CN106574069B - 苯乙烯系树脂发泡性颗粒及其制造方法、发泡颗粒、发泡成形体及其用途 - Google Patents
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Abstract
一种苯乙烯系树脂发泡性颗粒,其包含体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑、苯乙烯系树脂以及发泡剂。
Description
技术领域
本发明涉及苯乙烯系树脂发泡性颗粒及其制造方法、发泡颗粒、发泡成形体及其用途。进一步详细而言,本发明涉及隔热性优异的苯乙烯系树脂发泡成形体及其用途、用于制造上述成形体的苯乙烯系树脂发泡性颗粒和发泡颗粒、以及苯乙烯系树脂发泡性颗粒的制造方法。
背景技术
一直以来,发泡成形体由于轻量且隔热性和机械强度优异而被用于在住宅、汽车等中使用的隔热材料、建筑材料等中使用的保温材料、鱼缸、食品容器等的输送用捆包材料、缓冲材料等。其中,以发泡性颗粒为原料而制造的模内发泡成形体由于容易得到期望的形状等优点而经常被使用。
作为发泡成形体,通常使用来自苯乙烯系树脂发泡性颗粒的苯乙烯系树脂发泡成形体。对于苯乙烯系树脂发泡成形体,加热苯乙烯系树脂发泡性颗粒使其预发泡而得到预发泡颗粒,接着使得到的预发泡颗粒在模具的模腔内一边进行二次发泡一边热熔接,由此一体化而得到。
苯乙烯系树脂发泡成形体具有各种性质,例如作为该性质,有优异的隔热性。从节能化的观点来看,在各种用途中要求优异的隔热性。作为具体的用途,可列举出:墙壁用隔热材料、地板用隔热材料、屋顶用隔热材料、汽车用隔热材料、热水箱用保温材料、配管用保温材料、太阳能系统用保温材料、热水器用保温材料、食品、工业制品等的容器、鱼或农产品等的捆包材、填充材、榻榻米的芯材等。
发泡成形体所要求的隔热性从节能化的观点来看,期望进一步的提升。作为使隔热性提升的方法,已知有高倍化、改变树脂组成、使用添加剂等各种方法。例如,日本特开昭63-183941号公报(专利文献1)提出了一种发泡成形体,其含有红外线的反射率40%以上的微粉末作为添加剂。在专利文献1的实施例中说明了:使用了具有40%以上的反射率的铝粉、银粉及石墨粉的发泡成形体与包含在发泡成形体中通常用作黑化剂的炭黑(例如,日本特开2013-6966号公报:专利文献2)之类的具有低于40%的反射率的添加剂相比,隔热性更优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭63-183941号公报
专利文献2:日本特开2013-6966号公报
发明内容
发明要解决的问题
上述公报所记载的技术难以得到近年所要求的、具有充分的隔热性的发泡成形体,期望提供具有更高隔热性的发泡成形体。
用于解决问题的方案
本发明的发明人等为了提高发泡成形体的隔热性而对添加在发泡成形体中的添加剂进行了研究。其结果,得到了特定种类的炭黑会有助于隔热性的提高的见解。该特定种类的炭黑是可以用体积电阻率为1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑这一概念概括的添加剂。此处,从专利文献1中认为炭黑对隔热性的提升效果差的方面考虑,发明人还意外发现了炭黑的导电性与隔热性相关连这样的观点。
这样,根据本发明,提供一种苯乙烯系树脂发泡性颗粒,其特征在于,包含体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑、苯乙烯系树脂以及发泡剂。
并且,根据本发明,提供一种苯乙烯系树脂发泡颗粒,其特征在于,包含体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂。
进而,根据本发明,提供一种苯乙烯系树脂发泡成形体,其特征在于,其由彼此熔接的多个发泡颗粒构成,所述发泡颗粒包含体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂。
进而,根据本发明,提供一种居住空间用隔热材料,其由上述的苯乙烯系树脂发泡成形体构成,前述苯乙烯系树脂发泡成形体中的包含苯乙烯系单体、乙基苯、异丙基苯、正丙基苯、二甲苯、甲苯、苯的芳香族有机化合物的总含量低于2000ppm。
进而,根据本发明,提供一种苯乙烯系树脂发泡性颗粒的制造方法,其包括:在使含有体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂的种子颗粒分散于水中而成的分散液中,使苯乙烯系单体浸渗至前述种子颗粒中的工序;在浸渗的同时或在浸渗后使前述苯乙烯系单体聚合的工序;以及在聚合的同时或在聚合后使发泡剂浸渗的工序。
进而,根据本发明,提供一种苯乙烯系树脂发泡性颗粒的制造方法,其包括:将体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂熔融混炼的工序;在由前述熔融混炼工序得到的熔融树脂中注入发泡剂的工序;以及将由所述发泡剂注入工序得到的熔融树脂挤出到液体中并切断,接着使其固化的工序。
发明的效果
根据本发明,能够提供隔热性优异的苯乙烯系树脂发泡成形体以及居住空间用隔热材料、用于制造上述发泡成形体的苯乙烯系树脂发泡性颗粒和发泡颗粒、以及苯乙烯系树脂发泡性颗粒的制造方法。
以下的任一情况下,能够提供用于制造隔热性更优异的苯乙烯系树脂发泡性成形体的苯乙烯系树脂发泡性颗粒。
(1)导电性炭黑的一次颗粒以多个颗粒聚集的聚集块的形式包含在所述苯乙烯系树脂中,一次颗粒具有18~125nm的平均一次粒径,聚集块具有:(i)180~500nm的最长径的平均值,和(ii)4.0~10.0的最长径的平均值相对于平均一次粒径的比;
(2)导电性炭黑为乙炔黑、科琴黑或它们的混合物;
(3)导电性炭黑具有10~3000m2/g的比表面积。
另外,以下的任一情况下,能够提供用于制造隔热性更优异的苯乙烯系树脂发泡性成形体的苯乙烯系树脂发泡颗粒。
(1)导电性炭黑的一次颗粒以多个颗粒聚集的聚集块的形式包含在所述苯乙烯系树脂中,一次颗粒具有18~125nm的平均一次粒径,聚集块具有:(i)180~500nm的最长径的平均值,和(ii)4.0~10.0的最长径的平均值相对于平均一次粒径的比;
(2)导电性炭黑为乙炔黑、科琴黑或它们的混合物;
(3)苯乙烯系树脂发泡颗粒具有150~350μm的平均气泡径;
(4)导电性炭黑具有10~3000m2/g的比表面积。
进而,以下的任一情况下,能够提供隔热性更优异的苯乙烯系树脂发泡性成形体。
(1)导电性炭黑的一次颗粒以多个颗粒聚集的聚集块的形式包含在所述苯乙烯系树脂中,一次颗粒具有18~125nm的平均一次粒径,聚集块具有:(i)180~500nm的最长径的平均值,和(ii)4.0~10.0的最长径的平均值相对于平均一次粒径的比;
(2)导电性炭黑为乙炔黑、科琴黑或它们的混合物;
(3)苯乙烯系树脂发泡颗粒具有150~350μm的平均气泡径;
(4)苯乙烯系树脂发泡成形体在基于JIS Z8729-2004“颜色的表示方法-L*a*b*色度体系”的表面的色差测定中,满足下式:31≤ΔE’=L*+|a*|+|b*|≤50(式中,ΔE’表示黑色度,L*表示亮度,a*及b*表示色坐标)所示的关系式;
(5)苯乙烯系树脂发泡成形体相对于苯乙烯系树脂100质量份,含有0.5~20质量份的导电性炭黑,对于由透射法红外分析得到的波数1000cm-1下的吸光度A和波数500cm-1下的吸光度B,显示0.8~2.0的A/B比值;
(6)吸光度B为0.5以上;
(7)苯乙烯系树脂发泡成形体具有0.01~0.04g/cm3的密度;
(8)导电性炭黑具有10~3000m2/g的比表面积;
(9)苯乙烯系树脂发泡成形体具有低于0.5g/100cm2的吸水量;
(10)苯乙烯系树脂发泡成形体还包含阻燃剂。
附图说明
图1为形成了聚集块的导电性炭黑的电子显微镜照片。
图2为实施例1的发泡成形体的剖面的电子显微镜照片。
图3为实施例2的发泡颗粒的剖面的电子显微镜照片。
具体实施方式
(苯乙烯系树脂发泡性颗粒)
苯乙烯系树脂发泡性颗粒(以下称为发泡性颗粒)含有体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑、苯乙烯系树脂以及发泡剂。
(1)导电性炭黑
导电性炭黑具有1.0×104Ω·cm以下的体积电阻率。体积电阻率高于1.0×104Ω·cm时,有时无法充分提高隔热性。优选的体积电阻率为7.0×103Ω·cm以下,更优选的体积电阻率为4.0×103Ω·cm以下,进一步优选的体积电阻率为2.0×103Ω·cm以下,最优选的体积电阻率为1.0×103Ω·cm以下。体积电阻率的下限值没有特别设定,例如为1.0×10-1Ω·cm左右以上。作为具体的体积电阻率的值,可列举出:1.0×103、2.0×103、3.0×103、4.0×103、5.0×103、6.0×103、7.0×103、8.0×103、9.0×103、1.0×103Ω·cm等。
此处,体积电阻率是指如下的值:将原料炭黑(或者在原料炭黑被添加于母料、发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体中时,为利用有机溶剂去除母料、发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体中的苯乙烯系树脂而取出的炭黑)与聚乙烯系树脂或聚苯乙烯系树脂熔融混炼(炭黑:聚乙烯系树脂或聚苯乙烯系树脂=1:4(质量比)),对混炼物的板状成形体的表面进行测定而得到的值。详细的体积电阻率的测定法记载于实施例中。
需要说明的是,无论使用聚乙烯系树脂还是聚苯乙烯系树脂,体积电阻率为同等水平的值。
另外,无论使用原料炭黑还是使用通过有机溶剂去除母料、发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体中的苯乙烯系树脂而取出的炭黑,体积电阻率为同等水平的值。
需要说明的是,使用聚苯乙烯系树脂测定体积电阻率时,对于通过有机溶剂去除母料、发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体中的苯乙烯系树脂而取出炭黑的步骤,可以采用在炭黑:聚苯乙烯系树脂成为1:4(质量比)时在中途停止去除苯乙烯系树脂、或添加(稀释)聚苯乙烯系树脂使炭黑:聚苯乙烯系树脂成为1:4(质量比)的方法。当采用中途停止去除苯乙烯系树脂的方法时,为了调整炭黑:聚苯乙烯系树脂=1:4(质量比),也可以进行母料、发泡颗粒、发泡成形体中炭黑量的测定、苯乙烯系树脂量的测定。作为炭黑量的测定方法,没有特别限定,例如可列举出:使用差热-热重同时测定装置的方法等。
可以以导电性炭黑的一次颗粒分散在苯乙烯系树脂中的形态含有导电性炭黑,也可以在苯乙烯系树脂中以多个导电性炭黑的一次颗粒聚集的聚集块的形态含有导电性炭黑。优选的是,导电性炭黑的一次颗粒以多个颗粒聚集的聚集块的形式包含在苯乙烯系树脂中。
图1为示出使用电子显微镜观察的形成了聚集块的导电性炭黑的一例。导电性炭黑的一次颗粒是指在图1中观察到的各个大致圆形的颗粒。聚集块是指如图1所观察到那样的、可见至少两个大致圆形的一次颗粒互相重叠的一次颗粒的块。
