ゲル低減方法
【課題】ゲルが少ない樹脂混練物を高い生産性で製造する製造方法を提供する。
【解決手段】ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路５の途中位置で常に樹脂に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失ΔＰを付与して、樹脂中のゲルを低減することを特徴とするものである。具体的には、ゲルが含まれた混練済みの樹脂混練物が流通する樹脂流路５の内部に、樹脂混練物に圧力損失ΔＰを付与可能な圧力損失付加装置１を設けておくのが好ましい。
【解決手段】ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路５の途中位置で常に樹脂に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失ΔＰを付与して、樹脂中のゲルを低減することを特徴とするものである。具体的には、ゲルが含まれた混練済みの樹脂混練物が流通する樹脂流路５の内部に、樹脂混練物に圧力損失ΔＰを付与可能な圧力損失付加装置１を設けておくのが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は混練樹脂中に存在するゲルを低減させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、多種多様な用途のプラスチック製品に対して、その要求品質を満足させるために、粘度差が大きな樹脂成分同士を混練押出設備で混練するニーズが増加している。このように粘度差が大きな樹脂成分同士を混練する際には、高粘度の成分が低粘度の成分中に充分に分散されずにゲルとして混練後の樹脂（以降、樹脂混練物という）に残り、この樹脂混練物をフィルムとして成形した場合にゲルがフィッシュアイなどの外観不良の原因となったり、製品の機械的特性を低下させる原因になったりする場合がある。そこで、混練機や押出機などの混練押出設備には、樹脂混練物中のゲルをスクリーンなどを用いて低減させる技術が採用されるようになってきている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、スクリーンフィルタを有する濾過装置を用いてポリオレフィンの樹脂混練物中のゲルを低減させる方法が提案されている。この濾過装置に用いられるフィルタは、７０〜２００μｍのメッシュサイズを有しており、平方インチあたり１時間に５〜１００ポンドの濾過能力でゲルを濾し取ることができるとされている。
また、特許文献２には、スリット状の濾過装置を用いて溶融プラスチック原料（樹脂混練物）中のゲルを低減させる方法が提案されている。この特許文献２の濾過装置は、スリットを通過するゲルに大きな剪断力を与えてゲルを破壊して低減するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７３９３９１６号明細書
【特許文献２】特開２００４−２７６４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の濾過装置は、樹脂混練物中の異物などを濾過するスクリーンフィルタをゲルの低減に転用したものである。この場合のスクリーンフィルタは、ゲルを捕集する能力が主に備わったものであり、捕集されたゲルにより時間経過とともに圧力損失が上昇し、スクリーンフィルタの交換頻度が高くなってしまうので、生産性が損なわれているのが実情である。
【０００６】
一方、特許文献２の濾過装置は、スリットを通過する樹脂混練物に大きな剪断力を与えてゲルを破壊して低減するものである。ただ、この発明では、濾過装置を通過する段階の樹脂混練物は、上行程において混練押出機で被混練物が混練される際に既に大きな剪断力が与えられた後のものであるため、そのようなものに対して再度剪断力を与えて樹脂混練物中のゲルを破壊しようとしても、十分にゲルを低減できる可能性は低い。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ゲルが少ない樹脂混練物を生産性良く製造することができるゲル低減方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のゲル低減方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のゲル低減方法は、ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路の途中位置で常に当該樹脂に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与して、当該樹脂中のゲルを低減することを特徴とするものである。
また、本発明のゲル低減方法は、ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路の途中位置に当該樹脂に所定の圧力損失を生じさせる圧力損失付加装置を設けておき、前記圧力損失付加装置で前記樹脂に常に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与して、前記樹脂中のゲルを低減することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明者は、樹脂混練物に大きな剪断力を付与するのではなく、ゲルごと樹脂混練物に大きな圧力損失を生じるようにすれば、ゲルを含んだ樹脂混練物が引き伸ばされるように流動し、ゲルが破壊されてその低減が可能になるのではないかと考えた。そして、樹脂混練物に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与すれば、ゲルが少ない樹脂混練物を生産性良く製造することができることを知見して本発明を完成させたのである。
【００１０】
なお、前記樹脂に付与される圧力損失が２５．０ＭＰａＧ以下であるのが好ましい。
