(57)【要約】発泡剤を含有するポリマーを発泡させることによって製造された種々の物理的性質を有する発泡セル状ポリマー粒子。本発明の発泡粒子は、発泡性粒子の輸送に使用される包装容器よりも強度の低い包装容器で輸送可能であり、発泡粒子を受け取る業者が発泡剤を含浸させて発泡させる設備を備える必要がないのでより好都合である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーム物品の製造に使用され、発泡性ポリマー粒子から製造される発泡セル状粒子であって、前記発泡セル状粒子は、かさ密度が約３４．３ポンド／立方フィート（５５０ｋｇ／ｍ３）〜１２．５ポンド／立方フィート（２００ｋｇ／ｍ３）の範囲であり、前記ポリマーを基準にした発泡剤量は６．０重量％未満であり、室温で所定の時間後の発泡剤の重量減が、室温で同じ所定の時間における前記発泡性粒子よりも少なくとも１５％から５０％少ない発泡セル状粒子。
【請求項２】
前記発泡剤が、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ヘキサン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、イソブタン、ネオペンタン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択され、２．０重量％から５．０重量％の範囲の量で二酸化炭素、窒素、および空気と併用される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項３】
前記発泡剤が、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ヘキサン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、イソブタン、ネオペンタン、およびそれらの混合物から選択され、その量は２．５重量％から３．５重量％の範囲である請求項２に記載の発泡セル状粒子。
【請求項４】
前記発泡剤がｎ−ペンタンおよびその混合物であり、その量が２．５重量％から３．５重量％の範囲である請求項３に記載の発泡セル状粒子。
【請求項５】
前記粒子が、５μｍから１００μｍの範囲の平均セルサイズであり一定数のセルを含む確立されたセル構造を有する請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項６】
前記発泡セル状粒子がポリマー組成物を含み、前記ポリマー組成物の重量を基準にして、前記ポリマー組成物が、ｉ）未置換であるか、あるいはＣ１−６アルキル基およびハロゲン原子からなる群より選択される１つ以上の置換基で置換されている、少なくとも１種類のＣ８−１２ビニル芳香族モノマー約７０重量％から約１００重量％と、ｉｉ）Ｃ３−６エチレン系不飽和カルボン酸、無水物、イミド、ならびにそれらのＣ１−１２アルキルエステルおよびアルコキシアルキルエステル、ならびにＣ３−６エチレン系不飽和ニトリルからなる群より選択される少なくとも１種類のモノマー約３０重量％から０重量％と、ｉｉｉ）発泡剤、とを含む請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項７】
ｉ）がスチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、クロロスチレン、およびブロモスチレンからなる群より選択され、ｉｉ）がアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、無水マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、およびマレイミドからなる群より選択され、ｉｉｉ）がアセトン、酢酸メチル、ブタン、ヘキサン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、イソペンタン、イソブタン、ネオペンタン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される請求項６に記載の発泡セル状粒子。
【請求項８】
ｉ）がスチレンであり、ｉｉ）がアクリル酸ブチルであり、ｉｉｉ）がｎ−ペンタンおよびその混合物である請求項７に記載の発泡セル状粒子。
【請求項９】
請求項１に記載の発泡セル状粒子であって、前記発泡セル状粒子が、
ｉ）未置換であるか、あるいはＣ１−６アルキル基およびハロゲン原子からなる群より選択される１つ以上の置換基で置換されている、少なくとも１種類のＣ８−１２ビニル芳香族モノマー約７０重量％から約１００重量％と、ｉｉ）ポリフェニレンオキシド、ブタジエンゴム、および耐衝撃性ポリスチレンからなる群より選択される少なくとも１種類のポリマー約３０重量％から０重量％と、ｉｉｉ）発泡剤、
とを含むポリマー組成物を含む発泡セル状粒子。
【請求項１０】
請求項９に記載の発泡セル状粒子であって、ｉ）がスチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、クロロスチレン、およびブロモスチレンからなる群より選択され、ｉｉｉ）がアセトン、酢酸メチル、ブタン、ヘキサン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、イソペンタン、イソブタン、ネオペンタン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される発泡セル状粒子。
【請求項１１】
前記発泡性ポリマー粒子が、懸濁法、塊状法、および溶液法からなる群より選択される重合方法で製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項１２】
前記重合方法が懸濁法である請求項１１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項１３】
前記懸濁法が、１段階法および２段階法からなる群より選択される請求項１２に記載の発泡セル状粒子。
【請求項１４】
前記発泡性ポリマー粒子が押出法で製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項１５】
前記発泡セル状粒子が、接触加熱、非接触加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱、誘電加熱、および高周波加熱からなる群より選択される加熱法で製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項１６】
前記発泡セル状粒子が、流動床乾燥装置を含む加熱法で製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項１７】
前記発泡セル状粒子が、予備膨張装置を含む加熱法で製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項１８】
ポリマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量の少なくとも１種類のスチレン系モノマーと、前記ポリマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量の少なくとも１種類のビニル基モノマーとを混合して、発泡性粒子を生成する工程と、
前記懸濁重合法の前、最中、または後に、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、イソブタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を、前記スチレン系モノマーおよびビニル基モノマーと混合する工程、
とを含む、懸濁重合法によりポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項１９】
ポリマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量の少なくとも１種類のスチレン系モノマーと、前記ポリマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量のポリフェニレンオキシド、ブタジエンゴム、および耐衝撃性ポリスチレンからなる群より選択される少なくとも１種類のポリマーとを混合して、発泡性粒子を生成する工程と、
前記懸濁重合法の前、最中、または後に、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、イソブタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を、前記スチレン系モノマーおよび前記ポリマーと混合する工程、
とを含む、懸濁重合法によりポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項２０】
ポリマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量のスチレン系ポリマーと、前記ポリマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量の少なくとも１種類のビニル基ポリマーとを混合する工程と、
前記ポリマー組成物を加熱混合してポリマーメルトを得て、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、イソブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を注入する工程と、
前記ポリマーメルトをストランドとして押し出して、それをペレットに切断する工程と、
約１０．１絶対ｐｓｉ（７０ｋＰａ）〜約２４．７絶対ｐｓｉ（１７０ｋＰａ）の範囲の圧力で、約７０℃から１１０℃の範囲の温度に前記ペレットを加熱することによって、前記発泡セル状粒子を形成する工程、
とを含む、押出法によりポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項２１】
ポリマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量のスチレン系ポリマーと、前記ポリマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量のポリフェニレンオキシド、ブタジエンゴム、および耐衝撃性ポリスチレンからなる群より選択される少なくとも１種類のポリマーとを混合する工程と、
前記ポリマー組成物を加熱混合してポリマーメルトを得る工程と、
前記ポリマーメルトをストランドとして押し出して、前記ストランドをペレットに切断する工程と、
アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、イソブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を前記ペレットに含浸させる工程と、
約１０．１絶対ｐｓｉ（７０ｋＰａ）〜約２４．７絶対ｐｓｉ（１７０ｋＰａ）の範囲の圧力で、約７０℃から１１０℃の範囲の温度に前記ペレットを加熱することによって、前記発泡セル状粒子を形成する工程、
とを含む押出法によりポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項２２】
少なくとも前記発泡粒子がコーティング組成物を含有する請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項２３】
前記コーティング組成物が、シリコーン類、金属、およびグリセロールカルボキシレート、およびそれらの混合物からなる群より選択される請求項２２に記載の発泡粒子。
【請求項２４】
前記グリセロールカルボキシレートが、グリセロールモノステアレート、グリセロールジステアレート、グリセロールトリステアレート、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、およびステアリン酸マグネシウム、ならびにそれらの混合物からなる群より選択される請求項２３に記載の発泡粒子。
