CN103429649B - 聚丙烯系树脂预发泡粒子及聚丙烯系树脂模内发泡成形体及其制造方法 - Google Patents

聚丙烯系树脂预发泡粒子及聚丙烯系树脂模内发泡成形体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

通过制成使用热机械分析装置在一定压缩负载1mg下以10℃/min的升温速度从30℃加热至100℃时的预发泡粒子的尺寸膨胀率为1.5%以上的聚丙烯系树脂预发泡粒子,从而在模内成形发泡中的预发泡粒子向成型模内的填充时,即使不实施内压赋予或压缩填充等前处理,也能够得到皱褶的产生或尺寸收缩少的聚丙烯系树脂模内发泡成形体。

Description

聚丙烯系树脂预发泡粒子及聚丙烯系树脂模内发泡成形体及其制造方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯系树脂预发泡粒子及聚丙烯系树脂模内发泡成形体。
背景技术
将聚丙烯系树脂预发泡粒子填充到模具内并通过水蒸汽等进行加热成形而得到的模内发泡成形体具有模内发泡成形体的优点即形状的任意性、轻量性、绝热性等特征。
此外,使用聚丙烯系树脂预发泡粒子得到的模内发泡成形体若与使用聚苯乙烯系树脂发泡粒子得到的模内发泡成形体相比,则耐化学试剂性、耐热性、压缩后的变形恢复率优异,此外,若与使用聚乙烯系树脂发泡粒子得到的模内发泡成形体相比,则尺寸精度、耐热性、压缩强度优异。
由于这些特征,使用聚丙烯系树脂发泡粒子得到的模内发泡成形体被用于绝热材料、缓冲包装材料、汽车内装部件、汽车缓冲器用芯材等各种用途中。
以往作为制造聚丙烯系树脂预发泡粒子的方法,进行预先在聚丙烯系树脂预发泡粒子中压入空气等无机气体并进行模内发泡成形的方法(所谓的“内压赋予法”)、将聚丙烯系树脂预发泡粒子在压缩状态下填充到模具内进行模内发泡成形的方法(所谓的“压缩填充法”)等。
然而,在内压赋予法中,存在需要大规模的加压设备、内压赋予需要花费时间这样的问题。此外,在压缩填充法中,存在需要用于将预发泡粒子压缩并填充的装置、现有的成型机的改造成为必要这样的问题。
由于存在这些问题,所以有时也采用将聚丙烯系树脂预发泡粒子不进行前处理而直接使用来进行模内发泡成形的方法。
然而,在将聚丙烯系树脂预发泡粒子不进行前处理而直接使用来进行模内发泡成形的方法中,由于成形后容易变形,所以存在干燥后也残留皱褶、即使进行干燥也不会恢复收缩等难以得到表面整洁的成形体的问题。
为了解决这些问题,迄今为止研究了通过各种方法将聚丙烯系树脂预发泡粒子不进行前处理而直接使用来进行模内发泡成形。
专利文献1中公开了以下方法:在模具取出后的聚烯烃系树脂模内发泡成形体的体积为模具内容积的70~110%的期间,将成形体放入比基材树脂的熔点低25~50℃的温度气氛中,并保持到成形体的温度至少变得与该气氛温度达到平衡。
专利文献2中公开了将模具取出后的聚烯烃系树脂模内发泡成形体用气氛温度为90~120℃的带台车的养护装置进行养护的方法。
在聚丙烯系树脂模内发泡成形体的干燥中,通常使用60~80℃的干燥室,为了进行专利文献1~2的方法,存在需要特别的干燥室或装置的问题。
此外,作为着眼于聚丙烯系树脂预发泡粒子的DSC曲线中的高温峰值的熔化能的研究,有以下的研究。
专利文献3中,公开了使用松密度为0.04g/cc以上时DSC曲线中的高温峰值的熔化能为8~12J/g、松密度低于0.04g/cc时高温峰值的熔化能为8J/g以上的聚丙烯系树脂预发泡粒子的方法。
进而,专利文献4中,公开了使用重量为3mg以上、且松密度为0.04g/cc以上时高温峰值的熔化能为8~20J/g、松密度低于0.04g/cc时高温峰值的熔化能为8J/g以上的聚丙烯系树脂预发泡粒子的方法。
专利文献5中,公开了使用气泡径为3mm以下、且松密度为0.04g/cc以上时高温峰值的熔化能为8~20J/g、松密度低于0.04g/cc时高温峰值的熔化能为8J/g以上的聚丙烯系树脂预发泡粒子的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭60-166442号公报
专利文献2:日本特开平2-130135号公报
专利文献3:日本特开昭62-128709号公报
专利文献4:日本特开昭63-258939号公报
专利文献5:日本特开昭63-256634号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明者为了改善预发泡粒子的流动性、填充性或与较细形状的模对应,尝试通过将重量小的聚丙烯系树脂预发泡粒子不进行前处理(例如,不赋予内压)而直接使用来进行模内发泡成形的方法而得到模内发泡成形体。
