JP2015013938A - 難燃剤溶融混練物及びこれを用いたポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、HBCDに対しては化審法やREACHによる規制の動きがあり、規制対象物質に指定された場合を想定し、HBCD難燃剤を使用しない難燃剤代替押出発泡体製造技術の開発が求められている。
また、このドライブレンド法では前記各成分が均一に混合されていないことから、添加した熱安定剤の機能が十分に発揮されないため、臭素化ブタジエンポリマータイプの難燃剤の熱安定性がそれほど改善されず、加熱により変色や黒点が発生する場合があった。そのため、特許文献2の難燃剤を用いてポリスチレン系樹脂発泡体を製造した場合には、押出時の熱安定性は若干改善されるものの、押出発泡時の黒点の発生や基材樹脂であるポリスチレン系樹脂の分解による分子量の低下や黄変を完全抑えきることは困難であった。
<1>(A)臭素化ポリブタジエン系難燃剤、下記(1)〜(5)から選択されるいずれかの(B)臭素系難燃剤、及び熱安定剤を混練してなる溶融混練物であって、(A)臭素化ブタジエン系重合体と(B)臭素系難燃剤との配合割合が、重量比で95:5〜60:40であることを特徴とする難燃剤溶融混練物。
(1)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート
(2)(b2)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
(3)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート及び(b2)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
(4)(b2)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]プロパン及び(b3)2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニルプロパン
(5)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート、(b2)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]プロパン及び(b3)2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニルプロパン
<2>熱安定剤が、エポキシ樹脂系熱安定剤、ホスファイト系熱安定剤、フェノール系熱安定剤及びヒンダードアミン系熱安定剤から選択される1種以上であることを特徴とする<1>に記載の難燃剤溶融混練物。
<3>熱安定剤の配合量が(A)臭素化ブタジエン系重合体と(B)臭素系難燃剤の合計100重量部に対して、5〜35重量部であることを特徴とする<1>又は<2>に記載の難燃剤溶融混練物。
<4>ポリスチレン系樹脂、<1>〜<3>のいずれかに記載の難燃剤溶融混練物及び物理発泡剤を混練してなる発泡性溶融樹脂組成物を押出して発泡体を得ることを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
したがって、本発明の難燃剤溶融混練物を用いると、高度な難燃性及び十分な酸素指数を有する発泡体を得ることができ、しかも基材樹脂であるポリスチレン系樹脂の分解が抑制され、かつ黒点、黄変に代表される外観の不具合のない良好な樹脂発泡体を得ることができる。
また、該難燃剤溶融混練物を用いて製造された発泡体や、その端材・スクラップを加熱溶融しリサイクル原料として再利用する際にもリサイクル原料の分子量の低下や黄変が抑制でき、かつ黒点の発生を抑制できる効果を有する。
本発明の難燃剤溶融混練物は、(A)臭素化ブタジエン系重合体、下記(1)〜(5)から選択されるいずれかの(B)臭素系難燃剤、及び熱安定剤を混練してなる溶融混練物であって、(A)臭素化ブタジエン系重合体と(B)臭素系難燃剤との配合割合が、重量比で95:5〜60:40であることを特徴としている。
(1)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート
(2)(b2)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
(3)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート及び(b2)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
(4)(b2)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]プロパン及び(b3)2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニルプロパン
(5)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート、(b2)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]プロパン及び(b3)2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニルプロパン
また、スチレン系単量体としては、スチレン、臭素化スチレン、塩素化スチレン、2−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、α−メチルスチレンなどが例示でき、これこれらの中でも、スチレン、4−メチルスチレン、α−メチルスチレン又はこれらの混合物が好ましく、より好ましくはスチレンである。
