CN102387902A - 发泡性热塑性树脂粒子的制造方法、热塑性树脂发泡粒子的制造方法及热塑性树脂发泡成形体的制造方法 - Google Patents

发泡性热塑性树脂粒子的制造方法、热塑性树脂发泡粒子的制造方法及热塑性树脂发泡成形体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供发泡性热塑性树脂粒子的制造方法、热塑性树脂发泡粒子的制造方法及热塑性树脂发泡成形体的制造方法。该发泡性热塑性树脂粒子的制造方法具有以下工序：向安装有造粒用模具的树脂供给装置供给热塑性树脂并使其熔融混炼，该造粒用模具至少包括具有树脂挤出面的模具主体；一边使上述热塑性树脂朝向上述造粒用模具移动，一边向上述热塑性树脂注入发泡剂而形成含发泡剂树脂；利用切刀对从开孔于上述模具主体的树脂挤出面的喷嘴挤出的上述含发泡剂树脂在冷却介质中进行切割，得到发泡性热塑性树脂粒子，一边进行温度控制而使得上述模具主体的温度在比含发泡剂树脂的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内，一边得到发泡性热塑性树脂粒子。

Description

发泡性热塑性树脂粒子的制造方法、热塑性树脂发泡粒子的制造方法及热塑性树脂发泡成形体的制造方法
技术领域
本发明涉及利用水中热切法制造发泡性热塑性树脂粒子的发泡性热塑性树脂粒子的制造方法、热塑性树脂发泡粒子的制造方法及热塑性树脂发泡成形体的制造方法。
本申请基于2009年2月9日在日本申请的日本特愿2009-027299号主张优先权，此处引用其内容。
背景技术
以往，作为利用水中热切法制造发泡性热塑性树脂粒子的发泡性热塑性树脂粒子的制造方法。例如存在专利文献1～3所公开的技术。
在专利文献1中公开一种制造分子量Mw大于170000g/摩尔的发泡苯乙烯聚合物的方法。该方法是将具有至少120℃的温度的含发泡剂的苯乙烯聚合物熔融物经由具有模具出口的孔径为1.5mm以下的孔的模板输送，接着使挤出物颗粒化的方法。
在专利文献2中公开有造粒用模具、造粒装置及使用其进行的发泡性热塑性树脂粒子的制造方法，该造粒用模具包括：树脂挤出面，其接触于水流地设置；多个喷嘴，其沿着上述树脂挤出面上的假想圆的圆周地配置，连通于挤出机的缸体而开口于上述树脂挤出面；绝热材料，其设置在树脂挤出面的配置有上述喷嘴的圆周内侧的部分；多个筒式加热器，其经过上述圆周的中心部而延伸到外侧地设置在树脂挤出面附近。
在专利文献3中公开一种热塑性树脂发泡性粒子的制造方法，该方法是向在挤出机内熔融的热塑性树脂中压入发泡剂，将含发泡剂的熔融树脂从设于挤出机前端的模具的许多个小孔直接挤出到冷却用液体中，在挤出的同时用高速旋转刀切割挤出物，并利用挤出物与液体的接触将挤出物冷却固化而得到发泡性粒子。该方法是以经过上述模具的小孔模唇部时的含发泡剂熔融树脂的剪切速度为12000sec-1～35000sec-1、且树脂的表观熔融粘度为100泊～700泊的方式进行挤出的制造方法。
专利文献1：日本特表2005-534733号公报
专利文献2：WO2008/102874
专利文献3：WO2005/028173
在利用水中热切法制造发泡性热塑性树脂粒子的情况下，将添加有发泡剂的熔融树脂从许多个喷嘴挤出到水中，之后立即切割上述熔融树脂而做成树脂粒子。但是，由于模具前端面与循环水接触，因此热量被带走。结果，从喷嘴挤出的树脂固化，喷嘴堵塞而容易降低树脂粒子的生产效率。因此，在以往技术中，一边通过适当控制模具内部的温度，来防止喷嘴的堵塞，一边制造发泡性热塑性树脂粒子。
在专利文献1中，在段落0021记载有“模板的温度优选处于比含发泡剂聚苯乙烯熔融物的温度高20℃～100℃的范围内”。另外，在段落0036的表2中记载有在制造发泡性聚苯乙烯颗粒的实施例2中，相对于熔融温度200℃，将模板温度设定成180℃～240℃(相对于熔融温度-20℃～+40℃)的制造例。
但是，即使像专利文献1所记载的那样，在将模板温度设定成比熔融树脂温度高20℃～100℃的条件下，尝试利用水中热切法连续生产发泡性热塑性树脂粒子，模具的小孔也会堵塞，无法连续生产小粒且粒径一致的发泡性热塑性树脂粒子。
在专利文献2中，在段落0053的表1中记载有在挤出树脂温度为170℃的情况下，将模具保持温度设定成270℃～280℃(相对于挤出树脂温度+100℃～+110℃)的制造例。
像专利文献2所记载的那样，在将模具保持温度设定成相对于挤出树脂温度+100℃～+110℃的情况下，能够利用水中热切法连续生产发泡性热塑性树脂粒子。但是，在得到的发泡性热塑性树脂粒子中混有较大的粒子，难以得到小粒且粒径一致的发泡性热塑性树脂粒子。
另外，利用上述制造例得到的发泡性热塑性树脂粒子在粒子内部存在许多空隙。由此，利用该发泡性热塑性树脂粒子在预备发泡之后进行模内发泡成形而制造发泡成形体的情况下，该制造出的发泡成形体的强度会降低。
在专利文献3中，设定为以经过模具的小孔模唇部时的含发泡剂熔融树脂的剪切速度为12000sec-1～35000sec-1、且树脂的表观熔融粘度为100泊～700泊的方式进行挤出。另外，在段落0027中记载有模具导入部的发泡性树脂的树脂温度被调整成比树脂的熔点高50℃～100℃。
