JP7026559B2 - 熱可塑性樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]
粉体状熱可塑性樹脂及び液状添加剤を含む組成物を溶融混練する押出機であり、
第一供給口、第二供給口、第一混練ゾーン、第二混練ゾーン、第一真空ベント、及びダイ部を有し、
前記第一供給口は、前記粉体状熱可塑性樹脂を供給するホッパーを有し、
前記第二供給口は、第一液状添加剤供給ラインを有し、前記第一供給口と前記第一混練ゾーンとの間に位置し、
前記第一液状添加剤供給ラインは、加温装置と温度制御装置とを有し、
前記第一混練ゾーンは、
捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、及び切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュから選ばれる少なくとも1種と、
捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、及びスクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュから選ばれる少なくとも1種とからなり、
前記第一混練ゾーンの長さはLm1/D=3~10であり、
前記第一真空ベントは、前記第二混練ゾーンの下流側に位置する、押出機
を用いて、粉体状熱可塑性樹脂と液状添加剤とを溶融混練する、熱可塑性樹脂組成物の製造方法であり、
前記粉体状熱可塑性樹脂が、銅濃度0.03質量ppm以下のポリフェニレンエーテル系樹脂である
ことを特徴とする、製造方法。
(但し、Dはスクリュ径(mm)、Lbは羽根幅(mm)、Lsはスクリュピッチの長さ(mm)、Lm1は第一混練ゾーンの長さ(mm)を表す。)
[2]
前記第二混練ゾーンは、捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュ、スクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュ、捻じれ角度120~165度、羽根幅Lb/D=0.07~0.2のニーディングディスク、スクリュピッチLs/D=0.3~1.0の左回りスクリュ、及びスクリュ長さL/D=0.2~1.0のバリスターリングから選ばれる少なくとも3種を有し、前記第二混練ゾーンの長さはLm2/D=3~10である、[1]に記載の製造方法。
(但し、Lはスクリュの長さ(mm)、Lm2は第二混練ゾーンの長さ(mm)を表す。)
[3]
前記押出機が、前記第一混練ゾーンの上流に前記第一供給口を含む固体搬送ゾーンを有し、前記固体搬送ゾーンの搬送用スクリュは、スクリュピッチがLs/D=0.9~2.0、全スクリュの長さの合計がLt/D=4.0~10である1条ネジスクリュを有する、[1]または[2]に記載の製造方法。
(但し、Ltは全スクリュの長さの合計(mm)を表す。)
[4]
前記押出機が、前記第一混練ゾーンと前記第二混練ゾーンとの間に第一大気ベントを有する、[1]~[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5]
前記押出機が、前記第一混練ゾーンと前記第二混練ゾーンとの間に第三供給口を有する、[1]~[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6]
前記押出機が、前記第一混練ゾーンと前記第二混練ゾーンとの間に第三供給口を有し、前記第一大気ベントの開口部の下流側の位置が、前記第三供給口に設置されたサイドフィーダースクリュの中心軸より上流側である、[4]に記載の製造方法。
[7]
前記押出機が、前記第一真空ベントと前記ダイ部との間に第四供給口を有し、前記第四供給口は第二液状添加剤供給ラインを有する、[1]~[6]のいずれかに記載の製造方法。
[8]
前記第二液状添加剤供給ラインが加温装置と温度制御装置とを有する、[7]に記載の製造方法。
[9]
前記押出機が第三混練ゾーンを有し、前記第三混練ゾーンは、捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュ、捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、捻じれ角度120~165度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、及びスクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュから選ばれる少なくとも1種を有し、前記第三混練ゾーンの長さはLm3/D=2~5である、[1]~[8]のいずれかに記載の製造方法。
[10]
前記液状添加剤が、50~120℃で液状であるリン酸エステルの難燃剤である、[1]~[9]のいずれかに記載の製造方法。
[11]
前記液状添加剤が前記第一液状添加剤供給ラインの設定温度±20℃の範囲及び前記第二液状添加剤供給ラインの設定温度±20℃の範囲で液状である、[1]~[10]のいずれかに記載の製造方法。
[12]
前記粉体状熱可塑性樹脂が、還元粘度0.35~0.55dL/gのポリフェニレンエーテル系樹脂である、[1]~[11]のいずれかに記載の製造方法。
[13]
無次元押出量が0.07~0.2であり、スクリュ回転数が400rpm以上である、[1]~[12]のいずれかに記載の製造方法。
また、本明細書において、スクリュ径とは、スクリュ長径のことをいう。
本実施形態の押出機は、
粉体状熱可塑性樹脂及び液状添加剤を含む組成物を溶融混練する押出機であり、
第一供給口、第二供給口、第一混練ゾーン、第二混練ゾーン、第一真空ベント、及びダイ部を有し、
前記第一供給口は、前記粉体状熱可塑性樹脂を供給するホッパーを有し、
前記第二供給口は、第一液状添加剤供給ラインを有し、前記第一供給口と前記第一混練ゾーンとの間に位置し、
前記第一液状添加剤供給ラインは、加温装置と温度制御装置とを有し、
前記第一混練ゾーンは、捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、及び切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュから選ばれる少なくとも1種と、捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、及びスクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュから選ばれる少なくとも1種とからなり、前記第一混練ゾーンの長さはLm1/D=3~10であり、
前記第一真空ベントは、前記第二混練ゾーンの下流側に位置する
ことを特徴とする。
但し、Dはスクリュ径(mm)、Lbは羽根幅(mm)、Lsはスクリュピッチの長さ(mm)、Lm1は第一混練ゾーンの長さ(mm)を表す。
但し、Lはスクリュの長さ(mm)、Lm2は第二混練ゾーンの長さ(mm)を表す。
なお、無次元押出量は、次式によって計算することができる。
DLQ=Q/(60×ρ×2×3.14×n×D3)
(DLQは無次元押出量、Qは押出量(kg/hr)、ρは密度(kg/m3)、Dはスクリュ径(m)、nはスクリュ回転数(rpm)である。)
また、スクリュリード(リードの長さ)とは、スクリュを360°回転(1回転)させたときに進む距離をいう。ここで、1条スクリュの場合、スクリュピッチとスクリュリードとは等しく、2条スクリュの場合、スクリュリードは、スクリュピッチの2倍となる。
また、スクリュの長さLとは、一個のスクリュエレメントの長さを言う。
以下、使用するスクリュエレメントについて、図を用いて説明する。
羽根幅Lb/Dが0.07より小さいと練りが悪くなり、Lb/Dが0.5を超えると搬送能力が大幅に低下する。羽根幅Lb/Dは、0.07~0.4であることが好ましく、0.1~0.4であることがさらに好ましい。
また、捻じれ角度が15度より小さいと分配混合が小さくなり、60度を超えると搬送能力が低下する。捻じれ角度は30~60度が好ましく、30~45度がさらに好ましい。
切り欠き数が10個/ピッチより小さいと分配混合が低下し、切り欠き数が20個/ピッチを超えると、スクリュのフライト(頂上)部が薄くなり、スクリュの強度が低下する。切り欠き数は、10~18個/ピッチが好ましく、12~16個/ピッチがさらに好ましい。
また、スクリュピッチLs/Dは、0.2~1.0であることが好ましい。
なお、右回りスクリュとはギアボックス(上流)からダイ部(下流)を見て、フライト山部が右回りであることである。
羽根幅Lb/Dが0.07より小さいと練りが低下し、0.5を超えると練りが強くなり搬送能力が低下する。羽根幅Lb/Dは、0.1以上であることが好ましく、0.2以上であることがさらに好ましい。また、羽根幅Lb/Dは、0.45以下であることが好ましく、0.4以下であることがさらに好ましい。
