JP6389588B2 - 発泡成形部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は発泡成形部品の製造方法に関する。また、本発明は発泡成形部品にも関する。

同様の材料は、本発明者によるヨーロッパ特許（ＥＰ）第１，４８６，５３０号で既知である。前記ヨーロッパ特許には、微細セル構造と低密度を有し、断熱材としての活性炭がポリスチレン粒子内に存在することによって断熱性能が向上した発泡体が開示されている。

米国特許（ＵＳ）第２００５／０２６６２４４号により、機能層を有する発泡ポリスチレン粒子が知られている。従って、機能性添加剤を含むポリ酢酸ビニル溶液がコーティング剤として塗布されている。該方法は、最初に発泡性ポリスチレン粒子を発泡させ、温風を加えながら、この発泡ポリスチレン粒子を前記ポリ酢酸ビニル溶液と攪拌・混合するステップと、次に、所謂剥離剤を添加して所与量の分離粒子を得るステップと、を備える。こうして得られた所与量の分離粒子を乾燥させ、スチームを通したスチーム型上を移動させて前記分離粒子を互いに融合させ、密な構造の発泡成形部品を得る。前記発泡ステップの結果、発泡体構造内に機能化されたコーティングができると言える。

本出願人によるオランダ特許（ＮＬ）第１０３３７１９号には、圧力容器内で圧力２０ｂａｒで５時間、ポリ乳酸粒子を発泡剤すなわちＣＯ_２で含浸させることを特徴とする発泡成形部品の製造方法が開示されている。次に、温風（温度約９０℃）を１分間適用して、こうして得られたポリ乳酸粒子を予備発泡（または予備膨張）させる。該予備発泡ポリ乳酸粒子の密度は約６０ｇ／ｌである。最後に該予備発泡ポリ乳酸粒子を流動床リアクタ内でコーティングし、その後、圧力容器内で圧力２０ｂａｒで２０分間処理して、この粒子を発泡剤すなわちＣＯ_２で再度含浸させる。再度含浸させたポリ乳酸粒子は約７質量％のＣＯ_２を含む。次に、この再度含浸させたポリ乳酸粒子を工業生産単位に添加して発泡成形部品を得るが、この時に、蒸気を適用して予備発泡ポリ乳酸粒子をさらに発泡・融合させ、密度が６０ｇ／ｌの発泡成形部品を得る。前記オランダ特許（ＮＬ）第１０３３７１９号によれば、押出後のポリ乳酸粒子を流動床リアクタに投入してコーティング、すなわち５０質量％のポリ酢酸ビニル溶液を使用してコーティングすることも可能である。コーティング後に、圧力容器内で圧力２０ｂａｒで２０分間処理して、コーティングポリ乳酸粒子を発泡剤すなわちＣＯ_２で含浸させる。含浸させたポリ乳酸粒子は約７質量％のＣＯ_２を含んでおり、次に、この含浸させたポリ乳酸粒子を工業生産に添加して発泡成形部品を得るが、この時に、蒸気を適用してポリ乳酸粒子を発泡・融合させ、密度が６０ｇ／ｌの発泡成形部品を得る。この両方法において、発泡剤の含浸は必須のステップである。

粒子状発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）は包装材料として使用されるだけでなく、建設要素において、例えば住宅産業におけるパネルとしても使用される。こうしたパネルに対しては、とりわけ断熱性、遮音性および難燃性に関して特定の特性が求められる。本発明は、特に、粒子状ＥＰＳが適用された材料の難燃性を、厳格な難燃性要件、特にＤＩＮ４１０１−Ｂ２試験に合格するように最適化させることを特徴とする粒子状ＥＰＳの開発に焦点を当てるものである。

樹木栽培および温室栽培産業では、多量の基質（例えば土壌）が植物成長のための媒質として使用される。これは、とりわけ、温室での植物の成長と容器内での苗木の成長を意味する。使用される基質は大部分、土の空気流通を良くするための粉砕ピートの粗粒子から成る。栽培分野で使用される別の成長基質はロックウールである。これは実際に、非常に高価な成長基質である。欠点は、とりわけこの材料が分解しにくいことである。成長基質として重要な特性は、とりわけ、生分解性、機械的強度および気孔率（水と空気の流通のため）である。