【請求項２５】
請求項１に記載の前記発泡セル状粒子を製造することによる発泡性ポリマー粒子の貯蔵寿命を延長するシステム。
【請求項２６】
請求項１に記載の発泡セル状粒子から製造され、かさ密度が約０．５０ポンド／立方フィート（８．０ｋｇ／ｍ３）〜６．０ポンド／立方フィート（９６．１ｋｇ／ｍ３）の範囲であるフォーム物品。
【請求項２７】
フォーム物品の製造に使用するためのポリマー組成物を含む発泡セル状粒子の製造方法であって、
ａ）かさ密度が約４０ポンド／立方フィート（６４１ｋｇ／ｍ３）〜約３２．０ポンド／立方フィート（５１３ｋｇ／ｍ３）の範囲であり、前記ポリマー組成物重量を基準にした発泡剤量が約１０．０重量％未満である発泡性ポリマー粒子を、約１０．１絶対ｐｓｉ（７０ｋＰａ）〜約２４．７絶対ｐｓｉ（１７０ｋＰａ）の範囲の圧力で約７０℃から１１０℃の範囲の温度に加熱して、かさ密度が３４．３ポンド／立方フィート（５５０ｋｇ／ｍ３）〜約１２．５ポンド／立方フィート（２００ｋｇ／ｍ３）の範囲であり、前記ポリマー組成物重量を基準にした発泡剤量が約６．０重量％未満である前記発泡セル状粒子を形成する工程を含む方法。
【請求項２８】
工程ａ）がポリマー製造業者のプラントで実施され、
ｂ）フォーム成形業者のプラントにおいて、膨張および成形の前に、追加の発泡剤で前記発泡セル状粒子を含浸させることなく、従来の設備によって、前記発泡セル状粒子から、かさ密度が約０．８０ポンド／立方フィート（１２．８）ｋｇ／ｍ３）〜６．０ポンド／立方フィート（９６．１ｋｇ／ｍ３）の範囲のフォーム物品を製造する工程をさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
フォーム物品の製造に使用するためのポリマー粒子の輸送および包装を最適化するためのシステムであって、ポリマー製造業者のプラントにおいて、
ａ）かさ密度が約４０ポンド／立方フィート（６４１ｋｇ／ｍ３）〜約３２．０ポンド／立方フィート（５１３ｋｇ／ｍ３）の範囲であり、ポリマー組成物の重量に対する発泡剤量が約１０．０重量％の発泡性ポリマー粒子を使用し、約１０．１絶対ｐｓｉ（７０絶対ｋＰａ）〜約２４．７絶対ｐｓｉ（１７０絶対ｋＰａ）の範囲の圧力で約７０〜約１１０℃の範囲の温度に前記発泡性粒子を加熱して、かさ密度が約３４．３ポンド／立方フィート（５５０ｋｇ／ｍ３）〜約１２．５ポンド／立方フィート（２００ｋｇ／ｍ３）の範囲であり、前記ポリマー組成物重量を基準にした発泡剤量が約６．０重量％未満である発泡セル状粒子を形成する工程と、
ｂ）工程ａ）の前記発泡セル状粒子を包装することによって、工程ａ）の前記発泡セル状粒子の輸送に使用される包装容器に必要な強度が、工程ａ）のかさ密度がより高く発泡剤量がより多い発泡性粒子を輸送する場合に使用される包装容器に必要な強度よりも低くなる工程と、
ｃ）前記発泡性粒子を輸送する場合の工程ａ）の前記発泡性粒子の全輸送重量と実質的に等しい全輸送重量で、前記発泡セル状粒子を輸送する工程、
とを含むシステム。
【請求項３０】
工程ａ）において、前記発泡性粒子を、約１３．８絶対ｐｓｉ（９５絶対ｋＰａ）〜約１６絶対ｐｓｉ（１１０絶対ｋＰａ）の圧力で８０℃から１１０℃の範囲の温度に約０．０５〜６０分間加熱し、前記発泡セル状粒子のかさ密度が約２８．１ポンド／立方フィート（４５０ｋｇ／ｍ３）〜約２１．９ポンド／立方フィート（３５０ｋｇ／ｍ３）の範囲であり、前記発泡セル状粒子中の前記発泡剤の量が約２．０重量％から５．０重量％の範囲である請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記発泡剤がアセトン、酢酸メチル、ブタン、ヘキサン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソブタン、イソペンタン、ネオペンタン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択され、二酸化炭素、窒素、および空気と併用される請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記発泡剤がアセトン、酢酸メチル、ブタン、ヘキサン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、イソブタン、ネオペンタン、およびそれらの混合物からなる群より選択され、前記ポリマー組成物の重量に対して２．５重量％から３．５重量％の範囲の量で使用される請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記発泡剤が、ペンタンおよびその混合物からなる群より選択され、前記ポリマー組成物の重量に対して２．５重量％から３．５重量％の範囲の量で使用される請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記セル状粒子の輸送に使用される前記包装容器が、紙袋、プラスチックフィルムバッグ、ファイバーカートン、金属ドラム、ファイバードラム、バルクバッグ、および返却可能な包装容器からなる群より選択される請求項２９に記載のシステム。
【請求項３５】
前記輸送手段によって輸送される工程ｃ）の前記発泡セル状粒子の全重量が約３０，０００〜約５０，０００ポンドである請求項２９に記載のシステム。
【請求項３６】
前記発泡性ポリマー粒子が、懸濁法、塊状法、および溶液法からなる群より選択される重合方法で製造される請求項２９に記載のシステム。
【請求項３７】
前記重合方法が懸濁法である請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記懸濁重合法が、１段階法および２段階法からなる群より選択される請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記発泡性ポリマー粒子が押出法で製造される請求項２９に記載のシステム。
【請求項４０】
前記発泡セル状粒子がフォーム成形業者のプラントに輸送され、さらなる工程として、
ｄ）前記フォーム成形業者のプラントにおいて、膨張および成形の前に、追加の発泡剤で前記発泡セル状粒子を含浸させることなく、従来の設備によって、前記発泡セル状粒子から、かさ密度が約０．８０ポンド／立方フィート（１２．８ｋｇ／ｍ３）〜６．０ポンド／立方フィート（９６．１ｋｇ／ｍ３）の範囲のフォーム物品を製造する工程を含む請求項２９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記ポリマー製造業者の前記プラントにおいて、前記発泡セル状粒子が、接触加熱、非接触加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱、誘電加熱、および高周波加熱からなる群より選択される加熱法で製造される請求項２９に記載のシステム。
【請求項４２】
前記発泡セル状粒子が、流動床乾燥装置を含む加熱法で製造される請求項３１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記発泡セル状粒子のそれぞれが、５μｍから１００μｍの範囲の平均セルサイズであり一定数のセルを含む確立されたセル構造を有する請求項２９に記載のシステム。
【請求項４４】
ポリマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量の少なくとも１種類のスチレン系モノマーと、前記ポリマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量の少なくとも１種類のビニル基モノマーとを混合して、発泡性粒子を生成する工程と、
前記懸濁重合法の前、最中、または後に、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、イソブタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を、前記スチレン系モノマーおよびビニル基モノマーと混合する工程、
とを含む、懸濁重合法によりポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項２９に記載のシステム。
【請求項４５】
ポリマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量の少なくとも１種類のスチレン系モノマーと、前記ポリマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量のポリフェニレンオキシド、ブタジエンゴム、および耐衝撃性ポリスチレンからなる群より選択される少なくとも１種類のポリマーとを混合して、発泡性粒子を生成する工程と、
前記懸濁重合法の前、最中、または後に、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、イソブタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を、前記スチレン系モノマーおよび前記ポリマーと混合する工程、
とを含む、懸濁重合法によりポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項２９に記載のシステム。
【請求項４６】
ポリマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量のスチレン系ポリマーと、前記ポリマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量の少なくとも１種類のビニル基ポリマーとを混合する工程と、
前記ポリマー組成物を加熱混合してポリマーメルトを得て、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、イソブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を注入する工程と、
前記ポリマーメルトをストランドとして押し出して、それをペレットに切断する工程と、
約１０．１絶対ｐｓｉ〜約２４．７絶対ｐｓｉの範囲の圧力で、約７０℃から１１０℃の範囲の温度に前記ペレットを加熱することによって、前記発泡セル状粒子を形成する工程、
とを含む、押出法によりポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項２９に記載のシステム。
【請求項４７】
ポリマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量のスチレン系ポリマーと、前記ポリマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量のポリフェニレンオキシド、ブタジエンゴム、および耐衝撃性ポリスチレンからなる群より選択される少なくとも１種類のポリマーとを混合する工程と、
前記ポリマー組成物を加熱混合してポリマーメルトを得る工程と、
前記ポリマーメルトをストランドとして押し出して、前記ストランドをペレットに切断する工程と、
アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、イソブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を前記ペレットに含浸させる工程と、
約１０．１絶対ｐｓｉ〜約２４．７絶対ｐｓｉの範囲の圧力で、約７０℃から１１０℃の範囲の温度に前記ペレットを加熱することによって、前記発泡セル状粒子を形成する工程、
とを含む、押出法によりポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項２９に記載のシステム。
【請求項４８】
工程ａ）の前、最中、または後に、前記発泡性ポリマー粒子または前記発泡セル状粒子にコーティング組成物を適用する工程をさらに含む請求項２９に記載のシステム。
【請求項４９】
モノマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量のスチレン系モノマーと、前記モノマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量の少なくとも１種類のビニル基モノマーとを混合して、前記ポリマー組成物を調製する工程と、
前記ポリマー組成物を加熱してポリマーメルトを得て、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、イソブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を注入する工程と、
前記ポリマーメルトをストランドとして押し出して、それをペレットに切断する工程と、
約１０．１絶対ｐｓｉ（７０ｋＰａ）〜約２４．７絶対ｐｓｉ（１７０ｋＰａ）の範囲の圧力で、約７０℃から１１０℃の範囲の温度に前記ペレットを加熱することによって、前記発泡セル状粒子を形成する工程、
とを含む、押出機中における重合法により生成されるポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項１に記載の発泡セル状粒子。
【請求項５０】
モノマー組成物の量を基準にして約７０重量％から約１００重量％の範囲の量のスチレン系モノマーと、前記モノマー組成物を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量の少なくとも１種類のビニル基モノマーとを混合して、前記ポリマー組成物を調製する工程と、
前記ポリマー組成物を加熱してポリマーメルトを得て、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、イソブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、イソペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣ、水、およびそれらの混合物からなる群より選択される前記発泡剤を注入する工程と、
前記ポリマーメルトをストランドとして押し出して、それをペレットに切断する工程と、
約１０．１絶対ｐｓｉ（７０ｋＰａ）〜約２４．７絶対ｐｓｉ（１７０ｋＰａ）の範囲の圧力で、約７０℃から１１０℃の範囲の温度に前記ペレットを加熱することによって、前記発泡セル状粒子を形成する工程、
とを含む、押出機中における重合法により生成されるポリマー組成物から前記発泡性粒子が製造される請求項２９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡物品の製造に使用される発泡性ポリマー（例えばポリスチレン）の粒子に関する。より詳細には、本発明は、ポリマー製造業者のプラントでポリマー組成物から製造され、続いて包装され、発泡物品を製造するフォーム成形業者に輸送される発泡セル状粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
長年、約４．０重量％から約９．０重量％（ｗｔ％）の発泡剤をポリマーと均質に混合することによって、スチレンポリマー粒子への発泡性の付与が行われてきた。これらの発泡性粒子は、比較的小さな寸法（例えばビーズ径が約０．２ｍｍから４．０ｍｍ）で比較的「高密度」のビーズの固体として一般に製造される。一般に、これらのスチレンポリマー粒子は樹脂またはポリマーの製造業者によって製造され、かさ密度は約４０ポンド／立方フィート（６４１ｋｇ／ｍ３）である。これらの発泡性粒子はフォーム成形業者に輸送され、ここでこれらの粒子は、かさ密度が約６．０ポンド／立方フィート（９６．１ｋｇ／ｍ３）以下まで部分的に膨張させられる。適切なエージングの後、これらの粒子蒸気で加熱された型に注入され、さらに膨張させ、互いに融着させて、かさ密度が約６．０ポンド／立方フィート以下のフォーム物品が製造される。
【０００３】
最も頻繁に使用される発泡剤は有機発泡剤であり、例えばｎ−ペンタン（ノルマルペンタン）、ブタン、イソペンタン、およびペンタンの混合物などの炭化水素液体であり、ｎ−ペンタンおよびペンタンの混合物が最も一般的である。
【０００４】
ｎ−ペンタンおよびペンタンの混合物は可燃性で揮発性の有機化合物であり、そのため特に膨張および成形工程中に放出される量の場合には、ある地域では環境的に望ましくないと見られている。
【０００５】
さらに、フォーム物品を型から取り出した後でも、成形物品中に残留するペンタンが大気中に放出され続ける。この問題の軽減または解消のために、二酸化炭素、窒素、空気、およびその他の物理発泡剤などの種々の無機発泡剤が使用されている。これらの無機発泡剤の使用はＭｅｙｅｒらの米国特許第４，９１１，８６９号に開示されている。これらのガスはポリマー粒子から急速に拡散するため、最初に粒子を予備膨張させ、続いて、成形直前に同種または異種のガスを粒子に再浸透させる必要がある。発泡剤としての無機ガスの使用もＭｅｙｅｒらの米国特許第５，０４９，３２８号に開示されている。しかしながら、当業者には公知の理由により、有機ガス（特にペンタン）が、現在も発泡性ポリスチレン粒子の発泡剤として好ましい。
【０００６】
発泡剤の種類だけがポリスチレン粒子の膨張の速度および品質に影響を与えるのではなく、ポリスチレン粒子中の発泡剤量も影響を与える。ペンタンが発泡剤として使用される場合、フォーム成形業者に輸送するときに、粒子は一般に少なくとも３．５重量％から７．２重量％のペンタンを含有する必要がある。ペンタン量が少ないと、ワンパス膨張工程によって工業的に有用な最大かさ密度に到達するための粒子性能が制限され、この工業的に有用なかさ密度約０．８〜６．０ポンド／立方フィート（１２．８〜９６．１ｋｇ／ｍ３）である。ペンタン量が多いと、環境へのペンタン放出量の増加以外に、成型品の品質低下、成形サイクルの延長などによって製造が非効率的になる。
【０００７】
一部の用途では、フォーム成形業者は、ワンパス膨張工程の代わりに多段階予備膨張工程、すなわち２段階膨張工程を実施するようになっている。この多段階膨張工程は、比較的少量の発泡剤（例えば４．０重量％未満のペンタン）で発泡性粒子を膨張させる場合に必要である。２段階膨張では、第１の段階における中間密度として例えば１．９ポンド／立方フィート（３０．４ｋｇ／ｍ３）未満を達成することが目的である。エージングの後、第２の段階で、粒子の密度を例えば０．８０ポンド／立方フィート（１２．８ｋｇ／ｍ３）未満まで下げるために粒子を膨張させる。この２段階膨張行程の欠点は、ポリマー粒子を２回加工し、中間品を保管する必要があり、そのためフォーム製造業者が発泡性粒子をフォームに成形するのが遅れることである。また、この多段階予備膨張行程では、フォーム成形業者側で余分なエネルギー、労働力、および設備が必要となる。
【０００８】
ポリマー製造業者によって発泡性粒子が製造されフォーム成形業者に輸送される場合、これらの粒子は様々な時間のあいだ様々な温度で輸送および／または保管されるため、粒子中に含まれるペンタン量にばらつきが生じる。発泡性粒子中のペンタン量にこのようなばらつきが生じると、一般に得られる物品の品質および均一性に悪影響がでることは当業者であれば理解できる。
【０００９】
発泡性スチレンポリマー粒子を製造しフォーム成形業者に輸送するポリマー製造業者の現行方法におけるもう１つの欠点は、膨張および成形の工程中に成形業者の施設の環境に発泡剤が放出されることである。発泡剤が炭化水素である場合、所与の地域で許容される規制量に放出量を減少させるために、成形業者は、炭化水素含有率を制限して発泡性粒子を使用する必要が生じる場合がある。ペンタンが使用される場合、その含有率はポリマーの３．５重量％から５．０重量％の範囲になりうる。フォーム成形業者は、放出した炭化水素を回収するための複雑な設備に投資することによって放出量を制限する必要もある。これらの規制のために、フォーム成形業者によるフォーム物品の年平均生産量が制限される。したがって、所与の時間においてフォーム成形業者のプラントで製造されるフォーム物品数は、所与の地域における許容される炭化水素放出の規制量に依存する。さらに、予備膨張行程および／またはフォーム成形工程で放出される炭化水素発泡剤の回収物をフォーム成形業者が使用する理由は一般にはほとんどないため、フォーム成形業者がプラントの発泡剤の回収および／または再利用システムに投資しなければならない理由もほとんどない。
【００１０】
発泡性スチレンポリマー粒子をフォーム成形業者に輸送する現行方法のさらなる欠点は、大気中に放出される炭化水素量を減少させるために輸送中に発泡性粒子に特殊な包装をする必要があることである。
【００１１】
発泡性スチレンポリマー粒子をフォーム成形業者に輸送する現行方法のさらに別の欠点は、フォーム物品を配送する前に残留炭化水素、すなわちペンタンが散逸するようにするため成形フォーム物品を保管する必要があることである。断熱用の大型ブロックに成形される場合、熱線切断してボードにする前に、これらのブロックは、ペンタンを散逸させるためにエージングする必要がある。ブロックのエージングが不十分であると、熱線切断工程中に火災が発生することがある。成形工程中に粒子内に存在するペンタンが少ないと、フォーム物品の必要保管時間が短縮できると考えられる。
【００１２】
現行方法のさらなる欠点は、発泡性スチレンポリマー粒子の貯蔵寿命が制限されることである。輸送および／または保管中に発泡剤が減少するために、必要な低密度を実現するための粒子の膨張速度や能力などの粒子に必要な製品品質は時間がたつにつれて低下する。保管の場合には、特殊な耐炭化水素性プラスチックフィルムライナーを粒子輸送用の包装容器内部に使用した場合でさえも発生する。粒子が在庫として長期間（例えば３か月以上）保管される場合、粒子製造業者は発泡性粒子を輸送する前の別の品質管理基準を設ける必要があることが多い。一部の粒子製造業者は、特にペンタンが発泡剤として使用される場合には発泡性粒子の有効貯蔵寿命を延長するために高価な冷蔵保管を利用している。
【００１３】
発泡性スチレンポリマー粒子をフォーム成形業者に輸送する場合の現行方法のさらなる欠点は、交通および／または公道の規制によって生じる重量制限である。例えば、運送規制機関は、特別な許可がなければ発泡性粒子を輸送するトラクタートレーラーの場合には全車両重量を８０，０００ポンドに制限している。この重量制限のため、一般にトラクタートレーラーは空の空間を有する。発泡性粒子が入れられた包装容器またはカートンを、トレーラーの車軸上に重量が均一に分散するようにトラクタートレーラーに積載した後で、運送中に包装容器またはカートンが移動するのを防止するために膨張式エアバッグなどのダンネージが空隙部分に入れられる。
【００１４】
発泡性スチレンポリマー粒子をフォーム成形業者に輸送する場合の現行方法のさらに別の欠点は、特殊な包装が必要なことである。工業的に対象となる粒径範囲の発泡性ポリマー粒子は、ポリエチレン、ポリプロピレン、および中実（「結晶」）ポリスチレンなどのほとんどの非発泡性熱可塑性汎用樹脂などと比べると比較的高いかさ密度を有する。これらの非発泡性樹脂は、包装性が不十分となる比較的大型のペレットに押出成形されるため、発泡性ポリスチレン粒子などの代表的な発泡性粒子と比べると比較的かさ密度が小さい。非発泡性樹脂は、ほとんどが可燃性である発泡剤を非発泡性樹脂は含有しないため、火災や貯蔵寿命の問題は生じない。したがって、これらの非発泡性樹脂のバルク輸送（例えば鉄道のホッパー車による）は非常に一般的である。
【００１５】
一方、発泡性粒子は、約１，０００〜約２，０００ポンドの発泡性樹脂を収容する比較的小型の包装容器（例えば、ボール紙カートン）に包装される。これらの発泡性粒子はかさ密度が高いため、より低いかさ密度の非発泡性樹脂をトラクタートレーラーで輸送する場合よりも、重くて厚いボール紙でカートンを製造する必要がある。このような重くて厚いボール紙カートンを使用する場合、トラクタートレーラー上でカートンを支持するためにより丈夫でより高価な木製パレットが必要である。また、発泡剤が揮発性または可燃性である場合には、発泡剤の散逸速度を低下させ発泡剤を内部に保持するプラスチックフィルムライナーがカートン内に設けられる。これらのフィルムライナーは、多層構造である場合が多く、複数の組成物で構成され、かさ密度の高い粒子および発泡性粒子中の発泡剤の種類を考慮して設計される。
