JPS59155007A - 塩化ビニ−ル樹脂のマイクロ波による加熱方法 - 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】 （ａ１発明の技術分野 本発明は、塩化ビニール樹脂などを加熱加工する際に、
マイクロ波エネルギーにより内部より均一に発熱させて
高速加熱する加熱方法に関する。

（ｂ）技術の背景 最近の塩化ビニール樹脂（以下ｒＰＶｃＪと呼ぶ）加工
製品であるフィルム、シー１、床材、壁紙などの製造月
は工工程において、生産コストの低減を図るために、そ
の生産設備はまずまず大型化、高速化し、多量生産化さ
れる傾向にある。

ＰＶＣ＆！！品を製造するには、ＰＶＣを可塑化させる
熱入れやゲル化、溶融、発泡等のための加熱加工工程が
必ず必要となる。ＰＶＣを加熱するには従来は、ｐｖｃ
を機械的な手段（剪断、摩擦熱、熱伝導）で発熱させる
ローラー、パンハリミキサー、押し出し機等があり、他
方ケル化、発泡処理には、直下加熱、電熱、赤外線、蒸
気などの熱源による外部加熱方式が利用されている。

しかしながらこれら従来の加熱方法では、高速生産、省
エネルキ＝（経済性）、均一加熱、などの観点より必ず
しも満足できるエネルギー源とばいえす、また急速に温
度制御する高速制御（高速応答）、高効率の機能を有し
た均一加熱方法が要求されている。

（Ｃ１従来技術とその問題点 一般にｐｖｃは可塑剤の添加量で自由に硬さく流動性）
を変えることができ、その量が全体に対して０％を硬質
ｐｖｃ、１０〜３０％程度を半硬質ＰＶＣ１３０％以上
を軟質ＰＶＣと分類される。また　・ＰＶＣは温度の上
昇とともに軟化し始め、引っ張り強さ、モジュラス、硬
さなどが低下し、伸びや弾性が太き（なる。さらに昇温
すると流動性が増して熔融状態へと進み、さらには安定
剤が存在しなければ熱分解へと進行してしまう。この軟
化および溶融を開始する温度は可塑剤の添加量や配合で
大幅に異なる。

第１図は従来のＰＶＣフィルム、シー１−を製造すφ工
程を示すブロック図である。このフィルム、シートの製
造工程を要約すると、配合工程す、混合・練り工程Ｃ，
熱入れ工程ｄ、搬送工程ｅ、圧延工程ｆ、冷却工程ｇお
よび巻き取り工程ｉから成っている。

原料ａを構成するｐｖｃ可塑剤、着色剤、充填剤、潤滑
剤・・・などは、正確に各々計量され、配合工程すにお
いて、ブレンダーで均一に分散、攪拌、配合される。さ
らに混合・練り工程Ｃにおし）で、混練ロールなどで練
り上げられ、熱入れ工程ｄｌこ供給される。この熱入れ
工程ｄでは、熱入れロールで加熱され、充分に可塑化さ
れる。可塑化した原料は帯状リボンに切り出され、搬送
工程ｅに設けられた首振りコンヘアーに乗せて（異物除
去のための金属検知器を経ること、もある）、圧延工程
ｆに移送され、カレンダーロールのトップバンクに供給
される。

圧延カレンダーロールは、原料配合によって異なるが、
４本または５本り型、逆り型、またはＺ型カレンダーか
よく使用される。カレンダーのロール温度は、配合によ
り　１６０〜１８０℃の範囲で第２０−ルと第４０−ル
の間に５〜２０°Ｃ位の温度差をつけているのが一般的
で、各ロールは高圧蒸気、高圧温水の強制循環により精
密に温度調整されている。

これらのロール間でＰＶＣ原料は、フィルムないしシー
ト状に圧延され、次の冷却工程ｇにおいて冷却ロールで
冷却、固化゛し、幅切り工程りで所定幅に両端をトリミ
ングカットして、巻取・切断工程ｉの巻取り機で所定長
に巻取られて、切断される。さらに幅切り工程りで発生
した両端のスクラップは、再生工程ｊの粉砕機で粉砕し
て原料に添加配合され、リサイクルして再生利用される
。

以上の製造工程で、良質の安定したフィルム、シートを
得るには、カレンダーロールのトップバンクを常に最適
な回転バンクを作り出すことにあり、そのためには最適
な温度と適正な量の原料を常に補給し得るかにかかって
いる。これは製品の善し悪しを決定する上で非常に重要
な要素となる。

