WO2021166623A1 - ポリアミド系樹脂発泡粒子、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体およびポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing polyamide-based resin foamed particles, a polyamide-based resin foamed particle molded product, and a polyamide-based resin foamed particle.
- Materials applied to vehicle parts are required to have high strength and high toughness. Further, from the viewpoint of reducing fuel cost, the material applied to vehicle parts is also required to be lightweight. In order to meet such demands, alternatives from metal to resin materials are being considered for materials applied to vehicle parts.
- Polyamide-based resins are known as resins that have high heat resistance among general resin materials and are also excellent in abrasion resistance, chemical resistance, and the like. The foamed molded product obtained by foaming the polyamide resin can be further reduced in weight while maintaining their excellent properties. Therefore, the polyamide-based resin foam molded product is expected to be applied to automobile parts and other applications.
- Patent Document 1 proposes an invention of polyamide-based prefoamed particles (hereinafter, also referred to as conventional particles 1). Further, in the same document, a method for obtaining the conventional particles 1 is described. Specifically, first, a dispersion medium such as polyamide resin particles, a volatile foaming agent, and water is placed in a closed container. Next, one end of the closed container is released while maintaining the temperature inside the closed container from a temperature 50 ° C. lower than the melting point of the polyamide resin particles to a temperature range 50 ° C. higher than the melting point. Then, the polyamide-based resin particles containing the foaming agent are taken out in a low-pressure atmosphere and foamed to obtain the conventional particles 1.
- a dispersion medium such as polyamide resin particles, a volatile foaming agent, and water is placed in a closed container.
- one end of the closed container is released while maintaining the temperature inside the closed container from a temperature 50 ° C. lower than the melting point of the polyamide resin particles to a temperature range 50
- the present invention has been made in view of the above background, and is a polyamide-based resin foamed particle having better moldability than the conventional one, a polyamide-based resin foamed particle molded product molded by using the above-mentioned polyamide-based resin foamed particle, and a polyamide-based resin foamed particle molded product.
- the present invention relates to the provision of a method for producing the above-mentioned polyamide-based resin foamed particles.
- the polyamide-based resin foamed particles of the present invention are polyamide-based resin foamed particles using the polyamide-based resin as a base resin, and the foamed particles are unique to the polyamide-based resin in the DSC curve obtained under the following condition 1.
- the polyamide-based resin foamed particle molded product of the present invention is obtained by in-mold molding of the polyamide-based resin foamed particles of the present invention.
- the method for producing a polyamide-based resin foamed particle of the present invention is the method for producing a polyamide-based resin foamed particle of the present invention, which comprises a dispersion step of dispersing the polyamide-based resin particle in an aqueous dispersion medium in a closed container and a polyamide-based resin.
- a polyamide resin containing the foaming agent in the foaming step which comprises a foaming step of discharging resin particles together with an aqueous dispersion medium from the closed container under a pressure lower than the pressure in the closed container to foam the resin particles.
- the temperature inside the closed container is adjusted to raise the temperature by 0.3 ° C. or higher and 1.5 ° C. or lower per 10 minutes.
- the polyamide-based resin foamed particles of the present invention are crystals in which a eigenpeak and a high-temperature peak having an apex temperature on the higher temperature side than the apex temperature of the eigenpeak appear in a DSC curve obtained under a predetermined condition (condition 1 above).
- a predetermined condition condition 1 above.
- the heat of fusion of the high temperature peak is 5 J / g or more and 50 J / g or less, a foamed particle molded product exhibiting good moldability can be provided.
- the polyamide-based resin foamed particles of the present invention having the high temperature peak have a coefficient of variation of 20% or less in the amount of heat of fusion of the high temperature peak.
- the polyamide-based resin foamed particles of the present invention are excellent in the uniformity of secondary foamability in in-mold molding and also in the uniformity of the fusion property between the particles. Therefore, the polyamide-based resin foamed particles of the present invention can provide a foamed particle molded product having more excellent moldability. Further, the foamed particle molded product obtained thereby is excellent in initial elasticity at the time of compression.
- the polyamide-based resin foamed particle molded product of the present invention which is the in-mold molded product of the above-mentioned polyamide-based resin foamed particles of the present invention, is excellent in initial elasticity at the time of compression.
- the method for producing the polyamide-based resin foamed particles of the present invention makes it possible to easily produce the above-mentioned polyamide-based resin foamed particles of the present invention.
- the polyamide-based resin foam particles of the present invention the method for producing polyamide-based resin foam particles (hereinafter, also referred to as the production method of the present invention), and the polyamide-based resin foam particle molded product (hereinafter, the foamed particle molded product of the present invention). Also referred to as) will be described in order.
- the respective descriptions can be referred to as appropriate.
- a preferable numerical range of the present invention may be indicated as appropriate. In this case, the preferred range, more preferred range, particularly preferred range for the upper and lower limits of the numerical range can be determined from all combinations of upper and lower limits.
- the present invention has been made after the properties peculiar to the polyamide resin have been sufficiently studied. That is, as described above, the polyamide-based resin is excellent in strength and heat resistance, and is expected to be applied to various fields as a raw material for foamed particle molded products.
- the utilization of polyamide-based resins is remarkably low compared to the general-purpose use of polypropylene-based resins and the like.
- One possible reason for this is that it is difficult to apply the technology related to foamed particle molded products using other resins to the polyamide-based resin due to the unique properties of the polyamide-based resin.
- polyamide-based resins are characterized by a slower crystallization rate during heating and higher water absorption.
- the present inventor has found that these characteristics make it difficult for a polyamide-based resin to obtain a better foamed particle molded product than a polypropylene-based resin. Then, after diligent studies, the present invention was completed. The details of the present invention will be described below.
- Polyamide-based resin foamed particles use a polyamide-based resin as a base resin, and in the DSC curve obtained under the following condition 1, the melting peak (unique peak) peculiar to the polyamide-based resin. It has a crystal structure in which a melting peak (high temperature peak) having a peak temperature on the higher temperature side than the peak temperature of the specific peak appears.
- Condition 1 Based on the heat flux differential scanning calorimetry method of JIS K7122-1987, polyamide-based resin foam particles are used as test pieces and heated and melted at a heating rate of 10 ° C./min from 30 ° C. to a temperature 30 ° C. higher than the end of the melting peak. , The above DSC curve is obtained.
- the test piece with the following state adjustment is used for the measurement of the DSC curve.
- the obtained polyamide-based resin foam particles are placed in an environment at a temperature of 60 ° C. for 24 hours or more, and then slowly cooled to room temperature (23 ° C.).
- the state is adjusted by allowing the slowly cooled polyamide-based resin foam particles to stand for 24 hours or more in an environment of a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50%.
- 1 mg to 3 mg of foamed particles whose state has been adjusted in this way are used.
- a plurality of foamed particles having a total mass of 1 mg to 3 mg may be used as they are for the measurement.
- the mass per foamed particle is 1 mg to 3 mg
- one foamed particle may be used as it is for the measurement.
- the mass per foamed particle exceeds 3 mg, one cut sample having a mass of 1 mg to 3 mg obtained by cutting one foamed particle may be used for the measurement.
- a high-sensitivity differential scanning calorimeter "EXSTAR DSC7020" manufactured by SII Nanotechnology
- the heat of fusion of the high temperature peak is in the range of 5 J / g or more and 50 J / g or less, and the coefficient of variation of the heat of fusion of the high temperature peak is adjusted to 20% or less.
- the polyamide-based resin foamed particles of the present invention having the above structure can provide a foamed particle molded product having good moldability.
- the polyamide-based resin foamed particles of the present invention are particularly excellent in the uniformity of secondary foamability and the uniformity of fusion property. Further, the polyamide-based resin foamed particles of the present invention can provide a foamed particle molded product having excellent initial elasticity at the time of compression.
- the secondary foaming means that the foamed particles are secondarily foamed when the manufactured foamed particles are used for in-mold molding.
- FIG. 1 shows the DSC curve obtained under condition 1 of the polyamide-based resin foamed particles according to the embodiment of the present invention.
- the polyamide-based resin foamed particles of the present invention have not only the intrinsic peak a but also the apex temperature of the intrinsic peak a as a melting peak in the DSC curve measured based on the heat flux differential scanning calorimetry.
- a high temperature peak b having an apex temperature on the high temperature side.
- the high temperature peak b may be two or more peaks within the range of condition 1.
- the amount of heat of fusion of the high temperature peak b is 5 J / g or more and 50 J / g or less.
- the total amount of heat of fusion of each of these peaks is adjusted to be 5 J / g or more and 50 J / g or less.
- Polyamide-based resin foamed particles having a high-temperature peak b showing the amount of heat of fusion in the above range are excellent in moldability when molded in a mold.
- the amount of heat of fusion is preferably 6 J / g or more, and more preferably 7 J / g or more.
- the amount of heat of fusion is preferably 25 J / g or less, and more preferably 20 J / g or less.
- the amount of heat of fusion (endothermic energy) of the high-temperature peak of the polyamide-based resin foam particles corresponds to, for example, the area of the high-temperature peak b having the apex temperature on the high-temperature side of the apex temperature of the intrinsic peak a in the DSC curve shown in FIG.
- the amount of heat of fusion (endothermic energy) of the high temperature peak can be obtained as follows. First, as shown in FIG. 1, a straight line connecting a point I at 150 ° C. on the DSC curve and a point II indicating the temperature at the end of the melting peak on the DSC curve is drawn.
- a straight line passing through point III on the DSC curve which is the valley between the natural peak a and the high temperature peak b, and a straight line perpendicular to the horizontal axis of the graph showing the temperature, and a straight line connecting the points I and II.
- the specific peak a is a melting peak specific to the polyamide resin.
- the high temperature peak b is a melting peak having an apex temperature on the higher temperature side than the apex temperature of the intrinsic peak a.
- the area surrounded by the straight line connecting the points IV and II, the straight line connecting the points III and IV, and the DSC curve connecting the points III and II (hatched part) obtained in this way is the heat absorption of the high temperature peak b.
- the high temperature peak b does not appear in the second DSC curve. However, the intrinsic peak a appears in both the first DSC curve and the second DSC curve.
- the amount of heat of fusion of the high-temperature peaks b means the total amount of heat of all the high-temperature peaks b.
- the temperature at the end of the melting peak on the DSC curve means the temperature at the end of the melting peak of the hottest peak b on the highest temperature side.
- the second DSC curve is obtained under condition 2 described later.
- the intrinsic peak is a melting peak due to the crystal structure peculiar to the polyamide resin used as a raw material for foamed particles.
- the high temperature peak is a melting peak caused by the secondary crystal formed by the thermal history until the resin particles are foamed to obtain the foamed particles.
- the difference between the apex temperature of the intrinsic peak and the apex temperature of the high temperature peak is preferably 10 ° C. or higher, more preferably 12 ° C. or higher, and further preferably 15 ° C. or higher.
- the difference between the apex temperature of the intrinsic peak and the apex temperature of the high temperature peak is preferably 40 ° C. or lower, more preferably 30 ° C. or lower, and further preferably 25 ° C.
- the difference between the apex temperature of the eigenpeake and the apex temperature of the high-temperature peak is the apex temperature of the high-temperature peak on the lowest temperature side and the apex of the eigenpeake. Compare with temperature.
- a polyamide-based resin having a characteristic crystal structure showing the above-mentioned fixed peaks and high-temperature peaks by appropriately setting heating conditions for the polyamide-based resin before foaming. Foamed particles can be produced.
- the second DSC curve can be obtained by the following method. First, based on the above-mentioned condition 1, the test piece is heated from 30 ° C. to a temperature 30 ° C. higher than the end of the melting peak at a heating rate of 10 ° C./min to obtain the first DSC curve. After that, the second DSC curve can be obtained under the following condition 2. (Condition 2) After obtaining the first DSC curve as described in Condition 1 above, the test piece is kept at a temperature 30 ° C. higher than the end of the melting peak for 10 minutes, and then cooled to 30 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./min. Again, heat and melt at a heating rate of 10 ° C./min to a temperature 30 ° C. higher than at the end of the melting peak to obtain a second DSC curve.
- the second DSC curve shows only the eigenpeak (second eigenpeak) and not the high temperature peak.
- the apex temperature of the intrinsic peak of the second DSC curve corresponds to the intrinsic melting point of the polyamide resin which is a raw material for producing the polyamide resin foamed particles.
- the eigenpeak appears on both the first DSC curve and the second DSC curve.
- the apex temperature of the intrinsic peak may be slightly different between the first time and the second time, but the difference is 5 ° C. or less, usually 2 ° C. or less.
- the apex temperature of the high temperature peak shown by the first DSC curve is located on the higher temperature side than the apex temperature of the intrinsic peak shown by the second DSC curve.
- a device for mass-producing foamed particles generally uses a closed container having a large volume.
- the volume of the closed container is not particularly limited, but is, for example, about 400 L to 5000 L.
- Polyamide-based resin foamed particles produced using such a large-capacity closed container may be inferior in moldability when producing a foamed particle molded product.
- the above-mentioned polyamide-based resin foamed particles have the uniformity of secondary foamability of the amide-based resin foamed particles during in-mold molding, the uniformity of the fusion property between the particles, and the compression of the obtained foamed particle molded product. It was found that there is room for improvement in the initial elasticity of time.
- the present invention keeps the coefficient of variation of the heat of fusion of the high temperature peak at 20% or less so that the crystallinity of the polyamide-based resin foam particles released in the series of foaming steps does not differ significantly. ..
- the polyamide-based resin foamed particles of the present invention can provide a foamed particle molded product in which the uniformity of the secondary foamability, the uniformity of the fusion property between the particles, and the initial elasticity at the time of compression are improved.
- the coefficient of variation is preferably 15% or less, more preferably 9% or less, and even more preferably 6% or less.
- the polyamide-based resin foam particles of the present invention have a small coefficient of variation in the amount of heat of fusion at the high temperature peak, they are excellent in the uniformity of secondary foamability and the uniformity of fusion property when molding in the mold. As a result, it is possible to obtain a good molded product in a wide molding range.
- the polyamide-based resin has a property of having extremely high water vapor permeability as compared with the polypropylene-based resin. Therefore, the polyamide-based resin foam particles tend to have a weak secondary foaming force during in-mold molding using steam. Therefore, in order to improve the in-mold moldability of the polyamide-based resin foamed particles, it is important to keep the coefficient of variation of the heat of fusion of the high-temperature peak of the foamed particles small.
- the coefficient of variation C of the heat of fusion of the high temperature peak can be obtained from the following equations (1) and (2). 50 or more of the polyamide-based resin foamed particles obtained from the foaming process start time to the foaming process end time are collected. Using these as samples, the coefficient of variation C of the amount of heat of fusion at the high temperature peak is obtained from the equations (1) and (2).
- Tav indicates an arithmetic mean value of the amount of heat of fusion of the above 50 or more samples.
- n indicates the number of samples.
- the polyamide-based resin foamed particles of the present invention preferably have a small difference in the amount of heat of fusion between the foamed particles.
- the difference in the amount of heat of fusion between the foamed particles having the largest heat of fusion at the high temperature peak and the foamed particles having the smallest heat of fusion at the highest temperature peak is 5J. It is preferably / g or less, more preferably 3 J / g or less, and even more preferably 2 J / g or less.
- the polyamide-based resin is a modified polyamide-based resin modified with one or more compounds (hereinafter, also referred to as modifiers) selected from a carbodiimide compound, an oxazoline compound, an isocyanate compound, and an epoxy compound. Is preferable.
- the polyamide resin is modified with the above compound to block a part or all of the molecular chain ends of the polyamide resin.
- the carbodiimide compound is preferable as the modifier.
- aromatic monocarbodiimides such as bis (dipropylphenyl) carbodiimide, aromatic polycarbodiimides, and aliphatic polycarbodiimides such as poly (4,4'-dicyclohexylmethanecarbodiimide).
- bis (dipropylphenyl) carbodiimide include “Stabaxol 1-LF” manufactured by Rheinchemy.
- aromatic polycarbodiimide include "Stabaxol P", “Stabaxol P100” and “Stabaxol P400” manufactured by Rheinchemy.
- poly (4,4'-dicyclohexylmethanecarbodiimide) include "carbodilite LA-1" manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd.).
- polymer types such as the aromatic polycarbodiimide and the aliphatic polycarbodiimide are preferable.
- the polymer-type carbodiimide compound is prevented from volatilizing before the polyamide resin is modified.
- the polymer-type carbodiimide compound has a number average molecular weight of about 1000 or more.
- a polyfunctional type carbodiimide compound such as the aromatic polycarbodiimide and the aliphatic polycarbodiimide is preferable. These modifiers may be used alone or in combination of two or more.
- the polyamide-based resin modified by the modifier refers to a resin in which the functional group at the end of the molecular chain is sealed with the modifier. Hydrolysis of the modified polyamide resin is further suppressed. This makes it easier to obtain polyamide-based resin foam particles that can withstand in-mold molding.
- the ratio at which the terminal group of the molecular chain of the polyamide resin is blocked by the modifier is preferably 50% or more, and more preferably 70% or more from the viewpoint of suppressing hydrolysis. It is preferably 90% or more, and more preferably 90% or more.
- the terminal blockage rate is obtained as follows.
- the number of carboxyl group ends (eq / g) of the above-mentioned polyamide resin was measured by titration I, the number of amino group ends (eq / g) was measured by titration II, and the terminal blockage rate was determined by the following formula (3). Can be sought.
- Titration I is performed by titrating a benzyl alcohol solution of polyamide with 0.1N sodium hydroxide.
- Titration II is performed by titrating a phenolic solution of polyamide with 0.1N hydrochloric acid.
- A represents the total number of molecular chain terminal groups (which is usually equal to twice the number of polyamide molecules).
- B represents the total number of unblocked carboxyl group ends and amino group ends measured in Titration I and Titration II.
- the polyamide-based resin is the above-mentioned modified polyamide-based resin, it is considered that the progress of secondary crystallization is further suppressed in the foaming step. Therefore, even when the foaming step takes a long time, the difference between the crystallinity of the foamed particles in the first half of the foaming step and the crystallinity of the foamed particles in the latter half of the foaming step can be suppressed to a smaller size.
- the secondary crystallization in the foaming step referred to here means that the polyamide-based resin crystallized by the crystallization treatment step or the like before the foaming step is further crystallized in the foaming step.
- the reason why the progress of secondary crystallization in the foaming step is further suppressed by the modified polyamide resin has not been clarified, but the following reasons can be considered.
- One reason is considered to be that the branched chain is introduced into the polyamide resin by the modifier.
- the branched chain is introduced into the polyamide resin by the modifier.
- the movement of the molecular chain in the crystallization process is hindered by the introduction of the branched chain, and heating in the foaming process is performed. It is considered that the progress of crystallization under the conditions is suppressed.
- the second reason is considered to be that the polyamide resin has a high molecular weight due to the modifier.
- the molecular weight increases because the molecular chain ends of the polyamide resin are bonded to each other via the modifier.
- the molecular weight of the polyamide resin is increased by the molecular weight of the modifier. Since the proportion of the high molecular weight polyamide resin in the polyamide-based resin particles sealed with the modifier is increased, it is considered that the progress of crystallization under heating in the foaming step is suppressed.
- the crystallization speed of the polyamide resin can be evaluated by the semi-crystallization time.
- the semi-crystallization time of the polyamide-based resin can be obtained from the semi-crystallization time of the polyamide-based resin foamed particles under the condition of a melting point of ⁇ 20 ° C.
- the semi-crystallization time is preferably 280 seconds or longer, and preferably 290 seconds or longer.
- it is preferably 350 seconds or longer, and more preferably 400 seconds or longer.
- the melting point of the polyamide-based resin foamed particles is obtained from the apex temperature of the second intrinsic peak under the above condition 2.
- the semi-crystallization time is a film-like sample of about 0.1 mm, which is obtained by heating and pressing polyamide-based resin foam particles at a temperature higher than the melting point of the polyamide-based resin constituting the polyamide-based resin foam particles for 10 minutes or more. do.
- the support holding the film-shaped sample is immersed in an oil bath held at the crystallization temperature of the polyamide resin, and the transmitted light that increases with the crystallization of the sample is measured and semi-crystallized from the Abramie method. The time can be calculated.
- a crystallization rate measuring device (MK-801) manufactured by Kotaki Seisakusho can be used.
- the measurement of the semi-crystallization time is to determine the crystallization rate due to the crystal structure peculiar to the polyamide resin.
