JPH04356540A - 熱可塑性樹脂発泡体の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は保温材、断熱材などの材
料として好適な熱可塑性樹脂発泡体の製造方法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来、ポリエチレン、ポリスチレン、ポ
リプロピレンなどの熱可塑性樹脂の発泡体が、それらが
有する柔軟性、軽量性、断熱性などの特徴を活かして、
建材や包装材などに広く用いられている。しかし、これ
らの発泡体は、機械的強度、弾性回復率、耐熱性などが
不十分であるという問題がある。また、バルク状態で前
述した樹脂よりも機械的性質に優れているポリエステル
の発泡体も製造されているが、その機械的性質は不十分
である。

【０００３】これらの発泡体は主に、樹脂に発泡剤を混
和し、成形と同時に、または一旦成形した後、加熱して
発泡させる方法により製造されている。しかし、この方
法により得られた発泡体では、含有される気泡が不均質
でかつ大きくなり過ぎるため、機械的性質を十分に満足
できない。

【０００４】このほかに、樹脂発泡体の製造方法として
は、以下のような方法が知られている。例えば、高圧下
で不活性ガスを含有させた樹脂ペレットを押出機へ供給
し、溶融して混練りした後、大気中へ押し出すことによ
り発泡体を得る方法がある（特公昭５３−２８１８９号
公報、特公昭５４−２３３８６号公報）。また、押出機
内で溶融状態にある樹脂に、バレルの途中から不活性ガ
スを注入し、十分に混練りした後、大気中へ押し出すこ
とにより発泡体を得る方法がある。

【０００５】しかし、これらの方法は、溶融状態の樹脂
を急激に大気中へ押し出して発泡体を製造するものであ
るため、樹脂中での気泡の成長速度が大きく、微細な気
泡を含有する発泡体は得られない。

【０００６】米国特許第４，４７３，６６５号には、（
１）加圧下において予め成形された高分子材料をアルゴ
ン、窒素、二酸化炭素などの不活性ガスで飽和させ、こ
れをガラス転移温度まで加熱し、材料を減圧にすること
により材料中でガスの過飽和状態を作り出して気泡核を
生成させると同時に気泡を成長させ、気泡の成長を抑え
るために材料の温度を急激に下げる方法、（２）加圧下
において予め成形された高分子材料を非反応性ガスで飽
和させ、材料がガスで過飽和状態になるまで減圧して気
泡核を生成させ、これをガラス転移温度に加熱して気泡
を成長させ、気泡の成長を抑えるために材料の温度を急
激に下げる方法、または（３）加圧下において高分子材
料を不活性ガスで飽和させ、十分な高圧下で高分子材料
を溶融して成形し、材料がガスで過飽和状態になるまで
温度および圧力を下げて気泡核を生成させ、これをガラ
ス転移温度に加熱して気泡を成長させ、気泡の成長を抑
えるために材料の温度を急激に下げる方法、などが開示
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この方法により得られ
た発泡体は、非常に微細な気泡を含むものである。しか
し、この方法で得られた発泡体を高温で使用すると、変
形や収縮が生じやすいという問題がある。これは、以下
のような理由による。すなわち、前記のいずれの方法に
おいても、気泡核を成長させて気泡を形成させる温度が
ガラス転移温度付近であるため、得られた発泡体の結晶
化が十分に進行していない。このような発泡体を高温の
雰囲気にさらすと、結晶化が進行するため変形や収縮が
生じやすくなる。

【０００８】以上述べたように、現状では、微細な気泡
を有し、高温で使用しても変形や収縮の小さい熱可塑性
樹脂発泡体を得ることは困難である。

【０００９】本発明の目的は、無数の微細な気泡を含有
し、高温雰囲気においても変形や収縮が非常に小さい熱
可塑性樹脂発泡体を製造できる方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の熱可塑性樹脂発
泡体の製造方法は、加圧下において、熱可塑性樹脂中に
非反応性ガスを含有させる工程（以下、「第１工程」と
いう）と、非加圧下において、得られた熱可塑性樹脂を
、示差走査熱量計により測定されるその樹脂の結晶化ピ
ーク温度以上かつ融点ピーク温度以下の温度範囲で加熱
して発泡させる工程（以下、「第２工程」という）と、
得られた熱可塑性樹脂を冷却する工程（以下、「第３工
程」という）とを有するものである。