スクリュピッチLs/Dが0.2より小さいと練りが強く過ぎて樹脂温度が高くなり、Ls/Dが1.0を超えると搬送能力が低下する。スクリュピッチLs/Dは、0.2~0.8が好ましく、0.3~0.6がさらに好ましい。
切り欠き数は10個/ピッチより小さいと分配混合が低下し、切り欠き数が20個/ピッチを超えると、スクリュのフライト(頂上)部が薄くなり、スクリュの強度が低下する。切り欠き数は10~16個/ピッチが好ましく、12~16個/ピッチがさらに好ましい。
ここで、1条とは、フライト部(山部)が1個であることである。
捻じれ角度が120度より小さいと搬送能力が低下し、165度を超えると練りが強くなり、樹脂温度が上がる。捻じれ角度は120~150度が好ましく、135~150度がさらに好ましい。
羽根幅Lb/Dは0.07より小さいと練りが低下し、0.2を超えると練りが強くなり搬送能力が低下する。羽根幅Lb/Dは、0.1~0.2であることが好ましく、0.1~0.18であることがさらに好ましい。
スクリュピッチLs/Dが0.3より小さいと練りが強すぎて樹脂温度が高くなる。Ls/Dが1.0を超えると搬送能力が低下する。スクリュピッチLs/Dは、0.4~1.0であることが好ましく、0.4~0,8であることがさらに好ましい。
ここで、左回りスクリュとはギアボックス(上流)からダイ部(下流)を見て、フライト山部が左回りであることである。
スクリュ長さL/Dが0.2より小さいと混練が小さくなる。L/Dが1.0を超えると混練が大きすぎて樹脂温度が高くなる。スクリュ長さL/Dは、0.3~1.0であることが好ましく、0.3~0.8であることがさらに好ましい。
スクリュピッチLs/Dが0.3より小さいと搬送能力が低下する。Ls/Dが2.0を超えると練りが強くなり過ぎる。スクリュピッチLs/Dは、0.4~2.0であることが好ましく、0.5~1.5であることがさらに好ましい。
なお、2条とはフライト部(山部)が2個あることである。
スクリュピッチLs/Dが0.9より小さいと搬送能力が低下し、2.0を超えると練りが強くなり過ぎる。スクリュピッチ長さLs/Dは、1.0~2.0であることが好ましく、1.0~1.5であることがさらに好ましい。
また、1条ネジの全スクリュの長さの合計はLt/D=4.0~10であることが好ましい。Lt/Dが4.0より小さいと粉体状樹脂の搬送能力が低下し、10を超えると粉体状樹脂のフライト部での溶融が始まり、樹脂温度が高くなる。
本実施形態の押出機は、第一混練ゾーン(3)の上流に原料を供給する第一供給口(9)を含む固体搬送ゾーン(2)を有することが好ましい。
固体搬送ゾーン(2)におけるスクリュ構成は、スクリュピッチがLs/D=0.9~2.0、全スクリュの長さの合計がLt/D=4.0~10である1条ネジスクリュ(SC1)を有することが好ましく、前記SC1と上述のSCRとを有することがより好ましく、前記SC1と、前記SC1の下流側に全スクリュの長さの合計がLt/D=1.5~20であるSCRとを有することがさらに好ましい。
また、固体搬送ゾーン(2)において、スクリュピッチが異なるスクリュエレメントを用いる場合には、上流側から、ロングピッチからショートピッチとなるように配置すること、即ち上流側から下流側に向けてスクリュピッチが短くなるようにスクリュエレメントを配置することが好ましい。
固体搬送ゾーン(2)で、スクリュエレメント表面とバレル表面とに粉体が密着して熱劣化することを防止するために、第一供給口にパウダー用供給装置(フィーダー)を設置したり不活性ガスを供給したりすることにより、No.1バレルの第一供給口(9)の酸素濃度を1.0体積%未満にすることが好ましく、0.5%未満にすることがより好ましく、さらに好ましくは0.1体積%未満である。
固体搬送ゾーン(2)の長さLz/Dは、5.5~30であることが好ましい。
本実施形態の第一混練ゾーン(3)は、固体搬送ゾーン(2)の下流側に設けられていることが好ましい。
第一混練ゾーン(3)のスクリュ構成は、捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク(KR)、及び切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュ(SME)から選ばれる少なくとも1種と、捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク(KN)、及びスクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュ(ZME)から選ばれる少なくとも1種とのみからなり、第一混練ゾーン(3)の長さはLm1/D=3~10である。
Lm1/Dは、3~8であることが好ましい。第一混練ゾーン(3)の全体長さLm1/Dが3未満では混練が不十分となり、10を超えると、粉体の搬送能力が低下するため、好ましくない。
なお、第一混練ゾーン(3)中の圧力が高くなりすぎない範囲で、適宜2条フライトスクリュを入れてもよい。
本実施形態の二軸押出機(1)において、第一溶融体搬送ゾーン(4)が第一混練ゾーン(3)の下流側に設けられていることが好ましい。
第一溶融体搬送ゾーン(4)のスクリュは、上述のSCRであることが好ましい。
また、第一溶融体搬送ゾーン(4)のゾーン長さLz/Dは、4~12であることが好ましい。
第二混練ゾーン(5)は、第一溶融体搬送ゾーン(4)の下流側に設けられていることが好ましい。
第二混練ゾーン(5)は、捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク(KR)、捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク(KN)、スクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュ(SME)、スクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュ(ZME)、捻じれ角度120~165度、羽根幅Lb/D=0.07~0.2のニーディングディスク(KL)、スクリュピッチLs/D=0.3~1.0の左回りスクリュ(SCL)、スクリュ長さL/D=0.2~1.0のバリスターリング(BR)から選ばれる少なくとも3種を有し、第二混練ゾーン(5)の長さはLm2/D=3~10であることが好ましい。
第二混練ゾーン(5)の全体長さLm2/Dが3未満では混練が不十分となり、10を超えると、粉体の搬送能力が低下するため、好ましくない。
第二混練ゾーン(5)は、少なくとも、KL、SCL、及びBRの内の1種を有していることが好ましい。
なお、第二混練ゾーン(5)中の圧力が高くなりすぎない範囲で、適宜2条フライトスクリュを入れてもよい。
第二溶融体搬送ゾーン(6)は、第二混練ゾーン(5)の下流側に設けられていることが好ましい。
第二溶融体搬送ゾーン(6)のスクリュは、SCRであることが好ましい。
第二溶融体搬送ゾーン(6)には、第二混練ゾーン(5)で発生する分解ガスや残存モノマー等を除去するため、真空ベントを少なくとも1個設け、溶融体に含まれる残存モノマーや分解ガスを抜くことが好ましい。また、真空ベントの開口部周辺に溶融樹脂が付着することがあるので、付着する溶融樹脂が多い場合は、開口部周りに炭化防止のために不活性ガスを供給することが好ましい。
溶融体の充満率が徐々に上がるので、ダイ部への溶融体の供給が安定するという観点から、第二溶融体搬送ゾーン(6)において、スクリュピッチが異なるスクリュエレメントを用いる場合には、上流側から、ロングピッチからショートピッチに配置すること、即ち上流側から下流側に向けてスクリュピッチの長さが短くなるようにスクリュエレメントを配置することが好ましい。
本実施形態の押出機は、第三混練ゾーン(7)を有することができる。第三混練ゾーン(7)は、第二溶融体搬送ゾーン(6)の下流側に設けられていることが好ましい。
第三混練ゾーン(7)は、捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク(KR)、切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュ(SME)、捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク(KN)、捻じれ角度120~165度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク(KL’)、スクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュ(ZME)の中から選ばれる少なくとも1種を有し、第三混練ゾーン(7)の長さはLm3/D=2~5であることが好ましい。
Lm3/Dは、2~4であることがより好ましい。第三混練ゾーン(7)の全体長さLm3/Dが2未満では混練が不十分となり、5を超えると、混練が強すぎて樹脂温度が上がるので、好ましくない。
