(57)【要約】本発明は、低減密度発泡体、および発泡プロセス中に逃散性ガスの流出を防ぐ非発泡バリア層を発泡性層上に適用またはこれを作成することにより、その発泡体を製造する方法を開示している。
2004517757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーと、逃散性ガスである、または逃散性ガスを生成する少なくとも１種類の発泡剤とを混合して発泡性溶融混合物を形成する工程と、
（２）少なくとも１つの主面を有するように前記溶融混合物を成形する工程と、
（３）非発泡材料のバリア層を、前記１つ以上の主面に固定または作成する工程であって、前記バリア層が前記発泡性溶融混合物から出る前記逃散性ガスの拡散を防ぐようにする工程と、
（４）前記溶融混合物を発泡させる工程と、
を含む発泡物品の製造方法。
【請求項２】
得られる発泡物品の前記発泡層が、バリア層なしで作成された同様の発泡層よりも低い密度を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発泡物品が、バリア層なしで作成された同様の発泡物品よりも低い密度を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発泡物品の前記密度が、バリア層なしで作成された同様の発泡物品の密度より少なくとも２０％少ない、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記成形溶融混合物が２つの主面を有しており、各表面がバリア層を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バリア層の厚さが同じである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリマーがポリオレフィンである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記発泡層の前記密度が、前記バリア層の前記厚さを増やすことによりさらに低減される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記発泡剤が化学および物理発泡剤の一方または両方である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記発泡剤が重炭酸ナトリウム−クエン酸混合物である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記発泡剤が二酸化炭素である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
所与の体積濃度の逃散性ガスで作成された発泡物品については、得られる発泡物品の正規化引張り強度は、得られる発泡物品の正規化密度から実質的に独立している、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記成形溶融混合物が、非発泡材料の少なくとも１つの内部バリア層をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記成形溶融混合物の前記表面を急冷することにより前記バリア層が作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの主面と、前記少なくとも１つの主面上のバリア層とを有する発泡層を含む発泡物品であって、前記物品の前記発泡層が、バリア層なしで作成された同様の発泡物品の発泡層よりも低い密度を有する発泡物品。
【請求項１６】
少なくとも１つの主面と、前記少なくとも１つの主面上のバリア層とを有する発泡層を含む発泡物品であって、前記発泡物品が、バリア層なしで作成された同様の発泡物品よりも低い密度を有する発泡物品。
【請求項１７】
少なくとも１層の発泡層が２つの非発泡層の間にある、少なくとも４層を含む、請求項１６に記載の発泡物品。
【請求項１８】
前記物品が感圧接着剤物品である、請求項１６に記載の発泡物品。
【請求項１９】
少なくとも１つの内部層が非発泡バリア層を含む、多層物品を含む、請求項１８に記載の感圧接着剤物品。
【請求項２０】
１）少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーと、逃散性ガスである、または逃散性ガスを生成する少なくとも１種類の発泡剤とを混合して発泡性溶融混合物を形成する工程と、
２）少なくとも１つの主面を有するように前記溶融混合物を成形する工程と、
３）非発泡材料のバリア層を、前記溶融混合物の前記１つ以上の主面に固定または作成する工程であって、前記バリア層の組成および厚さによって、ガスが拡散するのを防いで、前記逃散性ガスが前記溶融混合物から出て、バリア層を通して大気中に拡散するのにかかる時間が前記逃散性ガスが核となって膨張するのにかかる時間より実質的に長くなるようにする工程と、
４）前記溶融混合物を発泡させる工程と、
を含む発泡物品の提供方法。
【請求項２１】
前記ポリマーがポリエチレンであり、前記非発泡材料がポリエチレンであり、前記逃散性ガスがポリマー１００体積パーセント当たり標準圧力および温度で約６５体積パーセントより多い量の二酸化炭素である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
１）発泡性ポリマー溶融混合物中の逃散性ガスの量を変える工程と、
２）前記溶融混合物の成形中または成形後に、前記成形した発泡性溶融混合物の少なくとも１つの主面に適用または作成された非発泡バリア層の厚さおよび組成の一方または両方を変えて、拡散時間と発泡時間との差を制御する工程と、
を含む発泡物品の密度を変化させる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、低減密度発泡物品およびその製造方法に関する。
【０００２】
背景
低減密度熱可塑性発泡物品の製造方法は、物理発泡剤として可燃性炭化水素ガスを用いる、または複雑で高価な架橋技術を用いることが多い。二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素のような不揮発性ガスは、ポリマーへの溶解度が低いために熱可塑材用の発泡剤としては一般に好ましくない。
【０００３】
発明の概要
本発明は、低減密度発泡物品を提供するものである。これらの物品は環境にやさしいガスで作成することができる。
【０００４】
本発明の一態様において、発泡層上の非発泡バリア層を用いて低減密度発泡物品を作成する。非発泡層を発泡性材料の層の主面に組み込むと、バリアとして作用して、発泡性材料中の逃散性（ｆｕｇｉｔｉｖｅ）ガスの拡散特性を著しく変えると考えられる。これが、発泡の難しい材料を発泡させる能力を与える。
【０００５】
本発明の一態様は、
（１）少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーと、逃散性ガスである、または逃散性ガスを生成する少なくとも１種類の発泡剤とを混合して発泡性溶融混合物を形成する工程と、
（２）少なくとも１つの主面を有するように溶融混合物を成形する工程と、
（３）非発泡材料のバリア層を、１つ以上の主面に固定または作成する工程であって、バリア層が発泡性溶融混合物から出る逃散性ガスの拡散を防ぐようにする工程と、
（４）溶融混合物を発泡させる工程と、
を含む多層低減密度発泡物品の製造方法を提供する。
【０００６】
本発明の他の態様は、発泡層と、発泡層の少なくとも１つの主面上のバリア層とを含む発泡物品であって、物品の発泡層が、バリア層なしで作成した同様の発泡物品の発泡層よりも低い密度を有する発泡物品を提供する。
【０００７】
本発明の他の態様は、発泡層と、少なくとも１つの主面上のバリア層とを含む発泡物品であって、物品が、バリア層なしで作成した発泡物品よりも低い密度を有する発泡物品を提供する。
【０００８】
本発明の他の態様は、少なくとも４層を含む発泡物品であって、物品が２つの非発泡層間に少なくとも１つの発泡層を含み、物品が非発泡層なしの同様の物品より低い密度を有する発泡物品を提供する。
【０００９】
本発明の他の態様は、
１）少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーと、逃散性ガスである、または逃散性ガスを生成する少なくとも１種類の発泡剤とを混合して発泡性溶融混合物を形成する工程と、
２）少なくとも１つの主面を有するように溶融混合物を成形する工程と、
