JP6185413B2 - ポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法 - Google Patents
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Description
前記の飽和炭化水素と脂肪族アルコール、水、二酸化炭素を組合わせた発泡剤についての従来技術としては、特許文献1、特許文献2がある。
[1]ポリスチレン系樹脂と物理発泡剤とを混練してなる発泡性溶融樹脂組成物を押出し板状に成形してポリスチレン系樹脂発泡体を製造する方法において、
該物理発泡剤が、ポリスチレン系樹脂1kgに対して、0.4〜0.8molの下記発泡剤(A)と、0.4〜1.0molの下記発泡剤(b1)と下記発泡剤(b2)とからなる発泡剤(B)と、0〜0.5molの下記発泡剤(C)とから構成されており、
発泡剤(b1)と発泡剤(b2)とのモル比(b1/b2)が0.1〜0.6であり、
物理発泡剤の総配合量がポリスチレン系樹脂1kgに対して0.7〜2molであることを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
発泡剤(A):ブタンを50mol%以上含む炭素数3〜6の飽和炭化水素
発泡剤(b1):エタノールを50mol%以上含む炭素数1〜4の脂肪族アルコール
発泡剤(b2):水
発泡剤(C):二酸化炭素
[2]前記発泡剤(C)の配合量が、ポリスチレン系樹脂1kgに対して0.1〜0.5molである、前記1に記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
[3]前記物理発泡剤の総配合量が、ポリスチレン系樹脂1kgに対して1.5〜2molである、前記1又は2に記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
[4]前記発泡性溶融樹脂組成物が、脂肪族ポリエステル樹脂及び/又は脂肪族ポリカーボネート樹脂を含む、前記1〜3のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
[5]前記発泡性溶融樹脂組成物が、臭素化ブタジエン−スチレン共重合体を含む難燃剤を含有する、前記1〜4のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
[6]前記ポリスチレン系樹脂発泡体の見掛け密度が20〜30kg/m3である、前記1〜5のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
本発明のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法においては、ポリスチレン系樹脂を主成分とする基材樹脂と物理発泡剤と必要に応じて配合される難燃剤、気泡調整剤等の添加剤とを押出機に供給して加熱、混練して溶融混合物とし、更に物理発泡剤を圧入して溶融混合物と混練した後、発泡適性温度に冷却して発泡性溶融混合物となし、該発泡性溶融混合物をフラットダイを通して低圧域に押出して発泡させることによりポリスチレン系樹脂発泡体が製造される。
なお、ポリスチレン系樹脂を主成分とするとは、基材樹脂中のポリスチレン系樹脂の含有量が50重量%を超えることをいい、好ましくは70重量%以上、より好ましくは90重量%以上である。
尚、該ガイダーとしては、通常、平行あるいは入口から出口に向かって緩やかに拡大するよう設置された上下一対のポリテトラフルオロエチレン樹脂等の素材からなる板により構成されるものが用いられる。
なお、上記スチレン系共重合体におけるスチレン単位成分含有量は50モル%以上が好ましく、特に好ましくは80モル%以上である。
発泡剤(A):ブタンを50mol%以上含む炭素数3〜6の飽和炭化水素
発泡剤(b1):エタノールを50mol%以上含む炭素数1〜4の脂肪族アルコール
発泡剤(b2):水
発泡剤(C):二酸化炭素
該発泡剤(b1)は、エタノールを50mol%以上含む炭素数1〜4の脂肪族アルコールである。
該比が0.1未満の場合には、すなわち前記脂肪族アルコールの配合比率が低すぎると、低見掛け密度の発泡体を得ることが困難となる。一方、該比が0.6を超える場合には、すなわち前記脂肪族アルコールの比率が高すぎると、ダイ内での圧力が低下しやすくなるため、また、板状に成形する際に気泡が破壊されやすくなるため、やはり低見掛け密度の発泡体を安定して得ることが困難となる。かかる観点から、該モル比(b1/b2)の上限は0.5であることが好ましい。
これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、押出安定性、難燃性の点から、ペンタエリス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]が好ましい。
これらは、単独または2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでも、押出安定性、難燃性の点から、テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)−1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシラート、又はビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)セバケートが好ましい。