【００１６】
本明細書で前述したように、発泡性粒子に揮発性発泡剤を使用する場合の欠点の一部を解消または緩和するために、不活性発泡剤の使用が提案されており、従来技術で教示されている。一般的には、発泡工程の直前に粒子に不活性発泡剤（例えば二酸化炭素）が混入される。この混入は、加熱含浸容器から粒子を取り出したとき、または含浸容器のごく近傍に配置された押出機中に粒子が存在するときに実施することができる。したがって、例えば０．８〜６．０ポンド／立方フィート（１２．８〜９６．１ｋｇ／ｍ３）の「低密度」発泡物品を製造するためには、成形工程直前に発泡性粒子を別の発泡剤（例えば空気）で再膨張させる必要がある（同様の方法が前述のＭｅｙｅｒらの米国特許第４，９１１，８６９号に開示されている）。このためには、フォーム成形業者は大型加圧容器と空気などの圧縮ガス源を設置する必要がある。
【００１７】
ドイツ特許出願ＤＥ１９８１９０５８Ａ１号には、初期かさ密度より０．１〜２０％低いかさ密度までわずかに発泡され、粗い内部セル構造を有する発泡性ポリスチレン粒子が開示されている。基本的に、この特許出願では、最終成形フォーム物品の熱伝導性を向上させる粗いセルの形成が教示されている。本発明の発明者らは、粒子のかさ密度をわずかに減少させることは、粒子の発泡剤含有率を有意に減少させるには不十分であり、より安価な標準的樹脂包装容器またはカートンを使用することはできないと考えている。さらに、粒子のセル状構造が「粗すぎる」場合には、成形サイクルが延長され、成形フォーム物品の物理的強度特性が低下する場合がある。
【００１８】
したがって、発泡性ポリマー粒子を製造し、そのような粒子のフォーム成形業者への輸送を最適化するための改良されたシステムが必要とされている。発泡物品の製造に使用される改良されたポリマー粒子も必要とされている。
【００１９】
（発明の要約）
本発明は上記の要求に対処している。本発明は、発泡剤を均一混合または含浸した発泡性ポリマー（例えばスチレン）粒子を、ポリマー製造業者のプラントで発泡セル状粒子に成形するシステムを提供する。発泡剤は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、または揮発性有機化合物と無機化合物（すなわち、二酸化炭素、空気、水、および窒素）の組み合わせであってよい。好ましくは発泡剤は、ペンタンまたはペンタンの混合物である。
【００２０】
これらの発泡セル状粒子は、かさ密度が低下し、実質的に一定数のセルを有する確立されたセル構造を有し、発泡剤含有量が減少する。これらの発泡セル状粒子は包装され、フォーム成形業者に輸送されて、フォーム物品が製造される。したがって、フォーム成形業者によりフォーム物品の製造のための後の工程に使用される輸送された粒子は比較的少量の発泡剤を含有する。
【００２１】
本発明の発泡セル状粒子の製造用の出発材料として使用される発泡性ポリマー粒子は、かさ密度が約４０ポンド／立方フィート（６４１ｋｇ／ｍ３）〜約３２ポンド／立方フィート（５１４ｋｇ／ｍ３）の範囲であり、発泡剤量はポリマー組成物重量に対して１０重量％未満であり、好ましくは９．０重量％未満であり、最も好ましくは３．０重量％から９．０重量％の範囲である。これらの発泡性ポリマー粒子は、約７０℃から１１０℃の範囲の温度、および約１０絶対ｐｓｉ（７０ｋＰａ）〜２４．７絶対ｐｓｉ（１７０ｋＰａ）の範囲の圧力で加熱され、発泡セル状粒子が得られる。
【００２２】
これらの発泡セル状粒子はセル数が一定の確立されたセル構造を有し、フォーム物品の製造における後の膨張および／または成形工程で発泡セル状粒子が処理される場合に一般にセル数は増加しない。このセル構造は「微細」セル構造であり、その平均セルサイズは約５μｍから１００μｍ、好ましくは１０μｍから６０μｍであり、より好ましくは１０μｍから５０μｍである。
【００２３】
これらの発泡セル状粒子は、かさ密度が約３４．３ポンド／立方フィート（５５０ｋｇ／ｍ３）〜１２．５ポンド／立方フィート（２００ｋｇ／ｍ３）であり、ポリマー組成物重量を基準にした発泡剤量は６．０重量％未満である。好ましくは、ポリマー組成物重量を基準にしたこの発泡剤は約２．０重量％から５．０重量％の範囲であり、より好ましくは約２．５重量％から３．５重量％の範囲である。
【００２４】
本発明の発泡セル状粒子は、入手可能な規格化された樹脂包装容器に包装することができる。これらの樹脂包装容器は、従来の発泡性ポリマー粒子の輸送に現在使用されている包装容器よりも強度が低い。本発明の発泡セル状粒子を輸送する場合、トラクタートレーラーなどの同じ輸送手段で輸送されるときには、発泡セル状粒子の全輸送重量は、従来の発泡性粒子の全輸送重量と実質的に同じである。所与の積載重量の場合、本発明の発泡セル状粒子の輸送に使用される包装容器数は、かさ密度がより高く発泡剤量がより多い従来の発泡性粒子の輸送に使用される包装容器数よりも多くなりうる。
【００２５】
本発明者らは、本発明の発泡セル状粒子のポリマーマトリックス中により多くの比率の発泡剤が溶解しうると仮説を立てている。低い重量％、すなわち６．０重量％未満では、発泡セル状粒子中の発泡剤は、より多い量の発泡剤を含有する従来の発泡性粒子（膨張していない）と比較すると輸送中に散逸しにくい。約３．５重量％から７．２重量％のペンタンを含有する従来の発泡性粒子の有効貯蔵寿命は約３か月となりうる。しかしながら、本発明の発泡セル状粒子が従来の発泡性粒子よりも長い貯蔵寿命を有することが、本明細書の一部の実施例で示されている。ポリマー製造業者とフォーム成形業者の両方で遅延が生じる場合に、上記のことが重要であるのは明らかである。本発明の発泡セル状粒子の貯蔵寿命が従来の発泡性ポリマー粒子よりも長い場合、十分な量の発泡剤が発泡セル状粒子中に保持されうる。発泡セル状粒子中に十分な量の発泡剤が保持されると、膨張および成形の前に粒子に追加の発泡剤を含浸させずに、発泡セル状粒子の予備膨張および成形を行うことができる。室温で所定の時間における発泡セル状粒子中の発泡剤の重量減は、室温で同じ時間で発泡性粒子（すなわち膨張していない粒子）中の発泡剤の重量減と比べると約１５％から５０％少ないことが分かった。
【００２６】
本発明の目的の１つは、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の場合もある発泡剤を６．０重量％未満含有し、かさ密度が約３４．３ポンド／立方フィート（５５０ｋｇ／ｍ３）〜１２．５ポンド／立方フィート（２００ｋｇ／ｍ３）の範囲である発泡セル状粒子がポリマー製造業者の施設でされ、フォーム成形業者に輸送されて従来の膨張および成形設備を使用してフォーム物品が製造されるシステムを提供することである。
【００２７】
本発明のさらに別の目的は、フォーム物品を製造するための発泡セル状粒子を製造し、ポリマー製造業者の設備で発泡セル状粒子を製造することによって、従来の発泡性粒子の輸送に使用される包装容器よりも軽量で安価な規格化された樹脂包装容器が使用可能となることでこれらの粒子の包装および輸送を最適化することに関する。
【００２８】
本発明のさらに別の目的は、フォーム成形業者のプラントにおけるＶＯＣ放出を減少させ、それによってフォーム成形業者の施設におけるフォーム物品の生産速度を上昇させ、および／またはポリマー製造業者の施設で発生するペンタン放出物を凝縮し再利用することができる該当規制放出基準に準拠したペンタン捕集設備の必要性を軽減するシステムを提供することである。
【００２９】
本発明のこれらおよびその他の目的は、当業者であれば以下の説明および添付の請求項からより十分に理解できる。
【００３０】
（発明の詳細な説明）
本明細書で使用される場合、「粒子」は、一般に重合法で製造されるビーズ、すなわち球状物質、または押出法によって一般に製造されるペレットを意味する。本明細書で使用される場合、「従来の発泡性粒子」は一般に、膨張工程にはかけられておらず、直径が約０．２ｍｍから４．０ｍｍの一般に「高密度」のビーズであり、かさ密度が約４０ポンド／立方フィート（６４１ｋｇ／ｍ３）である発泡性粒子を意味する。
【００３１】
本発明では、発泡セル状粒子は、出発材料として発泡性ポリマー粒子を使用してポリマー製造業者のプラントで製造される。これらの発泡セル状粒子は次にフォーム成形業者に輸送されて成形が行われ、カップ、発泡ブロック、および／または成形物品などのフォーム物品が製造される。本発明の発泡セル状粒子は、十分な量の発泡剤を含有するため、フォーム成形業者の施設におけるさらなる予備処理を必要とせず、追加の発泡剤を浸透させる必要もない。さらに、本発明の発泡セル状粒子はある一定のまたは確立されたセル構造を有し、そのため各粒子中のセル数は輸送、保管、および／またはフォーム成形工程の間に有意に変化しない。
【００３２】
本発明の発泡セル状粒子の製造に使用される発泡性ポリマー粒子は、かさ密度が４０ポンド／立方フィート（６４１ｋｇ／ｍ３）〜３２．０ポンド／立方フィート（５１３ｋｇ／ｍ３）の範囲である。これらの粒子が加熱されると、粒子のかさ密度は３４．３ポンド／立方フィート（５５０ｋｇ／ｍ３）〜１２．５ポンド／立方フィート（２００ｋｇ／ｍ３）、好ましくは２５ポンド／立方フィート（４００ｋｇ／ｍ３）に減少する。このかさ密度において、発泡セル状粒子のセルサイズは比較的小さい。例えば、発泡セル状粒子の平均セルサイズは約５μｍから１００μｍの範囲であり、好ましくは１０μｍから６０μｍの範囲であり、最も好ましくは１０μｍから５０μｍの範囲である。発泡セル状粒子を半分に切断し、１０ｋＶのエネルギービーム、１５ｍｍの作動距離、二次電子検出器による画像形成、および倍率１００倍から１０００倍を使用して日立Ｓ２５００電子顕微鏡で各試料の画像を得ることによって平均セルサイズを測定した。
【００３３】
前述したように、本発明の発泡セル状粒子はかさ密度が低い。この低いかさ密度のために、同じ積載重量のトラクタートレーラーの場合、本発明の発泡セル状粒子の輸送に使用される包装容器数を、従来の発泡性粒子の輸送に現在使用されている包装容器数よりも増加させることができると解釈できる。
【００３４】
現在の方法では、発泡性ポリマー粒子は、標準包装量が約１，０００〜約２，２００ポンドである当業者に公知の規格化された樹脂包装容器に包装される。トラクタートレーラーは約３０，０００〜５０，０００ポンドを運搬可能であるので、約４５〜８０個のカートンを使用して従来の発泡性粒子を輸送することができる。しかしながら、トラクタートレーラーの最大積載量が例えば４２，０００ポンドであると、発泡性粒子１，０００ポンドのカートンの場合には、最大積載量で輸送するためには４２個のカートンが使用される。
【００３５】
本発明の発泡セル状粒子の場合、従来の発泡性粒子と同じ全重量条件でより多くのカートンを輸送することができる。例えば、４８フィートのトラクタートレーラーの場合、かさ密度約２５ポンド／立方フィート（４００ｋｇ／ｍ３）の本発明の発泡セル状粒子を収容する標準的寸法の約６０個のカートンで全空間を占めることができ、この場合に許容される全車両重量制限の８０，０００ポンドを超えることがない。トラクタートレーラーは体積的にいっぱいとなるので、ダンネージ（すなわち膨張式エアバッグ）を使用しなくてよい。
【００３６】
発泡セル状粒子の全輸送体積は従来の発泡性粒子と比較して有意に増加せず、そのため発泡セル状粒子の輸送コストは増加しない。また、発泡セル状粒子の平均粒径は有意に増加せず、すなわち、対応する発泡性ポリマー粒子（すなわち、発泡セル状粒子になる前の未膨張状態の粒子）の１３０％以下である。
【００３７】
発泡セル状粒子が形成される発泡性粒子のポリマー組成物は、１種類のポリマーの場合もあるしポリマー混合物の場合もある。ポリマー材料は、実質的な部分が、７０重量％以上、好ましくは８０重量％の１種類以上のスチレン系モノマーを含み、少量部分が、通常は３０重量％未満、好ましくは２０重量％未満のゴム、ポリフェニレンオキシドポリマー、または耐衝撃性スチレン系ポリマーを含んでよい。