一次颗粒优选具有18~125nm的平均一次粒径。平均一次粒径是指一次颗粒的最长径的平均值,可采用18~125nm的值。然而,这并不限制一次颗粒采用球形和大致球形以外的形状,一次颗粒也可以为圆柱状、棱柱状等其他的形状。一次颗粒采用球形和大致球形以外的形状时,平均一次粒径是指将一次颗粒近似为球形而得到的最长径的平均值。平均一次粒径低于18nm时,有时会由于气泡的细微化而导致成形性降低,大于125nm时,有时会由于气泡膜破裂而导致成形性降低。作为平均一次粒径的具体的数值范围,可列举出:18~120nm、18~110nm、18~100nm、18~90nm、18~80nm、18~73nm、18~66nm、18~60nm、20~100nm、25~80nm、32~66nm、20~125nm、25~125nm、32~125nm、40~125nm、50~125nm、60~125nm、66~125nm、73~125nm、80~125nm等。作为具体的平均一次粒径的值,可列举出:18、20、25、32、40、50、60、66、73、80、90、100、110、120、125nm等。
聚集块优选的是:(i)具有180~500nm的最长径的平均值。
最长径是指在聚集块的外缘上的任意两点间的距离中最长的距离,例如在图1中,以实线表示的直径被定义为该聚集块的最长径。最长径的平均值低于180nm时,有时隔热性不提高,大于500nm时,有时在发泡时气泡破裂,隔热性无法提高而得不到良好的成形品。作为最长径的平均值的具体的数值范围,可列举出:180~450nm、180~400nm、180~370nm、180~300nm、180~240nm、200~450nm、220~400nm、240~370nm、200~500nm、220~500nm、240~500nm、300~500nm、370~500nm、400~500nm等。作为具体的最长径的平均值,可列举出:180、200、220、230、240、250、300、350、370、400、420、450、460、470、480、490、500nm等。
需要说明的是,聚集块的最长径设定为一直与聚集块重叠。即,最长径采用不经过背景(苯乙烯系树脂)的直径。例如,在图1中,以虚线表示的线由于具有与背景重叠的部分,因此不可设定为最长径。
另外,聚集块优选的是:(ii)具有4.0至10.0的“最长径的平均值”相对于“平均一次粒径”的比。上述的比值低于4.0时,有时隔热性不提高,大于10.0时,有时在发泡时气泡破裂,得不到良好的成形品。作为上述的比值的具体的数值范围,可列举出:4.0~9.0、5.0~9.0、5.0~8.9、5.0~8.5、5.0~8.0、5.0~7.0、5.0~6.0、5.2~8.9、5.5~8.5、6.0~8.0、4.0~10.0、5.0~10.0、5.2~10.0、5.5~10.0、6.0~10.0等。作为具体的最长径的平均值相对于平均一次粒径的比值,可列举出:4.0、4.5、5.0、5.2、5.5、6.0、7.0、8.0、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0等。详细的最长径的平均值及平均一次粒径的测定方法记载于实施例。
作为导电性炭黑,只要具有上述体积电阻率就没有特别限定,例如可列举出:乙炔黑、科琴黑、碳纳米纤维、碳纳米管等。
导电性炭黑的含量相对于苯乙烯系树脂100质量份为0.5~25质量份。含量低于0.5质量份时,有时隔热性不能充分提高。另一方面,含量超过25质量份时,有时气泡膜破裂而导致成形性降低、隔热性差。优选的导电性炭黑的含量为0.5~15质量份,更优选的导电性炭黑的含量为0.5~10质量份。作为具体的含量,可列举出:0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.01、2、2.56、3、3.13、4、5、5.26、6、7、7.52、7.69、8、9、10、11、11.11、12、13、14、15、16、17、18、19、20质量份等。
导电性炭黑优选具有10~3000m2/g的比表面积。比表面积低于10m2/g时,有时无法得到期望的隔热性能。另一方面,比表面积超过3000m2/g时,有时操作性降低。例如,作为比表面积的具体的数值范围,可列举出:100~3000m2/g、200~3000m2/g、210~3000m2/g、220~3000m2/g、15~2500m2/g、100~2500m2/g、210~2500m2/g、10~2000m2/g、60~2000m2/g、210~2000m2/g、10~1500m2/g、70~1500m2/g、200~1500m2/g、210~1500m2/g等。导电性炭黑为乙炔黑时,进一步优选的比表面积为20~300m2/g。导电性炭黑为科琴黑时,进一步优选的比表面积为500~2000m2/g。作为具体的比表面积的值,可列举出:10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、400、500、700、1000、1500、2000、2500、3000m2/g等。
导电性炭黑为乙炔黑或科琴黑时,作为上述物性以外的优选的物性值列举如下。
[表1]
(2)苯乙烯系树脂
苯乙烯系树脂只要为可得到发泡成形体的树脂就没有特别限定。例如可列举出:苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、异丙基苯乙烯、叔丁基苯乙烯、二甲基苯乙烯,溴苯乙烯,氯苯乙烯等苯乙烯系单体,或者来自于这些单体的混合物的树脂。
苯乙烯树脂中可以含有来自于交联剂的成分。
作为交联剂,例如可列举出:二乙烯基苯、三乙烯基苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基二甲苯、双(乙烯基苯基)甲烷、双(乙烯基苯基)乙烷、双(乙烯基苯基)丙烷、双(乙烯基苯基)丁烷、二乙烯基萘、二乙烯基蒽、二乙烯基联苯等在多官能的苯环上直接键合有乙烯基的化合物;双酚A的环氧乙烷加成物二(甲基)丙烯酸酯、双酚A的环氧丙烷加成物二甲基丙烯酸酯等2官能(甲基)丙烯酸酯化合物等。
苯乙烯系树脂在不会阻碍本发明的特性的范围的量之内,可以为其他单体与上述苯乙烯系单体的共聚物。作为其他单体,例如可列举出:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸十六烷基酯等(甲基)丙烯酸酯;(甲基)丙烯腈、马来酸二甲酯、马来酸二乙酯等马来酸烷基酯;富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸乙酯等富马酸烷基酯;马来酸酐、N-苯基马来酰亚胺、(甲基)丙烯酸等。
进而,还可以含有上述以外的树脂。作为上述以外的树脂,可列举出:聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃系树脂;添加了聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯-丙烯-非共轭二烯三维共聚物等二烯系橡胶状聚合物的橡胶改性耐冲击性聚苯乙烯系树脂;聚碳酸酯树脂;聚酯树脂;聚酰胺树脂;聚苯醚;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物;聚甲基丙烯酸甲酯等。这些其他的树脂所占的比率相对于基材树脂总量优选为低于50质量%,更优选为30质量%以下,进一步优选为10质量%以下。
苯乙烯系树脂优选具有10万~100万的重均分子量。重均分子量低于10万时,有时发泡成形体的强度降低。大于100万时,有时发泡性降低、轻量性差。重均分子量更优选为15万~80万,进一步优选为20万~50万。
发泡性颗粒中的苯乙烯系树脂的含有比率优选为50质量%以上。低于50质量%时,有时不能得到充分的发泡性。更优选的含有比率为60质量%以上,进一步优选的含有比率为80质量%以上。
(3)发泡剂
作为发泡剂,没有特别限定,可使用任意的公知的物质。特别适合的是沸点为苯乙烯系树脂的软化点以下、且常压下为气态或液态的有机化合物。例如可列举出:丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、环戊烷、环戊二烯、正己烷、石油醚等烃;丙酮、甲乙酮等酮类;甲醇、乙醇、异丙醇等醇类;二甲基醚、二乙基醚、二丙基醚,甲乙醚等低沸点的醚化合物;三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷等含卤烃;二氧化碳、氮气、氨气等无机气体等。这些发泡剂可以单独使用,也可以组合使用2种以上。其中,从防止臭氧层的破坏的观点、以及与空气快速地置换并抑制发泡成形体的经时变化的观点来看,优选使用烃。烃类中更优选沸点为-45~40℃的烃类,进一步优选为丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷等。
发泡剂的含量优选为2~12质量%的范围。少于2质量%时,有时不能从发泡性颗粒得到期望的密度的发泡成形体。而且由于提高模内发泡成形时的二次发泡力的效果变小,因此有时发泡成形体的外观不能成为良好。多于12质量%时,有时在发泡成形体的制造工序中的冷却工序所需要的时间变长而导致生产率降低。更优选的含量为3~10质量%,进一步优选的含量为4~9质量%,最优选的含量为5~8质量%。
可以将发泡助剂与发泡剂组合使用。作为发泡助剂,可列举出:己二酸异丁酯、甲苯、环己烷、乙基苯等。
(4)其他添加剂
发泡性颗粒可以根据需要而含有其他添加剂。作为其他添加剂,可列举出:增塑剂、阻燃剂、阻燃助剂、抗静电剂、铺展剂、气泡调整剂、填充剂、着色剂、耐候剂、抗老化剂、润滑剂、防雾剂、香料等。
作为可塑剂,可列举出:甲苯、二甲苯等芳香族羟;环己烷、己烷、庚烷等脂肪族羟等;己二酸二异丁酯;己二酸二辛酯;己二酸二异壬酯等己二酸酯;甘油二乙酰单月桂酸酯等脂肪酸甘油酯;邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异丁酯等邻苯二甲酸酯;液态石蜡、白油等高沸点化合物。
作为阻燃剂,可列举出:四溴环辛烷、六溴环十二烷、三(二溴丙基)磷酸酯、四溴双酚A、四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)、四溴双酚A-双(2,3-二溴丙基醚)等。
作为阻燃助剂,可列举出:2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷、3,4-二甲基-3,4-二苯基己烷、过氧化二异丙苯、过氧化氢异丙苯的有机过氧化物。
作为抗静电剂,可列举出:聚氧乙烯烷基酚醚、硬脂酸单甘油酯、聚乙二醇等。
作为铺展剂,可列举出:聚丁烯、聚乙二醇、甘油、硅油等。
作为气泡调整剂,可列举出:滑石、云母、二氧化硅、硅藻土、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸钙、碳酸镁、硫酸钾、硫酸钡、玻璃微珠、聚四氟乙烯、磷酸三钙、焦磷酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸镁等金属皂;亚乙基双硬脂酰胺、亚甲基双硬脂酰胺等双酰胺化合物;硬脂酰胺、12-羟基硬脂酰胺等酰胺化合物;硬脂酸三甘油酯、硬脂酸单甘油酯等脂肪酸甘油酯等。
