(57)【要約】【課題】高い空隙率と優れた曲げ特性を兼ね備える発泡成形体を提供すること。【解決手段】相互に融着した多数のポリスチレン系樹脂発泡粒子２からなる発泡成形体１である。発泡成形体１は、発泡粒子２間を結ぶ連続的な空隙３を有する。発泡成形体１を構成する発泡粒子２は、その表面に形成された表面溶融層２１を有する。発泡成形体１は、発泡粒子２を相互に連結している連結部２２を有する。連結部２２は、隣接する発泡粒子２ａ、２ｂが相互に融着した後に表面溶融層２１ａ、２１ｂが引き延ばされてなる。発泡成形体の空隙率は５〜６５体積％である。【選択図】図３
2015120859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に融着した多数のポリスチレン系樹脂発泡粒子からなり、該発泡粒子間を結ぶ連続的な空隙を有する発泡成形体であって、
該発泡成形体を構成する上記発泡粒子は、その表面に形成された表面溶融層を有し、
上記発泡成形体は、隣接する発泡粒子が相互に融着した後に上記表面溶融層が引き延ばされてなる、上記発泡粒子を相互に連結している連結部を有し、
上記発泡成形体の空隙率が５〜６５体積％であることを特徴とする発泡成形体。
【請求項２】
上記発泡成形体の曲げ試験においては、上記連結部が材料破壊することを特徴とする請求項１に記載の発泡成形体。
【請求項３】
上記表面溶融層は、流動パラフィンを含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡成形体。
【請求項４】
上記発泡成形体の見かけ密度が９〜３０ｋｇ／ｍ3であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発泡成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリスチレン系樹脂発泡粒子が相互に融着してなる発泡成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリスチレン系樹脂発泡粒子が相互に融着してなる発泡成形体は、軽量であり、断熱性に優れている。そのため、発泡成形体は、建築用断熱材や保冷箱等に使用されている。また、通気性、透水性、吸音性が求められる用途にも発泡成形体が使用されている。このような用途においては、発泡粒子間を結ぶ連続的な空隙を有し、空隙率の高い発泡成形体が使用される（特許文献１〜５参照）。また、このような空隙を有する発泡成形体の空隙に熱硬化性樹脂原料や石膏等を含浸、固化させてなる複合体が開発されている。
【０００３】
空隙率の高い発泡成形体は、次のようにして作製される。具体的には、まず、複数の発泡粒子が成形型内に充填される。次いで、成形型内にスチームが供給される。これにより、発泡粒子が相互に融着する。次いで、水冷等によって成形型内の冷却を行うことにより、発泡成形体が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２００８９２号公報
【特許文献２】特開２００６−１１０９８２号公報
【特許文献３】特開２００７−１０６９７３号公報
【特許文献４】特許第３２６８０９４号公報
【特許文献５】特許第３２９３３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の空隙を有する発泡成形体においては、発泡粒子同士の融着力がまだ不十分である。そのため、発泡成形体を構成する発泡粒子が発泡成形体から脱落し易い。また、そのような発泡成形体は、曲げ強さ、曲げ弾性率、曲げたわみ等が低く、曲げ特性が不十分である。特に、発泡成形体の空隙率を高くすると、曲げ特性が悪くなる傾向がある。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、高い空隙率と優れた曲げ特性を兼ね備える発泡成形体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、相互に融着した多数のポリスチレン系樹脂発泡粒子（以下、適宜「発泡粒子」という）からなり、該発泡粒子間に連続的な空隙を有する発泡成形体であって、
該発泡成形体を構成する上記発泡粒子は、その表面に形成された表面溶融層を有し、
上記発泡成形体は、隣接する発泡粒子が相互に融着した後に上記表面溶融層が引き延ばされてなる、上記発泡粒子を相互に連結している連結部を有し