【００３８】
好適なスチレン系ポリマーは、１００重量％から７０重量％の１種類以上のＣ８−１２ビニル芳香族モノマー（未置換であるか、あるいはＣ１−６、好ましくはＣ１−４アルキル基およびハロゲン原子からなる群より選択され、好ましくは塩素原子および臭素原子である１つ以上の置換基で置換されている）と、Ｃ３−６エチレン系不飽和カルボン酸、無水物、イミド、ならびにそれらのＣ１−１２（好ましくはＣ１−４）アルキルエステルおよびアルコキシアルキルエステル、アクリロニトリル、およびメタクリロニトリルからなるビニル基より選択されるモノマーからなる群より選択される０重量％から３０重量％の１種類以上の成分とを含み、任意にこれらの成分は、（ｉ）１種類以上のＣ４−５共役ジオレフィンモノマー（ジオレフィンゴム）のポリマー、（ｉｉ）未置換であるか、あるいはＣ１−４アルキル基からなる群より選択される１つ以上の置換基で置換されている３０重量％から７０重量％、好ましくは４０重量％から６０重量％の１種類以上のＣ８−１２ビニル芳香族モノマーと、７０重量％から３０重量％、好ましくは６０重量％から４０重量％の１種類以上のＣ４−５共役ジオレフィン（スチレン−ブタジエンゴムすなわちＳＢＲ、およびブロックコポリマー、ＳＢＳブロックコポリマー、および星型または分岐ポリマー）とを含むランダム、ブロック、または分岐（星型）コポリマー、ならびに（ｉｉｉ）４０重量％から６０重量％の１種類以上のＣ４−５共役ジエンと、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルからなる群より選択される６０重量％から４０重量％の１種類以上のモノマーのランダムコポリマー（ニトリルゴム）からなる群より選択される１種類以上のゴム上にグラフト化してもよいしゴム内部に含まれてもよい。
【００３９】
好適なビニル芳香族モノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、クロロスチレン、およびブロモスチレンが挙げられる。好適なエチレン系不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、およびイタコン酸が挙げられる。好適な無水物としては、無水マレイン酸が挙げられる。好適なイミドとしては、マレイミドが挙げられる。好適なエステルとしては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、およびアクリル酸エチルが挙げられる。好適な共役ジオレフィンとしては、ブタジエン（１，４−ブタジエン）およびイソプレンが挙げられる。
【００４０】
好ましいビニル芳香族モノマーはスチレンである。
【００４１】
好適なポリマーとしては、ポリスチレン、スチレンアクリレート、スチレンとアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルとのコポリマー、スチレンとアクリロニトリルのコポリマー（ＳＡＮ）、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ、すなわち、約２重量％から１２重量％、好ましくは４重量％から１０重量％のジエンゴムに重合し、グラフト化および／または混入したスチレンモノマー）、および２重量％から１２重量％、好ましくは４重量％から１０重量％のジエンゴムまたはニトリルゴムと共重合したスチレンアクリロニトリルコポリマー（ＡＢＳ）が挙げられる。
【００４２】
ポリマー成分は、ビニル芳香族成分が約７０重量％以上であるのならば上記ポリマーの混合物であってもよい。これらの混合物は、最大約３０重量％のポリフェニレンオキシドを含むこともできる。例えば、混合物は、７０重量％以上のスチレンと最大３０重量％のポリフェニレンオキシドの混合物であってもよい。混合物は、所定の量のスチレンアクリレートまたはメタクリレートポリマー（例えばスチレン−メタクリル酸メチル）と、スチレンとブタジエンの１種類以上のブロックコポリマーとの混合物であってもよい（このような混合物の一部はＮＯＶＡケミカルズ（ＮＯＶＡ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）よりＺＹＬＡＲ（登録商標）樹脂として販売されている）。
【００４３】
本発明の発泡セル状粒子は、発泡剤によって発泡性となる発泡性ポリマー粒子から製造される。
【００４４】
有機発泡剤は当業者には公知であり、通常は、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、ヘキサン、イソブタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン、およびシクロヘキサンである。ポリマー粒子を発泡性にするために使用されるその他の発泡剤はＨＦＣ、ＣＦＣ、およびＨＣＦＣ、ならびにそれらの混合物である。
【００４５】
本発明では、発泡剤は、アセトン、酢酸メチル、ブタン、ｎ−ペンタン、シクロペンタン、イソペンタン、イソブタン、ネオペンタン、およびそれらの混合物であってよい。好ましい発泡剤はノルマルペンタン、およびペンタンの混合物である。本発明に使用される発泡性ポリマー粒子の場合、上記のいずれかの発泡剤を二酸化炭素、空気、窒素、および水と組み合わせて使用することもできる。
【００４６】
発泡性ポリマー粒子の発泡剤量は、ポリマー組成物の重量を基準にして、一般に１０．０重量％未満であり、好ましくは９．０重量％未満であり、最も好ましくは約３．０重量％から約９．０重量％の範囲である。
【００４７】
粒子のポリマーがスチレン系ポリマーである場合、そのスチレン系ポリマーの重量平均分子量は１３０，０００を超える。
【００４８】
本発明の発泡セル状粒子を得ることができる発泡性粒子は、種々の方法によって調製することができる。これらの方法としては重合法および押出法が挙げられる。
【００４９】
重合法の場合、ポリマー組成物は９９％を超える転化率で重合される。重合法としては、塊状重合法、溶液重合法、および懸濁重合法を挙げることができる。発泡剤は重合前、重合中、または重合後に加えることができる。
【００５０】
発泡性粒子の製造のために好ましい重合法は懸濁重合である。この方法ではポリマー組成物は、０．１重量％から１．０重量％のフリーラジカル開始剤と発泡剤の存在下で水性懸濁液中で重合される。
【００５１】
懸濁重合の場合、多くの方法および開始剤が当業者には公知である。これに関して、例えば、米国特許第２，６５６，３３４号および第３，８１７，９６５号、ならびに欧州特許出願第４８８，０４０号を参照することができる。これらの参考文献に開示される開始剤は、発泡性粒子の製造にも使用することができ、それによって得られた粒子を本発明の発泡セル状粒子の製造に使用することができる。好適な開始剤は、過酸化物、ペルオキシ炭酸塩、および過酸エステルなどの有機ペルオキシ化合物である。これらのペルオキシ化合物の代表例は、過酸化デカノイル、過酸化ベンゾイル、過酸化オクタノイル、過酸化ステアリルなどのＣ６−２０アシルペルオキシド、過安息香酸ｔ−ブチル、過酢酸ｔ−ブチル、過イソ酪酸ｔ−ブチル、炭酸ｔ−ブチルペルオキシ２−エチルヘキシル、カルボノペルオキソ酸、ＯＯ−（１，１−ジメチルプロピル）Ｏ−（２−エチルヘキシル）エステルなどの過酸エステル、Ｃ３−１０ヒドロカルビル部分を含有する、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシド、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキシドなどのヒドロペルオキシドおよびジヒドロカルビルペルオキシド、またはそれらの組み合わせである。α，α’−アゾビスイソブチロニトリルなどのペルオキシ化合物以外の開始剤も使用可能である。
【００５２】
懸濁重合は懸濁安定剤の存在下で実施される。好適な懸濁安定剤は当業者には公知であり、ポリ（ビニルアルコール）、ゼラチン、寒天、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミドなどの有機安定剤、アルミナ、ベントナイト、ケイ酸マグネシウムなどの無機安定剤、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの界面活性剤、またはリン酸三カルシウム、リン酸水素二ナトリウムなどのリン酸塩が挙げられ、任意に前述の安定な化合物と併用される。安定剤の量は、水相の重量を基準にして０．００１重量％から０．９重量％で適宜変動させることができる。
【００５３】
発泡性粒子は、帯電防止剤、難燃剤、着色剤または染料、一般に熱伝導性を低下させるために使用されるカーボンブラック、二酸化チタン、アルミニウム、および黒鉛などの充填材料、安定剤、ならびに白油や鉱油などの可塑剤を含むこともできる。粒子は、白油または鉱油、シリコーン類、金属またはグリセロールカルボキシレート（好適なカルボキシレートはグリセロールモノステアレート、ジステアレート、およびトリステアレート、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、およびステアリン酸マグネシウムである）、およびそれらの混合物を含むコーティング組成物で適宜コーティングされてもよい。このような組成物の例は、英国特許第１，４０９，２８５号、およびスティックリー（Ｓｔｉｃｋｌｅｙ）の米国特許第４，７８１，９８３号に開示されている。
【００５４】
コーティング組成物は、乾式コーティング、あるいは種々の種類のバッチ式および連続式混合装置中の容易に気化する液体のスラリーまたは溶液によって粒子に適用することができる。このコーティングは、発泡セル状粒子の製造中の凝集物の形成を防止するのに有用である。これによって、発泡性粒子から発泡セル状粒子への最初の変換が増加する。発泡セル状粒子が形成されてから、同様な組成物の別のコーティングで任意にコーティングしてもよい。コーティング組成物は、発泡性ポリマー粒子に適用する場合もあるし、発泡セル状粒子に適用する場合もあるし、発泡性ポリマー粒子と発泡セル状粒子の両方に適用する場合もある。当業者には公知であるが、これらのコーティング組成物は、最終予備膨張行程中の凝集を軽減することができ、圧力減衰時間または成形サイクル冷却時間などの成形特性に影響を与えることもできる。コーティング組成物は、従来の発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）の膨張速度よりも速い膨張速度で発泡セル状粒子を膨張させるためにも有用となりうる（実験９）。鉱油や白油などのコーティングの追加を成形業者の施設で適用することも可能である。例えば、鉱油は、予備膨張の直後および／またはフォーム成形の直前に加えることができる。この方法は、従来の発泡性ポリスチレン製品で使用される場合もあり、当業者には公知である。
【００５５】
発泡性ポリマー粒子、発泡セル状粒子は、連鎖移動剤（好適な例としては、Ｃ２−１５アルキルメルカプタン、例えばｎ−ドデシルメルカプタン、ｔ−ドデシルメルカプタン、ｔ−ブチルメルカプタン、およびｎ−ブチルメルカプタンが挙げられる）、ならびにペンタフェニルエタンやα−メチルスチレン二量体などの他の物質などの種々の添加剤を含有することができる。発泡性ポリマー粒子は、ブタジエンやジビニルベンゼンなどの架橋剤、およびポリオレフィンワックスなどの凝集剤を含むことができる。ポリオレフィンワックス、すなわちポリエチレンワックスは重量平均分子量が５００〜５，０００であり、ポリマー組成物の量に対して０．０１重量％から１．０重量％の量のポリマーマトリックス中で通常は微粉砕される。該粒子は、０．１重量％から０．５重量％の、タルク、有機臭化物含有化合物、ならびに例えばＷＯ９８／０１４８９号などに記載されているような、アルキルスルホスクシネート、ソルビタール−Ｃ８〜Ｃ２０−カルボキシレート、およびＣ８〜Ｃ２０−アルキレンスルホネートなどの極性物質を含むこともできる。
【００５６】
