JPH05500779A - 気泡質プラスチックの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 気泡質プラスチックの製造方法 先行技術 本発明は、発泡剤および所望により、他の工程調節物質並びに添加剤を含有する プラスチック塊からの気泡質プラスチックの連続または半連続製造方法に関する 。

熱可塑性物質からの気泡質プラスチック（発泡プラスチック）の製造は急速に増 加してきた。この主要な理由は、容積および高い熱絶縁値の割合に低い原料消費 量のためである。

例えばポリスチレン（５ｔｙｒｏｐｏｒ）の゛「ビーズフオーム」および低密度 並びに独立気泡を有するＰＶＣフオームの製造用の静的高圧法を含む熱可塑性樹 脂からのプラスチック　フオームの製造用には数種の公知の方法がある。多段法 である「ビーズ　フオーム」法では、低密度であるか比較的低い物理的値を有す るポリスチレン　フオームが製造される。静的高圧法では、低密度、独立気泡お よび高品質を有するＰｖＣフオームが製造されるが、この方法は高い製造コスト を伴う高度な手作業であり、かつ、製品形状に関して著しい制約に遭遇する。

完全な連続法のうちで、押出は最もしばしば使用される方法の−っである。押出 は通常制御か比較的容易であり、かつ、通常、製造費が低い。

例えば押出機のような発泡プラスチックの連続製造用のプラスチック加工機の使 用には、現在一般に、低密度の気泡質プラスチックの発泡用に物理的発泡剤の使 用が含まれる。比較的高密度用には、通常、化学発泡剤か発泡工程の基剤である 。

発泡用として最も適している熱可塑性樹脂は二重合体（ＨＩＰＳ、５Ｂ１ＳＡＮ 、ＡＢＳ）を含むポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＬＤＰＥ）およびポリ ブレンドを含む共重合体（ＥＶＡ）　、ポリビニル　クロライド（ＰＶＣ）およ びポリプロピレン（ＰＰ）である。

発泡用として好適な条件は、原料の溶融粘度か軟化のための温度範囲に徐々に、 かつ、平均に低下したときに得られる。従って、非晶質熱可塑性樹脂が結晶質熱 可塑性樹脂より発泡し易い。部分的に結晶質熱可塑性物質は、発泡の前またはこ れに連携して化学的に架橋させるかまたは輻射によって架橋させる。この方法に よって、温度の関数としての比較的好ましい粘度曲線が得られる。

プラスチック　フオームの押出において、発泡工程自体はプラスチックの粘度並 びに溶融体の引張能力、発泡剤のガス圧力並びに押出機の外部圧力および溶融体 と発泡剤との間の交互作用に依存する。

プラスチック　フオームは、未発泡プラスチック物質に対するより押出機のよう なプラスチック加工機に連結する成形用具（ｔｏｏｌ）の壁に対して大きい摩擦 を有するから、発泡をプラスチック　コンパウンドが成形用具を出たときにだけ 行うことか一般に望ましい。このための条件の一つは、活性発泡剤を含有する溶 融体上の外部圧力か発泡を防止するのに上衿に高いことである。現在公知の製造 方法において、プラスチック溶融体が加工機械の成形用具を出た後に溶融体上の 圧力か減少し、プラスチック物質はプラスチック物質中のガスの過飽和の結果と して発泡する。

気泡質構造、従って、押出物の品質に大きな影響を有する工程パラメーターの一 つは、物質の温度である。物質の温度が低すぎる場合には、プラスチック混合物 は比較的高い溶融粘度のために完全には発泡することかできず比較的高密度にな る。物質の温度が高すぎる場合には、溶融粘度か低く、これは気泡か破れ易くな りその結果として高密度になる。

低い、均一な密度並びに独立気泡を有するプラスチック　フオームを製造するた めには、ガス気泡の圧力が減少し、ガス気泡が形成されるフォーミング用具の出 口で流れ方向での不均一な速度によりガス気泡が小片に破れない押出物を生成さ せる必要かある。同時に、プラスチック加工機械中およびプラスチック物質の発 泡を防止する成形用具中の両者でプラスチック溶融体上に外部圧力を有すること が必要である。

これらの２種の基準が、プラスチック　フオームか全横断面に亘って均一な低密 度の独立気泡を有するプラスチック　フオームの厚い形材を自動工程によって製 造てきる可能性の限定因子となる。化学発泡剤（例えばアゾ−シカ−ボンアミド または炭酸水素ナトリウムのような）におけるガス圧力は、通常使用される物理 的発泡剤（例えばＫＦＫガス、ＣＯ２またはＮ２のような）におけるガス圧力よ りはるかに高いから、上記のことは化学発泡剤を使用したときに特にあてはまる 。

