JP2015174390A - ポリスチレン系樹脂発泡シート - Google Patents
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Abstract
Description
特に、積層発泡シートに真空成形やプレス成形などの熱成形を実施して得られる発泡樹脂成形品は、一般に表面の平滑性や強度においてポリスチレン系樹脂発泡シート単体を熱成形した発泡樹脂成形品に比べて優れており、このような特性が求められる用途に広く用いられている。
この“バブル”とは、発泡樹脂成形品に小さな火脹状の不良を発生させる現象を意味し、樹脂フィルムに局部的な剥離が生じる現象のことである。
そして、下記特許文献1においては、特定の層構成を有する樹脂フィルムを用いることによって“バブル”の発生防止を図ることが記載されている。
即ち、設計の自由度が広く製造容易な発泡樹脂成形品を得る上においては積層発泡シートに使用する樹脂フィルムに過度な制限が加わらないことが好ましい。
(1) 0.04 ≦D0≦ 0.12
(2) 1.2 ≦(D1/D2)≦ 3.0
(3) 0.8 ≦(D2/D3)≦ 1.5
そのため、樹脂フィルムを熱接着させる際に圧力を面方向に均一化させ易く、該熱接着における圧力の不均一を抑制させ得る。
即ち、本発明によれば、ポリスチレン系樹脂発泡シートと樹脂フィルムと接着力を均一化させることができ、樹脂フィルムの剥離を抑制できて“バブル”の発生を抑制させ得る。
従って、本発明によれば積層発泡シートに用いる樹脂フィルムが過度に制限されることなく発泡樹脂成形品に“バブル”が発生することを抑制し得る。
本発明のポリスチレン系樹脂発泡シート(以下「単に発泡シート」ともいう)は、積層発泡シートの状態で熱成形に用いられるもので、その片面、又は、両面に樹脂フィルムが熱接着されるものである。
本実施形態の積層発泡シートとしては、例えば、1.0mm〜3.5mm程度の厚みを有する発泡シートに、10μm〜200μm程度の厚みを有する樹脂フィルムを熱接着させたものが挙げられる。
また、前記発泡シート1は、この積層発泡シートの状態で発泡樹脂成形品の作製に利用されるものである。
言い換えると、本実施形態における発泡樹脂成形品は、前記発泡シート1の一表面1aに樹脂フィルムが熱接着された積層発泡シートに熱成形が施されて形成される。
しかも、発泡シート1は、従来のものに比べ見掛け密度の変化が緩やかになっている。
具体的には、本実施形態の発泡シート1は、全体の見掛け密度をD0(g/cm3)、前記樹脂フィルムが熱接着される表面から0.1mm深さまでの見掛け密度をD1(g/cm3)、0.1mm深さから0.2mm深さまでの見掛け密度をD2(g/cm3)、0.2mm深さから0.3mm深さまでの見掛け密度をD3(g/cm3)とした際に、下記式(1)〜(3)の全てを満足するように形成されている。
(1) 0.04 ≦D0≦ 0.12
(2) 1.2 ≦(D1/D2)≦ 3.0
(3) 0.8 ≦(D2/D3)≦ 1.5
より具体的には、D1の値は、2cm×5cmの大きさに切り出した発泡シートを前記表面1aから0.1mm深さの位置でスライスしてスライス片(第1スライス片)を作製し、該第1スライス片から1cm×2cmの大きさに切り出した試料の体積(V:cm3)と質量(W:g)とから、下記式を計算して求めることができる。
「D1」=W/V(g/cm3)
また、D2の値は、前記第1スライス片採取後の発泡シートを前記表面1aから0.2mm深さとなる位置で再びスライスして厚み0.1mmのスライス片(第2スライス片)を作製し、該第2スライス片から1cm×2cmの大きさに切り出した試料について第1スライス片の場合と同様の計算を行って求めることができる。
さらに、D3の値は、前記第2スライス片採取後の発泡シートを前記表面1aから0.3mm深さとなる位置で三たびスライスして厚み0.1mmのスライス片(第3スライス片)を作製し、該第3スライス片から1cm×2cmの大きさに切り出した試料について第1スライス片、第2スライス片の場合と同様の計算を行って求めることができる。
