JPH11291318A - 熱可塑性樹脂発泡体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱可塑性樹脂に発泡剤を圧入して発泡体を得
る押出発泡法において、二酸化炭素を含む発泡剤が、発
泡剤の移送配管内ないしポンプ中で気化、または固化
し、発泡剤の圧入が停止する事態を回避して、安定的に
二酸化炭素を含む発泡剤を押出機中に圧入し熱可塑性樹
脂発泡体を得る。 【解決手段】 発泡剤送液ポンプを冷却すること。発泡
剤を貯槽より送り出す前に配管内を気体または液体で加
圧すること。貯槽を事前に加圧すること。以上の１以上
の操作を二酸化炭素の配合量等に応じて適宜組み合わせ
て実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環境適合性が高
く、発泡剤として使用されることが望まれているにもか
かわらず、製造安定性を確保することが難しく工業的に
使用するのが妨げられていた二酸化炭素を含む発泡剤を
用い高い製造安定性を確保しながら熱可塑性樹脂発泡体
を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂の押出発泡においては一般
的に物理型発泡剤と呼ばれるフロン、炭化水素、塩化ア
ルキル等の物質が用いられており、これらは産業上求め
られる発泡体の特性、例えば倍率を達成するために、送
液ポンプを使用し液状で発泡剤貯槽から押出機へ送って
使用することが一般的である。

【０００３】二酸化炭素はフロン類及び炭化水素、塩化
アルキル等の従来の発泡剤に比べて安全性、オゾン破壊
性、地球温暖化性能が優れているとされており熱可塑性
樹脂の発泡剤として検討がなされている。しかし、二酸
化炭素はこれら従来の発泡剤に比べると沸点及び臨界温
度が低く、また高圧液体状態から低圧にさらすと固体化
（一般的にドライアイスと呼ばれる状態を意味する）し
やすいという性質を有している。このため送液ポンプで
キャビテーションを生じて送液を不能としたり、配管中
で液体が圧縮性のある気体となり送液を不能としたり、
ドライアイスの発生により配管を詰まらせ送液を不能と
することがある。このことから、現在に至るまで二酸化
炭素を含む発泡剤は液体状態では安定的に使用できず、
工業的に使用することが現実には実現できておらず、安
定的に送液し押出機中に圧入するには産業上の課題が山
積していた。

【０００４】これに対して特開平３−８１３４６号公報
ではシート状の薄い発泡体の製造に関してポンプヘッド
を液体窒素を用いて−１７．８℃に冷却し蒸気ロック
（ポンプ部での気化による送液不能状態と推される）を
排するという技術を開示している。しかし、二酸化炭素
を含む発泡剤を貯槽から押出機圧入部へ加圧しながら輸
送する際に生じる問題は前記の如くポンプヘッドにおけ
る蒸気ロックだけではなく、ポンプヘッドに送られる以
前にドライアイスになり配管を詰まらせて輸送自体が不
可能になることがあることや、ポンプヘッドに送られた
時点の液状二酸化炭素の状態が既に不安定でポンプヘッ
ドにおける冷却だけでは十分に安定化できないことがあ
り、さらなる改善が求められていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる課題に
関して行われたものであり、二酸化炭素を含む発泡剤を
安定的に押出機中の溶融樹脂に圧入することにより、工
業的に利用可能な発泡体の安定的生産を実現することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは前記課題に鑑
み鋭意検討の結果、押出発泡法において二酸化炭素を含
む発泡剤を溶融樹脂に圧入するにあたり、発泡剤を貯槽
から送り出す前に配管内を液体又は加圧気体で充満して
おくこと、送液中の送液ポンプを冷却すること、貯槽を
加圧することを実施することで、該発泡剤を安定的に圧
入することができることを見いだし本発明をなすに至っ
た。

