JP3236127B2 - ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法 - Google Patents

ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法

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  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Molding Of Porous Articles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、発泡剤として無機ガ
スを用いるポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造に
は、通常、発泡剤が用いられる。発泡剤としては、アゾ
ジカルボンアミド等の熱分解型有機発泡剤、ペンタンや
ジクロロジフロロメタン等の低沸点有機溶媒発泡剤、炭
酸ガスや窒素等の無機ガス発泡剤が使用されている。
【0003】熱分解型有機発泡剤を使用する場合は、発
泡体中に発泡剤の分解残渣が含有されるため、発泡体に
変色や臭気が発生し品質が低下する。低沸点有機溶媒発
泡剤を使用する場合は、爆発の危険やオゾン層破壊等の
環境問題がある。
【0004】無機ガス発泡剤を使用する場合は、上記の
ような問題が発生せず、しかも安価であるので好まし
い。しかし、発泡剤として無機ガスを用いてポリオレフ
ィン系樹脂を押出発泡させる場合、高倍率(例えば10
倍以上)に発泡させることは難しい(例えば、特開昭6
0−31538号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を解決するもので、その目的とするところは、発泡剤
として炭酸ガス等の無機ガスを用い、均一で微細な気泡
を有し、独立気泡率が高く高倍率に発泡したポリオレフ
ィン系樹脂発泡体の製造方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明のポリオレフィ
ン系樹脂発泡体の製造方法は、ポリオレフィン系樹脂と
無機ガスとを押出機に供給し押出発泡する際に、押出ス
クリューの先端部から押出方向に向かって有機過酸化物
を吐出することを要旨とするものである。
【0007】以下、図面を参照しながら、この発明を詳
細に説明する。図1は、この発明の一例を示す一部切欠
側面図である。この発明では、先ず、ポリオレフィン系
樹脂が、押出機10のホッパーから原料供給口11へ供
給される。押出機10としては、一般に、ベントタイプ
の押出機が使用されるが、これに限定されない。
【0008】この発明に用いるポリオレフィン系樹脂と
しては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プ
ロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エ
チレン−アクリル酸共重合体、エチレン−エチルアクリ
レート共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合
体、塩素化ポリエチレン系樹脂、ポリブテン系樹脂、ポ
リメチルペンテン系樹脂等が挙げられる。
【0009】これ等のポリオレフィン系樹脂は、JIS
K 7210によるメルトイッデックス(MI)が、
0.05〜30のものが好ましい。樹脂のMIが低くす
ぎると、溶融粘度が高くなって高倍率の発泡体が得られ
ないばかりか、押出機での負荷が増大し押出しが難しく
なる。逆に、MIが高すぎると、有機過酸化物により樹
脂が架橋しても、発泡時の樹脂の伸びに対する粘度が低
く破泡しやすくなり、高倍率の発泡体が得られない。
【0010】ポリオレフィン系樹脂は、押出機10の押
出スクリュー20の回転により前方へ移送されながら加
熱され、溶融混練される。そして、押出機10のベント
部13から溶融混練された樹脂中に、発泡剤として無機
ガスが注入される。なお、押出スクリュー20には、注
入される無機ガスとの混合分散性を向上させるために、
ダルメージ型のミキシング部21が設けられているが、
このミキシング部21は設けなくてもよい。
【0011】無機ガスとしては、炭酸ガス、窒素、空
気、酸素、ネオン、アルゴン、水素、水蒸気等の単独ガ
ス或いは混合ガスが用いられる。特に、炭酸ガスはポリ
オレフィン系樹脂に対する溶解度が高いので、炭酸ガス
或いは炭酸ガスを含有する無機ガスが好適である。無機
ガスは、ガスボンベ30からプランジャーポンプ31等
により、樹脂中に注入される。