但是，在专利文献3所述的上述条件下，即使尝试利用水中热切法连续生产发泡性热塑性树脂粒子，模具的小孔也会堵塞，无法连续生产小粒且粒径一致的发泡性热塑性树脂粒子。
发明内容
本发明即是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种在利用水中热切法制造发泡性热塑性树脂粒子的过程中能够连续生产小粒且粒径一致的发泡性热塑性树脂粒子的制造方法。
为了解决上述课题，本发明采用以下的方法。
本发明的发泡性热塑性树脂粒子的制造方法具有以下工序：向安装有造粒用模具的树脂供给装置供给热塑性树脂并使其熔融混炼，该造粒用模具至少包括具有树脂挤出面的模具主体；一边使上述热塑性树脂朝向上述造粒用模具移动，一边向上述热塑性树脂注入发泡剂而形成含发泡剂树脂；利用切刀对从开孔于上述模具主体的树脂挤出面的喷嘴挤出的上述含发泡剂树脂在冷却介质中进行切割，而得到发泡性热塑性树脂粒子。
在该发泡性热塑性树脂粒子的制造方法中，一边进行温度控制而使得上述模具主体的温度在比含发泡剂树脂的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内，一边得到发泡性热塑性树脂粒子。
本发明的热塑性树脂发泡粒子的制造方法具有以下工序：向安装有造粒用模具的树脂供给装置供给热塑性树脂并使其熔融混炼，该造粒用模具至少包括具有树脂挤出面的模具主体；一边使上述热塑性树脂朝向上述造粒用模具移动，一边向上述热塑性树脂注入发泡剂而形成含发泡剂树脂；利用切刀对从开孔于上述模具主体的树脂挤出面的喷嘴挤出的上述含发泡剂树脂在冷却介质中进行切割，而得到发泡性热塑性树脂粒子；对上述发泡性热塑性树脂粒子进行预备发泡，而得到热塑性树脂发泡粒子。
在该热塑性树脂发泡粒子的制造方法中，一边进行温度控制而使得上述模具主体的温度在比含发泡剂树脂的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内，一边得到发泡性热塑性树脂粒子。
本发明的热塑性树脂发泡成形体的制造方法具有以下工序：向安装有造粒用模具的树脂供给装置供给热塑性树脂并使其熔融混炼，该造粒用模具至少包括具有树脂挤出面的模具主体；一边使上述热塑性树脂朝向上述造粒用模具移动，一边向上述热塑性树脂注入发泡剂而形成含发泡剂树脂；利用切刀对从开孔于上述模具主体的树脂挤出面的喷嘴挤出的上述含发泡剂树脂在冷却介质中进行切割，而得到发泡性热塑性树脂粒子；对上述发泡性热塑性树脂粒子进行预备发泡，而得到热塑性树脂发泡粒子；对上述热塑性树脂发泡粒子进行模内发泡成形，而得到热塑性树脂发泡成形体。
提供一种热塑性树脂发泡成形体的制造方法，其特征在于，在该热塑性树脂发泡成形体的制造方法中，一边进行温度控制而使得上述模具主体的温度在比含发泡剂树脂的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内，一边得到发泡性热塑性树脂粒子。
在本发明中，在利用水中热切法制造发泡性热塑性树脂粒子的过程中，进行温度控制而使得上述模具主体的温度在比含发泡剂树脂的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内，而得到发泡性热塑性树脂粒子。结果，能够连续生产小粒且粒径一致的发泡性热塑性树脂粒子。
并且，利用本发明得到的发泡性热塑性树脂粒子的粒子内部空隙较少。因此，在对得到的发泡性热塑性树脂粒子进行模内发泡成形来制造发泡成形体的情况下，能够提高该发泡成形体的机械强度。
附图说明
图1是本发明的实施方式的造粒装置的结构图。
图2是表示本发明的实施方式的造粒用模具的概略结构的侧剖视图。
图3是表示图2中的模具主体的树脂挤出面的侧视图。
图4是表示喷嘴配置状态的一例的图。
图5是表示本发明的实施方式的变形例的喷嘴配置状态的一例的图。本图是与图4相对应的图。
图6是利用本发明的实施例1制造的发泡性聚苯乙烯系树脂粒子的截面的放大图像。
图7是利用比较例2制造的发泡性聚苯乙烯系树脂粒子的截面的放大图像。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示在本发明的制造方法中使用的造粒装置的一例的结构图，图2是表示该造粒用模具的一例的侧剖视图，图3是表示图2中的模具主体的树脂挤出面的侧视图，图4是表示喷嘴的配置状态的图。
如图1及图2所示，本实施方式的造粒装置T是用于利用水中热切方式制造发泡性热塑性树脂粒子的造粒装置。
在本造粒装置T中，包括前端安装有造粒用模具1的挤出机2(树脂供给装置)、用于收容有用于将从造粒用模具1的喷嘴15挤出的树脂(在本实施方式中是含发泡剂树脂20)切断的切刀3并用于使水流接触于造粒用模具1的树脂挤出面13与水流相接触的腔体4，其中，上述切刀用于对从造粒用模具1的喷嘴15挤出的树脂(在本实施方式中是含发泡剂树脂20)进行切割。在腔体4上连接有用于供循环的水等冷却介质(以下记作水)流动的管路5。该管路5的一端(比腔体4靠上游侧)经由送水泵6连接于水槽7。另一方面，管路5的另一端(比腔体4靠下游侧)连接于用于使发泡性热塑性树脂粒子自循环水分离、脱水/干燥的脱水处理部8。在该脱水处理部8中被分离、脱水/干燥后的发泡性热塑性树脂粒子被送到容器9中。此外，附图标记21是料斗，附图标记22是发泡剂供给口，附图标记23是高压泵。
