(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022130699
(43)【公開日】2022-09-06
(54)【発明の名称】樹脂ペレットの製造方法
(51)【国際特許分類】
B29B 9/02 20060101AFI20220830BHJP
B29B 7/48 20060101ALI20220830BHJP
B29B 7/72 20060101ALI20220830BHJP
B29C 48/57 20190101ALI20220830BHJP
B29C 48/59 20190101ALI20220830BHJP
B29C 48/635 20190101ALI20220830BHJP
B29C 48/655 20190101ALI20220830BHJP
B29C 48/92 20190101ALI20220830BHJP
【FI】
B29B9/02
B29B7/48
B29B7/72
B29C48/57
B29C48/59
B29C48/635
B29C48/655
B29C48/92
【審査請求】有
【請求項の数】2
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022108201
(22)【出願日】2022-07-05
(62)【分割の表示】P 2018171432の分割
【原出願日】2018-09-13
(71)【出願人】
【識別番号】594137579
【氏名又は名称】三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100075177
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 尚純
(74)【代理人】
【識別番号】100113217
【弁理士】
【氏名又は名称】奥貫 佐知子
(72)【発明者】
【氏名】田尻 敏之
(72)【発明者】
【氏名】吉野 崇史
(72)【発明者】
【氏名】吉國 道生
(72)【発明者】
【氏名】滝瀬 修
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 智洋
(57)【要約】 (修正有)
【課題】色調が良好な樹脂ペレットを、高吐出量で生産性よく達成する樹脂ペレットの製造方法を提供する。
【解決手段】ニーディングディスクが装着された1対のスクリューを有する二軸押出機を用いて、熱可塑性樹脂を溶融混練して樹脂ペレットを製造する方法であって、ニーディングディスクとして3条偏心ニーディングディスクを使用し、該ディスクは、各辺の中央部が膨出する略三角形状のディスクであり、左右のスクリュー上のパドルは同方向に偏心しており、スクリュー回転数が400~600rpm、スクリューの回転軸に設けられたトルク計から検出された又はモータの電流値から算出されたスクリュー軸トルクと、スクリュー中心間距離から算出されるスクリュー軸トルク密度が11~15Nm/cm
3の条件で、溶融混練することを特徴とする樹脂ペレットの製造方法。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ニーディングディスクが装着された1対のスクリューを有する二軸押出機を用いて、熱可塑性樹脂を溶融混練して樹脂ペレットを製造する方法であって、
ニーディングディスクとして3条偏心ニーディングディスクを使用し、
3条偏心ニーディングディスクは、各辺の中央部が膨出する略三角形状のディスクであり、互いの角度間隔θが110°~130°である3つの頂部を有し、頂部における半径が0.4D~0.5D、各頂部間の中央部の半径が0.25D~0.38Dの範囲にあり、頂部(チップ)Tのチップ巾dTは0.02D~0.08Dであり、スクリュー軸に偏心量が0.01D~0.07D(Dはシリンダー内径)で偏心的に回転するように装着され、左右のスクリュー上のパドルは同方向に偏心しており、
スクリュー回転数が400~600rpm、スクリューの回転軸に設けられたトルク計から検出された又はモータの電流値から算出されたスクリュー軸トルクと、スクリュー中心間距離から算出されるスクリュー軸トルク密度が11~15Nm/cm3の条件で、溶融混練することを特徴とする樹脂ペレットの製造方法。
【請求項2】
