JP5022560B2

JP5022560B2 - 発泡部材

Info

Publication number: JP5022560B2
Application number: JP2004176629A
Authority: JP
Inventors: 敬通松下
Original assignee: Eco Research Institute Ltd
Current assignee: Eco Research Institute Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: JP2005133061A

Description

本発明は、その内部に多数の気泡を有する発泡部材に関する。

１０〜４０重量％の官製葉書古紙の紙粉末成分と、２５〜４０重量％の澱粉成分と、３５〜５０重量％のポリプロピレン樹脂成分とから形成された細長俵状の発泡体がある（特許文献１参照）。
登録実用新案第３０７３９７４号公報

また、内部に多数の気泡が形成された発泡ポリスチレンは公知である。発泡ポリスチレンは、ポリスチレンに窒素ガスやプロパン、ブタン等の液化ガスを混入することにより製造することができる。発泡ポリスチレンは、緩衝材や断熱材、保冷容器等に広く使用されている。

前記特許文献１に開示の発泡体は、それを形成する官製葉書古紙にインクや塗料が付着している場合が多く、インクや塗料に含まれる成分によっては発泡体の焼却時に有害なガスが発生する場合がある。

また、発泡ポリスチレンの原料であるポリスチレンは、構造式が示すように、ベンゼン環を有する鎖状炭化水素高分子であり、その焼却時にベンゼン環の炭素と酸素とが反応して二酸化炭素に変化する。しかし、分子構造上炭素数が多いので、酸素と反応できない残余の炭素が不完全燃焼し、炭素が煤となって焼却時に煤煙が発生する。また、発泡ポリスチレンは、燃焼カロリーが約９０００〜１００００ｃａｌ／ｇであり、その焼却時に焼却炉を損傷してしまう場合がある。

本発明の目的は、焼却時に有害なガスや煤煙が発生することはなく、発泡ポリスチレンと比較してその燃焼カロリーが低い発泡部材を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の前提は、その内部に多数の気泡を有する発泡部材である。

前記前提における本発明の特徴は、発泡部材が、２０〜４０重量％のポリオレフィン系合成樹脂と、平均粒径が３０〜１００μｍの範囲にある４０〜６０重量％の紙パウダーと、平均粒径が５〜１５０μｍの範囲にある２０〜３０重量％の親水性合成高分子と、ポリオレフィン系合成樹脂と紙パウダーと親水性合成高分子とを加熱下に混合した１１０〜１７０℃の高温溶融物に混入する水とから構成され、紙パウダーが広葉樹パルプと針葉樹パルプとのうちの少なくとも一方を粉状に粉砕したセルロース主体の粉砕パルプであり、親水性合成高分子がポリビニルアルコールとポリアクリル酸塩とポリマレイン酸塩とのうちの少なくとも１つであり、水の溶融物に対する重量比が１０〜３０重量％の範囲にあり、水が溶融物の内部において気化することで該溶融物の内部に多数の独立した気泡を形成しつつ、溶融物をその単位体積当たり２０〜４０倍に膨張させ、親水性合成高分子が気泡を包被する膜を形成し、発泡部材の燃焼カロリーが５５００〜６０００ｃａｌ／ｇの範囲、発泡部材の比重が０．０２５〜０．０４０ｇ／ｃｍ^３の範囲にあり、発泡部材の熱伝導率が０．０３ｋｃａｌ／ｍ．ｈ．℃であることにある。

本発明の実施態様の一例としては、発泡部材の帯電電圧が２．０〜２．４ＫＶの範囲にある。

本発明の実施態様の他の一例としては、帯電した発泡部材の帯電電圧減衰時間が１．８〜２．０秒の範囲にある。

本発明に係る発泡部材によれば、ベンゼン環を有さないポリオレフィン系合成樹脂を使用しているので、焼却時に二酸化炭素のみが発生し、有害なガスの発生や煤煙の発生がなく、環境を害することはない。この発泡部材は、耐湿性に優れ、吸湿による物性劣化がなく、長期の使用に耐え得る耐久性がある。

この発泡部材は、その燃焼カロリーが５５００〜６０００ｃａｌ／ｇの範囲にあるので、それを焼却したとしても、焼却炉を傷めることがない。また、この発泡部材は、その比重が０．０３〜０．０３５ｇ／ｃｍ３の範囲にあり、総重量を少なくすることができるので、それを容器や包装材として使用するのに好適である。

