JP3026235B2 - 発泡性スチレン系樹脂予備発泡粒子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、揮発性膨張剤含有量の
特に少ない原料発泡性スチレン系樹脂粒子を用いて、発
泡倍率が高く、収縮のない外観良好な発泡性スチレン系
樹脂予備発泡粒子を製造する方法に関する。

【０００２】従来、発泡性スチレン系樹脂粒子の予備発
泡粒子を製造するには、たとえば常圧下の沸点が６０℃
以下の揮発性膨張剤を５〜８重量％含有する原料発泡性
スチレン系樹脂粒子を用い、これを常圧下で水蒸気加熱
により槽内温度８０〜９９℃で加熱発泡させて、予備発
泡倍率が３０〜７０倍の発泡性予備発泡粒子とし、常圧
下で熟成することにより得られた発泡性予備発泡粒子を
成形加工して発泡成形品にしていた。

【０００３】最近、環境問題が重視されてきており、大
気汚染防止の目的で発泡性スチレン系樹脂粒子内に含有
する揮発性膨張剤を減らすことにより、大気中に逸散す
る揮発性膨張剤を減らすことが試みられている。しか
し、上記の従来の発泡方法を用いて、常圧下の沸点が６
０℃以下の揮発性膨張剤を５重量％未満含有する原料発
泡性スチレン系樹脂粒子を加熱発泡させた場合には、高
い発泡倍率まで予備発泡させようとすると加熱発泡に長
時間を要したり、発泡粒子の収縮が著しくなるなどのた
め、予備発泡率が３５倍までが限度であった。たとえ
ば、高発泡倍率の予備発泡粒子を得るために、加熱媒体
の供給量を多くしたり、加熱時間を長くしたりしても、
収縮がなく、外観が良好で、かつ高い発泡倍率の予備発
泡粒子が得られなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、揮発性膨張
剤の含有量の特に少ない原料発泡性スチレン系樹脂粒子
を用いて、短時間の加熱で、収縮がなく、高い発泡倍率
（たとえば発泡倍率３５〜３００倍）の予備発泡粒子が
得らる発泡性スチレン系予備発泡粒子の製造方法を提供
しようとするものである。

【０００５】本発明者らは、前記の課題を解決するため
に種々研究を重ねた結果、揮発性膨張剤含有量の特に少
ない原料発泡性スチレン系樹脂粒子を用い、発泡槽内の
加熱温度を特定の温度範囲の高温度下に保って樹脂の加
熱軟化と膨張剤の膨張とを急激に行なわせ、短時間に高
い発泡倍率に予備発泡させ、かつ得られた予備発泡粒子
を、収縮防止のために直ちに特定温度の加熱雰囲気下で
熟成させることによって、その目的を達成することがで
きたのである。

【０００６】

【発明の構成】すなわち、本発明の発泡性スチレン系樹
脂予備発泡粒子の製造方法は、攪拌装置を有する発泡槽
内において該発泡槽底部より供給される加熱媒体により
原料発泡性スチレン系樹脂粒子を加熱して予備発泡させ
る方法において、前記の原料発泡性スチレン系樹脂粒子
として揮発性膨張剤含有量が５重量％未満の発泡性スチ
レン系樹脂粒子を用い、前記の加熱発泡を発泡槽内温度
１０１〜１３４℃の高温加熱により行なわせ、かつ生成
予備発泡粒子を４０〜１００℃の加熱雰囲気下で熟成し
て予備発泡粒子とすることを特徴とする方法である。

【０００７】また、本発明においては、前記の方法で得
られた予備発泡粒子に対して、再び前記と同様の高温加
熱発泡と、同様の加熱雰囲気下の熟成とを行なわせる
と、発泡倍率のさらに高い発泡倍率の予備発泡粒子を製
造することができる。

【０００８】一般に、加熱発泡後の予備発泡粒子を、た
とえば大気中のような低温雰囲気中に取り出すと、急激
な温度変化により予備発泡粒子内の圧力が負圧となり、
しかも特に高い発泡倍率に発泡させた予備発泡粒子の場
合には、セル壁強度が低いために、その予備発泡粒子は
大気圧との圧力差によって圧しつぶされ、収縮し、発泡
倍率が高くなるほどその収縮が激しくなる。特に、加熱
媒体が水蒸気の場合に、その傾向が顕著に現われる。

【０００９】しかるに、本発明においては、予備発泡粒
子を４０〜１００℃の比較的に高い温度の加熱雰囲気下
で熟成するので、その熟成期間中に雰囲気ガスが予備発
泡粒子内へ侵入し、セル内圧を大気圧に近づけるととも
に、予備発泡粒子が急冷されないために、粒子内圧が過
度の減圧にならず、内外の圧力差でつぶされることが少
なくなり、両者相まって予備発泡粒子の収縮を有効に防
止できる。そのために、本発明の製造方法で製造された
予備発泡粒子は、発泡倍率が高くても収縮が少なく、外
観が良好である。しかも、本発明の製造方法では、加熱
発泡を比較的高温で行なわせるから、加熱発泡時間を短
縮でき、予備発泡粒子製造の生産性も向上する。

