CN116515262A - 泡沫片材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及泡沫片材。本发明的目的在于,提供即使是高发泡倍率发泡直径以及表面的均匀性也优异的泡沫片材。本发明的泡沫片材包含脂肪族聚酯树脂,其特征在于:所述泡沫片材包含泡沫核材,以及作为发泡剂的氢氟烯烃,并且所述泡沫片材含有0.05质量%以上且2质量%以下的所述泡沫核材。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫片材。
背景技术
塑料制品被加工成袋、容器等各种形状,广泛流通。其中使塑料发泡而成的泡沫片材具有优异的隔热性和缓冲性,且轻量,因此,大量用于缓冲材料或食品容器等。
在现有技术中,考虑使用CO2超临界流体制备塑料泡沫片材,但是,如果要制造高发泡倍率的片材,则因模具内部的CO2的急剧体积膨胀而产生波纹(折叠的结构),存在发泡直径不均匀,且片材表面也成为具有凹凸的不均匀状态的问题。若发泡直径、片材表面不均匀,则在成形加工时成为片材发生破裂等的原因。
在专利文献1(日本专利第6265597号公报)中,如果参照其权利要求1,则其公开了一种可降解或可生物再生的泡沫,其由发泡剂组合物形成,发泡剂组合物包含聚乳酸组合物、二氧化碳、以及从由2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、反式-1,3,3,3-四氟丙烯(反式-HFO-1234ze)及其混合物构成的组选择的共发泡剂。
专利文献
【专利文献1】日本专利第6265597号公报
发明内容
但是,在上述专利文献1所记载的技术中,没有解决发泡直径及片材表面不均匀、在成形加工时发生片材破裂等的问题。
因此,本发明的目的在于,提供即使是高发泡倍率发泡直径以及表面的均匀性也优异的泡沫片材。
上述课题由以下技术方案(1)解决:
(1)一种泡沫片材,包含脂肪族聚酯树脂,其特征在于:
所述泡沫片材包含泡沫核材,以及作为发泡剂的氢氟烯烃(HFO),并且
上述泡沫片材含有0.05质量%以上且2质量%以下的上述泡沫核材。
下面说明本发明的效果。
根据本发明,能提供即使是高发泡倍率发泡直径以及表面的均匀性也优异的泡沫片材。
附图说明
图1是表示用于制造本发明的含有脂肪族聚酯树脂的组合物的连续式捏合装置的一例的示意图。
图2是表示用于制造本发明泡沫片材的连续发泡装置的一例的示意图。
具体实施方式
以下进一步详细说明本发明的实施形态。
本发明的泡沫片材的特征在于,其包含脂肪族聚酯树脂,所述泡沫片材包含泡沫核材,以及作为发泡剂的氢氟烯烃(hydrofluoroolefin)(HFO),并且上述泡沫片材含有0.05质量%以上且2质量%以下的上述泡沫核材。
在本发明的泡沫片材的制造中,例如在挤压成型中,将作为发泡剂的CO2和HFO混合,再添加泡沫核材,能提供泡沫直径均匀且表面均匀的片材。作为发泡剂的CO2容易扩散且发泡速度快,因此,在模具内部发泡,在模具内部产生折叠的结构(波纹结构),通过添加HFO,即使在CO2扩散排出的阶段,也可以保持树脂柔软,因此,能够抑制波纹结构的产生。另外,通过添加泡沫核材,进行使泡沫核材作为起点的发泡,可以提供微细且发泡直径均匀的泡沫片材。在优选形态中,通过添加交联剂,即使在含有CO2的状态下,树脂的粘度也会上升,可以制造高发泡倍率的片材。因此,在本发明中,能提供即使是高发泡倍率发泡直径以及表面的均匀性也优异的泡沫片材。
(脂肪族聚酯树脂组合物)
本发明的泡沫片材是使脂肪族聚酯树脂组合物发泡而成。
所述组合物至少包含脂肪族聚酯树脂、泡沫核材、以及作为发泡剂的氢氟烯烃(HFO)。
(脂肪族聚酯树脂)
作为脂肪族聚酯树脂,可以列举例如聚乳酸、聚乙醇酸、聚(3-羟基)、聚(3-羟基丁酸酯·3-羟基己酸酯)、聚(3-羟基丁酸酯·3-羟基戊酸酯)、聚己酸内酯、聚丁烯琥珀酸酯、聚(丁烯琥珀酸·己二酸酯)等的脂肪族聚酯树脂。
其中,优选由微生物生物降解的生物降解性树脂,对环境良好、低环境负荷的高分子材料的脂肪族聚酯树脂,特别是碳中和材料,且比较廉价的聚乳酸,更优选。
[聚乳酸]
聚乳酸是脂肪族聚酯树脂一种,乳酸是由酯键聚合形成的高分子。聚乳酸可被微生物生物降解,作为一种对环境良好的环境负荷低的高分子材料备受关注(参照《脂肪族聚酯的结构、物理性质、生物降解性,高分子2001年50卷6号P374-377》)。
构成聚乳酸的乳酸可以是D体(D-乳酸)及L体(L-乳酸)的任一方或双方。
作为聚乳酸,可以列举例如D-乳酸的单独聚合物、L-乳酸的单独聚合物、D-乳酸和L-乳酸的共聚物(DL-乳酸)、以及选自由D-丙交酯、L-丙交酯及DL-丙交酯构成的组的一种或多种的丙交酯的开环聚合物等。上面列出的实例可以单独使用,也可以两种或两种以上组合使用。
作为聚乳酸,使用D-乳酸及L-乳酸的共聚物的场合,作为D-乳酸及L-乳酸的比例,没有特别限制,可以根据目的合适地选择。在D-乳酸及L-乳酸的共聚物中,具有随着少的一方的光学异构体减少,结晶性变高,熔点和玻化温度变高的倾向。此外,具有随着少的一方的光学异构体增加,结晶性变低,不久成为非结晶的倾向。结晶性与泡沫片材的耐热性及发泡成型温度有关,因此,可根据用途分开使用,不作特别限定。
本文中所谓结晶性是指结晶化度和结晶化速度,所谓结晶性高是指结晶化度高和结晶化速度快的至少一方。
