JP6935329B2 - 発泡性スチレン系樹脂粒子、スチレン系樹脂の予備発泡粒子、スチレン系樹脂発泡成形体、及び発泡性樹脂粒子の製造方法 - Google Patents

発泡性スチレン系樹脂粒子、スチレン系樹脂の予備発泡粒子、スチレン系樹脂発泡成形体、及び発泡性樹脂粒子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、発泡性スチレン系樹脂粒子、スチレン系樹脂の予備発泡粒子、スチレン系樹脂発泡成形体、及び発泡性樹脂粒子の製造方法に関する。
発泡性スチレン系樹脂粒子を用いて得られるスチレン系樹脂発泡成形体は、軽量性、断熱性、及び緩衝性等を有するバランスに優れた発泡体であり、従来から食品容器箱、保冷箱、緩衝材、及び住宅等の断熱材として広く利用されている。
近年、地球温暖化等の諸問題に関連し、住宅等建築物の断熱性向上による省エネルギー化が志向されつつあり、スチレン系樹脂発泡成形体の需要拡大が期待されている。また、それと共に、スチレン系樹脂発泡成形体の断熱性のさらなる向上について、種々の検討がなされている。
一方、スチレン系樹脂発泡成形体は、断熱材としてはグラスウール等他素材との競合市場にある。それゆえ、スチレン系樹脂発泡成形体の製造にあたっては、徹底したコストダウンが求められている。発泡倍率が40倍以上のスチレン系樹脂発泡成形体は、発泡倍率が大きくなるほど熱伝導率が大きくなり断熱性が悪化するため、スチレン系樹脂発泡成形体の熱伝導率をより低くすることが望まれている。熱伝導率がより低いスチレン系樹脂発泡成形体であれば、発泡倍率をより高くした場合にも、発泡倍率の低い従来のスチレン系樹脂発泡成形体と同等の断熱性が得られるため、原料である発泡性スチレン系樹脂粒子の使用量を減らすことができる。従って、スチレン系樹脂発泡成形体を備える断熱材を安価に製造することができる。
また、スチレン系樹脂発泡成形体に含有されるブタン又はペンタン等の発泡剤は、熱伝導率の低減効果があるが、このような発泡剤は、時間の経過と共にスチレン系樹脂発泡成形体から逸散して大気(空気)と置換されるため、スチレン系樹脂発泡成形体の熱伝導率は時間経過と共に大きくなり、従って、時間経過と共に断熱性は悪化することが知られている。
そのため、スチレン系樹脂発泡成形体に含有されるブタン又はペンタン等の発泡剤が空気に置換された後も、スチレン系樹脂発泡成形体の熱伝導率を低く維持することが求められている。
スチレン系樹脂発泡成形体の断熱性向上に関して、例えば特許文献1には、重量平均分子量30〜60万、かつメルトフロー測定時の膨張割合を所定の範囲としたスチレン系樹脂粒子に発泡剤を含有させてなり、嵩密度0.02〜0.009g/cm及び平均気泡膜厚0.8〜2.5μmのスチレン系樹脂発泡成形体を与える発泡性スチレン系樹脂粒子が提案されている。
また、スチレン系樹脂発泡成形体にグラファイト等の輻射伝熱抑制剤を使用する方法が知られている。輻射伝熱抑制剤は、発泡成形体中を伝わる伝熱機構のうち輻射伝熱を抑制することができる物質であって、樹脂、発泡剤、セル構造、及び密度が同一である無添加系の発泡成形体と比較して、熱伝導率を低くすることができる効果を有する。
特許文献2には、処理により35g/L又はこれより小さい密度を有する発泡体をもたらすことができ、かつ均斉に分布されたグラファイト粉末を含有する発泡性スチレン系樹脂粒子が提案されている。グラファイト粉末を用いた際の問題点として難燃性の低下があり、この特許文献2には、難燃化剤として、70重量%又はこれより多い臭素分を有する有機臭素化合物を発泡性スチレン系樹脂粒子に含有させる技術が提案されている。
特許文献3には、密度が10〜100kg/m、独立気泡率が60%以上、平均気泡径が20〜1000μmであり、グラファイト粉を0.05〜9重量%含有し、このグラファイト粉は、アスペクト比が5以上、体積平均粒子径(50%粒子径)が0.1〜100μm、比表面積が0.7m/cm以上、90%粒子径を10%粒子径で除した値1〜20である、スチレン系樹脂発泡成形体が記載されている。
特許文献4には、グラファイト粒子を含有したスチレン系樹脂マイクロペレットに、炭素数6〜10の芳香族炭化水素の存在下で、スチレン系単量体をシード重合すると同時に発泡剤を投入する発泡性スチレン系樹脂粒子の製造方法が提案されている。
特許文献5には、ポリスチレン系樹脂、難燃剤、グラファイト、及び揮発性発泡剤を含む樹脂組成物を押出機内で溶融混練し、得られた溶融混練物をダイから加圧された水中に押出し、押出された溶融混練物を切断することにより発泡性スチレン系樹脂粒子を製造する方法が提案されている。
特許文献6には、平均粒径が50μmを超えるグラファイトを0.1〜25質量%含有する発泡性スチレン系樹脂粒子が提案されている。
特許文献7には、表層部の難燃剤含有量を全体としての難燃剤含有量よりも多くした発泡性スチレン系樹脂粒子が提案されている。
特許文献8には、グラファイト0.1〜25質量%及びペンタンと水との混合物である揮発性発泡剤を含有し、嵩密度が600g/Lを超える発泡性スチレン系樹脂粒子が提案されている。
特許文献9には、グラファイトを3〜15重量%含有し、全体としてのグラファイト含有量を表層部のグラファイト含有量よりも多くした発泡性スチレン系樹脂粒子が提案されている。
特許文献10には、スチレン及び必要に応じてスチレンに共重合可能なモノマー化合物をグラファイト粒子の存在下に懸濁水性液中で重合させ、重合前、重合中又は重合後に発泡剤を添加する、発泡性スチレン系樹脂粒子の製造方法が提案されている。
特許文献11には、グラファイト及びノニオン性界面活性剤の存在下に懸濁水性液中で重合され、DIN52612に準じて10℃で測定した熱伝導率が32mW/m・K未満、及び密度が25g/L未満である、発泡性スチレン系樹脂粒子の製造方法が提案されている。
特開2002−284917号 特表2001−525001号 特開2005−2268号 特表2009−536687号 特開2013−75941号 特表2002−530450号 特開2004−346281号 特表2005−506390号 特開2013−209608号 特表2001−522383号 特表2008−502750号
前述した特許文献1〜11の発明は、発泡性及び断熱性について、さらなる改善の余地があった。
従って、本発明の目的は、高い発泡倍率、及び、低い熱伝導率、即ち、高い断熱性、を有するスチレン系樹脂発泡成形体を与えうる発泡性スチレン系樹脂粒子及びスチレン系樹脂の予備発泡粒子と、スチレン系樹脂発泡成形体と、発泡性樹脂粒子の製造方法とを提供することにある。
本願の発明者らは、前述した課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、熱伝導率が製造当初から長期間にわたって非常に低く、断熱性が高いスチレン系樹脂発泡成形体を与えうる発泡性スチレン系樹脂粒子及びスチレン系樹脂の予備発泡粒子と、スチレン系樹脂発泡成形体と、発泡性樹脂粒子の製造方法とを見出し、本発明を完成するに至った。
特に、本願発明者らは、本発明の発泡性スチレン系樹脂粒子、スチレン系樹脂の予備発泡粒子、及びスチレン系樹脂発泡成形体によれば、グラファイトを2.0〜8.0重量%と高含有しているにもかかわらず、表面美麗性を損なうことなく、高発泡倍率及び高独立気泡率であり、低熱伝導率であり、熱伝導率の経時的な上昇が顕著に抑制され、かつ、断熱性が長期的に高いスチレン系樹脂発泡成形体が得られることを見出した。
即ち、本発明の一実施形態は、グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、前記発泡性スチレン系樹脂粒子をトルエンに分散させた溶液をレーザー回折散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上であることを特徴とする発泡性スチレン系樹脂粒子、に関する。
本発明の一実施形態はまた、グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、前記発泡性スチレン系樹脂粒子をトルエンに分散させた溶液を光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記グラファイトの面積が55({mm/mm}/{g/g})以上であることを特徴とする発泡性スチレン系樹脂粒子、に関する。
本発明の一実施形態はまた、グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、更に前記発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の表層の前記グラファイトの占有面積率を、前記グラファイトの含有量で除した値が100以上であることを特徴とする発泡性スチレン系樹脂粒子、に関する。
本発明の一実施形態はまた、グラファイトを含有するスチレン系樹脂発泡成形体であって、前記グラファイトの含有量が前記スチレン系樹脂発泡成形体100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、前記スチレン系樹脂発泡成形体をトルエンに分散させた溶液をレーザー回折散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上である、スチレン系樹脂発泡成形体、に関する。
本発明の一実施形態はまた、グラファイトを含有する発泡性樹脂粒子の製造方法において、グラファイト及び樹脂を二軸の攪拌機を備えた混練装置により荷重:3.5kgf/cm以上、樹脂温度:Tg+50℃以上(ここで、Tgは、樹脂のガラス転移温度である)、混練時間:10分以上、で混練してマスターバッチを作製する攪拌工程、及び、前記マスターバッチ及び新たな樹脂を含む混合物を押出機で溶融混練して押出する押出工程、を備え、前記グラファイトの含有量が前記発泡性樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmである、発泡性樹脂粒子の製造方法、に関する。
本発明の一実施形態はまた、グラファイトを含有する発泡性樹脂粒子の製造方法において、次の式(3)を満たす、樹脂及び前記グラファイトを含むマスターバッチを使用する、発泡性樹脂粒子の製造方法、に関する。
式(3):b>1.4a(前記式(3)中、aは、前記マスターバッチ作製前において、前記樹脂と混練する前の前記グラファイトを溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度[{%/(mg/ml)}/重量%]であり、bは、前記マスターバッチ作製後において、前記マスターバッチを溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により、波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記レーザー散乱強度[{%/(mg/ml)}/重量%]である。)
本発明の一実施形態によれば、高い発泡倍率、及び、低い熱伝導率、即ち、高い断熱性を有する、スチレン系樹脂発泡成形体を提供することができる。
以下、発泡性スチレン系樹脂粒子及びその製造方法、スチレン系樹脂の予備発泡粒子及びその製造方法、並びにスチレン系樹脂発泡成形体及びその製造方法の順で、本発明を実施形態により、さらに詳しく説明する。
[1.発泡性スチレン系樹脂粒子]
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、前記発泡性スチレン系樹脂粒子をトルエンに分散させた溶液をレーザー回折散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上である。
あるいは、本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、前記発泡性スチレン系樹脂粒子をトルエンに分散させた溶液を光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記グラファイトの面積が55({mm/mm}/{g/g})以上である。
あるいは、本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、更に前記発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の表層の前記グラファイトの占有面積率を、前記グラファイトの含有量で除した値が100以上である。
前述した各三つの実施形態は、各々単独の構成であってもよく、又は各々組み合わされて構成されてもよい。また、前述した各三つの実施形態及び、それらの組み合わせは、下記の構成をそれぞれ含みうる。
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、スチレン系樹脂、グラファイト及び発泡剤を含有し、必要に応じて、難燃剤、熱安定剤、ラジカル発生剤、及びその他の添加剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種の任意成分を含有できる。本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、望ましくは、スチレン系樹脂、グラファイト、発泡剤及び難燃剤を含有し、難燃剤を除く前述の任意成分の少なくとも1種を含有してもよく、より望ましくは、スチレン系樹脂、グラファイト、発泡剤、難燃剤及び熱安定剤を含有し、難燃剤及び熱安定剤を除く前述の任意成分の少なくとも1種を含有してもよく、さらに望ましくは、スチレン系樹脂、グラファイト、発泡剤、難燃剤、熱安定剤及び造核剤を含有し、難燃剤、熱安定剤及び造核剤を除く前述の任意成分の少なくとも1種を含有してもよい。
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、該発泡性スチレン系樹脂粒子を発泡倍率50倍の発泡成形体にした時に、該発泡成形体を50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃の温度下にて24時間静置した後、JIS A9511:2006R準拠で測定した中心温度23℃での熱伝導率が、0.0310(W/mK)以下であることが望ましく、0.0308(W/mK)以下であることがより望ましく、0.0305(W/mK)以下であることがさらに望ましい。前記構成によれば、より断熱性が高くなるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、該発泡性スチレン系樹脂粒子を発泡倍率70倍の発泡成形体にした時に、該発泡成形体を50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃の温度下にて24時間静置した後、JIS A9511:2006R準拠で測定した中心温度23℃での熱伝導率が、0.0324(W/mK)以下であることが望ましく、0.0320(W/mK)以下であることがより望ましく、0.0317(W/mK)以下であることがさらに望ましい。前記構成によれば、より高発泡倍率となり且つ断熱性が高くなるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率50倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の平均セル径が70〜250μmであることが望ましい。前記平均セル径は、より望ましくは90〜200μm、さらに望ましくは100〜180μmである。前記構成によれば、断熱性のより高いスチレン系樹脂発泡成形体が得られるという効果を奏する。
以下、本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子が含有する必須成分及び任意成分をさらに詳しく説明する。
(1−1.スチレン系樹脂)
本発明の一実施形態で用いられるスチレン系樹脂は、スチレン単独重合体(ポリスチレンホモポリマー)のみならず、本発明の一実施形態に係る効果を損なわない範囲で、スチレンと、スチレンと共重合可能な他の単量体又はその誘導体とが、共重合されていても良い。ただし、後述する臭素化スチレン・ブタジエン共重合体は除く。
スチレンと共重合可能な他の単量体又はその誘導体としては、例えば、メチルスチレン、ジメチルスチレン、エチルスチレン、ジエチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、トリブロモスチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、及びトリクロロスチレン等のスチレン誘導体;ジビニルベンゼン等の多官能性ビニル化合物;アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、及びメタクリル酸ブチル等の(メタ)アクリル酸エステル化合物;(メタ)アクリロニトリル等のシアン化ビニル化合物;ブタジエン等のジエン系化合物又はその誘導体;無水マレイン酸、及び無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸無水物;N−メチルマレイミド、N−ブチルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−(2)−クロロフェニルマレイミド、N−(4)−ブロモフェニルマレイミド、及びN−(1)−ナフチルマレイミド等のN−アルキル置換マレイミド化合物等があげられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用しても良い。
本発明の一実施形態で用いられるスチレン系樹脂は、前述のスチレン単独重合体、及び/又は、スチレンと、スチレンと共重合可能な他の単量体又はその誘導体との共重合体に限らず、本発明の一実施形態に係る効果を損なわない範囲で、前述の他の単量体又は誘導体の単独重合体、又はそれらの共重合体とのブレンド物であっても良い。
本発明の一実施形態で用いられるスチレン系樹脂には、例えば、ジエン系ゴム強化ポリスチレン、アクリル系ゴム強化ポリスチレン、及び/又はポリフェニレンエーテル系樹脂等をブレンドすることもできる。
本発明の一実施形態で用いられるスチレン系樹脂の中では、比較的安価で、特殊な方法を用いずに低圧の水蒸気等で発泡成形ができ、断熱性、難燃性、緩衝性のバランスに優れることから、スチレンホモポリマー、スチレン−アクリロニトリル共重合体、又はスチレン−アクリル酸ブチル共重合体が望ましい。
(1−2.グラファイト)
本発明の一実施形態においては、輻射伝熱抑制剤としてグラファイトを発泡性スチレン系樹脂粒子に添加することにより、高い断熱性を有するスチレン系樹脂発泡成形体が得られる。前述の輻射伝熱抑制剤とは、近赤外又は赤外領域(例えば、800〜3000nm程度の波長域)の光を反射、散乱又は吸収する特性を有する物質をいう。
本発明の一実施形態で用いられるグラファイトは、例えば、鱗片状黒鉛、土状黒鉛、球状黒鉛、又は人造黒鉛等が挙げられる。なお、本明細書において、「鱗片状」という用語は、鱗状、薄片状又は板状のものをも包含する。これらの黒鉛は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。これらの中でも、輻射伝熱抑制効果が高い点から、鱗片状黒鉛を主成分とする黒鉛混合物が望ましく、鱗片状黒鉛がより望ましい。
本発明の一実施形態で用いられるグラファイトは平均粒径が2.5〜9μmであることが望ましい。さらに3〜6μmであることがより望ましく、4〜6μmであることが最も望ましい。本明細書において、グラファイトの平均粒径は、ISO13320:2009,JIS Z8825−1に準拠したMie理論に基づくレーザー回折散乱法により粒度分布を測定・解析し、全粒子の体積に対する累積体積が50%になる時の粒径(レーザー回折散乱法による体積平均粒径)を平均粒径とする。
