JP4303570B2 - 組成物の製造方法、組成物及び成形品 - Google Patents

Description

本発明は、混練押出機に関し、特に、マスターバッチの製造に適した混練押出機及びこれを用いることにより得られるマスターバッチに関する。

従来から、プラスチック材料の物性を改善する手段として、充填剤（フィラー）を添加する方法が多用されているが、近年、さらにプラスチック材料に対する物性の向上の要求とコスト低減の要求が高まっている。
製品コストを低減する方法として、プラスチック材料に充填剤を高濃度に添加したマスターバッチを作製し、これを射出成形や押出成形等における成形時に、最終製品に求められる性能に合わせた充填剤の添加量になるように、ニート樹脂と混合して最終成形品を製造する方法がある。

添加した充填剤が、最終製品の物性を効率良く改善するには、充填剤がマスターバッチ内において、微分散していることが重要である。
このようなマスターバッチを製造する方法として、ゲレーション法や、バンバリーミキサーによる混練等のバッチ方式がある。しかしながら、これらの方法は連続して製造できないため、生産性（作業性等）が悪く、また、分散性を向上するため、充填剤の表面処理が必要となるため、生産コストが問題であった。また、自動車用材料に必要なゴムを添加できない等の問題もあった。

また、他の方法として、微細な充填剤と樹脂材料を、同方向噛合い型等の二軸押出機や単軸押出機等を用いて混練する方法がある。この方法では、連続してマスターバッチを製造でき、また、充填剤の分散性も向上する。しかし、充填剤の嵩比重が小さいため、充填剤を高濃度に混練するには限界があり、また、吐出量が低下するため生産性に問題があった。
これに対し、微細な充填剤の嵩比重を高めることにより、生産性を向上する試みがなされている。具体的には、タルクを圧縮して使用する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、吐出量を上げることができ、生産性を向上することができる。また、タルクが高濃度なため連続生産時のタルクの分級を抑制でき、高品質のマスターバッチ（マスターバッチの灰分が仕込量と同等）が得られる。
しかし、圧縮タルクは、非圧縮タルクと比べると樹脂に対する分散性が劣るため、この方法により得られたマスターバッチを使用した成形体は、外観上の問題はないものの、充分な物性を有するものとはいえなかった。

本発明者らは、上記の問題を解決するため、Ｌ／Ｄ（二軸部全長／スクリュー径）が１２以上で、かつ二軸部端部においてせき止め構造を有する二軸混練部と、単軸押出部とからなる混練押出機を開示している（例えば、特許文献２、３参照。）。この混練押出機を用いて製造したマスターバッチは、充填剤が微分散しており、かつ高濃度にすることができる。しかも、生産性（組成物の吐出量、品質安定性、作業性）良く製造することができる。また、このマスターバッチは最終成形品の物性を効率良く改善することができる。

しかし、圧縮タルクの種類が異なる場合（粒度分布が異なる場合）に、分散性、生産安定性が低下する問題があった。また、例えば、ポリプロピレンにゴムをより高度に分散したマスターバッチを得られるように、混練部等のディメンジョン構成を変更した場合、生産安定性が低下する等の問題があった。

特開平４−３０６２６１号公報 特開２００２−７９５１５号公報 特願２００２−２１８０２６号

本発明は、上記課題に鑑み、各成分が十分に分散している組成物を生産性良く製造できる混練押出機及びそれを用いて製造したマスターバッチを提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、強制フィーダーを有する供給部と、原料移送部、第１混練部、第２混練部をこの順に有する二軸部であって、原料移送部には供給部が接続し、第２混練部側の端部にはせき止め構造及び／又は絞り調整バルブがあり、この二軸部のＬ／Ｄが１２以上である二軸部と、第２混練部側で、二軸部と連通する単軸部とからなり、第１混練部が逆送りのローターと順送りのローターから構成され、（逆送りのローターの延べＬ／Ｄ）／（順送りのローターの延べＬ／Ｄ）が０．４〜２．２であり、ローターのＬ_１／Ｄが７〜１３であり、第２混練部のローターのＬ_２／Ｄが０〜１０である、熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる二種以上を含む組成物、又は熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる一種以上と充填剤とを含む組成物の製造に用いるための混練押出機が提供される。

本発明の第二の態様によれば、この混練押出機を用いて、熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる二種以上、又は熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる一種以上と充填剤を、混練する組成物の製造方法が提供される。

