JP2002080628A - ミクロ多孔体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】射出成形に供する各種原料を射出するに先立っ
て混練を施すことで、射出成形を可能としたミクロ多孔
体の製造方法を提供する。 【解決手段】少なくとも１種類の熱可塑性樹脂と、この
熱可塑性樹脂を熱溶融させ得る温度で熱的に安定な水溶
解性気泡形成材と、滑材として作用する水溶解性高分子
化合物とを混合し、その混合物を加熱状態下で混練し、
この混練物を射出成形に供して所要形状の成形体とし、
この成形体を水に接触させることで、該成形体から前記
水溶解性気泡形成材および水溶解性高分子化合物を抽出
除去して３次元連通気泡構造のミクロ多孔体を得ること
を特徴とするミクロ多孔体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ミクロ多孔体の
製造方法に関し、更に詳細には、熱可塑性樹脂を含む各
種原料の射出成形体を、水抽出法で処理することで極め
て微細な３次元連通気泡構造を有する多孔体を製造する
方法に関するものである。

【０００２】３次元に連通した微細な気泡を有する多孔
体を製造する場合、主材料中に発泡材を混入し、該発泡
材から発生した窒素等のガスにより気泡を形成させる発
泡法や、主材料中に予め気泡形成材を混入・分散させた
後に、該気泡形成材を分解発泡して気泡を形成する抽出
法が一般に採用されている。前記発泡法によれば、様々
な主材料を利用し得る利点がある一方で、発生する気泡
径を均一にする制御が困難で、また数十μｍといった微
小径の連続した気泡形成が難しい等の欠点がある。これ
に対して前記抽出法によれば、形成される気泡径等は使
用する気泡材の種類に依存するので、前述の均一性およ
び大きさを任意に制御し得る長所がある。

【０００３】このような多孔体を製造する抽出法は、更
に湿式法および乾式法に大別される。前記湿式法の場合
には、使用される溶媒に対して溶解性を有する特定の原
料しか使用できず、かつ該溶媒の使用により作業環境が
劣悪となってしまう難点が指摘される。また乾式法の場
合には、使用原料は限定されないが、主材料中に混合・
混練した気泡形成材の抽出除去に使用されるアセトン、
アルコールまたは芳香族溶媒その他の有機溶媒によっ
て、やはり作業環境が劣悪化する重大な欠点が指摘され
ている。

【０００４】これらの諸欠点を回避すべく、出願人は特
開平１１−１６６０７１号の明細書に記載される如く、
気泡形成材として尿素等の水溶解性有機化合物を利用す
ることで、これまで用いてきた抽出用の溶媒を各種有機
溶媒から水に代えると共に、微細な３次元連通気泡構造
を有するミクロ多孔体を得る技術を既に出願している。
しかし、前記特許出願に開示の技術にあっては、気泡形
成材として尿素等の熱的に不安定な有機化合物を使用し
ているため、混練に際し主材料を熱溶融させるのに充分
な温度を加えることができない。従って、例えば気泡形
成材として尿素を使用する場合は、これに使用し得る主
材料が１３０℃以下で熱溶融するものに限定されてしま
う。

【０００５】前期難点を克服すべく更に出願人は、特開
平１２−１２３１９５号の明細書に記載される如く、気
泡形成材として水溶解性有機化合物を利用したミクロ多
孔体および該多孔体を製造する技術を提案している。こ
の特開平１２−１２３１９５号に記載の技術は、少なく
とも１種類の熱可塑性樹脂と、この熱可塑性樹脂が熱溶
融する温度で熱的に安定である水溶解性気泡形成材と、
滑材として作用する水溶解性高分子化合物とを加熱状態
下で混合し、得られた混合物を所定形状に成形した後、
得られた成形体を水に接触させて該成形体から水溶解性
気泡形成材および水溶解性高分子化合物を抽出除去する
ことで３次元連通気泡構造を有するミクロ多孔体を得る
ことを内容としている。

【０００６】前述の特開平１２−１２３１９５号に記載
の発明の場合、３次元連通気泡構造とするために前記水
溶解性気孔形成材の容積率を７５ｖｏｌ％以上とする必
要性がある。このように多量の気孔形成材を含有する系
では、流動性の確保が困難なので、滑材として作用する
水溶性高分子化合物を所定量添加することで、汎用的な
プレスや押出成形方法による成形体の成形が可能になっ
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複雑形
状の成形を容易になし得る長所がある射出成形方法につ
いては、前記水溶性高分子化合物を所定量添加した場合
であっても、前記混合物を射出成形し得る程度の流動性
は確保できないため、その採用が困難であった。

