JP2013119619A

JP2013119619A - スチレン系樹脂押出発泡体

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Publication number: JP2013119619A
Application number: JP2011269360A
Authority: JP
Inventors: Shunji Kurihara; 俊二栗原
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-17

Abstract

【課題】本発明は、軟弱地盤上への建物構築、地すべり地、傾斜地での拡幅等の盛土、等の用途において、地中などに埋設する際に、厚み方向からの圧縮時に優れた寸法安定性を有するスチレン系樹脂押出発泡体を提供することを目的とする。
【解決手段】スチレン系樹脂押出発泡体において、押出発泡体における押出方向、幅方向、厚み方向での圧縮強度異方化率を特定値および、特定の関係とすることにより、厚み方向に圧縮が加えられた際に幅方向、押出方向での歪み量（寸法変化量）を大幅に低減させることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、地中などに埋設する際に優れた寸法安定性を有するスチレン系樹脂押出発泡体に関する。

現在、スチレン系樹脂発泡体の用途として、軟弱地盤上への建物構築、地すべり地、傾斜地での拡幅等の盛土として、地盤面を掘り下げて発泡体を充填して埋め戻しの埋め土代わりとすること、寒冷地での道路の地中に断熱材として断熱材を埋蔵し道路凍結防止対策をすること、等が知られている。

一般的に、樹脂発泡体においては、弾性限界内で、圧縮を加えた時に荷重方向の縮み（歪み％）と荷重に直角方向の寸法の伸び（歪み％）の比（ポアソン比）が０に近い為、使用時の寸法変化が小さく側面等へかかる圧力を低減されることから広く使用されている（特許文献１〜２参照）。

しかし、押出成形されたスチレン系樹脂発泡体については、成形方法などにより圧縮強度の異方性が発現することから、厚み方向に圧縮が加えられた場合、上記工法に使用される場合、特定の方向での歪み量が大きくなり、施工上または実使用上、問題となることが懸念される。
米国特許第３６２６７０２号明細書特開平８−４１８８３公報

本発明の目的は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、特に押出成形されたスチレン系樹脂発泡体について、厚み方向に圧縮が加えられた際に押出方向、幅方向での歪み量が小さい発泡体を得ることである。

本発明者は、前記課題の解決のため鋭意研究の結果、押出発泡体における押出方向、幅方向、厚み方向での圧縮強度異方化率を特定値、特定の関係とすることにより、厚み方向に圧縮が加えられた際に幅方向、押出方向での歪み量（寸法変化量）を大幅に低減させることが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、
［１］ポリスチレン系樹脂および発泡剤を用いて押出発泡して得られるスチレン系樹脂押出発泡体であって、
樹脂押出発泡体における押出方向、幅方向、厚み方向での５％圧縮強さをそれぞれａ、ｂ、ｃとする際、
下記式(１)で求められる厚み方向での圧縮強度異方化率が１．０５〜２．５であり、
かつ、下記式(２)で求められる幅方向での圧縮強度異方化率と下記式(３)で求められる押出方向での圧縮強度異方化率の差が０〜０．５であることを特徴とする、スチレン系樹脂押出発泡体、
式(１) ‥厚み方向での圧縮強度異方化率＝ａ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
式(２) ‥幅方向での圧縮強度異方化率＝ｂ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
式(３) ‥押出方向での圧縮強度異方化率＝ｃ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
および
［２］下記式(４)および（５）で求められる、発泡体を厚み方向に５％圧縮した際の押出方向および幅方向での寸法変化率がそれぞれ０．３％以下であることを特徴とする、［１］記載のスチレン系樹脂押出発泡体、
式（４）・・押出方向での寸法変化率（％）＝（押出方向での寸法変化量／押出方向での元寸法）／（厚み方向での圧縮歪み量／厚み方向での元寸法）×１００
式（５）・・幅方向での寸法変化率（％）＝（幅方向での寸法変化量／押出方向での元寸法）／（厚み方向での圧縮歪み量／厚み方向での元寸法）×１００
に関する。

