ポリカーボネートを超臨界流体で処理する方法
実質的に耐化学性が増大した部品となるポリカーボネートから成形部品を製造する方法。この方法は、少なくとも１つのキャビティを有する鋳型を提供する工程を含むものであり、鋳型は、キャビティに近接する領域に冷却手段を有している。溶融ポリカーボネートを超臨界流体と混合して混合物を形成する。この混合物を鋳型に注入する間に、冷却手段を用いてキャビティを冷却し、その温度を１５０°Ｆ以下とする。流体圧力が短時間冷却部で保持されると、耐化学性がさらに改善される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容は、射出成形に関し、特に、超臨界流体を存在させたポリカーボネート化合物の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ビスフェノールＡカーボネート等のポリカーボネートは、多くの目的について良好な工学等級の熱可塑材である。かかる化合物は、広い温度範囲にわたって高強度、剛度および靭性を有する傾向がある。熱成形、押出し、圧縮および射出成形等の様々な溶融形成プロセスにおいて着色、化合、熱形成することができる。これらを用いることの最もよくある顕著な欠点は、耐化学性の制限、応力亀裂の受け易さ、切り欠き感度である。特に、ポリカーボネート化合物は、ベンゼン、トルエン、塩素化炭化水素、ヘプタン、酢酸エチルおよび強酸や塩基に対する抵抗が乏しい傾向がある。ポリカーボネート化合物中のモノマー単位を接続するエステル結合は加水分解性で、熱水による攻撃を受け易い分子を与える。
【０００３】
例えば、他の射出成形可能なポリマーに用いられる実質的に高い温度で鋳型を操作することにより射出成形するときに、ポリカーボネート物品表面の耐化学性を最適化する試みは知られている。例えば、業界では、ポリカーボネート用の射出成形金型は、少なくとも１８０°Ｆ、２００°Ｆ以上で操作されなければならず、これより高い温度が一般的である。高い鋳型温度を用いると、恐らく、仕上がり部品の表面に近傍の応力に係止される量が減少されることにより、鋳型サイクル時間が望ましくなく増え、耐化学性が増大する。望ましくは、鋳型サイクル時を不当に増やすことなく、その耐化学性を改善するポリカーボネート化合物を成形する方法により、業界では大きな利点が得られる。ポリカーボネートはまた、溶剤から緩慢な蒸発により、または１８０℃での長期加熱により調製すると、半結晶特徴を示すことができることも知られている。この形態は、化学攻撃による抵抗性を増大する傾向があるが、ポリカーボネートの光学明瞭度が減少する。結晶形態を導入せずにポリカーボネートの耐化学性を増大することも望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示内容は、従来の方法よりも実質的に耐化学性が増大した部品となるポリカーボネートを成形する方法を提供する。本方法は、驚くほど低い成形温度を用いるが、鋳型に達する前に、溶融ポリカーボネートへ超臨界流体を導入するのに合わせてそれを用いる。さらに、しばらくの間にわたって冷却部に圧力を維持すると耐化学性が増大することも知見された。
【０００５】
一態様において、開示内容は、ポリカーボネートから成形部品を製造する方法と考えられる。この方法は、少なくとも１つのキャビティを有する鋳型を提供する工程を含むものであり、鋳型は、注入されたポリマーと接触する鋳型コアおよびキャビティの表面を正確に制御する手段を有している。溶融ポリカーボネートを超臨界流体と混合して混合物を形成する。この混合物を鋳型に注入する間に、冷却手段を用いてキャビティを冷却し、その温度を１５０°Ｆ以下とする。
【０００６】
添付の図面のいくつかにおいては、同じ部品には同じ参照番号が付与されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に、本開示内容の方法を実施するのに好適な例示の超臨界流体注入システムのブロック図を示す。注入システム１０は、管１６を介してガスポンプ１４を供給するガス供給タンク１２を含む。ガスは、管１８を通して、プレ計量レギュレータ２０に高圧でポンピングされる。調節したガス供給を、管２２を通して、電子的に制御可能な計量バルブ２４まで、そこから管２６を通して、流量計２８まで分配する。計量バルブ２４に戻す、流量計２８との間にＰＩＤコントローラ３０が介在するフィードバックループによって、適切な重量パーセントのガスが分配される。計量された流れは管３２およびポスト計量圧力レギュレータ３４を通って、従来の成形押出し機３６のバレルへ向かう。
【実施例】
【０００８】
実施例１
