KR101477124B1 - 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 그 제조 방법, 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자, 폴리스티렌계 수지 발포 성형체, 열가소성 수지 예비 발포 입자와 그 제조 방법, 및 열가소성 수지 발포 성형체 - Google Patents

Abstract

기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 중심을 지나는 단면의 입자 표면으로부터 200㎛를 뺀 단면에 존재하는 기포 수를 n개/㎟, 부피 밀도를 ρg/㎤로 할 때, 식 N = n ÷ (1/ρ)로 산출되는 N 값을 400 이상으로 한다. 또한, 열가소성 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련한 발포제 함유 열가소성 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 냉각 매체 안으로 압출하여 직후에 절단하고, 냉각 매체 안에서 발포시켜 부피 발포 배수 1.6배 이상의 열가소성 수지 예비 발포 입자로 하고, 냉각 매체 안으로부터 분리하여 열가소성 수지 예비 발포 입자를 얻는다. 또한, 폴리스티렌계 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련하고, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 압출하고, 냉각 및 절단하여 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 백도를 75 이하로 한다.

Description

발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 그 제조 방법, 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자, 폴리스티렌계 수지 발포 성형체, 열가소성 수지 예비 발포 입자와 그 제조 방법, 및 열가소성 수지 발포 성형체{EXPANDED POLYSTYRENE RESIN PARTICLE AND METHOD OF MANUFACTURE FOR SAME, POLYSTYRENE RESIN PRE-EXPANSION PARTICLE, POLYSTYRENE RESIN EXPANDED FORM, THERMOPLASTIC RESIN PRE-EXPANSION PARTICLE AND METHOD OF MANUFACTURE FOR SAME, AND THERMOPLASTIC EXPANDED FORM}

본 발명은 높은 발포 배수라도 굽힘 강도, 압축 강도, 내충격성 등의 기계 강도가 우수한 폴리스티렌계 수지 발포 성형체가 얻어지는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 폴리스티렌계 수지 발포 성형체 등의 열가소성 수지 발포 성형체의 제조에 사용하는 열가소성 수지 예비 발포 입자와 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 용융된 발포제 함유 열가소성 수지를 다이의 작은 구멍으로부터 물 등의 냉각 매체 안으로 압출하고, 직후에 절단하여 수지 입자를 제조하는, 이른바 용융 압출법에 의한 발포성 열가소성 수지 입자의 제조 프로세스에 있어서, 절단한 수지 입자를 냉각 매체 안에서 발포시켜, 발포 성형체의 제조에 사용하는 열가소성 수지 예비 발포 입자를 직접 제조하는 기술에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 강도가 우수한 폴리스티렌계 수지 발포 성형체가 얻어지고, 또한 발포성 수지 입자로부터의 발포제의 일산(逸散)이 온화하여 저장 가능 기간(비즈 라이프)이 긴 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 관한 것이다.

본원은 2010년 3월 26일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2010-72319호, 2010년 3월 26일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2010-72320호, 및 2010년 3월 26일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2010-72321호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 발포 성형하여 얻어지는 폴리스티렌계 수지 발포 성형체는, 내압축성, 경량성, 단열성, 경제성 등이 우수하여, 단열재, 곤포재 등으로서 널리 사용되고 있다. 최근, 폴리스티렌계 수지 발포 성형체의 분야에서는, 수지의 사용량이 적어도 되도록 발포 성형체의 고(高) 발포 배수화가 강하게 요구되고 있고, 높은 발포 배수라도 고강도를 갖는 폴리스티렌계 수지 발포 성형체의 개발이 급무로 되어 있다.

발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법의 하나로서, 압출기 내에서 용융된 폴리스티렌계 수지에 발포제를 압입·혼련하고, 발포제 함유의 용융 수지를 압출기 선단에 부설된 다이의 작은 구멍으로부터 직접 냉각용 액체 안으로 압출하고, 압출함과 동시에 압출물을 고속 회전날로 절단함과 함께, 압출물을 액체와의 접촉에 의해 냉각 고화하여 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는, 이른바 용융 압출법이 알려져 있다.

종래, 용융 압출법에 의해 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하는 방법에 관하여, 예를 들면 특허문헌 1, 2에 개시된 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 1에는, 이하의 공정을 갖는 발포성 열가소성 수지 입자의 제조 방법이 개시되어 있다.

열가소성 수지(A)와, 발포제(B)를 용융 혼련하고 (공정 1), 얻어진 용융 혼련물을, 다이 헤드의 압출 구멍으로부터, 용융 혼련물이 발포하지 않는 온도·압력으로 가열·가압된 가열 가압액 안으로 압출한 후, 즉시 절단하고 (공정 2), 얻어진 입자를 상압에서 발포하지 않는 온도까지 냉각하고 (공정 3), 발포성 열가소성 수지를 시차 열분석 장치(DSC)로 측정한 경우에, 40∼120℃의 영역에서 출현하는 2개의 흡열 피크 중, 저온측의 피크 온도를 T1로 한 경우의 30∼(T1+15)℃의 온도 범위로 가열된 상압의 액 안에서 숙성 처리한다 (공정 4).

특허문헌 2에는, 이하의 공정을 갖는, 스티렌계 수지 회수품으로부터 발포성 입자를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

(a) 스티렌계 수지의 회수품을 분쇄하여 분쇄품의 로트를 만들고, (b) 로트마다 수지에 포함되어 있는 부타디엔의 함유량을 결정하고, (c) 단일 로트 그대로, 또는 부타디엔 함유량이 상이한 로트끼리를 혼합하거나, 또는 이것에 새로운 스티렌계 수지를 첨가하여, 전체 중의 부타디엔 함유량을 1∼6질량％로 조정하고, (d) 조정한 수지 분쇄품을 유효 메시가 1.1㎜ 이하인 철망을 부설한 압출기에 투입하고, (e) 압출기 내에서 분쇄품을 용융시키고, 철망에 의해 이물질을 제거함과 함께 용융물에 발포제를 압입하고, 용융물을 압출기의 선단에 부설한 구금(口金)의 작은 구멍으로부터 압출하고, (f) 압출함과 동시에 용융물을 절단함과 함께 급랭하고, 발포를 억제하여 발포성 입자로 한다.

또한, 종래, 용융 압출법에 의해 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하는 방법에 관하여, 예를 들면 특허문헌 3, 4에 개시된 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 3에는, 압출기를 사용하여 열가소성 수지를 용융시키고, 발포제를 혼합하고, 계속해서 냉각하여 압출하고, 압출 다이의 노즐의 직경보다 1.5∼10.5배의 직경이 되도록 발포하면서, 또는, 발포를 완료시켜 얻어진 발포 완료 전 또는 발포 완료 후의 압출 발포체를 절단하여 예비 발포 입자로 하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지의 예비 발포 입자의 제조 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 4에는, 70∼90질량％의 스티렌계 수지와 10∼30질량％의 올레핀계 수지의 혼합 수지 100질량부와, 0∼15질량부의 스티렌계 엘라스토머를 포함하는 수지 조성물과, 휘발성 발포제와의 혼합물을 액체 안으로 압출함과 동시에 절단하여 얻어진 발포성 입자로서, 발포 배율이 1.5 배 이하이고, 또한 휘발성 발포제 이외의 휘발성 유기 화합물의 함유량이 500ppm 이하인 스티렌계 수지 발포성 입자가 개시되어 있다. 또한 특허문헌 4에는, 70∼90질량％의 스티렌계 수지와 10∼30질량％의 올레핀계 수지의 혼합 수지 100질량부와, 스티렌계 엘라스토머 0∼15질량부를 압출기에 공급하여 가열 용융시켜 수지 조성물로 하고, 압출기 도중으로부터 휘발성 발포제를 수지 조성물 100질량부에 대하여 3∼15질량부 압입한 후, 발포제 함유 용융 수지를 다공 다이로부터 액체 안으로 압출하고, 수지의 발포를 1.5배 이하로 억제하면서, 압출과 동시에 액체 안에서 수지를 절단하여, 휘발성 발포제 이외의 휘발성 유기 화합물의 함유량이 500ppm 이하인 발포성 입자를 얻는 스티렌계 수지 발포성 입자의 제조 방법이 개시되어 있다.

또한, 종래, 용융 압출법에 의해 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하는 방법에 관하여, 예를 들면 특허문헌 5, 6에 개시된 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 5에는, 스티렌계 수지를 압출기에 넣어 용융시키고, 용융된 수지에 발포제를 압입하고, 발포제 함유의 용융 수지를 직접 냉각용 액체 안으로 압출하고, 압출함과 동시에 수지를 절단하여 발포성 입자로 하는 방법에 있어서, 발포제로서 비점이 20∼60℃인 비교적 높은 탄화수소를 선택하여 사용하고, 용융 수지를 160℃ 이하의 낮은 온도와 20 메가파스칼 이상의 높은 압력 하에 압출기로부터 압출하고, 냉각용 액체를 상압 하의 60℃ 이하의 온도로 하는 스티렌계 수지 발포성 입자의 제조 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 6에는, 폴리스티렌 등의 열가소성 수지와, 부탄 등의 발포제와, 열가소성 수지 100질량부에 대하여 1.5질량부 이하의, 탤크 등의 무기질 분말을 용융 혼련하고, 이어서 이것을 다이 헤드의 압출 구멍으로부터 가압액 안으로 압출하고, 즉시 절단한 후, 냉각하는 발포성 열가소성 수지 입자의 제조법이 개시되어 있다.

또한, 폴리스티렌계 수지 입자의 색(특히, 백도(白度))과 폴리스티렌계 수지 입자를 원료로 하여 얻어지는 발포 성형체의 기계 강도의 관계에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 7에 개시된 종래 기술이 알려져 있다.

특허문헌 7에는, 종입자로서 스티렌계 중합체 입자를 수성 매체 안에 현탁시키고, 이것에 스티렌계 단량체를 첨가하여 팽윤시키면서 중합을 행하는, 이른바 시드 중합법에 의해 제조되고, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조에 사용되는 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 적분구 방식 색차계로 측정한 백도가 40∼60인 폴리스티렌계 수지 입자가 개시되어 있다. 또한, 이 특허문헌 7의 폴리스티렌계 수지 입자는 시드 중합법에 의해 제조된 것으로서, 용융 압출법에 의한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와는 제법이나 수지 입자의 백도가 전혀 다르다.

일본 공개특허공보 평7-314438호 일본 공개특허공보 2003-213030호 일본 공개특허공보 평7-11041호 일본 공개특허공보 2004-244529호 일본 공개특허공보 2004-115690호 일본 공개특허공보 평6-298983호 일본 공개특허공보 평11-60783호

그러나, 상기 종래 기술에는, 다음과 같은 문제가 있었다.

특허문헌 1의 제조 방법은, 셀 직경이 큰 예비 발포 입자를 얻기 위한 방법이다. 그러나, 예비 발포 입자의 기포 구조에서의 셀 직경이 커지면, 예비 발포 입자를 형내 발포 성형하여 얻어진 발포 성형체의 강도가 저하된다. 또한, 열 전도율이 높아져 단열 성능이 악화된다.

특허문헌 2의 제조 방법에는, 얻어진 발포성 입자를 예비 발포하였을 때, 얻어진 예비 발포 입자는 외층부에서 기포가 작고 또한 기포 수가 많으며, 내심부에서 기포가 크고 기포 수가 적다는 기포 구조를 갖고, 이 예비 발포 입자를 형내 발포하여 얻어진 발포 성형체는 표면 평활성이나 융착성이 우수한 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 종래 기술에 의해 얻어진 예비 발포 입자는, 내심부에서 기포가 크고 기포 수가 적기 때문에, 형내 발포하여 얻어진 발포 성형체는 강도가 낮다. 그 결과, 높은 발포 배수라도 고강도를 갖는 폴리스티렌계 수지 발포 성형체를 제공할 수는 없다.

또한, 특허문헌 3의 예비 발포 입자의 제조 방법에서는, 압출 다이의 노즐의 직경보다 1.5∼10.5배의 직경이 되도록 발포한 발포체를 절단하여 예비 발포 입자를 얻고 있다. 따라서, 기둥상(노즐 형상이 원형인 경우에는 원기둥상)의 발포체를 절단하기 때문에, 얻어지는 예비 발포 입자는 구상이 되지 않고 기둥상이 된다. 이러한 기둥상의 예비 발포 입자는, 구상의 입자와 비교하여 충전하기 어렵고, 성형형의 캐비티 내에 충전하는 경우에 충분히 충전하기가 어려워, 입자간에 간극이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 형내 발포 성형하여 얻어지는 발포 성형체에 패임이 발생하여 외관이 나빠지거나, 기계 강도가 저하될 가능성이 있다.

특허문헌 4의 제조 방법은, (1) 용융 압출법에 의해 발포성 수지 입자를 얻는 공정, (2) 이어서 얻어진 발포성 수지 입자를 가열하여 예비 발포 입자를 얻는 공정, (3) 이어서 얻어진 예비 발포 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전, 가열하고, 형내 발포 성형하여 발포 성형체를 얻는 공정이라는 각 공정을 거쳐 발포 성형체를 제조한다. 그 때문에, 발포 성형체의 생산 효율이 낮고, 또한 발포성 수지 입자나 예비 발포 입자의 보관 스페이스가 필요하게 된다.

특허문헌 5의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법은, 용융 압출법에 의한 발포성 수지 입자의 제조에 있어서, 용융 수지를 상압의 냉각용 액체 안으로 압출하고 있다. 그 때문에, 얻어지는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 내의 기포 발생을 억제할 수 없어, 부피 밀도가 낮아지고, 수송 효율이 저하된다. 또한, 발포를 일으킴으로써 수지 입자가 균열되거나 붕괴되기 쉬워진다는 문제도 있다.

또한, 발포하였을 때의 백도가 높은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 사용하여 제조된 발포 성형체에서는, 기계 강도가 저하되는 경우가 있다.

또한, 발포하였을 때의 백도가 높은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 발포제의 일산이 빠르기 때문에, 저장 가능 기간(이하, 비즈 라이프라고 한다)이 짧다. 따라서, 장기간의 보관이 곤란해진다.

특허문헌 6의 제조 방법에 대해서는, 발포제로서 부탄을 주로 사용하고 있기 때문에, 발포제의 일산이 빨라 비즈 라이프가 짧아져, 장기간 보관을 할 수 없는 경우가 있다.