- the slow crystallization rate due to the crystal structure peculiar to the polyamide resin is considered to mean that the crystallization rate of the crystal structure due to the secondary crystals formed by the thermal history when obtaining the foamed particles is also slow. Therefore, from the semi-crystallization time, it is possible to predict the degree of suppression of the progress of crystallization of the crystal structure due to the production of the polyamide-based resin foamed particles.
- the shrinkage factor of the polyamide resin As a method of confirming that the branched chain is introduced into the polyamide resin by modification, for example, it can be confirmed from the shrinkage factor of the polyamide resin.
- a resin having a branch tends to have a smaller molecular size when compared with a linear resin having the same absolute molecular weight.
- the shrinkage factor is an index of the ratio of the size of the molecule of the polyamide resin into which the molecular chain is introduced to the linear polymer having the same absolute molecular weight. That is, as the degree of branching of the resin increases, the shrinkage factor tends to decrease. From this, it can be seen that when the shrinkage factor is less than 1.0, it is a branched polyamide resin.
- the GPC-MALS method can be adopted.
- the closed cell ratio of the polyamide-based resin foam particles is preferably 85% or more, more preferably 88% or more, and further preferably 90% or more.
- the closed cell ratio is improved by using a modified polyamide resin as the polyamide resin of the base resin.
- the foamed particles satisfying the closed cell ratio in the above range have particularly good moldability of the foamed particle molded product.
- the closed cell ratio is the ratio of the volume of closed cells to the volume of all cells in the foamed particles, and is determined by using an air comparative hydrometer based on ASTM-D2856-70.
- the apparent density of the polyamide-based resin foam particles is preferably 10 kg / m 3 or more, more preferably 30 kg / m 3 or more, and further preferably 50 kg / m 3 or more.
- the apparent density of the polyamide-based resin foam particles is preferably 300 kg / m 3 or less, more preferably 250 kg / m 3 or less, further preferably 200 kg / m 3 or less, and 150 kg / m. It is particularly preferable that it is 3 or less.
- the apparent density of the polyamide-based resin foam particles is measured by the following method.
- the obtained polyamide-based resin foam particles were placed in an environment with a temperature of 60 ° C. for 24 hours, then slowly cooled to room temperature (23 ° C.), and then left to stand for 24 hours under the conditions of a relative humidity of 50%, 23 ° C., and 1 atm. Adjust the condition.
- the mass W1 of the foamed particles having a bulk volume of about 500 cm 3 is measured, and then the foamed particles are submerged in a measuring cylinder containing water having a temperature of 23 ° C. using a wire mesh. Considering the volume of the wire mesh, the volume V1 [cm 3 ] of the foamed particles read from the rising water level is measured.
- the apparent density of the foamed particles can be obtained by dividing the mass W1 [g] of the foamed particles by the volume V1 [cm 3 ] (W1 / V1) and converting the unit into [kg / m 3].
- the polyamide-based resin foam particles preferably have a water content of 1% or more, more preferably 2% or more, and even more preferably 3% or more.
- the upper limit of the water content of the polyamide-based resin foamed particles is about 20%, preferably 10% or less, and further preferably 5% or less.
- the polyamide-based resin foam particles satisfy the above moisture content, the polyamide-based resin constituting the polyamide-based resin foam particles is plasticized with water. Therefore, when the polyamide-based resin foamed particles are molded in the mold, the foamed particles can be sufficiently fused with each other with a low molding steam pressure.
- the moisture content in the foamed particles can be determined by a Karl Fischer moisture measuring device, and specifically, can be determined by the following method.
- the water content inside the foamed particles is vaporized by weighing the polyamide-based resin foamed particles and then heating the polyamide-based resin foamed particles using a heated moisture vaporizer. Then, the vaporized water content is measured by Karl Fischer titration (coulometric titration method) using a Karl Fischer water content measuring device, and the water content in the foamed particles is determined. The water content of the polyamide resin particles is also measured by the same method as described above.
- polyamide-based resin in the present specification examples include polyamides and polyamide copolymers.
- polyamide examples include poly (6-aminohexanoic acid) (polycaproamide, nylon 6), poly (laurolactum) (nylon 12), and poly (hexamethylene adipamide), which are also known as poly (caprolactam).
- nylon 66 Poly (7-Aminoheptanoic Acid) (Nylon 7), Poly (8-Aminooctanoic Acid) (Nylon 8), Poly (9-Aminonanonic Acid) (Nylon 9), Poly (10-Aminodecanoic Acid) (Nylon 10), Poly (11-aminoundecanoic acid) (Nylon 11), Poly (Hexamethylene sebacamide) (Nylon 610), Poly (Decamethylene sebacamide) (Nylon 1010), Poly (Hexamethylene azelamide) ) (Nylon 69), poly (tetramethylene adipamide) (nylon 46), poly (tetramethylene sebacamide) (nylon 410), poly (pentamethylene adipamide) (nylon 56), and poly (pentamethylene).
- polyamide copolymer means one having two or more kinds of repeating units and having an amide bond in at least a part of each repeating unit.
- examples of the polyamide copolymer include caprolactam / hexamethylenediaminoadipic acid (nylon 6/66), caprolactam / hexamethylenediaminoadipic acid / lauryllactam (nylon 6/66/12), and caprolactam / lauryllactam co-weight. Coalescence (nylon 6/12) and the like can be mentioned.
- a polyamide resin selected from nylon 6, nylon 66, nylon 6/66/12 and nylon 6/66 is preferable.
- Polyamide copolymers may be block copolymers in which a certain amount of the same repeating unit of amide is followed by a certain amount of different types of amides, or different types of amides are randomly arranged. It may be a copolymer. In particular, the polyamide copolymer is preferably a random copolymer. If the polyamide copolymer is a random copolymer, it is possible to mold the polyamide-based resin foam particles with a relatively low molding steam pressure when molding them in the mold.
- polyamide-based resin foam particles may contain one or more other thermoplastic resins and thermoplastic elastomers as long as the object and effect of the present invention are not impaired.
- thermoplastic resins and thermoplastic elastomers include polyethylene-based resins, polypropylene-based resins, polystyrene-based resins, vinyl acetate resins, thermoplastic polyester resins, acrylic acid ester resins, and methacrylate-based resins and ethylene-propylene-based resins.
- the blending amount of the other thermoplastic resin and the thermoplastic elastomer is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, still more preferably 5 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the polyamide resin. It is particularly preferable that it consists of only.
- the foamed particles include commonly used bubble conditioners, antistatic agents, conductivity-imparting agents, lubricants, antioxidants, ultraviolet absorbers, flame retardants, and metal inactivating agents. , Colorants (pigments, dyes, etc.), crystal nucleating agents, fillers, and other various additives can be appropriately blended in an amount of one or more, if necessary.
- Bubble conditioners include inorganic bubble conditioners such as talc, sodium chloride, calcium carbonate, silica, titanium oxide, gypsum, zeolite, borosand, aluminum hydroxide, myoban, and carbon, as well as phosphoric acid compounds and amines.
- Examples thereof include system compounds and organic bubble conditioners such as polytetrafluoroethylene (PTFE).
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the amount of these various additives added varies depending on the purpose of use of the foamed particle molded product, but is preferably 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polymer component constituting the polyamide-based resin particles. The addition amount is more preferably 10 parts by mass or less, still more preferably 5 parts by mass or less.
- the melting point of the polyamide-based resin particles constituting the polyamide-based resin foamed particles of the present invention is not particularly limited, but is preferably 175 ° C. or higher, more preferably 180 ° C. or higher, and further preferably 185 ° C. or higher. preferable.
- the melting point is preferably 280 ° C. or lower, more preferably 260 ° C. or lower, further preferably 240 ° C. or lower, 230 ° C. or lower. It is particularly preferable that the temperature is below ° C.
- the melting point of the polyamide-based resin foamed particles satisfies the above range, the polyamide-based resin foamed particles having a low apparent density can be easily obtained, and the polyamide-based resin foamed particles having excellent heat resistance can be easily obtained, which is preferable.
- the melting point of the polyamide-based resin particles can be determined from the apex temperature of the intrinsic peak of the second DSC curve obtained under the above condition 2 using the polyamide-based resin particles as a test piece.
- the polyamide resin in the present specification preferably has a flexural modulus of 1000 MPa or more, more preferably 1200 MPa or more, and even more preferably 1500 MPa or more.
- a flexural modulus of the polyamide resin is within the above range, excessive shrinkage is suppressed even when exposed to room temperature after foaming due to the high flexural modulus, and high-magnification foamed particles can be easily obtained. Therefore, it is preferable. Further, it is preferable because it has excellent in-mold moldability due to its high flexural modulus.
- the upper limit of the flexural modulus of the polyamide resin is about 3000 MPa.
- the flexural modulus of the polyamide resin can be determined by allowing the polyamide resin to stand at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% for 24 hours, and then measuring it in accordance with JIS K7171: 2016.
- the density of the polyamide resin is preferably 1.05 g / cm 3 or more, and preferably 1.1 g / cm 3 or more.
- the density can be determined based on the method of ISO 1183-3.
- the production method of the present invention will be described below.
- the production method of the present invention is a desirable embodiment of the above-mentioned method for producing polyamide-based resin foamed particles of the present invention.
- the following description does not limit the method for producing the above-mentioned polyamide-based resin foamed particles of the present invention.
- the production method of the present invention includes a dispersion step, a foaming agent applying step, a crystallization treatment step, and a foaming step.
- the dispersion step is a step of dispersing the polyamide-based resin particles in an aqueous dispersion medium in a closed container.
- the foaming agent application step is a step of adding a foaming agent to the polyamide resin.
- the crystallization treatment step is a step of heating the polyamide-based resin particles dispersed in the aqueous dispersion medium to form a high-temperature peak.
- the foaming step is a step in which a high temperature peak is formed and polyamide resin particles containing a foaming agent are discharged from a closed container together with an aqueous dispersion medium at a pressure lower than the pressure in the closed container to foam. ..
- the temperature inside the closed container is adjusted to raise the temperature by 0.3 ° C. or higher and 1.5 ° C. or lower per 10 minutes. implement. According to such a production method, the polyamide-based resin foamed particles of the present invention can be satisfactorily produced.
- the production method of the present invention will be described in detail below.
- the modified polyamide-based resin is a resin in which polyamide-based resin particles are modified with one or more compounds selected from a carbodiimide compound, an oxazoline compound, an isocyanate compound, and an epoxy compound.
- Such modification may be performed before the foaming process.
- a modified polyamide resin that has been modified in advance may be used as a raw material for granulation, or a modifier may be added in a dispersion step or a crystallization treatment step described later to obtain a polyamide resin.
- the particles may be modified. By modifying with the above compound, a part or all of the molecular chain ends of the polyamide resin can be sealed.
- the amount of the modifier to be blended is preferably 0.1 part by mass or more and 5 parts by mass or less, and 0.5 part by mass or more and 3 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the polyamide resin. It is more preferable to add it.
- the modifier refer to the above description in the description of the polyamide-based resin foamed particles of the present invention.
- the dispersion step is a step of dispersing polyamide-based resin particles in an aqueous dispersion medium such as water in a closed container to obtain a dispersion liquid.
- the closed container include an autoclave that can be pressurized.
- the method for dispersing the polyamide-based resin particles in the dispersion medium is not particularly limited, and a known method can be used.
- a dispersion liquid can be obtained by using a closed container equipped with a stirrer, adding polyamide-based resin particles to the aqueous dispersion medium charged in the container, and stirring the mixture.
- the aqueous dispersion medium include water or a liquid material mainly composed of water, and it is preferable to use water among them.
- the dispersion medium includes dispersants such as aluminum oxide, calcium tertiary phosphate, magnesium pyrophosphate, zinc oxide, kaolin, mica, talc, smectite and the like, sodium dodecylbenzene sulfonate, and alkane sulfonic acid.
- a dispersion aid such as an anionic surfactant such as sodium may be added.
- the mass ratio of the polyamide-based resin particles to the dispersant (resin particles / dispersant) is preferably 20 or more, and more preferably 30 or more.
- the mass ratio of the polyamide-based resin particles to the dispersant (resin particles / dispersant) is preferably 2000 or less, and more preferably 1000 or less.
- the mass ratio of the dispersant to the dispersion aid is preferably 1 or more, and more preferably 10 or more.
- the mass ratio of the dispersant to the dispersion aid (dispersant / dispersion aid) is preferably 500 or less, more preferably 100 or less.
- the method for producing the polyamide-based resin particles used in the present invention is not particularly limited, and can be produced by a known method.
- polyamide-based resin particles can be produced by a method such as a strand cut method, a hot cut method, or an underwater cut method (UWC method).
- the strand cut method is a method for obtaining resin particles as follows. First, a polyamide-based resin and, if necessary, additives such as a bubble modifier and a colorant are put into an extruder and kneaded to obtain a melt-kneaded product. Next, the melt-kneaded product is extruded in a strand shape from the small holes of the die attached to the tip of the extruder.
- the hot-cut method is a method in which the melt-kneaded product is extruded into the gas phase and immediately cut to obtain granules.
- the underwater cut method (UWC method) is a method of obtaining granules by cutting the melt-kneaded product immediately after extruding it into water.
- the foaming agent application step is a step of adding a foaming agent to the polyamide-based resin particles.
- a method of incorporating a foaming agent into the polyamide-based resin particles a method of kneading the polyamide-based resin and the foaming agent to contain the foaming agent in the polyamide-based resin particles when producing the polyamide-based resin particles, and a container for a dispersion step. Examples thereof include a method in which the polyamide resin particles contain a foaming agent in a container different from the above, and a method in which the polyamide resin particles contain a foaming agent in the same container as the container in which the dispersion step is performed.
- the dispersion step, the crystallization treatment step, and the foaming step can be carried out in this order, and the foaming agent applying step can be carried out at any stage prior to the foaming step. Further, the timing of applying the foaming agent may be divided into a plurality of timings.
- a physical foaming agent can be used as the foaming agent used in the foaming agent applying step. Examples of the physical foaming agent include aliphatic hydrocarbons such as propane, butane, pentane, hexane and heptan, alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane and cyclohexane, chlorofluoromethane and trifluoromethane, 1, as organic physical foaming agents.
- Examples thereof include halogenated hydrocarbons such as 1-difluoroethane, 1,1,1,2-tetrafluoroethane, methyl chloride, ethyl chloride and methylene chloride, and dialkyl ethers such as dimethyl ether, diethyl ether and methyl ethyl ether.
- an inorganic physical foaming agent carbon dioxide, nitrogen, helium, argon, air and the like can be mentioned.
- an inorganic physical foaming agent is preferable, carbon dioxide or nitrogen is more preferable, and carbon dioxide is further preferable, from the viewpoint of having less impact on the environment, not being flammable, and being excellent in safety.
- the timing of adding the foaming agent into the closed container may be between the dispersion step and before releasing the polyamide-based resin particles (that is, before the foaming step).
- the timing may be during the dispersion step, at the end of the dispersion step, during the crystallization treatment step from the end of the dispersion step to the start of the crystallization treatment step.
- the pressure in the closed container is 1.5 MPa ( It is preferably 5 MPa (G) or more, more preferably 2.5 MPa (G) or more, preferably 7 MPa (G) or less, and 5 MPa (G) or less. It is more preferable to do so.
- This pressure is called impregnation pressure.
- “1.5 MPa (G)” means that the gauge pressure is 1.5 MPa.
- the crystallization treatment step is a step of raising the temperature of the dispersion liquid to the crystallization treatment temperature T1 in a closed container and then maintaining the temperature of the dispersion liquid in a certain temperature range for a certain period of time.
- the above-mentioned series of treatments in the crystallization treatment step may be referred to as crystallization treatment below.
- crystallization treatment secondary crystals are formed by the thermal history when the foamed particles are obtained. Then, the crystallization of the melting peak (high temperature peak) caused by the secondary crystal can be sufficiently promoted. As a result, the amount of heat of fusion of the high temperature peak can be adjusted to the above range.
- the polyamide-based resin particles can be satisfactorily impregnated with the foaming agent, and the closed cell ratio of the produced polyamide-based resin foamed particles can be easily adjusted to the above-mentioned desirable range. .. Even when the above-mentioned polyamide-based resin particles using the modified polyamide-based resin as the base resin are used, the temperature holding time in the crystallization treatment is lengthened, or the rate of temperature rise in the crystallization treatment step is moderately increased. It is possible to sufficiently promote crystallization and form a desired high temperature peak.
- the constant temperature range in the crystallization treatment is preferably 90 ° C. lower (Tm-90 ° C.) or higher than the inherent melting point (Tm) of the polyamide resin, and is 80 ° C. lower (Tm-80 ° C.).
- the temperature is 70 ° C. lower (Tm-70 ° C.) or higher, and the temperature is 65 ° C. lower (Tm-65 ° C.) or higher.
- the constant temperature range is preferably less than 50 ° C. lower (Tm-50 ° C.) than the inherent melting point (Tm) of the polyamide resin, and is 55 ° C. lower (Tm-55 ° C.) or less. It is more preferable that the temperature is 57 ° C.
- the intrinsic melting point of the polyamide resin is the apex temperature of the intrinsic peak that appears in the second DSC curve described above.
- the fixed time in the crystallization treatment is preferably 1 minute or longer, more preferably 3 minutes or longer, from the viewpoint of obtaining the polyamide-based resin foamed particles having a high temperature peak showing the heat of fusion in the predetermined range. It is more preferably 5 minutes or more.
- the above-mentioned constant time is preferably 60 minutes or less, and more preferably 40 minutes or less. , 30 minutes or less is more preferable, and 20 minutes or less is particularly preferable.
- the temperature is maintained at a temperature near the melting point of the raw material resin.
- the temperature is equal to or approximately equal to the foaming temperature.
- the polyamide resin can be plasticized by utilizing the water absorption of the polyamide resin and using an aqueous dispersion medium such as water used as a dispersion liquid.
- the melting point of the plasticized polyamide-based resin particles (hereinafter, also referred to as the melting point after plasticization) is significantly lowered as compared with the inherent melting point of the polyamide-based resin.
- the polyamide-based resin foam particles having a high temperature peak indicating the amount of heat of fusion in the above range can be obtained by maintaining the temperature at the above-mentioned low temperature (that is, a constant temperature range after the temperature is raised to the crystallization treatment temperature T1). ..
- the temperature of the dispersion liquid during the crystallization treatment step may be constant or may vary within the above-mentioned range.
- the temperature of the dispersion liquid in the crystallization treatment step can be set in multiple steps within the above-mentioned temperature range. Further, the temperature can be continuously raised within the temperature range over an appropriate period of time. From the viewpoint that the secondary crystals formed by the thermal history when obtaining the foamed particles are more stably formed, it is preferable to set the secondary crystals in one step within the above temperature range and hold the crystals for the above time. Setting in one step within the above temperature range means setting the holding temperature to a constant temperature.
- the rate of temperature rise is preferably 10 ° C./min or less, preferably 7 ° C./min, when heating from room temperature to the crystallization treatment temperature T1. The following is more preferable.
- the temperature rising rate is preferably 1 ° C./min or more, and more preferably 2 ° C./min or more.
- Foam process In the foaming step, a high temperature peak is formed, and the foamable polyamide resin particles containing a foaming agent are released from the closed container together with the aqueous dispersion medium under a pressure lower than the pressure in the closed container (usually under atmospheric pressure). It is a process of foaming.
- the temperature inside the closed container is raised by 0.3 ° C. or higher and 1.5 ° C. or lower per 10 minutes. Make adjustments.
- Polyamide-based resin has higher water absorption than polypropylene-based resin. Therefore, in the production method of the present invention using an aqueous dispersion medium such as water as the dispersion medium, the polyamide-based resin particles can be plasticized by water absorption.
- the melting point of the plasticized polyamide-based resin after plasticization is lower than the melting point Tm peculiar to the resin before plasticization. Therefore, in the foaming step of foaming the plasticized polyamide resin, the foaming temperature T2 may be set with reference to the melting point after plasticization. As described above, in the production method of the present invention, the foaming step can be carried out at a temperature significantly lower than the temperature described in Patent Document 1.
- the temperature of the dispersion liquid immediately before foaming is preferably 90 ° C. lower (Tm-90 ° C.) or higher than the inherent melting point (Tm) of the polyamide resin, and is 80 ° C. lower (Tm). -80 ° C) or higher is more preferable, 70 ° C lower temperature (Tm-70 ° C) or higher is further preferable, and 65 ° C lower temperature (Tm-65 ° C) or higher is particularly preferable.
