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

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 Download PDF

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裕之 樽本
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Abstract

【課題】機械強度に優れた発泡成形体を製造可能であり、かつ型内発泡成形における成形サイクルを短縮化でき、生産性にも優れた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の提供。
【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

本発明は、再生ポリスチレン系樹脂を使用し、短い成形サイクルで型内発泡成形することができ、強度に優れた発泡成形体を得ることが可能な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に関する。
ポリスチレン系樹脂発泡成形体は、家電製品などの梱包用緩衝材、建材用断熱材、魚函、食品トレー、土木工事用材料など各種分野において汎用されている。このポリスチレン系樹脂発泡成形体については、樹脂の再利用が進められている。また、回収したポリスチレン系樹脂発泡成形体から再生された樹脂材料(以下、再生ポリスチレン系樹脂と記す。)を発泡成形体製造用の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造するための技術についても提案されている(例えば、特許文献1,2参照。)。
特許文献1には、スチレン系樹脂を材料とし、とりわけスチレン系樹脂の回収品を材料とし、簡易な方法で気泡を含んでいない良質の発泡性粒子を容易に安価に製造できる方法として、押出機内で溶融されたスチレン系樹脂に発泡剤を圧入し、発泡剤含有の溶融樹脂を押出機の先端に付設された金型の小孔から紐状にして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して発泡を抑制し発泡性粒子とする方法において、(a)発泡剤として沸点が20〜60℃の脂肪族又は環式脂肪族炭化水素を使用し、(b)樹脂が上記金型に入る時の樹脂温度及び樹脂圧力をそれぞれ160℃以下及び20メガパスカル以上とし、(c)上記冷却用液体を常圧下に置くとともに60℃以下の温度に保持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には、(a)スチレン系樹脂回収品を粉砕して粉砕品のロットを作るか、又はその粉砕品を押出機に通して作製したペレットのロットを作り、
(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。
特開2004−115690号公報 特開2007−169408号公報
一般に、再生ポリスチレン系樹脂を材料として得られる発泡成形体は、懸濁重合法やシード重合法によって製造された未使用のポリスチレン系樹脂(以下、バージンポリスチレン系樹脂と記す。)を使用して得られた発泡成形体と比較して、機械強度が劣る傾向にある。一方、バージンポリスチレン系樹脂を材料として型内発泡成形法により発泡成形体を製造する場合、機械強度に優れた発泡成形体を製造可能であるが、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できないという問題がある。
特許文献1の実施例には、再生ポリスチレン系樹脂70質量部に対し、バージンポリスチレン系樹脂30質量部を混合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、機械強度に優れた発泡成形体を製造することが難しかった。
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。
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、機械強度に優れた発泡成形体を製造可能であり、かつ型内発泡成形における成形サイクルを短縮化でき、生産性にも優れた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の提供を目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は、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発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を提供する。
また本発明は、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を提供する。
また本発明は、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を提供する。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、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ことが好ましい。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、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ことが好ましい。
また本発明は、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発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法を提供する。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、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ことが好ましい。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、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ことが好ましい。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、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ことが好ましい。
また本発明は、前記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を提供する。
また本発明は、前記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を提供する。
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構成としたものなので、機械強度に優れた発泡成形体を製造可能であり、かつ型内発泡成形における成形サイクルを短縮化でき、生産性にも優れたものとなる。
本発明のポリスチレン系樹脂発泡成形体の製造方法は、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質量部とを混合した樹脂材料と発泡剤とを用い、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、重量平均分子量が異なる複数種類のポリスチレン系樹脂を均一に混合でき、機械強度に優れた発泡成形体を製造可能であり、かつ型内発泡成形における成形サイクルを短縮化でき、生産性にも優れた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を効率よく製造することができる。
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の製造方法に用いられる製造装置の一例を示す構成図である。
(発泡性ポリスチレン系樹脂粒子)
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。
前記ポリスチレン系樹脂としては、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。
また、ポリスチレン系樹脂が主成分であれば、他の樹脂を添加してもよく、添加する樹脂としては、例えば、発泡成形体の耐衝撃性を向上させるために、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン−非共役ジエン三次元共重合体などのジエン系のゴム状重合体を添加したゴム変性ポリスチレン系樹脂、いわゆるハイインパクトポリスチレンが挙げられる。あるいは、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などが挙げられる。
