JP5981422B2 - 熱可塑性樹脂発泡体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂発泡体の製造方法に関し、より詳しくは、発泡における異方性が少なく、特に発泡倍率１０以上においても、均質な寸法形状を有する板状の発泡体を製造するための方法に関する。

樹脂発泡体は、軽量で防音性および断熱性能に優れることから、自動車の内装や建材などに広く使用されている。緩衝性に優れ、かつ、施工性にも優れた熱可塑性樹脂発泡体を得るための方法としては、溶融状態の熱可塑性樹脂を押出用の金型に設けられた複数の通過孔を経由して吐出口から押出発泡させて樹脂発泡体を得る方法が知られている（引用文献１、２）。

しかし、上記の方法により得られる樹脂発泡体は、各通過孔を経由して形成された樹脂発泡体の単位（ストランド）の集合体であり、ストランドの伸びる方向と直交する方向に折れやすいという特性（異方性）がある。このため、樹脂発泡体の異方性を減らす目的で、樹脂発泡体を製造するにあたり、細長い隙間が設けられた金型から熱可塑性樹脂を押出して方向性が少ない板状の発泡体を製造することが試みられている（特許文献３、４）。

特表平１−５０２２５２号公報 特開２００６−１０２９５９号公報 特許第３６４０５３１号公報 特許第４２３５７６８号公報

従来技術（特許文献３、４）で見られるように、細長い隙間が設けられた金型を使用する熱可塑性樹脂発泡体の製造方法においては、樹脂の発泡倍率が１０未満であれば均質な寸法形状を有する熱可塑性樹脂発泡体を得ることは容易である。しかし、発泡倍率を１０以上とすると、発泡セルの集合体の形状が部位によってばらつきやすく、そのため、熱可塑性樹脂発泡体の寸法形状がばらつき、あるいは表面平滑性が損なわれ、厚み方向にうねりが発生して、平滑な板状の熱可塑性樹脂発泡体が得られないという問題がある。発泡体の表面平滑性が損なわれると、表面ラミネート加工等の他材料との接触や接着の際に不陸が生じるという問題があり、特に、該熱可塑性樹脂発泡体を断熱材として使用する際には、この不陸は断熱欠損になり、所望する目的を果たすことができない。

従って、本発明の目的は、出口開口部に細長い隙間が設けられた金型から熱可塑性樹脂を押出して板状の熱可塑性樹脂発泡体を製造する方法において、均質な寸法形状を有する発泡体、特に発泡倍率１０以上においても、均質な寸法形状を有する熱可塑性樹脂発泡体を製造できる方法を提供することにある。

本発明者らは、板状の熱可塑性樹脂発泡体の製造技術に関し鋭意研究を重ねた結果、溶融状態の熱可塑性樹脂発泡体を、樹脂流路の断面の横幅（出口開口部の長手方向の幅）が徐々に広がるように金型を通過させ、さらに該金型の入口開口部と出口開口部との距離Ｄ、出口開口部の横幅Ｌ１および入口開口部における樹脂流路断面の横幅Ｌ２を特定の条件を満たすように規定することにより、幅方向のうねり（コルゲート）を軽減できること、特に、発泡倍率１０以上の熱可塑性樹脂発泡体においても同様の効果を発現することを見出し、本発明を完成するに至った。

具体的には、上記の目的は、下記の本発明の第１態様〜第３態様によって達成される。すなわち、本発明の第１態様においては、金型に設けられた入口開口部から発泡剤を含む熱可塑性樹脂組成物を溶融状態で流して導入し、該組成物を上記金型に設けられた細長い出口開口部から吐出させて板状の発泡体を形成する熱可塑性樹脂発泡体の製造方法において、上記金型の出口開口部の横幅をＬ１、上記入口開口部における樹脂流路の断面の、上記出口開口部横幅方向の長さをＬ２、上記入口開口部と出口開口部との距離をＤとするとき、Ｌ１／Ｌ２を１．３以上とし、かつ、３＜Ｌ１／Ｄ＜２０とすることを特徴とする。

