JP3273685B2 - ポリスチレン系樹脂発泡断熱材及びその製造方法 - Google Patents
ポリスチレン系樹脂発泡断熱材及びその製造方法Info
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- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
- B29C44/34—Auxiliary operations
- B29C44/35—Component parts; Details or accessories
- B29C44/352—Means for giving the foam different characteristics in different directions
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Description
根等の断熱材や畳芯材等に使用される押出発泡ポリスチ
レン系樹脂発泡断熱材及びその製造方法に関する。
りポリスチレン系樹脂発泡体は、優れた断熱性及び好適
な機械的強度を有することから、断熱材として、通常一
定の幅の板状に成形されたものが汎用的に使用されてい
る。上記発泡板の製造方法としては、ポリスチレン系の
樹脂材料に気泡調整剤を加え、加熱溶融混練後、揮発性
発泡剤を添加し、これらの混合物を低圧域に押し出すこ
とによって揮発性発泡剤を蒸発させて製造する方法が採
用されているが、中でも厚さの厚い発泡板を成形する場
合は、加熱溶融され、発泡剤と混練された樹脂を、一定
の間隙を有する口金から排出した後、フッ素樹脂製、又
はフッ素樹脂で表面処理された成形具に充満させる方法
が採用されており、この製造方法によれば、表面の平滑
な発泡板が得られる他、引取速度を遅くすることによ
り、口金から排出される溶融混合物の口金開口部1mm2
当たりの1時間当たりの排出量が少なくても、断面の大
きな発泡板を得ることが可能であるため、小型の押出機
でも厚みの厚い発泡板が得られるという利点がある。
て厚みの厚い発泡板を成形しようとした場合、開口面積
の大きい(間隙の大きい)口金を用いることにより樹脂
の口金からの排出速度を遅くすればよいが、口金の開口
面積(口金の間隙)が大きいと口金部以前での樹脂圧力
の低下が大きく口金部以前で樹脂と発泡剤とが分離して
内部発泡を起こし易くなるという問題があり、一方これ
に対して、樹脂温度を低くし、溶融混合物の粘度を上げ
て、樹脂圧力を非常に高くすることにより、口金の間隙
(口金の開口面積)が大きくても口金部付近での樹脂圧
力をある程度に保っておくことはできるが、その場合、
樹脂温度が低くなっているので溶融混合物の温度が短時
間で樹脂の熱変形温度を下回ってしまい、発泡開始から
終了までの時間が短く、目的とする低密度になるまで充
分に発泡した発泡板が得られず、高密度となってしまう
という問題があった。ところが、成形具を用い、発泡板
の引取速度を遅くして口金より排出された溶融混合物を
成形具内に充満させるという方法を採用すれば、厚みの
厚い所望の密度を有する機械的強度の高い発泡板を成形
することができるというものである。
よっても、発泡成形時に生成した気泡が発泡板における
樹脂の流れ方向(押出方向)に圧縮され、該流れ方向の
気泡径が著しく小さくなるために、得られた発泡板とし
ては気泡変形率が大きく、目的の断熱性を有するもので
はなかった。
造において用いられる揮発性発泡剤としては、気体状態
のそれ自身の熱伝導率が空気のそれに比べて低く、しか
もポリスチレン樹脂に対する透過速度が空気に比べて極
めて遅く、得られる発泡板の断熱性の経時低下を防止で
きるという理由から、塩素化フッ素化炭化水素(以下C
FCと称する)が用いられていたが、上記CFCは大気
中で分解されにくいため、オゾン層まで到達して分子中
の塩素原子によりオゾン層を破壊してしまうという問題
があり、環境保護の観点からは好ましくなく、又、分子
中に水素原子を有し、大気中で比較的分解され易い塩素
化フッ素化炭化水素(以下HCFCと称する)を用いる
ことも一部で行われているが、この方法も完全に上記の
