JP7422708B2 - 熱可塑性ポリマー造粒物およびその製造方法 - Google Patents
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
1つの実施形態においては、上記粉体状熱可塑性ポリマーを構成する熱可塑性ポリマーが、超高分子量ポリエチレン、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ポリカーボネート(PC)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)類およびコアシェル型ポリマーからなる群から選ばれる少なくとも1種である。
1つの実施形態においては、上記フィラーが、層状ケイ酸塩化合物である。
1つの実施形態においては、上記結着剤が、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアルキレングリコール系樹脂、ポリビニルピロリドン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、多糖類および膨潤性粘土鉱物からなる群から選ばれる少なくとも1種である。
1つの実施形態においては、上記熱可塑性ポリマー造粒物は、分散剤をさらに含む。
1つの実施形態においては、上記分散剤の含有割合が、上記粉体状熱可塑性ポリマーとフィラーと結着剤との合計量100重量部に対して、0.1重量部~30重量部である。
1つの実施形態においては、上記分散剤が、多価アルコール脂肪酸エステル、脂肪酸アマイド、ポリグリセリン脂肪酸エステル、縮合ヒドロキシ脂肪酸および縮合ヒドロキシ脂肪酸のアルコールエステルからなる群から選ばれる少なくとも1種である。
本発明の別の局面によれば、上記熱可塑性ポリマー造粒物の製造方法が提供される。この製造方法は、前記粉体状熱可塑性ポリマーと、上記フィラーと、前記結着剤を含む水系液とを混合する混合工程と、該混合工程を経て得られた混合物を造粒して、造粒物前駆体を得る造粒工程と、該造粒物前駆体を乾燥する乾燥工程とを含む。
1つの実施形態においては、上記熱可塑性ポリマー造粒物の製造方法は、上記造粒工程において、半湿式造粒法により造粒することを含む。
1つの実施形態においては、上記熱可塑性ポリマー造粒物の製造方法は、上記造粒工程において、ディスクペレッター方式により造粒することを含む。
本発明のさらにべつの局面によれば、上記熱可塑性ポリマー造粒物の、熱可塑性樹脂コンパウンドの原料としての使用が提供される。
本発明の熱可塑性ポリマー造粒物は、粉体状熱可塑性ポリマーと、フィラーと、結着剤とを含む。当該熱可塑性ポリマー造粒物は、粉体状熱可塑性ポリマーとフィラーとが結着剤により結合して構成される。上記粉体状熱可塑性ポリマーの嵩密度は、0.01kg/L~1kg/Lである。上記粉体状熱可塑性ポリマーの含有割合は、粉体状熱可塑性ポリマーとフィラーと結着剤との合計量100重量部に対して、1重量部~98重量部である。上記フィラーの含有割合は、粉体状熱可塑性ポリマーとフィラーと結着剤との合計量100重量部に対して、1重量部~98重量部である。上記結着剤の含有割合は、粉体状熱可塑性ポリマーとフィラーと結着剤との合計量100重量部に対して、1重量部~30重量部である。
上記粉体状熱可塑性ポリマーの嵩密度は、上記のとおり0.01kg/L~1kg/Lであり、好ましくは0.05kg/L~0.8kg/Lであり、より好ましくは0.1kg/L~0.5kg/Lである。粉体状熱可塑性ポリマーの嵩密度は、升を用いて、粉体状熱可塑性ポリマーを当該升に自然落下させてすり切り一杯にして、正確に1リットルの容積ではかり取り、その重量を測定することで算出される(単位:kg/L)。
Mv=5.37×104η1.37 ・・・(1)
上記フィラーとしては、フィラー含有樹脂組成物および/または当該フィラー含有樹脂組成物から得られる成形体に要求される特性に応じて、任意の適切なフィラーを用いることができる。
1つの実施形態においては、上記結着剤は、任意の適切な樹脂により構成され得る。結着剤を構成する樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアルキレングリコール系樹脂、ポリビニルピロリドン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。別の実施形態においては、上記結着剤として、多糖類が用いられる。さらに別の実施形態においては、上記結着剤として、膨潤性粘土鉱物(例えば、スメクタイト、バーミキュライト等)が用いられる。結着剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組みあわせて用いてもよい。
