JP2012254580A

JP2012254580A - Micro mixer

Info

Publication number: JP2012254580A
Application number: JP2011129377A
Authority: JP
Inventors: Masaki Sato; 政樹佐藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro mixer which rapidly and uniformly dissolves gas into a melted resin by efficiently dispersing the melted resin and the gas.SOLUTION: The micro mixer mixes the melted resin and the gas, and dissolves or disperses the gas into the melted resin. The micro mixer 10 comprises a first box 11 in which a first introduction passage for introducing the melted resin therein is formed, and a second box 14 in which a second introduction passage for introducing the gas is formed and a plurality of fine holes for blowing out the gas by dividing the introduced gas are formed, and which is arranged in the first box. The micro mixer mixes the melted resin and the gas by merging them in a fine region in which an inner wall of the first box 11 and an outer wall of the second box 14 are arranged so as to approximate each other, and which is composed of intervals between the inner wall and the outer wall.

Description

本発明は、ガスを溶融樹脂中に分散または溶解させるマイクロミキサーに関する。 The present invention relates to a micromixer for dispersing or dissolving a gas in a molten resin.

発泡樹脂は、気泡構造により軽量化が図れる他、柔軟性、緩衝性、断熱性、吸音性などに優れており、食品容器、梱包・包装、自動車成形材料、断熱材など幅広い分野で使用されている。
この発泡樹脂は、通常、化学発泡剤または物理発泡剤を使用して製造される。発泡樹脂の製造原理は、いずれの発泡剤を使用してもほぼ同じであり、物理的に導入したガスあるいは熱分解によって生じたガスを樹脂中へ溶解させ、次いで、条件を変化させて気泡核を発生させ、気泡を成長させ、最後に冷却などにより気泡を安定化させるというものである。 Foamed resin can be reduced in weight by its cell structure and has excellent flexibility, cushioning, heat insulation, sound absorption, etc., and is used in a wide range of fields such as food containers, packaging / packaging, automotive molding materials, and heat insulating materials. Yes.
This foamed resin is usually manufactured using a chemical foaming agent or a physical foaming agent. The production principle of the foamed resin is almost the same regardless of which foaming agent is used. The gas introduced physically or the gas generated by thermal decomposition is dissolved in the resin, then the conditions are changed to change the cell core. Is generated, bubbles are grown, and finally, the bubbles are stabilized by cooling or the like.

化学発泡剤を使用する発泡樹脂の製造方法は、現在も主流の方法であるが、化学発泡剤の種類によっては、熱分解残渣物が製品中に混入する恐れや、アンモニア、窒素酸化物、ホルムアルデヒドなどの有害ガスが発生することなどの欠点を有している。
物理発泡剤は、環境上の理由から大きく変遷しており、以前は、特定フロン（CFC類：クロロフルオロカーボン）や指定フロン（HCFC類：ハイドロクロロフルオロカーボン）が使われていたが、オゾン破壊係数が高いため既に全廃されている。現在一部で使用されているHFC類（ハイドロフルオロカーボン）は、オゾン破壊係数能力がないため規制はないが、地球温暖化係数が高いため排出削減対象になっている。現在では、物理発泡剤として炭化水素系ガスが最も多く使用されているが、可燃性であるため取扱いに注意を要する。炭化水素系ガスも地球温暖化係数が３〜４程度と高いため、環境に配慮して、窒素や二酸化炭素などの不活性ガスを物理発泡剤として使用する方策が検討されている。 The production method of foamed resin using chemical foaming agents is still the mainstream method. However, depending on the type of chemical foaming agent, there is a risk that pyrolysis residue may be mixed in the product, ammonia, nitrogen oxides, formaldehyde And other disadvantages such as generation of harmful gases.
Physical foaming agents have undergone major changes for environmental reasons. Previously, specific chlorofluorocarbons (CFCs: chlorofluorocarbons) and designated chlorofluorocarbons (HCFCs: hydrochlorofluorocarbons) were used. Already abolished because it is expensive. HFCs (hydrofluorocarbons) that are currently used in part are not regulated because they have no ozone depleting potential, but they are subject to emission reduction due to their high global warming potential. At present, hydrocarbon gas is most often used as a physical foaming agent, but it is flammable and requires care. Since hydrocarbon gases also have a high global warming potential of about 3 to 4, in consideration of the environment, a method of using an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide as a physical foaming agent has been studied.