使用的聚乳酸可以是合适地合成者,也可以是市售品。
上述聚乳酸的含量从生物降解性和再循环性观点来看,相对一实施形态中的泡沫片材中含有的有机物的总量,优选98质量%或更高,更优选99质量%或更高。当其为98质量%或更高时,可以防止即使聚乳酸生物降解但不具有生物降解性的其它成分残留的不良现象。
聚乳酸中所含的乳酸的含量可以由形成聚乳酸的材料的比例算出。当材料比例未知时,例如,可以通过气相色谱质量分析法(GC-MS)分析,通过使用已知的聚乳酸作为标准样品进行比较来识别成分。如果需要,可以结合由NMR测定或其他分析方法确定的谱面积比进行计算。使用GC-MS时,聚乳酸的含有比例例如可以在以下的条件下测定。
(通过GCMS分析进行测定)
-GCMS:QP2010,可从株式会社岛津制作所获得,附带Frontier Lab EGS/PY3030D作为辅助设备。
-分离柱:Frontier Lab公司制,Ultra ALLOY UA5-30M-0.25F。
-样品加热温度:300℃
-柱炉温:50℃(保持1分钟),以15℃/min加热到320℃(保持6分钟)。
-离子化方法:电子离子化(E.I)方法。
-检测质量范围:25至700(m/z)。
在本发明中,根据需要,也可以适当地使用聚苯乙烯、聚对甲基苯乙烯等的苯乙烯系单独聚合物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物等的苯乙烯系共聚物、聚苯乙烯和聚苯醚的混合物等的苯乙烯类树脂。
(泡沫核材)
上述泡沫核材(以下也称为“填料”)调节例如泡沫片材的发泡状态(泡的尺寸、数量和排列)。
填料的实例包括但不限于无机填料和有机填料。它们可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
无机填料的实例包括但不限于滑石、高岭土、碳酸钙、层状硅酸盐、碳酸锌、硅灰石、二氧化硅、氧化铝、氧化镁、硅酸钙、铝酸钠、铝酸钙、铝硅酸钠、硅酸镁、玻璃球、炭黑、氧化锌、三氧化锑、沸石、水滑石、金属纤维、金属晶须、陶瓷晶须、钛酸钾、氮化硼、石墨、玻璃纤维和碳纤维。
有机填料的实例包括但不限于淀粉、纤维素微粒、木粉、豆渣、稻壳、麸皮等的天然存在的聚合物及其改性品、山梨醇化合物、安息香酸及其化合物的金属盐、磷酸酯金属盐、松香化合物等。
其中,从与后述的压缩性流体的亲和性高的角度看,优选作为无机核材的二氧化硅。另外,在使用二氧化硅以外的填料作为基材的情况下,优选用二氧化硅进行表面处理的填料。
二氧化硅是以用SiO2表示的二氧化硅为主要成分的物质。根据二氧化硅颗粒的制造方法,大致分为干式法二氧化硅和湿式法二氧化硅,在本发明中,可以使用干式法二氧化硅和湿式法二氧化硅中的任一种。
必要时,优选用反应性化合物如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或有机硅氧烷对二氧化硅进行表面处理。
该硅烷偶联剂的具体实例包括但不限于乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基异丁基酮丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-巯基丙基三乙氧基硅烷。
当使用用二氧化硅表面处理的填料时,即使当二氧化硅与除二氧化硅以外的其它填料组合使用时,二氧化硅相对于泡沫片材中无机物总量的比例优选为50质量%或更高,更优选60质量%或更高。当二氧化硅的比例为50质量%或更高时,泡沫变得均匀和微细。作为填料含有比例的下限,优选相对于泡沫片材中无机物总量为20质量%或更高。
填料的数均粒径优选为5nm(0.005μm)以上100nm(0.1μm)以下,更优选为0.01μm以上0.08μm以下。当填料的数均粒径为5nm(0.005μm)以上时,分散性良好,所得到的泡沫片材的耐冲击性等的片材物理性能得到提高。因数均粒径为100nm(0.1μm)以下,所得到的泡沫片材的表面外观得到提高。
填料的平均粒径为方便起见,可以将填料假定为真球,用BET比表面积表示。此时的BET比表面积为23m2/g~230m2/g。
BET比表面积为23m2/g=一个粒子的比表面积/一个粒子的重量
=3/(平均粒径/2)×真比重=3/(平均粒径/2)/(真比重×106)
*一个粒子的重量:(平均粒径/2)3×4/3×3.14×真比重(2.65)×106(g/个)
*一个粒子的比表面积(平均粒径/2)2×4×3.14
作为填料的数均粒径的标准偏差(σ),相对数均粒径,优选为三倍以下,更优选为二倍以下。落入上述范围内的标准偏差(σ)表示泡沫片材泡沫均匀。
顺便说一下,填料的标准偏差和泡沫的标准偏差之间存在相关性。换句话说,落在上述范围内的填料的标准偏差可以意味着泡沫均匀。
作为粒径10μm以上的填料的粗大粒子的比例,相对于每1g泡沫片材,优选为100个以下,更优选为40个以下。若粗大粒子数为100个以下,则发泡直径微细,外观、强度等物性良好。
作为粗大粒子的比例的测定,将泡沫片材50mg再熔融,制成10μm的薄膜状,用光学显微镜(尼康公司制、FX-21、倍率100倍)观察该薄膜,计数由粒径为10μm或更大的填料形成的粗颗粒的数量,进行测定。
