JPS5914051B2 - 熱可塑物への添加顔料分散方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は押出機を使用して熱可塑物に顔料を添加し分
散させる方法及び装置に関するもので、更に詳しくは、
押出機により混練溶融され搬送されている熱可塑物中に
押出機の長手方向において同時に顔料を添加することに
より、熱可塑物の粘度を増し、粘度の上昇により剪断力
を向上させ、顔料をより分散し易くし、高濃度でしかも
均一に顔料を分散させた樹脂製品を得ることを目的とす
るものである。

従来、熱可塑物と顔料との混合を行なう場合、例えば、
ポリエチレン、ポリスチレンに酸化チタンやカーボンブ
ラックを多量に添加したマスターバッチペレットの製造
、エポキシ樹脂又は熱硬化５ 性アクリル樹脂に添加剤
として光沢剤、硬化剤、流れ止め剤等を配合したものに
酸化チタンやフタロシアニンブルーを多量に添加した粉
体塗料の製造、ポリプロピレンに炭酸カルシウムやクレ
ーを多量に添加した無公害樹脂の製造などにおいては、
１０連続混練機である単軸押出機、二軸押出機、多軸押
出機が使用され、特に二軸押出機が一般的に使用されて
いる。

しかし、このような連続混練機で顔料を均一に熱可塑物
に練り込むことは、非常な困難を伴なうもので、特に多
量に顔料が添加され１５ている顔料分散樹脂製品の均一
なものを得るのは難かしい。これは顔料が多量に添加さ
れるほど熱可塑物に一様に分散混練させることが難かし
く、二次粒子と称する粗大顔料粒子が多くなつて、製品
に゛゛ぶつ’’となつて現れたり、フィルムにフイツシ
ユアイと２０して発生したり、塗面に色の濃淡となつて
現れたりするからである。したがつて、押出機に粉末顔
料混合物を多量に投入し、溶融混練することには無理が
あり、熱可塑物に対し顔料を２０〜３０％添加したもの
が限界であり、それ以上については、２５熱可塑物と顔
料とを別々に投入する第１図に示す方法をとるのが一般
的である。次に、第１図に関して従来の方法を説明する
。

熱可塑物原料をホッパ１から押出機シリンダ２内に供給
し、スクリュー３の回転により供給された３０樹脂材料
を混練溶融し搬送する。顔料は補助ホッパ４から補助ス
クリュー５でシリンダ２内の一定個所に集中的に供給し
、混練溶融された熱可塑物と混合する。必要に応じて脱
気口６で脱気後、押出機の押出口に接続したダイ１を経
て、ペレット、３５フィルムあるいはロッドとして押出
す。このような熱可塑物に顔料を分散する方法は添加す
る顔料が比較的小量である場合は良好であるが、以上の
をりような欠点がある。

すなわち、（イ）添加顔料の量が全体の４０〜５０％程
度になると分散しきれずに粗大粒子になり易い。

（ロ）顔料を添加する場所が１個所に集中しているため
、顔料が熱可塑物に一様に分散混練されず、部分的に集
中して粗大粒子になり易い。

（ハ）添加場所に数個所に設ける方法もあるが顔料が分
散するまでの距離が必要以上に長くなつて、Ｌ／Ｄが大
きくなり、設備面積、消費動力の点で効率が悪くなる。

（ニ）顔料供給孔を数個所に設けても、一個所の場合と
同じく、顔料が集中的に投入されるため、やはり粗大粒
子ができ易い。

（ホ）最初に投入された顔料と最後に供給された顔料と
では熱履歴が極端に違うため、熱劣佳を受け易く、特に
耐熱性の悪い顔料では色むらや変色の原因となる。

この発明は叙上の欠点を排除することを目的とし、押出
機の長手方向に沿つて連続的に顔料を添加することによ
つて問題を解決している。

この場合、顔料の最初の添加位置と最後の位置との熱履
歴の違いによる熱劣化等は無視しうることもわかつた。
更に熱可塑物を混練溶融した際に発生する水分、残留モ
ノマ等の揮発雰囲気中を顔料が通過すると、分散性が低
下することがわかつた。顔料に含有する揮発分、市販顔
料に含まれている弱く結合した塊状粉末によつても同様
に分散性が阻害されることがわかつた。次に第２及び３
図に関してこの発明を説明する。

