JP7192790B2 - 発泡体、及び発泡体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発泡体、及び発泡体の製造方法に関する。
本願は、２０１７年１２月６日に、日本に出願された特願２０１７－２３４４２６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１７年１２月６日に、日本に出願された特願２０１７－２３４４２６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ポリプロピレンを発泡させた発泡体は、物理的な衝撃に対する緩衝性と断熱性とに優れる。このためポリプロピレンの発泡体は、例えば、緩衝材、包装材、断熱材として利用されている。
ポリプロピレンの発泡体の製造方法としては、発泡剤として水を用いる方法が知られている。例えば、特許文献１には、ポリプロピレンを含む熱可塑性樹脂の発泡体を、水を用いて製造する方法として、加熱、加圧下で熱可塑性樹脂、膨潤性粘土鉱物及び水を混合して熱可塑性樹脂中に水を含浸させた膨潤性粘土鉱物を均一に分散させた後に、温度及び圧力を下げて膨潤性粘土鉱物に含浸させた水を気化させる方法が開示されている。この特許文献１には、膨潤性粘土鉱物は、適量の水を含んでいる時に粘性と可塑性を示す、大部分が２μｍ以下の微細な層状ケイ酸塩から成る微粒子の集合体であると記載されている。
発泡体の物理的な衝撃に対する緩衝性や断熱性を向上させるためには、発泡体の気孔量を多くすること、すなわち発泡体の密度を低くすることが有効である。しかしながら、本発明者の検討によると、特許文献１に記載されている膨潤性粘土鉱物などの微細な無機物粒子を単独で分散させたポリプロピレンは強度が低く、気孔が潰れやすいため、低密度の発泡体を得ることが難しい場合があった。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、強度が高く、気孔が潰れにくい発泡体及びその発泡体の製造方法を提供することにある。
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討したところ、針状無機物粒子とポリプロピレンとを所定の量で含む混練物に、水を加えて発泡させることによって、強度が高く、気孔が潰れにくい発泡体を得ることが可能となることを見出して、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の構成を採用する。
すなわち、本発明は以下の構成を採用する。
（１）針状無機物粒子とポリプロピレンとを含み、前記針状無機物粒子の含有量が１質量％以上２０質量％以下の範囲内にあって、発泡体から分離して測定した前記針状無機物粒子のアスペクト比（長径／短径）の平均が１．５以上１００以下の範囲内にあり、密度が８０ｋｇ／ｍ
３
以下のストランド状である発泡体。
（２）前記針状無機物粒子が、針状塩基性硫酸マグネシウム粒子である上記（１）に記載の発泡体。
（３）さらに、粒状無機物粒子を含み、前記粒状無機物粒子の含有量が１質量％以上２０質量％以下の範囲内にある上記（１）または（２）に記載の発泡体。
（２）前記針状無機物粒子が、針状塩基性硫酸マグネシウム粒子である上記（１）に記載の発泡体。
（３）さらに、粒状無機物粒子を含み、前記粒状無機物粒子の含有量が１質量％以上２０質量％以下の範囲内にある上記（１）または（２）に記載の発泡体。
（４）アスペクト比の平均が２以上１００以下の範囲内にある針状無機物粒子とポリプロピレンとを混練して、針状無機物粒子を１質量％以上２０質量％以下の範囲内で含有する第１混練物を生成させる工程と、前記第１混練物と水とを、連続式混練機を用いて、シリンダー部の温度およびダイ部の温度が１６０℃以上１９０℃以下の範囲内、スクリュー回転数が５０ｒｐｍ以上４００ｒｐｍ以下の範囲内となる混練条件にて混練して第２混練物を生成させる工程と、前記第２混練物を前記ダイ部より押出し、水分を蒸発させてストランド状の発泡体を生成させる工程と、を含む発泡体の製造方法。
本発明によれば、強度が高く、気孔が潰れにくい発泡体及びその発泡体の製造方法を提供することが可能となる。
以下、本発明の発泡体および発泡体の製造方法の実施形態について説明する。
＜発泡体＞
本実施形態の発泡体は、針状無機物粒子とポリプロピレンとを含む組成物であり、内部に多数の気孔を有する。針状無機物粒子の含有量は、１質量％以上２０質量％以下の範囲内にある。本実施形態の発泡体は、さらに、粒状無機物粒子を含有していてもよい。また、本実施形態の発泡体は、密度が８０ｋｇ／ｍ３以下とされている。
本実施形態の発泡体は、針状無機物粒子とポリプロピレンとを含む組成物であり、内部に多数の気孔を有する。針状無機物粒子の含有量は、１質量％以上２０質量％以下の範囲内にある。本実施形態の発泡体は、さらに、粒状無機物粒子を含有していてもよい。また、本実施形態の発泡体は、密度が８０ｋｇ／ｍ３以下とされている。
（針状無機物粒子）
針状無機物粒子は、発泡体の内部に分散して、発泡体の強度を向上させるとともに、後述の発泡体の製造方法においては、発泡剤である水を保持して得られる発泡体の発泡量を向上させる機能を有する。
針状無機物粒子の含有量が少なくなりすぎると、針状無機物粒子による上記の効果を得ることが困難となるおそれがある。一方、針状無機物粒子の含有量が多くなりすぎると、発泡体の密度が高くなり、物理的な衝撃に対する緩衝性や断熱性が低下するおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、針状無機物粒子の含有量を１質量％以上２０質量％以下の範囲内と設定している。針状無機物粒子の含有量は、３質量％以上１５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
針状無機物粒子は、発泡体の内部に分散して、発泡体の強度を向上させるとともに、後述の発泡体の製造方法においては、発泡剤である水を保持して得られる発泡体の発泡量を向上させる機能を有する。
