JPH03101903A - 熱可塑性樹脂組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粉粒状物質を配合してなる熱可塑性樹脂組成
物の製造方法に関する。

〔従来の技術とその課題〕

熱可塑性樹脂の諸性質、例えば、剛性、耐熱性、そり・
変形、結晶化速度、導電性、難燃性、耐候性、摺動性等
を改善するため、あるいは着色等を目的として、熱可塑
性樹脂に各種の粉粒状物質を添加することが広く行われ
ている。そして、かかる樹脂組成物を製造する装置とし
ては、軸方向に垂直な断面形状が円形のシリンダーを有
する単軸押出機あるいは断面が円形を２つ組み合わせた
形状のシリンダーを有する２軸押出機が一般に使用され
ており、またスクリューとしては単軸押出機の場合はダ
ルメージ型スクリューあるいはマードック型スクリュー
が、２軸押出機の場合はセグメント方式のスクリューで
二一ディングディスクエレメントと逆ねじエレメントを
組み合わせた形状のスクリューが多用されてきた。

ところで、上記の如く粉粒状物質を配合してなる樹脂組
成物においては、マトリックスとなる熱可塑性樹脂中の
粉粒状物質の分散性が、その物性あるいはかかる組成物
からなる樹脂戊形品の表面状態に対し大きな影響を及ぼ
すことが知られており、マトリックスとなる樹脂への粉
粒状物質の分散を良くし、均一な分散を図ることが樹脂
組成物の上記の如き諸特性あるいは或形品としたときの
表面状態等を一段と向上させるための重要な要素の一つ
である。

これに対し、従来用いられてきた上記の如き押出機では
粉粒状物質の均一な分散が困難で、所望する特性が安定
して得られないばかりか、これらの押出機は局部的に大
きな剪断力がかかり易い構造をしているため、樹脂全体
に十分な剪断力をかけて粉粒状物質の分散を良くしよう
とすると、局所的には極めて大きな剪断力がかかること
になり、剪断力による樹脂等の粘性発熱のため樹脂温度
が上昇し、樹脂が熱劣化し物性が低下あるいは十分に向
上しなかったり、変色するという問題も生じ易いもので
あった。すなわち、従来より知られた前記の如き押出機
を用いた樹脂組成物の製造方法では、これらのバランス
をとり、樹脂の温度上昇を防止し、劣化、変色等を防ぎ
つつ、かつ粉粒状物質の均一な分敗を行い、所望する特
性を安定して得るには限界があり、その改善が切望され
ていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、熱可塑性樹脂に粉粒状物質を配合してな
る組成物の製造におけるかかる課題を解決し、一段と優
れた特性を有する組成物を得る製造方法について鋭意検
討した結果、特定のシリンダー内面形状を有してなる押
出機を用いれば、これらの課題が一挙に解決できること
を見出し、本発明に到達した。

即ち本発明は （Ａ）熱可塑性樹脂に、（Ｂ）粉粒状物質を０００１〜
５０重量％（組成物中〉配合してなる組成物を製造する
にあたり、シリンダー内壁の軸方向に対する直角断面形
状が実質的に多角形で軸方向に延びる部分を少なくとも
一段設けた押出機を用いて混練することを特徴とする熱
可塑性樹脂組成物の製造方法に関するものである。

まず初めに、本発明が適用される樹脂組戊について説明
する。

本発明において用いられる熱可塑性樹脂（Ａ）としては
特に制約はなく、例えばポリエチレン、ボリブロピレン
、ポリアセクール、ポリアミド、ボリアリーレンサルフ
ァイド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、完全芳香族ポリエステル
等〉等の結晶性熱可塑性樹脂、ポリ塩化ビニル、ボリス
チレン、八ＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアクリレート、ポ
リメタクリレート、ボリカーボネート、ボリフェニレン
オキサイド、ポリエーテルスルホン、ボリスルホン等の
非晶性熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、グ
ラフト、架橋等により変性したものであってもよい。本
発明においては、これらの樹脂から選ばれた１種または
２種以上が用いられる。

