JP6881232B2 - 発泡性樹脂粒子 - Google Patents
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Landscapes
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
Description
融点30℃以上の脂肪酸エステル、
流動パラフィン、
炭素数5又は6の環式脂肪族炭化水素、及び
炭素数3〜5の鎖式脂肪族炭化水素を含有し、
上記共重合体100質量部に対して、上記脂肪酸エステルと、上記流動パラフィンと、上記環式脂肪族炭化水素との合計配合量が3質量部以上5質量部以下であり、上記流動パラフィンの配合量に対する上記脂肪酸エステルの配合量が質量比で0.2〜2であり、上記環式脂肪族炭化水素の配合量に対する上記脂肪酸エステルの配合量が質量比で0.25〜1である、発泡性樹脂粒子にある。
以下の説明において、括弧内に付されたアルファベットや数字は、本発明を何ら限定するものではない。発泡性樹脂粒子は、上記のように、共重合体(A)と、脂肪酸エステル(B1)と、流動パラフィン(B2)と、環式脂肪族炭化水素(B3)、鎖式脂肪族炭化水素とを含有する。発泡性樹脂粒子は、共重合体(A)を基材樹脂とし、「発泡性粒子」、「粒子状発泡性樹脂」等と呼ばれることがあるが、発泡性樹脂粒子は、これらを含む概念である。発泡性樹脂粒子は、少なくとも鎖式脂肪炭化水素が発泡剤として機能し、蒸気などの加熱媒体による加熱によって発泡する。これにより、予備発泡粒子が得られる。つまり、発泡性樹脂粒子は、予備発泡粒子を得るために用いられる。また、予備発泡粒子は、発泡性樹脂粒子を予備発泡してなり、共重合体(A)を基材樹脂とする発泡体であり、主に型内成形に使用される。なお、脂肪酸エステル(B1)、流動パラフィン(B2)、及び環式脂肪族炭化水素(B3)は、基材樹脂に対して配合された添加剤(B)としてとらえることができる。これらの添加剤(B)は、可塑剤としての機能を主に示すものである。なお、これらの添加剤(B)の中には、例えば環式脂肪族炭化水素(B3)のように可塑剤としての機能の他に、発泡剤としての機能を併せ持つものもある。
共重合体(A)は、スチレン(A1)とアクリル酸アルキルエステル(A2)との共重合体からなる。共重合体におけるアクリル酸アルキルエステル(A2)は、共重合体(A)のガラス転移温度を下げ、低成形圧での型内成形が可能な予備発泡粒子の製造を可能にする。
特に、本発明においては、アクリル酸エステルの含有量の少ない共重合体からなる発泡性樹脂粒子であっても、特定の脂肪酸エステル(B1)と流動パラフィン(B2)と環式脂肪族炭化水素(B3)を配合することにより、融着が良好で、水漏れが防止され、強度に優れる発泡成形体を得ることができる発泡性樹脂粒子が得られる。
なお、アクリル酸アルキルエステル(A2)としては、アルキル基の炭素数が1〜20のものが用いられ、アルキル基の炭素数は1〜5であることが好ましく、2〜4であることがより好ましい。具体的には、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等が挙げられる。アクリル酸アルキルエステルの中でも、アクリル酸ブチルがより好ましい。