作为填料的疏水化度,例如为50wt%(质量%)以上,优选为60wt%以上。在此,所谓疏水化度是指甲醇疏水化度。通过使得疏水化度为50wt%以上,可以抑制吸湿性,防止在脂肪族聚酯树脂中的填料的凝聚,另外,当将填料导入到脂肪族聚酯树脂中时,可以抑制因水分引起的脂肪族聚酯树脂受到水解等的副作用。
疏水化度通过以下方法测定:在1g填料漂浮在50ml纯水表面的状态下,边搅拌边滴加甲醇,以重量%求取使总量的填料悬浮于纯水中所需要的甲醇量,进行测定。
作为填料的pH,例如为6.5以下,优选为3.5以上6.5以下,更优选为4以上6以下。在此,所谓填料的pH是指在填料的4%分散液(水∶甲醇=1∶1)中求出的填料表面的pH。通过使得pH小于或等于6.5,能够防止填料互相凝聚。通过使得pH为3.5以上,可以防止脂肪族聚酯树脂的分解。
填料的pH为上述范围的理由如下:
二氧化碳作为发泡剂使用时,如果以二氧化碳作为填料的分散介质,则在填料分散液的等电点粒子变得容易凝聚。如二氧化碳的离子化电位13.7eV,电子亲和力3.8eV的值所示,CO2本质上是求电子的,因此,存在最适于分散的填料的表面状态。
填料的pH可以通过制备泡沫核材4%的悬浮液(水/甲醇=1∶1vol/vol)并测量所制备的悬浮液的pH值得到。
上述的疏水化度、pH等的填料的评价,即使在泡沫片材制造后,也可以用溶剂溶解泡沫片材,过滤脂肪族聚酯树脂成分,取出填料,分析得到的填料而得到。
另外,评价得到的泡沫片材的填料时,也可以进行用电炉等燃烧泡沫片材,作为灰分取出的事前操作。
作为填料的含量,只要不损害泡沫片材的物性,可以根据目的适当选择,但优选相对于泡沫片材整体为0.05质量%以上且2质量%以下,更优选为0.1~1质量%。若填料的含量为0.05~2质量%,则能够防止填料互相凝聚的不良情况。
(交联剂)
本发明中的脂肪族聚酯树脂组合物可以含有交联剂。
作为交联剂,由于与聚乳酸的反应性高、单体难以残留、树脂着色也少的优点,优选使用在分子内具有2个以上的(甲基)丙烯酸基的(甲基)丙烯酸酯化合物,或者具有1个以上的(甲基)丙烯酸基和1个以上的缩水甘油基或乙烯基的(甲基)丙烯酸酯化合物。
作为上述具体化合物,包括但不限于甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、甘油二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、烯丙氧基聚乙二醇单丙烯酸酯、烯丙氧基聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、聚四亚甲基乙二醇二甲基丙烯酸酯,也可以是这些化合物的亚烷基二醇部为各种长度的亚烷基的共聚物。还有丁二醇甲基丙烯酸酯、丁二醇丙烯酸酯等。
通过含有交联剂,可以赋予熔融张力,可以调整泡沫片材的发泡倍率。作为赋予熔融张力的手段,有以纳米级分散层状硅酸盐等的泡沫核材的方法、使用交联剂或交联助剂等使树脂组合物交联的方法、通过电子射线等使树脂组合物交联的方法、添加具有高熔融张力的其他树脂组合物的方法等。此外,通过制成添加交联剂使片材具有高熔融张力的片材,在成形加工时片材的伸长率良好,改善片材的破裂等。
交联剂在脂肪族聚酯树脂组合物中例如可以含有0.1~2.0质量%,优选为0.3~1.5质量%。
(泡沫片材的制造方法)
本发明的泡沫片材的制造方法包括捏合工序和发泡工序,必要时还包括其它工序。
捏合工序和发泡工序可以同时进行或作为不同的工序进行。
<捏合工序>
捏合工序是将脂肪族聚酯树脂和泡沫核材进行捏合的工序。
在捏合工序中,为了更有效地发泡,还可以加入发泡剂。
根据成型品的用途,也可以使用交联剂、抗氧化剂、着色剂、各种光线的吸收剂、防止带电剂、导电材料。
为了更有效地进行发泡或更有效地进行捏合,可以在压缩性流体的存在下实施。
塑料、填料和在获得最终成形品的过程的中间工序中产生的混合物有时称为塑料组合物、母料。
<发泡剂>
作为发泡剂,在容易得到高发泡倍率的塑料泡沫片材这一点上,可以列举丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、己烷等的低级烷烃等的烃类、二甲醚等的醚类、甲基氯、乙基氯等的卤化烃类、二氧化碳、氮气等的压缩性气体等的物理发泡剂等。
其中,从无臭气、操作安全、环境负荷低的观点看,优选使用以下说明的可压缩气体。此外,也可以将上述材料与发泡剂混合使用。
在卤代烃类中,在本发明中,必须使用氢氟烯烃。氢氟烯烃的臭氧层破坏系数(ODP)约为0,地球温暖化系数(GWP)为约20以下,环境性非常优异,沸点为30℃以下,在常温常压(30℃、1个大气压)下为气体,但通过冷却在常压下能作为液体进行处理,是不燃性的化合物。
作为氢氟烯烃,可以列举例如1-氯-3,3,3-三氟丙烯,Z)-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯,2-氯-3,3,3-三氟丙烯,二氯-氟化丙烯,1,3,3,3-四氟丙烯,2,3,3,3一四氟丙烯,1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯,反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,或它们的顺式体和反式体等。它们可以单独使用一种,也可以并用多种。其中,从在常压下容易获得液体状态的观点出发,优选1-氯-3,3,3-三氟丙烯。