第２図及び第３図において、二軸押出機のシリンダ１１
には熱可塑物供給用ホツパ１２を設けると共に、シリン
ダ内にスクリユ一１３，１４が内装され、ホツパ１２側
からスクリユ一の軸方向に搬送部Ｃｌ．圧縮部Ｃ２、溶
融部Ｃ３、顔料供給部Ｃ４、顔料混練部Ｃ５及び計量化
部Ｃ６となつている。スクリユ一１３，１４は図示して
いない駆動装置（第２図の左端に接続して配設されるモ
ータ両軸形式の歯車機構又はスプロケツトチエーン機構
等）によつて連動回転するように構成されている。シリ
ンダ１１の顔料供給部Ｃ４には、シリンダの長手方向に
長孔１５，１６が設けられ、これらの孔は顔料供給用ホ
ツパ１７に接続するシユート１８，１９が設けてある。
顔料供給用ホツパ１７は仕切板２０ａ，２０ｂ及び２０
ｃによつて貯留室２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに分
割され各室の下端にはそれぞれ顔料供給量を調整可能な
調整板２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを取付けている
。シユート１８，１９は上面に多数の小孔２３を設ける
と共に、シリンダ１１、ダイ２４の外周上には温度制御
装置２５，２５・・・・・・・・・を設けている。第４
図は顔料供給用ホツパを取付ける他の実施例で、シリン
ダ１１ａはスクリユ一１３ａ，１３ｂを収納すると共に
、長手方向に長孔１５ａ，１６ａを有する。長孔１５ａ
は顔料供給用ホツパ１７ａのシユート１８ａに接続し、
長孔１６ａは図示されていない脱気装置に接続される脱
気孔である。顔料供給用ホツパ１７ａの構造は第２図に
示したホツパ１７と同様で、仕切板により複数個の貯留
室に分割され、各貯留室の下端には顔料の供給量を調整
する調整板が設けてある。このように一方の長孔を顔料
供給用ホツパに、他方の長孔を脱気装置に接続すること
により、溶融混練物から脱気を行ないつつ顔料を供給す
るため、良質な顔料分散樹脂製品を得ることができる。
又図示していないが、顔料供給ホツパ１７ａから顔料が
樹脂内に供給される前に、例えばシユート１８ａの上面
に第３図に於ける小孔２３の如く多数の小孔を設けて脱
気を行なつてもよい。

脱気装置を取付けることにより、可塑化溶融された樹脂
内に滞留する気体は脱気され良質の顔料分散樹脂製品を
得ることができる。第５及び６図は単軸押出機のシリン
ダの長手方向に顔料供給用の長孔を設けた場合を示す。

第５図に示す単軸押出機においてはシリンダ２６の長手
方向に長孔２７を設け、この長孔２７に顔料供給用のシ
ユート２８及び顔料供給用ホツパ２９を接続する。シユ
ート２８の上面には熱可塑物を混練溶融した際に発生す
るガスを脱気する小孔３２を複数個設ける。またシユー
ト２８の下面には顔料の供給を円滑に行なうため、バイ
ブレータ３０を取付ける。第６図は単軸押出機における
顔料供給装置の他の実施例を示し、押出機のシリンダ２
６ａの長手方向に多孔２７ａを設け、この長孔２７ａに
２重底のシユート２８ａおよび顔料供給用ホツパ一２９
ａを接続する。

シユート２８ａの２重底の下方の空所３３には管３５に
より熱風を通し、上方のシユート２８ａの通路に顔料を
導く。上方の通路の下面には複数個の小孔３４を設ける
。熱風は小孔３４を通つて顔料を乾燥させると同時に．
顔料の長孔２７ａへの供給を助長する。なおこのように
脱気と顔料供給とを同時に行なう場合には、顔料が揮発
雰囲気になるべく影響されないようにすることが必要で
ある。

第７図は顔料の添加量と分散度、粘度等との関係を示す
グラフであつて、第２図に示す二軸押出機を使用して、
顔料供給ホツパ１７の各貯留室２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
及び２１ｄの顔料供給点をそれぞれ点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ
とする。

