JP7053594B2 - オレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]
熱キシレン不溶分が10~40重量%であり、
10℃/分の加熱速度で23℃から200℃まで加熱して得られるDSC曲線において、オレフィン系熱可塑性エラストマーに固有の融解ピーク(固有ピーク)と、固有ピークよりも高温側に1以上の融解ピーク(高温ピーク)とが現れる結晶構造を有し、前記DSC曲線における全融解熱量が40~60J/gであり、前記全融解熱量に対する前記高温ピークの融解熱量の比が0.1~0.6であるオレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子。
[2]
前記熱キシレン不溶分が10重量%以上30重量%未満である[1]に記載のオレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子。
[3]
見掛け密度が30~300kg/m3である[1]又は[2]に記載のオレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子。
[4]
気泡径の平均値が30~150μmであり、気泡径の変動係数が20%以下である[1]~[3]のいずれか1つに記載のオレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子。
本発明のオレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子は、熱キシレン不溶分が10~40重量%であり、10℃/分の加熱速度で23℃から200℃まで加熱して得られるDSC曲線において、オレフィン系熱可塑性エラストマーに固有の融解ピーク(固有ピーク)と、固有ピークよりも高温側に1以上の融解ピーク(高温ピーク)とが現れる結晶構造を有し、前記DSC曲線における全融解熱量が40~60J/gであり、前記全融解熱量に対する前記高温ピークの融解熱量の比が0.1~0.6である架橋発泡粒子である。
以下、オレフィン系熱可塑性エラストマーを「TPO」と称することがあり、「オレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子」を「架橋発泡粒子」と称することがある。
先ず、本発明の架橋発泡粒子が有する結晶構造の特徴を説明する。
図1において、DSC曲線は、低温側に頂点温度PTmaを有する融解ピークPaと、高温側に頂点温度PTmbを有する融解ピークPbとを有する。本発明では、低温側の融解ピークPaを固有ピーク、高温側の融解ピークPbを高温ピークと称する。以下、それぞれ、固有ピークPa、高温ピークPbと称することがある。
固有ピークPaは、架橋発泡粒子を構成するTPOが元来有する結晶構造に由来する融解ピークであり、高温ピークPbは、架橋発泡粒子の製造工程に起因して生成する結晶構造に由来する融解ピークである。
融解終了温度に相当するDSC曲線上の点をβとする。また、融解終了温度(β)から当該温度(β)よりも高温側のDSC曲線のベースラインの接線と、融解終了温度(β)よりも低温側のDSC曲線とが交差するDSC曲線上の点をαとする。また、固有ピークPaと高温ピークPbとの間の谷間に当たるDSC曲線上の点yから、グラフの縦軸と平行な直線を引き、点αと点βを結ぶ直線(α―β)と交わる点をδとする。
固有ピークPaの面積(A)は、固有ピークPaの熱量であり、固有ピークPaを示すDSC曲線と、線分(α―δ)と、線分(y-δ)とによって囲まれる部分の面積として求められる。
高温ピークPbの面積(B)は、高温ピークPbの熱量であり、高温ピークPbを示すDSC曲線と、線分(δ―β)と、線分(y-δ)とによって囲まれる部分の面積として求められる。
全融解熱量は、直線(α-β)と、点αと点βの区間におけるDSC曲線とで囲まれるピーク面積であって、固有ピークPaの面積(A)と高温ピークPbの面積(B)の合計〔(A)+(B)〕である。
既述のように、高温ピークPbは架橋発泡粒子の製造工程に起因して生成する結晶構造に由来する融解ピークである。本発明の架橋発泡粒子は、高温ピークPbの融解熱量(B)が全融解熱量の10~60%を占める結晶構造を有する。
熱キシレン不溶分は、架橋発泡粒子を構成しているTPOの架橋状態を示す指標の一つである。従来、熱キシレン不溶分の割合(ゲル分率と称することがある)が低い架橋発泡粒子を型内成形すると、架橋発泡粒子同士を強固に融着させることは可能であったが、成形型から成形体を離型した後、成形体にヒケが生じ易く、良好な成形体を製造することが困難であった。なお、「ヒケ」とは、成形体の気泡内の圧力が大気圧近くまで戻っても、成形体の形状が回復しないような成形体の著しい変形や著しい収縮を意味し、成形体にヒケが生じると、所望の形状の成形体を得ることができなくなる。
しかし、本発明の架橋発泡粒子を型内成形すると、その熱キシレン不溶分の割合が低くても、離型後に成形体にヒケが生じず、架橋発泡粒子同士を強固に融着させることができるため、引張特性に優れた良好な成形体を製造することができる。かかる理由は定かではないが、本発明の架橋発泡粒子が、上記の特定の結晶構造を有するためと推察される。
高ポテンシャルの結晶を有することにより、熱キシレン不溶分が低くても、成形型から離型した後にヒケを生じず、引張特性に優れた成形体を製造することができると考えられる。
以下、本発明の架橋発泡粒子及びその製造方法の詳細について説明する。
本発明の架橋発泡粒子は、基材重合体粒子(ビーズと称することがある)に含まれるTPOを架橋し、発泡することで得られる。基材重合体粒子を構成する基材重合体は、TPO又はTPOを含む組成物からなる。
エチレンと共重合する、炭素数3~20のα-オレフィンとしては、例えば、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン、3-メチル-1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン等が挙げられる。中でも、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセン、1-オクテンが好ましく、特に1-オクテンが好ましい。
なお、ポリエチレンブロックに含まれるエチレン成分の割合は、ポリエチレンブロックの重量に対して、好ましくは95重量%以上、より好ましくは98重量%以上である。一方、エチレン/α-オレフィン共重合体ブロックに含まれるα-オレフィン成分の割合は、エチレン/α-オレフィン共重合体ブロックの重量に対して、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、更に好ましくは15重量%以上である。
ここで、ポリエチレンブロックに含まれるエチレン成分の割合及びエチレン/α-オレフィン共重合体ブロックに含まれるα-オレフィン成分の割合は、示差走査熱量測定(DSC)又は核磁気共鳴(NMR)から得られるデータに基づいて計算することができる。
ブロック共重合体としては、ジブロック構造、トリブロック構造、およびマルチブロック構造であってもよいが、特に、マルチブロック構造であることが好ましい。