【００１１】本発明においては、第２工程の発泡処理を
熱可塑性樹脂の半結晶化時間が５分以下である温度範囲
において行うことが好ましい。

【００１２】以下、本発明の製造方法を工程毎に詳細に
説明する。

【００１３】第１工程は、加圧下において熱可塑性樹脂
中に非反応性ガスを含有させる工程である。この工程で
いう含有とは、例えば、液体中に非反応性ガスが溶解し
たのと同様の状態をいう。

【００１４】この処理は、例えば予め成形された熱可塑
性樹脂を、非反応性ガスで加圧された加圧容器中に入れ
ることにより行われる。また、押出機などで熱可塑性樹
脂を押出成形しながら、非反応性ガスで加圧された加圧
容器に導く方法を用いてもよい。

【００１５】加圧条件は特に制限されるものではないが
、熱可塑性樹脂中への非反応性ガスの含有量を増大させ
るためには、室温で３０〜７０ｋｇ／ｃｍ２　の範囲の
圧力とすることが好ましい。

【００１６】熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンテレ
フタレートまたはポリブチレンテレフタレートなどのポ
リエステル、ナイロン６またはナイロン６６などのポリ
アミドが挙げられる。

【００１７】微細な気泡を含有する発泡体を得るために
は、熱可塑性樹脂は、結晶化度が５％以上のものが好ま
しく、１０％以上のものが更に好ましい。なお、樹脂の
結晶化度は、密度法（ＡＳＴＭ　　Ｄ１５０５−８５）
、示差走査熱量計による方法、ＩＲによる方法、Ｘ線回
折による方法を用いて測定できる。また、結晶化度また
は結晶化速度を上げるために、熱可塑性樹脂に結晶核剤
または結晶化促進剤を添加してもよい。結晶核剤または
結晶化促進剤としては、タルク、マイカ、カオリン、シ
リカなどの無機化合物、カルボキシル基を有する有機化
合物もしくは高分子化合物の金属塩、ポリオレフィンに
変性剤を添加して変性させた変性ポリオレフィン、ポリ
オレフィン系エラストマーに変性剤を添加して変性させ
た変性ポリオレフィン系エラストマー、エステル系可塑
剤などが挙げられる。更に、本発明の目的を損なわない
範囲内で、熱可塑性樹脂に抗酸化剤、帯電防止剤、紫外
線防止剤、顔料、染料、滑剤などの各種添加剤を配合す
ることもできる。

【００１８】非反応性ガスとしては、アルゴン、窒素、
二酸化炭素などの不活性ガス、もしくは酸素、空気、ま
たはこれらの混合ガスが挙げられる。これらの中でも、
熱可塑性樹脂中への含有量を最も増大できるガスとして
、二酸化炭素が好ましい。

【００１９】第２工程は、非加圧下において、非反応性
ガスが含有された熱可塑性樹脂を加熱して発泡させる工
程である。この工程においては、非加圧下、即ち、加圧
容器から取り出すなどして圧力を解放する。この結果、
樹脂は非反応性ガスで過飽和の状態になる。その後、樹
脂を直ちに加熱して発泡させる。このときの発泡温度は
、示差走査熱量計（ＤＳＣ）により測定される熱可塑性
樹脂の結晶化ピーク温度以上で融点ピーク温度以下の温
度範囲に設定される。温度範囲をこのように規定したの
は、樹脂中での気泡の成長と同時に、樹脂の結晶化を進
行させるためである。

【００２０】この温度範囲外であると、樹脂の結晶化が
十分に進行せず、樹脂中で独立した微細な気泡を形成す
ることができない。このため、得られた発泡体を高温で
使用したときに、結晶化が進行して変形や収縮を生じや
すい。特に、融点ピーク温度を超える温度で発泡させる
と、気泡数が著しく減少するうえ、気泡径が大きくなり
すぎて、発泡過程においても変形を生じる。

【００２１】ただし、結晶化ピーク温度および融点ピー
ク温度は、示差走査熱量計による測定条件、特に昇温速
度に大きく依存し、相対的な値しか求められない。この
ため、良好な物性を有する発泡体を得るための精密な製
造条件を確立するには適当でない。

