JPH08501810A - ポリスチレン発泡体及びその製法 - Google Patents

ポリスチレン発泡体及びその製法

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Abstract

(57)【要約】 発泡剤として二酸化炭素を使用し、さらに二酸化炭素発泡剤及び吸熱剤の重量の合計に基づく1−30重量%の吸熱剤例えば水を使用する、ひだの少ない改良されたポリスチレン発泡体が開示される。二酸化炭素及び吸熱剤のこの組合せは、処理量を含む工程のパラメータが二酸化炭素のみの使用に等しいとき、熱可塑性発泡体のひだを減少させ、一方僅かに密度を増大させる。方法は、又二酸化炭素のみの使用に比較するとき、大体等しいひだのレベルで同じ密度の熱可塑性発泡体の発泡温度を上げしかも方法の処理量を高める。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリスチレン発泡体及びその製法 技術分野 本発明は、発泡剤として吸熱剤及び二酸化炭素により製造した改良したポリス チレン発泡体に関する。本発明は、又唯一の発泡剤として吸熱剤及び二酸化炭素 を利用する改良されたこのポリスチレン発泡体を製造する方法に関する。本発明 は、特に0.5インチより薄い厚さを有するポリスチレン発泡体シートを製造す るのに好適である。 背景技術 ポリスチレン発泡体、特にシートの形のものは、現在、以下の望ましくない特 徴、即ち揮発性、可燃性、貧弱な熱成形性、脆い発泡体シートの物理的性質、高 コスト又はオゾン層への有害な効果の1種以上を有するか又は生ずる任意の発泡 剤から製造される。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を含むだろう。 或るひとは、二酸化炭素及び他の発泡剤例えば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のブレンドについて経験している。この例は 、米国特許第4344710及び4424287号に見ることができる。しかし 、これらの特許は、100%の二酸化炭素発泡剤の使用は、極端な揮発性のため に、連続的な直接射出成形発泡体シートの製造にうまく使用できないと述べてい る(それぞれ、1欄、42−45行及び49−55行)。これらの物質の使用は 、ひだ及び表面の欠点を生じさせると云われる。 他のひとは、正確且つ精密なやり方で、溶融した樹脂原料例えばポリスチレン 中に気体状の発泡剤例えば空気を計量する方法及び装置を開発した。この一つの 例は、米国特許第4470938号に見ることができる。この特許の装置は、供 給気体源による力を認識する自由に動くピストン−シリンダの組合せを使用して 、溶融樹脂中に気体状の発泡剤の分割した均一の容積測定の原料を計量する。 なお、他のひとは、米国特許第4455272号において、ポリスチレン、核 生成剤、物理的発泡剤及び水を押し出すことにより、ポリスチレン発泡体を形成 し、その際、物理的発泡剤及び水が発泡剤として別々に又はともに押し出し機中 に注入された。製造された生成物は、発泡体の膜の間の結合点で小さい気泡を有 する。特許は、この発泡体を製造する押し出し方法は、当業者に周知であり、従 来周知の物理的発泡剤例えばプロパン、直鎖及びイソブタン、全ての異性体状の ペンタン及びヘキサン及びフレオン11、トクロロフルオロメタン及びフレオン 12、シクロロシフルオロメタンにより例示されるハロゲン化炭化水素を含む低 級炭化水素及びハロゲン化炭化水素に通常基づくが、又或る場合には、化学的発 泡剤が使用されることをのべている。水が、低密度発泡体の製造に過剰な量の蒸 気圧をもたらし、さらに多量の蒸発による冷却を生じさせることも特許に記載さ れている。使用される水の量は、樹脂に基づき0.5−5重量%に及ぶ。特許は 、又タルクの量は、樹脂に基づき0.01−0.3重量%の範囲内でなければな らないことを述べている。