上記発泡成形体の空隙率が５〜６５体積％であることを特徴とする発泡成形体にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記発泡成形体は、発泡粒子間に連続的な空隙を有し、上記のように高い空隙率を有する。そして、発泡成形体を構成する発泡粒子は、上記表面溶融層を有し、発泡成形体は、発泡粒子の表面溶融層が相互に融着した後引き延ばされてなる連結部を有している。そのため、上記発泡成形体においては、空隙率を高くすることが可能になると共に、発泡成形体は、高い空隙率と優れた曲げ特性とを兼ね備える。また、発泡粒子が発泡成形体から脱落し難くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例における、発泡成形体の外観を示す説明図。
【図２】実施例における、発泡成形体の表面のデジタル写真を示す写真代用図。
【図３】実施例における、発泡成形体の断面におけるデジタル写真を示す写真代用図。
【図４】実施例における、発泡成形体の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す写真代用図。
【図５】実施例における、発泡成形体の断面の走査型電子顕微鏡写真を示す写真代用図。
【図６】比較例における、発泡成形体の表面のデジタル写真を示す写真代用図。
【図７】比較例における、発泡成形体の断面におけるデジタル写真を示す写真代用図。
【図８】比較例における、発泡成形体の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す写真代用図。
【図９】比較例における、発泡成形体の断面の走査型電子顕微鏡写真を示す写真代用図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、発泡成形体の好ましい実施形態について説明する。
上記発泡成形体は、相互に融着した多数のポリスチレン系樹脂発泡粒子からなる。本明細書において、ポリスチレン系樹脂は、スチレン系単量体成分単位が５０質量％以上の樹脂をいう。即ち、ポリスチレン系樹脂は、スチレン系単量体の単独重合体、２種以上のスチレン系単量体の共重合体だけでなく、１種以上のスチレン系単量体と、これと共重合可能なビニル単量体との共重合体を含む概念である。ポリスチレン系樹脂におけるスチレン系単量体成分単位は、８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましい。
【００１１】
スチレン系単量体としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−エチルスチレン、２，４−ジメチルスチレン、ｐ−メトキシスチレン、ｐ−ｎ−ブチルスチレン、ｐ−ｔ−ブチルスチレン、ｏ−クロロスチレン、ｍ−クロロスチレン、ｐ−クロロスチレン、２，４，６−トリブロモスチレン、ジビニルベンゼン、スチレンスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウムなどが挙げられる。これらは、単独でも２種類以上を混合したものを用いても良い。
【００１２】
また、スチレン系単量体と共重合可能なその他のビニル単量体としては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、水酸基を含有するビニル化合物、ニトリル基を含有するビニル化合物、有機酸ビニル化合物、オレフィン化合物、ジエン化合物、ハロゲン化ビニル化合物、ハロゲン化ビニリデン化合物、マレイミド化合物などが挙げられる。
アクリル酸エステルとしては、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル等がある。
メタクリル酸エステルとしては、例えばメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等がある。
水酸基を含有するビニル化合物としては、例えばヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート等がある。
ニトリル基を含有するビニル化合物としては、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル等がある。
有機酸ビニル化合物としては、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等がある。
オレフィン化合物としては、例えばエチレン、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン等がある。
ジエン化合物としては、例えばブタジエン、イソプレン、クロロプレン等がある。
ハロゲン化ビニル化合物としては、例えば塩化ビニル、臭化ビニル等がある。
ハロゲン化ビニリデン化合物としては、例えば塩化ビニリデン等がある。