即ち、発泡シート1は、その見掛け密度(D0)が0.04以上であることにより発泡成形品に優れた強度を発揮させることができ、0.12以下であることにより発泡成形品を軽量性に優れたものとすることができる。
従って、発泡シート1は、熱接着時における表面軟化特性を考えると表面1aに近い部分における樹脂量が少ないことが好ましい。
その一方で、発泡シート1は、表層部の樹脂量が過度に少ないと樹脂フィルムとの間に優れた接着強度を発揮させにくくなる。
このような観点から、表面から0.1mm深さまでの領域(以下「第1領域a1」ともいう)の見掛け密度(D1)は、0.090(g/cm3)以上0.300(g/cm3)以下とされるのが好ましい。
この比率が小さいということは、第1領域と第2領域とで見掛け密度に大きな違いがないことを意味し、逆に比率が大きいということは、第1領域が第2領域に比べて低発泡で見掛け密度が大きいことを意味する。
樹脂フィルムの熱接着時において軟化された第1領域と厚み方向における撓み特性を近似させて発泡シートの厚み方向に加わる応力を面方向に均一化させ得る点において第2領域の見掛け密度は第1領域の見掛け密度よりも低くなっていることが好ましい。
その一方で、樹脂フィルムの熱接着時において、樹脂フィルムから表面1aに対して与えられる応力に対して反発力を発揮させて樹脂フィルムとの間に良好なる接着性を発揮させる上においては第2領域の見掛け密度はある程度以上の大きさを有していることが好ましい。
このようなことから前記比率(D1/D2)は、1.2以上3.0以下であることが重要である。
上記比率(D2/D3)を0.8以上1.5以下とするのが重要なのは、以下のような理由によるものである。
この比率が小さいということは、第2領域と第3領域とで見掛け密度に大きな違いがないことを意味し、逆に比率が大きいということは、第2領域が第3領域に比べて低発泡で見掛け密度が大きいことを意味する。
そして、樹脂フィルムの熱接着時においては、表面からの加熱によって軟化がされやすい第2領域と厚み方向における撓み特性を近似させて発泡シートの厚み方向に加わる応力を面方向に均一化させ得る点において第3領域の見掛け密度が第2領域の見掛け密度よりも一定以上の割合で低くなっていることが好ましい。
その一方で、樹脂フィルムの熱接着時において、樹脂フィルムから表面1aに対して与えられる応力に対して反発力を発揮させて樹脂フィルムとの間に良好なる接着性を発揮させる上においては第3領域の見掛け密度はある程度以上の大きさを有していることが好ましい。
このようなことから前記比率(D2/D3)は、0.8以上1.5以下であることが重要であり、1.0以上1.5以下であることが好ましい。
また、本実施形態における前記発泡シート1は、従来の発泡シートと同様のポリスチレン系樹脂組成物を用い、従来の発泡シートと同様の方法により作製することができる。
また、前記ビニル系単量体としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、ジメチルマレエート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、エチルフマレートなどが挙げられる。
なかでも、前記ベースポリマーとしては、スチレン単独重合体(GPPS)が好適である。
なお、これらの発泡剤は単独で使用されても複数併用されてもよい。
さらには、加熱分解型の発泡剤としても機能するアゾジカルボンアミド、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウムとクエン酸の混合物なども前記気泡核剤として用いることができる。
図2は、本実施形態の発泡シートの製造方法に用いられる製造装置の一例を示す構成図であり、サーキュラーダイから発泡剤を含有するポリスチレン系樹脂組成物を押出発泡して筒状の発泡体を形成させた後、該筒状の発泡体を冷却マンドレルの外周に沿わせて冷却し、冷却された発泡体を上下に二分割してロールに巻き取る様子を示したもので図3は、図2の破線丸囲いAで示した部分の詳細を示すべく拡大した断面図を表している。
