JP3361368B2 - 熱可塑性樹脂と添加物の混合方法および混合装置 - Google Patents
熱可塑性樹脂と添加物の混合方法および混合装置Info
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Description
を混合する方法およびその装置に関するものである。さ
らに詳しくは、粘度差の大きい熱可塑性樹脂溶融物と液
状添加物を効率良く均一に混合することにより、添加物
の混合不良に起因する問題の発生を防止し、高品質の熱
可塑性樹脂組成物を効率良く且つ安定に製造する方法お
よびその装置に関するものである。
ブロー成形、押出成形、カレンダー成形などによって行
われているのが一般的であるが、この場合、樹脂の滑性
が、射出成形およびブロー成形では金型離型性に、押出
成形ではダイの滑り性に、カレンダー成形ではロールの
剥離性にそれぞれ影響を及ぼすので重要である。例え
ば、射出成形においては樹脂の滑性が低いと金型との離
型時に成形品が割れたり金型から離れず1回の型開き毎
に成形機を停止させねばならないという欠点を有し、成
形時の生産性、作業性が阻害されることになる。このた
め一般に、これらの欠点を改良するために熱可塑性樹脂
中に滑剤を添加、混合する方法がとられている。
れ、液体の状態で混合されるが、滑剤の添加比率は通常
100〜2,000ppmと非常に小さく、また熱可塑
性樹脂溶融物と液状添加物の粘度比は100,000:
1を越えるので、このように粘度比の大きいものを極少
量混合することは相当のエネルギーを必要とする。しか
し、この滑剤の混合が不均一であると、十分な滑性を得
ることができず、前記の離型時の割れのような問題が発
生したり、造粒時にストランドが切れ、安定した操業が
不可能となることがある。さらに、ポリスチレン樹脂や
ポリメタクリル酸メチル樹脂などの透明な熱可塑性樹脂
では白濁を生じ、著しく外観を損なうこともある。
する機能を付与するために各種の添加物が添加されるこ
とが多い。例えば、熱可塑性樹脂中に脂肪族炭化水素を
添加すれば流動性を向上させることができ、アルキルベ
ンゾトリアゾール類を添加すれば紫外線吸収剤として作
用する。さらに、ゴム変成ポリスチレン樹脂にポリジメ
チルシロキサンに代表されるようなポリ有機シロキサン
類を添加すれば耐磨耗性を向上させたり、衝撃強度を向
上させたりすることができる。このように、熱可塑性樹
脂に添加する添加物の種類は多岐に亘り、また、これら
の添加物は複合して使用されることも多いが滑剤の場合
と同様に混合が十分でないと機能の発現も十分でなく、
外観を損ねたり運転上様々な不具合を生じることがあ
る。
る方法としては、一般に次の3つの方法がとられてい
る。 熱可塑性樹脂を重合開始前または重合途中に添加す
る重合装置内での混合 単軸または二軸押出機での混合 スタティックミキサーでの混合
方法では添加物が樹脂中に均一に混合されることが多い
が、未反応モノマーや溶剤を脱揮させる際に添加物の一
部が未反応モノマーや溶剤と一緒に蒸発し、樹脂中の歩
留りが悪くなるという欠点を有する。また、添加物の種
類によっては重合反応そのものを阻害するものもある。
ものが高価であり、また混合に要するエネルギーもかな
り大きい。
は、エネルギー的にはの方法より有利であるが、十分
な混合を得るためには、例えばスルーザー社のSMX型
スタティックミキサーを用いた場合、後述するように2
0エレメント以下では不十分であり、エレメント数が多
くなって相当大きな圧力損失が発生し、大型の圧力発生
装置が必要となる。また、混合器そのものの長さが非常
に長くなるために混合器の単価も高価なものとなり且つ
設置のために大きな空間が必要となる。
「はぎ原新吾監修、”静止型混合機”p.155 ,(19
81)日刊工業新聞社」に記載されているように、二種
の原液の混合比および粘度比の大きいものに対しては主