また、前記樹脂が、１９０℃に加熱した際のメルトインデックスが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎのＨＤＰＥであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のゲル低減方法によれば、ゲルが少ない樹脂混練物を高い生産性で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の圧力損失付加装置が設けられた混練押出設備の正面図であり、（ｂ）は圧力損失付加装置で生じる圧力損失を示す図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態の圧力損失付加装置であり、（ｂ）は第２実施形態の圧力損失付加装置であり、（ｃ）は第３実施形態の圧力損失付加装置である。
【図３】圧力損失付加装置で生じる圧力損失（圧力損失上昇）と白斑面積率の減少度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
「第１実施形態」
まず、本発明の圧力損失付加装置１を説明するにあたり、圧力損失付加装置１が設置される混練押出設備２を簡単に説明する。
図１（ａ）は、本発明の圧力損失付加装置１が設置された混練押出設備２の一例（混練機を用いる場合の例）を示したものである。
【００１４】
図例の混練押出設備２は、バレル３内に挿通された一対の混練スクリュ（図示略）で樹脂材料を混練する混練機を備えたものである。このバレル３の一方の端部（図中のバレル３の左端）にはバレル３内に材料を供給可能なホッパ４が設けられており、またもう一方の端部（図中の右端）には混練済みの樹脂材料（以下、樹脂混練物という）を混練機外に搬出する樹脂流路５が設けられている。
【００１５】
この樹脂流路５の先端には樹脂混練物をストランド（線状材）として押し出すストランドダイ６が設けられており、また樹脂流路５の中途部（途中位置）には樹脂混練物をストランドダイ６へと押し出すギヤポンプ７が配備されている。
そして、このギヤポンプ７とストランドダイ６との間の樹脂流路５には、圧力損失付加装置１が配備されている。この圧力損失付加装置１は、樹脂流路５を流れる樹脂混練物が通過する際にその樹脂混練物に常に８．８〜２５．０ＭＰａＧの範囲の圧力損失を付与するものである。なお、圧力損失の単位に付加する「Ｇ」は、ゲ−ジ圧を示すものである。
【００１６】
この８．８〜２５．０ＭＰａＧという圧力損失の範囲は、混練押出設備２を通常の運転条件で運転させるだけでは樹脂流路の途中で生じることがないような大きな圧力となっており、本発明ではこの圧力損失付加装置１を用いて、流下する樹脂混練物にあえて大きな圧力損失を定常的に付与する構成となっている。このような大きな圧力損失を樹脂混練物に付与するのは、圧力損失を生じさせるには樹脂流路の面積が制限されることを利用して、材料を引き伸ばすような伸長流を樹脂混練物に発生させたいからであり、樹脂混練物をゲルごと引き伸ばすことによりゲルを低減するためである。それ故、この圧力損失付加装置１により樹脂混練物に付与される圧力損失ΔＰは、常に８．８〜２５．０ＭＰａＧの範囲に維持されているのが好ましい。
【００１７】
具体的には、第１実施形態の圧力損失付加装置１は以下のような構成となっている。
図２（ａ）に示すように、第１実施形態の圧力損失付加装置１は、樹脂混練物を透過できないような中実の金属板などの板部材で形成されており、樹脂流路５の面積を制限して樹脂混練物の流れに対して抵抗となるように樹脂流路５に設けられている。この板部材には樹脂流路５より小さい流路断面積を有する絞り流路８が少なくとも１つ以上、図例では９箇所に亘って設けられている。
【００１８】
絞り流路８は、上流側から下流側に向けて板部材を板厚方向に（樹脂流れ方向に）貫通するように形成されており、圧力損失付加装置１の上流側の樹脂混練物を下流側に案内できるようになっている。本実施形態の絞り流路８は、樹脂混練物が絞り流路８内に滞留（停滞）しないように凹凸がない円筒面を備えた貫通孔（円形貫通孔）として形成されているが、上記した所定の圧力損失を生じさせるものであれば、勿論、多角形の貫通孔でもよい。
【００１９】
この圧力損失付加装置１に設けられた絞り流路８はいずれも（９つとも）同じ流路断面積とされており、その流路断面積は樹脂流路５の流路断面積より小さく形成されている。具体的には、各絞り流路８がミリオーダの寸法（即ちミクロンオーダの寸法であるゲルが通過するに十分過ぎる寸法）で形成されており、より詳しくは各絞り流路８の直径ｄが１（ｍｍ）以上でその流路断面積はπｄ2／４（ｍｍ2）以上に相当する面積となるようになっている。このようにすることよりゲルによる流路の閉塞を防止しつつ樹脂混練物に対して所定の圧力損失を与えることのできるよう絞り流路を形成することができる。なお、樹脂流路５の流路断面積をＳ２とした場合に、絞り流路８の流路断面積の総和であるＳ１が所定の絞り比Ｓ１／Ｓ２となるようにすることが好ましい。
【００２０】
この絞り比Ｓ１／Ｓ２は、具体的には、以下の式（１）の関係を満たすものである。
Ｓ１／Ｓ２≧４４ ・・・（１）
ただし、Ｓ１：樹脂流路の流路断面積、Ｓ２：絞り流路の流路断面積の総和
なお、絞り比Ｓ１／Ｓ２を４４より小さい値だと所望の圧力損失を得難くなり、２０２より大きい値だと圧力損失が必要十分以上となりやすい。そのため、Ｓ１／Ｓ２は４４〜２０２の範囲内とすることがより好ましい。
【００２１】
上述のような樹脂流路５よりも狭い流路断面積を有する絞り流路８に樹脂混練物を案内すれば、絞り流路８を通過する際に樹脂混練物の流路が急激に絞られ、絞り流路８に流れ込む前と後とで樹脂混練物の圧力（樹脂流路内圧）に大きな差が発生することになる。つまり、絞り流路８の上流側では樹脂混練物の圧力はＰ0、下流側ではＰ1となって、両者間に８．８〜２５．０ＭＰａＧという圧力損失ΔＰ（＝Ｐ0−Ｐ1）が発生する。
【００２２】
