TWI464203B - 發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子及其製造方法、聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子、聚苯乙烯系樹脂發泡成形體及其製造方法、隔熱材及緩衝材 - Google Patents

發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子及其製造方法、聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子、聚苯乙烯系樹脂發泡成形體及其製造方法、隔熱材及緩衝材 Download PDF

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Description

發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子及其製造方法、聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子、聚苯乙烯系樹脂發泡成形體及其製造方法、隔熱材及緩衝材
本發明係有關一種聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，其彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度、隔熱性及緩衝性優越，以及有關一種製造上述聚苯乙烯系樹脂發泡成形體時所使用之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子。
本專利申請主張以2010年9月30日於日本提出申請之日本特願2010-221061號、2010年9月30日於日本提出申請之日本特願2010-221062號及2010年9月30日於日本提出申請之日本特願2010-221063號為基礎之優先權，其內容援用於此。
將發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子發泡成形獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之耐壓縮性、輕量性、隔熱性、緩衝性、經濟性等優越。該聚苯乙烯系樹脂發泡成形體廣泛作為食品用保冷容器、住宅用隔熱材料、保冷箱等隔熱材料或輸送用梱包材料、接觸之構件間衝擊吸收材料等緩衝材料等使用。
作為發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子製造方法之一，已知有所謂之溶融擠出法。溶融擠出法為在擠出機內經溶融之聚苯乙烯系樹脂中添加發泡劑並混練，將含有發泡劑之溶融樹脂從附設於擠出機前端之模具的小孔直接在冷卻用液體中擠出，擠出之同時將擠出物用高速回轉刀切斷，將擠出物經由與冷卻用液體接觸而冷卻固化，藉此製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子。
以往，關於經由溶融擠出法製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之方法，係提案有例如專利文獻1至3揭示之技術。
於專利文獻1揭示一種由無配向性及無應力性之熱可塑性苯乙烯聚合物所形成之發泡性顆粒之擠出式製造方法，係具有(a)將發泡劑調配聚合物在保持於該發泡性聚合物之玻璃轉移溫度(以下，簡稱為Tg)以上之高溫之水浴或流體浴中，通過模頭擠出之步驟、(b)在保持於上述發泡性聚合物之Tg值以上高溫之水浴或流體浴中，在模頭出口將聚合物隨即切斷，作成顆粒之步驟，以及(c)將該顆粒於上述發泡性聚合物之Tg值以下之溫度冷卻之步驟。該擠出式製造方法在上述連續步驟，顆粒之冷卻至少以慢於每分鐘3℃之冷卻速度從Tg+5℃慢慢冷卻至Tg-5℃，又，聚合物顆粒之切斷及顆粒之冷卻在2bar以上之壓力下進行。
於專利文獻2揭示一種發泡性熱可塑性樹脂粒子之製法，係將熱可塑性樹脂與發泡劑溶融混練，接著從模頭之擠出孔在發泡性熱可塑性樹脂粒子之Tg+5℃以上之加熱加壓液中擠出，隨即切斷所獲得之粒子在加熱加壓液中，保持在同溫度以上，緩和該粒子內之殘留應力，接著進行冷卻。
於專利文獻3揭示一種發泡性熱可塑性樹脂粒子之製造方法，係具有：將熱可塑性樹脂(A)及發泡劑(B)溶融混練之步驟(步驟1)；所獲得之溶融混練物從模頭之擠出孔，在熱可塑性樹脂(A)及發泡劑(B)之溶融混練物不會發泡之溫度/壓力中進行加熱/加壓之加熱加壓液中擠出後，隨即切斷之步驟(步驟2)；所獲得之粒子(發泡性熱可塑性樹脂)在常壓冷卻至不會發泡之溫度之步驟(步驟3)；在用差示熱分析裝置(DSC)測定發泡性熱可塑性樹脂時，在40至120℃區域出現之兩個吸熱高峰中，將低溫側之高峰溫度作為T1時之30至(T1+15)℃之溫度範圍加熱，在常壓之液中將上述粒子進行熟成處理之步驟(步驟4)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特公平5-59138號公報
[專利文獻2]日本特開平6-32932號公報
[專利文獻3]日本特開平7-314438號公報
惟，於專利文獻1之製造方法，在將從模頭擠出之樹脂切斷並顆粒化時，由於是在保持於發泡性聚合物之Tg值以上高溫之加熱加壓液中進行前述擠出及切斷，因此，所獲得之粒子之間變得容易融接，多數個粒子彼此結合，成為塊狀不良品之發生率高。
於專利文獻2之製造方法為將隨即切斷所獲得之粒子在加熱加壓液中，保持在Tg+5℃以上，緩和該粒子內之殘留應力，接著，冷卻而製造發泡性熱可塑性樹脂粒子。惟，以專利文獻2的實施例所記載之製造條件製造發泡性熱可塑性樹脂粒子時，切斷所獲得之粒子彼此變得容易融接，多數個粒子彼此結合，成為塊狀不良品之發生率高。又，將該製造方法獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱，使其預備發泡時，所獲得之預備發泡粒子平均氣泡徑容易變大。若平均氣泡徑變大，則有可能該預備發泡粒子進行模具內發泡成形所獲得之發泡成形體之機械強度降低，熱傳導率變高，隔熱性能惡化。
於專利文獻3之製造方法為用於獲得大粒子徑(氣泡徑)之預備發泡粒子之方法。惟，預備發泡粒子氣泡構造之粒子徑若變大，則有可能該預備發泡粒子進行模具內發泡成形所獲得之發泡成形體之機械強度降低，熱傳導率變高，隔熱性能惡化。
本發明以上述事情為鑑，以提供機械強度、隔熱性及緩衝性優越之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體及其製造方法、以及該製造所使用之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子及其製造方法為目的。
根據本發明之第1態樣，發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子為在聚苯乙烯系樹脂粒子中含有發泡劑之樹脂粒子，將上述樹脂粒子加熱，在發泡成體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。
於該情形，發泡成體積發泡倍數X倍時發泡粒子之內部平均氣泡徑D1 ’係以下述式(1)(式中，D1 表示換算成體積發泡倍數50倍之發泡粒子之內部平均氣泡徑(μm)，D1 ’表示在發泡成體積發泡倍數X倍時之發泡粒子之內部平均氣泡徑(μm))，換算成體積發泡倍數50倍之發泡粒子之內部平均氣泡徑D1 以滿足35μm≦D1 ≦140μm之關係者較佳。
[數1]
又，上述內部平均氣泡徑較好在40至120μm範圍內。
又，上述連續氣泡率較好在8%以下。
又，上述表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值較好在0.90至1.10之範圍內。
又，相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，較好含有5.0質量份以下之無機氣泡核劑。
又，上述無機氣泡核劑較好為滑石粉。
根據本發明之第2態樣，發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法，係具有：在樹脂供給裝置內，在聚苯乙烯系樹脂中添加發泡劑並混練，將含有發泡劑之溶融樹脂從設置於上述樹脂供給裝置前端之模具的小孔，在未達發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子的玻璃轉移溫度Tg之溫度之冷卻用液體中擠出，在擠出之同時將擠出物切斷，將擠出物經由與冷卻用液體接觸而冷卻固化，以獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之步驟；以及將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子的玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度加熱，以獲得上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之步驟。
此時，將上述擠出物切斷時之冷卻用液體之溫度較好在20至60℃範圍內。
又，相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，較好添加5.0質量份以下之無機氣泡核劑。
又，上述無機氣泡核劑較好為滑石粉。
又，本發明亦包含將上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱，進行預備發泡所獲得之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子。
又，本發明亦包含將上述聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內並加熱，進行模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體。
根據本發明之第3態樣，聚苯乙烯系樹脂發泡成形體係將聚苯乙烯系樹脂粒子中含有發泡劑之發泡性聚苯乙烯系樹脂加熱所獲得之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內並加熱，進行模具內發泡成形而獲得，將上述發泡性聚苯乙烯系樹脂加熱，在使其發泡成體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。
於該情形，發泡為體積發泡倍數X倍時之預備發泡粒子之內部平均氣泡徑D2 ’以下述式(2)(式中，D2 表示換算成體積發泡倍數50倍之發泡粒子之內部平均氣泡徑(μm)，D2 ’表示在發泡為體積發泡倍數X倍時之發泡粒子之內部平均氣泡徑(μm))，換算成體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子之內部平均氣泡徑D2 較好為滿足35μm≦D2 ≦140μm之關係者。
[數2]
又，上述內部平均氣泡徑較好在40至120μm範圍內。
又，上述連續氣泡率較好在8%以下。
又，上述表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值較好在0.90至1.10之範圍內。
又，相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，較好含有5.0質量份以下之無機氣泡核劑。
又，上述無機氣泡核劑較好為滑石粉。
