JPH0794128B2 - 発泡性材料およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発泡性材料およびその製造方法に関する。

さらに詳しくは、複合成分をうまく用いて発泡性材料を
構成せしめることにより、衝撃や曲げに対して非常に強
い等の良好な機械的性能を有する発泡構造体を実現する
ことに関するものである。

［従来の技術］ 従来から発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポ
リプロピレン、発泡ポリウレタン等のプラスチック発泡
体は、衝撃吸収性、断熱性、耐水圧、電気絶縁性等が優
れていること、吸水率、熱伝導率、透湿率が低いこと、
軽量である等の特性を有すること、さらに安価なことか
ら、電気製品、精密機器、ガラス製品、工芸品等の包装
・梱包分野、壁材、養生シート、屋根の断熱材、防水層
保護材等の建築、土木分野、冷暖房機器の断熱材、凍結
防止用保温材等の断熱工業分野、自動車の内装材等の車
両分野、風呂すのこ、健康マット、体育マット、水泳用
ビートボード等のスポーツ・雑貨分野のように広く使用
されている。

ところが、従来のプラスチック発泡体は、衝撃や曲げに
対して脆いため、形態が崩れたり、折れたり、ヒビが発
生しやすいものであった。そして、このような機械的性
能の面での問題があるために、強い衝撃力を受けたり、
また曲げや捩りを受ける部位には適さない材料とされて
いた。

例えば、従来のプラスチック発泡体を包装・梱包材料と
して用いる場合、プラスチック発泡体単独では輸送中に
製品を包んだ包装・梱包材料が破損して製品が損傷を受
けるため、ダンボール等の副素材を用いてそのものを被
覆して補強しているのが現状である。そのため、余分な
手間が掛かったり、また嵩ばったり、重くなったりして
運搬費や格納費がかさむという欠点がある。

かかる問題に対して、プラスチック発泡体を強化するた
めに他のプラスチックとの複合化を図る提案があるが、
硬くなる、コストが上がる、重くなる等の問題があり好
ましくない。また、繊維を混合して強化を図る方法が提
案されているが、均一に混合しにくいとか、補強用繊維
とプラスチック発泡体との一体性が乏しいため実質的な
補強効果は小さく好ましい方法とは言えない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、かかる問題を解決し、優れた機械的性能を有
する発泡性材料およびその製造方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記した目的を達成するために、本発明は次の構成を有
する。

すなわち、本発明の発泡性材料は、少なくとも一成分が
潜在発泡性を有し、他の少なくとも一成分が繊維状を呈
するとともに断片状形態を有する複合構造体の周りに、
前記潜在発泡性を有する発泡性成分と同種または異種か
らなる発泡性粒子が、一部分あるいは全面に付着してい
るかまたは一部分あるいは全面を覆っていることを特徴
とする発泡性材料である。

そして、本発明のかかる発泡性材料において、好ましく
は、該複合構造体が繊維状の芯成分を有する芯鞘型複合
体であり、あるいはまた、該芯鞘型複合体が複合構造体
当り３本以上の多芯鞘型複合体であり、あるいはまた、
該多芯鞘型複合体の繊維状芯成分が２種以上の異なる成
分からなり、あるいはまた、該複合構造体がバイメタル
型複合体であり、あるいはまた、該複合構造体が多層接
合型複合体であり、あるいはまた、該複合構造体が菊花
状型複合体であり、あるいはまた、該複合構造体が環状
多層接合型複合体であり、さらにまた、該発泡性粒子
が、ポリスチレン発泡性ビーズであるものである。

さらにまた、本発明の発泡構造体は、かかる複合構造体
および発泡性粒子を用いて発泡処理されてなる発泡構造
体である。

さらに、本発明の発泡性材料の製造方法は、少なくとも
一成分が潜在発泡性を有し、他の少なくとも一成分が繊
維状を呈する複数成分からなる断片状複合構造体、重合
性モノマ、重合開始剤および発泡剤を主として同浴で混
合し、加圧、加熱下で重合反応および発泡剤付与をせし
めることを特徴とする発泡性材料の製造方法である。

