JP2012201688A - 発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とその製造方法、ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子及びポリスチレン系樹脂発泡成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】重量平均分子量(Mw)26万未満のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、重量平均分子量(Mw)26万以上のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合し、発泡剤を含有させてなる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【選択図】図1
Description
(b)ロットごとに樹脂の熱分解ガスクロマトグラフィーによって検出されるブタジエン含有量と樹脂の蛍光X線分析法によって検出される臭素系難燃剤由来の臭素含有量を決定し、
(c)単一ロットのまま、又はブタジエン含有量及び臭素含有量の異なる複数のロットを用いるか、又はこれに未使用のスチレン系樹脂とブタジエン含有樹脂と臭素系難燃剤からなる群から選択される1種又は2種以上の添加成分を加えて、全体中のブタジエン含有量が1〜4質量%の範囲内となり、且つ臭素含有量が4〜8質量%の範囲内となるように原料樹脂を調整し、
(d)調整した原料樹脂を押出機に投入し、
(e)押出機内で原料樹脂を溶融し、溶融物に発泡剤を圧入し、溶融物を押出機の先端に付設したダイの小孔から押し出し、
(f)押し出すと同時に溶融物を切断するとともに急冷し、発泡を抑えて発泡性粒子とするか、又は押し出すと同時に溶融物を急冷して発泡を抑えてストランド状に固めた後、該ストランドを切断して発泡性粒子とすることを特徴とするスチレン系樹脂発泡性粒子の製造方法が開示されている。
特許文献2の実施例には、2種類の再生ポリスチレン系樹脂を混合(50:50)して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造する場合が例示されている。しかし、この例で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、十分な強度及び生産性に優れたバランスのとれた発泡成形体が得られないおそれがあった。
また、特許文献1,2には、実施例において使用した再生ポリスチレン系樹脂の平均分子量に関して記載されていないが、再生ポリスチレン系樹脂としては、再生原料とする発泡成形体の種類などによって平均分子量が異なる様々な樹脂が提供されており、単に適当な再生ポリスチレン系樹脂を材料として発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造しても、十分な強度及び生産性に優れたバランスのとれた発泡成形体を得ることは困難である。
また、溶融押出法によってポリスチレン系樹脂発泡成形体を製造する構成としたので、平均分子量が異なる各種の再生ポリスチレン系樹脂やバージンポリスチレン系樹脂を重量平均分子量によって適切に配合することによって機械強度に優れ、生産性にも優れた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造することができるので、再生ポリスチレン系樹脂を有効利用でき、ポリスチレン系樹脂の再利用化を進める上で極めて有効な技術となる。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、重量平均分子量(Mw)26万未満のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、重量平均分子量(Mw)26万以上のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合し、発泡剤を含有させてなるものである。
(1)重量平均分子量(Mw)26万未満のポリスチレン系樹脂が前記混合比率より多い場合には、機械強度に優れた発泡成形体を製造することが困難になる。一方、(2)重量平均分子量(Mw)26万以上のポリスチレン系樹脂が前記混合比率より多い場合には、型内発泡成形における加熱時間や冷却時間が長くかかり、成形サイクルを短縮化することが難しくなる。
前記(1)及び(2)のそれぞれのポリスチレン系樹脂の混合比率は、質量比で(1):(2)=40〜60:60:40とすることが好ましい。
本発明のさらに好ましい実施形態において、使用するポリスチレン系樹脂は、(1)重量平均分子量(Mw)15万〜25万のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、(2)重量平均分子量(Mw)27〜40万のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合したものであることが好ましい。
使用するポリスチレン系樹脂の重量平均分子量を前述した通り選択することで、より機械強度に優れ、かつ成形サイクルを短縮化できる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を提供することができる。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法は、重量平均分子量(Mw)26万未満のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、重量平均分子量(Mw)26万以上のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合して樹脂供給装置内に供給し該装置内で溶融されたポリスチレン系樹脂に発泡剤を圧入・混練し、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高速回転刃で切断するとともに、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ことを特徴とする。
原料のポリスチレン系樹脂は、前述した通り、バージンポリスチレン系樹脂や再生ポリスチレン系樹脂などの各種ポリスチレン系樹脂の中から、(1)重量平均分子量(Mw)26万未満のポリスチレン系樹脂1種類以上と、(2)重量平均分子量(Mw)26万以上のポリスチレン系樹脂1種類以上とを選択し、(1)重量平均分子量(Mw)26万未満のポリスチレン系樹脂を35〜65質量部、(2)重量平均分子量(Mw)26万以上のポリスチレン系樹脂を65〜35質量部となるように混合する。