グラファイトは平均粒径が大きいほど製造コストが低くなる。特に平均粒径が2.5μm以上であるグラファイトは、粉砕のコストを含む製造コストが低いため、非常に安価であり、発泡性スチレン系樹脂粒子のコストが低くなる傾向がある。さらに、グラファイトの平均粒径が2.5μm以上であると、得られる発泡性スチレン系樹脂粒子から、断熱性の良好なスチレン系樹脂発泡成形体を製造することが可能となる。平均粒径が9μm以下であると、発泡性スチレン系樹脂粒子から予備発泡粒子及びスチレン系樹脂発泡成形体を製造する際に、セル膜が破れにくくなるため、高発泡化が容易であったり、成形容易性が増加したり、スチレン系樹脂発泡成形体の圧縮強度が増加したりする傾向がある。
グラファイトの平均粒径が3μm以上であれば、より低い熱伝導率、従ってより高い断熱性を得ることができる。また、グラファイトの平均粒径が6μm以下であれば、成形体の表面美麗性に優れ、より低い熱伝導率、従ってより高い断熱性を得ることができる。
本発明の一実施形態における発泡性スチレン系樹脂粒子のグラファイト含有量は目的とする発泡倍率に制御しやすいと共に、熱伝導率低減効果等のバランスの点から、発泡性スチレン系樹脂粒子に対して、樹脂粒子100重量%において2.0重量%以上8.0重量%以下であることが望ましい。グラファイト含有量が2.0重量%以上では、熱伝導率低減効果が十分となる傾向があり、一方、8.0重量%以下では、発泡性スチレン系樹脂粒子から、予備発泡粒子及びスチレン系樹脂発泡成形体を製造する際に、セル膜が破れにくくなるため、高発泡化が容易であり、発泡倍率の制御が容易になる傾向がある。
発泡性スチレン系樹脂粒子のグラファイト含有量は、3.0重量%以上7.0重量%以下であることがより望ましい。グラファイトの含有量が3.0重量%以上であることにより、熱伝導率が低くなり従ってより高い断熱性を得ることができる。また、グラファイトの含有量が7.0重量%以下であることにより、発泡性、成形体の表面美麗性が良好となる。
また、従来のグラファイト含有発泡性スチレン系樹脂粒子では、レーザー回折散乱法により測定したグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が低く、グラファイト量に対して熱伝導率低減効果が低かった。本発明の一実施形態では、レーザー回折散乱法により測定したグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を高くすることによって、従来のグラファイト含有発泡性スチレン系樹脂粒子では得ることができなかった低熱伝導率のスチレン系樹脂発泡成形体を得ることができる。
また、従来のグラファイト含有発泡性スチレン系樹脂粒子では、光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する単位溶液濃度あたりのグラファイト面積が小さく、グラファイト量に対して熱伝導率低減効果が低かった。本発明の一実施形態では、光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する単位溶液濃度あたりのグラファイト面積を大きくすることによって、従来のグラファイト含有発泡性スチレン系樹脂粒子では得ることができなかった低熱伝導率のスチレン系樹脂発泡成形体を得ることができる。
また、従来のグラファイト含有発泡性スチレン系樹脂粒子では、該発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、該発泡成形体表層のグラファイト占有面積率を前記グラファイト含有量で除した値が低く、グラファイト量に対して熱伝導率低減効果が低かった。本発明の一実施形態では、該発泡成形体表層のグラファイト占有面積率を前記グラファイト含有量で除した値を高くすることによって、従来のグラファイト含有発泡性スチレン系樹脂粒子では得ることができなかった低熱伝導率のスチレン系樹脂発泡成形体を得ることができる。
(1−3.レーザー散乱強度)
本発明の一実施形態に係るグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度は、以下のようにして求められる。まず、発泡性スチレン系樹脂粒子を含有しないトルエン溶液に波長632.8nmのHe−Neレーザー光を照射した際の透過光の強度Lbと、発泡性スチレン系樹脂粒子を所定重量含有するトルエン溶液に波長632.8nmのHe−Neレーザー光を照射した際の透過光の強度Lsとから、レーザー散乱強度Ob(%)を式Ob=(1−Ls/Lb)×100から求める。次に、求めたレーザー散乱強度Obから発泡性スチレン系樹脂粒子の単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を求める。そして、求めた単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を所定重量の発泡性スチレン系樹脂粒子内のグラファイトの含有量(重量%)で割って算出されるレーザー散乱強度が、グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度である。
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上であることが望ましい。このレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上であると、グラファイトの含有量に対して高い熱伝導率低減効果を得ることが可能となる。すなわち、高発泡倍率で低い熱伝導率、従って高い断熱性、を得ることができる。グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が6{%/(mg/ml)}/重量%以上であることがより望ましく、9{%/(mg/ml)}/重量%以下であることがさらに望ましい。このレーザー散乱強度が6%以上であるとより十分な熱伝導率低減効果を得ることが可能となり、すなわち、さらに低い熱伝導率、従ってさらに高い断熱性を得ることができる。また、レーザー散乱強度が9{%/(mg/ml)}/重量%以下であると、混練によりグラファイトの平均粒子径が小さくなりすぎず、熱伝導率改善効果を得やすくなる。
グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度をX{%/(mg/ml)}/重量%とし、グラファイトの平均粒径をY(μm)とすると、X+Y>10であることが望ましく、X+Y>11であることがより望ましい。平均粒径Yが小さくなると、単位溶液濃度あたりのグラファイトの粒子数が増加し、レーザー散乱強度Xが高くなる傾向にあるが、平均粒径が小さい場合、低い熱伝導率を発現するためにより高いレーザー散乱強度が必要となる。平均粒径とレーザー散乱強度の関係から、その和が一定値を超えることで熱伝導率改善効果が大きくなる傾向がある。
(1−4.グラファイト面積)
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、トルエンに分散させた溶液を光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する単位溶液濃度あたりのグラファイト面積が55({mm/mm}/{g/g})以上であることが望ましい。前記グラファイト面積が55({mm/mm}/{g/g})以上であると、グラファイトの導入量に対して高い熱伝導率低減効果を得ることが可能となる。すなわち、高発泡倍率で低い熱伝導率、従って高い断熱性、を得ることができる。
前記グラファイト面積が60({mm/mm}/{g/g})以上であることがより望ましく、90({mm/mm}/{g/g})以下であることがさらに望ましい。前記グラファイト面積が60({mm/mm}/{g/g})以上であるとより十分な熱伝導率低減効果を得ることが可能となり、すなわち、さらに低い熱伝導率従ってさらに高い断熱性を得ることができる。また、グラファイト面積が90({mm/mm}/{g/g})以下であると、混練によりグラファイトの平均粒子径が小さくなりすぎず、熱伝導率改善効果を得やすくなる。
グラファイト面積は倍率300倍観察した画像をさらにHDR処理することにより得られる画像から測定することが好ましい。
(1−5.グラファイト占有面積率をグラファイト含有量で除した値)
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、該発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、該発泡成形体表層のグラファイト占有面積率を前記グラファイト含有量で除した値が100以上であることが望ましい。この値が、100以上であると、グラファイトの導入量に対して、高い熱伝導率低減効果を得ることが可能となる。すなわち、高発泡倍率で低い熱伝導率、従って高い断熱性、を得ることができる。
更に、該発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、該発泡成形体表層のグラファイト占有面積率を前記グラファイト含有量で除した値が110以上であることが、さらに低い熱伝導率、従ってさらに高い断熱性能を有する発泡成形体を得やすくなるため、より望ましい。
(1−6.発泡剤)
本発明の一実施形態で用いられる発泡剤は、特に限定されないが、発泡性と製品ライフのバランスが良く、実際に使用する際に高倍率化しやすい観点から、炭素数4〜6の炭化水素が望ましい。発泡剤の炭素数が4以上であると揮発性が低くなり、発泡性スチレン系樹脂粒子から発泡剤が逸散しにくくなるため、実際に使用する際に発泡工程で発泡剤が十分に残り、十分な発泡力を得ることが可能となり、高倍率化が容易となるため好ましい。また、炭素数が6以下であると、発泡剤の沸点が高すぎないため、予備発泡時の加熱で十分な発泡力を得やすく、高発泡化が易しい傾向となる。炭素数4〜6の炭化水素としては、例えばノルマルブタン、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、シクロペンタン、ノルマルヘキサン、又はシクロヘキサン等の炭化水素が挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、発泡剤は、炭素数4〜5の炭化水素が好ましい。
本発明の一実施形態における発泡剤の添加量は、スチレン系樹脂100重量部に対して、4〜10重量部であることが望ましい。前記構成であれば、発泡速度と発泡力のバランスがより良く、より安定して高倍率化しやすい、という効果を奏する。発泡剤の添加量が4重量部以上では、発泡に必要な発泡力が十分であるから、高発泡化が容易となり、50倍以上の高発泡倍率のスチレン系樹脂発泡成形体を製造し易くなる傾向がある。また、発泡剤の量が10重量部以下であると、難燃性能が良好となると共に、スチレン系樹脂発泡成形体を製造する際の製造時間(成形サイクル)が短くなるため、製造コストが低くなる傾向となる。なお、発泡剤の添加量は、スチレン系樹脂100重量部に対して、4.5〜9重量部であることがより望ましく、5〜8重量部であることがさらに望ましい。
(1−7.難燃剤)
本発明の一実施形態で用いられる難燃剤としては、特に限定されず、従来からスチレン系樹脂発泡成形体に用いられる難燃剤をいずれも使用できるが、その中でも、難燃性付与効果が高い臭素系難燃剤が望ましい。本発明の一実施形態で用いられる臭素系難燃剤としては、例えば、2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモ−2−メチルプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニル]プロパン(別名: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))、又は2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニル]プロパン(別名: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))等の臭素化ビスフェノール系化合物、臭素化スチレン・ブタジエンブロック共重合体、臭素化ランダムスチレン・ブタジエン共重合体、又は臭素化スチレン・ブタジエングラフト共重合体等の臭素化ブタジエン・ビニル芳香族炭化水素共重合体(例えば、特表2009−516019号公報に開示されている)等が挙げられる。これら臭素系難燃剤は1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
臭素系難燃剤は、目的とする発泡倍率に制御しやすいと共に、輻射伝熱抑制剤添加時の難燃性等のバランスの点から、スチレン系樹脂発泡成形体全量に対して、臭素含有量は望ましくは0.8重量%以上であることが望ましく、5.0重量%以下であることがより望ましい。臭素含有量が0.8重量%以上であると、難燃性付与効果が大きくなる傾向にあり、5.0重量%以下であると、得られるスチレン系樹脂発泡成形体の強度が増加しやすい。臭素含有量は、より望ましくは1.0〜3.5重量%になるように、発泡性スチレン系樹脂粒子に配合される。
(1−8.熱安定剤)
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子においては、さらに、熱安定剤を併用することによって、製造工程における臭素系難燃剤の分解による難燃性の悪化及び発泡性スチレン系樹脂粒子の劣化を抑制することができる。
本発明の一実施形態における熱安定剤は、用いられるスチレン系樹脂の種類、発泡剤の種類及び含有量、輻射伝熱抑止剤の種類及び含有量、臭素系難燃剤の種類及び含有量等に応じて、適宜組み合わせて用いることができる。
本発明の一実施形態で用いられる熱安定剤としては、臭素系難燃剤含有混合物の熱重量分析における1%重量減少温度を任意に制御できる点から、ヒンダードアミン化合物、リン系化合物、又はエポキシ化合物が望ましい。熱安定剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。なお、これらの熱安定剤は、後述するように耐光性安定剤としても使用できる。
(1−9.ラジカル発生剤)
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子においては、ラジカル発生剤をさらに含有することにより、臭素系難燃剤と併用することによって、高い難燃性能を発現することができる。
本発明の一実施形態におけるラジカル発生剤は、用いるスチレン系樹脂の種類、発泡剤の種類及び含有量、輻射伝熱抑止剤の種類及び含有量、臭素系難燃剤の種類及び含有量に応じて適宜組み合わせて用いることができる。
本発明の一実施形態で用いられるラジカル発生剤としては、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン、又はポリ−1,4−イソプロピルベンゼン等が挙げられる。ラジカル発生剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
(1−10.その他の添加剤)
本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子は、本発明の一実施形態に係る効果を損なわない範囲で、必要に応じて、加工助剤、耐光性安定剤、造核剤、発泡助剤、帯電防止剤、及び顔料等の着色剤よりなる群から選ばれる1種以上のその他添加剤を含有していてもよい。
加工助剤としては、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、又は流動パラフィン等が挙げられる。
耐光性安定剤としては、前述したヒンダードアミン類、リン系安定剤、エポキシ化合物の他、フェノール系抗酸化剤、窒素系安定剤、イオウ系安定剤、又はベンゾトリアゾール類等が挙げられる。
造核剤としては、シリカ、ケイ酸カルシウム、ワラストナイト、カオリン、クレイ、マイカ、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、もしくはタルク等の無機化合物、メタクリル酸メチル系共重合体、もしくはエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂等の高分子化合物、ポリエチレンワックス等のオレフィン系ワックス、又はメチレンビスステアリルアマイド、エチレンビスステアリルアマイド、ヘキサメチレンビスパルミチン酸アマイド、もしくはエチレンビスオレイン酸アマイド等の脂肪酸ビスアマイド等が挙げられる。
発泡助剤としては、大気圧下での沸点が200℃以下である溶剤を望ましく使用でき、例えば、スチレン、トルエン、エチルベンゼン、もしくはキシレン等の芳香族炭化水素、シクロヘキサン、もしくはメチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素、又は酢酸エチル、もしくは酢酸ブチル等の酢酸エステル等が挙げられる。
なお、帯電防止剤及び着色剤としては、各種樹脂組成物に用いられるものを特に限定なく使用できる。
これらの他の添加剤は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
[2.発泡性樹脂粒子の製造方法]
本発明の一実施形態に係る発泡性樹脂粒子を製造する方法としては、押出機を用いて樹脂と各種成分とを溶融混練した後、粒子状に切断する溶融混練法、グラファイトの存在下で樹脂単量体を懸濁重合する重合法などが挙げられる。
発泡性樹脂粒子を製造する方法としては、押出機を用いて樹脂と各種成分とを溶融混練した後、粒子状に切断する溶融混練法、を用いることが望ましい。本発明の一実施形態に係る溶融混練法には、以下の第1の溶融混練法及び第2の溶融混練法の2つがあり、適宜選択することができる。
第1の溶融混練法としては、樹脂とグラファイトと発泡剤とを押出機で溶融混練し、押出機先端に取り付けられた小孔を有するダイスを通じて加圧循環水で満たされたカッターチャンバー内に押出し、押出直後から回転カッターにより切断すると共に、加圧循環水により冷却固化する方法がある。この際、押出機による溶融混練は、単独の押出機を使用する場合、押出機を複数連結する場合、及び、押出機とスタティックミキサーやスクリューを有さない攪拌機など第2の混練装置を併用する場合があり、適宜選択することができる。
さらに詳しくは、第1の溶融混練法は、まず、樹脂、炭化水素からなる発泡剤、及びグラファイト、並びに必要に応じて臭素系難燃剤、ラジカル発生剤、及び熱安定剤、さらには必要に応じて他の添加剤を第1の押出機、及び必要に応じて押出機に付随する第2の混練装置で溶融混練してもよい。この得られた溶融混練物を必要に応じて所定の温度に冷却した後、小孔を有するダイスを通じて、加圧循環水で満たされたカッターチャンバー内に押出し、押出し直後から、回転カッターにより切断してペレット化すると共に、得られたペレット(樹脂粒子)を加圧循環水により冷却固化して発泡性スチレン系樹脂粒子を得る製造方法であってもよい。
この第1の溶融混練法における押出機の溶融混練部の設定温度は、100℃〜250℃が望ましい。また、押出機に樹脂及び各種成分を供給してから溶融混練終了までの押出機内滞留時間が10分以下であることが望ましい。
押出機の溶融混練部での設定温度が250℃以下の場合、及び/又は、溶融混練終了までの押出機内滞留時間が10分以下の場合には、臭素系難燃剤の分解が起こりにくく、所望の難燃性を得ることが可能となり、所望の難燃性を付与するために難燃剤を過剰に添加する必要がないという効果を奏する。