可塑剤として使用される脂肪酸エステル(B1)は、融点が30℃以上のエステルである。上記脂肪酸エステル(B1)は、常温(例えば10〜30℃)では通常固体である。特に、上記3種(B1〜B3)のうち、成形体が使用される常温(例えば10〜30℃)で脂肪酸エステル(B1)が固体状態で存在することにより、成形体とした際の水漏れが効果的に抑制されると考えられる。脂肪酸エステル(B1)の融点が30℃未満の場合には、可塑性が高く、予備発泡時にブロッキングが発生したり、成形体としたときに水漏れが発生するおそれがある。成形体の水漏れをさらに抑制できるという観点からは、脂肪酸エステル(B1)の融点は、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがさらに好ましい。なお、脂肪酸エステル(B1)の融点の上限は、概ね、100℃であることが好ましく、80℃であることが好ましく、70℃であることがさらに好ましい。上記融点は、JIS K3331(2013)に基づいて、測定することができる。
流動パラフィン(B2)は,CmHn(n<2m+1、n,mは自然数)で示される飽和炭化水素の混合物である。流動パラフィンは、常温(例えば10〜30℃)で液体のパラフィン類である。また、JIS K2231に定められた流動パラフィンが特に好ましく使用される。
環式脂肪族炭化水素(B3)は、炭素数が5又は6である。他の炭素数の環式脂肪族炭化水素を用いた場合には、共重合体(A)の重合時に凝結が発生するおそれがある。なお、環式脂肪族炭化水素(B3)は、常温(例えば10〜30℃)で液体である。
特に、本発明においては、脂肪酸エステル(B1)、流動パラフィン(B2)、環式脂肪族炭化水素(B3)を併用することが重要である。なお、通常、成形体が使用される常温(10〜30℃)において、脂肪族エステル(B1)は固体であり、流動パラフィン(B2)は液体であり、環式炭化水素(B3)は液体で、揮発性を有するものである。これらの物理的特性の異なる添加剤を特定の割合で組み合わせることによって、はじめて、低成形圧で成形されても水漏れ防止が抑制され、且つ成形体強度に優れる発泡粒子成形体の製造が可能となる。したがって、流動パラフィン(B2)の配合量(b2)に対する脂肪酸エステル(B1)の配合量(b1)が、質量比(b1/b2)で、0.2〜2であることが好ましい。上記範囲未満である場合には、成形体に水漏れが生じやすくなったり、成形性が低下したりするおそれがある。一方、上記範囲を超える場合には、成形体に水漏れが発生しやすくなるおそれがある。また、この効果をより高めるという観点から、上記比は0.8〜1.2であることが好ましく、0.9〜1.1であることがさらに好ましい。上記範囲内であれば、上記3成分の配合バランスにより優れるので、特に成形性の向上が可能になる。
また、上記と同様の観点から、環式脂肪族炭化水素(B3)の配合量(b3)に対する脂肪酸エステル(B1)の配合量(b1)が質量比(b1/b3)で0.25〜1であることが好ましい。上記範囲未満である場合には、成形体に水漏れが発生するおそれがある。一方、上記範囲を超える場合には、ブロッキングが生じやすく良好な成形体が得られ難くなるおそれがある。上記3成分の配合バランスにより優れ、特に、シクロヘキサン等の環式炭化水素が上記範囲内の特定量となるので、ブロッキングが防止され、成形性に優れる発泡粒子成形体の製造が可能になる観点から、0.3〜0.8であることがより好ましい。
発泡性樹脂粒子は、発泡剤(C)を含有する。発泡剤(C)は、炭素数3〜5の鎖式脂肪族炭化水素からなる。なお、本明細書における発泡剤(C)は、発泡剤としての機能を主に示すもののことをいう。このような発泡剤を用いることにより、発泡性樹脂粒子の発泡剤の保持性が向上し、発泡倍率も高くなる。
発泡剤(C)としては、例えば、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタン等が挙げられる。発泡剤(C)としては、これらの1種、又は2種以上を用いることができる。