また、上記の目的は、本発明の第２態様、すなわち、金型に設けられた入口開口部から発泡剤を含む熱可塑性樹脂組成物を溶融状態で流して導入し、該組成物を上記金型に設けられた細長い出口開口部から吐出させて板状の発泡体を形成する熱可塑性樹脂発泡体の製造方法において、複数の樹脂流路から上記溶融状態の樹脂組成物を上記入口開口部に導入し、上記金型の出口開口部の横幅をＬ１、上記入口開口部における樹脂流路の断面の、上記出口開口部横幅方向の長さの合計をＬ２’、上記入口開口部と出口開口部との距離をＤとするとき、Ｌ１／Ｌ２’を１．３以上とし、かつ、３＜Ｌ１／Ｄ＜２０とすることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造方法によっても達成される。

さらに上記の目的は、本発明の第３態様、すなわち、金型に設けられた入口開口部から発泡剤を含む熱可塑性樹脂組成物を溶融状態で流して導入し、該組成物を上記金型に設けられた細長い出口開口部から吐出させて板状の発泡体を形成する熱可塑性樹脂発泡体の製造方法において、上記金型の出口開口部の横幅をＬ１、上記入口開口部における樹脂流路の断面の、上記出口開口部横幅方向の長さ（横幅）をＬ２、上記入口開口部と出口開口部との距離をＤとするとき、Ｌ１／Ｌ２を１．３以上、３＜Ｌ１／Ｄ＜２０とし、かつ上記入口開口部における樹脂流路の断面の横幅方向の、中央部における縦幅Ｈ３を両端部における縦幅Ｈ２より狭くすることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造方法によっても達成される。

本発明によれば、厚み方向のうねりが少なく、均質な寸法形状を有し、特に、発泡倍率１０以上においても、均質な寸法形状を有し、表面平滑性の高い板状の熱可塑性樹脂発泡体を得ることができる熱可塑性樹脂発泡体の製造方法が提供される。

本発明の第１態様の一例を示す模式図 本発明の第１態様に用いる金型を示す模式図 本発明の第１態様の別の例を示す模式図 埋金を用いる本発明の第１態様の一例を示す模式図 押出機先端に金型を取り付けた実施態様の断面図 本発明の第２態様の一例を示す模式図 埋金を用いる本発明の第２態様の一例を示す模式図 本発明の第３態様の一例を示す模式図 埋金を用いる本発明の第３態様の一例を示す模式図 本発明の第３態様に用いる金型の一例を示す模式図 比較例の金型を示す斜視図 埋金の実施態様を示す図

以下、本発明の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法について、図面を参照して説明する。
（本発明の第１態様）
本発明の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法は、発泡剤を含む熱可塑性樹脂組成物を溶融状態で金型の入口開口部に導入し、この溶融状態の樹脂組成物を、金型に設けられた単一の細長い出口開口部から吐出して板状の熱可塑性樹脂発泡体を得るものである。
図１〜４は本発明の第１態様を示す模式図である。図１では２つ用いる金型の一方のみを示しており、同様に図３、４も説明のため、上側の金型を省略している。本発明の製造方法では、金型設計の容易さの点から図１、３、４に示すような同型の金型２つを図２のように向かい合わせ、それを図５に示すように押出機２４の先端に取り付けて使用することが好ましい。

本発明の第１態様では、樹脂発泡体の製造に使用する図１の金型１０において、金型の出口開口部１２の横幅をＬ１、入口開口部１１と出口開口部１２との距離をＤとし、並びに、入口開口部１１における樹脂流路の断面の、上記出口開口部横幅方向の長さ（横幅）をＬ２するとき、Ｌ１／Ｌ２を１．３以上とし、かつ、３＜Ｌ１／Ｄ＜２０という条件を満たすようにした上で熱可塑性樹脂を製造する。上記３つのパラメータのうち、出口開口部の横幅Ｌ１と、入口開口部と出口開口部との距離Ｄとは、金型によって決定される。このため、本発明の第１態様の実施にあたっては、『３＜Ｌ１／Ｄ＜２０』の条件を満たす金型を使用する必要がある。Ｌ１／Ｄの値が３以下であると、金型１０内で、発泡剤を含む熱可塑性樹脂組成物が、幅方向に充分広がることができず、得られる樹脂発泡体表面のうねりを低減する事ができないという問題がある。一方Ｌ１／Ｄの値が２０以上の場合、金型１０内で発泡剤を含む熱可塑性樹脂組成物の圧力が上がりすぎて適切でないという問題がある。

