JP2008214533A

JP2008214533A - ポリスチレン系樹脂押出発泡体

Info

Publication number: JP2008214533A
Application number: JP2007055375A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tarumoto; 裕之樽本; Masaki Saito; 正樹斉藤
Original assignee: Sekisui Plastics Co Ltd
Current assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】着色したリサイクル原料を有効に活用して、光蓄熱の発生し難いポリスチレン系樹脂押出発泡体を提供する。
【解決手段】明度指数Ｌ*が５０以下であるリサイクル原料を３０〜８０質量％含むポリスチレン系樹脂を押出発泡させて得られたポリスチレン系樹脂押出発泡体であって、該ポリスチレン系樹脂押出発泡体の明度指数Ｌ*が６５以上であることを特徴とするポリスチレン系樹脂押出発泡体。
【選択図】なし

Description

本発明は、着色したリサイクル原料を含むポリスチレン系樹脂を使用した断熱性に優れたポリスチレン系樹脂押出発泡体に関する。

近年、各種方面での環境問題の発生、及びその解決に向けての取り組みの一つとして、ポリスチレン系樹脂発泡体の製造分野においても、原料樹脂のリサイクル化を進めている。現在は原料樹脂中に数十パーセント以上のポリスチレン系リサイクル樹脂（以下、リサイクル原料と記す。）を使用できるように研究が進められており、ほぼ無着色のリサイクル原料は有効な活用が行われているが、リサイクルの範囲が広がるにつれ、着色したリサイクル原料が増加しており、その有効活用が求められている。

しかし、着色したリサイクル原料を含むポリスチレン系樹脂を原料として押出発泡成形によってポリスチレン系樹脂押出発泡体を製造すると、製造されたポリスチレン系樹脂発泡体を断熱材として使用するために施工現場等屋外での保管中に太陽光にさらされている間に、ポリスチレン系樹脂押出発泡体表面温度が上昇するとともに発泡体が蓄熱して、反りや変形・寸法変化等してしまうという新たな問題が発生する場合があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、着色したリサイクル原料を有効に活用して、前記光蓄熱の問題の発生し難いポリスチレン系樹脂押出発泡体を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、明度指数Ｌ*が５０以下であるリサイクル原料を３０〜８０質量％含むポリスチレン系樹脂を押出発泡させて得られたポリスチレン系樹脂押出発泡体であって、該ポリスチレン系樹脂押出発泡体の明度指数Ｌ*が６５以上であることを特徴とするポリスチレン系樹脂押出発泡体を提供する。

本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体において、発泡体の平均気泡径が０．１５〜１．０ｍｍの範囲であり、発泡体の密度が２０〜４５ｋｇ／ｍ^３の範囲であることが好ましい。

本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体は、着色したリサイクル原料を使用しても光蓄熱による影響がない範囲に発泡体色（明度）を調整したものなので、光蓄熱による発泡体の変形を防ぐことができる。

本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体（以下、発泡体と略記する場合がある。）は、明度指数Ｌ*が５０以下であるリサイクル原料を３０〜８０質量％含むポリスチレン系樹脂を押出発泡させて得られ、該ポリスチレン系樹脂押出発泡体の明度指数Ｌ*が６５以上であることを特徴としている。

本発明において用いられるポリスチレン系樹脂としては、明度指数Ｌ*が５０以下であるリサイクル原料と新規に合成されたポリスチレン系樹脂（以下、バージン原料と記す）とを、リサイクル原料が３０〜８０質量％の範囲となるようにブレンドしたポリスチレン系樹脂である。

前記リサイクル原料としては、各種のポリスチレン系樹脂発泡成形体、例えば、魚箱、野菜収納容器、トレー、丼容器、弁当容器、家電製品の梱包用緩衝材、建材用断熱材などを回収し、熱溶融法やリモネン回収法などのリサイクル技術により処理されたリサイクル原料を用いることができ、また各種市販のリサイクル原料を使用することができる。本発明においては、このリサイクル原料として、明度指数Ｌ*が５０以下であるリサイクル原料を用いる。これには、特殊品を除いてほとんどの着色リサイクルポリスチレン系樹脂が含まれる。リサイクル原料の割合が８０質量％を超えるとリサイクル原料による着色が濃くなりすぎる為、蓄熱による変形を起こし、さらにリサイクル原料の分子量はバージン原料と比べて低下していることから、発泡体の強度低下や、切削加工時に割れ、欠けが起こりやすくなる。

