JP2007112933A - 発泡成形用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂に発泡剤を均一に分散させるため、粉状の担体樹脂に同じく粉状の無機発泡剤を樹脂を溶融混練することなしに分散させ、均一で微細な発泡セルを有する成形品を得る。
【解決手段】平均粒子径が０．０１〜１．０ｍｍである熱可塑性樹脂１００重量部に対し、平均粒子径００１〜０．１ｍｍの炭酸塩などの無機発泡剤を０．１〜５０重量部を熱可塑性樹脂を溶融させることなく分散混合し、成形に供すること。
【選択図】なし

Description

本発明は熱可塑性樹脂に発泡剤として特に発泡開始温度が概ね１５０℃以下である無機発泡剤を熱可塑性樹脂を溶融し混練することなく均一に分散せしめることを目的とした発泡成形用樹脂組成物を供することを特徴とする。

熱可塑性樹脂、例えばポリプロピレンやポリスチレン樹脂に無機炭酸塩をはじめとする発泡剤を含有させ、発泡成形品を作成することは成形品の軽量化、材料費の低減、成形品の消音特性や風合いの改善等を目的として各種成形品に応用されている。
この中で無機炭酸塩は発泡残渣が無害なこと、廉価なことから過去から普遍的に用いられていることは周知の事実である。また、熱可塑性樹脂、特に、ポリプロピレンは比重が小さいこと、耐薬品性が良好なこと、安価なこと、成形性が良好なことなど数多くの特徴を有しており、コンテナ、シート、トレイ、パイプをはじめとした各種成形品に広く用いられている。

しかしながら、発泡剤が無機炭酸塩発泡剤として一般的に用いられている炭酸水素ナトリウムが主成分である場合、発泡剤をポリプロピレンに予め溶融混練し、均一、微細に分散させることは、押出機等の混練機内でのポリプロピレンの溶融中に既に発泡が開始してしまうため好ましくない。

ポリプロピレンペレットに発泡剤をドライブレンドし、発泡成形に供する方法も特許文献１に記載されているが、この方法では発泡剤をペレット樹脂に均一に分散させることが難しく、例えば射出成形では発泡成形品のショット間で発泡倍率が異なること、押出成形では経時で発泡倍率や表面性状が異なることがあり、必ずしも有効な方法とは言えなかった。

また、特許文献２に見られるとおり、ポリエチレンテレフタレート等の高融点樹脂の発泡成形の際、異種の低融点樹脂の発泡剤を高濃度に予め混練し、成形時に混合し発泡成形に供することも考えられるが、本方法を応用し、例えば低密度ポリエチレンやエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体をベース樹脂とし、発泡剤を低温にて高濃度に溶融混練したマスターバッチを作成し、成形時にポリプロピレン樹脂と混合した後、発泡成形に供する方法で得られた成形品はポリプロピレンが本来有している優れた剛性や耐熱性を悪化させることがあり、また、発泡セルが必ずしも均一に形成されるとは限らず、満足できる所作とは言い難い。

特開２０００−１５４２７０号公報 特開２０００−２１９７８２号公報

本発明は、発泡成形に供する樹脂組成物を作成する際、溶融混練によらず発泡剤を均一且つ微細に熱可塑性樹脂中へ分散せしめるため、パウダー状の熱可塑性樹脂に発泡剤を加熱することなくブレンドし、粉末状樹脂表面に均一且つ微細に発泡剤を分散せしめた樹脂組成物を提供する。

本発明は、平均粒子径が０．０１〜１．０ｍｍである熱可塑性樹脂１００重量部に対し、平均粒子径００１〜０．１ｍｍの無機発泡剤を０．１〜５０重量部を熱可塑性樹脂を溶融させることなく分散混合してなる発泡成形用樹脂組成物に関する。

更に本発明は、 無機発泡剤が炭酸塩である上記発泡成形用樹脂組成物に関する。

更に本発明は、上記樹脂組成物を熱可塑性樹脂に配合し、溶融成形してなる発泡成形品に関する。

本発明は、発泡剤として無機発泡剤、好ましくは無機炭酸塩、さらに好ましくは炭酸水素ナトリウムを主成分とする粉末状物質を用い、さらに担体樹脂として粉末状の熱可塑性樹脂を用い、担体樹脂を溶融させることなく発泡剤を担体樹脂表面に均一に微細に分散させることで、発泡成形時に均一で微細な発泡セルが安定的に形成されることができる。

本発明に用いられる担体樹脂としての熱可塑性樹脂は、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準拠したメルトフローレートの測定が可能なものであれば一般的に用いられるすべてのものが該当する。その中で好適には成形温度が１５０以上である全ての熱可塑性樹脂の粉末が対象となる。具体的にはポリ塩化ビニール、低密度ポリエチレン（αオレフィン共重合体を含む）、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミドおよびそのカルボン酸ないしはそのエステル共重合体、熱可塑性エラストマー等も含まれる。

