JP2009209170A - 難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚さが厚く、難燃性に優れ、高発泡倍率を有する無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードと、その発泡ボードを環境負荷の小さい発泡剤で製造する技術を提供する。
【解決手段】無架橋ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤との合計１００質量％に対し、無架橋ポリプロピレン系樹脂７０〜９０質量％と、難燃化剤１０〜３０質量％とを含有し、発泡倍率が１０〜３０倍であり、ＪＩＳ−Ｋ７２０１−２に準じて測定した酸素指数が２３以上を示す難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードとする。この発泡ボードは、上記ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤とを含有する樹脂組成物を、押出機２１の多孔ダイ２３から押し出すと同時に発泡させることにより製造することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、無架橋ポリプロピレン系樹脂からなる難燃性発泡ボードおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、難燃性に優れ、かつ発泡倍率が高いとともに、厚さが厚く、例えば建築物の屋根材、壁材、床用断熱材、構造材などに好適に使用し得る難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードおよびその製造方法に関する。

熱可塑性樹脂からなる発泡体は、一般に軽量で断熱性や外部からの応力の緩衝性が良好であることから、断熱材、緩衝材、芯材、食品容器などに幅広く利用されている。特に、ポリプロピレン系樹脂からなる発泡体は、耐薬品性、耐衝撃性および耐熱性が良好であり、その特徴を生かして緩衝材、住宅用構造材等に特に好適に利用されている。しかし、ポリプロピレン系樹脂は燃焼しやすい樹脂であることから、ポリプロピレン系樹脂からなる発泡体を建築資材などの用途で使用する場合、難燃性を向上させることが求められる。

しかしながら、ポリプロピレン系樹脂の難燃性を向上させるために大量の難燃化剤を添加すると、添加した難燃化剤が発泡阻害を起こす問題があった。そこで従来は、高発泡倍率の難燃性発泡体を得るために、ポリプロピレン系樹脂を架橋させる手法や、フロンなどの発泡性が良い代わりに環境に悪影響を与える気体、あるいはイソブタンなどの可燃性の気体を用いて発泡させる手法を用いる例がほとんどであった。

例えば、特許文献１には、難燃化剤としてエチレンビスペンタブロモジフェニルを用いて難燃性ポリオレフィン発泡体を得る手法が提案されている。この手法を用いて高発泡倍率の発泡体を得るためには、架橋剤と化学発泡剤を用いて架橋発泡させる必要がある。しかし、架橋した樹脂は、リサイクルが困難であるという問題があった。また、特許文献２には、難燃化剤として臭素系化合物と無機系化合物とを併用して無架橋発泡体を得る手法が提案されているが、この手法では発泡剤として可燃性気体であるイソブタンを用いており、製造時の安全性に問題があった。

特許３５１６７３１号公報 特開２００１−１８１４３２号公報

前述のように、無架橋のポリプロピレン系樹脂に対して、環境負荷が小さく、製造時に安全な発泡剤を用いた上で、厚さが厚く、難燃性に優れた発泡ボードを高発泡倍率で得る手法は未だ見出されていないのが現状であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、厚さが厚く、難燃性に優れ、高発泡倍率を有する無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードと、その発泡ボードを環境負荷の小さい発泡剤で製造する技術を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、無架橋ポリプロピレン系樹脂に対して、難燃化剤として非ハロゲン系化合物を、発泡剤として二酸化炭素を用い、かつ流路と鉛直方向に複数の小孔を有するダイ（以下、多孔ダイと言う）を用いて押出発泡を行うことにより、厚さが厚く、難燃性に優れ、高発泡倍率を示すポリプロピレン系樹脂発泡ボードが得られることを見出した。

すなわち、本発明者らは、上記のようにした場合、難燃化剤を添加することで生じる発泡阻害の問題を解決し、高発泡倍率と難燃性を両立できることに加え、無架橋であることからリサイクル性にも優れ、発泡に用いるガスとして環境負荷の少ない二酸化炭素を用いているため、環境対応型の難燃性ポリプロピレン発泡ボードを提供することができることを見出した。

