JP2018076472A - 発泡粒子成形体及びソール部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明はポリエチレンブロックとエチレン/α-オレフィン共重合体ブロックとのブロック共重合体の発泡粒子成形体であって、前記発泡粒子成形体の密度が30kg/m3以上150kg/m3未満であり、前記発泡粒子成形体の反発弾性率が60%以上である。本発明のソール部材は本発明の発泡粒子成形体からなる。
【選択図】なし
Description
これらの使用に適した、ポリオレフィン系樹脂発泡粒子に代わる新たな発泡体として、反発弾性に優れた熱可塑性ポリウレタン発泡体(例えば、特許文献1及び2参照)が提案されている。
また、特許文献2には150kg/m3以上600kg/m3以下のエチレン/α-オレフィン共重合体の発泡体に関する記載はあるが、さらに軽量なものが求められている。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
〔1〕ポリエチレンブロックとエチレン/α-オレフィン共重合体ブロックとのブロック共重合体の発泡粒子成形体であって、前記発泡粒子成形体の密度が30kg/m3以上150kg/m3未満であり、前記発泡粒子成形体の反発弾性率(R1)が60%以上である、発泡粒子成形体。
〔2〕前記発泡粒子成形体の平均気泡膜厚が1μm以上8μm以下である、〔1〕に記載の発泡粒子成形体。
〔3〕前記発泡粒子成形体を構成するブロック共重合体の反発弾性率(R2)に対する、前記発泡粒子成形体の反発弾性率(R1)の比(R1/R2)が、1.2以上2.0以下である、上記〔1〕または〔2〕に記載の発泡粒子成形体。
〔4〕前記発泡粒子成形体の独立気泡率が60%以上である、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか1に記載の発泡粒子成形体。
〔5〕前記発泡粒子成形体の引張伸びが120%以上である、上記〔1〕〜〔4〕のいずれか1に記載の発泡粒子成形体。
〔6〕前記発泡粒子成形体の熱キシレン抽出法によるキシレン不溶分が前記発泡粒子成形体の全量に対して30重量%以上70重量%以下である、上記〔1〕〜〔5〕のいずれか1に記載の発泡粒子成形体。
〔7〕前記発泡粒子成形体の50℃における25%圧縮永久歪が2%以上15%以下である、上記〔1〕〜〔6〕のいずれか1に記載の発泡粒子成形体。
〔8〕前記発泡粒子成形体の、成形体表面のタイプCデュロメータ硬さが15以上50以下である、上記〔1〕〜〔7〕のいずれか1に記載の発泡粒子成形体。
〔9〕前記ブロック共重合体が、ポリエチレンブロックとエチレン/1−オクテン共重合体ブロックとのマルチブロック共重合体である、上記〔1〕〜〔8〕のいずれか1に記載の発泡粒子成形体。
〔10〕上記〔1〕〜〔9〕のいずれか1に記載の発泡粒子成形体からなるソール部材。
また、本発明によれば、軽量性及び反発弾性を両立したソール部材を提供できる。
以下、本発明の発泡粒子成形体について詳細に説明する。
上記ブロック共重合体(I)は、ポリエチレンブロックとエチレン/α−オレフィン共重合体ブロックとを有する。
なお、ポリエチレンブロックの割合は、示差走査熱量測定(DSC)又は核磁気共鳴(NMR)から得られるデータに基づいて計算することができる。
ブロック共重合体(I)の密度は、800kg/m3以上1000kg/m3以下であることが好ましく、850kg/m3以上900kg/m3以下であることがより好ましく、860kg/m3以上890kg/m3以下であることがさらに好ましい。
また、(I)ブロック共重合体の融点は110℃以上150℃以下であることが好ましく、115℃以上140℃以下であることがより好ましい。ブロック共重合体(I)の融点が上記範囲であると、高温での圧縮永久歪みを小さくすることができる。ブロック共重合体(I)の融点は、JISK7121(1987年)に記載されている熱流束示差走査熱量測定法に基づいて、10℃/分の昇温速度で30℃から200℃まで昇温した後に、10℃/分の冷却速度で30℃まで降温し、再度10℃/分の昇温速度で30℃から200℃まで昇温した際に得られるDSC曲線により定まる吸熱ピークの頂点温度から求めることができる。なお、上記2回目のDSC曲線に複数の吸熱ピークが表れる場合は、最も面積の大きな吸熱ピークの頂点温度を融点とする。
ブロック共重合体(I)の曲げ弾性率は、10MPa以上100MPa以下であることが好ましく、12MPa以上50MPa以下であることがより好ましく、15MPa以上40MPa以下であることがさらに好ましい。なお、ブロック共重合体(I)の曲げ弾性率は、JISK 7171(2008年)に記載の測定法に準拠して測定した値である。
