JPH02223405A - 混練押出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は混練押出装置に関し、更に詳しくは主に溶融可
塑化を目的とする主押出部と前記主押出部で溶融可塑化
された熱可塑性樹脂を高剪断力で混連することができる
副押出部とを有する混練押出装置に関する。

（従来の技術） 高分子材料を混練する方法としては、加圧ニーダ−パン
バリミキサー　二軸押出機等がある。

又、一般の一軸押出機も混練作用を有していて、顔料等
を高濃度に分散させたマスターバッチ等を通常の原料に
トライブレンドして均一に希釈分散させて目的の成形物
を得ることが行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、加圧ニーダ−及びパンバリミキサーは、
バッチ運転であり、強力な混練作用を有しているとはい
え、効率が悪い。一方、二軸押出機は連続的に混練して
押出すことが可能であるが、直接フィルムあるいはシー
トを製膜するほどの定量性を有しているとは言い難い。

又、−軸押出機は押出に関して定量性を有しているが、
混練力が他に比較して弱いという欠点を有する。従って
特殊な混練タイプスクリューが種々提案されているが、
未だ充分であるとは言えない。特に互いに相溶性が良く
ない二種以上の樹脂を混練し、均一な分散系を得るには
、混練における剪断力を大きくすれば良いが、通常の一
軸押出機では、剪断力を上げるためにスクリュー回転数
を上げると押出量も増加して混練エネルギーを受ける時
間が不足する結果、均一な分散系が得られない。また、
剪断力を上げるためにスクリューの溝深さを浅くする方
法があるがスクリューのフィード部分の溝深さも相対的
に浅くせざる得ず通常の大きさのペレットを送り出すこ
とが困難となるか、あるいは送り出すことができたとし
ても溶融化が不充分とならざるを得ない。

又、仮に混練が充分にされて、均一な分散系が得られた
としても、剪断力増強に伴う発熱の増加によって樹脂の
劣化が発生して、得られる成形品の特性が低下しやすい
。さらには、スクリュー後の低剪断力領域において分散
系の再凝集が発生し分散状態が悪化することが避けられ
ない。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、前記の欠点を解消するために鋭意検討し
た結果、二種の押出機を結合して混練することによって
効率よく混練ができることを見い出し本発明に到達した
ものである。すなわち、本発明は主に熱可塑性樹脂の溶
融可塑化を目的とするスクリューを具備する主押出部と
、前記主押出部で溶融可塑化された熱可塑性樹脂を主押
出部スクリューとは独立的に駆動されるスクリューによ
り高剪断力で混練することができ、かつ、シリンダー外
周部に剪断発熱を除去しうる冷却手段を具備した副押出
部とを有する混練押出装置に関する。

以下に本発明を図１を参照して説明する。

尚、図１は本発明の混練押出装置の一例の断面図を示す
が、本発明はこの図の例に限定されるものではない。

主押出部１の先端は連結部２を経て副押出部３のフィー
ト部に接続している。主押出部１のシリンダーの中には
主に熱可塑性樹脂の溶融可塑化に有効なスクリュー４が
内蔵され、スクリュー４は通常のフルフライトタイプの
スクリュー　あるいは、ダルメージタイプ等の混練用ス
クリューが使用される。

被混練用材料が非相溶系樹脂混合物の場合、予備混練の
目的で混練用スクリューが望ましい。溶融粘度差の大き
い樹脂の組合わせでは、予備混練が無い場合、副押出部
３での高剪断領域においてシリンダーと樹脂間とにおい
てスベリ現象が発生し、いわゆる樹脂とスクリューの共
回り現象となって混練効果が減少する結果となりやすい
。

主押出部１のスクリュー４の押出能力は、スクリューア
ウト後の抵抗、すなわち、副押出部３内の抵抗によって
変動するが、副押出部３のスクリュー５における浅溝フ
ライト５１′の送り能力とほぼ同じか、わずかに大きい
程度が好ましい。

連結部２は、主押出部１と副押出部３とを連結し、溶融
可塑化された材料を主押出部ｌから副押出部３へ導く役
目を有する。連結部には混練された樹脂中の異物等を濾
過除去するブレーカ−プレート８及び内部の樹脂圧を測
定する樹脂圧力計１０が設けられるのが好ましい。主押
出部の送り能力と副押出部の送り能力の差は連結部２に
設置されている樹脂圧力計１０によって計測できる。

