JPH08311230A - 微細連続気泡発泡体とその製造方法及びそれを用いた真空断熱材 - Google Patents

微細連続気泡発泡体とその製造方法及びそれを用いた真空断熱材

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JPH08311230A
JPH08311230A JP11985995A JP11985995A JPH08311230A JP H08311230 A JPH08311230 A JP H08311230A JP 11985995 A JP11985995 A JP 11985995A JP 11985995 A JP11985995 A JP 11985995A JP H08311230 A JPH08311230 A JP H08311230A
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foam
cell
resin
open
foaming
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Application number
JP11985995A
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Inventor
Taku Nakao
卓 中尾
Yoshimitsu Inoue
好充 井上
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 気泡壁を有する微細連続気泡を形成した低密
度樹脂発泡体及びそれを充填材とする真空断熱材。 【構成】 気泡径が1〜100μm、連続気泡率が90
〜100%、密度が20〜100kg/m3 であり、ま
た気泡壁存在率が80〜100%であることを特徴とす
る微細連続気泡発泡体、及び該微細連続気泡発泡体を容
器内にて真空減圧し真空断熱材。 【効果】 従来達成しえなかった実質的に気泡壁を有す
る微細連続気泡の低密度発泡体であり、該微細連続気泡
発泡体を真空断熱材の充填材とした場合、無機系微粒子
充填材に比べ、軽量性と取扱い性に優れ、また粒状発泡
体の場合特に従来の樹脂系充填材に比べ、複雑な真空断
熱容器形状に充填しうる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微細気泡で、かつその
気泡が連続気泡である微細連続気泡発泡体に関する。本
発明の微細連続気泡発泡体は、各種コア材、フィルター
材、吸着材等の用途に用いられる充填材等に用いられる
ものであり、特に真空断熱材用充填材として用いた場
合、従来の無機系の充填材に比べ著しく軽量化できる特
徴をもつものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、連続微細孔を形成した樹脂発
泡体(もしくは樹脂多孔質体)として、下記〜のも
のが知られている。 樹脂と溶剤とを均一に溶解混合させた後、冷却もしく
は反応により系を相分離させ、その状態で必要に応じ凍
結し溶剤を抽出して多孔質体を得る、いわゆる相分離法
で得られる多孔質体は、発泡体の気泡径に相当する樹脂
骨格部分が数μm程度以下の均一微細な連続孔が得られ
るものの、その孔形状は気泡壁に相当する部分が少な
く、単に樹脂は多孔質体骨格の支柱をなしている程度に
しかすぎない。また樹脂部分は溶液中から相分離後析出
させ形成されたものであり、延伸配向等による強度向上
寄与はまったくなく、この種の低密度多孔質体の全体と
しての強度は弱く、そのためその用途は限られていた
(特開昭63−17904号公報、特公平4−5033
9号公報等)。
【0003】熱可塑性樹脂を無機微粒子と可塑剤とと
もに押出しし、シート状や繊維状物を得た後、可塑剤と
無機微粒子とを抽出し多孔質シートや中空糸等を得る方
法があるが、微細な連続孔が形成され強度的には強いも
のの、厚いシート状のものや低密度のものを得るのが困
難であった(特公昭58−32171号公報、特公昭6
0−23130号公報等)。
【0004】反応硬化型のポリウレタン樹脂等のスポ
ンジ状の多孔質体は、と類似の形状で気泡壁に相当す
る部分の割合の少ない連続気孔であり、しかもその気孔
径は小さくしてもせいぜい60〜70μm程度であり、
その気孔径を小さくすることは種々検討されているが技
術的に困難であった(特公昭44−30753号公報、
特開昭61−51021号公報、特開平4−63845
号公報等)。
【0005】オレフィン系樹脂等を押出機にて溶融
し、さらに発泡剤を注入した後、解圧して発泡させる、
いわゆる押出発泡技術を応用して得られる連続気泡発泡
体は、連続的に生産されるものの、その気泡径は小さく
てもせいぜい200μm程度であり、その気泡径を小さ
くすることは技術的に困難であった(特開昭63−30
9535号公報、特開平4−170443号公報、特公
平5−23297号公報等)。
【0006】以上のように、種々の方法が検討されてき
たが、連続気泡を有する発泡体において、従来の技術で
は、気泡径、気泡形状及び発泡体密度にはそれぞれその
製法からくる制限があった。その中でも特に、気泡径1
00μm以下の微細な気泡構造を有し、しかもその気泡
壁を実質的に有しており、しかも低密度である樹脂発泡
体は達しえないものであった。
【0007】一方、熱可塑性樹脂の使用量を削減するこ
とを目的とし、強度を落とさない範囲で軽量化を実現す
る微細気泡樹脂発泡体が検討され、発泡体気泡径を小さ
くする試みが種々検討されてきている。例えば、米国特
許第4473665号及び文献(Polymer En
g.Sc.,27,P485〜492、ANTEC.’
91.P1406〜1410)等には、微細気泡の樹脂
発泡体の製法が記載されているが、その目的からしてい
ずれも独立気泡でかつ発泡倍率が2〜3倍(高くてもせ
いぜい10倍程度)の発泡体であり、本発明の連続気泡
でかつ低密度(高倍発泡)の樹脂発泡体とは明らかにそ
の狙いとするところは異なっていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術で
は達成不可能であった、いわゆる樹脂発泡体の基本的気
泡形状である多面体構造をもつ気泡径100μm以下の
微細な気泡を有し、かつ実質的にその気泡壁を有したま
まで連続気泡である低密度樹脂発泡体を得ることを課題
とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、従来全く検討されていなかった、微細気泡でかつ、
実質的に気泡膜を有したままの微細連続気泡樹脂発泡体
に関して鋭意研究をした結果、本発明を完成するに至っ
た。ここでいう実質的に気泡壁を有する気泡からなる発
泡体とは、多面体形状気泡の面部いわゆる気泡壁は有し
たまま、その気泡壁の一部に気体、液体等の物質が通過
しうる穴や裂け目等に代表される欠損部を有することで
気泡が連通化していることを特徴とする発泡体である。
【0010】すなわち本発明は、気泡径が1〜100μ
m、連続気泡率が90〜100%、密度20〜100k
g/m3 であることを特徴とする微細連続気泡発泡体で
ある。さらには、この微細連続気泡発泡体の特徴として
は、その気泡壁存在率が80〜100%であることであ
る。なお本発明で記載する、気泡及び気泡壁とは、書籍
「セル構造体・多孔質材料の活用のために」(L.J.
