JP3446033B2 - 相容化されたカーボンブラックを用いたポリマーフォームの製造方法 - Google Patents

相容化されたカーボンブラックを用いたポリマーフォームの製造方法

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JP3446033B2 JP51176295A JP51176295A JP3446033B2 JP 3446033 B2 JP3446033 B2 JP 3446033B2 JP 51176295 A JP51176295 A JP 51176295A JP 51176295 A JP51176295 A JP 51176295A JP 3446033 B2 JP3446033 B2 JP 3446033B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プラスチック材料の溶融液中における分散
性を向上させるための相容化剤で被覆されたカーボンブ
ラックに関するものである。また、本発明は、プラスチ
ック材料溶融液中におけるカーボンブラックの分散を向
上させる方法に関するものである。さらにまた、本発明
は、プラスチックフォーム構造中にカーボンブラックを
混和させるプロセスに関するものである。
カーボンブラックは、赤外線吸収体および反射体とし
て公知であり、熱伝導性を低下させるための断熱フォー
ム構造において商業的に用いられて来た。前記利用に関
する詳細な教えは、米国特許第4,795,763号およびWO第9
0/06339号に記載されている。
断熱フォーム構造中にカーボンブラックを混和させる
ことによって生じる問題としては、例えば貧分散および
高いプロセス圧力のような加工問題と、例えば貧気泡構
造および貧スキン質のような製品品質の問題が挙げられ
る。
典型的には、カーボンブラックは、ポリマー溶融液、
又は発泡剤を有する溶融液のポリマーゲル中において十
分に分散しない。十分な分散には、フォーム構造を製造
する前に、ベースポリマー中にカーボンブラックを予備
配合することが必要かもしれない。予備配合は高コスト
であり、またカーボンブラックはそれでも十分に分散し
ないかもしれない。フォーム構造において最も有効に熱
伝導性を低下させるためには、また、前記構造を通り抜
ける水および水蒸気が望ましく低レベルであるようにす
るには、十分に分散させることが必要である。
高いプロセス圧力は、作業プロセス装置、例えば高い
運転速度の押出機から生じ、それによって確実にカーボ
ンブラックが十分に分散するかもしれない。
貧スキン質および貧気泡構造は、カーボンブラックを
有する押出しされたフォーム構造を作ることから生じる
かもしれない。十分に分散していない場合、押出ダイを
出るとき、カーボンブラックは、フォーム構造のスキン
質および気泡構造に対して悪影響を与えるかもしれな
い。貧気泡構造は、不規則なまたは調節されていない気
泡サイズ、あるいは大きな気孔または塊（abscesses）
の形態を取るかもしれない。
フォーム構造を作るプロセスにおけるカーボンの分散
を向上させる１つの手段は、米国特許第5,149,722号、
第5,137,190号および第5,192,607号に見られる。ポリイ
ソシアヌレートフォーム構造またはポリウレタンフォー
ム構造を作るプロセスにおいて、キャップされたポリオ
キシアルキレン化合物が反応性成分の１つに対して加え
られる。前記手段の欠点は、しばしば、望ましい程度の
分散を達成するためには、相対的に多量のポリオキシア
ルキレン化合物を用いなければならない点にある。多量
に用いるとコストが高くなり、最終生成フォーム構造の
重要な物理的性質に対して悪影響を与えるかもしれな
い。また、ポリウレタンフォーム構造およびポリイソシ
アヌレートフォーム構造を作るプロセスにおいてのみ向
上が認められているだけである。
プラスチック材料の溶融液中におけるカーボンブラッ
クの分散を向上させる手段を発見することは望ましいこ
とであると考えられる。また、プラスチック発泡工程に
おけるカーボンブラックの分散を向上させる手段を発見
することも望ましいことであると考えられる。またさら
に、押出発泡工程においてカーボンブラックを用いると
き、スキン質および気泡構造を改良することができるな
らば、それはさらに望ましいと考えられる。
本発明にしたがって、プラスチック材料の溶融加工に
