JP5876789B2 - 発泡成形体及び樹脂発泡容器 - Google Patents
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Description
発泡成形体を製造するための原料である発泡性粒子として、発泡性ポリスチレン樹脂粒子が汎用されており、例えば次のようにして発泡成形体が得られている。即ち、発泡性ポリスチレン樹脂粒子のような発泡性粒子を蒸気で加熱して予備発泡させて予備発泡粒子を得る。得られた予備発泡粒子を金型のキャビティ内に充填する。次いで、充填された予備発泡粒子を蒸気で二次発泡させつつ、予備発泡粒子同士を熱融着により一体化させることで発泡成形体を得ることができる。この発泡成形体の製造方法は、ビーズ法と称されている。
この倍数差について発明者等は、更に検討したところ、発泡成形体全体の倍数と発泡成形体表層部の倍数との差が所定の範囲であれば、曲げ強度を向上できることを見出し、発明を完成するに至った。
前記領域が、その全体の倍数をW1及びその表層部の倍数をW2とした場合、6倍以上、10倍未満の差(W1−W2)の関係を有し、
前記発泡ポリスチレン系樹脂粒子が、ポリスチレン系樹脂粒子に発泡剤を含浸し、次いで発泡させることにより得られ、
前記ポリスチレン系樹脂粒子は、
(1)中心部が、スチレン系単量体と単官能アクリル酸エステルの重合体に由来する樹脂成分を表層より多く含む
(2)前記表層が、スチレン系単量体と多官能ビニル系モノマーの重合体に由来する樹脂成分を前記中心部より多く含む
(3)前記表層が、25万〜60万の範囲の重量平均分子量を有する
の構成を有することを特徴とする発泡成形体が提供される。
更に、本発明によれば、上記発泡成形体を少なくとも含む樹脂発泡容器が提供される。
また、倍数W1が10〜100倍である場合、より曲げ強度の向上した発泡成形体を提供できる。
更に 発泡ポリスチレン系樹脂粒子が、ポリスチレン系樹脂粒子に発泡剤を含浸し、次いで発泡させることにより得られ、前記ポリスチレン系樹脂粒子は、
(1)中心部が、スチレン系単量体と単官能アクリル酸エステルの重合体に由来する樹脂成分を表層より多く含む
(2)前記表層が、スチレン系単量体と多官能ビニル系モノマーの重合体に由来する樹脂成分を前記中心部より多く含む
(3)前記表層が、25万〜60万の範囲の重量平均分子量を有する
の構成を有する場合、より少ない成形蒸気量で曲げ強度の向上した発泡成形体を提供できる。
領域が樹脂発泡容器の側面に位置する場合、曲げ強度の向上により輸送時に容器を段積した際の崩れや輸送作業時の割れを防止できる。
本発明の発泡成形体は、複数の発泡ポリスチレン系樹脂粒子の融着体であり、0.5〜10cmの厚さの領域を少なくとも有している。この0.5〜10cmの厚さの領域は、その全体の倍数をW1及びその表層部の倍数をW2とした場合、6倍以上、10倍未満の差(W1−W2)を有している。発泡成形体は、例えば、魚、農産物等の梱包材や樹脂発泡容器、床断熱用の断熱材、盛土材、畳の芯材等に使用できる。本発明によれば、従来の発泡成形体より、同じ厚さであれば曲げ強度が約10%増強された(向上した)発泡成形体を提供でき、曲げ強度を同じにすれば約5%軽量化された発泡成形体を提供できる。
特定の倍数差を有する0.5〜10cmの厚さの領域は、発泡成形体の少なくとも1部に存在すればよく、この領域以外は10cmより厚くてもよく、発泡成形体全体がこの厚さの領域からなっていてもよい。ここで、0.5〜10cmの厚さとした理由は、発泡成形体を例えば容器形状とした場合、崩れや割れ防止のための曲げ強度の向上が望まれているためである。なお、この領域は、1〜8cmの範囲の厚さであることがより好ましい。
W1とW2との差(W1−W2)は、6倍以上、10倍未満であるが、6倍未満の場合は、十分な曲げ強度が得られないことがあり、10倍以上の場合は、曲げ強度が低下することがある。差(W1−W2)は、より好ましくは6〜9倍であり、更に好ましくは6〜8倍である。ここで、表層部とは、上記領域を厚さ方向に4分割した場合、最表層を含む分割区分を意味する。
W2は、4〜90倍であることが好ましい。4倍未満の場合、十分な曲げ強度が得られないことがある。90倍より大きい場合も曲げ強度が低下することがある。
(a)ポリスチレン系樹脂
ポリスチレン系樹脂はスチレン系モノマー由来の樹脂成分を含む。スチレン系モノマーとしては、特に限定されず、公知のモノマーをいずれも使用できる。例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ジメチルスチレン、ブロモスチレン等が挙げられる。これらスチレン系モノマーは、一種類でも、複数種の混合物であってもよい。好ましいスチレン系モノマーは、スチレンである。
