JPS6056513A - 充填密度の大きい重合樹脂ブレンドを製造する方法 - 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】 本発明は重合体（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　ｒｅｓｉｎ　）
及びその混合体心こ関する。より具体的には、本発明は
適当な硬質塩化ビニル（ｐｖｃ）コンパウンド又は添加
物を加えた粉状のポリエチレン樹脂或は添加物を加えな
い粉状のポリエチレン樹脂をトライブレンドし、充填密
度の大きい硬質ｐｖｃブレンド又はポリエチレン樹脂及
び／又はブレンド又は組成物を製造することに関する。

管・板等の形状をした硬質プラスチック製品は、先ずｐ
ｖｃ樹脂と粉状の添加物をトライブレンドし、次にブレ
ンドされた粉体を押出成形機或は他の処理装置に供給し
、材料を充分に溶かして最終製品に成形するのである。

その他、線状低密度ポリエチレン（Ｌ　Ｌ　Ｄ　Ｐ　Ｅ
　）の如き、添加物を加えた一般的には粉状のポリエチ
レン樹脂或は添加物を含まない一般的には粉状のポリエ
チレン樹脂から製品を作ることもできる。樹脂を所定の
添加物とブレンドするには一般的には機械的な攪拌装置
を用いて行なわれており、その装置として材料を充分且
つ強力に混合し混合物の温度を樹脂の軟化点よりも相当
高く」１昇させることのできる強力なミキサー（ｈｉｇ
ｂ　１ｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｍ１ｘｅｒ　）を用いる。混
合物は次に攪拌しながら冷却され、押出し工程でそのま
ま使用できる粉体が得られる。然し乍ら、混合物の温度
はアグロメレーンヨン（ａｇｇｌａｎｃｒａｔｉｏｎ）
が始まる温度まで」−昇させてはい＋ｊない。

ブレンド工程では充分に攪拌し少量の添加物の中にも樹
脂パウダーを均等に分散させるのである。

ブレンド工程に於ける混合物の最高温度は樹゛脂の所定
成分を溶かしくｍｅｌｔ）且つ吸収できる温度であらね
ばならない。然し乍ら、高温の混合状態に於てしばしば
生じがちな溶融（ｆｕｓｉｎｇ　）やアグロメレーソヨ
ンの起こる温度まで上昇させてはならない。高温の粉状
混合物は冷却容器に排出される。

冷却容器のインペラーはアグロメレーンヨンか生しない
速度とし、該容器の冷却表面は容量に対して最大になる
ようにしている。パウダーは充分低い温度まで冷却し、
貯蔵室或は容器の中で固まらないようにしなければなら
ない。

トライブレンドされたパウダーは一般的には押出し成形
機の中で最終製品に成形される。この種機械のより重要
な特性の１つに、材料の供給部から成形型へ呵成り積極
的に材料を送り込む働きが挙けられる。実際、機械の生
産性は他の条件を同じとすると（幾誠に供給される材料
の速度に制御される。押出し成形スクリューの形状によ
って、単位時間に送ることの出来る材料の量は決まって
しまうから、スクリュー速度を一定にした場合、全体送
り量／単位時間の比・率は全体送り量／単位体積の割合
で材料密度に比例する。

粉末の密度はかさ密度（ｂｕｌｋ　ｄｅｎｓｉｔｙ）及
び充填密度（ｐａｃｋｉｎｇ　ｄｅｎｓｉｔｙ）の２つ
の異なる方法で示すことができる。充填密度の測定は、
決められた重さの粉体を１」盛のついたシリンダーの中
に注ぎ、安定状態になるまで所定の方法で軽くたたくこ
とにより行なう。その後材料の体積を読み取り、次の式
から充填密度を計算する。

重合条件を変えることによって種々の形状の粒体を形成
しｐｖｃ樹脂の平均多孔度（ａＶｅｒａｇｅｐｏｒｏｓ
ｉｔｙ　）を変えることができる。それは各々の粒体は
はるか小さい一次粒子のアグロメーンヨンによって形成
されているからである。ブレンディングしている間、添
加物は拡散し一次Ｒ，−Ｊ″−の間の空間を部分的に満
たすことができる。

