JPS63197618A - ポリマーと粉末状添加剤との射出成形機による直接加工法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、射出成形機で粒状及び／又は粉末状ポリマ
ーと粉末状添加剤とを加工する方法およびこの方法に用
いる射出成形機用スクリューに関する。

（ロ）従来の技術と課題 熱可塑性樹脂加工用の射出成形機は普通−軸スクリユー
が装備されている。射出成形機には、スクリュー加熱手
段を備えたシリンダーが装備され、このシリンダーと内
蔵されたスクリューとか、ポリマー原料を加熱、軟化、
溶融、均一化し、その軟化、溶融されたポリマーまたは
軟化されたポリマー組成物を移動可能な射出成形金型に
接続された射出成形機に運び供給する。熱可塑性ポリマ
ーとしては、例えばポリエチレン（ＰＥ）　、ポリブロ
ピレン（ＰＰ）、ポリスチレン、ポリアミド類、飽和ポ
リエステル類、ＡＢＳ、ＳＡＮ、７ツ化４１脂類、ポリ
カーボネート、アセタール樹脂類等があり、通常ポリマ
ー粒体が出発原料である。例えば硬質塩化ビニール用に
用いられるような、粉末°状の熱可塑性樹脂は、射出成
形にほとんど用いられていない。

この発明の目的は、粒状及び／又は粉末状ポリマーと粉
末状添加物とを直接加工して、添加剤の分散が優れたプ
ラスチック成形部品とすることにある。用いる添加物と
しては、鉱物充填剤のようなもの（炭酸カルシウム、タ
ルク、ガラスピーズ、雲母、ウオラストナイト、ドロマ
イト、カオリン、長石、ケイ酸塩、天然及び合成のシリ
カ、石こう）、金属酸化物、金属粉、顔料（二酸化チタ
ン、無機及び有機顔料等）、防炎剤（三水和アルミナ、
水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、二酸化ひ素、
等）及び射出成形工程で溶融ポリマーに不溶な類似の無
機及び有機の固体製品がある。従来、このような添加剤
は射出成形に用いる前に高価でわずられしいマスターバ
ッチの製造や予備配合（（Ｈｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ）の
方法によって加工して射出成形において再分散可能な粒
体に変えなければならなかった。通常、添加剤とポリマ
ー又はワックスマトリックスとを、添加剤７５重量％ま
での配合率で配合して均一に混練される（例えば７５重
量％の充填剤と２５重量％の担体ポリマー）。混練機と
しては、密閉式ミキサー（バンバリー型）、混練成分を
混線する／２軸スクリュー押出機（例えば西ドイツ　ス
ッットガルトのワーナー・アンド・フライダラー社（Ｆ
ａＪａｒｎｅｒ＋Ｐｆｌｅｆｄｅｒｅｒ）のＺＳＫ型）
又は特殊な混練機［例えばスイス、Ｃｌ−４１３３プラ
テルンのゲスＡＧ社（Ｂｕｓｓ　Ａｇ）のコークネタ＝
　（Ｋｏ−Ｋｎｅｔｅｒ）］がある。このように混練し
た後混練溶融物は造粒工程で粒体にされる。

従来は、前述した添加剤と熱可塑性プラスチックは、予
備配合された形態又はマスターバッチでしか満足すべき
加工ができなかったので、添加剤を予備配合するために
中間工程をとると、資本やエネルギー消費が大きく、た
とえ幾分安いマスク−バッチをつくるために充填剤を高
濃度にしたマスターバッチをつくったとしても、炭酸カ
ルシウム、タルク、マイカのような゛重量が最も貢要な
鉱物充填剤をＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＰＰ、
ポリスチレン等の汎用ポリマーに用いたときその単位体
積当りの価格が上がってしまう。従来、射出成形品はい
つも体積で表示されているので、純粋ポリマーと、充填
材の予備混合物又はマスターバッチとの単位重量当りの
値段でなく単位体積当りの値段が比較される。したがっ
て従来技術の前記汎用ポリマー中の鉱物充填材は、もし
予備混練なしに直接に混合加工ができなければ単位体積
当りの値段を下げることはできない。

従来の技術においては、前記粉末状添加物を直接加工又
は混合することを扱った刊行物は知られていない。***
特許第２．７０８，２００号明細書は射出形成機のスク
リューの後に、すなわちスラリ３−先端と射出成形金型
との間に装着するスタティックミキサーを開示している
。これらのミキサーは主としてポリマー溶融物の温度と
色を均一化する働きを育するものであり、いずれの固体
添加物も分散させることはできない。

***特許第２，８３８，５１８号明細書はスクリュー先
端と射出成形金型との間に、取付けられた混合マンドレ
ルを開示しているが、このマンドレルは、射出成形機の
ノ、ズル内に完全に配置され、溶融物の色を均一化する
働きをするものである。***特許第８５８，３１１）号
明細書は類似の混合マンドレルを備えている。混合機機
能を持った逆流弁が、Ｇ、メンゲス、Ｗ、　エルベのＰ
ｌａｓｔｖｅｒａｒｂｅｉｔｅｒ　２４（１９７２年）
１３７頁に開示されている。よく知られた解決法として
射出成形機のスクリューを改良しないで補助的手段が他
の目的のためにいつも採用されてきている。

米国特許第４．２８５，６００号と同第４，３６３，７
６８号明細書は溶融物の温度−走化と添加物の分散の改
善をするために種々の深さの溝を有する多溝スクリュー
について広く開示している。

射出成形機内に異なった溶融温度を有する材料を、予備
配合工程で加工することなしにスクリコ−の形状を変え
ることによって加工することは、***公開特許第２，８
４０，４７８号から知られている。

すなわち、混線部と混合部に、一定のスクリューコア直
径を有するらせん形スクリュー溝の代わりに、実質的に
スクリューの軸方向に延び環状溝で連結されたたて溝が
設けられている。前記刊行物に開示された方法を用いた
場合の欠点は、これらの方法が、溶融物中に添加物を解
凝集させて分散するために、ポリマー溶融物の薄い層を
多くつくればつくるほどよりよい混練ができるという原
理によって行われているが、適切な分散とその方法の経
済効果に関しては不満足なものであることである。また
、これら公知方法の欠点は、従来知られているスクリュ
ーを改造して前述の目的に用いようとすると、これに対
応して射出形成機のスクリューシリンダーの長さを改造
する必要があるということである。