作为润滑剂,可列举出:硬脂酸锌、硬脂酸镁等金属皂;亚乙基双硬脂酰胺、亚甲基双硬脂酰胺等双酰胺化合物;硬脂酰胺、12-羟基硬脂酰胺等酰胺化合物;硬脂酸三甘油酯、硬脂酸单甘油酯、羟基硬脂酸三甘油酯等脂肪酸甘油酯;聚乙烯蜡;液态石蜡;白油等。
(5)发泡性颗粒的制造方法
本发明的范围中也包括上述的发泡性颗粒的制造方法。
本发明的一个实施方式中,提供一种苯乙烯系树脂发泡性颗粒的制造方法,其包括:
在使含有体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂的种子颗粒分散于水中而成的分散液中,使苯乙烯系单体浸渗至前述种子颗粒中的工序;
在浸渗的同时或在浸渗后使前述苯乙烯系单体聚合的工序;以及
在聚合的同时或在聚合后使发泡剂浸渗的工序。
水性介质只要为在常温下可溶解水溶性物质的液体就没有特别限定,可列举出:水、碳原子数1~4的低级醇及它们的混合物等,特别优选为水。关于水性介质的使用量,本领域技术人员可以适当设定。
通过聚合而得到的树脂中可以包含苯乙烯系树脂以外的树脂。这样的树脂的种类、物性及含量如上所述。
此实施方式为使用作为在该技术领域中代表性的发泡性颗粒的制造方法之一的悬浮聚合法来制造发泡性颗粒的方式。以下对悬浮聚合法进行更详细的说明,但本实施方式并不限定于以下记载的条件等。
1.悬浮聚合法
悬浮聚合法是如下的方法:在苯乙烯系单体中溶解聚合引发剂,与分散有悬浮剂的水一起在反应槽中升温、聚合后进行冷却,从而得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒。在聚合的中途和/或聚合结束后添加发泡剂的方法被称为1段法。将不添加发泡剂地进行聚合而得到的颗粒进行筛分,仅将必要的粒径范围的颗粒在反应槽的分散有悬浮剂的水中升温,在此时添加发泡剂使其浸渗到颗粒中的方法被称为2段法(后浸渗法)。另外,在放有分散有悬浮剂的水的反应槽中投入小颗粒的聚苯乙烯颗粒(种子颗粒)并升温后,连续地向反应槽供给溶解有聚合引发剂的苯乙烯单体而进行聚合,使其成长至目标粒径的方法被称为种子聚合法。在种子聚合法中,发泡剂在聚合的中途和/或聚合结束后添加。利用1段法、2段法(后浸渗法)、种子聚合法的任一方法均可制造本发明的苯乙烯系树脂发泡性颗粒。另外,利用任一方法均有可得到圆球状的发泡性颗粒的优点。作为优选的制造方法,可列举出种子聚合法。利用种子聚合法时,能够使用以高浓度(例如20质量%)含有导电性炭黑的聚苯乙烯颗粒(母料)作为种子颗粒,有不易产生聚合阻碍的优点。
以下对悬浮聚合法的种子聚合法更详细地进行说明,但本实施方式并不限定于以下所记载的条件等。
(a)悬浮聚合法的种子聚合法
作为该方法,可列举出如下的方法:使含有导电性炭黑和苯乙烯系树脂的种子颗粒吸收苯乙烯系单体并聚合而得到苯乙烯系树脂颗粒,在聚合的中途和/或聚合结束成后注入发泡剂,由此得到发泡性颗粒。该方法中,容易得到在中心大量含有导电性炭黑的发泡性颗粒。
(i)种子颗粒
种子颗粒可以使用由公知的方法所制造的种子颗粒,例如可列举出:将导电性炭黑和苯乙烯系树脂用挤出机熔融混炼后挤出成股线状,通过将股线切断而得到种子颗粒的挤出方法。另外,种子颗粒可以部分或全部使用树脂回收品。使用回收品的情况适合于通过挤出方法进行的种子颗粒的制造。
种子颗粒的平均粒径可以根据树脂颗粒的平均粒径进行适宜调整。进而,对种子颗粒的重均分子量没有特别限定,优选为10万~50万,更优选为15万~40万。
导电性炭黑的添加量相对于种子颗粒中的苯乙烯系树脂及苯乙烯系单体的添加量的总和100质量份为0.5~25质量份。即,以使导电性炭黑的添加量成为0.5~25质量份的方式添加种子颗粒。添加量低于0.5质量份时,有时隔热性不能充分提高。另一方面,添加量超过25质量份时,有时气泡膜破裂而导致成形性降低、隔热性差。优选的导电性炭黑的添加量为0.5~15质量份,更优选的导电性炭黑的添加量为0.5~10质量份。作为具体的添加量,可列举出:0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.01、2、2.56、3、3.13、4、5、5.26、6、7、7.52、7.69、8、9、10、11、11.11、12、13、14、15、16、17、18、19、20质量份等。需要说明的是,添加量可以以成为与针对发泡性颗粒所记载的含量几乎同等水平的值的方式进行调整。
(ii)聚合工序
通过向使种子颗粒分散于水性介质而成的分散液中供给单体混合物,从而使种子颗粒吸收各单体,接着使各单体聚合,由此能够得到苯乙烯系树脂颗粒。
苯乙烯系单体的添加量相对于种子颗粒及苯乙烯系单体的添加量的总和100质量份优选为50质量份。低于50质量份时,有时不能得到充分的发泡性。更优选的含有比率为60质量份以上,进一步优选的含有比率为80质量份以上。需要说明的是,添加量可以以成为与针对发泡性颗粒所记载的含量几乎同等水平的值的方式进行调整。
作为水性介质,可列举出:水、水和水溶性溶剂(例如醇)的混合介质。
使用的各单体可以包含聚合引发剂。作为聚合引发剂,只要是一直以来用于单体聚合的物质就没有特别限定。例如可列举出:过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化苯甲酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯、月桂基过氧化物、叔丁基过氧化物、叔丁基过氧化特戊酸酯、叔丁基过氧化异丙基碳酸酯、叔丁基过氧化乙酸酯、2,2-叔丁基过氧化丁烷、叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己酸酯,二叔丁基过氧化六氢对苯二甲酸酯、2,5-二甲基-2,5-二(过氧化苯甲酰基)己烷、二异丙苯基过氧化物等有机过氧化物;偶氮双异丁腈、偶氮双(二甲基戊腈)等偶氮化合物等。这些引发剂中,为了使残存单体减少,可以组合使用用于得到10小时半衰期的分解温度处于80~120℃的不同的两种以上聚合引发剂。需要说明的是,聚合引发剂可以单独使用,也可以组合使用两种以上。
在水性介质中,为了使单体的小滴及种子颗粒的分散稳定,可以含有悬浮稳定剂。作为悬浮稳定剂,只要是一直以来用于单体的悬浮聚合的稳定剂就没有特别限定。例如可列举出:聚乙烯醇、甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮等水溶性高分子;磷酸三钙、焦磷酸镁、氧化镁、羟基磷灰石等难溶性无机化合物等。而且,作为前述悬浮稳定剂使用难溶性无机化合物时,优选组合使用阴离子界面活性剂,作为这样的阴离子界面活性剂,例如可列举出:脂肪酸皂、N-酰基氨基酸或其盐、烷基醚羧酸盐等羧酸盐;烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、二烷基磺基琥珀酸酯盐、烷基磺基醋酸盐,α-烯烃磺酸盐等磺酸盐;高级醇硫酸酯盐、仲高级醇硫酸酯盐、烷基醚硫酸盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸盐等硫酸酯盐;烷基醚磷酸酯盐、烷基磷酸酯盐等磷酸酯盐等。
聚合工序根据使用的单体种类、聚合引发剂种类、聚合气氛等而有所不同,通常通过将70~130℃的加热维持3~10小时来进行。聚合工序可以一边使单体浸渗一边进行。聚合工序可以以一阶段将所使用的单体全部进行聚合,也可以分为2阶段以上使其进行聚合(包含种子颗粒制造时的聚合)。
(iii)发泡剂浸渗工序
发泡性颗粒可以通过使发泡剂浸渗到上述苯乙烯系树脂颗粒中而得到。
浸渗可以与聚合同时以湿式进行,也可以在聚合后以湿式或干式进行。以湿式进行时,可以在上述聚合工序中所例示的悬浮稳定剂及界面活性剂的存在下进行。发泡剂的浸渗温度优选为60~120℃。低于60℃时,使发泡剂浸渗到树脂颗粒中所需的时间变长,有时生产效率降低。另外,高于120℃时,有时树脂颗粒彼此熔接而产生结合粒。更优选的浸渗温度为70~110℃。
浸渗的发泡剂量相对于由聚合而得到的苯乙烯系树脂100质量份优选为2~12质量份的范围。少于2质量份时,有时不能从发泡性颗粒得到期望的密度的发泡成形体。而且由于提高模内发泡成形时的二次发泡力的效果变小,因此有时发泡成形体的外观不能成为良好。多于12质量份时,发泡成形体的制造工序中的冷却工序所需的时间变长,有时生产率降低。更优选的含量为3~10质量份,进一步优选的含量为4~9质量份,最优选的含量为5~8质量份。需要说明的是,浸渗的发泡剂的量可以以成为与针对发泡性颗粒所记载的含量几乎同等水平的值的方式进行调整。另外,如上所述,可以将发泡助剂与发泡剂组合使用。发泡助剂的种类等如上所述,关于添加量,本领域技术人员可以适当进行设定。
本发明的另一实施方式中,提供一种苯乙烯系树脂发泡性颗粒的制造方法,其包含:
将体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂熔融混炼的工序;
在由前述熔融混炼工序得到的熔融树脂中注入发泡剂的工序;以及
将由前述熔融混炼工序得到的熔融树脂挤出到液体中并切断,接着使其固化的工序。
该实施方式为使用作为该技术领域中代表性的发泡性颗粒的制造方法之一的熔融挤出法来制造发泡性颗粒的方式。以下对熔融挤出法进行详细说明,但本实施方式并不限定于以下所记载的条件等。
2.熔融挤出法
熔融挤出法为如下的方法:将聚苯乙烯颗粒供给到树脂供给装置中,在树脂供给装置内将发泡剂压入熔融的聚苯乙烯系树脂中并混炼,将含有发泡剂的熔融树脂从附设在树脂供给装置前端的模具的小孔挤出,然后冷却而得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒。从模具的小孔直接挤出到冷却用液体中并用旋转刃切断刚挤出的挤出物,使被切断的颗粒在冷却用液体中冷却的方法被称为热切割法。从模具小孔暂时在空气中挤出成股线状,在股线发泡前引导至冷却用水槽中,将股线在冷却用水槽中冷却后切断成为圆柱状颗粒的方法被称为股线切割法(冷切割法)。利用热切割法、股线切割法(冷切割法)的任一种方法均能够制造本发明的苯乙烯系树脂发泡性颗粒。另外,利用任一种方法均有可以容易地使颗粒中含有任意量的导电性炭黑的优点。另外,可以使发泡性颗粒中均匀地含有导电性炭黑。作为优选的制造方法,可列举出热切割法。为热切割法时,有可得到几乎为球状的发泡性颗粒的优点。
以下,对熔融挤出法的热切割法进行详细说明,但本实施方式并不限于与以下所记载的条件等。
(b)熔融挤出法的热切割法
作为该方法,为如下的方法:在树脂供给装置内将发泡剂压入熔融的聚苯乙烯系树脂中并混炼,将含有发泡剂的熔融树脂从附设于树脂供给装置前端的模具小孔直接挤出到冷却用液体中,将挤出到冷却用液体中的挤出物在冷却用液体中用旋转刃切断,并且使挤出物通过与液体的接触而冷却固化,从而得到发泡性颗粒。