この窒素や二酸化炭素などの不活性ガスは、樹脂となじみにくく、樹脂中への溶解度が低いため、ガスを樹脂中へ溶解させることが困難であったが、特許文献１で提案されるように、超臨界流体を用いることにより、超微細な発泡樹脂を製造することが可能となっている。
しかしながら、特許文献１に記載されているように、溶融押出機を排出されたシートに、超臨界流体を溶解させる方法は、装置が非常に大型化するとともに、溶解時間が長く、工業的に連続的に製造するには問題があった。
また、溶融押出機の中に超臨界流体を導入して樹脂と溶解混合する方法も記載されているが、実際に工業的に利用する場合、不活性ガスが逆流する等、様々な問題がある。
特に顕著な問題は、樹脂中に溶解しているガスと樹脂中に溶解されずに分散されているガスが混在していることであり、このため発泡樹脂を安定的に製造することが困難となっている。
溶融樹脂はガスを溶解する程、粘度が低下して可塑性が増加するため、溶解ガス量が均一でない場合、流動が不安定となる。溶融押出機の中では、溶解ガス量が多い樹脂や未溶解分散ガスが前方へ送り出されやすくなり、混練が不十分になる。また、射出成形やブロー成形においては、計量後、成形用金型に送られるが、ガスの溶解と分散が不安定であるため、計量も不安定になる。
これらの技術課題を解決するためには、溶融樹脂と不活性ガスを均一に溶解混合するための特殊で高価な溶融押出機が必要となり、実用上の大きな課題となっている。 This inert gas such as nitrogen and carbon dioxide is not easily compatible with the resin and has a low solubility in the resin, so it has been difficult to dissolve the gas in the resin. By using a supercritical fluid, it is possible to produce an ultrafine foamed resin.
However, as described in Patent Document 1, in the method of dissolving the supercritical fluid in the sheet discharged from the melt extruder, the apparatus becomes very large and the melting time is long and industrially continuous. There was a problem in manufacturing it.
In addition, although a method of introducing a supercritical fluid into a melt extruder and dissolving and mixing with a resin is also described, there are various problems such as reverse flow of inert gas when actually used industrially. .
A particularly remarkable problem is that a gas dissolved in the resin and a gas that is not dissolved in the resin are mixed, and it is difficult to stably produce the foamed resin. It has become.
As the molten resin dissolves the gas, the viscosity decreases and the plasticity increases. Therefore, when the amount of the dissolved gas is not uniform, the flow becomes unstable. In the melt extruder, a resin having a large amount of dissolved gas or an undissolved dispersed gas is easily sent forward, and kneading becomes insufficient. In addition, in injection molding and blow molding, after metering, it is sent to a molding die. However, since gas dissolution and dispersion are unstable, metering is also unstable.
In order to solve these technical problems, a special and expensive melt extruder for uniformly dissolving and mixing the molten resin and the inert gas is required, which is a large practical problem.

また、特許文献２では、不活性ガスと溶融樹脂を充分に混ぜ合わせることが可能な射出成形機を提供することを目的とし、溶融押出機の先端に往復移動可能なピストンとサブシリンダを設置し、ピストンの往復移動により溶融樹脂とガスを充分混ぜ合わせ、さらに複数の貫通孔を形成したミキシングヘッドを設置して、攪拌性能の向上を図っている。
特許文献２の射出成形機は、主に、樹脂を加熱溶融供給するためのメインシリンダ部、不活性ガスの供給部、溶融樹脂と不活性ガスを混合するための混合筒・サブシリンダ部、溶融樹脂と不活性ガスの混合物を射出する射出ノズル部で構成されている。
特許文献２によれば、樹脂はメインシリンダ部によって加熱溶融供給され、混合筒へ導入される。一方、不活性ガスは、微細孔が多数形成された多孔質焼結体を介して、混合筒へ導入される。混合筒とサブシリンダ部は、複数の貫通孔が形成されたスタティックミキシングヘッドを介して接続されており、混合筒へ導入された溶融樹脂と不活性ガスは、サブシリンダ部の往復移動可能なピストンによって、サブシリンダ部と混合筒を往復し、この過程で混合される。さらに、射出ノズル部には多貫通孔ブロックが備えられており、多貫通孔ブロックを通すことによって、せん断熱発生による混合流体の温度上昇および気泡の微細化を図っている。また、混合筒内では、溶融樹脂と不活性ガスは、ランダムな状態になり、複数の貫通孔を有するスタティックミキシングヘッドを往復流動する際にも、ランダムな状態で流動する。即ち、複数の貫通孔のうち、溶融樹脂のみが流動する孔や不活性ガスのみが流動する孔が存在することになる。このランダムな状態を、ピストン往復移運動とサブシリンダ空間によって、マクロ流動させることにより、次第に均一な流動状態になり、混合されていくものと考えられる。射出ノズル部では、多貫通孔ブロックや先細りのノズルを混合流体が流動するため、ここでも一定の混合効果が得られるものと考えられる。しかしながら、特許文献２の構成では、混合を促進するために、ピストン駆動手段やサブシリンダを設けているので、設備の大型化やコスト高になる。 In addition, Patent Document 2 aims to provide an injection molding machine capable of sufficiently mixing an inert gas and a molten resin, and a piston and a sub-cylinder capable of reciprocating movement are installed at the tip of the melt extruder. The mixing performance is sufficiently improved by mixing the molten resin and gas sufficiently by the reciprocating movement of the piston, and further installing a mixing head having a plurality of through holes.
The injection molding machine of Patent Document 2 mainly includes a main cylinder part for heating and supplying resin, an inert gas supply part, a mixing cylinder / sub-cylinder part for mixing molten resin and inert gas, and melting. It consists of an injection nozzle that injects a mixture of resin and inert gas.
According to Patent Document 2, the resin is heated and melted by the main cylinder portion and introduced into the mixing cylinder. On the other hand, the inert gas is introduced into the mixing cylinder through a porous sintered body in which a large number of fine holes are formed. The mixing cylinder and the sub cylinder portion are connected via a static mixing head in which a plurality of through holes are formed, and the molten resin and the inert gas introduced into the mixing cylinder are reciprocally movable pistons of the sub cylinder portion. Thus, the sub-cylinder portion and the mixing cylinder are reciprocated and mixed in this process. Further, the injection nozzle portion is provided with a multi-through hole block. By passing the multi-through hole block, the temperature of the mixed fluid is increased and the bubbles are made finer due to the generation of shear heat. Moreover, in the mixing cylinder, the molten resin and the inert gas are in a random state, and also flow in a random state when reciprocating through a static mixing head having a plurality of through holes. That is, among the plurality of through holes, there are holes through which only the molten resin flows and holes through which only the inert gas flows. This random state is considered to gradually become a uniform flow state and mixed by causing macro flow by the piston reciprocating movement and the sub-cylinder space. In the injection nozzle portion, the mixed fluid flows through the multi-through hole block and the tapered nozzle, so that it is considered that a certain mixing effect can be obtained here. However, in the configuration of Patent Document 2, piston driving means and sub-cylinders are provided in order to promote mixing, resulting in an increase in equipment size and cost.