（ハ）課題を解決するための手段 この発明の背景となっている問題は、初めに述べたよう
に、粒体及び／又は粉末状ポリマーを粉末状添加物と特
に経済的に加工して高品質の射出成形品を得ることがで
きる方法とスクリューの形を提供′することである。

前記の問題は、この発明による、ポリマーと粉末状添加
剤とを予め製剤化することなくスクリューの供給部に直
接導入し、供給部においてポリマーが粉末状添加剤と少
なくとも２回十分に混練されることを特徴とする、一定
直径のスクリューコアを有する供給部、圧縮セクション
と計量セクションを有する中間部および混合部材を具備
するスクリューを備えた射出成形機で、ポリマーと粉末
状添加剤とを加工する方法、ならびにスクリュー（１０
）が供給部（Ａ）に少なくとも２つの混合部材（１５，
１６）を備えていることを特徴とする、一定直径（Ｅ）
のスクリューコアを有する供給部（Ａ）、圧縮セクショ
ンと計量セクションを有する中間部（Ｂ）および少なく
とも１つの混合部材（１７）を有する排出部（Ｃ）を備
えた、ポリマーと粉末状添加剤とを加工するための射出
成形機用スクリューによって解決される。

この発明の方法は、比較的大きな塊であるために溶融物
中に分散しないで存在する添加剤の凝集物が、特殊な流
動作用によって、ポリマーマトリックス自体が溶融する
よりもよりはるかに高度に加速されるという有利な効果
を利用するものである。この添加剤の凝集物は、スクリ
ューシリンダーの内壁との衝突、スクリューや混合部材
表面との衝突、他の凝集物との衝突のような加速力、さ
らに装備された混合部材によって加速することによって
破砕される。粉末状添加剤は、予備配合やマスターバッ
チの計量を必要とせずに、ポリマー溶融物の中へ直接に
分散することができる。この直接加工方法は、加工コス
トが従来より低くなるだけでなく、現在保有している射
出成形機を用いて、大きな改造経費を必要とせずに従来
のスクリューをこの発明のスクリューに置換えることに
よって実施することができるので経済的に好ましいもの
である。

この混合部材群の構造は好ましくは環状分割部材（ａｎ
ｎｕｌａｒ　ｓｅｇｍｅｎｔ　ｐｏｒｔｉｏｎ）で構成
されてなり、環状分割部材の数、スクリューの供給部に
開口する投入管部材から混合部材までの距離、混合部材
の外径とスクリューコアの直径との差異は、ポリマーの
種類、添加剤の種類、添加剤の充填濃度、処理量、スク
リューの直径、スクリューの長さおよびスクリュー駆動
の最大馬力に適応させて特に望ましい条件に設定される
。

本発明のスクリューの長さはスクリュー直径の少なくと
も１９倍、好ましくは２０倍であり、スクリューの最小
の周速度は好ましくは１５０ｚｘ／秒であり、添加剤の
分散は周速度を上げることによって改善される。その理
由は、この環状部材の端縁において、添加剤の凝集物を
含有する溶融物の加速がスクリューの回転方向に起こる
からである。

適切な分散状態を得るには、スクリューの直径が少なく
とも３０ｘｍであることが好ましいということが見出さ
れた。

例えば試験結果によれば、直径７０ｍｍ、長さ２５Ｄ（
Ｉ径の２５倍）のこの発明のスクリューを用い、表面を
コーティング処理した炭酸カルシラム（Ｏｍｙａｌｉｔ
ｅ　９０Ｔ）粉体をＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）又
はＰＰ粉体に４０％まで混練加工することが可能である
ことがわかった。

次に添付図面、グラフや顕微鏡写真図や得られた分散度
の試験法を参照しながら本発明について詳細に述べ、本
発明の特徴と利点を明らかにする。

第１図は本発明のスクリューの一実施例の概略側面図、
第２図は第１図のｌｌ−ｆｆ線断面図、第３図は第１図
の■−■線部分断面図、第４図は従来の射出成形スクリ
ューを用いて、市販の炭酸カルシウム／ＨＤＰＥマスタ
ーバッチ粒体と純粋１１ＤＰＥ粒体とから製造した射出
成形試験品から切り出した試料を１６００倍に拡大した
ラスター走査型電子顕微鏡（ＲＥＭ）写真を画いた図、
第５図は第４図と同様の材料と方法によって得られた射
出成形試験品の同じ深さの試料の光学顕微鏡写真を画い
た図、第６図は充填剤粒子又は充填剤凝集体の体積応率
をその粒子や凝集体の直径の関数として表わすｒ二めに
第５図に示した光学顕微鏡写真について画像分析器によ
って作成したヒストグラム、第７図はこの発明によって
作製されたスクリューを用いて、粉末状添加剤とＨＤＰ
Ｅ粒体を混合したこと以外、第４図と同様にして得られ
たラスター走査型電子顕微鏡写真を画いた図、第８図は
この発明によりて作製されたスクリューを用いて、粉末
状添加剤とＨＯＰＥ粒体とを混合して射出成形したこと
以外は第５図と同様にして得られた光学顕微鏡写真を画
いた図、および第９ｒ！ｌＪはこの発明によって作製さ
れたスクリューを用いて粉末状添加剤とＨＤＰＥ粒体と
を混合して射出成形したこと以外は第６図と同様にして
作成して図である。

第１図はこの発明によるスクリュー１０の一例を概略的
に図示したものであり、スクリューフランジ１２に結合
された駆動シャンク１１を備えている。スクリューフラ
ンジ！２は作動長さしを有するスクリュー１０の作動部
が連結され、この作動部は供給Ａと、中間部Ｂと排出部
Ｃとで構成されている。スクリューＩＯはスクリューコ
ア１３とその上に一体に形成された螺旋状のスクリュー
ランド１４とで構成されている。さらにスクリュー１０
は供給ｍＡに２つの混合部ｔｔ（ｍｉｘ’ｆｎｇ　ｅｌ
ｅ−ｍｅｎｔ　ａｒｒａｙ）　１５と１６と排出部Ｃに
混合部材Ｉ７を備えている。スクリュー１０の先端に、
駆動シャンク１１とは反対側に取付けられたスクリュー
１０の先端部材および射出成形金型は図面を簡略化する
ために省略し、スクリューの通常の駆動手段も同様に省
略した。