根據本發明之第4態樣，聚苯乙烯系樹脂發泡成形體係將聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內，對成形模具進行蒸氣加熱，以進行模具內發泡成形而獲得者，在發泡倍數X倍之發泡成形時之狀態，具有：該發泡成形體中互相融接之發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 ’以下述式(3)(式中，D3 表示換算成發泡倍數50倍之發泡成形體中發泡粒子之內部平均氣泡徑(μm)，D3 ’表示在發泡成發泡倍數X倍時之發泡成形體中發泡粒子之內部平均氣泡徑(μm))，換算成發泡倍數50倍之發泡成形體中發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 滿足35μm≦D3 ≦140μm之關係，上述發泡粒子之表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且發泡成形體之連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。
[數3]
根據本發明之第5態樣，隔熱材為由上述聚苯乙烯系樹脂發泡成形體所形成者。
根據本發明之第6態樣，緩衝材為由上述聚苯乙烯系樹脂發泡成形體所形成者。
根據本發明之第7態樣，聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法，係包含：在樹脂供給裝置內，在聚苯乙烯系樹脂中添加發泡劑並混練，將含有發泡劑之溶融樹脂從設置於上述樹脂供給裝置前端之膜具的小孔，在未達發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg之溫度之冷卻用液體中擠出，在擠出之同時將擠出物切斷，將擠出物經由與冷卻用液體接觸而冷卻固化，獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之第1步驟；將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂在(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度加熱，獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之第2步驟；接著，將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱，製造具有以上述式(2)換算成體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子之內部平均氣泡徑D2 在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子之第3步驟；以及，接著將上述聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內並加熱，進行模具內發泡成形之第4步驟。
此時，將上述擠出物切斷時之冷卻用液體的溫度較好在20至60℃之範圍內。
又，相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，較好添加5.0質量份以下之無機氣泡核劑。
又，上述無機氣泡核劑較好為滑石粉。
又，於上述第4步驟，亦可將上述聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內並加熱，進行模具內發泡成形，以獲得隔熱材。
又，於上述第4步驟，亦可將上述聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內並加熱，進行模具內發泡成形，以獲得緩衝材。
根據本發明，發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，係在發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。因此，遍及發泡粒子全體形成比較小的均勻之獨立氣泡，將該發泡粒子在模具內發泡成形所獲得之發泡成形體，彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度、隔熱性及緩衝性優越。
根據本發明，發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法，係將經由熔融擠出法所獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度加熱，藉此獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之方法。因此，在將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱發泡時，遍及發泡粒子全體形成比較小的均勻之獨立氣泡。將該發泡粒子在模具內發泡成形，可有效率地製造用於製造彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度、隔熱性及緩衝性優越之發泡成形體之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子。
根據本發明，聚苯乙烯系樹脂發泡成形體係具有在發泡倍數X倍發泡成形時之狀態，該發泡成形體中互相融接之發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 ’以上述式(3)換算成發泡倍數50倍之發泡成形體中發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 滿足35μm≦D3 ≦140μm之關係，上述發泡粒子之表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且發泡成形體之連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。因此，遍及發泡成形體全體形成比較小的均勻之獨立氣泡，該發泡成形體之彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度、隔熱性及緩衝性優越。
(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子)
本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，係指在聚苯乙烯系樹脂粒子中含有發泡劑之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，在加熱使發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。又，上述發泡粒子之體積發泡倍數，係指根據後述之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子之體積發泡倍數測定方法所測定之體積發泡倍數。
於本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，加熱使發泡之發泡粒子之體積發泡倍數在50倍以外時，該發泡粒子之內部平均氣泡徑D1 ’以上述式(1)換算成體積發泡倍數50倍，該內部平均氣泡徑D1 滿足35μm≦D1 ≦140μm之關係。該等與本發明相關之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子及聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之氣泡構造相同。
加熱本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，在發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，較好在40至120μm之範圍內。上述內部平均氣泡徑若未達35μm時，則進行模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，由於連續氣泡率增加，獨立氣泡減少，因此彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。上述內部平均氣泡徑若超過140μm時，則會導致彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。
加熱本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，在發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內，較好在0.90至1.10之範圍內。該表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值若在上述範圍以外時，則導致進行模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。並且，本發明之「表層部平均氣泡徑」係指在將發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，在通過該中心將該發泡粒子切斷之斷面，從發泡粒子表面之深度在至發泡粒子直徑之1/4為止之區域定義為「表層部」，該表層部具有之氣泡之平均氣泡徑。又，「內部平均氣泡徑」係指比相同發泡粒子之上述表層部更深的區域(中心側之區域)定義為「內部」，該內部具有之氣泡之平均氣泡徑。
本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在加熱使發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，連續氣泡率在10%以下，較好在8%以下。上述連續氣泡率若超過10%時，則導致進行模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。
在本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子中，作為聚苯乙烯系樹脂並無特別限定，列舉例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯苯乙烯、乙基苯乙烯、異丙基苯乙烯、二甲基苯乙烯、溴苯乙烯等苯乙烯系單體之單獨聚合物或該等之共聚物等。又，以含有苯乙烯50質量%以上之聚苯乙烯系樹脂較佳，又以聚苯乙烯更佳。
此外，作為上述聚苯乙烯系樹脂，可為將上述苯乙烯單體作為主成分之上述苯乙烯系單體與可與該苯乙烯系單體共聚之乙烯基單體之共聚物。作為該等乙烯基單體，可列舉例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸十六烷基酯等(甲基)丙烯酸烷基酯；(甲基)丙烯腈、馬來酸二甲酯、富馬酸二甲酯、富馬酸二乙酯、富馬酸乙酯、二乙烯基苯、二甲基丙烯酸伸烷二醇酯等二官能性單體等。
又，只要主成分為聚苯乙烯系樹脂，亦可添加其他之樹脂。作為添加之樹脂者，例如用於提昇發泡成形體之耐衝擊性，可列舉如添加有聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯-丙烯-非共軛二烯三維共聚物等二烯系橡膠狀聚合物之橡膠改質聚苯乙烯系樹脂，所謂的高耐衝擊之聚苯乙烯(high impact polystyrene)。或可列舉如聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、丙烯酸系樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等。
作為原料之聚苯乙烯系樹脂，除了可使用市售之聚苯乙烯系樹脂、藉由懸濁聚合法等方法重新製作之聚苯乙烯系樹脂等非回收原料之聚苯乙烯系樹脂(非再利用聚苯乙烯)，同時亦可使用將用過的聚苯乙烯系樹脂發泡成形體進行再利用處理所獲得之回收原料。該回收原料為從將使用過之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，例如魚箱、家電緩衝材料、食品包裝用盤等回收，藉由檸檬烯溶解方式或加熱減容方式再利用回收之原料中適當選擇質量平均分子量Mw在12萬至40萬範圍之原料，亦可將質量平均分子量Mw不同之複數種的回收原料適當組合使用。
