JPH0381346A - ポリスチレン発泡体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二酸化炭素のみである発泡剤により製造され
たポリスチレン発泡体に関する。本発明は、又発泡剤と
して二酸化炭素のみを利用するこのポリスチレン発泡体
を製造する方法を含む。本発明は、特に約′０．５イン
チよりうすい厚さを有するポリスチレン発泡体のシート
を製造するの−に％に適している。

〔従来の技術〕

特にシートの形のポリスチレン発泡体は、現在下記の望
筐しくない特徴の一つ以上を有する又は生じさせる任意
の数の発泡剤から製造される。揮発性、可燃性、劣った
熱成形の特徴、剛い発泡体シートの物理的性質、高いコ
スト又はオゾン層に対する有害な作用。これらの発泡剤
の例は、脂肪族炭化水素及び十分に又は部分的にハロゲ
ン化された炭化水素。

成る人々は、二酸化炭素と他の発泡剤例えば脂肪族炭化
水素又は十分に或いは部分的にハロゲン化された炭化水
素とのブレンドについて実験している。この例は、米国
特許第４３４４７１０及び４４２４２８７号に見られる
。しかし、これらの特許は、１（１０）φ二酸化炭素発
泡剤の使用は、極端な揮発性のため、連続且つ直接射出
発泡体シートの製造にはうまく用いられないと述べてい
る（それぞれ欄ｌ、４２〜４５行及び４９〜５５行）。

これらの材料の使用は。

波形及び表面の欠点を生じさせると述べている。

他の人々は、正確且つ精密なやシ方で溶融樹脂装入物例
えばポリスチレンに気体状発泡剤例えば大気を定量して
送入する方法及び装置を開発している。この一つの例は
、米国特許第４４７０９３８号に見られる。この特許の
装置は、供給気体源にニジ起動力を与えられる自由なピ
ストン・シリンダーの組合わせを用いて溶融樹脂中に気
体状発泡剤の分割した均一の容積の装入物を定量して送
入する。

代表的な現在の工業的ポリスチレン発泡体シート押出し
法は、タンデム押出し法（直列の２個の押出機）を用い
る。

第一の押出機は１重合体を溶融して重合体溶融物を生成
する。高圧の定量ポンプが次に第一の押出機の終シで重
合体溶融物に発泡剤を加え、そこで混合が第二の押出機
（発泡剤及び重合体溶融物の後続の混合及び冷却が生ず
る）に入る前に始する。第二の押出機を出た後に、重合
体溶融物は次に環状のダイを通シそして発泡体の構造と
なる。環状の管の形状の発泡体の構造は、次に成形マン
ドレル上に延ばされる。マンドレルを出る環状の管は、
次に切られ開かれて、次に１本以上のロール上に集めら
れるシートを形成する。シートを次にエージングしそし
て次に発泡体シート包装物品に熱成形する。

単独の発泡剤としての二酸化炭素の使用は、他の発泡剤
並びに他の発泡剤と二酸化炭素とのブレンドの問題の多
くを避けることができる。液体の形の二酸化炭素の使用
は、気体を取り扱う問題を避けることができる。

〔発明の概要〕

従って、本発明は二酸化炭素好１しくは液体二酸化炭素
によってのみ発泡したポリスチレン発泡体並びにこのよ
りなポリスチレン発泡体を作るのに必要な方法である。

本発明は、熱成形の目的のための有利な物理的性質を有
するポリスチレン発泡体シートを作るのに特に適してい
る。

本発明は、発泡剤としての二酸化炭素及びスチレン系重
合体から作られた熱可塑性発泡体であり、熱可塑性発泡
体は、機械方向及び横方向の一両者において外界条件下
で長期間約５蝿以上の引張伸び値を有する。

本発明は、又発泡剤としての二酸化炭素と溶融スチレン
系重合体との発泡可能な混合物である。

さらに、本発明は、スチレン系重合体を溶融し、次に二
酸化炭素よシ主としてなる発泡剤を溶融スチレン系重合
体に連続的且つ直接導入し、次にスチレン系重合体及び
二酸化炭素を緊密に混合し、次いで熱可塑性発泡体を形
成するために低圧の領域に約１５０℃より低いダイ温度
で混合物を押出しそして発泡させることによシ、熱可塑
性発泡体（及び発泡可能な混合物）を製造する方法であ
る。