第１図において、射出成形機のスクリューシリンダー１
８を一点鎖線で示し、また図示しなかったがスクリュー
１０は回転することを示す。

（以下余白、次頁に続く。） このスクリュー１０の直径はＤである。この作動長しは
２０Ｄである。このスクリューコア１３は供給部Ａ内の
スクリュ−フランジ１２の近傍まで一定の直径Ｅを有し
ている。供給部Ａの長さはスクリュー直径りの１１倍で
ある。

混合部材１５．１６および１７はそれぞれスクリュー１
０の直径りの２倍に相当する巾を有する。

混合部材！５と１６の間隔はスクリュー直ｉＤの大きさ
に等しい。混合部材１６は第１図に示すスクリュー１０
の左端からスクリュー直径りの１０．５倍に等しい距離
が配置されている。混合部材１５の上記と同じ距離はス
クリュー直径りの１３；５倍である。

中間部Ｂはスクリュー直径りの３倍の長さを有する。コ
ア１３の直径Ｅは圧縮セクション１９で直径Ｆにまで増
加し、計量セクション２０に至る。

直径Ｆは直径Ｅよりも約１／３だけ大きい。

排出部Ｃの出発点において、このコア１３は、減圧セク
ション２１内で、直径Ｇを有し直径Ｅよりも小さい。混
合部材１７が、この減圧セクション２！の中に、中間部
Ｂからスクリュー直径りに相当する距離のところに配置
されている。駆動シャンク１１の反対側に図示されてい
るスクリュー１０の端部からの混合部材１７の距離はス
クリュー直径りの３倍に相当する。この間隔には、減圧
セクション２１の一部、追加の圧縮セクション２２、お
よび計量セフシラン２０の直径Ｆよりも大きい直径Ｈを
有する追加の計量セフシロン２３がある。

第２図は混合部材１６の断面を示す。混合部材１６はス
クリューコア１３と一体に形成された４つの環状分割部
材２５−２８で構成されている。

この環状分割部材はスクリューの縦軸に対して垂直で互
いに平行な合計５つの群として配列されているが、別の
配列としてらせん形であってもよい。

混合部材１６の１群を形成する環状分割部材２５−２８
は、２つの隣接した環状分割部材の間に一定の間隔Ｊを
とるようにスクリュー１０のコア１３の上に配置されて
いる。前述の間隔どりによって生じる流路の面積を第２
図にＫで示す。第３図は混合部材１５の２つのグループ
の部分断面を示す。この図で明らかなように、スクリ：
Ｌ−１０の縦方向に間隔をあけて配置された環状分割部
材２９および３０は対称形の部材である。この環状分割
部材２９と３０の形は約１５°の鋭角αを有する台形で
ある。各環状分割部材２９又は３０がスクリューシリン
ダー１８と係合している部分の幅Ｓは例えば２ｘｚであ
る。環状分割部材２９と３０との間隔Ｐは例えば１ＯＩ
ｊ！である。

混合部材中の流路の面積にの合計は２つの隣接したスク
リューランド１４の間に垂直に延びる断面面積よりも大
きくシ、混合物が通過できるような寸法になっている。

この面積にの合計は前記後者面積よりも１．５倍までの
範囲で大きいのが好ましい。その結果、混合部材の領域
において、特に効果的な分散を得る流動状態を達成する
ことができる。

供給部Ａの中ヘボリマー粒体と粉末状添加剤を導入した
後、添加剤の凝集体を充填された溶融物が、側面に流路
面積Ｋを形成する環状分割部材の端縁によって、スクリ
ューの回転方向に加速される。環状分割部材の端縁の周
速を上げると添加剤の分散は当然改善され、すなわちこ
の方法のみが直径りが３０ｉｘ以上のスクリューを用い
て適切な分散性を提供する。

混合部材の１組当りの環状分割部材の最大数はスクリュ
ーコアの転移部における強度によって決まる。例えば直
径３０ｘｘのスクリューと厚さ５■の環状分割部材を用
いたとき環状分割部材の基本直径は発生する力を吸収す
ることができるように少なくとも４　ｍｍｃよなくては
ならない。環状分割部材の高さ又はスクリューコアの直
径はスクリューの所望の搬送作用によって決まる。環状
分割部材の厚さは発生する力によって決める。例えばス
クリュー直径りか３０ｙｘのとき４〜５１１２、スクリ
ュー直径りが７０！ｊＩのとき１０ｉｘである。

前記直径のスクリューを用いて添加剤を最高に分散させ
るためには、射出成形スクリューＩＯの３つの混合部材
１５．１６および１７に少なくとも１５個の環状分割グ
ループを配置すれば、実際に有利であることが分かった
。スクリューの最小周速は１５５１ｇ／秒である。

ポリマー中における添加物の分散度は次の３つの方法に
よりて検査できる。

Ａ、ラスター走査型電子顕微鏡（ＲＥＭ）による試験 長さ５ＲＨの試料を射出成形品から切り取り、それを合
成樹脂の中に埋包し、この合成樹脂を硬化後、炭化ケイ
素の１２０．２２０．４００．６００及び１０００等級
のものを３００回転／分の回転数で用いて研磨した。次
いで硬い布の上に６μｍ、　３μｍ及び１μｍのダイヤ
モンドをそれぞれ付着させたものでストルアーズ・ブル
ー（Ｓｔｒｕｅｒｓ　ｂｌｕｅ、アルコールと鉱物油の
混合物）潤滑剤とともにみかいた。アルゴンイオン（圧
力３ｍｂ、電流５０ｍＡ、　１２００Ｖ　、　６分間）
によってその表面を衝撃させた後、その表面を金で覆っ
た。ラスクー走査型電子顕微鏡写真は２０ＫｅＶの後方
散乱電子によって作製した。

