JP4036601B2 - ポリオレフィン系樹脂発泡体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリオレフィン系樹脂発泡体とその製造方法、より詳細には、柔らかさ、クッション性、断熱性等の点で優れたポリオレフィン系樹脂発泡体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器等の内部絶縁体、緩衝材、遮音材、断熱材、食品包装材、衣用材、建材用等として用いられる発泡体には、部品として組み込まれる場合にそのシール性等を確保するという観点から、柔軟性、クッション性及び断熱性等の特性が要求される。このような発泡体として、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂発泡体が知られているが、これらの発泡体は、強度が弱く、柔らかさ、クッション性の点でも十分でないという問題があった。これらを改良する試みとして発泡の倍率を高くしたり、ポリオレフィン系樹脂にゴム成分などを配合して素材自体を柔らかくすることが行われている。しかし、通常のポリエチレンやポリプロピレンでは高温時での張力すなわち溶融張力が弱く、高発泡倍率を得ようとしても発泡時に気泡壁が破れてしまいガス抜けが生じたり、気泡の合一が生じたりして思うように発泡倍率の高い、柔らかい発泡体を得ることは困難であった。
【０００３】
従来、ポリマ発泡体の製造法として化学的方法及び物理的方法等が知られている。一般的な物理的方法は、クロロフルオロカーボン類又は炭化水素類などの低沸点液体（発泡剤）をポリマーに分散させ、次に加熱し発泡剤を揮発させることにより気泡を形成させるものである。また、化学的方法は、ポリマーベースに添加された化合物（発泡剤）の熱分解により生じたガスによりセルを形成することにより発泡体を得るものである。
【０００４】
また、近年、セル径が小さくセル密度の高い発泡体を得る方法として、窒素や二酸化炭素等の気体を高圧にてポリマ中に溶解させた後、圧力を解放し、ポリマのガラス転移温度や軟化点付近まで加熱することにより気泡を形成させる方法が提案されている。この発泡法では、熱力学的不安定な状態から核が形成され、この核が膨張成長することで気泡が形成され微孔性発泡体が得られる。この方法によれば、今までにない微孔質の発泡体を得ることができるという利点を有している。そして、この発泡法を熱可塑性ポリウレタンなどの熱可塑性エラストマに適用しようとする試みが種々提案されている。しかしながら、これらの方法では、圧力が例えば大気圧にまで解放されると、核が膨張成長することで気泡が形成され、一旦は高い倍率の発泡体が形成されるが、徐々に気泡中に残存する窒素や二酸化炭素等の気体がポリマ壁を透過していき、これにより発泡後ポリマが収縮し、徐々にセル形状が変形してしまったり、セルが小さくなり、十分な発泡倍率が得られないという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、発泡後に著しい収縮や変形を起こさず、柔らかさやクッション性に優れたポリオレフィン系樹脂発泡体とその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく研究した結果、２３０℃における溶融張力が１ｃＮを超えるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを含む樹脂組成物を発泡成形すると、発泡後に大きな収縮や変形が起こらず、優れたクッション性を有する発泡体が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、２３０℃での溶融張力が１．５〜３０ｃＮであるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを含み、ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して、ゴム又は熱可塑性エラストマ成分が３０〜５００重量部含まれる樹脂組成物を、発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を用いて発泡成形し、相対密度が０．０１〜０．１４の範囲にあるポリオレフィン系樹脂発泡体を得ることを特徴とする電子機器の内部絶縁体用又は緩衝材用ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の態様】
本発明のポリオレフィン系樹脂発泡体は、２３０℃での溶融張力が１．５〜３０ｃＮであるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とで構成されている。前記ポリオレフィン系樹脂の２３０℃での溶融張力は、１．５〜３０ｃＮである。発泡体の形状は特に限定されず、シート状、角柱状等の何れであってもよい。
【０００９】