副押出部３のシリンダーの中には高剪断力で混線分散で
きるスクリュー５及びその外周部には水冷式直接冷却部
６、水冷式間接冷却部７が取りつけられている。スクリ
ュー５は順にフィード部５ａ、圧縮部５ｂ、混練部５Ｃ
１緩和部５ｄ、逆フライトビン混練部５ｅからなる。

また、スクリュー５の材料受入部５ａは、スクリュー後
部５への樹脂漏れを防ぐためと、脱気のために、高剪断
部５ｃの溝深さより深い方が良く、１．０５〜３倍程度
が好ましい。３倍以上では、圧縮部５ｂにおける負荷が
増大し、その結果発熱も過大となって好ましくない。

又、スクリュー５の５ｂ部は圧縮部であって、フィード
部５ａの溝深さから混練部５ｃの溝深さに滑らかに変化
する溝深さを有し、フィード部５ａて混入する可能性の
ある空気あるいは加熱によって発生する揮発カスを脱気
することを目的としている。

又、スクリュー５における高剪断部５Ｃの溝深さは、ス
クリュー４のメータリング部溝深さのｌ／１．２〜１／
１００の範囲が好ましい。

１／１．２より大の場合、得られる剪断力は、スクリュ
ー４の剪断力の最大が約１．４４倍であって、充分な混
練が得られにくい。逆に、スクリュー径を小さくすれば
、副押出部３における剪断速度及び剪断応力は大きくな
るが、伝熱面積の減少による冷却能力不足の発生のため
に混練特性が低下する傾向が見られるとともにスクリュ
ー径の減少によるシリンダー内滞留時間の減少のため、
混練エネルギーを受ける時間が少なくなり、混線分散性
が低下する傾向にある。そこで、滞留時間を長くするた
めにシリンダー長及びスクリュー長を長くすると主押出
部による樹脂圧のために前記のスクリュー回転の変動及
び首振り現象が発生しやすくなるという問題が発生し、
甚しい場合には、樹脂によるネジレの力を受けるために
スクリューが折れる危険性も高くなるため好ましくない
。

従って高剪断部５Ｃの溝深さは、剪断応力が低下しない
ためには、スクリュー５の径を大きくするにつれて浅く
する必要がある。また、剪断発熱分を除熱するため冷却
部を設けているが樹脂の熱伝導度が小さいため、冷却効
率を上げるには、スクリュー５の溝深さは浅い方が良い
。

浅溝フライト５１における溝深さは、副押出部３におけ
る混練剪断力から算出され、更には、主押出部１のスク
リュー４の押出能力とも密接な関係がある。

一方、溝深さが１／１００より浅い場合、押出能力のバ
ランスからスクリュー回転数をより高速にするか、より
スクリューの大径化が必要であるが、いずれにしても剪
断速度が著しく大きくなり、剪断発熱も過大となって得
られる成形物の特性が熱劣化による低下を伴うこととな
り好ましくない。

スクリュー５の高剪断部５Ｃに設けられる並列ピン５２
は混練を強化する目的で、スクリューの溝部表面に適当
な間隔を置いて配設される。通常、浅溝フライト５１の
ピッチにつき並列ピン５１が１ピツチとなるように付加
されるが、必要とする混練度に応して増減できる。

並列ピン５２０１列におけるピン数は８〜６４個程度の
ピン数となるように設けられる。ピン数が多い程、樹脂
流に対する分流創生が可能となって混練性が増す傾向に
あり、剪断力に対し強度的に維持できる大きさであれば
、さらにピン数を多くしてもかまわない。

また、ピン幅とピン閏の空間幅は１：３〜３：１の範囲
が好ましく、１：３以上では混練性が劣り、逆に３以上
：　１では樹脂流の流れが阻害されすぎて、結合部２で
の樹脂圧が過大となりやすく、かつ、吐出量を上げるこ
とが難しくなる。

緩和部５ｄは、混練部５Ｃの溝深さから先端部５ｅの溝
深さに滑らかに変化する溝深さを有し、徐々に発熱を抑
え、先端冷却部５ｅの効果を高める役目を有する。もち
ろん混練部５Ｃと先端部５ｅの溝深さが同じであれば必
要のない部分となる。

