JPH05156066A - 加工性及び機械的性質が改良されたスチレン性ポリマーの発泡性粒子の製造方法 - Google Patents
加工性及び機械的性質が改良されたスチレン性ポリマーの発泡性粒子の製造方法Info
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Abstract
の粒子を、予備発泡の前に、該粒子のガラス転移温度よ
り低い温度において、発泡剤を部分的に減少させること
を特徴とする、加工性及び機械的性質が改良されたスチ
レン性ポリマーの発泡性粒子の製造方法。 【効果】予備発泡段階で不快臭を発生せず、多量の添加
剤を必要とせずに、極めてよい表面外観、低い収縮率、
高い焼結度を有し、且つ型内部での短い滞留時間を有す
る造形品及びブロックを成形する。
Description
改良されたスチレン性ポリマーの発泡性粒子の製造方法
に関する。特に詳しくは、本発明はスチレン性ポリマー
の発泡性粒子の製造方法に関し、特にそれらは成形によ
り極めてよい表面外観、低い収縮率、高い焼結度を有
し、且つ型の内部での比較的短い滞留時間を有する完成
品及びブロックの製造に適している。
マー、特にポリスチレンの発泡性粒子の製造は当技術分
野において周知である。それは重合化段階の間又は後の
時期にポリマー軟化温度より低い温度で沸騰する発泡剤
をポリマーに組み込むことからなる。発泡剤を含む粒子
を加熱する時、発泡剤は蒸発し、ポリマー中に非常に多
数の独立した中空、即ち気泡を生じる。低密度の完成品
又はブロックを製造するために、これらの粒子を所望の
完成品の造形を定める型の中空に装填し、その後発泡剤
の沸点及び高分子材料の軟化点より高い温度まで加熱す
る。この加熱段階の間、粒子は発泡し、制限された有用
な部屋のために、使用される型の中空の形状及び寸法を
有する物体を焼結成形する。粒子を型に直接装填する
か、又は型に装填する前にそれらを予備発泡し、それら
を約15〜30時間熟成してもよい。成形の後、得られ
た造形品を型から取り出した後に受ける歪みから成形品
を防ぐのに十分に長い時間型の内部で冷却しておく。発
泡プラスチック材料が非常によい熱の絶縁体なので、形
成された物体を冷却するために、型の内部での比較的に
長い滞留時間が要求される。そのために冷却時間は成形
サイクルの大部分を表し、与えられた時間の間に処理さ
れる成形原料の量を大幅に減少する。
同時に良い焼結の結果を得るために、過去において少量
のハロゲン化有機化合物、例えばブロモ−、クロロ−又
はクロロ−ブロモ−誘導体を重合化時間にスチレン性ポ
リマーに加えることが提案された。重合化段階の間に、
スチレンに加えられるこれらの有機化合物のいくつかの
例は、米国特許第4,169,193;4,172,928;及び4,200,696
号に報告されている。これらの有機生成物は、型内部で
の滞留時間をかなりの程度まで減少させるのを可能にす
るが、それらの使用を制限するいくつかの不利益を受け
る。最初の不利益は、予備発泡段階での不快臭の発生に
よるものである。さらに、高い成形収縮率を観測した
後、結果的に予定した寸法を有する成形物体は得ること
ができない。さらに、ハロゲン化有機生成物の使用は、
材料が食品包装の用途に使用される時、毒性の問題を引
き起こすかも知れない。周知のように、様々な国際的な
法規制は、ハロゲン化生成物が発泡ポリスチレンの処方
から除去されるべきだと示唆している。ヨーロッパ特許
公開第 0 046 494号では、アルコキシアルコールのヒド
ロキシカルボン酸エステル又はカルボン酸エステルでス
チレン性ポリマーの粒子を被覆することが提案されてい
る。そのような被覆は非常に短い成形時間及び非常によ
い焼結能力を与えるが;あいにくそれは、容器内部での
粒子のケーギング及び成形作業の間の化学用水の汚染の
必然的な問題に関し、許容されうる結果を得るために、
多量の添加剤を粒子に加えなければならないという欠点
を示している。
示さない成形品を得るのに適したスチレン性ポリマーの
発泡性粒子が、2 〜20%の発泡剤を含む上述の粒子を、
予備発泡の前に、該粒子のガラス転移温度より低い温度