ブロック共重合体(I)には、本発明の目的効果を阻害しない範囲においてその他の添加剤を添加することができる。その他の添加剤としては、例えば、酸化防止剤、紫外線防止剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、金属不活性剤、導電性フィラー、気泡調整剤等を挙げることができる。
これらの添加剤は、合計で前記ブロック共重合体(I)100重量部に対して20重量部以下が好ましく、10重量部以下がより好ましく、5重量部以下がさらに好ましい。なお、これらの添加剤は、通常、必要最小限の量で使用される。また、これらの添加剤は、例えば、重合体粒子を製造する際、ブロック共重合体(I)と共に押出機内に添加、混練することによって重合体粒子中に含有させることができる。
本発明の発泡粒子成形体の密度(成形体密度)は、30kg/m3以上150kg/m3未満である。成形体密度が150kg/m3以上である場合には、軽量性の観点から、所期の目的を達成することができなくなるおそれがある。一方、発泡粒子成形体の密度が30kg/m3未満である場合には、良好な成形体が得られず、反発弾性率を満足することができなくなるおそれがある。上記観点から、発泡粒子成形体の密度は、好ましくは40kg/m3以上145kg/m3以下であり、より好ましくは45kg/m3以上140kg/m3以下であり、さらに好ましくは50kg/m3以上130kg/m3以下である。前記発泡粒子成形体の密度(kg/m3)は、成形体の重量W(g)を体積V(L)で除すること(W/V)で求められる。なお、発泡粒子成形体の体積Vは、水没法により測定することができる。
発泡粒子成形体の平均気泡膜厚み(Tm)は、1μm以上8μm以下であることが好ましい。上記範囲内であれば、発泡粒子成形体の気泡を形成する気泡膜が、外力からの衝撃に耐え、反発力を発揮するものとなる。上記観点から、発泡粒子成形体の平均気泡膜厚の下限は、2μmであることがより好ましい。一方、前記平均気泡膜厚の上限は、7μmであることがより好ましく、6μmであることがさらに好ましい。なお、本発明においては、特定のブロック共重合体(I)によって発泡粒子成形体の気泡膜が形成され、さらに上記の気泡膜厚を有することで、特に優れた反発弾性を有する発泡粒子成形体となる。
前記発泡粒子成形体の反発弾性率(R1)は、60%以上である。反発弾性率が60%未満である場合には、ソール部材等として使用されるような、反発性に優れた発泡粒子成形体が得られ難くなるおそれがある。特に、発泡体を構成する発泡粒子が前記ブロック共重合体(I)で形成されており、且つ、特定の見掛け密度範囲を満足する気泡構造であることから、発泡粒子成形体を形成する発泡粒子の気泡が外力に耐え得るものとなり、高い反発弾性率を発揮する。特に、本発明の前記ブロック共重合体(I)からなる発泡粒子成形体は、成形体密度が低くなるほど反発弾性率が高くなり、他のエラストマーである熱可塑性ポリウレタンやアミド系エラストマーなどとは異なる特異的な性質を有する。上記観点から、発泡粒子成形体の反発弾性率(R1)は65%以上80%以下が好ましい。この反発弾性率の向上効果は、特に、成形体密度が30kg/m3以上150kg/m3未満であるときに大きく、40kg/m3以上145kg/m3以下であるときにより大きくなる。
なお、発泡粒子成形体の反発弾性率は、JIS K6255に基づき、測定することができる。
前記発泡粒子成形体を構成するブロック共重合体(I)自体の反発弾性率(R2)は40%以上60%以下であることが好ましい。ブロック共重合体(I)の反発弾性率が上記範囲内であれば、発泡粒子同士が融着することによって形成された発泡粒子成形体の気泡構造において、気泡膜が十分な反発弾性を発揮できるものとなる。
なお、発泡粒子が架橋構造を有する場合には、前記発泡粒子成形体を構成するブロック共重合体(I)の反発弾性率(R2)は、発泡粒子、または発泡粒子成形体を構成するブロック共重合体(I)自体のサンプル、架橋後のブロック共重合体(I)の測定値である。前記発泡粒子成形体を構成するブロック共重合体(I)の反発弾性率(R2)は45%以上55%以下であることが好ましい。
本発明の発泡粒子成形体において、発泡粒子成形体のキシレン不溶分が、前記発泡粒子成形体の全量に対して30重量%以上70重量%以下であることが好ましい。キシレン不溶分が上記範囲であれば、気泡膜が十分な強度を有し、発泡粒子が独立気泡構造を形成でき、また発泡粒子同士の融着性にも優れるので、反発弾性に優れた発泡粒子成形体を作製することができる。上記観点から、発泡粒子のキシレン不溶分は35重量%以上60重量%以下であることがより好ましく、さらに好ましくは40重量%以上55重量%以下である。なお、本発明において、キシレン不溶分は、発泡体を構成する共重合体(I)の架橋状態を示す指標の一つであり、以下の方法で測定できる。