本発明の第三の態様によれば、上記の製造方法により得られる組成物が提供される。

本発明の第四の態様によれば、上記の組成物であるマスターバッチとニート樹脂から成形される成形品が提供される。

まず、本発明の混練押出機について説明する。
本発明の混練押出機は、熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる二種以上を含む組成物、あるいは熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる一種以上と充填剤とを含む組成物の製造に好適な混練押出機である。本発明の混練押出機を用いると、組成物の成分を十分に分散することができる。

この混練押出機は、原料を供給する供給部と、供給部が接続する原料移送部、第１混練部、第２混練部をこの順に設けた二軸部と、さらに、二軸部と連通する単軸部からなる。単軸部は第２混練部側で二軸部と連通し、押出機能を有している。
二軸部の端部には、せき止め構造及び／又は絞り調整バルブを有している。絞り調整バルブは、混練部の混練度合いを調整するものである。
尚、単軸部は分離独立したタンデムタイプとしてもよい。即ち、上記二軸部の構成を有する二軸押出部と単軸押出部を、せき止め構造及び／又は絞り調整バルブを有する樹脂流路で結合したタンデム型の混練機としてもよい。
二軸部のＬ／Ｄは１２以上（スクリュー部を含む）、好ましくは１６以上、特に好ましくは２０以上である。

供給部は、好ましくは強制フィーダーを有する。強制フィーダーを挿入することにより、生産安定性、吐出性能が向上する。充填剤特に圧縮タルクの種類が異なる（粒度分布）と分散性、生産安定性が得られない場合があったが、そのような場合であっても、本発明の混練押出機において強制フィーダーを用いることにより生産安定性を改善できる。また、強制フィーダーを用いることにより、吐出量が増え、この増加に伴い、熱可塑性樹脂とゴムの相溶性、衝撃性能をさらに向上させることができる。

第１混練部は、逆送りのローターと順送りのローターから構成され、（逆送りのローターの延べＬ／Ｄ）／（順送りのローターの延べＬ／Ｄ）は、好ましくは０．４〜２．２、より好ましくは０．４〜１．５、さらに好ましくは０．７〜１．５、特に好ましくは１．１〜１．５である。
第１混練部の（逆送りのローターの延べＬ／Ｄ）／（順送りのローターの延べＬ／Ｄ）を上記の値に特定することにより、分散性能が向上する。調整は、エレメントタイプのローター（Ｌ／Ｄ＝１）を用いることにより実施できる。
０．４より小さいと、十分な分散性能が得られないおそれがある。また、強制フィーダーによる吐出量増加効果、生産安定性増加効果も得られないおそれがある。１．５より大きいと練りが効き過ぎて、ＭＢの色相が黄変するおそれがある。また、吐出性能が低下する場合もある。

第１混練部のローターのＬ_１／Ｄは、７〜１３、好ましくは９〜１１である。７より小さいと十分な分散性能が得られないおそれがある。吐出量を増やした場合、開放ベントから圧縮タルクが噴出し易くなる。１３より大きいと上記効果が飽和し、装置のコストアップになる。また、練りが効き過ぎ樹脂が劣化するおそれがある。
ローターの間にはスクリューがあっても良く、その場合は延べのローター長さで計算する。

本発明の混練押出機では、強制フィーダーと、混練部の特定のローター構成の併用により、分散性能が高まり、かつ、吐出量が増加して生産安定性が得られている。混練部において、逆送りのローターが順送りのローターに対し多くなると、混合分散作用は高まるが、原料が送り出され難くなり、吐出量が減る。しかし、強制フィーダーを用いることにより、充填率向上に伴う強せん断効果が得られ、混合分散効果を保ちながら、吐出量を多くすることができる。
その結果、従来生産安定性が不十分であった、例えば、嵩密度の低い微細な圧縮タルク（嵩比：０．５）を、高濃度で分散することが可能となった。また、分散性が困難であった高圧縮タルク（嵩比：０．８）を高濃度で分散することが可能となった。例えば、平均粒径が７μｍ以下（４〜５μｍ等）の圧縮タルクを７０重量％以上で分散できる。

第２混練部のローターのＬ_２／Ｄは０〜１０、好ましくは０〜６、特に好ましくは０〜３である。１０より大きいと、スクリューを駆動するモーターの負荷が大きくなるため限界吐出量が低下したり、練りが効き過ぎ、樹脂が劣化するおそれがある。また、装置のコストアップになる。
ローターの間にはスクリューがあっても良く、その場合は延べのローター長さで計算する。

スクリュー径Ｄ（ｍｍ）と原料移送部の長さＬ_ｆ（ｍｍ）は、通常（Ｌ_ｆ／Ｄ）／Ｄ（ｍｍ^−１）＝０．１２〜０．３３である。
０．１２より小さいと吐出性能、安定生産性が得られないおそれがある。０．３３より大きいと効果が飽和し、装置のコストアップになる。