また、発泡によって製造される断熱パネルは、内部仕切りまたは壁の被覆として使用される。断熱パネルを例えば内部仕切りに貼着した場合、湿気すなわち水分がパネルと壁との間に形成され得る。この望ましくない湿気の発生を防ぐために、断熱パネルには、湿気を移動させ易くするためのチャネルが設けられることが多い。

本出願人による国際特許出願（ＷＯ）第２０１１１３３０３５号による発泡成形部品の製造は、所謂スチームチャンバ内で予備発泡させ得る出発原料であるポリスチレン粒子をさらに発泡させる方法で行われる。この可能な予備発泡において、例えばスチームの影響下でヴァージンＥＰＳを処理して発泡ポリスチレンの粒子を発泡させる。この処理後、予備発泡したＦＰＳを特に４〜４８時間貯蔵する次の処理でさらに熟成させる。この異なる出発原料をスチーム型内またはスチームで処理した型内で処理して最終形態を得る。前記のプロセスの間、粒子は互いに付着して密な構造が形成される。出発原料の組み合わせを前記スチームチャンバまたは型に充填する前に、所望の組成を請求項に要約した所望のＥＰＳ材料の混合物を最初に製造する。所望の混合物を製造後、出発原料を特にサイロから取り出す。前記形態の容器に充填後、スチームでバブリングする。スチームが高温であるため本発泡剤は発泡しようとし、ＥＰＳ粒子は、スチームによってガラス転移温度以上に加熱されるため、またこの形態では容積が限定されているため互いに融合する。ここで使用される型には、発泡剤とスチームが流通できる小開口が設けられている。

本発明の目的は、高耐熱性の発泡成形部品の製造方法を提供することである。本発明の別の目的は、農産業および園芸産業、特に温室産業における成長基質としての使用に好適な発泡成形部品の製造である。

本発明のさらなる目的は、気孔率が調整可能な発泡成形部品の製造方法の提供である。
本発明のさらなる目的は、断熱用途、特に内部壁断熱用途用の断熱パネルとしての使用に好適な発泡成形部品の提供である。

序文に記載したように本出願は、該方法が、ｉ）高分子発泡粒子を準備するステップと、ｉｉ）高分子発泡粒子と粘着組成物とを混合するステップと、ｉｉｉ）ステップｉｉ）で得られた前記混合物に熱輸送媒体を流して発泡成形部品を得るステップと、を備える点で特徴付けられる。

この方法の適用によって、本発明の１つまたは複数の目的が達成される。コーティングステップ後に、発泡剤、特にＣＯ_２による含浸が必要とされる前述のオランダ特許（ＮＬ）第１０３３７１９号に開示された方法とは対照的に、本発明の前述のステップでは、発泡剤による含浸がないことは明らかである。

本方法は、ステップｉ）とｉｉ）の間に、あるいはステップｉｉ）とｉｉｉ）の間に、さらに、ステップｉｉ）およびまたはステップｉｉｉ）において、発泡剤による含浸がないことを示している。ステップｉ）では、発泡剤の量が高分子発泡粒子の質量に対して０．１質量％未満の、特に０．０１質量％未満の、さらに特に０．００１質量％未満の高分子発泡粒子が出発原料として使用されていることは、とりわけ記載される必要がある。特に、ステップｉ）で使用される出発原料は既に発泡した高分子粒子であり、本発明には、単独の発泡剤を使用する含浸ステップはない。本発明の特定の実施形態では、再利用材料であってもよい発泡高分子粒子の組み合わせが使用できる。従って、ステップｉｉｉ）で行われる処理には、高分子発泡粒子と粘着組成物との混合物を圧縮または押圧してこれらの成分を互いに接着させるステップを含む。従って、先行技術に記載されているような発泡ステップについて何ら言及されない。