最後に、本発明は又本発明の方法によシ作られた熱可塑
性発泡体を含む。

本発明の熱可塑性発泡体及び方法は、熱成形の目的に熱
可塑性発泡体シートを作るのに特に適している。

第１及び２図は、発泡剤として二酸化炭素（Ｃｏｗ）及
びジクロロジフルオロメタン（ＣＦＣ−１２）により製
造された発泡体に関するそれぞれ機械方向及び横方向の
引張伸び値である。

第３図は、オープン中の３ｓの異る滞留時間に訃ける発
泡体シートの後膨張の実験である。

本発明で有用な重合体は、単量体の繰返し単位として最
終の樹脂に少くとも７０重ｔｅｓのスチレン単量体を混
入した重合体、共重合体及びインターポリマーである。

これは、他の重合体例えばスチレン単量体繰返し単位の
要件を有するスチレンアクリロニトリル、スチレンアク
リル酵、他の周知の同等物及びブレンドを含む。本発明
の目的にとりこれら有用な重合体はスチレン系重合体と
される。好オしい材料は、スチレン系ホモポリマーであ
る。

用いられる発泡剤は、通常市販されている二分化炭素で
あろう。本明細書の目的のためこのよりな二酸化炭素は
、たとえこの二酸化炭素が少量の不純物又は少量の他の
化合物を含んでいても、１（１０）％二像化炭素として
規定されより。

二酸化炭素は、好ましくは液体の形で重合体溶融物に加
えられるが、ガス状の形の二渋化炭素の使用も本発明の
実施に行うことができる。

ポリスチレン発泡体シートの製造用のタンデム押出し法
の使用は代表的であるが、しかし必要ではない。このよ
りな方法は、−次押出機、−次押出機への発泡剤添加シ
ステム、二次押出機、環状ダイ、冷却マンドレル、シー
トカッター又はスリッター及びシート集積装置例えばロ
ール及びワインダーを含む。

しかし、この厳密な装置の設置は、本発明の方法では必
要とされない。

添加物例えば顔料、核形成剤及び従来周知の他の添加物
が本発明のポリスチレン発泡体に加えられる。核形成剤
の添加が一般に好ましくそしてポリスチレン全重量の０
．０２〜１０％の量で加えられる。好まし−〈は核形成
剤の−ａＦｓ。

０．２〜２φでめる。一つの従来の核形成剤はタルクで
ある。

ポリスチレン発泡体シートは、発泡剤として１（１０）
φ二Ｎ化炭素を用いて製造でき、ただし成る変更がポリ
スチレン発泡体シートの取扱い及び製造になされる。好
筐しくは、二酸化炭素は溶融樹脂に連続且つ直接導入又
は注入される。

好１しくは、二酸化炭素は、高圧液体として連続且つ直
接注入される。

約０．０３２〜０．１６も４−（１立方フイート当シ２
〜１０ボンド）好ましくは約０．０４８〜０．０９６９
ｋｍ’　（３〜６ＰＣＦ）の範囲の密度を有する発泡体
シートを製造するために、０，５〜６重量悌好１しくは
１〜４重ｆｆｉ％の二酸化炭素が重合体の重量当り要求
される。すべての方向にかけるセルの太きさけ、１ｆｉ
以下そして好１しくけ約０．５　ｖｍ以下である。発泡
体シートの厚さは、好甘しくけ約１．２７ｃＩｒＬ（約
０．５インチ）以下そしてさらに好甘しくは約０．６４
鋼（約０．２５インチ）以下である。

〉４：１のドローレシオ（ｄｒａｗ　ｕｐ　　ｒａｔｉ
ｏ　）　（即ち発泡体がダイを出た後のマンドレル上の
発泡体の引伸ばし）を有することが可能である。少くと
も２．０　：　１のドローレシオを有することが好筐し
い。