- the temperature of the dispersion liquid immediately before foaming (foaming temperature T2) is preferably less than 50 ° C. lower (Tm-50 ° C.) than the inherent melting point (Tm) of the polyamide resin, and is 55 ° C.
- the foaming temperature T2 is preferably in the range of the following formula (4) with respect to the inherent melting point (Tm) of the polyamide resin. At this time, the relationship between the foaming temperature T2 and the crystallization treatment temperature T1 is preferably T2 ⁇ T1.
- the foaming temperature T2 (that is, the temperature of the dispersion liquid in the closed container) is appropriately raised in the foaming step. Adjust the temperature. It is considered that crystallization is particularly likely to proceed as the release time of the particles in the foaming step becomes longer.
- the foaming temperature T2 in the foaming step it is possible to balance the growth of the crystal and the melting of the crystal and maintain a constant value of heat of fusion. As a result, it can be considered that the obtained foamed particles can be foamed particles having a small coefficient of variation in the amount of heat of fusion at the high temperature peak.
- the temperature rise adjustment is not particularly limited, but the following range is preferable from the viewpoint that the coefficient of variation of the heat of fusion of the high temperature peak of the produced polyamide-based resin foam particles can be easily adjusted to 20% or less. That is, the temperature rise adjustment is preferably 0.3 ° C. or higher per 10 minutes, more preferably 0.4 ° C. or higher per 10 minutes, and 0.6 ° C. or higher per 10 minutes. Is even more preferable. Further, the temperature rise adjustment is preferably 1.5 ° C. or lower per 10 minutes, and more preferably 1 ° C. or lower per 10 minutes. For example, the temperature rise adjustment preferably raises the temperature by 0.3 ° C. or higher and 1.5 ° C. or lower per 10 minutes.
- the temperature step by step it is preferable to continuously raise the temperature from the start of foaming to the end of foaming, but it is also possible to raise the temperature step by step.
- the temperature is raised stepwise, it is preferable to set the temperature in multiple steps so that the holding time of one step is 10 minutes or less.
- the pressure (foaming pressure) in the closed container immediately before release in the foaming step is preferably 0.5 MPa (G) or more, more preferably 1.5 MPa (G) or more, still more preferably 2.5 MPa (G) or more. ..
- the foaming pressure is preferably 7.0 MPa (G) or less, more preferably 5 MPa (G) or less.
- the foamed particle molded product of the present invention is produced using the polyamide-based resin foamed particles of the present invention.
- a method for producing the foamed particle molded product an in-mold molding method in which polyamide-based resin foamed particles are molded in the mold to obtain an in-mold molded product is preferable.
- the polyamide-based resin constituting the polyamide-based resin foamed particles absorbs water and is plasticized, so that the molding steam pressure can be lowered.
- the foamed particle molded product When the obtained foamed particle molded product is dried, the original physical properties of the polyamide-based resin are restored, and the polyamide-based resin foamed particle molded product becomes a foamed particle molded product having high heat resistance.
- the foamed particle molded product has high heat resistance, is also excellent in abrasion resistance, chemical resistance, and the like, and is also excellent in fusion resistance of the molded product. Therefore, the foamed particle molded product is suitable as a member of an automobile part, an electric product, or the like.
- the foamed particle molded body formed by in-mold molding of foamed particles having a small coefficient of variation of the heat of fusion at the high temperature peak is excellent in initial elasticity at the time of compression.
- the value obtained by dividing the 5% compressive stress when the foamed particle compact is measured in the compression mode using a compression tester by the 50% compressive stress [(5% compressive stress) / (50% compressive stress) ] Is excellent.
- the above value is excellent, it means that the above value is larger.
- the 5% compressive stress of the foamed particle molded product represents the initial difficulty of crushing and bending of the foamed particle molded product.
- the 5% compressive stress of the foamed particle molded product is greatly affected by the foaming ratio and the amount of heat of fusion at the high temperature peak. Therefore, it is difficult to compare the foamed particle compacts with only 5% compressive stress. Therefore, by dividing the 5% compressive stress of the foamed particle molded product by the 50% compressive stress, the influence of the expansion ratio and the magnitude of the heat of fusion of the high temperature peak is reduced to a negligible level.
- a foamed particle compact having an excellent value [(5% compressive stress) / (50% compressive stress)] obtained by dividing 5% compressive stress by 50% compressive stress is excellent in initial energy absorption efficiency at the time of compression.
- the foamed particle molded product having excellent initial elasticity during compression can be suitably used as a cushioning material for automobile bumpers and the like. To measure the compressive stress, the particles are placed in an environment with a temperature of 60 ° C.
- Table 1 shows the details of the resins used in the production of each Example and each Comparative Example.
- Table 2 shows the production conditions and the like regarding the production of the polyamide-based resin foamed particles of each Example and each Comparative Example as appropriate.
- Table 3 shows the physical properties and evaluation results of the resin foamed particles of each Example and each Comparative Example, and the foamed particle molded product produced by using the resin foamed particles. Table 3 also shows the molding steam pressure at the time of manufacturing the foamed particle molded product of each Example and each Comparative Example.
- Example 1 Manufacture of pellet-shaped polyamide resin particles
- the polyamide resin shown in Table 1 was supplied to the extruder, and "Talkan Powder PK-S" (manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd.) was added as a bubble conditioner by 0.8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polyamide resin.
- 1 part by mass of a carbodiimide compound manufactured by "Stabaxol P” Line Chemie Co., Ltd.
- was added as an end-sealing agent to 100 parts by mass of the polyamide resin, and melt-kneaded to obtain a melt-kneaded product.
- the melt-kneaded product was extruded into a strand shape having a circular cross section from the pores of the mouthpiece attached to the tip of the extruder.
- the extruded strand-shaped melt-kneaded product was water-cooled, cut with a pelletizer so that the average mass per particle was 2 mg, and dried to obtain pellet-shaped polyamide resin particles.
- the temperature is started from room temperature (23 ° C.) while stirring the contents in the autoclave, and foaming is performed in the autoclave before reaching the crystallization treatment temperature (holding temperature: 136.5 ° C.) (about 131 ° C.).
- Carbon dioxide was press-fitted as an agent.
- the press-fitting of carbon dioxide was carried out until the pressure in the autoclave reached 4.0 MPa (G).
- the temperature rising time from room temperature (23 ° C.) to reaching the crystallization treatment temperature was 30 minutes.
- the heating rate was defined as the average rate obtained by subtracting the room temperature (23 ° C.) from the crystallization treatment temperature and dividing by the heating time.
- the time from the start to the completion of the release was about 30 minutes, and the temperature inside the pressure-resistant container was continuously raised at 0.6 ° C. per 10 minutes from the start of the release (start of foaming) to the completion (end of foaming). Therefore, the foaming start temperature was 136.5 ° C. and the foaming end temperature was 138.3 ° C.
- the obtained polyamide-based resin foamed particles were placed in an oven at 60 ° C. for 24 hours and then slowly cooled to room temperature (23 ° C.) to obtain polyamide-based resin foamed particles.
- the polyamide-based resin foamed particles obtained as described above are allowed to stand for 24 hours in an environment of a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% to adjust the state, and then the polyamide-based resin foamed particles are used to adjust the state of the polyamide-based resin.
- a foamed particle molded product was produced.
- the polyamide-based resin foamed particles a group of foamed particles obtained by uniformly mixing the foamed particles obtained in each of the time zones T1 to T5 described in the measurement of the heat of fusion of the high temperature peak described later was used.
- polyamide-based resin foam particles are composed of a pair of opposing molds, filled in a flat plate molding mold having a length of 200 mm, a width of 250 mm, and a thickness of 50 mm, and in-mold molding is performed by steam heating to perform plate-shaped foam particle molding.
- steam was supplied for 5 seconds with the drain valves of the double-sided mold open, and preheating (exhaust step) was performed.
- one-sided heating was performed at a pressure 0.08 MPa (G) lower than the molding steam pressure shown in Table 3, and one-sided heating was further performed from the opposite direction at a pressure 0.04 MPa (G) lower than the molding steam pressure shown in Table 3. .
- the main heating was performed from both sides with the molding steam pressure shown in Table 3. After the heating was completed, the pressure was released, and after water cooling until the surface pressure due to the foaming force of the molded product decreased to 0.02 MPa (gauge pressure), the mold was opened and the molded product was taken out from the mold. The obtained molded product was cured in an oven at 80 ° C.
- Example 2 polyamide-based resin foamed particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions shown in Table 2 were changed, and a polyamide-based resin foamed particle molded product was produced using the same.
- an epoxy compound (“Alfon UG4035” manufactured by Toagosei Co., Ltd.) was used as a modifier.
- Comparative Example 1 Polyamide-based resin foamed particles were produced in the same manner as in Example 1 except that the conditions shown in Table 2 were changed, and a polyamide-based resin foamed particle molded product was produced using the same. In Comparative Example 1, the temperature was not raised during the foaming step.
- the peak temperature of the melting peak of the second DSC curve obtained by this was determined as the melting point of the polyamide resin.
- a high-sensitivity differential scanning calorimeter "EXSTAR DSC7020" manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd.
- EXSTAR DSC7020 manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd.
- polyamide resin particles left to stand for 24 hours in an environment of a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% were used.
- the density of the polyamide resin shown in Table 1 is a catalog value obtained based on the method described in ISO 1183-3.
- the flexural modulus of the polyamide resin was determined by measuring in accordance with JIS K7171: 2016. In order to determine the flexural modulus, a polyamide resin was heat-pressed into a sheet, and then a resin test piece having a thickness of 4 mm, a width of 10 mm, and a length of 80 mm was prepared. The resin test piece was allowed to stand for 72 hours at a room temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50%. Then, using a resin test piece, the autograph AGS- The measurement was performed with a 10 kNG (manufactured by Shimadzu Corporation) testing machine.
- the average value of the calculated values (5 points) by the measurement was adopted as the flexural modulus.
- the flexural modulus of an amide-based elastomer manufactured by Arkema, product name "PEBAX5533", melting point 159 ° C., density 1.01 g / cm 3 ) was measured based on the above method and found to be 150 MPa.
- the amount of heat of fusion was arithmetically averaged for each time zone, and the arithmetic mean value was used as the amount of heat of fusion for each time zone.
- the heat of fusion of all the foamed particles was arithmetically averaged, and the average value Tav of the whole heat of fusion was calculated. That is, using the above-mentioned foamed particles, based on the heat flux differential scanning calorimetry method of JIS K7122-1987, under the condition of nitrogen inflow of 30 mL / min, the heating rate is 10 ° C./min from 30 ° C. from the end of the melting peak. Was also heated and melted to a temperature higher by 30 ° C. to obtain a DSC curve.
- the foamed particles whose states were adjusted as shown below were used.
- the obtained polyamide-based resin foamed particles were placed in an environment with a temperature of 60 ° C. for 24 hours, and then slowly cooled to room temperature (23 ° C.).
- the state was adjusted by allowing it to stand for 24 hours in an environment of a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50%.
- the amount of foamed particles used in the DSC measurement was about 2 mg.
- a high-sensitivity differential scanning calorimeter "EXSTAR DSC7020" manufactured by SII Nanotechnology
- the thickness of the film-shaped sample was 0.1 ⁇ 0.02 mm, and the dimensions were a square shape of 15 ⁇ 15 mm. This was sandwiched between microscope cover glasses and used as a measurement sample.
- the semi-crystallization time was determined as follows. First, the cover glass holding the film-shaped sample was placed in an airbus of a crystallization rate measuring device (MK-801 manufactured by Kotaki Co., Ltd.) to completely melt the sample to obtain a melted sample. The molten sample was then placed between the orthogonal polarizing plates in an oil bath maintained at ° C. with the support (melting point -20).
- MK-801 manufactured by Kotaki Co., Ltd.
- T i denotes the respective heat of fusion 50 expanded beads collected as a sample
- T av represents the average value of the heat of fusion
- n represents shows the number of samples (50).
- the volume V1 [cm 3 ] of the polyamide-based resin foam particles read from the rise in water level is measured, and the mass W1 [g] of the polyamide-based resin foam particles is divided by the volume V1 (W1). / V1), the apparent density of the foamed particles was determined by converting the unit to [kg / m 3].
- the apparent density a group of foamed particles obtained by mixing the foamed particles obtained in each of the time zones T1 to T5 described in the measurement of the heat of fusion of the high temperature peak was used. The foamed particle group was used for the measurement after the following state adjustments were made.
- the foamed particles are placed in an environment with a temperature of 60 ° C. for 24 hours, then slowly cooled to room temperature (23 ° C.), and allowed to stand for 24 hours in an environment with a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50%. went.
- ⁇ Closed cell ratio> According to the procedure C described in ASTM-D2856-70, the true volume of the foamed particles (the volume of the resin constituting the foamed particles and the total number of bubbles in the closed cell portion in the foamed particles) is used by using an air comparison type gravimeter. The value Vx of (sum of volume) was measured. An air comparison hydrometer "930" manufactured by Toshiba Beckman Co., Ltd.
- the closed cell ratio was calculated by the following formula (8), the arithmetic mean value of the results of the five measurements was obtained, and this is shown in Table 3 as the closed cell ratio of the foamed particles.
- the foamed particles obtained in each of the time zones T1 to T5 are mixed so as to be uniform in the same manner as in the above-mentioned measurement of the apparent density, and the foamed particle group whose state is adjusted in the same manner as described above. was used.
- the polyamide-based resin foam particles are weighed, and then the polyamide-based resin particles or the polyamide-based resin foam particles are heated using a heated moisture vaporizer to vaporize the internal moisture, and then curled using a Karl Fischer titer.
- the water content was measured by Fischer titration (coulometric titration method).
- Fischer titration coulometric titration method
- the foamed particles obtained in each of the time zones T1 to T5 were mixed so as to be uniform in the same manner as in the above-mentioned measurement of the apparent density, and the foamed particle group whose state was adjusted in the same manner as described above was used. ..
- the water content of the polyamide-based resin foamed particle molded product was also measured in the same manner as described above. The water content was measured only in Example 1.
- the obtained foamed particle molded product was evaluated as follows. A: The foamed particle gaps inside the foamed particle molded product and on the surface of the foamed particle molded product were completely filled. B: The foamed particle gaps inside the foamed particle molded body were completely filled, but the foamed particle gaps were slightly observed on the surface of the foamed particle molded body.
- the fusion rate of the foamed particle molded product was measured and evaluated as follows. The fusion rate was determined based on the ratio of the number of foamed particles whose material was broken among the foamed particles exposed on the fracture surface when the foamed particle molded body was broken. Specifically, first, a test piece (length 100 mm ⁇ width 100 mm ⁇ thickness: thickness of the foamed particle molded product) was cut out from the foamed particle molded product, and a notch of about 5 mm was made in the thickness direction of each test piece with a cutter knife. After that, the test piece was broken from the notch.
- the fusion property was evaluated as follows from the obtained fusion rate (%).
- Example and Comparative Example the most excellent foamed particle molded product in the evaluation of the foamed particle molded product was selected, and the molding skin was removed from the central portion of the foamed particle molded product so that all surfaces were cutout surfaces.
- the above embodiment includes the following technical ideas.
- Polyamide-based resin foamed particles using a polyamide-based resin as a base resin In the DSC curve obtained under the following condition 1, the polyamide-based resin foam particles have a melting peak (unique peak) peculiar to the polyamide-based resin and a melting peak having a peak temperature on the higher temperature side than the peak temperature of the unique peak. It has a crystal structure in which peaks (high temperature peaks) appear.
- Polyamide-based resin foamed particles characterized in that the heat of fusion of the high temperature peak is in the range of 5 J / g or more and 50 J / g or less, and the coefficient of variation of the heat of fusion of the high temperature peak is 20% or less.
- a foaming step of discharging the polyamide-based resin particles containing the foaming agent together with an aqueous dispersion medium from the closed container under a pressure lower than the pressure in the closed container to foam the particles is included.
- the temperature inside the closed container is raised by 0.3 ° C. or higher and 1.5 ° C. or lower per 10 minutes.
- a method for producing polyamide-based resin foamed particles which comprises performing temperature adjustment. (6) The above (5), wherein the polyamide resin particles are modified with one or more compounds selected from a carbodiimide compound, an oxazoline compound, an isocyanate compound and an epoxy compound, and the modified polyamide resin is used as a base resin. The method for producing a polyamide-based resin foamed particle according to the above method. (7) In the crystallization treatment step, the temperature is 90 ° C.
