JP2017105882A - 複合樹脂粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記水性媒体中において、上記核粒子にスチレン系単量体を含浸、重合させて複合樹脂粒子を得る改質工程と、を有する複合樹脂粒子の製造方法において、
上記核粒子に含まれる上記エチレン系樹脂100質量部に対する上記スチレン系単量体の配合量が100〜1900質量部であり、
上記スチレン系単量体の重合には、重合開始剤として、t−ブトキシ基を有し、かつ10時間半減期温度が80〜120℃の有機過酸化物Aと、t−ヘキシルオキシ基を有し、かつ10時間半減期温度が80〜120℃の有機過酸化物Bとを用い、
上記スチレン系単量体100質量部に対する上記有機過酸化物Aと上記有機過酸化物Bとの合計配合量が0.4〜1.2質量部であり、上記有機過酸化物Aと上記有機過酸化物Bとの合計配合量に対する上記有機過酸化物Aの配合量の比率が30〜85質量%である、複合樹脂粒子の製造方法にある。
ノニオン系界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンドデシルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等を用いることができる。
両性界面活性剤としては、ラウリルベタイン、ステアリルベタイン等のアルキルベタインを用いることができる。また、ラウリルジメチルアミンオキサイド等のアルキルアミンオキサイドを用いることもできる。
上述の界面活性剤は、1種を単独で用いることもできるし、2種以上を組み合わせて用いることもできる。
水溶性重合禁止剤としては、例えば亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸アンモニウム、L−アスコルビン酸、クエン酸等を用いることができる。
複合樹脂粒子は、エチレン系樹脂と、スチレン系単量体が重合してなるスチレン系樹脂とを含有する。スチレン系樹脂とは、この樹脂を構成するスチレン成分単位の含有量が50質量%以上であるものをいう。スチレン系樹脂におけるスチレン成分単位は、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。
以下に、複合樹脂粒子の製造方法について説明する。本例においては、複合樹脂粒子を作製し、この複合樹脂粒子に物理発泡剤を含浸させ、複合樹脂粒子を発泡させることにより発泡粒子を作製し、さらに発泡粒子を用いて発泡複合樹脂成形体を製造する。
エチレン系樹脂として、メタロセン重合触媒を用いて重合してなる直鎖状低密度ポリエチレン(具体的には、東ソー社製「ニポロンZ HF210K」)を準備した。このエチレン系樹脂の融点Tmは、103℃である。また、発泡核剤マスターバッチとしてポリコール(株)製「CE−7335」を準備した。ポリコール(株)製「CE−7335」は、ホウ酸亜鉛(気泡調整剤)の含有量が10質量%、直鎖状低密度ポリエチレン(東ソー社製「ニポロンZ HF210K」)の含有量が90質量%である。エチレン系樹脂8.65kgと、気泡調整剤マスターバッチ1.35kgとをヘンシェルミキサーに投入し、5分間混合することにより、樹脂混合物を得た。次いで、50mmφの単軸押出機を用いて樹脂混合物を溶融混練し、水中カット方式により平均0.5mg/個に切断することにより、核粒子を得た。樹脂混合物の溶融混練は、押出機の最高温度を250℃に設定して行った。
撹拌装置の付いた内容積3Lのオートクレーブに、脱イオン水1000gを入れ、更にピロリン酸ナトリウム6.0gを加えた。その後、粉末状の硝酸マグネシウム・6水和物12.9gを加え、室温で30分間撹拌した。これにより、懸濁剤としてのピロリン酸マグネシウムスラリーを作製した。次に、この懸濁剤に界面活性剤としてのラウリルスルホン酸ナトリウム(10質量%水溶液)2.0g、水溶性重合禁止剤としての亜硝酸ナトリウム0.2g、及び核粒子75gを投入した。
複合樹脂粒子1kgを水3.5リットルと共に攪拌機を備えた5Lの耐圧容器内に仕込み、更に、水に分散剤としてのカオリン5g、及び界面活性剤としてのアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.6gを添加した。次いで、耐圧容器内を撹拌速度300rpmで攪拌しながら、耐圧容器内を発泡温度165℃まで昇温させた後、耐圧容器内に無機系物理発泡剤としての二酸化炭素を4.0MPa圧入し、攪拌下で20分間保持した。その後、内容物を大気圧下に放出することにより、複合樹脂粒子を発泡させて発泡粒子を得た。得られた発泡粒子の嵩密度を測定し、以下の基準にて発泡性を評価した。
