JPS6146009B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は熱可塑性樹脂の発泡粒子の製造法に関
する。 発泡性熱可塑性樹脂粒子を発泡する方法には、
ビーズを発泡槽内に連続的に投入し、スチーム等
の加熱媒体と接触させながら発泡膨張させて他方
から取出すいわゆる連続発泡方法と発泡槽内に一
定量の熱可塑性樹脂粒子を間歇的に投入し、発泡
膨張した後これを取出す、いわゆる回分式の方法
がある。さらに回分式の方法には発泡槽開放状態
にして大気圧下で粒子と熱媒体を接触させて発泡
するいわゆる常圧発泡と大気圧より高い圧力下で
粒子と熱媒体を接触させるいわゆる加圧発泡方法
とがある。 本発明は回分式の発泡方法に関するものである
が特に加圧発泡の方法において顕著な効果を示
す、新規な方法に関するものである。 回分式の予備発泡方法は連続式に比し、得られ
る発泡粒子の発泡ムラが少なく、均質な製品とな
ること及び密度の異なる多種の発泡ビーズの製造
に迅速に対応できる等の利点を有している。特に
近年の自動制御機器の発達によりこの利点は顕著
となつている。 従来、回分式の発泡には、一定の発泡度を得る
ために粒子が体積を膨張して粒子層上面が、槽内
を上昇してある位置に到達するのを検知して加熱
を停止する方式か、加熱条件を一定にしながら所
望の発泡度となる加熱時間を試行錯誤的に選択し
て決定して行なう方式がある。発泡粒子層の上面
を検知する方式では、検知器が作動して、加熱を
停止してもあるいは一定時間で加熱を停止しても
余熱で、設定値以上に発泡してしまうのであり、
発泡を速めるほどこの傾向を助長するのである。
そこで通常は発泡加熱の条件を緩やかにして、つ
まり生産性を犠性にせざるを得ないのである。こ
れを解決する試みとして、検出器を２ケ設置して
下方のそれに発泡粒子層上面が接するまでは、強
い条件で加熱し、ここで、加熱条件を緩和する方
式が提案されているが十分なものとは言い難いの
である。すなわち下側の検知器と上側の検知器と
の間隔、下側の検知器が作動してから上側それが
作動するまでの加熱条件は、発泡する粒子の発泡
特性により、それぞれ最適値が異なりこれにその
都度、対応することは実際上困難が多かつたので
ある。 加熱時間を決定して行なう方法も同様に、その
時の発泡性樹脂粒子の発泡能力、余熱の処理の仕
方により、設定値の発泡度の発泡粒子を得るため
に問題点がある。 本発明は、このような問題点を解決するもので
あり、発泡性熱可塑性樹脂粒子の発泡時の特異な
挙動に着目し、この知見を応用したものである。 すなわち、本発明は、発泡性熱可塑性樹脂粒子
を主にスチームを加熱媒体として回分式発泡槽内
で発泡させて、熱可塑性樹脂の発泡粒子を製造す
る方法において、発泡開始後、発泡槽内に、ポリ
スチレン膜に対するガス透過性が同一条件で測定
したときスチームを１とした場合に1/10以下の気
体で常温以上で100℃以下のものを発泡槽内圧が
０〜0.4Kgｆ／cm²（ゲージ圧）になるように導入
して、発泡度が所定値に達したときに発泡を停止
させることを特徴とする熱可塑性樹脂の発泡粒子
の製造法に関する。 本発明は、発泡性熱可塑性樹脂粒子の発泡時
に、粒子周辺に空気等のガス体が存在すると発泡
が阻外されるという、本発明者らの研究による知
見に基づくものであり、発泡性熱可塑性樹脂粒子
の発泡時にガス体を導入することにより、瞬時に
発泡を停止させることができ、これにより余熱、
発泡剤量などの影響により、瞬時の発泡停止の困
難さ、発泡停止時の発泡度のばらつきなどの問題
が解決できるものである。 ここで、本発明のガス体とは、ポリスチレン膜
に関するガスの透過性が、同一条件で測定したと
きスチームを１とした場合に、1/10以下の気体で
あるが、好ましくは1/50以下の気体であり、好ま
しくは空気、窒素ガス（1/4100）、酸素ガス（1/1
０８０）、炭酸ガス（1/135）、ブタン、プロパン、メ
タン等である。なお、かつこ内は25〜30℃におけ
るスチームの透過性を１としたときの各気体の透
過性を意味す。 発泡槽内に吹込む本発明のガス体の量は、発泡
