JP5719730B2 - 熱発泡性樹脂組成物、熱発泡性樹脂シート、発泡体およびその製造方法 - Google Patents

熱発泡性樹脂組成物、熱発泡性樹脂シート、発泡体およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、熱発泡性樹脂組成物、熱発泡性樹脂シート、発泡体およびその製造方法、詳しくは、各種産業分野で用いられる熱発泡性樹脂組成物、熱発泡性樹脂シート、発泡体およびその製造方法に関する。
従来より、熱発泡性樹脂組成物は、樹脂および発泡剤を含有しており、加熱によりガスを発生させることにより、発泡可能であり、かかる発泡を利用して、各種産業分野に広く用いられている。
例えば、常温で固体である成膜性樹脂および熱膨張カプセルを含有する加熱膨張性接着剤組成物を、複数の被着体の間に配置し、その後、それらを加熱して、成膜性樹脂を発泡および硬化させることによって、被着体同士を接着することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、ポリオレフィンおよび熱膨張性微小球を含有する補強剤組成物を、車体の鋼板に配置し、その後、それらを加熱して、ポリオレフィンを発泡および硬化させることによって、鋼板を補強することが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
また、上記した特許文献1および2の熱発泡性樹脂組成物において、発泡剤として用いられる熱膨張性カプセルおよび熱膨張性微小球は、ガスバリアー性を有する熱可塑性樹脂からなる殻(シェル)と、その殻に内包される低沸点物質(コア、熱膨張剤)とを含有している。
特開2007−106963号公報 特開2004−244508号公報
しかるに、特許文献1および特許文献2の熱発泡性樹脂組成物においては、成膜性樹脂およびポリオレフィンを発泡させるには、加熱によって、低沸点物質(コア)を熱膨張させるとともに、殻(シェル)を溶融または軟化させる必要がある。殻を十分に溶融または軟化させるためには、熱発泡性樹脂組成物を高温で加熱する必要がある。
そのため、そのような熱発泡性樹脂組成物が配置される被着体または鋼板などの部材には、十分な耐熱性が必要とされる一方、かかる部材における耐熱性が不十分であれば、そのような部材(例えば、プラスチックなど)の保護の観点から、低温で加熱する必要がある。そうすると、熱発泡性樹脂組成物を十分に発泡させることができず、部材間を十分に充填することができないという不具合がある。さらには、部材を十分に接着または補強することができないという不具合がある。
本発明の目的は、低温の加熱で発泡することのできる、熱発泡性樹脂組成物、熱発泡性樹脂シート、発泡体およびその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の熱発泡性樹脂組成物は、発泡性樹脂粒子と樹脂組成物とを含有し、中実の樹脂に発泡剤が含有され、前記発泡性樹脂粒子は、70℃の温水に浸漬して発泡させた後のかさ密度が、15〜100g/Lであることを特徴としている。
また、本発明の熱発泡性樹脂組成物は、90℃以下で発泡することが好適である。
また、本発明の熱発泡性樹脂組成物では、65℃で30分加熱して発泡させた発泡体の密度が、0.05〜0.75g/cmであることが好適である。
また、本発明の熱発泡性樹脂組成物では、前記中実の樹脂が、ポリスチレンおよび/またはポリスチレンコポリマーであることが好適である。
また、本発明の熱発泡性樹脂組成物では、前記発泡性樹脂粒子の配合割合が、前記樹脂組成物100質量部に対して、0.1〜350質量部であることが好適である。
また、本発明の熱発泡性樹脂組成物では、前記樹脂組成物が、ゴム、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含有していることが好適であり、また、前記ゴム、前記熱可塑性樹脂および/または前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度が、50℃以下であることが好適である。
また、本発明の熱発泡性樹脂組成物は、架橋剤を含有することが好適であり、さらに、架橋促進剤を含有することが好適である。
また、本発明の熱発泡性樹脂シートは、上記した熱発泡性樹脂組成物が、シート状に形成されていることを特徴としている。
また、本発明の発泡体は、上記した熱発泡性樹脂組成物を加熱して発泡させることにより得られることを特徴としている。
また、本発明の発泡体の製造方法は、上記した熱発泡性樹脂組成物を加熱して発泡させることを特徴としている。
また、本発明の発泡体の製造方法では、90℃以下の温度で加熱することが好適である。
本発明の発泡体およびその製造方法によれば、本発明の熱発泡性樹脂組成物および熱発泡性樹脂シートが含有する発泡性樹脂粒子は、70℃の温水に浸漬して発泡させた後のかさ密度が、15〜100g/Lであるため、低温の加熱により、本発明の熱発泡性樹脂組成物および熱発泡性樹脂シートを十分に発泡させることができる。
そのため、本発明の熱発泡性樹脂組成物および熱発泡性樹脂シートは、低温で加熱しても十分に発泡させることができ、部材間を十分に充填することができる。さらには、部材を十分に接着または補強することができる。
その結果、本発明の熱発泡性樹脂組成物および熱発泡性樹脂シートを、低温の加熱が要求される各種産業分野に用いることができる。
図1は、本発明の発泡体の製造方法の一実施形態を説明するための断面図であり、(a)は、熱発泡性樹脂シートを中空部材の内部空間に配置する工程、(b)は、熱発泡性樹脂シートを加熱による発泡させる工程を示す。 図2は、本発明の発泡体の製造方法の他の実施形態(通電により発熱部材を発熱させる態様)を説明するための断面図であり、(a)は、発熱部材(発熱部、絶縁体および金属外装板を備える態様)とそれに積層される熱発泡性樹脂シートとを備える熱発泡性積層体を中空部材の内部空間に配置する工程、(b)は、発熱部材に通電して、発熱部材を発熱させて、熱発泡性樹脂シートを加熱して発泡させる工程を示す。 図3は、本発明の発泡体の製造方法の他の実施形態(通電により発熱部材を発熱させる態様)を説明するための断面図であり、(a)は、発熱部材(発熱部からなる態様)とそれに積層される熱発泡性樹脂シートとを備える熱発泡性積層体を中空部材の内部空間に配置する工程、(b)は、発熱部材に通電して、発熱部材を発熱させて、熱発泡性樹脂シートを加熱して発泡させる工程を示す。 図4は、本発明の発泡体の製造方法の他の実施形態(マイクロ波の照射により発熱部材を発熱させる態様)を説明するための断面図であり、(a)は、発熱部材(マイクロ波吸収体を備える態様)とそれに積層される熱発泡性樹脂シートとを備える熱発泡性積層体を中空部材の内部空間に配置する工程、(b)は、発熱部材にマイクロ波を照射して、発熱部材を発熱させて、熱発泡性樹脂シートを加熱して発泡させる工程を示す。 図5は、実施例における発泡充填性の評価方法の概略説明図であり、(a)は、熱発泡性樹脂組成物からなる熱発泡性樹脂シートを試験鋼板の間に配置する工程、(b)は、熱発泡性樹脂シートを加熱により発泡させる工程を示す。
本発明の熱発泡性樹脂組成物は、発泡性樹脂粒子と樹脂組成物とを含有している。
本発明の熱発泡性樹脂組成物において、発泡性樹脂粒子は、中実の樹脂に、発泡剤が含有(含浸)されている。
樹脂は、発泡剤を均一に含有でき、さらには、加熱によって硬化しにくい樹脂が挙げられ、好ましくは、熱可塑性樹脂が挙げられる。
熱可塑性樹脂は、熱可塑性エラストマーを含有し、例えば、スチレン系樹脂、ポリオレフィン、アクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド(PA、ナイロン)、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアリルスルホン、熱可塑性ポリイミド樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリメチルペンテン、フッ化樹脂、液晶ポリマー、オレフィン・ビニルアルコール共重合体、アイオノマー、ポリアリレートなどが挙げられる。
これら熱可塑性樹脂は、単独または2種以上併用することができる。
熱可塑性樹脂のうち、好ましくは、スチレン系樹脂が挙げられる。
スチレン系樹脂としては、例えば、スチレン系モノマーを含有するモノマーを重合させることにより得られるスチレン系重合体、例えば、スチレン系モノマーと、スチレン系モノマーと共重合可能な共重合性モノマーとのスチレン系共重合体(ポリスチレンコポリマー)が挙げられる。
スチレン系樹脂として、好ましくは、スチレン系共重合体が挙げられる。