まず、複合樹脂粒子をIKA社製分析ミルで粒子径が100μm程度になるように冷凍粉砕した。約1gの粉砕物を採取し、これをジメチルホルムアミド(すなわち、DMF)25ml中に浸漬し、温度5℃で24時間放置した。DMF溶液のガスクロマトグラフィーによりスチレン系単量体の含有量を測定した。なお、ガスクロマトグラフィーの測定条件は次の通りである。使用機器:(株)島津製作所製のガスクロマトグラフGC−9A、カラム充填剤:〔液相名〕PEG−20M、〔液相含浸率〕25重量%、〔担体粒度〕60/80メッシュ、担体処理方法〕、カラム材質:内径3mm、長さ3000mmのガラスカラム、キャリヤーガス:N2、検出器:FID(水素炎イオン化検出器)、定量:内部標準法。
まず、約1gの複合樹脂粒子を採取して、その質量(すなわち、W0)を小数点第4位まで計量し、150メッシュの金網袋中に入れた。次いで、容量200mlの丸型フラスコに約200mlのキシレンを入れ、ソックスレー抽出管に上記金網袋に入れたサンプルをセットした。マントルヒーターで8時間加熱することにより、ソックスレー抽出を行った。抽出終了後、空冷により冷却した。冷却後、抽出管から金網を取り出し、約600mlのアセトンにより金網ごとサンプルを洗浄した。次いで、アセトンを揮発させてから温度120℃で乾燥した。この乾燥後に金網内から回収したサンプルが「キシレン不溶分」である。また、上記ソックスレー抽出後のキシレン溶液を600mlのアセトン中に投入した。そして、JIS P3801に規定される5種Aのろ紙を用いてろ過することにより、アセトンに溶解しない成分を分離回収し、回収物を減圧下にて蒸発乾固させた。得られた固形物が「アセトン不溶分」である。
これらの操作にて得られた「キシレン不溶分」と「アセトン不溶分」との混合不溶分の質量(すなわち、Wa)を小数点第4位まで計量した。なお、他の実施例及び比較例において混合不溶分の質量が0.2gに満たない場合には、十分量の混合不溶分を得るために、上記操作を繰り返し行って、0.2g以上の混合不溶分を得た。次に、混合不溶分を50mlのメチルエチルケトン中に浸漬し、温度23℃で24時間放置した。その後、メチルエチルケトンから混合不溶分を取出し、濾紙で軽く拭いた後、混合不溶分の質量(すなわち、Wb)を小数点第4位まで計量した。そして、メチルエチルケトン浸漬前後における混合不溶分の質量(すなわち、Wa、Wb)に基づいて、下記の式(I)により膨潤度Sを求めた。
S=Wb/Wa・・・(I)
まず、上記膨潤度の測定で得られたキシレン不溶分の質量(すなわち、W2)を計量した。キシレン不溶分の割合は、上記膨潤度にて計量した複合樹脂粒子の質量(すなわち、W0)に対する質量(W2)の割合(すなわち100×W2/W0、単位:質量%))である。
まず、上述の方法と同様にしてソックスレー抽出を行った。そして、抽出したキシレン溶液をアセトン600mlへ投下し、デカンテーションの後、減圧蒸発乾固を行った。その結果、アセトン可溶分としてスチレン系樹脂を得た。そして、スチレン系樹脂の重量平均分子量は、ポリスチレンを標準物質としたゲルパーミエーションクロマトグラフィ(すなわち、GPC)法により測定した。測定には、高分子測定用ミックスゲルカラムを用いた。具体的には、東ソー(株)製の測定装置(具体的には、HLC−8320GPC EcoSEC)を用いて、溶離液:テトラヒドロフラン(すなわち、THF)、流量:0.6ml/分、試料濃度:0.1wt%、カラム:TSKguardcolumn SuperH−H×1本、TSK−GEL SuperHM−H×2本を直列に接続するという測定条件で行った。即ち、重量平均分子量Mwは、テトラヒドロフランに溶解させたスチレン系樹脂の分子量をGPC法で測定し、標準ポリスチレンで校正することによって求めた。
複合樹脂粒子500gを分散媒としての水3500gと共に撹拌機を備えた5Lの耐圧密閉容器内に仕込んだ。続いて、耐圧密閉容器内の分散媒中に分散剤としてのカオリン5gと、界面活性剤としてのアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5gとをさらに添加した。次いで、回転速度300rpmで耐圧密閉容器内を撹拌しながら、容器内を発泡温度165℃まで昇温させた。その後、無機系物理発泡剤である二酸化炭素を耐圧密閉容器内の圧力が3.2MPa(G:ゲージ圧)になるように耐圧密閉容器内に圧入し、同温度(すなわち、165℃)で15分間保持した。これにより複合樹脂粒子中に二酸化炭素を含浸させて、発泡性複合樹脂粒子を得た。次いで、発泡性複合樹脂粒子を分散媒と共に密閉容器から大気圧下に放出することにより、嵩密度が48kg/m3の発泡粒子を得た。発泡粒子は、複合樹脂粒子の発泡体であるため、複合樹脂発泡粒子とも言える。
上記のようにして得られた発泡粒子を、縦250mm、横200mm、厚み50mmの平板形状のキャビティを有する金型内に充填した。次いで、金型内に水蒸気を導入することにより、発泡粒子を加熱して相互に融着させた。その後、金型内を水冷によって冷却した後、金型より発泡複合樹脂成形体を取り出した。さらに発泡複合樹脂成形体を温度60℃に調整されたオーブン内に12時間載置することにより、乾燥及び養生を行った。このようにして発泡粒子成形体を得た。発泡粒子成形体は、複合樹脂粒子を発泡させてなる発泡粒子が相互に融着された成形体であるため、発泡複合樹脂成形体であるともいえる。