本発明で好ましく用いられる臭素化ブタジエン−スチレンブロック共重合体としては、Chemtura社のEmerald3000、ICL−IP社のFR122Pなどの市販品を挙げられる。
(1)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート
(2)(b2)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
(3)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート及び(b2)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
(4)(b2)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]プロパン及び(b3)2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニルプロパン
(5)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート、(b2)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]プロパン及び(b3)2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニルプロパン
このため、(A)臭素化ブタジエン系重合体に(B)臭素系難燃剤を配合させると、溶融加工時に臭素化ブタジエン系重合体の粘度を低下させるので、溶融加工温度が低い条件においても、安定的に変色や黒点の発生が抑制された難燃剤溶融混練物を簡便に製造することができる。
したがって、本発明で用いられる難燃剤溶融混練物を用いると、たとえ臭素化ブタジエン系重合体の配合量が少量であっても、高度な難燃性及び十分な酸素指数を有する発泡体を得ることができ、しかも基材樹脂であるポリスチレン系樹脂の分解、着色が抑制され、再生原料としても使用可能な、ポリスチレン系樹脂発泡体が得られる。
配合割合が前記の範囲内である場合には、安定的に黒点や変色のない難燃剤溶融混練物を簡便に製造することができる。さらに、臭素化ブタジエン系重合体中に熱安定剤が適度に分散するようになるためか、ポリスチレン系樹脂発泡体を製造する際に、効果的に黒点の発生を抑制することができる。
また、難燃性付与効果を向上させるという観点から、(b1)と(b2)との合計100重量%に対して、(b2)が20重量%以上であることが好ましく、より好ましくは25重量%であり、さらに好ましくは30重量%である。一方、押出加工時のポリスチレン系樹脂の分解を抑制するという観点からは、(b1)と(b2)との合計100重量%に対して、(b2)が80重量%以下であることが好ましく、より好ましくは75重量%以下であり、さらに好ましくは70重量%以下である。
また、難燃性付与効果を向上させるという観点から、(b2)と(b3)との合計100重量%に対して、(b2)が20重量%以上であることが好ましく、より好ましくは25重量%であり、さらに好ましくは30重量%である。一方、押出加工時のポリスチレン系樹脂の分解を抑制するという観点からは、(b2)と(b3)との合計100重量%に対して、(b2)が80重量%以下であることが好ましく、より好ましくは75重量%以下であり、さらに好ましくは70重量%以下である。
また、難燃性付与効果を向上させるという観点から、(b1)と(b2)と(b3)の合計100重量%に対して、(b2)が20重量%以上であることが好ましく、より好ましくは25重量%であり、さらに好ましくは30重量%である。一方、押出加工時のポリスチレン系樹脂の分解を抑制するという観点からは、(b1)と(b2)と(b3)の合計100重量%に対して、(b2)が80重量%以下であることが好ましく、より好ましくは75重量%以下であり、さらに好ましくは70重量%以下である。
熱安定剤としては、エポキシ樹脂系安定剤、ホスファイト系安定剤、フェノール系安定剤及びヒンダードアミン系安定剤から選ばれる一種以上のものが挙げられる。
これらの熱安定剤の総配合量は、(A)臭素化ブタジエン系重合体と(B)臭素系難燃剤の合計100重量部に対して、5〜35重量部とすることが好ましく、より好ましくは10〜25重量部である。
これらは、単独または2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、押出安定性、難燃性の点から、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]が好ましい。
溶融混練時の温度は、(A)臭素化ポリブタジエンからの臭素の遊離を効果的に抑制するためには溶融混練時の樹脂温度は低いほど好ましく、概ね190℃以下、好ましくは185℃以下とする。一方、上記観点からは、溶融混練時の樹脂温度の下限は特に制限されることはないが、(A)臭素化ブタジエン系重合体、(B)臭素系難燃剤と熱安定剤、さらには流動性向上剤とを安定して溶融混練するためには概ね140℃以上とすることが好ましく、150℃以上とすることが好ましい。
また、難燃剤溶融混練物は、計量性、取扱の容易性等から押出機からストランド状に押出した後、カットしてペレット化しておくことが好ましい。
これらの中でも、取扱い性や、効果の発現性がより顕著なことから、トリフェニルホスフェート(TPP)などの芳香族リン酸エステルが好ましい。
本発明のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法は、ポリスチレン系樹脂と上記難燃剤溶融混練物と発泡剤を混練して得られる発泡性溶融樹脂組成物を押出発泡する発泡体の製法が採用される。