このようなポリオレフィン系樹脂発泡体は、形状の固定性に優れ、発泡時の発泡倍率のまま発泡後にも著しく収縮することがなく、高いクッション性を保持する。例えば、該ポリオレフィン系樹脂発泡体を５０％圧縮した時の対反発荷重（５０％圧縮強度）は９Ｎ／ｃｍ2程度以下（例えば０．１〜９Ｎ／ｃｍ2程度）であり、特に好ましい発泡体では８．５Ｎ／ｃｍ2程度以下（例えば０．３〜８．５Ｎ／ｃｍ2程度）である。また、該ポリオレフィン系樹脂発泡体の相対密度は０．０１〜０．１４であり、好ましい発泡体では０．０１５〜０．１０程度である。
【００１０】
このような優れた特性を有するポリオレフィン系樹脂発泡体は、例えば、２３０℃での溶融張力が１．５〜３０ｃＮであるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを含む樹脂組成物を発泡成形することにより製造できる。以下、この製造方法について説明する。
【００１１】
（１）発泡体成形用樹脂材料
本発明の発泡体の素材として用いられるポリオレフィン系樹脂は、２３０℃での溶融張力が１．５〜３０ｃＮであるポリオレフィン系樹脂であれば何れのものでも使用でき、特に限定されるものではない。
【００１２】
なお、前記ポリオレフィン系樹脂には、樹脂自体の溶融張力が前記範囲にあるポリオレフィン系樹脂のほか、樹脂自体の溶融張力は上記範囲外であるが溶融張力調整剤の配合により溶融張力が上記範囲に調整されたポリオレフィン系樹脂組成物も含まれる。このような溶融張力調整剤としては、例えば、繊維系の添加剤、中でもポリテトラフルオロエチレンを主成分とするポリテトラフルオロエチレン系添加剤などが挙げられる。
【００１３】
上記溶融特性を有するポリオレフィン系樹脂としては、例えば、分子量分布が広く且つ高分子量側にショルダーを持つタイプの樹脂、微架橋タイプの樹脂、長鎖分岐タイプの樹脂などが挙げられる。このようなタイプのポリオレフィン系樹脂は、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンとの共重合体、エチレン又はプロピレンと他のα−オレフィンとの共重合体、エチレンと酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、ビニルアルコール等との共重合体、これらの混合物などの何れでもよい。前記「他のα−オレフィン」としては、ブテン−１、ペンテン−１、ヘキセン−１、４−メチルペンテン−１等が例示できる。また、共重合体はランダム共重合体及びブロック共重合体の何れであってもよい。
【００１４】
本発明の発泡体の素材として用いられるゴム又は熱可塑性エラストマ成分としては発泡可能なものであれば特に制限はなく、例えば、天然ゴム、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルブチルゴムなどの天然又は合成ゴム；エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリブテン、塩素化ポリエチレンなどのオレフィン系エラストマ；スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体、及びそれらの水素添加物などのスチレン系エラストマ；ポリエステル系エラストマ；ポリアミド系エラストマ；ポリウレタン系エラストマなどの各種熱可塑性エラストマが挙げられる。これらのゴム又は熱可塑性エラストマ成分は単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
【００１５】
上記ゴム又は熱可塑性エラストマ成分の量は、前記ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して、３０〜５００重量部である。ゴム又は熱可塑性エラストマ成分の量が１０重量部未満では発泡体としてのクッション性が低下しやすい。
【００１６】
（２）発泡剤
上記発泡体に用いられる発泡剤としては、環境保護及び被発泡体に対する低汚染性等の観点から、超臨界状態の流体である高圧ガスを用いる。
【００１７】
超臨界状態の流体である高圧ガスとしては高圧下で上記ポリオレフィン系樹脂やゴム又は熱可塑性エラストマに含浸するものであり、発泡体の素材として用いるポリオレフィン系樹脂やゴム又は熱可塑性エラストマへの含浸量が多く、含浸速度が速い点から二酸化炭素が使用される。さらに、樹脂中への含浸速度を速めるという観点から、前記高圧ガス（例えば、二酸化炭素）は超臨界状態である。なお、二酸化炭素の臨界温度は３１℃、臨界圧力は７．４ＭＰａである。超臨界状態にあるガス（超臨界流体）を用いると、樹脂への溶解度が増し高濃度の混入が可能であるとともに、急激な圧力降下時に高濃度なため気泡核の発生が多くなり、その気泡核が成長してできる気泡の密度が気孔率が同じであっても他の状態の場合より大きくなるため、微細な気泡を得ることができる。
【００１８】