見掛け密度は、発泡複合樹脂成形体の質量をその体積で除することにより算出することができる。
発泡複合樹脂成形体の破断面を観察し、目視により内部で破断した発泡粒子と界面で剥離した発泡粒子数をそれぞれ計測した。次いで、内部で破断した発泡粒子と界面で剥離した発泡粒子の合計数に対する内部で破断した発泡粒子の割合を算出し、これを百分率で表した値を融着率(%)とした。
曲げ弾性率は、JIS K7221−1(2006年)に記載の3点曲げ試験方法に準拠して測定した。具体的には、厚み20mm×幅25mm×長さ120mmの試験片を発泡複合樹脂成形体から全面が切削面となるように切り出し、室温23℃、湿度50%の恒室内に24時間以上放置後、支点間距離100mm、圧子の半径R15.0mm、支持台の半径R15.0mm、試験速度20mm/min、室温23℃、湿度50%の条件で、オートグラフAGS−10kNG(島津製作所製)試験機により測定し、算出された値(5点以上)の平均値を採用した。
上述の曲げ弾性率の測定と同様に3点曲げ試験を行い、歪(m/m)と応力(MPa)との関係から破断点までのエネルギー(MJ/m3)を求めた。曲げ破断エネルギーは、破断点までの歪−応力曲線と、横軸(歪)とによって囲まれる面積から算出される。
発泡複合樹脂成形体の中央部分から縦50mm、横50mm、厚み25mmの直方体状の試験片を切出した。次に、この試験片に対してJIS K6767(1999年)に準拠して50%ひずみ時の圧縮荷重を求めた。この圧縮荷重を試験片の受圧面積で除することより、圧縮強度(50%圧縮応力)を算出した。
本例、及び後述の実施例3は、重合開始剤として用いる有機過酸化物Bの種類を変更した例である。具体的には、本例においては、有機過酸化物Bとして、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(日油社製「パーヘキシルI」)0.86gを用いた点を除いては実施例1と同様にして、複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、有機過酸化物Bとして、ジ−t−ヘキシルパーオキサイド(日油社製「パーヘキシルD」)0.86gを用いた点を除いては実施例1と同様にして、複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例、及び後述の実施例5及び6は、重合開始剤として用いる有機過酸化物Bの添加量を変更した例である。具体的には、本例においては、有機過酸化物Bとして用いるt−ヘキシルパーオキシベンゾエートの添加量を0.32gに変更した点を除いては実施例1と同様にして、複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、有機過酸化物Bとして用いるt−ヘキシルパーオキシベンゾエートの添加量を0.43gに変更した点を除いては実施例1と同様にして、複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、有機過酸化物Bとして用いるt−ヘキシルパーオキシベンゾエートの添加量を1.72gに変更した点を除いては実施例1と同様にして、複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例、及び後述の実施例8及び9は、重合開始剤を第1モノマーだけでなく、第2モノマーにも溶解させた例である。具体的には、本例においては、有機過酸化物Aとして用いるt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート0.86gを第1モノマーに溶解させ、有機過酸化物Bとして用いるt−ヘキシルパーオキシベンゾエート1.72gを第2モノマーに溶解させた点を除いては実施例1と同様にして、複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、第1モノマーに、有機過酸化物Aとして用いるt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート1.5gと、有機過酸化物Bとして用いるt−ヘキシルパーオキシベンゾエート0.76gとを溶解させた。また、第2モノマーに、有機過酸化物Aとして用いるt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート0.22gと、有機過酸化物Bとして用いるt−ヘキシルパーオキシベンゾエート0.11gとを溶解させた。その他は実施例1と同様にして、複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例、及び後述の実施例10〜12は、核粒子に対するスチレン系単量体の配合割合を変更した例である。具体的には、本例においては、まず、エチレン系樹脂の量を8.65kgから9kgに変更し、気泡調整剤マスターバッチの量を1.35kgから1kgに変更した点を除いては、実施例1と同様にして核粒子を作製した。