また、これに配合される粉粒状物質（Ｂ）　　も特に限
定されるものではなく、公知のものがいずれも使用でき
る。例えば、剛性、そり・変形防止、耐熱性、結晶化速
度、電気特性（帯電防止性、導電性、トラッキング性等
）、摺動性、難燃性、耐候性、安定性等の改善・向上あ
るいは着色等、目的に応じて配合されるものであり、そ
の具体例としてはカーボンブラック、シリカ、石英粉末
、ガラスビーズ、ガラス粉、珪酸カルシウム、珪酸アル
ミニウム、カオリン、タルク、クレー、珪藻土、ウォラ
ストナイト、三酸化アンチモン、酸化チタン、酸化亜鉛
、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸
カルシウム、硫酸バリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化
硼素、各種金属粉末、テフロンパウダーシリコン樹脂粉
末、超高分子量ポリエチレン粉末、各種難燃剤、難燃助
剤、安定剤等が挙げられる。またマイカ、ガラスフレー
ク、各種の金属箔等の板状物質、さらにはミルドガラス
ファイバー等の如き平均繊維長が１５０μ以下の微細繊
維状物質も本発明における粉粒状物質に含まれる。本発
明においては、これらの粉粒状物質は二種以上併用する
ことができ、ガラス繊維、炭素繊維等の繊維状物質と併
用することも可能である。またこれらの粉粒状物質は、
エポキシ系化合物、イソシアネート系化合物、シラン化
合物、チタネート系化合物等の官能性化合物で表面処理
したものであってもよい。

本発明は、上記の如き粉粒状物質の内、無機粉粒状物質
及び熱可塑性樹脂パウダーから選ばれたものの配合に適
用するのが有効であり、特に平均一次粒径が０．０１〜
１０μｍの極微細な粉粒状物質、二次凝集を起こし易い
粉粒状物質あるいは加圧により凝着し易い粉粒状物質の
配合に適用すると一層効果を発揮する。例えば、熱可匈
性樹脂にカーボンブラック、タルク、酸化チタン、テフ
ロンパウダー等を配合するにあたり、本発明の方法を適
用することは極めて有効である。また、高分子量ポリオ
レフィン（例えば超高分子量ポリエチレン）、アクーリ
ロニトリルースチレン共重合体等がグラフトされたり無
水マレイン酸等で変性されたポリオレフィンの如く、軟
化点が押し出し加工温度より低くてもその粘度がマ｝　
ＩＪックス樹脂に比べ著しく大きい等の性質により、剪
断によってもその粒子径が殆ど変化しないような熱可塑
性樹脂パウダーの配合に対しても本発明の方法は有効で
ある。

本発明においてかかる粉粒状物質（Ｂ）の配合量はｏ，
ｏｏｉ〜５０重量％（組成物中）であり、添加される粉
粒状物質の種類、添加目的等に応じ、この範囲から添加
量が適宜選択される。粉粒状物質の添加量が０．００１
重量％未満では熱可塑性樹脂（Ａ）の特性等を充分に向
上させることはできない。逆に５０重量％を越えると、
基体である熱可塑性樹脂（Ａ）が本来有する機械的、物
理的、化学的性質等の諸特性が失われるのみならず、本
発明の製造法を適用してもなお加工性等が阻害される場
合があり好ましくない。

さて本発明は、上記の如き組成物を製造するにあたり、
前述した如く、また、以下詳細に説明する如く、特定の
断面形状のシリンダーを有する押出機を用いることを特
徴とするものである。

以下、２軸押出機の例を挙げ、その特徴を図を参照して
説明するが、本発明において用いられる押出機はこれに
限定されるものではなく、１軸あるいは３軸以上の押出
機であってもよい。

混練性、操作性、経済性等を考慮すると、最も好ましい
のは２軸押出機である。

まず、第１図および第２図は、本発明で用いられる押出
機の１態様を示したものであり、第１図は横方向の断面
略示図、第２図は平面の断面略示図である。ここで図中
Ｙで示される区間において、シリンダー内壁の軸方向に
対する直角断面形状は、そのＩ−１断面の工例を第３図
に示した如く、実質的に多角形（第３図においては６角
形を２つ合わせた形状〉に形戊されており、かかる特定
のシリンダー形状の部分を有する押出機を用いる所に本
発明の特徴がある。

かかる特定のシリンダー断面形状の部分は、樹脂の可塑
化部から押出機の先端までの間に少なくとも１段設ける
必要があるが、２段以上に分けて設けることも勿論可能
であり、また、シリンダー全長に渡ってかかる形状とし
てもかまわない。特に押出機のフィード部からノズルま
での１７３〜２／３の区間に少なくともｌ段（またはそ
の一部〉の特定形状部を設けるのが好ましい。

