JPS6061217A - 発泡プラスチック製品の製造方法 - 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】 本発明は熱可塑性コンパウンド及び熱硬化性コンパウン
ドの発泡製品を製造する方法に関する。

合成ポリマーは一般的に次の２つに分類される。

１つは加熱によって固体から液状に変化し、冷却によっ
て化学成分が変化することなく元の物理的特性を回復す
ることのできる熱可塑性ポリマーであり、他の１つは加
熱によって固体から液体に変化する際、必ず何らかの形
の化学的変化を伴なう熱硬化性ポリマーである。

今まで作られてきたどのポリマーも実際のところ、いろ
いろなときに発泡成形が行なわれている。

発泡成形はガスを直接に或は化学的発泡剤から粘性材料
の中に分散させることによって行なう。

プラスチック材料が凝固する際、ガスは材料中の独立気
泡の中に完全に包み込まれてしまうか或は又、完全に包
み込まれることなくプラスチック材料内の通路を移動す
る。これら２つのフオーム（ｆｏａｍ）構造は夫々独立
気泡（ｃｌｏｓｅｄ　ｃｅｌｌ　）及び連続気泡（ｏｐ
ｅｎ　ｃｅｌｌ　）として知られている。

発泡材料は絶縁・包装・構造装飾用部品及び浮選機等に
多く用いられている。

発泡材料は単位重量当りの体積を増すことができるので
材料費を削減できる場合がある。

軟質の発泡体はクッション・フィルター・包装・被服及
びその他の用途に用いることが″できる。発泡プラスチ
ックの密度は幅広い範囲を有している。

代表的な密度の範囲は１．６乃至９６０ＫＰ／ｄである
。難燃性の発泡体はそのまま利用することができる。発
泡プラスチック材料を発泡させる１つの方法として、揮
発性の液体或はガスとのコンパウンドを混合或は射出す
ることによって、加工中にフオームを製造するものがあ
る。ブレンディング工程を行なうことによって、コンパ
ウンドの混合物を加工前に均一に分配することができる
。

プラスチックを発泡させるもう１つの方法に化学的発泡
剤とポリマーを充分ｌこ混合することｌこよって行なう
ものがある。この発泡剤は所定のトリガー温度（ｔｒｉ
ｇｇｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　）でガスを発生し
粘性ポリマーの中で発泡する。然し乍ら、公知の発泡方
法にあっては、何れかの工程に必ず不都合がある。不都
合の１つとして、発泡製品の成形を通常は高圧下で行な
わなければならないことがある。発泡プラスチック製品
を成形する上でもう１−一）／Ｔ１１ご＄Ａす７ｋｌ−
１払ノＬξ１小τ↓仁１−−１￥１，１；ｈ６―凸コ１
シ１「のトリが温度でコンパウンドを維持しなければな
らず、又、フンパウンドを型或はその他成形装置に装入
した後、発泡剤からガスを発生させるためにコンパウン
ドを更に加熱しなければならないのである。軟質発泡体
を成形するのに液体可塑剤の中にＰｖＣコンパウンドを
分散させる方法がある。

発泡成形は次に化学発泡剤或は機械的フロシング（ｆｒ
ｏｔｈｉｎｇ　）によって行なう。然し乍ら、何れの方
法とも成形の最終段階に於て高圧にしサイクルタイムを
長（する必要があるため経費がかかる。

軟質の発泡ＰｖＣコンパウンドは特別グレードのＰｖＣ
コンパウンドから押出し成形機の中で作ることもできる
。軟質発泡体の用途としてドアシール・ガスケット・ケ
ーブル絶縁材等が挙げられる。

発泡物質の製造ｔこ於て最もよく知られた方法には次の
４つの工程が含まれている。混合工程ではコンパウンド
を発泡剤と混合し、ｐｖｃに対しては混合物を均一に混
合するためにミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）する工程が含
まれている。次に型に装入する工程−′ｒ−５＋泪Ａ絢
ん帥嵌刑の由ｉｒ紡入１．た泌−高圧下にて一般的には
３０分間以上プレス機にて加熱・冷却する。最終工程の
発泡は型の中で約６０分間この状態を保持することによ
って行なわれる。このように、例えば発泡ｐｖｃ物質を
製造するのに２時間以上の時間を必要とする。

