JP2013060514A - ポリエチレン系樹脂発泡粒子、ポリエチレン系樹脂発泡成形体及びポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法 - Google Patents
ポリエチレン系樹脂発泡粒子、ポリエチレン系樹脂発泡成形体及びポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】環境問題及び化石燃料資源の枯渇の解決に貢献可能なポリエチレン系樹脂発泡粒子、ポリエチレン系樹脂発泡成形体及びポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】ポリエチレン系樹脂発泡粒子は、ＡＳＴＭ Ｄ ６８６６により測定された植物度が８０％以上の植物由来ポリエチレン系樹脂を含み、植物度が１％以上である。ポリエチレン系樹脂発泡粒子は、このポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて発泡成形させて得られる。ポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法は、ＡＳＴＭ Ｄ ６８６６により測定された植物度が８０％以上の植物由来ポリエチレン系樹脂を押出機に供給して発泡剤の存在下にて溶融混練する工程と、押出機から押出し発泡させて押出物を形成し、押出物を粒子状に切断する工程とを備える。
【選択図】なし
【解決手段】ポリエチレン系樹脂発泡粒子は、ＡＳＴＭ Ｄ ６８６６により測定された植物度が８０％以上の植物由来ポリエチレン系樹脂を含み、植物度が１％以上である。ポリエチレン系樹脂発泡粒子は、このポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて発泡成形させて得られる。ポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法は、ＡＳＴＭ Ｄ ６８６６により測定された植物度が８０％以上の植物由来ポリエチレン系樹脂を押出機に供給して発泡剤の存在下にて溶融混練する工程と、押出機から押出し発泡させて押出物を形成し、押出物を粒子状に切断する工程とを備える。
【選択図】なし
Description
本発明は、ポリエチレン系樹脂発泡粒子及びその製造方法に関する。
従来、発泡成形体を得るために、石油由来ポリエチレン系樹脂を含むポリエチレン系樹脂発泡粒子が用いられていた（例えば特許文献１、２）。
しかしながら、近年、大気中の二酸化炭素の増加に対する環境問題、及び、化石燃料資源の枯渇への危惧が生じてきている。このため、この種の問題解決に貢献できるポリエチレン系樹脂発泡粒子、ポリエチレン系樹脂発泡成形体及びポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法の実現が要望されている。
本発明は、上記問題点に鑑み、環境問題及び化石燃料資源の枯渇の解決に貢献可能なポリエチレン系樹脂発泡粒子、ポリエチレン系樹脂発泡成形体及びポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法を提供することを課題とする。
本発明者は、上記課題に鑑みて、ポリエチレン系樹脂発泡粒子において植物由来のポリエチレン系樹脂を用いることに着目し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明のポリエチレン系樹脂発泡粒子は、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会：American Society for Testing and Materials） Ｄ ６８６６により測定された植物度が８０％以上の植物由来ポリエチレン系樹脂を含み、植物度が１％以上である。
本発明者が鋭意研究した結果、植物由来のポリエチレン系樹脂を含むポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて発泡成形体を作製しても、従来の化石燃料資源由来のポリエチレン系樹脂を含むポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて作製した発泡成形体と同等の性能を有することを見出した。このため、本発明の植物由来のポリエチレン系樹脂を含み、植物度が１％以上であるポリエチレン系樹脂発泡粒子は、化石燃料資源由来のポリエチレン系樹脂を含むポリエチレン系樹脂発泡粒子の代替となり得る。したがって、本発明は、環境問題及び化石燃料資源の枯渇の解決に貢献可能なポリエチレン系樹脂発泡粒子を提供することができる。
上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子において、植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対して、１０００質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂をさらに含んでいてもよい。
本発明のポリエチレン系樹脂発泡粒子が上記範囲内の含有量の石油由来ポリエチレン系樹脂をさらに含んでいても、植物度が１％以上のポリエチレン系樹脂発泡粒子を提供することができる。また、高溶融張力の石油由来ポリエチレン系樹脂を含むことにより、溶融張力を向上させ、発泡性を向上することができる。
上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子が石油由来ポリエチレンを含む場合には、石油由来ポリエチレン系樹脂は、０．９４０ｇ／ｃｍ3以上の密度を有し、かつ０．１５ｇ／１０分以上１０ｇ／１０分以下のメルトフロートを有し、かつ０．６ｃＮ以上７．０ｃＮ以下の溶融張力を有することが好ましい。
これにより、ポリエチレン系樹脂発泡粒子の発泡性を向上することができるので、高倍の発泡成形体を作製することができる。
上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子において好ましくは、連続気泡率が８０％以下である。