另外，在造粒装置T和造粒用模具1中，将挤出树脂的一侧作为“前方”、“前端”，其相反侧作为“后方”、“后端”，在以下的说明中统一使用。
如图2及图3所示，造粒用模具1由模具主体10(也被称作模板)、及固定在挤出机2的前端侧(图中右侧)的模座11(也被称作转接器)构成。该模具主体10利用多个螺栓12固定在模座11的前端侧。
模座11被设置为与挤出机2的缸体相连通，自其后端侧朝向前端侧地按顺序形成有后端侧流路11a、前端侧流路11b。在模具主体10的后端面中央部形成有向后方侧突出而成的圆锥状凸部10a。在模具主体10和模座11相连接的状态下，模具主体10的圆锥状凸部10a保持有规定间隙地***模座11的前端侧流路11b内。
即，含发泡剂树脂20经过模座11的后端侧流路11a，在前端侧流路11b中沿着圆锥状凸部10a的周面流动，连通于在模具主体10的后端面开口的多个树脂流路14(见后述)。
模具主体10包括：以其前端面接触于水流的树脂挤出面13；用于将从挤出机2挤出的含发泡剂树脂20朝向树脂挤出面13移送的多个树脂流路14；设置在多个树脂流路14的前端并开口于树脂挤出面13的多个喷嘴15；设置在树脂挤出面13的中心位置的绝热材料16；位于比树脂挤出面13靠挤出机2侧的位置、用于加热树脂挤出面13、树脂流路14的筒式加热器17和用于加热模具主体10的短加热器18。
筒式加热器17及短加热器18能够根据模具主体10的大小、形状从以往周知的筒式加热器中适当选择使用。例如，作为筒式加热器17及短加热器18，可以使用将卷绕于棒状陶瓷的发热线(镍铬电热线)***到管(耐热不锈钢)中、由高导热性和高绝缘性优良的材料(MgO)封住发热线和管之间的间隙而成的电力密度较高的棒状加热器。筒式加热器17及短加热器18既可以是在单侧附有两根导线的筒式加热器，或者也可以是在两侧各附有一根导线的筒式加热器(sheath heater)。在单侧附有两根导线的筒式加热器的电力密度高于在两侧各附有一根导线的筒式加热器的电力密度，因此更加优选。
在模具主体10的树脂挤出面13的中心部配置圆形截面的绝热材料16，在上述绝热材料16的径向外侧沿着同心圆设置多个喷嘴15的挤出口。配置有绝热材料16和多个喷嘴15的树脂挤出面13的中央部分被设计成在腔体4的内部与水接触。
多个树脂流路14具有圆形截面，向与树脂挤出面13正交的方向延伸，沿着以模具主体10的中心轴线为中心的圆周(在树脂挤出面13上描绘的圆周)隔有恒定间隔地配置。在本实施方式中，树脂流路14设有8处，在上述圆周的周向上相邻的树脂流路14相互间的中心角成45°。如上所述，该各树脂流路14连通于模座11的前端侧流路11b。
多个喷嘴15沿着在树脂挤出面13上描绘的圆周隔有规定间隔地配置。如图4所示，具体地讲，1个喷嘴15由在树脂流路14的截面形状范围内任意地配置有多个单体喷嘴15a、15b、15c、…的喷嘴单元(在本发明中将其称作“喷嘴”)构成。各单体喷嘴15a、15b、15c、…的配置方法例如可以采用在多个小圆周上排列许多个的方式等，但并不限定于该配置形态。
绝热材料16设置在配置有多个喷嘴15的圆周内侧的树脂挤出面13上。该绝热材料16用于抑制模具主体10的温度降低，以免模具主体10的热量逃逸到腔体4内的水中。该绝热材料16优选采用具有耐水性且表面硬度较高的构造的绝热材料。例如，能够使用以下述方式构成的层叠型的绝热材料16，即：配置即使与高温的模具主体10接触也不会引起变形等的耐热性能和绝热性能优良的绝热材料，用绝热性能优良的氟树脂等防水性树脂将其包覆，进而在树脂挤出面13侧按顺序层叠不锈钢、陶瓷等表面硬度较高的材料。
筒式加热器17及短加热器18均是棒状加热器。筒式加热器17位于造粒用模具1的前端的后端方向上、比短加热器18靠树脂挤出面13侧的位置。
筒式加热器17以在树脂流路14的上述圆周的周向两侧、其长度方向朝向圆周的径向地横切上述圆周的状态配置。该筒式加热器17用于在树脂挤出面13的附近对树脂挤出面13、喷嘴15和树脂流路14进行加热。本实施方式的筒式加热器17分别在周向上带有规定的中心角(在此是45°的角度)地设有8个。即，各个喷嘴15配置成从上述圆周的周向来看位于两个筒式加热器17之间。
筒式加热器17从树脂挤出面13的附近、即从树脂挤出面13朝向挤出机2侧地设置在规定的加热器深度的范围内。该加热器深度是指从树脂挤出面13到表面加热用的筒式加热器17的中心部的距离。在不妨碍模具的加工面、耐久性的范围内，该加热器深度较小时喷嘴闭塞抑制效果较大，而优选。即，加热器深度优选为10mm～50mm的范围。在加热器深度小于10mm时，有可能妨碍模具的加工面、耐久性，在加热器深度大于50mm时，喷嘴的闭塞抑制效果有可能降低。更优选的加热器深度的范围为15mm～30mm。
为了在确保树脂流路的截面积较大的同时增多喷嘴数量，筒式加热器17的直径在能够确保发热量的范围内优选较小。即，筒式加热器17的直径优选为15mm以下。但是，在该筒式加热器17的直径小于10mm时，难以确保必要的发热量，加热器也很昂贵。因此，筒式加热器17的直径优选为10mm～15mm，更优选为10mm～12mm。
筒式加热器17的长度尺寸是在模具主体10的径向上从自配置的喷嘴15向中心侧延伸的位置(至少筒式加热器17的前端部位于比喷嘴15靠中心侧的位置)到模具主体10的大致外周的位置的长度。