このようにＰＶＣは、製造工程である混練、熱入れ、押
し出し、圧延などの加工作業で適正な可塑性、流動性ま
たは熔融状態に加工させることになるが、可塑剤の入っ
た軟質ＰＶＣでは、この作業に使用される機械（練りロ
ール、押し出し機、カレンダーロール等）で比軟的容易
に可塑化、ケル化、溶融状態をｉ与ることができる。し
かし可塑剤の入らない、あるいは少量しか添加されない
硬質ｐ　ｖ’ｃにおいては、当然加工温度、粘土が高く
なり、所要動力も大きく、加工機械設備の強度も高くと
らねばならない。そのため、省エネルギー、設備コスト
面からみてコスト高となり、また軟質ｐｖｃに比べてｐ
ｖｃ樹脂の熱分解の危険性が大きくなり、加工条件の最
適範囲が狭くなるので、安定剤の多量添加に依存するな
ど、加工技術面でも高度の技術と熟練が必要とされるな
どの問題を残している。そこでＰＶＣ分子を高速振動さ
せて発熱させるマイクロ波の利用が考えられ、試みられ
て来た。

マイクロ波とは極めて波長の短い電波で、３〜３Ｑｃｍ
程度の波長の電波を総称し、水、アルコール等の極性基
を有する誘電体に対しては、極めて吸収性が良く、これ
らの誘電体にマイクロ波を照射すると分子内に高速振動
を生じさせて内部より発熱させることができるため、加
熱効率が極めて良く、電子レンジなどに広く利用されて
いることは周知のとおりである。

しかし従来のマイクロ波によるＰＶＣの加熱は、巻取り
工程で巻取られたフィルムやシートに対し。

て行なわれる。このようにｐｖ’ｃをマイクロ波エネル
ギーを利用して常温よりゲル化、溶融温度、発泡温度ま
で昇温させると、部分的に偏加熱が生じ、さらにはその
部分が異常発熱して熱分解を起し、炭化状態まで進行し
てしまう現象が避けられず、均一に加熱できるマイクロ
波加熱方法は今日まで得られていない。

（ｄ１発明の目的 本発明は、従来のｐｖｃ製品の製造加熱工程におけるこ
のような問題を解消し、高速かつ均一に加熱することが
でき、しかも省エネルギーに（λれた安価な加熱方法を
実現することを目的とする。

（ｅ１発明の構成 この目的を達成するため′に本発明は、昇温によってｐ
、ｖｃ分子間の結合力を弱め、分子振動が起り易くなっ
た時点でマイクロ波エネルギーを投入し、ｐｖｃの内部
まで分子高速運動させて発熱させる方法を採っている。

これによればＰＶＣを均一加熱することが可能となり、
かつ省エネルギーの観点からも経済的な加熱方法である
ことが判明しパー ｐｖ’ｃ樹脂は、比較的規則正しく典んだ結晶部分とや
や乱れた非晶部分とが混在する部分結晶性ボ・リマーで
あると考えられており、この結晶領域では分子間隔も小
さく分子間力もかなり強い力でａ集している。このよう
な状態のＰＶＣをマイクロ波を照射して発熱させようと
しても分子間の結合力が強いため、分子の高速振動か起
りにくいの、で、マイクロ波により発熱させることが難
しく、効率の良い加熱ができない。たとえ分子間の弱し
）箇所が発熱できても、その部分にのみマイクロ波によ
る分子振動が集中し、結果的には異常発熱（局部異常温
度）により熱分解、炭化までに進行してしまうこととな
り、均一加熱することが不可能であった。

しかし本発明のように予めＰＶＣの温度を上昇しておけ
ば、ます分子間力の比較的小さい非晶部分のＰＶＣ分子
セグメントのミクロブラウン運動が盛んになり、分子間
隔が拡がり、分子間が弱まって軟化し始め、さらに昇温
されるとますます分１子運動が活溌となり、結合力の大
きい結晶部分までに及び、完全な可塑状態となる。

