JP5582863B2 - 混練材料の混練方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、混練機などによって混練材料を混練する混練方法に関するものである。

一般に、樹脂材料を混練する混練機として、例えば、特許文献１に示すものがある。特許文献１の混練機は、材料供給口と材料排出口を有するチャンバ内に互いに平行な左右一対の混練ロータがその軸方向両端を支持された状態で回転自在に挿通され、この各混練ロータの外周面に、被混練材料を下流側へ搬送するフィード部が形成されているとともに、被混練材料に高剪断力を付与して混練する第一混練部と第二混練部とが前記混練ロータの軸方向に離れて設けられているものである。

特開平１１−５８３６９号公報

ところで、近年は混練される材料（混練樹脂材料）の種類が多くなり、混練された材料も最終的には極薄のフィルムなどに様々な形状に成形されることも多い。特に極薄フィルムを製造する場合など、混練材料内における成分の偏りや気泡の巻き込み（フィッシュアイ）が存在することは極力避けなければ状況であり、そのために、混練機には、材料の均一混練などに関し従来よりも高い混練能力が求められている。特許文献１に示した混練機は、係る性能をほぼ満足し、ある程度フィッシュアイを抑制することができる混練材料を製造することが可能である。

しかしながら、特許文献１に開示された混練機であっても、近年要求されている均一混練の要求に対しては十分ではない場合もあり、フィッシュアイを確実に抑制することができる混練材料の混練方法が望まれている。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、フィルム等の元材となる混練材料を適切に混練することによって、フィルム等のフィッシュアイを抑制することができる混練材料の混練方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、粉体状の母材樹脂とオイルとを含む混練材料を混練するに際し、前記混練材料の母材樹脂の周りにオイルを分配する分配混練処理を行い、前記分配混練処理の後に、混練材料にせん断を加えつつ混練を行う分散混練処理を行う点にある。

前記分配混練処理を、混練機に備えられたギアニーディング部で行い、前記分散混練処理を、チップクリアランスが狭い高位チップ部と、前記高位チップよりもチップクリアランスが広い低位チップ部とを備えたフライトを有し、且つ前記ギアニーディング部の下流側に設けられている可変クリアランス混練部で行うことが好ましい。
前記分配混練処理を行うときの温度を、前記母材樹脂の融点以上とし、前記分散混練処理を行うときの温度を、前記母材樹脂の融点以下にすることが好ましい。

前記母材樹脂は高密度ポリエチレンとされ、前記オイルはパラフィンオイルであることが好ましい。前記母材樹脂に超高分子量ポリエチレンを混合して混練を行うことが好ましい。
また、本発明に係る混練材料の混練方法の最も好ましい形態は、粉体状の母材樹脂とオ
イルとを含む混練材料を混練するに際し、前記混練材料の母材樹脂の周りにオイルを分配する分配混練処理を行い、前記分配混練処理の後に、混練材料にせん断を加えつつ混練を行う分散混練処理を行い、前記分配混練処理を、混練材料に分配性を付与するギアニーディング部で行い、当該ギアニーディング部で前記分配混練処理を行うときの温度を、前記母材樹脂の融点以上とし、前記分散混練処理を、バレルの内壁とチップ先端とのチップクリアランスが狭い高位チップ部と、前記高位チップよりもチップクリアランスが広い低位チップ部とを備えたフライトを有し、且つ前記ギアニーディング部の下流側に設けられている可変クリアランス混練部で行い、当該可変クリアランス混練部で前記分散混練処理を行うときの温度を、前記母材樹脂の融点以下にすることを特徴とする。

本発明によれば、フィルム等の元材となる混練材料を適切に混練することによって、混練材料における成分の偏りや気泡の巻き込み（フィッシュアイ）の存在を確実に抑制することができる。

混練材料の混練方法を行うための混練機を示した図である。 処理毎の単位体積当たりの異物の面積をまとめた第１グラフである。 処理毎の単位体積当たりの異物の面積をまとめた第２グラフである。

