(57)【要約】【課題】  気泡部分が目詰まりしにくく、担持機能等の機能を長期にわたって発揮することができる連続気泡発泡体及びその製造方法を提供する。【解決手段】  連続気泡発泡体は、ポリオレフィン系樹脂、発泡剤、架橋剤及び混練時に非溶融性の粉体を必須成分とする原料組成物を混練後に発泡させてなるものである。粉体としては、融点がポリオレフィン系樹脂より１０℃以上高いポリオレフィン系樹脂が好ましい。粉体の平均粒子径は５０〜２００μｍであり、粉体の含有量はポリオレフィン系樹脂に対して２０〜５０体積％である。発泡後に形成される気泡の平均気泡径は０．７〜２．０ｍｍである。この連続気泡発泡体は、微生物を担持するための水処理用担体として好適に使用される【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂、発泡剤、架橋剤及び混練時に非溶融性の粉体を必須成分とする原料組成物を混練後に発泡させてなり、前記粉体の平均粒子径が５０〜２００μｍ、粉体の含有量がポリオレフィン系樹脂に対して２０〜５０体積％であり、発泡後に形成される気泡の平均気泡径が０．７〜２．０ｍｍであることを特徴とする連続気泡発泡体。
【請求項２】
前記粉体は、融点がポリオレフィン系樹脂より１０℃以上高いポリオレフィン系樹脂である請求項１に記載の連続気泡発泡体。
【請求項３】
微生物を担持するための水処理用担体として使用されるものである請求項１又は請求項２に記載の連続気泡発泡体。
【請求項４】
ポリオレフィン系樹脂、発泡剤、架橋剤及び混練時に非溶融性の粉体を必須成分とする原料組成物であって、粉体の平均粒子径が５０〜２００μｍ、粉体の含有量がポリオレフィン系樹脂に対して２０〜５０体積％である原料組成物を混練した後、２段階で発泡させ、得られる連続気泡発泡体の平均気泡径を０．７〜２．０ｍｍにすることを特徴とする連続気泡発泡体の製造方法。
【請求項５】
前記２段階で発泡させた後、機械的圧力を付与することを特徴とする請求項４に記載の連続気泡発泡体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば微生物を担持させるための水処理用担体として利用される連続気泡発泡体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の連続気泡発泡体としては次のような技術が知られている。第１の従来技術は、ポリオレフィン、架橋剤及び発泡剤からなる混和物を用いて一次発泡、次いで二次発泡させて１０倍以上に発泡させた最終発泡体を得るものである（特許文献１を参照）。第２の従来技術は、ポリエチレン系樹脂１００重量部に対し、ポリプロピレン粒子１〜３０重量部を含有し、連続気泡構造を有する架橋ポリエチレン系樹脂発泡体である（特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開平５−２１２８１１号公報（第２頁から第４頁）
【特許文献２】特開２００３−２１３０２９号公報（第２頁から第４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、第１の従来技術では、得られる最終発泡体の気泡の平均気泡径が２５０〜４５０μｍという小さいものであることから、表面積は増加するものの、微生物等の水中の微粒子が付着した場合気泡部分に目詰まりを起こしてしまう。そのため、微生物の担体等として使用したとき微生物が気泡部分に担持されなくなり、長期にわたって安定した機能を発揮できなくなるという問題があった。一方、第２の従来技術では、得られる発泡体の気泡の平均気泡径が２〜３ｍｍという大きいものであるため、表面積が小さくなってしまい、担持機能を十分に発揮することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、気泡部分が目詰まりしにくく、担持機能等の機能を長期にわたって発揮することができる連続気泡発泡体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の連続気泡発泡体は、ポリオレフィン系樹脂、発泡剤、架橋剤及び混練時に非溶融性の粉体を必須成分とする原料組成物を混練後に発泡させてなり、前記粉体の平均粒子径が５０〜２００μｍ、粉体の含有量がポリオレフィン系樹脂に対して２０〜５０体積％であり、発泡後に形成される気泡の平均気泡径が０．７〜２．０ｍｍであることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２に記載の発明の連続気泡発泡体は、請求項１に記載の発明において、前記粉体は、融点がポリオレフィン系樹脂より１０℃以上高いポリオレフィン系樹脂である。