또한, 특허문헌 6의 제조 방법에서는, 발포제로서 부탄을 주로 사용하고, 실시예에 기재된 바와 같은 가압수 온도 70∼90℃, 가열 가압수 압력 10∼15㎏/㎠의 조건으로 제조하고 있다. 이러한 조건으로 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조한 경우에는, 용융 수지를 가압수 안으로 압출하고 나서 절단하여 완전히 굳을 때까지의 사이에 발포를 일으키기 때문에, 부피 밀도가 0.58g/㎤ 미만이고 백도가 높은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 얻어지는 것으로 추측된다. 따라서, 이 특허문헌 2의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 대해서도, 발포를 일으킴으로써 수지 입자의 부피 밀도가 낮아져, 일정 질량의 체적이 늘어남으로써 보관이나 반송에 여분의 스페이스를 필요로 하고, 발포를 일으킴으로써 수지 입자가 균열되거나 붕괴되기 쉬워지며, 그리고 제조된 발포 성형체의 기계 강도가 저하되거나 하는 문제가 있다고 할 수 있다.

또한, 시드 중합법에 의해 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하는 특허문헌 7에 대해서는, 본 발명의 대상 외로서, 용융 압출법에 의한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서의 상기 문제점에는 관계가 없다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어졌으며, 높은 발포 배수라도 고강도를 갖는 폴리스티렌계 수지 발포 성형체를 제조할 수 있는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 그 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 용융 압출법에 의해 발포 성형체의 제조에 사용하는 예비 발포 입자를 직접 제조할 수 있고, 게다가 성형형의 캐비티 내로의 충전성이 우수하며, 강도가 우수한 발포 성형체를 얻을 수 있는 열가소성 수지 예비 발포 입자의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 강도가 우수한 폴리스티렌계 수지 발포 성형체가 얻어지고, 또한 발포성 수지 입자로부터의 발포제의 일산이 온화하여 비즈 라이프가 긴 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관련된 제 1 발명은, 폴리스티렌계 수지 입자 중에 발포제와 기포를 포함하는 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자로서, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 중심을 지나는 단면의 입자 표면으로부터 200㎛를 뺀 단면에 존재하는 기포 수를 n개/㎟, 부피 밀도를 ρg/㎤로 할 때, 식 (1)

N = n ÷ (1/ρ) ···(1)

로 산출되는 N 값이 400 이상인 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제공한다.

이 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 상기 N 값이 400∼2000의 범위 내인 것이 바람직하다.

이 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 부피 밀도가 0.4g/㎤ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 관련된 제 2 발명은, 수지 공급 장치 내에서 폴리스티렌계 수지에 발포제와 발포 핵제를 첨가, 혼련하고, 발포제 함유 용융 수지를 수지 공급 장치 선단에 부설된 다이의 작은 구멍으로부터 냉각용 액체 안으로 압출하고, 압출함과 동시에 압출물을 절단함과 함께, 압출물을 액체와의 접촉에 의해 냉각 고화하여 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는 방법에 있어서, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 냉각 고화되기 전에 입자 내에서 미(微)발포시키고, 수지 입자의 중심을 지나는 단면의 입자 표면으로부터 200㎛를 뺀 단면에 존재하는 기포 수를 n개/㎟, 부피 밀도를 ρg/㎤로 할 때, 식 (1)

N = n ÷ (1/ρ) ···(1)

로 산출되는 N 값이 400 이상인 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법을 제공한다.

이 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 N 값이 400∼2000의 범위 내인 것이 바람직하다.

이 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 있어서, 부피 밀도가 0.4g/㎤ 이상인 것이 바람직하다.

이 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 발포 핵제로서, 무기 분말 또는 화학 발포제를 베이스 수지 중에 균일하게 분산시킨 마스터 배치형 발포 핵제를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 제 1 또는 제 2 발명에 의한 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 가열하여 얻어진 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자를 제공한다.

또한, 본 발명은 이 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전하여 가열하고 형내 발포 성형하여 얻어진 폴리스티렌계 수지 발포 성형체를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제 1 또는 제 2 발명에 의한 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전하여 가열하고 형내 발포 성형하여 얻어진 폴리스티렌계 수지 발포 성형체를 제공한다.

또한, 본 발명에 관련된 제 3 발명은, 열가소성 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련하고, 용융된 발포제 함유 열가소성 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 냉각 매체 안으로 압출하여 직후에 절단하고, 냉각 매체 안에서 발포시켜 부피 발포 배수 1.6배 이상의 열가소성 수지 예비 발포 입자로 하고, 이어서 상기 냉각 매체 안으로부터 상기 발포 입자를 분리하여 열가소성 수지 예비 발포 입자를 얻는 열가소성 수지 예비 발포 입자의 제조 방법을 제공한다.

이 열가소성 수지 예비 발포 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 열가소성 수지 예비 발포 입자의 부피 발포 배수가 1.6∼50배의 범위 내인 것이 바람직하다.

이 열가소성 수지 예비 발포 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 발포제 함유 열가소성 수지는, 열가소성 수지 100질량부에 대하여, 발포제를 1∼10질량부 함유하는 것이 바람직하다.

이 열가소성 수지 예비 발포 입자의 제조 방법에 있어서, 발포제가 이소펜탄과 노르말펜탄의 일방 또는 양방의 혼합물인 것이 바람직하다.

이 열가소성 수지 예비 발포 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 열가소성 수지가 폴리스티렌계 수지인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 제 3 발명의 열가소성 수지 예비 발포 입자의 제조 방법에 의해 얻어진 열가소성 수지 예비 발포 입자를 제공한다.

또한, 본 발명은 이 열가소성 수지 예비 발포 입자의 제조 방법에 의해 얻어진 열가소성 수지 예비 발포 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전하고, 가열하여 형내 발포 성형함으로써 열가소성 수지 발포 성형체를 얻는 열가소성 수지 발포 성형체의 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 이 열가소성 수지 발포 성형체의 제조 방법에 의해 얻어진 열가소성 수지 발포 성형체를 제공한다.

또한, 본 발명에 관련된 제 4 발명은, 폴리스티렌계 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련하고, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 압출하고, 냉각 및 절단하여 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 적분구 방식 색차계로 측정한 백도가 75 이하인 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제공한다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 폴리스티렌계 수지 100질량부에 대하여, 발포 핵제로서 폴리스티렌계 수지의 굴절률에 대하여 ±0.08 이하의 굴절률을 갖는 무기 재료 분말을 1.0질량부 이하의 양으로 함유하는 것이 바람직하다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 수지 입자의 부피 밀도가 0.58g/㎤ 이상인 것이 바람직하다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 수지 입자는 폴리스티렌계 수지 100질량부에 대하여, 발포제를 2∼15질량부 함유하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 발포제가 이소펜탄과 노르말펜탄의 일방 또는 양방의 혼합물인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 관련된 제 5 발명은, 폴리스티렌계 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련하고, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 냉각 매체 안으로 압출하고, 냉각 및 절단하여 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는 제조 방법에 있어서, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 가압된 냉각 매체 안으로 압출하고, 냉각 및 절단하여, 적분구 방식 색차계로 측정한 백도가 75 이하인 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법을 제공한다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 있어서, 폴리스티렌계 수지 100질량부에 대하여, 발포 핵제로서 폴리스티렌계 수지의 굴절률에 대하여 ±0.08 이하의 굴절률을 갖는 무기 재료 분말을 1.0질량부 이하의 양으로 첨가하는 것이 바람직하다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 있어서, 부피 밀도가 0.58g/㎤ 이상인 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는 것이 바람직하다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 있어서, 폴리스티렌계 수지 100질량부에 대하여, 발포제를 2∼15질량부 함유시키는 것이 바람직하다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 있어서, 발포제가 이소펜탄과 노르말펜탄의 일방 또는 양방의 혼합물인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 제 4 또는 제 5 발명에 의한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 가열 발포시켜 얻어진 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자를 제공한다.

또한, 본 발명은 이 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전하여 가열하고, 형내 발포 성형하여 얻어진 폴리스티렌계 수지 발포 성형체를 제공한다.

본 발명에 관련된 제 1 또는 제 2 발명에 의한 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 고배율에 있어서도 외관이 미려하고 우수한 융착성을 가져, 기계적 강도가 우수한 발포 성형체를 얻을 수 있다.

또한, 발포성 수지 입자가 이미 발포되어 있기 때문에, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 성형형의 캐비티 내에 직접 충전하고 형내 발포 성형하여 발포 성형체를 얻을 수 있다. 그 결과, 발포 성형체의 제조 공정을 삭감할 수 있어, 비용 절감이 가능하다. 게다가, 에너지 소비량을 삭감할 수 있으므로 환경에 대한 부하 저감을 도모할 수 있다.

본 발명에 관련된 제 3 발명의 열가소성 수지 예비 발포 입자의 제조 방법은, 열가소성 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련하고, 용융된 발포제 함유 열가소성 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 냉각 매체 안으로 압출하여 직후에 절단하고, 냉각 매체 안에서 발포시켜 부피 발포 배수 1.6배 이상의 열가소성 수지 예비 발포 입자로 함으로써, 발포 성형체의 제조에 사용하는 열가소성 수지 예비 발포 입자를 용융 압출법에 의해 직접 제조할 수 있다. 그 때문에, 발포성 수지 입자를 제조하고 그것을 가열하여 예비 발포 입자를 얻는 종래법과 비교하여, 보다 적은 공정으로 발포 성형체를 제조할 수 있어, 발포 성형체의 생산 효율이 높아진다. 또한, 발포성 수지 입자의 보관 스페이스를 삭감할 수 있다.

게다가, 이 방법에 의해 얻어진 열가소성 수지 예비 발포 입자는 구상 내지 대략 구상이기 때문에, 기둥상을 이루는 예비 발포 입자와 비교하여 성형형의 캐비티 내로의 충전성이 양호하여, 캐비티 내에 간극 없이 충전 가능하다. 또한, 형내 발포 성형시에 발포 입자끼리의 융착이 양호하게 행하여져, 강도가 우수한 발포 성형체를 얻을 수 있다.

본 발명에 관련된 제 4 발명의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 수지 입자 중에 기포가 적고, 적분구 방식 색차계로 측정한 백도가 75 이하를 나타낸다. 그 때문에, 종래의 용융 압출법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 비교하여 부피 밀도가 높고, 백도가 높은 종래품과 비교하여 일정 질량에서의 체적이 적어진다. 그 결과, 입자의 보관 스페이스를 삭감할 수 있어, 입자의 반송도 용이해진다.

또한, 이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 수지 입자 중에 기포가 적어, 강도가 우수하여, 균열이나 붕괴를 일으키기 어렵다.

또한, 이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 의하면, 가열하여 예비 발포할 때에, 균일하게 발포함으로써, 입경이나 부피 밀도가 균일한 예비 발포 입자가 얻어진다. 그 때문에, 이 예비 발포 입자를 형내 발포 성형하여 얻어진 발포 성형체는 강도가 우수하다.

또한, 이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 발포제의 일산이 온화하기 때문에, 비즈 라이프가 길어져 장기간의 보관이 가능해진다.

본 발명에 관련된 제 5 발명의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에서는, 용융 압출법에 의한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조에 있어서, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 가압된 냉각 매체 안으로 압출하고, 냉각 및 절단하여, 적분구 방식 색차계로 측정한 백도가 75 이하인 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻고 있다. 그 때문에, 전술한 바와 같이 종래품과 비교하여 우수한 효과를 갖는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 효율적으로 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 관련된 제 4 또는 제 5 발명에 의한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 가열하여 예비 발포시켜 얻어진 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자에서는, 예비 발포시에 균일하게 발포함으로써, 입경이나 부피 밀도가 균일한 예비 발포 입자가 얻어진다. 그 때문에, 이 예비 발포 입자를 형내 발포 성형하여 얻어진 발포 성형체는 강도가 우수하다.

도 1은 본 발명의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 사용되는 제조 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.

제 1 실시형태

본 실시형태의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 폴리스티렌계 수지 입자 중에 발포제와 기포를 포함하고, 이 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 중심을 지나는 단면의 입자 표면으로부터 200㎛를 뺀 단면에 존재하는 기포 수를 n개/㎟, 부피 밀도를 ρg/㎤로 할 때, 식 (1)

N = n ÷ (1/ρ) ···(1)

로 산출되는 N 값이 400 이상인 것을 특징으로 한다.

본 실시형태의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 상기 식 (1)로 산출되는 N 값이 400 이상이기 때문에, 통상적인 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 비교하여, 입자 내부에 미세한 기포가 다수 존재하고 있는 입자 내부 구조로 되어 있다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 있어서 「기포」란, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 단면을 주사형 전자 현미경 등으로 확대 관찰하였을 때에 수지 입자 내부에 존재하고 있는 직경 5 ㎛ 이상의 기포를 가리킨다.

본 실시형태의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 상기 식 (1)로 산출되는 N 값이 400 이상인 구조를 갖기 때문에, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자로부터 얻어지는 발포 성형체의 기포가 치밀하고 또한 균일해진다. 그 결과, 고배율에 있어서도 외관이 미려하고 우수한 융착성을 가져, 기계적 강도가 우수한 발포 성형체를 얻을 수 있다.

또한, 발포성 수지 입자가 이미 발포되어 있기 때문에, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 성형형의 캐비티 내에 직접 충전하고 형내 발포 성형하여 발포 성형체를 얻을 수 있다. 그 결과, 발포 성형체의 제조 공정을 삭감할 수 있어, 비용 절감이 가능함과 함께, 에너지 소비량을 삭감할 수 있으므로 환경에 대한 부하 저감을 도모할 수 있다.

상기 N 값이 400 미만이면, 얻어진 발포 성형체의 성능은 종래의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 큰 차이가 없다. 따라서, 고배율에 있어서도 외관이 미려하고 우수한 융착성을 가져, 기계적 강도가 우수한 발포 성형체가 얻어진다는 효과가 충분히 얻어지지 않게 된다. 또한, 상기 N 값의 상한은 특별히 설정하고 있지 않지만, N 값이 너무 커지면, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조가 곤란해짐과 함께, 얻어지는 발포 성형체의 기포벽이 얇아, 약해질 가능성이 있다. 그 때문에, N 값의 상한은 2000 정도로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 N 값은 400∼2000의 범위 내인 것이 바람직하고, 500∼1600의 범위가 보다 바람직하다.

본 실시형태의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 부피 밀도가 0.4g/㎤ 이상인 것이 바람직하고, 0.5g/㎤ 이상인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 부피 밀도란, JIS K6911 : 1995년 「열경화성 플라스틱 일반 시험 방법」에 준거하여 측정한 값을 말한다.

기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 부피 밀도의 측정 방법은 이하와 같다.

메스 실린더에 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 500㎤의 눈금까지 충전한다. 단, 메스 실린더를 수평 방향에서 육안으로 보아, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 한 입자라도 500㎤의 눈금에 도달하여 있으면, 충전을 종료한다. 다음으로, 메스 실린더 내에 충전한 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 질량을 소수점 이하 2 자리의 유효 숫자로 칭량하고, 그 질량을 W (g)로 한다. 그리고, 다음 식에 의해 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 부피 밀도를 산출한다.