スチレン系重合体を形成するスチレン系モノマーとしては、例えば、スチレン、および、α−メチルスチレン、環ハロゲン化スチレン、環アルキル化スチレン、2−ビニルトルエン(o−メチルスチレン)、3−ビニルトルエン(m−メチルスチレン)、4−ビニルトルエン(p−メチルスチレン)などのスチレン誘導体などが挙げられる。これらスチレン系モノマーは、単独使用または2種以上併用することができる。スチレン系モノマーとして、好ましくは、スチレンが挙げられる。
スチレン系重合体として、好ましくは、ポリスチレン(スチレンホモポリマー)が挙げられる。
スチレン系共重合体を形成する共重合性モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、ジメチルフマレート、(メタ)アクリロニトリル、シアン化ビニル、エチレン、ブタジエン、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、エチレン性不飽和二重結合を含有するモノマーが挙げられる。これら共重合性モノマーは、単独使用または2種以上併用することができる。共重合性モノマーとして、好ましくは、(メタ)アクリル酸アルキルエステルが挙げられる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルは、メタクリル酸アルキルエステルおよび/またはアクリル酸アルキルエステルであって、具体的には、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸s−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ネオペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸へプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルへキシル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸テトラデシル、(メタ)アクリル酸ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸ヘプタデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシルなどの、アルキル部分の炭素数が2以上の直鎖状または分岐状(メタ)アクリル酸アルキルエステルが挙げられる。
好ましくは、炭素数2〜16の直鎖状または分岐状(メタ)アクリル酸アルキルエステル、さらに好ましくは、炭素数2〜8の直鎖状(メタ)アクリル酸アルキルエステルが挙げられる。とりわけ好ましくは、(メタ)アクリル酸ブチルが挙げられる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルの配合割合は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルおよびスチレン系モノマーの総量(つまり、モノマー)に対して、例えば、5質量%以上、好ましくは、10質量%以上であり、さらに好ましくは、15質量%を超過し、とりわけ好ましくは、17質量%を超過し、また、例えば、50質量%以下、好ましくは、30質量%以下でもある。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルの配合割合が上記した下限に満たない場合には、発泡性樹脂粒子の発泡性が低下することにより、熱発泡性樹脂組成物が90℃以下の加熱で十分に発泡できない場合がある。
スチレン系共重合体として、好ましくは、(メタ)アクリル酸アルキルエステル・スチレン共重合体が挙げられる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステル・スチレン共重合体は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとスチレンとの、ブロックまたはランダム共重合体である。
また、樹脂の重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフによる標準ポリスチレン換算値で、例えば、50万以下、好ましくは、30万以下、さらに好ましくは、20万以下であり、また、例えば、5万以上、好ましくは、10万以上でもある。
樹脂の重量平均分子量が、上記した上限を超える場合には、発泡性樹脂粒子の発泡性が低下することにより、熱発泡性樹脂組成物が90℃以下の加熱で十分に発泡できない場合がある。
また、樹脂のガラス転移温度は、例えば、50〜100℃、好ましくは、55〜95℃、さらに好ましくは、60〜90℃である。ガラス転移温度は、JIS K7121−1987に基づいて測定される熱処理後の中間点ガラス転移温度であって、例えば、示差走査熱量測定(熱流速DSC)において昇温速度10℃/分にて算出される。後述する材料(ゴム、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂)のガラス転移温度も、上記した方法により算出される。
発泡剤は、加熱により膨張する熱膨張性物質である。そのような熱膨張性物質は、後述する特定の低温で膨張する、つまり、気化(蒸発あるいは沸騰)する物質であって、例えば、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、不燃性ガスなどが挙げられる。
炭化水素としては、飽和炭化水素、不飽和炭化水素が挙げられる。好ましく、飽和炭化水素が挙げられる。
飽和炭化水素としては、例えば、直鎖状アルカン、分枝状アルカン、シクロアルカンなどが挙げられる。
直鎖状アルカンとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの炭素数1〜7の直鎖状アルカン(脂肪族炭化水素)が挙げられる。
分枝状アルカンとしては、例えば、2−メチルプロパン(イソブタン)、2−メチルブタン(イソペンタン)、2,2−ジメチルプロパン(ネオペンタン)、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、2,3−ジメチルブタン、2,4−ジメチルペンタンなどの炭素数4〜7の分岐状アルカンが挙げられる。分岐状アルカンとして、好ましくは、イソブタン、イソペンタンなどの炭素数4〜5の分岐状アルカンが挙げられる。
シクロアルカンとしては、例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタンなどの炭素数3〜7のシクロアルカンが挙げられる。
飽和炭化水素として、好ましくは、分岐状アルカンが挙げられる。
ハロゲン化炭化水素としては、例えば、ジクロロメタン(CCl)などのクロロ炭化水素、例えば、ジフルオロメタン(CF)などのフルオロ炭化水素、例えば、フロン22(商標、CHClF)、フロン12(商標、CCl)、フロン113(商標、CClFCClF)などクロロフルオロ炭化水素が挙げられる。
不燃性ガスとしては、例えば、炭酸ガスなどが挙げられる。
これら熱膨張性物質のうち、好ましくは、炭化水素、さらに好ましくは、飽和炭化水素、とりわけ好ましくは、分岐状アルカンが挙げられる。
熱膨張性物質の沸点は、例えば、−160〜90℃、好ましくは、−60〜90℃、さらに好ましくは、−20〜50℃である。
熱膨張性物質の沸点が上記した範囲を超える場合には、熱発泡性樹脂組成物の低温における発泡が困難となる場合がある。一方、熱膨張性物質の沸点が上記した範囲に満たない場合には、熱膨張性物質を樹脂に均一に含有させることが困難となる場合がある。
そして、熱発泡性樹脂粒子は、熱膨張性物質を重合途中のモノマーまたは重合後のポリマーに含浸させることにより得ることができる。
具体的には、樹脂が(メタ)アクリル酸アルキルエステル・スチレンコポリマーからなる場合には、熱膨張性物質を、重合途中のスチレンおよび(メタ)アクリル酸アルキルエステル、または、重合後の(メタ)アクリル酸アルキルエステル・スチレンコポリマーに含浸させる。
次に、モノマーを重合して、得られた樹脂に熱膨張性物質を含有させる方法について説明する。
重合方法としては、例えば、撹拌装置の付いた密閉容器内に、モノマー、重合開始剤などとともに、懸濁剤の存在下で水性媒体中に分散させた後、重合反応(懸濁重合または乳化重合)を開始し、重合途中あるいは重合完了後に熱膨張性物質を添加して、熱発泡性樹脂粒子を得る方法が挙げられる。
重合開始剤としては、水溶性重合開始剤、油溶性重合開始剤などの、10時間半減期温度が、例えば、50〜120℃である重合開始剤が挙げられる。