一方、押出機の溶融混練部での設定温度が100℃以上の場合には、押出機の負荷が小さくなって押出が安定となる。
ここで、押出機の溶融混練部とは、単軸又は二軸スクリューを有する押出機から構成される場合はフィード部以降から下流側最終押出機先端までを意味する。第1の押出機に付随してスタティックミキサーやスクリューを有さない攪拌機など第2の混練装置を併用する場合は第1の押出機のフィード部から第2の混練装置の先端までを意味する。
押出機中にて樹脂中に発泡剤、輻射伝熱抑制剤、必要に応じて、臭素系難燃剤、熱安定剤、及び造核剤等のその他添加剤が溶解又は均一分散され、必要に応じて適切な温度まで冷却された溶融樹脂(溶融混練物)は、複数の小孔を有するダイスから、加圧された冷却水中に押出される。
第1の溶融混練法で用いられるダイスは特に限定されないが、例えば、直径0.3mm〜2.0mm、望ましくは0.4mm〜1.0mmの小孔を有するものが挙げられる。
この第1の溶融混練法において、ダイスより押出される直前の溶融樹脂の温度は、発泡剤を含まない状態での樹脂のガラス転移温度をTgとすると、Tg+40℃以上であることが望ましく、Tg+40℃〜Tg+100℃であることがより望ましく、Tg+50℃〜Tg+70℃であることがさらに望ましい。
ダイスより押出される直前の溶融樹脂の温度がTg+40℃以上の場合は、押出された溶融樹脂の粘度が低くなり、小孔が詰まることが少なくなり、実質小孔開口率の低下のために得られる樹脂粒子が変形しにくくなる。一方で、ダイスより押出される直前の溶融樹脂の温度がTg+100℃以下の場合は、押出された溶融樹脂が固化しやすくなり、発泡してしまうことが抑制される。また、押出された溶融樹脂の粘度が低くなりすぎず、回転カッターにより安定的に切断されることが可能となり、押出された溶融樹脂が回転カッターに巻き付きにくくなる。
第1の溶融混練法における循環加圧冷却水に押出された溶融樹脂を切断する切断装置としては、特に限定されないが、例えば、ダイスリップに接触する回転カッターで切断されて小球化され、加圧循環冷却水中を発泡することなく、遠心脱水機まで移送されて脱水・集約される装置、等が挙げられる。
第1の溶融混練法の利点は発泡性樹脂粒子まで同じ設備で製造できるため、次に述べる第2の溶融混練法と比較してランニングコストが低くなることである。一方、グラファイト量、グラファイト粒径がダイスの小孔開口率に影響を与えるため、第1の溶融混練法の生産安定性は、次の第2の溶融混練法と比較すると低くなる。
第2の溶融混練法としては、樹脂とグラファイトを押出機で溶融混練し、コールドカット法又はホットカット法を用いて樹脂ペレットを得た後、該樹脂ペレットを水中に懸濁させると共に、該ペレットに発泡剤を含有させる方法がある。
さらに詳しくは、第2の溶融混練法は、まず、樹脂、及びグラファイト、並びに必要に応じて、臭素系難燃剤、ラジカル発生剤、熱安定剤等の各成分、さらには、必要に応じて、他の添加材を押出機で溶融混練してもよい。その後溶融混練物を、小孔を有するダイスを通じて押出した後カッターで切断することにより樹脂粒子を得た後、該樹脂粒子を水中に懸濁させると共に、炭化水素からなる発泡剤を供給して、発泡性樹脂粒子を得る製造方法が挙げられる。
この第2の溶融混練法における押出機の溶融混練部の設定温度は、100℃〜250℃が望ましい。また、押出機に材料を供給してから溶融混練終了までの押出機内滞留時間が10分以下であることが望ましい。
押出機の溶融混練部での設定温度が250℃以下の場合、及び/又は、溶融混練終了までの押出機内滞留時間が10分以下の場合には、臭素系難燃剤の分解が起こりにくく、所望の難燃性を得ることが可能となり、所望の難燃性を付与するために難燃剤を過剰に添加する必要がないという効果を奏する。
一方、押出機の溶融混練部の設定温度が100℃以上の場合には、押出機の負荷が小さくなって押出が安定となる。
第2の溶融混練法で用いられるダイスは特に限定されないが、例えば、直径0.3mm〜2.0mm、望ましくは0.8mm〜1.6mmの小孔を有するものが挙げられる。
この第2の溶融混練法の利点は、一般的な発泡性樹脂粒子の製造に使用される装置を使用して樹脂粒子に発泡剤を含浸できるため、大きな設備投資又は設備変更が必要ないこと、及び、グラファイト量、グラファイト粒径等を変更しても樹脂粒子の生産安定性が高いことにある。一方、樹脂粒子の生産と発泡性樹脂粒子の生産とを別プラントで実施するためにランニングコストは第1の溶融混練法よりも高くなる。
本発明の一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法は、予め樹脂とグラファイトとが混練されたマスターバッチを用いることが好ましい。
従って、本発明の一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法は、グラファイトを含有する発泡性樹脂粒子の製造方法において、グラファイト及び樹脂を二軸の攪拌機を備えた混練装置により荷重:3.5kgf/cm以上、樹脂温度:Tg+50℃以上(ここで、Tgは、樹脂のガラス転移温度である)、混練時間:10分以上、で混練してマスターバッチを作製する攪拌工程、及び、前記マスターバッチ及び新たな樹脂を含む混合物を押出機で溶融混練して押出する押出工程、を備え、前記グラファイトの含有量が前記発泡性樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmである、発泡性樹脂粒子の製造方法である。
あるいは、本発明の一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法は、グラファイトを含有する発泡性樹脂粒子の製造方法において、次の式(3)を満たす、樹脂及び前記グラファイトを含むマスターバッチを使用する、発泡性樹脂粒子の製造方法である。
式(3):b>1.4a
(前記式(3)中、aは、前記マスターバッチ作製前において、前記樹脂と混練する前の前記グラファイトを溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度[{%/(mg/ml)}/重量%]であり、
bは、前記マスターバッチ作製後において、前記マスターバッチを溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により、波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記レーザー散乱強度[{%/(mg/ml)}/重量%]である。)。
また、このとき、本発明の一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法は、前記樹脂及び前記グラファイトを二軸の攪拌機を備えた混練装置により混練して前記マスターバッチを作製する攪拌工程、及び、前記マスターバッチと新たな樹脂とを含む混合物を押出機で溶融混練して押出する押出工程、を備えることが好ましい。
樹脂とグラファイトとの混練を行うことによって、グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度は大きくなる。従って、混練する前のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度a{%/(mg/ml)}/重量%と混練後のレーザー散乱強度b{%/(mg/ml)}/重量%はb>aである必要があり、逆に、b≦aであると、グラファイト導入量に対して高い熱伝導率低減効果を得づらい。特にb>1.4aで熱伝導率低減効果が大きくなる傾向にあるため好ましい。
前述のそれぞれの製造方法における、攪拌工程の混練条件が、荷重3.5kgf/cm以上、樹脂温度160℃以上、混練時間10分以上であることが好ましい。
本発明の一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法がグラファイトを含むマスターバッチを用いる場合でも、前述した第1の溶融混練法及び第2の溶融混練法を用いることが可能である。
すなわち、樹脂及びグラファイトを、例えばバンバリーミキサー等の二軸の攪拌機を備えた混練装置により混練してマスターバッチを作製し、作製したマスターバッチと新たな樹脂と必要に応じてその他の成分とを押出機で溶融混練してもよい。その後得られた溶融混練物を、前述した第1又は第2の溶融混練法と同様の工程に供することによって発泡性樹脂粒子を得ることが可能である。
なお、「新たな樹脂」とは、マスターバッチに更に加えられる樹脂を意図している。「新たな樹脂」との表現は、マスターバッチに既に含まれている樹脂とマスターバッチに更に加えられる樹脂とを区別するために用いられる。
より詳しく述べると、まず、樹脂及びグラファイトを、二軸の攪拌機を備えた混練装置、例えば荷重をかけた状態で樹脂の混練が可能なインテンシブミキサー、インターナルミキサー、又はバンバリーミキサー等、により混練してマスターバッチを作製してもよい。この場合、マスターバッチの濃度は特に限定されないが、グラファイトの濃度20重量%〜80重量%で作製することが、混練性とコストとのバランスから望ましい。続いて、作製したマスターバッチ、新たな樹脂、並びに必要に応じて、炭化水素からなる発泡剤、臭素系難燃剤、ラジカル発生剤、熱安定剤、及び他の添加剤を第1の押出機、及び必要に応じて押出機に付随する第2の混練装置で溶融混練してもよい。得られた溶融混練物は、前述した第1又は第2の溶融混練法と同様の工程に供することによって発泡性樹脂粒子を得ることが可能である。
二軸の攪拌機を備えた混練装置による、樹脂及びグラファイトの混練は、荷重3.5kgf/cm以上で10分以上混練し、樹脂温度Tg+50℃以上で混練を終えることが望ましく、荷重4kgf/cm以上で15分以上混練し、樹脂温度Tg+50℃以上で混練を終えることがより望ましい。樹脂温度は、樹脂の分解を回避する観点から、300℃以下が好ましい。バンバリーミキサー等の混練装置では、荷重をかけることで混合性を増す事ことができる。また、混練を15分以上行うことで、バンバリーミキサー内での樹脂の粘度をグラファイトと混合しやすい粘度とすることができ、樹脂粒子中にグラファイトが十分に分散されるため、低い熱伝導率を得やすい。
荷重が4kgf/cm以上であれば、低い熱伝導率を得やすい。すなわち、樹脂中のグラファイトが十分に混練され、レーザー散乱強度を高めることができたり、または、グラファイト面積を高めることができたり、または、発泡成形体表面のグラファイト占有面積率を高めることができる。
前述したマスターバッチを作製する攪拌工程が、荷重5kgf/cm以上で20分以上混練することも好ましい。
荷重5kgf/cm以上で混練することが、低い熱伝導率を得やすいことから好ましい。つまり、安定的にレーザー散乱強度を高めやすくなったり、または、安定的にグラファイト面積を大きくしやすくなったり、または、発泡成形体表面のグラファイト占有面積率を高めることができる。また、20分以上混練することが低い熱伝導率を得やすいことから好ましい。つまり、安定的にレーザー散乱強度を高めやすくなったり、または、安定的にグラファイト面積を大きくしやすくなったり、または、発泡成形体表面のグラファイト占有面積率を高めることができる。
本発明の一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法では、スチレン系樹脂を用いて、発泡性樹脂粒子を作製する場合には、二軸の攪拌機を備えた混練装置による混練は、荷重3.5kgf/cm以上で10分以上混練し、樹脂温度160℃以上で混練を終えることが望ましく、荷重4kgf/cm以上で15分以上混練し、樹脂温度170℃以上で混練を終えることがより望ましく、荷重5kgf/cm以上で20分以上混練することがさらに望ましい。スチレン系樹脂中にグラファイトが分散しやすい粘度とするためには樹脂温度は170℃以上となるまで混合することが好ましい。
本発明の一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法では、二軸の攪拌機を備えた混練装置により荷重をかけて混練を行うことにより、グラファイトの輻射抑制性能が高くなり、樹脂発泡成形体の熱伝導率が低減する。これは、光の散乱量が増大するため、即ちレーザー散乱強度が大きくなるためであり、または、単位溶液濃度あたりのグラファイト面積が大きくなるためであり、または、成形体表面のグラファイト占有面積率が高くなるためである。また、混練の際、グラファイトの剥離が起こり、グラファイトの粒子数が増えているものと推測される。
一方、重合法としては、一般的な発泡性スチレン系樹脂粒子の製造に使用される懸濁重合法、及び、シード重合が挙げられる。中でも、樹脂、及びグラファイトを押出機で溶融混練し、小孔を有するダイスを通じて押出して、カッターで切断することにより、グラファイト含有樹脂種粒子を得た後、該グラファイト含有樹脂種粒子を水中に懸濁させ、樹脂単量体、開始剤、必要に応じて、臭素系難燃剤、造核剤などのその他添加剤を供給してシード重合を行い、重合前及び/又は重合中及び/又は重合後に発泡剤を含浸させる方法が好ましい。
また、前記重合法において、前記グラファイトを含むマスターバッチを用いることが好ましい。前記重合法がグラファイトを含むマスターバッチを用いる場合には、まず、樹脂及びグラファイトを、例えばバンバリーミキサー等の二軸の攪拌機を備えた混練装置により混練してマスターバッチを作製し、作製したマスターバッチと新たな樹脂とを押出機で溶融混練してもよい。得られた溶融混練物を、前述した重合法と同様の工程に供することによって発泡性樹脂粒子を得ることが可能である。
重合法の利点は、一般的な発泡性樹脂粒子の製造に使用される装置を使用して重合及び発泡剤を含浸できるため、大きな設備投資又は設備変更が必要ないことである。一方、重合法では樹脂種粒子を水中に懸濁させるため、大量の排水が発生すること、乾燥処理が必要なことから環境に与える影響が大きい。
一実施形態において用いられる樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリスチレン(PS)、スチレン−アクリロニトリル共重合体(AS)、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体(耐熱PS)、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体(HIPS)、N−フェニルマレイミド−スチレン−無水マレイン酸の三次元共重合体及び、それとASとのアロイ(IP)などのスチレン系樹脂;ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂などのビニル系樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン3元共重合体、シクロオレフィン系(共)重合体などのポリオレフィン系樹脂及びこれらに分岐構造、架橋構造を導入してレオロジーコントロールされたポリオレフィン系樹脂;ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、MXDナイロンなどのポリアミド系樹脂;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、ポリアリレート、ポリカーボネートなどのポリエステル系樹脂、ポリ乳酸などの脂肪族ポリエステル系樹脂;ポリフェニレンエーテル系樹脂(PPE)、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂(変性PPE)、ポリオキシメチレン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、芳香族ポリエーテル系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などのエンジニアリングプラスチック、などが挙げられる。これらは単独で使用しても良いし、2種以上を混合して使用しても良い。これらの中でも、安価で、且つ、発泡成形が容易であるので、スチレン系樹脂が好ましい。
一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法において、発泡性樹脂粒子が、前記発泡性樹脂粒子を溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上であることが好ましい。前記溶媒は、発泡性樹脂粒子における樹脂がスチレン樹脂である場合はトルエン、その他の樹脂である場合は、該樹脂を溶解できる溶媒であれば特に問わない。
また、一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法において、発泡性樹脂粒子が、前記発泡性樹脂粒子を溶媒に分散させた溶液を光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記グラファイトの面積が55({mm/mm}/{g/g})以上であることが好ましい。前記溶媒は、発泡性樹脂粒子における樹脂がスチレン樹脂である場合はトルエン、その他の樹脂である場合は、該樹脂を溶解できる溶媒であれば特に問わない。
また、一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法において、発泡性樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の表層の前記グラファイトの占有面積率を前記グラファイトの含有量で除した値が100以上であることが好ましい。
前述した本発明の一実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法は、前述した各実施形態の何れかに係る、発泡性スチレン系樹脂粒子を作製するために使用されてもよい。
[3.予備発泡粒子]
以下に本発明の一実施形態に係る予備発泡粒子の、構成及び物性について詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る予備発泡粒子は、前述した各実施形態の何れかに係る発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡したスチレン系樹脂の予備発泡粒子であることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る予備発泡粒子は、前述した各実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法によって作製した発泡性樹脂粒子を予備発泡した、予備発泡粒子であることが好ましい。
本発明の一実施形態に係る予備発泡粒子は、前述した本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子と同じ組成であり、また、実際に測定を行ったところ、本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子と実質的に同じレーザー散乱強度を有している。従って、グラファイトの含有量が予備発泡粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であることが望ましく、3.0〜7.0重量%であることがより望ましい。グラファイトの平均粒径は2.5〜9μmであることが望ましく、3〜6μmであることがより望ましく、4〜6μmであることが最も望ましい。