Gibson、M.F.Ashby著、大塚正久訳、
(株)内田老鶴圃発行所)にて規定されている、セル及
びセルフェースの定義に対応するものである。具体的に
は、セルとは稜(エッジ)と面(フェース)をもつ多面
体形状の微小空間のことであり、セルフェースとはセル
を囲む面(フェース)で定義される部分である。
【0011】まず本発明の発泡体の気泡径は1〜100
μmの範囲にある必要がある。微細気泡としての特徴、
たとえば真空断熱用の充填剤として利用した場合、実用
上問題のない10-1mmHg程度の減圧度で性能を発揮
するためには、気泡径は100μm以下である必要があ
る。また1μm未満の気泡径のものは低密度(高倍発泡
させることが困難)のものを得ることが困難になるため
制限される。気泡径は、好ましくは1〜60μm、より
好ましくは1〜30μm、さらに好ましくは1〜20μ
mである。ここでいう、発泡体の気泡径とは、100〜
1000倍程度の倍率の電子顕微鏡写真にて、発泡体の
任意断面を観察し、ASTMD−3576に準拠して、
平均して求めた値である。
【0012】つぎに本発明の発泡体の連続気泡率は90
〜100%の範囲にある必要がある。連続気泡の発泡体
としての特徴、たとえば真空断熱用の充填材として利用
した場合、真空減圧時間の短縮と独立気泡部からの空気
の拡散による減圧度低下の防止のために、90〜100
%である必要がある。連続気泡率は、好ましくは95〜
100%、より好ましくは97〜100%、さらに好ま
しくは99〜100%である。この連続気泡率は、AS
TMD−2856に準拠して求めた独立気泡率から算出
した値である。ただし、発泡体表面の未発泡層、いわゆ
るスキン層が形成された発泡体の場合、スキン層を除去
あるいは一部破壊した後の実使用状態での値を採用す
る。スキン層を除去、または破壊する方法として、機械
的にスキン層部分をスライスして除去する方法、スキン
層に孔または溝を形成する方法、添加剤によりスキン層
を可塑化し破泡しやすくする方法、または添加剤により
発泡加熱時に熱が集中して発熱するようにする方法等が
適宜選択されうる。
【0013】さらに本発明の発泡体の発泡体密度は、2
0〜100kg/m3 である必要がある。密度が20k
g/m3 未満のものは発泡体強度が弱くなる傾向のため
制限され、また密度が100kg/m3 を越えるものは
軽量化の度合いの傾向が小さくなるため、また断熱材と
してはその性能に及ぼす固体熱伝導率の寄与が大きくな
るため制限される。本発明の発泡体密度は、好ましくは
30〜80kg/m3、より好ましくは35〜70kg
/m3 、さらに好ましくは40〜60kg/m 3 の範囲
である。この発泡体密度は、JISK−6767に準拠
して求めた値である。
【0014】つぎに本発明の発泡体の気泡壁存在率は8
0〜100%の範囲であることが好ましい。具体的には
以下のような測定方法により気泡の気泡壁存在率を求め
る。まず、走査型電子顕微鏡観察等により得られた、発
泡体の任意断面の拡大写真(気泡が少なくとも100個
以上観察される倍率で観測する。)から気泡壁の欠損部
の有無及びその形状が十分に観察しうる気泡を少なくと
も20個以上選定する。つぎに画像解析装置等を使用し
て、選定した気泡の各々の断面積を求めた後、その総和
(この値をAとする)を求める。さらに欠損部を有する
気泡についてはその各々の欠損部面積(写真上で判定し
うるように、欠損部分を断面に垂直に投影した時の面
積)を、同様にして画像解析装置等により求めた後、そ
の総和(この値をBとする)を求める。ここでは気泡壁
存在率とは{1−(B/A)}×100で得られる値
(%)を採用する。ここで気泡壁存在率が100%のも
のでは、走査型電子顕微鏡では面積を有するものとして
観察が困難であるマイクロクラックが気泡壁に存在し、
気泡の連通しているものと考えられる。とくに本発明の
80%以上の気泡壁を有する構造を特徴とする発泡体
は、その気泡壁に一部欠損部はあるものの、発泡時に延
伸された気泡壁が実質的に存在しているため、圧縮強度
が高いことが最大の特徴である。気泡壁存在率が80%
未満のものは、発泡体としての圧縮強度が低下する傾向
があるため制限される。気泡壁存在率は好ましくは85
〜100%、より好ましくは90〜100%、さらに好
ましくは95〜100%の範囲である。ここで再度強調
しておくべきところは、本発明の発泡体の気泡形状は、
連続気泡を有するポリウレタン系発泡体や、前述の相分
離法にて形成した多孔質体の特徴的構造である、樹脂固
体部分が多面体の稜部(セルエッジ:前出の参考書籍に
て定義されているように、セルフェースを縁どるエッジ
部分を意味する。)に細長い線状の支柱の如く凝集した
構造とは、大きくその気泡形状が異なるという点であ
る。
【0015】ここで本発明の発泡体は、発泡初期に重要
である、通常の発泡体に比べ著しく微細な気泡を均一に
生成させる処方と、生成させた微細な気泡を連続気泡化
させる処方とを組み合わせて製造されうる。まず微細気
泡を生成させる処方から記述する。初めに微細気泡を生
成させるのに適した処方(A)(B)(C)法について
順に記述するが、特に(B)及び(C)法は優れた処方
となりうる。
【0016】まず(A)法として、高圧下で物理発泡剤
を樹脂に含浸させた後に発泡させる、いわゆる含浸発泡
では、高圧容器中に入れた熱可塑性樹脂に、気相状態あ
るいは液相状態、超臨界状態での高圧の炭酸ガス、酸素
ガス、空気等を温度、時間を適宜考慮して含浸し、圧を
解放後、加熱して微細気泡を発生させる方法が取りう
る。また、押出発泡では、押出機内で溶融した樹脂に高
圧の炭酸ガス、窒素ガス等を注入して、ダイス出口で樹
脂粘度を高めに調節して解圧し発泡させる方法が取りう
る。いずれも分子量の小さい発泡剤を、高圧状態で均一
に分散させることで微細気泡を形成できる特徴がある。
【0017】次に(B)法であるが、従来より押出発泡
でタルク、シリカ、酸化マグネシウム等の無機微粒子を