水溶性重合開始剤は、水性媒体に可溶であって、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩、例えば、過酸化水素などの無機過酸化物が挙げられる。好ましくは、過硫酸塩、さらに好ましくは、過硫酸カリウムが挙げられる。
油溶性重合開始剤は、モノマーに可溶であって、例えば、過酸化ベンゾイル、ラウリルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−アミルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−アミルパーオキシイソプロピルカーボネート、t−アミルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパンなどの有機過酸化物、例えば、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物などが挙げられる。好ましくは、有機過酸化物、さらに好ましくは、過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルカーボネートが挙げられる。
これらの重合開始剤は、1種類または2種類以上組み合わせて用いることができる。油溶性重合開始剤として、好ましくは、10時間半減期温度が60〜80℃である有機過酸化物、および、10時間半減期温度が80〜120℃である有機過酸化物を併用する。
重合開始剤の使用量は、好ましくは、モノマー100質量部に対して、0.01〜3質量部、さらに好ましくは、0.05〜1質量部である。0.01質量部未満では重合速度が遅くなって生産性が低下する場合があり、3質量部を超えると不経済である。
懸濁剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリビニルピロリドンなどの親水性高分子、例えば、第三リン酸カルシウム、ピロリン酸マグネシウムなどの難水溶性無機塩を用いることができ、必要に応じて、界面活性剤を併用しても良い。
なお、難水溶性無機塩を使用する場合には、好ましくは、α−オレフィンスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアニオン系界面活性剤を併用する。
懸濁剤の使用量は、好ましくは、モノマー100質量部に対して、0.01〜5質量部である。上記した難水溶性無機塩をアニオン性界面活性剤と併用する場合には、好ましくは、モノマー100質量部に対して、難水溶性無機塩を0.05〜3質量部、アニオン性界面活性剤を0.0001〜0.5質量部を用いる。
水溶性媒体としては、例えば、水、例えば、メタノールなどのアルコールが挙げられる。好ましくは、水が挙げられる。
水性媒体には、好ましくは、電解質を添加する。電解質は、水性媒体中でイオン解離する物質であればよく、無機電解質、有機電解質などが挙げられる。
無機電解質としては、例えば、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化アンモニウムなどの塩化物、例えば、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム、硫酸アンモニウムなどの硫酸塩、例えば、硝酸ナトリウム、硝酸マグネシウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウムなどの硝酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸アンモニウムなどの炭酸塩が挙げられる。
有機電解質としては、水に可溶なカルボン酸のアルカリ金属塩などが挙げられ、具体的には、例えば、酢酸カリウム、酢酸ナトリウムなどの酢酸塩、例えば、ベヘミン酸ナトリウム、例えば、安息香酸ナトリウム、例えば、琥珀酸二ナトリウムなどが挙げられる。
水性媒体に電解質を添加して水性媒体のイオン濃度を調整することにより、重合後の中実の樹脂への水の含浸を防ぐことができ、これにより、熱膨張性物質を重合後の樹脂に十分に含有させることができる。
電解質の添加量は、水性媒体1Lに対して0.002〜5モルであり、好ましくは0.01〜0.5モルである。
重合後の中実の樹脂の重量平均分子量は、例えば、重合開始剤の濃度を調整する方法、連鎖移動剤を用いる方法、または、これら両方の方法により調整することができる。
連鎖移動剤としては、例えば、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、α−メチルスチレンダイマーなどが挙げられる。
連鎖移動剤を用いる方法では、連鎖移動剤の使用量は、モノマー100質量部に対して、例えば、0.001〜1質量部、好ましくは、0.01〜0.5質量部に調節する。
熱膨張性物質は、発泡性樹脂粒子中の熱膨張性物質の含有量が1〜20重量%になるようにその量が調節されて、密閉容器内に供給される。好ましくは、3〜10重量%である。熱膨張性物質の添加時期は、重合反応前、重合反応中、重合完了後のいずれでも良いが、好ましくは、モノマーの重合転化率が70%以上で添加する。さらに好ましくは、重合転化率80%以上で添加する。モノマーの重合転化率が70%未満で熱膨張性物質を添加した場合には、重合速度が低下し生産性が低下する場合がある。
なお、この方法では、密閉容器内に熱膨張性物質が残存する場合には、残存する熱膨張性物質が、重合後のポリマーに対しても含浸される。
その後、ポリマーを水から分離し、その後、例えば、アルキルジエタノールアミン、グリセリン脂肪酸エステル、アルキルスルホン酸ナトリウムなどの帯電防止剤などの添加剤を、適宜の割合で添加することができる。
上記した方法により、樹脂に熱膨張性物質を均一に含有させることができる。
つまり、中実の樹脂に熱膨張性物質が含有された発泡性樹脂粒子を得ることができる。
すなわち、発泡性樹脂粒子は、中実(中空でない)で粒状の樹脂の表面から内部にわたって、熱膨張性物質が浸透されている。
発泡性樹脂粒子は、中実の球状(ビーズ状)または中実のペレット状、好ましくは、中実のビーズ状に形成されている。
また、発泡性樹脂粒子の最大長さの平均値(球状の場合には、平均粒子径)は、体積分率の粒径分布カーブにおける累積63%の値(D63)として、測定することができ、例えば、0.2〜1.2mm、好ましくは、0.3〜1.2mmである。
発泡性樹脂粒子の最大長さの平均値が上記範囲を超えると、意匠性および発泡性の均一性が低下する場合がある。発泡性樹脂粒子の最大長さの平均値が上記範囲に満たないと、熱膨張性物質が容易に揮発してしまい、貯蔵安定性が損なわれる場合がある。
発泡性樹脂粒子は、70℃の温水に浸漬して発泡させた後のかさ密度が、15〜100g/L、好ましくは、15〜55g/L、さらに好ましくは、15〜30g/Lである。
発泡性樹脂粒子の70℃の温水に浸漬して発泡させた後のかさ密度が、上記範囲を超えると、発泡性樹脂粒子の発泡性が低下することにより、熱発泡性樹脂組成物が、90℃以下の加熱で十分に発泡できない場合がある。発泡性樹脂粒子の70℃の温水に浸漬して発泡させた後のかさ密度が、上記範囲に満たないと、発泡性樹脂粒子が低温で容易に発泡するため、発泡性樹脂粒子を樹脂組成物と混練して熱発泡性樹脂組成物を調製する工程などで、発泡性樹脂粒子が発泡してしまい、発泡性樹脂粒子や熱発泡性樹脂組成物の取り扱いが困難となる場合がある。
また、発泡性樹脂粒子は、80℃の温水に浸漬して発泡させた後のかさ密度が、例えば、10〜50g/L、好ましくは、10〜30g/L、さらに好ましくは、10〜25g/Lである。
発泡性樹脂粒子のかさ密度は、例えば、発泡性樹脂粒子1〜2質量部を、上記した温度の温水100〜500質量部に投入し、10〜20分間撹拌してそれらを発泡させた後、発泡した樹脂粒子を温水から取り出し、水分を一昼夜、自然乾燥により除去し、その後、発泡した樹脂粒子を、100mLのメスシリンダー内に、100mLの標線位置まで充填し、その発泡した樹脂粒子を0.1gの値まで秤量することにより、測定される。
本発明の熱発泡性樹脂組成物において、樹脂組成物は、例えば、ゴム、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を含有している。
ゴムとしては、特に限定されず、例えば、ポリイソブチレンゴム(PIB)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル・ブタジエンゴム(NBR)、エチレン・プロピレンゴム(EPM)、エチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDM)、ウレタン系ゴム、ポリアミド系ゴム、シリコーンゴム、ポリエーテルゴム、ポリスルフィドゴムなどの合成ゴム、例えば、天然ゴムなどが挙げられる。
ゴムは、単独使用または2種以上併用することができる。