【０００７】すなわち本発明は、 １） 熱可塑性樹脂を高温、高圧下で溶融し、発泡剤を
発泡剤貯槽から押出機に送液ポンプを用いて押出機に送
り、押出機内に圧入した後、該溶融熱可塑性樹脂と該発
泡剤を混練及び冷却しながら発泡性ゲルを作り、該ゲル
をダイを通じて低圧領域に押し出すことで発泡体を得る
押出発泡成形において、該発泡剤が二酸化炭素を含み、
次の（Ａ）及び／又は（Ｂ）及び／又は（Ｃ）を実施す
ることを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造方法に関
する。 （Ａ）（イ）該発泡剤を貯槽から送出開始する前に、該
貯槽から押出機圧入部に至る配管内を液体で充満させ
る、又は、 （ロ）該発泡剤を貯槽から送出開始する前に、該貯槽か
ら押出機圧入部に至る配管内を圧力１０Ｋｇｆ／ｃｍ²
以上の気体で充満させる。 （Ｂ）二酸化炭素を含む発泡剤の貯槽を貯槽内の温度に
おける二酸化炭素の蒸気圧をこえた圧力に加圧する。 （Ｃ）送液ポンプを気温より低い温度、好ましくは０℃
以下に冷却する。

【０００８】更に本発明は、２）、上記１）の（Ｃ）に
おける、送液ポンプの冷却する部位が少なくとも吸い込
み部及びポンプヘッドであることを特徴とする熱可塑性
樹脂発泡体の製造方法に関する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、慣用の押出機を用いた
発泡装置を用い、公知の押出発泡法を行うに当たり、二
酸化炭素を含む発泡剤を使用するについて良好な発泡剤
の圧入方法を提供することにより、安定的な熱可塑性樹
脂発泡体の製造方法を提供するものである。

【００１０】本発明で用いる熱可塑性樹脂は押出機中に
おいて二酸化炭素が分散可能であり、二酸化炭素を含む
発泡剤を用いて前記押出方法により発泡体が得られる樹
脂であれば特に限定されるものではないが、アルケニル
芳香族樹脂、特にポリスチレンを主とする熱可塑性樹脂
が好ましい。二酸化炭素の発泡剤中での配合量は得たい
発泡体の特性に応じて変更すれば良く、特に限定するも
のではない。ただし、二酸化炭素の配合量が増えるに従
い圧入は難しくなる傾向があるため、本発明のいくつか
の要素を同時に実施するのが好ましくなる。

【００１１】二酸化炭素と共に他の発泡剤を併用する場
合は、本発明の方法による冷却を実施するにあたり、送
液ポンプの冷却温度、並びに流速、圧力において固化し
ない発泡剤であり、押出機内に圧入されるまでの状態が
液体である発泡剤であり、使用する熱可塑性樹脂におい
て発泡体が得られる公知発泡剤が使用できる。アルケニ
ル芳香族樹脂を使用する場合、これら発泡剤としては、
炭化水素、ヒドロフルオロカーボン、エーテル、アルコ
ールが好ましい。その内、プロパン、ｎ−ブタン、ｉ−
ブタン、ｎ−ペンタン、ｉ−ペンタン、ネオペンタン、
１，１，１，２−テトラフルオロエタン、１，１−ジフ
ルオロエタン、ジフルオロメタン、１，１，１，２，
３，３−ヘキサフルオロプロパン、１，１，１，３，３
−ペンタフルオロプロパン、ジメチルエーテル、メチル
アルコール、エチルアルコールが好ましく、プロパン、
ｎ−ブタン、ｉ−ブタン、ｎ−ペンタン、ｉ−ペンタ
ン、１，１−ジフルオロエタン、ジメチルエーテルが特
に好ましい。

【００１２】本発明で使用する送液ポンプとは発泡剤の
加圧、押出機への発泡剤の注入に用いられるポンプのこ
とであり、容量ポンプなどの一般的に液体を加圧して送
ることができるポンプであればよく、公知のものが使用
できる。本発明の貯槽とは二酸化炭素又は二酸化炭素を
含む発泡剤を貯める機能を有する部位であり、一般的に
はタンクないしはボンベと呼ばれる公知のもの及びこれ
と同等の機能を有するものが使用できる。

