JP2005511863A - 発泡性プラスチックの架橋方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、発泡プロセスにおいて発泡剤を用いプラスチックをより高い密度を有する初期状態からより低い密度を有する発泡状態へと変える発泡性プラスチックの処理方法に関する。発泡プロセスより前に第一架橋手段によって、そして発泡プロセスの間に少なくとも一種の第二架橋手段によってプラスチックを架橋する。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、発泡プロセスにおいて発泡剤によりプラスチックを相対的に高密度な開始状態から相対的に低密度の発泡状態へと変える発泡性プラスチックの処理方法及びこの方法によって処理されるプラスチックに関する。

常套の発泡性プラスチックは一般に基本ポリマー、発泡剤及び添加物から成る。プラスチックを溶融させると、加えられた熱によって発泡剤が活性化し、そしてプラスチックが発泡する。他の添加物の例は色素及び可塑剤を含み、それらは発泡プラスチックに所要の色及び所要の可塑性をそれぞれ与える。

これらの発泡性プラスチックの一つの不利点は、プラスチックが発泡プロセスの間に重力の影響下で撓むことであり、その結果、発泡が等方的でないことである。溶融物は十分に「安定」ではないので、発泡の前にプラスチックに与えられたいかなる構造又は形状も一般に失われる。

従って本発明の解決課題は、この問題を回避又は低減することであった。

本発明によれば、発泡の前に少なくとも第一架橋手段（又は架橋剤）によって、そして発泡の間に少なくとも第二架橋手段によって架橋されるプラスチックによって上述の問題が解決される。

本発明の有利な更なる進展は特許請求の範囲において明らかにする。

本発明による方法において、発泡の前に第一架橋手段が、そして発泡の間に第二架橋手段が発泡性プラスチックを架橋する。
本発明による様々な態様は添付の図面を参照しつつ、より詳細に後述する。

発泡プロセスの間、架橋されていないプラスチックは、発泡体から形成される成形品が有していた形状又は構造を大部分は失う。このことは、一方では発泡プロセスの間にプラスチックに生じる大きな構造変化に起因し、そして他方では特に発泡プロセスにおける又はその後における冷却の間に、発泡体が撓むように影響を及ぼす重力に起因する。発泡プロセスの間中、形状又は構造を維持するために、プラスチックを架橋しなければならない。

架橋手段を用いることによって、プラスチックにおけるポリマー鎖を局部的に破壊し、そしてプラスチックにおいてラジカルを形成する。ポリマー鎖の遊離端及びフリーラジカルが互いに新しい結合を形成し、これによりポリマーを部分的に架橋する。このようにして前処理されるプラスチックをその融点を超えて加熱すると、プラスチックの堅い構造体が柔らかくなり、その結果、溶融物よりも高粘度を有する「安定化材料」を形成する。より高い粘度はプラスチックの部分的な前（又は予備）架橋に起因し、そして、ある程度の寸法安定性を有する安定化材料をもたらす。例えば熱で活性化され得る発泡剤により発泡プロセスが開始される場合、安定化材料から形成される発泡体はほぼ基本成形品の形状又は構造を有する。しかしながら、発泡プロセスの間に、発泡材料は上述の理由のために基本成形品の形状又は構造を幾分か再び失う。従って、発泡プロセスの間に活性化される第二架橋手段によりこれを元に戻さなければならない。第二架橋手段の影響のもと、プラスチックの発泡形状を得るために、プラスチックにおけるポリマー鎖を更に架橋する。

このようにして形成される発泡体は大部分が基本成形品の形状を有し、一般に核生成を通じてより大きな体積を示し、そして、より微細なセルを有する。

物理的な及び化学的な架橋手段を用いることができる。

物理的な架橋手段は、特に、高エネルギー放射線であってよく、好ましくはプラスチック全体を貫通するものである。放射線のエネルギーはプラスチック内での放射線の平均自由行程が放射線の入射方向においてプラスチックの厚さよりも大きくなるよう選択されるべきである。電子線、特に１００ｋｅＶ〜１０ＭｅＶの間のエネルギーを有する電子線を好ましくは用いるが、陽子線を用いることもできる。十分に高エネルギー（又は密度）であれば、原子線又は軽原子核を放射線に用いることもできる。ガンマ線又はＸ線も適切である。

化学的な架橋手段としては過酸化物、特に有機過酸化物を用いることができる。例えば溶融状態において、溶融物から成形品を形成する前にこれらをプラスチックに混合（又は導入）する。過酸化物のラジカル分解を通じて、プラスチックを部分的に架橋し、そして、部分的に架橋された成形品を形成する。次いでこの成形品を装置（又はアレンジメント）内に配置し、そして発泡させる。加えて、発泡プロセスの間に活性化でき、そして形成した発泡体を部分的に架橋する化学的な架橋手段が存在する。