発泡成形体は、スチレン系モノマー由来の樹脂成分のみからなっていてもよいが、より曲げ強度を向上させる観点から単官能アクリル酸エステル由来の樹脂成分及び/又は多官能ビニル系モノマー由来の樹脂成分を更に含むことが好ましい。
単官能アクリル酸エステル由来の樹脂成分及び/又は多官能ビニル系モノマー由来の樹脂成分は、スチレン系モノマー由来の樹脂成分と共重合していてもよく、共重合していなくてもよい。より曲げ強度を向上させる観点から、共重合していることが好ましい。
共重合可能な単官能アクリル酸エステルとしては、炭素数3〜20のエステル部分を有するモノマーが挙げられる。この範囲の炭素数のエステルのモノマーを使用することで、より曲げ強度が改善された発泡成形体を提供できる。具体的な単官能アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸テトラデシル、(メタ)アクリル酸ヘプタデシル等が挙げられる。炭素数3以上のアルキル基は、直鎖状のアルキル基以外に、イソ構造、sec構造やtert構造のような構造異性のアルキル基も含む。
多官能ビニル系モノマー由来の樹脂成分は、特に限定されないが、スチレン系モノマーと共重合可能なモノマーに由来する樹脂成分が好ましい。
多官能性ビニル系モノマーは、ビニル基を2〜15個有するモノマーであることが好ましい。このような特定数のビニル基を有する多官能性ビニル系モノマーに由来する樹脂成分を含む樹脂粒子は、より曲げ強度に優れた発泡成形体を提供可能である。ビニル基数は、発泡成形体の発泡成形性向上の観点から、2〜5個であることがより好ましい。
ポリスチレン系樹脂粒子を構成するスチレン系モノマー由来の樹脂成分と単官能アクリル酸エステル由来の樹脂成分と多官能ビニル系モノマー由来の樹脂成分の割合は、1:0.05〜0.25:0.6〜1(質量比)の範囲であることが好ましい。
単官能アクリル酸エステル由来の樹脂成分が0.05より少ない場合、所望の強度の発泡成形体を得るには発泡成形時の蒸気圧を高く維持する必要があり、省エネルギー性に劣ることがある。0.25より多い場合、高倍の発泡成形体を得ることが困難となることがある。
より好ましい割合は1:0.08〜0.25:0.6〜0.9の範囲であり、更に好ましい割合は1:0.08〜0.20:0.7〜0.9の範囲である。
また、単官能アクリル酸エステル由来の樹脂成分中、スチレン系モノマーと共重合した成分が占める割合は、70質量%以上であることが好ましい。一方、多官能ビニル系モノマー由来の樹脂成分中、スチレン系モノマーと共重合した成分が占める割合は、70質量%以上であることが好ましい。
なお、上記モノマー由来の樹脂成分の割合は、原料としてのモノマーの割合と実質的に一致している。
発泡成形体は、複数の発泡ポリスチレン系樹脂粒子の融着体からなる。融着前の発泡ポリスチレン系樹脂粒子(予備発泡粒子)は、ポリスチレン系樹脂粒子に発泡剤を含浸し、次いで発泡させることにより得られる。このポリスチレン系樹脂粒子は、単官能アクリル酸エステル由来の樹脂成分が下記する分布で存在する粒子であることが、曲げ強度をより向上させる観点から好ましい。
即ち、単官能アクリル酸エステル由来の樹脂成分は、ポリスチレン系樹脂粒子の中心部に多く含まれていることが好ましい。中心部に多く含まれることで、より曲げ強度の向上した発泡成形体を提供できる。ここで、中心部とは粒子中心から粒子半径の約15%以内の領域を意味する。なお、発明者等は、予備発泡粒子及び発泡成形体の融着体を構成する個々の発泡ポリスチレン系樹脂粒子においても、ポリスチレン系樹脂粒子と同様の単官能アクリル酸エステル由来の樹脂成分の分布で存在していると推測している。
ATR法は、試料とATRプリズムとを密着させるだけでスペクトルを測定できるという簡便さ、深さ数μmまでの表面分析が可能である等の理由で高分子材料等の有機物をはじめ、種々の物質の表面分析に広く利用されている。
なお、吸光度D1600及び吸光度D1735は、測定対象にその表面から入射した波長1600cm-1と1735cm-1の光が測定対象から測定機器へ反射する際に、光が測定対象中を移動しうる領域(例えば、表面から深さ数μmまでの領域)を意味する。
ポリスチレン系樹脂粒子の中心部の吸光度比は、0.40〜0.80の範囲であることが好ましい。吸光度比が0.40未満の場合、所望の曲げ強度の発泡成形体を得るには発泡成形時の蒸気圧を高く維持する必要があり、省エネルギー性に劣ることがある。吸光度比が0.80より大きい場合、所望の曲げ強度の発泡成形体が得られないことがある。好ましい吸光度比は0.40〜0.70の範囲であり、より好ましい吸光度比は0.50〜0.70の範囲である。
