JP2005280064A - 樹脂成形機および樹脂成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有害な有機物分子を放出しないプラスチック部材、プラスチックフィルム、プラスチック繊維を製造するためには、従来は樹脂を高温にできないため射出または押し出し圧力を高くしなければならず、そのため装置は大型、大重量、高消費電力になっていた。
【解決手段】 酸化分解および触媒効果による分解を抑制する手段を採用することにより、溶融プラスチックは高い温度まで分解・解離を起こさず、きわめて粘性の低い溶融プラスチックになる。よって、フィルム押し出し、細管繊維押し出し、金型射出成形ともきわめてわずかな押し出し、射出圧力で実行することができ、成形機を小型軽量にすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は樹脂成形機および樹脂成形方法に関し、特に射出成形機、フィルム押し出し成形機、繊維押し出し成形機、およびその成形方法に関する。

樹脂成形においては、有害な有機物分子をいっさい放出しないプラスチック部材、プラスチックフィルム、プラスチック繊維を製造することが望まれている。ここで、有害な有機物分子とは通常は分子量１，０００以下の低分子量成分のものをいう。その理由は、１，０００以上の分子量になると蒸気圧が小さくて大気には放出されないからである。ただし、温度が上昇するにつれて放出される分子量は高い側にずれて行くので、有害な低分子有機物の分子量はそれによって変動する。このような樹脂成形品を、可能な限り小型、軽量、低消費電力の成形機で製造することが期待されている。

従来の樹脂成形技術においては、高分子材料が分解・解離して低分子有機物にならないような一定の温度で溶融樹脂を扱っていた。このような温度は、従来は例えば２８０℃程度であり、その結果溶融樹脂の粘性は高いので、１，５００トンもの型締め圧力が必要だった。そのような法外な圧力に耐える必要があるため、成形機は大型、大重量のものとなり、消費電力も大きかった。射出圧力や型締め圧力を減らすためには溶融樹脂の粘性を低くしなければならないが、そのために樹脂の温度を２８０℃程度よりも上昇させると従来の成形機では高分子樹脂が分解・解離してしまった。

また、たとえば最近の樹脂製光学部材は、ますます薄型化、大型化、表面形状微細化しており、計算された光学形状を形成させるため、溶融樹脂を低粘度化し、流動性を確保する必要が出てきている。

樹脂の溶融粘度を低くする方法として、樹脂そのものの特性を変える方法もあるが、簡便に樹脂材料を低粘度化させる方法は、溶融時の温度を高くすることである。しかし、樹脂の溶融温度を高くすることは、上記のように樹脂の分解劣化を招くことになる。光学部材は、その透明度が重要である。樹脂成形工程において、加熱溶融される樹脂は、その温度が高温になるほど分解劣化しやすくなる。また、高温溶融時に酸素が存在すると、反応して容易に酸化劣化される。通常、酸化劣化温度は酸化雰囲気でない状態での分解劣化温度より低温である。酸化劣化された樹脂は着色したり、屈折率が変化したりする。これらは、そのまま成形品中に残留され、異物となるため、透明度が落ち、品質劣化の原因となる。また、高温での滞留時間が長いほど、酸化劣化をうけやすい。酸化劣化され、成形品中に残留した異物は、やけ、黒点、イエロー、ぶつ、フィシュアイ、ゲル等と呼ばれ、成形不良の大きな要因である。

その対策として、最近は、成形機中を窒素封止したり、酸素を含む空気を強制排気するような構造の成形機が開発され、利用されている。

しかし、系内の酸素を完全に除去することは不可能であり、不良を完全になくすことは出来ない。また、高温溶融状態での滞留時間を短くすると、未溶融の樹脂がそのまま成形品中に押し出され、不良原因となるため、最適な成形条件を見つけることが非常に困難である。

したがって本発明の目的は、有害な有機物分子を放出しないプラスチック部材、プラスチックフィルム、プラスチック繊維の製造が可能な樹脂成形機および樹脂成形方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、小型、軽量、低消費電力の樹脂成形機を提供することにある。

本発明の一態様によれば、溶融樹脂を成形する樹脂成形機において、高分子材料が分解または解離して低分子有機物になることを抑制する手段を有することを特徴とする樹脂成形機が得られる。また、溶融樹脂を成形する樹脂成形機において、高分子材料が分解または解離して低分子有機物になることを抑制しつつ前記溶融樹脂の粘性を下げる手段を有し、樹脂成形のための射出または押し出しに必要な圧力を低減したことを特徴とする樹脂成形機が得られる。

前記手段は酸化による分解または解離を抑制する手段を含むことを特徴とする。前記手段は溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素濃度を１０ｐｐｍ以下とする手段を含むことが好ましい。前記手段は溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における水分（Ｈ２Ｏ）の濃度を１０ｐｐｍ以下とする手段をさらに含むことが好ましい。

