JPH06507128A - 水発泡剤を用いた低密度発泡体の押し出し成形法 - 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】 水発泡剤を用いた低密度発泡体の押し出し成形法技泗１団 本発明は、一般に熱可塑性エラストマー発泡体の押出成形に関し、特に発泡剤と して水または蒸気を用いた熱可塑性エラストマー発泡体の押出成形法に関する。

登凱■豊景 慣用的な技術にしたがえば、熱可塑性発泡体は、熱可塑性樹脂を押出機に供給し 、１機または２機以上のスクリューの剪断作用を介して、押出機の容器内で持続 的に樹脂を溶融することによって製造される。中間時点または混合段階で、溶媒 発泡剤（通常は液状または気体状）が持続的に溶融樹脂中に注入される。また別 に、米国特許第４１０７２６０号で考察されたように、樹脂を押出機に供給する 前に、粉末状の化学発泡剤を粒状樹脂中に分散させることもできる。いずれの場 合でも、押出機スクリューは、発泡剤を可能な限り均一に溶融樹脂中に混合し溶 解することができるようにデザインされている。十分均一に混合することが優れ た品質の発泡体の製造に欠かせない。得られた混合物は、発泡剤の早過ぎる揮発 を防止するために、注意深く制御された押出機内温度および圧力の下で維持され なければならない。溶融混合物をダイから押し出すとき、材料は大気圧に減圧さ れ、それによって発泡剤は泡として材料体中に拡散され、発泡体が製造される。

最近、溶媒発泡剤（例えばクロロフルオロカーボン）の使用が監査されるように なってきた。これは、大気（特にオゾン層）への有害な影響が疑われるためであ る。そのような発泡剤の使用は徐々に制限され、将来はおそらく実質的に排除さ れるであろう。さらに、他の溶媒発泡剤（例えば炭化水素）はクロロフルオロカ ーボンより大気への有害性がいくぶん少ないと考えられているが、炭化水素は引 火性という問題があり、したがってそれらの使用は危険性が高く望ましくない。

溶媒発泡剤は、一般に低密度発泡体（例えば０．　５　ｇ／　ｃ　ｃ　（３１， ２１ｂｓ／ｆｔ３）未満の密度をもつ発泡体）を製造するために用いられており 、溶媒発泡剤の排除およびまたは制限は、発泡体製造産業に重大な問題を与える であろう。

クロロフルオロカーボンおよび炭化水素の代替物には二酸化窒素および炭素が含 まれる。しかし、熱可塑性エラストマーに二酸化窒素および炭素を混合すること は困難である。特に興味をひく市販の熱可塑性ゴムは、サントプレン（Ｓａｎ　 ｔｏｐｒｅｎｅ■）で、アトバーンストエラストマー社（八ｄｖａｎｃｅｄ　Ｅ ｌａｓｔｏｍｅｒｓ）から入手できる。モンサントカンパニー社の出版物、”サ ントプレン熱可塑性ゴムの押出成形発泡技術”　（”Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　Ｆｏ ａｍｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　５ａｎｔｏｐｒｅｎｅ　Ｔｈｅｒｖ ｏｐｌａｓｔｉｃ　Ｒｕｂｂｅｒ’）　（１９８５年１０月５日）には、発泡体 入りサントプレンの押出製造方法が記載されている。上記に特定したモンサンド 出版物は、高密度発泡体入りサントブレンを製造するために、修飾アゾジカルボ ンアミド化学発泡剤の使用を推奨している。フルオロカーボン１１は、０．　２ −０．　５　ｇ／ｃ　ｃ　（１２，５−３１，２１ｂｓ／ｆｔ’）の密度をもつ 低密度発泡体を製造するために発泡剤として推奨されている。同一人所有の米国 特許第４８９８７６０号は、およそ０．　０３−０．　３０ｇ／ｃｃ　（２−１ ９１ｂｓ／ｆｔ’）の範囲の密度をもつ軟らかい熱可塑性ホームラバーの製造方 法および装置を記載している。同号特許に記載されているように、そのような発 泡体は、例えば、隙間塞ぎとして特に有用である。しかし、好ましい発泡剤は塩 素化フルオロカーボンであり、これは上記の欠点を有する。さらに、新規に開発 された発泡剤は例によって非常に高価で、したがって処理コストが高くなる。

