JP2001200086A

JP2001200086A - ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法

Info

Publication number: JP2001200086A
Application number: JP2000013276A
Authority: JP
Inventors: Naoki Toda; 直樹戸田; Ryoji Mori; 良治毛利; Hidetoshi Kitajima; 英俊北嶋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2001-07-24

Abstract

(57)【要約】【課題】取扱が容易で安全性が高い水を発泡剤として
使用し、安定で均一な気泡の形成が可能で、比較的簡単
な操作により良好な発泡体を得ることができるポリオレ
フィン系樹脂発泡体の製造方法を提供すること。【解決手段】ポリオレフィン系樹脂に、水分を含有す
る充填材を混合・分散させ、前記ポリオレフィン系樹脂
の融点以上の温度で水の飽和蒸気圧以上の圧力下で混合
した後、溶融状態の樹脂を減圧・冷却することによって
気泡を形成させることを待徴とするポリオレフィン系樹
脂発泡体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポリプロピレンやポ
リエチレンといったポリオレフィン系樹脂の発泡体の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のポリオレフィン発泡体の製造方法
を、ポリオレフィン系樹脂の一つであるボリブロピレン
を例にとって説明する。ポリプロピレン発泡体（ポリプ
ロピレンフォーム）は、化学発泡剤又は物理発泡剤を使
用して常圧法、加圧法、押出法、ビーズ法などの工法に
よりシート、丸棒、角棒、及び型物の発泡成形体として
製造されている。化学発泡剤は、発泡剤の熱分解によっ
て発生するガスによってポリプロピレンを発泡させるも
ので、アゾジカルボンアミドなどが使用される。また、
物理発泡剤は、発泡剤の気化によって発生するガスによ
ってポリプロピレンを発泡させるもので、脂肪族炭化水
素又はその塩化物や弗化物などが使用されている。さら
に、発泡時の気泡の破壊（破泡）を防ぐ目的でポリプロ
ピレンを架橋させる場合がある。ポリプロピレンによら
ず結晶性樹脂の場合、溶融すると急激な粘弾性低下が起
こり、発泡に適した粘弾性を維持するのが難しい。ポリ
プロピレンを架橋させることで、発泡時のポリプロピレ
ンの適正な溶融粘弾性が確保され、気泡が破壊されずに
良好な発泡体を得ることができる。架橋の方法としては
紫外線、放射線架橋や化学架橋などがある。このように
従来はポリブロピレンなどのポリオレフィン系樹脂の発
泡体は、発泡剤として化学発泡剤や炭化水素系の物理発
泡剤など特別な発泡剤を使用して製造するのが一般的で
あった。

【０００３】しかしながら、このような従来の発泡方法
では、発泡剤として市販されている化学発泡剤や物理発
泡剤などを使用するため、コストが高くなるという問題
がある。また、これらの発泡剤の中には、毒性ガスを発
生させる物や、危険物などの指定により取り扱いに注意
を要するものがある。さらに、例えば、市販されている
化学発泡剤などには、ガスを発生させる分解温度がポリ
プロピレンの融点以下のものがあり、発泡体製造上の操
作条件が大きな制約を受ける場合がある。これらを解決
するためには、水が非常に有効な発泡剤である。しか
し、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂に対し
て、水は溶解しにくいという問題がある。さらに、ポリ
プロピレンなどの一部に水が溶解したとしても，ポリプ
ロピレンの内部に水を均一に分散させることが難しいた
め、局所的な発泡となったり、局所的な発泡が原因で気
泡が破壊するといった問題がある。