添付の図面を参照し、本発明にかかる発泡部材の詳細を説明すると、以下のとおりである。

図１，２は、発泡部材１の斜視図と、図１のＩＩ−ＩＩ線端面図とであり、図３は、発泡部材１の製造方法の一例を示す工程図である。図１，２では、縦方向を矢印Ｘ、横方向を矢印Ｙで示し、厚み方向を矢印Ｚで示す。

発泡部材１は、所与の厚み寸法を有する縦方向へ長い略矩形のものである。発泡部材１は、ポリオレフィン系合成樹脂１０（図３参照）と、紙パウダー１１（図３参照）と、親水性合成高分子１２（図３参照）と、それらを加熱下に混合した高温溶融物に混入する水１３（図３参照）とから構成されている。発泡部材１の内部には、多数の独立した気泡２が形成されている。気泡２は、その大きさが一様ではなく、縦横方向と厚み方向とヘ不連続かつ不規則に延びている。発泡部材１の内部では、親水性高分子１２が気泡２を包被する膜３を形成している。発泡部材１は、その燃焼カロリーが５５００ｃａｌ／ｇ以上であって６０００ｃａｌ／ｇ以下の範囲にあり、その比重が０．０２５ｇ／ｃｍ３以上であって０．０４０ｇ／ｃｍ３以下の範囲にある。発泡部材１は、その帯電電圧が帯電電圧が２．０〜２．４ＫＶの範囲にあり、帯電した発泡部材の帯電電圧減衰時間が１．８〜２．０秒の範囲にある。

ポリオレフィン系合成樹脂１０には、ポリプロピレンとポリエチレンとのうちのいずれか一方、または、それらを所与の割合で混合したものを使用することができる。ポリプロピレンには、ブロック重合ポリプロピレン、ランダム重合ポリプロピレン、ホモ重合ポリプロピレン、メタロセン−ポリプロピレン、のうちから選択された少なくとも１種類を使用することができる。ポリエチレンには、低密度ポリエチレン、リニア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、メタロセン−ポリエチレン、のうちから選択された少なくとも１種類を使用することができる。

紙パウダー１１には、広葉樹パルプと針葉樹パルプとのうちの少なくとも一方を原料としてそれらパルプを粉状に粉砕したセルロース主体の粉砕パルプが使用されている。広葉樹パルプや針葉樹パルプを原料とした紙パウダー１１は、リグニン成分が１％以下のものを使用することが好ましい。

パルプは、機械的パルプ、化学的機械パルプ、半化学的パルプ、化学的パルプ、のいずれであってもよい。

親水性合成高分子１２には、ポリビニルアルコールとポリアクリル酸塩とポリマレイン酸塩とのうちの少なくとも１つが使用されている。なお、親水性合成高分子１２に代えて、親水性天然高分子を使用することもできる。親水性天然高分子には、デンプンを使用することが好ましい。デンプンには、特に限定はなく、とうもろこし、さつまいも、バレイショ、小麦、大麦、米等に含まれるデンプンを使用することができる。親水性天然高分子には、デンプンの他に、ニカワや天然ゴム、寒天を使用することもできる。

水１３は、水道水を使用することができる。水１３には、特に限定はなく、軟水や硬水、純水のいずれであっても使用することができる。

発泡部材１は、ポリオレフィン系合成樹脂１０と紙パウダー１１と親水性合成高分子１２とを加熱下に混合し、それらの高温溶融物に水１３を混入することにより製造することができる。発泡部材１は、図３に示すように、押出機１４を使用して製造され、押出機１４の先端部１４ａに取り付けられたダイ（図示せず）から押し出すことで、図１に示すような板状に成形される。発泡部材１は、ダイの形状によって、板状のみならず、シート状やペレット状に成形することができる。

押出機１４のホッパ１４ｂには、ペレット状の合成樹脂１０と紙パウダー１１と親水性合成高分子１２とが投入される。押出機１の内部では、合成樹脂１０と紙パウダー１１と親水性合成高分子１２とが加熱されるとともに、押出機１のスクリュ（図示せず）を介して合成樹脂１０と紙パウダー１１と親水性合成高分子１２とが混練されて高温の溶融物になる。溶融物では、合成樹脂１０に紙パウダー１１と親水性合成高分子１２とが略均一に分散している。

