JPS5912455B2 - ポリオレフイン系合成樹脂発泡成形体の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はポリオレフイン系合成樹脂の発泡粒子から成形
体を製造する方法に関するものであつて、型通りの変形
のない随意の形状を有する該樹脂発泡成形体を工業的に
有利に製造することを目的とする。

ポリエチレンの如きポリオレフイン系合成樹脂の発泡成
形体で複雑な形状のものは、従来押出発泡成形法による
板状かシート状の発泡成形体から切出し、接着加工する
か、又は型抜き加工、くり抜き加工、などの方法で得ら
れており発泡ポリスチレンの如きビーズ成形法による複
雑な形状の成形体は種々の技術的困難を伴うため、まだ
工業的に得られていない。

しかるに、本発明者等は特開昭４５−８６４６３、特開
昭４７−３４４５８等によつてこの問題を解決する提案
を行い、更にその改良方法を特願昭４７−１２８０１１
によって提案したが、本発明は更にこれを改良した工業
的製造方法とその装置に関するものである。

即ち、本発明者等は特開昭４７−３４４５８で予備発泡
粒を耐圧容器中に収容し、有機発泡剤ガスを導入して所
望の圧力、温度、時間、保持する方法等により予備発泡
粒の発泡剤含浸を行い、これを閉鎖し得るが密閉し得な
い型に充填し、加熱して成形する方法を提案した。

ポリオレフイン系合成樹脂ではポリスチレンの発泡体の
ように予備発泡粒をそのま＼閉鎖型に充填して成形する
ことができないので種々検討の結果、上記の方法で型内
成形に成功した訳である。しかし、この方法は有機発泡
剤ガスを多量に（特に成形用含浸時に多量に使用する）
必要とするので、発泡後逸散した発泡剤を極力回収した
としても経済的に不利であり、又発泡剤回収に特別の技
術を要する等の欠点がある。

そこで、この欠点を克服するために種々検討した結果、
空気等の無機ガスを成形用の発泡剤として使用し得るこ
とを見出したのである。

併し無機ガスを有機発泡剤ガスと同様の条件で成形用含
浸に使用するのでは成形体の収縮・変形が著しく起り良
好な成形品が得られず、更に種々検討の結果、本発明に
到達したのであつて、その要旨は、発泡体セルの独立気
泡の割合が全気泡の６５％以上であるポリオレフイン系
合成樹脂の予備発泡粒を耐フ圧密閉容器内に収容した後
容器内を加熱すると共に無機ガスで加圧して、成形直前
粒子内ガス圧力で１．１８気圧以上になるように無機ガ
スを含有させしかる後容器内の無機ガスを放出し、該粒
子を発泡、膨脹させる。

放出後の器内圧力は１気圧以上が好ましいが、減圧でも
差支えない。ガス抜きの場所は任意であり、耐圧容器又
は一旦系外大気中に取出して行つても良いが、第２図の
如く一旦別槽に移した後行うのが好ましい。この粒子を
残留ガスと共に閉鎖し得るが密閉し得ない型に導入して
充填し、粒子内ガス圧力が１３１８気圧以上を保ってい
る間に加熱して型通りの成形体とし、次いで冷却し、型
内の成形体の内温がその基材樹脂の融点と融点より５０
℃低い温度との間にある時に型から取り出し、基材樹脂
の融点より３０℃〜７０℃低い温度をもつ室内又は容器
内に収容して養生することにより表面美麗、融着良好、
収縮・変形の少ないポリオレフイン系合成樹脂発泡体を
得ることを内容とする。以下、本発明を図面によつて詳
細に説明する。

図は本発明実施態様の一例を示すものであつてこれによ
つて本発明が制限されるものではないことは勿論である
。本発明の方法の実施に用いられる装置の主な構成は第
１図に示す如く、成形機１、閉鎖型２、成形用含浸槽３
及び３ζ予備発泡粒仕込用ホツパ一４及び１１空気等の
無機ガス供給装置５、成形用含浸槽放出圧力調節器１０
、成形機加熱及び冷却時間調節器１５、成形体輸送装置
６及び養生室７より成る。

