JP4436435B1 - 押出発泡成形用の成形材料及びその製造方法,並びに前記成形材料を使用して製造した木質発泡成形体,前記木質発泡成形体の製造方法並びに製造装置 - Google Patents
押出発泡成形用の成形材料及びその製造方法,並びに前記成形材料を使用して製造した木質発泡成形体,前記木質発泡成形体の製造方法並びに製造装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】木粉と熱可塑性樹脂を主成分とし,分子量が300〜1000g/molのアルカンを1〜5wt%含む構成材料を,各構成成分が均一に分散された状態となるまで溶融混練した後に所定の粒径に造粒したペレットとして形成された成形材料を得る。次いで,この成形材料を発泡剤と共に押出成形装置によって所定の形状に押出成形して木質発泡成形体を得る。押出成形に際し,押出機12より押し出された成形生地25aを加圧された状態を維持しながら成形ダイ30の成形室31内に導入し,該成形ダイ30の成形室31に対する導入時に前記成形生地25aの圧力を開放して成形生地25aの発泡を生じさせることが好ましい。
【選択図】図2
Description
木粉とポリプロピレンを主成分とし,分子量が300〜1000g/molのアルカンを1〜5wt%含むことを特徴とする(請求項1)。
前記押出機12より押し出された成形生地25aを加圧された状態に維持しながら成形ダイ30の成形室31内に導入し,
該成形ダイ30の成形室31に対する導入時に前記成形生地25aの圧力を開放して前記成形生地25aを発泡させると共に,該成形ダイ30の成形室31内を通過する過程で前記成形生地25aを前記成形室31の断面形状に対応した形状に成形しながら冷却固化させることを特徴とする(請求項9)。
前記押出機12の出口13aから押出ダイ20内に導入される成形生地25aに抵抗を与えて前記押出機12内における成形生地25aの圧力を高めると共に,
前記押出ダイ20の流路面積を該押出ダイ20の入口20a側から出口20b側に向かって狭めることにより,前記押出機12から前記押出ダイ20に導入された成形生地25aの圧力を維持しつつ前記成形ダイ30の成形室31内に導入し,
該押出ダイ20を通過した成形生地25aを前記押出ダイ20の出口20bを通過した際に圧力開放して前記成形ダイ30の入口30a部分において前記成形生地25aを発泡させるものとしても良い(請求項10)。
ポリプロピレン及び木粉を主成分とする成形材料を発泡剤と共に導入して前記発泡剤の分解温度以上の温度で溶融混練するスクリュ式の押出機12と,
前記押出機12の出口13aに連通して前記押出機12によって押し出された成形生地を導入する押出ダイ20と,
前記押出ダイ20の出口20bに連通して前記押出ダイ20を通過した成形生地25aを内部に形成された成形室31に導入すると共に,該成形室31内を移動する前記成形生地25aを前記成形室31の内部形状に対応した形状に成形しながら冷却固化する成形ダイ30を備え,
前記押出機12の出口13a部分に,多数の孔が形成されたメッシュ状のブレーカプレート22を設けると共に,
前記押出ダイ20内に,前記押出ダイ20の入口20a側から出口20b側に向かって該押出ダイ20内の流路面積を減少させる抵抗体26を設け,前記押出ダイの出口側の流路面積を,前記成形ダイの入口に対して小さな面積としたことを特徴とする(請求項11)。
前記抵抗体26の前記成形ダイ側の端部(マンドレル部26c)を,前記押出ダイの出口形状に対して僅かに小さい相似形を有する断面形状に形成すると共に,前記押出ダイ20の出口20b内の中心に配置した構成とすることができる(請求項12)。
本発明の押出発泡成形用の成形材料は,押出成形によって例えば板状の木質成形体を発泡させた状態(木質発泡成形体)として成形する際の成形材料として使用するものであり,押出成形を行う際に発泡剤を添加して使用することで,従来不可能乃至は困難とされていた押出成形装置による均質な木質発泡成形体の製造を可能にしたものである。
前述した成形材料の主成分の一方である熱可塑性樹脂は,ポリプロピレン(PP),ポリエチレン(PE),ABS樹脂,塩化ビニル等の各種の熱可塑性樹脂を使用可能である。
成形材料の主成分の他方である木粉は,一般に市販されている各種の木粉の他,例えば未使用の木材,使用済みの建築廃材,木材加工の際に発生したおが屑等の廃材等をクラッシャ,カッタ,ミルを使用して破砕する等して得ても良い。
