JP5704831B2 - 気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とその製造方法、ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子及びポリスチレン系樹脂発泡成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高い発泡倍数であっても曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度に優れたポリスチレン系樹脂発泡成形体が得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に関する。

発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体は、耐圧縮性、軽量性、断熱性、経済性などに優れており、断熱材、梱包材などとして広く用いられている。近年、ポリスチレン系樹脂発泡成形体の分野では、樹脂の使用量が少なくて済むように発泡成形体の高発泡倍数化が強く求められており、高い発泡倍数であっても高強度を有するポリスチレン系樹脂発泡成形体の開発が急務になっている。

発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法の一つとして、押出機内で溶融されたポリスチレン系樹脂に発泡剤を圧入・混練し、発泡剤含有の溶融樹脂を押出機先端に付設されたダイの小孔から直接冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を高速回転刃で切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る、所謂、溶融押出法が知られている。
従来、溶融押出法により発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造する方法に関して、例えば、特許文献１、２に開示された技術が提案されている。

特許文献１には、熱可塑性樹脂（Ａ）と、発泡剤（Ｂ）とを溶融混練し（工程１）、これをダイヘッドの押出孔から、熱可塑性樹脂（Ａ）と発泡剤（Ｂ）との溶融混練物が発泡しない温度・圧力に加熱・加圧された加熱加圧液中に押出した後、即時切断し（工程２）、得られた粒子を常圧で発泡しない温度まで冷却し（工程３）、発泡性熱可塑性樹脂を示差熱分析装置（ＤＳＣ）で測定した場合に、４０〜１２０℃の領域で出現する二つの吸熱ピークのうち、低温側のピーク温度をＴ1とした場合の３０〜（Ｔ1＋１５）℃の温度範囲に加熱された、常圧の液中で熟成処理する（工程４）ことを特徴とする発泡性熱可塑性樹脂粒子の製造方法が開示されている。

特許文献２には、（ａ）スチレン系樹脂の回収品を粉砕して粉砕品のロットを作り、（ｂ）ロットごとに樹脂に含まれているブタジエンの含有量を決定し、（ｃ）単一ロットのまま、又はブタジエン含有量の異なるロット同士を混合するか、又はこれに新たなスチレン系樹脂を加えて、全体中のブタジエン含有量を１〜６質量％に調整し、（ｄ）調整した樹脂粉砕品を有効目開きが１．１ｍｍ以下の金網を付設した押出機に投入し、（ｅ）押出機内で粉砕品を溶融し、金網により異物を除去するとともに溶融物に発泡剤を圧入し、溶融物を押出機の先端に付設した口金の小孔から押し出し、（ｆ）押し出すと同時に溶融物を切断するとともに急冷し、発泡を押さえて発泡性粒子とすることを特徴とする、スチレン系樹脂回収品から発泡性粒子を製造する方法が開示されている。

特開平７−３１４４３８号公報 特開２００３−２１３０３０号公報

しかしながら、前記従来技術には、次のような問題があった。
特許文献１の製造方法は、セル径の大きな予備発泡粒子を得るための方法である。しかし、予備発泡粒子の気泡構造にけるセル径が大きくなると、該予備発泡粒子を型内発泡成形して得られた発泡成形体の強度が低下したり、熱伝導率が高くなって断熱性能が悪化するなどの問題があった。

特許文献２の製造方法によれば、得られた発泡性粒子を予備発泡した際、得られた予備発泡粒子は外層部で気泡が小さく且つ気泡数が多く、内芯部で気泡が大きく気泡数が少ないという気泡構造を有し、この予備発泡粒子を型内発泡して得られた発泡成形体は表面平滑性や融着性に優れていることが記載されている。しかし、この従来技術によって得られた予備発泡粒子は、内芯部で気泡が大きく気泡数が少ないために、型内発泡して得られた発泡成形体は強度に劣り、高い発泡倍数であっても高強度を有するポリスチレン系樹脂発泡成形体を提供することはできなかった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、高い発泡倍数であっても高強度を有するポリスチレン系樹脂発泡成形体を製造し得る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とその製造方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤と気泡とを含む気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の中心を通る断面の粒子表面から２００μｍを除く断面に存在する気泡数をｎ個／ｍｍ^２、嵩密度をρｇ／ｃｍ^３とするとき、式（１）
Ｎ＝ｎ÷（１／ρ） ・・・（１）
で算出されるＮ値が４００以上であることを特徴とする気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を提供する。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記Ｎ値が４００〜２０００の範囲内であることが好ましい。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。

