KR20100023794A

KR20100023794A - 폴리올레핀계 수지의 발포 보드 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20100023794A
Application number: KR1020097020919A
Authority: KR
Inventors: 도루 이타다니; 마사아키 오노; 겐고 오자키
Original assignee: 아사히 파이바 그라스 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2010-03-04
Also published as: EP2174771A4; US8361363B2; US20100324162A1; WO2009001934A1; EP2174771A1; CN101687361A; JPWO2009001934A1

Abstract

우수한 단열 흡음 성능을 갖고, 최종 제품 형태가 머티어리얼 리사이클 가능하고, 저가격이고, 연속 생산 가능한 폴리올레핀계 수지조의 발포 보드를 제공한다. 230 ℃ 에 있어서의 용융 장력이 5 ∼ 30 g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물과, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제의 혼합물을, 개구 직경이 0.1 ∼ 1.0 ㎜ 이고, 개구 수가 50 ∼ 5000 인 다홀형 다이스를 갖는 압출기를 사용하여, 160 ∼ 250 ℃ 의 용융 압출 온도에서, 다이스의 1 개구당의 토출량 V 가 0.05 ∼ 0.45 ㎏/hr 이고, 다이스 개구부의 직근 수지 압력을 7 ∼ 20 MPa 로 대기하에 방출하여 압출 발포하는 것을 특징으로 하는 발포 보드의 제조 방법.

발포 보드

Description

폴리올레핀계 수지의 발포 보드 및 그 제조 방법 {FOAM BOARD OF POLYOLEFIN RESIN, AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 우수한 단열 성능, 흡음 성능 및 투습성을 갖고, 또한 리사이클도 우수한 폴리올레핀계 수지의 발포 보드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

폴리올레핀계 수지 조성물의 발포체는, 그 우수한 성능과 비용의 밸런스, 나아가서는 수지의 리사이클성 등을 특장으로 하여, 주로 단열 건축재 용도, 자동차 부재 용도, 포장 완충재 용도 등에 널리 사용되고 있다. 예를 들어 단열 건축재 용도로는 폴리프로필렌계 수지나 폴리에틸렌계 수지의 발포 보드가 건축물의 플로어나 벽의 내부에 시공되어 우수한 단열 성능을 나타내어, 시장에서 널리 수용되고 있다.

폴리올레핀계 수지 조성물의 발포 보드나 발포 시트는, 이미 많은 검토가 실시되었고, 예를 들어 특허 문헌 1 에는, 스트랜드 집속체이고, 고배율의 폴리프로필렌의 독립 기포 발포체에 관한 개시가 있다.

또한, 특허 문헌 2 에는, 연속 기포를 갖는 폴리에틸렌계 수지 발포체의 제조법이 개시되어 있다. 이 제조법은, 용융된 (a) 가교성 폴리에틸렌계 수지와, 열분해형 발포제 및 유기 과산화물, 나아가서는 (b) 융점이 가교성 폴리에틸렌계 수지보다 20 ℃ 이상 높고, 또한 190 ℃ 이하인 분말 형상 폴리프로필렌계 수지를 특정한 비율로 혼합하고, (b) 분말 형상 폴리프로필렌계 수지를 비용융 상태에서 균일하게 분산시키고, 이어서 가열하여 (a) 가교성 폴리에틸렌계 수지를 가교시키고, 발포시킴과 함께, (b) 분말 형상 폴리프로필렌계 수지를 용융시키는 방법이다.

또한, 특허 문헌 3 에는, 적어도 1 ㎜ 의 셀 직경을 갖는 폴리올레핀계 수지의 연속 기포 발포체와 그 제조 방법이 개시되어 있다. 즉, 셀 직경이 어느 정도 크고, 게다가 경우에 따라 니들 등으로 구멍을 낸 폴리올레핀계 수지 조성물의 발포체를 사용함으로써 흡음 효과를 노린 것이다.

또한, 특허 문헌 4 에는, 프로필렌계 수지를 용융 상태로 가열하고, 용융 상태의 프로필렌계 수지에 전단 응력을 부여하면서 혼련한 후, 압출용 다이로부터 압출 발포하여 성형하는 프로필렌계 수지 압출 발포체의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에서는, 상기 압출용 다이의 출구 근방의 수지 유로에 있어서의, 흐름 방향과 수직 방향의 단면적이 최소가 되는 위치에 있어서, 특정 식으로 나타내는 압력 구배 (k) 가 50 MPa/m

k

800 MPa/m, 및 특정한 식으로 나타내는 감압 속도 (v) 가 5 MPa/s

V

100 MPa/s 로 되도록 하여 프로필렌계 수지가 압출 발포되고 있다. 이로써 얻어지는 발포체의 단면 사진으로 평가되는 파포 (破泡) 부 면적의 총 합이, 관찰면의 총 면적의 2 % 이상인 연속 기포성의 발포체인 것이 개시되어 있다.

특허 문헌 1 에 개시되는, 스트랜드 집속체로 이루어지는 폴리프로필렌 발포체는, 실제로 고배율이고 게다가 독립 기포의 발포체로 하는 경우에는, 셀 직경이 큰 발포체가 되어, 그 열전도율은 충분하지 않은 경우가 있다. 또한, 독립 기포 발포체를 얻을 때에는, 발포시의 셀 구조 형성은 압출기 토출 조건에 크게 영향을 받아, 생산성이 양호한 고토출시 (다이스 구멍 통과시에 고전단이 가해지는 조건) 에는, 안정적으로 독립 기포 구조를 생성하기가 실질적으로 어렵다.