本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子中所使用之發泡劑並無特別限定。可使用例如丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、新戊烷、環戊烷等脂肪族烴；二甲醚、二乙醚等醚類；甲醇、乙醇等各種醇類；碳酸氣體、氮氣、水等。其中，較好為脂肪族烴。再者，更好為正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷單獨或該等之混合物。又以碳原子數5之烴之正戊烷、異戊烷、新戊烷、環戊烷、環戊二烯單獨或該等之混合物最佳。其中，以異戊烷與正戊烷之一者或兩者之混合物較佳。此外，亦包含將上述碳原子數為5之烴作為主體，沸點在20℃以上，碳原子數5之烴以外之發泡劑(例如正丁烷、異丁烷、丙烷、碳酸氣體等)。
相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，該發泡劑之添加量較好在2至15質量份之範圍，更好在3至8質量份之範圍，最好在4至7質量份之範圍。
該發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子中，相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，較好添加作為氣泡核劑之滑石粉、矽酸鈣、合成或天然產出之二氧化矽等無機微粉末(無機氣泡核劑)或化學發泡劑。該氣泡核劑最好為滑石粉。相對於熱可塑性樹脂100質量份，上述氣泡核劑之添加量較好在5質量份以下，更好在0.05至2.0質量份之範圍。上述化學發泡劑，可列舉例如偶氮二甲醯胺(azodicarbonamide)、N,N’-二亞硝基五亞甲基四胺、4,4’-氧基雙(苯磺醯基醯肼)、碳酸氫鈉等。
此外，上述氣泡核劑以使用將滑石粉等無機粉末或化學發泡劑在基底樹脂，較好在聚苯乙烯系樹脂中均勻分散之母料(masterbatch)型氣泡核劑較佳。經由使用該母料型氣泡核劑，在樹脂供給裝置內將聚苯乙烯系樹脂與氣泡核劑混合時，可將無機粉末或化學發泡劑在聚苯乙烯系樹脂中分散成非常均勻之狀態。
本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，除了上述發泡劑及氣泡核劑之外，在不損壞所獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子及發泡成形體之物性之範圍內，可添加黏合防止劑、氣泡調整劑、交聯劑、填充劑、阻燃劑、阻燃助劑、潤滑劑、著色劑等添加劑。
本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子為在發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。因此，遍及發泡粒子全體形成比較小的均勻之獨立氣泡，將該發泡粒子在模具內發泡成形所獲得之發泡成形體，係彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度、隔熱性及緩衝性優越。
(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法)
接著，參照圖式對本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法加以說明。
本發明發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法，係具有：在樹脂供給裝置內，在聚苯乙烯系樹脂中添加發泡劑並混練，將含有發泡劑之溶融樹脂從設置於樹脂供給裝置前端之模具的小孔，在未達發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg之溫度之冷卻用液體中擠出，在擠出之同時將擠出物切斷，將擠出物經由與冷卻用液體接觸而冷卻固化，獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之造粒步驟；以及將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂在(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度加熱，獲得本發明之上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之再加熱步驟。
(造粒步驟)
第1圖為在上述造粒步驟用於製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造裝置之一例之構成圖。
本例之製造裝置由具備：作為樹脂供給裝置之擠出機1；附設於擠出機1之前端，具有多數個小孔之模具2；在擠出機1內投入樹脂原料等之原料供給料斗3；在擠出機1內之溶融樹脂中通過發泡劑供給口5，將發泡劑壓入之高壓泵4；以使模具2的穿設有小孔之樹脂吐出面與冷卻水接觸的方式設置，並在室內循環供給冷卻水之切割室7；在切割室7內設置之可將從模具2之小孔擠出之樹脂切斷的可旋轉之切割器6；將從切割室7隨著冷卻水之流動搬運來之發泡性樹脂粒子與冷卻水分離並且脫水乾燥，以獲得發泡性樹脂粒子之附有固液分離功能之脫水乾燥機10；將附有固液分離功能之脫水乾燥機10所分離之冷卻水予以積存之水槽8；將該水槽8內之冷卻水送到切割室7之高壓泵9；將附有固液分離功能之脫水乾燥機10所脫水乾燥之發泡性樹脂粒子予以貯留之貯留容器11構成。
又，作為擠出機1者，可採用使用螺桿之擠出機或未使用螺桿之擠出機中之任何一種。使用螺桿之擠出機，可列舉例如單軸式擠出機、多軸式擠出機、彎曲式擠出機、串接式擠出機等。未使用螺桿之擠出機，可列舉例如活塞式擠出機、齒輪泵(gear pump)式擠出機等。任何一種擠出機均可使用靜態混合器。該等擠出機中，從生產性方面而言，較好為使用螺桿之擠出機。又，收納切割器6之切割室7亦可使用在藉由樹脂溶融擠出之造粒方法中所使用之以往周知者。
使用第1圖表示之製造裝置製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，首先秤量原料之聚苯乙烯系樹脂、氣泡核劑、必要時添加之阻燃劑等所期望之添加劑，從原料供給料斗3投入擠出機1中。原料之聚苯乙烯系樹脂可作成錠狀或顆粒狀，在事前先充分混合，從1個原料供給料斗投入，或亦可例如使用複數批量時，將各個批量從經調整供給量之複數個原料供給料斗投入原料，在擠出機內將該等混合。又，將複數批量之回收原料組合使用時，較好將複數批量之原料在事前先充分混合，經由磁氣篩選或過籂、比重篩選、送風篩選等適當之篩選方法除去異物。
在擠出機1內供給聚苯乙烯系樹脂、氣泡核劑、其他之任意添加劑後，將樹脂加熱溶融，一邊將該溶融樹脂移送到模具2，一邊從發泡劑供給口5藉由高壓泵4將發泡劑壓入，將發泡劑混合在溶融樹脂中。通過在擠出機1內必要時設置之異物除去用籂子，將溶融物一邊混練一邊向前端側移動，將添加發泡劑之溶融物從設置於擠出機1前端之模具2之小孔擠出。
模具2之穿設有小孔之樹脂吐出面係配置於在室內循環供給冷卻水之切割室7內。又，切割室7內設置有可將從模具2之小孔擠出之樹脂切斷之可旋轉之切割器6。若將添加完發泡劑之溶融物從設置於擠出機1前端之模具2之小孔擠出，則溶融物藉由切割器6切斷成粒狀，同時與冷卻水接觸而急速冷卻，而獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子。
獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子從切割室7伴隨冷卻水之流動，被搬運到附有固液分離功能之脫水乾燥機10。發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在附有固液分離功能之脫水乾燥機10與冷卻水分離之同時脫水乾燥。經乾燥之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子貯留於貯留容器11。
於本發明發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法中，上述冷卻水之溫度為未達發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg之溫度，較好在20至60℃之範圍。冷卻水之溫度若超過發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg，則發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子彼此變得容易融接，多數個粒子彼此結合，成為塊狀不良品之發生率變高。
冷卻水之溫度若未達20℃，則獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子不會球狀化，容易發生裂縫。
此外，上述冷卻水較好先加壓至0.5MPa以上。為將該冷卻水加壓，可藉由在上述冷卻水之循環流路中，將從高壓泵9之吐出側通過切割室7，到附有固液分離功能之脫水乾燥機10之入口側之部分作為加壓區域，提高高壓泵9之吐出壓力而施行。上述冷卻水之壓力較好在0.6至2.0MPa之範圍，更好在0.8至1.5MPa之範圍。
(再加熱步驟)
在上述造粒步驟獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂，接著，藉由在(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度加熱，作成本發明之上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子。
該再加熱步驟可在上述造粒步驟製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子後馬上連續實施，亦可在上述造粒步驟製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子後先貯藏，經過任意貯藏期間後取出，實施再加熱步驟。
該再加熱步驟例如在具有溫度調節功能之耐壓容器內放入熱介質，例如水，先在上述溫度範圍內之溫度加熱/保溫，藉由在該熱介質中投入以上述造粒步驟獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，可效率良好地進行。
上述再加熱步驟之加熱溫度只要是(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度即可。具體而言，在後述之實施例使用之Tg為61℃之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子時，將加熱溫度設定在56℃以上。雖然加熱溫度亦可在150℃以上，惟，從樹脂粒子彼此之融接變少之觀點而言，較好將150℃左右作為上限。此時之加熱溫度更好設定在60至90℃之範圍。該加熱溫度若未達(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃，則將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱發泡所獲得之發泡粒子內之氣泡不會變細，將該發泡粒子進行模具內發泡成形所獲得之發泡成形體之機械強度有可能會降低。
上述再加熱步驟之壓力在1.5MPa以下，較好在0.1至1.0MPa之範圍，更好在0.1至0.5MPa之範圍。該壓力若超過1.5MPa，則獲得之發泡成形體之機械強度有可能會降低。再者，為了提昇再加熱步驟使用之耐壓容器之耐壓性能，容器必需要厚，耐壓容器之質量變重，因而不佳。