そして、この上流側押出機70aの下流側には、ベース樹脂と発泡剤とを含有するポリスチレン系樹脂組成物をさらに溶融混練して合流金型90に吐出するための押出機(以下「下流側押出機70b」ともいう)が備えられており、該下流側押出機70bは、溶融状態の前記ポリスチレン系樹脂組成物を押出発泡に適した溶融温度となるように調節した上で前記合流金型90を介して前記サーキュラーダイ100に供給すべく備えられている。
該樹脂流路101は、前記ダイスリット110の直径よりも小径な筒状となっており、前記合流金型側において直径を一定させ、その後、前記ダイスリット110に向けて一定の割合で拡径された状態となっている。
従って、前記ダイスリット110からは、外向きに広がるラッパ状の形状となって前記発泡体FBが押出されることになる。
この冷却装置CR1、CR2は、予め設定された温度の空気(冷却風)を前記ダイスリット110から押出された直後の発泡体FBに内外から周方向に略均一な風量で吹き付けうるように構成されている。
なお、この冷却マンドレル200は、その外径が前記ダイスリット110の口径(D:吐出口の中央部を通る円の直径)に対して3.0〜5.0倍のものを用いることができる。
まず、タンデム押出機70のホッパー71から発泡シート1の形成に用いる材料を投入し、上流側押出機70aの内部で樹脂の溶融温度以上の温度に加熱し、ガス導入部72から発泡剤を圧入して、溶融樹脂と混合する。
その後、溶融樹脂を下流側押出機70bで押出発泡に適した温度に調整してサーキュラーダイ100のダイスリット110から円筒状に押出し、押出された発泡体FBをその内外から冷却装置CR1、CR2によって冷却した後、冷却マンドレル200に沿わせてさらなる冷却を実施する。
この発泡体FBの外側部分は、前記のように樹脂フィルムが熱接着される表面1aとなる部分であるので、上記のような条件の調整によって式(1)〜(3)の全てを満足する発泡シートを得ることができる。
なお、このときの樹脂温度とは、押出機先端に装着したブレーカープレートを通過する時点における樹脂温度を意味し、ブレーカープレートの径方向中央部に挿入されたサーミスタによって検知される温度を意味する。
このように樹脂温度を低く設定することで、サーキュラーダイから押出された発泡体FBに対する冷却を従来よりもマイルドなものとすることができるため、発泡シートの表面に近い部分における気泡の成長が極端に抑制されることが防止される。
即ち、樹脂温度を低く設定することで、得られる発泡シートの厚み方向における発泡度合いを従来の発泡シートに比べて変化の少ない状態とすることができる。
従って、上記のような方法で発泡シートを作製することにより、発泡シート 表層部の密度勾配が少ない状態にすることができ、当該発泡シートを式(1)〜(3)の全てを満足するものとすることができる。
このようなことを防止するためには、例えば、従来以上に炭化水素系発泡剤の配合量を増やして溶融樹脂を可塑化させる方法や高いメルトフローレートを有するポリスチレン系樹脂をある程度以上の割合で原料樹脂に含有させる方法を採用することができる。
ただし、この場合には、押出前の溶融樹脂が練り不足となるおそれを有する。
そのため、このような方法を採用する場合には、タンデム押出機を用いて上流側の押出機で従来以上に十分な混練を行わせ、下流側の押出機で樹脂温度を十分に低下させるとともに従来以下の樹脂圧でダイに溶融樹脂を供給させるようにすればよい。
その具体的な例を挙げると、延伸、又は、非延伸のポリスチレン系樹脂フィルム、ポリスチレン系樹脂フィルムとポリプロピレン系樹脂フィルムとがドライラミネートされた複合フィルムなどの熱可塑性樹脂フィルムが挙げられる。