ゴムのうち、好ましくは、合成ゴムとして、PIB、EPDM、シリコーンゴム、SBR、BR、NBRが挙げられる。また、好ましくは、天然ゴムも挙げられる。
PIBは、イソブチレン(イソブテン)の単独重合により得られる合成ゴムである。
EPDMは、エチレン、プロピレンおよびジエン類の共重合により得られる合成ゴムであり、具体的には、エチレン・プロピレン共重合体(EPM)に、さらにジエン類を共重合させることにより得られる。
ジエン類としては、例えば、5−エチリデン−5−ノルボルネン、1,4−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエンなどが挙げられる。
EPDMのジエン含有量は、例えば、1〜20質量%、好ましくは、3〜10質量%である。
シリコーンゴムは、ポリシロキサン((−Si−O−))において、アルキル基および/アリール基などの有機基を含有する合成ゴムである。
SBRは、スチレンおよびブタジエンのランダムまたはブロック共重合により得られる合成ゴムである。SBRにおいて、そのスチレン含有量が、例えば、18質量%以上、好ましくは、20〜70質量%であり、さらに好ましくは、20〜60質量%である。
BRは、ブタジエンの単独重合により得られる合成ゴムである。
NBRは、ブタジエンおよびアクリロニトリルのランダムまたはブロック共重合により得られる合成ゴムである。そのニトリル含有量が、例えば、10〜70質量%であり、好ましくは、20〜50質量%である。
これらゴムの100℃におけるムーニー粘度は、例えば、0.5〜150ML1+4、好ましくは、1〜100ML1+4である。
また、ゴムの重量平均分子量(GPC:標準ポリスチレン換算値)は、例えば、1000〜1000000、好ましくは、10000〜100000である。
また、ゴムの密度は、例えば、0.8〜2.1g/cm、好ましくは、0.85〜2.0g/cmである。
また、ゴムのガラス転移温度は、例えば、50℃以下、好ましくは、−10℃以下であり、また、例えば、−130℃以上でもある。ゴムのガラス転移温度が50℃を超えると、熱発泡性樹脂組成物を低温で十分に発泡させることが難しい場合がある。
熱可塑性樹脂としては、上記した発泡性樹脂粒子の樹脂で挙げられた熱可塑性樹脂と同様のものが挙げられる。熱可塑性樹脂は、単独使用または併用することができる。
また、熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、例えば、50℃以下、好ましくは、45℃以下であり、また、例えば、−150℃以上でもある。熱可塑性樹脂のガラス転移温度が50℃を超えると、熱発泡性樹脂組成物を低温で十分に発泡させることが難しい場合がある。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂などが挙げられる。
熱硬化性樹脂は、単独使用または2種以上併用することができる。
熱硬化性樹脂として、好ましくは、エポキシ樹脂が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂(例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、水素添加ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ダイマー酸変性ビスフェノール型エポキシ樹脂など)、ノボラック型エポキシ樹脂(例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂など)、ナフタレン型エポキシ樹脂などの芳香族系エポキシ樹脂、例えば、トリエポキシプロピルイソシアヌレート(トリグリシジルイソシアヌレート)、ヒダントインエポキシ樹脂などの含窒素環エポキシ樹脂、例えば、脂肪族系エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂(例えば、ジシクロ環型エポキシ樹脂など)、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂などが挙げられる。
これらエポキシ樹脂は、単独使用または2種以上併用することができる。
エポキシ樹脂として、好ましくは、ビスフェノール型エポキシ樹脂、さらに好ましくは、ビスフェノールA型エポキシ樹脂が挙げられる。
また、エポキシ樹脂は、エポキシ当量が、例えば、50〜20000g/eqiv.、好ましくは、100〜5000g/eqiv.である。
また、熱硬化性樹脂(硬化前)の重量平均分子量(GPC:標準ポリスチレン換算値)あるいは分子量は、例えば、200〜3000000、好ましくは、300〜2000000である。
また、熱硬化性樹脂の密度は、例えば、1.0〜1.5g/cm、好ましくは、1.1〜1.4g/cmである。
また、熱硬化性樹脂のガラス転移温度は、例えば、50℃以下であり、また、例えば、−150℃以上でもある。熱硬化性樹脂のガラス転移温度が50℃を超えると、熱発泡性樹脂組成物を低温で十分に発泡させることが難しい場合がある。
上記した各成分(ゴム、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂)は、単独使用することができ、あるいは、2種以上併用することができる。
樹脂組成物として、好ましくは、ゴム、熱硬化性樹脂が挙げられる。
また、熱発泡性樹脂組成物において、発泡性樹脂粒子の配合割合は、樹脂組成物100質量部に対して、例えば、0.1〜350質量部、好ましくは、5〜320質量部である。また、発泡性樹脂粒子の配合割合を、樹脂組成物100質量部に対して、例えば、0.1〜130質量部、好ましくは、50〜100質量部に設定することもできる。
発泡性樹脂粒子の配合割合が上記した範囲に満たないと、発泡倍率が過度に低くなり、樹脂組成物を十分に発泡させることができない場合がある。一方、発泡性樹脂粒子の配合割合が上記した範囲を超えると、発泡性樹脂粒子が樹脂組成物から脱落する場合がある。
また、樹脂組成物には、架橋剤を含有させることができる。
架橋剤は、加硫剤を含み、例えば、硫黄、硫黄化合物類、セレン、酸化マグネシウム、一酸化鉛、酸化亜鉛、ポリアミン類、オキシム類、ニトロソ化合物類、樹脂類、アンモニウム塩類などが挙げられる。好ましくは、硫黄が挙げられる。
架橋剤は、単独使用または併用することができ、その配合割合は、樹脂組成物100質量部に対して、例えば、0.1〜15質量部、好ましくは、0.5〜10質量部である。
また、架橋促進剤を架橋剤と併用することができる。
架橋促進剤は、加硫促進剤を含み、例えば、酸化亜鉛などの金属酸化物、例えば、2−メルカプトベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルジスルフィド、2−メルカプトベンゾチアゾールの亜鉛塩などのチアゾール化合物、例えば、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドなどのスルフェンアミド化合物、例えば、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィドなどのチウラム化合物、例えば、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジベンジルチオカルバミン酸亜鉛、N−エチル−N−フェニルジチオカルバミン酸亜鉛などのジチオカルバミン酸塩化合物、例えば、トリメチルチオ尿素などのチオウレア化合物、例えば、1,3−ジフェニルグアニジン、ジ−o−トリルグアニジンなどのグアニジン化合物、例えば、アミン化合物などが挙げられる。好ましくは、金属酸化物、チアゾール化合物、ジチオカルバミン酸塩化合物、アミン化合物が挙げられる。
架橋促進剤は、単独使用または併用することができ、その配合割合は、樹脂組成物100質量部に対して、例えば、0.1〜20質量部、好ましくは、0.5〜15質量部である。
なお、樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、例えば、充填剤、粘着付与剤、さらには、その他の発泡剤(発泡性樹脂粒子を除く発泡剤)、発泡促進剤、硬化剤、硬化促進剤、揺変剤、滑剤、顔料、スコーチ防止剤、安定剤、軟化剤、可塑剤、老化防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、防カビ剤、難燃剤などの公知の添加剤を、適宜の割合で添加することもができる。