この特定形状部の長さについては特に限定はないが、過
少の場合には混練効果が弱いものとなり、充分な混練効
果を得るためには、特定形状部の長さの合計をシリンダ
ー全長の２０％以上とするのが好ましい、 次に、シリンダー内壁の軸方向に対する直角な断面の形
状について説明する。第３図は、シリンダー内壁の軸方
向に対する直角な断面の形状を多角形とした部分（第１
図のＹ〉における１−Ｉ断面の１例を示したものである
。ここでは断面形状として６角形（２軸押出機のため６
角形を２つ組み合わせた形状）の例を示したが、本発明
において採用される多角形の形状は、この形状に限定さ
れるものではなく、３角形、４角形、５角形、７角形、
８角形等の多角形がいずれも可能である。この多角形の
角数は小さくなると角部での樹脂の動きが悪くなり、混
練作用が弱くなるとともに樹脂の滞留による変色、劣化
等が起こり易く、逆に角数が大きくなると角部での樹脂
の位置交換による混練作用が弱くなる。このため多角形
としては５〜８角形が好ましい。また、この断面形状は
第３図の如く、正多角形（第３図では正６角形を２つ合
わせたもの）であるものは勿論のこと、第４図如く正多
角形の角の部分を切り落とした形状のもの、第５図の如
く多角形の角の部分に丸みをもたせたもの、第６図の如
く２つ以上の多角形を位相をずらして組み合わせた形状
のもの、第７図の如く多角形の辺の部分に凹または凸の
丸みをもたせたもの等であってもよい。なお、シリンダ
ー内壁の軸方向に対する直角な断面の形状を多角形とし
た部分（第１図のＹ〉以外の部分においては、シリンダ
ーの断面形状について特に制約はなく、一般的には従来
より用いられてきた円形（又は円形を組み合わせた形状
）を採用すればよい。

次に押出機のスクリューについて説明する。

本発明において用いられる押出機は、上記の如くシリン
ダーの断面形状に特徴を有するものであり、スクリュー
の形状については特別な制約はなく、従来より知られて
いる１条、２条あるいは３条ネジ等のスクリューとする
ことができ、また、２軸押出機においては同方向スクリ
ュー回転、異方向スクリュー回転ともに可能である。ま
た、１軸押出機においてはダルメージ部を設けたスク！
Ｊ：Ｌ−　　２軸押出機においてはセグメント方式で二
一ディングディスクおよび逆ネジのエレメントを組み合
わせた形状の部分を有するスクリュー等とすることも可
能である。

特に好ましいのは、押出機として同方向回転の２軸押出
機を用い、シリンダー内壁の軸方向に対する直角断面形
状が実質的に多角形で軸方向に延びる部分（例えば第１
図のＹ〉に対応するスクリューの一部もしくは全部を、
完全噛み合い型２条ネジ（例えば第３図）もしくは完全
噛み合い型３条ネジ《例えば第８図）で形成したもので
ある。また、シリンダー内壁の軸方向に対する直角断面
形状が実質的に多角形で軸方向に延びる部分（例えば第
１図のＹ）に対応するスクリューに、樹脂の進行方向と
は逆方向に樹脂を送ろうとする逆ネジ部をｌ個以上設け
るのも好ましく、これによりシリンダー内部を溶融樹脂
で充満させ、混練を効果的に行うことができる。

本発明においては、熱可塑性樹脂（Ａ）に粉粒状物質（
Ｂ）を配合した組成物を製造するにあたって、上記の如
き特別の押出機を用いる以外には特に制約はなく、従来
より知られた方法、条件等が利用できる。例えば、（Ａ
）　ｔ分と（Ｂ）　ｔ分を前もって混合しこれを押し出
す方法、（Ａ）或分と（Ｂ）　ｔ分を前もって混合する
ことなく同じ位置または別々の位置に供給し押し出す方
法、上記方法において（Ａ）或分として粉砕したものを
用い押し出す方法等がいずれも可能であり、また、温度
条件、スクリュー回転数等の条件も、樹脂の特性に応じ
、適宜選択される。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１〜６及び比較例１〜６ 熱可塑性樹脂（Ａ）　　としてポリアセクール樹脂およ
びポリブチレンテレフタレート樹脂を用い、これに第１
表、第２表の如き粉粒状物質を配合した組成物を、本発
明で規定される押出機を用いて製造し、押出性及び得ら
れた組成物の物性を評価した。ここで用いた押出機は第
１図、第２図の如き構造を有するものである。この図に
おいて押出機のシリンダーはブロック方式で交換可能な
タイプになっており、図中Ｙに対応するシリンダーの部
分は、第３図の如く、軸方向に垂直な断面形状が６角形
を２つ合わせた形状の内壁を有する部分であり、他の部
分（図中Ｘ、Ｚ）は断面が円形を２つ合わせた形状の内
壁を有する部分である。また、スクリューはセグメント
方式になっており、第１図（又は第２図）においてＹ部
に対応するエレメントは完全噛み合い型２条ネジ、該部
のノズル側には逆ネジのエレメントが用いられており、
この部分で充分な可塑化混練が行われる。スクリューの
回転方向は同方向である。

また、比較のため、シリンダー内壁の軸方向に垂直な断
面形状が軸方向全体に渡って円形を２つ合わせた形状の
２軸押出機を用いて、実施例と同じ組成物を製造し、同
様の評価を行った。