おいて又はプラスチック材料の発泡において有用な相容
化されたカーボンブラックを提供する。カーボンブラッ
クは、プラスチック材料の溶融液中におけるカーボンブ
ラックの分散を向上させる相容化剤で被覆される。好ま
しいカーボンブラックは、サーマルブラック又はサーマ
ルグレードカーボンブラックと呼ばれるものである。
更に発明にしたがって、プラスチックポリマーフォー
ム構造を製造するプロセスを提供する。前記プロセス
は、プラスチックポリマー材料を加熱して溶融ポリマー
材料を作る工程；溶融ポリマー材料中に、上記相容化剤
で被覆されたカーボンブラックを混和させる工程；溶融
ポリマー材料中に、高圧下で発泡剤を混和させて、発泡
可能なゲルを作る工程；及び低圧下で発泡可能ゲルを発
泡させてフォーム構造を作る工程を含む。
更に、本発明にしたがって、プラスチック材料の溶融
液中におけるカーボンブラックの分散を向上させる方法
を提供する。前記方法は、カーボンブラックを提供する
工程；プラスチック材料溶融液中におけるカーボンブラ
ックの分散を向上させることができる相容化剤をカーボ
ンブラックに対して適用する工程；及びプラスチック材
料溶融液中に相容化されたカーボンブラックを混和させ
る工程を含む。
更に本発明にしたがって、熱硬化性ポリマーフォーム
を作るプロセスを提供する。前記プロセスは、第一熱硬
化性モノマーを提供する工程；第一モノマーと同じか又
は異なり、且つ第一モノマーと重合可能である第二熱硬
化性モノマーを提供する工程；第一モノマー及び第二モ
ノマーのいずれか又は双方の中に、第一モノマー及び第
二モノマーのいずれか又は双方におけるカーボンブラッ
クの分散を向上させることができる相容化剤で被覆され
たカーボンブラックを混和させる工程；第一モノマー及
び第二モノマーのいずれか又は双方の中に、発泡剤を混
和させる工程；及び重合条件下で第一モノマー及び第二
モノマーを混合して熱硬化性ポリマーフォームを作る工
程を含む。好ましくは、第一モノマーはイソシアネート
であり、第二モノマーはイソシアネート又はポリオール
である。
また、本発明にしたがって、発泡可能な熱可塑性フォ
ームビーズを作るプロセスを提供する。前記プロセス
は、第一熱可塑性モノマーを提供する工程；第一モノマ
ーと同じか又は異なり、且つ第一モノマーと重合可能で
ある第二熱可塑性モノマーを提供する工程；第一モノマ
ー及び第二モノマーを重合させて熱可塑性粒子を作る工
程；重合中に、熱可塑性粒子中におけるカーボンブラッ
クの分散を向上させることができる相容化剤で被覆され
たカーボンブラックを混和させる工程；重合中又は重合
後に、熱可塑性粒子中に発泡剤を混和させる工程；及び
熱可塑性粒子を冷却して、発泡可能なフォームビーズを
作る工程を含む。好ましいフォームビーズはポリスチレ
ンフォームビーズである。
また、本発明にしたがって、発泡可能な熱可塑性フォ
ームビーズを作るプロセスを提供する。前記プロセス
は、熱可塑性材料を加熱して溶融ポリマー材料を作る工
程；溶融ポリマー材料中におけるカーボンブラックの分
散を向上させることができる相容化剤で被覆されたカー
ボンブラックを溶融ポリマー材料中に混和させる工程；
更に、溶融ポリマー材料中に高圧下で発泡剤を混和させ
て発泡可能ゲルを作る工程；発泡可能ゲルを冷却して実
質的に連続した発泡可能な熱可塑性ストランドを作る工
程；及び発泡可能な熱可塑性ストランドをペレット化し
て発泡可能な熱可塑性フォームビーズを作る工程を含
む。
適当なプラスチック材料は、フォームへと発泡するこ
とができるプラスチック材料のいずれかから選択するこ
とができる。プラスチック材料は熱可塑性又は熱硬化性
であることができる。適当なプラスチックとしては、ポ
リオレフィン、ポリ塩化ビニル、アルケニル芳香族ポリ
マー、セルロースポリマー、ポリカーボネート、ポリエ
ーテルイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビ
ニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、
ポリイソシアヌレート、フェノール類、前記のコポリマ
ー及びターポリマー、ポリマー配合物、ゴム改質ポリマ
ーが挙げられる。適当なポリオレフィンとしてはポリエ
チレン及びポリプロピレンが挙げられる。適当なポリエ
チレンとしては、高密度、中密度、低密度、線状低密
度、及び超低密度タイプのポリエチレンが挙げられる。