本発明は熱可塑性及び熱硬化性の発泡製品を簡単且つ迅
速に製造することのできる方法を提供する。本発明の方
法を用いること〔こよって従来技術の殆んどが必要とし
ていた工程数を削減し、型或はその他整形手段で通常必
要とされる高い圧力を不要なものとし、熱硬化性物質及
び熱可塑性物質を発泡させるのに必要な時間を短縮する
ことができる。

強力ミキサ−（ｈｉｇｈ　１ｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｍ１ｘ
ｅｒ　）を用いることによって、非常に短いサイクルタ
イムでプラスチックコンパウンドと発泡剤を混合・溶融
させ、その後直ちに、従来よりも低い温度且つ低い圧力
にて型或は他の整形手段の中で成形することができるこ
とが判った。

本発明は粒状の熱可塑性樹脂がら、熱可塑性の発泡成形
品を製造する方法を提供するものであって、熱可塑性粒
状物質及び発泡剤から構成される粒状組成物を強く混合
し、熱運動にて加熱し、発泡剤のトリガー温度でガスを
発生してフオームを製造し、混合及び加熱は密閉された
混合室の中で粒状組成物を混合することによって行なわ
れ、該混合室には複数のブレードがアームに取り付けら
れ、該アームはブレードの先端で約１８メ一トル／秒以
上の速度でチャンバー内の軸の周りを回転しており、密
閉された容器の中で粒状組成物を混合し続けて粒状組成
物を発泡剤のトリが温度以上の混合温度まで加熱し、混
合温度にて粒状組成物は充分に溶融し、溶融した組成物
は発泡剤から発生するガスを含有することのできる粘度
を備えており、溶融した組成物が混合温度に達し且つ発
泡剤がフメームを製造し始める時に前記混合室から溶融
組成物を排出し、排出された溶融組成物を型に供給し、
型の中に組成物を閉じ込め、組成物を発泡させながら組
成物の成形を行ない、型の中でプラスチック成形品を形
成する工程から構成されている。

本発明の他の実施例に於て、コンパウンドと発泡剤を同
時に混合室の中に供給しているが、コンパウンドの混合
開始後にコンパウンドを混合室に加えても可い。プラス
チックコンパウンドが硬質若しくは軟質のポリ塩化ビニ
ル又は低密度のポリエチレン樹脂である場合、望ましい
発泡剤としてアゾジカルボンアミド、又はパラ、パラ−
オキシビス（ベンゼンスルフォニルヒドラジド）が挙ケ
られる。混合室内のブレード先端速度は約３１−３８メ
一トル／秒の範囲内が望ましく、設定温度は約１９０−
２４０℃の範囲内が望ましい。この望ましい範囲内で製
造されたバッチは約７−２０秒で設定温度に達する。他
の実施例に於て、成形手段には型成形手段、整形手段、
押出し成形機、約５５０．２２００キロパスカルの範Ｉ
Ｍ内の圧力にて作動するプレス機が含まれており、組成
物が型の中に閉じ込められている時間は約５分間以下で
ある。

強力ミキサーは熱可塑性材料及び熱硬化性材付を溶融さ
せるのに用いることができる。強力ミキサーの１つは１
９６６年８月１６日、グーセル氏等に対して発行された
米国特許第３，２６６，７３８号に開示されている。こ
の特許は今日、商標名ドレイスーゲリマット（Ｄｒａｉ
ｓ　−Ｑｅｌ　ｉｍａｔ　）ニテ市販さレテいる強力ミ
キサーにつぃて記載されている。このミキサーは複数の
ブレードを備えており、該ブレードは密閉された容器の
中Ｔ軸の周りを回転する。

