JP5112940B2 - 熱硬化性樹脂発泡板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は熱硬化性樹脂発泡板の製造方法に関する。

熱硬化性樹脂発泡板の製造方法としては、混合機で熱硬化性樹脂、発泡剤、及び触媒等からなる樹脂組成物を混練して、一定速度で走行する表面材上に混練物を吐出させた後、硬化炉内のコンベア間で成形する方法が一般的である。この方法において、上記樹脂組成物を混合機にて混合した後、板状に拡幅する方法として、混合機ノズルをトラバースさせる方法、ドクターブレードやドクターナイフを利用した方法、吐出後に複数のヘラ状堰で一様に均す方法等があるが、これらの方法では、幅方向に均一厚みの発泡板良品を、効率的に、且つ、長時間安定的に製造することは困難であった。

このような問題を解決する手段として、混合機から走行する表面材の走行方向に対して直交方向に、混合した樹脂組成物を拡幅するＴダイ押出し法が挙げられる。しかしながら、当該方法は一箇所からＴダイに流入させた樹脂組成物をダイの吐出幅方向に拡幅するために、ダイ吐出幅方向の各吐出位置間で樹脂組成物の吐出流量差が生じることから、ダイ内滞留時間に差が生じることとなり、ダイ内に、局所的にスケールの付着、成長が進行しやすい。その結果、長時間安定的に、ダイ吐出幅方向で均一な吐出を実現することが難しい。

そこで、樹脂組成物を複数の吐出ノズルから吐出する方法が提案されている。例えば、特許文献１で提案されるような、複数の溝を利用して所定間隔で直線帯状に表面材上に供給する方法や、特許文献２で提案されるような、いわゆるトーナメント式分配ノズル（特許文献２では、高圧式）を利用した方法などがある。

しかしながら、複数の吐出ノズルから吐出する方法では、熱硬化性樹脂発泡体を不可逆的に反応を進行させながら製造するため、いずれも、分配流路等の設備にスケール付着が起きやすく、また、運転時間とともにそのスケールは成長するために、分配された流路間の僅かな環境の差によるスケール付着・成長の差に伴って、流路間での汚れ度合いの差も経時的に広がる一方となる。その結果、複数流路間での流量差が大きくなるため、流路を分配するだけでは、幅方向に均一厚みの熱硬化性樹脂発泡板を、長時間安定的に得ることは難しい。

また、複数の吐出ノズルから吐出された樹脂組成物は、幅方向及び厚み方向に発泡膨張して隣接する樹脂組成物同士で一体化するが、上記したようなノズル毎に吐出量の変動が生じた場合、吐出量の多いノズルから吐出された樹脂組成物が、隣接するノズルから吐出された樹脂組成物の上に覆い被さるように幅方向に広がる横流れを生じ、最終的に得られた発泡板の表層部と内部との間に空隙を形成してしまう場合があった。このような空隙は製品の強度など物性の低下を招くため好ましくない。

このような背景のもと、空隙がなく、幅方向に均一厚みの熱硬化性樹脂発泡板を、効率的に、且つ、長時間安定的に製造するための技術が強く望まれてきた。

特開平４−１４１４０６号公報 特許第３２４３５７１号公報

本発明は、熱硬化性樹脂発泡板を製造するにあたり、吐出から成形までの発泡板内部での樹脂組成物の横流れを抑制し、長時間安定的に、外観及び製品物性の低下のない熱硬化性樹脂発泡板を製造することを目的とする。

本発明は、少なくとも、熱硬化性樹脂、発泡剤、及び硬化剤からなる樹脂組成物を混合機にて混合し、走行する表面材上に複数分配された流路より吐出して発泡硬化させる熱硬化性樹脂発泡板の製造方法であって、
混合機１基当たり５本以上に分配された流路の各先端にダイを取り付け、該ダイを間隔を開けずに直線状に配列し、全てのダイから樹脂組成物を板状に成形しながら吐出させることを特徴とする。

本発明においては、
前記ダイのダイ長（Ｌ）とダイ幅（Ｗ）との比（Ｌ／Ｗ）が１以上１０以下であること、
前記熱硬化性樹脂発泡板が、フェノール樹脂発泡板であること、
を好ましい態様として含む。

本発明によれば、熱硬化性樹脂発泡板を製造するにあたり、吐出から成形までの発泡板内部での発泡樹脂の横流れを抑制し、長時間安定的に、製品物性低下のない、外観良好な熱硬化性樹脂発泡板を製造することができる。

