JP3581025B2 - 無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法及び無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シート - Google Patents
無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法及び無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シート Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生産性および押出安定性に優れ、気泡が微細で外観良好な無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法に関するものであり、さらに高倍率薄物品の生産性向上効果が大きな無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
押出機とダイスの間にギアポンプを設けて押出発泡を行うことは従来からポリスチレンに適用されており、例えば「Ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２８［２］８７（１９８０）」等に記載されている。
【０００３】
また、押出成形において、ギアポンプを用いることによる効果としては、「合成樹脂４０［９］４２（１９９４） 」に下記の記載が見られる。
（１）押出機の昇圧低下による効果
・エネルギー消費の軽減
・樹脂温上昇の防止
・輸送効率（生産性）の向上
・押出機内での滞留時間の短縮
・押出機のＬ／Ｄを短縮できる
（２）ダイスとの組合せの影響がなくなること
・押出機の温度、圧力、回転数の設定が容易
・ダイスの形状に関わらず、同じ樹脂、同じ生産量であれば、押出機の設定を変更する必要はない
・運転者の能力による製品品質の差がなくなる
・無人化、自動運転が可能になる
（３）定量性の確保
・押出機の圧力変動の影響を受けない
・湿気のある原料でも可能
・温度分布がほぼ一定となる
・生産開始時間が大幅に短縮できる
しかし、押出発泡成形の場合、発泡に適した加工条件は樹脂毎に異なったものであり、また、発泡特有の現象としてシート端部に波状の不良が発生しやすいため、ギアポンプを用いても上記の効果がすべて容易に得られるとは限らない。
【０００４】
特に結晶性樹脂であり、融点以上で粘度低下の著しい無架橋ポリプロピレン系樹脂においては、通常の押出発泡で均一微細な気泡を有する高発泡シートを得ることは困難である。さらに、生産性を高めるために高吐出量化を行おうとする場合、また高倍率薄物品の生産を目的とする場合においては樹脂圧・樹脂温が上昇するという問題が生じる。
【０００５】
シート端部の波状の不良ロスは、発泡による幅方向の膨張をダイス幅で規制することによって発生するもので、発泡品、特に２倍以上の高倍率発泡品において特有な現象である。また、この波状不良ロスは樹脂温が高く、発泡ガス抜けの状態であるほど多く発生する。従って、無架橋ポリプロピレン系樹脂の発泡シートの製造においては、不良低減手段の検討が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、気泡微細で外観良好であり、生産性および押出安定性、並びに高倍率薄物品の生産性向上効果に優れ、しかもシート端部の波状の不良発生の低減が可能な無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法及び無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造において、押出機とダイスの間にギアポンプを設け、ギアポンプ入口圧力（Ｐｇ）が、添加した発泡剤を１００％保持したときの理論発泡倍率χ（発泡剤添加量に対する理論発泡倍率）と、発泡ガスの溶融樹脂中への溶解度係数Ｈの関係を詳細に検討した結果、これらの変数が特定の関係の範囲内に設定された場合には高吐出量条件下においても樹脂温を発泡に適した温度範囲に制御でき、気泡微細で外観良好であり、高い生産性および押出安定性を確保できることを見出した。
【０００８】
本発明は、無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法であって、押出機とダイスの間においてアダプタにより接続されたギアポンプを備えた押出発泡装置を使用し、前記ギアポンプ入口圧力（Ｐｇ）が（数２）の範囲であり、かつ前記Ｐｇが一定となるように押出機を制御し、樹脂と発泡ガスとを混練・分散し、発泡に適した温度でダイスより押出して発泡させることを特徴とするものである。
【０００９】
【数２】
Ｐｃ≦Ｐｇ（ａｔｍ）≦Ｐｃ＋９０
Ｐｃ＝（χ−１）／Ｈ