［作用］ 以下、本発明を詳細に説明する。

第１図および第２図は、本発明の発泡性材料の一実態様
例をモデル的に示した概略斜視図である。

第３図〜第９図は、本発明の発泡性材料の一部を構成す
る複合構造体の一実施態様例をモデル的に示した横断面
概略モデル図であり、複合成分からなるガット状あるい
はチップ状の一実施態様例をモデル的に示した概略斜視
図である。

本発明で言う断片状形態とは、例えば、これら図に示し
たガット状あるいはチップ状などのような各種の繊維状
複合構造体を断片的にカットして得られる形状のもの等
を言うものであり、カット長さの比較的長いものをガッ
ト状と言い、一方、カット長さの比較的短いものをチッ
プ状と言い、さらに、これらにペレット状、フレーク状
等のような断片的形状も含むものであり、本発明ではこ
れらの形状のものを総称して、断片状形態と呼ぶもので
ある。

本発明の発泡性材料は、大きく分けて二つの部分から構
成される。

すなわち、一つは、少なくとも一成分が潜在発泡性を有
し、他の少なくとも一成分が繊維状を呈する断片状の構
造体からなる複合構造体部分であり、他の一つは、該潜
在発泡性を有する発泡性成分と同種または異種からなる
発泡性粒子部分から構成されるものであって、本発明の
発泡性材料は、その複合構造体の周りに、該発泡性粒子
が一部分あるいは全面に付着しているかまたは一部分あ
るいは全面を覆っている構造となっているものである。

つまり、本発明は、該複合体部分それ自身が潜在発泡性
を有する発泡性成分とその発泡性成分の補強効果をつか
さどる繊維状構造を呈する繊維成分を共有するものであ
り、さらに、また、その複合構造体部分を核として、そ
の周りに潜在発泡性を有する発泡性粒子部分が、付着も
しくは被覆されてなるものである。そのため、本発明の
発泡性材料は、原料の段階で、複合体部分の発泡性成分
と繊維成分の割合、また複合体部分と発泡性粒子の割合
を任意に選択することが可能であり、従来から技術的に
極めて困難とされていた繊維による発泡体の均一補強と
いった難題を解決できる画期的な発明である。

もちろん、必ずしも発泡性粒子の全てが複合体部分に付
着もしくは被覆する必要はなく、接着したり覆ったりし
ないで複合構造体部分間などに介在して存在しているも
のがあっても構わない。

かかる本発明の発泡性材料を発泡処理することにより、
従来の発泡体に比べて、発泡体成分と繊維成分が極めて
均一に一体化複合することができ、また、かつ少なくと
も複合構造体部分の潜在発泡性部分と発泡性粒子部分の
界面は、両者がいずれも潜在発泡性を有する材料の組合
わせであることから、その発泡エネルギーにより極めて
良好な一体複合化を図ることもできるわけである。

第１図および第２図において、１は複合構造体部分であ
り、そして該複合構造体のうちの、２は繊維成分、３は
発泡性成分であり、さらに４は発泡性粒子部分である。
かかる特異な構造を有することにより、複合構造体部分
における発泡性成分および発泡性粒子部分が軽量性、衝
撃吸収性、断熱性等の性能に寄与し、また、複合構造体
部分における発泡体中に存在する繊維成分が機械的性能
を効率良く向上せしめるので、かかる二つの性能を同時
に併せ持つことができ、本発明の発泡性材料から製造さ
れた発泡構造体は、これまで発泡体単独では用いること
のできなかった過酷な衝撃等の力学的作用を受ける分野
への適用も可能となるのである。

上述の機械的性能をより効率良く向上せしめる上で、発
泡体中に存在する繊維成分は、均一に散在することがで
きるような複合構造体の構造とすることが望ましい。

このような観点から、本発明に用いられる複合構造体の
構造としては、第３図、第４図および第５図に示すよう
に芯鞘型複合体を用いるのが好ましく、中でも特に第４
図および第５図に示すように鞘成分の中に多くの芯成分
を有する構造体である多芯鞘型複合体が好ましく用いら
れる。そのような多芯鞘型複合体は、例えば、高分子配
列体繊維、混合紡糸繊維等に代表される複合繊維から好
ましく作られる。

ただし、むろんその他にも、第６図に示すようなバイメ
タル型複合体、第７図に示すような多層接合型複合体、
第８図に示すような菊花状型複合体、第９図に示すよう
な環状多層接合型複合体も好ましく用いることができ
る。