従って、前記方法の適用によって、互いに付着する高分子粒子間の「空間」と考えられるべき開口構造を有する発泡成形部品が製造できることは明らかである。この開口構造によって、該発泡成形部品は、特に根が基質に付着する例えば植物や野菜の成長用基質として好適なものとなる。また、この開口構造は、内部壁断熱用の断熱パネルなどの用途にも望ましく、互いに付着する高分子粒子間に必然的に存在するチャネルによって、パネルを移動する湿気の輸送手段と、目的とする断熱特性とが得られる。さらに、本方法を用いて製造された基質は、特にその開口構造により、排水用途での使用にも好適である。

好適な実施形態では、ステップｉｉｉ）において、熱輸送媒体として温風の使用がとりわけ望ましい。温風の適用によって、高分子粒子と粘着組成物との良好な接着が保証され、密な成形部品が製造される。とりわけ、ステップｉｉ）で使用した粘着組成物中の溶剤は、温風によって確実に除去される。

特定の実施形態では、該高分子発泡粒子は、Ｅ−ＰＬＡ、ＰＬＡ−デンプン混合物、ＰＬＡ−ＰＢＡＴ混合物、ＰＨＡ、ＥＰＳ、ＥＰＳ／ＰＰＯ、ＥＰＰ、ＥＰＥ、Ｅ−ＰＥＴおよびデンプン泡を有するＰＬＡまたはこれらの組み合わせから構成される群から選択されることが望ましい。特定の実施例では、ＤＳＣで測定した結晶化度が好適には１０〜５０％の高結晶化Ｅ−ＰＬＡ発泡体またはＤＳＣで測定した結晶化度が約０％の非晶質Ｅ−ＰＬＡ発泡体、Ｐ−ＤＬＡ４０％とＰＬＬＡ６０％とのＥ−ＰＬＡ混合物、１０〜５０％の範囲の所与量のＰＬＡとのＰＬＡ−デンプン混合物（熱可塑性デンプン）、ＰＬＡ−ＰＢＡＴ（ｅｃｏｆｌｅｘ）混合物およびＰＨＡを有するＰＬＡが含まれる。ここで、ＰＬＡはポリ乳酸を、ＰＨＡはポリヒドロキシアルカノエート化合物を、ＥＰＳは発泡ポリスチレンを、ＰＰＯはポリ（ｐ−フェニレンオキシド）を、ＥＰＰは発泡ポリプロピレンを、ＥＰＥは発泡ポリエテンを、ＰＥＴはポリエチレンテレフタレートを表わす。

本発明のある実施形態では、該粘着組成物は、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルおよびスチレンの群から選択された１つまたは複数の成分系である。ラテックスも粘着組成物に含まれる。ＰＵとＰＡラテックスも別の粘着組成物として挙げられる。粘着組成物と高分子粒子との混合物中の粘着組成物の量は、高分子粒子量に対する固形分としての粘着剤の量で約５〜５０重量％であり、好適には１０〜４０重量％であり、より好適には約１０〜３０重量％である。例えば、ＢｉｏＦｏａｍタイプの高分子粒子１２リットル（ｌ）で始めるとすると、その重量は約２００ｇ（密度１７ｇ／ｌ）である。添加する粘着組成物は、粘着剤密度が７．５ｇ／ｌ、固形分含量が約４５％であり、粘着剤量は約３６ｇである。従って、粘着剤の重量％は、高分子粒子２００ｇの１８％となる。

本方法は、ステップｉｉ）は、前記の粘着組成物と高分子発泡粒子との得られた混合物の混合ステップ後に、前記混合物を２つの押圧体間に投入し、次に、発泡なしで、前記２つの押圧体によって押圧または圧縮するステップをさらに備える点において特徴付けられる。

さらに押圧ステップを行うことによって、粘着組成物で湿潤した前記高分子発泡粒子間の良好な相互付着が保証される。前記粘着組成物と高分子発泡粒子との混合は、粘着組成物でコーティングされた高分子発泡粒子を、例えば、熱輸送媒体の流通が可能な多くの開口が設けられた型内に投入可能なミキサー内で行われる。この方法は、バッチプロセスとしても行い得る。