本発明で成形材料に添加するアルカン(CnH2n+2)は,分子量が300〜1000g/molのものであれば各種のものを使用することができる。分子量300g/mol未満のアルカンでは融点及び沸点が低く取り扱いが難しくなる一方,分子量1000g/molを越えるアルカンでは,後述する試験結果からも明らかなように所望の効果が得られない。言い換えると,下限値,300g/mol以下では,流体に近づくため沸点も低くなり(50℃以下),300g/mol以上だと石油ワックス(個体)となる。流体になると,樹脂(PP)への分散性が低下し,表面に析出し所期の効果が得られない。
上記成形材料に対しては,前述の木粉,熱可塑性樹脂及びアルカンの他,タルク等の充填材,着色用の顔料,及び強化剤等を全体量の5〜30wt%程度添加することができる。
前述の成形材料を構成する,木粉,熱可塑性樹脂,アルカン,及び必要に応じて添加されるタルク等の充填剤,顔料,強化剤は,これを予め均一に攪拌する等して混合材料としておくことが好ましく,より好ましくは,予めこれらの構成材料を加熱しながら各成分が均一な分散状態となるように溶融混練した後,溶融混練によって得られた混練材料を所定の粒径に造粒してペレットにしておくことが好ましい。
成形材料(ペレット)の乾燥
以上のようにして得られた押出発泡成形用の成形材料は,発泡剤と共に押出発泡成形を経て,所定形状の木質発泡成形体となる。
発泡剤の種類としては,気体又は液体である揮発性発泡剤を含む,一般に揮発性発泡剤(ガス系)であるCO2,N2,フロン,プロパン等と分解性発泡剤とがあり,このうちのいずれの発泡剤を使用するものとしても良く,市販されている各種のものを使用することができる。本実施形態にあっては,分解性発泡剤を使用している。
木質発泡成形体の製造に使用する押出成形装置としては,各種のものを使用することができ,例えば図8を参照して説明した既知の押出成形装置や,これを改良した図10を参照して説明した押出成形装置を使用することもできる。
前述の定量供給装置14は,前述のようにして得られた本発明の成形材料のペレットを定量ずつ押出機12に供給する成形材料フィーダ14aと,この成形材料フィーダ14によって押出機12に向かって搬送される成形材料に本実施形態にあってはマスタバッチである発泡剤を定量ずつ合流させる発泡剤フィーダ14bが設けられており,前記各フィーダ14a,14bに設けたホッパ内にそれぞれ成形材料と発泡剤を投入しておくことで,このホッパの下部に設けられたモータMによる搬送スクリュの回転によって,成形材料のペレットと発泡剤とが所定の配合比で押出機12に供給できるようになっている。
このようにして,成形材料及び発泡剤が投入される押出機12は,成形材料のペレットと発泡剤との混合材料を加熱混練して溶融可塑化し,この溶融可塑化した成形生地25aを押し出すスクリュ15を備えるスクリュ式の押出機12である。なお,本実施形態においては押出成形装置11として2軸型のスクリュ押出機12を適用した例について説明しているが,1軸型,多軸型,それらを組み合わせたスクリュ押出機等の各種のスクリュ押出機を使用しても良い。
押出ダイ20は,押出機12のバレル13より押し出された成形生地25aを加圧された状態に維持しつつ,後述の成形ダイ30に対して導入するものであり,押出機12のバレル13の先端側にアダプタ16を介してボルト等によって着脱可能に取り付けられている。
以上のように,押出ダイ20を通過した成形生地25aは,成形ダイ30内に導入されて,成形ダイ30内に形成された成形室31の形状によって決定される所定の形状に成形されると共に冷却固化され木質発泡成形体となる。
アルカンの添加の有無及び添加するアルカンの分子量,及び添加量の変化が,木質発泡成形体の成形性及び得られた木質発泡成形体の物性等に与える影響を確認し,添加するアルカンの最適な分子量及び添加量の範囲を求める。
成形材料の成分
各実施例及び比較例で使用した成形材料の成分を表1に示す。
木粉は,カネキ燃料(有)「A−100」(粒径50〜200μm),
樹脂は,OG(off grade)・PP(MFR=1.0)とボトルキャップ再生PP(MFR=10.0)を1:1の割合で混合して得たブロックPP(MFR=5),
タルクは,富士タルク工業(株)「SP−40」(平均粒径23μm),
顔料は,戸田工業(株)「ブラウン710」(酸化銀系),
強化剤は,三洋化成(株)「ユーメックス1010」(マレイン酸変成PP),
発泡剤は,永和化成(株)「ポリスレン EE405F」(キャリア樹脂PEに重炭酸ナトリウムを添加したマスタバッチ)である。
実施例1,3は,三井化学(株)「三井ハイワックス 100P」,