結果を第１表、第２表に併記した。

尚、評価は下記の方法で行った。押出性、粒子分散度お
よび或形品表面状態以外の評価項目については、各評価
項目共、１０個のサンプルを測定し、その平均値を求め
ると共に、最大値と最小値の差（範囲〉を求めた。

押出性：押出時のサージング状況、発泡、ベントアップ
等で評価 粒子分散度：厚さ約８μのフィルムを作り、光学顕微鏡
で観察し、単位面積 （ｍｍ２）あたりの粒子凝集塊の 面積（μ２）を測定 或形品表面状態：或形品の表面状態を肉眼で観察した 表面抵抗率：　ＡＳＴＭ　Ｄ−２５７に準拠摩擦摩耗待
性：鈴本式スラストタイプ摩擦摩耗試験機を用い、Ｓ５
５Ｃｗ４を相 手材とし、Ｐ＝１０ｋｇｆ／ｃ＋＋！，　Ｖ＝３０ａｍ
／ｓｅｃ，　　で測定した。

対トラッキング性：　　ｉ８ｃ　１１２　（ＵＬ７４６
Ａ）法に準拠 〔発明の効果〕 以上の説明ならびに実施例により明らかなように、熱可
塑性樹脂に粉粒状物質を配合してなる組成物を製造する
にあたり、シリンダー内面の軸方向に垂直な断面形状が
多角形である押出機を使用する本発明の方法によれば、
押出時に生産性不良等の問題を起こすこともなく、熱可
塑性樹脂中に粉粒状物質を均一に分散させることができ
るため、優れた諸特性を示す組成物をバラツキも少なく
安定して得ることができ、これは樹脂組成物の信頼性を
向上させるものであ４〜７図は、第３図のシリンダー断
面形状からの改造例を示したものであり、第８図は３条
ネジのスクリューの場合の例である。

１；シリンダー ２：スクリュー ３：ニーディングディスク　（送リネジ）４：ニーディ
ングディスク　（逆ネジ）Ｙ：多角形のシリンダー断面
形状部 ＸＳＺ：従来型（円形）のシリンダー断面形状部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（Ａ）熱可塑性樹脂に、（Ｂ）粉粒状物質を０．０
   ０１〜５０重量％（組成物中）配合してなる組成物を製
   造するにあたり、シリンダー内壁の軸方向に対する直角
   断面形状が実質的に多角形で軸方向に延びている部分を
   少なくとも一段設けた押出機を用いて混練することを特
   徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。 ２　シリンダー内壁の軸方向に対する直角断面形状が実
   質的に多角形で軸方向に延びている部分の長さの合計が
   、シリンダー全長の少なくとも２０％である押出機を用
   いる請求項１記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。 ３　シリンダー内壁の軸方向に対する直角断面形状が実
   質的に多角形で軸方向に延びている部分が、押出機のフ
   ィード部からノズルまでの間の１／３の点から２／３の
   点までの区間の任意の１点を含んで少なくとも１段設け
   られている押出機を用いる請求項１または２記載の熱可
   塑性樹脂組成物の製造方法。 ４　押出機が２軸押出機である請求項１〜３のいずれか
   １項記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。 ５　押出機が同方向回転２軸押出機であり、シリンダー
   内壁の軸方向に対する直角断面形状が実質的に多角形で
   軸方向に延びている部分に対応するスクリューが、完全
   噛み合い型２条もしくは３条ネジで形成された部分を有
   するものである請求項１〜３のいずれか１項記載の熱可
   塑性樹脂組成物の製造方法。 ６　シリンダー内壁の軸方向に対する直角断面形状が実
   質的に多角形で軸方向に延びている部分に対応するスク
   リューが、逆ネジ部を有するものである請求項１〜５の
   いずれか１項記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。 ７　粉粒状物質（Ｂ）が熱可塑性樹脂パウダー（Ｂ＿１
   ）および無機粉粒状物質（Ｂ＿２）からなる群から選ば
   れたものである請求項１〜６のいずれか１項記載の熱可
   塑性樹脂組成物の製造方法。 ８　熱可塑性樹脂パウダー（Ｂ＿１）が高分子量ポリオ
   レフィンパウダー、共重合若しくは変性ポリオレフィン
   パウダー又はフッ素系樹脂パウダーである請求項７記載
   の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。 ９　粉粒状物質（Ｂ）がカーボンブラックである請求項
   １〜６のいずれか１項記載の熱可塑性樹脂組成物の製造
   方法。 １０　粉粒状物質（Ｂ）が０．０１〜１０μｍの平均一
   次粒径を有するものである請求項１〜９のいずれか１項
   記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法。