特開 2024-144384 スクリュ押出機及び樹脂組成物製造方法

(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】P2024144384

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】スクリュ押出機及び樹脂組成物製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29B 7/48 20060101AFI20241003BHJP

   B29C 48/40 20190101ALI20241003BHJP

   B29C 48/58 20190101ALI20241003BHJP

   B29C 48/57 20190101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B29B7/48

B29C48/40

B29C48/58

B29C48/57

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024054827

(22)【出願日】2024-03-28

(31)【優先権主張番号】P 2023056363

(32)【優先日】2023-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】平井 佳太

(72)【発明者】

【氏名】羽田野 恵介

【テーマコード（参考）】

4F201

4F207

【Ｆターム（参考）】

4F201AA21

4F201AB03

4F201AJ08

4F201BA01

4F201BC01

4F201BC02

4F201BC13

4F201BC33

4F201BK02

4F201BK13

4F201BK26

4F201BK47

4F201BK49

4F207AA21

4F207AB03

4F207AJ08

4F207KA01

4F207KA17

4F207KF03

4F207KK13

4F207KL07

(57)【要約】

【課題】効率よく原料樹脂を変成できるスクリュ押出機を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係るスクリュ押出機１は、原料樹脂を変成するスクリュ押出機１であって、前記原料樹脂を溶融する予熱ゾーンＺ１と、前記原料樹脂に反応剤を混合する混合ゾーンＺ２と、前記原料樹脂と反応剤を反応させる反応ゾーンＺ３と、を備え、前記反応ゾーンＺ３は、シールリング２５によって複数の反応ブロックＢに区分されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料樹脂を変成するスクリュ押出機であって、
前記原料樹脂を溶融する予熱ゾーンと、
前記原料樹脂に反応剤を混合する混合ゾーンと、
前記原料樹脂と反応剤を反応させる反応ゾーンと、
を備え、
前記反応ゾーンは、シールリングによって複数の反応ブロックに区分されている、スクリュ押出機。

【請求項2】

前記反応ブロックは、フライトエレメント、カラーエレメント及びニーディングエレメントをそれぞれ有する、請求項１に記載のスクリュ押出機。

【請求項3】

前記反応ブロックは、前記混合ゾーン側から、前記フライトエレメント、前記カラーエレメントおよび前記ニーディングエレメントをこの順番に有する、請求項２に記載のスクリュ押出機。

【請求項4】

前記カラーエレメントは、前記反応ブロックのみに配設される、請求項２に記載のスクリュ押出機。

【請求項5】

前記反応ゾーンの下流側に、樹脂を攪拌して均質化する均質化ゾーン、および樹脂を送出する送出ゾーンの少なくともいずれかをさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載のスクリュ押出機。

【請求項6】

前記反応ゾーンの下流側に、樹脂を攪拌して均質化する均質化ゾーン、および樹脂を送出する送出ゾーンをこの順番にさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載のスクリュ押出機。

【請求項7】

請求項１から４のいずれかに記載のスクリュ押出機により原料樹脂に反応剤を混合して反応させる、樹脂組成物製造方法。

【請求項8】

前記原料樹脂はアクリル樹脂であり、前記反応剤はイミド化剤である、請求項７に記載の樹脂組成物製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スクリュ押出機及び樹脂組成物製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

スクリュ押出機を用いて連続的に原料樹脂を変成することで、原料樹脂と性質が異なる樹脂を含む樹脂組成物を製造する方法が知られている。スクリュ押出機のスクリュは、シャフトに、例えば材料を移動させるフライトエレメント、混練を行うニーディングエレメント、材料を堰き止めるシールリング等を装着することによって構成される。スクリュ押出機では、溶融した原料樹脂に反応剤を混合し、ニーディングエレメントを有するゾーンにおいて混練を行うことによって、原料樹脂と反応剤を反応させる（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－６２５５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

製造量を大きくするためには、スクリュ押出機の内部における樹脂の流速を大きくする必要があり、混練を行うゾーンの通過時間が短くなるため、反応が不十分となるおそれがある。原料樹脂に反応剤を混合して樹脂組成物を製造する場合、反応剤の注入量を大きくすれば反応時間を短くすることができる。しかしながら、過剰に注入された反応剤を分離し、分離された反応剤を燃焼等の方法で処理する必要が生じる場合があるため、過剰な量の反応剤を使用せずに原料樹脂を変成することが望ましい。このため、本発明は、効率よく原料樹脂を変成できるスクリュ押出機及び樹脂組成物製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係るスクリュ押出機は、原料樹脂を変成するスクリュ押出機であって、前記原料樹脂を溶融する予熱ゾーンと、前記原料樹脂に反応剤を混合する混合ゾーンと、前記原料樹脂と反応剤を反応させる反応ゾーンと、を備え、前記反応ゾーンは、シールリングによって複数の反応ブロックに区分されている。