混練部の最大せん断速度は、通常、１００〜１０，０００（秒^−１）である。好ましくは、１００〜２，８００（秒^−１）、さらに好ましくは１５０〜２，２００（秒^−１）、特に好ましくは２００〜１，８００（秒^−１）である。最大せん断速度は材料の粘度により適宜選定する。
尚、最大せん断速度は以下の式により求める。
（π・Ｄ（ｍｍ、スクリューの直径）Ｎ（ｒｐｍ、スクリューの回転数））／（ローターのチップ クリアランス（ｍｍ）・６０秒）
最大せん断速度が１００（秒^−１）より小さいと十分な分散性能が得られないおそれがある。また、吐出性能が低下する場合もある。１０,０００（秒^−１）より大きいと練りが効き過ぎ、樹脂が劣化するおそれがある。

強制フィーダーの効果を高めるために、第１混練部と第２混練部との間に開放ベントを設けることが好ましい。
二軸部のスクリューは、非噛合い型がよく、特に非噛合い異方向型がよい。また、そのネジ構造が２条ネジであることが好ましい。
さらに、二軸部は、その端部に配合成分の流量を調節する機能を有することが好ましい。これにより、分散性、吐出量を調整できる。
二軸部と単軸部を一体構造にすることができる。
混練温度は、通常、１３０℃〜２８０℃である。

次に、本発明の組成物について説明する。
本発明の組成物は、熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる二種以上、又は、熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる一種以上と充填剤とを含む。本発明の組成物は、上記の混練押出機を用いて製造できるが、この製造方法に限定されない。

熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン，ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド等が挙げられる。好ましくは、ポリオレフィン系樹脂である。ポリプロピレンとしては、ホモポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、ブロックポリプロピレンが挙げられ、ポリエチレンとしては、ホモポリエチレン、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）が挙げられる。

ゴムとしては、天然ゴム、合成ゴムが挙げられ、合成ゴムとしては、エチレン−プロピレンゴム，エチレン−オクテン−１ゴム等のオレフィン系ゴム、スチレン−ブタジエンゴム，ニトリル−ブタジエンゴム，アクリロニトリル−ブタジエンゴム，クロロプレンゴム等が挙げられる。

充填剤としては、有機充填剤及び無機充填剤のいずれも用いることができる。有機充填剤としては、木粉や木綿粉等の木質粒子，モミ殻粉末，架橋ゴム粉末，プラスチック粉末，コラーゲン粉末等が挙げられる。無機充填剤としては、タルク，炭酸カルシウム，沈降性硫酸バリウム，水酸化マグネシウム，カオリン（ケイ酸アルミニウム），シリカ、パーライト，セリサイト，ケイソウ土，亜硫酸カルシウム，マイカ，チタン酸カリウム等が挙げられる。無機充填剤の中ではタルクが好ましい。また、嵩比重が小さいために生産性が問題となっている場合は圧縮したものを用いる。

圧縮される前の充填剤の平均粒径は、レーザー式測定法による測定値で２０μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が２０μｍを超えると、圧縮による二次凝集体の形成が困難となり、また、嵩比重を高める効果が小さくなるおそれがある。嵩比重を高めることにより生産性（組成物の吐出量、品質安定性、作業性）等が向上する点から、圧縮される前の充填剤の平均粒径は１５μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下が特に好ましい。

本発明の混練押出機で組成物を製造する場合、好ましくはこれらの充填剤を圧縮して用いる。圧縮された充填剤の嵩比重は０．４以上が好ましく、より好ましくは０．５以上、特に好ましくは０．７以上である。ここで、嵩比重とは、〔充填剤の重量（ｇ）／充填剤の体積（ｃｍ³）〕をいう。嵩比重が小さくなる程、供給部のホッパー部でのブリッジ、ラットホール等の問題から、原料の安定フィードが困難となる。また、強制フィーダーによる吐出量、安定生産性等への効果が小さくなる。一方、嵩比重が高いほど樹脂が溶融しやすくなり、高濃度混練が可能であるが、嵩比重が２．０を超えると、混練時に充填剤の分散性が良好でなくなるおそれがある。また、圧縮された充填剤の形状は、分散性を良好なものとする点から、チップ状等のものではなく粒子状のものが好ましい。チップ状とは、平均長径が約２〜１０ｍｍ、平均短径が約２〜５ｍｍの直方体状のものをいう。粒子状とは、チップ状以外のものをいう。

