JP3279423B2 - スチレン系樹脂発泡シートの製造方法 - Google Patents

スチレン系樹脂発泡シートの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスチレン系樹脂発泡シー
トの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】スチレ
ン系樹脂発泡シートは熱成形性に優れ、得られた成形品
の外観が美麗で、しかも軽量で断熱性に優れる等の特徴
を有するため、食品容器等の熱成形用として近年大量に
使用されている。
【0003】スチレン系樹脂発泡シートは、押出機内で
スチレン系樹脂を溶融し、これに発泡剤や必要に応じて
タルク等の気泡調節剤、流動パラフィン等の潤滑剤を添
加して溶融の樹脂と混練した後、押出機から押出して発
泡させる等の方法によって製造されている。
【0004】上記発泡剤としては、安価である上、発泡
シートを熱成形する際の二次成形性に優れる等の理由か
ら工業用ブタンが広く使用されている。しかしながら、
工業用ブタンを発泡剤として用いたスチレン系樹脂発泡
シートの場合、発泡シート中の発泡剤の逸散速度が速
く、発泡シート中の発泡剤残存量が短期間で低下すると
いう問題がある。発泡シート中の発泡剤残存量の低下が
大きくなると、発泡シートの二次成形性が低下して熱成
形時に目的とする厚み(この厚みのことを、以下「二次
発泡厚」という。)の成形品が得られなくなる。このた
め、発泡シートを熱成形した時に目的とする厚みの成形
品を得ることができる熱成形適性期間(以下、ライフサ
イクルと呼ぶ。)が短くなるという問題があった。
【0005】この問題を解決するために、イソブタン7
0〜100重量%、ノルマルブタン0〜30重量%との
混合ブタンを、溶融したポリスチレン樹脂100重量部
に対して2.5〜5重量部添加して混練し、樹脂100重
量部に対するブタンの残存量が2.0〜3.5重量部となる
ように押出発泡する方法が提案されている(特公平5−
42977号)。
【0006】一方、製造後から一定の期間を経過してい
ないスチレン系樹脂発泡シートは、シートを熱成形して
得られる成形品に表面荒れが発生し、成形品表面への印
刷適性等が低下する等の問題が生じるため、発泡シート
製造後から一定期間内は事実上熱成形ができない。この
原因は、発泡シート中に残存している発泡剤量が多い間
は、発泡剤による発泡シートの可塑化作用の影響が大き
くなるためではないかと考えられる。このためスチレン
系樹脂発泡シートは製造後、熱成形に供する迄の間に一
定の期間熟成して発泡シート中の残存発泡剤量を低下さ
せる必要があった。
【0007】しかしながら、スチレン系樹脂発泡シート
のライフサイクルを十分に確保するということはこと
は、主として発泡シート中から発泡剤の逸散を防止する
ということであり、一方、発泡シートが熱成形可能とな
る迄に要する熟成期間を短くすることは、発泡シート中
の残存発泡剤量を早く低下させようとするとことである
から、十分なライフサイクルを確保することと、熟成期
間の短縮することとは相反する命題であり、上記特公平
5−42977号の方法も、ライフサイクルを長くする
ことができる反面、熱成形が可能となるまでの熟成期間
が長く必要となる問題があり、ときには1ケ月以上もの
熟成が必要な場合もあった。発泡シートの熟成期間が長
く必要となると、2〜20倍もの発泡倍率を有する嵩高
の発泡シートを、長期間在庫しておかなくてはならない
ため、発泡シートの販売価格が高くなる原因となるた
め、十分なライフサイクルの確保と、熟成期間の短縮化
とを同時に満足し得る有効な方法の開発が望まれてい
た。
【0008】本発明者等は、上記の問題を解決すべく鋭
意研究した結果、上記特公平5−42977号の方法で
用いている発泡剤に比べ、イソブタンのノルマルブタン
に対する割合が少ないブタンを発泡剤として用い、且
つ、発泡シートの全体密度と、発泡シートの表層密度と
の間に特定の関係が成立するように発泡することによ
り、製造後から2週間程度の熟成を行えば熱成形が可能