１９８０年１０月２８日、クロッカー氏等に発行された
米国特許第４，２３０，６１５号には、ミキサ一温度と
は別個に強力ミキサー内のバッチ温度をモニターし、バ
ッチが最終的な設定温度に達するとミキサーからバッチ
を排出する装置が開示されている。この特許の第５欄第
３４行目に於て、混合機の中で発泡があまり早く起こら
ない様に混合工程の終りに発泡剤を加えること、そして
、バッチ温度が発泡温度より直ぐ下の温度でバッチを排
出することについて記載されている。然し乍ら本発明に
あっては、発泡剤の添加は必ずしも混合工程の　ヤ（ハ
　ア　ネ　ス　、久享免硅　１寸　汁　ビ　泪Ａ　Ｔ　
臼小　含ｎ　−１＋ｒ　箒加しても可いことが判った。

更に本発明にあっては、熱可塑性樹脂の粒体と発泡剤と
のバッチをガスか発生するトリガー温度以上の温度まで
加熱している。

混合量を制御するもう１つの方法が１９７９年３月６日
、クロッカー氏に発行された米国特許第４．１４２，８
０４号に開示されている。この特許は、強力ミキサーで
生じるバッチ溶融物の状態をミキサー内の振動をモニタ
ーすることによって制御し、振動が所定の溶融状態を示
す設定値に達するとミキサーからバッチを排出する方法
について開示している。

一連のテストに於て、熱硬化性フンパウンド又は熱可塑
性コンパウンドのバッチ（ｂａｔｃｈ　）を発泡剤と共
に強力ミキサーの中で加工した。ミキサーはドレイス　
ゲリマットの強力ミキサーを用い、ブレードの先端速度
が１８メ一トル／秒以上であった。発泡剤の添加はコン
パウンドと同時に行なう場合と、ゲリマットミキサーの
スクリューコンベヤーによってコンパウンドを混合室内
部に送り込み、混合工程が開始してからスクリュ−コン
ベヤーを介して発泡剤を加えていく場合とがある。ミキ
サー内に供給される／＜ツチの重量は、必要とされるバ
ッチのサイズに応じて１００グラムから３００グラムの
変動はあったが、ミキサー内での総時間は３０秒を超え
なかった。

第１図に本発明の方法に好適な装置の略図を示している
。強力ミキサ−（１０）は米国特許第３，２６６，７８
８号に開示されており、該ミキサーは密閉された混合室
（１１）を備え、該混合室にはシャフト（ｌａのアーム
（１３）に取り付けられて回転するブレード（１りを配
備する。バッチは人口ポー）　ｆ１５）から装入され、
スクリューコンベヤー（１６）によって混合室（１１）
へ送り込まれる。バッチが所定の温度に達すると、油圧
シリンダー（１７）が作動して排出フラ・ンプ（１８１
が聞き、材料はファンネル（１９）から直接に型処の中
に落とされる。

型（２０）をミ￥サー下方から移動させ、型処の上にふ
た（２１）を被せ、材料を型の中に閉じ込める。

望ましい実施例に於て、ミキサーの中でのノ望・ンチ温
度はバッチからの赤外線放射を測定することによってめ
た。これは米国特許第４，２３０，６１５号に開示され
た装置及び方法に基づくものであって、ミキサー及びミ
キサーブレードの温度とは別個にバッチ温度を測定した
。バッチ温度を設定する目的はバッチの排出時を制御す
ることにある。

バッチ温度は強力ミキサーから排出されたプラスチック
コンパウンドが溶け、粘性状態となって型或はその他整
形手段に送り込まれ、最終製品に成形することのできる
温度が選択される。バッチの排出温度は発泡剤のトリガ
ー温度よりも高いため、ミキサーからバッチを排出する
前にミキサーの中では既に発泡し或は発泡剤からガスが
発生し始めている。然し乍ら、ミキサーから排出するま
での時間は短いため、発泡の進行度は大きくはない。