槽内に投入された発泡性熱可塑性樹脂粒子中に含
まれている発泡剤の総量（体積基準）が発泡温度
（約100℃）に加熱されたときの容積より多くなる
ようにするのが好ましく、実際は、発泡時に発泡
剤の逸散があるので、上記容積の60〜70％でも充
分である。このガス体は常温以上100℃以下で、
発泡槽内のスチームの凝縮を防止するには40〜
100℃が好ましい。なお、上記本発明のガス体は
加熱されていても発泡停止の効果がある。 なお、本発明のガス体の発泡槽内への導入は、
発泡性熱可塑性樹脂粒子の発泡度が設定値になつ
た時点でおこなうのが好ましい。本発明のガス体
の導入により、発泡は瞬時に停止することができ
るので、このようにすることにより、発泡度の設
定値で正確に発泡を停止させることができ、した
がつて、ロツト毎のばらつきが少なく、再現性が
優れる。このようなことが従来法に比べて、より
容易に、しかも簡単にできる。 発泡性熱可塑性樹脂粒子の発泡度が、設定値に
なつたことの確認は、発泡槽内の上記粒子層の上
面が所定の高さに達したことを目視または検知器
により感知する方法、主にスチームからなる加熱
媒体による加熱時間を一定にし、この時間を確認
する方法などがある。どのような方法を用いても
本発明のガス体の導入により、発泡を瞬時に停止
できるが、所定の発泡度に正確に発泡させる方法
としては、上記粒子層の上面が所定の高さに達し
たことを確認する方法が最も好ましい。このよう
な発泡度の所定値は、発泡度のぶれが許される範
囲で、例えば所定値の３％以内で変動しても、ま
たさせてもよく、これは、本発明の実施時におい
て任意である。 発泡度が設定値に達したことを検知器で確認す
る場合、この確認を電気的または機械的に信号化
し、本発明のガス体の吹込みを連動させるのが好
ましい。 ガス体の吹込みは、本来、スチーム加熱とは独
立ですなわち、スチームが存在しても本発明のガ
ス体が粒子周辺に存在すると発泡抑制効果がある
が、本発明のガス体の導入と同時またはその前
に、スチームの吹込みを停止するのが好ましい。 また、加圧式の発泡槽では、発泡が所定値に到
達した時に槽内残余のスチームをできるだけ速や
かに放出するのが好ましい。 発泡の停止を最も効果的に行なうには、スチー
ムの放出と同時に放出されるスチーム量とほぼ同
量かそれ以上の本発明のガス体を吹込み、発泡槽
内部の圧力を常圧より高い状態に維持しながら内
部のスチームと本発明ガス体で置換して行くのが
よい。 本発明のガス体の導入は、例えば、２〜10秒以
内で発泡槽の圧力が、０〜0.4Kgｆ／cm²（ゲージ
圧）とされる。 本発明における発泡性熱可塑性樹脂粒子とは、
ポリスチレン、スチレンとスチレン誘導体、アク
リル単量体等との共重合体（ここでスチレン誘導
体としては、α−メチルスチレン、クロロスチレ
ン、ビニルトルエン等があり、アクリル単量体と
しては、アクリル酸アルキルエステル、アクリロ
ニトリル等がある。）ポリエチレン、ポリプロピ
レン等のポリオレフイン、これらの重合体の混練
混合物などの粒子であつて、内部にペンタン、ヘ
キサン、フレオン、ブタン、プロパン等の易揮発
性液体または常温常圧下で気体状の物質を含有し
ているものである。 これらの粒子の製法は問わない、又粒子の大き
さも特に制限はない。 加熱媒体はスチームのみであるかスチームと同
時に加熱ガス（空気、窒素等）を含んでいてもよ
い。 上記したように本発明は、基材内部にスチーム
より透過性の小さいガスまたはガス化し易い物
（発泡剤）を含有する粒子に対して加熱媒体とし
ての他、発泡粒子の隔壁を急速に通過、浸透して
粒子の内部圧を高め膨張剤としても作用するスチ
ームと発泡粒子の外部に存在する粒子隔壁に対す
る透過性の極めて小さいガス体との特異な相互作
用を応用したものであり、この意味で、加熱媒体
はスチームが支配的であることが好ましい。具体
的には他の加熱媒体ガスは、発泡槽内のガス分圧
が槽内圧の略1/3以下であることが好ましい。 スチームで発泡剤を含有する熱可塑性樹脂粒子
を加熱し発泡、膨張させる際、得られる粒子の発
泡度は共存する空気（ガス体）の多少によつても
影響される。すなわち、加熱媒体としてスチーム
