JP2014079945A - 機能性発泡成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で所定の曲げ強度を有するうえに、不燃性、難燃性に加え消臭性やＶＯＣの吸着性などの各種の機能も発揮する機能性発泡成形体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】母材１は、汎用の発泡性樹脂粒子もしくは事前に機能性材料を表面及び内部に具備した発泡樹脂粒子を型内に充填し、加熱発泡して得られる多数の発泡セル２、２・・・で構成され、隣り合う発泡セル２、２の表面同士が溶融接着した融着部によって結合されるとともに、前記多数の発泡セル２、２・・・の間に容積気孔率が１０〜４０％の三次元連通気孔４が形成され、かつ１０Ｎ以上の曲げ限界強度を有するものであって、この母材１の前記三次元連通気孔４に機能性材料５が充填されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽量で所定の曲げ強度を有するうえに、不燃性、難燃性に加え消臭性やＶＯＣの吸着性などの各種の機能も発揮する機能性発泡成形体およびその製造方法に関するものである。

従来から、発泡成形体は軽量で断熱性に優れており、魚箱や電気製品の梱包材などに広く利用されている。また、その他の用途として住宅の床材、壁材、天井材などの建材としての利用や、自動車のバンパーコア、フロアデッキの嵩上げ材やトランクトレイとしての利用など、様々な分野での利用も拡がりつつある。このような利用の拡大に伴い、軽量性と断熱性だけでなく、用途に応じて難燃性、不燃性、消臭性、芳香性、抗菌性、防虫性、ＶＯＣ（塗料や接着剤などに含まれる揮発性有機化合物をいう）の吸着性、表面の平滑性など、種々の機能を付加していることが要求されるようになってきた。

上記のような機能を付加させる一般的な方法として、例えば母材となる発泡成形体の表面に機能性材料を含有したコーティング膜を被覆する方法がある。しかしながら、この方法の場合は、機能性材料が表面のみに付着した状態であるため、例えば、切削加工等を施した場合はコーティング膜が消失して機能を発揮することができないという問題があった。

更に、従来タイプのポリスチレンフォームで成形された発泡樹脂成形体の僅かな連通孔内に、機能性材料を含む充填材料を充填した複合構造体も提案されているが、この場合は、連通孔が僅かしかないため充填材料の充填が不十分で付加機能を十分に発揮させることは困難であった。加圧装置や減圧装置を使っても連通孔が微細なため充填材料を孔内へ充填すると不均一になるなどの問題があり、実用性に乏しいものであった。

一方、本件出願人は従来タイプのポリスチレンフォームで成形された発泡樹脂成形体を改良して、多数の発泡セルの間に容積気孔率が１０〜４０％の三次元連通気孔が形成され、かつ１０Ｎ以上の曲げ限界強度を有する発泡成形体を完成し、既に実用に供している（特許文献１を参照）。しかし、この発泡成形体は、吸音機能に注目して開発したものであり、その三次元連通気孔に更に種々の機能を均一に付加するということは考えられていなかった。

特許第４５６６１１４号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、軽量でかつ十分な曲げ強度を有しており、しかも難燃性や消臭性やＶＯＣの吸着性などの各種の機能も十分に発揮することができる機能性発泡成形体を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明の機能性発泡成形体は、母材は、汎用の発泡性樹脂粒子もしくは事前に機能性材料を表面及び内部に具備した発泡樹脂粒子を型内に充填し、加熱発泡して得られる多数の発泡セルで構成され、隣り合う発泡セルの表面同士が溶融接着した融着部によって結合されるとともに、前記多数の発泡セルの間に容積気孔率が１０〜４０％の三次元連通気孔が形成され、かつ１０Ｎ以上の曲げ限界強度を有するものであって、この母材の前記三次元連通気孔に、機能性材料が充填されていることを特徴とするものである。

前記機能性材料は、難燃剤、不燃剤、消臭剤、芳香剤、抗菌性、防虫剤、ＶＯＣ吸着剤、表面平滑剤から選択される１種、または２種以上であることが好ましく、これを請求項２に係る発明とする。

請求項１または２に記載の機能性発泡成形体の製造方法であって、処理容器内に母材をセットした後、母材上に機能性材料を含有する充填液を注いで、この液を自重によって三次元連通気孔内に充填することを特徴とする機能性発泡成形体の製造方法。