これにより、ポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて発泡成形体を作製する際に、成型時の予備発泡粒子の２次発泡性を向上させることができ、成型性を向上することができる。
本発明の発泡成形体は、上記いずれかのポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて発泡成形させて得られる。
本発明のポリエチレン系樹脂発泡成形体によれば、植物由来ポリエチレン系樹脂を含むので、環境問題及び化石燃料資源の枯渇の解決に貢献可能な発泡成形体を提供することができる。
本発明のポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法は、上記いずれかのポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法であって、上記植物由来ポリエチレン系樹脂を押出機に供給して発泡剤の存在下にて溶融混練する工程と、該押出機から押出し発泡させて押出物を形成し、該押出物を粒子状に切断する工程とを備える。
本発明のポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法によれば、植物度が８０％以上の植物由来のポリエチレン系樹脂を用いてポリエチレン系樹脂発泡粒子を製造している。上述したように、植物由来のポリエチレン系樹脂は、化石燃料資源由来のポリエチレン系樹脂の代替となり得ることを本発明者は見出した。したがって、本発明は、環境問題及び化石燃料資源の枯渇の解決に貢献可能なポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法を提供することができる。
上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法において好ましくは、上記切断する工程は、上記押出機の前端に取り付けたノズル金型から上記押出物を押出し、該押出物を発泡させながら、該ノズル金型の前端面に接触しながら回転する回転刃によって該押出物を切断することで発泡粒子を得、該発泡粒子を切断応力によって飛散させる工程を含み、該発泡粒子を該ノズル金型前方に配置した冷却部材に衝突させて冷却する工程をさらに備える。
これにより、真球に近い形状を有する予備発泡粒子を得ることができ、その後の成型工程での成型金型への予備発泡粒子の充填性が向上する。
以上説明したように、本発明によれば、植物由来ポリエチレン系樹脂を含むので、環境問題及び化石燃料資源の枯渇の解決に貢献可能なポリエチレン系樹脂発泡粒子、ポリエチレン系樹脂発泡成形体及びポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態のポリエチレン系樹脂発泡粒子は、ＡＳＴＭ Ｄ ６８６６により測定された植物度が８０％以上の植物由来ポリエチレン系樹脂を含む。植物度が８０％以上の場合、石油由来などの化石燃料資源由来ポリエチレン系樹脂を低減できるので、化石燃料資源の使用量を低減でき、環境問題及び化石燃料資源の枯渇の解決に貢献可能である。
本実施の形態のポリエチレン系樹脂発泡粒子は、ＡＳＴＭ Ｄ ６８６６により測定された植物度が８０％以上の植物由来ポリエチレン系樹脂を含む。植物度が８０％以上の場合、石油由来などの化石燃料資源由来ポリエチレン系樹脂を低減できるので、化石燃料資源の使用量を低減でき、環境問題及び化石燃料資源の枯渇の解決に貢献可能である。
植物由来ポリエチレン系樹脂は、植物度が８０％以上であれば特に限定されず、例えばブラスケン社製の商品名「ＳＨＣ７２６０」、「ＳＨＤ７２５５ＬＳＬ」、「ＳＬＨ２１８」、「ＳＬＬ１１８」などを用いることができる。
ポリエチレン系樹脂発泡粒子は、植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対して、１０００質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂をさらに含んでいてもよい。この場合には、植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対して、８５０質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂を含んでいることがより好ましく、２１５質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂を含んでいることがより一層好ましい。１０００質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂を含んでいても、植物度が１％以上のポリエチレン系樹脂発泡粒子を実現できるとともに、溶融張力を向上することができる。８５０質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂を含んでいる場合には、溶融張力を向上できると共に、高い植物度を維持できる。２１５質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂を含んでいる場合には、溶融張力を向上できると共に、植物度をより高めることができる。一方、石油由来ポリエチレン系樹脂を含んでいる場合には、石油由来ポリエチレン系樹脂による溶融張力を向上する効果が期待できる。なお、この場合には、石油由来ポリエチレン系樹脂は、例えば、植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対して５０質量部含まれる。
植物由来ポリエチレン系樹脂及び石油由来ポリエチレン系樹脂としては、エチレンの単独重合体、エチレンとα−オレフィン単量体との共重合体、エチレンと官能基に炭素、酸素、及び水素原子だけを持つ非オレフィン単量体との共重合体が挙げられ、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