また本発明は、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に発泡剤と発泡核剤を添加、混練し、発泡剤含有溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る方法において、
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が冷却固化する前に該粒子内で微発泡させ、樹脂粒子の中心を通る断面の粒子表面から２００μｍを除く断面に存在する気泡数をｎ個／ｍｍ^２、嵩密度をρｇ／ｃｍ^３とするとき、式（１）
Ｎ＝ｎ÷（１／ρ） ・・・（１）
で算出されるＮ値が４００以上である気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得ることを特徴とする気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法を提供する。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、前記Ｎ値が４００〜２０００の範囲内であることが好ましい。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、前記発泡核剤として、無機粉末又は化学発泡剤をベース樹脂中に均一に分散させたマスターバッチ型発泡核剤を用いることが好ましい。

また本発明は、前記気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して得られたポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を提供する。

また本発明は、前記ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し加熱し型内発泡成形して得られたポリスチレン系樹脂発泡成形体を提供する。

また本発明は、前記気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を成形型のキャビティ内に充填し加熱し型内発泡成形して得られたポリスチレン系樹脂発泡成形体を提供する。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、高倍率においても外観美麗で優れた融着性を有し、機械的強度に優れた発泡成形体を得ることができる。
また、発泡性樹脂粒子がすでに発泡しているため、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を成形型のキャビティ内に直接充填して型内発泡成形して発泡成形体を得ることができ、その結果、発泡成形体の製造工程を削減でき、コストダウンが可能であると共に、エネルギー消費量が削減できるので環境への負荷低減を図ることができる。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子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る。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤と気泡とを含み、この気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の中心を通る断面の粒子表面から２００μｍを除く断面に存在する気泡数をｎ個／ｍｍ^２、嵩密度をρｇ／ｃｍ^３とするとき、式（１）
Ｎ＝ｎ÷（１／ρ） ・・・（１）
で算出されるＮ値が４００以上であることを特徴とする。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、前記式（１）で算出されるＮ値が４００以上あることから、通常の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子と比べて、粒子内部に微細な気泡が多数存在している粒子内部構造になっている。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において「気泡」とは、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の断面を走査型電子顕微鏡などで拡大観察した際に樹脂粒子内部に存在している直径５μｍ以上の気泡のことを指す。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、前記式（１）で算出されるＮ値が４００以上ある構造を持つことで、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子から得られる発泡成形体の気泡が緻密且つ均一になり、高倍率においても外観美麗で優れた融着性を有し、機械的強度に優れた発泡成形体を得ることができる。
また、発泡性樹脂粒子がすでに発泡しているため、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を成形型のキャビティ内に直接充填して型内発泡成形して発泡成形体を得ることができ、その結果、発泡成形体の製造工程を削減でき、コストダウンが可能であると共に、エネルギー消費量が削減できるので環境への負荷低減を図ることができる。

前記Ｎ値が４００未満であると、高倍率においても外観美麗で優れた融着性を有し、機械的強度に優れた発泡成形体が得られるという効果が十分に得られなくなり、従来品の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子と大差ないものとなる。また、前記Ｎ値の上限は特に設定していないが、Ｎ値が余り大きくなると、製造が困難になると共に、得られる発泡成形体の気泡壁が薄く、弱くなる可能性があることから、Ｎ値の上限は２０００程度とすることが望ましい。従って、前記Ｎ値は４００〜２０００の範囲内であることが好ましく、５００〜１６００の範囲がより好ましい。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、嵩密度が０．４ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましく、０．５ｇ／ｃｍ^３以上であることがより好ましい。
なお、本発明において、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の嵩密度とは、ＪＩＳ Ｋ６９１１：１９９５年「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定した値を言う。
＜気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の嵩密度の測定方法＞
メスシリンダに気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を５００ｃｍ^３の目盛りまで充填する。但し、メスシリンダを水平方向から目視し、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が一粒でも５００ｃｍ^３の目盛りに達していれば、充填を終了する。次に、メスシリンダ内に充填した気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の質量を小数点以下２位の有効数字で秤量し、その質量をＷ（ｇ）とする。次式により気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の嵩密度を算出する。
嵩密度 （ｇ／ｃｍ^３）＝Ｗ／５００

