JP7386130B2 - 樹脂再生材の製造方法 - Google Patents
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Description
最近になって、架橋ポリオレフィン発泡体を可塑化することで再生材として利用する方法が検討されている。例えば特許文献1,2では、熱と剪断力をかけることで架橋ポリオレフィン発泡体に残存する発泡剤の影響や押出時の臭気をなくして再利用可能な程度まで可塑化する方法が提案されている。
また、特許文献3では、架橋ポリオレフィン系樹脂粉砕体を所定温度で剪断力をかけながら2回以上溶融混練することにより、流動性が高く、低ゲル分率にする再生処理方法が提案されている。
しかし、特許文献1,2では、可塑化時に300℃と高温にするため、樹脂が劣化し、黄変、焼け、物性低下という問題、更には、処理効率が低いという問題を有している。
また、特許文献3では、良好な再生品を得ることができるが、原料のゲル分率が高い場合は、再生できない問題を有している。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、樹脂を劣化させることなく、高効率で樹脂再生材を得ることを目的とする。
本発明者らは、新規な樹脂再生材の製造方法を開発するために鋭意研究を重ねた。その結果、高いゲル分率の架橋ポリオレフィン樹脂発泡体を粉砕機で粗粉砕後、単軸押出機で加熱押出し、ダイス排出直後にカットして微粉砕物とし、この微粉砕物を同方向二軸押出機で溶融混錬処理することで、樹脂を劣化させることなく、高効率で再生材を得ることができるという事実を見出した。本開示はこの知見に基づいてなされたものである。本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
前記粗粉砕された前記樹脂発泡体を単軸押出機で加熱押出し、カットし、微粉砕物を得る微粉砕工程と、
前記微粉砕物を、同方向二軸押出機で溶融混練する溶融混練工程と、を備えた樹脂再生材の製造方法。
〔2〕前記同方向二軸押出機の最小チップクリアランスは0.01mmよりも大きく0.2mm以下である〔1〕に記載の樹脂再生材の製造方法。
最小チップクリアランスは0.01mmよりも大きく0.2mm以下であると、同方向二軸押出機の樹脂を塞き止める部位において、樹脂のせき止め能力を上げ、圧力保持ゾーンの圧力を高め、混錬ゾーンにおいて十分な剪断力を得て、気泡が少なく、ゲル分率の低い樹脂再生材を得る効果が期待できる。
〔3〕前記微粉砕物は、ゲル分率が65%以上であり、平均粒径が2.0mm以上5.0mm以下であり、嵩比重が0.10g/ml以上0.50g/ml以下である、〔1〕又は〔2〕に記載の樹脂再生材の製造方法。
平均粒径が2.0mm以上5.0mm以下であり、嵩比重が0.10g/ml以上0.50g/ml以下であると、同方向二軸押出機で溶融混練する溶融混練工程で同方向二軸押出機のホッパー口より材料をフィードする際にフィードネック不良を起こさない効果が期待できる。
〔4〕前記微粉砕物は、有機系発泡剤を0.01質量%以上5.0質量%以下含む、〔1〕から〔3〕までのいずれか一項に記載の樹脂再生材の製造方法。
〔5〕前記溶融混練工程では、前記微粉砕物100質量部に対して、酸化亜鉛を1質量部以上10質量部以下添加する、〔1〕から〔4〕までのいずれか一項に記載の樹脂再生材の製造方法。
酸化亜鉛を入れることで微粉砕物に残留している熱分解型の有機系発泡剤の分解反応温度を下げ、同方向二軸押出機内で完全に反応させ切り、再成形時における突発的な発泡による不具合を抑制、および気泡が少ない樹脂再生材を得る効果が期待できる。
すなわち、数値範囲について「~」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「10~20」という記載では、下限値である「10」、上限値である「20」のいずれも含むものとする。すなわち、「10~20」は、「10以上20以下」と同じ意味である。
本開示の樹脂再生材の製造方法は、架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体を粉砕機で粗粉砕する粗粉砕工程と、粗粉砕された樹脂発泡体を単軸押出機で加熱押出し、カットし、微粉砕物を得る微粉砕工程と、微粉砕物を、同方向二軸押出機で溶融混練する溶融混練工程と、を備える。
粗粉砕工程は、架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体を粉砕機で粗粉砕する工程である。