1-氯-3,3,3-三氟丙烯可以使用适当合成者,也可以使用市售品。作为市售品,例如可以举出HFO-1233zd(E)(Central硝子公司制)等。作为氢氟烯烃的合成方法,例如可以举出日本专利第4864714号公报中记载的方法等。
氢氟烯烃在常温常压下是气体状态,但通过稍稍冷却即使常压下也能作为液体处理,因此,不需要耐压机构等厚重设备,设置简单。另外,即使在作为加温的液体进行处理的情况下,可以用具有稍稍耐压机构的简易设备进行处理。例如,HFO-1233zd(E)的情况下,60℃下的蒸气压为0.4MPa左右。
相对于脂肪族聚酯树脂,氢氟烯烃的使用量例如为1质量%以上且15质量%以下,优选为2质量%以上且10质量%以下。
《有机物总量和无机泡沫核材量》
泡沫片材中的有机物总量作为灰分(=无机成分量)以外的量,可以估计。此外,灰分量可视为无机泡沫核材量。灰分设为泡沫片材在600℃下燃烧4小时时的残留物。
灰分以下列方式测量。将100mL坩埚的重量用精密天平称量至小数点后第四位,将约3g的泡沫片材样品收集在坩埚中,并测量坩埚和样品的总重量。坩埚置于马弗炉FP-310(可自Yamato Scientific公司获得)中,在600℃下燃烧4小时,使得有机成分燃烧。之后,将坩埚在干燥器中冷却1小时,再次称量坩埚的重量以测定坩埚和灰分的总重量。
灰分量即无机泡沫核材量,以及有机物总量,按下式计算:
无机泡沫核材量[%]=灰分量[%]=(燃烧和冷却后坩埚和样品的总重量[g]-坩埚重量[g])/(燃烧前坩埚和样品的总重量[g]-坩埚的重量[g])×100
有机物总量[%]=100-灰分量[%]
以n=2进行上述测量,`求取平均值。
<压缩性气体>
作为可在压缩性气体状态下使用的物质,包括但不限于一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮、氮气、甲烷、乙烷、丙烷、2,3-二甲基丁烷、乙烯、二甲醚。其中,二氧化碳的临界压力约为7.4MPa,临界温度约31℃,容易形成超临界状态,因不燃性处理容易等方面很合适。这些压缩性气体可以一种单独使用,也可以两种以上并用。
压缩性气体的溶解度随树脂种类和压缩性气体的组合、温度、压力而变化,因此,需要适当地调节压缩性气体的供给量。
例如,在聚乳酸、填料、二氧化碳、以及氢氟烯烃的组合中,二氧化碳的供给量相对聚乳酸和填料的总量优选为2质量%以上30质量%以下。当二氧化碳的供给量为2质量%以上时,可以防止可获得的塑化效果受限的不良现象。当二氧化碳的供给量为30质量%以下时,可以防止二氧化碳和聚乳酸相分离而不能获得具有均匀厚度的泡沫片材的不良现象。
二氧化碳与氢氟烯烃的重量比优选为(1∶0.5)至(1∶0.01),考虑更低成本制造场合,为例如从(1∶0.25)至(1∶0.01)。
<捏合装置>
作为用于制造脂肪族聚酯树脂组合物的捏合装置,可以采用连续工艺或间歇式工艺,但优选考虑例如装置效率、产品的特性和质量适当地选择反应工艺。
作为捏合装置,从能够与适合捏合的粘度对应角度考虑,可以使用单螺杆挤压机、多螺杆挤压机、捏合机、无轴笼型搅拌槽、住友重机株式会社制Bivolac、三菱重工业株式会社制N-SCR、株式会社日立制作所制眼镜形叶片聚合反应器、配备管式聚合反应器的格子翼或Kenics型、Sulzer型、SMLX型静态混合器。从色调的角度考虑,可以列举作为自清洁聚合装置的整理机、N-SCR、双轴挤压机等。其中,在树脂的色调、稳定性及耐热性方面,优选整理机、N-SCR。在生产效率角度考虑,优选单螺杆挤压机、多螺杆挤压机。
在此,作为一实施形态,如图1所示,连续式捏合装置100采用双螺杆挤压机(可从jSW公司获得,螺杆口径:42mm,L/D=48),从原料供给装置1及2将各种原料供给到原材料混合/熔融区域a,接着从压缩性流体供给装置3将压缩性流体供给到压缩性流体供给区域b,在捏合区域c中捏合各种原料,捏合结束后,在接下来的发泡工序中,在压缩性流体除去区域d除去压缩性流体,进行发泡,经成形加工区域e完成工序。
《原材料混合及溶融区域》
在原材料混合及熔融区域,进行树脂颗粒、填料的混合和升温。加热温度设定为树脂的熔融温度以上,在连续的供给压缩性流体的区域,设为能与压缩性流体均匀混合的状态。
《压缩性流体供给区域》
树脂颗粒通过加热变为熔融状态,在将填料润湿的状态下,供给压缩性流体,使熔融树脂可塑化。
《捏合区域》
设定捏合区域的温度,使其成为适合捏合填料的粘度。设定温度因反应装置的规格和树脂种类、树脂的结构、分子量等不同而有所变化,因此,不作特别限定,但重均分子量Mw为200000左右的市售聚乳酸的情况下,通常的捏合在聚乳酸的熔点+10℃~20℃之间进行。与此相对,通过与压缩性流体捏合,能以比聚乳酸的熔点低的温度捏合。能在比熔点低的温度下以比较高的粘度捏合。具体地说,为-20℃~-80℃,更优选-30℃~-60℃。可以简便地以装置的搅拌动力的电流值等为基准进行温度设定。
<发泡工序>
发泡工序是除去压缩性流体使脂肪族聚酯树脂组合物发泡的工序。
压缩性流体可以通过释放压力除去。
作为发泡工序时的温度,优选加热到脂肪族聚酯树脂组合物的熔点或更高。
在发泡工序中,溶解于脂肪族聚酯树脂组合物中的压缩性流体及氢氟烯烃在与填料的界面处汽化并析出,从而引起发泡。发泡从填料开始,因此,只有当填料均匀地分散在脂肪族聚酯树脂中时,才可制造含有均匀和微细泡沫的泡沫片材。