尚、第１図は成形機内閉鎖型への１回充填量に相当する
予備発泡粒量を成形用含浸槽３又はｙに収容し、無機ガ
スを含浸し、その含浸予備発泡粒量の殆ど全量を成形機
１へ導人する場合の図であり、成形用含浸槽３又は３／
の含浸サイクルが成形機１の成形サイクルの２倍位であ
るか又は２倍以上であつても成形機１及び成形用含浸槽
３又はｙをフル運転しなくてもよい条件のときに本図の
方法を採用することができる。

併し、本発明に於ける成形用含浸槽の無機ガス含浸サイ
クルは１５分以上であることが好ましい場合が多くこれ
に対し成形機の成形サイクルは本発明のポリオレフイン
系合成樹脂発泡体の場合で２分〜５分であるため、第１
図の方法では、成形機１及び成形用含浸槽３又は３′を
フル運転させようとすると場合によつては１基の成形機
に成形用含浸槽が３基〜１０数基要することも起り、装
置全体が高価となるばかりでなく操作も複雑となる。

従つてこの様な場合は第２図に示したように、大形の成
形含浸槽３及びＪを設置し、これに成形機の１回充填量
の数倍〜数１０倍の予備発泡粒を仕込んで空気等の無機
ガスを含浸させた後、計量槽１６で成形機１回充填量づ
＼含浸粒子を計量し、ガス抜き槽１７でガスを槽内圧力
が好ましくは１気圧以上であるように抜いてから粒子を
成形機１へ充填することを繰り返し、その間にもう一基
の含浸槽で無機ガスの含浸を行うシステムを採用する方
がよい。そして更にこの操作は短時間多手順の繰り返し
操作であるから、手動では操作手順の確実性と操作時間
の精確さに欠ける心配があるから、上記システムにシー
ケンス制御を組込んでこの問題を解消し、工業的に好ま
しい装置としたのが第２図である。以下、第２図につい
て更に詳述する。

先づポリオレフイン系合成樹脂予備発泡粒をホツパ一４
又は４に仕込み、シーケンス制御装置２３に連結した弁
１８又は１８′を閉、弁８又はざを開にして耐圧の成形
含浸槽３又は３′に仕込むのであるが、この予備発泡粒
は空気比較式比重計（例えば東芝ベツクマン社製空気比
較式比重計９３０形）で測定し、Ｗ．Ｊ．Ｒｅｍｉｎｇ
ｔＯｎａｎｄＲ．Ｐａｒｉｓｅｒの方法で計算した発泡
体セルの独立気泡の割合が全気泡の６５％以上である必
要がある。

それは、６５％以下の独立気泡率をもつ予備気泡粒に空
気等の無機ガスを含浸しても成形時の該ガス逸散速度が
大きく、従つて発泡力及びその保持力が小さく、良好な
成形体が得られないためである。尚、独立気泡の割合が
全気泡の６５％以上であるポリオレフイン系合成樹脂発
泡粒子の製造法の中で特に好ましい実施態様は特開昭４
７２６４３５に開示されている。さて、成形用含浸槽３
又はｙに仕込まれた予備発泡粒子は成形用含浸槽のジヤ
ケツト２２又は２Ｚに導入された温水又は蒸気によつて
加熱される。

この加熱温度は高いほどよいが、予備発泡粒の基材樹脂
の融点以下である必要がある。従つて、ジヤケツト２２
又は２２′に導入される温水又は蒸気の温度も該基材樹
脂の融点以下の方がよい。基材樹脂にもよるが通常ジヤ
ケツトの温度は８０℃〜１１０℃が選ばれる。尚、加熱
方法は間接加熱が好ましいが、ジヤケツト加熱方式のほ
かコイル加熱方弐等も採用できる。そしてこの加熱は無
機ガス含浸終了まで続けた方がよい。次に、或は加熱開
始と同時でもよいが、シーケンス制御装置２３にて制御
されている弁９又はｑを開き、空気等の無機ガス供給装
置５を運転して空気等の無機ガスを成形含浸槽３又は３
′内に供給し加圧する。