ポリオレフィン系樹脂発泡体を製造する際、ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマとの混合物に、必要に応じて添加剤を添加してもよい。添加剤の種類は特に限定されず、発泡成形に通常使用される各種添加剤を用いることができる。該添加剤として、例えば、気泡核剤、結晶核剤、可塑剤、滑剤、着色剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、充填剤、補強剤、難燃剤、帯電防止剤等が挙げられる。添加剤の添加量は、気泡の形成等を損なわない範囲で適宜選択でき、通常の熱可塑性樹脂の成形に用いられる添加量を採用できる。
【００１９】
（３）発泡成形方法
本発明のポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法としては、前記ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを含む樹脂組成物を用いて発泡成形のできる方法であれば特に限定されず、バッチ方式、連続方式等の何れの方式で行ってもよい。
【００２０】
発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を用い、バッチ方式でポリオレフィン系樹脂発泡体を製造する例を以下に示す。まず、前記ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とのポリマ混合物を単軸押出機、二軸押出機等の押出機を使用して押し出すことにより、発泡体成形用樹脂シートを作製する。あるいは、前記ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを、ローラ、カム、ニーダ、バンバリ型等の羽根を設けた混錬機を使用して均一に混錬しておき、熱板のプレスなどを用いて所定の厚みにプレス成形することにより、発泡体成形用樹脂シートを形成する。こうして得られた未発泡シートを高圧容器中に入れて、超臨界状態の二酸化炭素を注入し、前記未発泡シート中に超臨界状態の二酸化炭素を含浸させる。十分に高圧ガスを含浸させた時点で圧力を解放し（通常、大気圧まで）、基材樹脂中に気泡核を発生させる。気泡核はそのまま室温で成長させてもよいが、場合によっては加熱することによって成長させてもよい。このようにして気泡を成長させた後、冷水などにより急激に冷却し、形状を固定化することによりポリオレフィン系樹脂発泡体を得ることができる。なお、発泡に供する成形体はシート状物に限らず、用途に応じて種々の形状のものを使用できる。また、発泡に供する成形体は押出成形、プレス成形のほか、射出成形等の他の成形法により作製することもできる。
【００２１】
発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を用い、連続方式でポリオレフィン系樹脂発泡体を製造する例を以下に示す。前記ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを単軸押出機、二軸押出機等の押出機を使用して混練しながら、超臨界状態の二酸化炭素を注入し、十分に超臨界状態の二酸化炭素を樹脂中に含浸させた後、押し出すことにより圧力を解放し（通常、大気圧まで）、場合によっては加熱することによって気泡を成長させる。気泡を成長させた後、冷水などによ急激に冷却し、形状を固定化することによりポリオレフィン系樹脂発泡体を得ることができる。なお、発泡成形は、押出機のほか射出成形機などを用いて行うこともできる。
【００２２】
ガスを発泡に供する成形体又は樹脂混練物に含浸させるときの圧力は、ガスの種類や操作性等を考慮して適宜選択できるが、例えば二酸化炭素などを用いる場合には、７．４〜１００ＭＰａ程度である。また、ガス含浸工程における温度は、用いるガスの種類やポリマーのガラス転移温度等によって異なり、広い範囲で選択できるが、操作性等を考慮した場合、１０〜３００℃程度が好ましい。
【００２３】
こうして得られるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマとからなるポリオレフィン系樹脂発泡体は、形状の固定性に優れており、前記のような優れた特性を有する。該ポリオレフィン系樹脂発泡体の５０％圧縮時の対反発荷重や相対密度は、原料として用いるポリオレフィン系樹脂の種類及び溶融張力とゴム又は熱可塑性エラストマ成分の種類及び硬度等とを適宜選択、組み合わせることにより調整することができる。
本発明のポリオレフィン系樹脂発泡体は、電子機器の内部絶縁体、緩衝材用として利用できる。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。なお、溶融張力、相対密度及び５０％圧縮強度（５０％圧縮したときの対反発荷重）は以下の方法により測定、算出した。
【００２５】
（溶融張力）
装置：東洋精機（株）製、メルトテンションII型
加熱温度：２３０℃
オリフィス径：２ｍｍΦ
