TW201620965A - 發泡成形體及使用於其製造的發泡粒子 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種發泡成形體(expanded article)，其係由包含非交聯的烯烴系彈性體且不含礦物性油之發泡粒子(expanded particle)的熔融黏著體所構成，且具有0.015至0.5g/cm3的密度與25%以下的壓縮永久變形。

Description

發泡成形體及使用於其製造的發泡粒子
本發明係關於發泡成形體及使用於其製造的發泡粒子。更詳細而言，本發明係關於柔軟性及回復性優異的發泡成形體及使用於其製造之包含烯烴系彈性體的發泡粒子。本發明之發泡成形體由於柔軟性及回復性優異，故可作為鐵路車輛、飛機及汽車用的座位坐墊芯材、床鋪、墊子等使用。
以往，廣泛使用聚苯乙烯發泡成形體來作為緩衝材或包裝材。此處，發泡成形體可藉由將發泡性聚苯乙烯粒子等發泡性粒子加熱而使其發泡(預備發泡)得到發泡粒子(預備發泡粒子)，再將所得之發泡粒子填充至模具的模穴(cavity)內後，使其二次發泡並經由熱熔融黏著讓發泡粒子彼此一體化而得到。
已知聚苯乙烯發泡成形體由於作為原料的單體為苯乙烯，因而雖然剛性高但回復性及回彈性低。因此，在重覆壓縮的用途或要求柔軟性的用途時，有難以使用之課題存在。
為了解決上述課題，日本特開2011-132356號公報(專利文獻1)提出一種發泡成形體，其使用包含烯烴系樹脂、熱塑性彈性體及礦物性油的發泡粒子。又，日本特開2000-344924號公報(專利文獻2)亦提出一種發泡成形體，其使用包含交聯烯烴系彈性體的發泡粒子。該等發泡成形體被認為柔軟性優異。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-132356號公報
[專利文獻2]日本特開2000-344924號公報
專利文獻1之發泡粒子所包含的礦物性油係用來改善發泡成形體的柔軟性。然而，礦物性油的含有係使發泡粒子凝集因而有降低成形性之課題存在。另一方面，專利文獻2之發泡粒子即使在其表面也會進行交聯。因此，由於成形時的表面延伸及粒子間的熔融黏著不足造成成形性惡化，而有發泡成形體的柔軟性不足，且回復性也不佳之課題存在。
本發明之發明人們針對在不含礦物性油的情況下，柔軟性及回復性優異，且成形良好的發泡成形體進行檢討，結果發現，只要於作為基材樹脂的烯烴系彈性 體中使用非交聯的樹脂，且將發泡成形體的壓縮永久變形及整體密度(bulk density)設為特定的範圍，即可提供上述所期望的物性之發泡成形體，逐完成本發明。
如此一來，根據本發明，提供一種發泡成形體，其係由包含非交聯的烯烴系彈性體且不含礦物性油的發泡粒子之熔融黏著體所構成，且具有0.015至0.5g/cm3的密度與25%以下的壓縮永久變形。
又，根據本發明，提供一種使用於上述發泡成形體的製造之發泡粒子。
根據本發明之烯烴系彈性體發泡粒子，即可提供能以良好的成形性獲得柔軟性及回復性優異的發泡成形體之發泡粒子。
又，當非交聯的烯烴系彈性體係在FT-IR測定中所測得之在2920±20cm-1的範圍之最大譜峰(A2920cm-1)與在1376±20cm-1的範圍之最大譜峰(A1376cm-1)的吸光度比(A2920cm-1/A1376cm-1)位於1.20至10的範圍內之彈性體時，則可提供柔軟性及回復性更加優異，且成形良好的發泡成形體。
更且，當發泡成形體具有5至70的表面硬度(C)時，則可提供柔軟性及回復性更加優異，且成形良好的發泡成形體。
又，當發泡粒子具有1.0至15mm的平均粒徑時，則可提供能獲得柔軟性及回復性更加優異的發泡成 形體之發泡粒子。
第1圖為TPO系列的彈性體之傅立葉轉換紅外光譜(FT-IR)圖。
第2圖為TPO系列的彈性體之傅立葉轉換紅外光譜(FT-IR)圖。
第3圖為TPO系列的彈性體之傅立葉轉換紅外光譜(FT-IR)圖。
第4圖為TPO系列的彈性體之傅立葉轉換紅外光譜(FT-IR)圖。
第5圖為E200GP的傅立葉轉換紅外光譜(FT-IR)圖。
第6圖為Novatec LC600A的傅立葉轉換紅外光譜(FT-IR)圖。
(發泡成形體)
發泡成形體係由包含非交聯的烯烴系彈性體且不含礦物性油的發泡粒子之熔融黏著體所構成。
構成熔融黏著體的發泡粒子(以下，亦稱為熔融黏著發泡粒子)係包含非交聯的烯烴系彈性體作為基材樹脂。於本說明書中，非交聯係意指於二甲苯等可溶解的有機溶劑中不溶的凝膠分率為3.0質量%以下者。凝膠分率係依以下的方式所測定之值。
測定非交聯的烯烴系彈性體之樹脂粒子的質量W1。其次於沸騰二甲苯80毫升中將非交聯的烯烴系彈性體之樹脂粒子迴流加熱3小時。接著使用80網眼的金屬網將二甲苯中之殘渣過濾，再將殘留於金屬網上的殘渣以130℃乾燥長達1小時，測定殘留於金屬網上的殘渣之質量W2，並可基於下式而計算出非交聯的烯烴系彈性體之樹脂粒子的凝膠分率。