マルチブロック構造を有するブロック共重合体の中でも、高温での回復性が向上する観点から、ポリエチレンブロックとエチレン/α-オレフィン共重合体ブロックとのマルチブロック共重合体(以下、単に「マルチブロック共重合体」ということがある)が特に好ましい。なお、ポリエチレンブロックはハードブロックに該当し、エチレン/α-オレフィン共重合体ブロックはソフトブロックに該当する。ハードブロック及びソフトブロックは、直鎖状に配列していることが好ましい。
TPO組成物は、既述のTPOに加えて、TPO以外の重合体(「他の重合体」と称する)を含む。
他の重合体としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂(例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリブテン系樹脂)、ポリスチレン系樹脂などの熱可塑性樹脂やオレフィン系以外の熱可塑性エラストマー(例えば、ポリブタジエン系エラストマーや、スチレン-ブタジエン、スチレン-イソプレン、スチレン-ブタジエン-スチレン、スチレン-イソプレン-スチレンのブロック共重合体、それらの水添物)等が挙げられる。
TPO組成物中の他の重合体の含有量は、TPO100重量部に対して、好ましくは10重量部以下、より好ましくは5重量部以下である。
各種添加剤としては、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤、金属不活性剤、導電性フィラー、気泡調整剤等を挙げることができる。
気泡調整剤としては、例えば、ホウ酸亜鉛、タルク、炭酸カルシウム、ホウ砂、水酸化アルミニウム、シリカ、ゼオライト、カーボン等の無機粉体、及び、リン酸系核剤、フェノール系核剤、アミン系核剤、ポリフッ化エチレン系樹脂粉末等の有機粉体が例示される。これらの添加剤の添加量は、基材重合体100重量部に対して合計で、好ましくは20重量部以下、より好ましくは10重量部以下、更に好ましくは5重量部以下である。なお、これらの添加剤は、通常、必要最小限の量で使用される。また、これらの添加剤は、例えば、基材重合体粒子を製造する際、基材重合体と共に押出機内に添加し、これらを混練することによって基材重合体粒子中に含有させることができる。
[メルトフローレイト(MFR)]
TPOは、190℃、荷重2.16kgにおけるメルトフローレイト(MFR)が、好ましくは2~10g/10分、より好ましくは3~8g/10分、更に好ましくは4~7g/10分である。
TPOのメルトフローレイトが2g/10分以上であることで、型内成形時に、架橋発泡粒子同士が融着し易くなる。TPOのメルトフローレイトが10g/10分以下であることで、架橋発泡粒子を型内成形して得られた発泡粒子成形体は、回復性に優れる。
TPOのメルトフローレイトは、JIS K7210-1:2014に準拠して、温度190℃、荷重2.16kgの条件で測定される値である。
TPOのタイプAデュロメータ硬さ(一般に、「ショアA硬度」と称する場合もある)は、好ましくは65~90、より好ましくは75~90、更に好ましくは76~88である。
TPOのタイプAデュロメータ硬さが65以上であることで、架橋発泡粒子を型内成形して得られる発泡粒子成形体の寸法回復性を損ね難い。TPOのタイプAデュロメータ硬さが90以下であることで、柔軟性に優れた発泡粒子成形体を得易い。
TPOのタイプAデュロメータ硬さとは、ASTM D2240-05に基づく、タイプAデュロメータを用いて測定されるデュロメータ硬さを意味する。なお、デュロメータ硬さを測定する際には、デュロメータを測定試料の表面に押し付けて密着させてから1秒以内にデュロメータの最大指示値を読み取ることとする。
TPOの密度は、好ましくは700~1000kg/m3、より好ましくは800~900kg/m3である。
また、TPOの融点は、好ましくは110~130℃、より好ましくは115~125℃である。
TPOの融点が上記範囲であると、50℃における圧縮永久歪みを小さくすることができる。
TPOの曲げ弾性率は、好ましくは10~30MPa、より好ましくは12~30MPaである。
TPOの曲げ弾性率は、JIS K7171:2008に記載の測定法に準拠して測定される。
本発明の架橋発泡粒子は、既述の基材重合体粒子に含まれるTPOを架橋し、発泡してなる。基材重合体粒子に含まれるTPOの架橋及び発泡の詳細は後述する。
本発明の架橋発泡粒子の熱キシレン不溶分(熱キシレン抽出法によるキシレン不溶分)は10~40重量%である。
既述のように、本発明の架橋発泡粒子は、既述のDSC曲線における全融解熱量が40~60J/gであり、かつ全融解熱量に対する高温ピークの融解熱量の比が0.1~0.6となるような結晶構造を有するため、架橋発泡粒子の熱キシレン不溶分の割合が低くても、型内成形後にヒケを生じずに、発泡粒子成形体を製造することができる。また、従来よりも低い成形圧であっても、良好な発泡粒子成形体を製造することができる。
熱キシレン不溶分(重量%)=〔G2(g)÷G1(g)〕×100 (1)
架橋発泡粒子の熱キシレン不溶分は、後述する架橋発泡粒子の製造方法において、架橋剤の添加量の他に、密閉容器内で基材重合体粒子に含まれるTPOを架橋させる際の攪拌条件、昇温条件等によっても調節することができる。
本発明の架橋発泡粒子は、図1を用いて説明したように、10℃/分の加熱速度で23℃から200℃まで加熱して得られるDSC曲線において、TPOに固有の融解ピークPa(固有ピークPa)と、固有ピークPaよりも高温側に1以上の融解ピークPb(高温ピークPb)とが現れる結晶構造を有し、DSC曲線における全融解熱量〔(A)+(B)〕が40~60J/gであり、全融解熱量〔(A)+(B)〕に対する高温ピークの融解熱量(B)の比[(B)/〔(A)+(B)〕]が0.1~0.6である。
本発明の架橋発泡粒子は、全融解熱量に対する高温ピークの融解熱量の比[(B)/〔(A)+(B)〕]が0.1以上である結晶構造を有することで、得られる発泡粒子成形体にヒケが生じ難くなり、0.6以下であることで表面性が良好な発泡粒子成形体を得ることができる。発泡粒子成形体にヒケを生じ難くする観点から、比[(B)/〔(A)+(B)〕]は、好ましくは0.15以上、より好ましくは0.17以上、更に好ましくは0.20以上である。一方、より低い成形圧でも発泡粒子同士の融着性に優れた発泡粒子成形体が得られ易いという観点から、比[(B)/〔(A)+(B)〕]は好ましくは0.5以下である。
また、高温ピークの融解ピーク温度と固有ピークの融解ピーク温度との差は、好ましくは1~10℃、より好ましくは3~8℃である。
本発明の架橋発泡粒子の気泡径の平均値は、好ましくは30~150μmである。
架橋発泡粒子の気泡径の平均値が上記の範囲であれば、型内成形時に気泡がより破れ難くなり、また、架橋発泡粒子同士をより強固に融着させることができるため、良好な発泡粒子成形体が得られる。
架橋発泡粒子の気泡径の平均値は、より好ましくは40~140μm、更に好ましくは50~130μmである。
架橋発泡粒子の気泡径の平均値は次のようにして求められる。架橋発泡粒子の中心部分を通るように架橋発泡粒子を略二分割し、走査型電子顕微鏡などを用いてその切断面の写真を撮影する。得られた断面写真において、架橋発泡粒子切断面にある気泡を無作為に50個以上選択する。画像解析ソフトなどを使用して各気泡の断面の面積を測定し、その面積と同じ面積を有する仮想真円の直径を各気泡の気泡径とする。この操作を少なくとも10個の架橋発泡粒子について行い、各気泡の気泡径の算術平均値を架橋発泡粒子の気泡径の平均値(平均気泡径)とする。