勿論この時は弁８又は８′は閉じている。加圧圧力は高
い程よいが、あまり高圧は粒子への圧縮、変形が大きく
なるし、また経済的にも得策でない。基材樹脂の種類に
もよるが通常２０ｋ９／ＤＧ前後の圧力が選ばれる。含
浸時間は２０分より長い時間が好ましく通常１５〜４０
分であるが、要は成形直前ガス圧力で１，１８気圧（絶
対）以上になるまで、好ましくは、１．４気圧（絶対）
以上になるまで含浸させればよく、この値になるまでの
適当な含浸時間が選ばれる。こ＼で粒子内ガス圧力１．
１８気圧（絶対）を付与してある成形直前粒子とはガス
抜き槽１７より成形機１へ導入される粒子を言い、この
粒子内にどれだけのガス圧力が付与されたかはガス抜き
槽から取り出した発泡粒子を手早く、大気圧下で別の容
器に入れ発泡粒子から蓬散する無機ガスの容量を時間の
経過と共に測定した値から計算することができる。尚、
空気等の無機ガスの粒子内の含浸は第１図及び第２図に
示す如く、攪拌機なしの成形用含浸槽３又は３′で行つ
て充分にその目的を達することができるが、攪拌機付の
槽で行うこともできる。空気等の無機ガスの含浸が終れ
ば、シーケンス制御装置２３によつて弁１８又は１８汲
び計量槽１６と成形用含浸槽３又はｙを均圧にする弁２
１又は２Ｖが開となり、弁１９の閉となつている計量槽
１６にガス含浸の終つた粒子が流入する。

計量槽１６は成形機１又は１′の１回成形量に対応する
粒子を計量する容量に調節されており、この中に粒子が
流入して満杯となり、流入が停止すれば、制御装置２３
によつて弁１８又は１８′が閉じ次につ 弁２０又は２
Ｃｆ１弁１１及び弁１２が閉となつているガス抜き槽１
７の上部の弁１９及び均圧弁１２が開となつて計量槽１
６中の粒子がガス抜き槽１７の中に移送される。粒子移
送が完了すれば、弁１９、弁１２は閉じ、次に弁１１が
開となりガス抜き槽１７中のガスが大気中に放出され、
粒子は発泡して膨脹する。併し、ガス抜き槽１７内のガ
ス圧力が１気圧（絶対）以上の適当な値に設定された圧
力調節器１０の設定圧力に達すれば、制御装置２３の指
令によつて弁１１が閉じ、弁２０又は２０′が開となつ
て、成形機１又は１′の中に設置された閉鎖型２又は２
′の中に、ガス抜き槽１７内の粒子が導入され充填され
る。尚、計量槽１６とガス抜き槽１７を別の槽とし、計
量槽１６でガス抜きを行わないのはガス抜き時、粒子は
発泡して膨脹があるため、計量槽１６より若干容積の大
きいガス抜き槽１７に移送した上、ガス抜きした方が円
滑にガス抜きし得るためである。従つて計量槽１６にガ
ス抜き時の粒子膨張に対処する工夫を行えば計量槽１６
でガス抜きを行い、ガス抜き槽１７を省略することがで
きる。さて、成形機１又はｖ内の閉鎖型２又は２′に充
填された粒子は、弁１３又は１ｙを通つて成形機１又は
ｖ内に導入された熱源によつて加熱される。