充填剤としては、例えば、タルク、炭酸カルシウム、カーボンブラック、酸化チタン、シリカ、水酸化アルミニウム(アルミナ)、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム(バライト)などが挙げられる。これら充填剤は、単独使用または併用することができる。充填剤の配合割合は、樹脂組成物100質量部に対して、例えば、1000質量部未満であり、質量の観点より、好ましくは、10〜700質量部、さらに好ましくは、20〜500質量部である。また、充填剤の配合割合を、樹脂組成物100質量部に対して、例えば、100質量部未満、好ましくは、10〜70質量部、さらに好ましくは、20〜50質量部に設定することもできる。
粘着付与剤としては、例えば、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、クマロンインデン系樹脂、石油系樹脂(例えば、脂肪族/芳香族共重合体など)、フェノール系樹脂などが挙げられる。好ましくは、石油系樹脂が挙げられる。粘着付与剤の軟化点は、例えば、60〜100℃、好ましくは、70〜100℃である。
そして、熱発泡性樹脂組成物は、例えば、上記した樹脂組成物の各成分と、発泡性樹脂粒子とを同時に配合することにより、調製する。
具体的には、上記したゴムまたは熱硬化性樹脂と、発泡性樹脂粒子と、必要により架橋剤と、必要により架橋促進剤と、必要により添加剤とを、例えば、ミキシングロール、加圧式ニーダ、押出機などによって混練することにより、混練物として熱発泡性樹脂組成物を調製する。
この混練では、例えば、常温20℃〜50℃の温度(低温)、好ましくは、20〜45℃の温度で、樹脂組成物と発泡性樹脂粒子とを加熱する。
あるいは、熱発泡性樹脂組成物は、まず、上記したゴムまたは熱硬化性樹脂と、発泡性樹脂粒子と、必要により架橋剤と、必要により架橋促進剤と、必要により添加剤とを配合して、樹脂組成物を調製し、その後、樹脂組成物に発泡性樹脂粒子を配合することにより、調製することもできる。
具体的には、まず、上記したゴムまたは熱硬化性樹脂と、発泡性樹脂粒子と、必要により架橋剤と、必要により架橋促進剤と、必要により添加剤とを、上記と同様にして、混練することにより、樹脂組成物を調製する。混練では、例えば、70〜120℃、好ましくは、80〜110℃の温度で、樹脂組成物を加熱する。
樹脂組成物の100℃におけるムーニー粘度は、例えば、0.5〜150ML1+4、好ましくは、1〜100ML1+4である。
その後、樹脂組成物を、常温(20℃)〜50℃の温度、好ましくは、20〜45℃の温度に冷却し、続いて、樹脂組成物に、発泡性樹脂粒子を配合する。
具体的には、樹脂組成物と、発泡性樹脂粒子とを、上記と同様にして、混練することにより、混練物として熱発泡性樹脂組成物を調製する。
この混練では、例えば、常温20℃〜50℃の温度、好ましくは、20〜45℃の温度で、樹脂組成物と発泡性樹脂組成物とを加熱する。
その後、必要により、調製した混練物(熱発泡性樹脂組成物)を、例えば、カレンダー成形、押出成形、射出成形あるいはプレス成形などの成形方法によって、シート状などの所定形状に形成する。
混練物の成形では、例えば、常温(20℃)あるいは50℃以下の温度、好ましくは、20〜45℃の温度で、混練物を加熱する。
また、シート状に形成する場合には、そのシートの厚みは、例えば、0.1〜10mmである。
これによって、熱発泡性樹脂組成物をシートとして得ることができる。つまり、熱発泡性樹脂シートを得ることができる。
そして、本発明の熱発泡性樹脂組成物および熱発泡性樹脂シートが含有する発泡性樹脂粒子は、70℃の温水に浸漬して発泡させた後のかさ密度が、15〜100g/Lであるため、90℃以下の低温の加熱で発泡することができ、90℃以下の低温の加熱で、本発明の熱発泡性樹脂組成物および熱発泡性樹脂シートを十分に発泡させることができる。
そのため、低温の加熱でも、樹脂組成物を確実に発泡させることができる。
具体的には、この熱発泡性樹脂組成物は、90℃以下の温度(具体的には、50〜90℃)で発泡する。さらには、熱発泡性樹脂組成物は、80℃以下の温度(具体的には、50〜80℃)で発泡し、さらにまた、70℃以下の温度(具体的には、50〜70℃)でも発泡する。
このようにして得られる発泡体は、65℃で30分加熱して発泡させた直後の密度が、例えば、0.05〜2.0g/cm、好ましくは、0.05〜0.75g/cm、さらに好ましくは、0.1〜0.5g/cm、とりわけ好ましくは、0.2〜0.4g/cmである。なお、発泡体の密度は、JIS Z8807に準拠して測定される。
発泡体の密度が上記した範囲外であれば、発泡体の充填性(後述)が低下する場合がある。
また、発泡倍率(つまり、熱発泡性樹脂組成物の発泡時の体積発泡倍率)が、例えば、1.3〜30倍、好ましくは、1.5〜20倍、さらに好ましくは、2〜16倍である。
発泡倍率は、[熱発泡性樹脂組成物(発泡前の熱発泡性樹脂組成物)の密度]/[発泡体(発泡後の熱発泡性樹脂組成物)密度]として算出される。
その結果、本発明の熱発泡性樹脂組成物を、上記した発泡温度を超える場合に、熱発泡性樹脂組成物が配置される部材(例えば、熱可塑性樹脂(プラスチック)などからなる樹脂成形品など)が損傷または劣化するような、低温の加熱が要求される各種産業分野に用いることができる。
例えば、上記した熱発泡性樹脂組成物が発泡した発泡体は、各種の部材の間または中空部材の内部空間に充填する各種産業分野の産業製品の充填材として用いることができる。
図1は、本発明の発泡体の製造方法の一実施形態を説明するための断面図である。
次に、中空部材の内部空間に発泡体を充填する方法について、図1を参照して説明する。
図1において、中空部材2の内部空間12に発泡体3を充填するには、例えば、中空部材2の内部空間12に、熱発泡性樹脂組成物からなる熱発泡性樹脂シート1を設置する。なお、熱発泡性樹脂シート1は、中空部材2の内面に接触するように設置される。
その後、設置された熱発泡性樹脂シート1を、上記した中空部材2とともに加熱し、熱発泡性樹脂シート1を発泡させることにより、発泡体3を形成する。これにより、形成された発泡体3によって、中空部材2の内部空間12を充填する。
熱発泡性樹脂シート1の加熱方法としては、特に限定されず、例えば、熱発泡性樹脂シート1が設置された中空部材2を乾燥機(例えば、熱風乾燥機などのオーブン)の熱風雰囲気(空気)下に放置(保存)する方法、例えば、上記した中空部材2を、加熱された液体(熱媒体)に浸漬する方法、例えば、上記した中空部材2に遠赤外線を照射する方法、例えば、化学反応の反応熱を利用する方法などが挙げられる。
なお、上記した中空部材2の内部空間12に発泡体3を充填する方法と同様にして、上記した各種の部材の間に発泡体3を充填することができる。
また、上記した充填材は、上記した部材または中空部材に対する、補強、制振(防振)、防音、防塵、断熱、緩衝、水密および気密、または、接着など、種々の効果を付与することができる。そのため、各種の部材の間または中空部材の内部空間に充填する、例えば、補強材、制振材(防振材)、防音材、防塵材、断熱材、緩衝材、止水材、または、接着材など、各種の産業製品の充填材として、好適に用いることができる。
とりわけ、本発明の熱発泡性樹脂組成物は、例えば、自動車、電気製品、住宅製品などのシールに用いられる。その場合には、発泡性樹脂組成物から形成される熱発泡性樹脂シートを、自動車、電気製品または住宅製品の隙間に取り付けた後、発泡させる。これにより、発泡体により、かかる隙間を充填する。つまり、熱発泡性樹脂シートは、好ましくは、自動車外装シール材、電気製品シール材、住宅用シール材などとして、自動車、電気製品、住宅製品などの各種部材の隙間をシールするためのシール材として用いられる。そして、発泡体を、自動車、電気製品または住宅製品の防振材、防音材、防塵材、断熱材、緩衝材、止水材などとして、防振、防音、防塵、断熱、緩衝、水密および気密することができる。
また、本発明の熱発泡性樹脂組成物は、例えば、自動車の中空部材、具体的には、ピラーの制振、断熱、防音、補強に用いられる。その場合には、熱発泡性樹脂組成物から形成されるシート(熱発泡性樹脂シート)を、ピラーの内部空間に取り付けた後、加熱により発泡させる。そして、発泡体により、ピラーの内部空間を充填することにより、エンジンの振動および/または騒音、さらには、風きり音などが車室内に伝達されることを防止しながら、ピラーの補強を図ることができる。
さらに、本発明の熱発泡性樹脂組成物は、例えば、自動車の構造部材、具体的には、車体鋼板、バンパ、インストルメントパネルなどの補強に用いられる。その場合には、まず、熱発泡性樹脂組成物から形成されるシート(熱発泡性樹脂シート)に、ガラスクロスなどから形成される拘束層を積層させることにより鋼板補強シートを作製する。次いで、作製した鋼板補強シートの熱発泡性樹脂シートを、上記した自動車の構造部材に貼着し、その後、加熱により発泡させる。そして、発泡体を備える鋼板補強シートにより、自動車の構造部材を補強することができる。