例えば、発泡剤量、発泡条件、気泡調整剤の配合量を調整するなど従来公知の手法により、架橋発泡粒子の平均気泡径を制御することができる。
本発明の架橋発泡粒子の気泡径の変動係数は、好ましくは20%以下である。
架橋発泡粒子の気泡径の変動係数が小さいと、このような発泡粒子は、より型内成形性に優れる。
架橋発泡粒子の気泡径の変動係数は、架橋発泡粒子の各気泡の気泡径の標準偏差を架橋発泡粒子の気泡の平均気泡径で除することにより求められる。なお、標準偏差の値は、不偏分散の平方根により与えられる値である。
架橋発泡粒子が高温ピークを示す結晶構造を有することにより、その気泡径の変動係数は小さくなる傾向にある。結晶化工程により、基材重合体粒子中に均等に高ポテンシャルのTPOの結晶が生成され、発泡工程において、この高ポテンシャルの結晶が気泡核として作用することにより、架橋発泡粒子の気泡径の変動係数の値が小さくなるものと考えられる。
架橋発泡粒子の平均粒子径が上記範囲であると、架橋発泡粒子の製造が容易であると共に、架橋発泡粒子を型内成形するとき、架橋発泡粒子を金型内に充填させることが容易になる。
例えば、基材重合体粒子の粒径、及び発泡剤量、発泡温度、発泡圧力等の発泡条件を調整することにより、架橋発泡粒子の平均粒子径を制御することができる。
架橋発泡粒子の見掛け密度を上記範囲にすることにより、架橋発泡粒子を型内成形して、軽量性、柔軟性及び反発性に特に優れた発泡粒子成形体を得ることができる。
アニオン性界面活性剤は、カルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型、高分子型のものが例示される。アニオン性界面活性剤の中でも、特に型内成形時の融着性向上効果に優れる架橋発泡粒子が得られることから、アルカンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、ポリアクリル酸スルホン酸共重合体塩等を架橋発泡粒子の表面に付着させることが好ましい。また、アニオン性界面活性剤は、単独または2種以上を混合して使用することができる。
アニオン性界面活性剤の架橋発泡粒子に対する被覆量は、TOC(Total Organic Carbon)測定装置を用いて測定した値を基に算出される。なお、(株)島津製作所製全有機炭素計TOC-VCSHなどを用いて、TC-IC法にてTOCを測定することができる。
本発明の架橋発泡粒子の製造方法は、架橋発泡粒子が10~40重量%の熱キシレン不溶分を有し、DSC曲線における全融解熱量が40~60J/gであり、全融解熱量に対する高温ピークの融解熱量の比が0.1~0.6となる結晶構造を有するように制御し得る製造方法であれば、特に制限されない。
しかし、かかる特徴を有する架橋発泡粒子を容易に製造する観点から、次の工程を有する製造方法により本発明の架橋発泡粒子を製造することが好ましい。
すなわち、本発明の架橋発泡粒子の製造方法は、次の工程(A)、工程(B)、工程(C)、工程(D)及び工程(E)を含むことが好ましい。
工程(B):密閉容器内を、基材重合体粒子が軟化状態となる温度以上の温度に加熱して、基材重合体粒子に架橋剤を含浸させると共に、TPOの融点以上、かつ架橋剤が実質的に分解する温度(「架橋温度」と称することがある)まで加熱して、TPOを架橋させて、基材重合体架橋粒子を得る架橋工程、
工程(C):基材重合体粒子又は基材重合体架橋粒子に発泡剤を含浸させる発泡剤含浸工程、
工程(D):密閉容器内を、TPOの融点付近の温度で保持して、基材重合体架橋粒子中の融解しているTPOの結晶の一部を再結晶化させ、高ポテンシャルの結晶を生成させる結晶化工程、
工程(E):TPOの融点付近の温度で、密閉容器内の圧力よりも低い圧力の雰囲気下に、発泡剤を含浸させた基材重合体架橋粒子を分散媒と共に放出して、基材重合体架橋粒子を発泡させ、架橋発泡粒子を製造する発泡工程。
特に、工程(B)は、基材重合体粒子を攪拌しながら工程を進めることによって、基材重合体架橋粒子を球形化する架橋・球形化工程であることが好ましい。
球形化した本発明の架橋発泡粒子を用いて発泡粒子成形体を製造することで、成形型への架橋発泡粒子の充填性が良化し発泡粒子成形体の物性が均質になり易い。
工程(A)では、密閉容器内で、分散媒に、TPOを含む基材重合体粒子及び架橋剤を分散させる。
TPOを含む基材重合体粒子を、公知の造粒方法により、製造することができる。
基材重合体粒子を製造する方法は、特に限定されないが、例えば、TPOを含む基材重合体、及び必要に応じて気泡調整剤などの添化剤を押出機に供給し、基材重合体を溶融させると共にこれらを混練して溶融混練物とし、該溶融混練物を押出機に付設されたダイの小孔を通してストランド状に押出し、該ストランドを水冷した後に切断して、基材重合体粒子を得る、ストランドカット法が挙げられる。その他に、該溶融混練物を小孔を通して押出した直後に気相中で切断するホットカット法、水中で切断するアンダーウォーターカット法等により基材重合体粒子を得ることができる。
工程(A)で使用する分散媒は、基材重合体粒子を溶解しない分散媒であれば、特に限定されない。分散媒としては、例えば、水、エチレングリコール、グリセリン、メタノール、エタノール等が挙げられる。好ましい分散媒は水である。
分散媒に基材重合体粒子を分散させるときは、例えば、攪拌機を使用して、分散媒を攪拌しながら、分散媒に基材重合体粒子を分散させることが好ましい。
分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、カオリン、マイカ、リン酸マグネシウム、リン酸三カルシウム等が挙げられる。
また、界面活性剤を分散媒に添加することもできる。
界面活性剤としては、例えば、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、その他懸濁重合で一般的に使用されるアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤等が挙げられる。
また、pH調整剤を分散媒に添加し、分散媒のpHを調整することもできる。
pH調整剤としては、例えば、二酸化炭素等が挙げられる。
また、発泡剤を分散媒に添加することもできる。発泡剤については工程(C)で詳述する。
工程(A)で使用する密閉容器は、密閉することができる容器であれば、特に限定されない。後述の工程(B)において密閉容器内は加熱され、密閉容器内の圧力が上昇するので、密閉容器は、工程(B)における加熱及び圧力の上昇に耐えられることが必要である。密閉容器としては、例えば、オートクレーブ等が挙げられる。
基材重合体粒子に含まれるTPOを架橋するために、架橋剤を用いる。
架橋剤を、予め分散媒に添加してもよく、基材重合体粒子を分散媒に分散させてから分散媒に添加してもよい。
架橋剤は、TPOを架橋させるものであれば、特に限定されない。架橋剤としては、従来公知の有機過酸化物を使用することができ、例えば、ジクミルパーオキサイド、tert-ブチルクミルパーオキサイド等のパークミル系化合物、1,1-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ-tert-ブチルパーオキサイド等のパーブチル系化合物、tert-ヘキシルパーオキシベンゾエート等のパーヘキシル系化合物、1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート等のパーオクタ系化合物等が挙げられる。これらの中でも、パークミル系化合物、パーブチル系化合物が好ましく、パークミル系化合物がより好ましく、中でも、ジクミルパーオキサイドが好ましい。これらは、単独又は2種類以上組み合わせて使用することができる。以上の中でも、原料TPOの融点をTmとしたとき、10時間半減期温度が、Tm-45℃~Tm+20℃の範囲の架橋剤を用いることが好ましく、Tm-40℃~Tm+10℃の範囲の架橋剤を用いることがより好ましい。かかる範囲の半減期温度を有する架橋剤を用いることで、架橋発泡粒子の熱キシレン不溶分を既述した範囲(10~40重量%)に調整することが容易となる。