부피 밀도 (g/㎤) = W/500

본 실시형태의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 폴리스티렌계 수지로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 클로로스티렌, 에틸스티렌, i-프로필스티렌, 디메틸스티렌, 브로모스티렌 등의 스티렌계 모노머의 단독 중합체 또는 이들의 공중합체 등을 들 수 있다. 이 중, 스티렌을 50질량％ 이상 함유하는 폴리스티렌계 수지가 바람직하고, 그 중에서도 폴리스티렌이 보다 바람직하다.

또한, 상기 폴리스티렌계 수지로는, 상기 스티렌 모노머를 주성분으로 하는 상기 스티렌계 모노머와, 이 스티렌계 모노머와 공중합 가능한 비닐 모노머와의 공중합체여도 된다. 이러한 비닐 모노머로는, 예를 들면 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 세틸(메타)아크릴레이트 등의 알킬(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴로니트릴, 디메틸말레에이트, 디메틸푸마레이트, 디에틸푸마레이트, 에틸푸마레이트 외에, 디비닐벤젠, 알킬렌글리콜디메타크릴레이트 등의 2 관능성 모노머 등을 들 수 있다.

또한, 폴리스티렌계 수지가 주성분이면, 다른 수지를 첨가해도 된다. 첨가하는 수지로는, 예를 들면 발포 성형체의 내충격성을 향상시키기 위하여, 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 공중합체, 에틸렌-프로필렌-비공액 디엔 삼차원 공중합체 등의 디엔계의 고무상 중합체를 첨가한 고무 변성 폴리스티렌계 수지, 이른바 하이 임팩트 폴리스티렌을 들 수 있다. 혹은, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 아크릴계 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 등을 들 수 있다.

원료가 되는 폴리스티렌계 수지로는, 시판되고 있는 통상적인 폴리스티렌계 수지, 현탁 중합법 등의 방법으로 새롭게 제조한 폴리스티렌계 수지 등의, 리사이클 원료가 아닌 폴리스티렌계 수지(버진 폴리스티렌)를 사용할 수 있는 것 외에, 사용이 완료된 폴리스티렌계 수지 발포 성형체를 재생 처리하여 얻어진 리사이클 원료를 사용할 수 있다. 이 리사이클 원료로는, 사용이 완료된 폴리스티렌계 수지 발포 성형체, 예를 들면, 물고기 등의 반송 용기, 전기 제품 등의 완충재, 식품 포장용 트레이 등을 회수하여, 리모넨 용해 방식이나 가열 감용(減容)방식에 의해 재생한 리사이클 원료 중에서, 중량 평균 분자량 Mw가 12만∼30만의 범위가 되는 원료를 적절히 선택하거나, 또는 중량 평균 분자량 Mw가 상이한 복수의 리사이클 원료를 적절히 조합하여 사용할 수 있다.

본 실시형태의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 사용되는 발포제는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 프로판, 노르말부탄, 이소부탄, 노르말펜탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 시클로펜탄 등의 지방족 탄화수소, 디메틸에테르, 디에틸에테르 등의 에테르류, 메탄올, 에탄올 등의 각종 알코올류, 탄산 가스, 질소, 물 등이 사용 가능하다. 이 중, 지방족 탄화수소가 바람직하고, 나아가서는, 노르말부탄, 이소부탄, 노르말펜탄, 이소펜탄 단독 혹은 이들의 혼합물이 보다 바람직하다. 또한, 탄소수 5의 탄화수소인 노르말펜탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 시클로펜탄, 시클로펜타디엔 단독 혹은 이들의 혼합물이 특히 바람직하다. 그 중에서도 이소펜탄과 노르말펜탄의 일방 또는 양방의 혼합물인 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄소수 5의 탄화수소를 주체로 하고, 비점이 20℃ 이상이며, 탄소수 5의 탄화수소 이외의 발포제(예를 들면, 노르말부탄, 이소부탄, 프로판, 탄산 가스 등)를 포함하고 있어도 된다.

이 발포제의 첨가량은, 폴리스티렌계 수지 100질량부에 대하여 2∼15질량부의 범위가 바람직하고, 3∼8질량부의 범위가 보다 바람직하며, 4∼7질량부의 범위가 특히 바람직하다.

이 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에는, 폴리스티렌계 수지 100질량부에 대하여, 발포 핵제로서 탤크, 규산칼슘, 합성 혹은 천연으로 산출되는 이산화규소 등의 무기 미분말 또는 화학 발포제를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 발포 핵제의 첨가량은, 열가소성 수지 100질량부에 대하여 3질량부 이하가 바람직하고, 0.5∼2.0질량부의 범위가 보다 바람직하다. 상기 화학 발포제로는, 예를 들면 아조디카르본아미드, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라민, 4,4'-옥시비스(벤젠술포닐히드라지드), 탄산수소나트륨 등을 들 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 상기 발포 핵제로서, 탤크 등의 무기 분말 또는 화학 발포제를 베이스 수지, 바람직하게는 폴리스티렌계 수지 중에 균일하게 분산시킨 마스터 배치형 발포 핵제를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이 마스터 배치형 발포 핵제를 사용함으로써, 수지 공급 장치 내에서 폴리스티렌계 수지와 발포 핵제를 혼합할 때에, 무기 분말 또는 화학 발포제를 폴리스티렌계 수지 중에 매우 균일한 상태로 분산시킬 수 있고, 이 용융 수지에 발포제를 혼합한 후, 다이의 작은 구멍으로부터 수중으로 압출하고 절단하여 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조할 때에, 상기 N 값이 400 이상인 미세한 기포가 형성된 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 용이하게 얻을 수 있다.

본 실시형태의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에는, 상기 발포제 및 발포 핵제 외에, 얻어지는 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 및 발포 성형체의 물성을 저해하지 않는 범위 내에 있어서, 결합 방지제, 기포 조정제, 가교제, 충전제, 난연제, 난연 조제, 활제, 착색제 등의 첨가제를 첨가해도 된다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명에 관련된 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법의 실시형태를 설명한다.

도 1은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 사용되는 제조 장치의 일례를 나타내는 도면이다. 본 예의 제조 장치는, 수지 공급 장치로서의 압출기(1)와, 압출기(1)의 선단에 장착된 다수의 작은 구멍을 갖는 다이(2)와, 압출기(1) 내에 수지 원료 등을 투입하는 원료 공급 호퍼(3)와, 압출기(1)내의 용융 수지에 발포제 공급구(5)를 통해 발포제를 압입하는 고압 펌프(4)와, 다이(2)의 작은 구멍이 천공된 수지 토출면에 냉각수를 접촉시키도록 설치되어, 실내로 냉각수가 순환 공급되는 커팅실(7)과, 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출된 수지를 절단할 수 있도록 커팅실(7) 내에 회전 가능하게 설치된 커터(6)와, 커팅실(7)로부터 냉각수의 흐름에 동반하여 운반되는 발포성 수지 입자를 냉각수와 분리함과 함께 탈수 건조시켜 발포성 수지 입자를 얻는 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)와, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)에서 분리된 냉각수를 모으는 수조(8)와, 이 수조(8) 내의 냉각수를 커팅실(7)로 보내는 고압 펌프(9)와, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)에서 탈수 건조된 발포성 수지 입자를 저류하는 저류 용기(11)를 구비하고 있다.

또한, 압출기(1)로는, 스크루를 사용하는 압출기 또는 스크루를 사용하지 않는 압출기를 어느 것이나 사용할 수 있다. 스크루를 사용하는 압출기로는, 예를 들면 단축식 압출기, 다축식 압출기, 벤트식 압출기, 탠덤식 압출기 등을 들 수 있다. 스크루를 사용하지 않는 압출기로는, 예를 들면 플런저식 압출기, 기어 펌프식 압출기 등을 들 수 있다. 또한, 어느 압출기도 스태틱 믹서를 사용할 수 있다. 이들 압출기 중, 생산성의 면에서 스크루를 사용한 압출기가 바람직하다. 또한, 커터(6)를 수용한 커팅실(7)도, 수지의 용융 압출에 의한 조립(造粒) 방법에 있어서 사용되고 있는 종래에 주지되어 있는 것을 사용할 수 있다.

도 1에 나타내는 제조 장치를 사용하여, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하기 위해서는, 먼저 원료인 폴리스티렌계 수지, 발포 핵제, 필요에 따라 첨가되는 난연제 등의 원하는 첨가제를 칭량하여, 원료 공급 호퍼(3)로부터 압출기(1)내로 투입한다. 원료인 폴리스티렌계 수지는, 펠릿상이나 과립상으로 하여 사전에 잘 혼합하고 나서 1개의 원료 공급 호퍼로부터 투입해도 되고, 혹은 예를 들면 복수의 로트를 사용하는 경우에는 각 로트마다 공급량을 조정한 복수의 원료 공급 호퍼로부터 투입하고, 압출기 내에서 그들을 혼합해도 된다. 또한, 복수의 로트의 리사이클 원료를 조합하여 사용하는 경우에는, 복수의 로트의 원료를 사전에 잘 혼합하고, 자기(磁氣) 선별이나 체 분리, 비중 선별, 송풍 선별 등의 적당한 선별 수단에 의해 이물질을 제거해 두는 것이 바람직하다.

압출기(1) 내에 폴리스티렌계 수지, 발포 조제, 그 밖의 첨가제를 공급 후, 수지를 가열 용융시키고, 그 용융 수지를 다이(2) 측으로 이송하면서, 발포제 공급구(5)로부터 고압 펌프(4)에 의해 발포제를 압입하여 용융 수지에 발포제를 혼합하고, 압출기(1) 내에 필요에 따라 설치되는 이물질 제거용 스크린을 통과시켜, 용융물을 더욱 혼련하면서 선단측으로 이동시키고, 발포제를 첨가한 용융물을 압출기(1)의 선단에 부설한 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출한다.

다이(2)의 작은 구멍이 천공된 수지 토출면은 실내로 냉각수가 순환 공급되는 커팅실(7) 내에 배치되고, 또한 커팅실(7) 내에는 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출된 수지를 절단할 수 있도록 커터(6)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 발포제 첨가가 완료된 용융물을 압출기(1)의 선단에 부설한 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출하면, 용융물은 입자상으로 절단되고, 동시에 냉각수와 접촉하여 급랭되며, 여기서 수지가 완전히 고화될 때까지 절단된 수지 입자 내부에서 미발포를 일으킨다. 그 결과, 상기 식 (1)로 산출되는 N 값이 400 이상인 본 발명의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 얻어진다.

얻어진 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 커팅실(7)로부터 냉각수의 흐름에 동반하여 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)에 운반되어, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 냉각수와 분리됨과 함께 탈수 건조된다. 건조된 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 저류 용기(11)에 저류된다.

이 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 냉각수는 0.2MPa 이상으로 가압해 두는 것이 바람직하다. 이 냉각수를 가압하기 위해서는, 상기 냉각수의 순환 유로 중, 고압 펌프(9)의 토출측으로부터 커팅실(7)을 지나, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)의 입구측에 이르는 부분을 가압 영역으로 하고, 고압 펌프(9)의 토출 압력을 높임으로써 실행할 수 있다. 상기 냉각수의 압력은, 0.4∼1.7MPa의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0.5∼1.5MPa의 범위가 보다 바람직하다.

본 실시형태의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 발포 수지 성형체의 제조 분야에 있어서 주지되어 있는 장치 및 방법을 이용하여, 수증기 가열 등에 의해 가열하여 예비 발포하여, 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자(이하, 예비 발포 입자라고 한다)로 한다. 이 예비 발포 입자는, 제조해야 할 폴리스티렌계 수지 발포 성형체(이하, 발포 성형체라고 한다)의 밀도와 동등한 부피 밀도가 되도록 예비 발포된다. 본 실시형태에 있어서, 그 부피 밀도는 한정되지 않지만, 통상적으로는 0.010∼0.10g/㎤의 범위 내로 하고, 0.015∼0.050g/㎤의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서 예비 발포 입자의 부피 밀도란, JIS K6911 : 1995년 「열경화성 플라스틱 일반 시험 방법」에 준거하여 측정된 것을 말한다.

예비 발포 입자의 부피 밀도의 측정 방법은 이하와 같다.

메스 실린더에 예비 발포 입자를 500㎤의 눈금까지 충전한다. 단, 메스 실린더를 수평 방향에서 육안으로 보아, 예비 발포 입자가 한 입자라도 500㎤의 눈금에 도달하여 있으면, 충전을 종료한다. 다음으로, 메스 실린더 내에 충전한 예비 발포 입자의 질량을 소수점 이하 2 자리의 유효 숫자로 칭량하고, 그 질량을 W (g)로 한다. 그리고, 다음 식에 의해 예비 발포 입자의 부피 밀도를 산출한다.

부피 밀도 (g/㎤) = W/500

또한, 예비 발포 입자의 부피 발포 배수는, 다음 식에 의해 산출되는 수치이다.

부피 발포 배수 = 1/부피 밀도 (g/㎤)

그리고, 발포 수지 성형체의 제조 분야에 있어서 주지되어 있는 장치 및 방법을 이용하여, 예비 발포 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전하고, 수증기 가열 등에 의해 가열하여 형내 발포 성형하여, 폴리스티렌계 수지 발포 성형체(이하, 발포 성형체라고 한다)를 제조한다.

본 실시형태의 발포 성형체의 밀도는 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로는 0.010∼0.10g/㎤의 범위 내로 하고, 0.015∼0.050g/㎤의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서 발포 성형체의 밀도란, JIS K7122 : 1999 「발포 플라스틱 및 고무 - 겉보기 밀도의 측정」에 기재된 방법으로 측정한 발포 성형체 밀도이다.

발포 성형체의 밀도의 측정 방법은 이하와 같다.

50㎤ 이상(반경질 및 연질 재료의 경우에는 100㎤ 이상)의 시험편을 재료 본래의 셀 구조를 바꾸지 않도록 절단하여, 그 질량을 측정하고, 다음 식에 의해 산출한다.

밀도 (g/㎤) = 시험편 질량 (g)/시험편 체적 (㎤)

시험편 상태 조절, 측정용 시험편은, 성형 후 72시간 이상 경과한 시료로부터 잘라내고, 23℃±2℃×50％±5％ 또는 27℃±2℃×65％±5％의 분위기 조건에 16시간 이상 방치한 것이다.

또한, 발포 성형체의 발포 배수는 다음 식에 의해 산출되는 수치이다.

발포 배수 = 1/밀도 (g/㎤)

또한, 본 실시형태의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 이미 발포되어 있기 때문에, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 성형형의 캐비티 내에 직접 충전하고 형내 발포 성형하여 발포 성형체를 얻는, 이른바 원립(原粒) 발포 성형법에 의한 발포 성형체의 제조를 행할 수도 있다.

