JPS60201916A - マイクロ波加熱による塩化ビニ−ル樹脂のフイルム・シ−トのカレンダ−成形方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、塩化ビニール樹脂などを加熱加工してフィル
ムないしシートを製造する際に、マイクロ波エネルギー
により内部より均一に発熱させて高速加熱する加熱方法
に関する。

〔技術の背景〕

最近の塩化ビニール樹脂（以下ｒＰＶｃＪと呼ぶ）加工
製品であるフィルム、シート、床材、壁紙などの製造加
工工程において、生産コストの低減を図るために、その
生産設備はますます大形化、高速化し、かつ無人化、多
量生産化される傾向にある。

ＰＶＣｊＪ品を製造するには、ｐｖｃを可塑化させる熱
入れやゲル化、溶融、発泡等のための加熱加工工程が必
ず必要となる。ｌ）　Ｖ　Ｃを加熱するには、従来はｐ
ｖｃを機械的な手段（剪断、摩擦熱、熱伝導）で発熱さ
せるローラー、パンバリミキサー、押出機等があり、他
方ゲル化、発泡処理には、直下加熱、電熱、赤外線、蒸
気などの熱源による外部加熱方式が利用されている。

しかしながらこれら従来の加熱方法では、高速生産、省
エネルギー（経済性）、均一加熱などの観点より必ずし
も満足できるエネルギー源とはいえず、一方急速に温度
制御する高速制御（高速応答）、高効率の機能を有した
均−加メ；６）方法が要求されている。

〔従来技術とその問題点］ 一般にｐｖｃは可塑剤の添加量で自由に硬さく流動性）
を変えることができ、その量が全体に対して０％を硬質
ｐｖｃ、１０〜３０％程度を半硬質ＰＶＣ１３０％以上
を軟質ＰＶｃと分類される。またＰＶＣは温度の上昇と
ともに軟化し始め、引っ張り強さ、モジュラス、硬さな
どが低下し、伸びや弾性が大きくなる。さらに昇温する
と流動性が増して溶融状態へと進み、さらには安定剤が
存在しなければ熱分解へと進行してしまう。この軟化お
よび溶融を開始する温度は可塑剤の添加量や配合で大幅
に異なる。

第１図は従来のＰＶｃフィルム、シートの製造工程を示
すブロック図、第２図は同工程を示す側面図である。こ
のフィルム、シートの製造工程を要約すると、配合工程
−混合・練り工程−熱入れ工程−１ｕｌｌ送工程→圧延
工程→冷却工程−巻き取り工程、の各工程を順次通過す
る必要がある。

原料ａを構成するｐｖｃ可塑剤、着色剤、充填剤、潤？
ｆＸ剤・・・などは、正確に各々計量され、配合上程に
おいて、ブレンダーｂで均一に分散、攪拌、配合される
。さらに混合・練り工程において、混練ロール０１など
で練り」二げられ、熱入れ工程に供給される。この熱入
れ工程では、熱入れロールｄで加熱され、充分に可塑化
される。可塑化した原料は帯状リボンに切り出され、１
般送」−稈に設けられた首振りコンベアーｅに乗せて（
異物除去のための金属検知器を経ることもある）、圧延
工程に移送され、カレンダーロールｆのト、２プバンク
ｔｂに供給される。

圧延カレンダーロールｆは、原料配合によって異なるが
、４本または５本り型、逆り型、またはＺ型カレンダー
がよく使用される。カレンダーのロール温度は、配合に
より１６０−１８０　℃の範囲で、第２０−ルと第４０
−ルの間に５〜２０°Ｃ位の温度差をつ＋、ｌているの
が一般的で、各ロールは高圧蒸気、高圧温水および加熱
オイルの強制循環により精密に温度調整されている。

これらのロール間でＰＶＣ原料は、フィルムないしシー
ト状に圧延され、次の冷却工程において冷却ロールｇで
冷却、固化し、幅切り工程で裁断機に＋により所定幅に
両端をトリミングカットして、巻取・切断工程ｊの巻取
り機で所定長に巻取られて、切断される。さらに幅切り
工程りで発生した両端のスクラップは、再生工程の粉砕
ｔＪＭ　ｊでわ）砕して原料に添加配合され、リザイク
ルして再生利。

