JP2009029900A

JP2009029900A - ポリプロピレン系樹脂発泡体

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Publication number: JP2009029900A
Application number: JP2007194318A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Inamori; 康次郎稲森; Yu Oki; 裕大来; Masaichi Shinada; 政一品田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】安価な材料から発泡倍率の高いポリプロピレン系樹脂発泡体を製造することが可能な技術を提供する。
【解決手段】溶融張力（２３０℃，引き取り速度２ｍ／ｍｉｎ）が１００ｍＮ以下、１９０℃における損失正接が周波数０．０２ｒａｄ／ｓにおいて０．５〜２．０であるポリプロピレン系樹脂組成物を押出発泡することによってポリプロピレン系樹脂発泡体を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポリプロピレン系樹脂組成物を押出発泡することによって得られる発泡体に関し、さらに詳述すると、安価な材料から得られる発泡倍率の高いポリプロピレン系樹脂発泡体に関する。

ポリプロピレンはリサイクル性が高く、汎用樹脂の中では高い強度と耐熱性を持つため、さまざまな発泡体用樹脂の代替候補として期待されている。しかし、ポリプロピレンは溶融張力が低いため、気泡成長時に気泡壁が破れやすく、高い発泡倍率を得ることが困難であった。そこで、高い発泡倍率を得るために、高い溶融張力をもつポリプロピレン（以下、高溶融張力ポリプロピレンと言う）が開発されてきた（例えば、特許文献１〜６参照）。なお、高い溶融張力を一概に数値で限定することは困難であるが、ここでは１００ｍＮを超える溶融張力を目安とする。

特開平５−２１４１８４号公報（段落０００５等）特開平６−１５７６６６号公報（段落０００６等）特開平６−２６３８２３号公報（段落０００６等）特開平１１−２４６７１６号公報（段落０００７等）特開２００１−３１６５１０号公報（請求項１等）特開２００１−５１８５３３号広報（段落００１４等）

特許文献１では、ポリプロピレンにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を混合して溶融張力を高めることが提案されている。しかし、特許文献１の技術では、ポリプロピレンに高価なＰＴＦＥを混ぜるため材料コストが高くなる上、樹脂中のＰＴＦＥの分散不良に起因する問題が生じることがあった。

特許文献２および特許文献３では、ポリプロピレンに過酸化物を混ぜて架橋反応させることによって高溶融張力ポリプロピレンを得ている。しかし、特許文献２、３の技術では、過度な架橋を抑えるための厳密な温度および時間の管理と、押し出し後に押出機内の樹脂を完全にパージすることが必要であり、手間と時間を要していた。

特許文献４では、プロピレンとブテン−１との共重合体に電子線を照射してわずかに架橋させることで、高溶融張力のポリプロピレンを得ている。しかし、特許文献４の技術では、後照射による手間と、高価な電子線照射装置が必要なことから、ポリプロピレンの価格が上昇するものであった。

特許文献５では、架橋反応や添加剤によらず、ポリマー重合時に特殊な触媒を用い、プロピレンとα，ω−ジエンとを共重合させることで高溶融張力ポリプロピレンを得ている。しかし、特許文献５の技術では、特殊な触媒を用いて樹脂組成物を合成することから、ポリプロピレンの価格を抑えることは困難であった。

特許文献６では、上記と同様に架橋反応や添加剤を使用せず、少なくとも２つの重合段階において異なった量の分子量調整剤を用い、２段階重合工程中においてポリマーの分子量分布を適切に調整することにより高溶融張力ポリプロピレンを得ている。しかし、特許文献６の技術では、少なくとも２段階の重合工程が必要なため、やはり手間とコストを要していた。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、安価な材料から発泡倍率の高いポリプロピレン系樹脂発泡体を製造することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために種々検討を行った結果、特定の温度および周波数における損失正接の値が特定の範囲にあるポリプロピレン系樹脂組成物を発泡材料として用いた場合、ポリプロピレン系樹脂組成物の溶融張力が低くても、発泡倍率を高めることができることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、下記（１）〜（４）に示すポリプロピレン系樹脂発泡体を提供する。
（１）溶融張力（２３０℃，引き取り速度２ｍ／ｍｉｎ）が１００ｍＮ以下、１９０℃における損失正接が周波数０．０２ｒａｄ／ｓにおいて０．５〜２．０であるポリプロピレン系樹脂組成物を押出発泡することによって得られることを特徴とするポリプロピレン系樹脂発泡体。
（２）前記ポリプロピレン系樹脂組成物のＭＦＲ（２３０℃，２．１６ｋｇｆ）が０．１〜１０ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする（１）のポリプロピレン系樹脂発泡体。
（３）前記ポリプロピレン系樹脂発泡体の発泡倍率が３０〜４０倍であることを特徴とする（１）または（２）のポリプロピレン系樹脂発泡体。
（４）発泡剤が炭酸ガスであることを特徴とする（１）〜（３）のポリプロピレン系樹脂発泡体。