なお、キシレン不溶分は、発泡粒子成形体の一部を切断した試験片約1.0gを秤量し、試料重量W1とし、秤量した試験片を150mlの丸底フラスコに入れ、100mlのキシレンを加え、マントルヒーターで加熱して6時間還流させた後、溶け残った残査を100メッシュの金網でろ過して分離し、80℃の減圧乾燥器で8時間以上乾燥し、この際に得られた乾燥物重量W2を測定し、この重量W2の試料重量W1に対する重量百分率[(W2/W1)×100](%)から求め、N=5の平均値として求めることができる。
なお、発泡粒子成形体を構成する発泡粒子のキシレン不溶分も、同様の方法で発泡粒子をサンプルとして測定することができ、型内成形時に、熱キシレン不溶分が変化することはないので、発泡粒子と発泡粒子成形体の値はほぼ同一となる。
上記発泡粒子成形体の独立気泡率は60%以上であることが好ましい。独立気泡率が上記範囲である場合には、それぞれの気泡が独立して形成されているので、外力に対する反発性がより一層発揮され易くなる。なお、独立気泡率の上限は100%である。上記観点から、発泡粒子成形体の独立気泡率は62%以上95%以下が好ましく、65%以上90%以下がより好ましい。なお、発泡粒子成形体の独立気泡率は、ASTM−D2856−70に記載されている手順Cに準じ、東芝・ベックマン株式会社製空気比較式比重計930により測定することができる。
本発明の発泡粒子成形体は、成形体を25%歪ませた状態で、23℃で22時間圧縮した後、大気圧で温度23℃の温度下に開放してから22時間経過後に測定される圧縮永久歪みが5%以下であることが好ましく、3%以下であることがより好ましく、2%以下であることがさらに好ましい。
また、本発明の発泡粒子成形体は、成形体を25%歪ませた状態で、50℃で22時間圧縮した後、大気圧で温度50℃下に開放してから22時間経過後に測定される圧縮永久歪みが15%以下であることが好ましく、12%以下であることがより好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。なお、上記圧縮永久歪みの下限値は、特に限定されないが、例えば2%である。
上記範囲であると、発泡粒子成形体を圧縮した後の形状の回復性に優れることから、シートクッション材、スポーツパッド材、靴底材等の用途に好適なものとなる。特に、本発明の発泡粒子成形体は、高温での圧縮条件下においても優れた回復性を有する。この高温での回復性の観点から、発泡粒子成形体が前記ブロック共重合体(I)の融点が110℃以上150℃以下であることが好ましい。
なお、前記圧縮永久ひずみは、JIS K6767(1999年)に準拠して測定することができる。
さらに、本発明の発泡粒子成形体の表面硬度は、タイプCデュロメータ硬さが15以上50以下であることが好ましく、17以上40以下あることがより好ましい。タイプCデュロメータ硬さがこの範囲であれば、クッション性、弾性回復性に富む特性を備えて発泡粒子成形体とすることができる。前記表面硬度は、JIS−K7312(1996年)に基づき測定することができる。
本発明の発泡粒子成形体の引張伸びは120%以上であることが好ましい。
上記範囲内であれば、発泡粒子成形体の発泡粒子間の融着性が良好であり、シートクッション材、スポーツパッド材、靴底材等の用途に適用できる。上記観点から、引張伸びは、130%以上がより好ましく、150%以上がさらに好ましい。なお、発泡粒子成形体の引張伸びの上限は、概ね、500%であり、好ましくは400%であり、より好ましくは300%である。なお、前記引張伸びは、JISK6767(1999年)に準拠して測定することができる。
本発明の発泡粒子成形体の引張強さは0.2MPa以上であることが好ましい。本発明により得られる発泡粒子成形体は、発泡粒子同士が相互に強固に融着した成形体となり、成形体の引張物性が特に向上する。上記引張強さが0.3MPa以上であれば、発泡粒子成形体の発泡粒子間の融着性が良好であることを示唆し、耐久性に優れ、シートクッション材、スポーツパッド材、ソール(靴底)部材や中敷部材等の用途に適用できる。上記観点から、引張強さは、0.3MPa以上がより好ましい。なお、発泡粒子成形体の引張強さの上限は、概ね、1MPaであり、好ましくは0.9MPaである。なお、引張強さは、JIS K6767(1999年)に準拠して測定することができる。
発泡粒子の製造方法としては、例えば、ブロック共重合体(I)と発泡剤を押出機に供給して溶融し、押出機の先端に取り付けたダイからブロック共重合体(I)を押出発泡することによってブロック共重合体(I)の発泡体を製造し、それらを冷却した後にペレタイズすることにより粒子状に切断する方法、ブロック共重合体(I)の粒子を製造後、密閉容器内で粒子に発泡剤を含浸させて発泡性粒子とし、発泡性粒子を密閉容器から放出することによって発泡粒子を得る方法、ブロック共重合体(I)の発泡性粒子を密閉容器から取出し、脱水乾燥した後、発泡性粒子を加熱媒体により加熱して発泡させることにより発泡粒子とする方法等が挙げられる。