さらに、特許文献３には、ガスを高粘度流体に分散させる発泡装置として、数メートル以上の分散用管路ユニットを使用し、さらにスタティックミキサーやパワーミキサーと併用する装置が提案されている。特許文献３には、管路の径は明記されていないが、ガスと高粘度流体を加圧状態で分散用管路を通過することにより、ガスがせん断力によって微細化され、高粘度流体内に分散されることが記述されている。
しかしながら、特許文献３では、数メートル以上の分散用管路ユニットを使用していることから設備が大型になり、しかも管路が長くなると、それに比例して圧力損失も大きくなり、供給エネルギーが過剰になる恐れや、ガスと高粘度流体の粘度差が非常に大きいために流れ方向にムラが生じガスが均一に分散されない恐れがある。 Further, Patent Document 3 proposes an apparatus that uses a dispersion pipe unit of several meters or more as a foaming apparatus that disperses a gas in a high-viscosity fluid, and that is used in combination with a static mixer or a power mixer. Although the diameter of the pipe line is not specified in Patent Document 3, the gas is refined by shearing force by passing the gas and the high-viscosity fluid through the dispersion pipe line in a pressurized state, and the inside of the high-viscosity fluid Are distributed.
However, in Patent Document 3, the use of a dispersion pipe unit of several meters or more increases the size of the equipment, and the longer the pipe length, the larger the pressure loss and the excessive supply energy. Or because the difference in viscosity between the gas and the high-viscosity fluid is very large, unevenness in the flow direction may occur and the gas may not be uniformly dispersed.

またさらに、特許文献４には、流動性材料とガスを交互に送り出し、高圧に加圧して、管路内で流動性材料とガスを混合する方法及び装置が開示され、この構成によれば、高圧管路よりも狭い通路を有する狭路手段を通過させることにより一層緻密に混合されるとされている。この特許文献４において、高圧管路は、内径１０ｍｍ、長さ２ｍであり、狭小手段は、高圧配管内に装着された鋼線メッシュ（線径０．５〜０．３ｍｍ、１ｍｍ角程度のメッシュ）である。この特許文献４の構成において、高圧管路内での混合は、加圧圧送されることにより、液体樹脂とガスの間に混合作用が生じ、分断されていたガスが液体樹脂中に溶け込んでいくことによるものとされており、狭路手段による混合は、それをさらに緻密化させると記述されている。しかしながら、特許文献４の構成では、液体樹脂とガスを交互に送りだしても、液体樹脂とガスの粘度差が大きいため、加圧手段や管路内で樹脂同士あるいはガス同士が合一する恐れがあり、また、流れ方向にムラが生じる恐れがあることから、必ずしも微細なガスを均一に分散させることは容易ではなかった。 Furthermore, Patent Document 4 discloses a method and an apparatus for alternately feeding a flowable material and a gas, pressurizing the flowable material and a gas, and mixing the flowable material and the gas in a pipe line. It is said that the finer mixing is achieved by passing through narrow passage means having a narrower passage than the high-pressure pipe. In this Patent Document 4, the high-pressure pipe has an inner diameter of 10 mm and a length of 2 m, and the narrowing means is a steel wire mesh (wire diameter of 0.5 to 0.3 mm, about 1 mm square) installed in the high-pressure pipe. ). In the configuration of Patent Document 4, mixing in the high-pressure line is performed under pressure and pressure, whereby a mixing action occurs between the liquid resin and the gas, and the divided gas dissolves into the liquid resin. It is described that mixing by means of narrow paths further densifies it. However, in the configuration of Patent Document 4, even if the liquid resin and the gas are alternately sent, the viscosity difference between the liquid resin and the gas is large. In addition, since there is a risk of unevenness in the flow direction, it is not always easy to uniformly disperse the fine gas.

また、特許文献５では、ミクロンオーダーの微細な通路を有する樹脂用エレメントおよび空気用エレメントを交互に多段上に積層させた分散部を構成し、溶融樹脂および空気を夫々通過させることにより、規則正しく分散させることが開示されている。しかし、この分散部では、溶融樹脂と空気は直接接触することはなく、規則正しく分散された状態で分散部から排出され、分散部から排出された後に始めて溶融樹脂と空気が接触・混合される。分散部から直接成形機ノズルに供給、または、分散部と成形機ノズルの間にスタティックミキサーを有する混合部を設けて、均質な発泡樹脂を得ようとしている。
しかしながら、分散部から直接成形機ノズルに供給するだけでは十分な混合が確保できないという問題があり、十分な混合を確保するためにはスタティックミキサーを設けるなど装置が複雑になるという問題があった。 Further, in Patent Document 5, a dispersion part is formed by alternately laminating resin elements and air elements having micron-order fine passages on multiple stages, and the molten resin and air are allowed to pass through each of them regularly. Is disclosed. However, in this dispersion part, the molten resin and air do not come into direct contact, but are discharged from the dispersion part in a regularly dispersed state, and the molten resin and air are contacted and mixed only after being discharged from the dispersion part. A homogeneous foamed resin is to be obtained by supplying the dispersion part directly to the molding machine nozzle or providing a mixing part having a static mixer between the dispersion part and the molding machine nozzle.
However, there is a problem that sufficient mixing cannot be ensured only by supplying it directly from the dispersing section to the molding machine nozzle, and there is a problem that the apparatus becomes complicated such as providing a static mixer in order to ensure sufficient mixing.

