JP5892300B2 - スチレン系樹脂押出発泡体およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、スチレン系樹脂押出発泡体およびその製造方法に関する。
スチレン系樹脂押出発泡体は、一般に、押出機などを用いてスチレン系樹脂組成物を加熱溶融し、ついで発泡剤を高圧条件下にて添加し、所定の樹脂温度に冷却した後、これを低圧域に押し出すことにより連続的に製造される。
スチレン系樹脂押出発泡体は、良好な施工性や断熱性から、例えば構造物の断熱材として用いられる。近年、住宅、建築物などの省エネルギー化の要求が高まり、従来以上の高断熱性発泡体の技術開発が望まれている。
従来、スチレン系樹脂押出発泡体の製造に使用される物理発泡剤として、ジクロロジフルオロメタン等の塩化フッ化炭化水素(以下、CFCという。)が広く使用されていた。しかし、CFCはオゾン層を破壊する危険性が大きいことから、オゾン破壊係数の小さい水素原子含有塩化フッ化炭化水素(以下、HCFCという。)がCFCに替わって使用されてきた。しかしながら、HCFCもオゾン破壊係数が0(ゼロ)でないことから、オゾン層を破壊する危険性が全くないわけではない。そこで近年においては、オゾン層破壊係数が0(ゼロ)であり、分子中に塩素原子を持たないフッ化炭化水素(以下、HFCという。)が発泡剤として使用されるようになった。
例えば、特許文献1には、オゾン破壊係数が0であるフロン系発泡剤を用い、長期間にわたってすぐれた断熱性能を有し、住宅家屋用断熱材などに好適に使用しうるポリスチレン系樹脂発泡体を製造する方法として、HFCの1種であるトリフルオロエタンと塩化メチルとを混合してなる発泡剤をポリスチレン系樹脂に圧入して押出発泡する、密度2×10-2〜4.5×10-2g/cm3である発泡体の製法が開示されている。しかし、HFCは地球温暖化係数が大きいという問題があった。
そこで、オゾン破壊係数が0(ゼロ)であるとともに、地球温暖化係数も小さい環境にやさしいフッ素化されたオレフィン(ハイドロフルオロオレフィン、HFOともいう。)をHFCの代替発泡剤として使用するポリスチレン樹脂押出発泡断熱板の製造法が提案されている(例えば特許文献2〜5参照。)。しかし、これらの従来技術では、ハイドロフルオロオレフィンを使用するメリット(低熱伝導率、難燃性)を十分に発揮して、優れた断熱性、及び難燃性を有するスチレン系樹脂押出発泡体を得られるには至っておらず、未だ課題を有するものであった。
特開平08−269224号公報 特開2012−007094号公報 特表2008−546892号公報 特開2013−194101号公報 特表2010−522808号公報
本発明の課題は、軽量で、且つ、優れた断熱性および難燃性を有し、オゾン層破壊係数がゼロであり、また地球温暖化係数も小さく環境に優しいスチレン系樹脂押出発泡体を容易に得ることにある。
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、スチレン系樹脂押出発泡体の製造に、物理発泡剤としてHFOと特定の有機発泡剤との混合発泡剤を特定量使用することにより、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、以下のとおりである。
[1]スチレン系樹脂及び発泡剤を用いて押出発泡して得られる、難燃剤をスチレン系樹脂100重量部に対して0.5重量部以上8.0重量部以下含む、見掛け密度20kg/m3以上45kg/m3以下、独立気泡率が90%以上であるスチレン系樹脂押出発泡体であって、前記発泡剤が少なくともハイドロフルオロオレフィンと他の有機発泡剤を含み、
(i)前記ハイドロフルオロオレフィンの配合量が、スチレン系樹脂100gに対して0.030mol以上0.125mol以下である、
(ii)前記他の有機発泡剤として、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg以上の有機発泡剤を含む、
(iii)前記他の有機発泡剤として、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg未満の有機発泡剤を含まない、
(iv)ハイドロフルオロオレフィンと他の有機発泡剤の配合量の合計が、スチレン系樹脂100gに対して0.105mol以上0.300mol以下である、
ことを特徴とするスチレン系樹脂押出発泡体。
[2]前記ハイドロフルオロオレフィンの配合量が、スチレン系樹脂100gに対して0.040mol以上0.105mol以下である[1]に記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
[3]前記ハイドロフルオロオレフィンがテトラフルオロプロペンである[1]または[2]に記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
[4]前記他の有機発泡剤がジメチルエーテル、塩化メチル及び塩化エチルから選択される1種又は2種以上を含む混合物である[1]〜[3]のいずれかに記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
[5]前記他の有機発泡剤がジメチルエーテルである[1]〜[4]のいずれかに記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
[6]前記難燃剤として、臭素系難燃剤をスチレン系樹脂100重量部に対して0.5重量部以上6.0重量部以下含む[1]〜[5]のいずれかに記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
[7]スチレン系樹脂及び発泡剤を用いて押出発泡してスチレン系樹脂押出発泡体を製造する方法であって、難燃剤をスチレン系樹脂100重量部に対して0.5重量部以上8.0重量部以下含むスチレン系樹脂組成物を加熱溶融し、ついで発泡剤を高圧条件下にて添加し、所定の樹脂温度に冷却した後、これを低圧域に押し出して押出発泡体を成形してなり、見掛け密度20kg/m3以上45kg/m3以下、独立気泡率が90%以上であるスチレン系樹脂押出発泡体を製造する方法であって、