本発明は、上述した知見に基づいてなされたもので、下記（１）〜（４）に示す難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード、および下記（５）、（６）に示す難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードの製造方法を提供する。
（１）無架橋ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤との合計１００質量％に対し、無架橋ポリプロピレン系樹脂７０〜９０質量％と、難燃化剤１０〜３０質量％とを含有し、発泡倍率が１０〜３０倍であり、ＪＩＳ−Ｋ７２０１−２に準じて測定した酸素指数が２３以上を示すことを特徴とする難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード。
（２）前記難燃化剤が、非ハロゲン系化合物であることを特徴とする（１）の難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード。
（３）複数の細条が集束した断面形状を有することを特徴とする（１）または（２）の難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード。
（４）ボード厚さが１５ｍｍ以上であることを特徴とする（１）〜（３）の難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード。
（５）ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤との合計１００質量％に対し、ポリプロピレン系樹脂７０〜９０質量％と、難燃化剤１０〜３０質量％とを含有する樹脂組成物を、押出機の多孔ダイから押出発泡させることを特徴とする難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードの製造方法。
（６）発泡剤として二酸化炭素を用いることを特徴とする（５）の難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードの製造方法。

本発明によれば、厚さが厚く、難燃性に優れ、高発泡倍率を有する無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードを提供することができる。この発泡ボードは、高い難燃性を有することから、主に建築用断熱材として好適に用いることができる。

以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明で用いるポリプロピレン系樹脂の種類に特に制限はないが、プロピレンの単独重合体や、エチレンとプロピレンとの共重合体、あるいはプロピレン成分を含む熱可塑性エラストマーなどが挙げられ、これらを混合して用いてもよい。

ポリプロピレン系樹脂としては、２３０℃、荷重２１．２Ｎで測定したメルトフローレートが１０ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。メルトフローレートが１０ｇ／１０ｍｉｎを超えると、押出発泡に必要なダイ近傍の樹脂圧力が確保できず、発泡倍率が低下する傾向がある。

本発明で使用される難燃化剤としては、非ハロゲン系化合物であればよく、非ハロゲン系有機化合物や非ハロゲン系無機化合物を用いることができる。上記非ハロゲン系有機化合物としては、例えば、リン酸エステル、リン酸塩、ポリリン酸塩、赤リン等のリン系化合物、シリコーンオイル、シリコーンポリマー、シリカゲル等のシリコン化合物などが挙げられる。また、上記非ハロゲン系無機化合物としては、酸化アンチモン、金属水素化物、金属酸化物、金属炭酸塩、酸化ホウ素、ホウ酸塩、黒鉛などが挙げられる。これら非ハロゲン系有機化合物や非ハロゲン系無機化合物は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明の発泡ボードは、無架橋ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤との合計１００質量％に対し、無架橋ポリプロピレン系樹脂７０〜９０質量％と、難燃化剤１０〜３０質量％とを含有する。１０〜３０質量％の難燃化剤を配合することにより、発泡体の高倍率化を阻害せず、かつ難燃性を十分に発現させることができる。難燃化剤の配合量が１０質量％未満であると難燃性が十分に発現せず、難燃化剤の配合量が３０質量％を超えると発泡体の高倍率化が阻害される。

本発明の発泡ボードは、発泡倍率が１０〜３０倍である。発泡倍率が１０倍未満であると、必要な厚さが確保できず、断熱性の劣る発泡ボードとなるとともに、コストメリットが低くなり、発泡倍率が３０倍を超えると、圧縮硬さに劣るため、断熱材として使用し難くなる。発泡倍率のより好ましい値は１５〜２５倍である。

本発明の発泡ボードは、厚さが１５ｍｍ以上である。厚さが１５ｍｍ未満であると、断熱性の劣る発泡ボードとなる。厚さのより好ましい値は１５〜２５ｍｍである。

本発明の発泡ボードは、ＪＩＳ−Ｋ７２０１−２に準じて測定した酸素指数が２３以上を示す。酸素指数が２３未満であると、建材として必要な難燃性が確保できず、燃え易い発泡体となる。酸素指数のより好ましい値は２３〜４０である。

本発明に係る難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードの製造方法では、ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤との合計１００質量％に対し、ポリプロピレン系樹脂７０〜９０質量％と、難燃化剤１０〜３０質量％とを含有する樹脂組成物を、押出機の多孔ダイから押し出すと同時に発泡させる。

すなわち、無架橋ポリプロピレン系樹脂を用いて、難燃性が高く、厚さが厚く、発泡倍率の高い押出発泡ボードを得るには、従来のＴダイ法では発泡時のガス抜けが大きく、高発泡倍率が得られないため、発泡時のガス抜けを抑える手法が必要である。前述した多孔ダイを用いた押出発泡法は、押出時に複数の細条が融着し、全体としてボード状の発泡体を得る手法であり、Ｔダイ法と比較して発泡時のガス抜けが少なく、より高倍率の発泡体を得ることができる。そして、これにより、図１に示すように、複数の細条（棒状発泡体）１１が集束した断面形状を有する難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード１２を得ることができる。