針状無機物粒子の含有量が少なくなりすぎると、針状無機物粒子による上記の効果を得ることが困難となるおそれがある。一方、針状無機物粒子の含有量が多くなりすぎると、発泡体の密度が高くなり、物理的な衝撃に対する緩衝性や断熱性が低下するおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、針状無機物粒子の含有量を１質量％以上２０質量％以下の範囲内と設定している。針状無機物粒子の含有量は、３質量％以上１５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
針状無機物粒子は、アスペクト比（長径／短径）の平均が１．５以上１００以下の範囲内にあることが好ましい。アスペクト比が１．５未満であると、針状無機物粒子による上記の効果を得ることが困難となるおそれがある。また、アスペクト比が１００を超えると、針状無機物粒子が折れやすくなり、発泡体の強度が低下するおそれがある。
針状無機物粒子の長径の平均は、１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。また、針状無機物粒子の短径の平均は、０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。なお、針状無機物粒子の長径、短径、アスペクト比は、例えば、針状無機物粒子の電子顕微鏡写真を用いて測定することができる。
針状無機物粒子の例としては、繊維状塩基性硫酸マグネシウム粒子、針状珪酸塩鉱物粒子（例えば、セピオライト、アタパルジャイト、ウォラストナイト）、針状リン酸カルシウム粒子、針状酸化亜鉛粒子、針状酸化マグネシウム粒子、針状酸化チタン粒子、針状酸化アルミニウム粒子、針状チタン酸カリウム粒子、針状ホウ酸アルミニウム粒子、針状炭化ケイ素粒子、針状窒化ケイ素粒子、針状炭酸カルシウム粒子、針状炭酸ストロンチウム粒子、針状炭酸バリウム粒子、針状水酸化マグネシウム粒子、針状チタン酸バリウム粒子等を挙げることができる。これらの針状無機物粒子は１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて使用してもよい。これらの針状無機物粒子の中で好ましくは、繊維状塩基性硫酸マグネシウム粒子又は針状珪酸塩鉱物粒子、針状リン酸カルシウム粒子、針状チタン酸カリウム粒子、針状酸化亜鉛粒子、針状炭化ケイ素粒子等である。
（ポリプロピレン）
ポリプロピレンは、ＭＦＲ（メルトフローレート、温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）が０．１ｇ／１０分以上１００ｇ／１０分以下の範囲内にあることが好ましい。
ポリプロピレンは１種を単独で使用してもよいし、ＭＦＲが異なる２種以上のポリプロピレンを併用してもよい。例えば、ＭＦＲ（温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）が０．１ｇ／１０分以上２０ｇ／１０分以下の範囲内にある低ＭＦＲのポリプロピレンと、その低ＭＦＲのポリプロピレンよりもＭＦＲ（温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）が１０ｇ／１０分以上高い高ＭＦＲのポリプロピレンの２種を併用してもよい。
ポリプロピレンは、ＭＦＲ（メルトフローレート、温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）が０．１ｇ／１０分以上１００ｇ／１０分以下の範囲内にあることが好ましい。
ポリプロピレンは１種を単独で使用してもよいし、ＭＦＲが異なる２種以上のポリプロピレンを併用してもよい。例えば、ＭＦＲ（温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）が０．１ｇ／１０分以上２０ｇ／１０分以下の範囲内にある低ＭＦＲのポリプロピレンと、その低ＭＦＲのポリプロピレンよりもＭＦＲ（温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）が１０ｇ／１０分以上高い高ＭＦＲのポリプロピレンの２種を併用してもよい。
（粒状無機物粒子）
本実施形態の発泡体は、さらに、粒状無機物粒子を含有していてもよい。粒状無機物粒子は親水性を有し、後述の発泡体の製造において発泡剤である水を保持する機能を有するものであることが好ましい。
粒状無機物粒子は、アスペクト比の平均が１．５未満、好ましくは１．３以下の無機物粒子である。粒状無機物粒子は、平均径が０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。なお、粒状無機物粒子の平均径は、レーザ回折法によって測定した値である。
本実施形態の発泡体は、さらに、粒状無機物粒子を含有していてもよい。粒状無機物粒子は親水性を有し、後述の発泡体の製造において発泡剤である水を保持する機能を有するものであることが好ましい。
粒状無機物粒子は、アスペクト比の平均が１．５未満、好ましくは１．３以下の無機物粒子である。粒状無機物粒子は、平均径が０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。なお、粒状無機物粒子の平均径は、レーザ回折法によって測定した値である。
親水性を有する粒状無機物粒子の例としては、例えば、珪藻土、四ホウ酸ナトナリウム、珪酸カルシウム、シリカ、硫酸マグネシウム、タルク、ホウ酸などが挙げられる。
粒状無機物粒子の含有量は、１質量％以上２０質量％以下の範囲内とされている。粒状無機物粒子の含有量が少なくなりすぎると、粒状無機物粒子を加えることによる効果を得ることが難しくなる。一方、粒状無機物粒子の含有量が多くなりすぎると、発泡体の密度が高くなり、物理的な衝撃に対する緩衝性や断熱性が低下するおそれがある。