一方、入口開口部１１における樹脂流路の断面の横幅Ｌ２は、図３に示すように金型１０の入口開口部１１の形状によって決定することもできるが、図４に示されるように、金型１０の入口開口部１１の上流側に埋金２０を配置し、入口開口部１１における樹脂流路の横幅Ｌ２を狭くしてＬ１／Ｌ２を１．３以上となるようにしてもよい。Ｌ１／Ｌ２の値は、１．３以上であれば、得られる樹脂発泡体表面のうねりを実用上問題のない程度に減らすことができるが、表面をより平滑にするためには１．５以上であることが好ましく、外観に優れた発泡体を得るためには２以上とすることがより好ましい。
本発明の第１態様により、厚み方向へのうねりの少なく、均質な寸法形状を有する樹脂発泡体を製造できる理由として、本発明者らは、溶融状態の熱可塑性樹脂が幅方向に広がりながら入口開口部１１から出口開口部１２に向かうため、発泡に伴う縦方向に広がる作用が緩和され、全周囲方向に均一に広がる発泡挙動（等方性）によるものと考えている。

金型１０の出口開口部１２の横幅Ｌ１は、樹脂発泡体の用途により異なり一概には言えないが、通常５０ｍｍ〜２０００ｍｍ程度である。入口開口部１１における樹脂流路断面の横幅Ｌ２は、Ｌ１に応じてＬ１／Ｌ２が１．３以上となるようにすればよく、金型１０自体がこの条件を満たさない場合でも埋金２０を用いることにより容易に調整することができる。
入口開口部１１と出口開口部１２との距離Ｄは、金型１０に依存して決まるが、通常２５〜５０ｍｍ程度である。

本発明の第１態様で使用する金型１０の出口開口部１２の縦幅Ｈ１は、通常０．０１〜１０ｍｍである。０．０１ｍｍより狭いと、泡剤を含む熱可塑性樹脂の流動性が著しく悪くなることがあり、１０ｍｍより広いと、金型１０内での熱可塑性樹脂の圧力が低下し、均一な発泡体を得られないおそれがある。上記した通り、図１、３、４に示す例では上側の金型を省略しているため、図２から明らかなとおり、出口開口部１２の縦幅Ｈ１は、図１、３、４に示す金型の出口開口部１２の縦幅ｈ１を２倍した値となる。このため、出口開口部１２の断面積は、２×ｈ１×Ｌ１（＝Ｈ１×Ｌ１）となる。

一方、本発明の第１態様で使用する金型１０の入口開口部１１の縦幅Ｈ２は、２〜１０ｍｍであることが好ましく、４〜８ｍｍであることがより好ましい。Ｈ２が２ｍｍより狭いと、該入口開口部１１での熱可塑性樹脂の圧力が高くなりすぎて発泡体の製造が滞ることがある。一方、Ｈ２が１０ｍｍより大きいと金型１０に導入される熱可塑性樹脂の量が多くなり、吐出の際の樹脂の圧力が高くなりすぎて、発泡が均一とならないおそれがある。

本発明の製造方法に使用する金型は、高温高圧の熱可塑性樹脂の流れに耐える必要があり、かつ、繰り返して長期間使用できるものであることが望ましい。このような金型の素材の例として、ステンレス鋼を挙げることができる。

本発明の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法では、まず、原料となる熱可塑性樹脂を押出機に投入し、これを融点以上に加熱する。本発明に使用される熱可塑性樹脂の例として、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリアミド樹脂が挙げられ、これらのうちの１種類の単独重合体でもよく、２種以上を組み合わせて混合樹脂として使用してもよい。

次いで、溶融状態とした熱可塑性樹脂に発泡剤を添加する。発泡剤の例としては、二酸化炭素、窒素などの無機不活性ガス、ブタン、ペンタンなどの炭化水素系ガスが挙げられる。熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂を用いる場合には、発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を用いることが好ましい。この場合、押出機内部で二酸化炭素が気化することを防止するため、熱可塑性樹脂を７ＭＰａ以上の圧力に保つ必要がある。

発泡剤を含む溶融状態の熱可塑性樹脂は、図５に矢印で示すように押出機２４から金型１０の入口開口部１１へ導入される。そして、出口開口部１２に近づきながら徐々に圧力が低下し、発泡がはじまる。熱可塑性樹脂の急激な硬化を防ぐため、金型１０をヒーターなどで硬化温度以上に保持することが好ましい。