前記発泡剤として少なくともハイドロフルオロオレフィンと他の有機発泡剤を用い、
(i)前記ハイドロフルオロオレフィンの配合量を、スチレン系樹脂100gに対して0.030mol以上0.125mol以下とする、
(ii)前記他の有機発泡剤として、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg以上の有機発泡剤を使用する、
(iii)前記他の有機発泡剤として、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg未満の有機発泡剤を使用しない、
(iv)ハイドロフルオロオレフィンと他の有機発泡剤の配合量の合計を、スチレン系樹脂100gに対して0.105mol以上0.300mol以下とする、
ことを特徴とするスチレン系樹脂押出発泡体の製造方法。
本発明により、軽量で、且つ、優れた断熱性および難燃性を有し、オゾン層破壊係数がゼロであり、また地球温暖化係数も小さく環境に優しいスチレン系樹脂押出発泡体を容易に得ることができる。
以下、本発明の実施形態を説明する。なお、本実施の形態は本発明の一部にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で本実施形態を適宜変更できることはいうまでもない。
本発明のスチレン系樹脂押出発泡体は、難燃剤をスチレン系樹脂100重量部に対して0.5重量部以上8.0重量部以下含み、見掛け密度20kg/m3以上45kg/m3以下、独立気泡率が90%以上である。このスチレン系樹脂押出発泡体は、特定量の難燃剤及び必要に応じてその他の添加剤を適量含有するスチレン系樹脂組成物を、押出機などを用いて加熱溶融し、ついでHFOを含む特定の混合発泡剤を特定量、高圧条件下にて添加し、所定の樹脂温度に冷却した後、これを低圧域に押し出すことにより連続的に製造される。
本発明で用いるスチレン系樹脂としては、特に限定はなく、スチレン、メチルスチレン、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、クロロスチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン等のスチレン系単量体の単独重合体または2種以上の単量体の組み合わせからなる共重合体や、前記スチレン系単量体とジビニルベンゼン、ブタジエン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリロニトリル、無水マレイン酸、無水イタコン酸などの単量体の1種または2種以上とを共重合させた共重合体などが挙げられる。スチレン系単量体と共重合させるアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、無水マレイン酸、無水イタコン酸などの単量体は、製造されるスチレン系樹脂押出発泡体の圧縮強度等の物性を低下させない程度の量を用いることができる。また、本発明で用いるスチレン系樹脂は、前記スチレン系単量体の単独重合体または共重合体に限られず、前記スチレン系単量体の単独重合体または共重合体と、前記他の単量体の単独重合体または共重合体とのブレンド物であってもよく、ジエン系ゴム強化ポリスチレンやアクリル系ゴム強化ポリスチレンをブレンドすることもできる。更に、本発明で用いるスチレン系樹脂は、メルトフローレート(以下、MFRという。)、成形加工時の溶融粘度、溶融張力などを調整する目的で、分岐構造を有するスチレン系樹脂であってもよい。
本発明におけるスチレン系樹脂としては、MFRが0.1〜50g/10分のものを用いることが、押出発泡成形する際の成形加工性に優れ、成形加工時の吐出量、得られたスチレン系樹脂押出発泡体の厚みや幅、見掛け密度または独立気泡率を所望の値に調整しやすく、発泡性(発泡体の厚みや幅、見掛け密度、独立気泡率、表面性などを所望の状況に調整しやすいほど、発泡性が良い)、外観などに優れた熱可塑性樹脂発泡体が得られると共に、圧縮強度、曲げ強度または曲げたわみ量といった機械的強度や、靱性などの特性のバランスがとれた、スチレン系樹脂押出発泡体が得られる点から、好ましい。更に、スチレン系樹脂のMFRは、成形加工性および発泡性に対する機械的強度、靱性などのバランスの点から、0.3〜30g/10分が更に好ましく、0.5〜25g/10分が特に好ましい。なお、本発明において、MFRは、JIS K7210(1999年)のA法、試験条件Hにより測定される。
本発明においては、前記したスチレン系樹脂のなかでも、経済性・加工性の面からポリスチレン樹脂が特に好適である。また、押出発泡体に、より高い耐熱性が要求される場合には、スチレン−アクリロニトリル共重合体、(メタ)アクリル酸共重合ポリスチレン、無水マレイン酸変性ポリスチレンを用いることが好ましい。また、押出発泡体に、より高い耐衝撃性が求められる場合には、ゴム強化ポリスチレンを用いることが好ましい。これらスチレン系樹脂は、単独で使用してもよく、また、共重合成分、分子量や分子量分布、分岐構造、MFRなどの異なるスチレン系樹脂を2種以上混合して使用してもよい。
本発明では、発泡剤としてハイドロフルオロオレフィンと特定の有機発泡剤との混合発泡剤を用いる。
ハイドロフルオロオレフィンとしては、例えばテトラフルオロプロペン、具体的にはトランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(トランス−HFO−1234ze)、シス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(シス−HFO−1234ze)、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO−1234yf)等が挙げられる。これらのハイドロフルオロオレフィンは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ハイドロフルオロオレフィンは、オゾン層破壊係数がゼロか極めて小さいものであり、地球温暖化係数が非常に小さく、環境に優しい発泡剤である。しかも、ハイドロフルオロオレフィンは、気体状態の熱伝導率が低く、かつ難燃性であることから、スチレン系樹脂押発泡体の発泡剤として用いることにより、優れた断熱性および難燃性を付与することができる。