然而,本发明者发现,即使在使用满足专利文献3~5的预发泡粒子的情况下,也存在模内发泡成形后的变形变大、产生皱褶这样的问题,无法得到表面整洁的成形体,进而,为了得到表面整洁的成形体,产生需要长时间的干燥、或高温下的干燥这样的新问题。
作为它们的原因,认为由于预发泡粒子的重量变得越小,则存在每单位体积的表面积变得越大、在模内发泡成形中空气容易逸散、模内发泡成形后的成形体内空气压力下降的倾向,所以上述技术也无法应对。
用于解决问题的方法
本发明者为了解决上述课题进行了深入研究,结果发现,通过使用在低温时也容易膨胀的聚丙烯系树脂预发泡粒子,即使在使用重量小的聚丙烯系树脂预发泡粒子且不进行前处理(例如,不赋予内压)而直接进行模内发泡成形的情况下,也可得到收缩小、表面整洁的模内发泡成形体,从而完成了本发明。
即,本发明由以下的构成组成。
[1]一种聚丙烯系树脂预发泡粒子,其特征在于,其是以聚丙烯系树脂作为基材树脂的预发泡粒子,
树脂粒子的平均粒重量为3mg/粒以下,
使用热机械分析装置,在一定压缩负载0.1g下、以10℃/分钟的升温速度从30℃加热至100℃时的预发泡粒子的尺寸膨胀率为1.5%以上。
[2]一种聚丙烯系树脂模内发泡成形体,其特征在于,其是将[1]所述的聚丙烯系树脂预发泡粒子在不赋予内压的情况下进行模内发泡成形而形成的。
[3]一种聚丙烯系树脂预发泡粒子的制造方法,其特征在于,将由聚丙烯系树脂组合物形成的聚丙烯系树脂粒子在发泡剂存在下分散到分散介质中,在加压下进行加热后,将分散物放出到低压域而得到聚丙烯系树脂预发泡粒子,
对于所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子,进一步使用0.04MPa(G)以上且0.15MPa(G)以下的水蒸汽加热30秒以上而得到。
[4]一种聚丙烯系树脂预发泡粒子的制造方法,其特征在于,将由聚丙烯系树脂组合物形成的聚丙烯系树脂粒子在发泡剂存在下分散到分散介质中,在加压下进行加热后,将分散物放出到低压域而得到聚丙烯系树脂预发泡粒子,
对于所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子,通过使用无机气体加压而使该聚丙烯系树脂预发泡粒子内的压力高于大气压后,
使用0.04MPa(G)以上且0.15MPa(G)以下的水蒸汽加热90秒以上而得到。
发明的效果
根据本发明,通过使用在低温时也容易膨胀的聚丙烯系树脂预发泡粒子,即使在不进行前处理(例如,不赋予内压)而直接进行模内发泡成形的情况下,也能够得到表面整洁的模内发泡成形体。
附图说明
图1是将本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子用差示扫描量热计(DSC)以10℃/分钟的速度从40℃升温至220℃为止时得到的DSC曲线的一个例子。其中,由低温侧的熔化峰和从低温侧峰与高温侧峰之间的极大点到熔化开始基线的切线所包围的热量即低温侧的熔化峰热量为Ql,由DSC曲线的高温侧的熔化峰和从低温侧峰与高温侧峰之间的极大点到熔化结束基线的切线所包围的热量即高温侧熔化峰热量为Qh。
图2是为了测定尺寸膨胀率而在热机械分析装置中安放预发泡粒子的简略图。初期尺寸为L=L0,升温时的最大尺寸为L=Lmax
具体实施方式
作为本发明中的作为基材树脂使用的聚丙烯系树脂,只要作为单体的主成分含有丙烯,就没有特别限定,可列举出例如丙烯均聚物、烯烃-丙烯系无规共聚物、烯烃-丙烯嵌段共聚物等。它们可以单独使用,也可以2种以上并用。
作为本发明中使用的聚丙烯系树脂中的能够共聚的烯烃,没有特别限制,可列举出碳原子数为2或4以上的烯烃。作为碳原子数为2或4以上的烯烃的具体例子,可列举出乙烯、或1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、3-甲基-1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、3,4-二甲基-1-丁烯、1-庚烯、3-甲基-1-己烯、1-辛烯、1-癸烯等α-烯烃,进一步可列举出环戊烯、降冰片烯、四环[6,2,11,8,13,6]-4-十二烯等环状烯烃、5-亚甲基-2-降冰片烯、5-乙叉-2-降冰片烯、1,4-己二烯、甲基-1,4-己二烯、7-甲基-1,6-辛二烯等二烯等。这些碳原子数为2或4以上的烯烃可以单独使用,也可以2种以上并用。
这些碳原子数为2或4以上的烯烃中,从获得容易性、经济性、机械特性的方面出发,优选乙烯或α-烯烃,最优选乙烯、1-丁烯。
本发明中使用的聚丙烯系共聚物中,作为烯烃含量,优选为10重量%以下,更优选为1重量%以上且7重量%以下,进一步优选为1.5重量%以上且6重量%以下,特别优选为1.5重量%以上且5重量%以下。