このような分子振動が起りやすい状態にして、マイクロ
波エネルギーを投入して、分子を高速振動させ、発熱さ
せるごとは、マイクロ波の発熱機構を有効に活用するこ
とになり、効率を高めるばかりか、最終目的加工温度ま
で昇温させるに必要とするマイクロ波エネルギーの負担
を大幅に軽減できる。さらに分子間力の最も強い結晶部
分も高速振動することになるので、偏加熱の発生なしに
加熱、昇温させることが可能となり、少ないマイクロ波
エネルギーで多大な効果を１することかできる。またマ
イクロ波は光速度（３ｘｌＯｍ／ｍｉｎ＞で伝達する高
速応答性能を有しているので、高速生産されるＰＶＣ加
メ；！シに有効な手段であることか判明した。

（ｆ１発明の実施例 次に本発明による塩化ヒニール樹脂のマイクロ波による
加熱方法が実際上どのように具体化されるかを実施例で
説明する。第２図は本発明方法をＰＶＣフィルム、シー
トの製造に実施した例を示すブロック図で、第１図の従
来方法と対応する部分には同一符号か付されている。即
ち第１図における熱　　　程ｄと搬送工程ｅとの間に、
マイクロ波加熱工程ｋを設け、熱入れで加熱されたｐｖ
Ｃ材料にマイクロ波エネルギーを供給する。

マイクロ波を吸収して加熱されたＰＶＣ材料は、搬送工
程ｅに設けられた首振りコンヘアーでカレンダーロール
に送られる。このとき、マイクロ波加熱工程 するため、赤外線、電熱などの予熱炉を設けることも有
効である。

このように熱入れ工程後に、塩化ビニール樹脂にマイク
ロ波エネルギーを投入して加熱することにより、高速生
産される軟質、硬質ＰＶＣの総てを任意の最適温度に加
熱することができ、さらに高速制御することで、カレン
ダー１−ノブバンクに理想的な回転熔融するバンクを得
ることができる。

なおマイクロ波工Ｚ、ルギーによる加熱に通ずる代表的
な材料として塩化ビニール樹脂を例示したが、ナイロン
樹脂やマイクロ波エネルギーの吸収を促進させるための
極性基を有する感応剤を添加すれば、ポリエチレンやポ
リエステル、ビニロンなどの加Ｒ３畳こも通用できる。

表、ｌは、本発明の方法で硬質ＰＶＣ（可塑剤二〇％、
形状：幅１００闘×厚さ５’ｍｍのリボン状）を加熱し
た実施例で、予備加熱なしの場合と比較して示しである
。

上記実施例の結果、ｐｖｃ加熱温度と均一性は次のとお
りであった。

Ｎｏ’、１の場合：極部的に２００〜２４０℃程度の異
常発熱を来し、ｐｖｃが熱分解を起して炭化する。

局部全熱部以外の個所は５０〜８０°Ｃ程度で、均一加
熱は全く不可能であった。

Ｎｏ、２の場合：１９０℃±２℃程度のほぼ均一の加熱
状態を得ることが可能であった。

（ｇ１発明の効果 以上のように本発明によれば、塩化ビニール樹脂を加熱
する工程において、熱入れなどで温度上昇し塩化ビニー
ル分子間の結合力が弱まった時点でマイクロ波エネルギ
ーを投入して、マイクロ波により塩化ビニール樹脂の内
部まで分子高速運動を発生させ、均一加熱する。そして
従来の設備におけるロール、押し出し機等をＰＶＣ原料
が通過する際に、容易にｐｖｃの分子振動が活発になり
軟化、可塑化状態となるまで温度上昇する。その直後に
マイクロ波を照射するため、マイクロ波によるｐｖｃ分
子の高速振動が効果的に得られ、かつＰＶＣはすでに昇
温しでいるので、マイクロ波加熱による昇温範囲が狭く
、偏加熱が極めて少ない状態で加熱できることになる。

しかもずでにＰＶＣ結晶間の結合が弱まった状態下での
マイクロ波エネルギーの投入となるため、エネルギー量
はそれほどの量を必要としないで、多大の効果を期待す
ることができる。例えば前述実施例で説明したフィルム
、シートの製造におけるカレンダーロールの場合は、軟
質ＰＶＣではマイクロ波出力６〜７Ｋｌ＜程度で７００
〜１０００Ｋｇ／時、硬質ｐｖｃでは出力１０〜１３Ｋ
Ｗ程度で８００〜１００ＯＫ。

７時の処理が可能である。

本発明の方法によれば、更に次のような効果が冑られる
。

（１）マイクロ波エネルギーの制御は急速かつ容易に行
なえるので、１−ノブバンクの温度制御管理が容易にな
ることから、常に最適な溶融回転バンクが得られ、さら
に圧延性の向上、から生産量が数％〜数十％アンプする
ことが可能となった。