なお、従来、発泡剤としては、ポリスチレン系樹脂に対する溶解度が比較的高く、ポリスチレン系樹脂との相溶性が高いHFO、すなわち、HFOの中でも発泡体中から逸散し易い反面、ポリスチレン系樹脂に多く添加でき、発泡剤としての発泡能力に優れるHFOが好ましく用いられ、発泡倍率の高い、押出発泡体が得られていた。
その一方で、ポリスチレン系樹脂に対する溶解度が低く、ポリスチレン系樹脂との相溶性が低いHFOであるテトラフルオロプロペン(1234ze,1234yf)等を発泡剤として用いた場合には、高発泡倍率の発泡体を得るためにテトラフルオロプロペンを多量に添加すると、押出発泡時にテトラフルオロプロペンが樹脂溶融物から分離して、発泡体表面に局所的に大きく凹んだ箇所(以下、スポット孔ということがある。)が発生し、断熱板の外観が悪化するおそれがある。また、高厚みの発泡体を製造する場合には、独立気泡率が低下して長期断熱性が低下するおそれがあった。
しかし、本発明においては、ポリスチレン系樹脂に対する溶解度が比較的低いHFOを用いた場合であっても、特定の混合物理発泡剤を用いることによって、高発泡倍率の発泡体を得ることができ、更に、長期断熱性に優れた、外観良好なポリスチレン系樹脂発泡体を得ることを可能とした。
本発明の混合発泡剤において、ハイドロフルオロオレフィンの配合量は、スチレン系樹脂100gに対して0.030mol以上0.125mol以下である。ハイドロフルオロオレフィンの配合量がスチレン系樹脂100gに対して0.030molより少ない場合には、ハイドロフルオロオレフィンによる断熱性の向上効果が期待できない。一方、ハイドロフルオロオレフィンの配合量がスチレン系樹脂100gに対して0.125molを超える場合には、押出発泡時に樹脂溶融物から分離して、発泡体表面にスポット孔が発生したり、独立気泡率が低下してしまうおそれがある。ハイドロフルオロオレフィンの配合量は、好ましくは、スチレン系樹脂100gに対して0.035mol以上0.115mol以下であり、より好ましくは、0.040mol以上0.105mol以下であり、更に好ましくは、0.045mol以上0.090mol以下である。
有機発泡剤としては、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン(2−メチルプロパン)、シクロペンタンなどの炭素数3〜5の飽和炭化水素、ジメチルエーテル、エチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテルなどのエーテル類、塩化メチル、塩化エチルなどの塩化アルキル、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、アリールアルコール、クロチルアルコール、プロパギルアルコールなどのアルコール類、及び、ケトン類、エステル類などが挙げられる。これらの中で、本発明においてハイドロフルオロオレフィンと併用する他の有機発泡剤は、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg以上であることが必要である。更に、ポリスチレン透過率が1.0×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg以上であるとより好ましい。
前記のような有機発泡剤は、スチレン系樹脂の可塑化効果が高く、スチレン系樹脂、発泡剤、難燃剤、その他種々の添加剤を含む、スチレン系樹脂溶融物を、適正な粘度として発泡し、所望の押出発泡体を得るために必要である。一方、燃焼性に悪影響を与えるため、前記したようにポリスチレン透過率が高く、押出発泡体とした後に速やかに散逸する有機発泡剤を選択することで、押出発泡体を製造する際に優れた加工性、発泡性が得られ、且つ、押出発泡体に優れた難燃性を付与することができる。
本発明においてハイドロフルオロオレフィンと併用する他の有機発泡剤は、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg以上であれば、特に制限はないが、エーテル類や塩化アルキルが、スチレン系樹脂の可塑化効果が高く、且つ、ポリスチレン透過率が高いため好ましい。それらの内、ジメチルエーテル、塩化メチル及び塩化エチルがより好ましく、なかでもジメチルエーテルが、ポリスチレン透過率が高く、環境への負荷も少ないことから特に好ましい。これらの有機発泡剤は、単独または2種以上を混合して使用することができる。
尚、本発明における発泡剤のポリスチレン透過率は、JIS K 7126A法による。例えば、ポリスチレン樹脂(PSジャパン(株)社製、製品名「G9401」)を加熱・溶融プレスして作製した50〜100μm厚みのポリスチレン樹脂フィルムを、ガスクロマトグラフ(株式会社ヤナコ計測製、G2700T)を備えた差圧式ガス透過装置(GTRテック株式会社製、GTR−31A)に固定し、差圧法にて温度23℃±2℃、dryの条件で透過量を測定することにより測定することができる。このようにして測定した発泡剤のポリスチレン透過率の一例を表1に示す。
Figure 0005892300
前記ハイドロフルオロオレフィンと他の有機発泡剤の配合量の合計は、スチレン系樹脂100gに対して0.105mol以上0.300mol以下が好ましく、スチレン系樹脂100gに対して0.115mol以上0.200mol以下がより好ましい。混合発泡剤の配合量の合計がスチレン系樹脂100gに対して0.105molより少ないと、スチレン系樹脂、発泡剤、難燃剤、その他種々の添加剤等を含む、スチレン系樹脂溶融物が、発泡時に所望の押出発泡体を得るために適正な粘度とならず、独立気泡率が90%より低い、及び/又は見掛け密度の高い押出発泡体しか得られない。混合発泡剤の配合量の合計がスチレン系樹脂100gに対して0.300molより多いと、過剰な発泡剤量の為、発泡体中にボイドなどの不良を生じる場合がある。
また、本発明においては、前記したハイドロオレフィン、他の有機発泡剤と併用して、必要に応じて二酸化炭素や水などの無機発泡剤を使用することができる。これらは単独または2種以上を混合して使用することができる。これらの無機発泡剤を用いることで、良好な可塑化効果や発泡助剤効果が得られ、押出圧力を低減し、安定した押出発泡体の製造が可能となる。