在聚丙烯系共聚物中的烯烃含量超过10重量%的情况下,存在所得到的聚丙烯系树脂模内发泡成形体的高温时的尺寸稳定性降低的倾向。
本发明中使用的聚丙烯系树脂中,也可以在不损害本发明的目的的范围内,进一步使氯乙烯、偏氯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、马来酸酐、苯乙烯、甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、二乙烯基苯等乙烯基单体等共聚。
以上那样的聚丙烯系树脂中,从良好的发泡性、耐寒脆性的提高、廉价等观点出发,可适宜使用含有乙烯、1-丁烯的丙烯-乙烯无规共聚物即丙烯-乙烯-1-丁烯无规共聚物、丙烯-1-丁烯无规共聚物。
本发明中使用的聚丙烯系树脂的熔点优选为100℃以上且160℃以下,更优选为110℃以上且155℃以下,进一步优选为115℃以上且150℃以下。
当聚丙烯系树脂的熔点低于100℃时,存在所得到的聚丙烯系树脂模内发泡成形体的高温时的尺寸稳定性降低的倾向,若超过160℃,则存在模内发泡成形时的成形加热蒸汽压力变高的倾向。
其中,本发明中的聚丙烯系树脂的熔点是指,使用差示扫描量热计(以下,称为“DSC”),将1mg以上且10mg以下的聚丙烯系树脂以10℃/分钟的升温速度从40℃升温至220℃为止,之后以10℃/分钟的降温速度从220℃冷却至40℃为止,再次以10℃/分钟的升温速度从40℃升温至220℃为止时得到的第2次升温时的DSC曲线中的吸热峰的峰值温度。
作为本发明中使用的聚丙烯系树脂的熔体流动速率(以下,称为“MFR”),没有特别限制,但优选为0.5g/10分钟以上且50g/10分钟以下,更优选为2g/10分钟以上且30g/10分钟以下,进一步优选为3g/10分钟以上且20g/10分钟以下,特别优选为6g/10分钟以上且15g/10分钟以下。
若聚丙烯系树脂的MFR在上述范围内,则容易得到比较大的发泡倍率的聚丙烯系树脂预发泡粒子,作为将该预发泡粒子进行模内发泡成形而得到的聚丙烯系树脂模内发泡成形体,能够得到表面整洁性优异、尺寸收缩率小的发泡成形体。
其中,本发明中的MFR是使用JISK7210记载的MFR测定器,在节流孔2.0959±0.005mmφ、节流孔长8.000±0.025mm、负载2160g、230±0.2℃的条件下测定的值。
本发明中使用的聚丙烯系树脂优选为无交联的状态,但也可以通过过氧化物或放射线使其交联。
本发明中使用的聚丙烯系树脂也可以在聚丙烯系树脂的特性不损失的范围内混合使用能够与聚丙烯系树脂混合使用的其它热塑性树脂、例如低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁烯、离聚物等。
本发明中使用的聚丙烯系树脂可以使用齐格勒系催化剂、茂金属系催化剂、后茂金属系催化剂等催化剂而得到。通过使用齐格勒催化剂,能够给得到Mw/Mn大的聚丙烯系聚合物。
本发明中使用的聚丙烯系树脂通过使用有机过氧化物氧化分解,能够调整分子量或MFR等特性。
作为本发明中使用的有机过氧化物,可列举出例如1,1-双(叔丁基过氧化)3,3,5-三甲基环己烷、叔丁基过氧化月桂酸酯、2,5-二甲基2,5-二(苯甲酰过氧化)己烷、叔丁基过氧化苯甲酸酯、二枯基过氧化物、1,3-双(叔丁基过氧化异丙基)苯、叔丁基过氧化异丙基单碳酸酯等。
本发明中使用有机过氧化物时的使用量相对于100重量份聚丙烯系树脂优选为0.001重量份以上且0.1重量份以下。
作为使聚丙烯系树脂氧化分解的方法,可列举出例如将添加了有机过氧化物的聚丙烯系树脂在挤出机内通过加热熔融来进行的方法等。
在本发明中,也可以进一步根据需要,在不损害本发明的效果的范围内在聚丙烯系树脂中添加以滑石等泡孔成核剂为首、以及抗氧化剂、金属惰性剂、磷系加工稳定剂、紫外线吸收剂、紫外线稳定剂、荧光增白剂、金属皂等稳定剂或交联剂、链转移剂、润滑剂、增塑剂、填充剂、强化剂、无机系颜料、有机系颜料、导电性改良剂、阻燃性改良剂、表面活性剂型或高分子型的抗静电剂等添加剂,制成聚丙烯系树脂组合物。
此时,它们通常优选在树脂粒子的制造过程中添加到熔融的树脂中。
对于本发明的聚丙烯系树脂组合物,为了容易地利用于预发泡,通常预先使用挤出机、捏合机、班伯里混炼机、辊等进行熔融混合,成形加工为圆柱状、椭圆状、球状、立方体状、长方体状等那样所期望的粒子形状的聚丙烯系树脂粒子。
从所得到的预发泡粒子的流动性、填充性的改善或与较细形状的模对应性的观点出发,本发明中使用的聚丙烯系树脂粒子的平均粒重量优选为3.0mg/粒以下,更优选为0.5mg/粒以上且2.0mg/粒以下。