ブロック共重合体を押出機に供給し、混練して溶融混練物とし、該溶融混練物を押出機からストランド状に押出し、発泡粒子とするのに適した大きさに該ストランドを切断する方法等、公知の造粒方法より、ブロック共重合体(I)の粒子(以下、「重合体粒子」ということがある)が製造される。例えば、前述の方法において、ストランド状に押出成形された溶融混練物を水冷により冷却した後、所定の長さに切断することにより、目的の粒子重量の重合体粒子を得ることができる。
また、気泡調整剤の平均粒子径は、0.01μm以上50μm以下であることが好ましく、0.1μm以上30μm以下であることがより好ましい。なお、該平均粒子径は、レーザ回折散乱式粒度分布測定にて測定されるメジアン径(d50)を意味する。
工程(B)では、重合体粒子を架橋剤と共に、オートクレーブなどの密閉容器で、水などの分散媒体に分散させ、撹拌下で加熱して重合体粒子を軟化、架橋させ、発泡剤を含浸させて発泡性粒子を得る。その後、発泡性粒子を発泡させて発泡粒子を得ることができる。
本発明の発泡粒子成形体に用いる発泡粒子の製造に用いられる分散媒としては、重合体粒子を溶解しない分散媒であれば、特に限定されない。分散媒には、例えば、水、エチレングリコール、グリセリン、メタノール、エタノール等が挙げられる。好ましい分散媒は水である。
工程(B)で重合体粒子を架橋するために、架橋剤を用いることができる。架橋剤は、予め分散媒に添加してもよく、重合体粒子を分散媒に分散させてから分散媒に添加しても良い。架橋剤は、上記ブロック共重合体(I)を架橋させるものであれば、特に限定されない。架橋剤としては、ポリエチレン系樹脂を架橋させるために使用される、従来公知の有機過酸化物を使用することができ、例えば、ジクミルパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、等のパークミル系化合物、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ−tert−ブチルパーオキサイド等のパーブチル系化合物、tert-ヘキシルパーオキシベンゾエート等のパーヘキシル系化合物、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート等のパーオクタ系化合物等が挙げられる。これらの中でも、パークミル系化合物、パーブチル系化合物が好ましく、ジクミルパーオキサイドがさらに好ましい。これらは、単独又は2種類以上組み合わせて使用することができる。架橋剤の配合量は、ブロック共重合体(I)(重合体粒子)100重量部に対して、好ましくは0.1重量部以上8重量部以下であり、より好ましくは0.2重量部以上5重量部以下である。
架橋剤の配合量が上記範囲であると、適度な架橋を有する架橋粒子が得られ、架橋粒子が十分に発泡することができるとともに、発泡の際に、気泡を形成する気泡壁が発泡に十分耐えることができる強度を有するものとなる。
架橋反応は、分散媒中に分散した重合体粒子を構成するブロック共重合体(I)が軟化し、架橋剤が実質的に分解する温度以上、具体的には有機過酸化物の1時間半減期温度以上かつブロック共重合体(I)の融点以上の温度で行われることが好ましい。この温度にて1分以上200分以下保持し、架橋反応を行うことが好ましい。
密閉容器内の分散媒に架橋粒子を発泡させる発泡剤を添加し、軟化状態の架橋粒子に発泡剤を含浸させることが好ましい。発泡剤を含浸させる温度は、架橋粒子が軟化状態となる温度以上の温度であれば、特に限定されないが、例えば、100℃以上180℃以下の範囲であることが好ましく、130℃以上170℃以下であることがより好ましく、140℃以上165℃以下であることがさらに好ましい。なお、発泡剤の含浸は、発泡工程まであれば、上記の架橋工程前、架橋工程中、架橋工程後であっても行うことができる。
使用する発泡剤は、上記架橋粒子を発泡させるものであれば特に限定されない。発泡剤には、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム、酸素、ネオン等の無機物理発泡剤、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ノルマルヘキサン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン、シクロペンタン等の脂環式炭化水素、クロロフロロメタン、トリフロロメタン、1,1−ジフロロエタン、1,1,1,2−テトラフロロエタン、メチルクロライド、エチルクロライド、メチレンクロライド等のハロゲン化炭化水素、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル等のジアルキルエーテル等の有機物理発泡剤が挙げられる。これらの中でもオゾン層の破壊がなく、かつ安価な無機物理発泡剤が好ましく、窒素、空気、二酸化炭素がより好ましく、特に二酸化炭素が好ましい。これらは、単独又は2種類以上組み合わせて使用することができる。発泡剤の配合量は、目的とする発泡粒子の見掛け密度、ブロック共重合体(I)の種類、発泡剤の種類等を考慮して決定されるが、通常、ブロック共重合体(I)100重量部に対して、有機物理発泡剤で2重量部以上20重量部以下を用いることが好ましく、無機物理発泡剤で0.5重量部以上20重量部以下を用いることが好ましい。なお、上記の架橋、含浸、発泡工程は単一の密閉容器における一連の工程として行うことが好ましい。
