JP5576029B2 - 発泡成形用マスターバッチ及び発泡成形体 - Google Patents
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Description
しかしながら、化学発泡剤は、加熱分解すると分解ガスと同時に発泡残さを生じ、成形体に残った残さが成形体の接着性能に影響を与えることがあった。また、化学発泡剤を使用すると、全てが独立気泡とはならず、どうしても連続気泡となる部分が生じてしまい、気密性が高い発泡成形体を得ることが難しいといった問題点があった。
しかしながら、特許文献2に記載された熱膨張性マイクロカプセルを用いた場合、得られる発泡体の発泡倍率は低く、得られる発泡体の独立気泡を一定の大きさとすることが困難であった。
しかしながら、このような方法を用いた場合でも、依然として成形品の発泡倍率は低いものとなっており、所望の軽量性、断熱性等の性能を得ることができなかった。
以下に本発明を詳述する。
上記ベースレジンとしては、例えば、熱可塑性樹脂等を用いることができる。
上記熱可塑性樹脂としては、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレン等の一般的な熱可塑性樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等のエンジニアリングプラスチックが挙げられる。また、エチレン系、塩化ビニル系、オレフィン系、ウレタン系、エステル系等の熱可塑性エラストマーを使用してもよく、これらの樹脂を併用して使用してもよい。
本発明の発泡成形用マスターバッチにおける上記熱膨張性マイクロカプセルの含有量の下限は、ベースレジンを100重量部に対して10重量部、上限は150重量部である。上記熱膨張性マイクロカプセルの含有量が10重量部未満であると、発泡成形品の断面気泡状態において連続気泡の比率が顕著に多くなる。上記熱膨張性マイクロカプセルの含有量が150重量部を超えると、相対的に化学発泡剤の含有比が低くなり、発泡倍率が低下する。また、上記熱膨張性マイクロカプセルの含有量が150重量部を超えた状態で、更に化学発泡剤を所望の比率となるように添加すると、マスターバッチ中の発泡剤全体の含有量が過剰となり、マスターバッチ作製時に発泡したり、得られる成形体が微発泡となって発泡倍率が低下したりする。上記熱膨張性マイクロカプセルの含有量の好ましい下限は50重量部、好ましい上限は100重量部である。
上記重合性モノマー(I)を添加することで、シェルのガスバリア性を向上させることができる。
上記モノマー混合物(1)では、上記重合性モノマー(I)とラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー(II)とを所定量含有するモノマー混合物を用いることで、充分な強度を有するシェルが得られることから、上記モノマー混合物中に分子内に二重結合を2つ以上有する重合性モノマー(III)を含有しない場合でも、優れた耐剪断性、耐熱性、発泡性を有する熱膨張性マイクロカプセルとすることができる。上述のように充分な強度を有する理由は明確でないが、カルボキシル基同士の脱水縮合反応による架橋が関係していると考えられる。
また、上記重合性モノマー(III)を添加した場合、熱膨張性マイクロカプセルの粒子形状が歪なものとなり、結果として嵩比重が低下してしまう。嵩比重が低下してしまうと、次工程において、特に押出成形を用いてマスターバッチペレットを製造する場合に、熱膨張性マイクロカプセルの粒子に剪断がかかりやすくなるため、安定したマスターバッチが作れず、その後に射出成形等を用いて発泡成形を行う場合に、発泡倍率にバラツキが生じやすくなる。
上記重合性モノマー(III)を含有することにより、シェルの強度を強化することができ、熱膨張時にセル壁が破泡し難くなる。
上記金属カチオン塩(IV)を含有することで、上記ラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー(II)のカルボキシル基との間でイオン架橋が起こることから、架橋効率が上がり、耐熱性を高くすることが可能となる。その結果、高温領域において長時間破裂、収縮の起こらない熱膨張性マイクロカプセルとすることが可能となる。また、高温領域においてもシェルの弾性率が低下しにくいことから、強い剪断力が加えられる混練成形、カレンダー成形、押出成形、射出成形等の成形加工を行う場合であっても、熱膨張性マイクロカプセルの破裂、収縮が起こることがない。
また、共有結合でなくイオン架橋が起こることによって、熱膨張性マイクロカプセルの粒子形状が真球に近くなり、歪みが生じにくくなる。これは、イオン結合による架橋が、共有結合による架橋に比べて結合力が弱いため、重合中のモノマーからポリマーへ転化時において、熱膨張性マイクロカプセルの体積が収縮する際に均一に収縮が生じることが原因と考えられる。
ラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー(II)と金属カチオン塩(IV)との間でイオン結合による架橋が起こることで、上記モノマー混合物中に分子内に二重結合を2つ以上有する重合性モノマー(III)を含有しない場合でも、得られるシェルは充分な強度及び耐熱性を有する。なお、上記重合性モノマー(III)を添加した場合、熱膨張性マイクロカプセルの粒子形状が歪なものとなり、結果として嵩比重が低下してしまう。嵩比重が低下してしまうと、次工程において、特に押出成形を用いてマスターバッチペレットを製造する場合に、熱膨張性マイクロカプセルの粒子に剪断がかかりやすくなるため、安定したマスターバッチが作れず、その後に射出成形等を用いて発泡成形を行う場合に、発泡倍率にバラツキが生じやすくなる。
上記重合開始剤としては、例えば、過酸化ジアルキル、過酸化ジアシル、パーオキシエステル、パーオキシジカーボネート、アゾ化合物等が好適に用いられる。具体例には、例えば、メチルエチルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイドなどの過酸化ジアルキル、イソブチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイドなどの過酸化ジアシル、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、クミルパーオキシネオデカノエート、(α、α−ビス−ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼンなどのパーオキシエステル、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピル−オキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2−エチルエチルパーオキシ)ジカーボネート、ジメトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチルパーオキシ)ジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート、2、2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1’−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)などのアゾ化合物等が挙げられる。
上記揮発性膨張剤は、シェルを構成するポリマーの軟化点以下の温度でガス状になる物質であり、低沸点有機溶剤が好適である。
上記揮発性膨張剤としては、例えば、エタン、エチレン、プロパン、プロペン、n−ブタン、イソブタン、ブテン、イソブテン、n−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、n−へキサン、ヘプタン、石油エーテル等の低分子量炭化水素、CCl3F、CCl2F2、CClF3、CClF2−CClF2等のクロロフルオロカーボン、テトラメチルシラン、トリメチルエチルシラン、トリメチルイソプロピルシラン、トリメチル−n−プロピルシラン等のテトラアルキルシラン等が挙げられる。なかでも、イソブタン、n−ブタン、n−ペンタン、イソペンタン、n−へキサン、石油エーテル、及び、これらの混合物が好ましい。これらの揮発性膨張剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、揮発性膨張剤として、加熱により熱分解してガス状になる熱分解型化合物を用いることとしてもよい。
上記コア剤の含有量が25重量%を超えると、熱膨張性マイクロカプセルと化学発泡剤とを併用する際に、例えば、炭酸水素ナトリウム等の化学発泡剤を用いる場合、分解によって生成したCO2により、熱膨張性マイクロカプセルのシェルが可塑化されやすくなるため、高温時に熱膨張性マイクロカプセルがへたりやすくなる。上記シェルの厚みはコア剤の含有量によって変化するが、コア剤の含有量を減らして、シェルが厚くなり過ぎると発泡性能が低下し、コア剤の含有量を多くすると、シェルの強度が低下する。上記コア剤の含有量を10〜25重量%とした場合、熱膨張性マイクロカプセルのへたり防止と発泡性能向上とを両立させることが可能となる。
なお、本明細書において、最大発泡温度は、熱膨張性マイクロカプセルを常温から加熱しながらその径を測定したときに、熱膨張性マイクロカプセルの径が最大となったとき(最大変位量)における温度を意味する。