【0012】これ等の無機ガスの注入量は、無機ガスの
種類、ポリオレフィン系樹脂の種類、所望の発泡倍率に
より異なるが、一般に、ポリオレフィン系樹脂1gに対
して10〜50cc(標準状態)の範囲が好ましい。この
場合、無機ガスの注入圧力は、押出機20のベント部1
3に取り付けた圧力計(図は省略)の読みで、一般に、
25〜150 kg/cm2 の範囲で注入される。
【0013】無機ガスの注入量が少なすぎると、発泡時
のガス膨張圧力が小さく均一で微細な気泡の発泡体が得
られない。逆に、無機ガスの注入量が多すぎると、発泡
時のガスの膨張圧力が高くなり気泡膜が破裂し、表面性
が悪くなるとともに、高倍率の発泡体が得られない。
【0014】無機ガスが注入された溶融状態の樹脂は、
押出機10の先端に付設された押出金型40のランド部
41を経て口金42より所望の形状に連続的に大気中へ
押出され、圧力が開放されて樹脂の発泡が行われる。
【0015】口金42の形状は、一般に、目的の発泡体
の形状に相似した形状になされるが、目的の発泡体の形
状に順次広げられた形状であってもよい。口金42から
押出される樹脂の温度は、樹脂の軟化温度以上の発泡適
温に調節される。口金42の樹脂温度は、樹脂の軟化温
度に近い高温側に設定するのが好ましい。
【0016】しかして、この発明では、上記のようにポ
リオレフィン系樹脂と無機ガスを押出機10に供給し押
出発泡させる際に、押出スクリュー20の先端部22か
ら押出方向に向かって有機過酸化物を吐出させる。
【0017】具体的には、有機過酸化物は、有機過酸化
物槽50からプランジャーポンプ51等により、押出ス
クリュー20の内部を貫通して設けられた通路23(点
線で示す)の後端から注入され、その通路23を経て、
押出スクリュー20の先端部22の吐出孔24から押出
方向に向かって、押出金型40のランド部41へ吐出さ
せる。
【0018】この際、吐出孔24は、押出スクリュー2
0の中心から半径の半分以内の場所に、一個又は二個以
上設けるのが好ましい。このような場所以外に、一個又
は二個以上の吐出孔24を設けると、押出金型40のラ
ンド41を流れる樹脂の中心部の架橋が不充分となり、
得られる発泡体の中心部の発泡倍率が低くなる。
【0019】押出スクリュー20の先端部22には、攪
拌具25が設けられている。この攪拌具25には、図2
に一部切欠斜視図で示すように、その先端部に羽根型の
突起26が形成されている。このような攪拌具25を設
けると、押出金型40のランド41を流れる樹脂と吐出
された有機過酸化物との混合分散性が向上するが、この
攪拌具25は設けなくてもよい。
【0020】この発明に用いる有機過酸化物としては、
1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−ト
リメチルシクロヘキサン〔148℃〕、1,1−ビス
(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン〔154
℃〕、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)オクタン
〔159℃〕、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチル
パーオキシ)バレレート〔166℃〕、ジ−t−ブチル
パーオキサイド〔186℃〕、t−ブチルクミルパーオ
キサイド〔176℃〕、ジクミルパーオキサイド〔17
1℃〕、α,α' −ビス(t−ブチルパーオキシ−m−
イソプロピル)ベンゼン〔179℃〕、2,5−ジメチ
ル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン〔1
79℃〕、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチル
パーオキシ)ヘキシン−3〔193℃〕、ベンゾイルパ
ーオキサイド〔130℃〕、クミルパーオキシネオデカ
ネート〔93.3℃〕、t−ブチルパーオキシベンゾエ
ート〔170℃〕、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベ
ンゾイルパーオキシ)ヘキサン〔162℃〕、t−ブチ
ルパーオキシイソプロピルカーボネート〔158℃〕、
t−ブチルパーオキシアリルカーボネート〔172℃〕
等が挙げられる。なお、括弧内の温度は、1分間半減期
温度を表す。
【0021】これ等の有機過酸化物は常温で液状のもの
が多いが、粉末状のものもある。液状のものは、一般に
そのまま使用され、粉末状のものは、加温して液状とす
るか或いは少量の溶剤に溶解させて使用される。
【0022】これ等の有機過酸化物は、ポリオレフィン
