JP4282438B2 - 型内発泡成形体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を使用する型内発泡成形体の製造方法に関する。
ポリプロピレン系樹脂発泡粒子から得られる型内発泡成形体は,ポリスチレン系樹脂発泡粒子による成形体に比較して,耐薬品性,耐衝撃性,圧縮歪回復性等に優れていることから,自動車等のバンパー芯材や各種包装資材等として好適に使用されている。
上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の基材樹脂であるポリプロピレン系樹脂としては,その発泡適性等の面から,主としてプロピレンにエチレンや1−ブテン等のα−オレフィンを共重合させたプロピレン−α−オレフィンランダム共重合体等が用いられている。しかし,これらは共重合体であるがゆえに,重合体そのものの力学物性が低い。
そこで,上記ポリプロピレン系樹脂の力学物性を向上させるために,共重合体中のコモノマー含量を低くする方法や,あるいはプロピレン−α−オレフィンランダム共重合体に直鎖状ポリエチレンを混合する方法(特許文献1参照)が提案されていた。しかし,このような方法によっても,型内発泡成形体の力学物性を向上させるには限界があった。
一方,ポリプロピレンは,本来それ自体が剛性等の力学特性が優れる合成樹脂である。そのため,ポリプロピレン単独重合体により発泡粒子を得ることができれば,剛性が充分に高い型内発泡成形体を得ることができる。しかし,ポリプロピレン単独重合体からなる発泡粒子を成形型内で加熱し型内発泡成形体を得ようとする場合には,型内成形に要する水蒸気として5.0〜6.0kg/cm(ゲージ圧)という非常に高い成形蒸気圧(非常に高温の水蒸気)を必要とする(特許文献2参照)。そのため,成形にかかるコストが高くなり,しかも,成形サイクルが長くなるという問題があった。また,剛性が大きい型内発泡成型体ほど圧縮された後の寸法回復性が悪いという問題があった。
また,後述する特許文献3においては,メタロセン系重合触媒を用いて重合されたアイソタクチックポリプロピレン系樹脂を基材樹脂とするポリプロピレン系樹脂発泡粒子が提案されている。
この場合には,型内成形に要する成形蒸気圧を比較的低くすることができるが,かかる発泡粒子を用いて得られる成形体は圧縮永久歪が大きい(圧縮された後の寸法回復性が悪い)という問題があり,更なる改良が望まれていた。
特開昭57−90027号公報(特許請求の範囲) 国際公開第WO98/06777号パンフレット(特許請求の範囲,実施例) 特開平6−240041号公報(請求項1)
本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を使用して,低い成形蒸気圧により,機械的物性が優れると共に圧縮永久歪が小さい型内発泡成形体を容易に得ることができる型内発泡成形体の製造方法を提供しようとするものである。
本発明は,下記の要件(a)及び(b)を有するプロピレン系重合体を基材樹脂としてなるポリプロピレン系樹脂発泡粒子を成形型内に充填し,次いで該成形型内の上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を加熱して相互に融着せしめることを特徴とする型内発泡成形体の製造方法にある(請求項1)。
(a)プロピレンから得られる構造単位が100〜85モル%,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位が0〜15モル%存在すること(ただし,プロピレンから得られる構造単位と,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位との合計量は100モル%である)。
(b)13C−NMRにて測定したときの,全プロピレン挿入中のプロピレンモノマー単位の2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.5〜2.0%であり,かつプロピレンモノマー単位の1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.005〜0.4%であること。
本発明の型内発泡成形体の製造方法においては,上記要件(a)及び(b)を有するプロピレン系重合体を基材樹脂とするポリプロピレン系樹脂発泡粒子を成形型内に充填し,加熱して,相互に融着させて成形している。そのため,機械的物性が優れる上,圧縮永久歪の小さな型内発泡成形体を得ることができる。また,上記のごとく特定のプロピレン系重合体を基材樹脂を有する上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子は,例えば上記成形型内に水蒸気等の熱媒を導入して成形する際に,低い成形蒸気圧で成形しても,上記のごとく機械的物性に優れ,圧縮永久歪の小さな型内発泡成形体を容易に得ることができる。このように,低い成形蒸気圧で成形が可能であるため,成形コストの低減と成形サイクルの短縮が可能となる。
このように,本発明によれば,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を低い成形蒸気圧で成形しても,機械的物性が優れると共に圧縮永久歪が小さい型内発泡成形体を容易に得ることができる型内発泡成形体の製造方法を提供することができる。
本発明において,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子は,上記プロピレン系重合体を基材樹脂としている。
ここに基材樹脂とは,発泡粒子を構成する基本となる樹脂成分を意味する。発泡粒子は,この基材樹脂と必要に応じて添加する他のポリマー成分或いは,発泡剤,触媒中和剤,滑剤,結晶核剤,その他の添加剤等の添加物からなる。但し,他のポリマー成分や添加物は,本発明の目的を阻害しない範囲内で,できる限り少量であることが望ましい。
即ち,上記プロピレン系重合体を100重量部とした場合,他のポリマー成分の添加量は40重量部以下にすることが好ましい。より好ましくは,30重量部以下がよく,さらに好ましくは15重量部以下がよい。また,もっとも好ましくは5重量部以下がよい。
また,プロピレン系重合体を100重量部とした場合,上記添加物の添加量(発泡剤のように最終的に気散してなくなるものは除く)は,添加物の使用目的にもよるが40重量部以下が好ましい。より好ましくは,30重量部以下がよく,さらに好ましくは0.001〜15重量部がよい。
また,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の基材樹脂として用いられる上記プロピレン系重合体は,上記要件(a)及び(b)を有するものである。以下に,上記プロピレン系重合体について説明する。
まず,上記要件(a)は,プロピレンから得られる構造単位が100〜85モル%,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位が0〜15モル%存在することにある。
ここで,プロピレンから得られる構造単位と,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位との合計量は100モル%である。
したがって,上記要件(a)を満たすプロピレン系重合体としては,プロピレン単独重合体(100モル%)よりなるもの,或いはプロピレンと,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンとの共重合体よりなるものがある。
上記プロピレンと共重合されるコモノマーのエチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンとしては,具体的には,エチレン,1−ブテン,1−ペンテン,1−ヘキセン,1−オクテン,4−メチル−1−ブテン等を挙げることができる。
また,本発明では,上記プロピレン系重合体として,本発明の目的を阻害しない範囲内において,従来チーグラー/ナッタ触媒においては重合が困難であった他のモノマーをプロピレンに共重合させたものを使用することができる。この場合,上記他のモノマーから得られる構造単位は,上記プロピレン系重合体中で0.01〜20モル%が好ましく,0.05〜10モル%がより好ましい。
こうした上記他のモノマーとしては,例えば,シクロペンテン,ノルボルネン,1,4,5,8−ジメタノ−1,2,3,4,4a,8,8a,5−オクタヒドロナフタレン等の環状オレフィン,5−メチル−1,4−ヘキサジエン,7−メチル−1,6−オクタジエン等の非共役ジエン,スチレン,ジビニルベンゼン等の芳香族不飽和化合物などの一種又は二種以上を挙げることができる。
上記プロピレン系重合体は,上記要件(a),即ちプロピレン系重合体中のプロピレンから得られる構造単位を85モル%〜100モル%含有するプロピレン系(共)重合体樹脂であり,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィン(コモノマー)から得られる構造単位が0〜15モル%の割合で含有されていることが必要である。
コモノマーの構造単位の割合が15モル%を越える場合には,上記プロピレン系重合体の曲げ強度,引張強度などの機械的物性が大きく低下してしまう。そして,そのようなプロピレン系重合体を基材樹脂とする上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形しても機械的強度に優れた,所望の型内発泡成形体を得ることができない。また,この場合には,上記型内発泡成形体の圧縮回復性が低下するおそれがある。