以外のガスの存在は発泡を抑制し、遅延させる。
それ故、スチーム以外に他のガス体を共存させ
て、熱可塑性樹脂を発泡せることは本発明の実施
において本質的な阻害要因ではないが発泡速度を
減じることになる。ゆえに、本発明において、加
熱媒体はスチームのみを用いるのが好ましく、特
に発泡槽内で加圧下（大気圧より高い状態）でス
チームを吹込むと発泡速度が速くなり好ましい。
この場合でも、発泡度が所定値に達したとき、発
泡槽内に速やかにガス体を導入すれば発泡を瞬間
的に停止させることができる。 回分式発泡とは、発泡槽内に一定量の粒子を投
入し加熱して、槽内で粒子が発泡して体積を増し
て一定値になつたときに発泡粒子を槽外に排出す
るという操作をくり返す方式である。 発泡槽の形状は特に制限ないが、最高発泡粒子
層の上面より下方、例えば、発泡槽側面、槽内の
撹拌翼、邪魔棒、発泡槽底面等発泡槽内の少なく
とも１ケ所、好ましくは数ケ所に本発明のガス体
の噴出孔を設ける必要がある。このガス体の噴出
孔は、槽内に吹き込まれた本発明のガス体ができ
るだけ発泡粒子層全域に均一に充満するような配
置が好ましい。このガス体の噴出孔は、スチーム
のそれと同じものを用いてもよいが、別系統で設
けるのが好ましい。特に発泡槽底部に設ける噴出
孔はスチームのそれとの共用を避けた方がよい。
本発明のガス体をできる限り速やかに槽内に吹込
むためとスチーム管路の凝縮水を槽内に吹込まな
いためである。 本発明のガス体は、熱可塑性樹脂の発泡体の透
過速度がスチームに比べて小さく、このようなガ
ス体が、発泡槽内に吹き込まれ、所定値の発泡度
の粒子を包むことにより発泡粒子内のスチーム以
外のガス体（通常は気化状態の発泡剤）と同等以
上の分圧を形成し、その結果、発泡粒子内の全圧
と粒子周囲の気体の圧力差をなくしそれ以上の発
泡、膨張を抑止するものと考えられる。 本発明のガス体の発泡槽内への吹込は、粒子の
発泡度が所定値に到達したとき、又は到達する直
前に行なう。発泡度の所望値は、発泡粒子層の上
面の位置を感知するか、加熱時間を一定にする方
式で検出、観認される。この方式は公知のいかな
る種類のものでもよい。生産性を上げるには、発
泡粒子層の上面が一定高さに達したことを検出し
て、この信号を基に本発明のガス体の吹込を連動
させるのがよい。本発明のガス体の吹込みは本
来、スチーム加熱とは独立で、それ自身発泡抑制
効果を生むものであるが、より速やかに適格に発
泡を制御するには、加熱スチームは本発明のガス
体の吹込と同時又は吹込の直前に吹込を停止させ
るのがよい。また加圧式の発泡機では、発泡が所
定値に到達した時に槽内残余のスチームをできる
だけ速やかに放出した方がよい。しかし、発泡の
抑制をより効果的に、かつ迅速に行なうにはスチ
ームの放出と同時に放出されるスチーム量とほぼ
同量かわずかながら多い量のガス体を吹込むのが
よい。つまり、発泡槽内部の圧力を常圧より高い
状態に維持しながら内部のスチームを本発明のガ
ス体で置換して行くのである。 本発明のガス体を吹込む時間及び量は発泡しよ
うとする熱可塑性樹脂粒子の種類（組成、粒子径
等）の他、得ようとする発泡度により最適値を選
んだ方がよいが一般的には非常にわずかの時間、
量で十分である。このガス体の吹込操作が強過ぎ
ると発泡膨張の抑止作用が行き過ぎて、収縮を生
じることがあり、弱過ぎては、当然、本発明の発
泡度の迅速適格の制御の効果が発揮できない。具
体的には30Kg／m³〜10Kg／m³程度の発泡粒子を得
ようとする場合でいえば２秒〜50秒、槽内の圧力
は０〜0.4Kgｆ／cm²の範囲で調節される。 本発明を図面を用いて示す。 第１図は、本発明のために使用できる発泡装置
の一例を示す模式図である。 発泡槽１に撹拌翼２、該撹拌翼２が取りつけら
れる軸３、該軸３を回転させる動力４、さらに、
邪魔棒５が備えつけられる。加圧発泡する場合、
発泡槽１は密閉できる耐圧構造である必要があ
る。予め計量された発泡性熱可塑性樹脂粒子がホ
ツパー６から発泡槽内に導入される。ホツパー６
の下部に投入器弁７が設けられ、粒子の投入後に
閉じられる。ついで、スチーム弁８が開かれ、ス
チーム吹込器９から発泡槽１内にスチームが吹き