【０００８】

【発明の目的】この発明は、従来のミクロ多孔体の製造
方法に内在している前記問題に鑑み、これを好適に解決
するべく提案されたものであって、射出成形に供する各
種原料を射出するに先立って混練を施すことで、射出成
形を可能としたミクロ多孔体の製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を克服し、所期
の目的を達成するため本願の発明に係るミクロ多孔体の
製造方法は、少なくとも１種類の熱可塑性樹脂と、この
熱可塑性樹脂を熱溶融させ得る温度で熱的に安定な水溶
解性気泡形成材と、滑材として作用する水溶解性高分子
化合物とを混合し、その混合物を加熱状態下で混練し、
この混練物を射出成形に供して所要形状の成形体とし、
この成形体を水に接触させることで、該成形体から前記
水溶解性気泡形成材および水溶解性高分子化合物を抽出
除去して３次元連通気泡構造のミクロ多孔体を得ること
を特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る３次元連通気
泡構造のミクロ多孔体の製造方法につき、好適な実施例
を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。本願
の発明者は、任意の配合割合とした熱可塑性樹脂、水溶
解性気泡形成材および水溶解性高分子化合物を加熱状態
下で混練することで、前記各原料を射出成形するのに必
要充分な流動性を確保することで、良好な物性を有する
ミクロ多孔体を射出成形により製造し得ることを知見し
たものである。

【００１１】本発明に係るミクロ多孔体の製造方法は、
図１に示す如く、先ず原料となる熱可塑性樹脂、水溶解
性気泡形成材および水溶解性高分子化合物を混合・混練
して混練物を得る混練段階Ｓ１と、この混練段階Ｓ１で
所定の混合状態にされた混練物を射出成形に供して所要
形状の成形体を得る成形段階Ｓ２と、これにより得られ
た成形体を、水または所定温度の温水に浸漬させて、該
水溶解性気泡形成材および水溶解性高分子化合物を抽出
して、微細な気泡を多数備えて３次元連通気泡構造を有
するミクロ多孔体を得る抽出段階Ｓ３とからなる。

【００１２】原料となる前記熱可塑性樹脂としては、Ｔ
ＰＥ(ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリエーテル
ポリエステル系、スチレン系およびポリアミド系他)、
オレフィン樹脂(ＰＥ(ＬＤ-ＰＥ,ＨＤ-ＰＥ,ＬＬ-Ｐ
Ｅ、αオレフィン化ＰＥ)、ＰＰおよびＴＰＯ)、ＴＰ
Ｕ、ポリアミド、ポリイミドまたはポリアセタールその
他加熱することで溶融する樹脂であれば、如何なる樹脂
であっても使用可能である。

【００１３】また前記水溶解性気泡形成材としては、水
に可溶であって、かつ前記熱可塑性樹脂が熱溶融時する
際にも熱的に安定な物質であれば何れも使える。例えば
無機物しては、ＮａＣ１、ＫＣｌ、ＣａＣ１、ＮＨ₄Ｃ
ｌ、ＮａＮＯ₃、ＮａＮＯ₂等が挙げられる。有機物とし
ては、ＴＭＥ(トリメチロールエタン)、トリメチロール
プロパン、トリメチロールブタン、しょ糖、可溶性でん
ぷん、ソルビトール、グリシンまたは各有機酸(リンゴ
酸、クエン酸、グルタミン酸またはコハク酸)のナトリ
ウム塩等が挙げられる。これらの物質は何れも流動性に
乏しい一方で、ミクロ多孔体の気泡形成に必要不可欠な
ものであるので、充分な混合・混練に留意が必要であ
る。

【００１４】更に前記水溶解性高分子化合物としては、
ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールジア
クリレート、ポリエチレングリコールジオレエート、ポ
リエチレングリコールジアセテート等のポリエチレング
リコール誘導体その他、水に溶解し、樹脂に対して粘度
を低下させる働きをする化合物であれば如何なるもので
あっても使用可能である。殊にポリエチレングリコール
は、メルトフローが高く、かつ水溶解性が高いので好適
に使用し得る。また水溶解性気泡形成材として有機系物
質を選択した場合は、該水溶解性気泡形成材の抽出・除
去を促進する作用も確認されている。更に成形を押出成
形方法で行なう場合、前記ポリエチレングリコールの分
子量は２,０００〜３０,０００、好ましくは５,０００
〜２５,０００、更に好ましくは１５,０００〜２５,０
００の範囲が好適であるとの知見が得られている。

【００１５】更に、例えば熱可塑性樹脂としてオレフィ
ン系樹脂を使用し、水溶解性高分子化合物として、該オ
レフィン系樹脂に対して相溶性の低いポリエチレングリ
コールを利用するような場合には、この低相溶性を利用
して該ポリエチレングリコールの粒径を制御することが
可能になる。すなわち滑材としての水溶解性高分子化合
物を、水溶解性気泡形成材としても利用可能となるもの
である。