植物由来ポリエチレン系樹脂は、低密度ポリエチレン系樹脂（ＬＤＰＥ：密度 ０．９１０〜０．９４０ｇ／ｃｍ3）、高密度ポリエチレン系樹脂（ＨＤＰＥ：密度 ０．９４０〜０．９７０ｇ／ｃｍ3）などであってもよい。耐衝撃性が必要な用途には、直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂であることが好ましい。直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂を用いて発泡成形体を作製すると、高い耐衝撃性を発揮することができる。また、低摩擦抵抗が必要な用途には、高密度ポリエチレン系樹脂であることが好ましい。高密度ポリエチレン系樹脂を用いて発泡成形体を作製すると、低い摩擦抵抗を発揮することができる。この観点から、密度０．９４５ｇ／ｃｍ3以上の低圧法で重合された高密度ポリエチレンであることが好ましい。
なお、石油由来ポリエチレン系樹脂は、種々のグレードの中から１種または複数種が任意に選択され得る。
植物由来ポリエチレン系樹脂は、０．９５ｇ／ｃｍ3以上０．９７ｇ／ｃｍ3以下の密度を有していることが好ましい。石油由来ポリエチレン系樹脂は、０．９４ｇ／ｃｍ3以上０．９７ｇ／ｃｍ3以下の密度を有していることが好ましい。植物由来ポリエチレン系樹脂及び石油由来ポリエチレン系樹脂の密度が上記範囲内であると、発泡成形体の耐熱性を向上できる。
ここで、上記「ポリエチレン系樹脂の密度」は、ＪＩＳ Ｋ７１１２：１９９９「プラスチック−非発泡プラスチックの密度及び比重の測定方法」にて規定されたＡ法（水中置換法）を用いて測定される値である。
植物由来ポリエチレン系樹脂の１９０℃における溶融張力は、０．６ｃＮ以上２．０ｃＮ以下であることが好ましい。また石油由来ポリエチレン系樹脂の１９０℃における溶融張力）は、０．６ｃＮ以上７．０ｃＮ以下であることが好ましい。これにより、破泡や連続気泡化が起こりにくくなり、独立気泡の多い良質な発泡体を得ることができる。石油由来ポリエチレン系樹脂の溶融張力が０．６ｃＮ以上では、破泡や連続気泡化を抑制できる。石油由来ポリエチレン系樹脂の溶融張力が７ｃＮ以下では、発泡を促進できる。
ここで、上記「ポリエチレン系樹脂の溶融張力」は、原料として使用するポリエチレン系樹脂の樹脂ペレットを垂直方向に配された内径１５ｍｍのシリンダー内に収容させて、１９０℃の温度で５分間加熱して溶融させた後に、シリンダーの上部からピストンを挿入して、該ピストンで押出し速度が０．０７７３ｍｍ/ｓ（一定）となるようにしてシリンダーの下端に設けたキャピラリー（ダイ径：２．０９５ｍｍ、ダイ長さ：８ｍｍ、流入角度：９０度（コニカル））から溶融樹脂を紐状に押出させ、この紐状物を、上記キャピラリーの下方に配置した張力検出プーリーに通過させた後、巻き取りロールを用いて巻き取らせることで測定することができ、巻取り初めの初速を４ｍｍ/ｓとし、その後の加速を１２ｍｍ/ｓ2として徐々に巻取り速度を速め、張力検出プーリーによって観察される張力が急激に低下した時の巻取り速度を“破断点速度”として決定し、この“破断点速度”が観察されるまでの最大張力である。
植物由来ポリエチレン系樹脂及び石油由来ポリエチレン系樹脂の１９０℃、２．１６ｋｇｆ荷重時のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、０．１５ｇ／１０分以上１０ｇ／１０分以下であることが好ましい。ＭＦＲが０．１５ｇ／１０分以上では、溶融流れを良好にできるので押出が容易になり、加工性が優れる。ＭＦＲが１０ｇ／１０分以下では、破泡を抑制でき、また耐熱性の高い発泡成形体を得ることができる。
ここで、上記「ポリエチレン系樹脂のメルトフローレート」は、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準拠し、１９０℃、２．１６ｋｇｆ荷重にて測定される値である。
ポリエチレン系樹脂発泡粒子は、１％以上の植物度を有し、好ましくは１０％以上の植物度を有し、より好ましくは２５％以上の植物度を有する。１％以上の場合、社団法人日本有機資源協会によりバイオマスマーク商品として認定され、２５％以上の場合、日本バイオプラスチック協会(ＪＢＰＡ)によりバイオマス由来のプラスチック製品（バイオマスプラ）として認定される。
ポリエチレン系樹脂発泡粒子の連続気泡率は、８０％以下であることが好ましい。連続気泡率が８０％以下であると、発泡成形体を作製する際に、成型時の予備発泡粒子の２次発泡性を向上させることができ、成型性を向上することができる。
ここで、上記「ポリエチレン系樹脂発泡粒子の連続気泡率」は、ポリエチレン系樹脂発泡粒子の空気中及び水中の重量及び体積をそれぞれ測定し、これらの測定値に基づいて算出されたものである。
ポリエチレン系樹脂発泡粒子が石油由来ポリエチレン系樹脂を含む場合には、石油由来ポリエチレン系樹脂は、植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対して、１０００質量部以下含まれ、かつ０．９４０ｇ／ｃｍ3以上の密度を有し、かつ０．１５ｇ／１０分以上１０ｇ／１０分以下のメルトフロートを有し、かつ０．６ｃＮ以上７．０ｃＮ以下の溶融張力を有することが好ましい。高い溶融張力の石油由来ポリエチレンを配合した場合、ポリエチレン系樹脂発泡粒子の発泡性を向上することができるので、高倍の発泡成形体を作製することができるため好ましい。
続いて、本実施の形態におけるポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法について説明する。
始めに、本実施の形態におけるポリエチレン系樹脂発泡樹脂の製造方法に使用可能な製造装置について図１及び図２を参照して説明する。
始めに、本実施の形態におけるポリエチレン系樹脂発泡樹脂の製造方法に使用可能な製造装置について図１及び図２を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、製造装置は、ノズル金型１と、ノズル金型１の前端面１ａに配置された回転軸２と、回転軸２に接続された駆動部材３と、ノズル金型１の前端部及び回転軸２を収容する冷却部材４と、回転軸２の後端部の外周面に配置された回転刃５とを備えている。