において、発泡剤を部分的に減少させることにより得ら
れることを見出した。その結果、本発明の主題は、成形
により極めてよい表面外観、低い収縮率を有し、且つ型
内部での比較的短い滞留時間を有する完成品及びブロッ
クの製造に適したスチレン性ポリマーの発泡性粒子の製
造方法であり、その工程は以下からなる: −2〜20重量%の発泡剤を含むスチレン性ポリマーの
発泡性粒子を製造すること; −1重量%以下の量の帯電防止剤で上述の粒子を被覆す
ること; −該粒子のガラス転移温度より低い温度で該組み込まれ
た発泡剤の一部を取り除くこと。 発泡性粒子から取り除かれる発泡剤の量は本発明の目的
には臨界的ではない:しかしながら、特に焼結度につい
て言えば、最善の結果は上記発泡剤の初期含有量に対し
て、発泡剤の減少が60重量%以下、好ましくは5〜5
0重量%である時に得られる。発泡剤の除去は加熱下、
好ましくはオーブン中、粒子のガラス転移温度(Tg)
より低い温度で行われる。オーブン内部での粒子の滞留
時間は温度及び取り除かれる発泡剤の量の関数として変
化する。一般的に温度は25〜60℃、好ましくは35
〜50℃であり、滞留時間は10分〜24時間である。
下、好ましくは水性懸濁液中において、スチレン単独又
はそれとコポリマー化できる一つ又はそれ以上のエチレ
ン性不飽和コモノマーとの混合物の重合を行うことによ
り製造することができる。重合は、従来技術で公知の任
意の従来方法により、少なくとも一つのペルオキシ開始
剤の存在下で、又は熱を利用した方法により行うことが
できる。代替手段によると、前述のポリマーの粒子を発
泡剤の蒸気にさらすことにより、又は水中に懸濁又は押
出段階の間に後者を既に製造した粒子に加えることによ
り、発泡剤を先に製造したスチレン性ポリマーに組み込
むことができる。発泡性粒子の様々な製造方法は当業者
に周知であり、技術文献に記述されている。例示とし
て、英国特許第695,826;715,100;886,811;908,089;1,04
8,243 号; 及び米国特許第2,983,692 号が挙げられ、そ
の技術文献の内容は本明細書中に参照として含まれてい
る。本明細書及び請求項に使用した" スチレンポリマ
ー" 及び"スチレン性ポリマー" という語はスチレンホ
モポリマー、及び他のビニル性モノマー及び/又はビニ
リデン性モノマーとのスチレンコポリマーの両方を包含
し、それらコポリマーは少なくとも50重量%の化学結
合したスチレンを含んでいる。このようなコモノマーの
例はα−メチルスチレン;アルハロゲン化スチレン、例
えば2,4-ジクロロスチレン;アクリロニトリル;メタク
リロニトリル;炭素数1〜8のアルコールとα,β−不
飽和カルボン酸とのエステル、例えばアクリル酸及び/
又はメタクリル酸のエステル;N−ビニル−化合物,例
えばビニル−カルバゾール等である。スチレンあるいは
上記ビニル及び/又はビニリデンコモノマーに加えて、
ジビニルベンゼンのようなビニルタイプの2つの二重結
合を含んだ少量のモノマーも、“スチレンポリマー" 又
は" スチレン性ポリマー" という語の中でコポリマーに
含まれる。
慣用の揮発しやすい有機化合物を含み、それは室温で気
体又は液体のどちらでもよく、ポリマーを溶解せずにそ
れを発泡させ、その沸点はポリマーの軟化点より低い。
特に適当な発泡剤の例は、炭素数2〜6の脂肪族炭化水
素、例えばプロパン、ブタン、n−ペンタン、イソペン
タン、ヘキサン、シクロヘキサン等であり、それらは単
独の化合物として又はそれらの混合物として使用されて
もよい;石油エーテル;炭素数1〜3の脂肪族炭化水素
のハロゲン化誘導体、例えばメタン、エタン及びエチレ
ンにつく数個のクロロ−及びフルオロ−誘導体、例えば
ジ−クロロ−ジ−フルオロ−メタン、1,2,2-トリフルオ
ロ−エタン、1,1,2-トリクロロ−エタン等。発泡剤はポ
リマーの重量に対して2〜20重量%、好ましくは4〜
10重量%で使用される。本発明の工程に使用される帯
電防止剤は、その使用が、一般に易流動性の能力の表面
特性、仕上及びスチレン性ポリマーの粒子の加工性を改
善するために提案される。これらの帯電防止剤は周知で
