JPH0313307A - 発泡性熱可塑性樹脂粒子の低倍予備発泡の方法 - 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） 本発明は発泡性熱可塑性樹脂粒子の予備発泡方法、特に
１５倍以下の低倍率に予備発泡せしめる低倍高精度成形
品を対象とする低倍予備発泡方法に関するものである。

（従来の技術） 発泡性熱可塑性樹脂粒子の予備発泡（−次発泡）方法と
してバッチ式、連続式などの方法があり、近時、発泡槽
内に発泡性熱可塑性樹脂粒子を回分式に定量宛供給し、
該粒子を水蒸気などの加熱媒体により加熱膨張させて予
備発泡した粒子を回分式に取り出す回分式方法が最も一
般的なものとして実用に供されている。

そして、かかる予備発泡方法において、見掛は比重の低
い、かつ二次発泡成形性の良い予備発泡粒子を工業的に
有利に製造するため、従来より種々の方法が研究され、
特公昭４３−１８６３５号公報、特開昭５６−２５４２
４号公報、特公昭５６−５１７６号公報、特公昭４７−
２７１４４号公報、及び特公昭６２−１０１６５号公報
などにその幾つかの方法が提案されている。

しかしながら、上記回分式予備発泡方法を初めとして従
来の発泡性熱可塑性樹脂粒子の予備発泡においては、何
れも小粒径、高発泡への志向が強く、０．２〜０．３鵬
φのものでも４０倍〜６０倍の高発泡倍率をもつ予備発
泡粒子を得るための研究が主流であり、１５倍以下、あ
るいは１０倍前後の低倍率予備発泡技術に関しては殆ど
確立されていないのが実状である。

ところが、近時、寸法精度が射出成形品に匹敵し、かつ
、射出成形金型の如き高価な金型を要しない低倍発泡の
高精度成形品がハイテク部品の通い函として注目される
ようになり、新規用途開発の一環として低倍予備発泡技
術の確立が求められるに至った。そして、このような低
倍成形品分野での予備発泡技術として前記従来の小粒径
、高発泡予備発泡技術の知見を中心とする小型常圧バッ
チ式予備発泡方法が主として検討され、使用に供されて
いる。

この小型常圧バッチ式予備発泡技術は通常、開放型であ
り、発泡槽に原料粒子を投入し、槽内を開放、常圧下に
保持して徐々に昇温加熱して所要の設定倍率で停止させ
る方法であり、一部には加圧バッチ予備発泡方法を中、
低倍可として利用する方法も試みられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の如き現在の小型常圧バッチ式予備
発泡方法は、倍率制御が困難であり、バッチ間の倍率の
バラツキが大きく、またバッチ槽内の上中下でのバラツ
キやバッチ内ビーズ間のバラツキも大きく、その上、槽
内の上下、中心あるいは外環の温度も不安定、不均一と
なり、低倍の予備発泡として低倍率品を対象とする高精
度成形には必らずしも適合しない難がある。

即ち、低倍発泡の成形品は前述のように高度の精度が要
求されることから、従来の高発泡成形品の製造に使用さ
れるようなバラツキの大きな予備発泡技術では要求精度
を出すことは困難である。

そのため低発泡倍率の予備発泡を出来るだけバラツキを
少なく、いかに精度よ〈実施するかが技術的に非常なポ
イントとなる。

しかも、従来の小粒径、高発泡の予備発泡方法には特公
昭４３−１８６３５号公報を始めとして素材粒子を密閉
容器に収容し、水蒸気を吹き込む前に予め器内を減圧し
、これに水蒸気を吹き込んで粒子を加熱、軟化膨張させ
ながら器内を大気圧以上にする、いわゆる真空加圧によ
る予備発泡方法が一部採用されているが、このような方
法は未だ低倍率の予備発泡方法としては利用されていな
い。