또한, 특허 문헌 2 에 개시되는 폴리에틸렌계 수지 발포체의 제조법은, 성형 공정, 가교 공정 및 발포 공정으로 공정 수가 많기 때문에, 연속 대량 생산에는 적합하지 않다는 문제가 있다. 또한, 최근에 환경 문제 등에 의해 플라스틱 성형품의 리사이클 사용 등이 요구되는 경향이 있는데, 이 제조법으로 사용되는 폴리올레핀계 수지 조성물은 리사이클 재생시키는 과정에서 용융 재펠릿화 등의 열 이력을 부여하는 공정을 거치게 한 경우에, 그래프트체의 분해 등이 비교적 쉽게 발생하기 때문에, 발포에 필요한 용융 특성을 유지할 수 없고, 리사이클성이 부족하다는 난점이 있다.

또한, 특허 문헌 3 에 개시된 발명에서는, 실질적으로는 니들 등으로 표면에 구멍을 내고 있는 것에 추가하여, 셀 직경이 최저라도 1 ㎜ 이상인 것으로부터, 열전도율이 커져, 충분한 단열 성능을 가질 수 없다는 문제가 있다. 이 때문에, 얻어지는 폴리올레핀계 수지의 연속 기포 발포체는, 단열 건축재 용도에 있어서는 사용이 곤란한 문제가 있다.

또한, 특허 문헌 4 에 개시된 발명에서는, 발포 압출시에 비교적 전단이 완만한 영역에서 실시되기 때문에, 압출시의 1 구멍당의 토출량을 충분히 높일 수 없다는 제한이 있다. 이 때문에, 실질적으로는 압출 토출량을 높일 수 없어, 충 분한 생산성을 얻을 수 없는 경우가 있었다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 2620968호

특허 문헌 2 : 일본 특허 2673310호

특허 문헌 3 : 일본 공표특허공보 2002-524636호

특허 문헌 4 : WO2006/101142호

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 열전도율이 크고 우수한 단열 성능을 갖고, 또한 투습성이 우수함과 함께, 추가로 리사이클성이 우수한 폴리올레핀계 수지의 발포 보드를 제공하는 것에 있다.

또한 본 발명의 목적은, 압출기의 수지 공급 능력을 높이고, 다이스 개구부의 총 개구 면적을 작게 함으로써, 다이스 단위 개구부에 있어서의 토출량을 많게 하고, 얻어지는 발포체의 독립 기포율을 작게 할 수 있는, 저렴하고 안정적으로 연속 생산할 수 있는 폴리올레핀계 수지의 발포 보드의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 예의 연구를 진행한 결과, 상기의 목적을 달성하는, 이하의 요지를 갖는 본 발명에 도달하였다.

(1) 압출기와, 선단에 장착된 다이스를 갖는 발포 장치를 사용하여, 230 ℃ 에 있어서의 용융 장력이 5 ∼ 30 g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물과, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를, 160 ∼ 250 ℃ 의 온도 조건으로, 개구 직경이 0.1 ∼ 1.0 ㎜φ, 개구 수가 50 ∼ 5000 구멍인 다 (多) 홀형 다이스로부터, 다이스의 1 구멍 개구 부분에 있어서의 토출량 V (㎏/hr) 가 V = 0.050 ∼ 0.45, 다이스 개구부 직근 (直近) 수지 압력을 7 ∼ 20 MPa 로 하여 대기하에 방출하여 압출 발포하는 것을 특징으로 하는 발포 보드의 제조 방법.

(2) 상기 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지가, 230 ℃ 에 있어서의 용융 유량 (MFR) 과, 230 ℃ 에 있어서의 용융 장력 (MT) 의 관계가 하기의 식 (1) 을 만족하는 상기 (1) 에 기재된 발포 보드의 제조 방법.

Log(MT) > -1.33 Log(MFR) + 1.2 (1)

(3) 상기 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제가, 상기 폴리올레핀계 수지 조성물 100 질량부에 대해 4 ∼ 20 질량부 사용되는 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 발포 보드의 제조 방법 (MFR 은 g/10 분을, MT 는 g 을 각각 단위로 하는 수치).

(4) 상기 압출기가, 스크루의 직경 (D) 이 40 ∼ 80 ㎜ 이고, 스크루의 길이를 L ㎜ 로 하였을 때의 L/D 가 15 ∼ 40 인 스크루를 2 개 직렬로 조합한 탠덤형의 압출기인 상기 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 발포 보드의 제조 방법.

(5) 230 ℃ 에 있어서의 용융 장력이 5 ∼ 30 g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물을, 이산화탄소를 함유하는 발포제를 사용하여 발포시킨 단열 건축재용 발포 보드로서, 발포 배율이 10 배 이상이고, ASTM-D2856 의 규격에 준하여 측정하였을 때의 연속 기포율이 60 % 이상이고, 평균 셀 직경이 200 ㎛ 이하, 셀 직경 분포 계수가 30 % 이하인 것을 특징으로 하는 발포 보드.