该方法中,例如可使用如下所述的制造装置。即,可列举出具备下述部分的制造装置:作为树脂供给装置的挤出机、在挤出机的前端安装了具有多个小孔的模具、向挤出机内投入原料的原料供给料斗、通过发泡剂供给口向挤出机内的熔融树脂压入发泡剂的高压泵、以使穿设有模具的小孔的树脂吐出面与冷却水接触的方式设置且在室内循环供给冷却水的切割室、为了能够切断从模具的小孔挤出的树脂而在切割室内可旋转地设置的切割器(高速旋转刃)、将从切割室随着冷却水的流动而被运送的发泡性颗粒与冷却水分离并进行脱水干燥而得到发泡性颗粒的带有固液分离功能的脱水干燥机、积存用带有固液分离功能的脱水干燥机分离的冷却水的水槽、将该水槽内的冷却水输送到切割室的高压泵、储存用带有固液分离功能的脱水干燥机脱水干燥的发泡性颗粒的储存容器。
对使用上述制造装置的发泡性颗粒的制造步骤的一例进行说明。首先,将原料聚苯乙烯系树脂及炭黑从原料供给料斗投入到挤出机内。原料聚苯乙烯树酯可以制成粒料状或颗粒状并预先充分混合后从一个原料供给料斗投入,或者例如在使用多个批次时,也可以从按照各批次分别调整了供给量的多个原料供给料斗投入,在挤出机内将它们混合。另外,将多个批次的再循环原料组合使用时,优选预先将多个批次的原料充分混合,并通过磁筛选、过筛、比重筛选、送风筛选等适当的筛选方法去除异物。炭黑可以作为预先与聚苯乙烯系树脂熔融混合而制作的母料投入挤出机。
导电性炭黑的添加量相对于苯乙烯系树脂的添加量100质量份为0.5~25质量份。添加量低于0.5质量份时,有时不能充分提高隔热性。另一方面,添加量超过25质量份时,有时气泡膜破裂从而成形性降低、隔热性差。优选的导电性炭黑的添加量为0.5~15质量份,更优选的导电性炭黑的添加量为0.5~10质量份。作为具体的添加量,可列举出:0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.01、2、2.56、3、3.13、4、5、5.26、6、7、7.52、7.69、8、9、10、11、11.11、12、13、14、15、16、17、18、19、20质量份等。需要说明的是,添加量可以以成为与针对发泡性颗粒所记载的含量几乎同等水平的方式来调整。
向挤出机内供给原料后,加热熔融聚苯乙烯系树脂,一边将该熔融树脂移送至模具侧,一边从发泡剂供给口通过高压泵压入发泡剂,在熔融树脂中混合发泡剂,使其通过根据需要而在挤出机内设置的异物去除用的筛网后,一边进一步混炼熔融物一边使其移动至前端侧,将添加了发泡剂的熔融物从附设于挤出机前端的模具小孔中挤出。
关于向通过熔融混炼得到的熔融树脂中注入发泡剂的条件,本领域技术人员可以进行适当设定。发泡剂的添加量相对于熔融树脂100质量份优选为2~12质量份的范围。少于2质量份时,有时不能从发泡性颗粒得到期望的密度的发泡成形体。而且由于提高模内发泡成形时的二次发泡力的效果变小,因此有时发泡成形体的外观不能成为良好。多于12质量份时,发泡成形体的制造工序中的冷却工序所需的时间变长,有时生产率降低。更优选的含量为3~10质量份,进一步优选的含量为4~9质量份,最优选的含量为5~8质量份。需要说明的是,注入的发泡剂的量可以以成为与针对发泡性颗粒所记载的含量几乎同等水平的值的方式进行调整。另外,如上所述,可以将发泡助剂与发泡剂组合使用。发泡助剂的种类等如上所述,关于添加量,本领域技术人员可以进行适当设定。
穿设有模具的小孔的树脂吐出面配置于在室内循环供给冷却水的切割室内,且在切割室内,为了能够切断从模具的小孔挤出的树脂而可旋转地设置有切割器。将完成了添加发泡剂的熔融物从附设于挤出机前端的模具的小孔挤出时,熔融物被切断为粒状的同时与冷却水接触而急速冷却,在保持为抑制了发泡的状态下固化成为发泡性颗粒。
所形成的发泡性颗粒从切割室随着冷却水的流动被运送至带有固液分离功能的脱水干燥机,在此,将发泡性颗粒与冷却水分离并进行脱水干燥。经干燥的发泡性颗粒储存在储存容器中。
需要说明的是,添加阻燃剂时,添加时期没有特别限定,优选与原料一起添加到挤出机中。
3.其他的方法
作为其他的方法的例子,可列举出如下的方法:在熔融挤出法中,不压入发泡剂地得到苯乙烯系树脂颗粒后,将此颗粒通过悬浮聚合法的2段法(后浸渗法)浸渗发泡剂而制造苯乙烯系树脂发泡性颗粒的方法,或者将该颗粒作为种子颗粒,通过悬浮聚合法的种子聚合法制造苯乙烯系树脂发泡性颗粒的方法。通过这些方法也可以制造本发明的苯乙烯系树脂发泡性颗粒。另外,利用任一种方法均有能够通过熔融挤出法使颗粒中容易地含有任意量的导电性炭黑的优点。作为优选的制造法,可列举出:通过熔融挤出法得到不含发泡剂的颗粒后,将该颗粒作为种子颗粒并通过种子聚合法来制造苯乙烯系树脂发泡性颗粒的方法。根据此方法,可以使用以高浓度(例如20质量%)含有导电性炭黑的聚苯乙烯颗粒(母料)作为种子颗粒,有不易产生聚合阻碍的优点,进而,具有可得到圆球状的发泡性颗粒的优点。
(苯乙烯系树脂发泡颗粒)
苯乙烯系树脂发泡颗粒(以下称为发泡颗粒)包含体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂。该发泡颗粒可以通过使上述发泡性颗粒发泡(预发泡)而得到,相当于用于制造下述发泡成形体的预发泡颗粒。
构成发泡颗粒的导电性炭黑及苯乙烯系树脂与上述发泡性颗粒相同。
发泡颗粒优选具有0.009~0.400g/cm3的体积密度。体积密度大于0.400g/cm3时,有时发泡成形体的轻量性降低。体积密度小于0.009g/cm3时,有时发泡成形体的隔热性能及机械强度降低。更优选的体积密度为0.010~0.100g/cm3,进一步优选的体积密度为0.01~0.04g/cm3,进一步更优选的体积密度为0.011~0.032g/cm3,最优选的体积密度为0.014~0.029g/cm3。作为具体的体积密度值,可以为0.009、0.010、0.011、0.012、0.0125、0.013、0.014、0.015、0.02、0.03、0.033、0.035、0.04、0.1、0.2、0.3、0.4g/cm3等。
构成发泡颗粒的气泡的平均径(平均气泡径)优选为50~1000μm。平均气泡径低于50μm时,有时隔热性降低。平均气泡径大于1000μm时,有时机械强度降低。平均气泡径更优选为100~600μm,进一步优选为200~300μm。作为具体的平均气泡径的值,可以为50、100、150、200、250、300、350、400、500、600、700、800、900、1000μm等。
发泡颗粒通过使用水蒸气等使发泡性颗粒发泡至期望的体积密度而得到。
发泡颗粒可以在后续的发泡成形工序之前,例如在常压下使其熟化。发泡颗粒的熟化温度优选为20~60℃。熟化温度过低时,有时发泡颗粒的熟化时间变长。另一方面,过高时,有时发泡颗粒中的发泡剂散失而成形性降低。
(苯乙烯系树脂发泡成形体)
苯乙烯系树脂发泡成形体(以下称为发泡成形体)由彼此熔接的多个发泡颗粒构成,所述发泡颗粒包含体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂。该发泡成形体可以通过使上述发泡颗粒发泡成形而得到。
构成发泡成形体的导电性炭黑及苯乙烯系树脂与上述发泡性颗粒相同。
优选的是,发泡成形体在基于JIS Z8729-2004“颜色的表示方法-L*a*b*色度体系”的表面的色差测定中,满足下式所示的关系式:
31≤ΔE’=L*+|a*|+|b*|≤50
(式中,ΔE’表示黑色度,L*表示亮度,a*及b*表示色坐标)。
更优选的ΔE’为32≤ΔE’≤45,进一步优选的ΔE’为32≤ΔE’≤35。ΔE’<31时,有时隔热性降低。另一方面,ΔE’>50时,有时隔热性降低。(1)要使ΔE’为较小的值,可以通过选择更接近黑色的炭黑、或增加发泡成形体中的炭黑的含量、或提高发泡成形体的密度等而达成。(2)要使ΔE’为较大的值,可以通过选择更接近灰色的炭黑、或减少发泡成形体中的炭黑的含量、或降低发泡成形体的密度等而达成。作为具体的黑色度的值,可列举出:31、32、33、34、35、38、40、43、44、45、46、47、48、49、50等。详细的黑色度的测定方法记载于实施例中。
发泡成形体还可包含阻燃剂。作为阻燃剂,可以使用与针对上述发泡性颗粒所记载的阻燃剂相同的物质,特别优选四溴环辛烷或四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)为特优选。阻燃剂的含量相对于发泡成形体100质量份为0.5~10质量份,较优选为2~8质量份。作为具体的阻燃剂的含量的值,可列举出:0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10质量份等。
优选的是,发泡成形体为包含苯乙烯系单体、乙基苯、异丙基苯、正丙基苯、二甲苯、甲苯、苯的芳香族有机化合物的总含量低于2000ppm的居住空间用隔热材料。若前述芳香族有机化合物的总含量低于2000ppm,则近年所期望的对病屋症候群(Sick HouseSyndrome)的应对成为可能,能够提供更为舒适的居住空间。更优选为1750ppm以下,进一步优选为1500ppm以下,最优选为500ppm以下,极优选为300ppm以下。对于作为原料的聚苯乙烯树脂,通过选择包含苯乙烯系单体、乙基苯、异丙基苯、正丙基苯、二甲苯、甲苯、苯的芳香族有机化合物的含量较低的树脂原料,从而能够得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体及居住空间用隔热材料而不会在制造工序中混入前述芳香族有机化合物。若为从相同的苯乙烯系树脂发泡性颗粒得到的发泡颗粒、发泡成形体及居住空间用隔热材料,则前述芳香族有机化合物的总含量为成为同等水平的值。前述芳香族有机化合物的总含量低于2000ppm的苯乙烯系树脂发泡性颗粒适合用于居住空间用隔热材料的制造。另外,作为得到前述芳香族有机化合物的总含量少的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的制造方法,优选为熔融挤出法。详细的芳香族有机化合物的总含量的测定方法记载于实施例中。
发泡成形体优选具有0.010~0.400g/cm3的密度。密度大于0.400g/cm3时,有时轻量性降低。密度小于0.010g/cm3时,有时隔热性能及机械强度降低。更优选的密度为0.011~0.100g/cm3,进一步优选的密度为0.012~0.04g/cm3,更进一步优选的密度为0.0125~0.033g/cm3,最优选的密度为0.015~0.030g/cm3。作为具体的体积密度值,可以为0.009、0.010、0.011、0.012、0.0125、0.013、0.014、0.015、0.02、0.03、0.033、0.035、0.04、0.1、0.2、0.3、0.4g/cm3等。
构成发泡成形体的气泡的平均径(平均气泡径)优选为50~1000μm。平均气泡径低于50μm时,有时隔热性降低。平均气泡径大于1000μm时,有时机械强度降低。平均气泡径更优选为100~600μm,进一步优选为200~300μm。作为具体的平均气泡径的值,可以为50、100、150、200、250、300、350、400、500、600、700、800、900、1000μm等。
