EXPANDABLE POLYSTYRENE RESIN BEADS, PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF AND EXPANDED MOLDINGS

Title:

EXPANDABLE POLYSTYRENE RESIN BEADS, PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF AND EXPANDED MOLDINGS

Document Type and Number:

WIPO Patent Application WO/2009/096341

Kind Code:

Abstract:

Expandable polystyrene resin beads obtained by granulating a polystyrene resin containing a blowing agent, wherein the polystyrene resin has a weight-average molecular weight (Mw) of 120,000 to 270,000, and the blowing agent contains, as the essential component, 3 to 8 parts by mass of pentane per 100 parts by mass of the polystyrene resin, the pentane having a composition consisting of isopentane and n-pentane at a mass ratio of 10:90 to 80:20. The expandable polystyrene resin beads permit use of recycled material, can give expanded moldings having sufficient mechanical strengths, and exhibit a long bead life and excellent low-pressure moldability.

Inventors:

CHINOMI RYOSUKE (JP)
TARUMOTO HIROYUKI (JP)
SAITOU YOSHIFUMI (JP)

Application Number:

PCT/JP2009/051121

Publication Date:

August 06, 2009

Filing Date:

January 23, 2009

Export Citation:

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Assignee:

SEKISUI PLASTICS (JP)
CHINOMI RYOSUKE (JP)
TARUMOTO HIROYUKI (JP)
SAITOU YOSHIFUMI (JP)

International Classes:

C08J9/16; B29B9/06; B29C44/00; C08J9/232

Domestic Patent References:

WO2005028173A1

2005-03-31

Foreign References:

JP2004315806A	2004-11-11
JP2004244529A	2004-09-02
JP2005112882A	2005-04-28
JP2007217711A	2007-08-30
JP2005534733A	2005-11-17

Other References:

See also references of EP 2241590A4

Attorney, Agent or Firm:

TANAI, Sumio et al. (Marunouchi Chiyoda-k, Tokyo 20, JP)

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Claims:

発泡剤を含有するポリスチレン系樹脂を粒子状としてなる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
ポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mwが12万~27万の範囲であり、
発泡剤は、必須成分としてポリスチレン系樹脂100質量部に対し、ペンタンを3~8質量部の比率で含有し、かつ前記ペンタンの組成が、質量比でイソペンタン:ノルマルペンタン=10:90~80:20の範囲である発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。

前記ポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mwが14万~21.5万の範囲である請求項1に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。

前記ポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mwが14万~18.5万の範囲である請求項1に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。

前記ポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mwが14万~16.5万の範囲である請求項1に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。

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溶融押出法により得られた請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。

請求項1ないし5のいずれか1項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して予備発泡粒子とし、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。

発泡成形体中の発泡粒の平均気泡径が100μm~500μmの範囲である請求項6に記載の発泡成形体。

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製造方法において、
ポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mwが12万~27万の範囲であり、
発泡剤は、必須成分としてポリスチレン系樹脂100質量部に対し、ペンタンを3~8質量部の比率で含有し、かつ前記ペンタンの組成が、質量比でイソペンタン:ノルマルペンタン=10:90~80:20の範囲である発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。

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、
この発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して予備発泡粒子とし、該予備発泡粒子を型内発泡成形して発泡成形体とする発泡成形体の製造方法において、
ポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mwが12万~27万の範囲であり、
発泡剤は、必須成分としてポリスチレン系樹脂100質量部に対し、ペンタンを3~8質量部の比率で含有し、かつ前記ペンタンの組成が、質量比でイソペンタン:ノルマルペンタン=10:90~80:20の範囲である発泡成形体の製造方法。

Description:

発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��その製造方法及び発泡成形体

本発明は、溶融押出法により得られた発泡� ��ポリスチレン系樹脂粒子に関する。
また、本発明は、特定の重量平均分子量Mw� �有するポリスチレン系樹脂中に、特定の組� �及び量の発泡剤を含有させることで、十分� �機械的強度を有する発泡成形体を製造でき� �ビーズライフが長く、かつ低圧成形性に優� �る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に関する� �
本願は、2008年1月30日に日本に出願された特願2008-018999号に基づき優先権を主張し、その� ��容をここに援用する。

溶融押出法とは、押出機内で溶融されたポ� ��スチレン系樹脂に発泡剤を圧入・混練し、� ��泡剤含有の溶融樹脂を押出機先端に付設さ� ��たダイの小孔から直接冷却用液体中に押し� ��し、押し出すと同時に押出物を高速回転刃� ��切断するとともに、押出物を液体との接触� ��より冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹� ��粒子を得る方法である。
従来、溶融押出法により発泡性ポリスチレ� ��系樹脂粒子を製造する方法に関して、例え� ��、特許文献1,2に開示された技術が提案され� ��いる。
特許文献1には、分子量Mwが170000g/モルを超� �る発泡スチレンポリマーを製造する方法で� �って、少なくとも120℃の温度を有する発泡� �含有スチレンポリマー溶融物を、ダイ出口� �孔径が1.5mm以下の孔を有するダイプレートを介して搬送し、次いで押出物を顆粒化することを特徴とする方法が開示されている。