本発明により製造される樹脂発泡体の発泡倍率は、用途にもよるが、５倍以上であることが好ましく、更には、１０倍以上であることがより好ましい。出口開口部から押出された樹脂発泡体が板体の上下方向に膨張しすぎることを防ぐため、図５に示されるように出口開口部１２の上下にガイダー２１を設けることも有効である。

また、樹脂発泡体の幅方向への膨張を抑え、表面のうねりを減らすため、ガイダー２１の下流側に小型ロール引取機２２を設置し、樹脂発泡体をロールで上下から挟みながら冷却することも有効である。

（本発明の第２態様）
図６、７は本発明の第２態様を示す模式図である。説明のため第１態様の図１と同様に上側の金型を省略している。
本発明の第１態様では金型の入口開口部に導入する溶融状態の熱可塑性樹脂の樹脂流路が１つであるのに対し、本発明の第２態様では、図６に示す金型１０の入口開口部１１にハッチングで示すように、金型１０に導入する熱可塑性樹脂の樹脂流路を複数とする。そして、金型１０の出口開口部１２の横幅をＬ１、入口開口部１１における樹脂流路の断面の横幅方向の長さの合計をＬ２’、入口開口部１１と出口開口部１２との距離をＤとするとき、Ｌ１／Ｌ２’を１．３以上とし、かつ、３＜Ｌ１／Ｄ＜２０とすることを特徴とする。

すなわち、Ｌ１、Ｌ２’およびＤが上記条件を満たす場合にも、本発明の第１態様と同様に、表面にうねりの少ない平滑な熱可塑性樹脂発泡体を得ることができる。本発明者らは、この理由として、本発明の第１態様と同様に、溶融状態の熱可塑性樹脂が幅方向に広がりながら入口開口部から出口開口部に向かうため、発泡に伴う縦方向に広がる作用を緩和できるためであると考えている。

導入口を複数とする方法としては、金型に複数の入口開口部を設けてもよいが、図７に示すように、金型１０の入口開口部の上流側に、複数の開口を有する埋金２０を配置することがより好ましい。埋金２０を使用することにより、金型を作製するコストと時間を省き、簡便に導入口を複数にできる利点がある。第２態様における樹脂流路の数に特に制限はないが、２〜１０であることが好ましい。図１２Ｃに樹脂流路数が２の埋金の一例を示す。

（本発明の第３態様）
図８〜１０は本発明の第３態様を示す模式図である。説明のため第１態様の図１と同様に上側の金型を省略している。
本発明の第３態様では、第１態様と同様にＬ１／Ｌ２を１．３以上、３＜Ｌ１／Ｄ＜２０とすることに加え、図８に示されるように入口開口部１１における樹脂流路断面の縦幅について、横幅方向の、両端部の縦幅Ｈ２より中央部の縦幅Ｈ３を狭くすることを特徴とする。

このように、入口開口部における樹脂流路断面の縦幅について、Ｈ２＞Ｈ３とすることによっても、表面にうねりが少なく平滑な熱可塑性樹脂発泡体を得ることができる。本発明者らは、この理由として、本発明の第３態様では金型の中央部への熱可塑性樹脂の供給量が少ないため、熱可塑性樹脂が発泡する際の圧力を縦方向ではなく、横幅方向を含めた全周囲方向に振り向けることができるので、縦方向へのうねりが軽減された、均一な寸法形状を有する樹脂発泡体が得られると考えている。

本発明の第３態様の一例として、図８に示されるように、金型１０の入口開口部１１での樹脂流路断面を、中央部を縦幅Ｈ３のスリットとし、その両端の縦幅をより広くしてＨ字形状に形成することが挙げられる。このような樹脂流路断面は、図９に示される形状の埋金２０を用いることにより形成することができる。また、図１０に示されるように、埋金を用いずに金型１０の入口開口部１１の形状を本発明の第３態様の条件を満たすように形成してもよい。図１０の金型１０は、入口開口部１１の両端部で縦幅が最も広く（ｈ２＝２．５ｍｍ）、そこから中央部に向かって次第に縦幅が狭くなり、中央部で縦幅が最も狭くなる（ｈ３＝０．２５ｍｍ）構造である。図１２Ｂに、本発明の第３態様に用いることのできる埋金の一例を示す。

