DE69619070T2

DE69619070T2 - Geschäumte partikel aus propylen-homopolymer und dauraus hergestellte formteile

Info

Publication number: DE69619070T2
Application number: DE69619070T
Authority: DE
Inventors: Masaharu Oikawa; Hisao Tokoro; Kazuo Tsurugai
Original assignee: JSP Corp
Current assignee: JSP Corp
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2016-04-06
Also published as: EP0775722A4; US5747549A; JPH08277340A; JP3782454B2; EP0775722A1; DE69619070D1; WO1996031558A1; EP0775722B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft geschäumte Partikel aus einem Polypropylen- Homopolymer und ein Formteil aus geschäumten Partikeln, welches durch Formen der geschäumten Partikel aus dem Polypropylen-Homopolymer erhalten wird.

STAND DER TECHNIK

Es ist bekannt, ein Formteil aus geschäumten Partikeln zu erhalten, indem aus einem Polymer auf Basis von Polypropylen zusammengesetzte geschäumte Partikel in eine Form eingefüllt werden, welche geschlossen, aber nicht hermetisch abgedichtet werden kann, und die geschäumten Partikel erwärmt werden, wodurch die geschäumten Partikel zum zweiten Mal aufgeschäumt und gegenseitig schmelzverbunden werden. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 43491/1984 und die japanischen Patentanmeldungen mit Offenlegungsnummern 242638/1989, 50945/1990, 253741/1992 und 9327/1993 beschreiben beispielhaft Techniken zum Herstellen eines Formteiles aus geschäumten Partikeln durch ein solches Verfahren.
Die Formteile aus geschäumten Partikeln, welche unter Verwendung der aus einem Polymer auf Basis von Polypropylen zusammengesetzten geschäumten Partikel und Formen derselben erhalten werden, hatten solche Eigenschaften, daß Dämpfungscharakteristik und Schlagzähigkeit exzellent sind, ihre Gewichte niedrig sind und die verbleibende Spannung ebenfalls gering ist. Allerdings war ihre Steifheit, wie etwa die Kompressionsfestigkeit, nicht immer zufriedenstellend.
Genauer gesagt wird bei den Formteilen aus geschäumten Partikeln des Polymers auf Basis von Polypropylen hauptsächlich ein Ethylen-Propylen Random-Copolymer, Ethylen-Propylen Block-Copolymer, 1-Buten-Propylen Random-Copolymer, 1-Buten-Propylen Block-Copolymer, Ethylen-1-Buten- Propylen Random-Copolymer oder ähnliches als Basisharz vom Standpunkt der Schäumbarkeit und dergleichen eingesetzt. Jedoch weisen diese Polymere selbst von Natur aus eine geringe Steifheit auf. Es sind von daher bereits verschiedene Versuche zum Zwecke der Verbesserung der Steifheit der erhaltenen Formteile unternommen worden, z. B. durch Verringerung des Gehaltes eine Comonomers im Copolymers oder Mischen von linearem Polyethylen mit einem α-Olefin-Propylen Copolymer. Die Verbesserung der Steifheit der Formteile war begrenzt.
Auf der anderen Seite ist Polypropylen selbst ein Polymer mit hoher Steifheit. Es kann von daher erwartet werden, daß ein Formteil aus geschäumten Partikeln mit hoher Steifheit erhalten wird, wenn das Formen unter Einsatz von aus einem Polypropylen-Homopolymer zusammengesetzten geschäumten Partikeln durchgeführt wird. Allerdings verursacht der Versuch, ein Formteil aus den aus Polypropylen-Homopolymer zusammengesetzten geschäumten Partikeln zu erhalten, Probleme dahingehend, daß der Bereich der Formtemperaturen, die für ein erfolgreiches Durchführen der Expansion notwendig sind, sehr begrenzt ist, man extremen Schwierigkeiten bei der Steuerung der Expansionstemperatur begegnet und das erhaltene Formteil mit Nachteilen behaftet ist, indem Fehler in der Schmelzverbindung verursacht werden und die Erscheinung der Oberfläche des Formteiles schlecht wird. Eine für industrielle Herstellung geeignete Produktionstechnik ist bislang nicht geschaffen worden. Selbstverständlich treten solche Probleme auch bei der Herstellung geschäumter Partikel auf. Nämlich wenn geschäumte Partikel unter Verwendung eines Polypropylen-Homopolymers als Basisharz hergestellt werden, wird der für ein erfolgreiches Durchführen des Schäumens notwendige Bereich der Schäumtemperatur begrenzt, was zu Schwierigkeiten bei der Realisierung einer industriellen Herstellung führt.
Wie oben ausgeführt, werden bislang jegliche geschäumten Partikel, welche unter Einsatz eines Polypropylen-Homopolymers als Basisharz erhalten werden, und jegliche unter Einsatz solcher geschäumter Partikel hergestellte Formteile nicht vermarktet. Es wird lediglich der Versuch unternommen, das Copolymer auf Basis von Polypropylen, welches verschiedene Arten von Comonomeren enthält, als Basisharz zu verwenden, um die Steifheit des erhaltenen Formteiles unter Aufrechterhaltung der oben beschriebenen guten Formbarkeit zu verbessern.
Die JP-A-5-179049 beschreibt geschäumte Partikel aus einem Polypropylenharz, welche eine Zugfestigkeitsfließgrenze von 250-350 kg/cm² und eine solche kristalline Struktur aufweisen, daß die Energie am Hochtemperaturpeak 15-35 J/g beträgt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, geschäumte Partikel enthaltend ein Polypropylen-Homopolymer als Basisharz anzugeben. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, geschäumte Partikel aus einem Polypropylen-Homopolymer anzugeben, die eine gute Formbarkeit aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formteil, welches unter Verwendung solcher geschäumter Partikel aus dem Polypropylen- Homopolymer hergestellt ist, vorzuschlagen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formteil aus geschäumten Partikeln vorzuschlagen, die aus einem Polypropylen-Homopolymer zusammengesetzt sind, und welches eine hohe Steifheit und exzellente mechanische Festigkeit aufweist.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf geschäumte Partikel gerichtet, welche ein Polypropylen-Homopolymer als Basisharz enthalten und einen Zugmodul von 15.000-25.000 kg/cm² sowie eine Kristallstruktur aufweisen, bei der ein inhärenter Peak und ein Hochtemperaturpeak als endotherme Peaks auf einer DSC-Kurve erscheinen, die durch Differential-Scanning-Calorimetrie der geschäumten Partikel erhalten wird. Der Ausdruck "Hochtemperaturpeak" bezeichnet einen Peak, der auf der Temperaturseite erscheint, die höher als eine Temperatur ist, welche mit dem inhärenten Peak der endothermen Peaks korrespondiert, die auf der durch Erwärmen von 2-4 mg der geschäumten Partikel auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min durch ein Differential-Scanning-Calorimeter erhaltenen DSC-Kurve erscheint.
Die Entwicklung des Hochtemperaturpeaks wird durch eine Einstellung der Erwärmungs- und Haltezeit und der Temperatur der Polymerpartikel vor dem Schäumen in bestimmten Bereichen während der Herstellung der geschäumten Partikel ermöglicht. In diesem Fall wird die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak durch Einstellung der Erwärmungs- und Haltezeit und der Temperatur ermittelt. Die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak wird tatsächlich von der Schäumtemperatur beeinflußt und zeigt eine Tendenz zum Abnehmen, wenn die Schäumtemperatur hoch ist.
Die geschäumten Partikel gemäß der Erfindung weisen eine Wärmemenge am Hochtemperaturpeak von 30-60 J/g auf.
Das Formteil aus den geschäumten Partikeln gemäß der Erfindung wird unter Einsatz der oben beschriebenen geschäumten Partikel hergestellt. Während der Herstellung dieses Formteiles tritt die Entwicklung eines Hochtemperaturpeaks und das Verschwinden des Hochtemperaturpeaks nicht auf. Ein Hochtemperaturpeak mit der gleichen Wärmemenge am Hochtemperaturpeak wie die bei den geschäumten Partikeln entwickelt sich auch beim hergestellten Formteil. Nämlich erscheint der gleiche Hochtemperaturpeak wie derjenige der geschäumten Partikel auf einer DSC-Kurve, die durch die Differential-Scanning- Calorimetrie des Formteiles aus den geschäumten Partikeln gemäß der Erfindung erhalten wird, und die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak beträgt wie bei den geschäumten Partikeln 30-60 J/g.
Das Formteil aus den geschäumten Partikeln gemäß der Erfindung weist eine Dichte von 0.01-0.3 g/cm³ auf.
Obwohl die geschäumten Partikel gemäß der Erfindung ein Polypropylen- Homopolymer als Basisharz umfassen, weisen sie eine exzellente Formbarkeit auf und gestatten eine einfache Herstellung eines Formteiles mit hohem Expansionsverhältnis und großer Steifheit.
Die Verwendung von geschäumten Partikeln gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Formteiles bietet den Vorteil, daß der für das erfolgreiche Durchführen des Formens notwendige Formtemperaturbereich breit ist, so daß die Temperatur bei der Herstellung einfach zu regeln ist. Demzufolge ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäßen geschäumten Partikel die Herstellung von Formteiles aus den geschäumten Partikeln, die ein Polypropylen-Homopolymer als Basisharz umfassen, in industriellem Rahmen.
Das Formteil aus den geschäumten Partikeln gemäß der Erfindung weist eine exzellente Steifheit, insbesondere hohe Kompressionsfestigkeit auf. Demgemäß weist es exzellente Energieabsorptionsfähigkeiten bei seiner Anwendung als Dämpfungsmaterial im Vergleich zu herkömmlichen Formteilen aus geschäumten Partikeln auf und bietet somit den Vorteil, daß das erfindungsgemäße Formteil z. B. höhere Energie absorbiert als das herkömmliche, sogar wenn ihre Expansionsverhältnisse die gleichen sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm einer ersten DSC-Kurve von geschäumten Partikeln; Fig. 2 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm einer zweiten DSC-Kurve der geschäumten Partikel; Fig. 3 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm einer zweiten DSC-Kurve eines Basisharzes; und Fig. 4 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak der geschäumten Partikel und der Belastung bei 50%iger Kompression eines Formteiles zeigt, welches unter Verwendung solcher geschäumter Partikel geformt wurde.

BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf geschäumte Partikel gerichtet, welche ein Polypropylen-Homopolymer als Basisharz umfassen und einen Zugmodul von 15.000-25.000 kg/cm² sowie eine Kristallstruktur aufweisen, bei der ein inhärenter Peak und ein Hochtemperaturpeak als endotherme Peaks auf einer DSC-Kurve erscheinen, welche durch Differential-Scanning-Calorimetrie der geschäumten Partikel erhalten wird. Der Ausdruck "Hochtemperaturpeak" bezeichnet einen Peak, der auf der Temperaturseite erscheint, die höher ist als eine Temperatur, welche mit dem inhärenten Peak endothermer Peaks korrespondiert, die auf der durch Erwärmen von 2-4 mg der geschäumten Partikel auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min durch ein Differential-Scanning-Calorimeter erhaltenen DSC-Kurve erscheint. Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak 30-60 J/g.
Die erfindungsgemäße geschäumten Partikel aus dem Polypropylen- Homopolymer weisen einen Zugmodul von 15.000-25.000 kg/cm², vorzugsweise 15.500-20.000 kg/cm² auf. Falls der Zugmodul der geschäumten Partikel niedriger als 15.000 kg/cm² ist, zeigt das erhaltene Formteil aus den geschäumten Partikeln eine geringe Steifheit. Falls der Zugmodul 25.000 kg/cm² übersteigt, werden andererseits der Bereich der Expansionstemperaturen bei der Expansion und der Bereich der Formtemperaturen beim Formen sehr begrenzt. In beiden Fällen kann aus solchen geschäumten Partikeln kein zufriedenstellendes Formteil erhalten werden.
Der Zugmodul der geschäumten Partikel wird hauptsächlich über den Zugmodul des Basisharzes derselben ermittelt. Wenn zur Ausbildung der geschäumten Partikel ein Basisharz mit einem Zugmodul von 15.000-25.000 kg/cm² (vorzugsweise 15.500-20.000 kg/cm²) verwendet wird, fällt der Zugmodul der erhaltenen geschäumten Partikel im allgemeinen in den obigen Bereich.
Daneben weist der Zugmodul der geschäumten Partikel ein angenähert proportionales Verhältnis zur Kompressionsfestigkeit eines Formteiles aus den geschäumten Partikeln auf, welches durch Formen der geschäumten Partikel erhalten wurde. Die Verwendung der geschäumten Partikel mit hohem Zugmodul gestattet die Ausbildung eines Formteiles aus den geschäumten Partikeln mit hoher Kompressionsfestigkeit.
Ein Copolymer aus Polypropylen und einem α-Olefin, welches bisher als Basisharz verwendet worden ist, besitzt einen Zugmodul von etwa 8.000-12.000 kg/cm². Der Zugmodul von 8.000-12.000 kg/cm² ist unter dem Gesichtspunkt der Bedingungen zum Erhalt eines Formteiles aus geschäumten Partikeln mit hoher Steifheit unzureichend.
Erfindungsgemäß bezeichnet der Ausdruck "durch Differential-Scanning- Calorimetrie der geschäumten Partikel erhaltene DSC-Kurve" eine DSC-Kurve, welche unter Verwendung der geschäumten Partikel aus dem Polypropylen- Homopolymer und Erwärmen von 2-4 mg der geschäumten Partikel auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min durch ein Differential- Scanning-Calorimeter erhalten wurde.
Hierbei wird eine durch Erwärmen einer Probe von Raumtemperatur auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min erhaltene DSC-Kurve als erste DSC- Kurve bezeichnet (ein Beispiel derselben ist in der Fig. 1 dargestellt). Eine durch Abkühlen der solchermaßen erwärmten Probe von 220ºC auf etwa 40ºC bei einer Abkühlrate von 10ºC/min und erneutes Erwärmen auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min erhaltene DSC-Kurve wird als zweite DSC-Kurve bezeichnet (ein Beispiel derselben ist in der Fig. 2 dargestellt). In der ersten DSC-Kurve, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, erscheinen endotherme Peaks a und b. Von diesen Peaks erscheint der Peak b, welcher auf der Temperaturseite auftritt, die höher als die mit dem endothermen Peak a korrespondierende Temperatur ist, nur in der ersten DSC-Kurve und erscheint in der zweiten DSC-Kurve nicht.
Der endotherme Peak a, welcher nicht nur in der ersten DSC-Kurve, sondern auch in der zweiten DSC-Kurve erscheint, ist durch inhärente Wärmeabsorption beim sogenannten Schmelzen des Polypropylen-Homopolymers bedingt, welches ein Basisharz für die geschäumten Partikel ist und ist ein zu diesem Polymer inhärenter endothermer Peak. Die endothermen Peaks a und b werden nachfolgend als "inhärenter Peak" bzw. "Hochtemperaturpeak" bezeichnet. Der lediglich in der ersten DSC-Kurve erscheinende Hochtemperaturpeak b ist auf die Existenz einer Kristallstruktur zurückzuführen, welche von der Kristallstruktur der geschäumten Partikel aus dem Polypropylen-Homopolymer verschieden ist, die keinen Hochtemperaturpeak zeigt.
Genauer gesagt erscheint der inhärente Peak a nicht nur in der ersten DSC- Kurve, sondern auch in der zweiten DSC-Kurve, während der Hochtemperaturpeak b nur in der ersten DSC-Kurve erscheint, aber nicht in der durch Erwärmung unter den gleichen Bedingungen erhaltenen zweiten DSC-Kurve erscheint. Demzufolge scheint die Kristallstruktur der geschäumten Partikel, in welcher der Hochtemperaturpeak b gemeinsam mit dem inhärenten Peak a auftritt, nicht auf die Kristallstruktur des die geschäumten Partikel begründenden Basisharzes zurückzuführen zu sein, sondern auf die Kristallstruktur zurückzuführen zu sein, welche die geschäumten Partikel aus dem Polypropylen-Homopolymer in Form der geschäumten Partikel besitzen.
Von daher können geschäumte Partikel aus einem Polypropylen-Homopolymer, die eine Kristallstruktur aufweisen, bei der ein Hochtemperaturpeak b auf einer DSC-Kurve der geschäumten Partikel auftritt, dadurch erhalten werden, daß geschäumte Partikel unter spezifischen Schäumbedingungen hergestellt werden, bei denen die Erwärmungs- und Haltezeiten und die Temperatur der Polymerpartikel vor dem Schäumen spezifiziert sind und eine Schäumtemperatur spezifiziert ist. Geschäumte Partikel aus einem Polypropylen- Homopolymer, bei denen ein solcher Hochtemperaturpeak b auf ihrer DSC- Kurve nicht erscheint, neigen dazu, offene Zeilen in den geschäumten Partikeln auszubilden, weisen eine schlechte Formbarkeit auf und sind daher schwierig bezüglich der Ausbildung jeglicher Formteile von guter Qualität.
Daneben ist es wünschenswert, daß zwischen der mit der Spitze des in der ersten DSC-Kurve erscheinenden Hochtemperaturpeaks b korrespondierenden Temperatur und der mit der Spitze des in der zweiten DSC-Kurve erscheinenden inhärenten Peaks a korrespondierenden Temperatur eine größere Differenz besteht. Die Differenz zwischen beiden Temperaturen beträgt mindestens 5ºC, vorzugsweise mindestens 10ºC. Daneben werden jeweils zwei endotherme Peaks in der Fig. 1 durch eine glatte Kurve erzeugt. Die DSC-Kurve wird jedoch nicht immer eine solche glatte Kurve. Es kann die Überlappung mehrerer endothermer Peaks auf dem Diagramm auftreten und zwei endotherme Peaks des inhärenten Peaks und des Hochtemperaturpeaks können als ein Ganzes auf dem Diagramm in manchen Fällen erscheinen.