用される。

なおＣ２はパンバリミキサー、Ｃ３ばｌ昆練りロール、
Ｃ４は高速ミキサー、Ｃ５は混練りロール、Ｃ６は押し
出し機である。

以上の製造工程で、良質の安定したフィルム、シートを
得るには、カレンダーロールｒのトソブハンクｔｂを常
に最適な回転バンクを作り出すことにあり、そのために
は最適な温度と適正な量の原料を常に補給し得るかにか
かっている。これは製品の善し悪しを決定する上で非常
に重要な要素となる。

このようにＰＶＣは、製造工程である混練、熱入れ、押
し出し、圧延などの加工作業で適正な可塑性、流動性な
いし溶融状態に加工することが要求されるが、ＩＩＪ塑
剤の入った軟質ＰＶＣでは、この作業に使用される機械
（練りロールＣ１、押し出し機Ｃ６、カレンダーロール
ｆ等）で比較的容易に可塑化、ゲル化、溶融状態を得や
すい。しかし可―剤の入らない、あるいは少量しか添加
されない硬５１ｐｖｃにおいては、当然加工温度、粘度
か高くなり、所用動力も大きく、加工機械設備の強度も
ｉｆ！＋　＜とらねばならない。そのため、省エネルギ
ー、設備コスト面からみてコスト高となり、また軟質ｐ
ｖｃに比べてＰＶＣ樹脂の熱分解の危険性が大きくなり
、加工条件の最適範囲が狭くなるので、安定剤の複雑な
組合せに依存するなど、加工技術面でも高度の技術と熟
練が必要とされるなどの問題を残している。そこでＰＶ
Ｃ分子を商速振動させて発熱させるマイクロ波の利用が
考えられ、試みられて来た。

マイクロ波とは極めて波長の短い電波で、３〜３０ｃｍ
程度の波長の電波を総称し、水、アルコール等の極性基
を有する誘電体に対しては、極めて吸収性が良く、これ
らの誘電体にマイクロ波を照射すると分子内に高速振動
を生じさゼて内部より発熱させることができるため、加
熱効率が極めて良く、電子レンジなどに広く利用されて
いることは周知のとおりである。

しかし従来のマイクロ波によるＰＶＣの加熱は、巻取り
工程で巻取られたフィルムやシートに対して行なわれて
いる。これはＰＶＣをマイクロ波エネルギーを利用して
常温よりゲル化、溶融温度、発泡温度まで昇温させると
、部分的に偏加熱が生じ、さらにはその部分が異常発熱
して熱分解を起こし、炭化状態まで進行してしまう現象
が避けられないからであり、均一に加熱できるマイクロ
波加熱方法は今日まで得られていない。

〔発明の目的〕

従来のｐｖ’ｃ製品のカレンダー成形加工法におけるこ
のような問題を解消し、高速かつ均一に加熱することが
でき、しかも省エネルギーに優れた安価な加熱方法を実
現することを目的として、本発明の出願人から、先に特
願昭５８−２９９４５号としてＰＶＣのマイクロ波によ
る加熱方法を提案した。

先のこの方法では、ウオーミングロールより切出される
ｐ　ｖ　ｃの帯状リボンを、マイクロ波エネルギーで加
熱昇温し、カレンダーのトップバンクを溶融回転せしめ
る目的では非常に有効な手段となり、品質的にも多大な
効用を得ることができた。

しかし、カレンダー成形ラインでウオーミングし１−ル
を使用して熱入れする構成では、ガスの発生ずる悪環境
の中で常時、作業者が温度および練り状態（熱入れ）、
リボンの切出し供給状態を、管理せねばならず、作業者
の健康上ばかりか熟練した高度の技術が必要となり、自
動化・合理化・品質管理面で、大きな障害となっている
。

本発明の目的は、従来のマイクロ波加熱による塩化ビニ
ール樹脂のフィルム・シートのカレンダー成形方法にお
けるこのような問題を解消し、最適な回転溶融バンクと
なるように自動的に制御され、かつ悪環境下における作
業から開放されるように無人化を実現することにある。