第三溶融体搬送ゾーン(8)は、第三混練ゾーン(7)の下流側に設けられていることが好ましい。
第三溶融体搬送ゾーン(8)のスクリュは、SCRであることが好ましい。
第一供給口(9)は、粉体熱可塑性樹脂を供給するホッパーを有する。また、第一供給口(9)は、粉体熱可塑性樹脂供給ライン(粉体熱可塑性樹脂の貯蔵タンク(16)、切出弁、重量式フィーダー(17)、供給配管)と粉体熱可塑性樹脂以外の原材料を供給するためのその他原料供給ライン(粉体熱可塑性樹脂以外の原材料の貯蔵タンク(18)、切出弁、重量式フィーダー(19)、供給配管)とが接続していても良い。貯蔵タンク(16)に窒素ガスを5~10L/min供給し、ホッパーにも5~100L/分を供給しても良い。
重量式フィーダーはスクリュ式、ベルト式、振動式のいずれでも良い。場合により、重量式フィーダーにも窒素ガスを5~20L/min供給しても良い。
供給配管の長さは0.5~10m程度で、角度は粉体樹脂の場合、配管内部壁面に粉体を滞留させないために70~90度が好ましい。ペレット状樹脂の場合、配管内部壁面にペレット等を滞留させないために45~90度が好ましい。場合により、供給配管外部にノッカーまたはバイブレーターを付けて、配管内部の原料を滞留させないようにしても良い。
第二供給口(10)は第一供給口(9)と第一混練ゾーン(3)との間にあり、第一混練ゾーン(3)の最上流側から1バレル分以内にあることが好ましく、第一液状添加剤供給ライン(貯蔵タンク(20)、切出弁、重量式液添フィーダー(21)、ポンプ(22)、供給配管、注入弁)が接続している。第一液状添加剤供給ラインは、加温装置と温度制御装置とを有する。
切出弁の代わりにポンプ(22)を使って、液状添加剤を重量式フィーダーホッパー(21)に入れても良い。ポンプ(22)はギアポンプ(吐出圧0.1~6MPa)や2連、3連式プランジャポンプ(2~15MPa)を使用することができる。注入弁の注入圧を0.3~10Mpaとして、液状添加剤を注入することが好ましい。
第一大気ベント(11)は第一混練ゾーン(3)と、第三供給口(12)または第二混練ゾーン(5)との間にあることが好ましく、この部分のバレルにガス抜き用開口部が設けられているガス抜き金物(東芝機械社製、I型、II型等、コペリオン社製、A型、B型等、日本製鋼所社製、CZH、ZH等)をバレルの上面部として装着し、溶融樹脂のガスを抜いてもよい。また、例えば、バレル本体部と上面部とからなる分離型のサイドフィードバレルにおいて、バレルの上面部として前記ガス抜き金物を付けても構わないが、前記ガス抜き金物の開口部下流側の位置は、サイドフィーダースクリュの中心軸より上流側であることが好ましい。ガス抜き金物の開口部がサイドフィーダースクリュの中心軸より上流側にあると、サイドフィーダーから供給される原材料の飛散が多くなる。
本実施形態の押出機は、第一混練ゾーン(3)と第二混練ゾーン(5)との間に第三供給口(12)を有することができる。第三供給口(12)にはホッパーがあり、ホッパーとサイドフィードバレルの間にはサイドフィーダーが接続し、ホッパーに原材料供給ライン(原材料の貯蔵タンク(23)、切出弁、重量式フィーダー(24)、供給配管)が接続していることが好ましい。サイドフィーダーの搬送には2軸のスクリュが使われることが好ましい。貯蔵タンク(23)に窒素ガスを5~10L/min供給し、ホッパーにも5~100L/分を供給しても良い。
重量式フィーダー(24)はスクリュ式、ベルト式、振動式のいずれでも良い。場合により、重量式フィーダー(24)にも窒素ガスを5~20L/min供給しても良い。
供給配管の長さは0.5~10m程度で、角度は粉体原料の場合、配管内部壁面に粉体を滞留させないために70~90度が好ましい。顆粒状、ペレット状原材料の場合、配管内部壁面にペレット等を滞留させないために45~90度が好ましい。場合により、供給配管外部にノッカーまたはバイブレーターを付けて、配管内部の原料を滞留させないようにしても良い。
第一真空ベント(13)は第二混練ゾーン(5)の下流側にあり、この部分にガス抜き金物(東芝機械社製、I型、II型等、コペリオン社製、A型、B型等、日本製鋼所社製、CZH,ZH等)を挿入し、溶融樹脂のガスを抜く。真空圧力は1Pa~0.09MPaであることが好ましく、100Pa~0.09MPaであることがより好ましい。
本実施形態の押出機は、第一真空ベント(13)とダイ部(15)との間に第四供給口(14)を有することができる。また、第四供給口(14)は、第一真空ベント(13)と第三混練ゾーン(7)の間又は第三混練ゾーン(7)に設置され、液状添加剤の第一真空ベント(13)への流出を防止するために、シール用にKL等を使っても良い。
第四供給口(14)は第二液状添加剤供給ライン(貯蔵タンク(25)、切出弁、重量式液添フィーダー(26)、ポンプ(27)、供給配管、注入弁)が接続していることが好ましい。第二液状添加剤供給ラインは、温度センサー(熱電対)、加温装置、及び温度制御装置を有することが好ましい。
切出弁の代わりにポンプ(27)を使って、液状添加剤を重量式フィーダー(26)及びホッパーに入れても良い。ポンプ(27)はギアポンプ(吐出圧0.1~6MPa)や2連、3連式プランジャポンプ(2~15MPa)を使用することができる。注入弁の注入圧を0.3~10Mpaとして、液状添加剤を注入することが好ましい。
第四供給口(14)は、場合により、第一混練ゾーン(3)と第三供給口(12)との間に設けても良い。
本実施形態の押出機は、ダイ部(15)を有する。ダイ部(15)は、最下流側であることが好ましい。
ダイ部(15)での溶融樹脂の滞留時間は、90秒以内であることが好ましく、より好ましくは60秒以内、さらに好ましくは30秒以内である。溶融樹脂の滞留時間が90秒以内であることで、溶融樹脂の熱劣化による異物増加を好適に防止できる。
ダイプレートのストランドの穴径は、例えば、1.5~6.0mm程度とすることができ、1穴当たり10~40kg/hr程度の流量にするように穴数を調整することができる。
ストランドカット方式の場合、ダイプレートにはストランド出口にメヤニが発生することがあるので、空気を吹き付けるメヤニ除去装置を設置してもよい。その際使用する空気は、孔径が5μm程度のフィルターを通した方が良い。ストランドバスの冷却水も孔径が10μm程度のフィルターを通した方が良い。
また、ストランドカット方式に代えて、ホットカット方式、アンダーウォーターカット方式を採用してもよい。ストランドカット方式で得られるペレットは、円柱状である。これに対して、ホットカット方式とアンダーウォーターカット方式で得られるペレットは、球状もしくは、楕円球状である。
得られるペレットの平均サイズは、1~6mmであることが好ましく、より好ましくは2~5mm、さらに好ましくは2.5~3.5mmである。得られたペレットは、成形機スクリュ又は押出機スクリュで十分に混練してもよい。
本実施形態の熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、上述の押出機を用いて、粉体状熱可塑性樹脂と液状添加剤とを溶融混練することを特徴とする。
以下、本実施形態の熱可塑性樹脂組成物の製造方法に使用する原材料について説明する。
本実施形態の製造方法に用いられる粉体状熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンエーテル樹脂(ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)、ポリ(2,6-ジメチルフェニレンエーテル-コ-2,3,6-トリメチルフェニレンエーテル)等)、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン系樹脂(高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等)、ホモポリオキシメチレン、オキシメチレン共重合体、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスチレン系樹脂(ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、シンジオタクチックポリスチレン、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・スチレン共重合体等)、ポリアミド系樹脂(ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド4,6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド6,10、ポリアミド6,12、ポリアミド6/6,6、ポリアミド6/6,12、ポリアミドMXD(m-キシリレンジアミン),6、ポリアミド6,T、ポリアミド9,T、ポリアミド6,I、ポリアミド6/6,T、ポリアミド6/6,I、ポリアミド6,6/6,T、ポリアミド6,6/6,I、ポリアミド6/6,T/6,I、ポリアミド6,6/6,T/6,I、ポリアミド6/12/6,T、ポリアミド6,6/12/6,T、ポリアミド6/12/6,I、ポリアミド6,6/12/6,I等)、ポリエステル系樹脂(ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等)等である。
