JP4018547B2 - 低融点の非架橋ポリプロピレン樹脂のペレット型発泡体の製造装置 - Google Patents

低融点の非架橋ポリプロピレン樹脂のペレット型発泡体の製造装置 Download PDF

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Description

本発明は融点１２５℃〜１４０℃の非架橋ペレット型ポリプロピレン発泡体の製造装置に関するものである。
優れた機械強度及び緩衝特性のため、ポリプロピレン樹脂発泡体は、包装材、建築材、防熱材などとして広範囲に使用される。しかし、ポリプロピレンは結晶度が高く溶融粘度が低くて架橋し難いため、ポリプロピレンから高度に膨張された製品を得ることがたいへん難しかった。
米国特許第５，５２７，５７３号（１９９６年６月１８日発行）には、押出された独立気泡ポリプロピレン樹脂発泡体及びこの発泡体を製造するための幾つかの方法が開示されている。前記米国特許の発泡体は板状であり、およそ５×２．５４ｃｍ2の最小断面積、１２．７ｍｍの最小厚さ、及びおよそ５パウンド／ｆｔ3の密度を有する。このような形態及び特性が、発泡体を所望形状の製品に成形することを難しくする。米国特許第６，０５１，６１７号（２０００年４月１９日発行）には、発泡成形された製品を成形するのに有用な発泡ポリプロピレン樹脂粒子及びその製造方法が開示されている。しかし、発泡ポリプロピレン樹脂粒子は、ビニルコモノマーをポリプロピレン樹脂粒子にグラフティングして変形共重合体樹脂粒子を形成し、変形共重合体樹脂粒子を発泡させることにより、製造する。米国特許第６，０７７，８７５号（２０００年６月２０日発行）には、非架橋プロピレン−エチレンランダム共重合体から製造したポリプロピレン樹脂の発泡膨張されたビードが開示されている。前記米国特許の発泡ビードは、４０％以下、最も好ましくは２５％の連続気泡含量を有し、融点が１４１℃以上である。
非架橋ポリプロピレン樹脂は再利用が可能であり、この樹脂から製造されたペレット型発泡体は容易に成形できるという利点がある。しかし、非架橋ポリプロピレン樹脂を押出して得たペレット型発泡体は連続気泡をかなり多く含有するため、無駄である。その実用性のため、ペレット型発泡体には機械強度のために多量の独立気泡がなければならない。全世界で、日本国のＪＳＰコーポレーションのみが非架橋ポリプロピレン樹脂からうまくペレット型発泡体を市販している。しかし、低融点のペレット型非架橋ポリプロピレン発泡体が、その容易な成形性及び優れた再利用性のため、高く評価されるという点は認められるが、融点が１４０℃以下であるペレット型非架橋ポリプロピレン発泡体は未だ製造されていない。
したがって、本発明の目的は、再利用性の保障するため、非架橋ポリプロピレン樹脂から製造され、満足した機械強度を提供するように、多量の独立気泡を有し、多様な形態の包装材に成形できる、融点１４０℃以下のペレット型ポリプロピレン樹脂発泡体の製造装置を提供することにある。本発明者は、具体的に多様な温度を有する複数の温度帯を有するタンデム押出機を提供し、融点１３８〜１４０℃の非架橋ポリプロピレン樹脂溶融物を各温度帯を通じて流し、１２０〜１３０℃の低温で、前記温度帯を通過したポリプロピレン樹脂溶融物を機械的に均質化させ、加圧下でダイに形成された複数の孔を通じて均質化溶融物を膨張させ、ダイの孔から排出された膨張発泡体を切断することにより、少なくともおよそ４０％の独立気泡を有する、融点１２５〜１４０℃の非架橋ポリプロピレンのペレット型発泡体をうまく製造した。
第一の様態において、本発明は、第１押出機と、前記第１押出機に連結された第２押出機と、前記第２押出機に連結されたポンピング部と、前記ポンピング部に連結された均質化部と、前記均質化部に連結されたダイ部を含み、
前記第１押出機は、回転可能に装着されたスクリュー軸を有する円筒形シリンダ、前記スクリュー軸を回転させるため、前記シリンダの一端に配置された駆動手段、及び前記シリンダの外周面上に配置された複数の冷却手段及び加熱手段を含み、そのシリンダは前記駆動手段に対応するシリンダの一端部には原料ポリプロピレン及び核生成剤をシリンダに供給する入口を有し、前記シリンダの他端部には出口を有し、前記シリンダの中間部には添加剤及び発泡剤をそれぞれ供給する入口を有し、これにより前記入口を通じて前記シリンダに供給された原料は駆動手段により回転するスクリュー軸により出口側に強制移送され、
前記第２押出機は、第１押出機のシリンダから排出されたポリプロピレン溶融物がガイドを介して供給されるシリンダと、そのシリンダ内の溶融物の温度を調節するため、シリンダの外周面に装着された複数の冷却手段及び加熱手段を含み、
前記ポンピング部は、第２押出機のシリンダから排出されたポリプロピレン溶融物が供給される内部空間を有するケーシングと、そのケーシングの内部空間内に回転可能に設けられ、互いに噛み合う１対のギヤと、そのギヤを回転させる駆動手段を含み、これにより前記ポンピング部に供給されたポリプロピレン溶融物が強制的に流動され、
前記均質化部は、前記ポンピング部のシリンダから排出されたポリプロピレン溶融物が供給され、回転可能に設置された第１ハウジングと、前記第１ハウジングを回転させる駆動手段と、前記第１ハウジングの排出端部に連結されたスクリューと、前記スクリューの外周部上に位置する第２ハウジングと、前記第２ハウジングとフレームとの間に気密空間を設けるため、第２ハウジングの外周に装着されたフレームと、前記第２ハウジングの後端部に設置された均質化手段からなり、スクリューの全長に沿って第２ハウジングとスクリュー間に螺旋形空間が設けられ、第１ハウジングから排出されたポリプロピレン溶融物が前記スクリューと第２ハウジング間に形成された前記空間に流入されてから外部へ排出され、伝熱用流体オイルは、第２ハウジングに流入されるポリプロピレン溶融物の温度を調節するため、第２ハウジングとフレーム間に形成された空間に流入され、前記均質化手段はポリプロピレン溶融物を押しつぶし
前記均質化部から排出されたポリプロピレン溶融物が供給される前記ダイ部は、排出部、切断部及び駆動手段からなり、膨張された発泡体を所定大きさに切断する、融点１２５〜１４０℃のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第２の様態において、本発明は、前記第１押出機及び第２押出機のシリンダに装着された各冷却手段は、外部から供給された冷却水が流れるケーシングであり、前記ケーシングに供給された冷却水はシリンダ表面と接触してケーシングに沿って流れることにより、シリンダに流入されるポリプロピレン溶融物の温度を低下させ、二つのケーシング間に装着された加熱手段は加熱用コイルが設けられたヒーターである、前記第１の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第３の様態において、本発明は、前記第１押出機のシリンダはシリンダに供給されたポリプロピレン溶融物の温度条件によって六つの温度帯に分割され、各温度帯の温度はシリンダの外周に装着された冷却手段及び加熱手段により調節され、ポリプロピレン溶融物の温度は、第１温度帯で１４７〜１５３℃、第２温度帯で１６７〜１７２℃、第３温度帯で１６８〜１７２℃、第４温度帯で２１８〜２２５℃、第５温度帯で１９７〜２０３℃、第６温度帯で１８８〜１９３℃である、前記第１の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第４の様態において、本発明は、ポリプロピレン及び核生成剤は第１押出機のシリンダの第１温度帯に供給され、静電気防止剤は第３温度帯に供給され、発泡剤は第４温度帯に供給される、前記第３の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第５の様態において、本発明は、前記第１押出機のシリンダに供給される発泡剤はＣＯ2供給装置から排出されたＣＯ2であり、前記ＣＯ2供給装置は、ＣＯ2貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクに連結されたＣＯ2蒸発及び凍結ユニットと、前記蒸発及び凍結ユニットから供給されたＣＯ2を蒸気に変換させる安定化ユニットと、ＣＯ2を第１押出機の第１シリンダに供給するため、前記安定化ユニットから供給されたＣＯ2を貯蔵する貯蔵ユニットとからなる、前記第４の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第６の様態において、本発明は、前記第２押出機のシリンダはシリンダに供給されたポリプロピレン溶融物の温度条件によって六つの温度帯に分割され、各温度帯の温度はシリンダの外周に装着された冷却手段及び加熱手段により調節され、ポリプロピレン溶融物の温度は、第１温度帯で１６７〜１７３℃、第２温度帯で１４７〜１５２℃、第３温度帯で１４２〜１４７℃、第４温度帯で１３７〜１４１℃、第５温度帯で１３７〜１４２℃、第６温度で１３２〜１３７℃である、第１の