对于制造本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子的方法,没有特别限定,但从容易得到独立气泡率高、达到目标发泡倍率的预发泡粒子等的方面出发,优选例如所谓的“除压发泡法”,即,
在密闭容器内,将聚丙烯系树脂粒子在发泡剂存在下与分散剂等一起分散到分散介质中,在加压下加热至规定的发泡温度,同时使发泡剂含浸到树脂粒子中后,边将容器内的温度、压力保持恒定,边将密闭容器内的分散物放出到低压域中使其发泡。
密闭容器内的加热温度优选为聚丙烯系树脂粒子的熔点-25℃以上且聚丙烯系树脂粒子的熔点+25℃以下的温度范围内,更优选为聚丙烯系树脂粒子的熔点-15℃以上且聚丙烯系树脂粒子的熔点+15℃以下的温度范围内。
通过加热至该温度,并加压,使发泡剂含浸到聚丙烯系树脂粒子内后,将密闭容器的一端打开,将聚丙烯系树脂粒子放出到相比密闭容器内为低压的气氛中,由此能够制造独立气泡率高、达到目标发泡倍率的聚丙烯系树脂预发泡粒子。
对于使聚丙烯系树脂粒子分散的密闭容器,没有特别限制,只要是可耐受制造聚丙烯系树脂预发泡粒子时的容器内压力、容器内温度的密闭容器即可,可列举出例如高压釜型的容器。
作为上述分散介质,可以使用甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、水等,它们中优选使用水。
分散介质中,为了防止聚丙烯系树脂粒子彼此的粘合,优选使用分散剂。作为分散剂,可列举出例如磷酸三钙、磷酸镁、碱性碳酸镁、碳酸钙、硫酸钡、高岭土、滑石、粘土等无机系分散剂。
本发明中,根据需要,优选并用例如十二烷基苯磺酸钠、正链烷烃磺酸钠、α-烯烃磺酸钠、硫酸镁、硝酸镁、氯化镁、硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、硫酸铁、硝酸铁、氯化铁等分散助剂。
它们中,更优选磷酸三钙与正链烷烃磺酸钠的并用。
本发明中的分散剂或分散助剂的使用量根据其种类、所使用的聚丙烯系树脂的种类和使用量的不同而不同,通常相对于100重量份分散介质优选配合0.2重量份以上且3重量份以下的分散剂,从确保分散稳定性、分散剂不易附着到所得到的预发泡粒子表面、在模内发泡成形时不会阻碍预发泡粒子彼此熔合的方面出发,优选配合0.001重量份以上且0.1重量份以下的分散助剂。此外,为了改良在分散介质中的分散性,通常相对于100重量份分散介质,优选使用20重量份以上且100重量份以下的聚丙烯系树脂粒子。
作为本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子的制造中使用的发泡剂,没有特别限制,可列举出例如丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷等脂肪族烃;空气、氮、二氧化碳等无机气体;水等。这些发泡剂可以单独使用,也可以将2种以上并用。
本发明中的发泡剂的使用量根据所使用的树脂、发泡剂、所期望的发泡倍率而改变,但只要根据聚丙烯系树脂预发泡粒子的所期望的发泡倍率适当使用即可。通常相对于100重量份聚丙烯系树脂粒子,发泡剂的使用量优选为1重量份以上且60重量份以下。
本发明中,在使用水作为发泡剂的情况下,为了得到高发泡倍率的聚丙烯系树脂预发泡粒子,优选在聚丙烯系树脂粒子中添加选自由亲水性聚合物、多元醇、具有三嗪骨架的化合物组成的组中的化合物的至少1种。
作为本发明中使用的亲水性聚合物,可列举出例如将乙烯-丙烯酸-马来酸酐三元共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物用金属离子交联而成的离聚物树脂等含羧基的聚合物、聚乙二醇等。它们可以单独使用,也可以将2种以上并用。
本发明中的亲水性聚合物的使用量根据亲水性聚合物的种类而异,没有特别限定,但通常相对于100重量份聚丙烯系树脂粒子,优选为0.01重量份以上且20重量份以下,更优选为0.1重量份以上且5重量份以下。
当亲水性聚合物的使用量低于0.01重量份时,存在难以得到高发泡倍率的聚丙烯系树脂预发泡粒子的倾向,若超过20重量份,则有时耐热性、机械强度的降低变大。
作为本发明中使用的多元醇,可列举出例如乙二醇、甘油、赤藓醇、季戊四醇等。它们可以单独使用,也可以将2种以上并用。
本发明中的多元醇的使用量根据多元醇的种类而异,没有特别限定,但通常相对于100重量份聚丙烯系树脂粒子,优选为0.01重量份以上且10重量份以下,更优选为0.1重量份以上且2重量份以下。
当多元醇的使用量低于0.01重量份时,存在难以得到高发泡倍率的聚丙烯系树脂预发泡粒子的倾向,若超过10重量份,则有时耐热性、机械强度的降低变大。