本発明のスチレン系押出発泡体では、押出発泡体における押出方向、幅方向、厚み方向での圧縮強度異方化率を特定値、特定の関係とすることにより、厚み方向に圧縮が加えられた際に幅方向、押出方向での歪み量（寸法変化量）を大幅に低減させることができる。

本発明のスチレン系樹脂発泡体は、スチレン系樹脂に、必要に応じて、難燃剤、気泡調整剤、滑剤等の添加剤を含有するスチレン系樹脂組成物を、押出機等の加熱溶融手段に供給し、任意の段階の高圧条件下で、発泡剤を溶融状態のスチレン系樹脂組成物に添加し、流動ゲルとなし、押出発泡に適する温度に冷却し、ダイを通して該流動ゲルを低圧領域に押出発泡して、発泡体を形成することにより製造される。

本発明のスチレン系樹脂押出発泡体における厚み方向での圧縮強度異方率は、１．０５以上２．５以下、好ましくは１．１以上２．０以下である。厚み方向圧縮強度異方性が１．０５未満では、厚み方向圧縮強度が低くなり、使用時において発泡体が塑性歪みしやすくなる場合があり、２．５より大きいと、押出方向及び幅方向の圧縮強度が極端に弱くなり、寸法変化等が大きくなる場合がある。

本発明のスチレン系樹脂押出発泡体における押出方向圧縮強度異方率と幅方向圧縮強度異方率との差は、０〜０．５以下が好ましい。上記の値が０．５より大きくなると、押出及び幅方向のどちらか一方の歪み量が極端に大きくなり、結果として使用時に寸法変化が大きくなりやすくなる傾向がある。

ここで、スチレン系樹脂押出発泡体における各方向での圧縮強度異方率は、以下の方法により算出される値である。
すなわち、製造後１４日経過した押出発泡体から、長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚み５０ｍｍの測定用サンプルを切り出す。測定用サンプルに対して、ＪＩＳＫ７２２０に準じて、厚み方向、幅方向、押出方向での５％圧縮強さａ、ｂ、ｃを測定する。
各方向の圧縮強度異方化率は、下記の式（１）〜式（３）に基づき、算出した。
式(１) ‥厚み方向での圧縮強度異方化率＝ａ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
式(２) ‥幅方向での圧縮強度異方化率＝ｂ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
式(３) ‥押出方向での圧縮強度異方化率＝ｃ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３

本発明のスチレン系樹脂押出発泡体における、厚み方向に５％圧縮した際の押出および幅方向での寸法変化率は、それぞれ０．３％以下であることが好ましい。
幅方向または押出方向での寸法変化率が０．３％より大きいと、実使用時に寸法変化が大きくなり易くなり、施工上および使用上好ましくない。

ここで、スチレン系樹脂押出発泡体における幅方向および押出方向での寸法変化率は、以下の方法により算出される値である。
すなわち、厚み方向での圧縮強さ測定時に、５％圧縮時（圧縮が５％に達しない場合は降伏時）での成形用サンプルの長さ方向、幅方向、厚み方向の寸法を、ダイヤルゲージを用いて測定し、各方向での元寸法との差から寸法変化量または圧縮歪み量を算出する。
幅方向、押出方向での寸法変化率は、下記の式（４）および式（５）に基づき、算出する。
式（４）・・幅方向での寸法変化率（％）＝（幅方向での寸法変化量／幅方向での元寸法）／（厚み方向での圧縮歪み量／厚み方向での元寸法）×１００
式（５）・・押出方向での寸法変化率（％）＝（押出方向での寸法変化量／押出方向での元寸法）／（厚み方向での圧縮歪み量／厚み方向での元寸法）×１００

