JP2015174238A - Manufacturing method for molded body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体を用いる成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a molded body using a fluid.
単分散のナノ粒子は、量子サイズ効果により半値幅の狭い蛍光を発色する等、特異的な性質を有することから、近年、その合成方法や応用が研究されている。単分散のナノ粒子の合成方法は、CVD(Chemical Vapor Deposition)等の気相法と、ゾルゲル法や水熱合成法の液相法に大別される。気相法は製造コストが高く、単分散している微粒子が得難いという欠点を有する。液相法としては、例えば、特許文献1に開示される方法が報告されている。
Since monodisperse nanoparticles have specific properties such as the development of fluorescence with a narrow half-value width due to the quantum size effect, their synthesis methods and applications have been studied in recent years. Methods for synthesizing monodisperse nanoparticles are roughly divided into vapor phase methods such as CVD (Chemical Vapor Deposition) and liquid phase methods such as sol-gel method and hydrothermal synthesis method. The vapor phase method has the disadvantages of high production costs and difficulty in obtaining monodispersed fine particles. As a liquid phase method, for example, a method disclosed in
特許文献1には、金属粒子源Aとポリマー粒子Bとそれらの接触を阻害する物質Cと溶媒とを混合し、これら混合物を熱処理及び化学反応させることで粒子源Aからナノ粒子の核を生成し、次いでポリマー粒子Bに囲まれた領域において、600℃以上1000℃以下の温度範囲で熱処理するナノ粒子の製造方法が開示されている。
In
また、特許文献2〜4には、ナノ粒子等の機能性材料を樹脂に混合して、樹脂製品の特性を改良することが開示されている。例えば、特許文献2には、熱可塑性樹脂に親水性の高いクレイを分散するために、熱可塑性樹脂を溶融樹脂にし、溶融樹脂と、クレイと、水又はプロトン供与体を含む溶媒とを混練し、押出成形することが開示されている。また、特許文献3には、高圧オートクレープにポリマー基材、ゲスト物質、高温高圧の二酸化炭素を加え、高圧オートクレープの内容物をノズルを通して、大気圧雰囲気に放出することにより、固体繊維状メッシュ生成物を得ることが開示されている。高圧オートクレープにおいて、ポリマー基材は高温高圧の二酸化炭素により可塑化され、ゲスト物質がポリマー基材に取り込まれ、その結果、固体繊維状メッシュ生成物にゲスト物質が取り込まれる。 Patent Documents 2 to 4 disclose that functional materials such as nanoparticles are mixed with a resin to improve the characteristics of the resin product. For example, in Patent Document 2, in order to disperse highly hydrophilic clay in a thermoplastic resin, the thermoplastic resin is made into a molten resin, and the molten resin, clay, and a solvent containing water or a proton donor are kneaded. Extruding is disclosed. Patent Document 3 discloses that a solid fibrous mesh is obtained by adding a polymer base material, a guest material, high-temperature and high-pressure carbon dioxide to a high-pressure autoclave, and discharging the contents of the high-pressure autoclave through a nozzle to an atmospheric pressure atmosphere. Obtaining a product is disclosed. In a high pressure autoclave, the polymer substrate is plasticized with high temperature, high pressure carbon dioxide and the guest material is incorporated into the polymer substrate, resulting in the guest material being incorporated into the solid fibrous mesh product.
本発明者らは、特許文献4において、機能性材料を含む成形体を得る方法として、機能性材料を二酸化炭素等の超臨界流体に溶解し、該二酸化炭素を溶融樹脂と混練した後、押出成形する成形方法を開示している。 In Patent Document 4, as a method for obtaining a molded article containing a functional material, the inventors dissolved the functional material in a supercritical fluid such as carbon dioxide, kneaded the carbon dioxide with a molten resin, and then extruded. A molding method for molding is disclosed.
一方、特許文献5には、機能性材料を含有する超臨界二酸化炭素を用いて、射出成形を行う成形機が開示されている。該成形機の可塑化シリンダ内には、溶融樹脂及び超臨界二酸化炭素の流通を遮断するシール機構が設けられている。特許文献5で提案されているシール機構は、スクリュに貫通孔を穿設し、該貫通孔にバネによって開閉するポペット弁を配設したシール機構である。したがって、溶融樹脂は、スクリュに形成された貫通孔を流通することになる。 On the other hand, Patent Document 5 discloses a molding machine that performs injection molding using supercritical carbon dioxide containing a functional material. A sealing mechanism is provided in the plasticizing cylinder of the molding machine to block the flow of molten resin and supercritical carbon dioxide. The sealing mechanism proposed in Patent Document 5 is a sealing mechanism in which a through hole is formed in a screw and a poppet valve that is opened and closed by a spring is disposed in the through hole. Therefore, the molten resin flows through the through holes formed in the screw.
しかし、特許文献2及び3には、熱可塑性樹脂中の機能性材料の分散性を高め、凝集を抑制する手法、及び熱可塑性樹脂中の機能性材料の濃度を高める手法については、何ら開示されていない。 However, Patent Documents 2 and 3 disclose nothing about a technique for increasing the dispersibility of the functional material in the thermoplastic resin and suppressing aggregation, and a technique for increasing the concentration of the functional material in the thermoplastic resin. Not.
また、特許文献4及び5には、機能性材料の熱可塑性樹脂への分散を促進する流体として、加圧状態の二酸化炭素等が用いられており、水や有機溶媒等を用いる方法については開示されていない。加圧状態の二酸化炭素の代わりに水や有機溶媒を用いて、特許文献4及び5に開示される方法を実施した場合、機能性材料の分散性が低下し、凝集が生じる虞がある。 In Patent Documents 4 and 5, carbon dioxide in a pressurized state is used as a fluid for promoting dispersion of the functional material into the thermoplastic resin, and a method using water, an organic solvent, or the like is disclosed. It has not been. When the methods disclosed in Patent Documents 4 and 5 are carried out using water or an organic solvent in place of carbon dioxide in a pressurized state, the dispersibility of the functional material may be reduced and aggregation may occur.
更に、特許文献5に開示されるシール機構は、構造が複雑であり、メンテナスが困難であるという問題を有する。例えば、バネは加熱された溶融樹脂と接触するため消耗するが、スクリュ内部に配置されているため、交換が困難である。したがって、成形機にシール機構を用いる場合には、メンテナンスが容易なシール機構が求められていた。 Furthermore, the sealing mechanism disclosed in Patent Document 5 has a problem that the structure is complicated and maintenance is difficult. For example, the spring is consumed because it is in contact with the heated molten resin, but is difficult to replace because it is disposed inside the screw. Therefore, when a sealing mechanism is used in a molding machine, a sealing mechanism that is easy to maintain has been demanded.
本発明は、これらの課題を解決するものであり、機能性材料の熱可塑性樹脂への分散を促進する流体を用いる成形方法において、流体として、加圧二酸化炭素等の不活性ガスを用いた場合のみならず、水や有機溶媒を用いた場合にも、熱可塑性樹脂中の機能性材料の分散性を高め、凝集を抑制し、更に、熱可塑性樹脂中の機能性材料の濃度を高めることを目的とする。 The present invention solves these problems, and in a molding method using a fluid that promotes dispersion of a functional material into a thermoplastic resin, an inert gas such as pressurized carbon dioxide is used as the fluid. Not only when water or organic solvents are used, the dispersibility of the functional material in the thermoplastic resin is increased, aggregation is suppressed, and the concentration of the functional material in the thermoplastic resin is increased. Objective.
本発明に従えば、成形体の製造方法であって、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、前記溶融樹脂の圧力を2MPa〜20MPaの第1の圧力に調整することと、第1の圧力よりも高く且つ4MPa〜30MPaの第2の圧力の流体を調製することと、第1の圧力の前記溶融樹脂と第2の圧力の前記流体とを混練して、混練物を得ることと、前記混練物の圧力を2回以上、段階的に低下させて、前記溶融樹脂から前記流体を分離することと、前記流体を分離した溶融樹脂を所望の形状に成形することを含むことを特徴とする成形体の製造方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a method for producing a molded body, wherein a thermoplastic resin is plasticized to be a molten resin, the pressure of the molten resin is adjusted to a first pressure of 2 MPa to 20 MPa, Preparing a fluid having a second pressure higher than 1 and 4 MPa to 30 MPa, and kneading the molten resin at the first pressure and the fluid at the second pressure to obtain a kneaded product. And reducing the pressure of the kneaded material stepwise twice or more to separate the fluid from the molten resin, and forming the molten resin from which the fluid has been separated into a desired shape. A method for producing a shaped article is provided.
本発明において、前記流体が機能性材料を含有してもよい。 In the present invention, the fluid may contain a functional material.
また、本発明においては、前記流体が、不活性ガス、水及び有機溶剤からなる群から選択される少なくとも1つであってもよく、前記不活性ガスが、窒素又は二酸化炭素を含んでもよい。前記流体が、水であってもよく、前記有機溶剤が、エタノール、イソプロピルアルコール、N-メチル-2-ピロリドン及びヘキサンからなる群から選択される少なくとも1つであってもよい。前記水又は有機溶剤の温度又は圧力は、前記溶融樹脂と前記水又は有機溶剤とを混練するとき、臨界点未満であってもよい。 In the present invention, the fluid may be at least one selected from the group consisting of an inert gas, water and an organic solvent, and the inert gas may contain nitrogen or carbon dioxide. The fluid may be water, and the organic solvent may be at least one selected from the group consisting of ethanol, isopropyl alcohol, N-methyl-2-pyrrolidone, and hexane. The temperature or pressure of the water or organic solvent may be less than the critical point when the molten resin and the water or organic solvent are kneaded.
更に、本発明においては、前記溶融樹脂及び前記溶融樹脂から分離した流体を冷却することと、冷却されたことにより液化した前記流体を回収することを含んでもよい。 Further, the present invention may include cooling the molten resin and the fluid separated from the molten resin, and collecting the fluid liquefied by being cooled.
本発明においては、可塑化シリンダと、前記可塑化シリンダ内に回転自在に配設されたスクリュと、前記可塑化シリンダ内に設けられたシール機構とを有する成形機を用いることを含み、前記可塑化シリンダ内において、前記シール機構の上流側の前記混練物の圧力を第1の圧力に調整した状態で、前記シール機構の下流側に前記混練物を流動させてもよい。また、前記可塑化シリンダ内において、前記シール機構の上流側の前記混練物の圧力を第1の圧力よりも低い第3の圧力に調整した状態で、前記シール機構の下流側に前記混練物を流動させてもよい。 The present invention includes using a molding machine having a plasticizing cylinder, a screw rotatably disposed in the plasticizing cylinder, and a seal mechanism provided in the plasticizing cylinder, In the control cylinder, the kneaded material may be caused to flow downstream of the sealing mechanism in a state where the pressure of the kneaded material upstream of the sealing mechanism is adjusted to the first pressure. Further, in the plasticizing cylinder, with the pressure of the kneaded material upstream of the sealing mechanism adjusted to a third pressure lower than the first pressure, the kneaded material is placed downstream of the sealing mechanism. You may make it flow.
また、前記シール機構によって、前記可塑化シリンダ内において、所定圧力未満の前記混練物を前記シール機構の下流側に流通させなくてもよく、前記シール機構は、バネを介して前記スクリュの外周面に設けられるシールリングを含んでもよい。前記シール機構によって、前記可塑化シリンダ内において、前記混練物の流通速度を低下させてもよく、前記シール機構は、ラビリンスシールであってもよい。また、前記シール機構は、スクリュの回転状態に応じて、前記可塑化シリンダ内における前記シール機構の上流側と下流側を連通及び遮断してもよく、前記シール機構は、スクリュの逆回転により、前記シール機構の上流側と下流側を遮断し、スクリュの正回転、スクリュの回転の停止、またはスクリュの逆回転の回転数の低下のいずれかにより、前記シール機構の上流側と下流側とを連通してもよく、更に、前記溶融樹脂と前記流体を混練しながら、前記可塑化スクリュの正回転及び逆回転を繰り返してもよい。 Further, the kneaded material having a pressure less than a predetermined pressure may not be circulated to the downstream side of the sealing mechanism in the plasticizing cylinder by the sealing mechanism, and the sealing mechanism may be arranged on the outer peripheral surface of the screw via a spring. A seal ring may be included. The flow rate of the kneaded material may be reduced in the plasticizing cylinder by the seal mechanism, and the seal mechanism may be a labyrinth seal. Further, the sealing mechanism may communicate and block the upstream side and the downstream side of the sealing mechanism in the plasticizing cylinder according to the rotational state of the screw, and the sealing mechanism is configured by reverse rotation of the screw. The upstream side and the downstream side of the sealing mechanism are blocked, and the upstream side and the downstream side of the sealing mechanism are separated by either forward rotation of the screw, stoppage of screw rotation, or reduction in the number of reverse rotations of the screw. Further, the plasticizing screw may be repeatedly rotated forward and backward while kneading the molten resin and the fluid.