かかる複合構造体部分における発泡性成分／繊維成分の
割合は、用途、目的によって決められるものであって特
に限定されないが、一般的には発泡性成分／繊維成分＝
99/1〜1/99の範囲で用いられるのが好ましい。また、複
合体部分／発泡性粒子部分の割合も、用途、目的によっ
て決められるものであって特に限定されないが、一般的
には発泡体部分／繊維成分＝99/1〜1/99の範囲で用いら
れるのが好ましい。

また、もちろん、本発明の発泡性材料あるいは発泡構造
体は、従来公知の発泡体と複合して用いることもでき、
この場合も同様の効果が得られることは言うまでもな
い。

かかる複合構造体部分において、発泡体成分として用い
られるものとしては、ポリスチレン、ポリスチレン・ア
クリルニトリル共重合体、ポリスチレン・エチレン共重
合体、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート
・ポリスチレン・ポリアミド共重合体、ポリアミド共重
合体、ポリエステル、ポリエステル共重合体、ポリビニ
ル化合物、塩化ビニル、酢酸セルロース等であり、これ
らの一種あるいは二種以上のものが用いられる。

また、繊維成分に用いられるものとしては、ポリエチレ
ンテレフタレート等のポリエステル、ポリエステル共重
合体、ポリアリレート、ポリメタクリレート、ポリメチ
ルメタクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リアクリロニトリル、ポリアミド、ポリフェニレンサル
ファイド、ポリウレタン、炭素繊維等であり、繊維化可
能なものであれば、いずれのものでも適用できる。かか
る繊維は、これらの材料群から一種または二種以上が用
いられる。この成分の中でも、特にポリエチレンテレフ
タレート、ポリブチレンテレフタレート、各種ナイロ
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアリレート、
炭素繊維等が強化用繊維として要求される引張強さ、衝
撃強さ、曲げ、捩り強さ等の特性が良好であり、好まし
く用いられる。

一方、発泡性粒子部分としては、ポリスチレン、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、アクリル酸エステル類、メタ
アクリル酸エステル類、酢酸エステル類等であり、これ
らの単独あるいは共重合体が好ましく用いられる。特
に、かかる発泡性粒子は、複合体部分における発泡性成
分と同成分もしくは同成分系ものが好ましく用いられ、
また、軟化点も近いものが好ましく用いられる。

本発明の発泡性材料に含有される発泡剤、すなわち主に
複合構造体部分における発泡性成分および発泡性粒子部
分に含有される発泡剤としては、複合構造体部分の構成
成分および発泡性粒子部分をほとんど溶かさず、しかも
その沸点が発泡体部分の軟化点か、それ以下のものであ
ることが好ましい。このようなものとして、プロパン、
ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素
類、アルコール類、エステル類、エーテル類、ケトン
類、ハロゲン化炭化水素等が用いられる。

該発泡剤の含有率は、かかる発泡性材料の用途、目的に
よって要求される特性に応じて決められるものであり、
特に限定されないが、一般には発泡性材料の0.1〜50重
量パーセント含有されることが好ましく、特に１〜15重
量パーセント含有されることが好ましい。

複合構造体部分においては、該発泡剤は、複合構造体部
分の外周あるいは外殻部分に存在する成分に含有せしめ
ることが好ましく、例えば、第３図、第４図、第５図の
ような芯鞘型複合体においては、発泡剤は鞘成分に含有
されるることが好ましい。また、第６図、第７図、第８
図、第９図のようにバイメタル型、多層接合型において
は、発泡剤はいずれかの成分に含有されてもかまわない
が、外部への露出面積の大きい方の成分に含有されるこ
とが好ましい。

複合構造体部分において、その寸法すなわち長さ（ｌ）
と断面径（ｄ）は、用途、目的に応じて選択されるべき
であり、特に限定されるものではない。一般的にはカッ
ト長さ（ｌ）は、0.2〜100mm程度のものが好ましいもの
であり、断面太さ（ｄ）は、0.1〜20mm程度のものが好
ましく用いられる。本発明の発泡性材料も通常の強化プ
ラスチックの場合と同様に、その補強効果は繊維成分の
アスペクト比（l/d）に依存されると考えられるので、
繊維成分のアスペクト比の大きい状態で用いるのが補強
効果を高めることになり好ましい方法である。