(6) JIS-A 1412 에 준거하여 측정되는 열전도율이 20 ∼ 45 mW/mK 이고, 또한 NRC (250, 500, 1000, 2000 Hz 에 있어서의 잔향법 흡음률의 평균값) 로서의 흡음 성능이 0.20 이상인 상기 (5) 에 기재된 발포 보드.

본 발명에 의하면, 열전도율이 크고 우수한 단열 성능을 갖고, 또한 투습성이 우수함과 함께, 추가로 리사이클성이 우수한 폴리올레핀계 수지 조성물의 발포 보드가 제공된다. 또한 압출 발포에 의해, 저렴하고 안정적으로 연속 생산할 수 있는 상기 폴리올레핀계 수지 조성물의 발포 보드의 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 있어서의 폴리올레핀계 수지 조성물은, 특정한 물성을 갖는 폴리프로필렌계 수지 (이하, 폴리프로필렌계 수지 A 라고 한다) 를 함유한다. 그 폴리프로필렌계 수지 A 는, 230 ℃ 에 있어서의 용융 장력이 5 ∼ 30 g 을 필수로 하고, 바람직하게는 6.5 ∼ 20 g 이고, 보다 바람직하게는 7.5 ∼ 10 g 이다. 용융 장력이 5 g 미만이면 발포시에 셀의 파포가 발생하기 쉬워 바람직하지 않고, 30 g 을 초과하면 발포시에 충분한 셀의 성장이 이루어지지 않아 바람직하지 않다.

또한, 상기 폴리프로필렌계 수지 A 는, 230 ℃ 에 있어서의 용융 유량 (MFR) 과, 230 ℃ 에 있어서의 용융 장력 (MT) 의 관계가 하기의 식 (1) 을 만족하는 것이 바람직하다 (MFR 은 g/10 분을, MT 는 g 을 각각 단위로 하는 수치). 여기서 MFR 은 ASTM-D1238 에 준하는 방법에 의해 구해진다.

Log(MT) > -1.33 Log(MFR) + 1.2 (1)

상기 폴리프로필렌계 수지 A 가 상기한 용융 장력과 MFR 의 관계에 있어서 상기 식 (1) 을 만족하지 않는 경우에는, 용융 장력의 증대에 대해 수지의 용융 유동성이 지나치게 부족해져, 압출시에 수지 압력이 매우 상승하거나 하는 문제가 발생하는 경우나, 발포시에 셀막의 충분한 신장이 얻어지지 않아 고배율의 발포체가 잘 얻어지지 않는 경우가 있어 바람직하지 않다. 그 중에서도, 상기 (1) 식에 있어서의 좌변의 값이 우변의 값보다 바람직하게는 0.5 ∼ 3 크고, 특히 바람직하게는 0.5 ∼ 2 큰 경우가 특히 양호하다.

본 발명에 있어서, 폴리프로필렌계 수지 A 는 직사슬형의 중합체일 필요가 있다. 직사슬형이란, 폴리프로필렌계 수지를 구성하고 있는 프로필렌계 폴리머 (프로필렌계 중합체) 의 분자사슬의 하나 하나가, 프로필렌계 폴리머 (프로필렌계 중합체) 의 구성 단위인 프로필렌 단량체 및 그것과 공중합 가능한

-올레핀 단량체가 서로 하나씩 실질상 1 개의 끈 형상으로 중합된 중합물의 집합체인 것을 말한다. 이 직사슬형의 중합체는, 화학 가교나 전자선 가교 등의 방법을 이용한 가교 구조나, 장사슬 분기 등의 그래프트 구조를 갖지 않기 때문에, 제조나 품질의 관리가 비교적 용이하고, 리사이클시에 실시되는 재펠릿화 등의 공정에서 받는 거듭된 열 이력에 대해서도, 그 분자 구조의 열화가 잘 발생하지 않기 때문에 바람직하게 사용된다.

본 발명에 있어서의 폴리올레핀계 수지 조성물에는, 상기 폴리프로필렌계 수지 A 이외의 폴리프로필렌계 수지 (이하, 폴리프로필렌계 수지 B 라고 한다) 를 블렌딩할 수도 있다. 폴리프로필렌계 수지 B 로는, 예를 들어 프로필렌의 단독 중합체, 프로필렌과 그 프로필렌과 공중합 가능한 프로필렌 이외의

-올레핀의 프 로필렌을 주체로 하는 공중합체, 폴리프로필렌계 수지와 예를 들어 폴리에틸렌계 수지와 같은 폴리프로필렌계 수지 이외의 폴리올레핀계 수지의 혼합물 등을 들 수 있다. 이들 폴리올레핀계 수지는, 단독으로 사용해도 되고, 2 종류 이상을 병용해도 된다.

상기 폴리프로필렌계 수지 B 로는, 그 중에서도 압출 발포성이나, 얻어지는 발포체의 성능이 우수한 점에서, 비교적 분자량이 큰 프로필렌 단독을 사용한 중합체나, 프로필렌과 에틸렌의 프로필렌을 주체로 하는 공중합체나, 폴리프로필렌계 수지와 폴리에틸렌계 수지의 혼합 수지가 바람직하게 사용된다.