本発明のスチレン系樹脂押出発泡体の厚さは、通常の板状物のように厚さのあるものが好ましく、通常１０〜１５０ｍｍ、好ましくは２０〜１００ｍｍである。

本発明のスチレン系樹脂押出発泡体の密度は、軽量で、かつ、優れた圧縮強度および断熱性を付与せしめるためには、１５〜６０ｋｇ／ｍ^３であることが好ましく、２０〜５０ｋｇ／ｍ^３であることがさらに好ましい。

本発明のスチレン系樹脂発泡体に用いられるスチレン系樹脂は、特に限定されるものではなく、例えば、スチレン単量体のみから得られるスチレンホモポリマー；スチレン単量体とスチレンと共重合可能な単量体あるいはその誘導体から得られるランダム、ブロックあるいはグラフト共重合体；後臭素化ポリスチレン、ゴム強化ポリスチレンなどの変性ポリスチレンなどが挙げられる。これらは、単独あるいは２種以上混合して使用することができる。

スチレンと共重合可能な単量体としては、例えば、メチルスチレン、ジメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、トリブロモスチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、トリクロロスチレンなどのスチレン誘導体；ジビニルベンゼンなどの多官能性ビニル化合物；アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリロニトリルなどの（メタ）アクリル系化合物；ブダジエンなどのジエン系化合物あるいはその誘導体；無水マレイン酸、無水イタコン酸などの不飽和カルボン酸無水物などが挙げられる。これらは、単独あるいは２種以上混合して使用することができる。
本発明におけるスチレン系樹脂として、加工性の面から、スチレンホモポリマーが好ましい。

本発明のスチレン系樹脂発泡体に用いられる難燃剤としては、ハロゲン系難燃剤から選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましく、さらに、リン系化合物、窒素含有化合物、等を共存させてもよい。

本発明のスチレン系樹脂発泡体に用いられるハロゲン系難燃剤としては、例えば、臭素系難燃剤として、ヘキサブロモシクロドデカン、テトラブロモシクロオクタン、ジブロモネオペンチルグリコール、トリブロモネオペンチルアルコール、トリス（トリブロモネオペンチル）ホスフェート、トリス（２、３−ジブロモプロピル）イソシアヌレート、テトラブロモエタンなどの脂肪族あるいは脂環式炭化水素の臭素化物、ヘキサブロモベンゼン、エチレンビスペンタブロモジフェニル、デカブロモジフェニルエタン、デカブロモジフェニルエーテル、オクタブロモジフェニルエーテル、２，３−ジブロモプロピルペンタブロモフェニルエーテルなどの芳香族化合物の臭素化物、テトラブロモビスフェノールＡ、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（２−ブロモエチルエーテル）、テトラブロモビスフェノールＡジグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノールＡビス（アリルエーテル）、テトラブロモビスフェノールＡジグリシジルエーテルとトリブロモフェノールとの付加物などの臭素化ビスフェノール類およびその誘導体、テトラブロモビスフェノールＡポリカーボネートオリゴマー、テトラブロモビスフェノールＡジグリシジルエーテルとブロモ化ビスフェノールとの付加物のエポキシオリゴマーなどの臭素化ビスフェノール類誘導体オリゴマー、エチレンビステトラブロモフタルイミド、ビス（２，４，６ートリブロモフェノキシ）エタンなどの臭素系芳香族化合物、臭素化アクリル系樹脂、エチレン−ビスジブロモノルボルナンジカルボキシイミドなどがあげられる。塩素系難燃剤として、塩素化パラフィン、塩素化ナフタレン、パークロロペンタデカンなどの塩素化脂肪族化合物、塩素化芳香族化合物、塩素化脂環式化合物などがあげられる。中でも、難燃性の点から臭素系難燃剤が好ましく、特にスチレン系樹脂との相溶性などの点からヘキサブロモシクロドデカン、テトラブロモシクロオクタン、トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレート、ジブロモネオペンチルグリコール、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）が好ましくい。

本発明のスチレン系押出発泡体における難燃剤の添加量は、スチレン系樹脂１００重量部に対して、１〜４重量部が好ましく、１．５〜３重量部がより好ましい。
難燃剤の添加量が１重量部未満では、難燃性が得られがたい傾向があり、４重量部を超えると、発泡体のガラス転移温度が低下し、耐熱性が低下する傾向がある。