あり、技術文献に記述されている;例示すると、K.ジョ
ンソン(K.Johnson),繊維及びプラスチック用帯電防止組
成物(AntistaticCompositions for Textiles and Plast
ics),Noyes Data Corporation,Park Ridge N.J. 1976,
があげられる。本発明の工程中に使用されうる帯電防止
剤の例は以下を含む:脂肪酸エステル、例えばステアリ
ル酸ブチル;モノ−ヒドロキシアルコール又はポリ−ヒ
ドロキシアルコール、例えばグリセロール;アミン、例
えばエトキシ化した第三アルキルアミン、脂肪酸ジアル
カノールアミン;アミド、例えばN,N-ビス-(2-ヒドロキ
シエチルステアラミド);ポリオキシエチレン誘導体又
はポリオキシアルキレン誘導体、例えばポリエチレング
リコールヘキサデシルエーテル;エチレンオキシド/プ
ロピレンオキシドコポリマー;アミン石鹸(aminic soap
s)、例えばオクタデシルアミンのステアリン酸塩; アル
キル−スルフェートのアミン塩(aminic salts)、例えば
グアニジンのオクタデシルスルフェート塩;第四アンモ
ニウム化合物、例えばオクタデシル−トリメチル−アン
モニウムクロライド;アルキル−フォスフェート、例え
ばリン酸水素ビス−ドデシル(bis-dodecyl hydrogen ph
osphate);アルキル−ホスホン酸のアミン塩、例えば、
トリエタノールアミンのオクタデシル−ホスホン酸塩
等。
いても単一の化合物として、又はそれらの任意の混合物
として使用できる。本発明の方法において使用するのに
好ましい帯電防止剤は;エチレンオキシドの含有量が1
0〜50重量%であり、分子量が1000〜5000であるブロ
ックエチレンオキシド/プロピレンオキシドブロックコ
ポリマーで、商品名GLENDION(R) として市販されてい
る;又は商品名 ATMER(R) としてI.C.I により市販され
ているエトキシ化された第三アルキルアミンである。帯
電防止剤の量は一般にポリマーに対して1%以下であ
り、例えばその量はポリマーに対して0.001 〜0.5 重量
%、好ましくは0.010〜0.1 重量%である。ポリマー粒
子を、先行技術で公知の任意の混合方法により、帯電防
止剤で被覆することができる;例えば、発泡性粒子は回
転ドラム中又はタンブラー中において適当な量の帯電防
止剤で処理することができる。帯電防止剤で粒子を被覆
することは次のふるいにかける作業を容易にし、このよ
うにして様々な部分を得られるようにし、その各々はコ
ントロールされたサイズの範囲を有し、違った用途に予
定されている。先行技術で公知の技術に従い、粒子は一
般に成形段階に供給される前に粒子のガラス転移温度よ
り高い温度においてスチーム又は熱風による予備発泡段
階に付され、その後室温において10〜30時間熟成さ
れる。
以下の特性を示している: (a)型内部での短い滞留時間、一般に、本発明の方法
により取り扱われない予備発泡性粒子から製造されるブ
ロック又は製品を冷却するのに必要な時間の50%に等
しいかそれより十分に短い。 (b)厚さ方向におけるブロックのひずみ<1%。 (c)成形を、実質的な量のリサイクルされたスクラッ
プ発泡生成物の添加で行わせるための高い焼結度。 (d)予備発泡の後の短い熟成時間;及び (e)それらの表面に対する着色剤又は他の添加剤の高
い吸着力。 発泡剤の他にスチレンポリマーはさらに添加剤、例えば
難燃剤、有機及び無機充填剤、染料、着色剤、帯電防止
剤、予備発泡段階の間に形成される塊を防止するための
凝結防止剤、可塑剤及び他の類似の化合物を含むことが
できる。スチレンの重合、好ましくは水性懸濁液中の重
合、発泡剤の添加、好ましくは重合化の過程で行われる
添加、及び密閉金型内部で成形することによる造形品へ
の粒子の変換は、当業者に周知の方法により行われ、そ
れらは技術文献、例えばフェリーノ(T.N.Ferrigno) に
よる" 硬質プラスチックフォーム(Rigid Plastic Foam
s)"Reinhold Publishing Corp., ニューヨーク,U.S.A.