特許文献2には、押出機内で溶融された熱可塑性樹脂に発泡剤を圧入し、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多数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粒子を得る熱可塑性樹脂発泡性粒子の製造方法において、前記ダイの小孔ランド部を通過する際の発泡剤含有溶融樹脂の剪断速度が12000~35000sec ^-1 、且つ樹脂の見かけ溶融粘度が100~700ポイズ� �なるように押し出すことを特徴とする熱可� �性樹脂発泡性粒子の製造方法が開示されて� �る。

特表2005-534733号公報

WO2005/028173号パンフレット

しかしながら、特許文献1、2に開示された� �来技術には、次のような問題がある。
特許文献1に記載された方法は、分子量Mwが1 70000g/モルを超えるスチレンポリマーを使用� �ているため、経日による発泡性の低下が大� �く、ビーズライフが短い。また、特許文献1� ��実施例においては、発泡剤としてn-ペンタ� �を使用しているが、後述する実施例におい� �試験した結果、発泡剤としてn-ペンタンのみを使った場合には、後述する比較例5に示す� �り、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のビー� �ライフが短くなって長期の保管ができなく� �り、また経日により発泡倍数の低下が生じ� �。さらに、低圧成形性が悪いため、発泡成� �時の水蒸気圧を低くすることができず、省� �ネルギー化を図ることができない。

特許文献2では、発泡剤としてイソペンタンのみを使用した実施例が記載されている。しかしながら、後述する実施例において試験した結果、発泡剤としてイソペンタンのみを使った場合には、比較例3,4に示す通り、発泡成形体を得る時の冷却時間が長くかかり、成形サイクルが短縮できず、生産性が低い。

また、近年、各種方面での環境問題の発� ��、及びその解決に向けての取り組みの一つ� ��して、ポリスチレン系樹脂発泡成形体の製� ��分野においても、原料樹脂のリサイクル化� ��進めており、現在は原料樹脂中に数十パー� ��ント以上のポリスチレン系樹脂回収原料(以下、リサイクル原料と記す。)を使用できる� �うに研究が進められている。このリサイク� �化を実現するために、リサイクル原料を用� �た場合でも容易に発泡性ポリスチレン系樹� �粒子を製造でき、得られた発泡性ポリスチ� �ン系樹脂粒子の発泡特性や成形体の機械強� �等も実用上十分なものとすることが可能な� �泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法の� �供が求められている。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、リ� ��イクル原料を利用でき、十分な機械的強度� ��有する発泡成形体を製造でき、ビーズライ� ��が長く、かつ低圧成形性に優れる発泡性ポ� ��スチレン系樹脂粒子の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、発� ��剤を含有するポリスチレン系樹脂を粒子状� ��してなる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子で� ��って、ポリスチレン系樹脂の重量平均分子� ��Mwが12万~27万の範囲であり、発泡剤は、必須成分としてポリスチレン系樹脂100質量部に対し、ペンタンを3~8質量部の比率で含有し、かつ前記ペンタンの組成が、質量比でイソペンタン:ノルマルペンタン=10:90~80:20の範囲であ� �ことを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹� �粒子を提供する。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��、押出機内で溶融されたポリスチレン系樹� ��に発泡剤を圧入・混練し、発泡剤含有の溶� ��樹脂を押出機先端に付設されたダイの小孔� ��ら直接冷却用液体中に押し出し、押し出す� ��同時に押出物を高速回転刃で切断するとと� ��に、押出物を液体との接触により冷却固化� ��て発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る溶� ��押出法により得られたものであることが好� ��しい。

また本発明は、本発明に係る前記発泡性� ��リスチレン系樹脂粒子を加熱して予備発泡� ��子とし、該予備発泡粒子を型内発泡成形し� ��得られたものであることを特徴とする発泡� ��形体を提供する。

本発明の発泡成形体において、発泡成形� ��中の発泡粒の平均気泡径が100μm~500μmの範囲であることが好ましい。

また本発明は、押出機内で溶融されたポ� ��スチレン系樹脂に発泡剤を圧入・混練し、� ��泡剤含有の溶融樹脂を押出機先端に付設さ� ��たダイの小孔から直接冷却用液体中に押し� ��し、押し出すと同時に押出物を高速回転刃� ��切断するとともに、押出物を液体との接触� ��より冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹� ��粒子を得る製造方法において、ポリスチレ� ��系樹脂の重量平均分子量Mwが12万~27万の範囲であり、発泡剤は、必須成分としてポリスチレン系樹脂100質量部に対し、ペンタンを3~8質量部の比率で含有し、かつ前記ペンタンの組成が、質量比でイソペンタン:ノルマルペン� �ン=10:90~80:20の範囲であることを特徴とする� �泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法を� �供する。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は� ��ポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mwを12 万~27万の範囲とし、発泡剤として質量比でイソペンタン:ノルマルペンタン=10:90~80:20の範� �のペンタンを主体としたものなので、同じ� �泡倍数を得るのに発泡剤量を削減できる。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は� ��経日による発泡性低下が小さく、ビーズラ� ��フが長い。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は� ��低圧発泡性に優れており、発泡成形時の水� ��気圧を低くすることができ、省エネルギー� ��を図ることができる。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を� ��泡成形して得られた発泡成形体は、十分な� ��械的強度を有しており、特に、ポリスチレ� ��系樹脂としてリサイクル原料を用いた場合� ��あってもバージン原料に近い機械的強度を� ��ることができる。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒� ��の製造方法に用いられる製造装置の一例を� ��す構成図である。