多くの開発投資が行われたにもかかわらず、熱可塑性エラストマー、特に低密度 熱可塑性ホームラバーのための安価で環境的にも安全な不燃性発泡剤の必要性は 解消されていない。

１所■！１ 本発明の目的は、したがって、熱可塑性および圧縮歪み抵抗性を有する低密度軟 エラストマー発泡体の製造方法を提供することである。

本発明のまた別の目的は、環境的に安全な発泡剤を用いた高品質発泡体の製造方 法を提供することである。

本発明のさらにまた別の目的は、安価で安全で扱いやすい発泡剤を用いて高品質 発泡体を製造する方法を提供することである。

上記の目的は、発泡可能熱可塑性エラストマー（例えば熱可塑性ゴム）が選択さ れる方法を用いることによって達成できる。

選択された熱可塑性エラストマーは、続いて加熱押出機のバレル（容器）に供給 され、ここで、圧縮されスクリューの作用で溶融される。水から成る発泡剤が溶 融熱可塑性エラストマーに導入される。溶融熱可塑性エラストマーおよび水は完 全に混合され、続いて予め決定された均一な温度まで冷却される。混合物は、そ の後ダイから押し出され、押出成形発泡体プロフィルを形成する。

皿皿企亙員星翌１ 以下の詳細な説明が添付の図面と関連しながら考察されるとき、本発明はより良 く理解されえるので、本発明および付随する多くの利点のより完全な評価が容易 となろう。

図１は、本発明を実施するための装置を示す略図である。

図２は、押出機と水の局部供給との連結を示す。

しい　の　な゛ 本発明は、熱可塑性ゴム、特にサントブレンに関して以下に記載されるが、本発 明はこのことに限定されるものではなく、熱可塑性エラストマーに応用できる０ 本明細書で用いられているように、熱可塑性エラストマーは、通常の熱可塑性材 の構造特性および通常の熱硬化性ゴムの反応特性を有するゴム性物質を指す。熱 可塑性エラストマーは、例えば、天然または合成ゴムと熱可塑性物質の混合物を 含むことができる。

サントプレンは熱可塑性エラストマーゴムで、これは、発泡させて押出成形した 管類およびプロフィル（形状物）をつくることができる、サントプレンの性状お よび特性は、米国特許第４１３０５３５号および４３１１６２８号に記載されて おり、これらは本明細書に引用文献として含まれている。サントプレンは、熱可 塑性加硫ゴムで、完全に加硫されたオレフィンゴムおよび熱可塑性オレフィン樹 脂の混合物を含む、前述４１３０５３５号特許は、（ａ）２５−７５重量％の熱 可塑性ポリオレフィン樹脂および（ｂ）およそ７５−２５重量％のモノオレフィ ン共重合体ゴムの混合物を含む完全加硫ゴム組成物について記載している。

本発明の最初の工程は、発泡可能熱可塑性エラストマーの選択を含む、好ましい 具体例では、窓やドアーの隙間塞ぎとして使用する軟らかい低密度発泡体の製造 が可能な適切な硬度値を有する、発泡可能熱可塑性ゴムが選択される。本発明の 好ましい具体例では、得られた発泡体は、好ましく、ドアーまたは窓を閉めるた めに加えられる圧により容易に発泡体が変形することができ、さらに負荷が取り 除かれたときには永続的な変形（圧縮歪み）に抗することができるような圧縮率 （すなわち負荷耐性）を示すはずである。サントブレンエラストマーのデュロメ ーターの読みの範囲は、適切な軟らかさおよび圧縮歪み抵抗性を達成するために は、７３（シリア−Ａ）未満が好ましい。

他の熱可塑性エラストマーの適切な硬度の選択は、本発明の開示を参考にして容 易に決定できる０本発明は、隙間塞ぎとして使用する熱可塑性エラストマーの発 泡に限定されるものではなく、したがってより高いデュロメーターのエラストマ ーも、本発明にしたがって利用することができる。