ダイにおける発泡温度は、１５０℃以下そして好！シ〈
は１３０〜１４５℃である。熱可塑性発泡体は、低い圧
力の帯好壕しくは大気圧の空気中に押出しそして発泡す
る。

ポリスチレン発泡体シートを直ちに用いることは可能で
あるが、発泡体シートを熱成形する前に成る期間通常食
くとも約２０時間ポリスチレン発泡体シートをエージン
グするのが好筐しい。これは、空気をセル中に逆拡散す
る時間である。それは、又引張伸び値を実質的に一定に
するだろう。これは、熱成形されるポリスチレン発泡体
シートに均一な熱成形特性をもたらすだろう。

長期間にわたって実質的に一定の引張伸び値が得られ、
発泡体シートの最低のエージングは、発泡体シートを熱
成形するのにさらに一定の結果そしてスクラップのよシ
少いさらに一定の生成物を生じより。引張伸び値は、好
ましくは５那以上であυそして長期間５％以上のままで
あシ、それ故発泡体シートの引張伸び値の５％以下で劣
化又は値の変化について悩むことなく、熱成形前長期間
発泡体シートの貯蔵を可能にする。

引張伸び値（ｔｅｎｓｉｌｅ　ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ　
ｖａｌｕｅｓ　）は。

Ａｍｅｒｉｃａｎ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｔｅｓｔ
ｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＡＳＴＭ）によ
り発行された方法ＡＳＴＭ　Ｄ　６３８ｒ　Ｔｏｎｓｉ
ｌｓ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｐｌａｓｔｉｃａ
Ｊ　　に従って求められる。用語機械又は押出し方向、
横断又は横方向及び垂直方向は、それらの正常且つ従来
のやシ方で用いられる。

本発明の発溶体シートの引張伸び値は完全に一定ではな
いが、それらは実質的に一定であシそして熱成形にとり
さらに重要なことには、引張伸び値は長期間５％の値以
上の１′４１である。一般にこれらの値が５嘩以下に低
下したとき、発泡体シートは熱成形にとシ余シに剛くな
る。

熱成形温度は、十分に又は部分的にハロゲン化したクロ
ロフルオロカーボン又は炭化水素により発泡したポリス
チレン発泡体シートのそれよりもやや高くなるだろう。

それば、ＣＯ２が主として溶媒作用をもたらさず、その
作用は通常熱歪み温度を低下させ、それ故発渭体の壁の
溶融強さを再加熱によシ低下させるからである。１（１
０）％ｃｏ、により発泡したポリスチレン発泡体シート
は、熱成形中２０〜５０％の範囲で後膨脹できる。ポリ
スチレン発泡体シートは、発泡体シートの注意深くコン
トロールした熱成形前の少くとも２０時間エージングさ
れることが好ましい。

〔実施例〕

ポリスチレン発泡体シートを、タンデム押出しラインで
製造し、約３（１０）．（１０）０の重量平均分子量を
有するポリスチレン樹脂が第一の押出機で溶融されそし
て二酸化炭素が高圧の液体として連続且つ直接、液体と
して第一の押出機の終りに注入される。押出棒へ二酸化
炭素をもたらすポンプヘッドは、液体窒素により約−１
７，８℃（約０７）に冷却されて蒸気ロックを排除しそ
してポンプの能率を改善する。二酸化炭素は、ポンプの
低圧側又は吸引側で質量流量計を用いて定量される。用
いるｃｏ、のφの確認は、又ｃｏ２を保持している貯蔵
シリンダーからのＣｏ２の重量損失を測定することによ
りなされる。

この例及び比較例（従来通シジクロロジフルオロメタン
（ＣＦＣ−１２）により発泡されたもの）の結果を表１
に示す。重量は重合体重量による重量多である。熱成形
は、ミート・トレイを形成するのに代表的なやシ方で行
われた。

