JP2013194101A - ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造に当たって、オゾン層破壊係数がゼロか又は極めて低く、地球温暖化係数も小さな物理発泡剤を使用して、熱伝導率が小さく、長期の断熱性に優れ、高厚み、高発泡倍率で、外観等が良好なポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ポリスチレン系樹脂を主成分とする基材樹脂と物理発泡剤と難燃剤とを含有する発泡性樹脂溶融物を押出発泡する、厚さ10〜150mm、見かけ密度20〜50kg/m、独立気泡率80%以上の押出発泡断熱板を製造する方法であって、前記物理発泡剤として、3〜50モル%のハイドロフルオロオレフィンと、30〜70モル%の炭素数3〜5の飽和炭化水素と、5〜50モル%の水および/又は二酸化炭素(ただし、前記ハイドロフルオロオレフィンと、炭素数3〜5の飽和炭化水素と、水及び/又は二酸化炭素の配合割合の合計量は100モル%である。)からなる混合物理発泡剤を用いる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、熱伝導率が小さく、長期間に亘る断熱性に優れ、高度な難燃性を有し、外観にも優れるポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法(以下、「押出発泡断熱板」、あるいは単に「発泡断熱板」ともいう。)に関し、建築物の壁、床、屋根等の断熱材として有用なポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法を提供する。
ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板は、優れた断熱性及び機械的強度を有することから、板状に成形されたものが断熱材等として広く使用されている。このような発泡断熱板は、一般に押出機中でポリスチレン系樹脂を加熱溶融して得られる溶融物に物理発泡剤を混練し、得られた発泡性溶融混練物を、押出機先端に付設されたフラットダイなどから低圧域に押出発泡することにより製造されている。
上記のようなポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造に使用される物理発泡剤は、従来は、ジクロロジフルオロメタン等の塩化フッ化炭化水素(以下、CFCという)が広く使用されてきたが、CFCはオゾン層を破壊する危険性が大きいことから、オゾン破壊係数の小さい水素原子含有塩化フッ化炭化水素(以下、HCFCという)がCFCに替わって用いられてきた。しかしながら、HCFCもオゾン層破壊係数が0(ゼロ)でないことから、オゾン層を破壊する危険性が全くないわけではない。近年においては、オゾン層破壊係数が0(ゼロ)であり、分子中に塩素原子を持たないフッ化炭化水素(以下、HFCという)を発泡剤として使用することが検討されてきている。
しかし、HFCは、オゾン層破壊係数を有しない点では好ましいものであるが、地球温暖化係数が大きいため、地球環境保護の観点からは未だ改善の余地がある。
このためオゾン層破壊係数が0(ゼロ)であるとともに、地球温暖化係数も小さい、環境にやさしい発泡剤が種々検討されており、近年、フッ素化されたオレフィン(ハイドロフルオロオレフィン、以下、HFOともいう。)をHFCの代替品として、使用することが特許文献1に提案されている。
特表2010−522808号公報
しかしながら、特許文献1において、発泡剤として前記HFOを用い、ポリスチレン系樹脂を主成分とする基材樹脂を押出発泡した場合においては、厚みが厚く、さらに独立気泡率が高く、外観に優れる発泡断熱板、特に長期の断熱性に優れた高度な断熱特性を有する発泡断熱板を得ることに関しては未だ課題を有するものであった。
本発明は、ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造に当たって、オゾン層破壊係数がゼロか又は極めて低く、地球温暖化係数も小さな物理発泡剤を使用して、熱伝導率が小さく、長期の断熱性や難燃性に優れ、高厚み、高発泡倍率で、外観等が良好なポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下の(1)〜(3)を要旨とする。
(1)ポリスチレン系樹脂を主成分とする基材樹脂と物理発泡剤と難燃剤とを含有する発泡性樹脂溶融物を押出発泡する、厚さ10〜150mm、見かけ密度20〜50kg/m、独立気泡率80%以上の押出発泡断熱板を製造する方法であって、前記物理発泡剤として、3〜50モル%のハイドロフルオロオレフィンと、30〜70モル%の炭素数3〜5の飽和炭化水素と、5〜50モル%の水及び/又は二酸化炭素(ただし、前記ハイドロフルオロオレフィンと、炭素数3〜5の飽和炭化水素と、水及び/又は二酸化炭素の配合割合の合計量は100モル%である。)を用いることを特徴とするポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法。
(2)前記ハイドロフルオロオレフィンおよび炭素数3〜5の飽和炭化水素の配合量の合計が前記基材樹脂1kgあたり0.4〜2モルであり、前記水及び/又は二酸化炭素の配合量の合計が前記基材樹脂1kgあたり0.05〜0.6モルであることを特徴とする上記(1)に記載のポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法。
(3)前記ハイドロフルオロオレフィンがテトラフルオロプロペンであることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法。