原料となるポリスチレン系樹脂としては、市販されている通常のポリスチレン系樹脂、懸濁重合法などの方法で新たに作製したポリスチレン系樹脂などの、再生品ではないポリスチレン系樹脂(バージンポリスチレン)を使用できる他、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体を再生処理して得られた再生ポリスチレン系樹脂を使用することができる。この再生ポリスチレン系樹脂としては、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体、例えば、魚箱、家電緩衝材、食品包装用トレーなどを回収し、リモネン溶解方式や加熱減容方式によって再生したポリスチレン系樹脂を用いることができる。また、使用することができる再生ポリスチレン系樹脂は、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体を再生処理して得られたもの以外にも、家電製品(例えば、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、エアコンなど)や事務用機器(例えば、複写機、ファクシミリ、プリンターなど)から分別回収された非発泡のポリスチレン系樹脂成形体を粉砕し、溶融混練してリペレットした再生ポリスチレン系樹脂を用いることができる。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、前述した各種のポリスチレン系樹脂のうち、(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し、このポリスチレン系樹脂に発泡剤を含有させて適当な粒径の樹脂粒子としたものである。
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が前記範囲内であれば、機械強度に優れた発泡成形体を製造可能であり、また型内発泡成形における加熱時間や冷却時間が短縮でき、成形サイクルを短縮化できることから、生産性に優れたものとなる。
(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)10万〜25万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。
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において、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ことが好ましく、21万〜31万の範囲内であることがより好ましく、22万〜30万の範囲内であることがさらに好ましい。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、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ことが好ましい。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に含有させる発泡剤としては、プロパン、n−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン等の脂肪族炭化水素、1,1−ジクロロ−1−フルオロエタン(HCFC−141b)、1,1−ジクロロ−2,2,2−トリフルオロエタン(HCFC−123)、クロロジフルオロメタン(HCFC−22)、1−クロロ−1,2,2,2−テトラフルオロエタン(HCFC−124)等のクロロフルオロカーボン、1,1−ジフルオロエタン(HFC−152a)、1,1,1−トリフルオロエタン(HFC−143a)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)、ジフルオロメタン(HFC−32)等のフルオロカーボン、各種アルコール、二酸化炭素、水、及び窒素などの物理発泡剤が挙げられ、これらの中の1種又は2種以上を併用して使用することができる。これらのうち、特に好ましい発泡剤としては、n−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、イソペンタンが挙げられる。発泡剤の添加量は、ポリスチレン系樹脂100質量部に対して1〜15質量部の範囲とされ、より好ましくは3〜12質量部の範囲とされる。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子には、物性を損なわない範囲内において、タルクなどの発泡核剤、架橋剤、可塑剤、充填剤、難燃剤、難燃助剤、滑剤、着色剤等の添加剤を添加してもよく、又、ジンクステアレート等の粉末状金属石鹸類を前記発泡性スチレン樹脂粒子の表面に塗布しておけば、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の予備発泡工程においてポリスチレン系樹脂予備発泡粒子同士の結合を減少させることができて好ましい。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の粒径は、特に限定されないが、通常は0.5〜3.0mmの範囲が好ましく、0.7〜2.0mmの範囲がより好ましい。また、粒子の形状は、特に限定されないが、球状乃至略球状であることが好ましい。
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構成としたものなので、機械強度に優れた発泡成形体を製造可能であり、かつ型内発泡成形における成形サイクルを短縮化でき、生産性にも優れたものとなる。
(発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法)
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。
図1は、本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法に用いられる製造装置の一例を示す構成図であり、本例の製造装置は、樹脂供給装置としての押出機1と、押出機1の先端に取り付けられた多数の小孔を有するダイ2と、押出機1内に樹脂原料等を投入する原料供給ホッパー3と、押出機1内の溶融樹脂に発泡剤供給口5を通して発泡剤を圧入する高圧ポンプ4と、ダイ2の小孔が穿設された樹脂吐出面に冷却水を接触させるように設けられ、室内に冷却水が循環供給されるカッティング室7と、ダイ2の小孔から押し出された樹脂を切断できるようにカッティング室7内に回転可能に設けられたカッター6と、カッティング室7から冷却水の流れに同伴して運ばれる発泡性樹脂粒子を冷却水と分離すると共に脱水乾燥して発泡性樹脂粒子を得る固液分離機能付き脱水乾燥機10と、固液分離機能付き脱水乾燥機10にて分離された冷却水を溜める水槽8と、この水槽8内の冷却水をカッティング室7に送る高圧ポンプ9と、固液分離機能付き脱水乾燥機10にて脱水乾燥された発泡性樹脂粒子を貯留する貯留容器11とを備えて構成されている。
なお、押出機1としては、スクリュを用いる押出機またはスクリュを用いない押出機のいずれも用いることができる。スクリュを用いる押出機としては、例えば、単軸式押出機、多軸式押出機、ベント式押出機、タンデム式押出機などが挙げられる。スクリュを用いない押出機としては、例えば、プランジャ式押出機、ギアポンプ式押出機などが挙げられる。また、いずれの押出機もスタティックミキサーを用いることができる。これらの押出機のうち、生産性の面からスクリュを用いた押出機が好ましい。また、カッター6を収容したカッティング室7も、樹脂の溶融押出による造粒方法において用いられている従来周知のものを用いることができる。
図1に示す製造装置を用い、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造するには、まず、原料のポリスチレン系樹脂を用意する。
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。
そして、原料の前記ポリスチレン系樹脂、必要に応じて添加される発泡核剤などの所望の添加剤を秤量し、原料供給ホッパー3から押出機1内に投入する。原料のポリスチレン系樹脂は、ペレット状や顆粒状にして事前に良く混合してから1つの原料供給ホッパーから投入してもよいし、あるいは例えば複数のロットを用いる場合は各ロットごとに供給量を調整した複数の原料供給ホッパーから投入し、押出機内でそれらを混合してもよい。また、複数のロットのリサイクル原料を組み合わせて使用する場合には、複数のロットの原料を事前に良く混合し、磁気選別や篩分け、比重選別、送風選別などの適当な選別手段により異物を除去しておくことが好ましい。
押出機1内にポリスチレン系樹脂、発泡核剤、その他の添加剤を供給後、樹脂を加熱溶融し、その溶融樹脂をダイ2側に移送しながら、発泡剤供給口5から高圧ポンプ4によって発泡剤を圧入して溶融樹脂に発泡剤を混合し、押出機1内に必要に応じて設けられる異物除去用のスクリーンを通して、溶融物をさらに混練しながら先端側に移動させ、発泡剤を添加した溶融物を押出機1の先端に付設したダイ2の小孔から押し出す。
ダイ2の小孔が穿設された樹脂吐出面は、室内に冷却水が循環供給されるカッティング室7内に配置され、且つカッティング室7内には、ダイ2の小孔から押し出された樹脂を切断できるようにカッター6が回転可能に設けられている。発泡剤添加済みの溶融物を押出機1の先端に付設したダイ2の小孔から押し出すと、溶融物は粒状に切断され、同時に冷却水と接触して急冷され、発泡が抑えられたまま固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子となる。