また,上記プロピレン系重合体においては,プロピレンから得られる構造単位が98〜85モル%,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位が2〜15モル%存在することが好ましい(ただし,プロピレンから得られる構造単位と,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位との合計量は100モル%である)。
この場合には,上記プロピレンから得られる構造単位と,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位とが,必須成分となる。そして,このようなプロピレン系重合体を基材樹脂とする上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子は,型内成形を行なった場合,二次発泡性に優れる。
また,上記プロピレン系重合体においては,プロピレンから得られる構造単位を100モル%,即ちエチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位を0モル%にすることができる。
この場合には,上記プロピレン系重合体は,所謂プロピレン単独重合体となる。そして,このようなプロピレン系重合体を基材樹脂とする上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を成形すると強度に一層優れた型内発泡成形体を得ることができる。
次に,上記要件(b)に示すように,上記プロピレン系重合体は,13C−NMRにて測定したときの,全プロピレン挿入中のプロピレンモノマー単位の2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.5〜2.0%であり,かつプロピレンモノマー単位の1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.005〜0.4%のものである。
この要件(b)はプロピレン系重合体の位置不規則単位の割合に関するものであり,かかる不規則単位は,プロピレン系重合体の結晶性を低下させる作用を有し,発泡適性を高める効果を示す。また,上記位置不規則単位の割合が要件(b)の範囲にある上記プロピレン系重合体を基材樹脂とする発泡粒子を型内成形して得られる型内発泡成形体は,その圧縮永久歪が小さくなるという特徴がある。
上記2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.5%未満の場合,又は上記1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.005%未満の場合には,プロピレン系重合体を基材樹脂としたポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形するとき,得られる型内発泡成形体の圧縮永久歪を小さくする効果が劣るという問題がある。一方,上記2,1−
挿入に基づく位置不規則単位の割合が2.0%を越える場合,又は上記1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.4%を越える場合には,基材樹脂としてのプロピレン系重合体の機械的物性,例えば曲げ強度や引張強度等が低下するため,発泡粒子及びそれから得られる型内発泡成形体の強度が低くなるという問題がある。
上記要件(b)における2,1−挿入に基づく位置不規則単位及び1,3−挿入に基づく位置不規則単位は,いずれも,これらの単位をその構造中に含有するプロピレン系重合体の結晶性を低下させる効果を有する。さらに具体的には,これらの位置不規則単位は,プロピレン系重合体に対して,その融点を低下させる作用と,その結晶化度を低下させる作用とを有している。
これら2つの作用は,かかるプロピレン系重合体を基材樹脂として発泡に供した場合に,その発泡適性を高める効果を示すと共に,得られる型内発泡成形体の圧縮永久歪を小さくする効果を示す。
但し,プロピレン系重合体に含まれる位置不規則単位の割合が高すぎると,プロピレン系重合体の融点や結晶化度が低下している度合いが高いがために,かかるプロピレン系重合体を基材樹脂として発泡に供した場合には,発泡粒子中の気泡径が粗大になってしまう,といった問題が生ずるおそれがあり,その場合には,かかる発泡粒子から得られる型内発泡成形体の外観が損なわれる,という問題がある。さらに,上述した如く,かかる発泡粒子から得られる型内発泡成形体の強度が低くなるという問題も生ずる。
ここで,プロピレン系重合体中のプロピレンから得られる構造単位,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位の分率,及び後述するアイソタクチックトリアッド分率は,13C−NMR法を用いて測定される値である。
13C−NMRスペクトルの測定法は,例えば下記の通りである。
即ち,直径10mmφのNMR用サンプル管内に,350〜500mg程度の試料を入れ,溶媒としてo−ジクロロベンゼン約2.0ml及びロック用に重水素化ベンゼン約0.5mlを用いて完全に溶解させた後,130℃にてプロトン完全デカップル条件下に測定した。
測定条件としては,フリップアングル65deg,パルス間隔 5T1以上(但し,T1はメチル基のスピン格子緩和時間の内の最長の値)を選択した。プロピレン系重合体に於いては,メチレン基及びメチン基のスピン格子緩和時間はメチル基のそれよりも短い為,この測定条件では全ての炭素の磁化の回復は99%以上である。
なお,13C−NMR法での位置不規則単位の検出感度は,通常0.01%程度であるが,積算回数を増加することにより,これを高めることが可能である。
また,上記測定におけるケミカルシフトは,頭−尾結合しておりメチル分岐の方向が同一であるプロピレン単位5連鎖の第3単位目のメチル基のピークを21.8ppmとして設定し,このピークを基準として他の炭素ピークのケミカルシフトを設定した。
この基準を用いると,下記式[化1]中のPPP[mm]で示されるプロピレン単位3連鎖中の第2単位目のメチル基に基づくピークは21.3〜22.2ppmの範囲に,PPP[mr]で示されるプロピレン単位3連鎖中の第2単位目のメチル基に基づくピークは20.5〜21.3ppmの範囲に,PPP[rr]で示されるプロピレン単位3連鎖中の第2単位目のメチル基に基づくピークは19.7〜20.5ppmの範囲に現れる。
ここで,PPP[mm],PPP[mr],及びPPP[rr]はそれぞれ下記式[化1]のように示される。
Figure 0004282438
更に,本発明において,上記プロピレン系重合体は,プロピレンの2,1−挿入及び1,3−挿入に基づく位置不規則単位を含む下記式[化2]の部分構造(Ι)及び(ΙΙ)を特定量含有するものである。
Figure 0004282438
この様な部分構造は,例えばメタロセン系触媒を用いて重合反応を行った場合に,プロピレン系重合体の重合時に発生する位置不規則性により生ずると考えられている。
即ち,プロピレンモノマーは,通常,メチレン側が触媒中の金属成分と結合する方式,すなわち,いわゆる「1,2−挿入」にて反応するが,希には,「2,1−挿入」や「1,3−挿入」を起こすことがある。「2,1−挿入」は,「1,2−挿入」とは付加方向が逆となる反応形式であり,ポリマー鎖中に上記の部分構造(Ι)で表される構造単位を形成する。
また,「1,3−挿入」とは,プロピレンモノマーのC−1とC−3とでポリマー鎖中に取り込まれるものであり,その結果として直鎖状の構造単位,すなわち上記式[化2]の部分構造(ΙΙ)を生ずるものである。
上記の各位置不規則単位の割合が本発明の範囲にある上記プロピレン系重合体は,適当な触媒を選定することにより得ることができる。具体的には,例えばヒドロアズレニル基を配位子として有するメタロセン系重合触媒等を用いて得ることができる。ここで,上記メタロセン系重合触媒とは,メタロセン構造を有する遷移金属化合物成分と,助触媒成分とからなるものである。各位置不規則単位の割合は,重合に用いる触媒の金属錯体成分の化学構造によって異なるが,一般には重合温度が高い方が大きくなる傾向にある。本発明においては,上記プロピレン系重合体における各位置不規則単位の割合を上記特定の範囲にするため,重合温度は0〜80℃にすることが好ましい。
尚,金属錯体成分は,これをそのまま触媒成分として用いることもできるが,無機あるいは有機の,顆粒状ないしは微粒子状の固体である微粒子状担体に,上記金属錯体成分が担持された固体状触媒として用いてもよい。
微粒子状担体に金属錯体成分を担持させる場合,金属錯体成分の担持量は,担体1gあたり0.001〜10mmolであることが好ましく,より好ましくは,0.001〜5mmolであることがよい。
また,上記のヒドロアズレニル基を配位子として有するメタロセン触媒の中でも,金属原子として,チタン,ジルコニウム,ハフニウムを用いた触媒が好ましく,なかでも,ジルコニウムを有する錯体が,重合活性が高いという点で好ましい。
また,上記メタロセン系触媒の中でも,ジルコニウムジクロリド型の錯体が好適に使用されるが,その中でも,特に架橋型錯体を用いることが好ましい。