χ：添加した発泡剤を１００％保持したときの理論発泡倍率
Ｈ：ギアポンプ入口の樹脂温における発泡ガスの該樹脂中への溶解度係数（ｃｍ３ （ＳＴＰ）／ｃｍ３ ・ａｔｍ）
このＰｃ値は所定発泡倍率に相当する発泡ガスが樹脂中に溶解するための最低圧力を示す数値である。ギアポンプ入口圧力ＰｇがこのＰｃを下回ると、発泡ガスが溶解しきれず、気相と溶融液相に分離してしまい、微細な気泡形状の発泡シートを得るのは困難である。また、Ｐｇが（Ｐｃ＋９０）を上回ると、ギアポンプの大きな効果の１つである、押出機の昇圧低下による効果が少なくなる。その結果、特に樹脂温上昇の防止、生産性の向上の面で不利となる。
【００１０】
ギアポンプ入口圧力Ｐｇが、Ｐｃ≦Ｐｇ（ａｔｍ）≦Ｐｃ＋９０の範囲内であり、かつ、Ｐｇが一定となるように押出機側を制御する。Ｐｇを一定となるように制御する方法としては、公知の制御システムを使用すればよく、例えば、押出機スクリュー回転数にフィードバックしたり、原料の押出機ホッパーへの投入に際して用いる定量フィーダーの回転数等にフィードバックすればよい。これによって、ギアポンプ出口圧力、ダイス入口圧力等が安定化され、発泡シートの流れ方向の厚み精度が向上できる。
【００１１】
上記の発明においては、前記ダイスは、リップランド長をＬ（ｍｍ）、リップギャップをｔ（ｍｍ）としたとき、５≦Ｌ／ｔ≦１２であることが好適であり、さらに前記押出機はバレルの直径をＢ（ｍｍ）、前記アダプタの長さをＣ（ｍｍ）、前記アダプタの直径をＡ（ｍｍ）としたとき、１／４≦Ａ／Ｂ≦１であり、かつＣ／Ａ≦１０であることが好ましい。
【００１２】
かかる構成は、ダイスのリップ部形状、およびアダプタ形状の最適化を行うものであり、上記の条件を備えることによってギアポンプ以降の部分における圧損の低減ができ、特に良好に樹脂圧・樹脂温の上昇を抑制でき、高倍率薄物品の生産性向上を確保することが可能である。
【００１３】
高倍率薄物を生産する場合、引落による厚み低減も考えられるが、外観が悪くなりやすく好ましいとはいえない。通常は製品厚みに応じた狭いリップギャップに設定して成形が行われるが、リップギャップを狭くするとギアポンプ以降の圧損が大きくなり、ギアポンプ以前においてＰｇをＰｃ≦Ｐｇ（ａｔｍ）≦Ｐｃ＋９０の低圧範囲内とし、高吐出量条件下における樹脂温の上昇を抑制できても、ギアポンプ以降の部分で圧損の増大により発熱・樹脂温上昇も大きな影響を受ける結果となる。
【００１４】
製品厚みを維持し、かつ、リップ部における圧損を低減するためには、リップランド長Ｌとリップギャップｔとの比は５≦Ｌ／ｔ≦１２とすることが好ましい。
【００１５】
Ｌ／ｔが５未満であると、リップギャップｔを狭めた意味がなく、製品は厚くなってしまう。また、Ｌ／ｔが１２を超えると、リップ部における圧損低減の効果が少ない。
【００１６】
また、ギアポンプ前後のアダプタ直径およびその長さを見直すことによって、より圧損を低減することもできる。すなわち、ギアポンプ前後の各々のアダプタ直径Ａ（ｍｍ）が押出機バレル直径Ｂ（ｍｍ）に対して、１／４≦Ａ／Ｂ≦１と大きく、かつアダプタの長さＣとの比がＣ／Ａ≦１０であることが好ましい。
【００１７】
上記のＬ／ｔ、Ａ／ＢとＣ／Ａの範囲の限定はいずれも圧損低減に関連する発明である。特にリップギャップを狭くして薄物を製造する際に、圧損が大きくなると外観に直接影響し、外観品質が低下する傾向がある。Ｌ／ｔの限定、Ａ／ＢとＣ／Ａの限定を上記のように行うことにより、圧損が大きくなると不良が出やすい場合であっても外観の優れた製品を得ることが可能となる。このように圧損の大きさが外観に直接影響するリップギャップは約０．８ｍｍ程度である。
【００１８】
アダプタ形状を上述のような低圧損の構成にして、その中にスタッティックミキサー等を入れ、アダプタ管壁と中心部の置換、ミキシングによる温度分布の均一性向上をはかることも好適な態様である。
【００１９】
なお、樹脂の押出成形に使用されるダイスは、その先端部分がリップと称され、シート状製品の厚みを決定するダイスの間隙がリップギャップｔである。リップランド長Ｌ、リップギャップｔの例はダイス形状の例と共に図１に示した。
【００２０】
本発明はまた、請求項１〜３記載の製造方法により製造された無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートに関するものである。この無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シート気泡微細で外観良好であり、シート端部の波状の不良部分が少ないという特徴を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
ギアポンプの使用に関する以外については、公知の押出発泡法が特に限定なく使用可能である。
【００２２】
