JP2021172026A - 成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスターバッチに含まれる添加剤の劣化を抑制可能な、成形体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明によれば、押出工程と、成形工程を備える、成形体の製造方法であって、前記押出工程では、原料樹脂組成物を溶融混練して得られた溶融樹脂組成物をヘッドから押し出すことによってパリソンを形成し、前記成形工程では、開閉可能な第１及び第２金型を用いて前記パリソンを成形することによって成形体を形成し、前記原料樹脂組成物は、ベース樹脂と、添加剤マスターバッチを含み、前記添加剤マスターバッチは、添加剤とバインダー樹脂の造粒物である、方法が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、成形体の製造方法に関する。

特許文献１には、原料樹脂組成物を溶融混練して得られた溶融樹脂組成物をヘッドから射出することによってパリソンを形成し、このパリソンをブロー成形して成形体を製造する技術が開示されている。

特開２０２０−５５９４２号公報

原料樹脂組成物には、酸化防止剤などの添加剤のマスターバッチが含められる場合がある。マスターバッチは、通常、添加剤とバインダー樹脂を押出機で溶融混練したものを押出機から棒状に押し出してストリングを形成し、このストリングを３〜５ｍｍ程度のペレット状にカットすることによって製造される。

このような方法でマスターバッチを製造すると、溶融混練の際に加えられる熱によって添加剤が劣化（酸化や分解など）してしまう場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、マスターバッチに含まれる添加剤の劣化を抑制可能な、成形体の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、押出工程と、成形工程を備える、成形体の製造方法であって、前記押出工程では、原料樹脂組成物を溶融混練して得られた溶融樹脂組成物をヘッドから押し出すことによってパリソンを形成し、前記成形工程では、開閉可能な第１及び第２金型を用いて前記パリソンを成形することによって成形体を形成し、前記原料樹脂組成物は、ベース樹脂と、添加剤マスターバッチを含み、前記添加剤マスターバッチは、添加剤とバインダー樹脂の造粒物である、方法が提供される。

本発明では、添加剤とバインダー樹脂の造粒物である添加剤マスターバッチを用いることを特徴とする。造粒物は、溶融混練せずに製造することができるので、溶融混練の際に加えられる熱によって添加剤が劣化することを抑制することができる。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記記載の方法であって、前記造粒物の表面に、前記バインダー樹脂が溶融固化された皮膜が形成されている、方法である。
好ましくは、前記記載の方法であって、前記バインダー樹脂は、ポリエチレン系エラストマーを含む、方法である。
好ましくは、前記記載の方法であって、前記ベース樹脂と前記バインダー樹脂は、メルトフローレイトの差が１０ｇ／１０分以下であり、前記メルトフローレイトは、ＪＩＳＫ−７２１０に準じて試験温度１９０℃、試験荷重２．１６ｋｇにて測定を行って得られる値である、方法である。
好ましくは、前記記載の方法であって、前記添加剤マスターバッチ中の前記添加剤の割合は、５０〜９９質量％である、方法である。

本発明の一実施形態の成形体の製造方法で利用可能な成形機１の一例を示す。 添加剤マスターバッチ１１ｂの造粒物の皮膜１１ｂ１を部分的に切り欠いた斜視図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

１．成形機１の構成
最初に、図１〜図２を用いて、本発明の一実施形態の成形体の製造方法の実施に利用可能な成形機１について説明する。成形機１は、樹脂供給装置２と、押出ヘッド１８と、第１及び第２分割金型２１，２２を備える。樹脂供給装置２は、ホッパー１２と、押出機１３と、インジェクタ１６と、アキュームレータ１７を備える。押出機１３とアキュームレータ１７は、連結管２５を介して連結される。アキュームレータ１７と押出ヘッド１８は、連結管２７を介して連結される。
以下、各構成について詳細に説明する。

＜ホッパー１２，押出機１３、原料樹脂組成物１１＞
ホッパー１２は、原料樹脂組成物１１を押出機１３のシリンダ１３ａ内に投入するために用いられる。原料樹脂組成物１１は、ホッパー１２からシリンダ１３ａ内に投入された後、シリンダ１３ａ内で加熱されることによって溶融されて溶融樹脂組成物１１ｍになる。また、シリンダ１３ａ内に配置されたスクリューの回転によってシリンダ１３ａの先端に向けて搬送される。スクリューは、シリンダ１３ａ内に配置され、その回転によって溶融樹脂組成物１１ｍを混練しながら搬送する。