問題を解決できないため、上記CFC、HCFCに替え
て、オゾン層を全く破壊しない発泡剤として分子中に水
素原子を有し大気中で比較的分解され易く、かつ分子中
に塩素原子を持たないフッ素化炭化水素(以下HFCと
称する)を用いることが望ましい。
やHCFCに比べてポリスチレンに溶解し難いため、そ
のようなHFCを用いた発泡成形では発泡速度が速くな
って気泡径が著しく小さくなってしまう。その結果、得
られる発泡板の断熱寸法、特に厚さ方向の寸法(厚み)
が小さくなってしまう。そのため、前記成形具を用いて
発泡板の厚みを従来品(CFCやHCFCを使用して同
様に製造された発泡板)並か又はそれ以上とするために
は、発泡板の引取速度を一層遅くして、口金より排出さ
れた溶融混合物を成形具内に充満させる方法を採用しな
ければならない。しかしそのような方法を採用すると、
得られる発泡板の気泡変形率が大きくなってしまうた
め、断熱性能の高いものが得られないという問題があっ
た。また、口金内での内部発泡を抑える条件でのHFC
を用いた発泡成形では発泡速度が速いため、発泡時の発
泡剤の気化に伴って溶融混合物から奪われる気化熱が大
きく、溶融混合物の冷却速度が速くなる。その結果発泡
剤の膨張力が残っている間に溶融混合物の温度が熱変形
温度未満になってしまい、発泡剤の膨張力を充分に生か
し切れず、どうしても低密度の発泡板が得られないとい
う問題があった。
を用いて高断熱性能のポリスチレン発泡板を得るのは困
難であった。
すべくなされたものであって、厚みが厚く、しかも厚み
の割りに断熱効果の高いポリスチレン系樹脂発泡断熱材
を提供すると共に、発泡剤としてHFCを用いて上記ポ
リスチレン系樹脂発泡断熱材を製造する方法を提供する
ことを目的とする。即ち本発明は、(1)分子中に塩素
原子を含まないフッ素化炭化水素を気泡内に含有する板
状の押出発泡ポリスチレン系樹脂発泡断熱材であって、
該断熱材の押出発泡成形時における樹脂の流れ方向を
X、上記断熱材の幅方向をY、厚さ方向をZとし、上記
断熱材の中央部における上記X、Y、Z方向の平均気泡
径をそれぞれx、y、zとしたとき、0.9≦2z/
(x+y)≦1.6なる関係を満足することを特徴とす
るポリスチレン系樹脂発泡断熱材、(2)ポリスチレン
系樹脂と揮発性発泡剤との溶融混合物を押出発泡させ、
成形具を用いて板状に成形することにより、密度が25
〜100Kg/m3 のポリスチレン系樹脂発泡体を製造する
方法において、下記〜の条件を満足することを特徴
とするポリスチレン系樹脂発泡断熱材の製造方法を要旨
とするものである。ポリスチレン系樹脂として、該樹
脂をJIS K−7210記載のMFR測定器(オリフ
ィス径I0=2.095±0.005mmφ、オリフィス
長=8.000±0.0025mm)を用い、上記樹脂の
粘度が6000poisとなる温度で10mm/minの速度でプ
ランジャーを押した時に、上記オリフィスから押し出さ
れた樹脂の直径Iとオリフィス径I0との比(I/
I0)が1.3〜2.0であるポリスチレン系樹脂を用
いる。揮発性発泡剤として分子中に塩素原子を含まな
いフッ素化炭化水素単独か、又は該フッ素化炭化水素を
主成分とする混合発泡剤を用いる。成形具の温度、及
び必要に応じてそれ以降の樹脂搬送路の雰囲気温度を基
材樹脂の熱変形温度〜該熱変形温度+50℃の温度に加
熱保温する。
分子中に塩素原子を含まないフッ素化炭化水素を気泡内
に含有する板状の押出発泡ポリスチレン系樹脂発泡断熱
材であって、該断熱材の押出発泡成形時における樹脂の
流れ方向をX、上記断熱材の幅方向をY、厚さ方向をZ
とし、上記断熱材の中央部における上記X、Y、Z方向
の平均気泡径をそれぞれx、y、zとしたとき、0.9
≦2z/(x+y)≦1.6なる関係を満足するもので
ある。上記断熱材において、2z/(x+y)の値(以
下気泡変形率という)が0.9未満であると厚さ方向の
圧縮強度が著しく低下し、特に畳芯材やコンクリート型
枠兼用断熱パネル芯材等に用いた場合、厚さ方向にかか
る荷重に耐えられずに材料破壊を起こす恐れがある。ま
た気泡変形率が1.6を越えると断熱性が著しく低下す
る。本発明において好ましい気泡変形率は1.0〜1.