「架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体」は、ポリオレフィン系樹脂に熱分解型発泡剤及び有機過酸化物と、必要に応じて配合される各種添加剤を加熱して架橋発泡したもの、ポリオレフィン系樹脂に熱分解型発泡剤と各種添加剤を配合し、電離性放射線で架橋処理を施した後に加熱して発泡させたものを好適に例示できる。
ポリオレフィン系樹脂としては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン等のα-オレフィンを重合した単独重合体、又は共重合体が挙げられる。また、これらの単独重合体又は共重合体を2種以上混合することもできる。この中でもポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂が好ましく用いられる。
ポリエチレン系樹脂としては、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、線状超低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、及びエチレンを主成分とする共重合体等が挙げられる。
エチレンを主成分とする共重合体としては、エチレンと、炭素数3~10のα-オレフィン、ビニルエステル、不飽和カルボン酸エステル、共役ジエン、及び非共役ジエンから選ばれる1種以上のコモノマーと、の共重合体が挙げられる。炭素数3~10のα-オレフィンとしては、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテンが例示される。ビニルエステルとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルが例示される。不飽和カルボン酸エステルとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルが例示される。
ポリプロピレン系樹脂としては、ホモポリプロピレン(プロピレン単独重合体)、プロピレンと、α-オレフィン(プロピレンを除く)と、の共重合体が挙げられる。α-オレフィンとしては、1-ブテン、1-ペンテン、1-へキセン、1-へプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセンが例示される。
樹脂発泡体における有機系発泡剤の含有率は、特に限定されない。樹脂発泡体における有機系発泡剤の含有率は、樹脂発泡体の全体を100質量%とした場合に、通常、0.01質量%以上5.0質量%以下である。微粉砕物における有機系発泡剤の含有率も、微粉砕物の全体を100質量%とした場合に、通常、0.01質量%以上5.0質量%以下である。
有機過酸化物(架橋剤)としては、例えば、ジクミルパーオキサイド(以下、「DCP」と略す。)、2,5-ジメチル-2,5-ビス-ターシャリーブチルパーオキシヘキセン、1,3-ビス-ターシャリーパーオキシイソプロピルベンゼン等を挙げることができる。
樹脂発泡体のゲル分率は、特に限定されない。ゲル分率は、JIS K6796に準拠して測定される。微粉砕物のゲル分率は、樹脂発泡体のゲル分率と同等である。なぜならば、微粉砕物は、樹脂発泡体が粗粉砕された樹脂発泡体を単軸押出機で加熱押出し、カットして得られ、これらの工程中にゲル分率に影響を与える処理は特にされていないからである。
本開示の製造方法は、ゲル分率が65%以上の高架橋の樹脂発泡体(微粉砕物)、特にゲル分率が70%以上の樹脂発泡体(微粉砕物)の再生に非常に有用である。樹脂発泡体(微粉砕物)のゲル分率は100%であってもよいが、通常は85%以下である。従来技術は、ゲル分率が60%以下の樹脂発泡体に適用されるものである。従来技術では、65%以上という高いゲル分率の高架橋の樹脂発泡体を再生できていない。本開示の製造方法は、特に、65%以上という高いゲル分率の高架橋の樹脂発泡体であっても、樹脂劣化を抑制しつつ再生可能である。この効果は、従来技術に対する本開示の特に有利な効果である。
20mm~50mmサイズとは、粗粉砕された樹脂成形体の最大長をノギスでJIS B7507に準拠し、測定したものである。
微粉砕工程は、粗粉砕された樹脂発泡体を単軸押出機で加熱押出し、カットし、微粉砕物を得る工程である。
単軸押出機のバレルを加熱することで、樹脂発泡体が加熱される。樹脂発泡体は、架橋ポリオレフィンを含むから、未溶融状態、もしくは僅かな溶融状態で加熱押出される。