発泡剤が含浸し、加熱されている発泡性架橋粒子を、密閉容器内の圧力よりも低い圧力の雰囲気下に放出して発泡粒子を作製する。具体的には、密閉容器内の圧力を発泡剤の蒸気圧以上の圧力に保持しながら、密閉容器内の水面下の一端を開放し、発泡剤を含有する発泡性架橋粒子を分散媒とともに密閉容器内から密閉容器内の圧力よりも低圧の雰囲気下、通常は大気圧下に放出して発泡性架橋粒子を発泡させる(以下、ダイレクト発泡法ということがある)ことによって、発泡粒子を作製する。なお、ダイレクト発泡法により発泡粒子を作製した場合には、発泡粒子の表層の気泡径が小さく、発泡粒子の表面の気泡膜厚が薄くなる傾向があるので、発泡粒子同士の融着性が特に向上する。
本発明の発泡粒子成形体に用いられる発泡粒子において、平均気泡径(a)は50μm以上200μm以下とすることができ、60μm以上180μm以下がより好ましく、70μm以上160μm以下がさらに好ましい。平均気泡径が上記の範囲であれば、成形時に気泡が破れて連続気泡化することがなく、また、融着性が低下することがなく、良好な発泡粒子成形体が得られる。
なお、平均気泡径は、発泡粒子成形体の中心部分を略二分割し切断面を走査型電子顕微鏡にて写真を撮影する。得られた断面写真において、発泡粒子切断面の中心付近から8方向に等間隔に発泡粒子表面まで直線を引き、その直線と交わる気泡の数を全てカウントし、該直線の合計長さをカウントされた気泡数で除して得られた値を気泡の平均弦長とし、さらに0.616で除することにより、発泡粒子の気泡径とする。この操作を少なくとも10個の発泡粒子について行い、各発泡粒子の気泡径の算術平均値を平均気泡径とする。
本発明の発泡粒子成形体に用いられる発泡粒子の見掛け密度は、50kg/m3以上200kg/m3以下が好ましく、より好ましくは55kg/m3以上180kg/m3以下であり、さらに好ましくは60kg/m3以上160kg/m3以下である。発泡粒子の見掛け密度を上記範囲にすることにより、目的の成形体密度の発泡粒子成形体が得られる。
前記見掛け密度は、エタノールの入ったメスシリンダーを用意し、該メスシリンダーに500個以上の発泡粒子(発泡粒子群の重量Wt)を金網などを使用して沈めて、エタノールの液位上昇分より読みとられる発泡粒子群の容積にてメスシリンダーに入れた発泡粒子群の重量を割り算することにより求めることができる。
本発明の発泡粒子成形体に用いられる発泡粒子(以下、単に「発泡粒子」という場合がある。) の粒子重量は、0.8mg以上15mg以下であることが好ましく、1mg以上6mg以下であることがさらに好ましい。上記範囲内であれば、発泡粒子の製造が容易であるとともに、発泡粒子を型内成形するとき、発泡粒子を金型内に充填させることが容易であり、発泡粒子成形体として優れたものとなる。
本発明の発泡粒子成形体は、ポリエチレンブロックとエチレン/α-オレフィン共重合体ブロックとのブロック共重合体の発泡粒子を型内成形することにより得ることができる。
発泡粒子成形体は、従来公知の方法により、発泡粒子を成形型内に充填し、スチーム等の加熱媒体を用いて加熱成形することにより得ることができる。具体的には、発泡粒子を成形型内に充填した後、成形型内にスチーム等の加熱媒体を導入することにより、発泡粒子を加熱して二次発泡させ、相互に融着させて成形空間の形状が賦形された発泡粒子成形体を得ることができる。また、本発明の発泡粒子成形体を得るための型内成形は、発泡粒子を空気等の加圧気体により予め加圧処理して発泡粒子内の圧力を高めて、発泡粒子内の圧力を0.01MPa(G)以上0.2MPa(G)以下(Gはゲージ圧を意味する)に調整した後、大気圧下又は減圧下で発泡粒子を成形型キャビティ内に充填して型閉めを行った後、ついで型内にスチーム等の加熱媒体を供給して発泡粒子を加熱融着させる加圧成形法(例えば、特公昭51−22951号公報)により成形することが好ましい。また、圧縮ガスにより大気圧以上に加圧したキャビティ内に、当該圧力以上に加圧した発泡粒子を充填した後、キャビティ内にスチーム等の熱媒を供給して加熱を行い、発泡粒子を加熱融着させる圧縮充填成形法(特公平4−46217号公報)により成形することもできる。その他に、特殊な条件にて得られる二次発泡力の高い発泡粒子を、大気圧下又は減圧下で雌雄一対の成形型のキャビティ内に充填した後、次いでスチーム等の熱媒を供給して加熱を行い、発泡粒子を加熱融着させる常圧充填成形法(特公平6−49795号公報)又は上記の方法を組み合わせた方法(特公平6−22919号公報)などによっても成形することができる。