具体的には,メチレンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,メチレンビス{1,1’−(2−エチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,メチレンビス{1,1’−(4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,メチレンビス{1,1’−(4−ナフチルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,エチレンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,エチレンビス{1,1’−(2−エチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,エチレンビス{1,1’−(4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,エチレンビス{1,1’−(4−ナフチルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,イソプロピリデンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,イソプロピリデンビス{1,1’−(2−エチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,イソプロピリデンビス{1,1’−(4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,イソプロピリデンビス{1,1’−(4−ナフチルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,ジメチルシリレンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,ジメチルシリレンビス{1,1’−(2−エチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,ジメチルシリレンビス{1,1’−(4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,ジメチルシリレンビス{1,1’−(4−ナフチルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,ジフェニルシリレンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,ジフェニルシリレンビス{1,1’−(2−エチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,ジフェニルシリレンビス{1,1’−(4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,ジフェニルシリレンビス{1,1’−(4−ナフチルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,等が例示できる。
これらの中でも特に,ジメチルシリレンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド,及びジメチルシリレンビス{1,1’−(2−エチル−4−フェニルジヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリドを用いることが好ましい。この場合には,上記の各位置不規則単位の割合を容易に本発明の範囲内にコントロールすることができると共に,後述する要件(c)を満足する(アイソタクチックトリアッド分率が97%以上の)プロピレン系重合体を得ることができる。
また,上記助触媒成分としては,メチルアルミノキサン,イソブチルアルミノキサン,メチルイソブチルアルミノキサン等のアルミノキサン類,トリフェニルボラン,トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン,塩化マグネシウム等のルイス酸,ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等のイオン性化合物が例示できる。また,これらの助触媒成分を,他の有機アルミニウム化合物,例えば,トリメチルアルミニウム,トリエチルアルミニウム,トリイソブチルアルミニウム等のトリアルキルアルミニウムと併用して共存下に用いることも可能である。
上記プロピレン系重合体の全ポリマー連鎖中のmm分率は,次の[数1]式で表される。ところで,上記式[化2]における部分構造(ΙΙ)では,1,3−挿入の結果として,プロピレンモノマーに由来するメチル基が1個相当分だけ消失している。
Figure 0004282438
この式において,ΣΙCH3は全メチル基(ケミカルシフトの19〜22ppmのピーク全て)の面積を示す。また,A<1>,A<2>,A<3>,A<4>,A<5>,A<6>,A<7>,A<8>及びA<9>は,それぞれ,42.3ppm,35.9ppm,38.6ppm,30.6ppm,36.0ppm,31.5ppm,31.0ppm,37.2ppm,27.4ppmのピークの面積であり,部分構造(Ι)及び(ΙΙ)で示した炭素の存在量比を示す。
また,全プロピレン挿入に対する2,1−挿入したプロピレンの割合,及び1,3−挿入したプロピレンの割合は,下記の式で計算した。
Figure 0004282438
次に,上記プロピレン系重合体は,該重合体の融点をTm[℃],また,該重合体をフィルムに成形した場合の水蒸気透過度をY[g/m2/24hr]とした場合に,TmとYとが次の関係式(1)を満足するものであることが好ましい。
(−0.20)・Tm+35≦Y≦(−0.33)・Tm+60・・式(1)
上記水蒸気透過度は,JIS K7129(1992年)「プラスチックフィルム及びシートの水蒸気透過度試験方法」により測定することができる。この測定においては,試験方法は赤外センサー法が採用され,また試験条件としては,試験温度40±0.5℃,相対湿度(90±2)%RHが採用される。
水蒸気透過度Yが上記式(1)の範囲内にあるプロピレン系重合体は,適度の水蒸気透過性を示すことができる。そして,かかるプロピレン系重合体を基材樹脂とするポリプロピレン系樹脂発泡粒子を成形型内に充填し加熱して型内発泡成形体を製造するときに,例えば飽和スチームを導入して加熱する場合には,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子内への飽和スチームの浸透を助長することができる。そのため,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の二次発泡性が高まり,発泡粒子間の空隙のない又は少ない型内発泡成形体の製造が容易になる。
また,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の製造方法としては,上記プロピレン系重合体よりなる樹脂粒子を水に分散させつつ発泡剤を含浸させた後,高温高圧下から低圧下に放出して発泡粒子化する方法が一般的であるが,この際,上記プロピレン系重合体が適度の水蒸気透過性示す場合には,樹脂粒子への水及び発泡剤の浸透を行いやすくする。その結果,樹脂粒子内における水及び発泡剤の分散が均一となり,得られるポリプロピレン系樹脂発泡粒子の気泡径を均一にし,また,発泡倍率を向上させることができる。
上記水蒸気透過度(Y)がプロピレン系重合体の融点(Tm)との関係で表現されているのは,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の製造時の発泡温度や型内成形時の飽和スチーム温度が,一般的に基材樹脂であるプロピレン系重合体の融点(Tm)が高いほど高くなり,融点(Tm)が低いほど低くなることに基づいている。
上記水蒸気透過度(Y)が[(−0.20)・Tm+35]を下回る場合には,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の基材樹脂への水蒸気や発泡剤の浸透性が劣るようになり,逆に[(−0.33)・Tm+60]を上回る場合には,基材樹脂への水蒸気の浸透性が良くなり過ぎて,いずれにしても,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の製造過程で樹脂粒子内における水や発泡剤の分散が不均一となりやすく,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の気泡径の均一性が低下するおそれがある。また,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形して得られる上記型内発泡成形体の圧縮強度が低下したり,歪回復性が低下するおそれがある。特に,上記水蒸気透過度(Y)が[(−0.33)・Tm+60]を上回る場合は,得られる発泡粒子内に粗大気泡が混在するおそれがある。
融点(Tm)と水蒸気透過度(Y)とが上記式(1)の関係を満たす様な上記プロピレン系重合体は,該重合体を製造するにあたって,適当な触媒を選定することにより得ることができる。具体的には,上記メタロセン系触媒の中でも,架橋型ビス{1,1’−(4―ヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリドを金属錯体成分として用いることにより,好適に得ることが出来る。かかる金属錯体成分の好ましい例は,前述した通りである。
また,本発明において,上記プロピレン系重合体の上記融点(Tm)は,125℃〜165℃が一般的であるが,130℃〜160℃が好ましく,133℃〜158℃がより好ましい。
尚,上記融点(Tm)は,JIS K7121(1987年)に記載の「一定の熱処理を行った後,融解温度を測定する場合」を採用し(試験片の状態調節における加熱速度と冷却速度は,いずれも,毎分10℃を採用),熱流束DSC装置を使用し,加熱速度毎分10℃にてDSC曲線を描かせ,得られたDSC曲線上の融解ピークの頂点が採用される。尚,複数の頂点が観測された場合には,高温側のベースラインを基準に融解ピークの頂点が最も高いものが採用され,最も高い融解ピークの頂点が複数ある場合はそれらの相加平均値が採用される。