例えば、 熱分解型発泡剤とポリプロピレン系樹脂等の必要成分の混合物をホッパーに投入し、 押出機内で樹脂溶融とともに発泡剤を分解せしめて、樹脂と発泡ガスとを混練・分散し、発泡に適した温度まで冷却後、ダイスより押出して発泡させ、引取機にて冷却・成形する方法、また、熱分解型発泡剤に代わり、非分解型発泡剤（物理発泡ガス）を押出機途中より圧入する方法等が例示される。
【００２３】
本発明において発泡シートの構成材料であるポリプロピレン系樹脂は特に限定されるものではなく、製品用途に応じて選ぶことができ、プロピレンホモポリマーやエチレン等のα−オレフィンとの共重合体等を用いることもできる。また、ポリエチレン系樹脂やポリスチレン系樹脂等がブレンドされた樹脂も使用可能である。
【００２４】
発泡剤についても特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂の発泡剤として公知の発泡剤が使用可能であり、具体的には重曹やアゾジカルボン酸アミドなどの熱分解型発泡剤、炭酸ガス、窒素ガス等の不活性ガス、ブタンなどの低沸点有機化合物などが例示され、これらを２種以上併用することも可能である。また、気泡核剤として、タルク、シリカなどの無機フィラーを添加することも好適な態様である。
【００２５】
ただし、熱分解型発泡剤や非分解型発泡剤のいずれについても、最終的に発泡に寄与するガスの溶融樹脂中への溶解度係数が大きい方が好ましく、炭酸ガスは安全で溶解度係数の比較的大きいものであり好ましく使用される。ブタン等の脂肪族炭化水素は溶解度係数は炭酸ガスに比べて大きく、発泡剤としては好ましいものではあるが、防爆仕様設備や安全対策等が必要となる。
【００２６】
発泡シートの密度は特に限定されるものではないが、発泡剤の添加量によって概ね決定され、０．６〜０．０９ｇ／ｃｍ３ の範囲である。本発明で得られる発泡シートの厚みは特に限定されるものではないが、通常、１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲のものである。この発泡シートの厚みはリップギャップｔの大きさ、発泡剤の添加量等により調製される発泡倍率、気泡の偏平率等により決定される。
【００２７】
本発明に使用する押出機は、熱可塑性樹脂の押出機として使用される公知の押出機は特に限定されることなく使用可能であるが、樹脂と発泡ガスとを充分混練して均一化し、発泡に適した温度まで冷却・調整できることが必要であり、下記のタイプの押出機が好ましく使用される。
【００２８】
・単軸押出機
最も一般的な押出機であり、発泡ガスが原料投入口（ホッパー）から抜けることも少なく、コストも低いことから広く使用される。
【００２９】
・多軸押出機
一般に２軸押出機が使用され、スクリュー回転方向が同方向のものと異方向のものに区分される。また、スクリュー径が一定の平行２軸のものと、先端の径が小さい斜軸２軸などがある。２軸の場合、発泡ガスがホッパーから抜けやすいため、本発明の実施において使用する場合にはスクリューにシーリングセグメントを設けることが好ましい。
【００３０】
上記以外の押出機、例えば上記の押出機を２以上組み合わせて接続したタンデム押出機等も使用可能である。
【００３１】
本発明に使用するダイスとしては、フラットダイスやサーキュラーダイスが用いられ、ダイス先端部のリップギャップｔは所望の製品厚みに応じて設定すればよい。
【００３２】
また本発明に使用されるギアポンプは、上述の押出機とダイスの間にアダプタを用いて接続される。本発明におけるギアポンプとはお互いに噛み合う歯車の歯で定量的に溶融樹脂を送るポンプであり、公知のものを使用することができ、目標生産量に見合った容量のものが選択して使用される。ギアポンプ１回転当たりの吐出量が少ないと高回転を要し、これによる発熱が懸念されるため、適度な回転数で目標生産量を押出せる容量のものを選択することが好ましい。さらに、ポンプ本体をオイル温調等を用いて冷却、温度制御することが好ましい。
【００３３】
発泡ガスの溶融樹脂中への溶解度係数Ｈは、圧力降下法によって測定できるが、文献値［ＡＩＣｈＥ Ｊ．，１５，１０６（１９６９）］ 等に記載された方法により求めることも可能である。
【００３４】
上述のように、本発明において好適な発泡剤は炭酸ガスである。下記（数３）に炭酸ガスの溶融ポリプロピレン系樹脂中への溶解度係数Ｈの温度依存性を示す。温度依存性は小さいものであるが、温度が高くなるに従い、溶解度係数Ｈは小さくなる。
【００３５】
【数３】
Ｈ＝Ｈｏ ｅｘｐ（−Ｅｓ／ＲＴ）
Ｈｏ：定数（０．０３１９ｃｍ３ （ＳＴＰ）／ｃｍ３ ・ａｔｍ）
Ｅｓ：溶解エネルギー（−１．７ｋｃａｌ／ｍｏｌ）
Ｒ：気体定数（１．９８６ｃａｌ／ｍｏｌ・Ｋ）
Ｔ：温度（Ｋ）
（括弧内の数値は、炭酸ガスについての数値である。）
【実施例】