熱可塑性樹脂が、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂またはポリアミド樹脂である請求項1に記載の樹脂ペレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、樹脂ペレットの製造方法に関し、二軸押出機を用いて熱可塑性樹脂のペレットを製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
樹脂ペレットを製造するには、樹脂や添加剤などの原料をタンクやホッパーに収容した後、フィーダにより所定の量となるよう計量した上で押出機に供給する。押出機では、各原料が混練、加熱溶融され、押出機先端のノズルからストランド状に押出され、樹脂ストランドは、搬送コンベア又は冷却水槽を介してペレタイザーによって裁断され、ペレットが製造される。
【0003】
押出機は、一軸押出機と二軸押出機が使用されるが、一軸押出機と比較して、二軸押出機は、生産性と運転の自由度がより高いので、樹脂組成物ペレットの製造には、二軸押出機が好ましく用いられる。
【0004】
近年は、二軸押出機においても生産性の向上のために生産能力の向上を求めるニーズが高まりつつある。二軸混練押出機は、スクリューの回転速度を大きくすると吐出量が増大し、生産効率が高くなる。そして、製造コストのさらなる低減のために、高吐出量での製造が強く求められている。
しかし、特に高吐出の条件では樹脂にかかる剪断力が大きく増加し、混練時の樹脂組成物が発熱する傾向を示す。この発熱に伴い、溶融している樹脂の粘度および弾性は温度に依存して下がり、樹脂に十分な力が掛からないため、混練性が低下してしまいやすい。また、発熱時に樹脂が熱劣化を受けるため、吐出後の樹脂の色調が悪化してしまうという問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、色調が良好な樹脂ペレットを、高吐出量で生産性よく達成する樹脂ペレットの製造方法を提供することを目的(課題)とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者は、上記した課題を解決するために鋭意検討した結果、ニーディングディスクとして三条偏心ニーディングディスクを使用し、スクリュー回転数を400~600rpmの範囲とし、且つスクリュー軸トルク密度を11~15Nm/cm3の条件で、溶融混練することにより、上記課題が解決することを見出した。
【0007】
本発明の樹脂ペレットの製造方法は、ニーディングディスクが装着された1対のスクリューを有する二軸押出機を用いて、熱可塑性樹脂を溶融混練して樹脂ペレットを製造する方法であって、
ニーディングディスクとして3条偏心ニーディングディスクを使用し、スクリュー回転数が400~600rpm、スクリュー軸トルク密度が11~15Nm/cm3の条件で、溶融混練することを特徴とする。
【0008】
本発明において、3条偏心ニーディングディスクが、各辺の中央部が膨出する略三角形状のディスクであり、スクリュー軸に偏心的に回転するように装着されていることが好ましい。
また、偏心量が0.01D~0.07D(Dはシリンダー内径)で、スクリューに装着されていることが好ましい。
【0009】
また、本発明において、3条偏心ニーディングディスクは、互いの角度間隔θが110°~130°である3つの頂部を有し、頂部における半径が0.4D~0.5D、各頂部間の中央部の半径が0.25D~0.38Dの範囲にあることが好ましい。
【0010】
さらに、本発明において、熱可塑性樹脂は、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂またはポリアミド樹脂であることが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明の樹脂ペレットの製造方法によれば、樹脂の溶融を促進し、高吐出条件での樹脂の溶融特性が優れ、樹脂温度を低くすることが可能となる。そして、本発明の樹脂ペレットの製造方法は、色調が良好な樹脂ペレットを、高吐出量で生産性よく製造することができる。このような本発明の効果は、3条偏芯ニーディングディスクを使用していることにより伸長流動が発生し、低い温度で効率的に樹脂を溶融することができるものと考えている。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】
図1は、二軸押出機のシリンダーと、スクリューに装着された偏心ニーディングディスクの断面形状を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0014】
