JP7425881B2 - 樹脂加工機械用洗浄剤 - Google Patents
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Description
これらの中でも洗浄剤を用いる方法は、加工機械内の残留物を除去する洗浄力に優れることから、近年好んで用いられるようになっている。洗浄剤の組成は様々な構成要素からなるが、主だったものとして樹脂、界面活性剤等の添加剤、及び無機物等のスクラブ材からなることが多い。
特許文献2~4の洗浄剤では、イオン性の界面活性剤の吸湿によるべたつきや滑剤効果の過剰発現による汚れ表面での上滑りによって洗浄性の低下が生じてしまい、十分な洗浄効果が得られなかった。
以上の様に洗浄剤を用いた場合でも複雑なホットランナー内を効率的に洗浄することは非常に難しく、場合によっては金型を分解する等の対応も必要となっている。
[1]
樹脂加工機械から洗浄対象樹脂(C)を含む加工残留物を除去するための洗浄剤であり、
熱可塑性樹脂(A)と、下記式(I)で示される融点又は軟化点が150℃未満の非イオン性の添加剤(B)とを含み、
Rn-X・・・(I)
(式(I)中、Rは疎水性有機基、nは1以上の整数、Xは極性基である。)
280℃、荷重2.16kgの条件下におけるメルトフローレート(MFR)が30g/10分以下であり、
前記熱可塑性樹脂(A)の溶解パラメータ(SP1)と、前記洗浄対象樹脂(C)の溶解パラメータ(SP2)との差(SP1-SP2)が+1.6~-1.6(cal/cm3)1/2であり、
前記非イオン性の添加剤(B)の溶解パラメータ(SP3)と前記SP2との差(SP3-SP2)が+1.6~-1.6(cal/cm3)1/2であり、
前記SP3と前記疎水性有機基Rの溶解パラメータ(SP4)との差(SP3-SP4)が0.7(cal/cm3)1/2以上であることを特徴とする、樹脂加工機械用洗浄剤。
[2]
前記熱可塑性樹脂(A)がスチレン系樹脂及びポリエステル系樹脂からなる群から選択される少なくとも1種類を含む、[1]に記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
[3]
前記熱可塑性樹脂(A)がスチレン系樹脂又はポリエステル系樹脂を含み、樹脂加工機械用洗浄剤中の前記スチレン系樹脂又は前記ポリエステル系樹脂の含有量が40質量%以上である、[1]又は[2]に記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
[4]
前記非イオン性の添加剤(B)が滑剤又は界面活性剤を含み、樹脂加工機械用洗浄剤中の前記滑剤又は前記界面活性剤の含有量が10質量%以下である、[1]~[3]のいずれかに記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
[5]
前記SP1及び前記SP3が9~11(cal/cm3)1/2である、[1]~[4]のいずれかに記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
[6]
前記洗浄対象樹脂(C)が、スチレン系樹脂及び/又はポリエステル系樹脂である、[1]~[5]のいずれかに記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
[7]
[1]~[6]のいずれかに記載の樹脂加工機械用洗浄剤を用いることを特徴とする、樹脂加工機械内の洗浄方法。
[8]
樹脂加工機械の洗浄における、[1]~[6]のいずれかに記載の樹脂加工機械用洗浄剤の使用。
本実施形態の樹脂加工機械用洗浄剤(以下、単に「洗浄剤」ともいう。)は、樹脂加工機械から洗浄対象樹脂(C)を含む加工残留物を除去するための洗浄剤であり、熱可塑性樹脂(A)と、下記式(I)で示される融点又は軟化点が150℃未満の非イオン性の添加剤(B)とを含み、
Rn-X・・・(I)
(式(I)中、Rは疎水性有機基、nは1以上の整数、Xは極性基である。)
280℃、荷重2.16kgの条件下におけるメルトフローレート(MFR)が30g/10分以下であり、前記熱可塑性樹脂(A)の溶解パラメータ(SP1)と、前記洗浄対象樹脂(C)の溶解パラメータ(SP2)との差(SP1-SP2)が+1.6~-1.6(cal/cm3)1/2であり、前記非イオン性の添加剤(B)の溶解パラメータ(SP3)と前記SP2との差(SP3-SP2)が+1.6~-1.6(cal/cm3)1/2であり、前記SP3と前記疎水性有機基Rの溶解パラメータ(SP4)との差(SP3-SP4)が0.7(cal/cm3)1/2以上であることを特徴とする。