スチレン系樹脂の予備発泡粒子に係る、前記グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度は、(1−3.レーザー散乱強度)において記載した方法について、発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡粒子におきかえた方法によって求められる。
また、本発明の一実施形態に係る予備発泡粒子は、予備発泡粒子を溶媒に分散させた溶液の単位溶液濃度あたりのグラファイト面積が、前述した発泡性スチレン系樹脂粒子を溶媒に分散させた溶液の単位溶液濃度あたりのグラファイト面積と実質的に同じ範囲の値を有していることが好ましい。
[4.予備発泡樹脂粒子の製造方法]
以下に本発明の一実施形態に係る予備発泡樹脂粒子の製造方法の、構成及び特徴について詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る予備発泡樹脂粒子の製造方法は、前述した各実施形態の何れかに係る発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡させてスチレン系樹脂の予備発泡樹脂粒子を作製する工程を備えることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る予備発泡樹脂粒子の製造方法は、前述した各実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法によって作製した発泡性樹脂粒子を予備発泡させて予備発泡樹脂粒子を作製する工程を備えることが好ましい。
本発明の一実施形態におけるスチレン系樹脂の予備発泡樹脂粒子の製造方法は、従来公知の予備発泡工程、例えば、加熱水蒸気によって10〜110倍に発泡させて予備発泡樹脂粒子とし、必要に応じて一定時間養生させた後、成形に使用する工程を備えている。得られた予備発泡樹脂粒子は、従来公知の成形機を用い、水蒸気によって成形(例えば型内成形)されてスチレン系樹脂発泡成形体が作製される。使用される金型の形状により、複雑な形の型物成形体やブロック状の成形体を得ることができる。
本明細書において、「予備発泡粒子」及び「予備発泡樹脂粒子」は同義である。
従って、本発明の一実施形態に係る予備発泡樹脂粒子の製造方法は、前述した一実施形態に係る予備発泡粒子を作製するために使用されてもよい。
[5.発泡成形体]
以下に、本発明の一実施形態に係る発泡成形体の、構成及び物性について詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る発泡成形体は、前述した各実施形態の何れかに係る発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡させて得られたスチレン系樹脂の予備発泡粒子を成形したスチレン系樹脂発泡成形体であることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る発泡成形体は、前述した各実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法によって作製した発泡性樹脂粒子を予備発泡させて得られた予備発泡粒子を成形した発泡成形体であることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る発泡成形体は、前述した一実施形態に係る予備発泡粒子を成形した発泡成形体であることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る発泡成形体は、前述した一実施形態に係る予備発泡樹脂粒子の製造方法によって作製した予備発泡樹脂粒子を成形した発泡成形体であることが好ましい。
本発明の一実施形態に係る発泡成形体は、前述した本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子と同じ組成であり、また、実際に測定を行ったところ、本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子と実質的に同じレーザー散乱強度を有している。従って、グラファイトの含有量がスチレン系樹脂発泡成形体100重量%において2.0〜8.0重量%であることが望ましく、3.0〜7.0重量%であることがより望ましい。グラファイトの平均粒径は2.5〜9μmであることが望ましく、3〜6μmであることがより望ましく、4〜6μmであることが最も望ましい。
また、本発明の一実施形態に係る発泡成形体は、発泡成形体を溶媒に分散させた溶液の単位溶液濃度あたりのグラファイト面積が、前述した発泡性スチレン系樹脂粒子を溶媒に分散させた溶液の単位溶液濃度あたりのグラファイト面積と実質的に同じ範囲の値を有していることが好ましい。
例えば、本発明の一実施形態に係る発泡成形体は、グラファイトを含有するスチレン系樹脂発泡成形体であって、前記グラファイトの含有量が前記スチレン系樹脂発泡成形体100重量%において2.0〜8.0重量%であり、前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、前記スチレン系樹脂発泡成形体をトルエンに分散させた溶液をレーザー回折散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上である。
発泡成形体に係る、このグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度は、(1−3.レーザー散乱強度)において記載した方法について、発泡性スチレン系樹脂粒子を発泡成形体におきかえた方法によって求められる。
本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体は、発泡倍率が50倍(cm/g)又は70倍(cm/g)の高倍率であっても、非常に低い熱伝導性を有することが好ましい。また、スチレン系樹脂発泡成形体の発泡倍率が50倍であるとき、後述する熱伝導率B(W/m・K)が0.0310(W/mK)以下であることがより好ましい。また、スチレン系樹脂発泡成形体の発泡倍率が70倍であるとき、後述する熱伝導率B(W/m・K)が0.0324(W/mK)以下であることがより好ましい。具体的には、発泡倍率50倍で0.0278〜0.0289W/m・Kの範囲の非常に低い熱伝導率を示すことがより好ましい。さらに50℃という発泡剤が揮散し易い温度下で30日保存後も、熱伝導率が0.0300W/m・K〜0.0310W/m・Kと非常に低いことがより好ましい。即ち、長期にわたって非常に低い熱伝導率ひいては高い断熱性を維持することが好ましい。また、発泡倍率70倍で0.0289〜0.0307W/m・Kの範囲の非常に低い熱伝導率を示すことが好ましい。さらに50℃という発泡剤が揮散し易い温度下で30日保存後も、熱伝導率は0.0313W/m・K〜0.0324W/m・Kと非常に低いことが好ましい。即ち、長期にわたって非常に低い熱伝導率ひいては高い断熱性を維持することが好ましい。
従来の発泡性スチレン系樹脂粒子から得られる発泡成形体は時間経過と共に発泡剤が逸散して熱伝導率が大きくなり、断熱性が悪化することが問題となっていたが、本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体は発泡剤が十分に逸散した後でもより低い熱伝導率を発揮することができるため、長時間経過後も高い断熱性を維持することができるという効果を有する。
さらに、スチレン系樹脂発泡成形体は発泡倍率が高いほど原料である発泡性スチレン系樹脂粒子の使用量が少なくなることから、本発明の一実施形態によれば、高発泡倍率のスチレン系樹脂発泡成形体をより安価に製造することができる。なお、従来のスチレン系樹脂発泡成形体においては発泡倍率が40倍以上では発泡倍率が高いほど熱伝導率が大きくなり、断熱性が悪化する欠点があった。しかし、本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子及び/又は後述する本発明の一実施形態に係る製造方法から得られるスチレン系樹脂発泡成形体は発泡倍率50倍以上であっても低い熱伝導性を有しているため、高い断熱性を有し、軽量で取扱性が良く、かつより安価な断熱材を供給することができる。
本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体は、低い熱伝導率を有すると共に、自己消火性を有し、かつ酸素指数26以上に調整することが可能であり、その場合には建築用断熱材として特に好適に使用できる。
本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体の発泡倍率は、望ましくは50倍(cm/g)以上、より望ましくは70倍(cm/g)以上である。本発明の一実施形態によれば50倍以上のスチレン系樹脂発泡成形体とした場合でも低い熱伝導率を達成できるため、製造コストが安く、より高発泡のスチレン系樹脂発泡成形体としても高性能な断熱性を発現できる。特に、発泡倍率を70倍以上とした場合には、製造コストはさらに安価となる上に軽量性でも有利なスチレン系樹脂発泡成形体を得ることができる。
なお、本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体は、前述した本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子を用いて製造されるので、その樹脂粒子と同じ各成分(但し発泡剤等を除く)を同じ含有量範囲で含有する。各成分の望ましい形態、より望ましい形態及びさらに望ましい形態もこの樹脂粒子と同じである。また、発泡成形体中の各成分(但し発泡剤等を除く)の含有量は、この樹脂粒子を予備発泡及び成形する際に発泡剤の一部が散逸するため、樹脂粒子中での各成分の含有量に比べて若干増加する傾向がある。
グラファイトは、望ましくは鱗片状黒鉛を主成分として含む黒鉛混合物であり、より望ましくは鱗片状黒鉛である。また、グラファイトの平均粒径の望ましい範囲等も、前述した本発明の一実施形態に係る発泡性スチレン系樹脂粒子の項で説明した範囲と同じである。
また、本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体は、本発明の一実施形態に係る効果を損なわない範囲で、難燃剤、熱安定化剤、ラジカル発生剤、及びその他の添加剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種を任意成分として含有することができる。その他の添加剤とは、例えば、加工助剤、耐光性安定剤、帯電防止剤、顔料等の着色剤、造核剤、及び発泡助剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。これらの任意成分は、発泡性スチレン系樹脂粒子の項で例示したのと同じものを使用できる。中でも、難燃剤としては臭素系難燃剤が望ましく、臭素系難燃剤は、スチレン系樹脂発泡成形体中の臭素含有量が望ましくは0.8〜5.0重量%となるように配合される。成形体とした際に含有している臭素含有量が0.8重量%以上であることにより、酸素指数を26以上とすることができ、難燃性及び自己消火性を得ることができる。
本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体は、スチレン系樹脂発泡成形体の熱伝導率A(W/m・K)と発泡倍率C(cm/g)とが次の式(1)を満たすことが好ましい。
式(1):A≦0.0268+0.000045×C
(前記式(1)における熱伝導率Aは、前記スチレン系樹脂発泡成形体を50℃温度下で48時間静置し、さらに23℃温度下で24時間静置した後にJIS A9511:2006Rに準拠して測定した中心温度23℃での熱伝導率(W/m・K)である。)
本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体は、スチレン系樹脂発泡成形体の、熱伝導率B(W/m・K)と発泡倍率C(cm/g)とが次の式(2)を満たすことが好ましい。
式(2):B≦0.0279+0.000065×C
(前記式(2)における熱伝導率Bは、前記スチレン系樹脂発泡成形体を50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃温度下で24時間静置した後にJIS A9511:2006Rに準拠して測定した中心温度23℃での熱伝導率(W/m・K)である。)
スチレン系樹脂発泡成形体は発泡倍率40倍以上では発泡倍率が大きくなるほど熱伝導率が大きくなる関係がある。スチレン系樹脂発泡成形体を構成するセル膜は発泡倍率が大きくなるほど薄くなるため、輻射による熱伝導が大きくなるためである。従って特定の発泡倍率においてより熱伝導率が低いスチレン系樹脂発泡成形体はより断熱性が高いことになる。
なお、本明細書において、発泡倍率を「倍」又は「cm/g」という単位で示すがこれらは互いに同じ意味である。
本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体は、スチレン系樹脂発泡成形体の平均セル径が、望ましくは70〜250μm、より望ましくは90〜200μm、さらに望ましくは100〜180μmである。平均セル径が前述の範囲にあることによって、断熱性のより高いスチレン系樹脂発泡成形体となる。平均セル径が70μm以上では、発泡成形体の独立気泡率が増加し、また、250μm以下では、熱伝導率が低下する。平均セル径は、例えば、造核剤の量を適宜選択することにより調整できる。
[6.発泡成形体の用途]
本発明の一実施形態に係る発泡成形体は、例えば、建築用断熱材、農水産箱、浴室用断熱材及び貯湯タンク断熱材のような各種用途に使用できる。
(建築用断熱材)
住宅等の断熱材は10年以上使用されるため、長期間経過後の断熱性維持が重要な課題となっている。本発明の一実施形態で得られる発泡成形体は従来の発泡成形体と比較して長期間経過後の熱伝導率を低くすることができるため、床、壁、屋根等に用いられる建築用断熱材として好適に使用することができる。
(農水産箱)
本発明の一実施形態で得られる発泡成形体は従来の発泡成形体と比較して長期間経過後の熱伝導率を低くすることができるため、魚等の水産物を輸送する箱や野菜等の農産物を輸送する箱に好適に使用することができる。高い断熱性を持つ農水産箱であれば鮮魚を輸送する時の氷量を低減でき、夏場においても野菜等の鮮度を良好に保つことができる。
(浴室用断熱材)
近年、お風呂の湯温低下を防ぐために浴室の壁、天井、床さらに浴槽に断熱材が使用されることがある。本発明の一実施形態で得られる発泡成形体は従来の発泡成形体と比較して長期間経過後の熱伝導率を低くすることができるため、浴室用断熱材に好適に使用できる。
(貯湯タンク断熱材)
エコキュート(登録商標)等の貯湯タンクには湯温低下を防ぐために断熱材が使用されている。本発明の一実施形態で得られる発泡成形体は従来の発泡成形体と比較して長期間経過後の熱伝導率を低くすることができるため、貯湯タンク用断熱材に好適に使用できる。
[7.発泡成形体の製造方法]
以下に本発明の一実施形態に係る発泡成形体の製造方法の、構成及び特徴について詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る発泡成形体の製造方法は、前述した各実施形態の何れかに係る発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡させて得られたスチレン系樹脂の予備発泡樹脂粒子を、成形する工程を備えることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る発泡成形体の製造方法は、前述した各実施形態に係る発泡性樹脂粒子の製造方法によって作製した発泡性樹脂粒子を予備発泡させて得られた予備発泡樹脂粒子を、成形する工程を備えることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る発泡成形体の製造方法は、前述した一実施形態に係る予備発泡粒子を成形する工程を備えることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る発泡成形体の製造方法は、前述した一実施形態に係る予備発泡樹脂粒子の製造方法によって作製した予備発泡樹脂粒子を成形する工程を備えることが好ましい。
また、本発明の一実施形態に係る発泡成形体の製造方法は、前述した一実施形態に係る発泡成形体を作製するために使用されてもよい。
本発明の一実施形態に係る発泡成形体の製造方法によって得られる発泡成形体は、5.発泡成形体に記載された各構成及び物性を備えることが好ましく、本発明の一実施形態に係るスチレン系樹脂発泡成形体の各構成及び物性を備えることがより好ましい。
本発明の一実施形態に係る発泡成形体の製造方法は、所定の予備発泡工程と、成形工程とを含んでいる。本製造方法は、予備発泡機の缶内に入れた発泡性樹脂粒子に水蒸気を投入して予備発泡粒子を得る予備発泡工程と、予備発泡粒子を型内成形する成形工程とを含み、かつ、予備発泡工程における水蒸気投入時間を50〜500秒とするものであることが好ましい。
(予備発泡工程)
予備発泡工程は、予備発泡機を用い、従来の発泡性樹脂粒子の予備発泡と同様にして実施できる。
(成形工程)
成形工程では、前述の予備発泡工程で得られた予備発泡粒子を用いる以外は、従来の発泡成形法と同様にして、発泡成形体を得ることができる。
また、本発明の一実施形態では、予備発泡粒子、及び発泡成形体の独立気泡率をそれぞれ95〜100%に調整することが望ましい。予備発泡粒子の独立気泡率が95%以上では、発泡倍率を高くし易すく、かつ、これを用いて得られる発泡成形体の表面美麗性が増加する傾向がある。また、発泡成形体の独立気泡率が95%以上では、その熱伝導率が低下する傾向がある。独立気泡率は、例えば、缶内又は成形金型内に水蒸気と空気との混合物を導入し、該混合物における水蒸気の割合を適宜選択することにより、調整できる。
前述した特許文献1の発明では、熱の伝搬を抑制するグラファイトを含有させることは行っておらず、特許文献1以前の発泡成形体と比較して低い熱伝導率を得ることができるが、特許文献1に記載の発明であっても、市場の要求を満足させる断熱性までには至っていない。一方、特許文献2〜11の発明ではグラファイトを含有させることで、従来の発泡成形体よりも熱伝導率を低下させており、断熱性を向上させている。しかしながら、市場では、発泡成形体の徹底した低コスト化が求められており、さらに、高発泡倍率で熱伝導率が低い発泡成形体が要求されている。特に、長時間経過後にブタン又はペンタン等が空気に置換されても熱伝導率が低い発泡成形体が求められており、特許文献2〜11の発明ではこの期待には応えられなかった。
また、前述した従来の予備発泡法において、発泡成形体の熱伝導率のさらなる低下を図る目的で、輻射伝熱抑制効果を有するグラファイトを含有する発泡性樹脂粒子を用いた場合、グラファイトを主因として予備発泡時に予備発泡粒子中のセル膜に穴が開き易くなり、発泡倍率65cm/g以上の予備発泡粒子を得ることは非常に困難であった。さらに、発泡条件を調整して発泡倍率65cm/g以上の予備発泡粒子を得た場合でも、予備発泡粒子を発泡成形した発泡成形体は、表面美麗性に劣るという問題があった。発泡倍率の低下は、発泡成形体の軽量性も損なっていた。
発泡倍率の高い予備発泡粒子を得る技術として、二段発泡法が知られている。二段発泡法とは、発泡性樹脂粒子に一段目の予備発泡を施して発泡倍率をある程度高めた発泡粒子を得、これを養生してその内部に空気を導入した後、二段目の予備発泡により発泡倍率をさらに高めた予備発泡粒子を得る方法である。二段発泡法には、一段目の予備発泡終了後に、得られた発泡粒子を予備発泡機の缶内で養生する方法と、得られた発泡粒子を一旦予備発泡機から取り出して養生した後、再度予備発泡機に投入する方法とがある。