凝集剤は、セル形成を促進する傾向にあるため特に有用である。
【００５７】
本発明のポリマー組成物は、スチレン系モノマーと、スチレン系モノマー量を基準にして約０．３〜約５．０重量％の範囲の量のアクリレートモノマーとを含むことができる。好適なアクリレートモノマーとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−ブチル，アクリル酸ｎ−ヘキシル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸２−エトキシエチル、アクリル酸２−メトキシエチル、アクリル酸ｎ−オクチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸２−フェノキシエチル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸デシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸アリル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ラウリル、および同様のもの、ならびにそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましいアクリレートモノマーはアクリル酸ｎ−ブチルである。このようなアクリレートモノマーはポリマーのＴｇを低下させることが知られており、それによってポリマー粒子の膨張性が向上し、そのため発泡性粒子はより少量、例えば２．５重量％未満の発泡剤（例えばペンタン）しか必要としない。スチレンモノマーとアクリレートモノマーの共重合方法は、Ｓｏｎｎｅｎｂｅｒｇらに付与された米国特許第５，２４０，９６７号（本特許出願の譲受人に譲渡されている）に教示されている。この第’９６７号特許の教示内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００５８】
懸濁重合は、１段階または２段階の時間／温度制御工程によってポリマー製造業者のプラントで適宜実施される。どちらの工程も、あらかじめ設定された時間／温度反応サイクルは、８０℃から１４０℃の範囲にわたって使用され、これは重合法で使用される開始剤の種類および量に依存し、ポリマーの所望の分子量、分子量分布、およびスチレン残留量に依存する。工業的に関心の持たれる製品は、含まれる残留スチレンが１，０００ｐｐｍ未満であり、重量平均分子量は１３０，０００を超えるものである。これらの物理的性質以外に、粒径も発泡性粒子にとっては重要である。工業的に関心の持たれる製品では約０．２ｍｍ〜約３．０ｍｍの範囲である。本発明のセル状発泡粒子の上記物理的性質に関して所望の結果を得るために重合工程の反応処方および条件を制御できることは、当業者であれば容易に理解できる。
【００５９】
懸濁重合法では、ポリマー組成物は、ポリマー組成物を基準にして７０重量％から１００重量％、好ましくは８０重量％から１００重量％のスチレン系モノマーを含むことができ、このスチレン系モノマーは、ポリマー組成物に対して約３０重量％から０重量％、好ましくは２０重量％から０重量％の量の前述のような少なくとも１種類のビニル基モノマーと混合することができる。あるいは、ポリマー組成物は、ポリマー組成物を基準にして３０重量％から０重量％の範囲の量のポリフェニレンオキシド、ブタジエンゴム、および耐衝撃性ポリスチレンからなる群より選択される少なくとも１種類のポリマーと混合した、ポリマー組成物を基準にして７０重量％から１００重量％の範囲の量のスチレン系モノマーを含むことができる。
【００６０】
本発明で使用されるポリマー組成物の発泡性ポリマー粒子は、押出法によって製造することもできる。押出法では、ポリマー組成物は、ポリマー組成物を基準にして３０重量％から０重量％の量の少なくとも１種類のビニル基ポリマーと混合したポリマー組成物を基準にして、７０重量％から１００重量％の範囲の量のスチレン系ポリマーを含むことができる。あるいは、ポリマー組成物は、ポリマー組成物を基準にして３０重量％から０重量％の範囲の量のポリフェニレンオキシド、ブタジエンゴム、および耐衝撃性ポリスチレンからなる群より選択される少なくとも１種類のポリマーと混合したポリマー組成物を基準にして、７０重量％から１００重量％の範囲の量のスチレン系ポリマーを含むことができる。
【００６１】
ポリマー組成物のポリフェニレンオキシド、ブタジエンゴム、および耐衝撃性ポリスチレンは、ポリマー組成物の性能特性（例えば、機械的、熱的、物理的、および化学的性質）を向上させるために加えることが好ましい。この追加のポリマーは、懸濁重合または押出法の前または最中に加えることが可能であり、あるいはポリマー組成物の成分は、重合および／または押出工程の開始前に同一装置内（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で公知の方法で静的または動的ミキサーによって互いに混合することもできる。本発明で使用される好適なポリフェニレンオキシドは、ＥＰ−Ａ−３５０１３７号、ＥＰ−Ａ−４０３０２３号、およびＥＰ−Ａ−３９１４９９号などに記載されるものであってもよい。
【００６２】
押出法では、一軸スクリュー押出機または多軸スクリュー押出機を使用することができる。発泡粒子の製造方法の１つでは、発泡剤を押出機に注入し、ペレットを押し出し、ペレットの膨張を促すか、あるいは当業者に公知の方法でペレットを膨張させる。より具体的には、発泡剤は溶融ポリマー組成物と混合され、ダイ面の複数の穴から引き出されて、ストランドが形成される。押し出されたストランドは、従来の水中切断装置によって発泡性ポリマー粒子に切断されるか、あるいは水浴で冷却した後にペレット化チョッパーで約０．２ｍｍ〜約３．００ｍｍの範囲の長さのペレットに切断される。次に、本明細書に記載の加熱／加圧工程によってこれらの発泡性粒子から発泡セル状粒子が製造される。
【００６３】
押出法による発泡粒子を製造するもう１つの方法では、溶融ポリマー組成物をダイ面から押し出し、ストランドをペレットに切断し、ペレットに含浸させる。次に、本明細書に記載の加熱／加圧工程によってこれらの発泡性粒子から発泡セル状粒子が製造される。
【００６４】
押出法のさらに別の方法では、押出機の下流ではなくダイ面で発泡性粒子から発泡セル状粒子が形成される。この場合、押出機のストランドまたはペレットが有する熱によって発泡剤が気化して、ストランドまたはペレットのマトリックスの内部で膨張して、本発明の発泡セル状粒子が得られる。押出機の温度は２００〜２５０℃の範囲にすることができ、圧力は３００ｐｓｉａ〜３，０００ｐｓｉａの範囲にすることができる。本発明の発泡セル状粒子で所望のかさ密度および所望の発泡剤量を得るために、発泡剤量、および押出機の熱、ならびにダイ面で使用される冷却手段の種類を制御可能であることを理解されたい。
【００６５】
発泡性粒子は、ポリマー組成物を生成する重合工程の押出機中で製造することができる。ポリマー組成物の成分、ならびに開始剤および他の添加剤を押出機に投入してもよい。この方法は一般に、モノマー組成物量を基準にして約７０重量％から１００重量％の範囲の量のスチレン系モノマーを、モノマー組成物量を基準にして約３０重量％から０重量％の範囲の量の少なくとも１種類のビニル基モノマーと混合する工程を含む。押出法に関して本明細書で教示したのと同様に、発泡剤を溶融組成物と混合してから、ダイ面から押し出して、ストランドに成形し、次にこれらをペレットに切断することができ、あるいはペレットに発泡剤を含浸させ、続いて発泡セル状粒子を形成することができ、あるいはダイ面で発泡セル状粒子を形成することができる。
【００６６】
前述の重合、押出、および重合−押出機工程では、発泡性粒子のかさ密度は４０ポンド／立方フィート（６４１ｋｇ／ｍ３）〜３２．０ポンド／立方フィート（５１３ｋｇ／ｍ３）の範囲である。これらの粒子は、１〜６０分間、７０℃から１１０℃、好ましくは８０℃から１１０℃に加熱され、同時に１０．１絶対ｐｓｉ（７０ｋＰａ）〜約２４．７絶対ｐｓｉ（１７０ｋＰａ）、好ましくは９５絶対ｋＰａ〜１１０絶対ｋＰａの圧力が加えられて、発泡セル状粒子が製造される。
【００６７】
発泡セル状粒子は、かさ密度が約３４．３ポンド／立方フィート（５５０ｋｇ／ｍ３）〜１２．５ポンド／立方フィート（２００ｋｇ／ｍ３）の範囲に減少する。好ましくは、発泡セル状粒子のかさ密度は２８．１ポンド／立方フィート（４５０ｋｇ／ｍ３）〜２１．９ポンド／立方フィート（３５０ｋｇ／ｍ３）の範囲であり、より好ましくはかさ密度は約２５ポンド／立方フィート（４００ｋｇ／ｍ３）である。発泡セル状粒子の発泡剤量は、ポリマー組成物の重量を基準にして６．０重量％未満であり、好ましくは２．０重量％から５．０重量％の範囲であり、より好ましくは約２．５重量％から３．５重量％の範囲である。発泡セル状粒子の平均粒径は約０．２ｍｍから３ｍｍの範囲であり、好ましくは約０．３ｍｍから２ｍｍの範囲である。各粒子の平均セルサイズは約５μｍから１００μｍの範囲であり、好ましくは１０μｍから６０μｍの範囲であり、最も好ましくは１０μｍから５０μｍの範囲である。
【００６８】
発泡性中実粒子から発泡セル状粒子を製造する場合に本発明で使用される加熱工程は、流動床を使用した、バッチ式または連続式加熱工程で実施でき、機械的撹拌または振動は使用される場合も使用されない場合もある。その他の好適な加熱方法としては、接触加熱、非接触加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱、誘電加熱、および高周波加熱を挙げることができる。
【００６９】
発泡性粒子の加工に一般に使用される予備膨張装置は、本発明の発泡セル状粒子の製造に好適である。このような予備膨張装置の一例は、ヒルシュ・カンパニー（Ｈｉｒｓｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙ）供給のヒルシュ（Ｈｉｒｓｃｈ）（登録商標）３０００である。
【００７０】
本発明の発泡セル状粒子は、従来の発泡性粒子と比較して同等またはより優れた膨張特性を示すことが分かった。このような特性としては、従来の膨張および成形設備を使用してフォーム成形業者のプラントで必要な最終最低密度、すなわち約０．８〜６．０ポンド／立方フィート（１２〜３０ｋｇ／ｍ３）の発泡物品を得るための発泡粒子の膨張処理速度および能力が挙げられる。
【００７１】
一般に、ポリマー粒子の貯蔵寿命は、発泡剤が粒子から散逸する速度と関連する場合がある。本発明の発泡セル状粒子は従来の発泡性粒子よりも貯蔵寿命が長いと本発明者らは考えている。以下の理由の１つ以上のために、このことが起こると仮説が立てられる。１）発泡セル状粒子中のペンタン量が少ないために、粒子セルからペンタンが拡散するための推進力がより小さい。２）発泡セル状粒子が従来の発泡性粒子よりも大きいために、粒子を通ってペンタンが拡散するための平均経路がより長い。所定の時間では、室温における発泡セル状粒子の発泡剤重量減は、同じ時間および室温における発泡性粒子の重量減よりも少なくとも１５％から５０％少ない。３）発泡セル状粒子のセル構造自体が、発泡剤をより保持しやすいという可能性がある。
【００７２】
保管および輸送の目的では、本発明の発泡セル状粒子は耐ペンタン性プラスチックバッグに入れられ、その上部はワイヤ結束具で閉じられる。このバッグはカートン内で支持され、フォーム成形業者に輸送される。発泡セル状粒子のカートンは、材料圧縮強度１０，０００ポンドを有しうる。この材料強度は、材料強度が約１２，０００ポンドの専用カートンで従来の発泡性粒子を輸送する場合に使用される材料強度よりも低くなりうると考えられる。これは、本発明の発泡セル状粒子はかさ密度が低く、発泡性粒子よりも単位体積当たりの重量が少ないためである。
【００７３】
輸送される場合、発泡セル状粒子は、発泡性粒子の総輸送重量と実質的に等しい総輸送重量を有する。トラクタートレーラーが輸送可能な最大総重量が３０，０００〜５０，０００ポンドである場合、発泡セル状粒子の輸送に使用されるカートン数はそれぞれ４５〜８０個の範囲となりうる。