本発明においては、さらに、必要に応じて、本発明の効果を阻害しない範囲で種々のシリカ、ケイ酸カルシウム、ワラストナイト、カオリン、クレイ、マイカ、酸化亜鉛、酸化チタン、炭酸カルシウムなどの無機化合物、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸バリウム、流動パラフィン、オレフィン系ワックス、ステアリルアミド系化合物などの加工助剤（滑剤）、フェノール系抗酸化剤、リン系安定剤、窒素系安定剤、イオウ系安定剤、ベンゾトリアゾール類、ヒンダードアミン類などの耐光性安定剤、前記以外の難燃剤、帯電防止剤、顔料などの着色剤などの添加剤を含有されてもよい。

本発明のスチレン系押出発泡体を得る際の発泡剤・添加剤を混合する手順としては、例えば、スチレン系樹脂に対して各種添加剤を添加して混合した後、押出機に供給して加熱溶融し、更に発泡剤を添加して混合する手順が挙げられるが、各種添加剤をスチレン系樹脂に添加するタイミングや混練時間は特に限定されない。
加熱温度は、使用されるスチレン系樹脂が溶融する温度以上であればよいが、添加剤などの影響による樹脂の分子劣化ができる限り抑制され、且つ、各種添加物が十分に混練できる温度、例えば、１５０〜２６０℃程度が好ましい。
溶融混練時間は、単位時間当たりのスチレン系樹脂の押出量や溶融混練手段として用いる押出機の種類により異なるので、一義的に規定することはできず、スチレン系樹脂と発泡剤や添加剤とが均一に分散混合されるに要する時間として適宜設定される。
溶融混練手段としては、例えばスクリュー型の押出機などが挙げられるが、通常の押出発泡に用いられるものであれば特に制限されない。ただし、樹脂の分子劣化をできる限り抑えるためには、押出機のスクリュー形状を低せん断タイプのものとすることが好ましい。

発泡成形方法は、例えば、押出成形用に使用される開口部が直線のスリット形状を有するスリットダイを通じて、高圧領域から低圧領域へ開放して得られた押出発泡体を、スリットダイと密着または接して設置された、流動面形状を可変することが可能な成形金型、および該成形金型の下流側に隣接して設置された成形ロールなどを用いて、断面積の大きい板状発泡体を成形する方法が用いられる。

発泡体の圧縮強度異方化率は、成形金型の流動面形状（断面の縦横寸法比率、等）の調整および金型温度調整、押出運転条件等によって調整することが可能であり、これらを都度調整することにより、所望の圧縮強度異方化率を有する発泡体を得ることができる。

本発明のスチレン系押出発泡体は、厚み方向に圧縮が加えられた際に幅方向、押出方向への歪み量を大幅に低減させることができることから、軟弱地盤上への建物構築、地すべり地・傾斜地等での拡幅等の盛土、等の土木用途において好適に使用される。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに制限されるものではない。

以下に示す実施例、比較例の特性として、発泡体の密度、５％圧縮強度、発泡体を厚み方向に５％圧縮した際での押出方向および幅方向の寸法変化率を、下記の方法に従って、測定・算出した。

（１）発泡体密度（ｋｇ／ｍ^３）
得られた押出発泡体から、長さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚み５０ｍｍの直方体を切り出した。得られた直方体の重量を測ると共に、ノギスを用いて長さ、幅、厚みの各寸法を測定して、発泡体体積を算出した。
発泡体密度は、下記の式に基づいて計算した。
発泡体密度（ｋｇ／ｍ^３）＝発泡体重量（ｇ）／発泡体体積（ｍｍ^３）×１０^６