そして、このような圧力損失ΔＰが発生するような流路断面積の絞り流路８を通過する際には、樹脂混練物が樹脂流れ方向に沿って伸長し、この樹脂混練物の引き延ばしに伴ってゲルも引き伸ばされるため、ゲルの分散化が進行して樹脂混練物に含まれるゲルを確実に低減することが可能となるのである。
ところで、従来からあるメッシュスクリーンなどを用いたゲルを濾し取るフィルタの場合は、使用した時間が長くなって目が詰まってくると新しいものに交換されるが、仮に交換しないまま使用し続けると圧力損失が上昇し続ける可能性が考えられる。しかしながら、本発明の圧力損失付加装置１は、後述するように目詰まりのない絞り流路８を用いているため、使用した時間が長くなっても目が詰まりにくく又絞り流路分の流路面積は確保されることとなり、圧力損失ΔＰの範囲を常に８．８〜２５．０ＭＰａＧに維持することが可能となる。すなわち、従来からあるゲルを濾し取るメッシュスクリーンなどは、圧力損失の範囲を常に８．８〜２５．０ＭＰａＧに維持することはできない。
【００２３】
なお、上述した８．８〜２５．０ＭＰａＧという圧力損失ΔＰを発生可能とするような圧力損失付加装置１には、以下の実施形態（第２実施形態、第３実施形態）に示すようなさまざまな形状や構造を有するものが考えられる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の圧力損失付加装置１を説明する。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、第２実施形態の圧力損失付加装置１は、表面に絞り流路８を４つ備えた板部材を２枚組み合わせたものである。
具体的には、第２実施形態の圧力損失付加装置１は、上流側に設けられた第１板部材９と、下流側に設けられた第２板部材１０との２枚の板部材を、樹脂混練物の流れ方向に距離を空けて備えている。上流側に設けられた第１板部材９の絞り流路８１と、下流側に設けられた第２板部材１０の絞り流路８２とは樹脂流れ方向に見て非連通状態となっており、両板部材の絞り流路８１、８２同士が樹脂流路５の軸心を中心として周方向に４５°だけずれた位置関係となっている。
【００２５】
また、第１板部材９の絞り流路８１は、この第１板部材９の絞り流路８１に入る前と後とでΔＰ1という圧力損失を発生可能な流路断面積を有している。また、第２板部材１０の絞り流路８２は、この第２板部材１０の絞り流路８２に入る前と後とでΔＰ2という圧力損失を発生可能な流路断面積を有している。そして、第１板部材９で発生する圧力損失ΔＰ1と第２板部材１０で発生する圧力損失ΔＰ2との和が上述した８．８〜２５．０ＭＰａＧという数値になっている。
【００２６】
このような第２実施形態の圧力損失付加装置１は、例えば１枚の板部材からなる圧力損失付加装置１では所定の圧力損失が得られないような場合であっても、このような板部材を複数枚組み合わせることで全体として８．８〜２５．０ＭＰａＧの圧力損失を発生可能なものである。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の圧力損失付加装置１を説明する。
【００２７】
図２（ｃ）に示すように、第３実施形態の圧力損失付加装置１は、第１実施形態や第２実施形態のように中実の板部材を用いたものでなく、メッシュのような多孔状の部材１１を板状に形成しておいて、この多孔状の部材１１に更に、多孔状の各孔よりも相対的かつ十分に大きな孔からなる絞り流路８を形成したものと、その下流側に、中実の板部材に絞り流路８よりも更に大きな複数の孔を形成したものを、絞り流路８を塞がないように重ね合わせたものである。
【００２８】
具体的には、第３実施形態の圧力損失付加装置１は、絞り流路８を通過させるだけでなく多孔状の板部材１１そのものを透過することでも樹脂混練物を通過させることができるようになっている。つまり、第３実施形態の圧力損失付加装置１の上流側と下流側との間に発生する圧力損失ΔＰには、絞り流路８を通過して流れる樹脂混練物に作用する圧力損失だけでなく、多孔状の板部材１１中を通って流れる樹脂混練物の圧力損失なども作用しており、これら圧力損失の総和として、常に８．８〜２５．０ＭＰａＧの圧力損失ΔＰが発生するようにしている。
【００２９】
第３実施形態の圧力損失付加装置１は、例えば中実な板部材でなくメッシュのように樹脂混練物から異物を濾過できる多孔状の部材１１を用いても、メッシュに実質的な目詰まりを起こさないような流路を形成する工夫をすることで常に８．８〜２５．０ＭＰａＧという範囲の圧力損失が発生できることを示しており、このような多孔状の部材１１からなる圧力損失付加装置１を用いても、高い生産性を維持しつつゲルの低減が可能であることを示している。
【００３０】
本実施形態では、多孔状の部材１１として単層のメッシュに実質的な目詰まりを起こさないような流路を形成する工夫を施したものを例示しているが、多孔状の部材１１は、メッシュを積層したもの或いは多孔質のセラミック等に実質的な目詰まりを起こさないような流路を形成する工夫を施したものであってもよい。
【実施例】
【００３１】
次に、実施例及び比較例を用いて、本発明のゲル低減方法の作用効果をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、実際に圧力損失付加装置１を装着した混練押出設備２を用いて樹脂混練物を生産する実験をした際に、樹脂混練物中にゲルが確認されるかどうかを確認したものである。
【００３２】
この実施例及び比較例は、いずれも第１実施形態で示した絞り流路８を有する中実の板部材から構成された圧力損失付加装置１において、絞り流路８の流路径及び設置数を変えることにより、絞り流路８の流路断面積を変化させたものである。