本発明の製造方法は、ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板を製造するに当って、物理発泡剤としてハイドロフルオロオレフィン(HFO)と、炭素数3〜5の飽和炭化水素と、水及び/又は二酸化炭素とを含有し、これらが特定の配合割合で配合された混合発泡剤を用いて押出発泡することにより、押出発泡成形性が良好で、高発泡倍率、高厚みの、長期の断熱性や難燃性に優れ、外観良好なポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板を得ることができるものである。得られる発泡断熱板は、高い独立気泡率を有することから発泡剤として使用したHFOが発泡体中から逸散し難く、長期の断熱性に優れる。また、前記HFOとして、ポリスチレン系樹脂への溶解度が比較的低いHFOを用いても、前記したような混合割合からなる混合発泡剤を用いることにより基材樹脂中に前記HFOが均一に混合され、高発泡倍率を有し、外観が良好な高厚みの発泡断熱板が得られる。
以下に、本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法について説明する。
本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法は、ポリスチレン系樹脂を主成分とする基材樹脂と物理発泡剤と難燃剤とを含有する発泡性樹脂溶融物を押出発泡する、厚さが10〜100mm、見かけ密度が20〜50kg/m独立気泡率80%以上の押出発泡断熱板を製造する方法であって、発泡剤としてオゾン層破壊係数がゼロ(0)か極めて低く、地球温暖化係数が小さいHFOを用い、さらに炭素数3〜5の飽和炭化水素と、水及び/又は二酸化炭素を配合した混合発泡剤を用いることにより押出発泡するものである。
前記物理発泡剤として、3〜50モル%のHFOと、30〜70モル%の炭素数3〜5の飽和炭化水素と、5〜50モル%の水及び/又は二酸化炭素(ただし、前記HFOと、炭素数3〜5の飽和炭化水素と、水及び/又は二酸化炭素との配合割合の合計量は100モル%である。)とを配合した混合物理発泡剤が使用される。
(I)物理発泡剤
本発明の製造方法において、物理発泡剤(C)としては、ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の熱伝導率を低下させる効果に優れたHFO(C1)を物理発泡剤の成分の1つとして使用し、さらに、炭素数3〜5の飽和炭化水素(C2)と、水及び/又は二酸化炭素(C3)とを併用して使用するものである。特に、これら発泡剤の組合せ、配合割合を後述する特定割合で用いることが本発明の所期の目的を達成するうえで重要である。
上記ハイドロフルオロオレフィン(HFO)(C1)としては、具体的には、トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(トランスHFO−1234ze)、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(シスHFO−1234ze)、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)等が挙げられる。これらの発泡剤は単独でまたは2種以上を併用することもできる。
上記HFOは、オゾン層破壊係数がゼロか極めて小さいものであり、地球温暖化係数が非常に小さい他、気体状態の熱伝導率が低く、燃え難い性質を持っている。従って、前記HFOを物理発泡剤として用いることにより、製造時の静電気による着火などの危険性を低減することが可能となる。さらに、得られる発泡断熱板の難燃化が比較的容易となることから、難燃剤の添加量を低減することが可能となり、押出発泡時における難燃剤の影響を低減させ、発泡成形性を向上させることが可能となる。
なお、発泡剤としてはポリスチレン系樹脂に対する溶解度が比較的高く、ポリスチレン系樹脂との相溶性が高いHFO、すなわち、HFOの中でも発泡体中から逸散し易い反面、ポリスチレン系樹脂に多く添加でき、発泡剤としての発泡能力に優れるHFOが好ましく用いられ、発泡倍率の高い、押出発泡体が得られていた。
一方で、ポリスチレン系樹脂に対する溶解度が低く、ポリスチレン系樹脂との相溶性が低いHFOであるテトラフルオロプロペン(1234ze,1234yf)等を発泡剤として用いた場合には、高発泡倍率の発泡断熱板を得るためにテトラフルオロプロペンを多量に添加すると、押出発泡時にテトラフルオロプロペンが樹脂溶融物から分離して、発泡断熱板表面に局所的に大きく凹んだ箇所(以下、スポット孔ということがある)が発生し、断熱板の外観が悪化する虞がある。また、高厚みの発泡断熱板を製造する場合には、独立気泡率が低下して長期断熱性が低下する虞があった。特に、本発明においては、ポリスチレン系樹脂に対する溶解度が比較的低いHFOを用いた場合であっても、特定の混合物理発泡剤を用いることによって、高発泡倍率の発泡断熱板を得ることができ、さらに、長期断熱性に優れた、外観良好なポリスチレン系樹脂発泡断熱板を得ることが可能となる。
本発明の混合発泡剤において、前記HFO(C1)の配合割合は、前記発泡剤(C1)、(C2)、(C3)の合計を100モル%として、3〜50モル%である。前記HFOの配合割合が低い場合にはHFOによる断熱性の向上効果が期待できない。一方、前記HFOの配合割合が上記範囲を超える場合には、前記HFOが押出発泡時に樹脂溶融物から分離して、発泡断熱板表面にスポット孔が発生したり、独立気泡率が低下してしまうおそれがある。上記観点から、前記HFOの配合割合は、好ましくは、5〜45モル%であり、更に好ましくは10〜40モル%である。
また、前記HFO(C1)の配合量は、前記基材樹脂1kg当たり0.05〜0.7モル/kgであることが好ましい。上記範囲内であれば、押出発泡後の発泡断熱板の気泡中にHFOが有効量残存して、長期断熱性を有する押出発泡断熱板を得ることができる。上記観点から、前記HFOの配合量は0.1〜0.6モル/kgであることがより好ましい。
前記炭素数3〜5の飽和炭化水素(C2)としては、炭素数3のプロパン、炭素数4のn−ブタン、イソブタン(2−メチルプロパン)、炭素数5のn−ペンタン、イソペンタン(2−メチルブタン)、ネオペンタン(2,2−ジメチルプロパン)、シクロペンタン等が挙げられる。また、これらの発泡剤は単独で、または2種以上を併用することもできる。これらの中では炭素数4のn−ブタン、イソブタンが好ましく、さらには、イソブタンが好ましい。