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Abstract
【課題】 従来よりも成形性に優れたポリアミド系樹脂発泡粒子成形体を提供可能とするポリアミド系樹脂発泡粒子、上記ポリアミド系樹脂発泡粒子を用いて成形されたポリアミド系樹脂発泡粒子成形体、および上記ポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】 ポリアミド系樹脂発泡粒子は、ポリアミド系樹脂を基材樹脂とするポリアミド系樹脂発泡粒子であって、所定の条件1にて得られるDSC曲線において、ポリアミド系樹脂の固有ピークと、前記固有ピークの頂点温度より高温側に頂点温度を有する高温ピークとが現れる結晶構造を有し、前記高温ピークの融解熱量が5J/g以上50J/g以下であるとともに、前記高温ピークの融解熱量の変動係数が20%以下であり、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体は、ポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形により製造され、またポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法は、密閉容器内で、水性分散媒に分散したポリアミド系樹脂に対し、発泡剤を含浸させ発泡性ポリアミド系樹脂粒子を得る発泡剤付与工程と、発泡性ポリアミド系樹脂粒子を、密閉容器から、前記密閉容器内の圧力よりも低い圧力下に放出して発泡させる発泡工程と、を含み、発泡工程において、発泡性ポリアミド系樹脂粒子が密閉容器から放出されている時、前記密閉容器内の温度を10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温する昇温調整を実施する。
Description
本発明は、ポリアミド系樹脂発泡粒子、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体およびポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法に関する。
車両用部品に適用される材料は、高強度、高靭性であること等が求められる。また、燃料コスト低減の観点から車両用部品に適用される材料は、軽量であることも求められる。そのような求めに応じるために、車両用部品に適用される材料に関し、金属から樹脂材料への代替が検討されている。ポリアミド系樹脂は、一般的な樹脂材料の中では耐熱性が高く、また耐摩耗性、耐薬品性等にも優れた樹脂として知られている。このポリアミド系樹脂を発泡させた発泡成形体は、それらの優れた特性を保ちつつ、より軽量化を図ることが可能である。そのため、ポリアミド系樹脂発泡成形体は、自動車部品その他の用途への展開が期待される。
たとえば、特許文献1には、ポリアミド系予備発泡粒子の発明(以下、従来粒子1ともいう)が提案されている。また、同文献において、従来粒子1を得る方法が記載されている。具体的には、まずポリアミド系樹脂粒子、揮発性発泡剤及び水等の分散媒を密閉容器内に入れる。次に密閉容器内の温度をポリアミド系樹脂粒子の融点より50℃低い温度から、上記融点より50℃高い温度範囲に保持しながら密閉容器の一端を解放する。そして、発泡剤を含むポリアミド系樹脂粒子を低圧雰囲気下に取り出して発泡させて従来粒子1を得る。
しかしながら、特許文献1に記載の方法によって得られたポリアミド系予備樹脂発泡粒子は、成形性が充分でないことがわかった。
本発明は、上記背景に鑑みなされたものであって、従来よりも成形性に優れたポリアミド系樹脂発泡粒子、上記ポリアミド系樹脂発泡粒子を用いて成形されたポリアミド系樹脂発泡粒子成形体、および上記ポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法の提供に関するものである。
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、ポリアミド系樹脂を基材樹脂とするポリアミド系樹脂発泡粒子であって、上記発泡粒子は、下記の条件1にて得られるDSC曲線において、ポリアミド系樹脂に固有の融解ピーク(固有ピーク)と、上記固有ピークの頂点温度よりも高温側に頂点温度を有する融解ピーク(高温ピーク)とが現れる結晶構造を有し、上記高温ピークの融解熱量が5J/g以上50J/g以下の範囲であるとともに、上記高温ピークの融解熱量の変動係数が20%以下であることを特徴とする。
(条件1)
JIS K7122-1987の熱流束示差走査熱量測定法に基づき、ポリアミド系樹脂発泡粒子を試験片とし、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、上記DSC曲線を得る。
(条件1)
JIS K7122-1987の熱流束示差走査熱量測定法に基づき、ポリアミド系樹脂発泡粒子を試験片とし、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、上記DSC曲線を得る。
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子成形体は、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形して得られる。
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法は、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法であって、密閉容器内で、水性分散媒にポリアミド系樹脂粒子を分散させる分散工程と、ポリアミド系樹脂粒子に、発泡剤を含有させる発泡剤付与工程と、水性分散媒中に分散しているポリアミド系樹脂粒子を加熱して高温ピークを形成する結晶化処理工程と、上記発泡剤を含むポリアミド系樹脂粒子を水性分散媒とともに、上記密閉容器から、上記密閉容器内の圧力よりも低い圧力下に放出して発泡させる発泡工程と、を含み、上記発泡工程において、上記発泡剤を含むポリアミド系樹脂粒子が上記密閉容器から放出されている時、上記密閉容器内の温度を10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温させる昇温調整を実施することを特徴とする。
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、所定の条件(上記条件1)にて得られるDSC曲線において、固有ピークと、上記固有ピークの頂点温度より高温側に頂点温度を有する高温ピークとが現れる結晶構造を有する。上記高温ピークの融解熱量が5J/g以上50J/g以下であることで、良好な成形性を示す発泡粒子成形体が提供されうる。
上記高温ピークを有する本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、上記高温ピークの融解熱量の変動係数が20%以下である。これによって、発泡粒子成形体のさらなる成形性の向上が可能となる。具体的には、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、型内成形において二次発泡性の均一性に優れるとともに、粒子間の融着性の均一性にも優れる。そのため、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、より成形性に優れた発泡粒子成形体を提供可能である。また、これにより得られた発泡粒子成形体は、圧縮時の初期弾性に優れる。
上記高温ピークを有する本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、上記高温ピークの融解熱量の変動係数が20%以下である。これによって、発泡粒子成形体のさらなる成形性の向上が可能となる。具体的には、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、型内成形において二次発泡性の均一性に優れるとともに、粒子間の融着性の均一性にも優れる。そのため、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、より成形性に優れた発泡粒子成形体を提供可能である。また、これにより得られた発泡粒子成形体は、圧縮時の初期弾性に優れる。
したがって、上述する本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子の型内成形物である本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子成形体は、圧縮時の初期弾性に優れる。
また、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法は、上述する本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子を容易に製造することを可能にする。
以下に、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子、ポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法(以下、本発明の製造方法ともいう)、およびポリアミド系樹脂発泡粒子成形体(以下、本発明の発泡粒子成形体ともいう)について順に説明する。以下の説明において重複する用語、測定方法、使用する材料などの技術内容は、適宜、それぞれの記載を参照することができる。
尚、以下の説明において、適宜、本発明の好ましい数値範囲を示す場合がある。この場合に、数値範囲の上限および下限に関する好ましい範囲、より好ましい範囲、特に好ましい範囲は、上限および下限のすべての組み合わせから決定することができる。
尚、以下の説明において、適宜、本発明の好ましい数値範囲を示す場合がある。この場合に、数値範囲の上限および下限に関する好ましい範囲、より好ましい範囲、特に好ましい範囲は、上限および下限のすべての組み合わせから決定することができる。
本発明は、ポリアミド系樹脂特有の性質が充分に検討され、なされたものである。即ち、上述するとおり、ポリアミド系樹脂は、強度や耐熱性に優れ、発泡粒子成形体の原料として種々の分野への展開が期待される材料である。しかし実際には、発泡粒子成形体の分野において、ポリプロピレン系樹脂などが汎用されるのに比べ、ポリアミド系樹脂は利用度が顕著に低い。その要因として、ポリアミド系樹脂は、ポリアミド系樹脂特有の性質により、他の樹脂を用いた発泡粒子成形体に関する技術が適用し難いという点が考えられる。ポリプロピレン系樹脂に比べて、ポリアミド系樹脂は、加熱時の結晶化速度が遅く、かつ吸水性が高いという特徴がある。本発明者は、これらの特徴によりポリアミド系樹脂が、ポリプロピレン系樹脂よりも良好な発泡粒子成形体を得ることを困難なものにしていることを見出した。そして、鋭意検討の末、本発明の完成に至った。以下に、本発明の詳細を説明する。
[1]ポリアミド系樹脂発泡粒子
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、ポリアミド系樹脂を基材樹脂とし、下記条件1にて得られるDSC曲線において、ポリアミド系樹脂に固有の融解ピーク(固有ピーク)と、上記固有ピークの頂点温度よりも高温側に頂点温度を有する融解ピーク(高温ピーク)とが現れる結晶構造を有する。
(条件1)
JIS K7122-1987の熱流束示差走査熱量測定法に基づき、ポリアミド系樹脂発泡粒子を試験片とし、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、上記DSC曲線を得る。
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、ポリアミド系樹脂を基材樹脂とし、下記条件1にて得られるDSC曲線において、ポリアミド系樹脂に固有の融解ピーク(固有ピーク)と、上記固有ピークの頂点温度よりも高温側に頂点温度を有する融解ピーク(高温ピーク)とが現れる結晶構造を有する。
(条件1)
JIS K7122-1987の熱流束示差走査熱量測定法に基づき、ポリアミド系樹脂発泡粒子を試験片とし、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、上記DSC曲線を得る。
本明細書において、DSC曲線の測定には、以下に示す状態調節を行った試験片が用いられる。まず、得られたポリアミド系樹脂発泡粒子を24時間以上温度60℃の環境下に置き、その後、室温(23℃)まで徐冷する。次に、徐冷されたポリアミド系樹脂発泡粒子を、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間以上静置することにより状態調節が行われる。上記DSC測定の試験片としてはこのように状態調節された発泡粒子1mg~3mgが用いられる。発泡粒子1個当たりの質量が1mg未満の場合は、総質量が1mg~3mgとなる複数個の発泡粒子をそのまま測定に使用すればよい。また、発泡粒子1個当たりの質量が1mg~3mgの場合には、発泡粒子1個をそのまま測定に使用すればよい。また、発泡粒子1個当たりの質量が3mgを超える場合には、1個の発泡粒子を切断して得た、質量が1mg~3mgとなる切断試料1個を測定に使用すればよい。測定装置として、たとえば高感度型示差走査熱量計「EXSTAR DSC7020」(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)などを使用することができる。
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、上記高温ピークの融解熱量が5J/g以上50J/g以下の範囲であるとともに上記高温ピークの融解熱量の変動係数が20%以下に調整される。
上記構成を備える本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、成形性の良好な発泡粒子成形体を提供可能である。本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、特に、二次発泡性の均一性および融着性の均一性に優れる。さらに、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、圧縮時の初期弾性に優れた発泡粒子成形体を提供可能である。尚、本発明に関し、二次発泡とは、製造された発泡粒子を用い、型内成形を行う際、上記発泡粒子が二次的に発泡することを意味する。
図1に本発明の一実施形態であるポリアミド系樹脂発泡粒子の、条件1で得られたDSC曲線を示す。図1に示すとおり、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、熱流束示差走査熱量測定法に基づき測定されたDSC曲線における融解ピークとして、固有ピークaだけでなく、上記固有ピークaの頂点温度よりも高温側に頂点温度を有する高温ピークbを示す。図1では高温ピークbは1つであるが、高温ピークbは、条件1の範囲において2以上のピークであってもよい。
上記高温ピークbの融解熱量は、5J/g以上50J/g以下である。高温ピークbが2以上のピークである場合には、それらの各ピークの融解熱量の合計が、5J/g以上50J/g以下となるように調整される。上記範囲の融解熱量を示す高温ピークbを備えるポリアミド系樹脂発泡粒子は、型内成形する際に成形性に優れる。上記観点から、融解熱量は、6J/g以上であることが好ましく、7J/g以上であることがより好ましい。また、上記観点から融解熱量は、25J/g以下であることが好ましく、20J/g以下であることがより好ましい。
上記高温ピークbの融解熱量は、5J/g以上50J/g以下である。高温ピークbが2以上のピークである場合には、それらの各ピークの融解熱量の合計が、5J/g以上50J/g以下となるように調整される。上記範囲の融解熱量を示す高温ピークbを備えるポリアミド系樹脂発泡粒子は、型内成形する際に成形性に優れる。上記観点から、融解熱量は、6J/g以上であることが好ましく、7J/g以上であることがより好ましい。また、上記観点から融解熱量は、25J/g以下であることが好ましく、20J/g以下であることがより好ましい。
ポリアミド系樹脂発泡粒子の高温ピークの融解熱量(吸熱エネルギー)は、例えば図1に示すDSC曲線において、固有ピークaの頂点温度よりも高温側に頂点温度を有する高温ピークbの面積に相当する。上記高温ピークの融解熱量(吸熱エネルギー)は、次のようにして求めることができる。まず図1に示すようにDSC曲線上の150℃の点Iと、DSC曲線上の融解ピーク終了時の温度を示す点IIとを結ぶ直線を引く。次に固有ピークaと高温ピークbとの間の谷部にあたるDSC曲線上の点IIIを通り、温度を示すグラフ横軸に対して垂直な直線と、点Iと点IIとを結んだ直線との交点を点IVとする。尚、上記固有ピークaは、ポリアミド系樹脂に固有の融解ピークである。また上記高温ピークbは、固有ピークaの頂点温度よりも高温側に頂点温度を有する融解ピークである。このようにして求めた点IVと点IIとを結ぶ直線、点IIIと点IVを結ぶ直線及び点IIIと点IIを結ぶDSC曲線によって囲まれる部分(斜線部分)の面積が高温ピークbの吸熱エネルギーに相当する。
上記高温ピークbは、2回目のDSC曲線には現れない。
しかし、固有ピークaは、1回目のDSC曲線にも2回目のDSC曲線にも現れる。
また、1回目のDSC曲線において、高温ピークbが2つ以上現れる場合には、上記高温ピークbの融解熱量は、全ての高温ピークbの合計熱量を意味する。なお、DSC曲線上の融解ピーク終了時の温度とは、最も高温側の高温ピークbの融解ピーク終了時の温度をいう。
尚、2回目のDSC曲線は、後述する条件2により得られる。
上記高温ピークbは、2回目のDSC曲線には現れない。
しかし、固有ピークaは、1回目のDSC曲線にも2回目のDSC曲線にも現れる。
また、1回目のDSC曲線において、高温ピークbが2つ以上現れる場合には、上記高温ピークbの融解熱量は、全ての高温ピークbの合計熱量を意味する。なお、DSC曲線上の融解ピーク終了時の温度とは、最も高温側の高温ピークbの融解ピーク終了時の温度をいう。
尚、2回目のDSC曲線は、後述する条件2により得られる。
固有ピークは、発泡粒子の原料として用いられるポリアミド系樹脂に固有の結晶構造に起因する融解ピークである。一方、高温ピークは、樹脂粒子を発泡させて発泡粒子を得るまでの熱履歴により形成される二次結晶に起因する融解ピークである。固有ピークの頂点温度と高温ピークの頂点温度との差は、好ましくは10℃以上であり、より好ましくは12℃以上であり、さらに好ましくは15℃以上である。一方、固有ピークの頂点温度と高温ピークの頂点温度との差は、好ましくは40℃以下であり、より好ましくは30℃以下であり、さらに好ましくは25℃以下である。尚、1回目のDSC曲線において、高温ピークが2つ以上現れる場合には、固有ピークの頂点温度と高温ピークの頂点温度との差は、最も低温側の高温ピークの頂点温度と固有ピークの頂点温度とを比較する。
ポリアミド系樹脂を用いて発泡粒子を製造する際、発泡前のポリアミド系樹脂に対する加熱条件を適宜に設定するなどして、上述する固定ピークおよび高温ピークを示す特徴的な結晶構造を有するポリアミド系樹脂発泡粒子を製造することができる。
尚、2回目のDSC曲線は、以下の方法により求めることができる。まず、上述する条件1に基づき、試験片を、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱し、1回目のDSC曲線を得る。その後、下記条件2により2回目のDSC曲線を得ることができる。
(条件2)
上述の条件1のとおり1回目のDSC曲線を得た後、試験片を、融解ピーク終了時よりも30℃高い度にて10分間保ち、次いで冷却速度10℃/分にて30℃まで冷却し、再度、加熱速度10℃/分にて融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、2回目のDSC曲線を得る。
(条件2)
上述の条件1のとおり1回目のDSC曲線を得た後、試験片を、融解ピーク終了時よりも30℃高い度にて10分間保ち、次いで冷却速度10℃/分にて30℃まで冷却し、再度、加熱速度10℃/分にて融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、2回目のDSC曲線を得る。
2回目のDSC曲線には、固有ピーク(2回目固有ピーク)しか示されず、高温ピークは示されない。上記2回目のDSC曲線の固有ピークの頂点温度は、ポリアミド系樹脂発泡粒子を製造するための原料であるポリアミド系樹脂の固有の融点に相当する。固有ピ-クは、1回目のDSC曲線にも2回目のDSC曲線にも現われる。固有ピ-クの頂点温度は、1回目と2回目で多少異なる場合があるが、その差は5℃以下、通常は2℃以下である。なお、2回目のDSC曲線で示された固有ピークの頂点温度よりも、1回目のDSC曲線で示された高温ピークの頂点温度は、高温側に位置する。
ところで、発泡粒子を商業的に使用する場合には、量産性が求められる。発泡粒子を量産するための装置は、容積の大きい密閉容器を使用することが一般的である。上記密閉容器の容積は、特に限定されないが、例えば400L~5000L程度である。このような大容量の密閉容器を用いて製造されたポリアミド系樹脂発泡粒子は、発泡粒子成形体を製造する際、成形性に劣る場合があった。特に、上記ポリアミド系樹脂発泡粒子は、型内成形時におけるアミド系樹脂発泡粒子の二次発泡性の均一性、および粒子間の融着性の均一性、並びに得られた発泡粒子成形体の圧縮時の初期弾性に関し、改善する余地があることがわかった。
かかる問題について検討したところ、以下の知見を得た。特に密閉容器の容量が大きくなると、ポリアミド系樹脂発泡粒子の製造は、発泡工程における発泡粒子の放出時間が長くなる。これにより、発泡工程の前半に放出されたポリアミド系樹脂発泡粒子と、発泡工程の後半に放出されたポリアミド系樹脂発泡粒子とでは、結晶性の差異が大きいことがわかった。かかる知見から、本発明は、一連の発泡工程において放出されたポリアミド系樹脂発泡粒子の結晶性に大きな差異が生じないよう、上記高温ピークの融解熱量の変動係数を20%以下に留めるものである。これによって、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、上記二次発泡性の均一性、粒子間の融着性の均一性、および圧縮時の初期弾性が向上した発泡粒子成形体を提供することができる。上記変動係数は、15%以下であることが好ましく、9%以下であることがより好ましく、6%以下であることがさらに好ましい。
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、高温ピークの融解熱量の変動係数が小さいため、型内成形する際、二次発泡性の均一性及び融着性の均一性に優れる。その結果、広い成形範囲で良好な成形体を得ることが可能である。特にポリアミド系樹脂は、ポリプロピレン系樹脂に比べて水蒸気の透過性が非常に高い性質を有する。そのため、ポリアミド系樹脂発泡粒子は、スチームを用いた型内成形時に二次発泡力が弱い傾向がある。よって、ポリアミド系樹脂発泡粒子の型内成形性を向上させるためには、発泡粒子の高温ピークの融解熱量の変動係数を小さく抑えることが重要となる。
本発明に関し、高温ピークの融解熱量の変動係数Cは、以下の式(1)、式(2)より求められる。
発泡工程開始時間から発泡工程終了時間までに得られたポリアミド系樹脂発泡粒子から50個以上を採取する。これらをサンプルとして、式(1)、式(2)より、高温ピークの融解熱量の変動係数Cを求める。またTavは、上記50個以上のサンプルの融解熱量の算術平均値を示す。nはサンプル数を示す。