本発明は、機能性材料の熱可塑性樹脂への分散を促進する流体を用いる成形方法において、流体として、加圧二酸化炭素等の不活性ガスを用いた場合のみならず、水や有機溶媒を用いた場合にも、熱可塑性樹脂中の機能性材料の分散性を高め、凝集を抑制し、更に、熱可塑性樹脂中の機能性材料の濃度を高める。 The present invention is not limited to the case where an inert gas such as pressurized carbon dioxide is used as a fluid in a molding method using a fluid that promotes dispersion of a functional material into a thermoplastic resin, and water or an organic solvent is used. Even in the case where it is, the dispersibility of the functional material in the thermoplastic resin is increased, aggregation is suppressed, and the concentration of the functional material in the thermoplastic resin is further increased.
[第1の実施形態]
本実施形態の成形体の製造方法は、押出成形であり、図2に示す成形機1000を用いて実施することができる。まず、成形機1000について説明する。
[First Embodiment]
The manufacturing method of the molded object of this embodiment is extrusion molding, and can be implemented using the
<成形機>
図2に示すように、成形機1000は単軸の押出成形機である。成形機1000は、可塑化シリンダ210を有する混練装置200と、機能性材料を含有する流体を可塑化シリンダ210に供給する流体供給装置100及び制御装置(不図示)を備える。制御装置は、流体供給装置100及び混練装置200を動作制御する。また、混練装置200の先端にはダイ29が設けられ、ダイ29から溶融樹脂が押し出される。
<Molding machine>
As shown in FIG. 2, the
図2に示す混練装置200は、可塑化シリンダ210と、可塑化シリンダ210内に回転自在に配設されたスクリュ20と、スクリュ20を駆動させるスクリュ駆動機構37と、可塑化シリンダ210内に配置される上流側シール機構S1及び第1の下流側シール機構S21と、第2の下流側シール機構S22と、可塑化シリンダ210に接続する流体回収装置300を備える。本実施形態では、可塑化シリンダ210内において、可塑化溶融された溶融樹脂は、図2及び図3における右手から左手に向かって流動する。したがって、本実施形態の可塑化シリンダ210の内部においては、図2及び図3における右手を「上流」又は「後方」、左手を「下流」又は「前方」と定義する。尚、本実施形態の混練装置200は、従来公知の混練装置の構成と同様に、可塑化シリンダ210の後方側から見た場合に、スクリュ20を反時計回りに回転させると溶融樹脂を前方(ノズル部側)に送る正回転をし、時計回りに回転させると逆回転するように構成されている。
A kneading
可塑化シリンダ210の上部側面には、上流側から順に、熱可塑性樹脂を可塑化シリンダ210に供給するための樹脂供給口201、流体を可塑化シリンダ210内に導入するための導入口202が設け有れている。また、導入口202の下流には、可塑化シリンダ210の下部側面に、可塑化シリンダ210内から流体を排出するための排出口203が複数形成されている。これらの樹脂供給口201、導入口202及び排出口203には、それぞれ、樹脂供給用ホッパ211、導入バルブ212及び抽出管213が配設されている。また導入バルブ212及び抽出管213は、それぞれ、流体供給装置100及び流体回収装置300と接続される。可塑化シリンダ210の外壁面には、バンドヒータ220が配設されており、これにより可塑化シリンダ210が加熱されて、熱可塑性樹脂の可塑化が促進される。
A
混練装置200では、樹脂供給口201から可塑化シリンダ210内に熱可塑性樹脂が供給され、熱可塑性樹脂がバンドヒータ220によって可塑化されて溶融樹脂となり、スクリュ20が正回転することにより下流に送られる。そして、導入口202近傍まで送られた溶融樹脂は、導入された流体と高圧下、接触混練される。次いで、流体と接触混練された溶融樹脂の樹脂内圧を低下させることにより、ガス化した一部の流体が溶融樹脂から分離し、排出口203から排出される。これにより、可塑化シリンダ210内では、上流側から順に、熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とする可塑化ゾーン21、溶融樹脂と導入口202から導入される流体とを高圧下、接触混練する高圧混練ゾーン22、流体と接触混練した溶融樹脂の圧力を低下させる減圧ゾーン23、溶融樹脂から、流体の一部をガス化させて分離する分離ゾーン24、分離された流体を排出口203から排出する排出ゾーン25が形成される。排出ゾーン25が形成される部分の可塑化シリンダ210外表面には、冷却ジャケット230が設けられており、これにより溶融樹脂及びガス化して分離された流体は冷却され、冷却された流体は、排出口203から排出される。排出ゾーン25の下流には、バンドヒータ220を備える再溶融ゾーン26が設けられる。排出ゾーン25で冷却された溶融樹脂は、再溶融ゾーン26で再度、加熱されて溶融し、ダイ29から押出される。
In the
上述した上流側シール機構S1は、可塑化ゾーン21と高圧混練ゾーン22との間に配置され、第1の下流側シール機構S21は、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との間に配置され、第2の下流側シール機構S22は、減圧ゾーン23と分離ゾーン24との間に配置される。このように、減圧ゾーン23は、可塑化シリンダ210内において、第1及び第2の下流側シール機構S21、S22に挟まれて区画されている。
The upstream sealing mechanism S1 described above is disposed between the
尚、本実施形態では、減圧ゾーン23は1つのゾーンから形成されているが、減圧ゾーン23は複数のゾーンを有していてもよい。例えば、減圧ゾーン23内に1つ以上のシール機構を設けて、シール機構により、減圧ゾーン23を複数のゾーンに区画することができる。この場合、溶融樹脂は、高圧混練ゾーン22から、減圧ゾーン23の複数のゾーンを通過して分離ゾーン24へ流動する。
In this embodiment, the
本実施形態の混練装置200では、スクリュ20は、スクリュ径が細い飢餓スクリュ部20Aを有し、飢餓スクリュ部20Aは可塑化シリンダの分離ゾーン24に位置する。飢餓スクリュ部20Aにより、分離ゾーン24において、溶融樹脂の減圧及び溶融樹脂からの流体の分離が促進される。
In the
本実施形態の流体供給装置100は、機能性材料が溶解又は分散している流体(溶液又は分散体)Cが収容される容器101と、流体Cの昇圧及び可塑化シリンダ210への液送を行う2台のシリンジポンプ102と、2台のシリンジポンプ102の切り替えを行う自動エアーオペレートバルブ103と、可塑化シリンダ210へ導入する流体Cの圧力を制御する背圧弁104から主に構成される。
The
流体回収装置300は、抽出管213に接続する真空ポンプPと、真空ポンプPに接続し、抽出された流体を回収する回収容器301から主に構成される。本実施形態では、流体回収装置300は、分離ゾーン24及び排出ゾーン25の圧力を大気圧以下に制御する圧力調整機構も兼ねている。
The
<シール機構>
次に、成形機1000に備えられる上流側シール機構S1、第1の下流側シール機構S21及び第2の下流側シール機構S22について説明する。上流側シール機構S1は、樹脂の上流側への逆流を抑制することができれば任意のシール機構を用いることができ、例えば、従来の発泡成形等に用いるシールリング等を採用できる。
<Seal mechanism>
Next, the upstream side seal mechanism S1, the first downstream side seal mechanism S21, and the second downstream side seal mechanism S22 provided in the
本実施形態の第1の下流側シール機構S21は、第1の下流側シール機構S21の上流側の高圧混練ゾーン22において、溶融樹脂の圧力を2MPa〜20MPaの第1の圧力に調整した状態で、第1の下流側シール機構S21の下流側の減圧ゾーン23へ溶融樹脂を流動させることができるシール機構を用いる。また、本実施形態の第2の下流側シール機構S22は、第2の下流側シール機構S22の上流側の減圧ゾーン23において、溶融樹脂の圧力を第1の圧力よりも低く且つ分離ゾーン24の第4の圧力よりも高い第3の圧力に調整した状態で、第2の下流側シール機構S22の下流側の分離ゾーン24へ溶融樹脂を流動させることができるシール機構を用いる。
In the first downstream seal mechanism S21 of the present embodiment, the pressure of the molten resin is adjusted to a first pressure of 2 MPa to 20 MPa in the high-
本実施形態では、第1及び第2の下流側シール機構S21、S22として、以下に説明するバネを介してスクリュ20の外周面に設けられるシールリング60を含む、同一構造のシール機構を用いた。第1及び第2の下流側シール機構S21、S22は同一構造であるので、以下、主に第1の下流側シール機構S21について説明する。本実施形態で用いた第1の下流側シール機構S21は、高圧混練ゾーン22の圧力が所定の圧力未満の場合、溶融樹脂を高圧混練ゾーン22から、減圧ゾーン23へ流通させないシール機構である。
In the present embodiment, as the first and second downstream side seal mechanisms S21 and S22, seal mechanisms having the same structure including the
本実施形態のスクリュ20は、図3に示すように、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との境界領域において、この境界領域と隣接する領域に比べて縮径された縮径部50を有している。そして、縮径部50には、縮径部50の範囲で軸方向(前後方向)に移動可能となるように遊嵌状態で下流側シールリング60が外嵌している。これら縮径部50と下流側シールリング60とで、第1の下流側シール機構S21が構成されている。
As shown in FIG. 3, the
スクリュ20において、縮径部50の下流側には、減圧ゾーン23に位置する下流スクリュ部51が隣接して設けられており、下流クリュ部51は縮径部50より直径が大きいため、縮径部50と連続する端面51aを有する。端面51aには、4か所の孔51bが形成され、それぞれの孔51bの中にはバネピストン61が配置されている。バネピストン61は、孔51bの中に配置される複数の皿バネ63と、孔51bの中で皿バネ63と接触し、且つ一部が孔51bから突出するように配置されるリング64と、皿バネ63とリング64を貫通する軸62から形成される。図3(a)に示すように、バネピストン61のリング64は、下流側シールリング60と接触しており、下流側シールリング60を上流方向(図3(a)において矢印で示す方向)に付勢している。その結果、シールリング60の内壁60aと、縮径部50の外周面50aが当接し、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通が遮断される。
In the
次に、第1の下流側シール機構S21の動作について説明する。スクリュ20が正回転することで、溶融樹脂は上流から下流へ流動する。その結果、高圧混練ゾーン22に滞留する溶融樹脂は、下流側シールリング60を下流方向へ押す。しかし、図3(a)に示すように、バネピストン61により下流側シールリング60は上流方向に付勢され、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通が遮断されるため、溶融樹脂は高圧混練ゾーン22から減圧ゾーン23へ流動できない。
Next, the operation of the first downstream seal mechanism S21 will be described. As the
更に、スクリュ20が正回転すると、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通が遮断された状態のまま、溶融樹脂が可塑化ゾーン21から高圧混練ゾーン22へ流動し続け、高圧混練ゾーン22の圧力が上昇する。高圧混練ゾーン22の圧力が所定の圧力以上になると、下流側シールリング60は溶融樹脂に下流方向へ押され移動し始める。これにより、図3(b)に示すように、下流側シールリング60の内壁60aと、縮径部50の外周面50aが離間し、隙間Gが開口し、隙間Gを通って溶融樹脂が高圧混練ゾーン22から減圧ゾーン23へ移動可能となる。
Further, when the
本実施形態の第1及び第2の下流側シール機構S21、S22を構成する下流側シールリング60及びバネピストン61は、図2及び図3に示すように、クリュ20に外接しており、比較的シンプルな構造をとり、例えば、特許文献5に開示される、スクリュに溶融樹脂が流通する貫通穴を形成し、その貫通穴の内部にバネピストンや溶融樹脂のシール構造を設けるといった複雑な構造とは異なる。この様に、本実施形態の第1及び第2の下流側シール機構S21、S22は、構造が単純であるため、メンテナンスが容易である。また第1及び第2の下流側シール機構S21、S22において、隙間Gが開口し始める所定の圧力は、用いるバネのバネ定数、用いるバネの数及び配置等を設計することにより調整が可能である。また、本実施形態では、バネとしてストロークが短くて済むことから皿バネ63を用いるが、コイルバネ等を用いてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
<成形方法>
次に、図1に示すフローチャートに従い、本実施形態の成形体の製造方法について説明する。本実施形態では、上で説明した図2に示す成形機1000を用いて行う。成形機1000において、可塑化シリンダの可塑化ゾーン21、高圧混練ゾーン22、減圧ゾーン23、分離ゾーン24、排出ゾーン25及び再溶融ゾーン26の温度は、使用する熱可塑性樹脂、流体の種類に応じて適宜選択することができる。また、本実施形態では、以下に説明する熱可塑性樹脂の可塑化及び溶融樹脂の計量の間(可塑化計量の間)、スクリュ20を同一方向に回転する。
<Molding method>
Next, according to the flowchart shown in FIG. 1, the manufacturing method of the molded object of this embodiment is demonstrated. In this embodiment, the
まず、熱可塑性樹脂を可塑化シリンダ210に供給し、スクリュ20を正回転させることにより、可塑化ゾーン21で熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とする(ステップS1)。
First, a thermoplastic resin is supplied to the
熱可塑性樹脂としては、目的とする成形体の種類に応じて種々の樹脂を使用することができる。具体的には、例えば、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ABS系樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリ乳酸、ポリカプロラクトンなどの熱可塑性樹脂、及びこれらの複合材料を用いることができる。また、熱可塑性樹脂としては、ガラス繊維、タルク、カーボン繊維などの各種無機フィラーを混練したものを用いてもよく、凝集性の高いナノセルロースファイバー、カーボンナノチューブ等のナノファイバーを混練したものを用いてもよい。更に、熱可塑性樹脂に混練するファイバーやフィラーは、流体に親和性の高い官能基により表面修飾したものであってもよい。本実施形態の熱可塑性樹脂は、1種類の樹脂を単独で用いてもよいし、2種類以上の樹脂を混合して用いてもよい。 As the thermoplastic resin, various resins can be used depending on the type of the target molded article. Specifically, for example, heat of polypropylene, polymethyl methacrylate, polyamide, polycarbonate, amorphous polyolefin, polyether imide, polyethylene terephthalate, polyether ether ketone, ABS resin, polyphenylene sulfide, polyamide imide, polylactic acid, polycaprolactone, etc. Plastic resins and composite materials thereof can be used. In addition, as the thermoplastic resin, those obtained by kneading various inorganic fillers such as glass fiber, talc and carbon fiber may be used, and those obtained by kneading nanofibers such as highly cohesive nanocellulose fiber and carbon nanotube are used. May be. Furthermore, the fibers and fillers kneaded with the thermoplastic resin may be surface-modified with a functional group having a high affinity for fluid. As the thermoplastic resin of this embodiment, one type of resin may be used alone, or two or more types of resins may be mixed and used.