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第７の様態において、本発明は、前記ポンピング部のケーシングの内部空間に装着された二つのギヤは、ポリプロピレン溶融物をつぎの工程位置に強制的に移動させるため、内部空間の中心部に向かって互いに反対方向に回転する、前記第１の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第８の様態において、本発明は、前記均質化部の第１ハウジングは複数のベアリングブロックを介して支持板に回転可能に支持され、駆動手段の駆動用スプロケットは第１ハウジングの外周面に固定された従動スプロケットと噛み合うことにより、前記第１ハウジングが駆動手段の作動により回転される、前記第１の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第９の様態において、本発明は、前記均質化部の均質化手段は、回転可能に装着された回転板と、前記回転板と接している固定板とからなり、前記回転板には複数の開口部が放射状に配列され、前記固定板には複数の円形孔が設けられるので、供給されたポリプロピレン溶融物が回転板に到達し回転板の開口部を通過した後、ポリプロピレン溶融物が回転板の各開口部のエッジにより切断され、切断されたポリプロピレン溶融物は回転板により回転板と固定板間で押しつぶされる、前記第１の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第１０の様態において、本発明は、前記ダイ部の排出部は、中空のガイドバーと、前記ガイドバーの外部に位置するシリンダとからなり、前記ガイドバーはその長手方向に外周上に複数の空洞部が設けられるので、均質化部から排出されたポリプロピレン溶融物が各空洞部に流入され、前記空洞部に対応するシリンダ部には複数の通孔がそれぞれ形成され、
前記切断部は、排出部の後側に位置する支持板と、前記支持板に固定され、シリンダの外部に移動可能に位置する切断部材とからなり、各切断部材はシリンダの複数の通孔に対応する位置にそれぞれ複数の通孔が形成され、また
前記駆動手段は、モータにより回転可能な偏心カムと、前記偏心カムに連結され、偏心カムの回転により回転するクランクと、前記クランクに連結され、前記クランクの回転運動を線形運動に転換し、この線形運動を切断部材が固定された支持板に伝達するための力転換及び伝達手段とからなり、これにより各切断部材は駆動手段の作動によりシリンダの外周に沿って往復運動することにより、シリンダの各通孔を通じて膨張されたポリプロピレン発泡体が切断部材の通孔のエッジにより切断される、前記第１の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第１１の様態において、本発明は、前記シリンダに形成された各通孔の直径は切断部材の各通孔の直径より小さく、前記シリンダの各通孔は初期位置で切断部材の対応通孔の中心部に位置する、前記第１０の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第１２の様態において、本発明は、前記シリンダの外周には長手方向に複数の溝が形成され、前記溝内には、端部が支持板に固定された往復棒が移動可能に位置し、各切断部材は固定手段により各往復棒に固定されることにより、各切断部材はシリンダの各溝に沿って往復運動する各往復棒によりシリンダの外周上で往復運動する、前記第１０の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第１３の様態において、本発明は、前記ダイ部は、膨張され押し出された発泡体の温度及び圧力の急激な変化を防止するための減圧手段をさらに含み、前記減圧手段は排出部及び切断部を外部（大気）から分離するケーシングであり、前記ケーシングはその両側に空気が流入される入口と空気が排気される出口が設けられる、前記第１０の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
第１４の様態において、本発明は、前記ダイ部はシリンダを冷却するための冷却装置をさらに含み、前記冷却装置は、
伝熱用オイルが外部から供給され、シリンダの前方に位置する供給管と、
入口端部が前記供給管に連結され、シリンダの全長にわたってシリンダ内に装着された複数の流動管と、
シリンダの前方に位置し、シリンダと熱交換された伝熱用オイルを収容するため、流動管の出口端部に連結された排出管とからなる、前記第１０の態様に係るペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置に関する。
本発明の前記及びそのほかの目的、特徴及びそのほかの利点は添付図面を参照する以後の詳細な説明からより明らかになるであろう。
類似図面符号は幾つかの図面にわたって類似部分を言うものである。
本発明より前に、融点１４０℃以下のペレット型発泡体を製造することが不可能であった。融点１３８℃の純粋なポリプロピレンはその融点以下では急速に硬化するため、１３８℃以下の温度では処理できなかった。したがって、融点１４０℃以下のペレット型発泡体を製造することも不可能であると見なされた。
しかし、本発明者らは、融点が１４０℃以下であり、およそ２０％以下の連続気泡含量を有するペレット型非架橋ポリプロピレン発泡体を開発した。このようなペレット型発泡体は数多い発見の組合せ及び適用により開発された。例えば、本発明者らは、発泡体中の連続気泡含量を、タンデム押出方法を基本的に使用し、第１押出工程及び第２押出工程に対して特定の温度条件を設定し、１２５〜１３０℃の低温で押出機から得られる溶融物を均質化することにより、著しく減少させることができるということを発見した。また、本発明者らは、融点１３８〜１４０℃の非架橋ポリプロピレン樹脂の押出から膨張までの温度が特定温度範囲内に維持される場合に限り、８０％以上の独立気泡が形成されることも発見した。さらに、本発明者らは、融点１３８〜１４０℃の非架橋ポリプロピレン樹脂から製造された発泡体の融点が、本発明による特定の作業条件により１３８℃以下に低下できることも発見した。
以下、本発明による非架橋ポリプロピレンのペレット型発泡体を製造する装置を詳細に説明する。本発明の製造装置は、押出段階、ポンピング段階、均質化段階、膨張段階及びペレット化段階の構成からなる。
（１）押出段階
本発明による押出工程は、基本発泡体又はその変形体を製造するために通常使用される公知のタンデム押出機を用いて行える。本発明による非架橋ポリプロピレンのペレット型発泡体を製造するのに用いられる物質は融点１３８〜１４０℃の非架橋ポリプロピレンランダム共重合体、核生成剤、発泡剤及び必要に応じて使用される添加剤からなる。
本発明の基本樹脂は、融点１３８〜１４０℃の非架橋ポリプロピレンランダム共重合体である。プロピレンと共重合可能なほかのコモノマーの例としては、エチレン、１−ブテン、１−ペンテン及び１−ヘキセンがある。プロピレンランダム共重合体はプロピレン−エチレンランダム共重合体又はプロピレン−ブテンランダム共重合体のような二元共重合体、又はプロピレン−エチレン−ブテン共重合体のような三元共重合体であり得る。共重合体内のプロピレンのほかのコモノマー成分比は好ましくは０．０５〜１０重量％である。
核生成剤は発泡剤を分散させ、発泡体のセル大きさを調節する機能をする。本発明に使用可能な核生成剤の例としては、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、炭酸カリウム、重炭酸アンモニウム又は炭酸アンモニウムがあるが、これらに限定されるものではない。重炭酸ナトリウムが好ましい。使用する核生成剤の量が多いほど発泡体のセル大きさは小さくなる。逆に、使用する核生成剤の量が少ないほど発泡体のセル大きさは大きくなる。本発明において、樹脂重量対比０．１〜０．４％の核生成剤が使用される。使用された核生成剤の量が０．４％を超えると、分散又は凝集が不充分に発生し、その結果、セルが所定サイズより大きく成長する。反対に、使用された核生成剤の量が０．１％以下であると、核生成活性が過度に弱くなるので、セル直径が減少できない。
本発明に使用可能な発泡剤として、有機発泡剤及び無機発泡剤がある。有機発泡剤の例としては、プロパン、ブタン、ヘキサン及びヘプタンのような脂肪族炭化水素、シクロブタン及びシクロペンタンのような脂環族炭化水素、クロロフルオロメタン、トリフルオロメタン、１，１−ジフルオロエタン、１，２，２，２−テトラフルオロエタン、塩化メチル、塩化エチル及び塩化メチレンのようなハロゲン化炭化水素がある。また、使用可能な有機発泡剤には、ジクロロテトラフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、トリクロロモノフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、ジクロロモノフルオロメタン及びジブロモテトラフルオロエタンがある。成形作業性、無毒性及び難燃性を考慮して、これらフルオロ−塩素化炭化水素が好ましい。これら有機発泡剤は、１種又は２種以上の混合物で使用できる。無機発泡剤の例としては、窒素、二酸化炭素、アルゴン及び空気がある。これら無機発泡剤は１種又は２種以上の混合物で使用できる。また、任意に選択した２種以上の有機発泡剤及び無機発泡剤の混合物も使用できる。最適の発泡剤は、オゾン層を破壊しなくて安価であるという面で、無機発泡剤である。発泡剤の使用量は収得される発泡体ペレットの膨張比及び使用した樹脂及び発泡剤の種類による。本発明に使用された発泡剤の量は樹脂重量対比およそ０．１〜０．４重量％である。