凝膠分率(質量%)=100×W2/W1
又，熔融黏著發泡粒子係不含芳香族環、環烷烴(naphthene)環、烷烴(paraffin)鏈等的礦物性油。藉由不含該等，可抑制成形時的發泡粒子間之熔接不良。
發泡成形體較佳係具有0.015至0.5g/cm3的密度。只要位於此範圍，就能以良好的平衡兼具柔軟性與回復性。密度可為0.03至0.2g/cm3。密度可採用0.015g/cm3、0.02g/cm3、0.03g/cm3、0.04g/cm3、0.05g/cm3、0.1g/cm3、0.15g/cm3、0.2g/cm3、0.3g/cm3、0.4g/cm3、0.5g/cm3。
又，發泡成形體較佳係具有25%以下的壓縮永久變形。只要位於此範圍，就能以良好的平衡兼具柔軟性與回復性。壓縮永久變形可為6%以下。壓縮永久變形可採用0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%、20%、25%。
更且，發泡成形體較佳係具有5至70的表面硬度(C)。只要位於此範圍，就能以良好的平衡兼具柔軟性與回復性。表面硬度(C)可為10至35。表面硬度(C)可採用5、10、 15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70。
(1)非交聯的烯烴系彈性體
非交聯的烯烴系彈性體只要係不含有礦物性油並能賦予發泡成形體指定的密度與壓縮永久變形者就無特別限定。非交聯的烯烴系彈性體可列舉例如具有組合硬質段與軟質段之構造者。此種構造賦予在常溫會顯示橡膠彈性，且在高溫中可被塑化、可成形之性質。
例如，可列舉硬質段為聚丙烯系樹脂，而軟質段為聚乙烯系樹脂之非交聯的烯烴系彈性體。
前者之聚丙烯系樹脂可使用以聚丙烯為主成分的樹脂。聚丙烯可具有由同排、對排、雜排等所選出之立體規則性。
後者之聚乙烯系樹脂可使用以聚乙烯為主成分的樹脂。聚乙烯以外的成分可列舉：聚丙烯、聚丁烯等聚烯烴。
非交聯的烯烴系彈性體中可含有軟化劑。軟化劑可列舉例如：加工油(process oil)、潤滑油、石蠟、液態石蠟、石油瀝青、凡士林等石油系軟化劑；煤焦油、煤焦油瀝青等煤焦油系軟化劑；蓖麻油、菜籽油、大豆油、椰子油等脂肪油系軟化劑；松油(tall oil)、蜂蠟、棕櫚蠟、羊毛脂等蠟類；蓖麻油酸、棕櫚酸、硬脂酸、硬脂酸鋇、硬脂酸鈣等脂肪酸或其金屬鹽；環烷酸或其金屬皂、松香油(pine oil)、松脂或其衍生物、萜烯樹脂、石油樹脂、香豆酮茚樹脂(coumarone-indene resin)、雜排聚丙烯等合成高 分子物質；鄰苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯等酯系塑化劑；碳酸二異十二烷基酯等碳酸酯系塑化劑、其他微晶蠟；橡膠代用品(油膏)(Rubber Substitutes(Factice))、液狀聚丁二烯、改質液狀聚丁二烯、液狀聚硫橡膠、烴系合成潤滑油等。其中，較佳為石油系軟化劑與烴系合成潤滑油。
非交聯的烯烴系彈性體可列舉：聚合型彈性體，係進行作為硬質段的單體與作為軟質段的單體之聚合，而於聚合反應容器內直接製造者；摻配(blend)型彈性體，係使用班布里混合機(Banbury mixer)或二軸擠出機等混練機，使作為硬質段的聚丙烯系樹脂與作為軟質段的聚乙烯系樹脂物理性分散而製造者。
此外，非交聯的烯烴系彈性體係發揮可提升所製造的發泡成形體之循環性之效果。又，藉由與使一般的聚烯烴系樹脂發泡成形時同樣的發泡機所進行的製造係為容易。因此，即使在循環發泡成形體，並再次供給至發泡機以進行發泡成形時，仍可抑制因橡膠成分的產生所導致之發泡不良。
非交聯的烯烴系彈性體可適當使用傅立葉轉換紅外光譜(FT-IR)測定中所測得之在2920±20cm-1的範圍之最大譜峰(A2920cm-1)與1376±20cm-1的範圍之最大譜峰(A1376cm-1)的吸光度比(A2920cm-1/A1376cm-1)位於1.20至10的範圍內之彈性體。吸光度比未達1.20時，會有發泡成形體的硬度變高，導致柔軟性下降之情形。而大於10 時，會有發泡時的形狀保持變難，導致收縮之情形。更佳的吸光度比為0.20至5。吸光度比可採用1.2、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0。
又，非交聯的烯烴系彈性體可適當使用FT-IR測定中所測得之在2920±20cm-1的範圍之最大譜峰(A2920cm-1)與在720±20cm-1的範圍之最大譜峰(A720cm-1)的吸光度比(A2920cm-1/A720cm-1)位於0.02至0.5的範圍內之彈性體。吸光度比未達0.02時，會有發泡成形體的硬度變高，導致柔軟性下降之情形。而大於0.5時，會有發泡時的形狀保持變難，導致收縮之情形。更佳的吸光度比為0.05至0.4。吸光度比可採用0.02、0.05、0.1、0.14、0.18、0.22、0.26、0.3、0.34、0.38、0.4、0.44、0.48、0.5。