込まれる。スチーム吹込の初期は排気弁１０は開
かれたままで操作し、発泡槽１内の空気を排出す
る。一定時間（通常10〜60秒程度）後、排気弁１
０は閉じられる。この排気弁１０はこの時完全に
閉じないで、誤操作などによる減圧によつて発泡
槽１が変形するのを防ぎ、発泡槽内の残余空気お
よび粒子から逸散するガス（発泡剤）を完全に排
出できるように、わずか開いた状態にしておくこ
とができる。 スチーム吹込みにより、発泡槽１内の粒子は発
泡膨張し、粒子層の上面が上昇する。この間に加
圧発泡する場合は、発泡槽１内の圧力を圧力計１
８で検出し、必要に応じて手動でまたは制御器１
１を経て、スチーム弁８の開閉度を調整する。発
泡度が所定値まで達したことは、レベル検出器１
２が発泡粒子層の上面を検知して行なうようにな
つている。この信号を制御器１１に送り、回路弁
１３を開放し、本発明のガス体（例えば圧縮空気
など）をガス体吹込孔１４および邪魔棒に設けら
れた吹込孔１５より、発泡槽１内に速やかに導入
する。これと同時に排気弁１０が全開するように
制御され、発泡槽内から初めはスチーム続いてス
チームとガス体の混合気体が排出され、スチーム
が完全に排気される。なお、ガス体吹込孔１４に
は、熱交換器を取りつけ、本発明のガス体を加熱
して発泡槽１内に吹込むようにするのが好まし
い。一定時間、ガス体を吹込んだ後、回路弁１３
が閉じられ発泡粒子排出弁１６が開いて、発泡粒
子が受器１７に落下、収容される。発泡粒子が排
出されたのち、発泡粒子排出弁１６が閉じられ、
以下、上記の操作がくり返される。 次に本発明の実施例を示す。 実施例 １ 発泡槽の大きさ直径110cm、高さ150cm、内容積
1400の第１図の様な構造の発泡装置を用いて発
泡実験を行なつた。実験に用いた発泡材料はブタ
ンを発泡剤とする粒子径２〜３mmの発泡性ポリス
チレンビーズ（ハイビーズLB、日立化成工業株
式会社商品名）である。 撹拌機を回転させながら７Kgｆ／cm²のスチーム
を減圧して２Kgｆ／cm²でスチーム弁８を介して吹
込み30秒間装置を予熱すると共に槽内空気をスチ
ームで置換した。次いで予め計量した発泡性ポリ
スチレンビーズ12Kgをホツパー６から発泡槽１内
に投入した。続いて速やかに投入器弁７を閉じ
て、再びスチーム弁８を開いてスチームを槽内に
吹き込んだ。20秒後、排気弁１０を閉じたとこ
ろ、槽内圧は上昇を始め約20秒後、予め設定して
ある0.30Kgｆ／cm²に達したところでスチーム弁８
を閉じ、圧力が0.20Kgｆ／cm²まで降下して再びス
チーム弁８が開いて、その後このような開閉を繰
り返し、槽内圧を0.20〜0.30Kgｆ／cm²の間を維持
した。 発泡開始後40秒で、発泡粒子層上面が60倍の発
泡度に相当する高さになつたことをレベル検出器
が感知すると同時に口径２インチの圧縮空気の回
路弁１３と口径４インチの排気弁１０を開いて槽
内のスチームを排出すると同時に熱交換器を内蔵
した50、６Kgｆ／cm²の空気溜を介してガス体吹
込口９から52℃に予熱された圧縮空気を吹き込ん
だ。この時、排気系統の口径が圧縮空気の吹込系
統のそれより大きくとつているため槽内圧は急激
に低下し、２〜３秒後にゲージ圧は０となつた。
この操作で発泡粒子層の上面の上昇が速やかに停
止するのが認められた。 圧縮空気の吹込み後８秒経つてから吹込みを止
め発泡粒子の排出弁１６を開いて発泡粒子を受器
１７に流入せしめた。 この発泡粒子を乾燥して1000mlとり、重さを秤
つたところ16.7ｇであり、目標値60倍に一致して
いることが判つた。 実施例 ２ 実施例１に準じて同様の実験を行なつた。ただ
し、発泡時、排気弁１０の弁開度を実施例１の約
1/4とし、圧縮空気系の弁開度は実施例１と同じ
で行なつた。発泡粒子層上面がレベル検知器に達
したときに吹き込む圧縮空気は４秒で停止したが
この間槽内圧は、スチームの吹込加熱時とほぼ同
じであつた。この方法は実施例１の場合より、よ
り短時間で発泡の停止効果があつた。 比較例 １ 実施例１と同じ装置、実験材料で発泡実験を行
なつた。ただし、発泡粒子層の上面がレベル検知