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、ポリスチレン系樹脂としては、特に限定されず、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、エチルスチレン、ｉ−プロピルスチレン、ジメチルスチレン、ブロモスチレン等のスチレン系モノマーの単独重合体又はこれらの共重合体等が挙げられ、スチレンを５０質量％以上含有するポリスチレン系樹脂が好ましく、なかでもポリスチレンがより好ましい。

また、前記ポリスチレン系樹脂としては、前記スチレンモノマーを主成分とする、前記スチレン系モノマーとこのスチレン系モノマーと共重合可能なビニルモノマーとの共重合体であってもよく、このようなビニルモノマーとしては、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）アクリレート等のアルキル（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、エチルフマレートの他、ジビニルベンゼン、アルキレングリコールジメタクリレートなどの二官能性モノマーなどが挙げられる。

また、ポリスチレン系樹脂が主成分であれば、他の樹脂を添加してもよく、添加する樹脂としては、例えば、発泡成形体の耐衝撃性を向上させるために、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン−非共役ジエン三次元共重合体などのジエン系のゴム状重合体を添加したゴム変性ポリスチレン系樹脂、いわゆるハイインパクトポリスチレンが挙げられる。あるいは、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などが挙げられる。

原料となるポリスチレン系樹脂としては、市販されている通常のポリスチレン系樹脂、懸濁重合法などの方法で新たに作製したポリスチレン系樹脂などの、リサイクル原料でないポリスチレン系樹脂（バージンポリスチレン）を使用できる他、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体を再生処理して得られたリサイクル原料を使用することができる。このリサイクル原料としては、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体、例えば、魚箱、家電緩衝材、食品包装用トレーなどを回収し、リモネン溶解方式や加熱減容方式によって再生したリサイクル原料の中から、重量平均分子量Ｍｗが１２万〜３０万の範囲となる原料を適宜選択し、又は重量平均分子量Ｍｗが異なる複数のリサイクル原料を適宜組み合わせて用いることができる。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に用いられる発泡剤は、特に限定されないが、例えばプロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン等の脂肪族炭化水素、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル類、メタノール、エタノール等の各種アルコール類、炭酸ガス、窒素、水等が使用可能である。この内、脂肪族炭化水素が好適であり、更には、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン単独もしくはこれらの混合物がより好適である。また、炭素数５の炭化水素であるノルマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン、シクロペンタジエン単独もしくはこれらの混合物が特に好適である。その中でもイソペンタンとノルマルペンタンとの一方又は両方の混合物であることが好ましい。また、前記炭素数５の炭化水素を主体とし、沸点が２０℃以上であり、炭素数５の炭化水素以外の発泡剤（例えばノルマルブタン、イソブタン、プロパン、炭酸ガス等）を含んでいてもよい。
この発泡剤の添加量は、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対し２〜１５質量部の範囲が好ましく、３〜８質量部の範囲がより好ましく、４〜７質量部の範囲が特に好ましい。

この気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子には、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対し、発泡核剤として、タルク、珪酸カルシウム、合成あるいは天然に産出される二酸化ケイ素などの無機微粉末または化学発泡剤を添加することが好ましい。前記発泡核剤の添加量は、熱可塑性樹脂１００質量部に対し３質量部以下が好ましく、０．５〜２．０質量部の範囲がより好ましい。前記化学発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。

