JPH0725090B2 - 発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の予備発泡方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の予備発泡方
法および装置に関し、より詳細には発泡粒子が集塊する
ことなく均一発泡が行なえて予備発泡後乾燥を要さず直
ちに成形加工に使用できるものが得られる予備発泡方法
および装置に関する。

〈従来技術〉 従来より発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の予備発泡方法
については、連続発泡方法とバッチ式発泡方法とに大別
される。

先ず連続発泡方法は、水蒸気或いはこれと常温空気との
混合体で発泡槽内の原料粒子を攪拌しながら加熱して予
備発泡させる。原料粒子は発泡槽下部にスクリューフィ
ーダ等で連続的に供給し、上部の取出口より発泡粒子は
オーバーフローして取出される。発泡倍数のコントロー
ルは水蒸気供給量と、原料粒子のフィード量および取出
口の高さ位置の移動で発泡槽の滞留時間を変化させて行
なっていた。

他方、バッチ発泡方法は、１回分の重量が計測された原
料粒子を発泡槽に投入し、攪拌しながら水蒸気或いは加
熱空気で原料粒子を加熱する。水蒸気の場合、常圧もし
くは0.1〜0.3kg/cm²の加圧状態で供給する。そして発泡
進行し、発泡粒子の嵩容積が決められたレベルに達すれ
ば、それを検知して加熱を止め、常温空気を吹込み、冷
却を行ない発泡槽下部の取出口を開き、予備発泡された
粒子を取出すもので、発泡倍数のコントロールは原料粒
子の投入量で行なう。

上記各方法で予備発泡された粒子は、乾燥、エージング
を行ない、再び発泡能力を有する発泡粒子となし、成形
型の型窩内に充填し、水蒸気によって予備発泡粒子を軟
化点以上に加熱して発泡させ、粒子同士を互に融着一体
化させて所定の発泡成形品を成形できることになる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 前記した連続またはバッチの各方法により得られた予備
発泡粒子は凝縮した水分で濡れており、その含水量は0.
5〜5.0wt％となる。これら濡れた予備発泡粒子は次工程
の成形型への充填および成形均一加熱等の上で支障を来
たすことになる。そのため予備発泡後の粒子について
は、数時間ないし20時間放置し乾燥する必要が生ずる。

また100℃辺りの発泡温度より常温に冷却した時発泡粒
子の内圧は減圧となり、常圧にもどる迄の熟成が必要と
なる。

また、水蒸気で予備発泡を行なう場合、水蒸気の熱容量
が比較的大きいことから発泡槽下部で急激な加熱を余儀
なくされる。従って急激な初期発泡と発泡粒子表面の融
解が部分的に発生し、発泡粒子同士が融着し、一部分塊
状化することが多い。このような塊状物は原料粒子が成
形時に融着し易い良品質のものであればあるほど、生成
し易い傾向にあり、成形時に望まれる予備発泡粒子の品
質と相反する。さらに水蒸気等で行なう急激な初期加熱
と発泡槽上下の大きな温度差のため、得られる予備発泡
粒子は発泡倍数のバラツキの範囲が大きくなり、これら
の粒子は発泡粒サイロで投入時あるいは抜出し時に比重
差、粒度差によって相分離を起し、成形される発泡成形
製品の重量および製品品質のバラツキを大きくする主原
因となっている。

工業的に望ましい予備発泡方法については、狙いとする
発泡成形品重量が出せて重量および品質のバラツキを極
く小さく抑えることである。また乾燥熟成した粒子が予
備発泡装置から取出されて即刻成形が可能となればその
管理が容易となり、製造工程、発泡粒サイロスペース等
の点で合理化を実現できることになる。予備発泡時の塊
状化が少なくなれば原料ロスもそれだけ少なくなる。ま
た成形時融着性の良い発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の
品質設定が可能となり、成形の生産性向上にも役立つこ
とになる。乾燥した予備発泡粒子が取出されれば、塊状
物を除去する従来の篩分級設備も極く容易となり、場合
によっては分級工程を削除することも可能となる。

従来から130〜150℃辺りの加熱空気を用いて90〜150℃
辺りで予備発泡を行なうことは公知である。予備発泡の
生産性（時間当りの予備発泡処理量）を保持しようとす
れば、熱風発泡の場合、加熱空気温度が高くなり、発泡
適正幅が狭くなり、発泡倍数制御が困難となる。また発
泡粒子の塊状発生を助長することにもなる。水蒸気の発
泡剤効果がないので、高発泡倍数が得られない大きな難
点を持っている。