前記炭素数3〜5の飽和炭化水素(C2)は、ポリスチレン系樹脂に対する透過速度が空気より遅く、空気よりも熱伝導率が低いので、得られる押出発泡断熱板は良好な断熱性を有するものとなる。また、炭素数3〜5の飽和炭化水素は、ポリスチレン系樹脂に対する溶解性が高く、ポリスチレン系樹脂を可塑化するため、発泡性樹脂溶融物の溶融粘弾性が発泡に良好な範囲に調整され、高い発泡倍率の押出発泡断熱板を比較的容易に得ることが可能となる。また、ポリスチレン系樹脂との相溶性が比較的低いHFOを混合発泡剤の成分として使用した場合であっても、前記炭素数3〜5の飽和炭化水素を用いることによって、発泡能力の低下を補うことが可能となり、高発泡倍率であり、且つ長期の断熱性を有し、良好な外観の発泡断熱板を得ることが可能となる。
該炭素数3〜5の飽和炭化水素の配合割合は、前記発泡剤(C1)、(C2)、(C3)の合計を100モル%として、30〜70モル%である。該配合割合が少なすぎると、発泡性樹脂溶融物の可塑化が不十分となって押出発泡安定性が低下したり、発泡断熱板の表面性が低下するおそれがある。一方、該配合割合が多すぎると発泡断熱板の難燃性が低下したり、発泡断熱板製造時に、静電気による着火の危険性が増加するおそれがある。かかる観点から、炭素数3〜5の飽和炭化水素の配合割合は、物理発泡剤の(C1)〜(C3)の合計を100モル%として、35〜60モル%が好ましく、40〜55モル%がより好ましい。
また、上記炭素数3〜5の飽和炭化水素の配合量は、前記基材樹脂1kg当たり、0.05モル〜0.8モルであることが好ましい。上記範囲内であれば、押出発泡後の発泡断熱板の難燃性を阻害することなく、長期断熱性を有する、外観良好な押出発泡断熱板を製造することができる。上記観点から、前記炭素数3〜5の飽和炭化水素の配合量は、前記基材樹脂1kg当たり、0.1〜0.7モルであることがより好ましい。
また、本発明の製造方法においては、物理発泡剤として水および/または二酸化炭素(C3)が、5〜50モル%配合される。該水及び/又は二酸化炭素は、無機物理発泡剤として得られる押出発泡断熱板の難燃性を阻害せずに、高い発泡倍率とすることができると共に、ポリスチレン系樹脂に対するガス透過性が高いため押出発泡断熱板から早期に逸散するので、発泡断熱板の寸法安定性、断熱性能及び難燃性能を早期に安定化させることが可能となる。
前記水及び/又は二酸化炭素の配合割合が少なすぎる場合には、発泡倍率の向上効果が得られないおそれがある。一方、水及び/又は二酸化炭素の配合割合が多すぎる場合には、水及び/又は二酸化炭素と基材樹脂のポリスチレン系樹脂との相溶性が比較的低いことから、押出発泡時に、樹脂溶融物から水及び/又は二酸化炭素が分離して、得られる押出発泡断熱板の表面に凹凸(スポット孔)が形成されるおそれがある。かかる観点から、水及び/又は二酸化炭素の配合割合は、物理発泡剤の(C1)〜(C3)の合計を100モル%として、10〜45モル%が好ましく、15〜40モル%がより好ましい。
また、水及び/又は二酸化炭素の配合量は、前記基材樹脂1kg当り、0.05〜0.60モルが好ましく、0.1〜0.55モルがさらに好ましい。上記範囲内であれば、基材樹脂との相溶性も良好であり、また、外観良好な発泡断熱板が得られる。
この中でも、水は、分子量が小さく、発泡効率が高いことから、押出発泡断熱板の見かけ密度をさらに低くすることが可能となることから好ましい。また、発泡樹脂温度を広げることも可能となることから、押出発泡成形性が向上する観点からも好ましい。
上記の(C1)〜(C3)の物理発泡剤を、それぞれ上記の特定配合割合で配合した混合物理発泡剤を用いて押出発泡することにより、高厚みで、高い発泡倍率の、長期断熱性を有する、外観良好な発泡断熱板が容易に得られる。前記(C1)は特に長期の断熱性を向上させることが可能となり、前記(C2)は基材樹脂を可塑化して押出発泡性を特に向上させ、前記(C3)は発泡倍率を高めるとともに、得られる発泡断熱板の寸法安定性を維持することにより、上記(C1)〜(C3)の配合割合と相互関連して、良好な発泡断熱板を得ることが可能となる。上記観点から、前記ハイドロフルオロオレフィン及び炭素数3〜5の飽和炭化水素の配合量の合計は、前記基材樹脂1kg当たり0.4〜2モルであることが好ましく、0.5〜2モルであることがより好ましく、0.7〜2モルであることが更に好ましい。なお、上記物理発泡剤は、上記(C1)〜(C3)を同時に配合する必要は必ずしもなく、押出発泡時に上記(C1)〜(C3)が溶融混練物に配合されている状態であれば良い。
ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の、製造後100日経過後の熱伝導率(A)は、0.0290W/(m・K)以下であることが望ましく、0.0280W/(m・K)以下であることが更に好ましい。本発明の製造方法により得られる発泡断熱板においては、独立気泡率が高い発泡断熱板が得られ、前記HFOの発泡板からの逸散が効果的に防止されることから、製造後100日経過後であっても、熱伝導率が低く維持される。
また、本発明の製造方法により得られる発泡断熱板においては、特に、独立気泡率が高いことから、製造後200日経過後の熱伝導率(B)であっても、熱伝導率が低く維持され、長期断熱性に優れるものである。
なお、上記長期断熱性の観点から、製造後200日経過後の熱伝導率(B)/製造後100日経過後の熱伝導率(A)(B/A)は、1.04未満であることが好ましく、1.03以下であることがより好ましい。なお、長期断熱性においては熱伝導率が増加しない方が好ましいことから、該比(B/A)の下限は概ね1.00である。