マレイミド化合物としては、例えばＮ−フェニルマレイミド、Ｎ−メチルマレイミド等がある。
これらのビニル単量体は、単独でも２種類以上を混合したものを用いても良い。
【００１３】
発泡成形体は、該発泡成形体を構成する発泡粒子間に外部と連通する連続的な空隙を有する。発泡成形体における空隙の形状は、例えば三次元網目構造等である。
【００１４】
発泡成形体の空隙率は、５〜６５体積％である。そのため、発泡成形体は、通気性、液状物の透過性・含浸性、吸音性に優れる。発泡成形体の空隙率は、１０〜５０体積％であることがより好ましく、１５〜４５体積％であることがさらに好ましい。
【００１５】
発泡成形体の空隙率は、例えば次のようにして測定することができる。
即ち、まず、温度２３℃、相対湿度５０％の環境下で２４時間以上発泡成形体を放置する。この発泡成形体から特定の大きさの直方体状のサンプルを切り出す。サンプルの外形寸法から嵩体積を求める。次いで、金網などの道具を用いて、温度２３℃のエタノールが入ったメスシリンダーなどの中にサンプルを沈める。次いで、サンプルに軽い振動等を与えることにより、サンプル中の発泡粒子間に存在している空気を脱気する。そして、金網などの道具の体積を考慮して、水位上昇分から読みとられるサンプルの真の体積（ｃｍ3）を測定する。得られたサンプルの嵩体積（ｃｍ3）と真の体積（ｃｍ3）とから、次式により空隙率（％）が求められる。
空隙率（％）＝（サンプルの嵩体積（ｃｍ3）−サンプルの真の体積（ｃｍ3））／サンプルの嵩体積（ｃｍ3）×１００
【００１６】
発泡成形体を構成する発泡粒子は、その表面に形成された表面溶融層を有する。表面溶融層は、発泡粒子の気泡を含む表面層が一旦溶融した後、硬化することにより形成された層である。したがって、表面溶融層は、気泡をほとんど有していない層ということができる。表面溶融層は、発泡粒子の製造時に形成される所謂スキン層とは異なる層であり、例えば表面溶融層の厚みは、スキン層よりも大きい。
【００１７】
表面溶融層は、軟化溶融剤を含有していてもよい。軟化溶融剤としては、例えば流動パラフィン、ひまし油、牛脂、ヤシ油、落花生油、なたね油、ジオクチルフタレート、ジオクチルアジペート、グリセリン高級脂肪酸エステル、アセチル化グリセリド、ブチルステアレートなどから選ばれる１種以上が用いられる。
表面溶融層は、流動パラフィンを含有することが好ましい。この場合には、表面溶融層を容易に形成することができる。そのため、発泡成形体の空隙率をより高くすることが可能になる。
【００１８】
発泡成形体は、発泡粒子を相互に連結している連結部を有する。連結部は、隣接する発泡粒子の表面が相互に融着した後に表面溶融層が引き延ばされてなる。したがって、連結部は、表面溶融層を基に形成されており、気泡をほとんど有していない樹脂溜まり部から構成されているということができる。また、表面融着層が流動パラフィンを含有する場合には、連結部も表面パラフィンを含有しうる。
【００１９】
表面溶融層及び連結部は、発泡成形体の製造工程において、例えば次のようにして形成されうる。
即ち、まず、成形型内に発泡粒子が充填される。次いで、成形型内にスチーム等が供給されて成形型内が加熱される。これにより、発泡粒子の表面の一部が相互に融着する。次いで、水冷等による積極的な冷却を行うことなく、発泡粒子が融着してなる発泡成形体を成形型内に放置する時間を設ける。この放置時間を例えば高温熟成時間ということができる。この高温熟成時間を設けることにより、上述の表面溶融層及び連結部が形成されうる。なお、連結部は、発泡粒子の表面の一部が相互に融着した後に、高温熟成時間において、表面溶融部が形成されることによって発泡粒子の体積が小さくなることにより形成されると推察される。したがって、成形型内で発泡粒子同士の表面の一部を融着させた後に、圧縮空気などで型内に圧力をかけて発泡粒子を全体的に潰すことにより作製される従来の空隙を有する発泡成形体とは、構造が異なる。本発明の発泡成形体は、上記のように表面溶融部が引き延ばされてなる連結部を有するため、高い空隙率と、優れた曲げ特性を兼ね備えることができる。
熟成時の温度は、例えば８５〜１０５℃である。高温熟成時間は、適宜調整することができる。連結部が発生するまでの高温熟成時間は、例えば２〜６０秒程度であると考えられる。
【００２０】
成形型に充填する発泡粒子の表面は、軟化溶融剤で被覆されていることが好ましい。この場合には、連結部が形成され易くなる。軟化溶融剤の添加量は、例えば発泡粒子１００質量部に対して０．１〜２５質量部であることが好ましく、３〜１０質量部であることがより好ましい。この場合には、発泡成形体の空隙率をより高めることが可能になる。軟化溶融剤としては、流動パラフィンが好ましい。軟化溶融剤による発泡粒子の被覆は、例えばリボンブレンダー、タンブラー、スクリュー式のミキサー等により行うことができる。また、予備発泡機内に発泡性樹脂粒子と共に軟化溶融剤を供給し、両者を混合しながら発泡性樹脂粒子を予備発泡させることにより、表面が軟化溶融剤で被覆された発泡粒子を得ることもできる。