圧縮充填剤の製造法は特に限定されるものではないが、充填剤を加圧処理又は減圧処理することにより得ることができる。加圧処理は、ローラコンパクタ（栗本工業社製，ＭＲＣＰ）により行うことができる。このローラコンパクタは、二本のロールで圧縮する片持ちタイプのものであり、一方のロールの圧力により嵩比重を調整することができる。圧縮充填剤の形状は、後工程のグラニュレーターで、粒子状やチップ状等に調整することができる。充填剤としては、以上に述べた平均粒径、嵩比重及び形状等を満たす点から、タルクが最も好ましい。

本発明の組成物が熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる二種以上を含む場合、二種以上の成分の使用割合は任意とすることができる。
本発明の組成物が熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる一種以上と充填剤とを含む場合、充填剤の充填量（組成物における含有量）は、組成物中１〜９０重量％とすることができる。

マスターバッチの場合、充填剤の充填量は、２０〜９０重量％が好ましい。充填量が２０重量％未満であると、コスト低減効果が小さい。また、充填量が９０重量％を超えると、マスターバッチを成形時にニート樹脂で希釈したときに充填剤の分散性が低下するため、物性が低下することがある。ここで、ニート樹脂とは、マスターバッチを形成する樹脂と同様の樹脂を主成分とする樹脂が好ましいが、相溶性がよければ異なる樹脂でもよい。また、同様の樹脂を主成分とする場合、他の樹脂が混合されていてもよい。
また、充填剤として、マスターバッチの生産性（吐出量、分級）の観点から、嵩比重が０．４以上の充填剤を用いることが好ましい。好ましくは０．５以上である。嵩比重が０．４未満の場合は、圧縮したものを用いることが好ましい。また、また、平均粒子径は、２０μｍ以下が好ましい。

本発明に係る組成物には、有機過酸化物、酸化防止剤、耐候剤、帯電防止剤、顔料等を、組成物の使用目的に応じて適宜添加することができる。

本発明の組成物のうち、熱可塑性樹脂がポリプロピレンであって充填剤がタルクであるものは、高性能であることを要求される自動車内外装部材を形成するための組成物として好適である。

また、本発明の混練押出機を用いれば、充填剤が高濃度に充填されたマスターバッチを得ることができ、このマスターバッチは、タルクが高濃度に充填された組成物を必要とするインパネやバンパー等の自動車内外装部材や家電品の材料として有用である。尚、現行のマスターバッチは、ゲレーション法により製造されるものであり、配合の自由度がない。具体的には、ゲル化時における造粒の可否は、配合組成に制約を受け、また、ゴム系の組成物の製造は困難である。これに対し、本発明の混練押出機を用いれば、配合の制約を受けることがなく、目的に応じて所望の配合とすることができる。
特に、本発明のマスターバッチとニート樹脂からなる成形品は、従来のマスターバッチとニート樹脂からなる成形品に比べて、高い耐衝撃性や光沢性を有している。これは、本発明のマスターバッチでは、分散困難な高濃度の高圧縮タルクが十分に分散しているため、ゴム（ブロックＰＰ中のゴム成分も含む）も同様に十分に分散しているためである。従って、耐衝撃性が求められる用途に特に有用である。

本発明の成形品は、射出成形等の通常の成形方法により成形品を製造できる。この場合、成形機にミキシングノズルを設置しなくても、本発明の混練押出機で製造した組成物は、物性が低下することがないが、顔料の組成物等を用いて成形時に着色する場合は、顔料の分散ムラが発生しやすいため、ミキシングノズルを設置する方が好ましい。

実施形態１
本発明の一実施形態である混練押出機を図１〜図４に示すが、本発明の混練押出機はこれに限定されない。図１は供給部を除いた混練押出機の横断面図であり、図２は供給部近くの混練押出機の部分縦断面図であり、図３は図１のＡ−Ａに添った断面図であり、図４は図１のＢ−Ｂに添った断面図である。

この混練押出機は、供給部４０、二軸スクリュー部（二軸部）６及び単軸スクリュー部（単軸部）７からなる。
この装置は、金属製のケーシング１に内装された第１軸３と、これよりも短い第２軸４とを備えたものであり、ホッパー４２からスクリューフィーダー（強制フィーダー）４５を用いて供給された配合成分は、スクリュー部（原料移送部）２を通じてミキシングローター部（第１混練部）１２に導入され、ミキシングローター部１２及びミキシングローター部（第２混練部）１３において溶融、混練されて先端側に送られ、吐出される。

