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多軸混練機及びこの多軸混練機を用いたナノコンポジットの製造方法並びにこれらに用いるディスク型セグメント NEW コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P190016469
整理番号 DP1796-B
掲載日 2019年10月31日
出願番号 特願2019-501381
登録番号 特許第6532628号
出願日 平成30年2月21日(2018.2.21)
登録日 令和元年5月31日(2019.5.31)
国際出願番号 JP2018006270
国際公開番号 WO2018155502
国際出願日 平成30年2月21日(2018.2.21)
国際公開日 平成30年8月30日(2018.8.30)
優先権データ
  • 特願2017-030841 (2017.2.22) JP
発明者
  • 田中 達也
  • 松本 紘宜
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 多軸混練機及びこの多軸混練機を用いたナノコンポジットの製造方法並びにこれらに用いるディスク型セグメント NEW コモンズ 外国出願あり
発明の概要 小孔を有するディスク型セグメントにおける小孔前後にて作用する伸長流動作用を十分に発揮させることのできる多軸混練機及びこの多軸混練機を用いたナノコンポジットの製造方法並びにこれらに用いるディスク型セグメントを提供する。
本発明の多軸混練機は、バレル内に複数の混練スクリュとディスク型セグメントを備え、ディスク型セグメントが、混練材料の投入部より下流でバレル内を仕切るとともに、各混練スクリュの回転軸が回転自在に貫通する複数の軸貫通部と、これらの軸貫通部の周囲に穿設され、混練材料の流路となる多数の小孔を備えている。本発明のナノコンポジットの製造方法は、前記多軸混練機を用いて樹脂添加剤としてナノ粒子を投入する工程を含む。本発明のディスク型セグメントは、前記軸貫通部と前記多数の小孔を備える。
従来技術、競合技術の概要 多軸混練機は、
(1)ホモジナイジング:重合反応後のポリマーの不均質構造の解消・添加剤の混合・分散、
(2)ポリマーの可塑化・溶融:ポリマーを可塑化・溶融し、カレンダ加工ラインなどに供給する、
(3)脱水・脱揮(脱溶媒・脱モノマー):ポリマーの乾燥、重合後のポリマーに含まれるモノマー・溶媒の脱揮、
(4)化学反応:ポリマーの重合・解重合・グラフト化などの化学反応を行う、
(5)ポリマーブレンド・アロイ:異種ポリマー、コンパチビライザーの混合・分散、
(6)繊維強化剤・無機質充填材のミクロ混合:繊維強化材の混合・無機質充てん材の混合・凝集塊のミクロサイズ粒子の分散、
(7)カーボンナノチューブなどの繊維強化材・無機質充填材のナノ混合(樹脂中にナノオーダーレベルにて均一に分散させることをいう。以下、同様。):繊維強化材の混合・無機質充てん材の混合・凝集塊のナノサイズ粒子の分散
など、混練目的の違いに応じ、スクリュ形状やその配置・形態等に関して、種々の発展を遂げてきた(非特許文献1の3頁表2等参照。)。

ニーディングディスクは、多軸混練機による混練の基本技術の1つである。
ニーディングディスクは、断面楕円状の板状部材であって、軸方向に複数連続して配置される。ニーディングディスクは混練スクリュの回転に伴って回転し、混練材料は、前記ニーディングディスクとバレル内壁との間に導かれ、混練される(例えば、特許文献1等参照。)。

ニーディングディスクのねじれ角度が大きくなると、分配・分散の効果は高まる。他方、ねじれ角度が小さくなると、分配・分散効果が低下し、搬送効果が増加する。
また、ディスク厚さが広がるとチップ部でのせん断応力が大きくなり分散効果が高まる。他方、ディスク厚さが小さいと分配効果は高まるが分散効果は低下する。
このように、ディスクのねじれ角度と厚さを変化させることによって分配と分散能力を変えることが可能となる。

しかし、上述したように混練目的が多岐にわたる中で、特に、上記混練目的のうちの(7)カーボンナノチューブなどの繊維強化材・無機質充填材のナノ混合については、ニーディングディスクの制御だけでは限界がある。

ここで、ニーディングディスクを用いた多軸混練機では、せん断流動が支配的であるが、ナノ粒子の分散にはせん断流動よりも伸長流動のほうが効果的であると考えられている。
なお、せん断流動は速度勾配によって材料が引きちぎられる流れであり、伸長流動は、主応力方向に材料が引き伸ばされる流れである。

そこで、ナノ混合という新たなニーズを満たすため、より高い伸長流動を実現するべく、ニーディングディスクに代え、ブリスターディスクが提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。このブリスターディスクは、小孔を有しており、この小孔に混練材料を通過させることにより、伸長流動作用を発揮させようというものである。
産業上の利用分野 本発明は、多軸混練機及びこの多軸混練機を用いたナノコンポジットの製造方法並びにこれらに用いるディスク型セグメントに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】
バレル内に、混練材料を混練するための複数の混練スクリュと、前記混練材料の伸長流動を促進するためのディスク型セグメントを備え、樹脂とナノ粒子とを混練してナノコンポジットを製造するためのナノコンポジット製造用多軸混練機であって、
前記ディスク型セグメントは、前記混練材料の投入部より下流の混練部を流れ方向の途中で仕切るように前記バレル内に固定して配置されるとともに、混練材料の流路となる小孔が穿設されたディスク本体と、このディスク本体に装着され、各混練スクリュの回転軸が回転自在に貫通する複数の軸貫通部となる複数の転がり軸受を備えていることを特徴とする多軸混練機。

【請求項2】
前記小孔の孔径が0.5~1.5mmであり、ディスク本体に2~64個穿設されている、請求項1に記載の多軸混練機。

【請求項3】
小孔の混練材料流れ入口側の開口面積の総計が、バレルの内断面積の20%以下である請求項1または請求項2に記載の多軸混練機。

【請求項4】
前記ディスク型セグメントが、バレル内に固定された前記ディスク本体と、このディスク本体に装着された前記転がり軸受のみから構成される、請求項1~請求項3のいずれかに記載の多軸混練機。

【請求項5】
請求項1~請求項4のいずれかに記載の多軸混練機を用い、樹脂とナノ粒子とを含む混練材料を混練し、混練物としてナノコンポジットを製造するナノコンポジットの製造方法。

【請求項6】
ナノ粒子が、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、セルロースナノファイバ、グラフェン、ナノクレイ、カーボンブラックからなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項5に記載のナノコンポジットの製造方法。

【請求項7】
多軸混練機の設計耐圧を超えない限度で所望の圧力損失を確保するために、前記圧力損失を考慮しつつ、前記小孔の径を0.5~1.5mmの範囲、軸方向の前記小孔の厚みをスクリュ径(D)に対する厚み(L)の比(L/D)で1/12~1/4の範囲、前記小孔の数を2~64個の範囲でそれぞれ決定し、決定した各条件で前記混練を行う、請求項5または6に記載のナノコンポジットの製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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thum_JPA1018155502_i_000002.jpg
出願権利状態 登録
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