次に、スクリュ20を正回転することにより、可塑化された溶融樹脂を可塑化ゾーン21から高圧混練ゾーン22へ送り、高圧混練ゾーン22において、溶融樹脂の圧力を2MPa〜20MPaの第1の圧力に調整する(ステップS2)。溶融樹脂の圧力を2MPa〜20MPaに高めておくと、溶融樹脂と、流体及び機能性材料との混練性、分散性が良好となる。また、第1の圧力が2MPa未満であると、流体の圧力損失を抑制し難くなり、20MPaを超えると、溶融樹脂の密度が高くなり過ぎ、機能性材料の分散性が低下する。第1の圧力は、4MPa〜15MPaが好ましい。また、溶融樹脂の第1の圧力は、上記範囲内であれば変動してもよいが、機能性材料の分散安定性の観点から、その変動幅を±2MPaの範囲に制御することが好ましく、±1MPaの範囲に制御することがより好ましい。
Next, by rotating the
本実施形態では、上述のように高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23の間に第1の下流側シール機構S21を設け、スクリュを同一方向に回転することにより、前記溶融樹脂の圧力を第1の圧力に調整する。以下に、溶融樹脂の圧力の調整方法を説明する。まず、第1の下流側シール機構S21により、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通を遮断した状態で、スクリュ20を正回転する。上流側シール機構S1により、高圧混練ゾーン22から可塑化ゾーン21への逆流は抑制されるため、可塑化ゾーン21から高圧混練ゾーン22へ溶融樹脂は流動し続け、高圧混練ゾーン22の圧力が上昇する。スクリュを正回転することにより、高圧混練ゾーン22における溶融樹脂の圧力が更に上昇して所定の圧力以上になると、第1の下流側シール機構S21により、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23とが連通し、溶融樹脂は下流の減圧ゾーン23へ流動する。溶融樹脂が下流の減圧ゾーン23へ流動すると、高圧混練ゾーン22の圧力は低下し始め、そして、高圧混練ゾーン22の圧力が所定の圧力以下になると、再び第1の下流側シール機構S21により、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通が遮断される。スクリュは正回転するため、再び高圧混練ゾーン22の圧力は上昇し、そして、所定の圧力以上になると、第1の下流側シール機構S21により、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23とが再び連通し、溶融樹脂は下流の減圧ゾーン23へ流動する。このように、本実施形態では、スクリュを同一方向に回転(正回転)することにより、高圧混練ゾーン22の圧力に応じて、第1の下流側シール機構S21が高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通と遮断を繰り返す。この結果、高圧混練ゾーン22における溶融樹脂の圧力を圧力変動の少ない高圧力(第1の圧力)に維持することができる。例えば、後述する実施例1では、高圧混練ゾーン22の圧力が6MPaのとき、第1の下流側シール機構S21の隙間Gが開口し始め、該圧力が10MPaで図3(b)に示すようにシールリング60が下流方向へ最前進して隙間Gが最大となるような第1の下流側シール機構S21を用いた。この結果、高圧混練ゾーン22において、溶融樹脂の圧力を10±0.5MPaに調整することができた。
In the present embodiment, as described above, the first downstream seal mechanism S21 is provided between the high-
次に、第1の圧力よりも高く且つ4MPa〜30MPaの第2の圧力の流体を調製する(ステップS3)。第2の圧力が、4MPa未満であると、流体の溶融樹脂に対する溶解度が低下し、第2の圧力が30MPaを超えると、装置の負担が大きくなり、装置コストも増加する。第2の圧力は、6MPa〜15MPaが好ましい。また、可塑化シリンダ210への流体の導入を容易にするため、第2の圧力は第1の圧力よりも高く調整するが、第1の圧力と第2の圧力との差は、流体の連続供給の安定性の観点から、0.1MPa〜10MPaが好ましく、1MPa〜5MPaがより好ましい。
Next, a fluid having a second pressure higher than the first pressure and 4 MPa to 30 MPa is prepared (step S3). When the second pressure is less than 4 MPa, the solubility of the fluid in the molten resin decreases, and when the second pressure exceeds 30 MPa, the burden on the device increases and the device cost also increases. The second pressure is preferably 6 MPa to 15 MPa. Further, in order to facilitate the introduction of the fluid into the
本発明において、流体は機能性材料を含んでもよい。本実施形態では、流体は機能性材料を含む。以下、必要に応じて、機能性材料を含む流体を「混合加圧流体」と記す。 In the present invention, the fluid may include a functional material. In this embodiment, the fluid includes a functional material. Hereinafter, the fluid containing the functional material is referred to as “mixed pressurized fluid” as necessary.
本実施形態で用いられる流体は、機能性材料を溶解する溶媒、又は機能性材料を分散する分散媒となり得る流体であれば任意である。例えば、二酸化炭素や窒素等の不活性ガスを用いることができる。これらの流体は、人体に無害であり、また溶融樹脂への拡散性に優れ、溶融樹脂から容易に除去可能であり、更に、溶融樹脂の可塑剤としても機能する。また、流体として、水又は有機溶剤を用いることもできる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)等のアルコール、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ヘキサン、テトラヒドロフラン、トルエン、N,N-ジメチルホルムアミド、酢酸、酢酸エチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルエーテル等の各種極性、非極性有機溶媒を用いることができる。流体としては、エタノール、イソプロピルアルコール、N-メチル-2-ピロリドン及びヘキサンを用いることが好ましい。これらの有機溶媒の流体は、超臨界状態又は液体状態の二酸化炭素と相溶し、二酸化炭素との混合溶媒とすることで、溶融樹脂への浸透性を高めることができる。尚、強酸や強アルカリは、成形機の可塑化シリンダを腐食させる恐れがあるため、流体として用いないことが好ましい。本実施形態の流体は、1種類の流体を単独で用いてもよいし、2種類以上の流体を混合して用いてもよい。 The fluid used in the present embodiment is arbitrary as long as it can serve as a solvent that dissolves the functional material or a dispersion medium that disperses the functional material. For example, an inert gas such as carbon dioxide or nitrogen can be used. These fluids are harmless to the human body, have excellent diffusibility to the molten resin, can be easily removed from the molten resin, and further function as a plasticizer for the molten resin. Moreover, water or an organic solvent can also be used as a fluid. Examples of organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), hexane, tetrahydrofuran, toluene, N, N-dimethylformamide, acetic acid, ethyl acetate, dimethyl sulfoxide, Various polar and nonpolar organic solvents such as dimethyl ether can be used. As the fluid, ethanol, isopropyl alcohol, N-methyl-2-pyrrolidone and hexane are preferably used. These organic solvent fluids are compatible with carbon dioxide in a supercritical state or a liquid state, and can be mixed with carbon dioxide to increase the permeability to the molten resin. It should be noted that strong acid or strong alkali is preferably not used as a fluid because it may corrode the plasticizing cylinder of the molding machine. As the fluid of this embodiment, one type of fluid may be used alone, or two or more types of fluids may be mixed and used.
機能性材料としては、上述した流体に溶解又は分散でき、得られる成形体に所定の機能を付与できるものであれば特に制限されない。このような機能性材料としては、例えば、有機金属錯体、金属アルコキシド、金属粒子等の無機粒子或いはその前駆体;天然鉱物、炭素繊維、ガラス繊維等の無機フィラー或いはその修飾化合物;カーボンナノチューブ、ナノダイヤ、フラーレン等のナノカーボン;セルロースナノファイバー等の有機フィラー、染料、可塑剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、造核剤、酸化防止剤、触媒、界面活性剤、帯電防止剤、難燃材料、各種樹脂のアロイ化を促進させるための相溶化剤などが挙げられる。 The functional material is not particularly limited as long as it can be dissolved or dispersed in the above-described fluid and can give a predetermined function to the obtained molded body. Examples of such functional materials include inorganic particles such as organometallic complexes, metal alkoxides, and metal particles or precursors thereof; inorganic fillers such as natural minerals, carbon fibers, and glass fibers or modified compounds thereof; carbon nanotubes, nanodiamonds , Nanocarbons such as fullerenes; organic fillers such as cellulose nanofibers, dyes, plasticizers, UV absorbers, heat stabilizers, nucleating agents, antioxidants, catalysts, surfactants, antistatic agents, flame retardant materials, Examples thereof include a compatibilizing agent for promoting alloying of various resins.
本実施形態においては、機能性材料は流体に全て溶解又は分散させて溶融樹脂に導入するが、流体とは別に、流体が接触する前の熱可塑性樹脂に混合してもよい。機能性材料が混合された熱可塑性樹脂を可塑化溶融すると、例えば、ファイバー形状の機能性材料は、絡み合ったり、凝集したりする虞がある。しかし、この状態の溶融樹脂に加圧状態の流体を導入すると、絡み合った機能性材料の凝集体に加圧状態の流体が浸透し、絡み合った機能性材料を解繊して、凝集を解きほぐすことができる。流体が接触する前の熱可塑性樹脂に機能性材料を混合しておく方法によれば、低剪断で熱可塑性樹脂への機能性材料の分散性を向上できる。このため、例えば、フィラー形状の機能性材料の切断を抑制でき、更に成形体の剛性の向上も期待できる。流体が接触する前の熱可塑性樹脂に機能性材料を混合しておく方法に用いる機能性材料としては、例えば、流体への親和性を高くするように表面を化学修飾したナノファイバーが挙げられる。 In the present embodiment, all of the functional material is dissolved or dispersed in the fluid and introduced into the molten resin. However, the functional material may be mixed with the thermoplastic resin before contact with the fluid separately from the fluid. When the thermoplastic resin mixed with the functional material is plasticized and melted, for example, the fiber-shaped functional material may be entangled or aggregated. However, when a fluid under pressure is introduced into the molten resin in this state, the fluid under pressure infiltrates into the entangled functional material agglomerates, and the entangled functional material is defibrated to loosen the agglomeration. Can do. According to the method in which the functional material is mixed with the thermoplastic resin before contact with the fluid, the dispersibility of the functional material in the thermoplastic resin can be improved with low shear. For this reason, the cutting | disconnection of the functional material of a filler shape can be suppressed, for example, and the improvement of the rigidity of a molded object can also be anticipated. Examples of the functional material used in the method of mixing the functional material with the thermoplastic resin before contact with the fluid include nanofibers whose surface is chemically modified so as to increase the affinity for the fluid.