原料樹脂組成物１１は、ベース樹脂１１ａと、添加剤マスターバッチ１１ｂを含む。

ベース樹脂１１ａは、ポリオレフィン、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂であり、例えば低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリエチレン系エラストマー及びその混合物などが挙げられる。ベース樹脂１１ａの形態は、特に限定されないが、通常は、ペレット状である。

添加剤マスターバッチ１１ｂは、添加剤とバインダー樹脂の造粒物である。添加剤としては、酸化防止剤、顔料、フィラーなどが挙げられる。酸化防止剤としては、リン系酸化防止剤やフェノール系酸化防止剤が挙げられる。バインダー樹脂は、造粒物の形状を保持可能な任意の熱可塑性樹脂である。バインダー樹脂としては、ベース樹脂として上述した樹脂が挙げられる。原料樹脂組成物１１中の添加剤マスターバッチの割合は、例えば、０．１〜２０質量％であり、０．５〜５質量％が好ましい。この割合は、具体的には例えば、０．１、０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０質量％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

造粒物は、柱状であることが好ましく、円柱状であることがさらに好ましい。造粒物の長手方向の長さ（造粒物が柱状である場合、高さ）及び端面の円相当径は、それぞれ、例えば、１〜１０ｍｍであり、好ましくは２〜５ｍｍであり、具体的には例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ｍｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

添加剤マスターバッチ１１ｂの造粒物は、粉体状のバインダー樹脂と添加剤を混合して造粒機で造粒することによって製造することができる。バインダー樹脂は、通常、ペレットの状態で販売されているが、その場合、ペレットを粉砕（例：凍結粉砕）することによって、粉体状のバインダー樹脂を得ることができる。バインダー樹脂の平均粒子径は、例えば、２０〜３００μｍであり、４０〜１２０μｍであることが好ましい。この平均粒子径は、具体的には例えば、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１５０、２００、２５０、３００μｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。［バインダー樹脂の平均粒子径／添加剤の平均粒子径］の値は、例えば、０．１〜１０であり、０．２〜５であることが好ましい。この値は、具体的には例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。本明細書において、「平均粒子径」は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。

造粒は、一例では、バインダー樹脂と添加剤を混合して得られた混合粉体を圧縮することによって行うことができる。造粒は、混合粉体に揮発性液体（例：水、エタノール）を加える湿式造粒であっても、混合粉体に揮発性液体を加えない乾式造粒であってもよい。例えば、押出造粒では、混合粉体に圧力を加えて、ダイに設けられた開口から押し出すことによって造粒することができる。混合粉体には、スクリュー、プランジャーまたはローラ等を用いて圧力を加えることができる。このような方法によれば、溶融混練によってマスターバッチを製造する場合に比べて、添加剤に熱が加わりにくいので、過剰な熱による添加剤の劣化が抑制される。

このような方法で得られた造粒物は、衝撃が加わるとバラバラになってしまう場合があって、取り扱いにくい。そこで、上記造粒後に造粒物の表面を熱処理することによって、図２に示すように、バインダー樹脂が溶融固化された皮膜１１ｂ１を形成することができる。これによって、造粒物の機械強度が向上して、取り扱い性が向上する。皮膜１１ｂ１は、造粒物の表面全体に形成されていてもよく、造粒物の表面の一部に形成されていてもよい。言い換えると、造粒物の表面には、被膜１１ｂ１が形成されていない部位があってもよい。また、造粒物は、皮膜１１ｂ１の内部１１ｂ２は、バインダー樹脂と添加剤の粉体が圧縮された状態であるので、押出機１３のスクリューによって皮膜が破壊されると、バインダー樹脂と添加剤の粉体が放出される。上記熱処理は、例えば、造粒物の表面に熱風を吹き付けたり、適切な形状を持つ金型を用意し表面だけ瞬間的に加熱したりすることによって行うことができる。

熱処理は、造粒物の表面をバインダー樹脂の融点以上の温度に加熱することによって行うことができる。この際に、熱による添加剤の劣化を防ぐべく、加熱温度が低いことが好ましく、加熱温度を低くするために、バインダー樹脂の融点が低いことが好ましい。バインダー樹脂の融点は、１００℃以下が好ましく、８０℃以下が好ましい。この融点は、４０℃以上が好ましい。融点が低すぎると室温で溶融してしまい、取り扱い性が悪くなる場合があるからである。この融点は例えば、４０〜１００℃であり、具体的には例えば、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００℃であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。なお、本明細書において、「融点」は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１：２０１２に従って測定した融解ピーク温度Ｔｐｍを意味する。

