JP2011093950A - 車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とその製造方法、車両内装材製造用予備発泡粒子及び車両内装材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】分子内に臭素原子を有し、臭素分含有量が70質量%未満であり、分子内にベンゼン環を有し、且つ5質量%分解温度が200〜300℃の範囲内の難燃剤を含み、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に難燃剤及び発泡剤を添加、混練し、難燃剤・発泡剤含有の溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から直接冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る溶融押出法により得られたものである車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【選択図】図1
Description
また、車両内装材は、シックハウス症候群に対する対策のため、揮発性有機化合物の含有量を極めて少なくすることが強く求められるようになっている。このシックハウス症候群の原因化合物として、厚生労働省による濃度指針のある揮発性有機化合物(VOC)として、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレンなどが挙げられている。
特許文献1には、スチレン系発泡性樹脂粒子の中に,残留スチレンモノマーが1〜300ppmと、ベンゼン1ppm以下と、スチレンと相溶性を有するSP値が7〜10の可塑剤0.1〜2質量%と、発泡剤とを含有してなるスチレン系発泡性樹脂粒子が開示されている。
特許文献2には、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子100質量部の中に、スチレンモノマーが350〜1200ppmと、圧力6.666×10−4MPa(5mmHg)下で減圧蒸留を行った場合に250℃以下の温度では蒸留できない可塑剤0.1〜2質量部と、発泡剤を含有してなることを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が開示されている。
特許文献1に記載された従来技術では、懸濁重合法によりポリスチレン樹脂粒子を製造する際に、スチレンと相溶性のある可塑剤を重合反応系に添加することによって、残存スチレンモノマー量の低減を図っている。しかし、この特許文献1には、難燃剤の添加に関しては詳細な記載が無く、ポリスチレン樹脂粒子にどのような難燃剤を、どのタイミングで添加するのかは不明である。
また、ポリスチレン樹脂粒子に難燃剤と難燃剤を同時に含浸させ添加する方法では、ポリスチレン樹脂粒子の表面付近に難燃剤が含浸されるものの、樹脂粒子中心付近には難燃剤が存在しないか、含有量が低い樹脂粒子しか得られず、このような樹脂粒子を予備発泡し、更に得られた予備発泡粒子を型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体は機械強度が劣り、成形性や外観が悪くなり、車両内装材製造用途には適さなくなる。
前記難燃剤は、分子内に臭素原子を有し、臭素分含有量が70質量%未満であり、分子内にベンゼン環を有し、且つ該難燃剤の5質量%分解温度が200〜300℃の範囲内であり、
樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に難燃剤及び発泡剤を添加、混練し、難燃剤・発泡剤含有の溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から直接冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る溶融押出法により得られたものであることを特徴とする車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を提供する。
本発明の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に難燃剤及び発泡剤を添加、混練し、難燃剤・発泡剤含有の溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から直接冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る溶融押出法により得られたものなので、樹脂粒子中に難燃剤が均一に存在しており、樹脂粒子中に難燃剤が不均一に存在しているものと比べ、得られる車両内装材の機械強度が高くなり、寸法安定性や成形性にも優れた車両内装材が得られる。
また、本発明の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、樹脂中に所定濃度で前記難燃剤を含むマスターバッチ材を前記ポリスチレン系樹脂とともに樹脂供給装置内に供給し、該装置内で溶融混練することによって、難燃剤をより均一に樹脂粒子に含有させることができる。