本発明によれば、特定の条件を満たすポリプロピレン系樹脂組成物を押出発泡することにより、安価な溶融張力の低いポリプロピレン系樹脂組成物を発泡材料として、発泡倍率の高い発泡体を得ることができる。すなわち、本発明では、溶融張力が１００ｍＮ以下の汎用ＰＰを用いることができるため、発泡倍率の高い発泡体を安価に得ることができる。また、ポリプロピレン系樹脂組成物を発泡させるため、耐熱性が高い発泡体を得ることができる。さらに、発泡剤として炭酸スを使用した場合、炭酸ガスはブタンなどと異なり爆発の危険がないので、爆発の危険性なく発泡体製造装置を安全に運転できるという利点が得られる。

以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明は、樹脂温度１９０℃、周波数０．０２ｒａｄ／ｓにおける損失正接の値が０．５〜２．０の範囲にあるポリプロピレン系樹脂組成物であれば、溶融張力が低くても、発泡倍率を高めることができることを見出したものである。その詳細なメカニズムは不明であるが、次のように考えられる。すなわち、周波数０．０２ｒａｄ／ｓにおける損失正接が小さいということは、中〜長時間の緩和成分の存在が示唆される。この成分は、気泡が成長したときに破泡を抑える役割をする。しかし、そのような成分が多すぎる（損失正接が小さすぎる）と、メルトフラクチャーなどの押し出し不安定性を招き、表面平滑性が損なわれる。逆にそのような成分が少なすぎる（損失正接が大きすぎる）と、破泡を抑えることができないので、発泡倍率は低くなる。よって、樹脂温度１９０℃、周波数０．０２ｒａｄ／ｓにおける損失正接には適切な値の範囲があり、本発明では実験的に０．５〜２．０とした。発泡体の表面平滑性と破泡を抑える力とのバランスを考慮すると、損失正接の範囲は０．６〜１．６であればより好ましく、０．８〜１．３であればさらに好ましい。なお、損失正接（損失係数）とは、貯蔵剪断弾性率（Ｇ’）と損失剪断弾性率（Ｇ”）との比（Ｇ”／Ｇ’）であり、ｔａｎδで表される。

本発明では、ポリプロピレン系樹脂組成物の２３０℃，２．１６ｋｇｆでのＭＦＲ（メルトフローレート）が、０．１〜１０ｇ／１０ｍｉｎの範囲にあることが望ましい。ＭＦＲが高すぎると、ダイ圧が低下するので樹脂中にガスを溶解させることが困難になり、ＭＦＲが低すぎると、押出成形性が著しく損なわれるからである。ダイ圧と成形性のバランスを考慮すると、ＭＦＲの範囲は０．５〜７ｇ／１０ｍｉｎであればより好ましく、１．０〜３ｇ／１０ｍｉｎであればさらに好ましい。

本発明において、ポリプロピレン系樹脂発泡体の発泡倍率は、３０〜４０倍とすることが適当であり、これにより高発泡倍率のポリプロピレン系樹脂発泡体を得ることができる。発泡倍率が３０倍未満であると用途によっては断熱性や緩衝性が不足することがあり、４０倍を超えると用途によっては強度不足になることがあるからである。

本発明では、発泡剤として炭酸ガスを使用することが好ましい。これにより、爆発の危険性なく発泡体製造装置を安全に運転できるという利点が得られる。

本発明において、ポリプロピレン系樹脂組成物としては、ポリプロピレンホモポリマーや、プロピレンと他の成分との共重合体を含むもの挙げられる。上記共重合体としては、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体等が挙げられるが、これらに限られるものではない。