また、特許文献６〜７では、２液以上の流体の迅速かつ均一な混合を達成させるために、マイクロデバイスが提案されている。例えば、特許文献６で示されているマイクロデバイスでは、２つの流体をそれぞれ分割させ、中心軸の一点で合流させるように流路が構成され、合流後の混合部における排出チャンネルは、相当径１ｍｍ以下の単純な流路となっている。また、特許文献７で示されているマイクロデバイスでは、それぞれ分割させた２以上の流体を、合流させるように工夫している。
しかしながら、このようなマイクロデバイスを用いて、溶融樹脂とガスの混合を行おうとする場合、粘度の低いガスのみが優先的に通過してしまい、充分な混合が達成できない。すなわち、混合させようとする２つの流体の流量や粘度に大きな差が無ければ、このようなマイクロデバイスを用いて、迅速かつ均一な混合が達成されるが、溶融樹脂とガスのような場合、溶融樹脂に比べて、ガスの体積流量は非常に大きく、ガスの粘度は非常に低い。このため、ガスのみが優先的に通過してしまい、充分な混合が達成できず、溶融樹脂中へのガスの溶解は不十分になる。 Patent Documents 6 to 7 propose micro devices in order to achieve rapid and uniform mixing of two or more fluids. For example, in the microdevice shown in Patent Document 6, the flow path is configured to divide two fluids and join at one point of the central axis, and the discharge channel in the mixing section after joining has an equivalent diameter of 1 mm. The simple flow path is as follows. Moreover, in the microdevice shown by patent document 7, it devised so that two or more fluids which were each divided | segmented may be merged.
However, when mixing a molten resin and a gas using such a microdevice, only a gas having a low viscosity passes preferentially, and sufficient mixing cannot be achieved. That is, if there is no great difference in the flow rate or viscosity of the two fluids to be mixed, rapid and uniform mixing can be achieved using such a microdevice. Compared to molten resin, the volume flow rate of gas is very large and the viscosity of gas is very low. For this reason, only gas passes preferentially, sufficient mixing cannot be achieved, and dissolution of the gas in the molten resin becomes insufficient.

また、特許文献８では、海島構造のマイクロデバイスを提案しているが、高流速条件や流量比が同一な条件で運転しない限り、ノズルによって構造的に島状に分散させた流体が、もう一方の流体（海）の中で、合一する恐れがあり、溶融樹脂中へのガスの溶解が不十分になる恐れがある。 Further, Patent Document 8 proposes a sea-island microdevice, but unless it is operated under the same conditions of high flow rate and flow rate, the fluid that is structurally dispersed in an island shape by the nozzle is the other. In the fluid (sea), there is a risk of coalescence, and the gas may not be sufficiently dissolved in the molten resin.

特許第２６２６６７６号（特表平６−５０６７２４）Japanese Patent No. 2626676 (Japanese Patent Publication No. 6-506724) 特許第３３３９７５６号（特開平８−２０７０９４）Japanese Patent No. 3339756 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-207094) 特許第３８５１８９５号（特開２００４−１５７１）Japanese Patent No. 3851895 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-1571) 特許第３６８５５３１号（特開平９−９４４５０）Japanese Patent No. 3855531 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-94450) 特開２００７−１２５７０４JP2007-125704A 特許第４３３９１６３号（特開２００５−２８８２５４）Japanese Patent No. 4339163 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-288254) 特開２０１０−４２８JP 2010-428 特開２００６−２３１２５５JP 2006-231255 A

以上のように、従来の物理発泡装置は、溶融樹脂とガスを均一に溶解混合させるために、特殊な溶融押出機や大型の混合装置が必要であったため、コスト高となり、実用上の大きな課題となっていた。また、従来のマイクロデバイスでは、溶融樹脂とガスのように粘度差の大きな流体同士を混合させることが困難であり、短時間で効率良くガスを溶融樹脂中に均一に分散または溶解させるような物理発泡装置に適用することができなかった。 As described above, the conventional physical foaming device requires a special melt extruder and a large mixing device in order to uniformly melt and mix the molten resin and gas. It was. Also, with conventional microdevices, it is difficult to mix fluids with a large viscosity difference, such as molten resin and gas, and physical properties that allow gas to be uniformly dispersed or dissolved in the molten resin in a short time. It could not be applied to a foaming device.

そこで、本発明は、ガスを溶融樹脂中へ短時間で均一に溶解させることができる小型で簡単な構成のマイクロミキサーを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a micromixer having a small and simple configuration capable of uniformly dissolving a gas in a molten resin in a short time.

以上の目的を達成するために本発明に係るマイクロミキサーは、溶融樹脂とガスとを混合し、該ガスを前記溶融樹脂中に分散または溶解させるマイクロミキサーであって、
該マイクロミキサーは、内部に前記溶融樹脂を導入する第１導入路が設けられた第１筐体と、前記ガスを導入する第２導入路と導入されたガスを分割して吹き出す複数の微細孔が設けられてなり、前記第１筐体の内部に設けられた第２筐体と、を有し、前記第１筐体の内壁と前記第２筐体の外壁とが近接して設けられて前記内壁と前記外壁間の隙間からなる微細領域で前記溶融樹脂と前記ガスとを合流させて混合することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a micromixer according to the present invention is a micromixer for mixing a molten resin and a gas, and dispersing or dissolving the gas in the molten resin,
The micromixer includes a first casing provided with a first introduction path for introducing the molten resin therein, a second introduction path for introducing the gas, and a plurality of fine holes for dividing and blowing the introduced gas. And a second housing provided inside the first housing, wherein the inner wall of the first housing and the outer wall of the second housing are provided in proximity to each other. The molten resin and the gas are merged and mixed in a fine region including a gap between the inner wall and the outer wall.