二段発泡法を利用すれば、グラファイトを含有する樹脂組成物からなる発泡性樹脂粒子を用いた場合でも、発泡倍率65cm/g以上の予備発泡粒子を容易に得ることができる。しかしながら、二段階の予備発泡(加熱発泡)により、予備発泡粒子中にてセル膜に穴が開いた気泡の数が顕著に増加することから、予備発泡粒子を成形した発泡成形体は、独立気泡率の低下等に基づいて比較的高い熱伝導率を示すと共に、表面美麗性の低下や、その内部での予備発泡粒子同士の融着不良による機械特性の低下といった問題をも有していた。
前述したように、グラファイトを3〜8重量%と比較的高含有する樹脂からなる発泡性樹脂粒子を用い、従来の予備発泡法により発泡成形体を製造した場合、低熱伝導率や高い独立気泡率等に基づく顕著に優れた断熱性と、高発泡倍率(特に発泡倍率65cm/g以上)等に基づく非常に高い軽量性とを併せ持ち、低熱伝導率が長期にわたって維持され、さらに良好な表面美麗性を持つ発泡成形体を得ることは非常に困難であった。また、このような発泡成形体が市場に上市されていないのが現状であった。
従って、本発明の目的は、高い発泡倍率及び低い熱伝導率、従って高い断熱性、を有するスチレン系樹脂発泡成形体を与えうる発泡性スチレン系樹脂粒子及びスチレン系樹脂の予備発泡粒子と、スチレン系樹脂発泡成形体と、発泡性樹脂粒子の製造方法とを提供することにある。
本発明の一実施形態は、前述した各実施形態に含まれる構成、並びに、請求項に示した範囲で種々の変更がなされた各実施形態、及び各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態に含まれる構成を備えることにより、以下の効果を有する。即ち、発泡倍率の低い従来のスチレン系樹脂発泡成形体と同等の断熱性が得られ、しかも非常に高い発泡倍率であることから、原料である発泡性スチレン系樹脂粒子の使用量を大幅に減らすことができ、安価に製造することができる効果、高発泡倍率であることにより、軽量なスチレン系樹脂発泡成形体を提供することができる効果、さらに、長時間経過後においても熱伝導率の低いスチレン系樹脂発泡成形体を提供することができる効果、を有する。
本発明の一実施形態は、以下の構成を有するものであってもよい。
[1]グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、
前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、
前記発泡性スチレン系樹脂粒子をトルエンに分散させた溶液をレーザー回折散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上である、発泡性スチレン系樹脂粒子。
[2]前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記レーザー散乱強度が、6{%/(mg/ml)}/重量%以上である、[1]に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
[3]前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記レーザー散乱強度をX{%/(mg/ml)}/重量%とし、前記グラファイトの平均粒径をY(μm)とすると、X+Y>10である、[1]又は[2]に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
[4]グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、
前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、
前記発泡性スチレン系樹脂粒子をトルエンに分散させた溶液を光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記グラファイトの面積が55({mm/mm}/{g/g})以上である、発泡性スチレン系樹脂粒子。
[5]前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記グラファイトの面積が、60({mm/mm}/{g/g})以上である、[4]に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
[6]グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、
前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、
更に前記発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の表層の前記グラファイトの占有面積率を、前記グラファイトの含有量で除し、さらに100を乗じた値が100以上である、発泡性スチレン系樹脂粒子。
[7]前記発泡成形体の表層の前記グラファイトの占有面積率を、前記グラファイトの含有量で除し、さらに100を乗じた値が110以上である、[6]に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
[8]前記グラファイトの含有量が、前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において3.0〜7.0重量%である、[1]〜[7]の何れか1つに記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
[9]前記グラファイトの平均粒径が、3〜6μmである、[1]〜[8]の何れか1つに記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
[10]発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率50倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の平均セル径が70〜250μmである、[1]〜[9]の何れかに記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
[11]前記発泡性スチレン系樹脂粒子を発泡倍率50倍の発泡成形体にした時に、前記発泡成形体を50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃の温度下にて24時間静置した後、JIS A9511:2006R準拠で測定した中心温度23℃での熱伝導率が、0.0310(W/mK)以下である、[1]〜[10]の何れか1つに記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
[12]前記発泡性スチレン系樹脂粒子を発泡倍率70倍の発泡成形体にした時に、前記発泡成形体を50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃の温度下にて24時間静置した後、JIS A9511:2006R準拠で測定した中心温度23℃での熱伝導率が、0.0324(W/mK)以下である、[1]〜[11]の何れか1つに記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
[13][1]〜[12]の何れか1つに記載の発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡したスチレン系樹脂の予備発泡粒子。
[14][13]に記載のスチレン系樹脂の予備発泡粒子を成形したスチレン系樹脂発泡成形体。
[15]グラファイトを含有するスチレン系樹脂発泡成形体であって、
前記グラファイトの含有量が前記スチレン系樹脂発泡成形体100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、
前記スチレン系樹脂発泡成形体をトルエンに分散させた溶液をレーザー回折散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上である、スチレン系樹脂発泡成形体。
[16]発泡倍率が50倍(cm/g)以上である、[14]又は[15]に記載のスチレン系樹脂発泡成形体。
[17]前記スチレン系樹脂発泡成形体の熱伝導率A(W/m・K)と発泡倍率C(cm/g)とが次の式(1)を満たす、[14]〜[16]の何れか1つに記載のスチレン系樹脂発泡成形体。
式(1):A≦0.0268+0.000045×C
(前記式(1)における熱伝導率Aは、前記スチレン系樹脂発泡成形体を50℃温度下で48時間静置し、さらに23℃温度下で24時間静置した後にJIS A9511:2006Rに準拠して測定した中心温度23℃での熱伝導率(W/m・K)である。)
[18]前記スチレン系樹脂発泡成形体の、熱伝導率B(W/m・K)と発泡倍率C(cm/g)とが次の式(2)を満たす、[14]〜[17]の何れか1つに記載のスチレン系樹脂発泡成形体。
式(2):B≦0.0279+0.000065×C
(前記式(2)における熱伝導率Bは、前記スチレン系樹脂発泡成形体を50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃温度下で24時間静置した後にJIS A9511:2006Rに準拠して測定した中心温度23℃での熱伝導率(W/m・K)である。)
[19]前記スチレン系樹脂発泡成形体の平均セル径が70〜250μmである、[14]〜[18]の何れか1つに記載のスチレン系樹脂発泡成形体。
[20]グラファイトを含有する発泡性樹脂粒子の製造方法において、
グラファイト及び樹脂を二軸の攪拌機を備えた混練装置により荷重:3.5kgf/cm以上、樹脂温度:Tg+50℃以上(ここで、Tgは、樹脂のガラス転移温度である)、混練時間:10分以上、で混練してマスターバッチを作製する攪拌工程、及び、
前記マスターバッチ及び新たな樹脂を含む混合物を押出機で溶融混練して押出する押出工程、を備え、
前記グラファイトの含有量が前記発泡性樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmである、発泡性樹脂粒子の製造方法。
[21]グラファイトを含有する発泡性樹脂粒子の製造方法において、次の式(3)を満たす、樹脂及び前記グラファイトを含むマスターバッチを使用する、発泡性樹脂粒子の製造方法。
式(3):b>1.4a
(前記式(3)中、aは、前記マスターバッチ作製前において、前記樹脂と混練する前の前記グラファイトを溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度[{%/(mg/ml)}/重量%]であり、
bは、前記マスターバッチ作製後において、前記マスターバッチを溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により、波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記レーザー散乱強度[{%/(mg/ml)}/重量%]である。)
[22]前記樹脂及び前記グラファイトを二軸の攪拌機を備えた混練装置により混練して前記マスターバッチを作製する攪拌工程、及び、
前記マスターバッチと新たな樹脂とを含む混合物を押出機で溶融混練して押出する押出工程、を備える、[21]に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
[23]前記発泡性樹脂粒子が、前記発泡性樹脂粒子を溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上である、[20]〜[22]の何れか1つに記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
[24]前記発泡性樹脂粒子が、前記発泡性樹脂粒子を溶媒に分散させた溶液を光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記グラファイトの面積が55({mm/mm}/{g/g})以上である、[20]〜[22]の何れか1つに記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
[25]前記発泡性樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の表層の前記グラファイトの占有面積率を前記グラファイトの含有量で除し、さらに100を乗じた値が100以上である、[20]〜[22]の何れか1つに記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
[26]前記押出工程が、作製したマスターバッチと新たな樹脂と発泡剤とを押出機で溶融混練して小孔から押出する工程であり、前記押出工程により押出した樹脂を切断すると共に、冷却固化して発泡性樹脂粒子を作製する工程をさらに備える、[20]又は[22]に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
[27]前記押出工程が作製したマスターバッチと新たな樹脂とを押出機で溶融混練して小孔から押出する工程であり、該押出工程により押出した樹脂を切断して樹脂粒子を得る工程と、該樹脂粒子を水中に懸濁させると共に発泡剤を含有させて発泡性樹脂粒子を得る工程とをさらに備える、[20]又は[22]に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
[28]前記発泡性樹脂粒子が、発泡性スチレン系樹脂粒子である、[20]〜[27]の何れか1つに記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
[29]前記攪拌工程の混練条件が、荷重3.5kgf/cm以上、樹脂温度160℃以上、混練時間10分以上である、[20]又は[22]に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
[30][20]〜[29]の何れか1つに記載の発泡性樹脂粒子の製造方法によって作製した発泡性樹脂粒子を予備発泡させて予備発泡樹脂粒子を作製する工程を備える、予備発泡樹脂粒子の製造方法。
[31][30]に記載の予備発泡樹脂粒子の製造方法によって作製した予備発泡樹脂粒子を成形する工程を備える、発泡成形体の製造方法。
本発明の一実施形態は前述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の一実施形態の技術的範囲に含まれる。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明の一実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、以下の実施例及び比較例における測定方法及び評価方法は、以下のとおりである。
(スチレン系樹脂発泡成形体の熱伝導率Aの測定)
一般的に熱伝導率の測定平均温度が大きい方が熱伝導率の値は大きくなることが知られており、断熱性を比較するためには測定平均温度を定める必要がある。本明細書では発泡プラスチック保温材の規格であるJIS A9511:2006Rで定められた23℃を基準に採用している。
以下の実施例及び比較例では、熱伝導率Aは、スチレン系樹脂発泡成形体から熱伝導率測定サンプルを切り出し、サンプルを50℃温度下で48時間静置し、さらに、23℃の温度下にて24時間静置した後に測定した。
より詳しくは、スチレン系樹脂発泡成形体から、長さ300mm×幅300mm×25mmのサンプルを切り出した。厚み方向はスチレン系樹脂発泡成形体の厚さ25mmをそのまま使用した。従ってサンプルの長さ300mm×幅300mmの2面はスチレン系樹脂発泡成形体の成形された時の表面のままである。このような、成形された時の表面を一般的に「表面スキン」と呼んでおり、該明細書中では「表層」と定義する。サンプルを50℃温度下にて48時間静置し、さらに、23℃温度下にて24時間静置した後、熱伝導率測定装置(英弘精機(株)製、HC−074)を用いて、JIS A1412−2:1999に準拠して熱流計法にて平均温度23℃、温度差20℃で熱伝導率Aを測定した。
(アニーリング後のスチレン系樹脂発泡成形体の熱伝導率Bの測定)
長期間後において発泡剤が空気に置き換わった場合の熱伝導率Bを評価するためにスチレン系樹脂発泡成形体から熱伝導率測定サンプルを切り出し、サンプルを50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃の温度下にて24時間静置した後、熱伝導率Bを測定した。
50℃で30日間乾燥(アニーリング)することにより、スチレン系樹脂発泡成形体中に含有されるブタン、ペンタン等の炭化水素系発泡剤の含有量は0.5%以下となっており、熱伝導率に与える影響は軽微となり、スチレン系樹脂発泡成形体を常温で長期間使用した場合の熱伝導率Bをほぼ正確に評価することができる。
より詳しくは、スチレン系樹脂発泡成形体から、熱伝導率Aの測定と同様に長さ300mm×幅300mm×厚さ25mmのサンプルを切り出した。サンプルを50℃温度下にて30日間静置し、さらに、23℃温度下にて24時間静置した後、熱伝導率測定装置(英弘精機(株)製、HC−074)を用いて、JIS A1412−2:1999に準拠して熱流計法にて平均温度23℃、温度差20℃で熱伝導率Bを測定した。
(グラファイト含有量の測定)
発泡性スチレン系樹脂粒子、もしくはスチレン系樹脂の予備発泡粒子を約10mg採取し、又はスチレン系樹脂発泡成形体約10mgの試験片を切り出し、サンプルとした。このサンプルを、熱分析システム:EXSTAR6000を備えた熱重量測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製、TG/DTA 220U)を用いて、下記I〜IIIを連続で実施し、IIIにおける重量減少量をグラファイト重量とし、試験片重量に対するパーセントで表した。
I. 200mL/分の窒素気流下で40℃から600℃まで20℃/分で昇温した後600℃で10分保持、
II. 200mL/分の窒素気流下で600℃から400℃まで10℃/分で降温した後400℃で5分保持、
III.200mL/分の空気気流下で400℃から800℃まで20℃/分で昇温した後800℃で15分保持。
(グラファイトの平均粒径D50(μm)及びレーザー散乱強度(%)の測定)
(1)試料溶液調整条件
(a)測定対象が、発泡性スチレン系樹脂粒子、予備発泡粒子、又は発泡成形体の場合
試料500mgを0.1%(w/w)スパン80トルエン溶液20mLに溶解・分散させる。
(b)測定対象が、混練前のグラファイト、即ち原材料のグラファイト自体の場合
グラファイト20mg及びスチレン系樹脂(A)480mgを0.1%(w/w)スパン80トルエン溶液20mLに溶解・分散させる。
(c)測定対象が、グラファイトマスターバッチの場合
グラファイトマスターバッチ40mgを0.1%(w/w)スパン80トルエン溶液20mLに溶解・分散させる。
(a)〜(c)において、分散とは、樹脂が溶解して、グラファイトが分散している状態のことをいう。
次いで、超音波洗浄器にて、前記の試料溶液に超音波を照射し、グラファイトの凝集を緩和させる。
(2)超音波照射条件
使用装置 :アズワン株式会社製 超音波洗浄器 型番USM
発振周波数:42kHz
照射時間 :10分
温度 :室温