上記分散剤としては、界面活性剤が好ましく用いられる。分散剤(界面活性剤)における親水性/疎水性バランスは、分散剤となる化合物のエステル化度や脂肪酸の種類(水酸基の有無、飽和又は不飽和脂肪酸、アルキル鎖長)、重合度を調整することにより、制御することができる。分散剤を使用することにより、熱可塑性ポリマー造粒物の生産性(吐出速度)を向上させることができ、さらには、加工機の清掃性を高めることができる。
上記熱可塑性ポリマー造粒物は、必要に応じて、任意の適切なその他の成分(添加剤)さらに含み得る。添加剤としては、例えば、酸化防止剤、光安定剤、発泡剤、紫外線吸収剤、発泡剤、ブロッキング防止剤、熱安定剤、衝撃改質剤、抗菌剤、相溶化剤、可塑剤、粘着付与剤、加工助剤、潤滑剤、カップリング剤、難燃剤、脱酸素剤、着色剤等が挙げられる。
上記熱可塑性ポリマー造粒物は、任意の適切な方法により、製造することができる。例えば、粉体状熱可塑性ポリマーとフィラーと結着剤とを含む混合物を、半湿式造粒法に供することにより得ることができる。
1つの実施形態においては、上記熱可塑性ポリマー造粒物は、その用途として熱可塑性樹脂コンパウンドの原料として供される。また、上記熱可塑性ポリマー造粒物と、その他の熱可塑性樹脂との溶融コンパウンドが提供される。当該その他の熱可塑性樹脂としては、任意の熱可塑性樹脂が用いられる。
1)超高分子量ポリエチレン粉末とフィラーとを含む熱可塑性ポリマー造粒物のコンパウンド用原料としての使用
超高分子量ポリエチレン粉末と各種のフィラー粉末を組成物化するにあたり、予め熱可塑性ポリマー造粒物とした後に、各種の溶融混練加工機に投入して、溶融混練を行えば、組成均一性、ハンドリング性、生産性(吐出性)を高めると共に、作業環境の改善を図ることができる。
2)生物が産生する粉体状バイオポリエステルとフィラーとを含む熱可塑性ポリマー造粒物のコンパウンド原料としての使用
生物が生産するバイオポリエステルは一次的には粉体状のポリマーとして取り出される。粉体状のバイオポリエステルとフィラー(結晶化核剤としての機能を有するタルクやマイカなどのケイ酸塩化合物が好ましい)の熱可塑性ポリマー造粒物を原料として、溶融混練機に投入し可塑化混練し、溶融物をダイスから押し出して、冷却し、固化させてペレタイズする方法により、粉体状原料のフィードネックを解消でき、押出機への原料投入速度を向上できるのみならず、溶融状態からの結晶化を促進させることができ、更にはストランドのカット特性が向上するとともに、ペレットのブロッキングを防止することができ、生産性を大きく高めることができる。
3)粉体状エンジニアリングプラスチック原料とフィラーとを含む熱可塑性ポリマー造粒物のコンパウンド原料としての使用
粉体状の、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド等のいわゆるエンプラ類、スーパーエンプラ類の溶融コンパウンドにおいて、粉体状熱可塑性ポリマーとフィラーを、予め熱可塑性ポリマー造粒物とすることにより、組成均一性、ハンドリング性、生産性(吐出性)を高めると共に、作業環境の改善を図ることができる。好ましい例として、ポリフェニレンエーテルとマイカとを含む熱可塑性ポリマー造粒物、ポリフェニレンサルファイドと炭酸カルシウムとを含む熱可塑性ポリマー造粒物、を例示することができる。
4)リサイクルにおける、熱可塑性ポリマー造粒物のコンパウンド原料としての使用
ペレット、塊状ポリマー、成形品、更には回収プラスチックスの再使用において、粉砕処理により得られる粉体状熱可塑性ポリマーとフィラーとから熱可塑性ポリマー造粒物を構成することによりハンドリング性を高めることができる。
粉体用ニーダー(ダルトン社製、商品名「KDHJ-10」;処理量:6L)に、粉体状熱可塑性ポリマー(超高分子量ポリエチレン粉体、旭化成株式会社製、商品名「サンファインUH850」;嵩比重:0.5(嵩密度:0.5kg/L);表中、「A-1」)65重量部と、フィラー(タルク、浅田製粉社製、商品名「J300」;嵩比重:0.17(嵩密度:0.17kg/L);表中、「B-1」)35重量部とを投入し、回転数30rpmで6分間の攪拌処理を行った。
その後、結着剤の分散液(ポリオレフィン分散液(水性PEディスパージョン);三井化学社製、商品名「ケミパールA100」;ポリオレフィン固形分濃度:40重量%;ポリオレフィン粒子の平均粒子径4μm;表中、「C-1」)20重量部と、分散剤(ポリグリセリン縮合ヒドロキシ脂肪酸エステル;太陽化学社製、商品名「チラバゾールH818」;表中、「D-1」)1.0重量部とを投入し、更に、20重量部の水道水を配合して、回転数30rpmで、更に6分間の攪拌処理を行い、混合物Aを得た。
