JPS6360688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

(a) 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。 (b) 技術の背景 最近の塩化ビニール樹脂（以下「PVC」と呼
ぶ）加工製品であるフイルム、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型
化、高速化し、多量生産化される傾向にある。 PVC製品を製造するには、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。PVCを加熱するには
従来は、PVC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、バンバリミキサ
ー、押し出し機等があり、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、また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一加熱方法が要
求されている。 (c) 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
（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
PVC、30％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、引つ張
り強さ、モジユラス、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フイルム、シートを製造
する工程を示すブロツク図である。このフイル
ム、シートの製造方法を要約すると、配合工程
ｂ、混合・練り工程ｃ、熱入れ工程ｄ、搬送工程
ｅ、圧延工程ｆ、冷却工程ｇおよび巻き取り工程
ｉから成つている。 原料ａを構成するPVC可塑剤、着色剤、充填
剤、潤滑剤…などは、正確に各々計量され、配合
工程ｂにおいて、ブレンダーで均一に分散、撹
拌、配合される。さらに混合・練り工程ｃにおい
て、混練ロールなどで練り上げられ、熱入れ工程
ｄに供給される。この熱入れ工程ｄでは、熱入れ
ロールで加熱され、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、搬送工程ｅ
に設けられた首振りコンベアーに乗せて（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ｆに移送され、カレンダーロールのトツプバ
ンクに供給される。 圧延カレンダーロールは、原料配合によつて異
なるが、４本または５本Ｌ型、逆Ｌ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２
ロールと第４ロールの間に５〜20℃位の温度差を
つけているのが一般的で、各ロールは高圧蒸気、
高圧温水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、フイルムな
いしシート状に圧延され、次の冷却工程ｇにおい
て冷却ロールで冷却、固化し、幅切り工程ｈで所
定幅に両端をトリミングカツトして、巻取・切断
工程ｉ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ｈで発生した両端のスク
ラツプは、再生工程ｊの粉砕機で粉砕して原料に
添加配合され、リサイクルして再生利用される。 以上の製造工程で、良質の安定したフイルム、
シートを得るには、カレンダーロールのトツプバ
ンク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つている。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、流動性または溶融状態に加工させることに
なるが、可塑剤の入つた軟質PVCでは、この作
業に使用される機械（練りロール、押し出し機、
カレンダーロール等）で比較的容易に可塑化、ゲ
ル化、溶融状態を得ることができる。しかし可塑
剤の入らない、あるいは少量しか添加されない硬
質PVCにおいては、当然加工温度、粘土が高く
なり、所要動力も大きく、加工機械設備の強度も
高くとらねばならない。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PVC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、安定剤の多量添加に依存するなど、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PVC分子を高速振動さ
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せて内部より発