本発明においては、他の発泡剤として水やアルコール類を用いる場合には、安定して押出発泡成形を行うために、吸水性物質を添加することが好ましい。本発明に用いられる吸水性物質の具体例としては、ポリアクリル酸塩系重合体、澱粉−アクリル酸グラフト共重合体、ポリビニルアルコール系重合体、ビニルアルコール−アクリル酸塩系共重合体、エチレン−ビニルアルコール系共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸メチル−ブタジエン系共重合体、ポリエチレンオキサイド系共重合体およびこれらの誘導体などの吸水性高分子の他、表面にシラノール基を有する無水シリカ(酸化ケイ素)[例えば、日本アエロジル(株)製AEROSILなどが市販されている。]などのように表面に水酸基を有する粒子径1000nm以下の微粉末;スメクタイト、膨潤性フッ素雲母などの吸水性あるいは水膨潤性の層状珪酸塩並びにこれらの有機化処理品;ゼオライト、活性炭、アルミナ、シリカゲル、多孔質ガラス、活性白土、けい藻土、ベントナイトなどの多孔性物質等があげられる。吸水性物質の添加量は、水の添加量などによって、適宜調整されるものであるが、スチレン系樹脂100重量部に対して、0.01〜5重量部が好ましく、0.1〜3重量部がより好ましい。
発泡剤を添加または注入する際の圧力は、特に制限するものではなく、押出機などの内圧力よりも高い圧力であればよい。
本発明では、スチレン系樹脂100重量部に対して難燃剤を0.5重量部以上8.0重量部以下含むことにより、得られるスチレン系樹脂押出発泡体に難燃性を付与することができる。難燃剤の含有量が0.5重量部未満では、難燃性などの発泡体としての良好な諸特性が得られがたい傾向があり、一方、8.0重量部を超えると、発泡体製造時の安定性、表面性などを損なう場合がある。但し、難燃剤の含有量は、JIS A9511 測定方法Aに規定される難燃性が得られるように、発泡剤含有量、発泡体の見掛け密度、難燃相乗効果を有する添加剤などの種類あるいは含有量などに合わせて、適宜調整されることがより好ましい。
難燃剤としては、臭素系難燃剤が好ましく用いられる。本発明における臭素系難燃剤の具体的な例としては、ヘキサブロモシクロドデカン、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモ−2−メチルプロピル)エーテル、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2,3−ジブロモプロピル)エーテル、トリス(2,3−ジブロモプロピル)イソシアヌレートや、臭素化スチレン−ブタジエンブロックコポリマーのような脂肪族臭素含有ポリマーが挙げられる。これらは、単独で用いても、2種以上を混合して用いても良い。
これらのうち、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2、3−ジブロモ−2−メチルプロピル)エーテル及びテトラブロモビスフェノールA−ビス(2、3−ジブロモプロピル)エーテルからなる混合臭素系難燃剤、ヘキサブロモシクロドデカン、臭素化スチレン−ブタジエンブロックコポリマーが、押出運転が良好であり、発泡体の耐熱性に悪影響を及ぼさない等の理由から、望ましく用いられる。これらの物質はそれ単体で用いても、または混合物として用いても良い。
本発明における臭素系難燃剤の含有量は、スチレン系樹脂100重量部に対して0.5重量部以上6.0重量部以下が好ましく、スチレン系樹脂100重量部に対して、1.0重量部以上5.0重量部以下がより好ましく、1.5重量部以上5.0重量部以下が更に好ましい。臭素系難燃剤の含有量が0.5重量部未満では、難燃性などの発泡体としての良好な諸特性が得られがたい傾向があり、一方、6.0重量部を超えると、発泡体製造時の安定性、表面性などを損なう場合がある。
本発明においては、スチレン系樹脂押出発泡体の難燃性能を向上させる目的で、ラジカル発生剤を併用することができる。具体的には、2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン、ポリ−1,4−ジイソプロピルベンゼン、2,3−ジエチル−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、3,4−ジエチル−3,4−ジフェニルヘキサン、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン、2,4−ジフェニル−4−エチル−1−ペンテン等が挙げられる。ジクミルパーオキサイドの様な過酸化物も用いられる。その中でも、樹脂加工温度条件にて、安定なものが好ましく、具体的には2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン及びポリ−1,4−ジイソプロピルベンゼンが好ましく、好ましい添加量としては、スチレン系樹脂100重量部に対して、0.05〜0.5重量部である。
更に、難燃性能を向上させる目的で、熱安定性能を損なわない範囲で、リン酸エステル及びホスフィンオキシドのようなリン系難燃剤を併用することができる。リン酸エステルとしては、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシリレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、2−エチルヘキシルジフェニルホスフェート、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリス(2−エチルヘキシル)ホスフェート、トリス(ブトキシエチル)ホスフェート、または縮合リン酸エステル等が挙げられ、特にトリフェニルホスフェート、トリス(トリブチルブロモネオペンチル)ホスフェートが好ましい。又、ホスフィンオキシド型のリン系難燃剤としては、トリフェニルホスフィンオキシドが好ましい。これらリン酸エステル及びホスフィンオキシドは、単独または2種以上併用しても良い。リン系難燃剤の好ましい添加量としては、スチレン系樹脂100重量部に対して0.1〜2重量部である。