また、本発明において、上記ポリプロピレン系樹脂組成物には、必要に応じて気泡核剤、熱安定剤、加工助剤、滑剤、衝撃改質剤、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、顔料等の各種添加剤が適宜添加されてもよい。

ここで、本発明に係るポリプロピレン系樹脂発泡体の製造装置の一例を示すが、本発明発泡体の製造装置は下記装置に限られるものではない。図１は上記製造装置の概略図である。図中１は押出機を示す。押出機１には、ホッパー２、ガス供給ポート３、ダイ４が設置されている。また、図中５はガス供給ポート３に接続されたガス供給管、６はガス供給管５に接続された炭酸ガスボンベ、７はガス供給管５に介装されたガス流量制御装置を示す。押出機１には、樹脂を完全に溶融させるとともに、ガスを樹脂中に均一に分散させる役割がある。押出機１には、単軸押出機単体を用いてもよいが、ダイ出口において樹脂を十分に冷却するために、押出機を二台直列につないだタンデム押出機を用いた方が望ましい。押出機（タンデム押出機の場合は１段目の押出機）のＬ／Ｄは３０以上であることが望ましい。

次に、図１を参照して、本発明に係るポリプロピレン系樹脂発泡体の製造方法の一例を示すが、本発明発泡体の製造方法は下記方法に限られるものではない。まず、ドライブレンドした樹脂および添加剤の混合物（以下、単に樹脂という）を押出機１のホッパー２に供給する。樹脂は押出機１内のスクリューの回転に伴い押出機１のバレル内を溶融しながら前進していく。一方、押出機１のバレルの中程に設置されたガス供給ポート３において、ガス流量制御装置７で制御された所定量の炭酸ガスがガス供給管５から押出機１に供給される。溶融した樹脂とガスはガス供給ポートで接触し、押出機１内の高い圧力によりガスは樹脂中に溶解していく。押出機１内で均質に混合された樹脂とガスの混合物は、ダイ４から押し出されると同時に発泡する。こうして発泡体８を得ることができる。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものでない。まず、実施例、比較例における測定項目について説明する。

（溶融張力）
溶融張力の測定は、東洋精機製キャピログラフ１Ｃに直径２ｍｍ、長さ８ｍｍのダイを設置して行った。条件は、ダイの温度２３０℃、ヘッドスピード２０ｍｍ／ｍｉｎ、引き取り速度２ｍ／ｍｉｎとした。

（発泡倍率）
発泡倍率は、発泡前の樹脂の比重を、水中置換法（ＪＩＳＫ７１１２）にて測定した発泡体の比重で割った値である。発泡体の比重の測定には、メトラードレド社製の電子天秤ＡＧ２０４を使用した。

（樹脂温度）
樹脂温度は、押出機のダイの出口から上流側５０ｍｍの地点に設けられた熱電対で測定された温度である。熱電対には、Ｄｙｎｉｓｃｏ社製のオートプローブ２を使用した。

（ガス濃度）
ガス濃度は、マスフローメータで測定したガス流量［ｇ／ｍｉｎ］を吐出量［ｇ／ｍｉｎ］で割って１００を乗じた値として算出した。ガス流量の測定には、Ｏｖａｌ社製のＤ００６Ｈ−ＳＳ−２００を使用した。

（損失正接）
ｔａｎδの測定には、ＴＡインスツルメント社製のＡＲＥＳ粘弾性試験装置を用いた。測定方法は次のとおりとした。まず、直径２５ｍｍのパラレルプレート２枚の間に測定する樹脂を静置し、所定の温度で樹脂を溶融させてからプレートのギャップを２ｍｍにセットした。温度は１７５℃，１９０℃，２１０℃，２３０℃の４水準を用いた。次に、０．３〜１００ｒａｄ／ｓ（２３０℃のみ０．０５〜１００ｒａｄ／ｓ）の周波数で５．０％の歪を与え、ｔａｎδを測定した。得られたｔａｎδの値を温度時間換算則にしたがって１９０℃を中心に重ね合わせ、最終的に０．０２〜１２０ｒａｄ／ｓの周波数範囲にわたるｔａｎδのグラフを得た。