ポリスチレン系樹脂粒子の半径50%の部分の吸光度比は、0.15〜0.65の範囲であることが好ましい。吸光度比が0.15未満の場合、所望の曲げ強度の発泡成形体を得るには発泡成形時の蒸気圧を高く維持する必要があり、省エネルギー性に劣ることがある。吸光度比が0.65より大きい場合、曲げ強度に優れた発泡成形体が得られないことがある。好ましい吸光度比は0.20〜0.60の範囲であり、より好ましい吸光度比は0.20〜0.50の範囲である。
多官能ビニル系モノマー由来の樹脂成分は、ポリスチレン系樹脂粒子の表層に多く含まれている。表層に多く含まれることで、曲げ強度の向上した発泡成形体を与えうる、ポリスチレン系樹脂粒子を提供できる。
多官能ビニル系モノマー由来の樹脂成分は、種々の方法で存在位置を確認できる。その一方法として、全粒子と表層の重量平均分子量を例えばGPC法で測定し、両者を比較する方法がある。即ち、多官能ビニル系モノマーは、ポリスチレン系樹脂粒子の製造時に、架橋剤として分子量をより高くする役割も有する。従って、全粒子と表層の重量平均分子量を比較して、全粒子に対して表層の重量平均分子量が高ければ、表層に多官能ビニル系モノマー由来の樹脂成分が存在していると類推できる。
他の成分としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル等の樹脂成分が挙げられる。
また、物性を損なわない範囲内において、難燃剤、難燃助剤、可塑剤、滑剤、結合防止剤、融着促進剤、帯電防止剤、展着剤、気泡調整剤、架橋剤、充填剤、着色剤等の添加剤が含まれていてもよい。
難燃助剤としては、2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン、3,4−ジメチル−3,4−ジフェニルヘキサン、ジクミルパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイドの有機過酸化物が挙げられる。
可塑剤としては、フタル酸エステル、グリセリンジアセトモノラウレート、グリセリントリステアレート、ジアセチル化グリセリンモノステアレート等のグリセリン脂肪酸エステル、ジイソブチルアジペートのようなアジピン酸エステル等が挙げられる。
結合防止剤としては、例えば、炭酸カルシウム、シリカ、ステアリン酸亜鉛、水酸化アルミニウム、エチレンビスステアリン酸アミド、第三リン酸カルシウム、ジメチルシリコン等が挙げられる。
融着促進剤としては、例えばステアリン酸、ステアリン酸トリグリセリド、ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、ステアリン酸ソルビタンエステル、ポリエチレンワックス等が挙げられる。
帯電防止剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ステアリン酸モノグリセリド、ポリエチレングリコール等が挙げられる。
展着剤としては、ポリブテン、ポリエチレングリコール、シリコンオイル等が挙げられる。
気泡調整剤としては、メタクリル酸エステル系共重合ポリマー、エチレンビスステアリン酸アミド、ポリエチレンワックス、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。
発泡成形体は、例えば以下の方法により得ることができる。
予備発泡粒子を多数の小孔を有する閉鎖金型内に充填し、熱媒体(例えば、加圧水蒸気等)で加熱発泡させ、予備発泡粒子間の空隙を埋めると共に、予備発泡粒子を相互に融着させることにより一体化させることで、発泡成形体を製造できる。その際、発泡成形体の密度は、例えば、金型内への発泡粒子の充填量、蒸気量、成形時間等を調整する等して調製できる。
予備発泡粒子は、ポリスチレン系樹脂粒子に発泡剤を含浸して発泡性粒子を得、発泡性粒子を発泡させることにより得られる。
ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法は特に限定されない。例えば、ポリスチレン系樹脂からなる種粒子に、スチレン系モノマーを含むモノマー混合物を吸収させ重合させることで、樹脂粒子を得ることができる。
種粒子は、公知の方法で製造されたものを用いることができ、例えば、(i)ポリスチレン系樹脂を押出機で溶融混練し、ストランド状に押し出し、ストランドをカットすることにより種粒子を得る押出方法、(ii)水性媒体、スチレン系モノマー及び重合開始剤をオートクレーブ内に供給し、オートクレーブ内において加熱、攪拌しながらスチレン系モノマーを懸濁重合させて種粒子を製造する懸濁重合法、(iii)水性媒体及びポリスチレン系樹脂粒子をオートクレーブ内に供給し、ポリスチレン系樹脂粒子を水性媒体中に分散させた後、オートクレーブ内を加熱、攪拌しながらスチレン系モノマーを連続的にあるいは断続的に供給して、ポリスチレン系樹脂粒子にスチレン系モノマーを吸収させつつ重合開始剤の存在下にて重合させて種粒子を製造するシード重合法等が挙げられる。