上述再加熱步驟之加熱處理時間並無特別限制，較好設定為1至10分鐘左右，更好為1至5分鐘左右。該加熱處理時間若短，則無法獲得充分改善在造粒步驟獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之氣泡構造，並提昇發泡成形體機械強度之效果。另一方面，加熱處理時間若長，則發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造效率降低，成本增加，因而不佳。
完成該再加熱步驟之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子藉由添加表面改質劑等添加劑、乾燥處理等必要之後處理後，利用於製造聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子。
本明發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法為將藉由溶融擠出法獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度加熱，獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之方法。因此，在將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱發泡時，遍及發泡粒子全體形成比較小的均勻之獨立氣泡。將該發泡粒子在模具內發泡成形，可效率佳地用於製造彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度、隔熱性及緩衝性優越之發泡成形體之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子。
(聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子及聚苯乙烯系樹脂發泡成形體)
本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子使用在發泡樹脂成形體之製造領域周知之裝置及方法，藉由水蒸氣加熱等加熱使預備發泡，作成本發明之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子(以下，稱為預備發泡粒子)。將該預備發泡粒子預備發泡成與應製造之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體(以下，稱為發泡成形體)之密度相同之體積密度。於本發明，其體積密度及體積發泡倍數並無限定，通常在0.010至0.100g/cm3 之範圍內(體積發泡倍數在10至100倍之範圍內)，較好在0.015至0.050g/cm3 之範圍內。
並且，於本發明中預備發泡粒子之體積密度及體積發泡倍數係指以JIS K6911：1995年「熱硬化性塑膠一般試驗方法」為基準所測定之值。
＜預備發泡粒子之體積密度＞
在量筒內填充預備發泡粒子至500cm3 刻度為止。惟，從水平方向目視量筒，預備發泡粒子只要有一粒達到500cm3 刻度即表示填充完成。接著，秤量填充於量筒內之預備發泡粒子之質量至小數點以下2位之有效數字，其質量為W(g)。根據下述公式算出預備發泡粒子之體積密度。
體積密度(g/cm3 )=W/500
＜預備發泡粒子之體積發泡倍數＞
此外，預備發泡粒子之體積發泡倍數為根據下述之公式算出之數值。
體積發泡倍數=1/體積密度(g/cm3 )
上述預備發泡粒子使用在發泡樹脂成形體之製造領域周知之裝置及方法，將該預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內，藉由水蒸氣加熱等加熱，在模具內發泡成形，製造發泡成形體。
本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體為在發泡成形為發泡倍數X倍時之狀態，具有該發泡成形體中融接之發泡粒子內部平均氣泡徑D3 ’以上述式(3)換算成發泡倍數50倍時，其發泡成形體中發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 滿足35μm≦D3 ≦140μm之關係，上述發泡粒子之表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且發泡成形體之連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。
本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體在發泡成形為發泡倍數X倍時之狀態，該發泡成形體中融接之發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 ’以上述式(3)換算成發泡倍數50倍時，其發泡成形體中發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 滿足35μm≦D3 ≦140μm之關係。上述內部平均氣泡徑D3 若未達35μm時，則進行模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體由於連續氣泡率增加，獨立氣泡減少，會導致彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。上述內部平均氣泡徑D3 若超過140μm時，則會導致彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。D3 之範圍較好為40μm≦D3 ≦120μm，更好為45μm≦D3 ≦115μm。
本發明之苯乙烯系樹脂發泡成形體係上述發泡粒子之表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內。該表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值若在上述範圍外，則會導致在模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。較佳之範圍為0.90至1.10，更好之範圍為0.93至1.06。
本發明之苯乙烯系樹脂發泡成形體係發泡成形體之連續氣泡率在10%以下，較好在8%以下。上述連續氣泡率若超過10%，則會導致在模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。
本發明發泡成形體之密度並無特別限定，通常在0.010至0.100g/cm3 (體積發泡倍數為10至100倍)之範圍內，較好在0.015至0.050g/cm3 之範圍內。
於本發明中，發泡成形體之密度係指以JIS K7122：1999「發泡塑膠及橡膠-外觀密度之測定」記載的方法所測定之發泡成形體密度。
＜發泡成形體之密度＞
將50cm3 以上(半硬質及軟質材料時為100cm3 以上)之試驗片以不改變材料原本粒子構造的方式切斷，測定其質量，根據下述公式算出密度。
密度(g/cm3 )=試驗片質量(g)/試驗片體積(cm3 )
測定用試驗片為從成形後經過72小時以上之試料切取，在23℃±2℃×50%±5%或27℃±2℃×65%±5%之大氣條件(溫度及濕度之條件)放置16小時以上之試驗片。
＜發泡成形體之發泡倍數＞
此外，發泡成形體之發泡倍數為根據下述公式算出之數值。
發泡倍數=1/密度(g/cm3 )
本發明之發泡成形體由於是使用上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子製造，所以與未實施上述再加熱步驟之以往品相比，彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度、隔熱性及緩衝性優越。
並且，可使用本發明之發泡成形體製造隔熱材或緩衝材。藉由使用本發明之發泡成形體，可製造具有優越隔熱性之隔熱材或具有優越緩衝性之緩衝材。
(聚苯乙烯系樹脂發泡成形體、隔熱材及緩衝材)
本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體由將在聚苯乙烯系樹脂粒子中含有發泡劑之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱獲得之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內加熱，進行模具內發泡成形而獲得。又，本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體在將上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱，在使發泡為體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。又，上述預備發泡粒子之體積發泡倍數係指根據後述之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子之體積發泡倍數測定方法所測定之體積發泡倍數。
於上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，加熱使發泡之預備發泡粒子之體積發泡倍數在50倍以外時，該預備發泡粒子之內部平均氣泡徑D2 ’以上述式(2)換算成體積發泡倍數50倍，該內部平均氣泡徑D2 較好滿足35μm≦D2 ≦140μm之關係，該關係在由將該預備發泡粒子在模具內發泡成型所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體所形成之隔熱材或緩衝材之氣泡構造亦相同。
於上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，在加熱使發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，較好在40至120μm之範圍內。上述內部平均氣徑若未達35μm，則進行模具內發泡成形獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，由於連續氣泡率增加，獨立氣泡減少，會導致彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。上述內部平均氣泡徑若超過140μm，則會導致彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。
上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在加熱使發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內，較好在0.90至1.10之範圍內。該表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值若在上述範圍以外，則會導致進行模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。並且，本發明中「表層部平均氣泡徑」係指在將發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子發泡為體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子狀態，在通過該中心將該預備發泡粒子切斷之斷面，從預備發泡粒子表面之深度為至發泡粒子直徑之1/4為止之區域定義為「表層部」，在該表層部具有之氣泡之平均氣泡徑。又，「內部平均氣泡徑」係指將比相同預備發泡粒子之上述表層部更深的區域(中心側之區域)定義為「內部」，在該內部具有之氣泡之平均氣泡徑。
上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在加熱使發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，連續氣泡率在10%以下，較好在8%以下。