流のスタティックミキサーの上流側で一部を分流させて
別のスタティックミキサーで予備混合する方法が提案さ
れているが、この場合の粘度比はたかだか10,00
0:1であり、本発明で目的にしているような100,
000:1以上の高い粘度比の混合に対してはその効果
は十分でない。この対策として熱可塑性樹脂溶融物の温
度を上げることが考えられるが、樹脂の分解や変色の問
題が発生する懸念がある。
の外観の低下、製品強度の低下、造粒時のストランド切
れ等、添加物の混合不良に起因する様々な問題の発生を
防止し、歩留り良く、十分に混合された混合物を経済的
に得ることができる混合方法および混合装置を提供しよ
うとするものである。
を解決するために鋭意検討した結果、スタティックミキ
サーを使用して混合を行う方法において、熱可塑性樹脂
溶融物の粘度低減、可塑化、液状添加物溶解度係数への
接近などの効果を考慮することにより本目的を達成する
に至った。
をスタティックミキサーを通して混合する方法におい
て、熱可塑性樹脂溶融物の主流配管に設置したスタティ
ックミキサーAの下流側から主流の一部を分流として取
り出し、該分流と液状添加物を分流配管に設置したスタ
ティックミキサーBを通して混合し、これをスタティッ
クミキサーAの上流側の主流に戻し、スタティックミキ
サーAを通すことを特徴とする熱可塑性樹脂と添加物の
混合方法である。また本発明は熱可塑性樹脂溶融物の粘
度および液状添加物の粘度をそれぞれV1(cp)、V
2(cp)とするとき、その粘度比が下記の数式6の関
係にあり、熱可塑性樹脂溶融物の主流流量をF1( m3/
hr) 、分流流量をF2( m3/hr) 、液状添加物の流量を
F3( m3/hr) とするとき、その流量比が下記の数式7
および数式8の関係にあることを特徴とする上記の熱可
塑性樹脂と添加物の混合方法である。
流配管に設置したスタティックミキサーAの下流側に分
流配管を有し、該分流配管に設置したスタティックミキ
サーBの上流側に液状添加物配管を有し、スタティック
ミキサーBの下流側配管がスタティックミキサーAの上
流側に接続されていることを特徴とする熱可塑性樹脂と
添加物の混合装置であり、また、スタティックミキサー
Aの内径をD1( m)、スタティックミキサーBの内径
をD2( m) 、スタティックミキサーAの内部を流れる
流量をF4( m3/hr) 、スタティックミキサーBの内部
を流れる流量をF5( m3/hr) とするとき、そのスタテ
ィックミキサーの径と流量が下記の数式9および数式1
0の関係にあることを特徴とする上記の熱可塑性樹脂と
添加物の混合装置である。
使用される熱可塑性樹脂としては、例えばエチレン樹
脂、プロピレン樹脂、ブテン−1樹脂、エチレン−プロ
ピレン共重合樹脂に代表されるオレフィン系樹脂や、ス
チレン樹脂、ゴム変成スチレン共重合樹脂、スチレン−
アクリロニトリル共重合樹脂、メタクリル酸メチル−ス
チレン共重合樹脂、アクリル酸−スチレン共重合樹脂、
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、
メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合樹
脂、アクリロニトリル−メタクリル酸メチル−ブタジエ
ン−スチレン共重合樹脂、スチレン−ブタジエンブロッ
ク共重合樹脂に代表されるスチレン系樹脂や、メタクリ
ル酸メチル樹脂、塩化ビニル樹脂またはその共重合樹脂
等が挙げられるが、ここに挙げたものに限定されるもの
ではない。
滑剤、可塑剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、安定剤等の
いわゆる改質剤および、ここに記載したもの以外の目的
の添加剤も利用できる。しかし、改質剤の作用としては
2種以上の作用をもつことが多いため、複合使用によっ