作为用于在发泡工序中使塑料组合物流动的驱动力,可以利用来自上述捏合装置的压力,也可以为了发泡工序另外使用单螺杆挤压机或多螺杆挤压机或气缸等的机械装置。
通过添加氢氟烯烃作为发泡剂,维持树脂的柔软性,同时进行捏合和发泡,另外,通过添加泡沫核材,能控制使发泡直径变小且均匀,因此,能得到泡沫片材的发泡直径和表面的均匀性优异。
<其他工序>
作为其他工序,没有特别限制,可以根据预期目的适当地选择,只要它们是通常的塑料泡沫片材的制造中进行的工序,其它工序的例子包括加工片材的成型工序。
成型工序的例子包括但不限于真空成型、气压成型和冲压成型。通过该成型工序制造片材成型制品。
泡沫片材的发泡倍率从成本的观点出发,发泡倍率越高则越优异,例如5倍以上,优选为10倍以上,进一步优选为20倍以上,更优选为30倍以上,特别优选为40倍以上。发泡倍率为45倍以上时,从强度降低的观点出发,限度为捆包材料等用途。为了在捆包材料用途中也确保均匀的缓冲性,希望泡沫片材表面的均匀性。另外,在将泡沫片材制成一次性容器或泡罩包装等供于二次成型的用途中,发泡倍率优选为1倍至30倍,更优选为1倍至10倍,进一步优选为1倍至3倍。即使在该用途中也希望泡沫片材表面的均匀性。如果泡沫片材的表面不均匀,则加工时会发生片材破裂或二次成形不良。如上所述,在捆包材料用途中,发泡倍率为1倍~30倍,片材表面均匀,特别优选。
作为泡沫片材的发泡倍率的控制方法,可以列举控制捏合温度、滞留时间、气氛、发泡剂浓度、发泡剂种类、发泡剂均匀性、塑料分子量分布、排出速度等,或者也可以组合多个方法进行调整。
如上所述制备的本发明的泡沫片材包含氢氟烯烃(HF0),例如为150ppm以上,优选为300ppm以上2200ppm以下。
另外,从隔热性优异的观点出发,本发明的泡沫片材的厚度优选为0.5mm以上5mm以下,更优选1mm以上,从加工性的观点出发,进一步优选为4mm以下。
[实施例]
以下,进一步通过实施例的方式描述本发明,然而这些实施例不应被解释为以任何方式限制本发明。
<实施例1>
<泡沫片材的制备>
《母料的制备》
使用图1所示的连续式捏合装置100,将聚乳酸(REVODE110,HTSUN公司制,熔点160℃)9.7kg/hr和作为泡沫核材的表面处理二氧化硅(Aerosil公司制,R202)0.3kg/hr供给到原材料混合及熔融区域a,使聚乳酸和泡沫核材的总流速为10kg/hr。接着,将作为压缩性流体的二氧化碳气体以1.00kg/hr(相当于相对组合物的10质量%)的流速供给到压缩性流体供给区域b,在捏合区域c中进行捏合。由此,得到[含有3质量%填料的聚乳酸组合物前体]。
在上述二氧化碳的供给量中,所谓“相对组合物”在此是指聚乳酸和泡沫核材的合计量。
接着,在成形加工区域e中,将[含有3质量%的填料的聚乳酸组合物前体]向水浴中以股状挤压,在水浴中冷却后,通过用股切刀造粒,作为组合物前体,得到含有3质量%的填料的母料([3质量%填料母料])。
在上述母料的制作中,各区域的温度设定如下:
原材料混合及熔融区域a和压缩性流体供给区域b:190℃;
捏合区域c:150℃;
压缩性流体除去区域d:190℃;
成形加工区域e:190℃。
各区域的压力设定如下:
从压缩性流体供给区域b到捏合区域c:7.0MPa;
压缩性流体除去区域d:0.5MPa。
<泡沫片材的制备>
准备图2所示的连续式泡沫片材化装置110。
连续式泡沫片材化装置110是将2台双轴挤压机连结而成的装置,第一挤压机包括原材料混合及熔融区域a、压缩性流体供给区域b和捏合区域c。第二挤压机包括压缩性流体除去区域d,包括设有能成形为规定形状的狭缝口径70mm的圆形模具的挤压成形部5(成形加工区域e)。
使用该连续式泡沫片材化装置110中的原料供给装置1和2,供给3质量%填料母料、聚乳酸树脂和交联剂。具体而言,使得3质量%填料母料和聚乳酸树脂(Revode110,HISUN公司制)的流量合计为10kg/hr,且填料为0.5质量%,以所得的3质量%填料母料1.67kg/hr和聚乳酸(REVODE110,HISUN公司制,熔点160℃)8.33kg/hr的比率,作为交联剂的缩水甘油基化合物(BASF公司制,Joncryl ADR4368C)为0.07kg/hr(相对于有机成分量相当于0.7质量%)供给到第一挤压机的原材料混合及熔融区域a。接着,将作为压缩性流体的二氧化碳以0.66kg/hr(相对于组合物相当于6.66质量%)从压缩性流体供给装置3供给到压缩性流体供给区域b,通过供给系统4将氢氟烯烃(HFO:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)0.33kg/hr(相对于组合物相当于3.33质量%)供给到捏合区域c,在捏合区域c中进行捏合。接着,在第二挤压机中的压缩性流体除去区域d通过将树脂温度冷却至140℃,除去压缩流体,进行挤压发泡,在挤压成型部5中,使得泡沫片材成形。挤压成型部5的模具中的排出量为10kg/hr,树脂温度为167℃。接着,将如上所述得到的泡沫片材沿着冷却的心轴上,并且从空气干燥机对其外表面喷吹空气,冷却成形,用切刀切开,得到平坦状的片材。这样得到本实施例的泡沫片材。
在上述泡沫片材的制备中,各区域的温度设定如下:
原材料混合及熔融区域a和压缩性流体供给区域b:190℃;
捏合区域c:150℃;
各区域的压力设定如下:
从压缩性流体供给区域b到捏合区域c:7.0MPa。
<泡沫片材的评价方法>
泡沫片材的发泡倍率如下述式(1)所示,可以通过用构成泡沫片材的组合物的密度(真密度ρ0)除以体积密度(ρ1)求取。
发泡倍率=真密度(ρ0)/体积密度(ρ1)…(1)
在此,真密度是指作为最终塑料组合物残留的塑料组合物的密度,即使是文献值或实测非发泡化合物颗粒也可以。聚乳酸情况下大约为1.25g/cm3。
体积密度的测定方法没有特别限定,可以适当选择任意的体积密度的测定方法使用,例如,可以用如下的方法进行测定:测定在温度23℃,相对湿度50%的环境下放置24小时以上的泡沫片材的外形尺寸,求取体积。然后,测定该泡沫片材的重量。通过用泡沫片材的重量除以体积,求出泡沫片材的体积密度。
<平均厚度>
平均厚度使用游标卡尺(Mitutoyo公司制数显卡尺)测定10处,将测定值平均而算出。
<填料的数均粒径>
用离子研磨装置对泡沫片材进行截面加工,进行截面的SEM观察。
将获得的截面SEM图像(放大倍数:10000)使用Image-Pro Premier(从Mediacy公司获得)软件,将相当于填料的白色成分和聚乳酸成分二值化,在10μm×7μm的区域求取粒径(Feret直径),计算Feret直径等于或大于0.005μm的白色成分(填料)的数均粒径和标准偏差(σ)。
<填料的pH及疏水化度>
根据上述方法测定。
<HFO的定量>
将作为测定对象的泡沫片材粉碎,向所得的粉碎泡沫片材的1质量份添加2-丙醇2质量份,用超声波使其分散30分钟后,在冰箱(5℃)中保存1天以上,提取粉碎泡沫片材中的有机溶剂。对上清液用气相色谱仪(GC-14A、株式会社岛津制作所制)进行分析,对粉碎泡沫片材中的HFO进行定量,测定残留HFO量。该分析时的测定条件如下:
·装置:岛津GC-14A
·柱:CBP20-M50-0.25
·检测器:FID
·注入量:1μL~5μL
·载体气体:He 2.5kg/cm2
·氢流量:0.6kg/cm2
·空气流量:0.5kg/cm2
·图速:5mm/min
·灵敏度:Range101×Atten20
·柱温:40℃
·注入温度:150℃
<成形性>
通过以下方法评价成形性。
首先,由泡沫片材切出一边为300mm的平面正方形的试验片。将该试验片夹在间隙2mm、温度127℃的平行热板之间加热30秒,然后,在底面为纵180mm×横100mm的平面长方形,深度为28mm的盘状模具夹持10秒钟成形。并且,将正确地成形成形品的角部、也未见断裂者设为“○”,部分变薄成形者设为“△”,将观察到断裂等情况者设为“×”,通过目视观察判断成形性。“○”、“△”评价为合格。
结果示于表1中。
<实施例2>
在实施例1中,将作为压缩性流体的二氧化碳设为0.80kg/hr(相对于组合物相当于8质量%)、氢氟烯烃(HFO:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)设为0.2kg/hr(相对于组合物相当于2质量%),除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例3>
在实施例1中,将作为压缩性流体的二氧化碳设为0.90kg/hr(相对于组合物相当于9质量%)、氢氟烯烃(HFO:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)设为0.10kg/hr(相对于组合物相当于1质量%),除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例4>
在实施例1中,将作为压缩性流体的二氧化碳设为0.95kg/hr(相对于组合物相当于9.5质量%)、氢氟烯烃(HFO:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)设为0.05kg/hr(相对于组合物相当于0.5质量%),除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例5>
在实施例1中,将作为压缩性流体的二氧化碳设为0.98kg/hr(相对于组合物相当于9.8质量%)、氢氟烯烃(HFO:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)设为0.02kg/hr(相对于组合物相当于0.2质量%),除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例6>
在实施例1中,将作为压缩性流体的二氧化碳设为0.66kg/hr(相对于组合物相当于6.66质量%)、氢氟烯烃(HFO:z)-1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯)设为0.33kg/hr(相对于组合物相当于3.33质量%),除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例7>
在实施例1中,将作为压缩性流体的二氧化碳设为0.9kg/hr(相对于组合物相当于9质量%)、氢氟烯烃(HFO:1-氯-2,3,3,3-四氟丙烯)设为0.1kg/hr(相对于组合物相当于1.0质量%),除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例8>