発泡剤がトリガー温度に達するとミキサー内では既に発
泡が始まり、バッチは充分な粘性を有しているため発泡
剤から発生するガスを含むことができる。それ故、バッ
チをミキサーから排出するや、過度に遅れることなく速
やかに型の中に入れ、品を冷却する。トリガー温度は充
分高くしておき溶融したコンパウンドが発生ガスを含む
ことのできる粘性状態に達するのと略同時或はその後に
、ガスが発泡剤から発生し始めるようにしなければなら
ない。トリガー温度が低すぎると、発生したガスは大気
中に分散しコンパウンドの中に含めることができない。

ミキサーから排出されたバッチは、型・押出し成形機或
は他の整形手段に供することができる。作られるべき発
泡製品がプレート或はシートである場合、２つの平坦な
表面の間に溶けたバッチを置き圧縮する。平坦な表面間
の圧力は２２００キロパスカルを超える必要はなく、又
、プレスを加熱しなくとも、溶融材料の温度が高いため
、そのまま発泡し続けることができる。

その後発泡し続けることによって材料は型の中を満たし
硬化を始める。材料は加熱しない型の中で発泡し、外部
からの熱を一切必要としないから、成形される利ネ：１
の肉厚にどんな制限もない。熱は溶融材料の内部から供
給され、外部表面からは供形することができる。型或は
他の整形装置の外部表面を予熱し、材料か２つの外部表
面に接した時に材料が冷えすぎないようにすることもて
きる。

発泡は化学発泡剤の分解によって行なわれ、化学反応が
行なわれている間ガスを放出するものであるから、発泡
成形に寄与し得るガスの損失を抑えるために、発泡中の
バッチの排出と整形装置への発泡中のバッチ供給を数十
分の１秒以内で厳密に制御している。

二種類の発泡剤を用い、本発明に係る方法の実験を行な
った。１つは商標名、ｐｉｃｅｌ　−ＡＣ／　４で販売
されているアゾジカルボンアミド（ａｚｏｄｉｃａｒｂ
ｏｎ　−ａｍｉｄｅ　）で、トリガー温度の範囲は１９
０乃至２２０℃である。このトリガー温度は、軟質ＰＶ
Ｃコンパウンド中にしばしば存在する金属塩の安定剤に
よって１７０℃まで下げることができる。

第２の発泡剤は商標名、Ｃｅｌｏｇｅｎ　ＯＴにて販売
されているパラ、パラ−オキシビス（ｐａｒａ　−ｏｘ
ｙｂｉｓ）（ベンゼンスルフォニルヒドラジド） （ｂｅｎｚｅｎｅｓｕｌ　ｆｏｎｙｌｈｙｄｒａｚｉｄ
ｅ　）である。コノ発泡剤のトリガー温度は１３０乃至
１６０℃の範囲内であり、最も効率のよいトリガー温度
は１５０℃以−１−であった。この発泡剤はｐ−ｖ　ｃ
及び低密度ポリエチレンの射出成形及び圧縮成形用とし
て好適である。これは非気泡性の薄い或は厚いスキンを
有する気泡構造を得るのに特に有用である。

テストで使用したコンパウンドは、発泡剤Ｆｉｃｅｌ　
−ＡＣ／４を０．５ｆＤ含有した商標名ＣＴＲ−１２Ｄ
の硬質ＰＶＣ粉末、ＣＧＰ−１１００と呼ばれ薄膜製造
に用いられる硬質ＰｖＣコンパウンド、枚用硬質ビニル
コンパウンドであるＢＰＶＳ、及び管用硬質ｐｖｃコン
パウンドであった。なお管用硬質ＰｖＣコンパウンドは
３６６レジンを３００部、ＴＭ６９２を１．８部、ＣＡ
ＳＴ６を１．２部、Ｋ１．２５を３．０部及ヒアトマイ
ト（Ａｔｏｍｉ　ｔｅ　）を６０部の割合で含有してい
る。もう１つのプラスチックコンパウンドは、Ｒ７２０
３Ａとして知られる可塑性のｐｖｃ製品であった。コー
ド番号ＥＸＰＹ　１３４−１７５の低密度ポリエチレン
はメルトインデックスが４．４であり、これも又発泡成
形した。