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子は、発泡粒子間の融解熱量の差が小さいことが好ましい。具体的には、上述のとおり採取した50個以上の発泡粒子の中で、最も大きい高温ピークの融解熱量の発泡粒子と最も小さい高温ピークの融解熱量の発泡粒子とにおける融解熱量の差は、5J/g以下であることが好ましく、3J/g以下であることがより好ましく、2J/g以下であることがさらに好ましい。
本発明において、ポリアミド系樹脂は、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート化合物及びエポキシ化合物から選択される1種以上の化合物(以下、改質剤ともいう)で改質された変性ポリアミド系樹脂であることが好ましい。ポリアミド系樹脂は、上記化合物で改質されることにより、ポリアミド系樹脂の分子鎖末端の一部または全てが封鎖される。改質剤として、上記化合物の中でも、カルボジイミド化合物が好ましい。具体的には、ビス(ジプロピルフェニル)カルボジイミド等の芳香族モノカルボジイミド、芳香族ポリカルボジイミド、ポリ(4,4’-ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)等の脂肪族ポリカルボジイミド等が挙げられる。
ビス(ジプロピルフェニル)カルボジイミドは、例えば、ラインケミー社製「Stabaxol 1-LF」が挙げられる。芳香族ポリカルボジイミドは、例えば、ラインケミー社製「Stabaxol P」、「Stabaxol P100」、「Stabaxol P400」が挙げられる。ポリ(4,4’-ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)は、例えば、日清紡ケミカル(株)製「カルボジライトLA-1」)が挙げられる。
ビス(ジプロピルフェニル)カルボジイミドは、例えば、ラインケミー社製「Stabaxol 1-LF」が挙げられる。芳香族ポリカルボジイミドは、例えば、ラインケミー社製「Stabaxol P」、「Stabaxol P100」、「Stabaxol P400」が挙げられる。ポリ(4,4’-ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)は、例えば、日清紡ケミカル(株)製「カルボジライトLA-1」)が挙げられる。
カルボジイミド化合物の中でも、上記芳香族ポリカルボジイミド及び上記脂肪族ポリカルボジイミドなどのポリマータイプが好ましい。例えば、ポリアミド系樹脂を押出機中で改質する場合に、ポリマータイプのカルボジイミド化合物は、ポリアミド系樹脂を改質する前に揮発することが防止される。なお、ポリマータイプのカルボジイミド化合物とは、数平均分子量が概ね1000以上であるものをいう。また、カルボジイミド化合物の中でも、上記芳香族ポリカルボジイミド及び上記脂肪族ポリカルボジイミドなどの多官能タイプのカルボジイミド化合物であることが好ましい。これらの改質剤は単独で使用してもよく、あるいは2種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記改質剤による改質されたポリアミド系樹脂とは、分子鎖末端の官能基が、上記改質剤で封鎖された樹脂を指す。改質されたポリアミド系樹脂は、加水分解がより抑制される。これにより、型内成形に耐えうるポリアミド系樹脂発泡粒子が得られやすくなる。ポリアミド系樹脂の分子鎖の末端基が改質剤により封鎖されている割合(末端封鎖率)は、加水分解を抑制する観点から50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。上記末端封鎖率は、以下のようにして求められる。ポリアミド系樹脂の数平均絶対分子量(Mn)をGPC-MALS法(ゲル浸透クロマトグラフィ―多角度光散乱検出法)等で測定し、分子鎖末端基総数(eq/g)=2/Mnの関係式を用いて分子鎖末端基総数を算出する。滴定Iにより上記ポリアミド系樹脂のカルボキシル基末端の数(eq/g)を測定し、滴定IIによりアミノ基末端の数(eq/g)を測定し、下記式(3)により、末端封鎖率を求めることができる。尚、滴定Iは、ポリアミドのベンジルアルコール溶液を0.1N水酸化ナトリウムで滴定することにより行われる。滴定IIは、ポリアミドのフェノール溶液を0.1N塩酸で滴定することにより行われる。
上記式(3)中、Aは分子鎖末端基総数(これは通常、ポリアミド分子の数の2倍に等しい)を表す。Bは、滴定Iおよび滴定IIで測定された、封鎖されずに残ったカルボキシル基末端およびアミノ基末端の合計数を表す。
ポリアミド系樹脂が上記変性ポリアミド系樹脂であると、発泡工程において二次結晶化の進行がより抑制されると考えられる。そのため、発泡工程が長時間になった場合であっても、発泡工程前半の発泡粒子の結晶性と、発泡工程後半の発泡粒子の結晶性との差異をより小さく抑え得る。尚、ここでいう発泡工程における二次結晶化とは、発泡工程前において結晶化処理工程などにより結晶化されたポリアミド系樹脂が、さらに発泡工程において結晶化することを指す。
上記変性ポリアミド系樹脂であると発泡工程における二次結晶化の進行がより抑制される理由は明らかになっていないが、以下の理由が考えられる。
1つは、改質剤によりポリアミド系樹脂に分岐鎖が導入されていることが理由であると考えられる。例えば、多官能タイプからなる改質剤の使用によりポリアミド系樹脂に分岐鎖が導入されたポリアミド系樹脂粒子は、分岐鎖の導入により結晶化過程における分子鎖の運動が妨げられ、発泡工程における加熱条件下での結晶化の進行が抑制されると考えられる。
また、2つ目としては、改質剤によりポリアミド系樹脂が高分子量化することが理由であると考えられる。例えば、2官能タイプの改質剤では、ポリアミド系樹脂の分子鎖末端同士が改質剤を介して結合するため分子量が大きくなる。また、分子量が大きい改質剤でポリアミド系樹脂を改質することにより改質剤の分子量の分だけ、ポリアミド系樹脂の分子量が大きくなる。このように上記改質剤で封鎖されたポリアミド系樹脂粒子は、高分子量のポリアミド系樹脂の比率が増えるため、発泡工程における加熱下で結晶化の進行が抑制されると考えられる。
1つは、改質剤によりポリアミド系樹脂に分岐鎖が導入されていることが理由であると考えられる。例えば、多官能タイプからなる改質剤の使用によりポリアミド系樹脂に分岐鎖が導入されたポリアミド系樹脂粒子は、分岐鎖の導入により結晶化過程における分子鎖の運動が妨げられ、発泡工程における加熱条件下での結晶化の進行が抑制されると考えられる。
また、2つ目としては、改質剤によりポリアミド系樹脂が高分子量化することが理由であると考えられる。例えば、2官能タイプの改質剤では、ポリアミド系樹脂の分子鎖末端同士が改質剤を介して結合するため分子量が大きくなる。また、分子量が大きい改質剤でポリアミド系樹脂を改質することにより改質剤の分子量の分だけ、ポリアミド系樹脂の分子量が大きくなる。このように上記改質剤で封鎖されたポリアミド系樹脂粒子は、高分子量のポリアミド系樹脂の比率が増えるため、発泡工程における加熱下で結晶化の進行が抑制されると考えられる。
なお、ポリアミド系樹脂の結晶化の速さは、半結晶化時間で評価することができる。ポリアミド系樹脂の半結晶化時間は、ポリアミド系樹脂発泡粒子の融点-20℃の条件における半結晶化の時間から求めることができる。半結晶化時間は、たとえば、ホモポリマーからなるポリアミドの場合には、280秒以上であることが好ましく、290秒以上であることが好ましい。また、ポリアミド共重合体からなるポリアミドの場合には、350秒以上であることが好ましく、400秒以上であることがより好ましい。なお、ポリアミド系樹脂発泡粒子の融点は、上記条件2の2回目固有ピークの頂点温度から求められる。
半結晶化時間は、ポリアミド系樹脂発泡粒子を用い、そのポリアミド系樹脂発泡粒子を構成するポリアミド系樹脂の融点よりも高い温度で10分以上加熱プレスして0.1mm程度のフィルム状の試料とする。このフィルム状の試料を保持した支持体を、ポリアミド系樹脂の結晶化温度に保持されたオイルバス中に浸漬して試料の結晶化に伴い増加する透過光を測定し、アブラミ式から半結晶化時間を算出することができる。測定装置として、例えば、コタキ製作所製の結晶化速度測定器(MK-801)を用いることができる。上記半結晶化時間の測定は、ポリアミド系樹脂に固有の結晶構造に起因する結晶化速度を求めるものである。ポリアミド系樹脂に固有の結晶構造に起因する結晶化速度が遅いということは、発泡粒子を得る際の熱履歴により形成される二次結晶に起因する結晶構造の結晶化速度も遅くなると考えられる。よって、上記半結晶化時間から、ポリアミド系樹脂発泡粒子の製造に起因する結晶構造の結晶化の進行抑制の程度を予測することが可能である。
半結晶化時間は、ポリアミド系樹脂発泡粒子を用い、そのポリアミド系樹脂発泡粒子を構成するポリアミド系樹脂の融点よりも高い温度で10分以上加熱プレスして0.1mm程度のフィルム状の試料とする。このフィルム状の試料を保持した支持体を、ポリアミド系樹脂の結晶化温度に保持されたオイルバス中に浸漬して試料の結晶化に伴い増加する透過光を測定し、アブラミ式から半結晶化時間を算出することができる。測定装置として、例えば、コタキ製作所製の結晶化速度測定器(MK-801)を用いることができる。上記半結晶化時間の測定は、ポリアミド系樹脂に固有の結晶構造に起因する結晶化速度を求めるものである。ポリアミド系樹脂に固有の結晶構造に起因する結晶化速度が遅いということは、発泡粒子を得る際の熱履歴により形成される二次結晶に起因する結晶構造の結晶化速度も遅くなると考えられる。よって、上記半結晶化時間から、ポリアミド系樹脂発泡粒子の製造に起因する結晶構造の結晶化の進行抑制の程度を予測することが可能である。
改質によって、ポリアミド系樹脂に分岐鎖が導入されていることを確かめる方法としては、例えば、ポリアミド系樹脂の収縮因子から確認することができる。一般的に、分岐を有する樹脂は、同一の絶対分子量である直鎖状の樹脂と比較した場合に、分子の大きさが小さくなる傾向にある。収縮因子は、想定上同一の絶対分子量である直鎖状重合体に対する、分子鎖が導入されたポリアミド系樹脂の分子の占める大きさの比率の指標である。すなわち、樹脂の分岐度が大きくなれば、収縮因子は小さくなる傾向にある。このことから、収縮因子が1.0未満のポリアミド系樹脂である場合、分岐状ポリアミド系樹脂であることがわかる。上記収縮因子を求める方法としては、例えば、GPC-MALS法を採用することができる。
ポリアミド系樹脂発泡粒子の独立気泡率は、85%以上であることが好ましく、88%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。上記独立気泡率は、基材樹脂のポリアミド系樹脂として変性ポリアミド系樹脂を用いることにより向上する。上記範囲の独立気泡率を満たす発泡粒子は、発泡粒子成形体の成形性が特に良好なものとなる。上記独立気泡率は、発泡粒子中の全気泡の容積に対する独立気泡の容積の割合であり、ASTM-D2856-70に基づき空気比較式比重計を用いて求められる。
ポリアミド系樹脂発泡粒子の見掛け密度は、10kg/m3以上であることが好ましく、30kg/m3以上であることがより好ましく、50kg/m3以上であることがさらに好ましい。そして、ポリアミド系樹脂発泡粒子の見掛け密度は、300kg/m3以下であることが好ましく、250kg/m3以下であることがより好ましく、200kg/m3以下であることが更に好ましく、150kg/m3以下であることが特に好ましい。
発泡粒子の見掛け密度が上記範囲であれば、発泡粒子や発泡粒子からなる成形体が過度に収縮することが抑制され、良好な発泡粒子成形体が得られ易い。なお、ポリアミド系樹脂発泡粒子の見掛け密度は、以下の方法で測定される。
得られたポリアミド系樹脂発泡粒子を24時間温度60℃の環境下に置き、その後、常温(23℃)まで徐冷した後、相対湿度50%、23℃、1atmの条件にて24時間放置して状態調節をする。次に、嵩体積が約500cm3である発泡粒子の質量W1を測定し、続いて上記発泡粒子を、温度23℃の水の入ったメスシリンダーに、金網を使用して沈める。金網の体積を考慮して、水位上昇分より読みとられる発泡粒子の容積V1[cm3]を測定する。そして発泡粒子の質量W1[g]を容積V1[cm3]で除し(W1/V1)、単位を[kg/m3]に換算することで、発泡粒子の見掛け密度が求められる。
発泡粒子の見掛け密度が上記範囲であれば、発泡粒子や発泡粒子からなる成形体が過度に収縮することが抑制され、良好な発泡粒子成形体が得られ易い。なお、ポリアミド系樹脂発泡粒子の見掛け密度は、以下の方法で測定される。
得られたポリアミド系樹脂発泡粒子を24時間温度60℃の環境下に置き、その後、常温(23℃)まで徐冷した後、相対湿度50%、23℃、1atmの条件にて24時間放置して状態調節をする。次に、嵩体積が約500cm3である発泡粒子の質量W1を測定し、続いて上記発泡粒子を、温度23℃の水の入ったメスシリンダーに、金網を使用して沈める。金網の体積を考慮して、水位上昇分より読みとられる発泡粒子の容積V1[cm3]を測定する。そして発泡粒子の質量W1[g]を容積V1[cm3]で除し(W1/V1)、単位を[kg/m3]に換算することで、発泡粒子の見掛け密度が求められる。
ポリアミド系樹脂発泡粒子は、水分率が1%以上であることが好ましく、2%以上であることがより好ましく、3%以上であることがさらに好ましい。ポリアミド系樹脂発泡粒子の水分率の上限は概ね20%程度であり、10%以下であることが好ましく、5%以下であることがさらに好ましい。
ポリアミド系樹脂発泡粒子が上記水分率を満足すると、ポリアミド系樹脂発泡粒子を構成するポリアミド系樹脂が水により可塑化されている。そのため、ポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形する際、低い成形スチーム圧で充分に発泡粒子同士を融着させることが可能となる。
発泡粒子中の水分率は、カールフィッシャー水分測定装置により求めることができ、具体的には以下の方法によって求めることができる。ポリアミド系樹脂発泡粒子を秤量し、次いで加熱水分気化装置を用いてポリアミド系樹脂発泡粒子を加熱することにより、発泡粒子内部の水分を気化させる。そして気化した水分を、カールフィッシャー水分測定装置を用いて、カールフィッシャー滴定(電量滴定法)により測定し、発泡粒子中の水分率を求める。ポリアミド系樹脂粒子の水分率も上述と同様の方法で測定される。
ポリアミド系樹脂発泡粒子が上記水分率を満足すると、ポリアミド系樹脂発泡粒子を構成するポリアミド系樹脂が水により可塑化されている。そのため、ポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形する際、低い成形スチーム圧で充分に発泡粒子同士を融着させることが可能となる。
発泡粒子中の水分率は、カールフィッシャー水分測定装置により求めることができ、具体的には以下の方法によって求めることができる。ポリアミド系樹脂発泡粒子を秤量し、次いで加熱水分気化装置を用いてポリアミド系樹脂発泡粒子を加熱することにより、発泡粒子内部の水分を気化させる。そして気化した水分を、カールフィッシャー水分測定装置を用いて、カールフィッシャー滴定(電量滴定法)により測定し、発泡粒子中の水分率を求める。ポリアミド系樹脂粒子の水分率も上述と同様の方法で測定される。
本明細書中におけるポリアミド系樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリアミド共重合体が挙げられる。
上記ポリアミドとしては、例えば、ポリ(カプロラクタム)としても知られるポリ(6-アミノヘキサン酸)(ポリカプロアミド、ナイロン6)、ポリ(ラウロラクタム)(ナイロン12)、ポリ(ヘキサメチレンアジパミド)(ナイロン66)、ポリ(7-アミノヘプタン酸)(ナイロン7)、ポリ(8-アミノオクタン酸)(ナイロン8)、ポリ(9-アミノノナン酸)(ナイロン9)、ポリ(10-アミノデカン酸)(ナイロン10)、ポリ(11-アミノウンデカン酸)(ナイロン11)、ポリ(ヘキサメチレンセバカミド)(ナイロン610)、ポリ(デカメチレンセバカミド)(ナイロン1010)、ポリ(ヘキサメチレンアゼラミド)(ナイロン69)、ポリ(テトラメチレンアジパミド)(ナイロン46)、ポリ(テトラメチレンセバカミド)(ナイロン410)、ポリ(ペンタメチレンアジパミド)(ナイロン56)、及びポリ(ペンタメチレンセバカミド)(ナイロン510)等のホモポリマーが挙げられる。
上記ポリアミド共重合体とは、2種以上の繰り返し単位を有し、それぞれの繰り返し単位の少なくとも一部にアミド結合を有するものを意味する。
上記ポリアミド共重合体としては、例えば、カプロラクタム/ヘキサメチレンジアミノアジピン酸(ナイロン6/66)、カプロラクタム/ヘキサメチレンジアミノアジピン酸/ラウリルラクタム(ナイロン6/66/12)、及びカプロラクタム/ラウリルラクタム共重合体(ナイロン6/12)等が挙げられる。
以上のポリアミド系樹脂の中でも、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン6/66/12及びナイロン6/66から選択されるポリアミド系樹脂であることが好ましい。
上記ポリアミドとしては、例えば、ポリ(カプロラクタム)としても知られるポリ(6-アミノヘキサン酸)(ポリカプロアミド、ナイロン6)、ポリ(ラウロラクタム)(ナイロン12)、ポリ(ヘキサメチレンアジパミド)(ナイロン66)、ポリ(7-アミノヘプタン酸)(ナイロン7)、ポリ(8-アミノオクタン酸)(ナイロン8)、ポリ(9-アミノノナン酸)(ナイロン9)、ポリ(10-アミノデカン酸)(ナイロン10)、ポリ(11-アミノウンデカン酸)(ナイロン11)、ポリ(ヘキサメチレンセバカミド)(ナイロン610)、ポリ(デカメチレンセバカミド)(ナイロン1010)、ポリ(ヘキサメチレンアゼラミド)(ナイロン69)、ポリ(テトラメチレンアジパミド)(ナイロン46)、ポリ(テトラメチレンセバカミド)(ナイロン410)、ポリ(ペンタメチレンアジパミド)(ナイロン56)、及びポリ(ペンタメチレンセバカミド)(ナイロン510)等のホモポリマーが挙げられる。
上記ポリアミド共重合体とは、2種以上の繰り返し単位を有し、それぞれの繰り返し単位の少なくとも一部にアミド結合を有するものを意味する。
上記ポリアミド共重合体としては、例えば、カプロラクタム/ヘキサメチレンジアミノアジピン酸(ナイロン6/66)、カプロラクタム/ヘキサメチレンジアミノアジピン酸/ラウリルラクタム(ナイロン6/66/12)、及びカプロラクタム/ラウリルラクタム共重合体(ナイロン6/12)等が挙げられる。
以上のポリアミド系樹脂の中でも、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン6/66/12及びナイロン6/66から選択されるポリアミド系樹脂であることが好ましい。
ポリアミド共重合体は、ある一定量同じ繰り返し単位のアミドが続いた後に異なる種類のアミドがある一定量続くブロック共重合体であってもよく、また異なる種類のアミドがそれぞれランダムに配列されるランダム共重合体であってもよい。特に、ポリアミド共重合体は、ランダム共重合体であることが好ましい。ポリアミド共重合体がランダム共重合体であれば、ポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形する際に比較的低い成形スチーム圧で成形することが可能となる。
またポリアミド系樹脂発泡粒子は、本発明の目的、効果を阻害しない範囲において、他の熱可塑性樹脂及び熱可塑性エラストマーを1種以上含有してもよい。他の熱可塑性樹脂及び熱可塑性エラストマーとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、酢酸ビニル樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、アクリル酸エステル樹脂、およびメタクリル酸エステル樹脂、エチレン-プロピレン系ゴム、エチレン-1-ブテンゴム、プロピレン-1-ブテンゴム、エチレン-プロピレン-ジエン系ゴム、イソプレンゴム、ネオプレンゴム、ニトリルゴムなどのゴム、スチレン-ジエンブロック共重合体やスチレン-ジエンブロック共重合体の水添物等から選択される1種以上が挙げられる。他の熱可塑性樹脂及び熱可塑性エラストマーの配合量としては、ポリアミド系樹脂100質量部に対して20質量部以下が好ましく、10質量部以下がより好ましく、5質量部以下がさらに好ましく、ポリアミド系樹脂のみからなることが特に好ましい。
ポリアミド系樹脂発泡粒子には、ポリアミド系樹脂の他に、通常使用される気泡調整剤、帯電防止剤、導電性付与剤、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、金属不活性化剤、着色剤(顔料、染料等)、結晶核剤、及び充填材等の各種の添加剤を、必要に応じて1種以上、適宜配合することができる。気泡調整剤としては、タルク、塩化ナトリウム、炭酸カルシウム、シリカ、酸化チタン、石膏、ゼオライト、ホウ砂、水酸化アルミニウム、ミョウバン、及びカーボン等の無機系気泡調整剤、並びに、リン酸系化合物、アミン系化合物、及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の有機系気泡調整剤が挙げられる。これらの各種添加剤の添加量は、発泡粒子成形体の使用目的により異なるが、ポリアミド系樹脂粒子を構成するポリマー成分100質量部に対して20質量部以下であることが好ましい。上記添加量は、より好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下である。
本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子を構成するポリアミド系樹脂粒子の融点は、特に限定されないが175℃以上であることが好ましく、180℃以上であることがより好ましく、185℃以上であることがさらに好ましい。一方、発泡工程の温度コントロールが容易であるという観点からは、上記融点は、280℃以下であることが好ましく、260℃以下であることがより好ましく、240℃以下であることがさらに好ましく、230℃以下であることが特に好ましい。ポリアミド系樹脂発泡粒子の融点が上記範囲を満足すると、見掛け密度が低いポリアミド系樹脂発泡粒子が得られやすいとともに、耐熱性に優れるポリアミド系樹脂発泡粒子が得られやすくなることから好ましい。
上記ポリアミド系樹脂粒子の融点は、ポリアミド系樹脂粒子を試験片として、上記条件2により得られる2回目のDSC曲線の固有ピークの頂点温度から求めることができる。
上記ポリアミド系樹脂粒子の融点は、ポリアミド系樹脂粒子を試験片として、上記条件2により得られる2回目のDSC曲線の固有ピークの頂点温度から求めることができる。
本明細書中におけるポリアミド系樹脂は、曲げ弾性率が1000MPa以上であることが好ましく、1200MPa以上であることがより好ましく、1500MPa以上であることがさらに好ましい。ポリアミド系樹脂の曲げ弾性率が上記範囲であれば、曲げ弾性率が高いことに由来して、発泡後に常温に晒されても過度な収縮が抑制され、高倍率の発泡粒子が得られ易くなるため好ましい。また、曲げ弾性率が高いことにより型内成形性に優れるため好ましい。なお、ポリアミド系樹脂の曲げ弾性率の上限は概ね3000MPa程度である。
ポリアミド系樹脂の曲げ弾性率は、ポリアミド系樹脂を温度23℃、相対湿度50%の状態で24時間静置した後、JIS K7171:2016に準拠して測定することにより求めることができる。