次いで、この核粒子100gを使用し、第1モノマーとして、スチレン85gとアクリル酸ブチル15gとの混合モノマーを使用し、第2モノマーとしてスチレン300gを使用した点を除いては、実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、まず、エチレン系樹脂の量を8.65kgから8kgに変更し、気泡調整剤マスターバッチの量を1.35kgから2kgに変更した点を除いては実施例1と同様にして核粒子を作製した。次いで、この核粒子53gを使用し、第1モノマーとして、スチレン38gとアクリル酸ブチル15gとの混合モノマーを使用し、第2モノマーとしてスチレン394gを使用した点を除いては、実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、まず、エチレン系樹脂の量を8.65kgから9.35kgに変更し、気泡調整剤マスターバッチの量を1.35kgから0.65kgに変更した点を除いては、実施例1と同様にして核粒子を作製した。次いで、この核粒子150gを使用し、第1モノマーとして、スチレン135gとアクリル酸ブチル15gとの混合モノマーを使用し、第2モノマーとしてスチレン200gを使用した点を除いては、実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、まず、エチレン系樹脂の量を8.65kgから9.2kgに変更し、気泡調整剤マスターバッチの量を1.35kgから0.8kgに変更した点を除いては、実施例1と同様にして核粒子を作製した。次いで、この核粒子125gを使用し、第1モノマーとして、スチレン110gとアクリル酸ブチル15gとの混合モノマーを使用し、第2モノマーとしてスチレン250gを使用した点を除いては、実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例、及び後述の実施例14は、重合開始剤として用いる有機過酸化物Aの種類を変更した例である。具体的には、本例においては、有機過酸化物Aとして、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(日油社製「パーブチルI」)1.72gを用いた点を除いては実施例1と同様にして、複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、有機過酸化物Aとして、t−ブチルパーオキシベンゾエート(日油社製「パーブチルZ」)1.72gを用いた点を除いては実施例1と同様にして、複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、重合開始剤として、有機過酸化物Bを用いなかった点を除いては、実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、有機過酸化物Aとして、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート(日油社製「パーブチルE」)2.58gを用い、有機過酸化物Bを使用しなかった点を除いては実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、実施例1において有機過酸化物Bとして用いたt−ヘキシルパーオキシベンゾエートの代わりに、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(日油社製「パーヘキシルO」)を用いた点を除いては実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、有機過酸化物Bとして用いるt−ヘキシルパーオキシベンゾエートの添加量を0.22gに変更した点を除いては実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、有機過酸化物Bとして用いるt−ヘキシルパーオキシベンゾエートの添加量を4.3gに変更した点を除いては実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、まず、エチレン系樹脂の量を8.65kgから9.61kgに変更し、気泡調整剤マスターバッチの量を1.35kgから0.39kgに変更した点を除いては、実施例1と同様にして核粒子を作製した。次いで、この核粒子260gを使用し、第1モノマーとして、スチレン225gとアクリル酸ブチル15gとの混合モノマーを使用し、第2モノマーを使用しなかった点を除いては、実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、まず、エチレン系樹脂の量を8.65kgから4.0kgに変更し、気泡調整剤マスターバッチの量を1.35kgから6.0kgに変更した点を除いては、実施例1と同様にして核粒子を作製した。