特定の実施形態では、前記２つの押圧体は、粘着組成物と高分子発泡粒子との前記混合物が載荷される２本の平行移送コンベアすなわちベルトコンベアを備える。これらのベルトは上下に配置され、粘着組成物と高分子発泡粒子との前記混合物は下段のバンドに載荷され、２本の移送ベルトに位置によって圧力が印加される。こうして、本発明を連続プロセスで行うことができる。本発明のある実施形態では、所与量の粘着組成物が混合装置内で前記高分子発泡粒子と混合され、得られた混合物が移送ベルトに載荷される。スペーサを使用することによって、所定の圧力が実際に該混合物に印加される前記２本の移送バンド間の高さを変更できる。こうして、密度が例えば２０ｋｇ／ｍ^３の高分子粒子から出発して、密度が例えば３０ｋｇ／ｍ^３の成形部品を得ることができる。圧縮は、好適には１０〜５０％の範囲であり、より好適には１５〜４０％の範囲であり、さらにより好適には２０〜３０％の範囲である。該粘着組成物を選択することによって、例えば、密度、難燃性、湿気輸送特性の向上、抗菌性、帯電防止性、色および臭気の向上などの、特定の特性を有する最終成形部品の提供が可能になる。また、任意の所望長さを有する発泡成形部品の製造も可能である。移送ベルトは、例えば、粘着組成物と高分子発泡粒子との混合物に熱輸送媒体を添加できる穿孔を設けることなどの方法で行われる。また、このように処理された高分子発泡粒子をスチームを用いたさらなる処理に接触させることもできる。

本粘着組成物は、香料剤、着色剤、湿気輸送影響剤、断熱性能や難燃性向上剤、帯電防止剤から構成される群から選択される添加剤をさらに含み得る。これらの例としては、例えば、発泡性グラファイト、ホスフェート、ホスフェートエステル、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、メタケイ酸ナトリウム（水ガラス）、メタケイ酸カリウム、金属水酸化物または金属酸化物、金属顔料、ケイ酸塩およびガラス繊維などが挙げられる。好適な接着剤は、例えば、Ｖｉｎｎａｐａｓ７３３ＨＤ、Ｃｏｒｄｉｆｉｘ ＳＰ１００３およびＶｉｎｎｅｘ２５１０などである。

好適な添加剤として、以下のものが挙げられる。発泡性グラファイト、トラス、エトリンガイトすなわち、Ｃａ_６Ａｌ_２Ｏ_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ）_１２２６Ｈ_２Ｏ、（ＣａＯ）_６（Ａｌ_２Ｏ_３）（ＳＯ_３）_３３２Ｈ_２Ｏおよび（ＣａＯ）_３（Ａｌ_２Ｏ_３）（ＣａＳＯ_４）_３３２Ｈ２Ｏなどの硫酸アルミニウムカルシウムミネラル、ヘキサカルシウムアルミナトリ硫酸水和物、ケイ酸カルシウム（Ｃａ_２ＳｉＯ_４）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、発泡性パーライト、珪灰石（ＣａＣＯ_３）および他の粘土である。

本発明を以下の非限定的実施例によってさらに説明する。

（実施例１）
所与量のＥＰＳ系発泡体（Ｓｙｎｂｒａ社（オランダ、ＥｔｔｅｎＬｅｕｒ）Ｂｉｏｆｏｒａｍ）を、ポリビニルアルコール系粘着組成物（Ｃｏｒｄｉａｌ社（オランダ、Ｇｒｏｎｉｎｇｅｎ）製Ｃｏｒｄｉｆｉｘ ＳＰ１００３）と混合した。この高分子発泡粒子を該粘着組成物と混合後、混合物を静置型に入れ温風で処理した。得られた成形部品は、Ｅｕｒｏｃｌａｓｓ Ｅの燃焼試験の要件を満たした。