4である。
しては、該樹脂をJIS K−7210記載のMFR測
定器(オリフィス径I0 =2.095±0.005mm
φ、オリフィス長=8.000±0.0025mm)を用
い、上記樹脂の粘度が6000poisとなる温度で10mm
/minの速度でプランジャーを押した時に、上記オリフィ
スから押し出された樹脂の直径Iとオリフィス径I0 と
の比(I/I0 )(以下スエル比と称する)が1.3〜
2.0であるのが好ましい。
のスエル比は具体的には次のようにして測定する。即
ち、フローテスター(島津社製CFT−500)を用
い、オリフィス径1mm、オリフィス長2mm、荷重10kg
の条件で温度を数点振って樹脂の粘度を測定し、片対数
方眼紙の対数側に粘度、もう一方に温度の逆数をとり、
測定点をプロットする。測定点は直線関係になるので、
グラフから粘度が6000poisとなる時の温度を読み取
る。メルトインデクサー及びオリフィス、プランジャ
ーを、測定を行う温度(この測定はで求められた温度
の前後数点について行う)に昇温し、シリンダー内に樹
脂を充填する。プランジャーを挿入し、手で押し込み、
プランジャー上部に予備荷重(325g)をセットし、
上記温度で5分間放置後、クロスヘッドで10mm/minの
速度でプランジャーを押し込み、1分後よりオリフィス
より押し出された樹脂をメチルアルコール中へ流下さ
せ、約5cmの長さで採取する。この時、サンプリング樹
脂中に気泡が入らないこと及びサンプリング樹脂が曲が
らないように注意する。各測定温度ごとに3点づつサ
ンプリングし、サンプリング樹脂の長さ方向の中央部の
直径を正確に1/100mm 単位まで測定する。この時、1つ
のサンプルに対して異なる方向から3点以上の直径を測
定することとする。上記の測定値の平均値を、オリ
フィスより押し出された樹脂の直径Iとし、オリフィス
径I0 との比(I/I0 )の値(スエル比)を求める。
片対数方眼紙の対数側に粘度、もう一方にスエル比(I
/I0 )を取り、測定点をプロットする。測定点は直線
関係になるので、グラフから粘度が6000poisとなる
時のスエル比(I/I0 )を読み取る。
のスエル比が1.3を下回ると気泡変形率が大きくなっ
て目的の断熱性が得られない。またスエル比が2.0を
越えるポリスチレン系樹脂は一般に低分子量成分を多く
含むものであるため、得られた断熱材の機械的強度が低
く好ましくない。スエル比が上記範囲であってしかも得
られた断熱材の機械的強度も充分であるようなポリスチ
レン系樹脂の目安としては、Mz (z平均分子量)/M
n (数平均分子量)=4.5〜10である。
樹脂としては、MFRが0.5〜60g/分(ASTM
D1238G法による測定値)であれば、厚みの厚い
発泡板を製造する際の成形性に優れると共に、得られた
発泡板は機械的強度に優れたものとなるので好ましい。
樹脂としては、例えばスチレンホモポリマーやスチレン
を主成分とするスチレン−アクリル酸共重合体、スチレ
ン−メタクリル酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸
共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−
アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル−ブタジ
エン−スチレン共重合体、ハイインパクトポリスチレン
等が挙げられる。上記スチレン系共重合体におけるスチ
レン成分含有量は50モル%以上が好ましく、特に好ま
しくは80モル%以上である。
製造するにあたっては、成形具の温度、及び必要に応じ
てそれ以降の樹脂搬送路の雰囲気温度を、用いられるポ
リスチレン系樹脂の熱変形温度(HDT)〜該HDT+