実施例１ 第１表にも示しているが、ＣＴＲ−１２Ｄで示された硬
質ＰｖＣコンパウンド３００グラムを強力ミキサーの中
で加・工した。発泡剤はコンパウンド中に０５重量％存
在していた。強力ミキサーのブレード先端速度は３８メ
一トル／秒であり、ミキサーには冷却機構を装備してい
ない。この第１の予ｖ１ｕテストに於て、必すしも最適
の量である必要はないのだがコンパウンドをミキサーに
加えた時、発泡剤は既にコンパウンドと前混合されてお
り、排出温度は２１５℃であった。ミキサーから排出後
、約１８０℃の温度及び２２００キロパスカルの圧力に
てバッチの約２分の１をプレスの中で成形した。得られ
た発泡製品の比重は１２９であり、未発泡製品の比重１
．３５と比較すると、幾分発泡したことが示されている
。第２のテストでは、ミキサー内のバッチ温度が２２０
℃に達した後、３ｏＯグラムのコンパウンドに発泡剤を
更に１．５グラム添加した。排出温度は２４０℃であり
、成形後の製品は比重が１よりも小さく水の中で浮かん
だ。

実施例２ ＣＧＰ−１１００のコンパウンドにＦｉｃｅｌ　ＡＣ／
４の発泡剤を加えて発泡成形した製品の比重は約０．７
であった。発泡剤は重量％にてコンパウンドの０３−１
．２％添加した。他の実施例に於て、カーボンブラック
及び二酸化チタンをコンパウンドに加えたか、発泡特性
に影響はなかった。プレス機の圧力が５５０キロパスカ
ルのとき、得られた発泡製品は満足すべきものであった
。特に簡便な方法にて行なった１つのテストｌこ於て、
１７０グラムのコンパウンドに１グラムの発泡剤を加え
、少しだケ予’ＡＨ加熱したシ□ユーンールモールド（
５ｈｏｅ　ｓｏｌｅｍｏｌｄ）の中で成形し１より小さ
い密度を得た。

なお、圧力は型のふた板の上に１人の人間を単に立たせ
ておくだけ−だった。型を少し予熱しておいたが、これ
は可成り重い金属製型の熱降下による影響を排除する上
で必要であった。

発泡成形した硬質ｐｖｃコノ材料最も普通の木材の加工
及び接合技術によって都合良く加工ができた。該材料は
ドリルで穴を明け、鋸でひき、平削りし、紙やすりで磨
き、ルータ（ｒｏｕｔｅｒ）で加工し、又、その他の方
へ法で整形することができる。

コノ材料は又、一体保持性（ｒｅｔｅｎｔｒｏｎ　ｏｆ
ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　）にすぐれることを示しており、
これは大きなネジ及び小さなネジを保持強度を損うこと
なく何度も再設定できることから明白である。

実施例３ ビニル板用の硬質のｐｖｃコノ材料強い混合サイクルを
開始して１２秒後に０６％の発泡剤を加えて充分発泡さ
せた。発泡したシートの比重を測定すると１．１７であ
り、これは発泡剤を加えない溶融材料の比重か１．４９
であることから、著しく比重が低下したことを示してい
る。

実施例４ 管用の硬質ｐｖｃコンパウンドを、表に示す条件にて充
分発泡させた。未発泡のコンパウンドの比重が１．３８
であるのに対し、発泡コンパウンドの比重は１．０以■
であった。