作为本发明中使用的具有三嗪骨架的化合物,优选为每单位三嗪骨架的分子量为300以下的化合物。若每单位三嗪骨架的分子量超过300,则有时发泡倍率不均、泡孔径不均匀显著。其中,每单位三嗪骨架的分子量是指分子量除以1分子中包含的三嗪骨架数而得到的值。
作为每单位三嗪骨架的分子量为300以下的化合物,可列举出例如三聚氰胺[化学名1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺]、三聚氰酸二酰胺[化学名1,3,5-三嗪-2-羟基-4,6-二胺]、三聚氰酸一酰胺[化学名1,3,5-三嗪-2,4-羟基-6-胺]、氰脲酸[化学名1,3,5-三嗪-2,4,6-三醇]、三(甲基)氰脲酸酯、三(乙基)氰脲酸酯、三(丁基)氰脲酸酯、三(2-羟基乙基)氰脲酸酯、三聚氰胺·异氰脲酸缩合物等。它们可以单独使用,也可以将2种以上并用。
它们中,为了减少发泡倍率不均、泡孔径不均地得到高发泡倍率的聚丙烯系树脂预发泡粒子,优选使用三聚氰胺、异氰脲酸、三聚氰胺·异氰脲酸缩合物。
本发明中的具有三嗪骨架的化合物的使用量根据具有三嗪骨架的化合物的种类而异,没有特别限定,但通常相对于100重量份聚丙烯系树脂粒子,优选为0.01重量份以上且15重量份以下,更优选为0.1重量份以上且3重量份以下。
当具有三嗪骨架的化合物的使用量低于0.01重量份时,存在难以得到高发泡倍率的聚丙烯系树脂预发泡粒子的倾向,若超过15重量份,则有时耐热性、机械强度的降低变大。
本发明中,在使用二氧化碳作为发泡剂的情况下,通过在聚丙烯系树脂中添加三聚氰胺、硼砂、硼酸锌、甘油、分子量为300以下的聚乙二醇等低分子量亲水性物质,能够得到具有高发泡倍率、气泡径均匀的聚丙烯系树脂预发泡粒子。
通过以上的制造方法得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子的发泡倍率优选为3倍以上且50倍以下,更优选为7倍以上且45倍以下。
此外,使用所谓的“二段发泡法”等方法,也可以得到高发泡倍率的聚丙烯系树脂预发泡粒子,即,暂时制造3倍以上且35倍以下的聚丙烯系树脂预发泡粒子,将该聚丙烯系树脂预发泡粒子装入密闭容器内,通过含浸氮气、空气等的加压处理使聚丙烯系树脂预发泡粒子内的压力高于常压后,利用蒸汽等对该聚丙烯系树脂预发泡粒子进行加热,使其进一步发泡。
其中,发泡倍率是指求出聚丙烯系树脂预发泡粒子的重量w(g)及乙醇淹没体积v(cm3),由发泡前的聚丙烯系树脂粒子的密度d(g/cm3)通过下式求出的值。
发泡倍率=d×v/w
本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子通过控制以10℃/分钟的升温速度从30℃加热至100℃时的尺寸膨胀率,即使在不进行前处理地进行模内发泡成形的情况下,也能够得到收缩小、表面整洁的模内发泡成形体。
作为本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子,以10℃/min的升温速度从30℃加热至100℃时的尺寸膨胀率优选为1.5%以上,更优选为1.5%以上且10%以下,进一步优选为1.5%以上且5%以下。
当上述条件下的尺寸膨胀率低于1.5%时,存在所得到的模内发泡成形体的收缩变大的倾向。但是,若上述条件下的尺寸膨胀率超过5%,则基本没有由膨胀率增大带来的效果,并且制造时的加热温度或时间增大,变成制造效率的恶化、成本增大的倾向。
其中,聚丙烯系树脂预发泡粒子的尺寸膨胀率是如下所述测定的值。即,使用热机械分析装置(ThermomechanicalAnalyzer:TMA),对1粒聚丙烯系树脂预发泡粒子给予0.1g的一定压缩负载,测定以10℃/min的升温速度从30℃升温至100℃时的初期尺寸L0(mm)及最大尺寸Lmax(mm),由下式算出尺寸膨胀率。
尺寸膨胀率=(Lmax-L0)/L0×100(%)
本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子中,可认为在从30℃到100℃的尺寸膨胀率大的情况下,由于在模内发泡成形中的加热初期的温度低的状态下也能够容易地膨胀,由之后的加热引起的预发泡粒子内的空气膨胀导致的压力的上升少,空气的逸散被抑制,模内发泡成形后的成形体内空气压力变高,所以模内发泡成形体的变形得到抑制。
作为制造从30℃到100℃的尺寸膨胀率大的聚丙烯系树脂预发泡粒子的方法,没有特别限定,但可列举出使预发泡粒子的泡孔膜所受到的拉伸缓和等。
作为使预发泡粒子的泡孔膜所受到的拉伸缓和的方法,可列举出例如将通过除压发泡得到的预发泡粒子用蒸汽等进行加热的方法、延长二段发泡中的加热时间的方法、升高二段发泡中的加热温度的方法等。