【００１３】次に、特許請求の範囲で使用した本発明の
技術要件に付した記号（（Ａ）〜（Ｃ））に沿って以下
に説明する。 （Ａ）二酸化炭素を含む発泡剤を貯槽から送液ポンプへ
送り始めるに当たっては、（イ）送り出す前に該槽から
押出機発泡剤圧入部直前の配管内を液体で充満するこ
と、または、（ロ）５Ｋｇｆ／ｃｍ²以上の高い圧力、
好ましくは１０Ｋｇｆ／ｃｍ²以上の高い圧力の気体で
満たすことが好ましい。

【００１４】この場合使用する液体としては炭化水素、
ヒドロフルオロカーボン類、エーテル、アルコール等の
常温でも例えば加圧により容易に液状を呈することがで
きる物質が好ましい。また、気体としては二酸化炭素ま
たは窒素、空気、ヘリウム、アルゴンが好ましい。これ
ら配管内に事前に満たされた気体または液体は、二酸化
炭素を含む発泡剤を加圧し圧入を開始するまでの過程
で、押出機に近い部位、好ましくは押出機の発泡剤圧入
部直前に設置された分岐管を用い、該分岐管より外部へ
順次排出し、発泡剤を押出機中に圧入を開始する段階に
おいて該気体または液体を配管内にできるだけ残留させ
ないことが、生産歩留まり上好ましい。

【００１５】排出に当たっては二酸化炭素を含む発泡剤
が加圧される程度に応じて、配管に事前に満たした物質
が気体の場合、配管内の圧力が少なくとも５Ｋｇｆ／ｃ
ｍ²未満、好ましくは１０Ｋｇｆ／ｃｍ²未満にならない
様にする事が好ましく、例えば加圧により一定値圧力が
上昇する毎に間欠的に排出することが好ましい。無作為
に連続排出すると配管内が低圧となり、事前に気体を加
圧封入する効果が薄れる傾向がある。

【００１６】（Ｂ）二酸化炭素を含む発泡剤の貯槽は少
なくとも二酸化炭素の貯槽温度での蒸気圧をこえて加圧
することが好ましい。加圧の程度は、発泡剤貯槽の耐圧
と発泡剤圧入安定度を評価して決定すればよいが、蒸気
圧に対して５Ｋｇｆ／ｃｍ²以上加圧することが好まし
く、１０Ｋｇｆ／ｃｍ²以上加圧することがさらに好ま
しい。加圧は所望の圧力に加圧した不活性ガス、例えば
窒素を貯槽内に送り込むことで容易に達成することがで
きる。

【００１７】（Ｃ）二酸化炭素を含む発泡剤を発泡剤貯
槽から押出機にポンプを用いて送るに当たっては、少な
くとも送液ポンプを気温より低くすることが求められ、
０℃以下に冷却することが好ましく、さらに好ましくは
−５℃以下の冷却することが好ましく、−１０℃以下に
することが最も好ましい。送液ポンプの冷却は発泡剤に
触れる部分全てを冷却する事が最も好ましいが、少なく
ともポンプへの液吸い込み部及び液の加圧部を冷却する
ことが好ましく、さらに好ましくはこれら冷却に加えて
ポンプの出口部分も冷却することである。また、貯槽か
ら送液ポンプに至る配管も冷却するとさらに好ましく、
貯槽も冷却するとより好ましい。これら冷却部位の増減
は発泡剤の流量によっても影響を受けるため、二酸化炭
素の量に応じてポンプ状況を見ながら判断し、キャビテ
ーションを起こすようであれば実施すればよい。

【００１８】本発明の温度の測定は、ポンプ外壁ではな
く液体に接する内壁で管理することが好ましい。温度の
測定は熱電対等の公知・慣用の手段で測定すればよく、
特に限定するものではない。本発明におけるこれら冷却
の実施は、チラーを流通する冷却水や、例えばフロン等
の慣用冷媒の循環あるいはドライアイスなどの固体冷温
物の巻き付け等、通常利用し得る冷却手段を適宜用いる
ことによって容易に達成される。