前記樹脂はアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、脂環式オレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、ハイドロカーボン系樹脂およびフロロカーボン系樹脂からなる群から選ばれた樹脂の少なくとも一つでありうる。

前記手段は溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素および水分の少なくとも一方の濃度を１ｐｐｍ以下とする手段を含み、かつ前記樹脂はハイドロカーボン系樹脂を含むことも本発明の特徴である。酸素および水分の少なくとも一方の濃度は０．１ｐｐｍ以下であることがこの場合さらに好ましい。

あるいは、前記手段は溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素および水分の少なくとも一方の濃度を１０ｐｐｍ以下とする手段を含み、かつ前記樹脂はフロロカーボン系樹脂を含むことも本発明の特徴である。前記酸素および水分の少なくとも一方の濃度は１ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。前記フロロカーボン系樹脂はテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロペン、テトラフルオロプロピン、ヘキサフルオロシクロブテン、ヘキサフルオロ−１，３−ブタジエン、ヘキサフルオロ−１−ブチン、ヘキサフルオロ−２−ブチン、オクタフルオロシクロブタン、オクタフルオロシクロペンテン、オクタフルオロ−１，３−ペンタジエン、オクタフルオロ−１，４−ペンタジエン、オクタフルオロ−１−ペンチン、オクタフルオロ−２−ペンチンおよびヘキサフルオロベンゼンのうちの少なくとも一つでありうる。

溶融樹脂の原料として供給される顆粒状の樹脂原料を、前記樹脂原料が溶融する温度未満に加熱された不活性ガスに接触させること、溶融樹脂の原料が溶融する部分、溶融樹脂が射出部または押し出し部まで移動する部分、細長いスリットまたは小穴から樹脂が押し出される部分、および金型射出成形部分の少なくとも一つの雰囲気を高純度不活性ガス雰囲気とすることも本発明の他の特徴である。

本発明においては、前記手段は、前記溶融樹脂が接触する面の少なくとも一部を覆う前記溶融樹脂に対する触媒効果が低い材料を含むことも特徴とする。

前記材料はＡｌまたはＣｒを主成分の少なくとも一部に含み、かつ前記樹脂はハイドロカーボン系樹脂を含むことが好ましい。前記材料は３価クロム、酸化アルミニウム(Al₂O₃)または酸化クロム(Cr₂O₃)を含むことがさらに好ましい。

あるいは、前記材料はＮｉを主成分の少なくとも一部に含み、かつ前記樹脂はフロロカーボン系樹脂を含むことでもよい。前記材料はメッキされたＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、およびＮｉ−Ｗ−Ｐの少なくとも一つを含むことが好ましい。

前記材料はスクリュー、シリンダー、ハウジング、ノズル、吹き出しスリット、吹き出し穴、金型、ダイおよびロールのうちの少なくとも一つの表面を覆っていることが良い。

なお、前記樹脂は例えば光学成形品用樹脂であり、非極性ポリオレフィン樹脂またはシクロオレフィン樹脂であってもよい。

本発明の樹脂成形機は、射出成形、フィルム押し出し成形または繊維押し出し成形を行うことができる。射出成形では、複数の注入射出点を有することが好ましく、金型駆動手段に温度制御手段を含むことも好ましく、温度制御手段が水の場合は水素添加水とするのが好ましい。樹脂成形品の静電気を除去するために、軟Ｘ線照射手段を設けるのが好ましい。

本発明の他の態様においては、樹脂を溶融する第１の工程と溶融樹脂を射出または押し出しによって成形する第２の工程とを有する樹脂成形方法において、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、高分子材料が分解または解離して低分子有機物になることを抑制しつつ行うことを特徴とする樹脂成形方法が得られる。また、樹脂を溶融する第１の工程と溶融樹脂を射出または押し出しによって成形する第２の工程とを有する樹脂成形方法において、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、高分子材料が分解または解離して低分子有機物になることを抑制することによって前記溶融樹脂の温度を高めてその粘性を下げつつ行い、前記第２の工程において樹脂成形のための射出または押し出しに必要な圧力を低減することを特徴とする樹脂成形方法が得られる。

前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、高分子材料が酸化によって分解または解離することを抑制しつつ行う。なたは、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素濃度を１０ｐｐｍ以下にして行う。または、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における水分の濃度を１０ｐｐｍ以下にして行う。あるいは、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方が行われる際に前記溶融樹脂が接触する面の少なくとも一部を前記溶融樹脂に対する触媒効果が低い材料で覆う。本発明の樹脂成形方法のその他の特徴は、上記の樹脂成形機の特徴と同様である。