Ｂ１画像分Ｆｒｙを装備した光学顕微鏡による試験試料
はダイヤモンドでみがくところまでを含めＡ項と同様に
して作製しな。反射光線によって、充填剤粒子（例えば
炭酸カルシウム）はポリマーマトリックス（例゛えばＨ
ＤＰＥ）とは灰色色調（ｇｒａｙ　ｔｏｎｅ）が異なる
。画像分析４１１（英国、リーズのマイクロメジャーメ
ント社製、オプトマックス（ＯｐｔｏＩＩｌａｘ）　Ｉ
　Ｖ画像分析機）と特別なコンピュータブロレラムとに
よって、添加剤の凝集物の量を容量％の形で直接、紙に
印字することができる。

Ｃ，スクリーンパックを通じての押出しによる試艷 顔料（例えば２酸化チタン）又は充填剤の濃縮物の製造
メーカは、所定のメツシュ幅をもったスクリーンバック
を通じて押出することによって最終製品に得られる分散
度を試験している（Ｋ、ウォルニー、プラスチック中の
２酸化チタン顔料の分散’Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｅ”　
７０　（１９８０年）　、　６．３５２頁）。

スクリーンパックの前の圧力があらかじめ決めた圧力に
到達するまでに押出し可能な濃縮物の量を測定するか（
スクリーンバック上に分散していない顔料凝集物か堆積
する）、または予めきめた量の顔料濃縮物を押出した後
にスクリーン上に残った残留物の量を測定する。このス
クリーン上の残渣が少なければ少ないほど濃縮物中の顔
料又は充填剤の分散状態がよい。

イタリア、Ｉ　−４４０１２、ボンデノ（Ｂｏｎｄｅｎ
ｏ）のファルツォニ（Ｆａｌｚｏｎｉ）社のスクリーン
バックチェンジャーに用いた、ポリマー溶融物の流動方
向の４０ＣＩａｍ、　ｌ（１（Ｉｇｍ、　２５ｇｍおよ
び１０μｍの各種網目幅の４枚のスクリーンからなるス
クリーンＩくツク上に残留する残渣の量を測定する方法
は、新規なスクリューで得られる分散度をチェックする
ための追加の手法として用いた。通常の混合スクリュー
、標準的な射出成形用スクリューおよびこの発明による
射出成形用スクリューを用いて作製し１こ充填剤含有部
品を粒状にして、実験室用の押出測定機（***　Ｄ−６
９６７ブッヘン（Ｂｕｃｈｅｎ）にあるゲットフェルト
　ベルクストツフープリ二−フマシーネン社（Ｇ６ｔｔ
ｆｅｒｔ　Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆ−ＰｒＵ［’ｍａｓｃｈ
ｉｎｅｎＧａ＋ｂＨ）製）によって前記スクリューパッ
クを通じて押出される。

試験条件は次のとおりであった。

押出スクリューのネジ面高さ比（ｔｈｒｅａｄ　ｄｅｐ
ｔｈ　ｒａｔｉｏ）　：１：２押出スクリユーの回転速
度　　　　　　　　　　　　　：　７５ｒｐｍ平板ノズ
ル　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　：２Ｊ
ＩＪＸ１０ＨＨＤＰＥのスクリーンバック前の材料の温
度　　　　　＝２００℃ＰＰのスクリーンパック前の材
料の温度　　　　　　　　：２３０’Ｃ充填剤量　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　：　１０００９
最初スクリーンパツクを秤量し、実験用押出機に嵌着し
純粋なポリマー溶融物で洗う。次に添加剤を合計１００
０ｇ含有する粒状の添加剤を充填された射出成形材料の
予め決めた重量を、スクリーンバックを通して押出し、
次に焼いて（２時間、６００℃）、スクリーンパック上
に溶融物から濾別された添加剤の残渣を測定する。

（ニ）実施例および比較例 下記の比較例１−４では、すでに述べた試験法のいくつ
かを用いて、公知の方法で得られた射出成形後の添加剤
の分散度を測定した。

スイス　Ｃｊ（−４６６５オフトリンゲン（Ｏｆｔｒｉ
ｎｇｅｎ　）のプリュスースタウファー社（Ｐｌｔｌｓ
ｓ　５ｔａｕｆｅｒ　ＡＧ）製平均粒径３μｓ　［ミリ
カルブ（Ｍｉｌｌｉｃａｒｂ）　］の炭炭酸カルシラ２
２重量％と８０重量％のＩ（ＤＰＥであるホスタレン（
Ｈｏｓｔａｌｅｎ）　Ｇ　Ｃ７２６０の粒状体（ヘキス
ト社製）とをタンブルミキサーで３０分間撹拌し、次に
通常の射出成形機にかけた。この射出成形機はスイス、
ＣＨ−８７５４、ネッタル（Ｎｅｔｓｔａｌ　）にある
Ｎｅｔｓｔａｌ−！ｖａｓｃｈｉｎｅｎ４ａｂｒｉｋ　
ＡＧ社のネッタル３００ＲＥ型である。用いた混合スク
リューは、直径りが４ＳＸＸ、全長２５Ｄ　＝　ＬＬ２
５ｉｍであった。

このスクリューは一条ねじスクリュー溝と一定の２ｍｍ
溝すなわちねじ深さを有する長さ２０Ｄの供給部、それ
に隣接するいわゆるＭａｄｄｏｃｋセクションと呼ばれ
る未破砕の混合成分をせん断するための長さ２．５Ｄの
中間部および分散補助器具として斜めにくいちがえて取
付けられたカムから成る長さ２．５Ｄの混合部材を持つ
排出部を有する。この混合スクリューは例えば雑誌Ｐｌ
ａｓｔｖｅｒａｒｌｅｉｔｅｒ（２３）１９７２年／１
０．６７９頁に記載されている。

