JP6039505B2 - 熱可塑性樹脂発泡体及びその製造方法並びに発泡シール材 - Google Patents
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Description
樹脂発泡体としては、例えば、低発泡で連続気泡構造を有する微細セルのウレタン樹脂発泡体、高発泡ウレタンを圧縮成形したもの、また独立気泡を有する発泡倍率30倍程度のポリエチレン樹脂発泡体、密度が0.2g/cm3以下のポリオレフィン系樹脂発泡体(特許文献1及び2参照)等が提案されている。そして、延伸又は表面形状を制御した樹脂の押出し等によりシート又はテープ状に製造されている。
(1)熱可塑性樹脂を含む樹脂発泡体であって、
該発泡体の最大破断強度Smaxが0.1MPa〜3MPaであり、かつ
該最大破断強度Smaxと、最大破断強度を示す方向に対する直交方向における破断強度Sminとの比Smax/Sminが1.5〜6であることを特徴とする樹脂発泡体。
(2)前記最大破断強度を示す方向での破断伸びSSmaxが200%以下であり、
前記最大破断強度を示す方向での破断伸びSSmaxと、最大破断強度を示す方向に対する直交方向における破断伸びSSminとの破断伸び比SSmax/SSminが1.5〜6である(1)記載の樹脂発泡体。
(3)前記最大破断強度を示す方向での気泡サイズCmaxと、最大破断強度を示す方向に対する直交方向における気泡サイズCminとの比Cmax/Cminが1.2〜5である(1)又は(2)記載の樹脂発泡体。
(4)見掛け密度が0.01〜0.2g/cm3である(1)〜(3)いずれか1つに記載の樹脂発泡体。
(5)高圧ガスが含浸された熱可塑性樹脂組成物の減圧処理によって得られる(1)〜(4)のいずれか1つに記載の樹脂発泡体。
(6)前記ガスが、不活性ガスである(5)記載の樹脂発泡体。
(7)前記不活性ガスが、二酸化炭素又は窒素である(6)記載の樹脂発泡体。
(8)前記ガスが、超臨界状態のガスである(5)〜(7)のいずれか1つに記載の樹脂発泡体。
(9)上記(1)〜(8)のいずれか1つに記載の樹脂発泡体を含むことを特徴とする発泡シール材。
(10)発泡体の片面又は両面に配置された粘着層を備える(9)記載の発泡シール材。
(11)粘着層が、フィルム層を介して樹脂発泡体表面に配置されている(10)記載の発泡シール材。
本発明の樹脂発泡体は、最大破断強度Smaxが0.1MPa〜3MPaであり、好ましくは0.1MPa〜2MPa、より好ましくは0.2MPa〜2MPa、さらに好ましくは0.3MPa〜2MPaである。
ここで最大破断強度Smaxは、樹脂発泡体の種々の方向における破断強度のうちの最も大きな破断強度を意味する。
このような破断強度を求めるためには、まず、樹脂発泡体の任意の方向(例えば、方向A)での破断強度を測定し、さらにその方向Aの軸上に中心Xを設定し、この中心Xに対して10°ずつ軸を回転させ、軸が示す各方向での破断強度を測定する(合計18方向)。その中から、最も破断強度の大きな方向(以下「最大破断強度方向」ということがある)における破断強度を選択して、これを最大破断強度Smaxとする。
このような最大破断強度を有することにより、適当な強度を備えた樹脂発泡体とすることができる。
本発明の樹脂発泡体では、通常、最大破断強度を示す方向は、MD方向(流れ方向)である。
このような破断強度比を有することにより、特定方向へのせん断破壊において異方性を著しく向上させることができるために、良好な加工性、特に手切れ性を実現することができる。従って、本発明の樹脂発泡体を異方性が必要な易開封テープ、現場施工性に優れたシート等として使用することが可能となる。
このような破断伸びを有することにより、加工又は固定時における伸びを防止することができる。また、テープとしての使用時における、テープの伸びなどに伴う破断を効果的に防止することができる。樹脂発泡体の伸びは、所定の荷重を加えた際の伸び率である延展性として評価することができる。例えば、荷重0.5Nにおける延展性は、5.0%以下であると伸びにくく、良好と判断できる。荷重1.0Nにおける延展性は、10.0%以下であると延びにくく、良好と判断できる。延展性は、後述する実施例において記載する方法によって測定することができる。