点Ａにおいては、顔料が少いので熱可塑物にほぼ完全に
分散する。点Ｂ，Ｃ，Ｄと次第に顔料の添加量を増して
行くと、熱可塑物の粘度が上昇し、それに伴つて顔料に
働く剪断力も大きくなり、分散度は上昇する。従つて粘
度分布の広い顔料を使用する場合には、まず点Ａに近い
方に比較的分散し易い微粉末のものを、点Ｄに近い方に
分散しにくいより粗大な粉末のものを投入することによ
り、点Ｄの粘度が上昇して剪断作用の大きい場所で粗大
粉末を分散させることができる。また顔料の分散性に応
じ、分散しやすい無機顔料は点Ａに近い所に、分散しに
くい有機顔料は点Ｄに近い方に添加し、粘度上昇による
剪断力を利用して分散させる。なお、ここで述べた熱可
塑物には微量添加される改質剤を含めてもよい。また顔
料とは熱可塑物に多量に添加する主充填剤を示すもので
あるが、微量添加される改質剤等を含めて良い。次に第
２図に示す二軸押出機を使用した実施例について説明す
る。

実施例 １ 熱可塑物として、エポキサ樹脂 ４０％重量部顔料とし
て、酸化チタン ６０％重量部を用い、スクリユ
一直径Ｄ＝１１０ｎ．Ｌ／Ｄ＝２０長孔の長さ＝２２０
１！ｌ、長孔の幅＝２０總、シリンダの温度、Ｃ２で７
０℃、Ｃ３で９５℃、Ｃ４で９０℃、Ｃ５で１０５℃、
Ｃ６で１１０℃、ダイの温度１０５℃、スクリユ一回転
数５０ｒ．ｐ．ｍ１押出量２００ＫｆＡｒ樹脂温度ＳＴ
＝１１５℃熱可塑物供給ホツパ１２からエポキシ樹脂を
８０Ｋｆ／Ｈｒの割合で投入し、溶融混練したエポキシ
樹脂に酸化チタンを１２０Ｋｆ／Ｈｒの割合で実施例
２熱可塑物としてア久リル樹脂を６０％重量部、顔料−
として酸化チタンを４０％重量部−；ただ〜し酸化チタ
ンの粒度分布は６０メツシユ以上のものを５％、６０〜
１００メ゛ンシユのものを２０％、１００〜１５０メ゛
ツシユのものを６０％、１５０メーツシユ以下のものを
１５％を使用して実施例１と同様の押出機を使用した。

サンプル黒１ 熱可塑物供給ホツパ１２よりア久リル樹脂を投入し、顔
料供給ホツパ１７から長孔１５，１６に上記粒度分布を
有する酸化チタンを投入し、ロッド状として押出した。

比較的ぶつも少なく光沢もよい。サンプル屋２ 熱可塑物供−給ホツパ１２よりアクリル樹脂を投入し、
顔料供給ホツパ１７の長孔１５，１６のＡ点より１５０
メツシユ以下、Ｂ点より１００〜１５０メツシユ、Ｃ点
より６０〜１００メツシユおよびＤ点より６０メツシユ
以上の酸化チタンを投入し、ロッド状として押出した。

゛ぶつ”もなく光沢はさらに良くなつた。サンプル黒１
および２のものを鋼板に１８０℃で２０分間焼付けた結
果は第２表に示す通りである。

実施例 ３ 熱可塑物としてアクリル樹脂６０％重量部、顔料として
酸化チタン３０％重量部およびフタロシアニンブルー１
０％重量部（ＢＡＳＦ社製）のものを用い、押出機は実
施例１と同様のものを使用した。

サンプル黒３ 熱可塑物供給ホツパ１２よりアクリル樹脂を投入し、顔
料供給ホツパ１７の長孔１５，１６より酸化チタンとフ
タロシアニンブルを混合したものを投入し、ダイ２４よ
り押出した。

この結果、未分散のフタロシアニンブルーが゛ぶづにな
つて若干現われた。サンプル１ｆ６４ 熱可塑物供給ホツパ１２よりアクリル樹脂を投入し、顔
料供給ホツパ１７の長孔１５，１６のＡ点、Ｂ点より酸
化チタンを、Ｃ点、Ｄ点よりフタロシアニンブルを投入
し、ダイ２４より押出した。