（実施例１）
図１０に示す金型２つを向かい合わせて固定し、この金型の入口開口部１１と、図１２Ｆに示す埋金の開口部とが重なるように配置して、これらの金型と埋金を押出機の先端に取り付けて、板状のポリプロピレン樹脂発泡体を製造した。上記金型における出口開口部の長手方向の幅（横幅）Ｌ１は２６０ｍｍ、入口開口部と出口開口部との距離Ｄは４９．４ｍｍ、入口開口部における樹脂流路断面の横幅Ｌ２は１００ｍｍであり、Ｌ１／Ｌ２は２．６、Ｌ１／Ｄは５．２６である。なお、押出機吐出量は２０ｋｇ／ｈ、発泡剤としての二酸化炭素供給量は０．７８ｋｇ／ｈ、二酸化炭素添加量３．８質量％、金型の入口開口部における樹脂圧力は１０ＭＰａとした。
得られた板状のポリプロピレン樹脂発泡体の発泡倍率、厚み、厚みＣｖ値を表１に示す。なお、厚みＣｖ値とは、熱可塑性樹脂発泡体の厚みを、１ｍ²あたり２５点で測定した場合の（標準偏差）／（平均値）のことであり、この値が少ないほど、厚み方向のうねりが少なく、表面が平滑であることを意味する。

（比較例１）
金型として出口開口部の横幅Ｌ１と入口開口部の横幅とが等しい図１１に記載の金型を使用し、埋金を使用しなかったこと以外は実施例１と同様にしてポリプロピレン樹脂発泡体を製造した。得られた樹脂発泡体の発泡倍率、厚み、厚みＣｖ値を表１に示す。なお、比較例１のＬ１／Ｌ２は１．０、Ｌ１／Ｄは約５．２６である。
表１に示す結果から、入口開口部における樹脂流路断面の横幅を狭くし、Ｌ１／Ｌ２の値を大きくすることにより、得られる発泡体の厚みＣｖ値が大きく低下し、うねりの少ない平滑な発泡体を製造できることが示された。実施例１で得られた発泡体は、うねりが少なく外観も優れていた。

１０．金型
１１．入口開口部
１２．出口開口部
２０．埋金
２１．ガイダー
２２．小型ロール引取機
２３．シボロール
２４．押出機
Ｄ．入口開口部と出口開口部との距離
Ｈ１．金型の出口開口部の縦幅
Ｈ２．金型の入口開口部の縦幅
Ｈ３．金型の入口開口部の中央部の縦幅
Ｌ１．金型の出口開口部の横幅
Ｌ２．入口開口部における樹脂流路断面の横幅
Ｌ２’．入口開口部における樹脂流路の断面の横幅方向の長さの合計
ｈ１．片方の金型の出口開口部の縦幅
ｈ２．片方の金型の入口開口部の縦幅
ｈ３．片方の金型の入口開口部の中央部の縦幅

Claims (4)

1. 金型に設けられた入口開口部から発泡剤を含む熱可塑性樹脂組成物を溶融状態で流して導入し、該組成物を上記金型に設けられた細長い出口開口部から吐出させて板状の発泡体を形成する熱可塑性樹脂発泡体の製造方法において、
   上記金型の出口開口部の横幅をＬ１、
   上記入口開口部における樹脂流路の断面の、上記出口開口部横幅方向の長さ（横幅）をＬ２、
   上記入口開口部と出口開口部との距離をＤとするとき、
   Ｌ１／Ｌ２を１．３以上、３＜Ｌ１／Ｄ＜２０とし、かつ上記入口開口部における樹脂流路の断面の横幅方向の、中央部における縦幅Ｈ３を両端部における縦幅Ｈ２より狭くすることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造方法。
2. 前記Ｌ１／Ｌ２を２以上とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法。
3. 前記入口開口部における樹脂流路の断面が、その断面の縦幅において、前記両端部で前記縦幅Ｈ２が最も広く、前記両端部から前記中央部に向かって次第に縦幅が狭くなり、前記中央部で前記縦幅Ｈ３が最も狭くなる構造である請求項１又は２に記載の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法。
4. 前記入口開口部における樹脂流路の断面が、その横幅方向の前記中央部を前記縦幅Ｈ３のスリットとし、かつ、その両端の前記縦幅Ｈ２をより広くしたＨ字形状である請求項１又は２に記載の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法。

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