【００２１】
発泡成形体の曲げ試験においては、連結部で材料破壊が起こることが好ましい。この場合には、発泡成形体の上述の曲げ特性をより向上させることができる。発泡成形体の曲げ試験は、例えばＪＩＳ  Ｋ７２２１−２（２００６年）に基づいて行うことができる。
【００２２】
発泡成形体の見かけ密度は、特に制限されるものではないが、概ね９〜５０ｋｇ／ｍ3であることが好ましく、９〜３０ｋｇ／ｍ3であることがより好ましい。発泡成形体の見掛け密度が９〜３０ｋｇ／ｍ3の範囲となるように、かさ密度が９〜３０ｋｇ／ｍ3の発泡粒子を用いて発泡成形体を得る場合には、特に空隙率が高い発泡成形体を得ることが容易になる。見かけ密度は、次のように測定される。
具体的には、まず、発泡成形体の外形寸法から体積を求め、次いで発泡成形体の質量を測定する。そして、質量を体積で除することにより、発泡成形体の見かけ密度（ｋｇ／ｍ3）が算出される。また、発泡成形体の外形寸法が測定できない場合には、発泡成形体から複数の直方体又は立方体の試験片を切り出して該試験片の質量を測定し、その質量の和を試験片の外形寸法から求めた体積の和で除することによって発泡成形体の見かけ密度（ｋｇ／ｍ3）を求めてもよい。
また、発泡粒子のかさ密度（ｋｇ／ｍ3）は、１Ｌのメスシリンダーを用意し、空のメスシリンダー中に発泡粒子を１Ｌの標線まで充填し、１Ｌあたりの発泡粒子の重量（ｇ）を測定することより求められる。
【００２３】
発泡成形体は、例えば吸音材として用いられる。また、発泡成形体の空隙に、石膏やセメント等の難燃性の無機材料を充填し、固化させることにより、発泡成形体と無機材料との複合体を得ることができる。この複合体は、不燃の断熱材として用いられる。
また、発泡成形体は、金属多孔体を作製するための型としても用いられる。具体的には、空隙に金属粉スラリーが流し込まれた発泡成形体を加熱することにより、金属粉が焼結すると共に、発泡成形体が消失する。その結果、上記のように金属多孔体が得られる。
【実施例】
【００２４】
（実施例）
次に、実施例にかかる発泡成形体を作製する。
図１に示すごとく、本例の発泡成形体１は、相互に融着した多数の発泡粒子２からなる。発泡成形体１は、発泡粒子２間に外部と連通する連続的な空隙３を有し、空隙３は、三次元網目状に形成されている（図２及び図４参照）。発泡成形体１を構成する発泡粒子２は、その表面に形成された表面溶融層２１を有する（図３及び図５参照）。発泡成形体１は、隣接する発泡粒子２ａ、２ｂが相互に融着した後に表面溶融層２１ａ、２１ｂが引き延ばされてなる連結部２２を有する。連結部２２は、隣接する発泡粒子２ａ、２ｂを相互に連結する。
【００２５】
本例の発泡成形体の製造方法について、説明する。
まず、発泡性粒子（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子）として、(株)ジェイエスピー製の「スチロダイア  ＰＡ２００」を準備した。次いで、発泡性粒子を所定の発泡倍率に発泡させることにより、発泡粒子を作製した。次いで、スクリュー式ミキサーを用い、所定量の流動パラフィンを添加して、発泡粒子の表面に流動パラフィンを被覆させた。
【００２６】
次いで、ドイツ製のモルデックス成形機の成形型内に発泡粒子を充填した。この成形型は、７００ｍｍ×５００ｍｍ×５０ｍｍの直方体形状のキャビティを備えている。次いで、成形型内にゲージ圧０．０６ＭＰａの水蒸気を供給することにより、成形型内を７秒間加熱した。次いで、水蒸気の供給を停止した後、成形型内を６０秒間放置した。その後、成形型内から発泡成形体を取り出した。このようにして、発泡成形体を得た。本例においては、発泡倍率が３０倍（かさ密度３５ｋｇ／ｍ3）、５０倍（かさ密度２１ｋｇ／ｍ3）、７０倍（かさ密度１５ｋｇ／ｍ3）、又は９０倍（かさ密度１２ｋｇ／ｍ3）で、流動パラフィンの添加量が３質量部、６質量部、又は９質量部の発泡粒子を用いて、１２種類の発泡成形体（実施例１〜１２）を作製した。
【００２７】
（比較例）
次に、比較例の発泡成形体を次のようにして作製した。
具体的には、まず、水蒸気を供給するまでは上述の実施例と同様の操作を行った。次いで、水蒸気の供給を停止した後、成形型に５秒間冷水をかけ、さらに６０秒間放置することにより、成形型内を冷却した。その後、成形型内から発泡成形体を取り出した。このようにして、発泡成形体を得た。本例においては、実施例と同様に、発泡倍率が３０倍、５０倍、７０倍、又は９０倍で、流動パラフィンの添加量が３質量部、６質量部、又は９質量部の発泡粒子を用いて、１２種類の発泡成形体（比較例１〜１２）を作製した。