図１は、熱可塑性エラストマーを押し出す押出成形装置を模式的に表している。

米国特許第４８９８７６０号には、本発明で使用する装置がさらに詳細に記載さ れているが、これは、本明細書に参考文献として含まれている。サントプレンの ような熱可塑性エラストマーのベレットをホッパー５に入れ、ここから該エラス トマーは重力によって押出機のバレル１０に供給される。モーター２日で押出機 を動かし、コントロール２７で制御する。ベレットを押出機のバレルに押し込む ために、先行技術において既知の詰込み機構を用いてもよいが、そのような機構 は必須ではない、押出機バレル１０に導入後、樹脂ベレットは、圧縮され溶融さ れて、水から成る発泡剤と混合される。水はインジェクター３５で押出機バレル に注入される。インジェクター３５は、ホース４０を介してポンプ４５に連結さ れている。ポンプ４５は水供給装置５０に連結されている。その中で水と混合さ せた溶融樹脂はダイ１５に送られる。この時点で、溶融混合物は減圧され、ダイ の構造に応じて発泡プロフィル（形状物）が製造される。その後、押出プロフィ ルは、冷却のためにコンベヤー２０に送られる。

押出機に水を供給するために、局部の水供給系は、図２に示されているようにポ ンプ系２００に直接繋がれていてもよい。

この配置は、発泡剤を押出機に導入するために必要な処理物質の量を減少させる ので望ましい、０Ｎ１０ＦＦバルブ２０５およびチェックバルブ２１０は外部の 水供給系からポンプ系２００へ流れる水流を制御する。二重フィルター系２１５ は、流入水を濾過してポンプに悪影響を及ぼす粒子状夾雑物を除去する。

パルプ２１２は、例えばフィルタ゛−交換時に水流を制限するために設置するこ とができる。ポンプ２２０は、押出機のインジェクター３５への送水を制御する 。安全弁２２５は、ポンプ２２０によって生じる過剰圧を緩和する。背圧レギュ レーター２３０は、押出機５に水を適切に注入するために必要な十分な背圧の維 持を保証する。この圧力は、バレルに水を注入するために容器内圧力を越えてい なければならない、バルブアッセンブリー２３５は、系を稼働させるために必要 な比較的少量の水の制御を可能にする。パルプアッセンブリー２３５は、好まし くは、ある範囲の水量をインジェクター３５に供給することを可能にする。バル ブ２３５は、例えば微量測定バルブを含むことができる。以下で考察するように 、発泡操作には水は殆ど必要とされないので、たとえ設定を最小にしたとしても 過剰の水が供給されるかもしれない、マイクロバルブは、一定速度の極めて少量 の水の測定を可能にする。好ましくは、水は押出機のバレル１０に５００から３ ０００ＰＳＩで供給される。

水を押出機容器に導入する他の方法、例えば加圧タンクを使用してもよいが、本 発明は、このことに限定されるものではない。

押出機容器１０に注入された水は、樹脂の高熱およびスクリュー１２の攪拌作用 に曝される。加熱水は溶融熱可塑性エラストマーの内部に分散される。高温水を 含む溶融物質はダイ１５に押し出され、圧が低下して水は水蒸気となり、樹脂は 膨張して発泡体を生じる。

表１は、特定の発泡体形状用の２２回転（ＲＰＭ）スクリュー付き２インチ押出 機の温度プロフィルを示している。スクリュー速度、温度プロフィルおよび材料 は、製造される発泡体形状および密度に左右されることに留意されるべきである 。例えば、スクリュー速度は、ＩＯＲＰＭ未満から１１００ＲＰ以上に変えるこ とができる。表１に示した温度プロフィルおよびスクリュー速度は、好ましい具 体例を表すように意図されたものであるが、本発明はこれに限定されるものでは ない。

表！ ２ＰＰＭ バレル　温度ゾーン＃１　３１０°　Ｆ温度ゾーン＃２　３４０゜ 温度ゾーン＃３　３６０゜ 温度ゾーン＃４　３６０゜ 温度ゾーン＃５　３５０゜ 温度ゾーン＃６　３４５゜ 温度ゾーン＃７　３４０” 温度ゾーン＃８　３４０＠ ダイ　ダイゾーン＃１　３５０″′ ダイゾーン＃２　３５５’ ダイゾーン＃３　３８０＠ 注入圧　３０００ＰＳＩ ダイ圧　６００ＰＳＩ 比較的少量の水が、望ましい高品質の低密度発泡体を製造するために必要なこと が分かった０表ＩＩは、発泡体製造に必要な発泡剤の量を測定するために企画し た試験の結果を示している。