此外，由紅外吸收光譜所得之在2920cm-1的吸光度A2920cm-1，係意指與源自烯烴系彈性體中之聚亞甲基鏈所包含的亞甲基之C-H伸縮振動之吸收光譜對應的吸光度，在1376cm-1的吸光度A1376cm-1，係意指與源自烯烴系彈性體中所包含之-C-CH3部位的C-H3對稱彎曲振動之吸收光譜對應的吸光度。因此，測定此吸光度比，即可大致推測出非交聯的烯烴系彈性體中之硬質段與軟質段的構成成分及其比例。並且在720cm-1的吸光度A720cm-1係與源自烯烴系彈性體中之聚亞甲基鏈的骨架振動之吸收光譜對應的吸光度。藉由測定與前述在2920±20cm-1的範圍之最大譜峰的吸光度比，亦可大致推測出非交聯的烯烴系彈 性體中之硬質段與軟質段之構成成分及其比例。
非交聯的烯烴系彈性體之蕭氏硬度A較佳為30至100，更佳為40至90。蕭氏硬度A可為50至100或60至90。蕭氏硬度A可採用30、40、50、60、70、80、90、100。非交聯的聚烯烴系彈性體之硬度係依照硬度計(durometer)硬度試驗(JIS K6253：97)來進行測定。
並且非交聯的烯烴系彈性體之蕭氏硬度D較佳為10至70，更佳為20至60。蕭氏硬度D可採用10、20、30、40、50、60、70。非交聯的聚烯烴系彈性體之硬度係依照硬度計硬度試驗(ASTM D2240：95)來進行測定。
非交聯的聚烯烴系彈性體之熔點較佳為80至180℃，更佳為90至170℃。熔點可採用80℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃。
在不阻礙本發明之效果的範圍內，基材樹脂除了非交聯的烯烴系彈性體以外，亦可包含交聯烯烴系彈性體等其他樹脂。其他樹脂可為公知的熱塑性樹脂、熱硬化性樹脂。
基材樹脂的形狀並無特別限定，可列舉：真球狀、橢圓球狀(卵狀)、圓柱狀、角柱狀、顆粒(pellet)狀或粒狀(granular)等。
基材樹脂較佳係具有0.5至8.0mm的平均粒徑。平均粒徑未達0.5mm時，由於基材樹脂的氣體保持性低，故會有難以發泡之情形。而大於8.0mm時，在進行發泡時，由於熱無法傳導至內部，故會有於熔融黏著發泡粒 子內產生有芯之情形。更佳的平均粒徑為1.0至6.0mm。
(GPC)
上述TPO系列的彈性體之GPC圖係顯示單一譜峰。可推測此結果暗示TPO系列的彈性體並非為複數種聚合物的混合物，而是實質上包含單一的聚合物。
此外，由GPC圖得到各種平均分子量。R110E的數量平均分子量Mn為約14萬、重量平均分子量Mw為約450萬，R110MP的Mn為約13萬、Mw為約38萬，T310E的Mn為約13萬、Mw為約44萬，M142E的Mn為約9萬、Mw為約30萬。
(2)發泡成形體的製造方法
發泡成形體係使發泡粒子模內成形而得，且由複數種發泡粒子的熔融黏著體所構成。例如，可藉由於具有複數個小孔的封閉模具內填充發泡粒子，再以加壓水蒸氣使發泡粒子加熱發泡，填埋發泡粒子間的空隙，同時使發泡粒子互相熔融黏著，使其一體化而得到。此時，進行例如調整於模具內的發泡粒子之填充量等，便可調整發泡成形體的密度。
更且，亦可使惰性氣體含浸至發泡粒子，讓發泡粒子的發泡力提高。藉由提高發泡力，使模內成形時發泡粒子彼此之間的熔融黏著性提升，發泡成形體便具有更優異的機械強度。此外，惰性氣體可列舉例如：二氧 化碳、氮氣、氦氣、氬氣等。
使惰性氣體含浸至發泡粒子的方法，可列舉例如藉由在具有常壓以上的壓力之惰性氣體環境下放置發泡粒子，而使惰性氣體含浸至發泡粒子中之方法。發泡粒子可在填充於模具內之前被惰性氣體含浸，亦可在將發泡粒子填充於模具內之後藉由連同模具一起置於惰性氣體環境下而被含浸。此外，惰性氣體為氮氣時，較佳係在0.1至2.0MPa的氮氣環境中將發泡粒子放置達20分鐘至24小時。
使惰性氣體含浸至發泡粒子時，可使發泡粒子直接在模具內進行加熱、發泡，亦可在將發泡粒子填充於模具內之前進行加熱、發泡，等形成高發泡倍率的發泡粒子之後再填充於模具內進行加熱、發泡。藉由使用此種高發泡倍率的發泡粒子，可得到高發泡倍率的發泡成形體。
又，在發泡粒子的製造中使用黏著防止劑時，在發泡成形體的製造時，可維持黏著防止劑附著於發泡粒子之狀態直接進行成形。又，為了促進發泡粒子彼此的熔融黏著，可在成形步驟前洗淨並去除黏著防止劑，亦可進行或不進行去除並在成形時添加作為熔融黏著促進劑的硬脂酸。在此，就促進成形時的發泡粒子之熔融黏著的觀點而言，以預先去除黏著防止劑為較佳。
(3)發泡成形體的用途
發泡成形體例如可使用於鐵路車輛、飛機及汽車用的座位坐墊芯材、床鋪、墊子等。
(發泡粒子)
發泡粒子只要係可於上述發泡成形體的製造中使用者就無特別限定。發泡粒子可使用包含非交聯的烯烴系彈性體且不含礦物性油之發泡粒子。