表 １ 発沖体シート及び押出し法のパラメーター１（１０）係
ＣＯ２ 対 ＣＦＣ−１２ 発泡剤（重ｔ％） ５．０ ５ タルク（重希嘩） ０．７ ０．５ シートゲージ（ミル） ２０ ３０ ダイ溶融淵席（℃） ５０ ４４ ドローレジ第 ３．５　：　１ ＆５：１ 押出轡圧力〔時／ｃｒｒ？　（ｐｓｉ　）　］８（１０
） ７（１０） シート・エージング時間（日） 熱成形ｉｐ％後膨脹 ４ ０ 用いた工具 ミート・トレイ ミート・トレイ 表１から分るよりに、十分にハロゲン化したクロロフル
オロカーボンＣＦＣ−１２により発泡した発泡ポリスチ
レン発泡体シートと大体同じ厚さ及び同じ密度を有する
発泡体シートを製造するためによシ少い量の二酸化炭素
を用いることができる。さらにこれらの条件下で１（１
０）％ＣＯ２発泡剤から製造された発泡体シートは、脂
肪族炭化水素及び十分に又は部分的にハロゲン化した炭
化水素により製造された発泡体シートのそれと同様な滑
かなしかも均一の表面を有する。

機械方向の１（１０）％ＣＯ２発泡の発泡体シートに関
するセルの大きさの代表的なセットは０．３９ｗｍであ
シ、横方向は０．３３ｍ＋でありそして垂直方向は０．
２８ｍである。ＣＦＣ−１２２発泡発泡体シートでは、
代表的なセルの大きさは、機械方向で０．２８ｍ、横方
向で０．３３ｍｍそして垂直方向で０．２２簡である。

第１及び２図は、異る例及び比較例（ＣＯ，発泡の発泡
体シートについて約０．０８２　ｆ／ａｔ？　（５，１
ＰＣ？）そしてＣＦＣ−１２発泡のシートについて約０
．０８６　ｆ／ｃｍ’　（５，４ＰＣＦ）の密度）につ
いて、又発泡剤として二酸化炭素のみ用いて発沖体シー
トを製造したとき、予想されない利点を示す。利点は、
機械（第１図）及び横（第２図）方向の伸び叫が殆んど
一定の１１か、又はせいぜい悪くて短い最初のエージン
グ期間後僅かに低下するに過ぎないことである。

第１及び２図が示すよりに、引張伸び値はＣＯ！発泡の
発泡体シートでは実質的に一定のま！であり、２４〜３
１３時間の間機械方Ｈでは９．３％の変化に過ぎず、同
一の期間横方向では７．４多の変化に過ぎない。

対照的に、発泡剤としてＣＦＣ−１２を用いたとき、伸
び％は、同じ短い最初のエージング期間後同じ期間で急
激且つ実質的に低下した。第１及び２図は、ＣＦＣ−１
２２発泡発泡体は、１８，５〜３３０時間の間機械方向
に２９．Ｏ多そして横方向に１５．２％変化したことを
示す。

又第１及び２図において、両方の方向における伸び予は
、二酸化炭素が発泡剤として用いられたときにのみ、長
期間５多以上である。

ｃｏ！発泡体シートは、３１３時間のエージングの後６
．８多の機械方向の引張伸び及び６．３％の横方向の引
張伸びを示す。ＣＦＣ−１２２発泡発泡体は、４．４％
の機械方向の引張伸び及び３．０％の横方向の引張伸び
を有する。

５多より低い引張伸び値は、一般に剛いと考えられ、熱
成形の目的に合わないと考えられているう長期間の間早
い速度で変化する発泡体シートに関する引張伸び値は、
発泡体シートを熱成形するときに関する決定を困難にし
、さらに引張伸び値が５ｅＩｂより小さいとき発泡体シ
ートは剛くなシそして熱成形が困難又は不可能になる。

本発明の生成物は、一定のま１か又はせいぜい悪くても
長期間にわたって僅かに低下する伸び値を有する。これ
は、第１及び２図に示したよりに、ロールで貯蔵されそ
して熱成形されるのを待っている発泡体シートが、３０
時間時点で１６０時間時点と同じ伸び値を大体有するこ
とを意味する。これは、ジクロロジフルオロメタン及び
他のタイプの炭化水素及び十分に又は部分的にノ・ロゲ
ン化した炭化水素の発泡剤にょう生成される発泡体シー
トでは真実ではないっ波形 殆んど又は全く波形を有しないＣＯ，によシ発泡した約
０．０４８〜０．０９６　ｆ／ａｒｔ”　（３〜６ＰＣ
Ｆ）発泡体シートを作ることが本発明では又可能である
。

