発泡プラスチック
発泡プラスチック(はっぽうプラスチック、英:Foamed plastics)は、合成樹脂中にガスを細かく分散させ、発泡状(フォーム)または多孔質形状に成形されたものを指し、固体である合成樹脂と気体の不均一分散系とも定義できる。基本的にどの合成樹脂も発泡成形させることは可能だが、実際には成形性や性能および価格が影響し、実用化されている種類はある程度限られている。
別な用語では、プラスチックフォーム(英:Plastic foam)、セルラープラスチックス(英:Cellular plastics)、プラスチック発泡体、合成樹脂フォーム、合成樹脂発泡体、樹脂発泡体、海綿状プラスチック、発泡合成樹脂などもある。合成樹脂に限定しなければ、高分子発泡体(こうぶんしはっぽうたい)とも呼ばれる。特に気泡が小さいものを「マイクロセルプラスチック、マイクロセルプラスチックフォーム」とも呼ぶ。
基本的には原料である合成樹脂の特性を引き継いでいるが、泡を含まない合成樹脂成形品(「ソリッド」と呼ばれる)と比較すると柔らかくなり、緩衝性や可撓性に優れる。その反面硬さがもたらす強度など機械的性質や耐久性・耐候性には劣る。空隙を含むことから高い浮力を示すほどに軽量でありかつ断熱効果を持つが、一方で可燃性はソリッドよりも高まり耐熱性も下がる。誘電率は低下し、発泡体はソリッドに比べて電気絶縁性に優れる。また、気泡が光を乱反射させるために透明な成形品は得られない。
ソリッドと比較して同じ質量が何倍の体積となったか、すなわち見掛け密度を発泡前の合成樹脂の密度で割った値を発泡倍率と言い、値が高いほどソリッドと異なる性質を際立たせる。また、広義には発泡倍率10倍以下、実際に製造されているものでは2倍前後のものを「低発泡成形品」と呼び、低いものほどソリッドに性質が似てくる。
気泡の形状も性質を特徴づける。各気泡がおのおの個別に封じられているものは「独立気泡型」(独立・密閉)と呼ばれ、適度な弾性を持ち寸法維持性が高い。それに対し気泡が繋がっているものは「連続気泡型」(連通・開放)と呼ばれ、より柔らかい性質を持つ。ろ過分離やフィルター用途に用いられる場合はこの連続気泡型が使用される。製造時にフォーム内で発生する気体の量および圧力と、合成樹脂の反応・固化が進展するにつれ増加する粘性とのバランスによって、気泡の形状が決まる。気体量や圧力が高ければ連続気泡型となり、逆に粘度上昇が充分速く進み気泡壁が強度を持つと独立気泡型となる。これらは基本的に原料の選定によって決まるが、独立気泡フォームを圧縮して潰し連続気泡とする方法もある。
このような長所を特徴づけたり短所を低減させたりするため、様々な改良が行われる。軽量化は発泡倍率が関わるが、膨張後の形態を保持するための技術が開発され、200倍発泡なども製品化されている。機械的性質や耐熱性の向上には、フィラー類の添加やエンジニアリングプラスチックなどとのアロイ化などのほか、後加工による複合化が行われてきたが、リサイクルを阻害しないよう単一の合成樹脂そのものを高分子化や結晶化・架橋化させる手段も取られている。成形性を維持しつつ難燃剤や帯電防止剤などの材料を原料にコンパウンドすることにより、特定の機能を付加することもできる。
自然界の高分子発泡体としては軽石が、また発泡体ではないが高分子と気体の不均一分散系としてはスポンジがあり、これらは古くから浴用や化粧・洗浄用また研磨用などに使われていた。人工的に製造された最初の高分子発泡体はゴムであり、重炭酸ナトリウムを練りこんで加硫させる際の熱で発泡を起こしたもので、大正時代の日本では人力車のタイヤなどに使われた。
その後、ラテックスに石鹸を加えて泡立て、それを固めるダンロップ法が確立され、用途が広がった。第二次世界大戦以後はクッションやカーペットの裏打ちなど生活用品での採用も拡大した。さらに合成樹脂の発泡技術が上がり、ウレタンフォームや発泡スチロールなどの安価かつ使い勝手の良い製品が上市され、包装・建築・緩衝用など幅広い分野で採用されるようになった。