また、多様な種類の添加剤が使用できる。このような添加剤の例としては、酸化防止剤、ＵＶ吸収剤、難燃剤、着色剤、染料、金属非活性化剤などがある。これら添加剤は、共重合体樹脂の重量対比０．１〜０．３重量％の量で使用できる。本発明の好ましい実施例において、パラフィンワックスが用いられる。この成分は共重合体樹脂の流れに役立ち、共重合体樹脂の静電気を除去するための静電気防止剤として作用する。パラフィンワックスの使用量はおよそ０．１重量％である。
本発明に使用された前記物質は、本発明により特定の物理的条件が設定されたタンデム押出機により押出されるが、その工程はつぎのようである。タンデム押出機は、第１押出機、第２押出機、及び前記第１押出機と前記第２押出機を連結するガイドからなる。スクリューの圧縮比は一般に３：１である。通常、第１押出機のシリンダの内径はおよそ６０〜７０ｍｍである。第２押出機のシリンダの内径は通常およそ９０〜９５ｍｍである。
第１押出機はその温度によって六つの温度帯に分割され、各温度帯は３００〜４００ＬＤに相当する。六つの温度帯は、１４８から１５３℃の第１温度帯、１６７〜１７２℃の第２温度帯、１６７〜１７２℃の第３温度帯、２１８〜２２３℃の第４温度帯、１９７〜２０３℃の第５温度帯、及び１８８〜１９３℃の第６温度帯である。
非架橋ポリプロピレンランダム共重合体樹脂及び核生成剤はホッパーを通じて一定の速度で供給され、１４８〜１５３℃の温度が設定された第１温度帯で溶融される。流速はスクリューの回転速度により調節できるが、通常およそ２０〜３０ｒｐｍである。スクリューの回転速度は原料の流入速度と溶融物の流速を決定する。この際、樹脂の流入速度はおよそ２５ｋｍ／時間である。共重合体樹脂と核生成剤を一つのホッパーを通じて同時に供給することもできるが、これらを別途のホッパーを通じて別に供給することが好ましい。第２温度帯及び第３温度帯は１６７〜１７２℃の温度に維持され、パラフィンワックスのようなほかの添加剤は第３温度帯の開始点で投入される。パラフィンワックスは溶融してからポンピングされて投入される。また、第４温度帯の温度は２１８〜２２３℃に設定され、発泡剤はポンピング作動により第４温度帯の開始点で供給される。第４温度帯で得た溶融物は２１８〜２２３℃の温度が設定された第５温度帯を通過した後、１８８〜１９３℃の温度が設定された第６温度帯に投入される。
第１押出機の第６温度帯から得た溶融物は第１押出機と第２押出機を連結するガイドを通じて第２押出機に投入される。ここで、ガイドの温度は２４８〜２５５℃に設定され、ガイドのＬＤは３００〜４００ｍｍである。
第２押出機の温度によって六つの温度帯に分割され、各温度帯は４７０〜５２０ｍｍに沿うとする。六つの温度帯は、１６８〜１７３℃の第１温度帯、１４７〜１５２℃の第２温度帯、１４３〜１４７℃の第３温度帯、１３７〜１４２℃の第４温度帯、１３７〜１４２℃の第５温度帯、及び１３２〜１３７℃の第６温度帯である。第２押出機のスクリュー速度は通常８〜１２ｒｐｍである。
第１押出機及び第２押出機の各温度帯は水冷却型、オイル冷却型及び空気冷却型のいずれか一つにより設定された特定の温度に維持できる。このなかで、水圧を用いて温度を調節する水冷却型方法が好ましい。例えば、水冷却型装置を用いることができるが、これは空洞形状に形成された冷却水本体を持ち押出機のシリンダ周囲に装着でき、シリンダはこの装置内に挿入され、本体と一体式で形成された冷却水通路がもうけられて、冷却水がシリンダの表面と直接接触する。
（２）ポンピング段階
第２押出機の第６温度帯は本発明の方法により溶融物押しつぶし手段連結用フランジに対応できる。このフランジの温度は本発明により特別に１３２〜１３７℃で維持され、この温度はポリプロピレン樹脂の融点１３８℃より低いため、溶融物の流速が著しく低下し得る。したがって、溶融物が円滑に移動できるように、溶融物を強制的に流動させる必要がある。このような強制流動はポンプにより達成できる。この際、温度は水冷却型装置により１２５〜１３８℃に維持される。
（３）均質化段階
本発明によると、１２５〜１４０℃の温度でポンピングにより押出機から移送された溶融物は１２０〜１３０℃の温度で均質化される。ここで、均質化とは、溶融物を切断するとともに、石を研磨する方式で押しつぶしすることをいう。また、均質化により、溶融物の内部及び外部温度が均一になる。均質化のうち、シリンダの温度は、好ましくは水冷却型又はオイル冷却型方法により、より好ましくはオイル冷却型方法により、１２０〜１３０℃に維持される。この際、シリンダの内圧はおよそ１２０ｋｇｆ／ｃｍ2に達する。
（４）膨張段階
均質化された溶融物はダイを通じて膨張される。前記のような、均質化された溶融物があるシリンダの内部圧力はおよそ１２０ｋｇｆ／ｃｍ2であるため、０．３〜０．７ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力を維持するため、減圧手段がダイに設けられる。ポリプロピレン樹脂のダイの孔を通じて膨張される。この際、各孔の直径は通常０．５〜１．０ｍｍであり、膨張比は微細孔の直径の５倍である。
（５）ペレット化段階
ダイの孔を通じて膨張された発泡体が排出されると同時に、切断部材により切断されてペレット型発泡体が得られる。
本発明によると、融点１２５〜１４０℃の非架橋ポリプロピレンのペレット型発泡体の製造装置は、第１押出機、前記第１押出機に連結された第２押出機、前記第２押出機に連結されたポンピング部、前記ポンピング部に連結された均質化部、及び前記均質化部に連結されたダイ部からなる。
前記第１押出機は、回転可能に装着されたスクリュー軸を有する円筒形シリンダ、前記スクリュー軸を回転させるため、前記シリンダの一端に配置された駆動手段、及び前記シリンダの円周面上に配置された複数の冷却手段及び加熱手段からなり、前記駆動手段に隣接したシリンダの一端部にはポリプロピレン及び核生成剤をシリンダに供給する入口が、前記シリンダの適当な中間部には静電気防止剤のような添加剤及び発泡剤を供給する入口が、前記シリンダの他端部には出口が設けられる。前記入口を通じて前記シリンダに供給されたポリプロピレン及び核生成剤は駆動手段により回転するスクリュー軸により出口側に強制移送される。
ガイドにより第１押出機に連結された第２押出機は、第１押出機のシリンダから排出されたポリプロピレン溶融物がガイドを介して供給されるシリンダと、前記シリンダ内の溶融物温度を調節するため、シリンダの外周面に装着された複数の冷却手段及び加熱手段とからなる。
第２押出機からつぎの装置に排出されたポリプロピレン溶融物を強制移動させるためのポンピング部は、第２押出機のシリンダから排出されたポリプロピレン溶融物が供給される内部空間を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に設けられ、互いに噛み合う１対のギヤと、前記ギヤを回転させる駆動手段とからなる。
前記均質化部は、ポンピング部のシリンダから排出されたポリプロピレン溶融物が供給され、回転可能に設置された円筒状の第１ハウジングと、前記第１ハウジングを回転させる駆動手段と、前記第１ハウジングの排出端部に連結されたスクリューと、前記スクリューの円周部上に位置する第２ハウジングと、前記第２ハウジングとの間に気密空間を設けるため、第２ハウジングの外周に装着されたフレームとからなる。スクリューの全長に沿って第２ハウジングとスクリュー間に螺旋形空間が設けられ、第１ハウジングから排出されたポリプロピレン溶融物が前記空間を通じて外部へ排出される。伝熱用流体オイルは、第２ハウジングを通じて流れるポリプロピレン溶融物の温度を調節するため、第２ハウジングとフレーム間に形成された空間に流入される。
均質化部はポリプロピレン溶融物を均一に押しつぶす均質化手段からなる。均質化手段は回転可能に装着された回転板と、前記回転板に接するように配置された固定板とからなる。前記回転板には放射状に配列された複数のスリットが設けられ、固定板には複数の円形孔が形成される。均質化部に投入されたポリプロピレン溶融物は回転板に到達し回転板を通過しながら回転板の各開口部のエッジにより切断される。つぎに、切断されたポリプロピレン溶融物は回転板と固定板間の空間で回転板により押しつぶされる。
均質化部から排出されたポリプロピレン溶融物は排出部、切断部及び駆動手段を含むダイ部に供給され、ここで膨張された発泡体が所定大きさに切断される。