実施例、比較例に使用した発泡粒子、発泡粒子成形体について、以下の評価を実施した。なお、成形体評価の際には、養生等が終了した発泡粒子成形体を、23℃、湿度50%の条件下、24時間放置した後のサンプルについて、測定等を行った。
(発泡粒子の重量)
粒子重量は、100個の粒子を無作為に選び、選んだ100個の粒子をまとめて重量[mg]を測定し、測定した重量を100で割り算した値を算出し、平均粒子重量[mg]とした。
発泡粒子の見掛け密度は、エタノールの入ったメスシリンダーを用意し、該メスシリンダーに500個以上の発泡粒子(発泡粒子群の重量Wt)を金網などを使用して沈めて、エタノールの液位上昇分より読みとられる発泡粒子群の容積にてメスシリンダーに入れた発泡粒子群の重量を割り算することにより求めた。
ASTM D3576−77に基づき、以下の方法で測定した。
発泡粒子を略二分割し切断面を走査型電子顕微鏡にて写真を撮影した。得られた断面写真において、発泡粒子切断面の中心付近から発泡粒子表面まで八方向に等間隔に直線を引き、その直線と交わる気泡の数を全てカウントし、該直線の合計長さをカウントされた気泡数で除して得られた値を気泡の平均弦長とし、さらに0.616で除することにより、発泡粒子の気泡径とした。この操作を少なくとも30個以上の発泡粒子について行い、各発泡粒子の気泡径の算術平均値を平均気泡径とした。
なお、上記各発泡粒子の気泡径の測定において、該直線と一部でも交わる気泡もカウントした。
発泡粒子成形体の体積Vを、水没法により求め、成形体の重量W(g)を体積V(L)で除すること(W/V)で求めた。
発泡粒子成形体の反発弾性率(R1)は、JIS K 6255に準拠してショブ式反発弾性試験機RT−90(高分子計器株式会社製)を用い、相対湿度50%、23℃の条件下で測定した。養生後の発泡粒子成形体の中心部から、縦30mm、幅30mm、厚さ12.5mmのサンプル(成形表皮あり)を切り出した。このサンプルの表皮面が振子の先端に接触する面となるように両面テープで固定し、ハンマー直径φ15mm、アーム重さ0.25kgの振子を、持ち上げ角度90±1°の位置から振り下ろした。そして、厚さ方向からサンプルの表皮面に振子を接触させ、振子の跳ね返り高さh(mm)を測定した。跳ね返り高さh(mm)を振子の落下高さH(mm)で除して、N=5の平均値を反発弾性率とした。
ブロック共重合体(I)の反発弾性率(R2)は、発泡粒子成形体を数度にわたって230℃に加熱した熱プレスで十分に脱泡し、厚み12 .5mmのシートを作製した。該シートの中心部から、縦30mm、幅30mm、厚さ12.5mmのサンプル(成形表皮あり)を切り出した。該サンプルをJIS K 6255に準拠してショブ式反発弾性試験機RT−90(高分子計器株式会社製)を用い、相対湿度50%、23℃の条件下で測定した。上記測定の5点の平均値を反発弾性率とした。
ブロック共重合体(I)の曲げ弾性率は、JIS K 7171(2016年)に記載の測定法に準拠して測定した。測定は、80×10×4mmの試験片を作成し、10kgのロードセルを使用して、支点間距離64mm、曲げ速度2mm/minの条件下で3点曲げを行った。曲げ弾性率は、変位0.5mm以上1.0mm以下間の勾配より算出した。
発泡粒子成形体の中央部分から、サンプルを1.0g切り出し、前述の測定方法により測定した。上記測定において5点の平均値をキシレン不溶分とした。
発泡粒子成形体の中心部からスキン層を除いて25×25×30mmの測定用サンプルを切り出し、該サンプルを大気圧下、相対湿度50%、23℃の条件の恒温室内にて1日間静置後、水没法により該サンプルの見掛けの体積Vaを測定した。見掛けの体積Vaを測定した測定用サンプルを十分に乾燥させた後、ASTM−D2856−70に記載されている手順Cに準じ、東芝・ベックマン株式会社製空気比較式比重計930により測定される測定用サンプルの真の体積Vxを測定した。そして、これらの体積Va及びVxを基に、下記式(4)により独立気泡率を計算し、N=5の平均値を発泡粒子成形体の独立気泡率とした。
独立気泡率(%)=(Vx−W/ρ)×100/(Va−W/ρ)・・・(4)
ただし、
Vx:上記方法で測定される発泡粒子成形体の真の体積、即ち、発泡粒子成形体を構成するブロック共重合体(I)の容積と、発泡粒子成形体内の独立気泡部分の気泡全容積との和(cm3)
Va:発泡粒子成形体を、水の入ったメスシリンダーに沈めて、水位上昇分から測定される発泡粒子成形体の見掛けの体積(cm3)
W:発泡粒子成形体測定用サンプルの重量(g)
ρ:発泡粒子成形体を構成するブロック共重合体(I)の密度(g/cm3)