３）非発泡材料のバリア層を、溶融混合物の１つ以上の主面に固定または作成する工程であって、バリア層の組成および厚さによって、ガスが拡散するのを防いで、逃散性ガスが溶融混合物から出て、大気中に拡散するのにかかる時間が逃散性ガスが核となって膨張するのにかかる時間より実質的に長くなるようにする工程と、
４）溶融混合物を発泡させる工程と、
を含む低減密度発泡物品の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の他の態様は、
１）発泡性ポリマー溶融混合物中の逃散性ガスの量を変える工程と、
２）発泡物品製造の成形段階中に、成形した発泡性溶融混合物の少なくとも１つの主面に適用または作成された非発泡バリア層の厚さおよび組成の一方または両方を変えて、拡散時間と発泡時間との差を制御する工程と、
を含む発泡物品の密度を変化させる方法を提供する。
【００１１】
本発明の様々な態様において逃散性ガスとして二酸化炭素を用いる。二酸化炭素は、物理発泡の形態の二酸化炭素として、かつ／または化学発泡剤により生成される二酸化炭素として提供される。その他のガスもまた逃散性ガスとして用いるのに好適である。詳細な説明のセクションにさらに説明してある。
【００１２】
本発明の方法は、高濃度の逃散性ガスを非発泡バリア層と組み合わせて用いるときに特に有効である。非発泡バリア層を発泡層に組み込むと発泡密度が低減するという事実は意外である。非発泡バリア層は発泡物品の密度を増大すると考えるのが普通である。しかしながら、バリア層が存在すると、逃散性ガスのガス拡散特性が変化して、より多くのガスが核となって、ポリマーマトリックス中で気泡として成長し、溶融混合物のポリマーマトリックスから大気へと流出するのを防ぐものと考えられる。
【００１３】
本発明の一態様は、ポリマーマトリックスと逃散性ガスの濃度および種類の所与の組合わせについて、非発泡バリア層の厚さを厚くして、泡構造の密度を低減する技術を開示している。ある場合においては、約２００％低減される。
【００１４】
本出願において、
「逃散性ガス」とは、大気圧に晒したときにポリマーを大気中へ拡散させる傾向のあるガス、好ましくは０℃での蒸気圧が０．６８９ＭＰａを超えるガスのことを意味する。
【００１５】
本発明の少なくとも一つの実施形態の利点は、非発泡バリア層を用いて、逃散性ガスの拡散特性を制御することによって、可燃性の炭化水素または高性能泡を生成するために複雑な架橋技術を用いる必要性を緩和することである。
【００１６】
本発明の少なくとも一つの実施形態の他の利点は、ＣＯ２のようなガスを唯一の発泡剤として用いて、ポリオレフィン発泡体のような熱可塑性発泡体を低コストで生成することができることである。
【００１７】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の図面、詳細な説明および請求項から明白であろう。
【００１８】
本発明は様々な修正および変形形態が可能であるが、その特定例については、図面により例示されておりこれについて詳細に説明されている。しかしながら、本発明を記載された特定の実施形態に限定するものではないことを理解されたい。逆に、以下の詳細な説明に記載され、添付の請求項により定義される本発明の精神および範囲内に含まれる全ての修正、等価物および変形を包含するものとする。
【００１９】
詳細な説明
本発明は、発泡物品の機械的特性を維持しながら、発泡物品（および発泡物品中の発泡層）の密度を低減させる方法を開示している。これは、非発泡バリア層を発泡性材料の１つ以上の主面に適用または作成することにより一部達成される。バリア層は、外側、すなわち「スキン」層であっても、２層以上の発泡層を有する多層構造中における内部層であってもよい。得られる発泡物品は、ロッド、ファイバー、シート等様々な形状であってよい。
【００２０】
発泡密度の低減は、発泡層に用いるポリマーの種類、発泡層中の逃散性ガスの種類および量、およびバリア層の材料の種類および厚さを制御または調整することによって達成することができる。
【００２１】
ポリマーを発泡させるには、ガス状成分はポリマーに可溶でなければならない。ポリマーガス混合物を減圧すると、ガスは核をなして、ポリマーマトリックスから核形成部位へとさらに拡散し、膨張して気泡を形成する。得られる材料を冷却した表面、一般的にはチル鋳物ドラムと接触させると、発泡物品を安定化および固化させることができる。得られる材料は、ポリマーマトリックス内部にガス空隙を含むポリマー発泡物品を含む。かかる構造を得るためには、ガスおよびポリマーの相容性を考慮しなければならない。ガスがポリマーに極めて可溶性であると、核をなして気泡を形成せずにポリマー中に残る恐れがある。逆に、ガスがポリマー中で十分に可溶性でないと、気泡の形成に実質的に寄与することなく、ガスはポリマーから大気へ移動する恐れがある。任意で、ガスが非ガス状相であるときはガスはポリマーに高溶解度を、ガス状相であるときはポリマーに低溶解度を有している。こうした条件下で、発泡物品の固化の前に大気へのガスの損失を最小にして、実質的に全てのガスは気泡を形成することとなる。この系における物質収支は次の通りである。
添加したガス合計＝気泡中のガス＋気泡壁中のガス＋周囲へ失われたガス
【００２２】
ポリマー発泡密度をこのガス物質収支から推定することができる。低減密度の発泡物品を作成するには、ポリマー中で膨張するガスの量を最適化する必要がある。すなわち、気泡中に留まっているガスの量を最大にすると、発泡密度の低減が最適化される。従って、ガスとポリマーの組合わせを選択して、気泡壁に残るガスの量および周囲への損失を最小にし、気泡を形成し膨張させるガスの量を最大にすればよい。
【００２３】
以前は、クロロフルオロカーボンや炭化水素のようなガスを用いて発泡体が生成されていた。これらの材料は一般的にポリマーに極めて可溶であり、大気へと失われるガスの量を最低にする。クロロフルオロカーボンを用いる発泡系は、押出し機から排出される際、ガスが徐々に核をなして気泡を膨張するように組み立てられていた。これらの系は、蒸気圧が０．６８９ＭＰａ（１００ｐｓｉａ）未満（０℃で）および沸点が−２０℃〜２０℃のガス用に設計されていた。これらの系について、Ｃｒａｎｋ，Ｊ．およびＰａｒｋ，Ｇ．Ｓ．，（編）「ポリマーにおける拡散（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｉｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）」、アカデミックプレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）、ロンドン、１９６８年に示されているように、拡散係数（ガスがポリマーから拡散する速度）は約１０−７〜１０−８ｃｍ２／秒（２００℃）である。
【００２４】
二酸化炭素、空気、窒素、ヘリウム等のような環境にやさしいガスは、ポリマーにあまり溶けず、大気中で即時に拡散することから、発泡プロセスに用いるのは難しい。環境にやさしいガスの蒸気圧は一般に、０．６８９ＭＰａ（１００ｐｓｉａ）（０℃で）よりはるかに大きい。例えば、二酸化炭素の蒸気圧は２．０７ＭＰａ（３００ｐｓｉａ）である。高蒸気圧ガスだと、押出し機のダイ出口で圧力が減少すると、ガスが即時に蒸発して、気泡中の圧力が即時に増えてしまう。気泡内部と大気間の圧力差は、駆動力として作用して、二酸化炭素を発泡体から大気中へ容易に拡散させてしまう。Ｃｒａｎｋ，Ｊ．およびＰａｒｋ，Ｇ．Ｓ．，（編）「ポリマーにおける拡散（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｉｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）」、アカデミックプレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）、ロンドン、１９６８年に示されているように、ＣＯ２の拡散係数は約１０−５〜１０−６ｃｍ２／秒（２００℃）であり、ＣＦＣよりもかなり高い。環境にやさしいガスは、気泡を形成する前にポリマーから移動するのを好むため、これらの「逃散性」ガスは、通常、発泡体を形成するためにポリマー中で効率的に膨張しない。
【００２５】
本発明は、逃散性ガスの傾向を利用して蒸発させ、ポリマーマトリックス中に気泡を形成し、一方、ポリマーマトリックスから大気中へ拡散する逃散性ガスの傾向を和らげる。本発明は、ガス含有ポリマー層に近接した非発泡バリア層を用いて、ポリマーマトリックスから出たガスの拡散速度を減じ、ガスの形成および気泡の膨張を増大する。この技術は、大気へ逃げるガスの量を効率的に減じて、より多くのガスを用いてポリマー中に気泡を形成および膨張させるものである。用いられる逃散性ガスは、発泡する熱可塑材において、ある程度溶解度を有していてもよい。しかしながら、本発明はまた、特に相容性のないポリマーとガス、例えば、ポリオレフィンとＣＯ２により発泡体を形成させることができる。
