JPH0142817B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発泡剤高分子樹脂は従来、適宜なスクリユウ押
出機を用いる方法で連続的に製造されている。従
来方法によると、多泡状製品は押出し機中に粉粒
状の高分子樹脂を供給し、それを押出し機の第１
段階にある加熱部を経て搬送することによつて溶
融し、そして押出し機の第２段階の始点において
発泡剤を溶融樹脂中に注入することによつて製造
される。次いで溶融樹脂と発泡剤と混合物を押出
し機の第２段階においてスクリユウに取付けられ
たスクリユウ翼及び／又はその他の手段の作用に
よつて混合すると共に冷却し、そして最後に混合
物をダイと通じて低圧域に押出して発泡剤を膨張
せしめ多泡状製品を形成する。通常、充分な冷却
能力を得るために２本の押出し機が使用される。 かかる従来技術の有する問題は塩素化ポリ塩化
ビニールの如き樹脂を溶融するために第１段階に
おいて約400〓に加熱し、次いで、良好な発泡を
得るために第２段階において約300〓に冷却する
点に存する。第１及び第２段階の間の約100〓の
温度差は加熱の後に大巾な冷却能力を必要とする
ので、装置に多大の負荷を与える。更に、もう一
つの従来技術の欠点は溶融樹脂中への発泡剤の吸
収がきわめて遅く、長大な混合段階を要すること
である。 高分子樹脂をできるだけ低温で処理することは
エネルギコストを節減し装置を小型化し得るのみ
ならず、樹脂に添加する安定剤の量を減少せしめ
且つ低温の熱履歴のためにその安定剤が増すので
望ましい。 可塑剤の使用は樹脂の加工性を改善するためば
かりでなく、処理温度を低下せしめて樹脂が実質
的に低温で溶解し処理される好ましい効果をも与
える。このように可塑剤の使用には利点があるけ
れども、樹脂の物理的特性の或るものを低下せし
める欠点をも有する。 処理温度及び溶解温度の低下は機能的な可塑剤
として発泡剤を用いることによつてももたらされ
る。これは充分な量の発泡剤が粉粒状樹脂に吸収
されるまで発泡剤を粉粒状樹脂に混合することに
よつて実施される。たとえば、塩素化の程度に応
じて、塩素化ポリ塩化ビニールは約350〓を越え
る温度で溶解するが、粉粒状の塩素化ポリ塩化ビ
ニールにクロロフルオロアルカンの如き発泡剤を
混合すると、樹脂は約300〓で溶融する。 クラマ（kraemer）等に与えられた米国特許第
3366580号には圧力容器中に塩素化ポリ塩化ビニ
ール粉末とクロロフルオロアルカン発泡剤とを導
入することによつて製造された塩素化ポリ塩化ビ
ニール発泡体が記載されている。該容器内の内容
物は高温下に長時間混合されるので、容器内に生
起した圧力のために発泡剤の大部分は液状に保た
れる。吸収工程が完了すると、内容物は冷却さ
れ、容器から取出され、そして多泡状製品として
押出される前の核剤と混合される。 米国特許第3366580号の第３欄、第42〜50行に
は、粉粒状樹脂を発泡剤と混合する中間工程を省
略して塩素化ポリ塩化ビニール樹脂から直接に発
泡製品を押出し得ることが記載されている。この
方法によれば、発泡剤は溶融樹脂が押出し機内を
進行する間に該溶融樹脂内に注入される。しかし
この特許は固体樹脂中に発泡剤を注入することに
よつて多泡状製品を連続的に製造する方法につい
ては開示していない。 本発明は低温で多泡状樹脂製品を連続的に押出
し製造するための方法並びに装置に関し、押出し
機の供給区域内に粉粒状高分子樹脂を導入し、円
錐型の圧迫手段を具えたスクリユウ押出し機によ
つて圧迫区域内に該粉粒状樹脂を高密圧入し、発
泡剤の上流側への漏洩を防止するために前記圧迫
された材料による閉塞部を形成し、押出し機の注
入区域において発泡剤を粉粒状樹脂内に導入して
吸収せしめ、押出し機の加熱混合区域において粉
粒状樹脂と発泡剤との混合物を撹拌、溶融し、そ