熱源としては水蒸気が最も好ましく、通常０．３〜３．
０ｋｇ／ｃ！ＩＩＧの加圧水蒸気が用いられる。水蒸気
導入時間は通常数秒から数１０秒でありその閉鎖型への
導入方法は一方向から、二方向から、全面から、対向面
交互方向から、又はそれらの組合せ等いろいろあり、成
形機の型式、成形体の大きさ、種類等によつて最適なも
のが選定されるがいづれにしても、手動操作は困難であ
るから、水蒸気導入時間、導入方法等を調節器１５によ
つてシーケンス制御するようにした方がよい。加熱によ
り粒子内の無機ガスが昇圧して粒子を膨張させ、粒子間
に融着を起させ、型通りの成形体となつたとき調節器１
５によつて弁２４又は２４′が開となり、冷却水又は冷
風が成形機内にはいつて成形体が冷却される。

この冷却は成形体内温度がその基材樹脂の融点と融点よ
り５０℃低い温度との間になるまで行う。冷却終了時の
成形体内温度と冷却水又は冷風通流時間との関係を予め
求めておき、この結果から好ましい成形体内温度に達す
るまでの冷却水又は冷風の通流時間を調節器１５にセツ
トしこれによつてシーケンス制御する。こうして冷却の
終了した成形体は、直ちに成形機１又は１′より取り出
されて成形体内温度が上記冷却時温度よりあまり冷えな
い内に、可及的速かに基材樹脂の融点より３０℃〜７０
℃低い温度をもつ養生室又は養生器７にベルトコンベア
一等の輸送装置６によつて搬入し養生して発泡成形体製
品を得る。

尚、成形器１又は１′より養生室７へ搬入するまでの時
間は、成形体の大きさ形状、発泡度等によつて異るが収
縮・変形を防止するためには早いほどよい。しかし、収
縮の許容度によつては可成の時間、養生室７に入れずに
常温の雰囲気に放置することもできる。以上の説明で用
いた番号にダツシユのある機器とない機器の使い分けに
ついて補足説明すれば３，４，８，９，１８，２１，２
２と３／，１，８′，Ｇ，ｌ８′，２Ｖ，２２′は夫々
一連の操作をする機器であり、又１，２，１３，２０，
２４とＶ，７，ｌ３′，２０′，２４ｆは夫々一連の操
作をする機器であるが、３の成形用含浸槽で含浸した粒
子は１及び１′の両成形機に使用する。

又ｙの成形用含浸槽のものも同様である。本発明に使用
されるポリオレフイン系合成樹脂としては、例えば高圧
法ポリエチレン、中圧法及び低圧法ポリエチレン、ポリ
プロピレン、エチレンとプロピレン等のオレフイン類或
は醋酸ビニール等のビニール単量体との共重合物それら
の２種以上の混合物或はポリオレフイン系樹脂とブレン
ド可能な熱可塑性樹脂や合成ゴムとからなる組成物も使
用できる。

これらポリオレフイン系樹脂は加熱発泡時の樹脂粘度を
発泡に適した状態にするために、通常ゲル含有率が０．
０１〜７０％の間の好適の値（基材樹脂の種類、要望さ
れる発泡成形品の品種その他により好適値は夫々異る）
になるように架橋される。

架橋の方法として電離性放射線照射による方法、有機過
酸化物による方法等がありいづれの方法でもよい。尚、
こ５で云うゲル含有量は沸騰キシレン中４８時間で不溶
のゲル分の重量％で表される。上記合成樹脂の発泡粒子
の形状は球状、だ円状円筒状或は正方形や長方角状のチ
ツプ等で、その大きさは任意に選び用いられるが、殊に
球状のものが望ましい。

又、この樹脂を上記の如き粒子に予備発泡させる方法と
しては、熱分解型発泡剤、常態下ガス状又は易揮発性の
発泡剤等を混合又は含浸させた後、該粒子を基材樹脂の
融点又はそれ以上の温度に加熱発泡させる方法、ポリオ
レフイン系合成樹脂と熱分解型発泡剤、常態ガス状又は
易揮発性発泡剤等を押出機に供して押出発泡させる方法
等いづれの方法で予備発泡粒を得てもよい。