(1)發泡粒子的形狀等
發泡粒子係具有0.015至0.5g/cm3的範圍之整體密度。整體密度未達0.015g/cm3時，會有所得之發泡成形體產生收縮而無法形成良好的外觀且發泡成形體的機械強度下降之情形。而大於0.5g/cm3時，會有發泡成形體的輕量性下降之情形。較佳的整體密度為0.02至0.45g/cm3，更佳的整體密度為0.013至0.40g/cm3。整體密度可設為0.03至0.2g/cm3。
發泡粒子的形狀並無特別限定，可列舉：真球狀、橢圓球狀(卵狀)、圓柱狀、角柱狀、顆粒狀或粒狀等。
發泡粒子較佳係具有1.0至15mm的平均粒徑。平均粒徑未達1.0mm時，會有發泡粒子的製造本身困難且製造成本增加之情形。而大於15mm時，會有以模內成形製作發泡成形體時於模具的填充性下降之情形。
發泡粒子可直接使用在墊子的填充材中，並且可作為用以進行模內發泡之發泡成形體的原料而使 用。用來作為發泡成形體的原料時，通常將發泡粒子稱為「預備發泡粒子」，而用以得到該發泡粒子之發泡稱為「預備發泡」。
(2)發泡粒子的製造方法
發泡粒子可經過使發泡劑含浸至包含非交聯的烯烴系彈性體的樹脂粒子而得到發泡性粒子之步驟(含浸步驟)、以及使發泡粒子發泡之步驟(發泡步驟)而得到。
(a)含浸步驟
樹脂粒子可使用公知的製造方法及製造設備而得到。
例如，可藉由使用擠出機將非交聯的烯烴系彈性體樹脂熔融混練，接著以擠出、水下切粒(underwater cut)、拉線切粒(strand cut)等來進行造粒而製造樹脂粒子。熔融混練時的溫度、時間、壓力等可配合使用的原料及製造設備來適當設定。
熔融混練時的押出機內之熔融混練溫度較佳係非交聯的烯烴系彈性體充分軟化之溫度亦即170至250℃，更佳為200至230℃。熔融混練溫度係意指將擠出機頭部附近的熔融混練物流路之中心部溫度使用熱電偶式溫度計所測定之擠出機內部的熔融混練物之溫度。
樹脂粒子的形狀為例如、真球狀、橢圓球狀(卵狀)、圓柱狀、角柱狀、顆粒狀或粒狀。
樹脂粒子較佳係具有0.5至6mm的平均粒徑。平均粒 徑小於0.5mm時，會有含浸過的發泡劑之逸散變快，發泡至所期望的密度變困難之情形。而大於6mm時，會有發泡時熱無法均勻地傳導至粒子的中心部，而成為有芯的發泡粒子之情形。
樹脂粒子中可包含氣泡調整劑。
氣泡調整劑可列舉：高級脂肪酸醯胺、高級脂肪酸雙醯胺、高級脂肪酸鹽、無機氣泡成核劑等。該等氣泡調整劑亦可組合複數種。
高級脂肪酸醯胺可列舉：硬脂醯胺、12-羥基硬脂醯胺等。
高級脂肪酸雙醯胺可列舉：伸乙基雙硬脂醯胺、亞甲基雙硬脂醯胺等。
高級脂肪酸鹽可列舉硬脂酸鈣。
無機氣泡成核劑可列舉：滑石、矽酸鈣、合成或天然產生的二氧化矽等。
樹脂粒子亦可包含阻燃劑、著色劑、結合防止劑、抗靜電劑、展著劑、塑化劑、阻燃助劑、填充劑、潤滑劑等。
阻燃劑可列舉：六溴環十二烷、三烯丙基異三聚氰酸酯6溴化物等。
著色劑可列舉：碳黑、氧化鐵、石墨等。
結合防止劑(黏著防止劑)可列舉：滑石、碳酸鈣、及氫氧化鋁等。
抗靜電劑可列舉：烷基酚聚氧乙烯醚、及硬脂酸單甘 油酯等。
展著劑可列舉：聚丁烯、聚乙二醇、及矽油等。
(b)發泡性粒子
使發泡劑含浸至樹脂粒子而製造發泡性粒子。此外，使發泡劑含浸至樹脂粒子的方法可使用公知的方法。可列舉例如藉由將樹脂粒子、分散劑及水供給至高壓釜內進行攪拌，使樹脂粒子分散於水中而製造分散液，並將發泡劑壓入該分散液中，以使發泡劑含浸至樹脂粒子中之方法。
分散劑並無特別限定，可列舉例如：磷酸鈣、焦磷酸鎂、焦磷酸鈉、氧化鎂等難水溶性無機物、或十二烷基苯磺酸鈉等界面活性劑。
發泡劑係使用通用者，可列舉例如：空氣、氮氣及二氧化碳(碳酸氣體)等無機氣體；丙烷、丁烷、戊烷等脂肪族烴；鹵化烴，較佳為無機氣體。此外，發泡劑可單獨使用或併用二種以上。
含浸至樹脂粒子的發泡劑之量，以相對於樹脂粒子100質量份為1.5至6.0質量份為較佳。未達1.5質量份時，發泡力變低，在高發泡倍率中難以良好地進行發泡。發泡劑的含量大於6.0質量份時，氣泡膜變得容易產生破裂，可塑化效果變過大以致發泡時的黏度變得容易下降，且變得容易產生收縮。更佳的發泡劑之量為2.0至5.0質量份。只要位於此範圍內，就能充分提高發泡力，即使在高發泡倍率亦可更進一步良好地進行發泡。
相對於樹脂粒子100質量份所含浸的發泡劑之含量(含浸量)，係依以下的方式來測定。
測定樹脂粒子置入壓力容器前之質量Xg。在壓力容器內使發泡劑含浸至樹脂粒子後，測定從壓力容器取出含浸物後之質量Yg。根據下式，求出相對於樹脂粒子100質量份所含浸的發泡劑之含量(含浸量)。
發泡劑的含量(質量份)=((Y-X)/X)×100
於樹脂粒子的發泡劑之含浸溫度低時，會有使發泡劑含浸至樹脂粒子所需要的時間變長以致生產效率降低之情形。又，溫度高時，會有樹脂粒子彼此之間熔融黏著而產生結合粒之情形。含浸溫度較佳為-20至120℃，更佳為-15至110℃。亦可將發泡助劑(塑化劑)與發泡劑併用。發泡助劑(塑化劑)可列舉：己二酸二異丁酯、甲苯、環己烷、乙苯等。