単軸押出機の混練ゾーンの温度は、特に限定されない。混練ゾーンの温度は、樹脂劣化を抑制し、かつ、樹脂再生材を高効率で製造するための微粉砕物を得る観点から、150℃以上200℃以下が好ましい。混練ゾーンの温度とは、スクリュの混練ゾーンが位置する部分のバレル温度である。混練ゾーンの温度は、通常はバレルに取り付けられた熱電対等で測定する。混練ゾーンの温度を所定温度に設定するには、押出機バレルヒーター等による外部加熱が一般的に用いられるが、樹脂発泡体の剪断発熱によって達成しても構わない。
スクリュの回転速度は、特に限定されない。スクリュの回転速度は、例えば5rpm以上50rpm以下とされる。
剪断速度は、特に限定されない。剪断速度は、例えば120/s以上1200/s以下とされる。
微粉砕物は、粗粉砕された樹脂発泡体よりも小さいサイズである。微粉砕物は、次工程である同方向二軸押出機で溶融混練する溶融混練工程で同方向二軸押出機のホッパー口より材料をフィードする際にフィードネック不良を起こさないようにする観点から、平均粒径2.0mm以上5.0mm以下であることが好ましい。平均粒径とは、光学顕微鏡で粒子(微粉砕物)をランダムに50ヶ選択し、その粒子の最大長を測定し、その数値を平均化したものである。
微粉砕物の嵩比重は、特に限定されない。微粉砕物の嵩比重は、次工程である同方向二軸押出機で溶融混練する溶融混練工程で同方向二軸押出機のホッパー口より材料をフィードする際にフィードネック不良を起こさないようにする観点から、0.15以上0.25以下が好ましい。嵩比重は、JIS K7365に準拠して測定される。
溶融混練工程は、微粉砕物を、同方向二軸押出機で溶融混練する工程である。溶融混練工程では、同方向回転の二軸押出機、すなわち、同方向二軸押出機を使用する。押出機には、可塑化処理中に発生する揮発成分を除去するため、必要に応じてベント(真空ベント)等の脱気設備を設置しても構わない。
押出機スクリューは、ホッパー口から順にフィードゾーン、混練ゾーン、圧力保持ゾーン、送りゾーン(押出ゾーン)から構成される。ただし、混練ゾーンの途中に圧力保持ゾーンを設けても構わない。
フィードゾーンは、通常フライトと呼ばれるネジ状のエレメントが使用される。フィードゾーンは、ホッパー口から投入された材料を加熱しながら混練ゾーンへ搬送するゾーンである。
混練ゾーンは、主に混錬ディスク(ニーディングディスク)やローターと呼ばれるエレメントから構成され、材料に剪断を与えるゾーンである。混練ゾーンの長さは、特に限定されない。混練ゾーンの長さは、微粉砕物に十分な剪断を与えつつ、過度の可塑化による品質の低下を抑制し、かつ、単位時間あたりの処理量を上げる観点から、L/Dで5以上30以下が好ましく、10以上30以下がより好ましい。
なお、「L/D」において、L=スクリュ長さ、D=スクリュ直径である。L/Dは、長さと直径の比である。
最も押出ヘッド側の送りゾーンは、可塑化した架橋ポリオレフィンを押出成形に適した温度まで冷却して再架橋反応や押出後の劣化反応を防ぐとともに、可塑化物を一定の速度で押し出す働きを有する。送りゾーンの長さは、L/Dで5以上が好ましい。送りゾーンの長さは、通常L/Dで30以下である。送りゾーンの長さをL/D=5以上とすることで、混練ゾーンで加熱された可塑化物が冷却されないまま押し出されることに起因する焼け、着色等を抑制できる。
なお、最小チップクリアランスとは、図2に示すように、スクリュに備えられた楕円状のディスク1とバレル3の内壁面3Aのクリアランスのうち、ディスク1の楕円長手方向の端部1Aとバレル3の内壁面3Aとの最小クリアランスたるクリアランスCを指す。
樹脂再生材を用いた新たな樹脂発泡体の製造方法は、特に限定されない。例えば、樹脂再生材単独、又は樹脂再生材に任意比率で熱可塑性ポリオレフィン系樹脂を配合した混合物に、熱分解型発泡剤と有機過酸化物を配合し、加熱架橋発泡させることで、樹脂発泡体を製造できる。
(1)平均粒径
平均粒径は、光学顕微鏡で粒子(微粉砕物)をランダムに50ヶ選択し、その粒子の最大長を測定し、その数値を平均化して求めた。
(2)嵩比重
嵩比重は、JIS K7365に準拠して測定した。
(3)ゲル分率
ゲル分率は、JIS K6796に準拠して測定した。
(4)ペレット穴
光学顕微鏡でペレット粒子(ペレット状の樹脂再生材)の断面を観察した。観察した結果、0.1mm以上の穴が有る場合は、これをペレット穴と評価した。再成形時にボイド不良を抑制するためにも少ないほど良い。
(5)MI(メルトインデックス)
MIは、JIS K7210-1に準拠して測定した。
(6)ペレット外観