押出速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ
引取速度：３．１４ｍ／ｍｉｎ
【００２６】
（相対密度）
相対密度＝｛発泡後の密度（発泡体の密度）（ｇ／ｃｍ3）｝÷｛発泡前の密度（発泡させる前のシート等の密度）（ｇ／ｃｍ3）｝
【００２７】
（５０％圧縮強度）
直径３０ｍｍの円形状に切り出した試験片を、複数枚重ねて厚みを約２５ｍｍとし、圧縮速度１０ｍｍ／ｍｉｎで５０％まで圧縮したときの応力を単位面積（ｃｍ2）当たりに換算して５０％圧縮強度とした。
【００２８】
実施例１
２３０℃での溶融張力が４ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６９のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０２８であり、５０％圧縮強度は１．７９Ｎ／ｃｍ2であった。
【００２９】
実施例２
２３０℃での溶融張力が６ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６９のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０２６であり、５０％圧縮強度は１．５４Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３０】
実施例３
２３０℃での溶融張力が１２ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６５のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０３９であり、５０％圧縮強度は６．７５Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３１】
実施例４
２３０℃での溶融張力が１２ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が５６のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０５３であり、５０％圧縮強度は７．５１Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３２】
実施例５
２３０℃での溶融張力が２ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６９のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０３２であり、５０％圧縮強度は０．７１Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３３】
実施例６
２３０℃での溶融張力が２ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が５６のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０２２であり、５０％圧縮強度は１．０１Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３４】
比較例１
２３０℃での溶融張力が１ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６５のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．１４８であり、５０％圧縮強度は９．８３Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３５】
上記各実施例で得られたポリオレフィン系樹脂発泡体は形状の固定性に優れており、発泡工程において高圧ガスの圧力解放により得られた高い発泡倍率のまま著しく収縮することなく高いクッション性を有していた。これに対し、比較例で得られたポリオレフィン系樹脂発泡体は、発泡効果が促進されずに柔らかさやクッション性に劣っていた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のポリオレフィン系樹脂発泡体は、発泡後に著しい収縮や変形を起こさず、柔らかさやクッション性に優れる。また、本発明の製造方法によれば、上記のような優れた発泡体を簡易に効率よく製造できる。
【発明の属する技術分野】