【００２６】
本発明者らは、非発泡バリア層材料および厚さを選択すると、逃散性ガスがポリマーマトリックスから出てバリア層を通過して拡散するのにかかる時間（拡散時間）が、ガスがポリマーマトリックス中の気泡を形成および膨張するのにかかる時間（発泡時間）より長いということを知見した。ポリマー中のガスの拡散特性は知られており、Ｃｒａｎｋ，Ｊ．およびＰａｒｋ，Ｇ．Ｓ．，（編）「ポリマーにおける拡散（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｉｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）」、アカデミックプレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）、ロンドン、１９６８年に詳細が記載されている。以下の式は、ポリマー中のガスの拡散を説明するものである。
【数１】
2004517757.tif 000003
式中、Ｍｔは時間ｔでのポリマー中のガスの量、Ｍ∞は飽和時のポリマー中のガスの量、Ｄは拡散係数、およびｌは試料の厚さである。この式は、ガス分子が長さｌを拡散するのに必要な時間の重要な尺度関係を捉えるために単純化してある。
【数２】
2004517757.tif 000004
式中、ｔは時間、ｌは拡散長さ、およびＤは拡散係数である。ポリマー中のガス分子の拡散時間は、ポリマーとガスの組合わせに応じて異なり、これが、拡散係数（Ｄ）および拡散長さ（ｌ）を決める。本発明において、ポリマーとガスと長さの組合わせはそれぞれ最適化して、ポリマーのある長さ、すなわち、厚さについてのガスの拡散を制御しなければならない。
【００２７】
様々なポリマーにおけるガスの拡散係数が知られている。Ｄｕｒｒｉｌｌ，Ｐ．Ｌ．およびＧｒｉｓｋｅｙ，Ｒ．Ｇ．，ＡＩＣｈＥジャーナル（ＡＩＣｈＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ），１２（６）、１１４７（１９６６年）、Ｄｕｒｒｉｌｌ，Ｐ．Ｌ．およびＧｒｉｓｋｅｙ，Ｒ．Ｇ．，ＡＩＣｈＥジャーナル（ＡＩＣｈＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ），１５（１），１０６（１９６９年）、Ｂｏｎｎｅｒ，Ｄ．Ｃ．，Ｐｏｌｙｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．，１７（２），６５（１９７７年）、Ｗｉｓｓｉｎｇｅｒ，Ｒ．Ｇ．およびＰａｕｌａｉｔｉｓ，Ｍ．Ｅ．，Ｊ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．：Ｐｏｌｙｍ．Ｐｈｙｓ．，２５，２４９７（１９８７年）、Ｓｈｉｍ，Ｊ．Ｊ．およびＪｏｈｎｓｔｏｎ，Ｋ．Ｐ．，ＡＩＣｈＥジャーナル（ＡＩＣｈＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ），３５（７），１０９７（１９８９年）、Ｋｒａｍｅｒ，Ｅ．Ｊ．ら、Ｊ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．：Ｐｏｌｙｍ．Ｐｈｙｓ．，２０，１３７１（１９８２年）、Ｋｏｒｏｓ，Ｗ．Ｊ．およびＰａｕｌ，Ｄ．Ｒ．，Ｐｏｌｙｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．，２０（１）、１４，（１９８０年）、Ｃｈｉｏｕ，Ｊ．Ｓ．，Ｂａｒｌｏｗ、Ｊ．Ｗ．およびＰａｕｌ，Ｄ．Ｒ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．，３０、２６３３（１９８５年）およびＣｒａｎｋ，Ｊ．およびＰａｒｋ，Ｇ．Ｓ．，（編）「ポリマーにおける拡散（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｉｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）」、アカデミックプレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）、ロンドン、１９６８年を参照のこと。例えば、ポリエチレン中の二酸化炭素のＤの値は約１０−６ｃｍ２／秒である。従って、２５μｍの低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）層を二酸化炭素／ポリエチレン発泡体に加えると、ＬＤＰＥバリア層を通る拡散時間は約６秒となる。５１μｍのポリエチレンバリア層だと、約２５秒の拡散時間となる。ポリエチレンポリマー中で核をなして、ガス空隙を膨張させるのに必要な時間が１秒未満であることから、これらのバリア層はガスが大気中へ拡散するのを防いで、より効率的にガスを用いて発泡体を形成する。
【００２８】
図示した通り、本発明者らの実験データによれば、ＬＤＰＥ発泡性層中に約６５体積％を超える濃度のＣＯ２逃散性ガス濃度と組み合わせてＬＤＰＥバリア層をＬＤＰＥ発泡性層に加えると、発泡層を少ない逃散性ガスで作成した、または発泡物品を薄いバリア層で作成したＬＤＰＥ発泡物品に比べて発泡物品の密度が低減した。バリア層を感圧接着剤で作成したときも同様の意外な密度の低減が観察された。本発明者らはまた、発泡物品の密度は、バリア層を厚くすることでさらに低減されることも見出した。しかしながら、ＬＤＰＥ中のＣＯ２逃散性ガス濃度が約６５体積％未満であると、本発明者らは、バリア層の厚さを厚くしても、予測通り、密度が増えたことを知見した。高密度の非発泡層が、発泡物品の全体の密度に与える添加の影響のためにこれは予測されたことであった。
【００２９】
前述の通り、ポリマーマトリックスに混合される逃散性ガスの種類および量、マトリックスの組成、およびバリア層の組成および厚さの全てが密度を低減させるものと考えなければならない。これらの変数を選択すると、拡散時間および発泡密度に影響を及ぼす。当業者であれば、不要な実験をせずに賢明な選択をすることができるはずである。
【００３０】
図４のデータによれば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）発泡層を有し、ＣＯ２逃散性ガス濃度が約６５体積％未満（例えば、約４７体積％と約６４体積％）で、ＬＤＰＥバリア層の厚さを厚くした（バリア層押出し機軸のＲＰＭを増やすことにより）発泡物品は、発泡密度が増大したということが示されている。逆に、逃散性ガス濃度が約６５体積％を超え（例えば、約７３体積％）、ＬＤＰＥバリア層の厚さを厚くした（バリア層押出し機軸のＲＰＭを増やすことにより）同じタイプの発泡体は、発泡密度が低減した。図４の試料は全て、同じ注型速度（３ｍ／分）で集めた。
【００３１】
本発明に従って作成された発泡層も、通常、バリア層のない同様に作成された発泡層に比べて密度が低減されている。例えば、ＣＯ２逃散性ガス濃度９０体積％で作成した、バリア層のない単一層のポリエチレン発泡物品の密度は０．５０ｇ／ｃｍ３となった。同じ発泡層を、７０ＲＰＭで軸を操作して押出し機から押出された非発泡ポリエチレンバリア層で作成すると、物品密度は約０．２４ｇ／ｃｍ３まで低減した。バリア層のある発泡物品が、単一層発泡物品の半分以下の材料しか用いていなくても、２つの物品の引張り強度特性は同一であったということも知見された。
【００３２】
感圧接着剤もまたバリア層に用いてよい。図５に示すように、９０体積％のＣＯ２逃散性ガスにより作成されたＬＤＰＥ発泡層については、非発泡感圧接着剤（クラトン（ＫＲＡＴＯＮ））バリア層の厚さが厚くなるにつれて、発泡物品の密度が大幅に低減した。図５はさらに、９０体積％の逃散性ガス濃度と、厚いバリア層（押出し機軸ＲＰＭ７０で生成）の組合わせによる、注型速度に依存しない密度を有する発泡物品の提供を示す。この発泡体の密度は０．２７ｇ／ｃｍ３未満であり、ある注型速度範囲（３〜９ｍ／分）にわたって実質的に一定であった。
【００３３】
図６のデータは、感圧接着剤（クラトン（ＫＲＡＴＯＮ））バリア層で作成したＬＤＰＥ発泡物品から得られた。この物品の発泡層は、９１．６体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度を用いて作成された。図５のデータと同様に、図６によれば、バリア層厚さが厚くなると、発泡物品の密度が低減した。
