JP4235768B2 - 発泡押出成形のサイジング装置及び板状発泡成形体の発泡押出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は熱可塑性樹脂を材料として板状に発泡押出する時にサイジングに使用するサイジング装置及び板状発泡成形体の発泡押出成形方法に関するものである。

従来、板状の熱可塑性樹脂発泡成形体を成形するためには押出機からＴダイに発泡剤を添加した熱可塑性樹脂溶融物を導入し、該Ｔダイから板状に押出した該発泡熱可塑性樹脂溶融物をサイジング装置に導入し、該サイジング装置において該発泡熱可塑性樹脂溶融物を所定の寸法に規制しつつ冷却固化する方法が適用されている。
該サイジング装置は上下一対の冷却盤からなり、該上下一対の冷却盤面にＴダイから板状に押出した発泡熱可塑性樹脂溶融物を導入して所定の寸法に規制しつつ冷却固化するが、従来は該上下一対の冷却盤内には冷媒として冷却水が送通されている。

特開２００２−２２５１１４号公報

上記従来のサイジング装置にあっては、冷媒として冷却水を使用するために冷却速度が遅く、そのためにサイジング装置から冷却固化した板状発泡成形物を引出す速度が例えば板厚１２ｍｍの発泡成形物の場合には毎分６ｃｍと云う遅いものとなり、生産効率が著しく低いものになっている。

本発明は上記従来の問題点を解決するために、Ｔダイ５から発泡押出された板状の熱可塑性樹脂発泡成形物Ｒが完全に冷却しないうちに所定の寸法に規制し冷却固化する装置であって、内部に冷媒として液化ガスおよび／または不凍液が送通される上下一対の冷却盤７，７からなり、上下一対の冷却盤７，７は予備冷却部８、８と主冷却部９，９とからなり、該予備冷却部８、８内を該主冷却部９，９内よりも高温に設定することを特徴とする押出成形のサイジング装置６を提供するものである。
更に本発明においては、発泡剤を添加した熱可塑性樹脂溶融物Ｒを発泡させてＴダイから板状に押出し、その直後に該板状に押出した発泡成形物を請求項１に記載のサイジング装置６の上下一対の冷却盤７，７間に導入し、該冷却盤７，７の予備冷却部８，８において該発泡成形物の上下面にスキン層Ｓを形成し、この状態で該発泡成形物を主冷却部９，９において冷却固化し、このようにして冷却固化した発泡成形物Ｍを引出しロールによって引っ張って該サイジング装置６から引出すことを特徴とする板状発泡成形体Ｍの発泡押出成形方法が提供される。
本発明の熱可塑性樹脂溶融物に利用する熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂製品の廃棄物を再資源化して得られた再生熱可塑性樹脂が望ましい。このように再生熱可塑性樹脂を熱可塑性樹脂溶融物として再利用する場合には、物性の劣化を防ぐために、ゴムおよび／またはエラストマーを添加することが望ましい。

〔作用〕
本発明においては、サイジング装置６の上下一対の冷却盤７，７内に送通される冷媒として低温の液化ガスおよび／または不凍液を使用するから、Ｔダイ５から板状に押出された発泡熱可塑性樹脂溶融物Ｒは急速に冷却固化される。しかし該発泡熱可塑性樹脂溶融物Ｒが急速に内部まで冷却固化されると、溶融熱可塑性樹脂Ｒの順調な発泡が阻害されるので、本発明のサイジング装置６にあっては、先ず冷媒で温度調整して上下一対の冷却盤７，７の予備冷却部８，８内を、後段の主冷却部９，９内よりも高い温度にして、Ｔダイ５から板状に押出された発泡熱可塑性樹脂溶融物Ｒの表面のみ冷却してスキン層Ｓを形成する。この状態では、該熱可塑性樹脂溶融物Ｒの内部は未だ冷却固化されていないから発泡が順調に進むが、発泡剤の分解による発泡ガスは表面のスキン層Ｓによって外部への逃散を阻止され、熱可塑性樹脂溶融物Ｒの発泡に有効に作用する。
該熱可塑性樹脂溶融物Ｒに熱可塑性樹脂製品廃棄物を再資源化して得られた再生熱可塑性樹脂を利用する場合には、該再生熱可塑性樹脂を加熱溶融する際に若干の低分子化が起り、溶融粘度が低下するから、発泡が容易になる。一方、再生熱可塑性樹脂を利用して得られた再生発泡成形物は、低分子化に起因してその物性が低下するおそれがあるため、物性の低下を防止するためにはゴムおよび／またはエラストマーを添加することが望ましい。