圧力減少によるプラスチック溶融体の剪断および気泡の引裂かれは、発泡剤の添 加の制限によってまたはプラスチック溶融体が圧力の増加および発泡の際に極め て限定された層厚しか有しないことのいずれかによって現在ては軽減されている 。このことは化学発泡剤の場合に特に当てはまるか、物理的発泡剤の使用の場合 にも著しく制限される。

化学発泡剤使用の場合の実際の製造工程は物理的発泡剤使用の場合よりはるかに 簡単であり、かつ、最終製品の性質は通常物理的発゛泡剤使用の場合より良好に 制御できるため、比較的厚いプラスチック　フオーム製品の製造の場合にも化学 発泡剤の使用がしばしば望ましい。このことは、特に、物理的発泡剤におけるガ ス圧力に比較して化学発泡剤におけるガス圧力が高い結果である。フオームの連 続製造特に押出に関連して容積の用具原理が開発されている。特に押出用具は２ つの重要な機能を存する： １）用具および押出機内に十分な圧力の蓄積。

・　２）押出物を所望形状に発泡させる。熱可塑性物質の連続発泡は２種の原理 的に異なる方法で行なわれる ■）自由発泡 ２）内部での制御された発泡。

自由発泡は通常、比較的簡単な形材用に使用される。

発泡押出物は通常成形用具の出口から短い距離にある検量ユニットによって集め られる。用具内における所要溶融圧力は、通常成形用具のリップによって蓄積さ れる。

内部発泡においては、所要溶融圧力は、成形用具内のトーピードによって蓄積さ れ、検量ユニットは成形用具にしっかり連結されている。検量ユニットは成形用 具ノズルと同じ内部形状を有する。溶融物は外部から冷却され、真空によって検 量ユニットの壁にしっかり保持される。同時に、成形用具内への挿入により押出 物か検量ユニット内への膨張か可能になる。この方法は、パイプ、シートおよび 形材の製造に使用される。最終製品は、心に向って漸減密度を存する密な、平滑 な肌を有する。この方法は、ｒｃｅｌｕｋａ　ＰｒｏｃｅｓｓＪ　として公知で ある。

自由発泡用の方法とｒｃｅｌｕｋａ　ＰｒｏｃｅｓｓＪ　との公知の組合せがあ る。ｒｃｅｌｕｋａ　Ｐｒｏｃｅｓｓ」と同じ原理に基づく中空形材が製造され る。

未発泡表面材料と発泡心材料との同時押出の各種の原理も使用されている。

成形用具内に圧力を蓄積し、かつ、発泡に際して物質の剪断か比較的小さい他の 方法は、いわゆるｒＷｏｏｄｌｉｔｅＰｒｏｃｅｓｓ　Ｊである。これは成形用 具の出口を出た後一つのユニット内に溶接されている発泡ストリングの押出用の 方法である。しかし、最終押出物は、一部具なるサブ押出物（５ｕｂ−ｅｘｌｒ ｕｄａｔｅｓ）の相互の溶接不良によって不均一構造および低曲げ強さを存する 。

発泡チューブ押出の製造に特に使用される原理の一つはｒＡｒｍｏｃｅｌｌ　Ｐ ｒｏｃｅｓｓＪである。この成形用具における流路の特殊構造によって、溶融物 の早期発泡を防止するのに十分な圧力が蓄積される。発泡チューブは検量ユニッ トによって成形用具から短距離に保持される。

上記の成形用具原理のすへては、製品密度、独立気泡のパーセントおよび寸法に おける多くの限定の結果である。これは特に、早期発泡を避けるために必要な溶 融圧力の蓄積は熱プラスチツク溶融物と成形型との間の摩擦に基づくためである 。

本発明の説明 本発明の目的は、先行技術の欠点およびこれらに付随する制限を回避すると同時 に先行技術を改良し、かつ、その利用範囲を拡大することである。

これに従って、本発明は、 ａ）原料物質をプラスチック加工機に供給することから成る序文において論議し た型の方法において、ｂ）圧力のみを解放した後に発泡コンパウンドを生成する 温度および圧力の条件下でプラスチック加工機中において原料物質を混練し。