0.3重量%より多いと、低い圧縮強さをもたらす非 常に小さい気泡構造を有する生成物を生ずる。 代表的な現在の工業的なポリスチレン発泡体シート押し出し法は、タンデム押 し出し法(シリーズで2台の押し出し機)を使用する。第一の押し出し機は、重 合体を溶融して重合体溶融物を生成する。高圧の計量ポンプは、次に第一の押し 出し機の末端で重合体溶融物へ発泡剤を伝達し、そこで、混合が、発泡剤及び重 合体溶融物の次の混合及び冷却が生ずる第二の押し出し機に入る前に開始される 。第二の押し出し機を出た後、重合体溶融物は、次に環状のダイを通りそして発 泡体構造物となる。環状の管の形の発泡体構造物は、次に成形マンドレルの上で 延伸される。マンドレルを出た環状の管は、次いで切断され開かれて、1本以上 のロール上に次に集められるシートに成形される。シートは、次にエーシングさ れそして次いで発泡体シート包装物品に熱成形される。 唯一の発泡剤としての吸熱剤及び二酸化炭素の使用は、他の発泡剤及び他の発 泡剤と二酸化炭素とのブレンドの問題の多くを避ける。液状の形の二酸化炭素の 使用は、気体の取扱の問題を避ける。 発明の開示 本発明の方法は、二酸化炭素のみを使用して生成した同じような熱可塑性発泡 体より大きな密度及び小さいひだを有する熱可塑性発泡体を生成できる。それは 、又高いダイ温度で、二酸化炭素のみを使用して生成した同じようにひだのよっ た熱可塑性発泡体を生成する同じ方法で、熱可塑性発泡体に同じひだを有する低 い密度を有する多量の熱可塑性発泡体を生成できる。又、同じプロセス条件下で 、本発明の熱可塑性発泡体は、同じ密度で二酸化炭素のみを使用して生成した同 じような熱可塑性発泡体より少ないひだを有する。 従って、本発明は、二酸化炭素及び吸熱剤好ましくは液状の二酸化炭素のみに より発泡したポリスチレン発泡体であり、このポリスチレン発泡体を製造するの に必要な方法である。 本発明は、熱成形の目的のために有利な物理的性質を有するポリスチレン発泡 体シートを製造するのに特に適している。 本発明は、二酸化炭素、二酸化炭素及び吸熱剤の全重量に基づいて1−30% の吸熱剤、並びにスチレン系重合体の重量に基づいて0.005−1.0重量% の核形成剤から本質的になる発泡剤を有するスチレン系重合体の熱可塑性発泡体 である。この熱可塑性発泡体は、発泡剤として二酸化炭素のみを使用する同じプ ロセス条件下でしかも同じ密度で生成した熱可塑性発泡体より少ないひだを有す る。 本発明は、又熱可塑性発泡体を製造する方法である。第一に、スチレン系重合 汁は溶融され、次に二酸化炭素より本質的になる発泡剤が連続的に直接溶融され たスチレン系重合体中に導入される。二酸化炭素及び吸熱剤の全重量当り約1− 30%の量の吸熱剤も、連続的に直接溶融されたスチレン系重合体に導入され、 スチレン系重合体の重量に基づいて0.005−1.0重量%の核形成剤も導入 される。スチレン系重合体、二酸化炭素及び吸熱剤は、緊密に混合され、次に低 い圧力の領域中に約1500℃以下のダイ温度で押し出されそして発泡して、熱 可塑性発泡体に成形される。 図面の簡単な説明 図1及び図2は、実施例2の熱可塑性発泡体シートの50倍の機械方向及び横 方向の顕微鏡写真である。 発明を実施するための最良の形態 本発明で有用な重合体は、単量体繰返し単位として最後の樹脂中に配合される 少なくとも70重量%のスチレン単量体を有する重合体、共重合体及びインター 重合体である。これは、他の重合体例えばスチレンアクリロニトリル、スチレン アクリル酸、スチレン単量体繰返し単位の要件を有する他の周知の同等物及びブ レンドを含む。本発明の目的のために、これらの有用な重合体は、スチレン系重 合体と呼ばれるだろう。好ましい物質は、スチレン系ホモポリマーである。 使用されるべき発泡剤は、通常市販されている二酸化炭素であろう。本明細書 の目的のために、この二酸化炭素はたとえこの二酸化炭素が少ない不純物又はあ る量の他の化合物を含んでいても100%の二酸化炭素として規定されるだろう 。 