具体的には、加熱されたローラーを樹脂フィルムの背面側に当てて該ローラーで樹脂フィルムを加熱しつつ前記ローラー当接面とは逆側の面を前記発泡シート1の熱接着面(1a)に当接させて熱接着させる方法などが採用可能である。
そして、この積層発泡シートは、樹脂フィルムと発泡シートとの剥離強度において優れた特性を有する。
この優れた剥離強度は、積層発泡シートを熱成形して得られる発泡樹脂成形品においても発揮されることから、樹脂フィルムが部分的に剥離して“バブル”が生じることも抑制されることになる。
なお、積層発泡シートに対する熱成形としては、真空成形、圧空成形、真空・圧空成形、プレス成形などが知られているが、“バブル”が抑制されるのは特定の熱成形のみならず全ての熱成形おいて共通して発揮される。
しかも、本実施形態の発泡シートは、特定の樹脂フィルムのみならず、従来の積層発泡シートにおいて用いられている種々の樹脂フィルムに対して良好なる熱接着性を示す。
従って、本実施形態の発泡シートを用いることで、“バブル”を抑制させるために発泡樹脂成形品の意匠性等に制限が加わることを抑制させ得る。
また、上記はあくまで例示的なものであり、本発明は上記例示に何等限定されるべきものではない。
(実施例1)
押出機として内径115mm押出機と180mm押出機が連結されたタンデム押出機を用い、ポリスチレン樹脂としてDIC社製のGPPS「XC−515」(商品名)100質量部、及び、該ポリスチレン樹脂100質量部に対し発泡核剤として竹原化学社製の「MAX401−2SS」(商品名)0.4質量部を、上流側の押出機内で最高温度280℃で溶融、混練した後、発泡剤としてブタン(イソ/ノルマル=68/32質量%)をポリスチレン樹脂100質量部に対して5.0質量部添加し、更に混練した。
その後、下流側の押出機で樹脂温度を146℃となるまで冷却し、該押出機の先端部に取り付けられた口径160mmφのサーキュラーダイから、吐出量550kg/h、で発泡剤含有樹脂を押出し、発泡させた後、冷却し、厚み1.5mm、坪量105g/m2、全体の見掛け密度0.07g/cm3の発泡シートを得た。
樹脂温度を148℃とし、ブタンを4.8質量部添加したこと以外は実施例1と同様の条件にて押出を行い、厚み1.5mm、坪量105g/m2、全体の見掛け密度0.07g/cm3、の発泡シートを得た。
樹脂温度を153℃とし、ブタンを4.6質量部添加したこと以外は実施例1と同様の条件にて押出を行い、厚み1.5mm、坪量105g/m2、全体の見掛け密度0.07g/cm3、の発泡シートを得た。
押出機として内径115mm押出機と180mm押出機が連結されたタンデム押出機を用い、ポリスチレン樹脂としてDIC社製のGPPS「XC−515」(商品名)100質量部、及び、該ポリスチレン樹脂100質量部に対し発泡核剤として竹原化学社製の「MAX401−2SS」(商品名)0.7質量部を、上流側の押出機内で最高温度280℃で溶融、混練した後、発泡剤としてブタン(イソ/ノルマル=68/32質量%)を前記ポリスチレン樹脂100質量部に対して5.2質量部添加し、更に混練した。
その後、下流側の押出機内で樹脂温度が145℃となるまで冷却し、該押出機の先端部に取り付けられた口径160mmφのサーキュラーダイから、吐出量550kg/h、で発泡剤含有樹脂を押出し、発泡させた後、冷却し、厚み2.2mm、坪量140g/m2、全体の見掛け密度0.064g/cm3、の発泡シートを得た。
樹脂温度を147℃とし、ブタンを5.0質量部添加したこと以外は、実施例3と同様の条件にて押出を行い、厚み2.2mm、坪量140g/m2、全体の見掛け密度0.064g/cm3、の発泡シートを得た。
樹脂温度を148℃とし、ブタンを4.9質量部添加したこと以外は、実施例3と同様の条件にて押出を行い、厚み2.2mm、坪量140g/m2、全体の見掛け密度0.064g/cm3、の発泡シートを得た。
樹脂温度を152℃とし、ブタンを4.7質量部添加したこと以外は、実施例3と同様の条件にて押出を行い、厚み2.2mm、坪量140g/m2、全体の見掛け密度0.064g/cm3、の発泡シートを得た。