以下に実施例によって本発明の効果をさらに詳細に説明するが、本発明はその主旨を超えない限り、これらの例に何ら限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
押出機として単軸押出機（バレル直径Ｂ＝１２０ｍｍ、スクリュー有効長／バレル直径＝３２）を使用した。
【００３７】
また、ダイスは１１５０ｍｍ幅のチョークバーの付いたコートハンガーダイを使用し、リップランド長Ｌを７ｍｍ、リップギャップｔを１．０ｍｍ、その比Ｌ／ｔ＝７に設定した。ギアポンプ本体はオイル温調が可能であり、１回転当たりの吐出量が３１５ｃｍ３ であるものを使用した。制御システムとしては、ギアポンプ入口圧力Ｐｇを設定し、Ｐｇが一定となるようにスクリュー回転数にフィードバックする制御システムを設けた。
【００３８】
ギアポンプ前後に使用するアダプタとしては、直径Ａが４０ｍｍ、長さＣが２４０ｍｍのものを使用した（Ａ／Ｂ＝１／３、Ｃ／Ａ＝６）。また引取機としては面長１２００ｍｍ、直径４００ｍｍのロール３本を配置し、６０〜１００℃に温調したポリシングロールユニットを使用した。
【００３９】
ポリプロピレン系樹脂としては、密度０．９ｇ／ｃｍ３ のプロピレンホモポリマー（ＭＦＲ（メルトフローレート、２３０℃）＝８）を用い、この１００重量部に気泡核剤としてタルク４０ｗｔ％含有マスターバッチを１．５重量部ペレットブレンドしてホッパーに投入した。また、発泡剤として炭酸ガスを使用し、理論発泡倍率χが３．０倍発泡に相当する量を押出機途中に設けた注入口より１００気圧程度にて圧入した。
【００４０】
後述の押出条件の結果、ギアポンプ入口のアダプタ径中心部の樹脂温Ｔｇはほぼ１８５℃であり、前述の文献値［ＡＩＣｈＥ Ｊ．，１５，１０６（１９６９）］ を用いて（数３）によりＨを算出すると、Ｈ＝０．２０７（ｃｍ３ （ＳＴＰ）／ｃｍ３ ・ａｔｍ）となる。従って、Ｐｃ＝（χ−１）／Ｈ＝９．７ａｔｍとなるため、ギアポンプ入口圧力ＰｇをＰｃ≦Ｐｇ（ａｔｍ）≦Ｐｃ＋９０の範囲内で低圧の１５ａｔｍに設定した。炭酸ガスのデータとしては（数３）の記号説明の括弧内に記載した数値を使用した。
【００４１】
なお、Ｔｇ：ギアポンプ入口のアダプタ径中心部の樹脂温（Ｋ）＝Ｔｇ（℃）＋２７３．１５＝１８５＋２７３．１５＝４５８．１５である。
【００４２】
押出機の運転条件は、スクリュー回転数を約５０ｒｐｍ（Ｐｇ制御のため変動）、ギアポンプの回転数を１８ｒｐｍとし、高吐出量である２５０ｋｇ／ｈｒで押出した。温度設定としては、１９０〜２００℃で樹脂中に炭酸ガスを均一溶解させ、スクリュー計量部からアダプタ、ギアポンプを１６５〜１７０℃に設定して冷却後、１７０℃のダイスに導入し押出した。
【００４３】
押出された発泡シートは、見かけ密度が０．３１ｇ／ｃｍ３ （発泡倍率＝０．９／０．３１＝２．９倍）、厚みが平均５．０ｍｍであり、気泡微細で外観良好であり、シート端部の波状のロスは左右合計１５０ｍｍと少なく良好であった。使用したダイスの幅は１１５０ｍｍであり、ロス率は約１３％であった。
【００４４】
（実施例２、３、比較例１、２）
実施例１と同じにし、ギアポンプ入口樹脂圧力Ｐｇ、リップランド長Ｌ、リップギャップｔ、アダプタ径Ａ、アダプタ長Ｃ等の条件を変更する以外、使用した樹脂、押出機は実施例１と同様に発泡シートの製造を行った。製造条件は表１に、また発泡シートの評価結果は表２に、それぞれまとめて示した。
【００４５】
低温で限られた範囲しか発泡適正温度を持たないポリプロピレン系樹脂の発泡体の製造において、本実施例において使用したクラスの押出機を使用する場合に、ギアポンプを使用しない場合は通常、吐出量は１５０〜２００ｋｇ／ｈｒが限度であり、これ以上の吐出量にて押出すと、せん断発熱によって樹脂温が上昇しやすく、適正な発泡体が得られない。上記実施例からギアポンプ使用の効果が明らかである。
【００４６】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明によって、気泡微細で外観良好であり、生産性および押出安定性に優れた無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造が可能であり、さらに高倍率薄物品の生産性向上に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ｉ）本発明に使用するダイス形状の例と（ｉｉ）そのＸ−Ｘ断面の出口側先端形状の例を示した図。
【符号の説明】
１ ダイス
Ｌ リップランド長
ｔ リップギャップ
【発明の属する技術分野】
本発明は生産性および押出安定性に優れ、気泡が微細で外観良好な無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法に関するものであり、さらに高倍率薄物品の生産性向上効果が大きな無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