前記バージン原料としては、特に限定されず、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、エチルスチレン、ｉ−プロピルスチレン、ジメチルスチレン、ブロモスチレン等のスチレン系モノマーの単独重合体又はこれらの共重合体等が挙げられ、スチレンを５０質量％以上含有するポリスチレン系樹脂が好ましく、ポリスチレンがより好ましい。

また、前記ポリスチレン系樹脂としては、前記スチレン系モノマーを主成分とする、前記スチレン系モノマーとこのスチレン系モノマーと共重合可能なビニルモノマーとの共重合体であってもよく、このようなビニルモノマーとしては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、セチル（メタ）アクリレート等のアルキル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロニトリル、ジメチルマレエート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、エチルフマレートの他、ジビニルベンゼン、アルキレングリコールジメタクリレートなどの二官能性モノマーなどが挙げられる。

本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体は、ＪＩＳＫ７１０５プラスチックの光学的特性試験方法に準拠した方法で測定した結果から求めた明度指数Ｌ*が、６５以上である。明度指数Ｌ*が６５未満であると、得られた発泡体を夏場の炎天下・屋外で保管した場合に、発泡体に反り・変形・寸法変化が生じ易くなる。

本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体において、発泡体の平均気泡径が０．１５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲（ただし、該平均気泡径は、発泡体の押出方向（ＭＤ）の気泡の平均弦長Ｄ_ＭＤ、該押出方向と直交する方向（ＴＤ）の気泡の平均弦長Ｄ_ＴＤ及び発泡体の厚み方向（ＶＤ）の気泡の平均弦長Ｄ_ＶＤの算術平均値である）であることが好ましい。平均気泡径が０．１５ｍｍ未満のものは、押出発泡成形法での製造が困難であるとともに、発泡体の密度が高くなり、断熱性能が低下するおそれがある。一方、平均気泡径が１．０ｍｍを超えると、発泡体の明度指数が６５未満となり、得られた発泡体を夏場の炎天下・屋外で保管した場合に、発泡体に反り・変形・寸法変化が生じ易くなる。平均気泡径が小さいほど、発泡体の明度指数Ｌ*は大きくなる。本発明において、発泡体の平均気泡径は、０．２０ｍｍ〜０．９０ｍｍの範囲がより好ましく、０．３０ｍｍ〜０．８５ｍｍの範囲が最も好ましい。

本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体において、該発泡体の密度は２０ｋｇ／ｍ^３〜４５／ｍ^３の範囲が好ましい。密度が前記範囲未満であると、変形・寸法変化が生じやすく、また圧縮強度、曲げ強度が低下するおそれがある。一方、密度が前記範囲を超えると、断熱性能の低下、施工時の加工不良や、輸送・運搬時の取扱い性が低下するおそれがある。なお、発泡体の密度は、ＪＩＳＡ９５１１：１９９５「発泡プラスチック保温材」記載の方法で測定した値である。

本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体において、形状は建材用途として汎用性のある板状が好ましく、該発泡体の厚みは１０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲が好ましい。厚みが前記範囲未満であると、曲げ強度や剛性が低下し、輸送・運搬時の取扱い時に割れや欠けが発生しやすくなるおそれがある。一方、厚みが前記範囲を超えると、施工時のカット不良や加工不良が発生するおそれがある。より好ましい範囲は２０ｍｍ〜１２０ｍｍ、最も好ましい範囲は２５ｍｍ〜１００ｍｍである。

本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体は、ポリスチレン系樹脂押出発泡体の製造において従来より周知の押出機と押出発泡成形法を用いて製造することができる。次に、その一例を説明する。
まず、押出機のホッパーに、前述したリサイクル原料を含むポリスチレン系樹脂と必要に応じて添加される各種の添加剤を秤量して投入する。

前記添加剤としては、ポリスチレン系樹脂押出発泡体の製造において用いられる従来より周知の各種添加剤、例えば、発泡核剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、滑剤、可塑剤、着色剤などが挙げられる。これらの添加剤は、発泡体の物性を損なわない範囲内において、１種類又は２種類以上を添加することができる。

前記発泡核剤としては、タルク、炭酸カルシウム、クレー、酸化マグネシウム、酸化チタン、シリカなどが挙げられる。
前記帯電防止剤としては、ステアリン酸モノグリセライド（ＳＭＧ）などが挙げられる。
前記難燃剤としては、例えば、テトラブロモシクロオクタン、ヘキサブロモシクロドデカン、トリスジブロモプロピルホスフェート、テトラブロモビスフェノールＡなどが挙げられる。
前記難燃助剤としては、例えば、ジクミルパーオキサイドなどの有機過酸化物が挙げられる。