この実施例及び比較例に用いた混練押出設備２は、いずれも二軸混練機（ＬＣＭ５０）からギヤポンプ７を経由してストランドダイ６に樹脂混練物を搬送する樹脂流路５上に、図１（ｂ）および図２（ａ）〜（ｃ）に例示されるような圧力損失付加装置支持体１ｂによって外周が支持された圧力損失付加装置１を装着したものである。二軸混練機から排出される樹脂混練物は、高密度ポリエチレン（密度＝０．９４５ｇ／ｃｍ3、メルトインデックス＝０．０８ｇ／１０ｍｉｎ、 １９０℃、２．１６ｋｇ荷重；ＪＩＳ Ｋ ７２１０）を母材として、この母材に分散確認用粒子としてカーボンブラックを２．３％混合したものである。この混練押出設備２には高密度ポリエチレンとカーボンブラックとがドライ状態で供給され、混練押出設備２で混練された樹脂混練物が樹脂流路５を通じて装置外に送り出されている。
【００３３】
表１は、圧力損失付加装置１の絞り流路８について、その口径を１ｍｍ、１．１５ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、絞り流路８なしの５水準で変化させると共に、圧力損失付加装置１に設置される絞り流路８の設置数を０箇所、４箇所、６箇所、９箇所、１６箇所の５水準で変化させて圧力損失に変化をつけたものであり、圧力損失に応じて後述する白斑面積率及び白斑面積率の減少度がどのように変化するかを示したものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
なお、白斑面積率は、ストランドダイ６から押し出された樹脂混練物中に、どの程度混練が不十分な部分、つまりゲルが観察されるかを面積比で示したものである。つまり、上述した組成では、混練により分散されるべきゲル成分が十分に分散されない場合、押し出された樹脂混練物中にカーボンブラックにより着色されない透明部分（ゲルが存在する部分）がゲルの面積率として観察される。
【００３６】
それゆえ、押し出された樹脂混練物をミクロトーム法を用いて２０μｍの薄片に切り出し、切り出された薄片中に透明部分がどの程度存在するかを計測すれば、ゲルの低減度合いを評価することができる。なお、この面積率の計測は、光学顕微鏡の２００倍の視野に対して、二値化処理を行って求めたものである。
また、白斑面積率の減少度は、圧力損失付加装置の圧力損失が０ＭＰａＧの時、言い換えれば圧力損失付加装置を用いない時の白斑面積率を基準（減少度０％）として、各圧力損失における白斑面積率が基準からどの程度減少したかを百分率で表示したものである。
【００３７】
図３は、白斑面積率の減少度を圧力損失に対してプロットしたものである。図３に示すように、圧力損失付加装置１の上流側と下流側との間に発生する圧力損失が０ＭＰａＧ→５．９ＭＰａＧ→８．８ＭＰａＧと大きくなっていくと、白斑面積率の減少度も０％→５２．１％→７９．２％と大きくなっていき、圧力損失に合わせて白斑面積率も徐々に減少する。
【００３８】
しかし、圧力損失付加装置による圧力損失を８．８ＭＰａＧを超えて増加させても、白斑面積率の減少度は１４．２ＭＰａＧで８３．３％、１９．６ＭＰａＧで８５．４％となり、８０％強のままを維持して、それ以上減少度が大きくなることがなくなる。つまり、圧力損失付加装置１を設けて混練樹脂に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与できれば、白斑面積率の減少度を安定して高く維持した樹脂混練物を得ることが可能となる。特に、圧力損失が１０ＭＰａＧを超えると白斑面積率の減少度が８０％以上で安定するため、１０ＭＰａＧより大きくすることがより好ましい。
【００３９】
なお、圧力損失を８．８ＭＰａＧ以上にすれば良いからと言って、圧力損失を大きくしすぎると押出装置（単軸あるいは２軸押出機、ギヤポンプ７など）の軸受に設計上の限界を超える圧力が作用して軸受の耐久性が下がったり、ケーシングに設計上の耐圧限界値を超えて圧力が作用してケーシングの破損が起こったりするので好ましくない。例えば、上述した混練押出設備２においてＨＤＰＥ（メルインデックス＝０．０１〜１０／１０ｍｉｎ、１９０℃、２．１６ｋｇ、密度＝０．９３０〜０．９７０ｇ／ｃｍ3）の樹脂混練物を押し出す場合であれば、この樹脂混練物に加えることのできる装置強度に起因する圧力の限界は設計上３５ＭＰａＧ程度であり、樹脂の押し出しに必要な加工圧の分として１０ＭＰａＧを差し引くと、圧力損失付加装置１として樹脂混練物に付与できるものは２５ＭＰａＧ程度が実質的な限界となる。
【００４０】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
なお、上述した混練押出設備２には混練機が用いられているが、本発明の圧力損失付加装置１は押出機に設けられていても良いし、押出機や混練機以外のものであってゲルが含まれた樹脂混練物を扱う設備に設けられていても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１ 圧力損失付加装置
１ｂ圧力損失付加装置支持体
２ 混練押出設備
３ バレル
４ ホッパ
５ 樹脂流路
６ ストランドダイ
７ ギヤポンプ
８ 絞り流路
９ 第１板部材
１０ 第２板部材
１１ 多孔状の部材
ΔＰ 圧力損失
【技術分野】
【０００１】
本発明は混練樹脂中に存在するゲルを低減させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、多種多様な用途のプラスチック製品に対して、その要求品質を満足させるために、粘度差が大きな樹脂成分同士を混練押出設備で混練するニーズが増加している。このように粘度差が大きな樹脂成分同士を混練する際には、高粘度の成分が低粘度の成分中に充分に分散されずにゲルとして混練後の樹脂（以降、樹脂混練物という）に残り、この樹脂混練物をフィルムとして成形した場合にゲルがフィッシュアイなどの外観不良の原因となったり、製品の機械的特性を低下させる原因になったりする場合がある。そこで、混練機や押出機などの混練押出設備には、樹脂混練物中のゲルをスクリーンなどを用いて低減させる技術が採用されるようになってきている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、スクリーンフィルタを有する濾過装置を用いてポリオレフィンの樹脂混練物中のゲルを低減させる方法が提案されている。この濾過装置に用いられるフィルタは、７０〜２００μｍのメッシュサイズを有しており、平方インチあたり１時間に５〜１００ポンドの濾過能力でゲルを濾し取ることができるとされている。