【０００４】このような問題点を解決する手段の一つと
して特公昭６１−５８０８８号公報には、疎水性の熱可
塑性合成樹脂及び親水性の有機重合体より、実質上前者
の中に後者からなる部分が存在する複合組織の成形物を
製造し、得られた成形物に水を吸収させ、吸収された水
を疎水性合成樹脂が軟化している状態において急速に気
化させることを特徴とする発泡した成形物の製造法が提
案されている。この方法は、疎水性の熱可塑性樹脂と親
水性の有機重合物を混合して成形物とし、この成形物に
熱水処理を施して成形物中に水分を吸収させ、次いで水
分を吸収した成形物を急速加熱・圧空成形するなどの方
法により水分を気化させ、熱によって軟化している熱可
塑性樹脂内部に気泡を形成（発泡）させるもので、疎水
性の熱可塑性樹脂を見かけ上親水化する点に特徴があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記方法では疎水性の
熱可塑性樹脂と親水性の有機重合物の混合成形体を一旦
別ラインで製造する必要があり、さらにこの成形体に改
めて水を吸収させる工程が必要となる。また、水を吸収
させるためには熱水処理が有効であり、熱水処理装置あ
るいは加圧熱水処理装置が必要となり経済性が低い。ま
た、疎水性熱可塑性樹脂の特性（物性）が、親水性有機
重合体の混合により著しく低下する恐れがあるなどの問
題がある。本発明はこのような従来技術の実状に鑑み、
取扱が容易で安全性が高い水を発泡剤として使用し、安
定で均一な気泡の形成が可能で樹脂の性能を低下させる
こともなく、比較的簡単な操作により良好な発泡体を得
ることができるポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、水を発泡
剤として使用するポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方
法について鋭意検討した結果、水分の保持能力が高く特
定の物質を充填材として使用することにより、前記課題
が解決できることを見出し本発明を完成した。すなわ
ち、本発明は次の（１）〜（３）の構成を有するもので
ある。（１）ポリオレフィン系樹脂に、水分を含有する充填材
を混合・分散させ、前記ポリオレフィン系樹脂の融点以
上の温度で水の飽和蒸気圧以上の圧力下で混合した後、
溶融状態の樹脂を減圧・冷却することによって気泡を形
成させることを待徴とするポリオレフィン系樹脂発泡体
の製造方法。（２）前記充填材として石炭灰を使用することを特徴と
する前記（１）のポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方
法。（３）前記充填材としてゼオライト又はシリカゲルを使
用することを特徴とする前記（１）のポリオレフィン系
樹脂発泡体の製造方法。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は水との親和性が乏しいポ
リオレフィン系樹脂に対して、水を均一に分散させて良
好な発泡体を得るために、発泡剤として十分な量の水分
を含有させることができ、しかも安価な充填材を使用
し、水分を含有した充填材を樹脂と混合して樹脂中に十
分に分散させ、ポリオレフィン系樹脂の融点以上の温度
で水の飽和蒸気圧以上の圧力下で所定時間混合した後、
溶融状態の樹脂を減圧・冷却して水分を膨張させ、これ
によって気泡を形成させることを特徴とする。

【０００８】本発明の方法においては、充填材として石
炭灰、シリカ、アルミナ、活性シリカ、活性アルミナ、
活性炭、ゼオライト、シリカゲルなどが使用できるが、
中でも安価で吸湿性のある（主として表面に水分が付着
する）石炭灰、多量の水分を吸着することができ（細孔
内に水分が吸着）、吸湿性の高いゼオライト又はシリカ
ゲルなどの無機系吸湿物質が好適である。

【０００９】本発明の方法において充填材の使用量は充
填材の種類、目的とするポリオレフィン系樹脂発泡体の
気孔率、充填材が保持できる水の量などによって異なる
が、一般的には樹脂と充填材の合計量中の充填材の割合
が０．１〜４０ｗｔ％（水分を除く）、好ましくは０．
１〜１０ｗｔ％（水分を除く）の範囲である。充填材の
割合がこの範囲をはずれると良好な発泡体が得られな
い。なお、充填材の割合がこの範囲を外れると良好な発
泡体を得るのが難しくなる。なお、充填材の量が多くな
ると不経済であり、ベース樹脂の物性にも影響が出てく
るので、必要な気孔率が得られる範囲内で充填材量は少
ない方が望ましい。

【００１０】充填材に含水あるいは吸湿により保持させ
る水の量は充填材に対し少なくとも１ｗｔ％以上必要で
あり、できるだけ多い方が充填材量が少なくてよいため
望ましいが、上限値は充填材の特性に依存し、最大で充
填材の２倍量程度、すなわち、充填材と水の合計量中の
水の割合が１〜６６．７ｗｔ％の範囲とするのが望まし
い。

【００１１】本発明の方法においては、先ず各種充填材
を水中に浸漬するか高湿の湿潤槽内で含水、吸湿させる
などの方法て得られる水分を含有した充填材を、樹脂と
混合して樹脂中に十分に分散させる。水分を含有した充
填材と樹脂との混合は、両者の粉末を配合し、スーパー
ミキサー等の混合機を用いて、常温・常圧下で行えばよ
いが、雰囲気は８０％ＲＨ以上の高湿にしておくのが好
ましい。なお、樹脂はペレット状のものも使用できる
が、その場合はペレット表面を適当な液体で濡らし、充
填剤を付着させるようにする。また、混合は湿式混合と
してもよい。