【００１０】本発明の製造方法で用いる原料の発泡性ス
チレン系樹脂粒子としては、種々の重合体粒子（たとえ
ば懸濁重合法で得られたスチレンホモ重合体、スチレン
とα−メチルスチレン、クロルスチレン、アクリロニト
リル、メタクリル酸メチルなどとの共重合体、メタクリ
ル酸メチル、アクリロニトリルなどとスチレン、α−メ
チルスチレン、クロルスチレンとの共重合体の樹脂粒
子）に、常圧下の沸点が６０℃以下の揮発性膨張剤（た
とえばプロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサンなどの脂
肪族炭化水素、塩化メチル、ジクロロフルオロメタン、
トリクロロフルオロエタンなどの脂肪族ハロゲン化炭化
水素等）を０．１重量％〜５重量％未満、好ましくは１
〜４．５重量％含有せしめた樹脂粒子があげられる。ま
た、そのスチレン系樹脂粒子には、可塑剤としてトルエ
ン、キシレン、シクロヘキサンなどを０．０１〜２重量
％含有させることもできる。

【００１１】本発明の製造方法において、発泡槽内空気
を排除する方法としては、原料の発泡性スチレン系樹脂
粒子を投入した発泡槽内に、攪拌下で槽底部より加熱発
泡に用いられるのと同じ加熱媒体を供給して、槽内空気
を槽外に排出させ加熱媒体で置換する方法（その際に槽
内が同時に予熱される）、及び原料樹脂粒子を投入した
発泡槽内を攪拌下で槽内圧力が−１０〜−６５０ｍｍＨ
ｇになるように吸引・減圧して空気を除く方法があげら
れる。

【００１２】本発明における発泡性スチレン系樹脂粒子
の加熱発泡は、樹脂粒子を投入した発泡槽内を攪拌しな
がら前記の方法で槽内空気を槽外に排除したのち、発泡
槽底部より加熱媒体を供給して槽内温度を１０１〜１３
４℃、好ましくは１０４〜１２０℃に加熱することによ
り行なわせる。槽内温度が１００℃以下（加熱媒体とし
ては水蒸気を用いるときは槽内圧力が０．０５Kg／cm²
Ｇ未満）の場合には、長時間加熱が必要であり、予備発
泡の生産性が低下する。また、槽内温度が１３５℃以上
になると、樹脂粒子が瞬時に溶融するために真球の予備
発泡粒子にはならず、しかも発泡倍率も溶融・収縮する
ために、むしろ低くなる。また、この加熱発泡は、槽内
底部から供給される加熱媒体の一部を排出しながら、槽
内温度を前記の範囲に保って行なわせてもよい。

【００１３】その加熱媒体としては、通常、水蒸気が用
いられるが、水蒸気以外の加熱気体（たとえば加熱され
た空気、酸素ガス、窒素ガスなど）も用いることができ
る。使用する加熱媒体の加熱温度も１０１〜１３４℃、
好ましくは１０４〜１２０℃である。

【００１４】本発明における加熱発泡時間は、加熱媒体
による空気の排除に要する時間を除いて、通常１〜１８
０秒、好ましくは１〜６０秒である。このような加熱発
泡により、発泡倍率が３５倍以上、好ましくは３５〜１
６０倍に容易に予備発泡させることができる。

【００１５】本発明においては、上記のようにして得ら
れた予備発泡粒子を、直ちに４０〜１００℃、好ましく
は５０〜８０℃の加熱雰囲気下で熟成させる。熟成用の
雰囲気ガスには格別の制限がないが、通常、空気、窒素
ガス、酸素ガスなどが用いられる。熟成温度が４０℃よ
りも低くなると、予備発泡粒子が収縮が激しくなり、外
観不良となるばかりでなく、加熱発泡時の高い発泡倍率
を保持できなくなる。また、熟成温度が１００℃より高
くなると、熟成時間の経過とともに収縮により発泡粒子
の径が小さくなり、発泡前の樹脂粒子径に近づき、発泡
倍率の高い予備発泡粒子が得られなくなる。

【００１６】そして、上記の本発明の加熱発泡条件を用
いて予備発泡させ、得られた予備発泡粒子を引続き上記
の本発明の加熱雰囲気下で熟成することにより、発泡倍
率３５倍以上、好ましくは３５〜１６０倍の発泡倍率を
保持して、しかも収縮がなく、外観良好な予備発泡粒子
が容易に得られるのである。