使用图2所示连续式泡沫片材化装置110中的原料供给装置1和2,供给3质量%填料母料、聚乳酸树脂和交联剂。具体而言,使得3质量%填料母料和聚乳酸树脂(Revode110,HISUN公司制)的流量合计为10kg/hr,且填料为0.05质量%,以所得的3质量%填料母料0.167kg/hr和聚乳酸(REVODE110,HISUN公司制,熔点160℃)9.833kg/hr的比率,作为交联剂的缩水甘油基化合物(BASF公司制,Joncryl ADR4368C)为0.07kg/hr(相对于有机成分量相当于0.7质量%)供给到第一挤压机的原材料混合及熔融区域a。接着,将作为压缩性流体的二氧化碳以0.9kg/hr(相对于组合物相当于9质量%)从压缩性流体供给装置3供给到压缩性流体供给区域b,通过供给系统4将氢氟烯烃(HFO:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)0.1kg/hr(相对于组合物相当于1.0质量%)供给到捏合区域c,在捏合区域c中进行捏合。
除此以外,用与实施例1同样的方法,制作泡沫片材,进行评价。
结果示于表1中。
<实施例9>
使用图2所示连续式泡沫片材化装置110中的原料供给装置1和2,供给3质量%填料母料、聚乳酸树脂和交联剂。具体而言,使得3质量%填料母料和聚乳酸树脂(Revode110,HISUN公司制)的流量合计为10kg/hr,且填料为2质量%,以所得的3质量%填料母料6.66kg/hr和聚乳酸(REVODE110,HISUN公司制,熔点160℃)3.33kg/hr的比率,作为交联剂的缩水甘油基化合物(BASF公司制,Joncryl ADR4368C)为0.07kg/hr(相对于有机成分量相当于0.7质量%)供给到第一挤压机的原材料混合及熔融区域a。接着,将作为压缩性流体的二氧化碳以0.9kg/hr(相对于组合物相当于9质量%)从压缩性流体供给装置3供给到压缩性流体供给区域b,通过供给系统4将氢氟烯烃(HFO:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)0.02kg/hr(相对于组合物相当于0.2质量%)供给到捏合区域c,在捏合区域c中进行捏合。
除此以外,用与实施例1同样的方法,制作泡沫片材,进行评价。
结果示于表1中。
<实施例10>
使用图2所示连续式泡沫片材化装置110中的原料供给装置1和2,供给3质量%填料母料、聚乳酸树脂和交联剂。具体而言,使得3质量%填料母料和聚乳酸树脂(Revode110,HISUN公司制)的流量合计为10kg/hr,且填料为0.5质量%,以所得的3质量%填料母料1.67kg/hr和聚乳酸(REVODE110,HISUN公司制,熔点160℃)8.33kg/hr的比率,作为交联剂的缩水甘油基化合物(BASF公司制,Joncryl ADR4368C)为0.07kg/hr(相对于有机成分量相当于0.7质量%)供给到第一挤压机的原材料混合及熔融区域a。接着,将作为压缩性流体的二氧化碳以0.90kg/hr(相对于组合物相当于9质量%)从压缩性流体供给装置3供给到压缩性流体供给区域b,通过供给系统4将氢氟烯烃(HF0:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)0.33kg/hr(相对于组合物相当于3.33质量%)供给到捏合区域c,在捏合区域c中进行捏合。接着,在第二挤压机中的压缩性流体除去区域d通过将树脂温度冷却至145℃,除去压缩流体。
除此以外,用与实施例1同样的方法,制作泡沫片材,进行评价。
结果示于表1中。
<实施例11>
使用图2所示连续式泡沫片材化装置110中的原料供给装置1和2,供给3质量%填料母料、聚乳酸树脂和交联剂。具体而言,使得3质量%填料母料和聚乳酸树脂(Revode110,HISUN公司制)的流量合计为10kg/hr,且填料为0.5质量%,以所得的3质量%填料母料1.67kg/hr和聚乳酸(REVODE110,HISUN公司制,熔点160℃)8.33kg/hr的比率,作为交联剂的缩水甘油基化合物(BASF公司制,Joncryl ADR4368C)为0.07kg/hr(相对于有机成分量相当于0.7质量%)供给到第一挤压机的原材料混合及熔融区域a。接着,将作为压缩性流体的二氧化碳以0.90kg/hr(相对于组合物相当于9质量%)从压缩性流体供给装置3供给到压缩性流体供给区域b,通过供给系统4将氢氟烯烃(HFO:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)0.33kg/hr(相对于组合物相当于3.33质量%)供给到捏合区域c,在捏合区域c中进行捏合。接着,在第二挤压机中的压缩性流体除去区域d通过将树脂温度冷却至135℃,除去压缩流体。
除此以外,用与实施例1同样的方法,制作泡沫片材,进行评价。
结果示于表1中。
<实施例12>
在实施例3中,将作为泡沫核材的表面处理二氧化硅变更为AEROSULNY50(日本Aerosil公司制),除此以外,重复实施例3操作。
结果示于表1中。
<实施例13>
在实施例3中,将作为泡沫核材的表面处理二氧化硅变更为QSG-100(信越化学工业株式会社制),除此以外,重复实施例3操作。
结果示于表1中。
<实施例14>
