JP2008222818A

JP2008222818A - 無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2008222818A
Application number: JP2007061673A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Inamori; 康次郎稲森
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】断熱性が高く、耐熱性、低温脆性およびリサイクル性を備えた無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】１６０℃における溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン系樹脂Ｒを、発泡剤を炭酸ガスとし、押出機２に供給する炭酸ガス量を６〜７重量％の範囲とし、押し出し時の樹脂温度を樹脂Ｒの融点の−９〜−７℃の範囲とした条件下で押出発泡させてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体およびその製造方法に係り、特に、断熱性が高く、耐熱性、低温脆性およびリサイクル性を備えた無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体およびその製造方法に関する。

従来より、架橋ポリエチレン発泡体が断熱材として広く用いられている。この架橋ポリエチレン発泡体は、高い発泡倍率、すなわち高い断熱性を得ることができるが、架橋により、元の樹脂に戻してリサイクルすることが困難であり、近年の地球環境問題（廃棄物処理）に対応することができないという問題点があった。

そこで、種々の無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体の製造方法が提案されている。

例えば、低密度ポリエチレンと高密度ポリエチレンを組み合わせた樹脂をシートとし、このシートに揮発性発泡剤または無機ガスを含浸させて、発泡倍率２２倍の無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体を得るものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ポリエチレンとポリピロピレンを組み合わせた樹脂と発泡剤とを押出機内で溶融混練りして押出発泡させて、低温脆性に優れた発泡倍率３０倍（密度０．０２７ｇ／ｍ^３）の無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体を得るものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、溶融張力の高い無架橋ポリエチレン系樹脂と発泡剤とを押出機内で溶融混練りして押出発泡させて、発泡倍率２２倍の無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体を得るものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

さらにまた、引張り伸びおよびＭＦＲ（ＭｅｌｔＦｌｏｗＲａｔｅ：メルトフローレート：ｇ／１０ｍｉｎ）の特性が特定の無架橋ポリエチレン系樹脂と発泡剤とを押出機内で溶融混練りして押出発泡させて、発泡倍率２０倍を超える（密度４６ｇ／Ｌ程度）の無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体を得るものが提案されている（例えば、特許文献４参照）。

またさらに、無架橋ポリエチレン系樹脂を炭酸ガスを発泡剤としてバッチ方式で発泡させて最大発泡倍率１８倍程度の無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体を得るものが提案されている（例えば、特許文献５参照）。

特開平０６−１８４３４６号公報（第１〜２頁）特開２０００−０６３５５２号公報（第９頁、表４）特開２００６−０９６９１０号公報（第１２頁）特開２００６−２７４０３８号公報（第１７頁、表４）特開平０７−１８８４４２号公報（第７頁、段落００４９）

しかしながら、前述した特許文献１に記載のものでは、発泡倍率を高めるために、分岐状高分子である低密度ポリエチレンをブレンドの必須成分としているため、耐熱性に劣るという問題点があった。

また、前述した特許文献２に記載のものでは、耐熱性と脆性が両立されるが、ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂の２種類の樹脂をブレンドしなければならないのでコストと手間がかかるという問題点があった。

さらに、前述した特許文献３および４に記載のものでは、実施例にて無架橋ポリエチレンを単独で押出発泡させて高い発泡倍率を得ているが、発泡剤としてブタンを用いているので防爆設備が必要な上、製造に細心の注意が必要であるという問題点があった。

さらにまた、前述した特許文献５に記載のものでは、無架橋ポリエチレンを安全な炭酸ガスで発泡させて発泡倍率２０倍を得ているものの、バッチ方式による発泡であるため製造効率が悪いという問題点があった。

そこで、断熱性が高く、耐熱性、低温脆性およびリサイクル性を備えた無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体およびその製造方法が求められている。

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、断熱性が高く、耐熱性、低温脆性およびリサイクル性を備えた無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体およびその製造方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明者は、断熱性が高く、耐熱性、低温脆性およびリサイクル性を備えた無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体およびその製造方法を得るべく鋭意研究を行った結果、特定の高密度ポリエチレンを特定の条件で加工することにより、断熱性が高く、耐熱性、低温脆性およびリサイクル性を備えた無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体を効率よく製造することを見い出し、本発明を完成したものである。

すなわち、本発明に係る無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体の特徴は、１６０℃における溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン系樹脂を、発泡剤を炭酸ガスとし、押出機に供給する炭酸ガス量を６〜７重量％の範囲とし、押し出し時の樹脂温度を樹脂の融点の−９〜−７℃の範囲とした条件下で押出発泡させてなる点にある。

また、本発明に係る無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体の製造方法の特徴は、１６０℃における溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン系樹脂を、発泡剤を炭酸ガスとし、押出機に供給する炭酸ガス量を６〜７重量％の範囲とし、押し出し時の樹脂温度を樹脂の融点の−９〜−７℃の範囲とした条件下で押出発泡させる点にある。