単一キャビティコールドランナ鋳型として射出成形金型を作成して、成形し、図２に示す部品を形成した。例示した部品は、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）製７１０インデックスストリップ（７１０ Ｉｎｄｅｘ Ｓｔｒｉｐ）として市販されている電話線コネクタと同寸法で物理的に類似していた。成形機は、超臨界窒素流体を処理助剤として溶融ポリマーに注入することのできるように構成した。
【０００９】
ペンシルバニア州ピッツバーグのマイルスポリマー部門（Ｍｉｌｅｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ＰＡ）よりバイエルマクロロン（Ｍａｋｒｏｌｏｎ）６５５５として市販されているポリカーボネート樹脂を、成形されるポリマーとして使用して、鋳型で射出成形を実施した。鋳型は、カナダ、オンタリオのグエルフ（Ｇｕｅｌｐｈ，Ｏｎｔａｒｉｏ，ＣＡ）より市販されている往復式単軸型押出し機により供給し、１８秒の成形サイクルで２６００ｐｓｉ（１７．９ＭＰａ）の圧力で操作した。鋳型に５０°Ｆで冷却流体を供給した。これらの部品は以下の例３の実験において対照例として機能した。
【００１０】
実施例２
以下の項目以外は、実施例１に記載したとおりにしてプラスチック部品を製造した。超臨界窒素を０．３パーセントの窒素まで溶融ポリカーボネートへ溶融混合した。成形サイクル時間は１３．８秒であった。実施例１の方法に比べて、１サイクル当たり約５％少ない原材料を処理した。部品はセル状コアを備えた固体スキン層を有していた。本実施例に従って製造された部品の内部形態を図３の顕微鏡写真に示す。これらの部品は以下の例３の実験において実験例として機能した。
【００１１】
実施例３
三点曲げ装置を作成した。支持点は３インチ（７．６２ｃｍ）離れていて、実施例１および２で作成した部品を保持するのに合った寸法であった。実施例１および２の部品を曲げ装置に入れ、水平から０．０１５インチ（０．３８ｍｍ）曲げた。この曲げを維持しながら、部品をヘプタン／酢酸エチル混合物（重量基準で２：１）に入れ、タイマーを用いて、各試料について最初に裸眼で目視される亀裂が形成されたのを確認した。実施例１に従って作成した１０個の試料は亀裂形成までに２８秒の平均時間を有していた。実施例２に従って作成した１０個の試料は亀裂形成までに１６４秒の平均時間を有していた。この結果によれば、超臨界流体を用いると、ポリカーボネートにおける耐化学性を改善する作用をすることが分かる。対照および実験部品により現れる裂け目の種類は全く違っていたことに留意する。図４ａに、実施例１に従って作成した対照部品の裂け目を示す。図４ｂに実施例２に従って作成した実験部品の裂け目を示す。
【００１２】
実施例４
４つのキャビティのホットランナー鋳型として射出成形金型を作成し、成形して、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）よりＤＰＭ−ボディトップ（ＤＰＭ−Ｂｏｄｙ Ｔｏｐ）コンポーネントとして市販されている電話線コネクタを形成した。鋳型は、超臨界窒素流体を処理助剤として溶融ポリマーに注入することのできるように構成した。ペンシルバニア州ピッツバーグのマイルスポリマー部門（Ｍｉｌｅｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ＰＡ）よりバイエルマクロロン（Ｍａｋｒｏｌｏｎ）２６５８として市販されているポリカーボネート樹脂を成形するポリマーとして用いて、鋳型で２４の射出成形の計画実験を実施した。各実施において製造された１０番目の部品を固定具で、実施例３のプロトコルに従って試験した。その試験による亀裂出現時間を以下の表１に示してある。
【００１３】
【表１】
【００１４】
実施番号２４は、他のものよりも亀裂出現時間が非常に長かったことに留意する。
【００１５】
実施例５
計画実験を行って、上の実施２４で分かった耐化学性における特に注目すべき改善を追跡した。実施例４で用いた４つのキャビティのホットランナー鋳型を用いて、ペンシルバニア州ピッツバーグのマイルスポリマー部門（Ｍｉｌｅｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ＰＡ）よりバイエルマクロロン（Ｂａｙｅｒ Ｍａｋｒｏｌｏｎ）２６５８として市販されているポリカーボネート樹脂から部品を射出成形した。保持中の圧力は２６００ｐｓｉ（１７．９ＭＰａ）であった。超臨界窒素を０．１重量パーセントの量で添加し、各実施において製造された１０番目の部品を固定具で、実施例３のプロトコルに従って試験した。その試験による亀裂出現時間を以下の表２に示してある。
【００１６】
【表２】
【００１７】
低処理温度および長保持圧力が最良の耐化学性に関連している。鋳型冷却流体温度は、鋳型ホットマニホルド設計の制限のために下げることはできなかったことに留意する。
【００１８】