中でも、ポリフェニレンエーテル樹脂(ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)、ポリ(2,6-ジメチルフェニレンエーテル-コ-2,3,6-トリメチルフェニレンエーテル)等)、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
また、ポリフェニレンエーテル樹脂(ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)、ポリ(2,6-ジメチルフェニレンエーテル-コ-2,3,6-トリメチルフェニレンエーテル)等)、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアミド樹脂、及びポリオキシメチレン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
さらに好ましくは、ポリフェニレンエーテル樹脂(ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)、ポリ(2,6-ジメチルフェニレンエーテル-コ-2,3,6-トリメチルフェニレンエーテル)等)、ポリフェニレンスルフィド樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種である。
上記熱可塑性樹脂は、単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
なお、上記平均粒径はコールカウンター測定機、レーザー回析式粒度計等で測定することができる。
なお、ポリフェニレンエーテル系樹脂の還元粘度は、0.5g/dLのクロロホルム溶液を用いて、温度30℃の条件下、ウベローデ型粘度管で測定することができる。
なお、ポリフェニレンエーテル系樹脂の銅含有量は、原子吸光光度計により銅の含有量を定量することによって測定することができる。
上記ポリフェニレンエーテル系樹脂(以下、「PPE」と称する場合がある)の製造方法としては、特に限定されず、一般的に用いられる公知の方法を用いることができ、例えば、フェノール性化合物、芳香族溶媒、触媒、必要に応じてその他の材料を含む重合溶液を調製して反応器中に収容し、反応器中で重合溶液に酸素含有ガスを通気して、フェノール性化合物を酸化重合する工程(重合工程)を含む方法等が挙げられる。
当該触媒としては、金属触媒、ハロゲン化合物、アミン化合物、及びこれらの混合物を含む触媒が挙げられ、例えば、酸化還元能を有する金属触媒としての遷移金属イオンと、該遷移金属イオンと錯形成可能なアミン化合物とからなる混合物等が挙げられ、具体的には、銅化合物とアミン化合物とからなる混合物、マンガン化合物とアミン化合物とからなる混合物、コバルト化合物とアミン化合物とからなる混合物等が挙げられる。
銅化合物としては、第一銅化合物、第二銅化合物又はこれらの混合物を使用できる。第一銅化合物としては、例えば、塩化第一銅、臭化第一銅、硫酸第一銅、硝酸第一銅等が挙げられる。第二銅化合物としては、例えば、酸化第二銅、塩化第二銅、臭化第二銅、硫酸第二銅、硝酸第二銅等が挙げられる。
キレート剤は、キレート剤を単体で添加してもよく、ポリフェニレンエーテル樹脂の溶解能が低く且つポリフェニレンエーテル樹脂の重合溶媒である芳香族溶媒と相分離する、水等の溶媒に溶解させて、キレート剤水溶液等として添加してもよい。
キレート剤としては、特に限定されないが、上述した中では、エチレンジアミン四酢酸又はその塩、ニトリロトリ酢酸又はその塩等が好ましい。
キレート剤の添加量は、特に限定されないが、重合反応液中の金属触媒量に対して、5~20質量倍であることが好ましく、5~15質量倍であることがより好ましい。
撹拌時の重合反応液の温度は、溶液状態である温度、すなわち、含まれる芳香族溶媒及び水の沸点を超えない温度であれば、特に限定されないが、40~90℃であることが好ましく、45~85℃であることがより好ましい。
撹拌時間は、特に限定されないが、5~200分間であることが好ましく、10~180分間であることがより好ましい。
撹拌は、重合槽に備えられた撹拌装置(撹拌翼、回転翼等)を、例えば、100~2000rpmの速度で回転させることによって行えばよい。
洗浄工程では、水溶液の相(水層)を除去して残った芳香族溶媒の相(油層)に、さらに純水を添加し撹拌して、芳香族溶媒の相(油層)と水溶液の相(水層)とに液々分離させた後に水溶液の相(水層)を除去する洗浄操作を、2回以上繰り返すことが好ましい。
1回の洗浄操作における撹拌時間は、特に限定されないが、5~120分間であることが好ましく、10~100分間であることがより好ましい。
洗浄工程における混合溶液温度、撹拌速度は、触媒抽出工程について上述するものと同様とすればよい。
乾燥処理の温度が60℃未満であると、ポリフェニレンエーテル系樹脂中の芳香族炭化水素の含有量を1.5質量%未満とすることができないおそれがある。
重合槽底部に酸素含有ガス導入の為のスパージャー、撹拌タービン翼及びバッフルを備え、重合槽上部のベントガスラインに還流冷却器を備えた1リットルのジャケット付き重合槽に、0.5L/分の流量で窒素ガスを吹き込みながら、1.01gの酸化第二銅、0.605gの47質量%臭化水素水溶液、0.242gのジ-t-ブチルエチレンジアミン、1.172gのジ-n-ブチルアミン、3.567gのブチルジメチルアミン、456.3gのトルエン、18gの2,6-ジメチルフェノール、及び41mgのテトラメチルアンモニウムクロライドを入れ、均一溶液となり、かつ重合槽の内温が25℃になるまで撹拌する。
次に、重合槽へ32.8NL/分の速度で乾燥空気をスパージャーより導入を始め重合を開始し、それと同時にトルエン60g及び2,6-ジメチルフェノール60gからなる混合液を30分かけて滴下して、重合反応を進行させる。乾燥空気を140分間通気した後、通気を停止して重合反応を終結させて、重合混合物を得る。
なお、重合終結時の重合槽の内温が40℃になるようコントロールする。
得られた重合混合物に、エチレンジアミン四酢酸3カリウム塩(同仁化学研究所製試薬)の20質量%水溶液を60g添加する。次いで、70℃で120分間、重合混合物を撹拌した後、10分間静置分離し、水層側の水溶液を排出する。
次に、純水(1回目)を60g重合反応液(油層側)に添加し、20分間攪拌した後、10分間静置分離し、水層側を排出する。ついで、純水(2回目)を60g重合反応液(油層側)に添加し、20分間攪拌した後、10分間静置分離し、水層側を排出する。
重合反応液(油層側)を室温に戻し、メタノールを過剰に加えてポリフェニレンエーテル系樹脂が析出したスラリー液を得る。その後、前記スラリー液を、ガラスフィルターによりろ過し、湿潤ポリフェニレンエーテルを得る。その湿潤ポリフェニレンエーテルに過剰のメタノールを加えて再度濾過し、湿潤ポリフェニレンエーテルを得る。得られた湿潤ポリフェニレンエーテルを、150℃、1mmHgで2時間保持し、乾燥状態のポリフェニレンエーテル系樹脂を得る。本方法により、銅濃度が0.03質量ppm以下のポリフェニレンエーテル系樹脂が得られうる。
本実施形態で使用されるその他の原材料のうち、熱可塑性樹脂としては、粒径及びペレット径が1mm以上の熱可塑性樹脂であり、ポリフェニレンエーテル樹脂(ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)、ポリ(2,6-ジメチルフェニレンエーテル-コ-2,3,6-トリメチルフェニレンエーテル)等)、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン系樹脂(高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等)、ホモポリオキシメチレン、オキシメチレン共重合体、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスチレン系樹脂(ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、シンジオタクチックポリスチレン、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・スチレン共重合体等)、ポリアミド系樹脂(ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド4,6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド6,10、ポリアミド6,12、ポリアミド6/6,6、ポリアミド6/6,12、ポリアミドMXD(m-キシリレンジアミン),6、ポリアミド6,T、ポリアミド9,T、ポリアミド6,I、ポリアミド6/6,T、ポリアミド6/6,I、ポリアミド6,6/6,T、ポリアミド6,6/6,I、ポリアミド6/6,T/6,I、ポリアミド6,6/6,T/6,I、ポリアミド6/12/6,T、ポリアミド6,6/12/6,T、ポリアミド6/12/6,I、ポリアミド6,6/12/6,I等)、ポリエステル系樹脂(ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等)等からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