幅広い用途で使用されているが主な原料合成樹脂は、ポリウレタン (PUR)、ポリスチレン (PS)、ポリオレフィン(主にポリエチレン (PE)やポリプロピレン (PP))であり、これらは「三大発泡プラスチック」と呼ばれる。この他にも、フェノール樹脂 (PF)、ポリ塩化ビニル (PVC)、ユリア樹脂 (UF)、シリコーン (SI)、ポリイミド (PI)、メラミン樹脂 (MF)などもそれぞれの特性を生かした用途において発泡化され用いられている。
一般に合成木材と呼ばれる発泡倍率1.4 - 2.0倍程度は、気泡部分が現れず平滑な表面状態に仕上げるための工夫が施される。主原料はPS、PVC、PEあるいはABS樹脂が用いられ、アゾジカルボン酸アミドを発泡剤に、酢酸亜鉛や金属石鹸またはタルク類を発泡助剤に使用する。成形は溶融発泡成形法の一段法に準拠するが、押出しダイを通して自由発泡させた後にサイジングを施す方法(フリー発泡法)と、特殊な押出しダイを用いて表面を先に固化させる方法(セルカプロセス、セルカ発泡法)がある。
フリー発泡法に用いる押出しダイは、流路断面の変化は緩やかに、ランド部は極端に短くしてクロムめっきする必要がある。これは流路断面積が急激に変動するような設計だと局部的にガス部分の発泡が起こり、表面の荒れや気泡の破壊が起こるためである。この押出しダイを通して吐出発泡が始まった合成樹脂を、20 -150mm離したサイジングダイに通し冷却する。これにより外側が固定された中で内部のみで発泡が続き、表面が平滑で寸法が定まった成形品が連続的に得られる。
フランスのユージンクルマーン社が開発したセルカプロセスは、中にマンドレル(芯金)を持つダイを用いて中空状に押出し、ダイ出口と同形の冷却サイジングを通過させていち早く表面を固化させる。これにより発泡がもたらす膨張は中空で押出された合成樹脂の内側のみに向かい、やはり表面が滑らかな成形品を連続して得ることができる。
気泡(細胞とも言う)と隔膜の構造は、物性に大きな影響を与える。気泡が隔膜で完全に区切られている場合は反発力を持つ硬い構造となり、浮力や断熱に向いた性質を帯びる。気泡が繋がっている場合は空気や液体を通し、また柔らかい肌触りとなる。同じ発泡倍率下で気泡が小さくなると隔膜は薄くなる。また熱可塑性樹脂を発泡させると、全体の強度や接触面積の増加から耐薬品性は低下するが、隔膜を微視的に見ると二軸延伸効果から弾性や柔軟性および耐寒性は高まる。独立気泡と連続気泡の比率は、エアーピクノメーター法(空気比較式比重計)で計測される。
内部で気泡がどのように分散しているかについては、いくつかの理論が提唱されている。発泡剤がランダム分布し、その幾つかが結びついて気泡を形成する仮説から誘導される理論では、気泡の大きさはポアソン分布に従うと考えられ、一つの気泡が有限なn個の発泡剤から作られる確率P(n)は、
P(n)=\frac{\bar{n}^n}{n!} e^{-n}
ただし、
{e} は、ネイピア数 ({e} = 2.71828...)、
{n!} は、{n} の階乗、
{\bar{n} は、{n} の算術平均。
と定義される。ここでnはかなり大きな数となるため、上式は標準偏差が\bar{n}の正規分布と近似させ、
P(n)= \frac{1}{\sqrt{2\pi \bar{n}} e^{-\frac{(n- \bar{n})^2}{2 \bar{n} dn}
と表すことができる。さらに気泡を半径rの球と仮定し上式から、
P(r)= \frac{\sqrt{6}r^2}{\sqrt{r^3} e^{-\frac{2\pi(r^3- \bar{r}^3)^2}{3 \bar{r} dr}
という気泡半径の確率式を導いている。
気泡の形状については観察の結果から、界面化学にて安定しているとされる五角形の面が12枚集まった十二面体であるという説で固まっている。
独立気泡型の機械的性質は、圧縮応力(圧縮強さ)S_fと圧縮弾性率E_fで示される。