平均気泡膜厚は、発泡粒子成形体を略二分割し切断面を走査型電子顕微鏡にて300倍に拡大して写真を撮影し、得られた断面写真の少なくとも10箇所における気泡膜の厚みを計測し、それらの値の算術平均値を発泡粒子成形体の気泡膜厚みとした。
発泡粒子成形体から縦50mm、横50mm、厚み25mmに、成形時のスキン層を除いて直方体状となるように5つの試験片を切り出し、JIS K6767(1999年)に基づき、温度23℃、50℃それぞれについて、相対湿度50%の環境下で厚み方向に25%圧縮した状態で22時間放置し、圧縮開放24時間後に厚みを測定し、それぞれの試験片の圧縮永久歪(%)を求め、その算術平均値を圧縮永久歪(%)とした。
発泡粒子成形体表面のタイプCデュロメータ硬さは、JIS−K7312(1996年)で規定されたデュロメータC(高分子計器株式会社製、商品名Askerゴム硬度計C型)を定圧荷重器(高分子計器株式会社製CL−150L)に取り付け測定することができる。発泡粒子成形体の両表面について成形体の端部を除く任意の箇所各10箇所ずつ測定し、算術平均値を求めた。なお、発泡粒子成形体の表面に存在するボイド部分を除いて測定した。
JIS K6767(1999年)に準拠し、発泡粒子成形体からバーチカルスライサーを用いて、全ての面が切り出し面となるよう(表皮部分を除いた)切り出し片を作製し、糸鋸を用いてダンベル状1号形(測定部の長さ40mm、幅10mm、厚み10mm)に切り抜き、試験片とした。なお、成形体厚みが10mm以下の場合には、その成形体厚みの試験片を作成した。試験片を500mm/分の試験速度で引張試験を実施し、その間の最大荷重および切断時の標線間距離を測定し、引張り時の最大引張応力を引張強さとし、破断時の伸びを引張伸びとした。
<ブロック共重合体(I)の粒子の作製>
密度887kg/m3、融点120℃、メルトフローレイト5.4g/10分(190℃、荷重2.16kg)、タイプAデュロメータ硬さ86、曲げ弾性率28MPa、反発弾性率55%の、ポリエチレンブロックとエチレン/α−オレフィン共重合体ブロックとを有するマルチブロック共重合体(ダウ・ケミカル社製、INFUSE 9530)を100重量部に、気泡調整剤としてホウ酸亜鉛(富田製薬株式会社製、ホウ酸亜鉛(以下、ZnBと略すことがある)2335、平均粒子径6μm)を1000ppm添加して押出機に投入し、溶融混練してφ2mmのダイからストランド状に押し出し、水中で冷却してからペレタイザーにて粒子重量約5mgとなるようにカットして造粒し、マルチブロック共重合体の重合体粒子を得た。
得られた重合体粒子1kgを分散媒である水3リットル、分散剤としてカオリンを3g、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムを0.04g、架橋剤としてジクミルパーオキサイドを重合体粒子100重量部に対して0.8重量部、発泡剤として二酸化炭素(ドライアイス)7重量部を容積5Lの密閉容器内に仕込み、撹拌下で架橋温度及び発泡温度である160℃まで昇温し、30分保持した。その後、二酸化炭素にて背圧を加えて容器内圧力が4.0MPa(G)で一定になるように調整しつつ、表1に示す温度に分散媒の温度(発泡温度)にて、発泡剤が含浸された粒子を分散媒とともに大気圧下に放出して、発泡粒子を得た。
得られた発泡粒子を密閉容器に投入し、0.2MPa(G)の圧縮空気で12時間加圧して発泡粒子内に0.10MPa(G)の内圧を付与し、取り出した後、縦250mm、横200mm、厚み33mmの平板形状の金型において、成形型を完全に閉鎖させないで前記金型の開き部分を6.6mm(金型開き部分の体積を330cm3)として前記発泡粒子を充填した後、水蒸気で加熱後、冷却して金型より成形体を取り出す型内成形を行い、さらに該発泡粒子成形体を60℃に調整されたオーブン内で12時間養生した後に取り出し、発泡粒子成形体を得た。得られた成形体の成形体密度、反発弾性率、熱キシレン不溶分、及び表面硬度等を評価した。これらの結果を各種条件等と合わせて表1に示す。
見掛け密度の異なる発泡粒子を用い、表1の条件を変更して成形体密度の異なる発泡粒子成形体を得た以外は、実施例1と同様にした。
見掛け密度の異なる発泡粒子を用い、表1の条件を変更して成形体密度の異なる発泡粒子成形体を得た以外は、実施例1と同様にした。
原料として、密度877kg/m3、融点120℃、メルトフローレイト5.7g/10分(190℃、荷重2.16kg)、タイプAデュロメータ硬さ76、曲げ弾性率13MPa、反発弾性率57%、(ダウケミカルズ社製 Infuse9500)を用いて、表1の条件を変更して、発泡粒子、発泡粒子成形体を得た以外は、実施例1と同様にした。
見掛け密度の異なる発泡粒子を用いて、表1の条件を変更して発泡粒子成形体を得た以外は、実施例4と同様にした。