(c)發泡步驟
在發泡步驟中，只要可使發泡性粒子發泡而得到發泡粒子，則發泡溫度、加熱媒體就無特別限定。
於發泡步驟中，較佳係於發泡性粒子中添加無機成分。無機成分可列舉：碳酸鈣、氫氧化鋁等無機化合物粒子。相對於發泡性粒子100質量份，無機成分的添加量較佳為0.03質量份以上，更佳為0.05質量份以上，而較佳為0.2質量份以下，更佳為0.1質量份以下。
在高壓蒸氣下進行發泡時，若使用有機系 的黏著防止劑，則發泡時會熔融，且難以得到充分的效果。另一方面，碳酸鈣等無機系的黏著防止劑，即使在高壓蒸氣加熱下仍具有充分的黏著防止效果。
無機成分的粒徑較佳為5μm以下。無機成分的粒徑之最小值為0.01μm左右。無機成分的粒徑為上限值以下時，可減少無機成分的添加量，且無機成分對後續的成形步驟難以造成不良影響(阻礙)。
此外，在發泡前，可於樹脂粒子的表面塗佈硬脂酸鋅等粉末狀金屬皂類、碳酸鈣及氫氧化鋁。藉由該塗佈，可減少在發泡步驟中樹脂粒子彼此之間的結合。又，亦可塗佈抗靜電劑、展著劑等表面處理劑。
(實施例)
其次列舉實施例來更詳細說明本發明，惟本發明並不受此等實施例所限定。
<吸光度比>
以下列要點來測定樹脂粒子的吸光度比(A2920cm-1/A1376cm-1、A720cm-1/A1376cm-1)。
針對隨機選出的10個各個樹脂粒子，以紅外光譜分析ATR測定法進行表面分析而得到紅外吸收光譜。
在此分析中，得到從試料表面至深度為數μm(約2μm)為止的範圍之紅外吸收光譜。
由各紅外吸收光譜算出吸光度比(A2920cm-1/A1376cm-1、A720cm-1/A1376cm-1)。吸光度A2920cm-1、A1376cm-1及A720cm-1係在由Thermo SCIENTIFIC公司以商品名「傅立 葉轉換紅外光譜儀Nicolet iS10」所販售的測定裝置中連接Thermo SCIENTIFIC公司製的「Smart-iTR」作為ATR配件來進行測定。用以下的條件進行ATR-FTIR測定。
<測定條件>
．測定裝置：傅立葉轉換紅外光譜儀Nicolet iS10(Thermo SCIENTIFIC公司製)及單次反射型水平狀ATR Smart-iTR(Thermo SCIENTIFIC公司製)
．ATR晶體：Diamond with ZnSe lens，角度=42°
．測定法：單次ATR法
．測定波數區域：4000cm-1至650cm-1
．測定深度的波數相依性：不修正
．檢測器：氘化三甘胺酸硫酸酯(DTGS)檢測器及KBr分光鏡
．光學解析度：4cm-1
．累積次數：16次(背景測定時也同樣)
在ATR法中，由於依據試料與高折射率結晶的密著程度，經測定而得的紅外吸收光譜之強度會產生變化，因此施加利用ATR配件的「Smart-iTR」所能施加的最大荷重，使密著程度幾乎均勻而進行測定。
由以上的條件所得之紅外線吸收光譜係進行如下述般之譜峰處理而分別求出A2920cm-1、A1376cm-1及A720cm-1。由紅外吸收光譜所得之在2920cm-1的吸光度A2920cm-1係 與源自烯烴系彈性體中之聚亞甲基鏈所包含的亞甲基之C-H伸縮振動的吸收光譜對應之吸光度。該吸光度的測定中，即使在2920cm-1重疊有其他吸收光譜時，仍不實施譜峰分離。吸光度A2920cm-1係意指以連接3080cm-1與2750cm-1而成之直線作為基線，在3080cm-1與2750cm-1間的最大吸光度。
又，在1376cm-1的吸光度A1376cm-1係與源自烯烴系彈性體中所包含的-C-CH3部位之CH3對稱彎曲振動的吸收光譜對應之吸光度。在該吸光度的測定中，即使在1376cm-1重疊有其他吸收光譜時，仍不實施譜峰分離。吸光度A1376cm-1係意指以連接1405cm-1與1315cm-1而成之直線作為基線，在1405cm-1與1315cm-1間的最大吸光度。並且在720cm-1的吸光度A720cm-1係與源自烯烴系彈性體中之聚亞甲基鏈的骨架振動之吸收光譜對應的吸光度。在該吸光度的測定中，即使在720cm-1重疊有其他吸收光譜時，仍不實施譜峰分離。吸光度A720cm-1係意指以連接777cm-1與680cm-1而成之直線作為基線，在777cm-1與680cm-1間的最大吸光度。
<結晶化溫度>
非交聯的聚烯烴系彈性體之結晶化溫度係依JIS K7121：2012「塑膠的轉移溫度測定方法」中所記載之方法進行測定。但是，關於抽樣方法/溫度條件則依以下的方式進行。
使用示差掃描量熱儀DSC6220型(SII NanoTechnology公司製)，以使鋁製測定容器的底部沒有空隙之方式填充試料約6mg，在氮氣流量20mL/min下，得到從30℃降溫至-40℃後保持10分鐘，再從-40℃升溫(1st Heating)至220℃，保持10分鐘後從220℃降溫(Cooling)至-40℃，保持10分鐘後從-40℃升溫(2nd Heating)至220℃時之DSC曲線。此外，全部的升溫/降溫均以速度10℃/min進行，基準物質使用氧化鋁。