상기 에틸렌과 공중합 가능한 에틸렌 이외의

-올레핀으로는, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐 등을 들 수 있다. 이들 에틸렌 이외의

-올레핀은, 단독으로 사용되어도 되고, 2 종류 이상이 병용하여 사용되어도 된다. 또한, 상기 폴리프로필렌과 공중합 가능한 프로필렌 이외의

-올레핀으로는, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐 등을 들 수 있다. 이들 프로필렌 이외의

-올레핀은, 단독으로 사용되어도 되고, 2 종류 이상이 병용되어도 된다.

본 발명에 있어서의 폴리올레핀계 수지 조성물이 폴리프로필렌계 수지 B 를 함유하는 경우, 그 폴리프로필렌계 수지 B 는, 상기 폴리프로필렌계 수지 A 의 100 질량부당, 바람직하게는 200 질량부 이하, 특히 바람직하게는 100 질량부 이하가 바람직하다. 폴리프로필렌계 수지 B 의 함유량이 100 질량부를 초과하는 경우에는 폴리프로필렌계 수지 B 가 발포성에 미치는 영향이 커져, 경우에 따라 발포성을 저해할 가능성이 커 바람직하지 않다. 또한, 폴리프로필렌계 수지 B 로서, 폴리프로필렌계 수지와 폴리에틸렌계 수지의 혼합 수지를 사용하는 경우, 특별히 한정되지는 않지만, 그 혼합 수지 중에 있어서의 폴리프로필렌계 수지의 함유량은, 40 ∼ 100 중량% 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 60 ∼ 100 중량% 이다. 상기 혼합 수지 중에 있어서의 폴리프로필렌계 수지의 함유량이 40 중량% 미만이면, 얻어지는 발포체의 기계적 강도나 내열성이 불충분해지는 경우가 있다.

본 발명에서 사용하는 발포체는, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를 사용하고, 폴리올레핀계 수지 조성물 100 질량부에, 초임계 상태의 이산화탄소를 함유하는 발포제를 4 ∼ 20 질량부 사용하는 것이 바람직하고, 5 ∼ 15 질량부를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 값이 4 질량부 미만이면 발포 배율의 저하 및 셀의 비대화에 의한 단열성의 저하가 발생하기 쉽고, 20 질량부를 초과하면 과잉의 이산화탄소에 의한 큰 공극 (보이드) 이 발포체 중에 발생하기 쉬워 바람직하지 않다.

본 발명에서 사용되는 폴리올레핀계 수지 조성물은, 폴리프로필렌계 수지 A 를 필수 성분으로 하고, 필요에 따라 폴리프로필렌계 수지 B 를 함유하는데, 이들 성분 이외에, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 필요에 따라 페놀계, 인계, 아민계, 황계 등의 산화 방지제 (노화 방지제), 열안정제, 광안정제, 자외선 흡수제, 인계, 질소계, 할로겐계, 안티몬계 등의 난연제, 활제, 금속해 방지제, 대 전 방지제, 충전제, 착색제, 셀 조핵제, 결정핵제 등의 각종 첨가제의 1 종 혹은 2 종 이상이 첨가되어도 된다.

셀 조핵제로는, 특별히 한정되지는 않지만, 탈크, 탄산칼슘, 점토, 카올린, 운모, 산화마그네슘, 산화아연, 카본 블랙, 유리, 석영, 실리카, 알루미나, 노바큘라이트, 수화알루미나, 철, 산화철, 이산화규소, 산화티탄 등을 들 수 있다.

결정핵제로는, 특별히 한정되지는 않지만 일반적으로 로진계의 결정핵제나, 소르비톨계의 결정핵제, 인산에스테르염계의 결정핵제를 들 수 있다. 로진계의 결정핵제로는, 로진계의 수지이면 되고, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 신닛폰 이화 (주) 제조 디벤질리덴소르비톨 (DBS) 등을 들 수 있다. 인산에스테르염계의 결정핵제로서도, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 아사히 전화 공업 (주) 제조 NA-11 등을 들 수 있다. 이들 결정핵제는 단독 또는 복수를 병용하여 사용해도 된다.

본 발명의 발포 보드는, 다이스가 선단에 장착되고, 또한 발포 기구를 갖는 압출기를 사용하여 제조된다. 폴리프로필렌계 수지 A 를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물과, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를 혼합시키고, 그 혼합물을 용융 압출 온도가 160 ∼ 250 ℃, 다이스 개구부 직근의 수지 압력 (압력 손실) 이 7 ∼ 20 MPa 로 대기하에 방출하여 압출 발포하는 것이다.

또한, 여기서 다이스 개구부의 직근이란, 수지가 다이스 개구부에 들어가기 직전을 말하고, 구체적 예로서, 다이스에 접속되는 압출기 선단부터 다이스 개구부까지의 사이에 있어서의 수지 유로를 말한다.