【００３４】
ポリマー発泡体の機械的特性、例えば、引張り強度は、ポリマー材料、密度、気泡サイズおよび形状、および発泡体気泡内部の圧力をはじめとするいくつかの変数に応じて異なる。一般に、発泡体のモジュラスは、以下の式により表することができる。
【数３】
2004517757.tif 000005
式中、Ｓｆ、Ｓｏはそれぞれ、発泡体および元の材料の機械的特性である。Φは、気泡端部にある材料のフラクション、ｐｆ、ｐｏはそれぞれ、発泡体およびポリマーの密度、ｐｏは発泡体気泡内部の圧力、ｖｆはポリマー材料のポアソン比である。（３）の右手側の最初の２項は、それぞれ、気泡端部および気泡壁における応力分布に関係している。ｐｏ項は、気泡内部のガス圧に寄与するものである。大気圧ガスで生成された発泡体の大部分は、内部気泡圧力が大気圧と等しいことから小さなｐｏ項を有している。さらに、大部分の発泡体は連続および独立気泡の組合わせであり、Φを特定するのは困難である。その結果、（３）は以下の式に単純化することができる。
【数４】
2004517757.tif 000006
式中、ｎはポリマー発泡体中の連続および独立気泡の組合わせに依存したべき法則指数である。この式は、極めて一般的な意味で用いることができ、指数を簡単に利用でき、例えば、ｎが１に等しいときにポリマー発泡体を作成すると、材料の強度は、密度の低減と共に直線的に減少する。ｎが２になると、密度が低減するにつれて機械的特性は非常に早く減少する。
【００３５】
図７に、本発明および比較例の材料のうちいくつかの材料の機械的特性を示す。６４体積％未満の逃散性ガス濃度で、（Ｓｆ／Ｓｏ）／（Ｐｆ／Ｐｏ）の傾斜は１を超えたが、６４体積％を超える濃度だと、傾斜は０．５未満であった。これらの例によれば、逃散性ガスが高濃度であると、得られる発泡物品の引張り強度特性は密度から明らかに独立していることが分かる。
【００３６】
図７からの他の意外な観察結果は、逃散性ガスが高濃度、例えば、約６５体積％を超えると、発泡物品の密度が低減しても、同じバリア層厚さを有する同ポリマーマトリックス材料の引張り強度がほぼ一定のままであったということである。高密度の発泡物品と同じ引張り強度特性を有する（が少ない材料を用いた）低減密度の発泡物品が得られるということである。バリア層のない発泡物品よりも５０％少ない材料を用いてバリア層を有する発泡物品を、機械的特性を犠牲にすることなく製造することができるのである。
【００３７】
プロセス
本発明の発泡物品は、逃散性ガスの発泡性層からの拡散を防ぐ非発泡バリア層に少なくとも１つの発泡層が近接しさえしていれば、どのようなやり方でも作成することができる。非発泡バリア層は、発泡層の１つ以上の主面上に、例えば、スキンとしてもよいし、多層発泡物品を作成するときは発泡層間に挟んでもよい。
【００３８】
本発明の発泡物品は、押出し法のような加圧溶融処理法により作成してもよい。押出し機はタンデムシステム、単軸押出し機、二軸押出し機等であってもよい。押出し機は、多層環形ダイ、平フィルムダイおよび供給ブロック、米国特許第４，９０８，２７８号（Ｂｌａｎｄら）に開示されているような多層供給ブロック、テキサス州、オレンジのクローレン（Ｃｌｏｅｒｅｎ，Ｏｒａｎｇｅ，Ｔｅｘａｓ）より入手可能な３層羽根ダイのようなマルチ羽根またはマルチマニホルドダイを備えていてもよい。
【００３９】
発泡性層は、後に発泡する化学発泡剤の分解温度より低い温度で、化学発泡剤およびポリマーを組み合わせることにより作成してもよい。バリア層もまた、後で発泡する発泡性層にラミネーションすることにより適用することができる。
【００４０】
本発明の発泡物品のある作成方法は、２層（以上の）供給ブロックで押出し機を用いることによるものである。この場合、発泡性混合物は、ＡＢＡ構造のＢ層として押出され、バリア層はＡ層として押出される。ＡＢＡ構造が押出し機ダイを出て、減圧下に晒されると、逃散性ガスが即時に核をなして、ポリマー内で気泡を形成して、発泡物品が作成される。得られる発泡物品を温度制御注型ドラムへ付着させる。注型ドラム速度（ドラムＲＰＭによるもの）は、発泡物品の全体の厚さに影響する。注型ロール速度が速くなるにつれて、発泡物品全体（バリアおよび発泡層を含む）の厚さは薄くなる。しかしながら、発泡が生じる場所であるダイ出口でのバリア層の厚さは、このシステムについての拡散長さｌである。発泡物品を伸張し、注型ドラムで急冷すると、発泡物品が固化するまでバリア層の厚さが減じる。すなわち、逃散性ガスの拡散を制御するのに重要な因子であるのが、ダイ出口でのバリア層拡散長さ（すなわち厚さ）である。
【００４１】
発泡性層の表面バリア層はまた、押出し機ダイの出口を水中に沈めることによっても作成することができる。この場合、発泡性材料が押出されるにつれて、水は押出された材料の外側部を冷却することができ、これによって非発泡スキン層が形成される。この非発泡外側層は、内部発泡性材料からの逃散性ガスの拡散を防いで、発泡プロセスを促進することができる。
【００４２】
発泡性材料
本発明の発泡性層マトリックスに用いてよいポリマー材料は熱可塑性材料であれば何れであってもよい。好適な材料としては、例えば、アモルファス、半結晶および感圧接着剤である熱可塑材が挙げられる。好適な材料は、２種類以上のポリマーのブレンドを含んでいてもよい。
【００４３】
ポリマーはホモポリマーまたは、ランダムおよびブロックコポリマーをはじめとするコポリマーであってもよい。独特な発泡特性を得るためには、異なる組成を持つ２種類以上の混和性（または非混和性）ポリマーを用いるのが望ましい。ポリマー成分の種類および濃度を選択的に選ぶことによって、様々な発泡体物理特性を得ることができる。最終発泡体含有物品の所望の特性に基づいて特定のポリマーを選んでもよい。
【００４４】
好適なアモルファスポリマーとしては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアクリル、ポリメタクリル、エラストマー、例えば、スチレンブロックコポリマー、例えば、スチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロックコポリマー（ＳＥＢＳ）、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、スチレンおよびジエンのランダムおよびブロックコポリマー（例えば、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ））、エチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリエチレン−テレフタレート（ＰＥＴＧ）が挙げられる。アモルファスポリマーのその他の例としては、ポリスチレン−ポリエチレンコポリマー、ポリビニルシクロヘキサン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、熱可塑性ポリウレタン、芳香族エポキシ、アモルファスポリエステル、アモルファスポリアミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）コポリマー、ポリフェニレンオキシド合金、高衝撃ポリスチレン、ポリスチレンコポリマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、フッ素化エラストマー、ポリジメチルシロキサン、ポリエーテルイミド、アモルファスフルオロポリマー、アモルファスポリオレフィン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンオキシド−ポリスチレン合金、少なくとも１種類のアモルファス成分を含有するコポリマーおよびこれらの混合物が挙げられる。
【００４５】
好適な半結晶材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリイソブチレン、ポリオレフィンコポリマー、ナイロン６、ナイロン６６、ポリエステル、ポリエステルコポリマー、フルオロポリマー、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、官能性ポリオレフィン、エチレンビニルアセテートコポリマー、デラウェア州、ウィルミントンのイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）よりサーリン（ＳＵＲＬＹＮ）という商品名で入手可能な金属中和ポリオレフィンアイオノマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリホルムアルデヒド、ポリビニルブチラールおよび少なくとも１種類の半結晶化合物を有するコポリマーが挙げられる。