本発明による方法の第一実施態様において（図１）、発泡性プラスチック１を、より詳細には射出成形の形態のものを、発泡の前に放射線源９からスロット（又はスリット）ダイヤフラム（又は遮るもの）５を通る高エネルギー放射線３へさらす。こうして前処理したプラスチック成形品は、例えば自動車の車体における空洞を密封するために車体内に配置される。

例えば自動車に塗布した塗料を乾燥させるための乾燥室において、成形品を加熱している間にプラスチックの融点に達すると、物理的な前架橋により安定化材料が形成される。熱で活性化され得る発泡剤もその温度で好ましくは活性化し、これにより発泡プロセスが開始される。発泡プロセスの間、プラスチックのポリマー鎖を更に架橋するために第二化学架橋手段を活性化する。第二架橋手段も発泡剤の活性化温度で又はより高い温度で活性化することができる。用いるプラスチックが熱硬化性の場合、発泡の間、プラスチックの融点より十分に高い温度になるまでプラスチックを加熱するためには後者が特に好都合である。

プラスチックに浴びせる印加エネルギー線量によって安定化材料の性質を概ねコントロールすることができる。エネルギー線量が小さすぎると、新しい架橋点が十分に生じず、そのため所望の効果が得られない。エネルギー線量が大きすぎると、架橋が非常に密であるので、材料を極めて高度に安定化させ、起泡度を相当減少させる。しかしながら、これら二つの極端な値の間のエネルギー線量を用いると、材料は加熱状態であっても成形品の構造を維持し、そして同時に材料の満足できる起泡度を維持するのに十分に安定化される。

実際に必要なエネルギー線量は、用いる基本ポリマー、発泡剤及び添加物（例えば化学架橋手段、安定化剤、キッカー（又は分解開始剤）及びインヒビター（又は酸化防止剤）等）に依存する。エチレン／ビニルアセテート（ＥＶＡ）を基本ポリマーとして、アゾジカルボンアミドを発泡剤として用いる場合には、エネルギー線量の範囲が１〜１０ｋＧｙ、そして特に３〜６ｋＧｙの範囲において所望の効果が得られる。

本態様で用いるプラスチックの基本ポリマーはエチレン／ビニルアセテートであり、ビニルアセテートはＥＶＡの５〜２５重量％を構成する。用いる発泡剤は、溶融状態で熱に活性化されるアゾジカルボンアミドである。好ましい態様においては、照射前に発泡剤をプラスチックに導入するが、照射後に導入することもできる。

図２に示すように、マスク７によりプラスチックの部分を放射線３から保護することができる。マスクにより保護されないプラスチック（１）部分が本発明に従って中位のエネルギー線量を受けるようにエネルギー線量を選択すると、形成される成形品は部分で架橋する。発泡プロセスが開始されると、プラスチックの照射部分は実質的に等方的に発泡するのに対して、プラスチックの非照射部分の発泡プロセスは重力の影響を受ける。このようにして、必要に応じて成形品の発泡に影響を及ぼすこと又はこれをコントロールすることができる。

改変例において、マスクは放射線に対して部分的に透過性である。成形品を高エネルギー線量にさらすと、高エネルギー線量にさらされたプラスチック部分は高度に架橋される。マスクにより放射線から部分的に保護したプラスチック部分は、中位のエネルギー線量のみを吸収する。発泡プロセスの間、中位のエネルギー線量を吸収した領域は等方的に発泡するのに対して、高エネルギー線量を吸収した領域における発泡プロセスは事実上ひどく抑制される。後者の領域は、加熱状態であってもある程度の安定性をなお有するので、特に装置内でのプラスチック成形品のための保持要素として用いることができる。

改変例において、保持要素は、照射プラスチック部分と同じプラスチック又は他の材料の別個の要素として存在し、そして、例えば発泡するプラスチックを用いて封をする空洞内で、より詳しくは自動車の本体内で、保持要素によって照射プラスチック部分を保持するためにそこに固定される。

照射されるプラスチックが中間体、例えば原料、粉末又は顆粒から出来ているとき、部分（又はパーツ）又は成形品を製造するために用いる中間体を、部分又は成形品それ自身の代わりに照射することができる。

プラスチック成形品を他の成形品、とりわけプラスチックの成形品と組み合わせてプラスチック複合材を形成するとき、このプラスチック複合材を全体的又は局部的にのみ放射線にさらすことができる。

さらに、他成分と組み合わせてプラスチック複合材を形成する前に、１またはそれ以上のプラスチック部分（成形品）に照射することができる。

本発明による方法の第二実施態様において、プラスチックを部分的に架橋するように有機過酸化物を発泡性プラスチックの溶融物に導入する。しかしながら、この部分的な架橋はごく限られているので、続いて溶融物から押し出し成形される成形品を発泡プロセスの前に高エネルギー放射線で十分に架橋する。このようにして、続いて組み込まれた成形品は加熱の際に十分に安定化された材料を形成する。