ポリアミド系樹脂の密度は、1.05g/cm3以上であることが好ましく、1.1g/cm3以上であることが好ましい。密度は、ISO 1183-3の方法に基づいて求めることができる。
[2]ポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法
以下に、本発明の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、上述する本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法の望ましい態様である。ただし、以下の説明は、上述する本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法を何ら限定するものではない。
以下に、本発明の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、上述する本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法の望ましい態様である。ただし、以下の説明は、上述する本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法を何ら限定するものではない。
本発明の製造方法は、分散工程と、発泡剤付与工程と、結晶化処理工程と、発泡工程とを含む。
上記分散工程は、密閉容器内で、水性分散媒にポリアミド系樹脂粒子を分散させる工程である。上記発泡剤付与工程は、ポリアミド系樹脂に対し、発泡剤を含有させる工程である。上記結晶化処理工程は、水性分散媒中に分散しているポリアミド系樹脂粒子を加熱して高温ピークを形成する工程である。また上記発泡工程は、高温ピークが形成され、発泡剤を含むポリアミド系樹脂粒子を、水性分散媒とともに密閉容器から、上記密閉容器内の圧力よりも低い圧力下に放出して発泡させる工程である。発泡工程において、発泡剤を含むポリアミド系樹脂粒子を上記密閉容器から放出している時、上記密閉容器内の温度を10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温させる昇温調整を実施する。
かかる製造方法によれば、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子を良好に製造することができる。
以下に本発明の製造方法について、詳細に説明する。
上記分散工程は、密閉容器内で、水性分散媒にポリアミド系樹脂粒子を分散させる工程である。上記発泡剤付与工程は、ポリアミド系樹脂に対し、発泡剤を含有させる工程である。上記結晶化処理工程は、水性分散媒中に分散しているポリアミド系樹脂粒子を加熱して高温ピークを形成する工程である。また上記発泡工程は、高温ピークが形成され、発泡剤を含むポリアミド系樹脂粒子を、水性分散媒とともに密閉容器から、上記密閉容器内の圧力よりも低い圧力下に放出して発泡させる工程である。発泡工程において、発泡剤を含むポリアミド系樹脂粒子を上記密閉容器から放出している時、上記密閉容器内の温度を10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温させる昇温調整を実施する。
かかる製造方法によれば、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子を良好に製造することができる。
以下に本発明の製造方法について、詳細に説明する。
本発明の製造方法では、変性ポリアミド系樹脂を基材樹脂とすることが好ましい。上記変性ポリアミド系樹脂は、ポリアミド系樹脂粒子が、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート化合物及びエポキシ化合物から選択される1種以上の化合物で改質された樹脂である。
かかる改質は、発泡工程前に行われればよい。たとえばポリアミド系樹脂粒子を製造する際に改質剤と未改質のポリアミド系樹脂とを押出機で混練しポリアミド系樹脂を改質してポリアミド系樹脂粒子とすることが好ましい。その他の方法として、予め改質された変性ポリアミド系樹脂を原料として用いて造粒してもよいし、あるいは、分散工程または後述する結晶化処理工程において、改質剤を添加し、ポリアミド系樹脂粒子の改質を行ってもよい。上記化合物で改質することによりポリアミド系樹脂の分子鎖末端の一部または全てを封鎖することができる。改質剤の配合量は、ポリアミド系樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下の範囲で添加することが好ましく、0.5質量部以上3質量部以下の範囲で添加することがより好ましい。改質剤の詳細は、上述する本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子の説明における記載が参照される。
〔分散工程〕
分散工程は、密閉容器内でポリアミド系樹脂粒子を水などの水性分散媒中に分散させ、分散液を得る工程である。密閉容器は、たとえば加圧可能なオートクレーブ等が挙げられる。ポリアミド系樹脂粒子を分散媒中に分散させる方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。例えば、撹拌機を備える密閉容器を用い、上記容器に仕込まれた水性分散媒にポリアミド系樹脂粒子を添加し、撹拌することによって、分散液を得ることができる。水性分散媒とは、水または水を主体とする液状体が挙げられ、それらの中でも水を用いることが好ましい。
分散工程は、密閉容器内でポリアミド系樹脂粒子を水などの水性分散媒中に分散させ、分散液を得る工程である。密閉容器は、たとえば加圧可能なオートクレーブ等が挙げられる。ポリアミド系樹脂粒子を分散媒中に分散させる方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。例えば、撹拌機を備える密閉容器を用い、上記容器に仕込まれた水性分散媒にポリアミド系樹脂粒子を添加し、撹拌することによって、分散液を得ることができる。水性分散媒とは、水または水を主体とする液状体が挙げられ、それらの中でも水を用いることが好ましい。
必要に応じて、上記分散媒には、酸化アルミニウム、第三リン酸カルシウム、ピロリン酸マグネシウム、酸化亜鉛、カオリン、マイカ、タルク、スメクタイト等の無機物質等の分散剤、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルカンスルホン酸ナトリウム等のアニオン界面活性剤等の分散助剤を添加してもよい。ポリアミド系樹脂粒子と分散剤との質量比(樹脂粒子/分散剤)は、20以上とすることが好ましく、30以上とすることがより好ましい。また、ポリアミド系樹脂粒子と分散剤との質量比(樹脂粒子/分散剤)は、2000以下とすることが好ましく、1000以下とすることがより好ましい。また、分散剤と分散助剤との質量比(分散剤/分散助剤)は、1以上とすることが好ましく、10以上とすることがより好ましい。また、分散剤と分散助剤との質量比(分散剤/分散助剤)は、500以下とすることが好ましく、100以下とすることがより好ましい。
本発明で用いられるポリアミド系樹脂粒子の製造方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法により製造することができる。例えば、ストランドカット法、ホットカット法、アンダーウォーターカット法(UWC法)などの方法により、ポリアミド系樹脂粒子を製造することができる。上記ストランドカット法は、以下のようにして樹脂粒子を得る方法である。まず、ポリアミド系樹脂と、必要に応じて気泡調整剤、着色剤等の添加剤とを押出機に投入し、混練して溶融混練物とする。次に、押出機先端に付設されたダイの小孔からストランド状に溶融混練物を押し出す。そして、上記ストランド状の溶融混練物をペレタイザーで所定の質量となるように切断して粒状物を得る。またホットカット法は、溶融混練物を気相中に押出した直後に切断して粒状物を得る方法である。またアンダーウォーターカット法(UWC法)は、溶融混練物を水中に押出した直後に切断して粒状物を得る方法である。
〔発泡剤付与工程〕
発泡剤付与工程は、ポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる工程である。ポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる方法としては、ポリアミド系樹脂粒子を製造する際に、ポリアミド系樹脂と発泡剤を混練してポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる方法、分散工程の容器とは別の容器にてポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる方法、分散工程を行う容器と同一容器内でポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる方法が挙げられる。
つまり本製造方法において、分散工程、結晶化処理工程、発泡工程をこの順で実施するとともに、発泡剤付与工程を発泡工程より前の任意の段階で実施することができる。また発泡剤を付与するタイミングは、複数に分かれてもよい。
発泡剤付与工程に用いられる発泡剤としては、物理発泡剤を用いることができる。物理発泡剤としては、有機系物理発泡剤として、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素、クロロフルオロメタン、トリフルオロメタン、1,1-ジフルオロエタン、1,1,1,2-テトラフルオロエタン、メチルクロライド、エチルクロライド、メチレンクロライド等のハロゲン化炭化水素、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル等のジアルキルエーテル等が挙げられる。また、無機系物理発泡剤として、二酸化炭素、窒素、ヘリウム、アルゴン、空気等が挙げられる。物理発泡剤の中でも、環境への影響が少ないとともに可燃性がなく安全性に優れるという観点から、無機系物理発泡剤が好ましく、二酸化炭素又は窒素がより好ましく、二酸化炭素が更に好ましい。
発泡剤付与工程は、ポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる工程である。ポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる方法としては、ポリアミド系樹脂粒子を製造する際に、ポリアミド系樹脂と発泡剤を混練してポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる方法、分散工程の容器とは別の容器にてポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる方法、分散工程を行う容器と同一容器内でポリアミド系樹脂粒子に発泡剤を含有させる方法が挙げられる。
つまり本製造方法において、分散工程、結晶化処理工程、発泡工程をこの順で実施するとともに、発泡剤付与工程を発泡工程より前の任意の段階で実施することができる。また発泡剤を付与するタイミングは、複数に分かれてもよい。
発泡剤付与工程に用いられる発泡剤としては、物理発泡剤を用いることができる。物理発泡剤としては、有機系物理発泡剤として、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素、クロロフルオロメタン、トリフルオロメタン、1,1-ジフルオロエタン、1,1,1,2-テトラフルオロエタン、メチルクロライド、エチルクロライド、メチレンクロライド等のハロゲン化炭化水素、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル等のジアルキルエーテル等が挙げられる。また、無機系物理発泡剤として、二酸化炭素、窒素、ヘリウム、アルゴン、空気等が挙げられる。物理発泡剤の中でも、環境への影響が少ないとともに可燃性がなく安全性に優れるという観点から、無機系物理発泡剤が好ましく、二酸化炭素又は窒素がより好ましく、二酸化炭素が更に好ましい。
以下の説明では、同一の密閉容器内において分散工程、発泡剤付与工程、結晶化処理工程および発泡工程を連続して行う例を用いて説明する。これらの工程は、互いに独立して行われてもよいし、互いの工程の少なくとも一部が重複していてもよい。
発泡剤付与工程の実施に際し、密閉容器内に発泡剤を添加するタイミングは、分散工程からポリアミド系樹脂粒子を放出する前(即ち発泡工程前)までの間であればよい。例えば、上記タイミングとして、分散工程中、分散工程終了時、分散工程終了後から結晶化処理工程開始までの間、結晶化処理工程中が挙げられる。上記の中でも樹脂粒子に対する発泡剤の含浸圧力を調整し易いという観点から、少なくとも結晶化処理工程の直前に発泡剤を添加することが好ましい。
発泡剤付与工程において、発泡剤をポリアミド系樹脂粒子に短時間で十分に含浸させる観点から、分散液が入った容器に発泡剤を添加することにより、密閉容器内の圧力が、1.5MPa(G)以上となるようにすることが好ましく、2.5MPa(G)以上となるようにすることがより好ましく、7MPa(G)以下となるようにすることが好ましく、5MPa(G)以下となるようにすることがより好ましい。この圧力を含浸圧力という。なお、「1.5MPa(G)」は、ゲージ圧で1.5MPaであることを意味する。
〔結晶化処理工程〕
結晶化処理工程は、密閉容器内において、分散液を結晶化処理温度T1まで昇温させた後、一定温度範囲で一定時間、上記分散液の温度を保持する工程である。結晶化処理工程における上述の一連の処理を、以下において結晶化処理という場合がある。上述する結晶化処理によって、発泡粒子を得る際の熱履歴により、二次結晶が形成される。そして上記二次結晶に起因する融解ピーク(高温ピーク)の結晶化が充分に促進され得る。その結果、高温ピークの融解熱量を上述する範囲に調整することができる。また結晶化処理を実施することで、ポリアミド系樹脂粒子に対し、発泡剤を良好に含浸させることができ、かつ製造されるポリアミド系樹脂発泡粒子の独立気泡率を上述する望ましい範囲に調整し易い。
なお、上述する変性ポリアミド系樹脂を基材樹脂とするポリアミド系樹脂粒子を用いる場合であっても、結晶化処理における温度保持の時間を長くし、あるいは結晶化処理工程における昇温速度を緩やかにするなどして、結晶化を充分に促進させ所望の高温ピークを形成することが可能である。
結晶化処理工程は、密閉容器内において、分散液を結晶化処理温度T1まで昇温させた後、一定温度範囲で一定時間、上記分散液の温度を保持する工程である。結晶化処理工程における上述の一連の処理を、以下において結晶化処理という場合がある。上述する結晶化処理によって、発泡粒子を得る際の熱履歴により、二次結晶が形成される。そして上記二次結晶に起因する融解ピーク(高温ピーク)の結晶化が充分に促進され得る。その結果、高温ピークの融解熱量を上述する範囲に調整することができる。また結晶化処理を実施することで、ポリアミド系樹脂粒子に対し、発泡剤を良好に含浸させることができ、かつ製造されるポリアミド系樹脂発泡粒子の独立気泡率を上述する望ましい範囲に調整し易い。
なお、上述する変性ポリアミド系樹脂を基材樹脂とするポリアミド系樹脂粒子を用いる場合であっても、結晶化処理における温度保持の時間を長くし、あるいは結晶化処理工程における昇温速度を緩やかにするなどして、結晶化を充分に促進させ所望の高温ピークを形成することが可能である。
上記結晶化処理における一定温度範囲とは、ポリアミド系樹脂の固有の融点(Tm)よりも90℃低い温度(Tm-90℃)以上であることが好ましく、80℃低い温度(Tm-80℃)以上であることがより好ましく、70℃低い温度(Tm-70℃)以上であることがさらに好ましく、65℃低い温度(Tm-65℃)以上であることが特に好ましい。また上記一定温度範囲とは、ポリアミド系樹脂の固有の融点(Tm)よりも50℃低い温度(Tm-50℃)未満であることが好ましく、55℃低い温度(Tm-55℃)以下であることがより好ましく、57℃低い温度(Tm-57℃)以下であることがさらに好ましく、59℃低い温度(Tm-59℃)以下であることが特に好ましい。ここで、ポリアミド系樹脂の固有の融点とは、上述する2回目のDSC曲線に現れる固有ピークの頂点温度である。
上記結晶化処理における一定時間とは、上記所定範囲の融解熱量を示す高温ピーク有するポリアミド系樹脂発泡粒子を得る観点から、1分以上であることが好ましく、3分以上であることがより好ましく、5分以上であることが更に好ましい。そして、ポリアミド系樹脂発泡粒子の生産性の観点、及びポリアミド系樹脂の加水分解を防ぐ観点から、上述する一定時間とは、60分以下であることが好ましく、40分以下であることがより好ましく、30分以下であることが更に好ましく、20分以下であることが特に好ましい。
通常、ポリプロピレン系樹脂等の汎用樹脂を基材樹脂とする発泡粒子を製造する際、原材料の樹脂の融点付近の温度で温度保持がなされる。かかる温度は、発泡温度と同じかほぼ等しい。しかしながら、本発明の製造方法においては、ポリアミド系樹脂の吸水性を活かし、分散液として用いる水などの水性分散媒によりポリアミド系樹脂を可塑化させることができる。この結果、可塑化したポリアミド系樹脂粒子の融点(以下、可塑化後の融点ともいう)がポリアミド系樹脂の固有の融点と比べて大幅に下がる。そのため、上述する低い温度(即ち、結晶化処理温度T1に昇温した後の一定温度範囲)における温度保持で、上記範囲の融解熱量を示す高温ピークを有するポリアミド系樹脂発泡粒子を得ることができる。
なお、結晶化処理工程中の分散液の温度(結晶化処理温度T1)は、一定であってもよいし、上述する範囲内において変動してもよい。結晶化処理工程における分散液の温度は、上述する温度範囲内で多段階に設定することも可能である。また、上記温度は、上記温度範囲内で適度な時間をかけて連続的に昇温させることも可能である。発泡粒子を得る際の熱履歴により形成される二次結晶がより安定して形成されやすいという観点からは、上記温度範囲内で一段階に設定し、上記時間保持することが好ましい。上記温度範囲内で一段階に設定するとは、保持温度を一定温度に設定するという意味である。また、ポリアミド系樹脂粒子を十分に吸水させて可塑化させる観点から、常温から結晶化処理温度T1まで加熱する際に、昇温速度を10℃/分以下とすることが好ましく、7℃/分以下とすることがより好ましい。一方、ポリアミド系樹脂発泡粒子の生産性の観点から、上記昇温速度は、1℃/分以上とすることが好ましく、2℃/分以上とすることがより好ましい。
〔発泡工程〕
発泡工程は、高温ピークが形成され、発泡剤を含む発泡性ポリアミド系樹脂粒子を、密閉容器から水性分散媒とともに、上記密閉容器内の圧力よりも低い圧力下(通常は大気圧下)に放出して発泡させる工程である。発泡工程において、多数の発泡性ポリアミド系樹脂粒子を順次、上記密閉容器から放出させている時、上記密閉容器内の温度を10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温させる昇温調整を実施する。
発泡工程は、高温ピークが形成され、発泡剤を含む発泡性ポリアミド系樹脂粒子を、密閉容器から水性分散媒とともに、上記密閉容器内の圧力よりも低い圧力下(通常は大気圧下)に放出して発泡させる工程である。発泡工程において、多数の発泡性ポリアミド系樹脂粒子を順次、上記密閉容器から放出させている時、上記密閉容器内の温度を10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温させる昇温調整を実施する。
ポリアミド系樹脂は、ポリプロピレン系樹脂と比較し、吸水性が高い。そのため、分散媒として水などの水性分散媒を用いる本発明の製造方法では、ポリアミド系樹脂粒子を吸水により可塑化させることが可能である。可塑化したポリアミド系樹脂の可塑化後の融点は、可塑化前の樹脂固有の融点Tmよりも低くなる。そのため、可塑化したポリアミド系樹脂を発泡させる発泡工程では、可塑化後の融点を基準として発泡温度T2を設定すればよい。このように本発明の製造方法は、特許文献1に記載される温度よりも有意に低い温度で発泡工程を実施することが可能である。
発泡させる直前の分散液の温度(発泡温度T2)は、ポリアミド系樹脂の固有の融点(Tm)よりも90℃低い温度(Tm-90℃)以上であることが好ましく、80℃低い温度(Tm-80℃)以上であることがより好ましく、70℃低い温度(Tm-70℃)以上であることがさらに好ましく、65℃低い温度(Tm-65℃)以上であることが特に好ましい。また発泡させる直前の分散液の温度(発泡温度T2)は、ポリアミド系樹脂の固有の融点(Tm)よりも50℃低い温度(Tm-50℃)未満であることが好ましく、55℃低い温度(Tm-55℃)以下であることがより好ましく、57℃低い温度(Tm-57℃)であることがさらに好ましく、59℃低い温度(Tm-59℃)であることが特に好ましい。たとえば、発泡温度T2は、ポリアミド系樹脂の固有の融点(Tm)に対し、下記式(4)の範囲であることが好ましい。また、このとき、発泡温度T2と結晶化処理温度T1との関係は、T2≧T1であることが好ましい。
ところで、上述したとおり、発泡工程を実施した場合、発泡工程に要する時間によっては、発泡工程前半に放出された発泡粒子と、発泡工程後半に放出された発泡粒子とでは、結晶性に差異が生じる場合があった。この結果、製造された発泡粒子を用いて型内成形した際の成形性が劣る虞があった。これは、発泡工程時、相対的に長く密閉容器にとどまるポリアミド系樹脂粒子の結晶性が変化することに起因すると推察された。
本発明の製造方法は、上述する発泡工程中の結晶性の変化を抑制するために、発泡工程において、発泡温度T2(即ち、密閉容器内の分散液の温度)を、適度に昇温させる昇温調整を行う。
発泡工程における粒子の放出時間が長くなることにより、特に結晶化が進みやすくなると考えらえる。発泡工程において、発泡温度T2を適度に昇温させることにより、結晶の成長と結晶の融解とのバランスをとり、一定の融解熱量の値を維持することができる。その結果、得られる発泡粒子は、高温ピークの融解熱量の変動係数が小さな発泡粒子とすることができると考えらえる。
本発明の製造方法は、上述する発泡工程中の結晶性の変化を抑制するために、発泡工程において、発泡温度T2(即ち、密閉容器内の分散液の温度)を、適度に昇温させる昇温調整を行う。
発泡工程における粒子の放出時間が長くなることにより、特に結晶化が進みやすくなると考えらえる。発泡工程において、発泡温度T2を適度に昇温させることにより、結晶の成長と結晶の融解とのバランスをとり、一定の融解熱量の値を維持することができる。その結果、得られる発泡粒子は、高温ピークの融解熱量の変動係数が小さな発泡粒子とすることができると考えらえる。
上記昇温調整は、特に限定されないが、製造されるポリアミド系樹脂発泡粒子の高温ピークの融解熱量の変動係数が20%以下に調整し易いという観点から、以下の範囲が好ましい。即ち、昇温調整は、10分あたり0.3℃以上昇温することが好ましく、10分あたり0.4℃以上昇温することがより好ましく、10分あたり0.6℃以上昇温することがさらに好ましい。また、昇温調整は、10分あたり1.5℃以下昇温することが好ましく、10分あたり1℃以下昇温することがより好ましい。たとえば、上記昇温調整は、10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温することが好ましい。
たとえば、発泡開始から発泡終了までの間、連続的に昇温を実施することが好ましいが、段階的に昇温を実施することもできる。なお、段階的に昇温を実施する場合には、一段の保持時間が10分以下となるように多段階とすることが好ましい。