50℃の範囲に加熱保温する。成形具又は成形具とそれ
以降の樹脂搬送路の加熱保温温度が上記範囲を下回ると
目的の密度が得られず、また成形具の加熱温度が上記範
囲を越えると成形具と発泡板の摩擦が増大し、得られた
発泡板の表面にフローマークが発生して外観が損なわれ
る。上記成形具の好ましい加熱保温温度は、用いられる
ポリスチレン系樹脂のHDT+20℃〜該HDT+40
℃の範囲である。尚、上記HDTとは、JIS K−6
871の荷重たわみ温度のことである。
以降の樹脂搬送路も加熱保温する場合は、成形具とそれ
以降の加熱保温される樹脂搬送路区間とが連続している
か、又は上記両者ができる限り近接しているのが好まし
い。尚、樹脂搬送路での加熱保温は、成形具での加熱保
温が足りなかった場合に採用されるものである。
レン系樹脂と発泡剤及び必要に応じて各種添加剤が添加
された発泡性組成物を口金から押し出す際の該発泡性組
成物の温度は、発泡組成物が発泡するのに適した粘度を
示す範囲の温度である必要がある。発泡に適した粘度を
示す温度は、使用されるポリスチレン系樹脂の種類、流
動性向上剤の添加の有無やその種類、添加量、更に混合
発泡剤の添加量や混合発泡剤の成分組成及び組成比等に
よっても異なるが、一般には90〜140℃である。
製造するにあたって、発泡剤としては従来使用されてい
るものは勿論使用可能であるが、環境保護のためにはH
FC単独か、又はHFCを主成分とした混合発泡剤を用
いるのが好ましい。HFCとしては例えば、1.1.1.2-テ
トラフロロエタン(HFC-134a )、1.1-ジフロロエタ
ン(HFC-152a )、1.1.1-トリフロロエタン(HFC
-143)、トリフロロメタン(HFC-23 )、ジフロロメ
タン(HFC-32 )、1.1.1.2.2-ペンタフロロエタン
(HFC-125)等が挙げられる。これらHFCは、1種
でもよく又は2種以上を混合して用いてもよい。
CやHCFCと比較してポリスチレン系樹脂との相溶性
や均一分散性に劣るので、補助成分として得ようとする
断熱性を阻害しない程度に上記CFCやHCFCを除く
その他の発泡剤を添加して用いるのが望ましい。このよ
うな発泡剤としては、プロパン、ブタン(ノルマルブタ
ン70%/イソブタン30%)、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、ネオペンタ
ン等の液化石油ガス、塩化メチル、塩化エチル等の塩素
化炭化水素、各種アルコール、二酸化炭素等を用いるこ
とができ、これらの発泡剤のいずれか1種を用いてもよ
く、又は2種以上を混合して用いることもできる。
記発泡剤に気泡調整剤、難燃剤、流動性向上剤、着色
剤、熱安定剤、充填剤等の各種添加剤を、初期の目的を
妨げない範囲で添加することもできる。
レン系樹脂のスエル比を特定すると共に、成形具の温
度、及び必要に応じてそれ以降の樹脂搬送路の雰囲気を
加熱保温する方法を採用したので、発泡剤として基材樹
脂に対する相溶性が比較的乏しいHFCを用いても、厚
みの厚い、所望の密度を有し機械的強度の高い、断熱性
に優れた発泡板を成形することができる。
更に詳細に説明する。 実施例1 主原料として、スエル比=1.51のポリスチレン(出
光石油化学社製HF10)100重量部に対して、気泡
調整剤としてタルクを0.5重量部、難燃剤としてヘキ
サブロモシクロドデカンに安定剤を加えたものを2重量
部を混合したもを、口径65mmと口径90mmのものを連
結した押出機へ供給し、表1に示すHFCとその他の発
泡剤との混合発泡剤を口径65mmの押出機の先端付近か
ら樹脂中に圧入混練した。口金としては、先端に幅10
0mm、間隙2mmの樹脂排出口を備えたものを使用し、口