【００１７】また、本発明においては、発泡倍率のさら
に高い予備発泡粒子を製造するには、前記のような方法
で得られた予備発泡粒子に対して、再び前記と同様の加
熱発泡と、同様の加熱雰囲気下の熟成とを繰返し施すこ
とによって、最初の原料発泡性樹脂粒子に対する発泡倍
率が５０倍以上、好ましくは１００〜２５０倍であっ
て、収縮がなく、外観良好な予備発泡粒子を得ることが
できる。

【００１８】添付の図１は、本発明を実施するのに用い
られる発泡槽の一例を切断概略図で示したものである。
図中、１は発泡槽、２は攪拌軸、３は攪拌用モーター、
４は攪拌棒、５はジヤマ棒であり、攪拌棒４は攪拌軸２
に対して直角に取付けられている。

【００１９】また、１０は原料の発泡性スチレン系樹脂
粒子のホッパー、１１は原料投入弁、１２は予備発泡粒
子の発泡レベル検出器、１３は予備発泡粒子の排出シリ
ンダー、１４は発泡槽内温度を検出する温度計、１５は
発泡槽内の圧力を検出する圧力計、１６は発泡槽内温度
を検知する温度センサーである。

【００２０】また、２０は熱媒体供給弁であり、２１は
発泡槽内の温度を調節する温度調節弁であり、この温度
調節弁２１と温度センサー１６によって発泡槽内の温度
を一定に保つことができる。２２は排気弁であり、２３
は排気流量調節弁であり、弁２３のバルブ開度によって
加熱媒体の排気流量を調節することができる。２４は安
全弁である。

【００２１】図１に示す発泡槽を用いて本発明のスチレ
ン系樹脂予備発泡粒子を製造する代表的な態様例につい
て説明をすると、まず、発泡粒子排出シリンダー１３を
閉じ、排気弁２２を開いたのち、熱媒体供給弁２０を開
き、発泡槽１内にたとえば水蒸気を供給し、発泡槽を予
熱する。原料ホッパー１０には発泡性スチレン系樹脂粒
子が所定量収納してあるから、次いで熱媒体供給弁２０
を一旦閉じてから、攪拌用モーター３を起動させて攪拌
しながら、その原料供給弁１１を開いて発泡槽内に発泡
性スチレン系樹脂粒子を供給し、完全に供給を終えたら
熱媒体供給弁２０を開け、水蒸気により発泡槽内の空気
を槽外に追い出し、その後弁１１を閉じる。

【００２２】発泡槽１内の温度が温度計１４で測定して
１００℃に達した時点で排気弁２２を閉じ発泡槽内温度
を高める。発泡槽内温度が１０１〜１３４℃、好ましく
は１０４〜１２０℃の範囲内の所定の温度になるように
調節弁２１で調節する。この水蒸気による所定温度の加
熱によって、原料樹脂粒子が発泡する。その予備発泡粒
子のレベルが、検出器１２の指示する所定のレベルに達
したなら、熱媒体供給弁２０を閉じるとともに、排気弁
２２を開いて加熱発泡工程を終了する。

【００２３】この加熱発泡工程終了後、排出シリンダー
１３を開いて、予備発泡粒子を全量発泡槽外に排出し、
前記したように、図示していない加熱雰囲気を有する容
器内に収納して、４０〜１００℃、好ましくは５０〜８
０℃の加熱雰囲気下で所定時間熟成する。さらに、かか
る加熱発泡及び加熱雰囲気下の熟成を行なわせて得られ
た予備発泡粒子に対して、必要に応じて再び前記と同様
の加熱発泡と加熱雰囲気下の熟成を行なわせると、発泡
倍率をさらに高めることができるのは、前記のとおりで
ある。

【００２４】

【実施例】

実施例１ 図１に示す発泡槽を用いて上記した方法で、ブタンを４
重量％含有する懸濁重合法で得られた原料の発泡性ポリ
スチレンビーズを予備発泡させた。すなわち、シリンダ
ー１３を閉じ、排気弁２２を開いた状態の発泡槽１内に
弁２０を開いて水蒸気を供給し、槽内空気の排出と槽の
予熱を開始した。次いで、モーター３を起動させて攪拌
を開始するとともに、原料の前記した発泡性ポリスチレ
ンビーズを、弁１１を開いて槽内に供給した。原料が完
全に供給されたのち、弁１１を閉じてからも水蒸気の供
給を続け、その間の槽内雰囲気を排気弁２２より排出さ
せた。槽内温度が１００℃に達した時点で弁２２を閉じ
てから、槽内温度が１０４℃に保持されるように温度調
節弁２１を調節しながら加熱して発泡させた。