S_f=\frac{\pi^2 k E_s}{6(1-V_s)^2} \frac{\alpha}{(\alpha-1)^3}
E_f=E_s \left\{ 1-(1-\frac{d_f}{d_s})^{2/3} \right\rbrace
ただし、
{k} は、境界条件と平板の形状に関する定数、{8 \le k \le 16}、
{E_s} は、ポリマーの弾性率、
{V_s} は、ポリマーの体積、
{\alpha} は、無次元パラメータ、\alpha = (1-d_r/d_s)^{-1/3} 、
{d_f} は、フォームの密度、
{d_s} は、ポリマーの密度。
圧縮応力は発泡率にほぼ反比例する。その一方で弾力性に富むようになり、PSなど本来は硬い合成樹脂でも隔膜が薄くなるよう発泡させると弾力を持つ。ポリウレタンフォームでは荷重と変形のヒステリシス・ループ面積が大きく、衝撃緩衝材に適した性質を示す。
断熱性を理論づけるには、粉体形モデルと多泡形モデルがある。粉体形モデルとは気体の周囲六面を固体が覆う単位を想定し、多泡形モデルはその逆に固体の周囲を気体が取り囲んでいる状態を単位として見る。以下に多泡形モデルの熱伝導率(近似値)を示す。
\frac{1}{\lambda_r} =\frac{1-V^{1/3}{\lambda_s} + \frac{V^{1/3}{\lambda_s (1-V^{2/3}) + \lambda_g V^{2/3}
ただし、
{\lambda_r} は、フォームの熱伝導率、
{V} は、気体の体積分率(気孔率)、
{\lambda_s} は、ポリマーの熱伝導率、
{\lambda_g} は、気体の熱伝導率。
発泡体とソリッドの断熱性比較は、通過熱量{q}の比較で検証される。
q=\lambda \frac{\triangle\theta}{l} S t
ただし、
{\lambda} は、熱伝導率、
{\triangle\theta} は、両面温度差、
{l} は、肉厚、
{S} は、面積、
{t} は、時間。
比熱{C_f}は、加成性が成り立つ事から以下のように定義できる。
{C_f} =\frac{m_s C_s + m_g C_g}{m_s + m_g}
ただし、
{m_s} は、ポリマーの質量、
{C_s} は、ポリマーの比熱、
{m_g} は、気体の質量、
{C_g} は、気体の比熱。
発泡倍率が低いフォームは単位重量を占める気体の質量{m_g}が非常に小さいため、合成樹脂の比熱をそのまま当てはめられる。
合成樹脂は電気絶縁性に優れるが、フォーム化することでインピーダンスが改良され、誘電率を下げられる。誘電率{\epsilon_r}は気体の体積分率(気孔率){V}の関数で定義できる。
{\epsilon_f} =\frac{\alpha \epsilon_s (1-V) + (2V-1)}{\epsilon_s (2+V) + (1-V)} \epsilon_s
ただし、
{\epsilon_s} は、ポリマーの誘電率。
フォームの誘電率には、気体の種類はほとんど影響しない。
連続気泡型で柔らかい軟質ポリウレタンフォーム(軟質PUF)は、開放状態の気泡を持ち、圧縮に対して極めて柔らかく、また復元性を持つ。 一般的な発泡倍率は10 - 60倍、見掛けの密度は16 - 100kg/m³。第二次世界大戦後にアメリカでPURへの関心が深まり、フォームの研究が盛んになった。1957年頃にはポリエーテルの実用化がポリウレタンフォームのコストダウンを実現し、用途が急速に拡大した。1958年にデュポンがフロンガス発泡法を確立したが、後の技術開発によって脱フロンが実現している。
ポリウレタンフォームは、大きくポリエーテル系とポリエステル系に区分できる。ポリエーテル系は化学構造がランダムで、弾性に優れ、加水分解性が低く、コストが低い。ポリエステル系は極性カルボニル基や水素結合の量が多く、気泡径の調整が容易で、機械的性質や耐薬品性などに優れる特徴を持つが、加水分解を起こしやすい。