バインダー樹脂は、ポリエチレン系エラストマー（以下、「ＰＥ系エラストマー」）を含むことが好ましい。ＰＥ系エラストマーは、ポリエチレンをハードセグメントとして、所定のゴム成分をソフトセグメントとしたエラストマーをいう。例えば、エチレンに対してコモノマーとしてブテンを入れたＣ−４のＰＥ系エラストマー、ヘキセンを入れたＣ−６のＰＥ系エラストマー、オクテンをいれたＣ−８のＰＥ系エラストマーなどが挙げられる。

ＰＥ系エラストマーは、一般に、融点が低いので、バインダー樹脂がＰＥ系エラストマーを含むことによってバインダー樹脂の融点を低くすることができる。また、バインダー樹脂がＰＥ系エラストマーを含むことによって、製造される成形体の低温での耐衝撃性を向上させることができる。バインダー樹脂中のＰＥ系エラストマーの割合は、例えば２０〜１００質量％であり、５０〜１００質量％が好ましい。この割合は、具体的には例えば、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００質量％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

添加剤マスターバッチ１１ｂ中の添加剤の割合は、特に限定されず、例えば、１０〜９９質量％である。溶融混練によってマスターバッチを製造する場合、通常、粉体状の添加剤とペレット状のバインダー樹脂を混合するので、添加剤とバインダー樹脂の粒子径の差が大きく、両者が均一に混ざりにくい。このため、従来のマスターバッチ中の添加剤の割合は、３０質量％程度とするのが通常であった。一方、本実施形態の添加剤マスターバッチ１１ｂは、粉体状のバインダー樹脂と添加剤を混合して得られた混合粉体を造粒機で造粒することによって製造するので、添加剤とバインダー樹脂の粒子径の差が小さいために両者が均一に混ざりやすく、添加剤マスターバッチ１１ｂ中の添加剤の割合を大きくしやすい。この割合は、５０質量％以上が好ましく、６０、７０、又は８０質量％以上がさらに好ましい。この割合は、具体的には例えば、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、９５、９９質量％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

ベース樹脂１１ａとバインダー樹脂は、メルトフローレイト（以下、「ＭＦＲ」）の差が、１０ｇ／１０分以下であることが好ましい。この差が大きいと、押出機１３内で溶融混練したときに均一に混ざりにくい。この差は、例えば０〜１０ｇ／１０分であり、具体的には例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ｇ／１０分であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。ベース樹脂及びバインダー樹脂のＭＦＲは、それぞれ、例えば、０〜１０であり、具体的には例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ｇ／１０分であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。一例では、ベース樹脂のＭＦＲが０．５〜３ｇ／１０分（好ましくは１〜２ｇ／１０分）であり、バインダー樹脂のＭＦＲが０．１〜１ｇ／１０分である。なお、本明細書において、「ＭＦＲ」は、ＪＩＳ Ｋ−７２１０に準じて試験温度１９０℃、試験荷重２．１６ｋｇにて測定を行って得られる値を意味する。

＜インジェクタ１６＞
シリンダ１３ａには、シリンダ１３ａ内に発泡剤を注入するためのインジェクタ１６が設けられる。原料樹脂組成物１１を発泡させない場合は、インジェクタ１６は省略可能である。インジェクタ１６から注入される発泡剤は、物理発泡剤、化学発泡剤、及びその混合物が挙げられるが、物理発泡剤が好ましい。物理発泡剤としては、炭酸ガス、窒素ガスなどが挙げられる。化学発泡剤としては、酸（例：クエン酸又はその塩）と塩基（例：重曹）との化学反応により炭酸ガスを発生させるものが挙げられる。化学発泡剤は、インジェクタ１６から注入する代わりに、ホッパー１２から投入してもよい。

＜アキュームレータ１７、押出ヘッド１８＞
発泡剤が添加されている又は添加されていない溶融樹脂組成物１１ｍは、シリンダ１３ａの樹脂押出口から押し出され、連結管２５を通じてアキュームレータ１７内に注入される。アキュームレータ１７は、シリンダ１７ａとその内部で摺動可能なピストン１７ｂを備えており、シリンダ１７ａ内に溶融樹脂組成物１１ｍが貯留可能になっている。そして、シリンダ１７ａ内に溶融樹脂組成物１１ｍが所定量貯留された後にピストン１７ｂを移動させることによって、連結管２７を通じて溶融樹脂組成物１１ｍを押出ヘッド１８内に設けられた環状スリットから押し出して垂下させてパリソン２３を形成する。パリソン２３は、筒状であっても、シート状であってもよい。また、パリソン２３は、単層構成であっても多層構成であってもよい。