在通过将利用除压发泡得到的预发泡粒子用蒸汽等进行加热来增大膨胀率的方法中,加热时间优选为30秒以上,更优选为30秒以上且90秒以下。
在上述加热时间低于30秒的情况下,由于对拉伸的缓和不充分,所以有可能膨胀率不会变高。
加热的蒸汽压优选为0.04MPa(G)以上且0.15MPa(G)以下,更优选为0.06MPa(G)以上且0.13MPa(G)以下。在加热蒸汽压低于0.04MPa(G)的情况下,由于对拉伸的缓和不充分,所以有可能膨胀率不会变高,在超过0.15MPa(G)的情况下,有可能预发泡粒子彼此相互粘着。
在通过二段发泡来增大膨胀率的方法中,对含浸氮气、空气等的聚丙烯系树脂预发泡粒子内进行加热的时间优选为90秒以上,更优选为90秒以上且150秒以下。在二段发泡时的加热时间低于90秒的情况下,由于缓和拉伸不充分所以有可能膨胀率不变高。
二段发泡时的加热的蒸汽压优选为0.04MPa(G)以上且0.15MPa(G)以下,更优选为0.06MPa(G)以上且0.13MPa(G)以下。
在二段发泡时的加热蒸汽压低于0.04MPa(G)的情况下,由于缓和拉伸不充分所以有可能膨胀率不变高,在超过0.15MPa(G)的情况下,有可能预发泡粒子彼此粘着。
本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子的平均泡孔径优选为30μm以上且800μm以下,更优选为100μm以上且600μm以下。
其中,平均泡孔径是从聚丙烯系树脂预发泡粒子中任意地取出30个预发泡粒子,依据JISK6402测定泡孔径,取其平均值而得到的值。
本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子的独立气泡率优选为88%以上,更优选为93%以上。
其中,独立气泡率是通过使用空气比较式比重计,求出聚丙烯系树脂预发泡粒子的独立气泡体积,将所述独立气泡体积除以另外利用乙醇浸渍法求出的表观体积,由此算出的值。
本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子在利用差示扫描量热计法的测定中,在将5~6mg的聚丙烯系树脂预发泡粒子以10℃/分钟的升温速度从40℃升温至220℃为止时所得到的DSC曲线中,优选具有2个熔化峰。
本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子优选DSC比为8%以上且40%以下,更优选为10%以上且30%以下。若聚丙烯系树脂预发泡粒子的DSC比为该范围,则容易得到表面整洁性高的聚丙烯系树脂模内发泡成形体。
其中,DSC比是指,如图1所示的那样,在设由低温侧的熔化峰和从低温侧峰与高温侧峰之间的极大点到熔化开始基线的切线所包围的热量即低温侧的熔化峰热量为Ql,设由DSC曲线的高温侧的熔化峰和从低温侧峰与高温侧峰之间的极大点到熔化结束基线的切线所包围的热量即高温侧熔化峰热量为Qh的情况下,由它们算出的高温侧的熔化峰的比率[Qh/(Ql+Qh)×100]。
所述DSC比由于依赖于制造聚丙烯系树脂预发泡粒子时的发泡时的温度及压力而发生变化,所以通过适当调整发泡温度及发泡压力,能够得到达到目标DSC比的预发泡粒子。一般若提高发泡温度及发泡压力,则存在DSC比降低的倾向,也依赖于聚丙烯系树脂的种类、添加剂、及发泡剂的种类,但具体而言,若使发泡温度上升1℃,则DSC比大约减少5~20%左右,若使发泡压力上升0.1MPa,则减少1~10%左右。
本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子即使不实施内压赋予法或压缩填充法等前处理,通过在该状态下直接进行模内发泡成形,也能够制成聚丙烯系树脂模内发泡成形体。
作为由本发明中的聚丙烯系树脂预发泡粒子进行模内发泡成形为聚丙烯系树脂模内发泡成形体的具体的方法,可列举出例如以下方法等:
将聚丙烯系树脂预发泡粒子在不实施内压赋予法或压缩填充法等前处理的情况下填充到由2个模具构成的可关闭但不可密闭的成形空间内,以水蒸汽等作为加热介质在0.15~0.4MPa(G)左右的加热水蒸汽压力下以3~50秒左右的加热时间进行成形,使聚丙烯系树脂预发泡粒子彼此熔合后,通过水冷将模具冷却后,打开模具,由此得到聚丙烯系树脂模内发泡成形体。
另外,在使用水蒸汽进行加热的情况下,在达到作为目标的加热水蒸汽压力前,优选用5~30秒左右的时间使其升压。
使用本发明的聚丙烯系树脂预发泡粒子得到的聚丙烯系树脂模内发泡成形体的密度优选为10kg/m3以上且300kg/m3以下,更优选为15kg/m3以上且250kg/m3以下,进一步优选为25kg/m3以上且150kg/m3以下。
实施例