発泡性樹脂粒子を製造する方法としては、例えば次のような方法がある。まず、撹拌装置の付いた密閉容器内で、スチレン(A1)とアクリル酸アルキルエステル(A2)とを、特定の添加剤(B1)〜(B3)、及び重合開始剤と共に適当な懸濁剤の存在下で水性溶媒中に分散させる。なお、脂肪酸エステル(B1)、流動パラフィン(B2)、及び環式脂肪族炭化水素(B3)は重合時に配合されるので、発泡性樹脂粒子の内部に含有されるものとなると考えられる。
発泡性樹脂粒子には、表面被覆剤を塗布することができる。このような表面被覆剤としては、例えばステアリン酸亜鉛などの金属石鹸や、ひまし硬化油などが挙げられる。また、機能性の表面被覆剤として帯電防止剤などを使用することもできる。上記表面被覆剤の塗布量は、上記発泡性樹脂粒子100質量部に対して0.01〜1質量部であることが好ましい。
発泡性樹脂粒子を予備発泡させることにより予備発泡粒子を得ることができる。予備発泡の方法としては、例えば、撹拌装置の付いた円筒形の予備発泡機内で、発泡性樹脂粒子にスチーム等の加熱媒体を供給することにより、発泡性樹脂粒子を加熱して発泡させる方法がある。
多数の予備発泡粒子を型内成形することにより、発泡成形体を得ることができる。型内成形は、例えば、金型内に多数の予備発泡粒子を充填し、スチーム等の加熱媒体によって予備発泡粒子を加熱することにより製造される。つまり、予備発泡粒子は、加熱により発泡すると共に相互に融着する。これにより、発泡成形体が得られる。特に、上記特定の組成の発泡性樹脂粒子を発泡させることにより、低成形圧での型内成形が可能な、成形性に優れる予備発泡粒子を得ることができ、さらにこれらの予備発泡粒子を型内成形することにより、水漏れを防止でき、曲げ強度が高い発泡成形体を得ることができる。
実施例にかかる発泡性樹脂粒子について説明する。まず、以下のようにして、発泡性樹脂粒子を製造した。
約1gの発泡性樹脂粒子を小数点4桁まで正確に秤量した。そして、発泡性樹脂粒子を温度120℃に設定した熱風乾燥機内で4時間保持した。次いで、発泡性樹脂粒子を室温まで冷却した後、発泡性樹脂粒子を秤量した。加熱前後の重量変化から総揮発成分量を求め、総揮発成分量から水分量を減じることにより揮発成分量を求めた。計算式はそれぞれ以下のとおりである。
総揮発成分(質量%)={加熱前質量(g)−加熱後質量(g)}÷加熱前質量(g)×100
揮発成分(質量%)=総揮発成分(質量%)−水分(質量%)
発泡性樹脂粒子をジメチルホルムアミド(DMF)に溶解させ、ガスクロマトグラフィーにて、添加した発泡剤の含有量を測定し、各成分の含有量を合計して求めた。ガスクロマトグラフによる発泡剤の定量は、具体的には以下の手順で行った。
まず、100mLのメスフラスコにシクロペンタノール約5gを小数点以下第3位まで精秤し(このときの重量をWiとする)、DMFを加えて全体を100mLとした。このDMF溶液をさらにDMFで100倍に希釈し内部標準溶液とした。次いで、測定対象となる発泡性樹脂粒子約1gを小数点以下第3位まで精秤し、このときの重量をWs(g)とした。精秤した発泡性樹脂粒子の試料を約18mLのDMFに溶解させ、溶解物に、内部標準溶液をホールピペットにて正確に2mL加えた。この溶液1μLをマイクロシリンジにて採集し、ガスクロマトグラフィーに導入し、クロマトグラムを得た。得られたクロマトグラムから各発泡剤成分及び内部標準のピーク面積を求め、下式(1)により各成分濃度を求めた。
各成分濃度(質量%)=[(Wi/10000)×2]×[An/Ai]×Fn÷Ws×100・・・(1)
ここで、
Wi:内部標準溶液を作成したときのシクロペンタノール重量(g)
Ws:DMFに溶解させた試料重量(g)
An:ガスクロマトグラフ測定時の各発泡剤成分のピーク面積
Ai:ガスクロマトグラフ測定時の内部標準物質のピーク面積
Fn:あらかじめ作成した検量線より求めた各発泡剤成分の補正係数
また、上記ガスクロマトグラフ分析の条件は以下の通りとした。