また、上記の樹脂成形方法を用いて成形することを特徴とする樹脂成形品の製造方法も本発明は提供する。

本発明によれば、有害な有機物物質を放出しないプラスチック部材、プラスチックフィルム、プラスチック繊維を製造できる樹脂成形機および樹脂成形方法が得られる。また、本発明では、樹脂成形機を小型、軽量、低消費電力にすることができる。本発明のように、酸化分解および触媒効果による分解を抑制する手段を採用することにより、溶融プラスチックは高い温度まで分解・解離を起こさず、きわめて粘性の低い溶融プラスチックになる。よって、フィルム押し出し、細管繊維押し出し、金型射出成形ともきわめてわずかな押し出し、射出圧力で実行することができ、成形機を小型軽量にすることができる。

以下では、本発明に係る構成、作用に関して説明する。

まず、本発明が備えるべき要件の一つは、高分子材料が分解・解離して低分子有機物にならないように、酸化分解・解離を抑制することである。ハイドロカーボン系プラスチックではＯ２，Ｈ２Ｏ濃度が１ｐｐｍ以下、望ましくは０．１ｐｐｍ以下とすること、フロロカーボン系プラスチック（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＰＶＤＦ等）ではＯ２，Ｈ２Ｏ濃度が１０ｐｐｍ以下、望ましくは１ｐｐｍ以下とすることで、酸化分解・解離が抑制され加熱温度を高めることができることを発明者は見出した。この知見に基づき、本発明では顆粒状の原料をホッパーに供給する前に，表面に吸着したり原料中に吸蔵されている水分（Ｈ２Ｏ）や酸素（Ｏ２）を顆粒状原料から除去するために、原料が分解しない範囲でなるべく高い温度にして高純度不活性ガスたとえばＮ２ガスを流すものである。また、原料投入のホッパー部から、プラスチック原料の温度を上げて粘性の低い液体プラスチックに生成する部分、押し出し・射出部並びに細くて長いスリットもしくは細い穴径の穴からフィルムもしくは繊維を押し出す部分及び金型射出成形部も、高純度不活性ガスたとえばＮ２雰囲気に置換する。これで、酸化分解・解離が抑制される。

また、本発明者の知見によれば、溶融したプラスチックは接触する各種表面の触媒効果に敏感である。たとえば、ハイドロカーボン系樹脂は、Ｎｉやステンレス表面に弱く、Ａｌ２Ｏ３やＣｒ２Ｏ３に安定であり、フロロカーボン系樹脂はステンレスやＡｌ２Ｏ３に弱く、Ｎｉ（ＮｉＦ２）に安定であることが見出された。実際の製造を考えると、溶融したプラスチックが接触する表面は、ハイドロカーボン系樹脂では、Ａｌコート面、Ｃｒコート面（例えば、１μｍ厚のＮｉ−Ｐ下地に３価Ｃｒを０．２μｍ程度めっきしたもの）、Ａｌ２Ｏ３面、Ｃｒ２Ｏ３面がよい。フロロカーボン系樹脂に対しては、Ｎｉ表面、Ｎｉ−Ｐメッキ面、Ｎｉ−Ｂメッキ面、Ｎｉ−Ｗ−Ｐメッキ面が推奨される。

すなわち、スクリュー表面、ハウジング表面、吹き出しスリットや吹き出し穴表面あるいは金型表面の一つ、複数、あるいは全部は上記のようにする必要がある。

上記のような、酸化分解および触媒効果に配慮した処置を施すことにより、溶融プラスチックは高い温度まで分解・解離を起こさず、きわめて粘性の低い溶融プラスチックになる。ハイドロカーボン系であるシクロオレフィンでは４００℃、フロロカーボン系であるＰＴＦＥ、ＰＦＡでは３８０℃である。よって、フィルム押し出し、細管繊維押し出し、金型射出成形ともきわめてわずかな押し出し、射出圧力で実行することができる。

金型射出成形機の例について、本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の樹脂成形機の一例を示す断面図である。図１に示された本発明の一実施形態に係る樹脂成形機（射出成形機）８は、シリンダー５、スクリュー４、ノズル６、及び、金型７を備え、シリンダー４には、ホッパーから樹脂ペレットが供給される。

このうち、スクリュー４、シリンダー５、ノズル６、及び、金型７は溶融樹脂と接触しているから、その溶融樹脂と接触する面には後述の材料で覆われる。なお、ここでは射出成形機の例を上げたが、射出成形機のほか、押出成形機や混練機にも本発明は適用可能である。