このような破断伸び比を有することにより、最大破断方向に対して直交方向での伸びが小さくなるために、特定方向での切断をより容易にすることができる。
なお、独立気泡率は、例えば、実施例に記載の方法によって測定することができる。
まず、樹脂発泡体の最大破断強度方向と、この方向に対する直交方向とに平行に、カッターにて樹脂発泡体の主面に対してそれぞれ垂直方向(厚み方向)に切断し、平滑な断面を作成する。次いで、これら断面をキーエンスマイクロスコープ(例えば、商品名「VHX−600」キーエンス株式会社製)で観察する。そして、3000μm×2500μmでの計測範囲内で気泡サイズが大きいものから10点を抽出し、それらの気泡の面積を直径に換算し、それらの平均値を求めて、気泡径とする。
引張弾性率は、JIS K 6767に準拠した引張試験によって求められる。
本発明の樹脂発泡体は、熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物によって形成されている。熱可塑性樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンとの共重合体、エチレン又はプロピレンと他のα−オレフィン(例えば、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、4−メチルペンテン−1など)との共重合体、エチレンと他のエチレン性不飽和単量体(例えば、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、ビニルアルコールなど)との共重合体などのポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)などのスチレン系樹脂;6−ナイロン、66−ナイロン、12−ナイロンなどのポリアミド系樹脂;ポリアミドイミド;ポリウレタン;ポリイミド;ポリエーテルイミド;ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂;ポリ塩化ビニル;ポリフッ化ビニル;アルケニル芳香族樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂;ビスフェノールA系ポリカーボネートなどのポリカーボネート;ポリアセタール;ポリフェニレンスルフィドなどが挙げられる。
熱可塑性樹脂は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。熱可塑性樹脂が共重合体である場合、ランダム共重合体、ブロック共重合体のいずれの形態の共重合体であってもよい。
ポリオレフィン系樹脂としては、分子量分布が広くかつ高分子量側にショルダーをもつタイプの樹脂、微架橋タイプの樹脂(若干架橋されたタイプの樹脂)、長鎖分岐タイプの樹脂などが好適に挙げられる。
ゴム成分及び熱可塑性エラストマー成分は、例えば、ガラス転移温度が室温以下(例えば20℃以下)であるため、樹脂発泡体としたときの柔軟性及び形状追随性が極めて良好となる。
これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
動的架橋型熱可塑性オレフィン系エラストマーはTPO(非架橋型の熱可塑性オレフィン系エラストマー)より、弾性率が高く、かつ圧縮永久歪みも小さい。これにより、回復性が良好であり、樹脂発泡体とした場合に優れた回復性を示す。
この平均粒子径は、レーザー回折式の粒度分布測定法により測定することができる。例えば、LEEDS & NORTHRUP INSTRUMENTS 社製「MICROTRAC MT−3000」により、試料の分散希釈液から測定(AUTO測定)することができる。
難燃剤としては、ノンハロゲン−ノンアンチモン系である無機難燃剤が好ましい。