本発明はポリオレフィン系樹脂発泡体とその製造方法、より詳細には、柔らかさ、クッション性、断熱性等の点で優れたポリオレフィン系樹脂発泡体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器等の内部絶縁体、緩衝材、遮音材、断熱材、食品包装材、衣用材、建材用等として用いられる発泡体には、部品として組み込まれる場合にそのシール性等を確保するという観点から、柔軟性、クッション性及び断熱性等の特性が要求される。このような発泡体として、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂発泡体が知られているが、これらの発泡体は、強度が弱く、柔らかさ、クッション性の点でも十分でないという問題があった。これらを改良する試みとして発泡の倍率を高くしたり、ポリオレフィン系樹脂にゴム成分などを配合して素材自体を柔らかくすることが行われている。しかし、通常のポリエチレンやポリプロピレンでは高温時での張力すなわち溶融張力が弱く、高発泡倍率を得ようとしても発泡時に気泡壁が破れてしまいガス抜けが生じたり、気泡の合一が生じたりして思うように発泡倍率の高い、柔らかい発泡体を得ることは困難であった。
【０００３】
従来、ポリマ発泡体の製造法として化学的方法及び物理的方法等が知られている。一般的な物理的方法は、クロロフルオロカーボン類又は炭化水素類などの低沸点液体（発泡剤）をポリマーに分散させ、次に加熱し発泡剤を揮発させることにより気泡を形成させるものである。また、化学的方法は、ポリマーベースに添加された化合物（発泡剤）の熱分解により生じたガスによりセルを形成することにより発泡体を得るものである。
【０００４】
また、近年、セル径が小さくセル密度の高い発泡体を得る方法として、窒素や二酸化炭素等の気体を高圧にてポリマ中に溶解させた後、圧力を解放し、ポリマのガラス転移温度や軟化点付近まで加熱することにより気泡を形成させる方法が提案されている。この発泡法では、熱力学的不安定な状態から核が形成され、この核が膨張成長することで気泡が形成され微孔性発泡体が得られる。この方法によれば、今までにない微孔質の発泡体を得ることができるという利点を有している。そして、この発泡法を熱可塑性ポリウレタンなどの熱可塑性エラストマに適用しようとする試みが種々提案されている。しかしながら、これらの方法では、圧力が例えば大気圧にまで解放されると、核が膨張成長することで気泡が形成され、一旦は高い倍率の発泡体が形成されるが、徐々に気泡中に残存する窒素や二酸化炭素等の気体がポリマ壁を透過していき、これにより発泡後ポリマが収縮し、徐々にセル形状が変形してしまったり、セルが小さくなり、十分な発泡倍率が得られないという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、発泡後に著しい収縮や変形を起こさず、柔らかさやクッション性に優れたポリオレフィン系樹脂発泡体とその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく研究した結果、２３０℃における溶融張力が１ｃＮを超えるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを含む樹脂組成物を発泡成形すると、発泡後に大きな収縮や変形が起こらず、優れたクッション性を有する発泡体が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、２３０℃での溶融張力が１．５〜３０ｃＮであるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを含み、ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して、ゴム又は熱可塑性エラストマ成分が３０〜５００重量部含まれる樹脂組成物を、発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を用いて発泡成形し、相対密度が０．０１〜０．１４の範囲にあるポリオレフィン系樹脂発泡体を得ることを特徴とする電子機器の内部絶縁体用又は緩衝材用ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の態様】
本発明のポリオレフィン系樹脂発泡体は、２３０℃での溶融張力が１．５〜３０ｃＮであるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とで構成されている。前記ポリオレフィン系樹脂の２３０℃での溶融張力は、１．５〜３０ｃＮである。発泡体の形状は特に限定されず、シート状、角柱状等の何れであってもよい。
【０００９】
このようなポリオレフィン系樹脂発泡体は、形状の固定性に優れ、発泡時の発泡倍率のまま発泡後にも著しく収縮することがなく、高いクッション性を保持する。例えば、該ポリオレフィン系樹脂発泡体を５０％圧縮した時の対反発荷重（５０％圧縮強度）は９Ｎ／ｃｍ2程度以下（例えば０．１〜９Ｎ／ｃｍ2程度）であり、特に好ましい発泡体では８．５Ｎ／ｃｍ2程度以下（例えば０．３〜８．５Ｎ／ｃｍ2程度）である。また、該ポリオレフィン系樹脂発泡体の相対密度は０．０１〜０．１４であり、好ましい発泡体では０．０１５〜０．１０程度である。
【００１０】
このような優れた特性を有するポリオレフィン系樹脂発泡体は、例えば、２３０℃での溶融張力が１．５〜３０ｃＮであるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを含む樹脂組成物を発泡成形することにより製造できる。以下、この製造方法について説明する。