次に、実施例、比較例を示す。実施例、比較例における樹脂ＰＰ１〜ＰＰ６としては、樹脂温度１９０℃、周波数（ω）０．０２ｒａｄ／ｓにおける損失正接（ｔａｎδ）が図２に示す値のものを用いた。ＰＰ１〜ＰＰ３は上記損失正接が０．５〜２．０の範囲のもの、ＰＰ４〜ＰＰ６は上記損失正接が２．０を超えるものである。

（実施例１）
表１に示す樹脂（ＰＰ１）１００質量部に対して気泡核剤としてタルクマスターバッチ（日本タルク社製タルペット７０Ｐ：商品名）を１．４質量部（樹脂に対してタルクが約１質量部となる）混合した組成物を、図１と同様な押出機のホッパーに供給し、押出機のバレルの中間に設けられたガス供給口から炭酸ガスを組成物に対し８ｗｔ％の割合で供給した。押出機の温度は、ホッパーから押出機の中心部にかけて１７０〜１９０℃に設定し、その後段階的に温度を下げ、ダイ出口における樹脂温度が１５５℃になるように設定した。ダイは直径２ｍｍ、ランド長２ｍｍのストランドダイを用いた。得られた発泡体の発泡倍率を前述の方法で測定して記録した。

（実施例２）
樹脂を表１に示す樹脂（ＰＰ２）に変更し、実施例１と同様な方法でストランド状発泡体を作製し、得られた発泡体の発泡倍率を実施例１と同様の方法で算出した。

（実施例３）
樹脂を表１に示す樹脂（ＰＰ３）に変更し、実施例１と同様な方法でストランド状発泡体を作製し、得られた発泡体の発泡倍率を実施例１と同様の方法で算出した。

（比較例１）
樹脂を表１に示す樹脂（ＰＰ４）に変更し、実施例１と同様な方法でストランド状発泡体を作製し、得られた発泡体の発泡倍率を実施例１と同様の方法で算出した。

（比較例２）
樹脂を表１に示す樹脂（ＰＰ５）に変更し、実施例１と同様な方法でストランド状発泡体を作製し、得られた発泡体の発泡倍率を実施例１と同様の方法で算出した。

（比較例３）
樹脂を表１に示す樹脂（ＰＰ６）に変更し、実施例１と同様な方法でストランド状発泡体を作製し、得られた発泡体の発泡倍率を実施例１と同様の方法で算出した。

樹脂の物性および発泡倍率の測定結果を表１に示す。表１より、樹脂温度１９０℃、周波数０．０２ｒａｄ／ｓにおける損失正接が０．５〜２．０の範囲のポリプロピレン系樹脂組成物によれば、発泡倍率が３０倍以上の高発泡倍率の発泡体が得られることがわかる。これに対し、上記損失正接が２．０を超えるポリプロピレン系樹脂組成物は、発泡倍率が３０倍未満の発泡体しか得られなかったり、発泡体が得られなかったりするものであった。

本発明に係るポリプロピレン系樹脂発泡体の製造装置の一例を示す概略図である。実施例、比較例で用いた樹脂の損失正接を示すグラフである。

符号の説明

１押出機
２ホッパー
３ガス供給ポート
４ダイ
５ガス供給管
６炭酸ガスボンベ
７ガス流量制御装置
８発泡体

Claims

溶融張力（２３０℃，引き取り速度２ｍ／ｍｉｎ）が１００ｍＮ以下、１９０℃における損失正接が周波数０．０２ｒａｄ／ｓにおいて０．５〜２．０であるポリプロピレン系樹脂組成物を押出発泡することによって得られることを特徴とするポリプロピレン系樹脂発泡体。
前記ポリプロピレン系樹脂組成物のＭＦＲ（２３０℃，２．１６ｋｇｆ）が０．１〜１０ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１に記載のポリプロピレン系樹脂発泡体。
前記ポリプロピレン系樹脂発泡体の発泡倍率が３０〜４０倍であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリプロピレン系樹脂発泡体。
発泡剤が炭酸ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリプロピレン系樹脂発泡体。