図1は、二軸押出機のシリンダーと、スクリューに装着された偏心ニーディングディスクの断面形状を説明するための断面図である。
二軸押出機は、一対のスクリュー2、2’が内部に並列して配置される2つの筒状部を有するシリンダー1を備えている。シリンダー1内の筒状部は軸垂直方向の断面が2つの円が重なるように形成されている。
【0015】
2つのスクリュー2、2’は、互いに非接触で回転駆動するためのモーター等の駆動装置(図示せず)を備え、スクリュー2、2’はシリンダー1の筒状部内で回転し、スクリュー2、2’のスクリュー軸の軸心xは、シリンダー1の筒状部の円中心と軸心が一致している。スクリュー軸の回転方向は同方向または逆方向のいずれでもよいが、同方向回転の方が好ましい。
【0016】
スクリュー2、2’には、3条のニーディングディスク3、3’が装着されている。
ニーディングディスク3、3’は、
図1に示すように、3つの頂部(チップ)T
1、T
2、T
3を有する略三角形状をしている。3つの頂部(チップ)T
1、T
2、T
3の互いの角度間隔θが110°~130°となっていることが好ましく、115°~125°であることがより好ましく、θが略120°の等角度間隔である略三角形状であることが特に好ましい。
そして、ニーディングディスク3、3’は、その3つの頂部T
1、T
2、T
3を結ぶ各辺(フランク)が外向きの弧を描いて中央部が膨出する略三角形状であることが好ましい。
【0017】
ニーディングディスク3、3’は、頂部における半径Da(3条ニーディングディスクの幾何中心yから頂部Tまでの距離)が0.4D~0.5D(Dはシリンダー内径)の範囲にあることが好ましく、また、各頂部T1、T2、T3間のフランクの中央部kにおける半径Dk(3条ニーディングディスクの幾何中心yから中央部kまでの距離。yから最も短い距離)が0.25D~0.38Dの範囲にあることが好ましい。
頂部(チップ)Tのチップ巾dTは、0.02D~0.08Dであることが好ましい。
【0018】
そして、ニーディングディスク3、3’は、スクリュー2、2’のスクリュー軸に偏心的に回転するように装着されている。その偏心量e(スクリューの回転中心xからニーディングディスクの幾何中心yまでの距離)は、0.01D~0.07D(Dはシリンダー内径)であることが好ましい。偏心はニーディングディスク3と3’が2つのスクリュー軸を結ぶ方向に同方向に偏心していることが好ましい。
【0019】
ニーディングディスクの厚みは、軸方向のディスク1枚(以下、パドルともいう。)の厚みが0.1D以下であることが好ましい。
【0020】
ニーディングディスクは、通常パドルの複数を軸方向に沿って装着してニーディングゾーンが構成される。パドルの枚数は、3~15枚であることが好ましく、5~11枚がより好ましく、特に7~9枚が好ましい。隣り合うパドルの間は隙間を設けることが好ましく、隙間は0.2mm~2mmであることが好ましい。
【0021】
ニーディングディスクは、複数のパドルがずれることなく重なったNディスク、複数のパドルが右方向にずれて重なって順方向に流を起こすRディスク、複数のパドルが左方向にずれて重なって逆方向の流れを起こすLディスク等として使用され、スクリュー構成としては、これらを組み合わせて、上流から下流に向けて、例えばRNNL、RRNNL、RRRNL、RNNNL、RRNNNL等の構成とすることが好ましい。
【0022】
本発明の方法では、スクリュー軸トルク密度を11~15Nm/cm3の範囲になるようにして溶融混練する。トルクをこのような範囲とすることで高吐出量となり滞留時間を短くすることができる。スクリュー軸トルク密度は、好ましく12~15Nm/cm3である。
トルクを検出するには、スクリュー2、2’の回転軸に軸端式トルク計を設けたり、スクリュー2、2’の回転軸や、減速機のような関連する回転部材に歪み計を設けるようにして検出すればよい。またモーターの電流値と電圧からトルクを求めることができる。
【0023】
また、本発明の方法では、スクリュー回転数を400~600rpmの範囲とする。スクリュー回転数をこのような範囲とすることで滞留時間を短くでき熱劣化を抑制することができる。スクリュー回転数は、下限は450rpm以上であるのが好ましく、また上限は550rpm以下であるのが好ましい。
【0024】