本発明の好ましい実施形態として、前記発泡核剤として、タルクなどの無機粉末又は化学発泡剤をベース樹脂、好ましくはポリスチレン系樹脂中に均一に分散させたマスターバッチ型発泡核剤を用いることが好ましい。このマスターバッチ型発泡核剤を用いることによって、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂と発泡核剤とを混合する際に、無機粉末又は化学発泡剤をポリスチレン系樹脂中に非常に均一な状態で分散させることができ、この溶融樹脂に発泡剤を混合した後、ダイの小孔から水中に押し出し切断して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造する際に、前記Ｎ値が４００以上の微細な気泡が形成された気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を容易に得ることができる。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子には、前記発泡剤及び発泡核剤の他に、得られる気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子及び発泡成形体の物性を損なわない範囲内において、結合防止剤、気泡調整剤、架橋剤、充填剤、難燃剤、難燃助剤、滑剤、着色剤等の添加剤を添加してもよい。

次に、図面を参照して本発明に係る気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法の実施形態を説明する。
図１は、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子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、本例の製造装置は、樹脂供給装置としての押出機１と、押出機１の先端に取り付けられた多数の小孔を有するダイ２と、押出機１内に樹脂原料等を投入する原料供給ホッパー３と、押出機１内の溶融樹脂に発泡剤供給口５を通して発泡剤を圧入する高圧ポンプ４と、ダイ２の小孔が穿設された樹脂吐出面に冷却水を接触させるように設けられ、室内に冷却水が循環供給されるカッティング室７と、ダイ２の小孔から押し出された樹脂を切断できるようにカッティング室７内に回転可能に設けられたカッター６と、カッティング室７から冷却水の流れに同伴して運ばれる発泡性樹脂粒子を冷却水と分離すると共に脱水乾燥して発泡性樹脂粒子を得る固液分離機能付き脱水乾燥機１０と、固液分離機能付き脱水乾燥機１０にて分離された冷却水を溜める水槽８と、この水槽８内の冷却水をカッティング室７に送る高圧ポンプ９と、固液分離機能付き脱水乾燥機１０にて脱水乾燥された発泡性樹脂粒子を貯留する貯留容器１１とを備えて構成されている。

なお、押出機１としては、スクリュを用いる押出機またはスクリュを用いない押出機のいずれも用いることができる。スクリュを用いる押出機としては、例えば、単軸式押出機、多軸式押出機、ベント式押出機、タンデム式押出機などが挙げられる。スクリュを用いない押出機としては、例えば、プランジャ式押出機、ギアポンプ式押出機などが挙げられる。また、いずれの押出機もスタティックミキサーを用いることができる。これらの押出機のうち、生産性の面からスクリュを用いた押出機が好ましい。また、カッター６を収容したカッティング室７も、樹脂の溶融押出による造粒方法において用いられている従来周知のものを用いることができる。

図１に示す製造装置を用い、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造するには、まず、原料のポリスチレン系樹脂、発泡核剤、必要に応じて添加される難燃剤などの所望の添加剤を秤量し、原料供給ホッパー３から押出機１内に投入する。原料のポリスチレン系樹脂は、ペレット状や顆粒状にして事前に良く混合してから１つの原料供給ホッパーから投入してもよいし、あるいは例えば複数のロットを用いる場合は各ロットごとに供給量を調整した複数の原料供給ホッパーから投入し、押出機内でそれらを混合してもよい。また、複数のロットのリサイクル原料を組み合わせて使用する場合には、複数のロットの原料を事前に良く混合し、磁気選別や篩分け、比重選別、送風選別などの適当な選別手段により異物を除去しておくことが好ましい。

押出機１内にポリスチレン系樹脂、発泡助剤、その他の添加剤を供給後、樹脂を加熱溶融し、その溶融樹脂をダイ２側に移送しながら、発泡剤供給口５から高圧ポンプ４によって発泡剤を圧入して溶融樹脂に発泡剤を混合し、押出機１内に必要に応じて設けられる異物除去用のスクリーンを通して、溶融物をさらに混練しながら先端側に移動させ、発泡剤を添加した溶融物を押出機１の先端に付設したダイ２の小孔から押し出す。