本発明において、第１押出機又は第２押出機のシリンダに装着された冷却手段は閉鎖ケーシングを有し、外部から供給された冷却水が前記閉鎖ケーシングを通じて流れる。ケーシングの内部に投入された冷却水はシリンダの表面と接触した状態でケーシングを通じて流れ、よってシリンダ内で流れるポリプロピレン溶融物の温度を低下させる。二つのケーシング間に配置された加熱手段は、その内部に設けられた加熱用コイルを有するヒーターを用いる。
第１押出機のシリンダは、シリンダに流入されるポリプロピレン溶融物が満足させるべき温度条件によって六つの温度帯に分割される。各温度帯の温度はシリンダの外周上に装着された冷却手段又は加熱手段により調節される。ポリプロピレン溶融物の温度は、第１温度帯で１４７〜１５３℃に、第２温度帯で１６７〜１７２℃に、第３温度帯で１６８〜１７２℃に、第４温度帯で２１８〜２２５℃に、第５温度帯で１９７〜２０３℃に、第６温度帯で１８８〜１９３℃に維持されなければならない。
また、第２押出機のシリンダもシリンダに流入されるポリプロピレン溶融物が満足させるべき温度条件によって六つの温度帯に分割される。各温度帯の温度はシリンダの外周上に装着された冷却手段又は加熱手段により調節される。ポリプロピレン溶融物の温度は、第１温度帯で１６７〜１７３℃に、第２温度帯で１４７〜１５２℃に、第３温度帯で１４２〜１４７℃に、第４温度帯で１３７〜１４１℃に、第５温度帯で１３７〜１４２℃に、第６温度帯で１３２〜１３７℃に維持されなければならない。
第１押出機と第２押出機を連結するガイドは２４８〜２５５℃の温度に維持されなければならない。
ポンピング部のケーシングの内部空間に配置された二つのギヤは、ポリプロピレン溶融物をつぎの工程位置に強制移動させるため、内部空間の中心部に向かって互いに反対方向に回転される。また、均質化部の第１ハウジングは複数のベアリングブロックにより支持板上に回転可能に支持される。駆動手段の駆動用スプロケットは第１ハウジングの外周面に固定された従動スプロケットと噛み合うので、第１ハウジングが駆動手段の作動により回転される。
ダイ部の排出部は、中空のガイドバー（hollow guid bar）と、前記ガイドバーの外部に位置するシリンダとを含む。ガイドバーは、ガイドバーの長手方向にその外周上に複数の空洞部（a plurality of cavities）が設けられる。均質化部から排出されたポリプロピレン溶融物は各空洞部を通じて流れる。空洞部に対応するシリンダの部分にはそれぞれ複数の通孔（a plurality of through holes）が形成される。
ダイ部の切断部は、排出部の後側に位置する支持板と、前記支持板に固定され、シリンダの外部に移動可能に位置する切断部材とを含む。切断部材は、シリンダ上の複数の通孔に対応する位置に複数の通孔がそれぞれ形成される。駆動手段は、モータにより回転する偏心カムと、前記偏心カムに連結され、偏心カムの回転によって回転するクランクと、前記クランクの回転運動を線形運動に転換し、この線形運動を切断部材が固定された支持板に伝達するための力転換及び伝達手段とを含むので、切断部材は駆動手段の作動によりシリンダの外周に沿って往復運動し、シリンダの通孔から膨張された発泡体が切断部材の通孔のエッジにより切断される。
一方、シリンダの所定位置には複数の溝が長手方向に形成される。各溝内には往復棒が移動可能に位置し、溝の一端部は支持板に固定される。切断部材は固定手段により各往復棒に固定され、シリンダの各溝に沿って往復運動する往復棒によりシリンダの外周上で往復運動する。
以下、本発明によるペレット型発泡体の製造装置の具体的な構造及び作動を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるペレット型発泡体の製造装置の全体構造を示す図である。本発明による発泡体の製造装置は、第１押出機１００と、ガイド１５０を介して前記第１押出機１００に連結された第２押出機２００と、前記第２押出機２００に連結されたポンピング部３００と、前記ポンピング部３００に連結された均質化部４００と、前記均質化部４００から排出された発泡体混合物をペレット型発泡体に形成するダイ部５００とからなる。以下、前記各々の部を説明する。
Ａ．第１押出機１００
図２は図１に示す第１押出機１００のシリンダを示す平面図であり、図３は図２の線Ａ−Ａについての断面図である。これらの図は第１押出機１００の構造を示す。第１押出機１００は、一定長さの円筒状シリンダ１０１と、前記シリンダ１０１の一端に設けられた駆動手段１０２と、前記シリンダ１０１内に装着され、前記駆動手段１０２により回転するスクリュー軸１０３と、前記シリンダ１０１の外周面上に設置された冷却手段１０４及び加熱手段１０５とからなる。
前記駆動手段１０２に隣接した一端部には、原料ポリプロピレン及び核生成剤（例えば、重炭酸ナトリウム）をシリンダ１０１に供給するための入口１０１ａ、１０１ｂ（断面図である図３にただ一つの入口１０１ａが示されている）がそれぞれ形成されている。出口１０１ｃはシリンダ１０１の他端部に形成されている。また、シリンダ１０１の中間部には、静電気防止剤（例えば、パラフィンワックス）供給用入口１０１ｄ、及び発泡剤（例えば、ＬＰＧ又はＣＯ2）供給用入口１０１ｅが形成される。
一方、シリンダ１０１の内部は、シリンダ１０１に供給されるポリプロピレンの温度条件によって六つの温度帯に分割される。冷却手段１０４と加熱手段１０５はポリプロピレン溶融物の温度を調節するための個々の温度帯に対応する位置にシリンダ１０１の外周面に装着される。
図２は図１に示す第１押出機１００のシリンダ１０１の外周面上に装着された冷却手段１０４と加熱手段１０５を示す平面図である。以下、前記冷却手段と加熱手段を図３に基づいて詳細に説明する。
各温度帯に対応するシリンダ１０１の外周面上に装着された冷却手段１０４はドーナツ状の気密ケーシングを有し、外部から供給された冷却水がこのケーシングを通じて流れる。ケーシング１０４に投入された冷却水はシリンダ１０１の表面と接触したままでケーシング１０４を通じて流れる。したがって、シリンダ１０１の内部温度、つまりシリンダに流入されるポリプロピレン溶融物の温度が低下し得る。
二つのケーシング１０４（つまり、冷却手段）間に装着された加熱手段１０５は加熱用コイルが設置されたヒーターである。加熱手段は、冷却手段１０４により既に低下したポリプロピレン溶融物の温度を所定温度に上昇させる。
前記の構造を有する第１押出機１００の作用を各図を参照して説明する。駆動手段１０２が作動するにつれて、ポリプロピレン及び核生成剤がそれぞれの入口１０１ａ、１０１ｂを通じてシリンダ１０１に供給される。スクリュー軸１０３は駆動手段１０２の作動によりシリンダ１０１内で回転し（もちろん、スクリュー軸の回転速度は、駆動手段の回転速度に比べ、減速機により低下する）、よってシリンダ１０１に供給されたポリプロピレン及び核生成剤が溶融、混合されると同時に、シリンダ１０１の他端部に強制的に移動される。
前述した工程において、静電気防止剤及び発泡剤はシリンダ１０１の中間部に形成されたほかの入口１０１ｄ、１０１ｅを通じてシリンダ１０１に供給されポリプロピレン溶融物と混合される。
前述したように、第１押出機１００のシリンダ１０１は、図２に示すように、流入されるポリプロピレン溶融物の温度条件によって六つの温度帯（Ｚ１〜Ｚ６）に分割される。各温度帯（Ｚ１〜Ｚ６）は長さがおよそ３００〜４００ｍｍである。好ましい様態において、シリンダ１０１は、内径が６５ｍｍであり、ＬＤがおよそ３５８ｍｍであり、シリンダの各温度帯Ｚ１〜Ｚ６によるポリプロピレン溶融物の温度条件及びそのほかの条件はつぎのようである。
１）第１温度帯（Ｚ１）：ポリプロピレン及び核生成剤が供給され、１５０℃の温度に維持され、前記温度が維持される長さ、つまり第１温度帯（Ｚ１）の長さは３６０ｍｍである温度帯。
２）第２温度帯（Ｚ２）：第２温度帯（Ｚ２）を通じて流れるポリプロピレン溶融物は１７０℃の温度に維持される。
３）第３温度帯（Ｚ３）：第２温度帯（Ｚ２）の如く、第３温度帯（Ｚ３）を通じて流れるポリプロピレン溶融物は１７０℃の温度に維持される。静電気防止剤としてパラフィンワックスが第３温度帯（Ｚ３）に供給される。
４）第４温度帯（Ｚ４）：第４温度帯（Ｚ４）を通じて流れるポリプロピレン溶融物は２２０℃の温度に維持される。発泡剤としてＣＯ2又はＬＰＧが第４温度帯（Ｚ４）でシリンダ１０１に供給される。
５）第５温度帯（Ｚ５）：第５温度帯（Ｚ５）を通じて流れるポリプロピレン溶融物は２００℃の温度に維持される。
６）第６温度帯（Ｚ６）：ポリプロピレン溶融物は１９０℃の温度に維持される。
それぞれの温度帯（Ｚ１〜Ｚ６）でポリプロピレン溶融物の温度条件を満たすため、温度帯に装着された冷却手段１０４及び加熱手段１０５が適当に作動される。すなわち、各温度帯（Ｚ１〜Ｚ６）でポリプロピレン溶融物の温度は、冷却手段１０４のケーシングに供給された冷却剤の量及び温度、又は加熱手段１０５をなす加熱用ワイヤーに印加される電流及び電流印加時間を制御することにより、前記の条件を満たすように調節される。