この結果、６ぶつ０は全く見られなかつた。サンプル屋
３および黒４のものを鋼板に１８０℃で２０分間焼付け
た結果は第３表に示す通りである。実施例 ４熱可塑物
としてポリエステル樹脂（商品名バイロン、東洋紡製）
を９０％重量部、顔料としてカーボン（三菱化成製）を
１０％重量部を用い、実施例１で使用した二軸押出機の
シリンダ、ダイ、ＳＴの温度、回転数、押出量を次のよ
うに設定した。

シリンダＣ１の温度を１５０℃、Ｃ２で２００℃、Ｃ３
で２２０℃、Ｃ４で２１０℃、Ｃ５で２００℃、Ｃ６で
１９０℃とし、ダイ２４の温度を１８０℃、スクリユ回
転数を４０ｒｐｍ、押出量を１００Ｋｙ／Ｈｒ，．ＳＴ
の温度を２０５℃にした。サンプル黒５ 熱可塑物供給用ホツパ１２よりポリエステルを９０Ｋｙ
／Ｈｒの割合で投入し、顔料供給用ホツパ１７の長孔１
５，１６よりカーボンを１０Ｋｆ／Ｈｒの割合で投入し
、ダイ２４より押出した。

この結．果カーボンのぶつが若干見られた。サンプル應
６ サンプル應５と同じ熱可塑物、顔料を使用し、二軸押出
機シリンダに設けた顔料供給用の長孔の一方１５ａを顔
料供給ホツパ１７ａに接続し、他方１６ａを脱気用（真
空度７２０ｍＲＨ９）とした（第４図参照）。

熱可塑物供給用ホツパよりポリエステルを９０Ｋｆ／Ｈ
ｒの割合で投入し、カーボンを長孔１５ａより１０Ｋ９
／Ｈｒの割合で投入して、ダイ２４より押出した。この
結果カーボンのぶつは全く見られなかつた。サンプル應
５および應６を実施例１と同様に鋼板に焼付けた結果は
第４表に示す通りである。

実施例 ５熱可塑物としてポリエステル樹脂（商品名バ
イロン、東洋紡製）を９０％重量部、顔料としてカーボ
ン（三菱化成製）を１０％重量部を用いて、実施例４と
同様の押出機を使用し、顔料供給ホツパのシユート２８
に第５図に示すバイブレータ３０を取り付け、第６図に
示すように熱風処理した後に顔料を供給した。

サンプル屋７ 熱可塑物供給ホツパ１２よりポリエステルを９０Ｋ９／
Ｈｒの割合で投入し、顔料供給ホツパ２９ａの長孔２７
ａの一方よりバイブレータ３０より振動を与えながらカ
ーボンを１０Ｋｖ／Ｈｒの割合で投入し、第４図１６ａ
の如き他方の長孔より脱気を行なつてダイ２４より押出
した。

サンプル黒８ 熱可塑物供給ホツパ１２よりポリエステルを９０Ｋ′／
Ｈｒの割合で投入し、顔料供給ホツパ２９ａの長孔２７
ａの一方管３５より風速２ｍ／Ｓｅｃ、風流４ｍ３／Ｍ
ｉｎの割合で熱風を供給して、カーボンを１０Ｋｙ／Ｈ
ｒの割合で投入し、他方の長孔より脱気を行なつてダイ
２４より押出した。

サンプル屋７および黒８を実施例１と同様に鋼板に焼付
けた結果は第５表に示す通りである。第１表〜第５表に
見られるように、熱可塑物に顔料を分散ざせる際には、
熱可塑物の溶融混練物中のガスを脱気後、顔料を長手方
向に順次添加すると分散性が一よく、しかも顔料の粒度
分布は粒径の小ざいものを先に投入し、溶融粘度が高く
な−つた時点で粒径の大きいものを投入するとよく、顔
料を二種類以上分散させる場合には分散の容易なものか
ら順次投入するとよい。また顔料はバイブレータ等を使
用し、投入量を均一にするとよくしかも顔料は水分の含
有率の低いものがよい。以上説明したように、この発明
によれば、押出機により溶融混練された熱可塑物に押出
機の長手方向に沿つて設けた供給長孔から顔料を供給す
ることにより次の効果を生じる。（４）顔料を順次濃度
が高くなるように投入するため分散が良くなる。