このような無機難燃剤としては、例えば、金属水酸化物や金属化合物の水和物などが挙げられる。より具体的には、水酸化アルミニウム;水酸化マグネシウム;酸化マグネシウムや酸化ニッケルの水和物;酸化マグネシウムや酸化亜鉛の水和物などが挙げられる。中でも、水酸化マグネシウムが好適に挙げられる。上記水和金属化合物は表面処理されていてもよい。難燃剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
これらの添加剤の含有量は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択することができる。
本発明の樹脂発泡体は、熱可塑性樹脂(ゴム成分及び/又は熱可塑性エラストマー成分を含む)、任意に、造核剤、脂肪族系化合物、滑剤等の添加剤を混合又は混練するなどにより得られた樹脂組成物を用い、樹脂組成物を発泡又は成形することにより製造することができる。特に、気泡の異方構造は、延伸することにより形成することができる。
発泡剤として高圧のガスを用いる方法としては、樹脂組成物に高圧のガスを含浸させた後、減圧する工程を経て形成する方法が好ましく、具体的には、樹脂組成物からなる未発泡成形物に高圧のガスを含浸させた後、減圧する工程を経て形成する方法、溶融した樹脂組成物にガスを加圧状態下で含浸させた後、減圧とともに成形に付して形成する方法などが挙げられる。
このように、バッチ方式で樹脂組成物を発泡又は成形する際には、所望の形状や厚さの未発泡樹脂成形体が得られる適宜な方法により樹脂組成物を成形することができる。
例えば、図3Aに示すように、スリット形状のTダイ又はスリットダイ10からシート状に樹脂を押し出した場合、樹脂が冷却して固化する前に、樹脂シート11を溶融又は半溶融状態でニップロール12に挟み込み、引き取る方法;図3Bに示すように、スリット形状のTダイ又はスリットダイ10からシート状に樹脂を押し出した場合、樹脂が冷却して固化する前に、樹脂シート11をロール13に抱かせて引き取る方法;図3Cに示すように、樹脂シート11が滑らないようにロール13に複数回抱かせて引き取る方法;図3Dに示すように、樹脂シート11が滑らないようにロール13間でニップして引き取る方法;図3Eに示すように、樹脂シート11を、エンドレスベルト14間に挟み込み、両面から接触させて、摩擦により滑らないようにして引き取る方法;図3Fに示すように、エンドレスベルト14上に接触させてベルトと樹脂シート11との摩擦により滑らないようにして引き取る方法などが挙げられる。また、図3Gに示すように、円筒状のダイ20からリング状に樹脂シート11を押し出し、リング状の一か所をカッターなどで切断してシート状に展開したものを、例えば、ニップロール12に挟み込み、引き取る方法などであってもよい。
なお、成形速度は、特に限定されるものではなく、安定的に樹脂シートを成形することができること及び生産効率を考慮して、2m/min〜100m/minの範囲とすることが好ましい。
本発明の発泡シール材は、上記樹脂発泡体を含む部材である。発泡シール材の形状は、特に限定されないが、シート状(フィルム状を含む)が好ましい。発泡シール材は、例えば、樹脂発泡体のみからなる構成であってもよいし、樹脂発泡体に、粘着剤層、基材層などが積層されている構成であってもよい。
粘着材層は、単層、積層体のいずれの形態を有していてもよいし、発泡性又は非発泡性のいずれであってもよい。なかでも、非発泡性の粘着材層が好ましい。
粘着材層は、剥離フィルム(セパレーター、例えば、剥離紙、剥離フィルムなど)により保護されていてもよい。
本発明の発泡シール材を、このような部材又は部品に取り付ける場合には、そのクリアランスを塞ぐように取り付けることが好ましく、このクリアランスとしては、特に限定されず、例えば、0.05〜0.5mm程度が挙げられる。
以下、本発明の熱可塑性樹脂発泡体及び発泡シール材を、実施例に基づいて説明する。
樹脂組成物として、
ポリプロピレン 35重量部、
熱可塑性エラストマー組成物 60重量部、
滑剤 5重量部、
造核剤 10重量部及び
エルカ酸アミド(融点80〜85℃) 2重量部を、二軸混練機にて200℃の温度で混練した。