符号の説明

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

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��、発泡剤を含有するポリスチレン系樹脂を� ��子状としてなる発泡性ポリスチレン系樹脂� ��子であって、ポリスチレン系樹脂の重量平� ��分子量Mwが12万~27万の範囲であり、発泡剤は、必須成分としてポリスチレン系樹脂100質量部に対し、ペンタンを3~8質量部の比率で含有し、かつ前記ペンタンの組成が、質量比でイソペンタン:ノルマルペンタン=10:90~80:20の範� �であることを特徴としている。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��おいて、ポリスチレン系樹脂としては、特� ��限定されず、例えば、スチレン、α-メチル� ��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� �チルスチレン、ブロモスチレン等のスチレ� �系モノマーの単独重合体又はこれらの共重� �体等が挙げられ、スチレンを50質量%以上含� �するポリスチレン系樹脂が好ましく、ポリ� �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、� ��記スチレンモノマーを主成分とする、前記� ��チレン系モノマーとこのスチレン系モノマ� ��と共重合可能なビニルモノマーとの共重合� ��であってもよく、このようなビニルモノマ� ��としては、例えば、メチル(メタ)アクリレ� �ト、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メ� �)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート� �のアルキル(メタ)アクリレート、(メタ)アク� ��ロニトリル、ジメチルマレエート、ジメチ� ��フマレート、ジエチルフマレート、エチル� ��マレートの他、ジビニルベンゼン、アルキ� ��ングリコールジメタクリレートなどの二官� ��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� ��、他の樹脂を添加してもよい。添加する樹� ��としては、例えば、発泡成形体の耐衝撃性� ��向上させるために、ポリブタジエン、スチ� ��ン-ブタジエン共重合体、エチレン-プロピ� �ン-非共役ジエン三次元共重合体などのジエ� ��系のゴム状重合体を添加したゴム変性ポリ� ��チレン系樹脂、いわゆるハイインパクトポ� ��スチレンが挙げられる。あるいは、ポリエ� ��レン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アク� ��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� ��共重合体などが挙げられる。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に� ��いて、原料となるポリスチレン系樹脂とし� ��は、市販されている通常のポリスチレン系� ��脂、懸濁重合法などの方法で新たに作製し� ��ポリスチレン系樹脂などの、リサイクル原� ��でないポリスチレン系樹脂(以下、バージンポリスチレンと記す。)を使用できる他、使� �済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体を再� �処理して得られたリサイクル原料を使用す� �ことができる。このリサイクル原料として� �、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形� �、例えば、魚箱、家電緩衝材、食品包装用� �レーなどを回収し、リモネン溶解方式や加� �減容方式によって再生したリサイクル原料� �中から、重量平均分子量Mwが12万~27万の範囲� ��なる原料を適宜選択し、又は重量平均分子� ��Mwが異なる複数のリサイクル原料を適宜組� �合わせて用いることができる。
また、使用することができるリサイクル原� ��は、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成� ��体を再生処理して得られたもの以外にも、� ��電製品(例えば、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、エアコンなど)や事務用機器(例えば、複写機� ��ファクシミリ、プリンターなど)から分別回収された非発泡のポリスチレン系樹脂成形体を粉砕し、溶融混練してリペレットしたものを用いることができる。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��おいて、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を� ��成するポリスチレン系樹脂の重量平均分子� ��Mwは、12万~27万の範囲であり、14万~21.5万の� �囲がより好ましい。また、14万~18.5万の範囲� ��より好ましい。更に、14万~17万の範囲がよ� �好ましく、14.0万~16.5万の範囲が最も好まし� �。ポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mwが前記範囲未満であると、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の高圧成形性が低下し、また得られる発泡成形体の機械的強度が低下する可能性がある。ポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mwが前記範囲を超えると、低圧成形性が� ��下し、発泡成形の加熱時間を短縮すること� ��困難になる。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��おいて、ポリスチレン系樹脂に含有させる� ��泡剤としては、質量比でイソペンタン:ノルマルペンタン=10:90~80:20の範囲、より好ましくは20:80~40:60の範囲であるペンタン(ペンタン組成物)を単独で、又は該ペンタンの補助成分� �して他の揮発性発泡剤を加えた発泡剤を用� �ることができ、特に、前記ペンタン組成物� �単独で用いることが好ましい。なお、前記� �ンタンに添加可能な補助成分としては、プ� �パン、ノルマルブタン、イソブタンなどの� �肪族炭化水素、リモネン、ピネンなどのテ� �ペン系炭化水素、スチレン、トルエン、エ� �ルベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水� �、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの� �環族炭化水素、フッ素化エタンなどのハロ� �ン化炭化水素などが挙げられる。