さらに回分式の自動バッチ発泡機による予備発泡におい
て、発泡倍数を制限一定化する場合、一定重量の原料を
発泡槽に充填し、発泡槽の一定高さ（一定容量）まで発
泡粒レベルが上ってきた時にレベル計が検知し、加熱を
止め冷却し、槽外に予備発泡粒子を取出す方法が採られ
ている。従って、熱風のみを用いて予備発泡を行なう場
合、加熱空気の熱容量が水蒸気に比し小さいことから吹
込風量が多くなり、発泡粒子が槽内で浮遊流動し、発泡
粒子の嵩容積の上限レベルが一定せず、バッチ毎の安定
した発泡倍数が得難い。

水蒸気による予備発泡に比し、加熱空気による方法は、
発泡槽から取出された後も緩慢な発泡を続け、発泡倍数
制御および管理を困難にしており、高温になるほどその
傾向は強くなる。これを防止するため、冷却工程が長時
間必要となり、発泡槽自体まで冷却され、次回のバッチ
での熱ロス、時間ロスにつながる。水蒸気の場合、冷却
取出し時の水凝縮により取出し後の発泡は殆んど行なわ
れない。しかし前述したようにそのため発泡粒子が濡れ
るという大きな欠点を有している。

〈目的〉 上記現状における予備発泡方法の有する問題点を解決
し、発泡粒子の集塊をなくし均一発泡が行なえて、濡れ
ていない予備発泡粒子を取出せる方法を提供し、且つそ
の方法を実施するのに好適な装置を提供しようとしてい
る。

〈構成〉 上記発明目的を達成するためこの発明の構成について
は、攪拌装置を有する発泡槽に収容された発泡性ポリス
チレン系樹脂粒子を加熱水蒸気等の加熱媒体によって加
熱膨脹させて予備発泡粒子を得る方法において、加熱媒
体である加熱水蒸気と、加熱水蒸気以上の温度を有する
加熱空気とを飽和湿度以下の範囲で混合しておいて用い
ることを特徴としている。

さらに、本発明方法の実施に用いる装置の構成として
は、攪拌装置を有する発泡槽に収容された発泡性ポリス
チレン系樹脂粒子を加熱膨張させて予備発泡粒子を得る
装置において、 発泡槽の底部チャンバに加熱水蒸気および加熱空気の供
給配管と、ドレン排出用配管とを設け、供給配管には事
前に混合した空気および水蒸気を設定温度に自動的にコ
ントロール加熱して供給するフィンヒータが接続され、
フィンヒータには空気供給用のブロワと、加熱空気に対
して水蒸気による調湿を行なう蒸気供給管とが連結さ
れ、さらに、これら空気および水蒸気を加熱する熱媒体
用供給管がフィンヒータに連結されていることを特徴と
している。

〈作用〉 上記のように加熱水蒸気と加熱空気とを事前に混合して
用いれば、発泡槽内および発泡粒子周辺で水蒸気を結露
させることなく発泡させ得て濡れていない予備発泡粒子
を取出せる。また取出される予備発泡粒子の発泡倍数を
均一化でき、粒子同士が塊状化しないようになる。

さらに、上記方法実施のために用いる本発明による予備
発泡装置は、加熱水蒸気および加熱空気とを事前に混合
しておき、これを発泡槽の底部チャンバへ自動的に設定
温度にコントロール加熱して供給するのに好適な装置を
提供できることになる。

〈実施態様〉 次に、この発明の実施について図を参照しながら以下に
例示する。

第１図に示す発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の予備発泡
装置においては、竪型筒状の発泡槽（１）には攪拌翼
（2a）を備えた回転軸（２）を有している。発泡槽
（１）の上方に設けてある原料ホッパ（３）の下方には
原料を計量し、発泡槽（１）へ一定量供給できる計量ホ
ッパ（４）と供給弁（５）がある。発泡槽（１）の底部
には加熱水蒸気と加熱空気が入るチャンバ（６）があ
り、金網等を用いた多孔底板（７）で仕切られている。
発泡槽（１）のうち頂部には排気口（８）と、サイクロ
ン（９）を設けてあり、側面上部には予備発泡時の粒子
の嵩レベルを検知するためのレベル計（10）（11）が２
段に設けられてあり、側面下部にはプランジャー等の機
構にて予備発泡粒子を取出す取出口（12）を設けてあ
る。発泡槽（１）の底部チャンバ（６）には加熱水蒸気
および加熱空気の供給配管（13）およびドレン排出用配
管（14）が設けられている。約２〜5kg/cm²の圧力で水
蒸気を熱媒体とするプレートフィンヒータ（15）があ
り、空気および水蒸気を設定温度に自動的にコントロー
ル加熱して供給するもので、（16）はフィンヒータ蒸気
供給管、（17）はフィンヒータ蒸気電磁弁である。