添加して発泡時の発泡造核剤として使用することが検討
されてきた(例えば、J.Appl.Polym.Sc
i.、28、1983等)がその気泡径はせいぜい小さ
くても200μm程度であった。さらに気泡径を小さく
する目的で文献(ANTEC.’92.P1078〜1
081、ANTEC.’93.P1828〜1831)
にHIPS(耐衝撃性ポリスチレン樹脂)を用いた微細
気泡樹脂発泡体に関する記載されている。一般にポリス
チレンの耐衝撃性を改良する目的で、ポリスチレン樹脂
中にブタジエン系ゴム微粒子をブレンドした樹脂が知ら
れている。これらはゴム微粒子の大きさやそのブレンド
量等が種々検討されているが、耐衝撃性改良のためには
ゴム微粒子径が通常1〜2.5μm程度で、ブレンド量
が10〜30重量%のものが耐衝撃性改良のためには好
適とされきた。
【0018】この文献ではHIPS中のポリブタジエン
樹脂部分とポリスチレン樹脂部分との熱膨張係数が異な
ることにより発生する熱応力により平均2μm径のゴム
粒子中にミクロボイドが発生するためそこが発泡核とな
ると推定されており、微粒子密度と気泡密度(気泡密度
とは発泡体の断面顕微鏡写真から実測される、発泡体単
位体積当たりの気泡数を個/cm3 の単位で表現したも
のであり、気泡径が小さいほど、発泡倍率が高いほどよ
り気泡密度は高くなる)とが108 〜1010個/cm3
の範囲において比例すること、またポリブタジエン微粒
子径が2μmのものは発泡核としての効果があり、0.
025μmのものは小さすぎるためその効果がないこと
から、その理由は明かではないが有効に寄与する微粒子
径の臨界径が存在することも記載されている。ただし発
泡倍率に関する記載は無いが、その発泡条件から類推す
ると本発明に比べ低発泡倍率であると推定される。
【0019】ここで重要な点は、高発泡倍率つまり低密
度発泡体を得るためには、気泡内の発泡剤の保持性を良
くする必要があることに加えて、気泡壁に一部欠損部を
つくり連続気泡化させるという相矛盾したことを達成さ
せなければならないことである。文献で実証されている
記載の微粒子径2μmをブレンドした系ではこの矛盾し
た条件を達成することは不可能である。つまり、気泡壁
に存在する微粒子が大きすぎると気泡壁が必要発泡倍率
に達する前に破泡するし、微粒子が小さすぎると有効な
発泡核となりえないか、もしくは気泡壁にマイクロクラ
ックを発生させず連通気泡化の程度が低くなる。ただ
し、この微粒子の気泡壁での挙動は、発泡剤による微粒
子の可塑化程度による気泡壁に追随した変形の割合、も
しくは発泡温度における粘弾性の変化割合によりある程
度の相違が発生しうる。
【0020】このような実施結果を踏まえ、本発明を進
める中で、ゴム微粒子径とそのブレンド量に関して従来
の耐衝撃性改良で検討最適化されていたものとは異なっ
た領域において、微細発泡可能とする条件を見いだし
た。この効果は樹脂と微粒子界面が発泡初期の発泡核と
なっているためと考えられ、またさらにはこの界面が最
終的に連続気泡とするための気泡壁のマイクロクラック
生成に寄与しているものと考えられる。
【0021】具体的には、粒子径0.01〜1.5μm
の樹脂微粒子を熱可塑性樹脂に対して0.05〜15重
量%ブレンドすることにより、微細気泡を有する低密度
発泡体を得ることが可能となった。ここでいう樹脂微粒
子とは、一般公知の乳化重合、シード重合、分散重合、
懸濁重合法等により重合される球形微粒子であり、微粒
子分散性や含浸後の発泡剤分散性等を考慮してコアシェ
ル型や多層構造をもつ微粒子であっても良い。好ましく
は、多層構造アクリル(ポリメチルメタクリレート)ゴ
ム系微粒子、スチレン−ブタジエン系ゴム微粒子、アク
リロニトリル−スチレン−ブタジエン系微粒子、シリコ
ン系微粒子、ポリスチレン微粒子、ポリメチルメタクリ
レート微粒子等が用いられる。
【0022】微粒子径は小さすぎると発泡核となりえ
ず、また大きすぎると連続気泡化が初期に起こり、発泡
倍率が低くなる傾向にあるため制限される。微粒子径は
好ましくは0.05〜1.3μm、さらに好ましくは
0.1〜1.0μmの範囲である。ここでの微粒子径は
樹脂任意断面の電子顕微鏡等観測から平均して求めた値
を採用する。
【0023】さらに微粒子のブレンド量は0.05〜1
5重量%の範囲であることが必要であり、0.05重量
%未満のものは発泡核数が少なく(気泡径が大きくな
る)なる傾向にあり、また15重量%を越えるものは連
続気泡化が初期に起こり、発泡倍率が低くなる傾向にあ
るため制限される。ブレンド量は好ましくは0.1〜1
0重量%、さらに好ましくは0.5〜5重量%である。
分散性及び界面の接着性とを改良する必要に応じて、公
知の相溶化剤等を併用してもよい。
【0024】さらに(C)法として、ポリカーボネート
樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂等のような樹脂
としては本来結晶性であるが、加工時の急冷処理等で非
晶状態をとりうる樹脂では、発泡させる時点で微結晶を
生成させておくことにより、非常に微細な気泡を形成し
うる。たとえば、発泡剤含浸前の熱処理や溶剤処理、及
び/または炭酸ガス等の可塑化能力のある発泡剤含浸時
に、微結晶を形成しうる処理が適宜選択される。
【0025】具体的には、ポリカーボネート樹脂をアセ
トンを15容量%程度含む脂肪族系炭化水素系混合溶剤
に浸漬し溶剤処理し、その後炭酸ガスを含浸し、発泡し
たものは、非常に微細な気泡を有する発泡体となる。こ
れは、溶剤処理に加えて、炭酸ガス含浸したことによ
り、ポリカーボネート樹脂中に微結晶(DSC:10℃
/分昇温条件による結晶化度が5%以下が好ましい)が
均一に生成し、それが発泡核となり、気泡核数が著しく
増加したことによる効果と考えられる。
【0026】続いて、上記(A)〜(C)の方法により
生成させた微細気泡を連続気泡化させる処方(E)
(F)について記述するが、特に(F)法は連続気泡率