ダイ２の小孔が穿設された樹脂吐出面は、室内に冷却水が循環供給されるカッティング室７内に配置され、且つカッティング室７内には、ダイ２の小孔から押し出された樹脂を切断できるようにカッター６が回転可能に設けられている。発泡剤添加済みの溶融物を押出機１の先端に付設したダイ２の小孔から押し出すと、溶融物は粒状に切断され、同時に冷却水と接触して急冷され、ここで樹脂が完全に固化するまでに切断された樹脂粒子内部で微発泡を生じ、前記式（１）で算出されるＮ値が４００以上である本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が得られる。

得られた気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、カッティング室７から冷却水の流れに同伴して固液分離機能付き脱水乾燥機１０に運ばれ、ここで発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を冷却水と分離すると共に脱水乾燥する。乾燥された気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、貯留容器１１に貯留される。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、前記冷却水は０．２ＭＰａ以上に加圧しておくことが好ましい。この冷却水を加圧するには、前記冷却水の循環流路のうち、高圧ポンプ９の吐出側からカッティング室７を通り、固液分離機能付き脱水乾燥機１０の入口側に到る部分を加圧領域とし、高圧ポンプ９の吐出圧力を高めることにより実行し得る。前記冷却水の圧力は、０．４〜１．７ＭＰａの範囲とすることが好ましく、０．５〜１．５ＭＰａの範囲がより好ましい。

本発明の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、発泡樹脂成形体の製造分野において周知の装置及び手法を用い、水蒸気加熱等により加熱して予備発泡し、ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子（以下、予備発泡粒子と記す）とする。この予備発泡粒子は、製造するべきポリスチレン系樹脂発泡成形体（以下、発泡成形体と記す）の密度と同等の嵩密度となるように予備発泡される。本発明において、その嵩密度は限定されないが、通常は０．０１０〜０．１０ｇ／ｃｍ^３の範囲内とし、０．０１５〜０．０５０ｇ／ｃｍ^３の範囲内とするのが好ましい。

なお、本発明において予備発泡粒子の嵩密度とは、ＪＩＳ Ｋ６９１１：１９９５年「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定されたものをいう。
＜予備発泡粒子の嵩密度＞
メスシリンダに予備発泡粒子を５００ｃｍ^３の目盛りまで充填する。但し、メスシリンダを水平方向から目視し、予備発泡粒子が一粒でも５００ｃｍ^３の目盛りに達していれば、充填を終了する。次に、メスシリンダ内に充填した予備発泡粒子の質量を小数点以下２位の有効数字で秤量し、その質量をＷ（ｇ）とする。次式により予備発泡粒子の嵩密度を算出する。
嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）＝Ｗ／５００

＜予備発泡粒子の嵩発泡倍数＞
また、予備発泡粒子の嵩発泡倍数は、次式により算出される数値である。
嵩発泡倍数＝１／嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）

前記予備発泡粒子は、発泡樹脂成形体の製造分野において周知の装置及び手法を用い、該予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、水蒸気加熱等により加熱して型内発泡成形し、ポリスチレン系樹脂発泡成形体（以下、発泡成形体と記す）を製造する。
本発明の発泡成形体の密度は特に限定されないが、通常は０．０１０〜０．１０ｇ／ｃｍ^３の範囲内とし、０．０１５〜０．０５０ｇ／ｃｍ^３の範囲内とするのが好ましい。

なお、本発明において発泡成形体の密度とは、ＪＩＳ Ｋ７１２２：１９９９「発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の測定」記載の方法で測定した発泡成形体密度のことである。
＜発泡成形体の密度＞
５０ｃｍ^３以上（半硬質および軟質材料の場合は１００ｃｍ^３以上）の試験片を材料の元のセル構造を変えない様に切断し、その質量を測定し、次式により算出した。
密度（ｇ／ｃｍ^３）＝試験片質量（ｇ）／試験片体積（ｃｍ^３）
試験片状態調節、測定用試験片は、成形後７２時間以上経過した試料から切り取り、２３℃±２℃×５０％±５％または２７℃±２℃×６５％±５％の雰囲気条件に１６時間以上放置したものである。

