JP7216988B2

JP7216988B2 - 弾性複合材製造プロセス及びその製品

Info

Publication number: JP7216988B2
Application number: JP2018176511A
Authority: JP
Inventors: 志雄郭
Original assignee: GIA-JIU ENTERPRISE MFG. CORPORATION
Current assignee: GIA-JIU ENTERPRISE MFG. CORPORATION
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: TWI656169B; TW201938683A; JP2019157107A

Description

本発明は、熱可塑性弾性体のプロセス及び製品に関し、それは、混練、発泡を経て製造され、得られる弾性複合材の構造は、良好な特性性能を有し、特に、発泡を靴底に応用することで、使用上良好な回復弾性を有し、材質が軽く、製造コストを低減する。

靴底によく応用される材料は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ゴム、エチレン - 酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）等がある。そのうち、ＥＶＡ発泡材料が最も広く使用されているが、ＥＶＡ発泡材料は、圧縮変形し易く、回復弾性が良好でない。ＰＵ発泡材料は、加工過程が簡単で、自動化生産の実現を補助するものであって、広く注目されているが、黄変し易く、耐老化性能が良好でない等の欠陥がある。

材料科学の迅速な発展と技術の飛躍に伴って、熱可塑性弾性体は、靴底の製品広く応用されている。熱可塑性ポリアミド弾性体(Thermoplastic Polyamide Elastomer、略記はTPA、TPAE、TPE-A、PEBA)は、硬質ポリアミン（ナイロン）セグメント及び軟質ポリエーテル又はポリエステルセグメントから組成されるブロック共重合体である。その他の熱可塑性弾性体よりも広い応用温度範囲及び硬度を有し、主にその他の熱可塑性弾性体が不適用な低温環境に応用され、優れた機械及び動態性能、良好な耐化学性および耐摩耗性、耐高温を有し、且つ揮発性又は遷移性可塑剤を含まず、従って、広く使用される。但し、その欠点は、沸騰水に加水分解し易く、価格が高く、リサイクル素材が変色し易い等の欠点があり、従って、依然として改善の余地がある。熱可塑性ポリウレタン弾性体(Thermoplastic Polyurethane 、TPU)は、同様に優れた耐摩耗性能、良好な引張強度及び延伸率及び耐油効果を有し、価格が熱可塑性ポリウレタン弾性体よりも安く、且つその互換性が良好であり、従って、変性熱可塑性ポリアミド弾性体が第１選択材料となっている。現在、公知の関連材料の変性先行技術は、例えば、台湾発明特許第Ｉ５６４３２６号のアミド系弾性体発泡粒子、その製造方法、発泡成形体及びその製造方法がある。

特開2005-226003号公報

本発明は、熱可塑性ポリアミド弾性体及び熱可塑性ポリウレタン弾性体を特定の割合で混合、混練及び発泡して得られ、その内部に分布する微小な気泡孔によりその全体構造に軽量化、一定の構造強度の効果を維持させ、後続の行程で靴底の製造コストを制御できるように補助し、同時に単一の熱可塑性ポリアミド弾性体の使用の応答上に存在する前述の問題を改善する弾性複合材プロセス及びその製品を提供する。

本発明の弾性複合材プロセスは、混合ステップ、混練ステップ及び発泡ステップを含む。そのうち、混合ステップは、第１混合物、第２混合物、抗酸化黄変防止剤、耐加水分解剤、紫外線吸収剤をミキサで撹拌混合し、第１混合物は、熱可塑性ポリアミド弾性体（ＴＰＡＥ）であり、その密度が１～１．０１ｇ／ｃｍ^３であり、ショア硬度がＡ８０～Ａ９５であり、加入重量は、４０～８０ＰＨＲ（組成物の１００部あたりの総成分の対応する部数）であり、第２混合物は、熱可塑性ポリウレタン弾性体（ＴＰＵ）であり、その密度は１．１ｇ／ｃｍ^３～１．２ｇ／ｃｍ^３であり、ショア硬度は、Ａ８０～Ａ９５であり、加入重量は、２０～６０ＰＨＲであり、抗酸化黄変防止剤の加入重量は、０．５～１ＰＨＲであり、耐加水分解剤の加入重量は、０．５～１．５ＰＨＲであり、紫外線吸収剤の加入重量は、０．５～１ＰＨＲであり、混練ステップは、第１混合物、第２混合物、抗酸化黄変防止剤、耐加水分解剤、紫外線吸收剤を均一に混合した後、混練機に入れ、複合粒子を得て、前記混練機の設定温度は、１５０℃～１７０℃であり、発泡ステップは、前記複合粒子及び水分散液、エントレーナーを高圧釜に入れ、撹拌混合後、高圧流体を高圧釜に入れ、高圧釜を加熱し、複合粒子及び高圧流体に溶解平衡を達成させ、高圧釜の放圧及び水蒸気及び高圧空気の高圧釜への充填を経て、発泡の弾性複合材を得て、前記高圧流体は、ＣＯ_２及びＮ_２であり、且つＣＯ_２圧力は、８～９ＭＰａであり、Ｎ_２圧力は、５～７ＭＰａであり、前記高圧釜を加熱する温度は、１１０℃～１５０℃であり、且つ高圧釜を加熱する時間は、０．５時間～２時間である。