本発明においては、必要に応じて樹脂、及び/又は、難燃剤の安定剤を使用することが出来る。特に限定されるものではないが、安定剤の具体的な例としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂のようなエポキシ化合物;ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール等の多価アルコールと、酢酸、プロピオン酸等の一価のカルボン酸、または、アジピン酸、グルタミン酸等の二価のカルボン酸との反応物である部分エステルであって、その分子中に一個以上の水酸基を持つ化合物の混合物であり、原料の多価アルコールを少量含有することもある、多価アルコールエステル;トリエチレングリコールビス−3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート、ペンタエリトリトールテトラキス[3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオナート、ペンタエリトリトールテトラキス[3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]のようなフェノール系安定剤;3,9−ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェノキシ)−2,4,8,10−テトラオキサ−3,9−ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン、3,9−ビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノキシ)−2,4,8,10−テトラオキサ−3,9−ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン、及びテトラキス(2,4−ジ−tert−ブチル−5−メチルフェニル)−4,4’−ビフェニレンジホスホナイト)のようなホスファイト系安定剤;などが発泡体の難燃性能を低下させることなく、かつ、発泡体の熱安定性を向上させることから、好適に用いられる。
「見掛け密度」
また、本発明に係るスチレン系樹脂押出発泡体は、例えば建築用断熱材や保冷庫用又は保冷車用の断熱材として機能することを考慮した断熱性および、軽量性の観点から、押出発泡体の見掛け密度が20kg/m3以上45kg/m3以下であることが好ましく、より好ましくは25kg/m3以上40kg/m3以下である。
「独立気泡率」
本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体の独立気泡率は90%以上が好ましく、95%以上がより好ましい。独立気泡率が低すぎる場合には、発泡剤として使用したハイロドフルオロオレフィンが押出発泡体から早期に逸散しやすく、長期断熱性が低下するおそれがある。本発明において、押出発泡体の独立気泡率(%)は、ASTM−D2856−70の手順Cに従って、空気比較式比重計(例えば、東京サイエンス(株)製、空気比較式比重計、型式1000型)を使用して測定する。
本発明における押出発泡体の独立気泡率は、押出発泡体の中央部および幅方向両端部付近の計3箇所から縦25mm×横25mm×厚み20mmの大きさに切り出したサンプルを試料とし、各試料について下記式(1)により独立気泡率を測定し、3箇所の独立気泡率の算術平均値を、押出発泡体の独立気泡率とする。
独立気泡率(%)=(Vx−W/ρ)×100/(VA−W/ρ)・・・(1)
ただし、
Vx:上記空気比較式比重計により測定したサンプルの真の体積(cm3;押出発泡体のサンプルを構成する樹脂の容積と、サンプル内の独立気泡部分の気泡全容積との和。)
VA:サンプルの外寸法から算出したサンプルの見かけ上の体積(cm3
W:サンプルの全重量(g)
ρ:押出発泡体を構成するスチレン系樹脂の密度(g/cm3
「平均気泡径」
また、本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体の厚み方向の平均気泡径(DT)は、断熱性の観点から0.5mm以下であることが好ましく、0.05〜0.3mmであることがより好ましい。
厚み方向の平均気泡径(DT:mm)は、幅方向垂直断面の中央部及び両端部の計3箇所の顕微鏡拡大写真上に、厚み方向に押出発泡体の全厚みにわたる直線を引き、各直線の長さと、該直線と交差する気泡の数から、各直線上に存在する気泡の平均径(直線の長さ/該直線と交差する気泡の数)を求め、求められた3箇所の平均径の算術平均値を厚み方向の平均気泡径(DT:mm)とする。
幅方向の平均気泡径(DW:mm)は、幅方向垂直断面の、中央部及び両端部の計3箇所の顕微鏡拡大写真上における、押出発泡体を厚み方向に二等分する位置に、3mmに拡大率を乗じた長さの直線を幅方向に引き、該直線と該直線と交差する気泡の数から、各直線上に存在する気泡の平均径を式[3mm/(該直線と交差する気泡の数−1)]にて求め、求められた3箇所の平均径の算術平均値を幅方向の平均気泡径(DW:mm)とする。
押出方向の平均気泡径(DL:mm)は、押出発泡体の幅方向を二等分する位置で、押出発泡体を押出方向に切断して得られた押出方向垂直断面の、1m間隔をあけて3箇所の顕微鏡拡大写真上において、押出発泡体を厚み方向に二等分する位置に、3mmに拡大率を乗じた長さの直線を押出方向に引き、該直線と該直線と交差する気泡の数から、各直線上に存在する気泡の平均径を式[3mm/(該直線と交差する気泡の数−1)]にて求め、求められた3箇所の平均径の算術平均値を押出方向の平均気泡径(DL:mm)とする。また、押出発泡体の水平方向の平均気泡径(DH:mm)は、DWとDLの相加平均値とする。
「気泡変形率」
更に本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体においては、気泡変形率が0.7〜2.0であることが好ましい。気泡変形率とは、上記測定方法により求められた厚み方向の平均気泡径(DT:mm)を押出発泡体の水平方向の平均気泡径(DH:mm)で割った値(DT/DH)であり、該気泡変形率が1よりも小さいほど気泡は扁平であり、1よりも大きいほど縦長である。気泡変形率が小さすぎる場合は、気泡が扁平なので圧縮強度が低下する傾向にあり、扁平な気泡は球形に戻ろうとする傾向が強いので、押出発泡体の寸法安定性も低下する傾向にある。気泡変形率が大きすぎる場合は、厚み方向における気泡数が少なくなるので、気泡形状による断熱性向上効果が小さくなる。したがって、上記気泡変形率は、0.8〜1.5であることがより好ましく、0.8〜1.2であることが更に好ましい。気泡変形率が上記範囲内にあることにより、機械的強度に優れ、かつ更に高い断熱性を有するポリスチレン系樹脂押出発泡体となる。