更に、本実施形態では、機能性材料として、表面を水溶性ポリマーで被覆された金属粒子からなる、平均粒子径が10nm以下のナノ粒子を用いることもできる。例えば、金属粒子としてはパラジウムを用いることができ、水溶性ポリマーとしては、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリビニルピロリドン、ポリ(N−ビニルアセトアミド)、ポリ(ビニルアミン)、ポリ(3−ビニルピリジン)、ポリ(N−ビニルカルバゾール) 、ポリ(ビニルチアゾリウム塩)、ポリビニルアルコール等を用いることができる。水溶性ポリマーで被覆されているナノ粒子は、流体として水を用いた場合に流体への分散性に優れる。また粒径がナノオーダーと小さいため、例えば、無電解メッキの触媒として用いた場合に高い触媒活性を示すことができる。表面を水溶性ポリマーで被覆された金属粒子は、例えば、後述する実施例1に記載した方法により製造することができる。 Furthermore, in the present embodiment, nanoparticles having an average particle diameter of 10 nm or less, which are made of metal particles whose surfaces are coated with a water-soluble polymer, can also be used as the functional material. For example, palladium can be used as the metal particles, and examples of the water-soluble polymer include poly (2-vinylpyridine), poly (4-vinylpyridine), polyvinylpyrrolidone, poly (N-vinylacetamide), and poly (vinylamine). Poly (3-vinylpyridine), poly (N-vinylcarbazole), poly (vinylthiazolium salt), polyvinyl alcohol, and the like can be used. Nanoparticles coated with a water-soluble polymer are excellent in dispersibility in a fluid when water is used as the fluid. Further, since the particle size is as small as nano order, for example, when used as a catalyst for electroless plating, high catalytic activity can be exhibited. The metal particles whose surface is coated with a water-soluble polymer can be produced, for example, by the method described in Example 1 described later.
流体中の機能性材料の濃度は、使用する機能性材料の種類、目的とする成形体の機能を考慮して適宜選択することができ、特に制限されないが、溶融樹脂への浸透性や流体中の機能性材料の凝集を考慮すれば、好ましくは飽和溶解度以下であり、飽和溶解度の1〜50%程度が好ましい。尚、本実施形態では、上述のように、流体は不活性ガスに限定されず、選択の幅が広い。したがって、機能性材料の良溶媒を流体として採用することにより、流体中の機能性材料の濃度を高めることができる。 The concentration of the functional material in the fluid can be appropriately selected in consideration of the type of the functional material to be used and the function of the target molded body, and is not particularly limited. In consideration of the aggregation of the functional material, it is preferably not more than the saturation solubility, and preferably about 1 to 50% of the saturation solubility. In the present embodiment, as described above, the fluid is not limited to the inert gas, and the range of selection is wide. Therefore, the density | concentration of the functional material in a fluid can be raised by employ | adopting the good solvent of a functional material as a fluid.
流体を調製する方法としては、特に限定されず、従来公知の方法を使用することができる。本実施形態では、図2に示す流体供給装置100の容器101において、機能性材料と流体を混合し、機能性材料を含む流体Cを調製した後、シリンジポンプ102により昇圧し、背圧弁104により、第2の圧力の混合加圧流体を調製した。
It does not specifically limit as a method of preparing a fluid, A conventionally well-known method can be used. In the present embodiment, in the
混合加圧流体の温度は、流体の種類によっても適切な条件は異なり任意であるが、例えば、10℃〜100℃とすることができる。温度が10℃〜100℃の範囲であれば、系内での流体の制御が容易となる。また、本実施形態の第2の圧力に加圧した流体は、密度が高く安定であることから、液体状態、亜臨界状態、超臨界状態のいずれかであることが好ましい。 The temperature of the mixed pressurized fluid is arbitrary depending on the type of fluid, and can be set to, for example, 10 ° C to 100 ° C. If the temperature is in the range of 10 ° C to 100 ° C, the fluid in the system can be easily controlled. In addition, the fluid pressurized to the second pressure in the present embodiment is preferably in a liquid state, a subcritical state, or a supercritical state because of its high density and stability.
次に、高圧混練ゾーン22に第2の圧力に調整した機能性材料を含む流体(混合加圧流体)を導入し、スクリュ20を回転することにより、高圧混練ゾーン22において、第1の圧力の前記溶融樹脂と、第2の圧力の流体とを混練して、混練物を得る(ステップS4)。溶融樹脂を第1の圧力に加圧した状態で混合加圧流体と混合することで、混合加圧流体の溶融樹脂への分散性が向上する。流体を高圧混練ゾーン22に供給する方法は任意の方法を使用することができる。例えば、流体を高圧混練ゾーン22に間欠的に導入してもよいし、連続的に導入してもよい。また、流体の導入は、安定な送液が行えるシリンジポンプ等やダブルプランジャーポンプ等の高圧装置を利用して、導入量を制御しながら導入してもよい。本実施形態では、図2に示す流体供給装置100のシリンジポンプ102により、導入量を制御しながら、混合加圧流体を可塑化シリンダ210へ導入する。
Next, a fluid containing a functional material adjusted to the second pressure (mixed pressurized fluid) is introduced into the high-
次に、流体を混練した溶融樹脂の圧力(混練物の圧力)を2回以上、段階的に低下させて、溶融樹脂から流体を分離する(図1のステップS5及びS6)。これにより、溶融樹脂の急減圧が回避され、機能性材料の凝集を抑制できる。尚、本願明細書において、溶融樹脂と流体とを混練する工程の後工程(図1のステップS4の後工程)における「流体を混練した溶融樹脂の圧力」及び「溶融樹脂の圧力」とは、溶融樹脂と流体とを混練する工程(図1のステップS4)によって得られた、溶融樹脂と流体との「混練物の圧力」を意味するものとする。 Next, the pressure of the molten resin kneaded with the fluid (pressure of the kneaded product) is lowered stepwise twice or more to separate the fluid from the molten resin (steps S5 and S6 in FIG. 1). Thereby, rapid decompression of the molten resin is avoided and aggregation of the functional material can be suppressed. In the present specification, “the pressure of the molten resin kneaded with the fluid” and “the pressure of the molten resin” in the subsequent process of the process of kneading the molten resin and the fluid (the subsequent process of step S4 in FIG. 1) are: It means the “pressure of the kneaded product” of the molten resin and the fluid obtained by the step of kneading the molten resin and the fluid (step S4 in FIG. 1).
本実施形態では、流体を混練した溶融樹脂の圧力(混練物の圧力)を2回、段階的に低下させて流体を分離する。まず、溶融樹脂の圧力(混練物の圧力)を第1の圧力よりも低い第3の圧力に低下させ(ステップS5)、更に、第3の圧力より低く、且つ大気圧以下の第4の圧力に低下させ、溶融樹脂からガス化した流体を分離する(ステップS6)。本実施形態では、溶融樹脂の圧力(混練物の圧力)を大気圧以下(第4の圧力)に低下させることで、効率的に溶融樹脂から流体を分離することができる。また、溶融樹脂の圧力(混練物の圧力)を第4の圧力に低下させる前に、一旦、第4の圧力よりも高い第3の圧力に低下させることで、溶融樹脂の急減圧が回避され、機能性材料の凝集を抑制できる。 In the present embodiment, the pressure of the molten resin kneaded with the fluid (pressure of the kneaded product) is lowered twice in steps to separate the fluid. First, the pressure of the molten resin (kneaded product pressure) is lowered to a third pressure lower than the first pressure (step S5), and further, a fourth pressure lower than the third pressure and equal to or lower than the atmospheric pressure. The gasified fluid is separated from the molten resin (step S6). In the present embodiment, the fluid can be efficiently separated from the molten resin by reducing the pressure of the molten resin (kneaded product pressure) to the atmospheric pressure or lower (fourth pressure). Also, before the molten resin pressure (kneaded product pressure) is lowered to the fourth pressure, the pressure is once lowered to a third pressure higher than the fourth pressure, thereby avoiding a sudden decompression of the molten resin. , Aggregation of the functional material can be suppressed.
混合加圧流体を含む溶融樹脂を急減圧すると、流体が急激に気化して機能性材料が凝集する虞がある。本実施形態では、まず、溶融樹脂の圧力を第3の圧力に低下させて、次に第4の圧力に低下させるというように、溶融樹脂の圧力を段階的に低下させることで、機能性材料の流体を伴った良好な分散状態を維持したまま、穏やかに溶融樹脂の減圧が進む。そして、最後に大気圧以下(第4の圧力)に溶融樹脂を減圧することで、機能性材料の良好な分散状態を維持したまま、流体を溶融樹脂から分離することができる。特に、水(Tc=374℃)、エタノール(Tc=240℃)、ヘキサン(Tc=234℃)等の臨界点の低い物質を流体として用いる場合、溶融樹脂の急減圧による機能性材料の凝集の問題が顕著となる。これらの物質は、超臨界温度が高いため、可塑化シリンダ内において溶融樹脂と混練するとき、超臨界状態ではない。超臨界流体が圧力の変化に伴う密度変化が小さいのに対し、超臨界に達していいない流体は、圧力の変化に伴う密度変化が大きい。このため、わずかな圧力変化により急激に密度が低下して気化し、機能性材料が凝集してしまう。本実施形態の成形方法によれば、熱可塑性樹脂と混練するときに超臨界状態でない流体、即ち、流体の温度又は圧力が臨界点未満であり、高温状態において圧力変化に伴う密度変化が大きく、溶媒性能を維持しにくい流体を用いた場合においても、機能性材料の良好な分散状態を維持したまま、溶融樹脂から流体を分離することができる。 When the molten resin containing the mixed pressurized fluid is rapidly decompressed, the fluid may be rapidly vaporized and the functional material may be aggregated. In the present embodiment, first, the pressure of the molten resin is lowered to the third pressure, and then lowered to the fourth pressure, so that the pressure of the molten resin is lowered stepwise, thereby the functional material. While maintaining a good dispersion state with the fluid, the decompression of the molten resin proceeds gently. Finally, by reducing the pressure of the molten resin below atmospheric pressure (fourth pressure), the fluid can be separated from the molten resin while maintaining a good dispersion state of the functional material. In particular, when a substance having a low critical point such as water (Tc = 374 ° C.), ethanol (Tc = 240 ° C.), hexane (Tc = 234 ° C.) is used as a fluid, the aggregation of functional materials due to rapid decompression of the molten resin The problem becomes noticeable. Since these substances have a high supercritical temperature, they are not in a supercritical state when kneaded with a molten resin in a plasticizing cylinder. A supercritical fluid has a small change in density due to a change in pressure, whereas a fluid that has not reached the supercritical state has a large change in density due to a change in pressure. For this reason, the density is suddenly lowered and vaporized by a slight pressure change, and the functional material is aggregated. According to the molding method of the present embodiment, a fluid that is not in a supercritical state when kneaded with a thermoplastic resin, i.e., the temperature or pressure of the fluid is less than the critical point, and the density change accompanying the pressure change is large at a high temperature state, Even when a fluid that is difficult to maintain the solvent performance is used, the fluid can be separated from the molten resin while maintaining a good dispersion state of the functional material.
また、本実施形態では、溶融樹脂の圧力を第4の圧力に低下させる前に、一旦、第4の圧力よりも高い第3の圧力に低下させることで、多量の機能性材料を溶融樹脂に混合することができる。高圧混練ゾーン22において、多量に混合加圧流体を導入すると、溶融樹脂と混合加圧流体が十分に混合される前に、高圧混練ゾーン22の圧力が上昇して、溶融樹脂が第1の下流側シール機構S21を通過して下流へ流動する虞がある。そして、もし、第1の下流側シール機構S21を通過した溶融樹脂が急減圧されると、溶融樹脂と混合加圧流体は十分に混合されずに、流体又は流体と共に機能性材料も溶融樹脂から分離される虞がある。本実施形態では、高圧混練ソーン22に隣接して減圧ゾーン23を設け、溶融樹脂の圧力を第4の圧力に低下させる前に、一旦、第4の圧力よりも高い第3の圧力に低下させることで、溶融樹脂の急減圧を抑制できる。また、減圧ゾーン23と分離ゾーン24との間には、第2の下流側シール機構S22が設けられているため、溶融樹脂は減圧ゾーン23に留まり、分離ゾーン24で溶融樹脂から流体が分離される前に、減圧ゾーン23においても、溶融樹脂と混合加圧流体を十分に混練することができる。この結果、本実施形態では、溶融樹脂に多量の混合加圧流体を混合でき、良好な分散状態を維持したまま、溶媒のみを分離することができる。そのため、多量の混合加圧流体を溶融樹脂に混合するために、溶融樹脂に多くのせん断力を付与する必要がなくなり、樹脂や機能性材料へのダメージを減少させることができる。更に、成形に用いる成形機は、二軸押出機等ではなく、安価な単軸押出機とすることができる。
Further, in this embodiment, before the pressure of the molten resin is lowered to the fourth pressure, a large amount of functional material is made into the molten resin by once lowering it to a third pressure higher than the fourth pressure. Can be mixed. When a large amount of mixed pressurized fluid is introduced into the high-
第3の圧力は、第1の圧力よりも低く且つ第4の圧力よりも高ければ任意であるが、0.1MPa〜10MPaか好ましく、1MPa〜5MPaがより好ましい。第4の圧力は、大気圧以下であれば任意であるが、−0.1MPa〜0.1MPaか好ましく、−0.05MPa〜0.1MPaがより好ましい。 The third pressure is arbitrary as long as it is lower than the first pressure and higher than the fourth pressure, but it is preferably 0.1 MPa to 10 MPa, more preferably 1 MPa to 5 MPa. The fourth pressure is arbitrary as long as it is equal to or lower than the atmospheric pressure, but is preferably -0.1 MPa to 0.1 MPa, more preferably -0.05 MPa to 0.1 MPa.