短加热器18配置在相对于各筒式加热器17隔有规定间隔的后方侧，配置有与筒式加热器17的个数相同数量(8个)。该短加热器18用于对树脂流路14的后端侧进行加热。短加热器18的长度尺寸短于筒式加热器17的长度尺寸。
在造粒用模具中设有用于测量模具主体的温度、熔融树脂温度的测温体19A、19B。第1测温体19A用于测量模具主体10的中央部的温度(模具主体的温度：模具保持温度)。第2测温体19B用于测量在模座11内流动的含发泡剂树脂的熔融树脂温度(及树脂压力)。
对使用上述造粒装置T的发泡性热塑性树脂粒子、热塑性树脂发泡粒子、及热塑性树脂发泡成形体的制造方法进行说明。
图1所示的造粒装置T所使用的挤出机2(树脂供给装置)能够根据造粒的树脂的种类等，从以往周知的各种挤出机中适当选择使用。例如，使用螺杆的挤出机或不使用螺杆的挤出机均可以使用。作为使用螺杆的挤出机，例如能够列举出单轴式挤出机、多轴式挤出机、排气式挤出机(日文：ベント式押出機)、串联式挤出机等。作为不使用螺杆的挤出机，例如能够列举出柱塞式挤出机、齿轮泵式挤出机(日文：ギアポンプ式押出機)等。这些挤出机均可以使用静态混合器。在这些挤出机中，从生产效率的方面考虑，优选使用螺杆的挤出机。另外，收容有切刀3的腔体4也能够使用在热切法中使用的以往周知的构件。
在本发明中，热塑性树脂的种类并没有限定。例如能够将聚苯乙烯系树脂、聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、聚酯系树脂、氯乙烯系树脂、ABS树脂、AS树脂等单独或者混合两种以上来使用。并且，也可以使用被用作树脂制品的之后能够回收的热塑性树脂的回收树脂。特别优选使用非结晶性的聚苯乙烯(GPPS)、耐冲击聚苯乙烯(HIPS)等的聚苯乙烯系树脂。作为聚苯乙烯系树脂，例如存在苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯苯乙烯、乙基苯乙烯、异丙基苯乙烯、二甲基苯乙烯、溴苯乙烯等的苯乙烯系单体的均聚物或者它们的共聚物等。特别是优选为含有苯乙烯50质量％以上的聚苯乙烯系树脂，更优选为聚苯乙烯。
作为上述聚苯乙烯系树脂，也可以是以上述苯乙烯单体为主要成分的上述苯乙烯系单体和能够与该苯乙烯系单体共聚合的乙烯基单体的共聚物。作为该乙烯基单体，例如存在甲基(甲基)丙烯酸酯、乙基(甲基)丙烯酸酯、丁基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸十六烷基酯等的烷基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯腈、二甲基马来酸酯、二甲基富马酸酯、二乙基富马酸酯、乙基富马酸酯、及二乙烯基苯、申烷基二醇二甲基丙烯酸酯等的二官能性单体等。
只要以聚苯乙烯系树脂为主要成分，也可以添加其他树脂。作为添加的树脂，用于提高发泡成形体的耐冲击性，例如存在添加有聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯-丙烯-非共轭二烯三维共聚物等的二烯系橡胶状聚合物的橡胶改性聚苯乙烯系树脂(耐冲击聚苯乙烯)。还存在聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、丙烯酸系树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等。在使用本发明的发泡性热塑性树脂粒子的制造方法制造发泡性聚苯乙烯系树脂粒子的情况下，作为原料的聚苯乙烯系树脂可以使用市面上销售的普通的聚苯乙烯系树脂、利用悬浮聚合法等方法重新制作的聚苯乙烯系树脂等的并非使用再循环原料的聚苯乙烯系树脂(以下记作初始聚苯乙烯系树脂)。还可以使用对使用过的聚苯乙烯系树脂发泡成形体进行再生处理而得到的再循环原料。该再循环原料可以使用将使用过的聚苯乙烯系树脂发泡成形体的鱼箱、家电缓冲材料、食品包装用托盘等回收并利用柠檬烯溶解方式(日文：リモネン溶解方式)或加热减容方式(日文：加熱減容方式)进行再生处理而得到的材料。并且，除了上述的再循环原料之外，也可以使用将自家电制品(例如电视机、冰箱、洗衣机、空调等)、事务用机器(例如复印机、传真机、打印机等)分类回收的非发泡的聚苯乙烯系树脂成形体粉碎并熔融混炼、形成再生颗粒而得到的材料。
如图1及图2所示，在使用上述造粒装置T制造发泡性热塑性树脂粒子的情况下，按顺序执行以下的工序1～工序5。
(工序1)自料斗21向在前端安装有造粒用模具1的挤出机2供给热塑性树脂，将其熔融混炼。
(工序2)一边使热塑性树脂朝向造粒用模具1移动，一边利用高压泵23从发泡剂供给口22向该热塑性树脂压入发泡剂。即，将发泡剂和热塑性树脂混合而形成含发泡剂树脂20。
(工序3)含发泡剂树脂20自挤出机2的前端经由模座11送到模具主体10的树脂流路14中。
(工序4)经过树脂流路14送来的含发泡剂树脂20从开口于模具主体10的树脂挤出面13的各喷嘴15被挤出。
(工序5)从各喷嘴15挤出来的含发泡剂树脂20被切刀3的旋转刀在腔体4的水流中(冷却介质中)立即切断。