プロピレン系重合体の上記融点(Tm)は,一般的には,コモノマーから得られる構造単位の割合が少ないほど,また,上記各不規則単位の割合を少なくするほど,高くすることができる。
次に,上記プロピレン系重合体は,更に下記の要件(c)を有することが好ましい(請求項2)。
(c)頭−尾結合からなるプロピレン単位連鎖部における,13C−NMRで測定したときのアイソタクチックトリアッド分率は97%以上であること。
即ち,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の基材樹脂である上記プロピレン系重合体として,既に述べた要件(a)及び(b)に加えて,更に頭−尾結合からなるプロピレン単位連鎖部の,13C−NMR(核磁気共鳴法)で測定したアイソタクチックトリアッド分率(即ち,ポリマー鎖中の任意のプロピレン単位3連鎖のうち,各プロピレン単位が頭−尾で結合し,かつプロピレン単位中のメチル分岐の方向が同一であるプロピレン単位3連鎖の割合)が97%以上であるものを用いることが好ましい。
なお,アイソタクチックトリアッド分率を,以下適宜,mm分率と記載する。mm分率が97%以上の場合には,上記プロピレン系重合体の機械的物性がより高くなる。そのため,該プロピレン系重合体を基材樹脂とした上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形することにより,機械的物性に一層優れた型内発泡成形体を得ることができる。
なお,更に好ましくは,上記mm分率は98%以上である。
次に,上記プロピレン系重合体は,更に下記の要件(d)を有することが好ましい(請求項3)。
(d)メルトフローレートが0.5〜100g/10分であること。
この場合には,上記プロピレン系重合体を基材樹脂とする上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形することにより,力学物性により一層優れた上記型内発泡成形体を得ることができる。
上記メルトフローレート(MFR)が,0.5g/10分未満の場合には,上記プロピレン系重合体を基材樹脂とする上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造する際の製造効率,なかでも後述する溶融混練を行う際の生産性が低下するおそれがある。また,MFRが100g/10分を超える場合には,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形して得られる上記型内発泡成形体の圧縮強度,引張強度などの力学物性が低くなるおそれがある。なお,上記プロピレン系重合体のMFRは1.0〜50g/10分であることが好ましく,1.0〜30g/10分であることがより好ましい。上記MFRとは,JIS K6921−2(1997年)の表3に記載された条件に従って測定されたメルトマスフローレイトを意味する。
また,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子は,下記の要件(e)を満足する発泡剤を用いて発泡してなることが好ましい。
(e)上記発泡剤の臨界温度をTc[℃]とした場合に,Tcが下記の式(2)を満足すること。
−90℃≦Tc≦400℃ 式(2)
この場合には,得られるポリプロピレン系樹脂発泡粒子の気泡径が均一となる傾向があり,その結果として,かかる発泡粒子を用いて得られる上記型内発泡成形体の力学的特性が良好となる。
Tcが−90℃未満の場合には,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の気泡径の不均一さが顕著となり,上記型内発泡成形体の表面外観や機械的強度が劣化するおそれがある。その理由は必ずしも定かではないが,発泡が急激に進行することに起因すると推定される。一方,400℃を越える場合には,高倍率,例えば嵩密度が0.1g/cm3以下のポリプロピレン系樹脂発泡粒子を得ることが極めて困難となり,その結果,上記型内発泡成形体の密度を低下させることが困難になる。
上記発泡剤の具体例としては,次の通りである。尚,物質名の後に臨界温度(℃)を併記する。メタン(−82),エタン(32),プロパン(97),ブタン(152),イソブタン(135),ペンタン(197),ヘキサン(235),シクロペンタン(239),シクロヘキサン(280),等の鎖状または環状低級脂肪族炭化水素類,ジクロロジフルオロメタン(112),トリクロロモノフルオロメタン(198)等のハロゲン化炭化水素類,二酸化炭素(31)等の無機ガス等が挙げられる。
また,上記の式(2)を満足する発泡剤の中でも,更に,臨界温度Tcが下記の式(3)を満足する場合には,特にこれら発泡剤を取扱うにあたり,特殊な設備や装置を必要としないという利点がある。
0℃≦Tc≦300℃ 式(3)
更に,下記式(4)を満足する場合には,前項に述べた工業的有用性に加え,得られる発泡粒子の気泡径が極めて均一になるという効果がある。
30℃≦Tc≦200℃ 式(4)
なお,上記発泡剤は,単独で使用してもよいし,また複数の発泡剤を組み合わせて用いてもよい。
また,上記発泡剤として,窒素,酸素,空気,二酸化炭素,水といったいわゆる無機ガスを発泡剤の全部として又は主成分として(発泡剤全体の50モル%以上,好ましくは70モル%以上,より好ましくは90モル%以上。)使用した場合には,低歪時の圧縮応力にも優れるため,最終的な型内発泡成形体のエネルギー吸収効率を高めることができる。これらの無機ガスの中でも,発泡粒子の見かけ密度の安定性,環境負荷やコストなどを考慮した場合,窒素,空気,二酸化炭素が特に好ましい。
次に,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子においては,上記プロピレン系重合体を基材樹脂とするが,前記の通り,本発明の効果を損なわない範囲であれば,基材樹脂に対し,他のポリマー成分や添加剤を混合することができる。
上記の他のポリマー成分としては,例えば高密度ポリエチレン,低密度ポリエチレン,エチレンとα−オレフィン(炭素数4以上)の共重合体である直鎖状低密度ポリエチレン等のエチレン系樹脂;ポリブテン樹脂;エチレン−プロピレン系ゴム;エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム;スチレン−ジエンブロック共重合体やスチレン−ジエンブロック共重合体のエチレン系二重結合の少なくとも一部を水素添加により飽和してなる水素添加ブロック共重合体等のスチレン系熱可塑性エラストマー;これら樹脂,エラストマー或いはゴムのアクリル酸系モノマーによるグラフト変成体等が挙げられる。本発明ではこれら樹脂,エラストマー,ゴム或いはそれら変成物を単独で又は2以上を組み合わせて使用することができる。
上記添加剤としては,発泡核剤,着色剤,帯電防止剤,滑剤等の各種の添加剤を添加することができる。これらは,通常,後述する溶融混練の際に一緒に添加されて樹脂粒子中に含有される。
上記発泡核剤としては,タルク,炭酸カルシウム,シリカ,酸化チタン,石膏,ゼオライト,ホウ砂,ホウ酸亜鉛,水酸化アルミニウム等の無機化合物の他,カーボン,リン酸系核剤,フェノール系核剤,アミン系核剤等の有機系核剤が挙げられる。これら各種添加剤の添加量は,その添加目的により異なるが,上記基材樹脂100重量部に対して15重量部以下であり,好ましくは8重量部以下,更には5重量部以下が最も好ましい。
本発明において,上記基材樹脂への上記他のポリマー成分や添加剤を混合するときには,固体混合により行うこともできるが,一般には溶融混練が利用される。即ち,例えばロール,スクリュー,バンバリーミキサー,ニーダー,ブレンダー,ミル等の各種混練機を使って,上記基材樹脂と上記他のポリマー成分や添加剤等とを所望の温度で混練し,混練後は,発泡粒子の製造に適した大きさの樹脂粒子に成形する。
また,押出機内で溶融混練した後に,押出機先端に取り付けた微小穴を有する口金より混練物を紐状に押出し,引取機を備えた切断機で規定の重量または大きさに切断し樹脂粒子を得る方法が好ましい。
また,一般に,樹脂粒子1個の重量が0.1〜20mgであれば発泡粒子の製造に支障はない。樹脂粒子1個の重量が0.2〜10mgの範囲にあって,更に粒子間の重量のばらつきが少であれば,発泡粒子の製造が容易になり,得られる発泡粒子の密度ばらつきも小となり,成形型内等への発泡粒子の充填性が良好となる。
発泡粒子を得る方法としては,樹脂粒子に揮発性発泡剤を含浸した後,加熱発泡する方法,具体的には,例えば,特公昭49−2183号公報,同56−1344号公報,西ドイツ特開第1285722号公報,同第2107683号公報などに記載の方法を使用することができる。
樹脂粒子に発泡剤を含浸した後,加熱発泡させる場合,密閉し開放できる圧力容器に揮発性発泡剤と共に樹脂粒子を入れ,基材樹脂の軟化温度以上に加熱すると共に,樹脂粒子に揮発性発泡剤を含浸させる。その後,密閉容器内の内容物を密閉容器から低圧の雰囲気に放出した後,乾燥処理する。これにより,発泡粒子が得られる。
また,本発明において,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子は,示差走査熱量測定によって求められるDSC曲線(但し,発泡粒子2〜4mgを示差走査熱量計によって10℃/分の昇温速度で常温(20℃〜45℃)から200℃まで昇温した時に得られるDSC曲線)において,基材樹脂に固有の吸熱ピークに加え,更にそれよりも高温の吸熱ピークを示すことが好ましい。