上記フィンヒータ（15）には空気をブロワ（18）にて送
風し、発泡工程に従い周波数変換器（19）（インバー
タ）により風量（風速）を自動的に設定できるようにし
てある。（20）は蒸気供給管、（21）は蒸気電磁弁を示
している。発泡時の加熱空気の水蒸気による調湿は調圧
バルブの開閉度で設定できる。これら配管は各々電磁弁
を備え、発泡槽（１）内あるいは配管内の温度、時間等
の応じた工程プログラムに従い自動的に開閉できる。所
望の発泡倍数に達したとき、発泡槽（１）内に常温の空
気を吹込み、冷却してから取出口（12）を開き、発泡粒
子は圧縮空気で完全に取出せる。

以下の表Ｉは第１図に示す予備発泡装置を用いて、この
発明方法によって実施する工程の各々における弁開閉を
示すタイムチャートの一例を示している。このような弁
開閉で実施するこの発明方法によると発泡倍数の均一
化、塊状防止は完全に解消できることになる。

しかしながら同じ予備発泡装置を用いても、従来方法の
ように加熱水蒸気のみを用いる場合、発泡粒層レベルが
第１レベル計に達する高さまで、およそ1.5〜2.0分で加
熱され、その後加熱水蒸気の供給量を減少させ、発泡速
度を緩め、第２レベル計までの発泡を約１分かけて所望
の発泡倍数に合わせ易くして予備発泡を行なう。さらに
発泡の均一化と粒子同士の合着を防止する目的で圧縮空
気を少量混用することも行なわれている。また予備発泡
装置の攪拌機構の改良、発泡槽底面有孔板からの加熱水
蒸気供給等の改良もなされているが、それにも拘らず予
備発泡倍数の均一化、合着防止（塊状防止）は完全に解
決されなかった。

こうした問題点を解決しようとしているこの発明では、
予熱された発泡槽に、一定量が計量された発泡ポリスチ
レン原料粒子を充填し、150℃の加熱空気で初期発泡ま
で（約80℃に達するまで）加熱を行ない、次いで加熱水
蒸気を発泡槽内で結露しない範囲で併用し、約90℃で発
泡させる。発泡終期に加熱空気風量（風速）を低下さ
せ、発泡粒子槽の嵩容積を安定化させ発泡速度を緩め
て、レベル計（10）（11）で検知できるまで発泡を行な
い、次いで加熱を止め、常温圧縮空気を導入し、冷却し
て予備発泡粒子を取出口（12）から取出す。取出された
予備発泡粒子は従来法で見られたような濡れ、湿りはな
く、サラサラしており、冷却された粒子内の変化も殆ん
どなく、即刻これを成形加工に使用できるものであっ
た。また発泡時の発泡槽内の上下間の温度差も殆んどな
く、発泡槽（１）内の上下間の発泡倍数差は従来法であ
れば約４〜10％みられたが、本発明方法によると２％以
内に留めることができた。予備発泡粒子相互の合着塊状
物も従来法では0.05wt％みられたが、本発明方法によれ
ば殆んど皆無であり、著しい効果が認められた。

またこの発明方法で表IIに示すタイムチャートのように
約150℃の加熱空気と加熱水蒸気を混用し、発泡初期よ
り加熱を行ない、最高温度92℃で発泡を行なった結果、
同様の著しい効果が得られた。

上記のごときバッチ式発泡装置を用いての本発明方法の
実施のほか、連続発泡装置を用いての本発明方法の実施
については、発泡時の発泡槽温度は常時低下することが
ないので、水蒸気は結露することなく併用することがで
きる。但し加熱空気の風速は発泡槽（１）内の発泡粒層
を大きく流動させない範囲で限定使用する必要がある。

第２図は本発明方法の実施に使用する連続予備発泡装置
の一例を示す概要図である。第１図と共通個所は同符号
で示す。原料粒子は原料ホッパ（３′）よりスクリュー
フィーダ（30）によって連続的に発泡槽下部に供給され
る。このとき攪拌を伴なっている。チャンバ（６）には
加熱空気と加熱水蒸気とがそれぞれ調節された割合で供
給され、加熱湿り空気は多孔底板を通して発泡槽内に入
り供給される。原料粒子を加熱し、発泡させつつ上方へ
運び、所望の発泡倍数になったところで予備発泡粒子を
発泡槽上方の取出口（12′）より連続的に取出されるこ
とになる。