図１に示すように、ノズル金型１は、押出機の前端に取り付けられ、ポリエチレン系樹脂発泡粒子を押出発泡する。ノズル金型１の前端面１ａには、図２に示すように、ノズルの出口部１１が複数個、同一仮想円Ａ上に等間隔毎に形成されている。なお、押出機の前端に取り付けるノズル金型は、ノズル内においてポリエチレン系樹脂発泡粒子が発泡しなければ、特に限定されない。
ノズル金型１の前端面１ａにおけるノズルの出口部１１で囲まれた部分には、回転軸２が前方に向かって突出した状態に配設されており、この回転軸２は、冷却部材４を構成する冷却ドラム４１の前部４１ａを貫通してモータなどの駆動部材３に連結されている。
上記回転軸２の後端部の外周面には一枚又は複数枚の回転刃５が一体的に設けられており、全ての回転刃５は、その回転時には、ノズル金型１の前端面１ａに常時、接触した状態となる。なお、回転軸２に複数枚の回転刃５が一体的に設けられている場合には、複数枚の回転刃５は回転軸２の周方向に等間隔毎に配列されている。また、図２では、一例として、４個の回転刃５を回転軸２の外周面に一体的に設けた場合を示しているが、特にこれに限定されない。
回転軸２が回転することによって回転刃５は、ノズル金型１の前端面１ａに常時、接触しながら、ノズルの出口部１１が形成されている仮想円Ａ上を移動し、ノズルの出口部１１から押出されたポリエチレン系樹脂発泡粒子を順次、連続的に切断可能なように構成されている。
ノズル金型１の少なくとも前端部と、回転軸２とを包囲するように冷却部材４が配設されている。この冷却部材４は、ノズル金型１よりも径が大きい正面円形状の前部４１ａと、この前部４１ａの外周縁から後方に向かって延設された円筒状の周壁部４１ｂとを有する有底円筒状の冷却ドラム４１とを含んでいる。
冷却部材４を形成する材料としては、金属、合成樹脂、木などが挙げられるが、加工性、耐久性、寸法精度を考慮すると、金属が好ましい。金属のなかでも加工性や性能を考慮すると鉄及びアルミニウムがより好ましい。
冷却ドラム４１の周壁部４１ｂにおけるノズル金型１の外方に対応する部分には、冷却液４２を供給するための供給口４１ｃが内外周面間に亘って貫通した状態に形成されている。冷却ドラム４１の供給口４１ｃの外側開口部には冷却液４２を冷却ドラム４１内に供給するための供給管４１ｄが接続されている。
冷却液４２は、供給管４１ｄを通じて、冷却ドラム４１の周壁部４１ｂの内周面に沿って斜め前方に向かって供給されるように構成されている。冷却液４２は、供給管４１ｄから冷却ドラム４１の周壁部４１ｂの内周面に供給される際の流速に伴う遠心力によって、冷却ドラム４１の周壁部４１ｂ内周面に沿って螺旋状を描くように前方に向かって進む。そして、冷却液４２は、周壁部４１ｂの内周面に沿って進行中に、徐々に進行方向に直交する方向に広がり、その結果、冷却ドラム４１の供給口４１ｃより前方の周壁部４１ｂの内周面は冷却液４２によって全面的に被覆された状態となるように構成されている。
なお、冷却液４２としては、ポリエチレン系樹脂発泡粒子を冷却することができれば、特に限定されず、例えば、水、アルコールなどが挙げられるが、使用後の処理を考慮すると、水が好ましい。
冷却ドラム４１の周壁部４１ｂの前端部下面には、その内外周面間に亘って貫通した状態に排出口４１ｅが形成されており、この排出口４１ｅの外側開口部には排出管４１ｆが接続されており、ポリエチレン系樹脂発泡粒子及び冷却液４２を連続的に排出できるように構成されている。
続いて、上述した製造装置を用いて、本実施の形態のポリエチレン系樹脂発泡粒子を製造する方法について説明する。
まず、ＡＳＴＭ Ｄ ６８６６により測定された植物度が８０％以上の植物由来ポリエチレン系樹脂を押出機に供給して発泡剤の存在下にて溶融混練する。この時、石油由来ポリエチレン系樹脂をさらに添加してもよい。石油由来ポリエチレン系樹脂をさらに添加する場合には、石油由来ポリエチレン系樹脂は、植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対して１０００質量部以下であることが好ましく、８５０質量部以下であることがより好ましい。
上記工程において、１９０℃での溶融張力が０．６ｃＮ以上２．０ｃＮ以下である植物由来ポリエチレン系樹脂を用いることが好ましい。この場合、ポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて成形体を作製する際に、発泡粒子の気泡膜の破れを抑制することができ、成型性を向上させることができる。
なお、必要に応じて、植物由来ポリエチレン系樹脂と併せて気泡調整剤等の添加物を押出機に供給してもよい。
上記工程において、１９０℃での溶融張力が０．６ｃＮ以上２．０ｃＮ以下である植物由来ポリエチレン系樹脂を用いることが好ましい。この場合、ポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて成形体を作製する際に、発泡粒子の気泡膜の破れを抑制することができ、成型性を向上させることができる。
なお、必要に応じて、植物由来ポリエチレン系樹脂と併せて気泡調整剤等の添加物を押出機に供給してもよい。
次に、押出機に発泡剤を圧入する。
次に、押出機の先端部において溶融状態のポリエチレン系樹脂発泡粒子となるべき溶融物を冷却した後、図１及び図２に示すように、押出機の前端に取り付けたマルチノズル金型１の各ノズルから押出物を押出発泡する。
次に、押出機の先端部において溶融状態のポリエチレン系樹脂発泡粒子となるべき溶融物を冷却した後、図１及び図２に示すように、押出機の前端に取り付けたマルチノズル金型１の各ノズルから押出物を押出発泡する。
次に、マルチノズル金型１の前端面１ａに配設した回転刃５を例えば２０００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下の回転数で回転させて、マルチノズル金型１の各ノズルの出口部１１から押出発泡された押出物を、マルチノズル金型１の前端面１ａに接触しながら回転する回転刃５によって粒子状に切断することで、発泡粒子が得られる。マルチノズル金型１の回転数は、５００ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下であることが好ましい。