次に、本実施形態において、混合加圧流体を含む溶融樹脂の温度を第3の圧力及び第4の圧力に調整する方法について説明する。 Next, in this embodiment, a method for adjusting the temperature of the molten resin containing the mixed pressurized fluid to the third pressure and the fourth pressure will be described.
上述したように、本実施形態では、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との間に第1の下流側シール機構S21を設けることにより、高圧混練ゾーン22を第1の圧力に保持したまま、高圧混練ゾーン22から下流の減圧ゾーン23へ溶融樹脂が流動する。そして、減圧ゾーン23と分離ゾーン24との間に、第1の下流側シール機構S21と同様の構造を有する第2の下流側シール機構S22を設け、スクリュを同一方向に回転することにより、減圧ゾーン23において、溶融樹脂の圧力を第3の圧力に調整する。本実施形態では、スクリュを同一方向に回転(正回転)することにより、減圧ゾーン23の圧力に応じて、第2の下流側シール機構S22が減圧ゾーン23と分離ゾーン24との連通と遮断を繰り返す。この結果、減圧ゾーン23における溶融樹脂の圧力を圧力変動の少ない圧力(第3の圧力)に維持することができる。例えば、後述する実施例1では、減圧ゾーン23の圧力が4MPaのとき、第2の下流側シール機構S22の隙間Gが開口し始め、該圧力が6MPaで図3(b)に示すようにシールリング60が下流方向へ最前進して隙間Gが最大となるような第2の下流側シール機構S22を用いた。この結果、高圧混練ゾーン22において、溶融樹脂の圧力を5±0.5MPaに調整することができた。
As described above, in this embodiment, by providing the first downstream-side seal mechanism S21 between the high-
分離ゾーン24は、大気圧以下の第4の圧力に調整する。調製の方法は任意であるが、例えば、分離ゾーン24を可塑化スクリュ210の外部と連通させることにより分離ゾーン24を大気圧としてもよく、真空ポンプ等で吸引して大気圧未満としてもよい。本実施形態では、分離ゾーン24の下流側に隣接する排出ゾーン25に真空ポンプPを接続し、分離ゾーン24及び排出ゾーン25を大気圧以下に減圧する。
The
スクリュ20を回転することにより、減圧ゾーン23を第3の圧力に保持したまま、減圧ゾーン23から下流の分離ゾーン24へ溶融樹脂を流動させる。分離ゾーン24へ流動してきた溶融樹脂は第4の圧力まで減圧され、溶融樹脂から流体がガス化し、分離する。本実施形態では、分離ゾーン24に位置する飢餓スクリュ部20Aにより、溶融樹脂の減圧及び溶融樹脂からの流体の分離が促進される。
By rotating the
溶融樹脂からガス化した流体は、回収してもよい。溶融樹脂から分離した流体は、そのまま可塑化シリンダ210の外部へ排出して回収しなくてもよいが、流体が可燃性気体である場合等は、安全面、環境面から回収することが好ましい。流体を回収する場合、回収効率の観点から、ガス化した流体を冷却して液体として回収することが好ましい。
The fluid gasified from the molten resin may be recovered. The fluid separated from the molten resin does not have to be discharged to the outside of the
本実施形態では、スクリュ20を正回転することにより、溶融樹脂を分離ゾーン24の下流側に隣接する排出ゾーン25へ流動させ、排出ゾーン25を冷却ジャケット230により冷却することにより、溶融樹脂と、溶融樹脂から分離された流体とを冷却する。これにより、溶融樹脂は半固化又は固化し、溶融樹脂から分離された流体は液化される。液化した流体は、真空ポンプPにより吸引され、抽出管213を通過して、回収容器12に回収される。このように、本実施形態では、溶融樹脂を冷却し、溶融樹脂を半固化又は固化させるため、溶融樹脂のベントアップを抑制することができる。
In the present embodiment, by rotating the
次に、ガス化した流体を分離した溶融樹脂を所望の形状に成形する(ステップS7)。本実施形態では、スクリュ20を正回転することにより、半固化又は固化した溶融樹脂を排出ゾーン25の下流側に隣接する再溶融ゾーン26へ流動させ、再溶融ゾーン26をバンドヒータ220により加熱することにより、半固化又は固化した溶融樹脂を溶融した。その後、ダイ29から押し出し、成形体を得る。
Next, the molten resin from which the gasified fluid has been separated is formed into a desired shape (step S7). In this embodiment, by rotating the
尚、本実施形態では、溶融樹脂を第3の圧力に調整した後、第4の圧力に調整したが、第4の圧力に調整する前に、第3の圧力に調整した溶融樹脂の圧力を第3の圧力よりも低く且つ第4の圧力よりも高い圧力に、1回以上調整してもよい。例えば、減圧ゾーン23内に1つ以上のシール機構を設けて、シール機構により、減圧ゾーン23を複数のゾーンに区画し、溶融樹脂を高圧混練ゾーン22から、減圧ゾーン23の複数のゾーンを通過させて、分離ゾーン24へ流動させる。そして、減圧ゾーン23の有する各ゾーンにおいて、溶融樹脂の圧力を段階的に低下させる。このように、第4の圧力に調整する前に、溶融樹脂の圧力を複数回、段階的に低下させることで、より穏やかな溶融樹脂の減圧が可能となり、機能性材料の凝集をより抑制できる。
In this embodiment, after adjusting the molten resin to the third pressure, the pressure is adjusted to the fourth pressure, but before adjusting to the fourth pressure, the pressure of the molten resin adjusted to the third pressure is adjusted. The pressure may be adjusted once or more to a pressure lower than the third pressure and higher than the fourth pressure. For example, one or more sealing mechanisms are provided in the
[第2の実施形態]
本実施形態の成形体の製造方法は、押出成形であり、図4に示す成形機2000を用いて実施する。成形機2000は、図2に示す成形機1000の第1及び第2の下流側シール機構S21、S22の代わりに、図5(a)〜(c)に示す第1及び第2の下流側シール機構S31、S32を用いた以外は、第1の実施形態で用いた図2に示す成形機1000と同様の構成である。以下に、第1及び第2の下流側シール機構S31、S32について説明する第1及び第2の下流側シール機構S31、S32は同一構造であるので、以下、主に第1の下流側シール機構S31について説明する。
[Second Embodiment]
The manufacturing method of the molded object of this embodiment is extrusion molding, and is implemented using the
<シール機構>
第1の下流側シール機構S31は、第1の実施形態で用いた第1及び第2の下流側シール機構S21、S22と同様に、第1の下流側シール機構S31の上流側の高圧混練ゾーン22において、溶融樹脂の圧力を2MPa〜20MPaの第1の圧力に調整した状態で、第1の下流側シール機構S31の下流側の減圧ゾーン23へ熱可塑性樹脂を流動させることができるシール機構である。本実施形態では、第1の下流側シール機構S31として、スクリュフライトの形状により溶融樹脂の流通を阻害し、溶融樹脂の流通速度を低下させる、ラビリンスシールを用いる。
<Seal mechanism>
The first downstream seal mechanism S31 is a high-pressure kneading zone on the upstream side of the first downstream seal mechanism S31, similarly to the first and second downstream seal mechanisms S21 and S22 used in the first embodiment. 22, a sealing mechanism capable of causing the thermoplastic resin to flow into the
本実施形態の第1の下流側シール機構S31は、スクリュ20の周方向に沿って凹凸を有するスクリュフライト30、40が、スクリュ20の軸方向に、前記凹凸が互い違いに並ぶように複数配置されることにより構成される。図5(a)〜(c)に示すように、スクリュ20の外周面には、スクリュフライト30、40が設けられている。スクリュフライト30、40は、可塑化シリンダ210の内壁と対向する頂部表面を有し、頂部表面には、スクリュ20の周方向に沿って、凸部30a、40aと、凹部30b、40bとが交互に配置されている。そして、スクリュ20の軸方向において、隣接するスクリュフライト30とスクリュフライト40とでは、前記凹凸が互い違いに並ぶように配置されている。即ち、スクリュフライト30、40の頂部表面の凸部30a、40aと、凹部30b、40bとは、スクリュ20の軸方向に沿っても交互に配置されている。これらスクリュフライト30、40により、可塑化シリンダ210の内壁(静止部)と、スクリュ20(回転軸)の間には、凹凸の隙間を複数段組み合わせたラビリンス構造が形成される。スクリュ20が有しているラビリンス構造が、第1の下流側シール機構S31を構成する。
In the first downstream seal mechanism S31 of the present embodiment, a plurality of
次に、第1の下流側シール機構S31の動作について説明する。スクリュ20が正回転することで、高圧混練ゾーン22に滞留する溶融樹脂は、第1の下流側シール機構S31のラビリンス構造内を通過して、減圧ゾーン23へ流動しようとする。溶融樹脂は、ラビリンス構造によりその流通を阻害され、流通速度が低下する。スクリュ20が正回転するため、高圧混練ゾーン22の圧力は上昇する。そして、圧力が上昇した溶融樹脂は、第1の下流側シール機構S31のラビリンス構造の凹凸の隙間を通過し始める。このとき、溶融樹脂はラビリンス構造の凹凸の隙間を通過しながら、徐々に圧力を低下させて減圧ゾーン23へ流動する。
Next, the operation of the first downstream seal mechanism S31 will be described. As the
このように、低圧の溶融樹脂は第1の下流側シール機構S31により高圧ゾーン22から減圧ゾーン23への流通を阻止され、高圧の溶融樹脂は第1の下流側シール機構S31を通過できる。本実施形態では、第1の下流側シール機構S31のこの特性を利用して、高圧混練ソーン22の溶融樹脂の圧力を2MPa〜20MPaの第1の圧力に調整する。本実施形態の第1の下流側シール機構S31は、熱可塑性樹脂の種類及びその粘度により、保持できる高圧混練ゾーンの圧力の値が変化するが、高圧混練ソーン22の溶融樹脂の圧力が2MPa〜20MPaとなるように、既知の手法によりラビリンス構造を設計することが可能である。
In this way, the low-pressure molten resin is prevented from flowing from the high-
第2の下流側シール機構S32は、第1の下流側シール機構S31と同様の構造のラビリンスシールであり、第2の下流側シール機構S32の上流側の減圧ゾーン23において、溶融樹脂の圧力を第1の圧力よりも低く且つ第4の圧力よりも高い第3の圧力に調整した状態で、第2の下流側シール機構S32の下流側の分離ゾーン24へ熱可塑性樹脂を流動させることができるシール機構である。本実施形態の第1及び第2の下流側シール機構S31、S32は、可動部を有さない非接触シール機構であるため、メンテナンスが容易である。
The second downstream seal mechanism S32 is a labyrinth seal having a structure similar to that of the first downstream seal mechanism S31, and the pressure of the molten resin is reduced in the
<成形方法>
本実施形態の成形体の製造方法(押出成形)は、図2に示す成形機1000の代わりに、図4に示す第1及び第2の下流側シール機構S31、S32を有する成形機2000を用いて実施する以外は、第1の実施形態と同様に実施することができ、同様の効果を奏する。
<Molding method>