Ｃ）プラスチック　コンパウンドを冷却帯域へ直接移送し； ｄ）冷却帯域中においてコンパウンドを、高粘度並びに剛度を有し、かつ、上流 方向への圧力成分によって形成された圧力下でほぼ平らな速度分布を有する連続 加工素材にまで冷却し： ｅ）所望により、ブレーキ／保留帯域まで無段移送し： ｆ）上流に位置する帯域内のプラスチック　コンパウンド中における圧力が、プ ラスチック　コンパウンドの発泡を防止するのに十分であるまで上流方向の圧力 を蓄積し： ｇ）加熱／発泡／二次成形帯域へ移嗟後にコンパウンドが所望密度に発泡するよ うに制御する工程からさらに成ることを特徴とする上記の方法に関する。

本発明を添付の図面を参照して下記に詳述する二図１および２には、上記の順序 ａ）〜ｇ）を遂行するための２種の考えられる装置系を示す。

熱可塑性樹脂、発泡剤および他の所望加工調節物質並びに添加剤を、例えば押出 機ｌのようなそれ自体は公知のプラスチック加工機に供給し、ここでこれらは圧 力解放後にのみ発泡性コンパウンドが生成されるような温度および圧力条件下で 互に混練する。

各種の押出機並びにかような押出機において使用される混合条件は公知であり、 従って本明細書においてはさらに詳述しない。重要な因子は、プラスチック加工 機自体中において発泡剤に発泡する機会を与えないことである。

プラスチック物質は、素材のすべての部分かほぼ同じ温度を得るような方法で混 練され、かつ、これか比較的迅速に行なわれることにより、化学発泡剤からの任 意の可能な発熱または吸熱性熱交換の比較的良好な制御が得られる。

機械的処理による全プラスチック素材の迅速な加熱によって、使用する場合の化 学発泡剤の迅速な分解が得られる。

押出用具からの出口で気泡の大部分が破壊される（圧力の蓄積か剪断効果／摩擦 によるために）押出用具および押出機中において十分に高い圧力を得るための押 出用具に関する公知の方法および公知の原理に関連して現在存在する問題を回避 するために、プラスチック物質の早期の発泡を避けるための押出用具および押出 機中において十分な圧力の蓄積が本発明に基づいて使用され、これはプラスチッ ク物質が冷却された後のブレーキ／保持によって得られ、その結果プラスチック 物質は剪断およびそれによって生ずる気泡の破壊を防止するための連続的「ピス トン」を形成することによって得られる。

本発明を添付図面の参照の下に下記に説明する。

押出用具および押出機中において必要な圧力の蓄積は、例えば連続移動性ベルト でもよいブレーキ手段３によって、プラスチック素材の剛度を該素材が減速する のに十分高くすることができる連続工程における押出用具ｌの出口て圧力下てプ ラスチック素材を冷却２することによって達成される。プラスチック物質のブレ ーキは、プラスチック　コンパウンド中における圧力の蓄積がフンパウンドの発 泡を防止するのに十分高くなるように制御される。押出用具または押出機の後の 二次成形装置からのプラスチック物質は、限定壁およびプラスチック素材間の摩 擦なしで、または該壁とプラスチック素材間の圧力が減少したときに形成される 気泡が破れないのに十分に小い摩擦で高い外部圧力下に維持されなければならな い。

壁とプラスチック素材間に摩擦の不存在または摩擦が極く小いことによって、こ の冷却ディバイス２中におけるプラスチック素材は全プラスチック素材全体が均 一な速度で移動するであろう。このことは、移動方向におけるプラスチック素材 中の各層間に剪断か起らないか、または極めて不十分な剪断しか起らないことを 意味する。

押出用具／二次成形ディバイスに直接接続していなければならない冷却ディバイ ス２は、ブレーキ　ディバイス３に直結できるかまたは冷却ディバイス２とブレ ーキディバイス３とは単一ユニットでもよい。これは例えばプラスチック物質の 冷却を、スチール　ベルトが低温度である連続エンドレス　スチール　ベルトで 行う場合に得られる。スチール　ベルトの速度を制御することによって、コンパ ウンドの圧力を調節できる。

素材が十分に減速され、かつ、ブレーキ　ディバイス３によって十分な圧力が得 られた後に、プラスチック塊か発泡できるように圧力を減少させると同時にプラ スチック物質を加熱４する。加熱は、例えば加熱エンドレススチール　ベルトに よって、または例えば冷却したプラスチック素材を熱空気を使用する加熱トンネ ルを移送することにより加温することによって、冷却ディバイス２およびブレー キ　ディバイス３と連絡して連続的または直接行うことかできる。冷却プラスチ ック素材は、例えば液体洛中において加熱することかできる。