【0006】

上述のスクリュ押出機において、前記反応ブロックは、フライトエレメント、カラーエレメント及びニーディングエレメントをそれぞれ有してもよい。

【0007】

上述のスクリュ押出機において、前記反応ブロックは、前記混合ゾーン側から、前記フライトエレメント、前記カラーエレメントおよび前記ニーディングエレメントをこの順番に有してもよい。

【0008】

上述のスクリュ押出機において、前記カラーエレメントは、前記反応ブロックのみに配設されてもよい。

【0009】

上述のスクリュ押出機において、前記カラーエレメントは、前記反応ブロックのみに配設されてもよい。

【0010】

上述のスクリュ押出機は、前記反応ゾーンの下流側に、樹脂を攪拌して均質化する均質化ゾーン、および樹脂を送出する送出ゾーンの少なくともいずれかをさらに備えてもよい。

【0011】

上述のスクリュ押出機は、前記反応ゾーンの下流側に、樹脂を攪拌して均質化する均質化ゾーン、および樹脂を送出する送出ゾーンをこの順番にさらに備えてもよい。

【0012】

本発明の別の態様に係る樹脂組成物製造方法は上述のスクリュ押出機により原料樹脂に反応剤を混合して反応させもよい。

【0013】

上述の樹脂組成物製造方法において、原料樹脂はアクリル樹脂であり、前記反応剤はイミド化剤であってもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係るスクリュ押出機及び樹脂組成物製造方法によれば、効率よく原料樹脂を変成できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係るスクリュ押出機の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。図１は、本発明の一実施形態に係るスクリュ押出機１の構成を示す模式図である。

【0017】

スクリュ押出機１は、原料樹脂を変成するために用いられる。スクリュ押出機１は、多軸押出機であってもよく、典型的には二軸押出機が想定される。スクリュ押出機１は、バレル１０と、バレルに挿入されるスクリュ２０とを備える。

【0018】

バレル１０は、原料樹脂のペレットが供給されるメインフィード口１１と、原料樹脂を変成するための反応剤が供給されるサイドフィード口１２と、原料樹脂を変成した樹脂組成物を吐出する吐出口１３と、を有する。メインフィード口１１には、原料樹脂のペレットを供給する計量フィーダ３１が接続される。サイドフィード口１２には、液体状又は気体状の反応剤を供給する供給ライン３２が接続される。吐出口１３には、変成された樹脂組成物を次工程に送出するための配管等が接続され得る。また、吐出口１３には、ブレーカプレート等の周知の構成要素が配置されてもよい。

【0019】

スクリュ２０は、シャフト２１と、シャフト２１に装着されるフライトエレメント２２、ニーディングエレメント２３、カラーエレメント２４及びシールリング２５とを有する。フライトエレメント２２は、樹脂を下流側に移動させる。ニーディングエレメント２３は、樹脂の混練を行う。カラーエレメント２４は、樹脂にできるだけ力を作用させずに通過させる。シールリング２５は、樹脂を堰き止めて通過抵抗を付与する。

【0020】

スクリュ押出機１は、バレル１０及びスクリュ２０によって樹脂の流路を画定する。スクリュ押出機１の流路は、樹脂が順番に通過する複数の流路区間として、原料樹脂を溶融する予熱ゾーンＺ１と、原料樹脂に反応剤を混合（分散及び溶解）する混合ゾーンＺ２と、原料樹脂と反応剤を反応させる反応ゾーンＺ３と、均質化ゾーンＺ４と、送出ゾーンＺ５と、を備える。

【0021】

予熱ゾーンＺ１は、メインフィード口１１を有し、複数のフライトエレメント２２を含む構成とされ得る。予熱ゾーンＺ１では、原料樹脂のペレットをフライトエレメント２２の搬送圧力および押出機のシリンダーの輻射熱により加熱して溶融させる。

【0022】

混合ゾーンＺ２は、サイドフィード口１２を有し、複数のニーディングエレメント２３を含む構成とされ得る。混合ゾーンＺ２は、好ましくは中央部にフライトエレメント２２を含む構成とされる。ニーディングエレメント２３の間にフライトエレメント２２を設けることで、樹脂組成物の温度が過度に上昇することを防止できる。