また、先端部５ｅの逆フライトピン５３は逆方向フライ
トによる樹脂流の押戻し効果によって、スクリュー５に
おけるバックフローを大きくし、かつピンによる混練作
用によって、混練性を増強させている。

この逆フライトピン５３における溝深さは、送り能力を
有する浅溝フライト５１における溝深さと同じか、ある
いは剪断速度を落とし、発熱を抑える目的で溝深さを深
くしても良い。しかしながら、溝深さを深くしていくと
、樹脂の熱伝導度が小さいことによる冷却効率の低下が
起こるため、深くしても浅溝フライト５１における溝深
さの２０倍程度が限度である。

さらに、逆フライトビン５３のピッチは、必要とする混
練度によって適宜選択できるが、通常は浅溝フライト５
１と同程度のピッチで良い。ピン数は１ピツチにつき並
列ビン５２と同様に８〜６４個程度のピン数が設けられ
る。ピン寸法についても並列ピン５２と同様の考え方で
決定される。

混合材料は、副押出部３内によって剪断力を受けて混線
分散されるが、それに伴って発熱し、熱劣化しやすいた
めに冷却する必要がある。この冷却部は、加熱ヒーター
に冷却孔が付設されている間接冷却部７とシリンダー自
体に冷却孔が付設されている直接冷却部６からなり、間
接冷却部７で冷却された混合材料は、温度が低下するこ
とによる溶融粘度の増大によって、剪断発熱量が増加す
るため、更に、強力に冷却する目的で直接水冷部６によ
って強力に冷却される。もちろん、剪断発熱量に応じて
間接冷却部７のみ、あるいは、直接冷却部６のみという
ように使い分けることは、自由であり、構造的にも間接
冷却機構のみとか直接冷却機構のみというような組合わ
せであっても構わない。前記の冷却部はさらに細かい帯
域に分割しても良く、また、水冷でなくてオイル冷却等
、他の冷却手段・媒体を用いたものであっても良い。

以上のようにして所定の樹脂温度に冷却されたシリンダ
ー内の混合樹脂材料はシリンダー側とスクリュー側とて
温度差を有しているため、温度を均一化するためにスタ
ティックミキサーを設けるのが好ましい。樹脂温度の均
一化によって、次の工程である成形部におけるトラブル
を減少させることができる。例えば、多条ストランド状
に押出す場合は温度差があると、各ストランドの太さが
異なるために、ニップロール等で引取る時に、細いスト
ランドが引取りにくいというトラブルが発生しやすい。

この時、スタティックミキサーで均一化すると、均一な
太さのストランドとなり、上記問題は皆無となる。

以下に本発明の装置を用いて熱可塑性樹脂を混練押出す
る方法について説明する。

熱可塑性樹脂等の被混練用材料はスクリュー４により溶
融可塑化されブレーカ−プレート８、連結部２を通って
副押出部３へ入る。

連結部２を通った材料は副押出部３の材料受入部５ａに
入る。入り込んだ材料はスクリュー５の送り能力によっ
て弱圧縮部５ｂさらに高剪断部５ｃへと進む。

主押出部１のスクリュー４の押出能力は、スフリューア
ウト後の抵抗、すなわち、本発明の場合、副押出部３内
の抵抗によって変動するが、副押出部３のスクリュー５
における浅溝フライト５１の送り能力とほぼ同じか、わ
ずかに大きい程度が好ましい。これらの送り能力の差は
連結部２に設置されている樹脂圧力計１０によって計測
できる。

この樹脂圧力計ｌＯに示される樹脂圧力は２〜３００ｋ
ｇ／ｃｔｒｉ’の範囲が好ましい。

樹脂圧力計ｌＯにおける樹脂圧力が２ｋｇ／ｃｖｎ’未
満の場合、主押出部１のスクリュー４のバックフローが
少ないことを意味し予備混練が不充分となりやすい。

一方、３００ｋｇ／　ｃ　ｔｒ１２を超える場合、副押
出部３のスクリュー５の後部すなわち、送り出す方向と
逆の方へも一部の樹脂が流出し、さらにはスクリュー５
における材料受入部５ａにかかる圧力によってスクリュ
−５自体の回転に変動あるいは首振り現象を起こす等の
トラブルの原因となりやすい。

