JP6012315B2 - ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子 - Google Patents
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Description
型内発泡成形の生産工程では、生産性を上げる、つまり、成形サイクルの短縮が望まれている。
また、一般に、発泡剤が水、あるいは水、窒素の組み合わせの場合は、発泡倍率が中〜高倍率の領域ではヒケが発生しやすいという問題がある。さらに、エチレン系アイオノマーを用いて発泡倍率を高くするためには、エチレン系アイオノマーの添加量を多くする必要があり、コストが高くなるだけでなく、型内発泡成形体の機械的強度が低下するという問題もある。
ただし、成形サイクルが長い為、ヒケの発生防止と成形サイクルを短くすることの両立が求められる。
トリアジン骨格を有し、単位トリアジン骨格あたりの分子量が300以下の化合物を含有し、発泡剤として炭酸ガスを用いて得られるポリプロピレン系予備発泡粒子であって、
トリアジン骨格を有し、単位トリアジン骨格あたりの分子量が300以下の化合物の含有量が、ポリプロピレン系樹脂100重量部に対して0.05〜2重量部であり、かつ、
該予備発泡粒子が、直径300μm以上の巨大気泡および巨大気泡の1/3以下の微細気泡を有することを特徴とする、ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子に関する。
トリアジン骨格を有し、単位トリアジン骨格あたりの分子量が300以下の化合物が、メラミン(化学名1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリアミン)である
前期記載のポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子に関する。
具体的には、例えば、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンブロック共重合体、エチレン−プロピレンランダム共重合体、ブテン−プロピレンランダム共重合体、ブテン−プロピレンブロック共重合体、エチレン−ブテン−プロピレンランダム共重合体が好ましい。これらの中でも、エチレン含有量が0.1重量%以上、10重量%以下のエチレン−プロピレンランダム共重合体、あるいは、エチレンと1−ブテンを合計0.1重量%以上、10重量%以下含有し、かつ1−ブテンが0.5重量%以上含まれるエチレン−ブテン−プロピレンランダム共重合体が、成形性や機械的強度の観点からより好ましい。
ポリプロピレン系樹脂のMI値が0.5g/10分未満の場合、高発泡倍率のポリプロピレン系樹脂発泡粒子が得られにくい傾向があり、30g/10分を超える場合、ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の気泡が破泡し易く、ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の連泡率が高くなる傾向にある。
ここで、「単位トリアジン骨格あたりの分子量」とは、1分子中に含まれるトリアジン骨格数で分子量を除した値である。トリアジン類化合物の単位トリアジン骨格あたりの分子量が300を超えると、含水率を高める効果が十分に発揮されない傾向がある。
これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
トリアジン類化合物の含有量が0.05重量部未満では、気泡構造が比較的均一となり、成形サイクル短縮に効果を示す巨大な気泡および微細な気泡を併せ持つ気泡構造をつくることができない場合がある。トリアジン類化合物の含有量が2重量部を超えると、型内発泡成形体にヒケが非常に発生しやすくなる傾向がある。
これらの中でも、タルク、炭酸カルシウム、ステアリン酸カルシウムが、ポリプロピレン樹脂中への分散性に優れる点から、好ましい。
更に、これら発泡核剤の粒径分布がシャープであることが、微細な気泡を発生させ易い点から、望ましい。
例えば、ポリプロピレン系樹脂粒子を、密閉圧力容器内において、水等の分散媒に分散させ、発泡剤と共に攪拌流動させながら、容器内の内温を、ポリプロピレン系樹脂の軟化温度以上、具体的にはポリプロピレン系樹脂の融点−10℃〜融点+10℃に昇温する。容器内温を前記温度(発泡温度)にて一定時間保持した後、容器の一端を開放して、容器内圧力を発泡剤の蒸気圧以上の圧力に保持しながら、ポリプロピレン系樹脂粒子および分散媒を同時に、容器内よりも低圧の雰囲気下(通常は大気圧下)に放出することにより、ポリプロピレン系樹脂粒子を発泡せしめ、ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を得ることができる。
なお、上記密閉容器内より低圧の雰囲気下(通常は大気圧下)に放出する際は、密閉容器内の圧力が低下しないように、例えば、窒素、空気、二酸化炭素などの無機ガスにより保圧することが好ましい。