表ＩＩ 発泡剤　使用量 水　１０Ｐ／ｃＦ発泡体につき０．　１１Ｌｂｓ／ｆｔ’ＣＦＣ−１１１０Ｐ／ ｃＦ発泡体につき１　、　６５１ｂｓ／ｆｔ’これらの結果は、水ははるかに効 率よく熱可塑性エラストマーに小胞を作ることを示している。したがって、水の 代わりにＣＦＣ−１１を用いる場合、１５００重量％の発泡剤が必要となる。言 い換えれば、ＣＦＣ−１１の代わりに水を用いる場合、７重量％未溝の発泡剤で 済む。

好ましくは、長さ：直径（Ｌ／Ｄ）比がおよそ３２：１から４８：ｌである単一 スクリュー押出機が本発明では用いられる。

熱可塑性エラストマー発泡体は、より短いＬ／Ｄ比をもつ押出機で製造できるが 、一方、発泡体の密度および圧縮力は大きくなり、表面はより粗くなり、一般に 特定の寸法を作ることは困難になるであろう。長い押出機は、溶融熱可塑性エラ ストマーへの発泡剤の混合を良くし、ライン速度を速め、さらにより厳重な耐性 の維持を可能にする。より長いスクリューおよびバレルは、混合を良くし、熱可 塑性エラストマーの冷却能を高め、さらに冷却制御能を高めるが、これにより低 密度のより均一な製品が得られる。簡単に言えば、より大きいＬ／Ｄ比は微細な 調整の強化を可能にし、これは複雑な形状および種々の密度を製造するうえで重 要である。本発明にしたがえば、０．０６ｇ／　ｃ　ｃ　（３、５１ｂｓ／　ｆ ｔ３）の低い密度を有する発泡体が製造される。

ダイは種々の断面の発泡体を製造するための形状にされることは明白である。ラ ンドの長さが０．００１インチから０．３００インチのダイか良く機能すること が分かった。一般に、ダイ開放まで高圧を維持できるダイか、水発泡剤とともに 良く機能する。

上記に特定した特許は、それぞれ本明細書に参考文献として含まれている。

遺］１舛 硬度が６４シヨアーＡのサントプレンを、Ｌ／Ｄ比が４８：１の押出機で押出成 形した。温度プロフィルは、表Ｉで述べた通りで、発泡剤として使用した水の量 は表ＩＩで説明した通りであった。

先行の記載は、好ましい本実施例についてのみ教示しているが、添付の請求の範 囲によってのみ制限される本発明の範囲を逸脱することなく、通常の技術を有す る者にとって、種々の変更修飾が為されえることは明白であろう。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成５年１０月 ２２日

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．以下の工程を含む熱可塑性エラストマーの押出成形法：発泡可能熱可塑性エ ラストマーを選択し；該熱可塑性エラストマーを圧縮し溶融して；発泡剤として 水を該溶融熱可塑性エラストマーに導入し；溶融熱可塑性エラストマーおよび水 を混合し；さらに、溶融混合物をダイから押出し、押出成形発泡体プロフィルを 生成する。
2. ２．当該熱可塑性エラストマーが天然もしくは合成ゴムと熱可塑性素材の混合物 を含む、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．当該熱可塑性エラストマーが、（ａ）２５−７５重量％の熱可塑性ポリオレ フィン樹脂および（ｂ）およそ７５−２５重量％のモノオレフィン共重合体ゴム の混合物を含む、完全に加硫された加硫組成物を含むものである、請求の範囲第 １項に記載の方法。
4. ４．水を導入する工程が、およそ０．３ｇ／ｃｃ以下の密度を有する発泡体プロ フィルを得るために、熱可塑性エラストマーと比較して十分な量の水を導入する ことを含む、請求の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．当該熱可塑性エラストマーが、長さ：直径比がおよそ３２：１以上である押 出機で連続的に押出成形される、請求の範囲第１項に記載の方法。
6. ６．当該熱可塑性エラストマーが押出成形されて、主として閉鎖小胞発泡体の隙 間塞ぎとなる、請求の範囲第１項に記載の方法。
7. ７．当該熱可塑性エラストマーが押出機で連続的に押出成形され、しかも外部水 供給系と押出機のバレルとの間に圧力で調節される直接接続が提供される工程を 含み、さらに水を導入する工程が、当該直接接続からの水を利用する、請求の範 囲第１項に記載の方法。
8. ８．当該直接接続を提供する工程が、さらに二個のバルブを含む二重フィルター 系で水を濾過することを含み、さらに、当該方法がバルブの一方を閉じる工程、 および当該系のフィルターの１つを交換する工程を含む、請求の範囲第７項に記 載の方法。