本発明では、射出圧力を徹底的に小さくして小型・軽量・超低消費電力型の装置になっている。本実施例の要点（構成要件）としては、
(1) 溶融プラスチックの温度を可能な限り高くする。そのために、Ｏ２、Ｈ２Ｏを遮断したＮ２雰囲気で溶融、成形を行い、かつシクロオレフィン（ハイドロカーボン系プラスチックの代表）であれば、ＣｒメッキベースでＣｒ２Ｏ３の皮膜で樹脂接触部の表面を覆うことにより、３７０〜３８０℃まで昇温が可能である。従来では、可能な温度は２８０℃以下であり粘性は１０倍以上になっている。また、ＰＦＡ（フロロカーボン系プラスチックの代表）であれば、部材表面をＮｉメッキすることで、３６０〜３７０℃までが可能である。従来では２９０℃以下しか加熱できない。

(2) ３価クロムメッキ（成形機樹脂溶融部および射出成形機金型）：
炭化水素系樹脂成形において、分解を抑制するため、クロムメッキ表面とすることが好ましいが、それはクロムメッキは表面が自然酸化され酸化クロム皮膜になるからである。ただし、酸化クロム皮膜はＣｒ２Ｏ３になるように３価のクロムを使用することが好ましい。通常のクロムメッキは６価クロムを用いるが、６価クロムでは酸化皮膜がＣｒＯ３になってしまい好ましくない。また６価クロムは有害物質である点からも好ましくない。クロムメッキは通常０．２ミクロン程度の膜厚で使用されることが好ましい。ところで、微細ピッチを形成した金型表面を実現する場合、メッキ面にダイヤモンド切削技術などで、微細形状を加工する。しかし、クロムメッキを金型表面に適用する場合、表面高度が高く、切削加工が出来ないため、下地として、ニッケルメッキ、あるいはNi-Pメッキ等の加工しやすいメッキ処理を施し、加工してからクロムメッキを施すことが好ましい。

(3) 多点インジェクションを用い、注入射出点の数を可能な限り多くする。
樹脂成形品のわき腹にヘソが有ってもいい場合は、金型のわき腹にマトリックス状にたとえば３×４＝１２箇所の注入射出点を設ける。成形品のわき腹にヘソがあっては駄目な場合は、側面から注入する。この場合も側面が長い側には複数の注入射出点を設ける。従来は射出点が１つ、温度２８０℃での注入であり、１，５００トンの射出圧が必要だったものが、本発明では３８０℃で射出点を１２にすると、１００Ｋｇ以下の射出圧力で十分になる。よって金型の型締め圧力、駆動圧力をきわめて小さくすることができる。

(4) 出圧力を小さくできると、金型に加わる力がきわめて小さくなるため、金型の抑え機構その他をきわめて簡素かつ小型にすることができ、金型駆動部全体の熱容量をきわめて小さくすることができる。金型駆動冶具内に、金型表面をたとえば１５０〜１６０℃の高温と２５〜４０℃の低温とを周期的に繰り返すことができる温度制御手段を設ける。プラスチック射出注入時は、金型温度を１５０〜１６０℃にして溶融プラスチックを注入する。金型表面温度が高いためきわめて高速にプラスチックは流れ、金型のきわめて微細な形状も詳細に転写する。金型表面温度が高いため、多点インジェクションを行っても、合わせ目にウェルドラインが出来ることはまったく無い。射出工程を行ったら２５〜４０℃に温度を下げて成形品を取り出す。このために金型駆動冶具内に温度制御用の冷媒を注入し循環させる。冷媒として冷却水を用いる場合は、金属を錆びさせず。バクテリアの繁殖を防止する水素添加水を使用する。水素添加水は、水素を０．１〜１．６ｐｐｍ、好ましくは０．２〜１．０ｐｐｍ含む純水を用いるのが望ましい(室温における水素の水への飽和溶解度は１．６ｐｐｍ)。水素添加水を用いないと、いっぺんで機械が錆びてしまう。

上記のようにすることによって、従来の１，０００トン、２，０００トンといったような法外な射出圧力は必要なく、１０Ｋｇ／平方ｃｍ以下の射出圧力で十分である。この結果装置は小型化することができ、従来の装置の１／１０〜１／１００の重量で十分となる。

(5) 金型複数打ち分け（射出成形機）：
本発明の技術により、樹脂の粘度が飛躍的に低減されたため、配管を用いて樹脂を流し、バルブで流路を切り替えることが可能となり、複数の金型へ流し込むことが可能となる。複数の金型を用いることで生産性が飛躍的に向上する。

(6) 離型時に不活性ガス吹き込み（射出成形金型への適用）：
射出成形の際の金型への射出において、溶融樹脂粘度が下がると金型表面への樹脂の転写性が良くなり、例えば、フレネルレンズや光ディスクのような微細ピッチ（溝）構造を持つ場合、ピッチ内に緻密に充填されるが、その結果として、金型表面との密着性が良くなり、成形品が金型から容易には剥がれなくなる。剥がれ難くなる理由は、金型と成形品の間が密着するため、金型と成形品が剥がれる際に真空状態となるためである。そこで、離型時に金型ピッチに不活性ガスを導入することで、真空状態を解除し、剥がれやすくする。不活性ガスは、成形品品質に影響のない部分から導入される。