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イルムやシートに対し
て行なわれる。このように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
し、炭化状態まで進行してしまう現象が避けられ
ず、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。 (d) 発明の目的 本発明は、従来のPVC製品の製造加熱工程に
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する。 (e) 発明の構成 この目的を達成するために本発明は、塩化ビニ
ール樹脂に可塑剤などの添加剤を配合した原料を
混合、練り合わせした後に熱入れし、これを圧延
加工して樹脂製品を製造する過程に用いる加熱方
法において、原料に熱入れして温度上昇により塩
化ビニール分子間の結合力が弱まつたところでマ
イクロ波エネルギーを投入し、マイクロ波により
塩化ビニール樹脂の内部まで分子高速運動を発生
させ、均一加熱することを特徴とする塩化ビニー
ル樹脂のマイクロ波による加熱方法を提案する。 PVC樹脂は、比較的規則正しく並んだ結晶部
分とやや乱れた非晶部分とが混在する部分結晶性
ポリマーであると考えられており、この結晶領域
では分子間隔も小さく分子間力もかなり強い力で
凝集している。このような状態のPVCをマイク
ロ波を照射して発熱させようとしても分子間の結
合力が強いため、分子の高速振動が起りにくいの
で、マイクロ波により発熱させることが難しく、
効率の良い加熱ができない。たとえ分子間の弱い
箇所が発熱できても、その部分にのみマイクロ波
による分子振動が集中し、結果的には異常発熱
（局部異常温度）により熱分解、炭化までに進行
してしまうこととなり、均一加熱することが不可
能であつた。 しかし本発明のように予めPVCの温度を上昇
しておけば、まず分子間力の比較的小さい非晶部
分のPVC分子セグメントのミクロブラウン運動
が盛んになり、分子間隔が拡がり、分子間が弱ま
つて軟化し始め、さらに昇温されるとますます分
子運動が活溌となり、結合力の大きい結晶部分ま
でに及び、完全な可塑状態となる。 このような分子振動が起りやすい状態にして、
マイクロ波エネルギーを投入して、分子を高速振
動させ、発熱させることは、マイクロ波の発熱機
構を有効に活用することになり、効率を高めるば
かりか、最終目的加工温度まで昇温させるに必要
とするマイクロ波エネルギーの負担を大幅に軽減
できる。さらに分子間力の最も強い結晶部分も高
速振動することになるので、偏加熱の発生なしに
加熱、昇温させることが可能となり、少ないマイ
クロ波エネルギーで多大な効果を得ることができ
る。またマイクロ波は光速度（３×10⁸ｍ／sec）
で伝達する高速応答性能を有しているので、高速
生産されるPVC加熱に有効な手段であることが
判明した。 (f) 発明の実施例 次に本発明による塩化ビニール樹脂のマイクロ
波による加熱方法が実際上どのように具体化され
るかを実施例で説明する。第２図は本発明方法を
PVCフイルム、シートの製造に実施した例を示
すブロツク図で、第１図の従来方法と対応する部
分には同一符号が付されている。即ち第１図にお
ける熱入れ工程ｄと搬送工程ｅとの間に、マイク
ロ波加熱工程ｋを設け、熱入れで加熱された
PVC材料にマイクロ波エネルギーを供給する。 マイクロ波を吸収して加熱されたPVC材料は、
搬送工程ｅに設けられた首振りコンベアーでカレ
ンダーロールに送られる。このとき、マイクロ波
加熱後の首振りコンベアー部における放熱を防止
するため、赤外線、電熱などの予熱炉を設けるこ
とも有効である。 このように熱入れ工程後に、塩化ビニール樹脂
にマイクロ波エネルギーを投入して加熱すること
により、高速生産される軟質、硬質PVCの総て
を任意の最適温度に加熱することができ、さらに
高速制御することで、カレンダートツプバンクに
理想的な回転溶融するバンクを得ることができ
る。 なおマイクロ波エネルギーによる加熱に適する
代表的な材料として塩化ビニール樹脂を例示した
が、ナイロン樹脂やマイクロ波エネルギーの吸収
を促進させるための極性基を有する感応剤を添加
すれば、ポリエチレンやポリエステル、ビニロン
などの加熱にも適用できる。 表．１は、本発明の方法で硬質PVC（可塑剤：
０％、形状：幅100mm×厚さ６mmのリボン状）を
加熱した実施例で、予備加熱なしの場合と比較し
て示してある。

【表】

【表】 上記実施例の結果、PVC加熱温度と均一性は
次のとおりであつた。 No.１：の場合：極部的に200〜400℃程度の異常
発熱を来し、PVCが熱分解を起して炭化する。
局部発熱部以外の個所は50〜80℃程度で、均一加
熱は全く不可能であつた。 No.２の場合：190℃±２℃程度のほぼ均一の加