【００１９】これら冷却が０℃を超える、とりわけ１０
℃を超えると二酸化炭素が気化しやすい傾向が現れる傾
向がある。上述の要件（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、
それぞれ単独でも効果はあるものの、好ましくは（Ａ）
及び（Ｂ）、（Ａ）及び（Ｃ）、（Ｂ）及び（Ｃ）のご
とく２つの要件を併用することである。又、最も好まし
くは、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の３要件を全て実施する
ことである。

【００２０】ここに、要件（Ｃ）においては、既述した
とおり、送液ポンプの冷却は発泡剤に触れる部分全てを
冷却する事が最も好ましいが、少なくともポンプへの液
吸い込み部及び液の加圧部を冷却することが好ましく、
さらに好ましくはこれら冷却に加えてポンプの出口部分
も冷却することである。本発明によれば、二酸化炭素を
含む発泡剤の良好な圧入を可能にし、所望の熱可塑性樹
脂発泡体を得ることが出来る。従って、発泡体の形状、
特性、発泡倍率等は特に制限はない。かような発明では
あるが、二酸化炭素の量が増えるに従って二酸化炭素を
含む発泡剤の安定的な圧入が困難になることがある傾向
を有することから、本発明は比較的発泡倍率の大きな、
特に約１５倍以上、さらに好ましくは約２０倍以上の熱
可塑性樹脂発泡体を製造するに好適である。また同様に
厚みが比較的厚い、特に約１／２インチ以上の熱可塑性
樹脂発泡体の製造に好適に適用しうる。

【００２１】

【実施例】次に本発明の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法
について、以下に実施例と比較例を挙げて、本発明を詳
細に説明するが、これらは単なる例示であり、本発明は
これらに何ら限定されるものではない。なお、特に断ら
ない限り、「部」は重量部、「％」は重量％を表す。

【００２２】（実施例１）ポリスチレン樹脂（新日鐵化
学（株）製、商品名：エスチレンＧ１７、メルトインデ
ックス（ＭＩ）：３．１）１００部と、ポリスチレン樹
脂１００部に対して、臭素系の難燃剤としてヘキサブロ
モシクロドデカン３．０部、造核剤としてタルク０．１
重量部とからなる樹脂混合物をドライブレンドし、得ら
れた樹脂混合物を口径６５ｍｍと口径９０ｍｍの２つの
押出機を縦に連結した押出機へ供給した。

【００２３】口径６５ｍｍの押出機に供給した樹脂混合
物を、２００℃に加熱し、溶融ないし可塑化して、混練
し、連結された口径９０ｍｍの押出機で樹脂温度を１２
５℃に冷却し、口径９０ｍｍの押出機の先端に設けた幅
方向５０ｍｍの長方形断面の口金より雰囲気温度１５℃
の大気中へ押出すことにより、断面寸法が厚み４６ｍ
ｍ、幅１５２ｍｍ、発泡倍率２６倍の矩形の発泡体を得
た。

【００２４】この際、発泡剤として、二酸化炭素を７０
重量％とｎ−ブタンを３０重量％とからなる発泡剤をポ
リチスレン樹脂１００重量部に対して６重量部となる様
に、それぞれ別の発泡剤送液ラインから、６５ｍｍ押出
機先端（９０ｍｍ押出機との接続端部）付近から樹脂中
に圧入した。圧入に当たっては、事前に配管内に液化ｎ
−ブタンを充満させた後、貯槽の弁を開き二酸化炭素を
含む発泡剤の加圧を開始した。

【００２５】圧入のための送液ポンプとしては日機装製
ミルフロー制御容量ポンプを使用した。以上の操作を行
いながら、押出機内の圧力を６５ｍｍ押出機先端にとり
つけた圧力計で１１０Ｋｇｆ／ｃｍ²になる様に６５ｍ
ｍ及び９０ｍｍ押し出し機のスクリュー回転数を調整し
た。