上記DSC曲線に基材樹脂に固有の吸熱ピークに加え,更にそれよりも高温の吸熱ピークが現れる発泡粒子は,例えば特開2002−200635号公報等に記載された方法で製造することが可能であり,上記樹脂粒子を発泡させる際の条件,具体的には低圧の雰囲気に放出するまでの温度,圧力,時間等を制御することにより得られる。
尚,前記の密閉容器内の内容物を密閉容器から低圧の雰囲気に放出して発泡粒子を製造する方法において,樹脂粒子中に予め分解型発泡剤を練り込んでおけば圧力容器中に発泡剤を配合しなくとも,上記発泡粒子を得ることが可能である。
上記分解型発泡剤としては,樹脂粒子の発泡温度で分解してガスを発生するものであれば使用することができる。具体的には,たとえば重炭酸ナトリウム,炭酸アンモニウム,アジド化合物,アゾ化合物等が挙げられる。
また,加熱発泡時には,樹脂粒子の分散媒として,水,アルコールなどを使用することが好ましい。更に樹脂粒子が分散媒に均一に分散する様に,酸化アルミニウム,第三リン酸カルシウム,ピロリン酸マグネシウム,酸化亜鉛,カオリン,アムスナイト,マイカ,クレーなどの難水溶性の無機物質,ポリビニルピロリドン,ポリビニルアルコール,メチルセルロースなどの水溶性高分子系保護コロイド剤,ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム,アルカンスルホン酸ナトリウム等のアニオン性界面活性剤を単独または2以上混合して使用するのが好ましい。
更に,上記分散媒には,分散剤の分散力を強化する(分散剤の添加量を少なくしても容器内で樹脂粒子の融着を防止する)分散強化剤を添加してもよい。特に,見かけ密度が100g/L以上という低発泡のポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造する場合には,分散強化剤を使用することが好ましい。
このような分散強化剤としては,40℃の水100ccに対して少なくとも1mg以上溶解し得る無機物質であって,該化合物の陰イオンまたは陽イオンの少なくとも一方が2価または3価のものを用いることができる。このような無機物質としては,たとえば,塩化マグネシウム,硝酸マグネシウム,硫酸マグネシウム,塩化アルミニウム,硝酸アルミニウム,硫酸アルミニウム,塩化鉄,硫酸鉄,硝酸鉄等が例示される。
低圧の雰囲気に樹脂粒子を放出する際には,当該放出を容易にするため,前記と同様な無機ガス又は揮発性発泡剤を外部より密閉容器に導入することにより密閉容器内の圧力を一定に保持することが好ましい。
上記した方法によって得られたポリプロピレン系樹脂発泡粒子は,大気圧下で熟成した後,必要に応じて気泡内圧を高めてから,水蒸気や熱風を用いて加熱することによって,より高発泡倍率のものとすることが可能である。
次に,本発明においては,型内発泡成形体は,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を成形型内に充填し,発泡粒子を加熱することにより,発泡粒子間の空隙を埋めるように膨張させると共に相互に融着せしめることにより製造される。通常,加熱後は,冷却して成形型内から取り出され,乾燥または養生される。型内成形に際しては,様々な型内成形法を採用することができる。例えば,大気圧または減圧下の凹凸一対の金型よりなるキャビティー内へポリプロピレン系樹脂発泡粒子を充填した後に,金型キャビティー体積を5〜70%減少する様に圧縮し,次いでスチーム等の熱媒をキャビティー内に導入してポリプロピレン系樹脂発泡粒子を加熱融着させる圧縮成形法が挙げられる(例えば特公昭46−38359号公報)。
また,揮発性発泡剤または無機ガスの1種または2種以上で予め発泡樹脂粒子を処理して発泡樹脂粒子の二次発泡力を高め,次いでその二次発泡力を保持しつつ大気圧または減圧下の凹凸一対の金型よりなるキャビティー内に発泡樹脂粒子を充填した後,金型キャビティー内に熱媒を導入して発泡樹脂粒子を加熱融着させる加圧熟成成形法もある(例えば特公昭51−22951号公報)。
また,圧縮ガスにより大気圧以上に加圧した金型キャビティーに,当該圧力以上に加圧した発泡樹脂粒子を充填した後,金型キャビティー内にスチーム等の熱媒を導入して発泡樹脂粒子を加熱融着させる圧縮充填成形法もある(例えば特公平4−46217号公報)。
更に,特殊な条件にて得られる二次発泡力の高い発泡樹脂粒子を使用して大気圧または減圧下の凹凸一対の金型よりなるキャビティー内に発泡樹脂粒子を充填し,次いで,金型キャビティー内にスチーム等の熱媒を導入して発泡樹脂粒子を加熱融着させる常圧充填成形法もある(例えば特公平6−49795号公報)。また,上記の方法の組合わせによっても成形できる(例えば特公平6−22919号公報参照)。
また,上記型内発泡成形体には,必要に応じてフィルムやシートをラミネートすることができる。ラミネートするフィルム等は特に制限が無く,例えば,OPS(2軸延伸ポリスチレンシート),高耐熱性OPS,HIPSなどのポリスチレン系樹脂フィルム,CPP(無延伸ポリプロピレンフィルム),OPP(2軸延伸ポリプロピレンフィルム)等のポリプロピレン系樹脂のフィルムやシートあるいはポリエチレン系樹脂フィルムやシート,ポリエステル系樹脂フィルムやシート等が用いられる。
また,ラミネートするフィルム等の厚さには制限はないが,通常は15μm〜4000μmのものが用いられる。これらのフィルム等には必要に応じて印刷が施されてもよい。また,ラミネートを行う場合,発泡粒子の型内成形と同時に行ってもよい。また,一旦成形した型内発泡成形体にラミネートを行ってもよい。尚,必要に応じてホットメルト系の接着剤を用いてラミネーションを行うこともできる。
本発明の製造方法に従って得られる型内発泡成形体の密度は0.008〜0.5g/cm3であることが好ましい。型内発泡成形体の密度が0.5g/cm3より大きくなると,軽量性,衝撃吸収性,断熱性といった発泡体の好ましい特性が充分に発揮されなくなり,低発泡倍率であるがゆえにコスト上の不利を招くおそれがある。
一方,密度が0.008g/cm3よりも小さくなると,独立気泡率が小さくなる傾向にあり,曲げ強度,圧縮強度等の機械的物性が不充分となるおそれがある。
尚,上記型内発泡成形体の密度とは,JIS K7222(1999年)で定義される見掛け全体密度を意味する。
本発明の製造方法により得られる型内発泡成形体は,例えば包装容器,玩具,自動車部品,ヘルメット芯材,緩衝包装材等に好適である。
次に,本発明の実施例につき説明する。
本例においては,上記要件(a)及び上記要件(b)を有するプロピレン系重合体を基材樹脂とするポリプロピレン系樹脂発泡粒子を成形型内に充填し,次いで該成形型内の上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を加熱して相互に融着せしめて型内発泡成形体を作製する例である。
また,本例においては,本発明の優れた特徴を明らかにするために比較用のポリプロピレン系樹脂発泡粒子及びこれを型内成形して得られる型内発泡成形体を作製する。以下,本例について詳細に説明する。
[プロピレン系重合体の製造]
まず,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の基材樹脂であるプロピレン系重合体を,下記の製造例1〜8に示す方法で合成した。
製造例1
(i)[ジメチルシリレンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニル−4−ヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリド]の合成
以下の反応は全て不活性ガス雰囲気で行い,また,反応には予め乾燥精製した溶媒を用いた。
(a)ラセミ・メソ混合物の合成
特開昭62−207232号公報に記載の方法に従って合成した2−メチルアズレン2.22gをヘキサン30mLに溶解し,フェニルリチウムのシクロヘキサン−ジエチルエーテル溶液15.6mL(1.0当量)を0℃にて少量ずつ添加した。
この溶液を室温で1時間撹拌した後,−78℃に冷却し,テトラヒドロフラン30mLを加えた。
次いで,ジメチルジクロロシラン0.95mLを加えた後,室温まで昇温し,更に50℃で90分間加熱した。この後,塩化アンモニウム飽和水溶液を加え,有機層を分離後,硫酸ナトリウムで乾燥し,溶媒を減圧下に留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン−:ジクロロメタン=5:1)で精製することにより,ビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニル−1,4−ジヒドロアズレニル)ジメチルシラン1.48gを得た。
上記で得られたビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニル−1,4−ジヒドロアズレニル)ジメチルシラン786mgをジエチルエーテル15mLに溶解し,−78℃でn−ブチルリチウムのヘキサン溶液(1.68mol/L)1.98mLを滴加し,徐々に室温に昇温し,その後室温にて12時間撹拌した。溶媒を減圧留去して得られた固体をヘキサンで洗浄し,減圧乾固した。
更に,トルエン−ジエチルエーテル混合溶媒(40:1)を20mL加え,−60℃にて四塩化ジルコニウム325mgを加え,徐々に昇温して室温で15分間撹拌した。
得られた溶液を減圧下に濃縮し,ヘキサンを加えて再沈殿させることにより,ジメチルシリレンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニル−4−ヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリドよりなる,ラセミ/メソ混合物150mgを得た。