Der Hochtemperaturpeak b wird durch Vergleich der ersten DSC-Kurve mit der zweiten DSC-Kurve bestimmt. Hierbei wird die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak b gemäß dem folgenden Verfahren ermittelt. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird zunächst eine gerade Linie zwischen einem Punkt α bei 80ºC auf der DSC-Kurve und einem Punkt β auf der DSC-Kurve, welcher eine Schmelzvollendungstemperatur des Basisharzes darstellt, gezogen. Dann wird eine rechtwinklige Linie von einem Punkt γ auf der DSC-Kurve, der mit einem Tal zwischen dem inhärenten Peak a und dem Hochtemperaturpeak b korrespondiert, zu der den Punkt α und den Punkt β verbindenden geraden Linie gezogen. Der Schnittpunkt derselben wird als Punkt δ bezeichnet. Die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak b wird als die Wärmemenge aufgefunden, die mit einem Bereich (eine in Fig. 1 schraffierte Fläche) korrespondiert, welcher von einer den solchermaßen erhaltenen Punkt δ und den Punkt β verbindenden geraden Linie, einer den Punkt γ und den Punkt δ verbindenden geraden Linie und der den Punkt γ und den Punkt β verbindenden DSC-Kurve umgeben ist. Bei den erfindungsgemäßen geschäumten Partikeln aus dem Polypropylen-Homopolymer beträgt die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak b (nachfolgend als "Wärmemenge am Hochtemperaturpeak" bezeichnet) 30-60 J/g, vorzugsweise 30-50 J/g. Erfindungsgemäß werden der Zugmodul und die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak der geschäumten Partikel auf 15.000-25.000 kg/cm² bzw. 30-60 J/g eingestellt, wodurch ein Formteil hoher Steifheit hergestellt werden kann und darüber hinaus der für die Herstellung von Formteilen guter Qualität notwendige Bereich der Formtemperaturen erweitert werden kann.
Jede 60 J/g am Hochtemperaturpeak überschreitende Wärmemenge ist mit den Nachteilen verbunden, daß die zweite Schäumbarkeit der geschäumten Partikel verschlechtert wird, viele Lücken in der Oberfläche eines durch Formen solcher geschäumter Partikel erhaltenen Formteiles beobachtet werden, die eine schlechte Erscheinung erzeugen und auch ein Problem von Fehlern in der Schmelzverbindung zwischen den geschäumten Partikeln verursacht wird, so daß die Steifheit des erhaltenen Formteiles schlecht wird, wenn die Schmelzverbindung zwischen den geschäumten Partikeln besonders unzureichend ist.
Falls die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak weniger als 30 J/g beträgt, kann die im Basisharz inhärente Steifheit nicht hervorgebracht werden, so daß die Steifheit eines durch Formen solcher geschäumter Partikel erhaltenen Formteiles unzureichend wird. Durch umfangreiche Nachforschungen der Erfinder wurde herausgefunden, daß die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak nicht nur die Formbarkeit und dergleichen der geschäumten Partikel beeinflußt, sondern auch einen großen Einfluß auf die Steifheit eines durch Formen solcher geschäumter Partikel erhaltenen Formteiles besitzt. Wie aus der Kurve A in Fig. 4 ersichtlich, welche eine veranschaulichende Grafik ist und die Beziehung zwischen der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak der geschäumten Partikel und der Belastung eines aus solchen geschäumten Partikeln geformten Formteiles bei 50%iger Kompression zeigt, wird genauer gesagt die Kompressionsfestigkeit des erhaltenen Formteiles merklich verringert, wenn die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak niedriger als 30 J/g ist, was zu einem Versagen des Hervorbringens der im Basisharz inhärenten Steifheit führt.
Die Kurve A bezeichnet hierbei ein Formteil aus geschäumten Partikeln, welches eine Dichte von 0.060 g/cm³ aufweist und durch Formen von geschäumten Partikeln enthaltend ein Polypropylen-Homopolymer mit einem Zugmodul von 18.500 kg/cm² und einem Schmelzpunkt Tm von 162.8ºC als Basisharz erhalten wurde. Auf der anderen Seite bezeichnet die Kurve B in der Fig. 4 ein Formteil aus geschäumten Partikeln, welches eine Dichte von 0.060 g/cm³ aufweist und durch Formen von geschäumten Partikeln enthaltend ein Polypropylen-Ethylen Random-Copolymer (Ethylengehalt: 2.4 Gew.-%) mit einem Zugmodul von 12.000 kg/cm² und einem Schmelzpunkt Tm von 146.0ºC als Basisharz erhalten wurde. Wie durch die Kurve B dargestellt, weist das aus dem Propylen basierten Copolymer als Basisharz zusammengesetzte Formteil keinen Biegepunkt bezüglich der Kompressionsbelastung bei 30 J/g auf. Von daher sind die oben beschriebenen Eigenschaften charakteristisch für geschäumte Teilchen aus dem Polypropylen- Homopolymer.
Erfindungsgemäß führt jede Wärmemenge am Hochtemperaturpeak unter 30 J/g zu einem Versagen des Erreichens einer genügenden Steifheit, falls ein Formteil mit guter Erscheinung erhalten werden kann.
Falls der Hochtemperaturpeak 30 J/g oder mehr beträgt, kann die im Basisharz inhärente Steifheit hervorgebracht werden und darüber hinaus kann die Kompressionsfestigkeit des erhaltenen Formteiles einfach spezifiziert und geregelt werden, da die Änderung der Kompressionsbelastung gering ist.
Der Betrag der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak kann durch Regelung einer Heizrate auf eine Schäumtemperatur und die Schäumtemperatur eingestellt werden oder durch einmaliges Halten der geschäumten Partikel auf einer Temperatur nicht unter (Schmelzpunkt Tm des Basisharzes -15ºC), aber niedriger als die Schmelzvollendungstemperatur Te während einer ausreichenden Zeitdauer (vorzugsweise 15-60 min). Die Erwärmungs- und Haltetemperatur und -dauer sowie die Schäumtemperatur bilden eine wichtigen Faktor für die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak. Die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak wird jedoch letztlich durch die Schäumtemperatur beeinflußt.
Gemäß der Erfindung beträgt die Gesamtwärmemenge an endothermen Peaks auf einer durch Differential-Scanning-Calorimetrie erhaltenen DSC-Kurve eines in der Erfindung eingesetzten und aus Polypropylen-Homopolymer zusammengesetzten Basisharzes vorzugsweise 120 J/g oder weniger, bevorzugter 115 J/g oder weniger.
Die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak der erhaltenen geschäumten Partikel wird verringert, wenn die Schäumtemperatur zu dem Zeitpunkt, an dem die geschäumten Partikel erhalten werden, erhöht wird. Falls die Gesamtwärmemenge des Basisharzes 120 J/g übersteigt, übersteigt eine Variation AE der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak der erhaltenen geschäumten Partikel 15 J/g·ºC, wenn die Schäumtemperatur um 1ºC verändert wird. Eine solche Variation ΔE ist zu groß. Andererseits ist die Variation ΔE nicht höher als 15 J/g·ºC, wenn die Gesamtwärmemenge des Basisharzes nicht größer als 120 J/g ist (ΔE ist nicht größer als 10 J/g·ºC im Falle von 115 J/g oder weniger). Wenn die Gesamtwärmemenge an den endothermen Peaks auf der DSC-Kurve des Basisharzes 120 J/g oder weniger beträgt, wird die Abhängigkeit der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak der erhaltenen geschäumten Partikel von der Temperatur gering.
