JPS6337916A - スチレン系樹脂発泡体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスチレン系樹脂発泡体の製造方法に係り、より
詳しく述べると、低密度で、高い断熱性能を有し、比較
的厚みの厚い発泡体で、その断面内における密度および
機械的強度が実質的に均一なポリスチレン系樹脂発泡体
の製造方法に関する。

従来、ポリスチレン系樹脂の押出し発泡体は、連続して
能率よく製造出来、その断熱性能、軽量性、低吸水性、
加工性等の特性により、一般住居を初めとする建築物の
断熱材として大いに利用されている。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕従来、
ポリスチレン系樹脂の押出し発泡体は、樹脂、発泡剤お
よびその他の添加剤を押出機のシリンダー内で混合溶融
した後、押出ダイを通して高圧帯域より低圧帯域に押出
し、発泡が進行する間に成形装置を通過させて成形発泡
体を得ている。

しかしながら、このようにして得られる押出し発泡体は
押出方向に直角な方向の断面内における発泡倍率が均一
でなく、発泡体の密度分布および機械的強度の分布が不
均一になるという不都合があった。それは、押出された
高温の樹脂混合物は保形性が悪いので成形装置では樹脂
を冷却して成形を行なうため、押出体の周囲部分は内部
より急速に冷却されて発泡が抑制される結果、押出体の
周囲部分は相対的に高密度に、そして内部は相対的に低
密度になるからである。しかも、押出された高温樹脂混
合物を成形装置によって冷却して発泡を抑制するので押
出発泡体の低密度化が阻止されるという不都合もある。

そこで、押出機を出た後、一度発泡し冷却した後再び熱
を加えたり、あるいは押出し後、連続的に、減圧装置に
導くかもしくは熱容量の大きい常温で液体の蒸気雰囲気
中に導く試みが提案されている。しかしながら、これら
の方法によって作られる発泡体は、以前として、発泡体
の押出方向と直角な断面内において密度むら、機械的強
度の不均一が存在する。そのために、これらの発泡体は
、厚い発泡体から切り出して使用する場合はわずかな温
度差により屈曲したり、破壊を起こしてしまうので、一
枚板として使うことを余儀なくされており、非常に生産
性が悪く、コスト高なものとなっている。

即ち、特開昭５６−９９６３５号公報には、厚みの大き
いスチレン系樹脂発泡板を、押出しの際又は押出し直後
に樹脂表面を「冷却」し、引き続き又はそのまま放置後
、再び表面から加熱して表面を発泡させる方法が述べら
れている。この方法は押出しの際に口金内の先端におい
て樹脂を冷却するか、樹脂が口金から出た直後に樹脂を
冷却する為、未だ十分に発泡能力を有する樹脂を冷却す
る事となる。そのため、特に厚みの厚い発泡体の場合、
これを再加熱によって発泡させようとしても、一端冷却
して形成された断熱材を加熱することになるので発泡体
の中心部分までは加熱されず、特性の均一化および低密
度化は困難である。また蒸気等の、熱容量の高く、ポリ
スチレン系樹脂に対するガス透過性の大きい、即ち、発
泡体の中心層に熱を伝達し易い蒸気で加熱すると、低密
度化は可能であるが、蒸気の浸透に伴ない、表面層と中
心層の密度が逆転し、やはり密度むらを生じてしまう。

また、発泡体中に残存する蒸気の凝縮液を追い出す期間
或いは工程を必要とする為にコスト高或いは熱ロスを生
じ、さらに一端冷却した発泡体く断熱材）を再加熱する
という無駄な工程を取る為、コスト的に非常に不利なも
のとなってしまう。