押出機とダイスの間にギアポンプを設けて押出発泡を行うことは従来からポリスチレンに適用されており、例えば「Ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２８［２］８７（１９８０）」等に記載されている。
【０００３】
また、押出成形において、ギアポンプを用いることによる効果としては、「合成樹脂４０［９］４２（１９９４） 」に下記の記載が見られる。
（１）押出機の昇圧低下による効果
・エネルギー消費の軽減
・樹脂温上昇の防止
・輸送効率（生産性）の向上
・押出機内での滞留時間の短縮
・押出機のＬ／Ｄを短縮できる
（２）ダイスとの組合せの影響がなくなること
・押出機の温度、圧力、回転数の設定が容易
・ダイスの形状に関わらず、同じ樹脂、同じ生産量であれば、押出機の設定を変更する必要はない
・運転者の能力による製品品質の差がなくなる
・無人化、自動運転が可能になる
（３）定量性の確保
・押出機の圧力変動の影響を受けない
・湿気のある原料でも可能
・温度分布がほぼ一定となる
・生産開始時間が大幅に短縮できる
しかし、押出発泡成形の場合、発泡に適した加工条件は樹脂毎に異なったものであり、また、発泡特有の現象としてシート端部に波状の不良が発生しやすいため、ギアポンプを用いても上記の効果がすべて容易に得られるとは限らない。
【０００４】
特に結晶性樹脂であり、融点以上で粘度低下の著しい無架橋ポリプロピレン系樹脂においては、通常の押出発泡で均一微細な気泡を有する高発泡シートを得ることは困難である。さらに、生産性を高めるために高吐出量化を行おうとする場合、また高倍率薄物品の生産を目的とする場合においては樹脂圧・樹脂温が上昇するという問題が生じる。
【０００５】
シート端部の波状の不良ロスは、発泡による幅方向の膨張をダイス幅で規制することによって発生するもので、発泡品、特に２倍以上の高倍率発泡品において特有な現象である。また、この波状不良ロスは樹脂温が高く、発泡ガス抜けの状態であるほど多く発生する。従って、無架橋ポリプロピレン系樹脂の発泡シートの製造においては、不良低減手段の検討が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、気泡微細で外観良好であり、生産性および押出安定性、並びに高倍率薄物品の生産性向上効果に優れ、しかもシート端部の波状の不良発生の低減が可能な無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法及び無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造において、押出機とダイスの間にギアポンプを設け、ギアポンプ入口圧力（Ｐｇ）が、添加した発泡剤を１００％保持したときの理論発泡倍率χ（発泡剤添加量に対する理論発泡倍率）と、発泡ガスの溶融樹脂中への溶解度係数Ｈの関係を詳細に検討した結果、これらの変数が特定の関係の範囲内に設定された場合には高吐出量条件下においても樹脂温を発泡に適した温度範囲に制御でき、気泡微細で外観良好であり、高い生産性および押出安定性を確保できることを見出した。
【０００８】
本発明は、無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法であって、押出機とダイスの間においてアダプタにより接続されたギアポンプを備えた押出発泡装置を使用し、前記ギアポンプ入口圧力（Ｐｇ）が（数２）の範囲であり、かつ前記Ｐｇが一定となるように押出機を制御し、樹脂と発泡ガスとを混練・分散し、発泡に適した温度でダイスより押出して発泡させることを特徴とするものである。
【０００９】
【数２】
Ｐｃ≦Ｐｇ（ａｔｍ）≦Ｐｃ＋９０
Ｐｃ＝（χ−１）／Ｈ
χ：添加した発泡剤を１００％保持したときの理論発泡倍率
Ｈ：ギアポンプ入口の樹脂温における発泡ガスの該樹脂中への溶解度係数（ｃｍ３ （ＳＴＰ）／ｃｍ３ ・ａｔｍ）
このＰｃ値は所定発泡倍率に相当する発泡ガスが樹脂中に溶解するための最低圧力を示す数値である。ギアポンプ入口圧力ＰｇがこのＰｃを下回ると、発泡ガスが溶解しきれず、気相と溶融液相に分離してしまい、微細な気泡形状の発泡シートを得るのは困難である。また、Ｐｇが（Ｐｃ＋９０）を上回ると、ギアポンプの大きな効果の１つである、押出機の昇圧低下による効果が少なくなる。その結果、特に樹脂温上昇の防止、生産性の向上の面で不利となる。
【００１０】
ギアポンプ入口圧力Ｐｇが、Ｐｃ≦Ｐｇ（ａｔｍ）≦Ｐｃ＋９０の範囲内であり、かつ、Ｐｇが一定となるように押出機側を制御する。Ｐｇを一定となるように制御する方法としては、公知の制御システムを使用すればよく、例えば、押出機スクリュー回転数にフィードバックしたり、原料の押出機ホッパーへの投入に際して用いる定量フィーダーの回転数等にフィードバックすればよい。これによって、ギアポンプ出口圧力、ダイス入口圧力等が安定化され、発泡シートの流れ方向の厚み精度が向上できる。