本発明の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法は、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に、分子内に臭素原子を有し、臭素分含有量が70質量%未満であり、分子内にベンゼン環を有し、且つ該難燃剤の5質量%分解温度が200〜300℃の範囲内である難燃剤及び発泡剤を添加、混練し、難燃剤・発泡剤含有の溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から直接冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造する方法において、スチレン系モノマー、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ノルマルプロピルベンゼン、キシレン、トルエン、ベンゼンからなる芳香族有機化合物を使用せずに車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得ることを特徴としている。
臭素分含有量が70質量%を超え、分子内にベンゼン環を有さない難燃剤は、環境や生物に対する安全性が高い難燃剤となり難く、また機械強度・成形性・寸法安定性にも優れた車両内装材を提供するという本発明の効果を達成し難くなる。臭素分含有量の下限は特に限定しないが50質量%以上であれば難燃効率が良いので好ましい。臭素分含有量のより好ましい範囲は55〜69質量%である。
また、該難燃剤の5質量%分解温度が200℃未満であると、難燃剤とポリスチレン系樹脂とを押出機1内で溶融混練する際に、難燃剤が分解して難燃効果が得られなくなる恐れがある。5質量%分解温度が300℃を超える難燃剤を用いた場合には、得られる車両内装材の難燃性が低下してしまう。該難燃剤の5質量%分解温度の好ましい範囲は230〜300℃であり、より好ましい範囲は240〜295℃であり、最も好ましい範囲は265〜290℃である。
本発明の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記難燃剤の添加量は、車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の樹脂分100質量部に対して0.5〜8.0質量%の範囲とすることが好ましく、1.0〜6.0質量%の範囲が更に好ましい。難燃剤の添加量が前記範囲未満であると、得られる車両内装材の難燃性が低下してしまう。難燃剤の添加量が前記範囲を超えると、得られる車両内装材の機械強度・成形性・寸法安定性が劣化してしまう恐れがある。
本発明の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、樹脂粒子中に難燃剤が均一に存在しており、樹脂粒子中に難燃剤が不均一に存在しているものと比べ、得られる難燃性ポリスチレン系樹脂発泡成形体の機械強度が高くなり、成形性や外観にも優れた車両内装材が得られる。
<揮発性有機化合物(VOC)含有量の測定方法>
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子1gを精秤し、0.1体積%のシクロペンタノールを含有するジメチルホルムアミド溶液1mlを内部標準液として加えた後、更にジメチルホルムアミド溶液にジメチルホルムアミドを加えて25mlとして測定溶液を作製し、この測定溶液1.8μlを230℃の試料気化室に供給してガスクロマトグラフで検出された各揮発性有機化合物のチャートを得た。そして予め測定しておいた、各揮発性有機化合物の検量線に基づいて、各チャートから揮発性有機化合物量をそれぞれ算出し、発泡性ポリスチレン樹脂粒子中の揮発性有機化合物量を算出した。
なお、本発明では、前述した揮発性有機化合物(VOC)含有量のうち、前記芳香族有機化合物に該当する各揮発性有機化合物量の合計量を「芳香族有機化合物の含有総量」としている。
<予備発泡粒子の嵩密度と嵩発泡倍数>
先ず、予備発泡粒子を測定試料としてWg採取し、この測定試料をメスシリンダー内に自然落下させた後、メスシリンダーの底をたたいて試料の見掛け体積(V)cm3を一定にし、その質量と体積を測定し、下記式に基づいて予備発泡粒子の嵩密度を測定する。
嵩密度(g/cm3)=測定試料の質量(W)/測定試料の体積(V)
また、予備発泡粒子の嵩発泡倍数は次式により算出される数値である。
嵩発泡倍数(倍)=1/嵩密度(g/cm3)
本発明の車両内装材の密度は特に限定されないが、通常は0.015〜0.066g/cm3の範囲内とし、0.015〜0.055g/cm3の範囲内とするのが好ましい。
<発泡成形体の密度と発泡倍数>
50cm3以上(半硬質および軟質材料の場合は100cm3以上)の試験片を材料の元のセル構造を変えない様に切断し、その質量を測定し、次式により算出した。
密度(g/cm3)=試験片質量(g)/試験片体積(cm3)
試験片状態調節、測定用試験片は、成形後72時間以上経過した試料から切り取り、23℃±2℃×50%±5%または27℃±2℃×65%±5%の雰囲気条件に16時間以上放置したものである。
また、発泡成形体の発泡倍数は次式により算出される数値である。
発泡倍数(倍)=1/密度(g/cm3)
<平均弦長>