发泡成形体优选显示0.034W/mk以下的热导率。热导率超过0.034W/mk时,有时不能提供具有充分的隔热性的发泡成形体。更优选的热导率为0.033W/mk以下,进一步优选的热导率为0.032W/mk以下。作为具体的热导率的值,可列举出:0.034、0.0339、0.0338、0.0337、0.0336、0.0335、0.0334、0.0333、0.0332、0.0331、0.033、0.0329、0.0328、0.0327、0.0326、0.0325、0.0324、0.0323、0.0322、0.0321、0.032、0.0319、0.0318、0.0317、0.0316、0.0315、0.0314、0.0313、0.0312、0.0311、0.031、0.0309、0.0308、0.0307、0.0306、0.0305、0.0304、0.0303、0.0302、0.0301、0.030等。
发泡成形体优选显示低于0.5g/100cm2的吸水量。吸水量超过0.5g/100cm2时,有时隔热性降低。更优选的吸水量为低于0.4g/100cm2,进一步优选的吸水量为低于0.3g/100cm2,更进一步优选的吸水量为低于0.2g/100cm2。作为具体的吸水量的值,可列举出:0.5、0.45、0.4、0.35、0.3、0.25、0.2、0.15、0.1、0.05等。
优选的是,发泡成形体在由透射法红外分析得到的波数1000cm-1下的吸光度A和波数500cm-1下的吸光度B中,显示0.8~2.0的A/B比值。吸光度比A/B<0.8时或吸光度比A/B>2.0时,有时不能得到充分的隔热性。(1)要使吸光度比A/B为较小的值,可以通过增加红外线遮蔽剂的添加量等而达成。(2)要使吸光度比A/B为较大的值,可以通过增加红外线遮蔽剂的添加量、使气泡径变小等而达成。更优选的吸光度比A/B为0.81~1.80,进一步优选的吸光度比A/B为0.82~1.75。作为具体的吸光度比A/B的值,可列举出:0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.9、0.95、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.75、1.76、1.77、1.78、1.79、1.8、1.85、1.9、1.95、2.0等。
吸光度A是指由透射法红外分析得到的波数1000cm-1下的吸光度。优选的吸光度A为0.8以上。吸光度A低于0.8时,有时隔热性差。更优选的吸光度A为0.95以上。作为具体的吸光度A的值,可列举出:0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.9、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99等。
吸光度B是指由透射法红外分析得到的波数500cm-1下的吸光度。优选的吸光度B为0.5以上。吸光度B低于0.5时,有时隔热性差。更优选的吸光度B为0.55以上。作为具体的吸光度B的值,可列举出:0.5、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.6、0.65、0.7等。
详细的吸光度A和B的测定方法记载于实施例中。
发泡成形体例如可以如下地制造:将发泡颗粒填充在具有多个小孔的封闭模具内并以热介质(例如,加压水蒸气等)使其加热发泡,填埋发泡颗粒间的空隙并使发泡颗粒彼此熔接从而使其一体化,由此来制造。此时,发泡成形的密度例如可通过调整预发泡颗粒向模具内的填充量等而调整。
加热发泡例如可以通过在110~150℃的热介质中加热5~50秒而进行。若为该条件,则可以确保发泡颗粒相互间良好的熔接性。更优选的加热发泡成形可以通过在成形蒸气压(表压)0.06~0.08MPa、90~120℃的热介质(例如,水蒸气)下加热10~50秒而进行。
发泡成形体可以用于要求隔热性的各种用途。例如可以用于:墙壁用隔热材料、地板用隔热材料、屋顶用隔热材料、汽车用隔热材料、热水箱用保温材料、配管用保温材料、太阳能系统用保温材料、热水器用保温材料、食品、工业制品等的容器、鱼、农产品等的捆包材料、填充材料、榻榻米的芯材等。发泡成形体可以采用与这些使用用途相应的形状。特别是可以适宜地用作墙壁用隔热材料、地板用隔热材料、屋顶用隔热材料、汽车用隔热材料等居住空间用隔热材料。
[实施例]
接着列举实施例对本发明进一步详细进行说明,但本发明并不限定于这些。
<使用聚乙烯系树脂测定的炭黑的体积电阻率>
此处的体积电阻率是指:将原料炭黑(或者在原料炭黑被添加于母料、发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体中时,为通过利用作为有机溶剂的甲苯去除母料、发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体中的苯乙烯系树脂而取出的炭黑)与聚乙烯系树脂进行熔融混炼(炭黑:聚乙烯系树脂=1:4(质量比)),对混炼物的板状成形体的表面进行测定而得到的值。
具体而言,通过JIS K6911:1995“热固化性塑料一般试验方法”记载的方法,对使用挤出机将聚乙烯系树脂与炭黑充分地熔融混炼并成形为薄膜状的试样进行测定。即,使用试验装置(Advantest公司制造的数字超高电阻/微电流计R8340及RESISTIVITY CHAMBERR12702A),以约30N的载荷在试样样品上压接电极,测定以500V充电1分钟后的电阻值,并根据下式算出。试样样品设为宽100×长100×原厚度(10以下)mm。在温度20±2℃、湿度65±5%下进行24小时以上状态调节后,作为试验环境,在温度20±2℃、湿度65±5%下进行测定。试验片的个数为5个,将其平均值作为炭黑的体积电阻率(Ω·cm)。
ρv=(πd2/4t)×Rv
ρv:体积电阻率(Ω·cm)
d:表面电极的内圆的外径(cm)
t:试验片的厚度(cm)
Rv:体积电阻(Ω)
<使用聚苯乙烯系树脂测定的炭黑的体积电阻率>
此处的体积电阻率是指:将原料炭黑(或者在原料炭黑被添加于母料、发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体中时,为通过利用作为有机溶剂的甲苯去除母料、发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体中的苯乙烯系树脂而取出的炭黑)与聚苯乙烯系树脂进行熔融混炼(炭黑:聚苯乙烯系树脂=1:4(质量比)),对混炼物的板状成形体的表面进行测定而得到的值。
具体而言,对炭黑与聚苯乙烯系树脂的混炼物(炭黑:聚苯乙烯系树脂=1:4(质量比))的板状成形体,按照利用导电性塑料的4探针法进行的电阻率试验方法(JIS K7194)进行测定。试验装置为使用三菱化学株式会社制造的低电阻率计Loresta-GP MCP-T600,试样样品为宽80×长50×原厚度(20以下)mm。试样样品在温度20±2℃、湿度65±5%下进行24小时以上状态调节后,作为试验环境,在温度20±2℃、湿度65±5%下进行测定。关于体积电阻率,测定试样样品表面的基于JIS K7194的5点测定位置的电阻值,并根据下式算出。将其平均值作为炭黑的体积电阻率(Ω·cm)。
ρv=V/I×RCF×t
ρv:体积电阻率(Ω·cm)
V/I:电阻(Ω)
RCF:基于测定位置及试样厚度的校正系数
t:试验片的厚度(cm)
<重均分子量>
重均分子量是指使用凝胶渗透色谱(GPC)测定的聚苯乙烯(PS)换算平均分子量。具体而言,将试样3mg在四氢呋喃(THF)10ml中静置72小时使其溶解(完全溶解),将得到的溶液用仓敷纺绩株式会社制造的非水系0.45μm的色谱盘(13N)过滤后进行测定。根据预先测定并制作的标准聚苯乙烯的标准曲线求出试样的平均分子量。另外,色谱的条件如下所述。
(测定条件)
使用装置:高速GPC装置:东曹株式会社制造的HLC-8320GPC EcoSEC系统(内置RI检测器)
保护柱:东曹株式会社制造的TSKguardcolumn Super HZ-H(4.6mm ID×2cmL)×1根
色谱柱:东曹株式会社制造的TSKgel SuperHZM-H(4.6mm ID×15cmL)×2根
柱温度:40℃
系统温度:40℃
流动相:四氢呋喃
流动相流量:试样侧0.175mL/分钟、参比侧0.175mL/分钟
检测器:RI检测器
试样浓度:0.3g/L
注入量:50μL
测定时间:0~25分钟
运行时间:25分钟
采样间隔:200msec
(标准曲线的制作)
作为标准曲线用标准聚苯乙烯试样,使用东曹株式会社制造的商品名“TSKstandard POLYSTYRENE”的重均分子量为5480000、3840000、355000、102000、37900、9100、2630、500的试样和昭和电工株式会社制造的商品名“Shodex STANDARD”的重均分子量为1030000的标准聚苯乙烯试样。
标准曲线的制作方法如下所述。将上述标准曲线用标准聚苯乙烯试样分组为A组(重均分子量为1030000的试样)、B组(重均分子量为3840000、102000、9100、500)及C组(重均分子量为5480000、355000、37900、2630)。将A组称取5mg后溶解在四氢呋喃20mL中,将B组也各称取5mg~10mg后溶解在四氢呋喃50mL中,将C组也各称取1mg~5mg后溶解在四氢呋喃40mL中。标准聚苯乙烯标准曲线如下得到:根据注入所制作的A、B及C溶液50μL进行测定后得到的保留时间,用HLC-8320GPC专用数据解析程序GPC工作平台(EcoSEC-WS)制作校正曲线(三次方程式)而得到,使用该标准曲线进行测定。
<平均一次粒径的测定方法>
使用切割刀切取发泡性颗粒的颗粒中央,对发泡颗粒、发泡成形体切取表皮部分作为测定用试样。将切取的试样用粘接剂固定于低温用试样台后,使用超薄切片机(LeicaMicrosystems制,LEICA ULTRACUT UCT)及冷冻切片制作系统(Leica Microsystems制,LEICA EM FCS)制作超薄切片(厚度90nm)。接着,使用透射型电子显微镜(Hitachi High-Technologies Corporation制,H-7600)进行超薄切片的照片拍摄(拍摄倍数:5万倍)。针对每个试样拍摄至少200个炭黑,测定各颗粒的直径,算出它们的平均值。此外,关于测定场所,理想的是对作为一次颗粒的外缘没有缺损且可清楚地辨识的部分进行测定。
<树脂中的炭黑量的测定方法>
树脂中的炭黑量使用差热-热重同时测定装置TG/DTA6200型(SIINanoTechnology Inc.制)进行测定。例如,在树脂中含有发泡剂、有机溶剂的发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体等的情况下,将通过在120℃的恒温槽中静置2小时而去除了树脂中的发泡剂、有机溶剂的发泡性颗粒、发泡颗粒、发泡成形体等作为测定样品。样品为在铂制测定容器的底部以无间隙的方式填入约15mg试样,并以氧化铝作为基准物质进行测定。作为温度条件,以速度10℃/min、氮气流量230mL/min从30℃起升温至520℃,再以速度10℃/min、空气流量160mL/min从520℃起升温至800℃。得到TG曲线(纵轴:TG(%),横轴:温度(℃)),且以此为基准计算出从520℃升温至800℃时的试样重量的减少部分,作为炭黑量w(质量%)。