定義の目的のため、「殆んど又は又く波形がない又は非
波形」ハ、ピークと谷との厚さの値が平均化されること
を意味し、全体の平均が、ピーク及び谷の平均を平均す
ることにニジ求められ、そして全体の平均とピーク及び
谷の平均との間の差が約１５％より小さいことを意味す
る。

表２において、シート１．２及び３は３．５：１のドロ
ーレシオを有する。重量％ＣＯ，はシート１についてｚ
３、シート２について２．．０そしてシート３では１，
３である。ダイ温度はシート１では１４６℃、シート２
では１４１℃そしてシート３では１４４℃である。

表　　２ ４１ ５４ ７１ ２７ ４ ０１ ０８ ９ ０５ ０５ ０８ ０３ 平均　　平均　　平均　　平均　　平均　　平均１４８
　　９８　　１０５　　８８　　８８　　８９ピーク及
び谷の平均 ２３ 平均に基づく差 ２０多 ６５ ８．８％ ８８．５ ０．６％ 表２から分るよりに、ミル（０，（１０）１インチ）の
値により、シート１の波形は２０％である。この波形は
肉眼で確認されそしてこのレベルの波形はこのシートを
多くの熱形成操作に不適当とする。シート２及び３は使
用可能である。

分るよりに波形はそれぞれ８．８及び０．６％であジ、
十分に１５％のしくルより低い。シート１及びシート２
及び３の差は、肉眼で分りそして測定は肉眼上の現実を
確証する。

これらの例で明らかなよりに、波形は、１（１０）％二
酸化炭素を発泡剤として用いたとき、ダイの温度及び発
泡剤の量をコントロールすることによシ最小にできるか
又は防ぐことができる。

後膨脹（熱成形） 二酸化炭素によシ発泡し、約０．０８９／ｉ　（５，０
ＰＣＦ）及び厚さ１（１０）ミルのポリスチレン発泡体
シートを、熱成形機で卵カートンに熱成形する。熱成形
される前に発泡体シートを、第３図に示されるよりに５
．６又は７秒間オーブン中で加熱する。オーブン温度は
、オーブンの底部で約２６０℃（約５（１０）下）そし
てオーブンの頂部で約３１０℃（約６（１０）下）であ
る。