Fedorsの式:SP値[(cal/cm3)1/2]=(Ev/v)1/2=(ΣΔei/ΣΔvi)1/2
Ev:蒸発エネルギー[cal/mol]
v:モル体積[cm3/mol]
Δei:各成分の原子又は原子団の蒸発エネルギー[cal/mol]
Δvi:各原子又は原子団のモル体積[cm3/mol]
ここで、上記式で使用される蒸発エネルギー及びモル体積は、上記Fedorsの論文中では25℃での値である。上記Fedorsの論文中に樹脂のSP値は温度依存性があることが記載されており、樹脂使用時の温度及び樹脂の体積膨張率αとの間で次の関係式がある。
使用温度でのSP値[(cal/cm3)1/2]=25℃でのSP値[(cal/cm3)1/2]×[1+1.13×α×(T1-T2)]
α:体積膨張率(体積膨張係数)[1/K]
T1:298「K」(25℃)
T2:実際の使用時の温度[K]
本開示では、熱可塑性樹脂(A)及び洗浄対象樹脂(C)のSP値(SP1及びSP2)は、使用時の温度で算出した値とし、非イオン性の添加剤(B)のSP値(SP3)は、25℃で算出した値とする。
以上のことから、本実施形態の熱可塑性樹脂(A)及び非イオン性の添加剤(B)は、樹脂加工機械内の加工残留物(汚れ)である洗浄対象樹脂(C)の種類に応じて選択されるものである。また、SP値はFedorsの推算法に基づき計算することができることから、予め計算されたSP値を基に、熱可塑性樹脂(A)と非イオン性の添加剤(B)との組み合わせを決定することができる。
本実施形態の樹脂加工機械用洗浄剤に含まれる熱可塑性樹脂(A)は、SP値(SP1)が後述する特定の条件を満たすものであれば特に限定されるものではなく、例えば、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、セルロース系樹脂、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸エステル等が挙げられる。
熱可塑性樹脂(A)は、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
また、熱可塑性樹脂(A)のSP値(SP1)は、SP1-SP2が上記範囲を満たせば特に限定されないが、一般的なエンジニアリングプラスチックの溶解パラメータに近い、9~11(cal/cm3)1/2であることが好ましい。
特に、熱可塑性樹脂(A)がスチレン系樹脂又はポリエステル系樹脂を含む場合、スチレン系樹脂又はポリエステル系樹脂の含有量は、樹脂加工機械用洗浄剤を100質量%として、それぞれ20質量%以上であることが好ましく、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは60質量%以上である。スチレン系樹脂又はポリエステル系樹脂の含有量が上記範囲であると、金属面に付着した汚れに対して、より洗浄効果が得られやすい。
本実施形態の樹脂加工機械用洗浄剤に含まれる非イオン性の添加剤(B)(以下、単に「添加剤(B)」ともいう。)は、下記式(I)に示される構造を有し、融点又は軟化点が150℃未満であり、SP値(SP3)が後述する特定の条件を満たすものであれば、特に限定されない。
Rn-X・・・(I)
(式(I)中、Rは疎水性有機基、nは1以上の整数、Xは極性基である。)
非イオン性添加剤(B)は、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
本発明者等は、非イオン性添加剤(B)も熱可塑性樹脂樹脂(A)と洗浄対象樹脂(C)との相溶化を促進させるために重要であり、溶解パラメータにて規定することが必要であることを見出した。加えて、非イオン性添加剤(B)を含むことにより洗浄剤自体の加工機械中への残留が抑制されるため、従来に比して洗浄性能に優れ、かつ複雑なホットランナー内を洗浄剤が効率的に流れることから、堆積した加工残留物(汚れ)を効率的に除去することができる。このようにホットランナー内での洗浄剤の流れが良く、洗浄剤自体も残りにくいことから、成形をしながらの洗浄方法が可能となり、洗浄作業のより一層の効率化が図られる。
また、非イオン性の添加剤(B)のSP値(SP3)は、SP3-SP2及びSP3-SP4が上記範囲を満たせば特に限定されないが、一般的なエンジニアリングプラスチックの溶解パラメータに近い、9~11(cal/cm3)1/2であることが好ましい。
