JP4149060B2

JP4149060B2 - 微細な気泡を有する発泡ポリエステルシートとその成形方法

Info

Publication number: JP4149060B2
Application number: JP37699998A
Authority: JP
Inventors: 敏之横山; 槙作中里; 正史米山; 敬一石川
Original assignee: RP Topla Ltd; Yoshino Kogyosho Co Ltd
Current assignee: RP Topla Ltd; Yoshino Kogyosho Co Ltd
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP2000190376A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ポリエステル樹脂からなる発泡シートに係わり、中でも、ポリエチレンテレフタレート樹脂、又は、再生ポリエチレンテレフタレート樹脂を押出し成形によりシート状に押出し発泡成形して、該発泡成形体中には微細な球形状をした独立気泡が均一に存在して、表面が良好な発泡ポリエステルシートとその成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から熱可塑性樹脂の発泡体は、緩衝材や包装材あるいは断熱材や断熱容器等として一般的に広く用いられてきたが、これらは主としてポリウレタンやポリオレフィン、ポリスチレン樹脂等を発泡成形させたものであった。
そして、このような合成樹脂発泡体を製造するには、溶融した樹脂に気泡を混練せしめて押出し成形する方法、ペレット樹脂に分解ガスを発生する気泡剤を混練して成形する方法、樹脂を重合させる際の化学反応によりガスを発生せしめて成形する方法等を用いて製造される。
しかし、これらの樹脂の発泡体は、ポリエステル樹脂その他の樹脂に比べると形状安定性や耐熱性、剛性等の性質の点で劣るという欠点があった。
【０００３】
一方、ポリエステル樹脂は、機械的特性や寸法安定性、耐熱性、耐薬品性、緩衝性その他の点で優れているので、中でも、ポリエチレンテレフタレート樹脂は、中空容器やフィルム、繊維、射出成形品等に成形加工して包装用材その他に広く用いられている。
そこで、近年このポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂を発泡成形して、包装用材その他に用いることが試みられるようになっているが、しかし、このＰＥＴ樹脂を上記した樹脂と同様に通常の押出し発泡成形により成形しようとすると、溶融粘度が低くて、気体が抜け易いために、均一な細かい気泡ができず、押出成形による発泡成形は困難な点があった。
【０００４】
ところで、前記ＰＥＴ樹脂を発泡成形する方法としては、従来から物理的発泡を用いて成形する方法が色々と提案されているが、化学的発泡に比べて連続気泡が発生し易くて、また、生産面上の技術的な困難を伴ったり、設備面でのコストがかかる等の理由から満足できるような成形方法はなかった。
このような困難な製造条件を解決するのに、ＰＥＴ樹脂にポリオレフィン樹脂を混合して溶融粘度を高めて溶融したものに不活性ガスを圧入して押出し成形して発泡させる方法（特開平２−２８６７２５号）、ＰＥＴ樹脂にポリカーボネートを混合して溶融したものを高温加熱によりポリカーボネートを分解せしめて発生した炭酸ガスにより発泡押出し成形する方法（特開昭５９−１３５２３７号）、ＰＥＴ樹脂に有機酸からなる発泡剤と脂肪族カルボン酸塩からなる発泡助剤を混合したものを加熱溶融して、発泡剤から遊離した炭酸ガスを含む溶融樹脂を押出し成形して発泡させる方法（特開平６−２８７３３９号）等が、従来から色々と提案されている。
【０００５】