を高める上で優れた処方である。まず、(E)法とし
て、含浸発泡では含浸後の発泡条件である発泡温度及び
発泡時間と発泡倍率との関係を調べ、樹脂の発泡倍率の
ピークを示す以上の温度で加熱することにより、破泡
(気泡壁の一部破壊による欠損部形成での連続気泡化)
を促進する方法が取りうる。これは発泡が一段で終了す
るため製造工程は簡易となる。
【0027】つぎに(F)法として、通常の一段の発泡
時に発泡と破泡が同時に本発明の発泡体の物性を満足で
きない場合、得られた発泡体に再度物理発泡剤を含浸し
再度発泡するという多段発泡が、本発明の発泡体を得る
ためには非常に有効である。これは、発泡の一段目は多
数の発泡核を形成することを目的とし発泡倍率1.5〜
7倍に抑え、さらに発泡の二段目以降は一次発泡で形成
された発泡体に形成された気泡内部の気泡圧を高めるこ
とで、発泡倍率の高倍化と破泡を目的とした処方であ
る。必要に応じて、さらに含浸、発泡を行う三段以上の
多段の発泡法を取り得ることはいうまでもない。
【0028】一次発泡倍率は1.5倍未満では、気泡が
不均一に生成する傾向があり、また7倍を越えるものは
その段階で気泡の合一により気泡径が増大することと、
破泡により発泡高倍化が困難になる傾向があるため制限
される。一次発泡倍率は好ましくは2〜6倍、より好ま
しくは2.5〜5倍である。一次含浸で用いる物理発泡
剤の含浸量は発泡体密度つまり発泡倍率を考慮しながら
3〜30重量部の範囲で適宜選択しうる。好ましくは
3.5〜20重量部、より好ましくは4〜10重量部で
ある。
【0029】さらに、押出機内で溶融した樹脂に発泡剤
を圧入して均一に混合した後、圧を解放して発泡させ
る、いわゆる押出発泡で得られた発泡倍率1.5〜7倍
の発泡体に再度物理発泡剤を含浸、再度発泡して本発明
の発泡体を得ることも可能である。二次以降の発泡に再
度含浸する物理発泡剤としては、一次発泡倍率や含浸に
よる可塑化程度、二次以降の発泡温度、発泡倍率、連続
気泡化率等を考慮して後述の物理発泡剤の中から適宜選
択されうる。二次以降の発泡時には前段で発泡で形成し
た独立気泡の気泡壁を破泡させながら発泡させねばなら
ないため、気泡内ガス圧力を高めにする必要があり、そ
の条件を満たす範囲で発泡剤の含浸量は発泡体密度、つ
まり発泡倍率を考慮しながら5〜30重量部の範囲で適
宜選択しうる。好ましくは5.5〜25重量部、より好
ましくは6〜20重量部である。
【0030】本発明で用いうる物理発泡剤は、公知の方
法、例えば熱可塑性樹脂のビーズ、パウダー、ペレット
やシート状物等を入れたオートクレーブ等の高圧容器内
に導入され、高圧条件下にて含浸される。含浸条件およ
び含浸量は、必要とされる発泡倍率、発泡温度を考慮し
て適宜選択されうる。また、押出発泡の場合は、溶融し
た樹脂に物理的発泡剤を分散混合さる手法にて含浸状態
を選択しうる。また、懸濁重合で生産されうる熱可塑性
樹脂のビーズ状のものを発泡させる場合、その懸濁重合
の後半に物理発泡剤を添加して発泡性ビーズを得ること
もできる。
【0031】また、本発明の発泡体は、スチレン系ビー
ズ発泡体に代表されるような粒子形状の発泡体や、シー
ト形状の発泡体まで任意の形状のものが簡易なプロセス
にて得られることも特徴である。発泡時の加熱手段とし
ては、一次発泡、以降の多段発泡も含め公知の方法であ
る、熱風加熱、加熱オイル加熱、遠赤外線加熱、スチー
ム加熱等が適宜選択される。特に、スチレン系樹脂やポ
リカーボネート樹脂等の比較的高い水蒸気透過性をもつ
樹脂は、その特性を有効に利用して、スチーム加熱した
場合は高倍発泡体が得られる。
【0032】本発明で用いる物理発泡剤としては、一般
公知の発泡体に用いられる溶剤系発泡剤、有機及び無機
系ガス発泡剤が適宜選択されうる。具体的にはノルマル
ブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、シクロペンタ
ン、ノルマルヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、アセトン、メ
チルエチルケトン等のケトン系炭化水素、メタノール、
エタノール等アルコール系炭化水素、ジヒドロジフルオ
ロメタン、ペンタフルオロエタン、1,1,2,2−テ
トラフルオロエタン、1,1,1,2−テトラフルオロ
エタン、1,1,1−トリフルオロエタン、1,1−ジ
フルオロエタン、1,2−ジフルオロエタン等の含フッ
素炭化水素、炭酸ガスや、窒素ガス、酸素ガス等の無機
ガス等である。発泡体単位体積あたりの気泡核数を出来
るだけ多くすること、つまり一定発泡倍率での気泡径を
小さくするためには、炭酸ガスが特に好ましい。また、
発泡時の気泡核数を増やす目的にて、炭酸ガスに他の物
理発泡剤を併用あるいは追含浸しても良い。
【0033】本発明の発泡体に用いられる熱可塑性樹脂
とは、一般公知のポリカーボネート系樹脂、ポリメタク
リレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリフェニレン
エーテル系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリスルフォ
ン系樹脂、ポリエーテルスルフォン系樹脂、ポリエーテ
ルイミド系樹脂等の非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレ
ンテレフタレート系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系
樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ
エチレン系樹脂、ポリオキシメチレン系樹脂等の結晶性
熱可塑性樹脂が、その最適な発泡剤との組み合わせで適
宜用いうる。好ましくは、室温での圧縮強度の保持性か
ら熱可塑性樹脂のガラス転移点が室温以上である、いわ
ゆる硬質熱可塑性樹脂が用いられる。その中でも、特に