実施例５ 軟ｒｔのＰＶＣコンパウンドの比重は未発泡の状態で１
．２１であり、約５５０キロパスカルの圧力ｌとて発泡
させると比重は０７１３であった。

実施例６ 先に用いた発泡剤よりもトリガー温度の低い発泡剤Ｃｅ
ｌｏｇｅｎ　ＱＴを用いてポリエチレンを発泡させた。

この発泡体の比重は０．６５であり、同じフンパウンド
を発泡剤を加えずに同じ条件で強力ミキサーで加工した
製品の比重は０．９０であった。

本発明の方法はバッチがある温度に達した時、バッチを
強力ミキサーから排出することのできる手段によって正
確な温度制御が行なわれ、コンパウンドが板金溶融状態
或はそれに近い状態にあっても、そのｌｊ’：（度にて
発泡剤は発泡を開始するのである。バッチがその排出温
度に達する直前に発泡剤を加えると、強力ミキサーの中
では最小の発泡（１１にとどまり、加熱されたバッチが
排出されると直ちに大部分が発泡し、所定の形状に成形
される。

本発明の発泡工程は他の公知の方法に応用し、種々の整
形手段に供給することもできるが、この場合、更に加熱
工程を追加しその一加熱工程に於て発′泡させる必要か
ある。

特許請求の範囲に限定された本発明の範囲から逸脱する
ことなく、ここに規定された方法に種々の変更を成すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の実施に好適な強力ミキサー及び
型の断面図である。 （１０）・・・強力ミキサ−＋１１）・・・混合室（１
２１・・・ブレード　ｔ１３＋・・・アーム（１４）・
・・シャフト　（１５）・・・入口ポート（１８）・・
・排出フラップ　（２０＋・・・型（２１＋・・・ふた

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■粒状の熱可塑性樹脂から熱可塑性の発泡成形品を製造
   する方法であって、 粒状の熱可塑性樹脂と発泡剤から成る粒状の組成物を強
   く混合し熱運動によって加熱し、該発泡剤のトリガー温
   度にてガスが発生してフオームを製造し、混合及び加熱
   は密閉された混合室の中で粒状組成物を混合することに
   よって行なわれ、該混合室には複数のブレードがアーム
   に取り付けられ、該アームはブレードの先端で約１８メ
   一トル／秒以上の速度で回転しており、−前記密閉され
   た容器の中で粒状組成物を混合し続け、粒状組成物が発
   泡剤のトリガー温度以上の混合温度になるまで加熱し、
   該混合温度にて粒状組成物は充分溶融し、溶融した組成
   物は発泡剤が発生するガスを含有するのに充分な粘度を
   有しており、 溶融した組成物が混合温度に達し、発泡剤がフオームを
   製造し始めると、溶融した組成物を前記混合室から排出
   し、 排出された溶融組成物を型に供給し、該型の中に組成物
   を閉じ込め、組成物を発泡させながら成形し、型の中で
   発泡プラスチックの成形品を形成する、 工程から成ることを特徴とする発泡プラスチック製品の
   製造方法。 ■　発泡剤と粒状樹脂は混合室の中に同時に装入される
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ■　発泡剤は組成物の中に約０．５−、１．２重量％存
   在している特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ■　粒状樹脂はポリ塩化ビニル及び低密度ポリエチレン
   から成る群から選択される樹脂である特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 ■　ブレード先端速度は約３１−３８メ一トル／秒であ
   る特許請求の範囲第４項に記載の方法。 ■　発泡剤はアゾジカルボンアミド及びパラ−オキシビ
   ス（ベンゼンスルフォニルヒドラジド）から成る群から
   選択される特許請求の範囲第４項に記載の方法。 ■　混合温度は約１９０−２４０℃である特許請求の範
   囲第５項に記載の方法。 ■　混合・加熱は約７−２０秒間行なわれる特許請求の
   範囲第７項に記載の方法。 ■　組成物は５５０−２２００キロパスカルの圧力が加
   えられた型の中に閉じ込められる特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。 ［相］　組成物は前記圧力下にて最長５分間型の中に閉
   じ込められる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ■　発泡剤は、粒状樹脂を装入した後に混合室の中に装
   入される特許請求の範囲第１項に記載の方法。