請求項３に記載の発明の連続気泡発泡体は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、微生物を担持するための水処理用担体として使用されるものである。
【０００７】
請求項４に記載の発明の連続気泡発泡体の製造方法は、ポリオレフィン系樹脂、発泡剤、架橋剤及び混練時に非溶融性の粉体を必須成分とする原料組成物であって、粉体の平均粒子径が５０〜２００μｍ、粉体の含有量がポリオレフィン系樹脂に対して２０〜５０体積％である原料組成物を混練した後、２段階で発泡させ、得られる連続気泡発泡体の平均気泡径を０．７〜２．０ｍｍにすることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項５に記載の発明の連続気泡発泡体の製造方法は、請求項４に記載の発明において、前記２段階で発泡させた後、機械的圧力を付与することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の発明の連続気泡発泡体によれば、気泡部分が目詰まりしにくく、微生物等を担持する担持機能等の機能を長期にわたって発揮することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明の連続気泡発泡体によれば、請求項１に係る発明の効果に加え、混練時に非溶融性の粉体が溶融しないため、溶融部分と非溶融部分との境界部分でより大きな気泡を形成することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明の連続気泡発泡体によれば、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加え、気泡部分に微生物が担持され、水処理用担体として好適に使用される。
請求項４に記載の発明の連続気泡発泡体の製造方法によれば、平均気泡径が０．７〜２．０ｍｍの連続気泡発泡体を容易に製造することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明の連続気泡発泡体によれば、請求項４に係る発明の効果に加え、連続気泡を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の連続気泡発泡体は、ポリオレフィン系樹脂、発泡剤、架橋剤及び混練時に非溶融性の粉体を必須成分とする原料組成物を混練後に発泡させてなり、発泡後に形成される気泡の平均気泡径が０．７〜２．０ｍｍのものである。前記粉体の平均粒子径は５０〜２００μｍ、粉体の含有量がポリオレフィン系樹脂に対して２０〜５０体積％である。ここで、連続気泡発泡体は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １９４０−６２Ｔに準じて測定した連続気泡率が８０％以上のものをいい、１００％に近いことが好ましい。
【００１４】
ポリオレフィン系樹脂は水に対して安定で耐久性に優れていることから、水処理用の担体（キャリア）等として好適に用いられる。係るポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン樹脂、エチレンとその他の単量体との共重合樹脂、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）、ポリプロピレン系樹脂等が挙げられる。ポリエチレン樹脂の融点は、低密度ポリエチレンが１０７〜１２４℃、高密度ポリエチレンが１２０〜１４０℃、ポリプロピレン系樹脂の融点は１３０〜１６０℃である。
【００１５】
発泡剤はポリオレフィン系樹脂を発泡させてポリオレフィン系樹脂の発泡体とするためのもので、ポリオレフィン系樹脂の溶融温度以上の分解温度を有している。この発泡体としては、例えばアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、バリウムアゾジカルボキシレート等のアゾ系化合物、ｐ,ｐ´−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド等のヒドラジン系化合物等が用いられる。
【００１６】