図１に示すように、ケーシング１は全体筒状に形成されており、略中央で左右に２分割されている。分割部分は蝶番１ａにより回転可能に支持され、矢示Ｆ方向に折れ曲がるようになっている。尚、このケーシング１の分割部分には別部材とした接続部材１ｂが介挿されている。

ケーシング１内には、円筒状シリンダ２１、２つの円筒状シリンダを連結したまゆ型シリンダ２０、及び接続部材１ｂ内に形成された２つの軸受けシリンダ２２及び２３が形成されている。まゆ型シリンダ２０内には、スクリュー部２を各々形成した第１軸３及び第２軸４が並列に配置されている。これら第１軸３及び第２軸４は、スクリュー基部３０及び３１を介してケーシング１に嵌挿されている。これら第１軸３と第２軸４の基端部は、ケーシング１外部に設置した図示しないギアボックスに挿入され、ベアリングで回転自在に支持されている。

また、第２軸４の先端の送出スクリュー部４ａは、この部分とシリンダ２２との間に溶融樹脂が介在することにより所定位置に保持されるので、第２軸４全体が回転自在に支持される。同様に、第１軸３の中間部の送出スクリュー部５ａは、この部分とシリンダ２３との間に溶融樹脂が介在することにより一定位置に保持されるので、第１軸３全体が回転自在に支持される。

そして、第１軸３及び第２軸４の中央部分は互いに接触しないように対峙し、これらの中途には一対ずつのミキシングローター部１２及び１３が各々設けられている。このミキシングローター部１２及び１３は、対向する第１ローター部１２ａ，１２ｂ及び第２ローター部１３ａ，１３ｂからなっており、図示のように互いに離れた位置に形成されている。そして、第１ローター部１２ａと第２ローター部１３ａとの間には第２スクリュー２ａが、また、第１ローター部１２ｂと第２ローター部１３ｂとの間には第２スクリュー２ｂが各々形成されている。第２スクリュー２ａの上方には開放ベント（図示せず）が設けられている。

第１軸３は延長軸部５を有しており、この延長軸部５は円筒状シリンダ２１内に回転自在に内装され、この全長にわたってスクリュー５ｂが形成されている。

この延長軸部５の基端側は接続部材１ｂ内に保持され、この部分にはせき止め構造として、スクリュー溝を浅く形成してケーシング１との間隙をわずかにし、かつ細かいピッチとした流量規制スクリュー５ａが形成されている。この流量規制スクリュー５ａ部では、通過する配合成分の流量が最小限に規制されると共に、配合成分の混練が充分に行われるようになっている。

上記のような構成により、ケーシング１内には第１軸３及び第２軸４が並列する二軸スクリュー部６と、延長軸部５部分からなる単軸スクリュー部７とが形成されている。
図２に示すように、ケーシング１における第１軸３及び第２軸４の各々の基端部の付近には、二軸スクリュー部６に連通する材料供給口８が形成されている。この材料供給口８には、配合成分が供給されるホッパー４２が、コイルフィーダー４３、シューター４４を介して連結している。シューター４４は蓋を開けた状態で、配合成分を強制フィードするために、スクリューフィーダー４５が挿入されている。供給部４０は、ホッパー４２、コイルフィーダー４３、シューター４４、スクリューフィーダー４５から構成される。スクリューフィーダー４５の絞りのｍｍ数は内部のクリアランスの距離と一致している。スクリューフィーダー４５は押し込み能力とフィード能力を有する。

ケーシング１における延長軸部５の先端部９側には、組成物の吐出口１０が設けられている。さらにケーシング１において延長軸部５の基端部側に脱揮口３２が形成されている。延長軸部５の基端部側におけるケーシング１には、バルブ部１１が設けられている。このバルブ部１１は次のように構成されている。

まず、送出スクリュー４ａの先端側に空室１４を形成し、この空室１４の一部に小径な通路１６を設けて、この空室１４とシリンダ２１とを連通させている。
空室１４内には外部から筒状の弁体１５を挿通させ、この弁体１５は矢印Ｈ方向において前進後退動可能となっている。そして弁体１５が通路１６に接近するほど空室１４の容積が小さくなるので、配合成分の流路が狭くなるようになっている。

バルブ部１１は、二軸スクリュー部６と単軸スクリュー部７とを連通するものであり、単軸スクリュー部７へ至る溶融樹脂をバイパスさせて流量を調整するものである。そして第２軸４の一端には送出スクリュー部４ａが形成され、流量規制スクリュー部５ａによりせき止められたほとんどの溶融樹脂を集めてバルブ部１１を介して、ケーシング１内に樹脂を圧送するようになっている。