焼けを観察した。ここで、「焼け」とは、樹脂が過度の剪断により高温化し、同押出機内に存在する酸素と、または押出機外環境にさらされた際に酸素と反応し、酸化劣化し、燃焼物となり、黄変や黒点異物となったものをいう。
(7)見かけ密度
見かけ密度は、JIS Z8807に準拠して測定した。
(2.1)実施例1~4
ポリオレフィンにADCAとDCPを配合して加熱することで、架橋発泡させた架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体(見掛け密度0.064g/ml、ゲル分率70%)を得た。架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体を粉砕機で粗粉砕した。粗粉砕された樹脂発泡体を単軸押出機で加熱押出し、カットし、微粉砕物(嵩比重0.21g/ml)を得た。微粉砕物100質量部に、酸化亜鉛3質量部を添加し、同方向二軸押出機で溶融混練して樹脂再生材を得た。なお、樹脂再生材は、ペレット化した。
溶融混練における同方向二軸押出機(表では、単に「二軸押出機」と記載)の設定を表1,2に示す。表1,2には、その他の諸条件についても併記されている。実施例1の条件を基準とし、実施例2~4では、最小チップクリアランスが変更されている。
表3に示されるように、微粉砕物の嵩比重を0.45g/mlとした以外は、実施例1と同様にして、樹脂再生材を得た。
表3に示されるように、有機系発泡剤の含有量を4.8質量%とした以外は、実施例1と同様にして、樹脂再生材を得た。
ポリオレフィンにADCAとDCPを配合して加熱することで、架橋発泡させた架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体(見掛け密度0.064g/ml、ゲル分率70%)を得た。架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体を粉砕機で粉砕し、粉砕物(嵩比重0.075g/ml)を得た。粉砕物100質量部に、酸化亜鉛3質量部を添加し、同方向二軸押出機で溶融混練し、ペレット化を試みたが、粉砕物の嵩比重が低く、同方向二軸押出機に投入できなかった。
溶融混練における同方向二軸押出機(表では、単に「二軸押出機」と記載)の設定を表4に示す。表4には、その他の諸条件についても併記されている。
比較例2として、特開2001-347558号公報に記載されている樹脂再生材の製造方法を示す。この方法では、単軸押出機での加熱押出しは採用されていない。また、同方向二軸押出機におけるバレル温度は300℃以上の高温とされている。
比較例2の製造方法を具体的に示す。ポリオレフィンにADCAとDCPを配合して加熱することで、架橋発泡させた架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体(ゲル分率60%)を得た。架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体を粉砕機で粉砕した。粉砕物を同方向二軸押出機で溶融混練して樹脂再生材を得た。
溶融混練における同方向二軸押出機の設定を表4に示す。表4には、その他の諸条件についても併記されている。
比較例3として、特開2006-175717号公報に記載されている樹脂再生材の製造方法を示す。この方法では、単軸押出機での加熱押出しは採用されていない。また、同方向二軸押出機におけるバレル温度は300℃以上の高温とされている。
比較例3の製造方法を具体的に示す。ポリオレフィンにADCAとDCPを配合して加熱することで、架橋発泡させた架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体(ゲル分率60%)を得た。架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体を粉砕機で粉砕した。粉砕物100質量部に、酸化亜鉛5質量部と、追加のポリオレフィン50質量部を添加し、同方向二軸押出機で溶融混練して樹脂再生材を得た。
溶融混練における同方向二軸押出機の設定を表5に示す。表5には、その他の諸条件についても併記されている。
比較例4として、特開2006-312315号公報に記載されている樹脂再生材の製造方法を示す。この方法では、原料として、ゲル分率35%の架橋ポリオレフィン発泡体が使用されている。