極性基Xとしては、例えば、カルボキシ基、ヒドロキシ基、チオ―ル基、エステル基、チオエステル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基、ホルミル基、アセタール、シアノ基、エーテル、アルコキシ基等が挙げられる。
極性基Xがカルボキシ基やヒドロキシ基、エステル基等である場合、添加剤(B)としては、一般的な脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド等の滑剤や界面活性剤が候補として挙げられる。
疎水性有機基R、極性基Xは、共に部分構造としてオリゴマーやポリマー構造を有していても良く、その場合も疎水性有機基RのみのSP値(SP4)を算出することができる。
本実施態様の樹脂加工機械用洗浄剤は、その洗浄目的及び用途に要求される性能に応じて、各種のその他の成分を含有してもよい。その他の成分としては、例えば、一般的な無機フィラーやポリエチレングリコール、酸化防止剤等が挙げられる。
その他の成分の含有量は、複雑な流路を持つホットランナー内に滞留した場合に抜けきれない可能性を低減するため、樹脂加工機械用洗浄剤を100質量%として、10質量%未満であることが好ましく、より好ましくは5質量%未満、更に好ましくは1質量%未満である。
本実施態様の樹脂加工機械用洗浄剤の製造方法は、特に限定されないが、好ましい製法としては、上述した熱可塑性樹脂(A)、非イオン性の添加剤(B)、及び必要に応じて配合されるその他の成分を含有する樹脂組成物を、ニーダー、押出機あるいはバンバリーミキサー等の溶融混練装置を用いて溶融混練し、得られた溶融混練物をストランド状に押し出した後、粒状に成形する工程を有する製法が挙げられる。ここで用いる溶融混練装置としては、熱可塑性樹脂(A)と添加剤(B)とを十分に混練することができる観点から、押出機が好ましく、より好ましくは2軸押出機である。このように2軸押出機を使用することで熱可塑性樹脂(A)中に添加剤(B)を均一に分散しやすくなるので、押出性が安定し、押出機から吐出されるストランドの脈動等が抑えられる傾向にある。
なお、押出機で溶融混練する際のシリンダー温度は、320℃以下に設定することが好ましく、300℃以下がより好ましい。押出機内における溶融樹脂の滞留時間は、できるだけ短くすることが望ましいので、かかる観点を考慮して、シリンダー温度を設定する。
本実施態様の樹脂加工機械用洗浄剤により洗浄することが可能な樹脂加工機械内の加工残留物は、洗浄対象樹脂(C)(加工作業に用いた樹脂)を含み、その他に、染顔料等の添加剤、洗浄対象樹脂(C)等から生成される劣化物(例えば、熱分解生成物や炭化物等)等を含む場合がある。
洗浄対象樹脂(C)は、そのSP値(SP2)が前述の特定の条件を満たすものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、セルロース系樹脂、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸エステル等の一般的な汎用樹脂からエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
本実施態様の樹脂加工機械用洗浄剤を使用することができる樹脂加工機械は、射出成形機、押出機等、熱可塑性樹脂を扱う樹脂加工機械であれば特に制限されるものではないが、本実施態様の洗浄剤は、複雑な形状を有するホットランナー内の洗浄においても高い洗浄効果を発揮することが特徴である。
ホットランナー内の洗浄は、通常の成形条件と同じく、樹脂が溶融する温度まで内部を加熱し、洗浄対象樹脂(C)と同じ成形条件で洗浄剤を流し、成形品として取り出すことにより行うことができる。なお、洗浄剤を用いて成形操作を行った際、ショートショットとなるようであれば、ホットランナーの温度を10~30℃ほど上げることが可能である。
ホットランナー及びキャビティ内部を洗浄するだけであれば、金型を開けた状態にして洗浄剤を流すことで、ゲートから直接溶融した洗浄剤を回収することも可能である。
また、完全に汚れを落とし切る必要がなく、多少の加工残留物(洗浄対象樹脂(C))が内部に残留した状態であっても、本実施態様の洗浄剤であれば徐々に加工残留物に浸透するため、洗浄効果は十分に得られる。
(A-1)PET(ポリエチレンテレフタレート)