押出機１４の内部には、押出機１４の略中央部１４ｃからタンク１５に収容された水１３が流入する。押出機１では、溶融物に水１３が混入され、水１３の温度が瞬時に沸点に達し、水１３が気化することで、溶融物の内部に多数の気泡２が形成される。押出機１の内部では、溶融物が所与倍率に膨張し、親水性合成高分子１２が溶融物の内部において気泡２を包被する膜３を形成する。その後、溶融物は、ダイから押し出される。溶融物の膨張倍率は、単位体積当たり約２０〜４０倍である。水１３は、その気化を容易にするため、所要の温度に加熱された温水を使用することがことが好ましい。

合成樹脂１０と紙パウダー１１と親水性合成高分子１２との重量比は、合成樹脂１０が２０重量％以上であって４０重量％以下、紙パウダー１１が４０重量％以上であって６０重量％以下、親水性合成高分子１２が２０重量％以上であって３０重量％以下の範囲にある。合成樹脂１０と紙パウダー１１と親水性合成高分子１２とを混合した溶融物に対する水１３の重量比は、１０重量％以上であって３０重量％以下の範囲にある。

合成樹脂１０が２０重量％未満では、溶融物の内部における発泡が不十分となり、発泡部材１にわずかしか気泡２が形成されず、発泡部材１の硬度が高くなるので、発泡部材１のクッション性が著しく低下してしまう。合成樹脂１０が４０重量％を超過した場合では、紙パウダー１１や親水性合成高分子１２よりも燃焼カロリーが高い合成樹脂１０の割合が増え、発泡部材１の燃焼カロリーが６０００ｃａｌ／ｇを超過してしまう場合がある。

紙パウダー１１が６０重量％を超過しかつ親水性合成高分子１２が３０重量％を超過した場合では、加熱しても流動性を示さない紙パウダー１１と親水性合成高分子１２とが押出機１４の内部における合成樹脂１０の流動性を妨げ、押出機１４の内部において合成樹脂１０と紙パウダー１１と親水性合成高分子１２とが均一に混合されない場合がある。紙パウダー１１が４０重量％未満かつ親水性合成高分子１２が２０重量％未満では、発泡部材１の比重が０．０２５ｇ／ｃｍ３を超過してしまう場合がある。

紙パウダー１１は、その平均粒径が３０μｍ以上であって１００μｍ以下の範囲にある。紙パウダー１１の平均粒径が３０μｍ未満の場合では、パルプを３０μｍ未満の粒径に加工するために複数の工程を必要とするので、紙パウダー１１の生産コストが高くなってしまう。その結果、発泡部材１の生産コストが上昇する。紙パウダー１１の平均粒径が１００μｍを超過した場合では、紙パウダー１１が合成樹脂１０の中で分散不良を起こし、紙パウダー１１が合成樹脂１０の中に嵩高な継粉を形成する場合があり、発泡部材１の内部に紙パウダー１１の塊が形成され、発泡部材１が脆弱となってその耐衝撃性が低下してしまう。

親水性合成高分子１２は、その平均粒径が５μｍ以上であって１５０μｍ以下の範囲にある。親水性合成高分子１２の平均粒径が５μｍ未満の場合では、親水性合成高分子１２を５μｍ未満の粒径に加工するために複数の工程を必要とするので、使用する親水性合成高分子１２の生産コストが高くなってしまう。親水性合成高分子１２の平均粒径が１５０μｍを超過した場合は、親水性合成高分子１２が合成樹脂１０の中で分散不良を起こし、親水性合成高分子１２が合成樹脂１０の中に嵩高な継粉を形成する場合があり、発泡部材１０の内部に親水性合成高分子１２の塊が形成されてしまう。

押出機１４では、水１３を混入する以前の溶融物の温度が１１０℃以上であって１７０℃以下の範囲にあることが好ましい。溶融物の温度が１１０℃未満では、混入する水１３の量にもよるが、水１３が溶融物の内部で瞬時に気化せず、溶融物の内部に多数の気泡２を作ることができない。溶融物の温度が１７０℃を超過した場合では、合成樹脂１０や紙パウダー１１、親水性合成高分子１２の性状が温度によって変化し、特に、紙パウダー１１が黄ばんだり、黒ずんだりすることで、発泡部材１自体が変色してしまう。