상기 원립 발포 성형법에 의해 발포 성형체를 얻는 경우에는, 전술한 예비 발포 공정을 행하지 않고, 성형형의 캐비티 내에 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 직접 충전하여 형내 발포 성형한다. 그 때문에, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 예비 발포하고, 얻어진 예비 발포 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전하여 형내 발포 성형을 행하는 방법과 비교하여, 예비 발포 공정을 삭감할 수 있어, 비용 절감이 가능함과 함께, 에너지 소비량을 삭감할 수 있으므로 환경에 대한 부하 저감을 도모할 수 있다.

실시예

[실시예 1]

(기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조)

기재 수지로서 폴리스티렌 수지(도요 스티렌사 제조, 상품명 「HRM-10N」) 100질량부에 대하여, 탤크 마스터 배치(폴리스티렌 수지 54질량％, 탤크 40질량％, 스테아린산마그네슘 3질량％, 스테아린산모노글리세라이드 3질량％의 혼합물) 1.0질량부를, 미리 텀블러 믹서로 균일하게 혼합한 것을, 시간당 160㎏/hr의 비율로 구경 90㎜의 단축 압출기 내에 공급하고, 수지를 가열 용융시킨 후, 발포제로서 수지 100질량부에 대하여 6질량부의 이소펜탄을 압출기 도중으로부터 압입하였다. 그리고, 압출기 내에서 수지와 발포제를 혼련하면서, 압출기 선단부에서의 수지 온도가 190℃가 되도록 냉각하면서, 압출기에 연접하여 히터에 의해 320℃로 유지한, 직경 0.6㎜, 랜드 길이 3.0㎜의 노즐을 200개 갖는 조립용 다이스를 통과시켜, 수압 1.0MPa, 40℃의 냉각수가 순환하는 챔버 내로 압출함과 동시에, 원주 방향으로 10장의 날을 갖는 고속 회전 커터를 다이스에 밀착시켜, 매분 3000 회전으로 절단하고, 탈수 건조시켜 구형의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다. 얻어진 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 변형, 위스커 등의 발생도 없고, 평균 입경 1.1㎜였다.

얻어진 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 100질량부에 대하여, 폴리에틸렌글리콜 0.03질량부, 스테아린산아연 0.15질량부, 스테아린산모노글리세라이드 0.05질량부, 히드록시스테아린산트리글리세라이드 0.05질량부를 수지 입자의 표면 전체면에 균일하게 피복하였다.

(발포 성형체의 제조)

상기와 같이 제조한 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 15℃의 보냉고 안에 넣어, 72시간에 걸쳐 방치한 후, 원통형 배치식 예비 발포기에 공급하고, 주입압 0.05MPa의 수증기에 의해 가열하여, 예비 발포 입자를 얻었다. 얻어진 예비 발포 입자는, 부피 밀도 0.02g/㎤ (부피 발포 배수 50배)였다. 계속해서, 얻어진 예비 발포 입자를 실온 분위기 하, 24시간에 걸쳐 방치한 후, 길이 400㎜ × 폭 300㎜ × 높이 50㎜의 장방형상의 캐비티를 갖는 성형형 내에 예비 발포 입자를 충전하고, 그 후 성형형의 캐비티 내를 수증기로 게이지압 0.08MPa의 압력으로 20초간에 걸쳐 가열하고, 그 후 성형형의 캐비티 내의 압력이 0.01MPa가 될 때까지 냉각하고, 그 후 성형형을 열어, 길이 400㎜ × 폭 300㎜ × 높이 50㎜의 장방형상의 발포 성형체를 꺼냈다. 얻어진 발포 성형체는, 밀도 0.02g/㎤(발포 배수 50배)였다.

전술한 바와 같이 제조한 실시예 1의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자, 예비 발포 입자 및 발포 성형체에 대해, 이하의 평가 시험을 행하였다. 또한, 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 부피 밀도 및 발포 성형체의 발포 배수는, 전술한 각각의 측정 방법에 따라 구하였다.

또한, 1㎟ 당의 기포 수는, 이하와 같이 구하였다.

기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 중심 부근을 지나는 단면을 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 70배로 확대한 사진을 찍는다. 이 사진에 찍힌 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 입자 표면으로부터 200㎛를 뺀 단면에, 0.2㎜ × 0.2㎜의 범위를 가능한 한 겹치지 않도록 5 지점 취하고, 각각의 범위에 존재하는 기포 수를 모두 세어 (기포의 일부라도 포함되어 있는 경우도 카운트한다), 5 지점의 기포 수의 평균을 산출하고, 또한 1㎟ 당의 값으로 환산하여 구하였다.

또한, N 값은, 이하와 같이 구하였다.

상기 <1㎟ 당의 기포 수>에 의해 산출한 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 1㎟ 당의 기포 수 n과, 부피 밀도 ρ를 사용한 하기의 식 (1)로 계산함으로써 N 값을 산출하였다.

N = n ÷ (1/ρ) ···(1)

또한, 발포 성형체의 기포 직경 (평균 기포 직경)은, ASTM D-2842-69에 준거하여, 이하의 조건으로 측정하였다.

주사형 전자 현미경으로서 히타치 제작소사 제조 S-3000N을 사용하여, 발포 성형체 단면의 사진 촬영(촬영 배수 : 100 배)을 행하고, 사진 상에서 절단면의 일직선(60㎜) 상에 걸리는 기포 수로부터 평균 현장(弦長) (t)을 측정하고, 기포의 직경 (d)은 다음 식에 의해 산출하였다.

평균 현장 (t) = 60/(기포 수 × 촬영 배수)

평균 기포 직경 (d) = t/0.616

또한, 얻어진 발포 성형체에 대해, JIS A9511 : 2006 「발포 플라스틱 보온재」에 기재된 방법에 준하여 굽힘 강도를 측정하였다.

즉, 텐실론 만능 시험기 UCT-10T(오리엔텍사 제조)를 사용하고, 시험체 사이즈는 75㎜ × 300㎜ × 30㎜로 하고, 압축 속도를 10㎜/min, 선단 지그는 가압 쐐기 10R, 지지대 10R로, 지지점간 거리 200㎜의 조건으로 하여 측정하고, 다음 식으로 굽힘 강도를 산출하였다. 시험편의 수는 3개로 하고, 그 평균값을 구하였다.

굽힘 강도 (MPa) = 3FL/2bh²

(여기서, F는 굽힘 최대 하중 (N)을 나타내고, L은 지지점간 거리 (㎜), b는 시험편의 폭 (㎜), h는 시험편의 두께 (㎜)를 나타낸다)

또한, 발포 성형체를 세로 50㎜, 두께 2.5㎜로 절단하여 시험편으로 하고, JIS Z0234에 준거하여, 발포 성형체의 5％ 압축 강도를 측정하였다.

또한, 얻어진 발포 성형체의 낙구값을 JIS K7211 : 1976에 준거하여 측정하였다. 즉, 발포 성형체를 세로 200㎜, 가로 40㎜, 두께 25㎜로 절단하여 시험편으로 하고, 이 시험편에 질량 255g의 강구(剛球)를 수직으로 낙하시켜, 발포 성형체의 50％가 파괴된 지점의 낙하 높이로서 구하였다.

[실시예 2]

사용하는 발포 핵제를 2.0질량부로 하여 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 발포 성형체를 제조하였다.

[실시예 3]

사용하는 발포 핵제를 에이와 화성 공업사 제조, 상품명 「폴리스렌 ES275」로 하여 0.85부 사용하고, 수압 0.7MPa로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 발포 성형체를 제조하였다.

[실시예 4]

사용하는 발포 핵제를 4.0질량부로 하여 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 발포 성형체를 제조하였다.

[실시예 5]

사용하는 발포 핵제를 5.0질량부로 하여 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 발포 성형체를 제조하였다.

[실시예 6]

피복제를 사용하지 않는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 기포 함유 발포성 수지 입자를 제조하였다. 그 후, 이 기포 함유 발포성 수지 입자를 성형기에 세트한 성형형의 캐비티(길이 400㎜ × 폭 300㎜ × 두께 50㎜)에 충전하고, 0.08MPa의 수증기로 35초 가열하고, 냉각하여, 밀도 0.641g/㎤, 발포 배수 1.6배, 치수 400㎜ × 300㎜ × 50㎜의 저배(低倍) 발포 성형체를 얻었다.

[비교예 1]

사용하는 발포 핵제를 미분말 탤크로 하여 0.3부 사용하고, 수압 0.3MPa로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 발포 성형체를 제조하였다.

[비교예 2]

사용하는 발포 핵제를 미분말 탤크로 하여 0.3부 사용하고, 수압 1.0MPa로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 발포 성형체를 제조하였다.

상기 실시예 1∼6과 비교예 1∼2에서 얻어진 결과를 표 1에 정리하여 기재한다.

표 1의 결과로부터, 본 발명에 관련된 실시예 1∼6은 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 N 값이 400 이상이고, 실시예 1∼5에서는 수지 입자를 예비 발포하고, 얻어진 예비 발포 입자를 형내 발포 성형하여 발포 배수 50배의 발포 성형체로 한 경우에, 비교예 1, 2에 기재한 N 값이 작은 종래품과 비교하여, 발포 성형체의 굽힘 강도, 압축 강도 및 낙구값이 우수하여, 본 발명에 의해 종래품보다 강도가 우수한 발포 성형체가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

또한, 실시예 6은 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 직접 형내 발포 성형하여 저배 발포 성형체를 제조한 경우로서, 적은 공정 또한 단시간에 저배 발포 성형품을 얻을 수 있었다.

또한, 실시예 5는 N 값이 2000 이상으로서, 실시예 1∼4의 발포 성형체와 비교하여 약간 강도가 저하되어 있었다. 이러한 점으로부터, N 값의 상한은 2000 이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

한편, 비교예 1∼2는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 N 값이 본 발명의 N 값 하한 (400) 미만으로서, 이것을 사용하여 제조한 발포 성형체는, 본 발명의 실시예 1∼5와 비교하여, 강도, 특히 낙구값이 낮았다.

제 2 실시형태

본 실시형태의 열가소성 수지 예비 발포 입자(이하, 예비 발포 입자라고 한다)의 제조 방법은, 열가소성 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련하고, 용융된 발포제 함유 열가소성 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 냉각 매체 안으로 압출하여 직후에 절단하고, 냉각 매체 안에서 발포시켜 부피 발포 배수 1.6배 이상의 예비 발포 입자로 하고, 이어서 상기 냉각 매체 안으로부터 예비 발포 입자를 분리하여, 용융 압출법에 의해 예비 발포 입자를 직접 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 실시형태에 있어서, 열가소성 수지의 종류는 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리스티렌계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리에스테르계 수지, 염화비닐계 수지, ABS 수지, AS 수지 등을 단독 혹은 2 종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 수지 제품으로서 일단 사용되고 나서 회수하여 얻어진 열가소성 수지의 회수 수지를 사용할 수도 있다. 특히 비정성인 폴리스티렌(GPPS), 하이 임팩트 폴리스티렌(HIPS) 등의 폴리스티렌계 수지가 바람직하게 사용된다.

폴리스티렌계 수지로는, 예를 들면 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 클로로스티렌, 에틸스티렌, i-프로필스티렌, 디메틸스티렌, 브로모스티렌 등의 스티렌계 모노머의 단독 중합체 또는 이들의 공중합체 등을 들 수 있고, 스티렌을 50질량％ 이상 함유하는 폴리스티렌계 수지가 바람직하고, 폴리스티렌이 보다 바람직하다. 또한, 상기 폴리스티렌계 수지로는, 상기 스티렌 모노머를 주성분으로 하는 상기 스티렌계 모노머와, 이 스티렌계 모노머와 공중합 가능한 비닐 모노머와의 공중합체여도 된다. 이러한 비닐 모노머로는, 예를 들면 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 세틸(메타)아크릴레이트 등의 알킬(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴로니트릴, 디메틸말레에이트, 디메틸푸마레이트, 디에틸푸마레이트, 에틸푸마레이트 외에, 디비닐벤젠, 알킬렌글리콜디메타크릴레이트 등의 2 관능성 모노머 등을 들 수 있다.

또한, 폴리스티렌계 수지가 주성분이면, 다른 수지를 첨가해도 된다. 첨가하는 수지로는, 예를 들면, 발포 성형체의 내충격성을 향상시키기 위하여, 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 공중합체, 에틸렌-프로필렌-비공액 디엔 삼차원 공중합체 등의 디엔계의 고무상 중합체를 첨가한 고무 변성 폴리스티렌계 수지, 이른바 하이 임팩트 폴리스티렌을 들 수 있다. 혹은, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 아크릴계 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 원료가 되는 폴리스티렌계 수지로는, 시판되고 있는 통상적인 폴리스티렌계 수지, 현탁 중합법 등의 방법으로 새롭게 제조한 폴리스티렌계 수지 등의, 리사이클 원료가 아닌 폴리스티렌계 수지(버진 폴리스티렌)를 사용할 수 있는 것 외에, 사용이 완료된 폴리스티렌계 수지 발포 성형체를 재생 처리하여 얻어진 리사이클 원료를 사용할 수 있다. 이 리사이클 원료로는, 사용이 완료된 폴리스티렌계 수지 발포 성형체, 예를 들면, 물고기 등의 반송 용기, 전기 제품 등의 완충재, 식품 포장용 트레이 등을 회수하여, 리모넨 용해 방식이나 가열 감용 방식에 의해 재생한 리사이클 원료를 사용할 수 있다. 또한, 사용할 수 있는 리사이클 원료는, 사용이 완료된 폴리스티렌계 수지 발포 성형체를 재생 처리하여 얻어진 것 이외에도, 가전 제품(예를 들면, 텔레비전, 냉장고, 세탁기, 에어컨 등)이나 사무용 기기(예를 들면, 복사기, 팩시밀리, 프린터 등)로부터 분별 회수된 비발포의 폴리스티렌계 수지 성형체를 분쇄하고, 용융 혼련하여 리펠릿한 것을 사용할 수 있다.

본 실시형태의 예비 발포 입자에 사용되는 발포제는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 프로판, 노르말부탄, 이소부탄, 노르말펜탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 시클로펜탄 등의 지방족 탄화수소, 디메틸에테르, 디에틸에테르 등의 에테르류, 메탄올, 에탄올 등의 각종 알코올류, 탄산 가스, 질소, 물 등이 사용 가능하다.

이 중, 지방족 탄화수소가 바람직하고, 나아가서는, 노르말부탄, 이소부탄, 노르말펜탄, 이소펜탄 단독 혹은 이들의 혼합물이 보다 바람직하다. 또한, 탄소수 5의 탄화수소인 노르말펜탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 시클로펜탄, 시클로펜타디엔 단독 혹은 이들의 혼합물이 특히 바람직하다. 그 중에서도 이소펜탄과 노르말펜탄의 일방 또는 양방의 혼합물인 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄소수 5의 탄화수소를 주체로 하고, 비점이 20℃ 이상이며, 탄소수 5의 탄화수소 이외의 발포제(예를 들면 노르말부탄, 이소부탄, 프로판, 탄산 가스 등)를 포함하고 있어도 된다.