尚、前記流量調節機構としては他の構成としてもよく、例えば第１軸３を軸方向に移動可能として、第１軸３とこの周囲にあるケーシング内面に形成した凹凸部により弁体を形成し、流路の開閉度を調整する構造にすることも可能である。

次に、上記の連続混練押出機の動作について説明する。
ホッパー４２から送出された配合成分が、コイルフィーダー４３、シューター４４を経て送られる。このとき、スクリューフィーダー４５が配合成分を材料供給口８へ強制フィードする。

材料供給口８より投入された配合成分は、第１軸３及び第２軸４のスクリュー部２により矢示Ｇ方向に送られ、第１ローター部１２ａ，１２ｂにより粗練りが行なわれ、樹脂が半溶融状態となって樹脂材料の密度が上昇する。このように樹脂の密度を上昇させることにより、第２スクリュー２ａ，２ｂでの樹脂の搬送能力が高められ押出量を多くすることができる。このときの第１軸３の回転数は１０〜１５００ｒｐｍである。第２軸４の回転数は第１軸３の１．１倍である。最大せん断速度は第１軸３で計算する。

第２スクリュー２ａ，２ｂで送られた樹脂材料は第２ローター部１３ａ，１３ｂで完全に溶融、混練が行われる。溶融、混練された樹脂は、送出スクリュー部４ａによって空室１４内へ送られ、弁体１５によって流量を調節されながら通路１６を通過してケーシング１内に送られる。このように流量を調節することにより、二軸混練部６での配合成分の混練滞留時間及び配合成分の充填度を調整できるので、バルブ部１１を作動させることによって混練度合いを自由に設定できる。このため樹脂の状態に応じてバルブ部１１の開閉度をコントロールして、配合成分に常に均一な混練を与えることができる。

また、二組のローター部である第１ローター部１２及び第２ローター部１３を設けたので、樹脂の溶融、混練作用が強化され押出量が大幅に増加する。さらに、接続部材１ｂ内の流量規制スクリュー部５ａ及び送出スクリュー部４ａは各々、独立に支持されており、これらとシリンダ２２及び２３との間に樹脂が充満することにより軸受作用が生じるため、高回転域で各スクリューがカジリを起こすことを防止できる。

そして、上記のようにして溶融、混練調整された組成物は、単軸スクリュー部７へ送られ、脱揮口３２から必要な脱揮がされた後、延長軸部５にて順次送られて吐出口１０から押出される。

尚、この実施形態において、ホッパー４２は１つ設けたが、配合成分のよってはそれぞれ２つ以上設けてもよい。例えば、タルクの嵩比重が低く、ブリッジ、ラットホール等が問題となるときは、タルク専用のフィーダー付きホッパーと、熱可塑性樹脂及び／又はゴム用フィーダー付きホッパーの２つを設けることができる。その場合、シューター内で各成分が混合され、スクリューフィーダーで強制フィードできる。

また、シューター４４を介さず、材料供給口８にホッパー４２を接続することもできる。図５にホッパーを材料供給口に接続した例の部分縦断面図を示す。
この供給部４０’では、各材料（粒径等の異なる材料）はそれぞれ副ホッパー４２１，４２２を介して、定量フィーダー４３１，４３２で計量されながらホッパー４２に供給される。ホッパー４２に供給された材料は強制フィーダー４５’によって強制的に二軸スクリュー部６に供給される。
この例では、供給された材料が、強制的に二軸スクリュー部６に供給されるので、ホッパー４２における分級を防止できる。尚、この例において副ホッパーは、供給材料に合わせて３以上設けてもよい。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
尚、実施例で使用したタルクの嵩比重及び粒度分布を表１に示す。