しかし、特開平２−２８６７２５号公報に記載するような発泡成形方法は、ポリオレフィン樹脂を配合しておいて不活性ガスを圧入して発泡させるものであるから、気泡径が小さくて独立した気泡が均一に分散した状態に発泡したシート材を得ることが難しく、また、特開昭５９−２３５２５３７号公報に記載するようにポリカーボネートを分解せしめて炭酸ガスにより発泡させる成形方法は、やや長い時間高温下で混練する必要があるので、混合樹脂が着色したり、また、機械的な特性が低下することが避けられなかった。
【０００６】
そこで、これらの欠点を改良する試みとして上記の特開平６−２８７３３９号公報に記載されるような方法が提案されているが、それは種々の発泡剤と発泡助剤とを組み合わせて用いて発泡させる方法であるが、この発明に於いて用いられる発泡剤は、いずれもトリカルボン酸あるいはトリカルボン酸のアルカリ塩であるか、または、これらに脂肪族モノカルボン酸とその金属塩を発泡助剤として添加したものである。
そして、上記の発明に於いて用いられる結晶性ポリエステル樹脂は、その極限粘度が0.7 以上である高価な真新しいポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂原料を用いて発泡シートを成形することが必要であるから、一般に使用される安いＰＥＴ樹脂や再生したＰＥＴ樹脂（極限粘度は最大でも0.6 程度である）を原料として用いて発泡成形したのでは、小さな気泡径をした球形状の独立した気泡が均一に存在する表面が良好なシート材は殆ど得ることはできなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ポリエステル樹脂からなる発泡体を得ることを目的とし、原料として再生ポリエチレンテレフタレート樹脂を用いてシート状に押出し発泡成形を行って、該発泡シート材中には、気泡の直径が約0.02mm〜0.05mmの大きさのものが、一定面積内に120〜265 個／mm²が均一に分散して存在するようにした微細な気泡を有する良好な発泡ポリエステルシート、または、前記気泡がシート材の一定体積内に2700〜3700個／mm³が均一に分散して存在するようにした微細な気泡を有する良好な発泡ポリエステルシートを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
一般に広く使用されるポリエチレンテレフタレート樹脂製の成形品や飲料容器等から再生したＰＥＴ樹脂のペレットを適正な含水率になるまで乾燥せしめたものに、炭酸ガスを発生する吸熱反応型の発泡剤を適正量だけ添加して混合した原料ペレットを、通常使用している押出し成形機に供給し、適正な温度で加熱、混練した後、Ｔ型ダイによりシート状に押出し成形して、表面が良好になるように均一に発泡成形せしめてシート材に成形して、包装材や断熱材として最適なシート材となし、または、該シート材を真空成形その他の成形手段により所望の形状をした成形品が成形可能な発泡ポリエステルシートを成形する。
【０００９】
【実施例】
再生ポリエチレンテレフタレート（Ｒ−ＰＥＴ）樹脂ペレットを、通常用いられている周知の乾燥装置に投入して、適正な温度で加熱、乾燥することにより、水分率が200ppm以下になるまで水分を除去してから、周知のタンブラーその他の攪拌装置を用いて吸熱分解型の化学発泡剤（ベーリンガーインゲルハイム社製）を混合して調製する。
この時に、前記ＰＥＴ樹脂ペレットは適正な含水率以下となるように乾燥されていることが重要であり、含水率が適正な量よりも多い場合には、押出し機のシリンダー内で溶融、混練する際に、樹脂が加水分解等を起して、樹脂粘度が低下して成形するシート材の物性も低下する。
【００１０】
上記のようにして、再生ＰＥＴ樹脂ペレットに吸熱分解型の化学発泡剤（ベーリンガーインゲルハイム社製、有機酸と炭酸塩の混合物）を適正に混合して調整した原料ペレットを、図１に示すように、通常のＰＥＴ樹脂の押出し成形ラインで使用している押出機２１（スクリュー径：65ｍｍ、スクリューのＬ／Ｄ：22〜30）に供給して、適正な温度（樹脂温度：250 〜280 ℃）に加熱して溶融、混練したものをＴ型ダイ２１ａ（押出し樹脂圧力：20〜100 kg／cm² 、ダイス温度：250 〜280 ℃、押出し幅：750 ｍｍ）よりシート状に押出し発泡成形した後、チルロール２２を縦型に三段に設けた冷却装置により冷却して、厚さが0.25〜1.00mmのシート材に成形して、内部に微細な独立した気泡が均一に分散して存在すると共に、その表面が平滑なスキン層をした発泡シート材Ｓに成形する。