中でも、ポリスチレン系樹脂が特に好ましい。
その他の原材料の含有量は、熱可塑性樹脂組成物に対して、50質量%以下としてよい。
本実施形態で使用される液状添加剤としては、50~120℃で液状の液状難燃剤、パラフィン系オイルとナフテン系オイルが挙げられる。中でも、50~120℃で液状である液状難燃剤が好ましく、より好ましくは50~110℃、更に好ましくは50~100℃で液状である難燃剤である。
本実施形態の製造方法において、さらに、可塑剤、各種着色剤、着色補剤(酸化チタン等)、紫外線吸収剤、耐電防止剤、安定剤(酸化亜鉛、硫化亜鉛、燐系、イオウ系、ヒンダードフェノール系等)を添加してもよい。
その他の添加剤の含有量は、熱可塑性樹脂組成物に対して、5質量%以下としてよい。
実施例、参考例及び比較例に使用した二軸押出機は、以下の通りである。
二軸同方向回転押出機は、東芝機械社製TEM58SX(13バレル:Lt/D=54(Ltは二軸押出機の長さ(mm)を表す)を使用した。
スクリュ構成とバレル構成は、次の通りである。
・No.1バレル:固体搬送ゾーン(第一供給口)、ホッパーに窒素ガスを20L/min供給した。
・No.2~4バレル:固体搬送ゾーン
・No.5バレル:固体搬送ゾーン(第二供給口)(液添ノズル)
・No.6バレル:第一混練ゾーン
・No.7バレル:第一溶融体搬送ゾーン(大気ベント:窒素ガス5L/min)
・No.8バレル:第一溶融体搬送ゾーン(第三供給口)(サイドフィードバレル)
・No.9バレル:第二混練ゾーン
・No.10バレル:第二溶融体搬送ゾーン
・No.11バレル:第二溶融体搬送ゾーン(第一真空ベント:6579Pa、窒素ガス5L/min)
・No.12バレル:第三混練ゾーン(第四供給口)(液添ノズル)
・No.13バレル:第三溶融体搬送ゾーン
・ダイ部:メッシュ:20#/40#(目開き415μm)/30#/20#
・ダイプレート:オリフィス穴径4.0Φmm オリフィス長さ8mm 39穴
・ストランドバス:水温 上流60±3℃、下流側40℃±3℃
・ペレタイザー:円柱状 3.0±0.3mm目標
・振動篩い:長いペレット、連粒ペレット、切り粉を排除
・第一供給口
・粉体熱可塑性樹脂供給ライン:3m3の貯蔵タンク、切出弁、株式会社クボタ製重量式フィーダー(CE-W-4)、供給配管からなる。貯蔵タンクに窒素ガスを20L/min供給した。
・その他原料供給ライン(ペレット状熱可塑性樹脂、安定剤、カーボンマスターバッチ、その他添加剤):3m3の貯蔵タンク、切出弁、株式会社クボタ製重量式フィーダー(CE-W-4)と供給配管からなる。貯蔵タンクに窒素ガスを5L/min供給した。
なお、第一原料供給装置、及び第二原料供給装置は、No.1バレルの第一供給口(供給ホッパー)に接続し、ホッパーに20L/分の窒素ガスを供給した。
・第二供給口
・第一液状添加剤供給ライン:2m3の貯蔵タンク、切出弁、株式会社クボタ製の温度制御装置付き重量式液添フィーダー(CE-L―3)、ポンプ(ギア式ポンプ)、供給配管と注入弁(貯蔵タンク、液添フィーダーと供給配管には、電気ヒーターを巻き、温度制御のためのJ型熱電対を付けた)からなる。
・第三供給口
・No.8サイドフィードバレルにサイドフィーダーHS-53(東芝機械製)を接続し、サイドフィーダーに入口にはホッパーを設置した。
・熱可塑性樹脂供給ライン:3m3の貯蔵タンク、切出弁、株式会社クボタ製重量式フィーダー(CE-W-3)と供給配管からなる。
・第四供給口
・第二液状添加剤供給ライン:2m3の貯蔵タンク、切出弁、株式会社クボタ製の温度制御装置付き重量式液添フィーダー(CE-L―3)、ポンプ(ギア式ポンプ)、供給配管と注入弁(貯蔵タンク、液添フィーダーと供給配管には、電気ヒーターを巻き、温度制御のためのJ型熱電対を付けた)からなる。
・大気ベント:実施例1~3と参考例15と比較例1~11、17はNo.7バレルに止め栓を挿入し、閉とした。実施例4~10、12~14、16と参考例11と比較例12~15、16、18は、No.7バレルにガス抜き用開口部が設けられている大気ベント用金物を挿入し、開とした。
・真空ベント:No.11バレルに東芝製I型ベント金物を挿入した。
各ゾーンのスクリュ構成は以下の通りである。
なお、各ゾーンのスクリュは、上流側から下流側の順に記載した。また、スクリュは、ピッチの長さ(mm)/スクリュの長さ(mm)を示した。スクリュ径は58mmとした。
・固体搬送ゾーン
1条フライトスクリュ75/75:6個
2条フライトスクリュ75/75:11個
2条フライトスクリュ60/60:2個
・第一混練ゾーン
表2に示す。
・第一溶融体搬送ゾーン
2条フライトスクリュ75/75:5個
2条フライトスクリュ60/60:3個
・第二混練ゾーン
上流から下流に向かって、KR60、KR30、KN60、KL30、KR30。第二混練ゾーンの長さLm2/D=3.62。
(KR60、KR30、KN60、KL30、KR30の詳細を表1に示す。)
・第二溶融体搬送ゾーン
2条フライトスクリュ75/75
2条フライトスクリュ60/60
を長さ調節のため、適宜組み合わせて使用した。
・第三混練ゾーン
上流から下流に向かって、KL30、2条フライトスクリュ75/75、2条フライトスクリュ60/60、KR30、KR30、KL30。第三混練ゾーンの長さLm3/D=2.06。
(KL30、KR30、KR30、KL30の詳細を表1に示す。)
液添ノズルの位置は、2条フライトスクリュ60/60の中心とした。
・第三溶融体搬送ゾーン
2条フライトスクリュ75/75
2条フライトスクリュ60/60
を長さ調節のため、適宜組み合わせて使用した。
<押出量>
押出量(kg/hr)は各供給装置の内、稼働している前記供給装置の供給量総和とした。
無次元押出量は、次式によって計算した。
DLQ=Q/(60×ρ×2×3.14×n×D3)
(DLQは無次元押出量、Qは押出量(kg/hr)、ρは密度(kg/m3)、Dはスクリュ径(m)、nはスクリュ回転数(rpm)である。)
トルクは押出機制御盤のトルク%の表示値とした。
ダイプレートを正面に見て、右から3番目のオリフィスの出口の温度を、針型センサーを付けた安立計器株式会社製のハンディタイプ温度計HD-1100を用いて測定し、樹脂温度(℃)とした。
東芝機械(株)製IS-100GN型射出成形機(シリンダー温度を280℃、金型温度を80℃に設定)にて、UL-94垂直燃焼試験用試験片を作成した。UL規格のUL-94に規定されている垂直燃焼試験に基づき、1.5mm厚みの射出成形試験片を用いて燃焼試験を行った。試験片5本について、接炎を各2回、合計10回行い、消炎時間の平均燃焼時間(秒)及び最大燃焼時間(秒)を測定し、以下のとおりランク付けした。
(ランク)
5本一組の試験で、1本あたり2回の合計10回の燃焼時間を測定し、
1.全てのサンプルの最大燃焼時間が10秒以内であり、10回の燃焼時間の合計が50秒以内であった。
2.全てのサンプルの最大燃焼時間が10秒以内であり、10回の燃焼時間の合計が50秒超70秒以内であった。
3.全てのサンプルの最大燃焼時間が10秒以内であり、10回の燃焼時間の合計が70秒超100秒以内であった。
4.全てのサンプルの最大燃焼時間が15秒以内でありかつ最大燃焼時間が10秒超15秒以内であるサンプルが存在し、10回の燃焼時間の合計が120秒以内であった。
5.全てのサンプルの最大燃焼時間が15秒以内でありかつ最大燃焼時間が10秒超15秒以内であるサンプルが存在し、10回の燃焼時間の合計が120秒超150秒以内であった。
未溶融物とは、粉体熱可塑性樹脂を溶融混練したとき、粉体熱可塑性樹脂が完全に溶融せずに、得られた樹脂組成物中に微細粒子状として残るものを意味する。
まず、作製したペレットを、250℃に設定した圧縮成形機を用いて、220mm×220mm×厚み1mmの板状成形品に加工した。次いで、得られた板状成形品を、真空成形機を用いて、200mm×200mm×150mmの箱状の型に底部が0.03~0.1mm薄肉フィルム状になるように加工温度及び成形速度を調整して加工した。そして、底部の薄肉フィルム状の部分を切り取り、200mm×200mm×厚み0.03~0.1mmの薄肉フィルムを得た。この薄肉フィルムから、微細粒子状の長径が0.1mm以上の大きさのものを未溶融物として目視で数え、以下のとおりランク付けした。