射出成形テストはスクリュー回転速度２０Ｏｒｐｍ。

射出圧力の強さ１６２８ｂａｒ、およびシリンダ温度２
００℃で行った。

製造された射出成形物は、市販の通常の混合スクリュー
が充填剤のような添加剤を直接分散させるのに適切でな
いことを示した。えられた射出成形物は数ミリメートル
もの直径をもつ充填剤の凝集物を含有していた。完成製
品の表面は明らかな縞を示した。

スクリーンパックを用いる前記Ｃの濾過試験の結果は第
１表、Ｎｏ、　Ｉに示すが、２６５ｇの充填剤の押出し
でさえも（このテストで用いた１０００９の充填剤のわ
ずか２６．５％に相当する）スクリーンパックの前の圧
力が著しく上昇したので（２１０ｂａｒ）、試験は中止
しなければならなかった。スクリーンパック上の残渣は
焼いた後で８６７０ｆｆ９であった。

比較例２　　ＨＤＰＥを用いたＣａＣＯ５のマスターバ
ッチの標準的な射出成形スクリューによる加工。

炭酸カルシウム又はタルクのような鉱物充填剤や顔料（
Ｔｉｄｅ、カーボンブラック）、は従来技術によればま
ず分散させ、配合法（ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ）又は相
応するポリマーやワックスでのマスターバッチ法によっ
て造粒され、それをＰＶＣは別であるが、射出成形法で
熱可塑性樹脂の中へ練り込まれる（この発明のスクリュ
ーを用いて、類似の充填剤または添加剤の分散が、前述
のマスターバッチや配合の工程をとらないで直接に粉状
の添加剤を添加することによって可能であることは、後
で述べる）。

従来の技術を例示するために、市販のマスターバッチ粒
状体（Ｆ　−３８３８０，５ａｉｎｔ−Ｌａｕｒｅｎｔ
−ｄｕ−ＰｏｎｔにあるＭｕｌｔｉｂａｓｅ　ＳＡ社の
Ｍｕｌｔｉｂａｓｅ　ＨＤ　ＰＥ　７０７Ａ　）を用い
た。このマスターバッチは７０重量％の平均粒径３．０
μｍの炭酸カルシウム（Ｍｉｌｌｉｃａｒｂ）と３０重
量％のＨＤＰＥからなるものである。

使用したＨＤＰＥのメルトインデックスは７（１９０８
Ｃ，２に９）であった。このマスターバッチは射出成形
機のホッパへ入る前に純粋の）ＩＤＰＥのＨｏｅｒｃｈ
ｓｔ　ＡＧ社のホスタルクＧＣ７２６０位体で希釈し、
炭酸カルシウム濃度で２０重量％になるようにした。選
ばれた機械の条件は比較例１に述べたのと同じであった
。スクリューとしてはポリオレフィン加工に通常用いら
れるものを用いた。製品番号がＬＬ？、８２２．４５８
６．のらので直径７０ｘｍ、長さ直径比Ｌ／Ｄは２５で
Ｎｅｔｓｔａｌ　Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｆａｂｒｉｃｋ社
から入手したものである。

第４図は射出成形試験品から切り出した試料を１６００
倍に拡大したＲＥＭ写真を画いたものである。

前記Ａ法を用いた。この充填剤マスターバッチの中には
明確な凝集体が見られた。

第５図は第４図の試料と同じ射出成形深さから得た試料
を前記Ｂ法によって光学顕微鏡を用いて得た写真を画い
たものである。

（以下余白、次頁に続く。） 第６図は画像分析機を用いて第５図について１００００
μがの範囲にわたって作ったヒストグラムであり、充填
剤粒子又は充填剤凝集体の体積分率を粒子や凝集体の直
径の関数として示した。最も粗い粒子は直径ＩＯμｍで
ある。

下記第１表Ｎｏ、２射出成形部品は、スクリーンパック
を通じて行った前述の濾過試験Ｃにおいて１０００ｇの
ミリカーブをスクリーンパックを通過させて押出して焼
いた結果、最大重量１４１ｘｇの残渣を得た。

比較例３　タルクとＰＰとのコンパウンドの通常の射出
成形スクリューによる加工 ***フランクフルトのヘキストにあるヘキトス社のタル
クを４０重量％の割合で充填した市販のコンパウンドの
ホスタルクＰＰＮ　７１９０　ＴＶ４０を進んだ。

射出成形機とスクリューは比較例２で用いたものと同じ
である。射出成形条件は比較例２と同じであり、第１表
Ｎ００３は射出成形試験機を用いた濾過試験と焼成残渣
を示す。

比較例４　二酸化チタンマスターバッチとＰＥ拉体との
通常の射出成形スクリューによる加工。

典型的な顔料マスターバッチとしてイタリア■−２２０
５０２０５０ロ＃グナｎ＋ａｇｎａ）にあるツバクロム
社（１ｏｖａｃｒｏｔａｅ）のレマフィン（Ｒｅｍｅｆ
ｉｎ）＾Ｉｌ：Ｘ７７を選んだが、これは’ｒｔｏｚａ
３重量％とポリエチレンマトリックス３７重量％から成
るものである。スクリーンバックを通す濾過試験（予め
射出成形していない）の結果を第１表Ｎｏ、４に示した
。スクリーンバック上の焼成残渣は４５！９Ｌかなく、
顔料の分散は非常によいことが分かる。

（以下余白） 第１表　従来技術の濾過残渣 次の実施例１〜１１は、前記試験法Ａ−Ｃを用いて、こ
の発明の方法又は本発明のスクリューを用いて射出成形
した後のポリマー中における添加剤の分散状態について
調べたものである。

実施例Ｉ　　ＨＤＰＥ粒体中へＣａＣＯ３充填剤の混練
加工 比較例！で述べた同じ系（２０％ミリカルブ／８０％Ｈ
ＤＰＥ）に於て、通常の標準混合スクリューの代りにこ
の発明の混合スクリュー１を用いた。

射出成形条件は比較例Ｉと同様とした。この充填剤の粉
体とポリマー粒体とは射出成形機のホブパー内へ直接に
計量投入された。

第７図は射出成形して得られた試験成形物から切り取っ
たサンプルの１０００倍に拡大したＲ　Ｅ　Ｍ写真を画
いた図を示す。前記Ａの方法を用いた。第４図と比較す
ると、円板型スリット混合部材を具備したこの発明の混
合スクリューを用いたときの添加剤の分散は前記のマス
ターバッチ処理して得られた（比較例２）のものと少な
くとも同じ程度に良好なものが得られた。