発泡成形体の気泡の平均弦長は、ASTM D2842−69の試験方法に準拠して測定されたものをいう。具体的には、発泡成形体を略二等分となるように切断し、切断面を走査型電子顕微鏡(日立製作所社製 商品名「S−3000N])を用いて100倍に拡大して撮影する。撮影した画像をA4用紙に印刷し、任意の箇所に長さ60mmの直線を一本描き、この直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長(t)を下記式より算出する。
平均弦長t=60/(気泡数×写真の倍率)
なお、直線を描くにあたり、直線が気泡に点接触してしまう場合には、この気泡も気泡数に含め、更に、直線の両端部が気泡を貫通することもなく、気泡内に位置した状態となる場合には、直線の両端部が位置している気泡も気泡数に含める。更に、撮影した画像の任意の5箇所において上述と同様の要領で平均弦長を算出し、これらの平均弦長の相加平均値を発泡成形体の気泡の平均弦長とする。
(発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造)
基材樹脂としてポリスチレン樹脂(東洋スチレン社製、商品名「HRM−10N」)100質量部に対して、難燃剤としてテトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモ−2−メチルプロピルエーテル)(第一工業製薬社製)を50質量%含むポリスチレン樹脂マスターバッチ7質量部(難燃剤量で3.5質量部相当)、微粉末タルク0.3質量部を、予めタンブラーミキサーにて均一に混合したものを、時間当たり160kg/hrの割合で口径90mmの単軸押出機内へ供給し、樹脂を加熱溶融させた後、発泡剤として樹脂100質量部に対して6質量部のイソペンタンを押出機途中より圧入した。そして、押出機内で樹脂と発泡剤を混練しつつ、押出機先端部での樹脂温度が190℃となるように冷却しながら、押出機に連接しヒーターにより320℃に保持した、直径0.6mm、ランド長さ3.0mmのノズルを200個有する造粒用ダイスを通して、30℃の冷却水が循環するチャンバー内に押し出すと同時に、円周方向に10枚の刃を有する高速回転カッターをダイスに密着させて、毎分3000回転で切断し、脱水乾燥して球形の発泡性ポリスチレン樹脂粒子を得た。得られた発泡性樹脂粒子は変形、ヒゲ等の発生もなく、平均粒径1.1mmであった。
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子100質量部に対して、ポリエチレングリコール0.03質量部、ステアリン酸亜鉛0.15質量部、ステアリン酸モノグリセライド0.05質量部、ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド0.05質量部を発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の表面全面に均一に被覆した。
前記の通り製造した発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、15℃の保冷庫中に入れ、72時間に亘って放置した後、円筒型バッチ式予備発泡機に供給して、吹き込み圧0.05MPaの水蒸気により加熱し、予備発泡粒子を得た。得られた予備発泡粒子は、嵩密度0.015g/cm3(嵩発泡倍数67倍)であった。続いて、得られた予備発泡粒子を室温雰囲気下、24時間に亘って放置した後、長さ400mm×幅300mm×高さ50mmの長方形状のキャビティを有する成形型内に予備発泡粒子を充填し、その後、成形型のキャビティ内を水蒸気でゲージ圧0.08MPaの圧力で20秒間に亘って加熱し、その後、成形型のキャビティ内の圧力が0.01MPaになるまで冷却し、その後成形型を開き、長さ400mm×幅300mm×高さ50mmの長方形状の発泡成形体を取り出した。 得られた発泡成形体は、密度0.015g/cm3(発泡倍数67倍)であった。
難燃剤組成物を20mg採取して試料とし、示差熱・熱量同時測定装置 TG/DTA 300型(セイコー電子工業社製)を用いて、窒素ガス量30ミリリットル/分、加熱温度10℃/分、測定温度30〜800℃の条件下にて試料の質量減少率を測定し、縦軸に試料の質量減少率を、横軸に温度をとったグラフを得る。そして、得られたグラフに基づいて、試料の質量減少率が5%に達した時の温度を「5質量%分解温度」とした。
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子1gを精秤し、0.1体積%のシクロペンタノールを含有するジメチルホルムアミド溶液1mlを内部標準液として加えた後、更にジメチルホルムアミド溶液にジメチルホルムアミドを加えて25mlとして測定溶液を作製し、この測定溶液1.8μlを230℃の試料気化室に供給して下記測定条件にてガスクロマトグラフ(島津製作所社製、商品名「GC−14A」で検出された各揮発性有機化合物のチャートを得た。そして予め測定しておいた、各揮発性有機化合物の検量線に基づいて、各チャートから揮発性有機化合物量をそれぞれ算出し、発泡性ポリスチレン粒子中の揮発性有機化合物量を算出した。
検出器 :FID
カラム :ジーエルサイエンス製 (3mmφ×2.5m)