【００４６】
好適な感圧接着剤（ＰＳＡ）ポリマーは、接着剤ポリマー（すなわち、元々接着剤であるポリマー）、または元々は接着剤ではないが、粘着付与剤を配合すると接着剤組成物を形成することのできるポリマーとすることができる。用いてよい粘着付与剤としては、例えば、以下の添加剤のセクションに列挙したものが挙げられる。感圧接着剤は、これらの材料の弾性率を室温で１０６ダイン／ｃｍ２未満に維持する「ダルキスト（Ｄａｈｌｑｕｉｓｔ）規格」を用いて定量的に説明することができる。Ｐｏｃｉｕｓ，Ａ．Ｖ．，接着および接着剤（Ａｄｈｅｓｉｏｎ＆Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ）：入門（Ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）、ニューヨーク州、ニューヨークのハンサー・パブリッシャーズ（Ｈａｎｓｅｒ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ）第１版、１９９７年を参照のこと。好適なＰＳＡポリマー（適正なダルキスト（Ｄａｈｌｑｕｉｓｔ）数を有している限りは、元々粘着性であるか、後に粘着付与されたかのいずれか）としては、アクリル、アクリルコポリマー（例えば、イソオクチルアクリレートアクリル酸）、アモルファスポリ−アルファ−オレフィン（例えば、ポリオクテン、ポリヘキセンおよびアタクチックポリプロピレン）、ブロックコポリマーベースの接着剤、天然および合成ゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、シリコーン接着剤、エチレン−ビニルアセテート、シロキサンおよびエポキシ含有構造化接着剤ブレンド（例えば、エポキシ−アクリレートおよびエポキシ−ポリエステルブレンド）、アクリルコポリマー、例えば、米国特許第５，８０４，６１０号に記載されているようなアクリルコポリマー、粘着付与スチレンブロックコポリマー、ポリオレフィンコポリマー、ポリウレア、ポリウレタン、ビニルエーテル、ポリイソブチレン／ブチルゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）および同時係属出願０９／０９１，６８３に開示された感圧接着剤、および前述の感圧接着剤の混合物が例示される。
【００４７】
非混和性熱可塑性ポリマーブレンドもまた、そのポリマー材料が溶融押出し処理に好適で、用いている逃散性ガスに適正な拡散特性を与える限りは、本発明の発泡体のポリマーマトリックスに用いてよい。独特な発泡特性を得るためには、異なる組成を持つ２種類以上の非混和性ポリマーを用いるのが望ましい。ブレンド成分の種類および濃度を選択的に選ぶことによって、様々な発泡体物理特性を得ることができる。最終発泡体含有物品の所望の特性に基づいて特定のポリマーを用いてもよい。
【００４８】
ブレンドの単一成分は、発泡性マトリックスのゼロ重量％より大きいが、１００重量％未満である。好適な非混和性ブレンドは、２種類以上のアモルファス熱可塑性ポリマーまたは半結晶ポリマーを含んでいてよい。非混和性ブレンド発泡体を形成するのに感圧接着剤もまた用いてよい。１種類以上の非混和性ＰＳＡと、１種類以上の非混和性非ＰＳＡの組合わせを用いてもよい。
【００４９】
発泡剤
本発明に好適な発泡剤は、逃散性ガス、例えば、ＣＯ２、と一般的に同じ材料である物理発泡剤、あるいは逃散性ガスを生成する化学発泡剤である。２種類以上の物理または化学発泡剤を用いてよく、物理および化学発泡剤を併せて用いてもよい。
【００５０】
本発明に有用な物理発泡剤としては、発泡体がダイを出る温度および圧力で蒸気である天然に産出する大気圧材料が挙げられる。物理発泡剤は、ガス、超臨界流体または液体として、好ましくは超臨界流体または液体として、最も好ましくは液体として、ポリマー材料に導入、例えば、注入される。用いる物理発泡剤は、得られる発泡物品に求められる特性に応じて異なる。発泡剤を選ぶのに考慮されるその他の因子は、毒性、蒸気圧プロフィール、取扱い易さ、用いるポリマー材料に関する溶解度である。不燃性、無毒性、オゾン破壊しない発泡が好ましい。というのは、使い易い、例えば、環境および安全の懸念があまりなく、熱可塑性ポリマーにあまり溶けないからである。好適な物理発泡剤としては、例えば、二酸化炭素、窒素、ＳＦ６、亜酸化窒素、過フッ素化流体、例えば、Ｃ２Ｆ６、アルゴン、ヘリウム、希ガス、例えば、キセノン、空気（窒素と酸素のブレンド）およびこれら材料のブレンドが挙げられる。
【００５１】
本発明において用いられる化学発泡剤としては、例えば、重炭酸ナトリウムおよびクエン酸ブレンド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド、４−４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド、アゾジカルボンアミド（１，１’−アゾビスホルムアミド）、ｐ−トルエンスルホニルセミカルバジド、５−フェニルテトラゾール、５−フェニルテトラゾール類似体、ジイソプロピルヒドラゾジカルボキシレート、５−フェニル−３，６−ジヒドロ−１，３，４−オキサジアジン−２−オンおよびホウ水素化ナトリウムが挙げられる。
【００５２】
好ましくは、発泡剤は、蒸気圧が０℃で０．６８９ＭＰａを超える１種類以上の逃散性ガスである、またはこれを生成する。
【００５３】
バリア材料
バリア層を何らかの方法により発泡性層に加えてもよく、発泡性層中でガスが膨張する前にガス拡散に対するバリアとなる。バリア層を組み込む好適な方法としては、共押出し法が挙げられる。あるいは、発泡性層の外側部分を、例えば、発泡する前に外側層が固化するように冷却して、スキン層として作成してもよい。ラミネーションや押出しコーティングのようなその他の方法を用いてバリア層に適用してもよい。バリア層は、様々な材料、例えば、熱可塑材、熱硬化剤、ホイルまたは、特定の逃散性ガスが発泡性層から拡散するのを阻む、または防ぐ何か他のものから構成してよい。熱可塑性バリア材料は、発泡性材料と同じでも異なっていてもよい。好適な熱可塑性バリア層材料としては、発泡性層で列挙した材料の全てが挙げられる。
【００５４】
本発明者らは、バリア層の厚さを厚くすると、より多くの逃散性ガスが発泡性層に残って膨張し、発泡物品の密度が大幅に低減するということを知見した。厚いバリア層はまた、得られる発泡物品に機械的な支持も与える。
【００５５】
添加剤
発泡性溶融混合物はまた添加剤を含んでいてもよい。しかしながら、添加剤は減圧に晒されると溶融混合物の特性を変え、添加剤のない同じ材料の速度よりも、逃散性ガスの拡散速度を増大または減少させることができるということに留意されたい。添加剤の影響は当業者による日常的な実験で容易に判断することができる。好適な添加剤としては、粘着付与剤（例えば、ロジンエステル、テルペン、フェノールおよび脂肪族、芳香族または脂肪族と芳香族の混合合成炭化水素樹脂）、可塑剤（物理発泡剤以外）、核形成剤（例えば、タルク、シリコンまたはＴｉＯ２）、顔料、染料、強化剤、固体フィラー、親油性または親水性シリカ、炭酸カルシウム、靭性付与剤、難燃剤、酸化防止剤、微粉砕ポリマー粒子（例えば、ポリエステル、ナイロンまたはポリプロピレン）、膨張性マイクロスフェア、ガラスビーズ、安定化剤（例えば、ＵＶ安定化剤）およびこれらの組合わせが例示される。
【００５６】
実施例
本発明を以下の実施例により例証する。実施例において生成された発泡物品を評価および特定するのに用いた試験方法も併記してある。
【００５７】
試験方法
発泡密度（ＡＳＴＭ  Ｄ７９２−８６）
発泡物品試料を１２．５ｍｍ×２５．４ｍｍの試料片に切断し、スイス、グライフェンゼーのメトラー・トレド（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ，Ｇｒｅｉｆｅｎｓｅｅ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）よりモデルＡＧ２４５（Ｍｏｄｅｌ  ＡＧ２４５）として入手可能な高精細天秤で秤量した。室温（２５℃）で置換された水の質量を測定することにより、各試料の体積を得た。水の密度を２５℃で１ｇ／ｃｍ３と見積もって、各試料の体積をアルキメデスの原理を用いて計算した。質量と体積の商により発泡物品の密度を得た。この測定の精度は±０．００５ｇ／ｃｍ３である。
【００５８】
ガス濃度