於本發明中，結晶化溫度係指使用裝置所附屬的分析軟體，讀取在Cooling過程中被視為最高溫側的結晶化譜峰之最高溫度而得之值。
<熔點>
非交聯的聚烯烴系彈性體之熔點係依JIS K7121：2012「塑膠的轉移溫度測定方法」中所記載之方法進行測定。但是，關於抽樣方法/溫度條件則依以下的方式進行。
使用示差掃描量熱儀DSC6220型(SII NanoTechnology公司製)，以使鋁製測定容器的底部沒有空隙之方式填充試料約6mg，在氮氣流量20mL/min下，得到從30℃降溫至-40℃後保持10分鐘，再從-40℃升溫(1st Heating)至220℃，保持10分鐘後從220℃降溫(Cooling)至-40℃，保持10分鐘後從-40℃升溫(2nd Heating)至220℃時之DSC曲線。此外，全部的升溫/降溫均設為速度10℃/min，基準物質係使用氧化鋁。於本發明中，熔點係指使用裝置所附屬的分析 軟體，讀取在2nd Heating過程中被視為最高溫側的熔化譜峰之最高溫度而得之值。
<蕭氏硬度A>
蕭氏硬度A係依照硬度計硬度試驗(JIS K6253：97)來測定。
<發泡粒子的整體密度>
首先，取樣發泡粒子Wg作為測定試料，使該測定試料自然落下至量筒內後，拍打量筒的底部使試料的外觀體積(V)cm3成一定，測定其質量與體積，並基於下式來測定發泡粒子的整體密度。
整體密度(g/cm3)=測定試料的質量(W)/測定試料的體積(V)
<發泡粒子的平均粒徑>
使用Ro-Tap型振動篩選機(飯田製作所公司製)，將發泡粒子約50g以網眼16.00mm、13.20mm、11.20mm、9.50mm、8.00mm、6.70mm、5.60mm、4.75mm、4.00mm、3.35mm、2.80mm、2.50mm、2.36mm、2.00mm、1.70mm、1.40mm、1.18mm、1.00mm的JIS標準篩分級5分鐘。測定篩網上的試料質量，將由其結果所得之累積質量分佈曲線作為依據，而以累積質量成為50%的粒徑(中位粒徑)設為平均粒徑。
<壓縮永久變形(回復性)>
依照壓縮永久變形試驗(JIS K6767：1999)進行測定。
具體而言，使用壓縮永久變形測定板(高分子計器(股)製)，使從發泡成形體切出的長50mm×寬50mm×厚25mm之直方體狀的試驗片在JIS K 7100：1999的記號「23/50」(溫度23℃，相對濕度50%)、2級的標準環境氣體下保持於壓縮25%的狀態22小時，再測定經壓縮解放後24小時後之試驗片的厚度，並以下式測定壓縮永久變形(CS(%))。
壓縮永久變形率CS(%)={(t0-t1)/t0×100}
t0：試驗片的原厚度(mm)
t1：試驗片從壓縮裝置取出並經過24小時後之厚度(mm)
<表面硬度>
使用高分子計器公司製的硬度計(模式C)，測定發泡成形體的表面硬度。表面硬度的測定係避開發泡粒子的熔融黏著部附近之區域，而在1個發泡粒子表面進行。表面硬度為5個位置的測定值之平均值。在本說明書中，係使用表面硬度來作為柔軟性的指標。
<壓縮應力>
以JIS K7220：2006「硬質發泡塑膠-壓縮特性的求法」記載之方法進行測定。亦即使用萬能拉力試驗機UCT-10T(Orientec(股)製)、萬能試驗機資料處理(UTPS-237 Softbrain(股)製)，在試驗體尺寸係截面50mm×50mm×厚度25mm的 情況下，將壓縮速度設為2.5mm/分鐘、變位原點設為壓縮彈性模數的交點來測定壓縮強度(壓縮彈性模數、5%變形壓縮應力、10%變形壓縮應力、25%變形壓縮應力、50%變形壓縮應力)。試驗片的數量最少設為5個，並在JIS K 7100：1999的記號「23/50」(溫度23℃，相對濕度50%)、2級的標準環境氣體下對試驗片進行狀態調整歷時16小時後，在同樣的標準環境氣體下進行測定。
(壓縮強度)
壓縮強度係依下式所算出。
σm=Fm/A0×103
σm：壓縮強度(kPa)
Fm：達到變形率10%以內之最大的力(N)
A0：試驗片的初始剖面積(mm2)
(5%(10%,25%,50%)變形壓縮應力)
5%變形壓縮應力係依下式所算出。
σ5(10,25,50)=F5(10,25,50)/A0×103
σ5(10,25,50)：5%(10%,25%,50%)變形壓縮應力(kPa)
F5(10,25,50)：5%(10%,25%,50%)變形時的力(N)
A0：試驗片的初始剖面積(mm2)
．()內為10%、25%、50%的條件
(壓縮彈性模數)
壓縮彈性模數係使用荷重-變形曲線的初始直線部分並依下式進行計算。
E=△σ/△ε
E：壓縮彈性模數(kPa)
