JP5710930B2 - ポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法、及び型内成形用ポリオレフィン系樹脂発泡粒子 - Google Patents
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Landscapes
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Molding Of Porous Articles (AREA)
Description
[1]
ポリオレフィン系樹脂発泡粒子を成形型内に充填して水蒸気にて加熱することにより発泡粒子を相互に融着させる発泡粒子成形体の製造方法において、
該ポリオレフィン系樹脂発泡粒子として、分散剤が付着しているポリオレフィン系樹脂発泡粒子の表面にアニオン系界面活性剤を3mg/m 2 以上付着させてなるものを使用することを特徴とするポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
[2]
前記アニオン系界面活性剤がポリアクリル酸塩である、前記1に記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
[3]
前記アニオン系界面活性剤がアルカンスルホン酸塩である、前記1に記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
[4]
前記分散剤が珪酸塩鉱物である、前記1〜3のいずれかに記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
[5]
前記ポリオレフィン系樹脂発泡粒子の前記アニオン系界面活性剤の付着量が20mg/m2以上である、前記1〜4のいずれかに記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
[6]
前記ポリオレフィン系樹脂発泡粒子がポリプロピレン系樹脂発泡粒子である、前記1〜5のいずれかに記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
[7]
分散剤が付着しているポリオレフィン系樹脂発泡粒子の表面にアニオン系界面活性剤が20mg/m2以上付着していることを特徴とする型内成形用ポリオレフィン系樹脂発泡粒子。
また、特に、クラッキング充填成形などの型内成形方法において薄肉部分における発泡粒子の圧縮充填率が高い場合や、圧縮充填成形などの型内成形方法において発泡粒子の金型内への圧縮充填率が高い場合において、圧縮充填率が高い部分への水蒸気のまわりが悪くなることにより発生する発泡粒子の融着不良の課題が解決できる。また、本発明の製造方法は、圧縮充填率が高い型内成形方法だけでなく、厚肉形状の型内成形においても発泡粒子の融着性改善効果が得られる。したがって、多様な厚みを持ったポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体、特に発泡粒子相互の融着性が不充分になり易いという課題のあった、発泡倍率が低く、薄肉部を有する発泡粒子成形体や薄肉の発泡粒子成形体の型内成形において発泡粒子の融着性良好なものを得ることができる。
本発明の発泡粒子においては、上記のとおり、分散剤が付着しているポリオレフィン系樹脂発泡粒子であっても、該発泡粒子の表面にアニオン系界面活性剤を3mg/m 2 以上付着させることによって、従来の分散剤の洗浄除去操作を行った発泡粒子と比して同等以上の型内成形時融着性を示すものである。特に、圧縮充填率が高い型内成形時に優れた融着性を示すものである。
本発明の特徴は、特公昭49−2183号公報、特公昭56−1344号公報、特公昭62−61227号公報などに記載の従来公知の分散媒放出発泡方法により製造される分散剤が付着しているポリオレフィン系樹脂発泡粒子(以下、単に発泡粒子とも言う。)を用い、該発泡粒子の表面にアニオン系界面活性剤(以下、単に界面活性剤とも言う。)を付着させることにある。分散剤が付着している発泡粒子は、型内成形時において、該無機物が発泡粒子相互の融着性が阻害される。しかしながら、本発明においては、分散剤が付着している発泡粒子であっても、更に発泡粒子表面に界面活性剤を付着させたものを成形型に充填し水蒸気による加熱を行う型内成形に使用することにより、該型内成形時の発泡粒子相互の融着性が改善されるものである。