上記の飽和炭化水素は、単独又は2種以上混合して使用することができる。
前記飽和炭化水素の中では、発泡性の点からプロパン、n−ブタン、i−ブタンあるいはこれらの混合物が好ましい。また、発泡体の断熱性能の点からn−ブタン、i−ブタンあるいはこれらの混合物が好ましく、特に好ましくはi−ブタンである。
前記有機物理発泡剤としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、ブチルアルコール、i−ブチルアルコール、t−ブチルアルコールなどのアルコール類、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチルなどの蟻酸エステル類、塩化メチル、塩化エチルなどの塩化アルキル類などが挙げられる。また、オゾン破壊係数が0、かつ地球温暖化係数の小さいトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、1,1,1,2−テトラフルオロプロペンなどのフッ化不飽和炭化水素を用いることもできる。
前記無機物理発泡剤としては、例えば水、二酸化炭素、窒素などが挙げられる。
上記の他の発泡剤は、単独又は2種以上混合して使用することができる。
また、該難燃剤溶融混練物を用いることで、製造された発泡体や、その端材・スクラップを加熱溶融しリサイクル原料として再利用する際にもリサイクル原料の分子量の低下や黄変を抑制することができる。
従って、該回収原料を用いることにより、前記押出発泡体を低コストで製造することができる。
(難燃剤溶融混練物の製造)
二軸押出機(内径47mm、L/D=41)を用い、表2−3に示す配合条件・製造条件にて難燃剤と熱安定剤とを溶融混練し、ストランド状に押出しペレット状にカットすることにより、実施例1〜7及び比較例1〜5の難燃剤溶融混練物を製造した。得られた難燃剤溶融混練物の押出負荷、MFR、着色性(1)、黒点の有無を評価した。その結果を表2−3に示す。
なお、熱安定剤の配合量は、臭素化ブタジエン系重合体と臭素系難燃剤の合計100重量部に対して、下記(1)を10重量部、(2)を5重量部、(3)を5重量部の合計20重量部とした。
(1)ノボラック型エポキシ樹脂系化合物:DIC製、商品名「EPICLON N680」
(2)ホスファイト系化合物:ADEKA製、商品名「PEP36」(ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトール−ジホスファイト)
(3)ヒンダードフェノール系化合物:BASF製、商品名「Irganox1010」(ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート])
押出負荷は、下記基準より評価した。
◎:スクリュー負荷が60%未満
○:スクリュー負荷が60〜70%
×:スクリュー負荷が70%を超える
難燃剤溶融混練物のMFRは、JIS K7210:1990の条件H(200℃、5kg荷重)にて測定した。
難燃剤溶融混練物中の着色度合いは、次のように評価した。
150℃に加熱したヒートプレス機を用いて、難燃剤溶融混練物をプレス加工して、縦×横×厚み=40×40×2mmの板を作製した。分光式色差計(日本電色工業株式会社製SE−2000)を用いてASTM D1925に基づき反射法にて該試験片のYI値(イエローインデックス)を測定した。(n=5の算術平均値)
難燃剤溶融混練物中の黒点の有無は、次のように評価した。
150℃に加熱したヒートプレス機を用いて、難燃剤溶融混練物をプレス加工して、縦×横×厚み=40×40×2mmの板を作製した。次に、作製した板に含まれる黒点の数を計測した。(n=5の算術平均値)
実施例8〜16及び比較例6〜10の押出発泡体を得るために、以下に示す装置及び材料を用いた。
内径65mmの第1押出機と内径90mmの第2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、横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2押出機の出口に連結され、第2押出機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)が付設された装置を用いた。
(1)PS1:ポリスチレン(重量平分子量27万)
(2)RPS1:再生ポリスチレン系樹脂組成物
実施例8で得られたポリスチレン系樹脂押出発泡板を破砕し、その破砕物を内径90mm、L/D=50の単軸押出機に供給して最高温度220℃で混練し、その溶融樹脂を吐出量250kg/hrでストランド状に押出し、ペレット状にカットすることにより再生PS樹脂組成物のペレット(RPS1)を得た。
難燃剤としては、上記表2−3に示す難燃剤溶融混練物を用いた。
タルク(松村産業製、ハイフィラー#12)
押出発泡体の見掛け密度は、次のようにして求めた。得られた押出発泡体の幅方向の中央部、両端部付近から成形スキンを含まない50×50×40mmの直方体の試料を各々切り出して重量を測定し、該重量を体積で割算することにより夫々の試料の見掛け密度を求め、それらの算術平均値を当該見掛け密度とした。
押出発泡体の幅方向中央部付近において、等間隔に5点の厚みを測定し、それらの測定値の算術平均値を押出発泡体の厚み(mm)とした。
押出発泡体の独立気泡率は、次のようにして求めた。まず、押出発泡体を幅方向に5等分し、それらの中央部付近から25mm×25mm×20mmのサイズに成形表皮を持たないカットサンプル(計5個)を切り出した。次に、ASTM−D2856−70の手順Cに従って、各カットサンプルの真の体積Vxを測定し、下記(1)式により独立気泡率S(%)を計算し、それら計算値の算術平均値を押出発泡体の独立気泡率とした。なお、測定装置として東芝ベックマン株式会社の空気比較式比重計930型を使用した。