【００１１】
上記の発明においては、前記ダイスは、リップランド長をＬ（ｍｍ）、リップギャップをｔ（ｍｍ）としたとき、５≦Ｌ／ｔ≦１２であることが好適であり、さらに前記押出機はバレルの直径をＢ（ｍｍ）、前記アダプタの長さをＣ（ｍｍ）、前記アダプタの直径をＡ（ｍｍ）としたとき、１／４≦Ａ／Ｂ≦１であり、かつＣ／Ａ≦１０であることが好ましい。
【００１２】
かかる構成は、ダイスのリップ部形状、およびアダプタ形状の最適化を行うものであり、上記の条件を備えることによってギアポンプ以降の部分における圧損の低減ができ、特に良好に樹脂圧・樹脂温の上昇を抑制でき、高倍率薄物品の生産性向上を確保することが可能である。
【００１３】
高倍率薄物を生産する場合、引落による厚み低減も考えられるが、外観が悪くなりやすく好ましいとはいえない。通常は製品厚みに応じた狭いリップギャップに設定して成形が行われるが、リップギャップを狭くするとギアポンプ以降の圧損が大きくなり、ギアポンプ以前においてＰｇをＰｃ≦Ｐｇ（ａｔｍ）≦Ｐｃ＋９０の低圧範囲内とし、高吐出量条件下における樹脂温の上昇を抑制できても、ギアポンプ以降の部分で圧損の増大により発熱・樹脂温上昇も大きな影響を受ける結果となる。
【００１４】
製品厚みを維持し、かつ、リップ部における圧損を低減するためには、リップランド長Ｌとリップギャップｔとの比は５≦Ｌ／ｔ≦１２とすることが好ましい。
【００１５】
Ｌ／ｔが５未満であると、リップギャップｔを狭めた意味がなく、製品は厚くなってしまう。また、Ｌ／ｔが１２を超えると、リップ部における圧損低減の効果が少ない。
【００１６】
また、ギアポンプ前後のアダプタ直径およびその長さを見直すことによって、より圧損を低減することもできる。すなわち、ギアポンプ前後の各々のアダプタ直径Ａ（ｍｍ）が押出機バレル直径Ｂ（ｍｍ）に対して、１／４≦Ａ／Ｂ≦１と大きく、かつアダプタの長さＣとの比がＣ／Ａ≦１０であることが好ましい。
【００１７】
上記のＬ／ｔ、Ａ／ＢとＣ／Ａの範囲の限定はいずれも圧損低減に関連する発明である。特にリップギャップを狭くして薄物を製造する際に、圧損が大きくなると外観に直接影響し、外観品質が低下する傾向がある。Ｌ／ｔの限定、Ａ／ＢとＣ／Ａの限定を上記のように行うことにより、圧損が大きくなると不良が出やすい場合であっても外観の優れた製品を得ることが可能となる。このように圧損の大きさが外観に直接影響するリップギャップは約０．８ｍｍ程度である。
【００１８】
アダプタ形状を上述のような低圧損の構成にして、その中にスタッティックミキサー等を入れ、アダプタ管壁と中心部の置換、ミキシングによる温度分布の均一性向上をはかることも好適な態様である。
【００１９】
なお、樹脂の押出成形に使用されるダイスは、その先端部分がリップと称され、シート状製品の厚みを決定するダイスの間隙がリップギャップｔである。リップランド長Ｌ、リップギャップｔの例はダイス形状の例と共に図１に示した。
【００２０】
本発明はまた、請求項１〜３記載の製造方法により製造された無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートに関するものである。この無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シート気泡微細で外観良好であり、シート端部の波状の不良部分が少ないという特徴を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
ギアポンプの使用に関する以外については、公知の押出発泡法が特に限定なく使用可能である。
【００２２】
例えば、 熱分解型発泡剤とポリプロピレン系樹脂等の必要成分の混合物をホッパーに投入し、 押出機内で樹脂溶融とともに発泡剤を分解せしめて、樹脂と発泡ガスとを混練・分散し、発泡に適した温度まで冷却後、ダイスより押出して発泡させ、引取機にて冷却・成形する方法、また、熱分解型発泡剤に代わり、非分解型発泡剤（物理発泡ガス）を押出機途中より圧入する方法等が例示される。
【００２３】
本発明において発泡シートの構成材料であるポリプロピレン系樹脂は特に限定されるものではなく、製品用途に応じて選ぶことができ、プロピレンホモポリマーやエチレン等のα−オレフィンとの共重合体等を用いることもできる。また、ポリエチレン系樹脂やポリスチレン系樹脂等がブレンドされた樹脂も使用可能である。
【００２４】
発泡剤についても特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂の発泡剤として公知の発泡剤が使用可能であり、具体的には重曹やアゾジカルボン酸アミドなどの熱分解型発泡剤、炭酸ガス、窒素ガス等の不活性ガス、ブタンなどの低沸点有機化合物などが例示され、これらを２種以上併用することも可能である。また、気泡核剤として、タルク、シリカなどの無機フィラーを添加することも好適な態様である。