本発明の弾性複合材は、第１混合物及び第２混合物を割合に従って混練し、発泡成型を経た固形粒子であり、該弾性複合材は、表皮層、及び該表皮層に完全に被覆された内層を含み、該内層が複数の気泡孔を有し、且つ該複数の気泡孔は、部分的に互いに連通し、部分的に互いに連通せず、前記第１混合物は、熱可塑性ポリアミド弾性体であり、前記第２混合物は、熱可塑性ポリウレタン弾性体であり、弾性複合材が含む第１混合物の百分比は、それが含む第２混合物の百分比よりも大きい。

本発明の弾性複合材プロセス及びその製品は、熱可塑性ポリアミド弾性体及び熱可塑性ポリウレタン弾性体を特定割合で混合、混練及び発泡した後に得られ、その内部に分布する微小な気泡孔によってその全体構造を軽量化させ、一定の構造強度を維持させる効果をもたせ、後続の靴底を製造する製造コストの制御を補助する。

本発明のフロー図である。本発明の実施例の組成割合及び材質特性及び対照組の比較表である。本発明の弾性複合材の立体説明図である。本発明の弾性複合材の断面説明図である。図４のＡブロックの局部拡大説明図である。

図１に示すように、本発明の弾性複合材プロセスは、混合ステップ、混練ステップ及び発泡ステップを含む。

混合ステップは、第１混合物、第２混合物、抗酸化黄変防止剤、耐加水分解剤、紫外線吸収剤をミキサで撹拌混合し、第１混合物は、熱可塑性ポリアミド弾性体（ＴＰＡＥ）であり、その密度が１～１．０１ｇ／ｃｍ^３であり、ショア硬度がＡ８０～Ａ９５であり、加入重量は、４０～８０ＰＨＲ（組成物の１００部あたりの総成分の対応する部数）であり、第２混合物は、熱可塑性ポリウレタン弾性体（ＴＰＵ）であり、その密度は１．１ｇ／ｃｍ^３～１．２ｇ／ｃｍ^３であり、ショア硬度は、Ａ８０～Ａ９５であり、加入重量は、２０～６０ＰＨＲであり、抗酸化黄変防止剤の加入重量は、０．５～１ＰＨＲであり、耐加水分解剤の加入重量は、０．５～１．５ＰＨＲであり、紫外線吸収剤の加入重量は、０．５～１ＰＨＲである。

混練ステップは、第１混合物、第２混合物、抗酸化黄変防止剤、耐加水分解剤、紫外線吸收剤を均一に混合した後、混練機に入れ造粒し、複合粒子を得て、前記混練機の設定温度は、１５０℃～１７０℃であり、発泡ステップは、前記複合粒子及び水分散液、エントレーナーを高圧釜に入れ、撹拌混合後、高圧流体を高圧釜に入れ、高圧釜を加熱し、複合粒子及び高圧流体に溶解平衡を達成させ、高圧釜の放圧及び水蒸気及び高圧空気の高圧釜への充填を経て、発泡の弾性複合材を得て、前記高圧流体は、ＣＯ2及びＮ2であり、且つＣＯ2圧力は、８～９ＭＰａであり、Ｎ2圧力は、５～７ＭＰａであり、前記高圧釜を加熱する温度は、１１０℃～１５０℃であり、且つ高圧釜を加熱する時間は、０．５時間～２時間である。