実施例１〜１０、１２、比較例２〜９
［マスターバッチの作製］
材料として、エチレン／プロピレンブロック共重合体（ＭＩ＝３０、出光石油化学社，出光ＰＰ Ｊ−９５０ＨＰ）２２重量％、エチレン−オクテン・１共重合ゴム（デュポン・ダウ社製、メタロセンＬＬ ＥＧ−８１００）１８重量％及び表１に示すタルクＡ ６０重量％を使用した。タルクの嵩比の測定法はＡＳＴＭ￥Ｄ１８９５ｍｅｔｈｏｄＡである。また、これらの合計量１００重量部に対して、分散剤としてステアリン酸マグネシウム０．５重量部、酸化防止剤としてフェノール系酸化防止剤（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製，イルガノックス１０１０）０．２重量部、耐侯剤としてチヌビン−１２０（同社製）０．１３重量部及び耐侯剤としてチヌビン７７０（同社製）０．１３重量部使用した。
これらの材料を、ＨＴＭ型２軸連続混練押出機φ６５（シーティーイー社製、以下ＨＴＭと記す）を図１に示す装置構成となるように改造した混練押出機により混練し、マスターバッチを製造した。尚、ＨＴＭ全体のＬ／Ｄは４２であり、二軸部のＬ／Ｄは２８である。
このときの製造条件は、第１混練部及び第２混練部の温度を１６０℃、押出部の温度を１８０℃とした。スクリュー回転数及びローターのチップ クリアランスを表３に示す最大せん断速度となるように調整した。最大せん断速度は以下の式により求めた。
（π・Ｄ（ｍｍ、スクリューの直径）Ｎ（ｒｐｍ、スクリューの回転数））／（ローターのチップ クリアランス（ｍｍ）・６０秒）
第一混練部のローター構成及びは第二混練部のローター構成は表２に示す構成とした。
表２において、文字（順、逆）１字がＬ／Ｄ＝１の単位を示し、ローターは２条タイプの捩れ角が６０°のものを使用した。
強制フィーダーは、フルフライトスクリューφ９２ｍｍを使用し、クリアランスは４ｍｍとした（シューターの内径：１００ｍｍ）。強制フィーダーの回転数は１２０ｒｐｍとした。
ＨＴＭの［（Ｌ_ｆ／Ｄ）／Ｄ］、第１混練部のＬ_１／Ｄ、第２混練部のＬ_２／Ｄは、表３及び表４に示す設定とした。
尚、ＨＴＭは、スクリューが非噛合い異方向型のものであり、スクリューのネジ構造は２条ネジである。二軸混練部の端部には、図１に示すのようなせき止め構造と、樹脂流量を調節するオリフィス調整機能を有している。このせき止め構造とオリフィス調整機能により、熱可塑性樹脂組成物の吐出量を調節した。オリフィス開度は１ｍｍ／２５ｍｍとした。

［成形品の作製］
得られたマスターバッチ３３．３重量％とエチレン／プロピレンブロックＰＰ（ＭＩ＝３０、永嘉化学社製、３３５４）６６．７重量％を混合したものを、射出成形機（日精樹脂工業（株）製、ＦＥ−１２０、ミキシングノズルを装着）及び金型（ＡＳＴＭ型）を使用して、以下の条件により成形し、成形品を作製した。
成形温度：２１０℃
射出時間：１０秒
背 圧：１０％
型温度 ：５０℃
冷却時間：２０秒

比較例１
実施例１で作製した成形品と同じ配合になるように、ポリプロピレン６６．７重量％、エチレン／プロピレンブロック共重合体７．３重量％、エチレン−オクテン・１共重合ゴム（ＥＧ−８１００）６重量％及びタルクＡの圧縮処理前のタルク（富士タルク社製、ＴＰ−Ａ２５：平均粒径４．５μｍ（レーザー法）、嵩比重０．１５）２０重量％の合計量１００重量部に対して、ステアリン酸マグネシウム０．１７重量部、フェノール系酸化防止剤（イルガノックス１０１０）０．０７重量部、Ｔｉｎ−１２０ ０．０４重量部及びＳａｎ−ＬＳ７７０ ０．０４重量部を、タンデムタイプの二軸混練機（神戸製鋼社製、ＮＣＭ５０）により溶融混練し、成形品（フルコンパウンド品）を作製した。このときの混練条件は混練温度１８０℃、スクリュー回転速度は６００ｒｐｍであった。

実施例１１、比較例１０
［マスターバッチの作製］
マスターバッチの配合を、エチレン／プロピレンブロック共重合体９重量％、エチレン−オクテン・１共重合ゴム２１重量％及び表１に示すタルクＡ７０重量％とし、表１〜４に示す条件とした他は実施例１と同様にしてマスターバッチを作製した。
［成形品の作製］
得られたマスターバッチ２８．６重量％とエチレン／プロピレンブロックＰＰ（ＭＩ＝３０、永嘉化学社製、３３５４）７１．４重量％を混合し、実施例１と同様にして組成物を成形した。