(7) 押出成形機の厚み調整を圧電体で行う（押出成形機）：
通常、フィルムやパイプ、繊維などの押出成形機の厚み調整は、溶融樹脂温度を制御することで行う。しかし、これでは精密な厚み制御が不可能である。そこで、押出成形機の厚み調整を圧電体で行うことが好ましい。圧電体は、溶融樹脂が押し出されるダイ部に配置され、必要に応じてその数を調整し、運用される。

(8) 射出成形にしろ、フィルム・繊維押し出し成形にしろ、静電気を帯びる。
通常、放電電極を用いたイオナイザが静電気除去に使われるが、大気中でイオナイザを使うと、Ｏ３（オゾン）が発生し、プラスチック高分子が分解・解離して低分子化する。よってＯ３を発生するイオナイザは使ってはならない。静電気除去のためには、１〜２オングストローム程度の波長の軟Ｘ線発生管で軟Ｘ線を空気に照射してＯ３を作らずに静電気を除去するのが良い。不活性なＮ２雰囲気中でも気体分子のイオン化は、きわめて効率よく起こり静電気を効率よく除去する。

(9) 現状の射出成形機は、スクリュー4先端部付近で、樹脂が溶融状態になると、いったんスクリューをゆっくり右側に後退させて、急激に左側に突き出すことによって強い射出圧力を実現している。溶融樹脂の粘度が高いからである。しかし、本発明では、溶融樹脂の分解解離を抑えて高温化できるため、溶融樹脂の粘度はきわめて小さいものとなる。図１の金型部を複数個並列に設け(例えば4〜6個)、スクリューは連続的に回転して溶融樹脂を連続的に供給し続ける状態にしておいて、複数個設けられた金型部にバルブ操作により順次溶融樹脂を供給する連続金型成形が実現される。一つ目の金型から加工された樹脂製品が取り出されて、溶融樹脂の受入れ体性が整うと、バルブ操作によって次の溶融樹脂が注入される。この間は、複数個並列に設けられた金型部に次々と溶融樹脂は流れ込んで金型成形加工が連続的に行われる。まったく新しい樹脂の成形加工方式になる。

(10) 図２に種々の金属材料表面でシクロオレフィンポリマーの熱分解時に発生する低分子放出ガスを大気圧イオン化質量分析装置(APIMS)にて測定した時の低分子放出ガス量温度依存性を示す。横軸は金属表面の温度、縦軸は低分子放出ガスに由来するマススペクトルの強度の総和である。最も低い温度にて放出ガスが発生してくる表面はNiであることがわかる。Ni表面上では350℃程度から樹脂の熱分解による低分子の放出ガス成分がAPIMSにて検出され始めるのが確認できる。続いてオーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lの電解研磨表面(EP)で360℃、SUS316Lの焼き鈍し表面(BA)で370℃、フェライト系ステンレスFS9の表面に200ÅのCr₂O₃不働態処理を施した表面で400℃と分解時に放出されるガスが発生する温度が高温化してくるのがわかる。今回選定した材料で最も分解・解離による放出ガスを、より高温まで発生させなかったのはオーステナイト系ステンレス鋼HR31表面に500ÅのAl₂O₃不働態処理を施したもので、410℃までシクロオレフィンポリマーの熱分解を抑制する効果があることがわかった。シクロオレフィンポリマー、つまり、ハイドロカーボン系の射出成形機、例えば図１を例にとると、シリンダー５、スクリュー４、ノズル６、金型７を構成する金属材料を、Al₂O₃不働態を施した金属材料にすることで触媒効果によるプラスチックの分解・解離を410℃までは抑制できるため、より高い温度で射出成形による成形工程を運用できる。その結果、より粘性の低い溶融状態となるため、きわめてわずかな型締め圧力、射出圧力で成形が可能となる。つまり射出成形機を小型・軽量化することが可能となる。本機能はシクロオレフィンポリマーをはじめとするハイドロカーボン系樹脂のフィルム押し出し成形機、細管・繊維押し出し成形機にも適用することが出来る。