実施例2,4,5は,日本精蝋(株)「155°Fワックス」,
比較例2は,三井化学(株)「三井ハイワックス 200P」,
比較例3,7は,三井化学(株)「三井ハイワックス 410P」,
比較例4は,三井化学(株)「三井ハイワックス 100P」,
比較例5,6は,日本精蝋(株)「155°Fワックス」をそれぞれ使用した。
上記原料を,それぞれ図1を参照して説明したペレット製造装置によって溶融混練した後,ペレット化した。
図2〜6を参照して説明した押出成形装置により,予備混練で得た成形材料のペレットを押出成形した。
成形生地の状態変化に関連した測定
使用するアルカンの分子量,添加量の変化に伴う成形生地の状態変化を確認するために,押出ダイの入口側における所定の位置〔図3(A)中に矢印Xで示した位置〕における成形生地の圧力を測定すると共に,押出機を最大出力で駆動した際の押出成形装置における1時間当たりの押出量を最大押出量(kg/Hr)すなわち,モータ最大トルクの90%になるスクリュ転数で運転した時の量として測定した。
使用するアルカンの分子量,添加量の変化が最終的に得られる成形体(板材)に与える影響を確認するために,得られた成形体(板材)の密度,重量,曲げ強度,表面平滑性をそれぞれ測定乃至は確認をした。
上記事項に関し,測定,観察及び評価を行った結果を表2に示す。
成形生地の圧力及び最大押出量に基づく考察
実施例1〜5の成形材料を使用して押出発泡成形を行った例では,発泡剤の添加を行っていない比較例6,8を除けば,比較例1〜5,7のいずれとの比較においても押出ダイ内における成形生地の圧力が低い値を示していることが確認された。
密度に基づく考察
実施例1〜5で得られた発泡成形体(板材)は,発泡剤の添加を行っていない比較例6,7に対してのみでなく,実施例1〜5と同量の発泡剤を添加している比較例1〜5のいずれと比較しても低密度,高発泡倍率となっている。
アルカンを添加することなく押出成形により得た発泡成形体である比較例1の発泡成形品の曲げ強度である220(kg)に対し,実施例1〜5の成形材料を使用して得た発泡成形体では,曲げ強度に僅かな低下が見られる。
実施例1〜5の成形材料を使用して行った押出発泡成形により得られた木質発泡成形体の表面は,いずれも大きな皺の発生がない,良好な表面状態で成形されていることが確認できた。
発泡状態の均一性
なお,得られた木質発泡成形体の切断面を肉眼によって観察したところ,実施例1〜5の成形材料を使用して得られた木質発泡成形体では,従来技術として説明したような木質発泡成形体の中央部に対する気泡の集中や空隙の発生を確認できなかっただけでなく,気泡の発生が断面全体に微細かつ均一に行われていた。
前述したように,実施例1〜5の成形材料を使用した押出成形では,本願所定のアルカンの添加により押出機や押出ダイにおける成形生地の事前発泡を抑制することができ,比較的高い最大押出量を実現することができたことから,木質発泡成形体の生産性をも向上させることができるものであった。
〔最大押出量(kg/Hr)/木質発泡成形体の重量(kg/2m)〕×2000(mm)
によって求めると,下記の表3に示す通りとなる。
12 (スクリュ)押出機
13 バレル
13a 出口(バレル13の)
13b 投入口(バレル13の)
131 溶解ゾーン
132 発泡剤分解ゾーン
133 発泡ガス混合ゾーン
14 定量供給装置
14a 成形材料フィーダ
14b 発泡剤フィーダ
15 スクリュ(押出機12の)
151 溶融混練部
152 分解促進部
153 分散促進部
16 アダプタ
16a 取付穴
17 固定リング
20 押出ダイ
20a 入口(押出ダイ20の)
20b 出口(押出ダイ20の)
21 流路(押出ダイ20の)
22 ブレーカプレート
22a 小孔
25a 成形生地
26 抵抗体
26a ドーピード部
26b ブリッジ部
26c マンドレル部
26d リブ
26e 端面
30 成形ダイ
30a 入口(成形ダイ30の)
30b 出口(成形ダイ30の)
31 成形室
32 冷却媒体の流路
40 ペレット製造装置
41 定量供給装置
42 押出機
42a バレル
43 ダイノズル
44 カッタ
44a カッタ刃
45 遠心分離機
47 乾燥機
50 引取機
625a 成形生地
641 押出成形装置
642 押出機
643 バレル
643a 出口(バレル643の)
644 ホッパ
645 スクリュ
650 ダイ
650a 成形室
652 ブレーカプレート
G (内部)空隙
X 圧力測定位置
Claims (13)