してダイを通して混合物を低圧域に押出しそれに
よつて発泡剤が膨張し多泡状製品を形成する。 多泡状製品は粉粒状固体高分子樹脂内への発泡
剤の注入、及び発泡剤の上流への漏洩を防ぐため
の充分に圧迫された樹脂の閉塞部の形成よつて特
徴づけられた連続製造方法並びに装置によつて製
造される。この方式は従来技術よりも少なくとも
約50〜100〓低温の約250〜350〓の実質的に低温
度で樹脂を溶融、処理することを可能する固体樹
脂による発泡剤の吸収を促進する。 本発明は低密度の高分子樹脂発泡体を押出し製
造する方法並びにこれを実施するための押出し装
置に関する。第１図には基礎１０の上に載つたス
クリユウ押出し機１２が示されている。押出し機
１２はホツパ１４、加熱手段１６並びに油、水そ
の他の冷媒を循環せしめる冷却手段１６ａ、押出
しヘツド１８、ダイ２０、モータによつて駆動さ
れる伝導手段２２及び第２図に示す押出しスクリ
ユウ２６が回転自在に枢支されたシリンダ２４を
有する。注入パイプ２８は押出し機の閉塞部のす
ぐ近傍に設けられている。発泡剤は該注入パイプ
を通つて粉粒状樹脂内に導入される。 第２図に示す押出しスクリユウ２６は、下流側
に向かつて、供給区域３０、圧迫区域３２、閉塞
区域３４；注入、溶融、並びに混合区域３６及び
冷却及び計量区域３８を含んでなる。押出し機の
第一ゾーンは供給区域、圧迫区域、及び閉塞区域
を含み、第２、第３ゾーンは注入及び溶融並びに
混合区域を含み、更に第４、第５ゾーンは冷却並
びに計量区域を含む。区域３６の上流部分は発泡
剤を加圧下に押出し機内に注入する機能を有し、
一方下流部分は供給区域を混合、溶融する機能を
有する。冷却並びに計量区域３８は溶融樹脂を充
分に冷却して発泡剤の蒸気圧を減少し且つ樹脂の
粘度低下せしめる領域であり、それによつて樹脂
内に発泡剤が保持され、低密度の発泡体を形成す
ることを得る。供給、圧迫及び閉塞区域は通常長
さ／直径の比（Ｌ／Ｄ）が８〜10であり、押出し
機の残りの部分は約22〜24L／Ｄである。 押出し機の供給区域内に粉粒状樹脂を強制供給
するためにホツパ１４内に充填機４０を設けても
よい。供給は10〜600ミクロンの粉末状又は約1/
８″〜1/4″のサイズのペレツト状でもよいが、粉末
の方が好ましい。供給区域内のフイードスクリユ
ウは地点４６まで一定断面形状を有する心棒４４
上に設けられた一定ピツチの螺施状スクリユウ翼
を有する点に特徴がある。供給された粉粒状樹脂
は押出し機中に導入され、スクリユウ２６のチヤ
ンネル内に集積される。樹脂は地点４６の方へ搬
送されるにつれて、混合され更に均一に分散せし
められる。 圧迫区域３２は地点４６から始まり、下流方向
へ向つて次第に断面が大きくなる円錐区域３３に
よつて規定される。固体状の粉粒状供給物はスク
リユウ翼４２によつて圧迫区域に沿つて上方に移
動するにつれて圧迫される。圧迫は均一に増加す
る心棒４４の断面直径とこれに伴うチヤンネルの
深さの減少によつて達成される。チヤンネル内の
供給物の量は一定であるから、これの圧迫はフイ
ードスクリユウの各回転に伴う各チヤンネルの容
積の減少によつてもたらされる。閉塞区域３４は
均一な断面を有する心棒４４とシリンダ２４とに
よつて規定される。圧迫区域からの供給物は閉塞
区域に導かれそこで略々均一な断面を有するリン
グを形成し実質的に発泡剤を透過せしめない。こ
の工程の成否は供給材料の充分な圧迫にかかり、
充填機４０の使用は明らかに有効である。 この点に関し、好適な供給材料である塩素化ポ
リ塩化ビニールの密度は１立方フイート当り約30
ポンドである点に注意すべきである。ガス状発泡
剤の通路に実質的に不透性の障壁を形成するには
粉粒状供給材料は約70〜80ポンド／ft³から約90
ポンド／ft³までの密度に圧迫されることが必要
である。固体の塩素化ポリ塩化ビニールの密度は