熱可塑性エラストマー組成物は、カーボンブラックを16.7重量%含み、ポリプロピレン(PP)とエチレン/プロピレン/5−エチリデン−2−ノルボルネン三元共重合体(EPT)とのブレンド物(架橋型オレフィン系熱可塑性エラストマー、TPV)、ポリプロピレン:エチレン/プロピレン/5−エチリデン−2−ノルボルネン三元共重合体=10:90(重量基準)、
滑剤は、ステアリン酸モノグリセリド1重量部にポリエチレン10重量部を配合したマスターバッチ、
造核剤は、平均粒子径が0.8μmの水酸化マグネシウムである。
このペレットを、日本製鋼所社製のタンデム型単軸押出機に投入し、220℃の雰囲気下、14(注入後18)MPaの圧力で、二酸化炭素ガスを3.8重量%注入した。二酸化炭素ガスを十分飽和させ、発泡に適した温度まで冷却した。その後、ダイから押出して、異方構造を得るために、樹脂の押し出し速度と成形速度の比率が1:1.2〜1:2範囲内になるように調整し、発泡体がライン内でたるまないようにして、厚み1mmとなるように調整して、シート状の樹脂発泡体を得た。この樹脂発泡体は、引張弾性率が9.3MPaであり、独立気泡率が32%の半連続半独立気泡構造を有していた。
厚み0.5mmとなるように調整した以外、実質的に実施例1と同様にシート状の樹脂発泡体を製造した。この樹脂発泡体は、独立気泡率が32%の半連続半独立気泡構造を有していた。0.5Nにおける延展性は3.7%であり、1.0Nにおける延展性は7.2%であった。
等方的なフォームとして、ウレタンフォーム(主成分:ポリウレタン、シート状、平均セル径:229μm、見掛け密度:0.24g/cm3)を準備した。
実施例及び比較例で得られた樹脂発泡体の独立気泡率は、以下の方法に従って測定した。
得られた樹脂発泡体から、一定厚みで、一辺5cmの平面正方形状の試験片を切り出す。続いて、この試験片の重量W1(g)及び厚み(cm)を測定して、試験片の見掛け体積V1(cm3)を算出する。
次に、得られた値を式(1)に代入し、気泡の占める見掛け体積V2(cm3)を算出する。なお、試験片を構成する樹脂の密度をρg/cm3とする。
気泡の占める見掛け体積V2=V1−W1/ρ (1)
続いて、この試験片を23℃の蒸留水中に、試験片の上面から水面までの距離が40mmとなるように沈め、24時間放置する。その後、試験片を蒸留水中から取り出して、試験片の表面に付着した水分を除去する。得られた試験片の重量W2(g)を測定し、式(2)に基づいて、連続気泡率F1を算出する。この連続気泡率F1から独立気泡率F2を求める。
連続気泡率F1=100×(W2−W1)/V2 (2)
独立気泡率F2=100−F1 (3)
JIS K 6767に準拠した引張試験を実施し、得られた応力歪曲線における弾性領域下での傾きにより、下記式に基づいて算出した。つまり、応力歪曲線における弾性領域下、応力とこれに対応する歪との比により求めた。
引張弾性率(MPa)=応力/歪
A.延展性(0.5N)
樹脂発泡体をMD方向に切り出し、厚さ0.5mm、幅3mm、長さ30mmのシート状の試験片を作製した。試験片の長さ方向の一端を固定した状態で、0.5Nの荷重で試験片を、長さ方向に延伸し、延伸後の試験片の長さを測定した。以下の式に基づいて、延展性(%)を求めた。
延展性(%)=100×[(延伸後の試験片の長さ)−(初期の試験片の長さ)]/(初期の試験片の長さ)
延展性(0.5N)は、5.0%以下であると延びにくく、良好であると判断できる。
B.延展性(1.0N)
荷重を1.0Nとした以外は、延展性(0.5N)と同様に延展性(%)を求めた。
延展性(1.0N)は、10.0%以下であると延びにくく、良好であると判断できる。
実施例及び比較例の樹脂発泡体のシートについて、以下の評価を行った。その結果を表1に示す。
樹脂発泡体を、20mm×20mmに切り出したサンプルを用いて、密度計にてサンプルの重量と、浮力とから発泡体の見掛け密度(g/cm3)を算出した。
