JP7399663B2 - 発泡性ポリスチレン系樹脂粒子、ポリスチレン系予備発泡粒子および発泡成形体。 - Google Patents
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Description
〔本発明の一実施形態の概要〕
発泡成形体の成型工程において、予備発泡粒子の表面に付着した外添剤の作用等により、予備発泡粒子間の融着性が低下し、発泡成形体の強度が低下するという問題がある。その一方で、予備発泡粒子間の融着性が高すぎると、取り出し工程において、発泡成形体の冷却に時間がかかり、成形サイクルが長くなるという問題がある。また、温度が十分に下がらないうちに金型から発泡成形体を取り出すと、発泡成形体の変形が生じるという問題がある。
本発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を構成する発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体は、構成単位としてスチレン単位を含む基材樹脂と、発泡剤とを含む発泡性樹脂からなる粒子である。
本明細書において、基材樹脂を構成する「スチレン単位」とは、スチレン単量体に由来する構成単位である。基材樹脂は、基材樹脂が含む全構成単位の質量を100重量%としたとき、スチレン単位の質量が60重量%以上であることが好ましく、70重量%以上であることがより好ましい。
発泡剤としては、プロパン、ブタン、ペンタン等の脂肪族炭化水素;シクロブタン、シクロペンタン等の脂環族炭化水素;メチルクロライド、ジクロロジフルオロメタン、ジクロロテトラフルオロエタン等のハロゲン化炭化水素;等が挙げられる。その中でも、発泡力が良好である点から、ブタンがより好ましい。これら発泡剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体の製造方法としては、懸濁重合法およびシード重合法等、公知の方法を用いることができ、特に限定されない。
本発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を構成するポリエチレンワックスは、エチレンの重合、ポリエチレンの熱分解等により得られるポリエチレンであり、ポリシロキサンと協働して、ブロッキング抑制剤および融着促進剤として作用する。
本発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を構成するポリシロキサンは、ポリエチレンワックスと協働して、ブロッキング抑制剤および融着促進剤として作用する。
本発明の一実施形態に係る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、本発明の効果を阻害しない範囲で、残留する単量体成分、または、添加剤、例えば、溶剤、可塑剤、造核剤、難燃剤、難燃助剤、帯電防止剤、撥水剤等を含有していてもよい。
本発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の安息角は、28度以下であることが好ましく、27度以下であることがより好ましい。また、下限値については特に限定されないが、例えば、24度以上と例示することができる。安息角が28度以下であれば、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の良好な流動性が得られる。本願明細書において、安息角は、後述の実施例に記載される方法にしたがって測定される値である。
本発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の体積平均粒子径は、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体の平均粒子径ともいえる。本発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の体積平均粒子径は、発泡成形体の用途等に応じて適宜に設定することができるが、成形性の観点から、0.5mm以上であることが好ましく、0.6mm以上であることがより好ましく、1.5mm以下であることが好ましく、1.2mm以下であることがより好ましい。なお、本願明細書において、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体の体積平均粒子径は、画像処理方式マイクロトラックJPAを使用して測定される値である。
本発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法としては、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体の表面に、ポリシロキサン、およびポリエチレンワックスを、それぞれ上述した量で塗布することができる方法であればよく、特に限定されない。
本発明の一実施形態に係るポリスチレン系予備発泡粒子は、上述した発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を予備発泡(一次発泡)させることによって得られる。
本発明の一実施形態に係る発泡成形体は、上述したポリスチレン系予備発泡粒子を加熱発泡(二次発泡)させて、成形することによって得られる。