以上のように構成された本発明に係るマイクロミキサーによれば、前記第１導入路の注入口から注入されて前記微細領域を拡流する溶融樹脂に向けて前記ガスを前記複数の微細孔を介して分割して吹き出すことができるので、合流時に溶融樹脂とガスの接触面積が増加して、合流と同時に混合が開始され、さらに合流後に溶融樹脂とガスの混合物が微細領域を通過する際に混合が促進される。
これにより、ガスを溶融樹脂中へ短時間で均一に溶解させることができる。
また、前記第１筐体の内壁と第２筐体の外壁とを近接して設けることにより微細領域が形成されているので、構成を簡単にできる。 According to the micromixer according to the present invention configured as described above, the gas is introduced into the plurality of micropores toward the molten resin that is injected from the inlet of the first introduction path and flows through the microregion. Since the contact area between the molten resin and the gas is increased at the time of merging, mixing is started simultaneously with the merging, and when the mixture of the molten resin and gas passes through the fine region after merging. Mixing is promoted.
Thereby, gas can be uniformly dissolved in molten resin in a short time.
In addition, since the fine region is formed by providing the inner wall of the first housing and the outer wall of the second housing close to each other, the configuration can be simplified.

本発明に係るマイクロミキサーのある形態では、前記微細孔は、第２導入路の開口端に設けられた板状部材において一方の主面から他方の主面に貫通するように形成されており、前記第１筐体における前記第１導入路の注入口が設けられた内壁と該内壁と対向する前記一方の主面との間の隙間によって前記微細領域の一部を構成する微小合流領域が構成されている。 In a form of the micromixer according to the present invention, the micropore is formed so as to penetrate from one main surface to the other main surface in the plate-like member provided at the opening end of the second introduction path, A minute confluence region that constitutes a part of the minute region is configured by a gap between an inner wall of the first housing where the inlet of the first introduction path is provided and the one main surface facing the inner wall. Has been.

本発明に係るマイクロミキサーのある形態では、前記微小合流領域を除く微細領域により、さらに前記微小合流領域において前記溶融樹脂と前記ガスとの混合物の混合が促進される。 In a certain form of the micromixer according to the present invention, mixing of the mixture of the molten resin and the gas is further promoted in the fine merging region by the fine region excluding the fine merging region.

本発明に係るマイクロミキサーのある形態では、前記微小合流領域において前記溶融樹脂が第１導入路を中心として放射状に拡流される。 In a certain form of the micromixer according to the present invention, the molten resin is radially spread around the first introduction path in the minute merge region.

本発明に係るマイクロミキサーのある形態では、前記微小合流領域において、前記溶融樹脂の拡流方向と前記ガスの吹き出し方向とが直交する。 In a certain form of the micromixer according to the present invention, the flow direction of the molten resin and the gas blowing direction are orthogonal to each other in the minute merge region.

以上のように本発明によれば、ガスを溶融樹脂中へ短時間で均一に溶解させることができる小型で簡単な構成のマイクロミキサーを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a micromixer having a small and simple configuration capable of uniformly dissolving a gas in a molten resin in a short time.

本発明に係る実施形態のマイクロミキサーを用いて構成した成形装置の断面図である。It is sectional drawing of the shaping | molding apparatus comprised using the micromixer of embodiment which concerns on this invention. 実施形態のマイクロミキサーの断面図である。It is sectional drawing of the micromixer of embodiment. 実施形態の変形例のマイクロミキサーの断面図である。It is sectional drawing of the micromixer of the modification of embodiment.

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施形態のマイクロミキサーについて説明する。
実施形態．
図１は、本発明に係るマイクロミキサーを用いて構成した実施形態の成形装置の断面図である。
実施形態の成形装置は、マイクロミキサー１０を挟んで溶融樹脂供給部２００と成形部３００とが配置されてなる。成形部３００は、用途に応じて種々の成形方法が選択されるが、例えば、押出、射出、ブロー成形などから選択される。溶融樹脂供給部２００も用途に応じて種々の供給方法が選択される。図１では、押出溶融機を例示しているが、押出溶融機にギアポンプを備えたものや、攪拌溶融槽にギアポンプまたはスクリューポンプを備えたものなどから選択される。溶融樹脂供給部２００は、樹脂投入口２２０を備えた筒体２１０と筒体２１０の空洞内に挿入されたスクリュー２３０とからなり、筒体２１０の空洞の内壁とスクリュー２３０の間に樹脂搬送部２４０が形成されて溶融樹脂がスクリュー２３０の回転によって搬送される。樹脂搬送部２４０の先端に樹脂供給孔２５０が設けられて、溶融樹脂がマイクロミキサー１０に供給される。
本明細書において、溶融樹脂とは、流動性のある樹脂を指し、常温でも流動性のある樹脂や、常温で固体状態であっても、高温では溶融して、流動性が生じ、ポンプなどで移送可能な樹脂を指す。また、樹脂は、熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーであってもよく、硬化前の熱硬化性樹脂や熱可塑性エラストマーの原料樹脂であっても良い。 Hereinafter, embodiments of the micromixer according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a molding apparatus according to an embodiment configured using a micromixer according to the present invention.
In the molding apparatus of the embodiment, a molten resin supply unit 200 and a molding unit 300 are arranged with a micromixer 10 interposed therebetween. The molding unit 300 is selected from various molding methods depending on the application, and is selected from, for example, extrusion, injection, and blow molding. Various supply methods are selected for the molten resin supply unit 200 according to the application. Although FIG. 1 illustrates an extrusion melting machine, the extrusion melting machine is selected from those having a gear pump in the extrusion melting machine and those having a gear pump or a screw pump in a stirring and melting tank. The molten resin supply unit 200 includes a cylindrical body 210 having a resin charging port 220 and a screw 230 inserted into the cavity of the cylindrical body 210, and a resin conveyance unit between the inner wall of the hollow of the cylindrical body 210 and the screw 230. 240 is formed, and the molten resin is conveyed by the rotation of the screw 230. A resin supply hole 250 is provided at the tip of the resin transport unit 240, and the molten resin is supplied to the micromixer 10.
In this specification, the molten resin refers to a resin having fluidity, and is a resin that has fluidity even at room temperature or melts at a high temperature even in a solid state at room temperature, resulting in fluidity. Refers to transportable resin. The resin may be a thermoplastic resin or a thermoplastic elastomer, or may be a raw material resin of a thermosetting resin or a thermoplastic elastomer before being cured.