また、図示しないが、本発明の熱発泡性樹脂組成物は、隣接する2つの部材の間に介在させて、90℃以下の加熱によって発泡させることにより、それらを接着することができる。
一方、特許文献1の熱膨張性カプセルを混練して、混練物として熱発泡性樹脂組成物を調製する場合に、熱膨張性カプセルには、その混練時に、剪断力(シェア)がかかるので、シェルが破壊され、コアが流出し易くなる。その結果、混練物を加熱しても、樹脂を発泡させることが困難となる場合がある。
しかしながら、本発明の発泡性樹脂粒子は、特許文献1のようなコアシェル構造でなく、熱膨張性物質が中実の樹脂に含有される構造であるので、かかる発泡性樹脂粒子に、混練時における剪断力(シェア)がかかっても、熱膨張性物質が流出することを防止することができる。
そのため、混練物を加熱すれば、樹脂組成物を確実に発泡させることができる。
図2および図3は、本発明の発泡体の製造方法の他の実施形態(通電により発熱部材を発熱させる態様)を説明するための断面図、図4は、本発明の発泡体の製造方法の他の実施形態(マイクロ波の照射により発熱部材を発熱させる態様)を説明するための断面図を示す。
なお、以降の各図において、上記した各部に対応する部材については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図1の実施形態では、熱発泡性樹脂シート1のみを上記した中空部材2の内部空間12に設置して、それらを加熱により発泡させているが、例えば、図2〜図4に示すように、発熱部材4と、発熱部材4の上に積層される熱発泡性樹脂シート1とを備える熱発泡性積層体5を上記した中空部材2の中空空間12に設置して、発熱部材4を発熱させることにより、熱発泡性樹脂シート1を加熱して発泡させることもできる。
図2〜図4において、熱発泡積層体5は、シート状をなし、発熱部材4と、発熱部材4に接触するように積層される熱発泡性樹脂シート1とを備えている。
発熱部材4は、例えば、通電、マイクロ波の照射、電磁誘導などによって発熱する発熱部6(図2において図示せず)を含んでいる。
発熱部材4が、通電により発熱する発熱部6を含む場合には、図2に示すように、例えば、発熱部材4が、発熱部6と、発熱部6を埋設する絶縁体7と、絶縁体7を被覆する金属外装板8とを備えている。
発熱部6は、例えば、電気抵抗性材料からなり、線状に複数形成されており、各発熱部6は、電源9に配線10を介してそれぞれ接続されており、電源9から配線10を介して通電されることにより発熱する。
電気抵抗性材料としては、具体的には、例えば、ニッケル・クロム合金(ニクロム)、アルミニウム・鉄合金、タングステンなどが挙げられる。好ましくは、ニクロムが挙げられる。
絶縁体7は、各発熱部6を埋設するように、シート状に形成されている。絶縁体7を形成する絶縁材料としては、例えば、雲母(マイカ)などのセラミックス材料が挙げられる。好ましくは、雲母が挙げられる。
金属外装板8は、絶縁体7の表面を被覆するように形成されており、金属外装板8を形成する金属材料としては、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウムなどが挙げられる。
そのような発熱部材4として、市販品を用いることができ、例えば、ヒーター装置(商品名「坂口スペースヒーター」、坂口電熱社製)などを用いることができる。
発熱部材4の厚みは、例えば、1〜10mmである。
そして、図2(a)に示す発熱部材4と熱発泡性樹脂シート1とを備える熱発泡性積層体5を、中空部材2の中空空間12に、金属外装板8と中空部材2とが隣接するように、設置する。なお、電源9は、上記した中空部材2の外部に配置されており、中空部材2を貫通する配線10によって、発熱部6と接続されている。
次いで、電源9から配線10を介して発熱部6に通電すると、発熱部6が発熱し、続いて、熱が絶縁体7および金属外装板8を順次伝導する。そして、金属外装板8を介して、熱発泡性樹脂シート1が加熱される。すると、図2(b)に示すように、発泡体3が形成され、これにより、形成された発泡体3によって、中空部材2の内部空間12を充填する。
通電条件では、電圧が、例えば、1〜1000V、出力が、例えば、10〜1000W、通電時間が、例えば、1〜30分間である。また、通電電流は、交流および直流のいずれであってもよく、好ましくは、交流である。
この方法によれば、熱発泡性積層体5の発熱部材4を発熱させて、熱発泡性樹脂シート1を加熱することにより、熱発泡性樹脂シート1を簡単に発泡させることができる。
さらに、上記した通電条件に設定することにより、熱発泡性樹脂シート1を上記した低温(具体的には、90℃以下)で加熱することができる。
また、図3に示す熱発泡性積層体5では、発熱部材4が発熱部6のみから形成されている。
発熱部6は、例えば、シート状に形成されており、上記と同様の電気抵抗性材料から形成されている。発熱部6は、好ましくは、ニクロム、タングステンから形成されている。
発熱部6の厚みは、例えば、0.5〜10mmである。
そして、図3(a)に示す発熱部6からなる発熱部材4と熱発泡性樹脂シート1とを備える熱発泡性積層体5を、中空部材2の中空空間12に、発熱部材4と中空部材2とが隣接するように、設置する。
次いで、電源9から配線10を介して発熱部6に上記と同様の通電条件で通電すると、発熱部材4が発熱し、熱発泡性樹脂シート1が加熱される。すると、図3(b)に示すように、発泡体3が形成され、これにより、形成された発泡体3によって、中空部材2の内部空間12を充填する。
この方法によれば、熱発泡性積層体5の発熱部材4を発熱させて、熱発泡性樹脂シート1を加熱することにより、熱発泡性樹脂シート1を簡単に発泡させることができる。
しかも、図3に示す発熱部材4は、図2に示す発熱部材4のように、発熱部材4に絶縁体7および金属外装板8を備える必要がないので、構成を簡易にすることができる。
また、図3(a)の仮想線で示すように、電源9に配線10に代えて、電磁誘導加熱装置11を設けることもできる。
すなわち、図3(a)において、電磁誘導装置11は、中空部材2の外部に配置されており、中空部材2を挟んで発熱部材4と対向配置されている。電磁誘導加熱装置11は、電磁誘導によって発熱部6を発熱する。
そして、電磁誘導装置11によって、発熱部6が電磁誘導されて、発熱部材6が発熱する。これにより、熱発泡性樹脂シート1が加熱される。すると、図4(b)に示すように、発泡体3が形成され、これにより、形成された発泡体3によって、中空部材2の内部空間12を充填する。
あるいは、発熱部材4が、マイクロ波の照射により発熱する発熱部6を含む場合には、図4に示すように、発熱部材4は、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体からなっている。
図4において、マイクロ波吸収体は、シート状をなし、マイクロ波吸収材料を含み、より具体的には、基材と、基材を被覆するマイクロ波吸収層とを備えている。
基材は、シート状をなし、そのような基材を形成する材料としては、例えば、上記した樹脂、好ましくは、熱可塑性樹脂、さらに好ましくは、PETが挙げられる。
基材の厚みは、例えば、0.1〜10mmである。
マイクロ波吸収層は、マイクロ波吸収材料からなり、基材の表面(一方の表面および/または他方の表面)に形成されている。マイクロ波吸収材料としては、例えば、導電性物質、磁性体、極性樹脂などが挙げられる。好ましくは、導電性物質が挙げられる。
導電性物質は、例えば、金属、カーボン系物質、ポリマー系物質などが挙げられる。
金属としては、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、クロム、ニッケル、錫、亜鉛、インジウム、または、それらの合金(黄銅、ステンレスなど)などが挙げられる。
カーボン系物質としては、例えば、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラックなどのカーボンブラック、例えば、天然グラファイト、合成グラファイト(人工グラファイト)などのグラファイトなどが挙げられる。
ポリマー系物質としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンスルフィドなどの共役系導電性ポリマーなどが挙げられる。
上記した導電性物質のうち、好ましくは、金属系物質が挙げられ、さらに好ましくは、アルミニウムが挙げられる。
磁性体としては、例えば、強磁性体、反磁性体などが挙げられ、好ましくは、強磁性体、さらに好ましくは、軟質磁性フェライト(ソフトフェライト)、軟質磁性鉄類が挙げられる。
極性樹脂は、例えば、シアノ基、ヒドロキシル基(水酸基)、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、塩素などの極性基を有する樹脂である。