一方、特開昭５９−６２１２２号公報、特開昭５８−６
３４２６号公報等に開示された方法、即ち、押出し後減
圧帯域にて発泡成形を行なう方法は、装置自体が非常に
大がかりなものとなり、物性のコントロールに対する発
泡体へのアクションが取りに＜＜、製品自体の物性の均
一性が得られにくい、また装置上、そのシール性が重要
であるが、そのシール方法が難かしい、シール性能によ
って減圧度が偶かに変動しても物性の均一性に影響を及
ぼす、この場合、発泡体の断面内での均一性が得られた
としても、時間的に、またロット間で、バラツキが大き
くなってしまう、更らに、特公昭４２−２４０７１号公
報には、熱可塑性樹脂気泡体を大気圧下に押出し、ただ
ちに、それを樹脂の軟化点以上の温度にある様に常態で
液状の熱容量の大きい熱伝導性媒質の蒸気をもって囲繞
する方法が述べられている。しかし、この方法の場合も
、先に述べた様に、水分或いは使用する液体の蒸気の種
類によっては装置の材質を考慮する必要があり、また乾
燥工程等で残存凝縮液を追い出す必要があり、該工程に
於ける製品の寸法変化をも考慮して製品寸法を決める必
要が、ある、更らに重要な事は、蒸気の種類、加。

熱温度、量によっては、物性が不均一になる０例□えば
水蒸気は、ポリスチレンに対するガス透過度が空気（Ｎ
２）の約４０００倍であり、発泡体中に浸透し易く、低
密度化も可能である。しがし、水蒸気はあて過ぎると発
泡体が低密度になり過ぎて常温で収縮してしまうととも
に、発泡体内部に凝縮水を保持してしまい、これを除去
する方法が必要となる。また、表面層の密度低減化率が
大きくて、表面層の密度が中心層の密度に比較して低く
なってしまい、物性が不均一になる。

〔問題点を解決する手段〕

本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑み、ポリ
スチレン系樹脂押出発泡体の断面内の密度分布を均一に
することを探求する過程で、樹脂発泡体を押出した直後
の成形装置を通過させる際に、従来のように一旦冷却す
ることなく、むしろ保温または加熱して、樹脂が硬化す
る前に発泡が完全に行なわれるようにすることによって
発泡体の断面内で均一な発泡を達成できることを見い出
し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、ポリスチレン系樹脂、発泡剤及び
その他の添加剤を含む混合溶融物を高圧帯域より低圧帯
域に押出してポリスチレン系樹脂発泡体を製造する方法
に於いて、押出直接に押出物を保温又は加熱された成形
装置に接触通過させることを特徴とするポリスチレン系
樹脂押出発泡体の製造方法にある。

本発明でいうスチレン系樹脂とは、例えば、スチレン、
α−メチルスチレン、クロルスチレン、ジクロルスチレ
ン、ジメチルスチレン、ｔ−ブチルスチレン、ビニルト
ルエンなどのスチレン誘導体類の単独重合体、又は、２
種以上の組合せからなる共重合体、あるいはこれらのス
チレン誘導体類とジビニルベンゼン、メチルメタクリレ
ート、アクリロニトリル、または、ブタジェンのような
他と容易に重合しうる化合物の少量との共重き体を言う
０本発明に適用する発泡剤としては、揮発性有機発泡剤
及び熱分解型化学発泡剤がある。より好ましい発泡剤と
しては基材樹脂の軟化点以下の沸点（１気圧下）を持つ
揮発性有機発泡剤、例えば、トリクロロフルオロメタン
、ジクロロジフルオロメタン、ジクロロフルオロメタン
、クロロジフルオロメタン、１．１’　、２−）リクロ
ロトリフルオロエタン、１．２−ジクロロテトラフルオ
ロエタン、ｌ−クロロトリフルオロエタン、ｌ−クロロ
−１，１′−ジフルオロエタン、１．１′−ジフルオロ
エタン、オクタフルオロジクロロブタン、塩化メチル、
塩化エチル、塩化メチレン、塩化エチレン、プロパン、
ブタン、ブテン、プロピレン、ペンタン、メタノール、
炭酸ガス等がある。まなこの他に添加剤として難燃剤、
核剤、紫外線吸収剤、滑剤、樹脂改質材、着色材等は適
宜必要に応じて添加するものとする。