＜発泡成形体の発泡倍数＞
また、発泡成形体の発泡倍数は次式により算出される数値である。
発泡倍数＝１／密度（ｇ／ｃｍ^３）

また、本発明に係る気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、すでに発泡しているため、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を成形型のキャビティ内に直接充填して型内発泡成形して発泡成形体を得る、所謂、原粒発泡成形法による発泡成形体の製造を行うこともできる。

前記原粒発泡成形法によって発泡成形体を得る場合には、前述した予備発泡工程を行わず、成形型のキャビティ内に気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を直接充填して型内発泡成形するために、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を予備発泡し、得られた予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填して型内発泡成形を行う方法と比べ、予備発泡工程を削減でき、コストダウンが可能であると共に、エネルギー消費量が削減できるので環境への負荷低減を図ることができる。

［実施例１］
（気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造）
基材樹脂としてポリスチレン樹脂（東洋スチレン社製、商品名「ＨＲＭ−１０Ｎ」）１００質量部に対して、タルクマスターバッチ（ポリスチレン樹脂５４質量％、タルク４０質量％、ステアリン酸マグネシウム３質量％、ステアリン酸モノグリセライド３質量％の混合物）１．０質量部を、予めタンブラーミキサーにて均一に混合したものを、時間当たり１６０ｋｇ／ｈｒの割合で口径９０ｍｍの単軸押出機押出機内へ供給し、樹脂を加熱溶融させた後、発泡剤として樹脂１００質量部に対して６質量部のイソペンタンを押出機途中より圧入した。そして、押出機内で樹脂と発泡剤を混練しつつ、押出機先端部での樹脂温度が１９０℃となるように冷却しながら、押出機に連接しヒーターにより３２０℃に保持した、直径０．６ｍｍ、ランド長さ３．０ｍｍのノズルを２００個有する造粒用ダイスを通して、水圧１．０ＭＰａ、４０℃の冷却水が循環するチャンバー内に押し出すと同時に、円周方向に１０枚の刃を有する高速回転カッターをダイスに密着させて、毎分３０００回転で切断し、脱水乾燥して球形の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得た。得られた気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は変形、ヒゲ等の発生もなく、平均粒径１．１ｍｍであった。
得られた気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子１００質量部に対して、ポリエチレングリコール０．０３質量部、ステアリン酸亜鉛０．１５質量部、ステアリン酸モノグリセライド０．０５質量部、ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド０．０５質量部を樹脂粒子の表面全面に均一に被覆した。

（発泡成形体の製造）
前記の通り製造した気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、１５℃の保冷庫中に入れ、７２時間に亘って放置した後、円筒型バッチ式予備発泡機に供給して、吹き込み圧０．０５ＭＰａの水蒸気により加熱し、予備発泡発泡粒子を得た。得られた予備発泡粒子は、嵩密度０．０２ｇ／ｃｍ^３（嵩発泡倍数５０倍）であった。続いて、得られた予備発泡粒子を室温雰囲気下、２４時間に亘って放置した後、長さ４００ｍｍ×幅３００ｍｍ×高さ５０ｍｍの長方形状のキャビティを有する成形型内に予備発泡粒子を充填し、その後、成形型のキャビティ内を水蒸気でゲージ圧０．０８ＭＰａの圧力で２０秒間に亘って加熱し、その後、成形型のキャビティ内の圧力が０．０１ＭＰａになるまで冷却し、その後成形型を開き、長さ４００ｍｍ×幅３００ｍｍ×高さ５０ｍｍの長方形状の発泡成形体を取り出した。得られた発泡成形体は、密度０．０２ｇ／ｃｍ^３（発泡倍数５０倍）であった。
前述した通り製造した実施例１の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子、予備発泡粒子及び発泡成形体について、以下の評価試験を行った。なお、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の嵩密度及び発泡成形体の発泡倍数は、前述したそれぞれの測定方法に従って求めた。