상기 용융 압출 온도가 160 ℃ 미만이면 초임계 이산화탄소의 수지 중에 대한 용해 및 확산이 열등하고, 250 ℃ 를 초과하면 폴리프로필렌계 수지의 열에 의한 분자사슬 절단 등의 열화가 발생하기 시작하므로 바람직하지 않다. 상기 용융 압출 온도는 그 중에서도 170 ∼ 240 ℃ 가 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 압출기에 있어서의 다이스 직근 부위의 상기 압력 손실은 7 ∼ 20 MPa 인데, 압력 손실이 7 MPa 미만이면 폴리올레핀계 수지 조성물 중에 용해되어 있는 초임계 상태의 이산화탄소가 압출기 내부 및 다이스 내부에서 기화되기 쉬워져, 발포가 장치 내부에서 발생하고, 셀의 합포 (合泡), 과잉 성장, 발포 배율의 저하, 현저한 외관성의 저하가 발생하여 바람직하지 않다. 압력 손실이 20 MPa 를 초과하면, 발포에 있어서의 셀 형성시에 큰 전단이 셀에 가해지기 쉬워지고, 셀의 파포나 그에 수반되는 발포 배율의 저하 및 셀 구조의 불균일화가 발생하여 바람직하지 않다. 이와 같은 셀 구조의 불완전함은 발포 보드로서의 충분한 열 성능을 나타내기 위해서는 큰 장해가 된다. 상기 압력 손실은 7.5 ∼ 20 MPa 가 바람직하고, 8 ∼ 15 MPa 가 보다 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 압출기에 있어서의 다이스는, 발포 후의 성형체의 외관성, 형상 조정의 용이성이나, 발포체의 독립 기포를 작게 하기 위해, 다이스의 개구 (구멍) 직경이 0.1 ∼ 1.0 ㎜, 바람직하게는 0.3 ∼ 0.6 ㎜ 이다. 상기 직경이 0.1 ㎜ 미만이면 발포체 구성의 스트랜드 직경이 지나치게 작아, 잡아당길 때에 뜯어지기 쉬워져 바람직하지 않고, 1.0 ㎜ 를 초과하면 스트랜드의 직경이 지나치게 커 평활성을 내기 위한 보드 형상의 후성형이 곤란해져 바람직하지 않다. 다이스의 깊이는 0.1 ∼ 10 ㎜ 인 것이 바람직하고, 개구부는 다이스 앞면 상에 복수 개 구비되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 압출기에 있어서의 다이스의 개구 (구멍) 수는 50 ∼ 5000, 바람직하게는 100 ∼ 3000 을 갖는 다홀형 다이스를 사용하고, 다이스의 1 개구 (구멍) 에 있어서의 토출량 V 가 0.05 ∼ 0.45 ㎏/hr 인 것을 필요로 한다. 여기서의 다이스 1 구멍 개구당의 토출량 V (㎏/hr) 는, 하기의 식으로 구해진다.

다이스 1 개구당의 토출량 V (㎏/hr) = 압출기 총 토출량 (㎏/hr)/다이스 개구 개수

다이스 1 개구당의 토출량 V 의 상기 범위에 대한 조정은, 압출기의 스크루 회전수를 높이거나 ; 압출기의 스크루 나사간 피치를 크게 하거나 ; 압출기의 스크루 나사간의 홈을 깊게 함으로써 실시할 수 있다.

다이스 1 개구당의 토출량 V (㎏/hr) 가 0.05 미만이면 생산성이 열등할 뿐만 아니라, 연속 기포율이 낮아져, 다이스 부위에 있어서 발포에 적합한 압력 손실이 잘 유지되지 않게 되어, 충분한 배율의 발포체를 얻기가 곤란하다. 한편, 토출량 V (㎏/hr) 가 0.45 를 초과하면 셀의 파포가 발생하기 쉬워, 충분한 단열 성능이 얻어지지 않을 뿐만 아니라 발포 형상을 유지할 수 없지만 열등하여 바람직하지 않다. 그 중에서도, 토출량 V (㎏/hr) 는 0.09 ∼ 0.3 인 것이 바람직하다.

압출 총 토출량은, 압출기의 사양에 따라 다르기도 하지만, 1 ∼ 1000 ㎏/hr 가 바람직하다. 스크루 직경이 비교적 큰 실제 생산기 타입에 있어서는, 20 ∼ 1000 ㎏/hr 가 바람직하다. 한편, 압출 총 토출량은, 스크루 직경이 비교적 작은 실험실 타입에서는, 대체로 15 ㎏/hr ∼ 50 ㎏/hr 가 바람직하다. 그 중에서도, 발포 보드에 있어서의 연속 기포율을 60 % 이상으로 하기 위해 압출 총 토출량은, 실험실 타입에서는 20 ∼ 50 ㎏/hr 가 보다 바람직하고, 또한, 실제 생산기 타입에 있어서는 180 ∼ 1000 ㎏/hr 가 보다 바람직하다.

상기 압출 총 토출량이 지나치게 많은 경우에는, 연속 기포율이 높아져 바람직하지만, 셀의 파포가 발생하기 쉬워, 충분한 단열 성능이 얻어지지 않을 뿐만 아니라 발포 형상을 유지할 수 없는 경우가 있다. 반대로, 압출 총 토출량이 지나치게 적으면, 생산성이 열등할 뿐만 아니라, 연속 기포율이 낮아져, 단열 성능이 열등한 데다, 다이스 부위에 있어서 발포에 적합한 압력 손실이 잘 유지되지 않게 되어, 충분한 배율의 발포체를 얻을 수 없는 경우가 있다.