本発明に係るマイクロミキサー１０は、図２に示すようにガスを分割して、溶融樹脂に合流させるように構成されており、合流した後の溶融樹脂とガスの混合物が微細流路を流通することによって、溶融樹脂にガスを効率良く分散させて、ガスを溶融樹脂中へ急速かつ均一に溶解させている。
ここで、本発明で使用されるガスは、特にガスの種類に制限はなく、窒素や二酸化炭素、あるいは空気の他、ブタンやペンタンなどの炭化水素系ガスやハイドロフルオロカーボン系ガスなど種々のガスが含まれるが、本発明に係るマイクロミキサーによれば、窒素や二酸化炭素、あるいは空気など、溶融樹脂とはほとんど反応しなかったり、又は、溶融樹脂中への溶解度が非常に低いガスであっても容易に溶融樹脂中に分散又は溶解させることができる。 The micromixer 10 according to the present invention is configured to divide the gas and join the molten resin as shown in FIG. 2, and the mixture of the molten resin and the gas after joining flows through the fine channel. Thus, the gas is efficiently dispersed in the molten resin, and the gas is rapidly and uniformly dissolved in the molten resin.
Here, the gas used in the present invention is not particularly limited, and there are various gases such as nitrogen, carbon dioxide, air, hydrocarbon gases such as butane and pentane, and hydrofluorocarbon gases. Although it is included, according to the micromixer according to the present invention, nitrogen, carbon dioxide, air, or the like hardly reacts with the molten resin or is a gas having a very low solubility in the molten resin. It can be easily dispersed or dissolved in the molten resin.

図２のマイクロミキサー１０は、混合室１１ａを有する筐体１１と、混合室１１ａ内に設けられたガス導入用筐体１４とを有してなる。ガス導入用筐体１４は、さらに、ガス導入路１２ｂに連結されてその連結部から前方に向かって徐々に断面積が拡大するガス拡流部１２ａとからなるガス供給部１２と、ガス拡流部１２ａの先端に設けられたガス分割放出部１３とからなる。実施形態において、ガス分割放出部１３は、複数の微細流路１３ｂが一方の主面から他方の主面に貫通するように形成された板状部材１３ａからなり、板状部材１３ａの外形がガス拡流部１２ａの開口部の形状と同じになるように加工されており、ガス分割放出部１３がガス拡流部１２ａの開口端部に嵌め込まれている。
そして、ガス導入用筐体１４の外壁と筐体１１の内壁とが近接して設けられて微細領域（混合室１１ａ）が形成される。この微細領域（混合室１１ａ）は、機能的には、筐体１１の樹脂導入孔１１ｂが設けられた内壁（合流領域壁）と該内壁に近接して配置された板状部材１３ａの表面とによって構成された微小合流領域１５と、その微小合流領域１５を除く微細領域からなる微小混合促進領域１６とに分けることができる。 The micromixer 10 of FIG. 2 includes a casing 11 having a mixing chamber 11a and a gas introduction casing 14 provided in the mixing chamber 11a. The gas introduction casing 14 is further connected to the gas introduction path 12b, and includes a gas supply section 12 including a gas expansion section 12a whose cross-sectional area gradually increases from the connection section toward the front, and a gas expansion section. It consists of the gas division | segmentation discharge | release part 13 provided in the front-end | tip of the part 12a. In the embodiment, the gas splitting and releasing unit 13 includes a plate-like member 13a formed so that a plurality of fine channels 13b penetrates from one main surface to the other main surface, and the outer shape of the plate-like member 13a is a gas. It is processed so as to have the same shape as the opening of the flow spreading portion 12a, and the gas split discharge portion 13 is fitted into the opening end of the gas spreading portion 12a.
Then, the outer wall of the gas introduction housing 14 and the inner wall of the housing 11 are provided close to each other to form a fine region (mixing chamber 11a). This fine region (mixing chamber 11a) functionally includes an inner wall (confluence region wall) provided with the resin introduction hole 11b of the housing 11, and a surface of the plate-like member 13a disposed in the vicinity of the inner wall. Can be divided into a fine merging region 15 constituted by the above and a fine mixing promoting region 16 composed of fine regions excluding the fine merging region 15.

尚、筐体１１に形成された樹脂導入孔１１ｂは、溶融樹脂供給部２００の樹脂供給孔２５０に連通する。板状部材１３ａの表面と混合室１１ａの合流領域壁との間の間隔、即ち、微小合流領域１５の隙間幅は、微小合流領域１５を拡流する溶融樹脂に吹出口から吹き出されたガスが吹き出し方向全体にわたって浸透するように溶融樹脂の粘度や吐出圧力及びガスの吐出圧及び微細流路１３ｂの径を考慮して設定されるが、例えば、１０μｍ〜３ｍｍの範囲に設定される。 The resin introduction hole 11 b formed in the housing 11 communicates with the resin supply hole 250 of the molten resin supply unit 200. The distance between the surface of the plate-like member 13a and the merging region wall of the mixing chamber 11a, that is, the gap width of the minute merging region 15 is such that the gas blown from the blowout port to the molten resin flowing in the minute merging region 15 Although it is set in consideration of the viscosity of the molten resin, the discharge pressure, the discharge pressure of the gas, and the diameter of the fine flow path 13b so as to penetrate through the entire blowing direction, for example, it is set in the range of 10 μm to 3 mm.