架橋剤はポリオレフィン系樹脂の軟化温度以上の分解温度を有し、分解によって遊離ラジカルを発生してポリオレフィン系樹脂の分子間又は分子内に架橋結合を形成する遊離ラジカル発生剤である。この架橋剤としては、ジクミルパーオキサイド、ターシャリーブチルパーオキシベンゾエート、ターシャリーブチルパーオキシケトン、２,５−ジメチル−２,５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキシン、２,５−ジメチル−２,５−ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン、１,１−ジターシャリーブチルパーオキシ−３,３,５−トリメチルシクロヘキサン等の有機過酸化物が用いられる。
【００１７】
次に、混練時に非溶融性の粉体について説明する。原料組成物（コンパウンド）を混練してポリオレフィン系樹脂等を溶融したとき、混練時に非溶融性の粉体は溶融しないことから、その粉体の部分には架橋剤や発泡剤が含まれない。一方、ポリオレフィン系樹脂は溶融し、その中には架橋剤や発泡剤が含まれる。このため、発泡剤をその分解温度まで加熱して発泡させたとき、発泡剤が含まれている樹脂の部分は発泡ガスによって膨張するが、発泡剤が含まれていない樹脂の部分は膨張しない。従って、膨張する部分と膨張しない部分との間に伸びのずれが生じ、それらの境界部分に空孔ができてより大きな気泡となるのである。
【００１８】
このような混練時に非溶融性の粉体としては、ポリオレフィン系樹脂よりも融点が１０℃以上高い樹脂、金属、金属塩等の粉体が用いられる。ポリオレフィン系樹脂よりも融点が１０℃以上高い樹脂としては、高密度ポリエチレン（融点１２０〜１４０℃）、ポリプロピレン系樹脂（融点１３０〜１６０℃）等が挙げられる。金属としては、鉄、アルミニウム等が挙げられる。金属塩としては、炭酸カルシウム等が挙げられる。これらのうち、発泡体となるポリオレフィン系樹脂と同種のポリオレフィン系樹脂で、融点の高いものを選択することが、廃棄する際の再利用を考慮すると好ましい。例えば、ポリオレフィン系樹脂として低密度ポリエチレン（融点１０７〜１２４℃）を用い、混練時に非溶融性の粉体として高密度ポリエチレン（融点１２０〜１４０℃）を用いることができる。尚、混練時に非溶融性の粉体の融点の上限は限定されないが、ポリオレフィン系樹脂の融点よりも通常５０℃程度高い温度である。
【００１９】
前述したより大きな気泡の大きさは、上記粉体の大きさに基づいて変化し、粉体の平均粒子径が大きいほど平均気泡径も大きくなる傾向がある。従って、混練時に非溶融性の粉体の平均粒子径は５０〜２００μｍに設定される。この粉体の平均粒子径が５０μｍ未満の場合には、十分に大きな平均気泡径を有する気泡を得ることができない。一方、平均粒子径が２００μｍを越える場合には、粉体粒子の数が少なくなって大きな気泡の数が減少し、微細気泡中に粗大気泡が点在する状態となり、担持機能等の本来の機能を発揮できなくなる。
【００２０】
発泡後に得られる連続気泡発泡体の平均気泡径を０．７〜２．０ｍｍにするためには、混練時に非溶融性の粉体を、その平均粒子径だけではなく、その含有量をも設定する必要がある。混練時に非溶融性の粉体の含有量は、ポリオレフィン系樹脂に対して２０〜５０体積％である。この含有量が２０体積％未満のときには、連続気泡発泡体の平均気泡径が小さくなり過ぎてしまう。一方、５０体積％を越えるときには、発泡しない部分の割合が大きくなり、連続気泡発泡体として機能を発揮できなくなる。
【００２１】
ところで、ポリオレフィン系樹脂は疎水性であり、直ぐには水に沈降せず、投入作業性、初期の性能が低いことから、ポリオレフィン系樹脂に親水性を付与するため界面活性剤のような親水化剤を配合することが望ましい。そのような親水化剤としては、ノニオン系界面活性剤としてアセチレングリコール等が用いられる。
【００２２】
原料組成物には、上記各成分以外に発泡助剤、整泡剤、充填剤、ゴム、安定剤、着色剤、難燃剤、可塑剤等が配合される。発泡助剤としては、例えば酸化亜鉛、ステアリン酸、サリチル酸、尿素化合物等が用いられる。充填剤としては、カーボンブラック、木粉、パルプ等が用いられる。ゴムとしては、エチレン−プロピレン共重合ゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）等が用いられる。
【００２３】
次に、上記のように構成された連続気泡発泡体の製造方法について説明する。