本発明の製造方法は、混合機から複数分配された流路の先端にそれぞれダイを取り付け、各流路から吐出された樹脂組成物を一旦ダイ内で幅方向に広げて板状に成形してからダイ外へ吐出する。よって、各流路からはほぼ均一な幅の板状の樹脂組成物が並んで吐出するため、吐出量の多い流路から吐出された樹脂組成物の横流れが抑制され、外観も良好で空隙のない樹脂発泡板が得られる。

本発明において、熱硬化性樹脂発泡体とは、フェノール樹脂フォーム、ウレタンフォーム等の熱硬化性樹脂からなる発泡体であり、少なくとも、熱硬化性樹脂、発泡剤、及び硬化剤からなる樹脂組成物を発泡硬化させてなる。尚、係る樹脂組成物には必要に応じて、界面活性剤、可塑剤、増量剤等を添加することもできる。

本発明に用いられる混合機とは、攪拌部を備えており、少なくとも熱硬化性樹脂、発泡剤、及び硬化剤の３成分が混合される。混合機の構成は特に限定されないが、短時間に効率よく攪拌できるものが好ましい。例えば、内壁に多数の突起状を有する円筒容器内を、多数の羽根（突起）を有する回転子が回転し、羽根が突起に接触することなく突起間を回転子の回転と共に回転する構造、いわゆるピンミキサー、ホバート型バッチミキサーまたはオークス型連続ミキサー（特公昭４０−１７１４３号公報参照）等を使用することができる。

本発明で使用する表面材とは、特に限定されないが、可撓性表面材が好ましく、特に発泡板としての取り扱い易さ、及び経済性の点からは合成繊維不織布、或いは紙類が最も好ましい。本発明において表面材としては、その上に樹脂組成物を吐出させる下表面材と、吐出した樹脂組成物上を覆う上表面材とが用いられ、互いに同一、或いは異なるものであってもかまわない。

本発明で使用するダイとは、例えば、図１（ａ）に示すような吐出口が扁平形状のものが挙げられる。開口部の断面形状は、特に限定されないが、図１（ｂ）や図１（ｃ）のようなものが考えられる。図中、１はダイ、２は流路、３はダイの先端開口部である。図１において、ダイ１は、上面、下面、両側面、背面からなる５つの面から構成され、吐出側となる前面のみ開放された空間を有し、ダイ１の流入側にあたる背面には、混合機から分配された流路２が接続固定されており、ダイ１内へ流入する樹脂組成物は、このダイ１の中で樹脂組成物をダイ１の流入口からダイ１の内部に滞留させることで、ダイ１の幅方向に一様に均された後、走行する表面材上に吐出される。

本発明においては、混合機から樹脂組成物が複数の流路に分配されるが、流路の本数は１基の混合機当たり５本以上である。流路の本数が５本未満の場合、複数の流路に分配した効果が低く、好ましくない。一方、流路の本数が多くなると装置が大型化するため好ましくなく、また、１本当たりの樹脂組成物の流量が少なくなりすぎるとスケール付着による流路間での流量の差が大きくなり易くなる。そのため、分配する流路の先端でのピッチは３０ｍｍ以上とすることが好ましい。

そして各流路の先端にそれぞれダイを取り付け、図２に示すように、隣接するダイ間で間隔があかないように直線状に配列する。各流路から吐出された樹脂組成物は、各ダイの中で幅方向（図２におけるＹ方向）に広がり、板状に成形されてダイから吐出される。ダイから吐出された直後の隣接する樹脂組成物間には、ダイの側面の肉厚×２だけ間隙があいているが、わずかな距離であるため、吐出直後に隣接する樹脂組成物同士で接触し、一体化する。

本発明に用いられるダイは、流路の先端から幅方向に拡幅する部材であって、ダイ長（Ｌ）とダイ幅（Ｗ）との比（Ｌ／Ｗ）が、１以上１０以下であることが望ましい。（Ｌ／Ｗ）が１より小さいと十分な均し効果が得られず、１０より大きいとダイ内へのスケール付着、及び成長が起こりやすくなるため、好ましくない。

また、本発明で使用するダイの寸法は、流路の本数が５本以上で、好ましくは、ダイ幅（Ｗ）が３０ｍｍ以上、（Ｌ／Ｗ）が１以上１０以下の範囲で、ダイ長（Ｌ）、ダイ先端開口間隔（ｔ）、ダイ肉厚等は任意に選択できる。