発泡剤により生成されたガス濃度を、体積パーセント基準で各試料について計算した。ガス濃度は、発泡性溶融混合物の与えられた体積についての標準温度および圧力（ＳＴＰ）、すなわち、２９８Ｋ、１ａｔｍでのガス溶液に基づいていた。この系におけるガスのパーセント体積Ｖｇは以下の式を用いて計算することができる。
【数５】
2004517757.tif 000007
式中、ＱＣＢＡは、化学発泡剤（ＣＢＡ）を用いて生成されたガスの質量流量、ＱＰＢＡはプロセスに注入されたガス（物理発泡剤（ＰＢＡ））の質量流量、Ｍｗはガスのモル質量、Ｒはガス定数、Ｔは温度、Ｐは圧力、Ｑｐはポリマーの質量流量、ρｐはポリマーの密度である。本明細書において記録された全ての計算について、ガス溶液はＳＴＰで計算した。ＣＢＡにより生成されたガスの溶液は、メーカーのデータ情報を用いて計算した。様々なＣＢＡにより生成されたガス体積についての更なる情報については、ポリマーサイエンス＆エンジニアリング百科事典（Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）「発泡剤（Ｂｌｏｗｉｎｇ  Ａｇｅｎｔｓ）」第２巻、４３４−４４６頁、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、１９８５年を参照のこと。
【００５９】
引張り強度および伸び
ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−９５に定義されたようにして、発泡物品の引張り強度および伸び特性を、マサチューセッツ州、カントンのインストロン（Ｉｎｓｔｒｏｎ，Ｃａｎｔｏｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）よりモデル５５Ｒ１１２２（Ｍｏｄｅｌ  ５５Ｒ１１２２）として入手可能な試験装置を用いて室温で測定した。まず、試料を２１℃で５０％の相対湿度で５日間調湿した。試料を１３０ｍｍ×１２．５ｍｍの試料片に切断した。各試料の厚さを、小野測器（日本、東京）よりモデルＥＧ−２３３（Ｍｏｄｅｌ  ＥＧ−２３３）として入手可能なデジタル直線ゲージを用いて測定し、記録した。２５４ｍｍ／分（１０インチ／分）の速度で５１ｍｍ（２インチ）のゲージ長さを用いて破損するまで試料を試験した。強度（σ）を伸び（ε）の関数として測定した。σおよびεの最大値をそれぞれσｍａｘおよびεｍａｘとして記録した。
【００６０】
タンデム単軸押出しプロセス１０
図８に、ＡＢＡ発泡物品（Ｂ層が発泡、Ａ層は非発泡）を作成するのに用いた共押出しプロセスを示す。Ｂ層を形成するために、ポリマーペレットを、約１０〜約２１ｋｇ／時の速度で、ペンシルバニア州、メディアのコンエアー−フランクリン（ＣｏｎＡｉｒ−Ｆｒａｎｋｌｉｎ，Ｍｅｄｉａ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）より型番ＡＣＷ−Ｔとして入手可能な４つのゾーンを有する重力バッチブレンダー１２に供給した。化学発泡剤（ＣＢＡ）を用いた場合は、ブレンダーの第１のゾーンにポリマー１００部当たり２〜６部の割合で添加した。ブレンダーは成分を第１の単軸押出し機１４、コネチカット州、ポーカタックのデイビス・スタンダード（Ｄａｖｉｓ−Ｓｔａｎｄａｒｄ，Ｐａｗｃａｔｕｃｋ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）より入手可能なＮＲＭ単軸押出し機に供給した。押出し機１４は、フロリダ州、ボカレートンのプラスチック・エンジニアリング・アソシエーツ・インク（Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｅｎｇｉｎｎｅｒｉｎｇ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，Ｆｌｏｒｉｄａ）よりモデルＰＳ−３１（Ｍｏｄｅｌ  ＰＳ−３１）として入手可能な直径６４ｍｍ（２．５インチ）、長さ対直径比が３６：１の６つのバレルゾーンと、圧縮比が３：１の２段軸を有していた。押出し機１４は、ゾーン１からゾーン６が約１６６〜約２３２℃、ゾーン５および６の温度が約２１６℃の増大する温度プロフィールで２５ＲＰＭで操作して、溶融混合物を形成した。押出し機１４の各ゾーンについて温度を設定して、ゾーン１からゾーン４は約１１．５〜約２７．２ＭＰａ（１６６７〜３９４２ｐｓｉ）の増大する操作圧力およびゾーン５および６においては減少する操作圧力とした。
【００６１】
用いる場合、物理発泡剤（ＰＢＡ）、二酸化炭素（ＣＯ２）をゾーン５と６の間、軸の２つのブリスターリング間で、押出し機１４に、マサチューセッツ州、ハイナニスのセンコープ・システムズ・インク（Ｓｅｎｃｏｒｐ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．，Ｈｙａｎｎｉｓ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）よりモデル５６７（Ｍｏｄｅｌ  ５６７）として入手可能な実験室用注入システム１６により、注入した。二酸化炭素の注入速度を、二酸化炭素を約０．２３ｋｇ／時（０．５ｌｂ／時）の流量で注入することにより、全ポリマー流量の約１．６重量％の濃度まで制御した。
【００６２】
ポリマーおよび発泡剤混合物を混合して溶融混合物を形成した。ポリマーと発泡剤を含有するこの溶融混合物を直径２５ｍｍの移動管１８を通して、第２の単軸押出し機２０、直径８９ｍｍ（３．５インチ）のＮＲＭデイビス・スタンダード（ＮＲＭ  Ｄａｖｉｓ−Ｓｔａｎｄａｒｄ）単軸押出し機に移した。押出し機２０は、プラスチック・エンジニアリング・アソシエーツ・インク（Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．）のモデルＳＦＳ−４３（Ｍｏｄｅｌ  ＳＦＳ−４３）より入手可能な、６つのゾーンを有し、長さ対直径比が３０：１、軸の全長に実質的に沿って分配混合エレメントを有する軸を備えていた。押出し機２０は、ゾーン１からゾーン６の温度プロフィールを減少させて、５ＲＰＭで操作された。ゾーン１の温度は約２０４℃（ただし、いくつかの実施例については、温度は約１８２℃であった）、ゾーン６においてプローブで測定したところ溶融混合物は、約１７３℃（ただし、いくつかの実施例については溶融温度は約１４４℃であった）の溶融温度（Ｔｍ）に達した。注入システム１６から押出し機１４に供給される二酸化炭素溶融圧力（Ｐｍ）を調整して、押出し機２０の下流圧力が変化しても、所望の二酸化炭素濃度を維持した。押出し機２０の圧力を、溶融溶液がダイ２２から排出されるまで、二酸化炭素の核形成を防ぐレベルで維持した。溶融圧力は約１０〜約１５ＭＰａであった。Ｂ層材料の流量は約１３．９〜約２１．０ｋｇ／時まで変化した。
【００６３】
Ａ層を形成するために、押出し機２４、長さ対直径比が２４：１、３つのバレルゾーンを備えた３２ｍｍ（１．２５インチ）キリオン単軸押出し機（Ｋｉｌｌｉｏｎ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｃｒｅｗ  Ｅｘｔｒｕｄｅｒ）（コネチカット州、ポーカタック、モデルＫＴＳ１２５（Ｐａｗｃａｔｕｃｋ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ，Ｍｏｄｅｌ  ＫＴＳ１２５）にポリマー材料を供給した。軸は圧縮比が３：１のサクストン（Ｓａｘｔｏｎ）混合エレメントを有していた。押出し機２４のＲＰＭ（０、３０、５０および７０ＲＰＭ）がポリマーの流量を制御した。押出し機２４はゾーン１からゾーン３で約１３８〜約２１６℃の増大する温度プロフィールを有していた。Ａ層の流量は０〜７．１ｋｇ／時であった。
【００６４】
ＡおよびＢ層の両層の材料を、それぞれの押出し機から、１．２７ｃｍ（０．５インチ）ＯＤステンレス鋼管を通して、ＡＢＡセレクタプラグにより多層供給ブロック２６、３層クローレン（Ｃｌｏｅｒｅｎ）供給ブロック（テキサス州、オレンジのクローレン・カンパニー、モデル９６−１５０１（Ｃｌｏｅｒｅｎ  Ｃｏｍｐｎａｙ，Ｏｒａｎｇｅ，Ｔｅｘａｓ，Ｍｏｄｅｌ  ９６−１５０１）へ移した。
【００６５】
供給ブロックにおいて層を組み合わせた後、１０インチ（２５．４ｃｍ）幅のＥＤＩウルトラフレックス４０ドロップダイ（ＥＤＩ  Ｕｌｔｒａｆｌｅｘ４０  Ｄｒｏｐ  Ｄｉｅ）（ウィスコンシン州、チッペワ・フォールズのエクストルージョン・ダイズ・インコーポレーテッド（Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ  Ｄｉｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ，Ｃｈｉｐｐｅｗａ  Ｆａｌｌｓ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）を用いてポリマー材料を平シートへと成形した。ダイギャップを約５１０μｍに設定した。供給ブロック２６およびダイ２２は両方とも約１８２℃の温度で操作した。ポリマー材料のシートをダイ２２から温度制御されたステンレス鋼注型ドラム２８へ注型し、約７℃に維持し、平フィルム形状として、約３．０〜約１８．３ｍ／分の速度で集めた。