そこで、本発明は前述の低倍率予備発泡の志向趨勢と、
現状とに着目し、新規な予備発泡方法、特に真空加圧方
式による予備発泡方法の低倍率予備発泡への適用を提供
することにより低倍率予備発泡において缶内上下のバラ
ツキを少なく、がっ発泡に要する時間の短縮を可能なら
しめることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 即ち、上記目的に適合する本発明予備発泡方法の特徴と
するところは、発泡性熱可塑性樹脂粒子を加熱し、１５
倍以下の極低倍に予備発泡せしめるにあたり、発泡槽に
低レベル、高レベルの２個所を決めて設置し、低レベル
を高レベルの７０〜９０％の位置として発泡槽に原料粒
子を投入し、槽内を密閉にして減圧後、蒸気を吹き込み
槽内圧力を大気圧以上に保持して加熱し、低レベル位置
まで発泡させた後、上記吹き込み蒸気量を少なくするか
、または蒸気量そのままでエア添加量を多くして吹き込
み熱媒の温度を下げ、発泡速度を遅くして高レベルまで
発泡させ、その後、冷却乾燥を行って排出せしめること
にある。

また、請求項２記載の発明は、上記発明における低レベ
ル位置まで発泡させた後、蒸気吹き込みを停止し、槽内
はそのまま加圧状態に保持して槽内の残熱によりゆっく
りと発泡させ、高レベル位置まで発泡を続けてのち、冷
却乾燥を行って発泡済み粒子を排出せしめることにある
。

これを更に詳細に説明すると、本発明は先ず、予備発泡
槽に低レベルと高レベルの２個所を決め、設置すること
が肝要であり、低レベル位置を高レベル位置に対し７０
〜９０％の位置とすることが必要である。これは発泡速
度を遅くする時期との関係であり、これによって所定の
正確な低倍率予備発泡にとどめる端緒とする。

そして、予備発泡槽内への蒸気吹き込みにあたっては、
例えば槽内を予め−５０〜−６００ｍｍＨｇ程度に減圧
しておき、その後０．３〜２．０ｋｇ／ｄの蒸気を吹き
込んで槽内圧力を大気圧以上、通常、０．　０５〜０．
３ｋｇ／ｃｉに保持させて原料粒子を発泡させるように
する。

なお、このとき蒸気に対しエアを混合させることにより
随時、吹き込み熱媒の温度を調節することが好ましく、
熱媒の温度としては１ｏｏ−ｉｉＯ″Ｃ５通常１０２〜
１０３°Ｃ位とする。

このようにして発泡させ、低レベル位置まで発泡が進む
と、蒸気吹き込み量を減少し、あるいは混合するエア添
加量を多くして吹き込み熱媒の温度を低下させるように
する。このときの低下した熱媒の温度は１００°Ｃ未満
で９５°Ｃ前後が効果的である。

また、上記吹き込み熱媒の温度低下とは別に請求項２記
載のように蒸気吹き込みを停止し、発泡槽内はそのまま
加圧状態に保持して槽内の残熱を利用し発泡速度をおそ
く、ゆっくりと高レベル位置まで発泡させることにより
同様に前記課題の解決を図ることができる。この場合、
発泡槽内の残熱は通常、１０５〜９７℃位である。

こうして吹き込み熱媒温度を低くしあるいは残熱を用い
てその後、発泡速度を遅くした状態で高レベル位置まで
ゆっくり発泡させ、高レベル位置に至れば冷却エアを予
備発泡槽内へ導入し、冷却乾燥工程に移行するが、発泡
開始より低レベルに至る時間、低レベルより高レベルに
至る時間は全体として発泡に要する時間との関係からみ
て通常、前者が後者時間の約２倍位である。

勿論、この時間は必らずしも一定のものではなく、当初
の設定によって適宜、変更し得ることは云うまでもない
。

なお、上記本発明方法が適用される発泡性熱可塑性樹脂
粒子としては、例えばポリスチレン、スチレンとα−メ
チルスチレン、クロルスチレン。

アクリロニトリル、アクリル酸等との共重合体。

ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン等の
熱可塑性樹脂粒子にプロパン、ブタン、ペンタン、ヘキ
サン等の脂肪族炭化水素、塩化メチル、ジクロルジフル
オロメタン等のハロゲン化炭化水素等の発泡剤を含有せ
しめたものであり、その形状は任意の形状とすることが
できるが、球形のものが最も一般的に使用される。