＜金型２１，２２＞
パリソン２３は、開状態の金型２１，２２間に導かれる。開閉可能な金型２１，２２を用いてパリソン２３の成形を行うことによって、成形体が得られる。

金型２１，２２は、キャビティ面２１ａ，２２ａを備える。金型２１，２２を閉状態にしたときにキャビティ面２１ａ，２２ａが組み合わさって、所望の成形体に対応するキャビティが形成される。

２．成形体の製造方法
本発明の一実施形態の成形体の製造方法は、いわゆるダイレクトブロー又は真空成形であり、押出工程と、成形工程を備える。

＜押出工程＞
図１に示すように、押出工程では、原料樹脂組成物１１を押出機１３で溶融混練して得られた溶融樹脂をヘッドから押し出すことによってパリソン２３を形成し、開状態の金型２１，２２間に配置する。添加剤マスターバッチ１１ｂの造粒物が押出機１３のスクリューのせん断力によって破壊されて粉体になるので、ベース樹脂１１ａと均一に混合されやすい。バインダー樹脂の皮膜１１ｂ１が造粒物に形成されている場合でも、スクリューのせん断力によって皮膜１１ｂ１が破壊されて造粒物がばらばらになる。

＜成形工程＞
成形工程では、溶融状態のパリソン２３が固化される前に、金型２１，２２を閉じてパリソン２３の成形を行って成形体を形成する。金型２１，２２を用いた成形の方法は特に限定されず、金型２１，２２のキャビティ内にエアーを吹き込んで成形を行うブロー成形であってもよく、金型２１，２２のキャビティの内面からキャビティ内を減圧してパリソン２３の成形を行う真空成形であってもよく、その組み合わせであってもよい。成形体は、好ましくは、中空である。溶融樹脂が発泡剤を含有する場合、パリソン２３は、発泡パリソンとなり、成形体は、発泡成形体となる。

＜後工程＞
後工程では、金型２１，２２からバリが付いた成形体を取り出し、成形体からバリを除去する。これによって、所望の成形体を得ることができる。

成形体の用途は、特に限定されないが、例えば、ダクト、容器などが挙げられる。

１ ：成形機
２ ：樹脂供給装置
１１ ：原料樹脂組成物
１１ａ ：ベース樹脂
１１ｂ ：添加剤マスターバッチ
１１ｂ１ ：皮膜
１１ｂ２ ：内部
１１ｍ ：溶融樹脂組成物
１２ ：ホッパー
１３ ：押出機
１３ａ ：シリンダ
１６ ：インジェクタ
１７ ：アキュームレータ
１７ａ ：シリンダ
１７ｂ ：ピストン
１８ ：押出ヘッド
２１ ：第１分割金型
２１ａ ：キャビティ面
２２ ：第２分割金型
２２ａ ：キャビティ面
２３ ：パリソン
２５ ：連結管
２７ ：連結管
２９ ：ピンチ部

Claims (5)

1. 押出工程と、成形工程を備える、成形体の製造方法であって、
   前記押出工程では、原料樹脂組成物を溶融混練して得られた溶融樹脂組成物をヘッドから押し出すことによってパリソンを形成し、
   前記成形工程では、開閉可能な第１及び第２金型を用いて前記パリソンを成形することによって成形体を形成し、
   前記原料樹脂組成物は、ベース樹脂と、添加剤マスターバッチを含み、
   前記添加剤マスターバッチは、添加剤とバインダー樹脂の造粒物である、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記造粒物の表面に、前記バインダー樹脂が溶融固化された皮膜が形成されている、方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の方法であって、
   前記バインダー樹脂は、ポリエチレン系エラストマーを含む、方法。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の方法であって、
   前記ベース樹脂と前記バインダー樹脂は、メルトフローレイトの差が１０ｇ／１０分以下であり、
   前記メルトフローレイトは、ＪＩＳ Ｋ−７２１０に準じて試験温度１９０℃、試験荷重２．１６ｋｇにて測定を行って得られる値である、方法。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の方法であって、
   前記添加剤マスターバッチ中の前記添加剤の割合は、５０〜９９質量％である、方法。

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