予備発泡粒の発泡倍率は所望の発泡成形品の発泡倍率に
合わせて任意に変える事もできるが、一般に発泡体の見
掛容積で測定した発泡倍率が４０倍以下であるものが作
り易い。

併しそれに限定されるものではない。この発明に用いら
れる無機ガスは空気のほか窒素、ヘリウム、ネオン、ア
ルゴン、炭酸ガス等のガスの１種又は２種以上の混合ガ
スが用いられるが、空気が最も経済的で好ましい。

次に本発明の代表的な実施例を示す。

〔実施例 １〕 高圧法ポリエチレン（三井ポリケミカル製ミラソン一９
）を架橋して得たゲル分率５１．５％の架橋ポリエチレ
ン（融点１０５℃）を耐圧容器中に収容し、ジクロロジ
フロロメタンにて６２℃×１２０分含浸処理しジクロロ
ジフロロメタン１８．４％の含浸粒子を得、このものを
水蒸気圧１６ｋ９／ＣＴｉｌ×１０分加熱して独立気泡
率８４．５％、見掛容積２０．６ＣＣ／９の予備発泡粒
子を得た。

次に該予備発泡粒子を耐圧の成形用含浸槽（３又は３′
）に仕込みジヤケツトにて９０℃に加熱し、弁（９又は
９りを開き供給装置５より圧縮空気を圧入し成形含浸槽
内を２０ｋｇ／ＤＧに加圧し３０分間保持后、弁１９が
閉の計量槽１６中に均圧弁（２１又は２１り及び弁１８
又は１８／を開にして流入させ計量した。

次に弁１８（又は１８つを閉じ、弁２０、弁２１が閉じ
られているガス抜き槽７に弁１２、弁１９を開にして移
送后、弁１２，１９を閉じ弁１１を開にして圧力調節器
１０にて１．０ｋｇ／ＤＧまで除圧した。このものを弁
２０を開き加熱、冷却装置を有する成形機内の小孔を有
する内寸２００×３００×５０１ｔｍの閉鎖型に充填し
た。水蒸気圧力０．８ｋｇ※繍こて加熱し粒子型内膨張
成形后水冷し取出した。

取出時の成形体の内温は７８℃であつた。成形機の作動
工程は調節器１５にセツトしシーケンス制御した。取出
后５５℃の養生室に移送し乾燥養生した。得られた成形
体の外観は良好で変形がなく内部融着率８０％以上、含
水率７．５％、比重０．０３４９であつた。

〔実施例 ２〕 高圧法ポリエチレンを架橋して得た融点１０５℃でゲル
分４８．３％の架橋ポリエチレン粒子を使用し、例１と
同様な方法でジクロロジフロロメタン１６％を含浸させ
、水蒸気圧１．２ｋｇ／ｃ！ｉｌ×２０秒加熱し、独立
気泡率８５％、見掛容積１９．２ＣＣ／９の予備発泡粒
を得た。

このものを例−１と同様な成形装置を使用し、成形含浸
槽中９５℃にて空気にて１８１＜ｇ／ＣｄＧ加圧下それ
ぞれ３０分、４０分、５０分、６０分間保持し、計量槽
で計量后ガス抜き槽に移送后除圧し、−３５０１１１Ｌ
Ｈｇ減圧下の小孔を有する内寸３５５×５８０×５０ｍ
ｍ閉鎖金型中にガス抜き槽の圧力０．５ｋ９／（７！Ｉ
Ｇにて充填した。