非晶性の硬質熱可塑性樹脂は微細気泡形成のしやすい特
徴をもつ。さらに好ましくは、ポリカーボネート系樹
脂、ポリメタクリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、
ポリフェニレンエーテル系樹脂である。特に好ましく
は、いわゆるビスフェノールAを主鎖に含むポリカーボ
ネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリメタクリレー
ト系樹脂である。
【0034】これらの樹脂は、単独で用いうるが、発泡
時の加熱状態での樹脂溶融粘度及び、発泡剤の保持性を
改良するために、ブレンドして用いても良い。さらに、
必要に応じて、発泡性を著しく変化させない範囲で、公
知の滑剤、熱安定剤、紫外線吸収剤等の添加剤を加えて
用いても良い。さらに、本発明の真空断熱材は微細連続
気泡発泡体と容器とから構成され、容器に該微細連続気
泡発泡体を入れ、この容器を真空減圧して得られる。こ
の真空断熱材に用いる微細連続気泡発泡体として、シー
ト状発泡体及び粒状発泡体のいずれもが用いられ、これ
らは無機系充填材を用いた場合に比べ、断熱材としての
軽量化が可能となる。さらに、粒状発泡体を用いると、
複雑形状の容器への充填が可能となり、冷蔵庫の側板、
天板や扉部自身を真空断熱容器として設計することも可
能である。
【0035】この場合、粒状発泡体の粒径は0.5〜1
0mmであることが必要がある。粒径が0.5mm未満
のものは、容器への充填性は好ましい方向ではあるが、
粒径が小さくなりすぎると取扱いが難しくなる傾向があ
り、また無機微粒子と同様に、真空減圧時に粒状発泡体
の微粒子が減圧機に吸い込まれるのを防ぐための包装
材、すなわち吸引防止のための内包装材が必要となるの
でその使用が制限される。また粒径が10mmを越える
ものは、容器の細かい突起部分への充填性に劣る傾向が
あり、また粒間の空隙が大きくなるため充填時の圧縮変
形の度合いを高めなければならず制限される。好ましく
は、1.0〜8mm、より好ましくは1.5〜6mm、
特に好ましくは2〜5mmの範囲である。
【0036】この粒状発泡体の粒径は、具体的に樹脂発
泡体粒の直径であり、画像解析装置等を用いて粒状発泡
体を少なくとも50個以上測定し、その平均値を採用す
る。粒状形状は真球状に近いものが好ましいが、形状に
異方性があるものは粒径が最大値を取る方向とそれに垂
直な方向で各々測定し、その平均値を採用する。本発明
で真空断熱容器として用いる容器とは、容器内の所定の
真空を長期間保持し得るガスバリア性容器のことであ
り、ガスバリア性を有する無機系材料、樹脂系材料、さ
らにそれらを組み合わせてブレンドや積層した複合材料
で構成される容器である。その材料は、真空断熱材の使
用される目的、許容寿命等により適宜選択されうる。具
体的には、金属系としてはアルミ、ステンレス等、樹脂
系としてはポリアクリロニトリル系、ポリエチレンビニ
ルアルコール系、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、複合材と
してはアルミ箔をラミネートした樹脂シート、アルミ蒸
着した樹脂系シート等が好適に用いられる。
【0037】容器性能としては、空気及び水蒸気等の外
気から容器内への進入を防止し、その真空断熱材の使用
されている製品寿命の間、許容の真空度に容器内部を維
持しうる性能が必要がある。また、容器そのものによる
熱伝導が大きいものは断熱材としての性能が低下するた
めその使用が制限されるため、容器形状も適宜その用途
により選定しなければならない。また、発泡体の密度が
低く、圧縮強度の低いものに関しては、容器の強度によ
って真空減圧時の圧力に耐え得る容器を用いることがよ
り好ましい。いずれにせよ、本発明の粒状発泡体は容器
への充填性が著しく改良されているため、例えばパネル
板状である平板状ものからクーラーボックス等の成形加
工された箱状体のものまで、複雑な形状の容器に充分対
応しうる。
【0038】さらには、本発明では容器に充填する前
に、あらかじめ粒子発泡体を型内で成形し、その成形体
を容器に充填する方法を用いうる。一般に粒状発泡体で
は、発泡剤を含浸させた後、金型内に充填し、金型内で
スチーム等の加熱手段により再発泡させ、粒状発泡体間
を融着させ成形体を得ることができる。ただしこの場
合、粒状発泡体は独立気泡からなる発泡体であり、金型
内での再発泡の際、発泡剤は気泡内で効率的に再発泡に
寄与し、それにより成形体をなす粒状発泡体間の融着性
を高めている。
【0039】これに対して、本発明の場合、微細連続気
泡を有する粒状発泡であるため、独立気泡の粒状発泡体
とは根本的に成形の際の再発泡挙動が異なるため、本発
明の粒状発泡体の成形には粒状発泡体間の空隙をなく
し、その融着性を高めながら熱収縮を防止し、さらに成
形体としての連続気泡率を低下させないような工夫が必
要となる。
【0040】
【実施例】以下、実施例にて本発明を詳細に説明し、表
1、表2、表3にその結果をまとめた。なお、連続気泡
率は、ASTMD−2856に準拠して求める。具体的
には、まず、エアピクノメーター(空気比較式比重計:
東京サイエンス(株)製 100型)を用いて、2気圧
加圧式にて測定して実容積Vrを得る。その実容積と水
没法にて測定した見かけ容積Vaから、式 連続気泡率(%)={(Va−Vr)/Va}×100 にしたがって連続気泡率を算出する。
【0041】また、本発明の真空断熱材の断熱性能とし
ては、冷蔵庫等に使用される代替フロンガスで発泡した
ウレタン発泡体に対して優位な性能を確保するために、
JISA−1412に準拠した測定法にて、熱伝導率λ
=0.012kcal/m・hr・℃(25℃にて測
定、真空包装機チャンバー内圧力を0.1mmHgに真
空減圧包装したもの)以下を達成するものを断熱性能良
好なものと判断した。
【0042】
【実施例1】特開平3−68627号公報記載の方法に