金の先端には入口寸法が樹脂排出口より若干大きく、出
口寸法が厚さ50mm、幅260mmであり、入口付近から
出口に向かって緩やかに拡大後、平行な構造を有するフ
ッ素樹脂製の成形具を使用した。押出機内の操作として
は、口径65mmの押出機に供給した樹脂を220℃にな
るまで加熱して溶融混練し、続く口径90mmの押出機で
樹脂温度を、口金を取り付けるアダプター部での樹脂圧
力が40kg/cm 2 になるように調整して口金に供給し
た。その後樹脂を口金から130℃に加熱された成形具
内に排出して該成形具内で大きく発泡せしめ、厚さ55
mm、幅300mmの寸法に整えて発泡板を得た。発泡板成
形時の押出し安定性並びに成形性は良好であった。得ら
れた発泡板の熱伝導率を測定し、また発泡板をスライス
して気泡径、気泡変形率を測定した。測定値を表1に併
せて示す。
の評価基準に基づいて評価した。評価結果を表1に併せ
て示す。 ○・・・得られた発泡板の寸法変化が製造直後から2週間以内になくなる。 ×・・・ 〃 〃 1ヵ月以上続く。
石油化学社製HF11)を用いることを除いては実施例
1と同様にして発泡板を成形した。また得られた発泡板
をスライスし、気泡径、気泡変形率を測定した。測定値
を表1に併せて示す。
石油化学社製HH30J)を用い、発泡剤として表1に
示す発泡剤を使用することを除いては実施例1と同様に
して発泡板を成形した。また得られた発泡板をスライス
し、気泡径、気泡変形率を測定した。測定値を表1に併
せて示す。
化成ポリテック社製HH102)を用いることを除いて
は実施例1〜実施例3と同様にして発泡板を成形した。
また得られた発泡板をスライスし、気泡径、気泡変形率
を測定した。測定値を表1に併せて示す。
用することを除いては実施例3〜実施例6と同様の樹脂
を用いて同様にして発泡板を成形した。また得られた発
泡板をスライスし、気泡径、気泡変形率を測定した。測
定値を表1に併せて示す。
り付けるアダプター部での樹脂圧力が33kg/cm 2 にな
るように調整したこと及び発泡剤として表1に示す樹脂
並びに発泡剤を使用することを除いては実施例3〜実施
例6と同様の樹脂を用いて同様にして発泡板を成形し
た。また得られた発泡板をスライスし、気泡径、気泡変
形率を測定した。測定値を表1に併せて示す。
化成ポリテック社製HH102)を用いることを除いて
は実施例7と同様にして発泡板を成形した。また得られ
た発泡板をスライスし、気泡径、気泡変形率を測定し
た。測定値を表1に併せて示す。
の樹脂を用いて同様にして発泡板を成形した。また得ら
れた発泡板をスライスし、気泡径、気泡変形率を測定し
た。測定値を表1に併せて示す。
レン系樹脂発泡断熱材は、HFCを気泡内に含有するも
のであるが、該断熱材の押出発泡成形時における樹脂の
流れ方向をX、上記断熱材の幅方向をY、厚さ方向をZ
とし、上記断熱材の中央部における上記X、Y、Z方向
の平均気泡径をそれぞれx、y、zとしたとき、0.9
≦2z/(x+y)≦1.6なる関係を満足するもので
あるので、同じ厚みを有する他の断熱材と比較して高い
断熱効果を奏する。
材の製造方法は、ポリスチレン系樹脂と揮発性発泡剤と
の溶融混合物を押出発泡させ、成形具を用いて板状に成
形することにより、密度が25〜100Kg/m3 のポリス
チレン系樹脂発泡体を製造する方法において、 ポリスチレン系樹脂として、該樹脂をJIS K−7
210記載のMFR測定器(オリフィス径I0 =2.0
95±0.005mmφ、オリフィス長=8.000±
0.0025mm)を用い、上記樹脂の粘度が6000po
isとなる温度で10mm/minの速度でプランジャーを押し
た時に、上記オリフィスから押し出された樹脂の直径I
とオリフィス径I0 との比(I/I0 )が1.3〜2.