外部熱の適用またはプラスチック物質の内部および外部温度の均一化または外部 熱の供給およびプラスチック物質の温度の均一化の組合せのいずれかによるプラ スチック物質の加熱によって、プラスチック物質はプラスチック物質中の内部膨 張力とプラスチック物質の張力の平衡に達するまで膨張する。

限定壁およびプラスチック　コンパウンド間に殆んとまたは全く摩擦なく押出用 具／二次成形ディバイスの出口の後でプラスチック　コンパウンドを冷却するた めのディバイス２、ブレーキ／保留ディバイスおよび加熱ディバイスは、数種の 基本方法で構成することができる。

これらの例は次の通りである： 押出機の後て押出用具／二次成形ディバイスと直結している冷却ディバイス２は 、押出用具／二次成形ディバイスの出口で同じまたはほぼ同じ内部横断面を有す る静的冷却器でもよい。内部横断面における壁は、壁とプラスチック　コンパウ ンド間で最小の摩擦を生ずるものでなければならない。このことは、例えば内部 壁の高光沢研磨またはクロムめっきによって得られる。同時に、潤滑剤を冷却デ ィバイスの内部壁とプラスチック素材との間に連続的に適用して摩擦をさらに減 少させることもてきる。冷却は、例えば、冷却ディバイスを壁の流路内で緩冷油 （ｔｅｍｐｅｒｅｄ　ｏｉｌ）で冷却することによって可能である。冷却ディバ イスは、また、冷却され、かつ、プラスチック物質に押し付けられているエンド レス　スチール　ベルトでもよい。

冷却ディバイス２の後のブレーキ　ディバイス３は、例えば剛い、冷却されたプ ラスチック物質に押し付けられている２本以上のローラーから成ることができ、 またはブレーキ　ディバイスはプラスチック物質に押し付けられている一組のエ ンドレス　スチール　ベルトから成ることかでき、それらの速度はプラスチック 物質の上流圧力か調節できるように調節される。

ブレーキ／保留ディバイスの後の加熱ユニット４は、例えば、圧力か調節できる 、温液体が充填されている室でもよい。加熱装置はまた加熱される一組のエンド レスベルトでもよい。プラスチック物質の加熱はまた、例えはブレーキ　ディバ イスの出口後のプラスチック素材の横断面に等しいかほぼ等しい内部横断面を有 する静的加熱ユニットで行うこともてきる。静的加熱ディバイスは、加熱ディバ イスの内部壁とプラスチック素材との間に非常に低いか全く摩擦かないものでな ければならない。加熱はプラスチック押出物が自由に移動する加熱室内でも行う ことかできる。

プラスチック　コンパウンドが加熱ユニット自体の中で発泡しないように、プラ スチック　コンパウンドを十分な高圧力下で加熱することもしばしば育利である 。プラスチック物質の熱絶縁値は発泡したとき著しく増加するためにプラスチッ ク物質をはるかに迅速に加熱することができる。

加熱ユニットの内壁とプラスチック素材との間の摩擦は、これが存在すると押出 用具および押出機中における上流のプラスチック混合物中の圧力の適正な制御に 障害を起こすために最小でなければならない。これに加えて、加熱ユニットとプ ラスチック物質との間に最小の摩擦またはこれか無い場合には、発泡の制御はは るかに簡単である。

プラスチック押出物を圧力下で加熱し、押出物の全部分か所望温度に達した後に 外部圧力を減少させたとき、プラスチック物質はプラスチック物質中における内 部膨張力と張力間が平衡に達するまで発泡できる。

プラスチック押出物か外部圧力なしで加熱されたとき（例えば加熱室中において ）、プラスチック物質は加熱と同時に発泡するであろう。

本明細書において、プラスチック押出機を使用する方法を特に説明したか、加工 度および温度／圧力条件の要求事項を満足させる任意の連続または半連続プラス チック加工機を使用することかできる。

プラスチック組成物および加工条件の説明および例前述したように、プラスチッ ク組成物の配合物および配合を開発する場合には、使用すべきプラスチック加工 機械を考慮に入れ、かつ、最終製品の所望性質を評価しなければならない。本発 明は、ＰＶＣを使用して開発した。次のものをプラスチック加工機として使用し たニブラスチック組成物中における各種の成分は、慣用の熱／冷、垂直／垂直プ ラスチック　ミキサー中においてブレンド／混合した。ＰＶＣ混合混合物本モジ ナイジング機／ゲル化機として、二軸スクリュー押出機（１１０ｍｍペレタイザ ー）を使用した。化学発泡剤の分解に関連するプラスチック加工機として、車軸 スクリュー押出機（９０ｍｍ）を使用した。