上述連續氣泡率若超過10%，則會導致進行模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。
於上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，聚苯乙烯系樹脂並無特別限定，可列舉例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯苯乙烯、乙基苯乙烯、異丙基苯乙烯、二甲基苯乙烯、溴苯乙烯等苯乙烯系單體之單獨聚合物或該等之共聚物等。又，以含有苯乙烯50質量%以上之聚苯乙烯系樹脂較佳，又以聚苯乙烯更佳。
此外，上述聚苯乙烯系樹脂可為將上述苯乙烯單體作為主成分之上述苯乙烯系單體及可與該苯乙烯系單體共聚之乙烯基單體之共聚物。該等乙烯基單體可列舉例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸十六烷酯等(甲基)丙烯酸烷酯、(甲基)丙烯腈、馬來酸二甲酯、富馬酸二甲酯、富馬酸二乙酯、富馬酸乙酯、二乙烯基苯、二甲基丙烯酸伸烷二醇酯等二官能性單體等。
又，只要主成分為聚苯乙烯系樹脂，亦可添加其他之樹脂。添加之樹脂可列舉例如用於提昇發泡成形體之耐衝擊性，添加聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯-丙烯-非共軛二烯三維共聚物等二烯系橡膠狀聚合物之橡膠改質聚苯乙烯系樹脂，所謂高耐衝擊之聚苯乙烯。或可列舉如聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、丙烯酸系樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等。
作為原料之聚苯乙烯系樹脂，除了可使用市售之聚苯乙烯系樹脂、藉由懸濁聚合法等方法重新製作之聚苯乙烯系樹脂等非回收原料之聚苯乙烯系樹脂(非再利用聚苯乙烯)，同時亦可使用將用過的聚苯乙烯系樹脂發泡成形體進行再利用處理所獲得之回收原料。該回收原料為從將使用過之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，例如魚箱、家電隔熱材、食品包裝用盤等回收，經由檸檬烯溶解方式或加熱減容方式再利用回收之原料中適當選擇質量平均分子量Mw在12萬至40萬範圍之原料，亦可將質量平均分子量Mw不同之複數種的回收原料適當組合使用。
上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子中所使用之發泡劑並無特別限定。可使用例如丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、新戊烷、環戊烷等脂肪族烴；二甲醚、二乙醚等醚類；甲醇、乙醇等各種醇類；碳酸氣體、氮氣、水等。其中，較好為脂肪族烴。再者，更好為正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷單獨或該等之混合物。又以碳原子數為5之烴之正戊烷、異戊烷、新戊烷、環戊烷、環戊二烯單獨或該等之混合物最佳。其中，以異戊烷與正戊烷之一者或兩者之混合物較佳。此外，亦包含將上述碳原子數為5之烴作為主體，沸點在20℃以上，碳原子數為5之烴以外之發泡劑(例如正丁烷、異丁烷、丙烷、碳酸氣體等)。
相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，該發泡劑之添加量較好在2至15質量份之範圍，更好在3至8質量份之範圍，最好在4至7質量份之範圍。
上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子中，相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，較好添加作為氣泡核劑之滑石粉、矽酸鈣、合成或天然產出之二氧化矽等無機微粉末(無機氣泡核劑)或化學發泡劑。作為該氣泡核劑最好為滑石粉。相對於熱可塑性樹脂100質量份，上述氣泡核劑之添加量較好在5質量份以下，更好在0.05至2.0質量份之範圍。上述化學發泡劑，可列舉例如偶氮二甲醯胺、N,N’-二亞硝基五亞甲基四胺、4,4’-氧基雙(苯磺醯基醯肼)、碳酸氫鈉等。
此外，上述氣泡核劑以使用將滑石粉等無機粉末或化學發泡劑在基底樹脂，較好在聚苯乙烯系樹脂中均勻分散之母料型氣泡核劑較隹。經由使用該母料型氣泡核劑，在樹脂供給裝置內將聚苯乙烯系樹脂與氣泡核劑混合時，可將無機粉末或化學發泡劑在聚苯乙烯系樹脂中分成散非常均勻之狀態。
上述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，除了上述發泡劑及氣泡核劑之外，在不損壞所獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子及發泡成形體之物性之範圍內，可添加黏合防止劑、氣泡調整劑、交聯劑、填充劑、阻燃劑、阻燃助劑、潤滑劑、著色劑等添加劑。
本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體由在將發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱使發泡為體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造之預備發泡粒子在模具內發泡成形而獲得。因此，預備發泡粒子全體形成比較小的均勻之獨立氣泡，將該預備發泡粒子在模具內發泡成形所獲得之發泡成形體，其彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度；隔熱性及緩衝性優越。
又，亦可使用本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體製造隔熱材或緩衝材。藉由使用本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，可製造具有優越隔熱性之隔熱材或具有優越緩衝性之緩衝材。
(聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法)
接著，參照圖式對本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法加以說明。
本發明聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法，係包含：在樹脂供給裝置內，在聚苯乙烯系樹脂中添加發泡劑並混練，將含有發泡劑之溶融樹脂從設置於樹脂供給裝置前端之模具的小孔，在未達發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg之溫度之冷卻用液體中擠出，在擠出之同時將擠出物切斷，將擠出物經由與冷卻用液體接觸而冷卻固化，獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之造粒步驟(第1步驟)；將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂在(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度加熱，獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之再加熱步驟(第2步驟)；接著，將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱，製造具有以上述式(2)換算成體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子之內部平均氣泡徑D2 在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子之預備發泡步驟(第3步驟)；以及，接著將上述聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內，加熱進行模具內發泡成形之成形步驟(第4步驟)。
(造粒步驟)
第1圖為在上述造粒步驟用於製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造裝置之一例之構成圖。
本實施形態之製造裝置具備：作為樹脂供給裝置之擠出機1；附設於擠出機1之前端，具有多數個小孔之模具2；在擠出機1內投入樹脂原料等之原料供給料斗3；在擠出機1內，通過發泡劑供給口5將發泡劑壓入溶融樹脂中之高壓泵4；以使模具2的穿設有小孔之樹脂吐出面與冷卻水接觸設置的方式，在室內循環供給冷卻水之切割室7；在切割室7內設置之可將從模具2之小孔擠出之樹脂切斷的可旋轉之切割器6；將從切割室7隨著冷卻水之流動被搬運之發泡性樹脂粒子與冷卻水分離並且脫水乾燥，獲得發泡性樹脂粒子之附有固液分離功能之脫水乾燥機10；將藉由附有固液分離功能之脫水乾燥機10所分離之冷卻水予以積存之水槽8；將該水槽8內之冷卻水送到切割室7之高壓泵9；將藉由附有固液分離功能之脫水乾燥機10所脫水乾燥之發泡性樹脂粒子予以貯留之貯留容器11。
又，作為擠出機1者，可採用使用螺桿之擠出機或未使用螺桿之擠出機中之任何一種。使用螺桿之擠壓機可列舉例如單軸式擠出機、多軸式擠出機、彎曲式擠出機、串接式擠出機等。未使用螺桿之擠出機，可列舉例如活塞式擠出機、齒輪泵式擠出機等。任何一種擠出機均可使用靜態混合器。該等擠出機中，從生產性方面而言，較好為使用螺桿之擠出機。又，收納切割器6之切割室7亦可使用在藉由樹脂溶融擠出之造粒方法中所使用之以往周知者。
使用第1圖表示之製造裝置製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，首先秤量原料之聚苯乙烯系樹脂、氣泡核劑、必要時添加之阻燃劑等所期望之添加劑，從原料供給料斗3投入擠出機1中。原料之聚苯乙烯系樹脂可作成錠狀或顆粒狀，在事前先充分混合，從1個原料供給料斗投入，或亦可例如使用複數批量時，將各個批量從經調整供給量之複數個原料供給料斗投入原料，在擠出機內將該等混合。又，將複數批量之回收原料組合使用時，較好將複數批量之原料在事前先充分混合，經由磁氣篩選或過籂、比重篩選、送風篩選等適當之篩選方法除去異物。
在擠出機1內供給聚苯乙烯系樹脂、氣泡核劑、其他之任意添加劑後，將樹脂加熱溶融，一邊將該溶融樹脂移送到模具2，一邊從發泡劑供給口5藉由高壓泵4將發泡劑壓入，將發泡劑混合在溶融樹脂中。通過在擠出機1內必要時設置之異物除去用籂子，將溶融物一邊混練一邊向前端側移動，將添加發泡劑之溶融物從設置於擠出機1前端之模具2之小孔擠出。
穿設模具2之小孔之樹脂吐出面配置於在室內循環供給冷卻水之切割室7內。又，切割室7內設置可將從模具2之小孔擠出之樹脂切斷，可旋轉之切割器6。若將添加完發泡劑之溶融物從設置於擠壓機1前端之模具2之小孔擠出，則溶融物藉由切割器6切斷成粒狀，同時與冷卻水接觸而急速冷卻，獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子。
獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子從切割室7伴隨冷卻水之流動，搬運到附有固液分離功能之脫水乾燥機10。發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在附有固液分離功能之脫水乾燥機10與冷卻水分離之同時脫水乾燥。經乾燥之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子貯留於貯留容器11。