まず、ポリオレフィン系樹脂、発泡剤、架橋剤及び混練時に非溶融性の粉体を必須成分とする原料組成物を調製する。この場合、粉体の平均粒子径は５０〜２００μｍ、粉体の含有量はポリオレフィン系樹脂に対して２０〜５０体積％である。次いで、この原料組成物をニーダー等の混練装置（溶融混練装置）を用いて溶融させる。混練装置としては、ニーダーのほかミキシングロール、押出機等を使用することもできる。混練された原料組成物を一次発泡及び二次発泡の２段階で発泡させる。
【００２４】
一次発泡は、原料組成物を加熱、加圧プレス装置の成形凹部に注入し、加熱することにより行なわれる。加熱温度は１１０〜１８０℃程度に設定される。この一次発泡による発泡倍率は１．０〜１．２倍ほどである。続いて、二次発泡は常圧にて加熱することにより行なわれる。加熱温度は１４０〜２００℃程度に設定される。二次発泡で得られた発泡体を連続気泡構造とするために、機械的圧力が付与される。すなわち、二次発泡終了後の発泡体を等速ロールで押圧し、例えば元の厚みの１／５の厚みになるように機械的圧力を付与することによって連泡化が行なわれる。
【００２５】
得られた連続気泡発泡体の平均気泡径は０．７〜２．０ｍｍとなる。平均気泡径は０．７ｍｍ未満の場合には、気泡部分に目詰まりを起こし、微生物の担体等として使用したとき微生物が気泡部分に担持されなくなる。一方、２．０ｍｍを越える場合には、気泡部分の表面積が小さくなってしまい、担持機能を発揮することができなくなる。連続気泡発泡体の気泡径は、その最小値又は最大値が０．７〜２．０ｍｍの範囲内にある必要はなく、平均気泡径が０．７〜２．０ｍｍの範囲内にあればよい。また、気泡径の最大値と最小値との差が大きい方が、すなわち気泡径の分布が広い方が、連続気泡発泡体の担持機能を長期にわたって発揮するうえで好ましい傾向を示す。
【００２６】
このようにして得られた連続気泡発泡体は、バクテリア等の微生物を気泡部分に担持するための水処理用担体、入浴時に用いられるボディスポンジ等として利用することができる。
【００２７】
さて、連続気泡発泡体は、ポリオレフィン系樹脂、発泡剤、架橋剤及び混練時に非溶融性の粉体を必須成分とする原料組成物を混練し、２段階で発泡させることによって得られる。このとき、異物として混練時に非溶融性の粉体が配合されていると共に、その粉体の平均粒子径が５０〜２００μｍで、かつ粉体の含有量がポリオレフィン系樹脂に対して２０〜５０体積％に設定されている。従って、発泡剤を発泡させたとき、ポリオレフィン系樹脂の部分は発泡ガスによって膨張し、発泡剤が含まれていない粉体の部分は膨張せず、それらの間に伸びのずれによる０．７〜２．０ｍｍという大きさの空孔が形成される。
【００２８】
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・  実施形態の連続気泡発泡体によれば、気泡の平均気泡径が０．７〜２．０ｍｍという適切な範囲であることから、気泡部分が目詰まりしにくく、微生物等を担持する担持機能等の機能を長期にわたって発揮することができる。
【００２９】
・  また、混練時に非溶融性の粉体は、その融点がポリオレフィン系樹脂より１０℃以上高いポリオレフィン系樹脂であることから、混練時に非溶融性の粉体が溶融せず、溶融部分と非溶融部分との境界部分でより大きな気泡を形成することができる。
【００３０】
・  連続気泡発泡体は、その気泡部分に微生物を担持することができ、水処理用担体として好適に使用することができる。
・  前述した粉体を含有する原料組成物を混練した後、２段階で発泡させるという製造方法により、平均気泡径が０．７〜２．０ｍｍの気泡を有する連続気泡発泡体を容易に製造することができる。しかも、発泡倍率を３０〜４０倍という高発泡体にすることができる。
【００３１】
・  ２段階で発泡させた後、ロール等で機械的圧力を付与することにより、連続気泡を容易に形成することができる。
【実施例】
【００３２】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、前記実施形態を更に具体的に説明する。尚、各例において部は質量部、％は質量％を表す。
（実施例１〜５並びに比較例１及び２）
次に示すような原料組成物及び発泡条件にて連続気泡発泡体を調製した。
【００３３】
原料組成物：