【００２５】
ただし、熱分解型発泡剤や非分解型発泡剤のいずれについても、最終的に発泡に寄与するガスの溶融樹脂中への溶解度係数が大きい方が好ましく、炭酸ガスは安全で溶解度係数の比較的大きいものであり好ましく使用される。ブタン等の脂肪族炭化水素は溶解度係数は炭酸ガスに比べて大きく、発泡剤としては好ましいものではあるが、防爆仕様設備や安全対策等が必要となる。
【００２６】
発泡シートの密度は特に限定されるものではないが、発泡剤の添加量によって概ね決定され、０．６〜０．０９ｇ／ｃｍ３ の範囲である。本発明で得られる発泡シートの厚みは特に限定されるものではないが、通常、１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲のものである。この発泡シートの厚みはリップギャップｔの大きさ、発泡剤の添加量等により調製される発泡倍率、気泡の偏平率等により決定される。
【００２７】
本発明に使用する押出機は、熱可塑性樹脂の押出機として使用される公知の押出機は特に限定されることなく使用可能であるが、樹脂と発泡ガスとを充分混練して均一化し、発泡に適した温度まで冷却・調整できることが必要であり、下記のタイプの押出機が好ましく使用される。
【００２８】
・単軸押出機
最も一般的な押出機であり、発泡ガスが原料投入口（ホッパー）から抜けることも少なく、コストも低いことから広く使用される。
【００２９】
・多軸押出機
一般に２軸押出機が使用され、スクリュー回転方向が同方向のものと異方向のものに区分される。また、スクリュー径が一定の平行２軸のものと、先端の径が小さい斜軸２軸などがある。２軸の場合、発泡ガスがホッパーから抜けやすいため、本発明の実施において使用する場合にはスクリューにシーリングセグメントを設けることが好ましい。
【００３０】
上記以外の押出機、例えば上記の押出機を２以上組み合わせて接続したタンデム押出機等も使用可能である。
【００３１】
本発明に使用するダイスとしては、フラットダイスやサーキュラーダイスが用いられ、ダイス先端部のリップギャップｔは所望の製品厚みに応じて設定すればよい。
【００３２】
また本発明に使用されるギアポンプは、上述の押出機とダイスの間にアダプタを用いて接続される。本発明におけるギアポンプとはお互いに噛み合う歯車の歯で定量的に溶融樹脂を送るポンプであり、公知のものを使用することができ、目標生産量に見合った容量のものが選択して使用される。ギアポンプ１回転当たりの吐出量が少ないと高回転を要し、これによる発熱が懸念されるため、適度な回転数で目標生産量を押出せる容量のものを選択することが好ましい。さらに、ポンプ本体をオイル温調等を用いて冷却、温度制御することが好ましい。
【００３３】
発泡ガスの溶融樹脂中への溶解度係数Ｈは、圧力降下法によって測定できるが、文献値［ＡＩＣｈＥ Ｊ．，１５，１０６（１９６９）］ 等に記載された方法により求めることも可能である。
【００３４】
上述のように、本発明において好適な発泡剤は炭酸ガスである。下記（数３）に炭酸ガスの溶融ポリプロピレン系樹脂中への溶解度係数Ｈの温度依存性を示す。温度依存性は小さいものであるが、温度が高くなるに従い、溶解度係数Ｈは小さくなる。
【００３５】
【数３】
Ｈ＝Ｈｏ ｅｘｐ（−Ｅｓ／ＲＴ）
Ｈｏ：定数（０．０３１９ｃｍ３ （ＳＴＰ）／ｃｍ３ ・ａｔｍ）
Ｅｓ：溶解エネルギー（−１．７ｋｃａｌ／ｍｏｌ）
Ｒ：気体定数（１．９８６ｃａｌ／ｍｏｌ・Ｋ）
Ｔ：温度（Ｋ）
（括弧内の数値は、炭酸ガスについての数値である。）
【実施例】
以下に実施例によって本発明の効果をさらに詳細に説明するが、本発明はその主旨を超えない限り、これらの例に何ら限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
押出機として単軸押出機（バレル直径Ｂ＝１２０ｍｍ、スクリュー有効長／バレル直径＝３２）を使用した。
【００３７】
また、ダイスは１１５０ｍｍ幅のチョークバーの付いたコートハンガーダイを使用し、リップランド長Ｌを７ｍｍ、リップギャップｔを１．０ｍｍ、その比Ｌ／ｔ＝７に設定した。ギアポンプ本体はオイル温調が可能であり、１回転当たりの吐出量が３１５ｃｍ３ であるものを使用した。制御システムとしては、ギアポンプ入口圧力Ｐｇを設定し、Ｐｇが一定となるようにスクリュー回転数にフィードバックする制御システムを設けた。
【００３８】
ギアポンプ前後に使用するアダプタとしては、直径Ａが４０ｍｍ、長さＣが２４０ｍｍのものを使用した（Ａ／Ｂ＝１／３、Ｃ／Ａ＝６）。また引取機としては面長１２００ｍｍ、直径４００ｍｍのロール３本を配置し、６０〜１００℃に温調したポリシングロールユニットを使用した。
