JP2016512860A - 高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料及びその調製方法 - Google Patents

高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料及びその調製方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、原料として、ポリエチレン１５−２０重量部、エラストマー５−２０重量部、変性炭酸カルシウム６０−８０重量部、化学発泡剤１−１０重量部、架橋剤０．５−１．５重量部、及び物理発泡剤１−５重量部を含有する高充填、高弾性の軟質発泡ポリエチレン材料を開示する。本発明は、さらに高充填、高弾性の軟質発泡ポリエチレン材料の調製方法を開示する。本発明は、炭酸カルシウムの充填量を５５〜７５％まで高くする高充填炭酸カルシウムの高弾性軟質発泡ポリエチレン材料を調製することができ、発泡材料の弾性を維持しつつ、当該材料の剛性、硬さ及び圧縮強度を向上しながら、材料の密度を低減することができるという有益な効果を持っている。本発明は、生産プロセスが簡単であり、生産コストを極めて下げることができ、経済性、実用性に優れている。【選択図】なし

Description

本発明は、ポリエチレン材料に関し、特に、高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料及びその調製方法に関する。
発泡ポリエチレン材料は、滑らかな表面を有し、衝撃吸収性、アイソレーション特性及び反発性に優れ、引張強度が高く、優れた化学的安定性、環境老化性、耐候性、絶縁性、断熱性を有し、低価格であり、現在に最も広く使用されている発泡材料である。但し、現在のポリエチレン発泡材料は、曲げ強度、圧縮強度、及び耐熱性が貧しく、剛性及び硬さが低いなど不足な点があるため、その応用が制限されている。よって、発泡ポリエチレン材料の剛性、硬さおよびその他の機械的性能を向上しながら材料のコストを低減させるために、よく材料加工プロセスにおいて無機充填剤を添加させるが、実際に得られた製品性能は、依然として理想でない。
本発明は、上記従来技術に存在する不足を鑑みてなされたものであり、剛性、硬さ、および圧縮強度が高く、コストの低い高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料及びその調製方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的として、高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料の調製方法を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明は、下記の技術案を用いる。
高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料であって、原料として、ポリエチレン １５−２０重量部、エラストマー５−２０重量部、変性炭酸カルシウム６０−８０重量部、化学発泡剤１−１０重量部、架橋剤０．５−１．５重量部、及び物理発泡剤１−５重量部を含有する高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料。
前記ポリエチレンは、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）の中の少なくとも一種であってもいい。
前記エラストマーは、ＰＯＥ、ＥＶＡ、ＳＥＢＳ、ＳＢＳ、ＥＰＤＭ、ＥＰＲの中の少なくとも一種である。
前記変性炭酸カルシウムは、カップリング剤で処理した変性炭酸カルシウムである。
前記カップリング剤で処理した変性炭酸カルシウムの調製方法は、下記のステップを含む。
（１）メッシュ数は、５００目以上である変性炭酸カルシウムを水分質量含有量０．１％以下までに乾燥するステップ。
（２）ステップ（１）で得られた変性炭酸カルシウム粉末とカップリング剤を質量比１００：０．５〜３で高速攪拌ミルにおいて、５〜２０分間混合するステップ。
前記カップリング剤は、チタネートカップリング剤、シランカップリング剤、及びアルミニウム―ジルコニウムカップリング剤の中の一種、または多種の混合物である。
前記変性炭酸カルシウムのメッシュ数は、５００目以上であること。
前記化学発泡剤は、アゾジカーボンアミド、酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛を質量比１：（１−１．５）：（０．１５−２）で混合してなる。
前記架橋剤は、ジクミルペルオキシド、または２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンを含む。
前記物理発泡剤は、膨張性微小球発泡剤であり、日本松本社製の新型特種発泡剤である。膨張性微小球発泡剤は、直径が、１０〜３０ミクロンである乳白色の微小球状プラスチック粒子である。一定の温度まで加熱されると、熱可塑性シェルが柔らかくなり、シェル中のガスが膨張し、シェルの構造を破壊することがなく、発泡剤の体積が自身体積の何十倍まで増大することができ、発泡効果を齎すことができる。
上記技術案の何れか一項に記載の高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料の調製方法であって、下記のステップを含む。
１）変性炭酸カルシウムを水分質量含有量０．１％以下まで乾燥するステップ。
２）ポリエチレンとエラストマーをオープンミルにおいて、混練温度１１０〜１２０℃、混練時間２〜５分間で混練するステップ。
３）変性炭酸カルシウム、物理発泡剤、化学発泡剤、架橋剤をその順で上記のステップに記載のシステムに入れて、混練温度１２０〜１３０℃、混練時間１０〜１５分でさらに混練するステップ。
４）混練し得た混練物を金型内に入れ、該金型をプレート加硫機において、１６０〜１８０℃、５〜１５ＭＰａで５〜１５分間加圧発泡させて取り出し、軽くプレスして発泡ポリエチレン材料を獲得するステップ、または、混練し得た混練物を金型内に入れ、該金型をプレート加硫機において、１４５〜１６５℃、５〜１５ＭＰａで３〜１０分間加圧発泡させ、室温まで冷却して脱型し、脱型後の発泡物を１７０〜１８０℃で５〜１０分間二次発泡して発泡ポリエチレン材料を獲得するステップ。