在进行该含发泡剂树脂20的造粒时，对各加热器进行ON/OFF控制，使得模具主体10的温度在比含发泡剂树脂20的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内。由此，在对模具主体10进行温度控制的同时，利用水中热切法进行造粒。作为冷却介质的循环水的温度被调节到10℃～60℃。
另外，该熔融树脂温度是指从挤出机2的前端流入到模座11中的含发泡剂树脂20的温度。在本实施方式中，利用第2测温体19B测量该熔融树脂温度。
这样，进行温度控制，使得模具主体10的温度比熔融树脂温度高115℃～200℃，优选高120℃～180℃，更优选高120℃～180℃。由此，在利用水中热切法制造发泡性热塑性树脂粒子的过程中，能够连续生产小粒且粒径一致的发泡性热塑性树脂粒子。另外，在上述条件下进行造粒时，得到的发泡性热塑性树脂粒子内部的空隙变少。由此，能够提高对该发泡性热塑性树脂粒子进行模内发泡成形而制造的发泡成形体的机械强度。
若模具主体的温度小于熔融树脂温度+115℃，则在连续生产发泡性热塑性树脂粒子时，喷嘴15闭塞而模具主体内的树脂压力发生变动。结果，有可能无法连续生产小粒且粒径一致的发泡性热塑性树脂粒子。另外，得到的发泡性热塑性树脂粒子截面的空隙变多。结果，对该发泡性热塑性树脂粒子进行模内发泡成形而制造的发泡成形体的机械强度有可能降低。
若模具主体10的温度大于熔融树脂温度+200℃，则得到的发泡性热塑性树脂粒子微发泡。结果，有可能无法连续生产小粒且粒径一致的粒子。
若作为冷却介质的循环水的温度小于10℃，则由循环水从树脂挤出面13夺取的热量变大。结果，难以保持造粒用模具1的温度。另一方面，若循环水的温度大于60℃，则切断的树脂的冷却不充分。结果，难以抑制树脂粒子的微发泡。循环水的温度优选为20℃～40的范围，更优选为25℃～35℃的范围。
在腔体4内被切割成粒状的含发泡剂树脂20成为大致球形的发泡性热塑性树脂粒子。该发泡性热塑性树脂粒子随着水流在管路5内被输送，到达脱水处理部8。在此，将发泡性热塑性树脂粒子自循环水分离、脱水/干燥，并且，分离出的水被送到水槽7中。在该脱水处理部8中分离、脱水/干燥后的发泡性热塑性树脂粒子被送到容器9中，收容在该容器内。
上述发泡剂并没有被限定。例如能够将正戊烷、异戊烷、环戊烷、环戊二烯等单独或者混合两种以上来使用。另外，也能够以上述戊烷类为主要成分并混合正丁烷、异丁烷、丙烷等地使用。特别是，由于戊烷易于抑制粒子从喷嘴挤出到水流中时发泡，因此适合使用。
发泡性热塑性树脂粒子是指在热塑性树脂中含有发泡剂、成形为粒状、优选为小球状的树脂粒子。该发泡性热塑性树脂粒子能够用于制造目标形状的发泡树脂成形体。首先，在自由空间内对该发泡性热塑性树脂粒子加热而使其预备发泡。将该预备发泡粒子放入到具有目标形状的模腔的成形模具的模腔内，进行蒸气加热而使预备发泡粒子彼此熔接。之后，能够通过脱模来制造目标形状的发泡树脂成形体。
如上所述，在本发明中，在利用水中热切法制造发泡性热塑性树脂粒子的过程中，进行温度控制而使得上述模具主体的温度在比含发泡剂树脂的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内，得到发泡性热塑性树脂粒子。由此，能够连续生产小粒且粒径一致的发泡性热塑性树脂粒子。
另外，在利用本发明得到的发泡性热塑性树脂粒子中，粒子内部的空隙变少。由此，能够提高对得到的发泡性热塑性树脂粒子进行模内发泡成形而制造的发泡形成体的机械强度。
本发明的制造方法的详细的制造条件能够根据使用的树脂的种类等来适当设定，但作为优选的制造条件能够列举出如下的项目。
(1)模具主体10的喷嘴15的孔径优选为0.2mm～2.0mm的范围，更优选为0.3mm～1.0mm的范围，进一步优选为0.4mm～0.7mm的范围。(2)得到的发泡性热塑性树脂粒子的粒径优选为0.3mm～2.0mm的范围，更优选为0.5mm～1.4mm的范围，进一步优选为0.7mm～1.2mm的范围。(3)在发泡性热塑性树脂粒子是发泡性聚苯乙烯系树脂粒子的情况下，聚苯乙烯系树脂粒子的重量平均分子量Mw优选为12万～40万的范围，更优选为12万～27万的范围。(4)发泡性热塑性树脂粒子中的发泡剂含有量优选为1质量％～10质量％的范围，更优选为3质量％～8质量％的范围，进一步优选为4质量％～6质量％的范围。(5)发泡剂优选为正戊烷、异戊烷、或者以任意的比率将它们混合而成的混合戊烷。在混合戊烷的情况下，其组成按质量比优选为异戊烷∶正戊烷＝10∶90～80∶20的范围，更优选为异戊烷∶正戊烷＝80∶80～60∶40的范围。(6)对发泡性热塑性树脂粒子进行预备发泡而得到的热塑性树脂发泡粒子的平均气泡直径优选为30μm～500μm的范围，更优选为50μm～300μm的范围，进一步优选为100μm～250μm的范围。
如上所述，在本发明的发泡性热塑性树脂粒子的制造方法中，进行温度控制，使得模具主体10的温度比熔融树脂温度高115℃～200℃，优选高120℃～180℃。由此，在利用水中热切法制造发泡性热塑性树脂粒子的过程中，能够连续生产小粒且粒径一致的发泡性热塑性树脂粒子。另外，该连续生产是指从造粒开始到至少12小时以上、优选为24小时以上连续地生产发泡性热塑性树脂粒子。采用本发明的制造方法，在48小时以上的连续生产过程中，能够以喷嘴开孔率的减小为50％以下、得到的发泡性热塑性树脂粒子的粒径变化率为20％以下的方式连续生产发泡性热塑性树脂粒子。