以上のように構成された実施形態のマイクロミキサー１０において、樹脂導入孔１１ｂから注入された溶融樹脂は、微小合流領域１５内を板状部材１３ａの表面に沿って拡がっていく。この板状部材１３ａの表面に沿って拡がっていく溶融樹脂に向けて複数の微細流路１３ｂによって微細に分割されたガスが吹き出される。このように微細に分割したガスを溶融樹脂に向けて吹き出すことによって、合流時における溶融樹脂とガスの接触面積を増加させることができ、合流と同時に混合又は溶解が開始される。 In the micromixer 10 of the embodiment configured as described above, the molten resin injected from the resin introduction hole 11b spreads along the surface of the plate-like member 13a in the minute joining region 15. The gas finely divided by the plurality of fine flow paths 13b is blown out toward the molten resin spreading along the surface of the plate-like member 13a. By blowing out the finely divided gas toward the molten resin, the contact area between the molten resin and the gas at the time of merging can be increased, and mixing or dissolution is started simultaneously with the merging.

具体的には、微小合流領域１５の中を拡流する溶融樹脂を薄く伸ばした流動状態にすることにより、溶融樹脂の線流速が増加し、さらには、せん断応力が増加することにより、溶融粘度が低下する。一方、ガスを微細流路１３ｂから噴き出して拡流・分割することにより、合流部におけるガスの線流速が減少する。これにより、溶融樹脂とガスのように流量差や粘度差が大きな流体の混合でも均質な混合を行うことが可能となる。 Specifically, by making the molten resin that flows in the micromerged region 15 into a thin and flowing state, the linear flow velocity of the molten resin increases, and further, the shear stress increases, thereby increasing the melt viscosity. Decreases. On the other hand, the gas linear flow velocity at the merge portion is reduced by ejecting the gas from the fine flow path 13b and expanding and dividing the gas. This makes it possible to perform homogeneous mixing even when fluids having a large flow rate difference or viscosity difference such as molten resin and gas are mixed.

また、微小合流領域１５においてガスが合流混合された溶融樹脂は、微細領域における微小混合促進領域１６を通過する際に混合又は溶解が促進される。すなわち、実施形態のマイクロミキサーでは、混合室１１ａの内壁とガス拡流部１２ａの外壁の間隔が微小合流領域１５の隙間と同程度（例えば、１０μｍ〜３ｍｍ）に設定されて微小混合促進領域１６が構成されており、微小バブルとなったガスが混合された溶融樹脂が微小混合促進領域１６を通過することにより、混合が促進される。
尚、微小合流領域１５の機能と微小混合促進領域１６の機能とは異なっていることから、微小合流領域１５における筐体１１の内壁とガス導入用筐体１４の外壁間の間隔と微小混合促進領域１６における筐体１１の内壁とガス導入用筐体１４の外壁間の間隔とは異なっていても良い。 In addition, the molten resin in which the gas is merged and mixed in the minute merging region 15 is promoted to be mixed or dissolved when passing through the minute mixing promoting region 16 in the minute region. That is, in the micromixer according to the embodiment, the space between the inner wall of the mixing chamber 11a and the outer wall of the gas spreading portion 12a is set to be approximately the same as the gap of the micromerging region 15 (for example, 10 μm to 3 mm), The molten resin mixed with the gas that has become microbubbles passes through the micromixing promotion region 16, thereby promoting mixing.
In addition, since the function of the micro joining area | region 15 and the function of the micro mixing promotion area | region 16 differ, the space | interval between the inner wall of the housing | casing 11 in the micro joining area | region 15 and the outer wall of the housing | casing 14 for gas introduction, and micro mixing promotion are carried out. The space between the inner wall of the housing 11 and the outer wall of the gas introduction housing 14 in the region 16 may be different.

以上のようにして、実施形態のマイクロミキサーによれば、ガスを複数の微細流路に分割してそれぞれ吹出口から吹き出して拡流している溶融樹脂に効果的に分散させることができることに加え、微小合流領域１５及び微小混合促進領域１６において溶融樹脂とガスの接触面積を増加させて確実に混合することができ、かつ微小領域を通過させている間にガスを溶融樹脂中へ効果的かつ急速に溶解させることが可能となる。 As described above, according to the micromixer of the embodiment, in addition to being able to divide the gas into a plurality of fine flow paths and to effectively disperse the gas in the molten resin that is blown out from the outlet and spread, The contact area between the molten resin and the gas can be increased by reliably increasing the contact area between the molten resin 15 and the minute mixing promoting area 16, and the gas can be effectively and rapidly mixed into the molten resin while passing through the minute area. It becomes possible to dissolve in.

また、実施形態のマイクロミキサーでは、筐体１１の内壁にガス導入用筐体１４の外壁を近接して配置することにより、微小合流領域１５及び微小混合促進領域１６を構成しているので、溶融樹脂とガスのように流量差や粘度差が大きな流体の混合でも均質な混合を行うことが可能なマイクロミキサーを簡単な構成により実現することとができる。 Further, in the micromixer of the embodiment, the outer wall of the gas introduction housing 14 is arranged close to the inner wall of the housing 11 to form the micromerging region 15 and the micromixing promotion region 16. A micromixer capable of performing homogeneous mixing even with mixing of fluids having a large flow rate difference or viscosity difference such as resin and gas can be realized with a simple configuration.

さらに、筐体１１とガス導入用筐体１４とを二重管構造にすることによりマイクロミキサーを構成しているので、熱交換作用も働き、熱エネルギーの効率的な利用や温度条件の調整も容易に行うことができる。 Furthermore, since the case 11 and the case 14 for gas introduction are made into a double-pipe structure, a micromixer is configured, so that heat exchange also works, efficient use of heat energy and adjustment of temperature conditions. It can be done easily.