第８図は射出成形品の同じ深さの部分の前記方法Ｂによ
る顕微鏡写真を画いた図である。第５図（マスターバッ
チの形態の同じ充填剤の射出成形品）と比較して、ＨＤ
ＰＥ粒体へ粉体充填剤を直接添加する場合に、前記混合
スクリューは比較的良好な分散効果を示している。第９
図は、第８図の射出成形品中にある充填剤粉体の体積分
率のヒストグラムを示す。第９図と第６図のヒストグラ
ムを比較すると、前記の混合スクリューを用いて得られ
たものの最も粗い凝集体は直系６μｍであり、一方マス
ターバッチ法で得られたものは直径ＬＯｕ１１にもなる
。

さらに後記第２表Ｎｏ、　５の試験では、スクリーンバ
ック法によれば、添加剤の分散状態は、比較例２におけ
る、マスターバッチを用いたものに匹敵するものである
ことがわかる。

実施例２　　ＨＤＰＥ粒体中へのＣａＣＯ５充填剤の混
練 この実施例においては、ミリカルブ充填剤を３０重量％
に増し、これと）（ＤＰＥ拉体７ｏ重量％とを用いる以
外は実施例１と同様にして行った。第２表のＮｏ、６に
示す焼成残渣には、充填剤添加量が（２０重量％から３
０重量％へ）５０％増加しても目立って大きい充填剤の
凝集体は発生していないことを示している。

実施例３　　ＨＤＰＥ粒体中へのＣａＣＯ５充填剤の混
練 第２表Ｎｏ、７試験は、プルスースタウファー社のＯｍ
ｙａｌ　１ｔｅ９０Ｔタイプの炭酸カルシウム、すなわ
ちステアリン酸で表面処理した、より細かい炭酸カルシ
ウム（平均粒径１．５１ｍ）を用いること以外は実施例
２と同様の条件で行った。鉱物性充填剤に関するポリマ
ー技術の経験によれば特にポリオレフィン類のような非
極性ポリマー中では充填剤の表面をコーティングするこ
七により、良好な分散が達成できることがわかっている
。このことは、第２表、Ｎｏ、７試験でもまた明らかで
あり、表面コーティングした細かいＣａＣＯ５を用いた
場合は表面コーティングしていない粗大な炭酸カルシウ
ム（ミリカルブ）よりも分散が改善されている（焼成残
渣が少ない）。

実施例４　ポリプロピレン粒体中への炭酸カルシウム充
填剤の混練 混合スクリュー２として示した直径７０ｚｚ、　Ｌ／Ｄ
比２５のスクリューを用い、運転条件は比較例１と同様
にして試験した。ミリカーブ充填剤は２０Ｍ１ｋ％であ
った。ボ“リプロピレンとしては英国、ウェルウィン　
ガーデン（Ｗｅ、Ｉｗｙｎ　Ｇａｒｄｅｎ）にあるＩＣ
Ｉ社のプロパテン（Ｐｒｏｐａｔｈｅｎｅ）　Ｇ　Ｙ　
Ｍ２Ｓを８０重量％用いた。このポリプロピレンのメル
トインデックスは１４から１５　（２３０℃／２ｋｇ）
であった。これはホモポリプロピレン粒体である。

第２表のテストＮｏ、８に於て、焼成残渣はわずか９５
巧の特に優れた充填剤分散が得られた。

実施例５　ポリプロピレン粒体中への炭酸カルシウム充
填剤の混練 ミリカルブ充填剤量を３０重量％に増加する以外は実施
例４と同様の条件で試験した。表２のＮｏ。

９に示すようにスクリーン残渣から評価した分散性は充
填剤量の低いものに比べて、いく分悪くなっているが、
最終成形品の表面の品質はかな゛り良好である。

実施例６　ポリスチレンとＡＢＳ中への炭酸カルシウム
充填剤の混練 ３０重量％ミリカルブを７０重量％のヘキスト社ホスチ
レン（Ｈｏｓｔｙｒｅｎ）　Ｎ　２０ＧＧの粒体中へ、
混合スクリュー２を用いて実施例４の条件で直接に分散
さ仕た。第２表のＮｏ、　Ｉ　Ｏに示した焼成残渣によ
れば、ポリスチレン中への炭酸カルシウムの分散は少な
くとも）ＩＤＰＥ中に分散するのと同じくらい良好であ
った。

実施例７　ポリスチレンとＡＢＳへの炭酸カルシウム充
填剤の混練 ２０重量％０１ｉｙａｌｉｔｅ　９０Ｔを８０重量％の
ＡＢＳ拉体［イタリア、ミラノにあるモンサンド社のル
ストラン（Ｌｕｓｔｒａｎ）２４０］中へ混合スクリ５
−１０を用いて直接に分散させる以外は実施例６と同様
にして行った。このポリマー中に於いても同様に焼成残
渣評価によれば良好な分散が達成されている。

実施例８　ポリプロピレン粒体とタルク充填剤との混練 炭酸カルシウムの代りに、２０重量％のフランス−９２
５０ルズナスール　アリニジｘ　（Ｌｕｚｅｎａｃｓｕ
ｒＡｒｉｅｇｅ）にあるタルク　ド　ルズナ社（Ｔａｌ
ｅ　ｄｅＬｕｚｅｎａｃ）製の平均粒径１０ｇｇ＋のタ
イプＯＯＳのタルクを用いる以外は実施例４と同様の条
件で試験した。第２表のＮｏ、　１２に示した結果によ
れば、従来技術のタルクとＰＰとをあらかじめコンパウ
ンドとした場合の第１表Ｎｏ、３に示す試験結果と同様
の良好な分散である。

実施例９　ポリプロピレン粒体とタルク充填剤との混練 タルクの充填量を４０重量％に増やす以外は実施例８と
同様の条件で試験した。良好な充填剤分散（第２表Ｎｏ
、　１３の濾過テスト結果）が混合スクリュー２によっ
て達成された。