【００７４】
カートンについては、本発明の発泡粒子の輸送に関して前述しているが、発泡セル状粒子をフォーム成形業者に輸送するために別の包装容器を使用することが可能であることを理解されたい。例えば、プラスチックフィルムバッグ、金属ドラム、ファイバードラム、バルクバッグ、および返却可能／再利用可能な包装容器を使用することができる。可燃性有機発泡剤を含有する粒子を取り扱う場合、適切な安全予防策を施してバルク輸送を行うこともできる。
【００７５】
本発明を実施する場合、すなわち、ポリマー製造業者の施設で発泡性粒子から発泡セル状粒子が製造され、続いて発泡セル状粒子がフォーム成形業者に輸送され、そこで発泡物品が製造される場合、機械的強度や粒子の融着などのフォーム物品の性質は許容されるレベルにある。
【００７６】
評価すべきことは、本発明の発泡セル状粒子は、従来の蒸気膨張法および成形法で、前述したように従来の設備を使用して予備膨張させ成形してフォーム物品にすることができ、発泡セル状粒子に追加の発泡剤を含浸させる必要はないことである。フォーム物品のかさ密度は約０．５０ポンド／立方フィート（８．０ｋｇ／ｍ３）〜約６．０ポンド／立方フィート（９６．１ｋｇ／ｍ３）の範囲である。
【００７７】
さらに評価すべきことは、本発明の発泡セル状粒子の製造中に放出される炭化水素発泡剤を捕集、凝縮して、発泡性ポリマー粒子の製造工程で再利用したり、あるいはポリマー製造業者のプラントで焼却したりできることである。これを実施するための方法および設備は従来通りのものである。さらに評価すべきことは、ポリマー製造業者のプラントにおいて、本発明の発泡セル状粒子の製造中に放出されるＶＯＣ量を各地域の規制基準内に制御可能であり、フォーム成形業者のプラントでは、これらの量が軽減されることである。
【００７８】
以下の実施例は、本発明を理解しやすくすることを意図している。しかしながら、これらの実施例によって本発明の範囲が限定されるものと解釈すべきではない。
【００７９】
実験用発泡セル状粒子を、実験室またはパイロットプラントで作製し、ある小規模工業用装置で評価した。バッチ膨張は、大気圧の蒸気にさらされる粒子を底部で保持する穿孔スクリーンが取り付けられた非撹拌式２ガロンバッチ式膨張装置、またはヒルシュ（登録商標）３０００加圧膨張装置（Ｐｒｅｅｘ  ３０００）のいずれかを使用して行った。ペンタンの比率は、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーで測定し、その方法は当業者には公知である。ヘッドスペースユニットは、熱伝達ラインとセプタム針末端部を備えたヒューレット・パッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ）モデル７６９４ガスクロマトグラフ・オートサンプラーである。オーブン温度は１２５℃であった。伝達ラインと試料ループの両方の温度は１５０℃であった。ガスクロマトグラフは、スプリット付き／スプリットなしキャピラリー注入口とフレームイオン化検出器を備えたヒューレット・パッカード・モデル５８９０である。ガスクロマトグラフィーに使用したカラムは、Ｊ＆Ｗ，ＤＢ−１であり、３０ｍ×０．５３ｍｍのキャピラリーと厚さ１．５０μｍのフィルムを取り付けた。かさ密度は、２５ｍｍのメスシリンダーと認証された化学天秤を使用して測定した。
【実施例１】
【００８０】
この実施例１は、本発明の発泡セル状粒子の発泡剤の保持時間が、従来の発泡性粒子を含む対照試料と比較すると増加しうることを示す。
【００８１】
市販の発泡性ポリスチレン粒子を対照試料として使用し、さらに実験用発泡セル状粒子の作製の出発材料としても使用した。この発泡性ポリスチレン粒子は、初期懸濁重合の後に、含浸工程を行う「２段階」法で作製した。得られた発泡性粒子は、難燃剤としてのヘキサブロモシクロドデカンと、発泡剤としてのノルマルペンタン、イソペンタン、およびシクロペンタンの混合物、ならびに潤滑性コーティング（例えばグリセロールモノステアレート）などの他の代表的な添加剤を含有した。
【００８２】
対照試料では、発泡性ポリスチレン粒子は、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーで測定した全ペンタン含有率が４．２４重量％であった。これらの発泡性粒子は、かさ密度が３７．８５ポンド／立方フィート（６０６ｋｇ／ｍ３）であり、平均粒径が０．８８６ｍｍであった。これらの粒子をトレイ上に１層に広げ、室温で１９日間放置した。１９日後の発泡性粒子中の全ペンタン含有率は、ポリマー重量を基準にして４．２４重量％から２．７１重量％に減少した。これは粒子中の全含有ペンタンの３６％の減少であった。
【００８３】
実験用粒子では、対照試料と同じ出発材料から発泡セル状ポリスチレン粒子を作製した。これらの発泡セル状粒子を作製するために、１ポンド（４５４ｇ）の発泡性粒子を、ガラス体を有する流動床乾燥装置（ラボ−ライン・高速流動床乾燥装置（Ｌａｂ−Ｌｉｎｅ  Ｈｉ−Ｓｐｅｅｄ  Ｆｌｕｉｄ  Ｂｅｄ  Ｄｒｙｅｒ）モデル２３８５０（１９８５））に入れ、大気圧において入り口空気温度８５℃で２５分間乾燥させた。得られた発泡セル状粒子は、かさ密度が２６．３７ポンド／立方フィート（４２２ｋｇ／ｍ３）であり、ヘッドスペースガスクロマトグラフィー（ＧＣ）で測定した全ペンタン含有率は３．８６重量％であった。平均粒径は１．１５５ｍｍであった。これらの粒子をトレイ上に１層に広げ、室温で１９日間放置した。１９日後の発泡性粒子中の全ペンタン含有率は、ポリマー重量を基準にして３．８６重量％から３．１１重量％に減少した。これは粒子中の全含有ペンタンの１９％の減少であった。したがって、実験用発泡セル状粒子は、対照粒子と比べると発泡剤保持能力が４７％高かった。
【実施例２】
【００８４】
この実施例２は、本発明の発泡セル状粒子の膨張速度が、対照発泡性粒子の膨張速度と少なくとも同等になりうることを示す。発泡性粒子は、実施例１で使用したものと同じバッチの発泡性ポリスチレン粒子から取り出した。対照試料としては、３．５ポンド（１５８９ｇ）のあらかじめ秤量した発泡性ポリスチレン粒子を使用した。これらの粒子の初期かさ密度は３８．０５ポンド／立方フィート（６０９．５ｋｇ／ｍ３）であった。これらの粒子は、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーによる測定では４．３０重量％のペンタンを含有した。粒子は、蒸気圧０．３３ｂａｒおよび処理速度１１３ポンド／時でヒルシュ（登録商標）３０００加圧膨張装置を使用してバッチ形態で予備膨張させ、当技術分野では「プレパフ（ｐｒｅ−ｐｕｆｆ）」と呼ばれる粒子（すなわち、エージングおよび成形の前に膨張させた粒子）を作製した。このプレパフ粒子のかさ密度は０．８８ポンド／立方フィート（１４．１ｋｇ／ｍ３）であった。
【００８５】
本発明の発泡セル状粒子は、対照試料で使用したものと同様の１０ポンド（４．５４ｋｇの）発泡性粒子を直径１．２２９フィートの流動床乾燥装置に入れてバッチ式工程により作製した。バッチ時間は２０分間であり、温度は８７℃であった。得られたこれらの発泡セル状ポリスチレン粒子のかさ密度は１８．４１ポンド／立方フィート（２９５ｋｇ／ｍ３）であった。これらの発泡セル状粒子は、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーによる測定では３．４８重量％のペンタンを含有した。次に、発泡セル状粒子を、蒸気圧０．３３ｂａｒおよび処理速度１１３ポンド／時で加圧膨張装置を使用してバッチ形態で予備膨張させた。得られたプレパフのかさ密度は０．８８ポンド／立方フィート（１４．１ｋｇ／ｍ３）であった。発泡セル状粒子は対照試料よりも含有ペンタンが１９％少ないにもかかわらず、このようにかさ密度は対照試料で得られたかさ密度と同じである。
【００８６】
通常のコンディショニング期間（すなわち約４〜２４時間）の後、対照試料のプレパフ粒子と、発泡セル状粒子から作製したプレパフ粒子を、寸法が２４９０ｍｍ×６４０ｍｍ×７４０ｍｍの市販のウィーザー（Ｗｉｅｓｅｒ）（登録商標）成形機でブロックに蒸気成形した。得られた２種類のブロックをエージングし、加熱した電線でボードに切断した。中心部分の試料について、インストロン（ＩＮＳＴＲＯＮ）４２０４モデル測定器にシリーズＩＸバージョン８．０８．００ソフトウェアを使用し、以下の密度および耐圧縮性の測定方法を使用して試験を行った。
【００８７】
密度：
ＡＳＴＭ  Ｄ１６２２「Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｐｐａｒｅｎｔ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｒｉｇｉｄ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（硬質発泡プラスチックのかさ密度の試験方法）」
変形１０％における耐圧縮性：
ＡＳＴＭ  Ｄ１６２１「Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｒｉｇｉｄ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（硬質発泡プラスチックの圧縮性の試験方法）」
両試料の試験結果は、ＡＳＴＭ  Ｃ５７８「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｒｉｇｉｄ，Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ（硬質発泡ポリスチレン断熱材の標準規格）」に概要が示されるタイプＩ硬質発泡ポリスチレン断熱材の耐圧縮性要求条件を満たした。
【００８８】
この実施例は、発泡セル状粒子含有試料のペンタン量が少なくとも（すなわちペンタン３．４８重量％）、ペンタン量のより多い（すなわちペンタン４．３０重量％）発泡性粒子の対照試料と比較した場合に、同等の膨張性結果が得られたことを示している。
【実施例３】
【００８９】
市販の発泡性ポリスチレン粒子を、対照試料、および発泡セル状粒子の作製のための出発材料の両方に使用した。この発泡性ポリスチレン粒子は、ペンタン発泡剤を進行中の重合工程に加える「１段階」懸濁法を使用して製造された。得られた発泡性粒子は、難燃剤としてのヘキサブロモシクロドデカンと、発泡剤としての１００％ノルマルペンタンと、他の従来の添加剤とを含有した。
【００９０】
対照試料の場合、発泡性ポリスチレン粒子試料は、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーによる測定では５．９３重量％のペンタンを含有した。これらの発泡性粒子は、かさ密度が３６．８８ポンド／立方フィート（５９１ｋｇ／ｍ３）であり、平均粒径は０．７５４ｍｍであった。これらの粒子をトレイ上に１層に広げ、室温で２０日間放置した。２０日後に粒子中に残留するペンタン含有率は５．９３重量％から３．９５重量％に減少した。これは粒子中のペンタンの３３％の減少であった。
【００９１】
本発明の実験用粒子の場合、発泡セル状ポリスチレン粒子を、対照試料と同じ出発材料から作製した。１ポンド（４５４ｇ）の発泡性ポリスチレン粒子を、実験１で使用した流動床乾燥装置にいれ、大気圧において入り口空気温度７８℃で５０分間乾燥させた。得られた発泡セル状粒子は、かさ密度が２４．２２ポンド／立方フィート（３８８ｋｇ／ｍ３）であり、ペンタン含有率は４．６６重量％であった。平均粒径は０．８６３ｍｍであった。これらの粒子をトレイ上に１層に広げ、室温で２０日間放置した。２０日後のペンタン含有率は４．６６重量％から３．４６重量％に減少した。これは粒子中のペンタンの２６％の減少であった。したがって、本発明の発泡セル状粒子は、対照粒子と比較すると発泡剤をよりよく保持するものと思われる。
【実施例４】
【００９２】