【００６６】
ポリマー材料がダイ２２から排出されて、約０．１０４ＭＰａ（１５ｐｓｉ）の大気圧に晒されると、二酸化炭素が膨張し、核形成および気泡成長が生じ、発泡材料３０が形成された。発泡材料を巻取り機で集めた。
【００６７】
ダイ出口でのＡ層の厚さを、押出し機２４の軸ＲＰＭを変えることにより変えた。Ａ層の最終厚さをさらに、注型ドラム２８の速度を変えることにより変えた。適用時、ダイ出口でのＡ層の公称厚さは一般的に２５または５１マイクロメートルであった。この初期のバリア層の厚さを、多くの場合、注型ドラム速度により変えた。
【００６８】
発泡材料３０は任意でニップロール３２に通過させることができた。
【００６９】
所望の多層構造を形成するために、流れを分離および再結合することのできるフローチャネルマルチプライヤ機能を有する供給ブロックに供給ブロック２６を代えることにより、（ＡＢ）６Ａ配置で１３層の構造体もまた作成した。この後者の供給ブロックは、米国特許第４，９０８，２７８号（Ｂｌａｎｄら）に記載されている。ダイギャップを約５１０μｍに設定した。
【００７０】
比較例１
この例の発泡物品は、ガス濃度が約４７．４体積パーセントの発泡性層により作成した。
【００７１】
この例について、ＡＢＡ発泡物品のＡおよびＢ層は両方とも低密度ポリエチレン（テナイト  ＬＤＰＥ１５５０Ｐ、テネシー州、キングスポートのイーストマンケミカル社（Ｔｅｎｉｔｅ  ＬＤＰＥ１５５０Ｐ、Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉａｌ  Ｃｏ．，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ））から構成されていた。Ａ層は、発泡体構造分析を補助するために、ポリマーに添加された２重量％の青色染料（ＬＤＰＥキャリア中５０重量％の染料（ミネソタ州、ミネアポリスのＣ．Ｂ．エドワーズ（Ｃ．Ｂ．Ｅｄｗａｒｄｓ，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ））を有していた。試料を異なる厚さのＡ層（ただし、個々の試料のＡ層は両方とも同じ厚さ）により作成した。非発泡Ａ層の厚さを、押出し機２４の軸ＲＰＭおよび注型ドラム２８の速度を変えることにより制御した。ＬＤＰＥキャリア（ＲＩＣ−５０、ニュージャージー州、キーポートのリーディー・ケミカル・カンパニー（Ｒｅｅｄｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｋｅｙｐｏｒｔ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ））中に５０重量％の重炭酸ナトリウム／クエン酸を含む２重量％の化学発泡剤（Ｂ層ポリマー１００重量％当たり）を用いて発泡層（Ｂ層）を生成した。押出し機２０のゾーン６のポリマーの溶融温度は約１７３℃であった。発泡性Ｂ層中のガスの体積、Ａ層の最終厚さおよびフィルム構造全体の密度および厚さを計算または測定した。操作条件および試験結果を表１に示す。流量とはＡおよびＢ層の層流量のことを指す。ＴｍおよびＰｍとは、押出し機２０のゾーン６における温度および圧力のことを指す。Ａ層の最終厚さは最終材料を測定することによった。
【００７２】
表１のデータに示されているように、Ｂ層中４７．４体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度で、ある注型速度で作成されたこれらのＡＢＡ発泡物品は、バリア層の厚さが増えるにつれて密度が増えた（または同じままであった）。表１のデータを図２にグラフで示す。
【００７３】
【表１】
2004517757.tif 000008
【００７４】
比較例２
この例の発泡物品は、ガス濃度が約６４．３体積パーセントの発泡性層により作成した。
【００７５】
４重量％のＲＩＣ−５０を用い、押出し機２４の軸ＲＰＭと注型ドラム２８の速度を変えた以外は比較例１と同様にして比較例２の発泡物品を作成した。操作条件および試験結果を表２に示す。
【００７６】
表２のデータに示されているように、Ｂ層中６４．３体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度で、ある注型速度で作成されたこれらのＡＢＡ発泡物品は、バリア層の厚さが増えるにつれて密度が増えた。
【００７７】
【表２】
2004517757.tif 000009
【００７８】
実施例３
この例の発泡物品は、ガス濃度が約７３．０体積パーセントの発泡性層により作成した。
【００７９】
６重量％のＲＩＣ−５０を発泡剤として用い、押出し機２４の軸ＲＰＭとライン速度を変えた以外は比較例１と同様にして実施例３の発泡物品を作成し試験した。操作条件および試験結果を表３に示す。
【００８０】
意外なことに、表３のデータによれば、Ｂ層中７３．０体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度で、ある注型速度で作成されたこれらのＡＢＡ発泡物品は、バリア層の厚さが増えるにつれて密度が低減した。表３のデータを図３にグラフで示す。
【００８１】
【表３】
2004517757.tif 000010
【００８２】
実施例４
この例の発泡物品は、ガス濃度が約９０．０体積パーセントの発泡性層により作成した。
【００８３】
１．６重量％の二酸化炭素と２重量％のＲＩＣ−５０の組合わせを発泡剤として用い、押出し機２４の軸ＲＰＭと注型ドラム２８の速度を変えた以外は比較例１と同様にして実施例４の発泡物品を作成した。二酸化炭素ガス（９９．９％、ミネソタ州、セントポールのオキシジェン・サービス（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）を押出し機１４に０．２３ｋｇ／時（０．５ｌｇ／時）で供給した。操作条件および試験結果を表４に示す。
【００８４】
表４のデータによれば、Ｂ層中９０．０体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度で、ある注型速度で作成されたこれらのＡＢＡ発泡物品は、バリア層の厚さが増えるにつれて密度が５〜６０％低減した。例えば、実施例４Ａと４Ｉを比較すると、最終厚さが８４．３μｍのバリア層を加えると、発泡密度がほぼ６０％低減した。表４のデータを図５にグラフで示す。
【００８５】
これらのデータによれば、本発明の一態様だと、高発泡剤濃度で、バリア層の厚さを厚くすると、バリア層なしで、または薄いバリア層で作成した発泡物品に比べて密度が大幅に低減したことが分かる。
【００８６】
【表４】
2004517757.tif 000011
【００８７】
比較例５
この例の発泡物品は、ミネソタ州、セントポールのＨＢフーラー（Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）よりＨＬ２６４２Ｘとして入手可能な感圧接着剤クラトン（ＫＲＡＴＯＮ）を含むバリア層と、ガス体積濃度が４７．４体積％の発泡性層により作成した。
【００８８】
異なるバリア層組成を用いた以外は比較例１と同様にして比較例５の発泡物品を作成した。用いた発泡剤は２．０重量％のＲＩＣ−５０であった。操作条件および試験結果を表５に示す。比較例１Ａ、１Ｂおよび１Ｃのデータも比較の目的で表５に示してある。
【００８９】
表５のデータに示されているように、Ｂ層中４７．４体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度で、ある注型速度で作成されたこのＡＢＡ発泡物品は、バリア層の厚さが増えても比較的一定の密度のままであった。
【００９０】
【表５】
2004517757.tif 000012
【００９１】
実施例６
この例の発泡物品は、ミネソタ州、セントポールのＨＢフーラー（Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）よりＨＬ２６４２Ｘとして入手可能な感圧接着剤クラトン（ＫＲＡＴＯＮ）を含むバリア層と、ガス体積濃度が９０体積％の発泡性層により作成した。
【００９２】