この混合物Aを、ディスクペレッター(ダルトン社製、商品名「ディスクペレッターF-5/11-175」)に投入し、ペレット状の熱可塑性ポリマー造粒物前駆体を得た。この際、ダイスの孔径を3mmφとし、ダイスプレートの厚みを15mmとし、ダイス孔の有効長を10mmとし、ディスクの裏面とカッター間の距離は10mmとし、ディスペレッターのローラーの回転数を108rpmとした。
得られた造粒物前駆体を、熱風式循環型乾燥機を用いて、100℃で4時間乾燥させて、熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-1)を得た。得られた熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-1)の外観写真を図1に示す。
表1に示す、粉体状熱可塑性ポリマー、フィラー、結着剤、および分散剤を、表1に示す配合量で用いたこと以外は、実施例1と同様にして、熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-2~MPG-6)を得た。必要に応じて、表1に示す量の水を配合して造粒を行った。
実施例5と6で使用するPP粉体とPLA粉体は、ペレットを冷凍粉砕したものを使用した。
実施例2は、UPE50/タルク50混合粉体造粒物(結着剤:A100)の例である。
実施例3は、UPE25/タルク75混合粉体造粒物(結着剤:A100)の例である。
実施例4は、PPE50/マイカ50混合粉体造粒物(結着剤:ポリウレタン)の例である。
実施例5は、PP70/タルク30混合粉体造粒物(結着剤:A100)の例である。
実施例6は、PLA粉砕物70/タルク30混合粉体造粒物(結着剤:BVOH)の例である。
比較例1は、実施例1において、A100を欠く例である。(造粒不能)
比較例2は、実施例6において、PVAを欠く例である。(造粒不能)
実施例1~6、比較例1~2で用いた各成分の具体的な内容は、表2に示すとおりである。
実施例1~6および比較例1~2で得られた熱可塑性ポリマー造粒物を下記の評価に供した。結果を表3に示す。
(1)造粒性
得られた熱可塑性ポリマー造粒物の確認し、以下の基準で造粒性を評価した。
〇: 直径3mmφの造粒物が得られる。
△: 熱可塑性ポリマー造粒物の形態になるが、結着力が不足して、崩壊しやすい。
×: 熱可塑性ポリマーがダイスに目詰まりする、もしくは、熱可塑性ポリマーの結着性がなく、粒状物にならない。
(2)造粒速度
時間当たりの熱可塑性ポリマー造粒物の製造速度(kg/Hr)を算出した。
(3)嵩密度
乾燥後の熱可塑性ポリマー造粒物を1リットルの升に自然落下させ、すり切り一杯にして、正確に1リットルの容積ではかり取り、その重量を測定することで、熱可塑性ポリマー造粒物の嵩密度(単位:kg/L)を算出した。
(4)ペレットサイズ
熱可塑性ポリマー造粒物を20粒取り出し、ノギスを用いて、粒状物の長さと直径を測定し、平均値を算出した。
(5)水分量
赤外線水分計(ケット科学研究所製 FD-660)を用いて、熱可塑性ポリマー造粒物に残存する水分量(単位:重量%)を測定した。
(6)崩壊強度測定
木屋式硬度計(シロ産業社製、商品名「WPF1600-B」)を用いて、乾燥後の熱可塑性ポリマー造粒物の崩壊応力(単位:kg)を測定した。測定値は熱可塑性ポリマー造粒物20粒の平均値とした。
(7)微粉量
熱可塑性ポリマー造粒物を1kg計量し、12メッシュの篩にかけ、微粉量の質量割合(単位:重量%)を測定した。
一方、比較例としてのMPG-C1及びMPG-C2では、結着剤を欠く例であるが、ペレット状の熱可塑性ポリマー造粒物を得ることができない。
実施例1で得られた熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-1)30重量部と、高密度ポリエチレン樹脂のペレット(旭化成社製、商品名「サンテックJ300」、MFR:42g/10min)70重量部とを、二軸押出機(東芝機械社製、商品名「TEM37SS」、L/D=48)に投入して、連続的に溶融混練を行い、樹脂組成物のペレットを製造した。
熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-1)と高密度ポリエチレン樹脂は、それぞれ独立に、重量式フィーダーを介して、定量的に二軸押出機に投入するが、熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-1)は押出機の最上流部のホッパー位置から投入し、高密度ポリエチレン樹脂(J300)は押出機の中流部に設けた2カ所の投入口からサイドフィードにより、35重量部ずつ(合計70重量部)を連続的に投入した。押出機のシリンダー温度は、押出機の中段部以降を200℃に設定し、二軸押出機の主スクリューの回転数を100rpmとして、連続的に溶融混練を行った。溶融混練された樹脂組成物はストランド状に押し出され、水冷バスで冷却し、長さ約3mmのペレットとした。