1.未溶融物:0―3個
2.未溶融物:4-10個
3.未溶融物:10-20個
4.未溶融物:20-50個
5.未溶融物:51個以上
No.7バレル、No.11バレルに取り付けた東芝製I型金物の開口部をガラスサイト越しに目視し、閉塞状況で以下のとおりランク付けをした。
1.金物開口部に溶融樹脂の溜まりが全くない。
2.金物開口部の1/8以下に溶融樹脂の溜まりがあるが更新される。
3.金物開口部の1/8超1/2未満に溶融樹脂の溜まりがあるが更新される。
4.金物開口部の1/8超1/2未満に溶融樹脂の溜まりがあり、更新されない。
5.金物開口部の1/2以上に溶融樹脂の溜まりがある。
東芝機械(株)製IS-100GN型射出成形機(シリンダー温度を280℃、金型温度を80℃に設定)を用いて、ISO-15103に準じて試験片を作製した。次いでISO-179に準拠し、試験片の中央にノッチ(切り欠き)を付けて、ノッチ付きシャルピー衝撃試験片を作成した。該ノッチ付きシャルピー衝撃試験片について、耐衝撃性評価として、ISO-179に準拠し、23℃におけるシャルピー衝撃強度(kJ/m2)を測定した。
ポリフェニレンエーテル樹脂の0.5g/dLのクロロホルム溶液を調製し、ウベローデ粘度管を用いて30℃における還元粘度(ηsp/c)(dL/g)を求めた。
測定対象のポリフェニレンエーテル樹脂を硝酸で分解した後に、残渣中の銅を原子吸光分析により定量して、ポリフェニレンエーテル樹脂中の銅含有量(質量ppm)を求めた。
第一供給口の粉体熱可塑性樹脂供給ラインの貯蔵タンクにポリフェニレンエーテルPPE1(平均粒径700μm、嵩密度550kg/m3、還元粘度0.51dL/g(極限粘度0.48dL/g)、銅濃度0.01質量ppm)を投入し、重量式フィーダーの設定を65質量%とした。
第一供給口のその他原料供給ラインの貯蔵タンクに、水素添加スチレン・エチレンブチレンブロック共重合体SEBS(商品名「H1272」旭化成社製)1質量部、低密度ポリエチレンPE(商品名「サンテックLD M2004」旭化成社製)1質量部、ハイインパクトポリスチレンHIPS(商品名「CT60」、マレーシア連邦共和国 ペトロケミカル社製)19質量部、カーボンマスターバッチ(黒MB)(カーボン/ゼネラルパーパスポリスチレン685/WAX=45/50/5)1質量部、安定剤(商品名アデカスタブ「PEP36」株式会社ADEKA製/商品名「イルガノックス1010」BASF社製=2/3)0.5質量部をタンブラーで均一混合後、投入した。重量式フィーダーの設定を22.5質量%にした。
第二供給口の液添供給ラインの貯蔵タンクに、80℃に加熱した芳香族縮合リン酸エステル(商品名「E890」大八化学製)12.5質量部を投入した。貯蔵タンク、重量式フィーダー、ギアポンプと供給配管の設定温度を85℃にし、上下限温度を±5℃とし、液添注入ノズルの設定圧力を1.5MPaにし、圧入出来るようにした。重量式フィーダーの設定を12.5質量%とした。
第一混練ゾーンのスクリュ構成は表2のAとした。No.7バレルには止め栓を挿入し、閉とした。バレル設定温度は、No.1バレルを50℃、No.2~No.4バレルを220℃、No.5バレルを260℃、No.6バレルを270℃、No.7~No.12バレルを280℃、No.13バレルを280℃、ダイ部温度を320℃とした。
スクリュ回転数は500rpmとし、押出量は700kg/hrとした。
結果を表3に示す。運転は安定であり、トルクは72%、ダイ出口は樹脂温度324℃、難燃性のばらつき評価は“1”未溶融物評価は“1”、シャルピー衝撃値は16と良好であった。
実施例1の第一液状添加剤供給ラインを、加温装置と温度制御装置とを有さないものにした以外は、実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。液添供給ライン出口温度は62℃であり、E890の供給の変動が生じ、トルクが変動した。ダイ出口樹脂温度も331℃と上がり、未溶融物の発生も“3”と増え、真空ベントの上蓋の強化ガラスから目視するとベントアップレベルも“2”であり、シャルピー衝撃値も13に下がった。
実施例1の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFにした以外は、実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Fのスクリュ構成は捻じれ角度45度のニーディングディスクのみを使用しているので、圧縮が無い分、PPE1とE890との混練がないので、ダイ出口樹脂温度は若干下がるが、第二混練ゾーンで溶融混練しても、混練不足が生じ、実施例1に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価と耐衝撃性が低下した。
実施例1の第一混練ゾーンのスクリュ構成をGにした以外は、実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Gのスクリュ構成はSMEのため、圧縮が無い分、PPE1とE890との混練がないので、ダイ出口樹脂温度は若干下がるが、第二混練ゾーンで溶融混練しても、混練不足が生じ、実施例1に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価と耐衝撃性が低下した。
実施例1の第一混練ゾーンのスクリュ構成をHにした以外は、実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Hのスクリュ構成は先行文献3と同じ捻じれ角度30度のニーディングディスクを6個と捻じれ角度45度のニーディングディスクを1個とを使用しているので、圧縮が無い分、PPE1とE890との混練がないので、第二混練ゾーンで溶融混練しても、混練不足が生じ、実施例1に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価と耐衝撃性が低下した。
実施例1の第一混練ゾーンのスクリュ構成をIにした以外は、実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Iのスクリュ構成は圧縮が強い捻じれ角度135度のニーディングディスクをしているので、圧縮が強すぎ、PPE1とE890との混練が強すぎて、トルクも上がり、樹脂温度が351℃と高くなった。実施例1に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価が同等であるが、耐衝撃性が低下した。
実施例1の第一混練ゾーンのスクリュ構成をJにした以外は、実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Jのスクリュ構成は圧縮が微弱な90度のニーディングディスクを使っているが、下流側に圧縮が強い捻じれ角度135度のニーディングディスクを使っているので、圧縮が強すぎ、PPE1とE890との混練が強すぎて、トルクも上がり、樹脂温度が357℃と高くなった。実施例1に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価が同等であるが、耐衝撃性が低下した。
実施例1の第一混練ゾーンのスクリュ構成をKにした以外は、実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Kのスクリュ構成は圧縮が微弱な90度のニーディングディスクを使っているが、下流側に一番圧縮が強い左回りスクリュを使っているので、圧縮が強すぎ、PPE1とE890との混練が強すぎて、トルクも上がり、樹脂温度が365℃と高くなった。実施例1に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価が同等であるが、耐衝撃性が低下した。
実施例1の第二供給口を設置せず、第一液状添加剤供給ラインを第三供給口に接続し難燃剤E890を供給した以外は、実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。第一液状添加剤供給ラインが第一混練ゾーンの下流側に位置しているので、実施例1と比べ、第一混練ゾーンでPPE1とE890の混合がなく、樹脂温度が上がり、シャルピー衝撃値は低下した。また、第一混練ゾーン混練物に難燃剤E890を供給し、第二混練ゾーンで溶融混練するので、混練が1回のために難燃性のばらつきは大きくなった。
実施例1の第二供給口を設置せず、第一液状添加剤供給ラインを第一供給口に接続し難燃剤E890を供給した以外は、実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。第一液状添加剤供給ラインが第一供給口に接続されているので、実施例1と比べ、難燃剤がホッパーでパウダーと塊になり、生産不可能になった。