なお、押出物は、マルチノズル金型１のノズルから押出された直後の未発泡部と、この未発泡部に連続する発泡途上の発泡部とからなる。押出物は、ノズルの出口部１１の開口端において切断され、押出物の切断は未発泡部において行われる。
なお、押出物は、マルチノズル金型１のノズルから押出された直後の未発泡部と、この未発泡部に連続する発泡途上の発泡部とからなる。押出物は、ノズルの出口部１１の開口端において切断され、押出物の切断は未発泡部において行われる。
この発泡粒子は、回転刃５による切断応力によって外方または前方に向かって飛ばされ、冷却部材４の冷却ドラム４１の内面に沿って流れている冷却液４２に衝突して冷却される。
冷却されたポリエチレン系樹脂発泡粒子は、冷却ドラム４１の排出口４１ｅを通じて冷却液４２と共に排出された後、脱水機にて冷却液４２と分離される。これにより、本実施の形態のポリエチレン系樹脂発泡粒子を製造できる。
本実施の形態におけるポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法によれば、発泡剤と植物由来ポリエチレン系樹脂とを溶融混練しながら押出し発泡することで、植物由来ポリエチレン系樹脂が発泡に適していない樹脂（例えば高密度ポリエチレン樹脂）であっても、容易に押出発泡することが可能となる。また、押出しで得られた押出物をペレタイザーなどを用いて裁断することで、小粒のポリエチレン系樹脂発泡粒子を製造することが可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態の発泡成形体は、実施の形態１のポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて発泡成形させて得られる。
本実施の形態の発泡成形体は、実施の形態１のポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて発泡成形させて得られる。
本実施の形態における発泡成形体の製造方法は、実施の形態１のポリエチレン系樹脂発泡粒子を製造する工程と、このポリエチレン系樹脂発泡粒子を金型内に供給し、ポリエチレン系樹脂発泡粒子を発泡成形する工程とを備える。
次に、実施例１〜７及び比較例１〜３を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。
実施例１〜７及び比較例１〜３中の各種値の測定方法を以下に記載する。
実施例１〜７及び比較例１〜３中の各種値の測定方法を以下に記載する。
（ポリエチレン系樹脂及び発泡粒子の植物度）
ポリエチレン系樹脂及び発泡粒子の植物度（バイオマス度）は、ＡＳＴＭ Ｄ６８６６ により測定した。
ポリエチレン系樹脂及び発泡粒子の植物度（バイオマス度）は、ＡＳＴＭ Ｄ６８６６ により測定した。
（ポリエチレン系樹脂の密度）
ポリエチレン系樹脂の密度は、ＪＩＳ Ｋ７１１２：１９９９「プラスチック−非発泡プラスチックの密度及び比重の測定方法」にて規定されたＡ法（水中置換法）により測定した。
ポリエチレン系樹脂の密度は、ＪＩＳ Ｋ７１１２：１９９９「プラスチック−非発泡プラスチックの密度及び比重の測定方法」にて規定されたＡ法（水中置換法）により測定した。
（ポリエチレン系樹脂のメルトフローレート）
ポリエチレン系樹脂のメルトフローレートは、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準拠し、１９０℃、２．１６ｋｇｆ荷重にて測定した。
ポリエチレン系樹脂のメルトフローレートは、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準拠し、１９０℃、２．１６ｋｇｆ荷重にて測定した。
（ポリエチレン系樹脂の溶融張力）
ポリエチレン系樹脂の溶融張力は、原料として使用するポリエチレン系樹脂の樹脂ペレットを垂直方向に配された内径１５ｍｍのシリンダー内に収容させて、１９０℃の温度で５分間加熱して溶融させた後に、シリンダーの上部からピストンを挿入して、該ピストンで押出し速度が０．０７７３ｍｍ/ｓ（一定）となるようにしてシリンダーの下端に設けたキャピラリー（ダイ径：２．０９５ｍｍ、ダイ長さ：８ｍｍ、流入角度：９０度（コニカル））から溶融樹脂を紐状に押出させ、この紐状物を、上記キャピラリーの下方に配置した張力検出プーリーに通過させた後、巻き取りロールを用いて巻き取らせることで測定することができ、巻取り初めの初速を４ｍｍ/ｓとし、その後の加速を１２ｍｍ/ｓ2として徐々に巻取り速度を速め、張力検出プーリーによって観察される張力が急激に低下した時の巻取り速度を“破断点速度”として決定し、この“破断点速度”が観察されるまでの最大張力とした。
ポリエチレン系樹脂の溶融張力は、原料として使用するポリエチレン系樹脂の樹脂ペレットを垂直方向に配された内径１５ｍｍのシリンダー内に収容させて、１９０℃の温度で５分間加熱して溶融させた後に、シリンダーの上部からピストンを挿入して、該ピストンで押出し速度が０．０７７３ｍｍ/ｓ（一定）となるようにしてシリンダーの下端に設けたキャピラリー（ダイ径：２．０９５ｍｍ、ダイ長さ：８ｍｍ、流入角度：９０度（コニカル））から溶融樹脂を紐状に押出させ、この紐状物を、上記キャピラリーの下方に配置した張力検出プーリーに通過させた後、巻き取りロールを用いて巻き取らせることで測定することができ、巻取り初めの初速を４ｍｍ/ｓとし、その後の加速を１２ｍｍ/ｓ2として徐々に巻取り速度を速め、張力検出プーリーによって観察される張力が急激に低下した時の巻取り速度を“破断点速度”として決定し、この“破断点速度”が観察されるまでの最大張力とした。
（発泡粒子の嵩密度）
ＪＩＳ Ｋ ６９１１：１９９５「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定した。具体的には、見かけ密度測定器により予備発泡粒子をメスシリンダー内に自然落下させ、その重量を測定し、下記の式により算出した。
嵩密度（ｋｇ／ｍ3）＝重量（ｋｇ）／メスシリンダー内の粒子容積（ｍ3）