△σ：直線上2點之間的應力之差(kPa)
△ε：同樣的2點之間的變形之差(%)
實施例1
(1)含浸步驟
將熱塑性的烯烴系彈性體之TPO R110E(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm，蕭氏硬度A為78)密封在容量5L的壓力容器內，並壓入碳酸氣體直到壓力計顯示為4.0MPa為止。然後，在溫度20℃的環境下靜置48小時，使碳酸氣體含浸至烯烴系熱塑性彈性體的樹脂粒子。藉由上述的方法，含浸至烯烴系熱塑性彈性體之碳酸氣體的氣體量為4.53質量%。
(2)發泡步驟
將所得之樹脂粒子投入至經水蒸氣預熱成105至108℃之發泡機，一邊予以攪拌一邊以105至108℃加熱10秒，藉此得到發泡粒子。
(3)成形步驟
將所得之發泡粒子密封於壓力容器內，並壓入氮氣直到壓力計顯示為2.0MPa為止。將該壓力容器靜置在室溫24小時，使氮氣含浸至發泡粒子。將含浸有氮氣的發泡粒子填充至30mm×300mm×400mm的成形模具內，以0.14MPa的水蒸氣進行加熱34秒，接著予以冷卻直到發泡成形體的 面壓成為0.01MPa以下為止，藉此得到發泡成形體。
實施例2
除了將發泡步驟中之加熱時間變更成25秒，成形步驟中之加熱時間變更成22秒以外，其餘以與實施例1同樣的方式得到發泡成形體。
實施例3
(4)2次發泡步驟
將由發泡步驟所得之發泡粒子密封於壓力容器內，並壓入氮氣直到壓力計顯示為2.0MPa為止。將該壓力容器靜置在室溫24小時，使氮氣含浸至發泡粒子。將含浸有氮氣的發泡粒子投入至經水蒸氣預熱成105至108℃的發泡機，一邊予以攪拌一邊以105至108℃加熱10秒，藉此得到2次發泡粒子。
除了在成形步驟之前實施2次發泡步驟以外，其餘以與實施例2同樣的方式得到發泡成形體。
實施例4
除了使用平均粒徑為1.6mm的樹脂粒子，且該樹脂粒子係藉由使用擠出機將烯烴系彈性體樹脂熔融混練，接著以擠出、水下切粒來進行造粒而得到者，並將發泡步驟中之加熱時間變更成8秒，成形步驟中之水蒸氣壓力變更成0.10MPa、加熱時間變更成30秒以外，其餘以與實施例1 同樣的方式得到發泡成形體。
實施例5
除了使用平均粒徑為1.6mm的樹脂粒子，且該樹脂粒子係藉由使用擠出機將烯烴系彈性體樹脂熔融混練，接著以擠出、水下切粒來進行造粒而得到者，並將發泡步驟中之加熱時間變更成15秒，成形步驟中之水蒸氣壓力變更成0.10MPa、加熱時間變更成30秒以外，其餘以與實施例1同樣的方式得到發泡成形體。
實施例6
除了使用平均粒徑為1.6mm的樹脂粒子，且該樹脂粒子係藉由使用擠出機將烯烴系彈性體樹脂熔融混練，接著以擠出、水下切粒來進行造粒而得到者，並將發泡步驟中之加熱溫度變更成110至115℃、加熱時間變更成15秒，成形步驟中之水蒸氣壓力變更成0.10MPa、加熱時間變更成30秒以外，其餘以與實施例1同樣的方式得到發泡成形體。
實施例7
使用平均粒徑為1.3mm的樹脂粒子，且該樹脂粒子係藉由使用擠出機將烯烴系彈性體之TPO R110E(Prime Polymer公司製)熔融混練，接著以擠出、水下切粒來進行造粒而得到者，並將發泡步驟中之加熱溫度設為110至115℃、加熱時間設為15秒，藉此得到發泡粒子。於2次發泡步驟中，將所得之發泡粒子密封於壓力容器內，並壓入氮 氣直到壓力計顯示為2.0MPa為止。將該壓力容器靜置在室溫24小時，使氮氣含浸至發泡粒子。將含浸有氮氣的發泡粒子投入至經水蒸氣預熱成105至108℃的發泡機，一邊予以攪拌一邊以105至108℃加熱10秒，藉此得到2次發泡粒子。將所得之2次發泡粒子密封於壓力容器內，並壓入氮氣直到壓力計顯示為2.0MPa為止。將該壓力容器靜置在室溫24小時，使氮氣含浸至發泡粒子。將含浸有氮氣的發泡粒子填充至30mm×300mm×400mm的成形模具內，以0.1MPa的水蒸氣進行加熱30秒，接著予以冷卻直到發泡成形體的面壓成為0.01MPa以下為止，藉此得到發泡成形體。
實施例8
除了於2次發泡步驟中將氮氣壓入至壓力容器內直到壓力計顯示為3.0MPa為止以外，其餘以與實施例7同樣的方發得到發泡成形體。
實施例9
除了使用熱塑性的烯烴系彈性體之TPO T310E(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm，蕭氏硬度D為35)以外，其餘以與實施例1同樣的方發得到發泡成形體。
實施例10
除了使用熱塑性的烯烴系彈性體之TPO T310E(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm，蕭氏硬度D為35)，並將發泡步驟中之加熱溫度變更成115至120℃、加 熱時間變更成30秒以外，其餘以與實施例1同樣的方式得到發泡成形體。
實施例11