The manufacturing method (extrusion molding) of the molded body of the present embodiment uses a
[第3の実施形態]
本実施形態の成形体の製造方法は、押出成形であり、図6に示す成形機3000を用いて実施する。成形機3000は、図2に示す成形機1000の第1の下流側シール機構S21の代わりに、第1の下流側シール機構S41を用いた以外は、第1の実施形態で用いた図2に示す成形機1000と同様の構成である。以下に、第1の下流側シール機構S41について説明する。
[Third Embodiment]
The manufacturing method of the molded object of this embodiment is extrusion molding, and is implemented using the
<シール機構>
本実施形態では、第1の下流側シール機構S41として、国際公開第2012/120637号に開示されている下流側シール機構を用いる。第1の下流側シール機構S41は、スクリュ20の回転状態に応じて前記高圧混練ゾーン22と前記減圧ゾーン23とを連通及び遮断するシール機構であり、スクリュ20の逆回転により、高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23とを遮断し、スクリュ20の正回転、スクリュ20の回転の停止、またはスクリュ20の逆回転の回転数の低下のいずれかにより高圧混練ゾーン22と前記減圧ゾーン23とを連通する。
<成形方法>
本実施形態の射出成形方法(押出成形)では、図2に示す成形機1000の代わりに、図6に示す成形機3000を用いる。まず、第1の実施形態と同様の方法により、可塑化ゾーン21で熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とする(ステップS1)。そして、スクリュ20を正回転することにより、可塑化された溶融樹脂を可塑化ゾーン21から高圧混練ゾーン22へ送る。それと並行して、流体供給装置100において、第1の実施形態と同様の方法により、第1の圧力よりも高く且つ4MPa〜30MPaの第2の圧力の混合加圧流体を調製する(ステップS3)。
<Seal mechanism>
In the present embodiment, a downstream seal mechanism disclosed in International Publication No. 2012/120637 is used as the first downstream seal mechanism S41. The first downstream-side seal mechanism S41 is a seal mechanism that connects and blocks the high-
<Molding method>
In the injection molding method (extrusion molding) of the present embodiment, a
次に、スクリュ20を逆回転して、第1の下流側シール機構S41により高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23とを遮断する。そして、高圧混練ゾーン22へ第2の圧力の混合加圧流体を導入することにより、高圧混練ゾーン22の溶融樹脂の圧力を2MPa〜20MPaの第1の圧力に高める(ステップS2)。
Next, the
また、高圧混練ゾーン22の溶融樹脂の圧力を第1の圧力に高める他の方法として、第1の下流側シール機構S41の駆動に伴い開閉して樹脂が流通するクリアランスを狭く設定することが挙げられる。これにより、正回転時に溶融樹脂が第1の下流側シール機構S41を通過する際の流動抵抗を増やし、高圧混練ゾーン22の溶融樹脂の圧力を上昇させることができる。または、高圧混錬ゾーン22の樹脂温度を低くして樹脂粘度を高めることによっても、高圧混錬ゾーン22の圧力を高めることができる。これらの方法は、加圧した流体を高圧混練ゾーン22へ導入する前に、高圧混練ゾーン22の溶融樹脂の圧力を第1の圧力に高めることができるため、好ましい。
Another method for increasing the pressure of the molten resin in the high-
第1の圧力に調整された溶融樹脂に、更に第2の圧力の混合加圧流体を導入して、第1の圧力の前記溶融樹脂と混練して、混練物を得る(ステップS4)。本実施形態では、混合高圧流体を一定流量で高圧混練ゾーン22に導入しながら、スクリュ20の正回転及び逆回転を繰り返し、混合高圧流体と熱可塑性樹脂を混練する。そして、スクリュ20の正回転及び逆回転を繰り返すことより、第1の下流側シール機構S41は高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23の連通と遮断を繰り返す。この結果、高圧混練ゾーン22における溶融樹脂の圧力(混練物の圧力)を圧力変動の少ない高圧力(第1の圧力)に維持しながら、溶融樹脂を下流の減圧ゾーン23へ流動させることができる。例えば、後述する実施例2では、第1の下流側シール機構S41により、高圧混練ゾーン22における溶融樹脂の圧力(混練物の圧力)を9±1MPaに調整することができた。
A mixed pressurized fluid at a second pressure is further introduced into the molten resin adjusted to the first pressure and kneaded with the molten resin at the first pressure to obtain a kneaded product (step S4). In the present embodiment, the mixed high pressure fluid and the thermoplastic resin are kneaded by repeating forward and reverse rotations of the
次に、溶融樹脂の圧力(混練物の圧力)を第1の圧力よりも低い第3の圧力に低下させる(ステップS5)。本実施形態では、第1の実施形態と同様に、減圧ゾーン23と分離ゾーン24との間に、第2の下流側シール機構S22を設けることにより、溶融樹脂の圧力を第3の圧力に低下させることができる。そして、スクリュ20を正回転することにより、減圧ゾーン23を第3の圧力に保持したまま、減圧ゾーン23から下流の分離ゾーン24へ溶融樹脂を流動させる。
Next, the pressure of the molten resin (kneaded product pressure) is lowered to a third pressure lower than the first pressure (step S5). In the present embodiment, as in the first embodiment, the pressure of the molten resin is reduced to the third pressure by providing the second downstream seal mechanism S22 between the
その後、第1の実施形態と同様の方法により、分離ゾーン24において、溶融樹脂の圧力を第3の圧力より低く、且つ大気圧以下の第4の圧力に低下させ、記溶融樹脂からガス化した流体を分離し(ステップS6)、ダイ29から溶融樹脂を押し出し、溶融樹脂を所望の形状に成形する(ステップS7)。本実施形態の成形体の製造方法(押出成形)は、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
Thereafter, by the same method as in the first embodiment, the pressure of the molten resin is lowered to a fourth pressure lower than the third pressure and lower than the atmospheric pressure in the
本実施形態に用いた第1の下流側シール機構S41は、スクリュ20の逆回転の時、確実に高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23との連通を遮断できるが、スクリュ20の正回転の時、下流側のゾーン(減圧ゾーン23)の圧力の影響を受け、上流側のゾーン(高圧混練ゾーン22)の急減圧が生じ易い。本実施形態では、第1の下流側シール機構S41の下流に、スクリュの回転方向とは無関係に溶融樹脂の流通を制御する第2の下流側シール機構S22を設けて、減圧ゾーン23の圧力を第3の圧力に保持している。このため、スクリュ20の正回転の時においても、高圧混練ゾーン22の急減圧を抑制できる。
The first downstream seal mechanism S41 used in the present embodiment can reliably block the communication between the high-
以上、第1から第3の実施形態において、バネを介してスクリュ20の外周面に設けられるシールリングを含むシール機構(第1の実施形態の第1及び第2の下流側シール機構S21、S22)、ラビリンスシール機構(第2の実施形態の第1及び第2の下流側シール機構S31、S32)及びスクリュ20の回転状態に応じてゾーン間を連通及び遮断するシール機構(第3の実施形態の第1の下流側シール機構S41)について説明したが、本発明の実施のために用いられるシール機構は、これらに限定されず、また、これらのシール機構は、1つの可塑化シリンダ内に任意の組合せで組み合わせて用いてもよい。但し、分離ゾーン24と減圧ゾーン23の間に設置するシール機構は、スクリュ20の回転状態に応じてゾーン間を連通及び遮断するシール機構(例えば、第3の実施形態の第1の下流側シール機構S41)ではなく、上流側の溶融樹脂の圧力によってゾーン間を流通及び遮断するシール機構(例えば、第1の実施形態の第1及び第2の下流側シール機構S21、S22、第2の実施形態の第1及び第2の下流側シール機構S31、S32)を用いることが好ましい。スクリュ20の回転状態に応じてゾーン間を連通及び遮断するシール機構は、分離ゾーン24と減圧ゾーン23との連通時に、上流側のゾーン(減圧ゾーン)を急減圧する虞や、上流側のゾーンに大きな圧力変動をもたらす虞があるからである。
As described above, in the first to third embodiments, the seal mechanism including the seal ring provided on the outer peripheral surface of the
以下、本発明を実施例に基づき更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
[実施例1]
本実施例では、図2に示す成形機1000を用いて、紐状の成形体を押出成形し、切断して樹脂ペレットを作製した。更に、得られた樹脂ペレットを用いて、成形体を射出成形した。
[Example 1]
In this example, using a
熱可塑性樹脂としては、ナイロン6(東洋紡製、グラマイドT777−02)を用い、流体としては、水を用いた。機能性材料としては、無電解メッキ用触媒として機能する、水溶性ポリマーが被覆されたパラジウム(Pd)ナノ粒子を用いた。本実施形態では、溶融樹脂の押し出し吐出量を10kg/hとし、溶融樹脂に対して流体(水)を100重量%導入して、溶融樹脂中に機能性材料(ナノ粒子)を3重量%含有させた。 Nylon 6 (manufactured by Toyobo, Gramide T777-02) was used as the thermoplastic resin, and water was used as the fluid. As the functional material, palladium (Pd) nanoparticles coated with a water-soluble polymer that function as a catalyst for electroless plating were used. In this embodiment, the extrusion discharge amount of the molten resin is 10 kg / h, the fluid (water) is introduced into the molten resin by 100% by weight, and the functional material (nanoparticles) is contained in the molten resin by 3% by weight. I let you.
まず、本実施例で用いた機能性材料である、ナノ粒子の製造に用いた装置及び製造方法について説明する。 First, the apparatus and manufacturing method used for the production of nanoparticles, which are functional materials used in this example, will be described.