本発明に係る無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体によれば、断熱性が高く、耐熱性、低温脆性およびリサイクル性を備えることができるなどの優れた効果を奏する。また、本発明に係る無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体の製造方法によれば、本発明の無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体、すなわち、断熱性が高く、耐熱性、低温脆性およびリサイクル性を備えた無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体を効率よく製造することができるなどの優れた効果を奏する。

以下、本発明を実施形態により説明する。

本発明では、溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン（ＨＭＳ−ＨＤＰＥ：ｈｉｇｈｍｅｌｔｓｔｒｅｎｇｔｈ−ｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ：高溶融張力高密度ポリエチレン）系樹脂が用いられる。

これは、溶融張力が８０ｍＮ未満だと気泡の成長時に破泡が促進され、高い発泡倍率を得ることができないからである。

なお、ここでいう溶融張力とは、東洋精機製キャピログラフＣ３に直径８ｍｍ、長さ２ｍｍのダイをつけ、温度を１６０℃に設定し、ヘッドスピード５０ｍｍ／ｍｉｎで押し出された樹脂を３ｍ／ｍｉｎの速度で引き取ったときの張力を示す。

前記１６０℃における溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン系樹脂としては、０６Ｓ５５Ａ（東ソー株式会社製商品名）などを挙げることができる。

なお、高密度ポリエチレン系樹脂には、溶融張力に影響を及ぼさない範囲で、酸化防止剤、滑剤、顔料、強化剤などを適宜添加することができる。

本発明では、発泡剤として爆発することのない安全な炭酸ガスが用いられているとともに、押出機に供給する炭酸ガス量が６〜７重量％の範囲である。

これは、詳細な理由は不明であるが、炭酸ガス量を増やしていくと６重量％前後から発泡倍率が急激に上昇するが、７重量％を超えると表面平滑性が低くなるとともに発泡倍率も低下に転じるからである。

なお、ここでいう重量％とは、高密度ポリエチレン系樹脂と炭酸ガスとの混合物全体に対する重量比をいう。すなわち、高密度ポリエチレン系樹脂と炭酸ガスとの混合物の重量を１００％としたときに、炭酸ガスの重量の割合が６〜７％であることをいう。

本発明では、押し出し時（押出機内における溶融混練り時）の樹脂温度が樹脂（１６０℃における溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン系樹脂）の融点の−９〜−７℃の範囲とされている。

これは、樹脂の融点（Ｔｍ）より−７℃を越えて高い温度だと破泡のために高い発泡倍率が得られず、融点より−９℃を下回って低い温度だと樹脂が固化するため、やはり高い発泡倍率が得られないからである。

このことは、炭酸ガス量と押し出し時の樹脂温度と発泡倍率の関係を調べた実験により確認することができた。この炭酸ガス量と樹脂温度と発泡倍率との関係を図１に示す。

また、樹脂温度とは、ダイの出口における樹脂の温度である。

ここで、本発明の無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体の製造方法が用いられる発泡体製造装置について図２により説明する。

図２は本発明に係る無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体の製造方法が用いられる発泡体製造装置の実施形態を示す模式図である。

図２に示すように、本実施形態の発泡体製造装置１は、押出機２を有している。この押出機２の図２に示す左側上部には、本発明に係る樹脂Ｒ（溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン系樹脂：原料樹脂：ペレット）をこの押出機２の内部に供給するためのホッパ３が配設されている。この押出機２の内部には、ホッパ３から供給される樹脂Ｒを図２の右端部に配設されたダイ４に向かって搬送する図示しないスクリューを有している。このスクリューは、モータなどからなる駆動源の駆動力をもって回転駆動されるようになっている。そして、スクリューを囲繞するようにしてホッパ３からダイ４に向かって搬送される樹脂Ｒを搬送中に溶融するための加熱シリンダが配設されている。そして、ダイ４の出口における樹脂温度が樹脂Ｒの融点の−９〜−７℃の範囲となるように、加熱シリンダの温度設定がなされることになる。

前記押出機２の長さ方向のほぼ中間部分には、ホッパ３からダイ４に向かって搬送される途中で溶融状態とされた樹脂Ｒに対して発泡剤としての炭酸ガスを押出機の内部に供給するためのガス供給ポート５が配設されており、このガス供給ポート５には、ガス流量制御装置６を介して炭酸ガスボンベなどの炭酸ガス供給源７が接続されている。そして、ガス供給ポート５から発泡剤としての炭酸ガスが６〜７重量％の範囲の炭酸ガス量で供給されることになる。

このような、本実施形態の発泡体製造装置１によれば、押出機２のホッパ３に供給された樹脂Ｒは、押出機２の内部（バレル内）をダイ４に向かって搬送される途中で、樹脂Ｒの融点の−９〜−７℃の範囲で溶融状態とされる。また、樹脂Ｒは、溶融状態においてガス供給ポート５から６〜７重量％の範囲で供給される炭酸ガスと接触し、押出機２の内部の高い圧力により溶融状態の樹脂中に炭酸ガスが溶解され、溶融状態の樹脂Ｒに均一に分散するように混練りされる。