【００１１】
上記のようにして成形されたＰＥＴ樹脂発泡シート材Ｓは、断面が図２に示した顕微鏡写真に見られるような気泡構造をしていて、その気泡の大きさは平均直径が約0.01〜0.10mmあり、その内0.02〜0.15mmの気泡が８０％以上占める小さな形状をした気泡がほぼ均一に分散した構造をしていて、その表面は外観が滑らかで綺麗なスキン層をしていて、従来のものに比べて丈夫で柔軟な発泡シート材であった。
【００１２】
そして、これらの気泡の形状は、化学発泡により形成されたものであるから、ほぼ球形に近い形状をした独立気泡となっており、シート材の内部では接近した状態で分散して配置されていて、その発泡倍率は1.2 〜2.0 倍となったものであった。
このような構造に成形したシート材は、包装材として最適なものであり、また、所定形状の大きさに裁断してから成形可能な温度に加熱した後、真空成形その他の成形手段により所定形状をした成形品に成形すると、発泡体の気泡内に残存する気体により再膨張されて、発泡倍率が大きくなった成形品になる。
【００１３】
比較例１
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂の極限粘度（ＩＶ）が0.8を示す純粋な樹脂（バージン樹脂）ペレット（日本ユニペット社製、Ｖ−ＰＥＴ）を、通常用いている乾燥装置により含水率が200ppm以下になるまで乾燥せしめから、該樹脂ペレットに対してマスターバッチ状の発泡剤（ベーリンガーインゲルハイム社製、有機酸と炭酸塩の混合物からなる吸熱分解型の粒状発泡剤）1.0重量部を添加して調製した原料ペレットを、通常使用している単軸のスクリュー押出し成形機に供給して、シリンダー温度を250〜280℃、また、ダイス温度を250〜280℃に保って、加熱、溶融してシート状に押出して発泡成形を行った。このようにして成形された発泡シート材中の気泡は、大きさの平均値は直径が0.02〜0.05mmであり、また、一定断面積内の気泡数が130〜170（個／mm²）であり、その時の発泡倍率は1.3〜1.5倍で、該シート材の表面は滑らかなスキン層をしたものであった。
【００１４】
そして、上記のよにして成形したシートの気泡が単位面積当たりに存在する気泡の大きさ別の割合は、図２に示す顕微鏡写真に基づいて、直径が0.05mmの大径の気泡ａが10％〜15％、直径が0.03〜0.04mmの中径の気泡ｂが55％〜80％、直径が0.02mmの小径の気泡ｃが10％〜20％存在して、単位面積中の気泡に対する独立気泡割合は、99.5％以上であった。
尚、上記のように樹脂ペレットに発泡剤を混合して原料ペレットを調整する際に、同時に発泡助剤を添加して調整することができる。
【００１５】
比較例２
上記比較例１と同じようにして、所定量の含水率に乾燥せしめたＩＶ＝0.8のバージンＰＥＴ樹脂（Ｖ−ＰＥＴ）ペレットに対して、マスターバッチ状の発泡剤を1.5重量部を加えて混合して調製した原料ペレットを、上記した実施例１と同様の押出し成形条件に従って押出し発泡成形を行った。その結果、得られた発泡シート材は、気泡サイズは0.02〜0.05mm表面気泡数は200〜265（個／mm²）発泡倍率は1.51倍となり、表面が滑らかで良好なシート材を得ることができた。
【００１６】
比較例３
上記比較例１と同じようにして、所定量の含水率に乾燥せしめたＩＶ＝0.8のバージンＰＥＴ樹脂ペレットに、マスターバッチ状の発泡剤を2.0重量部を加えて混合、調製した原料ペレットを、上記した実施例１と同様の押出し成形条件に従って押出して発泡成形を行った。その結果、得られた発泡シート材は、気泡サイズは0.02〜0.07mm表面気泡数は170〜230（個／mm²）発泡倍率は1.72倍となり、表面が滑らかなシート材を得ることができた。