好ましくは、本発明のフォーム構造は、アルケニル芳
香族ポリマー材料を含む。適当なアルケニル芳香族ポリ
マー材料としては、アルケニル芳香族化合物のアルケニ
ル芳香族ホモポリマーとコポリマー、及び共重合可能な
エチレン性不飽和コモノマーが挙げられる。更に、アル
ケニル芳香族ポリマー材料は、非アルケニル芳香族ポリ
マーを半量未満含む。アルケニル芳香族ポリマー材料
は、１つ又はそれ以上のアルケニル芳香族ホモポリマ
ー、１つ又はそれ以上のアルケニル芳香族コポリマー、
アルケニル芳香族ホモポリマー及びコポリマーそれぞれ
の１つ又はそれ以上から成る配合物、又は前記のいずれ
かと非アルケニル芳香族ポリマーとの配合物のみから成
っていても良い。組成にかかわらず、アルケニル芳香族
ポリマー材料は、アルケニル芳香族モノマー単位を50重
量％を超える量、好ましくは70重量％を超える量含む。
好ましくは、アルケニル芳香族ポリマー材料はアルケニ
ル芳香族モノマー単位のみから成る。
適当なアルケニル芳香族ポリマーとしては、アルケニ
ル芳香族化合物、例えばスチレン、アルファメチルスチ
レン、エチルスチレン、ビニルベンゼン、ビニルトルエ
ン、クロロスチレン、及びブロモスチレンから誘導され
るアルケニル芳香族ポリマーが挙げられる。好ましいア
ルケニル芳香族ポリマーはポリスチレンである。半量未
満のモノエチレン性不飽和化合物、例えばC2-4アルキル
酸及びエステル、イオノマー誘導体、C2-6ジエンを、ア
ルケニル芳香族化合物と共重合させることができる。共
重合可能な化合物としては、例えばアクリル酸、メタク
リル酸、エタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、アク
リロニトリル、無水マレイン酸、メチルアクリレート、
エチルアクリレート、メチルメタクリレート、ブチルア
クリレートビニルアセテート、及びブタジエンが挙げら
れる。好ましい構造は、実質的に（すなわち、95％を超
える量で）及び好ましくはポリスチレンのみを含む。別
の有用な構造は、スチレン／ブチルアクリレートコポリ
マーを含む。
相容化剤は、相容化剤を有していない対応カーボンブ
ラックに比べて、プラスチック材料溶融液中にカーボン
ブラックを一層分散させることができるようにする物質
である。相容化剤は、カーボンブラック表面に付着する
か、又はカーボンブラック表面を被覆することができ、
また、カーボンブラックに比べて、プラスチック材料溶
融液中において一層可溶性であるか又は分散性である。
相容化剤は、好ましくは周囲温度において液体又は固体
状態であり、好ましくは、ポリマーの発泡と典型的に関
係がある高温（例えばポリスチレンでは110℃−135℃）
において液体状態である。前記化合物は、カーボンブラ
ックの一部分上か又は全暴露表面領域上に被膜を形成す
る。
相容化剤でカーボンブラックを被覆することは、カー
ボンブラックの分散を向上させるためにフォーム形成配
合物に対して分散助剤を添加する従来技術の方法を超え
る利点を提供する。本発明では、相容化剤は、必要とさ
れる場合には、カーボンブラックの表面に直接適用され
る。したがって、発泡形成配合物に対して添加するより
も、比較的少量の相容化剤を用いて、任意の使用量のカ
ーボンブラックを十分に分散させることができる。
用いる相容化剤の量を少なくすることは有利である。
第一に、前記薬剤のコストが減少する。第二に、相容化
剤は、その性質により、最終生成物フォーム構造の物理
的性質に対して悪影響を及ぼすかもしれないので、用い
る相容化剤の量を減少させることによって、相容化剤に
よる悪影響を比較的小さくすることができる。
適当な相容化剤としては、限定するものではないが、
８−24個の炭素原子を有する脂肪酸、８−24個の炭素原
子を有するエトキシル化脂肪酸、及び８−24個の炭素原
子を有する脂肪酸エステル;8−24個の炭素原子を有する
フタル酸エステル；ソルビタンエステル；モノグリセリ
ド；鉱油、シリコーン油；ポリアルキレングリコール、
例えばポリエチレングリコール及びポリプロピレングリ
コール、及びそれらの混合物が挙げられる。好ましい化
合物はジブチルフタレートである。
カーボンブラックに対して相容化剤を適用するいずれ
かの手段、例えば混合または撹拌、噴霧、流動床、超音
波分散を用いることができる。好ましくは、できるだけ
離散した粒子形態のときに、またペレット化又は大きな
凝集体へと凝集させる前に、カーボンブラック粒子を相