次に、本発明による方法を第１〜３図に示す装置を参照
して説明する。

第１図は本発明の方法を実施するための典型的な装置を
示し、１は押出ダイ（口金）、２は加熱可能な成形装置
、３は押出物、４はロールコンベア、５はヒータである
。

樹脂と発泡剤等との混合および押出の方法は従来の慣用
的なポリスチレン系樹脂押出方法におけると同様である
ことができる０発泡剤は押出機（本体は図示せず）に樹
脂を供給する前あるいは押出機の中で樹脂は混入される
０発泡剤等を含む樹脂混合物は押出機中をスクリューで
送られ、その間に推進、圧縮、溶融、混合の各作用を受
け、そして押出ダイ（口金）１を通過することによって
高圧帯から低圧帯に押出される。押出ダイ１を通過した
押出物は押出ダイ１の開口部の寸法よりも断面寸法が縦
横ともに大きい成形装置２、代表的には上下だけの平行
平板からなる成形装置あるいは上下および左右の両方を
規制する平行平板からなる成形装置を通過する間に発泡
しかつ成形される。

この成形（サイジング）の際、本発明の方法では、成形
装置２を加熱または保温することによって、押出物が硬
化するまでの押出物の断面内における温度分布を均一に
することができる。従来の加熱または保温されない成形
装置では、成形装置に接触しあるいは外気と接触する押
出物の表皮層が中心部よりも急速に冷却して表皮層での
発泡が抑制されるため中心部の密度が局所的に低下し、
また表皮層もその位置により冷却のされ方に差があり密
度に差を生じていたが、この欠点が本発明の方法により
解決される。そのために押出物の押出方向に直角な方向
の断面内における発泡倍率が均一化し、密度分布が均一
化する。さらに、押出物が加熱または保温されることに
よって、押出物は軟かいままに保持されあるいは少なく
とも硬化が遅延され、その間に発泡が十分に進行するた
め、押出物の押出方向に直角な方向の断面内での発泡の
均一化が促進されるとともに、発泡が不必要に抑制され
ることなく十分に進行するために発泡体の低密度化も達
成される。しかも、この押出発泡体の密度の均一化、低
密度化は、押出物を一旦冷却することなく、溶融押出の
熱をそのまま利用しているので熱損失がない、さらに、
加熱あるいは保温の方法も簡単であり、かつ水蒸気等を
用いる場合のような不都合もない。

成形装置の加熱または保温方法は特に限定されないが、
成形装置をいくつかのセクションに分割し、それぞれの
セクションを独立に温度制御して押出物の断面内の温度
分布を均一化できることが望ましい。例えば、上下２枚
の平行平板からなる成形装置において、上下の平板の夫
々を押出方向は、端部は中央部と比べて周囲温度の影響
を受けるので独立して温度制御できることが好ましく、
また独立して温度制御すべきセクションの面積は、周囲
温度の影響を受は易い部分に対応するのがよく、幅方向
の両端部及び押出方向の先端部は中央部と比べて細かく
分割し、各セクションの面積を小さくするのが通常であ
る。上記の例よりさらに細かく温度制御できることは勿
論好ましいが、成形装置を単一のヒーターで加熱した場
合でも本発明の効果が奏せられ、本発明の範囲内である
。更らに保温を十分に行なうことにより加熱なしでも目
的は達せられる。

成形の際の押出物の加熱または保温温度として理想的な
温度範囲は、使用する樹脂及び使用する発泡剤、その組
み合せによって差があり明確には出来ないが、ダイ（口
金）先端の樹脂温をそのまま保持するのが最も望ましい
９通常、ポリスチレンを使用する場合は、使用する発泡
剤の種類によって多少の差はあるが、成形装置を樹脂の
軟化温度の±１０℃程度に保ち、好ましくは±５℃程度
に設定する。第２図は第１図の如き押出装置で成形装置
２を加熱することなく押出成形したときの押出物の断面
内の各部の温度の時間変化を表わし、第３図は同じ押出
装置で成形装置２を押出機のグイ（口金）の先端の樹脂
温度と同一温度に加熱した場合の同様の変化を表わした
ものの１例である。

成形装置を加熱することによって、押出物の断面内の温
度分布は均一化し、この例ではその温度は冷却速度が最
も遅い中心部の温度にほぼ等しいことが認められる。同
一温度に保持していても全体的に温度が下がるのは発泡
体内部から透過して拡散する発泡剤の気化熱によって熱
がうばわれる為と考えられる。一般には、第３図におい
て、各層の温度の降下が実質的に行なわれなくなった点
が発泡の終了点と見ることが出来、保温又は加熱もこの
点まで行なうのが良いことになる。