また、種粒子は一部、又は全部に樹脂回収品を用いることができる。回収品を使用する場合は、押出方法による種粒子の製造が向いている。
種粒子を水性媒体中に分散させてなる分散液中に、モノマー混合物を供給することで、各モノマーを種粒子に吸収させる。水性媒体としては、水、水と水溶性溶媒(例えば、アルコール)との混合媒体が挙げられる。
使用する各モノマーには、重合開始剤を含ませてもよい。重合開始剤としては、従来からモノマーの重合に用いられているものであれば、特に限定されない。例えば、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ラウリルパーオキサイド、t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルパーオキシアセテート、2,2−t−ブチルパーオキシブタン、t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルヘキサノエート、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサハイドロテレフタレート等の有機過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル等のアゾ化合物等が挙げられる。これら開始剤の内、残存モノマーを低減させるために、10時間の半減期を得るための分解温度が80〜120℃にある異なった二種以上の重合開始剤を併用することが好ましい。なお、重合開始剤は単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。
重合工程は、使用するモノマー種、重合開始剤種、重合雰囲気種等により異なるが、通常、70〜130℃の加熱を、3〜10時間維持することにより行われる。重合工程は、モノマーを含浸させつつ行ってもよい。
重合工程は、使用するモノマー全量を1段階で重合させてもよく、2段階以上に分けて重合させてもよい(種粒子の製造時の重合を含む)。2段階以上に分けるほうが、単官能アクリル酸エステル由来の樹脂成分と多官能ビニル系モノマー由来の樹脂成分の存在位置の調整がより容易である。更に、3段階以上に分けると、調整がより容易である。2段階以上に分けて重合させる場合、通常、含浸工程も2段階以上に分けて行われる。2段階以上に分けた重合工程の重合温度及び時間は、同一であっても、異なっていてもよい。重合工程は3段階であることが好ましい。3段階で行われる場合、次のように重合工程を調整することが好ましい。
第1工程においては、スチレン系モノマーと単官能アクリル酸エステルを含む第1モノマー混合物を吸収させて重合させた種粒子の重合添加率を90〜95%まで上昇させた後に第2工程を行うことが好ましい。
次に、第1工程を経て得られた粒子に、スチレン系モノマーを吸収させつつ重合させる(第2工程)。
更に、第2工程を経て得られた粒子に、スチレン系モノマーと多官能性ビニル系モノマーとを含む第2モノマー混合物を吸収させつつ重合を行う(第3工程)。多官能ビニル系モノマーは30〜180分かけて重合容器に添加することが好ましい。
第1区分の開始時の重合転化率を75%以上、85%未満の範囲内、
第2区分の開始時の重合転化率を85%以上、90%未満の範囲内、
第3区分の開始時の重合転化率を88%以上、93%の範囲内、及び
第3区分の終了時の重合転化率を93%以上の範囲内
とする条件下で行われることが好ましい。このように重合転化率を細かく制御することで、より発泡成形体の曲げ強度の向上効果が高いポリスチレン系樹脂粒子を得ることができる。
ポリスチレン系樹脂粒子の形状は特に限定されない。例えば、球状、円柱状等が挙げられる。この内、球状であるのが好ましい。ポリスチレン系樹脂粒子の平均粒子径は、用途に応じて適宜選択でき、例えば、0.2mm〜5mmの平均粒子径のものを使用できる。また、成形型内への充填性等を考慮すると、平均粒子径は、0.3mm〜2mmがより好ましく、0.3mm〜1.4mmが更に好ましい。
発泡性粒子は、上記ポリスチレン系樹脂粒子に発泡剤を含浸させた粒子である。
発泡剤としては、特に限定されず、公知のものをいずれも使用できる。特に、沸点がポリスチレン系樹脂の軟化点以下であり、常圧でガス状又は液状の有機化合物が適している。例えばプロパン、n−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン、シクロペンタジエン、n−ヘキサン、石油エーテル等の炭化水素、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、メチルエチルエーテル等の低沸点のエーテル化合物、トリクロロモノフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等のハロゲン含有炭化水素、炭酸ガス、窒素、アンモニア等の無機ガス等が挙げられる。これらの発泡剤は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。この内、炭化水素を使用するのが、オゾン層の破壊を防止する観点、及び空気と速く置換し、発泡成形体の経時変化を抑制する観点で好ましい。炭化水素の内、沸点が−45〜40℃の炭化水素がより好ましく、プロパン、n−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、イソペンタン等が更に好ましい。