Wenn die Abhängigkeit der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak von der Temperatur gering ist, werden die folgenden Ereignisse und Effekte hervorgebracht.
(1) Falls eine Schäumtemperatur etwas verändert wird, wird das Expansionsverhältnis der erhaltenen geschäumten Partikel nicht besonders variiert, so daß gute geschäumte Partikel mit gleichmäßigem Expansionsverhältnis erhalten werden können.
(2) Falls die Schäumtemperatur zum Zwecke des Erhaltens von geschäumten Partikeln mit einem noch höheren Expansionsverhältnis angehoben wird, wird die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak nicht merklich reduziert. Wenn die erhaltenen geschäumten Partikel mit hohem Expansionsverhältnis in eine Form gefüllt werden, um sie zu erwärmen und zu formen, kann von daher ein Formteil guter Qualität aus den geschäumten Partikeln ohne jegliche Möglichkeit des Schrumpfens des Formteiles erhalten werden und die zweite Schäumbarkeit der geschäumten Partikel ist beim Formen unter Verwendung derselben extrem einfach zu regeln.
Der Grund dafür, warum die Abhängigkeit der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak von der Temperatur bei den geschäumten Partikeln durch Regelung der Gesamtwärmemenge an den endothermen Peaks des Basisharzes auf 120 J/g oder weniger verringert wird, ist nicht vollständig geklärt. Die Begründung wird jedoch wie folgt angenommen. Nämlich ist die Gesamtwärmemenge relevant für die Kristallinität des Basisharzes. Jedes Basisharz mit einer Gesamtwärmemenge von 120 J/g oder weniger wird innerhalb der Basisharze als mit einer geringen Kristallinität angesehen. Wenn der Hochtemperaturpeak bei einem solchen Basisharz angehoben wird, wird ein Sekundärkristallkern auf der Kristallebene eines Primärkristalls generiert, nachdem die Bildung eines solchen Primärkristalls eine dickere Lamellenstruktur ausbildet. Es entsteht von daher ein schwierig zu schmelzender Sekundärkristall, so daß die Variation ΔE der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak gemäß der Veränderung der Schäumtemperatur gering wird.
Die Gesamtwärmemenge an den endothermen Peaks des Basisharzes kann nach dem folgenden Verfahren ermittelt werden. Zunächst werden 2-4 mg des aus einem Polypropylen-Homopolymer zusammengesetzten Basisharzes als Probe verwendet, auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min erwärmt, von 220ºC auf etwa 40ºC bei einer Abkühlrate von 10ºC/min abgekühlt und dann erneut auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min erwärmt, wobei eine DSC-Kurve erhalten wird. Nämlich wird die Differential-Scanning-Calorimetrie des Basisharzes in der gleichen Weise wie in dem Falle durchgeführt, in welchem die zweite DSC-Kurve zu den geschäumten Partikeln aus dem Polypropylen-Homopolymer wie oben beschrieben erhalten wird und dabei die DSC-Kurve erhalten wird. Auf der Basis dieser DSC-Kurve wird, wie in der Fig. 3 dargestellt, eine gerade Linie zwischen einem Punkt α bei 80ºC auf der DSC-Kurve und einem Punkt β auf der DSC-Kurve, der die Schmelzvollendungstemperatur Te des Basisharzes bezeichnet, gezogen. Es wird eine Wärmemenge eines von dieser geraden Linie und der DSC-Kurve umgebenen Bereiches ermittelt, welche Wärmemenge mit der Gesamtwärmemenge an den endothermen Peaks des Basisharzes korrespondiert. Eine Gesamtwärmemenge an den endothermen Peaks der geschäumten Partikel kann auf der Basis der zweiten DSC-Kurve zu den geschäumten Partikeln in gleicher Weise wie oben beschrieben ermittelt werden. Diese Gesamtwärmemenge der endothermen Peaks der geschäumten Partikel zeigt im wesentlichen den gleichen Wert wie den der Gesamtwärmemenge an den endothermen Peaks des Basisharzes.
Des weiteren weist das aus dem Polypropylen-Homopolymer zusammengesetzte Basisharz vorzugsweise einen Schmelzflußindex (nachfolgend als "MI" abgekürzt) von 5-12 g/10 min. ermittelt gemäß JIS K 7210, Versuchsbedingung 14, auf, da geschäumte Partikel mit einem höheren Expansionsverhältnis erhalten werden können. Falls MI niedriger als 5 g/10 min ist, kann jeglicher Effekt zur Steigerung des Expansionsverhältnisses der erhaltenen geschäumten Partikel nicht erwartet werden. Andererseits bietet jeder MI höher als 12 g/10 min die Möglichkeit, daß die erhaltenen geschäumten Partikel offene Zellen aufweisen. Es ist von daher nicht bevorzugt, irgendein Basisharz mit einem MI außerhalb des obigen Bereiches zu verwenden.
Ein erläuterndes Herstellungsverfahren der geschäumten Partikel gemäß der Erfindung ist folgendermaßen aufgebaut.
Zunächst werden pelletartige Harzpartikel z. B. durch Mittel, bei welchen das Basisharz in einem Extruder geschmolzen und geknetet wird, dann zu einem Strang extrudiert und der so erhaltene Strang entweder gekühlt und dann in geeignete Längen zerhackt oder in geeignete Längen zerhackt und dann gekühlt wird, hergestellt. Die solchermaßen erhaltenen Harzpartikel werden sodann innerhalb eines geschlossenen Behälters in einem Dispergiermedium dispergiert und ein Dispersant wird falls nötig zugefügt. Die erhaltenen Dispersion wird dann bei Anwesenheit eines Treibmittels auf eine Temperatur nicht unterhalb der Erweichungstemperatur der Harzpartikel erwärmt und dabei werden die Harzpartikel mit dem Treibmittel imprägniert. Nachfolgend wird der Behälter an einem seiner Enden geöffnet, um die Harzpartikel und das Dispergiermedium gleichzeitig in ein Atmosphäre niedrigeren Drucks als dem Innendruck des Behälters zu entlassen (üblicherweise unter atmosphärischem Druck), während der Innendruck des Behälters über dem Dampfdruck des Treibmittels gehalten wird, wobei die Harzpartikel expandiert werden, um geschäumte Partikel zu erhalten. In diesem Fall wird, wenn die Harzpartikel im geschlossenen Behälter erwärmt werden, die Erwärmungstemperatur bis auf eine Temperatur nicht niedriger als (Schmelzpunkt Tm des Basisharzes -15ºC), aber niedriger als die Schmelzvollendungstemperatur Te der Harzpartikel angehoben, ohne daß die Temperatur über die Schmelzvollendungstemperatur Te abgehoben wird, und die Harzpartikel werden auf der gleichen Temperatur während 5-60 min gehalten, wobei geschäumte Partikel mit einer Kristallstruktur erhalten werden können, so daß ein Hochtemperaturpeak b auf einer DSC-Kurve derselben erscheint. Die Schäumtemperatur liegt innerhalb eines Bereiches von (Schmelzpunkt Tm -15ºC) bis (Schmelzvollendungstemperatur Te +5ºC).