工程(B)では、密閉容器内を、基材重合体粒子が軟化状態となる温度以上の温度に加熱して、基材重合体粒子に架橋剤を含浸させると共に、TPOの融点以上、かつ架橋剤が実質的に分解する温度(「架橋温度」と称することがある)まで加熱して、TPOを架橋させる。
工程(B)では、(1)基材重合体粒子に架橋剤を含浸させてから、架橋剤を分解させてTPOを架橋させてもよく、(2)基材重合体粒子に架橋剤を含浸させつつ、架橋剤を分解させてTPOを架橋させてもよい。
(1)の場合、基材重合体粒子に架橋剤を含浸させることができる温度であり、かつ架橋剤が実質的に分解しない温度、すなわち基材重合体粒子に含まれるTPOの架橋が始まる温度よりも低い温度(「含浸温度」と称することがある)で基材重合体粒子に架橋剤を含浸させることが好ましい。具体的には、原料TPOの融点をTmとしたとき、含浸温度として、密閉容器内を、Tm-20℃~架橋剤の10時間半減期温度の範囲とすることが好ましい。また、架橋剤を複数種用いる場合は、それらの中で最も低い10時間半減期温度を基準とする。含浸温度での保持時間は、好ましくは5~90分、より好ましくは10~60分とする。
次いで、TPOの融点以上、かつ架橋剤が実質的に分解する温度(架橋温度)まで密閉容器内を昇温し、架橋温度で保持して、基材重合体粒子に含まれるTPOを架橋させる。具体的には、原料TPOの融点をTmとしたとき、架橋温度として、密閉容器内を、好ましくはTm~Tm+80℃、より好ましくはTm+10℃~Tm+60℃とする。また、架橋温度での保持時間は好ましくは15~60分とする。なお、架橋剤が実質的に分解する温度とは、架橋剤の1分間半減期温度-20℃以上の温度を意味する。
また、(1)及び(2)の条件を組み合わせてTPOの架橋を行ってもよい。
更に、少なくとも工程(B)は、密閉容器内において、基材重合体粒子を含む容器内容物を撹拌しながら、工程を進めることで、基材重合体粒子に含まれるTPOの架橋を十分に進めると共に、基材重合体架橋粒子を球形化することを容易とする。容器内容物の撹拌は、工程(A)及び(B)で行っておくことが好ましく、さらに、工程(C)、(D)で行ってもよい。
工程(C)では、基材重合体粒子又は基材重合体架橋粒子に発泡剤を含浸させる。
工程(C)は、工程(E)の前までのタイミングで行われればよく、具体的には、工程(A)中、工程(A)後かつ工程(B)の前、工程(B)中、工程(B)後かつ工程(D)の前、工程(D)中、工程(D)後かつ工程(E)の前のいずれのタイミングでもよく、また、これらの2以上のタイミングで行われてもよい。
従って、TPOが架橋される前であれば、発泡剤は、基材重合体粒子に含浸され、TPOの架橋が進行中であれば、発泡剤は、架橋が進行中の基材重合体粒子に含浸され、TPOが架橋された後であれば、発泡剤は、基材重合体架橋粒子に含浸される。
工程(C)で使用される発泡剤は、基材重合体架橋粒子を発泡させるものであれば特に限定されない。発泡剤としては、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム、酸素、ネオン等の無機物理発泡剤、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、ノルマルヘキサン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサン、シクロペンタン等の脂環式炭化水素、クロロフロロメタン、トリフロロメタン、1,1-ジフロロエタン、1,1,1,2-テトラフロロエタン、メチルクロライド、エチルクロライド、メチレンクロライド等のハロゲン化炭化水素、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル等のジアルキルエーテル等の有機物理発泡剤等が挙げられる。これらの中でもオゾン層の破壊がなく且つ安価な無機物理発泡剤が好ましく、中でも、窒素、空気、二酸化炭素が好ましく、特に二酸化炭素が好ましい。これらは、単独又は2種類以上組み合わせて使用することができる。
後述するように、発泡剤を密閉容器内に添加する場合、発泡剤の配合量は、目的とする架橋発泡粒子の見掛け密度、TPOの種類、発泡剤の種類等を考慮して決定されるが、通常、基材重合体粒子又は基材重合体架橋粒子100重量部に対して、有機物理発泡剤で5~50重量部を用いることが好ましく、無機物理発泡剤で0.5~30重量部を用いることが好ましい。
基材重合体粒子又は基材重合体架橋粒子に発泡剤を含浸させる方法は、特に限定されないが、例えば、密閉容器内に発泡剤を添加し、軟化状態の基材重合体粒子又は基材重合体架橋粒子或いは両方に発泡剤を含浸させる。基材重合体粒子又は基材重合体架橋粒子或いは両方を含む密閉容器内の内容物を攪拌しながら、発泡剤の含浸工程を進めることが好ましい。
発泡剤を含浸させる温度は、基材重合体粒子又は基材重合体架橋粒子が軟化状態となる温度以上の温度であれば、特に限定されないが、例えば、原料TPOの融点をTmとしたとき、好ましくはTm-20℃~Tm+80℃の範囲とする。
工程(D)では、密閉容器内を、TPOの融点付近の温度で保持して、基材重合体架橋粒子中の融解しているTPOの結晶の一部を再結晶化させ、高ポテンシャルの結晶を生成させる。
工程(D)では、工程(B)後、(1)密閉容器内を工程(B)の架橋温度からTPOの融点付近の温度まで降温させてもよく、(2)密閉容器内の内容物を冷却し、基材重合体架橋粒子を密閉容器から抜き出し、その後、密閉容器内で、分散媒に基材重合体架橋粒子を分散させ、密閉容器内をTPOの融点付近の温度まで昇温させてもよい。
(1)の場合、工程(B)後、密閉容器内の内容物の温度を工程(B)の架橋温度から略一定の降温速度でTPOの融点付近まで降温した後、その温度(結晶化処理温度)において一定時間保持することが好ましい。ここで、架橋温度から降温させる速度(降温速度)は、好ましくは0.3℃/分~5℃/分、より好ましくは0.5℃/分~3℃/分とする。
(2)の場合、工程(B)後、密閉容器内の内容物を所定温度まで冷却し、基材重合体架橋粒子を密閉容器から抜き出し、その後、密閉容器内で、分散媒に基材重合体架橋粒子を分散させ、略一定の昇温速度でTPOの融点付近の温度まで昇温した後、その温度(結晶化処理温度)において一定時間保持することが好ましい。ここで、TPOの融点付近の温度まで昇温させる速度(昇温速度)は、好ましくは0.3℃/分~5℃/分、より好ましくは0.5℃/分~3℃/分とする。
上記(1)の場合又は(2)の場合の工程(D)を経ることで、基材重合体架橋粒子中の融解しているTPOの結晶の一部を再結晶化させ、ラメラの厚い高いポテンシャルの結晶を生成させ易くする。このような高ポテンシャル結晶を有する基材重合体架橋粒子を次の工程(E)にて発泡させると、発泡時の冷却により形成された結晶と高ポテンシャル結晶とを有する結晶構造を有する架橋発泡粒子が得られる。従って、DSC曲線における固有ピークと高温ピークとが形成される。