ＪＩＳ Ｋ ６９１１：１９９５「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定した。具体的には、見かけ密度測定器により予備発泡粒子をメスシリンダー内に自然落下させ、その重量を測定し、下記の式により算出した。
嵩密度（ｋｇ／ｍ3）＝重量（ｋｇ）／メスシリンダー内の粒子容積（ｍ3）
（発泡粒子の連続気泡率）
先ず、体積測定空気比較式比重計の試料カップを用意し、この試料カップの８０％程度を満たす量のポリエチレン系樹脂発泡粒子の全重量Ａ（ｇ）を測定した。次に、上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子全体の体積Ｂ（ｃｍ3）を比重計を用いて１−１／２−１気圧法により測定した。なお、体積測定空気比較式比重計は、東京サイエンス社から商品名「１０００型」を用いた。
続いて、金網製の容器を用意し、この金網製の容器を水中に浸漬し、この水中に浸漬した状態における金網製の容器の重量Ｃ（ｇ）を測定した。次に、この金網製の容器内に上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子を全量入れた上で、この金網製の容器を水中に浸漬し、水中に浸漬した状態における金網製の容器とこの金網製容器に入れたポリエチレン系樹脂発泡粒子の全量とを併せた重量Ｄ（ｇ）を測定した。
そして、下記式に基づいてポリエチレン系樹脂発泡粒子の見掛け体積Ｅ（ｃｍ3）を算出し、この見掛け体積Ｅと上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子全体の体積Ｂ（ｃｍ3）に基づいて下記式によりポリエチレン系樹脂発泡粒子の連続気泡率を算出した。なお、水１ｇの体積を１ｃｍ3 とした。
Ｅ＝Ａ＋（Ｃ−Ｄ）
連続気泡率（％）＝１００×（Ｅ−Ｂ）／Ｅ
先ず、体積測定空気比較式比重計の試料カップを用意し、この試料カップの８０％程度を満たす量のポリエチレン系樹脂発泡粒子の全重量Ａ（ｇ）を測定した。次に、上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子全体の体積Ｂ（ｃｍ3）を比重計を用いて１−１／２−１気圧法により測定した。なお、体積測定空気比較式比重計は、東京サイエンス社から商品名「１０００型」を用いた。
続いて、金網製の容器を用意し、この金網製の容器を水中に浸漬し、この水中に浸漬した状態における金網製の容器の重量Ｃ（ｇ）を測定した。次に、この金網製の容器内に上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子を全量入れた上で、この金網製の容器を水中に浸漬し、水中に浸漬した状態における金網製の容器とこの金網製容器に入れたポリエチレン系樹脂発泡粒子の全量とを併せた重量Ｄ（ｇ）を測定した。
そして、下記式に基づいてポリエチレン系樹脂発泡粒子の見掛け体積Ｅ（ｃｍ3）を算出し、この見掛け体積Ｅと上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子全体の体積Ｂ（ｃｍ3）に基づいて下記式によりポリエチレン系樹脂発泡粒子の連続気泡率を算出した。なお、水１ｇの体積を１ｃｍ3 とした。
Ｅ＝Ａ＋（Ｃ−Ｄ）
連続気泡率（％）＝１００×（Ｅ−Ｂ）／Ｅ
（発泡成形体の外観）
得られたポリエチレン系樹脂発泡成形体の外観を目視観察して下記の基準に基づいて評価した。
○・・・金型寸法収縮や表面ムラ少なく発泡成形体の作製が可能であった
△・・・発泡成形体の作製は可能だが金型収縮や表面にムラが見られた。
×・・・発泡成形体の作製が困難であった
得られたポリエチレン系樹脂発泡成形体の外観を目視観察して下記の基準に基づいて評価した。
○・・・金型寸法収縮や表面ムラ少なく発泡成形体の作製が可能であった
△・・・発泡成形体の作製は可能だが金型収縮や表面にムラが見られた。
×・・・発泡成形体の作製が困難であった
（実施例１〜７及び比較例１〜３のポリエチレン系樹脂の物性値）
実施例１〜７及び比較例１〜３で用いたポリエチレン系樹脂について、上記測定方法により測定された物性値を以下に記載する。
実施例１〜７及び比較例１〜３で用いたポリエチレン系樹脂について、上記測定方法により測定された物性値を以下に記載する。
（実施例１）
先ず、植物由来ポリエチレン系樹脂としての植物由来高密度ポリエチレン（ブラスケン社製 商品名「ＳＣＨ７２６ 」）１００質量部及び気泡調整剤として重曹クエン酸系の化学発泡剤（大日精化社製 ファインセルマスター商品名「ＰＯ２１７Ｋ」）１．０質量部を口径が６５ｍｍの単軸押出機に供給して溶融混練した。なお、単軸押出機内において、植物由来高密度ポリエチレンを始めは１７０℃にて溶融混練した後に２２０℃まで昇温させながら溶融混練した。
先ず、植物由来ポリエチレン系樹脂としての植物由来高密度ポリエチレン（ブラスケン社製 商品名「ＳＣＨ７２６ 」）１００質量部及び気泡調整剤として重曹クエン酸系の化学発泡剤（大日精化社製 ファインセルマスター商品名「ＰＯ２１７Ｋ」）１．０質量部を口径が６５ｍｍの単軸押出機に供給して溶融混練した。なお、単軸押出機内において、植物由来高密度ポリエチレンを始めは１７０℃にて溶融混練した後に２２０℃まで昇温させながら溶融混練した。
続いて、単軸押出機の途中から、イソブタン３５質量％及びノルマルブタン６５質量％からなるブタンをポリエチレン系樹脂１００質量部に対して５質量部となるように溶融状態のポリエチレン系樹脂発泡粒子に圧入して、ポリエチレン系樹脂中に均一に分散させた。
その後、押出機の先端部において、溶融状態の溶融物を１５０℃に冷却した後、図１及び図２に示すように、単軸押出機の前端に取り付けたマルチノズル金型１の各ノズルから剪断速度４７５０ｓｅｃ-1で押出物を押出発泡させた。マルチノズル金型１の温度は１５０℃に維持されていた。
なお、マルチノズル金型１は、出口部１１の直径が１．０ｍｍのノズルを２０個有しており、ノズルの出口部１１は全て、マルチノズル金型１の前端面１ａに想定した、直径が１３９．５ｍｍの仮想円Ａ上に等間隔毎に配設されていた。
そして、回転軸２の後端部外周面には、四枚の回転刃５が回転軸２の周方向に等間隔毎に一体的に設けられており、各回転刃５はマルチノズル金型１の前端面１ａに常時、接触した状態で仮想円Ａ上を移動するように構成されていた。