発泡剤の含浸は、重合(例えば、第3工程)と同時に湿式で行ってもよく、重合後に湿式又は乾式で行ってもよい。湿式で行う場合は、上記重合工程で例示した、懸濁安定剤及び界面活性剤の存在下で行ってもよい。
発泡剤の含浸温度は、60〜120℃が好ましい。60℃より低いと、樹脂粒子に発泡剤を含浸させるのに要する時間が長くなって生産効率が低下することがある。また、120℃より高いと、樹脂粒子同士が融着して結合粒が発生することがある。より好ましい含浸温度は、70〜110℃である。
発泡助剤を、発泡剤と併用してもよい。発泡助剤としては、アジピン酸イソブチル、トルエン、シクロヘキサン、エチルベンゼン等が挙げられる。
予備発泡粒子は、水蒸気等を用いて所望の嵩密度に発泡性粒子を発泡させることで得られる。
予備発泡粒子の嵩密度は、0.01〜0.10g/cm3の範囲であることが好ましい。予備発泡粒子の嵩密度が0.01g/cm3より小さい場合、曲げ強度の向上効果が十分でないことがある。また断熱性能が低下することがある。加えて発泡成形体に収縮が発生して外観性が低下することがある。一方、嵩密度が0.10g/cm3より大きい場合、発泡成形体の軽量性が低下することがある。
なお、発泡前に、発泡性粒子の表面に、ステアリン酸亜鉛のような粉末状金属石鹸類を塗布しておくことが好ましい。塗布しておくことで、発泡性粒子の発泡工程において発泡粒子同士の結合を減少できる。
核重合途中における種粒子(以下、成長途上粒子という)に含まれるモノマー量の測定方法は、下記要領で測定されたものをいう。
即ち、成長途上粒子を分散液中から取り出し、表面に付着した水分をガーゼにより拭き取り除去する。成長途上粒子を0.08g採取し、この採取した成長途上粒子をトルエン24ミリリットル中に溶解させてトルエン溶液を作製する。次に、このトルエン溶液中に、ウイス試薬10ミリリットル、5質量%のヨウ化カリウム水溶液30ミリリットル及び1質量%のでんぷん水溶液30ミリリットルを加える。得られた溶液を、N/40チオ硫酸ナトリウム溶液で滴定した結果を試料の滴定数(ミリリットル)とする。なお、ウイス試薬は、氷酢酸2リットルにヨウ素8.7g及び三塩化ヨウ素7.9gを溶解してなるものである。一方、成長途上粒子を溶解させることなく、トルエン24ミリリットル中に、ウイス試薬10ミリリットル、5質量%のヨウ化カリウム水溶液30ミリリットル及び1質量%のでんぷん水溶液30ミリリットルを加える。得られた溶液を、N/40チオ硫酸ナトリウム溶液で滴定した結果をブランクの滴定数(ミリリットル)とする。
得られた滴定数から、成長途上粒子中における未反応のモノマー量を下記式に基づいて算出する。
成長途上粒子中のモノマー量(質量%)=
0.1322×(ブランクの滴定数−試料の滴定数)/試料の滴定数
更に、重合転化率は下記の式で算出される。
重合転化率(%)=
100×(試料質量−成長途上粒子のモノマー量)/試料質量
樹脂粒子の表層重量平均分子量は、発泡成形体の表層から測定する。即ち、発泡成形体は、樹脂粒子を予備発泡させて、型内成形したものであるから、樹脂粒子表層は発泡成形体表層に相当し、樹脂粒子表層の平均分子量は発泡成形体表層の平均分子量に相当する。樹脂粒子の全粒子重量平均分子量は、樹脂粒子そのものから測定する。
密度0.017g/cm3の発泡成形体を50℃で24時間乾燥後、ハムスライサー(富士島工機製:FK−18N型)を用い、発泡成形体の表面から0.3mm深さでカットし表層GPC測定用サンプルとする。全体GPC測定用サンプルは、樹脂粒子そのものを使用する。
上記サンプル0.08gをテトラヒドロフラン10mlに溶解し、下記の条件にてGPC測定を行う。
・装置:高速GPC装置(HLC−8320GPC)EcoSEC-WorkStation(東ソー社製)
・分析条件
カラム:TSKgel SuperMultiporeHZ−M×2
流量:0.35ml/min
検出器:HLC−8320GPC内蔵RI検出器/UV−8320
検出器条件:Pol(+)、Res(0.5s)/λ(254nm)、Pol(+)、Res(0.5s)
濃度:0.2wt%
注入量:10μL
圧力:3.5MPa
カラム温度:40℃
システム温度:40℃
溶離液:THF