所定の樹脂温度に冷却された混合材料はシリンダー側と
スクリュー側とで温度差を有しているため、スタティッ
クミキサーを設けて、均一化される。樹脂温度の均一化
によって、次の工程である成形部におけるトラブルを減
少させることができる。

スタティックミキサーの前あるいは後に、ブレーカ−プ
レート９を設けて再度、混入異物等の濾過除去しても良
い。

次に混合材料は、適当な成形装置によってペレットある
いはフィルム等に成形加工される。

（実施例） 以下、本発明の装置を用いて混練配合物を作製する方法
を説明図１を用いて具体的に説明する。

線状低密度ポリエチレン（ＭＩ＝２．０）と低分子ポリ
エチレンテレフタレート（ＩＶ＝０．３）とを混練して
、線状低密度ポリエチレン中に低分子ポリエチレンテレ
フタレートが微細に分散している混練配合物を作製する
場合について述べる。

始動時は、まずベース樹脂である線状低密度ポリエチレ
ンのみを主押出部１のホッパーに投入する。主押出部１
は外径４０ｍｍのスクリュー４を有し、メータリング部
の溝深さは２．０ｍｎ＋である。また副押出部３は、外
径４０ｍｍのスクリュー５を有し、各部の溝深さは、５
ａ部が２ｍｍ、５Ｃ部が１ｍｍ、５ｅ部が１．５ｍｍと
なっていて、５０部には、混練用並列ピン５２を有し、
かつ５ｅ部は、逆フライトピン５３となっている。

主押出部ｌのスクリュー回転を３Ｏｒｐｍ、副押出部３
のスクリュー回転を２５０ｒｐｍで運転し、樹脂が副押
出部３に流入して剪断発熱による温度上昇が始まったら
、各冷却部に水を流して所定温度まで冷却する。

所定条件で安定した後、線状低密度ポリエチレン６２重
量部、低分子ポリエチレンテレフタレート３５重量部、
熱可塑性ポリエステルポリエーテルエラストマー３重量
部をトライブレンドした配合物を主押出部１のホッパー
に投入し、混線分散を行なった。この時、副押出部３か
ら押出されてくる混練配合物の樹脂温度は１８０〜２２
０℃の巾に分布していたが、さらにスタティックミキサ
ーを付加することによって、樹脂温度が２０５℃のほぼ
均一化された樹脂流を得ることができた。

この分散物をストランドダイを通して、ストランドとし
て引取りペレタイザーでベレット化した。

分散物を走査型電子顕微鏡で観察したところ、低分子ポ
リエチレンテレフタレートの平均粒子径が約６μであり
、外観的には、白色の均一分散物となっていた。

（発明の効果） 一軸押出機を二台絹み合わせて特定の構造にすることに
より、押出の定量性があり、且つ、樹脂を劣化させるこ
となく均一分散できる混練装置が得られる。特に、この
本発明の混練装置は、互いに相溶性が良くない二種以上
の樹脂を混練し、均一分散させる場合に有用である。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の混練装置の一例を説明するための説明用
の断面図である。 図中の符号の内容は下記の通りである。 １　　　主押出機 ４、５ 　ａ 　ｂ Ｃ ｄ 　ｅ ６．７ ８、９ 連結管 副押出機 スクリュー フィート部 圧縮部 混練部 緩和部 逆フライトピン混練部 冷却孔 ブレーカ−プレート 樹脂圧計 サーモミキサー （スタティックミキサー） ダイ 浅溝フライト 並列ピン 逆フライトビン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主に熱可塑性樹脂の溶融可塑化を目的とするスクリ
   ューを具備する主押出部と、前記主押出部で溶融可塑化
   された熱可塑性樹脂を主押出部スクリューとは独立的に
   駆動されるスクリューにより高剪断力で混連することが
   でき、かつ、外周部に剪断発熱を除去しうる冷却手段を
   具備した副押出部とを有する混練押出装置。 ２、副押出部の冷却手段が、樹脂の押出口に近付くに従
   って冷却能力が大きくなることを特徴とする請求項１の
   混練押出装置。 ３、副押出部における剪断速度が１００／秒以上である
   ことを特徴とする請求項１の混練押出装置。 ４、副押出部の吐出側に、スタティックミキサーを具備
   することを特徴とする請求項１の混練押出装置。