另外，通过采用上述优选的制造条件(1)～(6)，能够得到如下的效果。(a)能够减少得到相同的发泡倍数所需的发泡剂量。(b)由经时引起的发泡性的降低较小，可造粒期间(日文：ビ一ズライフ)较长。(c)低压成形性优良(用于得到发泡成形体的加热能量较小，节能)。(d)具有足够的机械强度。(e)能得到5倍～67倍的发泡成形倍数。
接着，根据附图说明本发明的实施方式的变形例。其中，对与上述实施方式中的构件、部分为同一构件、部分或者同样的构件、部分使用相同的附图标记，省略其说明，对与上述实施方式不同的构造进行说明。
图5是表示本实施方式的变形例的喷嘴配置状态的图，是与图4相对应的图。
图5所示的变形例的树脂流路14A的截面形状成为梯形形状，在该梯形形状的范围内设有任意地配置有多个单体喷嘴15a、15b、15c、…的喷嘴15。形成树脂流路14A的轮廓的斜面14a、14b(直线部)与筒式加热器17的长度方向大致平行地配置。在本变形例中，截面成为梯形形状的树脂流路14A的斜面14a、14b相对于筒式加热器17为等距离。因此，树脂流路的利用筒式加热器17均等地加热的面积增加，与圆形截面的树脂流路相比被均等地加热，能够进一步减少喷嘴的堵塞。
实施例
实施例1
在实施例1中，在图1所示的造粒装置T上安装图2及图3所示的造粒用模具1，制造发泡性聚苯乙烯系树脂粒子。
在口径为90mm(L/D＝35)的单轴挤出机上安装了造粒用模具。
使用的造粒用模具包括8个配置在树脂挤出面的圆周上的喷嘴单元(具有25个直径为0.6mm、模唇长度为3.0mm的喷嘴的多孔板)、以设在通向树脂挤出面侧的喷嘴单元的各树脂流路的两侧的方式横切上述圆周地以放射状配置在加热器深度(距树脂挤出面的距离)为15mm的位置的8个筒式加热器(直径为12mm)、及安装在树脂挤出面的中央部的绝热材料。并且，如图2所示地配置多个测温体19A、19B，将区域一分为二成模具主体的循环水流入侧的4个加热器和循环水流出侧的4个加热器地进行控制，将模具主体的温度(模具保持温度)保持在300℃。
在实施例1中，按顺序执行以下的工序。
(工序1)将预先利用转鼓型混合机向聚苯乙烯树脂(东洋苯乙烯公司制，商品名称“HRM10N”，维卡(Vicat)软化点温度为102℃)100质量份中均匀地混合细微粉末滑石粉0.3质量份而成的材料以每小时130kg的比率供给到挤出机内。
(工序2)在将挤出机内的最高温度设定在220℃而使树脂熔融之后，从挤出机的中途相对于树脂100质量份压入6质量份的戊烷(异戊烷/正戊烷＝20/80混合物)作为发泡剂。
(工序3)一边在挤出机内混炼树脂和发泡剂，一边将含发泡剂熔融树脂经由模座(挤出机和模具主体的连结部)输送到保持为300℃的上述模具主体。
(工序4)在向30℃的冷却水所循环的腔体内挤出含发泡剂熔融树脂的同时，使在周向上具有10片刀的高速旋转切刀结贴模具，以每分钟3300转对挤出来的含发泡剂熔融树脂进行切割。
(工序5)将被挤出来的含发泡剂熔融树脂自冷却水分离、脱水/干燥，得到球形的发泡性聚苯乙烯树脂粒子。
在上述工序中，在模座中的熔融树脂温度为180℃，发泡性聚苯乙烯树脂粒子的挤出量为138kg/h。
在挤出开始第1小时，树脂导入部对造粒用模具的压力为10.0MPa，干燥后的树脂粒子100粒的质量为0.0417g，模具的开孔率为92.0％，是良好的造粒环境。
在挤出开始第48小时，树脂导入部对造粒用模具的压力为10.5MPa，干燥后的树脂粒子100粒的质量为0.0426g，模具的开孔率为90.0％，能维持良好的造粒状况。即，在该实施例1中，确认出能够48小时以上稳定地造粒。
比较例1
除了使模具主体的温度(模具保持温度)为220℃之外，与实施例1同样，以挤出量138kg/h得到大致球状的发泡性聚苯乙烯树脂粒子。此时的模座中的熔融树脂温度为180℃。
在该比较例1中，由于在挤出开始1小时以内树脂导入部对模具的压力达到了模具的耐压上限(25MPa)，因此停止了挤出。由于无法挤出1个小时，因此不能评价。
比较例2
除了使模具主体的温度为290℃之外，与实施例1同样，以挤出量138kg/h得到大致球状的发泡性聚苯乙烯树脂粒子。此时的模座中的熔融树脂温度为180℃。
在挤出开始第1小时，树脂导入部对造粒用模具的压力为12.0MPa，干燥后的树脂粒子100粒的质量为0.0446g，模具的开孔率为86.0％，是良好的造粒环境。
在挤出开始第48小时，树脂导入部对造粒用模具的压力为13.0MPa，干燥后的树脂粒子100粒的质量为0.0451g，模具的开孔率为85.0％，能维持良好的造粒状况。即，在该比较例2中，确认出能够48小时以上稳定地造粒。
对于在实施例1及比较例1～2中制造发泡性聚苯乙烯树脂粒子时、及得到的发泡性聚苯乙烯树脂粒子实施了以下各项目的测量、评价。其结果归纳记载在表1中。
模具的开孔率
开孔率以下式(1)定义。
式(1)开孔率(模具表面的挤出喷嘴的挤出时开孔率)＝开孔数/模具全部喷嘴数×100(％)
挤出量以下式(2)定义。
式(2)挤出量(kg/h)＝每1小时用切刀切出的全部发泡性粒子的总质量
＝开孔数×切出个数×1粒质量
＝开孔数×切刀片数×切刀转速×1粒质量
根据式(2)，开孔数能够以下式(3)定义。