【0023】

反応ゾーンＺ３は、シールリング２５によって複数の、好ましくは３以上の反応ブロックＢに区分されている。つまり、各反応ブロックＢは、それぞれ２つのシールリング２５に挟まれる区間である。反応ブロックＢは、少なくとも１つのニーディングエレメント２３を含み、フライトエレメント２２及びカラーエレメント２４をそれぞれ含むことが好ましい。より具体的には、反応ブロックＢは、１以上のフライトエレメント２２、１以上のカラーエレメント２４及び１以上のニーディングエレメント２３をこの順番に含むことが好ましい。また、反応ブロックＢにおいても、混合ゾーンＺ２と同様に、多数のニーディングエレメント２３を設ける場合、ニーディングエレメント２３の間にカラーエレメント２４を設けることが好ましい。つまり、反応ブロックＢは、フライトエレメント２２と、カラーエレメント２４及びニーディングエレメント２３の繰返しと、を含んでもよい。

【0024】

カラーエレメント２４は、樹脂組成物に対して作用する突部を有しないため、比較的大きい容積を有する流路を形成する。このため、反応ゾーンＺ３にカラーエレメント２４を配設することによって樹脂の滞留時間を増大できるので、樹脂組成物の反応を促進できる。また、ニーディングエレメント２３の間にカラーエレメント２４を配設することで、樹脂組成物の温度が過度に上昇することを防止できる。換言すると、反応ゾーンＺ３にカラーエレメント２４を配設することによって、ニーディングエレメント２３の数を増やして変成反応をより効果的に促進できるとともに、樹脂組成物の変色等を抑制できる。

【0025】

均質化ゾーンＺ４は、ニーディングエレメント２３を含み、反応した樹脂組成物を攪拌して均質化する。均質化ゾーンＺ４も、圧力を保持して攪拌効率を向上するために、シールリング２５に挟まれていることが好ましい。

【0026】

送出ゾーンＺ５は、フライトエレメント２２を有し、樹脂組成物を次工程に送出する。送出ゾーンＺ５が有するフライトエレメント２２の数は、次工程に供給するために必要な圧力に応じて選定される。次工程としては、例えばエステル化等のさらなる変成、例えば滑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の添加剤等の混合、他の樹脂との混合等が考えられる。

【0027】

スクリュ２０において、カラーエレメント２４は反応時間を確保するために反応ブロックＢに設けられる。一方、予熱ゾーンＺ１、混合ゾーンＺ２、均質化ゾーンＺ４及び送出ゾーンＺ５にカラーエレメント２４を設けても有利な効果を得ることができず、シャフト２１の長さを無意味に占有するだけである。このため、カラーエレメント２４は、反応ブロックＢのみに配設されることが好ましい。

【0028】

以上のような構成を有するスクリュ押出機１は、カラーエレメント２４により滞留時間が増大された複数の反応ブロックＢを有する反応ゾーンＺ３を備えることによって、変成反応を効果的に促進して効率よく原料樹脂を変成できるため、過剰な反応剤を供給することなく、製造量を大きくできる。

【0029】

以上の説明から明らかなように、本発明に係る樹脂組成物製造方法の一実施形態は、上述のスクリュ押出機１により原料樹脂に反応剤を混合して反応させる。より詳しくは、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物製造方法は、原料樹脂を溶融させる工程（溶融工程）と、原料樹脂に反応剤を混合する工程（混合工程）と、原料樹脂の変成反応を促進する工程（反応促進工程）と、を備える。

【0030】

（溶融工程）
溶融工程では、ペレット状の原料樹脂をスクリュ押出機１の予熱ゾーンＺ１において溶融する。原料樹脂は、計量フィーダ３１により、スクリュ押出機１のメインフィード口１１に供給される。原料樹脂としては、特に限定されないが、例えばマレイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。原料となるアクリル樹脂としては、例えば（メタ）アクリル酸メチルのホモポリマー、（メタ）アクリル酸エステル－芳香族ビニル共重合体等が好適に使用される。

【0031】

（混合工程）
混合工程では、反応剤を供給ライン３２を通してスクリュ押出機１のサイドフィード口１２に供給し、スクリュ押出機１の混合ゾーンＺ２においてニーディングエレメント２３で攪拌することにより溶融した原料樹脂に反応剤を混合する。反応剤としては、例えばイミド化剤、アルコール等を用いることができる。