従来技術と比較すると、本発明は、炭酸カルシウムの充填量を５５〜７５％まで高くする高充填炭酸カルシウムの高弾性軟質発泡ポリエチレン材料を調製することができ、発泡材料の弾性を維持しつつ、当該材料の剛性、硬さ及び圧縮強度を向上しながら、材料の密度を低減することができるという有益な効果を持っている。本発明は、生産プロセスが簡単であり、生産コストを極めて下げることができ、経済性、実用性に優れている。
以下、具体的な実施例を参考するとともに、本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料であって、原料として、ポリエチレン１６重量部、エラストマー６重量部、変性炭酸カルシウム６１重量部、化学発泡剤２重量部、架橋剤０．６重量部、及び物理発泡剤２重量部を含有する。
（実施例２）
高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料であって、原料として、ポリエチレン１９重量部、エラストマー１９重量部、変性炭酸カルシウム７９重量部、化学発泡剤９重量部、架橋剤１．４重量部、及び物理発泡剤４重量部を含有する。
（実施例３）
高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料であって、原料として、ポリエチレン１５重量部、エラストマー１３重量部、変性炭酸カルシウム７１重量部、化学発泡剤６重量部、架橋剤１．１重量部、及び物理発泡剤３重量部を含有する。
その中、前記ポリエチレン（ＰＥ）は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）の中の少なくとも一種であり、または低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、及び直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を質量比１：（０−１．０）：（０．５−２）で混合してなる。
前記エラストマーは、ＰＯＥ、ＥＶＡ、ＳＥＢＳ、ＥＰＤＭの中の一種である。
前記変性炭酸カルシウムは、カップリング剤で処理した変性炭酸カルシウムであり、前記変性炭酸カルシウムのメッシュ数は、５００目以上である。
前記化学発泡剤は、アゾジカーボンアミド、酸化亜鉛、及びステアリン酸亜鉛を質量比１：（１−１．５）：（０．１５−２）で混合してなる。好ましいのは、前記発泡剤が、アゾジカーボンアミド、酸化亜鉛、及びステアリン酸亜鉛を質量比１：１．３：１．５で混合してなり、当混合比で、混合物を１６０−１８０℃に快速に安定して発泡させることができる。前記架橋剤は、ジクミルペルオキシド、または、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンを含む。前記物理発泡剤は、膨張性微小球発泡剤であり、好ましいのは、日本松本社製のＭＳＨ−５００膨張性微小球発泡剤である。膨張性微小球発泡剤は、直径が、１０〜３０ミクロンである乳白色の微小球状プラスチック粒子である。一定の温度まで加熱されると、熱可塑性シェルが柔らかくなり、シェル中のガスが膨張し、シェルの構造を破壊することがなく、発泡剤の体積が自身体積の何十倍まで増大することができ、発泡効果を奏することができる。
上記高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料の調製方法であって、下記のステップを含む。
１）変性炭酸カルシウムを水分質量含有量０．１％以下まで乾燥するステップ。
２）ポリエチレンとエラストマーをオープンミルにおいて、混練温度１１０〜１２０℃、混練時間２〜５分間で混練するステップ。
３）変性炭酸カルシウム、物理発泡剤、化学発泡剤、架橋剤をその順で上記のステップに記載のシステムに入れて、混練温度１２０〜１３０℃、混練時間１０〜１５分間でさらに混練するステップ。
４）混練し得た混練物を金型内に入れ、該金型をプレート加硫機において、１６０〜１８０℃、５〜１５ＭＰａで５〜１５分間加圧発泡させて取り出し、軽くプレスして発泡ポリエチレン材料を獲得するステップ、または、混練し得た混練物を金型内に入れ、該金型をプレート加硫機において、１４５〜１６５℃、５〜１５ＭＰａで３〜１０分間加圧発泡させ、室温まで冷却して脱型し、脱型後の発泡物を１７０〜１８０℃で５〜１０分間二次発泡して発泡ポリエチレン材料を獲得するステップ。
好ましいのは、上記高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料の調製方法であって、下記のステップを含む。
１）変性炭酸カルシウムを水分質量含有量０．１％以下まで乾燥するステップ。
２）ポリエチレンとエラストマーをオープンミルにおいて、混練温度１１５〜１２０℃、混練時間４分間で混練するステップ。
３）変性炭酸カルシウム、物理発泡剤、化学発泡剤、架橋剤をその順で上記のステップに記載のシステムに入れて、混練温度１２５℃、混練時間１３分間でさらに混練するステップ。
４）混練し得た混練物を金型内に入れ、該金型をプレート加硫機において、１７０℃、１０ＭＰａで１０分間加圧発泡させて取り出し、軽くプレスして発泡ポリエチレン材料を獲得するステップ、または、混練し得た混練物を金型内に入れ、該金型をプレート加硫機において、１５５℃、１０ＭＰａで７分間加圧発泡させ、室温まで冷却して脱型し、脱型後の発泡物を１７５℃で８分間二次発泡して発泡ポリエチレン材料を獲得するステップ。
（実施例４）
まずは、５０ｇの低密度ポリエチレンと５０ｇのＰＯＥを均一に混合し、二軸オープンミルにおいて１１５℃で３分間混練し、そして、２００ｇの５００目チタネートで処理した変性炭酸カルシウム（チタネートカップリング剤の型番：ＡＴ２−３１１Ｗ）、５ｇの物理発泡剤、６ｇのアゾジカーボンアミド、４ｇの酸化亜鉛、１ｇのステアリン酸亜鉛、０．５ｇのジクミルペルオキシドをその順で入れて、１３０℃で１５分間混練した。その後、混練し得た混練物を金型内に入れて、該金型をプレート加硫機において、１６５℃、１０ＭＰａで１０分間加圧発泡させて取り出し、軽くプレスして発泡ポリエチレン材料を獲得した。
以上、本発明の好ましい実施例を詳細に説明したが、当業者にとって、創造的な作業をせずに、本発明の教示に基づいて多くの修正及び変形を行うことができることが理解されるべきである。したがって、当業者が、当本発明概念の下で、論理的な分析に基づいて、ロジック分析、推論または限られた実験に基づいて得られる技術案は、全て本発明の請求範囲内に含むべきである。