容化剤に暴露して、より均一な又は均質な被膜を確実に
形成させる。最も好ましくは、カーボンブラック粒子
は、離散した独立粒子又２−12個の粒子の融着ミクロ凝
集体（fused micro−aggregates）として、相容化剤に
対して暴露する。しかしながら、カーボンブラックがペ
レット化されているか又はファーネスブラックと言われ
る多数の粒子から成る大きな凝集体の形態のときに、相
容化剤をカーボンブラックに対して適用することもでき
る。
相容化剤は、カーボンブラック表面に対する適当な適
用が確実に行われるために、相容化剤の粘度又は他の物
理的性質を改良するための溶媒又は増粘剤又は他の液体
ビヒクルを含んでいても良い。適当な溶媒又は増粘剤と
しては、水又は揮発性有機化合物が挙げられる。
カーボンブラックの好ましいタイプは、サーマルグレ
ードカーボンブラック又はサーマルブラックとして当業
において公知である。他のタイプのカーボンブラックに
比べてより容易に分散し、また一層効果的な輻射減衰体
（radiant attenuator）であることから、サーマルブラ
ックが好ましい。カーボンブラックの他の有用なタイプ
としては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、
チャンネルブラック、及びランプブラックが挙げられ
る。サーマルブラックを含むカーボンブラックに関する
更なる教えは、次の論文に見られる:John Wiley and So
ns,Encyclopedia of Chemical Technology,Vol.4,第３
版,p.631−666,1978,Kirk−Othmer,New York;及びHarry
S.Katzand John V.Milewski,Handbook of Fillers and
Reinforcements for Plastics,p.277−291,1978,Van N
ostrand Reinhold Company,New York。優れた教えは米
国特許第07/990,961号にも見られる。
任意の粒径又は構造のカーボンブラックを本発明のフ
ォーム構造で用いることができるが、好ましい粒径は、
好ましくは約150ナノメートル以上、最も好ましくは約2
00−約500ナノメートルである。サーマルブラックは前
記粒径で市販されている。
カーボンブラックは、フォーム構造の熱伝導性が、カ
ーボンブラックを有していない対応フォーム構造の熱伝
導性に比べて小さくなる程度に十分な量で存在する。カ
ーボンブラックは、フォーム構造中におけるポリマー材
料の重量を基準として、好ましくは1.0−25重量％、更
に好ましくは４−10重量％で存在する。典型的には、カ
ーボンブラック４−10重量％は、普通の住宅用及び建築
用の断熱用途（−30℃−＋50℃）における厚さ3/8イン
チ（0.95cm）−６インチ（15cm）のフォームパネル構造
において熱の輻射成分を実質的に散逸させるのに十分で
ある。
本発明の別の利点は、カーボンブラックの分散を向上
させることによってスキン質及び気泡構造を向上させる
ことができる（気泡の発生を減少させることができる）
点である。
一般的に、本発明の熱可塑性ポリマーフォーム構造
は、ポリマー材料を加熱して、可塑化された又は溶融さ
れたポリマー材料を作り、その中に発泡剤を混和させて
発泡可能ゲルを作り、そして前記ゲルをダイを通して押
出して発泡生成物を作ることによって調製される。発泡
剤と混合する前に、ポリマー材料は、そのガラス転移温
度又は融点における温度あるいは又はそれを超える温度
まで加熱される。発泡剤は、例えば押出機、ミキサー、
または配合機のような当業において公知の任意の手段に
よって溶融ポリマー材料中に混和させるか又は混合する
ことができる。発泡剤は、溶融ポリマー材料の実質的な
発泡を防止するのに十分な、また溶融ポリマー材料中に
均質に発泡剤を概ね分散させるのに十分な高温におい
て、溶融ポリマー材料と混合される。カーボンブラック
は、上記手段のいずれかによって、ポリマー溶融液又は
ポリマーゲルと混合することができる。任意に、可塑化
又は溶融する前に、核剤を、ポリマー溶融液中にブレン
ドするか又はポリマー材料とドライブレンドすることが
できる。典型的には、発泡可能ゲルは、フォーム構造の
物理的性質を最適化するために一層低温まで冷却され
る。前記ゲルは、例えば押出機の冷却域のような当業に