さらに、冷却部材４は、正面円形状の前部４１ａと、この前部４１ａの外周縁から後方に向かって延設され且つ内径が３１５ｍｍの円筒状の周壁部４１ｂとからなる冷却ドラム４１を備えていた。そして、供給管４１ｄ及びドラム４１の供給口４１ｃを通じて冷却ドラム４１内に冷却液４２が供給されており、周壁部４１ｂの内面全面には、この内面に沿って２５℃の冷却液４２が前方に向かって螺旋状に流れていた。
そして、マルチノズル金型１の前端面１ａに配設した回転刃５を３０００ｒｐｍの回転数で回転させて、マルチノズル金型１の各ノズルの出口部１１から押出発泡されたポリエチレン系樹脂押出物を回転刃５によって切断して略球状のポリエチレン系樹脂発泡粒子を得た。ポリエチレン系樹脂押出物は、マルチノズル金型１のノズルから押出された直後の未発泡部と、この未発泡部に連続する発泡途上の発泡部とからなっていた。そして、ポリエチレン系樹脂押出物は、ノズルの出口部１１の開口端において切断されており、ポリエチレン系樹脂押出物の切断は未発泡部において行われていた。
このポリエチレン系樹脂発泡粒子は、回転刃５による切断応力によって外方或いは前方に向かって飛ばされ、冷却部材４の冷却ドラム４１の内面に沿って流れている冷却液４２に衝突して直ちに冷却された。
冷却されたポリエチレン系樹脂発泡粒子は、冷却ドラム４１の排出口４１ｅを通じて冷却液４２と共に排出された後、脱水機にて冷却液４２と分離された。得られたポリエチレン系樹脂発泡粒子は、その粒径が２．２〜２．６ｍｍであり、嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ3であった。また連続気泡率は７０％であり、ＡＳＴＭ Ｄ６８６６によりバイオマス度（植物度）を測定したところ９４％であった。
次に、上記ポリエチレン系樹脂発泡粒子を密閉容器内に入れ、この密閉容器内に二酸化炭素を０．５ＭＰａの圧力にて圧入して２０℃にて２４時間に亘って放置してポリエチレン系樹脂発泡粒子に二酸化炭素を含浸させた後、圧力容器から取り出し即座に、金型に投入し２．５ｋｆ／ｃｍ2の蒸気圧力で成型を実施し、ポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（実施例２）
植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対し、石油由来ポリエチレン系樹脂としての高密度ポリエチレン（東ソー社製 商品名「ＣＫ５７」）２１５質量部をさらに添加した点以外は実施例１と同様にし、実施例２のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対し、石油由来ポリエチレン系樹脂としての高密度ポリエチレン（東ソー社製 商品名「ＣＫ５７」）２１５質量部をさらに添加した点以外は実施例１と同様にし、実施例２のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（実施例３）
植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対し、石油由来ポリエチレン系樹脂としての高密度ポリエチレン（東ソー社製 商品名「ＣＫ４７」）１００質量部をさらに添加した点以外は実施例１と同様にし、実施例３のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対し、石油由来ポリエチレン系樹脂としての高密度ポリエチレン（東ソー社製 商品名「ＣＫ４７」）１００質量部をさらに添加した点以外は実施例１と同様にし、実施例３のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（実施例４）
植物由来ポリエチレン系樹脂として、ブラスケン社製の商品名「ＳＨＤ７２５５ＬＳＬ」を用いた点以外は実施例２と同様にし、実施例４のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
植物由来ポリエチレン系樹脂として、ブラスケン社製の商品名「ＳＨＤ７２５５ＬＳＬ」を用いた点以外は実施例２と同様にし、実施例４のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（実施例５）
石油由来ポリエチレン系樹脂として、旭化成ケミカルズ社製の商品名「クレオレックスＱＴ５５８０」を用いた点以外は実施例４と同様にし、実施例５のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
石油由来ポリエチレン系樹脂として、旭化成ケミカルズ社製の商品名「クレオレックスＱＴ５５８０」を用いた点以外は実施例４と同様にし、実施例５のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（実施例６）
植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対し、石油由来ポリエチレン系樹脂を５０質量部添加した点以外は実施例５と同様にし、実施例６のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対し、石油由来ポリエチレン系樹脂を５０質量部添加した点以外は実施例５と同様にし、実施例６のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（実施例７）
植物由来ポリエチレン系樹脂としてブラスケン社製の商品名「ＳＬＨ２１８」の低密度ポリエチレン１００質量部に対し、石油由来ポリエチレン系樹脂１９０質量部をさらに添加した点以外は実施例６と同様にし、実施例７のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
植物由来ポリエチレン系樹脂としてブラスケン社製の商品名「ＳＬＨ２１８」の低密度ポリエチレン１００質量部に対し、石油由来ポリエチレン系樹脂１９０質量部をさらに添加した点以外は実施例６と同様にし、実施例７のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（比較例１）
