JP4619471B2

JP4619471B2 - 固体状物質の加熱溶融方法とその装置、及びそれを用いた熱可塑性樹脂組成物の製造方法。

Info

Publication number: JP4619471B2
Application number: JP33006699A
Authority: JP
Inventors: 秀樹渡部; 陽介後藤; 昌広青木; 久和星野
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: JP2001146521A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体状物質を溶融するにあたり、内部に該固体状物質の融点より高い温度の熱媒体を用いた加熱装置または、高周波電流または電磁誘導により発熱する発熱体上に該固体状物質を接触させて該固体状物質の液化物を得る固体状物質の加熱溶融方法と加熱溶融装置、及びそれを用いた熱可塑性樹脂組成物の製造方法に関するものである。
特に、熱可塑性樹脂へ様々な特性を付与する目的で加熱・冷却などしない、平常の温度で固体状である添加物を加熱溶融し熱可塑性樹脂との混合を行う場合の該添加物の加熱溶融方法と加熱溶融装置、及びそれを用いた熱可塑性樹脂組成物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱可塑性樹脂を得るには、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合等の重合法が用いられているが、最終製品の熱可塑性樹脂組成物には様々な特性を付与するために一般に滑剤、可塑剤、安定剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、着色剤等の添加物を添加している場合が多い。これらの添加物は常温で液状をしているものもあるが、固体状のものも多い。
【０００３】
一般に固体状の添加物は、原料となる熱可塑性樹脂とヘンシェルミキサー等公知のブレンド装置で混合された後に押出機で溶融混練することにより混合される。しかし、この方法ではブレンド装置自体が高価であり、また、品種を切り替える場合にはブレンド装置及び押出機内部全体の滞留物を置換しなければならず効率が悪い。また、脱揮機能が付設された押出機を用いる場合には添加物が揮発してしまい歩留まりの低下を招く場合もある。
【０００４】
このような問題を解決するために、常温すなわち加熱・冷却などしない、平常の温度で固体状（以下、「固体状」という）の添加物を加熱装置で液体状にした上で押出機の脱揮装置下流側へポンプで連続的に供給する方法もある。この場合には押出機先端部分の樹脂を置換すればよいので上述の方法より品種切替が容易であるが、固体状添加物の溶融はジャケットや撹拌機を有した溶融タンクで加熱溶融しているため、完全に溶融させるのに時間がかかり、添加物の種類や組成を変更する際に新たに溶融している間は生産ができずに非効率的である。
また、同一添加物や同一の組成の添加物を連続的に加熱溶融する場合にも連続投入した固体状の添加物が投入直後に溶融させるためには充分な熱容量を持たせるために比較的大容量の溶融タンクが必要であり、装置が大型化すると共に品種切替の際に溶融した添加物を抜き出さなければならない場合もある。
【０００５】
一方、特開平７−１００８２５号公報のように押出機を使わずに静止型混合機を用いて液状の添加物を連続的に混合する方法も提案されているが、固体状添加物を溶融する問題については押出機先端に添加する方法と同じ問題を抱えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、固体状の物質を溶融するにあたり、比較的小型の装置で短時間のうちに加熱溶融して液状化物を得る方法とその装置、及びそれを用いた熱可塑性樹脂組成物の製造方法を提供するものであり、特に、熱可塑性樹脂に様々な特性を付与する目的で添加する固体状の添加物を比較的小型の装置で短時間のうちに加熱溶融して液状化物を得る方法とその装置、及びそれを用いた熱可塑性樹脂組成物の製造方法を提供することである。