なお、針状無機物粒子と粒状無機物粒子の合計含有量は、２質量％以上２５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
なお、針状無機物粒子と粒状無機物粒子の合計含有量は、２質量％以上２５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。
（発泡体の密度）
発泡体の密度が高くなりすぎると、発泡体の気孔量が相対的に少なくなり、物理的な衝撃に対する緩衝性や断熱性が低下するおそれがある。このため、発泡体の密度は８０ｋｇ／ｍ３以下にあることが好ましく、７５ｋｇ／ｍ３以下にあることがより好ましい。一方、発泡体の密度が低くなりすぎると、発泡体の強度が不足して、用途が限定されてしまう場合がある。このため、発泡体の密度は１０ｋｇ／ｍ３以上であることが好ましく、１５ｋｇ／ｍ３以上であることがより好ましい。
発泡体の密度が高くなりすぎると、発泡体の気孔量が相対的に少なくなり、物理的な衝撃に対する緩衝性や断熱性が低下するおそれがある。このため、発泡体の密度は８０ｋｇ／ｍ３以下にあることが好ましく、７５ｋｇ／ｍ３以下にあることがより好ましい。一方、発泡体の密度が低くなりすぎると、発泡体の強度が不足して、用途が限定されてしまう場合がある。このため、発泡体の密度は１０ｋｇ／ｍ３以上であることが好ましく、１５ｋｇ／ｍ３以上であることがより好ましい。
（その他の成分）
本実施形態の発泡体は、針状無機物粒子とポリプロピレンの２成分、あるいは、針状無機物粒子と粒状無機物粒子とポリプロピレンの３成分で形成されていてもよいし、必要に応じて、その他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、有機系難燃剤、無機系難燃剤、酸化防止剤、発泡助剤などが挙げられる。その他の成分の含有量は、発泡体全体量に対する含有量として、例えば、０．１質量％以上３０質量％以下の範囲内とすることができる。なお、その他の成分を含む場合、発泡体全体量に対するポリプロピレンの含有量は３５質量％以上であることが好ましく、４０質量％以上であることがより好ましい。
本実施形態の発泡体は、針状無機物粒子とポリプロピレンの２成分、あるいは、針状無機物粒子と粒状無機物粒子とポリプロピレンの３成分で形成されていてもよいし、必要に応じて、その他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、有機系難燃剤、無機系難燃剤、酸化防止剤、発泡助剤などが挙げられる。その他の成分の含有量は、発泡体全体量に対する含有量として、例えば、０．１質量％以上３０質量％以下の範囲内とすることができる。なお、その他の成分を含む場合、発泡体全体量に対するポリプロピレンの含有量は３５質量％以上であることが好ましく、４０質量％以上であることがより好ましい。
＜発泡体の製造方法＞
次に、本実施形態の発泡体の製造方法について説明する。
本実施形態の発泡体の製造方法は、針状無機物粒子とポリプロピレンとを混練して、針状無機物粒子を１質量％以上２０質量％以下の範囲内で含有する第１混練物を生成させる工程（第１混練物生成工程）と、第１混練物と水とを混練して第２混練物を生成させる工程（第２混練物生成工程）と、前記第２混練物の水分を蒸発させて発泡体を生成させる工程（発泡体生成工程）と、を含む。
次に、本実施形態の発泡体の製造方法について説明する。
本実施形態の発泡体の製造方法は、針状無機物粒子とポリプロピレンとを混練して、針状無機物粒子を１質量％以上２０質量％以下の範囲内で含有する第１混練物を生成させる工程（第１混練物生成工程）と、第１混練物と水とを混練して第２混練物を生成させる工程（第２混練物生成工程）と、前記第２混練物の水分を蒸発させて発泡体を生成させる工程（発泡体生成工程）と、を含む。
（第１混練物生成工程）
原料として用いるポリプロピレンは、ペレット状もしくは粉末状であることが好ましい。ペレット状のポリプロピレンは、例えば、球状、半球状、アーモンド状、円柱状、角柱状、板状、フレーク状などの定形性を有するものである。粉末状のポリプロピレンは、上記のペレット状のポリプロピレンを粉砕して、粉状にしたものである。粉末状のポリプロピレンは、粒子径が２ｍｍ以下であることが好ましい。
原料として用いるポリプロピレンは、ペレット状もしくは粉末状であることが好ましい。ペレット状のポリプロピレンは、例えば、球状、半球状、アーモンド状、円柱状、角柱状、板状、フレーク状などの定形性を有するものである。粉末状のポリプロピレンは、上記のペレット状のポリプロピレンを粉砕して、粉状にしたものである。粉末状のポリプロピレンは、粒子径が２ｍｍ以下であることが好ましい。
原料として用いる針状無機物粒子は、アスペクト比（長径／短径）の平均が２．０以上１００以下の範囲内とされている。アスペクト比の平均が２．０未満である針状無機物粒子は、ポリプロピレンとの混練中に折れて、そのアスペクト比の平均が１．５未満となるおそれがある。また、アスペクト比の平均が１００を超えるに針状無機物粒子は、ポリプロピレンとの混練中に折れやすくなり、アスペクト比の平均を大きくすることによる効果が得られにくくなるおそれがある。
第１混練物生成工程において、針状無機物粒子とポリプロピレンとを混練する混練装置としては、連続式混練機及びバッチ式混練機を用いることができる。連続式混練機の例としては、単軸混練機、２軸混練機が挙げられる。バッチ式混練機の例としては、バンバリーミキサー、加圧式ニーダーが挙げられる。
第１混練物生成工程において混練する針状無機物粒子とポリプロピレンとは密度が大きく異なるため、混練装置に投入する前に、予め針状無機物粒子とポリプロピレンとを混合して混合物とすることが好ましい。針状無機物粒子とポリプロピレンの混合物として混練装置に投入することによって、比較的短時間で組成が均一な第１混練物を得ることができ、混練時の針状無機物粒子の折れを少なくすることができる。