形成された発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、カッティング室7から冷却水の流れに同伴して固液分離機能付き脱水乾燥機10に運ばれ、ここで発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を冷却水と分離すると共に脱水乾燥する。乾燥された発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、貯留容器11に貯留される。
本発明のポリスチレン系樹脂発泡成形体の製造方法は、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質量部とを混合した樹脂材料と発泡剤とを用い、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、重量平均分子量が異なる複数種類のポリスチレン系樹脂を均一に混合でき、機械強度に優れた発泡成形体を製造可能であり、かつ型内発泡成形における成形サイクルを短縮化でき、生産性にも優れた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を効率よく製造することができる。
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。
(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)
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/cmの範囲内とし、0.015〜0.050g/cmの範囲内とするのが好ましい。
なお、本発明において予備発泡粒子の嵩密度とは、JIS K6911:1995年「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定されたものをいう。
<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Vcm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/cm)=測定試料の質量(W)/測定試料の体積(V)
<予備発泡粒子の嵩発泡倍数>
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/cm
前記予備発泡粒子は、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、該予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、水蒸気加熱等により加熱して型内発泡成形し、ポリスチレン系樹脂発泡成形体(以下、発泡成形体と記す)を製造する。
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/cmの範囲内とし、0.015〜0.050g/cmの範囲内とするのが好ましい。
なお、本発明において発泡成形体の密度とは、JIS K7122:1999「発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の測定」記載の方法で測定した発泡成形体密度のことである。
<発泡成形体の密度>
50cm以上(半硬質および軟質材料の場合は100cm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/cm)=試験片質量(g)/試験片体積(cm
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。
<発泡成形体の発泡倍数>
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/cm
本発明の発泡成形体は、前述した本発明に係る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱発泡させ、得られた予備発泡粒子を型内発泡成形して得られたものなので、再生ポリスチレン系樹脂を混合した発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であっても機械強度に優れたものとなる。
以下、実施例により本発明の効果を実証するが、以下の実施例は本発明の例示に過ぎず、本発明は実施例の記載に限定されるものではない。
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
[実施例1]
(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。
(発泡成形体の製造)
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/cm(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/cm(発泡倍数50倍)であった。
前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の作製及び発泡成形体の製造において、以下の通り<重量平均分子量の測定>、<成形サイクルの評価>、<機械強度の評価>及び<総合評価>を行った。その結果を表1に記す。
<重量平均分子量の測定>
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。
<成形サイクルの評価>
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
<機械強度の評価>
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/2bh
[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×
<総合評価>
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(×)
[実施例2]
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。
[実施例3]
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。
[実施例4]
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。
[実施例5]
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。
[実施例6]
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。
[実施例7]
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。
[比較例1]
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。
[比較例2]
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。
[比較例3]
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。
[比較例4]
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。
[比較例5]
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。
[比較例6]
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。
Figure 2012201688
表1の結果より、本発明に係る実施例1〜7で作製した発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、再生ポリスチレンを原料に混合した場合でも、機械強度に優れた発泡成形体を製造可能であり、かつ型内発泡成形における成形サイクルを短縮化でき、生産性にも優れていた。
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。
本発明は、再生ポリスチレン系樹脂を使用し、短い成形サイクルで型内発泡成形することができ、強度に優れた発泡成形体を得ることが可能な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に関する。この発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を用いて得られたポリスチレン系樹脂発泡成形体は、緩衝材、容器、断熱材などの用途に使用される。
1…押出機(樹脂供給装置)、2…ダイ、3…原料供給ホッパー、4…高圧ポンプ、5…発泡剤供給口、6…カッター、7…カッティング室、8…水槽、9…高圧ポンプ、10…固液分離機能付き脱水乾燥機、11…貯留容器。

Claims (11)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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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