器に達した時の操作は、排気弁１０を開き、スチ
ーム吹込弁８を閉じ続いて発泡粒子の排出弁１６
を開いて、発泡粒子を取り出す工程とし、圧縮空
気の吹込みは行なわなかつた。 この方法で発泡した粒子を乾燥して発泡度を測
つたところ1000mlで14.9ｇであり、所定の60倍よ
り約12％高い67倍であつた。 実施例 ３ 実施例１と同じ装置だが、終始排気弁１０を開
放したまま発泡を行なつた。すなわち、実施例
１，２の加圧発泡と異なり大気開放下でのいわゆ
る常圧発泡である。 発泡開始から73秒で発泡粒子層上面がレベル検
知器に接し、ここで圧縮空気を吹き込んだ。その
他の操作は実施例１と同じで行なつた。発泡度は
所定値の60倍を正確に達成していた。 比較例 ２ 実施例３に倣い、大気開放下で発泡を行なつ
た。ただし、発泡粒子層上面がレベル検出器に達
した時はスチームの吹込を停止し続いて発泡粒子
排出弁を開く方法であり、圧縮空気の吹込は行な
わなかつた。その結果得られた発泡粒子は所定の
60倍より約10％高い66倍であつた。

【表】

【表】 第２図は、実施例１および３並びに比較例１お
よび２の発泡経過を示すグラフである。実施例１
および比較例１では、直線Ａのようになるが、実
施例１では、イ点で発泡が終了するのに対し、比
較例１ではさらに発泡をつづけ、ロ点で発泡を停
止した。また実施例３と比較例２では、最初は共
に直線Ｂのようになり、実施例３ではホ点で発泡
を停止したが比較例２ではさらに発泡をつづけ、
ニ点で発泡を停止した。 これにより明らかなように、本発明では、設定
値で正確に発泡を停止できるが、従来法では余熱
の影響などにより設定値で発泡を停止することが
できない。 以上より、本発明によれば発泡が瞬時に停止す
るので、設定値に正確に発泡させた熱可塑性樹脂
の発泡粒子が製造できる。また、発泡度について
再現性も優れたものである。さらに、発泡性熱可
塑性樹脂粒子の加熱媒体による加熱を加圧下によ
り行なうことにより発泡速度を速やくでき、よつ
て、生産性を高めることができ、この場合の上記
効果が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用できる発泡装置の一例を
示す模式図および第２図は、実施例１および３並
びに比較例１および２における発泡状態を示すグ
ラフである。 符号の説明、１……発泡槽、２……撹拌翼、３
……軸、４……動力、５……邪魔棒、６……ホツ
パー、７……投入器弁、８……スチーム弁、９…
…スチーム吹込器、１０……排気弁、１１……制
御器、１２……レベル検知器、１３……回路弁、
１４……ガス体吹込孔、１５……吹込孔、１６…
…排出弁、１７……受器、１８……圧力計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発泡性熱可塑性樹脂粒子を主にスチームを加
   熱媒体として回分式発泡槽内で発泡させて、熱可
   塑性樹脂の発泡粒子を製造する方法において、発
   泡開始後、発泡槽内に、ポリスチレン膜に対する
   ガス透過性が同一条件で測定したときスチームを
   １とした場合に1/10以下の気体で常温以上100℃
   以下のものを発泡槽内が０〜0.4Kgｆ／cm²（ゲー
   ジ圧）となるように導入して発泡度が所定値に達
   したときに発泡を停止させることを特徴とする熱
   可塑性樹脂の発泡粒子の製造法。 ２ 発泡槽内へのガス体の導入を、発泡性熱可塑
   性樹脂粒子が所定の発泡度に発泡したときに行な
   う特許請求の範囲第１項記載の熱可塑性樹脂の発
   泡粒子の製造法。 ３ ガス体を導入し、発泡槽内の圧力を大気圧よ
   り高くし、つづいて発泡槽内のスチームを急速に
   外部に放出する特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の熱可塑性樹脂の発泡粒子の製造法。 ４ 発泡性熱可塑性樹脂粒子の加熱媒体による発
   泡槽内での発泡を大気圧より高い状態で行なう特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の熱可塑性
   樹脂の発泡粒子の製造法。