得られるフィラー含有樹脂組成物は、押出機への原料の供給安定性に優れ、安定した吐出速度で生産を行うことができ、ストランドの引き取り安定性に優れていた。
実施例4で得られた熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-4)50重量部と、ハイインパクトポリスチレン樹脂(HIPS)のペレット(PSジャパン製、商品名「PSJポリスチレンHT-60」、MFR:6.2g/10min)50重量部とを、二軸押出機(実施例7と同じ)に投入して、連続的に溶融混練を行い熱可塑性樹脂のペレットを製造した。
熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-4)とHIPSは予めペレット混合物とし、当該混合物を重量式フィーダーを介して、定量的に二軸押出機に押出機の最上流部のホッパー位置から投入した。押出機のシリンダー温度は、押出機の中段部以降を250℃に設定した。また、二軸押出機の主スクリューの回転数を200rpmとした。溶融混練された樹脂組成物はストランド状に押し出され、水冷バスで冷却し、長さ約3mmのペレットとした。
得られるフィラー含有樹脂組成物は、吐出速度が高く、生産性に優れていた。
実施6で得られた熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-6)を、二軸押出機(実施例7と同じ)に投入して、連続的に溶融混練を行いペレットを製造した。
熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-6)は、重量式フィーダーを介して、定量的に、二軸押出機の最上流部のホッパー位置から投入した。押出機のシリンダー温度は、押出機の中段部以降を170℃に設定した。また、二軸押出機の主スクリューの回転数を200rpmとした。溶融混練された樹脂組成物はストランド状に押し出され、水冷バスで冷却し、長さ約3mmのペレットとした。
得られるフィラー含有樹脂組成物は、結晶化が進行し、ペレタイズを安定に行うことができ、吐出速度も大きく、生産性に優れていた。
熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-1)を使用せずに、粉体状ポリエチレン(表2のA-1に示す)20重重量部と、タルク(表2のB-1に示す)10重量部とを、予備混合を行って粉体混合物とした後、当該混合物を重量式フィーダーを介して、一定速度で二軸押出機の最上流部のホッパー位置から投入し、それ以外の条件は実施例7と同様にして、高密度ポリエチレン樹脂(J300)は押出機の中流部に設けた2カ所の投入口からサイドフィードにより、35重量部ずつ(合計70重量部)を連続的に投入して樹脂組成物のペレットを製造した。
二軸押出機の最上流部のホッパー位置から投入した粉体原料が押出機投入口においてブリッジを生じてしまい、連続して生産することができなかった。
熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-4)を使用せずに、PPE粉体(表2のA-2に示す)25重量部と、マイカ(表2のB-2に示す)25重量部と、ハイインパクトポリスチレン樹脂(PSJポリスチレンHT-60)のペレット50重量部とを、予備混合を行って混合物とした後、当該混合物を、重量式フィーダーを介して、一定速度で二軸押出機の最上流部のホッパー位置から連続的に投入して樹脂組成物のペレットを製造した。
二軸押出機の最上流部のホッパー位置から投入した粉体原料が押出機投入口においてブリッジを生じてしまい、連続して生産することができなかった。
熱可塑性ポリマー造粒物(MPG-6)を使用せずに、粉体状PLA樹脂(表2のA-4に示す)70重量部と、タルク(表2のB-1に示す)30重量部とを、予備混合を行って混合物とした後、当該混合物を、重量式フィーダーを介して、一定速度で二軸押出機の最上流部のホッパー位置から連続的に投入して樹脂組成物のペレットを製造した。
二軸押出機の最上流部のホッパー位置から投入した粉体原料が押出機投入口においてブリッジを生じてしまい、連続して生産することができなかった。
実施例7~9および比較例3~5で得られたフィラー含有樹脂組成物のペレットを下記の評価に供した。結果を表4に示す。