上記混合物理発泡剤以外の発泡剤として、本発明の所期の効果を阻害しない範囲内において添加できるものとしては、例えば、塩化アルキル、アルコール類、エーテル類、ケトン類、エステル類等が挙げられる。これらの発泡剤の中でも炭素数1〜3の塩化アルキル、炭素数1〜4の脂肪族アルコール、アルキル鎖の炭素数が1〜3のエーテル類、蟻酸メチルなどのエステル類等が発泡剤として好適なものである。炭素数1〜3の塩化アルキルとしては、例えば塩化メチル、塩化エチル等が挙げられる。炭素数1〜4の脂肪族アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、アリールアルコール、クロチルアルコール、プロパギルアルコール等が挙げられる。アルキル鎖の炭素原子数が1〜3のエーテル類としては、例えばジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチレンジメチルエーテル等が挙げられる。特に、発泡倍率向上効果などが期待できるものとして、塩化メチル、ジメチルエーテル、メタノール、エタノールが挙げられる。これらの発泡剤は上記特定の混合物理発泡剤に加えて、単独または2種以上を併用して添加することもできる。
これら発泡剤の基材樹脂に対する添加量は、所望する発泡倍率との関連で適宜選択されるが、見かけ密度が20〜50kg/cmの発泡断熱板を得るには、通常、基材樹脂1kg当たり、発泡剤の合計量として、概ね0.4〜3モル添加され、好ましくは0.5〜2.5モルが添加される。
(II)基材樹脂
本発明の押出発泡断熱板の基材樹脂は、ポリスチレン系樹脂を主成分とする。本明細書において、主成分とは、基材樹脂中にポリスチレン系樹脂を50重量%以上含有するものをいい、より好ましくは70重量%以上、更に好ましくは80重量%以上含有するものをいう。
(i)ポリスチレン系樹脂
本発明において使用されるポリスチレン系樹脂としては、例えばスチレン単独重合体や、スチレンを主成分とするスチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−ポリフェニレンエーテル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メチルスチレン共重合体、スチレン−ジメチルスチレン共重合体、スチレン−エチルスチレン共重合体、スチレン−ジエチルスチレン共重合体、ハイインパクトポリスチレン(HIPS)等の共重合体を用いる場合には、上記ポリスチレン系樹脂におけるスチレン成分含有量は70モル%以上であることが好ましく、特に90モル%以上であることがより好ましい。前記ポリスチレン系樹脂の中でも、発泡断熱板として良好な熱伝導率を有する観点から、スチレン単独重合体が最も好適である。
本発明において用いられるポリスチレン系樹脂は、温度200℃、剪断速度100sec−1の条件下における溶融粘度(η)が500〜10000Pa・s、更に700〜8000Pa・s、特に1000〜6000Pa・sのものが好ましい。ポリスチレン系樹脂の溶融粘度(η)が上記範囲内であることにより、前記混合物理発泡剤を含有する発泡性樹脂溶融物の押出成形性が向上すると共に、高い発泡倍率の押出発泡断熱板を容易に得ることが可能となる。
(ii)他の樹脂
前記基材樹脂には、本発明の目的効果を阻害しない範囲内において、前記ポリスチレン系樹脂以外の、他の樹脂を配合することができる。該他の樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、及びその水添物、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、及びその水添物、スチレン−エチレン共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸アルキル−ブタジエン共重合体、ポリメタクリル酸メチルなどが挙げられる。なお、これらの樹脂は単独または2種以上を併用して配合することもできる。
これらの樹脂の配合量は、基材樹脂中に50重量%未満であり、より好ましくは30重量%以下である。
(III)難燃剤
本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造において使用できる難燃剤としては、臭素系難燃剤が好ましく使用される。臭素系難燃剤としては、例えば、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-ビス(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-ビス(アリルエーテル)、テトラブロモビスフェノール−A−ビス(2,3−ジブロモ−2−メチルプロピルエーテル)(=2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモ−2−メチルプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニル]プロパン)、テトラブロモビスフェノールS、テトラブロモビスフェノールS−ビス(2,3−ジブロモプロピルエーテル)、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、トリブロモフェノール、デカブロモジフェニルオキサイド、トリス(トリブロモネオペンチル)ホスフェート、N−2,3−ジブロモプロピル−4,5−ジブロモヘキサヒドロフタルイミド、臭素化ポリスチレン、臭素化ビスフェノールエーテル誘導体、SBSブロックポリマーなどが挙げられる。これらの化合物は単独又は2種以上を混合して使用できる。上記の臭素系難燃剤の中でも、その熱安定性が高く、高い難燃効果が得られることから、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、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(2,3−ジブロモ−2−メチルプロピルエーテル)、トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレートが特に好ましい。なお、これらの難燃剤は単独または2種以上を併用して配合することもできる。