本開示内容の様々な修正および変更は、本開示内容の範囲および目的から逸脱することなしに当業者には明白であり、本開示内容はここに規定した説明のための実施形態に限定されないものと考えられる。特許請求の範囲が添付されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】超臨界流体注入システムを示す。
【図２】本開示内容のパラメータを試験するために制御および実験版で作成された鋳造プラスチック部品を示す。
【図３】実施例２の方法に従った処理後の図１に示す部品の内部形態を示す。
【図４ａ】従来の鋳造技術により作成した対照部品の裂け目を示す。
【図４ｂ】本開示内容の方法により作成した実験部品の裂け目を示す。
【技術分野】
【０００１】
本開示内容は、射出成形に関し、特に、超臨界流体を存在させたポリカーボネート化合物の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ビスフェノールＡカーボネート等のポリカーボネートは、多くの目的について良好な工学等級の熱可塑材である。かかる化合物は、広い温度範囲にわたって高強度、剛度および靭性を有する傾向がある。熱成形、押出し、圧縮および射出成形等の様々な溶融形成プロセスにおいて着色、化合、熱形成することができる。これらを用いることの最もよくある顕著な欠点は、耐化学性の制限、応力亀裂の受け易さ、切り欠き感度である。特に、ポリカーボネート化合物は、ベンゼン、トルエン、塩素化炭化水素、ヘプタン、酢酸エチルおよび強酸や塩基に対する抵抗が乏しい傾向がある。ポリカーボネート化合物中のモノマー単位を接続するエステル結合は加水分解性で、熱水による攻撃を受け易い分子を与える。
【０００３】
例えば、他の射出成形可能なポリマーに用いられる実質的に高い温度で鋳型を操作することにより射出成形するときに、ポリカーボネート物品表面の耐化学性を最適化する試みは知られている。例えば、業界では、ポリカーボネート用の射出成形金型は、少なくとも１８０°Ｆ、２００°Ｆ以上で操作されなければならず、これより高い温度が一般的である。高い鋳型温度を用いると、恐らく、仕上がり部品の表面に近傍の応力に係止される量が減少されることにより、鋳型サイクル時間が望ましくなく増え、耐化学性が増大する。望ましくは、鋳型サイクル時を不当に増やすことなく、その耐化学性を改善するポリカーボネート化合物を成形する方法により、業界では大きな利点が得られる。ポリカーボネートはまた、溶剤から緩慢な蒸発により、または１８０℃での長期加熱により調製すると、半結晶特徴を示すことができることも知られている。この形態は、化学攻撃による抵抗性を増大する傾向があるが、ポリカーボネートの光学明瞭度が減少する。結晶形態を導入せずにポリカーボネートの耐化学性を増大することも望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示内容は、従来の方法よりも実質的に耐化学性が増大した部品となるポリカーボネートを成形する方法を提供する。本方法は、驚くほど低い成形温度を用いるが、鋳型に達する前に、溶融ポリカーボネートへ超臨界流体を導入するのに合わせてそれを用いる。さらに、しばらくの間にわたって冷却部に圧力を維持すると耐化学性が増大することも知見された。
【０００５】
一態様において、開示内容は、ポリカーボネートから成形部品を製造する方法と考えられる。この方法は、少なくとも１つのキャビティを有する鋳型を提供する工程を含むものであり、鋳型は、注入されたポリマーと接触する鋳型コアおよびキャビティの表面を正確に制御する手段を有している。溶融ポリカーボネートを超臨界流体と混合して混合物を形成する。この混合物を鋳型に注入する間に、冷却手段を用いてキャビティを冷却し、その温度を１５０°Ｆ以下とする。
【０００６】
添付の図面のいくつかにおいては、同じ部品には同じ参照番号が付与されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に、本開示内容の方法を実施するのに好適な例示の超臨界流体注入システムのブロック図を示す。注入システム１０は、管１６を介してガスポンプ１４を供給するガス供給タンク１２を含む。ガスは、管１８を通して、プレ計量レギュレータ２０に高圧でポンピングされる。調節したガス供給を、管２２を通して、電子的に制御可能な計量バルブ２４まで、そこから管２６を通して、流量計２８まで分配する。計量バルブ２４に戻す、流量計２８との間にＰＩＤコントローラ３０が介在するフィードバックループによって、適切な重量パーセントのガスが分配される。計量された流れは管３２およびポスト計量圧力レギュレータ３４を通って、従来の成形押出し機３６のバレルへ向かう。
【実施例】
【０００８】
実施例１
単一キャビティコールドランナ鋳型として射出成形金型を作成して、成形し、図２に示す部品を形成した。例示した部品は、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）製７１０インデックスストリップ（７１０ Ｉｎｄｅｘ Ｓｔｒｉｐ）として市販されている電話線コネクタと同寸法で物理的に類似していた。成形機は、超臨界窒素流体を処理助剤として溶融ポリマーに注入することのできるように構成した。