また、特許文献２には、スリット状の濾過装置を用いて溶融プラスチック原料（樹脂混練物）中のゲルを低減させる方法が提案されている。この特許文献２の濾過装置は、スリットを通過するゲルに大きな剪断力を与えてゲルを破壊して低減するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７３９３９１６号明細書
【特許文献２】特開２００４−２７６４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の濾過装置は、樹脂混練物中の異物などを濾過するスクリーンフィルタをゲルの低減に転用したものである。この場合のスクリーンフィルタは、ゲルを捕集する能力が主に備わったものであり、捕集されたゲルにより時間経過とともに圧力損失が上昇し、スクリーンフィルタの交換頻度が高くなってしまうので、生産性が損なわれているのが実情である。
【０００６】
一方、特許文献２の濾過装置は、スリットを通過する樹脂混練物に大きな剪断力を与えてゲルを破壊して低減するものである。ただ、この発明では、濾過装置を通過する段階の樹脂混練物は、上行程において混練押出機で被混練物が混練される際に既に大きな剪断力が与えられた後のものであるため、そのようなものに対して再度剪断力を与えて樹脂混練物中のゲルを破壊しようとしても、十分にゲルを低減できる可能性は低い。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ゲルが少ない樹脂混練物を生産性良く製造することができるゲル低減方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のゲル低減方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のゲル低減方法は、ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路の途中位置で常に当該樹脂に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与して、当該樹脂中のゲルを低減することを特徴とするものである。
また、本発明のゲル低減方法は、ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路の途中位置に当該樹脂に所定の圧力損失を生じさせる圧力損失付加装置を設けておき、前記圧力損失付加装置で前記樹脂に常に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与して、前記樹脂中のゲルを低減することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明者は、樹脂混練物に大きな剪断力を付与するのではなく、ゲルごと樹脂混練物に大きな圧力損失を生じるようにすれば、ゲルを含んだ樹脂混練物が引き伸ばされるように流動し、ゲルが破壊されてその低減が可能になるのではないかと考えた。そして、樹脂混練物に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与すれば、ゲルが少ない樹脂混練物を生産性良く製造することができることを知見して本発明を完成させたのである。
【００１０】
なお、前記樹脂に付与される圧力損失が２５．０ＭＰａＧ以下であるのが好ましい。
また、前記樹脂が、１９０℃に加熱した際のメルトインデックスが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎのＨＤＰＥであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のゲル低減方法によれば、ゲルが少ない樹脂混練物を高い生産性で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の圧力損失付加装置が設けられた混練押出設備の正面図であり、（ｂ）は圧力損失付加装置で生じる圧力損失を示す図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態の圧力損失付加装置であり、（ｂ）は第２実施形態の圧力損失付加装置であり、（ｃ）は第３実施形態の圧力損失付加装置である。
【図３】圧力損失付加装置で生じる圧力損失（圧力損失上昇）と白斑面積率の減少度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
「第１実施形態」
まず、本発明の圧力損失付加装置１を説明するにあたり、圧力損失付加装置１が設置される混練押出設備２を簡単に説明する。
図１（ａ）は、本発明の圧力損失付加装置１が設置された混練押出設備２の一例（混練機を用いる場合の例）を示したものである。
【００１４】
図例の混練押出設備２は、バレル３内に挿通された一対の混練スクリュ（図示略）で樹脂材料を混練する混練機を備えたものである。このバレル３の一方の端部（図中のバレル３の左端）にはバレル３内に材料を供給可能なホッパ４が設けられており、またもう一方の端部（図中の右端）には混練済みの樹脂材料（以下、樹脂混練物という）を混練機外に搬出する樹脂流路５が設けられている。
【００１５】
この樹脂流路５の先端には樹脂混練物をストランド（線状材）として押し出すストランドダイ６が設けられており、また樹脂流路５の中途部（途中位置）には樹脂混練物をストランドダイ６へと押し出すギヤポンプ７が配備されている。