上記(1)の場合又は(2)の場合の工程(D)での結晶化処理温度は、一定時間保持することが好ましい。ここで、結晶化処理温度の保持時間は、好ましくは1~60分、より好ましくは5~45分である。
結晶化処理温度が高いほど、固有ピークよりも高温側に現れる融解ピーク(高温ピーク)の融解ピーク温度は低くなり、結晶化処理温度の保持時間が長いほど、高温ピークの融解熱量は大きくなる傾向にある。
また、工程(D)における架橋粒子への発泡剤の含浸量が少ないほど、同一結晶化処理条件(結晶化処理温度及び保持時間)では高温ピークの融解熱量は大きくなる傾向にある。
なお、原料TPOの融点Tm及び融解終了温度とは、JIS K7121-1987に記載の熱流束示差走査熱量測定に基づき測定される融解ピーク温度及び補外融解終了温度をそれぞれ意味する。試験片の状態調節としては「(2)一定の熱処理を行なった後、融解温度を測定する場合」を採用し、加熱速度及び冷却速度としては共に10℃/分を採用する。
工程(E)では、基材重合体架橋粒子を発泡させて、架橋発泡粒子を製造する。
具体的には、工程(C)により発泡剤が含浸された基材重合体架橋粒子(「発泡性架橋粒子」と称することがある)を、分散媒と共に、密閉容器内の圧力よりも低い圧力の雰囲気下に放出して、発泡性架橋粒子を発泡させて架橋発泡粒子を作製することが好ましい。
高温ピークが現れる結晶構造を有する架橋発泡粒子を得るためには、放出時の密閉容器内の内容物の温度は、工程(D)での結晶化処理温度と同じ温度とすることが好ましい。また、密閉容器内の圧力と放出雰囲気の圧力との差は、好ましくは1.0~10MPa、より好ましくは1.5~5.0MPaとする。
本発明の架橋発泡粒子を型内成形することにより発泡粒子成形体を得ることができる。本発明の架橋発泡粒子は既述の特性を有することから、型内成形性に優れ、架橋発泡粒子を用いて得られた発泡粒子成形体は、引張特性に優れる。
架橋発泡粒子を成形型内に充填し、スチーム等の加熱媒体を用いて加熱成形する、従来公知の方法により、発泡粒子成形体を得ることができる。具体的には、架橋発泡粒子を成形型内に充填した後、成形型内にスチーム等の加熱媒体を導入することにより、架橋発泡粒子を加熱して二次発泡させると共に、架橋発泡粒子同士を相互に融着させて成形空間の形状が賦形された発泡粒子成形体を得ることができる。また、架橋発泡粒子を成形型内に充填する方法としては、公知の方法を採用することができる。架橋発泡粒子の二次発泡力を過度に向上させない範囲で、例えば、架橋発泡粒子を加圧気体で加圧処理して、架橋発泡粒子に所定の内圧を付与してから型内に充填する方法(加圧充填法)、架橋発泡粒子を加圧気体で圧縮した状態で加圧された型内に充填し、その後型内の圧力を開放する方法(圧縮充填法)、架橋発泡粒子を型内に充填する前に予め型を開いて成形空間を広げておき、充填後に型を閉じることで架橋発泡粒子を機械的に圧縮する方法(クラッキング充填法)やこれらの組み合わせによる充填方法等も採用することもできる。
成形体密度は、好ましくは50~200kg/m3、より好ましくは80~180kg/m3、さらに好ましくは90~160kg/m3である。成形体密度が上記範囲であると、引張特性が良好となる。
成形体密度(kg/m3)は、成形体の重量W(kg)を成形体の外形寸法から求められる体積V(m3)で除すること(W/V)で求められる。
JIS K6767:1999に準拠して発泡粒子成形体の引張試験を行った際に下記の引張特性を備えることが好ましい。
発泡粒子成形体の引張強さは、好ましくは0.49~1.5MPa、より好ましくは0.50~1.5MPa、さらに好ましくは0.55~1.3MPa、よりさらに好ましくは0.60~1.1MPaである。
発泡粒子成形体の引張伸びは、好ましくは150~400%、より好ましくは200~370%、さらに好ましくは250~340%である。
発泡粒子成形体の引張強さ及び引張伸びが上記範囲であると、優れた強度を有しながら柔軟性も有するためシートクッション材、スポーツパッド材、靴底材等の用途に好適なものとなる。
基材重合体として、ポリエチレンをハードブロックとし、エチレン/α-オレフィン共重合体をソフトブロックとするマルチブロック共重合体であるオレフィン系熱可塑性エラストマー(ダウ・ケミカル社製「INFUSE(登録商標) 9530」(表1、表3で「TPO1」と称す))を使用した。
TPOの密度は887kg/m3、タイプAデュロメータ硬さは86、メルトフローレイトは5.4g/10min、融点は117℃、融解終了温度は121℃であった。
(密度、ショアA硬度、メルトフローレイト)
ASTM D792-13に準拠してTPOの密度を測定した。
ASTM D2240-05に準拠してTPOのタイプAデュロメータ硬さ(ショアA硬度)を測定した。
JIS K7210-1:2014に準拠し、温度190℃、荷重2.16kgの条件でTPOのメルトフローレイトを測定した。
JIS K7121-1987に準拠してTPOの融解ピーク温度及び融解終了温度を求めた。具体的には、ペレット状のTPO約5mgを試験片として、熱流束示差走査熱量測定法に基づき、試験片の状態調節として「(2)一定の熱処理を行なった後、融解温度を測定する場合」を採用し、加熱速度10℃/分及び冷却速度10℃/分、窒素流入量30mL/分の条件下で、TPOの融解ピーク温度(融点)及び融解終了温度を測定した。なお、測定装置として、熱流束示差走査熱量測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、型番:DSC7020)を用いた。
次に、実施例及び比較例による架橋発泡粒子及び発泡粒子成形体の作製方法を説明する。以下に示す条件で、架橋発泡粒子及び発泡粒子成形体を作製した(表1及び表3参照)。
基材重合体としてTPO、及び気泡調整剤としてTPO100重量部に対してホウ酸亜鉛粉末(富田製薬社製「ホウ酸亜鉛2335」)0.1重量部を押出機に供給し、TPOを溶融させると共に両者を混練して孔径2mmのダイからストランド状に押し出し、該ストランドを水中で冷却してからペレタイザーにて平均粒子重量約5mg、形状比L/D=1.5となるようにカットして、基材重合体粒子を得た。
ここで「形状比L/D」とは、基材重合体粒子が所定方向断面において常に(略)一定形状を有する基材重合体粒子等の場合、その胴部断面の最大長さ(D)と、Dに対して垂直方向の最大長さ(L)との比である。例えば基材重合体粒子が円柱形である場合は、Lは円柱の高さ、Dは円柱の外径に相当する。
〔架橋発泡粒子の作製〕
1.工程(A)
容積5Lのオートクレーブ内に分散媒である水3リットルを仕込み、得られた基材重合体粒子1kgを、攪拌しながら分散媒に分散させた。
更に、分散媒に、分散剤としてカオリンを3g、界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムを0.04g、架橋剤としてジクミルパーオキサイド(10時間半減期温度:116.4℃、1分間半減期温度:175.2℃)を7g(基材重合体粒子100重量部に対して0.7重量部)配合し、発泡剤としてドライアイス50g(基材重合体粒子100重量部に対して5.0重量部)を仕込んだ。
撹拌下で、密閉容器内の内容物を160℃(架橋温度)まで2℃/分の昇温速度で昇温し、160℃で30分間保持することにより、基材重合体粒子に含まれるTPOを架橋させる〔工程(B)〕と共に、発泡剤が含浸された基材重合体架橋粒子を得た〔工程(C)〕。