更に粒子の粗い尖部は摩擦によって削られて丸くなる傾
向がある。これらは両方ともパウダーの充填密度を大き
くする効果かある。その１１Ｕ！、、ｐｖＣ樹脂とは粒
子サイズ及び比重の異なる添加物を樹脂粒子の間に介在
させることによって、樹脂粒子の混合物の充填密度は影
響を受けるとともにパウダーの粒子サイズの分布状態か
変わることか認められる。

従来、そのような方法を用いてドライブレンドの充填密
度を大きくすることは実際的には限界があることが知ら
れている。二酸化チタンを多く含んだ代表的なＰＶＣ板
材の粉末ブレンドにあっては、従来の方法に従いｐｖｃ
樹脂の懸濁液を用いトライブレンディングした後の充填
密度は約０．６５ニ一式の押出し成形機及びある種のン
ングルスクリュ一式の押出し成形機の生産性に影響を及
ぼすことが知られている。ブレンドの充填密度が大きく
なると押出し量も多くなる。仮に充填密度が６〜７％の
オーダて大きくなるとすると、押出し成形機の生産量も
略同じ割合で増大することになるであろう。

本発明者は重合樹脂及びブレンドの充填密度を２段階の
プロセスで大きくすることができることを見出した。そ
の第１段階は混合及び加熱工程であり、強力ミキ→Ｊ−
一のブレードの先端速度が約２５メ一トル／秒を超える
と充填密度は大きくなる。

第２段階は冷却工程であり強力ミキサーのブレードの先
端速度か約１６メ一トル／秒以下であるときに充填密度
は大きくなる。

本発明者は更に、硬質ポリ塩化ビニル樹脂と、安定剤及
び滑材の添加物とのパウダーブレンドの充填密度は、ス
タンダード或はベースブレンドのベース充填密度に対し
て約１５乃至３５％人きくなることを見出した。本明細
書を通じて用いられる「ベース」の充填密度とは、従来
より知られている方法によって作られた重合体及びブレ
ンドの充填密度のことをいう。

本発明はプラスチック物質を形成するのに好適な粒状の
重合樹脂ブレンドを製造する方法であって、熱可塑性重
合樹脂から成る粒状組成物をアームに取り付けられて先
端が約２５メ一トル／秒以上の速度で回転する複数のブ
レードを備える強力ミキサーの中で混合し熱運動で加熱
することによって組成物をブレンドし且つ粒状組成物の
アグロメレーンヨン開始以下の温度まで加熱し、ブレン
ドされ加熱された粒状組成物がアグロメレーソヨンする
ことなく貯蔵することのできるｌＡＡ度までミキサー内
で粒状組成物を冷却するプロセスに於て、ブレンドされ
加熱された粒状組成物をミキサーの中で冷却し、ミキサ
ーには回転するアームにブレードを収り付り、先端か約
１６メ一トル／秒以下の速度で回転しており、このよう
にして冷却された粒状の重合樹脂ブレンドは制い充填密
度を備えている。

樹脂は硬質ポリ塩化ビニルが望ましい。望ましい実施例
に於て、バッチ（ｂａｔｃｈ）を混合・加熱する温度は
２００℃以下であり、バッチを冷却する温度は６０°Ｃ
以下である。混合・加熱工程におけるブレード先端の速
度は毎秒約２５乃至４５メートルの軸囲内にあることが
望ましい。

他の実施例に於て、粒状樹脂ブレンドは加工助剤（ｐｒ
ｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｉｄｓ）、滑剤（ｌｕｂｒｉｃａ
ｎｔｓ）、安定剤（ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒｓ）、酸化防
ＪＬ剤（ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｓ）、衝撃重合調整剤
（ｉｍｐａｃｔ　ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ）、充填剤（ｆｉ
ｌｌｅｒｓ）及び着色剤（ｐ　ｉｇｍｅｎ　ｔ　ｓ　）
から構成される群から選択された１種以」−の添加物を
含んでいる。混合・加熱」−程は約２０秒未満であるこ
とが望ましく、冷却工程は約４０秒未満であるのか望ま
しい。望ましい実施例に於て、混合・加熱及び冷却工程
は同じ強力ミキサーの中で行ｊｓわれる。