〔効果〕
本発明では再生熱可塑性樹脂が有効に利用出来る。そしてＴダイ５から板状に押出した発泡熱可塑性樹脂溶融物Ｒがサイジング装置６によって寸法規制され急速に冷却固化されるので、従来の発泡押出成形法と比べると約５倍程度生産効率が向上し、しかも製品は均一な発泡構造を有する優れたものになる。

本発明を図１および図２に示す一実施例によって以下に詳細に説明する。
本発明に使用する熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレンターポリマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、熱可塑性ポリエステル、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ウレタン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−エチレン−スチレン共重合体等が例示されるが、例えば本発明によって製造された熱可塑性樹脂板状発泡成形物を軽量コンパネとして使用する場合には、ポリプロピレン：ポリエチレン＝７０：３０〜９０：１０質量比程度のポリマーブレンドが使用される。
なお、「コンパネ」とは、コンクリート型枠用パネルの通称であり、他にコンクリートパネル、コンポジットパネルなどとも称される。

本発明では、上記熱可塑性樹脂の新規材料（バージン材）の他に、熱可塑性樹脂の再生材料（リサイクル材）である再生熱可塑性樹脂を使用することができ、また環境配慮などの点から再生熱可塑性樹脂を使用することが望ましい。該再生熱可塑性樹脂とは、例えば熱可塑性樹脂製の包装用フィルム、包装用バッグ、包装用容器等といった上記熱可塑性樹脂からなる製品の廃棄物から夾雑物を取り除き、所望なれば種類別に分別し、そして再資源化することによって得られたものである。
該再生熱可塑性樹脂は、加熱溶融の過程で分子鎖が切断されて低分子化する傾向があり、このように低分子化した場合には溶融粘度が低下するため、後述する発泡剤による発泡が容易になる。また該低分子化は溶融粘度を低下させる一方で、低分子化した熱可塑性樹脂から得られる発泡成形体の物性を劣化させるおそれがあるため、成形体の用途に応じてゴムおよび／またはエラストマーを添加することが望ましい。

上記ゴムおよび／またはエラストマーとしては、例えばポリエステル、ポリアクリル酸エステル、アクリルゴム（ＡＲ），ブチルゴム、ケイ素ゴム、ウレタンゴム（ＵＲ）、フッ化物系ゴム、多硫化物系ゴム、グラフトゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリブタジエン、イソプレンゴム（ＩＲ）、ポリイソプレン、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ポリイソブチレンゴム（ＩＢＲ）、ポリブテンゴム、チオコールゴム、多硫化ゴム、ポリエーテルゴム、エピクロロヒドリンゴム、ノルボルネンターポリマー、ヒドロキシ又はカルボキシ−末端変性ポリブタジエン、部分水添スチレン−ブタジエンブロック共重合体、クロロスルホン化ゴム、イソブテン−イソプレンゴム（ＩＩＲ）、アクリレート−ブタジエンゴム（ＡＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ピリジン−ブタジエンゴム、スチレン−イソプレンゴム（ＳＩＲ）、スチレン−エチレン共重合体、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレン（ＳＢＳ）、ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレン（ＳＩＳ）、ポリ（α−メチルスチレン）−ポリブタジエン−ポリ（αメチルスチレン）（α−ＭｅＳＢα−ＭｅＳ）、ポリ（αメチルスチレン）−ポリイソプレン−ポリ（α−メチルスチレン）、エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰ），ブタジエン−スチレン共重合体（ＥＰ）、エチレン−プロピレン−エチリデン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、エチレン−ブテン−１共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−エチルデンノルボルネン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ジシクロペンタジエン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−１，４ヘキサジエン共重合体ゴム、エチレン−ブテン−１−エチリデンノルボルネン共重合体ゴム、エチレン−ブテン−１−ジシクロペンタジエン共重合体ゴム、エチレン−ブテン−１−１，４ヘキサジエン共重合体ゴム、アクリロニトリル−クロロプレンゴム（ＮＣＲ）、スチレン−クロロプレンゴム（ＳＣＲ）、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）共重合体、スチレン−水素添加ポリオレフィン−スチレン（ＳＥＢＳ）共重合体等のスチレン系熱可塑性エラストマーや、ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ゴム中間ブロック−スチレン共重合体等のブロック共重合体等の合成ゴムや、天然ゴムがある。また上記ゴムおよび／またはエラストマーは、軟化点が１５０℃以下のものが望ましく、またカルボキシル基を含んでいてもよく、さらに二種以上を混合使用してもよい。