て、ジフェニルカーボネートと2,2−ビス(4−ヒド
ロキシフェニル)プロパンとから製造されたポリカーボ
ネート樹脂(重量平均分子量56,000)のペレット
を、押出機を用いてシリンダー温度320℃で溶融押出
しを行い、厚さ1mmのシートを作成した。
【0043】このシートから20×30mmのサンプル
を切り出し、小型オートクレーブに入れ、液化炭酸ガス
を5℃で40kg/cm2 となるよう圧入し24時間放
置した。圧を解放し、サンプルの重量を測定したとこ
ろ、サンプル重量に対して13.5重量部、炭酸ガスが
含浸されていた。この含浸サンプルを、温度150℃の
オイルバスに30秒間浸漬し加熱して、一次発泡させた
ところ、倍率4.8倍の発泡体が得られた。
【0044】この一次発泡品を再度小型オートクレーブ
に入れ、同様に炭酸ガスを60kg/cm2 まで圧入
し、23℃で24時間放置した。圧を解放し、サンプル
重量に対して15重量部炭酸ガスが含浸されている状態
まで、23℃で放置した。この含浸サンプルを、温度1
90℃のオイルバスに15秒間浸漬し加熱して、二次発
泡させたところ、密度57kg/m3 で気泡径7μmの
発泡体が得られた。この発泡体断面の1000倍の電子
顕微鏡写真を画像処理解析装置(日本アビオニクス社
(株)製SPICCA−IIを使用)にて求めた気泡壁
存在率は97%であり、発泡体の連続気泡率(スキン層
の影響を除くためにサンプルを4分割し測定した)は9
9%であった。よって、ほとんどの気泡が連続気泡であ
るにも関わらず、実質的に気泡壁を有していることが分
かった。
【0045】
【実施例2〜5】実施例1と同様な方法にて、ポリカー
ボネート樹脂を用いた条件及び結果を表1に示した。用
いた樹脂は実施例2〜4は、実施例1と同じ樹脂であ
り、実施例5は重量平均分子量30,000の樹脂(帝
人化成(株)製パンライトK−1300)である。
【0046】
【実施例6】ポリメチルメタクリレート樹脂(旭化成工
業(株)製デルペット980N)にアクリル系微粒子
(旭化成工業(株)製アクリルゴムSRS:粒子径0.
1μm)を0.1重量%の割合でドライブレンドした
後、噛み合い型同方向二軸押出機にて250℃にて押出
後、水冷乾燥し溶融ブレンドペレットを得た。このブレ
ンドペレットをプレス成形して、厚さ1mmのシートを
得た。このシートから20×30mmのサンプルを切り
出し、小型オートクレーブに入れ、液相状態のHFC1
34a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン)で8
0℃60時間かけて含浸したところ、含浸量は25重量
部であった。この含浸サンプルを150℃のシリコンオ
イルバスに30秒浸漬して発泡し、発泡倍率6.5倍の
一次発泡品を得た。このサンプルを再度オートクレーブ
に入れ気相状態のHFC134aで30℃48時間かけ
て含浸したところ、含浸量は35重量部であった。この
含浸サンプルを150℃のシリコンオイルバスに30秒
間浸漬し二次発泡体を得た。この発泡体の気泡径は3μ
m、気泡壁存在率が94%、連続気泡率が95%、密度
が70kg/m3 であった。
【0047】
【実施例7】実施例1と同じシートから30×20mm
のサンプルを切り出し、アセトン:nペンタン=20:
80(容量比)の混合溶液に室温で24時間浸漬し、1
0重量部混合溶剤を含む溶剤処理シートを得た。このシ
ートを小型オートクレーブに入れ、炭酸ガスを40kg
/cm2 まで圧入し、5℃にて24時間放置した。圧を
解放し、サンプルの重量を測定したところ、サンプル重
量に対して20重量部、炭酸ガスと溶剤が含浸されてい
た。この含浸サンプルの一部をDSCにてその結晶化度
を測定したところ3%以下ではあるが、含浸前のシート
では観測されなかった一部結晶化がみられた。
【0048】この含浸サンプルを、温度150℃のオイ
ルバスに30秒間浸漬し加熱して、一次発泡させたとこ
ろ、発泡倍率3.0倍の発泡体が得られた。この一次発
泡品を再度小型オートクレーブに入れ、同様に炭酸ガス
を40kg/cm2 まで圧入し、室温で24時間放置し
た。圧を解放し、室温でエージングし、サンプル重量に
対して13重量部炭酸ガスが含浸されている状態にし
た。
【0049】この含浸サンプルを、温度190℃のオイ
ルバスに15秒間浸漬し加熱して、二次発泡させたとこ
ろ、気泡径は5μm、気泡壁存在率は97%、連続気泡
率は90%で、密度は50kg/m3 の発泡体が得られ
た。この発泡体は実施例1に比べ溶剤処理により発泡核
が増加し、気泡径が小さくなったと考えられる。
【0050】
【比較例1】実施例1と同じ樹脂を用いて実施例1と同
じ条件で得られた一次含浸サンプルを温度190℃のオ
イルバスにて30秒間浸漬し加熱して発泡体を得た。得
られた発泡体の気泡径は9μm、気泡壁存在率は99
%、密度は45kg/m3 であったが、連続気泡率は5
7%と実施例に比べ低い値であった。
【0051】
【比較例2】実施例5と同じポリカーボネート樹脂を1
0重量部とジオキサン/シクロヘキサンの混合溶媒(7
0:30容量%)を90重量部とを、直径50cmの金
属製円筒容器に深さ1cm程度になる量入れ、オイルバ
ス上で60℃に加熱し均一に溶解させた。この容器をド
ライアイスバスに急激に浸漬し、固化温度以下にまで急
冷し樹脂多孔質中間体を得た。この中間体を凍結乾燥機
を用いて多孔質構造を保持させたまま溶媒を除去して樹
脂多孔質体を得た。この樹脂多孔質体の気泡径(発泡体
での気泡径に相当する部分の径)は5μmで、気泡壁存
在率は20%であり、連続気泡率が100%、密度が1
15kg/m3 であった。この樹脂多孔質体は気泡壁存
在率から分かるように気泡壁が実質的になく、その圧縮
強度は本発明の発泡体に比べ著しく低かった。
【0052】
【実施例8】0.3μm径のポリスチレンコア・ブタジ
エンゴム微粒子を13重量%含むポリスチレン樹脂、い
わゆるハイインパクトポリスチレン樹脂(MFR:3.