一方、第１押出機１００のシリンダ１０１に供給される発泡剤としてＣＯ2を使う場合、ＣＯ2供給装置が別に用いられる。本発明に用いられるＣＯ2供給装置はつぎのようである。
ＣＯ2供給装置の構造を示す概略図である図４を参照すると、ＣＯ2-供給装置１１０は、ＣＯ2貯蔵タンク１１０Ａ、蒸発及び凍結ユニット１１０Ｂ、ＣＯ2供給ユニット１１０Ｃ、安定化ユニット１１０Ｄ、及び貯蔵ユニット１１０Ｅからなる。ＣＯ2貯蔵タンク１１０Ａに貯蔵されたＣＯ2は蒸発及び凍結ユニット１１０Ｂに移送され、ここで蒸気状に転換される。すなわち、蒸発及び凍結ユニット１１０Ｂの冷凍機を通過するうち、ＣＯ2は気化蒸発し、ポンプ、ＣＯ2供給ユニット１１０Ｃにより安定化ユニット１１０Ｄに供給される。安定化ユニット１１０Ｄにおいて、蒸気状のＣＯ2は気状に転換される。気状のＣＯ2は貯蔵ユニット１１０Ｅに貯蔵される。工程が開始すると、貯蔵ユニット１１０Ｅに貯蔵されたＣＯ2は前記第１押出機１００の第１シリンダ１０１に供給される。
温度帯（Ｚ１〜Ｚ６）の温度条件を満たすポリプロピレン溶融物はシリンダ１０１の一端部に移動し（スクリュー軸１０３により移動）、ガイド１５０を通じて第２押出機２００に供給される。ガイド１５０を通過するポリプロピレンは２５０℃の温度に維持される。
Ｂ．第２押出機２００
ポリプロピレン溶融物がガイド１５０を通じて供給される第２押出機２００は第１押出機１００と同一の構造を有する。すなわち、第２押出機２００をなすシリンダ２０１はシリンダ２０１に流入されるポリプロピレン溶融物の温度条件によって六つの温度帯に分割される。ポリプロピレン溶融物の温度を調節するため、温度帯に対応する位置にシリンダ２０１の外周面上に冷却手段と加熱手段が装着される。
また、冷却手段と加熱手段は、図２に示す第１押出機１００のシリンダ１０１の外周面上に装着された冷却手段１０４と加熱手段１０５と同一の構造を有する。したがって、冷却手段と加熱手段の構造についての説明は略する。
第２押出機２００のシリンダ２０１に流入されるポリプロピレン溶融物の温度条件によって六つの温度帯に分割される。各温度帯の長さはおよそ４７０〜５２０ｍｍである。好ましい様態において、シリンダ２０１は、内径が９０ｍｍであり、ＬＤがおよそ４９５ｍｍである。各温度帯におけるシリンダ２０１内のポリプロピレン溶融物の温度条件はつぎのようである。
１）第１温度帯（入口位置）：１７０℃
２）第２温度帯：１５０℃
３）第３温度帯：１４５℃
４）第４温度帯及び第５温度帯：１４０℃
５）第６温度帯（出口位置）：１３５℃
Ｃ．ポンピング部３００
第２押出機２００から排出された１３５℃の温度のポリプロピレン溶融物はポンピング部３００に供給される。ポリプロピレンの融点は１３８℃であるため、第２押出機２００から排出されたポリプロピレン溶融物は流速がかなり低下した。本発明において、ポンピング部３００は、このようなポリプロピレンを後続の工程に強制的に移動させるのに用いられる。
図５は図１に示すポンピング部３００及び均質化部４００の内部構造を示す断面図である。左側はポンピング部３００の内部構造を示し、右側は均質化部４００の内部構造を示す。
第２押出機２００のシリンダ２１０から排出されたポリプロピレン溶融物が供給されるポンピング部３００は、内部空間を有するケーシング３０１と、前記ケーシング３０１の内部空間に回転可能に設置され、噛み合っている１対のギヤ３０２Ａ、３０２Ｂと、前記ギヤ３０２Ａ、３０２Ｂを回転させる駆動手段３０３とからなる。ケーシング３０１の入口部はフランジ３０４により第２押出機２００のシリンダ２０１に連結される。
第２押出機２００のシリンダ２０１から排出されたポリプロピレン溶融物は入口部を通じてケーシング３０１の内部空間に供給され、ついでケーシングの内部空間の中心部に向かって互いに反対方向に回転する二つのギヤ３０２Ａ、３０２Ｂにより出口部に強制的に排出される。第２押出機２００のシリンダ２０１から排出されたポリプロピレン溶融物は、温度が１３５℃であり、流動性がかなり低下する。したがって、ポンピング部３００はポリプロピレン溶融物をつぎの工程に強制的に移送するのに用いられる。
Ｄ．均質化部４００
ポンピング部３００のケーシング３０１の出口部に連結された均質化部４００は回転部４００Ａと押しつぶし部４００Ｂに分割される。回転部４００Ａは中空の円筒状である第１ハウジング４０１と、前記第１ハウジング４０１の外面に固定された従動スプロケット４０２と、駆動用スプロケット４０３が固定された駆動手段４０４とからなる。
第１ハウジング４０１は複数のベアリングブロック４０５、４０６を介して支持板４０７、４０８に回転可能に支持される。駆動手段４０４の駆動用スプロケット４０３は第１ハウジング４０１の外面に固定された駆動スプロケット４０２と噛み合い、よって第１ハウジング４０１は駆動手段４０４の作動により回転される。第１ハウジング４０１の端部はポンピング部３００のケーシング３０１の出口部に対応するので、ポンピング部３００から排出されたポリプロピレン溶融物が第１ハウジング４０１に流入される。第１ハウジング４０１において、ポリプロピレン溶融物の温度は位置（つまり、第１ハウジングの内部空間の中心部及び外部）によって変化する。しかし、ポリプロピレン溶融物は第１ハウジング４０１の回転運動により混合されるため、全体ポリプロピレン溶融物は温度が一様に維持される。ここで、新たなポリプロピレン溶融物がポンピング部３００により強制的にかつ連続的に供給されるため、ポリプロピレン溶融物は回転と同時に移動される。
押しつぶし部４００Ｂは、第１ハウジング４０１の出口部に連結されたスクリュー４１０と、前記スクリュー４１０の外周上に位置する第２ハウジング４１１と、前記第２ハウジングとの間に気密空間を形成するため、第２ハウジング４１１の外周上に装着されたフレーム４１２とからなる。スクリュー４１０は外周面上に一定深さの螺旋を有する円筒状であり、螺旋状の空間がスクリュー４１０と第２ハウジング４１１間に形成されスクリュー４１０の全長にわたって伸びている。したがって、高圧下で回転部４００Ａの第１ハウジング４０１から排出されたポリプロピレン溶融物はスクリュー４１０と第２ハウジング４１１間の螺旋状空間に沿って移動し押しつぶし部４００Ｂの外部に排出される。
一方、伝熱用オイルは第２ハウジング４１１とフレーム４１２間に形成された空間に流入される。すなわち、伝熱用オイルが供給される入口４１２Ａがフレーム４１２の一側に形成され、伝熱用オイルが排出される出口４１２Ｂがフレーム４１２の他側に形成されている。入口４１２Ａを通じて第２ハウジング４１１とフレーム４１２間の空間に投入された伝熱用オイルは第２ハウジング４１１の表面と直接接触して、第２ハウジング４１１に流入されるポリプロピレン溶融物の温度を調節する。ポリプロピレン溶融物の温度を調節するため、第２ハウジング４１１とフレーム４１２間の空間に流入される伝熱用オイルは出口４１２Ｂを通じて排出される。流入、温度調節及び排出工程が連続して行われることにより、第２ハウジング４１１とスクリュー４１０間の螺旋状空間に流入されるポリプロピレン溶融物の温度が所定温度に調節される。
均質化部４００の後端、つまり第２ハウジング４１１の出口部には、排出されたポリプロピレン溶融物と核生成剤の混合物を押しつぶすとともに均質化するための均質化手段４５０が配置される。
図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ均質化手段４５０をなす回転板４５１と固定板４５２の正面図である。回転板４５１及び固定板４５２は同一形状を有し、相互接触した状態で装着されるが、ただし回転板４５１は回転可能に装着される。
前記回転板４５１上には複数の開口部４５１Ａが放射状に形成され、各開口部４５１Ａは回転板４５１の中心部側に傾いている。また、固定板４５２上には複数の円形孔４５２Ａが形成されている。
第２シリンダ４１１から排出されたポリプロピレン溶融物は回転する回転板４５１に到達し、回転板４５１に形成された各開口部４５１Ａを通過する。この際、ポリプロピレン溶融物は各開口部４５１Ａのエッジにより切断され、よって全てのポリプロピレン溶融物が均一に押しつぶされる。押しつぶされたポリプロピレン溶融物は回転板４５１と固定板４５２間の空間で回転する回転板４５１により押しつぶされ、固定板４５２の孔４５２Ａを通じて排出される。
Ｅ．ダイ部５００
均質化部４００から排出された温度調節されたポリプロピレン溶融物がダイ部５００に供給されることによりペレット発泡体が得られる。
図７は図１に示すダイ部の構造を示す平面図、図８は図７の線Ｂ−Ｂについての断面図、図９は図８の線Ｃ−Ｃについての断面図である。ダイ部５００は、排出部５００Ａ、切断部５００Ｂ、及び駆動手段５００Ｃに分割される。
排出部５００Ａは中空の円筒状ガイドバー５０１と、前記ガイドバー５０１の外部に位置するシリンダ５０２とからなる。ガイドバー５０１の外周上には、複数の空洞部５０１Ａがガイドバー５０１の長手方向に形成される。均質化部４００から排出されたポリプロピレン溶融物は各空洞部５０１Ａに流入される。各空洞部５０１Ａに対応するシリンダ５０２の部分には複数の通孔５０２Ａが形成される。