이 발포제의 첨가량은, 열가소성 수지 100질량부에 대하여 1∼15질량부의 범위가 바람직하고, 1∼10질량부의 범위가 보다 바람직하며, 2∼6질량부의 범위가 특히 바람직하다.

본 발명의 예비 발포 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 열가소성 수지에는 발포 핵제로서, 탤크, 규산칼슘, 합성 혹은 천연으로 산출되는 이산화규소, 에틸렌비스스테아린산아미드, 메타크릴산에스테르계 공중합체 등의 무기 또는 유기 미분말을 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 발포 핵제의 첨가량은, 열가소성 수지 100질량부에 대하여 1.5질량부 이하가 바람직하고, 0.1∼1.0질량부의 범위가 보다 바람직하다.

본 발명의 예비 발포 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 열가소성 수지에는 발포제 및 발포 핵제 외에, 얻어지는 예비 발포 입자의 물성을 저해하지 않는 범위 내에 있어서, 결합 방지제, 기포 조정제, 가교제, 충전제, 난연제, 난연 조제, 활제, 착색제 등의 첨가제를 첨가해도 된다.

도 1은 본 발명의 예비 발포 입자의 제조 방법에 사용되는 제조 장치의 일례를 나타내는 도면이다. 본 예의 제조 장치는, 수지 공급 장치로서의 압출기(1)와, 압출기(1)의 선단에 장착되어 다수의 작은 구멍을 갖는 다이(2)와, 압출기(1) 내에 수지 원료 등을 투입하는 원료 공급 호퍼(3)와, 압출기(1) 내의 용융 수지에 발포제 공급구(5)를 통해 발포제를 압입하는 고압 펌프(4)와, 다이(2)의 작은 구멍이 천공된 수지 토출면에 냉각수를 접촉시키도록 설치되어, 실내에 냉각수가 순환 공급되는 커팅실(7)과, 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출된 수지를 절단할 수 있도록 커팅실(7) 내에 회전 가능하게 설치된 커터(6)와, 커팅실(7)로부터 냉각수의 흐름에 동반하여 운반되는 예비 발포 입자를 냉각수와 분리함과 함께 탈수 건조시켜 예비 발포 입자를 얻는 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)와, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)에서 분리된 냉각수를 모으는 수조(8)와, 이 수조(8) 내의 냉각수를 커팅실(7)로 보내는 고압 펌프(9)와, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)에서 탈수 건조된 예비 발포 입자를 저류하는 저류 용기(11)를 구비하고 있다.

또한, 압출기(1)로는, 스크루를 사용하는 압출기 또는 스크루를 사용하지 않는 압출기를 어느 것이나 사용할 수 있다. 스크루를 사용하는 압출기로는, 예를 들면 단축식 압출기, 다축식 압출기, 벤트식 압출기, 탠덤식 압출기 등을 들 수 있다. 스크루를 사용하지 않는 압출기로는, 예를 들면 플런저식 압출기, 기어 펌프식 압출기 등을 들 수 있다. 또한, 어느 압출기도 스태틱 믹서를 사용할 수 있다. 이들 압출기 중, 생산성의 면에서 스크루를 사용한 압출기가 바람직하다. 또한, 커터(6)를 수용한 커팅실(7)도, 수지의 용융 압출에 의한 조립 방법에 있어서 사용되고 있는 종래에 주지되어 있는 것을 사용할 수 있다.

도 1에 나타내는 제조 장치를 사용하여 예비 발포 입자를 제조하기 위해서는, 먼저 원료인 폴리스티렌계 수지 등의 열가소성 수지, 발포 핵제, 필요에 따라 첨가되는 난연제 등의 원하는 첨가제를 칭량하고, 원료 공급 호퍼(3)로부터 압출기(1) 내로 투입한다. 원료인 열가소성 수지는, 펠릿상이나 과립상으로 하여 사전에 잘 혼합하고 나서 1개의 원료 공급 호퍼로부터 투입해도 되고, 혹은 예를 들면 복수의 로트를 사용하는 경우에는 각 로트마다 공급량을 조정한 복수의 원료 공급 호퍼로부터 투입하고, 압출기 내에서 그들을 혼합해도 된다. 또한, 복수의 로트의 리사이클 원료를 조합하여 사용하는 경우에는, 복수의 로트의 원료를 사전에 잘 혼합하고, 자기 선별이나 체 분리, 비중 선별, 송풍 선별 등의 적당한 선별 수단에 의해 이물질을 제거해 두는 것이 바람직하다.

압출기(1) 내에 열가소성 수지 수지, 발포 조제, 그 밖의 첨가제를 공급 후, 수지를 가열 용융시키고, 그 용융 수지를 다이(2) 측으로 이송하면서, 발포제 공급구(5)로부터 고압 펌프(4)에 의해 발포제를 압입하여 용융 수지에 발포제를 혼합하고, 압출기(1) 내에 필요에 따라 설치되는 이물질 제거용 스크린을 통과시켜, 용융물을 더욱 혼련하면서 선단측으로 이동시키고, 발포제를 첨가한 용융물을 압출기(1)의 선단에 부설한 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출한다.

다이(2)의 작은 구멍이 천공된 수지 토출면은, 실내에 냉각수가 순환 공급되는 커팅실(7) 내에 배치되고, 또한 커팅실(7) 내에는, 작은 구멍으로부터 압출된 수지를 절단할 수 있도록 커터(6)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 발포제 첨가가 완료된 용융물을 압출기(1)의 선단에 부설한 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출하면, 용융물은 입자상으로 절단되고, 냉각수와 접촉하여 급랭되는데, 절단 후 수지가 완전히 고화될 때까지의 동안에 발포하여, 부피 발포 배수 1.6배 이상의 열가소성 수지 예비 발포 입자가 된다.

이와 같이 하여 얻어지는 예비 발포 입자의 부피 발포 배수는, 1.6∼50배의 범위 내인 것이 바람직하고, 1.6∼40배의 범위가 보다 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서 예비 발포 입자의 부피 발포 배수는, JIS K6911 : 1995년 「열경화성 플라스틱 일반 시험 방법」에 준거하여 부피 밀도를 측정한 후, 이하의 측정 방법에 의해 구해진 값을 말한다.

먼저, 메스 실린더에 예비 발포 입자를 500㎤의 눈금까지 충전한다. 단, 메스 실린더를 수평 방향에서 육안으로 보아, 예비 발포 입자가 한 입자라도 500㎤의 눈금에 도달하여 있으면, 충전을 종료한다. 다음으로, 메스 실린더 내에 충전한 예비 발포 입자의 질량을 소수점 이하 2 자리의 유효 숫자로 칭량하고, 그 질량을 W (g)로 한다. 다음 식에 의해 예비 발포 입자의 부피 밀도를 산출한다.

부피 밀도 (g/㎤) = W/500

다음으로, 다음 식에 의해 예비 발포 입자의 부피 발포 배수를 산출한다.

부피 발포 배수 (배) = 1/부피 밀도 (g/㎤)

예비 발포 입자의 부피 발포 배수는, 냉각수의 압력 및 수온에 따라 조정할 수 있다. 예를 들면, 낮은 부피 발포 배수(높은 부피 밀도)의 예비 발포 입자를 제조하는 경우에는, 높은 압력과 낮은 수온의 조건 하에서 발포를 억제하면서 제조한다. 한편, 높은 부피 발포 배수(낮은 부피 밀도)의 예비 발포 입자를 제조하는 경우에는, 낮은 압력과 높은 수온의 조건 하에서 어느 정도 발포시키면서 제조한다. 냉각수의 압력은, 예를 들면 냉각수의 순환 유로 중, 고압 펌프(9)의 토출측으로부터 커팅실(7)을 지나, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)의 입구측에 이르는 부분을 가압 영역으로 하고, 고압 펌프(9)의 토출압에 의해 가압하여, 그 압력을 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 그 압력은 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로는 가압이 없는 조건에서 행하거나, 가압하는 경우에는 1.7MPa 이하, 바람직하게는 1.5MPa 이하의 가압으로 한다. 또한 상기 수온은, 냉각수의 순환 유로 중 어느 것에 히터 (또는 히터와 쿨러의 양방)를 부설하여, 수온을 조절하는 것이 바람직하다. 수온은 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로는 20∼80℃의 범위 내로 하고, 바람직하게는 30∼70℃의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

형성된 예비 발포 입자는, 커팅실(7)로부터 냉각수의 흐름에 동반하여 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)에 운반되고, 여기서 예비 발포 입자를 냉각수와 분리함과 함께 탈수 건조시킨다. 건조된 예비 발포 입자는, 저류 용기(11)에 저류된다.

얻어진 예비 발포 입자에는, 필요에 따라 징크스테아레이트 등의 분말상 금속 비누류를 표면에 도포해도 된다. 이에 의해 예비 발포 입자끼리의 블록킹을 방지할 수 있어, 예비 발포 입자의 취급, 특히 성형형의 캐비티 내로의 충전성을 양호하게 유지할 수 있다.

얻어진 예비 발포 입자는, 구상 내지 대략 구상이다. 그 때문에, 기둥상을 이루는 예비 발포 입자와 비교하여 성형형의 캐비티 내로의 충전성이 양호하여, 캐비티 내에 간극 없이 충전 가능하다. 또한, 형내 발포 성형시에 발포 입자끼리의 융착이 양호하게 행하여지기 때문에, 강도가 우수한 발포 성형체를 얻을 수 있다.

본 발명의 예비 발포 입자의 제조 방법에서는, 열가소성 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련하고, 용융된 발포제 함유 열가소성 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 냉각 매체 안으로 압출하여 직후에 절단하고, 냉각 매체 안에서 발포시켜 부피 발포 배수 1.6배 이상의 예비 발포 입자로 함으로써, 발포 성형체의 제조에 사용하는 예비 발포 입자를 용융 압출법에 의해 직접 제조할 수 있다. 그 때문에, 발포성 수지 입자를 제조하고 그것을 가열하여 예비 발포 입자를 얻는 종래법과 비교하고, 보다 적은 공정으로 발포 성형체를 제조할 수 있어, 발포 성형체의 생산 효율이 높아지고, 또한 발포성 수지 입자의 보관 스페이스를 삭감할 수 있는 이점이 있다.

본 실시형태의 예비 발포 입자를, 발포 수지 성형체의 제조 분야에 있어서 주지되어 있는 장치 및 방법을 이용하여, 성형형의 캐비티 내에 충전하고, 수증기 가열 등에 의해 가열하여 형내 발포 성형하여, 열가소성 수지 발포 성형체(이하, 발포 성형체라고 한다)를 제조한다.

본 실시형태의 발포 성형체의 밀도 및 발포 배수는, 예비 발포 입자의 부피 밀도 및 부피 발포 배수와 동일하다고 여겨지며, 밀도가 0.625g/㎤ 이하(발포 배수 1.6배 이상)가 되고, 밀도가 0.020∼0.625g/㎤(발포 배수 1.6∼50배)의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서 발포 성형체의 밀도 및 발포 배수란, JIS K7122 : 1999 「발포 플라스틱 및 고무 - 겉보기 밀도의 측정」에 기재된 방법으로 측정한 발포 성형체 밀도이다.

발포 성형체의 밀도의 측정 방법은 이하와 같다.

50㎤ 이상 (반경질 및 연질 재료의 경우에는 100㎤ 이상)의 시험편을 재료 본래의 셀 구조를 바꾸지 않도록 절단하여, 그 질량을 측정하고, 다음 식에 의해 산출한다.

밀도 (g/㎤) = 시험편 질량 (g)/시험편 체적 (㎤)

또한, 상기 측정용 시험편은, 성형 후 72시간 이상 경과한 시료로부터 잘라내고, 23℃±2℃×50％±5％ 또는 27℃±2℃×65％±5％의 분위기 조건에 16시간 이상 방치한 것이다.

또한, 발포 성형체의 발포 배수는 다음 식에 의해 산출되는 수치이다.

발포 배수 = 1/밀도 (g/㎤)

이하, 추가적인 실시예에 의해 본 발명의 효과를 실증하는데, 이하의 실시예는 본 발명의 단순한 예시에 불과하며, 본 발명이 이하의 실시예의 기재에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 7]

(예비 발포 입자의 제조)

폴리스티렌 수지(도요 스티렌사 제조, 상품명 「HRM10N」) 100질량부에 대하여, 미분말 탤크 0.3질량부를 첨가하고, 이들을 구경 90㎜의 단축 압출기에 시간당 130㎏으로 연속 공급하였다. 압출기 내 온도로는, 최고 온도 210℃로 설정하고, 수지를 용융시킨 후, 발포제로서 수지 100질량부에 대하여 3질량부의 펜탄(이소펜탄 : 노르말펜탄 = 20 : 80 (질량비))을 압출기의 도중으로부터 압입하였다. 압출기 내에서 수지와 발포제를 혼련함과 함께 냉각하고, 압출기 선단부에서의 수지 온도를 170℃, 다이의 수지 도입부의 압력을 15MPa로 유지하여, 직경 0.6㎜이고 랜드 길이 3.0㎜인 작은 구멍이 200개 배치된 다이로부터, 이 다이의 토출측에 연결되어 40℃의 물이 순환하고, 수압 0.05MPa로 설정된 커팅실 내로, 발포제 함유 용융 수지를 압출함과 동시에, 원주 방향으로 10장의 날을 갖는 회전 커터 3000rpm으로 압출물을 절단하였다. 절단한 입자를 순환수로 냉각하면서, 입자 분리기로 반송하여, 입자를 순환수와 분리하였다. 또한, 포집된 입자를 탈수·건조시켜 예비 발포 입자를 얻었다. 얻어진 예비 발포 입자는, 변형, 위스커 등의 발생도 없고, 대략 구체이며, 부피 밀도는 0.6g/㎤, 부피 발포 배수는 1.7배, 평균 입경은 약 1.3㎜였다.

얻어진 예비 발포 입자 100질량부에 대하여, 폴리에틸렌글리콜 0.03질량부를 입자의 표면 전체면에 균일하게 피복하였다.

(발포 성형체의 제조)

얻어진 예비 발포 입자를 실온 분위기 하, 24시간에 걸쳐 방치한 후, 길이 400㎜ × 폭 300㎜ × 높이 25㎜의 장방형상의 캐비티를 갖는 성형형 내에 그 예비 발포 입자를 충전하고, 그 후 성형형의 캐비티 내를 수증기로 게이지압 0.08MPa의 압력으로 20초간에 걸쳐 가열하고, 그 후 성형형의 캐비티 내의 압력이 0.01MPa가 될 때까지 냉각하고, 그 후 성형형을 열어, 길이 400㎜ × 폭 300㎜ × 높이 25㎜의 장방형상의 발포 성형체를 꺼냈다.