【００１１】
（１）発泡体成形用樹脂材料
本発明の発泡体の素材として用いられるポリオレフィン系樹脂は、２３０℃での溶融張力が１．５〜３０ｃＮであるポリオレフィン系樹脂であれば何れのものでも使用でき、特に限定されるものではない。
【００１２】
なお、前記ポリオレフィン系樹脂には、樹脂自体の溶融張力が前記範囲にあるポリオレフィン系樹脂のほか、樹脂自体の溶融張力は上記範囲外であるが溶融張力調整剤の配合により溶融張力が上記範囲に調整されたポリオレフィン系樹脂組成物も含まれる。このような溶融張力調整剤としては、例えば、繊維系の添加剤、中でもポリテトラフルオロエチレンを主成分とするポリテトラフルオロエチレン系添加剤などが挙げられる。
【００１３】
上記溶融特性を有するポリオレフィン系樹脂としては、例えば、分子量分布が広く且つ高分子量側にショルダーを持つタイプの樹脂、微架橋タイプの樹脂、長鎖分岐タイプの樹脂などが挙げられる。このようなタイプのポリオレフィン系樹脂は、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンとの共重合体、エチレン又はプロピレンと他のα−オレフィンとの共重合体、エチレンと酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、ビニルアルコール等との共重合体、これらの混合物などの何れでもよい。前記「他のα−オレフィン」としては、ブテン−１、ペンテン−１、ヘキセン−１、４−メチルペンテン−１等が例示できる。また、共重合体はランダム共重合体及びブロック共重合体の何れであってもよい。
【００１４】
本発明の発泡体の素材として用いられるゴム又は熱可塑性エラストマ成分としては発泡可能なものであれば特に制限はなく、例えば、天然ゴム、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルブチルゴムなどの天然又は合成ゴム；エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリブテン、塩素化ポリエチレンなどのオレフィン系エラストマ；スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体、及びそれらの水素添加物などのスチレン系エラストマ；ポリエステル系エラストマ；ポリアミド系エラストマ；ポリウレタン系エラストマなどの各種熱可塑性エラストマが挙げられる。これらのゴム又は熱可塑性エラストマ成分は単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
【００１５】
上記ゴム又は熱可塑性エラストマ成分の量は、前記ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して、３０〜５００重量部である。ゴム又は熱可塑性エラストマ成分の量が１０重量部未満では発泡体としてのクッション性が低下しやすい。
【００１６】
（２）発泡剤
上記発泡体に用いられる発泡剤としては、環境保護及び被発泡体に対する低汚染性等の観点から、超臨界状態の流体である高圧ガスを用いる。
【００１７】
超臨界状態の流体である高圧ガスとしては高圧下で上記ポリオレフィン系樹脂やゴム又は熱可塑性エラストマに含浸するものであり、発泡体の素材として用いるポリオレフィン系樹脂やゴム又は熱可塑性エラストマへの含浸量が多く、含浸速度が速い点から二酸化炭素が使用される。さらに、樹脂中への含浸速度を速めるという観点から、前記高圧ガス（例えば、二酸化炭素）は超臨界状態である。なお、二酸化炭素の臨界温度は３１℃、臨界圧力は７．４ＭＰａである。超臨界状態にあるガス（超臨界流体）を用いると、樹脂への溶解度が増し高濃度の混入が可能であるとともに、急激な圧力降下時に高濃度なため気泡核の発生が多くなり、その気泡核が成長してできる気泡の密度が気孔率が同じであっても他の状態の場合より大きくなるため、微細な気泡を得ることができる。
【００１８】
ポリオレフィン系樹脂発泡体を製造する際、ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマとの混合物に、必要に応じて添加剤を添加してもよい。添加剤の種類は特に限定されず、発泡成形に通常使用される各種添加剤を用いることができる。該添加剤として、例えば、気泡核剤、結晶核剤、可塑剤、滑剤、着色剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、充填剤、補強剤、難燃剤、帯電防止剤等が挙げられる。添加剤の添加量は、気泡の形成等を損なわない範囲で適宜選択でき、通常の熱可塑性樹脂の成形に用いられる添加量を採用できる。
【００１９】
（３）発泡成形方法