(11) 図３に、種々の酸素濃度雰囲気下でシクロオレフィンポリマーの熱分解時に発生する低分子放出ガスをフーリエ変換赤外分光器にて測定した時の、低分子放出ガスの温度依存性の結果を示す。本測定を行った際のシクロオレフィンポリマーが接している材料表面は、現在金型の表面に使用されているNiメッキを想定してNi金属表面である。横軸はNi表面の温度、縦軸は低分子放出ガスに由来する赤外吸光度の強度である。図３からわかるように、気相中に共存する酸素濃度が高いほど、分解開始温度が低温化していることがわかる。20％O₂雰囲気下では150℃からシクロオレフィンポリマーの熱分解による低分子放出ガスが観測され始める。酸素の共存しない雰囲気下では300℃付近から放出ガスが観測され始めるが、150℃もの温度差があることが確認された。また気相中の共存酸素濃度が１ppm以下になると酸化分解による分解・解離を抑制することができ、Ni材料起因の触媒作用による熱分解解離で材料の分解が律速している。つまり射出成形時の溶融樹脂が接している雰囲気中の酸素濃度を１ppm以下にすることで、樹脂の酸化分解による低分子モノマーを低減することが可能となる。図１中の原料樹脂ペレットを充填するホッパー９内を酸素・水分濃度が１ppm以下に制御された高純度窒素を供給して、原料樹脂が溶融する温度未満に加熱を行い、原料樹脂中の含有酸素や水分を十分に除去する機能を成形機に設け、なおかつ、射出成形機内シリンダー５、スクリュー４、ノズル６、金型７の溶融樹脂が存在する雰囲気を高純度窒素雰囲気にすることにより、酸化分解により生成する低分子量の樹脂を低減できる。樹脂材料からの蒸気圧の高い低分子量モノマーの気相中へのアウトガスや、液相中への溶出を十分抑制した高機能樹脂材料の成形が可能となる。本機能はハイドロカーボン系樹脂のフィルム押し出し成形機、細管・繊維押し出し成形機にも適用することが出来る。

(12) 図４に種々の金属材料表面でフッ素樹脂の一つであるPFA樹脂の熱分解時に発生する低分子放出ガスをフーリエ変換赤外分光器にて測定した時の低分子放出ガス量温度依存性を示す。横軸は金属表面の温度、縦軸は低分子放出ガスに由来する赤外吸光度の強度である。ハイドロカーボン系樹脂の熱分解とは対照的に、より高温まで樹脂の熱分解による放出ガスを抑制する効果のある金属材料表面はNiであることがわかる。380℃〜390℃付近まではPFAの分解により発生するC₂F₄ガスの放出を抑制できることがわかる。続いてNi表面をフッ化したNiF₂表面、TaN表面、Al₂O₃不働態処理ステンレス表面、SUS316Lの電解研磨表面と低温化していくことがわかる。この結果はPTFEでも同様であり、フッ素樹脂系の樹脂材料では同等の結果が得られると考えられる。フッ素樹脂系の樹脂材料射出成形機、例えば図１を例にとると、シリンダー５、スクリュー４、ノズル６、金型７を構成する金属材料を、Ni基金属材料で構成することで、触媒効果によるPFA樹脂の分解・解離を390℃までは抑制できるため、より高い温度で射出成形による成形工程を運用できる。結果、粘性の低い溶融状態となるため、きわめてわずかな型締め圧力、射出圧力で成形が可能となる。つまり射出成形機を小型・軽量化することが可能となる。本機能はPFA樹脂のフィルム押し出し成形機、細管・繊維押し出し成形機にも適用することが出来る。

本発明は、フッ素樹脂、ＰＦＡ、フロロカーボン系樹脂のフィルム等の成形にも適用できる。本発明の成形機は、樹脂成形に用いられるどのような成形機に対しても有効である。樹脂成形に用いられる成形機とは、射出成形機、トランスファ成形機、押出成形機、ブロー成形機、圧縮成形機、真空成形機等の樹脂成形を行うための機械のことである。また、成形品を得るための成形機だけでなく、配合剤を添加したり、樹脂ペレットを作成するための押出成形機、溶融混練機、ロール混練機等にも本発明を適用することが出来る。

図１は、本発明の一例である射出成形機の断面図である。 種々の金属材料表面でシクロオレフィンポリマーの熱分解時に発生する低分子放出ガスを大気圧イオン化質量分析装置(APIMS)にて測定した時の低分子放出ガス量温度依存性を示すグラフである。 種々の酸素濃度雰囲気下でシクロオレフィンポリマーの熱分解時に発生する低分子放出ガスをフーリエ変換赤外分光器にて測定した場合における低分子放出ガスの温度依存性の結果を示すグラフである。 PFA樹脂の熱分解時に発生する低分子放出ガスをフーリエ変換赤外分光器にて測定した時の低分子放出ガス量温度依存性を示すグラフである。

符号の説明

４ スクリュー
５ シリンダー
６ ノズル
７ 金型
８ 射出成形機
９ ホッパー

Claims (47)