また、2,3−ジブロモ−2−アルキルプロピル構造を有する臭素系難燃剤とその他の難燃剤との複合難燃剤を用いることが熱安定性の面で特に好ましい。上記の2,3−ジブロモ−2−アルキルプロピル構造を有す臭素系難燃剤としては、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S−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F−ビス(2,3−ジブロモ−2−メチルプロピルエーテル)などが挙げられ、それらの中でも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)が好ましい。
ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板中における難燃剤の含有量は、難燃性を向上させるとともに、発泡性の低下および機械的物性の低下を抑制するうえで、基材樹脂100重量部当たり1〜10重量部が好ましく、1.5〜7重量部がより好ましく、2〜5重量部が更に好ましい。
さらに、本発明おいては、押出発泡断熱板の難燃性をさらに向上させることを目的として、難燃助剤を上記難燃剤と併用して使用することができる。難燃助剤としては、例えば2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン、2,3−ジエチル−2,3−ジフェニルブタン、3,4−ジメチル−3,4−ジフェニルヘキサン、3,4−ジエチル−3,4−ジフェニルヘキサン、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン、2,4−ジフェニル−4−エチル−1−ペンテン等のジフェニルアルカンやジフェニルアルケン、ポリ−1,4−ジイソプロピルベンゼン等のポリアルキル化芳香族化合物、トリフェニルホスフェート、クレジルジ2,6−キシレニルホスフェート、三酸化アンチモン、五酸化二アンチモン、硫酸アンモニウム、すず酸亜鉛、シアヌル酸、イソシアヌル酸、トリアリルイソシアヌレート、メラミンシアヌレート、メラミン、メラム、メレム等の窒素含有環状化合物、シリコーン系化合物、酸化ホウ素、ホウ酸亜鉛、硫化亜鉛などの無機化合物、赤リン系、ポリリン酸アンモニウム、フォスファゼン、次亜リン酸塩等のリン系化合物等が挙げられる。これらの化合物は単独又は2種以上を混合して使用できる。
該難燃助剤の添加量は基材樹脂100重量部に対し、ジフェニルアルカンやジフェニルアルケンの場合は0.05〜1重量部、好ましくは0.1〜0.5重量部の範囲で使用され、その他の難燃助剤の場合は0.5〜5重量部、好ましくは1〜4重量部の範囲で使用される。
本発明により得られる押出発泡断熱板は、主に建築用断熱材料として使用されることから、JIS A9511(2006年)5・13・1に規定される、「測定方法A」に記載の押出ポリスチレンフォーム保温板を対象とする燃焼性規格を満足する高度な難燃性が要求される。さらに、本発明により得られる押出発泡断熱板は、JIS A9511(2006年)4.2で規定される熱伝導率の規格を満足することが望ましい。したがって、本発明における物理発泡剤としてのHFO、炭素数3〜5の飽和炭化水素の添加は、難燃性と熱伝導率が両立するように行われる。
(IV)断熱性向上剤
本発明においては基材樹脂に、断熱性向上剤を添加してさらに断熱性を向上することができる。断熱性向上剤としては、例えば、酸化チタン等の金属酸化物、アルミ等の金属、セラミック、カーボンブラック、黒鉛等の微粉末、赤外線遮蔽顔料、ハイドロタルサイトなどが例示される。これらは1種又は2種以上を使用することができる。該断熱性向上剤の添加量は基材樹脂100重量部に対し、0.5〜5重量部、好ましくは1〜4重量部の範囲で使用される。
(V)その他の添加剤
また、本発明においては基材樹脂に、必要に応じて、気泡調整剤、顔料,染料等の着色剤、熱安定剤、充填剤等の各種の添加剤を適宜添加することができる。前記気泡調整剤として、例えば、タルク、カオリン、マイカ、シリカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、クレー、ベントナイト、ケイソウ土等の無機物粉末、アゾジカルボジアミド等の従来公知の化学発泡剤などを用いることができる。なかでも難燃性を阻害することがなく気泡径を調整することが容易であるタルクが好適である。特にJIS Z8901(2006年)に規定される粒径が0.1〜20μm、更に0.5〜15μmの大きさのタルクが好ましい。気泡調整剤の添加量は、該調整剤の種類、目的とする気泡径等によって異なるが、基材樹脂100重量部に対し、概ね、0.01〜8重量部、更に0.01〜5重量部、特に0.05〜3重量部が好ましい。
以下、本発明により得られるポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の諸物性について詳述する。
(i)見かけ密度
本発明により得られるポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の見かけ密度は、20〜50kg/cmのものである。特に本発明の製造方法により、上記範囲の比較的見かけ密度が小さい、高発泡倍率の発泡断熱板が得られる。見かけ密度が小さすぎる場合は、押出発泡断熱板を製造すること自体かなり困難であり、用途によっては機械的強度が不十分なものとなる。一方、見かけ密度が大きすぎる場合は、押出発泡断熱板の厚みを相当厚くしない限り、充分な断熱性を発揮させることが困難であり、また軽量性の点からも好ましくない。かかる観点から、該押出発泡板の見かけ密度は25〜40kg/mが好ましい。
(ii)厚み