【００３９】
ポリプロピレン系樹脂としては、密度０．９ｇ／ｃｍ３ のプロピレンホモポリマー（ＭＦＲ（メルトフローレート、２３０℃）＝８）を用い、この１００重量部に気泡核剤としてタルク４０ｗｔ％含有マスターバッチを１．５重量部ペレットブレンドしてホッパーに投入した。また、発泡剤として炭酸ガスを使用し、理論発泡倍率χが３．０倍発泡に相当する量を押出機途中に設けた注入口より１００気圧程度にて圧入した。
【００４０】
後述の押出条件の結果、ギアポンプ入口のアダプタ径中心部の樹脂温Ｔｇはほぼ１８５℃であり、前述の文献値［ＡＩＣｈＥ Ｊ．，１５，１０６（１９６９）］ を用いて（数３）によりＨを算出すると、Ｈ＝０．２０７（ｃｍ３ （ＳＴＰ）／ｃｍ３ ・ａｔｍ）となる。従って、Ｐｃ＝（χ−１）／Ｈ＝９．７ａｔｍとなるため、ギアポンプ入口圧力ＰｇをＰｃ≦Ｐｇ（ａｔｍ）≦Ｐｃ＋９０の範囲内で低圧の１５ａｔｍに設定した。炭酸ガスのデータとしては（数３）の記号説明の括弧内に記載した数値を使用した。
【００４１】
なお、Ｔｇ：ギアポンプ入口のアダプタ径中心部の樹脂温（Ｋ）＝Ｔｇ（℃）＋２７３．１５＝１８５＋２７３．１５＝４５８．１５である。
【００４２】
押出機の運転条件は、スクリュー回転数を約５０ｒｐｍ（Ｐｇ制御のため変動）、ギアポンプの回転数を１８ｒｐｍとし、高吐出量である２５０ｋｇ／ｈｒで押出した。温度設定としては、１９０〜２００℃で樹脂中に炭酸ガスを均一溶解させ、スクリュー計量部からアダプタ、ギアポンプを１６５〜１７０℃に設定して冷却後、１７０℃のダイスに導入し押出した。
【００４３】
押出された発泡シートは、見かけ密度が０．３１ｇ／ｃｍ３ （発泡倍率＝０．９／０．３１＝２．９倍）、厚みが平均５．０ｍｍであり、気泡微細で外観良好であり、シート端部の波状のロスは左右合計１５０ｍｍと少なく良好であった。使用したダイスの幅は１１５０ｍｍであり、ロス率は約１３％であった。
【００４４】
（実施例２、３、比較例１、２）
実施例１と同じにし、ギアポンプ入口樹脂圧力Ｐｇ、リップランド長Ｌ、リップギャップｔ、アダプタ径Ａ、アダプタ長Ｃ等の条件を変更する以外、使用した樹脂、押出機は実施例１と同様に発泡シートの製造を行った。製造条件は表１に、また発泡シートの評価結果は表２に、それぞれまとめて示した。
【００４５】
低温で限られた範囲しか発泡適正温度を持たないポリプロピレン系樹脂の発泡体の製造において、本実施例において使用したクラスの押出機を使用する場合に、ギアポンプを使用しない場合は通常、吐出量は１５０〜２００ｋｇ／ｈｒが限度であり、これ以上の吐出量にて押出すと、せん断発熱によって樹脂温が上昇しやすく、適正な発泡体が得られない。上記実施例からギアポンプ使用の効果が明らかである。
【００４６】
【表１】
本発明によって、気泡微細で外観良好であり、生産性および押出安定性に優れた無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造が可能であり、さらに高倍率薄物品の生産性向上に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ｉ）本発明に使用するダイス形状の例と（ｉｉ）そのＸ−Ｘ断面の出口側先端形状の例を示した図。
【符号の説明】
１ ダイス
Ｌ リップランド長
ｔ リップギャップ
Claims (3)
- 無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法であって、押出機とダイスの間においてアダプタにより接続されたギアポンプを備えた押出発泡装置を使用し、前記ギアポンプ入口圧力（Ｐｇ）が（数１）の範囲であり、かつ前記Ｐｇが一定となるように押出機を制御し、樹脂と発泡ガスとを混練・分散し、発泡に適した温度でダイスより押出して発泡させることを特徴とする無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法。
Ｈ：ギアポンプ入口の樹脂温における発泡ガスの該樹脂中への溶解度係数（ｃｍ3 （ＳＴＰ）／ｃｍ3 ・ａｔｍ） - 前記ダイスは、リップランド長をＬ（ｍｍ）、リップギャップをｔ（ｍｍ）としたとき、５≦Ｌ／ｔ≦１２であることを特徴とする請求項１記載の無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法。
- 前記押出機はバレルの直径をＢ（ｍｍ）、前記アダプタの長さをＣ（ｍｍ）、前記アダプタの直径をＡ（ｍｍ）としたとき、１／４≦Ａ／Ｂ≦１であり、かつＣ／Ａ≦１０であることを特徴とする請求項１又は２記載の無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法。
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