上記ゲル分率は、分子内に二重結合を2つ以上有する重合性モノマー(III)による共有結合の架橋の程度を示すものと考えられることから、上記ゲル分率の割合が少ないことは、架橋の形態が共有結合による架橋ではなく、ゲル分率の向上への寄与が少ないイオン結合による架橋(イオン架橋)であることを意味する。なお、イオン架橋である場合にゲル分率向上への寄与が弱いのは、その分子鎖間の架橋の弱さに起因しているものと考えられる。
従って、ゲル分率が40重量%以下であるということは、従来の共有結合による架橋の割合が少なく、ゲル分率の向上への寄与が少ないイオン架橋の割合が高いことを意味する。
なお、上記N,N−ジメチルフォルムアミドは、ポリアクリロニトリルやポリメタクリロニトリル等のポリマーを溶解することが可能な数少ない溶媒であるため、上記熱膨張性マイクロカプセルのゲル分率を測定する際に好適な溶媒である。
更に、上記縮合生成物としては、ジエタノールアミンと脂肪族ジカルボン酸との縮合生成物が好ましく、特にジエタノールアミンとアジピン酸との縮合物やジエタノールアミンとイタコン酸との縮合生成物が好ましい。
なお、上記モノマーを重合するために、重合開始剤が使用されるが、上記重合開始剤は、予め上記油性混合液に添加してもよく、水性分散媒体と油性混合液とを重合反応容器内で攪拌混合した後に添加してもよい。
なお、上記静止型分散装置には水系分散媒体と重合性混合物を別々に供給してもよいし、予め混合、攪拌した分散液を供給してもよい。
更に、熱膨張性マイクロカプセルのシェルが上記ラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー(II)に由来する成分を有する場合、ポリプロピレン樹脂等の樹脂との相分離現象を促進させ、CO2セルを発生しやすくする。
このような方法で得られる本発明の発泡成形体は、高発泡倍率かつ高外観品質が得られ、独立気泡が均一に形成されており、軽量性、断熱性、耐衝撃性、剛性等に優れるものとなり、住宅用建材、自動車用部材、靴底等の用途に好適に用いることができる。
(熱膨張性マイクロカプセルの作製)
重合反応容器に、水8Lと、分散安定剤としてコロイダルシリカ(旭電化社製)5重量部及びポリビニルピロリドン(BASF社製)0.3重量部を投入し、水性分散媒体を調製した。次いで、表1に示した配合量のモノマーからなる油性混合液を水性分散媒体に添加することにより、分散液を調製した。得られた分散液をホモジナイザーで攪拌混合し、窒素置換した加圧重合器(20L)内へ仕込み、加圧(0.2MPa)し、60℃で20時間反応させることにより、反応生成物を調製した。得られた反応生成物について、ろ過と水洗を繰り返した後、乾燥して熱膨張性マイクロカプセル(No.1〜11)を得た。
なお、表1では、重合性モノマー(I)をモノマー(I)、ラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー(II)をモノマー(II)、重合性モノマー(III)をモノマー(III)とした。
粉体状及びペレット状の低密度ポリエチレン100重量部と、滑剤としてステアリン酸10重量部とをバンバリーミキサーで混練し、約100℃になったところで、得られた熱膨張性マイクロカプセル及び/又は所定の化学発泡剤(各配合量は重量部として表2及び表3に示す。)を合計100重量部添加し、更に30秒間混練して押し出すと同時にペレット化し、マスターバッチペレットを得た。
表2及び表3に示す添加量のマスターバッチペレットと、ポリプロピレン樹脂100重量部とを混合し、得られた混合ペレットをアキュムレーターを備えたスクリュー式の射出成形機のホッパーに供給して溶融混練し、射出成形を行い、板状の成形体を得た。なお、成形条件は、シリンダー温度200℃、射出速度60mm/sec、型開遅延時間0秒、金型温度40℃とした。なお、比較例8は、熱膨張性マイクロカプセルのみを含有するマスターバッチペレットと、化学発泡剤のみを含有するマスターバッチペレットとを合計5重量部添加した。
熱膨張性マイクロカプセル(No.1〜11)、及び、実施例1〜9、11〜15、参考例10及び比較例1〜12で得られた成形体について、下記性能を評価した。結果を表1、2及び3に示した。
(1−1)体積平均粒子径
粒度分布径測定器(LA−910、HORIBA社製)を用い、体積平均粒子径を測定した。
熱機械分析装置(TMA)(TMA2940、TA instruments社製)を用い、発泡開始温度(Ts)、最大変位量(Dmax)及び最大発泡温度(Tmax)を測定した。具体的には、試料25μgを直径7mm、深さ1mmのアルミ製容器に入れ、上から0.1Nの力を加えた状態で、5℃/minの昇温速度で80℃から220℃まで加熱し、測定端子の垂直方向における変位を測定し、変位が上がり始める温度を発泡開始温度、その変位の最大値を最大変位量とし、最大変位量における温度を最大発泡温度とした。