そして、このギヤポンプ７とストランドダイ６との間の樹脂流路５には、圧力損失付加装置１が配備されている。この圧力損失付加装置１は、樹脂流路５を流れる樹脂混練物が通過する際にその樹脂混練物に常に８．８〜２５．０ＭＰａＧの範囲の圧力損失を付与するものである。なお、圧力損失の単位に付加する「Ｇ」は、ゲ−ジ圧を示すものである。
【００１６】
この８．８〜２５．０ＭＰａＧという圧力損失の範囲は、混練押出設備２を通常の運転条件で運転させるだけでは樹脂流路の途中で生じることがないような大きな圧力となっており、本発明ではこの圧力損失付加装置１を用いて、流下する樹脂混練物にあえて大きな圧力損失を定常的に付与する構成となっている。このような大きな圧力損失を樹脂混練物に付与するのは、圧力損失を生じさせるには樹脂流路の面積が制限されることを利用して、材料を引き伸ばすような伸長流を樹脂混練物に発生させたいからであり、樹脂混練物をゲルごと引き伸ばすことによりゲルを低減するためである。それ故、この圧力損失付加装置１により樹脂混練物に付与される圧力損失ΔＰは、常に８．８〜２５．０ＭＰａＧの範囲に維持されているのが好ましい。
【００１７】
具体的には、第１実施形態の圧力損失付加装置１は以下のような構成となっている。
図２（ａ）に示すように、第１実施形態の圧力損失付加装置１は、樹脂混練物を透過できないような中実の金属板などの板部材で形成されており、樹脂流路５の面積を制限して樹脂混練物の流れに対して抵抗となるように樹脂流路５に設けられている。この板部材には樹脂流路５より小さい流路断面積を有する絞り流路８が少なくとも１つ以上、図例では９箇所に亘って設けられている。
【００１８】
絞り流路８は、上流側から下流側に向けて板部材を板厚方向に（樹脂流れ方向に）貫通するように形成されており、圧力損失付加装置１の上流側の樹脂混練物を下流側に案内できるようになっている。本実施形態の絞り流路８は、樹脂混練物が絞り流路８内に滞留（停滞）しないように凹凸がない円筒面を備えた貫通孔（円形貫通孔）として形成されているが、上記した所定の圧力損失を生じさせるものであれば、勿論、多角形の貫通孔でもよい。
【００１９】
この圧力損失付加装置１に設けられた絞り流路８はいずれも（９つとも）同じ流路断面積とされており、その流路断面積は樹脂流路５の流路断面積より小さく形成されている。具体的には、各絞り流路８がミリオーダの寸法（即ちミクロンオーダの寸法であるゲルが通過するに十分過ぎる寸法）で形成されており、より詳しくは各絞り流路８の直径ｄが１（ｍｍ）以上でその流路断面積はπｄ2／４（ｍｍ2）以上に相当する面積となるようになっている。このようにすることよりゲルによる流路の閉塞を防止しつつ樹脂混練物に対して所定の圧力損失を与えることのできるよう絞り流路を形成することができる。なお、樹脂流路５の流路断面積をＳ２とした場合に、絞り流路８の流路断面積の総和であるＳ１が所定の絞り比Ｓ１／Ｓ２となるようにすることが好ましい。
【００２０】
この絞り比Ｓ１／Ｓ２は、具体的には、以下の式（１）の関係を満たすものである。
Ｓ１／Ｓ２≧４４ ・・・（１）
ただし、Ｓ１：樹脂流路の流路断面積、Ｓ２：絞り流路の流路断面積の総和
なお、絞り比Ｓ１／Ｓ２を４４より小さい値だと所望の圧力損失を得難くなり、２０２より大きい値だと圧力損失が必要十分以上となりやすい。そのため、Ｓ１／Ｓ２は４４〜２０２の範囲内とすることがより好ましい。
【００２１】
上述のような樹脂流路５よりも狭い流路断面積を有する絞り流路８に樹脂混練物を案内すれば、絞り流路８を通過する際に樹脂混練物の流路が急激に絞られ、絞り流路８に流れ込む前と後とで樹脂混練物の圧力（樹脂流路内圧）に大きな差が発生することになる。つまり、絞り流路８の上流側では樹脂混練物の圧力はＰ0、下流側ではＰ1となって、両者間に８．８〜２５．０ＭＰａＧという圧力損失ΔＰ（＝Ｐ0−Ｐ1）が発生する。
【００２２】
そして、このような圧力損失ΔＰが発生するような流路断面積の絞り流路８を通過する際には、樹脂混練物が樹脂流れ方向に沿って伸長し、この樹脂混練物の引き延ばしに伴ってゲルも引き伸ばされるため、ゲルの分散化が進行して樹脂混練物に含まれるゲルを確実に低減することが可能となるのである。
ところで、従来からあるメッシュスクリーンなどを用いたゲルを濾し取るフィルタの場合は、使用した時間が長くなって目が詰まってくると新しいものに交換されるが、仮に交換しないまま使用し続けると圧力損失が上昇し続ける可能性が考えられる。しかしながら、本発明の圧力損失付加装置１は、後述するように目詰まりのない絞り流路８を用いているため、使用した時間が長くなっても目が詰まりにくく又絞り流路分の流路面積は確保されることとなり、圧力損失ΔＰの範囲を常に８．８〜２５．０ＭＰａＧに維持することが可能となる。すなわち、従来からあるゲルを濾し取るメッシュスクリーンなどは、圧力損失の範囲を常に８．８〜２５．０ＭＰａＧに維持することはできない。
【００２３】
なお、上述した８．８〜２５．０ＭＰａＧという圧力損失ΔＰを発生可能とするような圧力損失付加装置１には、以下の実施形態（第２実施形態、第３実施形態）に示すようなさまざまな形状や構造を有するものが考えられる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の圧力損失付加装置１を説明する。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、第２実施形態の圧力損失付加装置１は、表面に絞り流路８を４つ備えた板部材を２枚組み合わせたものである。
具体的には、第２実施形態の圧力損失付加装置１は、上流側に設けられた第１板部材９と、下流側に設けられた第２板部材１０との２枚の板部材を、樹脂混練物の流れ方向に距離を空けて備えている。上流側に設けられた第１板部材９の絞り流路８１と、下流側に設けられた第２板部材１０の絞り流路８２とは樹脂流れ方向に見て非連通状態となっており、両板部材の絞り流路８１、８２同士が樹脂流路５の軸心を中心として周方向に４５°だけずれた位置関係となっている。
【００２５】