８水分、モノマー等の揮発雰囲気に顔料を接触させたも
のを熱可塑物に添加すると分散性が落ちる傾向がある。

これは顔料の表面を揮発成分が膜となつて被覆してしま
い熱可塑物溶融樹脂材料となじまなくなるためと思われ
る（濡れが悪くなる）。しかし本発明の方法によれば揮
発雰囲気にできるだけ接触しないように添加するので分
散が良い。（Ｃ）顔料添加量が多くなるほど熱可塑物の
溶融樹脂粘度が一般に上昇する傾向がある。

また粘度が高くなるほど剪断作用が強くなり分散しやす
い。ところが今までは集中的に添加していたため特に塊
状粉末が多い顔料においては、熱可塑物に濡れる前に顔
料自身が凝集してしまい、分散不良になつた。したがつ
て添加量が多いほど分散不良になりやすく添加量が４０
〜５０％が限界であつた。ところが本発明のように徐々
に添加量を増すような添加方法をとるならば６０〜７０
％の添加量でも分散度は落ちない。（自）粒度分布の広
い顔料であつても微粉末と粗粉末に分離してそれぞれ添
加するので分散度に応じた粉末の添加になり分散が良い
。

８顔料分散に難易度がある顔料を二種類以上混合する場
合も難易度に応じて分離して添加するので混合顔料であ
つても分散が良い。

［Ｆ］ 顔料自身に揮発分（特に水分）が多く含有して
いるとやはり凝集力が強くなり分散しにくい。

しかし強度の乾燥を行なつた顔料にすると凝集力が弱く
なりより微粉末となつて分散しやすくなる。６より混練
効果の良い二軸押出機の場合それぞれのスクリユ一の上
から顔料を添加するようにすれば接触面積が倍になり長
手方向のスリツトの長さを短くできる。

５スリツトを平行して２箇所もうけ一方を脱気用にする
か顔料を添加する前に脱気口をもうけることにより顔料
がほとんど揮発雰囲気と接しなくなるため分散がさらに
良くなる。

（１）顔料の添加方法において自然落下よりさらに振動
を与えたり流動させつつ添加させることにより弱く凝集
した顔料はより微粉末に分離しやすく分散が良好になる
。

（Ｊ）耐熱性の悪い顔料でもスリツト長さを比較的短く
できるので変色や色むらがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱可塑物に顔料を分散する方法の装置を
示す断面図、第２図はこの発明にかかる熱可塑物に顔料
を分散する二軸押出機の断面図、第３図は第２図の−線
断面図、第４図は第２図に示す顔料供給用ホツパ一及び
シユートの他の実施例を示す断面図、第５図、第６図は
単軸押出機に使用した顔料供給の他の実施例を示す要部
断面図、第７図は顔料の添加量と分散度、粘度等の物性
を表わすグラフ図である。 １１・・・・・・シリンダ、１２・・・・・・熱可塑物
供給ホツパ、１３，１４・・・・・・スクリユ、１５，
１６・・・・・・長孔、１７・・・・・・顔料供給用ホ
ツパ、１８，１９・・・・・・シユート、２０ａ，２０
ｂ，２０ｃ・・・・・・仕切板、２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ，２１ｄ・・・・・・貯留室、２２ａ，２２ｂ，２２
ｃ，２２ｄ・・・・・・調整板、２３・・・・・・小孔
、２４・・・・・・ダイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 押出機内でスクリューにより連続して混練溶融し搬
   送される溶融可塑物中に前記押出機の押出口に向つてシ
   リンダの長手方向に沿つて設けられた複数の供給口より
   濃度の異なる複数の顔料を濃度の低い順に添加すること
   を特徴とする熱可塑物への添加顔料分散方法。 ２ 押出機のシリンダに熱可塑物供給口と、スクリュー
   の可塑化ゾーンより押出口に近い位置までシリンダの長
   手方向に沿つて顔料供給用の長孔を設け、押出口に向つ
   て濃度の異なる複数の顔料を低い濃度から順次供給しう
   るように複数個に分割し且つそれぞれの顔料を同時に添
   加しうる顔料供給用ホッパを前記長孔に接続したことを
   特徴とする熱可塑物への添加顔料分散装置。