極性樹脂としては、例えば、極性ゴム、熱可塑性極性樹脂(ゴムを除く)、熱硬化性極性樹脂などが挙げられる。好ましくは、極性ゴム、より具体的には、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)などの合成極性ゴムが挙げられる。
なお、マイクロ波吸収層が導電性物質(好ましくは、金属)から形成される場合には、マイクロ波吸収層は、例えば、スパッタリングなどの真空蒸着によって、基材の表面に形成される。
マイクロ波吸収層の厚みは、例えば、0.1〜100μmである。
そして、マイクロ波吸収体からなる発熱部材4と、発熱部材4に積層される熱発泡性樹脂シート1とを備える熱発泡性積層体5において、熱発泡性樹脂シート1を発泡させるには、熱発泡性積層体5を、発熱部材4が中空部材2に接触するように、中空部材2の中空空間12に設置して、その後、それらを公知のマイクロ波発生装置に投入する。そして、熱発泡性積層体5および中空部材2、好ましくは、発熱部材4に、マイクロ波を照射する。
マイクロ波の照射条件では、マイクロ波の波長が、例えば、100μm〜1m、周波数が、例えば、300MHz〜3THz、マイクロ波の照射出力が、例えば、100〜2,000W、照射時間が、例えば、0.2〜30分間である。
これにより、マイクロ波吸収体のマイクロ波吸収層がマイクロ波を吸収して発熱し、その熱が、熱発泡性樹脂シート1に伝導して、熱発泡性樹脂シート1が加熱され、熱発泡性樹脂シート1が発泡する。
そして、図4に示す発熱部材4は、図2および図3に示す発熱部材4のように、電源9および配線10に接続する必要がないので、構成をより一層簡易にすることができる。
さらに、上記したマイクロ波の照射条件に設定することにより、熱発泡性樹脂シート1を上記した低温(具体的には、90℃以下)で加熱することができる。
なお、上記した図4の実施形態では、実線で示すように、発熱部材4の表面に、熱発泡性樹脂シート1を積層しているが、例えば、図4の仮想線で示すように、発熱部材4を、さらに、熱発泡性樹脂シート1の表面に積層することもできる。
つまり、発熱部材4は、熱発泡性樹脂シート1の一方の表面および他方の表面の両面に積層されている。
以下に調製例、比較調製例、実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、それらに限定されない。
調製例1
(発泡性ビーズの調製)
脱イオン水700gに、第三リン酸カルシウム1.5g、α−オレフィンスルホン酸ナトリウム0.0525g、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム0.0175g、酢酸ナトリウム1.1g、および、過硫酸カリウム(10時間半減期温度71℃)0.00025gを、撹拌装置の付いた3Lのオートクレーブに仕込んだ。
別途、スチレン429.3g、アクリル酸ブチル75.8g、過酸化ベンゾイル(10時間半減期温度74℃)1.35g、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート(10時間半減期温度99℃)0.67g、および、α−メチルスチレンダイマー0.76gを混合して、モノマー溶液を調製した。
次いで、オートクレーブ内の水性媒体を400rpmで撹拌しながら、モノマー溶液をオートクレーブに投入した。次いで、オートクレーブ内を窒素置換し、密閉した後、オートクレーブを室温から85℃まで1時間で昇温した。85℃に到達後、90℃まで8時間で昇温した。昇温途中、85℃に到達してから6時間目(重合転化率90%)に、イソブタン60gを1時間かけてオートクレーブに圧入した。90℃に到達後、115℃まで2時間で昇温し、そのまま115℃で5時間保持した。その後、35℃まで冷却した。
冷却後、内容物を取り出し、水洗後、遠心分離機で脱水し、流動乾燥装置で表面に付着した水分を除去し、発泡性樹脂粒子を得た。得られた発泡性樹脂粒子100質量部に、帯電防止剤として、N,N―ビス(2−ヒドロキシエチル)アルキルアミン0.005質量部を添加して、発泡性樹脂粒子をN,N―ビス(2−ヒドロキシエチル)アルキルアミンで被覆し、発泡性ビーズAを得た。
これによって、発泡性ビーズAを調製した。
調製例2
モノマー溶液の調製において、スチレンの配合量を429.3gから404.0gに変更し、アクリル酸ブチルの配合量を75.8gから101.0gに変更し、α−メチルスチレンダイマーを添加しなかった以外は、調製例1と同様に処理し、発泡性ビーズBを調製した。
調製例3
モノマー溶液の調製において、スチレンの配合量を429.3gから454.5gに変更し、アクリル酸ブチルの配合量を75.8gから50.5gに変更し、α−メチルスチレンダイマーを添加しなかった以外は、調製例1と同様に処理し、発泡性ビーズCを調製した。
調製例4
モノマー溶液の調製において、α−メチルスチレンダイマーを添加しなかった以外は、調製例1と同様に処理し、発泡性ビーズDを調製した。
比較調製例1
市販品であるマツモトマイクロスフェアーF−36(熱膨張性マイクロカプセル、松本油脂製薬社製)を、比較調製例1の熱膨張カプセルEとして準備した。
(熱発泡性樹脂シートの作製)
実施例1、2、8〜21および比較例1
各成分を、表2〜表5の配合処方に従って、ミキシングロールにて、50℃で、回転数10min−1、10分間混練して、混練物(熱発泡性樹脂組成物)を調製した。その後、調製した混練物を、50℃、圧力50kg/cmで、5分間プレスすることにより、厚み5mmの熱発泡性樹脂シートを形成した。
実施例3〜7
混練温度およびプレス温度を、常温(20℃)に変更した以外は、実施例1と同様に処理することにより、厚み5mmの熱発泡性樹脂シートを形成した。
(評価)
(発泡性ビーズおよび熱膨張カプセルの評価)
(1) 重量平均分子量
発泡性ビーズA〜Dをテトラヒドロフランにそれぞれ溶解させて、熱膨張性物質を除去するとともに、テトラヒドロフランの0.1質量%溶液を調製し、これを下記に示すゲル・パーミエーション・クロマトグラフにて測定し、ポリスチレンの校正曲線に基づく重量平均分子量を算出した。
装置:HLC−8320GPC EcoSEC(東ソー社製)
カラム:TSK−GEL SuperH−H、2本連結
カラム温度:40℃
流量:0.6mL/分
移動相:テトラヒドロフラン
検出器:示差屈折率検出器(RID)
その結果を表1に示す。
一方、熱膨張カプセルEについては、溶液を調製すべく、テトラヒドロフランやN,N−ジメチルホルムアミドを配合したが、それらに溶けず、溶液を調製することができなかったため、正確な重量平均分子量を測定することができなかった。
(2) ガラス転移温度
発泡性ビーズA〜Dを180℃でそれぞれ熱プレスすることにより、熱膨張性物質を除去し、アクリル酸ブチル・スチレンコポリマーからなるシートを作製し、そのガラス転移温度を、昇温速度10℃/分で示差走査熱量測定により、JIS K7121−1987に基づいて測定される熱処理後の中間点ガラス転移温度として、測定した。
その結果を表1に示す。
なお、熱膨張カプセルEについては、計算の値として算出した。
(3) 揮発分量
発泡性ビーズA〜Dの揮発分量を、190℃で10分間サンプルを加熱する加熱減量法により測定した。
一方、熱膨張カプセルEの揮発分量は、カタログに記載された値に基づいて計算した。すなわち、熱膨張性カプセルE(マツモトマイクロスフェアーF−36)は、約30%の水分を含んだウエットケーキとなっており、190℃では、この水分が揮発分となり、残り70%の不揮発分中、約25%が熱膨張性物質としてカプセルに内包された低沸点の炭化水素となるため、揮発分量=[水分約30%]+[内包ガス量70%×0.25=17.5%]として、算出した。
その結果を表1に示す。
(4) かさ密度
発泡性ビーズA 1質量部を、表1に記載の所定温度の温水400質量部に投入し、10分間撹拌してそれらを発泡させた後、発泡したビーズAを温水から取り出し、水分を一昼夜、自然乾燥により除去し、100mLのメスシリンダー内に、100mLの標線位置まで充填し、その発泡したビーズAを0.1gの値まで秤量することにより、発泡後のかさ密度(g/L)を測定した。
発泡性ビーズB〜Eについても、上記と同様に、発泡後のかさ密度(g/L)を測定した。
その結果を表1に示す。
Figure 0005719730
なお、表1中、各成分において、「*」にて示す化合物を以下に詳説する。
熱膨張カプセルE*1:熱膨張性マイクロカプセル、商品名「マツモトマイクロスフェアーF−36」、発泡開始温度75〜85℃、最大膨張温度120〜130℃、平均粒子径10〜16μm、松本油脂製薬社製
80*2:計算上の値