二酸化炭素は、好ましくは液状の形で重合体溶融物に加えられるが、気体状の 形の二酸化炭素の使用も、本発明の実施に許容できるだろう。 核形成剤の添加が要求され、そして全ポリスチレン重量の0.005−1.0 %の量で加えられる。好ましくは、核形成剤の量は、0.005−0.5%であ る。最も好ましくは、核形成剤の量は、0.005−0.1%である。一つの好 ましい従来の核形成剤は、タルクである。 従来当業者に周知の他の添加物例えば顔料は、本発明のポリスチレン発泡体に 加えられる。 吸熱剤は、一般に重合体に可溶性ではなくそして水中に存在する熱吸収容量の 少なくとも50%である熱可塑性発泡体の押し出し時に存在する熱吸収容量を有 する熱吸収剤である。水は、好ましい吸熱剤である。 ポリスチレン発泡体シートの製造のためのタンデム押し出し法の使用は、代表 的であるが、必要とはされない。この方法は、一次押し出し機、一次押し出し機 中への発泡剤追加系、二次押し出し機、環状ダイ、冷却マンドレル、シートカッ タ又はスリッタ及びシート採集装置例えばローラー及びワインダーを含む。 しかし、この厳密な装置の構成は、本発明の方法に要求されない。 ポリスチレン発泡体シートは、或る修飾がポリスチレン発泡体シートの取扱及 び製造にされるならば、発泡剤及び吸熱剤として二酸化炭素を使用して製造でき る。好ましくは、二酸化炭素及び吸熱剤は、溶融された樹脂中に連続的に直接導 入又は注入される。好ましくは、二酸化炭素は、高圧の液体として連続的に直接 注入され、そして吸熱剤は別に又は二酸化炭素と一緒に、液体として注入される 。 1立方フィート当り2−10ポンド(PCF)、好ましくは3−6PCFの範 囲の密度を有する発泡体シートを生成するために、0.5−6重量%好ましくは 1−4重量%の二酸化炭素が、重合体の重量当り要求される。吸熱剤は、スチレ ン系重合体の重量に基づいて0.1−1.0重量%の量で存在する。必要な制限 は、吸熱剤が、二酸化炭素及び吸熱剤の全重量に基づいて1−30重量%、好ま しくは3−18重量%そして最も好ましくは4−14重量%の量で存在すること である。核形成剤、好ましくはタルクも必要とされ、そして全ポリスチレンの重 量の0.005−1.0%、好ましくは0.005−0.5%、最も好ましくは 0.005−0.1%の量で添加される。 全ての方向の気泡のサイズは、1mmより小さくそして好ましくは0.5mm より小さい。発泡体シートの厚さは、好ましくは0.5インチより薄く、さらに 好ましくは0.25インチより薄い。 4より大きい:1の発泡(blow up)比、即ちそれがダイを出た後のマ ンドレル上の発泡体の延伸を有することが可能である。少なくとも2.0:1の 発泡比を有することが好ましい。 ダイの発泡温度は、150℃C以下、好ましくは135−150℃である。熱 可塑性発泡体は、低圧のゾーン好ましくは大気圧の大気中に押し出されそして発 泡される。 ポリスチレン発泡体シートを直ちに使用することも可能であるが、発泡体シー トを熱成形する前に、一定期間通常少なくとも約20時間ポリスチレン発泡体シ ートをエージングすることが好ましい。これは、空気が気泡中に逆に拡散する時 間である。それは、又引張り伸びの値を実質的に一定にするだろう。これは、熱 成形されるべきポリスチレン発泡体シートに、均一な熱成形の特徴及び改良され た最終パーツの物理的性質をもたらすであろう。 発泡体シートの最低のエージングにより得られた長い一定期間にわたる実質的 に一定の引張り伸びの値は、発泡体シートを熱成形するとき、より一定の結果を 生じ、従って破片の少ないより一定の生成物を生ずる。引張り伸びの値は、好ま しくは5%より大きく、そして長い一定期間5%より高く維持され、それ故発泡 体シートの引張り伸びの値の5%より低い値の変化又は劣比を心配することなく 、熱成形前に長い一定期間発泡体シートの貯蔵を可能にする。 