此时的炭黑与苯乙烯系树脂的质量比成为以下的关系。
炭黑:苯乙烯系树脂=1:(100/w-1)
w:由测定结果得到的炭黑的质量%的值
另外,若为从相同的苯乙烯系树脂发泡性颗粒得到的发泡颗粒、发泡成形体及居住空间用隔热材料,则炭黑与苯乙烯系树脂的质量比为同等水平的值。
<发泡颗粒的体积密度>
发泡颗粒的体积密度依照JIS K6911:1995年“热固化性塑料一般试验方法”进行测定。具体而言,首先,采取发泡颗粒Wg作为测定试样,并使该测定试样在量筒内自然落下。使用依照JIS K6911的表观密度测定器测定在量筒内落下的测定试样的体积Vcm3。将Wg及Vcm3代入下述式,由此算出发泡颗粒的体积密度。
发泡颗粒的体积密度(g/cm3)=测定试样的质量(W)/测定试样的体积(V)
<发泡成形体的密度>
对于从发泡成形体(成形后,以40℃使其干燥20小时以上的成形体)切取的试验片(例如75×300×30mm)的质量(a)与体积(b),分别以有效数字为3位以上的方式进行测定,通过式(a)/(b)求出发泡成形体的密度(g/cm3)。
<平均气泡径>
关于平均气泡径,依照ASTM D2842-69的试验方法进行测定。将发泡颗粒、以及发泡成形体的任意部分用剃刀片得到成形体剖面。对于该切断剖面,使用扫描型电子显微镜(日本电气株式会社制造的JSM-6360LV)制作放大100倍的图像。
接着,从处于切断剖面的图像上的发泡颗粒界面起,在发泡颗粒半径方向的20%的范围内的任意位置描绘60mm的直线。数出处于直线上的气泡个数,并通过下式算出该气泡的平均弦长(t)。
平均弦长t(μm)=60/(气泡数×图像的放大倍数)
通过下式算出该气泡的平均气泡径(D)。
平均气泡径D(μm)=t/0.616
以上的操作以N数为10进行,将平均值作为平均气泡径。
<热导率>
从发泡成形体切取长200mm×宽200mm×厚度30mm的长方体形状的试验片。接着,将切取的试验片在60℃的恒温槽中静置72小时,去除发泡成形体中所含的发泡剂。然后,在温度23℃±1℃、湿度50±10%下进行24小时以上的熟化,作为热导率测定用试验片。测定用试验片的热导率(W/m·K)依照JIS A1412-2(1999“发泡塑料保温材料”,以平板热流计法在23℃下进行测定。需要说明的是,热导率为隔热性的指标。
根据得到的热导率的值(W/m·K)的值,通过下述的基准评价隔热性。
0.0310(W/m·K)以下:隔热性进一步优异(A)
超过0.0310且为0.0320以下:隔热性较优异(B)
超过0.0320且为0.0340以下:隔热性优异(C)
超过0.0340(W/m·K):隔热性差(D)
本发明的发泡成形体的热导率的值是去除了发泡成形体中含有的发泡剂后的值。需要说明的是,在不去除发泡成形体中的发泡剂并进行测定时,由于丁烷、戊烷等发泡剂的热导率比空气的热导率更低,因此发泡成形体的热导率的值成为约0.002(W/m·K)左右的更低的值。
<比表面积>
炭黑的比表面积(m2/g)为依据ASTM D-6556进行测定。
<发泡性颗粒、发泡颗粒及发泡成形体中的炭黑聚集块的最长径>
使用切割刀切取发泡性颗粒的颗粒中央,对于发泡颗粒、发泡成形体则切取表皮部分作为测定用试样。将切取的试样用粘接剂固定于低温用试样台后,使用超薄切片机(Leica Microsystems制,LEICA ULTRACUT UCT)及冷冻切片制作系统(LeicaMicrosystems制,LEICA EM FCS)制作超薄切片(厚度90nm)。接着,使用透射型电子显微镜(Hitachi High-Technologies Corporation制,H-7600)进行超薄切片的照片拍摄(拍摄倍数:1万倍)。针对每个试样拍摄至少200个独立个别的聚集块。在所拍摄的图像中,将可见到炭黑的一次颗粒重叠的聚集块的外缘上任意两点间的距离中最长的距离作为聚集块的最长径,算出它们的平均值。需要说明的是,连结上述两点间的最长径在照片中设定为一直与一次颗粒重叠。即,最长径采用不通过照片的背景的直径。
<发泡成形体的黑色度>
发泡成形体的黑色度ΔE’通过基于JIS Z8729-2004“颜色的表示方法-L*a*b*色度体系”的色差测定进行评价。
测定使用色彩色差计(KONICA MINOLTA制,型号:CR-400),以及标准比对使用标准白板校正板(Y:94.3,x:0.3144,y:0.3208)。
具体而言,对于发泡成形体的长宽面的任意10点,根据将测定面积设为φ8mm进行测定并算出平均值得到的亮度L*值、色坐标a*值及b*值,通过下式算出ΔE’作为黑色度。
ΔE’=L*+|a*|+|b*|
根据得到的ΔE’,通过下述基准评价黑色度。
31≤ΔE’≤50:良好(○)
ΔE’<31及50<ΔE’:不良(×)
<吸光度的测定方法>
从得到的发泡成形体的任意部分得到厚度为1.0mm±0.1mm的样品。接着,通过下述的方法测定样品的透过红外吸光度。
·傅立叶变换红外线分光分析装置NICOLET iS5(Thermo Fisher SCIENTIFIC制)
·测定法:透射法
·测定波数区域:4000cm-1~400cm-1
·测定深度的波数依赖性:不校正
·检测器:DTGSKBr
·分辨率:4cm-1
·累积次数:16次(背景测定时也同样)
<吸水量的测定方法>
发泡成形体的吸水量依照JIS A9511:2006R发泡塑料保温材料测定方法B进行测定。将100×100×25mm的整面切断剖面的试验片3个在清水中浸渍10秒后在乙醇中浸渍10秒,进一步在常温(23℃)下放置60分钟后的质量作为基准质量(m0)。接着,再次浸渍于清水中,使其吸水24小时后,以与基准质量测定时相同的方法测定质量(m1)。
对于3个试验片,分别用下式算出W,将其平均值作为吸水量(g/100cm2)。
W=(m1-m0)/A×100
m1(g):吸水24小时后的质量
m0(g):基准质量
A(cm2):总表面积
<阻燃性的测定方法与评价>
用垂直切割器从得到的发泡成形体切取长200mm×宽25mm×高度10mm的长方形试验片5个。将切取物以60℃熟化1天后,依照JIS A9511-2006的测定方法A进行个别熄灭时间的测定。将5个试验片的个别熄灭时间的平均值作为熄灭时间。需要说明的是,根据熄灭时间,按照以下的基准评价阻燃性。
良好(○) 熄灭时间为1.5秒以上~低于3秒
非常良好(◎) 熄灭时间低于1.5秒
未测定(-) 未进行测定
<芳香族有机化合物的总含量>
前述芳香族有机化合物的总含量为通过以下的《挥发性有机化合物(VOC)含量的测定方法》测定的值。
《挥发性有机化合物(VOC)含量的测定方法》
精确称量发泡成形体1g,添加含有0.1体积%的环戊醇的二甲基甲酰胺溶液1mL作为内标液,进一步在二甲基甲酰胺溶液中添加二甲基甲酰胺使其为25mL而制作测定溶液,将该测定溶液1.8μL供给至230℃的试样气化室中,在下述测定条件下得到用气相色谱仪(株式会社岛津制作所制,商品名“GC-14A”)检测的各挥发性有机化合物的谱图。接着,基于预先测定得到的各挥发性有机化合物的标准曲线,从各谱图中分别计算挥发性有机化合物量,计算发泡成形体中的挥发性有机化合物量。计算发泡性颗粒中的挥发性有机化合物量时,精确秤取发泡性颗粒1g并同样地进行测定。
检测器:FID
色谱柱:GL Sciences制(3mmφ×2.5m)
液相:PEG-20M PT 25%
担体:Chromosorb W AW-DMCS
目数:60/80
柱温度:100℃
检测器温度:230℃
DET温度:230℃
载气(氮气)
载气流量(40mL/min)
需要说明的是,前述的挥发性有机化合物(VOC)含量中,将与前述芳香族有机化合物相当的各挥发性有机化合物的总量作为“芳香族有机化合物的总含量”。
(实施例1)
将重均分子量为30万的聚苯乙烯树脂7995g与乙炔黑(电气化学工业株式会社制:DENKA BLACK粒状级别,平均一次粒径35nm、比表面积69m2/g)2000g、亚乙基双硬脂酰胺(花王株式会社制:KAO WAX EB-FF)5g供给至双螺杆挤出机,在250℃下熔融混炼后从挤出机挤出成股线状,每隔特定长度切断该股线,制作圆柱状聚苯乙烯系树脂种子颗粒(直径:0.8mm、长度:0.8mm)。
接着,在带有搅拌机的聚合容器中一边供给水2000g、圆柱状聚苯乙烯系树脂种子颗粒300g、焦磷酸镁6g及十二烷基苯磺酸钠0.3g并搅拌,一边加热至72℃,制作分散液。
接着,使聚合引发剂叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯9.0g及聚合引发剂叔丁基过氧化-2-乙基己基单碳酸酯1.8g溶解在苯乙烯100g中,一边搅拌一边将该苯乙烯全部供给到前述分散液中。
接着,将前述苯乙烯供给至分散液中结束后,经过60分钟后将分散液从72℃升温至90℃。升温后,一边用150分钟以恒定的速度供给800g的苯乙烯一边通过种子聚合使聚苯乙烯系树脂种子颗粒生长。全部的苯乙烯供给结束之后,以90℃恒温搅拌1小时后,升温至125℃进行2小时搅拌。搅拌后,通过冷却得到聚苯乙烯系树脂颗粒1200g。
接着,在带有搅拌机的聚合容器中一边供给得到的聚苯乙烯系树脂颗粒1200g、水2000g、焦磷酸镁6g及十二烷基苯磺酸钠0.3g一边加热至70℃而制作分散液。
接着,向分散液中供给作为阻燃剂的四溴环辛烷10.8g及作为阻燃助剂的二异丙苯基过氧化物3.6g之后,密闭聚合容器并加热至90℃。
接着,向聚合容器中压入丁烷108g并保持6小时,从而使丁烷浸渗至聚苯乙烯系树脂中。浸渗后,将聚合容器冷却至25℃而得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的炭黑:苯乙烯系树脂=1:19(质量比)。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的重均分子量为79万。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒为圆球状。
在苯乙烯系树脂发泡性颗粒的表面涂布作为抗静电剂的聚乙二醇后,在苯乙烯系树脂发泡性颗粒的表面涂布硬脂酸锌和羟基硬脂酸三甘油酯。需要说明的是,硬脂酸锌和羟基硬脂酸三甘油酯分别以在苯乙烯系树脂发泡性颗粒中成为0.05质量%的方式进行了调整。
此后,将苯乙烯系树脂发泡性颗粒在13℃的恒温室中放置5天。使用气相色谱测定放置后的苯乙烯系树脂发泡性颗粒中的丁烷含量,为5.8质量%。
并且,通过加热苯乙烯系树脂发泡性颗粒使其预发泡至体积密度0.019g/cm3而得到预发泡颗粒。将该预发泡颗粒在20℃下熟化24小时。
接着,将预发泡颗粒充填至模具内并加热使其发泡,得到长400mm×宽300mm×厚度30mm的发泡成形体。将该发泡成形体在50℃的干燥室干燥6小时后,测定发泡成形体的密度,为0.020g/cm3。该发泡成形体无收缩且外观性也优异。另外,发泡成形体的平均气泡径为102μm。
(实施例2)