この発泡剤のイソペンタンとノルマルペ� ��タンとの比率が、前記質量比の範囲よりも� ��ソペンタンが多い場合、又はイソペンタン� ��みを使用した場合は、発泡性ポリスチレン� ��樹脂粒子から発泡成形体を製造する際、キ� ��ビティ内に予備発泡粒子を充填した成形型� ��キャビティ内に加熱用水蒸気を吹き込んで� ��熱した後、発泡成形体を取り出し可能な温� ��まで冷却するための冷却時間が著しく長く� ��り、生産性が低下する。一方、質量比の範� ��よりもノルマルペンタンが多い場合、又は� ��ルマルペンタンのみを使用した場合は、発� ��性ポリスチレン系樹脂粒子のビーズライフ� ��短くなって長期の保管ができなくなり、ま� ��経日により発泡倍数の低下を生じる。さら� ��、低圧成形性が低下し、発泡成形体を得る� ��めの発泡成形時の水蒸気圧を低くすること� ��できず、省エネルギー化を図ることができ� ��い。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��おいて、ポリスチレン系樹脂に含有させる� ��記発泡剤の量は、ポリスチレン系樹脂100質� ��部に対し、前記のペンタン(ペンタン組成物 )を3~8質量部の範囲であり、より好ましくは4~ 6質量部の範囲であり、最も好ましくは4.0~5.5� ��量部の範囲である。ペンタンの量が前記範� ��未満であると、その発泡性ポリスチレン系� ��脂粒子を発泡成形する際に、十分な発泡倍� ��に到達することができない可能性がある。� ��方、ペンタンの量が前記範囲を超えると、� ��泡性能の改善は頭打ちとなり、発泡剤使用� ��の低減を図るという目的に適さない。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��、必要に応じて前記発泡剤以外にも、発泡� ��ポリスチレン系樹脂粒子の製造において一� ��的に使用されている他の添加剤、例えば、� ��ルク、珪酸カルシウム、合成あるいは天然� ��産出される二酸化ケイ素、エチレンビスス� ��アリン酸アミド、メタクリル酸エステル系� ��重合体等の発泡核剤、ヘキサブロモシクロ� ��デカン、テトラブロモビスフェノールA-ビ� �(2,3-ジブロモ-2-メチルプロピルエーテル)、� �リアリルイソシアヌレート6臭素化物等の難� ��剤、カーボンブラック、酸化鉄、グラファ� ��ト等の着色剤などの添加剤を、ポリスチレ� ��系樹脂中に添加することができる。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��表面には、従来の発泡スチレン系樹脂粒子� ��対して通常行われているように、脂肪酸金� ��塩、脂肪酸エステル、帯電防止剤などの表� ��処理剤をコーティングすることができ、表� ��処理剤のコーティングを行うことで、樹脂� ��子(ビーズ)の流動性、予備発泡特性などを� �善することもできる。前記表面処理剤の総� �加量は、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子100� �量部に対して0.01~2.0質量部程度の量が好ましい。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��、ビーズライフが長く、低温であれば、1ヶ月程度の保存後でも、十分な発泡性能を維持し得る。本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子から発泡成形体を製造するには、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を用いた通常の型内発泡成形方法によって実施できる。即ち、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して予備発泡粒子とし、該予備発泡粒子を成形する形状のキャビティを有する成形型の該キャビティ内に充填し、水蒸気を吹き込んで加熱し、型内発泡成形し、成形型を冷却後に発泡成形体を取り出すことによって製造可能である。

本発明の発泡成形体は、発泡粒の平均気泡� ��が100μm~500μmの範囲であることが好ましく、 150μm~300μmの範囲であることがより好ましい� �また、この発泡成形体は、通常、0.015~0.2g/cm ³ の密度を有する。好ましくは、密度が0.0166~0. 05g/cm ³ の範囲であり、より好ましくは、密度が0.02~0 .033g/cm ³ の範囲である。該発泡成形体の密度が0.015g/cm ³ より小さいと、予備発泡粒子を発泡させて得られる発泡成形体の強度が低下するため好ましくない。一方、発泡成形体の密度が0.2g/cm ³ より大きいと、予備発泡粒子を発泡させて得られる発泡成形体の質量が増加するので好ましくない。また、この密度を発泡倍数で示すと、発泡倍数(倍)=1/密度(g/cm ³ )であることから、この発泡成形体は5~67(倍)� �発泡倍数を有し、好ましい発泡倍数は20~60(� �)であり、より好ましい発泡倍数は30~50(倍)である。