本発明方法により得られる発泡体の見掛け密度は、20〜50kg/cm3が好ましく、本発明方法によれば、見掛け密度が20〜30kg/m3の発泡体も安定して得ることができる。なお、この範囲の見掛け密度の発泡体は、飽和炭化水素、脂肪族アルコール、水、二酸化炭素を組合わせた物理発泡剤についての従来の技術では、安定して得ることができなかったものである。
発泡体厚み方向の平均気泡径(DT:mm)及び発泡体幅方向の平均気泡径(DW:mm)は、発泡体の幅方向垂直断面(発泡体の押出方向と直交する垂直断面)に存在する個々の気泡に対して、厚み方向及び幅方向に平行な四辺を有し、かつ気泡に外接する長方形の厚み方向の辺の長さ及び幅方向の辺の長さを計測して、それぞれを各気泡の厚み方向の気泡径、幅方向の気泡径を求め、各々の算術平均値を厚み方向の平均気泡径(DW)、幅方向の平均気泡径(DT)とする。
一方、発泡体押出方向の平均気泡径(DL:mm)は、発泡体の押出方向垂直断面(発泡体の押出方向に平行に、幅方向の中央部で二等分した垂直断面)に存在する個々の気泡に対して、厚み方向及び押出方向に平行な四辺を有し、かつ気泡に外接する長方形の押出方向の辺の長さを計測して、各気泡の厚み方向の気泡径を求め、それらの算術平均値を押出方向の平均気泡径(DL)とする。
また、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。
V[mm]={Σ(DTi−DTav)2/(n−1)}1/2 (1)
変動係数(Cv)は(1)式により求めた標準偏差(V)を用いて、次式(2)によって求められる。
Cv[%]=(V/DTav)×100 (2)
ただし、Vx:上記空気比較式比重計による測定により求められるカットサンプルの真の体積(cm3)(発泡体のカットサンプルを構成する樹脂の容積と、カットサンプル内の独立気泡部分の気泡全容積との和に相当する。)
VA:測定に使用されたカットサンプルの外寸法から算出されたカットサンプルの見かけ上の体積(cm3)
W:測定に使用されたカットサンプル全重量(g)
ρ:発泡体を構成する基材樹脂の密度(g/cm3)
内径65mmの第1押出機と内径90mmの第2押出機を直列に連結し、第1押出機の終端付近に物理発泡剤注入口を設け、間隙1mm×幅110mmの横断面が長方形の樹脂排出口(ダイリップ)を備えたフラットダイを第2押出機の出口に連結した押出装置を用いた。また、第2押出機の樹脂出口にはこれと平行するように設置された上下一対のポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる板により構成された成形装置(ガイダー)を付設した。
難燃剤としての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)(第一工業製薬製「ピロガードSR130」)60重量%と、(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)(第一工業製薬製「ピロガードSR720」)40重量%との混合物100重量部に対し、熱安定剤として、ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトール−ジホスファイト(ADEKA社製「PEP36」)を0.5重量部、テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボシキレート(ADEKA社製「LA57」)0.5重量部添加したものを使用した。
[難燃剤2(略称:FR2)]
難燃剤としての臭素化ブタジエン−スチレン共重合体(ICL−JAPAN製「FR122P」)100重量部に対し、熱安定剤としてノボラック型エポキシ系化合物(DIC社製「EPICLON N680」)を10重量部、ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトール−ジホスファイト(ADEKA社製「PEP36」)5重量部、ペンタエリス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](BASF社製「Irganox1010」)5重量部添加したものを使用した。
タルク:松村産業株式会社製ハイフィラー#12
略称PPC:ポリプロピレンカーボネート樹脂(三菱樹脂社製)
略称PCL:ポリカプロラクトン(鈴裕化学社製「BC−7A」)
略称NE:ノボラック型エポキシ系化合物(DIC社製「EPICLON N680」)
略称Bu1:イソブタン(三井化学株式会社製 イソブタン)
略称Bu2:イソブタン30重量%とノルマルブタン70重量%との混合ブタン(コスモ石油株式会社製 ブタンMS)
物理発泡剤(b1):エタノール(関東化学株式会社製 試薬エタノール(99.5)鹿1級)
ポリスチレンと、気泡調整剤としてのタルク、難燃剤、熱安定剤、また必要に応じた気泡径拡大剤(脂肪族ポリエステル系樹脂又は脂肪族ポリカーボネート系樹脂)を表1に示す配合で第1押出機に供給し、200℃まで加熱して混練し、第1押出機に設けられた物理発泡剤注入口から、表1に示す配合組成、量の物理発泡剤を供給した。次に、第1押出機内でさらに混練した発泡剤含有溶融樹脂組成物を、続く第2押出機に移送して樹脂温度を125℃(押出樹脂温度)となるように調整して発泡性溶融樹脂組成物とした後、吐出量70kg/hrでダイリップから50mmの間隙で平行に配置されたガイダー内に押出し、発泡させながらガイダー内を通過させることにより板状に成形(賦形)し、ポリスチレン系樹脂発泡体を製造した。
低見掛け密度でかつ厚み方向の気泡径の変動係数Cvが小さい発泡体を安定して製造することが可能であった。