以上の実施形態では、マイクロミキサー１において、樹脂導入孔１１ｂと樹脂射出孔１１ｃとを中心軸が一致するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３に示すように、樹脂導入孔１１ｂとガス導入路１２ｂ’の中心軸を一致させ、樹脂導入孔１１ｂの中心軸と樹脂射出孔１１ｃの中心軸とを直交するように構成してもよい。
このようにすると、ガスと混合された溶融樹脂の流れる方向が不連続に変化したときに混合がさらに促進される。 In the above embodiment, in the micromixer 1, the resin introduction hole 11b and the resin injection hole 11c are configured so that the central axes coincide with each other. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. Alternatively, the resin introduction hole 11b and the gas introduction passage 12b ′ may be made to coincide with each other so that the center axis of the resin introduction hole 11b and the center axis of the resin injection hole 11c are orthogonal to each other.
In this way, mixing is further promoted when the flow direction of the molten resin mixed with the gas changes discontinuously.

以上説明したように本発明によれば、溶融樹脂中への溶解度が非常に低いガスだけでなく、溶融樹脂中への溶解度が高く、従来から使用されている炭化水素系ガスにも適用することが可能な汎用性のあるマイクロミキサーを提供することができる。
また、溶融樹脂とガスを均一に溶解混合させるための高価で特殊な溶融押出機を必要とせずに、安価で汎用の溶融押出機に、本発明のマイクロミキサーを取り付けることにより、発泡樹脂を安価に製造することが可能となる。 As described above, according to the present invention, not only a gas having a very low solubility in the molten resin, but also a hydrocarbon gas having a high solubility in the molten resin and conventionally used. Therefore, it is possible to provide a versatile micromixer that can be used.
In addition, by installing the micromixer of the present invention in an inexpensive and general-purpose melt extruder without requiring an expensive and special melt extruder for uniformly dissolving and mixing the molten resin and gas, the foamed resin can be made inexpensive. Can be manufactured.

１０マイクロミキサー、
１１筐体
１１ａ混合室
１１ｂ樹脂導入孔
１１ｃ樹脂射出孔
１２ガス供給部
１２ａガス拡流部
１２ｂガス導入路
１３ガス分割放出部
１３ａ板状部材
１３ｂ微細流路
１４ガス導入用筐体
１５微小合流領域
１６微小混合促進領域
２００溶融樹脂供給部、
３００成形部
２１０筒体、
２２０樹脂投入口
２３０スクリュー、
２４０樹脂搬送部、
２５０樹脂供給孔 10 micro mixers,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Case 11a Mixing chamber 11b Resin introduction hole 11c Resin injection hole 12 Gas supply part 12a Gas expansion part 12b Gas introduction path 13 Gas division | segmentation discharge | release part 13a Plate-shaped member 13b Microchannel 14 Gas introduction | transduction case 15 Minute merge area 16 Micro mixing promotion area 200 Molten resin supply part,
300 molded part 210 cylinder,
220 resin inlet 230 screw,
240 resin transport section,
250 Resin supply hole

Claims

溶融樹脂とガスとを混合し、該ガスを前記溶融樹脂中に分散または溶解させるマイクロミキサーであって、
該マイクロミキサーは、
内部に前記溶融樹脂を導入する第１導入路が設けられた第１筐体と、
前記ガスを導入する第２導入路と導入されたガスを分割して吹き出す複数の微細孔が設けられてなり、前記第１筐体の内部に設けられた第２筐体と、を有し、
前記第１筐体の内壁と前記第２筐体の外壁とが近接して設けられて前記内壁と前記外壁間の隙間からなる微細領域で前記溶融樹脂と前記ガスとを合流させて混合するマイクロミキサー。 A micromixer for mixing a molten resin and a gas, and dispersing or dissolving the gas in the molten resin,
The micromixer is
A first housing provided with a first introduction path for introducing the molten resin therein;
A second introduction path for introducing the gas, and a plurality of fine holes for dividing and blowing out the introduced gas, and a second casing provided inside the first casing,
A micro in which the inner wall of the first casing and the outer wall of the second casing are provided close to each other, and the molten resin and the gas are mixed and mixed in a minute region formed by a gap between the inner wall and the outer wall. mixer.

前記微細孔は、第２導入路の開口端に設けられた板状部材において一方の主面から他方の主面に貫通するように形成されており、前記第１筐体における前記第１導入路の注入口が設けられた内壁と該内壁と対向する前記一方の主面との間の隙間によって前記微細領域の一部を構成する微小合流領域が構成されている請求項１に記載のマイクロミキサー。 The fine hole is formed so as to penetrate from one main surface to the other main surface in a plate-like member provided at the opening end of the second introduction path, and the first introduction path in the first housing 2. The micromixer according to claim 1, wherein a minute merging region that constitutes a part of the fine region is configured by a gap between an inner wall provided with the inlet and the one main surface facing the inner wall. .

前記微小合流領域を除く微細領域により、さらに前記微小合流領域において前記溶融樹脂と前記ガスとの混合物の混合が促進される請求項２記載のマイクロミキサー。 The micromixer according to claim 2, wherein mixing of the mixture of the molten resin and the gas is further promoted in the minute merging region by the minute region excluding the minute merging region.

前記微小合流領域において前記溶融樹脂が第１導入路を中心として放射状に拡流される請求項２又は３に記載のマイクロミキサー。 4. The micromixer according to claim 2, wherein the molten resin is radially spread around the first introduction path in the minute merge region. 5.

前記微小合流領域において、前記溶融樹脂の拡流方向と前記ガスの吹き出し方向とが直交する請求項２〜４のうちのいずれか１つに記載のマイクロミキサー。 The micromixer according to any one of claims 2 to 4, wherein in the minute merging region, a flow direction of the molten resin and a gas blowing direction are orthogonal to each other.