除了将聚合引发剂叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯从9.0g变更为5.4g、将预发泡颗粒的体积密度从0.019g/cm3变更至0.016g/cm3、将发泡成形体的密度从0.020g/cm3变更至0.017g/cm3以外,与实施例1同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。由该过程得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的重均分子量为75万,为圆球状。另外,得到的发泡成形体的平均气泡径为590μm。
(实施例3)
将实施例1得到的体积密度为0.019g/cm3的预发泡颗粒在20℃下熟化24小时后,通过再次加热而得到体积密度0.0135g/cm3的预发泡颗粒。使该预发泡颗粒在20℃下熟化24小时。接着与实施例1同样地进行成形处理,从而得到密度0.0143g/cm3的发泡成形体。该发泡成形体的平均气泡径为130μm。
(实施例4)
将日本Pigment公司制造的、含有炭黑的聚苯乙烯系树脂母料(制品名:EX4050B)(包含20质量%平均一次粒径55nm、比表面积28m2/g、硫成分4000ppm、灰份0.03%的炭黑)供给至双螺杆挤出机,在250℃下熔融混炼并从挤出机挤出成股线状,将该股线每隔特定长度进行切断而得到圆柱状聚苯乙烯系树脂种子颗粒(直径:0.8mm、长度:0.8mm),除了上述变更以外,与实施例1同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。
(实施例5)
相对于重均分子量20万的非再制聚苯乙烯(virgin polystyrene)(东洋苯乙烯株式会社制、商品名“HRM-10”)95质量份,使用实施例1使用的乙炔黑(电气化学工业株式会社制:DENKA BLACK粒状级别,平均一次粒径35nm、比表面积69m2/g)5质量份、作为无机发泡成核剂的微粉末滑石0.5质量份、作为阻燃剂的四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)5质量份,将它们以每小时150kg连续供给至口径为90mm的单螺杆挤出机中。作为挤出机内温度,设定最高温度为220℃,使树脂熔融后,将作为发泡剂的相对于树脂100质量份为6质量份的异戊烷从挤出机的中途压入。在挤出机内一边混炼树脂与发泡剂一边冷却,将挤出机前端部的树脂温度保持为170℃,将模具的树脂导入部的压力保持为15MPa,利用配置有200个直径0.6mm且成形段长度(land length)为3.0mm的小孔的模具,在连接于该模具的吐出侧且有30℃水进行循环的切割室内挤出含有发泡剂的熔融树脂,同时利用在圆周方向具有10片刀刃的高速旋转切割器切断挤出物。将切断的颗粒一边用循环水冷却,一边运送至颗粒分离器,将颗粒与循环水分离。进而,将捕集的颗粒脱水/干燥而得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒为炭黑:苯乙烯系树脂=1:19(质量比)。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒未发生变形、毛刺等,大致为球状,平均粒径约为1.1mm。
相对于得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒100质量份,将聚乙二醇0.03质量份、硬脂酸锌0.15质量份、硬脂酸单甘油酯0.05质量份、羟基硬脂酸三甘油酯0.05质量份均匀地被覆于苯乙烯系树脂发泡性颗粒的表面整面。
通过加热如前所述地制造的苯乙烯系树脂发泡性颗粒而使其预发泡至体积密度0.019g/cm3,得到预发泡颗粒。将该预发泡颗粒在20℃下熟化24小时。
接着,将预发泡颗粒充填至模具内并使其加热发泡,得到长400mm×宽300mm×厚度30mm的发泡成形体。将该发泡成形体在50℃的干燥室中干燥6小时后,测定发泡成形体的密度,为0.020g/cm3。此发泡成形体无收缩且外观性也优异。
(实施例6)
将对挤出机的供给原料变更为:相对于重均分子量20万的非再制聚苯乙烯(virgin polystyrene)(东洋苯乙烯株式会社制、商品名“HRM-10”)75质量份,实施例4使用的含有炭黑的聚苯乙烯系树脂母料(EX4050B)(包含20质量%平均一次粒径55nm、比表面积28m2/g、硫成分4000ppm、灰份0.03%的炭黑)为25质量份、作为无机发泡成核剂的微粉末滑石为0.5质量份、作为阻燃剂的四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)为5质量份,除此以外与实施例5同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的炭黑:苯乙烯系树脂=1:19(质量比)。得到的发泡成形体无收缩且外观性也优异。
(实施例7)
制作体积密度0.013g/cm3的预发泡颗粒,得到密度0.014g/cm3的发泡成形体,除此以外与实施例6同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。
(实施例8)
制作体积密度0.024g/cm3的预发泡颗粒,得到密度0.025g/cm3的发泡成形体,除此以外与实施例6同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。
(实施例9)
将对挤出机的供给原料变更为:相对于重均分子量20万的非再制聚苯乙烯87.5质量份,含有炭黑的聚苯乙烯系树脂母料(EX4050B)为12.5质量份、作为无机发泡成核剂的微粉末滑石为0.5质量份、作为阻燃剂的四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)为5质量份,除此以外与实施例6同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的炭黑:苯乙烯系树脂=1:39(质量比)。得到的发泡成形体无收缩且外观性也优异。
(实施例10)
将对挤出机的供给原料变更为:相对于重均分子量20万的非再制聚苯乙烯65质量份,含有炭黑的聚苯乙烯系树脂母料(EX4050B)为35质量份、作为无机发泡成核剂的微粉末滑石为0.5质量份、作为阻燃剂的四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)为5质量份,除此以外与实施例6同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的炭黑:苯乙烯系树脂=1:13.3(质量比)。得到的发泡成形体无收缩且外观性也优异。
(实施例11)
将对挤出机的供给原料变更为:相对于重均分子量20万的非再制聚苯乙烯50质量份,含有炭黑的聚苯乙烯系树脂母料(EX4050B)为50质量份、作为无机发泡成核剂的微粉末滑石为0.5质量份、作为阻燃剂的四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)5质量份,除此以外与实施例6同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的炭黑:苯乙烯系树脂=1:9(质量比)。得到的发泡成形体无收缩且外观性也优异。
(实施例12)
将对挤出机的供给原料变更为:相对于重均分子量20万的非再制聚苯乙烯75质量份,日本Pigment公司制造的聚苯乙烯系树脂母料(制品名:EX4050A,含有20%平均一次粒径40nm、比表面积254m2/g的炭黑)为25质量份、作为无机发泡成核剂的微粉末滑石为0.5质量份、作为阻燃剂的四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)为5质量份,除此以外与实施例6同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的炭黑:苯乙烯系树脂=1:19(质量比)。得到的发泡成形体无收缩且外观性也优异。
(实施例13)
将对挤出机的供给原料变更为:相对于重均分子量20万的非再制聚苯乙烯95质量份,导电性炭黑(平均一次粒径35nm、比表面积80m2/g)为5质量份、作为无机发泡成核剂的微粉末滑石为0.5质量份、作为阻燃剂的四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)为5质量份,除此以外与实施例5同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的炭黑:苯乙烯系树脂=1:19(质量比)。得到的发泡成形体无收缩且外观性也优异。
(比较例1)
将乙炔黑变更为炉黑(三菱化学株式会社制:#5、平均一次粒径76nm、比表面积29m2/g),除此以外与实施例1同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。由该过程得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的重均分子量为77万,为圆球状。另外,得到的成形体的平均气泡径为200μm。
(比较例2)
将乙炔黑变更为炉黑(三菱化学株式会社制:#33、平均一次粒径30nm、比表面积85m2/g),除此以外与实施例5同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。
(比较例3)
将乙炔黑变更为炉黑(三菱化学株式会社制:#970、平均一次粒径16nm、比表面积260m2/g),除此以外与实施例5同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。
(实施例14)
将对挤出机的供给原料变更为:相对于重均分子量20万的非再制聚苯乙烯(virgin polystyrene)(东洋苯乙烯株式会社制、商品名“HRM-10”)95质量份,导电性炭黑(IMERYS Graphite&Carbon制:ENSACO 250G、平均一次粒径45nm、比表面积65m2/g)为5质量份、作为无机发泡成核剂的微粉末滑石为0.5质量份、作为阻燃剂的四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)为5质量份,除此以外与实施例5同样地得到苯乙烯系树脂发泡性颗粒、预发泡颗粒、发泡成形体。得到的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的炭黑:苯乙烯系树脂=1:19(质量比)。得到的发泡成形体无收缩且外观性也优异。
将发泡性颗粒、发泡颗粒及发泡成形体的各种物性以及发泡成形体的热导率与炭黑的体积电阻率一并记载于表2及3。在表2及3中,使用聚乙烯系树脂测定的体积电阻率记为“体积电阻率(PE)”、使用聚苯乙烯系树脂测定的体积电阻率记为“体积电阻率(PS)”。另外,用电子显微镜观察实施例1中制作的发泡成形体及实施例2的发泡颗粒的剖面。将其图像示于图2及图3。[表2]
[表3]