【０００９】
ペンシルバニア州ピッツバーグのマイルスポリマー部門（Ｍｉｌｅｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ＰＡ）よりバイエルマクロロン（Ｍａｋｒｏｌｏｎ）６５５５として市販されているポリカーボネート樹脂を、成形されるポリマーとして使用して、鋳型で射出成形を実施した。鋳型は、カナダ、オンタリオのグエルフ（Ｇｕｅｌｐｈ，Ｏｎｔａｒｉｏ，ＣＡ）より市販されている往復式単軸型押出し機により供給し、１８秒の成形サイクルで２６００ｐｓｉ（１７．９ＭＰａ）の圧力で操作した。鋳型に５０°Ｆで冷却流体を供給した。これらの部品は以下の例３の実験において対照例として機能した。
【００１０】
実施例２
以下の項目以外は、実施例１に記載したとおりにしてプラスチック部品を製造した。超臨界窒素を０．３パーセントの窒素まで溶融ポリカーボネートへ溶融混合した。成形サイクル時間は１３．８秒であった。実施例１の方法に比べて、１サイクル当たり約５％少ない原材料を処理した。部品はセル状コアを備えた固体スキン層を有していた。本実施例に従って製造された部品の内部形態を図３の顕微鏡写真に示す。これらの部品は以下の例３の実験において実験例として機能した。
【００１１】
実施例３
三点曲げ装置を作成した。支持点は３インチ（７．６２ｃｍ）離れていて、実施例１および２で作成した部品を保持するのに合った寸法であった。実施例１および２の部品を曲げ装置に入れ、水平から０．０１５インチ（０．３８ｍｍ）曲げた。この曲げを維持しながら、部品をヘプタン／酢酸エチル混合物（重量基準で２：１）に入れ、タイマーを用いて、各試料について最初に裸眼で目視される亀裂が形成されたのを確認した。実施例１に従って作成した１０個の試料は亀裂形成までに２８秒の平均時間を有していた。実施例２に従って作成した１０個の試料は亀裂形成までに１６４秒の平均時間を有していた。この結果によれば、超臨界流体を用いると、ポリカーボネートにおける耐化学性を改善する作用をすることが分かる。対照および実験部品により現れる裂け目の種類は全く違っていたことに留意する。図４ａに、実施例１に従って作成した対照部品の裂け目を示す。図４ｂに実施例２に従って作成した実験部品の裂け目を示す。
【００１２】
実施例４
４つのキャビティのホットランナー鋳型として射出成形金型を作成し、成形して、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）よりＤＰＭ−ボディトップ（ＤＰＭ−Ｂｏｄｙ Ｔｏｐ）コンポーネントとして市販されている電話線コネクタを形成した。鋳型は、超臨界窒素流体を処理助剤として溶融ポリマーに注入することのできるように構成した。ペンシルバニア州ピッツバーグのマイルスポリマー部門（Ｍｉｌｅｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ＰＡ）よりバイエルマクロロン（Ｍａｋｒｏｌｏｎ）２６５８として市販されているポリカーボネート樹脂を成形するポリマーとして用いて、鋳型で２４の射出成形の計画実験を実施した。各実施において製造された１０番目の部品を固定具で、実施例３のプロトコルに従って試験した。その試験による亀裂出現時間を以下の表１に示してある。
【００１３】
【表１】
【００１４】
実施番号２４は、他のものよりも亀裂出現時間が非常に長かったことに留意する。
【００１５】
実施例５
計画実験を行って、上の実施２４で分かった耐化学性における特に注目すべき改善を追跡した。実施例４で用いた４つのキャビティのホットランナー鋳型を用いて、ペンシルバニア州ピッツバーグのマイルスポリマー部門（Ｍｉｌｅｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ＰＡ）よりバイエルマクロロン（Ｂａｙｅｒ Ｍａｋｒｏｌｏｎ）２６５８として市販されているポリカーボネート樹脂から部品を射出成形した。保持中の圧力は２６００ｐｓｉ（１７．９ＭＰａ）であった。超臨界窒素を０．１重量パーセントの量で添加し、各実施において製造された１０番目の部品を固定具で、実施例３のプロトコルに従って試験した。その試験による亀裂出現時間を以下の表２に示してある。
【００１６】
【表２】
【００１７】
低処理温度および長保持圧力が最良の耐化学性に関連している。鋳型冷却流体温度は、鋳型ホットマニホルド設計の制限のために下げることはできなかったことに留意する。
【００１８】
本開示内容の様々な修正および変更は、本開示内容の範囲および目的から逸脱することなしに当業者には明白であり、本開示内容はここに規定した説明のための実施形態に限定されないものと考えられる。特許請求の範囲が添付されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】超臨界流体注入システムを示す。