＜１ｍｍ^２当りの気泡数＞
気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の中心付近を通る断面を走査型電子顕微鏡で観察し、７０倍に拡大した写真を撮る。この写真に写った気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の粒子表面から２００μｍを除く断面に、０．２ｍｍ×０．２ｍｍの範囲をできるだけ重ならないように５箇所取り、それぞれの範囲に存在する気泡数を全て数え（気泡の一部でも含まれている場合もカウントする）、５箇所の気泡数の平均を算出し、さらに１ｍｍ^２当りの値に換算して求めた。

＜Ｎ値＞
前記＜１ｍｍ^２当りの気泡数＞により算出した気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子１ｍｍ^２当りの気泡数ｎと、嵩密度ρを用いた下記の式（１）で計算することによりＮ値を算出した。
Ｎ＝ｎ÷（１／ρ） ・・・（１）

＜発泡成形体の気泡径＞
発泡成形体の気泡径（平均気泡径）は、ＡＳＴＭ Ｄ−２８４２−６９に準拠し、以下の条件で測定した。
走査型電子顕微鏡として日立製作所社製 Ｓ−３０００Ｎを用い、発泡成形体断面の写真撮影（撮影倍数：１００倍）を行い、写真上にて切断面の一直線（６０ｍｍ）上にかかる気泡数から平均弦長（ｔ）を測定し、気泡の直径（ｄ）は次式により算出した。
平均弦長（ｔ）＝６０／（気泡数×撮影倍数）
平均気泡径（ｄ）＝ｔ／０．６１６

＜発泡成形体の曲げ強度＞
得られた発泡成形体について、ＪＩＳ Ａ９５１１：２００６「発泡プラスチックス保温材」記載の方法に準じて曲げ強度を測定した。 即ち、テンシロン万能試験機ＵＣＴ−１０Ｔ（オリエンテック社製）を用い、試験体サイズは７５ｍｍ×３００ｍｍ×３０ｍｍとし、圧縮速度を１０ｍｍ／ｍｉｎ、先端治具は加圧くさび１０Ｒ、支持台１０Ｒで、支点間距離２００ｍｍの条件として測定し、次式にて曲げ強度を算出した。試験片の数は３個としその平均値を求めた。 曲げ強度（ＭＰａ）＝３ＦＬ／２ｂｈ２
（ここで、Ｆは曲げ最大荷重（Ｎ）を表し、Ｌは支点間距離（ｍｍ）、ｂは試験片の幅（ｍｍ）、ｈは試験片の厚み（ｍｍ）を表す。）

＜発泡成形体の５％圧縮強度＞
発泡成形体を縦５０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍに切断して試験片とし、ＪＩＳ Ｚ０２３４に準拠して圧縮強度を測定した。

＜落球値＞
得られた発泡成形体の落球値をＪＩＳ Ｋ７２１１：１９７６に準拠して測定した。即ち、発泡成形体を縦２００ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ２５ｍｍに切断して試験片とし、この試験片に質量２５５ｇの剛球を垂直に落下させ、発泡成形体の５０％が破壊したところの落下高さとして求めた。

［実施例２］
使用する発泡核剤を２．０質量部として用いたこと以外は、実施例１と同様にして発泡成形体を製造した。

［実施例３］
使用する発泡核剤を永和化成工業社製、商品名「ポリスレンＥＳ２７５」として０．８５部用い、水圧０．７ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同様にして発泡成形体を製造した。

［実施例４］
使用する発泡核剤を４．０質量部として用いたこと以外は、実施例１と同様にして発泡成形体を製造した。

［実施例５］
使用する発泡核剤を５．０質量部として用いたこと以外は、実施例１と同様にして発泡成形体を製造した。

［実施例６］
被覆剤を使用しない以外は、実施例１と同様にして気泡含有発泡性樹脂粒子を製造した。その後、この気泡含有発泡性樹脂粒子を成形機にセットした成形型のキャビティ（長さ４００ｍｍ×幅３００ｍｍ×厚み５０ｍｍ）に充填し、０．０８ＭＰａの水蒸気で３５秒加熱し、冷却して、密度０．６４１ｇ／ｃｍ^３、発泡倍数１．６倍、寸法４００ｍｍ×３００ｍｍ×５０ｍｍの低倍発泡成形体を得た。