【0032】

反応剤としては、典型的にはアクリル樹脂に正の複屈折を付与するイミド化剤が用いられる。イミド化剤としては、例えば、アンモニア、モノメチルアミン、エチルアミン、ｎ－プロピルアミン、ｉ－プロピルアミン、ｎ－ブチルアミン、ｉ－ブチルアミン、ｔｅｒｔ－ブチルアミン、ｎ－ヘキシルアミン等の脂肪族炭化水素基含有アミン、アニリン、ベンジルアミン、トルイジン、トリクロロアニリン等の芳香族炭化水素基含有アミン、シクロヘキシルアミン等などの脂環式炭化水素基含有アミンを挙げることができる。また、尿素、１，３－ジメチル尿素、１，３－ジエチル尿素、１，３－ジプロピル尿素のように、加熱により、先に例示したアミンを発生する尿素系化合物を用いることもできる。これらのイミド化剤のうち、コスト、物性の面からモノメチルアミン、アンモニア、シクロヘキシルアミンを用いることが好ましく、モノメチルアミンを用いることが特に好ましい。また、常温にてガス状のモノメチルアミン等は、メタノールなどのアルコール類に溶解させた状態で使用してもよい。また、混合工程では、反応剤に加えて、必要に応じて、閉環促進剤等の触媒を添加してもよい。

【0033】

（反応促進工程）
反応促進工程では、スクリュ押出機１の反応ゾーンＺ３において、カラーエレメント２４での保持による反応時間の確保と、ニーディングエレメント２３で混練することによる変成反応の促進とを繰り返し行う。

【0034】

スクリュ押出機１の反応ゾーンＺ３における樹脂温度としては、使用する樹脂の種類や分子量に応じて適宜設定し得るが、樹脂のガラス転移温度(Ｔｇ)としたとき、Ｔｇ＋５０℃以上が好ましく、Ｔｇ＋６０℃以上がより好ましい。一方、反応ゾーンＺ３における樹脂温度の上限としては、Ｔｇ＋１６０℃以下が好ましく、Ｔｇ＋１５０℃以下がより好ましい。当該範囲とすることにより、樹脂の反応を効果的に促進できる。樹脂温度の下限としては、例えば、１８０℃が好ましく、２００℃がより好ましい。一方、反応ゾーンＺ３における樹脂温度の上限としては、２８０℃が好ましく、２６０℃がより好ましい。反応ゾーンＺ３における樹脂温度を前記下限以上とすることによって、樹脂としてアクリル樹脂を用いた場合、イミド化反応を効果的に促進できる。また、反応ゾーンＺ３における樹脂温度を前記上限以下とすることによって、樹脂の分解を抑制し、最終的に得られる樹脂組成物の強度が損なわれることを防止できる。

【0035】

反応ゾーンＺ３での樹脂の滞留時間の下限としては、１０秒が好ましく、３０秒がより好ましい。一方、反応ゾーンＺ３での樹脂の滞留時間の上限としては、１８０秒が好ましく、６０秒がより好ましい。反応ゾーンＺ３での樹脂の滞留時間を前記下限以上とすることによって、反応剤を十分に原料樹脂と反応させられる。また、反応ゾーンＺ３での樹脂の滞留時間を前記上限以下とすることによって、樹脂の流速ひいては樹脂組成物の製造量を大きくできる。

【0036】

反応ゾーンＺ３での樹脂圧力（相対圧力）の下限としては、０．５ＭＰａが好ましく、１．０ＭＰａがより好ましい。一方、反応ゾーンＺ３での樹脂圧力の上限としては、５０ＭＰａが好ましく、１０ＭＰａがより好ましい。反応ゾーンＺ３での樹脂圧力を前記下限以上とすることによって、反応剤の溶解を促進して反応速度を向上できる。また、反応ゾーンＺ３での樹脂圧力を前記上限以下とすることによって、スクリュ押出機１の耐圧性のために不必要に設備コストが増大することを防止できる。

【0037】

効率よく原料樹脂を変成できるスクリュ押出機１を用いる本実施形態の樹脂製造方法は、過剰な反応剤を供給することなく、製造量を大きくできるため、高品質の樹脂組成物を効率よく製造できる。

【0038】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。例として、本発明に係るスクリュ押出機にいて、均質化ゾーン及び送出ゾーンは必須ではない。

【符号の説明】

【0039】

１ スクリュ押出機
１０ バレル
１１ メインフィード口
１２ サイドフィード口
１３ 吐出口
２０ スクリュ
２１ シャフト
２２ フライトエレメント
２３ ニーディングエレメント
２４ カラーエレメント
２５ シールリング
３１ 計量フィーダ
３２ 供給ライン
Ｂ 反応ブロック
Ｚ１ 予熱ゾーン
Ｚ２ 混合ゾーン
Ｚ３ 反応ゾーン
Ｚ４ 均質化ゾーン
Ｚ５ 送出ゾーン

【図1】