実施例１の植物由来ポリエチレン系樹脂の代わりに、石油由来ポリエチレン系樹脂として東ソー社製の商品名「ＣＫ５７」を用いた点以外は実施例１と同様にし、比較例１のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
実施例１の植物由来ポリエチレン系樹脂の代わりに、石油由来ポリエチレン系樹脂として東ソー社製の商品名「ＣＫ５７」を用いた点以外は実施例１と同様にし、比較例１のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（比較例２）
実施例２の植物由来ポリエチレン系樹脂の代わりに、石油由来ポリエチレン系樹脂として東ソー社製の商品名「ＣＫ４７」を用いた点以外は実施例１と同様にし、比較例２のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
実施例２の植物由来ポリエチレン系樹脂の代わりに、石油由来ポリエチレン系樹脂として東ソー社製の商品名「ＣＫ４７」を用いた点以外は実施例１と同様にし、比較例２のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（比較例３）
実施例１の植物由来ポリエチレン系樹脂の代わりに、石油由来ポリエチレン系樹脂として、旭化成ケミカルズ社製の商品名「クレオレックスＱＴ５５８０」を用いた点以外は実施例１と同様にし、比較例３のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
実施例１の植物由来ポリエチレン系樹脂の代わりに、石油由来ポリエチレン系樹脂として、旭化成ケミカルズ社製の商品名「クレオレックスＱＴ５５８０」を用いた点以外は実施例１と同様にし、比較例３のポリエチレン系樹脂発泡粒子及びポリエチレン系樹脂発泡成形体を得た。
（評価結果）
表２に示すように、植物由来のポリエチレン系樹脂を用いた実施例１〜７の各々と、石油由来のポリエチレン系樹脂を用いた比較例１〜３とを対比すると、同等の特性を有していることがわかった。このことから、植物由来のポリエチレン系樹脂を備えた場合であっても、実用的な物性を有するポリエチレン系樹脂発泡粒子及び成形体を提供できることがわかった。
また、植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対して、１０００質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂をさらに含んでいても、１％以上の植物度を有するポリエチレン系樹脂発泡粒子及び成形体を提供できることもわかった。
したがって、植物由来のポリエチレン系樹脂を備え、かつ植物度が１％以上のポリエチレン系樹脂発泡粒子の実用化が可能であるので、石油由来などの化石燃料資源由来のポリエチレン系樹脂のみを用いたときに生じる環境問題及び化石燃料資源の枯渇に対して解決に貢献可能であることがわかった。
また、植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対して、１０００質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂をさらに含んでいても、１％以上の植物度を有するポリエチレン系樹脂発泡粒子及び成形体を提供できることもわかった。
したがって、植物由来のポリエチレン系樹脂を備え、かつ植物度が１％以上のポリエチレン系樹脂発泡粒子の実用化が可能であるので、石油由来などの化石燃料資源由来のポリエチレン系樹脂のみを用いたときに生じる環境問題及び化石燃料資源の枯渇に対して解決に貢献可能であることがわかった。
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ ノズル金型、１ａ 前端面、２ 回転軸、３ 駆動部材、４ 冷却部材、５ 回転刃、１１ 出口部、４１ ドラム、４１ａ 前部、４１ｂ 周壁部、４１ｃ 供給口、４１ｄ 供給管、４１ｅ 排出口、４１ｆ 排出管、４２ 冷却液 Ａ 仮想円。
Claims (7)
- ＡＳＴＭ Ｄ ６８６６により測定された植物度が８０％以上の植物由来ポリエチレン系樹脂を含み、
植物度が１％以上である、ポリエチレン系樹脂発泡粒子。 - 前記植物由来ポリエチレン系樹脂１００質量部に対して、１０００質量部以下の石油由来ポリエチレン系樹脂をさらに含む、請求項１に記載のポリエチレン系樹脂発泡粒子。
- 前記石油由来ポリエチレン系樹脂は、０．９４０ｇ／ｃｍ3以上の密度を有し、かつ０．１５ｇ／１０分以上１０ｇ／１０分以下のメルトフロートを有し、かつ０．６ｃＮ以上７．０ｃＮ以下の溶融張力を有する、請求項２に記載のポリエチレン系樹脂発泡粒子。
- 連続気泡率が８０％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリエチレン系樹脂発泡粒子。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリエチレン系樹脂発泡粒子を用いて発泡成形させて得られた、ポリエチレン系樹脂発泡成形体。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法であって、
前記植物由来ポリエチレン系樹脂を押出機に供給して発泡剤の存在下にて溶融混練する工程と、
前記押出機から押出し発泡させて押出物を形成し、前記押出物を粒子状に切断する工程とを備える、ポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法。 - 前記切断する工程は、前記押出機の前端に取り付けたノズル金型から前記押出物を押出し、前記押出物を発泡させながら、前記ノズル金型の前端面に接触しながら回転する回転刃によって前記押出物を切断することで発泡粒子を得、前記発泡粒子を切断応力によって飛散させる工程を含み、
記発泡粒子を前記ノズル金型前方に配置した冷却部材に衝突させて冷却する工程をさらに備える、請求項６に記載のポリエチレン系樹脂発泡粒子の製造方法。
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