Der Schmelzpunkt Tm bedeutet eine mit der Spitze des inhärenten Peaks a korrespondierende Temperatur, welche auf der oben beschriebenen DSC-Kurve (Fig. 3) zum Basisharz erscheint, während die Schmelzvollendungstemperatur Te eine mit einem Fuß des inhärenten Peaks a auf der höheren Temperaturseite korrespondierende Temperatur ist, an der die Kurve auf die Basislinie zurückkehrt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Polypropylen-Homopolymer als Basisharz verwendet. Es können jedoch verschiedene Additive und andere Harze oder Elastomere mit dem Basisharz innerhalb von den Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht hinderlichen Grenzen vermischt werden.
Beispiele der Additive, die mit dem Basisharz vermischt werden können, beinhalten Antioxidantien, Absorber für ultraviolettes Licht, Antistatikmittel, flamm-hemmende Mittel, Metalldeaktivatoren, Pigmente, Farbstoffe, anorganische Substanzen und Nukleierungsmittel. Die Menge dieser hinzuzufügenden Additive kann gemäß den benötigten physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Formteiles aus geschäumten Partikeln variieren. Sie werden jedoch in einem Verhältnis von 20 Gewichtsteilen oder weniger, vorzugsweise 5 Gewichtsteilen oder weniger pro 100 Gewichtsteilen des Basisharzes vermischt. Nebenbei bemerkt beinhalten Beispiele der mit dem Basisharz zu vermischenden anorganischen Substanzen Talk, Calciumcarbonat, Borax und Aluminiumhydroxid.
Als Beispiele für die Harze, die mit dem Basisharz gemischt werden können, seien thermoplastische Harze, wie etwa Polyolefinharze, wie Polypropylen basierte Harze mit einem Zugmodul unter 15.000 kg/cm², Polyethylen hoher Dichte, lineares Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen ultraniedriger Dichte, Polyethylen niedriger Dichte, Ethylen-Venylacetat Copolymere, Ethylen-Acrylester Copolymere, Ethylen-Acrylsäure Copolymere und Ethylen-Methacrylatsäure Copolymere sowie Polystyrolharze genannt. Die Menge dieser zu vermischenden Harze beträgt weniger als 50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Basisharzes. Es kann jede Menge aus dem obigen Bereich der Mischmengen ausgewählt werden, sofern der Zugmodul der erhaltenen geschäumten Partikel innerhalb des obigen Bereiches verbleibt und das Erwärmen und Formen der geschäumten Partikel nicht ungünstig beeinflußt wird.
Beispiele der Elastomere, die verwendet werden können, beinhalten Hartgummi, wie Ethylen-Propylen-Gummi, Ethylen-1-Buten-Gummi, Propylen- 1-Buten-Gummi, Styrol-Butadien-Gummi und hydrogenisierte Produkte derselben, Isopren-Gummi, Neopren-Gummi und Nitril-Gummi; Polystyrol- Elastomere, wie etwa Styrol-Butadien Block-Copolymer-Elastomere und hydrogenisierte Produkte derselben; und viele andere Elastomere.
Das Einmischen solcher oben beschriebener Komponenten in das Polypropylen- Homopolymer wird durch Naßmischen oder Trockenmischen durchgeführt. Im allgemeinen werden sie durch Schmelzen und Kneten vermischt. Es ist lediglich erforderlich, sie bei einer gewünschten Temperatur mittels einer der verschiedenen Knetmaschinen, wie etwa z. B. Rollen-, Schrauben- und Banbury-Mischer, Kneter, Blender und Mühlen zu kneten.
Beispiele des während der Herstellung der geschäumten Partikel verwendeten Treibmittels beinhalten im wesentlichen flüchtige Treibmittel, wie etwa aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Propan, Butan, Pentan, Hexan und Heptan, alizyklische Kohlenwasserstoffe, wie Zyklobutan und Zyklopentan und halogenisierte Kohlenwasserstoffe, wie Trichlorfluormethan, Dichlordifluormethan, Dichlortetrafluorethan, Methylchlorid, Ethylchlorid und Methylenchlorid; anorganische Gastreibmittel, wie Stickstoff, Kohlendioxid, Argon und Luft; sowie Mischungen derselben. Von diesen werden anorganische Gastreibmittel, die keine Zerstörung der Ozonsphäre verursachen und billig sind, bevorzugt, wobei Stickstoff, Luft und Kohlendioxid besonders bevorzugt sind.
Hierbei beträgt die Menge an zu verwendendem Treibmittel im allgemeinen 2-50 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Harzpartikel, außer bei Stickstoff und Luft. Wenn Stickstoff oder Luft als Treibmittel verwendet werden, wird es andererseits in einem geschlossenen Behälter unter einem innerhalb eines Bereiches von 20-60 kg/cm²·G liegendem Druck eingebracht. Die Menge dieser zu verwendenden Treibmittel wird zweckmäßig anhand der Beziehung zwischen dem Expansionsverhältnis der zu erhaltenden geschäumten Partikel und einer Schäumtemperatur oder der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak ausgewählt.
Dem zum Dispergieren der Harzpartikel darin eingesetzten Dispergiermedium sind keine Beschränkungen auferlegt, sofern es nicht die Harzpartikel auflöst. Beispiele desselben beinhalten Wasser, Ethylenglykol, Glycerin, Methanol und Ethanol. Wasser wird im allgemeinen verwendet.
Als bei Bedarf während des Dispergierens der Harzpartikel im Dispergiermedium hinzuzufügendes Dispersant kann feinteiliges Aluminiumoxid, Titanoxid, basisches Magnesiumcarbonat, basisches Zinkcarbonat, Calciumcarbonat, Kaolin, Talkum, Glimmer oder Ton verwendet werden. Solch ein Dispersant wird im allgemeinen in einem Verhältnis von 0.2-2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Basisharzes zugefügt.
Die in der oben beschriebenen Weise erhaltenen geschäumten Partikel werden dann einer Vorbehandlung, wie etwa der Aufbringung eines Innendrucks wie benötigt unterzogen und die solchermaßen behandelten geschäumten Partikel werden in eine Form gefüllt, welche geschlossen, aber nicht hermetisch abgedichtet werden kann, und werden mittels Dampf von 3.0-7.0 kg/cm²·G erwärmt, wobei die geschäumten Partikel untereinander schmelzverbunden und zum zweiten Mal expandiert werden. Danach werden die solchermaßen schmelzverbundenen geschäumten Partikel abgekühlt, wodurch ein Formteil aus den aus dem Polypropylen-Homopolymer zusammengesetzten geschäumten Partikel erhalten werden kann, welches eine exzellente Steifheit aufweist.
Das Formteil aus den geschäumten Partikeln des Polypropylen-Homopolymers gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Dichte von 0.01-0.3 g/cm³ auf. Um die Kompressionsfestigkeit des Formteiles zu verbessern, beträgt die Dichte bevorzugt 0.03-0.3 g/cm³. Darüber hinaus beträgt die Dichte im Hinblick auf die Sprödigkeit unter Biegung bei niedriger Temperatur, Kompressionseinstellung, die Art des Treibmittels und die einfache Schaffung eines Formteiles mit einer Belastung bei 50%iger Kompression von mindestens 7 kg/cm² bevorzugt 0.045-0.2 g/cm³.
Die Dichte des Formteiles aus den geschäumten Partikeln wird durch Auffinden eines Volumens V (cm³) des Formteiles aus den geschäumten Partikeln aus den Außenabmessungen desselben und Division des Gewichts W (g) des Formteiles durch dieses Volumen V (cm³) ermittelt.