［比較例１］
使用する発泡核剤を微粉末タルクとして０．３部用い、水圧０．３ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同様にして発泡成形体を製造した。

［比較例２］
使用する発泡核剤を微粉末タルクとして０．３部用い、水圧１．０ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同様にして発泡成形体を製造した。

前記実施例１〜６と比較例１〜２で得られた結果を表１にまとめて記す。

表１の結果から、本発明に係る実施例１〜６は、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のＮ値が４００以上あり、実施例１〜５では該樹脂粒子を予備発泡し、得られた予備発泡粒子を型内発泡成形して発泡倍数５０倍の発泡成形体とした場合に、比較例１，２に記したＮ値が小さい従来品と比べ、発泡成形体の曲げ強度、圧縮強度及び落球値が優れており、本発明により従来品よりも強度に優れた発泡成形体が得られることが分かった。
また、実施例６は、気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を直接型内発泡成形して低倍発泡成形体を製造した場合であり、少ない工程且つ短時間で低倍発泡成形品を得ることができた。
また、実施例５は、Ｎ値が２０００以上であり、実施例１〜４の発泡成形体と比べて若干強度が低下していた。かかる点から、Ｎ値の上限は、２０００以下とすることが望ましいことが分かる。

一方、比較例１〜２は、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のＮ値が本発明のＮ値下限（４００）未満であり、これを用いて作製した発泡成形体は、本発明の実施例１〜５と比べ、強度、特に落球値が低かった。

本発明は、高い発泡倍数であっても曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度に優れたポリスチレン系樹脂発泡成形体が得られる気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に関する。本発明のポリスチレン系樹脂発泡成形体は、断熱材や梱包材などの各種用途に使用できる。

１…押出機（樹脂供給装置）、２…ダイ、３…原料供給ホッパー、４…高圧ポンプ、５…発泡剤供給口、６…カッター、７…カッティング室、８…水槽、９…高圧ポンプ、１０…固液分離機能付き脱水乾燥機、１１…貯留容器。

Claims (6)

1. ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤と気泡とを含む気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
   気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の中心を通る断面の粒子表面から２００μｍを除く断面に存在する気泡数をｎ個／ｍｍ^２、嵩密度をρｇ／ｃｍ^３とするとき、式（１）
   Ｎ＝ｎ÷（１／ρ） ・・・（１）
   で算出されるＮ値が４００〜２０００の範囲内であり、かつ嵩密度ρが０．４ｇ／ｃｍ ^３ 以上であることを特徴とする気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
2. 樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に発泡剤と発泡核剤を添加、混練し、発泡剤含有溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る方法において、
   発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が冷却固化する前に該粒子内で微発泡させ、樹脂粒子の中心を通る断面の粒子表面から２００μｍを除く断面に存在する気泡数をｎ個／ｍｍ^２、嵩密度をρｇ／ｃｍ^３とするとき、式（１）
   Ｎ＝ｎ÷（１／ρ） ・・・（１）
   で算出されるＮ値が４００〜２０００の範囲内であり、かつ嵩密度ρが０．４ｇ／ｃｍ ^３ 以上である気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得ることを特徴とする気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
3. 前記発泡核剤として、無機粉末又は化学発泡剤をベース樹脂中に均一に分散させたマスターバッチ型発泡核剤を用いる請求項２に記載の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
4. 請求項２又は３に記載の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法により気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程と、次いで、前記気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱してポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を得る工程と、を有することを特徴とするポリスチレン系樹脂予備発泡粒子の製造方法。
5. 請求項２又は３に記載の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法により気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程と、次いで、前記気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱してポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を得る工程と、次いで、前記ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し加熱し型内発泡成形してポリスチレン系樹脂発泡成形体を得る工程と、を有することを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡成形体の製造方法。
6. 請求項２又は３に記載の気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法により気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程と、次いで、前記気泡含有発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を成形型のキャビティ内に充填し加熱し型内発泡成形してポリスチレン系樹脂発泡成形体を得る工程と、を有することを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡成形体の製造方法。

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