(3)粒径測定条件
測定装置 :マルバーン社製 レーザー回折式粒度分布測定装置 マスターサイザー3000
光源 :632.8nm赤色He−Neレーザー及び470nm青色LED
分散ユニット:湿式分散ユニット Hydro MV
以下の設定で分析を実施し、ISO13320:2009,JIS Z8825−1に準拠したMie理論に基づくレーザー回折・散乱法による測定・解析により、体積分布を求め、サンプル中のグラファイトのD50粒径を算出した。
粒子の種類 :非球形
グラファイト屈折率 :2.42
グラファイト吸収率 :1.0
分散媒体 :0.1%(w/w)スパン80トルエン溶液
分散媒体の屈折率 :1.49
分散ユニット中の攪拌数:2500rpm
解析モデル :汎用、単一モードを維持
測定温度 :室温
(4)測定手順
0.1%(w/w)スパン80トルエン溶液120mLを分散ユニットに注入し、2500rpmで攪拌し、安定化させた。測定セルに試料溶液サンプルが存在せず、分散媒体のみの状態で632.8nm赤色He−Neレーザー光を照射した際の中央検出器で測定された光の強度を透過光の強度Lbとした。次いで、超音波処理した試料溶液を2mL採取し、分散ユニットに追加した。試料溶液を追加して1分後の632.8nm赤色He−Neレーザー光を照射した際の中央検出器で測定された光の強度を透過光の強度Lsとした。また、同時に粒径(D50)を測定した。得られたLs及びLbより、以下の式で試料溶液のレーザー散乱強度Obを算出した。
Ob=(1−Ls/Lb)×100(%)
中央検出器はレーザー光の出力に対して対向した正面に位置する検出部であり、ここで検出される光が散乱に使用されなかった透過光の尺度である。レーザー散乱強度とは、解析装置のレーザー試料散乱さた際に失われるレーザー光の量の尺度である。
(5)発泡性スチレン系樹脂粒子、予備発泡粒子、又は発泡成形体単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度の算出
以下の式にて、発泡性スチレン系樹脂粒子、予備発泡粒子、又は発泡成形体単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を算出した。
発泡性スチレン系樹脂粒子、予備発泡粒子、又は発泡成形体単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度(%/(mg/ml))=レーザー散乱強度(Ob)/{サンプル重量(500mg)/トルエン量(20mL)×試料注入量(2mL)/分散ユニット内の全トルエン量(120mL+2mL)}
単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度とは、測定したレーザー散乱強度をトルエン中のサンプル濃度で割った値である。この測定装置は溶液で測定する必要のある装置であるため、トルエン溶液中のサンプル濃度を一定とし、一定のサンプル量における測定値を得ている。
(6)発泡性スチレン系樹脂粒子中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度の算出
以下の式にて、発泡性スチレン系樹脂粒子中に含有されるグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を算出した。
発泡性スチレン系樹脂粒子中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度{%/(mg/ml)}/重量%=発泡性スチレン系樹脂粒子単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度(%/(mg/ml))/発泡性スチレン系樹脂粒子のグラファイト含有量(重量%)
同じ重量のグラファイトであっても発泡性スチレン系樹脂粒子に含有されるグラファイトの状態、即ち分散されている濃度を調節することによって断熱性を向上できることが本発明の一実施形態の本質である。前記グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を用いることによって本発明の一実施形態を表現することができる。
(7)予備発泡粒子中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度の算出
以下の式にて、予備発泡粒子中に含有されるグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を算出した。
予備発泡粒子中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度{%/(mg/ml)}/重量%=予備発泡粒子単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度(%/(mg/ml))/予備発泡粒子のグラファイト含有量(重量%)
(8)発泡成形体中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度の算出
以下の式にて、発泡成形体中に含有されるグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を算出した。
発泡成形体中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度{%/(mg/ml)}/重量%=発泡成形体単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度(%/(mg/ml))/発泡成形体のグラファイト含有量(重量%)
(9)混練前のグラファイトとスチレン系樹脂との混合物の単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度の算出
以下の式にて、混練前のグラファイトとスチレン系樹脂との混合物の単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を算出した。
混練前のグラファイトとスチレン系樹脂との混合物の単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度{%/(mg/ml)}=レーザー散乱強度(Ob)/[{グラファイト重量(20mg)+スチレン系樹脂(480mg)}/トルエン量(20mL)×試料注入量(2mL)/分散ユニット内の全トルエン量(120mL+2mL)]
(10)混練前のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度
以下の式にて、混練前のグラファイト、即ち原材料グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を算出した。
混練前のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度{%/(mg/ml)}/重量%=混練前のグラファイトとスチレン系樹脂との混合物の単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度(%/(mg/ml))/混練前のグラファイトとスチレン系樹脂との混合物中のグラファイト含有量(20/500×100=4重量%)
(11)グラファイトマスターバッチ単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度の算出
以下の式にて、グラファイトマスターバッチ単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を算出した。
グラファイトマスターバッチ単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度(%/(mg/ml))=レーザー散乱強度(Ob)/{マスターバッチ重量(40mg)/トルエン量(20mL)×試料注入量(2mL)/分散ユニット内の全トルエン量(120mL+2mL)}
(12)グラファイトマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度の算出
以下の式にて、グラファイトマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度を算出した。
グラファイトマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度{%/(mg/ml)}/重量%=グラファイトマスターバッチ単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度(%/(mg/ml))/グラファイトマスターバッチのグラファイト含有量(重量%)
(単位溶液濃度あたりのグラファイト面積の測定)
(1)試料溶液調整条件
発泡性スチレン系樹脂粒子、予備発泡粒子、又は発泡成形体の試料0.03gを1.0%(w/w)スパン80トルエン溶液10gに溶解・分散させる。ここで分散とは、樹脂が溶解して、グラファイトが分散している状態のことをいう。
次いで、超音波洗浄器にて、前記の試料溶液に超音波を照射し、グラファイトの凝集を緩和させる。
(2)超音波照射条件
使用装置 :アズワン株式会社製 超音波洗浄器 型番USM
発振周波数:42kHz
照射時間 :10分
温度 :室温
(3)観察装置条件
装置;キーエンス社製 DIGITAL MICROSCOPE VHX−5000
使用レンズ;VH−Z100R、絞りリング全開
照明;リング照明ベースユニットOP−72400及び可変照明アタッチメントOP−72404を接続し、側射照明を採用。
観察倍率;300倍
(4)測定手順
カバーグラス(18×18mm)の上に外径9mm、内径6mm、厚さ10μmのステンレススペーサーを置く。そしてステンレススペーサーの中心部に超音波処理した試料溶液を2滴以上滴下する。(試料溶液の液滴がステンレススペーサー全体を覆うまで滴下する。概ね2滴程度。ステンレススペーサーの内側に溶液が表面張力によってとどまると正しい値を測定できないため。)次いで、もう一枚のカバーグラス(18×18mm)をステンレススペーサーの上に設置する。(この際、ステンレススペーサーの内側に空気が入らないようにする。)300gのおもりでカバーガラスの上から荷重を30秒間かける。(カバーグラスの上下面はあふれるトルエン溶液を回収できる紙製ウエス(商品名:キムワイプ)を設置しておく方がよい。)おもりを除去した後にデジタルマイクロスコープでステンレススペーサーの内側を観察する。前記操作及び観察は手順2の超音波照射終了後、10分以内に実施する。
(5)画像撮影方法
ハイダイナミックレンジ(HDR)観察により、前記トルエン溶液を撮影する。
(6)画像処理方法
同装置アプリケーション内の面積計測ソフトを使用し、得られた画像を明度指定レンジ0−130の範囲にてヒストグラム抽出を行い、得られた画像の白黒2値化処理を行う。
(7)グラファイト面積の計算
前記の観察・画像処理方法を用いて得た画像の黒色部分の総面積(mm)を算出する。尚、ステンレススペーサーの内側の任意の7箇所を観察・画像処理を行う。
1mmあたりの黒色部分の総面積(mm/mm)=黒色部分の総面積(mm)/画面全体の面積(mm
サンプルのグラファイト量(g)=サンプル量g×各サンプルのグラファイト含有率(%)/100
溶液のグラファイト濃度(g/g)=サンプルのグラファイト量(g)/トルエン10g
1mm2に存在する単位溶液濃度あたりのグラファイト面積({mm/mm}/{g/g})=1mmあたりの黒色部分の総面積(mm/mm)/溶液のグラファイ
ト濃度(g/g)
7箇所の平均値を1mm2に存在する単位溶液濃度あたりのグラファイト面積({mm/mm}/{g/g})と定義する。
(発泡成形体表層のグラファイト占有面積率)
発泡倍率40倍の発泡成形体表層のグラファイト占有面積率については、以下の手順で測定・解析した。
(1)観察装置条件
装置;キーエンス社製 DIGITAL MICROSCOPE VHX−5000
使用レンズ;VH−Z100R、絞りリング全開
照明;リング照明ベースユニットOP−72400及び可変照明アタッチメントOP−72404を接続し、側射照明を採用。
観察倍率;300倍
撮影サイズ;1600×1200
(2)画像撮影方法
下記条件調整を行い、ハイダイナミックレンジ(HDR)観察により、成形体表面を撮影する。
明るさ;100
テクスチャ強調;50
コントラスト;0
色彩調整;0
(3)画像処理方法
同装置アプリケーション内の面積計測ソフトを使用し、得られた画像を明度指定レンジ0−100の範囲にてヒストグラム抽出を行い、穴埋め処理を行い、得られた成形体表面の画像の白黒2値化処理を行う。
(4)グラファイト占有面積率の計算
前記の観察・画像処理方法を用いて得た画像の黒色部分の面積率を算出する。尚、成形体表面の任意の7箇所を観察・画像処理を行い、7箇所の観察部位における黒色部分の面積率の平均値を発泡倍率40倍の発泡成形体表層のグラファイト占有面積率(%)と定義する。
(5)グラファイト占有面積率をグラファイト含有量で除した値の算出
前記のグラファイト占有面積率及びグラファイト含有量より、グラファイト占有面積率をグラファイト含有量で除した値を以下の式で算出した。
グラファイト占有面積率をグラファイト含有量で除した値(−)=グラファイト占有面積率(%)/グラファイト含有量(重量%)×100
(臭素含有量の測定)
臭素の含有量は、酸素フラスコ燃焼法を行った後、イオンクロマト法(以下、IC法と称する)により、臭素の定量分析を行って求めた。
(1)酸素フラスコ燃焼法
導火部を有する濾紙の中央に、試料(スチレン系樹脂発泡成形体5mg)を置き、導火部を固定したまま濾紙を縦方向に三つ折りした。その後、濾紙を横方向に三つ折りにし、試料を包含した濾紙を、500mlの燃焼フラスコの共栓部(ガラス栓)に取り付けた白金バスケットに入れた。他方、燃焼フラスコの三角フラスコには、25mlの吸収液(飽水ヒドラジン1滴を滴下した超純水)を入れ、さらに酸素を満たしておいた。
濾紙の導火部に点火し、濾紙が固定された白金バスケットを三角フラスコに挿入し、三角フラスコ内部で試料を燃焼させた。燃焼終了後に、燃焼フラスコを傾斜させて2分間振盪し、その後1時間放置することにより、燃焼により発生した臭素を吸収液に吸収させた。
(2)IC法
酸素フラスコ燃焼法により得られた吸収液に対して、IC法により臭素イオン量を測定した。
使用装置 :ダイオネクス社製、ICS−2000
カラム :IonPac AG18、AS18(4mmφ×250mm)
溶離液 :KOHグラジエント(溶離液ジェネレータ使用)
容離液流量:1.0ml/分
試料注入量:50μl
検出器 :電気伝導度検出器
試料中の臭素濃度は、下式を用いて算出した。
試料中の臭素濃度(%)=[{スチレン系樹脂発泡成形体のIC測定結果(mg/l)−バックグラウンド試験結果(mg/l)}×25(ml)×1000]/{試料採取量(mg)×10000}
(発泡倍率の測定及び発泡性能、成形性能の評価)
スチレン系樹脂発泡成形体から、熱伝導率の測定の場合と同様に、長さ300mm×幅300mm×厚さ25mmのサンプルを切り出した。サンプルの重量(g)を測定すると共に、ノギスを用いて、縦寸法、横寸法、厚さ寸法を測定した。測定された各寸法からサンプルの体積(cm)を計算し、下記計算式に従って発泡倍率を算出した。
発泡倍率(cm/g)=サンプル体積(cm)/サンプル重量(g)
なお、前述したように、スチレン系樹脂発泡成形体の発泡倍率「倍」は慣習的に「cm/g」でも表されている。
さらに、得られた成形体について70倍のものの表面を観察し、粒子間の空隙が少ないものを表面美麗性が良い、空隙が目立つものを表面美麗性が悪いと判定した。
測定した発泡倍率及び成形体表面の美麗性に基づいて、スチレン系樹脂発泡体の発泡・成形性能について評価した。発泡・成形性能の評価は、○:70倍発泡可能で美麗な成形体が得られる、△:70倍発泡可能であるが、美麗な成形体が得られにくい、×:70倍発泡不可能で表される。
(難燃性の評価)
作製された発泡成形体に対して、60℃温度下にて48時間静置し、さらに23℃温度下にて24時間静置した後、JIS K7201に準じて、酸素指数を測定した。
(スチレン系樹脂発泡成形体の平均セル径の測定方法)
発泡倍率50倍のスチレン系樹脂発泡成形体をカミソリで切削し、光学顕微鏡で断面を観察した。断面の1000μm×1000μm四方の範囲内に存在するセル数を計測し、下記式(面積平均径)で測定した値を平均セル径とした。各サンプル5個の平均セル径を測定し、その平均を水準の平均セル径とした。
平均セル径(μm)=2×[1000μm×1000μm/(セル数×π)]1/2
以下に、実施例及び比較例で用いた原材料を示す。
(スチレン系樹脂)
(A)スチレンホモポリマー[PSジャパン(株)製、680]
(グラファイト)
(B1)グラファイト[(株)丸豊鋳材製作所製、鱗片状黒鉛SGP−40B]
グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度:4.0{%/(mg/ml)}/重量%
(B2)グラファイト[(株)中越黒鉛工業所製、鱗状黒鉛BF−3AK]
グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度:5.6{%/(mg/ml)}/重量%
(B3)グラファイト[(株)中越黒鉛工業所製、鱗状黒鉛BF−1AT]
グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度:9.1{%/(mg/ml)}/重量%
(B4)グラファイト[(株)中越黒鉛工業所製、鱗状黒鉛BF−10AK]
グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度:3.2{%/(mg/ml)}/重量%
(B5)グラファイト[日本黒鉛工業(株)製、鱗片状黒鉛UCP]
グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度:3.6{%/(mg/ml)}/重量%
(臭素系難燃剤)
(C1)2,2−ビス[4−(2,3−ジブロモ−2−メチルプロポキシ)−3,5−ジブロモフェニル]プロパン[第一工業製薬(株)製、SR−130、臭素含有量=66重量%]
(C2)臭素化(スチレン-ブタジエン共重合体)[ケムチュラ社製、EMERALD INNOVATION 3000、臭素含有量=65重量%]
(熱安定剤)
(D1)テトラキス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジルオキシカルボニル)ブタン[(株)ADEKA製 LA−57]
(D2)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[(株)ADEKA製 PEP−36]
(D3)3,9−ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェノキシ)−2,4,8,10−テトラオキサ−3,9−ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン[ADDIVANT社製 Ultranox626]
(D4)ペンタエリト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][ADDIVANT社製 ANOX20]
(D5)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂[ハンツマンジャパン(株)製、ECN−1280,エポキシ当量212〜233g/eq.]