次いで、攪拌下で、密閉容器内の内容物の温度を1℃/分の降温速度で115℃(結晶化処理温度)まで降温し、密閉容器内の圧力が3.0MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、115℃で30分間保持して高ポテンシャルの結晶を生成させた〔工程(D)〕。その後、攪拌を止め、115℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出して、発泡剤が含浸された基材重合体架橋粒子を発泡させて、架橋発泡粒子を得た〔工程(E)〕。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は3.0MPa(G)であった。
架橋剤添加量を0.6重量部に変更した以外は実施例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は3.0MPa(G)であった。
発泡剤添加量を7.0重量部に変更し、架橋剤添加量を0.5重量部に変更し、160℃(架橋温度)で30分間保持した後に、1℃/分の降温速度で114℃(結晶化処理温度)まで降温し、密閉容器内の圧力が4.0MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、114℃で30分間保持し、その後114℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は4.0MPa(G)であった。
160℃(架橋温度)で30分間保持した後に1℃/分の降温速度で113℃(結晶化処理温度)まで降温し、密閉容器内の圧力が4.0MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、113℃で30分間保持し、その後113℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例3と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は4.0MPa(G)であった。
実施例4と同条件で製造した架橋発泡粒子1kgと、ポリアクリル酸ナトリウム0.27gを50mlの水に溶解させた溶液とをブレンダーに投入し、15分間攪拌混合した。その後、40℃のオーブン内で12時間乾燥して、表面にポリアクリル酸ナトリウムが付着した架橋発泡粒子を得た。
架橋剤添加量を0.6重量部に変更し、160℃(架橋温度)で30分間保持した後に1℃/分の降温速度で112℃(結晶化処理温度)まで降温し、密閉容器内の圧力が4.0MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、112℃で30分間保持し、その後112℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例3と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は4.0MPa(G)であった。
架橋剤添加量を0.6重量部に変更し、160℃(架橋温度)で30分間保持した後に1℃/分の降温速度で113℃(結晶化処理温度)まで降温し、密閉容器内の圧力が3.5MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、113℃で30分間保持し、その後、密閉容器内の圧力が4.0MPa(G)となるように二酸化炭素をさらに圧入しつつ、113℃で5分間保持し、その後113℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例3と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は4.0MPa(G)であった。
〔架橋発泡粒子の作製〕
1.工程(A)
容積5Lのオートクレーブ内に分散媒である水3リットルを仕込み、得られた基材重合体粒子1kgを、攪拌しながら分散媒に分散させた。
更に、分散媒に、分散剤としてカオリンを3g、界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムを0.04g、架橋剤としてジクミルパーオキサイド(10時間半減期温度:116.4℃、1分間半減期温度:175.2℃)を5.5g(基材重合体粒子100重量部に対して0.55重量部)配合し、分散媒のpH調整剤としてドライアイス20g(基材重合体粒子100重量部に対して2.0重量部)を仕込んだ。
撹拌下で、密閉容器内の内容物を160℃(架橋温度)まで2℃/分の昇温速度で昇温し、160℃で60分間保持することにより、基材重合体粒子に含まれるTPOを架橋させ、基材重合体架橋粒子を得た〔工程(B)〕。
その後、密閉容器内の内容物を50℃(抜き出し温度)まで冷却し、基材重合体架橋粒子を密閉容器から抜き出した。
容積5Lのオートクレーブ内に分散媒である水3リットルを仕込み、得られた基材重合体架橋粒子1kgを、攪拌しながら分散媒に分散させた。
更に、分散媒に、分散剤としてカオリンを3g、界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムを0.04g配合し、発泡剤としてドライアイス70g(基材重合体粒子100重量部に対して7.0重量部)を仕込んだ[工程(A)]。
次いで、撹拌下で、密閉容器内の内容物を119℃(結晶化処理温度)まで2℃/分の昇温速度で昇温し、密閉容器内の圧力が4.0MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、119℃で15分間保持して高ポテンシャルの結晶を生成させる[工程(D)]と共に、発泡剤が含浸された基材重合体架橋粒子を得た〔工程(C)〕。
その後、攪拌を止め、119℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出して、発泡剤が含浸された基材重合体架橋粒子を発泡させて、架橋発泡粒子を得た〔工程(E)〕。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は4.0MPa(G)であった。
発泡剤添加量を5重量部に変更し、119℃(結晶化処理温度)まで2℃/分の昇温速度で昇温し、密閉容器内の圧力が3.1MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、119℃で15分間保持し、その後119℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例8と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は3.1MPa(G)であった。
発泡剤添加量を4重量部に変更し、119℃(結晶化処理温度)まで2℃/分の昇温速度で昇温し、密閉容器内の圧力が2.5MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、119℃で15分間保持し、その後119℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例8と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は2.5MPa(G)であった。