本発明に用いられる発泡剤は従来から普遍的に用いられる無機発泡剤であればよい。
さらに好ましくは無機炭酸塩、具体的には炭酸水素ナトリウムを主成分とする発泡剤である。炭酸水素ナトリウムは元来、医療用や食品用に用いられている物質であり、安全性が高いことや廉価であることから広く発泡用途に用いられている。しかしながら発泡開始温度が他の化学発泡剤、例えばアゾ結合を有する有機系発泡剤であるアゾジカルボアミド（ＡＤＣＡ）系発泡剤と比較するとやや低いことが欠点として挙げられる。

そのため、炭酸水素ナトリウムと有機酸、例えばクエン酸を添加し発泡開始温度を向上させる所作も有効である。

熱可塑性樹脂の平均粒子径は０．０１〜１．０ｍｍが好ましい。この理由は平均粒子径が０．１ｍｍを下回ると、熱可塑性樹脂のかさ密度が低下し、発泡成形時の成形機溶融部への供給性が低下すること、計量を初め取り扱い時の粉塵の飛散が多くなり作業環境を悪化させること、既存のペレット樹脂を粉砕し、当該原料として使用する場合、粉砕に時間がかかることからコスト上昇に繋がること等から好ましくない。

また、熱可塑性樹脂の平均粒子径が１．０ｍｍを越えると、表面積が小さくなってしまうため粉末の発泡剤を樹脂表面に十分付着、分散させることが出来ず、結果として余剰の発泡剤が分離、脱落してしまい材料中の発泡剤の濃度むらが生じるため均一な発泡成形を行うことが困難となるため好ましくない。

発泡剤の平均粒子径は０．００１〜０．１ｍｍが好ましい。この理由は、平均粒子径が０．００１ｍｍを下回ると発泡剤の比表面積が増大し粉末状の担体樹脂表面へ付着し切れない発泡剤が分離、脱落してしまい材料中の発泡剤の濃度むらが生じるため均一な発泡成形を行うことが困難となるため好ましくない。

また、発泡剤の平均粒子径が０．１ｍｍを越えると、一旦は担体樹脂表面へ付着、分散した発泡剤粒子が作業中の振動で容易に分離、脱落してしまい、材料中の発泡剤の濃度むらが生じるため均一な発泡成形を行うことが困難となるため好ましくない。

本発明において、熱可塑性樹脂の平均粒子径と無機発泡剤の平均粒径は、レーザー回折散乱法により測定されたものである。

担体樹脂への発泡剤の添加割合は、望まれる発泡倍率や成形温度、樹脂の種類や成形方法により変動するが、担体樹脂１００重量部に対し０．１〜５０重量部が望ましい。

発泡剤添加量は０．１重量部を下回ると、十分な発泡倍率が得られず発泡剤を添加した効果が見られなくなるため好ましくない。また５０重量部を超えると、発泡剤粒子が担体樹脂粒子へ付着し切れない発泡剤が分離、脱落してしまい材料中の発泡剤の濃度むらが生じるため均一な発泡成形を行うことが困難となるため好ましくない。

上記発泡剤と担体樹脂は粉末状物質を攪拌ないしは混合する装置、例えばリボンブレンダー、タンブラー、ヘンシェルミキサー、スーパーフローター等の粉体混合装置が用いられるが、好適には高速のせん断力が得られるヘンシェルミキサーが用いられる。

また、発泡剤添加量が概ね１０重量部以上であれば上記組成物はマスターパウダーとして使用することも可能であり、ナチュラル樹脂と一定割合にて混合後、発泡成形に供することも可能である。

また、上記発泡剤を含んだ樹脂組成物および上記発泡剤を含んだ樹脂組成物の他に一般的に用いられるプラスチック添加剤ならびに充填材を含有させることも可能である。

ここで言うプラスチック添加剤とは酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、着色剤等を示し、また、プラスチック充填材としては主に剛性や耐熱性向上のための無機フイラーが含まれる。

酸化防止剤としては樹脂の加工時の熱劣化防止のためフェノール系、リン系、硫黄系、ラクトン系からなる酸化防止剤を単独または複合化して添加すればよく、屋外用途で耐候性が必要な場合は紫外線吸収剤や光安定剤としてベンゾフェノン系、サルシレート系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系、ヒンダートアミン系化合物が用いれば良い。混練時および成形時の滑性付与をおこなうために用いられる滑剤としては、ポリオレフィンワックス、高級脂肪酸金属塩もしくはアミド、エステル化合物を添加すれば良い。帯電防止剤としては成形品の埃付着を防止するため成形品表面へ空気中の水分を付着させることにより成形品の表面抵抗値を低下させる作用がある。具体的にはノニオン系界面活性剤が好適に用いられ、アミン化合物やグリセライド、およびその複合物、また近年永久帯電防止剤としてポリアミドエラストマーを主成分とするポリマーを使用することも可能である。難燃剤としては、主に有機ハロゲン化合物、さらに好適には芳香族臭素系化合物と三酸化アンチモンの組み合わせや無機および有機りん系難燃剤、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムに見られるような金属酸化物が好適に用いられる。また着色剤としては熱可塑性樹脂の着色に用いられる染料ないしは顔料そのもの、またはそれらを易分散処理した粉状、ペースト状、ペレット状のものを用いれば良い。 無機フイラーとしては炭酸カルシウム、タルク、沈降性硫酸バリウム、マイカ、カオリンクレー、ハイドロタルサイト、ケイソウ土、酸化マグネシウムや酸化アルミニウム等の金属酸化物等が挙げられる。