- 発泡剤を添加して押出発泡成形を行うことにより木質発泡成形体を製造するための成形材料において,
木粉とポリプロピレンを主成分とし,分子量が300〜1000g/molのアルカンを1〜5wt%含むことを特徴とする押出発泡成形用の成形材料。 - 各構成成分が均一に分散された状態に溶融混練した後に所定粒径に造粒して得たペレットとして形成されていることを特徴とする請求項1記載の押出発泡成形用の成形材料。
- 前記木粉と前記ポリプロピレンの配合比が,木粉50〜55wt%に対し,ポリプロピレンが45〜50wt%である請求項1又は2記載の押出発泡成形用の成形材料。
- 充填材及び/又は強化剤及び/又は顔料を更に含むことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の押出発泡成形用の成形材料。
- 発泡剤を添加して押出発泡成形を行うことにより木質発泡成形体を製造するための成形材料において,
木粉,ポリプロピレン,及び分子量が300〜1000g/molのアルカンを,前記アルカンが全体の1〜5wt%となるよう配合し,
該配合物を各構成成分が均一な分散状態となるまで溶融混練後,所定の粒径に造粒してペレット化したことを特徴とする押出発泡成形用の成形材料の製造方法。 - 前記木粉と前記ポリプロピレンの配合比を,木粉50〜55wt%に対し,ポリプロピレンを45〜50wt%としたことを特徴とする請求項5記載の押出発泡成形用の成形材料の製造方法。
- 充填材及び/又は強化剤及び/又は顔料を前記木粉,前記ポリプロピレン及び前記アルカンと共に溶融混練したことを特徴とする請求項5又は6記載の押出発泡成形用の成形材料の製造方法。
- 請求項1〜4いずれか1項記載の成形材料を発泡剤と共に押出成形装置によって所定の形状に押出成形して得た木質発泡成形体。
- 請求項1〜4いずれか1項記載の成形材料を,発泡剤と共に前記押出成形装置に設けられたスクリュ式の押出機内に導入して前記発泡剤の分解温度以上の温度で溶融混練し,
前記押出機より押し出された成形生地を加圧された状態に維持しながら成形ダイの成形室内に導入し,
該成形ダイの成形室に対する導入時に前記成形生地の圧力を開放して前記成形生地を発泡させると共に,該成形ダイの成形室内を通過する過程で前記成形生地を前記成形室の断面形状に対応した形状に成形しながら冷却固化させることを特徴とする木質発泡成形体の製造方法。 - 前記押出成形装置の前記押出機と前記成形ダイ間に,前記押出機の出口と前記成形ダイの入口間を連通する押出ダイを設け,
前記押出機の出口から押出ダイ内に導入される成形生地に抵抗を与えて前記押出機内における成形生地の圧力を高めると共に,
前記押出ダイの流路面積を該押出ダイの入口側から出口側に向かって狭めることにより,前記押出機から前記押出ダイに導入された成形生地の圧力を維持しつつ前記成形ダイの成形室内に導入し,
該押出ダイを通過した成形生地を前記押出ダイの出口を通過した際に圧力開放して前記成形ダイの入口部分において前記成形生地を発泡させたことを特徴とする請求項9記載の木質発泡成形体の製造方法。 - ポリプロピレン及び木粉を主成分とする成形材料を発泡剤と共に導入して前記発泡剤の分解温度以上の温度で溶融混練するスクリュ式の押出機と,
前記押出機の出口に連通して前記押出機によって押し出された成形生地を導入する押出ダイと,
前記押出ダイの出口に連通して前記押出ダイを通過した成形生地を内部に形成された成形室に導入すると共に,該成形室内を移動する前記成形生地を前記成形室の内部形状に対応した形状に成形しながら冷却固化する成形ダイを備え,
前記押出機の出口部分に,多数の孔が形成されたメッシュ状のブレーカプレートを設けると共に,
前記押出ダイ内に,前記押出ダイの入口側から出口側に向かって該押出ダイ内の流路面積を減少させる抵抗体を設け,前記押出ダイの出口内の流路面積を,前記成形ダイの入口に対して小さな面積としたことを特徴とする木質発泡成形体の押出成形装置。 - 前記押出ダイの前記出口を前記成形ダイの成形室の入口と同一形状に形成し,
前記抵抗体の前記成形ダイ側の端部を,前記押出ダイの出口形状に対して僅かに小さい相似形を有する断面形状に形成すると共に,前記押出ダイの出口内の中心に配置したことを特徴とする請求項11記載の木質発泡成形体の押出成形装置。 - 前記スクリュ式の押出機が,二軸押出機である請求項11又は12記載の木質発泡成形体の押出成形装置。
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