90ポンド／ft³以上である。 閉塞区域３４は心棒４４の表面４８とシリンダ
２４とによつて形成された均一断面の円環状領域
又は第３図、第４図に示すその他の多くの形状で
あつてもよい。第３図には、心棒４４の区域４８
上に設けられ、軸方向の通路５４を有するリング
５０が示されている。リング５０はシリンダ２４
と共に閉塞域を規定する心棒の表面４８の端部に
固設されており、心棒４４と一体化していても、
又は心棒４４上にこれと別れて取付けられてもよ
い。リング５０の目的は閉塞区域内に高度の圧迫
を得るための圧縮手段を提供することにある。 第４図は螺施状のチヤンネル６０を具えた別の
リング５６を示す。リング５６は第３図のリング
５０と同じ機能を有するように作られている。リ
ング５０及び５６は開放通路を形成する歯型を具
えてもよい。 加熱−混合区域３６は押出し機の第２段階の上
流部分に設けられる。加熱−混合区域内のフイー
ドスクリユウの心棒は表面４８に比し小さい断面
となつている。その直径は略々供給区域内のスク
リユウの直径に対応し、地点６２に至るまで均一
な断面となつている。地点６２から下流にかけ
て、フイードスクリユウの心棒は円錐状の表面６
４をなし、それは均一断面の大径表面６６に連ら
なつている。 図には単一の翼しか示されていないが、複数の
翼もまた使用可能である。複数の翼の使用によつ
て混合は更に改善される。第２段階のスクリユウ
翼は図示のように一定ピツチでもよいし、又複数
の翼も使用可能である。 発泡製品の製造は好ましくは充填機を具えたホ
ツパ内に粉粒状高分子樹脂を連続供給することに
よつて開始される。供給樹脂はホツパから押出し
機の供給区域３０に導入され、フイードスクリユ
ウのチヤンネル内に集積される。供給物は一定の
ピツチと、均一な断面の心棒を有するフイードス
クリユウによつて下流側へ搬送される。供給区域
の機能はスクリユウ押出し機内に供給物を装填
し、それをフイードスクリユウ上の地点４６から
始まり円錐表面３３及びシリンダ２４によつて規
定される圧迫区域３２に搬送することにある。円
錐表面３３は下流方向に向つて断面が増大してい
るのでチヤンネルの容積を次第に減少せしめる。
供給物の圧迫は、該供給物を高密化するように収
束している円錐表面３３とシリンダ２４とに付随
する作用の結果として生ずる。 圧迫された供給物は閉塞部３４へ導入され、そ
こでガス状の発泡剤の漏洩を実質的に防止する障
壁を形成する。障壁は円環状の栓又は開放端を有
する円筒形なし、シリンダ２４と表面４８との間
に設けられる。トリクロロモノフルオロメタンの
如き発泡剤は高圧下に押出し機中に導入され、従
つて液状をなす。閉塞部の供給物は不透性の障壁
を形成するように固状であることが好ましい。 圧迫された供給物は閉塞部を経て搬送され、加
熱−混合区域３６へ固体の粉粒状で供給され、そ
こで導管２８を通じて導入された発泡剤と接触す
る。前述の如く、発泡剤が固体の状態の供給樹脂
に接触することは溶融状態の場合に比し大きな利
点がある。先ず第一に、発泡剤は溶融状態の樹脂
よりも固体の粉粒状の供給樹脂により速やかに吸
収され、第二に発泡剤は供給樹脂に対して可塑剤
のように作用して、実質的にその溶融温度を低下
せしめる。供給樹脂が塩素化ポリ塩化ビニールで
あり、発泡剤がトリクロロモノフルオロメタンの
場合には、溶融温度を、少なくとも約50〜100〓
低下することができる。 区域３６にはフイードスクリユウ上の地点６２
に達するまで移送された供給樹脂を溶融するため
に加熱手段が設けられている。樹脂は加熱され、
溶融されるにつれ、下流へ搬送されつつスクリユ
ウ翼によつて連続的に混合される。更に良く混合
するために、複数の翼及びその他の手段を加熱区
域３６及び冷却区域３８に設けてもよい。供給樹
脂の溶融は円錐表面６４の頂点において実質的に