表3に示すように実施例1の組成を変え、ポリスチレン(商品名「GPPS685」PSジャパン社製)を使用した以外は実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。実施例1と比べPPE1量が多い分、トルクと樹脂温度が高いが、SEBS量が多い分、耐衝撃性が向上した。他の物性は実施例1と同等で良好であった。
実施例2の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFにした以外は、実施例2と同様に実施した。
結果を表3に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Fのスクリュ構成は捻じれ角度45度のニーディングディスクを5個使用しているので、圧縮が無い分、PPE1とE890との混練がないので、第二混練ゾーンで溶融混練しても、混練不足が生じ、実施例2に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価と耐衝撃性が低下した。
表3に示すように実施例1の組成を変えた以外は実施例1と同様に実施した。
結果を表3に示す。実施例1と比べPPE1量が多い分、トルクと樹脂温度が高いが、SEBS量が多い分、耐衝撃性が向上した。他の物性は実施例1と同等で良好であった。
実施例3の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFにした以外は、実施例3と同様に実施した。
結果を表3に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Fのスクリュ構成は捻じれ角度45度のニーディングディスクを5個使用しているので、圧縮が無い分、PPE1とE890との混練がないので、第二混練ゾーンで溶融混練しても、混練不足が生じ、実施例3に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価と耐衝撃性が低下した。
実施例1において第一供給口から供給したHIPS19質量部のうち、15質量部を第三供給口からの供給に変更し、No.7バレルの開口部の止め栓を東芝製のI型金物に変えて、大気ベントとした以外は実施例1と同様に実施した。
結果を表4に示す。HIPSをサイドフィードすることにより、樹脂温度とトルクが低下したが、難燃性のばらつき、未溶融物とベントアップは良好であり、シャルピー衝撃値は向上した。
実施例4の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFにした以外は、実施例4と同様に実施した。
結果を表4に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Fのスクリュ構成は捻じれ角度45度のニーディングディスクを5個使用しているので、圧縮が無い分、PPE1とE890との混練がないので、第二混練ゾーンで溶融混練しても、混練不足が生じ、実施例4に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価と耐衝撃性が低下した。特にバレルNo.7の大気ベントのベントアップが激しく、完全閉塞した。
実施例4の第一混練ゾーンのスクリュ構成をBとした以外は、実施例4と同様に実施した。
結果を表4に示す。実施例4と比べ、練りが強いZMEを使っているので、樹脂温度は高いがシャルピー衝撃値は向上した。他の項目は良好であった。
実施例4の第一混練ゾーンのスクリュ構成をCとした以外は、実施例4と同様に実施した。
結果を表4に示す。実施例4と比べ、KN30の位置を上流に移している分、練りが若干良いので、樹脂温度は同じでシャルピー衝撃値は僅かに向上した。他の項目は良好であった。
実施例4の第一混練ゾーンのスクリュ構成をDとした以外は、実施例4と同様に実施した。
結果を表4に示す。実施例4と比べ、KN30をKR30を挟んで2個使った分、練りが若干良いので、樹脂温度は僅かに高いがシャルピー衝撃値は僅かに向上した。他の項目は良好であった。
実施例4の第一混練ゾーンのスクリュ構成をEとした以外は、実施例4と同様に実施した。
結果を表4に示す。実施例4と比べ、KN60を使った分、練りが若干良いので、樹脂温度は僅かに高いがシャルピー衝撃値は僅かに向上した。他の項目は良好であった。
実施例4の無次元押出量と同じ条件で押出量を上げた以外は、実施例4と同様に実施した。
結果を表4に示す。実施例4と比べ、トルクと樹脂温度は上がったが、その他の項目は良好であった。
実施例9の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFにした以外は、実施例9と同様に実施した。
結果を表4に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Fのスクリュ構成は捻じれ角度45度のニーディングディスクを5個使用しているので、圧縮が無い分、PPE1とE890との混練がないので、第二混練ゾーンで溶融混練しても、混練不足が生じ、実施例9に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価と耐衝撃性が低下した。特にバレルNo.7の大気ベントのベントアップが激しく、完全閉塞した。
実施例4の無次元押出量を0.11から0.07に下げた(スクリュ回転数を上げた)以外は、実施例4と同様に実施した。
結果を表4に示す。実施例4と比べ、トルクは下がったが樹脂温度は上がり、シャルピー衝撃値は下がったが他の項目は良好であった。
実施例4のPPE1をPPE2(平均粒径680μm、嵩密度540kg/m3、還元粘度0.51dL/g(極限粘度0.48dL/g)、銅濃度は0.7質量ppm)にした以外は、実施例4と同様に実施した。
結果を表4に示す。実施例4と比べ、シャルピー衝撃値は少し下がったが、他の項目は良好であった。
表5に示すように実施例4の組成を変えた(特に難燃剤E890の割合を増やした)以外は、実施例4と同様に実施した。
結果を表5に示す。実施例4と比べ、難燃剤が多く、SEBS、PEが無い分、シャルピー衝撃値は大幅に低下し、樹脂温度は上がったが、他の項目は良好であった。
実施例12の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFに変えた以外は、実施例12と同様に実施した。
結果を表5に示す。実施例12と比べ、スクリュ構成の練りが弱いために、No.7バレルでのベントアップが激しかった。他の項目も低下した。
表5に示すように、実施例12のPPE1をPPE3(平均粒径550μm、嵩密度510kg/m3、還元粘度0.41dL/g、銅濃度0.01質量ppm)に変更し、組成を変えた(特に難燃剤の割合が多いので、第二供給口と第四供給口から分割供給した)以外は、実施例12と同様に実施した。
結果を表5に示す。実施例12に比べ、難燃剤が多い分、トルクと樹脂温度も低下し、シャルピー衝撃値も低下したが、他の項目は良好であった。
実施例13の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFに変え、実施例13の無次元押出量と同じ条件で押出量を上げた以外は、実施例13と同様に実施した。
結果を表5に示す。実施例13と比べ、スクリュ構成の練りが弱いために、No.7バレルでのベントアップが激しかった。他の項目も低下した。
表5に示すように、実施例13の組成を変え(難燃剤としてトリフェニルフォスフェート(商品名「TPP」、大八化学社製)12.5質量部を使用し(TPPは常温で固体のために80℃で融解させたものを貯蔵タンクに供給した))、実施例13の無次元押出量と同じ条件で押出量を下げた以外は、実施例13と同様に実施した。
結果を表5に示す。難燃剤の差でシャルピー衝撃値は高めであり、他の項目も良好であった。
実施例14の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFに変えた以外は、実施例14と同様に実施した。
結果を表5に示す。実施例14と比べ、スクリュ構成の練りが弱いために、No.7バレルでのベントアップが激しかった。他の項目も低下した。
第一供給口の粉体熱可塑性樹脂供給ラインの貯蔵タンクに粉砕機で平均粒径550μm、嵩密度500kg/m3の形状にしたポリカーボネートPCを投入し、重量式フィーダーの設定を75質量%とした。
第一供給口のその他原料供給ラインの貯蔵タンクに、スチレン・アクリロニトリル共重合体SAN(商品名「スタイラック789」旭化成社製)4質量部、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体ABS(商品名「スタイラック191」旭化成社製)9.5質量部、安定剤(商品名アデカスタブ「PEP36」株式会社ADEKA製/商品名「イルガノックス1010」BASF社製=2/3)0.5質量部をタンブラーで均一混合後、投入した。重量式フィーダーの設定を14.0質量%にした。