てはその改質効果はさらに複雑となる。
利用できる添加剤の具体例を示せば、脂肪族炭化水素、
高級脂肪酸、脂肪族アルコール、脂肪酸アミド、金属石
鹸、脂肪酸エステル類、ポリ有機シロキサン、アルキル
スルフォン酸塩類、脂肪酸のエチレンオキサイド付加
物、ヒンダードフェノール類、ベンゾトリアゾール化合
物などが挙げられるが、ここに挙げたものに限定される
ものではない。
であることが肝要であり、常温で液体のものはそのまま
用いることができるが、常温で固体状のものは加熱して
液状にする必要がある。固体状のままであれば、溶融し
た熱可塑性樹脂の連続流に連続的に供給することが困難
であり、また計量設備が大変高価なものとなる。常温で
固体のものを加熱して液状にする方法としては、例え
ば、加熱装置を備えた容器内に添加物を充填し、融点以
上に加熱することにより容易に実施できる。
であればよいが、好ましくは熱可塑性樹脂溶融物の温度
との差が150℃以内であり、さらに好ましくは100
℃以内、最も好ましくは50℃以内である。液状添加物
の温度が低すぎる場合はスタティックミキサーBの入口
で熱可塑性樹脂溶融物の温度を下げてしまい粘度が上昇
して流動状態を悪くするおそれがある。また逆に液状添
加物の温度が高すぎれば熱可塑性樹脂の変色や分解が発
生するおそれがある。
が、これにより本発明が限定されるものではない。
性樹脂溶融物の主流F1の流量をF1( m3/hr) とし、
液状添加物の流量をF3( m3/hr) とした場合、(F3
/F1)の値は0.0001〜0.01、好ましくは0.0002〜0.00
5 、さらに好ましくは0.0005〜0.002 である。(F3/
F1)の値が0.0001以下の場合は、添加物の効果が発揮
されず、0.01以上の場合は熱可塑性樹脂中への混合が悪
くなって外観を損ねたり未混合の添加物がダイに付着す
るなどの不具合を生じる。
の種類には特に限定はなく、例えば、ケニックス社製の
右捻りエレメントと左捻りエレメントを交互に、かつ直
列に配したもの、スルーザー社のSMXスタティックミ
キサー、SMXLスタティックミキサー、SMVスタテ
ィックミキサーおよびSMRスタティックミキサー、東
レ社のハイミキサー、ルス社のスタティックミキサー、
コマックス社のスタティックミキサーなどが使用できる
が、混合に必要なエレメントの数および必要な圧力損失
を考慮すれば、スルーザー社のSMXスタティックミキ
サーを使用するのが望ましい。また、スタティックミキ
サーAおよびスタティックミキサーBに用いられるもの
は同じ種類のものであっても、またはそれぞれ異なる種
類のものであってもよい。
クミキサーBの形状は、一般的には滞留部等を考慮すれ
ば円筒状のものが望ましいがそれに限定されるものでは
ない。スタティックミキサーAの内径D1(m)は、そ
の中を流れる流体の流量F4( m3/hr) に対して下記の
数式11で表される範囲にあることが望ましい。
な内径の場合には混合に必要なエレメントの数が非常に
多くなるために、ミキサーの単価も高価なものとなり、
且つ設置のために大きな空間を必要とするために経済的
でない。一方、逆に、(F4/D12 )の値が2000以上
となる内径の場合には圧力損失が非常に大きくなり、工
業的に実用的ではない。
は、スタティックミキサーAの場合に同様、ミキサーB
内を流れる流体の流量F5( m3/hr) に対して下記の数
式12で表される範囲にあることが望ましい。
流F1から分流F2を分岐させる場所は、スタティック
ミキサーAの下流側であることが必要である。これはス
タティックミキサーAの下流ではすでに添加物が混合さ
れており、従って分流が粘度低下や可塑化の状態にある
こと及び添加物溶解度係数に近づくこと等により混合が
より容易に起こるためと考えられる。また、F1とF2
の流量比(F2/F1)は、0.01〜0.3 、好ましくは0.