以下、本発明の混練材料の混練方法について図を基に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の混練材料の混練方法を行うための混練機を示したものである。まず、混練機について説明する。なお、混練材料の混練方法は、図１に示した混練機に限定されるものではない。

図１に示すように、混練機１は、空洞状のバレル２と、このバレル２の内部を軸方向に沿って挿通するように設けられた混練スクリュ４とを備えており、混練スクリュ４を回転させることでバレル２内の混練材料（混練樹脂材料）を混練しつつ下流側に送ることができる構造とされている。
なお、以降の説明において、図１の紙面の左側を混練機１を上流側とし、紙面の右側を下流側とする。また、図１の紙面の左右方向を混練機１を軸方向とする。さらに、軸方向に対して垂直な方向を混練機１を説明する際の軸垂直方向という。

バレル２は、軸方向に沿って長い筒状に形成されており、その内部は断面めがね形状の空洞となっている。バレル２の軸方向の上流側にはバレル２内に材料を供給するホッパ５が設けられており、またバレル２の内部には電気ヒーターや加熱した油を用いた加熱装置（図示略）が備えられている。
混練スクリュ４は、バレル２の空洞内部内に左右一対設けられている。各混練スクリュ４、４は、軸方向に沿って形成されたスプライン軸６を内部に備えており、このスプライン軸６により貫通状に複数のセグメントを固定する構成とされている。

図１に示されるように、本実施形態の混練スクリュ４においては、上流側から下流側にかけて、供給された材料を溶融しながら下流側に送る送り部１０と、送り部１０から送られてきた材料を混練する混練部１１と、混練部１１で混練された材料を下流側に送り出す押出部１２とが設けられている。
送り部１０は軸方向に配備された複数のスクリュセグメント１３で構成されている。スクリュセグメント１３は、軸方向に螺旋状に捩れたスクリュフライト（図示略）を備えており、材料を上流側から下流側に送ることができる。

押出部１２も、送り部１０同様に螺旋状に捩れたスクリュフライトを備えたスクリュセグメント１３を軸方向に複数有している。
混練部１１は、上流側に位置するギアニーディング部２０と、このニーディング部２０の下流側に位置するＶＣＭＴ混練部２１（可変クリアランス混練部）とを備えている。

ギアニーディング部２０は、外周面に凹凸が形成されていて断面視でギア形状となっているギアニーディングセグメントで構成されている。このギアニーディング部２０は、一対のギアニーディング部２０間に材料を導くと共に、バレル２の内壁との間にも材料を導く混練を行うことにより、混練する材料に高い分配性を付与することができる。
ギアニーディング部２０の下流側に設けられたＶＣＭＴ混練部２１は、ロータセグメントから構成される。

このロータセグメントは、チップクリアランス（バレル２の内壁とチップ先端と隙間）が狭い高位チップ部２２と、高位チップ部２２よりもチップクリアランスが広い低位チップ部２３とを軸方向に交互に備えたフライトを有する。即ち、高位チップ部２２のチップクリアランスは、低位チップ部２３のクリアランスより小さくされており、この小さなチップクリアランスに材料を導いて材料に剪断方向の力を加えながら混練を行うため、混練する材料に高い分配性を付与することができる。

一方、低位チップ部２３では、チップクリアランスが高位チップ部２２より大きくされており、この大きなチップクリアランスに材料を導いて材料に混練を行うため、混練する材料に高い分散性を付与することができる。
以下、本発明の混練材料の混練方法について詳しく説明する。
本発明の混練方法によって混練材料を混練すると、混練後の材料（元材）をフィルムにした場合、フィッシュアイを抑制することができ、例えば、リチウムイオン電池用のセパレータの元材を製造するのに適している。

フィッシュアイを抑制することができる製造方法、即ち、混練方法では、まず、少なくとも高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）からなる粉体状の母材樹脂と、この母材樹脂の周りを取り囲むように浸透するパラフィンオイルとをホッパ５に供給する。供給された混練材料は、送り部１０により下流側に送られて、ギアニーディング部２０によって分配混練処理が行われる。