なお、本発明における発泡粒子表面へのアニオン系界面活性剤の付着においては、発泡粒子へアニオン系界面活性剤を塗布する方法や発泡粒子とアニオン系界面活性剤とを混合機で混ぜる方法等により、該界面活性剤が発泡粒子の表面に存在していればよい。発泡粒子の表面を完全に覆っている態様が好ましい。しかし、本発明においては、必ずしも発泡粒子の表面が完全に覆われている必要はなく、発泡粒子表面に該界面活性剤にて覆われていない部分を有する態様も本発明に包含される。
そして、発泡粒子の型内成形時の融着性においては、発泡粒子表面積あたりの分散剤付着量が重要である。例えば、同じ重量で発泡粒子の表面への分散剤付着量が100重量ppmの見かけ密度が異なる2種類の発泡粒子において、両者の型内成形時の融着性を比較すると、見かけ密度の小さな発泡粒子の方が融着性に優れることが分かる。即ち、発泡粒子表面積あたりの分散剤存在量(mg/m2)が少ない上記の見かけ密度の小さな発泡粒子の方が、型内成形時に相互に接触している発泡粒子間に介在する分散剤の量が相対的に少なくなることにより、分散剤による該融着性の阻害が起こり難くなる。
一般に、発泡粒子表面積あたりの分散剤付着量が多いほど、発泡粒子同士の熱融着が低下するが、本発明においては該付着量が5mg/m2以上であっても、十分な型内成形時の発泡粒子の融着性が確保される。本発明において発泡粒子の融着性改善効果は、発泡粒子の表面への分散剤付着量が、特に5〜400mg/m2の範囲内、更に5〜100mg/m2、更に5〜50mg/m2の範囲で効果的である。なお、酸洗浄などの発泡粒子の洗浄を行ない分散剤の付着量を低減した発泡粒子においては、該表面積あたりの付着量は、多くとも3mg/m2であり、通常0mg/m2である。
分散剤が表面に付着した発泡粒子を80℃、3時間の条件にて乾燥し、さらに、シリカゲル入りデシケーターで3時間放置した後、嵩体積で約280mlの発泡粒子をルツボに採り精秤後、電気炉を用いて微通気可能な条件下、摂氏600℃、1時間の加熱条件で完全酸化させ、灰化するまで加熱して残った灰分をシリカゲル入りデシケーターで3時間放置した後、加熱後の灰分重量を加熱前の発泡粒子重量で割算した値を発泡粒子の単位重量当りの燃焼残渣重量(mg/g)とする。
また、発泡前の樹脂粒子について、発泡粒子の単位重量当りの燃焼残渣重量の測定と同様の操作で、灰化するまで加熱して残った灰分の重量を、加熱前の樹脂粒子重量で割算した値を樹脂粒子の単位重量当りの燃焼残渣重量(mg/g)とする。
相対湿度50%、23℃、1atmの条件にて2日放置した500個以上の発泡粒子の重量を精秤する(発泡粒子群の重量W1)。次に、23℃のエタノールの入ったメスシリンダーを用意し、前記発泡粒子群を、金網などを使用して沈めて、エタノール水位上昇分より読みとられる発泡粒子群の容積を求める。該発泡粒子群の容積をその発泡粒子群を構成する発泡粒子の個数にて除することにより発泡粒子1個あたりの容積V1を求める。
次に、発泡粒子を真球と仮定し、球の体積公式(V1=4πR13/3)と該容積V1から発泡粒子群の真球相当半径R1(m)を導き、真球相当半径R1(m)を球の表面積公式(S1=4πR12)に代入して求められる値S1を、発泡粒子1個あたりの表面積(m2)とする。
前記したポリオレフィン系樹脂の中でも、機械的強度と耐熱性とのバランスに特に優れることからポリプロピレン系樹脂が好ましく用いられる。
カルボン酸型界面活性剤としては、脂肪族モノカルボン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸塩、N-アルシルサルコシン塩、N-アシルグルタミン酸塩などが挙げられる。