Das erfindungsgemäße Formteil aus den geschäumten Partikeln weist einen Zugmodul von 15.000-25.000 kg/cm², vorzugsweise 15.500-20.000 kg/cm² auf. Dieser Zugmodul ist der gleiche numerische Wert wie der der erfindungsgemäßen geschäumten Partikel. Falls der Zugmodul des Formteiles niedriger als 15.000 kg/cm² wird, wird die Steifheit des Formteiles gering. Falls andererseits der Zugmodul 25.000 kg/cm² übersteigt, wird der Bereich der Formtemperaturen bei seiner Formung begrenzt, was zu einem Formteil mit schlechter Erscheinung oder ähnlichem führt. Von daher ist jeglicher Zugmodul außerhalb des obigen Bereiches nicht bevorzugt. In jedem Fall ist es schwierig, ein Formteil selbst zu erhalten.
Beim erfindungsgemäßen Formteil tritt gleiche Hochtemperaturpeak wie bei den geschäumten Partikeln in der durch Differential-Scanning-Calorimetrie des Formteiles erhaltenen DSC-Kurve auf. Bei der Differential-Scanning- Calorimetrie des Formteiles wird ein kleines aus dem Formteil ausgeschnittenes Stück als Probe verwendet. Ein inhärenter Peak und ein auf der höheren Temperaturseite als die mit dem inhärenten Peak korrespondierende Temperatur gelegener Hochtemperaturpeak erscheinen als zwei endotherme Peaks auf einer DSC-Kurve, die unter Verwendung von 2-4 mg des kleinen Stückes des Formteiles als Probe und Erwärmen dieser Probe auf 220ºC mit einer Erwärmungsrate von 10ºC/min mittels eines Differential-Scanning-Calorimeters erhalten wird.
Die durch Erwärmen der Probe von Raumtemperatur auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min erhaltene DSC-Kurve wird als erste DSC-Kurve bezeichnet. Eine durch Abkühlen der solchermaßen erwärmten Probe von 220ºC auf etwa 40ºC bei einer Abkühlrate von 10ºC/min und erneutes Erwärmen auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min erhaltene DSC- Kurve wird als zweite DSC-Kurve bezeichnet. In diesem Fall erscheint der Hochtemperaturpeak nur auf der ersten DSC-Kurven und erscheint nicht auf der zweiten DSC-Kurve. Die erste und zweite DSC-Kurve werden als DSC- Kurven ähnlich der ersten DSC-Kurve bei den geschäumten Partikeln gemäß Darstellung in Fig. 1 bzw. der zweiten DSC-Kurve bei den geschäumten Partikeln gemäß Darstellung in Fig. 2 erhalten.
Die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak beim erfindungsgemäßen Formteil beträgt 30-60 J/g, vorzugsweise 30-50 J/g. Der numerische Wert dieser Wärmemenge am Hochtemperaturpeak ist ebenfalls der gleiche wie die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak bei den erfindungsgemäßen geschäumten Partikeln. Die Vorgehensweise zur Ermittlung der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak beim erfindungsgemäßen Formteil ist die gleiche wie die Vorgehensweise zur Ermittlung der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak bei den erfindungsgemäßen geschäumten Partikeln.
Bei dem erfindungsgemäßen Formteil aus den geschäumten Partikeln ist es vom Gesichtspunkt des Hitzewiderstands bevorzugt, daß der Schrumpfungsfaktor des Formteiles, ermittelt durch Messung der Dimensionsänderung unter Hitze unter Bedingungen von 120ºC gemäß JIS K 6767, 1.0% oder weniger beträgt. Durch Regelung dieses Schrumpfungsfaktors auf 1.0% oder weniger wird es möglich, charakteristische Ereignisse und Wirkungen hervorzubringen, indem die Eignung für Schaum verbessert werden kann und darüber hinaus die Hochhitzebeständigkeit ebenfalls gesteigert werden kann, was bei herkömmlichen Formteilen nicht realisierbar war.
Das erfindungsgemäße Formteil kann geeignet in Anwendungsfeldern, wie etwa Energieabsorbern, Kernmaterialien für Automobilstoßstangen, Fahrzeugtürpolstern, Verpackungsmaterialien für schwere Frachten, hochfeste Behälter, hitze- oder kälteisolierende Boxen, Werkzeugboxen und rückgebbare Behältnisse für Teile und ähnliches eingesetzt werden, wobei bester Nutzen aus seinen Charakteristika, daß es eine hohe Steifheit und geringes Gewicht aufweist, gezogen wird.
Das Formteil aus geschäumten Partikeln gemäß der Erfindung weist eine hohe Steifheit auf und kann somit einen hohe Steifheit sogar dann aufrechterhalten, wenn sein Expansionsverhältnis angehoben wird, um sein Gewicht niedriger als das herkömmliche Produkt zu machen oder seine Dicke geringer als beim herkömmlichen Produkt zu machen.
Die vorliegende Erfindung wie nachfolgend in genauen Einzelheiten durch Beispiele (Beispiele 1-6) und Vergleichsbeispiele (Vergleichsbeispiele 1-6) beschrieben.
Verschiedene in Tabelle 1 gezeigte Basisharze mit ihren korrespondierenden Zugmoduli (kg/cm²), Schmelzpunkten, Gesamtwärmemengen (J/g) an endothermen Peaks auf ihren DSC-Kurven und MIs (g/10 min) wurden separat in einem Extruder aufgeschmolzen und geknetet, und jede der solchermaßen aufgeschmolzenen Mischungen wurde durch eine Düse zu einem Strang extrudiert. Der Strang wurde in Wasser abgeschreckt und in vorbestimmte Längen abgehackt, wodurch Pellets ausgebildet wurden. Eine durch Verwendung von 10-80 g Trockeneis als Treibmittel und Hinzufügen von 4 g Kaolin und 0.08 g Natriumdodecylbenzensulfonat als Dispersant zum Dispergieren von 1,000 g der obig erhaltenen Pellets in 3,000 cc Wasser erhaltene Dispersion wurde auf ihre in der Tabelle 1 angegebene korrespondierende Erwärmungs- und Haltetemperatur unter Rühren in einem geschlossenen Behälter (Volumen: 5 Liter) erwärmt, ohne die Temperatur der Dispersion über eine Schmelzvollendungstemperatur Te des Basisharzes anzuheben, und während 15 Minuten auf der gleichen Temperatur gehalten und weiter auf ihre in Tabelle 1 angegebene Schäumtemperatur erwärmt, ohne die Temperatur der Dispersion über die Schmelzvollendungstemperatur T6 des Basisharzes anzuheben, und für 15 Minuten auf der gleichen Temperatur gehalten. Danach wurde ein Gegendruck von (Gleichgewichtsdampfdruck des Treibmittels +5 kg/cm² G) mittels Stickstoff auf den geschlossenen Behälter aufgebracht und der Behälter wurde an einem seiner Enden geöffnet, während ein solcher Druck zum Auslassen der Harzpartikel und Wasser zu gleicher Zeit aufrechterhalten wurde, durch die Harzpartikel zum Erhalt von geschäumten Partikeln expandiert wurden.
Jede der solchermaßen erhaltenen Partikelproben wurde durch eine Heißpresse entschäumt, um ihren Zugmodul zu messen. Daneben wurde ihre Wärmemenge am Hochtemperaturpeak aus einer DSC-Kurve ermittelt, die durch Einsatz eines Differential-Scanning-Calorimeters (DSC-50, hergestellt von Shimadzu Corporation) und Erwärmen von etwa 2 mg der geschäumten Partikelprobe auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min unter einer Stickstoff-Gas-Atmosphäre bei einer Stickstoffzuführrate von 20 ml/min gewonnen wurde. Des weiteren wurde die Variation ΔE der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak gemäß der Veränderung der Schäumtemperatur bei jeder geschäumten Partikelprobe ermittelt, um die Abhängigkeit der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak von der Temperatur zu untersuchen. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
Das Meßverfahren für den Zugmodul und die Art der Ermittlung der Variation ΔE der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak sind wie folgt.

