非晶性樹脂発泡体の内部構造に及ぼす界面活性剤の効果
山形大学・山形大学・院 ○川守田祥介、川守田祥介、杉本昌隆、杉本昌隆、谷口貴志、谷口貴志、小山清人

1

背景１
発泡製品
・衝撃性・断熱性・防音性
・防湿性・浮揚性・衛生性

様々な分野で使用されてる・緩衝材・保冷材・建材・食品容器

しかし！！
気泡を導入

機械的強度の低下
そこで・・・・

マイクロセルラープラスチック

2

背景２
マイクロセルラープラスチックとは・・・・
気泡径 0.1～10µm 気泡密度 109～1015 cells/cm3•機械強度の低下を抑える
•電気特性
•光特性
•熱特性etc

気泡を微細にすることで新規特性が期待できる添加剤を入れる
ガラスビーズ
フィラー
モンモリロナイト etc

気泡径が低下気泡密度が向上3

背景３
発泡剤としての超臨界ＣＯ2の特徴•樹脂にすばやく溶解、拡散•優れた可塑化能力•気泡の微細化

二酸化炭素の含浸量•発泡製品中に残留しない•不燃、無臭、クリーン•低コスト

PEとカルボニル基を持つPLAではPLAの方が5倍近く多い

二酸化炭素とカルボニル基の相互作用により含浸量が増加する
ＯーＣーＯ
Ｏ＝

δ－ーＣ－
Fig.1 Scheme of soaking condition

4

背景3
ミセルを導入することで内部構造に影響について近年検討されている
ガラスビーズやタルクなどよりも小さい気泡核剤として期待カルボニル基を持ち、ミセルを作る可能性のある非イオン系界面活性剤に注目
5

目的添加剤として界面活性剤を取り上げて、添加することで内部構造へ与える影響について検討する

6

試料

樹脂・PMMA（旭化成ケミカルズ㈱ デルペットN60
MFR 8.0g/10min [200℃ 49N])

添加剤

・ステアリン酸グリセル（日本エマルジョン㈱ E-GMS-50）

・ステアリン酸 （関東化成㈱）7試料の作成方法
Sample1) Dissolution ・Stirring

2) Vacuum drying

Fig.2 Creation procedure3) Pressure molding

Table.1 Creation condition
Stirring time (h)6Stirring temperature (℃)

80

Vacuum drying time (day)7

Vacuum drying temperature (℃)

1108

実験１ 未発泡試料の観察
試料・・・・・・ PMMA+ステアリン酸グリセリル(添加量 : 0 , 0.5 , 3wt%)
PMMA+ステアリン酸(添加量 : 1wt%)
エッチング条件・・・・・・

水
温度 80℃
時間 2時間SEMによる構造の観察
9実験１ 結果

1µm1) Glyceryl stearate 0wt%

1µm1µm2) Glyceryl stearate 0.5wt%1µm3) Glyceryl stearate 3wt%
4) Stearic acid 1wt%
Fig.3 SEM micrographs of unfoamed structure.

10

実験２ 含浸量測定
試料・・・・・・ PMMA+ステアリン酸グリセリル(添加量 : 0 , 0.5 , 3 wt%)
発泡剤・・・・ 二酸化炭素
条件・・・・・・ 圧力 8MP
温度 25℃
時間 8時間形状 φ20×0.5（mm）（耐圧硝子工業㈱ TVS-N2-200）

1) Pressurization・ 2)Decompression 3)Gravimetry
Soaking Fig.4 Experiment procedure

11

0.25
0.24

2Solubility of CO (g-CO / g-polymer)

実験２ 結果

20.23
0.22
0.21
0.2

00.5

11.5

2

2.5

33.5

Contents of Glyceryl stearate (wt%)

Fig.5 Effect of Contents on Solubility

含浸増加作用がある

12

実験３ 発泡実験

試料・・・・・・ PMMA+ステアリン酸グリセリル(添加量 : 0 , 0.1 , 0.5 , 1 , 10wt%)
PMMA+ステアリン酸(添加量 : 1wt%)
発泡剤・・・・ 二酸化炭素13実験３ 実験方法

1) Pressurization・ 2)Decompression・
SoakingFoaming

3) It observes a section in
SEM after cooling.