03〜0.2 、さらに好ましくは0.05〜0.15の範囲である。
(F2/F1)の値が0.01以下である場合は、F2をF
1から分流させて添加物と予備混合する効果が薄れ、結
果的にスタティックミキサーAが長くなり好ましくな
い。一方、(F2/F1)の値が0.3 以上である場合に
はスタティックミキサーBの必要長さが長くなって圧力
損失が大きくなり装置も大きくなる上に、F2の抜き出
しポンプが高価なものとなって好ましくない。
とこれと粘度差の大きい液状添加物とを効率良く混合す
る方法および装置を提供するものであるが、本発明のよ
うに主流の一部をスタティックミキサーAの下流側から
分流として取り出し、分流と添加物を別のスタティック
ミキサーBを用いて混合したのちにスタティックミキサ
ーAの上流側で主流に戻し、全体を混合する方法は、ス
タティックミキサーのあらゆる利用分野、すなわちスラ
リーの均一分散、ガス吸収等の分野にも適用可能であ
る。
体的に説明するが、これらは本発明の範囲を制限するも
のではない。
0,000のポリスチレン樹脂を用い、添加物としては、ス
テアリン酸(日本油脂製:商品名ビーズステアリン酸
松)を用いた。
可塑化し、図1の熱可塑性樹脂溶融物ホールドタンクa
に連続的に供給した。押出機出口の樹脂温度は 240℃で
あり、その溶融粘度は剪断速度が10(sec-1) において約
4 ,000,000cpであった。この熱可塑性樹脂溶融物ホー
ルドタンクaは、外部にジャケットを有し、そのジャケ
ットに溶融樹脂温度と同温度の熱媒油を通液して溶融樹
脂が固化するのを防いだ。
溶融樹脂をギヤポンプbで 100l/hr の割合で抜き出し
主流とし、スタティックミキサーAに通した。スタティ
ックミキサーAの下流側で主流の一部をギヤポンプdで
連続的に抜き出し分流とした。分流の流量は 5l/hr と
なるようにギヤポンプdの回転数を調整した。
通したジャケットを付属した添加物溶融タンクeで95℃
に加熱して溶融し、プランジャーポンプfで60cc/hr の
流量で熱可塑性樹脂溶融物の分流に合流させ、スタティ
ックミキサーBに通した。95℃でのステアリン酸溶融物
の粘度を測定したところ約 5cpであった。スタティッ
クミキサーBをでたこの分流とステアリン酸との混合物
をスタティックミキサーAの上流側に供給し主流と合流
させた。
トを有した内径0.0527m、長さ 0.527m(10エレメン
ト)のスルーザー社製SMXスタティックミキサーを用
い、スタティックミキサーBには外部ジャケットを有し
た内径0.0214m、長さ0.171 m(8 エレメント)のスル
ーザー社製SMXスタティックミキサーを用いた。これ
らのジャケットには溶融樹脂温度と同じ 240℃の熱媒を
通した。
添加物の混合物をスタティックミキサーAの下流に設置
したストランドダイhを通して取り出し、ペレタイザー
でペレット化した。
ランドはスムーズに流れ、試験時間8時間中一度もスト
ランド切れ等、工程上のトラブルは発生しなかった。
して肉眼で成形物を観察したところ、樹脂中に白濁した
ところは見当たらなかった。また、ペレットを四酸化ル
テニウム蒸気で処理し、ステアリン酸を染色した後に薄
片にして透過型電子顕微鏡でステアリン酸の分散状態を
確認したところ、図2に示すように樹脂全体にステアリ
ン酸が細かく分散しているのが見られた(図2で黒く見
える部分がステアリン酸であり、白色部がポリスチレン
樹脂である)。
3に示すような成形物を成形し、金型との離型時の割れ
を評価したところ、表1に示すような結果となった。こ
の時の成形条件は以下の通りであった。 成形機 :大隈クラウスマッファイ社製OKM−150
/600A 成形温度:ホッパー下からノズルまでのシリンダー温
度。ホッパー下から順に、185℃、195℃、205
℃、215℃、215℃ 金型温度:40℃ 射出時間:5秒 冷却時間:12秒 射出速度:98% 射出圧力:140bar
ギヤポンプdの回転数をあげたところ、ギヤポンプdの
吐出圧が装置の設計圧である200kg/cm2G を越えそう
になったので試験を中止した。
流側で分岐させ、分流の流量 5l/hr となるようにギヤ
ポンプdの回転数を調整し試験を行った。ストランドダ
イの出口でストランド切れの現象はみられなかったが得
られたペレットについて実施例と同様に射出成形物の金
型離型性を調べた結果、表1に示す通り、割れ個数は実
施例より多かった。
ミキサーAのみを用い、但しスタティックミキサーAの
長さを 1.054m( 20エレメント) にして試験を行った。
その結果、ストランドダイ出口でのストランド切れの現
象がみられ、また、ペレットをプレス成形したところ、
ところどころにステアリン酸の混合不良に起因する白濁
がみられた。
でステアリン酸の分散状態を観察したところ、図4に示
すようにステアリン酸(黒く見える部分)が大きな球状
で樹脂中に偏在しているのが確認された。
型離型性を調べた結果、表1に示す通り、割れがかなり
の割合で発生した。
を行った。得られたペレットで実施例と同様の射出成形
物を成形し、金型離型性を調べた。ステアリン酸が添加