本発明のプロセスは、硬質ｐｖｃ組成物及び添加物を加
えた粒状ポリエチレン樹脂と、硬質ｉ）　ＶＣ組成物及
び添加物を含まない粒状ポリエチレン樹脂に用いること
かできることが判った。ある種の軟質のＰＶＣ組成物に
本発明の方法を用いて加工し７ても充填密度はあまり大
きくならない。史にポリプロピレン樹脂の粉末に本発明
の方法を用いて処理しても充填密度は特に人き（はなら
ない。

適当な熱可塑性重合樹脂が粉状のブレンドである場合に
は、例えば、加工助剤・滑剤・安定剤・酸化防止剤・衝
撃重合調整剤・充填剤及び名色剤の如き添加物を液状・
フレーク状或は粉末状の何れかの形にて加えることもて
きる。特に添加物を含む場合には、充填密度の大きいブ
レンドを作る１）１■にブレンド前工程を加えても可い
。ブレンｌ幼）（１工程の目的は、混合体の中にそれら
成分を均雪に分散させ、適当に成分を配合したものをバ
ソヂヘ供給することにある。

添加物を加えた混合体のバ・ノチ、添加物を含まない混
合体のバッチ或は前ブレンド処理したノ（・ノチは次に
ブレードの先端速度か約２５メートル／秒以−」−の強
力ミキサーへ連続的に投入される。本発明に係るプロセ
スを実施する上で満足する強力ミキサーの一例としてド
ライスベルク社（ＤｒａｉｓｗｅｒｋｅＧｍｂＨ）製の
ゲリマット（ｇｅｌ　ｉｍａｔ　）　（商標名）か挙け
られる。望ましい実施例に於て、ゲリマ・ントの強カミ
キザーには、ミキサーの壁及びブレードの温度とは別に
ミキサー内のバ・ノチ温度をモニターし、次にバッチが
設定温度に達するとバ・ソチをミキサーから排出する装
置を配４＋ｉ＆　Ｌ／ている。

この装置は米国特許第４．．２３０，６１５号に開示さ
れている。ミキサ一本体の中を高速回転するブレードか
ら得られるエイ、ルギーは熱運動によって材料を加熱し
、その速度はパンチサイズ・ミキサ一本体の温度・材料
の組成及び回転ブレードの先端速度と形状に左右される
。

ブレードの先端速度が約２５扉／秒以上のときが有利で
あり、約４５扉／秒の先端速度で行なうことができるの
が判った。混合及び加熱工程はバッチが所定温度に達す
るとバッチを排出するか或りまミキサー速度を落とすこ
とが出来るように制御されている。バッチの温度が混合
及び加熱サイクルを制御するのである。強力ミキサーは
全加熱時間が２０秒未満で混合することのできるものが
選択される。このような強力ミキサーを用い混合工程の
サイクルを短くすることによって、小さな装置であって
も高い生産量を得ることができるのである。

混合及び加熱工程の後、バッチ温度が可成り高いときは
混合物を直ちに冷却する必要かある。そうしないとアグ
ロメレーンヨンが起こり、混合物を満足のいく状態で貯
蔵しておくことかできないからである。それ故、混合物
を強力ミキサーから取り出し、ウメータジャケットがミ
キサ一本体を取り囲む構造の第２の強力ミキサーに投入
することもできる。このミキサーは混合・加熱工程で用
いたものと同じ型式のものを用いることができ、ブレー
ド先端を約１６フル／秒以下の速度で回転させて冷却す
るのである。し力）しフ゛レード先端速度かあまり下か
りすぎると充填密度Ｇま大きくならないため、約１６扉
／秒以Ｆよりあまり−Ｆ力くりすき゛ないようにする。