【図２】本開示内容のパラメータを試験するために制御および実験版で作成された鋳造プラスチック部品を示す。
【図３】実施例２の方法に従った処理後の図１に示す部品の内部形態を示す。
【図４ａ】従来の鋳造技術により作成した対照部品の裂け目を示す。
【図４ｂ】本開示内容の方法により作成した実験部品の裂け目を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのキャビティを中に有する鋳型であって、前記キャビティに近接する領域を冷却する手段を有する鋳型を提供する工程と、
溶融ポリカーボネートを超臨界流体と混合して混合物を形成する工程と、
混合物を前記鋳型に注入する間に、前記冷却手段を用いて前記キャビティを冷却し、その温度を１５０°Ｆ以下とする工程と、
を含むポリカーボネートから成形部品を製造する方法。
【請求項２】
前記冷却手段を用いて前記キャビティを冷却し、その温度を１３０°Ｆ以下とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記冷却手段を用いて前記キャビティを冷却し、その温度を９０°Ｆ以下とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記冷却手段を用いて前記キャビティを冷却し、その温度を６０°Ｆ以下とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
昇圧が前記鋳型の前記混合物で少なくとも０．８秒間保持される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
昇圧が前記鋳型の前記混合物で少なくとも１．０秒間保持される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
昇圧が前記鋳型の前記混合物で少なくとも１．２秒間保持される請求項６に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも１つのキャビティを中に有する鋳型であって、前記キャビティに近接する領域を冷却する手段を有する鋳型を提供する工程と、
溶融ポリカーボネートを超臨界流体と混合して混合物を形成する工程と、
混合物を前記鋳型に注入する間に、前記冷却手段を用いて前記キャビティを冷却し、その温度を１５０°Ｆ以下とする工程と、
を含むポリカーボネートから成形部品を製造する方法。
【請求項２】
前記冷却手段を用いて前記キャビティを冷却し、その温度を１３０°Ｆ以下とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記冷却手段を用いて前記キャビティを冷却し、その温度を９０°Ｆ以下とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記冷却手段を用いて前記キャビティを冷却し、その温度を６０°Ｆ以下とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
昇圧が前記鋳型の前記混合物で少なくとも０．８秒間保持される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
昇圧が前記鋳型の前記混合物で少なくとも１．０秒間保持される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
昇圧が前記鋳型の前記混合物で少なくとも１．２秒間保持される請求項６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【公表番号】特表２００８−５２９８４６（Ｐ２００８−５２９８４６Ａ）
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５５１２２（Ｐ２００７−５５５１２２）
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００２９９１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８８６２６
【国際公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００２９９１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８８６２６
【国際公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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