上記エラストマーとしては、スチレン系熱可塑性エラストマーを選択することが望ましい。該スチレン系該熱可塑性エラストマーとしては、例えばスチレン−ブタジエンゴム、スチレン−イソプレンゴム、スチレン−クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）共重合体、スチレン−水素添加ポリオレフィン−スチレン（ＳＥＢＳ）共重合体等がある。上記スチレン系エラストマーは、ハードセグメントとしてスチレン系重合体鎖を有し、ソフトセグメントとしてジエン系重合体鎖あるいは水素添加物の場合にはオレフィン系重合体鎖を有するので、再生熱可塑性樹脂がスチレン系樹脂であってもオレフィン系樹脂であっても相溶性を示し、またスチレン系樹脂とオレフィン系樹脂との混合物の場合には、両者の相溶化剤としても機能する。

更に本発明では、上記熱可塑性樹脂には、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、燐酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、アルミナ、シリカ、ケイ藻土、ドロマイト、石膏、タルク、クレー、アスベスト、マイカ、ガラス繊維、カーボン繊維、ケイ酸カルシウム、ベンナイト、ホワイトカーボン、カーボンブラック、鉄粉、アルミニウム粉、石粉、高炉スラグ、フライアッシュ、セメント、ジルコニア粉等の無機充填材、木綿、麻、竹繊維、ヤシ繊維、羊毛、絹等の天然繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ビスコース繊維、アセテート繊維、塩化ビニル繊維、塩化ビニリデン繊維、ビニロン繊維、アセテート繊維等の有機合成繊維、アスベスト繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、金属繊維、ウィスカー等の無機繊維、リンター、リネン、サイザル、木粉、ヤシ粉、クルミ粉、でん粉、小麦粉、木片、木粉、排水処理によって発生した汚泥の焼却灰等の有機充填材等の補強材を添加して形状保持性、寸法安定性、圧縮および引張強度等を向上せしめてもよい。その他顔料や染料、ＤＯＰ，ＤＢＰ等の可塑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、結晶化促進剤、難燃剤、防炎剤、防虫剤、防腐剤、ワックス類、滑剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、化学発泡剤またはカプセル型発泡剤のような発泡剤等を添加してもよい。これらの成分は一種または二種以上相互に混合して添加せられてもよい。
難燃剤としては、例えば燐系難燃剤、窒素系難燃剤、硫黄系難燃剤、ホウ素系難燃剤、臭素系難燃剤、グアニジン系難燃剤、燐酸塩系難燃剤、燐酸エステル系難燃剤、アミノ樹脂系難燃剤等がある

上記熱可塑性樹脂には発泡剤が添加され、発泡性ビーズまたは発泡性ペレットとして提供されるが、上記発泡剤としては例えば２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、ｐ，ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、ｐ，ｐ’−オキシビス（ベンゼンスルホニルセミカルバジド）、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ’−ジニトロソテレフタルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボンアミド、ヒドラゾジカルボンアミド、バリウムアゾジカルボキシレート、ジアゾアミノベンゼン、１，１’−アゾビスホルムアミド等の有機発泡剤、炭酸水素ナトリウム、亜硝酸ナトリウム等の無機発泡剤等がある。

上記発泡性ビーズまたは発泡性ペレットは、図１に示す押出機１のホッパー２から投入され、シリンダー３内において加熱溶融発泡されつつスクリュー４によってＴダイ５に導入され、Ｔダイ５より板状に押出される。

Ｔダイ５より板状に押出された発泡熱可塑性樹脂溶融物Ｒはサイジング装置６に導入される。
該サイジング装置６は上下一対の冷却盤７，７からなり、該上下一対の冷却盤７，７はそれぞれ前段に予備冷却部８，８、後段に主冷却部９，９を配置し、各冷却部８，９内にはそれぞれ入口１０Ａ，１１Ａ、出口１０Ｂ，１１Ｂを有する冷媒通路１０，１１が形成されている。
該冷媒通路１０，１１にはそれぞれ冷媒として液化ガスおよび／または不凍液が送通される。液化ガスとしては、例えば液化フロンガス、液化窒素、液化アンモニア、液化炭酸ガス等が使用されるが、望ましい冷媒としては例えば温度−２０℃〜−３０℃程度に設定した液化フロンガスがある。また不凍液としては、例えばエチレングリコールを主成分としたもの等が使用される。

