排出される。発泡成形体Ｍの断面形状は、サイジング装置３の開口部３ａとほぼ同一形状になり、断面積は、開口部３ａの開口面積とほぼ等しいか又は膨張によりわずかに大きくなる。

発泡成形体Ｍの当初厚みＴ１（図４（Ａ）参照）は、後述する２回の圧縮工程により４５〜６５％に減縮された後で、最終的に厚み２５ｍｍ以上を保つように設定される。従って、当初厚みＴ１は、３８ｍｍ以上、好ましくは５６ｍｍ以上とする。発泡成形体Ｍの当初密度は、後続する２回の圧縮工程の結果、熱伝導率が極小または所定値以下になる所要密度となるような値に設定され、本例では、２５〜３５ｋｇ／ｍ^３ となるように発泡倍率を制御することが望ましい。なお製造原料の発泡倍率とストランド数とは、発泡成形体Ｍを構成する各ストランド間に、水蒸気の放散を妨げない程度の空隙ｇ（図３参照）が確実に形成されることを考慮して設定される。

サイジング装置３から排出された発泡成形体Ｍは、第１圧縮装置４に到達するまでの間に、発泡に寄与した水蒸気がストランド間の空隙から放散する。

引き続き、図４（Ａ）に示す如く、第１圧縮装置４において、第１押圧ローラ５により、発泡成形体Ｍの厚みを、当初のＴ１からＴ２まで圧縮する。厚みＴ２の値は、サイジング装置３の開口部３ａにおける厚み寸法Ｔｘ（図２（Ａ）参照）を基準として、Ｔｘの７０〜９０％に設定される。発泡成形体Ｍは、ストランドＳ間の空隙から水蒸気が放散することができるから、第１押圧ローラ５で圧縮した際、空洞のない緻密な組織にすることができる。第１押圧ローラ５で圧縮した発泡成形体Ｍは、後続の保持ローラ６を通過させることにより、弾性反発力で厚みが回復するのを阻止して、厚みＴ２を維持する。

第１圧縮装置４で厚みＴ２に圧縮された発泡成形体Ｍは、第２圧縮装置７における第２押圧ローラ８により、厚みＴ３まで圧縮される。Ｔ３の値は、前記基準値Ｔｘの４５〜６５％に設定される。第２押圧ローラ８で圧縮した際に、発泡成形体Ｍ内に微量残存する水蒸気が上流側（第１圧縮装置４と第２圧縮装置７との間）へ押し戻される可能性があるが、この水蒸気はやはり、ストランドＳ間の空隙から外部へ放散することができるので、空洞の無い緻密な組織を確実に形成できる。第２押圧ローラ８で厚みをＴ３まで圧縮した発泡成形体Ｍは、後続の保持ローラ９を通過させることで、弾性反発力により厚みが回復するのが阻止され、厚みＴ３を確実に維持する。

第２押圧ローラ８の下流側に配置したガイドプレート２３，２４．２５の各幅寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、発泡成形体Ｍの幅寸法Ｗ（＝サイジング装置開口部３ａの幅寸法Ｗｘに等しいか又はわずかに大きい値：図２（Ａ）参照）にほぼ等しく設定されている。従って、発泡成形体Ｍを、第２押圧ローラ８の下流側に配置したガイドプレート２３，２４．２５を順に通過させる際、大きい摩擦力が発生せず、円滑に搬送することができる。

第２圧縮装置７を通過した発泡成形体Ｍは、厚みが基準値の４５〜６５％となるように圧縮されることにより、高密度化して、熱伝導率の低い断熱材となる。しかるのち切断装置１０で所定長さに切断され、排出手段で所望個所へ送り出す。

封筒製造工場で発生する封筒用紙の端材を粉砕機で粉砕し、粒径０．０６ｍｍ以下の紙粉とする。この紙粉４０重量部と、市販のコーンスターチＹ６０重量部と、酸化防止剤（ホスタノックスＰ−ＥＰＱ：クラリアントジャパン社製）０．２５重量部とを混合機で混合する。得られた混合粉末に、部分ケン化型ＰＶＡの濃度３．５重量％水溶液６５重量部を加え、均一となるよう十分に混錬する。この混合物を、押出式造粒機で湿式造粒したのち、乾燥させて、含有水分率１５．５％に調整したペレットを得る。

スクリュー径７７ｍｍの２軸押出機（株式会社ティエスピー社製２軸押出機ＭＴＥ７７）の押出口に、ダイ装置及びサイジング装置を装着する。この押出機に、前記ペレット５５重量部と、粉末状ポリプロピレン樹脂４５重量部と、水７重量部とを供給し、シリンダーの設定温度を最高部分が１８０°Ｃとなるように設定して、スクリュー回転数２６０ｒｐｍで原料を押し出した。

ダイ装置２のプレート２ａ（図２（Ａ）参照）には、直径２ｍｍの開孔を２１２個形成したものを用いた、また、サイジング装置３における開口部３ａの形状は矩形とし、その幅寸法Ｗｘ＝２８５ｍｍ、厚み寸法（高さ寸法）Ｔｘ＝５５ｍｍである。