この連続発泡方法によっても本発明の場合、先のバッチ
方法の場合と同様著しい効果が得られる。

本発明の方法に使用する加熱空気の発泡槽への吹込み温
度はおよそ110〜160℃の範囲であり、加熱水蒸気と混用
し、予備発泡温度（発泡粒周辺温度）はおよそ90〜103
℃の範囲であり、90〜95℃が最適な温度範囲である。

加熱空気を主体にして予備発泡する場合、発泡槽は吹込
む風量、風速の効果は大きい。発泡に要する熱量はもち
ろん、均一発泡合着防止のためには発泡槽の発泡性ポリ
スチレン系樹脂未発泡粒子層をある範囲で流動させる風
量、風速が必要である。また風量、風速が過度になると
原料、発泡粒の吹出し、発泡粒層レベルの安定検知に支
障を来たす。その意味で発泡槽有孔底板の開孔率は出来
るだけ大きくすることが望ましく加熱水蒸気を主体とし
た従来装置のそれより３〜５倍大きくして風量を確保
し、吹出しを抑えることが必要となる。これら加熱空気
を主体とした予備発泡の場合、水蒸気を主体とした従来
法に比し、過度に高温にして１分前後の極く短時間の加
熱で所望倍数に発泡させても発泡倍数が不均一となるバ
ラツキ、粒子間合着は極めて少なく顕著な特徴がみられ
る。

これに対して従来法の加熱水蒸気を主体にする予備発泡
では発泡槽に充填された原料で水蒸気は凝縮し、その水
分で原料粒子は相互に付着し、攪拌しても濡れた原料粒
子は流動しないまま熱容量の大きい水蒸気にて加熱され
発泡初期段階で粒子相互に表面融解し、合着して塊状化
が行なわれると考えられる。

本発明の方法における加熱空気および加熱水蒸気の混合
気体容積は加熱水蒸気単独の同一熱量の容積に比し大き
いことから原料粒子層、発泡粒子層の流動性が大きいこ
とから、熱エネルギー伝達が全体に速く行きわたり常に
均一になることから上記のような好結果が得られるもの
と考えられる。

次に本発明における加熱空気に併用する加熱水蒸気の量
についてであるが、これは予備発泡加熱工程において水
蒸気が凝結しない範囲で出来るだけ多くの加熱水蒸気を
使用するのが有利である。即ち、発泡温度における飽和
湿度以下の範囲で発泡すればよい。湿り空気線図に示さ
れるように絶対温度の上昇に伴い著しく大きくなり、そ
の比熱も乾燥空気のそれに比し著しく大きくなる。従っ
て発泡温度における加湿は熱量を大幅に増大できる。

本発明の対象となる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とは
スチレンまたはメチルスチレンの単独重合体、スチレン
アクリロニトリルおよびスチレン−メタクリレート等の
如きスチレンとアクリル酸エステルまたはメタアクリル
酸エステルとの共重合体、エチレン単独共重合体、エチ
レン−酢酸ビニルの如きエチレン共重合体、プロピレン
重合体又はスチレン重合体とエチレン，プロピレン重合
体の混合樹脂等が挙げられスチレン系樹脂粒子を用いる
場合が多い。

発泡剤としてはプロパン、n,i−プタン、ペンタン、ネ
オペンタン、ジクロノフルオメタン等の前記樹脂粒子の
軟化点より低い沸点を有する易揮発性の炭化水素が挙げ
られる。発泡剤は１〜10wt％含浸される。

以下実施例により本発明を更に説明する。

〈実施例〉 実施例１ 発泡性ポリスチレンビーズ（積水化成品工業株式会社製
エスレンビーズHK）を用いて第１図に示した発泡槽容量
400lのバッチ式予備発泡装置により表Ｉに示した手順に
従いバッチ式予備発泡を行った。発泡条件は下記の通り
である。

原料ビーズ投入量 40kg 加熱空気吹込み温度 146℃ 加熱空気吹込み風速 12m/秒 調湿用水蒸気吹込み圧 0.025kg/cm² 発泡槽内温度 90℃ 加熱空気吹込み風速 3m/秒 発泡加熱全時間 4.0分 発泡粒カサ倍数 12倍 実施例２ 実施例１と同原料ビーズ、同発泡機を用いて表IIに示し
た手順に従い予備発泡を行った。発泡条件は下記の通り
である。