比較例4の製造方法を具体的に示す。ポリオレフィンにADCAとDCPを配合して加熱することで、架橋発泡させた架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体(ゲル分率35%)を得た。架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体を粉砕機で粉砕した。粉砕物を同方向二軸押出機で2回溶融混練して樹脂再生材を得た。
溶融混練における同方向二軸押出機の設定を表5に示す。表5には、その他の諸条件についても併記されている。
比較例5では、原料として、ゲル分率70%の架橋ポリオレフィン発泡体が使用されている。
比較例5の製造方法を具体的に示す。ポリオレフィンにADCAとDCPを配合して加熱することで、架橋発泡させた架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体(ゲル分率70%)を得た。架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体を粉砕機で粉砕した。粉砕物を同方向二軸押出機で溶融混練して樹脂再生材を得た。
溶融混練における同方向二軸押出機の設定を表6に示す。表6には、その他の諸条件についても併記されている。
評価結果を表1~6に示す。
実施例1~6では、ゲル分率65%以上の樹脂発泡体を用いても、ペレット穴がなく、焼けのない樹脂再生材を製造できた。また、実施例1~6では、連続的に樹脂再生材を製造できるので、製造効率がよい。
実施例1~4の中でも、同方向二軸押出機の最小チップクリアランスが0.01mmよりも大きく0.2mm以下である実施例1~2では、チップクリアランスが小さいために下流側へ流れる樹脂量が抑制され、バレル内で樹脂が良好に塞き止められ、よく混練が行われていた。実施例1~2で得られた樹脂再生材は、MIが高く、流動性が良好であった。
実施例1よりも、微粉砕物の嵩比重が高い実施例5において、ペレット穴がなく、焼けのない樹脂再生材を製造できた。
実施例1よりも、有機系発泡剤の含有量が高い実施例6においても、ペレット穴がなく、焼けのない樹脂再生材を製造できた。
比較例1では、上述のように、粉材物と酸化亜鉛の混合物を同方向二軸押出機で溶融混練し、ペレット化を試みたが、粉砕物の嵩比重が低く、同方向二軸押出機に投入できなかった。つまり、比較例1では、再利用可能なペレット状の樹脂再生材は製造できなかった。
比較例2では、バレル温度(同方向二軸押出機の混練ゾーンの温度)が高すぎて、樹脂再生材に、ペレット穴、変色及び焼けが生じた。
比較例3では、ゲル分率60%以下のゲル分率が低い樹脂発泡体を再生しているに過ぎず、ゲル分率が高い樹脂発泡体を再生できていない。しかも、比較例3では、バレル温度(同方向二軸押出機の混練ゾーンの温度)が高すぎて、樹脂再生材に、変色及び焼けが生じた。
比較例4では、ゲル分率35%のゲル分率が低い樹脂発泡体を再生しているに過ぎず、ゲル分率が高い樹脂発泡体を再生できていない。
比較例5では、有機系発泡剤の含有量が多いため、押出時に発泡過多となった。そのため、ペレット化できず、樹脂再生材が製造できなかった。
実施例1~6では、ゲル分率が高い樹脂発泡体を用いても、樹脂劣化の少ない樹脂再生材を製造できた。
1A…端部
3 …バレル
3A…内壁面
C …クリアランス
LR…順送りディスク
LL…逆送りディスク
K …混練ディスク
Claims (5)
- 架橋ポリオレフィンの樹脂発泡体を粉砕機で粗粉砕する粗粉砕工程と、
前記粗粉砕された前記樹脂発泡体を単軸押出機で加熱押出し、カットし、微粉砕物を得る微粉砕工程と、
前記微粉砕物を、同方向二軸押出機で溶融混練する溶融混練工程と、を備えた樹脂再生材の製造方法。 - 前記同方向二軸押出機の最小チップクリアランスは0.01mmよりも大きく0.2mm以下である請求項1に記載の樹脂再生材の製造方法。
- 前記微粉砕物は、ゲル分率が65%以上であり、平均粒径が2.0mm以上5.0mm以下であり、嵩比重が0.10g/ml以上0.50g/ml以下である、請求項1又は請求項2に記載の樹脂再生材の製造方法。
- 前記微粉砕物は、有機系発泡剤を0.01質量%以上5.0質量%以下含む、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の樹脂再生材の製造方法。
- 前記溶融混練工程では、前記微粉砕物100質量部に対して、酸化亜鉛を1質量部以上10質量部以下添加する、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の樹脂再生材の製造方法。
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