系樹脂100重量部に対して0.1〜3.0重量部の範
囲で用いるのが好ましい。有機過酸化物の使用量が少な
すぎると、樹脂の架橋が不充分となり、発泡時に樹脂粘
度が低くなって高倍率に発泡させることができなくな
る。逆に、有機過酸化物の使用量が多すぎると、樹脂の
架橋が進行しすぎて、押出機での負荷が増大し押出しが
難しくなる。
【0023】押出金型40のランド41を流れる樹脂の
温度は、吐出される有機過酸化物の1分間半減期温度±
20℃以内になるように設定するのが好ましい。この設
定温度が低すぎると、樹脂が部分的に架橋して部分的に
低倍率の発泡体が得られ、逆に設定温度が高すぎると、
樹脂の架橋が不充分となり高倍率の発泡体が得られな
い。
【0024】また、有機過酸化物は、押出スクリューの
先端部22から押出金型の口金42までの間で樹脂の架
橋に関与するので、押出金型40のランド41を流れる
樹脂の滞留時間が3分以上となるように、ランド41の
長さ及び押出量を調整するのが好ましい。この滞留時間
が短すぎると、樹脂の架橋が充分に進行せず高倍率の発
泡体は得られない。
【0025】また、口金42から押出される樹脂の温度
は、樹脂の融点±10℃の範囲に調節するのが好まし
い。この樹脂の温度が低すぎる場合は、樹脂の粘度が高
すぎて押出しが難しくなり、逆に樹脂の温度が高すぎる
場合は、樹脂の粘弾性が低くなって破泡しやすくなり、
高倍率に発泡させることが難しくなる。
【0026】こうして、口金42から押出される樹脂は
良好に発泡し、均一で微細な気泡を有し且つ高倍率に発
泡した独立気泡性のポリオレフィン系樹脂発泡体60が
製造される。口金42の内面を潤滑剤等で潤滑させて押
出発泡させるのが好ましい。また、口金42から押出さ
れる発泡体は、その形状を良好に保つために、水や冷風
等により冷却するのが好ましい。
【0027】なお、ポリオレフィン系樹脂には、必要に
応じて、架橋助剤、気泡核形成剤、難燃剤、充填剤、抗
酸化剤、難燃剤、顔料等の添加剤を配合してもよい。こ
のような添加剤は広く知られている。
【0028】例えば、架橋助剤としては、ジビニルベン
ゼン、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリメ
チロールプロパントリアクリレート等の炭素−炭素不飽
和結合を一つ以上有する化合物が挙げられる。
【0029】気泡核形成剤としては、炭酸カルシウム、
タルク、クレー、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、カーボ
ンブラック、二酸化珪素、酸化チタン、クエン酸、重
曹、オルトホウ酸と滑石、脂肪酸のアルカリ土類金属塩
等が挙げられる。
【0030】難燃剤としては、ヘキサブロモビフェノー
ルエーテル、デカブロモジフェニルエーテル等の臭素系
難燃剤、ポリ燐酸アンモニウム、トリメチルホスフェー
ト、トリエチルホスフェート等の含燐系難燃剤、メラミ
ン誘導体、無機系難燃剤等が挙げられる。
【0031】
【作用】ポリオレフィン系樹脂と無機ガスとを押出機に
供給し押出発泡する際に、押出スクリューの先端部から
押出方向に向かって有機過酸化物を吐出すると、樹脂は
押出スクリューの先端部の先方で架橋し、架橋した樹脂
は押出スクリューによる剪断を受けないので、架橋構造
の破壊が防止され、この架橋構造により樹脂は発泡に適
した粘度、張力及び伸びを有するものとなり、発泡適温
範囲が広くなって、押出発泡性が向上する。
【0032】
【実施例】以下、この発明の実施例及び比較例を示す。
なお、この実施例及び比較例では、図1及び図2に示す
方法により発泡体を製造した。
【0033】実施例1 低密度ポリエチレン樹脂(MI2.8、融点112.5
℃)(ZH51:三菱油化社製)を、130℃の温度に
設定されたベントタイプの押出機(口径65mm、L/D
=35)のホッパーから押出機の原料供給口に供給し、
押出機内で溶融混練した。樹脂の押出量は20 kg/h
r であった。
【0034】次ぎに、押出機のベント部より炭酸ガスを
80 kg/cm2 の圧力で注入し、さらに、押出スクリュ
ーの後端より1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)
3,3,5−トリメチルシクロヘキサン(パーヘキサ3
M:日本油脂社製)を、0.2kg/hr (樹脂100
重量部に対して1.0重量部)の割合で注入し、これを
押出スクリューの先端部から溶融混練された樹脂中に吐
出させた。この時の樹脂温度は138℃であった。
【0035】引き続いて、110℃に設定された直径3
mmの押出口金から大気中へ押出し樹脂を発泡させ、ロッ
ド状の発泡体を連続的に製造した。
【0036】得られた発泡体の発泡倍率は25.5cc/