また、複合構造体成分の芯繊維の本数は、３本〜10000
本の範囲とするのが好ましく、10本〜1000本が特に好ま
しく用いられる。

第５図において、２および２′は芯成分、３は鞘成分で
あり、芯成分としては第１図および第２図に示すよう
に、一成分であるものでも本発明の目的は十分に達成で
きるが、かかる第５図に示すように、芯成分が二種以上
の２、２′からなるものは繊維部分の特性を同時に幅広
く選択でき、また、補強性能を高めるのに有利であり好
ましく用いられる。例えば、第１芯成分／第２芯成分／
鞘成分が、ナイロン／ポプロピレン／ポリスチレン、あ
るいはナイロン／ポリエチレン／ポリスチレン、ナイロ
ン、ポリアリレート／ポリスチレン等の組合せのよう
に、目的、用途に応じて適宜に組合わせて用いることが
できる。第１芯成分と第２芯成分の本数、成分比は限定
されない。また、太さが芯成分間で同じであっても、あ
るいは異なっていても構わないし、同じ芯成分の中でも
異なっていてもよい。

本発明では、かかる発泡体材料を製造する方法を何ら問
うものでなく、いかなる方法で製造しても構わない。

好ましく行われる方法の一例を挙げるならば、複合成分
紡糸を行なって芯鞘型繊維状複合体を作り、これに延伸
を行なって十分に配向せしめた後、該芯鞘型繊維状複合
体をカッターを用いて切断し、チップ状などの断片状形
態のものとする。該チップ状物とラジカル重合性モノ
マ、重合開始剤、水、懸濁剤、さらに発泡剤を同じ反応
槽の中に投入して撹拌しながら加熱し、該モノマを重合
してビーズ状（粒子状）のポリマを形成するとともに、
主として複合体の鞘成分とビーズに発泡剤を注入せしめ
る。かかる操作により、芯鞘型複合体のチップの周りに
発泡性ビーズが多数付着した構造を有する発泡性材料を
得る。該発泡性材料を蒸気加熱装置を用いて予備発泡処
理（一次発泡）を行い、次いで熟成を行なった後、所望
の金型に充填し、再び加熱処理（二次発泡）して発泡性
成分を発泡せしめることにより発泡構造体を得ることが
できる。

かかる方法において、配合物の組成を適宜変えることに
より、また、複合構造体部分における発泡性成分と繊維
成分の割合や複合構造体部分と発泡性粒子の割合等につ
いて適宜変えることにより、用途、目的に応じて、その
発泡処理後得られる発泡構造体の性質を自由に選択する
ことができる。

また、発泡性粒子のサイズについても、該配合物の組成
により自由に選択することができる。

かかる方法により得られた発泡性材料およびその発泡性
材料を発泡処理して得られる発泡構造体は、従来の発泡
体に比べて抜群に優れた機械的性能を有することができ
る。

［実施例］ 以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例によって、本発明の有効性
や権利の範囲が限定されたり、制限を受けるものではな
い。むしろ、次の応用や展開をもたらすものである。

なお、実施例において「割合」は、全て重量に基づくも
のである。

実施例１ 芯成分がポリエチレンテレフタレート、鞘成分がポリス
チレンからなる高分子配列体繊維（芯数:16本、繊維の
直径約3.2mm、芯／鞘＝50/50）を溶融紡糸して作り、延
伸した後カッターを用いて長さ8mmにカットしてチップ
を作った。

該チップとモノマとしてスチレン、アクリル酸オクチ
ル、重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド、その
他懸濁剤と水を加え、さらに、発泡剤としてブタン／ペ
ンタンを同一の反応槽に投入し、100℃で５時間、さら
に130℃で３時間撹拌しながら重合反応するとともに発
泡剤を注入せしめた。これにより、主として高分子配列
体チップの周りにスチレン・アクリル酸オクチル共重合
体ビーズが多数付着した第１図に示したモデル構造に似
た発泡性材料が得られた。また、発泡剤のブタン／ペン
タンが、主に高分子配列体チップの鞘成分およびスチレ
ン・アクリル酸オクチル共重合体ビーズ中に発泡性材料
に対して6.9％含有されたものであった。

かかる発泡性材料を蒸気加熱装置を用いて、スチーム処
理を行ない予備発泡（一次発泡）し、次いで、該予備発
泡体を金型に充填して再びスチーム処理を行なって成型
し、発泡構造体を作った。