【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に鋭意検討した結果、特定の温度の熱媒体を流した特定の形状に巻いた管で構成される加熱溶融装置、または高周波電流により発熱する特定の形状をした発熱体を具備したいわゆる高周波誘電加熱装置に固体状の物質を接触させることにより比較的小型の装置で短時間のうちに液状化物を得ることができ、そしてそれを用いると良好な熱可塑性樹脂組成物を得ることができることを見い出し、本発明をなすに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、（１）固体状物質を含む熱可塑性樹脂組成物を製造するにあたり、固体状物質を加熱溶融して溶融状態で熱可塑性樹脂と混合することを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法、（２）固体状物質を含む熱可塑性樹脂組成物を製造するにあたり、固体状物質を加熱溶融し、溶融した物質と熱可塑性樹脂とを溶融混練りすることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法、（３）固体状物質を溶融するにあたり、該固体状物質の融点より高い温度の熱媒体または発熱体を用いた加熱装置上に該固体状物質を接触させて該固体状物質の液化物を得ることを特徴とする固体状物質の加熱溶融方法、（４）熱媒体または発熱体の温度が該固体状物質の融点より２０℃以上高く該固体状物質の加熱減量が２０重量％以下の温度であることを特徴とする（３）記載の固体状物質の加熱溶融方法、（５）加熱装置がらせん状に巻いた管で構成される装置または、高周波電流または電磁誘導により発熱する発熱体を具備した装置であることを特徴とする（３）記載の固体状物質の加熱溶融方法、（６）該固体状物質が、
（ａ）高級脂肪酸
（ｂ）高級脂肪酸エステル化合物
（ｃ）高級脂肪酸金属塩
（ｄ）ヒンダードフェノール系安定剤
（ｅ）リン系安定剤
（ｆ）紫外線吸収剤
から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項記載の方法、（７）該固体状物質の融点より高い温度の熱媒体または発熱体を用いた加熱装置を設置することを特徴とする固体状物質の加熱溶融装置、（８）加熱装置がらせん状に巻いた管で構成される装置または、高周波電流または電磁誘導により発熱する発熱体を具備した装置であることを特徴とする（７）記載の固体状物質の加熱溶融装置、（９）熱可塑性樹脂組成物を得るのに用いることを特徴とする（８）記載の固体状物質の加熱溶融装置である。
【０００９】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明でいう熱可塑性樹脂とは例えばエチレン樹脂、プロピレン樹脂、ブテン−１樹脂、エチレン−プロピレン共重合樹脂に代表されるオレフィン系樹脂や、スチレン樹脂、ゴム変性スチレン共重合樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン共重合樹脂、アクリル酸−スチレン共重合樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、アクリロニトリル−メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、スチレン−ブタジエンブロック共重合樹脂に代表されるスチレン系樹脂やメタクリル酸メチル樹脂、塩化ビニル樹脂またはその共重合樹脂等が挙げられるが、ここに挙げたものに限定されるものではない。
【００１０】
本発明で用いられる固体状である物質としては、滑剤、可塑剤、安定剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、着色剤等のいわゆる熱可塑性樹脂組成物を得るのに用いる改質剤が挙げられるが、ここに記載したもの以外の目的の添加剤も使用できる。しかし、改質剤の作用としては２種以上の作用を持つことが多いため、複合作用によってはその改質効果はさらに複雑となる。
【００１１】
ここで、その改質の目的にはとらわれずに利用できる添加剤の具体例を示せば、脂肪族炭化水素、高級脂肪酸、脂肪族アルコール、脂肪酸アミド、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステル類、ヒンダードフェノール類、ベンゾトリアゾール化合物、マイクロクリスタリンワックス、ホスファイト類等が挙げられるが、ここに挙げたものに限定されるものではない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで本発明の固体状である物質を加熱溶融する方法及びその装置、それを用いた熱可塑性樹脂組成物の製造方法について図をもって説明する。ただし、添付された図は本発明の一例を示すものであってこれに限定されるものではない。
【００１３】