ポリエーテル系フォームの原料は、トリレンジイソシアネート(TDI)-80と分子量3000のポリエーテルポリオールが標準的に使用される。フォームの弾性を上げるにはイソシアネートに変性TDIやTDI/ポリメリックMDI(クルードMDI)混合物などを併用し、ポリオールも分子量の高いタイプやグラフト・共重合ポリオールまたはポリマーフィラー分散ポリオールなどを併用しつつ、架橋剤の選択なども工夫が施される。これにより、ボールリバウンド率50%以上の弾性フォームを得ることも可能となる。密度を高めるにはイソシアネート・ポリオールの選定以外にフィラーを加える手法もあり、逆にソフトさを追求して密度を下げるには発泡助剤の使用などが挙げられる。ポリエステル系フォームは、TDI-80、TDI-65、分岐ポリエステルポリオールなどの原料を用いる。添加剤としては、気泡を整えるシリコーン、触媒類、また着色用染料・顔料や難燃剤、強化フィラーなどを用いる場合がある。
発泡には水と発泡助剤が使用される。開発当初は発泡時の内部温度を低減しスコーチ(部分焼け)を防ぐ効果からトリクロロフルオロメタン(フロン-11)が補助的に使用されていたが1995年を最後に使用が禁止され、またこれに代わった塩化メチレンも使われなくなり、不燃性を持つ低沸点の化合物の利用と空気冷却など製造工程での工夫が施され、フロン類の全廃が完了している。
製法・性能・用途
注型発泡成形法のうち、発泡製造体(スラブ)を後加工するブロック法と型内で発泡成形するモールディング法が用いられる。ブロック法は工程紙上にミックスした原料を吐出して自由発泡させ、幅1-2m高さ0.3-1mの断面を持つ角状またはカマボコ状の塊状フォームを短尺では2m程のブロックを、連続的には60m程度の長い発泡品を製造する。これには、二次加工時のロスを減らすために、上面に生じる冠状の表面荒れ低減や一定の断面形状を得るよう様々なプロセスの工夫が為されている。裁断やプレス成形など二次加工を前提とするブロック製のラブフォームは弾性やクッション性などの柔らかさ、また濾過性や吸音性などを特徴とする。家具・寝具類またはスピーカー・ヘッドフォンなどのクッションやマット、衣類関連のパッドやインソール類、家電機器や産業機器類の吸音・断熱材またはフィルターなど、また農業分野の水耕マットや培地など、広い範囲で使用される。
型の中で発泡させるため形状が複雑な製品を高い寸法精度で大量に生産できるモールディング法は、キュア工程の温度によってホットキュアとコールドキュアに分けられる。ホットキュアは150 - 300℃で5 - 15分ほどプレキュアを行い金型温度25 - 50℃程度のアルミキャストで成形する。金型に多数のベントホールを設ける必要があるが、型抜き後のクラッシング(冷却後の収縮を避けたり、独立気泡を連続気泡化するためにローラーなどで圧縮する工程)を必要としない。コールドキュアのプレキュアは80 - 110℃と低く時間も5分以下に設定可能な上に、金型のベントホールも少なくできる。しかし金型のクランプは高くしなければならず、クラッシング工程も必要になる。モールディング法フォームは弾性に優れ、硬度/密度比が大きい特徴を持つ。製造時に複数の原料を注入できる設備では、フォームの特定部位の硬度を変えることも可能となる。またファブリックなど表皮カバーを一体成形をする製法もある。用途は乗り物のシートや自転車のサドルなど、また家具のクッション類、枕などに利用される。
硬質用ポリオールを用いたPURを独立気泡で発泡成形すると、硬質ポリウレタンフォーム(硬質PUF)が得られる。PUFの定義は旧JIS K-6900では「圧縮強さが極めて大きく、変形させると応力を外してもほとんど戻らない」と曖昧な定義に留まっているが、ISO(TC61/WG10 [France-28] 205)では「50%圧縮後開放し、厚みの減少率が10%以上」と定められている。独立気泡の硬いフォーム構造をもったものは、最も高い断熱性を持っている。軟質ポリウレタンフォーム同様に研究開発が進む中、1958年にはHoudry社が開発した触媒を用いてワンショット法が実用化され、市場が大きく開けた。