押出機にポリスチレン系樹脂、さらに添加剤を投入した後、この押出機内で原料樹脂を加熱、溶融し、押出機内で十分に混練する。
次に、押出機内に発泡剤を圧入し、溶融樹脂と該発泡剤とを十分に混練する。
次に、発泡剤を含む溶融樹脂を押出機内で発泡適正温度まで冷却し、その後該混合物を押出機先端に装着したダイの口金（リップ）より大気中に押出し、発泡させる。この押出された発泡体は、口金に密接して取り付けられた成形装置を通過させ、賦形と同時に冷却することにより、成形する。
これによって、板状などの所定形状のポリスチレン系樹脂押出発泡体が得られる。

ここで用いられる発泡剤としては、炭素数が３〜５である飽和炭化水素から選ばれた一種以上の化合物を含有するものが用いられる。上記炭素数が３〜５である飽和炭化水素としては、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、シクロペンタンなどが挙げられ、ポリスチレン系樹脂の発泡性及び断熱性の観点から、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、シクロペンタンが好ましく、ノルマルブタン、イソブタンがより好ましい。
更に、ポリスチレン系樹脂を押出発泡させる際に用いられる発泡剤には、炭素数が３〜５である飽和炭化水素から選ばれた一種以上の化合物の他に、これらの飽和炭化水素以外の発泡剤が含有されていてもよい。このような発泡剤としては、１，１，１，２−テトラフルオロエタン、１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンなどのＨＦＣ類、塩化メチル、塩化エチルなどの塩化アルキル類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテルなどのエーテル類、メタノール、エタノールなどの低級アルコール類、水、二酸化炭素などの無機ガス類が挙げられ、塩化メチル、ジメチルエーテル、及び二酸化炭素からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物が好ましい。なお、発泡剤は、単独で用いられても併用されてもよい。

本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体は、着色したリサイクル原料を多量に使用しても光蓄熱による影響がない範囲に発泡体色（明度）を調整したものなので、光蓄熱による発泡体の変形を防ぐことができる。

次に、本発明に係る実施例において、発泡体の特性を測定するために行った各種試験の方法及び評価基準を記す。

＜明度指数＞
明度指数とは、ＪＩＳＫ−７１０５に準拠して、下記の方法で測定した結果から求めた値をいい、明度の指標のなるものであり、明度指数が小さい値ほど暗い色になり、大きい値ほど明るい色になる。明度指数Ｌ*は、ＣＩＥ１９７６Ｌ*ａ*ｂ*の色空間によるものとする。
装置：測色色差計（日本電色工業社製、型番ＺＥ２０００）。
方法：リサイクルされたポリスチレン系樹脂における明度指数Ｌ*においては、樹脂を卓上型簡易手動射出成形機「ＨＣ−７」型（山城精機製作所社製）にて、温度１９０℃（気泡がかむ場合は１８０℃、成形できない場合は２００℃）の条件下、４０ｍｍ×４０ｍｍ厚さ３ｍｍの測定試料サンプルを作製し、石英製の試料窓上（φ３０ｍｍ）に測定試料サンプルを置き、標準板の三刺激値をＹ＝９４．９５、Ｘ＝９２．９４、Ｚ＝１１１．８２として反射法により測定した。
ポリスチレン系樹脂発泡体における明度指数Ｌ*においては、試験体をＭＤ方向（押出方向）５０ｍｍ×ＴＤ方向（押出方向に直交する幅方向）５０ｍｍ×ＶＤ方向（厚み方向）発泡体元厚みのサンプルを用意し、ＭＤ・ＴＤ方向の面の表層１ｍｍ厚みをスライサー（中部工業社製、型番ＳＵ−２０Ａ）でスライス除去し、スライス後のサンプルの表層スライス面を石英製の資料窓上（φ３０ｍｍ）に置き、標準板の三刺激値をＹ＝９４．９５，Ｘ＝９２．９４，Ｚ＝１１１．８２として反射法により測定した。