【００２２】そこで、加熱による発泡処理は、熱可塑性
樹脂の半結晶化時間が５分以下である温度範囲で行うこ
とがより好ましい。半結晶化時間（τ）とは、熱可塑性
樹脂が結晶化する際に、到達結晶化度の半分の結晶化度
が得られる時間のことであり、結晶化速度を表す値とし
て一般的に用いられている。

【００２３】半結晶化時間（τ）は、以下のようにして
測定できる。熱可塑性樹脂を所定の温度（例えば２００
℃）雰囲気下に保持する。所定時間ごとに熱可塑性樹脂
の結晶化度を測定し、経過時間と結晶化度の関係を作図
する。その図から、到達結晶化度の半分の結晶化度が得
られる時間を決定する。

【００２４】この操作を種々の温度で行い、温度と半結
晶化時間との関係を作図する。この図から、半結晶化時
間が５分以下となる温度範囲を決定できる。

【００２５】なお、詳細は“ポリエステル繊維、Ｈ．Ｌ
ｕｄｅｗｉｎｇ原著、横内澪、中村至（訳）、ｐ．１０
１、コロナ社、１９６７年”、または“飽和ポリエステ
ル樹脂ハンドブック、湯木和男編集、ｐ．２１９、日刊
工業新聞社、１９８９年）に記載されている。

【００２６】ガスを含有する熱可塑性樹脂を半結晶化時
間（τ）が５分以下となるような温度範囲で加熱して発
泡させると、結晶化速度が速いため、気泡の成長よりも
結晶化の方が先に進行する。この結晶化に伴って樹脂の
剛性が上がるため、気泡の巨大化が抑制され、微細な気
泡を含有する発泡体が得られる。

【００２７】発泡温度がこの範囲外では、微細な気泡を
含有する発泡体が得られない。すなわち、高温側では樹
脂の剛性が低下しているうえ、結晶化が進行しないため
、気泡の成長を抑制することができず、気泡が著しく大
きくなる。一方、低温側でも結晶化があまり進行しない
。また、もともと樹脂の剛性が非常に高い場合には、低
温側では気泡がほとんど成長せず、発泡倍率が大きくな
らないこともある。

【００２８】加熱時間は、熱可塑性樹脂の熱容量、およ
び含有させた非反応性ガスの量などを考慮して適宜設定
する。

【００２９】第３工程は、加熱して発泡終了後、冷却す
る工程である。この工程における冷却処理としては、冷
水に浸漬するなどの公知の手段を適用できる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００３１】実施例１〜７及び比較例１〜２熱可塑性樹
脂として、ポリエチレンテレフタレート−Ａ（ユニチカ
株式会社製、商品名ＭＡ−２１０３−４）、ポリエチレ
ンテレフタレート−Ｂ（ユニチカ株式会社製、商品名Ｍ
Ａ−２１０３−２）、ポリエチレンテレフタレート−Ｃ
（ユニチカ株式会社製、商品名ＭＡ−２１０３−３）、
ポリブチレンテレフタレート（東レ株式会社製、商品名
１４０１−Ｘ０４）、ナイロン６（東レ株式会社製、商
品名ＣＭ−１０４６）、ナイロン６６（旭化成工業株式
会社製、商品名レオナ）を用いた。これらの熱可塑性樹
脂の物性を表１および表２に示す。また、ポリエチレン
テレフタレート−Ａについて、温度と半結晶化時間との
関係を図１に示す。

【００３２】各熱可塑性樹脂を押出成形し、厚さ１ｍｍ
のシートを成形した。得られた各シートを、オートクレ
ーブ中で、６０ｋｇ／ｃｍ２　の圧力下、１２時間保持
し、シート中に二酸化炭素を含有させた。その後、オー
トクレーブからシートを取り出し、直ちに熱媒であるポ
リアルキレングリコール中に１分間浸漬し、表１および
表２に記載の温度に加熱して発泡させた。発泡終了後、
シートを水に浸漬して冷却し、シート状の熱可塑性樹脂
発泡体を得た。