前記ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板は、その使用目的から厚みが10〜150mmのものである。厚みが薄すぎる場合には、特に断熱材として使用する場合に要求される断熱性が不十分となる虞がある。一方、押出機の大きさにもよるが、厚みが厚すぎる場合には発泡成形が難しくなる虞がある。なお、取扱いや、製造面からは、厚みは15〜120mmのものがより好ましい。
(iii)平均気泡径
前記ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の厚み方向平均気泡径は、0.5mm以下のものであることが好ましい。厚み方向の平均気泡径が上記範囲内にあることにより、前記見かけ密度範囲の構成と相俟って赤外線透過を抑制することが出来るなどの理由から、より一層高い断熱性を有する押出発泡断熱板を得ることができる。該厚み方向の平均気泡径は、好ましくは0.05〜0.3mmである。
本明細書における平均気泡径の測定方法は次の通りである。
すなわち、押出発泡断熱板の厚み方向の平均気泡径(D:mm)及び押出発泡断熱板幅方向の平均気泡径(D:mm)は押出発泡断熱板の幅方向垂直断面(押出発泡断熱板の押出方向と直交する垂直断面)を、押出発泡断熱板の押出方向の平均気泡径(D:mm)は押出発泡断熱板の押出方向垂直断面(押出発泡断熱板の押出方向に平行に、幅方向の中央部で二等分する垂直断面)の顕微鏡拡大写真を得る。次いで、該拡大写真上において測定しようとする方向に直線を引き、その直線と交差する気泡の数を計数し、直線の長さ(当然のことながら、この長さは拡大写真上の直線の長さではなく、写真の拡大率を考慮した直線の真の長さを指す。)を計数された気泡の数で割ることによって、各々の方向における平均気泡径を求める。
平均気泡径の測定方法について詳述すると、厚み方向の平均気泡径(D:mm)の測定は幅方向垂直断面の中央部及び両端部の計3箇所の顕微鏡拡大写真を得、各々の写真上において、厚み方向に押出発泡断熱板の全厚みに亘る直線を引き各々の直線の長さと該直線と交差する気泡の数から各直線上に存在する気泡の平均径(直線の長さ/該直線と交差する気泡の数)を求め、求められた3箇所の平均径の算術平均値を厚み方向の平均気泡径(D:mm)とする。
幅方向の平均気泡径(D:mm)は幅方向垂直断面の、中央部及び両端部の計3箇所の顕微鏡拡大写真を得、各々の写真上において、押出発泡断熱板を厚み方向に二等分する位置に、3mmに拡大率を乗じた長さの直線を幅方向に引き、該直線と該直線と交差する気泡の数から、各直線上に存在する気泡の平均径を式(3mm/(該直線と交差する気泡の数−1))にて求め、求められた3箇所の平均径の算術平均値を幅方向の平均気泡径(D:mm)とする。
押出方向の平均気泡径(D:mm)は、押出発泡断熱板の幅方向を二等分する位置で、押出発泡断熱板を押出方向に切断して得られた押出方向垂直断面の、中央部及び両端部の計3箇所の顕微鏡拡大写真を得、各々の写真上において、押出発泡断熱板を厚み方向に二等分する位置に、3mmに拡大率を乗じた長さの直線を押出方向に引き、該直線と該直線と交差する気泡の数から、各直線上に存在する気泡の平均径を式(3mm/(該直線と交差する気泡の数−1))にて求め、求められた3箇所の平均径の算術平均値を押出方向の平均気泡径(D:mm)とする。また、押出発泡断熱板の水平方向の平均気泡径(D:mm)は、DとDの相加平均値とする。
(iv)気泡変形率
更に前記ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板においては、気泡変形率が0.7〜2.0であることが好ましい。気泡変形率とは、上記測定方法により求められたDをDで除すことにより算出される値(D/D)であり、該気泡変形率が1よりも小さいほど気泡は扁平であり、1よりも大きいほど縦長である。気泡変形率が小さすぎる場合は、気泡が扁平なので圧縮強度が低下する虞れがあり、扁平な気泡は球形に戻ろうとする傾向が強いので、押出発泡体の寸法安定性も低下する虞がある。気泡変形率が大きすぎる場合は、厚み方向における気泡数が少なくなるので、気泡形状による断熱性向上効果が小さくなる。そのような観点から、上記気泡変形率は、0.8〜1.5であることが好ましく、0.8〜1.2であることがより好ましい。気泡変形率が上記範囲内にあることにより、機械的強度に優れ、かつ更に高い断熱性を有するポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板となる。
(v)独立気泡率
前記ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の独立気泡率は80%以上である。独立気泡率が低すぎる場合には、発泡剤として使用したHFOが発泡断熱板から早期に逸散しやすくなることから、長期断熱性が低下するおそれがある。上記観点から、前記独立気泡率は85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、93%以上であることがさらに好ましい。独立気泡率S(%)は、ASTM−D2856−70の手順Cに従って、空気比較式比重計(例えば、東芝ベックマン(株)製、空気比較式比重計、型式:930型)を使用して測定される。
本明細書において押出発泡断熱板の独立気泡率は、下記式(1)から求められる。押出発泡断熱板の中央部および幅方向両端部付近の計3箇所からカットサンプルを切り出して各々のカットサンプルを測定試料とし、各々の測定試料について独立気泡率を測定し、3箇所の独立気泡率の算術平均値を採用する。なお、カットサンプルは押出発泡断熱板から縦25mm×横25mm×厚み20mmの大きさに切断された、押出発泡断熱板表皮を有しないサンプルとし、厚みが薄く厚み方向に20mmのサンプルが切り出せない場合には、例えば縦25mm×横25mm×厚み10mmの大きさに切断された試料(カットサンプル)を2枚重ねて測定する。
(数1)
S(%)=(Vx−W/ρ)×100/(VA−W/ρ)・・・(1)
ただし、
Vx:上記空気比較式比重計による測定により求められるカットサンプルの真の体積(cm)(押出発泡断熱板のカットサンプルを構成する樹脂の容積と、カットサンプル内の独立気泡部分の気泡全容積との和に相当する。)