얻어진 발포 성형체는, 밀도 0.6g/㎤(발포 배수 1.7배)였다.

상기와 같이 제조한 예비 발포 입자에 대해, 하기 <금형 충전성의 평가> 와 같은 측정·평가를 행하고, 금형 충전성을 평가하였다.

또한, 상기와 같이 제조한 발포 성형체에 대해, 하기와 같이 발포 성형체의 외관 평가 및 융착률의 측정을 행하였다.

또한, 하기 금형 충전성의 평가, 발포 성형체의 외관 평가 및 융착률의 측정 결과에 기초하여, 하기의 판정 기준에 비추어 종합 판정하였다. 결과를 표 2에 기재한다.

여기서, 금형 충전성의 평가는, 이하와 같이 행하였다.

얻어진 예비 발포 입자의 부피 밀도 및 발포 성형체의 밀도를 구하고, 하기 식에 의해 충전성을 산출하여, 하기의 기준으로 금형 충전성을 평가하였다.

금형 충전성 = 발포 성형체의 밀도/예비 발포 입자의 부피 밀도

이 금형 충전성의 평가 기준은, 다음과 같이 하였다.

양호 (○) : 금형 충전성이 0.95 이상인 경우

불량 (×) : 금형 충전성이 0.95 미만인 경우

또한, 발포 성형체의 외관 평가는, 이하와 같이 행하였다.

예비 발포 입자를 발포 성형기의 금형에 충전하고, 수증기를 사용하여 형내 발포 성형시킴으로써 길이 400㎜, 폭 300㎜, 두께 25㎜의 직방체상의 발포 성형체를 얻었다. 얻어진 발포 성형체의 외관을 육안 관찰하고, 하기의 기준에 기초하여 평가를 하였다.

양호 (○) : 발포 입자끼리의 융착 부분이 평활한 경우

불량 (×) : 발포 입자끼리의 융착 부분에 요철이 발생한 경우

또한, 융착률은, 이하와 같이 평가하였다.

먼저, 발포 성형체에 있어서의 임의의 표면에 커터 나이프를 사용하여 깊이 1㎜의 절삭선을 형성하고, 이 절삭선을 따라 발포 성형체를 손 또는 해머로 2분할한다. 그런 뒤, 발포 성형체의 파단면에 노출된 임의의 100∼150개의 발포 입자에 있어서, 발포 입자 내에 있어서 파단되어 있는 입자 수 (a)와, 발포 입자끼리의 열 융착 계면에 있어서 파단되어 있는 입자 수 (b)를 세고, 하기 식에 기초하여 발포 성형체의 융착률을 산출하였다.

발포 성형체의 융착률 (％) = 100 × 입자 수 (a)/(입자 수 (a) + 입자 수 (b))

이 융착률의 평가 기준은 다음과 같이 하였다.

양호 : 융착률 70％ 이상인 경우

불량 : 융착률 70％ 미만인 경우

그리고, 상기 금형 충전성의 평가, 발포 성형체의 외관 평가 및 융착률 측정의 세 가지 평가 결과를 바탕으로, 다음 판정 기준에 비추어 종합 판정하였다.

양호 (○) : 세 가지 평가 결과에 불량 (×)이 없는 경우

불량 (×) : 세 가지 평가 결과에 하나 이상 불량 (×)이 있는 경우

[실시예 8]

펜탄의 첨가량을 5질량부로 한 것, 및 수온을 50℃로 한 것 이외에는, 실시예 7과 동일하게 행하였다. 얻어진 예비 발포 입자는, 변형, 위스커 등의 발생도 없고, 대략 구체이며, 부피 밀도는 0.2g/㎤, 부피 발포 배수는 5.1배, 평균 입경은 약 1.9㎜였다. 결과를 표 2에 기재한다.

[실시예 9]

직경 0.5㎜이고 랜드 길이 2.5㎜인 작은 구멍을 갖는 다이를 사용한 것, 펜탄의 첨가량을 7질량부로 한 것, 및 수온을 50℃로 한 것 이외에는, 실시예 7과 동일하게 행하였다. 얻어진 예비 발포 입자는, 변형, 위스커 등의 발생도 없고, 대략 구체이며, 부피 밀도는 0.03g/㎤, 부피 발포 배수는 33.7배, 평균 입경은 약 3.2㎜였다. 결과를 표 2에 기재한다.

[비교예 3]

펜탄의 첨가량을 5질량부로 한 것, 수온을 85℃로 한 것, 및 막대상의 발포체를 커팅실 내로 압출하고, 발포 후에 절단한 것 이외에는, 실시예 7과 동일하게 행하였다. 얻어진 예비 발포 입자는 원기둥상이고, 부피 밀도는 0.04g/㎤, 부피 발포 배수는 27.3 배, 원기둥의 직경은 약 2.5㎜, 원기둥의 높이는 약 1.7㎜였다. 결과를 표 2에 기재한다.

표 2의 결과로부터, 본 발명에 관련된 실시예 7∼9에서 얻어진 예비 발포 입자는, 입자 형상이 구상이 되어 금형 충전성이 양호하였다. 또한, 실시예 7∼9에서 얻어진 발포 성형체는, 외관이 양호해지고, 발포 입자의 융착률도 높아, 고품질의 발포 성형체가 얻어졌다.

한편, 비교예 3에서는, 수중으로 압출된 용융 수지가 발포된 상태가 되고 나서 절단되었기 때문에, 얻어진 예비 발포 입자의 형상이 원기둥상이 되었다. 이 비교예 1의 예비 발포 입자는 금형 충전성이 저하되고, 얻어진 발포 성형체의 외관 및 융착률이 저하되었다.

제 3 실시형태

본 실시형태의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 폴리스티렌계 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련하고, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 압출하고, 냉각 및 절단하여 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 적분구 방식 색차계로 측정한 백도가 75 이하인 것을 특징으로 한다.

본 실시형태에 있어서, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 백도란, 하기의 방법으로 측정한 결과로부터 구한 값을 말하며, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 투명도의 지표가 된다.

백도의 측정은, 이하와 같이 행한다.

발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 시료로 하고, JIS K-7105 : 1981년에 준거하여, 다음 조건으로 백도를 측정한다.

장치 : 적분구 방식 색차계(닛폰 덴쇼쿠 공업사 제조, 상품명 「ZE2000」)

방법 : 석영제의 시료 용기(30㎜φ×13㎜, 시료 면적 30㎜φ)에 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 충전하고, 표준판의 3 자극값을 Y=94.95, X=92.94, Z=111.82로 하여 반사법에 의해 측정한다.

본 실시형태의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 상기 백도가 75 이하이고, 바람직하게는 73 이하이며, 보다 바람직하게는 70 이하이다. 상기 백도가 75를 초과하면, 종래의 용융 압출법에 의해 제조한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 마찬가지로 수지 입자 중에 미세한 기포가 다수 존재한다. 그 결과, 발포를 일으킴으로써 수지 입자의 부피 밀도가 낮아지고, 일정 질량의 체적이 늘어남으로써 보관이나 반송에 여분의 스페이스를 필요로 한다는 문제나, 발포를 일으킴으로써 수지 입자가 균열되거나 붕괴되기 쉬워진다는 문제나, 제조된 발포 성형체의 기계 강도가 나빠지는 문제, 및 비즈 라이프가 짧기 때문에 장기간의 보관이 곤란해진다는 문제를 발생시킬 가능성이 있다.

본 실시형태의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 폴리스티렌계 수지로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 클로로스티렌, 에틸스티렌, i-프로필스티렌, 디메틸스티렌, 브로모스티렌 등의 스티렌계 모노머의 단독 중합체 또는 이들의 공중합체 등을 들 수 있다. 이 중, 스티렌을 50질량％ 이상 함유하는 폴리스티렌계 수지가 바람직하고, 그 중에서도 폴리스티렌이 보다 바람직하다.

또한, 상기 폴리스티렌계 수지로는, 상기 스티렌 모노머를 주성분으로 하는 상기 스티렌계 모노머와, 이 스티렌계 모노머와 공중합 가능한 비닐 모노머와의 공중합체여도 된다. 이러한 비닐 모노머로는, 예를 들면 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 세틸(메타)아크릴레이트 등의 알킬(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴로니트릴, 디메틸말레에이트, 디메틸푸마레이트, 디에틸푸마레이트, 에틸푸마레이트 외에, 디비닐벤젠, 알킬렌글리콜디메타크릴레이트 등의 2 관능성 모노머 등을 들 수 있다.

또한, 폴리스티렌계 수지가 주성분이면, 다른 수지를 첨가해도 된다. 첨가하는 수지로는, 예를 들면, 발포 성형체의 내충격성을 향상시키기 위하여, 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 공중합체, 에틸렌-프로필렌-비공액 디엔 삼차원 공중합체 등의 디엔계의 고무상 중합체를 첨가한 고무 변성 폴리스티렌계 수지, 이른바 하이 임팩트 폴리스티렌을 들 수 있다. 혹은, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 아크릴계 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 등을 들 수 있다.

원료가 되는 폴리스티렌계 수지로는, 시판되고 있는 통상적인 폴리스티렌계 수지, 현탁 중합법 등의 방법으로 새롭게 제조한 폴리스티렌계 수지 등의, 리사이클 원료가 아닌 폴리스티렌계 수지(버진 폴리스티렌)를 사용할 수 있는 것 외에, 사용이 완료된 폴리스티렌계 수지 발포 성형체를 재생 처리하여 얻어진 리사이클 원료를 사용할 수 있다. 이 리사이클 원료로는, 사용이 완료된 폴리스티렌계 수지 발포 성형체, 예를 들면, 물고기 등의 반송 용기, 전기 제품 등의 완충재, 식품 포장용 트레이 등을 회수하여, 리모넨 용해 방식이나 가열 감용 방식에 의해 재생한 리사이클 원료 중에서, 중량 평균 분자량 Mw가 12만∼30만의 범위가 되는 원료를 적절히 선택하거나, 또는 중량 평균 분자량 Mw가 상이한 복수의 리사이클 원료를 적절히 조합하여 사용할 수 있다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 첨가되는 발포제는, 탄소수 5의 탄화수소를 주체로 하고, 비점이 20℃ 이상이며, 탄소수 5의 탄화수소 이외의 발포제를 포함하고 있어도 된다.

이 발포제는, 탄소수 5의 탄화수소의 1 종 또는 2 종 이상인 것이 바람직하고, 그 중에서도 이소펜탄과 노르말펜탄의 일방 또는 양방의 혼합물인 것이 바람직하다.

이 발포제의 첨가량은, 수지 100질량부에 대하여 3∼8질량부의 범위가 바람직하고, 4∼7질량부의 범위가 보다 바람직하다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에는, 폴리스티렌계 수지 100질량부에 대하여, 발포 핵제로서 폴리스티렌계 수지의 굴절률에 대하여 ±0.08 이하, 바람직하게는 0.06 이하, 보다 바람직하게는 0.04 이하의 굴절률을 갖는 무기 재료 분말을 1.0질량부 이하의 양으로 함유하는 것이 바람직하고, 0.05∼0.8질량부의 범위가 보다 바람직하며, 0.1∼0.5질량부의 범위가 더욱 바람직하다. 폴리스티렌계 수지의 굴절률에 대하여 ±0.08 이하의 굴절률을 갖는 무기 재료 분말로는, 탤크, 마이카, 규산마그네슘, 수산화마그네슘 등을 들 수 있고, 이들 중에서도 탤크가 바람직하다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에는, 상기 발포제 및 상기 발포 핵제 외에, 물성을 저해하지 않는 범위 내에 있어서, 결합 방지제, 기포 조정제, 가교제, 충전제, 난연제, 난연 조제, 활제, 착색제 등의 첨가제를 첨가해도 된다. 또한, 징크스테아레이트 등의 분말상 금속 비누류를 상기 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 표면에 도포해 두면, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 예비 발포 공정에 있어서 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자끼리의 결합을 감소시킬 수 있어 바람직하다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 부피 밀도가 0.58g/㎤ 이상인 것이 바람직하고, 0.60g/㎤ 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.62g/㎤ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 부피 밀도가 0.58g/㎤ 미만이면, 수지 입자 중에 기포가 많이 존재할 가능성이 있다. 그 결과, 발포를 일으킴으로써 수지 입자의 부피 밀도가 낮아지고, 일정 질량의 체적이 늘어남으로써 보관이나 반송에 여분의 스페이스를 필요로 한다는 문제나, 발포를 일으킴으로써 수지 입자가 균열되거나 붕괴되기 쉬워진다는 문제나, 제조된 발포 성형체의 기계 강도가 나빠지는 문제, 및 비즈 라이프가 짧기 때문에 장기간의 보관이 곤란해진다는 문제를 발생시킬 가능성이 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 부피 밀도란, JIS K6911 : 1995년 「열경화성 플라스틱 일반 시험 방법」에 준거하여 측정된 부피 밀도를 가리킨다.

예비 발포 입자의 부피 밀도의 측정 방법은 이하와 같다.

메스 실린더에 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 500㎤의 눈금까지 충전한다. 단, 메스 실린더를 수평 방향에서 육안으로 보아, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 한 입자라도 500㎤의 눈금에 도달하여 있으면, 충전을 종료한다. 다음으로, 메스 실린더 내에 충전한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 질량을 소수점 이하 2 자리의 유효 숫자로 칭량하고, 그 질량을 W (g)로 한다. 다음 식에 의해 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 부피 밀도를 산출한다.

부피 밀도 (g/㎤) = W/500

본 실시형태의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 수지 입자 중에 기포가 적고, 적분구 방식 색차계로 측정한 백도가 75 이하를 나타내는 것이므로, 종래의 용융 압출법에 의해 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 비교하여 부피 밀도가 높다. 그 결과, 일정 질량의 체적이 적어지기 때문에, 컴팩트하게 보관할 수 있고, 반송도 용이해진다.

또한, 본 실시형태의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 수지 입자 중에 기포가 적기 때문에, 강도가 우수하여, 균열이나 붕괴를 일으키기 어려운 이점이 있다.

또한, 본 실시형태의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 가열하여 예비 발포할 때에, 균일하게 발포함으로써, 입경이나 부피 밀도가 균일한 예비 발포 입자가 얻어진다. 그 결과, 이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 형내 발포 성형하여 얻어진 발포 성형체는, 강도가 우수한 것이 된다.

또한, 본 실시형태의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 발포제의 일산이 온화하기 때문에, 비즈 라이프가 길어져, 장기간의 보관이 가능하게 된다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명에 관련된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법의 실시형태를 설명한다.