本発明のポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法としては、前記ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを含む樹脂組成物を用いて発泡成形のできる方法であれば特に限定されず、バッチ方式、連続方式等の何れの方式で行ってもよい。
【００２０】
発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を用い、バッチ方式でポリオレフィン系樹脂発泡体を製造する例を以下に示す。まず、前記ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とのポリマ混合物を単軸押出機、二軸押出機等の押出機を使用して押し出すことにより、発泡体成形用樹脂シートを作製する。あるいは、前記ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを、ローラ、カム、ニーダ、バンバリ型等の羽根を設けた混錬機を使用して均一に混錬しておき、熱板のプレスなどを用いて所定の厚みにプレス成形することにより、発泡体成形用樹脂シートを形成する。こうして得られた未発泡シートを高圧容器中に入れて、超臨界状態の二酸化炭素を注入し、前記未発泡シート中に超臨界状態の二酸化炭素を含浸させる。十分に高圧ガスを含浸させた時点で圧力を解放し（通常、大気圧まで）、基材樹脂中に気泡核を発生させる。気泡核はそのまま室温で成長させてもよいが、場合によっては加熱することによって成長させてもよい。このようにして気泡を成長させた後、冷水などにより急激に冷却し、形状を固定化することによりポリオレフィン系樹脂発泡体を得ることができる。なお、発泡に供する成形体はシート状物に限らず、用途に応じて種々の形状のものを使用できる。また、発泡に供する成形体は押出成形、プレス成形のほか、射出成形等の他の成形法により作製することもできる。
【００２１】
発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を用い、連続方式でポリオレフィン系樹脂発泡体を製造する例を以下に示す。前記ポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを単軸押出機、二軸押出機等の押出機を使用して混練しながら、超臨界状態の二酸化炭素を注入し、十分に超臨界状態の二酸化炭素を樹脂中に含浸させた後、押し出すことにより圧力を解放し（通常、大気圧まで）、場合によっては加熱することによって気泡を成長させる。気泡を成長させた後、冷水などによ急激に冷却し、形状を固定化することによりポリオレフィン系樹脂発泡体を得ることができる。なお、発泡成形は、押出機のほか射出成形機などを用いて行うこともできる。
【００２２】
ガスを発泡に供する成形体又は樹脂混練物に含浸させるときの圧力は、ガスの種類や操作性等を考慮して適宜選択できるが、例えば二酸化炭素などを用いる場合には、７．４〜１００ＭＰａ程度である。また、ガス含浸工程における温度は、用いるガスの種類やポリマーのガラス転移温度等によって異なり、広い範囲で選択できるが、操作性等を考慮した場合、１０〜３００℃程度が好ましい。
【００２３】
こうして得られるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマとからなるポリオレフィン系樹脂発泡体は、形状の固定性に優れており、前記のような優れた特性を有する。該ポリオレフィン系樹脂発泡体の５０％圧縮時の対反発荷重や相対密度は、原料として用いるポリオレフィン系樹脂の種類及び溶融張力とゴム又は熱可塑性エラストマ成分の種類及び硬度等とを適宜選択、組み合わせることにより調整することができる。
本発明のポリオレフィン系樹脂発泡体は、電子機器の内部絶縁体、緩衝材用として利用できる。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。なお、溶融張力、相対密度及び５０％圧縮強度（５０％圧縮したときの対反発荷重）は以下の方法により測定、算出した。
【００２５】
（溶融張力）
装置：東洋精機（株）製、メルトテンションII型
加熱温度：２３０℃
オリフィス径：２ｍｍΦ
押出速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ
引取速度：３．１４ｍ／ｍｉｎ
【００２６】
（相対密度）
相対密度＝｛発泡後の密度（発泡体の密度）（ｇ／ｃｍ3）｝÷｛発泡前の密度（発泡させる前のシート等の密度）（ｇ／ｃｍ3）｝
【００２７】
（５０％圧縮強度）
直径３０ｍｍの円形状に切り出した試験片を、複数枚重ねて厚みを約２５ｍｍとし、圧縮速度１０ｍｍ／ｍｉｎで５０％まで圧縮したときの応力を単位面積（ｃｍ2）当たりに換算して５０％圧縮強度とした。
【００２８】
実施例１
２３０℃での溶融張力が４ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６９のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０２８であり、５０％圧縮強度は１．７９Ｎ／ｃｍ2であった。