本発明の一つは、内部に該固体状物質の融点より高い温度の熱媒体を通した加熱装置上に該固体状物質を接触させて該固体状物質の液化物を得ることにある。
図１は、中に熱媒体を通せるような管状物をらせん状に巻いたものである。このらせん状の管の中に熱媒体を通すことによって管の表面の温度を固体状である物質の融点より高くし、接触する物質例えば添加物を素早く溶融させるものである。
管の中を通す熱媒体の種類は特に制限されないが、例えば熱媒油、温水、加圧温水、蒸気等の適当な温度に加温でき、管の中を流動できるものであれば良い。
また、管の材質は特に制限はないが、熱伝導率の高い金属類が好ましい。材質の選定に当たっては、溶融する添加物や熱媒体による腐食や化学反応を起こさないことを考慮して決定される。
【００１４】
熱媒体または発熱体の温度は、物質例えば添加物の融点以上であれば良いが、装置を小型にする観点から融点の２０℃以上が好ましく、更に好ましくは５０℃以上、最も好ましくは７０℃以上である。熱媒体の流量は、加熱装置出口でも添加物の融点以上の温度を保持できる流量にすることが好ましい。また、温度は高い方が処理能力が上がり好ましいが、添加物が変質しない温度以下であることは必須であり、添加物の蒸気の発生等による歩留まりの影響を考慮すると、固体状物質の加熱減量が２０重量％以下の温度であることが好ましく、更に好ましくは１０重量％以下の温度、最も好ましくは１重量％以下の温度である。
【００１５】
図１のらせん状の管は図２に示すように円筒の中に設置して利用することができる。この円筒状の上部から目的とする添加物を接触させるだけでらせん状の管の下部から添加物の溶融物を得ることができる。添加物の接触方法は定量フィーダー等公知の装置を用いて連続的に接触させることも可能であるが、円筒の中にあふれない程度の量の固体状の添加物を一度に接触させても良い。この場合には加熱装置の能力に応じた量の溶融した添加物がらせん状の管の下部から流出してくる。
この時、円筒の外周には保温材を設置したり、ジャケットを設置し熱媒体を流した方がより効率的である。
【００１６】
管をらせん状に巻く場合、内側の管と外側の管の隙間は、固体状の添加物が固体のまますり抜けない程度に小さくしても良いが、管の外径の０．１〜３倍の隙間とし、これを２段以上に重ねることにより効果が増大する。２段以上に重ねる場合には重ねた状態で真上からみた場合、最下段のらせん状の隙間が見える面積が、円筒の断面積に対し５％以下になっていれば実質的に充分である。
【００１７】
らせん状の管の更に好ましい形状は図３に示すように下に凸の円錐状である。
下に凸の円錐状の方が接触面積を有効にとることができ、装置を小型にできる。
この形状であっても２段以上に重ねることにより効果は増大する。図４に添加物の定量フィーダーとを組み合わせ、押出機へポンプで連続的に供給する装置の一例を示した。
【００１８】
本発明のもう一つは絶縁性物質でできた筒の内部に例えば金属でできた導電性物質を充填した高周波誘電加熱装置を用いる方法及び装置であり、図５、図６は筒の内部に導電性物質を充填した場合の一例である。導電性物質の形状は図５や図６のような形状の他に、金属粒や不定形のものや公知の静止型混合機の形状のものも用いることができ、形状は問わないが、接触させる固体状の添加物が固体のまますり抜けないようにすることが肝要であり、導電性物質の下方に添加物の粒径に応じた開口部を持つ金網やパンチングメタル等を設置することが推奨される。
【００１９】
導電性物質は、絶縁性物質でできた筒の外側に電極を取り付け、この電極を通して発生する高周波電流により発熱させることができる。または電極の代わりに電磁コイルを設置し、発生した磁界により発熱させることもできる。このようにして内部に発熱した導電性物質を内蔵した筒の上部から添加物を投下するだけで導電性物質の下部から添加物の溶融物を得ることができる。添加物の接触方法は定量フィーダー等公知の装置を用いて連続的に接触させることも可能であるが、円筒の中にあふれない程度の量の固体状の添加物を一度に投下しても良い。
【００２０】
導電性物質の発熱の程度は、周波数や磁界の強さを変更することにより調製することができ、導電性物質の表面または出口の溶融した添加物の温度を測定することにより発熱の程度を調製し、過加熱を防いだり、処理能力を調製することができる。
【００２１】
固体状物質を含む熱可塑性樹脂組成物を製造するには、固体状物質を加熱溶融して溶融状態で熱可塑性樹脂と混合することが好ましい。または、固体状物質を加熱溶融し、溶融した物質と熱可塑性樹脂とを溶融混練りすることが好ましい。