除了使用熱塑性的烯烴系彈性體之TPO T310E(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm，蕭氏硬度D為35)，並將發泡步驟中之加熱溫度變更成115至120℃、加熱時間變更成30秒以外，其餘以與實施例3同樣的方式得到發泡成形體。
實施例12
除了使用熱塑性的烯烴系彈性體之TPO M142E(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm，蕭氏硬度A為75)以外，其餘以與實施例1同樣的方式得到發泡成形體。
實施例13
除了使用熱塑性的烯烴系彈性體之TPO M142E(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm，蕭氏硬度A為75)，並將發泡步驟中之加熱溫度變更成110至115℃、加熱時間變更成20秒以外，其他以與實施例1同樣的方式得到發泡成形體。
實施例14
除了使用熱塑性的烯烴系彈性體之TPO M142E(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm，蕭氏硬度A為75)以外，其餘以與實施例3同樣的方式得到發泡成形體。
實施例15
除了使用熱塑性的烯烴系彈性體之TPO R110MP(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm，蕭氏硬度A為68)以外，其餘以與實施例1同樣的方式得到發泡成形體。
比較例1
除了使用熱塑性的烯烴系彈性體之TPO R110E(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm、蕭氏硬度A為78)，並於2次發泡步驟中將氮氣壓入至壓力容器內直到壓力計顯示為4.0MPa為止以外，其餘以與實施例3同樣的方式得到發泡成形體。
比較例2
除了使用非彈性體的熱塑性聚丙烯樹脂之E200GP(Prime Polymer公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm)以外，其餘以與實施例1同樣的方式進行，卻無法得到有進行過發泡之良好的樣品。
比較例3
除了使用非彈性體的熱塑性聚乙烯樹脂之Novatec LC600A(Japan Polypropylene公司製)的樹脂粒子(平均粒徑5mm)以外，其餘以與實施例1同樣的方式進行，雖進行過發泡卻無法得到良好的樣品。
由實施例1至15與比較例1至3可知，藉 由發泡成形體係由包含非交聯的烯烴系彈性體且不含礦物性油之發泡粒子的熔融黏著體所構成，且具有0.015至0.5g/cm3的密度與25%以下的壓縮永久變形，即可提供柔軟性及回復性優異的發泡成形體。
(實施例所使用的樹脂之分析)
將實施例所使用的4種樹脂之FT-IR圖顯示於第1至6圖。由所得之圖算出之A2920cm-1/A1376cm-1與A720cm-1/A1376cm-1的值顯示於表2。
本案圖式皆為實驗數據，不足以代表，故本案無指定代表圖

Claims (6)

  1. 一種發泡成形體，係由包含非交聯的烯烴系彈性體且不含礦物性油的發泡粒子之熔融黏著體所構成，且具有0.015至0.5g/cm3的密度與25%以下的壓縮永久變形。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發泡成形體，其中，前述非交聯的烯烴系彈性體係在FT-IR測定中所測得之在2920±20cm-1的範圍之最大譜峰(A2920cm-1)與在1376±20cm-1的範圍之最大譜峰(A1376cm-1)的吸光度比(A2920cm-1/A1376cm-1)位於1.20至10的範圍內之彈性體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發泡成形體，其中，前述非交聯的烯烴系彈性體係在FT-IR測定中所測得之在1376±20cm-1的範圍之最大譜峰(A1376cm-1)與在720±20cm-1的範圍之最大譜峰(A720cm-1)的吸光度比(A720cm-1/A1376cm-1)位於0.02至0.5的範圍內之彈性體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發泡成形體，其中，前述發泡成形體具有5至70的表面硬度(C)。
  5. 一種發泡粒子，係使用於申請專利範圍第1項所述之發泡成形體的製造者。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發泡粒子，其中，前述發泡粒子具有1.0至15mm的平均粒徑。
TW104130413A 2014-09-30 2015-09-15 發泡成形體及使用於其製造的發泡粒子 TWI570172B (zh)

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