〔発明の構成〕

この目的達成のために本発明は、押出機と、マイクロ波
加熱装置を組合せて配備し、前者はｐｖＣがマイクロ波
で安定して発熱出来る温度まで昇温させるとともに、ト
ップバンク量が適正範囲になるよう押出機の回転数ない
しカレンダーの基準速度の少なくとも片方を制御するも
のであり、後者はトップバンクの温度が最適範囲に入る
ようマイクロ波の照射口（ＵｌｌＦ出力）を自動、１ｌ
ｉｌｌ整するものである。

即ち、先に出願人が特願昭５８−２９９４５号で述べて
いるように、予め押出機で温度上昇させることは、ＰＶ
Ｃの分子間の結合力を弱め、分子振動が起こり易くなっ
た時点でマイクロ波エネルギーを投入することになり、
Ｉ）　Ｖ　Ｃの内部まで分子高速運動させて発熱させる
のに非常に有効な手段である。

さらにトップバンク量の調整は、バンク量を検出しその
量が適正範囲内に入るように押出機のスクリュー回転数
を制御することで、容易に供給の自動制御を行なうこと
ができる。

またマイクロ波出力調整によるＰＶＣの温度コン１−Ｌ
Ｊ−ルも、マイクロ波は光速度（３Ｘ１０ｍ／ｓｅｃ　
）で伝達する高速応答性能を有し、ているので、ｐｖｃ
の温度を検出して自動調整することは、瞬時に可能とな
り、従来のウオーミングローラ一工程が不要になるばか
りか、自動化、無人化が可能となり非常に有効な手段と
なることが判明した。

〔発明の実施例〕

次に本発明による加工法がＰＶＣのフィルム・シートの
カレンダー成形成造工程で、実際上どのように具体化さ
れるか実施例で説明する。

第３図は本発明方法による実施した例を示すブロック図
で、第１図の従来方法と対応する部分には同一符合が付
されている。

即ち、第１図における熱入れ工程であるウオーミングロ
ールｄの代わりに押出機ｄ”を利用し、該押出機ｄ°　
と首振りコンヘアーＣとの間にマイクｌ：］波加熱工程
ｋを設げ、押出機ｄ゛にて混練り・熱入れされたＰＶＣ
原料にマイクロ波エネルギーを照射して、適止温度まで
加熱する。その後搬送工程に設けられた首振りコンヘア
ー〇にてウオブリングしながら、カレンダーロールの幅
方向に平均に供給される。

ごの時のＩ）　Ｖ　Ｃに照射されるマイクロ波エネルギ
ー１（Ｕｌ−１１”出力）は、カレンダーのトップバン
ク温度を検出するセンサーｌより測温される信号を、予
め決定したトソブハンクの最メ／、ｌ１ｊＬ度（配合に
よって異なる）と、比較演算部ｍで比較ｅ５算処理して
、マイクロ波出力制御回路を自するＵＨＦ発振部ｎへ指
令しすることで制御され、マイクロ波出力を調整してト
ソブハンクの温度制御が行われる。

この温度センサーｅは、たとえば赤外線放射温度計を利
用すると、ｐｖｃの温度を非接触で計測でき、その応答
速度は数ミリ秒〜数十ミリ秒とｉｉ」ｉ速である。さら
に温度の値に対応して電気信号としてとらえることがで
きるので、マイクロ波出力制御の温度センサーとして、
高速生産される軟質・半硬質・硬質１）　Ｖ　Ｃの総て
の配合に対して、任意の最適温度を得るために非富に有
効であった。

さらに本発明は、トップバンク量センサー０で常時トソ
プハンク量を検知し、比較演算部ｐにおいＣ１予めセッ
トされたバンク量内に入るよう比ＩＱ　１５：５算し、
その出力値で押出機のモーターｑの回転数を増減させ、
押出機ｄ°によるＰＶＣの押出速度（吐出け）を変化せ
しめることで、自動温度制御されたＩ）　Ｖ　Ｃのカレ
ンダーへの供給量が制御される。ただし、押出機の速度
を制御しても、その効果がカレンダーｆに現れるまでに
時間を要し遅れが発生する。このような遅れの影響が大
きい場合は、比較演算部ｐの出力が、カレンダーロール
ｆの駆動モータｒにも入力して、直ちにカレンダーロー
ルの基準速度が変化する。