切断部５００Ｂは、排出部５００Ａの後側に位置する支持板５０６と、前記支持板５０６に固定された切断部材５０３とからなる。図９に示すように、切断部材５０３はシリンダ５０２の外部に移動可能に位置し、シリンダ５０２の複数の通孔５０２Ａに対応する位置に形成された複数の通孔５０３Ａを有する。同図に示すように、シリンダ５０２上に形成された通孔５０２Ａの直径は切断部材５０３に形成された通孔５０３Ａの直径より小さい。初期位置で、シリンダ５０２の各通孔５０２Ａは切断部材５０３に対応する通孔５０３Ａの中心部に位置する。
一方、シリンダ５０２の外周には複数の溝５０２Ｂが長手方向に形成され、前記溝５０２Ｂ内にそれぞれ往復棒５０５が位置する。切断部材５０３はボルトのような固定手段により往復棒５０５に固定されるので、切断部材５０３はシリンダ５０２の溝５０２Ｂに沿って往復運動する往復棒５０５によりシリンダ５０２の外周上で往復運動する。
ダイ部５００の駆動手段５００Ｃは、モータ５１０により回転する偏心カム５１１と、前記偏心カム５１１に連結され、偏心カム５１１の回転によって回転するクランク５１２と、前記クランク５１２の回転運動を線形運動に転換し、この線形運動を支持板５０６に伝達するため、前記クランク５１２に連結された力転換及び伝達手段５１３とからなる。
一旦、偏心カム５１１がモータ５１０の作動により回転すると、クランク５１２の回転運動が力転換及び伝達手段５１３により線形運動に転換され、往復棒５０５の端部が固定された支持板５０６に伝達される。したがって、切断部材５０３がシリンダ５０２の外周に沿って往復運動する。
一方、均質化部４００から排出されたポリプロピレン溶融物はガイドバー５０１に形成された複数の空洞部５０１Ａに加圧状態で注入され、シリンダ５０２の通孔５０２Ａを通じて膨張される。この際、シリンダ５０２の各通孔５０２Ａが駆動手段５１０の作動による切断部材５０３の往復運動により切断部材５０３の各通孔５０３Ａと一致すると、ポリプロピレン溶融物は通孔５０２Ａ、５０３Ａを通過してから一定長さに切断部材５０３の外部に膨張される。つぎに、シリンダ５０２の通孔５０２Ａが切断部材５０３の運動により切断部材５０３の通孔５０３Ａと一致する状態から解除されると、膨張されたポリプロピレン溶融物は切断部材５０３の通孔５０３Ａのエッジにより切断される。ここで、切断された発泡体の大きさ（長さ）は切断部材５０３の移動速度によって決定される。
したがって、ポリプロピレン溶融物がシリンダ５０２の通孔５０２Ａを通じて膨張され切断部材５０３により切断された後、ペレット型発泡体が形成される。シリンダ５０２の各通孔５０２Ａの直径は０．７ｍｍであり、膨張比は通孔の直径のおよそ５倍である。また、切断部材５０３は分当たり６００回転の速度で往復運動する。
押しつぶし部４００Ｂから移送されたポリプロピレン溶融物はダイ部で１２０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力を受ける。ダイでのポリプロピレン溶融物が大気に直接露出すると、発泡体の大部分は連続気泡となる。連続気泡の生成を防止するため、減圧手段がダイ部の外部に設置される。
図７には、ダイ部に設置された減圧手段の例が示されている。減圧手段６００はダイ部５００の排出部５００Ａ及び切断部５００Ｂを外部（大気）から分離するためのケーシング６０１である。ケーシング６０１の形状は制限されないものであることが分る。ケーシング６０１の一側には、空気が流入される入口６０２が形成され、ケーシング６０１の他側には、空気が排気される出口６０３が形成される。
ケーシング６０１に供給される空気の温度は室温以下であり、これは冷却手段（図示せず）により維持できる。また、ケーシング６０１内の圧力を適当に維持するため（例えば、０．８ｋｇｆ／ｃｍ2）、ケーシング６０１に供給される空気量はポンプ（図示せず）により制御できる。一方、出口６０３は、製造されたペレット型発泡体とともに排出空気を貯蔵するため、貯蔵手段に連結できる。
ダイ部５００をなすシリンダ５０２内の温度は非常に高いので、シリンダ５０２の温度は適当に維持されるべきである。このため、本発明は、ダイ部に装着される、伝熱用オイルを有する冷却装置７００を用いる。
図１０Ａは冷却装置が装着されたダイ部のシリンダを示す側面図、図１０Ｂは図１０Ａの正面図である。図７に示す減圧手段６００のケーシング６０１は便宜上示されていない。
本発明に用いられる冷却装置７００は、伝熱用オイルが外部から供給され、シリンダ５０２の前方に位置する環状供給管７０１と、入口端部７０２Ａを介して供給管７０１に連結され、シリンダ５０２に設置される複数の流動管７０２と、シリンダ５０２の前方に位置し、前記流動管７０２の出口端部７０２Ｂに連結された排出管７０３とからなる。
シリンダ５０２の前方に位置する、伝熱用オイルを供給するための環状管７０１はポンプのような強制流動手段（図示せず）にその一端部が連結され、伝熱用オイルが一定の圧力で供給管に供給される。伝熱用オイルは供給管７０１に連結された流動管７０２の入口端部７０２Ａを通じて複数の流動管７０２に注入される。
シリンダ５０２の全外周上に一定の間隔で配置された複数の流動管７０２はシリンダ５０２の全長にわたって延長され、流動管７０２の各入口端部７０２Ａ及び各出口端部７０２Ｂがシリンダ５０２の前端部に露出している。したがって、伝熱用オイル供給管７０１から各入口端部７０２Ａを通じて供給された伝熱用オイルがシリンダ５０２の全長に沿って流動管７０２を通じて流れ（つまり、熱交換を行った後）、各出口端部７０２Ｂを通じて排出される。
シリンダ５０２の前方に位置する伝熱用オイルを排出するための環状管７０３は伝熱用オイル貯蔵タンク（図示せず）の一端部に連結される。したがって、伝熱用オイルは、流動管７０２を通じて流れながらシリンダとの熱交換を行った後、流動管７０２Ｂを通じて伝熱用オイル排出管７０３に流れてから伝熱用オイル貯蔵タンクに向かう。
前述したように、伝熱用オイル供給管７０１、シリンダ７０２に設置された流動管７０２及び伝熱用オイル排出管７０３を通じて流れているうちに、伝熱用オイルとシリンダ５０２間での熱交換がなされるので、シリンダは発泡体の製造に適した温度で一定に維持できる。
一方、伝熱用オイルを流動管７０２に供給する供給管７０１と伝熱用オイルが流動管７０２から供給される排出管７０３は環状を有するので、伝熱用オイルが断面円形のシリンダ５０２の円周に装着された流動管７０２に供給されるとともに流動管７０２から収容される。しかし、供給管７０１及び排出管７０３の形状は環状に限定されなく、多角形のようなほかの形状を有し得る。
以下、本発明をつぎの実施例により詳細に説明する。しかし、つぎの実施例は本発明の多様な様態を例示するためのものであるばかりで、どんな面でも本発明の範囲を限定するものではないことが分る。
本発明による非架橋ポリプロピレンのペレット型発泡体を製造するため、内径６５ｍｍの第１押出機、及び内径９００ｍｍの第２押出機を有するタンデム押出機を変更した。ギヤポンプ及びダイ部を第２押出機の後端部に連続して連結した。溶融物がギヤポンプから排出される位置に図３に示す均質化手段を設置し、圧縮手段をダイの外部に提供した。ダイの通孔の直径は０．７ｍｍであり、ダイ内の圧力は０．５ｋｇｆ／ｃｍ2に維持した。第１押出機の回転速度を２４ｒｐｍに設定し、第２押出機の回転速度を９ｒｐｍに設定した。
ユファ韓国石油化学工業社から購入したランダム共重合体ＲＰ２４００（ポリプロピレン−３重量％エチレン；溶融指数０．２５；融点１３８℃）４０ｋｇと、クンヤング社から購入した重炭酸ナトリウム８００ｇを各ホッパーを通じて押出機に供給した。レオ化学社（韓国、金海）から購入したパラフィンワックスＭ１ ３００ｇを第１押出機の第３温度帯に供給した。１２ｋｇのＬＰＧを測量ポンプを用いて押出機の第４温度帯に供給した。均質化装置を通じて押出機から特定した温度条件を表１に示し、各温度帯のＬＤは３６０ｍｍであった。
Figure 0004018547
装置と温度条件を表２に記載したように設定し、ペレット型発泡体を実施例１と同一の過程及び材料を用いて製造した。
Figure 0004018547
装置の温度条件を表３に記載したように設定し、ペレット型発泡体を実施例１と同一の過程及び材料を用いて製造した。
Figure 0004018547
装置と温度条件を表４に記載したように設定し、ペレット型発泡体を実施例１と同一の過程及び材料を用いて製造した。
Figure 0004018547
装置と温度条件を表５に記載したように設定し、ペレット型発泡体を実施例１と同一の過程及び材料を用いて製造した。
Figure 0004018547
装置と温度条件を表６に記載したように設定し、ペレット型発泡体を実施例１と同一の過程及び材料を用いて製造した。
Figure 0004018547
装置と温度条件を表７に記載したように設定し、ペレット型発泡体を実施例１と同一の過程及び材料を用いて製造した。