より具体的には、本発明において、ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤とを含有する樹脂組成物を発泡させて押出発泡ボードを製造する方法としては、例えば上記樹脂組成物に、物理系発泡剤を高温、高圧化で圧入して混合し、多孔ダイおよび成形用金型を備えた押出機で押出発泡することによって、押出発泡ボードを製造することができる。

この場合、上記物理系発泡剤としては、例えば、水、窒素、二酸化炭素などの１種単独または２種以上の混合物が挙げられるが、発泡性を考慮すると、二酸化炭素が最も好ましい。

また、上記樹脂組成物は、各成分の粒状物または粉末をブレンダーにて均一にブレンドしたもの、これを一度混練押出機に通し溶融ブレンドしたもの、ポリプロピレン系樹脂に難燃化剤を溶融ブレンドし、その後さらに上記溶融ブレンド物にポリプロピレン系樹脂をドライブレンドしたもの等のいずれの方法で製造したものでもよいが、難燃化剤の分散性を良くする目的で、ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤を溶融ブレンドした後に、ポリプロピレン系樹脂とドライブレンドする手法が好ましい。

本発明では、気泡径や発泡倍率のコントロールのため、必要に応じて、マイカ、タルク、重曹−クエン酸混合物などの公知の発泡核剤を樹脂組成物に配合してもよい。発泡核剤の添加量は、一般に樹脂組成物１００質量部に対して０．０１〜４質量部が好ましい。発泡核剤の添加量が多すぎても少なすぎても発泡倍率が低下する傾向がある。

ここで、本発明に係る難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードの製造装置の一例を示すが、本発明発泡ボードの製造装置は下記装置に限られるものではない。図２は上記製造装置の概略図である。図中２１は押出機を示す。押出機２１には、ホッパー２２、ガス供給ポート２５、多孔ダイ２３が設置されている。多孔ダイ２３は、図３に示すように、流路と鉛直方向に複数の小孔２８を有する。また、図中２６は冷却成形ロール、２７は切断機を示す。押出機２１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２１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（押し出しスクリューの長さ／径）は３０以上であることが望ましい。

次に、図２、図３を参照して、本発明に係る難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードの製造方法の一例を示すが、本発明発泡ボード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２１のホッパー２２に供給する。樹脂は押出機２１内のスクリューの回転に伴い押出機２１のバレル内を溶融しながら前進していく。一方、押出機２１のバレルの中程に設置されたガス供給ポート２５において、所定量の二酸化炭素が押出機２１に供給される。溶融した樹脂とガスはガス供給ポート２５で接触し、押出機２１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２１内で均質に混合された樹脂とガスとの混合物は、多孔ダイ２３から押し出されると同時に発泡する。最後に、押し出された多条発泡体３１を成形機２６で圧縮し、切断機２７で切断することにより、目的の発泡ボード１２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。実施例、比較例における発泡倍率は、発泡前の樹脂の比重を、水中置換法（ＪＩＳ−Ｋ７１１２）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。

（実施例１）
マスターバッチ作製用の押出機として、φ４０ｍｍの二軸押出機を用いた。ＰＰ−Ａ（ブロックポリプロピレン：日本ポリプロ株式会社製、ＭＦＲ＝２．０ｇ／ｍｉｎ）５０質量％と、難燃化剤（ポリリン酸アンモニウム系化合物：鈴裕化学製）５０質量％とをドライブレンドし、押出温度２００℃にて溶融混練し、棒状成形体として吐出した。吐出した成形体を水冷し、ペレタイザーを用いて粒状のマスターバッチを作製した。

次に、押出発泡用の押出機としてφ９０ｍｍの押出機を用いた。ダイには、直径１．０ｍｍの円形断面をもつ孔を５ｍｍ間隔で横に８０個、縦に８列に配置した幅４００ｍｍの多孔ダイを用いた。上記手法にて作製したマスターバッチ２０質量％に対し、８０質量％のＰＰ−Ａを加えてドライブレンドしたのち、上記混合物をφ９０ｍｍの押出機に供給し、１０ｋｇ／ｈで押し出した。その後、押出機中にて２００℃で溶融させたのち、発泡剤として二酸化炭素を混合樹脂１００質量％に対して５質量％圧入し、押出機先端にて１６０℃になるように冷却し、上記多孔ダイより押し出し、さらに冷却成形ロールを通すことにより発泡ボードを得た。得られた発泡ボードを切断機にて１０００ｍｍの長さに切断した。これにより、発泡倍率２５倍、厚さ１７ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ１０００ｍｍで、複数の棒状発泡体を束ねた構造を有する難燃性ポリプロピレン発泡ボードを得た。