1. 溶融樹脂を成形する樹脂成形機において、高分子材料が分解または解離して低分子有機物になることを抑制する手段を有することを特徴とする樹脂成形機。
2. 溶融樹脂を成形する樹脂成形機において、高分子材料が分解または解離して低分子有機物になることを抑制しつつ前記溶融樹脂の粘性を下げる手段を有し、樹脂成形のための射出または押し出しに必要な圧力を低減したことを特徴とする樹脂成形機。
3. 請求項１または２において、前記手段は酸化による分解または解離を抑制する手段を含むことを特徴とする樹脂成形機。
4. 請求項３において、前記手段は溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素濃度を１０ｐｐｍ以下とする手段を含むことを特徴とする樹脂成形機。
5. 請求項４において、前記手段は溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における水分（Ｈ２Ｏ）の濃度を１０ｐｐｍ以下とする手段をさらに含むことを特徴とする樹脂成形機。
6. 請求項１から５のいずれかにおいて、前記樹脂はアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、脂環式オレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、ハイドロカーボン系樹脂およびフロロカーボン系樹脂からなる群から選ばれた樹脂の少なくとも一つであることを特徴とする樹脂成形機。
7. 請求項３において、前記手段は溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素および水分の少なくとも一方の濃度を１ｐｐｍ以下とする手段を含み、かつ前記樹脂はハイドロカーボン系樹脂を含むことを特徴とする樹脂成形機。
8. 請求項７において、前記酸素および水分の少なくとも一方の濃度は０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする樹脂成形機。
9. 請求項３において、前記手段は溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素および水分の少なくとも一方の濃度を１０ｐｐｍ以下とする手段を含み、かつ前記樹脂はフロロカーボン系樹脂を含むことを特徴とする樹脂成形機。
10. 請求項９において、前記酸素および水分の少なくとも一方の濃度は１ｐｐｍ以下であることを特徴とする樹脂成形機。
11. 請求項９または１０において、前記フロロカーボン系樹脂はテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロペン、テトラフルオロプロピン、ヘキサフルオロシクロブテン、ヘキサフルオロ−１，３−ブタジエン、ヘキサフルオロ−１−ブチン、ヘキサフルオロ−２−ブチン、オクタフルオロシクロブタン、オクタフルオロシクロペンテン、オクタフルオロ−１，３−ペンタジエン、オクタフルオロ−１，４−ペンタジエン、オクタフルオロ−１−ペンチン、オクタフルオロ−２−ペンチンおよびヘキサフルオロベンゼンのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする樹脂成形機。
12. 請求項１から１１のいずれかにおいて、溶融樹脂の原料として供給される顆粒状の樹脂原料を、前記樹脂原料が溶融する温度未満に加熱された不活性ガスに接触させることを特徴とする樹脂成形機。
13. 請求項１から１１のいずれかにおいて、溶融樹脂の原料が溶融する部分、溶融樹脂が射出部または押し出し部まで移動する部分、細長いスリットまたは小穴から樹脂が押し出される部分、および金型射出成形部分の少なくとも一つの雰囲気を高純度不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする樹脂成形機。
14. 請求項２から１３のいずれかにおいて、前記手段は、前記溶融樹脂が接触する面の少なくとも一部を覆う前記溶融樹脂に対する触媒効果が低い材料を含むことを特徴とする樹脂成形機。
15. 請求項１４において、前記材料はＡｌまたはＣｒを主成分の少なくとも一部に含み、かつ前記樹脂はハイドロカーボン系樹脂を含むことを特徴とする樹脂成形機。
16. 請求項１５において、前記材料は酸化アルミニウムまたは酸化クロムを含むことを特徴とする樹脂成形機。
17. 請求項１４において、前記材料はＮｉを主成分の少なくとも一部に含み、かつ前記樹脂はフロロカーボン系樹脂を含むことを特徴とする樹脂成形機。
18. 請求項１７において、前記材料はメッキされたＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、およびＮｉ−Ｗ−Ｐの少なくとも一つを含むことを特徴とする樹脂成形機。
19. 請求項１４〜１８のいずれかにおいて、前記材料はスクリュー、シリンダー、ハウジング、ノズル、吹き出しスリット、吹き出し穴、金型、ダイおよびロールのうちの少なくとも一つの表面を覆っていることを特徴とする樹脂成形機。
20. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記樹脂は光学成形品用樹脂であることを特徴とする樹脂成形機。
21. 請求項２０において、前記樹脂は非極性ポリオレフィン樹脂またはシクロオレフィン樹脂であることを特徴とする樹脂成形機。
22. 請求項１から２１のいずれかに記載の樹脂成形機において、射出成形、フィルム押し出し成形または繊維押し出し成形を行うことを特徴とする樹脂成形機。
23. 請求項２２において、前記成形機は射出成形を行うものであり、複数の注入射出点を有することを特徴とする樹脂成形機。
24. 請求項２２または２３において、前記成形機は射出成形を行うものであり、金型駆動手段および該金型駆動手段に設置された温度制御手段を含むことを特徴とする樹脂成形機。