されていない樹脂では表1に示す通り割れが頻発した。
ティックミキサーを使用して熱可塑性樹脂中と添加物を
混合するにあたって、熱可塑性樹脂溶融物の粘度と添加
物の粘度が大きく異なる系の混合が効率よく且つ安定し
て達成可能であり、さらに、スタティックミキサーも小
型にできる。そして本発明によって得られた樹脂組成物
の成形品は外観に優れ、製品強度が向上し、金型との離
型性が良くなるなど、添加物の効果を最大限に発揮でき
る。
る。
状態図である。
て射出成形した容器の斜視図である。
状態図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 熱可塑性樹脂と添加物をスタティックミ
キサーを通して混合する方法において、熱可塑性樹脂溶
融物の主流配管に設置したスタティックミキサーAの下
流側から主流の一部を分流として取り出し、該分流と液
状添加物を分流配管に設置したスタティックミキサーB
を通して混合し、これをスタティックミキサーAの上流
側の主流に戻し、スタティックミキサーAを通すことを
特徴とする熱可塑性樹脂と添加物の混合方法。 - 【請求項2】 熱可塑性樹脂溶融物の粘度および液状添
加物の粘度をそれぞれV1(cp)、V2(cp)とす
るとき、その粘度比が下記の数式1の関係にあり、熱可
塑性樹脂溶融物の主流流量をF1( m3/hr) 、分流流量
をF2( m3/hr) 、液状添加物の流量をF3( m3/hr)
とするとき、その流量比が下記の数式2および数式3の
関係にあることを特徴とする請求項1記載の熱可塑性樹
脂と添加物の混合方法。 【数1】 【数2】 【数3】 - 【請求項3】 熱可塑性樹脂溶融物の主流配管に設置し
たスタティックミキサーAの下流側に分流配管を有し、
該分流配管に設置したスタティックミキサーBの上流側
に液状添加物配管を有し、スタティックミキサーBの下
流側配管がスタティックミキサーAの上流側に接続され
ていることを特徴とする熱可塑性樹脂と添加物の混合装
置。 - 【請求項4】 スタティックミキサーAの内径をD1(
m) 、スタティックミキサーBの内径をD2( m) 、ス
タティックミキサーAの内部を流れる流量をF4( m3/
hr) 、スタティックミキサーBの内部を流れる流量をF
5( m3/hr)とするとき、そのスタティックミキサーの
径と流量が下記の数式4および数式5の関係にあること
を特徴とする請求項3記載の熱可塑性樹脂と添加物の混
合装置。 【数4】 【数5】
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25082693A JP3361368B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 熱可塑性樹脂と添加物の混合方法および混合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25082693A JP3361368B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 熱可塑性樹脂と添加物の混合方法および混合装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07100825A JPH07100825A (ja) | 1995-04-18 |
JP3361368B2 true JP3361368B2 (ja) | 2003-01-07 |
Family
ID=17213610
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP25082693A Expired - Lifetime JP3361368B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 熱可塑性樹脂と添加物の混合方法および混合装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3361368B2 (ja) |
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EP0838259A1 (de) * | 1996-10-23 | 1998-04-29 | Sulzer Chemtech AG | Einrichtung zum Zuführen von Additiven in einen Strom einer hochviskosen Flüssigkeit |
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-
1993
- 1993-10-06 JP JP25082693A patent/JP3361368B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH07100825A (ja) | 1995-04-18 |
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