上記脂肪族モノカルボン酸塩としてはラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ツベルクステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、モンタン酸、パルミトイル酸、オレイン酸、マレイン酸、バクセン酸、リノール酸、リノレン酸、エレオステアリン酸、アラキドン酸、エルカ酸、ネルボン酸などのナトリウム、及びカリウム塩が挙げられる。上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸塩としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテルカルボン酸などのナトリウム、及びカリウム塩が挙げられる。上記N-アルシルサルコシン塩としては、オレオイルサルコシンナトリウム塩などが挙げられる。上記N-アシルグルタミン酸塩としては、オレオイルグルタミンナトリウム塩などが挙げられる。
上記ジアルキルスルホコハク酸塩としてはジオクチルスルホコハク酸ナトリウム塩が好ましく挙げられる。上記アルカンスルホン酸塩としてはオレイルスルホン酸ナトリウム塩が好ましく挙げられる。上記アルキルベンゼンスルホン酸塩としてはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩が好ましく挙げられる。上記アルキルナフタレンスルホン酸塩としてはドデシルナフタレンスルホン酸ナトリウム塩が好ましく挙げられる。上記ホルムアルデヒド縮合物アルキルナフタレンスルホン酸塩としてはホルムアルデヒド縮合物ドデシルナフタレンスルホン酸ナトリウム塩が好ましく挙げられる。上記アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩としてはラウリルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム塩が好ましく挙げられる。
上記アルキルエーテルリン酸塩としては、ラウリルエーテルリン酸ジナトリウムが挙げられる。上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸ジナトリウムが挙げられる。上記ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸塩としては、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテルリン酸ジナトリウム等が挙げられる。
前記アニオン系界面活性剤水溶液のpHは、pH調整剤をアニオン系界面活性剤水溶液中に添加することによっても調整することができる。pH調整剤としては炭酸ナトリウム塩、ケイ酸ナトリウム塩、リン酸ナトリウム塩、炭酸カリウム塩、リン酸カリウム塩、炭酸リチウム塩、リンリチウム酸などが挙げられる。
なお、本明細書において、HLBはデイビス法を用いて、式:(7+Σ(親水基の個数)−Σ(親油基の個数))にて求められる1〜40の値である。なお、HLB値が計算上40を超えるものに関してはHLB値を40とする。
また、前記アニオン系界面活性剤の内で高分子型界面活性剤の数平均分子量は、2000〜200000、より好ましくは特に3000〜50000であり、さらに好ましくは3000〜6000である。
該分子量が上記範囲内であることにより、前述の洗浄能力が強まり、融着性向上効果が高くなる。また、水への溶解性の良化や水溶液の低粘度粘度化の観点から、工業的に扱いやすいものとなる。
なお、本明細書においてアニオン系界面活性剤の分子量は、分子式を基に原子式量から算出することによって求められる値であるが、高分子型界面活性剤の数平均分子量は、GPC測定によるポリエチレングリコール換算値である。
なお、TOCの測定は島津全有機炭素計TOC−VCSHを用いて、TC−IC法にて行なうことができる。具体的には、次のように行なう。
(1)機器の更正を、TC(全炭素量測定)については0〜20mgC/Lのフタル酸水素カリウム水溶液使用にて行い、IC(無機炭素分測定)については0〜20mgC/Lの炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウム1:1(モル比)混合溶液使用にて行う。
(2)次に、メーカーの測定した既知濃度の界面活性剤を10000〜20000倍希釈した水溶液を作成する。
(3)界面活性剤希釈水溶液のTC値およびIC値を測定し、TC値からIC値を減算した値をTOC値として、各種界面活性剤のTOC値と濃度で検量線を作成する。