硬質用ポリオールは、ポリエーテル系ではエチレンオキシドやプロピレンオキシドを付加重合し官能基数3-8・当量70-200とした多価アルコールや多価アミンなどを使用する。これにより、架橋密度とハードセグメント比率を高めた硬質のウレタンが得られる。硬化開始剤にはペンタエリスリトール、ソルビトール、スクロース、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、芳香族ジアミンなどから選択される。ポリエステル系ポリオールは、廃ポリエチレンテレフタレートを開始剤に用いる芳香族ポリオールがあり、難燃化が容易で安価な点が特徴である。
イソシアネートの選択は、現場スプレー発泡では成形時の粘性が高く蒸気圧が低いポリメリックMDI(クルードMDI)が使用され、モールディング発泡やブロック発泡では流動性を重視しTDIプレポリマーが使われる。また、ポリメリックMDIを触媒で三量化反応させたイソシアヌレート環を使用したPUFは特に「ポリイソシアヌレートフォーム」(PIRF) 厳密には「ウレタン変性ポリイソシアヌレートフォーム」と呼ぶべきである。と呼ばれ、耐熱性や難燃性が高い。
触媒は第3級アミンに、スプレー発泡では反応を早めるために有機銀触媒が加えられる。発泡剤は過去、断熱性能を高めるフロン-11やジクロロフルオロメタン(フロン-12)が広く使用されていたが、1995年の使用禁止令以降は代替フロン(フロン-22、HCFC-141b(1,1-ジクロロ-1-フルオロエタン)など)に転換され、さらに2000年代にはHCFC245faとHCFC365mfcの混合フロンやシクロペンタンなどへ変更された。水による発泡は併用する形で用いられていたが、実用化に向けた研究途上にある。
その他の添加物では、気泡の微細化や均一化また安定させるためにジメチルポリシロキサン系シリコーンオイルを整泡剤として使用したり、難燃性を付与するためハロゲン化燐酸エステル類や三酸化アンチモンまたは水酸化アルミニウムを加える場合もある。
製法・性能・用途
硬質PURフォームは注型発泡成形法の様々な手法が用いられる。その際、全原料を一度に混合発泡させるワンショット法と、イソシアネートを除いた原料だけをすべて混合させた液体(R液)とイソシアネート(T液)を別々に準備し、それらを合わせて混合発泡させるプレミックス法があり、原料選択や設備などが異なる。また、工場内で製造するケースと現場にて発泡させるケースでも区分される。
工場内で行うブロック法やモールディング法は軟質PURフォームの製造法に準じるが、クラッシング工程は無い。モールド法では比較的緻密なスキン層が形成されるため、金属部品などのインサート成形が可能となり、耐水性も向上する。家具・インテリアの芯材など多様に利用される。高密度のフォームは木肌に近い質感があり、さらにガラス長繊維で強化されたフォームは材木に匹敵する機械強度を持つため、耐腐食目的の構造材料として、船舶やタンク類または軽量で断熱性を持つ構造材として輸送・住宅・スポーツ用品などにも採用される。
連続ラミネート発泡は2枚の表面材の間に原料を注入して発泡させると同時に自己接着させ、サンドイッチ状の製品を一気に得られる。サイディングボードや断熱パネルなど建材分野での大量生産に向いている。注入発泡は箱状の空隙内で発泡させる点で原理的には同様だが、箱の強度がフォームの発泡圧力に耐えられるものまたはプレス・型枠などの治具で補助しなければならない。工場内で行うスプレー発泡は抑え治具が不要で曲面などへのフォーム定着に優れるが、層の厚み制御や表面の仕上げが難しく、原液飛散ロスや作業環境の維持にコストがかかる所など問題点が多い。そのため、バスタブなど限定的な採用に留まる。新幹線車両の床下などは気密性と断熱性を高めるためPIRFが注入またはスプレー発泡にて使用されている。
