JP2019189830A - ポリカーボネート押出化学発泡体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記のような樹脂発泡体の機能をより高めるために、種々の検討がなされている。
例えば、特許文献1には、見掛け密度が低く、薄く柔軟で、巻き取り時の安定性(巻取安定性)に優れる樹脂発泡体シートとして、見掛け密度、圧縮応力、厚み等を特定の範囲に調整した、ポリオレフィン系樹脂発泡体シートが開示されている。
また、特許文献2には、機械強度に優れるポリカーボネートを用いた連続気泡型板状押出発泡体が開示されている。
すなわち、本発明は[1]〜[9]に関する。
[1]独立気泡率が45%以上であって、平均気泡径が10〜900μmである、ポリカーボネート押出化学発泡体。
[2]独立気泡率が、60%以上である、上記[1]に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
[3]前記ポリカーボネートの、測定温度300℃、荷重11.8Nにおけるメルトボリュームフローレートが、3〜15cm3/10minである、上記[1]又は[2]に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
[4]見掛け密度が、0.5g/cm3以下である、上記[1]〜[3]のいずれかに記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
[5]アイゾット衝撃強度が、14kJ/m2以上である、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
[6]ポリカーボネート、化学発泡剤及び気泡調整剤を含有する発泡性樹脂組成物を発泡してなるものである、上記[1]〜[5]のいずれかに記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
[7]前記化学発泡剤が、炭酸亜鉛である、上記[6]に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
[8]前記気泡調整剤が、ポリテトラフルオロエチレンである、上記[6]又は[7]に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
[9]上記[1]〜[8]のいずれかに記載のポリカーボネート押出化学発泡体を製造する方法であって、ポリカーボネート及び化学発泡剤を含有する発泡性樹脂組成物を押出機で溶融混練し、該溶融混練された溶融混練物を、押出発泡させる、ポリカーボネート押出化学発泡体の製造方法。
本実施形態のポリカーボネート押出化学発泡体(以下、単に「発泡体」ともいう)は、独立気泡率が45%以上であって、平均気泡径が10〜900μmである。
ポリカーボネート押出化学発泡体は、上記構成を有することで、優れた耐衝撃性が得られる。なお、本実施形態の発泡体は、化学発泡を利用した押出成形によって得られる発泡体である。
発泡体を成形品とする方法としては、一般的に、射出成形と押出成形が採用されるが、押出成形は、金型内で樹脂組成物を成形する射出成形と比べると、連続的に大きな成形物を製造することができるため生産性に優れるという利点がある。また、発泡体の材料面からは、発泡材料として、二酸化炭素、有機ガス等の超臨界ガスを溶融樹脂に注入して気泡を形成する物理発泡と、熱分解性の有機又は無機化合物を混合して、加熱によって分解発泡させる化学発泡とに分類される。化学発泡は、物理発泡のように、超臨界ガスを発生させるための装置及びこれを注入するための装置等の付随設備が必要ないという利点がある一方で、使用する樹脂、化学発泡剤、気泡調整剤等の種類及び配合量を適切に選択しなければ所望する発泡形状が得られない。
本実施形態の発泡体が、上記のような独立気泡率及び平均気泡径を両立することができ、これによって耐衝撃性を改善できた理由は定かではないが、本実施形態の発泡体は、従来、ポリカーボネートの発泡体の形成で使用されてきた物理発泡ではなく、化学発泡を利用し、さらに、後述するように適切な化学発泡剤、気泡調整剤が選択されたことに基づくと推測される。
本実施形態の発泡体の独立気泡率は、45%以上であり、50%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましく、80%以上がよりさらに好ましく、90%以上が特に好ましい。発泡体の独立気泡率が上記下限値以上であると、耐衝撃性及び断熱性に優れるものとなる。発泡体の独立気泡率は、100%以下であってもよく、製造容易性等の観点から、99%以下であってもよい。また、発泡体の独立気泡率は、他の物性とのバランスを考慮して、90%以下であってもよく、80%以下であってもよい。
なお、独立気泡率は、以下の方法により測定することができる。
≪独立気泡率の測定方法≫