(ラジカル発生剤)
(E)ポリ−1,4−ジイソプロピルベンゼン[UNITED INITIATORS製、CCPIB]
(発泡剤)
(F1)ノルマルペンタン[和光純薬工業(株)製、試薬品]
(F2)イソペンタン[和光純薬工業(株)製、試薬品]
(その他添加剤)
(G)エチレンビスステアリン酸アミド[日油(株)製、アルフローH−50S]
(グラファイトマスターバッチ)
(I1)バンバリーミキサーに、スチレンホモポリマー(A)49重量%、グラファイト(B1)50重量%、エチレンビスステアリン酸アミド(G)1重量%の全重量(A+B1+)が100重量%となる様に原料投入して、5kgf/cmの荷重をかけた状態で加温冷却を行わずに20分間溶融混練した。この際、樹脂温度を測定したところ180℃であった。ルーダーに供給して先端に取り付けられた小穴を有するダイスを通して吐出250kg/hrで押出されたストランド状の樹脂を30℃の水槽で冷却固化させた後、切断してマスターバッチを得た。マスターバッチ中のグラファイト含有量は50重量%であった。得られたマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度はb=6.1{%/(mg/ml)}/重量%であった。なお、混練前のグラファイトSGP40Bのレーザー散乱強度はa=4.0{%/(mg/ml)}/重量%であった。このことから、b=1.53aであった。
(I2)グラファイトの種類を(B1)から(B2)へ変更した以外は(I1)の場合と同様の手法により、グラファイトマスターバッチ(I2)を得た。得られたマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度はb=8.8{%/(mg/ml)}/重量%であった。なお、混練前のグラファイトBF−3AKのレーザー散乱強度はa=5.6{%/(mg/ml)}/重量%であった。このことから、b=1.57aであった。
(I3)グラファイトの種類を(B1)から(B3)へ変更した以外は(I1)の場合と同様の手法により、グラファイトマスターバッチ(I3)を得た。得られたマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度はb=9.9{%/(mg/ml)}/重量%であった。なお、混練前のグラファイトBF−1ATのレーザー散乱強度はa=9.1{%/(mg/ml)}/重量%であった。このことから、b=1.09aであった。
(I4)グラファイトの種類を(B1)から(B4)へ変更した以外は(I1)の場合と同様の手法により、グラファイトマスターバッチ(I4)を得た。得られたマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度はb=5.7{%/(mg/ml)}/重量%であった。なお、混練前のグラファイトBF−10AKのレーザー散乱強度はa=3.2{%/(mg/ml)}/重量%であった。このことから、b=1.78aであった。
(I5)グラファイトの種類を(B1)から(B5)へ変更した以外は(I1)の場合と同様の手法により、グラファイトマスターバッチ(I5)を得た。得られたマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度はb=4.7{%/(mg/ml)}/重量%であった。なお、混練前のグラファイトUCPのレーザー散乱強度はa=3.6{%/(mg/ml)}/重量%であった。このことから、b=1.31aであった。
(I6)バンバリーミキサーにおける荷重が4.5kgf/cm、混練時間が15分、樹脂温度が160℃であったこと以外は(I1)の場合と同様の手法により、グラファイトマスターバッチ(I6)を得た。得られたマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度はb=5.9{%/(mg/ml)}/重量%であった。このことから、b=1.48aであった。
(I7)バンバリーミキサーにおける荷重が5.5kgf/cm、混練時間が15分、樹脂温度が170℃であったこと以外は(I1)の場合と同様の手法により、グラファイトマスターバッチ(I7)を得た。得られたマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度はb=8.0{%/(mg/ml)}/重量%であった。このことから、b=2.00aであった。
(I8)バンバリーミキサーにおける荷重が3.5kgf/cm、混練時間が15分、樹脂温度が160℃であったこと以外は(I1)の場合と同様の手法により、グラファイトマスターバッチ(I8)を得た。得られたマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度はb=5.3{%/(mg/ml)}/重量%であった。このことから、b=1.33aであった。
(I9)バンバリーミキサーにおける荷重が5.5kgf/cm、混練時間が20分、樹脂温度が180℃であったこと以外は(I1)の場合と同様の手法により、グラファイトマスターバッチ(I9)を得た。得られたマスターバッチ中のグラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度はb=9.1{%/(mg/ml)}/重量%であった。このことから、b=2.28aであった。
(臭素系難燃剤と熱安定剤との混合物のマスターバッチ)
(J1)二軸押出機に、スチレンホモポリマー(A)を供給して溶融混練した後、押出機途中より臭素系難燃剤(C1)、安定剤(D1)及び(D2)の混合物を供給して、さらに溶融混練した。ただし、各材料の重量比率は、(A):(C1):(D1):(D2)=70:28.5:0.6:0.9、(A)+(C1)+(D1)+(D2)=100重量%とした。押出機先端に取り付けられた小穴を有するダイスを通して、吐出300kg/hrで押出されたストランド状の樹脂を20℃の水槽で冷却固化させた後、切断して臭素系難燃剤と熱安定剤との混合物のマスターバッチを得た。このとき押出機の設定温度は170℃で実施した。マスターバッチ中の臭素含有量は18.8重量%であった。
(J2)二軸押出機に、スチレンホモポリマー(A)、臭素系難燃剤(C2)、安定剤(D3)、(D4)、及び(D5)を供給して、溶融混練した。ただし、各材料の重量比率は、A:C2:D3:D4:D5=42.25:50:0.25:5:2.5、A+C2+D3+D4+D5=100重量%とした。押出機先端に取り付けられた小穴を有するダイスを通して、吐出300kg/hrで押出されたストランド状の樹脂を20℃の水槽で冷却固化させた後、切断して臭素系難燃剤と熱安定剤との混合物のマスターバッチを得た。このとき押出機の設定温度は150℃で実施した。得られたマスターバッチ中の、臭素含有量は32.5重量%であった。
(実施例1)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]
スチレン系樹脂(A)、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)、及びバンバリーミキサーを用いて前述のごとく作製したグラファイトマスターバッチ(I1)を、それぞれブレンダーに投入して、10分間ブレンドし、樹脂混合物を得た。各材料の重量比は、(A):(J1):(I1)=83.65:8.35:8.00、(A)+(J1)+(I1)=100重量%であった。
得られた樹脂混合物を口径40mmの同方向二軸押出機(第1の押出機)と口径90mmの単軸押出機(第2の押出機)を直列に連結したタンデム型二段押出機へ供給し、口径40mm押出機の設定温度190℃、回転数150rpmにて溶融混練した。口径40mm押出機(第1の押出機)の途中から、前記樹脂組成物100重量部に対して、混合ペンタン[ノルマルペンタン(F1)80重量%とイソペンタン(F2)20重量%の混合物]を7重量部の割合で圧入した。その後、200℃に設定された継続管を通じて、口径90mm押出機(第2の押出機)に供給した。
口径90mm押出機(第2の押出機)にて樹脂温度を160℃まで溶融樹脂を冷却した後、250℃に設定した第2の押出機の先端に取り付けられた直径0.65mm、ランド長3.0mmの小孔を60個有するダイスから、吐出量50kg/時間で、温度60℃及び0.8MPaの加圧循環水中に押出した。押出された溶融樹脂は、ダイスに接触する10枚の刃を有する回転カッターを用いて、1500rpmの条件にて切断・小粒化され、遠心脱水機に移送されて、発泡性スチレン系樹脂粒子を得た。このとき、第1の押出機内滞留時間2分、第2の押出機の滞留時間は5分であった。
得られた発泡性スチレン系樹脂粒子100重量部に対して、ステアリン酸亜鉛0.08重量部をドライブレンドした後、15℃で保管した。
[予備発泡粒子の作製]
発泡性スチレン系樹脂粒子を作製し、15℃で保管してから2週間後に発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡機[大開工業株式会社製、BHP−300]に投入し、0.08MPaの水蒸気を予備発泡機に導入して発泡させ、発泡倍率において発泡倍率40倍の予備発泡粒子を得た。
同様に発泡倍率において50倍、及び70倍の予備発泡粒子を得た。
[スチレン系樹脂発泡成形体の作製]
得られた発泡倍率40倍、50倍、及び70倍の予備発泡粒子を、発泡スチロール用成形機[ダイセン工業(株)製、KR−57]に取り付けた型内成形用金型(長さ450mm×幅310mm×厚み25mm)内に充填して、0.06MPaの水蒸気を導入して型内発泡させた後、金型に水を3秒間噴霧して冷却した。スチレン系樹脂発泡成形体が金型を押す圧力が0.015MPa(ゲージ圧力)なるまでスチレン系樹脂発泡成形体を金型内に保持した後に、スチレン系樹脂発泡成形体取り出して、直方体状のスチレン系樹脂発泡成形体を得た。発泡倍率は40倍、50倍、及び70倍であった。
実施例1で得られた発泡性スチレン系樹脂粒子、予備発泡粒子、及び、スチレン系樹脂発泡成形体について、上述の方法に従って、グラファイト含有量、グラファイトの平均粒径D50、レーザー散乱強度、単位溶液濃度あたりのグラファイト面積、発泡倍率40倍の発泡成形体表層のグラファイト占有面積率、臭素系難燃剤含有量、発泡倍率、平均セル径、成形性、難燃性、並びに熱伝導率A及びBを測定した。その測定結果及び評価結果を表2に示す。なお、この実施例1における作製方法を、製造方法(a)と称する。
(実施例2)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において、スチレン系樹脂(A)85.25重量%、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)8.35重量%、グラファイトマスターバッチ(I1)6.40重量%に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例3)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において、スチレン系樹脂(A)79.65重量%、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)8.35重量%、グラファイトマスターバッチ(I1)12.0重量%に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例4)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において、スチレン系樹脂(A)86.65重量%、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)8.35重量%、グラファイトマスターバッチ(I1)5.0重量%に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例5)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において、スチレン系樹脂(A)75.65重量%、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)8.35重量%、グラファイトマスターバッチ(I1)16.0重量%に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例6)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトマスターバッチをグラファイトマスターバッチ(I2)に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例7)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトマスターバッチをグラファイトマスターバッチ(I4)に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例8)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトマスターバッチをグラファイトマスターバッチ(I6)に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例9)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトマスターバッチをグラファイトマスターバッチ(I7)に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例10)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトマスターバッチをグラファイトマスターバッチ(I8)に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例11)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトマスターバッチをグラファイトマスターバッチ(I9)に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例12)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において、スチレン系樹脂(A)88.28重量%、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)3.72重量%、グラファイトマスターバッチ(I1)8.0重量%に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例13)
[スチレン系樹脂粒子の作製]
スチレン系樹脂(A)、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)グラファイトマスターバッチ(I1)を、それぞれブレンダーに投入して、10分間ブレンドし、樹脂混合物を得た。各材料の重量比は、(A):(J1):(I1)=83.65:8.35:8.00、(A)+(J1)+(I1)=100重量%であった。
得られた樹脂組成物を、口径90mm単軸押出機に供給して、押出機内で溶融混練し、押出機先端に取り付けられた直径1.4mmの小穴が140個設けられたダイスを通して、吐出量335kg/時間で押出されたストランド状の樹脂を20℃の水槽で冷却固化させた後、ストランドカッターでスチレン系樹脂粒子を得た。このとき押出機先端部での樹脂の温度が245℃、押出機内滞留時間3分であった。
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]
容積6Lの攪拌装置付きオートクレーブ内に、得られたスチレン系樹脂粒子100重量部に対して、脱イオン水200重量部、リン酸三カルシウム1重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.03重量部、塩化ナトリウム4重量部を投入し、オートクレーブを密閉した。その後、1時間で105℃まで加温した後、発泡剤として混合ペンタン[ノルマルペンタン(F1)80重量%とイソペンタン(F2)20重量%の混合物]8重量部を25分間かけてオートクレーブ内に添加した後、115℃まで10分かけて昇温し、そのまま4時間保持した。
次いで、室温まで冷却し、オートクレーブから発泡剤が含浸された樹脂粒子を取り出し、塩酸で酸洗後、水洗し、遠心分離機で脱水後、気流乾燥機で樹脂粒子表面に付着している水分を乾燥させ、発泡性スチレン系樹脂粒子を得た。
得られた発泡性スチレン系樹脂粒子100重量部に対して、ステアリン酸亜鉛0.08重量部をドライブレンドした後、15℃で保管した。
[予備発泡粒子の作製]及び[スチレン系樹脂発泡成形体の作製]は実施例1と同様の処理によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
(実施例14)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において、スチレン系樹脂(A)、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J2)、グラファイトマスターバッチ(I1)、及びラジカル発生剤(E)を、それぞれブレンダーに投入して、10分間ブレンドし、樹脂混合物を得た。各材料の重量比は、(A):(J2):(I1):(E)=87.05:4.75:8.00:0.20、(A)+(J2)+(I1)+(E)=100重量%であった。配合組成を前記のように変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表2に示す。
Figure 0006935329
Figure 0006935329
(比較例1)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において、スチレン系樹脂(A)87.65重量%、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)8.35重量%、グラファイトマスターバッチ(I1)4.0重量%に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表4に示す。
(比較例2)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において、スチレン系樹脂(A)73.65重量%、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)8.35重量%、グラファイトマスターバッチ(I1)18.0重量%に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表4に示す。
(比較例3)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトマスターバッチをグラファイトマスターバッチ(I3)に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表4に示す。