異なる発泡剤処方を用いた以外は比較例５と同様にして比較例６の発泡物品を作成した。用いた発泡剤は２重量％のＲＩＣ−５０および１．６重量％のＣＯ２であった。操作条件および試験結果を表６に示す。表６のデータのいくつかを図６にグラフで示す。同じガス体積パーセントを用いて作成した実施例４Ｂ、４Ｃおよび４Ｄデータも比較の目的で表６に示してある。
【００９３】
表６のデータによれば、Ｂ層中９０．０体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度で、ある注型速度で作成されたこれらのＡＢＡ発泡物品は、バリア層の厚さが増えるにつれて発泡密度が低減した。例えば、４Ｄと６Ｆを比べると分かるように、非発泡バリア層について押出し機軸のＲＰＭを０から７０に増やすと、９．１ｍ／分のライン速度で、それぞれ０．４８〜０．２６ｇ／ｃｍ３で作成した、発泡構造体の密度が低減した。
【００９４】
【表６】
2004517757.tif 000013
【００９５】
実施例７
表７に、前出の例に記載した発泡物品のいくつか（表７に明記）について測定した機械的特性を示してある。試料の破断時引張り強度を表７に示す。
【００９６】
表７のデータのいくつかを図７にグラフで示す。押出し機軸を０〜７０ＲＰＭに設定し、注型ドラム速度約６．１ｍ／分で、逃散性ガス濃度が４７．４体積％（２重量％ＲＩＣ−５０）、６４．３体積％（４重量％ＲＩＣ−５０）、７３．０体積％（４重量％ＲＩＣ−５０）および９０．０体積％（２重量％ＲＩＣ−５０と共に１．６重量％二酸化炭素）ＬＤＰＥ１５５０発泡性層に、非発泡バリア層が適用されて作成された発泡物品についての公称密度（Ｎ密度）の関数としての正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）引張り強度（Ｎ引張り強度）を図７に示す。図７の実線は、Ｇｉｂｓｏｎ，Ｌ．Ｊ．およびＡｓｈｂｙ，Ｍ．Ｆ．，「セル構造体」（Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｓｏｌｉｄｓ）、１７５−２３４頁、ケンブリッジ大学プレス（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ）、１９９７年に教示されているような代表的なポリマー発泡物品の密度対強度の関係を表す。見られるように、７３．０体積％および９０体積％のＣＯ２逃散性ガスで作成した本発明のＬＤＰＥ発泡物品は、ほぼゼロの傾斜を有しており、これは、これらの発泡物品の引張り強度が密度から実質的に独立していることを示している。
【００９７】
【表７】
2004517757.tif 000014
【００９８】
比較例８
この例の発泡物品は１３層有しており、４７．４体積％の逃散性ガス濃度を有する発泡性層で作成された。
【００９９】
多層供給ブロックを用いて１３層の（ＡＢ）６Ａ構造を形成し、押出し機２４の軸ＲＰＭと注型ドラム２８の速度を変えた以外は比較例１と同様にして比較例８の発泡物品を作成した。操作条件および試験結果を表８に示す。
【０１００】
表８のデータによれば、Ｂ層中４７．４％体積のＣＯ２逃散性ガス濃度で、ある注型速度で作成されたこれらの１３層の発泡物品は、フィルム構造の非発泡Ａ層の厚さが増えるにつれて比較例１と同様に試料の密度が増大した。
【０１０１】
【表８】
2004517757.tif 000015
【０１０２】
実施例９
この例の発泡物品は１３層有しており、７３．０体積％の逃散性ガス濃度を有する発泡性層で作成された。
【０１０３】
２重量％のＲＩＣ−５０の代わりに６重量％のＲＩＣ−５０を発泡剤として用いた以外は比較例８と同様にして実施例９の発泡体を作成した。操作条件および試験結果を表９に示す。実施例３Ａ、３Ｃおよび３Ｄのデータも比較の目的で表９に示してある。
【０１０４】
表９のデータによれば、Ｂ層中７３．０体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度で、ある注型速度で作成されたこれらの１３層の発泡物品は、非発泡Ａ層を有する同一の単一層発泡物品より厚くても、多層試料の密度は、単一発泡層よりも低かった。
【０１０５】
【表９】
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【０１０６】
実施例１０
この例の発泡物品は１３層有しており、９１．５体積％の逃散性ガス濃度を有する発泡性層で作成された。
【０１０７】
２重量％のＲＩＣ−５０と１．６％の二酸化炭素の組合わせを発泡剤として用い、発泡性混合物の溶融温度を変え、押出し機２４の軸ＲＰＭと注型ドラム２８の速度を変えた以外は比較例８と同様にして実施例１０の発泡物品を作成した。押出し機２０のゾーン６のポリマーの溶融温度は約１４４℃であった。操作条件および試験結果を表１０に示す。実施例４Ａのデータも比較の目的で表１０に示してある。
【０１０８】
表１０のデータによれば、Ｂ層中９１．５体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度で、ある注型速度で作成されたこれらの１３層の発泡物品は、非発泡Ａ層を有する同一の単一層発泡物品より厚くても、多層試料の密度は、単一発泡層よりも低かった。
【０１０９】
【表１０】
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【０１１０】
本発明の特徴、知見および原理、プロセスおよび装置を構成し用いる方法、構造の特徴および利点のある新規で有用な結果が得られたことについて記載してきたが、新規で有用な構造、装置、構成要素、構成、部品および組合わせは添付の請求項に規定してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において、非発泡バリア層（Ａ層）の厚さを厚くすると、どのようにしてＡＢＡ構造（Ｂは発泡層）の発泡密度を低減させることができるかを示す。
【図２】バリアおよび発泡層が両方とも低密度ポリエチレンを含む異なるバリア層厚さを有する比較例のＡＢＡ発泡物品について、注型速度の関数としての発泡密度を示す。発泡層は、標準温度および圧力（ＳＴＰ）で４７．４体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度を用いて作成された。バリア層の厚さの差は、バリア層押出し機軸の異なる回転数毎分（ＲＰＭ）により示される。
【図３】バリア層および発泡層が両方とも低密度ポリエチレンを含み、発泡層がＳＴＰで７３．０体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度を用いて作成された異なるバリア層厚さを有するＡＢＡ発泡物品について、注型速度の関数としての発泡密度を示す。バリア層における差は、バリア層押出し機軸の異なる回転数毎分（ＲＰＭ）により示される。
【図４】バリアおよび発泡層が夫々低密度ポリエチレンを含む異なるバリア層厚さを有するＡＢＡ発泡物品の逃散性ガス濃度の関数としての発泡密度を示す。バリア層における差は、バリア層押出し機軸の異なる回転数毎分（ＲＰＭ）により示される。
【図５】バリアおよび発泡層が夫々低密度ポリエチレンを含む異なるバリア層厚さを有するＡＢＡ発泡物品について、注型速度の関数としての発泡密度を示す。発泡層は、ＳＴＰで９０体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度を用いて作成された。バリア層における差は、バリア層押出し機軸の異なる回転数毎分（ＲＰＭ）により示される。
【図６】バリア層が非発泡感圧接着剤を含み、発泡層が低密度ポリエチレンを含む異なるバリア層厚さを有するＡＢＡ発泡物品について、注型速度の関数としての発泡密度を示す。発泡層は、ＳＴＰで９１．５体積％のＣＯ２逃散性ガス濃度を用いて作成された。バリア層における差は、バリア層押出し機軸の異なる回転数毎分（ＲＰＭ）により示される。
【図７】比較例の発泡物品を表すデータと比べた、非発泡バリア層を有する様々な（同じ厚さ）低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）発泡物品についての正規化密度データの関数としての破断時引張強度正規化データを示す。
【図８】本発明の発泡物品のいくつかの実施形態を作成するのに用いることのできるタンデム発泡体共押出し装置を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004517757.tif 000077
【国際調査報告】
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