＜平均気泡径＞
ＡＳＴＭＤ２８４２−６９の試験方法に準拠し測定した。すなわち試験体をＭＤ方向（押出方向）、ＴＤ方向（面方向にあった押出方向に直交する方向）及びＶＤ方向（厚み方向）に沿って切断し、それぞれの切断面のカット面外側より１／１０〜９／１０以上内側を走査型電子顕微鏡（日立製作所社製Ｓ−３０００Ｎ）で１７〜２０倍（場合により２００倍）に拡大して撮影する。撮影した画像をＡ４用紙上に４画像づつ印刷紙、夫々の方向に平行な任意の一直線上（長さ６０ｍｍ）にある気泡数から気泡の平均弦長（ｔ）を下記式により算出した。但し任意の直線はできる限り気泡が接点でのみ接しないようにした（接してしまう場合は気泡数に含める）。計測は６カ所とした。
平均弦長ｔ＝６０／（気泡数×写真の倍率）
そして次式により各方向における気泡径Ｄを算出した。
Ｄ＝ｔ／０．６１６
さらにそれらの算術平均を平均気泡径とした。
平均気泡径（ｍｍ）＝（Ｄ_ＭＤ＋Ｄ_ＴＤ＋Ｄ_ＶＤ）／３

＜屋外暴露時の表面温度・反り・長さ寸法変化・幅寸法変化＞
板状発泡体（厚み２５ｍｍ×長さ１８２０ｍｍ×幅９１０ｍｍ）を、気温３２℃、湿度４５％、無風、快晴の屋外で、平坦なアスファルト面上に１０時〜１６時の間（６時間）暴露し、発泡体の表面温度・反り・長さ寸法変化・幅寸法変化の値を測定した。
・表面温度
放射温度計（カスタム社製、型番ＣＴ−２０００Ｄ）を使って発泡体上面の中心部を測定した。測定は１３時に測定した。
・反り
暴露後の反り返った板状発泡体の４隅において、平坦面（アスファルト面）から浮き上がった分の高さを測定し、４隅の内の最大値を反り値とした。
・寸法変化
長さ・幅とも、両端・中央部の上面３点をＪＩＳ１級鋼製巻尺で測定し、最大値を寸法変化値とした。寸法変化値＝暴露後寸法−暴露前寸法
・屋外暴露での評価基準：
反り；２ｍｍ以上を不良（×）、２ｍｍ未満を良好（○）とした。
長さ寸法変化値；４ｍｍ以上を不良（×）、４ｍｍ未満を良好（○）とした。
幅寸法変化値；３ｍｍ以上を不良（×）、３ｍｍ未満を良好（○）とした。

［実施例１］
第一押出機の先端に第二押出機を接続してなるタンデム型押出機を使用した。タンデム型押出機の第一押出機内に、ポリスチレン系樹脂としてリサイクルにより回収されたポリスチレン系樹脂３０質量部（ポリスチレンペーパー発泡体のトレー成形品の回収品、明度指数Ｌ*＝２５）、バージンポリスチレン樹脂（東洋スチレン社製商品名「ＨＲＭ−４８」）７０質量部、発泡核剤としてタルク粉末１．０質量部及び難燃剤としてヘキサプロモシクロドデカン３．０質量部を供給して溶融、混練すると共に、第一押出機に発泡剤として塩化メチル７．０質量部、ブタン（ノルマルブタン／イソブタン質量比率＝３／７）３．５質量部及び二酸化炭素０．５質量部を溶融状態のポリスチレン内に圧入し混練した。
そして、第一押出機内の溶融状態のポリスチレン系樹脂を第二押出機内に連続的に供給し、溶融状態のポリスチレン系樹脂を第二押出機にて発泡に適した温度（１１２℃）に冷却した上で、第二押出機の先端部に取り付けられた金型から押出発泡した。
続いて、第二押出機から押出された直後の発泡体を、第二押出機の先端部に取り付けられた金型に密接させて配設された、上下方向に２５ｍｍの間隔を存して平行に配設され且つ約３０℃に維持された上下一対のサイジングプレートの対向面間に連続的に供給して発泡体の両面を冷却して、厚みが２５ｍｍのスチレン系樹脂押出発泡板を得た。
得られた発泡体は、密度が２９．３ｋｇ／ｍ^３であり、平均気泡径は０．８３ｍｍであった。発泡体の明度指数Ｌ*は６９であった。
得られたスチレン系樹脂押出発泡板を屋外にて太陽光に暴露し、反り、寸法変化を測定したところ、反りは０ｍｍで判定（○）、寸法変化は長さ方向＋１．０ｍｍ、幅方向＋１．０ｍｍで判定（○）と変形量の少ないものであった。このときの発泡体表面温度は５５℃であった。