(A-2)AS(スチレン-アクリロニトリル共重合体)(スチレン:アクリルニトリル比は70:30)
(A-3)PC(ポリカーボネート)
(A-4)ABS(スチレン-ブタジエン-アクリロニトリル共重合体)(スチレン:ブタジエン:アクリルニトリル比は45:30:25)
(A-5)、(A-6)PS(ポリスチレン)
(A-7)LDPE(低密度ポリエチレン)
Fedorsの推算法により求めた(A-1)~(A-7)の溶解パラメータSP1、及び280℃、荷重2.16kgの条件下(ISO1133に準拠)で測定したメルトフローレート(MFR)(g/10分)を表1に示す。
(B-1)ステアリン酸グリセリル
(B-2)ステアリン酸アミド
(B-3)エチレンビスステアリン酸アミド
(B-4)ステアリルアルコール
(B-5)ステアリン酸
(B-6)イソステアリルアルコール
<その他の非イオン性の添加剤>
(B-7)ポリエチレングリコール(分子量10,000)
(B-8)ドデシル硫酸ナトリウム
(B-1)~(B-8)の融点又は軟化点、Fedorsの推算法により求めた(B-1)~(B-8)の溶解パラメータSP3及び(B-1)~(B-8)の疎水性有機基Rの溶解パラメータSP4を表2に示す。
(C-1)PA66(ポリアミド66)
(C-2)PET(ポリエチレンテレフタレート)
(C-3)PBT(ポリブチレンテレフタレート)
(C-4)ABS(スチレン-ブタジエン-アクリロニトリル共重合体)(スチレン:ブタジエン:アクリルニトリル比は45:30:25)
(C-5)PC(ポリカーボネート)
(C-6)PE(ポリエチレン)
Fedorsの推算法により求めた(C-1)~(C-6)の溶解パラメータSP2を表3に示す。
(押出性)
実施例及び比較例の樹脂組成物の作製の際、押出機からのストランドの形状やペレット化の様子を観察し、以下の評価基準により評価した。
[評価基準]
〇(良好):ストランドが安定して形成されたため、ペレットサイズが均一。
×(不良):ストランドが安定して形成されなかったため、ペレットサイズが不均一。
ストランドが安定して形成されないのは、添加剤(B)の劣化や偏在化等が原因として考えられ、品質のばらつきや性能のムラ等につながるため、一般的に好ましくない。
実施例及び比較例で得られた洗浄剤のペレットに関して、ISO1133に準拠して、280℃、荷重2.16kgの条件下でメルトフローレート(MFR)(g/10分)を測定した。
実施例及び比較例で得られた洗浄剤の洗浄性を、プリフォーム96個取りのマルチキャビティホットランナーを有する射出成形機を用いて評価した。型締めは350t、一回のショットサイクルタイムは20秒とした。
汚し材となる洗浄対象樹脂(C)は、洗浄の切り替わりを明確にするため、洗浄対象樹脂(C)100質量%に対してフタロシアニンブルー着色マスターバッチを5質量%混ぜて青色に着色したものを用いた。
射出成形機の内壁に十分に付着するように、着色した洗浄対象樹脂(C)をシリンダー内部に十分に流し、排出樹脂が完全に青色に置換していることを確認した。次に、成形操作も同様に行い、ホットランナー、キャビティ内部にも着色した洗浄対象樹脂(C)が充填されていることを確認した。
その後、実施例及び比較例で得られた洗浄剤を投入し、最初にシリンダー内部を洗浄した。この時、シリンダー内部の洗浄性能を確認するため、シリンダー側のノズル先端を金型から離して、シリンダー内部の着色した洗浄対象樹脂(C)(汚れ)のみを排出させ、これを目視確認した。
次に、シリンダー洗浄が終わった後、ノズルを金型にタッチさせ、通常の成形条件と同じ条件にて洗浄剤をホットランナーに流し入れ、成形しながら洗浄を実施した。
洗浄対象樹脂(C)の種類に応じて洗浄剤の量は変わるため、着色していない洗浄対象樹脂(C)(ナチュラル品)を流した場合に必要だったナチュラル品の量を標準として、その量に対する比較で評価を行った。
[評価基準] ◎(優れる):着色した洗浄対象樹脂(C)は完全に排出され、ナチュラル品を流した場合と比較し、1/3以下の量で洗浄が可能。
〇(良好):着色した洗浄対象樹脂(C)は完全に排出され、ナチュラル品を流した場合と比較し、1/3超1/2以下の量で洗浄が可能。
△(可):着色した洗浄対象樹脂(C)は完全に排出され、ナチュラル品を流した場合と比較し、1/2超から1/1以下の量で洗浄が可能。
×(不良):ナチュラル品を流した場合と比較し、1/1超の量で洗浄しても、着色した洗浄対象樹脂(C)が完全には排出されず、滞留。