本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子� ��、従来より周知の発泡性ポリスチレン系樹� ��粒子の製造方法、例えば、懸濁重合法、溶� ��押出法などによって製造することができる� ��、リサイクル原料から容易に発泡性ポリス� ��レン系樹脂粒子を製造できることから、溶� ��押出法によって製造することが好ましい。� ��融押出法は、押出機内で溶融されたポリス� ��レン系樹脂に発泡剤を圧入・混練し、発泡� ��含有の溶融樹脂を押出機先端に付設された� ��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� ��するとともに、押出物を液体との接触によ� ��冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒� ��を得る。

図1は、本発明の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。本例の製造装置は、押出機1と、押出機1の先端に取り付けられた多� ��の小孔を有するダイ2と、押出機1内に樹脂� �料等を投入する原料供給ホッパー3と、押出� ��1内の溶融樹脂に発泡剤供給口5を通して発� �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� ��出された樹脂を切断できるようにカッティ� ��グ室7内に回転可能に設けられたカッター6� �、カッティング室7から冷却水の流れに同伴� ��て運ばれる発泡性粒子を冷却水と分離する� ��共に脱水乾燥して発泡性粒子を得る固液分� ��機能付き脱水乾燥機10と、固液分離機能付� �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� ��室7に送る高圧ポンプ9と、固液分離機能付� �脱水乾燥機10にて脱水乾燥された発泡性粒子を貯留する貯留容器11とを備えて構成されて� ��る。
押出機としては、スクリュを用いる押出機� ��たはスクリュを用いない押出機のいずれも� ��いることができる。スクリュを用いる押出� ��としては、例えば、単軸式押出機、多軸式� ��出機、ベント式押出機、タンデム式押出機� ��どが挙げられる。スクリュを用いない押出� ��としては、例えば、プランジャ式押出機、� ��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� ��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� ��ましい。

この製造装置を用い、本発明の発泡性ポ� ��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、及び発泡核剤� ��どの所望の添加剤を秤量し、原料供給ホッ� ��ー3から押出機1内に投入する。原料のポリ� �チレン系樹脂は、ペレット状や顆粒状にし� �事前に良く混合してから1つの原料供給ホッ� ��ーから投入してもよいし、あるいは例えば� ��数のロットを用いる場合は各ロットごとに� ��給量を調整した複数の原料供給ホッパーか� ��投入し、押出機内でそれらを混合してもよ� ��。また、複数のロットのリサイクル原料を� ��み合わせて使用する場合には、複数のロッ� ��の原料を事前に良く混合し、磁気選別や篩� ��け、比重選別、送風選別などの適当な選別� ��段により異物を除去しておくことが好まし� ��。

押出機1内にポリスチレン系樹脂を供給後、この樹脂を加熱溶融し、発泡剤供給口5か� �高圧ポンプ4によって発泡剤を圧入し、溶融� ��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� �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� ��、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� �ている。発泡剤添加済みの溶融物を押出機1� ��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、発泡が抑えられたまま固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子となる。

形成された発泡性ポリスチレン系樹脂粒� ��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� ��、ここで発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を� ��却水と分離すると共に脱水乾燥する。乾燥� ��れた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、貯� ��容器11に貯留される。

実施例1
(ポリスチレン樹脂の製造)
撹拌機が付いた内容積6m ³ のオートクレーブ中に、スチレンモノマー250 0kg、リン酸三カルシウム(大平化学社製)7.5kg� �ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ0.5kg、ベンゾイルパーオキサイド(純度75%)15kg、t-ブチ� ��パーオキシベンゾエート1.2kg及びイオン交� �水2500kgを供給した後、オートクレーブの撹� �機の撹拌羽根を20rpmの撹拌速度で回転させてオートクレーブ内を撹拌して懸濁液を作製した。
次に、前記撹拌羽根を20rpmで回転させなが� �、オートクレーブ内を90℃まで昇温し、90℃� ��4時間に亘って保持した後、オートクレーブ内を125℃まで昇温し、125℃で2時間に亘って� �持した後、オートクレーブ内を50℃まで冷却した。冷却後、オートクレーブから懸濁液を取り出して脱水、洗浄を複数回繰り返して行い、さらに乾燥工程を経て重量平均分子量16. 4万のポリスチレン粒子を得た。