図２を併せて参照し、図は、対照組及び第１～第３実施例を示す。そのうち、第１実施例は、８０ＰＨＲの第１混合物（熱可塑性ポリアミド弾性体）及び２０ＰＨＲの第２混合物（熱可塑性ポリウレタン弾性体）を採用する。第２実施例は、６０ＰＨＲの第１混合物（熱可塑性ポリアミド弾性体）及び４０ＰＨＲの第２混合物（熱可塑性ポリウレタン弾性体）を採用する。第３実施例は、４０ＰＨＲの第１混合物（熱可塑性ポリアミド弾性体）及び６０ＰＨＲの第２混合物（熱可塑性ポリウレタン弾性体）を採用する。前記第１実施例～第３実施例の第２混合物（熱可塑性ポリウレタン弾性体、ＴＰＵ）硬度がショア硬度Ａ８５であり、密度が１．２ｇ／ｃｍ3であり、軟化点が１２０℃であり、融点が１５５℃である。対照組の熱可塑性ポリアミド弾性体は、ＰＥＢＡＸ４５３３を採用し、ショア硬度は、Ａ９２であり，密度は、１．０１ｇ／ｃｍ3であり、軟化点は、１１１℃であり、融点は、１４７℃であり、同様に第１～第３実施例の第１混合物もＰＥＢＡＸ４５３３を採用することを例とする。また、第１混合物は、ＵＢＥＳＴＡＸＡＰ又はＶＥＳＴＡＭＩＤＥ及びＴＰＵの混練を採用することでもき、同じ効果を有する。

特に注意すべきこととして、第１～第３実施例から得られる男性複合材は、実験で測定される延伸率は、対照組の延伸率よりもはるかに大きく、第１、第２実施例で得られる引張強度も対照組よりも高い。その他の硬度、密度、引裂強度、反発等の材質特性については、第１～第３実施例は、対称組に比較して、大体その差異は大きくない。このことから分かるように、本発明は、融点が第２混合物（熱可塑性ポリウレタン弾性体、ＴＰＵ）よりも高いことによって第１混合物との混練発泡後、元の第１混合物の軟化点及び融点を改善し、材料の延伸率、引張強度等の特性を大幅に向上させる。

前記弾性複合材プロセスは、以下の技術特徴を含む。
前記混合ステップは、更に滑剤とコア形成剤を、第１混合物、第２混合物、抗酸化黄変防止剤、耐加水分解剤、紫外線吸收剤とミキサで撹拌混合し、滑剤の加入重量は、０．５～１ＰＨＲ、コア形成剤の加入重量は、２～５ＰＨＲであることを含む。

前記混練ステップの混練機は、ミキサまたは一軸スクリュー押出機または二軸スクリュー押出機であり、複合粒子の粒径は、１～２ｍｍである。

発砲ステップの水分散液は、水と界面活性剤を含み、エントレーナーがシクロペンタン、ブタン、エタノールまたはメタノールの何れか一者であり、且つ水と表面活性剤とエントレーナーの比が１：０．００２：０．０２～１：０．０１：０．０５である。発泡ステップの溶解平衡は、０．５～２時間の浸漬を含む。発泡の弾性複合材の粒径の大きさが３ｍｍ～７ｍｍである。

前記弾性複合材プロセスによって得られる製品は、図３～図５に示すように、弾性複合材１は、表皮層２、及び該表皮層２に完全に被覆された内層３を含み、該内層３が複数の気泡孔３１を有し、且つ該複数の気泡孔３１は、部分的に互いに連通し、部分的に互いに連通しない。該弾性複合材１の粒径の寸法は、３ｍｍ～７ｍｍであり、該表皮層２の厚さの寸法は、１００μｍ～２００μｍであり、気泡孔３１の直径は、１００～４００μｍである。また、該表皮層２の外表面は、滑らかである。弾性複合材１は、楕円状又は球状を呈するように製造できる。

上述の説明は、本発明の技術特徴を示す好適な実施形態を説明したものである。当業者は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において変更および修飾を行うことができ、これらの変更および修飾は、本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１弾性複合材
２表皮層
３内層
３１気泡孔