ポリスチレン系樹脂粒子の中心部及び半径の50%部分の吸光度比(D1735/D1600)を次の要領で測定する。
無作為に選択した10個の粒子について、赤外分光分析ATR測定法により粒子断面分析を行って赤外吸収スペクトルを得る。この分析では、試料表面から数μm(約2μm)までの深さの範囲の赤外吸収スペクトルが得られる。
各赤外吸収スペクトルから個別吸光度比(D1735/D1600)をそれぞれ算出し、相加平均を吸光度比とする。
吸光度D1735及びD1600は、Nicolet社から商品名「フーリエ変換赤外分光分析計 MAGNA560」で販売されている測定装置と、ATRアクセサリーとしてSpectra−Tech社製「サンダードーム」を用いて次の条件で測定する。
高屈折率結晶種:Ge(ゲルマニウム)
入射角:45°±1°
測定領域:4000cm-1〜675cm-1
測定深度の端数依存性:補正せず
反射回数:1回
検出器:DTGS KBr
分解能:4cm-1
積算回数:32回
その他:試料と接触させずに赤外線吸収スペクトルを下記条件で測定する。測定されたスペクトルをバックグラウンドとする。試料の測定時には、バックグラウンドが測定スペクトルに関与しないように、測定データを処理する。ATR法では、試料と高屈折率結晶の密着度合によって、赤外吸収スペクトルの強度が変化する。そのため、ATRアクセサリーの「サンダードーム」で掛けられる最大荷重を掛けて密着度合をほぼ均一にして測定を行う。
モード:透過
ピクセルサイズ:6.25μm
測定領域:4000cm-1〜650cm-1
検出器:MCT
分解能:8cm-1
スキャン/ピクセル:60回
その他:試料の近傍の試料の無い部分のフッ化バリウム結晶を測定した赤外吸収スペクトルをバックグランドとして測定スペクトルに関与しない処理を実施
なお、赤外吸収スペクトルから得られる1735cm-1での吸光度D1735は、上記エステルに含まれるエステル基のC=O間の伸縮振動に由来する吸収スペクトルに対応する吸光度である。この吸光度の測定では、1735cm-1で他の吸収スペクトルが重なっている場合でもピーク分離は実施していない。吸光度D1735は、1680cm-1と1785cm-1を結ぶ直線をベースラインとして、1680cm-1と1785cm-1間の最大吸光度を意味する。
中心部の吸光度比(D1735/D1600)を次の要領で測定する。
無作為に選択した10個の粒子をエポキシ樹脂台座に固定する。次いで、粒子をウルトラミクロトーム(ライカマイクロシステムズ製、LEICA ULTRACUT UCT)を用いてダイヤモンドナイフによって、ほぼ中心を通って約10μm厚みにスライスすることで、スライスサンプルを得る。得られたスライスサンプルを2枚のフッ化バリウム結晶(ピュアーオプテックス社製)で挟む。これを測定試料とする。
スライスサンプルの画像を、下記測定装置付属のCCDで取り込む。画像の取り込みは、ウルトラミクロトームの刃の進行方向をY軸とし、それに対して垂直方向をX軸として行う。スライスサンプル中の粒子は、刃の進行方向に、極僅かに潰れが発生している。取り込まれる画像のY軸を刃の進行方向に合わせることで、測定される吸光度比がバラツクことを抑制する。
測定条件
モード:透過
ピクセルサイズ:6.25μm
測定領域:4000cm-1〜650cm-1
検出器:MCT
分解能:8cm-1
スキャン/ピクセル:2回
取り込んだ画像から、図1に示すように、X座標値の最小値と最大値及びY軸のY座標値の最小値と最大値を線で結び、その線の交点を中心点Aとする。画像処理における、中心点のX、Y座標値設定は、中心点Aの±20μmの範囲内におさまるようにする。
抽出した赤外吸収スペクトルから、吸光度D1735及びD1600をそれぞれ読み取り、中心部、及び半径50%部分における吸光度比(D1735/D1600)を算出する。10個の粒子について算出した個別吸光度比の相加平均を吸光度比とする。
予備発泡粒子の嵩倍数は、JIS K6911:1995年「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定する。具体的には、まず、予備発泡粒子を測定試料としてWg採取し、この測定試料をメスシリンダー内に自然落下させる。メスシリンダー内に落下させた測定試料の体積Vcm3をJIS K6911に準拠した見掛け密度測定器を用いて測定する。Wg及びVcm3を下記式に代入することで、予備発泡粒子の嵩密度を算出する。
予備発泡粒子の嵩密度(g/cm3)=測定試料の質量(W)/測定試料の体積(V)
発泡成形体(成形後、40℃で20時間以上乾燥させたもの)から金型で成形した厚みをサンプル厚みとし、任意の面積を持った試験片(例:50mm×50mm×厚み30mm)の質量(a)と体積(b)をそれぞれ有効数字3桁以上になるように測定し、式(b)/(a)により発泡成形体の倍数W1(倍)を求める。