[Meßverfahren für Zugmodul des Basisharzes]

Pellets des Basisharzes werden durch eine Heißpresse bei 220ºC erwärmt und gepreßt, um eine Platte mit einer Dicke von 1 mm zu erhalten. Die Messung wird an der solchermaßen erhaltenen Platte unter den folgenden Bedingungen in Übereinstimmung mit JIS K 7113 durchgeführt.
- Teststück: Typ JIS Nr. 2
- Dicke des Teststückes: 1 ± 0.1 mm
- Testrate: 50 mm/min
- Abstand zwischen Spannfuttern: 80 mm

[Meßverfahren für Zugmodul der geschäumten Partikel]

Geschäumte Partikel werden in einer Heißpresse bei 220ºC während 10 Minuten erwärmt und gepreßt, um die geschäumten Partikel zu schmelzen und zu entschäumen, wodurch eine Platte mit einer Dicke von 1 mm hergestellt wird. Die gleiche Prozedur wie beim Meßverfahren des Zugmoduls des Basisharzes gemäß JIS K 7113 wird nachfolgend auf die Messung angewandt.

[Art der Ermittlung der Variation ΔE der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak]

Im Hinblick auf die individuellen Basisharze sind die Bedingungen außer der Schäumtemperatur festgelegt. Ein geschlossener Behälter (Volumen: 5 Liter) wurde mit 1,000 g Harzpartikeln, 3,000 g Wasser, 50 g Kohlendioxid, 4 g Kaolin und 0.08 g Natriumdodecylbenzensulfonat beladen. Die Gehalte wurden von Raumtemperatur auf (Schäumtemperatur -5ºC) bei einer Heizrate von 2ºC/min erwärmt und für 15 Minuten auf der gleichen Temperatur gehalten. Danach wurde der vorbestimmte Gegendruck (45 kg/cm²·G) mittels Stickstoffgas auf den geschlossenen Behälter aufgebracht und der Behälter wurde an einem seiner Enden geöffnet, während ein solcher Druck aufrechterhalten wurde, um die Harzpartikel und Wasser gleichzeitig auszulassen, wodurch geschäumte Partikel erhalten wurden. In diesem Fall wurde die Schäumtemperatur zumindest dreimal geändert, um jeweilige geschäumte Partikelproben zu erhalten. Die Wärmemengen am Hochtemperaturpeak der so erhaltenen geschäumten Partikelproben wurden sodann gemessen, um eine Variation ΔE der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak aus einer Kurve oder geraden Linie zu erhalten, die durch Plotten der Schäumtemperatur als Abszissenachse und der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak als Ordinatenachse gemäß der folgenden Gleichung erhalten wurde: ΔE = (50 [J/g] - 30 [J/g])/{(Schäumtemperatur [ºC], bei der die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak 30 J/g beträgt) - (Schäumtemperatur [ºC], bei der die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak 50 J/g beträgt)}, unter der Bedingung, daß die Werte einer geschäumten Partikelprobe, aus welcher ein Formteil mit guter Schmelzverbindungseigenschaft und Erscheinung durch Erwärmen und Formen in einer Form unter Verwendung von 4.0-6.0 kg/cm²·G Dampf erhalten werden kann, als Schäumtemperatur und Wärmemenge am Hochtemperaturpeak verwendet werden, welche zur Ermittlung der Beziehung zwischen der Wärmemenge am Hochtemperaturpeak und der Schäumtemperatur herangezogen werden).
Jede der solchermaßen erhaltenen geschäumten Partikelproben wurde für 24 Stunden in einem Ofen bei 60ºC getrocknet und dann unter einem Druck von 2 kg/cm² mit Luft in einem geschlossenen Behälter unter Druck gesetzt, um den geschäumten Partikeln einen Innendruck zu verleihen. Die solchermaßen behandelte geschäumte Partikelprobe wurde in eine Form von 180 · 180 cm · 50 mm eingefüllt und mittels Dampf von 3.5-6.0 kg/cm²·G erwärmt, um die geschäumten Partikel zu formen. Nach Abkühlen wurde aus der Form ein Formteil entnommen und für 24 Stunden in einem Ofen bei 60ºC getrocknet, um ein Fertigteil zu erhalten.
Die Dichte, Dimensionsveränderung unter Wärme und Kompressionsbelastung des solchermaßen erhaltenen Formteiles wurden ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Der Zugmodul und die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak des Formteiles, deren Daten in Tabelle 2 nicht ausdrücklich angegeben sind, wurden gemessen. Im Ergebnis zeigte das Formteil die gleichen numerischen Werte wie der Zugmodul und die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak seiner korrespondierenden geschäumten Partikelprobe, sogar in jedem der Beispiele und der Vergleichsbeispiele.
Die Meßverfahren für die Dimensionsänderung unter Hitze und Kompressionsbelastung und die Auswerteverfahren für die Schmelzverbindungseigenschaft und Erscheinung sind wie folgt.