在实施例3中,将作为泡沫核材的表面处理二氧化硅变更为AEROSILR816(日本Aerosil公司制),除此以外,重复实施例3操作。
结果示于表1中。
<实施例15>
在实施例1中,将作为压缩性流体的二氧化碳设为0.981kg/hr(相对于组合物相当于9.9质量%)、氢氟烯烃(HFO:反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯)设为0.0995kg/hr(相对于组合物相当于0.1质量%),除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例16>
在实施例1中,作为氢氟烯烃,使用顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例17>
在实施例3中,作为氢氟烯烃,使用顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,除此以外,重复实施例3操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例18>
在实施例1中,作为氢氟烯烃,使用反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例19>
在实施例3中,作为氢氟烯烃,使用反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,除此以外,重复实施例3操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<比较例1>
在实施例1中,不添加HFO,并且将作为压缩性流体的二氧化碳设为0.99kg/hr(相对于组合物相当于10质量%)供给,除此以外,重复实施例1操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<比较例2>
在实施例3中,不使用填料及交联剂,除此以外,重复实施例3操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
<实施例20>~<实施例21>
在实施例3中,不使用交联剂,除此以外,重复实施例3操作,得到泡沫片材。
结果示于表1中。
表1-1
表1-2
本公开的各形态例如如下:
<1>一种泡沫片材,包含脂肪族聚酯树脂,其特征在于:
所述泡沫片材包含泡沫核材,以及作为发泡剂的氢氟烯烃(HFO),并且
所述泡沫片材含有0.05质量%以上且2质量%以下的所述泡沫核材。
<2>根据<1>的泡沫片材,其中,进一步包含交联剂。
<3>根据<1>或<2>的泡沫片材,其中,含有所述氢氟烯烃150ppm以上。
<4>根据<1>~<3>任一项的泡沫片材,其中,所述脂肪族聚酯树脂为聚乳酸。
<5>根据<1>~<4>任一项的泡沫片材,其中,所述泡沫片材的厚度为0.5mm以上且5mm以下。
<6>根据<1>~<5>任一项的泡沫片材,其中,发泡倍率为5倍以上且30倍以下。
<7>根据<1>~<6>任一项的泡沫片材,其中,所述泡沫核材为填料,所述填料的疏水化度(hydrophobicity)为50质量%以上,且所述填料的pH值为6.5以下。
<8>根据<7>的泡沫片材,其中,所述填料的pH值为3.5以上且6.5以下。
<9>根据<7>或<8>的泡沫片材,其中,所述填料的数均粒径为5nm以上且100nm以下。
根据上述<1>~<9>任一项的泡沫片材,可以解决各种现有问题并实现本发明的目的。
上述实施例是说明性的,并不限制本发明。因此,根据上述教导,许多附加的修改和变化是可能的。例如,在本发明的范围内,不同说明性实施例的部件和/或特征可以互相组合和/或互相替代。
Claims (9)
1.一种泡沫片材,包含脂肪族聚酯树脂,其特征在于:
所述泡沫片材包含泡沫核材,以及作为发泡剂的氢氟烯烃,并且
所述泡沫片材含有0.05质量%以上且2质量%以下的所述泡沫核材。
2.根据权利要求1所述的泡沫片材,其特征在于,进一步包含交联剂。
3.根据权利要求1或2所述的泡沫片材,其特征在于,含有所述氢氟烯烃150ppm以上。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的泡沫片材,其特征在于,所述脂肪族聚酯树脂为聚乳酸。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的泡沫片材,其特征在于,所述泡沫片材的厚度为0.5mm以上且5mm以下。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的泡沫片材,其特征在于,发泡倍率为5倍以上且30倍以下。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的泡沫片材,其特征在于,所述泡沫核材为填料,所述填料的疏水化度为50质量%以上,且所述填料的pH值为6.5以下。
8.根据权利要求7所述的泡沫片材,其特征在于,所述填料的pH值为3.5以上且6.5以下。
9.根据权利要求7或8所述的泡沫片材,其特征在于,所述填料的数均粒径为5nm以上且100nm以下。
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