本実施形態の発泡体として、粒状無機物粒子あるいはその他の成分を含有するものを製造する場合、第１混練物生成工程において、針状無機物粒子とポリプロピレンと共に粒状無機物粒子あるいはその他の成分を混練装置に投入し、粒状無機物粒子あるいはその他の成分を含む第１混練物を製造する。
（第２混練物生成工程）
第２混練物生成工程において、第１混練物と水とを混練する混練装置としては、連続式混練機を用いることが好ましい。連続式混練機の例としては、単軸混練機、２軸混練機が挙げられる。連続式混練機は、シリンダー部の途中に水を導入するための水導入手段を有することが好ましい。
第２混練物生成工程において、第１混練物と水とを混練する混練装置としては、連続式混練機を用いることが好ましい。連続式混練機の例としては、単軸混練機、２軸混練機が挙げられる。連続式混練機は、シリンダー部の途中に水を導入するための水導入手段を有することが好ましい。
連続式混練機のシリンダー部の温度およびダイ部の温度、スクリュー回転数、連続式混練機への水の供給速度などの混練条件は、第１混練物の成分、組成、材質および形状、目的とする発泡体の密度範囲などに応じて適宜決定できる。具体的には、連続式混練機のシリンダー部の温度およびダイ部の温度は、１６０℃以上１９０℃以下の範囲内にあることが好ましい。シリンダー部の温度およびダイ部の温度が上記の範囲内であると、第２混練物の発泡が促進される。また、シリンダー部の温度およびダイ部の温度が上記の範囲内であると、発泡体の材料である針状無機物粒子とポリプロピレンは分解、揮発しにくい。このため発泡体中の針状無機物粒子およびポリプロピレンの含有量は、発泡体の材料として使用した針状無機物粒子およびポリプロピレンの含有量の割合と同じとみなすことができる。スクリュー回転数は、５０ｒｐｍ以上４００ｒｐｍ以下の範囲内にあることが好ましい。連続式混練機への水の供給速度は、第１混練物と水との混練によって生成する第２混練物の含水率が１０質量％以上４０質量％以下の範囲内となる速度であることが好ましい。
第１混練物生成工程と第２混練物生成工程は、連続的に行ってもよい。例えば、混練装置として連続式混練機を用い、連続式混練機にポリプロピレンと針状無機物粒子と、さらに必要に応じて含有される粒状無機物粒子あるいはその他の成分とを投入して第１混練物を生成させ、次いで、連続式混練機に水を供給して、第１混練物と水とを混練して第２混練物を生成させてもよい。このように第１混練物生成工程と第２混練物生成工程とを連続的に行うことによって、比較的短時間で組成が均一な第２混練物を得ることができ、混練時の針状無機物粒子の折れを少なくすることができる。
（発泡体生成工程）
発泡体生成工程では、連続式混練機のダイ部から押し出された第２混練物の水分を蒸発させて発泡体を生成させる。第２混練物の水分の蒸発は大気下で行うことができる。通常は、連続式混練機のダイ部から押し出されるとともに第２混練物の水分が蒸発し、発泡体が生成する。生成した発泡体は、使用用途に応じた長さに切断され、緩衝材、包装材、断熱材などに利用される。
発泡体生成工程では、連続式混練機のダイ部から押し出された第２混練物の水分を蒸発させて発泡体を生成させる。第２混練物の水分の蒸発は大気下で行うことができる。通常は、連続式混練機のダイ部から押し出されるとともに第２混練物の水分が蒸発し、発泡体が生成する。生成した発泡体は、使用用途に応じた長さに切断され、緩衝材、包装材、断熱材などに利用される。
以上のような構成とされた本実施形態の発泡体は、針状無機物粒子の含有量が１質量％以上２０質量％以下の範囲内にあるので、強度が高く、気孔が潰れにくい。また、本実施形態の発泡体は、密度を８０ｋｇ／ｍ３以下とすることによって、物理的な衝撃に対する緩衝性や断熱性が向上する。このため、本実施形態の発泡体は、緩衝材、包装材、断熱材として有利に利用することができる。
また、本実施形態の発泡体の製造方法によれば、針状無機物粒子を１質量％以上２０質量％以下の範囲内で含有する第１混練物と水とを混練して得た第２混練物の水分を蒸発させて発泡体を生成させるので、発泡量の大きい発泡体を得ることができる。また、得られた発泡体は、強度が高く、気孔が潰れにくいので、発泡状態を長期間にわたって安定して維持することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本実施例で使用した材料は、以下の通りである。
（ポリプロピレン）
Ａ１（ペレット状ポリプロピレン）：日本ポリプロ株式会社製、ウェイマックス（登録商標）ＭＦＸ６、ＭＦＲ（温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）：２．５ｇ／１０分 Ａ２（ペレット状ポリプロピレン）：株式会社プライムポリマー製、プライムポリプロ（登録商標）、Ｊ１０５Ｇ、ＭＦＲ（温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）：９．０ｇ／１０分
Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）：Ａ１（ペレット状ポリプロピレン）を、ブレンダー（ワーリング社製、エクストリームミル ＭＸ－１２００ＸＴＳ）を用いて粉砕し、篩（目開き２．０ｍｍ、線径０．９ｍｍ）を用いて分級し、篩下の粒子を回収して得たもの。
Ｂ２（粉末状ポリプロピレン）：Ａ２（ペレット状ポリプロピレン）を、ブレンダー（ワーリング社製、エクストリームミル ＭＸ－１２００ＸＴＳ）を用いて粉砕し、篩（目開き２．０ｍｍ、線径０．９ｍｍ）を用いて分級し、篩下の粒子を回収して得たもの。
（ポリプロピレン）
Ａ１（ペレット状ポリプロピレン）：日本ポリプロ株式会社製、ウェイマックス（登録商標）ＭＦＸ６、ＭＦＲ（温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）：２．５ｇ／１０分 Ａ２（ペレット状ポリプロピレン）：株式会社プライムポリマー製、プライムポリプロ（登録商標）、Ｊ１０５Ｇ、ＭＦＲ（温度：２３０℃、荷重：２．１６ｋｇ）：９．０ｇ／１０分
Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）：Ａ１（ペレット状ポリプロピレン）を、ブレンダー（ワーリング社製、エクストリームミル ＭＸ－１２００ＸＴＳ）を用いて粉砕し、篩（目開き２．０ｍｍ、線径０．９ｍｍ）を用いて分級し、篩下の粒子を回収して得たもの。
Ｂ２（粉末状ポリプロピレン）：Ａ２（ペレット状ポリプロピレン）を、ブレンダー（ワーリング社製、エクストリームミル ＭＸ－１２００ＸＴＳ）を用いて粉砕し、篩（目開き２．０ｍｍ、線径０．９ｍｍ）を用いて分級し、篩下の粒子を回収して得たもの。
（無機物粒子）
Ｃ１（針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）：宇部マテリアルズ株式会社製、モスハイジ（登録商標）、Ｐ粉状品、平均長径：７．８μｍ、平均短径：０．７μｍ、平均アスペクト比：１０．８
Ｃ２（粗大針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）：針状塩基性硫酸マグネシウム粒子（Ｃ１）を、篩（目開き０．１ｍｍ）を用いて分級し、篩上の粒子を回収して得たもの。平均長径：７．８μｍ、平均短径：１．０μｍ、平均アスペクト比：８．９
Ｃ３（針状ウォラストナイト粒子）：キンセイマテック株式会社製、平均長径：８．３μｍ、平均短径：２．０μｍ、平均アスペクト比：４．５
Ｄ１（珪藻土）：和光純薬工業株式会社製、０４５－００９７５、平均径：１８μｍ
Ｄ２（タルク）：シグマアルドリッチ社製、３０－００５０－５、平均径：１５μｍ
Ｃ１（針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）：宇部マテリアルズ株式会社製、モスハイジ（登録商標）、Ｐ粉状品、平均長径：７．８μｍ、平均短径：０．７μｍ、平均アスペクト比：１０．８
Ｃ２（粗大針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）：針状塩基性硫酸マグネシウム粒子（Ｃ１）を、篩（目開き０．１ｍｍ）を用いて分級し、篩上の粒子を回収して得たもの。平均長径：７．８μｍ、平均短径：１．０μｍ、平均アスペクト比：８．９
Ｃ３（針状ウォラストナイト粒子）：キンセイマテック株式会社製、平均長径：８．３μｍ、平均短径：２．０μｍ、平均アスペクト比：４．５
Ｄ１（珪藻土）：和光純薬工業株式会社製、０４５－００９７５、平均径：１８μｍ
Ｄ２（タルク）：シグマアルドリッチ社製、３０－００５０－５、平均径：１５μｍ
［実施例１］
Ａ１（ペレット状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｃ１（針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）１５ｇを秤量した。秤量したＡ１とＣ１とを３０個の容器に分取し、各容器ごとに分取したＡ１とＣ１とを混合して原料混合物を得た。得られた原料混合物の組成は、Ａ１含有量が９０質量％、Ｃ１含有量が１０質量％である。
Ａ１（ペレット状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｃ１（針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）１５ｇを秤量した。秤量したＡ１とＣ１とを３０個の容器に分取し、各容器ごとに分取したＡ１とＣ１とを混合して原料混合物を得た。得られた原料混合物の組成は、Ａ１含有量が９０質量％、Ｃ１含有量が１０質量％である。
上記の原料混合物を、２軸混練押出機（株式会社テクノベル製、ＫＺＷ１５－３０ＭＧ）に投入し、ダイ部温度Ｙ１：１８０℃、シリンダー部温度Ｘ１／Ｘ２／Ｘ３／Ｘ４：１８０℃／１８０℃／１８０℃／１８０℃（Ｘ１～Ｘ４は、シリンダー部の原料混合物の導入部からダイ部までの各部の温度である）、スクリュー回転数９０ｒｐｍの条件で混練した後、直径３ｍｍのダイ先端部より押出し、ストランド状の前駆混練体（第１混練物）を得た。
得られた第１混練物を適切な長さに切断した。得られた切断物を、ブレンダー（ワーリング社製、エクストリームミル ＭＸ－１２００ＸＴＳ）を用いて粉砕した。得られた粉砕物から、篩（目開き２．０ｍｍ、線径０．９ｍｍ）を用いて分級し、篩下の粒状第１混練物を回収した。
回収した粒状第１混練物を、２軸混練押出機（株式会社テクノベル製、ＫＺＷ１５－３０ＭＧ）に投入し、下記の混練条件１で混練した。このとき、シリンダー部のＸ３とＸ４の間からシリンダー部内に、冷水（５℃）を２ｍＬ／ｍｉｎの速度で供給して、シリンダー部のＸ１～Ｘ３の間で第１混練物を生成させ、シリンダー部のＸ４で第１混練物と水とを混練して第２混練物を生成させた。生成した第２混練物を、直径３ｍｍのダイ先端部より押出し、第２混練物から水分を蒸発させて、断面が円形のストランド状の発泡体を得た。
（混練条件１）
ダイ部温度Ｙ１：１６８℃、シリンダー部温度Ｘ１／Ｘ２／Ｘ３／Ｘ４：１７０℃／１８０℃／１８０℃／１７０℃、スクリュー回転数：６０ｒｐｍ
（混練条件１）
ダイ部温度Ｙ１：１６８℃、シリンダー部温度Ｘ１／Ｘ２／Ｘ３／Ｘ４：１７０℃／１８０℃／１８０℃／１７０℃、スクリュー回転数：６０ｒｐｍ
［実施例２］
Ｂ１(粉末状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｃ１（針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）１５ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して原料混合物を得た。得られた原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｃ１含有量が１０質量％である。