本実施形態では、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、パラフィンオイルとを、それぞれ６：９：３５（質量比）で混合したものを混練材料としている。ここで、混練材料すなわち母材樹脂である高密度ポリエチレンに、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）を混合してもよい。
このように、分配混練処理では、高密度ポリエチレンとパラフィンオイルとを含む混練材料に対して混練処理を行うことによりパラフィンオイルを母材樹脂等に馴染ませることで膨潤して当該混練材料における分配性を高めている。

分配混練処理を行った後は、下流側へ送られ、ＶＣＭＴ混練部２１によって分配性が高まった混練材料に対して主に剪断を加えて分散性を高める分散混練処理を行う。なお、ＶＣＭＴ混練部２１では低位チップ部２３によって混練材料を引き延ばして分配性を高める役割もある。そのため、分配混練処理から分散混練処理を見てみると、分配混練処理にて混練材料の分配性を高めた後、当該分散混練処理とにて、さらに分配性と分散性とを高めている。

このように、混練材料の母材樹脂の周りにオイルを分配する分配混練処理を行い、分配混練処理の後に、混練材料に剪断を加えつつ混練を行う分散混練処理を行うことにより、混練材料の分配性や分散性が高まり、その結果、材料が均一に混練されると共に、フィッシアイを確実に抑制することができる。
表１は、本発明の方法によって混練した後にフィルムにした場合と、本発明とは異なる方法によって混練した後にフィルムにした場合の異物の個数をまとめたものである。また、図２は、表１における単位体積当たりの異物の面積をまとめたものである。

なお、混練するにあたっては、神戸製鋼所製ＫＴＸ４６の混練機１を用いた。また、混練材料のフィード量を７５ｋｇ／ｈ、混練機１のスクリュ回転数を２００ｒｐｍにして混練を行った。

表１及び図２に示すように、ギアニーディング部２０（ＧＮ）にて分配混練処理を行った後に、さらに、ギアニーディング部２０（ＧＮ）にて分配混練処理を行った場合（比較例１：ＧＮ＋ＧＮ）、即ち、ギア分配混練処理を連続して行った場合、単位体積あたりの異物（例えばフィッシュアイ）の面積は０．０１２程度であった。
また、ＶＣＭＴ混練部２１（ＶＣＭＴ）にて分散混練処理を行った後に、さらに、ＶＣＭＴ混練部２１（ＶＣＭＴ）にて分散混練部を行った場合（比較例２：ＶＣＭＴ＋ＶＣＭＴ）、即ち、分散混練部を連続して行った場合は、単位体積あたりの異物の面積は０．０１４程度であった。

これに対して、本発明のように、ギアニーディング部２０（ＧＮ）にて分配混練処理を行った後に、ＶＣＭＴ混練部２１（ＶＣＭＴ）にて分散混練処理を行った場合（実施例１：ＧＮ＋ＶＣＭＴ）、単位体積あたりの異物の面積を０．０００８９程度にすることができ、他の比較例に比べて非常に小さくすることができた。さらに、実施例１（ＧＮ＋ＶＣＭＴ）では、単位体積当たりの異物の個数も非常に少なくすることができた。

本発明によれば、粉体状の母材樹脂と膨潤させるオイルとを含む混練材料を混練するに際し、分配混練処理を行った後に分散混練処理を行うことにより、フィッシュアイを抑制した異物の少ないものを製造することができる。
［第２実施形態］
第２実施形態では、分配混練処理を行うときと、分散混練処理を行うときの温度を規定したものである。即ち、本発明では、分配混練処理を行うときの温度は、母材樹脂の融点以上としている。例えば、母材樹脂が高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）であるときは、ギアニーディング部２０の温度や処理するときの温度（処理温度）を、加熱装置によって高密度ポリエチレンの融点（１３０℃程度）よりも高い１８０℃にしている。これにより、分配混練処理では高密度ポリエチレンが溶けやすくなり、オイルによる芳潤も進むことからさらに分配性をよくすることができる。