請求項１または２に記載の機能性発泡成形体の製造方法であって、処理容器内に母材をセットした後、母材上に機能性材料を含有する充填液を注いで、この液を吸引、加圧によって三次元連通気孔内に充填することを特徴とする機能性発泡成形体の製造方法。

請求項１または２に記載の機能性発泡成形体の製造方法であって、機能性材料を含有する充填液を貯留した処理容器内に、母材が浸漬するようにセットした後、機能性材料を含有する充填液を毛細管現象もしくは液圧により三次元連通気孔内に充填することを特徴とする機能性発泡成形体の製造方法。

請求項１または２に記載の機能性発泡成形体の製造方法であって、機能性材料を含有する充填液を貯留した処理容器内に、母材が浸漬するようにセットした後、機能性材料を含有する充填液を吸引、加圧によって三次元連通気孔内に充填することを特徴とする機能性発泡成形体の製造方法。

請求項１に係る発明では、母材が、汎用の発泡性樹脂粒子もしくは事前に機能性材料を表面及び内部に具備した発泡樹脂粒子を型内に充填し、加熱発泡して得られる多数の発泡セルで構成され、隣り合う発泡セルの表面同士が溶融接着した融着部によって結合されるとともに、前記多数の発泡セルの間に容積気孔率が１０〜４０％の三次元連通気孔が形成され、かつ１０Ｎ以上の曲げ限界強度を有するものであって、この母材の前記三次元連通気孔に機能性材料が充填されているので、軽量で所定の曲げ強度を有するという母材本来の特徴に加え、三次元連通気孔に機能性材料を含有する充填材により難燃性などの有効な機能を付加することができる。

特に、母材の容積気孔率が１０〜４０％（従来品は１０％未満）で、三次元連通気孔に機能性材料が十分に充填されているので、機能性材料の効果を大いに発揮することができる。

また、請求項２に係る発明では、機能性材料が、難燃剤、不燃剤、消臭剤、芳香剤、抗菌性、防虫剤、ＶＯＣ吸着剤、表面平滑剤から選択される１種、または２種以上であるので、用途に応じて任意の機能を付加することができ、使用価値を向上させることができる。

請求項３に係る発明では、処理容器内に母材をセットした後、母材上に機能性材料を含有する充填液を注いで、この液を自重によって三次元連通気孔内に充填するので、簡単かつ安価に機能性発泡成形体を製造することができる。

請求項４に係る発明では、処理容器内に母材をセットした後、母材上に機能性材料を含有する充填液を注いで、この液を吸引、加圧によって三次元連通気孔内に充填するので高粘度の充填液でも簡単に機能性発泡成形体を製造することができる。

請求項５に係る発明では、機能性材料を含有する充填液を貯留した処理容器内に、母材が浸漬するようにセットした後、機能性材料を含有する充填液を毛細管現象もしくは液圧により三次元連通気孔内に充填するので、簡単かつ安価に機能性発泡成形体を製造することができる。

請求項６に係る発明では、機能性材料を含有する充填液を貯留した処理容器内に、母材が浸漬するようにセットした後、機能性材料を含有する充填液を吸引、加圧によって三次元連通気孔内に充填するので、高粘度の充填液でも簡単に機能性発泡成形体を製造することができる。

本発明に係る発泡成形体を示す要部の拡大断面図である。 母体に機能性材料を充填する装置を示す概略図である。 母体に機能性材料を充填するその他の装置を示す概略図である。 母体に機能性材料を充填するその他の装置を示す概略図である。 発泡成形体のたわみと曲げ応力の関係を示すグラフである。 その他の発泡成形体を示す要部の拡大断面図である。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は、本発明の発泡成形体を示す要部の拡大断面図であり、図において、１は母材である発泡成形体である。この母材１は、型内に充填した発泡ポリスチレン樹脂からなる発泡性樹脂粒子を加熱発泡して得られる多数の発泡セル２、２・・・で構成されており、隣り合う発泡セル２の表面同士が溶融接着した融着部３によって強固に結合された構造となっている。
なお、前記発泡性樹脂粒子としては発泡ポリスチレン樹脂の他、発泡性ポリプロピレン樹脂や発泡性ポリエチレン樹脂などのポリオレフィン系の発泡性樹脂粒子を用いることもできる。