第３図は、パフ又は後膨脹の嘩がオーブン中の時間の量
に鋭敏であるが、一般にパフのｉは約２０〜５０多であ
ることを示している。

本発明は好ましい態様について記述された。しかし、当
業者が容易に理解するよりに、本発明の舜旨及び範囲か
ら離れることなく、変更又は変化が行えることは理解さ
力るべきである。これらの変更及び変化は、請求の範囲
の範囲内にあるものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１及び２図は発沖剤として二酸化炭素（ＣＯ２）及び
ジクロロジフルオロメタン（ＣＦＣ−１２）にエリ製造
された発泡体に関するそれぞれの榊械方向及び横方向の
引張伸び値である。 第３図は、オーブン中の３秤の弄る滞留時間に釦ける発
泡体シートの後膨脹の実験である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）（ａ）スチレン系重合体；及び （ｂ）本質的に二酸化炭素よりなる発泡剤 を含む熱可塑性発泡体であつて、 機械方向及び横方向の両者において外界条件下で長時間
   約５％以上の引張伸び値を有することを特徴とする熱可
   塑性発泡体。 （２）熱可塑性発泡体が、最初のエージング時期後機械
   方向及び横方向の両者において外界条件下で長期間実質
   的に一定の引張伸び値を有する請求項１記載の熱可塑性
   発泡体。 （３）外界条件下で機械方向及び横方向の何れかで実質
   的に一定の引張伸び値が、２０時間の最初のエージング
   時期後約１５％以下変化する請求項２記載の熱可塑性発
   泡体。 （４）熱可塑性発泡体が約１５％より少い波形を有する
   請求項１記載の熱可塑性発泡体。（５）熱可塑性発泡体
   がシートの形である請求項１記載の熱可塑性発泡体。 （６）熱可塑性発泡体が約０．０３２〜０．１６ｇ／ｃ
   ｍ＾３（１立方フィート当り２〜１０ポンド）の密度を
   有する請求項１記載の熱可塑性発泡体。 （７）熱可塑性発泡体が約０．０４８〜０．０９６ｇ／
   ｃｍ＾３（１立方フィート当り３〜６ポンド）の密度を
   有する請求項６記載の熱可塑性発泡体。 （８）熱可塑性発泡体が約１．２７ｃｍ（約０．５イン
   チ）よりうすい厚さを有する請求項５記載の熱可塑性発
   泡体。 （９）熱可塑性発泡体が約０．６４ｃｍ（約０．２５イ
   ンチ）よりうすい厚さを有する請求項８記載の熱可塑性
   発泡体。 （１０）熱可塑性発泡体が、すべての方向で約１ｍｍよ
   り小さいセルの大きさを有する請求項１記載の熱可塑性
   発泡体。 （１１）熱可塑性発泡体が、すべての方向で約０．５ｍ
   ｍより小さいセルの大きさを有する請求項１０記載の熱
   可塑性発泡体。 （１２）熱可塑性発泡体が少くとも２．０：１のブロー
   レシオを有する請求項１記載の熱可塑性発泡体。 （１３）熱可塑性発泡体が熱成形前加熱により２０〜５
   ０％膨脹する請求項１記載の熱可塑性発泡体。 （１４）熱可塑性発泡体が、ダイから押出されそして発
   泡した直後、スチレン系重合体の重量当り０．５〜６重
   量％の量で存在する二酸化炭素を有する請求項１記載の
   熱可塑性発泡体。 （１５）（ａ）溶融スチレン系重合体；及び（ｂ）本質
   的に二酸化炭素よりなる発泡剤 を含む発泡可能な混合物。 （１６）発泡可能な混合物が核生成剤を含む請求項１５
   記載の発泡可能な混合物。 （１７）発泡可能な混合物が、スチレン系重合体の重量
   当り０．５〜６重量％の量で存在する二酸化炭素を有す
   る請求項１６記載の発泡可能な混合物。 （１８）（ａ）スチレン系重合体を溶融する工程；（ｂ
   ）本質的に二酸化炭素よりなる発泡剤を溶融したスチレ
   ン系重合体に連続的且つ直接導入する工程；（ｃ）スチ
   レン系重合体と二酸化炭素とを緊密に混合する工程；及
   び （ｄ）約１５０℃より低いダイ温度で混合物を低い圧力
   の領域に押出しそして発泡させて熱可塑性発泡体を形成
   する工程 を包含してなる熱可塑性発泡体を製造する方法。 （１９）二酸化炭素が液体として重合体溶融物に導入さ
   れる請求項１８記載の熱可塑性発泡体を製造する方法。 （２０）二酸化炭素が、重合体の重量の０．５〜６重量
   ％の量で液体として重合体溶融物に連続的且つ直接導入
   される請求項１９記載の熱可塑性発泡体を製造する方法
   。 （２１）熱可塑性発泡体を物品に熱成形する工程を含む
   請求項１８記載の熱可塑性発泡体を製造する方法。 （２２）熱可塑性発泡体を、工程（ｄ）直後約２．０：
   １より大きいブローレシオを有する成形マンドレルを通
   す工程を含む請求項１８記載の熱可塑性発泡体を製造す
   る方法。 （２３）熱可塑性発泡体が、最初のエージング期間後機
   械方向及び横方向の両者において外界条件下で長期間実
   質的に一定の引張伸び値（ここで引張伸び値は機械方向
   及び横方向の両者において外界条件下で長期間約５％以
   上である）をもつまで、工程（ｄ）後そして熱成形前に
   、熱可塑性発泡体をエージングする工程を含む請求項１
   ８記載の熱可塑性発泡体を製造する方法。 （２４）スチレン系重合体がポリスチレンである請求項
   １８記載の熱可塑性発泡体を製造する方法。 （２５）工程（ｄ）のダイ温度が１３０℃〜１４５℃で
   ある請求項１８記載の熱可塑性発泡体を製造する方法。 （２６）請求項１８記載の方法により製造された熱可塑
   性発泡体。