<ナノ粒子製造装置>
図7の示す装置4000を用いてナノ粒子を製造した。本実施例では、水溶性ポリマーとして、ポリビニルピロリドン(ISP製、PVP K-120、分子量64万)を用い、アルコール(第1の溶媒)としてエタノールを用いて第1溶液を調製し、金属粒子の前駆体としてパラジウム錯体であるヘキサフルオロアセチルアセトナトパラジウム(II)を用い、水溶性ポリマーの貧溶媒(第2の溶媒)としてn−ヘキサンを用いて第2溶液を調製した。
<Nanoparticle production equipment>
Nanoparticles were produced using the
本実施例に用いたナノ粒子製造装置4000について説明する。図7に示すように、ナノ粒子製造装置4000は、第1溶液供給機構700、第2溶液供給機構800、ナノ粒子合成部900及びナノ粒子回収部950から構成される。
The
第1及び第2溶液供給機構700、800は、逆止弁77、87を介してナノ粒子合成部900に接続しており、それぞれ、第1溶液、第2溶液をナノ粒子合成部900に供給する。第1溶液供給機構700は、第1溶液が調製される第1溶液供給容器70と、第1溶液供給容器70から第1溶液を吸引後、所定の圧力に昇圧し、更に流量一定で液送可能な2つのシリンジポンプ71、72と、配管に配置される2つの吸引用エアー自動バルブ73、74と、2つの液送用エアー自動バルブ75、76から構成される。第2溶液供給機構800も、第1溶液供給機構700と同様の構成であり、第2溶液が調製される第2溶液供給容器80と、第2溶液供給容器80から第2溶液を吸引後、所定の圧力に昇圧する2つのシリンジポンプ81、82と、配管に配置される2つの吸引用エアー自動バルブ83、84と、2つの液送用エアー自動バルブ85、86から構成される。第1及び第2溶液供給機構700、800は、流量制御及び圧力制御が可能なシリンジポンプ71、72、81、82を有するので、流量及び圧力を所定量に制御した第1及び第2溶液をナノ粒子合成部900へ送ることができる。シリンジポンプ71、72、81、82は、吸引用エアー自動バルブ73、74、83、84を開放して溶液をシリンジポンプ内に吸引した後、前記バルブを閉鎖して加圧して所定圧力に保つ。液送する際は、液送用エアー自動バルブ75、76、85、86を開放し、シリンジポンプのシリンジを一定速度で押し込むことで流量一定で液送することができる。流量制御で加圧流体を流動させる際の圧力は、経路末端の背圧弁99にて調整する。第1及び第2溶液供給機構700、800それぞれにおいて、一方のポンプ(例えば、シリンジポンプ71、81)が液送している際に、他方のポンプ(シリンジポンプ72、82)が溶液を吸引加圧して待機する。液送している一方のポンプ(シリンジポンプ71、81)内の加圧した溶液が空になったタイミングで、ポンプを切り替え、今度は、他方のポンプ(シリンジポンプ72、82)により液送を開始する。これにより連続で圧力と流量を一定にして、第1及び第2溶液供給機構700、800からナノ粒子合成部900へ第1及び第2溶液を液送する(供給する)ことが可能となり、ナノ粒子製造装置4000はナノ粒子を連続製造することができる。尚、第2溶液供給容器80は、加圧二酸化炭素等の高圧流体も収容可能なように高圧密閉容器を用いた。
The first and second
ナノ粒子合成部900は、上述のように第1及び第2溶液供給機構700、800と接続すると共に、圧力計98、背圧弁99を介してナノ粒子回収部950へも接続する。ナノ粒子合成部900は、第1及び第2溶液供給機構700、800から供給される第1溶液と第2溶液とを混合して混合溶液を調製した後、混合溶液内でナノ粒子を合成し、合成したナノ粒子を含む混合溶液をナノ粒子回収部950へ送る。ナノ粒子合成部900は、内壁に配管91を螺旋状に這わせた筒状の電気炉90と、筒状の電気炉90の入口90a側、即ち、第1及び第2溶液供給機構700、800側に配置された冷却用二重配管92と、筒状の電気炉90の出口90b側、つまりナノ粒子回収部950側に配置された冷却用二重配管93とから構成される。第1及び第2溶液供給機構700、800から供給された第1及び第2溶液は、合流点94において合流、混合され混合溶液となった後、冷却用二重配管92、電気炉90内の螺旋状の配管91、冷却用二重配管93を流通し、ナノ粒子回収部950へ送られる。尚、ナノ粒子製造装置4000では、電気炉90内の配管91、冷却用二重配管92、93を含む混合溶液が流通する全ての配管(管)には、肉厚0.5mm(0.02インチ)、外径1.58mm(1/16インチ)のSUS316の配管を用いた。電気炉90内の配管91の長さは約2mとし、配管91の内容積、つまりナノ粒子の合成反応場の容積は、約0.51cm3とした。
The
ナノ粒子回収部950は、遠心分離により気体と液体とを分離するサイクロン95と、気体を分離された溶液が回収される回収容器96から構成される。第2の溶媒(水溶性ポリマーの貧溶媒)として加圧二酸化炭素等の高圧容器を用いた場合に、第2の溶媒はサイクロン95により混合溶液から除去される。本実施例では、第2の溶媒に加圧二酸化炭素は用いていないので、サイクロン95は用いず、合成されたナノ粒子を含む混合溶液は、そのまま回収容器96に回収された。
The
<ナノ粒子の製造>
第1溶液供給容器70内で、第1の溶媒であるエタノールに水溶性ポリマーであるポリビニルピロリドンを溶解し、第1溶液を調製した。第1溶液中のポリビニルピロリドン濃度は、3g/Lとした。第2溶液供給容器80内で、第2の溶媒であるn−ヘキサンに金属粒子の前駆体としてパラジウム錯体を溶解し、第2溶液を調製した。第2溶液中のパラジウム錯体濃度は、800mg/Lとした。このとき、第2溶液の色は、パラジウム錯体に起因する黄色であった。
<Manufacture of nanoparticles>
In the 1st
次に、第1溶液供給機構700において、吸引用エアー自動バルブ73を開放し、シリンジポンプ71内に第1溶液を吸引し、圧力20MPaに加圧した。同様に、第2溶液供給機構800において、吸引用エアー自動バルブ83を開放し、シリンジポンプ81内に第2溶液を吸引し、圧力20MPaに加圧した。このとき、シリンジポンプ71、81内の温度は常温(25℃)とした。
Next, in the first
次に、液送用エアー自動バルブ75、85を開放して、第1及び第2溶液を共にナノ粒子合成部900へ液送した。第1及び第2溶液は、逆止弁77、87を経由し、合流点94において合流し、混合され、圧力10MPaの混合溶液となった。第1溶液、第2溶液が、体積比1:1で混合するようにシリンジポンプ71、81を制御し、更に、冷却用二重配管92、電気炉90内の配管91、冷却用二重配管93を経て、背圧弁99まで、圧力10MPaの混合溶液で満たした。このとき、電気炉90の温度は、200℃に制御し、冷却用二重配管92、93には20℃の冷却水を通水し、背圧弁99は事前に圧力計98の表示が10MPaとなるように制御した。
Next, the liquid
次に、シリンジポンプ71、81を流量制御に切り替え、流速1ml/minで混合溶液を配管内に流通させた。シリンジポンプ71、81の流量制御開始1分後に、サイクロン95下部から、混合溶液は黒色の液体として回収容器96内に滴下された。回収された混合溶液の色から、原料のパラジウム錯体が、分解還元されパラジウムとなったと推察される。
Next, the syringe pumps 71 and 81 were switched to flow control, and the mixed solution was circulated in the pipe at a flow rate of 1 ml / min. One minute after starting the flow control of the syringe pumps 71 and 81, the mixed solution was dropped into the
本実施例で回収された混合溶液(黒色の溶液)からエバポレータにより、エタノール(第1の溶媒)とn−ヘキサン(第2の溶媒)を除去し、黒色の粉体が得られた。 Ethanol (first solvent) and n-hexane (second solvent) were removed from the mixed solution (black solution) collected in this example by an evaporator to obtain a black powder.
得られたナノ粒子を、水中に投入し、水への分散性を評価した。ナノ粒子は、沈降することなく、水に対して良好な分散性を示した。この結果から、得られたナノ粒子は水溶性ポリマーに被覆されているコア-シェル構造を有すると推測される。 The obtained nanoparticles were put into water and the dispersibility in water was evaluated. The nanoparticles showed good dispersibility in water without settling. From this result, it is surmised that the obtained nanoparticles have a core-shell structure coated with a water-soluble polymer.
一方、TEM観察の結果、本実施例で得られたナノ粒子の平均粒子径は10nmであった。ナノ粒子の平均粒子径は、ナノ粒子をTEM観察し、50〜100個の粒子の粒子径を測定して平均した値である。 On the other hand, as a result of TEM observation, the average particle diameter of the nanoparticles obtained in this example was 10 nm. The average particle diameter of the nanoparticles is a value obtained by observing the nanoparticles with a TEM and measuring the particle diameters of 50 to 100 particles and averaging them.
<樹脂ペレットの製造方法>
本実施例では、図2に示す成形機1000のダイ29の先に、図示しない水槽及びストランドカット装置をこの順に配置した。水槽及びストランドカット装置は、汎用のものを用いた。これにより、ダイ29から紐状に押し出される成形物を水槽で冷却し、ストランドカット装置で裁断して、連続的に樹脂ペレットを製造した。
<Production method of resin pellet>
In this embodiment, a water tank and a strand cutting device (not shown) are arranged in this order at the tip of the
まず、流体供給装置100の容器101において、製造したナノ粒子を水に分散し、分散体Cを調製した。分散体中のナノ粒子の濃度は3重量%とした。分散体Cをシリンジポンプ102(ISCO社製、500D)により吸引及び昇圧し、その後、シリンジポンプ102を流量制御に切り替え、可塑化シリンダ210へ送液した。分散体Cは、背圧弁104にて圧力を13MPaに制御した(以下、加圧された分散体Cを必要に応じて「混合加圧流体」と記載する)。これにより、可塑化シリンダ210内に流体を導入する導入バルブ212までの系内を混合加圧流体により加圧した。2台のシリンジポンプ102の切り替えは、図示しない制御装置により、自動エアーオペレートバルブ103を開閉して行った。
First, in the
次に、混練装置200において、樹脂供給用ホッパ211から熱可塑性樹脂を供給し、可塑化ゾーン21の外壁面に設けられたバンドヒータ220により可塑化ゾーン21を加熱し、スクリュ20を正回転させた。これにより、該熱可塑性樹脂を加熱、混練し、溶融樹脂とした。本実施例では、溶融樹脂の温度が210〜240℃となるように可塑化シリンダ210の可塑化ゾーン21を加熱した。尚、本実施例においては、後工程において溶融樹脂と流体との分離を容易にするために、図示しない汎用のフィーダースクリュにより、可塑化シリンダ200への熱可塑性樹脂の供給量を制限しながらに投入した。また、本実施例では、これ以降溶融樹脂の計量が終了するまで、スクリュ20を同一方向に回転(正回転)した。
Next, in the
スクリュ20を正回転することにより、溶融樹脂を可塑化ゾーン21から高圧混練ゾーン22に流動させた。上述したように、第1の下流側シール機構S21は、高圧混練ゾーン22の圧力が6MPaのとき、第1の下流側シール機構S21の隙間Gが開口し始め、該圧力が10MPaで図3(b)に示すようにシールリング60が下流方向へ最前進して隙間Gが最大となる。本実施例では、第1の下流側シール機構S21を用いることにより、高圧混練ゾーン11における樹脂の圧力を10±0.5MPa(第1の圧力)で安定するよう制御した。
By rotating the
次に、導入バルブ212を開放して、シリンジポンプ102により、混合加圧流体を高圧混練ゾーン22に一定流量で導入した。そして、スクリュ20を正回転し、高圧混練ゾーン22において、10±0.5MPa(第1の圧力)に調整された溶融樹脂に、13MPa(第2の圧力)の混合加圧流体を混練し、混練物を得た。本導入バルブ212直下に設けた圧力センサ(不図示)のモニターした可塑化シリンダ210の内部の圧力は、流体の導入後も10±0.5MPaMPaと安定であった。
Next, the
第1の下流側シール機構S21を用い、スクリュ20を正回転することにより、高圧混練ゾーン22を10±0.5MPa(第1の圧力)に保持した状態で、溶融樹脂を減圧ゾーン23へ流動させた。そして、第2の下流側シール機構S22を用い、スクリュを同一方向に回転することにより、減圧ゾーン23における溶融樹脂の圧力を5±0.5MPa(第3の圧力)に調整した。上述したように、第2の下流側シール機構S22は、減圧混練ゾーン23の圧力が4MPaのとき、第2の下流側シール機構S22の隙間Gが開口し始め、該圧力が6MPaで図3(b)に示すようにシールリング60が下流方向へ最前進して隙間Gが最大となる。
By using the first downstream seal mechanism S21 and rotating the
分離ゾーン24では、排出ゾーン25に設けた真空ポンプPを駆動し、排出ゾーン25の圧力と共に、分離ゾーン24の圧力を−0.01MPa(第4の圧力)に調整した。そして、スクリュ20を回転することにより、減圧ゾーン23を5±0.5MPa(第3の圧力)に保持したまま、減圧ゾーン23から下流の分離ゾーン24へ溶融樹脂を流動させた。分離ゾーン24へ流動した溶融樹脂は−0.01MPa(第4の圧力)まで減圧され、溶融樹脂から水(流体)がガス化し、分離した。本実施形態では、分離ゾーン24に位置する飢餓スクリュ部20Aにより、溶融樹脂の減圧及び溶融樹脂からの流体の分離が促進された。
In the
スクリュ20を回転することにより、溶融樹脂を分離ゾーン24から排出ゾーン25へ流動させた。排出ゾーン25では、冷却ジャケット230により、排出ゾーン25を冷却した。これにより、溶融樹脂は半固化又は固化し、溶融樹脂から分離された水(流体)は液化された。液化した水(流体)は、真空ポンプPにより吸引され、抽出管213を通過して、回収容器12に回収された。
The molten resin was caused to flow from the
スクリュ20を回転することにより、ガス化した水(流体)を分離した溶融樹脂を更に下流の再溶融ゾーン26へ流動させた。再溶融ゾーン26では、バンドヒータ220により、半固化又は固化した溶融樹脂を再度、加熱して溶融した。その後、スクリュ20を回転することにより、溶融樹脂をダイ29から紐状に押し出した。
By rotating the
得られた紐状の押出成形物を図示しない水槽を通過させ、その後、図示しないストランドカット装置にて連続的に切断して樹脂ペレットを作製した。得られた樹脂ペレットを目視で観察した。樹脂ペレットには、白濁や加水分解の悪影響は確認されなかった。これから、得られた樹脂ペレットには、流体として用いた水分は、樹脂ペレットの機能に悪影響を与える程は残存していないと推測した。 The obtained string-like extrudate was passed through a water tank (not shown), and then continuously cut with a strand cutting device (not shown) to produce resin pellets. The obtained resin pellet was visually observed. The resin pellets were not observed to have any adverse effects of cloudiness or hydrolysis. From this, it was speculated that the moisture used as a fluid did not remain in the obtained resin pellets so as to adversely affect the function of the resin pellets.
<成形体の成形>
汎用の射出成形機(日本製鋼所製、J180AD−2M)を使用し、製造した樹脂ペレットを用いて平板状の成形体を成形した。得られた成形体を目視で観察した。その結果、パラジウムナノ粒子(機能性材料)の凝集体は確認できなかった。得られた成形体の断面をTEM(透過型電子顕微鏡)により観察した。その結果、成形体中にパラジウム粒子が、約10nmの平均粒子径を維持した状態で均一に分散していることが確認された。以上のように、本実施例では、パラジウムナノ粒子(機能性材料)を凝集させることなく、成形体中に3重量%と多量に含有させることができた。
<Molding of molded body>
A general-purpose injection molding machine (manufactured by Nippon Steel Works, J180AD-2M) was used, and a flat molded body was molded using the produced resin pellets. The obtained molded body was visually observed. As a result, an aggregate of palladium nanoparticles (functional material) could not be confirmed. The cross section of the obtained molded body was observed with a TEM (transmission electron microscope). As a result, it was confirmed that the palladium particles were uniformly dispersed in the molded body while maintaining an average particle diameter of about 10 nm. As described above, in this example, the palladium nanoparticles (functional material) could be contained in a large amount of 3% by weight without agglomeration.