表1に示す条件を変更した以外は、実施例1と同様にして発泡粒子成形体を得た。成形体密度が高く、反発弾性率を満足するものとはならなかった。
表1に示す条件を変更した以外は、実施例1と同様にして発泡粒子成形体を得た。成形体密度が高く、反発弾性率を満足するものとはならなかった。
<熱可塑性ポリウレタンの粒子の作製>
密度1120kg/m3、コベストロ社製の市販グレードの熱可塑性ポリウレタン(以下、TPUということがある)原料(DP9385A、軟化温度140℃、MFR14g/10min[190℃、10kgf])100重量部に対して、気泡調整剤タルク(林化成社製、商品名:TFW−1000、平均粒子径10μm)を0.10重量部添加し、内径20mmの二軸押出機で溶融混練した。該混練物を押出機から水中に押出して切断(アンダーウォーターカット法)し、先端部に付設された口金の小孔からストランド状に押し出し、冷却後、切断し、約5mgのTPU系樹脂粒子を得た。
上記で得られたTPU粒子1kgと、分散媒として水3リットルとを、撹拌機を備えた5リットルの耐圧密閉容器内に仕込み、TPU粒子100重量部に対して、分散剤としてカオリン0.1重量部と、分散助剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.004重量部とを添加した。
攪拌しながら、所定の含浸温度まで昇温し、該密閉容器内に発泡剤としての二酸化炭素を加えて、容器内圧力が3.5MPa(G)で一定になるように調整し、所定の発泡温度で15分間保持した。その後、窒素にて背圧を加え、容器内圧力が一定になるように調整しつつ、分散媒とともに発泡剤を含浸させた発泡性樹脂粒子を大気圧下に放出して、分散剤が表面に付着したTPU発泡粒子を得た。
<成形体の作製>
上記で作製した各発泡粒子を、縦200mm、横65mm、厚さ33mmの金型キャビティにクラッキング100%の状態で充填し、型閉め後、スチーム加熱により所定の成形圧で型内成形した。そして、常温まで冷却後、成形型から成形体を取り出し、板状の発泡粒子成形体を得た。
表1に示す条件を変更した以外は、比較例3と同様にして発泡粒子成形体を得た。
得られた各発泡粒子成形体の物性も、表1に併せて示す。
また、比較例3と4を対比すると、従来の熱可塑性ポリウレタン発泡粒子では、軽量な発泡粒子が得られ難く、反発性と軽量性を両立した発泡粒子成形体を得ることはできなかったことが分かる。さらに、比較例3と4を対比した場合には、成形体密度が低くなるほど、成形体の反発弾性率も低くなることが分かる。
Claims (10)
- ポリエチレンブロックとエチレン/α-オレフィン共重合体ブロックとのブロック共重合体の発泡粒子成形体であって、前記発泡粒子成形体の密度が30kg/m3以上150kg/m3未満であり、前記発泡粒子成形体の反発弾性率(R1)が60%以上である、発泡粒子成形体。
- 前記発泡粒子成形体の平均気泡膜厚が1μm以上8μm以下である、請求項1に記載の発泡粒子成形体。
- 前記発泡粒子成形体を構成するブロック共重合体の反発弾性率(R2)に対する、前記発泡粒子成形体の反発弾性率(R1)の比(R1/R2)が、1.2以上2.0以下である、請求項1または2に記載の発泡粒子成形体。
- 前記発泡粒子成形体の独立気泡率が60%以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発泡粒子成形体。
- 前記発泡粒子成形体の引張伸びが120%以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発泡粒子成形体。
- 前記発泡粒子成形体の熱キシレン抽出法によるキシレン不溶分が前記発泡粒子成形体の全量に対して30重量%以上70重量%以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発泡粒子成形体。
- 前記発泡粒子成形体の50℃における25%圧縮永久歪が2%以上15%以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発泡粒子成形体。
- 前記発泡粒子成形体の、成形体表面のタイプCデュロメータ硬さが15以上50以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発泡粒子成形体。
- 前記ブロック共重合体が、ポリエチレンブロックとエチレン/1−オクテン共重合体ブロックとのマルチブロック共重合体である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の発泡粒子成形体。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の発泡粒子成形体からなるソール部材。
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