(発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造)
前記の通り製造したポリスチレン粒子(重量平均分子量16.4万)100質量部に対し、微粉末タ� ��ク0.3質量部を加え、これらを口径90mmの単軸押出機に、時間当たり130kgで連続供給した。� ��出機内温度としては、最高温度210℃に設定� ��、樹脂を溶融させた後、発泡剤として樹脂1 00質量部に対して5質量部のペンタン(イソペ� �タン:ノルマルペンタン=20:80(質量比))を押出� ��の途中から圧入した。押出機内で樹脂と発� ��剤を混練するとともに冷却し、押出機先端� ��での樹脂温度を170℃、ダイの樹脂導入部の� ��力を15MPaに保持して、直径0.6mmでランド長さが2.5mmの小孔が240個配置されたダイより、こ� ��ダイの吐出側に連結され30℃の水が循環す� �カッティング室内に、発泡剤含有溶融樹脂� �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にて押出物を切断した。切断した粒子を循環水で冷却しながら、粒子分離器に搬送し、粒子を循環水と分離した。さらに、捕集した粒子を脱水・乾燥して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得た。得られた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、ほぼ完全な球体であり、平均粒径は約1.1mmであった。
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子100� ��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� �リン酸モノグリセライド0.05質量部、ヒドロ� ��システアリン酸トリグリセライド0.05質量部を発泡性ポリスチレン系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発泡性ポリスチレン系� ��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� �り加熱し、予備発泡粒子を得た。得られた� �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� ��下、24時間に亘って放置した後、長さ400mm×� ��300mm×高さ50mmの長方形状のキャビティを有� �る成形型内に予備発泡粒子を充填し、その� �、成形型のキャビティ内を水蒸気でゲージ� �0.08MPaの圧力で20秒間に亘って加熱し、その� �、成形型のキャビティ内の圧力が0.01MPaにな� ��まで冷却し、その後成形型を開き、長さ400m m×幅300mm×高さ50mmの長方形状の発泡成形体を� ��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。

前述した通りの方法で製造した実施例1のポリスチレン系樹脂、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。

(重量平均分子量の測定)
押出機に投入する原料となるポリスチレン� ��樹脂、及び溶融押出法によって作製した発� ��性ポリスチレン系樹脂粒子を構成するポリ� ��チレン系樹脂について、それぞれの樹脂約5 0mgをTHF(テトラヒドロフラン)10mLに浸漬して24� ��間室温に保管した。
これを非水系0.45μmクロマトディスクで濾過後、Waters社製HPLC(Detecter 484, Pump 510)を用い� �ポリスチレン換算分子量を測定した。その� �定条件は、カラムが昭和電工社製Shodex GPC K -806L(直径0.8mm×長さ300mm)2本を用い、カラム温� ��:40℃、移動相:THF、移動相流速:1.2mL/min、注� �・ポンプ温度:室温、検出:UV254nm、注入量:50μ Lとし、また検量線用標準ポリスチレンとし� �、昭和電工社製Shodex(分子量103万)と東ソー社製の分子量548万、384万、34.5万、10.2万、37900� �9100、2630及び495を用いた。
なお、上記測定においては、THFに代え、ク� ��ロホルムを用いることもできる。

(発泡剤含有量と発泡剤組成の測定)
実施例(及び比較例)で得られた発泡性ポリ� �チレン系樹脂粒子を15℃の保冷庫に72時間に� ��って放置した後、発泡性ポリスチレン系樹� ��粒子中の発泡剤量(イソペンタンとノルマルペンタンの合計の含有量、単位:質量%)と発泡剤組成(イソペンタンとノルマルペンタンの� �量比)を、ガスクロマトグラフィーを用い、� ��記の条件で測定した。
ガスクロマトグラフィー(GC):島津製作所社� � GC-14B・検出器:FID・加熱炉:島津製作所社製� �PYR-1A・カラム:信和化工社製(直径3mm×長さ3m)
液相;スクワラン25%、担体;Shimalite 60~80NAW・� ��熱炉温度:180℃・カラム温度:70℃

(ビーズライフの評価)
実施例(及び比較例)で得られた発泡性ポリ� �チレン系樹脂粒子を15℃の保冷庫に1ヶ月間� �管した後、これを円筒型バッチ式予備発泡� �に供給して、吹き込み蒸気圧0.05MPaの水蒸気� ��より2分間に亘って加熱し、得られた予備発泡粒子の嵩発泡倍数を下記の通り測定し、次の評価基準:
嵩発泡倍数50倍以上を◎、
嵩発泡倍数40倍以上50倍未満を○、
嵩発泡倍数40倍未満を×、に基づき、ビーズライフの評価を行った。

(予備発泡粒子の嵩発泡倍数)
約5gの予備発泡粒子の質量(a)を小数以下2位� ��秤量した。次に、最小目盛り単位が5cm ³ である500cm ³ メスシリンダーに秤量した予備発泡粒子を入れ、これに、メスシリンダーの口径よりやや小さい円形の樹脂板で、その中心に幅約1.5cm� ��長さ約30cmの棒状の樹脂板が直立して固定された押圧具をあてて、予備発泡粒子の体積(b) を読み取り、式(b)/(a)により予備発泡粒子の� �発泡倍数を求めた。

(低圧発泡性の評価)
長さ400mm×幅300mm×高さ50mmの長方形状のキャ� ��ティを有する成形型内に予備発泡粒子を充� ��し、その後、成形型のキャビティ内を水蒸� ��でゲージ圧0.05MPaの圧力で20秒間に亘って加� ��し、その後、成形型のキャビティ内の圧力� ��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(長さ400mm×幅300mm×高さ5 0mm)の長さ方向の中心に沿って、カッターナ� �フで深さ約5mmの切り込み線を入れた後、こ� �切り込み線に沿って発泡成形体を手で二分� �し(長さ200mm×幅300mm×高さ50mm)、その破断面における発泡粒子について、100~150個の任意の� �囲について、発泡粒子内で破断している粒� �の数(a)と発泡粒子どうしの界面で破断して� �る粒子の数(b)とを数え、式[(a)/((a)+(b))]×100に代入して得られた値を融着率(%)とした。そして、次の評価基準:
融着率80%以上を◎、
融着率60%以上80%未満を○、
融着率60%未満を×、に基づき、低圧成形性� �評価した。