これら添加剤ならびに充填材は粉状の場合、本報記載の発泡剤を含んだ樹脂組成物に含有させる方法が有効である他、ナチュラル樹脂に事前に混練する方法、添加剤を予めマスターバッチ化して添加する方法等が有効である。
以下に実施例、比較例を記す。内容は表１に記載した。

担体樹脂としてレーザー回折散乱法にて測定された平均粒子径が０．４ｍｍのポリプロピレン樹脂粉砕品１００重量部に対し、発泡剤として同様な方法にて測定された平均粒子径が０．０３ｍｍの炭酸水素ナトリウム１０重量部をヘンシェルミキサー（三井鉱山社製 ヘンシェルミキサーＦＭ１００ 内容量＝９Ｌ）にて２ｋｇ投入後羽根回転数＝３０００ｒ．ｐ．ｍ．にて１０分混合しマスターパウダーとしての発泡成形用樹脂組成物とした。
さらに本組成物を上記ポリプロピレン樹脂粉砕品１００重量部に対し、１０重量部を添加、混合し型締圧７５ｔ（東芝機械社製ＩＳ−７５Ｅ）の射出成形機にてシリンダ温度２１０℃にて１００ｃｍ×１００ｃｍ×３ｃｍの金型を装填し、射出成形を実施した。尚、射出成形は１０ショットおこない、発泡倍率（ポリプロピレン樹脂本来の密度／発泡成形品の密度）ならびに成形品断面の発泡層を観察した。

［比較例１−１］実施例１で使用したポリプロピレン樹脂（粉砕せず）１００重量部に対し、同じく実施例１で使用した発泡剤５重量部を実施例１で使用のヘンシェルミキサーにて同様条件にて混合し発泡成形用樹脂組成物とした。得られた発泡成形用樹脂組成物は実施例１と同様の方法で評価した。

［比較例１−２］比較例１−１で作成した発泡成形用樹脂組成物をシリンダ温度１８０℃、Ｌ／Ｄ２８の単軸押出機にて溶融混練後、ダイから直径３ｍｍのストランドを引き出し、水槽にて冷却後、ロータリーカッターにて直径３ｍｍ、長さ３ｍｍのペレットを作成した。 しかしながら上記ペレットは既に発泡が開始してしまい、発泡成形に供することは出来なかった。

［比較例１−３］担体樹脂としてエチレン−酢酸ビニル共重合体１００重量部に対し、実施例１で使用した発泡剤５重量部を混合し、比較例１−２で使用した押出機にてシリンダ温度＝１００℃にて比較例１−２と同様の方法にてペレット化した発泡成形用樹脂組成物を作成した。得られた発泡成形用樹脂組成物は実施例１と同様の方法にて評価をおこなった。

担体樹脂として実施例１と同様の方法にて測定された平均粒子径０．４５ｍｍのポリスチレン樹脂粉砕品１００重量部に対し、実施例１で用いた発泡剤０．５重量部を実施例１と同様な装置にて羽根回転数＝３０００ｒ．ｐ．ｍ．にて１５分混合し発泡成形用樹脂組成物とした。得られた発泡成形用樹脂組成物は実施例１と同様の方法で評価した。

［比較例２−１］実施例２で使用したポリスチレン樹脂（粉砕せず）１００重量部に対し、同じく実施例１で使用した発泡剤５重量部を実施例２で使用のヘンシェルミキサーにて同様条件にて混合し発泡成形用樹脂組成物とした。得られた発泡成形用樹脂組成物は実施例１と同様の方法で評価した。

［比較例2−2］比較例２−１で作成した発泡成形用樹脂組成物をシリンダ温度１０℃、Ｌ／Ｄ２８の単軸押出機にて溶融混練後、ダイから直径３ｍｍのストランドを引き出し、水槽にて冷却後、ロータリーカッターにて直径３ｍｍ、長さ３ｍｍのペレットを作成した。 しかしながら上記ペレットは比較例１−２と同様、既に発泡が開始してしまい、発泡成形に供することは出来なかった。

［比較例2−3］比較例１−３で作成した発泡成形用樹脂組成物を実施例１と同様方法にて評価をおこなった。

実施例１、２ではショット間の発泡倍率のばらつきのない成形品が得られ
且つ微細で均一な発泡セルが成形品断面より確認された。

Claims (3)

1. 平均粒子径が０．０１〜１．０ｍｍである熱可塑性樹脂１００重量部に対し、平均粒子径００１〜０．１ｍｍの無機発泡剤を０．１〜５０重量部を熱可塑性樹脂を溶融させることなく分散混合してなる発泡成形用樹脂組成物。
2. 無機発泡剤が炭酸塩であることを特徴とする請求項１の発泡成形用樹脂組成物。
3. 請求項１または請求項２の樹脂組成物を熱可塑性樹脂に配合し、溶融成形してなる発泡成形品。