本発明の製造方法は、3条偏心ニーディングディスクを使用し、スクリュー回転数とスクリュー軸トルク密度を上記範囲とすることにより、偏心ニーディングディスクの頂点は、偏心により1つ(あるいは2つ)の頂点だけがシリンダー内面に近接する。このような3条偏心ニーディングディスクを用いることで、低い温度で樹脂を溶融でき、吐出量を大きくすることができ、またシリンダー原料の熱可塑性樹脂ペレットを小さく切断できるので、高吐出条件での樹脂の溶融特性が優れ、速やかな熱伝導により、原料樹脂ペレットを速く溶融でき、樹脂温度をより下げることができる。またこの3条偏芯ニーディングディスクは強化繊維をフィードした場合の混練部分にも使用することができる。
【0025】
本発明の製造方法が適用される熱可塑性樹脂は、特に限定されるものではなく、例えば、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、また、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂がいずれも使用できる。これらの樹脂は単独で使用することも、2種以上を併用することも可能である。
このような熱可塑性樹脂の中でも、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアミド樹脂等のエンジニアリングプラスチックスと称される熱可塑性樹脂は、押出機での溶融混練温度が高いため、色調の悪化が起こりやすいので、本発明の効果が大きいので好ましい。
【0026】
熱可塑性樹脂に配合する添加剤の種類は、特に限定されるものでなく、例えば、安定剤、酸化防止剤、難燃剤、難燃助剤、離型剤、滑剤、充填材、紫外線吸収剤、帯電防止剤、可塑剤、染顔料、強化繊維等が挙げられる。これらの添加剤の配合量は通常、例えば0.01~50質量%、特に0.01~40質量%であることが好ましい。
【実施例0027】
以上の構成からなる本発明の製造方法について、ニーディングディスク並びにスクリュー回転数およびスクリュー軸トルク密度を検討した実験例を以下に示す。
【0028】
[実験例1]
同方向回転二軸押出機(日本製鋼所社製、「TEX44αIII」)を用い、三菱エンジニアリングプラスチックス社製のポリブチレンテレフタレート樹脂「ノバデュラン(登録商標)5008」のペレットを、ホッパーから投入した。
ニーディングディスクの各1枚のパドルとして、3つの頂部(チップ)Tがディスクの幾何中心yから角度θが120°の等角度の位置に配置された3条のパドルを使用した。
頂部(チップ)Tにおける半径Daは21.0mm(0.447D)であり、頂部T間には外向きの弧を描くフランクkがあり、その中央部kにおける半径Dkは15.5mm(0.330D)である。そして、パドルの偏心量eは1.8mm=0.038Dであり、左右スクリュー2、2’上のパドルは同方向に偏心している。
頂部(チップ部)Tのチップ幅dTは2.2mm(0.047D)、チップ部の弧の半径は21mm(0.447D)である。
【0029】
スクリュー構成はRRNNLとし、Rの3条偏心ニーディングディスクはパドルを下向きにスクリュー軸の中心xに対して時計方向に30°ずらした複数枚のパドルから構成されている。Nの3条偏心ニーディングディスクはパドルをスクリュー軸中心xに対して180°ずらした複数枚のパドルから構成されている。Lの3条偏心ニーディングディスクはパドルを下向きにスクリュー軸中心xに対して反時計方向に30°ずらしたパドル複数枚から構成されているものを使用した。
【0030】
押出機のシリンダー内径Dは47.0mm、スクリュー中心間距離Aは38.7mm(0.823D)であり、この押出機装置の最大トルク密度(100%)は17.6Nm/cm3である。
【0031】
実験例1では、RRNNLを構成する各3条偏心ニーディングのパドルは各々9枚で構成されており、長さ44mmのものを使用した。各1枚のパドルの厚みは4.1mm(0.087D)であり、隣り合うパドル間には、左右のニーディングディスクの接触を無くすため、0.5mmの隙間が空いている。
押出機のスクリュー回転数を200rpm~700rpmの範囲で運転し、吐出量を300kg/hrから50kg/hrづつ上げていった。
【0032】
得られたペレットからISO多目的試験片(厚さ:4mm)を成形し、JIS K7105に準じ、日本電色工業社製SE2000型分光式色彩計で、反射法により色調(b値)を測定した。
結果を以下の表1に示す。
【0033】
【0034】
上記表1から、3条偏心ニーディングディスクを用い、回転数を400~600rpmとし、トルク密度が11~15Nm/cm3とした場合に、高い吐出量で色調が優れた樹脂ペレットが製造できることが分かる。