2g/10分、5kg荷重、200℃)を、アンダーウ
ォーターカット法のペレタイズィングによってほぼ球形
に近い、直径1.2mmの樹脂ペレットを得た。
【0053】この樹脂をオートクレーブに入れ、炭酸ガ
スを40kg/cm2 にまで圧入し、温度23℃にて2
4時間含浸した。圧を解放した後、室温でエージングし
て、サンプル重量に対して炭酸ガス含浸量を4.7重量
部に調整した。この含浸サンプルをスチーム加熱式発泡
装置にて、温度100℃にて30秒間加熱して、密度1
50kg/m3 の一次発泡品を得た。さらにこの一次発
泡品をオートクレーブに再度入れ、窒素を20kg/c
2 にまで圧入し、温度23℃にて24時間含浸した。
圧を解放した後、室温でエージングして窒素含浸量を
7.7重量部に調整した。この二次含浸サンプルをスチ
ーム加熱式発泡装置にて、温度102.5℃にて30秒
間加熱して、気泡径25μm、粒子径4.1mmで密度
42kg/m3 の球状発泡体を得た。この球状発泡体の
表面層、いわゆるスキン層に少なくとも3箇所以上に針
で孔を形成した後の、この球状発泡体の連続気泡率は9
8%で気泡壁存在率は97%であった。この発泡体を真
空乾燥機にて、60℃で15時間乾燥して充填材として
用いた。
【0054】次に断熱材容器として、ポリエステル樹脂
/アルミ箔/ポリエステル樹脂/ヒートシール性樹脂を
接着剤層を介して積層したガスバリア性シートを、深さ
10mmで200×200mm角皿型でその4辺にヒー
トシール部を設け、アルミ箔部にクラックが発生しにく
い形状で真空成形したものを容器の底部と蓋部として作
成した。底部と蓋部の3辺をヒートシールし、球状発泡
体を発泡体間の空隙がをなくすため、充填後の充填材密
度が47kg/m3 程度になるよう圧縮して詰め込ん
だ。この状態の容器を真空包装機に入れ、真空チャンバ
ー内圧力が0.1mmHgになるように30分間真空減
圧し、その状態で容器残りの1辺をヒートシールした。
【0055】得られた真空断熱材を熱伝導率測定装置
(JISA−1412に準拠)にて測定したところ、熱
伝導率は0.008kcal/m・hr・℃の性能であ
った。この真空断熱材は、従来の無機系微粒子を用いた
ものに比較して、軽量でありかつ真空減圧時には内包装
材を必要とすることもなく、断熱性能も優れた断熱材で
あった。
【0056】さらに、上述のガスバリア性皿状容器の中
央に100×100mm角で深さ10mmの窪み部分を
さらに形成した二段の段差のある容器を底部とし、また
ガスバリア性シートに70×70mm角の深さ10mm
の窪み部分を形成したものを蓋部として準備した。この
200×200mm角で4辺にヒートシール部を設けた
異形容器に球状発泡体を圧縮充填したところ、容器の隅
々まで充填することが出来、充填性は非常に良好であっ
た。
【0057】
【実施例9〜12】実施例8と同一樹脂、同一発泡剤を
用いて、同じ二段発泡にて同様の樹脂発泡体を得た。そ
の際、含浸圧力、エージング条件を変えて発泡剤含浸量
を変化させ、さらにそれに合わせて各種発泡条件を変え
て、種々の発泡体を得た。それらの充填剤としての物性
と、実施例8と同一容器を用いて真空包装した真空断熱
材の熱伝導率の結果を表2に示した。
【0058】実施例8と比較すると、実施例9では気泡
径が83μmと大きいもの、実施例10では密度が78
kg/m3 と高いもの、実施例11では密度が23kg
/m 3 と低いもの、また実施例12では気泡径が6.5
μmと小さいものを充填剤として、真空断熱材を試作し
たが、いずれも実施例8と同様に軽量でかつ優れた性能
を示した。また、いずれも球状発泡体の異形容器充填性
は良好であった。
【0059】
【実施例13】0.3μm径と1.2μm径のポリスチ
レンコア・ブタジエンゴム微粒子を9:1の割合で13
重量%含むポリスチレン樹脂、いわゆるハイインパクト
ポリスチレン樹脂(MFR:4g/10分、5kg荷
重、200℃)を実施例8と同様な方法にて、連続気泡
発泡体を得た。またそれを充填剤として、真空断熱材を
試作したが、いずれも実施例8と同様に軽量でかつ優れ
た性能を示した。また、いずれも球状発泡体の異形容器
充填性は良好であった。結果を表2に示した。
【0060】
【実施例14】無水マレイン酸ユニットを14重量部含
むポリスチレン樹脂(MI:2.0g/10分、2.1
6kg荷重、230℃)を、アンダーウォーターカット
法のペレタイズィングによってほぼ球形に近い、直径
1.1mmの樹脂ペレットを得た。
【0061】この樹脂をオートクレーブに入れ、炭酸ガ
スを30kg/cm2 にまで圧入し、温度23℃にて2
4時間含浸した。圧を解放した後、室温でエージングし
て、サンプル重量に対して炭酸ガス含浸量を9.2重量
部に調整した。この含浸サンプルを温度130℃のオイ
ルバスにて40秒間加熱して、密度140kg/m3
一次発泡品を得た。さらにこの一次発泡品をオートクレ
ーブに再度入れ、窒素を80kg/cm2 にまで圧入
し、温度23℃にて24時間含浸した。圧を解放した