（実施例２）
実施例１を再度行ったが、粘着組成物は、ポリ酢酸ビニルＶｉｎｎｅｘ２５１０（Ｗａｃｋｅｒ社（ドイツ、Ｂｕｒｇｈａｕｓｅｎ）製）を使用した。

（実施例３）
実施例２を再度行ったが、粘着組成物は、発泡性グラファイトを添加したＶｉｎｎｅｘ２５１０（Ｗａｃｋｅｒ社（ドイツ、Ｂｕｒｇｈａｕｓｅｎ）製）を使用した。

（実施例４）
実施例１を再度行ったが、静置型の代わりに、移動型、特に、粘着組成物と発泡粒子との混合物と空気とを添加する２本の平行な移送ベルトを備えた構造のものを用いた。
これらの実施例の結果を表１に示す。得られた成形部品はすべて、Ｅｕｒｏｃｌａｓｓ Ｅの燃焼試験の要件を満たした。

実施例４で説明した連続プロセスを基にさらに実験を行なったが、この結果を表２に示す。表中、「ＤＳ」は圧縮強度（ＥＮ８２６）を、「ＴＳ」は引張強度（ＥＮ１６０７）を、「ＢＳ」は破断強度（ＥＮ１２０８９）を意味する。

本発明は、接着剤を適用して既発泡の高分子粒子を互いに付着させ、該付着した高分子粒子を熱輸送媒体で処理して得られる開口構造を有する発泡成形部品の製造方法と考えられるべきである。前記開口構造によって、該発泡成形部品を野菜や植物の成長基質として、また内壁絶縁用途における断熱パネルとして使用できる。

Claims (10)

1. ｉ）高分子発泡粒子を準備するステップと、
   ｉｉ）高分子発泡粒子と、ポリビニルアルコール系成分およびポリ酢酸ビニル系成分の１つまたは複数を含む粘着組成物とを混合するステップと、
   ｉｉｉ）ステップｉｉ）で得られた前記混合物に熱輸送媒体を流して開口構造の発泡成形部品を得るステップと、
   を備え、
   前記開口構造の発泡成形部品中、前記高分子発泡粒子が前記粘着組成物を介して互いに付着しており、ステップｉ）で使用される高分子粒子中に存在する発泡剤の量が、前記高分子発泡粒子の質量に対して０．１質量％未満であることを特徴とする高分子発泡粒子系の開口構造の発泡成形部品の製造方法。
2. 前記熱輸送媒体として温風を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記高分子発泡粒子は、Ｅ−ＰＬＡ、ＰＬＡ−デンプン混合物、ＰＬＡ−ＰＢＡＴ混合物、ＰＨＡ、ＥＰＳ、ＥＰＳ／ＰＰＯ、ＥＰＰ、ＥＰＥ、Ｅ−ＰＥＴおよびデンプン泡を有するＰＬＡまたはこれらの組み合わせの１つまたは複数から構成される群から選択されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記ステップｉｉ）は、粘着組成物と高分子発泡粒子との前記混合物を２つの押圧体に添加後、前記押圧体経由で圧力を印加するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記押圧体は、粘着組成物と高分子発泡粒子との前記混合物がその間に存在する２つの平行に配置された移送バンドを備えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記粘着組成物は、着色剤、断熱性能向上剤、難燃剤、および帯電防止剤から構成される群から選択される１つまたは複数の添加剤をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記ステップｉ）において、既に予備発泡した高分子発泡粒子を使用することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ステップｉ）で使用される高分子粒子中に存在する発泡剤の量は、前記高分子発泡粒子の質量に対して０．０１質量％未満であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記ステップｉ）で使用される高分子粒子中に存在する発泡剤の量は、前記高分子発泡粒子の質量に対して０．００１質量％未満であることを特徴とする請求項１または請求項８に記載の方法。
10. 前記ステップｉ）、ｉｉ）およびｉｉｉ）の１つまたは複数のステップにおいてまたはそれらのステップの間、発泡剤による含浸が行われないことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。