Fig.6 Experiment procedure

Table.2 Experimental condition
Soaking time ( h )Soaking pressure ( MPa )Foaming temperature ( ℃ )Sample size ( mm )81550 , 65 , 80 , 95
φ20×0.514実験３ 結果（1）発泡温度50℃

10µ10µm1) Glyceryl stearat 0wt%

10µ10µm

10µ10µm2) Glyceryl stearate 0.1wt%

10µ10µm3) Glyceryl stearate 0.5wt%
4) Glyceryl stearate 1wt%
Fig.7 SEM micrographs of foamed structure.

15

実験３ 結果（2）発泡温度50℃

10µ10µm5) Glyceryl stearate 10wt%

10µ10µm6) Stearic acid 1wt%

Fig.7 SEM micrographs of foamed structure.

16

実験３ 結果（3）発泡温度95℃

10µ10µm7) Glyceryl stearate 0wt%

10µ10µm10µ10µm8) Glyceryl stearate 0.1wt%

10µ10µm9) Glyceryl stearate 0.5wt%
10) Glyceryl stearate 1wt%
Fig.7 SEM micrographs of foamed structure.

17実験３ 結果（6）発泡温度95℃

10µ10µm11) Glyceryl stearate 10wt%

10µ10µm12) Stearic acid 1wt%

Fig.7 SEM micrographs of foamed structure.

18

実験３ 結果（7）平均気泡径

Cell size（（Cell（μμmm））

20
60
50
1540
30
100.1wt%
0wt%
0.5wt%
0.1wt%
1wt%
0.5wt%
10wt%
1wt%
stearic
10wt% acid 1wt%
stearic acid 1wt%

気泡径に及ぼす影響は小さい

20

安定して気泡を生成できていない

5
100040
40

50
50

60
60

70
70

80
809090Foaming temperaturetemperature(℃)(℃)
Foaming

100
100Fig.8 Effect of foaming temperature on cell size

19

実験３ 結果（8）気泡密度0wt％
wt％
0.1wt%
0.5wt%
1wt%
10wt%
stearic acid 1wt%

3

Cell density（（cells/cm ）

1013
1012
1011

安定して気泡生成
できていない

1010
109
108
10740

気泡核剤としては
不適
50

60

70

80

90

100

Foaming temperature (℃)

Fig.9 Effect of foaming temperature on cell density
20

実験４ 粘度測定
試料・・・・・・ PMMA+ステアリン酸グリセリル(添加量 : 0 , 1 , 2 , 3 , 10wt%)
PMMA+ステアリン酸(添加量 : 1wt%)
装置・・・・・・ ARES （TA Instrument社製)
条件・・・・・・ 温度 ： 180℃
周波数 ： 0.01~100 rad/s
21

実験４ 結果
0wt%
1wt%
2wt%
3wt%
10wt%
stearic acid 1wt%

106

Eta*(Pa･･s)

105

低下している104

気泡の成長過程で合一が起き易くなっている

103

102 -21010-1

100

101

102

Freq(rad/s)

Fig.10 Effect of frequency on viscosity22

結論・まとめ
１． ステアリン酸グリセリルは、添加することで内部にごく小さな凝集体をつくる。
２． ステアリン酸グリセリルを添加することで、CO2の含浸量が増加する
３． ステアリン酸グリセリルを添加剤として用いた場合、平均気泡径は減少し、気泡密度は増加した。
４． 過剰に添加すると粘度が落ちすぎるため、気泡核剤としての効果が薄れる
５． ステアリン酸は気泡核剤としては有用ではない
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