バンク量センサー０は、バンクの大きさ即ちバンクの高
さの上限・下限値をレーザー光線などの光線で検知し、
そのＯＮ　−ＯＦＦ信号で、押出機ｄ″の回転数やカレ
ンダーの基準速度を増速・減速させることも可能であり
、さらには赤外線放射温度計を使用し、これを適正バン
ク高さく大きさ）面でバンクの幅方向（ロールの軸方向
）にスキャンニラグさせて、温度の変化でバンク量を検
知することも可能である。即ちスキャンニラグ面よりバ
ンク高さが低減すると、赤外線放射温度計はロール表面
を計測することになり、ｐｖｃと放射率が異なる金属面
（ロール表面）は低い値を示すことを利用して、バンク
の低下信号が得られる。

赤外線温度計のスキャンニラグ面を若干のローラー表面
を含むバンク高さに調整しておけは、逆にＰＶＣの供給
オーバーになった場合は、スキャンニラグ面の積分され
た総合値は大きくなり、バンク量オーバーの情報として
処理することが可能である。

このように赤外線放射温度計を、温度センサーだけでな
く、バンク量センサーとして活用することも、本発明を
成功させるをリノな手段となった。

またバンク量制御の際、変化する押出機速度に応動して
、マイクＵ波加熱部にの搬送コンヘアーおよび首振りコ
ンベアー〇も同期連動することば訂うまでもない。

以」二のように押出機およびマイクロ波を組合せ、バン
ク量およびバンク温度を自動的に制御することは、カレ
ンダートップパンクとして理想的な回転溶融するバンク
を得るごとのみならず、ｉｒ来の４１練と経験を大とし
たつＡ−ミングロールによる熱入れ工程を不要とし、且
つＩ）　Ｖ　Ｃから発生ずる有害ガスおよび高温の悪い
作業環境より作業者を開放することが可能となり、多大
の効用を得ることができた。

（；を来法の製造工程を第１図、第２図に示したが、特
に練り工程Ｃ：熱入れ工程ｄはその加工機の組合せが色
々で、これは製造する配合原料、フィルム・シートの内
容により、それぞれの組合せは業者間の経験で選択され
ている。

一般にこの組合せはＰＶＣの加工温度が高くなる程（可
塑剤の入らないＰＶＣ１重合度の商いＰＶＣ）複雑とな
り、ウオーミングロールｄを使用して可塑化・熱入れす
ることは審識となっている。

しかし、ウオーミングロールば一般的に自動化・無人化
することが難しく、作業者が當時悪環境下で従事するこ
ととなり、また作業者の経験と勘に頼るこの工程は、自
動化ＩＷ進および品質管理の上で大きな障害であったが
、本発明により、このような問題を解消するとともに、
さらに経済的利点を高め、科学的管理とシステム化を計
る上で、大きな意義を得ることができた。

今日、ＰＶＣ原料がブレンダー等で配合後、押出機とカ
レンダー成形法を組合せて、ＰＶＣフィルム・シートを
製造する加工法が一部に利用されている。この方法は、
押出機のヘッドにＴダイスを取付けて、完全なフィルム
・シート状に押出した直後、カレンダーに供給し仕上加
工するものである。

この鳩舎の押出機での加工温度は、シート状となるため
、可塑性・流動性を高めることから比較的高く、またダ
イス部での発熱・滞留などにより熱分解の危険があり、
これを回避するために、安定剤を多量に入れたコストの
高い配合にしなければならなかった。

本発明の押出機は、前述のようにＰＶＣがマイクロ波で
安定して発熱するための、即ちＰｖＣの分子運動が起こ
り易くするためでよく、マイクロ波加熱への予熱供給装
置とも言うべき考え方に基づいているので、その加工温
度も、配合により異なるが１２０℃〜１８０℃程度でよ
く、高い温度を必要としない。

さらに押出形状も、従来の丸状、リボン状等のダイス抵
抗の少ない形状でよいため、特別な配合の調合は不要と
なった。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、押出機によりＰＶＣ原料
を軟化・可塑化状態となるまで温度上昇させ、ＰｖＣ結
晶間の結合が弱まった状態下でのマイクロ波エネルギー
の照射となるため、マイクロ波によるＰＶＣ分子の高速
振動が効果的に得られ、且つＰｖＣはすでに昇温しでい
るので、マイクロ波加熱による昇温範囲が少なくて済み
、偏加熱が極めて少ない状態で加熱できること６千なる
。