[Meßverfahren für Dimensionsveränderung unter Hitze]

Ein aus jedem der so erhaltenen Formteile ausgeschnittenes Teststück in Abmessungen von 150 mm lang · 150 mm breit · 50 mm hoch wurde zur Messung einer Dimensionsänderung unter Wärme entlang der Oberfläche des Teststückes gemäß JIS K 6767 verwendet, außer daß die Meßtemperatur auf 120ºC ± 2ºC eingeregelt wurde. Im Fall von Beispiel 1 betrug z. B. die Dimensionsänderung unter Wärme -0.6%. Dies bedeutet, daß der Schrumpfungsfaktor des Formteiles 0.6% ist.

[Meßverfahren für Kompressionsbelastung]

Ein aus jedem der so erhaltenen Formteiles in Abmessungen von 50 mm lang · 50 mm breit · 25 mm hoch ausgeschnittenes Teststück wurde zur Messung einer Belastung bei 50%iger Kompression gemäß JIS Z 0234, Verfahren A, verwendet. Bei diesem Test wurde eine Kompressionsrate von 10 mm/min eingeregelt.

[Auswertungsstandard für Schmelzverbindungseigenschaft]

Ein aus jedem der so erhaltenen Formteiles in Abmessungen von 10 mm dick · 30 mm breit · 100 mm lang ausgeschnittenes Teststück wurde in Längsrichtung bei einer Rate von 500 mm/min durch einen Zugtester gestreckt, um es zu zerreißen und sein Bruchquerschnitt wurde betrachtet, um die Schmelzverbindungseigenschaft der Probe gemäß dem folgenden Standard zu bewerten:
O: kein Bruch zwischen den Partikeln trat auf zumindest 60% des Bruchquerschnittes auf; und
X: kein Bruch zwischen den Partikeln trat in weniger als 60% des Bruchquerschnittes auf.

[Auswertungsstandard für Erscheinung]

Die Erscheinung eines jeden der so erhaltenen Formteile wurde betrachtet, um die Erscheinung gemäß dem folgenden Standard zu bewerten:
O: Poren wurden in der Oberfläche des Formteiles kaum festgestellt und das Formteil unterlag keiner Schrumpfung;
X: viele Poren wurden in der Oberfläche des Formteiles festgestellt und das Formteil unterlag Schrumpfung.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Die geschäumten Partikel aus einem Polypropylen-Homopolymer gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine exzellente Formbarkeit auf und sind als Formmaterial zum Erhalt von Formteilen aus geschäumten Teilchen hoher Steifheit nützlich.
Die Formteile aus den aus dem Polypropylen-Homopolymer gemäß der Erfindung zusammengesetzten geschäumten Partikeln besitzen hohe Steifheit, weisen geringes Gewicht auf und können in vielen Anwendungsfeldern, wie etwa Energieabsorbern und Verpackungsmaterialien eingesetzt werden. Tabelle 1 Tabelle 2

Claims

1. Geschäumte Partikel, enthaltend ein Polypropylen-Homopolymer als Basisharz und mit einem Zugmodulus von 15.000-25.000 kg/cm² und einer Kristallstruktur, bei der ein inhärenter Peak und ein Hochtemperaturpeak als endotherme Peaks auf einer DSC-Kurve erscheinen, die durch Differential-Scanning-Calorimetrie der geschäumten Partikel erhalten wird (Hochtemperaturpeak bedeutet ein Peak, der auf der Temperaturseite erscheint, die höher als eine Temperatur ist, welche mit dem inhärenten Peak endothermer Peaks korrespondiert, die auf der durch Erwärmen von 2-4 mg der geschäumten Partikel auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min durch ein Differential-Scanning-Calorimeter erhaltenen DSC-Kurve erscheinen), dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak 30-60 J/g beträgt.

2. Geschäumte Partikel des Polypropylen-Homopolymers nach Anspruch 1, wobei der Zugmodulus 15.500-20.000 kg/cm² beträgt.

3. Geschäumte Partikel des Polypropylen-Homopolymers nach Anspruch 1, wobei die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak 30-50 J/g beträgt.

4. Geschäumte Partikel des Polypropylen-Homopolymers nach Anspruch 1, wobei die gesamte Wärmemenge an den endothermen Peaks, die auf einer durch Differential-Scanning-Calorimetrie des aus dem Polypropylen- Homopolymers aufgebauten Basisharz erhaltenen DSC-Kurve 120 J/g oder weniger beträgt.

5. Geschäumte Partikel des Polypropylen-Homopolymers nach Anspruch 4, wobei die gesamte Wärmemenge an den endothermen Peaks 115 J/g oder weniger beträgt.

6. Geschäumte Partikel des Polypropylen-Homopolymers nach Anspruch 1, wobei ein Schmelzflußindex (MI) des aus dem Polypropylen- Homopolymer aufgebauten Basisharz 5-12 g/10 min beträgt.

7. Geformter Artikel aus geschäumten Partikeln, erhalten durch Einsatz von geschäumten Partikeln, enthaltend ein Polypropylen-Homopolymer als Basisharz und Formen derselben, der eine Dichte von 0.01-0.3 g/cm³, einen Zugmodulus von 15.000-25.0000 kg/cm² und eine Kristallstruktur aufweist, bei der ein inhärenter Peak und ein Hochtemperaturpeak als endotherme Peaks auf einer DSC-Kurve erscheinen, die durch Differential- Scanning-Calorimetrie des geformten Artikels erhalten wird (Hochtemperaturpeak bedeutet ein Peak, der auf der Temperaturseite erscheint, die höher als eine Temperatur ist, welche mit dem inhärenten Peak endothermer Peaks korrespondiert, die auf der durch Erwärmen von 2-4 mg des geformten Artikels auf 220ºC bei einer Erwärmungsrate von 10ºC/min durch ein Differential-Scanning-Calorimeter erhaltenen DSC- Kurve erscheinen), dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmemenge am Hochtemperaturpeak 30-60 J/g beträgt.

8. Geformter Artikel aus geschäumten Partikeln des Polypropylen-Homopolymers nach Anspruch 7, bei dem ein Schrumpfungsfaktor des geformten Artikels aus den geschäumten Partikeln 1.0% oder kleiner ist, ermittelt durch Messung von Dimensionsänderungen unter Wärme bei Bedingungen von 120ºC gemäß JIS K 6767.