おいて公知の任意の手段によって、又はインライン冷却
器によって冷却することができる。次に、そのゲルを、
所望の形状を有するダイを通して低圧域に押出してフォ
ーム構造を形成させる。低圧域は、ダイを通して押出す
前に発泡可能ゲルが保持される圧力に比べて低い圧力下
にある。低圧とは、過圧又は減圧（真空）であっても良
いが、好ましくは大気圧レベルである。
本発明の構造を作る好ましいプロセスは押出プロセス
であるが、前記構造は、発泡剤を含む発泡可能ビーズを
発泡させることによって作ることができることが理解さ
れる。前記ビーズは、発泡時に成形して、様々な形状の
製品を作ることができる。予備発泡させたビーズ及び成
形された発泡ビーズフォーム製品を作るプロセスは、Pl
astic Foams,Part II,Frisch and Saunders,pp.544−58
5,Marcel Dekker,Inc.（1973）及びPlastic Materials,
Brydson,第５版,pp.426−429,Butterworths（1989）に
記載されている。
相容化されたカーボンブラックはいくつもの方法でビ
ーズフォームの中に混和させることができる。また、相
容化されたカーボンブラックは、発泡可能ビーズを重合
させている間に混和させることができるか、又は発泡可
能ビーズを調製している間にポリマー溶融液中に混和さ
せることができる。
熱硬化性ポリマーフォーム構造、例えばポリウレタン
フォーム構造及びポリイソシアヌレートフォーム構造
は、本発明にしたがって調製することができる。
ポリウレタンフォーム構造及びポリイソシアヌレート
フォーム構造は、通常は、２つの予備配合された成分、
すなわちＡ成分及びＢ成分の反応性発泡によって作られ
る。Ａ成分はイソシアネートであり、Ｂ成分はイソシア
ネート又はポリオールである。カーボンブラック及び発
泡剤は、イソシアネートか又はポリオールのいずれかの
中に、あるいは両方の中に分散させることができる。
適当なポリイソシアネートとしては、ジイソシアネー
ト、例えばｍ−フェニレンジイソシアネート、トルエン
−2,4−ジイソシアネート、トルエン−2,6−ジイソシア
ネート、2,4−トルエンジイソシアネートと2,6−トルエ
ンジイソシアネートとの混合物、ヘキサメチレン−1,6
−ジイソシアネート、テトラメチレン−1,4−ジイソシ
アネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、
ヘキサヒドロトルエン2,4−ジイソシアネート、ヘキサ
ヒドロトルエン2,6−ジイソシアネート、ナフタレン−
1,5−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4′−ジ
イソシアネート、4,4′−ジフェニレンジイソシアネー
ト、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ビフェニルジイソシア
ネート、3,3′−ジメチル−4,4′−ビフェニルジイソシ
アネート、及び3,3′−ジメチルジフェニルメタン−4,
4′−ジイソシアネート；トリイソシアネート、例えば
4,4′,4″−トリフェニルメタン−トリイソシアネー
ト、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、トルエ
ン−2,4,6−トリイソシアネート；及びテトライソシア
ネート、例えば4,4′−ジメチルジフェニルメタン−2,
2′,5,5′−テトライソシアネートが挙げられる。
適当なポリオールとしては、エチレングリコール；プ
ロピレングリコール−（1,2）及び−（1,3）；ブチレン
グリコール−（1,4）及び−（2,3）；ヘキサンジオール
−（1,6）；オクタンジオール−（1,8）；ネオペンチル
グリコール;1,4−ビスヒドロキシメチルシクロヘキサ
ン;2−メチル−1,3−プロパンジオール；グリセリン；
トリメチロールプロパン；トリメチロールエタン；ヘキ
サントリオール−（1,2,6）；ブタントリオール−（1,
2,4）；ペンタエリトリトール；キニトール；マニトー
ル；ソルビトール；ホルミトール;a−メチル−グリコシ
ド；ジエチレングリコール；トリエチレングリコール；
テトラエチレングリコール及び高級ポリエチレングリコ
ール；ジプロピレングリコール及び高級ポリプロピレン
グリコール、ならびにジブチレングリコール及び高級ポ
リブチレングリコールが挙げられる。更に、適当なポリ