更に、固体状物質の加熱溶融物を押出機の先端部分に添加することにより良好な熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例によって本発明の範囲を何ら制限を受けるものではない。
【００２３】
実施例１
長さ３ｍ、外径６ｍｍのステンレス性の管を図３のような下に凸の円錐状をしたらせんに巻き、これを２個作成した。最外周は約１４５ｍｍであり、管の隙間は場所によって差はあるが、０〜５ｍｍの範囲であった。これを継ぎ手で繋いで２個垂直に重ねて高さ３００ｍｍ、内径約１５０ｍｍのステンレス性の筒の中に設置した。管の一端から１５０℃の飽和蒸気を導入し、もう一端でスチームトラップを介して排出できるようにした。この筒の上端から固体状物質である粉末状のステアリン酸２００ｇを一気に投入し、筒の下方でステアリン酸の溶融物を容器に受けた。
投入開始直後から溶融物が流出し始め、全量流出し終わるまでの時間は４秒であった。
【００２４】
比較例１
内径１５０ｍｍ、容量５００ｍＬのジャケット付きステンレス製タンクに固体状物質の粉末状のステアリン酸２００ｇを投入し、１５０℃のスチームをジャケットに流した。ジャケットの出口側にはスチームトラップを介してスチームドレンを排出できるようにした。加温開始後開始１０分後でもまだ未溶融のステアリン酸が漂っていた。
【００２５】
実施例２
スクリュー径３０ｍｍφ、シリンダー長さＬとスクリュー径Ｄとの比Ｌ／Ｄが４６．６の二軸押出機（神戸製鋼社製ＨＹＰＥＲＫＴＸ３０）、及び実施例１の添加剤加熱溶融を用いて図７のように組み立てた。シリンダー温度２３０℃、スクリュー回転数３５０ｒｐｍの状態で押出機ホッパーへ重量平均分子量２６万のポリスチレンを５０ｋｇ／ｈｒの速度で供給し、押出機先端より約５０ｍｍ上流のシリンダーを通して、実施例１の装置で固体状物質のステアリン酸を溶融したものをプランジャーポンプで１２０ｃｃ／ｈｒの速度で注入した。押出機先端にはダイを取り付け、先端よりストランド状に排出されたポリマーを水槽で冷却した後ペレタイザーでカッティングしペレットを得た。得られたペレットをプレス成形機を用い、２３０℃の温度で約０．５ｍｍの厚さのフィルムを作成し、肉眼で透明性を確認したが、ステアリン酸分散不良による白濁は認められなかった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の方法と装置を採用することにより、固体状の物質を比較的小型の装置で短時間のうちに加熱溶融して液状化物を得ることができる。
そして、それを用いると良好な熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。
特に、熱可塑性樹脂に様々な特性を付与する目的で添加する固体状の添加物を加熱溶融して液状化物を得ることには有用な効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するためのらせん状の管の一例である。
【図２】本発明を実施するためのらせん状の管を円筒の容器に設置した一例である。
【図３】本発明を実施するための下に凸の円錐状であるらせん状の管を底部が円錐状の容器に設置した一例である。
【図４】本発明を実施するための装置系統図の一例である。
【図５】本発明を実施するための筒の内部に導電性物質を充填した一例である。
【図６】本発明を実施するための筒の内部に導電性物質を充填した一例である。
【図７】本発明を実施するための装置系統図の一例である。
【符号の説明】
１．らせん状の管
２．円筒
３．下に凸の円錐状であるらせん状の管
４．底部が円錐状の容器
５．添加剤フィーダー
６．熱媒体
７．加熱溶融装置
８．バッファータンク
９．導電性物質
１０．導電性物質
１１．二軸押出機

Claims

固体状物質を溶融するにあたり、該固体状物質の融点より２０℃以上高く、該固体状物質の加熱減量が２０重量％以下の温度である熱媒体または発熱体を用いた下記加熱溶融装置上に該固体状物質を接触させて該固体状物質の液化物を得ることを特徴とする固体状物質の加熱溶融方法。
該加熱溶融装置が、らせん状に巻いた管で構成される装置あるいは、高周波電流または電磁誘導により発熱する発熱体を具備した装置である。
請求項１記載の固体状物質の加熱溶融方法に使用する、該固体状物質の融点より高い温度の熱媒体または発熱体を用いた、らせん状に巻いた管で構成される装置あるいは、高周波電流または電磁誘導により発熱する発熱体を具備した装置であることを特徴とする固体状物質の加熱溶融装置。