於上述造粒步驟，上述冷卻水之溫度為未達發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg之溫度，較好在20至60℃之範圍。冷卻水之溫度若超過發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg，則發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子彼此變得容易融接，多數個粒子彼此結合，成為塊狀不良品之發生率高。冷卻水之度若未達20℃，則獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子不會球狀化，容易發生裂縫。
此外，上述冷卻水較好先加壓至0.5MPa以上。將該冷卻水加壓可藉由在上述冷卻水之循環流路中，將從高壓泵9之吐出側通過切割室7，到附有固液分離功能之脫水乾燥機10之入口側之部分作為加壓區域，提高高壓泵9之吐出壓力而施行。上述冷卻水之壓力較好在0.6至2.0MPa之範圍，更好在0.8至1.5MPa之範圍。
(再加熱步驟)
在上述造粒步驟獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂，接著，藉由在(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度加熱，作成本發明之上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子。
該再加熱步驟可在上述造粒步驟製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子後馬上連續實施，亦可在上述造粒步驟製造發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子後先貯藏，經過任意貯藏期間後取出，實施再加熱步驟。
該再加熱步驟例如在具有溫度調節功能之耐壓容器內放入熱介質，例如水，先在上述溫度範圍內之溫度加熱/保溫，藉由在該熱介質中投入以上述造粒步驟獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，可效率良好地進行。
上述再加熱步驟之加熱溫度只要是(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度即可。具體而言，在後述之實施例使用之Tg為61℃之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子時，將加熱溫度設定在56℃以上。雖然加熱溫度亦可在150℃以上，惟，從樹脂粒子彼此之融接變少之觀點而言，較好將150℃左右作為上限。此時之加熱溫度更好設定在60至90℃之範圍。該加熱溫度若未達(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃，則將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱發泡所獲得之發泡粒子內之氣泡不會變細，將該發泡粒子進行模具內發泡成形所獲得之發泡成形體之機械強度有可能會降低。
上述再加熱步驟之壓力在1.5MPa以下，較好在0.1至1.0MPa之範圍，更好在0.1至0.5MPa之範圍。該壓力若超過1.5MPa，則獲得之發泡成形體之機械強度有可能會降低。再者，為了提昇再加熱步驟使用之耐壓容器之耐壓性能，容器必需要厚，耐壓容器之質量變重，因而不佳。
上述再加熱步驟之加熱處理時間並無特別限制，較好為1至10分鐘左右，更好為1至5分鐘左右。該加熱處理時間若短，則無法獲得充分改善在造粒步驟獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之氣泡構造，並提昇發泡成形體機械強度之效果。另一方面，加熱處理時間若長，則發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造效率降低，成本增加，因而不佳。
完成該再加熱步驟之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子藉由添加表面改質劑等添加劑、乾燥處理等必要之後處理後，經由聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子，利用於製造聚苯乙烯系樹脂發泡成形體。
(預備發泡步驟)
再加熱處理所獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，係使用在發泡樹脂成形體之製造領域周知之裝置及方法，藉由水蒸氣加熱等加熱使預備發泡，作成聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子(以下，稱為預備發泡粒子)。將該預備發泡粒子預備發泡成與應製造之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之密度為相同之體積密度。於本發明，其體積密度及體積發泡倍數並無限定，通常在0.010至0.100g/cm3 之範圍內(體積發泡倍數在10至100倍之範圍內)，較好在0.015至0.050g/cm3 之範圍內。
並且，於本發明中預備發泡粒子之體積密度及體積發泡倍數係指以JIS K6911：1995年「熱硬化性塑膠一般試驗方法」為基準所測定之值。
＜預備發泡粒子之體積密度＞
在量筒內填充預備發泡粒子至500cm3 刻度為止。惟，從水平方向目視量筒，預備發泡粒子只要有一粒達到500cm3 刻度即表示填充完成。接著，秤量填充於量筒內之預備發泡粒子之質量至小數點以下2位之有效數字，其質量為W(g)。根據下述公式算出預備發泡粒子之體積密度。
體積密度(g/cm3 )=W/500
＜預備發泡粒子之體積發泡倍數＞
此外，預備發泡粒子之體積發泡倍數為根據下述之公式算出之數值。
體積發泡倍數=1/體積密度(g/cm3 )
使用在發泡樹脂成形體之製造領域周知之裝置及方法，將上述預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內，藉由水蒸氣加熱等加熱，在模具內發泡成形，獲得作為聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之隔熱材或緩衝材。
本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體為在發泡成形為發泡倍數X倍時之狀態，具有該發泡成形體中融接之發泡粒子內部平均氣泡徑D3 ’以上述式(3)換算成發泡倍數50倍時，其發泡成形體中發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 滿足35μm≦D3 ≦140μm之關係，上述發泡粒子之表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且發泡成形體之連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。
本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體在發泡成形為發泡倍數X倍時之狀態，該發泡成形體中融接之發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 ’以上述式(3)換算成發泡倍數50倍時，其發泡成形體中發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 滿足35μm≦D3 ≦140μm之關係。上述內部平均氣泡徑D3 若未達35μm時，則進行模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體由於連續氣泡率增加，獨立氣泡減少，會導致彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。上述內部平均氣泡徑D3 若超過140μm時，則會導致彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。D3 之範圍較好為40μm≦D3 ≦120μm，更好為45μm≦D3 ≦115μm。
本發明之苯乙烯系樹脂發泡成形體，係上述發泡粒子之表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內。該表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值若在上述範圍外，則會導致在模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。
較佳之範圍為0.90至1.10，更好之範圍為0.93至1.06。
本發明之苯乙烯系樹脂發泡成形體，係發泡成形體之連續氣泡率在10%以下，較好在8%以下。上述連續氣泡率若超過10%，則會導致在模具內發泡成形所獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度降低。
本發明發泡成形體之密度並無特別限定，通常在0.010至0.100g/cm3 (體積發泡倍數為10至100倍)之範圍內，較好在0.015至0.050g/cm3 之範圍內。
於本發明，聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之密度係指以JIS K7122：1999「發泡塑膠及橡膠-外觀密度之測定」記載的方法所測定之發泡成形體密度。
＜發泡成形體之密度＞
將50cm3 以上(為半硬質及軟質材料時為100cm3 以上)之試驗片以不改變材料原本粒子構造的方式切斷，測定其質量，根據下述公式算出密度。
密度(g/cm3 )=試驗片質量(g)/試驗片體積(cm3 )
測定用試驗片為從成形後經過72小時以上之試料切取，在23℃±2℃×50%±5%或27℃±2℃×65%±5%之大氣條件(溫度及濕度之條件)放置16小時以上之試驗片。
＜發泡成形體之發泡倍數＞
此外，發泡成形體之發泡倍數為根據下述公式算出之數值。
發泡倍數=1/密度(g/cm3 )
製造本發明聚苯乙烯樹脂發泡成形體之方法係將藉由熔融擠出法所獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5)℃以上之溫度且在壓力0.5MPa以下之壓力進行加熱處理，藉此獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之方法。因此，在加熱發泡時，遍及發泡粒子全體形成比較小的均勻之獨立氣泡。將該發泡粒子在模具內發泡成形，可效率佳地製造用於製造彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度、隔熱性及緩衝性優越之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體、隔熱材或緩衝材。
[實施例]
[實施例1]
(發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造)
作為基材樹脂者，係相對於聚苯乙烯樹脂(Toyo Styrene公司製造，商品名「HRM-10N」)100質量份，將滑石粉母料(聚苯乙烯樹脂40質量%、滑石粉60質量%)0.5質量份預先混合者，以每小時160kg/小時之比例供給至口徑90mm之單軸擠出機內，將樹脂加熱溶融後，將作為發泡劑之相對於樹脂100質量份為6質量份之異戊烷從擠出機途中壓入。在擠出機內將樹脂及發泡劑混練，一邊將在擠出機前端之樹脂溫度冷卻為170℃，一邊通過藉由設置於擠出機之加熱器保持在290℃，具有200個直徑0.6mm、成型段長度3.0mm之噴嘴之造粒用模具，在溫度50℃，水壓1.5MPa之冷卻水循環之水中切割室內擠出，同時將在圓周方向具有10片刀刃之高速旋轉切割器密著於模具，以每分鐘3000轉旋轉將樹脂切斷，脫水乾燥，獲得球形之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子。所獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子未發生變形、長鬚等，平均粒徑為1.1mm。