(比較例4)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトマスターバッチをグラファイトマスターバッチ(I5)に変更した以外は実施例1と同様の処理(製造方法(a))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表4に示す。
(比較例5)
この比較例5では、[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において、グラファイトマスターバッチを使用せず、粉末のグラファイト(グラファイト(B1))を使用する。即ち、スチレン系樹脂(A)、臭素系難燃剤と熱安定剤の混合物のマスターバッチ(J1)、及びグラファイト(B1)を、それぞれブレンダーに投入して、10分間ブレンドし、樹脂混合物を得た。各材料の重量比は、(A):(J1):(B1)=87.65:8.35:4.00、(A)+(J1)+(B1)=100重量%であった。
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]における樹脂混合物以降の工程、「予備発泡粒子の作製]及び[スチレン系樹脂発泡成形体の作製]は実施例1と同様の処理によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表4に示す。なお、この比較例5における製造方法を、製造方法(b)と称する。
(比較例6)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトをグラファイト(B3)に変更した以外は比較例5と同様の処理(製造方法(b))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表4に示す。
(比較例7)
[発泡性スチレン系樹脂粒子の作製]において使用したグラファイトをグラファイト(B4)に変更した以外は比較例5と同様の処理(製造方法(b))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表4に示す。
(比較例8)
口径40mmの押出機のスクリュー回転数を150rpmから300rpmへ変更した以外は、比較例5と同様の処理(製造方法(b))によりスチレン系樹脂発泡成形体を作製した。
実施例1と同様に評価し、その測定結果及び評価結果を表4に示す。
Figure 0006935329
Figure 0006935329
表2及び表4から、実施例1〜14は、発泡倍率50倍の場合の熱伝導率Bが0.0300〜0.0310W/mKと、比較例1〜8の場合に比して低い(ただし、グラファイト量が非常に多い比較例2は除く)。また、実施例1〜14は、発泡倍率70倍の場合の熱伝導率Bが0.0313〜0.0324W/mKとなり、比較例1〜8に比して低い熱伝導率が得られている。ただし、比較例2は、グラファイトの含有量が非常に多いため、発泡性が低く発泡倍率70倍が得られていない。従って、グラファイトの含有量が発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであることに加え、グラファイト単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上であるか、グラファイト面積が55({mm/mm}/{g/g})以上であるか、又は、発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、該発泡成形体表層のグラファイト占有面積率を前記グラファイト含有量で除した値が100以上であることを特徴とする発泡性スチレン系樹脂粒子、該スチレン系樹脂の予備発泡粒子、及びスチレン系樹脂発泡成形体は、高い発泡性を有しつつ高い断熱性を有するものである。
以上述べた実施形態は全て本発明の一実施形態を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明の一実施形態は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の一実施形態の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
本発明の一実施形態に係る、スチレン系樹脂発泡成形体、及び発泡成形体は、表面美麗性に優れるとともに、高発泡倍率及び高独立気泡率であり、低熱伝導率であり、熱伝導率の経時的な上昇が顕著に抑制され、かつ、断熱性が長期的に高い。従って、食品容器箱、保冷箱、緩衝材、及び住宅等の断熱材に好適に使用できる。

Claims (31)

  1. グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、
    前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
    前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、
    前記発泡性スチレン系樹脂粒子をトルエンに分散させた溶液をレーザー回折散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上である、発泡性スチレン系樹脂粒子。
  2. 前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記レーザー散乱強度が、6{%/(mg/ml)}/重量%以上である、請求項1に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
  3. 前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記レーザー散乱強度をX{%/(mg/ml)}/重量%とし、前記グラファイトの平均粒径をY(μm)とすると、X+Y>10である、請求項1又は2に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
  4. グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、
    前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
    前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、
    前記発泡性スチレン系樹脂粒子をトルエンに分散させた溶液を光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記グラファイトの面積が55({mm/mm}/{g/g})以上であり、
    ここで、前記面積は、画像の黒色部分の総面積(mm )を前記画像全体の面積(mm )で除して得られる商(mm /mm )を、さらに前記溶液のグラファイト濃度(g/g)で除して得られる値であり、
    前記画像は、前記溶液を前記光学顕微鏡で観察して得られる画像を明度指定レンジ0〜130の範囲にてヒストグラム抽出を行い、さらに白黒2値化処理して得られる画像である、発泡性スチレン系樹脂粒子。
  5. 前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記グラファイトの面積が、60({mm/mm}/{g/g})以上である、請求項4に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
  6. グラファイトを含有する発泡性スチレン系樹脂粒子であって、
    前記グラファイトの含有量が前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
    前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、
    更に前記発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の表層の前記グラファイトの占有面積率を、前記グラファイトの含有量で除し、さらに100を乗じた値が100以上であり、
    前記占有面積率は、前記発泡成形体の表層の画像の黒色部分の面積率であり、
    前記画像は、前記発泡成形体の表層を光学顕微鏡で撮影して得られる画像を明度指定レンジ0〜100の範囲にてヒストグラム抽出を行い、穴埋め処理を行い、さらに白黒2値化処理して得られる画像である、発泡性スチレン系樹脂粒子。
  7. 前記発泡成形体の表層の前記グラファイトの占有面積率を、前記グラファイトの含有量で除し、さらに100を乗じた値が110以上である、請求項6に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
  8. 前記グラファイトの含有量が、前記発泡性スチレン系樹脂粒子100重量%において3.0〜7.0重量%である、請求項1〜7の何れか1項に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
  9. 前記グラファイトの平均粒径が、3〜6μmである、請求項1〜8の何れか1項に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
  10. 発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率50倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の平均セル径が70〜250μmである、請求項1〜9の何れか1項に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
  11. 前記発泡性スチレン系樹脂粒子を発泡倍率50倍の発泡成形体にした時に、前記発泡成形体を50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃の温度下にて24時間静置した後、JIS A9511:2006R準拠で測定した中心温度23℃での熱伝導率が、0.0310(W/mK)以下である、請求項1〜10の何れか1項に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
  12. 前記発泡性スチレン系樹脂粒子を発泡倍率70倍の発泡成形体にした時に、前記発泡成形体を50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃の温度下にて24時間静置した後、JIS A9511:2006R準拠で測定した中心温度23℃での熱伝導率が、0.0324(W/mK)以下である、請求項1〜11の何れか1項に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
  13. 請求項1〜12の何れか1項に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子を予備発泡したスチレン系樹脂の予備発泡粒子。
  14. 請求項13に記載のスチレン系樹脂の予備発泡粒子を成形したスチレン系樹脂発泡成形体。
  15. グラファイトを含有するスチレン系樹脂発泡成形体であって、
    前記グラファイトの含有量が前記スチレン系樹脂発泡成形体100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
    前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmであり、
    前記スチレン系樹脂発泡成形体をトルエンに分散させた溶液をレーザー回折散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上である、スチレン系樹脂発泡成形体。
  16. 発泡倍率が50倍(cm/g)以上である、請求項14又は15に記載のスチレン系樹脂発泡成形体。
  17. 前記スチレン系樹脂発泡成形体の熱伝導率A(W/m・K)と発泡倍率C(cm/g)とが次の式(1)を満たす、請求項14〜16の何れか1項に記載のスチレン系樹脂発泡成形体。
    式(1):A≦0.0268+0.000045×C
    (前記式(1)における熱伝導率Aは、前記スチレン系樹脂発泡成形体を50℃温度下で48時間静置し、さらに23℃温度下で24時間静置した後にJIS A9511:2006Rに準拠して測定した中心温度23℃での熱伝導率(W/m・K)である。)
  18. 前記スチレン系樹脂発泡成形体の、熱伝導率B(W/m・K)と発泡倍率C(cm/g)とが次の式(2)を満たす、請求項14〜17の何れか1項に記載のスチレン系樹脂発泡成形体。
    式(2):B≦0.0279+0.000065×C
    (前記式(2)における熱伝導率Bは、前記スチレン系樹脂発泡成形体を50℃温度下で30日間静置し、さらに23℃温度下で24時間静置した後にJIS A9511:2006Rに準拠して測定した中心温度23℃での熱伝導率(W/m・K)である。)
  19. 前記スチレン系樹脂発泡成形体の平均セル径が70〜250μmである、請求項14〜18の何れか1項に記載のスチレン系樹脂発泡成形体。
  20. グラファイトを含有する発泡性樹脂粒子の製造方法において、
    グラファイト及び樹脂を二軸の攪拌機を備えた混練装置により荷重:3.5kgf/cm以上、樹脂温度:Tg+50℃以上(ここで、Tgは、樹脂のガラス転移温度である)、混練時間:10分以上、で混練してマスターバッチを作製する攪拌工程、及び、
    前記マスターバッチ及び新たな樹脂を含む混合物を押出機で溶融混練して押出する押出工程、を備え、
    前記グラファイトの含有量が前記発泡性樹脂粒子100重量%において2.0〜8.0重量%であり、
    前記グラファイトの平均粒径が2.5〜9μmである、発泡性樹脂粒子の製造方法。
  21. グラファイトを含有する発泡性樹脂粒子の製造方法において、次の式(3)を満たす、樹脂及び前記グラファイトを含むマスターバッチを使用する、発泡性樹脂粒子の製造方法。
    式(3):b>1.4a
    (前記式(3)中、aは、前記マスターバッチ作製前において、前記樹脂と混練する前の前記グラファイトを溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度[{%/(mg/ml)}/重量%]であり、
    bは、前記マスターバッチ作製後において、前記マスターバッチを溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により、波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記レーザー散乱強度[{%/(mg/ml)}/重量%]である。)
  22. 前記樹脂及び前記グラファイトを二軸の攪拌機を備えた混練装置により混練して前記マスターバッチを作製する攪拌工程、及び、
    前記マスターバッチと新たな樹脂とを含む混合物を押出機で溶融混練して押出する押出工程、を備える、請求項21に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
  23. 前記発泡性樹脂粒子が、前記発泡性樹脂粒子を溶媒に分散させた溶液をレーザー回析散乱法により波長632.8nmのレーザー光を用いて測定した、前記グラファイトの単位溶液濃度あたりのレーザー散乱強度が5{%/(mg/ml)}/重量%以上である、請求項20〜22の何れか1項に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
  24. 前記発泡性樹脂粒子が、前記発泡性樹脂粒子を溶媒に分散させた溶液を光学顕微鏡で観察したときの1mm2に存在する前記グラファイトの単位溶液濃度あたりの前記グラファイトの面積が55({mm/mm}/{g/g})以上であり、
    ここで、前記面積は、画像の黒色部分の総面積(mm )を前記画像全体の面積(mm )で除して得られる商(mm /mm )を、さらに前記溶液のグラファイト濃度(g/g)で除して得られる値であり、
    前記画像は、前記溶液を前記光学顕微鏡で観察して得られる画像を明度指定レンジ0〜130の範囲にてヒストグラム抽出を行い、さらに白黒2値化処理して得られる画像である、請求項20〜22の何れか1項に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
  25. 前記発泡性樹脂粒子を予備発泡し、発泡倍率40倍の発泡成形体とした際の、前記発泡成形体の表層の前記グラファイトの占有面積率を前記グラファイトの含有量で除し、さらに100を乗じた値が100以上であり、
    前記占有面積率は、前記発泡成形体の表層の画像の黒色部分の面積率であり、
    前記画像は、前記発泡成形体の表層を光学顕微鏡で撮影して得られる画像を明度指定レンジ0〜100の範囲にてヒストグラム抽出を行い、穴埋め処理を行い、さらに白黒2値化処理して得られる画像である、請求項20〜22の何れか1項に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
  26. 前記押出工程が、作製したマスターバッチと新たな樹脂と発泡剤とを押出機で溶融混練して小孔から押出する工程であり、前記押出工程により押出した樹脂を切断すると共に、冷却固化して発泡性樹脂粒子を作製する工程をさらに備える、請求項20又は22に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
  27. 前記押出工程が作製したマスターバッチと新たな樹脂とを押出機で溶融混練して小孔から押出する工程であり、該押出工程により押出した樹脂を切断して樹脂粒子を得る工程と、該樹脂粒子を水中に懸濁させると共に発泡剤を含有させて発泡性樹脂粒子を得る工程とをさらに備える、請求項20又は22に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
  28. 前記発泡性樹脂粒子が、発泡性スチレン系樹脂粒子である、請求項20〜27の何れか1項に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
  29. 前記攪拌工程の混練条件が、荷重3.5kgf/cm以上、樹脂温度160℃以上、混練時間10分以上である、請求項20又は22に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法。
  30. 請求項20〜29の何れか1項に記載の発泡性樹脂粒子の製造方法によって作製した発泡性樹脂粒子を予備発泡させて予備発泡樹脂粒子を作製する工程を備える、予備発泡樹脂粒子の製造方法。
  31. 請求項30に記載の予備発泡樹脂粒子の製造方法によって作製した予備発泡樹脂粒子を成形する工程を備える、発泡成形体の製造方法。
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