Ｂ１(粉末状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｃ１（針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）１５ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して原料混合物を得た。得られた原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｃ１含有量が１０質量％である。
得られた原料混合物を、２軸混練押出機（株式会社テクノベル製、ＫＺＷ１５－３０ＭＧ）に投入し、下記の混練条件２で混練した。このとき、シリンダー部のＸ３とＸ４の間からシリンダー部内に、冷水（５℃）を１ｍＬ／ｍｉｎの速度で供給して、シリンダー部のＸ１～Ｘ３の間で第１混練物を生成させ、シリンダー部のＸ４で第１混練物と水とを混練して第２混練物を生成させた。生成した第２混練物を、直径３ｍｍのダイ先端部より押出し、第２混練物から水分を蒸発させて、断面が円形のストランド状の発泡体を得た。
（混練条件２）
ダイ部温度Ｙ１：１６８℃、シリンダー部温度Ｘ１／Ｘ２／Ｘ３／Ｘ４：１７０℃／１８０℃／１８０℃／１７０℃、スクリュー回転数：９０ｒｐｍ
（混練条件２）
ダイ部温度Ｙ１：１６８℃、シリンダー部温度Ｘ１／Ｘ２／Ｘ３／Ｘ４：１７０℃／１８０℃／１８０℃／１７０℃、スクリュー回転数：９０ｒｐｍ
［実施例３］
原料混合物として、Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）４５ｇと、Ｂ２（粉末状ポリプロピレン）４５ｇと、Ｃ１（針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）１０ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して原料混合物を得た。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が４５質量％、Ｂ２含有量が４５質量％、Ｃ１含有量が１０質量％である。
次いで、原料混合物の混練条件を下記の混練条件３とし、冷水の供給速度を５ｍＬ／ｍｉｎとしたこと以外は、実施例２と同様にして、断面が円形のストランド状の発泡体を得た。
（混練条件３）
ダイ部温度Ｙ１：１６８℃、シリンダー部温度Ｘ１／Ｘ２／Ｘ３／Ｘ４：１６８℃／１８０℃／１８０℃／１７０℃、スクリュー回転数：６０ｒｐｍ
原料混合物として、Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）４５ｇと、Ｂ２（粉末状ポリプロピレン）４５ｇと、Ｃ１（針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）１０ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して原料混合物を得た。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が４５質量％、Ｂ２含有量が４５質量％、Ｃ１含有量が１０質量％である。
次いで、原料混合物の混練条件を下記の混練条件３とし、冷水の供給速度を５ｍＬ／ｍｉｎとしたこと以外は、実施例２と同様にして、断面が円形のストランド状の発泡体を得た。
（混練条件３）
ダイ部温度Ｙ１：１６８℃、シリンダー部温度Ｘ１／Ｘ２／Ｘ３／Ｘ４：１６８℃／１８０℃／１８０℃／１７０℃、スクリュー回転数：６０ｒｐｍ
［実施例４］
原料混合物として、Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｃ２（粗大針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）１５ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して原料混合物を得た。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｃ２含有量が１０質量％である。
次いで、原料混合物の混練条件を上記の混練条件１とし、冷水の供給速度を２ｍＬ／ｍｉｎとしたこと以外は、実施例２と同様にして、断面が円形のストランド状の発泡体を得た。
原料混合物として、Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｃ２（粗大針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）１５ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して原料混合物を得た。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｃ２含有量が１０質量％である。
次いで、原料混合物の混練条件を上記の混練条件１とし、冷水の供給速度を２ｍＬ／ｍｉｎとしたこと以外は、実施例２と同様にして、断面が円形のストランド状の発泡体を得た。
［実施例５］
Ｃ２（粗大針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）の代わりに、Ｃ３（針状ウォラストナイト粒子）１５ｇを用いたこと以外は、実施例４と同様にして、断面が円形のストランド状の発泡体を製造した。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｃ３含有量が１０質量％である。
Ｃ２（粗大針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）の代わりに、Ｃ３（針状ウォラストナイト粒子）１５ｇを用いたこと以外は、実施例４と同様にして、断面が円形のストランド状の発泡体を製造した。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｃ３含有量が１０質量％である。