実施例１Ｏポリオレフィン粒体とカラー顔料との混練 ５重量％Ｔｉ０ｔ［英国、グリンスビイ（Ｇｒｉｍｓｂ
ｙ）にあるＳＭＣケミカルズ社製のＴｉｏｎａの４７２
）を９５重量％ＨＤＰＥ　（ホスタルクＧＣ７２６０）
粒体中に実施例１と同様の条件で直接に分散させた。こ
の顔料濃度はポリオレフィンの射出成形に使用させるほ
ぼ最大の顔料量に相当する。第２表Ｎ０１１４に示した
試験結果の焼成残渣によれば従来技術（ＴｉＯ＊マスタ
ーバッチ）第１表Ｎｏ、４の試験結果の焼成残渣に比べ
特に優れた添加剤分散が達成されたことを示している。

実施例１１　ポリオレフィン粒体中への防炎剤の混練 典型的な防炎剤として、３０重量％水酸化アルミニウム
（Ａ１２　（ＯＲ）３）　、***５０１０バーグハイム
（Ｂｅｒｇｈｅｉｉ）にあるマーティンスベルク社ＣＭ
ａｒｔ　ｉｎｓｗｅｒｋＧｏ＋ｂＨ）製のマーティナル
（Ｍａｒｔｉｎａｌ）ＯＬ　１０４、を用いた。スクリ
ューシリンダ一温度を２０（１’ｃとして射出成形を行
なう以外は実施ｆｌ１２と同様にして、７０重量％ＨＤ
ＰＥに直接混合した、（Ａ１２　（ＯＲ）３は２００℃
以上で分解する）。第２表１１ｏ、　１５に示した試験
結果の焼成残渣によると、上記の防炎剤についても同様
に優れた分散が得られた。