【００２９】
実施例２
２３０℃での溶融張力が６ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６９のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０２６であり、５０％圧縮強度は１．５４Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３０】
実施例３
２３０℃での溶融張力が１２ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６５のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０３９であり、５０％圧縮強度は６．７５Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３１】
実施例４
２３０℃での溶融張力が１２ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が５６のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０５３であり、５０％圧縮強度は７．５１Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３２】
実施例５
２３０℃での溶融張力が２ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６９のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０３２であり、５０％圧縮強度は０．７１Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３３】
実施例６
２３０℃での溶融張力が２ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が５６のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．０２２であり、５０％圧縮強度は１．０１Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３４】
比較例１
２３０℃での溶融張力が１ｃＮであるポリプロピレン５０重量部とＪＩＳ−Ａ硬度が６５のエチレンプロピレン系エラストマ５０重量部を、ローラ型の羽根を設けた混錬機［ラボプラストミル、東洋精機（株）製］により１８０℃の温度で混練した後、同じく１８０℃に加熱した熱板プレスを用いて厚さ０．５ｍｍ、Φ８０ｍｍのシート状に成形した。このシートを耐圧容器に入れ、１５０℃の雰囲気中、１５ＭＰａの加圧下で、１０分間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。１０分後に急激に減圧することにより、オレフィン系ポリマからなる発泡体を得た。発泡体の相対密度は０．１４８であり、５０％圧縮強度は９．８３Ｎ／ｃｍ2であった。
【００３５】
上記各実施例で得られたポリオレフィン系樹脂発泡体は形状の固定性に優れており、発泡工程において高圧ガスの圧力解放により得られた高い発泡倍率のまま著しく収縮することなく高いクッション性を有していた。これに対し、比較例で得られたポリオレフィン系樹脂発泡体は、発泡効果が促進されずに柔らかさやクッション性に劣っていた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のポリオレフィン系樹脂発泡体は、発泡後に著しい収縮や変形を起こさず、柔らかさやクッション性に優れる。また、本発明の製造方法によれば、上記のような優れた発泡体を簡易に効率よく製造できる。
Claims (2)
- ２３０℃での溶融張力が１．５〜３０ｃＮであるポリオレフィン系樹脂とゴム又は熱可塑性エラストマ成分とを含み、ポリオレフィン系樹脂１００重量部に対して、ゴム又は熱可塑性エラストマ成分が３０〜５００重量部含まれる樹脂組成物を、発泡剤として超臨界状態の二酸化炭素を用いて発泡成形し、相対密度が０．０１〜０．１４の範囲にあるポリオレフィン系樹脂発泡体を得ることを特徴とする電子機器の内部絶縁体用又は緩衝材用ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法。
- ポリオレフィン系樹脂発泡体の５０％圧縮時の対反発荷重が９Ｎ／ｃｍ2以下である請求項１記載の電子機器の内部絶縁体用又は緩衝材用ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法。
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