オールとしては、オキシアルキレングリコール、例えば
ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリ
エチレングリコール、トリプロピレングリコール、テト
ラエチレングリコール、テトラプロピレングリコール、
トリメチレングリコール及びテトラメチレングリコール
も挙げられる。
ポリウレタンフォームは、ポリオールとイソシアネー
トを1.1:1当量基準で反応させることによって調製する
ことができる。本発明のポリイソシアヌレートフォーム
は、ポリイソシアネートと、ポリイソシアネート１当量
につきポリオール約0.10−0.70ヒドロキシル当量を提供
する半量未満のポリオールとを反応させることによって
有利に調製される。有用なポリウレタン及びポリイソシ
アヌレート、及びそれらを作るプロセスは、米国特許第
4,795,763号に記載されている。
発泡剤の選択は本発明にとって重要ではない。有用な
発泡剤としては、無機発泡剤、有機発泡剤及び化学発泡
剤が挙げられる。適当な無機発泡剤としては、二酸化炭
素、窒素、アルゴン、水、空気、窒素、及びヘリウムが
挙げられる。有機発泡剤としては、１−９個の炭素原子
を有する脂肪族炭化水素、及び１−４個の炭素原子を有
する完全に及び部分的にハロゲン化された脂肪族炭化水
素が挙げられる。脂肪族炭化水素としては、メタン、エ
タン、プロパン、ｎ−ブタン、イソブタン、ｎ−ペンタ
ン、イソペンタン、及びネオペンタンが挙げられる。完
全に及び部分的にハロゲン化された脂肪族炭化水素とし
ては、フルオロカーボン、クロロカーボン、及びクロロ
フルオロカーボンが挙げられる。フルオロカーボンとし
ては、例えば弗化メチル、ペルフルオロメタン、弗化エ
チル、1,1−ジフルオロエタン、1,1,1−トリフルオロエ
タン（HFC−143a）、1,1,1,2−テトラフルオロ−エタン
（HFC−134a）、ペンタフルオロエタン、ジフルオロメ
タン、ペルフルオロエタン、2,2−ジフルオロプロパ
ン、1,1,1−トリフルオロプロパン、ペルフルオロプロ
パン、ジクロロプロパン、ジフルオロプロパン、ペルフ
ルオロブタン、ペルフルオロシクロブタンが挙げられ
る。本発明で用いられる部分的にハロゲン化されたクロ
ロカーボン及びクロロフルオロカーボンとしては、塩化
メチル、塩化メチレン、塩化エチル、1,1,1−トリクロ
ロエタン、1,1−ジクロロ−１−フルオロエタン（HCFC
−141b）、１−クロロ−1,1−ジフルオロエタン（HCFC
−142b）、1,1−ジクロロ−2,2,2−トリフルオロエタン
（HCFC−123）及び１−クロロ−1,2,2,2,−テトラフル
オロエタン（HCFC−124）が挙げられる。完全にハロゲ
ン化されたクロロフルオロカーボンとしては、トリクロ
ロモノフルオロメタン（CFC−11）、ジクロロジフルオ
ロメタン（CFC−12）、トリクロロトリフルオロエタン
（CFC−113）、1,1,1−トリフルオロエタン、ペンタフ
ルオロエタン、ジクロロテトラフルオロエタン（CFC−1
14）、クロロヘプタフルオロプロパン、及びジクロロヘ
キサフルオロプロパンが挙げられる。化学発泡剤として
は、アゾジカーボンアミド、アゾジイソブチロ−ニトリ
ル、ベンゼンスルホンヒドラジド、4,4−オキシベンゼ
ンスルホニルセミカルバジド、ｐ−トルエンスルホニル
セミ−カルバジド、バリウムアゾジカルボキシレート、
N,N′−ジメチル−N,N′−ジニトロソテレフタルアミ
ド、及びトリヒドラジノトリアジンが挙げられる。
フォーム形成ポリマーゲル（foam−forming polymer
gel）を作るためにポリマー溶融材料中に混和される発
泡剤の量は、ポリマー1kg当たり0.2−5.0モル、好まし
くは0.5−3.0モル、最も好ましくは1.0−2.50モルであ
る。
本発明フォーム構造のフォーム成分は、好ましくは10
−150Kg/m3、最も好ましくは10−70Kg/m3の密度を有す
る。前記フォームは、ASTM D3576にしたがって、平均の
気泡の大きさは、好ましくは0.05−5.0mm、好ましくは
0.1−1.5mmである。
本発明フォーム構造のフォーム成分は、用途にしたが
って、独立気泡又は連続気泡（open cell）であっても
良い。ほとんどの断熱用途のために、本発明フォーム
は、望ましくは、ASTM D2856−Ａにしたがって、独立気