予備冷却部８，８内には主冷却部９，９内に送通される冷媒よりも高温、例えば−５℃〜−１５℃の冷媒が送通される。そして、送通される冷媒の温度を違えたことにより、予備冷却部８，８内が主冷却部９，９内よりも高温となる。このように冷媒の温度を違える場合には液化ガスは主冷却部９，９内に送通される液化ガスと同種のものを使用することが望ましく、例えば主冷却部９，９に使用される−２０℃〜−３０℃の液化フロンガスに、エチレングリコールを主成分とした不凍液を混合し、予備冷却部８，８に使用される液化フロンガスと不凍液の混合液からなる冷媒の温度を−５℃〜−１５℃に調節する。

例えば本実施例のサイジング装置６にあっては、上下の冷却盤７，７の予備冷却部８，８の長さＬ_１は２５ｃｍ〜３５ｃｍ、主冷却部９，９の長さＬ_２は１３０ｃｍ〜１５０ｃｍとし、予備冷却部８，８の長さＬ_１は主冷却部９，９の長さＬ_２の略１／４〜１／５に設定する。
なお、冷却盤７，７は耐圧構造を採用しているので、主冷却部９，９も耐圧構造を設定し易くするために二分割９Ａ，９Ｂにすることが望ましい。
そして製造される板状発泡成形物がコンパネとして使用される場合には、上下の冷却盤７，７間の間隙、即ち板状発泡成形物の設定厚みは通常１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度とする。また該板状発泡成形物の巾は１０００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度とする。

上記したようにＴダイ５から板状に押出された発泡熱可塑性樹脂溶融物Ｒは該サイジング装置６に導入され、まず上下一対の冷却盤７，７の予備冷却部８，８によって厚みを規制されつつ、表面のみ予備冷却されてスキン層Ｓが形成されるが、内部は未だ冷却固化されておらず、発泡は抑制されていない。そして発泡剤の分解によって生成した発泡ガスはスキン層Ｓによって外部への逃散を阻止されるから、板状発泡熱可塑性樹脂溶融物内には均一な発泡構造が形成され、該板状発泡溶融物は主冷却部９，９によって内部まで冷却固化され、均一な発泡構造を有する板状発泡成形物Ｍが製造され、該板状発泡成形物Ｍは引出しロール１２によって該サイジング装置６から引出され、所定の長さ（例えば１８０ｃｍ）に切断される。

本実施例において、ポリプロピレン：ポリエチレン＝８０：２０質量比、汚泥焼却灰１０質量％、アゾジカルボンアミド（発泡剤）２質量％の混合物を使用し、厚さ１２ｍｍ、巾１１００ｍｍ、発泡倍率２倍の板状発泡成形物を製造する場合、冷媒として−２５℃の液化フロンガスをサイジング装置６の主冷却部９に送通、該液化フロンガスに不凍液を混合して−１０℃に調節した冷媒を予備冷却部８に送通した場合には成形品の引出し速度は毎分３０ｃｍとなり、冷媒として水を使用した場合には毎分６ｃｍであるから、５倍の生産効率が得られる。