【００１６】前記熱可塑性樹脂の全体に対する混合割合
は、１３〜３５ｖｏｌ％の範囲内が好適である。前記熱
可塑性樹脂が１３ｖｏｌ％未満の場合には、水溶解性物
質(水溶解性気泡形成材および水溶解性高分子化合物)の
抽出・除去時に成形体自体が分離してしまう。一方、前
記熱可塑性樹脂が３５ｖｏｌ％以上の場合、すなわち該
熱可塑性樹脂以外の前記水溶解性物質が６５ｖｏｌ％が
未満の場合には、成形体内に充分な数の気泡が形成され
ず、連続した多孔体構造が形成されなくなってしまう。

【００１７】また前記水溶解性物質を構成する水溶解性
気泡形成材の全体に対する混合割合は、４０〜６５ｖｏ
ｌ％の範囲内が好適である。前記水溶解性気泡形成材が
４０ｖｏｌ％未満の場合には、均一な気泡径を有する構
造が得られなくなり、６５ｖｏｌ％を越える場合には、
予備的な混練を施すことでも流動性の確保が困難とな
り、射出成形が不可能となる。

【００１８】更に前記水溶解性物質を構成する水溶解性
高分子化合物の全体に対する混合割合は、４０ｖｏｌ％
未満、好ましくは３０ｖｏｌ％未満が好適である。前記
水溶解性高分子化合物が４０ｖｏｌ％以上にあると、前
記混練物の流動性が高まる一方で、気孔径が大きな気泡
や、アメーバーの如き不定形な形状の気泡が発生してし
まう事態が生じる。すなわち、前記熱可塑性樹脂および
水溶解性気泡形成材の割合が所定の範囲内であっても、
制御下に微細な気泡径を有する構造が得られなくなって
しまう。

【００１９】前記熱可塑性樹脂、水溶解性気泡形成材お
よび水溶解性高分子化合物の混合割合を上述の範囲に設
定して場合、これら混合物を成形した成形体へ水を浸漬
させることで、該水溶解性気泡形成材および水溶解性高
分子化合物は容易かつ充分に抽出・除去可能である。す
なわち、前記熱可塑性樹脂を主材料とし、均質性および
強度を備える３次元連通気泡構造を有するミクロ多孔体
が得られる。また、前記熱可塑性樹脂、水溶解性気泡形
成材および水溶解性高分子化合物の混合割合を前述の好
適な範囲に設定することで、５００μｍ以下の気泡径を
有し、かつその気孔率が７５〜８５ｖｏｌ％以上の３次
元連通気泡構造を有するミクロ多孔体を得ることも可能
である。更に前記３者の混合割合を更に好適化すること
で、３０μｍ以下の気泡径を有するミクロ多孔体も製造
し得る。

【００２０】前記混練段階Ｓ１は、前記熱可塑性樹脂、
水溶解性気泡形成材および水溶解性高分子化合物を混合
すると共に、該水溶解性気泡形成材をミクロ多孔体の骨
格となる熱可塑性樹脂内に効率よくかつ均一に混練し
て、後述する成形段階Ｓ２において好適な射出成形を行
なうのに必要な流動性が確保された混練物を得るための
混合・混練段階である。具体的には大トルクの伝達・混
合が容易なニーダが採用された押出機等を使用して、前
記各種原料を必要充分に混合・混練するものである。前
記混練物は、好適には後述の成形段階Ｓ２での取り扱い
を容易とするべく、前記混合・混練に同時にペレタイズ
処理を施こしてペレット形状に加工される。なお前記混
合および混練は、別工程に分離して施すようにしても良
い。

【００２１】続いて行なわれる成形段階Ｓ２は、前述の
混練段階Ｓ１を経て低い射出成形を行なうのに必要充分
な流動性を確保したペレット等の混練物から、所要形状
の成形体を得る段階である。

【００２２】最終的に行なわれる抽出段階Ｓ３は、得ら
れた成形体を水または所定温度の温水等に浸漬させて、
前記水溶解性気泡形成材および水溶解性高分子化合物を
抽出・除去して、微細な気泡を多数備えて３次元連通気
泡構造を有するミクロ多孔体を得る段階である。

【００２３】各成分を混合して所要形状に成形された成
形体は、前記水溶解性気泡形成材および水溶解性高分子
化合物を、溶媒である水に所定時間(例えば２４〜４８
時間、成形体の形状・厚さ等にもよる)浸漬させること
で抽出・除去される。またこの際の浸漬は、どのような
方法であってもよいが、前記混合物全体を水に接触させ
る水中浸漬による抽出・除去が好適である。このとき使
用される水の温度についても、殊に限定がなく室温程度
のものであってもよいが、前記各水溶解性物質の効率的
な除去のために、１５〜６０℃程度の温水を利用しても
よい。