また、第１板部材９の絞り流路８１は、この第１板部材９の絞り流路８１に入る前と後とでΔＰ1という圧力損失を発生可能な流路断面積を有している。また、第２板部材１０の絞り流路８２は、この第２板部材１０の絞り流路８２に入る前と後とでΔＰ2という圧力損失を発生可能な流路断面積を有している。そして、第１板部材９で発生する圧力損失ΔＰ1と第２板部材１０で発生する圧力損失ΔＰ2との和が上述した８．８〜２５．０ＭＰａＧという数値になっている。
【００２６】
このような第２実施形態の圧力損失付加装置１は、例えば１枚の板部材からなる圧力損失付加装置１では所定の圧力損失が得られないような場合であっても、このような板部材を複数枚組み合わせることで全体として８．８〜２５．０ＭＰａＧの圧力損失を発生可能なものである。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の圧力損失付加装置１を説明する。
【００２７】
図２（ｃ）に示すように、第３実施形態の圧力損失付加装置１は、第１実施形態や第２実施形態のように中実の板部材を用いたものでなく、メッシュのような多孔状の部材１１を板状に形成しておいて、この多孔状の部材１１に更に、多孔状の各孔よりも相対的かつ十分に大きな孔からなる絞り流路８を形成したものと、その下流側に、中実の板部材に絞り流路８よりも更に大きな複数の孔を形成したものを、絞り流路８を塞がないように重ね合わせたものである。
【００２８】
具体的には、第３実施形態の圧力損失付加装置１は、絞り流路８を通過させるだけでなく多孔状の板部材１１そのものを透過することでも樹脂混練物を通過させることができるようになっている。つまり、第３実施形態の圧力損失付加装置１の上流側と下流側との間に発生する圧力損失ΔＰには、絞り流路８を通過して流れる樹脂混練物に作用する圧力損失だけでなく、多孔状の板部材１１中を通って流れる樹脂混練物の圧力損失なども作用しており、これら圧力損失の総和として、常に８．８〜２５．０ＭＰａＧの圧力損失ΔＰが発生するようにしている。
【００２９】
第３実施形態の圧力損失付加装置１は、例えば中実な板部材でなくメッシュのように樹脂混練物から異物を濾過できる多孔状の部材１１を用いても、メッシュに実質的な目詰まりを起こさないような流路を形成する工夫をすることで常に８．８〜２５．０ＭＰａＧという範囲の圧力損失が発生できることを示しており、このような多孔状の部材１１からなる圧力損失付加装置１を用いても、高い生産性を維持しつつゲルの低減が可能であることを示している。
【００３０】
本実施形態では、多孔状の部材１１として単層のメッシュに実質的な目詰まりを起こさないような流路を形成する工夫を施したものを例示しているが、多孔状の部材１１は、メッシュを積層したもの或いは多孔質のセラミック等に実質的な目詰まりを起こさないような流路を形成する工夫を施したものであってもよい。
【実施例】
【００３１】
次に、実施例及び比較例を用いて、本発明のゲル低減方法の作用効果をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、実際に圧力損失付加装置１を装着した混練押出設備２を用いて樹脂混練物を生産する実験をした際に、樹脂混練物中にゲルが確認されるかどうかを確認したものである。
【００３２】
この実施例及び比較例は、いずれも第１実施形態で示した絞り流路８を有する中実の板部材から構成された圧力損失付加装置１において、絞り流路８の流路径及び設置数を変えることにより、絞り流路８の流路断面積を変化させたものである。
この実施例及び比較例に用いた混練押出設備２は、いずれも二軸混練機（ＬＣＭ５０）からギヤポンプ７を経由してストランドダイ６に樹脂混練物を搬送する樹脂流路５上に、図１（ｂ）および図２（ａ）〜（ｃ）に例示されるような圧力損失付加装置支持体１ｂによって外周が支持された圧力損失付加装置１を装着したものである。二軸混練機から排出される樹脂混練物は、高密度ポリエチレン（密度＝０．９４５ｇ／ｃｍ3、メルトインデックス＝０．０８ｇ／１０ｍｉｎ、 １９０℃、２．１６ｋｇ荷重；ＪＩＳ Ｋ ７２１０）を母材として、この母材に分散確認用粒子としてカーボンブラックを２．３％混合したものである。この混練押出設備２には高密度ポリエチレンとカーボンブラックとがドライ状態で供給され、混練押出設備２で混練された樹脂混練物が樹脂流路５を通じて装置外に送り出されている。
【００３３】
表１は、圧力損失付加装置１の絞り流路８について、その口径を１ｍｍ、１．１５ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、絞り流路８なしの５水準で変化させると共に、圧力損失付加装置１に設置される絞り流路８の設置数を０箇所、４箇所、６箇所、９箇所、１６箇所の５水準で変化させて圧力損失に変化をつけたものであり、圧力損失に応じて後述する白斑面積率及び白斑面積率の減少度がどのように変化するかを示したものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
なお、白斑面積率は、ストランドダイ６から押し出された樹脂混練物中に、どの程度混練が不十分な部分、つまりゲルが観察されるかを面積比で示したものである。つまり、上述した組成では、混練により分散されるべきゲル成分が十分に分散されない場合、押し出された樹脂混練物中にカーボンブラックにより着色されない透明部分（ゲルが存在する部分）がゲルの面積率として観察される。
【００３６】
それゆえ、押し出された樹脂混練物をミクロトーム法を用いて２０μｍの薄片に切り出し、切り出された薄片中に透明部分がどの程度存在するかを計測すれば、ゲルの低減度合いを評価することができる。なお、この面積率の計測は、光学顕微鏡の２００倍の視野に対して、二値化処理を行って求めたものである。
また、白斑面積率の減少度は、圧力損失付加装置の圧力損失が０ＭＰａＧの時、言い換えれば圧力損失付加装置を用いない時の白斑面積率を基準（減少度０％）として、各圧力損失における白斑面積率が基準からどの程度減少したかを百分率で表示したものである。