泡が90％を超えている。独立気泡は、対流効果、断熱ガ
スの拡散、及び水蒸気の透過を実質的に低下させる。
例えば無機充填剤、顔料、酸化防止剤、酸掃去剤、紫
外線吸収剤、難燃剤、加工助剤、及び押出助剤のような
様々な添加剤を、本発明のフォーム構造中に混和させる
ことができる。
更に、核剤を加えて、気泡の大きさを調節することが
できる。好ましい核剤としては、無機物質、例えば炭酸
カルシウム、タルク、クレー、酸化チタン、シリカ、硫
酸バリウム、珪藻土、及びクエン酸と炭酸水素ナトリウ
ムとの混合物が挙げられる。用いられる核剤の量は、好
ましくは、ポリマー樹脂100重量部当たり0.01−５重量
部の範囲である。更に好ましくは0.1−３重量部であ
る。
本発明にしたがって、本発明のフォームは、本発明構
造から仕上げられた断熱パネルを表面又は囲い（enclos
ure）に対して適用することによって、表面又は囲いを
断熱するために用いることができる。前記パネルは、例
えば家、屋根材料、建物、冷蔵庫、冷凍庫、及び電気器
具のような任意の断熱表面又は囲いにおいて有用であ
る。
本発明フォーム構造は、従来の緩充填（loose−fil
l）クッション用途及び包装用途のための複数の離散し
た発泡粒子へと成形することができるか、又は吹込断熱
材として用いるために粉砕してスクラップにすることが
できる。
以下、実施例を掲げて、本発明を説明するが、下記実
施例によって本発明が限定されると解釈すべきではな
い。特に断りがなければ、すべての％、部、又は割合
は、重量基準である。
本発明の断熱性ポリスチレンフォーム構造は、本発明
のプロセスにしたがって、相容化されたカーボンブラッ
クを用いて作られる。また、処理されていない又は相容
化されていないカーボンブラックを用いて、調節ポリス
チレンフォーム構造を製造することも試みた。
装置は、単一スクリュー押出機及びダイを連続して含
んでいた。
サイズ排除クロマトグラフィー（size exclusion chr
omatography）にしたがって重量平均分子量195,000を有
するポリスチレン樹脂を用いた。樹脂の重量を基準とし
て、二酸化炭素3.48pphと塩化エチル1.5pphとの発泡剤
混合物を用いた。少量のヘキサブロモシクロドデカンと
酸化マグネシウムとを、それぞれ難燃剤及び酸掃去剤と
して加えた。
相容化されたカーボンブラックは、樹脂の重量を基準
として、4.3及び6.9pphの２つの異なるレベルで用い
た。相容化されたカーボンブラックは、サーマルブラッ
クの重量を基準として１重量％のジブチルフタレートで
吹付塗布された、平均粒径320ナノメートルを有するサ
ーマルブラックであった。被膜は、最終生成形態へとペ
レット化する前に、サーマルブラックの粉末形態上に吹
付けて、被膜の均一性を向上させた。
ポリスチレン、カーボンブラック、及び添加剤は、押
出機に供給し、溶融ブレンドした。ミキサーにおいて、
その溶融ブレンドの中に発泡剤を注入して、発泡可能ゲ
ルを作った。発泡可能ゲルの温度を冷却器の中で低下さ
せ、次にダイを通して押出してフォーム構造を作った。
本発明のフォーム構造では、サーマルブラックは概ね
均一に分散しており、気孔は比較的認められなかった。
本発明のフォーム構造を、熱伝導性又はＫ因子、気泡
の大きさ、及び密度を含む様々な物理的性質に関して試
験した。前記構造の熱伝導性は望ましく低かった。その
結果を表１に掲げる。
処理されていない又は相容化されていないカーボンブ
ラック6pphを有している対応する調節フォーム構造を作
ったが、許容可能な程度のカーボンブラック分散を有す
るものを作ることはできなかった。
本発明のフォーム構造及びプロセスに関する態様につ
いて詳細に説明して来たが、上記の新規な教示及び原則
の範囲内において、製造プロセス及び製造者の希望にし
たがって本発明は様々に改良することができることが理
解される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スー，キュン・ダブリュー アメリカ合衆国オハイオ州43023，グラ ンヴィル，ウェルシュ・ヒルズ・ロード 1533 (72)発明者 バーツ，アーノルド・エム アメリカ合衆国オハイオ州43023，グラ ンヴィル，ノースイースト，キャンブリ ア・ミル・ロード 1730 (72)発明者 パケット，アンドリュー・エヌ アメリカ合衆国オハイオ州43023，グラ ンヴィル，クローズ・レーン 257 (72)発明者 ストビー，ウィリアム・ジー アメリカ合衆国オハイオ州43031，ジョ ンズタウン，ラクーン・ラン・ロード 5191 (56)参考文献 欧州特許出願公開169304（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C08J 9/02 - 9/16