（作用） 上記の如き予備発泡方法によれば、減圧下で蒸気を導入
し、加圧発泡せしめると共に、低レベルまで発泡させた
のち、吹き込み熱媒の温度を下げ、あるいは残熱を利用
して爾後の高レベルまで発泡させることとなる。そして
、このことにより、従来方法では発泡開始からレベルキ
ャッチまで低速度で発泡させていたが、本発明ではその
同じ間を通常の発泡とする一方、レベルキャッチ付近の
発泡速度のみを遅くかつ微妙なコントロールを可とする
ようになり、従って、全体的に発泡槽上下の発泡度合が
均一化し、上下のバラツキを減じ、しかも発泡開始から
の発泡は通常の発泡であり、低速度発泡でないことから
、発泡に要する時間も短縮することになる。

（実施例） 以下、引き続き本発明方法を添付図面に示す実施装置に
もとづいて更に詳細に説明する。

図は本発明方法を実施するための装置の１例を示し、図
において、（１）は発泡槽で、耐圧容器からなり、内部
に駆動装置（５）により回転駆動される撹拌翼（４）を
有し、上部に投入バルブ（Ｖ、）を介して原料供給用ホ
ッパー（９）が設けられていると共にその外周及び底部
に夫々ジャケラ１−（２）、　（３）が設けられて蒸気
用バルブ（Ｖ、〉を備えた蒸気配管が接続され連通され
ており、槽底部には更にバルブ（Ｖｌ）、バルブ（ｖｚ
）　（ν４）及びバルブ（ｖ　Ｉｏ）を備えた吹き込み
用の蒸気、空気及び熱風の各配管に接続する吹き込み用
ノズル（２）゛が設けられている。

また、上記発泡槽（１）の上部にはバルブ（Ｖ、）及び
バイパスバルブ（■、）を備えて大気に開放する配管と
、バルブ（Ｖ、）を介して真空ポンプ００）に連なる配
管が夫々連結されていると共に、発泡槽（１）の側壁上
部の所要位置にレベル計、図では２段のレベル計（Ｌｌ
）、　（ＬＺ）が低レベル（Ｌ、）を高レベル（Ｌｘ）
位置の７０〜９０％の範囲に位置せしめて設置され、か
つその下方の１部に排出口（６）が形成され、シリンダ
ー（７）のロッド先端に取り付けられた蓋材（８）によ
って開閉が可能となっている。

なお、図中、（！Ｉ）は圧力計、ｑ２）は温度計であり
、ジャケット（２）の蒸気用バルブ（■、）は温度計ａ
りと連動し、蒸気導入をコントロールするように構成さ
れている。

そこで、以下、上記装置にもとづいて本発明予備発泡方
法の具体的態様について説明すると、先ず、本発明方法
は原料ホッパーより投入バルブ（Ｖ、）を通じて発泡槽
（１）内へ発泡剤含有樹脂粒子を投入し、槽内を真空ポ
ンプ０■を稼動させて減圧にする。

そして、所要の減圧まで減圧すると槽（１）の底部より
蒸気を吹き込み、槽内圧力を順次上昇せしめ０．０５〜
０．３ｋｇ／ｃｄに保持して発泡させる。

このとき、バルブ（ｖｌ）と槽上部のバルブ（Ｖｙ）を
利用して適宜、槽内圧力を上記圧力に調整する。

また、バルブ（Ｖ、）を開として蒸気を吹き込むととも
に、このバルブ（Ｖ、）と連動してエアバルブ（■いを
開とし、蒸気に適宜エアを混合させることにより吹き込
み熱媒の温度が略１０２°Ｃ位になるようにする。

このようにして下部の低レベル（Ｌｌ）位置まで発泡す
ると、蒸気のバルブ（Ｖｌ）よりの蒸気の供給を少なく
するか、またはバルブ（Ｖｌ）ともう１つのエアバルブ
（Ｖ、）が連動し、吹き込み熱媒の温度を９５°Ｃ位に
低下させ、これによってその後、高レベル（Ｌｚ）位置
まで発泡速度を遅くして発泡させる。

また、請求項２記載の場合においてはバルブ（Ｖｌ）閉
として蒸気供給を停止させ、槽内はそのまま０．０５〜
０．３ｋｇ／ｃｔｌｌに保持して残熱により１０５〜９
７°Ｃの槽内温度でゆっくりと発泡を続は高レベル（Ｌ
２）位置まで発泡させる。