サイジング装置は、図１に示す構成に限らず、図３（ａ），（ｂ）に示す構成としてもよい。すなわち、図３（ａ）に示すサイジング装置６Ａにおいては、予備冷却部８，８の冷媒通路１０の入口１０Ａと出口１０Ｂ及び主冷却部９，９の冷媒通路１１の入口１１Ａと出口１１Ｂがそれぞれ熱交換器１４，１４と接続されている。特に図示はしないが、入口１０Ａ，１１Ａ、出口１０Ｂ，１１Ｂは、熱交換器１４，１４内でそれぞれ繋がっており、該冷媒通路１０，１１をそれぞれ冷媒である不凍液が循環している。
また図３（ｂ）は冷却システムを示す回路図であり、同図に示すように熱交換器１４には、冷媒である液化ガスを循環させる循環経路１５が接続されている。該循環経路１５上には圧縮機１６と凝縮器１７が接続されている。
上記不凍液は、冷媒通路１０，１１を循環して熱交換器１４，１４内を通過するときに液化ガスと熱交換されて所望の温度に調整されるが、予備冷却部８，８内を主冷却部９，９内よりも高温に調整するように設定されている。また上記液化ガスは、不凍液と熱交換後、循環経路１５を通じて低圧ガスの状態で圧縮機１６へ送通され、該圧縮機１６で圧縮されて高圧ガスの状態とされ、さらに循環経路１５を通じて高圧ガスの状態で凝縮器１７へ送通され、該凝縮器１７で凝縮されて液化し、熱交換器１４へと送通される。
また上記サイジング装置６Ａにおいては、冷媒通路１０，１１内を冷媒として不凍液のみを循環させることに限らず、不凍液と液化ガスの混合液を循環させる、あるいは液化ガスのみを循環させてもよい。
また、上記実施例のように送通される冷媒の温度を違えて予備冷却部８，８内と主冷却部９，９内とで温度差を発生させる方法に限らず、例えば図３（ａ），（ｂ）に示すサイジング装置６Ａで熱交換器１４，１４が冷媒を一定温度に保持するようにしておいて、冷媒通路１０の冷媒循環量を冷媒通路１１に比べて少なくすることで予備冷却部８，８内を主冷却部９，９内よりも高温にしてもよい。さらにまた、冷媒循環量の違いで予備冷却部８，８内と主冷却部９，９内の温度を変える場合、冷媒通路１０，１１を１つの同じ熱交換器１４に接続してもよい。加えて、上記循環経路１５は各熱交換器１４，１４毎にそれぞれ設けてもよく、あるいは各熱交換器１４，１４で共通に設けてもよい。

本発明では均一な発泡構造を有する軽量な熱可塑性樹脂板状発泡成形物を効率良く生産することができ、このような板状発泡成形物は軽量のコンクリート型枠用パネル（通称「コンパネ」）として極めて有用であり、特にポリオレフィン樹脂を材料とすれば、木質コンパネでは大きな問題となっていたコンクリートの付着が全く見られず、またコンパネ廃棄時において、木質コンパネであれば廃棄処分するしかないが、軽量コンパネとした板状発泡成形物であれば、廃棄物から熱可塑性樹脂を回収して再利用が可能であり循環型であるので産業上利用可能である。

図１および図２は本発明の一実施例を示す図である。
模式平面図 模式側断面図 図３は本発明の他の実施例を示す図である。 （ａ）は模式平面図、（ｂ）は回路図。

符号の説明

１ 押出機
６，６Ａ サイジング装置
７ 冷却盤
８ 予備冷却部
９ 主冷却部
１０、１１ 冷媒通路
１２ 引出しロール
Ｒ 熱可塑性樹脂溶融物
Ｓ スキン層
Ｍ 板状発泡成形物

Claims (4)

1. Ｔダイから発泡押出された板状の熱可塑性樹脂発泡成形物が完全に冷却しないうちに所定の寸法に規制し冷却固化する装置であって、内部に冷媒として液化ガスおよび／または不凍液が送通される上下一対の冷却盤からなり、該上下一対の冷却盤は予備冷却部と主冷却部とからなり、該予備冷却部内を該主冷却部内よりも高温に設定することを特徴とする発泡押出成形のサイジング装置。
2. 発泡剤を添加した熱可塑性樹脂溶融物を発泡させてＴダイから板状に押出し、その直後に該板状に押出した発泡成形物を請求項１に記載のサイジング装置の上下一対の冷却盤間に導入し、該冷却盤の予備冷却部において該発泡成形物の上下面にスキン層を形成し、この状態で該発泡成形物を主冷却部において冷却固化し、このようにして冷却固化した発泡成形物を引出しロールによって引っ張って該サイジング装置から引出すことを特徴とする板状発泡成形体の発泡押出成形方法。
3. 該熱可塑性樹脂溶融物に利用する熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂製品の廃棄物を再資源化して得られた再生熱可塑性樹脂である請求項２に記載の板状発泡成形体の発泡押出成形方法。
4. 該熱可塑性樹脂溶融物には、物性改良剤としてゴムおよび／またはエラストマーが添加されている請求項３に記載の板状発泡成形体の発泡押出成形方法。
   

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