完了する。円錐表面６４において生起する転移期
間において、供給樹脂の体積は固相から液相に変
態するにつれてだんだんに小さくなる。円錐表面
６４を通じての伝熱効率はチヤンネルの容積が減
少することによつて維持され、樹脂はこの領域に
おいて加熱されているシリンダ２４と一定の接触
を保つ。 円錐表面６４が一定断面の表面６６に移行する
につれ、溶融状態の供給樹脂は冷却−混合区域３
８に導入される。溶融樹脂の温度はその粘度が発
泡剤を保持するのに充分な程度まで低下せしめら
れなければならない。溶融温度の粘度が低過すぎ
ると、充分な量の発泡剤を保持することができな
い。この段階で粘度が高過ぎる場合には一般的に
は問題はなく、高密度の発泡体が得られる。温度
の低下または発泡剤の蒸気圧を減少しめる効果を
有する。この効果は樹脂内に発泡剤を保持するの
に役立つ。押出し機は1000〜5000psiの圧力下で
運転され、溶融樹脂と発泡剤との混合物は冷却−
混合区域を進行し、そして押出しダイを通じて低
圧域中に射出されるので発泡剤は膨張し多泡状製
品を形成する。 叙上の押出し機の温度分布は、供給材料、その
粒径、送出速度、発泡剤の量、並びにその注入時
の圧力、押出し機のサイズ及び型等の多くの工程
条件によつて異なる。しかし普通には、第１域に
対応する圧迫及び閉塞区域における温度は270〜
300〓の範囲であり、第２、第３域に対応する注
入、混合並びに溶融区域においては250〜300〓の
範囲であり、第４、第５域に対応する冷却並びに
計量区域においては200〜300〓、好ましくは200
〜270〓の範囲である。ここで各温度分布の域は
後述の実施例において言及する。 叙上の方法並びに装置によつて製造された発泡
製品は少なくとも60％の独立気泡と、１立方フイ
ート当り１〜20ポンドの密度と、0.2Btu／（hr）
（ft²）（〓／in）以下の熱伝導率を有するはずで
ある。好ましくは、少なくとも85％の独立気泡
と、１立方フイート当り１〜10ポンド最も好まし
くは３ポンド以下の密度を有する。 好適な樹脂はセルローズエーテル及びエステ
ル；並びにハロゲン化ビニール、ハロゲン化ビニ
リデン；エチレン、プロピレンの如ききオレフイ
ン；ビニールアセテート、ビニールベンゾエート
の如きカルボン酸のビニールエステル；ビニール
メチルエーテルルの如きビニールエーテル；アク
リル酸及びメタアクリル酸並びメチル及びエチル
メタアクリレートの如き１〜18個の炭素原子を有
するアルコールとのそれらのエステル、アクリル
アミド、メタクリロニトリル、並びにアクリロニ
トリルの如き不飽和カルボン酸及びそれらの誘導
体；スチレン、α−メチルスチレン、ビニールト
ルエン、及びビニールナフタレンの如き芳香族ビ
ニール化合物等のビニリデン基CH₂＝Ｃを含む
単量体化合物のホモポリマー及び共重合体；を含
む熱可塑性樹脂から選ばれる。芳香族ビニール樹
脂の群にはスチレンのホモポリマー及び少なくと
も50重量％のスチレンと50重量％未満のそれと共
重合された、たとえばブタジエン、アクリロニト
リル、αメチルスチレン等のビニリデンモノマー
が含まれる。塩化ビニール樹脂はホモポリマ又は
少なくとも20モル％、好ましくは約60モル％の塩
化ビニールを含む共重合体であつてもよい。 粉末又はペレツトの形で供給される好適な樹脂
としては実用的には最小塩素含量が少なくとも60
重量％、最大塩素含量が約75重量％の塩素化ポリ
塩化ビニールである。樹脂の塩素含量が60％から
64％に増加すると、樹脂の耐熱性は約80℃から約
100℃に向上し、樹脂は高温物体との接触によく
耐え得る。樹脂は公知の酸化防止剤及びその他の
添加物を混合することによつて安定化することが
できる。 塩素化ポリ塩化ビニールの代りに、出発物質の
性質が塩素化ポリ塩化ビニールの性質とそんなに
異ならない限り、小量の他のポリマ又は小量の他