引張り伸びの値は、the American Society for T esting and Materials (ASTM)により発行された方 法ASTM D638「Tensile Properties of Pla stics」に従って決定される。用語機械又は押し出し方向、横方向及び垂直 方向は、それらの通常のしかも従来のやり方で使用される。 本発明の発泡体シートの引張り伸びの値は、完全に一定ではないが、それらは 、実質的に一定であり、熱成形にとりより重要であるが、値は、長い一定期間5 %の値より上のままである。一般に、これらの値が5%より下に落ちると、発泡 体シートは、熱成形にとり脆くなる。 熱成形温度は、完全に又は部分的にハロゲン化されたクロロフルオロカーボン 又は炭化水素により発泡されたポリスチレン発泡体シートのそれよりやや高い。 それは、COが、熱歪み温度を通常低下させ、そのため発泡体の溶融強さが再 加熱により低下する溶媒効果を本質的にもたらさないからである。CO及び吸 熱剤により発泡されたポリスチレン発泡体シートは、熱成形中20−50%の範 囲で後膨張できる。ポリスチレン発泡体シートが、発泡体シートの注意深くコン トロールされた熱成形20時間前にエージングされることが好ましい。 COのみにより発泡された3−6PCF発泡体シートより少ないひだを有す るCO2及び吸熱剤により発泡された3−6PCF発泡体シートを製造すること が、本発明により又可能である。 規定のために、「ひだが少ない」は、発泡体シートにおいてひだの山及び谷で あるゲージバンド(gauge band)が少なく、又は二酸化炭素のみで発 泡しそして同じ条件下で製造された同じ発泡体シートと比較したとき、シートゲ ージ平均偏差が少ないことを意味する。別に、本発明では、同じひだを有する低 い密度の発泡体シートを得ることができる。 実施例 実施例 1及び比較例 1 表1は、実施例及び比較例に関する工程の条件及び結果を示す。押し出し機は 、0.027インチの隙間を有する90mmのダイを有した。使用したポリスチ レン樹脂は、約300000の分子量(MW)を有した。 表1でわかるように、100%二酸化炭素を使用する同じ工程で非常に少量の 水の添加は、大体同じ密度を有する発泡体シートを生じ、シートゲージ平均偏差 で38.6%の減少を示す。 実施例 2及び比較例 2 押し出し機は、0.025インチのダイの隙間を有する2インチのダイを有し た。使用した樹脂は、約300000MW(分子量)を有した。 表2からわかるように、同じ工程で使用される二酸化炭素の量を減少させて水 を添加することは、大体同じ密度を有する発泡体シートを生じ、それはケージ( 厚さ)が小さくゲージバンドがない。ウエブ(ダイからでる環状の熱可塑性発泡 体)間のゲージバンドの数は、8から0に低下する。 実施例2の50倍の発泡、機械方向の顕微鏡写真である図1及び2からわかる ように、発泡体の膜間の結合点で二次的発泡又は小さい気泡は存在しない。気泡 は、大きい及び小さい気泡の組合せよりむしろ基本的に一つのサイズであるよう にみえる。 追加の実施例及び比較例 追加の実施例及び追加の比較例は、種々の異なる水のレベル及び二酸化炭素の レベルで、実施例2で述べられたパラメーターに従って製造される。 表3からわかるように、ウエブ間のゲージバンドは、樹脂重量に基づいて0. 1−1.0重量%の水の水レベルで消失する。 興味のあることに、ウエブ間のゲージバンドは、水の量が余りに少ないか又は 多い(水及び二酸化炭素の全重量に基づいて30重量%より多い)かの何れかの とき、最大(最もひだがよる)である。 これらの実施例及び比較例で明らかなように、ひだは、熱可塑性発泡体シート の形成前に発泡可能な混合物中に適切な量の吸熱剤例えば水を含むことにより、 単独の発泡剤として二酸化炭素を使用するとき、最小になるか又は防ぐことすら できる。 適切な量の吸熱剤の使用は、二酸化炭素のみを使用して生成される同じような 熱可塑性発泡体より大きな密度及び少ないひだを有する熱可塑性発泡体を製造せ しめる。