이 제조 방법은, 폴리스티렌계 수지와 발포제를 수지 공급 장치 내에서 용융 혼련하고, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 다이의 작은 구멍을 통과시켜 냉각 매체 안으로 압출하고, 냉각 및 절단하여 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는, 용융 압출법에 의한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 있어서, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 가압된 냉각 매체 안으로 압출하고, 냉각 및 절단하여, 적분구 방식 색차계로 측정한 백도가 75 이하인 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는 것을 특징으로 한다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 사용되는 발포제는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 프로판, 노르말부탄, 이소부탄, 노르말펜탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 시클로펜탄 등의 지방족 탄화수소, 디메틸에테르, 디에틸에테르 등의 에테르류, 메탄올, 에탄올 등의 각종 알코올류, 탄산 가스, 질소, 물 등이 사용 가능하다. 이 중, 지방족 탄화수소가 바람직하고, 나아가서는 노르말부탄, 이소부탄, 노르말펜탄, 이소펜탄 단독 혹은 이들의 혼합물이 보다 바람직하다. 또한, 탄소수 5의 탄화수소인 노르말펜탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 시클로펜탄, 시클로펜타디엔 단독 혹은 이들의 혼합물이 특히 바람직하다. 그 중에서도 이소펜탄과 노르말펜탄의 일방 또는 양방의 혼합물인 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄소수 5의 탄화수소를 주체로 하고, 비점이 20℃ 이상이며, 탄소수 5의 탄화수소 이외의 발포제(예를 들면 노르말부탄, 이소부탄, 프로판, 탄산 가스 등)를 포함하고 있어도 된다.

이 발포제의 첨가량은, 폴리스티렌계 수지 100질량부에 대하여 2∼15질량부의 범위가 바람직하고, 3∼8질량부의 범위가 보다 바람직하며, 4∼7질량부의 범위가 특히 바람직하다.

또한, 발포 핵제로는, 폴리스티렌계 수지의 굴절률에 대하여 ±0.08 이하, 바람직하게는 0.06 이하, 보다 바람직하게는 0.04 이하의 굴절률을 갖는 무기 재료 분말, 예를 들면 탤크를, 수지 100질량부에 대하여 1.0질량부 이하, 바람직하게는 0.05∼0.8질량부의 범위, 보다 바람직하게는 0.1∼0.5질량부의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다.

도 1은 이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에 사용되는 제조 장치의 일례를 나타내는 도면이다. 본 예의 제조 장치는, 수지 공급 장치로서의 압출기(1)와, 압출기(1)의 선단에 장착된 다수의 작은 구멍을 갖는 다이(2)와, 압출기(1) 내에 수지 원료 등을 투입하는 원료 공급 호퍼(3)와, 압출기(1) 내의 용융 수지에 발포제 공급구(5)를 통해 발포제를 압입하는 고압 펌프(4)와, 다이(2)의 작은 구멍이 천공된 수지 토출면에 가압 냉각수를 접촉시키도록 설치되어, 실내에 가압 냉각수가 순환 공급되는 커팅실(7)과, 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출된 수지를 절단할 수 있도록 커팅실(7) 내에 회전 가능하게 설치된 커터(6)와, 커팅실(7)로부터 냉각수의 흐름에 동반하여 운반되는 발포성 수지 입자를 냉각수와 분리함과 함께 탈수 건조시켜 발포성 수지 입자를 얻는 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)와, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)에서 분리된 냉각수를 모으는 수조(8)와, 이 수조(8) 내의 냉각수를 커팅실(7)로 보내는 고압 펌프(9)와, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)에서 탈수 건조된 발포성 수지 입자를 저류하는 저류 용기(11)를 구비하고 있다.

또한, 압출기(1)로는, 스크루를 사용하는 압출기 또는 스크루를 사용하지 않는 압출기를 어느 것이나 사용할 수 있다. 스크루를 사용하는 압출기로는, 예를 들면 단축식 압출기, 다축식 압출기, 벤트식 압출기, 탠덤식 압출기 등을 들 수 있다. 스크루를 사용하지 않는 압출기로는, 예를 들면 플런저식 압출기, 기어 펌프식 압출기 등을 들 수 있다. 또한, 어느 압출기도 스태틱 믹서를 사용할 수 있다. 이들 압출기 중, 생산성의 면에서 스크루를 사용한 압출기가 바람직하다. 또한, 커터(6)를 수용한 커팅실(7)도, 수지의 용융 압출에 의한 조립 방법에 있어서 사용되고 있는 종래에 주지되어 있는 것을 사용할 수 있다.

이 제조 방법에서는, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 가압된 냉각 매체 안으로 압출하기 때문에, 적어도 커팅실(7) 내를 가압 분위기로 유지할 필요가 있다. 본 예시에 있어서는, 냉각수의 순환 유로 중, 고압 펌프(9)의 토출측으로부터 커팅실(7)을 지나, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)의 입구측에 이르는 부분에 있어서, 냉각수의 압력을 0.4MPa 이상으로 유지하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 순환 유로 전체를 가압하는 구성으로 해도 된다.

도 1에 나타내는 제조 장치를 사용하여, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하기 위해서는, 먼저 원료인 폴리스티렌계 수지, 발포 핵제, 필요에 따라 첨가되는 난연제 등의 원하는 첨가제를 칭량하고, 원료 공급 호퍼(3)로부터 압출기(1) 내로 투입한다. 원료인 폴리스티렌계 수지는, 펠릿상이나 과립상으로 하여 사전에 잘 혼합하고 나서 1개의 원료 공급 호퍼로부터 투입해도 되고, 혹은 예를 들면 복수의 로트를 사용하는 경우에는 각 로트마다 공급량을 조정한 복수의 원료 공급 호퍼로부터 투입하고, 압출기 내에서 그들을 혼합해도 된다. 또한, 복수의 로트의 리사이클 원료를 조합하여 사용하는 경우에는, 복수의 로트의 원료를 사전에 잘 혼합하고, 자기 선별이나 체 분리, 비중 선별, 송풍 선별 등의 적당한 선별 수단에 의해 이물질을 제거해 두는 것이 바람직하다.

압출기(1) 내에 폴리스티렌계 수지, 발포 핵제, 그 밖의 첨가제를 공급 후, 수지를 가열 용융시키고, 그 용융 수지를 다이(2) 측으로 이송하면서, 발포제 공급구(5)로부터 고압 펌프(4)에 의해 발포제를 압입하여 용융 수지에 발포제를 혼합하고, 압출기(1) 내에 필요에 따라 설치되는 이물질 제거용 스크린을 통과시켜, 용융물을 더욱 혼련하면서 선단측으로 이동시키고, 발포제를 첨가한 용융물을 압출기(1)의 선단에 부설한 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출한다.

다이(2)의 작은 구멍이 천공된 수지 토출면은, 실내에 냉각수가 순환 공급되는 커팅실(7) 내에 배치되고, 또한 커팅실(7) 내에는, 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출된 수지를 절단할 수 있도록 커터(6)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 상기 냉각수의 순환 유로 중, 고압 펌프(9)의 토출측으로부터 커팅실(7)을 지나, 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)의 입구측에 이르는 부분에 있어서, 냉각수는 0.4MPa 이상으로 가압되어 있고, 발포제 첨가가 완료된 용융물을 압출기(1)의 선단에 부설한 다이(2)의 작은 구멍으로부터 압출하면, 용융물은 가압수 안으로 압출되고, 그 압력에 의해 발포가 억제된 상태에서 입자상으로 절단되고, 가압수와 접촉하여 급랭되고, 발포가 억제된 채로 고화되어 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 된다. 상기 가압수의 압력이 0.4MPa 미만이면, 용융 수지를 냉각수 안으로 압출하고, 절단하고, 수지가 완전히 고화될 때까지 발포를 일으키기 쉬워져, 백도가 높고 부피 밀도가 낮은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 될 가능성이 있다. 가압수의 압력은, 0.6MPa 이상이 바람직하고, 0.6∼1.7MPa의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

형성된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 커팅실(7)로부터 냉각수의 흐름에 동반하여 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기(10)로 운반되고, 여기서 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 냉각수와 분리함과 함께 탈수 건조시킨다. 건조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 저류 용기(11)에 저류된다.

이 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법에서는, 용융 압출법에 의한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조에 있어서, 용융된 발포제 함유 폴리스티렌계 수지를 가압된 냉각 매체 안으로 압출하고, 냉각 및 절단하여, 적분구 방식 색차계로 측정한 백도가 75 이하인 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻고 있다. 그 때문에, 전술한 바와 같이 종래품과 비교하여 우수한 효과를 갖는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 효율적으로 제조할 수 있다.

본 실시형태의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를, 발포 수지 성형체의 제조 분야에 있어서 주지되어 있는 장치 및 방법을 이용하여, 수증기 가열 등에 의해 가열하여 예비 발포하여, 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자(이하, 예비 발포 입자라고 한다)로 한다. 이 예비 발포 입자는, 제조해야 할 폴리스티렌계 수지 발포 성형체(이하, 발포 성형체라고 한다)의 밀도와 동등한 부피 밀도가 되도록 예비 발포된다. 본 실시형태에 있어서, 그 부피 밀도는 한정되지 않지만, 통상적으로는 0.010∼0.10g/㎤의 범위 내로 하고, 0.015∼0.050g/㎤의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서 예비 발포 입자의 부피 밀도란, JIS K6911 : 1995년 「열경화성 플라스틱 일반 시험 방법」에 준거하여 측정된 것을 말한다.

예비 발포 입자의 부피 밀도의 측정 방법은 이하와 같다.

메스 실린더에 예비 발포 입자를 500㎤의 눈금까지 충전한다. 단, 메스 실린더를 수평 방향에서 육안으로 보아, 예비 발포 입자가 한 입자라도 500㎤의 눈금에 도달하여 있으면, 충전을 종료한다. 다음으로, 메스 실린더 내에 충전한 예비 발포 입자의 질량을 소수점 이하 2 자리의 유효 숫자로 칭량하고, 그 질량을 W (g)로 한다. 다음 식에 의해 예비 발포 입자의 부피 밀도를 산출한다.

부피 밀도 (g/㎤) = W/500

또한, 예비 발포 입자의 부피 발포 배수는, 다음 식에 의해 산출되는 수치이다.

부피 발포 배수 = 1/부피 밀도 (g/㎤)

본 실시형태의 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자는, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 가열하여 예비 발포시켜 얻어진 것이다. 그리고, 이 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자가 예비 발포시에 균일하게 발포함으로써, 입경이나 부피 밀도가 균일한 예비 발포 입자가 얻어지기 때문에, 이 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자를 사용하여 형내 발포 성형하여 얻어진 발포 성형체는, 강도가 우수한 것이 된다.

발포 수지 성형체의 제조 분야에 있어서 주지되어 있는 장치 및 방법을 이용하여, 예비 발포 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전하고, 수증기 가열 등에 의해 가열하여 형내 발포 성형하여, 발포 성형체를 제조한다.

이 발포 성형체의 밀도는 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로는 0.010∼0.10g/㎤의 범위 내로 하고, 0.015∼0.050g/㎤의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 있어서 발포 성형체의 밀도란, JIS K7122 : 1999 「발포 플라스틱 및 고무 - 겉보기 밀도의 측정」에 기재된 방법으로 측정한 발포 성형체 밀도이다.

발포 성형체의 밀도의 측정 방법은 이하와 같다.

50㎤ 이상 (반경질 및 연질 재료의 경우에는 100㎤ 이상)의 시험편을 재료 본래의 셀 구조를 바꾸지 않도록 절단하여, 그 질량을 측정하고, 다음 식에 의해 산출한다.

밀도 (g/㎤) = 시험편 질량 (g)/시험편 체적 (㎤)

또한, 상기 측정용 시험편은, 성형 후 72시간 이상 경과한 시료로부터 잘라내고, 23℃±2℃×50％±5％ 또는 27℃±2℃×65％±5％의 분위기 조건에 16시간 이상 방치한 것이다.

또한, 발포 성형체의 발포 배수는 다음 식에 의해 산출되는 수치이다.

발포 배수 = 1/밀도 (g/㎤)

이하, 추가적인 실시예에 의해 본 발명의 효과를 실증하는데, 이하의 실시예는 본 발명의 단순한 예시에 불과하며, 본 발명이 이하의 실시예의 기재에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 10]

(발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조)

폴리스티렌 수지(도요 스티렌사 제조, 상품명 「HRM10N」) 100질량부에 대하여, 미분말 탤크 0.3질량부를 첨가하고, 이들을 구경 90㎜의 단축 압출기에 시간당 130㎏으로 연속 공급하였다. 압출기 내 온도로는, 최고 온도 210℃로 설정하고, 수지를 용융시킨 후, 발포제로서 수지 100질량부에 대하여 7질량부의 펜탄(이소펜탄 : 노르말펜탄 = 20 : 80 (질량비))을 압출기의 도중으로부터 압입하였다. 압출기 내에서 수지와 발포제를 혼련함과 함께 냉각하고, 압출기 선단부에서의 수지 온도를 170℃, 다이의 수지 도입부의 압력을 15MPa로 유지하여, 직경 0.6㎜이고 랜드 길이 2.5㎜인 작은 구멍이 200개 배치된 다이로부터, 이 다이의 토출측에 연결되어 40℃의 물이 순환하고, 수압 1.2MPa로 설정된 커팅실 내로, 발포제 함유 용융 수지를 압출함과 동시에, 원주 방향으로 10장의 날을 갖는 고속 회전 커터로 압출물을 절단하였다. 절단한 입자를 순환수로 냉각하면서, 입자 분리기에 반송하여, 입자를 순환수와 분리하였다. 또한, 포집한 입자를 탈수·건조시켜 펜탄 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻었다. 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 변형, 위스커 등의 발생도 없고, 대략 구체이며, 평균 입경은 약 1.1㎜, 부피 밀도는 0.64였다.

얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 100질량부에 대하여, 폴리에틸렌글리콜 0.03질량부, 스테아린산아연 0.15질량부, 스테아린산모노글리세라이드 0.05질량부, 히드록시스테아린산트리글리세라이드 0.05질량부를 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 표면 전체면에 균일하게 피복하였다.

(발포 성형체의 제조)

상기와 같이 제조한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 15℃의 보냉고 안에 넣고, 72시간에 걸쳐 방치하였다. 그 후, 원통형 배치식 예비 발포기에 공급하고, 주입압 0.05MPa의 수증기에 의해 가열하여, 예비 발포 입자를 얻었다. 얻어진 예비 발포 입자는, 부피 밀도 0.0166g/㎤ (부피 발포 배수 60배)였다.