本発明の方法は、従来の方法と比べて押出発泡体を低密
度化し得ることを特徴とし、それは、本発明の大きな利
点であるが、本発明の方法に従えば所望の密度の押出発
泡体を得ることができることに留意されるべきである。

押出発泡体の密度は、発泡剤の呈、押出ダイと成形装置
の寸法比、押出物の引取り速度等を調整して任意に設定
できるからである。しかし低密度化によって当然、機械
的強度は低下し、スチレン系樹脂においては平均密度で
１６ｋｇ／輸３以上が好ましい。

成形装置２を通過した押出発泡体３は、上記のように断
面内において均一な密度を持ちかつ低密度化されている
と同時に、すでに樹脂の軟化温度より低い温度あるいは
少なくとも軟化温度に近い温度まで冷却されて成形も完
了している。そこで、成形を終了した押出物３はロール
コンベアで後工程へ運ばれる。

第４図は、このような本発明の方法と従来の方法はより
同じようにして製造されたポリスチレン系押出発泡体く
断面が幅１０００ｘ厚１００ｍ＋＊の板状体）をそれぞ
れ厚さ方向に４層化しく上からそれぞれ第１層、第２層
、第３層、第４層）、幅方向に９分割（押出される側か
ら見て左からセクション番号１〜９）した計３６個のセ
クションの平均密度を測定した結果である。従来例のデ
ータから、中心部の第２層と第３層は低密度であるが表
面層の第１層と第４層が高密度であり、また同じ層内で
は左右の外気に触れる部分がより高密度であり、結局速
く冷却される部分の密度が高いことが明らかである。そ
して、同時に押出発泡体の断面内における密度が非常に
不均一であることが認められる。これに対して、本発明
の方法により製造された押出発泡体の密度は押出方向に
直角な方向の断面内において非常に均一化されており、
かつ従来例と比べて低密度化されていることが認められ
る。

第５図は本発明の別の実施態様を実施する装置であり、
１〜５は第１図の１〜５と同じ部分を指示し、６は温度
検出器、７はトンネル、８は送風機、９は熱交換器を示
す、この態様では、押出物を加熱または保温した成形装
置２を通過した押出発泡体３を、次に保温または加熱さ
れた雰囲気中を通過させる。熱交換器９で加熱されたガ
スを送風機８でトンネル７内を循環させて加熱または保
温雰囲気を形成する。これは押出発泡体は加熱または保
温された成形装置を通過することによって実質的に発泡
および成形を終えているが、まだ発泡の余力を有する場
合に、これをより完全に発泡させて、より均一かつより
低密度の押出発泡体を得るために、保温または加熱され
た雰囲気中を通すものである。成形装置を通過する間に
完全に発泡を完了させることができれば、この雰囲気加
熱は理論上不要であるが、加熱または保温された成形装
置を不必要に長くしても消費エネルギーの割には得られ
る成果が小さくなる。そうした場合に、この雰囲気加熱
は有効である。

第６図は上記と同様な考え方から成形装置を通過後の押
出発泡体を加熱するために赤外線照射を利用する態様を
説明するものである０図中、１０が赤外線照射装置であ
り、１〜７は第５図中の１〜７と同じ部分を指示する。

〔実施例〕

実施例１゜ 第１図に示す如き押出装置において、ポリスチレン及び
造核剤としてタルクを押出機に供給し、更らに発泡剤と
してジクロロジフルオロメタンおよび塩化メチルを各々
５重量部ずつ添加し、溶融混合し、スリットダイ（厚４
．５−−Ｘ幅３００鴎論）より押し出した。そして直ち
に、１００℃に加熱温調された成形装置に３０秒間接触
通過させ、厚み１１０−転幅９６０ｍｍ、平均密度２６
．９ｋｇ／曽コの発泡体を得な、この発泡体を厚み方向
に均等に４分割、幅方向に均等に５分割して、合計２０
ブロツクの密度を測定した。その結果、最大密度２７．
１ｋｇ／ｓ’、最少密度２６．８ｋｇ／論３であり、そ
の最大差は０．３　ｋｇ／論３であり、密度分布は非常
に均一なものであった。