次いで、試験片を厚み方向に4等分し、最表層を含む表裏2つの分割区分を表層部として採取する。前記と同様にして最表層部のそれぞれの倍数を得、相加平均にて最表層部の倍数W2(倍)を算出する。
発泡体の平均最大曲げ強度をJIS A9511:1999「発泡プラスチック保温材」に記載の方法に準拠して測定する。具体的には、密度16.7kg/m3の発泡体から縦75mm×横300mm×厚さ30mmの直方体形状の試験片を切り出す。しかる後、この試験片を曲げ強度測定器(オリエンテック社製商品名「UCT−10T」)を用いて、圧縮速度10mm/分、支点間距離200mm、加圧くさび10R及び支持台10Rの条件下にて測定する。試験片を5個用意し、試験片ごとに前記要領で最大曲げ強度を測定し、その相加平均を曲げ強度(最大曲げ強度)とする。
最大曲げ強度測定条件
荷重(fs%)開始点=0.0、終了点=20.0、ピッチ=0.2(fs%)
評価:平均最大曲げ強度が0.30MPa以上:○
0.30MPa未満:×
(種粒子の製造)
内容量100リットルの攪拌機付き重合容器に、水40000質量部、懸濁安定剤としてピロリン酸マグネシウム100質量部及びアニオン界面活性剤としてドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム5.0質量部を供給し攪拌しながらスチレン40000質量部並びに重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド96.0質量部及びt−ブチルパーオキシベンゾエート28.0質量部を添加した上で90℃に昇温して重合した。そして、この温度で6時間保持し、更に、125℃に昇温してから2時間後に冷却してポリスチレン系樹脂粒子(a)を得た。
前記ポリスチレン系樹脂粒子(a)を篩分けし、種粒子として重量平均分子量が25万である粒子径0.5〜0.71mm(平均粒子径0.63mm)のポリスチレン系樹脂粒子(b)を得た。
続いて、ベンゾイルパーオキサイド45.9g、t−ブチルパーオキシベンゾエート6.1gをスチレン850g、アクリル酸n−ブチル150gの混合物に溶解させた溶液を全て前記分散液中に撹拌しつつ供給した。
そして分散液中に前記溶液を供給し終えてから60分間維持した(第1工程)。
その後にこの分散液を88℃まで60分かけて昇温しながら、スチレン2660gを一定速度で重合容器に投入し、種粒子に吸収させながら反応を行った(第2工程)。
次いで、分散液を88℃で保持しながらスチレン4000gにジビニルベンゼン(2官能モノマー、分子量130)0.6gを溶解したものを一定速度で、90分かけて重合容器に投入し、種粒子に吸収させながら重合反応を行った(第3工程)。
この第3工程を3区分に分割し、重合途中での各区分開始時の重合転化率、及び第3区分終了時の重合転化率を測定した。
各重合転化率は80%、88%、90%、94%であった。
得られたポリスチレン系樹脂粒子の中心部から表層までの吸光度比の変化を図2に示す。
発泡性粒子の表面に、帯電防止剤としてポリエチレングリコールを塗布した。この後、更に、発泡性粒子の表面にステアリン酸亜鉛及びヒドロキシステアリン酸トリグリセリドを塗布した。塗布後、発泡性粒子を13℃の恒温室にて5日間放置した。そして、発泡性粒子を加熱して嵩密度0.017g/cm3に予備発泡させて予備発泡粒子を得た。予備発泡粒子を20℃で24時間熟成させた。
成形機:積水工機製 ACE−3SP
成形蒸気圧:0.04MPa
金型加熱:3秒
一方加熱:5秒
両面加熱:15秒
水冷:5秒
得られた発泡成形体を50℃の乾燥室で6時間乾燥した後、密度を測定したところ、0.017g/cm3(17kg/m3)であった。発泡成形体は、収縮もなく外観も優れていた。
得られた発泡成形体の表層のMw(ポリスチレン系樹脂粒子表層のMwに相当)は28万であった。得られた発泡体より50mm×50mm×30mmの試験片を5個採取し、全体の倍数W1と表層部の倍数W2の差(W1−W2)を測定した結果、7倍であった。この発泡成形体の曲げ試験をJIS−A9511に準拠して測定した結果、曲げ強度は0.32MPaと優れていた。
予備発泡粒子を金型内に充填して0.06MPaの蒸気圧で加熱発泡させて成形したこと以外は実施例1と同様にして発泡成形体を得た。倍数差(W1−W2)を測定した結果、8倍であった。曲げ強度は0.33MPaと優れていた。
(実施例3)
予備発泡粒子を金型内に充填して0.08MPaの蒸気圧で加熱発泡させて成形した以外は実施例1と同様にして発泡成形体を得た。倍数差(W1−W2)を測定した結果、9倍であった。曲げ強度は0.31MPaと優れていた。