尚、複数の流路のそれぞれに取り付けるダイの寸法は、同一、或いは互いに異なっていても良いが、装置の構成上、同一のダイを全ての流路に取り付けることが好ましい。

また、ダイの材質は特に限定されず、ダイ内圧力により変形しにくいものが好ましい。クラムシェル現象等により、幅方向でダイ先端の開口間隔（ｔ）、特に幅方向中央部が拡がると、製品の幅方向の厚みが不均一となり、良品を採取することが難しくなる。また、材質の強度及びダイ内圧力に応じて、クラムシェル防止用の上面と下面を挟み込むような補強板を、ダイ流れ方向の任意の位置に幅方向にわたって取り付けることも可能である。更に必要に応じて、ダイ先端の幅方向に適宜調整機構を取り付けて、ダイ先端の開口間隔（ｔ）を調整しても良い。また必要に応じて、ダイ本体を、熱媒体等を利用して温調制御することも可能である。またダイは、複数流路と一体成型されたもの、もしくは取り外し可能なもの、どちらでも良く、目的に応じてその仕様を決定することができる。

ダイ先端の開口間隔（ｔ）については、ダイの流入口からダイ内へ流入する樹脂組成物を、ダイの内部に滞留させ、所望の板状に均すことができれば、特に限定されないが、この間隔（ｔ）が狭すぎると、ダイ内圧力が上昇し、クラムシェル対策が必要となる。

本発明において、複数分配された流路の形態としては、トーナメント式分配ノズルを利用した形態や、複数分配された流路を多数の穴が直管のパイプに一列に開けられた、いわゆる櫛型ノズルとした形態などが挙げられるが、特に限定されない。また、本発明においては、樹脂組成物を混合機１基当たり５本以上の流路に分配するが、１枚の発泡板の製造に置いて、混合機を２基以上（流路の合計は１０本以上）用いても構わない。

本発明で得られる熱硬化性樹脂発泡板の厚みは、混合機から供給される樹脂組成物の流量、及びダイ先端の開口間隔（ｔ）を適正化することで調整される。また、本発明で得られる熱硬化性樹脂発泡板の厚みは特に限定されない。

本発明で得られる熱硬化性樹脂発泡板の幅方向の最大厚み差は、製品の使用目的に応じても異なるが、２．０ｍｍ以内であることが好ましく、より好ましくは１．５ｍｍ以内であり、更に好ましくは１ｍｍ以内である。

本発明の特徴は、複数の流路のそれぞれの先端にダイを取り付けて板状に吐出させることにより、吐出から成形までの発泡板内部での発泡樹脂の横流れを抑制し、幅方向の厚み斑精度と外観を向上させた熱硬化性樹脂発泡板を、長時間安定的に製造するという点にある。本発明においては樹脂組成物の幅方向の横流れが抑制されることで、優先的に厚み方向への発泡が促進され、成形時に大きな圧力を加えることなく発泡板製品を得ることができる。その結果、表層部と内部との間に空隙を生じるような製品不良が起こりにくく、効率的に（高収率）熱硬化性樹脂発泡板を得ることが可能となる。

また、本発明で得られる熱硬化性樹脂発泡板を厚み方向に複数枚に切断したスライス品の評価においては、従来の吐出法（トーナメント式分配ノズルを利用した方法や櫛型ノズルを利用した方法）によって得られる発泡板に比べて、スライス品間の密度差が小さく、反りによる収縮変形も起こりにくいことから、製品厚みの大きいものを厚み方向にスライスして、均等な製品として多枚取りすることも可能である。この場合には、内側のスライス品が表面材の存在しない製品となるが、目的に応じて、後工程にて表面材を貼合した製品とすることも可能である。また、厚み方向の密度差が少ないことから、従来の吐出法によって得られる製品に比べて圧縮強度が高くなるという利点もある。

次に、実施例及び比較例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下に、熱硬化性樹脂の一例として、フェノール樹脂を取り上げて説明する。

（実施例１）
＜フェノール樹脂の合成＞
反応器に５２重量％ホルムアルデヒド３５００ｋｇと９９重量％フェノール２５１０ｋｇを仕込み、プロペラ回転式の攪拌機により攪拌し、温調機により反応器内部液温度を４０℃に調整した。次いで５０重量％水酸化ナトリウム水溶液を加えながら昇温して、反応を行わせた。オストワルド粘度が６０センチストークス（２５℃における測定値）に到達した段階で、反応液を冷却し、尿素を５７０ｋｇ（ホルムアルデヒド仕込み量の１５モル％に相当）添加した。その後、反応液を３０℃まで冷却し、パラトルエンスルホン酸一水和物の５０重量％水溶液でｐＨを６．４に中和した。