原料ビーズ投入量 40kg 加熱湿り空気吹込み温度 155℃ 加熱湿り空気吹込み風速 9m/秒 調湿加熱水蒸気吹込み圧 0.025kg/cm² 発泡槽内温度 92℃ 発泡加熱全時間 3.5分 発泡粒カサ倍数 12倍 比較例１ 実施例２に対比させて調湿加熱空気を使用しないで、加
熱空気のみで予備発泡を行なった。

比較例２ 実施例２に対比させて加熱水蒸気のみを使用して予備発
泡を行なった。

比較例３ 実施例２に対比させて加熱水蒸気を主体に常温空気を併
用して予備発泡を行ない比較している。

上記各実施例1,2及び比較例１〜３で得られた結果を表I
IIに示す。

実施例３ 発泡性ポリスチレンビーズ（積水化成品工業株式会社製
エスレンビーズHCM）を用いて第２図に示す発泡槽容量3
50lの連続式予備発泡装置により下記条件で予備発泡を
行なった 原料ビーズフィード量（発泡量）200kg/時間 加熱空気吹込み温度 150℃ 加熱空気吹込み風速 8m/秒 調湿加熱水蒸気吹込み圧 0.025kg/cm² 発泡槽内温度 92℃ 発泡粒カサ倍数 50倍 比較例４ 実施例３に対比させて同原料ビーズと同予備発泡装置を
用いて従来法の加熱水蒸気主体の常温空気併用による予
備発泡を行なった。

原料ビーズフィード量（発泡量）200kg/時間 加熱水蒸気吹込み圧 0.025kg/cm² 圧縮空気（常温）吹込み圧 0.01kg/cm² （15Nm³／時間） 上記実施例３及び比較例４で得られた結果を表IVに示
す。

上記表III、IVから明らかなように本発明の方法によれ
ば、比較例（公知の従来法）の結果に比し発泡槽の原料
ビーズ、発泡粒周辺温度が均一化され、各発泡粒子の発
泡粒子がよりバラツキが少なくなっている。その結果製
品の成形品重量のバラツキを小さくしており、製品品質
の均一化、製品効率の向上に寄与している。

発泡粒の塊状物発生も極めて少なくなっている。現在、
最も多用されている加熱水蒸気による方法で得られる発
泡粒が濡れるのに対し、当法は即成形できるというメリ
ットも大きい。

＜発明の効果＞ 本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を用いて発泡成
形体を製造する際の予備発泡する方法によると、加熱媒
体である加熱水蒸気と、加熱水蒸気以上の温度を有する
加熱空気とを飽和湿度以下の範囲で混合しておいて用い
るため、予備発泡時に各発泡粒子が集塊せず、より均一
な発泡倍数が得られ、取り出しされた発泡粒が乾燥して
おり、即刻成形できる。また本発明にて得られた予備発
泡粒子で成形された製品は重量（発泡倍数）バラツキが
極く小さく、従って品質バラツキの小さい製品を生産性
向上させながら得ることができる。

さらに、本発明の予備発泡装置によると、加熱水蒸気お
よび加熱空気とを事前に混合しておき、これを発泡槽へ
供給するのに至便なものであり、これらに対するコント
ロール加熱も容易なほか、空気に対する調湿も行ない易
く、本発明方法の実施には好適な装置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施に用いるバッチ式の予備発泡装
置の概要断面図、第２図はこの発明の実施に用いる連続
式の予備発泡装置の概要断面図である。 （１）……発泡槽、（３）（３′）……原料ホッパ、
（６）……チャンバ、（13）……加熱水蒸気および加熱
空気の供給配管、（30）……スクリューフィーダ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】攪拌装置を有する発泡槽に収容された発泡
   性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱水蒸気等の加熱媒体に
   よって加熱膨張させて予備発泡粒子を得る方法におい
   て、加熱媒体である加熱水蒸気と、加熱水蒸気以上の温
   度を有する加熱空気とを飽和湿度以下の範囲で混合して
   おいて用いることを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹
   脂粒子の予備発泡方法。
2. 【請求項２】攪拌装置を有する発泡槽に収容された発泡
   性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱膨張させて予備発泡粒
   子を得る装置において、 発泡槽の底部チャンバに加熱水蒸気および加熱空気の供
   給配管と、ドレン排出用配管とを設け、供給配管には事
   前に混合した空気および水蒸気を設定温度に自動的にコ
   ントロール加熱して供給するフィンヒータが接続され、
   フィンヒータには空気供給用のブロワと、加熱空気に対
   して水蒸気による調湿を行なう蒸気供給管とが連結さ
   れ、さらに、これら空気および水蒸気を加熱する熱媒体
   用供給管がフィンヒータに連結されていることを特徴と
   する発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の予備発泡装置。