(1963) に広範に記載されている。
く説明する目的で報告するものであり、決して本発明を
制限するものとして解釈されるべきでない。実施例1 180,000 の平均分子量、0.2 〜2.7mm のサイズを有し、
n-ペンタン及びイソペンタン70:30 の重量比の混合物で
構成される発泡剤を含んでいる20kgのポリスチレンの粒
子を、85〜120 ℃の温度で、且つ触媒としての過酸化ジ
ベンゾイル及びtert.-ブチルペルオキシドの存在下にお
いて、水性懸濁液中でスチレンを重合することにより得
た。重合反応器から排出された粒子を水で洗い、遠心分
離し20℃で1時間乾燥した。発泡性粒子を、GLENDION F
G という商品名で市販されているエチレンオキシド及び
プロピレンオキシド10:90 の重量比のブロックコポリマ
ーで構成され、2,000 〜3,000 の分子量を有する、帯電
防止剤300ppmと混合した。この混合をタンブラー中、室
温で約10分間行った。この粒子をその後ふるいにか
け、二つの部分に分けた。一方の部分 (A)は0.4 〜0.9mm の直径を有する粒子により構成さ
れ、もう一方の部分 (B)は0.9 〜2.7mm の直径を有する粒子より構成され
た。 それぞれの部分について測定すると、発泡剤の含有量は
部分(A)については6.8 重量%、部分(B)について
は6.9 重量%である。
分、すなわち“A.1"及び“A.2" ;“B.1" 及び“B.
2" にそれぞれ細分した。部分A.2をオーブン中に装入
し、約35℃まで加熱し、その中の発泡剤の含有量を10
分間隔で測定した。発泡剤の含有量が5重量%の値に達
したとき、発泡剤の減少を停止させるため、その試料を
オーブンから出し、素早く冷却した。それぞれの部分
A.1及びA.2を、ポリマーの重量に対して0.2 重量%の
グリセリルモノステアレート及び0.05重量%のステアリ
ン酸亜鉛からなる慣用のコーティングブレンドと混合
し、その後約25g/l の密度まで95〜100 ℃のスチームで
予備発泡した。それぞれの部分を空気中、室温で24時間
熟成させておき、次に40cm×60cm及び2 cmの厚さの包装
容器にそれを変形させるために成形した。成形を0.9At
e. のスチームで行った。それぞれの造形品を同じ型か
ら取り出した後に型の寸法を保持するために必要な型の
内部での滞留時間として定義される、容器の冷却時間を
測定した。部分A.2から得られる容器は(2分45秒
の)冷却時間を示し、それは部分A.1から得られる容器
の冷却時間(5分)より約50%短かった。それぞれの
容器において、以下の容器の底の破損に続き破損された
発泡性粒子の百分率として定義される焼結度を測定し
た。焼結百分率を粒子の総数に起因するものとして、約
10cm2 の表面積の破損断片を定義すること、その断片
中に含まれる発泡性粒子の総数を計数すること及び破損
粒子の数を計算することにより測定した。
0%の焼結度を有し、一方部分A.1からの容器は15%
の焼結度を有することが分かった。部分B.2は部分A.2
に開示したように取り扱った。発泡剤の含有量が5.1 %
のとき、試料を発泡剤の減少を停止させるためにオーブ
ンから取り出し、素早く冷却した。A.1及びA.2に対し
て前もって行ったように、それぞれの部分B.1及びB.2
を部分A.1及びA.2で使用したのと同じコーティング剤
と混合し、約20g/l の密度に予備発泡し、室温で24時間
熟成した。次にそれぞれの部分を100cm ×100cm ×50cm
のブロックを得るように成形した。成形は0.65Ate.のス
チームで行った。部分B.2から得られるブロックの型内
部での滞留時間(9分)は、部分B.1から得られるブロ
ックの滞留時間(20分) より55%短かった。部分
B.2から得られるブロックの厚さで測定される歪みは、
B.1から得られるブロックのものより75%少なかった
(5mm 対20mm)。結果として、部分B.2から得られるブ
ロックから切断される5cmの厚さのシートの焼結度は部
分B.1から得られるブロックから切断される同じ厚さを
有する対応しているシートの焼結度よりかなり高くなっ
ている。(50 %対5 %) ブロックから1.5mm の厚さのシートを切断した。それら
を暗い背景で検査した時、部分B.2からのブロックから
のシートには焼結粒子間の隙間が完全にないことが示さ
れたが、これに反して部分B.1から得られたブロックか
らのシートには観察された。
部分A.1及びA.2の両方を実施例1と同一作用条件下で
取り扱った。部分A.1から得られた容器の型内部での滞
留時間は10分より長く、型から取り出したあとで容器
は非常に変形していた。部分A.2から得られた容器によ
り示された型内部での滞留時間は、24時間熟成させて
いた実施例1の滞留時間よりわずか20%長く;さらに
型から取り出した容器は変形していなかった。実施例3 24時間熟成した後、実施例1で得られた部分B.1及び
B.2を、スクラップ品を粉砕して得られた屑材料から回
収した25重量%の発泡ポリスチレンと混合した。それ