シリンダー及びホットランナー中での洗浄剤自体の非残留性を、プリフォーム96個取りのマルチキャビティホットランナーを有する射出成形機を用いて評価した。洗浄剤が排出されるまでパージ作業を実施した後、成形機に着色していない洗浄対象樹脂(C)(ナチュラル品)を上記の洗浄性評価と同じく、シリンダー、続いてホットランナー内の順に流し、洗浄剤の置き換えを目視評価した。
[評価基準]
◎(優れる):洗浄剤が残留せず、洗浄対象樹脂(C)(ナチュラル品)を流した時、成形10ショット以内にナチュラル品に置換可能。
〇(良好):洗浄剤がほとんど残留せず、洗浄対象樹脂(C)(ナチュラル品)を流した時、成形11ショット以上20ショット以内にナチュラル品に置換可能。
△(可):洗浄剤の残留はあるが、洗浄対象樹脂(C)(ナチュラル品)を流した時、成形21ショット以上40ショット以内にナチュラル品に置換可能。
×(不良):洗浄剤の残留があり、洗浄対象樹脂(C)(ナチュラル品)を流しても置換が困難あるいは成形41ショット以上必要。
各成分を表4に示す割合(質量%)で含む樹脂組成物を、予めタンブラーブレンダ―を用いて5分間予備混合し、そのまま二軸押出機(芝浦機械製、TEM58SS)を用いて溶融混錬した。この時の押出条件は、シリンダー設定温度280℃(A-7の樹脂を単独で用いた比較例5のみ200℃)、供給量10kg/時間の条件で行った。このようにして得られた溶融混練物をストランド状に押し出し、水冷してからストランドカッターにて切断してペレット状の洗浄剤を得た。
(比較例7)
表4に記載の配合比にて、A-2にB-2及びB-3をタンブラーブレンダ―を用いて5分間混合分散させたものをそのまま洗浄剤とした。
Claims (8)
- 樹脂加工機械から洗浄対象樹脂(C)を含む加工残留物を除去するための洗浄剤であり、
熱可塑性樹脂(A)と、下記式(I)で示される融点又は軟化点が150℃未満の非イオン性の添加剤(B)とを含み、
Rn-X・・・(I)
(式(I)中、Rは疎水性有機基、nは1以上の整数、Xは極性基である。)
280℃、荷重2.16kgの条件下におけるメルトフローレート(MFR)が30g/10分以下であり、
前記熱可塑性樹脂(A)の溶解パラメータ(SP1)と、前記洗浄対象樹脂(C)の溶解パラメータ(SP2)との差(SP1-SP2)が+1.6~-1.6(cal/cm3)1/2であり、
前記非イオン性の添加剤(B)の溶解パラメータ(SP3)と前記SP2との差(SP3-SP2)が+1.6~-1.6(cal/cm3)1/2であり、
前記SP3と前記疎水性有機基Rの溶解パラメータ(SP4)との差(SP3-SP4)が0.7(cal/cm3)1/2以上であることを特徴とする、樹脂加工機械用洗浄剤。 - 前記熱可塑性樹脂(A)がスチレン系樹脂及びポリエステル系樹脂からなる群から選択される少なくとも1種類を含む、請求項1に記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
- 前記熱可塑性樹脂(A)がスチレン系樹脂又はポリエステル系樹脂を含み、樹脂加工機械用洗浄剤中の前記スチレン系樹脂又は前記ポリエステル系樹脂の含有量が40質量%以上である、請求項1又は2に記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
- 前記非イオン性の添加剤(B)が滑剤又は界面活性剤を含み、樹脂加工機械用洗浄剤中の前記滑剤又は前記界面活性剤の含有量が10質量%以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
- 前記SP1及び前記SP3が9~11(cal/cm3)1/2である、請求項1~4のいずれか一項に記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
- 前記洗浄対象樹脂(C)が、スチレン系樹脂及び/又はポリエステル系樹脂である、請求項1~5のいずれか一項に記載の樹脂加工機械用洗浄剤。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載の樹脂加工機械用洗浄剤を用いることを特徴とする、樹脂加工機械内の洗浄方法。
- 樹脂加工機械の洗浄における、請求項1~6のいずれか一項に記載の樹脂加工機械用洗浄剤の使用。
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