となるとともに、十分なライフサイクルを確保できるこ
とを見出し本発明を完成するに至った。
【0009】
【課題を解決するための手段】即ち本発明のスチレン系
樹脂発泡シートの製造方法は、ブタンを発泡剤として含
む溶融発泡性スチレン系樹脂を、押出機から押出して発
泡せしめるスチレン系樹脂発泡シートの製造方法におい
て、発泡剤として用いるブタンが30重量%を超え、5
0重量%以下のノルマルブタンと、50重量%以上、7
0重量%未満のイソブタンとの混合物であり、且つ得ら
れる発泡シートの全体密度:α(g/cm3)と、表層密
度:β(g/cm3)との間に、 1.077α+0.0031≦β≦1.077α+0.164 ・・・(1) 及び 0.06≦α≦0.4 ・・・(2) なる関係が成り立つように押出発泡することを特徴とす
る。
【0010】本発明においてスチレン系樹脂としては、
ポリスチレン、ポリ−p−メチルスチレン等のスチレン
系単独重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ス
チレン−アクリロニトリル共重合体、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−ブタジエ
ン共重合体、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等のスチレン系共重合体、ポリ
スチレンとポリフェニレンオキシドとの混合物等が挙げ
られる。使用するスチレン系樹脂のMFRは特に限定さ
れないが、0.1〜60g/10分程度のものが好まし
い。
【0011】また必要に応じて炭酸マグネシウム、炭酸
カルシウム、タルク、クレー等の無機物を添加すること
ができる。無機物の添加量は、樹脂100重量部当た
り、0.2〜40重量部程度が好ましい。
【0012】本発明方法では、発泡剤として30重量%
を超え、50重量%以下のノルマルブタンと、50重量
%以上、70重量%未満のイソブタンとの混合物を用い
る。更に本発明方法では、得られる発泡シートの全体密
度:α(g/cm3)と、発泡シートの表層密度:β(g/
cm3)との間に、 1.077α+0.0031≦β≦1.077α+0.164 ・・・(1) 及び 0.06≦α≦0.4 ・・・(2) なる関係が成り立つように押出発泡する。
【0013】本発明方法は、上記のように発泡剤中のイ
ソブタンの割合を特定の範囲に規定したことと、発泡シ
ートの全体密度と表層密度とが特定の関係となるように
発泡させることとにより、十分なライフサイクルを確保
できるとともに、熟成期間を2週間程度とすることを可
能ならしめたものである。
【0014】本発明方法において発泡剤中のノルマルブ
タンとイソブタンの割合が上記範囲であっても、発泡シ
ートの全体密度:αと、表層密度:βとが上記(1)、
(2)の式を満足しない場合、あるいは逆に発泡シート
の全体密度:αと、表層密度:βとが上記(1)、
(2)の式を満足しても、発泡剤中のノルマルブタンと
イソブタンの割合が上記範囲からはずれる場合には、十
分なライフサイクルが確保できなかったり、表面荒れを
生じることなく熱成形が可能となるまでの熟成時間が長
くかかる等の問題を生じる。
【0015】本発明方法では、押出機内にスチレン系樹
脂と、必要に応じて前記無機物等とを添加し、加熱して
樹脂を溶融した後、発泡剤を圧入して混練し、次いで押
出機の先端の環状ダイから押出して得たチューブ状の発
泡体を切り開いてシートとする、所謂インフレーション
法を採用することができる。本発明において、樹脂に圧
入する発泡剤の量は樹脂100重量部当たり、1〜5重
量部が好ましい。また、発泡剤を圧入して溶融混練した
発泡性のスチレン系樹脂を押出す際の樹脂温度は140
℃〜170℃程度である。
【0016】得られる発泡シートの全体密度:αは、主
として押出時の樹脂温度と発泡剤の添加量とを調整する
ことにより上記(2)式を満足する値とすることができ
る。一方、表層密度:βは押出発泡直後のチューブ状発
泡体の表面を急冷することにより上記(1)の式を満た
す値に調節できる。急冷する方法としてチューブ状発泡