かくして、高レベル（Ｌ２）までの発泡が終わると槽上
部のバルブ（ｖ６）を開とし、槽底部の蒸気用バルブ（
ｖｌ）及びエア用バルブ（ｖ３）を閉として冷却エア用
バルブ（ｖ４）より冷却エアを発泡槽（１）内へ導入し
、冷却乾燥を行ってのち、予備発泡済み粒子を排出する
。

以上の工程に従って本発明方法は実施され、所要の低倍
率予備発泡粒子を得るに至るが、次に本発明方法により
具体的に実施した例を挙げ、比較例と対比する。

本発明例１ 発泡剤としてブタンガス４．０％を保有した発泡性ポリ
スチレン樹脂粒子（商品名・カネカＨＤ−Ｂ）を原料と
し、目標倍率を１０倍として図示装置を使用し、下記の
順序に従って３回に分は予備発泡を行った。

即ち、先ず上記原料粒子を発泡槽へ投入後、発泡槽内圧
力を一３００ｍｍＨｇまで減圧した。次に槽底部より０
．８）ｃｇ／ｄの蒸気を吹き込み、槽内圧力を０．１〜
０．２ｋｇ／ｄに保持し、同時にエアを混合して吹き込
み熱媒の温度を１０２℃として発泡させた− そして、低レベル（Ｌｌ）位置まで発泡したところで、
吹き込み熱媒の温度を９５°Ｃとして爾後、高レベル（
Ｌり位置まで発泡させ、その後、蒸気吹き込みを停止し
、冷却エアにて冷却乾燥を行って発泡済み粒子を排出し
た。

かくして、上記の過程により行った３回の各予備発泡に
ついて発泡に要した時間と発泡倍率のバラッキを調べた
ところ下記の第１表の如き結果を得た。

表中、Ｔ、は予備発泡開始より低レベル（Ｌｌ）位置ま
での発泡所要時間、Ｔ２は低レベル（Ｌｌ）位置より高
レベル（Ｌ、）位置までの発泡所要時間、Ｔは上記（’
ｒ＋　＋Ｔｚ　）である。

第　　　　　１　　　　表 一方、上記本発明例に対比のため、前記本発明例の方法
における低レベル（Ｌｌ）を使用せず、原料投入後、高
レベル（Ｌり位置まで蒸気バルブ（ｖｌ）とエアーバル
ブ（ｖ２）を開として吹き込み熱媒温度１０２°Ｃで発
泡（高速発泡）させたところ、下記第２表の如き結果を
得た。

第　　　　２　　　　表 上記得られた各予備発泡粒子を引き続き送粒し成形を行
ったが、良好な成形品を得るに要した熟成時間は４時間
であった。

そして成型品は何れのものも重量は極めて安定しており
、精度もよく、バラツキは極めて小さかった。

比較例１ 比較例２ 本発明例と同一条件であるが低レベル（Ｌｌ）は使用せ
ず、原料投入後、高レベル計（ｔｚ）位置までバルブ（
Ｖ、）と（ｖ３）を開として吹き込み熱媒温度９５°Ｃ
で発泡させ（低速発泡）第３表の結果を得た。

第　　　　３　　　　表 以上の第１表ないし第３表より比較例として掲げた高速
発泡、低速発泡は前者では発泡時間は短縮されるが槽内
上下における倍率のバラツキ、各バッチ間のバラツキが
大きく、また後者では槽内上下におけるバラツキは比較
的少ないが、発泡に時間がかかり、何れも充分満足する
には至らないが、本発明例では低レベル位置まで高速発
泡を行い、高レベル位置まで低速発泡を行うことにより
発泡に要する時間も短縮され、かつ槽内上下のバラツキ
、各バッチ間のバラツキも少なく、頗る効果的であるこ
とが分かる。

本発明例２ 次に前述の本発明例１と同一条件で低レベル（Ｌｌ）位
置まで発泡させ、その後、この状態で発泡粒子は残熱に
より槽内湯度１０５〜９７°Ｃの範囲でゆっくりと発泡
を続け、高レベル（Ｌ２）位置まで発泡させ、冷却エア
にて冷却乾燥を行って発泡粒子を排出した。