Figure 0004018547
比較例１
均質化装置を作動させていないことのみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。均質化装置は１３０℃の温度に維持させるが、作動させなかった。したがって、ギヤポンプから得た溶融物は均質化なしに１３０℃の温度帯を通過してダイに投入された。
比較例２
１４６℃に設定された第１押出機の第１温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例３
１７３℃に設定された第１押出機の第２温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例４
１７３℃に設定された第１押出機の第３温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例５
２２６℃に設定された第１押出機の第４温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例６
２０５℃に設定された第１押出機の第５温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例７
１８７℃に設定された第１押出機の第６温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例８
２５６℃に設定されたガイドのみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例９
１７４℃に設定された第２押出機の第１温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例１０
１５３℃に設定された第２押出機の第２温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例１１
１４８℃に設定された第２押出機の第３温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例１２
１４２℃に設定された第２押出機の第４温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例１３
１４３℃に設定された第２押出機の第５温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例１４
１３８℃に設定された第２押出機の第６温度帯のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例１５
１４１℃に設定されたギヤポンプのみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
比較例１６
１３１℃に設定された均質化装置のみを除き、実施例１と同一の過程及び材料を使用し、表１の記載のように装置の温度条件を設定してペレット型発泡体を製造した。
実験例１
実施例１及び実施例２で得たペレット発泡体を、試験方法ＫＳＭ３０５０−２００１にしたがってＤＳＣ（differential scanning calorimeters；１０℃／分で２００℃まで、５０ｃｃ／分、Ｎ2浄化）転移温度に対して測定した。その結果は図１１及び図１２に示す。図１１及び図１２のＤＳＣ曲線で示すように、実施例１及び実施例２の発泡体は融点がそれぞれ１３７．６２℃及び１２８．３８℃であり、これは原料として使用されたランダム共重合体（ＲＰ２４００（ポリプロピレン−ポリエチレン（３％）ランダム共重合体）の融点１３８℃より低い。対照群としてＲＰ２４００ランダム共重合体のＤＳＣ転移温度を測定した。その結果は図１３に示す。
実験例２
実施例１及び対照群としてＲＰ２４００（ポリプロピレン−ポリエチレン（３％））ランダム共重合体から得たペレット型発泡体の元素分析を行った。分析はＣＥ ＥＡ−１１１０元素分析器を用いて行った。結果は下記の表８に示す。
Figure 0004018547
実験例３
実施例１及び対照群としてＲＰ２４００（ポリプロピレン−ポリエチレン（３％））ランダム共重合体から得たペレット型発泡体のＦＴ−ＩＲ分析を行った。分析はＢｉｏ−Ｒａｄ Ｄｉｇｉｌａｂ ＦＴＳ−１６５ ＦＴ−ＩＲ分光光度計を用いて行った。その結果は図１４及び図１５にそれぞれ示す。その結果によると、実施例１及びＲＰ２４００ランダム共重合体から得たペレット型発泡体はポリプロピレン主成分を有することが分る。
実験例４
実施例及び比較例で製造したペレット型発泡体の連続気泡含量をＡＳＴＭ Ｄ２８５６−７０に記載された過程Ｃによって測定した。その結果は下記の表９に示す。
Figure 0004018547
実験例５
実施例１で製造した発泡体のほかの物理的特性を従来の方法によって測定した。その結果は下記の表１０に示す。
Figure 0004018547
実験例６
実施例１で得たペレット型発泡体を２．５ｋｇｆ／ｃｍ2に設定された成形圧力（温度、およそ１３８℃）でデコング機械工業社製５００ＧＦ ４成形機で成形して成形品を得た。このような成形品の製造により、本発明によるペレット型発泡体が１３８℃の温度で溶融し相互粘着して、発泡体間の接合が堅くなることが証明された。
実験例７
実施例２で得たペレット型発泡体を２．４ｋｇｆ／ｃｍ2に設定された成形圧力（温度、およそ１３２℃）でデコング機械工業社製５００ＧＦ ４成形機で成形して成形品を得た。このような成形品の製造により、本発明によるペレット型発泡体が１３２℃の温度で溶融し相互粘着して、発泡体間の接合が堅くなることが証明された。
前記説明から、本発明は本発明の趣旨及び範囲から逸脱しないで当業者によりほかの具体的な形態に具体化できることが分る。これに関し、前記実施例及び実験例は限定の目的でない例示の目的で開示したことを理解すべきである。後記する請求の範囲及び意味から導出した全ての変形及び修正と前記説明以外の等価物とこれらの等価物は本発明の範囲内に含まれるものと解釈されるべきである。
本発明による非架橋ポリプロピレンのペレット型発泡体は８０％以上の独立気泡含量を有し、融点が１２５〜１４０℃であるので、本発明のペレット型発泡体は形成及び再生の観点で非常に有用である。
図１は、本発明による非架橋ポリプロピレンのペレット型発泡体の製造装置の全体構造を示す図である。 図２は、図１に示す第１押出機のシリンダを示す平面図である。 図３は、図２の線Ａ−Ａについての断面図である。 図４は、ＣＯ2供給装置の構造を示す概略図である。 図５は、図１に示すポンピング部及び均質化部の内部構造を示す断面図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、均質化部の各部材を示す正面図である。 図７は、図１に示すダイ部の構造を示す平面図である。 図８は、図７の線Ｂ−Ｂについての断面図である。 図９は、図８の線Ｃ−Ｃについての断面図である。 図１０Ａは、冷却装置が装着されたダイ部のシリンダを示す側面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａの正面図である。 図１１は、本発明により製造されたペレット型ポリプロピレン発泡体（実施例１）のＤＳＣ曲線である。 図１２は、本発明により製造されたペレット型ポリプロピレン発泡体（実施例２）のＤＳＣ曲線である。 図１３は、本発明のペレット型ポリプロピレン発泡体を製造するのに使用されたＲＰ２４００（ポリプロピレン−ポリエチレン（３％））共重合体のＤＳＣ曲線である。 図１４は、本発明により製造されたペレット型ポリプロピレン発泡体のＦＴ−ＩＲ分析結果を示すものである。 図１５は、本発明のペレット型ポリプロピレン発泡体を製造するのに使用されたＲＰ２４００（ポリプロピレン−ポリエチレン（３％））共重合体のＦＴ−ＩＲ分析結果を示すものである。 図１６Ａは、本発明により製造されたペレット型ポリプロピレン発泡体の１００倍光学顕微鏡写真である。 図１６Ｂは、本発明により製造されたペレット型ポリプロピレン発泡体の４００倍光学顕微鏡写真である。

Claims (14)

  1. 第１押出機と、前記第１押出機に連結された第２押出機と、前記第２押出機に連結されたポンピング部と、前記ポンピング部に連結された均質化部と、前記均質化部に連結されたダイ部を含み、
    前記第１押出機は、回転可能に装着されたスクリュー軸を有する円筒形シリンダ、前記スクリュー軸を回転させるため、前記シリンダの一端に配置された駆動手段、及び前記シリンダの外周面上に配置された複数の冷却手段及び加熱手段を含み、そのシリンダは前記駆動手段に対応するシリンダの一端部には原料ポリプロピレン及び核生成剤をシリンダに供給する入口を有し、前記シリンダの他端部には出口を有し、前記シリンダの中間部には添加剤及び発泡剤をそれぞれ供給する入口を有し、これにより前記入口を通じて前記シリンダに供給された原料は駆動手段により回転するスクリュー軸により出口側に強制移送され、