VA:測定に使用されたカットサンプルの外寸法から算出されたカットサンプルの見かけ上の体積(cm
W:測定に使用されたカットサンプル全重量(g)
ρ:押出発泡断熱板を構成する樹脂の密度(g/cm
(vi)熱伝導率
ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造後100日経過後の熱伝導率(A)は、0.0290W/(m・K)以下であることが望ましく、0.0280W/(m・K)以下であることが更に好ましい。本発明の製造方法により得られる発泡断熱板においては、独立気泡率が高い発泡断熱板が得られ、前記HFOの発泡断熱板からの逸散が効果的に防止されることから、製造後100日経過後であっても、熱伝導率が低く維持される。
本発明において熱伝導率は、押出発泡断熱板から縦200mm×横200mm×厚み10mmの押出発泡断熱板表皮が存在しない試験片を切り出し、該試験片についてJIS A 1412−2(1999年)記載の平板熱流計法(熱流計2枚方式、高温側38℃、低温側8℃、平均温度23℃)に基づいて測定される。なお、厚み10mmの試験片を切り出せない場合は複数枚(できるだけ少ない枚数)の厚みの薄い試験片を積層して厚み10mmの試験片とする。例えば、厚さ28mmの発泡断熱板を厚さ10mmにスライスした場合には、スライスしたサンプルの製造後100日後の測定値は、発泡断熱板(厚さ28mm)の780日経過後の値に相当する。
また、ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造後200日経過後の熱伝導率(B)は、0.0290W/(m・K)以下であることが望ましく、0.0280W/(m・K)以下であることが更に好ましい。本発明の製造方法により得られる発泡断熱板においては、特に、独立気泡率が高いことから、製造後200日経過後であっても、熱伝導率が低く維持され、長期断熱性に優れるものである。
(vii)発泡断熱板中のHFO残存量
本発明により得られるポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板においては、発泡断熱板中のHFO残存量は、押出発泡断熱板1kg当たり0.02モル以上存在することが好ましい。上記範囲内であれば、HFOが有効に断熱性向上効果を発揮して、より断熱性に優れるものとなる。上記観点から、HFOの残存量は、0.1モル以上であることがより好ましい。一方、HFO残存量の上限は、発泡断熱板の見かけ密度などとも関連するが、概ね0.8モルであり、好ましくは0.7モルである。なお、HFOの残存量は、製造直後から変動するが、発泡断熱板の使用時に、上記範囲内のHFO残存量であればよい。
本明細書における発泡断熱板中のHFOの残存量は、ガスクロマトグラフを用いて内部標準法により測定される値である。具体的には、押出発泡断熱板から適量のサンプルを切り出し、このサンプルを適量のトルエンと内部標準物質の入った蓋付き試料ビン中に入れ蓋を閉めた後、充分に撹拌し発泡断熱板中のHFOをトルエン中に溶解させた溶液を測定用試料としてガスクロマトグラフ分析を行って発泡断熱板中のHFO残存量を求める。
(viii)溶融張力
本発明における基材樹脂の溶融張力(MT)は、ASTM D1238に準じて測定された値であり、例えば、(株)東洋精機製作所製のキャピログラフ1Dによって測定することができる。
溶融張力(MT)は、ASTM D1238に準じて測定し、(株)東洋精機製作所製のキャピログラフ1Dによって測定することができる。シリンダー径9.55mm、長さ350mmのシリンダーと、ノズル径2.095mm、長さ8.0mmのオリフィスを用い、シリンダー及びオリフィスの設定温度200℃とし、試料の必要量を該シリンダー内に入れ、4分間放置してから、ピストン速度を10mm/分として溶融樹脂をオリフィスから紐状に押出して、この紐状物を直径45mmの張力検出用プーリーに掛け、4分で引き取り速度が0m/分から200m/分に達するように一定の増速で引取り速度を増加させながら引取りローラーで紐状物を引取って紐状物が破断した際の直前の張力の極大値を得た。ここで、引取り速度が0m/分から200m/分に達するまでの時間を4分とした理由は、樹脂の熱劣化を抑えるとともに得られる値の再現性を高めるためである。前記操作を異なる試料を使用し、計10回の測定を行い、10回で得られた極大値の最も大きな値から順に3つの値と、極大値の最も小さな値から順に3つの値を除き、残った中間の4つの極大値を相加平均して得られた値を溶融張力(cN)とする。
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(1)実施例及び比較例で基材樹脂に使用した原材料を以下に示す。
(i)基材樹脂
基材樹脂を構成するポリスチレン系樹脂を表1に示す。
Figure 2013194101
(ii)マスターバッチ
気泡調整剤マスターバッチ:ポリスチレン樹脂をベースレジンとし、タルク(松村産業(株)製、商品名:ハイフィラー#12)60重量%を含有するタルクマスターバッチを用いた。
難燃剤マスターバッチ: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(株)製 SR130)50重量%と、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(株)製 SR720)50重量%とからなる混合難燃剤を含有する難燃剤マスターバッチを、前記混合難燃剤の基材樹脂に対する添加量が5重量部となるように、基材樹脂に添加した。
(iii)混合物理発泡剤
混合物理発泡剤としては、HFO:トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(トランスHFO−1234ze)、炭素数3〜5の飽和炭化水素:イソブタン、水及び/又は二酸化炭素を混合して用いた。
(2)以下に評価方法を記載する。
(i)断面積
ポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の断面積は、押出発泡断熱板の押出方向と直交する垂直断面(幅方向垂直断面)の断面積とする。
(ii)外観
発泡成形性の評価は、下記評価基準により評価した。
○:発泡状態が良好であり、表面に波うちやスポット孔などがない、外観良好な板状の押出発泡断熱板が安定して得られる。
×:発泡状態が悪く、表面に波うちやスポット孔などが発生し、良好な板状の押出発泡断熱板が得られない。
(iii)難燃性
製造直後の押出発泡断熱板を気温23℃、相対湿度50%の部屋に移し、その部屋で4週間放置した後、JIS A9511(1995)の4.13.1「測定方法A」に基づいて測定した。尚、測定は一つの発泡板から試験片を5個切り出して(N=5)下記の評価基準にて評価した。
◎:全ての試験片において3秒以内で消え、且つ、5個の試験片の平均燃焼時間が2秒以内である。
○:全ての試験片において3秒以内で消え、且つ、5個の試験片の平均燃焼時間が2秒を超え3秒以内である。
×:5個の試験片の平均燃焼時間が3秒を越える。
(iV)独立気泡率
押出発泡体から25mm×25mm×20mmのサイズに切断された成形表皮を持たないカットサンプルを使用してASTM−D2856−70の手順Cにより測定した値である。
見かけ密度、厚み方向平均気泡径、平均気泡変形率、熱伝導率の測定方法は前述の通りである。
実施例1〜9、比較例1〜5
内径65mmの第1押出機と内径90mmの第2押出機と内径150mmの第3押出機が直列に連結されており、発泡剤注入口が第1押出機の終端付近に設けられており、間隙1mm×幅90mmの幅方向断面が長方形の樹脂排出口(ダイリップ)を備えたフラットダイが第3押出機の出口に連結された製造装置を用いた。
更にフラットダイの樹脂出口にはこれと平行するように設置された上下一対のポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる板により構成された賦形装置(ガイダー)が付設されている。表2、3中に示すそれぞれの配合量となるように樹脂、難燃剤(難燃剤マスターバッチ5重量部)及び気泡調整剤(気泡調整剤マスターバッチ2.5重量部)を、前記第1押出機に供給し、220℃まで加熱し、これらを溶融、混練し、第1押出機の先端付近に設けられた発泡剤注入口から表2、3中に示す配合組成の物理発泡剤を表2中に示す割合で溶融物に供給し溶融混練した発泡性樹脂溶融物を、続く第2押出機及び第3押出機に供給して樹脂温度を表中に示すような発泡樹脂温度(この発泡温度は押出機とダイとの接合部の位置で測定された発泡性樹脂溶融物の温度である)に調整した後、吐出量50kg/hrでダイリップからガイダー内に押出し、発泡させながら厚み方向に28mmの間隙で平行に配置されたガイダー内を通過させることにより板状に成形(賦形)し板状のポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板を製造した。評価結果を表2、3にまとめて示す。
Figure 2013194101
Figure 2013194101
表2、3から、
(1)実施例1〜5に見られるように、混合発泡剤中のHFOの配合割合が増加するに従って、熱伝導率が低くなる傾向にある。しかし、比較例2に見られるように、混合発泡剤中のHFOの配合割合が本発明で特定する範囲を超え相対的に多量となると、独立気泡率が低下し、熱伝導率も悪化し発泡成形体の外観が悪くなる。一方、比較例1見られるように、混合発泡剤中のHFOの配合割合が本発明で特定する範囲を満足しない量では、熱伝導率が100日後の時点ですでに0.029W/m・Kを超えており、良好な長期断熱性を有する発泡断熱板が得られない。
(2)実施例3と6とを対比すると、実施例6は混合発泡剤中のHFOの配合割合が相対的に多いので、長期断熱性に優れる。また、実施例7は実施例2と対比されるもので、イソブタンの配合量が多いことから難燃性が若干低下している。実施例8、実施例9は実施例3と対比されるもので、基材樹脂の種類が異なる実施例を示すものである。
(3)混合発泡剤の水の配合量が本発明の規定範囲を超える場合、比較例3に見られるように発泡断熱板の外観が悪化し、良好な発泡断熱板が得られない。混合発泡剤中のイソブタンの配合量が本発明の規定以下である場合、比較例4に見られるように押出発泡の安定性が低下し発泡成形体の外観が悪化する。一方、混合発泡剤中のイソブタンの配合量が本発明の規定を超えると比較例5に見られるよう難燃性が低下する。

Claims (3)

  1. ポリスチレン系樹脂を主成分とする基材樹脂と物理発泡剤と難燃剤とを含有する発泡性樹脂溶融物を押出発泡する、厚さ10〜150mm、見かけ密度20〜50kg/m、独立気泡率80%以上の押出発泡断熱板を製造する方法であって、前記物理発泡剤として、3〜50モル%のハイドロフルオロオレフィンと、30〜70モル%の炭素数3〜5の飽和炭化水素と、5〜50モル%の水及び/又は二酸化炭素(ただし、前記ハイドロフルオロオレフィンと、炭素数3〜5の飽和炭化水素と、水及び/又は二酸化炭素の配合割合の合計量は100モル%である。)を用いることを特徴とするポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法。
  2. 前記ハイドロフルオロオレフィン及び炭素数3〜5の飽和炭化水素の配合量の合計が前記基材樹脂1kgあたり0.4〜2モルであり、前記水及び/又は二酸化炭素の配合量の合計が前記基材樹脂1kgあたり0.05〜0.6モルであることを特徴とする請求項1に記載のポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法。
  3. 前記ハイドロフルオロオレフィンがテトラフルオロプロペンであることを特徴とする請求項1または2に記載のポリスチレン系樹脂押出発泡断熱板の製造方法。
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