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の流動性の指標となる安息角は、安息角およびスパチュラ角測定機等の評価装置を利用した。四面のうちの一面が堰になっている直方体の箱(12cm(長さ)×10cm(巾)×8cm(高さ)、堰部分:10cm(巾)×8cm(高さ))を用意し、当該箱に、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を擦切り一杯になるように投入した。投入後、上記堰を取り外して、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を自然にこぼれさせた。そして、箱に残った発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の稜線と、平面とがなす角度を測定し、その角度を安息角(度)とした。
4:安息角が25度を超え、28度以下で、流動性が良く、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が転がるものの、一部が評価装置の上に残る状態
3:安息角が28度を超え、35度以下で、流動性は良いものの、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を転がすためにバイブレーターが必要な状態
2:安息角が35度を超え、50度以下で、流動性が悪く、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が転がらないため、ブリッジが形成される状態
1:安息角が50度を超え、流動性が非常に悪く、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が転がらない状態。
撹拌機を備えた加圧式予備発泡機(大開工業(株)製、CH-100)に、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を投入した。加熱媒体として水蒸気(吹き込み蒸気圧0.1MPa)を用い、予備発泡機内の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱することによって予備発泡(一次発泡)させ、嵩倍率(見掛け倍率)が25倍のポリスチレン系予備発泡粒子を得た。次いで、予備発泡機からポリスチレン系予備発泡粒子を取り出すときに、当該予備発泡粒子を目開きが1cmの網に通過させ、網を通過しなかったポリスチレン系予備発泡粒子を回収した。網を通過しなかったポリスチレン系予備発泡粒子の重量を計量してブロッキング量とした。下記算出式に基づいてブロッキング率を算出した。
ブロッキング率が2.0重量%以下であるポリスチレン系予備発泡粒子を合格と評価した。
縦450mm×横300mm×深さ25mmの大きさの金型内に、ポリスチレン系予備発泡粒子を充填した。成形機((株)ダイセン製、KR-57)を使用して、加熱媒体として水蒸気(吹き込み蒸気圧0.08MPa)を用い、金型内のポリスチレン系予備発泡粒子を8秒間加熱し、2秒間水冷し、真空放冷した。金型内に設けた面圧計(発泡成形体の圧力)が60kPaに到達した時点で、成形を終了し、板状の発泡成形体を金型から取り出した。成形サイクルとして、加熱開始時点から成形終了時点(上記面圧計が60kPaに到達した時点)までにかかった時間を測定した。得られた発泡成形体は、室温で24時間乾燥させた。
(1)融着率の評価
得られた発泡成形体を破断してその破断面を観察し、発泡粒子界面ではなく発泡粒子が破断している割合(融着率)を求めた。融着率が50%以上である場合を合格と評価した。
得られた発泡成形体の表面の状態を目視で観察して、下記5段階で評価した。数値の大きい方が表面性に優れ、発泡粒子同士の隙間が少なく、表面が美麗な状態であり、「4」以上を合格と判定した。
4:部分的に隙間があるものの、殆ど分からない
3:所々に隙間があるものの、全体としては許容することができる
2:隙間が目立つ
1:隙間が多い。
KF-50:メチルフェニルポリシロキサン、粘度(25℃):1000mm2/s、屈折率(25℃):1.427(信越化学工業(株)製)
KF-54:メチルフェニルポリシロキサン、粘度(25℃):400mm2/s、屈折率(25℃):1.505(信越化学工業(株)製)
<使用したポリエチレンワックス>
PW-655 分子量655、融点99℃(東洋アドレ(株)製)
ポリワックス850-80M 分子量850、融点107℃(東洋アドレ(株)製)
ポリワックス1000-80M 分子量1000、融点113℃(東洋アドレ(株)製)
ポリワックス2080P 分子量2080、融点126℃(東洋アドレ(株)製)
〔実施例1〕
(発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体の製造)
撹拌機付属の1500Lの耐圧容器に、純水100重量部、リン酸三カルシウム0.2重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.01重量部、および、開始剤として過酸化ベンゾイル(日油(株)製)0.25重量部、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキシルモノカーボネート(日油(株)製)0.29重量部、および、造核剤としてポリエチレンワックス(850-80M、東洋アドレ(株)製)0.2重量部を投入した。次いで、250回転/分で撹拌しながら、スチレン単量体100重量部を投入後、98℃まで昇温し、4時間重合反応を行った。この重合反応の重合転化率は92%であった。次いで、発泡剤としてペンタン(ノルマル/イソ=80/20)4.5重量部を耐圧容器中に圧入し、120℃まで昇温させた。次いで、120℃にて3時間保持した後、室温まで冷却して、耐圧容器から重合スラリーを取り出した。取り出した重合スラリーを洗浄、脱水し、気流乾燥器を使用して乾燥させて、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体を得た。