(b)ラセミ体の分離
上記の反応を繰り返して得たラセミ/メソ混合物887mgをガラス容器に入れ,ジクロロメタン30mLに溶解し,高圧水銀ランプで30分間光照射した。その後ジクロロメタンを減圧下に留去し,黄色固体を得た。
この固体にトルエン7mLを添加して撹拌後,静置することにより,黄色固体が沈殿として分離した。上澄みを除去し,固体を減圧乾固して,ジメチルシリレンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニル−4−ヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリドよりなる,ラセミ体を437mg得た。
(ii)触媒の合成
(a)触媒担体の処理
脱塩水135mLと硫酸マグネシウム16gをガラス製容器に入れ,撹拌し溶液とした。この溶液にモンモリロナイト(クニミネ工業製「クニピア−F」)22.2gを加えた後,昇温し,80℃で1時間保持した。
次いで,脱塩水300mLを加えた後に濾過により,固形分を分離した。この固形分に,脱塩水46mLと硫酸23.4g及び硫酸マグネシウム29.2gを加えた後,昇温し,加熱還流下に2時間処理した後,脱塩水200mLを加え,濾過した。
更に脱塩水400mLを加えて濾過する,という操作を2回実施した。その後,固体を100℃で乾燥し,触媒担体としての化学処理モンモリロナイトを得た。
(b)触媒成分の調製
内容積1リットルの撹拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後,脱水ヘプタン230mLを導入し,系内温度を40℃に保持した。
ここに,上記にて調製した,触媒担体としての化学処理モンモリロナイト10gを200mLのトルエンに懸濁させて添加した。
更に,別容器中に調製した,ジメチルシリレンビス{1,1’−(2−メチル−4−フェニル−4−ヒドロアズレニル)}ジルコニウムジクロリドのラセミ体(0.15mmol)と,トリイソブチルアルミニウム(3mmol)とを,トルエン(計20mL)中にて混合したものをオートクレーブ内に添加した。
その後,プロピレンを10g/hrの速度で120分間導入し,更にその後に120分間,重合反応を継続した後,窒素雰囲気下に溶媒を留去,乾燥して固体触媒成分を得た。この触媒成分は,固体成分1gあたり,1.9gの重合体を含有するものであった。
(iii)プロピレンの重合(プロピレン系重合体の製造,プロピレン単独重合)
内容積200Lの撹拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後,十分に脱水した液化プロピレン45kgを導入した。これに,トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液500mL(0.12mol),及び水素(3NL)を導入し,オートクレーブ内を70℃に昇温した。
その後,上記固体触媒成分(1.7g)をアルゴンで圧入して重合を開始させ,3時間重合反応を行った。
その後,反応系にエタノール100mLを圧入して反応を停止させ,残存ガス成分をパージすることで,14.1kgのポリマーを得た。
このポリマーは,プロピレンから得られる構造単位が100モル%であり,即ちプロピレン単独重合体である。これは上記要件(a)を満たす。
また,このポリマーはMFR(メルトフローレート)=10g/10分,アイソタクチックトリアッド分率が99.7%,融点(Tm)が146℃であり,上記要件(c)及び(d)を満たしている。さらに,2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が1.32%,1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.08%であり,上記要件(b)を満たしている。
以下,ここで得られたプロピレン系重合体を「ポリマー1」と称する。
(iv)水蒸気透過度の測定
上記で得られたポリマー1を厚み25ミクロンのフィルムに成形し,JIS K7129に記載の方法に従って水蒸気透過度Yを測定した(以下の製造例も同じ)結果,10.5(g/m2/24hr)であった。
なお,ポリマー1は,上記のように融点Tmが146℃であるため,上記式(1)からYは5.8≦Y≦11.8の範囲内にあるべきところ,その範囲内に入っていた。
製造例2(プロピレン系重合体の製造,プロピレン単独重合)
内容積200Lの撹拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後,十分に脱水した液化プロピレン45kgを導入した。これに,トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液500mL(0.12mol),及び水素(3NL)を導入し,オートクレーブ内を40℃に昇温した。
その後,上記固体触媒成分(3.0g)をアルゴンで圧入して重合を開始させ,3時間重合反応を行った。
その後,反応系にエタノール100mLを圧入して反応を停止させ,残存ガス成分をパージすることで,4.4kgのポリマーを得た。
このポリマーは,プロピレンから得られる構造単位が100モル%であり,即ちプロピレン単独重合体である。これは,上記要件(a)を満たす。
また,このポリマーはMFR=2g/10分,アイソタクチックトリアッド分率が99.8%,融点(Tm)が152℃であり,上記要件(c)及び(d)を満たしている。さらに,2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.89%,1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.005%であり,上記要件(b)を満たしている。
以下,ここで得られた重合体を「ポリマー2」と称する。
また,上記ポリマー2について,上記ポリマー1と同様にして,フィルムに成形したときの水蒸気透過度Yを調べたところ,9.5(g/m2/24hr)であった。
なお,ポリマー2は,上記のように融点Tmが152℃であるため,上記式(1)からYは4.6≦Y≦9.8の範囲内にあるべきところ,その範囲内に入っていた。
製造例3(プロピレン系重合体の製造,プロピレン/エチレン共重合)
内容積200Lの撹拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後,精製したn−ヘプタン60Lを導入し,トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液500mL(0.12mol)を添加し,オートクレーブ内を70℃に昇温した。その後,上記固体触媒成分(9.0g)を添加し,プロピレンとエチレンの混合ガス(プロピレン:エチレン=97.5:2.5;但し重量比)を圧力が0.7MPaとなるように導入して重合を開始させ,本条件下に3時間重合反応を行った。
その後,反応系にエタノール100mLを圧入して反応を停止させ,残存ガス成分をパージすることで,9.3kgのポリマーを得た。
このポリマーには,プロピレンから得られる構造単位が97.0モル%,エチレンから得られる構造単位が3.0モル%存在している。これは,上記要件(a)を満たす。
また,このポリマーはMFR=14g/10分,エチレン含量=2.0wt%,アイソタクチックトリアッド分率が99.2%,融点(Tm)が141℃であり,上記要件(c)及び(d)を満たしている。さらに,2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が1.06%,1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.16%であり,上記要件(b)を満たしている。
以下,ここで得られた重合体を「ポリマー3」と称する。
また,ポリマー3について,上記ポリマー1と同様にして,フィルムに成形した後の水蒸気透過度Yを調べたところ,12.0(g/m2/24hr)であった。
なお,ポリマー3は,上記のように融点Tmが141℃であるため,上記式(1)からYは6.8≦Y≦13.5の範囲内にあるべきところ,その範囲内に入っていた。
製造例4(プロピレン系重合体の製造,プロピレン/1−ブテン共重合)
内容積200Lの撹拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後,精製したn−ヘプタン60Lを導入し,トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液500mL(0.12mol)を添加し,オートクレーブ内を70℃に昇温した。その後,上記固体触媒成分(9.0g)を添加し,プロピレンと1−ブテンの混合ガス(プロピレン:1−ブテン=90:10;但し重量比)を圧力が0.6MPaとなるように導入して重合を開始させ,本条件下に3時間重合反応を行った。
その後,反応系にエタノール100mLを圧入して反応を停止させ,残存ガス成分をパージすることで,8.6kgのポリマーを得た。
このポリマーには,プロピレンから得られる構造単位が95.4モル%,1−ブテンから得られる構造単位が4.6モル%存在している。これは上記要件(a)を満たしている。
また,このポリマーはMFR=6g/10分,1−ブテン含量=6.0wt%,融点(Tm)が142℃,アイソタクチックトリアッド分率が99.3%であり,上記要件(c)及び(d)を満たしている。さらに,2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が1.23%,1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.09%であり,上記要件(b)を満たしている。ここで得られた重合体を「ポリマー4」と称する。