【００１７】
実施例１
100％の再生ＰＥＴ樹脂（Ｗ．Ｐ．Ｒ．社製、Ｒ−ＰＥＴ）からなると共に、ＩＶ＝0.67を示す結晶化した樹脂ペレットを、上記比較例１と同じように所定量の含水率になるまで乾燥せしめたものに対して、マスターバッチ状の発泡剤1.0重量部を添加して混合、調製した再生原料ペレットを構成したものを、比較例１と同様の押出し成形条件に従ってシート状に押出して発泡成形を行った。その結果、得られた発泡シート材は、気泡サイズは0.02〜0.05mm表面気泡数は120〜170（個／mm²）発泡倍率は1.40倍となり、表面が滑らかなシート材を得ることができた。このことは、再生ＰＥＴ樹脂であっても、バージンＰＥＴ樹脂と殆ど変わらない良好な発泡シート材を得ることが可能であることを示すものである。
【００１８】
実施例２
100％の再生ＰＥＴ樹脂（Ｒ−ＰＥＴ）からなり、ＩＶ＝0.67を示す結晶化した樹脂ペレットを、上記比較例１と同じように所定量の含水率になるまで乾燥せしめたものに対して、1.5重量部のマスターバッチ状をした発泡剤を添加して混合、調製した原料ペレットを、比較例１と同様の押出し成形条件に従ってシート状に押出して発泡成形を行った。その結果、得られた発泡シート材は、気泡サイズが0.02〜0.05mm表面気泡数が180〜265（個／mm²）発泡倍率が1.61倍となり、表面が滑らかで良好なシート材であるバージンＰＥＴ樹脂と殆ど変わらないシート材を得ることができた。
【００１９】
実施例３
100％のＲ−ＰＥＴ樹脂からなり、ＩＶ＝0.67を示す結晶化した樹脂ペレットを、上記比較例１と同じように所定量の含水率になるまで乾燥せしめたものに対して、2.0重量部のマスターバッチ状をした発泡剤を添加して混合調整した原料ペレットを、比較例１と同様の押出し成形条件に従ってシート状に押出して発泡成形を行った。その結果、得られた発泡シート材は、気泡サイズが0.02〜0.07mm表面気泡数が160〜230（個／mm²）発泡倍率が1.80倍となり、表面の滑らかさの点では、バージンＰＥＴ樹脂からなるシート材に比べて、気泡径の大きなものが多い為に若干劣ってはいるが、シート材としては通常の使用に耐え得る範囲のものであった。
【００２０】
以上の結果から、バージンＰＥＴ樹脂であっても、再生ＰＥＴ樹脂であっても、一定の条件下の押出し成形操作により押出し発泡成形を行えば、微細な気泡が一定面積中に適量な気泡数を存在すると共に適正な発泡倍率となった発泡ポリエステルシートを得ることができることが確認できた。
また、上記のように成形したシート材は、気泡の直径が0.02mm以下では、発泡感がなくて、断熱性も劣り、また、気泡の直径が0.05mm以上では、発泡感はあるが、表面性が悪くて連続気泡が発生するので、気泡の直径は0.02mm〜0.05mmの範囲のものが最適であることがわかった。
そして、上記発泡ポリエステルシート中の気泡は、完全な球形ではないが、ほぼ球形に近い形状をしていて、且つ、連続気泡ではなく、すべて独立気泡をなしているので、表面状態が滑らかで強度的に良好なシート材であった。
【００２１】
上記のように押出し成形した発泡シート材は、物理的な発泡成形を行ったシート材と比較すると、発泡倍率が小さいが、表面の外観は良好で丈夫な発泡シート材を安価に製造することができる。
また、所定のＰＥＴ樹脂に発泡剤を添加する際に、同時に発泡助剤を付加せしめることにより発泡倍率を向上させることができると共に、成形性を良くすることができることを確認することができた。
【００２２】
尚、上記した押出し成形方法に於いては、図１に示したように、押出しダイが水平方向となるように設定してシート材を横引きにして成形したものであるが、押出しダイが垂直方向となるように設定してシートを縦引きにして成形した場合の方が、横引きの場合よりもやや良好なシート材を得ることができた。