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(cm3)(押出発泡体のカットサンプルを構成する樹脂組成物の容積と、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形寸法から算出されたカットサンプルの見掛け上の体積(cm3)
W:測定に使用されたカットサンプル全重量(g)
ρ:押出発泡体を構成する樹脂組成物の密度(g/cm3)
製造直後の押出発泡体を気温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、押出発泡体から試験片を無作為に5個切り出して(N=5)、JIS A9511(2006R)の5.13.1「測定方法A」に基づいて燃焼性を測定し、5個の試験片の平均燃焼時間により、押出発泡体の難燃性を評価した。
製造直後の押出発泡体を気温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、押出発泡体から試験片を切り出し、JIS K7201−2:2007に準拠して測定し、難燃性を評価した。点火器の熱源の種類は、液化石油ガス(LPG)を使用し、点火手順はA法を使用し、試験片を試験機内の所定の位置に自立させて行った。試験場所の温度は23℃、湿度50%で行った。
それぞれの実施例にて得られた発泡体、及び発泡体をリサイクル用の押出機にて溶融しリペレット化したものの重量平均分子量を測定した。リペレットは、得られた発泡体を押出機に供給可能な大きさに破砕し、その破砕物を内径90mm、L/D=50の単軸押出機に供給して最高温度220℃で溶融混練し、その溶融樹脂を吐出量250kg/hrでストランド状に押出し、ペレット状にカットすることによって行なった。
重量平均分子量は、発泡体10mg又はスチレン系樹脂10mgをTHF(テトラヒドロフラン)10mLに溶解させ、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフ)法により測定し、標準ポリスチレンで校正した値である。上記GPC分析は、使用機器:東ソー(株)製、SC−8020型、カラム:昭和電工(株)製、Shodex AC−80M 2本を直列に連結、カラム温度:40℃、流速:1.0ml/分、検出器:東ソー(株)製、紫外可視光検出機UV−8020型、を用いて測定した。
得られた発泡板の流れ方向に対し垂直に切断した断面部において、黒点の数を数えた。断面部の観察は任意に5箇所で測定し、その合計数を黒点の個数とした。
押出発泡体の黄変度を外観により測定した。
○:着色していない
×:着色がみられる
再生樹脂の黄色度を前記着色性(1)と同じ基準により評価した。まず、180℃に加熱したヒートプレス機を用いて、再生樹脂をプレス加工して、縦×横×厚み=40×40×2mmの板状の試験片を作製した。分光式色差計(日本電色工業株式会社製SE−2000)を用いてASTM D1925に基づき反射法にて該試験片のYI値(イエローインデックス)を測定した(n=5の算術平均値)。
Claims (4)
- (A)臭素化ブタジエン系重合体、下記(1)〜(5)から選択されるいずれかの(B)臭素系難燃剤、及び熱安定剤を混練してなる溶融混練物であって、(A)臭素化ブタジエン系重合体と(B)臭素系難燃剤との配合割合が、重量比で95:5〜60:40であることを特徴とする難燃剤溶融混練物。
(1)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート
(2)(b2)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
(3)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート及び(b2)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
(4)(b2)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]プロパン及び(b3)2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニルプロパン
(5)(b1)トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート、(b2)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]プロパン及び(b3)2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニルプロパン - 熱安定剤が、エポキシ樹脂系熱安定剤、ホスファイト系熱安定剤、フェノール系熱安定剤及びヒンダードアミン系熱安定剤から選択される1種以上であることを特徴とする請求項1に記載の難燃剤溶融混練物。
- 熱安定剤の配合量が(A)臭素化ブタジエン系重合体と(B)臭素系難燃剤の合計100重量部に対して、5〜35重量部であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の難燃剤溶融混練物。
- ポリスチレン系樹脂、請求項1〜3のいずれかに記載の難燃剤溶融混練物及び物理発泡剤を混練してなる発泡性溶融樹脂組成物を押出して発泡体を得ることを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
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