実施例２゜ 第５図に示す如き押出装置を用い、実施例１同様に、ス
リットダイより押出し、同時に１００℃に加熱温調され
た成形装置に３０秒間接触通過させた。その後、１００
℃に加熱温調された空気循還式トンネル中に送り、３分
間１００℃雰囲気中に保ち、厚み１１５−転巾９６０輪
輪、平均密度２４ｋｇ／＠”の発泡体を得た。この発泡
体を実施例１と同様に分割し、密度を測定した結果、最
大密度２４．１ｋｇ／ｍ’、最少密度２３．９ｋｇ／鴫
３であり、その最大差は０．２ｋｇＺ蹟３であり、均一
な密度分布であった。

実施例３゜ 発泡剤の添加量を１６重量部に増やした以外は全て実施
例２と同様に行なった結果、厚み１２０＋＊（巾１００
０ｍ転平均密度１９．８ｋｇ／　ｖｂ”の発泡体を得た
。

この発泡体を実施例２と同様に分割し、密度測定を行な
った結果、最大密度２０．１ｋｇ／ｍ’、最少密度１９
．６ｋｇ／輸コであり、その最大差は０．４ｋｇ／−３
であり、均一な密度分布であった。

比較例１゜ 実施例１と同様にスリットダイより押出し、但し、加熱
温調を行なわない成形装置に３０秒間接触通過させて発
泡体を製造した。この発泡体は厚み１１０−論、幅９８
０■転平均密度２７．８ｋｇ／輸コであり、実施例１と
同様に分割して密度を測定した結果、最大３０．８ｋｇ
／輪コ、最少２７．６ｋｇ／＋ｓ’であり、その分布（
差）は３．２　ｋｇ／　ｔｓ”で不均一なものであった
。

比較例２゜ 実施例２同様に行ない、但し加熱空気の代わりに水蒸気
の雰囲気に保った発泡体は、取り出し後寸法収縮を起こ
した。密度は３２ｋｇ／ｍ’であり、分割すると水分を
含んでいた０分割後の密度は最大３５ｋｇ／梼コ、最少
２８ｋｇ／ｍ３、その差７ｋｇ／ｍ３と不均一であった
。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、ポリスチレン系樹脂押出発泡体
の断面内の密度の分布そしてその結果機械的強度の分布
を簡単な装置で低コストで均一にすることができる。そ
の結果、製品の均一性が高まり、また製品歩留りも向上
し、コストダウンできる。また、本発明の方法によれば
、ポリスチレン系樹脂押出発泡体を低密度化することが
でき、低密度化により軽量化、断熱効率の向上等の効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法による押出装置の模式図、第２図
は従来の方法による発泡体の押出後の温度変化を表わす
グラフ図、第３図は本発明の方法による発泡体の押出後
の温度変化を表わすグラフ図、第４図は本発明と従来の
方法により製造した発泡体の密度分布を表わす図、第５
図は本発明の方法により押出物を加熱または保温雰囲気
中を通す押出装置の模式図、第６図は本発明の方法によ
り押出物に赤外線照射する押出装置の模式図である。 １・・・押出ダイ、　　２・・・成形装置、３・・・押
出物、　　　４・・・ロールコンベア、５・・・ヒータ
、　　　　６・・・温度検出器、７・・・トンネル、　
　８・・・送風機、９・・・熱交換器、　１０・・・赤
外線照射装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポリスチレン系樹脂、発泡剤及びその他の添加剤を
   含む混合溶融物を高圧帯域より低圧帯域に押出してポリ
   スチレン系樹脂発泡体を製造する方法に於いて、押出直
   後に、押出物を保温又は加熱された成形装置に接触通過
   させることを特徴とするポリスチレン系樹脂押出発泡体
   の製造方法。 ２、押出物を保温又は加熱された成形装置に接触通過さ
   せ、次に該押出物を保温又は加熱された空気雰囲気中を
   通過させる特許請求の範囲第１項記載のポリスチレン系
   樹脂押出発泡体の製造方法。 ３、押出物を保温又は加熱された成形装置に接触通過さ
   せ、次に該押出物に赤外線照射をする特許請求の範囲第
   １項記載のポリスチレン系樹脂押出発泡体の製造方法。