接著，在用於進行再加熱處理，內容積為5.7公升，附有攪拌機之高壓鍋中放入上述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子2000g、蒸餾水2500g、十二烷基苯磺酸鈉0.5g，攪拌使分散。將該分散液藉由氮氣，於0.2MPa加壓，昇溫至80℃，保持3分鐘後進行冷卻、取出、洗淨、脫水、乾燥。
相對於所獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子100質量份，以聚乙二醇0.03質量份、硬脂酸鋅0.05質量份、硬脂酸單甘油酯0.05質量份、羥基硬脂酸單甘油酯0.05質量份將發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之表面全面均勻地包覆。
(發泡成形品之製造)
將如上所述所得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子(以下，亦稱為珠粒)供給至圓筒型批式預備發泡機，藉由吹入壓為0.05MPa之水蒸氣加熱發泡，獲得預備發泡粒子。獲得之預備發泡粒子體積密度為0.020g/cm3 (體積發泡倍數50倍)。
接著，將獲得之預備發泡粒子在室溫環境下放置24小時後，將預備發泡粒子填充於具有長400mm×寬300mm×高25mm之長方形模槽之成形模具內，以成形蒸氣壓0.08MPa(表壓)、模具加熱3秒，一面加熱10秒，另一面加熱3秒、兩面加熱10秒、水冷5秒、設定取出面壓為0.02MPa之條件進行成形。
關於上述珠粒、預備發泡粒子及發泡成形體，根據以下之測定法測定含有氣體量、發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之Tg、內部平均氣泡徑、表層部平均氣泡徑、連續氣泡率、彎曲強度、壓縮強度、隔熱性(熱傳導率)及落下試驗之各試驗項目。其結果記載於表1。
＜含有氣體量＞
關於上述珠粒，在加熱溫度145℃加熱2小時，測定減量，算出含有氣體量。
＜發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子Tg之測定＞
Tg之測定以JIS K7121之試驗方法為基準測定。具體而言，使用示差掃描熱量計裝置DSC6220型(SII NanoTechnology公司製造)，在測定容器中填充試料珠粒6.5mg，以氮氣氣體流量25ml/分鐘、20℃/分鐘之昇溫速度從30℃昇溫至200℃，將中間點玻璃轉移溫度作為玻璃轉移溫度。
＜預備發泡粒子內部平均氣泡徑之測定＞
預備發泡粒子之內部平均氣泡徑為以ASTM D2842-69之試驗方法為基準所測定者。具體而言，首先，藉由剃刀齒在通過預備發泡粒子中心附近之平面切斷，使用掃描型電子顯微鏡(JOEL公司製造，商品名「JSM-6360LV」)將切斷面放大15倍並拍攝。
接著，將拍攝的畫面印在A4用紙上，描繪內接於預備發泡粒子表層之第1圓(內接圓)。相對於該第1圓之直徑，描繪具有1/2之直徑(1/4之半徑)之第2同心圓，在第2圓內側之任意處描繪一條長60mm之直線，根據下述式，從存在於該直線上之氣泡數算出氣泡之平均弦長(t)。
平均弦長t=60/(氣泡數×照片之倍率)
又，描繪的直線儘可能以直線不與氣泡點接觸的方式貫通之狀態。此外，當一部分氣泡在直線點接觸時，該氣泡亦包含於氣泡數，再者，直線之兩端不貫通氣泡，成為位於氣泡內之狀態時，位於直線兩端部分之氣泡亦包含於氣泡數。
以算出之平均弦長t為基礎，根據下述公式，可算出平均氣泡徑。
平均氣泡徑(mm)D=t/0.616
在拍攝之畫像之任意5處以與上述相同之要領，算出平均氣泡徑，將該等平均氣泡徑之相加平均值作為預備發泡粒子之內部平氣泡徑。
＜預備發泡粒子之表層部平均氣泡徑＞
藉由剃刀齒在通過預備發泡粒子中心附近之平面切斷，使用掃描型電子顯微鏡(JOEL公司製造，商品名「JSM-6360LV」)將切斷面放大15倍並拍攝。
接著，將拍攝的畫面印在A4用紙上，描繪內接於預備發泡粒子表層之第1圓(內接圓)。相對於該第1圓之直徑，描繪具有1/2之直徑(1/4之半徑)之第2同心圓，從表層到此第2圓之間之任意處描繪一條長60mm之直線，從存在於該直線上之氣泡數將氣泡之平均弦長(t)與內部平均氣泡徑同樣地算出，作為表層部平均氣泡徑。
＜發泡成形體內部平均氣泡徑之測定＞
將發泡成形體用剃刀齒切斷，使用掃描型電子顯微鏡(JOEL公司製造，商品名「JSM-6360LV」)將該切斷面放大15倍並拍攝。
接著，將拍攝的畫面印在A4用紙上，描繪內接於存在於切斷面之經融接之發泡粒子粒界之第1圓(內接圓)。相對於該第1圓之直徑，描繪具有1/2之直徑(1/4之半徑)之第2同心圓，在該第2圓內側之任意處描繪一條長60mm之直線，從存在於該直線上之氣泡數將氣泡之平均弦長(t)與預備發泡粒子之內部平均氣泡徑同樣地算出，求得發泡成形品之內部平均氣泡徑。
＜發泡成形體之表層部平均氣泡徑之測定＞
將發泡成形體用剃刀齒切斷，使用掃描型電子顯微鏡(JOEL公司製造，商品名「JSM-6360LV」)將該切斷面放大15倍並拍攝。
接著，將拍攝的畫面印在A4用紙上，描繪內接於存在於切斷面之經融接之發泡粒子粒界之第1圓(內接圓)。相對於該第1圓之直徑，描繪具有1/2之直徑(1/4之半徑)之第2同心圓，在從粒界到該第2圓之間之任意處描繪一條長60mm之直線，從存在於該直線上之氣泡數將氣泡之平均弦長(t)與預備發泡粒子之內部平均氣泡徑同樣地算出，求得發泡成形品之表層部平均氣泡徑。
＜預備發泡粒子之連續氣泡率之測定＞
進行下述(1)至(3)之各試驗，求得預備發泡粒子之連續氣泡率(%)。
(1)預備發泡粒子之質量及體積測定
在空氣比較式比重計(東京科學公司製造1000型)之試料杯中預先測定放入約80%左右之預備發泡粒子之質量[預備發泡粒子質量A(g)]。
接著，將預備發泡粒子放入杯中，將該杯置於上述之比重計，藉由1-1/2-1氣壓法測定體積[預備發泡粒子之體積B(cm3 )]。
(2)測定預備發泡粒子之外觀體積
取出電子天秤(大和製衡公司製造HB3000)之計量皿，在將金網製之容器懸吊在所附的金屬零件上之狀態，將上述容器浸漬於水中，測定在水中的容器之質量[在水中之容器質量C(g)]。
接著，在同一容器放入上述(1)所測定之預備發泡粒子全部量，以同樣浸漬於水中之狀態，測定容器及預備發泡粒子之合計質量[在水中之合計質量D(g)]。
根據下述公式求得預備發泡粒子之外觀體積E(cm3 )。又，以水1g作為體積1cm3 換算。
E=A+(C-D)
(3)連續氣泡率
從上述(1)、(2)之結果，根據下述公式求得連續氣泡率[%]。
連續氣泡率(%)=(E-B)/E×100
＜發泡成形體之連續氣泡率之測定＞
關於發泡成形體，以ASTM D2856-87記載之測定方法為基準，測定連續氣泡率。亦即，在不具有6面共成形面等之表皮之切斷面將構成之試驗體(25mm之立方體)切出5個試料，用游標卡尺測定外觀體積，接著，用空氣比較式比重系(東京科學公司製造1000型)，藉由1-1/2-1氣壓法測定體積。
連續氣泡率(%)=(外觀之體積-以空氣比較式比重計測定之體積)/外觀體積×100
＜彎曲強度＞
從發泡成形體切出長300mm×寬75mm×厚度25mm之試驗片，該試驗片之彎曲試驗以JIS-A9511為基準進行，算出彎曲強度。
＜壓縮強度＞
從發泡成形體切出長50mm×寬50mm×厚度25mm之試驗片，該試驗片之壓縮試驗以JIS-A9511為基準進行，作為壓縮強度。
＜隔熱性(熱傳導率)＞
從聚苯乙烯系樹脂發泡成形體切出長200mm×寬200mm×厚度25mm之直方體形狀之試驗片。該試驗片之熱傳導率以JIS-A1412為基準，使用英弘精機公司製造之熱傳導率計(AUTO-Λ HC-072)，在測定溫度為23℃測定。
＜落下試驗＞
從聚苯乙烯系樹脂發泡成形體切出長215mm×寬40mm×厚度20mm之平面長方形狀之試驗片，以JIS K7211為基準，在以存在150mm之間隔所配設之一對支點間架設試驗片，落下198g之鋼球，以下述式為基準算出落球衝擊值，亦即，50%破壞高度。
落球衝擊值=H50=Hi-ΔH×(S/100-1/2)
惟，
H50：50%破壞高度(cm)、
Hi：100%破壞時之最低高度(cm)、
ΔH：使試驗片之高度升降時之高度間隔(cm)、
S：在各高度破壞之%之總計(%)。
[實施例2]
除了再加熱處理時之加熱溫度為150℃，壓力為0.5MPa以外，以與實施例1相同之方法製造發泡成形體，進行相同之測定。其結果表示於表1。
[實施例3]
除了再加熱處理時之加熱溫度為60℃以外，以與實施例1相同之方法製造發泡成形體，進行相同之測定。其結果表示於表1。
[實施例4]
除了再加熱處理時之加熱溫度為57℃以外，以與實施例1相同之方法製造發泡成形體，進行相同之測定。其結果表示於表1。
[實施例5]
除了使用相同量之丁烷作為發泡劑，再加熱處理時之壓力為0.5MPa以外，以與實施例1相同之方法製造發泡成形體，進行相同之測定。其結果表示於表1。
[比較例1]
除了再加熱處理時之加熱溫度為100℃以外，以與實施例1相同之方法製造發泡成形體，進行相同之測定。其結果表示於表1。
[比較例2]
除了水中切割室之冷卻水溫度為70℃，再加熱處理時之壓力為1.5MPa，再加熱處理時間為昇溫後加熱5分鐘以外，以與實施例1相同之方法製造發泡成形體，進行相同之測定。其結果表示於表1。
[比較例3]
除了未進再加熱處理以外，以與實施例1相同之方法製造發泡成形體，進行相同之測定。其結果表示於表1。
[比較例4]
除了再加熱處理時之加熱溫度為40℃以外，以與實施例1相同之方法製造發泡成形體，進行相同之測定。其結果表示於表1。
[比較例5]
除了再加熱處理時昇溫後之加熱時間為1分鐘以外，以與實施例1相同之方法製造發泡成形體，進行相同之測定。其結果表示於表1。
由表1記載之結果，本發明之實施例1至5獲得之發泡成形體在發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子的狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。又，在將發泡為體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子在模具內發泡成形所獲得之發泡成形體，連續氣泡率低且獨立氣泡多，與未進行再加熱處理之比較例3之發泡成形體相比，發泡成形體之彎曲強度及壓縮強度變高。
另一方面，比較例1之發泡成形體，由於連續氣泡率高且獨立氣泡少，所以發泡成形體之彎曲強度及壓縮強度低。
此外，比較例2之發泡成形體由於內部平均氣泡徑超過本發明之範圍，所以發泡成形體之彎曲強度及壓縮強度低。
此外，比較例3之發泡成形體由於未進行再加熱處理之結果，內部平均氣泡徑超過本發明之範圍，所以發泡成形體之彎曲強度及壓縮強度低。
此外，比較例4之發泡成形體由於在低溫進行再加熱處理之結果，內部平均氣泡徑超過本發明之範圍，所以發泡成形體之彎曲強度及壓縮強度低。
此外，比較例5之發泡成形體由於表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在本發明之範圍外，所以發泡成形體之彎曲強度及壓縮強度低。
[產業上利用之可能性]
本發明之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子可廣泛用於製造彎曲強度、壓縮強度、耐衝擊性等機械強度；隔熱性及緩衝性優越之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體。
此外，本發明之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體可廣泛用於隔熱材或緩衝材等各種用途。
1．．．擠出機(樹脂供給裝置)
2．．．模具
3．．．原料供給料斗
4．．．高壓泵
5．．．發泡劑供給口
6．．．切割器
7．．．切割室