冷媒には望ましくは水を用し）冷却シャケ・ントの中を
循環させる。冷却時間は製品力タアク゛ロメレーンヨン
を起こすことな（貯蔵できる温度までエイ・ノチを冷却
するのに充分な長さにする。混合及び力ロ熱サイクルの
場合には、冷却速度（ま〕＜・ソチ温度、装置の冷却能
ツバ　ミキサーの大きさ、フ゛レードの先端速度の函数
である。／く・ソチが設定速度、す１１わち硬質ＰＶＣ
樹脂に対しては約６０°Ｃ未満の温度に達すると、バ・
ノチは自動的にｆｌＦ−１ｇされ、最終製品に加工され
るときが来るまでこの状態で貯えられる。混合・加熱工
程と冷却工程との時ｉ田の遅れは約１秒以下であること
が望まし５）力（、そｇよりも長くても４１１つない。

もう１つの実施例に於て、混合工程及び冷却３工程にシ
ングルスクリユ一式の強力ミキサーを用０る。ミキサー
は冷却ジャケットを備え、混合・加熱工程中にも冷却ジ
ャケットの中を常に水を循環させている。一方、冷却工
程の間だけ、冷却ジャケットの中に水を循環させても可
い。混合・加熱工程が終了するとミキサーブレードの先
端速度は直ちに約１６扉／秒或は直ぐその下まてドげら
れ、水が冷却ジャケットの中を循環する。

この方法によって混合された粉体の充填密度は一般的に
増大する。硬質ポリ塩化ビニル樹脂と安定剤、滑剤との
粉状ブレンドである場合、従来の方法で得られる粉状ブ
レンドより約１５乃至３５％の範囲内で充填密度か増大
している。

−寒透」し工 硬質ポリ塩化ビニル樹脂及び異なる添加物について充填
密度の増加を調べるために、ベース組成物・ベース組成
物＋低レベルの添加物・ベース組成物＋高レベルの添加
物の試料を調製し、その成分を第工表に示す。

第王表 添加物　−２１６４９５ ７恣Ｊ（１宵り」び）重量二％　−５４％　１２６％異
なる３種類の添加物を低レベル及び高レベルの両方に用
いてテストを行なった。添加物には炭酸カルシウム充填
剤（Ｏｍｙｌｉｔｅ　９５Ｔ、ブリツススタｔ・ファ社
製）、ＡＢＳ熱可塑性樹脂衝撃重合調整剤（Ｂｌｅｎｄ
ｅｘ　３］、ｌホルグワーナ社製）及び二酸化チタン着
色剤（７ｉ　ｔａｎｏｘ　２１０１カナデイアンチタニ
ウム　ピグメント社製）を用いた。

これら試料を従来法で加工したときの充填密度を調べる
ために、ブレードの先端速度か２０ｎＬ／秒のウニレッ
クス　パペンマイエル　−：＋−１＋−（Ｗｅｌｅｘ　
Ｐａｐｃｎｍｅｉｅｒ　ｍ１ｘｅｒ）にてテストを行な
っノこ。

バッチの排出前の加熱温度は１２０℃及び１４０℃であ
った。１２０℃の場合、ミキサーの中にある時間は１２
〜１５分間であり、１４０°Ｃの場合は約１８分間であ
った。先ず樹脂を加えておき、バッチの温度が僅か上昇
した時に添加物を加えた。

試料の充填密度を第■表に示す。

次にゲリマッ）　（ｇｅｌｉｍａｔ）の強力ミキサーを
用いて同じ組成物についてテストを行なった。バッチは
全てリボン混合機の中で前ブレンドした後、ゲリマット
ミキサーに供給した。このミキサーにはミキサ一温度と
は別にミキサー内のバッチ温度をモニターする制御シス
テムが配備されている。ミキサーはブレードの先端速度
か約３２ｎｂ／秒であった。バッチはミキサーの中て１
４０℃及び１６０℃の温度まで混合・加熱した。１４０
℃の場合、混合時間は約２５秒で１６０℃の場合より数
秒長かった。