後、室温でエージングして窒素含浸量を8重量部に調整
した。この二次含浸サンプルをスチーム加熱式発泡装置
にて、温度125℃にて90秒間加熱して、気泡径10
μm、粒子径3.2mmで密度25kg/m3 、気泡壁
存在率は99%の球状発泡体を得た。この球状発泡体を
実施例8と同一の後処理を実施し、連続気泡率を99%
とし、真空乾燥機にて60℃で15時間乾燥して充填材
として用いた。
【0062】実施例8と同一の容器を用いて、真空包装
しその熱伝導率を測定した結果、λ=0.009kca
l/m・hr・℃の優れた性能であった。さらにこの球
状発泡体の実施例8と同じ異形容器への充填性は良好で
あった。
【0063】
【比較例3】ホワイトカーボン(密度300kg/
3 :平均凝集径3.5〜4μm)を真空乾燥したもの
を、クラフト紙からなる200×200×20mmのサ
イズの直方体型の内包装材に入れ、封をした後、軽くプ
レス装置にて圧縮した。これを実施例8で用いた容器に
入れ真空包装した。この真空断熱材の熱伝導率はλ=
0.007kcal/m・hr・℃の性能であったが、
真空包装時には容器に入れる前に内包装材を必要とし、
また得られた真空断熱材の重量は実施例に比べ重いもの
であった。
【0064】
【比較例4〜7】実施例8と同一樹脂、同一発泡剤を用
いて、同じ二段発泡にて同様の樹脂発泡体を得た。その
際、含浸圧力、エージング条件を変えて発泡剤含浸量を
変化させ、さらにそれに合わせて各種発泡条件を変え
て、種々の発泡体を得た。それらの充填剤としての物性
と、実施例8と同一容器を用いて真空包装した真空断熱
材の熱伝導率の結果を表3に示した。
【0065】実施例8と比較すると、比較例4では気泡
径が193μmと大きいもの、比較例5では連続気泡率
が85%と低いもの、比較例6では粒径が11mmと大
きいもの、また比較例7では密度が18kg/m3 と小
さいものを充填剤として、真空断熱材を試作した。結果
は、いずれも熱伝導率が実施例に比べて高かった。その
理由は、比較例5では気泡径が大きいためこの真空減圧
度では断熱性能が悪く、比較例5では独立気泡部分が残
存するため、比較例6では発泡体粒間の空隙が充分埋ま
らないためだと考えられる。また、比較例7では密度が
低すぎるため、その圧縮強度が低くなりすぎて実用上取
扱いの問題が発生した。
【0066】
【表1】
【0067】
【表2】
【0068】
【表3】
【0069】
【発明の効果】本発明の微細連続気泡発泡体は、連続微
細気泡を均一に形成した低密度発泡体であり、その気泡
が実質的に気泡壁を有しているため強度的に優れてい
る。また、本発明の微細連続気泡発泡体を真空断熱充填
材として用いる場合、従来の無機系微粒子の充填材に比
べて軽量で、かつ真空減圧時に内包装材を必要とせず、
製造工程、廃棄時の粉塵問題も発生しない。特に粒状発
泡体の場合、従来の樹脂系発泡体の充填材に比べ、任意
形状の断熱材容器の隅々にまで充填可能である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気泡径が1〜100μm、連続気泡率が
    90〜100%、かつ密度が20〜100kg/m3
    あることを特徴とする微細連続気泡発泡体。
  2. 【請求項2】 気泡径が1〜20μmであることを特徴
    とする請求項1記載の微細連続気泡発泡体。
  3. 【請求項3】 気泡壁存在率が80〜100%であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の微細連続気泡発泡体。
  4. 【請求項4】 気泡壁存在率が80〜100%であるこ
    とを特徴とする請求項2記載の微細連続気泡発泡体。
  5. 【請求項5】 発泡体の粒径が0.5〜10mmである
    ことを特徴とする請求項1記載の微細連続気泡発泡体。
  6. 【請求項6】 粒子径0.01〜1.5μmの樹脂微粒
    子を熱可塑性樹脂に対して0.05〜15重量%ブレン
    ドさせたことを特徴とする請求項1記載の微細連続気泡
    発泡体。
  7. 【請求項7】 一次発泡倍率を1.5〜7倍とし、多段
    発泡にて発泡させることを特徴とする請求項1又は請求
    項2記載の微細連続気泡発泡体の製造方法。
  8. 【請求項8】 炭酸ガス含浸により結晶化度が0.1〜
    5%に調節された状態を経由することを特徴とする請求
    項2記載の微細連続気泡発泡体の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項3又は請求項4記載の微細連続気
    泡発泡体を、容器内にて真空減圧したことを特徴とする
    真空断熱材。
  10. 【請求項10】 請求項5記載の微細連続気泡発泡体
    を、容器内にて真空減圧したことを特徴とする真空断熱
    材。
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