Claims

第１混合物、第２混合物、抗酸化黄変防止剤、耐加水分解剤、紫外線吸収剤をミキサで撹拌混合し、第１混合物は、熱可塑性ポリアミド弾性体であり、その密度が１～１．０１ｇ／ｃｍ^３であり、ショア硬度がＡ８０～Ａ９５であり、加入重量は、４０～８０ＰＨＲ（第１混合物と第２混合物からなる組成物の１００部あたりの総成分の対応する部数）であり、第２混合物は、熱可塑性ポリウレタン弾性体であり、その密度は１．１ｇ／ｃｍ^３～１．２ｇ／ｃｍ^３であり、ショア硬度は、Ａ８０～Ａ９５であり、加入重量は、２０～６０ＰＨＲであり、抗酸化黄変防止剤の加入重量は、０．５～１ＰＨＲであり、耐加水分解剤の加入重量は、０．５～１．５ＰＨＲであり、紫外線吸収剤の加入重量は、０．５～１ＰＨＲである混合ステップと、
第１混合物、第２混合物、抗酸化黄変防止剤、耐加水分解剤、紫外線吸收剤を均一に混合した後、混練機に入れ、複合粒子を得て、前記混練機の設定温度は、１５０℃～１７０℃である混練ステップと、
前記複合粒子及び水分散液、エントレーナーを高圧釜に入れ、撹拌混合後、高圧流体を高圧釜に入れ、高圧釜を加熱し、複合粒子及び高圧流体に溶解平衡を達成させ、高圧釜の放圧及び水蒸気及び高圧空気の高圧釜への充填を経て、発泡の弾性複合材を得て、前記高圧流体は、ＣＯ_２及びＮ_２であり、且つＣＯ_２圧力は、８～９ＭＰａであり、Ｎ_２圧力は、５～７ＭＰａであり、前記高圧釜を加熱する温度は、１１０℃～１５０℃であり、且つ高圧釜を加熱する時間は、０．５時間～２時間である発泡ステップと、を含む弾性複合材製造プロセス。
混合ステップは、更に滑剤とコア形成剤を、第１混合物、第２混合物、抗酸化黄変防止剤、耐加水分解剤、紫外線吸收剤とミキサで撹拌混合し、滑剤の加入重量は、０．５～１ＰＨＲ、コア形成剤の加入重量は、２～５ＰＨＲであることを含む請求項１に記載の弾性複合材製造プロセス。
発砲ステップの水分散液は、水と界面活性剤を含み、エントレーナーがシクロペンタン、ブタン、エタノールまたはメタノールの何れか一者であり、且つ水と表面活性剤とエントレーナーの比が１：０．００２：０．０２～１：０．０１：０．０５であり、発泡ステップの溶解平衡は、０．５～２時間の浸漬を含む請求項２に記載の弾性複合材製造プロセス。
混練ステップの混練機は、ミキサまたは一軸スクリュー押出機または二軸スクリュー押出機であり、複合粒子の粒径は、１～２ｍｍであり、発泡の弾性複合材の粒径の大きさが３ｍｍ～７ｍｍである請求項３に記載の弾性複合材製造プロセス。
第１混合物及び第２混合物を割合に従って混練し、発泡成型を経た固形粒子であり、
該弾性複合材は、表皮層、及び該表皮層に完全に被覆された内層を含み、該内層が複数の気泡孔を有し、且つ該複数の気泡孔は、部分的に互いに連通し、部分的に互いに連通せず、該複数の気泡孔が部分的連通する割合は、５％以下であり、互いに連通しない割合は９５％以上であり、
前記第１混合物は、熱可塑性ポリアミド弾性体であり、
前記第２混合物は、熱可塑性ポリウレタン弾性体であり、
弾性複合材が含む第１混合物の百分比は、それが含む第２混合物の百分比よりも大きく、
前記第１混合物は、４０～８０ＰＨＲ（第１混合物と第２混合物からなる組成物の１００部あたりの総成分の対応する部数）であり、該第２混合物は、１０～４０ＰＨＲであり、該弾性複合材の硬度は、９２Ａ～９４Ａであり、該弾性複合材の密度は、１．０１ｇ／ｃｍ^３から１．０７ｇ／ｃｍ^３であり、該弾性複合材の引張強度は、１８３．５ｋｇ／ｃｍ^２～２４３．９ｋｇ／ｃｍ^２であり、該弾性複合材の延伸率は、５２９．８３％～７２７．１９％であり、該弾性複合材の引裂強度は、１４０ｋｇ／ｃｍ～１４９ｋｇ／ｃｍであり、該弾性複合材の反発力は、５２％～５４％であり、該弾性複合材の粒径の寸法は、３ｍｍ～７ｍｍであり、該表皮層の厚さの寸法は、１００μｍ～２００μｍであり、且つ該表皮層の該表面は、滑らかである、弾性複合材。