사용하는 압출기에 대해서는, 스크루 직경 (D) 이 바람직하게는 40 ∼ 80 (㎜) 인 것이 바람직하고, 스크루의 길이를 L (㎜) 로 하였을 때의 L/D 가 15 ∼ 40 인 것이 바람직하고, 나아가서는 상기 스크루를 2 개 직렬로 조합하는 것을 기본으로 하여 구성되는 탠덤형의 압출기를 사용하는 것이 바람직하다. 탠덤형을 사용함으로써, 발포에 적합한 다이스 부위의 압력 손실 조건과 토출량을 독립적으로 각 스크루의 회전수로 제어할 수 있으므로 발포체의 제조에 적합하다. 사용하는 다이스에 대해서는 그 형상은 불문하지만, 1 개당의 개구부의 압력 손실이 7 ∼ 20 MPa 가 되도록 개구부의 수, 형상, 두께가 설계된 것인 것이 바람직하다. 이와 같은 조건을 만족하는 다이스의 선택은, 충분한 열 성능을 나타내는 발포 보드를 양호하게 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 발포 보드 제조 방법의 구체예로는, 상기 폴리올레핀계 수지 조성물을, 예를 들어 실린더 배럴의 도중에 초임계 이산화탄소 공급기로부터의 이산화탄소 공급 라인이 구비된 압출 성형기를 사용하는 경우에는 이하와 같이 실시된다. 즉, 발포성 폴리올레핀계 수지 조성물을 소정 온도로 가열하여 균일하게 용융 혼련한 후, 이것을 소정량의 초임계 상태의 이산화탄소와 함께 압출기의 공급 라인으로부터 공급하여 보드 형상으로 압출 성형함으로써, 발포체를 제조한다.

또한, 필요하다면, 발포 보드의 형태를 조정하기 위해, 형상의 조정이나 사이즈의 조정을, 재단기나 끼워 넣기식 컨베이어 등을 사용하여 실시해도 된다. 또한, 필요하다면, 발포 보드의 편면 또는 양면에, 예를 들어 알루미늄제 시트, 부직포, 타니야마 피혁 등의 시트 형상물을 면재로서 부착하여, 기계적 강도나 내열성, 난연성 등의 다양한 성능을 부여해도 된다.

본 발명의 발포 보드는, 상기 제조 방법에 의해 발포 배율 10 배 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 12 ∼ 60 배이다. 상기 값이 10 배 미만이면, 충분한 부재 열 성능을 발현하기 위해서는 중량이나 원재료비 비용이 지나치게 커져 바람직하지 않다.

본 발명의 발포 보드의 연속 기포율은, ASTM-D2856 의 규격에 준하여 측정한 경우의 연속 기포율이 60 % 이상이고, 바람직하게는 70 % 이상, 가장 바람직하게는 80 % 이상인 것이 바람직하다. 연속 기포율이 60 % 미만인 경우, 발포 보드로 서 충분한 투습성을 유지할 수 없어 결로 등의 원인이 된다. 또한, 연속 기포율이 60 % 미만이면 셀의 파포를 방지하기 위해 압출시에 다이스를 통과할 때의 용융 수지에 가해지는 전단력을 작게 유지해야 하여, 공업적 대량 생산이 곤란해지고, 또한 흡음률도 저하된다. 연속 기포율의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 발포 보드로서, 휨이나 취급시의 균열 등이 발생하지 않을 정도로 발포체의 기계적 강도를 유지하기 위해, 연속 기포율은 98 % 이하, 특히 95 % 이하가 바람직하다. 본 발명의 발포 보드에 있어서 연속 기포율을 이와 같이 높게 (독립 기포율을 낮게) 제어하는 것은, 흡음 성능, 투수 성능, 통기성 등의, 발포체에 있어서의 중요한 특성을 조정할 수 있다는 것으로서 매우 유용하다.

본 발명의 발포 보드는, 우수한 열 성능을 발현시키기 위해, 상기의 높은 연속 기포율을 가짐과 함께, 평균 셀 직경이 200 ㎛ 이하가 바람직하다. 평균 셀 직경이 200 ㎛ 이하이고, 또한 셀 직경 분포 계수를 30 % 이하로 할 수 있게 한다. 상기 평균 셀 직경이 200 ㎛ 를 초과하면 단열 성능이 열등하고, 상기 셀 직경 분포 계수가 30 % 를 초과하여도 단열 성능이 열등하여 바람직하지 않다. 그 중에서도, 평균 셀 직경은 10 ∼ 170 ㎛ 인 것이 바람직하고, 셀 분포 계수는 1 ∼ 20 % 인 것이 보다 바람직하다.

또한, 여기서 말하는 평균 셀 직경은, 얻어진 발포체를 시험 소편으로 재단하고, 그 단면적을 SEM 으로 관찰하여, 그 평균값을 취함으로써 구해진다. 한편, 셀 분포 계수는, 평균 셀 직경 및 셀 직경의 표준 편차를 산출하여, (셀 직경 분포 계수) = (셀 직경의 표준 편차)/(평균 셀 직경) 의 식으로부터 산출된다.

본 발명의 발포 보드는, JIS-A 1412 에 준거하여 측정되는 열전도율이 바람직하게는 20 ∼ 45 mW/mK, 특히 바람직하게는 20 ∼ 40 mW/mK 이고, 바람직한 단열성을 갖는다.

본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위해 이하에 실시예를 드는데, 본 발명은 이들 실시예만으로 한정하여 해석되지 않는 것은 물론이다.