発泡工程における放出直前の密閉容器内の圧力(発泡圧力)は、好ましくは0.5MPa(G)以上、より好ましくは1.5MPa(G)以上、更に好ましくは2.5MPa(G)以上である。また、発泡圧力は、好ましくは7.0MPa(G)以下、より好ましくは5MPa(G)以下である。
[ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体]
本発明の発泡粒子成形体は、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子を用いて製造される。発泡粒子成形体の製造方法は、ポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形して型内成形体を得る型内成形法が好ましい。特にスチームを利用した型内成形法によれば、ポリアミド系樹脂発泡粒子を構成するポリアミド系樹脂が、吸水し可塑化する為、成形スチーム圧を低くすることが可能となる。なお、得られた発泡粒子成形体を乾燥させれば、ポリアミド系樹脂本来の物性に戻り、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体は、高い耐熱性を有する発泡粒子成形体となる。
上記発泡粒子成形体は、耐熱性が高く、また耐摩耗性および耐薬品性等にも優れる上、成形品融着性にも優れる。そのため上記発泡粒子成形体は、自動車部品、または電気製品等の部材として適している。
本発明の発泡粒子成形体は、本発明のポリアミド系樹脂発泡粒子を用いて製造される。発泡粒子成形体の製造方法は、ポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形して型内成形体を得る型内成形法が好ましい。特にスチームを利用した型内成形法によれば、ポリアミド系樹脂発泡粒子を構成するポリアミド系樹脂が、吸水し可塑化する為、成形スチーム圧を低くすることが可能となる。なお、得られた発泡粒子成形体を乾燥させれば、ポリアミド系樹脂本来の物性に戻り、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体は、高い耐熱性を有する発泡粒子成形体となる。
上記発泡粒子成形体は、耐熱性が高く、また耐摩耗性および耐薬品性等にも優れる上、成形品融着性にも優れる。そのため上記発泡粒子成形体は、自動車部品、または電気製品等の部材として適している。
また、高温ピークの融解熱量の変動係数が小さな発泡粒子を型内成形してなる発泡粒子成形体は、圧縮時の初期弾性に優れる。具体的には、圧縮試験機を用いて圧縮モードで発泡粒子成形体を測定したときの5%圧縮応力を50%圧縮応力で割った値〔(5%圧縮応力)/(50%圧縮応力)〕が優れる。ここで上記値が優れるとは、上記値がより大きいことを意味する。発泡粒子成形体の5%圧縮応力は、上記発泡粒子成形体の初期の潰れ難さ、撓み難さを表す。高温ピークの融解熱量の変動係数が大きいほど発泡粒子成形体の5%圧縮応力は小さくなりやすい。しかし、発泡粒子成形体の5%圧縮応力は、発泡倍率や高温ピークの融解熱量の大きさによる影響も大きく受ける。そのため、5%圧縮応力のみで発泡粒子成形体同士を対比することは困難である。そこで、発泡粒子成形体の5%圧縮応力を50%圧縮応力で割ることによって、発泡倍率や高温ピークの融解熱量の大きさによる影響を無視できる程度に小さくする。これによって高温ピークの融解熱量の変動係数に起因する、発泡粒子成形体の圧縮歪に対する圧縮応力の大きさを評価することが可能となる。すなわち、5%圧縮応力を50%圧縮応力で割った値〔(5%圧縮応力)/(50%圧縮応力)〕が優れる発泡粒子成形体は、圧縮時の初期のエネルギー吸収効率に優れる。上記圧縮時の初期弾性に優れる発泡粒子成形体は、自動車用バンパーなどの緩衝材料に好適に使用可能である。なお、上記圧縮応力の測定には、24時間温度60℃の環境下に置き、その後、室温(23℃)まで徐冷し、温度23℃、相対湿度50%の恒温室で24時間以上静置した発泡粒子成形体のサンプルを用いるものとする。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。表1に、各実施例および各比較例の製造に用いた樹脂の詳細を示す。各実施例および各比較例のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造に関する製造条件等は適宜、表2に示す。また、各実施例および各比較例の樹脂発泡粒子、およびこれを用いて製造した発泡粒子成形体の物性および評価結果は、表3に示す。表3には、各実施例および各比較例の発泡粒子成形体の製造時の成形スチーム圧も示した。
(実施例1)
[ペレット状のポリアミド系樹脂粒子の製造]
押出機に、表1に示すポリアミド系樹脂を供給し、気泡調整剤として「タルカンパウダーPK-S」(林化成株式会社製)を、ポリアミド系樹脂100質量部に対して0.8質
量部添加し、末端封鎖剤としてカルボジイミド化合物(「Stabaxol P」ラインケミー社製)をポリアミド系樹脂100質量部に対して1質量部添加し、溶融混練し溶融混練物を得た。上記溶融混練物は、押出機先端に取り付けた口金の細孔から断面円形状のストランド状に押出された。押出されたストランド状の溶融混練物を水冷した後、ペレタイザーで1個当たりの平均質量が2mgとなるように切断し、乾燥してペレット状のポリアミド系樹脂粒子を得た。
[ペレット状のポリアミド系樹脂粒子の製造]
押出機に、表1に示すポリアミド系樹脂を供給し、気泡調整剤として「タルカンパウダーPK-S」(林化成株式会社製)を、ポリアミド系樹脂100質量部に対して0.8質
量部添加し、末端封鎖剤としてカルボジイミド化合物(「Stabaxol P」ラインケミー社製)をポリアミド系樹脂100質量部に対して1質量部添加し、溶融混練し溶融混練物を得た。上記溶融混練物は、押出機先端に取り付けた口金の細孔から断面円形状のストランド状に押出された。押出されたストランド状の溶融混練物を水冷した後、ペレタイザーで1個当たりの平均質量が2mgとなるように切断し、乾燥してペレット状のポリアミド系樹脂粒子を得た。
[ポリアミド系樹脂発泡粒子の製造]
上述のとおり得られたポリアミド系樹脂粒子50kgと、分散媒として水2200リットルとを、撹拌機を備えた3000リットルのオートクレーブ内に仕込んだ。更に、ポリアミド系樹脂粒子100質量部に対して、分散剤としてカオリン3.0質量部と、分散助剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.08質量部とを分散媒に添加した。オートクレーブ内の内容物を撹拌しながら室温(23℃)から昇温を開始し、結晶化処理温度(保持温度、136.5℃)に到達する前(約131℃)に、上記オートクレーブ内に発泡剤として二酸化炭素を圧入した。二酸化炭素の圧入は、オートクレーブ内の圧力が4.0MPa(G)となるまで実施した。室温(23℃)から結晶化処理温度に到達するまでの昇温時間は30分であった。昇温速度は、結晶化処理温度から室温(23℃)を引いた値を上記昇温時間で割った平均速度とした。さらに昇温し、保持温度136.5℃に到達後、オートクレーブ内の圧力が4.0MPa(G)に維持されるように二酸化炭素を圧入しつつ、温度136.5℃、保持時間(温度保持)5分間、オートクレーブ内の環境を維持した。これにより高温ピークを形成するとともにポリアミド系樹脂粒子中に二酸化炭素を十分に含浸させた。その後、耐圧容器下部のバルブを開くことにより、発泡剤が含浸されたポリアミド系樹脂粒子を分散液とともに大気圧(約0.1MPa(絶対圧))下に放出した。放出開始から完了までの時間は約30分であり、放出開始(発泡開始)から完了(発泡終了)まで耐圧容器内を10分あたり0.6℃で昇温し続けた。したがって発泡開始温度が136.5℃であり、発泡終了温度が138.3℃であった。得られたポリアミド系樹脂発泡粒子を60℃のオーブン内にて24時間置き、その後常温(23℃)まで徐冷することによりポリアミド系樹脂発泡粒子を得た。
上述のとおり得られたポリアミド系樹脂粒子50kgと、分散媒として水2200リットルとを、撹拌機を備えた3000リットルのオートクレーブ内に仕込んだ。更に、ポリアミド系樹脂粒子100質量部に対して、分散剤としてカオリン3.0質量部と、分散助剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.08質量部とを分散媒に添加した。オートクレーブ内の内容物を撹拌しながら室温(23℃)から昇温を開始し、結晶化処理温度(保持温度、136.5℃)に到達する前(約131℃)に、上記オートクレーブ内に発泡剤として二酸化炭素を圧入した。二酸化炭素の圧入は、オートクレーブ内の圧力が4.0MPa(G)となるまで実施した。室温(23℃)から結晶化処理温度に到達するまでの昇温時間は30分であった。昇温速度は、結晶化処理温度から室温(23℃)を引いた値を上記昇温時間で割った平均速度とした。さらに昇温し、保持温度136.5℃に到達後、オートクレーブ内の圧力が4.0MPa(G)に維持されるように二酸化炭素を圧入しつつ、温度136.5℃、保持時間(温度保持)5分間、オートクレーブ内の環境を維持した。これにより高温ピークを形成するとともにポリアミド系樹脂粒子中に二酸化炭素を十分に含浸させた。その後、耐圧容器下部のバルブを開くことにより、発泡剤が含浸されたポリアミド系樹脂粒子を分散液とともに大気圧(約0.1MPa(絶対圧))下に放出した。放出開始から完了までの時間は約30分であり、放出開始(発泡開始)から完了(発泡終了)まで耐圧容器内を10分あたり0.6℃で昇温し続けた。したがって発泡開始温度が136.5℃であり、発泡終了温度が138.3℃であった。得られたポリアミド系樹脂発泡粒子を60℃のオーブン内にて24時間置き、その後常温(23℃)まで徐冷することによりポリアミド系樹脂発泡粒子を得た。
[ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体の製造]
次に、上述のとおり得られたポリアミド系樹脂発泡粒子を温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置して状態調節した後、そのポリアミド系樹脂発泡粒子を用いてポリアミド系樹脂発泡粒子成形体を作製した。なお、ポリアミド系樹脂発泡粒子として、後述する高温ピークの融解熱量の測定において記載した時間帯T1~T5それぞれで得られた発泡粒子を均一になるように混合した発泡粒子群を用いた。また、上記状態調節された成形前のポリアミド系樹脂発泡粒子の水分率は3.5%であった。水分率の測定は後述する方法により測定した。まず、ポリアミド系樹脂発泡粒子を、対向する一対の型からなり、縦200mm×横250mm×厚さ50mmの平板成形型に充填し、スチーム加熱による型内成形を行なって板状の発泡粒子成形体を得た。加熱方法は両面の型のドレン弁を開放した状態でスチームを5秒間供給して予備加熱(排気工程)を行った。その後、表3に示す成形スチーム圧より0.08MPa(G)低い圧力で一方加熱を行い、さらに表3に示す成形スチーム圧より0.04MPa(G)低い圧力で逆方向から一方加熱を行った。その後、表3に示す成形スチーム圧で、両面から本加熱を行った。
加熱終了後、放圧し、成形体の発泡力による表面圧力が0.02MPa(ゲージ圧)に低下するまで水冷したのち、型を開放し成形体を型から取り出した。得られた成形体を80℃のオーブンにて12時間養生し、その後、室温(23℃)まで徐冷し、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置して状態調節した。このようにして、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体を得た。なお、状態調節後のポリアミド系樹脂発泡粒子成形体の水分率は3.5%であった。水分率の測定は後述する方法により測定した。
次に、上述のとおり得られたポリアミド系樹脂発泡粒子を温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置して状態調節した後、そのポリアミド系樹脂発泡粒子を用いてポリアミド系樹脂発泡粒子成形体を作製した。なお、ポリアミド系樹脂発泡粒子として、後述する高温ピークの融解熱量の測定において記載した時間帯T1~T5それぞれで得られた発泡粒子を均一になるように混合した発泡粒子群を用いた。また、上記状態調節された成形前のポリアミド系樹脂発泡粒子の水分率は3.5%であった。水分率の測定は後述する方法により測定した。まず、ポリアミド系樹脂発泡粒子を、対向する一対の型からなり、縦200mm×横250mm×厚さ50mmの平板成形型に充填し、スチーム加熱による型内成形を行なって板状の発泡粒子成形体を得た。加熱方法は両面の型のドレン弁を開放した状態でスチームを5秒間供給して予備加熱(排気工程)を行った。その後、表3に示す成形スチーム圧より0.08MPa(G)低い圧力で一方加熱を行い、さらに表3に示す成形スチーム圧より0.04MPa(G)低い圧力で逆方向から一方加熱を行った。その後、表3に示す成形スチーム圧で、両面から本加熱を行った。
加熱終了後、放圧し、成形体の発泡力による表面圧力が0.02MPa(ゲージ圧)に低下するまで水冷したのち、型を開放し成形体を型から取り出した。得られた成形体を80℃のオーブンにて12時間養生し、その後、室温(23℃)まで徐冷し、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置して状態調節した。このようにして、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体を得た。なお、状態調節後のポリアミド系樹脂発泡粒子成形体の水分率は3.5%であった。水分率の測定は後述する方法により測定した。
(実施例2~4)
実施例2~4は、表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例1と同様にポリアミド系樹脂発泡粒子を製造し、これを用いてポリアミド系樹脂発泡粒子成形体を製造した。
尚、実施例3には改質剤として、エポキシ化合物(「アルフォン UG4035」東亞合成社製)を用いた。
実施例2~4は、表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例1と同様にポリアミド系樹脂発泡粒子を製造し、これを用いてポリアミド系樹脂発泡粒子成形体を製造した。
尚、実施例3には改質剤として、エポキシ化合物(「アルフォン UG4035」東亞合成社製)を用いた。
(比較例1)
比較例1は、表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例1と同様にポリアミド系樹脂発泡粒子を製造し、これを用いてポリアミド系樹脂発泡粒子成形体を製造した。比較例1は、発泡工程時の昇温を実施しなかった。
比較例1は、表2に示す条件に変更したこと以外は、実施例1と同様にポリアミド系樹脂発泡粒子を製造し、これを用いてポリアミド系樹脂発泡粒子成形体を製造した。比較例1は、発泡工程時の昇温を実施しなかった。
上述のとおり得られた各実施例および各比較例のポリアミド系樹脂発泡粒子、およびポリアミド系樹脂発泡粒子成形体の各種物性の測定および評価は、以下のとおり実施した。測定結果および評価結果は、表1から表3に示す。
[ポリアミド系樹脂粒子の評価]
<融点(℃)>
JIS K7121-1987に基づき、熱流束示差走査熱量測定法により、ポリアミド系樹脂の融点を測定した。窒素流入量30mL/分の条件下で、10℃/分の加熱速度で30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度までポリアミド系樹脂を加熱溶融した(1回目の昇温)。次いでその温度にて10分間保った後、10℃/分の冷却速度で30℃まで冷却し、再度、加熱速度10℃/分で融解ピーク終了時よりも30℃高い温度までポリアミド系樹脂を加熱した。これにより得られた2回目のDSC曲線の融解ピークのピーク頂点温度をポリアミド系樹脂の融点として求めた。なお、測定装置として、高感度型示差走査熱量計「EXSTAR DSC7020」(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を使用した。融点の測定には、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置したポリアミド系樹脂粒子を用いた。
<密度(g/cm3)>
表1に示すポリアミド系樹脂の密度は、ISO 1183-3に記載の方法に基づいて求められたカタログ値である。
<曲げ弾性率(MPa)>
ポリアミド系樹脂の曲げ弾性率は、JIS K7171:2016に準拠して測定することにより求めた。曲げ弾性率を求めるため、ポリアミド系樹脂をヒートプレスしてシート状にした後、厚み4mm、幅10mm、長さ80mmの樹脂試験片を作製した。樹脂試験片を室温23℃、相対湿度50%の状態で72時間静置した。その後、樹脂試験片を用い、支点間距離64mm、圧子の半径R15.0mm、支持台の半径R25.0mm、試験速度2mm/min、室温23℃、相対湿度50%の条件で、オートグラフAGS-10kNG(島津製作所製)試験機により測定を行った。測定により、算出された値(5点)の平均値を曲げ弾性率として採用した。なお、アミド系エラストマー(アルケマ社製、製品名「PEBAX5533」、融点159℃、密度1.01g/cm3)の曲げ弾性率を上記方法に基づき測定したところ、150MPaであった。
<融点(℃)>
JIS K7121-1987に基づき、熱流束示差走査熱量測定法により、ポリアミド系樹脂の融点を測定した。窒素流入量30mL/分の条件下で、10℃/分の加熱速度で30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度までポリアミド系樹脂を加熱溶融した(1回目の昇温)。次いでその温度にて10分間保った後、10℃/分の冷却速度で30℃まで冷却し、再度、加熱速度10℃/分で融解ピーク終了時よりも30℃高い温度までポリアミド系樹脂を加熱した。これにより得られた2回目のDSC曲線の融解ピークのピーク頂点温度をポリアミド系樹脂の融点として求めた。なお、測定装置として、高感度型示差走査熱量計「EXSTAR DSC7020」(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を使用した。融点の測定には、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置したポリアミド系樹脂粒子を用いた。
<密度(g/cm3)>
表1に示すポリアミド系樹脂の密度は、ISO 1183-3に記載の方法に基づいて求められたカタログ値である。
<曲げ弾性率(MPa)>
ポリアミド系樹脂の曲げ弾性率は、JIS K7171:2016に準拠して測定することにより求めた。曲げ弾性率を求めるため、ポリアミド系樹脂をヒートプレスしてシート状にした後、厚み4mm、幅10mm、長さ80mmの樹脂試験片を作製した。樹脂試験片を室温23℃、相対湿度50%の状態で72時間静置した。その後、樹脂試験片を用い、支点間距離64mm、圧子の半径R15.0mm、支持台の半径R25.0mm、試験速度2mm/min、室温23℃、相対湿度50%の条件で、オートグラフAGS-10kNG(島津製作所製)試験機により測定を行った。測定により、算出された値(5点)の平均値を曲げ弾性率として採用した。なお、アミド系エラストマー(アルケマ社製、製品名「PEBAX5533」、融点159℃、密度1.01g/cm3)の曲げ弾性率を上記方法に基づき測定したところ、150MPaであった。
[ポリアミド系樹脂発泡粒子の評価]
<高温ピークの融解熱量(J/g)>
各実施例、各比較例の発泡工程において、発泡工程開始時間から発泡工程終了時間までを5等分し、5つの時間帯(開始から順にT1、T2、T3、T4、T5)とした。そして各時間帯T1~T5で得られたポリアミド系樹脂発泡粒子をそれぞれサンプル1~5とした。なお、サンプル1~5は、各時間帯において、中間となる時間で10個のポリアミド系樹脂発泡粒子を採取した。各時間帯における10個の発泡粒子それぞれの高温ピークの融解熱量の値を以下のとおり測定した。そして、時間帯毎に融解熱量を算術平均し、その算術平均値を各時間帯の融解熱量とした。また全ての発泡粒子の融解熱量を算術平均し、融解熱量全体の平均値Tavを算出した。
即ち、上記発泡粒子を用い、JIS K7122-1987の熱流束示差走査熱量測定法に基づき、窒素流入量30mL/分の条件下で、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、DSC曲線を得た。DSC曲線の測定には、以下に示す状態調節を行った発泡粒子を用いた。まず、得られたポリアミド系樹脂発泡粒子を24時間温度60℃の環境下に置き、その後、室温(23℃)まで徐冷した。次に、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置して状態調節をした。なお、上記DSC測定に用いた発泡粒子は約2mgであった。測定装置として、高感度型示差走査熱量計「EXSTAR DSC7020」(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を使用した。
得られたDSC曲線において、図1と同様に、固有ピークaの頂点温度よりも高温側に頂点温度が現れる高温ピークbの面積を求め、高温ピークの融解熱量(吸熱エネルギー)[J/g]とした。また上記DSC曲線において示された固有ピークaの頂点温度および高温ピークbの頂点温度を、表3に示した。
<半結晶化時間>
ポリアミド系樹脂発泡粒子をヒートプレス(プレス温度230℃)により、フィルム状にした試料を用意した。フィルム状試料の厚みは0.1±0.02mmのものとし、その寸法は15×15mmの四角形状とした。これを顕微鏡用カバーガラスに挟み込んだものを測定試料として使用した。半結晶化時間は、以下のとおり求めた。まず上記フィルム状の試料を保持したカバーガラスを、結晶化速度測定器(コタキ社製MK-801)のエアバス内に入れて試料を完全に溶融させ溶融した試料を得た。次いで溶融した試料を支持体ごと(融点-20)℃に保持されたオイルバス中で、直交した偏光板の間に置いた。そして試料の結晶化に伴い増加する光学異方性結晶成分による透過光を測定し、以下に示すアブラミ式(下記式(5))を用いて結晶化度が1/2となる時間から半結晶化時間を算出した。尚、上記透過光の測定は、脱偏光強度(Depolarization)法により実施した。
<高温ピークの融解熱量の標準偏差および変動係数>
上述で得られた50個のサンプルの高温ピークの融解熱量を用いて、下記式(7)に示す式から標準偏差Vを求めた。そして得られた標準偏差Vの値を用いて、下記式(6)に示す式を用いて、変動係数Cを求めた。上述のとおり得られた標準偏差および変動係数は、表3に示した。
上記式において、Tiは、サンプルとして採取した50個の発泡粒子のそれぞれの融解熱量を示し、Tavは、これらの融解熱量の平均値を示し、nはサンプル数(50)を示す。
<見掛け密度(kg/m3)>
嵩体積が約500cm3のポリアミド系樹脂発泡粒子の質量W1を測定した。温度23℃の水の入ったメスシリンダーを用意し、上記メスシリンダーに、上述のとおり質量W1が測定されたポリアミド系樹脂発泡粒子を金網を使用して沈めた。金網の体積を考慮して、水位上昇分より読みとられるポリアミド系樹脂発泡粒子の容積V1[cm3]を測定し、ポリアミド系樹脂発泡粒子の質量W1[g]を容積V1で割り算し(W1/V1)、単位を[kg/m3]に換算することにより、発泡粒子の見掛け密度を求めた。