上記で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子100重量部をスーパーミキサー((株)カワタ製、SMV-20)に投入し、メチルフェニルポリシロキサン(KF-54)0.02重量部を60秒間かけて投入し、60秒間撹拌した。次いで、ポリエチレンワックス(東洋アドレ(株)製)を投入し、さらに60秒間撹拌することにより、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得た。
上記で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、撹拌機を備えた加圧式予備発泡機(大開工業(株)製、CH-100)に投入した。加熱媒体として水蒸気(吹き込み蒸気圧0.1MPa)を用い、予備発泡機内の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱することによって予備発泡(一次発泡)させ、嵩倍率(見掛け倍率)が25倍のポリスチレン系予備発泡粒子を得た。次いで、得られたポリスチレン系予備発泡粒子を室温で24時間放置して、養生乾燥を行った。
養生乾燥後のポリスチレン系予備発泡粒子を、縦450mm×横300mm×厚さ20mmの大きさの金型内に充填した。次いで、成形機((株)ダイセン製、KR-57)を使用して、加熱媒体として水蒸気(吹き込み蒸気圧80kPa)を用い、金型内のポリスチレン系予備発泡粒子を8秒間加熱した。次いで、2秒間水冷し、真空放冷し、金型内に設けた面圧計(発泡成形体の圧力)が60kPaに到達した時点で、金型を開けて発泡成形体を取り出した。
実施例1で製造した発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体を用い、ポリシロキサン、およびポリエチレンワックスの種類および量を変更した以外は、実施例1の方法と同様の方法を用いて、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子、ポリスチレン系予備発泡粒子および発泡成形体を得た。
(発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体の製造)
撹拌機付属の1500Lの耐圧容器に、純水100重量部、リン酸三カルシウム0.2重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.01重量部、および、開始剤として過酸化ベンゾイル(日油(株)製)0.26重量部、1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日油(株)製)0.16重量部、および、造核剤としてポリエチレンワックス(850-80M、東洋アドレ(株)製)0.04重量部を投入した。次いで、250回転/分で撹拌しながら、スチレン単量体95重量部、およびアクリル酸ブチル単量体5重量部を投入後、98℃まで昇温し、4時間重合反応を行った。この重合反応の重合転化率は92%であった。次いで、発泡剤としてブタン(ノルマル/イソ=50/50)4.5重量部を耐圧容器中に圧入し、120℃まで昇温させた。次いで、120℃にて2時間保持した後、室温まで冷却して、耐圧容器から重合スラリーを取り出した。取り出した重合スラリーを洗浄、脱水し、気流乾燥器を使用して乾燥させて、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体を得た。
Claims (6)
- 発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体の表面に、ポリエチレンワックスおよびポリシロキサンが存在してなる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
上記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体100重量部に対して、ポリエチレンワックス0.01~0.2重量部、およびポリシロキサン0.01~0.06重量部を含有し、
上記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子本体の表面に高級脂肪酸金属塩が塗布されていないことを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。 - 安息角が28度以下であることを特徴とする、請求項1に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 上記ポリエチレンワックスの重量平均分子量が、600以上、2500以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 上記ポリシロキサンが、メチルフェニルポリシロキサンである、請求項1~3のいずれか1項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、予備発泡させてなることを特徴とするポリスチレン系予備発泡粒子。
- 請求項5に記載のポリスチレン系予備発泡粒子を成形してなることを特徴とする発泡成形体。
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