ASTM D2765に準拠した方法で、溶媒としてN,N−ジメチルフォルムアミドを用い、ゲル分率を測定した。
(2−1)発泡倍率
発泡後の成形体の板厚を発泡前の成形体の板厚で除した値を算出し、発泡倍率とした。そして成形体10枚の発泡倍率の平均値と標準偏差を求めた。
成形体断面の気泡状態を目視にて観察した。
得られた成形体の密度をJIS K−7112 A法(水中置換法)に準拠した方法により測定した。
比較例9、10は、マスターバッチ中の熱膨張性マイクロカプセル又は化学発泡剤の含有量が少ないため、連続気泡の生成又は発泡倍率が低い値を示した。
比較例11は、マスターバッチ中の熱膨張性マイクロカプセル含有量が過剰であるため、マスターバッチが微発泡しており、その結果、成形品の発泡倍率は低い値を示した。
比較例12は化学発泡剤の含有量が過剰であり、成形品の断面状態は連続気泡の多いものとなった。
Claims (10)
- ベースレジン、熱膨張性マイクロカプセル及び化学発泡剤を含有する発泡成形用マスターバッチであって、
前記ベースレジン100重量部に対して、前記熱膨張性マイクロカプセルを10〜50重量部、及び、前記化学発泡剤を100〜150重量部含有することを特徴とする発泡成形用マスターバッチ。 - 熱膨張性マイクロカプセルは、重合体からなるシェルに、コア剤として揮発性膨張剤が内包されており、前記シェルは、アクリロニトリル、メタクリロニトリル及び塩化ビニリデンから選択される少なくとも1種からなる重合性モノマー(I)40〜90重量%と、カルボキシル基を有し、炭素数が3〜8のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー(II)5〜50重量%とを含有するモノマー混合物を重合させてなる重合体からなることを特徴とする請求項1記載の発泡成形用マスターバッチ。
- モノマー混合物は、アクリロニトリル、メタクリロニトリル及び塩化ビニリデンから選択される少なくとも1種からなる重合性モノマー(I)40〜90重量%と、カルボキシル基を有し、炭素数が3〜8のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー(II)5〜50重量%とを含有し、かつ、分子内に二重結合を2つ以上有する重合性モノマー(III)を含有しないことを特徴とする請求項2記載の発泡成形用マスターバッチ。
- モノマー混合物は、アクリロニトリル、メタクリロニトリル及び塩化ビニリデンから選択される少なくとも1種からなる重合性モノマー(I)40〜90重量%と、カルボキシル基を有し、炭素数が3〜8のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー(II)5〜50重量%と、分子内に二重結合を2つ以上有する重合性モノマー(III)0.2重量%以下と、金属カチオン塩(IV)0.1〜10重量%とを含有することを特徴とする請求項2記載の発泡成形用マスターバッチ。
- モノマー混合物は、アクリロニトリル、メタクリロニトリル及び塩化ビニリデンから選択される少なくとも1種からなる重合性モノマー(I)40〜90重量%と、カルボキシル基を有し、炭素数が3〜8のラジカル重合性不飽和カルボン酸モノマー(II)5〜50重量%と、金属カチオン塩(IV)0.1〜10重量%とを含有し、かつ、分子内に二重結合を2つ以上有する重合性モノマー(III)を含有しないことを特徴とする請求項2記載の発泡成形用マスターバッチ。
- 熱膨張性マイクロカプセルは、コア剤を10〜25重量%含有することを特徴とする請求項2、3、4又は5記載の発泡成形用マスターバッチ。
- 熱膨張性マイクロカプセルは、ASTM D2765に準拠した方法で、N,N−ジメチルフォルムアミドを用いて測定したゲル分率が40重量%以下であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の発泡成形用マスターバッチ。
- 熱膨張性マイクロカプセルは、最大発泡温度が190℃以上であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の発泡成形用マスターバッチ。
- 化学発泡剤は、無機系化学発泡剤又は有機系化学発泡剤であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の発泡成形用マスターバッチ。
- 請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の発泡成形用マスターバッチを用いてなることを特徴とする発泡成形体。
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