評価例
上記の実施例及び比較例で作製した、マスターバッチ及び成形品について以下の方法により評価した。
（１）生産安定性
サ−ジング（脈動）が激しく連続生産ができない場合は×、サ−ジングは発生するが連続生産は可能な場合は△、サ−ジングは発生しない場合は○として評価した。
（２）限界吐出量
フィ−ド量を増やしていった場合、フィ−ドネックが起きる、開放ベントからのタルク粉体の噴出が発生する又はスクリュ−駆動電力の限界等に至る直前の製造が可能なフィ−ド量（＝吐出量）である。
（３）マスターバッチ（ＭＢ）の分散性の評価
ＭＢのペレットをプレス成形機（設定温度：２００℃）にてフィルム状（厚さ約３０μｍ、約２００ｍｍφ）にプレスし、圧縮タルクの分散状態を、スケ−ル付きのル−ペ（倍率：１０倍）で観察した。１００μｍ以上のタルクの凝集物が確認される場合は×、５０μｍ以下のタルクの凝集物が１個から６個確認される場合は△、凝集物は確認されない場合は○とした。尚、ペレット化できない場合は、ストランド片を採取しプレス成形した。
（４）ＩＺＯＤ衝撃強度
ＪＩＳ Ｋ ７１７１により行った（ノッチ加工、２３℃）。
（５）光沢度
ＪＩＳ Ｋ ７１０５により行った（６０度鏡面光沢）。
（６）ＭＢの灰分
２ｇのペレットをるつぼに採取し、ガスバーナーで燃焼させた後、電気炉にて５００℃で２時間加熱し、残った灰分の重量を測定し、重量分率（％）を求めた。
以上の評価について、結果を表３及び表４に示す。

表３及び表４から、強制フィーダーを使用した場合は、使用しなかった場合と比べて限界吐出量が大きいことが確認できた。これはマスターバッチの生産効率が大幅に改善されたことを示している。また、タルクの粒度分布が異なっても生産性は変化しないことが確認できた。
しかも、サージングが有効に防止できるため、マスターバッチの安定した製造ができることが確認できた。
また、本発明のマスターバッチを使用した樹脂成形品は、同一の配合組成である各比較例と比べてアイゾッド衝撃強度及び光沢度が高い。これは、本発明のマスターバッチは樹脂の物性を効率良く改善できることを示している。尚、かみ合いタイプ、単軸混練機等は自由体積が小さいため、強制フィーダーによる当効果は小さい。

本発明によれば、各成分が十分に分散している組成物を生産性良く製造できる混練押出機及びそれを用いて製造したマスターバッチを提供することができる。

本発明の一実施形態である、供給部を除いた混練押出機の横断面図である。 混練押出機の供給部の部分縦断面図である。 図１のＡ−Ａに添った断面図である。 図１のＢ−Ｂに添った断面図である。 ホッパーを材料供給口に接続した例の部分縦断面図である。

符号の説明

２ スクリュー部（原料移送部）
６ 二軸スクリュー部（二軸部）
７ 単軸スクリュー部（単軸部）
１１ バルブ部（絞り調整バルブ）
１２ ミキシングローター部（第１混練部）
１３ ミキシングローター部（第２混練部）
４０ 供給部
４５ スクリューフィーダー（強制フィーダー）

Claims (3)

1. 強制フィーダーを有する供給部と、
   原料移送部、第１混練部、第２混練部をこの順に有する二軸部であって、前記原料移送部には前記供給部が接続し、前記第２混練部側の端部には、せき止め構造及び／又は絞り調整バルブがあり、この二軸部のＬ／Ｄが１２以上である二軸部と、
   前記第２混練部側で、前記二軸部と連通する単軸部とからなり、
   前記第１混練部が逆送りのローターと順送りのローターから構成され、（逆送りのローターの延べＬ／Ｄ）／（順送りのローターの延べＬ／Ｄ）が０．４〜２．２であり、ローターのＬ_１／Ｄが７〜１３であり、
   前記第２混練部のローターのＬ_２／Ｄが１０以下である、混練押出機を用いて、
   熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる二種以上、又は熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる一種以上と圧縮されたタルクを混練する、組成物の製造方法。
2. 強制フィーダーを有する供給部と、
   原料移送部、第１混練部をこの順に有する二軸部であって、前記原料移送部には前記供給部が接続し、前記第１混練部側の端部には、せき止め構造及び／又は絞り調整バルブがあり、この二軸部のＬ／Ｄが１２以上である二軸部と、
   前記第１混練部側で、前記二軸部と連通する単軸部とからなり、
   前記第１混練部が逆送りのローターと順送りのローターから構成され、（逆送りのローターの延べＬ／Ｄ）／（順送りのローターの延べＬ／Ｄ）が０．４〜２．２であり、ローターのＬ_１／Ｄが７〜１３である、混練押出機を用いて、
   熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる二種以上、又は熱可塑性樹脂及びゴムから選ばれる一種以上と圧縮されたタルクを混練する、組成物の製造方法。
3. 前記混練押出機が、前記二軸部である二軸押出部と前記単軸部である単軸押出部からなるタンデムタイプである請求項１又は２に記載の組成物の製造方法。

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