【００１２】次に水分を含有した充填材と樹脂とを十分
に混合した混合物を、ポリオレフィン系樹脂の融点以上
の温度で水の飽和蒸気圧以上の圧力下で所定時間混合す
る。これにより、ポリオレフィン系樹脂が溶融し、さら
に溶融した樹脂中に充填材が均一に分散する。また、含
水あるいは吸湿により充填材に保持されていた水分が雰
囲気の熱により溶融樹脂中に脱離する。このとき、充填
材は溶融樹脂中に均一に分散しているので、脱離した水
分も見かけ上、溶融樹脂中に均一に分散する。単に水を
混合しただけでは気泡が偏在し、気泡が巨大化したり、
破泡してしまい良好な発泡体が得られないが、水分を含
有した充填材を混合することにより、水分が溶融樹脂中
に均一に混合・分散し、かつ充填材（微粒子）の存在が
発泡の核となるため、良好な発泡体を得ることができ
る。

【００１３】このようにして得られた水分が均一に分散
した溶融状態の樹脂を減圧・冷却して水分を膨張させる
ことによって均一な気泡を形成させることができる。本
発明では、気化潜熱の大きい水を発泡剤として使用する
ので発泡の際に強固な気泡壁を形成させることができ、
発泡の際の気泡の破壊を防ぐことができる。

【００１４】なお、押出機による成形の場合、樹脂と充
填材との混合物を樹脂の融点以上の温度で水の飽和蒸気
圧以上の圧力下で混合した後、溶融状態の樹脂を減圧・
冷却して水分を膨張させる段階では特別な操作は必要で
はなく、押出機の通常の可塑化、混練作用によりポリオ
レフィン系樹脂が溶融し、さらに溶融した樹脂中に充填
材及び水分が均一に分散する。そして押出機から押し出
される際に大気圧まで減圧され、水分が急激の膨張して
気泡を形成することができる。

【００１５】本発明の方法によればポリオレフィン系樹
脂マトリックス中に、充填材及び気孔が均一に分散した
ポリオレフィン系樹脂発泡体を得ることができる。この
ポリオレフィン系樹脂発泡体は、優れた断熱性、衝撃吸
収性、遮音性、及び吸音性を有しており、緩衝材、断熱
材、自動車部材（内外装品）、食品トレー、雑貨トレ
ー、荷役パレット容器、遮音板、吸音板などの用途に好
適なものである。

【００１６】（作用）ポリオレフィン系樹脂の発泡体製
造において、発泡剤として水を用いることで、従来の化
学発泡剤や物埋発泡剤を使用する場合に比べて発泡剤の
コストを低減できるため、ポリオレフィン系樹脂発泡体
の製造コストを低減できる。また、発泡剤の取り扱いが
容易となり、しかも、毒性ガスなどの発生が全くないた
め、発泡体製造の際の安全性・操作性が格段に向上す
る。また、前記の各種充填材を用いることで、均一で安
定した気泡が形成でき、発泡体に特有の断熱性、衝撃吸
収性、遮音性、及び吸音性などの諸物性が良好に維持で
きる。しかも、各種充填材は単独で、あるいは樹脂と反
応することがないため取り扱いが容易であり、かつ安全
である。

【００１７】さらに、充填材として石炭灰を用いる場合
には、材料費が極めて安価であるため低コストの発泡体
製造が可能であるばかりでなく、産業廃棄物として発生
する石炭灰の有効利用を図ることができる。また、水は
大気圧下において、ボリプロピレンやポリエチレンなど
のポリオレフィン系樹脂の融点より３０〜７０℃も低い
約１００℃で水蒸気となるが、ゼオライトなどの吸湿物
質には水分を脱離させる温度が樹脂の融点近傍、あるい
は融点以上であるものが多く存在する。従って、このよ
うな充填材を使用すれば、発泡体製造の際に操作条件が
従来の発泡剤の分解温度特性に起因した制約を受けにく
くなり，発泡体製造のための特定の成形条件を模索する
必要がない。