ポリマー4を上記ポリマー1と同様にしてフィルムに成形し,水蒸気透過度Yを調べたところ,11.5(g/m2/24hr)であった。
なお,ポリマー4は,上記のように融点Tmが142℃であるため,上記式(1)からYは6.6≦Y≦13.1の範囲内にあるべきところ,その範囲内に入っていた。
製造例5(プロピレン系重合体の製造,プロピレン単独重合)
内容積200Lの撹拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後,精製したn−ヘプタン60Lを導入し,ジエチルアルミニウムクロリド(45g),丸紅ソルベー社製三塩化チタン触媒11.5gをプロピレン雰囲気下に導入した。更に気相部の水素濃度を7.0容量%に保持しながら,オートクレーブ内温65℃にて,プロピレンを9kg/hrの速度にて4時間にわたり,オートクレーブ内に導入した。
プロピレン導入を停止した後,更に1時間反応を継続し,反応系にブタノール100mLを添加して反応を停止させ,残存ガス成分をパージすることで,30kgのポリマーを得た。ここで得られたポリマーを「ポリマー5」と称する。
このポリマーは,プロピレンから得られる構造単位が100モル%であり,即ちプロピレン単独重合体である。これは,上記要件(a)を満たす。
このポリマーは,MFR=10g/10分,融点(Tm)160℃,アイソタクチックトリアッド分率が97.0%,2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0%,1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0%であった。
即ち,このものは,上記要件(c)及び上記要件(d)を満たすが,上記要件(b)を満足しないものである。
また,ポリマー5について,上記ポリマー1と同様にして,フィルムに成形した後の水蒸気透過度Yを調べたところ,10.0(g/m2/24hr)であった。
なお,ポリマー5は,上記のように融点Tmが160℃であるため,上記式(1)からYは3.0≦Y≦7.2の範囲内にあるべきところ,その範囲内に入っていない。
製造例6(プロピレン系重合体の製造,プロピレン/エチレン共重合)
内容積200Lの撹拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後,精製したn−ヘプタン60Lを導入し,ジエチルアルミニウムクロリド(40g),丸紅ソルベー社製三塩化チタン触媒7.5gをプロピレン雰囲気下に導入した。更に気相部の水素濃度を7.0容量%に保持しながら,オートクレーブ内温60℃にて,プロピレンとエチレンの混合ガス(プロピレン:エチレン=97.5:2.5;但し重量比)を圧力が0.7MPaとなるように導入した。
混合ガス導入を停止した後,更に1時間反応を継続し,反応系にブタノール100mLを添加して反応を停止させ,残存ガス成分をパージすることで,32kgのポリマーを得た。本ポリマーを「ポリマー6」と称する。
このポリマーには,プロピレンから得られる構造単位が96.1モル%,エチレンから得られる構造単位が3.9モル%存在している。これは,上記要件(a)を満たす。
また,このポリマー6はMFR=12g/10分,融点(Tm)146℃,アイソタクチックトリアッド分率が96%,2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0%,1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0%であった。
即ち,ポリマー6は,上記要件(d)を満たすが,上記要件(b)及び上記要件(c)を満足しないものである。
また,ポリマー6について,上記ポリマー1と同様にして,フィルムに成形した後の水蒸気透過度Yを調べたところ,15.0(g/m2/24hr)であった。
なお,ポリマー6は,融点Tmが146℃であるため,上記式(1)からYは5.8≦Y≦11.8の範囲内にあるべきところ,その範囲内に入っていない。
製造例7(プロピレン系重合体の製造,プロピレン単独重合)
特開平6−240041号公報の実施例中の[基材樹脂の製造1]に記載の方法を適用して実施した。
すなわち,内容積200Lの撹拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後,精製したn−ヘプタン60Lを導入し,東ソーアクゾ社製のメチルアルモキサン(平均オリゴマー度16)を120g,特開平4−268307号公報に記載の方法で合成したrac−ジメチルシリレンビス(2−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド(150mg)をプロピレン雰囲気下に導入した。更に気相部の水素濃度を0.5容量%に保持しながら,オートクレーブ内温40℃にて,プロピレンを7kg/hrの速度にて3時間にわたり,オートクレーブ内に導入した。
プロピレン導入を停止した後,更に1時間反応を継続し,反応系にブタノール100mLを添加して反応を停止させ,残存ガス成分をパージすることで,9.4kgのポリマーを得た。このポリマーを「ポリマー7」と称する。
このポリマー7は,プロピレンから得られる構造単位が100モル%であり,即ちプロピレン単独重合体である。これは,上記要件(a)を満たす。
また,このポリマー7は,MFR=9g/10分,融点(Tm)150℃,アイソタクチックトリアッド分率が94.4%,2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.25%,1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合は検出限界以下,すなわち0.005%未満であった。即ち,このものは,上記要件(d)を満足するが,上記要件(b)及び(c)を満足しないものである。
なお,後述する表2においては,ポリマー7の1,3挿入に基づく位置不規則単位の割合は0%として表記した。
また,ポリマー7について,上記ポリマー1と同様にして,フィルムに成形した後の水蒸気透過度Yを調べたところ,4.8(g/m2/24hr)であった。
なお,このポリマー7は,融点Tmが150℃であるため,上記式(1)からYは5.0≦Y≦10.5の範囲内にあるべきところ,その範囲外であった。
製造例8(プロピレン系重合体の製造,プロピレン単独重合)
内容積200Lの撹拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後,精製したn−ヘプタン60Lを導入し,東ソーアクゾ社製のメチルアルモキサン(平均オリゴマー度16)を120g,公知の方法[エイチ.ヤマザキ他(H.Yamazaki et.al),「ケミストリー レターズ」(“Chemistry Letters”),日本国,1989年,第18巻,p.1853]で合成したrac−ジメチルシリレンビス(3−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(100mg)をプロピレン雰囲気下に導入した。更に気相部の水素濃度を0.5容量%に保持しながら,オートクレーブ内温40℃にて,プロピレンを7kg/hrの速度にて3時間にわたり,オートクレーブ内に導入した。
プロピレン導入を停止した後,更に1時間反応を継続し,反応系にブタノール100mLを添加して反応を停止させ,残存ガス成分をパージすることで,5.6kgのポリマーを得た。本ポリマーを「ポリマー8」と称する。
このポリマー8は,プロピレンから得られる構造単位が100モル%であり,即ちプロピレン単独重合体である。これは,上記要件(a)を満たす。
また,このポリマー8は,MFR=20g/10分,融点141℃,アイソタクチックトリアッド分率が91.5%,2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が2.1%,1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合は0.45%であった。
即ち,このものは,上記要件(d)を満足するが,上記要件(b)及び(c)を満足しないものである。
また,ポリマー8について,上記ポリマー1と同様にして,フィルムに成形した後の水蒸気透過度Yを調べたところ,13.8(g/m2/24hr)であった。
なお,このポリマー8は,融点Tmが141℃であるため,上記式(1)からYは6.8≦Y≦13.5の範囲内にあるべきところ,その範囲外であった。
以上の製造例1〜8の結果を表1及び表2に示す。
Figure 0004282438
Figure 0004282438
表1から知られるごとく,ポリマー1〜ポリマー4は,上記要件(a)及び(b)を満たし,本発明にかかる上記プロピレン系重合体に相当するものである。また,ポリマー1〜ポリマー4は,上記要件(c)及び(d)をも満足する。
一方,表2より知られるごとく,ポリマー5〜ポリマー8は,上記要件(a)を満たしているが,上記要件(b)を満足していない。即ち,ポリマー5〜ポリマー8は,本発明にかかる上記プロピレン系重合体に該当しないものである。また,上記ポリマー5は,上記要件(c)及び上記要件(d)をともに満足している。また,上記ポリマー6〜ポリマー8は上記要件(d)を満足するが,上記要件(c)を満足しないものである。