ついで、押出機２の内部で均質に混合された樹脂Ｒと炭酸ガスの混合物は、ダイ４から押し出されると同時に発泡し、その後冷却装置により強制冷却あるいは自然冷却されることにより固化し、所定形状の無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体Ｐが連続的に得られる。

なお、押出機２としては、単軸押出機を用いてもよいが、ダイの出口（樹脂吐出口）において溶融状態の樹脂を十分に冷却するために、押出機を二台直列につないだタンデム押出機を用いたほうが好ましい。

また、押出機（タンデム押出機の場合、１段目の押出機）のＬ／Ｄは３０以上あることが樹脂Ｒと炭酸ガスとの混練性を高めるという意味で好ましい。

勿論、樹脂Ｒとしては、ドライブレンドした溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン系樹脂および添加剤の混合物をペレットとして用いてもよい。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。なお、本発明はこれによって限定されるものではない。

（実施例１）
１６０℃における溶融張力が８０ｍＮ、ＭＲＦが４．０ｇ／ｍｉｎ、融点が１２９℃の高密度ポリエチレン樹脂（樹脂１）を、発泡剤を炭酸ガスとし、押出機に供給する炭酸ガス量を６．２重量％とし、押し出し時の樹脂温度を１２０℃（融点の−９℃）として押出発泡を行って無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体を得た。

（実施例２）
実施例１の樹脂温度を１２２（融点の−７℃）とした。

（比較例１）
実施例１の樹脂温度を１２４（融点の−６℃）とした。

（比較例２）
実施例１の樹脂温度を１１８（融点の−１１℃）とした。

（比較例３）
実施例１の炭酸ガス量を５．４重量％とし、樹脂温度を１２４（融点の−６℃）とした。

（比較例４）
実施例２の炭酸ガス量を５．４重量％とした。

（比較例５）
実施例１の炭酸ガス量を５．４重量％とした。

（比較例６）
実施例１の炭酸ガス量を７．７重量％とし、樹脂温度を１１８（融点の−１１℃）とした。

（比較例７）
実施例１の炭酸ガス量を７．７重量％とし、樹脂温度を１１６（融点の−１３℃）とした。

（比較例８）
１６０℃における溶融張力が２５ｍＮ、ＭＲＦが５．０ｇ／ｍｉｎ、融点が１３２℃の高密度ポリエチレン系樹脂（樹脂２）を、発泡剤を炭酸ガスとし、押出機に供給する炭酸ガス量を６．２重量％とし、押し出し時の樹脂温度を１２４℃（融点の−８℃）として押出発泡を行って無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体を得た。

（比較例９）
比較例８の樹脂温度を１２２（融点の−１０℃）とした。

（比較例１０）
比較例８の炭酸ガス量を５．４重量％とした。

（比較例１１）
比較例９の炭酸ガス量を５．４重量％とした。

つぎに、実施例１、２および比較例１ないし１１のそれぞれについて評価を行った。この評価は、発泡倍率を求めることで断熱性について評価した。

前記各実施例および各比較例の樹脂、炭酸ガス量および樹脂温度と、評価結果とを併せて表１に示す。

表１に示すように、実施例１および２の無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体は、いずれも発泡倍率が２０倍を超え、高い断熱性を有していることが判明した。

これに対し、比較例１では、ダイからガスが噴出するために押出発泡させることができず、また、比較例２では、ダイに樹脂が詰まるために押出発泡させることができないことが判明した。さらに、比較例３〜１１の無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体は、いずれも発泡倍率が２０倍を超えることができず（比較例３〜１１では、比較例７が発泡倍率１６．３倍で最も高い）、断熱性に劣ることが判明した。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

炭酸ガス量と樹脂温度と発泡倍率の関係を示す図本発明に係る無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体の製造方法が用いられる発泡体製造装置の実施形態を示す模式図

符号の説明

１発泡体製造装置
２押出機
３ホッパ
４ダイ
５ガス供給ポート
６ガス流量制御装置
７炭酸酸ガス供給源
Ｒ樹脂
Ｐ無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体

Claims

１６０℃における溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン系樹脂を、発泡剤を炭酸ガスとし、押出機に供給する炭酸ガス量を６〜７重量％の範囲とし、押し出し時の樹脂温度を樹脂の融点の−９〜−７℃の範囲とした条件下で押出発泡させてなることを特徴とする無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体。
１６０℃における溶融張力が８０ｍＮ以上の高密度ポリエチレン系樹脂を、発泡剤を炭酸ガスとし、押出機に供給する炭酸ガス量を６〜７重量％の範囲とし、押し出し時の樹脂温度を樹脂の融点の−９〜−７℃の範囲とした条件下で押出発泡させることを特徴とする無架橋高密度ポリエチレン系樹脂発泡体の製造方法。