［実施例６］
原料混合物として、Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｃ２（粗大針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）４．５ｇと、Ｄ１（珪藻土）１０．５ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して得た原料混合物を用いたこと以外は、実施例４と同様にして発泡体を製造した。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｃ２含有量が３質量％、Ｄ１含有量が７質量％である。
原料混合物として、Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｃ２（粗大針状塩基性硫酸マグネシウム粒子）４．５ｇと、Ｄ１（珪藻土）１０．５ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して得た原料混合物を用いたこと以外は、実施例４と同様にして発泡体を製造した。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｃ２含有量が３質量％、Ｄ１含有量が７質量％である。
［比較例１］
原料混合物として、Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｄ２（タルク）１５ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して得た混合物を用いたこと以外は、実施例４と同様にして発泡体を製造した。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｄ２含有量が１０質量％である。
原料混合物として、Ｂ１（粉末状ポリプロピレン）１３５ｇと、Ｄ２（タルク）１５ｇを秤量し、実施例１と同様に混合して得た混合物を用いたこと以外は、実施例４と同様にして発泡体を製造した。なお、原料混合物の組成は、Ｂ１含有量が９０質量％、Ｄ２含有量が１０質量％である。
［評価］
得られた発泡体について、針状無機物粒子のサイズ（平均長径、平均短径、平均アスペクト比）、密度、熱伝導率、引張比強度を、下記の方法により測定した。その結果を、原料混合物の組成とともに表１に示す。
得られた発泡体について、針状無機物粒子のサイズ（平均長径、平均短径、平均アスペクト比）、密度、熱伝導率、引張比強度を、下記の方法により測定した。その結果を、原料混合物の組成とともに表１に示す。
（針状無機物粒子のサイズの測定方法）
発泡体から針状無機物粒子を分離して、得られた針状無機物粒子の平均長径、平均短径、平均アスペクト比を測定した。
発泡体からの針状無機物粒子の分離は、次のようにして行った。発泡体５０ｍｇをオルトキシレン２０ｍＬに添加したのち加熱還流させ溶解させて、発泡体溶液を得た。得られた発泡体溶液をオムニポアメンブレンフィルター（メルクミリポア製、ＪＨＷＰ０４７００）にてろ過し、固形分を回収した。回収した固形物を、再度オルトキシレン２０ｍＬに添加したのち加熱還流させ、得られた溶液をろ過し、固形物を回収した。得られた固形物をＮ－メチルピロリドンに添加し、超音波処理を５分間行い、得られた分散液をオムニポアメンブレンフィルター（メルクミリポア製、ＪＨＷＰ０４７００）にてろ過して、針状無機物粒子を取得した。
発泡体から針状無機物粒子を分離して、得られた針状無機物粒子の平均長径、平均短径、平均アスペクト比を測定した。
発泡体からの針状無機物粒子の分離は、次のようにして行った。発泡体５０ｍｇをオルトキシレン２０ｍＬに添加したのち加熱還流させ溶解させて、発泡体溶液を得た。得られた発泡体溶液をオムニポアメンブレンフィルター（メルクミリポア製、ＪＨＷＰ０４７００）にてろ過し、固形分を回収した。回収した固形物を、再度オルトキシレン２０ｍＬに添加したのち加熱還流させ、得られた溶液をろ過し、固形物を回収した。得られた固形物をＮ－メチルピロリドンに添加し、超音波処理を５分間行い、得られた分散液をオムニポアメンブレンフィルター（メルクミリポア製、ＪＨＷＰ０４７００）にてろ過して、針状無機物粒子を取得した。
発泡体から分離した針状無機物粒子を、電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ製、ＭｉｎｉｓｃｏｐｅＴＭ３０００）により撮影した。画像解析ソフトＩｍａｇｅＪ（アメリカ国立衛生研究所製）を用いて、撮影した針状無機物粒子の画像データを二値化し、これを楕円近似化処理した。得られた針状無機物粒子１００個以上の楕円化像について長径と短径をそれぞれ計測し、平均長径と平均短径とを算出した。そして、楕円化像それぞれについて計測した長径を短径で除してアスペクト比を求め、その平均値を平均アスペクト比として算出した。
（発泡体の密度の測定方法）
発泡体の密度ρ（ｋｇ／ｍ３）は、下記式（１）によって求めた。ストランド状の発泡体を切断して、密度測定用の試験サンプルを作製した。試験サンプルの質量Ｍ（ｋｇ）は大気下で測定し、試験サンプルの体積Ｖ（ｍ３）は水中置換法によって測定した。
発泡体の密度ρ（ｋｇ／ｍ３）は、下記式（１）によって求めた。ストランド状の発泡体を切断して、密度測定用の試験サンプルを作製した。試験サンプルの質量Ｍ（ｋｇ）は大気下で測定し、試験サンプルの体積Ｖ（ｍ３）は水中置換法によって測定した。
ρ＝Ｍ／Ｖ・・・（１）
Ｍ：試験サンプルの質量（ｋｇ）、Ｖ：試験サンプルの体積（ｍ３）
Ｍ：試験サンプルの質量（ｋｇ）、Ｖ：試験サンプルの体積（ｍ３）
（発泡体の熱伝導率の測定方法）
発泡体の熱伝導率は、迅速熱伝導率計（京都電子工業株式会社製、ＱＴＭ－５００）を用いて測定した。迅速熱伝導率計のプローブには、ニードル型プローブ（京都電子工業株式会社製、ＰＤ－Ｎ０）を使用した。