液相;PEG−20M PT 25%
担体;Chromosorb W AW−DMCS
メッシュ:60/80
カラム温度:100℃
検出器温度:230℃
DET温度:230℃
キャリアーガス(窒素)
キャリヤーガス流量(40ml/min)
実施例(及び比較例)で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を15℃の保冷庫に72時間保管した後、これを円筒型バッチ式予備発泡機に供給して、吹き込み蒸気圧0.05MPaの水蒸気により2分間に亘って加熱し、得られた予備発泡粒子の嵩発泡倍数を下記の通り測定し、次の評価基準:
嵩発泡倍数60倍以上を○(良)、
嵩発泡倍数50倍以上60倍未満を△(やや良)、
嵩発泡倍数50倍未満を×(不良)、に照らし、ビーズ発泡性の評価を行った。
JIS A 9511:1995「発泡プラスチック保温材」測定方法A記載の方法で測定した。
試験片は、発泡成形体試料から厚さ10mm長さ200mm幅25mmを5個切り出し、規定の着火限界指示線及び燃焼限界指示線を付ける。試験片を火源用ろうそくで着火限界指示線まで燃焼させた後、炎を後退させ、その瞬間から炎が消えるまでの時間(秒)を測定し、下記の基準で難燃性を判断した。
○(良)・・・5個の試験片すべてについて炎が3秒以内に消えると共に残塵がなく、燃焼限界指示線を越えて燃焼しなかった。
×(不良)・・・○の基準を満たさない、または自消性がなかった。
上記ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を発泡成形機の金型に充填し、水蒸気を用いて二次発泡させることによって長さ400mm、幅300mm、厚み50mmの直方体状の発泡成形体を得た。
発泡成形体の外観を目視観察し、下記の基準に基づいて評価をした。
◎(極めて良):発泡粒子間の間隙がなく、表面が極めて平滑な状態である。
○(良):発泡粒子間の間隙がなく、表面が平滑な状態である。
△(やや良):発泡粒子間の間隙が少なく、表面の平滑が少し劣る。
×(不良):発泡粒子間の間隙が大きく、表面の平滑がかなり劣る。
発泡成形体から縦200mm×横200mm×厚さ25mmの直方体形状の試験片を切り出した。そして、この試験片の熱伝導率をJIS A1412に準拠して平板熱流計法にて測定温度23℃で測定し、下記の基準で判断した。
○・・・熱伝導率が0.040(W/m・k)未満
×・・・熱伝導率が0.040(W/m・k)以上
前記<ビーズ発泡性の評価>、<難燃性の評価>、<発泡成形体の外観評価>及び<発泡成形体の断熱性の評価>の各評価項目について、不良(×)が無いものを良(○)とし、1つ以上不良(×)が有るものを不良(×)として総合評価した。
難燃剤として、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモプロピルエーテル)(第一工業製薬社製)を同量用いたこと以外は、実施例1と同様にして発泡倍数67倍の発泡成形体を製造した。
難燃剤として、テトラブロモビスフェノールA−ビス(アリルエーテル)(第一工業製薬社製)を同量用いたこと以外は、実施例1と同様にして発泡倍数67倍の発泡成形体を製造した。
難燃剤として、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモプロピルエーテル)3.2質量部、テトラブロモビスフェノールA−ビス(アリルエーテル)0.3質量部を混合して用いたこと以外は、実施例1と同様にして発泡倍数67倍の発泡成形体を製造した。
予備発泡粒子の嵩発泡倍数を40倍とし、且つ発泡成形体の発泡倍数を40倍としたこと以外は、実施例1と同様にして発泡成形体を製造した。この発泡成形体の気泡の平均弦長は189μmであった。
難燃剤として、ヘキサブロモシクロドデカン(第一工業製薬社製)を同量用いたこと以外は、実施例1と同様にして発泡成形体を製造した。
難燃剤として、トリス−(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート(日本化成社製)を同量用いたこと以外は、実施例1と同様にして発泡成形体を製造した。
難燃剤として、ペンタブロモベンジルアクリレート(第一工業製薬社製)を同量用いたこと以外は、実施例1と同様にして発泡成形体を製造した。
難燃剤として、トリス(トリブロモネオペンチル)フォスフェート(大八化学社製)を同量用いたこと以外は、実施例1と同様にして発泡成形体を製造した。
また、前記実施例1〜5及び比較例1〜4の測定・評価結果を表2にまとめて記す。
一方、臭素分含有量が75質量%と多く、分子中にベンゼン環の無い難燃剤Dを用いた比較例1は、ビーズ発泡性が不良となった。
また、分子中にベンゼン環の無い難燃剤Eを用いた比較例2は、ビーズ発泡性、発泡体の外観及び断熱性が不良となった。
また、臭素分含有量が75質量%と多く、5質量%分解温度が300℃を超える難燃剤Fを用いた比較例3は、難燃性、断熱性が不良となった。
また、臭素分含有量が75質量%と多く、分子中にベンゼン環が無く、5質量%分解温度が300℃を超える難燃剤Gを用いた比較例4は、ビーズ発泡性、難燃性、発泡体の外観、断熱性のいずれも不良となった。
Claims (11)