第1重合工程で、アクリル酸ブチルを使用せず、スチレンのみを使用したこと以外は実施例1と同様にして発泡成形体を得た。ポリスチレン系樹脂粒子全体のMwは30万であり、発泡成形体表層のMwは35万であった。予備発泡粒子を金型内に充填して0.08MPaの蒸気圧で加熱発泡させて成形した以外は実施例1と同様にして発泡成形体を得た。倍数差(W1−W2)を測定した結果、8倍であった。曲げ強度は0.32MPaと優れていた。
内容積25Lの撹拌機付き重合容器に、ポリスチレン系樹脂(b)の種粒子2350g、ピロリン酸マグネシウム30g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム10gを供給して撹拌しつつ72℃に加熱して分散液を作製した。
続いて、ベンゾイルパーオキサイド45.9g、t−ブチルパーオキシベンゾエート6.1gをスチレン1000g、ジイソブチルアジペート60gの混合物に溶解させた溶液を全て前記分散液中に撹拌しつつ供給した。
そして分散液中に前記溶液を供給し終えてから60分間維持した(第1工程)。その後にこの分散液を88℃まで60分かけて昇温しながら、スチレン2660gを一定速度で重合容器に投入し、種粒子に吸収させながら反応を行った(第2工程)。
次いで、分散液を88℃で保持しながらスチレン4000gを一定速度で、90分かけて重合容器に投入し、種粒子に吸収させながら重合反応を行った(第3工程)。
この第3工程を3区分に分割し、重合途中での各区分開始時の重合転化率、及び第3区分終了時の重合転化率を測定した。
各重合転化率は80%、88%、90%、94%であった。
次に、分散液を100℃に保持し、続いて、重合容器内にシクロヘキサン100g、ノルマルブタン800gを圧入して3時間に亘って保持することにより、樹脂粒子中にノルマルブタンを含浸させた。この後、重合容器内を25℃に冷却して発泡性粒子を得た。
発泡性粒子の表面に、帯電防止剤としてポリエチレングリコールを塗布した。この後、更に、発泡性粒子の表面にステアリン酸亜鉛及びヒドロキシステアリン酸トリグリセリドを塗布した。塗布後、発泡性粒子を13℃の恒温室にて5日間放置した。
そして、発泡性粒子を加熱して嵩密度0.017g/cm3に予備発泡させて予備発泡粒子を得た。予備発泡粒子を20℃で24時間熟成させた。
得られた発泡成形体の表層のMw(ポリスチレン系樹脂粒子表層のMwに相当)は27万であった。得られた発泡体より50mm×50mm×30mmの試験片を5個採取し、全体の倍数W1と表層部の倍数W2の差(W1−W2)を測定した結果、9倍であった。この発泡成形体の曲げ試験をJIS−A9511に準拠して測定した結果、曲げ強度は0.32MPaと優れていた。
予備発泡粒子を金型内に充填して0.09MPaの蒸気圧で加熱発泡させて成形したこと以外は実施例1と同様にして発泡成形体を得た。倍数差(W1−W2)を測定した結果、11倍であり曲げ強度は0.29MPaと劣っていた。
(比較例2)
予備発泡粒子を金型内に充填して0.035MPaの蒸気圧で加熱発泡させて成形したこと以外は実施例1と同様にして発泡成形体を得た。倍数差(W1−W2)を測定した結果、5倍であり、曲げ強度は0.28MPaと劣っていた。
予備発泡粒子を金型内に充填して0.035MPaの蒸気圧で加熱発泡させて成形した以外は実施例1と同様にして発泡成形体を得た。倍数差(W1−W2)を測定した結果、3倍であり、曲げ強度は0.25MPaと劣っていた。
(比較例4)
予備発泡粒子を金型内に充填して0.10MPaの蒸気圧で加熱発泡させて成形したこと以外は実施例1と同様にして発泡成形体を得た。倍数差(W1−W2)を測定した結果、12倍であり、曲げ強度は0.25MPaと劣っていた。
Claims (4)
- 複数の発泡ポリスチレン系樹脂粒子の融着体である発泡成形体であり、前記発泡成形体が0.5〜10cmの厚さの領域を少なくとも有し、
前記領域が、その全体の倍数をW1及びその表層部の倍数をW2とした場合、6倍以上、10倍未満の差(W1−W2)の関係を有し、
前記発泡ポリスチレン系樹脂粒子が、ポリスチレン系樹脂粒子に発泡剤を含浸し、次いで発泡させることにより得られ、
前記ポリスチレン系樹脂粒子は、
(1)中心部が、スチレン系単量体と単官能アクリル酸エステルの重合体に由来する樹脂成分を表層より多く含む
(2)前記表層が、スチレン系単量体と多官能ビニル系モノマーの重合体に由来する樹脂成分を前記中心部より多く含む
(3)前記表層が、25万〜60万の範囲の重量平均分子量を有する
の構成を有することを特徴とする発泡成形体。 - 前記倍数W1が、10〜100倍である請求項1に記載の発泡成形体。
- 請求項1又は2に記載の発泡成形体を少なくとも含む樹脂発泡容器。
- 前記領域が前記樹脂発泡容器の側面に位置する請求項3に記載の樹脂発泡容器。
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