実施例３で使用した対照発泡性ポリスチレン粒子（ペンタン量５．９３重量％）と本発明の実験用発泡セル状粒子（ペンタン量４．６６重量％）を実施例４でも使用した。穿孔スクリーン底部を有する非撹拌式２ガロンバッチ式膨張装置に５０ｇの粒子を加えた。大気圧の蒸気をスクリーンを通して膨張装置の底部に送り込み、粒子を２分間膨張させた。各実験は２回ずつ実施した。目視検査によると、対照試料、すなわち発泡性ポリスチレン粒子は、膨張中に顕著な凝集および「塊状体」が見られた。膨張装置は撹拌を行わなかったのでこれは予想していたことであった。これとは対照的に、実験用発泡セル状粒子は易流動性であり、膨張装置で撹拌を行わなくても凝集は見られなかった。表１はこの実施例４のデータを示している。
【００９３】
【表１】
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表１のデータは、同じ膨張が起こっていることを示しており、すなわち、ペンタン量がより多い５．９３重量％の対照試料と、ペンタン量がより少ない４．６６％重量％の実験用試料の両方でかさ密度０．９５ポンド／立方フィートが得られている。
【実施例５】
【００９４】
実施例５は、本発明の発泡セル状粒子の発泡剤の保持力が、押出法で製造される発泡性粒子を含む対照試料と比べると増加しうることを示す。
【００９５】
市販の発泡性ポリスチレン押出ペレットを、対照試料として使用し、さらに本発明の実験用発泡セル状粒子の製造における出発材料としても使用した。この発泡性ポリスチレン粒子は、押出法を使用して製造され、発泡剤としてのペンタンはポリスチレンと混合され、ダイから押し出され、得られたストランドを冷却して切断して、発泡性円筒形ペレットを製造した。得られた発泡性ペレットは、カーボンブラックと、発泡剤としての１００％イソペンタンと、潤滑性コーティングなどの他の従来の添加剤とを含有した。
【００９６】
対照試料では、発泡性ポリスチレンペレットは、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーによる測定では４．６８重量％のイソペンタンを含有した。これらの円筒形発泡性粒子は、かさ密度が３２．７９ポンド／立方フィート（５２５．２ｋｇ／ｍ３）であり、平均長さが２．２３ｍｍであり、平均直径が０．６２ｍｍであった。これらの粒子をトレイ上に１層に広げ、室温で２１日間放置した。２１日後の対照粒子の全イソペンタン含有率は４．６８重量％から４．５４重量％に減少した。これは粒子中のイソペンタン含有率の３％の減少である。
【００９７】
実験用発泡セル状ポリスチレン粒子は、対照試料と同じ出発材料から作製した。ガラス体を有する流動床乾燥装置（ラボライン高速モデル２３８５０）中で大気圧において入り口空気温度８０℃で２５分間かけて、１ポンド（４５４ｇ）の実験用粒子を作製した。得られた発泡セル状粒子は、かさ密度が２３．７５ポンド／立方フィート（３８０．４ｋｇ／ｍ３）であり、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーで測定した全イソペンタン含有率は４．３４重量％であった。平均的な粒子は、直径約１．１４ｍｍのほぼ球状であった。これらの粒子をトレイ上に１層に広げ、室温で２１日間放置した。２１日後の粒子の全イソペンタン含有率は４．３４重量％から４．２７重量％に減少した。粒子中の全イソペンタン含有率は１．６％の減少であった。したがって、実験用発泡セル状粒子は、対照粒子よりも高い（すなわち４６％）保持力を示した。
【００９８】
経時により粒子から失われる発泡剤は、発泡性粒子の膨張および成形性能に悪影響を与える。本発明の発泡セル状粒子には、粒子中に保持される発泡剤量が増加する傾向が見られる。
【実施例６】
【００９９】
この実施例は、本発明の発泡セル状粒子の発泡剤の保持力が、発泡性粒子の対照試料と比べると増加しうることを示す。この実施例では、耐衝撃性ポリスチレンから作製された含浸押出ペレットを出発材料として使用した。ゴム含有率は３．５％であった。
【０１００】
市販の発泡性耐衝撃性ポリスチレン押出ペレットは、対照試料と、実験用発泡セル状粒子の製造のための出発材料の両方に使用した。発泡性耐衝撃性ポリスチレンは、発泡剤として使用されるペンタンを耐衝撃性ポリスチレンと混合し、ダイから押出、得られたストランドを冷却し切断して、発泡性円筒形ペレットを形成する押出法によって製造された。得られた発泡性ペレットは、発泡剤としての４０％ノルマルペンタン（ｎ−ペンタン）および６０％イソペンタンと、潤滑性コーティングなどの従来の添加剤とを含有した。
【０１０１】
対照試料では、発泡性ポリスチレンペレット試料は、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーによる測定では全ペンタン含有量が３．８９重量％であった。これらの円筒形発泡性粒子は、かさ密度が３３．２４ポンド／立方フィート（５３２ｋｇ／ｍ３）であり、平均長さは２．０９ｍｍであり、平均直径は０．５６ｍｍであった。これらの粒子をトレイ上に１層に広げ、室温で２１日間放置した。２１日後の対照粒子の全ペンタン含有率は３．８９％から３．４０％に減少した。これは粒子中の全ペンタン含有率の１２．６％の減少であった。
【０１０２】
実験用発泡セル状粒子は、この実施例の対照試料と同じ出発材料から作製した。実施例１で使用した流動床乾燥装置中で大気圧において入り口空気温度９０℃で２５分間かけて、１ポンド（４５４ｇ）の実験用粒子を作製した。得られた発泡セル状粒子は、かさ密度が２５．３２ポンド／立方フィート（４０５ｋｇ／ｍ３）であり、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーで測定した全ペンタン含有率は３．５５重量％であった。平均粒径は直径１．１５ｍｍであり、形状はほぼ球状であった。これらの粒子をトレイ上に１層に広げ、室温で２１日間放置した。２１日後のこれらの粒子の全ペンタン含有率は３．５５％から３．４１％に減少した。これは粒子中の全ペンタン含有率の３．９％の減少であった。したがって、この実験用発泡セル状粒子は、対照粒子よりも発泡剤の保持が６９％優れていた。
【０１０３】
実施例５で述べたように、経時で粒子から失われる発泡剤は、発泡性粒子の膨張および成形性能に悪影響を与える。この実施例６でも、本発明の発泡セル状粒子には、粒子中に保持される発泡剤量が増加する傾向が見られる。
【実施例７】
【０１０４】
この実施例７は、流動床に熱風を使用する代わりに、機械的撹拌装置中で直接蒸気を接触させて発泡セル状粒子を作製することを示す。
【０１０５】
出発材料は、２．９９％のノルマルペンタン、０．３３％のシクロペンタン、および０．０１％のイソペンタンを含有する、発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）であった。平均粒径は０．９４５ｍｍであった。この材料の最初のかさ密度は約３９ポンド／立方フィートであった。この材料に、５００ｐｐｍのステアリン酸亜鉛の表面コーティングをコーティングした。ヒルシュ（登録商標）バキュトランス（Ｖａｃｕｔｒａｎｓ）３０００−Ｈバッチ式予備膨張装置を使用して、発泡セル状粒子を作製した。その条件は以下の通りである。
【０１０６】
蒸気圧（ｐｓｉｇ）                        ０．５０（空気＋蒸気）
入り口温度                                １００℃
蒸気時間                                  ５３秒
全サイクル時間                            ７４．５秒
発泡性粒子供給重量                        ２５．１ポンド
得られた発泡セル状粒子製品のバルク密度    ２５．０ポンド／立方フィート
対応する生産速度                          １２２１ポンド／時
得られた発泡セル状粒子は、平均粒径が１．１４８ｍｍであり、２．８６％のノルマルペンタン、０．３９％のシクロペンタン、および０．０２％のイソペンタンを含有した。
【実施例８】
【０１０７】
スチレンとアクリル酸ｎ−ブチルのコポリマーを発泡性粒子の出発材料として使用した。発泡性粒子は、発泡剤を含まないコポリマー重量を基準にして９８．５重量％のスチレンと２．５重量％のアクリル酸ｎ−ブチルのモノマー混合物の懸濁重合法により調製した。次にこのコポリマーを発泡剤としてノルマルペンタンに懸濁させ含浸させた。当業者には公知の含浸方法で使用される好適な懸濁剤、界面活性剤、および時間／温度暴露を使用した。
【０１０８】
これらの発泡性粒子を出発材料として使用して、ガラス体を有する流動床乾燥装置（ラボライン高速床乾燥装置（Ｌａｂ−Ｌｉｎｅ  Ｈｉ−Ｓｐｅｅｄ  Ｂｅｄ  Ｄｒｙｅｒ  モデル２３８５０（１９８５））で発泡セル状粒子を作製した。得られた材料はペンタン含有率が３．４％であった。
【０１０９】
比較のために、全ペンタン４．３３％を含有する従来の発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）ホモポリマー試料（すなわちアクリル酸ブチルを含有しない）を使用した。
【０１１０】
次に、どちらの材料も、穿孔スクリーン底部を有する非撹拌式２ガロンバッチ式膨張装置で膨張させた。大気圧の蒸気をスクリーンを通して膨張装置の底部に送り込み、時間（分）を変えて粒子を膨張させた。各実験で５０ｇの供給原料を投入した。結果を表２に示す。
【０１１１】
【表２】
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表２の結果から、発泡セル状粒子（アクリル酸ブチル含有）は、従来の発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）試料（アクリル酸ブチルを含有せず）よりもペンタン含有量が２０％少ない場合でさえもより低いかさ密度で膨張することがわかる。
【実施例９】
【０１１２】
この実施例９は、ペンタン発泡剤含有率が同じである場合に、発泡セル状粒子の膨張性が従来の発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）粒子よりも優れていることを示す。
【０１１３】
対照試料は、かさ密度が３９ポンド／立方フィートであり、平均ビーズ径が０．９５ｍｍであり、全ペンタン含有率が３．０％である従来の発泡性ポリスチレンであった。実験用試料は、本発明の教示により作製した発泡セル状粒子であった。この実施例試料は、かさ密度が２５ポンド／立方フィートであり、平均ビーズ径は１．１１ｍｍであり、全ペンタン含有率は２．９８％であった。
【０１１４】
どちらの試料も、同じ種類の組成物を同量使用して表面をコーティングした。この組成物は、グリセロールモノステアレート、グリセロールトリステアレート、ステアリン酸カルシウム、およびシリコーン油の混合物であった。どちらの試料も、ヒルシュ（登録商標）バキュトランス３０００−Ｈバッチ式予備膨張装置で膨張させて、かさ密度１．８ポンド／立方フィートの最終「プレパフ」を得た。膨張条件および結果を表３に示す。
【０１１５】
【表３】
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表３に見られるように、最初の全ペンタン含有率が同じであり、潤滑性コーティング量および組成が同じであり、膨張条件が同じである場合、本発明の発泡セル状粒子は、従来の発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）よりも１４３％速い膨張速度を示した。
【０１１６】
特定の実施形態に関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明の開示を考慮すれば、本発明の範囲内で本発明の多数の変形が可能であることが理解できる。したがって、本発明は広範に解釈されるべきであり、添付の特許請求の範囲およびその意図によってのみ制限される。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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