【0035】
[比較実験例1]
実験例1において、3条偏心ニーディングの代わりに、以下の通常の2条ニーディングディスクを使用した以外は、同様にして樹脂ペレットを製造し、同様に評価を行った。
スクリュー構成はRRNNLと実験例1と同じであり、各々の2条ニーディングスクリューのパドルの枚数は5枚であり、1枚のパドルの厚みは8.0mm(0.170D)のものを使用した。
2つある頂部(チップ)のチップ間角度は180°で、頂部での半径Daが46.1mm(0.981D)であり、2つ頂部間で外向きの弧を描くフランクの中央部k(yから最も短い距離)における半径Dkは28.8mm(0.613D)である。パドルの偏心はなく、偏心量eは0mmである。
頂部(チップ部)Tのチップ幅dTは5.2mm(0.11D)、チップ部の弧(フランク)の半径は46.1mm(0.981D)である。
【0036】
RRNNLのスクリュー構成において、Rの2条ニーディングディスクはパドルを下向きにスクリュー軸の中心xに対して時計方向に45°ずらした5枚のパドルから構成されている。Nの2条ニーディングディスクはパドルをスクリュー軸中心xに対して90°ずらした5枚のパドルから構成されている。Lの2条ニーディングディスクはパドルを下向きにスクリュー軸中心xに対して反時計方向に45°ずらしたパドル5枚から構成されている。各パドル間には0.5mmの隙間があるものを使用した。
結果を以下の表2に示す。
【0037】
【0038】
上記表2から、2条の通常のニーディングディスクでは、回転数を400~600rpmとし、トルク密度が11~15Nm/cm3としても、樹脂温度は上記表1に比べてかなり高くなり、色調が悪い樹脂ペレットしか製造できないことが分かる。
【0039】
[実験例2]
実験例1において、3条偏心9枚のニーディングディスクを、7枚パドルの3条偏心ニーディングディスクをとした以外は、実験例1と同様にして行った。
各パドルの厚みを5.5mm(0.117D)とし、隣り合うパドル間には実験例1と同様に0.5mmの隙間が空いているものを使用した。
結果を以下の表3に示す。
【0040】
【0041】
上記表3から、回転数を400~600rpmとし、トルク密度が11~15Nm/cm3とした場合に、高い吐出量で色調が優れた樹脂ペレットが製造できることが分かる。
【0042】
[実験例3]
実験例1において、3条偏心9枚のニーディングディスクを、5枚パドルの3条偏心ニーディングディスクをとした以外は、実験例1と同様にして行った。
各パドルの厚みを8.0mm(0.170D)とし、隣り合うパドル間には実験例1と同様に0.5mmの隙間が空いているものを使用した。
結果を以下の表4に示す。
【0043】
【0044】
上記表4から、回転数を400~600rpmとし、トルク密度が11~15Nm/cm3とした場合に、高い吐出量で色調が優れた樹脂ペレットが製造できることが分かる。
【0045】
[実験例4]
実験例1において、原料ポリブチレンテレフタレート樹脂ペレットを、三菱エンジニアリングプラスチックス社製のポリカーボネート樹脂「ノバレックス(登録商標)7020J」のペレットに変更した以外は同じにして、3条偏心9枚のニーディングディスクによる運転を行った。得られたペレットからISO多目的試験片(厚さ:4mm)を成形し、JIS K7105に準じ、日本電色工業社製SE2000型分光式色彩計で、透過法によりYI値を測定した。
結果を以下の表5に示す。
【0046】
【0047】
上記表5から、ポリカーボネート樹脂の場合にも、3条偏心ニーディングディスクを用い、回転数を400~600rpmとし、トルク密度が11~15Nm/cm3とした場合に、高い吐出量で色調が優れた樹脂ペレットが製造できることが分かる。
【0048】
[比較実験例2]
比較実験例1において、原料ポリブチレンテレフタレート樹脂ペレットを、三菱エンジニアリングプラスチックス社製のポリカーボネート樹脂「ノバレックス(登録商標)7020J」のペレットに変更した以外は同じにして、2条非偏心の、5枚のニーディングディスクによる運転を行った。
結果を以下の表6に示す。
【0049】
【0050】
上記表6から、2条の通常のニーディングディスクでは、回転数を400~600rpmとし、トルク密度が11~15Nm/cm3としても、樹脂温度は表5に比べてかなり高くなり、色調が悪い樹脂ペレットしか製造できないことが分かる。