(실시예 1)

230 ℃ 에 있어서의 MFR 이 3.3 (g/10 분) 이고, 230 ℃ 에 있어서의 용융 장력이 7.6 g 인 폴리프로필렌계 수지 A 를, 1 단째에 초임계 이산화탄소 공급기 ((주) 카와타 제조 CO2-3) 로부터의 이산화탄소 공급 라인이 장착되고, 2 단째의 선단에 다이스가 장착된 탠덤형 단축 압출기 (스크루의 길이 (L)/스크루의 직경 = 35, 카와타사 제조 KGT-50-65) 를 사용하여 압출 성형하였다.

이산화탄소 공급량을 1.2 ㎏/hr 로 설정하고, 폴리프로필렌계 수지 A 100 중량부에 대해 이산화탄소를 6 중량부 함유하도록 압출량을 1 단째의 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 다이스 개구 부위 직근의 수지 압력이 8.9 MPa (MPA) 로 되도록 2 단째의 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 표에 나타내는 다이스 개구 직경, 개구 수, 토출량으로 압출 발포함으로써 폴리올레핀계 수지의 발포 보드를 제조하였다.

(실시예 2)

이산화탄소 공급량을 0.9 ㎏/hr 로 설정하고, 폴리프로필렌계 수지 A 100 중량부에 대해 이산화탄소를 6 중량부 함유하도록 압출량을 1 단째의 압출기의 스크 루 회전수로 조정하고, 다이스 개구 부위 직근의 수지 압력이 8.7 MPa 로 되도록 2 단째의 압출기의 스크루 회전수로 조정하여 토출량을 설정한 것 외에는 실시예 1 과 동일하게 실시함으로써 폴리올레핀계 수지의 발포 보드를 제조하였다.

(비교예 1)

이산화탄소 공급량을 0.5 ㎏/hr 로 설정하고, 폴리프로필렌계 수지 A 100 중량부에 대해 이산화탄소를 6 중량부 함유하도록 압출량을 1 단째의 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 다이스 개구 부위 직근의 수지 압력이 8.2 MPa 로 되도록 2 단째의 압출기의 스크루 회전수로 조정하여 토출량을 설정한 것 외에는 실시예 1 과 동일하게 실시함으로써 폴리올레핀계 수지 발포 보드를 제조하였다.

(비교예 2)

이산화탄소 공급량을 0.78 ㎏/hr 로 설정하고, 폴리프로필렌계 수지 A 100 중량부에 대해 이산화탄소를 6 중량부 함유하도록 압출량을 1 단째의 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 다이스 개구 부위 직근의 수지 압력이 8.1 MPa 로 되도록 2 단째의 압출기의 스크루 회전수로 조정하여 토출량을 설정한 것 외에는 실시예 1 과 동일하게 실시함으로써 폴리프로필렌계 수지 발포 보드를 제조하였다.

(비교예 3)

230 ℃ 에 있어서의 MFR 이 6 g/10 분이고, 230 ℃ 에 있어서의 용융 장력이 1.8 g 인 폴리프로필렌계 수지 B (호모 폴리프로필렌계 수지) 를 사용하고, 또한, 이산화탄소 공급량을 0.9 ㎏/hr 로 설정하고, 폴리프로필렌계 수지 100 중량부에 대해 이산화탄소를 6 중량부 함유하도록 압출량을 1 단째의 압출기의 스크루 회전 수로 조정하고, 다이스 개구 부위 직근의 수지 압력이 5.5 MPa 로 되도록 2 단째의 압출기의 스크루 회전수로 조정하여 토출량을 설정한 것 외에는 실시예 1 과 동일하게 실시함으로써 폴리프로필렌계 수지 발포 보드를 제조하였다.

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 ∼ 비교예 3 에서 얻어진 폴리올레핀 (폴리프로필렌) 계 수지 발포체에 대해, (1) 발포체 밀도, (2) 평균 셀 직경, (3) 셀 직경 분포 계수, (4) 열전도율, (5) 공업적 생산성, (6) 생산량 및 (7) 연속 기포율), (8) 흡음성을 이하의 방법으로 평가하였다.

(1) 발포체 밀도 : 얻어진 발포체를 20 ㎝ × 20 ㎝ × 2.5 ㎝ 의 직사각형체 형상의 시험 소편으로 재단하고, 그 중량과 각 변의 길이를 정확하게 계측하여 발포체 밀도를 다음의 식에 의해 산출하였다.

발포체 밀도 (G/L) = 발포체 중량 (G)/발포체 체적 (L)

(2) 평균 셀 직경 : 얻어진 발포체를 상기와 동일한 치수의 직사각형체 형상의 시험 소편으로 재단하고, 그 단면적을 시마즈 제작소사 제조 SEM 수퍼 스캔 220 을 사용하여 50 배의 배율로 관찰하고, 대략 10 내지 20 개의 셀의 셀 직경의 평균값을 산출하였다.

(3) 셀 직경 분포 계수 : 얻어진 발포체를 상기와 동일한 치수의 직사각형체 형상의 시험 소편으로 재단하고, 그 단면적을 시마즈 제작소사 제조 SEM 수퍼 스캔 220 을 사용하여 50 배의 배율로 관찰하고, 대략 10 내지 20 개의 셀의 셀 직경의 평균값 및 셀 직경의 표준 편차를 구하였다. 그들의 값을 사용하여 다음의 식에 의해, 셀 직경 분포 계수를 산출하였다.