サイジング装置３から押し出された発泡成形体Ｍの断面形状は、サイジング装置３の開口部３ａとほぼ同じ大きさの矩形となる。

押し出された発泡成形体Ｍは、搬送速度Ｖ＝２５ｍ／分で搬送され、第１圧縮装置４において、当初厚みＴ１を厚み基準値Ｔｘの約７５％まで圧縮してＴ２とした後、さらに第２圧縮装置７において、その厚みＴ２を基準厚みＴｘの５５％まで圧縮してＴ３とした。サイジング装置３から第１圧縮装置４までの距離Ｌ１＝９００ｍｍ、第１圧縮装置４から第２圧縮装置７までの距離＝１２００ｍｍである。

こうして得られた発泡成形体Ｍは、図６に示す如く、断面積が当初の約５０％となるように圧縮される結果、厚み寸法Ｔ３＝２８ｍｍ、幅寸法Ｗ＝２７０ｍｍ、密度＝３３ｋｇ／ｍ^３ となり、熱伝導率は０．０３４３Ｗ／ｍ・Ｋであった。これらの特性値は、本発明により製造した発泡成形体Ｍが、建築物用断熱材として実用に供することが十分可能であることを示している。

Ｐ…本発明装置
Ｍ…発泡成形体
Ｓ…ストランド
Ｈ…開孔
ｇ…空隙
１…押出機
２…ダイ装置
２ａ…プレート
３…サイジング装置
３ａ…開口部
４…第１圧縮装置
５…第１押圧ローラ
６…保持ローラ
７…第２圧縮装置
８…第２押圧ローラ
９…保持ローラ
１０…切断装置
１１〜１３…搬送手段
１４…排出手段
２１，２２…ガイドローラ
２３〜２５…ガイドプレート

Claims (7)

1. 植物性材料と合成樹脂材料とに水を加えた原料を押出機で押出発泡させることにより断熱材を製造する方法であって、
   押出機の押出口に多数の開孔を有するダイ装置を取り付け、前記原料を当該ダイ装置の開孔から押し出すと同時に発泡させて、連続する柱状発泡体である多数のストランドを形成し、
   当該多数のストランドを、ダイ装置に連設したサイジング装置を通過させて、発泡に寄与した水蒸気の放散を妨げない程度の空隙を保つように一体化させることにより断面矩形の発泡成形体と成し、
   当該発泡成形体を、サイジング装置に近接させて配置した第１圧縮装置により、その厚みが、サイジング装置の開口部における厚み寸法の７０〜９０％となるように圧縮したのち、
   当該発泡成形体を、第１圧縮装置に近接させて配置した第２圧縮装置により、その厚みが、サイジング装置の開口部における厚み寸法の４５〜６５％となるようにさらに圧縮することを特徴とする断熱材の製造方法。
2. 前記発泡成形体の圧縮は、発泡成形体の熱伝導率が０．０３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下となる密度となるようにするものである請求項１に記載する断熱材の製造方法。
3. 前記発泡成形体の圧縮は、当該発泡成形体の熱伝導率が極小値となる密度を目標とする請求項１に記載する断熱材の製造方法。
4. 前記発泡成形体の原料は、植物性材料とポリオレフィン系樹脂とを主体とするものであって、植物性材料の重量比率が、ポリオレフィン系樹脂の重量比率よりも多くなるように設定されている請求項１乃至３のいずれかに記載する断熱材の製造方法。
5. 前記植物性材料は紙粉と澱粉とを主成分とするものである請求項１乃至４のいずれかに記載する断熱材の製造方法。
6. 前記ポリオレフィン系樹脂はポリプロピレンである請求項４又は５に記載する断熱材の製造方法。
7. 水を加えた原料を押出発泡させる押出機と、
   押出機の押出口に取り付けた多数の開孔を有するダイ装置と、
   ダイ装置に連設され、当該ダイ装置の開孔から前記原料を押出発泡させることにより形成した連続する柱状発泡体である多数のストランドを一体化させて断面矩形の発泡成形体と成すサイジング装置と、
   サイジング装置に近接させて配置され、発泡成形体を圧縮する第１圧縮装置と、
   第１圧縮装置に近接させて配置され、発泡成形体をさらに圧縮する第２圧縮装置とを備え、
   前記サイジング装置における開口部の断面積が、前記原料の発泡に寄与した水蒸気の放散を妨げない程度の空隙を保つように各ストランドを一体化させるよう設定され、
   前記第１圧縮装置は、発泡成形体をその厚みがサイジング装置の開口部における厚み寸法の７０〜９０％となるように圧縮するように設定され、
   前記第２圧縮装置は、発泡成形体をその厚みがサイジング装置の開口部における厚み寸法の４５〜６５％となるように圧縮するように設定されていることを特徴とする断熱材の製造装置。