계속해서, 얻어진 예비 발포 입자를 실온 분위기 하, 24시간에 걸쳐 방치한 후, 길이 400㎜ × 폭 300㎜ × 높이 50㎜의 장방형상의 캐비티를 갖는 성형형 내에 예비 발포 입자를 충전하고, 그 후 성형형의 캐비티 내를 수증기로 게이지압 0.08MPa의 압력으로 20초간에 걸쳐 가열하고, 그 후 성형형의 캐비티 내의 압력이 0.01MPa가 될 때까지 냉각하고, 그 후 성형형을 열어, 길이 400㎜ × 폭 300㎜ × 높이 50㎜의 장방형상의 발포 성형체를 꺼냈다.

얻어진 발포 성형체는, 밀도 0.0166g/㎤ (발포 배수 60배)였다.

상기와 같이 제조한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 대해, 백도의 측정, 부피 밀도의 측정, 비즈 라이프의 평가 및 Cv 값에 의한 발포 편차의 평가를 행하였다. 백도의 측정 및 부피 밀도의 측정에서는, 전술한 각각의 측정 방법에 기재한 바와 같이 측정을 행하였다. 또한, 비즈 라이프의 평가 및 Cv 값에 의한 발포 편차의 평가에 대해서는 하기의 측정·평가 방법에 따라 행하였다.

또한, 상기와 같이 제조한 발포 성형체에 대해, 굽힘 강도의 평가를 행하였다. 측정 방법과 평가 기준은 하기와 같이 하였다.

또한, 이들 각 측정·평가의 결과로부터, 종합 판정을 행하였다. 그 판정 기준은 하기 <종합 판정> 과 같이 하였다. 그 결과를 표 3에 기재한다.

여기서, 비즈 라이프의 평가는, 이하와 같이 행하였다.

실시예 (및 비교예)에서 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 15℃의 보냉고에 1개월간 보관한 후, 이것을 원통형 배치식 예비 발포기에 공급하여, 주입 증기압 0.05MPa의 수증기에 의해 2분간에 걸쳐 가열하고, 얻어진 예비 발포 입자의 부피 발포 배수를 측정하고, 다음의 평가 기준에 비추어 비즈 라이프의 평가를 행하였다.

특히 양호 (◎) : 부피 발포 배수 55배 이상인 경우

양호 (○) : 부피 발포 배수 45배 이상 55배 미만인 경우

불량 (×) : 부피 발포 배수 45배 미만인 경우

또한, 실시예 (및 비교예)에서 얻어진 예비 발포 입자에 대해, Cv 값에 의한 발포 편차를 평가하였다. Cv 값에 의한 발포 편차의 평가는, 이하와 같이 행하였다.

예비 발포 입자에 있어서의 입도 분포의 변동 계수 Cv 값은, 예비 발포 입자의 입자경의 표준 편차를 예비 발포 입자의 평균 입자경으로 나눈 것으로서, 하기 식에 의해 산출된다.

예비 발포 입자에 있어서의 입도 분포의 변동 계수 Cv 값 = 표준 편차/평균 입자경

여기서, 입경 분포의 변동 계수 Cv 값은, 상기 서술한 바와 같이, 분급 후의 입자의 평균 입자경과 표준 편차로부터 산출되며, 먼저 입자의 평균 입자경의 측정 방법으로는, 먼저 JIS에 규정된 상이한 메시를 갖는 복수 종류의 체(메시 8.00㎜, 메시 6.70㎜, 메시 5.60㎜, 메시 4.75㎜, 메시 4.00㎜, 메시 3.35㎜, 메시 2.80㎜, 메시 2.36㎜, 메시 2.00㎜, 메시 1.70㎜, 메시 1.40㎜, 메시 1.18㎜, 메시 1.00㎜)를 준비하고, 예비 발포 입자 10g을, 메시가 큰 체에서 작은 체가 되도록 체로 친다. 그렇게 하면, 입자는, 각 입자의 입경에 따라 메시가 소정 크기인 체 위에서 통과할 수 없게 되어, 각 체 위에 남은 상태가 된다.

그리고, 각 체 위에 남은 입자의 평균 입자경을, 그 체의 메시의 크기를 바탕으로 하여 결정하고, 예를 들면, 메시가 3.35㎜인 체 위에 남은 입자의 평균 입자경을 3.675㎜로 한다.

또한, 각 체 위에 남은 수지 입자의 평균 입자경은, 이 체의 메시와, 체의 다음으로 큰 메시를 갖는 체의 메시의 상가(相加) 평균값으로 하였다. 메시가 3.35㎜인 체의 경우에는, 이 체의 다음으로 큰 메시를 갖는 JIS에서 규정되어 있는 체의 메시가 4.00㎜이므로, 이 체의 메시 4.00㎜와의 상가 평균값을 채용하였다.

다음으로, 체 위에 남은 입자의 질량 W를 각 체마다 측정하고, 체 위에 남은 입자의 총 입자에 대한 질량 비율 R (질량％)을 체마다 산출하고, 각 체마다 입자의 평균 입자경 D에 입자의 질량 비율 R을 곱한 값을 산출하여, 그 값의 총합을 입자의 평균 입자경으로 한다.

예비 발포 입자의 평균 입자경

= Σ (각 체 위의 입자의 평균 입자경 D × 입자의 질량 비율 R)

또한, 예비 발포 입자의 표준 편차는, 상기 서술한 예비 발포 입자의 평균 입자경의 측정 요령에 있어서 얻어진 각 체마다의 입자의 평균 입자경 D와, 이 체 위에 남은 입자의 총 입자에 대한 질량 비율 R (질량％)을 바탕으로 하여 산출된 것을 말한다.

이와 같이 하여 Cv 값을 구하고, 다음의 평가 기준에 비추어 평가하였다.

양호 (○) : Cv 값이 0.05 이하인 경우

불량 (×) : Cv 값이 0.05를 초과한 경우

또한, 굽힘 강도의 평가는, 이하와 같이 행하였다.

실시예 (및 비교예)에서 얻어진 발포 성형체에 대해, JIS A9511 : 2006 「발포 플라스틱 보온재」에 기재된 방법에 준하여 굽힘 강도를 측정하였다.

즉, 텐실론 만능 시험기 UCT-10T(오리엔텍사 제조)를 사용하고, 시험체 사이즈는 75㎜ × 300㎜ × 50㎜로 하고, 압축 속도를 10㎜/min, 선단 지그는 가압 쐐기 10R, 지지대 10R로, 지지점간 거리 200㎜의 조건으로 하여 측정하고, 다음 식으로 굽힘 강도를 산출하였다. 시험편의 수는 3개로 하고, 그 평균값을 구하였다.

굽힘 강도 (MPa) = 3FL/2bh²

[여기서, F는 굽힘 최대 하중 (N)을 나타내고, L은 지지점간 거리 (㎜)를 나타내고, b는 시험편의 폭 (㎜)을 나타내고, h는 시험편의 두께 (㎜)를 나타낸다.]

이와 같이 하여 굽힘 강도의 평균값을 구하고, 다음의 평가 기준에 비추어 강도를 평가하였다.

특히 양호 (◎) : 굽힘 강도가 0.25MPa 이상인 경우

양호 (○) : 굽힘 강도가 0.23MPa 이상 0.25MPa 미만인 경우

불량 (×) : 굽힘 강도가 0.23MPa 미만인 경우

그리고, 전술한 비즈 라이프의 평가, Cv 값에 의한 발포 편차의 평가 및 굽힘 강도의 평가의 평가 결과를 바탕으로, 다음의 판정 기준에 비추어 종합 판정하였다.

특히 양호 (◎) : 불량 (×)이 없고, 특히 양호 (◎)가 2개 이상인 경우

양호 (○) : 불량 (×)이 없고, 특히 양호가 1개인 경우

불량 (×) : 불량이 1개 이상 있는 경우

[실시예 11]

수압을 1.7MPa로 한 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게 행하였다. 결과를 표 3에 기재한다.

[실시예 12]

수압을 0.7MPa로 한 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게 행하였다. 결과를 표 3에 기재한다.

[비교예 4]

수압을 0.1MPa로 한 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게 행하였다. 결과를 표 3에 기재한다.

[비교예 5]

발포제를 부탄(이소부탄 : 노르말부탄 = 30 : 70 (질량비))으로 하고, 수압을 1.7MPa로 한 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게 행하였다. 결과를 표 3에 기재한다.

표 3의 결과로부터, 본 발명에 관련된 실시예 10∼12에서는, 용융 압출법에 의한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조에 있어서, 백도가 62∼72로 낮고, 투명성이 있으며, 부피 밀도가 0.61∼0.65g/㎤로 높은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 얻어졌다. 실시예 1∼3에서 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 비즈 라이프의 평가가 특히 양호하여, 장기간 보관이 가능하였다. 또한 실시예 1∼3에서는 Cv 값이 작고, 입도 분포의 편차가 작아, 균일한 입도인 것이 얻어졌다. 또한, 실시예 1∼3에서 얻어진 발포 성형체는, 굽힘 강도가 높아져, 고발포 배수(60배)에서도 양호한 강도가 얻어졌다. 특히, 실시예 10, 11의 발포 성형체는, 굽힘 강도가 특히 양호하였다.

한편, 비교예 4는, 실시예 10∼12의 경우보다 수압을 낮춘 결과, 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 백도가 78로 본 발명의 백도의 기준(75 이하)을 초과하고, 또한 부피 밀도가 0.52g/㎤로 낮아져, 백색이고 가벼운 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 얻어졌다. 비교예 4에서는 Cv 값이 커지고, 입경의 편차가 보였다. 또한, 비교예 1에서 얻어진 발포 성형체는 굽힘 강도가 낮아져, 종합 판정은 불량 (×)이 되었다.

또한, 발포제로서 부탄을 사용한 비교예 5에서는, 수압을 1.7MPa로 높게 하였음에도 불구하고, 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 백도가 81로 본 발명의 백도의 기준(75 이하)을 초과하고, 또한 부피 밀도가 0.35g/㎤로 낮아져, 백색이고 가벼운 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 얻어졌다. 이 비교예 5에서 얻어진 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 비즈 라이프가 불량 (×)이 되어, 장기간의 보관은 할 수 없었다. 또한 Cv 값이 커지고, 입경의 편차가 보여, 종합 판정은 불량 (×)이 되었다.

본 발명은 높은 발포 배수라도 굽힘 강도, 압축 강도, 내충격성 등의 기계 강도가 우수한 폴리스티렌계 수지 발포 성형체가 얻어지는 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 관한 것이다. 본 발명의 폴리스티렌계 수지 발포 성형체는, 단열재나 곤포재 등의 각종 용도에 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은 폴리스티렌계 수지 발포 성형체 등의 열가소성 수지 발포 성형체의 제조에 사용하는 열가소성 수지 예비 발포 입자와 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 용융된 발포제 함유 열가소성 수지를 다이의 작은 구멍으로부터 물 등의 냉각 매체 안으로 압출하고, 직후에 절단하여 수지 입자를 제조하는, 이른바 용융 압출법에 의한 발포성 열가소성 수지 입자의 제조 프로세스에 있어서, 절단한 수지 입자를 냉각 매체 안에서 발포시켜, 발포 성형체의 제조에 사용하는 열가소성 수지 예비 발포 입자를 직접 제조하는 기술에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 발포 성형체의 제조에 사용하는 열가소성 수지 예비 발포 입자를 용융 압출법에 의해 직접 제조할 수 있으므로, 발포성 수지 입자를 제조하고 그것을 가열하여 예비 발포 입자를 얻는 종래법과 비교하여, 보다 적은 공정으로 발포 성형체를 제조할 수 있어, 발포 성형체의 생산 효율이 높아지고, 또한 발포성 수지 입자의 보관 스페이스를 삭감할 수 있는 이점이 있다. 본 발명 방법에 의해 얻어진 열가소성 수지 예비 발포 입자는 구상 내지 대략 구상으로서, 기둥상을 이루는 예비 발포 입자와 비교하여 성형형의 캐비티 내로의 충전성이 양호하여, 캐비티 내에 간극 없이 충전 가능하고, 또한 형내 발포 성형시에 발포 입자끼리의 융착이 양호하게 행하여져, 강도가 우수한 발포 성형체를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 용융 압출법에 의해 제조되는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 있어서, 강도가 우수한 발포 성형체가 얻어지고, 또한 발포성 수지 입자로부터의 발포제의 일산이 온화하여 비즈 라이프가 긴 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제공한다.

1… 압출기(수지 공급 장치), 2… 다이, 3… 원료 공급 호퍼, 4… 고압 펌프, 5… 발포제 공급구, 6… 커터, 7… 커팅실, 8… 수조, 9… 고압 펌프, 10… 고액 분리 기능 장착 탈수 건조기, 11… 저류 용기

Claims (30)

1. 폴리스티렌계 수지 입자 중에 발포제와 기포를 포함하는 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자로서,
   기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 중심을 지나는 단면의 입자 표면으로부터 200㎛를 뺀 단면에 존재하는 기포 수를 n개/㎟, 부피 밀도를 ρg/㎤로 할 때, 식 (1)
   N = n ÷ (1/ρ) ···(1)
   로 산출되는 N 값이 400 이상인 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 N 값이 400∼2000의 범위 내인 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   부피 밀도가 0.4g/㎤ 이상인 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
4. 수지 공급 장치 내에서 폴리스티렌계 수지에 발포제와 발포 핵제를 첨가, 혼련하고, 발포제 함유 용융 수지를 수지 공급 장치 선단에 부설된 다이의 구멍으로부터 냉각용 액체 안으로 압출하고, 압출함과 동시에 압출물을 절단함과 함께, 압출물을 액체와의 접촉에 의해 냉각 고화하여 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는 방법에 있어서,
   발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 냉각 고화되기 전에 입자 내에서 미발포시키고, 수지 입자의 중심을 지나는 단면의 입자 표면으로부터 200㎛를 뺀 단면에 존재하는 기포 수를 n개/㎟, 부피 밀도를 ρg/㎤로 할 때, 식 (1)
   N = n ÷ (1/ρ) ···(1)
   로 산출되는 N 값이 400 이상인 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 얻는 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 N 값이 400∼2000의 범위 내인 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   부피 밀도가 0.4g/㎤ 이상인 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법.
7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 발포 핵제로서, 무기 분말 또는 화학 발포제를 베이스 수지 중에 균일하게 분산시킨 마스터 배치형 발포 핵제를 사용하는 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 가열하여 얻어진 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자.
9. 제 8 항의 폴리스티렌계 수지 예비 발포 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전하여 가열하고 형내 발포 성형하여 얻어진 폴리스티렌계 수지 발포 성형체.
10. 제 1 항 또는 제 2 항의 기포 함유 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 성형형의 캐비티 내에 충전하여 가열하고 형내 발포 성형하여 얻어진 폴리스티렌계 수지 발포 성형체.
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