（２）５％圧縮強度（Ｎ／ｃｍ^２）
製造後１４日経過した押出発泡体から、長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚み５０ｍｍの測定用サンプルを切り出した。測定用サンプルに対して、ＪＩＳＫ７２２０に準じて、厚み方向、幅方向、押出方向での５％圧縮強さａ、ｂ、ｃを測定した。
各方向の圧縮強度異方化率は、下記の式（１）〜式（３）に基づき、算出した。
式(１) ‥厚み方向での圧縮強度異方化率＝ａ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
式(２) ‥幅方向での圧縮強度異方化率＝ｂ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
式(３) ‥押出方向での圧縮強度異方化率＝ｃ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３

（３）各方向の寸法変化率（％）
（２）における厚み方向での圧縮強さ測定の際、５％圧縮時（圧縮が５％に達しない場合は降伏時）の測定用サンプルの長さ方向、幅方向、厚み方向の寸法を、ダイヤルゲージを用いて測定して、各方向での元寸法との差からの寸法変化量または圧縮歪み量を算出した。
幅方向、押出方向での寸法変化率は、下記式（４）および式（５）に基づき、算出した。
式（４）・・幅方向での寸法変化率（％）＝（幅方向での寸法変化量／幅方向での元寸法）／（厚み方向での圧縮歪み量／厚み方向での元寸法）×１００
式（５）・・押出方向での寸法変化率（％）＝（押出方向での寸法変化量／押出方向での元寸法）／（厚み方向での圧縮歪み量／厚み方向での元寸法）×１００

（実施例１）
ポリスチレン樹脂［ＰＳジャパン（株）製、商品名：Ｇ９４０１］１００重量部に対して、臭素系難燃剤としてヘキサブロモシクロドデカン［アルベマール日本（株）製、商品名：ＨＰ９００Ｇ］３．０重量部、気泡調整剤としてタルク［林化成（株）製、商品名：ＴＡＬＣＡＮＰＯＷＤＥＲＰＫ−Ｚ］０．５重量部、その他の添加剤として、ステアリン酸バリウム０．４重量部をドライブレンドし、得られた樹脂混合物を口径６５ｍｍの単軸押出機（一段目押出機）と口径９０ｍｍの単軸押出機（二段目押出機）を直列に連結した二段押出機へ、約５０ｋｇ／ｈｒの割合で供給した。
一段目押出機に供給した樹脂混合物を、２００℃に加熱して溶融ないし可塑化、混練し、これに連結された二段目押出機内にて樹脂温度を１２０℃に冷却した後、二段目押出機の先端に設けた長方形断面を持つ成形金型より大気中へ押し出し、厚さ約６０ｍｍ、幅約１５０ｍｍの直方体状の押出発泡体を得た。
この際、発泡剤として、ポリスチレン樹脂１００部に対してイソブタン３．５重量部およびジメチルエーテル４．０重量部を、それぞれ別のラインから、一段目押出機の先端付近［二段目押出機の口金と反対側の端部側に、接続される側の端部］から、前記溶融混練樹脂中に圧入した。
成形金型の長方形断面形状を縦横寸法比３：５０、金型温度を８０℃とすることにより、厚み方向圧縮強度が３２Ｎ／ｃｍ^２、幅方向圧縮強度が２２Ｎ／ｃｍ^２、押出方向圧縮強度が２０Ｎ／ｃｍ^２の発泡体が得られた。
得られた発泡体の特性を、表１に示す。
後述の比較例１〜２と比較し、寸法変化率が小さいことから施工上及び実使用上問題のない発泡体が得られた。

（実施例２）
成形金型の長方形断面形状を縦横寸法比２：５０、金型温度を８０℃に変更した以外は、実施例１と同様の操作により、厚み方向圧縮強度を３６Ｎ／ｃｍ^２、幅方向圧縮強度を２１Ｎ／ｃｍ^２、押出方向圧縮強度を１６Ｎ／ｃｍ^２の押出発泡体を得た。
得られた発泡体の特性を、表１に示す。
後述の比較例１〜２と比較して寸法変化率が小さいことから、施工上及び実使用上問題のない発泡体が得られた。