(4)室温摂氏25℃条件で界面活性剤を被覆した発泡粒子を約10gと純水100mlを密閉可能なガラス容器に封入し、良密閉状態で1分間振盪し、純水に界面活性剤を抽出する。
続いて、ガラス濾紙で抽出液を濾過し、そのTOC値を測定する。既知濃度の界面活性剤希釈溶液から作製した検量線を基に抽出液TOC値から界面活性剤濃度を算出し、該濃度と界面活性剤抽出溶液量と測定に使用した約10gの発泡粒子群を構成する発泡粒子の個数に基づき発泡粒子1個あたりの界面活性剤付着量(mg)を算出する。次いで発泡粒子1個あたりの界面活性剤付着量(mg)を前述の方法にて求められる発泡粒子1個あたりの表面積(m2)にて除して発泡粒子単位表面積あたりの界面活性剤付着量(mg/m2)を求める。
発泡粒子を大気圧下、相対湿度50%、23℃の条件の恒温室内にて10日間放置する。次に同恒温室内にて約500mlの該発泡粒子(発泡粒子群の重量W1(g))を金網などの道具を使用して温度23℃の水の入ったメスシリンダー中に沈める。そして、金網等の道具の水面下の体積を差し引いた、水位上昇分より読みとられる発泡粒子群の容積V1(L)を測定し、メスシリンダーに入れた発泡粒子群の重量W1を容積V1で割り算(W1/V1)することにより見かけ密度を求める。
また、本発明の発泡粒子を用いると、該発泡粒子は相互の融着性が優れていることから、厚肉形状の大型成形体から、スライスにより任意の厚みの平板の切り出しやダイカットを行なうことにより、発泡粒子間の剥離がない製品を得ることが可能となる。
各種ポリオレフィン系樹脂に種々の添加剤を押出機内で200〜220℃に加熱溶融して混練した後、ストランド状に押出し、次いでペレタイザーで切断し、ポリオレフィン系樹脂粒子1〜7を得た。得られたポリオレフィン系樹脂粒子の性状を表1に示した。
ポリオレフィン系樹脂粒子と、分散媒体としての水、分散剤としてのカオリン、マイカ、酸化チタン、又は第三リン酸カルシウム、分散助剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムと硫酸アルミニウムを、表2に示すとおり配合し、攪拌機を備えたオートクレーブ内に仕込み、発泡剤としての二酸化炭素または空気をオートクレーブ内に圧入し、攪拌下にて昇温し、発泡温度で15分間保持した後、オートクレーブ中の内容物を大気圧下に放出し、表2に示す発泡粒子を得た。そのポリオレフィン系発泡粒子を40℃、湿度50%のオーブン内で12時間乾燥後、見かけ密度を測定した。なお、表2中の発泡粒子5は、上記操作で得られた発泡粒子に対して二段発泡を行って得られたものである。
なお、オートクレーブ内の各種添加物の配合比、発泡温度、得られた発泡樹脂粒子の性状、分散剤の付着量等を表2に示す。
〔アニオン性界面活性剤が付着した発泡粒子の製造〕
上記の方法で得られた表2に示したポリオレフィン系樹脂発泡粒子1〜9と表3に示した界面活性剤1〜11、pH調整剤(pH調整剤は実施例4のみ使用)を表4−1〜4−4および表5に示した割合、コーティング方法にて付着させ、処理後の発泡粒子を40℃、湿度50%のオーブン内で12時間乾燥し、界面活性剤が付着されたポリオレフィン系樹脂発泡粒子を得た。
尚、表3に示したpHは界面活性剤有効成分量で40gを純水1Lに溶解させた溶液を測定温度23℃の条件で測定した値を示す。また、表4−1〜4−4および表5に示したpHはコーティング時に使用した界面活性剤溶液を測定温度23℃の条件で測定した値を示す。
表4−1〜4−4におけるコーティング方法:ブレンダーとは、ポリオレフィン系樹脂発泡粒子25Lと界面活性剤溶液、pH調整剤(pH調整剤は実施例4のみ使用)をブレンダーに投入し、15分間攪拌混合する操作方法を意味する。
また、表5におけるコーティング方法:スプレーとは、ポリオレフィン系樹脂発泡粒子1.5kgを、端にブロワーをつないだ配管内にスプレーノズルを設置してある長さ10m、内径20cmの配管内を空送し、空送時にスプレーノズルから界面活性剤溶液を噴霧し、発泡粒子に塗布する操作方法を意味する。