「熱伝導率」
本発明のポリスチレン系樹脂押出発泡体の、製造後100日経過後の熱伝導率(A)は、0.0290W/(m・K)以下であることが望ましく、0.0280W/(m・K)以下であることが更に好ましい。本発明のスチレン系樹脂押出発泡体は、独立気泡率が高く、発泡体からのハイロドフルオロオレフィンの逸散が効果的に防止されることから、製造後100日経過後であっても、熱伝導率が低く維持され、断熱性に優れる。
本発明において熱伝導率は、ISO 11561に記載の促進試験に準拠した方法により測定する。製造直後の押出発泡体を厚み方向、及び幅方向中央部から厚さ10mm×長さ200mm×幅200mmの成形表皮が存在しない試験片を切り出し、該試験片をJIS K 7100に規定された標準温度状態3級(23℃±5℃)、及び標準湿度状態3級(50+20、-10%R.H.)の条件下に静置する。製造後100日後に該試験片を用いてJIS A 1412−2:1999に準拠する方法で、平均温度23℃の温度条件にて熱伝導率を測定する。
前記のように、スチレン系樹脂押出発泡体の製造から100日後の熱伝導率を0.0280W/(m・K)以下とするには、ハイドロフルオロオレフィンの配合量、押出発泡体の見掛け密度、独立気泡率、平均気泡径、気泡変形率を本発明に規定する範囲内に調整すれば良い。
本発明においては、断熱性向上のため、熱線輻射抑制剤としてグラファイトを添加してもよい。前記熱線輻射抑制剤とは、近赤外または赤外領域(例えば、800〜3000nm程度の波長域)の光を反射・散乱・吸収する特性を有する物質をいう。熱線輻射抑制剤を添加することにより、高い断熱性を有する発泡体が得られる。本発明で使用することができる熱線輻射抑制剤としては、グラファイトの他に、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化アンチモンなどの白色系粒子を併用することが出来る。これらは、単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。これらの中でも、線輻射抑制効果が大きい点から、酸化チタンや硫酸バリウムが好ましく、酸化チタンがより好ましい。
本発明における熱線輻射抑制剤の含有量は、スチレン系樹脂100重量部に対して、1.0重量部以上6.0重量部以下が好ましく、2.0重量部以上5.0重量部以下がより好ましい。熱線輻射抑制剤の含有量が1.0重量部未満では、断熱性向上が得られ難く、一方、6.0重量部超では、押出安定性・成形性が劣ったり、燃焼性が損なわれたりする傾向がある。
本発明においては、更に、必要に応じて、本発明の効果を阻害しない範囲で、例えば、シリカ、ケイ酸カルシウム、ワラストナイト、カオリン、クレイ、マイカ、酸化亜鉛、酸化チタン、炭酸カルシウムなどの無機化合物、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸バリウム、流動パラフィン、オレフィン系ワックス、ステアリルアミド系化合物などの加工助剤、フェノール系抗酸化剤、リン系安定剤、窒素系安定剤、イオウ系安定剤、ベンゾトリアゾール類、ヒンダードアミン類などの耐光性安定剤、前記以外の難燃剤、帯電防止剤、顔料などの着色剤などの添加剤がスチレン系樹脂に含有されてもよい。
スチレン系樹脂に各種添加剤を添加する手順として、例えば、スチレン系樹脂に対して各種添加剤を添加して混合した後、押出機に供給して加熱溶融し、更に発泡剤を添加して混合する手順が挙げられるが、各種添加剤をスチレン系樹脂に添加するタイミングや混練時間は特に限定されない。
本発明のスチレン系樹脂押出発泡体の製造方法としては、スチレン系樹脂、難燃剤、その他の添加剤等を押出機等の加熱溶融手段に供給し、任意の段階で高圧条件下にて発泡剤をスチレン系樹脂に添加し、流動ゲルとなし、押出発泡に適する温度に冷却した後、ダイを通して該流動ゲルを低圧領域に押出発泡して、発泡体を形成する。
加熱温度は、使用されるスチレン系樹脂が溶融する温度以上であればよいが、添加剤などの影響による樹脂の分子劣化ができる限り抑制される温度、例えば150〜260℃程度が好ましい。溶融混練時間は、単位時間当たりのスチレン系樹脂の押出量や溶融混練手段として用いる押出機の種類により異なるので一義的に規定することはできず、スチレン系樹脂と発泡剤や添加剤とが均一に分散混合されるに要する時間として適宜設定される。
溶融混練手段としては、例えばスクリュー型の押出機などが挙げられるが、通常の押出発泡に用いられるものであれば特に制限されない。
本発明の発泡成形方法は、例えば、押出成形用に使用される開口部が直線のスリット形状を有するスリットダイを通じて、高圧領域から低圧領域へ開放して得られた押出発泡体を、スリットダイと密着又は接して設置された成形金型、及び該成形金型の下流側に隣接して設置された成形ロールなどを用いて、断面積の大きい板状発泡体を成形する方法が用いられる。成形金型の流動面形状調整および金型温度調整によって、所望の発泡体の断面形状、発泡体の表面性、発泡体品質が得られる。
本発明に係るスチレン系樹脂押出発泡体における厚みは特に限定はないが、例えば建築用断熱材や保冷庫用又は保冷車用の断熱材として機能することを考慮した断熱性、曲げ強度及び圧縮強度の観点から、10mm以上150mm以下であることが好ましく、より好ましくは15mm以上120mm以下であり、特に好ましくは20mm以上100mm以下である。
かくして、本発明により、軽量、且つ、優れた断熱性および難燃性を有し、オゾン層破壊係数がゼロ、地球温暖化係数も小さく環境に優しいスチレン系樹脂押出発泡体を容易に得ることができる。
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明が以下の実施例に限定されないことは勿論である。