【００２６】配管内の圧力が１５０Ｋｇｆ／ｃｍ²にな
った段階で発泡剤圧入バルブを開き発泡剤の圧入を開始
して発泡体を得はじめた。発泡剤の圧入開始後１２時間
は安定して良好な連続運転が可能であったが、その後圧
力が＋５Ｋｇｆ／ｃｍ²〜−５Ｋｇｆ／ｃｍ²の幅で変動
する現象が生じたため、その毎に送液ポンプの回転数、
押出機スクリューの回転数を微調整することで４８時間
の連続ができた。これにより工業的生産の実現性が確認
できたので実験を終了した。

【００２７】続いて以下の条件で実施例２〜４及び比較
例１を実施した。 （実施例２）実施例１に対して配管内に事前に充満させ
る物質を、３０Ｋｇｆ／ｃｍ²に加圧した気体二酸化炭
素に変更した。 （実施例３）実施例１に加え、送液ポンプの加圧部及び
吸い込み部外殻にドライアイスを巻き付け吸い込み部内
壁に設置した熱電対で測定し−１５℃となる様に調整し
た。

【００２８】（実施例４）実施例１に加え貯槽を窒素で
加圧し、８０Ｋｇｆ／ｃｍ²とした。 （比較例１）実施例１に対してｎ−ブタンの充満を廃し
た。結果は次の通りである 実施例２ 圧入開始後約２０時間経過は安定して良好な
連続運転ができたが、その後圧力が＋５Ｋｇｆ／ｃｍ²
〜−５Ｋｇｆ／ｃｍ²の幅で変動する現象が観察された
ので、その毎に送液ポンプの回転数、押出機スクリュー
の回転数を微調整することで修正し、４８時間連続運転
ができた。これにより工業的生産の実現性が確認できた
ので実験を終了した。 実施例３ 圧入開始後約４８時間経過は安定して良好な
連続運転ができた。４０時間経過時点以降、送液量の減
少傾向が見られたため、送液ポンプの回転数を少し増し
た。その後４８時間まで連続運転ができた。これにより
工業的生産の実現性が確認できたので実験を終了した。 実施例４ 約４８時間の間、安定した二酸化炭素を含む
発泡剤の送液ができ、送液ポンプ、押出機の回転数等何
ら調整することなく良好な連続運転が可能であった。こ
れにより工業的生産の実現性が確認できたので実験を終
了した。 比較例１ 貯槽から送液ポンプへの送出弁を開けた直後
にドライアイスで配管が詰まり液の流れが停止し、二酸
化炭素を含む発泡剤の加圧が不能となり、押出機への圧
入が全く不可能であったため、発泡体の製造ができなか
った。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、二酸化炭素を含む発泡剤
を押出機中の溶融熱可塑性樹脂中に安定して圧入するこ
とができ、環境適合性の高い優れた熱可塑性樹脂発泡体
を操作性良く製造することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂を高温、高圧下で溶融し、
   発泡剤を発泡剤貯槽から押出機に送液ポンプを用いて押
   出機に送り、押出機内に圧入した後、該溶融熱可塑性樹
   脂と該発泡剤を混練及び冷却しながら発泡性ゲルを作
   り、該ゲルをダイを通じて低圧領域に押し出すことで発
   泡体を得る押出発泡成形において、該発泡剤が二酸化炭
   素を含み、次の（Ａ）及び／又は（Ｂ）及び／又は
   （Ｃ）を実施することを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体
   の製造方法。 （Ａ）（イ）該発泡剤を貯槽から送出開始する前に、該
   貯槽から押出機圧入部に至る配管内を液体で充満させ
   る、又は、 （ロ）該発泡剤を貯槽から送出開始する前に、該貯槽か
   ら押出機圧入部に至る配管内を圧力１０Ｋｇｆ／ｃｍ²
   以上の気体で充満させる。 （Ｂ）二酸化炭素を含む発泡剤の貯槽を貯槽内の温度に
   おける二酸化炭素の蒸気圧をこえた圧力に加圧する。 （Ｃ）送液ポンプを気温より低い温度、好ましくは０℃
   以下に冷却する。
2. 【請求項２】 （Ｃ）における、送液ポンプの冷却する
   部位が少なくとも吸い込み部及びポンプヘッドであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂発泡体の製
   造方法。