g、独立気泡率は79.5%、平均気泡径は500μm
で、均一微細な気泡を有し独立気泡率の高い、高倍率に
発泡した発泡体であった。なお、独立気泡率は、空気比
較式比重計1000型(東京サイエンス社製)を用いて
測定した。
【0037】実施例2 ポリプロピレン樹脂(MI5.0、融点169℃)(F
Y4:三菱油化社製)100重量部とジビニルベンゼン
(架橋助剤)4重量部とを、185℃の温度に設定され
たベントタイプの押出機(口径65mm、L/D=35)
のホッパーから押出機の原料供給口に供給し、押出機内
で溶融混練した。樹脂の押出量は20 kg/hr であっ
た。
【0038】次ぎに、押出機のベント部より炭酸ガスを
80 kg/cm2 の圧力で注入し、さらに、押出スクリュ
ーの後端よりt−ブチルクミルパーオキサイド(パーブ
チルC:日本油脂社製)を、0.28 kg/hr (樹脂
100重量部に対して1.4重量部)の割合で注入し、
これを押出スクリューの先端部から溶融混練された樹脂
中に吐出させた。この時の樹脂温度は186℃であっ
た。
【0039】引き続いて、168℃に設定された直径3
mmの押出口金から大気中へ押出し樹脂を発泡させ、ロッ
ド状の発泡体を連続的に製造した。
【0040】得られた発泡体の発泡倍率は22.2cc/
g、独立気泡率は73.5%、平均気泡径は440μm
で、均一微細な気泡を有し独立気泡率の高い、高倍率に
発泡した発泡体であった。
【0041】比較例1 実施例1において、有機過酸化物の1,1−ビス(t−
ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキ
サンを全く注入しなかった。それ以外は実施例1と同様
に行った。
【0042】得られた発泡体の発泡倍率は9.8cc/
g、独立気泡率は10.5%、平均気泡径は580μm
で、実施例1で得られた発泡体に比べて、発泡倍率及び
独立気泡率が低く、平均気泡径もやや粗大であった。
【0043】比較例2 実施例1において、有機過酸化物の1,1−ビス(t−
ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキ
サンを押出スクリューの先端から吐出させる方法に替え
て、あらかじめ低密度ポリエチレン樹脂(ZH51:三
菱油化社製)100重量部に対して上記有機過酸化物
1.0重量部を混合した。それ以外は実施例1と同様に
行った。
【0044】得られた発泡体の発泡倍率は11.1cc/
g、独立気泡率は13.6%、平均気泡径は550μm
で、実施例1で得られた発泡体に比べ、発泡倍率及び独
立気泡率が低く、平均気泡径もやや粗大であった。
【0045】
【発明の効果】上述の通り、この発明は、ポリオレフィ
ン系樹脂と無機ガスとを押出機に供給し押出発泡する際
に、押出スクリューの先端部から押出方向に向かって有
機過酸化物を吐出するもので、それにより、無機ガス発
泡剤による樹脂の押出発泡性が向上し、均一微細な気泡
を有し且つ独立気泡率が高く高倍率に発泡したポリオレ
フィン系樹脂発泡体を、押出発泡法により容易に製造す
ることができる。
【0046】また、この発明によれば、発泡剤として無
機ガスを使用するので、安価で爆発の危険や環境問題な
どが発生せず、また、得られる発泡体には変色や臭気の
発生がなく、品質の低下がないという利点がある。
【0047】そして、この発明によれば、フィルム、シ
ート、ボード、管状、棒状等の各種の形状の長尺のポリ
オレフィン系樹脂発泡体が得られ、断熱材、緩衝材、防
音材、浮子材、シール材など広汎な用途に使用すること
ができる。
【0048】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一例を示す一部切欠側面図である。
【図2】図1における押出スクリューの先端部を示す一
部切欠斜視図である。
【符号の説明】
10 押出機 12 原料供給口 13 ベント部 20 押出スクリュー 23 通路 24 吐出孔 30 無機ガスボンベ 31 プランジャーポンプ 40 押出金型 41 ランド部 42 口金 50 有機過酸化物槽 51 プランジャーポンプ 60 発泡体

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリオレフィン系樹脂と無機ガスとを押
    出機に供給し押出発泡する際に、押出スクリューの先端
    部から押出方向に向かって有機過酸化物を吐出すること
    を特徴とするポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法。
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