本発明の母材１である発泡成形体は、従来のように全ての発泡性樹脂粒子が溶融密着されて通気性を有しないものとは異なり、前記多数の発泡セル２、２・・・の間に容積気孔率が１０〜４０％の三次元連通気孔４が形成され、かつ１０Ｎ以上の曲げ限界強度を有するものである。このように一定割合の三次元連通気孔４を有する母材１は、優れた軽量性、断熱性、吸音性、防音性、および所定値以上の曲げ限界強度を発揮することができ、従来の発泡成形体とは構造的に異なるものである（出願人会社では、「ポーラス成形体」と称している）。

ここでいう容積気孔率とは、全体の容積に対する気孔の全容積比を意味するが、この容積気孔率が１０％未満では後述する機能性材料の効果を十分に発揮させることが難しく、一方、４０％より大きいと１０Ｎ以上の曲げ限界強度を得ることが難しくなるため、１０〜４０％の範囲が好ましい。

また、前記母材１の三次元連通気孔４には、機能性材料を含有する充填液により均一に満たされた構造となっている。この機能性材料を充填することにより、母材自身が有する軽量性、断熱性、吸音性等に加えて、用途に応じて更に任意の機能を付加させることが可能となる。
例えば、建築分野での床材、壁材、天井材などの使用であれば、難燃性、不燃性、ＶＯＣ吸着性、防虫性、平滑性等を付加することができる。また、家電分野での梱包材等の使用であれば、難燃性、ＶＯＣ吸着性、平滑性等を付加し、自動車分野での床の嵩上げ材やトランクトレイ等としての使用であれば、難燃性、不燃性、消臭性、平滑性を付加する等、用途に応じて任意の機能を付加させることができる。
なお、本発明でいう充填という概念は、図１に示すように、三次元連通気孔４の内部を全て満たすものに限らず、図６に示すように、三次元連通気孔４の表面を全て覆い内部に連通する空隙部を有するものも含む概念である。

前記機能性材料は、使用する用途などに応じて、難燃剤、不燃剤、消臭剤、芳香剤、抗菌性、防虫剤、ＶＯＣ吸着剤、表面平滑剤の１種、または２種以上を選択することができる。

また、前記の機能性発泡成形体母材の容積気孔率は、１０％以上であることが好ましい。容積気孔率が１０％未満の場合は、三次元連通気孔４の開口率が小さくなり、充填した機能性材料の機能を成形体の外部に向けて十分に発散させることが難しくなるからである。
なお、本発明の場合、母材１の三次元連通気孔４に機能性材料を充填した構造であるため、運搬や設置等の作業時において他物体と接触等して表面が剥離したり、表面を切削加工した場合にも、三次元連通気孔４内にある機能性材料が十分に機能を発揮するため全く問題はない。

次に、本発明の機能性発泡成形体の製造方法について説明する。
図２は、母体に機能性材料を充填する装置の一例を示すものである。図２では、処理容器１１内に板状の母材１をセットした後、この母材１の上に機能性材料を含有する充填液１０を注ぐ方法である。なお、１２は容器内壁面に突設した母材１を係止するための係止片である。
前記母材１は、三次元連通気孔４が形成されていて、簾のようなものであるので、充填液１０を注ぐと、この充填液１０は自重（重力）によって三次元連通気孔４内を通過後、処理容器１１の下方に落下する。前記充填液１０は、自然落下に伴い三次元連通気孔４に充填材が満たされることになる。

図３は、母体に機能性材料を含有する充填液を充填する装置のその他の例を示すものである。図３では、機能性材料を含有する充填液１０を貯留した処理容器１１内に、板状の母材１の下面部が浸漬されるようにセットする方法である。この場合、前記充填液１１は、毛細管現象により三次元連通気孔４内を上昇するので、この三次元連通気孔４に充填材が満たされることになる。

なお、図４に示すように、処理容器１１の上面を蓋体１１ａで覆い、加圧装置１３を接続し、および／または処理容器１１の下部に吸引装置１４を接続することにより、母材１の上下面間に差圧を発生させれば、機能性材料を含有する充填液１０の落下速度あるいは上昇速度を大きくすることができ、処理速度の向上を図ることができる。