発泡部材１を製造するときでは、押出機１４に発泡部材１を着色する着色剤や発泡部材１の嵩を増すための増量剤、合成高分子からなる相溶剤を混入することもできる。相溶剤は、合成樹脂１０と相互に親和性を有するもので、合成樹脂１０と混合物を形成し、合成樹脂１０の流動性を向上させることができ、合成樹脂１０と紙パウダー１１とを接着するバインダーとしての作用を有する。相溶剤の溶融物に対する重量比は、３重量％以上であって５重量％以下の範囲にあることが好ましい。発泡部材１の製造方法では、押出機１４にポリオレフィン系合成樹脂１０と紙パウダー１１と親水性合成高分子１２とを投入し、それらを加熱下に混合するとともに、それらの高温溶融物に水１３を加えるだけなので、その製造が簡単である。この製造方法では、水１３の気化を利用して発泡を行っているので、環境に与える負荷を少なくすることができ、さらに、窒素ガスやプロパン、ブタン等の液化ガスを使用していないので、製造時の安全性が向上する。

参考例では、ポリプロピレンと平均粒径が３０〜１００μｍの紙パウダーと平均粒径が５〜１５０μｍのデンプンとを押出機に供給し、それらを加熱下に混合し、さらに、それらの高温溶融物に水を混入して発泡部材を製造した。溶融物の膨張倍率は、約３０倍である。ポリプロピレンと紙パウダーとデンプンとの重量比は、ポリプロピレンが２５重量％、紙パウダーが５５重量％、デンプンが２５重量％である。溶融物に対する水の重量比は、２５重量％である。本参考例で製造した発泡部材の形状は、図１のそれと同一である。

この発泡部材の物性と発泡ポリスチレンの物性とを比較した表１を以下に示す。

本参考例で製造した発泡部材は、燃焼カロリーが発泡ポリスチレンのそれよりも低いので、それを焼却したときに焼却炉を痛めることはない。この発泡部材は、比重が０．０３３ｇ／ｃｍ^３であり、比重が発泡ポリスチレンのそれよりも低く、総重量を少なくすることができるので、それを容器や包装材として使用するのに好適である。この発泡部材は、熱伝導率が０．０３ｋｃａｌ／ｍ．ｈ．℃であり、熱伝導率が発泡ポリスチレンのそれよりも低いので、断熱効果や保温効果に優れ、それを断熱材や保冷容器として使用するのに好適である。また、この発泡部材は、緩衝材としても使用することができる。この発泡部材は、焼却時に白煙は発生したが煤煙は発生していない。また、燃焼ガスには、ベンゼンやアンモニア等の有毒ガスは含まれていない。本参考例で製造した発泡部材は、その帯電電圧が帯電電圧が２．０〜２．４ＫＶの範囲にあり、帯電した発泡部材の帯電電圧減衰時間が１．８〜２．０秒の範囲にある。

発泡部材の斜視図。図１のＩＩ−ＩＩ線端面図。発泡部材の製造方法の一例を示す工程図。

１発泡部材
２気泡
３膜
１０ポリオレフィン系合成樹脂
１１紙パウダー
１２親水性高分子
１３水
１４押出機
１４ａ先端部

Claims

内部に多数の気泡を有する発泡部材において、
前記発泡部材が、２０〜４０重量％のポリオレフィン系合成樹脂と、平均粒径が３０〜１００μｍの範囲にある４０〜６０重量％の紙パウダーと、平均粒径が５〜１５０μｍの範囲にある２０〜３０重量％の親水性合成高分子と、前記合成樹脂と前記紙パウダーと前記親水性合成高分子とを加熱下に混合した１１０〜１７０℃の高温溶融物に混入する水とから構成され、
前記紙パウダーが、広葉樹パルプと針葉樹パルプとのうちの少なくとも一方を粉状に粉砕したセルロース主体の粉砕パルプであり、前記親水性合成高分子が、ポリビニルアルコールとポリアクリル酸塩とポリマレイン酸塩とのうちの少なくとも１つであり、
前記水の前記溶融物に対する重量比が、１０〜３０重量％の範囲にあり、前記水が、前記溶融物の内部において気化することで該溶融物の内部に多数の独立した気泡を形成しつつ、前記溶融物をその単位体積当たり２０〜４０倍に膨張させ、前記親水性合成高分子が、前記気泡を包被する膜を形成し、
前記発泡部材の燃焼カロリーが、５５００〜６０００ｃａｌ／ｇの範囲、前記発泡部材の比重が、０．０２５〜０．０４０ｇ／ｃｍ^３の範囲にあり、前記発泡部材の熱伝導率が、０．０３ｋｃａｌ／ｍ．ｈ．℃であることを特徴とする前記発泡部材。
前記発泡部材の帯電電圧が、２．０〜２．４ＫＶの範囲にある請求項１に記載の発泡部材。
帯電した前記発泡部材の帯電電圧減衰時間が、１．８〜２．０秒の範囲にある請求項２に記載の発泡部材。