ポリオレフィン系樹脂としてエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）（住友化学株式会社製、エバフレックス  Ｐ１４０３、融点８５℃、酢酸ビニル含有量１５％）８０部、発泡剤としてアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）：低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）＝６０部：４０部の発泡剤マスターバッチ３０部、発泡助剤として活性亜鉛華０．０７部及びステアリン酸０．２部、架橋剤としてジクミルパーオキサイド１．０５部、ノニオン系界面活性剤としてアセチレングリコール（川研ファインケミカル社製、アセチレノールＥ４０）５．０部及び混練時に非溶融性の粉体として高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ、融点１３０℃）を表１に示す量だけ配合して原料組成物とした。表１において、粉体の添加量はポリオレフィン系樹脂１００体積部に対する添加量（体積部）を示す。そして、原料組成物を８０℃に加熱されたニーダーに投入して５分間混練を行なった。続いて、以下に示す発泡条件にて一次発泡及び二次発泡を行なった。
【００３４】
発泡条件：
一次発泡；発泡温度１３５℃で加熱、加圧プレス装置を使用して３５分間発泡を行なった。加熱、加圧プレス装置の成形部の大きさは、長さ及び幅が１６５ｍｍ、深さが３５ｍｍであった。一次発泡によって得られた発泡体の発泡倍率は１．０〜１．２倍であった。
【００３５】
二次発泡；発泡温度１６０℃で、常圧にて１２０分間発泡を行なった。二次成形型の大きさは、長さ及び幅が５００ｍｍ、深さが１００ｍｍであった。二次発泡によって得られた発泡体の発泡倍率は３０〜４０倍であった。二次発泡終了後の発泡体を等速ロールで５往復させて押圧し、元の厚みの１／５の厚みになるようにして連泡化を行なった。
【００３６】
得られた連続気泡発泡体の平均気泡径を表１に示した。表１において、最大値（mm）は連続気泡発泡体の気泡について最大気泡径を表し、最小値（mm）は連続気泡発泡体の気泡について最小気泡径を表し、差（mm）は最大値と最小値の差を表す。
【００３７】
【表１】
2005171064.tif 000002
表１に示したように、実施例１から実施例５においては、得られた連続気泡発泡体の平均気泡径は０．８〜１．８ｍｍであり、水処理用担体として適切なものであった。一般に、粗大気泡を有する連続気泡発泡体を得ようとする場合、一次発泡において発泡剤の分解を抑制するために加熱温度を低く、加熱時間を短く設定する必要から架橋剤の反応も抑制され、二次発泡で強度が不足する可能性がある。これに対し、実施例１から実施例５では混練時に非溶融性の粉体を用いたことから、一次発泡の加熱温度を高く、加熱時間を長くすることができた。
【００３８】
一方、混練時に非溶融性の粉体添加量が少な過ぎる比較例１及び混練時に非溶融性の粉体の平均粒子径が大き過ぎる比較例２においては、得られた連続気泡発泡体の平均気泡径は０．５ｍｍであり、かつ粗大気泡も点在しており、水処理用担体として不適切なものであった。
【００３９】
尚、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  ポリオレフィン系樹脂に親水化剤として酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール等の親水性樹脂を併用し、親水性を付与することもできる。
【００４０】
・  使用する粉体の平均粒子径は１種類に限られない。平均粒子径の異なる粉体を２種類以上用意し、これらを配合後、成形して連続気泡発泡体を調製することもできる。
・  発泡方式として、押出発泡、射出発泡、ビーズ発泡等の方式を採用することもできる。
【００４１】
・  多官能性単量体等を配合する等の手段により、発泡時に気泡膜を破り、連続気泡を形成して１段で発泡させ、連続気泡発泡体を得るように構成することもできる。
更に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
【００４２】
(1)  前記原料組成物中に更にポリオレフィン系樹脂を親水化する親水化剤を配合することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の連続気泡発泡体。このように構成した場合、連続気泡発泡体を水処理用担体として使用するとき、水に速やかに沈降させることができ、投入作業性及び初期の性能を向上させることができる。
【００４３】
(2)  前記親水化剤は界面活性剤である上記技術的思想(1)に記載の連続気泡発泡体。このように構成した場合、連続気泡発泡体の親水性を効果的に向上させることができる。