［実施例２］
リサイクルにより回収されたポリスチレン系樹脂原料を８０質量部（ポリスチレン樹脂ビーズ発泡体の魚箱回収品、明度指数Ｌ*＝４６）、バージンポリスチレン樹脂（東洋スチレン社製商品名「ＨＲＭ−４８」）２０質量部とした以外は、実施例１と同様にしてスチレン系樹脂押出発泡板を得た。
得られた発泡体は密度が２９．５ｋｇ／ｍ^３であり、平均気泡径は０．８２ｍｍであった。
発泡体の明度指数Ｌ*は６５であった。
得られたスチレン系樹脂押出発泡板を屋外にて太陽光に暴露し、反り、寸法変化を測定したところ、反りは０ｍｍで判定（○）、寸法変化は長さ方向＋１．５ｍｍ、幅方向＋１．０ｍｍで判定（○）と変形量の少ないものであった。このときの発泡体表面温度は５８℃であった。

［比較例１］
ポリスチレン系樹脂原料としてリサイクルにより回収されたポリスチレン系樹脂６０質量部（ポリスチレンペーパー発泡体のトレー回収品、明度指数Ｌ*＝２５）、バージンポリスチレン樹脂（東洋スチレン社製商品名「ＨＲＭ−４８」）４０質量部、とした以外は実施例１と同様にして、ポリスチレン系樹脂押出発泡板を得た。得られた発泡体は密度が２９．５ｇ／ｍ^３であり、平均気泡径０．８５ｍｍ、発泡体の明度指数Ｌ*は６０であった。
得られたスチレン系樹脂押出発泡板を屋外にて太陽光に暴露し、反り、寸法変化を測定したところ、反りは４ｍｍで判定（×）、寸法変化は長さ方向＋５．０ｍｍ、幅方向＋４．０ｍｍで判定（×）と変形量の大きいものであった。このときの発泡体表面温度は６５℃であった。

［比較例２］
リサイクルにより回収されたポリスチレン系樹脂原料を９０質量部（ポリスチレン樹脂ビーズ発泡体の魚箱回収品、明度指数Ｌ*＝４６）、バージンポリスチレン樹脂（東洋スチレン社製商品名「ＨＲＭ−４８」）１０質量部とした以外は、実施例１と同様にしてスチレン系樹脂押出発泡板を得た。得られた発泡体は密度が２９．０ｇ／ｍ^３であり、平均気泡径は０．８２ｍｍ、発泡体の明度指数Ｌ*は６３であった。
得られたスチレン系樹脂押出発泡板を屋外にて太陽光に暴露し、反り、寸法変化を測定したところ、反りは３ｍｍで判定（×）、寸法変化は長さ方向＋４．０ｍｍ、幅方向＋３．５ｍｍで判定（×）と変形量の大きいものであった。このときの発泡体表面温度は６２℃であった。

［比較例３］
リサイクルにより回収されたポリスチレン系樹脂原料を８０質量部（ポリスチレン樹脂ビーズ発泡体の魚箱回収品、明度指数Ｌ*＝４６）、バージンポリスチレン樹脂（東洋スチレン社製商品名「ＨＲＭ−４８」）２０質量部、発泡核剤としてタルク粉末０．５質量部とした以外は、実施例１と同様にしてスチレン系樹脂押出発泡板を得た。得られた発泡体は密度が２９．５ｇ／ｍ^３であり、平均気泡径は１．１ｍｍであった。発泡体の明度指数Ｌ*は６０であった。
得られたスチレン系樹脂押出発泡板を屋外にて太陽光に暴露し、反り、寸法変化を測定したところ、反りは４ｍｍで判定（×）、寸法変化は長さ方向＋５．０ｍｍ、幅方向＋４．０ｍｍで判定（×）と変形量の大きいものであった。このときの発泡体表面温度は６５℃であった。

Claims

明度指数Ｌ*が５０以下であるリサイクル原料を３０〜８０質量％含むポリスチレン系樹脂を押出発泡させて得られたポリスチレン系樹脂押出発泡体であって、
該ポリスチレン系樹脂押出発泡体の明度指数Ｌ*が６５以上であることを特徴とするポリスチレン系樹脂押出発泡体。
発泡体の平均気泡径が０．１５〜１．０ｍｍの範囲であり、発泡体の密度が２０〜４５ｋｇ／ｍ^３の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のポリスチレン系樹脂押出発泡体。