なお、見掛け密度の測定には、上記高温ピークの融解熱量の測定において記載した時間帯T1~T5それぞれで得られた発泡粒子が均一になるように混合された発泡粒子群を用いた。上記発泡粒子群は、以下の状態調節が行れた後に測定に用いられた。状態調節は、発泡粒子群を24時間温度60℃の環境下に置き、その後、室温(23℃)まで徐冷し、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置することで行った。
<独立気泡率>
ASTM-D2856-70に記載されている手順Cに準じ、空気比較式比重計を用い、発泡粒子の真の体積(発泡粒子を構成する樹脂の容積と、発泡粒子内の独立気泡部分の気泡全容積との和)の値Vxを測定した。この真の体積Vxの測定には、東芝・ベックマン(株)製の空気比較式比重計「930」を用いた。次いで、下記の式(8)により独立気泡率を算出し、5回の測定結果の算術平均値を求め、これを発泡粒子の独立気泡率として表3に示した。
なお、独立気泡率の測定には、上記見掛け密度の測定と同様に、時間帯T1~T5それぞれで得られた発泡粒子を均一になるように混合し、上記と同様に状態調節した発泡粒子群を用いた。
<水分率>
ポリアミド系樹脂発泡粒子を秤量し、次いで加熱水分気化装置を用いてポリアミド系樹脂粒子またはポリアミド系樹脂発泡粒子を加熱することにより、内部の水分を気化させ、カールフィッシャー水分測定装置を用いて、カールフィッシャー滴定(電量滴定法)により、水分率を測定した。
水分率の測定には、上記見掛け密度の測定と同様に、時間帯T1~T5それぞれで得られた発泡粒子を均一になるように混合し、上記と同様に状態調節した発泡粒子群を用いた。ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体の水分率も上述と同様に測定した。なお、水分率は、実施例1のみ測定した。
<高温ピークの融解熱量(J/g)>
各実施例、各比較例の発泡工程において、発泡工程開始時間から発泡工程終了時間までを5等分し、5つの時間帯(開始から順にT1、T2、T3、T4、T5)とした。そして各時間帯T1~T5で得られたポリアミド系樹脂発泡粒子をそれぞれサンプル1~5とした。なお、サンプル1~5は、各時間帯において、中間となる時間で10個のポリアミド系樹脂発泡粒子を採取した。各時間帯における10個の発泡粒子それぞれの高温ピークの融解熱量の値を以下のとおり測定した。そして、時間帯毎に融解熱量を算術平均し、その算術平均値を各時間帯の融解熱量とした。また全ての発泡粒子の融解熱量を算術平均し、融解熱量全体の平均値Tavを算出した。
即ち、上記発泡粒子を用い、JIS K7122-1987の熱流束示差走査熱量測定法に基づき、窒素流入量30mL/分の条件下で、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、DSC曲線を得た。DSC曲線の測定には、以下に示す状態調節を行った発泡粒子を用いた。まず、得られたポリアミド系樹脂発泡粒子を24時間温度60℃の環境下に置き、その後、室温(23℃)まで徐冷した。次に、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置して状態調節をした。なお、上記DSC測定に用いた発泡粒子は約2mgであった。測定装置として、高感度型示差走査熱量計「EXSTAR DSC7020」(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を使用した。
得られたDSC曲線において、図1と同様に、固有ピークaの頂点温度よりも高温側に頂点温度が現れる高温ピークbの面積を求め、高温ピークの融解熱量(吸熱エネルギー)[J/g]とした。また上記DSC曲線において示された固有ピークaの頂点温度および高温ピークbの頂点温度を、表3に示した。
<半結晶化時間>
ポリアミド系樹脂発泡粒子をヒートプレス(プレス温度230℃)により、フィルム状にした試料を用意した。フィルム状試料の厚みは0.1±0.02mmのものとし、その寸法は15×15mmの四角形状とした。これを顕微鏡用カバーガラスに挟み込んだものを測定試料として使用した。半結晶化時間は、以下のとおり求めた。まず上記フィルム状の試料を保持したカバーガラスを、結晶化速度測定器(コタキ社製MK-801)のエアバス内に入れて試料を完全に溶融させ溶融した試料を得た。次いで溶融した試料を支持体ごと(融点-20)℃に保持されたオイルバス中で、直交した偏光板の間に置いた。そして試料の結晶化に伴い増加する光学異方性結晶成分による透過光を測定し、以下に示すアブラミ式(下記式(5))を用いて結晶化度が1/2となる時間から半結晶化時間を算出した。尚、上記透過光の測定は、脱偏光強度(Depolarization)法により実施した。
上述で得られた50個のサンプルの高温ピークの融解熱量を用いて、下記式(7)に示す式から標準偏差Vを求めた。そして得られた標準偏差Vの値を用いて、下記式(6)に示す式を用いて、変動係数Cを求めた。上述のとおり得られた標準偏差および変動係数は、表3に示した。
<見掛け密度(kg/m3)>
嵩体積が約500cm3のポリアミド系樹脂発泡粒子の質量W1を測定した。温度23℃の水の入ったメスシリンダーを用意し、上記メスシリンダーに、上述のとおり質量W1が測定されたポリアミド系樹脂発泡粒子を金網を使用して沈めた。金網の体積を考慮して、水位上昇分より読みとられるポリアミド系樹脂発泡粒子の容積V1[cm3]を測定し、ポリアミド系樹脂発泡粒子の質量W1[g]を容積V1で割り算し(W1/V1)、単位を[kg/m3]に換算することにより、発泡粒子の見掛け密度を求めた。
なお、見掛け密度の測定には、上記高温ピークの融解熱量の測定において記載した時間帯T1~T5それぞれで得られた発泡粒子が均一になるように混合された発泡粒子群を用いた。上記発泡粒子群は、以下の状態調節が行れた後に測定に用いられた。状態調節は、発泡粒子群を24時間温度60℃の環境下に置き、その後、室温(23℃)まで徐冷し、温度23℃、相対湿度50%の環境下で24時間静置することで行った。
<独立気泡率>
ASTM-D2856-70に記載されている手順Cに準じ、空気比較式比重計を用い、発泡粒子の真の体積(発泡粒子を構成する樹脂の容積と、発泡粒子内の独立気泡部分の気泡全容積との和)の値Vxを測定した。この真の体積Vxの測定には、東芝・ベックマン(株)製の空気比較式比重計「930」を用いた。次いで、下記の式(8)により独立気泡率を算出し、5回の測定結果の算術平均値を求め、これを発泡粒子の独立気泡率として表3に示した。
<水分率>
ポリアミド系樹脂発泡粒子を秤量し、次いで加熱水分気化装置を用いてポリアミド系樹脂粒子またはポリアミド系樹脂発泡粒子を加熱することにより、内部の水分を気化させ、カールフィッシャー水分測定装置を用いて、カールフィッシャー滴定(電量滴定法)により、水分率を測定した。
水分率の測定には、上記見掛け密度の測定と同様に、時間帯T1~T5それぞれで得られた発泡粒子を均一になるように混合し、上記と同様に状態調節した発泡粒子群を用いた。ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体の水分率も上述と同様に測定した。なお、水分率は、実施例1のみ測定した。
[ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体の評価]
上記により得られた各発泡粒子成形体サンプルについて以下の評価をした。
<回復性>
得られた発泡粒子成形体を次のようにして評価した。型内成形で用いた平板形状の金型の寸法に対応する発泡粒子成形体における端部(端より10mm内側)と中心部(縦方向、横方向とも2等分する部分)の厚みを計測した。次いで、発泡粒子成形体の厚み比(成形体中心部の厚み/成形体端部の厚み)×100(%)を算出し、以下のように評価した。
A:厚み比が95%以上
B:厚み比が90%以上95%未満
C:厚み比が90%未満
<二次発泡性の評価>
得られた発泡粒子成形体を次のようにして評価した。
A:発泡粒子成形体内部および発泡粒子成形体表面の発泡粒子間隙が完全に埋まっていた。
B:発泡粒子成形体内部の発泡粒子間隙は完全に埋まっているが、発泡粒子成形体表面に発泡粒子間隙がやや認められた。
C:発泡粒子成形体内部および発泡粒子成形体表面ともに発泡粒子間隙が認められた。
<融着性>
ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体の融着性を判断するため、発泡粒子成形体の融着率を以下のとおり測定し、評価した。融着率は、発泡粒子成形体を破断した際の破断面に露出した発泡粒子のうち、材料破壊した発泡粒子の数の割合に基づいて求めた。具体的には、まず、発泡粒子成形体から試験片(縦100mm×横100mm×厚み:発泡粒子成形体の厚み)を切り出し、カッターナイフで各試験片の厚み方向に約5mmの切り込みを入れた後、切り込み部から試験片を破断させた。次に、発泡粒子成形体の破断面に存在する発泡粒子の個数(n)と、材料破壊した発泡粒子の個数(b)を測定し、(b)と(n)の比(b/n)を百分率で表して融着率(%)とした。そして求められた融着率(%)から融着性を以下のとおり評価した。
A:融着率(%)が80%以上であった。
B:融着率(%)が60%以上、80%未満であった。
C:融着率(%)が40%以上、60%未満であった。
<5%圧縮応力/50%圧縮応力>
各実施例、比較例において、上記発泡粒子成形体の評価で最も優れる発泡粒子成形体を選択し、発泡粒子成形体の中央部から、全ての面が切り出し面となるように成形スキンを取り除いて、縦50mm、横50mm、厚さ25mmの直方体状のサンプルを切り出した。このサンプルを、温度23℃、相対湿度50%の恒温室で24時間静置した後、JIS K6767:1999に準拠して発泡粒子成形体の圧縮特性(応力-ひずみ曲線)を測定した。測定装置として、「オートグラフ AGS-X」(株式会社島津製作所製)を用いて、圧縮速度10mm/分でサンプルを圧縮し、5%および50%ひずみ時の圧縮応力を算出した。上記操作を5つの試験片について行い、5つ試験片の値の算術平均値をそれぞれ5%圧縮応力、50%圧縮応力とした。上記により求めた5%圧縮応力の値を50%圧縮応力の値で割ることにより5%圧縮応力/50%圧縮応力の比を算出した。
上記により得られた各発泡粒子成形体サンプルについて以下の評価をした。
<回復性>
得られた発泡粒子成形体を次のようにして評価した。型内成形で用いた平板形状の金型の寸法に対応する発泡粒子成形体における端部(端より10mm内側)と中心部(縦方向、横方向とも2等分する部分)の厚みを計測した。次いで、発泡粒子成形体の厚み比(成形体中心部の厚み/成形体端部の厚み)×100(%)を算出し、以下のように評価した。
A:厚み比が95%以上
B:厚み比が90%以上95%未満
C:厚み比が90%未満
<二次発泡性の評価>
得られた発泡粒子成形体を次のようにして評価した。
A:発泡粒子成形体内部および発泡粒子成形体表面の発泡粒子間隙が完全に埋まっていた。
B:発泡粒子成形体内部の発泡粒子間隙は完全に埋まっているが、発泡粒子成形体表面に発泡粒子間隙がやや認められた。
C:発泡粒子成形体内部および発泡粒子成形体表面ともに発泡粒子間隙が認められた。
<融着性>
ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体の融着性を判断するため、発泡粒子成形体の融着率を以下のとおり測定し、評価した。融着率は、発泡粒子成形体を破断した際の破断面に露出した発泡粒子のうち、材料破壊した発泡粒子の数の割合に基づいて求めた。具体的には、まず、発泡粒子成形体から試験片(縦100mm×横100mm×厚み:発泡粒子成形体の厚み)を切り出し、カッターナイフで各試験片の厚み方向に約5mmの切り込みを入れた後、切り込み部から試験片を破断させた。次に、発泡粒子成形体の破断面に存在する発泡粒子の個数(n)と、材料破壊した発泡粒子の個数(b)を測定し、(b)と(n)の比(b/n)を百分率で表して融着率(%)とした。そして求められた融着率(%)から融着性を以下のとおり評価した。
A:融着率(%)が80%以上であった。
B:融着率(%)が60%以上、80%未満であった。
C:融着率(%)が40%以上、60%未満であった。
<5%圧縮応力/50%圧縮応力>
各実施例、比較例において、上記発泡粒子成形体の評価で最も優れる発泡粒子成形体を選択し、発泡粒子成形体の中央部から、全ての面が切り出し面となるように成形スキンを取り除いて、縦50mm、横50mm、厚さ25mmの直方体状のサンプルを切り出した。このサンプルを、温度23℃、相対湿度50%の恒温室で24時間静置した後、JIS K6767:1999に準拠して発泡粒子成形体の圧縮特性(応力-ひずみ曲線)を測定した。測定装置として、「オートグラフ AGS-X」(株式会社島津製作所製)を用いて、圧縮速度10mm/分でサンプルを圧縮し、5%および50%ひずみ時の圧縮応力を算出した。上記操作を5つの試験片について行い、5つ試験片の値の算術平均値をそれぞれ5%圧縮応力、50%圧縮応力とした。上記により求めた5%圧縮応力の値を50%圧縮応力の値で割ることにより5%圧縮応力/50%圧縮応力の比を算出した。
上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
(1)ポリアミド系樹脂を基材樹脂とするポリアミド系樹脂発泡粒子であって、
前記ポリアミド系樹脂発泡粒子は、下記の条件1にて得られるDSC曲線において、ポリアミド系樹脂に固有の融解ピーク(固有ピーク)と、前記固有ピークの頂点温度よりも高温側に頂点温度を有する融解ピーク(高温ピーク)とが現れる結晶構造を有し、
前記高温ピークの融解熱量が5J/g以上50J/g以下の範囲であるとともに、前記高温ピークの融解熱量の変動係数が20%以下であることを特徴とするポリアミド系樹脂発泡粒子。
(条件1)
JIS K7122-1987の熱流束示差走査熱量測定法に基づき、ポリアミド系樹脂発泡粒子を試験片とし、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、前記DSC曲線を得る。
(2)前記ポリアミド系樹脂は、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート化合物及びエポキシ化合物から選択される1種以上の化合物で改質された変性ポリアミド系樹脂である上記(1)に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子。
(3)前記ポリアミド系樹脂発泡粒子の独立気泡率が85%以上である上記(1)または(2)に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子。
(4)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形してなる、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体。
(5)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法であって、
密閉容器内で、水性分散媒にポリアミド系樹脂粒子を分散させる分散工程と、
ポリアミド系樹脂粒子に、発泡剤を含有させる発泡剤付与工程と、水性分散媒中に分散しているポリアミド系樹脂粒子を加熱して高温ピークを形成する結晶化処理工程と、
前記発泡剤を含む前記ポリアミド系樹脂粒子を水性分散媒とともに、前記密閉容器から前記密閉容器内の圧力よりも低い圧力下に放出して発泡させる発泡工程と、を含み、
前記発泡工程において、前記発泡剤を含む前記ポリアミド系樹脂粒子が前記密閉容器から放出されている時、前記密閉容器内の温度を10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温させる昇温調整を実施することを特徴とするポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法。
(6)前記ポリアミド系樹脂粒子が、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート化合物及びエポキシ化合物から選択される1種以上の化合物で改質された変性ポリアミド系樹脂を基材樹脂とする上記(5)に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法。
(7)前記結晶化処理工程において、ポリアミド系樹脂の固有の融点(Tm)よりも90℃低い温度(Tm-90℃)以上50℃低い温度(Tm-50℃)未満で、1分以上60分以下保持することにより高温ピークを形成する上記(5)または(6)に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法。
(1)ポリアミド系樹脂を基材樹脂とするポリアミド系樹脂発泡粒子であって、
前記ポリアミド系樹脂発泡粒子は、下記の条件1にて得られるDSC曲線において、ポリアミド系樹脂に固有の融解ピーク(固有ピーク)と、前記固有ピークの頂点温度よりも高温側に頂点温度を有する融解ピーク(高温ピーク)とが現れる結晶構造を有し、
前記高温ピークの融解熱量が5J/g以上50J/g以下の範囲であるとともに、前記高温ピークの融解熱量の変動係数が20%以下であることを特徴とするポリアミド系樹脂発泡粒子。
(条件1)
JIS K7122-1987の熱流束示差走査熱量測定法に基づき、ポリアミド系樹脂発泡粒子を試験片とし、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、前記DSC曲線を得る。
(2)前記ポリアミド系樹脂は、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート化合物及びエポキシ化合物から選択される1種以上の化合物で改質された変性ポリアミド系樹脂である上記(1)に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子。
(3)前記ポリアミド系樹脂発泡粒子の独立気泡率が85%以上である上記(1)または(2)に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子。
(4)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形してなる、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体。
(5)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法であって、
密閉容器内で、水性分散媒にポリアミド系樹脂粒子を分散させる分散工程と、
ポリアミド系樹脂粒子に、発泡剤を含有させる発泡剤付与工程と、水性分散媒中に分散しているポリアミド系樹脂粒子を加熱して高温ピークを形成する結晶化処理工程と、
前記発泡剤を含む前記ポリアミド系樹脂粒子を水性分散媒とともに、前記密閉容器から前記密閉容器内の圧力よりも低い圧力下に放出して発泡させる発泡工程と、を含み、
前記発泡工程において、前記発泡剤を含む前記ポリアミド系樹脂粒子が前記密閉容器から放出されている時、前記密閉容器内の温度を10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温させる昇温調整を実施することを特徴とするポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法。
(6)前記ポリアミド系樹脂粒子が、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート化合物及びエポキシ化合物から選択される1種以上の化合物で改質された変性ポリアミド系樹脂を基材樹脂とする上記(5)に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法。
(7)前記結晶化処理工程において、ポリアミド系樹脂の固有の融点(Tm)よりも90℃低い温度(Tm-90℃)以上50℃低い温度(Tm-50℃)未満で、1分以上60分以下保持することにより高温ピークを形成する上記(5)または(6)に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法。
a・・・固有ピーク
b・・・高温ピーク
I、II、III、IV・・・点
b・・・高温ピーク
I、II、III、IV・・・点
Claims (7)
- ポリアミド系樹脂を基材樹脂とするポリアミド系樹脂発泡粒子であって、
前記ポリアミド系樹脂発泡粒子は、下記の条件1にて得られるDSC曲線において、ポリアミド系樹脂に固有の融解ピーク(固有ピーク)と、前記固有ピークの頂点温度よりも高温側に頂点温度を有する融解ピーク(高温ピーク)とが現れる結晶構造を有し、
前記高温ピークの融解熱量が5J/g以上50J/g以下の範囲であるとともに、前記高温ピークの融解熱量の変動係数が20%以下である
ことを特徴とするポリアミド系樹脂発泡粒子。
(条件1)
JIS K7122-1987の熱流束示差走査熱量測定法に基づき、ポリアミド系樹脂発泡粒子を試験片とし、加熱速度10℃/分にて30℃から融解ピーク終了時よりも30℃高い温度まで加熱溶融させ、前記DSC曲線を得る。 - 前記ポリアミド系樹脂は、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート化合物及びエポキシ化合物から選択される1種以上の化合物で改質された変性ポリアミド系樹脂である請求項1に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子。
- 前記ポリアミド系樹脂発泡粒子の独立気泡率が85%以上である請求項1または2に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子を型内成形してなる、ポリアミド系樹脂発泡粒子成形体。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法であって、
密閉容器内で、水性分散媒にポリアミド系樹脂粒子を分散させる分散工程と、
ポリアミド系樹脂粒子に、発泡剤を含有させる発泡剤付与工程と、
水性分散媒中に分散しているポリアミド系樹脂粒子を加熱して高温ピークを形成する結晶化処理工程と、
前記発泡剤を含む前記ポリアミド系樹脂粒子を水性分散媒とともに、前記密閉容器から前記密閉容器内の圧力よりも低い圧力下に放出して発泡させる発泡工程と、を含み、
前記発泡工程において、前記発泡剤を含む前記ポリアミド系樹脂粒子が前記密閉容器から放出されている時、前記密閉容器内の温度を10分あたり0.3℃以上1.5℃以下昇温させる昇温調整を実施することを特徴とするポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法。 - 前記ポリアミド系樹脂粒子が、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物、イソシアネート化合物及びエポキシ化合物から選択される1種以上の化合物で改質された変性ポリアミド系樹脂を基材樹脂とする請求項5に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法。
- 前記結晶化処理工程において、ポリアミド系樹脂の固有の融点(Tm)よりも90℃低い温度(Tm-90℃)以上50℃低い温度(Tm-50℃)未満で、1分以上60分以下保持することにより高温ピークを形成する請求項5または6に記載のポリアミド系樹脂発泡粒子の製造方法。
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