こうして得られた発泡構造体は、発泡体中に強化用の繊
維が極めて均一に散在したものであり、衝撃や曲げ作用
に対して極めて強い材料であった。

さらに、かかる本発明の発泡構造体を用いて、ダンボー
ル紙で包装することなく、該発泡構造体を組合せてテレ
ビブラウン管を梱包して輸送テストを行なった。

その結果、被包装物であるテレビブラウン管を何ら損傷
することなく輸送することができた。

一方、従来のポリスチレン発泡体を用いて、同様のテス
トを行なったところ、輸送の際の振動や衝撃により、ポ
リスチレン発泡体が割れてテレビブラウン管の一部が損
傷した。

［発明の効果］ 以上のように本発明の発泡性材料は、少なくとも一成分
が潜在発泡性を有し、他の少なくとも一成分が繊維状を
呈する構造体からなる断片状形態の複合構造体と、その
周りに前記発泡性成分と同種または異種からなる発泡性
粒子が一部分あるいは全面に付着、あるいは被覆してな
る極めて特異な構造を有するものである。

かかる特異な構造により、本発明の発泡性材料は、原料
の段階で複合体部分の発泡性成分と繊維成分の割合、ま
た複合体部分と発泡性粒子の割合を任意に選択すること
が可能であり、従来から技術的に極めて困難とされてい
た繊維よる発泡体の均一混合という難題を解決できるの
で、発泡体と補強用繊維の両方を極めて均一にかつ高度
に一体複合化せしめることができ、機械的性能を有効に
かつ著しく向上せしめることができる。

そのため、これまで発泡体等では用いることのできなか
った苛酷な衝撃や機械的作用を受ける分野への適用も可
能となり、従来用途の性能向上に加えて、道路の噴泥防
止材、各種土木用材、防水層保護材等の建築・土木分野
にも新規に好ましく適用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は、本発明の発泡性材料の一実施態様例
をモデル的に示した概略モデル斜視図である。 第３図〜第９図は、本発明の発泡性材料を構成成する複
合構造体の一実施態様例をモデル的に示した横断面概略
モデル図である。 1:発泡性材料 ２、２′：芯成分 3:鞘成分 4:発泡性粒子

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一成分が潜在発泡性を有し、他
   の少なくとも一成分が繊維状を呈するとともに断片状形
   態を有する複合構造体の周りに、前記潜在発泡性を有す
   る発泡性成分と同種または異種からなる発泡性粒子が、
   一部分あるいは全面に付着しているかまたは一部分ある
   いは全面を覆っていることを特徴とする発泡性材料。
2. 【請求項２】複合構造体が、繊維状の芯成分を有する芯
   鞘型複合体であることを特徴とする請求項１記載の発泡
   性材料。
3. 【請求項３】芯鞘型複合体が、複合構造体当り３本以上
   の芯成分を有する多芯鞘型複合体である請求項２記載の
   発泡性材料。
4. 【請求項４】多芯鞘型複合体の繊維状の芯成分が、２種
   以上の異なる成分からなる請求項３記載の発泡性材料。
5. 【請求項５】複合構造体が、バイメタル型複合体である
   ことを特徴とする請求項１記載の発泡性材料。
6. 【請求項６】複合構造体が、多層接合型複合体であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の発泡性材料。
7. 【請求項７】複合構造体が、菊花状型複合体であること
   を特徴とする請求項１記載の発泡性材料。
8. 【請求項８】複合構造体が、環状多層接合型複合体であ
   ることを特徴とする請求項１記載の発泡性材料。
9. 【請求項９】発泡性粒子が、ポリスチレン発泡性ビーズ
   であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
   ６、７または８記載の発泡性材料。
10. 【請求項１０】請求項１、２、３、４、５、６、７また
    は８記載の発泡性材料を使用して発泡処理されてなる発
    泡構造体。
11. 【請求項１１】少なくとも一成分が潜在発泡性を有し、
    他の少なくとも一成分が繊維状を呈する複数成分からな
    る断片状複合構造体、重合性モノマ、重合開始剤および
    発泡剤を主として同浴で混合し、加圧、加熱下で重合反
    応および発泡剤付与をせしめることを特徴とする発泡性
    材料の製造方法。