試験サンプルは、ストランド状の発泡体を切断して、各３本作製した。試験サンプルを、室温２３℃、相対湿度５５％の恒温恒湿環境下で、１２時間静置した後、その恒温恒湿環境下で、試験サンプルの切断面の中心からニードル型プローブを挿入し、熱伝導率を測定した。次いで、リファレンスサンプルの発泡ポリエチレンについても試験サンプルと同様に熱伝導率を測定した。そして、発泡体の熱伝導率λ（Ｗ／ｍＫ）を、下記式（２）よって算出した。なお、表１には、３本の試験サンプルでそれぞれ算出した熱伝導率の平均値を記載した。
発泡体の熱伝導率は、迅速熱伝導率計（京都電子工業株式会社製、ＱＴＭ－５００）を用いて測定した。迅速熱伝導率計のプローブには、ニードル型プローブ（京都電子工業株式会社製、ＰＤ－Ｎ０）を使用した。
試験サンプルは、ストランド状の発泡体を切断して、各３本作製した。試験サンプルを、室温２３℃、相対湿度５５％の恒温恒湿環境下で、１２時間静置した後、その恒温恒湿環境下で、試験サンプルの切断面の中心からニードル型プローブを挿入し、熱伝導率を測定した。次いで、リファレンスサンプルの発泡ポリエチレンについても試験サンプルと同様に熱伝導率を測定した。そして、発泡体の熱伝導率λ（Ｗ／ｍＫ）を、下記式（２）よって算出した。なお、表１には、３本の試験サンプルでそれぞれ算出した熱伝導率の平均値を記載した。
λ＝λＳ－（λＲ１－λＲ０）・・・（２）
λＳ：試験サンプルの熱伝導率の測定値（Ｗ／ｍＫ）、λＲ０：リファレンスサンプルの熱伝導率の既定値（Ｗ／ｍＫ）、λＲ１：リファレンスサンプルの熱伝導率の測定値（Ｗ／ｍＫ）
λＳ：試験サンプルの熱伝導率の測定値（Ｗ／ｍＫ）、λＲ０：リファレンスサンプルの熱伝導率の既定値（Ｗ／ｍＫ）、λＲ１：リファレンスサンプルの熱伝導率の測定値（Ｗ／ｍＫ）
（発泡体の引張比強度の測定方法）
引張比強度は、下記式（３）に示すように、引張強度を密度で除することによって算出した。
σｒ＝σｂ／ρ・・・（３）
σｒ：引張比強度（Ｎｍ／ｋｇ）、σｂ：引張強度（Ｎ／ｍ２）、ρ：密度（ｋｇ／ｍ３）
引張比強度は、下記式（３）に示すように、引張強度を密度で除することによって算出した。
σｒ＝σｂ／ρ・・・（３）
σｒ：引張比強度（Ｎｍ／ｋｇ）、σｂ：引張強度（Ｎ／ｍ２）、ρ：密度（ｋｇ／ｍ３）
発泡体の密度は、上記の方法で測定した値である。
発泡体の引張強度は、万能試験機（株式会社島津製作所製、ＥＺ－ＬＸ）を用い、つかみ具間距離を５０ｍｍ、制御速度を５ｍｍ／ｍｉｎの条件で測定した。試験サンプルは、ストランド状の発泡体を８ｃｍずつ切断して、各３本作製した。なお、表１には、３本の試験サンプルでそれぞれ算出した引張比強度の平均値を記載した。
発泡体の引張強度は、万能試験機（株式会社島津製作所製、ＥＺ－ＬＸ）を用い、つかみ具間距離を５０ｍｍ、制御速度を５ｍｍ／ｍｉｎの条件で測定した。試験サンプルは、ストランド状の発泡体を８ｃｍずつ切断して、各３本作製した。なお、表１には、３本の試験サンプルでそれぞれ算出した引張比強度の平均値を記載した。
無機物粒子として粒状無機物粒子であるタルクを単独で含む比較例１の発泡体は、密度が高くなった。これは、発泡体の強度が低く、時間の経過とともに、徐々に気孔が潰れて収縮したためであると考えられる。
これに対して、無機物粒子として針状無機物粒子である針状塩基性硫酸マグネシウム粒子を本発明の範囲で含む実施例１～６の発泡体は、強度が高く、密度と熱伝導率は低くなった。特に密度が低い実施例２と実施例６は、他の実施例と比較して熱伝導率が低くなった。また、実施例３においては、他の実施例と比較して引張比強度が低くなっているが、これは、原料のポリプロピレンが、ＭＦＲが９．０ｇ／１０分と大きく、引張強度が比較的低い粉末状ポリプロピレン（Ｂ２）を含むためであると考えられる。
本発明の発泡体は、強度が高く、気孔が潰れにくいので、緩衝材、包装材、断熱材として有利に利用することができる。また、本発明の発泡体の製造方法によれば強度が高く、気孔が潰れにくい発泡体を、工業的に容易に製造することができる。
Claims (4)
- 針状無機物粒子とポリプロピレンとを含み、前記針状無機物粒子の含有量が１質量％以上２０質量％以下の範囲内にあって、発泡体から分離して測定した前記針状無機物粒子のアスペクト比（長径／短径）の平均が１．５以上１００以下の範囲内にあり、密度が８０ｋｇ／ｍ ３ 以下のストランド状である発泡体。
- 前記針状無機物粒子が、針状塩基性硫酸マグネシウム粒子である請求項１に記載の発泡体。
- さらに、粒状無機物粒子を含み、前記粒状無機物粒子の含有量が１質量％以上２０質量％以下の範囲内にある請求項１または２に記載の発泡体。
- アスペクト比の平均が２以上１００以下の範囲内にある針状無機物粒子とポリプロピレンとを混練して、針状無機物粒子を１質量％以上２０質量％以下の範囲内で含有する第１混練物を生成させる工程と、
前記第１混練物と水とを、連続式混練機を用いて、シリンダー部の温度およびダイ部の温度が１６０℃以上１９０℃以下の範囲内、スクリュー回転数が５０ｒｐｍ以上４００ｒｐｍ以下の範囲内となる混練条件にて混練して第２混練物を生成させる工程と、
前記第２混練物を前記ダイ部より押出し、水分を蒸発させてストランド状の発泡体を生成させる工程と、を含む発泡体の製造方法。
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| JP2017234426 | 2017-12-06 | ||
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Citations (5)
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2018
- 2018-12-06 JP JP2019558275A patent/JP7192790B2/ja active Active
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