吸熱剤の使用は、又ダイ温度の上昇により、二酸化炭素のみを使用して 製造される同じようにひだのよった熱可塑性発泡体を製造する同じような工程で 、熱可塑性発泡体に同じひだを有する低い密度を有する熱可塑性発泡体を大量に 生成する。又、同じ工程の条件下で、吸熱剤の使用は、同じ密度で二酸化炭素の みを使用して生成する同じような熱可塑性発泡体よりひだの少ない熱可塑性発泡 体を生成する。 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 るように、本発明の趣旨及び範囲から離れることなく、修飾及び変化を行いうる ことは理解されるべきである。これらの修飾及び変化は、請求の範囲の範囲内に あると考えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リー,エリック クイング チュー カナダ国オンタリオ州 エヌ2エル 5ケ イ7 ウォタールー カバリア プレイス 46

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.(a)スチレン系重合体、 (b)二酸化炭素より本質的になる発泡剤、及び (c)二酸化炭素及び吸熱剤の全重量の約1−約30%の量で存在する吸熱剤、 及び (d)スチレン系重合体の重量に基づいて0.005−1.0重量%の量の核形 成剤を含む熱可塑性発泡体において、熱可塑性発泡体が、発泡剤として二酸化炭 素のみを使用する同じ工程条件下で生成する熱可塑性発泡体よりひだが少ない熱 可塑性発泡体。 2.吸熱剤が、二酸化炭素及び吸熱剤の全重量の3−18%の量で存在する請求 項1の熱可塑性発泡体。 3.吸熱剤が、二酸化炭素及び吸熱剤の全重量の4−14%の量で存在する請求 項1の熱可塑性発泡体。 4.吸熱剤が水である請求項1の熱可塑性発泡体。 5.水が、二酸化炭素及び水の全重量の3−18%の量で存在する請求項4の熱 可塑性発泡体。 6.水が、二酸化炭素及び水の全重量の4−14%の量で存在する請求項4の熱 可塑性発泡体。 7.熱可塑性発泡体が、機械及び横の両方の方向で、外界条件下長い一定期間5 %に等しいか又はそれより大きい引張り伸び値を有する請求項1の熱可塑性発泡 体。 8.熱可塑性発泡体が、最初のエージング期間後、機械及び横の両方の方向で、 外界条件下長い一定期間実質的に一定の引張り伸び値を有する請求項1の熱可塑 性発泡体。 9.外界条件下機械及び横の何れかの方向の実質的に一定の引張り伸び値が、2 0時間の最初のエーシング期間後、15%以下変化する請求項1の熱可塑性発泡 体。 10.熱可塑性発泡体が15%より少ないひだを有する請求項1の熱可塑性発泡 体。 11.熱可塑性発泡体が10%より少ないひだを有する請求項1の熱可塑性発泡 体。 12.熱可塑性発泡体が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の熱可塑性発泡体。 13.熱可塑性発泡体が1立方フィート当り2−6ポンドの密度を有する請求項 11の熱可塑性発泡体。 14.熱可塑性発泡体がシートの形である請求項10の熱可塑性発泡体、IV熱 可塑性発泡体が0.5インチより薄い厚さを有する請求項1の熱可塑性発泡体。 15.熱可塑性発泡体が0.25インチより薄い厚さを有する請求項14の熱可 塑性発泡体。 16.熱可塑性発泡体が、全ての方向に1mmより小さい気泡のサイズを有する 請求項1の熱可塑性発泡体。 17.熱可塑性発泡体が、全ての方向に0.5mmより小さい気泡のサイズを有 する請求項16の熱可塑性発泡体。 18.熱可塑性発泡体が、2.0:1の発泡比を有する請求項1の熱可塑性発泡 体。 19.熱可塑性発泡体が、重合体重量に基づいて0.005−0.5重量%の核 形成剤を有する請求項1の熱可塑性発泡体。 20.熱可塑性発泡体が、重合体重量に基づいて0.005−約0.1の核形成 剤を有する請求項16の熱可塑性発泡体。 21.