(高圧成形性の評価)
長さ400mm×幅300mm×高さ50mmの長方形状のキャ� ��ティを有する成形型内に予備発泡粒子を充� ��し、その後、成形型のキャビティ内を水蒸� ��でゲージ圧0.1MPaの圧力で20秒間に亘って加� �し、その後、成形型のキャビティ内の圧力� �0.01MPaになるまで冷却し、その後成形型を開� ��、長さ400mm×幅300mm×高さ50mmの長方形状の発� ��成形体を取り出した。
得られた発泡成形体(長さ400mm×幅300mm×高さ5 0mm)の表面状態を目視にて観察し、次の評価� �準:
表面に全く融けが見られないものを◎、
表面にやや融けが見られるものを○、
表面全体が融けているものを×、に基づき� �高圧成形性を評価した。

(成形サイクルの評価)
長さ400mm×幅300mm×高さ50mmの長方形状のキャ� ��ティを有する成形型内に予備発泡粒子を充� ��し、その後、成形型のキャビティ内を水蒸� ��でゲージ圧0.08MPaの圧力で20秒間に亘って加� ��し、その後、成形型のキャビティ内の圧力� ��0.01MPaになるまでの冷却時間を測定し、次の評価基準:
400秒未満を◎、
400秒以上500秒未満を○、
500秒以上を×、に基づき、成形サイクルを� �価した。

(平均気泡径の測定)
実施例(及び比較例)で得られた発泡成形体� �剃刀刃で切断し、その切断面を走査型電子� �微鏡(日立製作所社製 S-3000N)で30倍に拡大し� ��撮影する。撮影した画像をA4用紙上に印刷� �、任意の一直線上(長さ60mm)にある気泡数か� �気泡の平均弦長(t)を下記式により算出した� �但し任意の直線はできる限り気泡が接点で� �み接しないようにした(接してしまう場合は� ��泡数に含める)。計測は10ヶ所とし、その平� ��弦長を求めた後、気泡径を算出し、平均気� ��径D(μm)とした。
平均弦長t=60/(気泡数×写真の倍率)
気泡径D=t/0.616×1000

(強度の評価)
実施例(及び比較例)で得られた発泡成形体� �ついて、JIS A9511:2006「発泡プラスチック保� �材」記載の方法に準じて曲げ強度を測定し� �。
すなわち、テンシロン万能試験機UCT-10T(オ� �エンテック社製)を用い、試験体サイズは75mm ×300mm×50mm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200 mmの条件として測定し、次式にて曲げ強度を� ��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/2bh ² (ここで、Fは曲げ最大荷重(N)を表し、Lは支点間距離(mm)を表し、bは試験片の幅(mm)を表し、 hは試験片の厚み(mm)を表す。)
このようにして曲げ強度の平均値を求め、� ��の評価基準:
曲げ強度が0.25MPa以上を◎、
曲げ強度が0.22MPa以上0.25MPa未満を○、
曲げ強度が0.22MPa未満を×、に基づき、強度� ��評価した。

実施例1について、前述した重量平均分子量の測定、発泡剤含有量の測定、ビーズライフの評価、低圧発泡性の評価、高圧成形性の評価、成形サイクルの評価、平均気泡径の測定及び強度の評価を行い、その結果を表1及� �表2に記す。

実施例2
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量16. 3万のリサイクル原料を用いたこと以外は、� �施例1と同様にして、前述した各項目の評価� ��験を行った。その結果を表1及び表2に記す� �

実施例3
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量20. 8万のリサイクル原料を用いたこと以外は、� �施例1と同様にして、前述した各項目の評価� ��験を行った。その結果を表1及び表2に記す� �

実施例4
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量14. 8万のリサイクル原料を用いたこと、及び発� �剤として、イソペンタン:ノルマルペンタン= 40:60(質量比)の組成のペンタンを用いたこと� �外は、実施例1と同様にして、前述した各項� ��の評価試験を行った。その結果を表1及び表 2に記す。

実施例5
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量12. 7万のリサイクル原料を用いたこと以外は、� �施例1と同様にして、前述した各項目の評価� ��験を行った。その結果を表1及び表2に記す� �

実施例6
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量14. 8万のリサイクル原料を用いたこと以外は、� �施例1と同様にして、前述した各項目の評価� ��験を行った。その結果を表1及び表2に記す� �

実施例7
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量16. 3万のリサイクル原料を用いたこと、及び発� �剤として、イソペンタン:ノルマルペンタン= 40:60(質量比)の組成のペンタンを用いたこと� �外は、実施例1と同様にして、前述した各項� ��の評価試験を行った。その結果を表1及び表 2に記す。