はぼ５０ｍｍの丸形形材の製造用の成形用具を含めて各種の成形用具／二次成形 ユニットを使用した。冷却ユニットとして、液体潤滑剤が冷却ディバイスの内壁 とプラスチック素材間に適用されると同時に、壁が冷却される静的ディバイスを 使用した。ブレーキ／保留ディバイスとしてエンドレス　ベルト方式を使用した 。プラスチック素材の加熱は加熱壁を有する静的方式を使用した。

開発研究において、エンドレス　スチール　ベルト形状の連続壁を基礎として単 一ユニットに建造された冷却／ブＩノーキおよび加熱ディバイスも使用した。

次の事項は使用したプラスチック組成物の例である。

（すべてＰＶＣ熱可塑性樹脂に基づく）例Ｉ ＰＶＣ（Ｍ−型　Ｋ価　約６０）　１００Ｐｅ−ワックス　０．８ ステアリン酸カルシウム　０．４ 三塩基性硫酸鉛　１〇 二塩基性ステアリン酸鉛　２ アゾ−シカ−ボンアミド　ｌ 炭酸水素ナトリウム　１５ ポリメチル　メタクリレ−）−（ＰＭＭＡ）　１２ＰＶＣ（Ｍ−型　Ｋ価　約６ ０）　１００Ｐｅ−ワックス　０．２ ラウリン酸カルシウム　０．３ 三塩基性硫酸鉛　ｌ〇 二二塩性性ステアリン酸鉛　１ アゾ−シカ−ボンアミド　１ 炭酸水素ナトリウム　２５ ポリメチル　メタクリレ−１−（ＰＭＭＡ）　１５ジオクチル　フタレート（Ｄ ＯＰ）　２５例１における配合物では、約０．１　（約１００　ｋｇ／ｍ３）の 密度を有するＰＶＣフオームか得られた。

例２における配合物では、約０．０７（約７０ｋｇ／ｒｎ３）の密度を有するＰ ＶＣフオームか生成した。

上記のプラスチック組成物における各種成分は、熱／冷、垂直／垂直高速ミキサ ー中において約１２０°Ｃの温度まで混合した。

冷却した後、混合物を、二軸スクリュー押出機から成るペレタイザーに供給した 。ペレタイザー中におけるプラスチック塊の温度は、出口で約１３０°Ｃてあっ た。顆粒を次いて約４０Ｄまで伸びている単一スクリュ−９０ｍｍ押出機に供給 した。

ホッパー直後の押出機中における圧力を約１２００ｂａｒｓに上昇させた。装置 の出口で圧力は約２５０　ｂａｒｓに減少した。ホッパー直後のコンパウンドの 温度を約２１０°Ｃに上昇させた。装置の出口でコンパウンドの温度は約１６５ °Ｃに低下した。発泡装置（冷却ユニット、ブレーキ　ディバイスおよび加熱ユ ニットから成る）の出口での素材温度は約１２０°Ｃであった。

特殊の環境下では、プラスチック　フオームを架橋させるのか望ましいてあろう 。これは、例えば輻射線、過酸化物、アミド、シランまたはイソシアネートを使 用することによって行うことかできる。プラスチック加工機中において架橋する 危険かあるため、架橋剤はプラスチック加工機の後段またはプラスチック加工機 の直後に別個の混合装置中において添加するのか有利であろう。

補正書の翻訳文提出書く特許法’１１１１８４条の８）平成　４　年　１　月　 １７　［

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）原料物質をプラスチック加工機に供給する； ことから成る、発泡剤および、所望により、他の工程調節剤並びに添加剤を含有 するプラスチックコンパウンドからの気泡質プラスチック物質の連続または半連 続的製造方法において、 ｂ）圧力のみの解放後に、発泡性コンパウンドを生成する温度および圧力の条件 下、プラスチック加工機内において原料物質を混練し； ｃ）プラスチックコンパウンドを直接冷却帯域へ移送し； ｄ）冷却帯域内において、高い粘度並びに剛度を有し、かつ、上流方向への圧力 成分によって形成する圧力下でほぼ平らな速度分布を有する連続素材にまでコン パウンドを冷却し； ｅ）所望により、ブレーキ／保留帯域へ無段移送し；ｆ）上流に位置する帯域内 のプラスチック中における圧力が、プラスチックコンパウンドの発泡を防止する のに十分になるまで上流方向の圧力成分を蓄積し； ｇ）加熱／発泡／二次成形帯域への移送後にコンパウンドが所望密度にまで発泡 するように制御する工程をさらに含むことを特徴とする前記の方法。