実施例および比較例において使用した原料は、次の通りである。
○基材樹脂
・スチレン系樹脂A [PSジャパン(株)製、G9401;MFR2.2g/10分]
・スチレン系樹脂B [PSジャパン(株)製、680;MFR7.0g/10分]
○難燃剤
・テトラブロモビスフェノールA−ビス(2、3−ジブロモ−2−メチルプロピル)エーテル及びテトラブロモビスフェノールA−ビス(2、3−ジブロモプロピル)エーテル の混合臭素系難燃剤[第一工業(株)製、GR−125P]
・臭素化スチレン−ブタジエンブロックポリマー [ケムチュラ製、EMERALD INNOVATION #3000]
・ヘキサブロモシクロドデカン [アルベマール(株)製、HP900]
○難燃助剤
・トリス(トリブロモネオペンチル)ホスフェート [大八化学工業(株)製、CR−900]
・トリフェニルホスフィンオキシド [住友商事ケミカル]
○ラジカル発生剤
・ポリ−1,4−ジイソプロピルベンゼン [UNITED INITIATORS製、CCPIB]
○安定剤
・ビスフェノール−A−グリシジルエーテル [(株)ADEKA製、EP−13]
・クレゾールノボラック型エポキシ樹脂 [ハンツマンジャパン製、ECN−1280]
・ジペンタエリスリトール−アジピン酸反応混合物 [味の素ファインテクノ(株)製、プレンライザーST210]
・ペンタエリトリトールテトラキス[3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート] [ケムチュラ製、ANOX20]
・3,9−ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェノキシ)−2,4,8,10−テトラオキサ−3,9−ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン [ケムチュラ製、Ultranox626]
・トリエチレングリコールビス−3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート [Songwon Japan(株)製、ソンノックス2450FF]
○その他添加剤
・ステアリン酸カルシウム [堺化学工業(株)製、SC−P]
・ベントナイト [(株)ホージュン製、ベンゲルブライトK11]
・シリカ [エボニックデグサジャパン(株)製、カープレックスBS−304F]
○発泡剤
・HFO−1234ze [ハネウェルジャパン(株)製]
・ジメチルエーテル [岩谷産業(株)製]
・塩化メチル [旭硝子(株)製]
・塩化エチル [日本特殊化学工業(株)製]
・イソブタン [三井化学(株)製]
・ノルマルブタン [岩谷産業(株)製]
・水 [大阪府摂津市水道水]。
実施例および比較例について、以下の手法に従って見掛け密度、独立起泡率、平均気泡径、気泡変形率、発泡体中のスチレン系樹脂100gに対するHFO−1234ze残存量、熱伝導率、JIS燃焼性を評価した。
(1)見掛け密度(kg/m3
得られたスチレン系樹脂押出発泡体の重量を測定すると共に、長さ寸法、幅寸法、厚み寸法を測定した。
測定された重量および各寸法から、以下の式に基づいて発泡体の見掛け密度を求め、単位をkg/m3に換算した。
見掛け密度(g/cm3)=発泡体重量(g)/発泡体体積(cm3
(2)独立気泡率(%)
得られたスチレン系樹脂押出発泡体から、厚さ20mm×長さ25mm×幅25mmの成形表皮が存在しない試験片を切り出し、ASTM−D2856−70の手順Cに準じて評価した。
(3)平均気泡径(mm)
前述の通り評価した。
(4)気泡変形率
前述の通り評価した。
(5)押出発泡体中のスチレン系樹脂100gに対するHFO−1234ze残存量
得られたスチレン系樹脂押出発泡体をJIS K 7100に規定された標準温度状態3級(23℃±5℃)、及び標準湿度状態3級(50+20、-10%R.H.)の条件下に静置し、製造から28日後にHFO−1234ze残存量を以下の設備、手順にて評価した。
a)使用機器;ガスクロマトグラフ GC−2014 [(株)島津製作所製]
b)使用カラム;G−Column G−950 25UM [化学物質評価研究機構製]
c)測定条件;
・注入口温度:65℃
・カラム温度:80℃
・検出器温度:100℃
・キャリーガス:高純度ヘリウム
・キャリーガス流量:30mL/分
・検出器:TCD
・電流:120mA
約130ccの密閉可能なガラス容器(以下、「密閉容器」と言う)に、発泡体から切り出した見掛け密度により異なるが約1.2gの試験片を入れ、真空ポンプにより密閉容器内の空気抜きを行った。その後、密閉容器を170℃で10分間加熱し、発泡体中の発泡剤を密閉容器内に取り出した。密閉容器が常温に戻った後、密閉容器内にヘリウムを導入して大気圧に戻した後、マイクロシリンジにより40μLのHFO−1234zeを含む混合気体を取り出し、上記a)〜c)の使用機器、測定条件にて評価した。
(6)熱伝導率(W/mK)
発泡体の熱伝導率は、前述の方法で測定した。合否の基準は以下のとおり。
合 格:熱伝導率が0.0280W/mK以下。
不合格:熱伝導率が0.0280W/mKより大きい。
(7)JIS燃焼性
JIS A 9511(測定方法A)に準じて、厚さ10mm×長さ200mm×幅25mmの試験片を5本用い、以下の基準で評価した。測定は、スチレン系樹脂押出発泡体の製造後、前記寸法の試験片に切削し、JIS K 7100に規定された標準温度状態3級(23℃±5℃)、及び標準湿度状態3級(50+20、-10%R.H.)の条件下に静置し、製造から1週間後に行った。
○(合格):3秒以内に炎が消えて、残じんがなく、燃焼限界指示線を超えて燃焼しないとの基準を満たす。
×(不合格):上記基準を満たさない。
(実施例1)
[樹脂混合物の作製]