次いで、この核粒子25gを使用し、第1モノマーとして、スチレン10gとアクリル酸ブチル15gとの混合モノマーを使用し、第2モノマーとしてスチレン450gを使用した点を除いては、実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、まず、エチレン系樹脂の量を8.65kgから9.2kgに変更し、気泡調整剤マスターバッチの量を1.35kgから0.8kgに変更した点を除いては、実施例1と同様にして核粒子を作製した。次いで、この核粒子125gを使用し、第1モノマーとして、スチレン110gとアクリル酸ブチル15gとの混合モノマーを使用し、第2モノマーとしてスチレン250gを使用し、有機過酸化物Bを使用しなかった点を除いては、実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。すなわち、本例は、有機過酸化物Bを使用しなかった点以外は実施例13と同様に行った例である。
本例においては、実施例1において有機過酸化物Bとして用いたt−ヘキシルパーオキシベンゾエートの代わりに、t−アミルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート(アルケマ吉冨株式会社製「ルペロックスTAEC」)を用いた点を除いては実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例においては、有機過酸化物Aとして用いるt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート(日油社製「パーブチルE」)の添加量を0.415gに変更した点を除いては実施例1と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡粒子成形体を作製した。
本例、及後述の比較例11〜12は、有機系物理発泡剤を用いて発泡を行った例である。具体的には、本例においては、まず、エチレン系樹脂の量を8.65kgから20kgに変更し、気泡調整剤マスターバッチを用いず、分散径拡大剤として、アクリロニトリル−スチレン共重合体(電気化学工業(株)製「AS−XGS、重量平均分子量:10.9万、アクリロニトリル成分量:28質量%」1kgを用いた点を除いては実施例1と同様にして核粒子を作製した。
発泡性複合樹脂粒子を温度23℃の開放状態で所定時間放置し、発泡性複合樹脂粒子から発泡剤を散逸させた。その後、発泡性複合樹脂粒子を加熱スチーム温度107℃で270秒間加熱することにより発泡させて発泡粒子を得た。次いで、発泡粒子を温度23℃で24時間乾燥させた。次いで、乾燥後の発泡粒子の嵩密度(kg/m3)を測定した。嵩密度(kg/m3)の測定方法は、上述の通りである。そして、嵩密度20kg/m3の発泡粒子が得られる間の放置時間(日数)、即ち嵩密度20kg/m3の発泡粒子が得られなくなるまでの放置時間(日数)をビーズライフとした。
本例においては、重合開始剤として有機過酸化物Bを用いなかった点を除いては、実施例16と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡複合樹脂成形体を作製した。
本例においては、有機過酸化物Aとして用いるt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネートの添加量を2.58gに変更し、有機過酸化物Bを用いなかった点を除いては、実施例16と同様にして複合樹脂粒子、発泡粒子、発泡複合樹脂成形体を作製した。
Claims (3)
- エチレン系樹脂を含む核粒子を水性媒体中に分散させる分散工程と、
上記水性媒体中において、上記核粒子にスチレン系単量体を含浸、重合させて複合樹脂粒子を得る改質工程と、を有する複合樹脂粒子の製造方法において、
上記核粒子に含まれる上記エチレン系樹脂100質量部に対する上記スチレン系単量体の配合量が100〜1900質量部であり、
上記スチレン系単量体の重合には、重合開始剤として、t−ブトキシ基を有し、かつ10時間半減期温度が80〜120℃の有機過酸化物Aと、t−ヘキシルオキシ基を有し、かつ10時間半減期温度が80〜120℃の有機過酸化物Bとを用い、
上記スチレン系単量体100質量部に対する上記有機過酸化物Aと上記有機過酸化物Bとの合計配合量が0.4〜1.2質量部であり、上記有機過酸化物Aと上記有機過酸化物Bとの合計配合量に対する上記有機過酸化物Aの配合量の比率が30〜85質量%である、複合樹脂粒子の製造方法。 - 上記有機過酸化物Aの10時間半減期温度TAと、上記有機過酸化物Bの10時間半減期温度TBとの差(TB−TA)が±20℃以内である、請求項1に記載の複合樹脂粒子の製造方法。
- 上記核粒子に含まれる上記エチレン系樹脂100質量部に対する上記スチレン系単量体の配合量が400質量部を超えかつ1900質量部以下である、請求項1又は2に記載の複合樹脂粒子の製造方法。
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