【００３７】
図３は、白斑面積率の減少度を圧力損失に対してプロットしたものである。図３に示すように、圧力損失付加装置１の上流側と下流側との間に発生する圧力損失が０ＭＰａＧ→５．９ＭＰａＧ→８．８ＭＰａＧと大きくなっていくと、白斑面積率の減少度も０％→５２．１％→７９．２％と大きくなっていき、圧力損失に合わせて白斑面積率も徐々に減少する。
【００３８】
しかし、圧力損失付加装置による圧力損失を８．８ＭＰａＧを超えて増加させても、白斑面積率の減少度は１４．２ＭＰａＧで８３．３％、１９．６ＭＰａＧで８５．４％となり、８０％強のままを維持して、それ以上減少度が大きくなることがなくなる。つまり、圧力損失付加装置１を設けて混練樹脂に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与できれば、白斑面積率の減少度を安定して高く維持した樹脂混練物を得ることが可能となる。特に、圧力損失が１０ＭＰａＧを超えると白斑面積率の減少度が８０％以上で安定するため、１０ＭＰａＧより大きくすることがより好ましい。
【００３９】
なお、圧力損失を８．８ＭＰａＧ以上にすれば良いからと言って、圧力損失を大きくしすぎると押出装置（単軸あるいは２軸押出機、ギヤポンプ７など）の軸受に設計上の限界を超える圧力が作用して軸受の耐久性が下がったり、ケーシングに設計上の耐圧限界値を超えて圧力が作用してケーシングの破損が起こったりするので好ましくない。例えば、上述した混練押出設備２においてＨＤＰＥ（メルインデックス＝０．０１〜１０／１０ｍｉｎ、１９０℃、２．１６ｋｇ、密度＝０．９３０〜０．９７０ｇ／ｃｍ3）の樹脂混練物を押し出す場合であれば、この樹脂混練物に加えることのできる装置強度に起因する圧力の限界は設計上３５ＭＰａＧ程度であり、樹脂の押し出しに必要な加工圧の分として１０ＭＰａＧを差し引くと、圧力損失付加装置１として樹脂混練物に付与できるものは２５ＭＰａＧ程度が実質的な限界となる。
【００４０】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
なお、上述した混練押出設備２には混練機が用いられているが、本発明の圧力損失付加装置１は押出機に設けられていても良いし、押出機や混練機以外のものであってゲルが含まれた樹脂混練物を扱う設備に設けられていても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１ 圧力損失付加装置
１ｂ圧力損失付加装置支持体
２ 混練押出設備
３ バレル
４ ホッパ
５ 樹脂流路
６ ストランドダイ
７ ギヤポンプ
８ 絞り流路
９ 第１板部材
１０ 第２板部材
１１ 多孔状の部材
ΔＰ 圧力損失
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路の途中位置で常に当該樹脂に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与して、当該樹脂中のゲルを低減することを特徴とするゲル低減方法。
【請求項２】
ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路の途中位置に当該樹脂に所定の圧力損失を生じさせる圧力損失付加装置を設けておき、
前記圧力損失付加装置で前記樹脂に常に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与して、前記樹脂中のゲルを低減することを特徴とするゲル低減方法。
【請求項３】
前記樹脂に付与される圧力損失２５．０ＭＰａＧ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のゲル低減方法。
【請求項４】
前記樹脂が、１９０℃に加熱した際のメルトインデックスが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎのＨＤＰＥであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゲル低減方法。
【請求項１】
ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路の途中位置で常に当該樹脂に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与して、当該樹脂中のゲルを低減することを特徴とするゲル低減方法。
【請求項２】
ゲルが含まれた混練済みの樹脂が内部を流通する樹脂流路の途中位置に当該樹脂に所定の圧力損失を生じさせる圧力損失付加装置を設けておき、
前記圧力損失付加装置で前記樹脂に常に８．８ＭＰａＧ以上の圧力損失を付与して、前記樹脂中のゲルを低減することを特徴とするゲル低減方法。
【請求項３】
前記樹脂に付与される圧力損失２５．０ＭＰａＧ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のゲル低減方法。
【請求項４】
前記樹脂が、１９０℃に加熱した際のメルトインデックスが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎのＨＤＰＥであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゲル低減方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１８７８５８（Ｐ２０１２−１８７８５８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４２３０（Ｐ２０１１−５４２３０）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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