（実施例３）
成形金型の長方形断面形状を縦横寸法比５：５０、金型温度を８０℃に変更した以外は、実施例１と同様の操作により、厚み方向圧縮強度を２６Ｎ／ｃｍ^２、幅方向圧縮強度を１８Ｎ／ｃｍ^２、押出方向圧縮強度を１１Ｎ／ｃｍ^２の押出発泡体を得た。
得られた発泡体の特性を、表１に示す。
後述の比較例１〜２と比較して寸法変化率が小さいことから、施工上及び実使用上問題のない発泡体が得られた。

（実施例４）
成形金型の長方形断面形状を縦横寸法比３：５０、金型温度を１００℃に変更した以外は、実施例１と同様の操作により、厚み方向圧縮強度を２８Ｎ／ｃｍ^２、幅方向圧縮強度を１３Ｎ／ｃｍ^２、押出方向圧縮強度を１８Ｎ／ｃｍ^２とした以外は、実施例１と同様の条件で押出発泡体を得た。
得られた発泡体の特性を、表１に示す。
後述の比較例１〜２と比較して寸法変化率が小さいことから、施工上及び実使用上問題のない発泡体が得られた。

（比較例１）
成形金型の長方形断面形状を縦横寸法比２：５０、金型温度を６０℃に変更した以外は、実施例１と同様の操作により、厚み方向圧縮強度を３８Ｎ／ｃｍ^２、幅方向圧縮強度を２３Ｎ／ｃｍ^２、押出方向圧縮強度を７Ｎ／ｃｍ^２の押出発泡体を得た。
得られた発泡体の特性を、表１に示す。
前述の実施例１〜４と比較して、幅方向圧縮強度異方化率と押出方向圧縮強度異方化率の差が大きいため、寸法変化率が大きくなり、施工上または実使用上問題が発生する可能性のある発泡体であった。

（比較例２）
成形金型の長方形断面形状を縦横寸法比３：７５、金型温度を７０℃に変更した以外は、実施例１と同様の操作により、厚み方向圧縮強度を２８Ｎ／ｃｍ^２、幅方向圧縮強度を８Ｎ／ｃｍ^２、押出方向圧縮強度を２５Ｎ／ｃｍ^２の押出発泡体を得た。
得られた発泡体の特性を、表１に示す。
前述の実施例１〜４と比較して、幅方向圧縮強度異方化率と押出方向圧縮強度異方化率の差が大きいため、寸法変化率が大きくなり、施工上または実使用上問題が発生する可能性のある発泡体であった。

Claims

スチレン系樹脂組成物を押出発泡して得られるスチレン系樹脂押出発泡体であって、
樹脂押出発泡体における押出方向、幅方向、厚み方向での５％圧縮強さをそれぞれａ、ｂ、ｃとする際、
下記式(１)で求められる厚み方向での圧縮強度異方化率が１．０５〜２．５であり、
かつ、下記式(２)で求められる幅方向での圧縮強度異方化率と下記式(３)で求められる押出方向での圧縮強度異方化率との差が０〜０．５であることを特徴とする、スチレン系樹脂押出発泡体。
式(１) ‥厚み方向での圧縮強度異方化率＝ａ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
式(２) ‥幅方向での圧縮強度異方化率＝ｂ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
式(３) ‥押出方向での圧縮強度異方化率＝ｃ／（ａ×ｂ×ｃ）^１／３
および
下記式(４)および（５）で求められる、発泡体を厚み方向に一定量圧縮した際の押出方向および幅方向での寸法変化率がそれぞれ０．３％以下であることを特徴とする、請求項１記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
式（４）・・押出方向での寸法変化率（％）＝（押出方向での寸法変化量／押出方向での元寸法）／（厚み方向での圧縮歪み量／厚み方向での元寸法）×１００
式（５）・・幅方向での寸法変化率（％）＝（幅方向での寸法変化量／押出方向での元寸法）／（厚み方向での圧縮歪み量／厚み方向での元寸法）×１００