熱可塑性発泡体が、熱成形前に加熱により20−50%膨張する請求項1 の熱可塑性発泡体。 22.熱可塑性発泡体が、ダイから押し出されそして発泡した直後にスチレン系 重合体の重量の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の 熱可塑性発泡体。 23.吸熱剤が、スチレン系重合体の重量の0.1−1.0重量%の量で存在す る請求項1の熱可塑性発泡体。 24.(a)スチレン系重合体を溶融する工程、 (b)二酸比炭素から本質的になる発泡剤を溶融したスチレン系重合体中に直接 連続的に導入する工程、 (c)二酸化炭素及び吸熱剤の全重量の約1−約30%の量の吸熱剤を溶融した スチレン系重合体中に直接連続的に導入する工程、 (d)スチレン系重合体の重量に基づいて0.005−1.0重量%の量の核形 成剤を連続的に加える工程、 (e)スチレン系重合体、二酸化炭素及び吸熱剤を緊密に混合する工程、及び (f)混合物を低圧の領域中に1500℃以下のダイ温度で押し出しそして発泡 させて熱可塑性発泡体を形成する工程を含む熱可塑性発泡体を製造する方法。 25.吸熱剤が、二酸化炭素及び吸熱剤の全重量の3−18%の量で存在する請 求項24の熱可塑性発泡体を製造する方法。 26.吸熱剤が、二酸化炭素及び吸熱剤の全重量の4−14%の量で存在する請 求項24の熱可塑性発泡体を製造する方法。 27.吸熱剤が水である請求項24の熱可塑性発泡体を製造する方法。 28.水が、二酸化炭素及び水の全重量の3−18%の量で存在する請求項24 の熱可塑性発泡体を製造する方法。 29.水が、二酸化炭素及び水の全重量の4−14%の量で存在する請求項24 の熱可塑性発泡体を製造する方法。 30.二酸化炭素が、液体として重合体溶融物中に導入される請求項24の熱可 塑性発泡体を製造する方法。 31.二酸化炭素が、スチレン系重合体の重量の0.5−6重量%の量で、液体 として溶融したスチレン系重合体中に連続的にしかも直接導入される請求項30 の熱可塑性発泡体を製造する方法。 32.吸熱剤が、スチレン系重合体の重量の0.1−1.0重量%の量で存在す る請求項24の熱可塑性発泡体を製造する方法。 33.熱可塑性発泡体を物品に熱成形する工程を含む請求項24の熱可塑性発泡 体を製造する方法。 34.工程(e)直後、>2.0;1の発泡比を有する成形マンドレル上を熱可 塑性発泡体を通す工程を含む請求項24の熱可塑性発泡体を製造する方法。 35.スチレン系重合体がポリスチレンである請求項24の熱可塑性重合体を製 造する方法。 36.工程(e)のダイ温度が、135−約150℃である請求項24の熱可塑 性発泡体を製造する方法。 37.同じ工程条件下で、熱可塑性発泡体が、二酸化炭素のみを使用して製造さ れる同じような熱可塑性発泡体より大きな密度及び少ないひだを有する請求項2 4の熱可塑性発泡体を製造する方法。 38.熱可塑性発泡体が、二酸化炭素のみを使用して製造される熱可塑性発泡体 と同じ密度及び同じひだを有するが、二酸化炭素のみを使用して製造される同じ ようにひだのある熱可塑性発泡体を製造する同じ工程と比較するとき、発泡温度 の上昇により、多量に押し出され、発泡されそして成形される請求項24の熱可 塑性発泡体を製造する方法。 39.同じ工程条件下で、熱可塑性発泡体が、同じ密度を有する二酸化炭素のみ を使用して製造される同じような熱可塑性発泡体より少ないひだを有する請求項 24の熱可塑性発泡体を製造する方法。 40.スチレン系重合体の重量に基づいて0.005−0.5重量%の量で核形 成剤を加える工程を含む請求項24の熱可塑性発泡体を製造する方法。 41.スチレン系重合体の重量に基づいて0.005−0.1重量%の量で核形 成剤を加える工程を含む請求項34の熱可塑性発泡体を製造する方法。 42.請求項24の方法により製造される熱可塑性発泡体。
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