水蒸気圧１．０ｋｇ／ｄにて加熱型内膨張成形后、水冷
し内温８５℃で取出し直ちに５０℃の養生乾燥室にて乾
燥した。結果を（表−１）に示す。〔実施例 ３〕独立
気泡率９２％、見掛容積２０．４ＣＣ／ｆｌの架橋ポリ
エチレン予備発泡粒子（融点１０５℃）を例−１と同様
な成形装置を使用し、成形含浸槽中２０ｋｇ／ＤＧ空気
圧力下で９０℃×２０分間継続保持后、計量槽にて計量
し続いてガス抜き槽に移送后１．０ｋｇ／ＣｄＧ下に除
圧し、最大厚み７５〜、最小厚み１８ｍｍの小孔を有す
る閉鎖型異形金型に充填し、水蒸気圧１．２ｋｇ／Ｃｄ
Ｇにて最初は片面加熱、次に両面加熱しそれぞれ設定さ
れた時間加熱后、水冷、放冷し取出した。

これらは調節器によつて完全にシーケンス制御され自動
化運転された。取出直后の成形体の内温は最大厚み７５
〜の中心部で９２℃であつた。比較のため成形含浸槽中
空気加圧条件を２５℃×２０ｋｇ／Ｃｌｌ×５分及び全
く空気加圧をしなかつたものは変形・収縮が大で外観が
全く不良で使用に耐えるものではなかつた。

（表−２）

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の基本的構成の一実施例を示す
図面、第２図は、本発明を工業的に実施する場合の好ま
しい態様の一例を示す図面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポリオレフィン系合成樹脂の発泡粒子を閉鎖型に充
   填し加熱して型通りの成形体を得るポリオレフィン系合
   成樹脂発泡成形体の製造方法に於いて、発泡体セルの独
   立気泡の割合が全気泡の６５％以上であるポリオレフィ
   ン系合成樹脂の予備発泡粒を耐圧容器内に収容した後、
   容器内の基材樹脂の融点以下で加熱すると共に無機ガス
   で加圧して粒子内に無機ガスを含有させ、しかる後無機
   ガスを放出して該粒子を発泡せしめ、次いでその粒子を
   閉鎖し得るが密閉し得ない型に導入して充てんし、粒子
   内ガス圧が１．１８気圧以上を保つている間に加熱して
   型通りの成形体とし、次いで冷却し、型内の成形体の内
   温がその基材樹脂の融点と融点より５０℃低い温度との
   間にある時に型から取り出し、基材樹脂の融点より３０
   ℃〜７０℃低い温度をもつ室内又は容器内に収容して養
   生することを特徴とするポリオレフィン系合成樹脂発泡
   成形体の製造方法。 ２ 閉鎖型を内蔵し、加熱装置と冷却時間調節装置とを
   もつ成形機に予備発泡粒子の出入口と無機ガス導入口及
   び排出口を有し容器内粒子及びガスを加熱でき且つ無機
   ガスの供給装置を備えた耐圧容器を付属せしめ、更に成
   形後成形体の内部温度が基材樹脂の融点と融点より５０
   ℃低い温度との間にある時に取出し養生室へ早急に運搬
   するための取出し運搬装置と基材樹脂の融点より３０℃
   〜７０℃低い温度をもつ養生室を付設してなるポリオレ
   フィン系合成樹脂発泡成形体の成形装置。 ３ 閉鎖型を内蔵し、加熱装置と冷却時間調節装置とを
   もつ成形機に予備発泡粒子の出入口と無機ガス導入口及
   び排出口を有し、容器内粒子及びガスを加熱でき且つ無
   機ガスの供給装置を備えた耐圧容器を付属せしめ、更に
   前記耐圧容器内の無機ガスを放出する為の排気槽と成形
   後成形体の内部温度が基材樹脂の融点と融点より５０℃
   低い温度との間にある時に取出し養生室へ早急に運搬す
   るための取出し運搬装置と基材樹脂の融点より３０℃〜
   ７０℃低い温度をもつ養生室とを付設してなるポリオレ
   フィン系合成樹脂発泡成形体の成形装置。