これに対して、発泡剤としてブタン、プロパンなどの脂肪族炭化水素を用いる場合には、気泡構造が均一となり、成形サイクル短縮に効果を示す巨大な気泡および微細な気泡を併せ持つ不均一な気泡構造をつくることが難しい傾向がある。一方、発泡剤として空気、窒素、水などの無機物質を用いる場合には、型内発泡成形体にした際に、ヒケやソリが発生しやすい傾向がある。
不均一な気泡構造をとるポリプロピレン系樹脂発泡粒子では、型内成形時に蒸気加熱後の発泡圧力の低下が速い為に、蒸気加熱後の冷却時間を短くすることができる。
無作為に選出した10個の発泡粒子に関して、セル膜が破壊されないように充分注意して発泡粒子をほぼ中央で切断し、その切断面を、寸法計測が可能なデジタルマイクロスコープを用いて拡大観察した。観察画面中、直径300μm以上の巨大気泡については、1つの発泡粒子中に存在するもの全てについてセルのx、y方向のフェレ径をそれぞれdx、dyとして測定し、巨大気泡径={(dx+dy)/2}/0.785の計算式によって巨大気泡径を算出した。
観察画面中、巨大気泡の存在しない領域では、ASTM D3576の方法に従って、任意に引いた線と交差するセル膜の個数を計測し、微小気泡径を算出した。
10個の発泡粒子におけるそれぞれの巨大気泡径および微小気泡径を平均することにより、巨大気泡径および微小気泡径を算出した。
分散助剤の添加量が0.001重量部未満では、分散助剤としての性能が低下し樹脂粒子の融着が見られる場合があり、2重量部を超えても、融着防止性能の大きな向上は見られない傾向がある。
例えば、ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を、必要に応じて、空気、酸素、窒素、二酸化炭素、あるいはこれらの中から選んだ複数の混合ガスである無機ガスにより加圧熟成して、粒子内に所定の内圧を付与する。その後、閉鎖し得るが密閉し得ない成形用金型型内に、該ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を、そのまま、もしくは加圧圧縮状態で充填する。その後、ポリプロピレン系樹脂の融点付近の温度の水蒸気を用いて、ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を加熱して粒子相互を融着せしめ、しかる後冷却することによって、成形体を得ることができる。
本発明においては、型内成形時の成形サイクルのうち、水冷時間を短縮できる効果が発現される。すなわち、成形時に蒸気加熱した後に、成形体を水冷し、成形体の固化と発泡圧低下を促進し、成形体の離型が可能とする迄の水冷時間は、本発明の発泡粒子を用いることにより、気泡が均一な発泡粒子を用いる場合よりも、短時間にすることが可能である。
・ポリプロピレン系樹脂:(プロピレン/エチレンランダム共重合体中のエチレン含有率2.9重量%、メルトインデックス7g/10分、融点144℃)
・トリアジン類化合物:
メラミン(三井化学製、メラミン、単位トリアジン骨格あたりの分子量126、分解温度300℃)
イソシアヌル酸(四国化成製、イソシアヌル酸、単位トリアジン骨格あたりの分子量129、分解温度330℃)
ベンゾグアナミン(日本カーバイド製、ニカグアナミン、単位トリアジン骨格あたりの分子量187、融点226℃)
トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキベンジル)−イソシアヌレート(チバスペシャルティケミカルズ社製、IRGANOX3114、単位トリアジン骨格あたりの分子量784、融点220℃)
・その他の親水性物質:
エチレン系アイオノマー(三井デュポンポリケミカル(株)製「ハイミラン1707」、MI=0.9g/10分、融点89℃)
ポリエチレングリコール(ライオン製、PEG#300、以下PEG)
・無機充填剤(発泡核剤):
タルク(林化成製、タルカンPK−S)
炭酸カルシウム(白石工業製、ホワイトンP−10)。
無作為に選出した10個の発泡粒子に関して、セル膜が破壊されないように充分注意して発泡粒子をほぼ中央で切断し、その切断面を、寸法計測が可能なデジタルマイクロスコープを用いて拡大観察した。観察画面中、直径300μm以上の巨大気泡については、1つの発泡粒子中に存在するもの全てについてセルのx、y方向のフェレ径をそれぞれdx、dyとして測定し、巨大気泡径={(dx+dy)/2}/0.785の計算式によって巨大気泡径を算出した。
観察画面中、巨大気泡の存在しない領域では、ASTM D3576の方法に従って、任意に引いた線と交差するセル膜の個数を計測し、微小気泡径を算出した。
10個の発泡粒子におけるそれぞれの巨大気泡径および微小気泡径を平均することにより、巨大気泡径および微小気泡径を算出した。
ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を型内発泡成形用の金型内に充填した後、これらを加熱融着させ、冷却した後、離型するまでに要する時間を、成形サイクルとした。
但し、離型は、冷却工程において型内発泡成形体が金型を押す力が、0.05MPaまで低下した段階で実施した。
縦400mm×横300mm×厚み60mmの型内発泡成形体において、ヒケは次の基準で評価した。
○:成形体の横方向において、両端での厚み寸法と、端から150mmの中央部での厚み寸法との差が、0.50mm以下である。