また、分散混練処理を行うときの温度は、母材樹脂の融点以下としている。例えば、母材樹脂が高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）であるときは、ＶＣＭＴ混練部２１の温度や処理するときの温度（処理温度）を、加熱装置によって高密度ポリエチレンの融点（１３０℃程度）よりも低い１００℃にしている。これにより、分散混練処理では高密度ポリエチレンが剪断し易くなり、さらに分散製をよくすることができる。

表２は、本発明の方法によって混練した後にフィルムにした場合と、本発明とは異なる方法によって混練した後にフィルムにした場合の異物の個数をまとめたものである。また、図３は、表２における単位体積当たりの異物の面積をまとめたものである。
なお、混練するにあたっては、混練材料のフィード量を７５ｋｇ／ｈ、混練機１のスクリュ回転数を３００ｒｐｍにして混練を行った。

表２及び図３に示すように、分配混練処理での処理温度を１８０℃として母材樹脂の融点よりも高くし、分散混練処理での処理温度を１００℃として母材樹脂の融点よりも低くした場合（実施例３：ＧＮ＋ＶＣＭＴ）、単位体積あたりの異物の面積を０．００３５６と小さくでき、他の比較例に比べて、均一混練され且つフィッシアイの発生が少ない混練材料を製造できた。

一方、比較例３では、連続して分配混練処理を行っているのに加えて、分配混練処理と分散混練処理との処理温度が同じとしているため、最も異物の面積が大きかった。比較例４では、後処理（２回目の分配混練処理）を行ったときの処理温度を母材樹脂の融点よりも低くしているため、ある程度、異物の面積を小さくできるものの、本発明の実施例３に比べれば非常に大きいものとなった。

なお、分配混練処理と分散混練処理との処理温度が同じとした比較例３と実施例２とを比較しても、実施例２では分配混練処理を行った後に分散混練処理を行っているため、比較例３に比べて異物の面積を小さくすることができた。
また、実施例及び比較例に示すように、単位体積当たりの異物の個数を見ても、分配混練処理での処理温度を母材樹脂の融点よりも高くし、分散混練処理での処理温度を母材樹脂の融点よりも低くした実施例３の個数が最も少なかった。

本発明によれば、分配混練処理を行った後に分散混練処理を行うことにしたうえで、分配混練処理を行うときの温度を母材樹脂の融点以上とし、分配混練処理を行うときの温度を母材樹脂の融点以下にすることにより、さらに、フィッシュアイを抑制した異物の少ないものを製造することができる。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 混練機
２ バレル
４ 混練スクリュ
５ ホッパ
６ スプライン軸
１０ 送り部
１１ 混練部
１２ 押出部
１３ スクリュセグメント
２０ ギアニーディング部
２１ ＶＣＭＴ混練部（可変クリアランス混練部）
２２ 高位チップ部
２３ 低位チップ部

Claims (3)

1. 粉体状の母材樹脂とオイルとを含む混練材料を混練するに際し、
   前記混練材料の母材樹脂の周りにオイルを分配する分配混練処理を行い、
   前記分配混練処理の後に、混練材料にせん断を加えつつ混練を行う分散混練処理を行い、
   前記分配混練処理を、混練材料に分配性を付与するギアニーディング部で行い、当該ギアニーディング部で前記分配混練処理を行うときの温度を、前記母材樹脂の融点以上とし、
   前記分散混練処理を、バレルの内壁とチップ先端とのチップクリアランスが狭い高位チップ部と、前記高位チップよりもチップクリアランスが広い低位チップ部とを備えたフライトを有し、且つ前記ギアニーディング部の下流側に設けられている可変クリアランス混練部で行い、当該可変クリアランス混練部で前記分散混練処理を行うときの温度を、前記母材樹脂の融点以下にすることを特徴とする混練材料の混練方法。
2. 前記母材樹脂は高密度ポリエチレンとされ、前記オイルはパラフィンオイルであることを特徴とする請求項１に記載の混練材料の混練方法。
3. 前記母材樹脂に超高分子量ポリエチレンを混合して混練を行うことを特徴とする請求項１または２記載の混練材料の混練方法。