実施例8
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量14. 8万のリサイクル原料を用いたこと、及び発� �剤として、イソペンタン:ノルマルペンタン= 80:20(質量比)の組成のペンタンを用いたこと� �外は、実施例1と同様にして、前述した各項� ��の評価試験を行った。その結果を表1及び表 2に記す。

実施例9
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量16. 3万のリサイクル原料を用いたこと、及び発� �剤として、イソペンタン:ノルマルペンタン= 80:20(質量比)の組成のペンタンを用いたこと� �外は、実施例1と同様にして、前述した各項� ��の評価試験を行った。その結果を表1及び表 2に記す。

実施例10
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、市販のリサイクル原料(エコライフ土佐社製、リモネン再生原� �、重量平均分子量25.4万)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、前述した各項目の� �価試験を行った。その結果を表1及び表2に記す。

実施例11
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量18. 7万のリサイクル原料を用いたこと以外は、� �施例1と同様にして、前述した各項目の評価� ��験を行った。その結果を表1及び表2に記す� �

比較例1
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量10. 7万のリサイクル原料を用いたこと以外は、� �施例1と同様にして、前述した各項目の評価� ��験を行った。その結果を表1及び表2に記す� �

比較例2
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重合法で製造したバージンポリスチレン、重量平均分子量16.4万)に代えて、市販のリサイク� ��原料(エコライフ土佐社製、リモネン再生原料、重量平均分子量28.3万)を用いたこと以外� ��、実施例1と同様にして、前述した各項目の評価試験を行った。その結果を表1及び表2に� ��す。

比較例3
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量14. 8万のリサイクル原料を用いたこと、及び発� �剤としてイソペンタンのみ(イソペンタン:ノルマルペンタン=100:0)を用いたこと以外は、� �施例1と同様にして、前述した各項目の評価� ��験を行った。その結果を表1及び表2に記す� �

比較例4
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量16. 3万のリサイクル原料を用いたこと、及び発� �剤としてイソペンタンのみ(イソペンタン:ノルマルペンタン=100:0)を用いたこと以外は、� �施例1と同様にして、前述した各項目の評価� ��験を行った。その結果を表1及び表2に記す� �

比較例5
実施例1で用いたポリスチレン粒子(懸濁重� �法で製造したバージンポリスチレン、重量� �均分子量16.4万)に代えて、重量平均分子量20. 8万のリサイクル原料を用いたこと、及び発� �剤としてノルマルペンタンのみ(イソペンタ� ��:ノルマルペンタン=0:100)を用いたこと以外� �、実施例1と同様にして、前述した各項目の� ��価試験を行った。その結果を表1及び表2に� �す。

表1及び表2の結果からわかる通り、本発明� �係る実施例1~実施例10は、ポリスチレン系樹� ��の重量平均分子量Mwを12万~27万の範囲とし、発泡剤として質量比でイソペンタン:ノルマ� �ペンタン=10:90~80:20の範囲のペンタンを主体� �したものなので、低圧発泡性及び高圧発泡� �のいずれにも優れている。特に、低圧発泡� �が良好なことから、発泡性発泡成形体を得� �ための加熱時間を短縮でき、省エネルギー� �を図ることができる。
また、本発明に係る実施例1~実施例10で得られた発泡成形体は、十分な機械的強度を有している。特に、ポリスチレン系樹脂としてリサイクル原料を用いた場合であってもバージン原料を用いた場合に近い機械的強度を得ることができる。

一方、比較例1は、ポリスチレン系樹脂として、重量平均分子量Mwが10.7万と本発明のMw範� ��未満の低分子量のポリスチレン系樹脂を使� ��した場合である。この比較例1で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、高圧成形性が低く、発泡成形体表面に融けを生じ易く、また得られた発泡成形体の強度が低下している。
比較例2は、ポリスチレン系樹脂として、重量平均分子量Mwが28.3万と本発明のMw範囲を超� ��る高分子量のポリスチレン系樹脂を使用し� ��場合である。この比較例2で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、ビーズライフが短く、長期保存に問題がある。また低圧成形性が低く、発泡成形時の水蒸気圧を低くすることができず、発泡成形時の省エネルギー化を図ることができない。
比較例3及び比較例4は、発泡剤としてイソ� �ンタンのみを用いた場合である。これらの� �較例3及び比較例4で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子では、発泡成形体を得る時の冷却時間が長くかかり、成形サイクルが短縮できず、生産性が低下している。
比較例5は、発泡剤としてノルマルペンタンのみを用いた場合である。この比較例5で得� �れた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、ビ� �ズライフが短く、長期保存に問題がある。� �た低圧成形性が低く、発泡成形時の水蒸気� �を低くすることができず、発泡成形時の省� �ネルギー化を図ることができない。

以上説明した通り、本発明によれば、リ� ��イクル原料を利用でき、十分な機械的強度� ��有する発泡成形体を製造でき、ビーズライ� ��が長く、かつ低圧成形性に優れる発泡性ポ� ��スチレン系樹脂粒子を提供することができ� ��。

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