上記の方法で得られた表2に示したポリオレフィン系樹脂発泡粒子1〜9を、界面活性剤によるコーティングを行なわず、そのまま使用した。なお、比較例15においては、1.5kgのポリオレフィン系樹脂発泡粒子1を、端にブロワーをつないだ配管内にスプレーノズルを設置してある長さ10m、内径20cmの配管内を空送し、空送時にスプレーノズルから水を噴霧する操作方法を行なって得られた発泡粒子を使用した。
上記方法で得られた実施例および比較例の発泡粒子を平板金型内にクラッキング充填し、表4−1〜4−4および表5に示す成形条件で水蒸気にて加熱して、発泡粒子を二次発泡させ、発泡粒子を相互に融着させた後に、金型を水冷し、面圧が0.04MPa(G)まで低下したことを確認してから、金型から取り出して発泡粒子成形体を得た。
表4−1〜4−4および表5に発泡粒子成形体の内部融着性評価において合格になった時の下限飽和蒸気圧等についての結果を示した。
[発泡粒子成形体の密度]
温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間放置した発泡粒子成形体の外形寸法から体積を求めた。次いで該発泡粒子成形体の重量を発泡粒子成形体の外形寸法から体積にて除し、単位換算することによりポリオレフィン系発泡粒子成形体の密度(g/L)求めた。
発泡粒子を示差走査熱量測定:JIS K7121(1987年)にて10℃/分の昇温速度で常温から200℃まで昇温することにより得られる1回目のDSC曲線に基づき発泡粒子の表面が溶融する温度の下限を予想し、該下限温度に相当する飽和蒸気圧の水蒸気による発泡粒子の型内成形を行い得られた発泡粒子成形体について下記の発泡粒子相互の融着性の評価を行い発泡粒子成形体の融着率が50%未満であることを確かめる。次いで、水蒸気の飽和蒸気圧を0.01MPa高く設定する以外は、同様にして上記の融着性の評価を行った。水蒸気の飽和蒸気圧を0.01MPa高く設定して融着性の評価を行う操作を、発泡粒子成形体の融着率が80%以上となるまで順次行い、融着率が80%以上となった時の飽和蒸気圧(融着率が80%以上となる最低の飽和蒸気圧)を型内成形時の下限飽和蒸気圧とした。
また、上記のポリオレフィン系発泡粒子成形体の融着率とは、ポリオレフィン系発泡粒子成形体を折り曲げ略等分に破断させ、破断面を観察して破断面に存在している破断している発泡粒子の数を、該破断面に存在している全ての発泡粒子の数にて除した値の百分率である。
Claims (7)
- ポリオレフィン系樹脂発泡粒子を成形型内に充填して水蒸気にて加熱することにより発泡粒子を相互に融着させる発泡粒子成形体の製造方法において、
該ポリオレフィン系樹脂発泡粒子として、分散剤が付着しているポリオレフィン系樹脂発泡粒子の表面にアニオン系界面活性剤を3mg/m 2 以上付着させてなるものを使用することを特徴とするポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。 - 前記アニオン系界面活性剤がポリアクリル酸塩である、請求項1に記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
- 前記アニオン系界面活性剤がアルカンスルホン酸塩である、請求項1に記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
- 前記分散剤が珪酸塩鉱物である、請求項1〜3のいずれかに記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
- 前記ポリオレフィン系樹脂発泡粒子の前記アニオン系界面活性剤の付着量が20mg/m2以上である、請求項1〜4のいずれかに記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
- 前記ポリオレフィン系樹脂発泡粒子がポリプロピレン系樹脂発泡粒子である、請求項1〜5のいずれかに記載のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体の製造方法。
- 分散剤が付着しているポリオレフィン系樹脂発泡粒子の表面にアニオン系界面活性剤が20mg/m2以上付着していることを特徴とする型内成形用ポリオレフィン系樹脂発泡粒子。
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