以下列举出实施例及比较例,但本发明并不受其限制。
在实施例及比较例中,使用的物质如下所述,不特别进行纯化等而使用。
○聚丙烯系树脂:乙烯-丙烯无规共聚物[乙烯含量为2.8%、MFR=7.0g/10分钟、熔点为145℃]
○三聚氰胺[三井化学株式会社制]
○粉末状碱性磷酸三钙[太平化学产业株式会社制]
○正链烷烃磺酸钠[花王株式会社制、ラムテルPS]
实施例及比较例中的评价如下所述进行。
(DSC比)
使用热流速差示扫描量热计[SeikoInstrumentsInc.制、DSC6200型],得到将5~6mg所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子以10℃/分钟的升温速度从40℃升温至220℃为止时的DSC曲线。
在所得到的DSC曲线中,如图1所示的那样,设由低温侧的熔化峰和从低温侧峰与高温侧峰之间的极大点到熔化开始基线的切线所包围的热量即低温侧的熔化峰热量为Ql、设由DSC曲线的高温侧的熔化峰和从低温侧峰与高温侧峰之间的极大点到熔化结束基线的切线所包围的热量即高温侧熔化峰热量为Qh,通过下式算出。
DSC比=Qh/(Ql+Qh)×100(%)
(发泡倍率)
求出所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子的重量w(g)及乙醇淹没体积v(cm3),由发泡前的聚丙烯系树脂粒子的密度d(g/cm3),通过下式求出。
发泡倍率=d×v/w
(平均泡孔径)
从所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子中,任意地取出30个预发泡粒子,依据JISK6402测定泡孔径,算出平均泡孔径。
(独立气泡率)
通过使用空气比较式比重计[BECKMAN公司制、930型],求出所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子的独立气泡体积,将所述独立气泡体积除以另外利用乙醇浸渍法求出的表观体积,算出独立气泡率。
(发泡粒子尺寸膨胀率)
将所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子1粒使用热机械分析装置[ThermomechanicalAnalyzer:TMA、BrukerAXS制、TMA4000SA],如图2那样,给予0.1g的一定压缩负载,测定以10℃/分钟的升温速度从30℃升温至100℃时的初期尺寸L0(mm)及最大尺寸Lmax(mm),由下式求出。
尺寸膨胀率=(Lmax-L0)×100/L0(%)
(表面外观)
目视观察所得到的模内发泡成形体表面,按照下述的基准进行评价。
○:表面基本没有凹凸、各粒子间隙。
×:表面有凹凸,各粒子间隙非常大。
(表面皱褶)
目视观察所得到的模内发泡成形体表面,按照下述的基准进行评价。
○:表面基本没有皱褶。
×:表面存在皱褶。
(尺寸收缩率)
使用数显卡尺[MitutoyoCorporation制]测定所得到的模内发泡成形体的长度方向的尺寸,算出相对于模具尺寸(长400mm×宽300mm×高50mm)的尺寸收缩率(将小数点以下第3位四舍五入)。
○:尺寸收缩率为3.00%以下。
×:尺寸收缩率超过3.00%。
(实施例1~6、比较例1~3)
[树脂粒子的制作]
相对于100重量份聚丙烯系树脂,添加并混合0.03重量份滑石作为泡孔成核剂,使用50mmφ单轴挤出机在树脂温度240℃下熔融混炼后,进行造粒,制造粒子重量约为1.8mg/粒的聚丙烯系树脂粒子。
[预发泡粒子的制作]
将100重量份所得到的树脂粒子及14重量份异丁烷与300重量份水、1.6重量份粉末状碱性磷酸三钙及0.03重量份正链烷烃磺酸钠一起装入10L密闭容器中,将该容器内部加热至表1记载的发泡温度。
接着,压入异丁烷,按照达到表1记载的规定发泡压力的方式调整容器内压力。之后,边用氮气保持容器内压力,边打开密闭容器下部的阀,将水分散物通过开孔径为4.0mmφ的孔板放出到大气压下,由此得到发泡倍率约为20倍的聚丙烯系树脂预发泡粒子。
将所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子以表1记载的时间、水蒸汽压力进行水蒸汽加热,得到用于模内发泡成形的聚丙烯系树脂预发泡粒子。
对所得到的预发泡粒子,进行各种评价。将其结果示于表1中。
[模内发泡体的制作]
将所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子在不进行内压赋予或压缩填充的前处理的情况下填充到长400mm×宽300mm×高50mm的模具中。之后,用18秒钟升压至水蒸汽压力为0.30MPa(G)为止,直接加热10秒钟,使该预发泡粒子彼此熔合,得到聚丙烯系树脂模内发泡成形体。