【００３３】得られた各発泡体について、密度、発泡倍
率および平均気泡径を調べた。発泡倍率は、未発泡体お
よび発泡体の密度の比を計算することにより算出した。 平均気泡径は以下のようにして測定した。まず発泡体の
断面を走査型電子顕微鏡により写真撮影し、一定面積内
に存在する気泡の数を数えた。その値をもとにして単位
体積当たりの気泡の数を算出した。その値と発泡倍率か
ら計算により平均気泡径を算出した。

【００３４】また、各発泡体を１５０℃に設定した恒温
槽中に２２時間放置した後、目視により変形状況を調べ
、更に収縮率を調べた。熱収縮率は、恒温槽中への放置
する前と放置した後の発泡体の体積比から算出した。

【００３５】これらの結果を表１および表２に示す。

【００３６】表１および表２から、本発明の方法で得ら
れた熱可塑性樹脂発泡体は、１５０℃以上の高温雰囲気
中に長時間放置した場合でも、変形がなく、収縮も非常
に小さいことがわかる。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】実施例８、９ 熱可塑性樹脂としてＰＥＴ−Ｃを用いた。非反応性ガス
として二酸化炭素の代りに窒素またはアルゴンを用いた
以外は、前記と同様にして発泡体を得た。

【００４０】得られた各発泡体について、密度、発泡倍
率および平均気泡径を調べた。また、各発泡体を１５０
℃に設定した恒温槽中に２２時間放置した後、目視によ
り変形状況を調べ、更に収縮率を調べた。これらの結果
を表３に示す。

【００４１】

【表３】

【００４２】表３から、非反応性ガスとして窒素または
アルゴンを用いた場合でも、二酸化炭素を同様な効果が
得られることがわかる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の方法を用い
れば、非常に微細な気泡を無数に含有した熱可塑性樹脂
発泡体を得ることができる。そして、得られた熱可塑性
樹脂発泡体は、高温雰囲気中に長時間放置した場合でも
、熱による変形はなく、収縮も非常に小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ポリエチレンテレフタレートについて温度と半
結晶化時間τとの関係を示す図。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　加圧下において、熱可塑性樹脂中に非
   反応性ガスを含有させる工程と、非加圧下において、得
   られた熱可塑性樹脂を、示差走査熱量計により測定され
   るその樹脂の結晶化ピーク温度以上かつ融点ピーク温度
   以下の温度範囲で加熱して発泡させる工程と、得られた
   熱可塑性樹脂を冷却する工程とを具備したことを特徴と
   する熱可塑性樹脂発泡体の製造方法。
2. 【請求項２】　　熱可塑性樹脂を加熱して発泡させる工
   程が、その樹脂の半結晶化時間が５分以下である温度範
   囲で行われることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性
   樹脂発泡体の製造方法。
3. 【請求項３】　　熱可塑性樹脂が、飽和ポリエステル樹
   脂であることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂
   発泡体の製造方法。
4. 【請求項４】　　飽和ポリエステル樹脂が、ポリエチレ
   ンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレートで
   あることを特徴とする請求項３記載の熱可塑性樹脂発泡
   体の製造方法。
5. 【請求項５】　　熱可塑性樹脂が、ポリアミド樹脂であ
   ることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂発泡体
   の製造方法。
6. 【請求項６】　　ポリアミド樹脂が、ナイロン６または
   ナイロン６６であることを特徴とする請求項５記載の熱
   可塑性樹脂発泡体の製造方法。
7. 【請求項７】　　熱可塑性樹脂に非反応性ガスを含有さ
   せるときの圧力が、室温で３０〜７０ｋｇ／ｃｍ２　の
   範囲であることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹
   脂発泡体の製造方法。
8. 【請求項８】　　非反応性ガスが、炭酸ガス、窒素ガス
   またはアルゴンガスであることを特徴とする請求項１記
   載の熱可塑性樹脂発泡体の製造方法。
9. 【請求項９】　　室温で３０〜７０ｋｇ／ｃｍ２　の範
   囲の加圧下において、密度法または示差走査熱量計によ
   り測定される結晶化度が１０％以上の飽和ポリエステル
   樹脂中に炭酸ガスを含有させる工程と、非加圧下におい
   て、得られた飽和ポリエステル樹脂を、１３５〜２３０
   ℃の温度範囲において加熱して発泡させる工程と、得ら
   れた飽和ポリエステル樹脂を冷却する工程とを具備した
   ことを特徴とする熱可塑性樹脂発泡体の製造方法。