発泡剤添加量を3重量部に変更し、119℃(結晶化処理温度)まで2℃/分の昇温速度で昇温し、密閉容器内の圧力が2.3MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、119℃で15分間保持し、その後119℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例8と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は2.3MPa(G)であった。
架橋剤添加量を0.50重量部に変更し、発泡剤添加量を4重量部に変更し、120℃(結晶化処理温度)まで2℃/分の昇温速度で昇温し、密閉容器内の圧力が2.5MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、120℃で15分間保持し、その後120℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例8と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は2.5MPa(G)であった。
発泡剤添加量を2.0重量部に変更し、架橋剤添加量を0.8重量部に変更し、160℃(架橋温度)で30分間保持した後に、工程(D)(結晶化工程)を経ず、密閉容器内の圧力が1.7MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入し、160℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は1.7MPa(G)であった。
工程(D)(結晶化工程)を経ず、密閉容器内の圧力が1.5MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入し、160℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させた以外は比較例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は1.5MPa(G)であった。
発泡剤添加量を3.0重量部に変更し、架橋剤添加量を0.8重量部に変更し、160℃(架橋温度)で30分間保持した後に、1℃/分の降温速度で130℃(結晶化処理温度)まで降温し、密閉容器内の圧力が2.0MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、130℃で30分間保持し、その後130℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は2.0MPa(G)であった。
発泡剤添加量を4.0重量部に変更し、架橋剤添加量を0.8重量部に変更し、160℃(架橋温度)で30分間保持した後に、1℃/分の降温速度で115℃(結晶化処理温度)まで降温し、密閉容器内の圧力が2.5MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、115℃で30分間保持し、その後115℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は2.5MPa(G)であった。
架橋剤添加量を0.8重量部に変更した以外は実施例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は3.0MPa(G)であった。
架橋剤添加量を0.4重量部に変更した以外は実施例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。
発泡剤添加量を4.0重量部に変更し、架橋剤添加量を0.6重量部に変更し、160℃(架橋温度)で30分間保持した後に、1℃/分の降温速度で118℃(結晶化処理温度)まで降温し、密閉容器内の圧力が2.5MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、118℃で30分間保持し、その後118℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は2.5MPa(G)であった。
発泡剤添加量を7.0重量部に変更し、架橋剤添加量を0.6重量部に変更し、160℃(架橋温度)で30分間保持した後に、1℃/分の降温速度で112℃(結晶化処理温度)まで降温し、密閉容器内の圧力が3.0MPa(G)となるように二酸化炭素を圧入しつつ、112℃で30分間保持し、その後112℃(発泡温度)で密閉容器内の内容物を大気圧下に放出させたこと以外は実施例1と同様にして架橋発泡粒子を製造した。なお、密閉容器内の内容物を放出させる直前の容器内の圧力(発泡圧力)は3.0MPa(G)であった。
実施例及び比較例の架橋発泡粒子の見掛け密度、気泡径の平均値(平均気泡径)、気泡径の変動係数、熱キシレン不溶分、固有ピーク温度、高温ピーク温度、高温ピーク熱量、全融解熱量を測定し、結果を表1及び表3の「架橋発泡粒子」欄に示した。これらの測定は、得られた架橋発泡粒子を相対湿度50%、23℃、1atmの条件にて2日間放置して状態調節した後に行なった。
200mlのメスシリンダーに23℃のエタノールを100ml入れ、予め重量Wa(g)を秤量した嵩体積約50mlの架橋発泡粒子を、金網を使用してエタノール中に沈め、水位が上昇した分の体積Va(cm3)を読み取った。Wa/Vaを求め、kg/m3に単位換算することにより架橋発泡粒子の見掛け密度(kg/m3)とした。
測定は、気温23℃、相対湿度50%の大気圧下において行った。
架橋発泡粒子群から無作為に10個の発泡粒子を選択した。架橋発泡粒子の中心部分を通るように架橋発泡粒子を略二分割し、その切断面の拡大倍率50倍の拡大写真を撮影した。得られた断面の拡大写真において、架橋発泡粒子切断面にある気泡を無作為に50個選択し、ナノシステム社製の画像処理ソフトNS2K-proを使用して、選択した各気泡の断面の面積を測定し、その面積と同じ面積を有する仮想真円の直径を各気泡の気泡径とした。この操作を10個の発泡粒子について行い、各気泡の気泡径の算術平均値を架橋発泡粒子の気泡径の平均値(平均気泡径)とした。
架橋発泡粒子の気泡径の標準偏差を架橋発泡粒子の気泡の平均気泡径で割算することにより気泡径の変動係数を求めた。なお、前記標準偏差の値は、不偏分散の平方根とした。
架橋発泡粒子の試料約1gを秤量し、試料重量W1bとした。秤量した架橋発泡粒子を150mlの丸底フラスコに入れ、100mlのキシレンを加え、マントルヒーターで加熱して6時間還流させた後、溶け残った残査を100メッシュの金網でろ過して分離し、80℃の減圧乾燥器で8時間以上乾燥した。この際に得られた乾燥物重量W2bを測定した。この重量W2bの試料重量W1bに対する重量百分率[(W2b/W1b)×100](重量%)を、発泡粒子成形体のキシレン不溶分とした。なお、架橋発泡粒子を型内成形する工程においては、熱キシレン不溶分の割合が変化することはなく、成形体においても架橋発泡粒子と同様の熱キシレン不溶分の割合となる。
架橋発泡粒子を略2等分に切断して試験片とし、図1を用いて説明した上述の手法により、試験片約2.5mgを、熱流束示差走査熱量計によって23℃から200℃まで10℃/分の加熱速度で加熱したときに得られるDSC曲線から高温ピーク熱量(B)と全融解熱量〔(A)+(B)〕を求め、全融解熱量に対する高温ピークの融解熱量の比「(B)/〔(A)+(B)〕」を算出した。また、固有ピークの融解ピーク温度を固有ピーク温度とし、高温ピークの融解ピーク温度を高温ピーク温度とした。