【００１８】

【実施例】以下実施例により本発明の方法をさらに具
体的に説明する。（実施例）ポリオレフィン系樹脂の一つであるポリプロ
ピレンをマトリックス樹脂とし、水を含んだ各種充填材
をと混合して溶融押出法により発泡ポリプロピレンシー
トを製造した。（１）使用した発泡シート成形機押出機：直径７０ｍｍ、単軸フルフライトスクリュダイ：幅８０ｍｍ、リップ隙間１ｍｍキャスティングロール：直径１０００ｍｍ、幅３００
ｍｍ（２）成形条件成形温度：押出機シリンダ温度２４０℃、ダイ温度
２４０℃（押出樹脂温度：２４０℃実測値）押出量：１０〜８０ｋｇ／ｈ（３）成形材料樹脂：ポリプロピレン充填材種類及ひ混合率：表１のとおり

【００１９】

【表１】

【００２０】（４）成形方法（発泡プロセス）各種充填材を水中浸潰、あるいは高湿の湿潤槽内にて
含水、吸湿させた。具体的には、石炭灰は大気圧下で約
２０℃の水（蒸留水）に１０分間浸漬したものを使用
し、合成ゼオライト及び合成シリカはいずれも温度１５
℃、湿度９５％ＲＨの湿潤オーブン内にて２時間吸湿さ
せたものを使用した。含水、吸湿した充填材とポリプロピレン粉末を表１の
割合で混合し、常温・常圧下で、高湿の雰囲気下でスー
パーミキサーを用いて混合した。ポリプロピレンと充填材の混合物を押出機のホッパー
（原料投入口）に投入し、押出機の通常の可塑化・混練
作用により、ボリプロピレンを溶融させて混合し、溶融
したポリプロピレン中に充填材及び水分を均一に分散さ
せた。水分が均一に分散した溶融ポリプロピレンを、押出機
先端のスリットダイから押し出し、ポリプロピレン発泡
シートを製造した。ダイ内で高圧であった溶融ポリプロピレンは、ダイか
ら押し出されると同時に大気圧にまで減圧されるため、
水分が急激に膨張し気泡を形成する。このとき、水分の
気化潜熱により気泡壁が冷却されるため、気泡は破壊す
ることがなく、良好な発泡体を得ることができた。

【００２１】（５）ポリプロピレン発泡体の発泡倍率本実施例で得られたポリプロピレン発泡体の発泡倍率は
表２に示すとおりであり、いずれも気孔が均質に分散し
た良好な品質の発泡体であった。なお発泡倍率は次式に
より算出した発泡倍率＝未発泡樹脂（樹脂本体）の固体密度／発泡樹
脂の固体密度

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明ではポリ
オレフィン系樹脂の発泡体を得る方法において、発泡剤
に水を用いるため、従来の化学発泡剤又は物理発泡剤な
どの市販の発泡剤を使用する方法に比べて発泡材が非常
に安価である。また、水は従来の発泡剤に比べて取り扱
いが容易であり、安全性が高く、しかもクリーンであ
る。さらに、樹脂の溶融温度近く、又はそれ以上の温度
まで水分を保持することができる充填材を用いることに
より、安定で均一な気泡の形成が可能となり、良好な品
質の発泡体を得ることができる。しかも、成形条件とし
ては、通常の場合、従来のポリオレフィン系樹脂のシー
トなどを製造する場合とほぼ同等に設定すればよく、設
備上及び成形条件設定上の制約はなく、容易に製造する
ことができる。また、発泡剤として水を使用する特公昭
６１−５８０８８号公報の方法に比較しても、工程が著
しく簡略化されており、生産性が高く、ベース樹脂の物
性を劣化させる恐れがないという利点がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北嶋英俊愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内Ｆターム(参考） 4F074 AA16 AA17 AA24 AC32 BA34 CC04X CC05Y CC10X CC22X CC28Y CC32Y CC34Y DA02 4J002 BB001 BB031 BB121 DE027 DJ006 DJ016 DM006 FD016

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリオレフィン系樹脂に、水分を含有す
る充填材を混合・分散させ、前記ポリオレフィン系樹脂
の融点以上の温度で水の飽和蒸気圧以上の圧力下で混合
した後、溶融状態の樹脂を減圧・冷却することによって
気泡を形成させることを待徴とするポリオレフィン系樹
脂発泡体の製造方法。
【請求項２】前記充填材として石炭灰を使用すること
を特徴とする請求項１に記載のポリオレフィン系樹脂発
泡体の製造方法。
【請求項３】前記充填材としてゼオライト又はシリカ
ゲルを使用することを特徴とする請求項１に記載のポリ
オレフィン系樹脂発泡体の製造方法。