将所得到的模内发泡成形体在75℃的干燥室中干燥18小时,从干燥室中取出后,在23℃下放置4小时后,进行上述评价。将其结果示于表1中。
(参考例1)
在[模内发泡体的制作]中,对比较例1中得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子,通过空气加压进行空气含浸处理,使发泡粒子内压力达到0.1MPa(G)后,填充到长400mm×宽300mm×高50mm的模具中。之后,用18秒钟升压至水蒸汽压力为0.30MPa(G)为止,直接加热10秒钟,使该预发泡粒子彼此熔合,得到聚丙烯系树脂模内发泡成形体。
将所得到的模内发泡成形体在75℃的干燥室中干燥18小时,从干燥室中取出后,在23℃下放置4小时后,进行上述评价。将其结果示于表1中。
表1
(实施例7~9、比较例4~6)
[树脂粒子的制作]
相对于100重量份聚丙烯系树脂,添加并混合0.1重量份作为泡孔成核剂的滑石、0.5重量份聚乙二醇,使用50mmφ单轴挤出机在树脂温度240℃下熔融混炼后,进行造粒,制造粒子重量约为1.8mg/粒的聚丙烯系树脂粒子。
[预发泡粒子的制作]
将100重量份所得到的树脂粒子及10重量份二氧化碳与300重量份水、1.0重量份粉末状碱性磷酸三钙及0.05重量份正链烷烃磺酸钠一起装入10L密闭容器中,将该容器内部加热至表2记载的发泡温度。
接着,压入二氧化碳,按照达到表2记载的规定发泡压力的方式调整容器内压力。之后,边用氮气保持容器内压力,边打开密闭容器下部的阀,将水分散物通过开孔径为4.0mmφ的孔板放出到大气压下,由此得到发泡倍率约为12倍的聚丙烯系树脂预发泡粒子。
使用所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子,通过空气含浸,以表2记载的粒子内压力、加热时间、加热水蒸汽压力进行二段发泡,得到用于模内发泡成形的聚丙烯系树脂预发泡粒子。
对所得到的预发泡粒子,进行上述评价。将其结果示于表2中。
[模内发泡体的制作]
接着,将所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子在不进行内压赋予或压缩填充的前处理的情况下填充到长400mm×宽300mm×高50mm的模具中,用18秒钟升压至水蒸汽压力为0.30MPa(G)为止,直接加热10秒钟,使该预发泡粒子彼此熔合,得到聚丙烯系树脂模内发泡成形体。
将所得到的模内发泡成形体在75℃的干燥室中干燥18小时,从干燥室中取出后,在23℃下放置4小时后,进行上述评价。将其结果示于表2中。
表2
由表1及表2明显判断,使用热机械分析装置,在一定压缩负载0.1g下,以10℃/分钟的升温速度从30℃加热至100℃时的尺寸膨胀率为1.5%以上的大的预发泡粒子即使在模内发泡成形之前不进行内压赋予等处理的情况下,也可得到表面皱褶、尺寸收缩率也小的成形体。
符号的说明
Qh高温侧的熔化峰热量
Ql低温侧的熔化峰热量
1TMA的检测棒
2底座
3聚丙烯系预发泡粒子

Claims (4)

1.一种聚丙烯系树脂预发泡粒子,其特征在于,其是以聚丙烯系树脂作为基材树脂的预发泡粒子,
树脂粒子的平均粒重量为3mg/粒以下,
使用热机械分析装置,在一定压缩负载0.1g下、以10℃/分钟的升温速度从30℃加热至100℃时的预发泡粒子的尺寸膨胀率为1.5%以上。
2.一种聚丙烯系树脂模内发泡成形体,其特征在于,其是将权利要求1所述的聚丙烯系树脂预发泡粒子在不赋予内压的情况下进行模内发泡成形而形成的。
3.一种聚丙烯系树脂预发泡粒子的制造方法,其特征在于,将由聚丙烯系树脂组合物形成的聚丙烯系树脂粒子在发泡剂存在下分散到分散介质中,在加压下进行加热后,将分散物放出到低压域而得到聚丙烯系树脂预发泡粒子,
对于所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子,进一步使用0.04Mpa(G)以上且0.15Mpa(G)以下的水蒸汽加热30秒以上。
4.一种聚丙烯系树脂预发泡粒子的制造方法,其特征在于,将由聚丙烯系树脂组合物形成的聚丙烯系树脂粒子在发泡剂存在下分散到水系分散介质中,在加压下进行加热后,将分散物放出到低压域而得到聚丙烯系树脂预发泡粒子,
对于所得到的聚丙烯系树脂预发泡粒子,通过使用无机气体进行加压而使该聚丙烯系树脂预发泡粒子内的压力高于大气压后,
使用0.04Mpa(G)以上且0.15Mpa(G)以下的水蒸汽加热90秒以上。
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