- 難燃剤及び発泡剤を含有するポリスチレン系樹脂を粒子状としてなる車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
前記難燃剤は、分子内に臭素原子を有し、臭素分含有量が70質量%未満であり、分子内にベンゼン環を有し、且つ該難燃剤の5質量%分解温度が200〜300℃の範囲内であり、
樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に難燃剤及び発泡剤を添加、混練し、難燃剤・発泡剤含有の溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から直接冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る溶融押出法により得られたものであることを特徴とする車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。 - スチレン系モノマー、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ノルマルプロピルベンゼン、キシレン、トルエン、ベンゼンからなる芳香族有機化合物の含有総量が500ppm未満である請求項1に記載の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 前記難燃剤が、テトラブロモビスフェノールAまたはその誘導体からなる群から選択される1種又は2種以上である請求項1又は2に記載の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 前記難燃剤が、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモ−2−メチルプロピルエーテル)、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモプロピルエーテル)、テトラブロモビスフェノールA−ビス(アリルエーテル)からなる群から選択される1種又は2種以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して得られた車両内装材製造用予備発泡粒子。
- 請求項5に記載の車両内装材製造用予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填して加熱、発泡させて得られ、密度が0.010〜0.050g/cm3の範囲である車両内装材。
- 請求項5に記載の車両内装材製造用予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填して加熱、発泡させて得られ、発泡倍数40倍の発泡成形体について、気泡の平均弦長が40〜350μmの範囲である車両内装材。
- 樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に、分子内に臭素原子を有し、臭素分含有量が70質量%未満であり、分子内にベンゼン環を有し、且つ該難燃剤の5質量%分解温度が200〜300℃の範囲内である難燃剤及び発泡剤を添加、混練し、難燃剤・発泡剤含有の溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から直接冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造する方法において、スチレン系モノマー、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ノルマルプロピルベンゼン、キシレン、トルエン、ベンゼンからなる芳香族有機化合物を使用せずに請求項1又は2に記載の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得ることを特徴とする車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
- 前記難燃剤が、テトラブロモビスフェノールAまたはその誘導体からなる群から選択される1種又は2種以上である請求項8に記載の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
- 前記難燃剤が、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモ−2−メチルプロピルエーテル)、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモプロピルエーテル)、テトラブロモビスフェノールA−ビス(アリルエーテル)からなる群から選択される1種又は2種以上である請求項9に記載の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
- 樹脂中に所定濃度で前記難燃剤を含むマスターバッチ材を前記ポリスチレン系樹脂とともに樹脂供給装置内に供給し、該装置内で溶融混練する請求項8〜10のいずれか1項に記載の車両内装材製造用発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
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