架橋発泡粒子を密閉容器に投入し、圧縮空気で12時間密閉容器内の圧力を0.2MPa(G)に加圧して、架橋発泡粒子内に内圧を付与した。密閉容器から取り出した架橋発泡粒子の内圧は0.2MPa(絶対圧)であった。内圧が付与された架橋発泡粒子を縦250mm、横200mm、厚み20mmの平板形状の金型に、金型を完全に閉めた状態から4mm開いた状態(金型の成形空間の厚み方向の長さ24mm)で充填し、充填完了後、金型を完全に閉じた(クラッキング4mm、20%)。その後、金型内の圧力が0.10MPa(G)となるように、水蒸気を金型内に供給して架橋発泡粒子を加熱し、架橋発泡粒子を二次発泡させると共に架橋発泡粒子同士を相互に融着させた。このときの水蒸気の圧力を以下「成形圧」とも言う。冷却後、金型より発泡粒子成形体を取り出し、さらに該発泡粒子成形体を60℃に調整されたオーブン内で12時間加熱して乾燥させて、発泡粒子成形体を得た。
同様にして、成形圧を0.02MPaずつ0.28MPa(G)まで変化させて発泡粒子成形体を製造した。
なお、実施例1~12においては上述したように、それぞれ成形圧0.10MPa(G)~0.28MPa(G)の範囲で発泡粒子成形体を製造したが、比較例1~8においては、それぞれ成形圧0.12MPa(G)~0.28MPa(G)の範囲で発泡粒子成形体を製造した。
得られた発泡粒子成形体の融着性、外観(ボイドの度合い)、回復性(成形後の膨張又は収縮の回復性)の観点から、以下の基準で成形性を評価した。評価結果を表2と表4に示した。
発泡粒子成形体の融着性を以下の方法により評価した。発泡粒子成形体を折り曲げて破断し、破断面に存在する架橋発泡粒子の数(C1)と破壊した架橋発泡粒子の数(C2)とを求め、上記架橋発泡粒子に対する破壊した架橋発泡粒子の比率(C2/C1×100)を材料破壊率として算出した。異なる試験片を用いて前記測定を5回行い、それぞれの材料破壊率を求め、それらを算術平均して融着性を以下の基準で評価した。
A:材料破壊率90%以上
B:材料破壊率20%以上90%未満
C:材料破壊率20%未満
表面外観の評価として、発泡粒子成形体の中央部に100mm×100mmの矩形を描き、矩形状のエリアの角から対角線上に線を引き、その線上の1mm×1mmの大きさ以上のボイド(間隙)の数を数え、以下のように評価した。
A:ボイドの数が5個未満
B:ボイドの数が5個以上10個未満
C:ボイドの数が10個以上
得られた発泡粒子成形体の中央部分と四隅部分の厚みをそれぞれ測定し、四隅部分のうち最も厚みが厚い部分に対する中央部分の厚みの比を算出し、以下のように評価した。
A:厚み比が95%以上
B:厚み比が90%以上95%未満
C:厚み比が90%未満
融着性、外観及び回復性の全ての評価がAとなる成形圧を成形可能範囲として表1と表3中の「成形性評価」欄の「成形可能範囲」欄に記載した。また、融着性、外観及び回復性の全ての評価がAとなる成形圧が5点以上ある場合を「A」、4点ある場合を「B」、3点ある場合を「C」、2点ある場合を「D」、1点ある場合を「E」、成形可能な成形圧がない場合を「X」と評価し、「成形性評価」欄の「評価」欄に示した。
なお、成形圧を変えた場合であっても、広い成形圧範囲にわたって評価の高い成形体が得られる場合には、成形可能条件幅が広く、より型内成形性に優れた発泡粒子であると判断できる。
また、低い成形圧で成形できる場合は、成形サイクルが短縮され生産性が向上するため、発泡粒子成形体の生産性に優れた発泡粒子であるとも言える。
実施例及び比較例により作製した発泡粒子成形体の密度、引張強さ及び引張伸びを測定し、結果を表1及び表3の「発泡粒子成形体」欄に示した。
得られた発泡粒子成形体を相対湿度50%、23℃、1atmの条件にて2日間放置して状態調節した後に、これらの測定を行なった。なお、実施例1~7、9、10、12及び比較例1~5においては、成形圧0.20MPa(G)の条件で得られた発泡粒子成形体を評価した。一方、実施例8では成形圧0.16MPa(G)、実施例11では成形圧0.24MPa(G)、及び比較例6では成形圧0.14MPa(G)の条件で得られた発泡粒子成形体を評価した。また、比較例7及び8においては、良好な発泡粒子成形体が得られなかったため、発泡粒子成形体の評価を行なわなかった。
発泡粒子成形体の無作為に選択した箇所から、成形時のスキン層が含まれないように、縦50mm×横50mm×厚み25mmの直方体状の試験片を3つ切り出し、それぞれの試験片の重量及び外形寸法を測定した。試験片の重量W(kg)を試験片の外形寸法から求めた体積V(m3)で除することで密度W/V(kg/m3)を算出した。3つの試験片の密度をそれぞれ算出して、その算術平均値を発泡粒子成形体の密度とし、表1及び表3の「成形体密度」欄に示した。
先ず、JIS K6767:1999に準拠し、バーチカルスライサーを用いて、全ての面が切り出し面となるように、発泡粒子成形体から120mm×25mm×10mmの直方体を切り出して切り出し片を作製した。切り出し片を、糸鋸を用いてダンベル状1号形(測定部の長さ40mm、幅10mm、厚み10mm)に切り抜き、試験片とした。試験片を用いて、500mm/minの試験速度で引張試験を実施した。
実施例1~12では、架橋発泡粒子の熱キシレン不溶分が10~40重量%であり、全融解熱量が40~60J/gであり、全融解熱量に対する高温ピークの融解熱量の比が0.1~0.6の条件を満足するため、引張特性に優れた成形体を製造することができるものであった。
比較例1~比較例5では、架橋発泡粒子の熱キシレン不溶分の割合が高過ぎるため、引張特性(特に引張伸び)向上の効果は得られなかった。
比較例6では、熱キシレン不溶分の割合が低過ぎるため、全融解熱量に対する高温ピークの融解熱量の比が0.1~0.6の条件を満足しても、型内成形性に劣るものであった。
比較例7、8では、熱キシレン不溶分が10~40重量%でも、全融解熱量に対する高温ピークの融解熱量の比が0.1~0.6の条件を満足しないため、良好な成形体を得ることができなかった。
Pb 融解ピーク(高温ピーク)
PTma 頂点温度
PTmb 頂点温度
A 固有ピークの面積
B 高温ピークの面積
Claims (3)
- 熱キシレン不溶分が10~40重量%であり、
10℃/分の加熱速度で23℃から200℃まで加熱して得られるDSC曲線において、オレフィン系熱可塑性エラストマーに固有の融解ピーク(固有ピーク)と、固有ピークよりも高温側に1以上の融解ピーク(高温ピーク)とが現れる結晶構造を有し、前記DSC曲線における全融解熱量が40~60J/gであり、前記全融解熱量に対する前記高温ピークの融解熱量の比が0.1~0.6であり、
気泡径の平均値が30~150μmであり、気泡径の変動係数が20%以下であるオレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子。 - 前記熱キシレン不溶分が10重量%以上30重量%未満である請求項1に記載のオレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子。
- 見掛け密度が30~300kg/m3である請求項1又は2に記載のオレフィン系熱可塑性エラストマー架橋発泡粒子。
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