のモノマと塩化ビニールとの共重合体と、塩素化
ポリ塩化ビニールとの混合物を用いることができ
る。ここで用語“塩素化ポリ塩化ビニール”中に
は上述の物質の明らかな変種を含む。 本発明において用いられる塩素化ポリ塩化ビニ
ールは市販されているポリ塩化ビニールを後塩素
化することによつて容易に準備することができ
る。後塩素化の前には、一般的にポリ塩化ビニー
ルは約56.7重量％の塩素含量、約75℃〜80℃のガ
ラス転移点、１c.c.当り約140ｇの密度を有してい
る。ポリ塩化ビニールは溶液中での塩素化、水懸
濁液又は膨潤剤中の懸濁液での塩素化を含む多く
の工程により及び乾燥したポリ塩化ビニール粉末
の直接塩素化によつて後塩素化することができ
る。本発明者の研究によれば、水懸濁液中での塩
素化が特に便利であることが判つた。このような
塩素化を実施する典型的な方法は窒素置換された
圧力容器内で15重量部の水による懸濁液を撹拌
し、該懸濁液を140℃に加熱し、１時間当り約２
重量部の割合で塩素を導入して該ポリ塩化ビニー
ルを所望の程度に塩素化する。 本発明に適する発泡剤はメチルクロライド、メ
チレンクロライド、エチルクロライド、エチレン
デイクロライド、ｎ−プロピルクロライド及びメ
チルブロマイドの如き１〜３個の炭素原子を含有
するハロゲン化炭化水素である。好ましい発泡剤
としてはトリクロロモノフルオロメタン、デイク
ロロデイフルオロメタン、デイクロロモノフルオ
ロメタン、モノクロロデイフルオロメタン、トリ
クロロトリフルオロエタン、デイクロロテトラフ
ルオロエタン、及びモノクロロトリフルオロエタ
ンの如き１〜２個の炭素原子を含むクロロフルオ
ロアルカンである。発泡剤は約５〜50％の量で用
いられるが、発泡工程の初期においてポリマ中に
吸収された塩素化ポリ塩化ビニールの約10〜40重
量％の発泡剤の量が好ましい。 次に実施例により本発明方法並びに装置の詳細
を説明する。 実施例 本発明を更に具体的に説明するために長さ／直
径（Ｌ／Ｄ）が32：１で注入装置の上、下流側に
混合ピンを具えた３−1/2″NMR押出し機を用い
て実験を行なつた。スクリユウの正面部は油で冷
却された。閉塞区域の還状間隙は1/4″の厚さであ
つた。供給物の組成は塩素含量67％の塩素化ポリ
塩化ビニール100重量部、ブチル錫安定化剤３重
量部、塩素化ポリエチレン３重量部、カルシウム
ステアレート、エチレンビスステアラミド並びに
モンタンワツクスのエステルからなる滑剤1.8重
量部、スチレン−アクリロニトリルの加工助剤10
重量部、及び二酸化チタン並びにアゾジカルボン
アミドからなる核剤1.3重量部であつた。フレオ
ン11が発泡剤として用いられた。 第表にはランＡ、Ｂ、Ｃのデータが示されて
いる。

【表】

【表】 ランＡ、Ｂ、Ｃによつて製造された製品の密度
は１立方フイート当り１〜2.5ポンドの間で変化
していた。

【図面の簡単な説明】

第１図はフイードスクリユウを省略した押出し
機の側断面図、第２図は本発明の主要概念を示す
押出し機とフイードスクリユウとの拡大側面図、
第３図、及び第４図は夫々閉塞部の構造の実施例
である。 １２……押出し機、１４……ホツパ、１６……
加熱手段、１６ａ……冷却手段、１８……押出し
ヘツド、２０……ダイ、２４……シリンダ、２６
……押出しスクリユウ、２８……注入パイプ、３
０……供給区域、３２……圧迫区域、３４……閉
塞区域、３６……注入、溶融、混合区域、３８…
…冷却、計量区域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダと、供給材料を進行せしめ且つ該供
   給材料を固相から液相へ徐々に変態せしめるため
   の該シリンダ内に長手方向に回転自在に内蔵され
   た押出しスクリユウとを含む粉粒状高分子供給材