また、溶融押出法によってポリスチレン系樹脂発泡成形体を製造する構成としたので、平均分子量が異なる各種の再生ポリスチレン系樹脂やバージンポリスチレン系樹脂を重量平均分子量によって適切に配合することによって機械強度に優れ、生産性にも優れた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造することができるので、再生ポリスチレン系樹脂を有効利用でき、ポリスチレン系樹脂の再利用化を進める上で極めて有効な技術となる。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、発泡樹脂成形体の製造分野において周知の装置及び手法を用い、水蒸気加熱等により加熱して予備発泡し、ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子(以下、予備発泡粒子と記す)とする。この予備発泡粒子は、製造するべき発泡成形体の密度と同等の嵩密度となるように予備発泡される。本発明において、その嵩密度は限定されないが、通常は0.010〜0.10g/cm3の範囲内とし、0.015〜0.050g/cm3の範囲内とするのが好ましい。
<予備発泡粒子の嵩密度>
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、メスシリンダー内に落下させた測定試料の体積Vcm3をJIS K6911に準拠した見掛け密度測定器を用いて測定し、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=1/嵩密度(g/cm3)
本発明の発泡成形体の密度は特に限定されないが、通常は0.010〜0.10g/cm3の範囲内とし、0.015〜0.050g/cm3の範囲内とするのが好ましい。
<発泡成形体の密度>
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=1/密度(g/cm3)
以下の実施例において、ポリスチレン系樹脂の原料として、以下の原料A〜原料Fを用いた。
・原料A:再生ポリスチレン、重量平均分子量23万
・原料B:再生ポリスチレン、重量平均分子量28万
・原料C:バージンポリスチレン(PSジャパン社製 商品名「G9305」)、重量平均分子量31万
・原料D:再生ポリスチレン、重量平均分子量15万
・原料E:バージンポリスチレン(東洋スチレン社製 商品名「HRM40」)、重量平均分子量36万
・原料F:バージンポリスチレン(東洋スチレン社製 商品名「HRM30」)、重量平均分子量44万
(発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の作製)
原料Aを50質量部と、原料Bを50質量部とを混合したポリスチレン系樹脂原料100質量部に対し、微粉末タルク0.3質量部を加え、これらを口径90mmの単軸押出機に、時間当たり130kgで連続供給した。押出機内温度としては、最高温度210℃に設定し、樹脂を溶融させた後、発泡剤として樹脂100質量部に対して6質量部のペンタン(イソペンタン:ノルマルペンタン=20:80(質量比))を押出機の途中から圧入した。押出機内で樹脂と発泡剤を混練するとともに冷却し、押出機先端部での樹脂温度を170℃、ダイの樹脂導入部の圧力を15MPaに保持して、直径0.6mmでランド長さが3.0mmの小孔が200個配置されたダイより、このダイの吐出側に連結され30℃の水が循環するカッティング室内に、発泡剤含有溶融樹脂を押し出すと同時に、円周方向に10枚の刃を有する高速回転カッターにて押出物を切断した。切断した粒子を循環水で冷却しながら、粒子分離器に搬送し、粒子を循環水と分離した。さらに、捕集した粒子を脱水・乾燥してペンタン含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得た。得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、変形、ヒゲ等の発生もなく、ほぼ完全な球体であり、平均粒径は約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を15℃の保冷庫中に入れ、72時間に亘って放置した。その後、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0.020g/cm3(嵩発泡倍数50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0.020g/cm3(発泡倍数50倍)であった。
押出機に投入する原料となるポリスチレン系樹脂、及び溶融押出法によって作製した発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を構成するポリスチレン系樹脂について、それぞれの樹脂約4mgをTHF(テトラヒドロフラン)4mLに溶解し、非水系0.45μmクロマトディスクで濾過後、東ソー社製 HLC−8320GPC(RI検出器内臓)を用いてポリスチレン換算分子量を測定した。その測定条件はカラムが東ソー社製TOSOH TSKgel SuperMultiporeHZ-H(φ4.6×150mm)2本、ガードカラムが東ソー社製TOSOH TSKguardSuperMP(HZ)-H(φ4.6×20mm)1本を用い、カラム温度(40℃)、移動相(THF)、移動相流量(0.2ml/min)、ポンプ温度・検出器(40℃)、検出(RI)、注入量(20μl)、検量線用標準PS(昭和電工社製(Shodex)分子量Mwが5,620,000と3,120,000と1,250,000と442,000と131,000と54,000と20,000と7,590と3,450と1,320)とした。
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になるまでの冷却時間を測定し、次の評価基準に基づき、成形サイクルを評価した。
非常に良好(◎):240秒未満
良好(○):240秒以上300秒未満
不良(×):300秒以上
実施例(及び比較例)で得られた発泡成形体について、JIS A9511:2006「発泡プラスチック保温材」記載の方法に準じて曲げ強度を測定した。
すなわち、テンシロン万能試験機UCT−10T(オリエンテック社製)を用い、試験体サイズは75mm×300mm×50mmとし、圧縮速度を10mm/min、先端治具は加圧くさび10R、支持台10Rで、支点間距離200mmの条件として測定し、次式にて曲げ強度を算出した。試験片の数は3個とし、その平均値を求めた。
曲げ強度(MPa)=3FL/2bh2
[ここで、Fは曲げ最大荷重(N)を表し、Lは支点間距離(mm)を表し、bは試験片の幅(mm)を表し、hは試験片の厚み(mm)を表す。]
このようにして曲げ強度の平均値を求め、次の評価基準に基づき、機械強度を評価した。
非常に良好(◎):曲げ強度が0.28MPa以上
良好(○):曲げ強度が0.25MPa以上0.28MPa未満
不良(×):曲げ強度が0.25MPa未満を×
前記<成形サイクルの評価>及び<機械強度の評価>における評価結果に基づいて、次の評価基準によって総合評価した。
非常に良好(◎):両評価とも非常に良好(◎)
良好(○):一方が良好(○)で他方が非常に良好(◎)
不良(×):両方○又は少なくとも一方が不良(×)