    前記第２押出機は、第１押出機のシリンダから排出されたポリプロピレン溶融物がガイドを介して供給されるシリンダと、そのシリンダ内の溶融物の温度を調節するため、シリンダの外周面に装着された複数の冷却手段及び加熱手段を含み、
    前記ポンピング部は、第２押出機のシリンダから排出されたポリプロピレン溶融物が供給される内部空間を有するケーシングと、そのケーシングの内部空間内に回転可能に設けられ、互いに噛み合う１対のギヤと、そのギヤを回転させる駆動手段を含み、これにより前記ポンピング部に供給されたポリプロピレン溶融物が強制的に流動され、
    前記均質化部は、前記ポンピング部のシリンダから排出されたポリプロピレン溶融物が供給され、回転可能に設置された第１ハウジングと、前記第１ハウジングを回転させる駆動手段と、前記第１ハウジングの排出端部に連結されたスクリューと、前記スクリューの外周部上に位置する第２ハウジングと、前記第２ハウジングとフレームとの間に気密空間を設けるため、第２ハウジングの外周に装着されたフレームと、前記第２ハウジングの後端部に設置された均質化手段からなり、スクリューの全長に沿って第２ハウジングとスクリュー間に螺旋形空間が設けられ、第１ハウジングから排出されたポリプロピレン溶融物が前記スクリューと第２ハウジング間に形成された前記空間に流入されてから外部へ排出され、伝熱用流体オイルは、第２ハウジングに流入されるポリプロピレン溶融物の温度を調節するため、第２ハウジングとフレーム間に形成された空間に流入され、前記均質化手段はポリプロピレン溶融物を押しつぶし、また
    前記均質化部から排出されたポリプロピレン溶融物が供給される前記ダイ部は、排出部、切断部及び駆動手段からなり、膨張された発泡体を所定大きさに切断する、融点１２５〜１４０℃のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  2. 前記第１押出機及び第２押出機のシリンダに装着された各冷却手段は、外部から供給された冷却水が流れるケーシングであり、前記ケーシングに供給された冷却水はシリンダ表面と接触してケーシングに沿って流れることにより、シリンダに流入されるポリプロピレン溶融物の温度を低下させ、二つのケーシング間に装着された加熱手段は加熱用コイルが設けられたヒーターである、請求項１に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  3. 前記第１押出機のシリンダはシリンダに供給されたポリプロピレン溶融物の温度条件によって六つの温度帯に分割され、各温度帯の温度はシリンダの外周に装着された冷却手段及び加熱手段により調節され、ポリプロピレン溶融物の温度は、第１温度帯で１４７〜１５３℃、第２温度帯で１６７〜１７２℃、第３温度帯で１６８〜１７２℃、第４温度帯で２１８〜２２５℃、第５温度帯で１９７〜２０３℃、第６温度帯で１８８〜１９３℃である、請求項１に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  4. ポリプロピレン及び核生成剤は第１押出機のシリンダの第１温度帯に供給され、静電気防止剤は第３温度帯に供給され、発泡剤は第４温度帯に供給される、請求項３に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  5. 前記第１押出機のシリンダに供給される発泡剤はＣＯ2供給装置から排出されたＣＯ2であり、前記ＣＯ2供給装置は、ＣＯ2貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクに連結されたＣＯ2蒸発及び凍結ユニットと、前記蒸発及び凍結ユニットから供給されたＣＯ2を蒸気に変換させる安定化ユニットと、ＣＯ2を第１押出機の第１シリンダに供給するため、前記安定化ユニットから供給されたＣＯ2を貯蔵する貯蔵ユニットとからなる、請求項４に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  6. 前記第２押出機のシリンダはシリンダに供給されたポリプロピレン溶融物の温度条件によって六つの温度帯に分割され、各温度帯の温度はシリンダの外周に装着された冷却手段及び加熱手段により調節され、ポリプロピレン溶融物の温度は、第１温度帯で１６７〜１７３℃、第２温度帯で１４７〜１５２℃、第３温度帯で１４２〜１４７℃、第４温度帯で１３７〜１４１℃、第５温度帯で１３７〜１４２℃、第６温度で１３２〜１３７℃である、請求項１に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  7. 前記ポンピング部のケーシングの内部空間に装着された二つのギヤは、ポリプロピレン溶融物をつぎの工程位置に強制的に移動させるため、内部空間の中心部に向かって互いに反対方向に回転する、請求項１に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  8. 前記均質化部の第１ハウジングは複数のベアリングブロックを介して支持板に回転可能に支持され、駆動手段の駆動用スプロケットは第１ハウジングの外周面に固定された従動スプロケットと噛み合うことにより、前記第１ハウジングが駆動手段の作動により回転される、請求項１に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  9. 前記均質化部の均質化手段は、回転可能に装着された回転板と、前記回転板と接している固定板とからなり、前記回転板には複数の開口部が放射状に配列され、前記固定板には複数の円形孔が設けられるので、供給されたポリプロピレン溶融物が回転板に到達し回転板の開口部を通過した後、ポリプロピレン溶融物が回転板の各開口部のエッジにより切断され、切断されたポリプロピレン溶融物は回転板により回転板と固定板間で押しつぶされる、請求項１に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  10. 前記ダイ部の排出部は、中空のガイドバーと、前記ガイドバーの外部に位置するシリンダとからなり、前記ガイドバーはその長手方向に外周上に複数の空洞部が設けられるので、均質化部から排出されたポリプロピレン溶融物が各空洞部に流入され、前記空洞部に対応するシリンダ部には複数の通孔がそれぞれ形成され、
    前記切断部は、排出部の後側に位置する支持板と、前記支持板に固定され、シリンダの外部に移動可能に位置する切断部材とからなり、各切断部材はシリンダの複数の通孔に対応する位置にそれぞれ複数の通孔が形成され、また
    前記駆動手段は、モータにより回転可能な偏心カムと、前記偏心カムに連結され、偏心カムの回転により回転するクランクと、前記クランクに連結され、前記クランクの回転運動を線形運動に転換し、この線形運動を切断部材が固定された支持板に伝達するための力転換及び伝達手段とからなり、これにより各切断部材は駆動手段の作動によりシリンダの外周に沿って往復運動することにより、シリンダの各通孔を通じて膨張されたポリプロピレン発泡体が切断部材の通孔のエッジにより切断される、請求項１に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  11. 前記シリンダに形成された各通孔の直径は切断部材の各通孔の直径より小さく、前記シリンダの各通孔は初期位置で切断部材の対応通孔の中心部に位置する、請求項１０に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  12. 前記シリンダの外周には長手方向に複数の溝が形成され、前記溝内には、端部が支持板に固定された往復棒が移動可能に位置し、各切断部材は固定手段により各往復棒に固定されることにより、各切断部材はシリンダの各溝に沿って往復運動する各往復棒によりシリンダの外周上で往復運動する、請求項１０に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  13. 前記ダイ部は、膨張され押し出された発泡体の温度及び圧力の急激な変化を防止するための減圧手段をさらに含み、前記減圧手段は排出部及び切断部を外部（大気）から分離するケーシングであり、前記ケーシングはその両側に空気が流入される入口と空気が排気される出口が設けられる、請求項１０に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
  14. 前記ダイ部はシリンダを冷却するための冷却装置をさらに含み、前記冷却装置は、
    伝熱用オイルが外部から供給され、シリンダの前方に位置する供給管と、
    入口端部が前記供給管に連結され、シリンダの全長にわたってシリンダ内に装着された複数の流動管と、
    シリンダの前方に位置し、シリンダと熱交換された伝熱用オイルを収容するため、流動管の出口端部に連結された排出管とからなる、請求項１０に記載のペレット型の非架橋ポリプロピレン発泡体の製造装置。
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