   料を処理する押出し装置において、該装置は供給
   材料を導入する供給区域、供給材料を高密化する
   圧迫区域、該押出しスクリユウとシリンダとによ
   つて形成された縮小断面を有し発泡剤の通過に対
   して実質的に不透性である圧迫された供給材料を
   含む閉塞区域、該閉塞区域の下流側に設けられ発
   泡剤を導入してこれを固体状の供給材料に混合す
   る注入手段、粉粒状供給材料と発泡剤とを混合
   し、溶融せしめる混合区域及び装置の下流側端部
   のダイを含んでなり、溶融された供給材料とこれ
   に混合させられた発泡剤とは低圧域へ強制的に射
   出されそこで発泡剤が膨張して多泡状製品を形成
   する多泡状製品の押出し装置。 ２ 圧迫区域が断面が漸増する心棒を有する押出
   しスクリユウを有する特許請求の範囲第１項に記
   載された装置。 ３ 混合区域が固体状の粉粒状供給材料は先ず発
   泡剤と混合され、次いで供給材料と発泡剤との混
   合物は徐々に加熱溶解され、次いで効率的な発泡
   を得るために溶融供給物の粘度を増加せしめるた
   めに冷却される特許請求の範囲第２項に記載され
   た装置。 ４ 圧迫区域がシリンダと、下流に向つて断面が
   増大するスクリユウ上に設けられた円錐表面とに
   よつて規定され、閉塞区域がシリンダと、上流側
   端部において前記円錐表面に連接するスクリウ上
   の拡大均一断面表面とによつて規定され、注入導
   管が該閉塞区域の下流で供給材料が固体状をなし
   ている装置の部位に設けられている特許請求の範
   囲第１項に記載された装置。 ５ 圧迫区域がシリンダと、下流に向つて断面が
   増大するスクリユウ上に設けられた円錐表面とに
   よつて規定され、閉塞区域がシリンダと、上流側
   端部において前記円錐表面に連接するスクリユウ
   上の拡大均一断面表面とによつて規定され、注入
   導管が該閉塞区域の下流で供給材料が固体状をな
   している装置の部位に設けられている特許請求の
   範囲第３項に記載された装置。 ６ 供給区域が均一断面の心棒を有するスクリユ
   ウを有し、混合区域が閉塞区域よりも小なる均一
   断面の心棒を有するスクリユウを有し、且つ該断
   面は下流に向つて断面の増大する円錐表面に連接
   し、次いで拡大された均一断面に連接する特許請
   求の範囲第５項に記載された装置。 ７ 粉粒状高分子樹脂をスクリユウを内蔵せる押
   出し機に装填し、押出し機内を該粉粒状樹脂を搬
   送し、圧迫区域において該粉粒状樹脂を高密化し
   て圧迫区域の下流側に発泡剤に対して実質的に不
   透性の前記高密化樹脂の連続的に移動する障壁を
   形成し、該障壁の下流において前記固体状の粉粒
   状樹脂中に発泡剤を注入し、固体状粉粒状樹脂と
   発泡剤を混合し、該樹脂と該発泡剤との混合物を
   溶融し、次いで発泡剤を該溶融樹脂内で膨張させ
   て多泡状製品を形成するために該溶融混合物を低
   圧域に押出す多泡状高分子樹脂製品の押出し方
   法。 ８ 高分子樹脂が熱可塑性樹脂から選択され、発
   泡剤が１〜２個の炭素原子を含むクロロフルオロ
   アルカンから選択された特許請求の範囲第７項に
   記載された方法。 ９ 高分子樹脂が塩素化ポリ塩化ビニルであり、
   発泡剤がクロロフルオロメタンである特許請求の
   範囲第７項に記載された方法。 １０ 固体状粉粒状樹脂と発泡剤との混合物を混
   合区域において混合しながら加熱し、次いで該溶
   融混合物を混合しながら冷却して発泡剤がその中
   に保持されるように粘度を低下せしめ且つ発泡剤
   の蒸気圧を低下せしめるステツプを含み、更に前
   記粉粒状樹脂が塩素化ポリ塩化ビニール粉末であ
   る特許請求の範囲第９項に記載された方法。