式(3)开孔数＝挤出量(kg/h)/[切刀片数×切刀转速(rph)×1粒质量(kg/个)]
根据式(1)及式(3)，开孔率能够以下式(4)算出。
式(4)开孔率(E)＝开孔数/全部喷嘴数×100(％)＝[Q/(N×R×60×(M/100)/1000)]/H×100(％)
[Q表示挤出量(kg/h)，N表示切刀的片数，R表示切刀转速(rpm)，M表示100粒质量(g)(将从发泡性粒子中选出任意的100粒、以最小刻度为0.0001g的电子天平计量的值作为100粒质量)，H表示模具的全部喷嘴数。]
开孔率的评价基准
开孔率(E)以如下的基准评价。
◎：50％≤E
○：40％≤E＜50％
△：30％≤E＜40％
×：E＜30％
发泡性粒子内的空隙观察
用剃刀切割开在实施例1及比较例2中得到的发泡性粒子，用扫描型电子显微镜(日立制作所制，S-3000N)将其切割面放大到70倍地拍摄，从而观察粒子内的空隙。
图6是利用本发明的实施例1制造的发泡性聚苯乙烯系树脂粒子的截面的放大图像。图7是利用比较例2制造的发泡性聚苯乙烯系树脂粒子的截面的放大图像。
发泡成形体的制造
如上所述，首先，将在挤出第48小时得到的发泡性聚苯乙烯树脂粒子在20℃下放置1天。之后，相对于发泡性聚苯乙烯树脂粒子100质量份，添加硬脂酸锌0.1质量份、羟基硬脂酸三甘油酯0.05质量份、硬脂酸单甘油酯0.05质量份，进行混合而包覆在树脂粒子表面。之后，将其投入到小型批量式预备发泡机(内容积40L)中，一边搅拌，一边利用吹入压为0.05MPa(计示压力)的水蒸气加热，制作体积发泡倍数为50倍(体积密度为0.02g/cm3)的预备发泡粒子。
接着，使得到的预备发泡粒子在23℃下熟化1日。之后，使用安装有外形尺寸为300mm×400mm×100mm(壁厚30mm)、在内部具有壁厚为5mm、10mm、25mm的中分隔部的模具的自动成形机(积水工机制作所制，ACE-3SP型)，在下述成形条件下使预备发泡粒子成形，得到发泡倍数为50倍(密度为0.02g/cm3)的发泡成形体。
成形条件(ACE-3SP QS成形模式)
成形蒸气压0.08MPa(计示压力)
模具加热3秒
一方加热(压力设定)0.03MPa(计示压力)
另一方加热2秒
两面加热12秒
水冷10秒
设定取出面压0.02MPa
预备发泡粒子的模具填充性的评价基准
利用目视观察上述发泡成形体，对模具填充性实施下述那样的评价。
◎：充分填充至壁厚5mm中分隔部分。
○：能看出壁厚5mm中分隔部分的填充不充分，有过大发泡粒，但形成有中分隔部。
△：在壁厚5mm中分隔部分能看到由填充不良引起的粒子缺陷，未完全形成中分隔部。
×：壁厚5mm中分隔部分填充不良，完全未形成中分隔部。
粒子100粒的合计质量
在发泡性聚苯乙烯系树脂粒子中，优选任意地选择的粒子100粒的合计质量为0.02g～0.09g的范围。在粒子100粒的合计质量大于0.09g的情况下，难以填充到成形模具细小部方。结果，能够成形的模具有可能被限定为单纯形状的模具。另一方面，在粒子100粒的合计质量小于0.02g的情况下，粒子的生产率有可能较差。即，粒子100粒的合计质量的更优选范围为0.04g～0.06g。另外，在采用聚苯乙烯系树脂之外的树脂时，上述范围乘以树脂的比重而得到的值为优选的粒子100粒的合计质量范围。
预备发泡粒子的体积发泡倍数的测量方法
使用漏斗将充分干燥的预备发泡粒子自然下落到量筒(例如500mL容量)内。之后，敲打量筒的底地填充预备发泡粒子，直到预备发泡粒子的容积恒定为止。测量此时的预备发泡粒子的容积和质量，利用下式(5)算出预备发泡粒子的体积发泡倍数。另外，容积以1mL为单位读取，质量用最小刻度为0.01g的电子天平来测量。以苯乙烯系树脂的树脂比重为1.0来计算，体积发泡倍数是将小数点以下第1位四舍五入而得到的。
式(5)体积发泡倍数(倍)＝预备发泡粒子的容积(mL)/预备发泡粒子的质量(g)×树脂比重
发泡成形体的发泡倍数的测量方法
自充分干燥的发泡成形体切出测量用试验片(例300mm×400mm×30mm)，测量该试验片的尺寸和质量。以该测量出的尺寸为基础，算出试验片的体积，利用下式(6)算出发泡成形体的发泡倍数。另外，将苯乙烯系树脂的树脂比重设为1.0。
式(6)发泡倍数(倍)＝试验片体积(cm3)/试验片质量(g)×树脂比重
维卡软化点的测量方法
使用东芝机械公司制注射成形机(IS-80CNV)，以缸体温度为220℃成形出尺寸为12.7mm×64mm×6.4mm的试验片。使用该试验片，依据JISK7206在负荷50N的条件下进行了测量(单位：℃)。
强度的评价
利用JISA9511：2006“发泡塑料保温材料”记载的方法测量了弯曲强度。即，使用Tensilon万能试验机UCT-10T(Orientech公司制)，以试验带尺寸为75mm×300mm×30mm、压缩速度为10mm/min、前端夹具为加压楔10R及支承台10R、支点间距离为200mm地进行测量，利用下式(7)算出弯曲强度。试验片的数量为3个，求其平均值。
式(7)弯曲强度(MPa)＝3FL/2bh2
[F表示最大负荷(N)，L表示支点间距离(mm)，b表示试验片的宽度(mm)，h表示试验片的厚度(mm)。]
另外，作为弯曲强度的评价，将弯曲强度的值为0.28MPa以上设为○，将弯曲强度的值小于0.28MPa设为×。
表1