一方のテストではバッチを次にリボン混合機の中で冷却
し、もう１つのテストでは水で冷却された第２のゲリマ
ットミキザーの中でバッチを冷却した。第２のゲリマソ
トはブレード先端の速度は約１６ｍ／秒であり、バッチ
は約４０乃至］、　Ｏ０秒間ミキサーの中におかれ６０
℃以下の温度で排出した。

各試料の充填密度を測定し、その結果を第１Ｉ表に示し
ている。従来法に基づき作られた製品の充填密度に対す
る増加量は表中５７で−センテージで示している。リボ
ンミキサーで冷却した試料の充填密度の増加は２乃至１
０％であり、ゲリマ・ノドで冷却した試料の充填密度の
増加は／′８・ソチの加熱温度が１４０℃の時に７乃至
１７％、ツク・ソチの加熱温度が１６０’Ｃの時をこ１
５乃至３５ｄ１０であった。

実施例２ １２　ｆＯＴｉ０２及び５５％重合調整剤を含有する粉
状の硬質ＰＶＣコンパウンド１５０ポンド（６８＠）を
リボン混合機の中でプレブレンドし、次に冷友］ジャケ
ットで囲まれたゲリマ・ント強カミキサ−の中にバ・ノ
チを投入した。水は初めのうち（まジャケットの中を循
環させていない。ミキサーに（ま制ａ装置が配備されミ
キサ一温度とは別に）＜・７チ温度をモニターし、バ・
ノチか設定温度に達すると混合・加熱工程が停止するよ
うにしている。

混合及び加熱工程に於て、ミキサーブレードθ）先端速
度は約３１７１Ｌ　７秒であった。ツマ・ソチの勺−イ
ズは３７５グラムであり、混合工程中で］、　２０　’
Ｃに達する時間は１３乃至２０秒の変動があった。

混合工程が終了すると直ちに冷却水がジャケットの中を
循環しブレード先端の速度は約１３．８７１Ｌ／秒まで
下けられた。冷却工程ではバッチ温度が６０℃以下にな
るまで約９０秒間バッチをミキサーの中に置いておき設
定温度に達した時にバッチを取り出した。

得られた材料の充填密度は０．８８乃至０．９５！ｉ’
／ＣＣであり、これは例えばウェレソクスミキサーの如
き従来の混合機で加工した材料に較べ充填密度か大きく
なっている。

実施例３ 実施例２の方法に基つき試料として硬質ｐｖｃコンパウ
ンドの管を調製し、ヘンシェルミキサー（Ｈｅｎｓｃｈ
ｅｌ　ｍ１ｘｅｒ　）で製造した同様の試料と比較した
。その後、両方の試料ともツインスクリー一式の押出し
成形機の中で押出し成形し３インチ（７６，２＋ｎｍ）
の圧力管を形成した。ヘンシェルミキサーで製造したコ
ンパウンドのバラタ−密度は０．５９！７／ｃｃで、一
方、ゲリマットミキサーで製造したものは０．６６Ｐ／
Ｃｆｆであった。押出し成形機の生産性は１２８％向上
しており、少なくともその向」二原因の一部は材料の充
填密度が大きくなったことと関連があった。そして又、
管の衝撃及び弓１張り強さも改善された。

友亙貝エ メルトフローインデックスが５の線状低密度ポリエチレ
ンのパウダーを実施例２と同じ様にして加工した。混合
及び加熱工程の終わりにはノ＜・ソチ温度は１０８乃至
１１０℃の範囲内であり、フ゛レードの先端速度をドけ
たミキサーの中で冷却した後、充填密度は０４４乃至０
．５８！ｉ’／ｃｃ、すなわち最大３２％増人した。

混合及び加熱工程ではブレードの先端速度を２３フル／
秒、３０ｆｌＬ／秒、３１．．３ｍ／秒、３３．６ｆｉ
／秒。

及び３８ｍ／秒と変え、そして冷却工程では１３，８フ
ル／秒及び１．６　ｍ　７秒と変えて更にテストを行な
った。

実施例５ 更に行なったテストではメルトフローインデ・ノクスが
５の線状低密度ポリエチレンのノ＜’ウダー１６０ｇ−
を５５℃の温度にてブレード先端速度が３０ｍ／秒のゲ
リマソトミキ→ノー−に供給した。バッチは混合され２
２秒で１１０℃の温度まで加熱した。冷却ザイクルは同
じミキ→ノー−の中でブレードの先端速度を１３．８７
１１．７秒にしミキサーのジャケットに水を循環冷却し
なから行なった。バ・ノチは２７秒後に排出した。加工
したバッチの充填密度は０．５３．６ｉｉ’／ωであり
、加工前の充填密度０４７２ｊｉｂ／ｃｃと較べ１４％
充填密度が増大したことをン】りしでいる。