第２表　この発明のスクリューを用いた混練によって得
られた各種混合成分についての濾過残渣

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスクリューの一実施例の概略側面図、
第２図は第１図の■−■線断面図、第３図は第・１図の
ＩＩｌ、−１１Ｉ線部分断面図、第４図は従来の射出成
形スクリューを用いて、市販の炭酸カルシウム／）ＩＤ
ＰＥマスターバッチ粒体と純粋１（ＤＰＥ粒体とから製
造した射出成形試験品から切り出した試料を１６００倍
に拡大したラスター走査型電子類？Ｉｊｍ（ＲＥＭ）写
真を画いた図、第５図は第４図と同様の材料と方法によ
って得られた射出成形試験品の同じ深さの試料の光学顕
微鏡写真を画いた図、第６図は充填剤粒子又は充填剤凝
集体の体！ｉＪｂ率をその粒子や凝集体の直径の関数と
して表わすために第５図に示した光学顕微鏡写真につい
て画像分析器によって作成したヒストグラム、第７図は
この発明によって作製されたスクリューを用いて、粉末
状添加剤とＩ（ＤＰＥ粒体を混合したこと以外、第４図
と同様にして得られたラスター走査型電子顕微鏡写真を
画いた図、第８図はこの発明によって作製されたスクリ
ューを用いて、粉末状添加剤と１１ＤＰＥ粒体とを混合
して射出成形したこと以外は第５図と同様にして得られ
た光学顕微鏡写真を画いた図、および第９図はこの発明
によって作製されたスクリューを用いて粉末状添加剤と
ＨＤＰＥ粒体とを混合して射出成形したこと以外は第６
図と同様にして作成し六回である。 ｈ″ｇ、２ Ｆｔ″ｇ３ 性性（ハ）→ 手続補正書 昭和６３年４月７３日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿　　　　　　　　　Ｊ
ｌ、事件の表示 昭和６３年特許願第１６７５３号 国　籍　　スイス 別紙のとおり 特許請求の範囲 １、ポリマーと粉末状添加剤とを予め製剤化することな
くスクラム−の供給部に直接導入し、供給部においてポ
リマーが粉末状添加剤と少なくとも２目子分に混練され
ることを特徴とする、一定直径のスクリューコアを有す
る供給部、圧縮セクションと計量セクションを育する中
間部および混合部材を具備するスクリューを備えた射出
成形機で、ポリマーと粉末状添加剤とを加工する方法。 ２゜計量後の混合物が、最初排出部で緩和され、減圧領
域で再び充分に混合され次いで圧縮されることを特徴と
する第１項記載の方法。 ３、スクリューの供給部における十分な混合が、各場合
において、スクリュー直径の約２倍に相当する長さにわ
たって行われることを特徴とする第１〜２項のいずれか
ひとつに記載の方法。 ４、スクリュー（１０）が供給部（Ａ）に少なくとも２
つの混合部材（１５，１６）を備えていることを特徴と
する、一定直径（Ｅ）のスクリューコアを有する供給部
（Ａ）、圧縮セクションと計量セクションを有する中間
部（Ｂ）および少なくとも１つの混合部材（１７）を有
する排出部（Ｃ）を備えた、ポリマーと粉末状添加剤と
を加工するための射出成形機用スクリュー。 Ｌ加工用の作動長（Ｌ）がスクリュー直径（Ｄ）の少な
くとも１９倍であることを特徴とする第を項記載のスク
リュー。 ６、供給部（Ａ）がスクリュー直径（Ｄ）の約１！倍の
長さにわたって延び、中間部（Ｂ）がスクリュー直径（
Ｄ）の約３倍の長さにわたって延び、排出部（Ｃ）がス
クリュー直径（Ｄ）の約６倍にわたって延びることを特
徴とする第１項記載のスクリュー。 ７、各混合部材（１５，１６，１７）が、間隔をあけて
配置された環状分割部材からなり、２つの隣接する環状
分割部材間の流路の断面積の合計が、２つのスクリュー
ねじ山間の長さ方向の断面積より大きいか等しいことを
特徴とする第４〜６項のいずイｔかひとつに記載のスク
リュー。 ８、供給部（Ａ）の混合部材（１５，１６）が、スクリ
ュー直径（Ｄ）にほぼ相当する距離の間隔で配置されて
いることを特徴とする第４〜７項のいずれか１つに記載
のスクリュー。 ９、中間部（Ｂ）より前のスクリュー（１０）の供給側
に位置する混合部材（１７）の、中間部（Ｂ）の圧縮セ
クションからの距離が、スクリュー直径（Ｄ）のほぼ１
．５倍に相当することを特徴とする第４〜８項のいずれ
か１つに記載のスクリュ二。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポリマーと粉末状添加剤とを予め製剤化することな
   くスクリューの供給部に直接導入し、供給部においてポ
   リマーが粉末状添加剤と少なくとも２回十分に混練され
   ることを特徴とする、一定直径のスクリューコアを有す
   る供給部、圧縮セクションと計量セクションを有する中
   間部および混合部材を具備するスクリューを備えた射出
   成形機で、ポリマーと粉末状添加剤とを加工する方法。 ２、計量後の混合物が、最初排出部で緩和され、減圧領
   域で再び充分に混合され次いで圧縮されることを特徴と
   する第１項記載の方法。 ３、加工用スクリューの作動長が、スクリュー直径の少
   なくとも１９倍であることを特徴とする第１項または第
   ２項記載の方法。 ４、スクリューの供給部における十分な混合が、各場合
   において、スクリュー直径の約２倍に相当する長さにわ
   たって行われることを特徴とする第１〜３項のいずれか
   ひとつに記載の方法。 ５、供給部における各混合部分の混合物はほぼスクリュ
   ー直径に相当する距離にわたってスクリューで搬送され
   ることを特徴とする第１〜４項の何れかひとつに記載の
   方法。 ６、減圧領域内の混合物が、スクリュー直径のほぼ２倍
   に相当する長さにわたって十分に混合されることを特徴
   とする第２〜５項のいずれかひとつに記載の方法。 ７、排出部の出口端の前で、十分な混合が、ほぼスクリ
   ュー直径の３倍に相当する距離にわたって行われること
   を特徴とする第２〜６項のいずれかひとつに記載の方法
   。 ８、スクリュー（１０）が供給部（Ａ）に少なくとも２
   つの混合部材（１５、１６）を備えていることを特徴と
   する、一定直径（Ｅ）のスクリューコアを有する供給部
   （Ａ）、圧縮セクションと計量セクションを有する中間
   部（Ｂ）および少なくとも１つの混合部材（１７）を有
   する排出部（Ｃ）を備えた、ポリマーと粉末状添加剤と
   を加工するための射出成形機用スクリュー。 ９、加工用の作動長（Ｌ）がスクリュー直径（Ｄ）の少
   なくとも１９倍であることを特徴とする第８項記載のス
   クリュー。 １０、供給部（Ａ）がスクリュー直径（Ｄ）の約１１倍
   の長さにわたって延び、中間部（Ｂ）がスクリュー直径
   （Ｄ）の約３倍の長さにわたって延び、排出部（Ｃ）が
   スクリュー直径（Ｄ）の約６倍にわたって延びることを
   特徴とする第９項記載のスクリュー。 １１、排出部（Ｃ）の出発部分のスクリュー直径（Ｄ）
   は第１に、中間部（Ｂ）の計量セクション２０の大直径
   （Ｆ）から、供給部（Ａ）のスクリューコア直径（Ｅ）
   より小さいスクリューコア直径（Ｇ）にまで一挙に小さ
   くされ、混合部材（１７）を具備するセクションにわた
   って延びその長さがスクリュー直径（Ｄ）のほぼ４倍に
   相当し、次いで小さくされたスクリューコア直径（Ｇ）
   が、中間部（Ｂ）の計量セクション（２０）の直径より
   大きいスクリューコア直径（Ｈ）を有する第２計量セク
   ション（２３）まで太さを大きくされてなることを特徴
   とする第１０項記載のスクリュー。 １２、各混合部材（１５、１６、１７）が、間隔をあけ
   て配置された環状分割部材からなり、２つの隣接する環
   状分割部材間の流路の断面積の合計が、２つのスクリュ
   ーねじ山間の長さ方向の断面積より大きいか等しいこと
   を特徴とする第８〜１１項のいずれかひとつに記載のス
   クリュー。 １３、環状分割部材が対称形であることを特徴とする第
   １２項記載のスクリュー。 １４、環状分割部材が、スクリュー（１０）の長さ方向
   の軸に対して直角に、平行な複数群として配設され、長
   さ方向の軸の方向に互いに隣接する環状分割部材の横の
   間隔が環状分割部材の厚さにほぼ相当することを特徴と
   する第１２項または第１３項記載のスクリュー。 １５、環状分割部材が、平行群としてスクリューにらせ
   ん状に配設され、隣接する環状分割部材の横の間隔が環
   状分割部材の厚さにほぼ相当することを特徴とする第１
   ２項または第１３項記載のスクリュー。 １６、供給部（Ａ）の各混合部材（１５、１６）が、ス
   クリュー直径（Ｄ）の約２倍に相当する長さにわたって
   延びることを特徴とする第８〜１４項のいずれか１つに
   記載のスクリュー。 １７、供給部（Ａ）の混合部材（１５、１６）が、スク
   リュー直径（Ｄ）にほぼ相当する距離の間隔で配置され
   ていることを特徴とする第８〜１５項のいずれか１つに
   記載のスクリュー。 １８、中間部（Ｂ）より前のスクリュー（１０）の供給
   側に位置する混合部材（１７）の、中間部（Ｂ）の圧縮
   セクションからの距離が、スクリュー直径（Ｄ）のほぼ
   １．５倍に相当することを特徴とする第８〜１６項のい
   ずれか１つに記載のスクリュー。 １９、排出部内に配設された混合部材（１７）の、排出
   部の出口端からの距離が、スクリュー直径（Ｄ）のほぼ
   ３倍に相当することを特徴とする第８〜１７項のいずれ
   か１つに記載のスクリュー。 ２０、排出部（Ｃ）に設けられた混合部材（１７）が、
   スクリュー直径（Ｄ）のほぼ２倍に相当する長さにわた
   って延びることを特徴とする第８〜１８項のいずれか１
   つに記載のスクリュー。