現場発泡は硬質PURフォームの利点を最も発揮できる方法であり、同じく現場発泡が可能なPFやUFなどと比較しても相手材を選ばない接着力や強度に勝り、ほぼ独占的に採用されている。作業性にも優れ、外気温が変動する季節要因への対応が易しく、また装置が簡素である。建設現場などで見られるスプレー発泡は、短い工期で広い面積の断熱層を簡易に形成できる手段として、ビルや大型冷蔵・冷凍倉庫または石油タンクなどの建設に採用される。ただし、気象条件や吹きつける対象の表面状態への対応、および均一で表面が整った層を形成するには熟練作業者の技術に負うところが大きい。
現場での注入発泡にはコンベンショナル法(ノンフロス法)とフロス法がある。原料を発泡前の液状で注入するコンベンショナル法は小規模な作業や地盤改良用グラウド注入に向くが、発泡圧が大きく、注入回数を多くしなければならず工期が長引く。フロス法は現場にて注入前に一次発泡剤を加える手間がかかるが、発泡圧が小さく泡の伸びも良いことから、船舶や化学プラントなどの大規模な断熱施工に向く。
ポリスチレンフォーム(PSフォーム)は、1930年代にスウェーデンで研究が始まり、1943年にダウ・ケミカルが溶融発泡の押出発泡成形したスチロールボード(Extruded Polystyrene - XPS)を、1951年にドイツのBASFが固相発泡のビーズ法発泡ポリスチレン(Expandable Polystyrene Beads - EPS)を発明した。1960年代には押出発泡法の改良が進み、1961年には0.5mm程度の厚さを持つシート成形が可能となり「ポリスチレンペーパー」(または「発泡ポリスチレンシート」、Polystylene paper - PSP)が初めて上市された。標準的な発泡倍率は、XPSおよびEPSで50-100倍、PSPで10-20倍程度である。
原料には汎用ポリスチレン(GPPS)が用いられる。ビーズ法(EPS)では、型内での予備発泡には水蒸気が用いられる。これは安価で熱効率が良く、PSが水蒸気を通しやすい性質から発泡剤への熱伝導が早い効果から採用されている。発泡剤にはPSの軟化点よりも沸点が低い炭化水素類(プロパン・ブタン・ペンタン・ヘキサン・ヘプタン・シクロヘキサンなど)を単体または混合して用いる。これら発泡剤の選択は、EPSの機械強度や寿命だけではなく発泡成形時のサイクルなどにも影響するため、適切な選択が必要になる。さらに、発泡時の合成樹脂可塑助剤として芳香族炭化水素(トルエン・エチルベンゼン)やハロゲン化炭化水素などを、気泡調整剤として塩素化ワックスなどを添加する場合もある。成形前にビーズ同士がひっつくことを予防するためには、複数の表面コーティング剤(ステアリン酸やロジンなどの金属石鹸、グリセリンやアマイドなど高級脂肪酸類、食用油類、タルクなど無機粉末、界面活性剤、他)を併用して用いる。
押出成形(XPS、PSP)では、均一で微細な気泡をつくるために、無機ではシリカやタルク粉末、有機ではクエン酸-重曹の併用や反応系化合物などが核剤として利用される。発泡剤は蒸発型(低沸点溶剤活用法)と分解型(化学反応ガス活用法)が使われるが、分解型は窒素や二酸化炭素など発生するガスがPSを透過しやすく発泡倍率を上げにくい。そのため蒸発型発泡剤が一般的に採用され、プロパンやブタンなど沸点が低い石油系炭化水素が主に使用されているが、燃えやすいため取扱いに注意が求められる。かつて使われていた塩化メチルやニ塩化メチレンなどの塩素化脂肪族炭化水素は難燃フォームを製造することが可能だが毒性が強く、フロン類は全廃された。この他にも、着色するための顔料類や、難燃化のための添加型難燃剤・助剤またはPSと反応させて改質する反応型難燃剤などが使われる。
製法・性能・用途