さらに、カレンダーのトップバンクを回転させ、且つ適
正な大きさを（■すること訊良質の安定したフィルム・
シートを製造する」二に欠くことのできない重要条件と
なり、前述のようにこの２条件を自動制御することは、
従来法に比し多大の効果をあげることができる。

本発明による特有の効果を要約すると次のようになる。

ωトップバンクの温度・大きさの自動管理制御により、
無人化へと進屏することができ、従来の熱入れ工程であ
るウオーミングロールを不要とすることができ、悪い作
業環境から作業者を開放することが可能となった。

■常に最適な回転バンクが得られ、圧延性の向上から生
産量が数％〜数十％アップすることが可能となった。

■バンクがうまく回転せず、取り残されて冷えた部分が
混って圧延されることによって起こる不良品の発生が殆
ど解消された。

■バンクが大きく　（太く）なると空気を巻き込んで１
、フィルム・シートの表面にスキップと称するキズが発
生し、品質を大幅に低下させるが、本発明のバンク量制
御によって、良好な状態を得ることができた。

■マイクロ波の加熱によりすてにＰｖＣ自身が冒温して
いるので、ロールの温度を従来法より下げることができ
、省エネルギー化が図れるばかりか、Ｉ）　Ｖ　Ｃの圧
延性の向上により滞留時間が短縮できるので、Ｉ）　Ｖ
　Ｃの熱分解防止のために添加される高価な安定剤の投
入量を軽減でき、経済的にも有効であることが判明した
。

■最近ＰＶＣフィルム・シートの製品物性向上のためＰ
ＶＣポリマーの重合度を上げようとする方向にあるが、
重合度が高くなると当然加工温度が高くなるので、従来
のカレンダー加工法では、加工温度・配合原料のコスト
アップなどの問題があった。

しかし本発明による加熱システムを採用すると、容易に
最適な溶融回転バンクが得られることから、従来ゲＶし
かった重合度（β−１３００〜１５００）のものまで可
能となり、ＰＶＣ原料の高加工範囲を広げられることが
判った。

以上説明したように、押出機の回転数とマイクロ波出力
を制御することにより、最適なバンク（１１（大きさ）
と温度を管理して、回転溶融バンクを作ることができる
ため、安定した商品？Ｉｆの１３　Ｖ　Ｃフィルム・シ
ートのカレンダー成形が可能となった。

さらに本発明は、従来のウオーミングｌコールでの悪ニ
ス境の中て１桑作する作業工程を小波のものとし、完全
自動化・無人化の道を開くことを可能ならしめた。

また本発明はエネルギーの熱効率が高く、高速応答性を
有し、且つ省エネルギーに冨み経済的にも優れており、
カレンダー成形に非當にそ１リノであることが実証され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロ波加熱によるル（化ビニール樹
脂フィ泥ム・シートの製造工程を示すブロック図、第２
〆１は同装置の側面図、第３図は本発明によるマイクロ
波加熱により塩化ビニール樹脂フィルム・シートを製造
する工程の実施例を示すブロック図である。 図において、ｄ”は押出機、ｅは首振りコンヘアー、ｆ
はカレンダーロール、ｋはマイクロ波加熱部、Ｅは温度
センサー、ｍ、ｐは比較演算部、ｎはＵＩＩＦ発振部、
０はトソプハンク量センサー、ｑはスクリューモータ、
ｒはカレンダーロール駆動モーフをそれぞれ示す。 特許出願人　ミクロ電子株式会社 代理人　弁理士　福　島　康　文

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 塩化ビニール樹脂のフィルム・シートを製造すルカレン
   ター成形法で、カレンダーロールのトップバンクに、混
   練・ゲル化（熱入れ）された塩化ビニール樹脂を供給す
   る工程において、少なくとも押出機とマイクロ波加熱装
   置を組合せてカレンダーより前の工程に配備し、カレン
   ダーのトップロール間に出来るトップバンクの量（大き
   さ）と温度を検出し、その検出信号によって直ちに押出
   機の回転数（吐出量）およびカレンダーの基準速度の少
   なくとも片方と、マイクロ波出方に帰還（フィードバッ
   ク）せしめて、最適な溶融回転バンクが得られるように
   各々を制御することを特徴とするマイクロ波加熱による
   塩化ビニール樹脂のフィルム・シートのカレンダー成形
   方法。