化学的な及び物理的な架橋の結果、成形品の加熱の間に初めに安定化材料が形成される。好ましくはその温度において発泡剤が活性化され、そして安定化材料を発泡させる。発泡プロセスの間に、化学的な架橋手段が再活性化し、さらなる架橋及び発泡体の局部的な固化をもたらす。

第三実施態様においては、第一及び第二架橋手段の両方が化学的である。第一架橋手段は、第二架橋手段が活性化する温度よりも低い温度で活性化する。両方の架橋手段をプラスチックの溶融物に添加するとき、適切な温度コントロールによって第一架橋手段のみを活性化させ、これにより溶融物を部分的に架橋させる。次の工程において、図３に示す成形品１１を溶融物から押し出し成型し、そして他の成形品、より詳細には、より固いプラスチックの成形品と組み合わせる（又は結合する）。こうして形成されたプラスチック複合材を、例えば自動車のシャーシ１５のセクション（又は一部）に用いる。次いで、成形品１１を形成している発泡性プラスチックを乾燥室で溶融させ、これにより発泡剤を活性化させる。乾燥室内の温度は非常に高いので、第二の化学的な架橋手段も活性化し、そして形成される発泡体を部分的に架橋する。溶融物がシャーシセクション１５の側壁へ流れることを架橋によって防ぎ、そして発泡体はシャーシセクションの断面を完全に満たす。こうして複合材料をシャーシセクション１５のスチール及び発泡体から形成し、これによりシャーシをこの領域でさらに安定させ、そして空洞を確実に密閉する。

本方法の全ての実施態様において、プラスチックの発泡剤及び／又は他の添加物を第一架橋工程の前、間又は後でもプラスチックに導入することができる。

図１はプラスチック部分に照射するための装置の側面図である。 図２はマスクを通してプラスチック部分に照射するための装置の斜視図である。 図３は、本発明の方法によって処理した、自動車のシャーシ内に成形によって備えられたプラスチック成形品の斜視図である。

符号の説明

３ 放射線
５ スロットダイヤフラム
７ マスク
９ 放射線源
１１ 発泡性プラスチックの成形品
１３ 成形品
１５ 自動車のシャーシセクション

Claims (20)

1. 発泡プロセスにおいて発泡剤によってプラスチックを相対的に高密度の開始状態から相対的に低密度の発泡した状態へと変える発泡性プラスチックの処理方法であって、発泡の前に第一架橋手段によって、そして発泡の間に第二架橋手段によってプラスチック（１）を架橋することを特徴とする方法。
2. 第一架橋手段が物理的な架橋手段であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 第二架橋手段が物理的な架橋手段であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 第一架橋手段が化学的な架橋手段であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 第二架橋手段が化学的な架橋手段であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 高エネルギー放射線（３）を物理的な架橋手段として用いることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
7. 電子線、β線、陽子線又は原子線若しくは軽原子核を高エネルギー放射線（３）として用いることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. Ｘ線又はガンマ線を高エネルギー放射線（３）として用いることを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 用いる放射線がプラスチック（１）中で、放射線の入射方向においてプラスチックの厚さよりも大きい平均自由行程を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
10. 物理的な架橋を少なくとも二方向から加えることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
11. １〜１０ｋＧｙ、およびより特に３〜６ｋＧｙのエネルギー線量を放射線（３）によりプラスチック（１）に加えることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の方法。
12. プラスチック、プラスチック成形品又はプラスチック複合材を異なるエネルギー線量に局所的にさらすことを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記載の方法。
13. プラスチック（１）、プラスチック部分又はプラスチック複合材の選択部分に照射するためにマスク（７）を用いることを特徴とする請求項６〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 過酸化物、より特に有機過酸化物を化学的な架橋手段として用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
15. 第一架橋手段によりプラスチックを粉末、顆粒、溶融物、プラスチック部分、プラスチック成形品又はプラスチック複合材の形態に架橋することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. プラスチック（１）の基本ポリマーがエチレン／ビニルアセテート（ＥＶＡ）、より特にビニルアセテートがエチレン／ビニルアセテートの５〜２５重量％を構成するＥＶＡであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の方法によって製造されるプラスチック又はプラスチック部分。
17. プラスチック（１）が熱で活性化され得る発泡剤を含むことを特徴とする請求項１６に記載のプラスチック。
18. 発泡剤がアゾジカルボンアミドであることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のプラスチック。
19. プラスチック部分（１）が、発泡プロセスの前に装置内でプラスチック部分（１）を保持することができる少なくとも一つの保持要素を含むことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載のプラスチック部分。
20. 少なくとも１つの保持要素が、材料の高安定化を達成するように高エネルギー線量にさらされるプラスチック部分の領域により形成されていることを特徴とする請求項１９に記載のプラスチック部分。
    

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