由表3可知,通过含有体积电阻率(PE和/或PS)为1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑,能够得到隔热性良好的发泡成形体。
(实施例15)
相对于重均分子量20万的聚苯乙烯(东洋苯乙烯株式会社制,商品名“HRM-10N”)95质量份,使用乙炔黑(电气化学工业株式会社制:DENKABLACK粒状级别,平均一次粒径35nm、比表面积69m2/g)5质量份、作为无机发泡成核剂的微粉末滑石0.5质量份、作为阻燃剂的四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)5质量份,将它们以每小时150kg连续供给至口径为90mm的单螺杆挤出机中。作为挤出机内温度,设定最高温度为220℃,使树脂熔融后,将作为发泡剂的、相对于树脂100质量份为6质量份的异戊烷从挤出机的中途压入。
在挤出机内一边混炼树脂与发泡剂一边冷却,将挤出机前端部的树脂温度保持为170℃,将模具的树脂导入部的压力保持为15MPa,利用配置有200个直径0.6mm且成形段长度(land length)为3.0mm的小孔的模具,在连接于该模具的吐出侧且有30℃水进行循环的切割室内挤出含有发泡剂的熔融树脂,同时利用在圆周方向具有10片刀刃的高速旋转切割器切断挤出物。将切断的颗粒一边用循环水冷却,一边运送至颗粒分离器,将颗粒与循环水分离。进而,将捕集的颗粒脱水/干燥而得到发泡性苯乙烯系树脂颗粒。
得到的发泡性苯乙烯系树脂颗粒的炭黑系红外线遮蔽剂:苯乙烯系树脂=1:19(质量比)。得到的发泡性苯乙烯系树脂颗粒未发生变形、毛刺等,大致为球状,平均粒径约为1.1mm。相对于得到的发泡性苯乙烯系树脂颗粒100质量份,将聚乙二醇0.03质量份、硬脂酸锌0.15质量份、硬脂酸单甘油酯0.05质量份、羟基硬脂酸三甘油酯0.05质量份均匀地被覆于发泡性苯乙烯系树脂颗粒的表面整面。通过加热如前所述地制造的发泡性苯乙烯系树脂颗粒而使其预发泡至体积密度0.020g/cm3,得到预发泡颗粒。将该预发泡颗粒在20℃下熟化24小时。接着,将预发泡颗粒充填至模具内并使其加热发泡,得到长400mm×宽300mm×厚度30mm的发泡成形体。
将该发泡成形体在50℃的干燥室中干燥6小时后,测定发泡成形体的密度,为0.020g/cm3。该发泡成形体无收缩且外观性也优异。使用火腿切片机(ham slicer)将得到的发泡成形体切片为厚度1.0±0.1mm,作为吸光度测定用的样品。计算该发泡成形体样品的由透射法红外吸收分析而得到的吸光度。波数1000cm-1下的吸光度A为0.95、波数500cm-1下的吸光度B为0.78、吸光度之比(A/B)为1.26。另外,该发泡成形体的热导率为0.031W/mk,是优异的。进而,吸水量为0.08g/100cm2的较低值。聚集块的最长径的平均值为270nm。
(实施例16)
相对于重均分子量20万的聚苯乙烯(东洋苯乙烯株式会社制,商品名“HRM-10N”)75质量份,使用日本Pigment公司制造的聚苯乙烯系树脂母料(制品名:EX4050B,含有20%平均一次粒径55nm、比表面积28m2/g的炭黑)25质量份,除此以外与实施例14同样地得到发泡成形体。波数1000cm-1下的吸光度A为0.97、波数500cm-1下的吸光度B为0.85、吸光度之比(A/B)为1.14。发泡成形体的热导率为0.032W/mk、吸水量为0.09g/100cm2。聚集块的最长径的平均值为340nm。
(实施例17)
相对于重均分子量20万的聚苯乙烯(东洋苯乙烯株式会社制,商品名“HRM-10N”)75质量份,使用日本Pigment公司制造的聚苯乙烯系树脂母料(制品名:EX4050A,含有20%平均一次粒径15nm、比表面积254m2/g的炭黑)25质量份,除此以外与实施例14同样地得到发泡成形体。波数1000cm-1下的吸光度A为0.98、波数500cm-1下的吸光度B为0.86、吸光度之比(A/B)为1.14。发泡成形体的热导率为0.032W/mk、吸水量为0.11g/100cm2。聚集块的最长径的平均值为278nm。
(实施例18)
使用平均一次粒径40nm、比表面积800m2/g的科琴黑(LION公司制:EC300J)以外,除此以外与实施例14同样地得到发泡成形体。波数1000cm-1下的吸光度A为0.98、波数500cm-1下的吸光度B为0.85、吸光度之比(A/B)为1.15。发泡成形体的热导率为0.030W/mk、吸水量为0.1g/100cm2。聚集块的最长径的平均值为255nm。
(实施例19)
使用平均一次粒径34nm、比表面积1400m2/g的科琴黑(LION公司制:EC600JD),除此以外与实施例14同样地得到发泡成形体。波数1000cm-1下的吸光度A为0.98、波数500cm-1下的吸光度B为1.2、吸光度之比(A/B)为0.82。发泡成形体的热导率为0.030W/mk、吸水量为0.15g/100cm2。聚集块的最长径的平均值为289nm。
(比较例4)
除了未添加乙炔黑以外,与实施例12同样地得到发泡成形体。波数1000cm-1下的吸光度A为0.94、波数500cm-1下的吸光度B为0.37、吸光度之比(A/B)为2.54。发泡成形体的吸水量为0.20g/100cm2。发泡成形体的热导率为0.038W/mk,是不充分的。
(比较例5)
除了使用平均一次粒径16nm、比表面积260m2/g的炉黑(三菱化学株式会社制:#970)代替乙炔黑以外,与实施例12同样地得到发泡成形体。波数1000cm-1时的吸光度A为0.88、波数500cm-1时的吸光度B为0.40、吸光度之比(A/B)为2.20。发泡成形体的吸水量为0.22g/100cm2。发泡成形体的热导率为0.037W/mk,是不充分的。
[表4]
根据上述表4,示出了显示0.8~2.0的吸光度比A/B的发泡成形体具有良好的热传导性。
Claims (20)
1.一种苯乙烯系树脂发泡性颗粒,其包含体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑、苯乙烯系树脂以及发泡剂,所述导电性炭黑的一次颗粒以多个颗粒聚集的聚集块的形式包含在所述苯乙烯系树脂中,
所述一次颗粒具有18~125nm的平均一次粒径,所述导电性炭黑的含量相对于所述苯乙烯系树脂100质量份为0.5~25质量份,
所述聚集块具有:
(i)180~500nm的最长径的平均值;
(ii)4.0~10.0的所述最长径的平均值相对于所述平均一次粒径的比。
2.根据权利要求1所述的苯乙烯系树脂发泡性颗粒,其中,所述导电性炭黑为乙炔黑、科琴黑或它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的苯乙烯系树脂发泡性颗粒,其中,所述导电性炭黑具有10~3000m2/g的比表面积。
4.一种苯乙烯系树脂发泡颗粒,其包含体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂,所述导电性炭黑的一次颗粒以多个颗粒聚集的聚集块的形式包含在所述苯乙烯系树脂中;
所述一次颗粒具有18~125nm的平均一次粒径,所述导电性炭黑的含量相对于所述苯乙烯系树脂100质量份为0.5~25质量份,
所述聚集块具有:
(i)180~500nm的最长径的平均值;
(ii)4.0~10.0的所述最长径的平均值相对于所述平均一次粒径的比。
5.根据权利要求4所述的苯乙烯系树脂发泡颗粒,其中,所述导电性炭黑为乙炔黑、科琴黑或它们的混合物。
6.根据权利要求4所述的苯乙烯系树脂发泡颗粒,其中,所述苯乙烯系树脂发泡颗粒具有150~350μm的平均气泡径。
7.根据权利要求4所述的苯乙烯系树脂发泡颗粒,其中,所述导电性炭黑具有10~3000m2/g的比表面积。
8.一种苯乙烯系树脂发泡成形体,其由彼此熔接的多个发泡颗粒构成,所述发泡颗粒包含体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂,所述导电性炭黑的一次颗粒以多个颗粒聚集的聚集块的形式包含在所述苯乙烯系树脂中,
所述一次颗粒具有18~125nm的平均一次粒径,所述导电性炭黑的含量相对于所述苯乙烯系树脂100质量份为0.5~25质量份,
所述聚集块具有:
(i)180~500nm的最长径的平均值;
(ii)4.0~10.0的所述最长径的平均值相对于所述平均一次粒径的比。
9.根据权利要求8所述的苯乙烯系树脂发泡成形体,其中,所述导电性炭黑为乙炔黑、科琴黑或它们的混合物。
10.根据权利要求8所述的苯乙烯系树脂发泡成形体,其中,所述苯乙烯系树脂发泡颗粒具有150~350μm的平均气泡径。
11.根据权利要求8所述的苯乙烯系树脂发泡成形体,其中,所述发泡成形体在基于JISZ8729-2004“颜色的表示方法-L*a*b*色度体系”的表面的色差测定中,满足下式所示的关系式:
31≤ΔE’=L*+|a*|+|b*|≤50
式中,ΔE’表示黑色度,L*表示亮度,a*及b*表示色坐标。
12.根据权利要求8所述的苯乙烯系树脂发泡成形体,其中,所述苯乙烯系树脂发泡成形体相对于苯乙烯系树脂100质量份,含有0.5~20质量份的导电性炭黑,
对于由透射法红外分析得到的波数1000cm-1下的吸光度A和波数500cm-1下的吸光度B,显示0.8~2.0的A/B比值。
13.根据权利要求12所述的苯乙烯系树脂发泡成形体,其中,所述吸光度B为0.5以上。
14.根据权利要求8所述的苯乙烯系树脂发泡成形体,其中,所述苯乙烯系树脂发泡成形体具有0.01~0.04g/cm3的密度。
15.根据权利要求8所述的苯乙烯系树脂发泡成形体,其中,所述导电性炭黑具有10~3000m2/g的比表面积。
16.根据权利要求8所述的苯乙烯系树脂发泡成形体,其中,所述苯乙烯系树脂发泡成形体具有低于0.5g/100cm2的吸水量。
17.根据权利要求8所述的苯乙烯系树脂发泡成形体,其还包含阻燃剂。
18.一种居住空间用隔热材料,其由权利要求8所述的苯乙烯系树脂发泡成形体构成,所述苯乙烯系树脂发泡成形体中的包含苯乙烯系单体、乙基苯、异丙基苯、正丙基苯、二甲苯、甲苯、苯的芳香族有机化合物的总含量低于2000ppm。
19.一种根据权利要求1所述的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的制造方法,其包括:
在使含有体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂的种子颗粒分散于水中而成的分散液中,使苯乙烯系单体浸渗至所述种子颗粒中的工序;
在浸渗的同时或在浸渗后使所述苯乙烯系单体聚合的工序;以及
在聚合的同时或在聚合后使发泡剂浸渗的工序。
20.一种根据权利要求1所述的苯乙烯系树脂发泡性颗粒的制造方法,其包括:
将体积电阻率1.0×104Ω·cm以下的导电性炭黑和苯乙烯系树脂熔融混炼的工序;
在由所述熔融混炼工序得到的熔融树脂中注入发泡剂的工序;以及
将由所述发泡剂注入工序得到的熔融树脂挤出到液体中并切断,接着使其固化的工序。
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