【００２８】
（実験例）
次に、実施例と比較例とを比較する。
実施例の発泡成形体について、拡大写真を図２及び図３に示し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図４及び図５に示す。また、比較例の発泡成形体に関する拡大写真を図６及び図７に示し、ＳＥＭ写真を図８及び図９に示す。図２、図４、図６、図８は、発泡成形体の表面を示す写真であり、図３、図５、図７、図９は、発泡成形体の断面を示す写真である。
【００２９】
図３及び図５より知られるように、実施例の発泡成形体は、発泡粒子２の表面に、表面溶融層２１を有していることがわかる。これに対し、図７及び図９から知られるように、比較例の発泡成形体９は、実施例のような表面溶融層は存在していない。比較例にかかる発泡成形体９を構成する発泡粒子９１の表面には、成形前の発泡粒子９１にも存在していたスキン層９２が存在するに過ぎない。
【００３０】
また、図２〜図５より知られるように、実施例の発泡成形体１は、発泡粒子２を相互に連結している連結部２２を有しており、隣接する発泡粒子２の大部分（９０％以上）が連結部２２により連結している。図４より知られるように、連結部２２は、隣接する発泡粒子２ａ、２ｂが相互に融着した後に、表面溶融層２１ａ、２１ｂからなる融着部が発泡粒子２ａ、２ｂの連結方向に引き延ばされてなる。これに対し、図６〜図９より知られるように、比較例の発泡成形体９は、実施例のような連結部を有していない。比較例の発泡成形体９は、隣接する発泡粒子９１がスキン層９２において部分的に融着しているに過ぎない。
【００３１】
なお、本例においては、上述の発泡倍率や流動パラフィンの添加量が異なる発泡粒子を用い、空隙率や見かけ密度の異なる複数の発泡成形体を製造した。これらの具体的数値を表１及び表２に示す。
次に、これら複数の発泡成形体について、曲げ強さ、曲げ弾性率、曲げたわみを次のようにして測定した。その結果を表１及び表２に示す。
【００３２】
「曲げ強さ、曲げ弾性率、曲げたわみ」
発泡成形体の中央部付近から切り出した測定用試験片を用いて、ＪＩＳ  Ｋ７２２１−２に基づいて、発泡成形体の曲げ強さ、曲げ弾性率及び曲げたわみを求めた。曲げたわみは試験片が破壊したときのたわみ量であり、曲げ強さは試験片が破壊されたときの応力である。測定は、支点間距離が３００ｍｍの測定装置Ａを用いて、温度２３℃、相対湿度５０％、試験速度２０ｍｍ／ｍｉｎという条件下で行った。
【００３３】
【表１】
2015120859.tif 000003
【００３４】
【表２】
2015120859.tif 000004
【００３５】
実施例１〜１２の発泡成形体と比較例１〜１２の発泡成形体とを空隙率の近いもの同士で比較すると、実施例の発泡成形体は比較例の発泡成形体よりも曲げ強さ、曲げ弾性率、曲げたわみが向上していた（表１及び表２参照）。また、実施例の発泡成形体では、曲げ試験にて破壊された断面において連結部が材料破壊していた。即ち、発泡粒子の表面に表面溶融層を有し、発泡粒子間に上記連結部を有するという上述の特徴的な構成を備えた発泡成形体は、曲げ特性に優れていることがわかる。また、空隙率を高くすると発泡成形体の曲げ特性が悪くなる傾向があるが、表１及び表２より知られるごとく、実施例の発泡成形体は、比較例に比べて高い空隙率と優れた曲げ特性を兼ね備える。
【００３６】
また、発泡粒子間に連結部を有する発泡成形体においては、４０体積％を超える空隙率が非常に高い発泡成形体を実現できることがわかる（表１及び表２参照）。なお、表中には示していないが、例えば流動パラフィンの添加量を２５質量部にすることにより、発泡粒子を球と仮定して最密充填したときの理論空隙率を大きく上回る４７体積％という高い空隙率を有する発泡成形体を実現できることを確認している。
【符号の説明】
【００３７】
１  発泡成形体
２  発泡粒子
２１  表面溶融層
２２  連結部
３  空隙
【図１】
2015120859.tif 000005
【図２】
2015120859.tif 000006
【図３】
2015120859.tif 000007
【図４】
2015120859.tif 000008
【図５】
2015120859.tif 000009
【図６】
2015120859.tif 000010
【図７】
2015120859.tif 000011
【図８】
2015120859.tif 000012
【図９】
2015120859.tif 000013