予備発泡処理済みの発泡ポリスチレン樹脂（２５ｋｇ／ｍ3相当品 粒径：２．５〜３．５ｍｍ）を、加熱水蒸気による加熱式の開閉式成形型により、母材となる発泡成形体を成形した。この母材には三次元連通気孔が形成されており、その容積気孔率は２０％であった。また、曲げ限界強度は２０Ｎであった。
機能性材料として難燃剤（丸菱油化(株)の商品名「ノンネンSM-100」）を、有機系溶媒（丸菱油化(株)の商品名「CY-143」）に分散した充填液を作成した。
この液を、図２に示す装置にセットした母材上に注いで、充填液を自重により三次元連通気孔内を通過させ、下部へ落下させた。この母材を乾燥処理して、三次元連通気孔に機能性材料が充填されている機能性発泡成形体を得た。

一方、機能性材料を付加しない母材の発泡成形体を比較例として、前記の本発明の実施例とともに難燃性試験を行った。
難燃性試験は、ＪＩＳ−ＫＤ１２０１に準拠する方法で測定した。この結果、比較例では燃焼距離２５４ｍｍ、燃焼時間１２５．３６sec、燃焼速度２．０３ｍｍ／secであったのに対し、実施例では燃焼速度０ｍｍ／secで全く燃焼せず、難燃性が付与されていることが確認できた。
また、ＪＩＳ−Ｋ７２２１−２に準拠する方法で曲げ限界強度を測定した。この測定した限界荷重より計算した曲げ応力は、図５の曲線Ａに示すように、０．３９ＭＰａであり、比較例（曲線Ｂ）の０．２７５ＭＰａに比べて４０％以上向上していることが確認できた。これは、三次元連通気孔に機能性材料を充填したことにより、強度が向上したものと推測される。

１ 母材
２ 発泡セル
３ 融着部
４ 三次元連通気孔
５ 機能性材料
１０ 充填液
１１ 処理容器
１２ 係止片
１３ 加圧装置
１４ 吸引装置

Claims (6)

1. 母材は、汎用の発泡性樹脂粒子もしくは事前に機能性材料を表面及び内部に具備した発泡樹脂粒子を型内に充填し、加熱発泡して得られる多数の発泡セルで構成され、隣り合う発泡セルの表面同士が溶融接着した融着部によって結合されるとともに、前記多数の発泡セルの間に容積気孔率が１０〜４０％の三次元連通気孔が形成され、かつ１０Ｎ以上の曲げ限界強度を有するものであって、この母材の前記三次元連通気孔に機能性材料が充填されていることを特徴とする機能性発泡成形体。
2. 機能性材料は、低摩擦材、難燃剤、不燃剤、消臭剤、芳香剤、抗菌性、防虫剤、ＶＯＣ吸着剤、低摩擦剤から選択される１種、または２種以上である請求項１に記載の機能性発泡成形体。
3. 請求項１または２に記載の機能性発泡成形体の製造方法であって、処理容器内に母材をセットした後、母材上に機能性材料を含有する充填液を注いで、この液を自重によって三次元連通気孔内に充填することを特徴とする機能性発泡成形体の製造方法。
4. 請求項１または２に記載の機能性発泡成形体の製造方法であって、処理容器内に母材をセットした後、母材上に機能性材料を含有する充填液を注いで、この液を吸引、加圧によって三次元連通気孔内に充填することを特徴とする機能性発泡成形体の製造方法。
5. 請求項１または２に記載の機能性発泡成形体の製造方法であって、機能性材料を含有する充填液を貯留した処理容器内に、母材が浸漬するようにセットした後、機能性材料を含有する充填液を毛細管現象もしくは液圧により三次元連通気孔内に充填することを特徴とする機能性発泡成形体の製造方法。
6. 請求項１または２に記載の機能性発泡成形体の製造方法であって、機能性材料を含有する充填液を貯留した処理容器内に、母材が浸漬するようにセットした後、機能性材料を含有する充填液を吸引、加圧によって三次元連通気孔内に充填することを特徴とする機能性発泡成形体の製造方法。