【００２４】前述の抽出段階Ｓ３を経ることで、所要形
状のミクロ多孔体を得ることができるが、更に該抽出段
階Ｓ３で使用される水を短時間で除去すべく乾燥を施し
たり、またトリミング等の後加工等を行なうようにして
もよい。

【００２５】

【実験例】以下に、本発明に係るミクロ多孔体を得る際
の実験例を示す。本実験例に係るミクロ多孔体は、予め
選択された所定重量割合の熱可塑性樹脂、水溶解性気泡
形成材および水溶解性高分子化合物に対して、所定の押
出成形機を使用して混練段階Ｓ１を施して混練物として
のペレットを得た後、所定の射出成形機を使用して該ペ
レットに成形段階Ｓ２を施して、最終的に厚さ２ｍｍの
板状部材を得た。そして比較例として、前記混練段階Ｓ
１を充分に施さず厚さ２ｍｍの板状部材を製造した。ま
た参考例として、前記混練段階Ｓ１に使用される押出成
形機だけを経ることで厚さ２ｍｍの板状部材を製造し
た。なお評価項目として、密度(ｇ/ｃｍ ³)、平均セル経
(μｍ)、引張強度(ｋｇ/ｃｍ²)および伸び率(％)を夫々
測定して、前記実験例、比較例および参考例を評価し
た。

【００２６】前記実験例および比較例に用いた各原料お
よび各機器は以下の通り。 ・使用原料 熱可塑性樹脂：α−オレフィン化ポリエチレン(商品名
タフマー Ａ−４０９０;三井化学製) 水溶解性気泡形成材：ＮａＣｌ(商品名 うずしお;鳴門
塩業株式会社製) 水溶解性高分子化合物：ポリエチレングリコール(商品
名 ＰＥＧ２００００;三洋化成製) ・混合割合(以下の表１の通り) ・混練段階使用機器：２軸式押出機(商品名 ラボプラス
トミル;東洋精機製) ・成形段階使用機器：射出成形機(商品名 ＴＣＤ２０−
５ＡＰ;日精樹脂工業製)

【００２７】(実験例) 混練段階Ｓ１を行なった場合 ・結果：下記の表２に示す。

【００２８】(比較例) 混練段階Ｓ１を行なわなかった
場合 ・結果：何れの混合割合のものであっても、射出成形が
不可能であった。

【００２９】(参考例) 押出成形機だけを使用した場合 ・結果：実験例Ｂの結果と共に、下記の表３に示す。

【００３０】前記実験例、比較例および参考例の結果か
ら、以下の事実が確認された。 ・予備的な混練段階Ｓ１を実施することで、射出成形に
よる成形が可能となった。 ・成形方法の違い(射出成形または押出成形)によって、
物性的な際は殆ど見られず、何れに場合であっても良好
な成形体が得られることが確認された。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明した如く、本発明に係るミク
ロ多孔体の製造方法によれば、射出を施すに先立って、
予備的な混練を実施することで射出成形に必要充分な流
動性を確保して、気泡の分散が良好であると共に、様々
な複雑形状を有するミクロ多孔体を容易に製造し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適なミクロ多孔体の製造方法を示す
工程図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｋ 105:16 Ｂ２９Ｋ 105:16 Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｆターム(参考） 4F074 AA17 AA76 AC13 CB03 CB13 CB17 CC22X CC24X CC34Y CC45 DA02 DA03 DA08 4F203 AA03 AA24 AB02 AB07 AG20 DA04 DB01 DC28 DD01 DF02 DH06 DJ08 DM01 DW13 4F206 AA03 AA24 AB02 AB07 AG20 JA04 JF04 JF21 JL02 JM01 JN01 JN03 JN11 JN43 JW15 JW31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１種類の熱可塑性樹脂と、こ
   の熱可塑性樹脂を熱溶融させ得る温度で熱的に安定な水
   溶解性気泡形成材と、滑材として作用する水溶解性高分
   子化合物とを混合し、 その混合物を加熱状態下で混練し、 この混練物を射出成形に供して所要形状の成形体とし、 この成形体を水に接触させることで、該成形体から前記
   水溶解性気泡形成材および水溶解性高分子化合物を抽出
   除去して３次元連通気泡構造のミクロ多孔体を得ること
   を特徴とするミクロ多孔体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記熱可塑性樹脂、水溶解性気泡形成材
   および水溶解性高分子化合物の混合は、加熱状態下で混
   練と共に施される請求項１記載のミクロ多孔体の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記熱可塑性樹脂、水溶解性気泡形成材
   および水溶解性高分子化合物の混合割合は、夫々１３〜
   ３５ｖｏｌ％の範囲内、４０〜６５ｖｏｌ％の範囲内お
   よび４０ｖｏｌ％未満である請求項１または２記載のミ
   クロ多孔体の製造方法。