（２）バンクがうまく回転せず、とり残されて冷えた部
分が混じって圧延されるごとによって起るフィルム、シ
ート表面の筋状のマーク、木目状のマーク、さらに透明
フィルム中に透明または半透明の魚の目のような粒子が
残るフィッシュアイなどの不良品の発生が殆ど解消され
、品質面の向上にも大きな成果をみることができる。

（３）一般にカレンターロールにおけるＰＶＣへの熱供
給は、各ロール間での摩擦熱の発生を除けば、柘密温調
されているロール表面よりの熱伝導で行なわれる。とこ
ろが本発明のマイクロ波加熱方法によれば、ＰＶＣ自体
が最適温度ですでにカレンダーロールの１ソプハンクに
供給されるごとになるので、各段のロール温度を従来法
より下げることができ、省エネルギー化が図れるばかり
か、ＰＶＣの圧延性の向上により滞留時間が短縮できる
ので、ＰＶＣＯ熱分解防止のために添加している高価な
安定剤の投入量を軽減できる経済的利点も得ることが判
明し先。

（４）最近硬質ＰＶＣのフィルム、シートの製品物性向
上のためにＰＶＣポリマーの重合度を上げようとする方
向にあるが、重合度が高くなると当然加工温度が高くな
るため、従来のカレンダーロール加工法では加工温度、
配合原料のコストアンプなどの問題があった。しかし本
発明によるマイクロ波加熱方法を採用すると容易に最適
な熔融回転バンクが得られることから、従来難しかった
重合度（’Ｐ　＝　１３００〜１５００）のものまでカ
レンダー加工することが可能となり、ＰＶＣ原料の易加
工範囲が広がることが判った。

以上説明したようにＰＶＣ加熱工程において、本発明の
ｐｖｃ分子間の結合力を弱めた時点でマイクロ波により
分子高速運動させて内部より発熱させる加熱方法を利用
すると、従来不可能であった総てのＰＶＣ（軟質から硬
質のＰＶＣまで）をマイクロ波で均一加熱可能になる。

そればかりか、カレンダーロール、押し出し機によるフ
ィルム、シートの製造工程における予熱、加熱、ＰＶＣ
原料ペレソ、トの加熱、乾燥、ｐｖｃ製レザー、壁紙の
ゲル化、発泡加工における加熱などにおいても、実現可
能となり、熱効率が高く高速応答性を有し、かつ省エネ
ルギーに富み経済的にも一優れたエネルギーであること
が実証できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＰＶＣフィルム、シートを製造するカレ
ンダー工法を示すブロック図、第２図は本発明による加
熱方法を採用した加工工程のブロック図である。 図において、ａは塩化ビニール樹脂原料、ｂは配合工程
、Ｃは混合・練り工程、ｄは熱入れ工程、ｋはマイクロ
波加熱工程、ｅは搬送工程、ｆは圧延工程をそれぞれ示
す。 特許出願人　　　　ミクロ電子株式会社代理人　弁理士
　　福　、島　　康　文手続補正書 昭和５９年３月２７日 １、事件の表示　　特願昭５８−２９９４５　　　　　
　−’２、発明の名称　　塩化ビニール樹脂のマイクロ
波による加熱方法 代表者　村　山　　照　男 ５、補正命令の日付　自発 ６、補正の対象　　明細書の「３、発明の詳細な説明」
の柵７、補正の内容　　別紙のとおり １、明細書の第５頁第１６行目の「粘土」を「粘度」と
補正する。 ２３．同第９頁第９行目のｒ（３ＸＬＯ〜ｍｉｎ　）　
Ｊの記載を、ｒ　（３Ｘ１０’ｍ／ｓｅｃ　、）　Ｊと
補正する。 ３、同第１４頁第１９行目のｒＰ＝１３００〜１５００
」の記載を、ｒ、ｐ　＝　１３００〜１５００Ｊと補正
する。 特許出願人　　　ミクロ電子株式会社 代理人　弁理士　福　島　　康　文

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 塩化ビニール樹脂を加熱する工程において、温度上昇に
   より塩化ヒニール分子間の結合力を弱めた時点でマイク
   ロ波エネルギーを投入して、マイクロ波により塩化ビニ
   ール樹脂の内部まで分子高速運動を発止させ、均一加熱
   することを特徴とする塩化ビニール樹脂のマイクロ波に
   よる加熱方法。