使用機器:(株)島津製作所製のガスクロマトグラフGC−6AM
検出器:FID(水素炎イオン化検出器)
カラム材質:内径3mm、長さ5000mmのガラスカラム
カラム充填剤:[液相名]FFAP(遊離脂肪酸)、[液相含浸率]10質量%、[担体名]ガスクロマトグラフ用珪藻土Chomasorb W、[担体粒度]60/80メッシュ、[担体処理方法]AW−DMCS(水洗・焼成・酸処理・シラン処理)、[充填量]90mL
注入口温度:250℃
カラム温度:120℃
検出部温度:250℃
キャリヤーガス:N2、流量40ml/分
まず、発泡性樹脂粒子0.28gを秤量した。次いで、加熱水分気化装置を用いて発泡性樹脂粒子を温度160℃まで加熱することにより、発泡性樹脂粒子の内部の水分を気化させ、平沼産業社製のカールフィッシャー水分測定装置AQ−6を用いて、カールフィッシャー滴定(電量滴定法)により、水分量を測定した。
JIS規格(JIS Z 8801)の篩を用いて発泡性樹脂粒子を篩い、篩上に残った発泡性樹脂粒子の重量を測定することにより、各区分の重量分率を求めた。ロジン・ラムラー分布式を用いて、小粒子側から63重量%までの積算時の粒径を求めた。これを平均粒子径とした。
発泡性樹脂粒子の共重合体(A)の重量平均分子量は、ポリスチレンを標準物質としたゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)法により測定することができる。具体的には、東ソー(株)製のHLC−8320GPC EcoSECを用いて、溶離液:テトラヒドロフラン(THF)、THF流量:0.6ml/分、試料濃度:0.1wt%という測定条件で測定した。カラムとしては、TSKguardcolumn SuperH−H×1本、TSK−GEL SuperHM−H×2本を直列に接続したカラムを用いた。即ち、発泡性樹脂粒子をテトラヒドロフラン(THF)に溶解させ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で分子量を測定した。そして、測定値を標準ポリスチレンで校正して、重量平均分子量を求めた。
予備発泡粒を1日間風乾させた後、500gの発泡粒子を10mmの篩で分級し、篩い上に残った発泡粒子の重量で評価した。
A:篩い上に塊状の発泡粒子がない
B:篩い上に塊状の発泡粒子が一部存在している
C:篩い上に塊状の発泡粒子が多量に存在している
まず、予備発泡粒子を1日間風乾させた後、メスシリンダーにおける1Lの標線まで予備発泡粒子を充填した。そして、この体積1Lあたりの予備発泡粒子の質量を(g)を計量した。次いで、体積1L当たりの質量を単位換算することにより、嵩密度(kg/m3)を算出した。
予備発泡粒子から作製した発泡成形体の状態を目視にて観察し、下記の基準で判定した。成形圧を2水準(0.04MPa、0.07MPa)で設定し、それぞれの成形圧で成形された発泡成形体について評価を行った。
A:融着率が90%以上
B:融着率が50〜90%
C:融着率が0〜50%
なお、融着率とは、発泡粒子成形体を折り曲げ略等分に破断させ、破断面を観察して破断面に存在している破断している発泡粒子の数を、該破断面に存在している全ての発泡粒子の数にて除した値の百分率である。
A:成形品全体が平滑である。
B:成形体の表面に粒子間隙。
C:成形体の表面に粒子間隙が著しい。
A:成形体表面に熱で溶融した箇所がない
B:成形体表面の所々に熱で溶融した箇所がある
C:成形体表面の至る所に熱で溶融した箇所がある
(見掛け密度)
発泡成形体の見掛け密度は、成形体の質量をその見掛けの体積で除することにより算出した。