スチレン系樹脂A[PSジャパン(株)製、G9401]100重量部に対して、難燃剤として、テトラブロモビスフェノールA−ビス(2、3−ジブロモ−2−メチルプロピル)エーテル及びテトラブロモビスフェノールA−ビス(2、3−ジブロモプロピル)エーテルの混合臭素系難燃剤[第一工業(株)製、GR−125P]3.0重量部、難燃剤助剤としてトリフェニルホスフィンオキシド[住友商事ケミカル]1.0重量部、安定剤として、ビスフェノール−A−グリシジルエーテル[(株)ADEKA製、EP−13]0.10重量部、トリエチレングリコールビス−3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート[Songwon Japan(株)製、ソンノックス2450FF]0.20重量部、滑剤としてステアリン酸カルシウム[堺化学工業(株)製、SC−P]0.10重量部をドライブレンドした。
[押出発泡体の作製]
得られた樹脂混合物を口径65mmの単軸押出機(第一押出機)と口径90mmの単軸押出機(第二押出機)、及び冷却機を直列に連結した押出機へ、約50kg/hrで供給した。
第一押出機に供給した樹脂混合物を、樹脂温度240℃に加熱して溶融ないし可塑化、混練し、発泡剤(スチレン系樹脂100重量部に対して、HFO−1234ze 4.0重量部(0.035mol)およびジメチルエーテル 4.7重量部(0.102mol)を第一押出機の先端付近で樹脂中に圧入した。その後、第一押出機に連結された第二押出機及び冷却機中にて、樹脂温度を125℃に冷却し、冷却機先端に設けた厚さ1.2mm×幅50mmの長方形断面の口金(スリットダイ)より、発泡圧力8.0MPaにて大気中へ押出発泡させた後、口金に密着させて設置した成形金型とその下流側に設置した成形ロールにより、厚さ21mm×幅250mmである断面形状の押出発泡板を得た。
得られた発泡体の評価結果を表2に示す。
(実施例2〜12)
表2に示すように、各種配合剤の種類・添加量及び製造条件を変更した以外は、実施例1と同様の操作により、発泡体を得た。得られた発泡体の物性を表2に示す。
Figure 0005892300
(比較例1〜7)
表3に示すように、各種配合剤の種類・添加量及び製造条件を変更した以外は、実施例1と同様の操作により、発泡体を得た。得られた発泡体の物性を表3に示す。
Figure 0005892300
表2に示した実施例1〜12と表3に示した比較例1〜7との対比から明らかなように、本発明に従い、所定量の難燃剤と混合発泡剤を含有するスチレン系樹脂を押出発泡成形することで、軽量で、且つ、優れた断熱性および難燃性を有し、オゾン層破壊係数がゼロ、地球温暖化係数も小さく環境に優しいスチレン系樹脂押出発泡体を容易に得ることができる。

Claims (7)

  1. スチレン系樹脂及び発泡剤を用いて押出発泡して得られる、難燃剤をスチレン系樹脂100重量部に対して0.5重量部以上8.0重量部以下含む、見掛け密度20kg/m3以上45kg/m3以下、独立気泡率が90%以上であるスチレン系樹脂押出発泡体であって、前記発泡剤が少なくともハイドロフルオロオレフィンと他の有機発泡剤を含み、
    (i)前記ハイドロフルオロオレフィンの配合量が、スチレン系樹脂100gに対して0.030mol以上0.125mol以下である、
    (ii)前記他の有機発泡剤として、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg以上の有機発泡剤を含む、
    (iii)前記他の有機発泡剤として、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg未満の有機発泡剤を含まない、
    (iv)ハイドロフルオロオレフィンと他の有機発泡剤の配合量の合計が、スチレン系樹脂100gに対して0.105mol以上0.300mol以下である、
    ことを特徴とするスチレン系樹脂押出発泡体。
  2. 前記ハイドロフルオロオレフィンの配合量が、スチレン系樹脂100gに対して0.040mol以上0.105mol以下である請求項1に記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
  3. 前記ハイドロフルオロオレフィンがテトラフルオロプロペンである請求項1または2に記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
  4. 前記他の有機発泡剤がジメチルエーテル、塩化メチル及び塩化エチルから選択される1種又は2種以上を含む混合物である請求項1〜3のいずれかに記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
  5. 前記他の有機発泡剤がジメチルエーテルである請求項1〜4のいずれかに記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
  6. 前記難燃剤として、臭素系難燃剤をスチレン系樹脂100重量部に対して0.5重量部以上6.0重量部以下含む請求項1〜5のいずれかに記載のスチレン系樹脂押出発泡体。
  7. スチレン系樹脂及び発泡剤を用いて押出発泡してスチレン系樹脂押出発泡体を製造する方法であって、難燃剤をスチレン系樹脂100重量部に対して0.5重量部以上8.0重量部以下含むスチレン系樹脂組成物を加熱溶融し、ついで発泡剤を高圧条件下にて添加し、所定の樹脂温度に冷却した後、これを低圧域に押し出して押出発泡体を成形してなり、見掛け密度20kg/m3以上45kg/m3以下、独立気泡率が90%以上であるスチレン系樹脂押出発泡体を製造する方法であって、
    前記発泡剤として少なくともハイドロフルオロオレフィンと他の有機発泡剤を用い、
    (i)前記ハイドロフルオロオレフィンの配合量を、スチレン系樹脂100gに対して0.030mol以上0.125mol以下とする、
    (ii)前記他の有機発泡剤として、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg以上の有機発泡剤を使用する、
    (iii)前記他の有機発泡剤として、ポリスチレン透過率が0.5×10-10cc・cm/cm2・s・cmHg未満の有機発泡剤を使用しない、
    (iv)ハイドロフルオロオレフィンと他の有機発泡剤の配合量の合計を、スチレン系樹脂100gに対して0.105mol以上0.300mol以下とする、
    ことを特徴とするスチレン系樹脂押出発泡体の製造方法。
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