次に,上記製造例1〜8により得られた各種プロピレン系重合体(ポリマー1〜8)を用いて,ポリプロピレン系樹脂組成物及びポリプロピレン系樹脂発泡粒子を製造し,さらに該ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を用いて型内発泡成形体を作製した実施例につき説明する。
実施例1
製造例1で得たポリマー1に酸化防止剤(吉富製薬(株)製 商品名「ヨシノックスBHT」0.05wt%,及びチバガイギー製 商品名「イルガノックス1010」0.10wt%)を加えて65mmφ単軸押出機で直径1mmのストランド状に押し出し,水槽にて冷却後,長さ2mmにカットして,ポリプロピレン系樹脂組成物の細粒ペレットを得た。
次に,この細粒ペレットを用いて,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を以下のようにして作製する。
まず,上記細粒ペレット1000gを水2500g,第三リン酸カルシウム200g,ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2gと共に内容積5リットルのオートクレーブに入れ,更に上記発泡剤としてのイソブタン120gを加えて,135℃迄60分間で昇温した後,この温度で30分間保持した。
その後,オートクレーブ内の圧力をゲージ圧2.3MPaに保持するために外部より圧縮窒素ガスを加えながら,オートクレーブ底部のバルブを開き内容物を大気下へ放出した。
以上の操作によりポリプロピレン系樹脂発泡粒子を得た。
また,このポリプロピレン系樹脂発泡粒子を乾燥後,嵩密度を測定したところ,32g/Lであった。また,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子は,その平均気泡径が280μmであり,非常に均一なものであった。
なお,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の平均気泡径は,無作為に選んだ発泡粒子のほぼ中心部を通るように切断した発泡粒子の断面を顕微鏡にて観察して得られる顕微鏡写真,又はこの断面を画面上に映し出しものにおいて,無作為に50点の気泡について各気泡の直径(最大長さ)を測定し,その平均値を示したものである。
次に,上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を用いて,以下のように型内発泡成形体を作製する。
まず,上記で得られたポリプロピレン系樹脂発泡粒子をホッパーにより圧縮空気を用いて逐次的にアルミニウム製の成形用金型(成形型)に圧縮しながら充填した。その後,金型のチャンバにゲージ圧0.25MPaのスチーム(下記の表中では「成形蒸気圧」と表示)を通じ,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を加熱して相互に融着せしめ,型内発泡成形体を得た。
この型内発泡成形体は密度0.058g/cm3(58g/L),縦300mm,横300mm,厚み50mmであり,表面の間隙も少なく,凹凸も無い表面外観が優れた成形体であった。また,型内発泡成形体の中央部より破断し,その断面の融着度を測定したところ,90%であった。
なお,上記融着度は,型内発泡成形体を破断し,その断面における粒子破壊の数と粒子間破壊の数とを目視にて計測し,両者の合計数に対する粒子破壊の数の割合で表した。
また,同一成形条件で成形した別の成形体から,縦50mm,横50mm,厚さ25mmの試験片を作成し,JIS K7220(1999年)に従って,試験片温度23℃,圧縮速度10mm/分の条件にて圧縮試験を実施したところ,50%圧縮時(50%歪時と同義)の応力が0.71MPaであった。更に,同じ大きさの試験片を用い,JIS K6767(1976年)に記載の方法により,圧縮永久歪を測定したところ,11%であった。
これらの結果を下記の表3に示す。
実施例2〜5及び比較例1〜4
次に,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の基材樹脂として用いるプロピレン系重合体として表1又は表2に示すポリマー2〜ポリマー8を用い,他は実施例1と同様にして,ポリプロピレン系樹脂発泡粒子及び型内発泡成形体を作製し,これらの評価を行った。
その結果を下記の表3及び表4に示した。
Figure 0004282438
Figure 0004282438
表3より知られるごとく,実施例1〜5においては,いずれも本発明にかかる上記プロピレン系重合体(ポリマー1〜4)を基材樹脂とするポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形に使用された結果,低い成形蒸気圧で加熱されたにもかかわらず,融着度が高く,機械的物性についても圧縮強度(50%圧縮時の応力)が高く,圧縮永久歪が小さい型内発泡成形体を作製することができた。
これに対して,表4より知られるごとく,上記製造例5により得られたポリマー5を基材樹脂とするポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形して得られた型内発泡成形体は,どの実施例よりも成形蒸気圧を高くしたが,それでも内部の融着度が低く,圧縮強度(50%圧縮時の応力)についても不十分なものであり,圧縮強度(50%圧縮時の応力)の割りに圧縮永久歪が大きいものであった(比較例1)。また,製造例6により得られたポリマー6を基材樹脂とするポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形して得られた型内発泡成形体は,基材樹脂の融点が同じ実施例1と同じ成形蒸気圧にて成形したが,得られた型内発泡成型体は,内部の融着度が低く,圧縮強度(50%圧縮時の応力)についても不十分なものであり,圧縮強度の割りに圧縮永久歪が大きいものであった(比較例2)。
また,ポリマー7を基材樹脂とするポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形して得られた型内発泡成形体は,圧縮強度(50%圧縮時の応力)の割りに圧縮永久歪が大きいものであった(比較例3)。
更に,ポリマー8を基材樹脂とするポリプロピレン系樹脂発泡粒子を型内成形して得られた型内発泡成形体は,圧縮永久歪は小さいものの,圧縮強度(50%圧縮時の応力)の低下が著しいものであった(比較例4)。
尚,表1より知られるごとく,製造例1と製造例2は,同じメタロセン系重合触媒を使用してプロピレン単独重合体を製造した例を示すが,得られたプロピレン単独重合体(ポリマー1及びポリマー2)の性質がそれぞれ異なる。この理由は,重合温度の相違に基づくものである。即ち,重合温度が高い製造例1にて得られたポリマー1の方が各位置不規則単位の割合が高くなる。
また,表2より知られるごとく,製造例5及び6は,メタロセン系重合触媒とは異なるチーグラー/ナッタ触媒を使用したことにより,得られたプロピレン系重合体(ポリマー5及びポリマー6)に位置不規則単位が形成されなかった例を示すものである。
また,製造例7は,製造例1とは異なるメタロセン系重合触媒を使用してプロピレン単独重合体(ポリマー7)を製造した例を示すが,公知文献に記載された条件では各位置不規則単位の割合が本発明の範囲を下回ることが分かる。なお,製造例7においては,重合温度が40℃であったが,重合温度を例えば70℃又はそれ以上に高めた場合には,得られるプロピレン単独重合体は位置不規則単位が本発明の範囲内に入ると予想されるが,その一方で,[mm]分率は製造例7のプロピレン単独重合体よりも更に低下するものと予想される。
また,製造例8は,製造例1及び製造例7とは異なるメタロセン系重合触媒を使用してプロピレン単独重合体(ポリマー8)を製造した例を示すが,使用されたメタロセン系重合触媒の金属錯体成分が適当でなかったため各位置不規則単位の割合が本発明の範囲を上回ったものである。

Claims (3)

  1. 下記の要件(a)及び(b)を有するプロピレン系重合体を基材樹脂としてなるポリプロピレン系樹脂発泡粒子を成形型内に充填し,次いで該成形型内の上記ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を加熱して相互に融着せしめることを特徴とする型内発泡成形体の製造方法。
    (a)プロピレンから得られる構造単位が100〜85モル%,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位が0〜15モル%存在すること(ただし,プロピレンから得られる構造単位と,エチレン及び/又は炭素数4〜20のα−オレフィンから得られる構造単位との合計量は100モル%である)。
    (b)13C−NMRにて測定したときの,全プロピレン挿入中のプロピレンモノマー単位の2,1−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.5〜2.0%であり,かつプロピレンモノマー単位の1,3−挿入に基づく位置不規則単位の割合が0.005〜0.4%であること。
  2. 請求項1において,上記プロピレン系重合体は,更に下記の要件(c)を有することを特徴とする型内発泡成形体の製造方法。
    (c)頭−尾結合からなるプロピレン単位連鎖部における,13C−NMRで測定したときのアイソタクチックトリアッド分率が97%以上であること。
  3. 請求項1又は2において,上記プロピレン系重合体は,更に下記の要件(d)を有することを特徴とする型内発泡成形体の製造方法。
    (d)メルトフローレートが0.5〜100g/10分であること。
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