Claims (8)

  1. 原料として、ポリエチレン１５−２０重量部、エラストマー５−２０重量部、変性炭酸カルシウム６０−８０重量部、化学発泡剤１−１０重量部、架橋剤０．５−１．５重量部、及び物理発泡剤１−５重量部を含有することを特徴とする高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料。
  2. 前記ポリエチレンは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンの中の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料。
  3. 前記エラストマーは、ＰＯＥ、ＥＶＡ、ＳＥＢＳ、ＳＢＳ、ＥＰＤＭ、ＥＰＲの中の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料。
  4. 前記変性炭酸カルシウムは、カップリング剤で処理した変性炭酸カルシウムであり、前記変性炭酸カルシウムのメッシュ数は、５００目以上であることを特徴とする請求項１に記載の高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料。
  5. 前記化学発泡剤は、アゾジカーボンアミド、酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛を質量比１：（１−１．５）：（０．１５−２）で混合してなることを特徴とする請求項１に記載の高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料。
  6. 前記架橋剤は、ジクミルペルオキシド、または、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンを含むことを特徴とする請求項１に記載の高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料。
  7. 前記物理発泡剤は、膨張性微小球発泡剤であることを特徴とする請求項１に記載の高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料。
  8. １）変性炭酸カルシウムを水分質量含有量０．１％以下まで乾燥するステップと、
    ２）ポリエチレンとエラストマーをオープンミルにおいて、混練温度１１０〜１２０℃、混練時間２〜５分間で混練するステップと、
    ３）変性炭酸カルシウム、物理発泡剤、化学発泡剤、架橋剤をその順で上記のステップに記載のシステムに入れて、混練温度１２０〜１３０℃、混練時間１０〜１５分間でさらに混練するステップと、
    ４）混練した混練物を金型内に入れ、該金型をプレート加硫機において、１６０〜１８０℃、５〜１５ＭＰａで５〜１５分間加圧発泡させて取り出し、軽くプレスして発泡ポリエチレン材料を獲得するステップ、または、混練した混練物を金型内に入れ、該金型をプレート加硫機において、１４５〜１６５℃、５〜１５ＭＰａで３〜１０分間加圧発泡させてから室温まで冷却して脱型し、脱型後の発泡物を１７０〜１８０℃で５〜１０分間二次発泡して発泡ポリエチレン材料を獲得するステップのいずれかのステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の高充填、高弾性軟質発泡ポリエチレン材料の調製方法。
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