また、本発明の方法により種々の厚みのシートを押出し成形してみたところ、5.00mmの厚み迄では上記した実施例のものと変わりがないものが得られ、10.00 mmの厚み程度まではほぼ使用に耐えうるものを得ることができた。
【００２３】
そして、バージンＰＥＴ樹脂を用いたシート材と再生ＰＥＴ樹脂を用いた発泡シート材とでは、見た目の色彩が、バージンＰＥＴ樹脂のシート材は白色であるのに対して、再生ＰＥＴ樹脂のシート材は薄黄白色となる点に於いて、若干の相違が見られる程度であり、シート材表面の性質、発泡倍率、気泡寸法等に於いては、大きく変わった点が認められなかった。
更に、ＰＥＴ樹脂原料としては、粘度が高い方ものと低いものとを比べると、粘度が高い方が気泡径のそろった良好なシートが得られるが、極限粘度のＩＶ値が0.5 〜1.0 の範囲にあるものであれば、充分に目的を達成できることが確認できた。
従って、再生ＰＥＴ樹脂であっても、バージンＰＥＴ樹脂と同様のポリエステル樹脂の発泡体を生産することが可能であることが分かった。
【００２４】
【発明の効果】
本願の発明に於いては、ポリエステル樹脂を押出し発泡成形せしめて、発泡体の一定面積及び一定体積中に、同じような球径をした所定数の微細な独立気泡が均一に存在するようにして発泡シートに成形したので、従来のものに比してその表面状態が非常に滑らかな発泡シートを得ることができる。
また、本願発明の発泡シート材は、独立した気泡体で構成されているので、従来のものに比して成形性、寸法安定性、耐衝撃性及び高温安定性等に優れており、強度的にも非常に強いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の発明に於ける発泡シートの成形を示す図である。
【図２】本願の発明により成形した実施例６の発泡シートの断面図である。
【符号の説明】
２１押出成形機
２１ａ押出しダイ
２２冷却ロール
Ｔ押出しシート
Ｓ発泡シート材
ａ大径気泡
ｂ中径気泡
ｃ小径気泡

Claims

再生ポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを含水率が200ppm以下になるように乾燥せしめたものに、炭酸ガスを発生する有機酸と炭酸塩の混合物からなる吸熱分解型の発泡剤を乾燥ペレット100重量部に対して0.1〜2.0重量部添加して混合調整した原料ペレットを押出し成形機に供給して、溶融混合してからシート状に発泡押出し成形して、一定面積中に直径約0.02〜0.05mmの微細な独立気泡を120〜265個／mm²の割合で均一に存在せしめるように成形することを特徴とする微細な気泡を有する発泡ポリエステルシートの成形方法。
再生ポリエチレンテレフタレート樹脂をシート状に押出し発泡成形した発泡体であって、該発泡体は、一定面積中に直径約0.02〜0.05mmの微細な独立気泡が120〜265個／mm²の割合で均一に存在してなり、請求項１に記載の方法により製造されることを特徴とする微細な気泡を有する発泡ポリエステルシート。
再生ポリエチレンテレフタレート樹脂ペレットを含水率が200ppm以下になるように乾燥せしめたものに、炭酸ガスを発生する有機酸と炭酸塩の混合物からなる吸熱分解型の発泡剤を乾燥ペレット100重量部に対して0.1〜2.0重量部添加して混合調整した原料ペレットを押出し成形機に供給して、溶融混合してからシート状に発泡押出し成形して、一定体積中に直径約0.02〜0.05mmの微細な独立気泡を2700〜3700個／mm³の割合で均一に存在せしめるように成形することを特徴とする微細な気泡を有する発泡ポリエステルシートの成形方法。
再生ポリエチレンテレフタレート樹脂をシート状に押出し発泡成形した発泡体であって、該発泡体は、一定体積中に直径約0.02〜0.05mmの微細な独立気泡が2700〜3700個／mm³の割合で均一に存在してなり、請求項３に記載の方法により製造されることを特徴とする微細な気泡を有する発泡ポリエステルシート。