25. 請求項２２から２４のいずれかにおいて、前記成形機は射出成形を行うものであり、前記温度制御手段は水素添加水を含むことを特徴とする樹脂成形機。
26. 請求項２２から２５のいずれかにおいて、前記成形機は射出成形を行うものであり、前記金型から剥離される樹脂成形品の静電気を除去するための軟Ｘ線照射手段を含むことを特徴とする樹脂成形機。
27. 請求項２２において、前記成形機はフィルム押し出し成形または繊維押し出し成形を行うものであり、成形品の静電気を除去するための軟Ｘ線照射手段を含むことを特徴とする樹脂成形機。
28. 樹脂を溶融する第１の工程と溶融樹脂を射出または押し出しによって成形する第２の工程とを有する樹脂成形方法において、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、高分子材料が分解または解離して低分子有機物になることを抑制しつつ行うことを特徴とする樹脂成形方法。
29. 樹脂を溶融する第１の工程と溶融樹脂を射出または押し出しによって成形する第２の工程とを有する樹脂成形方法において、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、高分子材料が分解または解離して低分子有機物になることを抑制することによって前記溶融樹脂の温度を高めてその粘性を下げつつ行い、前記第２の工程において樹脂成形のための射出または押し出しに必要な圧力を低減することを特徴とする樹脂成形方法。
30. 請求項２８または２９において、前記第1の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、高分子材料が酸化によって分解または解離することを抑制しつつ行うことを特徴とする樹脂成形方法。
31. 請求項３０において、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素濃度を１０ｐｐｍ以下にして行うことを特徴とする樹脂成形方法。
32. 請求項３１において、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における水分の濃度を１０ｐｐｍ以下にして行うことを特徴とする樹脂成形方法。
33. 請求項２８から３２のいずれかにおいて、前記樹脂はアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、脂環式オレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、ハイドロカーボン系樹脂およびフロロカーボン系樹脂からなる群から選ばれた樹脂の少なくとも一つであることを特徴とする樹脂成形方法。
34. 請求項３０において、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素および水分の少なくとも一方の濃度を１ｐｐｍ以下として行い、かつ前記樹脂はハイドロカーボン系樹脂を含むことを特徴とする樹脂成形方法。
35. 請求項３４において、前記酸素および水分の少なくとも一方の濃度は０．１ｐｐｍ以下であることを特徴とする樹脂成形方法。
36. 請求項３０において、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、溶融樹脂の原料または溶融樹脂が接触する雰囲気における酸素および水分の少なくとも一方の濃度を１０ｐｐｍ以下として行い、かつ前記樹脂はフロロカーボン系樹脂を含むことを特徴とする樹脂成形方法。
37. 請求項３６において、前記酸素および水分の少なくとも一方の濃度は１ｐｐｍ以下であることを特徴とする樹脂成形方法。
38. 請求項２８から３７のいずれかにおいて、溶融樹脂の原料として顆粒状の樹脂原料を供給し、前記樹脂原料が溶融する温度未満に加熱された不活性ガスに接触させることを特徴とする樹脂成形方法。
39. 請求項２８から３７のいずれかにおいて、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方を、高純度不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする樹脂成形方法。
40. 請求項２９から３９のいずれかにおいて、前記第１の工程および前記第２の工程の少なくとも一方が行われる際に前記溶融樹脂が接触する面の少なくとも一部を前記溶融樹脂に対する触媒効果が低い材料で覆うことを特徴とする樹脂成形方法。
41. 請求項４０において、前記材料はＡｌまたはＣｒを主成分の少なくとも一部に含み、かつ前記樹脂はハイドロカーボン系樹脂を含むことを特徴とする樹脂成形方法。
42. 請求項４１において、前記材料は酸化アルミニウムまたは酸化クロムを含むことを特徴とする樹脂成形方法。
43. 請求項４０において、前記材料はＮｉを主成分の少なくとも一部に含み、かつ前記樹脂はフロロカーボン系樹脂を含むことを特徴とする樹脂成形方法。
44. 請求項４３において、前記材料はメッキされたＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、およびＮｉ−Ｗ−Ｐの少な、くとも一つを含むことを特徴とする樹脂成形方法。
45. 請求項２８から４４のいずれかにおいて、前記第２の工程で射出成形、フィルム押し出し成形または繊維押し出し成形を行うことを特徴とする樹脂成形方法。
46. 請求項２８から４５のいずれかにおいて、前記第２の工程は成形品の静電気を除去するための軟Ｘ線照射を含むことを特徴とする樹脂成形方法。
47. 請求項２８から４６のいずれかの樹脂成形方法を用いて成形することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
    
    

Images