試験片(幅5mm×高さ5mm×長さ30mmの直方体形状)の見掛け体積V0及び重量W0を測定する。次いで、下記式から気泡の総体積V1を計算する。
気泡の総体積V1=V0−W0/ρ(ρは樹脂の密度である。)
続いて、試験片を23℃の水中に沈めて、耐圧容器に入れ、水中で空気泡が出なくなるまで、−0.1MPaの減圧処理を行い、試験片に吸水させた。
水中から取り出した試験片の表面に付着した水分を除去した後、重量W1を測定し、下記式に基づいて連続気泡率及び独立気泡率を算出する。
連続気泡率P1(%)=100×{(W1−W0)/(23℃における水の密度)}/V1
独立気泡率P2(%)=100−P1
本実施形態の発泡体の平均気泡径は、10〜900μmである。発泡体の平均気泡径が該範囲内であると、優れた耐衝撃性が得られる。また、発泡体の平均気泡径は、軽量化及び断熱性の観点からは、50μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましく、200μm以上がさらに好ましく、250μm以上がよりさらに好ましく、300μm以上が特に好ましい。一方、耐衝撃性及び機械強度の観点からは、800μm以下が好ましく、700μm以下がより好ましく、600μm以下がさらに好ましく、500μm以下が特に好ましい。
なお、平均気泡径は、以下の方法により測定することができる。
≪平均気泡径の測定方法≫
図1に、平均気泡径の測定法を表す模式図を示す。発泡体の厚み方向の断面を光学顕微鏡(50倍)によって観察して、水平方向と垂直方向に直線を引く(図1の直線a及びb)。直線a及びbが横切る気泡の最大径(図1の距離c)をa,b方向で各20サンプル測定し、平均値を算出する。気泡の個数が20個に満たない場合は、気泡の数が20個以上含まれるように複数の箇所に直線を引いて同様の操作を行う。なお、測定位置は、発泡体の表面から50μm以上離れた場所とした。
本実施形態の発泡体の見掛け密度は、特に限定されないが、軽量化及び断熱性の観点からは、1.15g/cm3以下が好ましく、1.00g/cm3以下がより好ましく、0.7g/cm3以下がさらに好ましく、0.5g/cm3以下がよりさらに好ましく、0.4g/cm3以下が特に好ましい。一方、本実施形態の発泡体の見掛け密度は、耐衝撃性及び機械強度の観点からは、0.1g/cm3以上が好ましく、0.2g/cm3以上がより好ましく、0.3g/cm3以上がさらに好ましい。また、発泡体の見掛け密度は、他の物性とのバランスを考慮して、0.5g/cm3以上としてもよく、0.8g/cm3以上としてもよい。
なお、発泡体の見掛け密度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態の発泡体のアイゾット衝撃強度は、14kJ/m2以上が好ましく、17kJ/m2以上がより好ましく、20kJ/m2以上がさらに好ましく、30kJ/m2以上がよりさらに好ましく、50kJ/m2以上が特に好ましい。アイゾット衝撃強度が上記下限値以上であると、高い耐衝撃性が要求される用途にも好適に使用することができる。一方、発泡体のアイゾット衝撃強度は、製造容易性等の観点から、100kJ/m2以下であってもよい。
なお、アイゾット衝撃強度は実施例に記載の測定方法で求めることができる。
本実施形態の発泡体は、発泡体を構成する樹脂として、ポリカーボネートを含有するものである。
ポリカーボネートとしては、主鎖にカーボネート結合を有するものであれば特に限定されず、芳香族ポリカーボネート、脂肪族ポリカーボネート、芳香族−脂肪族ポリカーボネート等が挙げられる。
ポリカーボネートは、例えば、ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとをエステル交換する方法、ジヒドロキシ化合物とホスゲンとをアルカリ触媒存在下に界面重縮合させる方法で得られるものである。
ジヒドロキシ化合物としては、分子内にヒドロキシ基を2つ有する化合物であればよく、ビスフェノールA、2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル−3−メチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3、5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(p−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(p−ヒドロキシフェニル)ブタン等の芳香族ジヒドロキシ化合物;エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール等の脂肪族ジヒドロキシ化合物などが挙げられる。
これらのジヒドロキシ化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、ポリカーボネートはジヒドロキシ化合物以外にも、モノヒドロキシ化合物、トリヒドロキシ化合物等に由来する構造単位を含有していてもよい。