×:成形体の横方向において、両端での厚み寸法と、端から150mmの中央部での厚み寸法との差が、0.50mm超である。
総合評価は次の基準で評価した。
○:型内発泡成形体の成形サイクルが170秒以下、且つ、ヒケが○である。
△:型内発泡成形体の成形サイクルが170秒超、且つ、ヒケが○である。
×:型内発泡成形体のヒケが×である。
[ポリプロピレン系樹脂粒子の作製]
ポリプロピレン系樹脂100重量部に対して、表1に示すような種類と量のトリアジン骨格を有し、単位トリアジン骨格あたりの分子量が300以下の化合物、および無機充填剤を混合した。得られた混合物を、50mmφの単軸押出機に25kg/時間で投入し、樹脂温度230℃にて溶融混練した後、ストランド状に吐出させ、水冷した後、ペレタイザーを用いてカッティングして、ポリプロピレン系樹脂粒子を得た。なお、カッティングの際に、ポリプロピレン系樹脂粒子の粒子重量が1.2mg/粒となるように、調節した。
[ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の作製]
10リットル圧力容器に、得られたポリプロピレン系樹脂粒子100重量部、水170重量部、リン酸カルシウム0.6重量部およびアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.05部を仕込み、その後、表1に記載の発泡温度に加熱した。この際、加熱前から所定温度に達する迄の間、また、必要に応じて、所定温度に達した後に、発泡剤である炭酸ガスを表1に記載の圧力となるように仕込んだ。その後、容器内圧力を窒素ガスで保持しつつ、圧力容器下のバルブを開いて、圧力容器の内容物を大気下に放出し、ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を得た。
その後、得られたポリプロピレン系樹脂発泡粒子の発泡倍率を高めるため、次のような二段発泡に供した。すなわち、ポリプロピレン系樹脂発泡粒子を別の圧力容器に仕込み、空気を圧入してポリプロピレン系樹脂発泡粒子に表1に記載の空気内圧を付与し、その後攪拌機能を備えた圧力容器に投入した後、攪拌しながら所定圧力の水蒸気を吹き込み、元のポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子よりも発泡倍率が大なるポリプロピレン系樹脂発泡粒子を得た。
得られた予備発泡粒子の気泡径を、表1に示す。
[ポリプロピレン系樹脂型内発泡成形体の作製]
得られたポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を別の圧力容器に仕込み、空気を圧入して該ポリプロピレン系樹脂発泡粒子に0.2MPaの内圧を付与した。
内圧を付与したポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を、長さ400mm×幅300mm×厚み60mmの金型に充填した後、0.3MPaの水蒸気を用いて10秒間加熱して、融着させた後、冷却して離型して、型内発泡成形体を得た。
型内発泡成形時の成形サイクルおよび得られた型内発泡成形体のヒケ評価を、表1に示す。
[ポリプロピレン系樹脂粒子の作製]
ポリプロピレン系樹脂100重量部に対して、表1に示すような種類と量の親水性物質、および無機充填剤を混合した以外は、実施例と同様の操作により、ポリプロピレン系樹脂粒子を得た。
[ポリプロピレン系樹脂発泡粒子の作製]
発泡剤の種類および量、発泡時の発泡温度および圧力、付与時の空気内圧を、表1に示すように変更した以外は、実施例と同様の操作により、ポリプロピレン系予備発泡粒子を得た。
得られた予備発泡粒子の気泡径を、表1に示す。
[ポリプロピレン系樹脂型内発泡成形体の作製]
実施例と同様の操作により、型内発泡成形体を得た。
型内発泡成形時の成形サイクルおよび得られた型内発泡成形体のヒケ評価を、表1に示す。
Claims (2)
- トリアジン骨格を有し、単位トリアジン骨格あたりの分子量が300以下の化合物を含有して、発泡剤として炭酸ガスを用いて得られるポリプロピレン系予備発泡粒子であって、
トリアジン骨格を有し、単位トリアジン骨格あたりの分子量が300以下の化合物の含有量が、ポリプロピレン系樹脂100重量部に対して0.05〜2重量部であり、かつ、該予備発泡粒子が、直径が300μm以上の巨大気泡および、直径が巨大気泡の1/3以下である微細気泡を併せ持ち、
更に、ポリプロピレン系樹脂100重量部に対して無機充填材を0.1重量部以上、0.4重量部以下含有していることを特徴とする、ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子。 - トリアジン骨格を有し、単位トリアジン骨格あたりの分子量が300以下の化合物が、メラミン(化学名1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリアミン)であることを特徴とする、請求項1に記載の予備発泡粒子。
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