熱状態を得ることが可能であつた。 (g) 発明の効果 以上のように本発明によれば、塩化ビニール樹
脂を加熱する工程において、熱入れなどで温度上
昇し塩化ビニール分子間の結合力が弱まつた時点
でマイクロ波エネルギーを投入して、マイクロ波
により塩化ビニール樹脂の内部まで分子高速運動
を発生させ、均一加熱する。そして従来の設備に
おけるロール、押し出し機等をPVC原料が通過
する際に、容易にPVCの分子振動が活発になり
軟化、可塑化状態となるまで温度上昇する。その
直後にマイクロ波を照射するため、マイクロ波に
よるPVC分子の高速振動が効果的に得られ、か
つPVCはすでに昇温しているので、マイクロ波
加熱による昇温範囲が狭く、偏加熱が極めて少な
い状態で加熱できることになる。 しかもすでにPVC結晶間の結合が弱まつた状
態下でのマイクロ波エネルギーの投入となるた
め、エネルギー量はそれほどの量を必要としない
で、多大の効果を期待することができる。例えば
前述実施例で説明したフイルム、シートの製造に
おけるカレンダーロールの場合は、軟質PVCで
はマイクロ波出力６〜7KW程度で700〜1000Kg／
時、硬質PVCでは出力10〜13KW程度で800〜
1000Kg／時の処理が可能である。 本発明の方法によれば、更に次のような効果が
得られる。 (1) マイクロ波エネルギーの制御は急速かつ容易
に行なえるので、トツプバンクの温度制御管理
が容易になることから、常に最適な溶融回転バ
ンクが得られ、さらに圧延性の向上から生産量
が数％〜数十％アツプすることが可能となつ
た。 (2) バンクがうまく回転せず、とり残されて冷え
た部分が混じつて圧延されることによつて起る
フイルム、シート表面の筋状のマーク、木目状
のマーク、さらに透明フイルム中に透明または
半透明の魚の目のような粒子が残るフイツシユ
アイなどの不良品の発生が殆ど解消され、品質
面の向上にも大きな成果をみることができる。 (3) 一般にカレンダーロールにおけるPVCへの
熱供給は、各ロール間での摩擦熱の発生を除け
ば、精密温調されているロール表面よりの熱伝
導で行なわれる。ところが本発明のマイクロ波
加熱方法によれば、PVC自体が最適温度です
でにカレンダーロールのトツプバンクに供給さ
れることになるので、各段のロール温度を従来
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、PVCの圧延性の向上により滞
留時間が短縮できるので、PVCの熱分解防止
のために添加している高価な安定剤の投入量を
軽減できる経済的利点も得ることが判明した。 (4) 最近硬質PVCのフイルム、シートの製品物
性向上のためにPVC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ため、従来のカレンダ
ーロール加工法では加工温度、配合原料のコス
トアツプなどの問題があつた。しかし本発明に
よるマイクロ波加熱方法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
難しかつた重合度（＝1300〜1500）のものま
でカレンダー加工することが可能となり、
PVC原料の易加工範囲が広がることが判つた。 以上設明したようにPVC加熱工程において、
本発明のPVC分子間の結合力を弱めた時点でマ
イクロ波により分子高速運動させて内部より発熱
させる加熱方法を利用すると、従来不可能であつ
た総てのPVC（軟質から硬質のPVCまで）をマイ
クロ波で均一加熱可能になる。そればかりか、カ
レンダーロール、押し出し機によるフイルム、シ
ートの製造工程における予熱、加熱、PVC原料
ペレツトの加熱、乾燥、PVC製レザー、壁紙の
ゲル化、発泡加工における加熱などにおいても、
実現可能となり、熱効率が高く高速応答性を有
し、かつ省エネルギーに富み経済的にも優れたエ
ネルギーであることが実証できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のPVCフイルム、シートを製造
するカレンダー工法を示すブロツク図、第２図は
本発明による加熱方法を採用した加工工程のブロ
ツク図である。 図において、ａは塩化ビニール樹脂原料、ｂは
配合工程、ｃは混合・練り工程、ｄは熱入れ工
程、ｋはマイクロ波加熱工程、ｅは搬送工程、ｆ
は圧延工程をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 塩化ビニール樹脂に可塑剤などの添加剤を配
   合した原料を混合、練り合わせした後に熱入れ
   し、これを圧延加工して樹脂製品を製造する過程
   に用いる加熱方法において、原料に熱入れして温
   度上昇により塩化ビニール分子間の結合力が弱ま
   つたところでマイクロ波エネルギーを投入し、マ
   イクロ波により塩化ビニール樹脂の内部まで分子
   高速運動を発生させ、均一加熱することを特徴と
   する塩化ビニール樹脂のマイクロ波による加熱方
   法。