(a)樹脂組成物の吐出速度(単位:kg/Hr)
時間当たりのフィラー含有樹脂組成物の吐出量である。
(b)押出機負荷(単位:%)
二軸押出機、単軸押出機の実測の動力負荷%(許容最大モーター負荷に対する割合)の表示値である。
(c)ダイス部での溶融樹脂温度(単位:℃)
ダイスから押し出されるフィラー含有樹脂組成物の温度を接触式熱電対で測定した。
(d)押出機への原料のフィード特性
原料の連続投入状況を確認し、以下の基準で造粒性を評価した。
〇: 安定に供給できる。
×: 粉体状の原料(ポリマーもしくはフィラー)の供給でブリッジが生じることがあり、フィードが不安定。
(e)分散性
樹脂と熱可塑性ポリマー造粒物の溶融混練における分散性を、溶融混合物のストランド表面の感触より、以下の基準で評価した。
〇: 表面が滑らかで分散性が良い。
×: 表面が荒れており、分散性が悪い。
(f)樹脂ペレットの造粒性(ペレット結晶化)
樹脂と熱可塑性ポリマー造粒物の溶融混練物の造粒性を、以下の基準で評価した。
〇: 溶融混練後に速やかに結晶化が進行し、樹脂組成物のペレットが容易に得られる。
×: 結晶化が遅いためにペレタイズが困難。
Claims (10)
- 粉体状熱可塑性ポリマーと、フィラーと、結着剤とを構成成分として含む熱可塑性ポリマー造粒物であって、
該粉体状熱可塑性ポリマーの嵩密度が、0.01kg/L~1kg/Lであり、
該粉体状熱可塑性ポリマーの含有割合が、該粉体状熱可塑性ポリマーと該フィラーと該結着剤との合計量100重量部に対して、1重量部~98重量部であり、
該フィラーの含有割合が、該粉体状熱可塑性ポリマーと該フィラーと該結着剤との合計量100重量部に対して、1重量部~98重量部であり、
該結着剤の含有割合が、該粉体状熱可塑性ポリマーと該フィラーと該結着剤との合計量100重量部に対して、1重量部~30重量部であり、
該熱可塑性ポリマー造粒物が、該構成成分の混合物であり、
該熱可塑性ポリマー造粒物の直径が、2mm~5mmである、
熱可塑性ポリマー造粒物。 - 前記粉体状熱可塑性ポリマーを構成する熱可塑性ポリマーが、超高分子量ポリエチレン、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ポリカーボネート(PC)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)類およびコアシェル型ポリマーからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1に記載の熱可塑性ポリマー造粒物。
- 前記フィラーが、層状ケイ酸塩化合物である、請求項1または2に記載の熱可塑性ポリマー造粒物。
- 前記結着剤が、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアルキレングリコール系樹脂、ポリビニルピロリドン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、多糖類および膨潤性粘土鉱物からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1から3のいずれかに記載の熱可塑性ポリマー造粒物。
- 分散剤をさらに含む、請求項1から4のいずれかに記載の熱可塑性ポリマー造粒物。
- 前記分散剤の含有割合が、前記粉体状熱可塑性ポリマーとフィラーと結着剤との合計量100重量部に対して、0.1重量部~30重量部である、請求項5に記載の熱可塑性ポリマー造粒物。
- 前記分散剤が、多価アルコール脂肪酸エステル、脂肪酸アマイド、ポリグリセリン脂肪酸エステル、縮合ヒドロキシ脂肪酸および縮合ヒドロキシ脂肪酸のアルコールエステルからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項5または6に記載の熱可塑性ポリマー造粒物。
- 前記粉体状熱可塑性ポリマーと、前記フィラーと、前記結着剤を含む水系液とを混合する混合工程と、
該混合工程を経て得られた混合物を造粒して、造粒物前駆体を得る造粒工程と、
該造粒物前駆体を乾燥する乾燥工程とを含み、
造粒工程において、半湿式造粒法により造粒することを含む、
請求項1から7のいずれかに記載の熱可塑性ポリマー造粒物の製造方法。 - 前記造粒工程において、ディスクペレッター方式により造粒することを含む、請求項8に記載の熱可塑性ポリマー造粒物の製造方法。
- 請求項1から7のいずれかに記載の熱可塑性ポリマー造粒物の、熱可塑性樹脂コンパウンドの原料としての使用。
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