ぞれの部分を実施例1と同条件で成形した。部分B.2か
ら得られたブロックの焼結度は部分B.1から得られたブ
ロックの焼結度よりかなり高かった(40%対 0%) 。さ
らにそれを暗い背景で視覚的に検査した時、部分B.2か
ら得られたブロックを熱線で切断した1.5mm の厚さのシ
ートは、焼結粒子間の隙間が実質的に無いことを示し
た。B.1から得られたブロックを切断して得た同様のシ
ートは、大きなサイズの隙間及び凝縮水の完全に明白な
付着物を有し、結果として不均一である。
り、二つの試料 "C.1"及び "C.2" を製造した。それ
らは、それぞれ実施例1の試料A.1及びA.2と同じ性質
を有していた。それぞれの試料を0.1 重量%のカーボン
ブラックと混合し、その後ポリマーに対して0.2 重量%
のグリセリルモノステアレート及び0.05重量%のステア
リン酸亜鉛から構成される慣用の成形コーティングと混
合した。この混合をタンブラー中、室温で行った。それ
ぞれの試料をその後予備発泡し、熟成させ、実施例1と
同じ作用条件で成形した。試料C.2は、カーボンブラッ
クの剥離なしに均一に着色された表面を持っていた;こ
れに反して、C.1試料は不均一なカーボンブラック分布
を有し、時間の経過により色が失われた。さらに結果的
に試料C.2から得られた物品の焼結度は、C.1から得ら
れた物品の焼結度に比べかなり高かった。(25 %対 0
%) 。
Claims (12)
- 【請求項1】 2〜20%の発泡剤を含むスチレン性ポ
リマーの粒子を、予備発泡の前に、該粒子のガラス転移
温度より低い温度において、発泡剤を部分的に減少させ
ることを特徴とする、改善された加工性及び機械的性質
を有するスチレン性ポリマーの発泡性粒子の製造方法。 - 【請求項2】 以下の工程:2〜20重量%の発泡剤を
含むスチレン性ポリマーの発泡性粒子を製造すること;
1重量%以下の量の帯電防止剤で該粒子を被覆するこ
と;及び該粒子のガラス転移温度より低い温度で、該組
み込まれた発泡剤の一部を取り除くこと、を含むことを
特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 上記発泡剤の内部含有量に対して、発泡
剤の減少が60重量%以下である請求項1又は2記載の
方法。 - 【請求項4】 発泡剤の除去が25〜60℃の温度で行
われ、滞留時間が10分〜24時間である請求項1〜3
のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項5】 発泡剤が、炭素数2〜6の脂肪族炭化水
素の1種又はその混合物、石油エーテル及び炭素数1〜
3の脂肪族炭化水素のハロゲン化誘導体から選ばれる、
請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 ポリマーの重量に対して、発泡剤が4〜
10重量%の量である、請求項1〜5のいずれか1項記
載の方法。 - 【請求項7】 帯電防止剤が、脂肪酸エステル、モノ−
ヒドロキシアルコール、ポリ−ヒドロキシアルコール、
アミン、アミド、ポリオキシエチル又はポリオキシアル
キル誘導体、エチレンオキシド/プロピレンオキシドコ
ポリマー、アミン石鹸、アルキル−スルフェートのアミ
ン塩、第四アンモニウム化合物、アルキル−フォスフェ
ート、アルキル−ホスホン酸のアミン塩、の単独又は任
意の比率での混合物から選ばれる、請求項2記載の方
法。 - 【請求項8】 帯電防止剤が、エチレンオキシドの含有
量が10〜50重量%であり、分子量が1000〜5000であ
るエチレンオキシド−プロピレンオキシドブロックコポ
リマーである請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 帯電防止剤がエトキシ化された第三アル
キルアミンである請求項7記載の方法。 - 【請求項10】 帯電防止剤の量が、ポリマーに対して
0.001 〜0.5 重量%である、請求項2、7〜9のいずれ
か1項記載の方法。 - 【請求項11】 スチレン性ポリマーの発泡性粒子が、
発泡剤の部分的除去が行われる前にふるいにかけられ
る、請求項1〜10のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項12】 以下の性質:(a)本発明の方法によ
り取り扱われない予備発泡性粒子から製造されるブロッ
ク又は製品を冷却するのに必要な時間の50%に等しい
かそれより十分に短い、型内部での短い滞留時間; (b)厚さ方向におけるブロックの歪み<1%; (c)成形を、実質的な量のリサイクルされたスクラッ
プ発泡生成物の添加で行わせるための高い焼結度; (d)予備発泡の後の短い熟成時間;及び (e)それらの表面に対する着色剤又は他の添加剤の高
い吸着力;を示し、請求項1〜11のいずれか1項記載
の方法により製造できるスチレン性ポリマーの発泡性粒
子。
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