体内外面に冷却空気を吹き付ける方法が挙げられ、冷却
の程度は、冷却空気の温度、供給量によって調節するこ
とができる。表層密度:βが大きくなる程、発泡シート
の外観が美麗となるため好ましいが、過度に冷却して表
層密度:βが上記(1)式の上限を超えて大きくなる
と、発泡シート中の残存発泡剤の逸散速度が低くなるた
め、表面荒れのない成形品を得るために必要な発泡シー
トの熟成時間が長くなる。一方、冷却が不足して表層密
度:βが上記(1)式の下限を下回って小さくなると、
発泡シート自体も、それから得られる成形品も外観が悪
くなってしまう。尚、外観は表層密度が異なるもの同志
を表層密度の絶対値で比較すべきではない。なぜなら
ば、発泡シートの密度(全体密度)毎に要求される外観
が異なるからである。そこで本発明では表層密度:βを
全体密度:αとの関係式で示したのである。
【0017】尚、本発明において、発泡シートの表層密
度とは、発泡シート表面から0.2mm±0.01mmの範囲の
密度である。
【0018】本発明方法によって得られる発泡シート
は、通常、厚み0.7〜3.0mm程度、坪量70〜400g
/m2 程度のものであるが、本発明方法で得られる発泡
シートの厚みや坪量は上記のものに限定されるものでは
ない。
【0019】
【実施例】以下、実施例、比較例を挙げて本発明を更に
詳細に説明する。
【0020】実施例1〜、比較例1〜6 旭化成(株)製スチレン系樹脂:スタイロン685(M
I=2.1)100重量部当たりに対してタルク1重量部
を、60mmの押出機に投入して加熱溶融した後、イソブ
タンを表1に示す割合で含有するイソブタンとノルマル
ブタンとの混合ブタンを発泡剤とし、該発泡剤を樹脂中
の含有量が3〜4重量%となるように押出機内に圧入し
て樹脂と溶融混練した。次いで上記押出機と接続された
90mm押出機内で上記溶融混練物を150〜155℃ま
で冷却した後、同温度で環状ダイから押出発泡させてチ
ューブ状に発泡させ、次いでこのチューブ状の発泡体を
切り開いて坪量205g/m2 、厚さ2.2mm、厚さ方向
の平均気泡数19〜21個の発泡シートを得た。得られ
た発泡シートの全体密度、表層密度を表1に示す。また
発泡シートの外観を比較して外観が良好なものを
「良」、不良なものを「悪」と評価して表1に示した。
尚、この発泡シートに要求される二次発泡厚は、4.6〜
5.2mmである。
【0021】発泡シートの表層密度は、大和光機(株)
製のミクロトームTU−213を用いて発泡シートを厚
さ0.2mm±0.01mmにスライスした試験片の、重量を微
量天秤で、厚さをダイヤルゲージで測定し、これらの値
と試験片の縦横の長さとから計算で求めた。また厚さ方
向の平均気泡数は、発泡シートを厚み方向に切断し、更
に切断面を薄くスライスしたサンプルの切断面の、厚み
方向の任意の5ヵ所を各々顕微鏡で観察して気泡数を数
え、その平均値を示した。
【0022】また得られた発泡シートを140℃の熱風
で25秒間加熱して発泡(二次発泡)させた時の発泡倍
率(二次発泡倍率)を、製造後4日〜60日の間にわた
って測定し、経時日数:Xと、その時の二次発泡倍率:
Yとから、下記式、 log Y=A−B×X に基いて、A、Bの値(但し、Aは定数、Bは二次発泡
倍率の低下係数)を求めた。また製造から40日経過後
の発泡シートを上記の方法で二次発泡させた後、その厚
みをダイヤルゲージで測定した。これらの結果を結果を
表1にあわせて示す。
【0023】製造から14日間経過後の発泡シートを上
記と同様の条件で二次発泡させた後、試験片表面を観察
し、表面荒れのないものを「無し」、表面荒れのあるも
のを「発生」と評価して表1に示した。
【0024】また製造後14日経過後の発泡シートを用
いて12.5cm×19.5cm、深さ1.4cmのトレーを熱成形
し、得られたトレーの外観を観察して外観が良好なもの
を「良」、不良なものを「悪」として評価して表1に示
した。
【0025】
【表1】
【0026】実施例5〜8、比較例7〜12 実施例1〜4、比較例1〜6と同様のスチレン系樹脂1