Figure BPA00001446118600231
在本发明的实施例1中，通过将模具主体的温度(模具保持温度)保持在比熔融树脂温度高120℃，即300℃地进行运转，从而即使在从造粒开始经过48小时的时刻，也保持为模具压力的上升较少、喷嘴的开孔率较高(参照表1)。即，充分能够连续运转48小时以上。
在实施例1中，造粒开始1小时之后的制造物100粒的质量为0.0417g，相对于此，48小时之后的制造物100粒的质量为0.0426g(参照表1)。即，连续运转中的制造物的质量增加率为2％左右，较小。
与在比较例2中得到的树脂粒子(参照图7)相比，在实施例1中得到的发泡性聚苯乙烯树脂粒子(参照图6)的粒子内的空隙(在图6及图7中，在粒子内能看到的空隙)的数量较少。
对在实施例1中得到的发泡性聚苯乙烯树脂粒子进行预备发泡之后进行模内发泡成形而得到的发泡成形体与在比较例2中得到的发泡性聚苯乙烯树脂粒子的情况相比表现出较高的强度(参照表1)。
相对于此，在比较例1中，将模具主体的温度(模具保持温度)保持在比熔融树脂温度高20℃、即200℃地进行运转。在该比较例1中，在喷嘴迅速闭塞的同时，从造粒开始在1小时以内压力上升至模具耐压上限，无法进行之后的运转(参照表1)。
另外，在比较例2中，将模具主体的温度(模具保持温度)保持在比熔融树脂温度高110℃、即290℃地进行运转。在该比较例2中，从造粒开始到48小时之后，模具压力也稳定地上升，喷嘴的开孔率也较高，能够连续运转。
但是，与在实施例1中得到的树脂粒子相比，在从造粒开始经过48小时之后，在比较例2中得到的发泡性聚苯乙烯树脂粒子的100粒的质量为0.0451g，较重，且体积密度降低，成为略微大粒的粒子。并且，在比较例2中，粒径1.4mm以上的大粒子的比率升高为0.5％(在实施例1中为0.1％)，粒径的参差不齐变大。
与在实施例1中得到的树脂粒子(参照图6)相比，在比较例2中得到的发泡性聚苯乙烯树脂粒子(参照图7)的粒子内的空隙变多。
对在比较例2中得到的发泡性聚苯乙烯树脂粒子进行预备发泡之后进行模内发泡成形而得到的发泡成形体与在实施例1中得到的发泡性聚苯乙烯树脂粒子的情况相比表现出较低的强度。
产业上的可利用性
采用本发明，在利用水中热切法制造发泡性热塑性树脂粒子的过程中，能够抑制模具小孔随着挤出时间的经过而闭塞，从而能够稳定地制造小粒且均匀的发泡性热塑性树脂粒子。在本发明中得到的发泡性热塑性树脂粒子利用模内发泡成形法发泡成形为各种形状，用于制造可用作缓冲材料、保温材料等的发泡成形体。
附图标记说明
1、造粒用模具；2、挤出机(树脂供给装置)；3、切刀；4、腔体；6、送水泵；10、模具主体；11、模座；13、树脂挤出面；14、14A、树脂流路；14a、14b、斜面(直线部)；15、喷嘴；16、绝热材料；17、筒式加热器；18、短加热器；19A、19B、测温体；T、造粒装置。

Claims (3)

1.一种发泡性热塑性树脂粒子的制造方法，该制造方法具有以下工序：
向安装有造粒用模具的树脂供给装置供给热塑性树脂并使其熔融混炼，该造粒用模具至少包括具有树脂挤出面的模具主体；
一边使上述热塑性树脂朝向上述造粒用模具移动，一边向上述热塑性树脂注入发泡剂而形成含发泡剂树脂；
利用切刀对从开孔于上述模具主体的树脂挤出面的喷嘴挤出的上述含发泡剂树脂在冷却介质中进行切割，得到发泡性热塑性树脂粒子，其中，
一边进行温度控制而使得上述模具主体的温度在比含发泡剂树脂的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内，一边得到发泡性热塑性树脂粒子。
2.一种热塑性树脂发泡粒子的制造方法，该制造方法具有以下工序：
向安装有造粒用模具的树脂供给装置供给热塑性树脂并使其熔融混炼，该造粒用模具至少包括具有树脂挤出面的模具主体；
一边使上述热塑性树脂朝向上述造粒用模具移动，一边向上述热塑性树脂注入发泡剂而形成含发泡剂树脂；
利用切刀对从开孔于上述模具主体的树脂挤出面的喷嘴挤出的上述含发泡剂树脂在冷却介质中进行切割，得到发泡性热塑性树脂粒子；
对上述发泡性热塑性树脂粒子进行预备发泡，得到热塑性树脂发泡粒子，其中，
一边进行温度控制而使得上述模具主体的温度在比含发泡剂树脂的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内，一边得到发泡性热塑性树脂粒子。
3.一种热塑性树脂发泡成形体的制造方法，该制造方法具有以下工序：
向安装有造粒用模具的树脂供给装置供给热塑性树脂并使其熔融混炼，该造粒用模具至少包括具有树脂挤出面的模具主体；
一边使上述热塑性树脂朝向上述造粒用模具移动，一边向上述热塑性树脂注入发泡剂而形成含发泡剂树脂；
利用切刀对从开孔于上述模具主体的树脂挤出面的喷嘴挤出的上述含发泡剂树脂在冷却介质中进行切割，得到发泡性热塑性树脂粒子；
对上述发泡性热塑性树脂粒子进行预备发泡，得到热塑性树脂发泡粒子；
对上述热塑性树脂发泡粒子进行模内发泡成形，得到热塑性树脂发泡成形体，其中，
一边进行温度控制而使得上述模具主体的温度在比含发泡剂树脂的熔融树脂温度高115℃～200℃的范围内，一边得到发泡性热塑性树脂粒子。
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