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Aを40質量部と原料Bを60質量部としたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Aを50質量部と原料Cを50質量部としたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Aを60質量部と原料Cを40質量部としたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Aを60質量部と原料Bを40質量部としたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Bを50質量部と原料Dを50質量部としたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Aを50質量部と原料Eを50質量部としたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Aを100質量部のみとしたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Bを100質量部のみとしたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Cを100質量部のみとしたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Aを30質量部と原料Bを70質量部としたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Aを20質量部と原料Cを80質量部としたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
ポリスチレン系樹脂原料として、原料Aを50質量部と原料Fを50質量部としたこと以外は、実施例1と同様に行なった。その結果を表1に記す。
一方、重量平均分子量23万の再生ポリスチレンのみを原料とした比較例1は、機械強度が不良となった。
また、重量平均分子量28万の再生ポリスチレンのみを原料とした比較例2は、成形サイクルが不良となった。
また、重量平均分子量31万のバージンポリスチレンのみを原料とした比較例3は、成形サイクルが不良となった。
また、原料Aと原料Bの混合比率を30:70とした比較例4は、機械強度、成形サイクルとの良好(○)であり、総合評価が不良(×)となった。
また、原料Aと原料Cの混合比率を20:80とした比較例5は、成形サイクルが不良となった。
また、原料Aを50質量部、重量平均分子量44万のバージンポリスチレンである原料Fを50質量部とした比較例6は、成形サイクルが不良となった。
Claims (11)
- 重量平均分子量(Mw)26万未満のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、重量平均分子量(Mw)26万以上のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合し、発泡剤を含有させてなる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 重量平均分子量(Mw)10万〜25万のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、重量平均分子量(Mw)27〜40万のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合し、発泡剤を含有させてなる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 重量平均分子量(Mw)15万〜25万のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、重量平均分子量(Mw)27〜40万のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合し、発泡剤を含有させてなる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子中のポリスチレン系樹脂の重量平均分子量(Mw)が20万〜32万の範囲内である請求項1〜3のいずれか1項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 樹脂供給装置内で溶融されたポリスチレン系樹脂に発泡剤を圧入・混練し、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高速回転刃で切断するとともに、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請求項1〜4に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 重量平均分子量(Mw)26万未満のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、重量平均分子量(Mw)26万以上のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合して樹脂供給装置内に供給し該装置内で溶融されたポリスチレン系樹脂に発泡剤を圧入・混練し、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高速回転刃で切断するとともに、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ことを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
- 前記樹脂供給装置内に供給するポリスチレン系樹脂が、重量平均分子量(Mw)10万〜25万のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、重量平均分子量(Mw)27〜40万のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合したものである請求項6に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
- 前記樹脂供給装置内に供給するポリスチレン系樹脂が、重量平均分子量(Mw)15万〜25万のポリスチレン系樹脂35〜65質量部と、重量平均分子量(Mw)27〜40万のポリスチレン系樹脂65〜35質量部とを混合したものである請求項6に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
- 前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子中のポリスチレン系樹脂の重量平均分子量(Mw)が20万〜32万の範囲内である請求項6〜8のいずれか1項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項の記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱し発泡させて得られたポリスチレン系樹脂予備発泡粒子。
- 請求項10に記載のポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティに充填し、加熱して型内発泡成形して得られたポリスチレン系樹脂発泡成形体。
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