まず、樹脂発泡体の任意の方向(例えば、方向A)での破断強度を測定し、さらにその方向Aの軸上に中心Xを設定し、この中心Xに対してに10°ずつ軸を回転させ、各軸が示す各方向での破断強度を測定した(合計18方向)。その中から、最も破断強度の大きな方向における破断強度を選択して、これを最大破断強度Smaxとした。
なお、実施例の樹脂発泡体では、最大破断強度Smaxを示す方向はMD方向と一致していた。従って、最大破断強度を示す方向に直交する方向はTD方向と一致する。
破断強度は、樹脂発泡体をダンベル1号に打ち抜き、チャック間距離50mm、引っ張り速度500mm/minで引張試験を実施し、破断点での強度及び伸びを測定し、5点の平均値を算出し、それぞれ破断強度及び破断伸びとした。
樹脂発泡体の後述する最大破断強度方向と、この方向に対する直交方向とに平行に、カッターにて樹脂発泡体の主面に対してそれぞれ垂直方向(厚み方向)に切断し、平滑な断面を作成した。
これら断面をキーエンスマイクロスコープ(例えば、商品名「VHX−600」キーエンス株式会社製)に取り込み、同計測器の解析ソフト(三谷商事(株)製:Win ROOF)を用いて、画像解析した。樹脂発泡体3000μm×2500μmでの計測範囲内で、画像の画素面積から直径換算して気泡径として計測し、それら気泡径が大きいものから10点を抽出し、その平均を求め、これを気泡サイズとした。
図1に示すように、幅40mm及び長さ100mmのサンプル1を作製し、このサンプル1に、長手方向と平行に幅20mmの位置で50mmまで切れ込み1aを入れた。このサンプル1を、図2に示したように、引張試験機の把持部2に固定した後、引張速度500mm/minで、サンプル1が破断して分離するまでZ方向に引張り、サンプル1の直線的な切れ性を、目視により判断した。切れ込み位置から破断した端部までの位置のずれ(図1中、Q)が5mm以内(20%)の場合に手切れ性が良と評価した。
2 把持部
10 Tダイ又はスリットダイ
11 樹脂シート
12 ニップロール
20 樹脂発泡体
21 ローラ
Claims (11)
- 熱可塑性樹脂を含む樹脂発泡体であって、
該発泡体の最大破断強度Smaxが0.1MPa〜3MPaであり、かつ
該最大破断強度Smaxと、最大破断強度を示す方向に対する直交方向における破断強度Sminとの比Smax/Sminが1.5〜6であることを特徴とする樹脂発泡体。 - 前記最大破断強度を示す方向での破断伸びSSmaxが200%以下であり、
前記最大破断強度を示す方向での破断伸びSSmaxと、最大破断強度を示す方向に対する直交方向における破断伸びSSminとの破断伸び比SSmax/SSminが1.5〜6である請求項1記載の樹脂発泡体。 - 前記最大破断強度を示す方向での気泡サイズCmaxと、最大破断強度を示す方向に対する直交方向における気泡サイズCminとの比Cmax/Cminが1.2〜5である請求項1又は2記載の樹脂発泡体。
- 見掛け密度が0.01〜0.2g/cm3である請求項1〜3いずれか1つに記載の樹脂発泡体。
- 熱可塑性樹脂を含む樹脂発泡体の製造方法であって、
高圧ガスが含浸された熱可塑性樹脂組成物を減圧処理することによって、
該発泡体の最大破断強度Smaxが0.1MPa〜3MPaであり、かつ
該最大破断強度Smaxと、最大破断強度を示す方向に対する直交方向における破断強度Sminとの比Smax/Sminが1.5〜6である樹脂発泡体を製造する樹脂発泡体の製造方法。 - 前記ガスが、不活性ガスである請求項5記載の樹脂発泡体の製造方法。
- 前記不活性ガスが、二酸化炭素又は窒素である請求項6記載の樹脂発泡体の製造方法。
- 前記ガスが、超臨界状態のガスである請求項5〜7のいずれか1つに記載の樹脂発泡体の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1つに記載の樹脂発泡体を含むことを特徴とする発泡シール材。
- 発泡体の片面又は両面に配置された粘着層を備える請求項9記載の発泡シール材。
- 粘着層が、フィルム層を介して樹脂発泡体表面に配置されている請求項10記載の発泡シール材。
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