（実施例２）
マスターバッチの配合量を４０質量％、ＰＰ−Ａの配合量を６０質量％に変更したこと以外は、実施例１と同様の条件で発泡ボードを得た。

（実施例３）
マスターバッチの配合量を６０質量％、ＰＰ−Ａの配合量を４０質量％に変更したこと以外は、実施例１と同様の条件で発泡ボードを得た。

（比較例１）
マスターバッチの配合量を１０質量％、ＰＰ−Ａの配合量を９０質量％に変更したこと以外は、実施例１と同様の条件で発泡ボードを得た。本例では、発泡倍率は非常に高いボードが得られたが、難燃性には劣る結果となった。

（比較例２）
マスターバッチの配合量を８０質量％、ＰＰ−Ａの配合量を２０質量％に変更したこと以外は、実施例１と同様の条件で発泡ボードを得た。本例では、発泡時のガス抜けが激しく、発泡体の厚さ、発泡倍率が共に低い発泡ボードとなった。

（比較例３）
ダイに幅４００ｍｍのＴダイを用いたこと以外は、実施例２と同様の条件、組成で発泡ボードを得た。本例では、発泡体の厚さ、発泡倍率が共に低い発泡ボードとなった。

上記実施例、比較例にて得られた発泡ボードを打ち抜き機にて厚さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの大きさに打ち抜き、それらの酸素指数をＪＩＳ−Ｋ７２０１−２に準じて測定するとともに、難燃性および断熱性を評価した。難燃性および断熱性の評価方法は下記の通りである。

（難燃性）
ＪＩＳ−Ａ９５１１に準じて消炎時間を測定し、以下の基準で難燃性を評価した。
○：消炎時間が３秒以内。
×：消炎時間が３秒を超える。

（断熱性）
表皮部を除いた縦２００ｍｍ×横２００ｍｍ×厚さ１０ｍｍのサンプルを切り出し、これを２枚重ねて厚さ２０ｍｍの測定用サンプルを作製した。その測定用サンプルを用いて、ＪＩＳ−Ａ１４１２に従い熱伝導率を測定し、以下の基準で断熱性を評価した。
○：熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍＫ未満。
×：熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍＫ以上。

各発泡ボードの製造条件、物性、酸素指数、難燃性、断熱性を表１に示す。表１より、本発明により得られる発泡ボードは、厚さが厚く、難燃性および断熱性に優れ、高発泡倍率を有することがわかる。

本発明に係る熱可塑性樹脂発泡体の一例を示す斜視図である。 本発明に係る熱可塑性樹脂発泡体の製造装置の一例を示す概略図である。 多孔ダイから熱可塑性樹脂発泡体が押し出された状態を示す斜視図である。

符号の説明

１１ 棒状発泡体
１２ 難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード
２１ 押出機
２２ ホッパー
２３ 多孔ダイ
２４ 樹脂発泡シート
２５ ガス供給弁
２６ 冷却成形ロール
２７ 切断機
２８ 小孔
３１ 多条発泡体

Claims (6)

1. 無架橋ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤との合計１００質量％に対し、無架橋ポリプロピレン系樹脂７０〜９０質量％と、難燃化剤１０〜３０質量％とを含有し、発泡倍率が１０〜３０倍であり、ＪＩＳ−Ｋ７２０１−２に準じて測定した酸素指数が２３以上を示すことを特徴とする難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード。
2. 前記難燃化剤が、非ハロゲン系化合物であることを特徴とする請求項１に記載の難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード。
3. 複数の細条が集束した断面形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード。
4. ボード厚さが１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボード。
5. ポリプロピレン系樹脂と難燃化剤との合計１００質量％に対し、ポリプロピレン系樹脂７０〜９０質量％と、難燃化剤１０〜３０質量％とを含有する樹脂組成物を、押出機の多孔ダイから押出発泡させることを特徴とする難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードの製造方法。
6. 発泡剤として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項５に記載の難燃性無架橋ポリプロピレン系樹脂発泡ボードの製造方法。

Images