ポリカーボネートのメルトボリュームフローレート(MVR)(測定300℃、荷重11.8N)は、成形性及び発泡性の観点から、3〜15cm3/10minが好ましく、4〜10cm3/10minがより好ましく、5〜9cm3/10minがさらに好ましい。なお、ポリカーボネートのメルトボリュームフローレートは、ISO 1133に準拠して測定される値である。
ポリカーボネートの軟化点は、成形性及び発泡性の観点から、100〜153℃が好ましく、140〜152℃がより好ましく、145〜150℃がさらに好ましい。なお、ポリカーボネートの軟化点は、ISO306/B50に準拠して測定される値である。
発泡体は、ポリカーボネート及び化学発泡剤を含有する発泡性樹脂組成物を発泡してなるものが好ましく、ポリカーボネート、化学発泡剤及び気泡調整剤を含有する発泡性樹脂組成物を発泡してなるものがより好ましい。
発泡性樹脂組成物中におけるポリカーボネートの含有量は、発泡性樹脂組成物の総量100質量部に対して、80〜99.9質量部が好ましく、95〜99.9質量部がより好ましく、97〜99.9質量部がさらに好ましい。
化学発泡剤としては、有機系化学発泡剤、無機系化学発泡剤等が挙げられる。
有機系化学発泡剤としては、アゾジカルボンアミド、ヒドラゾジカルボンアミド、アゾジカルボン酸バリウム塩、ジニトロソペンタエチレンテトラミン、ニトロソグアニジン、4,4’−オキシビス(ベンゼンスルホン酸ヒドラジド)、トリヒドラジンシンメトリックトリアジン、バリウムアゾジカルボキシレート、アゾビスイソブチロニトリル、トルエンスルホニルヒドラジド等が挙げられる。
無機系化学発泡剤としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸亜鉛、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム等が挙げられる。
これらの発泡剤は、所望する発泡倍率等を考慮して適宜選択すればよいが、耐熱性の高いポリカーボネートと組み合わせることが可能であり、かつ良好な発泡性が得られる観点からは、無機系化学発泡剤が好ましく、炭酸亜鉛がより好ましい。
化学発泡剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
気泡調整剤としては、無機系気泡調整剤、有機系気泡調整剤等が挙げられる。
有機系気泡調整剤としては、リン酸系化合物、フェノール系化合物、アミン系化合物、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられる。
無機系気泡調整剤としては、タルク、シリカ、炭酸カルシウム、塩化ナトリウム、酸化チタン、ゼオライト、石膏、ホウ砂、水酸化アルミニウム、カーボン等が挙げられる。
気泡調整剤は、所望する発泡倍率等を考慮して適宜選択すればよいが、良好な気泡が得られる観点からは、有機系気泡調整剤が好ましく、ポリテトラフルオロエチレンがより好ましい。
気泡調整剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
発泡性樹脂組成物中における気泡調整剤の含有量は、使用する気泡調整剤の種類、所望する発泡倍率等に応じて適宜決定すればよいが、良好な気泡を形成する観点からは、ポリカーボネート100質量部に対して、0.05〜10質量部が好ましく、0.1〜5質量部がより好ましく、0.15〜3質量部がさらに好ましい。特に、本実施形態の発泡体の製造においては、ポリテトラフルオロエチレンを上記含有量の範囲で使用することで、良好な独立気泡率及び平均気泡径を有する発泡体が得られる。
発泡性樹脂組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。添加剤としては、滑剤、収縮防止剤、充填材、難燃剤、気泡核剤、結晶核剤、可塑剤、顔料、酸化防止剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、補強剤、収縮防止剤、帯電防止剤、界面活性剤、加硫剤、表面処理剤、架橋剤等が挙げられる。
本実施形態の発泡体の製造方法は、上記発泡性樹脂組成物を、押出機を用いて発泡成形(以下、「押出発泡成形」ともいう)する方法によって製造されるものである。
押出発泡成形は、公知の方法によって実施できるが、その一例は以下の通りである。
まず、必要に応じて予め混合した発泡性樹脂組成物を、一軸スクリュー、二軸スクリュー等を備える押出機に投入する。なお、押出機は単体で使用してもよく、第1段押出機と第2段押出機とを直列に繋げた所謂タンデム式押出機を使用してもよい。