第二供給口の液添供給ラインの貯蔵タンクに、80℃に加熱した芳香族縮合リン酸エステル(商品名「E890」大八化学製)11.0質量部を投入した。貯蔵タンク、重量式フィーダー、ギアポンプと供給配管の設定温度を85℃にし、上下限温度を±5℃とし、液添注入ノズルの設定圧力を1.5MPaにし、圧入出来るようにした。重量式フィーダーの設定を11.0質量%とした。
第1混練ゾーンのスクリュ構成は表2のAとした。No.7には止め栓を挿入し、閉とした。バレル設定温度は、No.1バレルを50℃、No.2~No.4バレルを220℃、No.5バレルを240℃、No.6バレルを250℃、No.7~No.12バレルを260℃、No.13バレルを260℃、ダイ部温度を300℃とした。
スクリュ回転数は500rpmとし、押出量は700kg/hrとした。
結果を表6に示す。運転は安定であり、トルクは62%、ダイ出口は樹脂温度332℃、難燃性のばらつき評価は“1”未溶融物評価は“1”、シャルピー衝撃値は37と良好であった。
参考例15の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFにした以外は、参考例15と同様に実施した。
結果を表6に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Fのスクリュ構成は捻じれ角度45度のニーディングディスクのみを使用しているので、圧縮が無い分、ポリカーボネート粉末とE890との混練がないので、ダイ出口樹脂温度は若干下がるが、第二混練ゾーンで溶融混練しても、混練不足が生じ、実施例1に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価と耐衝撃性が低下した。
参考例15において第一供給口から供給したABS9.5質量部を第三供給口から供給し、No.7バレルの開口部の止め栓を東芝製のI型金物に変えて、大気ベントとした以外は、参考例15と同様に実施した。
結果を表6に示す。ABSをサイドフィードすることにより、樹脂温度とトルクが低下したが、難燃性のばらつき、未溶融物とベントアップは良好で、シャルピー衝撃値は向上した。
参考例16の第一混練ゾーンのスクリュ構成をFにした以外は、参考例16と同様に実施した。
結果を表6に示す。Aのスクリュ構成には捻じれ角度90度のニーディングディスクが微弱な圧縮があるのに対し、Fのスクリュ構成は捻じれ角度45度のニーディングディスクを5個使用しているので、圧縮が無い分、粉末ポリカーボネートとE890との混練がないので、第二混練ゾーンで溶融混練しても、混練不足が生じ、参考例16に比べ、難燃性のばらつき、未溶融物評価、ベントアップ評価と耐衝撃性が低下した。
特にバレルNo.7の大気ベントのベントアップが激しく、完全閉塞した。
1:二軸押出機
2:固体搬送ゾーン
3:第一混練ゾーン
4:第一溶融体搬送ゾーン
5:第二混練ゾーン
6:第二溶融体搬送ゾーン
7:第三混練ゾーン
8:第三溶融体搬送ゾーン
9:第一供給口(ホッパー)
10:第二供給口(第一液状添加剤供給ライン)
11:第一大気ベント
12:第三供給口(ホッパー)
13:第一真空ベント
14:第四供給口(第二液状添加剤供給ライン)
15:ダイ部
16、18、23:原料貯蔵タンク
17、19、24:原料重量式フィーダー
20、25:液状添加剤貯蔵タンク
21、26:液状添加剤重量式フィーダー
22、27:液状添加剤供給ポンプ
Claims (13)
- 粉体状熱可塑性樹脂及び液状添加剤を含む組成物を溶融混練する押出機であり、
第一供給口、第二供給口、第一混練ゾーン、第二混練ゾーン、第一真空ベント、及びダイ部を有し、
前記第一供給口は、前記粉体状熱可塑性樹脂を供給するホッパーを有し、
前記第二供給口は、第一液状添加剤供給ラインを有し、前記第一供給口と前記第一混練ゾーンとの間に位置し、
前記第一液状添加剤供給ラインは、加温装置と温度制御装置とを有し、
前記第一混練ゾーンは、
捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、及び切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュから選ばれる少なくとも1種と、
捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、及びスクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュから選ばれる少なくとも1種とからなり、
前記第一混練ゾーンの長さはLm1/D=3~10であり、
前記第一真空ベントは、前記第二混練ゾーンの下流側に位置する、押出機
を用いて、粉体状熱可塑性樹脂と液状添加剤とを溶融混練する、熱可塑性樹脂組成物の製造方法であり、
前記粉体状熱可塑性樹脂が、銅濃度0.03質量ppm以下のポリフェニレンエーテル系樹脂である
ことを特徴とする、製造方法。
(但し、Dはスクリュ径(mm)、Lbは羽根幅(mm)、Lsはスクリュピッチの長さ(mm)、Lm1は第一混練ゾーンの長さ(mm)を表す。) - 前記第二混練ゾーンは、捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュ、スクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュ、捻じれ角度120~165度、羽根幅Lb/D=0.07~0.2のニーディングディスク、スクリュピッチLs/D=0.3~1.0の左回りスクリュ、及びスクリュ長さL/D=0.2~1.0のバリスターリングから選ばれる少なくとも3種を有し、前記第二混練ゾーンの長さはLm2/D=3~10である、請求項1に記載の製造方法。
(但し、Lはスクリュの長さ(mm)、Lm2は第二混練ゾーンの長さ(mm)を表す。) - 前記押出機が、前記第一混練ゾーンの上流に前記第一供給口を含む固体搬送ゾーンを有し、前記固体搬送ゾーンの搬送用スクリュは、スクリュピッチがLs/D=0.9~2.0、全スクリュの長さの合計がLt/D=4.0~10である1条ネジスクリュを有する、請求項1または2に記載の製造方法。
(但し、Ltは全スクリュの長さの合計(mm)を表す。) - 前記押出機が、前記第一混練ゾーンと前記第二混練ゾーンとの間に第一大気ベントを有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記押出機が、前記第一混練ゾーンと前記第二混練ゾーンとの間に第三供給口を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記押出機が、前記第一混練ゾーンと前記第二混練ゾーンとの間に第三供給口を有し、前記第一大気ベントの開口部の下流側の位置が、前記第三供給口に設置されたサイドフィーダースクリュの中心軸より上流側である、請求項4に記載の製造方法。
- 前記押出機が、前記第一真空ベントと前記ダイ部との間に第四供給口を有し、前記第四供給口は第二液状添加剤供給ラインを有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記第二液状添加剤供給ラインが加温装置と温度制御装置とを有する、請求項7に記載の製造方法。
- 前記押出機が第三混練ゾーンを有し、前記第三混練ゾーンは、捻じれ角度15~60度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、切り欠き数が10~20個/ピッチの右回りの切り欠きスクリュ、捻じれ角度90度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、捻じれ角度120~165度、羽根幅Lb/D=0.07~0.5のニーディングディスク、及びスクリュピッチLs/D=0.2~1.0、切り欠き数が10~20個/ピッチの左回りの切り欠きスクリュから選ばれる少なくとも1種を有し、前記第三混練ゾーンの長さはLm3/D=2~5である、請求項1~8のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記液状添加剤が、50~120℃で液状であるリン酸エステルの難燃剤である、請求項1~9のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記液状添加剤が前記第一液状添加剤供給ラインの設定温度±20℃の範囲及び前記第二液状添加剤供給ラインの設定温度±20℃の範囲で液状である、請求項1~10のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記粉体状熱可塑性樹脂が、還元粘度0.35~0.55dL/gのポリフェニレンエーテル系樹脂である、請求項1~11のいずれか一項に記載の製造方法。
- 無次元押出量が0.07~0.2であり、スクリュ回転数が400rpm以上である、請求項1~12のいずれか一項に記載の製造方法。
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