셀 직경 분포 계수 = 셀 직경의 표준 편차/셀 직경의 평균값

(4) 열전도율 : JIS A-1412 에 준거하여, 얻어진 발포체를 상기와 동일한 치수의 직사각형체 형상의 시험 소편으로 재단하고, 에코 정기사 제조의 열전도율 측정 장치 HC-074 를 사용하여 열전도율을 측정하였다.

(5) 대량 생산성 : 사용한 압출기의 토출량의 지배적 인자인, 1 단째의 스크루 회전수가 최대일 때 (본 실험군의 경우에는 110 rpm) 생산량은 실용 최대 레벨의 값을 나타내기 때문에, 각 조건 중에서 1 단째의 스크루 회전수에 의해 하기의 정의에 따라 평가하였다.

1 단째 스크루 회전수 R 이 70

R 110 rpm 인 경우···○

1 단째 스크루 회전수 R 이 40

R < 70 rpm 인 경우···○ ∼ △

1 단째 스크루 회전수 R 이 0

R < 40 rpm 인 경우···×

(6) 생산량···발포체를 각 조건하에 1 시간 연속으로 압출 생산하고, 얻어진 발포체의 총 중량을 계량하여 생산량으로 하였다.

(7) 연속 기포율 : ASTM-D2856 에 준거하여, 얻어진 발포체를 2 ㎝ × 2 ㎝ × 2 ㎝ 의 직사각형체 형상의 시험 소편으로 재단하고, 시마즈 제작소사 제조 마이크로 메트릭스 아큐픽 1330 을 사용하여 기체 유입 실제 체적을 측정하고, 그 값을 이용하여 이하의 식에 의해 연속 기포율을 산출하였다.

연속 기포율 (%) = 기체 유입 실제 체적/샘플 겉보기 체적

(8) 흡음성···JIS A 1405 에 준거하여, 발포체를 직경 약 10 ㎝ 의 원반 형상의 시험 소편으로 재단하고, 수직 입사법 흡음률을 측정하였다.

NRC···상기 흡음 이율의 수직 입사법 흡음률을 측정하여 얻어진 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz 및 2000 Hz 의 주파수에 있어서의 흡음 계수의 평균값

표 1 에, 본 발명에서 이용한 배합 조성, 압출 조건 및 얻어진 발포체의 물성을 정리하여 나타낸다.

본 발명에 있어서의 폴리올레핀계 수지 조성물의 발포 보드는, 우수한 압출 발포성을 갖고, 우수한 단열 흡음 성능을 갖고, 리사이클 가능하고, 안정적으로 저 렴하고 연속 생산할 수 있는 폴리올레핀계 수지 조성물의 발포 보드를 제공하는 것에 있다.

또한, 2007년 6월 27일에 출원된 일본 특허출원 2007-169714호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.

Claims

230 ℃ 에 있어서의 용융 장력이 5 ∼ 30 g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물과, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제의 혼합물을, 개구 직경이 0.1 ∼ 1.0 ㎜ 이고, 개구 수가 50 ∼ 5000 인 다 (多) 홀형 다이스를 갖는 압출기를 사용하여, 160 ∼ 250 ℃ 의 용융 압출 온도에서, 다이스의 1 개구당의 토출량 V 가 0.05 ∼ 0.45 ㎏/hr 이고, 다이스 개구부의 직근 (直近) 수지 압력을 7 ∼ 20 MPa 로 대기하에 방출하여 압출 발포하는 것을 특징으로 하는 발포 보드의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지가, 230 ℃ 에 있어서의 용융 유량 (MFR) 과, 230 ℃ 에 있어서의 용융 장력 (MT) 의 관계가 하기의 식 (1) 을 만족하는 발포 보드의 제조 방법 (MFR 은 g/10 분을, MT 는 g 을 각각 단위로 하는 수치).

Log(MT) > -1.33 Log(MFR) + 1.2 (1)
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 발포제가, 상기 폴리올레핀계 수지 조성물 100 질량부에 대해 4 ∼ 20 질량부 사용되는 발포 보드의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압출기가, 스크루의 직경 (D) 이 40 ∼ 80 ㎜ 이고, 스크루의 길이를 L ㎜ 로 하였을 때의 L/D 가 15 ∼ 40 인 스크루를 2 개 직렬로 조합한 탠덤형의 압출기인 발포 보드의 제조 방법.
230 ℃ 에 있어서의 용융 장력이 5 ∼ 30 g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물을, 이산화탄소를 함유하는 발포제를 사용하여 발포시킨 발포 보드로서, 발포 배율이 10 배 이상이고, ASTM-D2856 의 규격에 준하여 측정하였을 때의 연속 기포율이 60 % 이상이고, 평균 셀 직경이 200 ㎛ 이하, 셀 직경 분포 계수가 30 % 이하인 것을 특징으로 하는 발포 보드.
제 5 항에 있어서,

JIS-A 1412 에 준거하여 측정되는 열전도율이 20 ∼ 45 mW/mK 이고, 또한, 흡음 성능이 NRC (250, 500, 1000, 2000 Hz 에 있어서의 잔향법 흡음률의 평균값) 로서의 0.20 이상인 발포 보드.