【００２５】槽内の予備発泡粒子のレベルが検出器１２
の指示する所定のレベルに達したら、弁２０を閉じて水
蒸気の供給を停止するとともに弁２２を開いて加熱発泡
工程を終了した。この加熱発泡工程中の槽内温度は１０
４℃、槽内圧力は０．２Kg／cm² Ｇであり、予熱及び空
気の排出に要した時間は５秒であり、加熱発泡に要した
時間は１８０秒であった。加熱発泡工程の終了後、直ち
にシリンダー１３により槽内の予備発泡粒子を全量排出
し、６０℃の空気の雰囲気下で２時間放置して、熟成し
た。得られた予備発泡粒子は発泡倍率が４８倍であり、
収縮のない真球状の外観良好な粒子であった。

【００２６】実施例２ 槽内加熱温度を１１６℃、槽内圧力を０．８Kg／cm² Ｇ
に変更し、そのほかは実施例１の方法に準じて加熱発泡
させ、同様の方法で熟成した。加熱発泡に要した時間は
６０秒であり、得られた予備発泡粒子は発泡倍率が７２
倍であり、収縮がなく、真球状の外観良好な粒子であっ
た。

【００２７】実施例３ 槽内加熱温度を１２４℃、槽内圧力を１．３Kg／cm² Ｇ
に変更し、そのほかは実施例１の方法に準じて加熱発泡
させ、同様の方法で熟成した。加熱発泡に要した時間は
１０秒であり、得られた予備発泡粒子は、発泡倍率が７
１倍であり、収縮のない真球状の外観良好な粒子であっ
た。

【００２８】実施例４ 実施例２で得られた予備発泡粒子を、再度、発泡槽１内
に投入し、槽内温度１１６℃、槽内圧力０．８Kg／cm²
Ｇの条件を用い、そのほかは実施例２の方法に準じて加
熱発泡させ、同様にして熟成した。得られた予備発泡粒
子は、発泡倍率が１５０倍であり、収縮のない真球状の
外観良好な粒子であった。

【００２９】比較例１ 槽内加熱温度を９９℃に、槽内圧力を大気圧に変更し、
そのほかは実施例１に準じて加熱発泡させた。加熱発泡
に要した時間は１８０秒であった。次いで得られた発泡
粒子を２３℃の大気中に放出し、そのまま２４時間放置
して熟成した。得られた予備発泡粒子は、発泡倍率が２
４倍であった。

【００３０】比較例２ 槽内加熱温度を１３５℃、槽内圧力を２．２Kg／cm² Ｇ
に変更し、そのほかは実施例１の方法に準じて加熱発泡
させた。加熱発泡に要した時間は５秒であった。得られ
た発泡粒子を２３℃の大気中に放出し、そのまま２４時
間放置して熟成した。得られた予備発泡粒子は、発泡倍
率が１１倍であり、溶融していて収縮が著しく、真球状
の原料樹脂粒子の原形を全くとどめていなかった。

【００３１】以上の各実施例及び比較例における予備発
泡粒子の製造条件、及び得られた予備発泡粒子の発泡倍
率と粒子の収縮状態を表１にまとめて示した。なお、粒
子の収縮状態は、下記の基準で評価した。 ○・・・粒子の収縮がない。 ×・・・粒子の収縮が激しい。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】本発明の製造方法は、揮発性膨張剤の含
有率が特に低い原料発泡性スチレン系樹脂を用いて、発
泡倍率が高く、収縮が少なく外観良好な発泡性スチレン
系樹脂予備発泡粒子を容易に製造することができ、かつ
加熱発泡に要する時間が短いので、生産性にも優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を実施するのに用いられる発
泡槽の一例を示す切断概略図である。

【符号の説明】

１・・・発泡槽 ２・・・攪拌軸 ３・・・攪拌用モーター ４・・・攪拌棒 １０・・・原料ホッパー １２・・・発泡レベル検出器 １３・・・予備発泡粒子排出シリンダー １４・・・温度計 １５・・・圧力計 １６・・・温度センサー ２０・・・熱媒体供給弁 ２１・・・温度調節弁 ２２・・・排気弁

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 攪拌装置を有する発泡槽内において該発
   泡槽底部より供給される加熱媒体により原料発泡性スチ
   レン系樹脂粒子を加熱して予備発泡させる方法におい
   て、前記の原料発泡性スチレン系樹脂粒子として揮発性
   膨張剤含有量が５重量％未満の発泡性スチレン系樹脂粒
   子を用い、前記の加熱予備発泡を発泡槽内温度１０１〜
   １３４℃の高温加熱により行なわせ、かつ生成予備発泡
   粒子を４０〜１００℃の加熱雰囲気下で熟成することを
   特徴とする発泡性スチレン系樹脂予備発泡粒子の製造方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法で得られた予備発
   泡粒子に対して、再び請求項１に記載されたと同様の高
   温加熱発泡と同様の加熱雰囲気下の熟成とを施すことを
   特徴とする発泡性スチレン系樹脂予備発泡粒子の製造方
   法。