EPSでは、発泡剤を配合したPSの粒を用いる。あらかじめ予備発泡させ密度を60 - 100g/L程度にする手法と、予備発泡をさせない方法がある。これらを金型内に投入して加熱し、20 - 70倍に発泡させて成形する。加熱方法は金型に開けた小孔から水蒸気を吹き込む方法が多く、加熱温度が100℃程度だと高密度の、105 - 130℃程度だと低密度の発泡体が得られる。軽量であり断熱や緩衝性また印刷適性にも優れ、EPSは容器材料に用いられる例が多く、フィルムや段ボールなど他の素材と複合化して、水産・農業分野で広く採用されている。その他にも、衝撃性を生かしたヘルメットなど、難燃性を付与した建材分野、高い浮力から浮子や救命胴衣などに使われる中、1980年代後半頃から土木分野での各種工法が開発され需要を拡大している。
押出成形にて製造されるXPSは、押出機でPSと核剤およびその他の添加剤を加熱混練させ、シリンダー途中のメルトゾーンで発泡剤を注入し合成樹脂をゲル状にする。続けて温度管理を施しながらダイから押出し、連続的に成形する。発泡率30倍程度の独立気泡体が得られるが、特殊な成形法で2 - 3倍発泡体も製造される。厚物では丸太または厚さ150mm程度のボードが一般的で、これらに切断などの二次加工を施して成形品を仕上げる。厚物はほとんどの場合に土木建築用断熱材用途で使用され、薄物は木材代替としてディスプレイ用などに用いられる例が多い。
シート状のPSP成形はインフレーション法が用いられる。あらかじめ発泡剤を含浸させる二段法と、XPS同様に押出機中で注入する一段法がある。これをリング状のダイから円筒状に押し出し、マンドレルと呼ばれる筒の外側を沿わせながら発泡させた後にスリッターで縦に切り、2本または4本のロール状に巻き取る。これにより、真珠様の表面光沢に優れた主に10倍程度の薄い発泡シートが得られる。このシートは真空成形などで狙った形状に二次加工されるが、その際にはさらなる発泡が起こる。PSPはプリパッケージ用が需要の半分以上を占め、他も折り詰め箱やカップまたはトレイ状の包装材料の用途で使用される。断熱効果は限定的で、建築用にはほとんど採用されていない。
PSフォームと比較し、吸水性が低く低温での脆性破壊が起きにくく、切削など二次加工が容易であり、また可撓性を持ちながら圧縮強度に優れるポリエチレンフォーム(PEフォーム)は、1958年にアメリカのダウ・ケミカルが高発泡の無架橋押出製造技術を確立、窒素含浸発泡は1960年にイギリスのExpanded Rubberが、発泡剤を用いる製法は1962年に日本の古河電工が開発した。以後、数多いメーカーによってPEフォームの製造方法やプロセス開発が進められた。
PEフォームには、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、リニアポリエチレンのいずれもが原料として使用され、さらにエチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)やエチレン-プロピレン共重合体も用いられる。発泡剤は、分解型有機系ではアゾジカルボンアミドやN,N-ジニトロソペンタメチレンテトラミンなど、揮発性ではブタンやペンタンなどの炭化水素類またはハロゲン化炭化水素類、不活性ガスでは二酸化炭素や窒素などが使われる。架橋発泡法における架橋剤には、ジクミルパーオキサイドなど有機過酸化物系が使用される。
製法・性能・用途
溶融発泡成形では、あらかじめPEに発泡剤など原料を混練したものを再度加熱する手法が取られる。架橋が必須となり、方法も電子線と化学架橋の二種類がある。発泡シートを得るには、あらかじめ各種原料をソリッドのシートとして成形し、次工程でこれに電子線を放射して架橋した後に加熱発泡させ連続的に成形する。加熱方法も縦置きの炉に上からシートを通して発泡させる形式と、混塩など熱媒で満たした浴槽に浸漬して発泡し洗浄工程を得て製品を得る形式がある。各種の断熱・シール用として土木建築分野で使用される他、パイプ状に二次加工が施され水道やエアコンなどの配管断熱材としても使われる。また、耐水性から水周りで使われる玩具類もPEフォームが採用される。