次に、投入された発泡性樹脂組成物は、加熱下において、押出機が備えるスクリューによって、加熱混練されながら、スクリューの先端方向に押出し力が加えられる。なお、ここでの混練条件は、使用するポリカーボネート、発泡剤等の種類によっても異なるが、加熱条件は、例えば、220〜300℃、好ましくは230〜260℃であり、スクリュー回転数は、例えば、20〜120min−1、好ましくは30〜90min−1であり、吐出速度は、例えば、0.7〜3kg/h、好ましくは1〜2kg/hである。
なお、この加熱混練時には発泡性樹脂組成物は加圧されることで、発泡が抑制されている。
続いて、溶融混練された発泡性樹脂組成物は、所定形状を有するダイスから低圧領域に押し出され、発泡剤の分解成分を気化させて、発泡性樹脂組成物を発泡させつつ、所定形状に成形される。なお、ダイスの温度は、使用するポリカーボネート、発泡剤等の種類によっても異なるが、例えば、190〜240℃であり、好ましくは200〜220℃である。
次いで、押し出された発泡成形体は、冷却エア、冷却ロール等の冷却機構により冷却され、本実施形態の発泡体が得られる。
本実施形態の発泡体を上記押出発泡成形によって製造することで、連続的に大きなサイズの成形品を得ることができるため、本実施形態の発泡体の製造方法は生産性及び経済性に優れるものとなる。
本実施形態の発泡体の形態は特に限定されず、板状、中空状、円柱状、角柱状等の柱状その他任意の形状とすることができる。特に、本実施形態の発泡体は、上記押出発泡成形によって製造することができるため、大きなサイズの成形品の製造に好適である。
本実施形態の発泡体は、耐衝撃性に優れるものであるため、壁材、天井材、窓材、室内扉、仕切り等の建築材料;梱包材、緩衝材等の包装材料;自動車、電車等の車両用内装材及び外装材などへの使用に好適である。
発泡体の見掛け密度は、アルファミラージュ株式会社製の水中置換式密度比重測定器「MDS−300」を使用して測定した。
発泡体の独立気泡率は、上記した方法により測定した。
発泡体の平均気泡径は、上記した方法により測定した。
発泡体のアイゾット衝撃強度は、押出成形により発泡成形した、長さ80mm、5mm角棒を試験片として、試験機は株式会社東洋精機製作所のアイゾット試験機(ハンマ2.74kg、軸心と重心距離15.67cm、軸心と打撃点距離39.5cm、ハンマ持上げ角150度、周期1.259秒)を使用し、消費エネルギーを断面積で除して算出した。
実施例1、2、比較例1
下記表1に示す組成となるように、各成分を配合した。なお、各成分の詳細は以下に示す通りである。
[樹脂]
ポリカーボネート:帝人株式会社製、商品名「L−1250Y」、密度=1.20g/cm3、MVR(測定300℃、荷重11.8N)=8.00cm3/10min、ビカット軟化温度=149℃
ポリプロピレン(住友化学株式会社製、商品名「D101」)
[発泡剤]
粉末炭酸亜鉛:和光純薬工業株式会社製、商品名「塩基性炭酸亜鉛」
[気泡調整剤]
ポリテトラフルオロエチレン:三菱レイヨン株式会社製、商品名「メタブレンA3000」、アクリル変性したポリテトラフルオロエチレン
Claims (9)
- 独立気泡率が45%以上であって、平均気泡径が10〜900μmである、ポリカーボネート押出化学発泡体。
- 独立気泡率が、60%以上である、請求項1に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
- 前記ポリカーボネートの、測定温度300℃、荷重11.8Nにおけるメルトボリュームフローレートが、3〜15cm3/10minである、請求項1又は2に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
- 見掛け密度が、0.5g/cm3以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
- アイゾット衝撃強度が、14kJ/m2以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
- ポリカーボネート、化学発泡剤及び気泡調整剤を含有する発泡性樹脂組成物を発泡してなるものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
- 前記化学発泡剤が、炭酸亜鉛である、請求項6に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
- 前記気泡調整剤が、ポリテトラフルオロエチレンである、請求項6又は7に記載のポリカーボネート押出化学発泡体。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のポリカーボネート押出化学発泡体を製造する方法であって、ポリカーボネート及び化学発泡剤を含有する発泡性樹脂組成物を押出機で溶融混練し、該溶融混練された溶融混練物を、押出発泡させる、ポリカーボネート押出化学発泡体の製造方法。
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