実施例６ メルトフローインデックスか５の成形グレード低密度ポ
リエチレンパウダーの試料１２０ｇを、ブレードの先端
スピードが３１．３７１Ｌ／秒のゲリマットミキサーに
供給した。バッチは約１５秒間で１１０°Ｃまで加熱さ
れ、次に実施例４と同じ様に冷却した。加工したバッチ
の充填密度は０５３２ｙ／ｃｃであり、未加工のパラク
ーと較べて充填密度は２６ｆｏ増大した。

実施例７ 第１表に規定したベース組成物についても添加物の重量
を増して更にテストを行なった。２０％の充填剤、オミ
ライト９５　Ｔ　（Ｑｍｙｌｉｔｅ　９５Ｔ）を加え、
排出温度か１６０℃のゲリマットミキサーの中で処理し
た。試料の冷却はリボン混合機の中とゲリマットミキサ
ーの中の２つの場合を調べた。

両方のテストとも充填密度は０．９０９！７／ｃｃであ
った。

同じテストを衝り６重合調整剤（ブレンデックス３１］
）を４０重量％含有する基本組成物について行なった。

リボン混合機で冷却したものは充填密度が０．５３２！
？／ｃｃ、ゲリマットで冷却したものは０．６Ｉｌ：ｌ
Ｆｌ／ＣＧであった。二酸化チタン（チタノックス２１
０１）を２０重量％含有したベース組成物についてはリ
ボン混合機で冷却したものは充填密度が０．９２６ｇ／
ｃｅ、ゲリマットで冷却したものは充填密度が０．９７
１９／ｃｃであった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　プラスチック物質を形成するのに好適な粒状の重合
   樹脂ブレンドを製造する方法であって、アームに取り付
   けられ、先端が毎秒約２５ｍ、／秒以」−の速度で回転
   する複数のブレードを備えた強力ミキサーの中で熱可塑
   性重合樹脂から成る粒状組成物を混合し且つ熱運動にて
   加熱することによって組成物を効果的にブレンドすると
   共に粒状組成物のアグロメレーション開始温度以下で加
   熱し、混合・加熱された粒状組成物をアグロメレーショ
   ンを起すことなく貯蔵できる温度までミキザー内で粒状
   組成物を冷却する方法に於て、混合され加熱された粒状
   組成物は、強力ミキサー中で冷却され、該強力ミキサー
   は回転するアームにブレードを取付けておりアームの回
   転速度はブレード先端で毎秒１６メートル以下であり、
   冷却された粒状重合樹脂混合物は高充填密度を有するこ
   とを特徴とする充填密度の大きい重合樹脂及びブレンド
   を製造する方法。 ■　重合樹脂は硬質ポリ塩化ビニルである特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 ■　バッチが混合され加熱される温度は２００℃以下で
   あり、バッチが冷却される温度は６０℃以下である特許
   請求の範囲第２項に記載の方法。 ■　ブレード先端の速度は混合・加熱工程において約２
   ５乃至４５ｍ／秒の範囲内である特、イ１゛請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ■　粒状樹脂ブレンドは加工助剤・滑剤・安定剤・酸化
   防止剤・衝撃重合調整剤・充填剤及び着色剤から成る群
   から選択された１種以」二の添加物を含んでいる特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。 ■　混合・加熱工程は約２０秒未満である特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 ■　冷却工程は約４０秒未満である特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。 ■　混合・加熱」１程及び冷却工程は同じ強力ミキサー
   の中で行なう特許請求の範囲第１項に記載の方法。