00重量部当たりに対してタルク1重量部を、60mmの
押出機に投入して加熱溶融した後、イソブタンを表1に
示す割合で含有するイソブタンとノルマルブタンとの混
合ブタンを発泡剤とし、該発泡剤を樹脂中の含有量が3
〜4重量%となるように押出機内に圧入して樹脂と溶融
混練した。次いで上記押出機と接続された90mm押出機
内で上記溶融混練物を155〜160℃まで冷却した
後、同温度で環状ダイから押出発泡させてチューブ状に
発泡させ、次いでこのチューブ状の発泡体を切り開いて
坪量250g/m2 、厚さ2.35mm、厚さ方向の平均気
泡数17〜19個の発泡シートを得た。得られた発泡シ
ートの全体密度、表層密度及び発泡シートの外観評価を
表1に示す。尚、この発泡シートに要求される二次発泡
厚は、4.7〜5.4mmである。
【0027】得られた発泡シートの二次発泡倍率の経時
変化を実施例1〜4、比較例1〜6と同様に測定した。
また製造から14日間経過後の発泡シートを二次発泡さ
せた際の表面荒れの有無、及び製造から14日間経過後
の発泡シートを熱成形して得た、直径14.3cm、深さ7.
5cmの丼の外観を上記と同様にして評価した。これらの
結果を表1にあわせて示す。
【0028】実施例9〜12、比較例13〜18 実施例1〜4、比較例1〜6と同様のスチレン系樹脂1
00重量部当たりに対してタルク1重量部を、60mmの
押出機に投入して加熱溶融した後、イソブタンを表1に
示す割合で含有するイソブタンとノルマルブタンとの混
合ブタンを発泡剤とし、該発泡剤を樹脂中の含有量が1.
5〜2.5重量%となるように押出機内に圧入して樹脂と
溶融混練した。次いで上記押出機と接続された90mm押
出機内で上記溶融混練物を160〜165℃まで冷却し
た後、同温度で環状ダイから押出発泡させてチューブ状
に発泡させ、次いでこのチューブ状の発泡体を切り開い
て坪量200g/m2 、厚さ1.0mm、厚さ方向の平均気
泡数14〜16個の発泡シートを得た。得られた発泡シ
ートの全体密度、表層密度及び発泡シートの外観評価を
表1に示す。尚、この発泡シートに要求される二次発泡
厚は、1.9〜2.2mmである。
【0029】得られた発泡シートの二次発泡倍率の経時
変化を実施例1〜4、比較例1〜6と同様に測定した。
また製造から14日間経過後の発泡シートを二次発泡さ
せた際の表面荒れの有無、及び製造から14日間経過後
の発泡シートを熱成形して得た、12.5cm×19.5cm、
深さ1.4cmのトレーの外観を上記と同様にして評価し
た。これらの結果を表1にあわせて示す。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明方法によれ
ば、スチレン系樹脂発泡シートの製造後、熱成形迄に必
要な熟成期間の短縮と、発泡シートを目的とする二次発
泡厚で熱成形可能なライフサイクルの十分な確保とを同
時に達成することができる。従って、本発明方法で得ら
れる発泡シートは、比較的短時間の熟成で、表面荒れの
ない優れた成形品を熱成形可能であるともに、発泡シー
トを製造してから熱成形する迄の経過時間が長くなって
も十分に熱成形性を保持する優れたものである。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブタンを発泡剤として含む溶融発泡性ス
    チレン系樹脂を、押出機から押出して発泡せしめるスチ
    レン系樹脂発泡シートの製造方法において、発泡剤とし
    て用いるブタンが30重量%を超え、50重量%以下の
    ノルマルブタンと、50重量%以上、70重量%未満の
    イソブタンとの混合物であり、且つ得られる発泡シート
    の全体密度:α(g/cm3)と、表層密度:β(g/cm3)
    との間に、 1.077α+0.0031≦β≦1.077α+0.164 ・・・(1) 及び 0.06≦α≦0.4 ・・・(2) なる関係が成り立つように押出発泡することを特徴とす
    るスチレン系樹脂発泡シートの製造方法。
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