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】以下の工程：すなわち、 ａ）ポリスチレン材料を加熱して溶融ポリマー材料を作
    る工程； ｂ）上記溶融ポリマー材料中に、カーボンブラックを混
    和させる工程； ｃ）更に溶融ポリマー材料中に高圧下で発泡剤を混和さ
    せて、発泡可能なゲルを作る工程；及び ｄ）低圧下で発泡可能なゲルを発泡させてフォーム構造
    を作る工程 を含み、溶融ポリマー材料中に混和させる前に、カーボ
    ンブラックが、溶融ポリマー材料中におけるカーボンブ
    ラックの分散性を向上させることができる相容化剤で被
    覆されていることを特徴とする、ポリスチレンフォーム
    構造の製造方法。
  2. 【請求項２】発泡可能なゲルを最適発泡温度まで冷却
    し、ダイを通して低圧域に前記発泡可能ゲルを押出すこ
    とにより発泡させてフォーム構造を作る請求項１記載の
    方法。
  3. 【請求項３】核剤を溶融ポリマー材料中に混和させる請
    求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】以下の工程：すなわち、 ａ）熱可塑性ポリスチレン材料を加熱して溶融ポリマー
    材料を作る工程； ｂ）溶融ポリマー材料中にカーボンブラックを混和させ
    る工程； ｃ）更に、溶融ポリマー材料中に、高圧下で発泡剤を混
    和させて発泡可能なゲルを作る工程； ｄ）発泡可能なゲルを冷却して実質的に連続した発泡可
    能な熱可塑性ポリスチレンストランドを作る工程；及び ｅ）発泡可能な熱可塑性ポリスチレンストランドをペレ
    ット化して発泡可能な熱可塑性ポリスチレンフォームビ
    ーズを作る工程 を含み、溶融ポリマー材料中に混和させる前に、カーボ
    ンブラックが、溶融ポリマー材料中におけるカーボンブ
    ラックの分散性を向上させることができる相容化剤で被
    覆されていることを特徴とする、発泡可能な熱可塑性ポ
    リスチレンフォームビーズの製造方法。
  5. 【請求項５】以下の工程：すなわち、 ａ）カーボンブラックを提供する工程；及び ｂ）ポリスチレン材料の溶融液中にカーボンブラックを
    混和させる工程 を含み、ポリスチレン材料溶融液中におけるカーボンブ
    ラックの分散を向上させることができる相容化剤を、前
    記溶融液中に混和させる前に、カーボンブラックに対し
    て適用することを特徴とする、ポリスチレン材料の溶融
    液中におけるカーボンブラックの分散性を向上させる方
    法。
  6. 【請求項６】相容化剤がジブチルフタレートである請求
    項１〜３のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】相容化剤が、８〜24個の炭素原子を有する
    脂肪酸、８〜24個の炭素原子を有するエトキシル化脂肪
    酸、８〜24個の炭素原子を有する脂肪酸エステル、８〜
    24個の炭素原子を有するフタル酸エステル、ソルビタン
    エステル、モノグリセリド、鉱油、シリコーン油、及び
    ポリエチレングリコールから成る群より選択される請求
    項１〜３のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】相容化剤がジブチルフタレートである請求
    項４に記載の方法。
  9. 【請求項９】相容化剤が、８〜24個の炭素原子を有する
    脂肪酸、８〜24個の炭素原子を有するエトキシル化脂肪
    酸、８〜24個の炭素原子を有する脂肪酸エステル、８〜
    24個の炭素原子を有するフタル酸エステル、ソルビタン
    エステル、モノグリセリド、鉱油、シリコーン油、及び
    ポリエチレングリコールから成る群より選択される請求
    項４に記載の方法。
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