押出機として内径115mm押出機と180mm押出機が連結されたタンデム押出機を用い、ポリスチレン樹脂としてDIC社製のGPPS「XC−515」(商品名)100質量部、及び、該ポリスチレン樹脂100質量部に対し発泡核剤として竹原化学社製の「MAX401−2SS」(商品名)0.5質量部を、上流側の押出機内で最高温度280℃で溶融、混練した後、発泡剤としてブタン(イソ/ノルマル=68/32質量%)を前記ポリスチレン樹脂100質量部に対して3.5質量部添加し、更に混練した。
その後、下流側の押出機内で樹脂温度が146℃となるまで冷却し、該押出機の先端部に取り付けられた口径160mmφのサーキュラーダイから、吐出量450kg/h、で発泡剤含有樹脂を押出し、発泡させた後、冷却し、厚み2.3mm、坪量215g/m2、全体の見掛け密度0.093g/cm3、の発泡シートを得た。
樹脂温度を148℃とし、ブタンを3.4質量部添加したこと以外は、実施例6と同様の条件にて押出を行い、厚み2.3mm、坪量215g/m2、全体の見掛け密度0.093g/cm3、の発泡シートを得た。
樹脂温度を152℃とし、ブタンを3.3質量部添加したこと以外は、実施例6と同様の条件にて押出を行い、厚み2.3mm、坪量215g/m2、全体の見掛け密度0.093g/cm3、の発泡シートを得た。
上記のようにして得られた発泡シートは、以下のようにして評価した。
(見掛け密度の測定)
発泡シート全体、及び、発泡シートの各部の見掛け密度をJIS K 7222:2005「発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の求め方」に基づいて測定した。
得られた発泡シートを2週間熟成したのち、ポリスチレン樹脂フィルムの熱ラミネートを行った。
熱ラミネート条件はラミネート温度を165℃、ラミネート圧力を0.5MPa、貼り合わせ速度を16m/minとした。
厚み20μmのポリスチレン樹脂フィルムを熱ラミネートして積層発泡シートを作製した。
この積層発泡シートを熱成形し、得られた成形品のバブル発生有無を目視にて確認した。
前記の熱ラミネートによって得られた積層発泡シートから、巾15mm×長さ100mmの短冊状試験片を長手方向が発泡シートの押出方向(MD)となるように切り出した。
この短冊状試料の長手方向一端側からポリスチレン樹脂フィルムを他端側に向かって少しの区間(20mm未満)剥離して、剥がし始めのポリスチレン樹脂フィルムの端を引張試験機(オリエンテックコーポレーション社製、「テンシロンRTM−500」)にセットし、剥離方向が90度となるように短冊状試料を保持しつつ、200mm/分の引張速度でポリスチレン樹脂フィルムの剥離試験を実施した。
その結果、発泡シートに破壊が生じることなく、ポリスチレン樹脂フィルムと発泡シートとの界面部で剥離したものについては、接着強度不足として「×」判定とし、発泡シートが破壊したものは「○」判定とした。
即ち、以上のことからも、本発明によれば、発泡樹脂成形品に“バブル”の問題が生じることを抑制し得ることがわかる。
Claims (1)
- 少なくとも一面側に樹脂フィルムが熱接着されて積層発泡シートの状態で熱成形に用いられるポリスチレン系樹脂発泡シートであって、
全体の見掛け密度をD0(g/cm3)、前記樹脂フィルムが熱接着される表面から0.1mm深さまでの見掛け密度をD1(g/cm3)、0.1mm深さから0.2mm深さまでの見掛け密度をD2(g/cm3)、0.2mm深さから0.3mm深さまでの見掛け密度をD3(g/cm3)とした際に、下記式(1)〜(3)の全てを満足することを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡シート。
(1) 0.04≦D0≦ 0.12
(2) 1.2 ≦(D1/D2)≦ 3.0
(3) 0.8 ≦(D2/D3)≦ 1.5
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