0.01〜0.016*3:体積分率の粒径分布カーブにおける累積50%の値(D50
47.5*4:計算上の値
(熱発泡性樹脂シートの評価)
(1) ムーニー粘度
上記した混練物の調製において、発泡性樹脂粒子を配合せずに、それら以外の成分を混練して得られた混練物について、ムーニー粘度(ML1+4、100℃)を測定した。その結果を表2〜表5に示す。
実施例16〜19については、過度に硬かったため測定できなかった。
(2) 密度および発泡倍率
上記により得られた厚み5mmの熱発泡性樹脂シートを、直径19mmの円形状に打ち抜いてサンプルを作製し、その後、作製したサンプルを、65℃のオーブンに投入して、30分間加熱することにより、サンプルを発泡させて、発泡体を得た。
発泡前後(発泡前のサンプルおよび発泡後の発泡体)の密度を、JIS Z8807に準拠してそれぞれ測定し、それらから発泡倍率を算出した。それらの結果を表2〜表5に示す。
(3) 発泡直後の発泡充填性
上記により得られた厚み5mmの熱発泡性樹脂シートを、長さ50mm、幅20mmのサイズに切り取ってサンプル(1)を作製し、その後、作製したサンプル(1)を、図5(a)に示すサイズ(長さ50mm、幅25mm)の試験鋼板(2)の間において、下側の試験鋼板(2)の上面の中央に載置した。
その後、それらを、65℃のオーブンに投入して、30分間加熱することにより、図5(b)に示すように、サンプル(1)を発泡させて、発泡体(3)を得た。
そして、試験鋼板(2)の間における発泡体(3)の発泡充填性を目視にて下記の基準にて評価した。その結果を表2〜表5に示す。
(評価基準)
○:発泡充填性が良好であった。
×:隙間(未充填部分)があり、発泡充填性がやや不良であった。
(4) 80℃で100時間保存後の充填性
上記(3)と同様にして得られた発泡体を、80℃で100時間保持し、試験鋼板(2)の間における発泡体(3)の充填性を目視にて下記の基準にて評価した。その結果を表2〜表5に示す。
(評価基準)
○:発泡体(3)が試験鋼板(2)の間を充填したまま、隙間ができなかった。
△:発泡体(3)が収縮し、隙間ができた。
×:熱発泡性樹脂が発泡しなかったため、測定することができなかった。
Figure 0005719730
Figure 0005719730
Figure 0005719730
Figure 0005719730
なお、表2〜表5中、熱発泡性樹脂組成物の配合処方の欄の数値は、各成分の質量部数を示す。
また、表2〜表5中、各成分において、「*」にて示す化合物および評価を以下に詳説する。
ポリイソブチレンゴム*1:商品名「Oppanol B50」、重量平均分子量(GPC:標準ポリスチレン換算値)340000、密度0.92g/cm、BASF社製
ポリイソブチレンゴム*2:商品名「Oppanol B12」、重量平均分子量(GPC:標準ポリスチレン換算値)51000、密度0.92g/cm、BASF社製
シリコーンゴム*3:商品名「KE−550−U」、密度1.21g/cm、信越シリコーン社製
シリコーンゴム*4:商品名「KE−951−U」、密度1.14g/cm、信越シリコーン社製
EPDM*5:商品名「EPT9090M」、ジエン含有量14.2%、三井化学社製
EPDM*6:商品名「EPT4045」、ジエン含有量8.0%、三井化学社製
EPDM*7:商品名「EPT1045」、ジエン含有量5.0%、三井化学社製
天然ゴム*8:商品名「INT3RSS Small Bale」、素練ゴム、Teck Bee Hang社製
SBR*9:スチレン・ブタジエンゴム、商品名「タフデン2003」、スチレン含有量25質量%、ムーニー粘度33(ML(1+4)100℃)、旭化成社製
BR*10:ブタジエンゴム、商品名「JSR BR01」、ムーニー粘度45(ML(1+4)100℃)、JSR社製
NBR*11、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、商品名「Nipol DN219」、ニトリル含有量33.5質量%、ムーニー粘度27(1+4)100℃)、日本ゼオン社製
エポキシ樹脂*12:商品名「エピコート♯834」、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量230〜270、密度1.18g/cm、JER社製
エポキシ樹脂*13:商品名「PKHM−301」、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ガラス転移温度45℃、重量平均分子量39000、ガラス転移温度45℃、InChem社製
石油系樹脂*14:商品名「ペトロタック 90HM」、C5脂肪族/C9芳香族共重合石油樹脂、軟化点88℃、東ソー社製
硫黄*15:微粉硫黄、200メッシュ、細井化学工業社製
酸化亜鉛*16:平均粒子径0.24〜0.3μm
2−メルカプトベンゾチアゾール*17:商品名「ノクセラーM」、大内新興化学社製
ジベンジルジチオカルバミン酸亜鉛*18:商品名「ノクセラーZTC」、大内新興化学社製
ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛*19:商品名「ノクセラーPZ」、大内新興化学社製
アミン化合物*20:商品名「ノックマスターEGS」、大内新興化学社製
ムーニー粘度*21:100℃のムーニー粘度、自動ムーニー粘度計「AM−1」(東洋精機製作所社製)にて測定
密度*22:JIS Z8807に準拠して測定
発泡倍率*23:体積発泡倍率=発泡前のサンプルの密度/発泡後の発泡体の密度
発泡直後*24:65℃で30分間発泡直後
1 シート(熱発泡性樹脂組成物、熱発泡性樹脂シート)
2 試験鋼板(中空部材)
3 発泡体
4 発熱部材
5 熱発泡性積層体

Claims (12)

  1. 発泡性樹脂粒子と樹脂組成物とを含有し、
    前記発泡性樹脂粒子は、中実の樹脂に発泡剤が含有され、
    前記中実の樹脂が、スチレン系モノマーと、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとの共重合体であり、
    前記(メタ)アクリル酸アルキルエステルの配合割合は、前記(メタ)アクリル酸アルキルエステルおよび前記スチレン系モノマーの総量に対して、5質量%以上、50質量%以下であり、
    前記樹脂の重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフによる標準ポリスチレン換算値で、50万以下、5万以上であり、
    前記発泡性樹脂粒子は、70℃の温水に浸漬して発泡させた後のかさ密度が、15〜100g/Lであることを特徴とする、熱発泡性樹脂組成物。
  2. 90℃以下で発泡することを特徴とする、請求項1に記載の熱発泡性樹脂組成物。
  3. 65℃で30分加熱して発泡させた発泡体の密度が、0.05〜0.75g/cm3であることを特徴とする、請求項1または2に記載の熱発泡性樹脂組成物。
  4. 前記発泡性樹脂粒子の配合割合が、前記樹脂組成物100質量部に対して、0.1〜350質量部であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の熱発泡性樹脂組成物。
  5. 前記樹脂組成物が、ゴム、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含有していることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の熱発泡性樹脂組成物。
  6. 前記ゴム、前記熱可塑性樹脂および/または前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度が、50℃以下であることを特徴とする、請求項に記載の熱発泡性樹脂組成物。
  7. さらに、架橋剤を含有することを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の熱発泡性樹脂組成物。
  8. さらに、架橋促進剤を含有することを特徴とする、請求項に記載の熱発泡性樹脂組成物。
  9. 請求項1〜のいずれか一項に記載の熱発泡性樹脂組成物が、シート状に形成されていることを特徴とする、熱発泡性樹脂シート。
  10. 請求項1〜のいずれか一項に記載の熱発泡性樹脂組成物を加熱して発泡させることにより得られることを特徴とする、発泡体。
  11. 請求項1〜のいずれか一項に記載の熱発泡性樹脂組成物を加熱して発泡させることを特徴とする、発泡体の製造方法。
  12. 90℃以下の温度で加熱することを特徴とする、請求項11に記載の発泡体の製造方法。
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