0であるポリスチレン系樹脂を用いる。 揮発性発泡剤として分子中に塩素原子を含まないフッ
素化炭化水素単独か、又は該フッ素化炭化水素を主成分
とする混合発泡剤を用いる。 成形具の温度、及び必要に応じてそれ以降の樹脂搬送
路の雰囲気温度を基材樹脂の熱変形温度〜該熱変形温度
+50℃の温度に加熱保温する。 なる条件を満足する方法であるので、環境破壊の虞れな
く、厚みが厚く、機械的強度が高く、断熱性の高い断熱
材を製造することができるという利点がある。
る断熱材の密度を「1kg当たりの体積A」と置き換えた
場合、Aが「基材樹脂の熱変形温度において、押出機内
で溶融混練された溶融混合物1kg当たりに含まれる混合
発泡剤がすべて気化した時の該混合発泡剤の体積B」と
「基材樹脂の熱変形温度において、押出機内で溶融混練
された溶融混合物1kg当たりに含まれる混合発泡剤以外
の成分の体積C」の和の80〜98%の範囲内とするこ
とができ、従って発泡剤のロスがなく、目的の密度を有
し、機械的強度が高く且つ寸法安定性に優れた発泡板を
経済的に製造することができるという利点がある。
Claims (2)
- 【請求項1】 分子中に塩素原子を含まないフッ素化炭
化水素を気泡内に含有する板状の押出発泡ポリスチレン
系樹脂発泡断熱材であって、該断熱材の押出発泡成形時
における樹脂の流れ方向をX、上記断熱材の幅方向を
Y、厚さ方向をZとし、上記断熱材の中央部における上
記X、Y、Z方向の平均気泡径をそれぞれx、y、zと
したとき、0.9≦2z/(x+y)≦1.6なる関係
を満足することを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡断
熱材。 - 【請求項2】 ポリスチレン系樹脂と揮発性発泡剤との
溶融混合物を押出発泡させ、成形具を用いて板状に成形
することにより、密度が25〜100Kg/m3のポリスチ
レン系樹脂発泡体を製造する方法において、下記〜
の条件を満足することを特徴とするポリスチレン系樹脂
発泡断熱材の製造方法。ポリスチレン系樹脂として、
該樹脂をJIS K−7210記載のMFR測定器(オ
リフィス径I0 =2.095±0.005mmφ、オリ
フィス長=8.000±0.0025mm)を用い、上記
樹脂の粘度が6000poisとなる温度で10mm/minの速
度でプランジャーを押した時に、上記オリフィスから押
し出された樹脂の直径Iとオリフィス径I0との比(I
/I0)が1.3〜2.0であるポリスチレン系樹脂を
用いる。揮発性発泡剤として分子中に塩素原子を含ま
ないフッ素化炭化水素単独か、又は該フッ素化炭化水素
を主成分とする混合発泡剤を用いる。成形具の温度、
及び必要に応じてそれ以降の樹脂搬送路の雰囲気温度を
基材樹脂の熱変形温度〜該熱変形温度+50℃の温度に
加熱保温する。
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