水を配合せず、エタノールの配合量を0.71mol/kgとした以外は実施例1と同様の製造方法にて発泡体の製造を試みた。安定した押出成形ができず、さらに、発泡効率が悪く、所望の見掛け密度の発泡体を得ることができなかった。また、得られた発泡体は、外観の悪いものであった。
エタノールを配合せず、水の配合量を0.71mol/kgとした以外は実施例1と同様の製造方法にて発泡体の製造を試みた。また発泡効率が悪く、所望の見掛け密度の発泡体を得ることができなかった。また、得られた発泡体は、気泡径が微細化し、気泡径の変動係数Cvが高く、さらに外観の悪いものであった。
エタノール、水の配合比率を変更してモル比(b1/b2)を0.67とした以外は、実施例3と同様の製造方法にて発泡体を製造した。その結果、エタノールの比率が増したため、発泡効率が悪く、所望の見掛け密度の発泡体を得ることができなかった。また、得られた発泡体は、外観の悪いものであった。
水を配合せず、二酸化炭素の配合量を0.80mol/kgと変更した以外は実施例1と同様の製造方法にて発泡体を製造した。その結果、押出安定性が著しく低下し、発泡体を得ることができなかった。
ダイの圧力の変動により評価した。
○: ダイの圧力変動が0.1MPa以下である。
△: ダイの圧力変動が0.1MPaを超え0.5MPa未満である。
×: ダイの圧力変動が0.5MPa以上であり、良好な発泡体を得ることができない。
発泡体の見掛け密度は、次のようにして求めた。得られた発泡体の幅方向の中央部、両端部付近から50×50×20mmの直方体の試料を各々切り出して重量を測定し、該重量を体積で割算することにより夫々の試料の見掛け密度を求め、それらの算術平均値を当該見掛け密度とした。
発泡倍率(1000÷見掛け密度)を発泡剤総配合量(mol/kg)で除した値を発泡効率として評価した。
この値は大きいほど効率が良く発泡し、低見掛け密度の発泡体が得られている指標となる。
厚み方向の平均気泡径(DT)については、前記方法により測定した。具体的には、厚み方向の平均気泡径(DT)は、発泡体の幅方向中央部及び両端部付近の計三箇所の幅方向垂直断面の拡大倍率50倍の拡大写真を得、各々の写真上において、ナノシステム株式会社製の画像処理ソフトNS2K−proを用いて個々の気泡の厚み方向の気泡径を計測し、算術平均することにより求めた。
変動係数Cvについては、上記で計測した個々の気泡の厚み方向の気泡径から前記方法により求め、下記基準により評価した。
○:変動係数が35%以下である。
△:変動係数が35%を超え40%以下である。
×:変動係数が40%を超える。
製造直後の発泡体を気温23℃、相対湿度50%の部屋に移し、その部屋で5日間放置した後、発泡体から試験片を無作為に5個切り出して(N=5)、JIS A9511(2006R)の5.13.1「測定方法A」に基づいて燃焼性を測定し、5個の試験片の平均燃焼時間により、発泡体の難燃性を下記基準で評価した。
○:全ての試験片において3秒以内で消える。
×:5個の試験片の平均燃焼時間が3秒を越える。
発泡体表面の平滑性について目視にて評価を行った。
○:凹凸がなく平滑な表面である
△:長時間運転時には、一部に凹凸が見られる
×:ダイ内で発泡剤が分離するなどにより表面が平滑ではないもの
Claims (6)
- ポリスチレン系樹脂と物理発泡剤とを混練してなる発泡性溶融樹脂組成物を押出し板状に成形してポリスチレン系樹脂発泡体を製造する方法において、
該物理発泡剤が、ポリスチレン系樹脂1kgに対して、0.4〜0.8molの下記発泡剤(A)と、0.4〜1.0molの下記発泡剤(b1)と下記発泡剤(b2)とからなる発泡剤(B)と、0〜0.5molの下記発泡剤(C)とから構成されており、
発泡剤(b1)と発泡剤(b2)とのモル比(b1/b2)が0.1〜0.6であり、
該物理発泡剤の総配合量がポリスチレン系樹脂1kgに対して2mol以下であることを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
発泡剤(A):ブタンを50mol%以上含む炭素数3〜6の飽和炭化水素
発泡剤(b1):エタノールを50mol%以上含む炭素数1〜4の脂肪族アルコール
発泡剤(b2):水
発泡剤(C):二酸化炭素
- 前記発泡剤(C)の配合量が、ポリスチレン系樹脂1kgに対して0.1〜0.5molである、請求項1に記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
- 前記物理発泡剤の総配合量が、ポリスチレン系樹脂1kgに対して1.5〜2molである、請求項1又は2に記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
- 前記発泡性溶融樹脂組成物が、脂肪族ポリエステル樹脂及び/又は脂肪族ポリカーボネート樹脂を含む、請求項1〜3のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
- 前記発泡性溶融樹脂組成物が、臭素化ブタジエン−スチレン共重合体を含む難燃剤を含有する、請求項1〜4のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
- 前記ポリスチレン系樹脂発泡体の見掛け密度が20〜30kg/m3である、請求項1〜5のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡体の製造方法。
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