成形体密度17〜18kg/m3の発泡粒子成形体を、別途、実施例と同様に成形して用意した。発泡成形体の曲げ強度は、最大荷重時の曲げ応力により評価した。発泡成形体から、縦300mm×横75mm×厚さ25mmの寸法の試験片を作成した。この試験片を用いて、JIS K 7221−2(1999年)附属書1における大形試験片による曲げ試験方法に準拠して、島津製作所社製の島津オートグラフ測定装置を用い、3点曲げ試験(下部支点間距離=200mm)にて測定した。試験速度は10mm/minで、最大荷重時の曲げ応力を測定した。なお、特に強度に優れる発泡粒子成形体としては、上記曲げ強度が240kPa以上であることが好ましく、250kPa以上であることがさらに好ましい。上記曲げ強度の上限は概ね400kPaである。
成形体密度17〜18kg/m3の発泡粒子成形体を、別途、実施例と同様に成形して用意した。発泡成形体の圧縮強度は、10%圧縮応力により評価した。発泡成形体の中央部分から縦50mm、横50mm、厚み25mmの直方体状の試験片を切り出した。次に、この試験片を用いて、JIS K6767(1999年)に準拠して、島津製作所社製の島津オートグラフ測定装置を用い、3点曲げ試験(下部支点間距離=200mm)にて測定を行った。試験速度は10mm/minであり、10%ひずみ時の圧縮荷重を求めた。この圧縮荷重を試験片の受圧面積で除することにより10%圧縮応力を算出した。
型内成形機を用い両面加熱時間10秒で成形した箱型の発泡成形体を用いた。発泡成形体としては、成形圧力0.04MPaで水冷時間1.5秒、あるいは、成形圧力0.07MPaで水冷時間7.0秒の成形条件でそれぞれ作製した成形体を用いた。離型から5分後に0.5%に希釈した墨汁液6Lを箱型の発泡成形体内に注ぎ込み、墨汁液が箱から染み出すまでの時間を評価した。墨汁は、呉竹社製の「墨の夢」を使用した。24時間以上たっても、墨汁が漏れない場合には、評価結果を「24以上」とした。
モノマー、可塑剤等の配合を変更した点を除いては、実施例1と同様にして、発泡性樹脂粒子、発泡粒子、発泡成形体を製造した。各実施例、比較例の処方を表1〜表3に示す。また、実施例1と同様の評価を行い、その結果を表4〜表6に示す。
Claims (5)
- 98〜99.9質量%のスチレンと、0.1〜2質量%のアクリル酸アルキルエステルとの共重合体、
融点30℃以上の脂肪酸エステル、
流動パラフィン、
炭素数5又は6の環式脂肪族炭化水素、及び
炭素数3〜5の鎖式脂肪族炭化水素を含有し、
上記共重合体100質量部に対して、上記脂肪酸エステルと、上記流動パラフィンと、上記環式脂肪族炭化水素との合計配合量が3質量部以上5質量部以下であり、
上記流動パラフィンの配合量に対する上記脂肪酸エステルの配合量が質量比で0.2〜2であり、上記環式脂肪族炭化水素の配合量に対する上記脂肪酸エステルの配合量が質量比で0.25〜1である、発泡性樹脂粒子。 - 上記共重合体100質量部に対して、上記脂肪酸エステルの配合量が0.5質量部以上1.1質量部未満であり、上記流動パラフィンの配合量が0.1質量部以上1.5質量部以下であり、上記環式脂肪族炭化水素の配合量が1質量部以上3質量部以下である、請求項1に記載の発泡性樹脂粒子。
- 上記環式脂肪族炭化水素がシクロヘキサンを含有する、請求項1又は2に記載の発泡性樹脂粒子。
- 上記脂肪酸エステルが脂肪酸トリグリセリドを含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発泡性樹脂粒子。
- 上記発泡性樹脂粒子が、上記鎖式脂肪族炭化水素を3質量%以上10質量%以下含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発泡性樹脂粒子。
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