このようにして行った３回の各予備発泡についても前記
同様、夫々発泡に要した時間及び倍率を調べたところ、
結果は下記第４表の如くであった。

第　　　　　　　４　　　　　表 上記第４表よりみて上記方法で得られた各予備発泡樹脂
も発泡槽の上下及び各バッチ間のバラツキは極めて少な
く、４時間の熟成時間を経て成型を行ったところ、成型
品の重量もバラツキは極めて少なかった。

以上　は目標倍率１０倍の場合であるが、カネ力ＣＢ（
揮発分５．７％）を使用し、目標倍率６゜５倍で発泡を
行ったが、上記実施例と全く同様の結果が得られた。

（発明の効果） 本発明は以上のようにレベル針を低レベルと高レベルの
２個所に設置し、低レベルを高レベルの７０〜９０％の
位置として原料投入、真空加圧発泡を行い、低レベルま
で高速発泡させ、その後、吹き込み熱媒の温度を下げま
たは蒸気吹き込みを停止し、槽内を加圧状態に保持して
槽内の残熱により発泡速度を遅くして高レベル位置まで
低速発泡を行い、１５倍以下の低倍に予備発泡させる方
法であり、単に低レベル位置から高レベル位置までのレ
ベルキャッチ付近の発泡速度のみを遅（したものである
から、発泡に要する時間は従来方法の発泡開始よりレベ
ルキャッチ付近まで低速発泡させる場合に比し遥かに短
縮されることは勿論、槽内の上下における発泡のバラツ
キ、各バッチ間のバラツキもなく、極めて均一発泡が可
能であり、寸法、歪のない高精度発泡成型品を得るため
の１５倍以下、特に２〜１５倍の極低倍予備発泡方法と
して極めて効果的かつ実用的な方法である。

また請求項２記載の発明は低レベル以降加圧状態にて保
持するため槽内温度は均一となり、かつ低レベル到達時
、発泡の遅れていた粒子はこの工程で追いつき、均一な
発泡粒子が得られる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法の実施に使用する予備発泡装置の１例を
示す断面概要図である。 （１）・・・発泡槽、　　（２）　（３）・・・ジャケ
ット。 （４）・・・撹拌翼、（５）・・・駆動装置。 （６）　　・・・排出口、（９）・・・原料ホッパー（
ｖｌ）・・・吹き込み蒸気用バルブ。 （Ｖｚ）　（Ｖｚ）・・・加熱時添加エアバルブ。 （ｖ４）・・・冷却用エアバルブ。 （ＶＳ）・・・ジャケット蒸気用バルブ。 （ＶＳ）（Ｖ、）・・・大気開放用バルブ。 （Ｖ、）・・投入バルブ、（ｖｌ。）・・熱風用バルブ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発泡性熱可塑性樹脂粒子を加熱し、１５倍以下の低
   倍に予備発泡せしめる方法であって、発泡槽に低レベル
   、高レベルの２個所を決め低レベルを高レベルの７０〜
   ９０％の位置として発泡槽に原料粒子を投入し、槽内を
   密閉にして減圧後、蒸気を吹き込み、槽内圧力を大気圧
   以上に保持して加熱し、低レベル位置まで発泡させた後
   、吹き込み蒸気量を少なくするか、または蒸気量そのま
   までエア添加量を多くして吹き込み熱媒の温度を下げ、
   発泡速度を遅くして高レベルまで発泡させ、のち、冷却
   乾燥を行い、発泡済み粒子を排出することを特徴とする
   発泡性熱可塑性樹脂粒子の低倍予備発泡の方法。 ２、発泡性熱可塑性樹脂粒子を加熱し、１５倍以下の低
   倍に予備発泡せしめる方法であって、発泡槽に低レベル
   、高レベルの位置を決め、低レベルを高レベルの７０〜
   ９０％の位置として発泡槽に原料粒子を投入し、槽内を
   密閉にして減圧後、蒸気を吹き込み槽内圧力を大気圧以
   上に保持して加熱し、低レベル位置まで発泡させた後、
   蒸気吹き込みを停止し、発泡槽内をそのままの加圧状態
   下に保持して槽内の残熱により発泡速度を遅くして高レ
   ベル位置まで発泡を続行させ、しかる後、冷却乾燥を行
   い、発泡済み粒子を排出することを特徴とする発泡性熱
   可塑性樹脂粒子の低倍予備発泡の方法。