8．．．水槽
9．．．高壓泵
10．．．固液分離功能之脫水乾燥機
11．．．貯留容器
第1圖為表示製造本發明發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子所使用之製造裝置之一例之構成圖。
1．．．擠出機(樹脂供給裝置)
2．．．模具
3．．．原料供給料斗
4．．．高壓泵
5．．．發泡劑供給口
6．．．切割器
7．．．切割室
8．．．水槽
9．．．高壓泵
10．．．固液分離功能之脫水乾燥機
11．．．貯留容器

Claims (31)

  1. 一種發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，係在聚苯乙烯系樹脂粒子中含有發泡劑之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，在將上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱使其發泡為體積發泡倍數50倍之發泡粒子狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，其中，使其發泡為體積發泡倍數X倍時發泡粒子之內部平均氣泡徑D1 ’以下述式(1)換算為體積發泡倍數50倍之發泡粒子之內部平均氣泡徑D1 係滿足35μm≦D1 ≦140μm之關係，[數1]
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，其中，上述內部平均氣泡徑在40至120μm範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，其中，上述連續氣泡率在8%以下。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，其中，上述表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.90至1.10範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，其中，相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，含有5.0質量份以下之無機氣泡核劑。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子，其中，上述無機氣泡核劑為滑石粉。
  8. 一種發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法，係具有：在樹脂供給裝置內，在聚苯乙烯系樹脂中添加發泡劑並加以混練，將含有發泡劑之溶融樹脂從設置於上述樹脂供給裝置前端之模具的小孔，在未達發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子的玻璃轉移溫度Tg之溫度之冷卻用液體中擠出，在擠出之同時將擠出物切斷，將擠出物經由與冷卻用液體接觸而冷卻固化，以獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之步驟；以及將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子的玻璃轉移溫度Tg-5℃以上之溫度加熱，以獲得如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之步驟。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法，其中，將上述擠出物切斷時之冷卻用液體之溫度在20至60℃範圍內。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法，其中，相對於聚苯乙烯系樹脂粒子100質量份，添加5.0質量份以下之無機氣泡核劑。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之製造方法，其中，上述無機氣泡核劑為滑石粉者。
  12. 一種聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子，係由將申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱，進行預備發泡而獲得。
  13. 一種聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，係由將申請專利範圍第12項所述之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內，將成形模具蒸氣加熱，進行模具內發泡成形而獲得。
  14. 一種聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，係將在聚苯乙烯系樹脂粒子中含有發泡劑之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱獲得之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內並加熱，進行模具內發泡成形獲得之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，將上述發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱而使其發泡成體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子狀態，具有內部平均氣泡徑在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，其中，使其發泡成體積發泡倍數X倍時之預備發泡粒子之內部平均氣泡徑D2 ’以下述式(2)換算成體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子之內部平均氣泡徑D2 係滿足35μm≦D2 ≦140μm之關係，[數2]
  16. 如申請專利範圍第14項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，其中，上述內部平均氣泡徑在40至120μm之範圍內。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，其中，上述連續氣泡率在8%以下。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，其中，上述表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.90至1.10之範圍內。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，其中，相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，含有5.0質量份以下之無機氣泡核劑。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，其中，上述無機氣泡核劑為滑石粉。
  21. 一種隔熱材，係由申請專利範圍第14項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體所形成者。
  22. 一種緩衝材，係由申請專利範圍第14項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體所形成者。
  23. 一種聚苯乙烯系樹脂發泡成形體，係將聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內，對成形模具進行蒸氣加熱，進行模具內發泡成形而獲得者，在發泡倍數X倍之發泡成形時之狀態，具有下述之氣泡構造：該發泡成形體中之相互融接之發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 ’以下述式(3)換算成發泡倍數50倍之上述發泡成形體中之發泡粒子之內部平均氣泡徑D3 係滿足35μm≦D3 ≦140μm之關係，上述發泡粒子之表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且發泡成形體之連續氣泡率在10%以下，[數3]
  24. 一種隔熱材，係由申請專利範圍第23項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體所形成者。
  25. 一種緩衝材，係由申請專利範圍第23項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體所形成者。
  26. 一種聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法，係包含：在樹脂供給裝置內，在聚苯乙烯系樹脂中添加發泡劑並混練，將含有發泡劑之溶融樹脂從設置於上述樹脂供給裝置前端之膜具的小孔，在未達發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg之溫度之冷卻用液體中擠出，在擠出之同時將擠出物切斷，將擠出物經由與冷卻用液體接觸而冷卻固化，以獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之第1步驟；將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子在發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之玻璃轉移溫度Tg-5℃以上之溫度加熱，獲得發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子之第2步驟；接著，將獲得之發泡性聚苯乙烯系樹脂粒子加熱，藉此製造具有以申請專利範圍第15項之上述式(2)換算成體積發泡倍數50倍之預備發泡粒子之內部平均氣泡徑D2 在35至140μm之範圍內，表層部平均氣泡徑/內部平均氣泡徑之值在0.80至1.20之範圍內且連續氣泡率在10%以下之氣泡構造之聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子之第3步驟；以及接著，將上述聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內並加熱，以進行模具內發泡成形之第4步驟。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法，其中，將上述擠出物切斷時之冷卻用液體溫度在20至60℃之範圍內。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法，其中，相對於聚苯乙烯系樹脂100質量份，添加5.0質量份以下之無機氣泡核劑。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法，其中，上述無機氣泡核劑為滑石粉。
  30. 如申請專利範圍第26項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法，其中，於上述第4步驟，將上述聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內並加熱，進行模具內發泡成形，藉此獲得隔熱材。
  31. 如申請專利範圍第26項所述之聚苯乙烯系樹脂發泡成形體之製造方法，其中，於上述第4步驟，將上述聚苯乙烯系樹脂預備發泡粒子填充於成形模具之模槽內並加熱，進行模具內發泡成形，藉此獲得緩衝材。
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