[実施例2]
本実施例では、図6に示す成形機3000を用いて、実施例1と同様の材料から樹脂ペレットを作製し、更に、得られた樹脂ペレットを用いて、実施例1と同様の方法により成形体を射出成形した。
[Example 2]
In this example, resin pellets were produced from the same material as in Example 1 using the
<ペレットの製造方法>
まず、実施例1と同様の方法により、可塑化ゾーン21で熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とし、可塑化された溶融樹脂を可塑化ゾーン21から高圧混練ゾーン22へ流動させた。これと並行して、流体供給装置100において、実施例1と同様の方法により、13MPa(第2の圧力)の混合加圧流体を調製した。
<Pellet manufacturing method>
First, in the same manner as in Example 1, the thermoplastic resin was plasticized in the
次に、スクリュ20を逆回転して、第1の下流側シール機構S41により高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23とを遮断し、高圧混練ゾーン22へ混合加圧流体を導入した。高圧混練ゾーン22の圧力は、流体の導入後は、最高9±1MPaとなった。続いて、混合高圧流体を一定流量で高圧混練ゾーン22に導入しながら、スクリュ20の正回転及び逆回転を繰り返した。これにより、第1の下流側シール機構S41は高圧混練ゾーン22と減圧ゾーン23の連通と遮断を繰り返した。この結果、高圧混練ゾーン22において、溶融樹脂の圧力を9±1MPa(第1の圧力)に調整した状態で混合高圧流体との混練を行いながら、溶融樹脂を減圧ゾーン23へ流動させることができた。そして、実施例1と同様に、第2の下流側シール機構S22を用い、スクリュを同一方向に回転することにより、減圧ゾーン23における溶融樹脂の圧力を5±0.5MPa(第3の圧力)に調整した。
Next, the
実施例1と同様の方法により、分離ゾーン24の圧力を−0.01MPa(第4の圧力)に調整し、減圧ゾーン23を5±0.5MPa(第3の圧力)に保持したまま、減圧ゾーン23から下流の分離ゾーン24へ溶融樹脂を流動させた。分離ゾーン24へ流動した溶融樹脂は、−0.01MPa(第4の圧力)まで減圧され、溶融樹脂から水(流体)がガス化し、分離した。
In the same manner as in Example 1, the pressure in the
実施例1と同様の方法により、溶融樹脂を分離ゾーン24から排出ゾーン25へ流動させ、溶融樹脂から分離された水(流体)を回収容器12に回収し、更に下流の再溶融ゾーン26へ流動させた後、ダイ29から紐状に押し出した。得られた紐状の押出成形物を実施例1と同様の方法により、冷却した後、裁断して樹脂ペレットを得た。得られた樹脂ペレットを目視で観察した。樹脂ペレットには、白濁や加水分解の悪影響は確認されなかった。これから、得られた樹脂ペレットには、流体として用いた水分は、樹脂ペレットの機能に悪影響を与える程は残存していないと推測した。
In the same manner as in Example 1, the molten resin is flowed from the
<成形体の成形>
実施例1と同様に、汎用の射出成形機を使用し、製造した樹脂ペレットを用いて平板状の成形体を成形した。得られた成形体を目視で観察した。その結果、パラジウムナノ粒子(機能性材料)の凝集体は確認できなかった。得られた成形体の断面をTEM(透過型電子顕微鏡)により観察した。その結果、成形体中にパラジウム粒子が、約10nmの平均粒子径を維持した状態で均一に分散していることが確認された。以上のように、本実施例では、パラジウムナノ粒子(機能性材料)を凝集させることなく、成形体中に3重量%と多量に含有させることができた。
<Molding of molded body>
As in Example 1, a general-purpose injection molding machine was used, and a flat molded body was molded using the produced resin pellets. The obtained molded body was visually observed. As a result, an aggregate of palladium nanoparticles (functional material) could not be confirmed. The cross section of the obtained molded body was observed with a TEM (transmission electron microscope). As a result, it was confirmed that the palladium particles were uniformly dispersed in the molded body while maintaining an average particle diameter of about 10 nm. As described above, in this example, the palladium nanoparticles (functional material) could be contained in a large amount of 3% by weight without agglomeration.
[比較例1]
本比較例では、第2の下流側シール機構S22を設けていない以外は、実施例2で用いた図6に示す成形機3000と同様の構造を有する成形機を用いて、実施例1と同様の材料から樹脂ペレットを作製し、更に、得られた樹脂ペレットを用いて、実施例1と同様の方法により成形体を射出成形した。本比較例で用いた成形機は、第2の下流側シール機構S22を設けていないため、減圧ゾーン23が存在せず、高圧混練ゾーン22と分離ゾーン24とが隣接する構造となる。
[Comparative Example 1]
In this comparative example, a molding machine having the same structure as the
<ペレットの製造方法>
本比較例では、実施例2と同様に、混合高圧流体を一定流量で高圧混練ゾーン22に導入しながら、スクリュ20の正回転及び逆回転を繰り返したが、スクリュ20を正回転して高圧混練ゾーン22と分離ゾーン24を連通させたとき、高圧混練ゾーン22の圧力が、0〜6MPaと大きく変動した。即ち、本比較例では、2MPa〜20MPaの第1の圧力に調整した溶融樹脂に、混合加圧流体を混練することができなかった。また、本比較例では、第3の圧力に調整された減圧ゾーン23が存在しない成形機を用いるため、溶融樹脂の圧力を第4の圧力(分離ゾーン24)に低下させる前に、第1の圧力よりも低く且つ第4の圧力よりも高い第3の圧力に調整することができなかった。以上説明した事項以外は、実施例2と同様の方法により、樹脂ペレットを製造した。
<Pellet manufacturing method>
In this comparative example, as in Example 2, while the mixed high-pressure fluid was introduced into the high-
<成形体の成形>
実施例1と同様に、汎用の射出成形機を使用し、製造した樹脂ペレットを用いて平板状の成形体を成形した。得られた成形体を目視で観察した。その結果、目視で確認できる大きさのパラジウムナノ粒子(機能性材料)の凝集体が確認された。これは、以下の理由によるものと推察される。本比較例では、高圧混練ゾーン22の圧力変動が大きく、溶媒として機能する流体の密度が低下して、機能性材料の良好な分散状態を維持できない。そのため、第1の圧力に調整した溶融樹脂に混合加圧流体を混練することができず、溶融樹脂へのパラジウムナノ粒子(機能性材料)の混練性及び分散性が低下したと考えられる。また、溶融樹脂を第4の圧力に低下させる前に、第3の圧力に段階的に低下させることを行わなかったため、パラジウムナノ粒子(機能性材料)の凝集が促進されたと考えられる。
<Molding of molded body>
As in Example 1, a general-purpose injection molding machine was used, and a flat molded body was molded using the produced resin pellets. The obtained molded body was visually observed. As a result, an aggregate of palladium nanoparticles (functional material) having a size that can be visually confirmed was confirmed. This is presumably due to the following reasons. In this comparative example, the pressure fluctuation in the high-
[比較例2]
本比較例では、実施例1で用いた図2に示す成形機1000を用いて、実施例1と同様の材料から樹脂ペレットを作製し、更に、得られた樹脂ペレットを用いて、実施例1と同様の方法により成形体を射出成形した。但し、本比較例では、樹脂ペレットの作製において、真空ポンプPを駆動させず、冷却ジャケット230による分離ゾーン24の冷却も行わなかった。
[Comparative Example 2]
In this comparative example, resin pellets were produced from the same materials as in Example 1 using the
<ペレットの製造方法>
本比較例では、真空ポンプPを駆動させなかったため、分離ゾーン24は大気圧以下の第4の圧力に調整されず、分離ゾーン24に流動した溶融樹脂も第4の圧力に調整されなかった。また、水(流体)も回収容器12に回収されなかった。以上説明した事項以外は、実施例1と同様の方法により、樹脂ペレットを製造した。得られた樹脂ペレットを目視で観察した。樹脂ペレットには、白濁が確認された。これから、得られた樹脂ペレットは、完全に水分(機能性材料)が分離していないと推測される。この原因は、溶融樹脂を第4の圧力に減圧しなかったため、溶融樹脂からの水分(流体)の分離が不十分であったためと推測される。
<Pellet manufacturing method>
In this comparative example, since the vacuum pump P was not driven, the
<成形体の成形>
水分除去の目的で、得られた樹脂ペレットを80℃で8時間乾燥させた。その後、実施例1と同様に、汎用の射出成形機を使用し、製造した樹脂ペレットを用いて平板状の成形体を成形した。得られた成形体を目視で観察した。その結果、得られた成形体には、シルバーストリーク(銀状痕)が発生していた。これから、得られた成形体には、水分が依然として残存していることがわかった。
<Molding of molded body>
For the purpose of removing moisture, the obtained resin pellets were dried at 80 ° C. for 8 hours. Thereafter, in the same manner as in Example 1, a general-purpose injection molding machine was used to mold a flat molded body using the produced resin pellets. The obtained molded body was visually observed. As a result, silver streaks (silver marks) were generated in the obtained molded body. From this, it was found that moisture remained in the obtained molded body.
本発明によれば、機能性材料の熱可塑性樹脂への分散を促進する流体を用いる成形方法において、流体の選択の幅が広がる。これにより、様々な機能性材料を含有する成形体を効率的に製造することが可能となる。 According to the present invention, in a molding method using a fluid that promotes dispersion of a functional material into a thermoplastic resin, the range of fluid selection is widened. Thereby, it becomes possible to manufacture efficiently the molded object containing various functional materials.
20 スクリュ
S1 上流側シール機構
100 流体供給装置
200 混練装置
210 可塑化シリンダ
1000、2000、3000 成形機
S21、S31、S41 第1の下流側シール機構
S22、S32 第2の下流側シール機構
20 Screw S1 Upstream
Claims (17)
熱可塑性樹脂を可塑化して溶融樹脂とすることと、
前記溶融樹脂の圧力を2MPa〜20MPaの第1の圧力に調整することと、
第1の圧力よりも高く且つ4MPa〜30MPaの第2の圧力の流体を調製することと、
第1の圧力の前記溶融樹脂と第2の圧力の前記流体とを混練して、混練物を得ることと、
前記混練物の圧力を2回以上、段階的に低下させて、前記流体を前記溶融樹脂から分離することと、
前記流体を分離した溶融樹脂を所望の形状に成形することを含むことを特徴とする成形体の製造方法。 A method for producing a molded body, comprising:
Plasticizing the thermoplastic resin into a molten resin;
Adjusting the pressure of the molten resin to a first pressure of 2 MPa to 20 MPa;
Preparing a fluid at a second pressure higher than the first pressure and between 4 MPa and 30 MPa;
Kneading the molten resin at a first pressure and the fluid at a second pressure to obtain a kneaded product;
Separating the fluid from the molten resin by stepwise reducing the pressure of the kneaded product two or more times;
A method for producing a molded body comprising molding the molten resin from which the fluid has been separated into a desired shape.
前記溶融樹脂及び前記溶融樹脂から分離した流体を冷却することと、
冷却されたことにより液化した前記流体を回収することを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。 Furthermore,
Cooling the molten resin and the fluid separated from the molten resin;
The method for producing a molded body according to claim 1, further comprising recovering the fluid liquefied by being cooled.
前記可塑化シリンダ内において、前記シール機構の上流側の前記混練物の圧力を第1の圧力に調整した状態で、前記シール機構の下流側に前記混練物を流動させることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。 Using a molding machine having a plasticizing cylinder, a screw rotatably disposed in the plasticizing cylinder, and a seal mechanism provided in the plasticizing cylinder,
The kneaded material is caused to flow downstream of the sealing mechanism in a state where the pressure of the kneaded material upstream of the sealing mechanism is adjusted to a first pressure in the plasticizing cylinder. The manufacturing method of the molded object as described in any one of 1-8.
前記可塑化シリンダ内において、前記シール機構の上流側の前記混練物の圧力を第1の圧力よりも低い第3の圧力に調整した状態で、前記シール機構の下流側に前記混練物を流動させることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。 Using a molding machine having a plasticizing cylinder, a screw rotatably disposed in the plasticizing cylinder, and a seal mechanism provided in the plasticizing cylinder,
In the plasticizing cylinder, with the pressure of the kneaded material upstream of the sealing mechanism adjusted to a third pressure lower than the first pressure, the kneaded material is caused to flow downstream of the sealing mechanism. The manufacturing method of the molded object as described in any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned.
The method for producing a molded body according to claim 16, wherein the plasticizing screw is repeatedly rotated forward and reverse while kneading the molten resin and the fluid.
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