この反応液を、６０℃で脱水処理して粘度及び水分量を測定したところ、４０℃における粘度は５，８００ｍＰａ・ｓであった。これをフェノール樹脂Ａ−Ｕとする。

フェノール樹脂Ａ−Ｕ：１００重量部に対して、界面活性剤としてエチレンオキサイド−プロピレンオキサイドのブロック共重合体（ＢＡＳＦ製、プルロニックＦ−１２７）を２．０重量部の割合で混合した。このフェノール樹脂１００重量部に対して、発泡剤としてイソペンタン５０重量％とイソブタン５０重量％の混合物５重量部、酸硬化触媒としてキシレンスルホン酸８０重量％とジエチレングリコール２０重量％の混合物を１１重量部からなる組成物を２５℃に温調した混合機に、混合後の樹脂流量が４０ｋｇ／ｈｒとなるように供給し、混合部から専用トーナメント式分配管で３２に分配された流路の先端部全てに、同一のダイ（ダイ先端の開口間隔；ｔ＝７ｍｍ、ダイ長；Ｌ＝１１０ｍｍ、ダイ幅；Ｗ＝６０ｍｍ、ダイ肉厚；１．５ｍｍ）を取り付けて、複数のダイ先端開口部から樹脂組成物を各々板状に成形しながら吐出させて、移動する下表面材上に供給した。

表面材としては上下ともポリエステル製不織布（旭化成せんい（株）製「スパンボンドＥ０５０３０」、秤量３０ｇ／ｍ²、厚み０．１５ｍｍ）を使用した。

下表面材上に供給した樹脂組成物は、上表面材で被覆されると同時に、上下表面材で挟み込むようにして、８５℃のスラット型ダブルコンベアへ送り、１５分の滞留時間で硬化させた後、１１０℃のオーブンで２時間加熱して熱硬化性樹脂発泡板を得た。尚、製品の評価は、運転開始から８時間後、及び１２時間後の発泡板について各々行った。

（実施例２）
ダイ長（Ｌ）を６０ｍｍとする以外は、実施例１と同様にして発泡板を得た。

（実施例３）
ダイ長（Ｌ）を６００ｍｍとする以外は、実施例１と同様にして発泡板を得た。

（比較例１）
ダイを使用しないで、直接、専用トーナメント式分配管から吐出する以外は、実施例１と同様にして発泡板を得た。

次に本発明における樹脂特性と得られる発泡板の評価方法に関して説明する。

〔樹脂の粘度〕
回転粘度計（東機産業（株）製、Ｒ−１００型、ローター部は３°×Ｒ−１４）を用い、４０℃で３分間安定させた後の測定値とした。

〔発泡板の密度〕
２０ｃｍ角の発泡板を試料とし、この試料の面材、サイディング材を取り除いて重量と見かけ容積を測定して求めた値であり、ＪＩＳ−Ｋ−７２２２に従い測定した。

〔発泡板の圧縮強度〕
発泡板の圧縮強度は、ＪＩＳ Ｋ７２２０に従い、規定ひずみを０．０５として測定した。

〔表層部と内部との間の空隙評価〕
得られた発泡板の表層部と内部との間の空隙評価について、各々同一条件にて運転を５回実施し、その平均評価（３段階）を行った。
◎；運転５回全てにおいて、良品（空隙なし）を採取できた。
○；運転３回以上において、良品（空隙なし）を採取できた。
×；良品（空隙なし）採取は、運転２回以下であった。

上記実施例及び比較例について、各々同一条件にて５回実施し、その平均評価とした。ダイ長（Ｌ）、ダイ幅（Ｗ）、及び（Ｌ／Ｗ）値と、運転開始５時間後、及び１２時間後に得られた発泡板評価結果を表１に、各々示す。

本発明は、フェノール樹脂発泡板等の熱硬化性樹脂発泡板の製造に用いられる。

本発明で用いられるダイの構造例を示す。 本発明において複数分配された各流路にダイを取り付けて直線状に配列した状態を示す図である。

符号の説明

１ ダイ
２ 流路
３ ダイ先端開口部
Ｗ ダイ幅
Ｌ ダイ長
ｔ ダイ先端の開口間隔
Ｘ 製造時の樹脂組成物の流れ方向
Ｙ 発泡板の幅方向

Claims (3)

1. 少なくとも、熱硬化性樹脂、発泡剤、及び硬化剤からなる樹脂組成物を混合機にて混合し、走行する表面材上に複数分配された流路より吐出して発泡硬化させる熱硬化性樹脂発泡板の製造方法であって、
   混合機１基当たり５本以上に分配された流路の各先端にダイを取り付け、該ダイを間隔を開けずに直線状に配列し、全てのダイから樹脂組成物を板状に成形しながら吐出させることを特徴とする熱硬化性樹脂発泡板の製造方法。
2. 前記ダイのダイ長（Ｌ）とダイ幅（Ｗ）との比（Ｌ／Ｗ）が１以上１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性樹脂発泡板の製造方法。
3. 前記熱硬化性樹脂発泡板が、フェノール樹脂発泡板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱硬化性樹脂発泡板の製造方法。

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