JP3514046B2 - ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、予備発泡粒子を型
内成形して所望の形状のポリプロピレン系樹脂発泡成形
体を得る方法に適用しうるポリプロピレン系樹脂予備発
泡粒子に関する。さらに詳しくは、比較的低い成形水蒸
気圧で成形が可能で、衝撃エネルギー吸収性に優れた発
泡成形体を得ることができるポリプロピレン系樹脂予備
発泡粒子、およびそれを用いたポリプロピレン系樹脂発
泡成形体の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子から
得られる型内発泡成形体は、ポリスチレン系樹脂予備発
泡粒子から得られる成形体に比べて耐薬品性、耐衝撃
性、圧縮歪回復性等に優れ、また、ポリエチレン系樹脂
予備発泡粒子から得られる成形体に比べ、耐熱性に優れ
ており、従来より、自動車用バンパー芯材や各種包装用
資材等として利用されている。

【０００３】従来、前記のような発泡成形体を製造する
ためのポリプロピレン系樹脂発泡粒子の基材樹脂として
は、発泡特性、水蒸気による型内成形という制約から、
メルトフローレート（メルトインデックス）が０．１〜
２５ｇ／１０分で、αオレフィン含有量が１重量％以上
のプロピレン−αオレフィン（主としてプロピレン−エ
チレン）ランダム共重合体が主に用いられていた（例え
ば、特公昭５９−４３４９２号公報、特公平２−５０４
９５号公報）。メルトインデックス（ＭＩ）を前記の範
囲とする理由として、例えば、前記特公昭５９−４３４
９２号公報では、ＭＩ値が２５を超えると予備発泡時に
連泡となり易く、収縮を起こすおそれがあるうえに、成
形体の機械的強度が劣化するからであると記載されてお
り、また、特公平２−５０９４５号公報では、ＭＩが２
０を超えると流動性が大となり過ぎて発泡倍率が上がり
にくく、また発泡後に収縮し易くなる、と記載されてい
る。しかしながら、前記のようにαオレフィン含有量が
１重量％以上でかつＭＩ値の小さな従来のプロピレン−
αオレフィンランダム共重合体を基材樹脂とする予備発
泡粒子を用いて型内成形で発泡成形体を製造した場合、
樹脂の剛性がプロピレンホモポリマーと比べて低いた
め、用途によっては、成形体の衝撃エネルギー吸収性は
必ずしも満足しうるものではなかった。

【０００４】これに対し、プロピレンホモポリマーは、
上記のような従来用いられているランダム共重合体に比
べて樹脂の剛性が高く発泡成形体としたときの衝撃エネ
ルギー吸収性が優れているが、融点が１６０〜１６５℃
と高く、成形水蒸気圧が５ｋｇｆ／ｃｍ² （Ｇ）（ゲー
ジ圧を示す）を越え、成型機の型締め圧、金型の耐圧強
度、水蒸気使用量等の点で問題があり、実用的ではなか
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、剛性
が高く、衝撃エネルギー吸収性に優れた成形体を製造可
能であるが、成形が困難であった、プロピレンホモポリ
マー、および、αオレフィン含有量が少なく前記プロピ
レンホモポリマーに近い物性を示すプロピレン−αオレ
フィンのランダム共重合体を基材樹脂とするポリプロピ
レン系樹脂予備発泡粒子において、これらの予備発泡粒
子の型内成形に際し、より低い成形水蒸気圧で成形を可
能にすることにより、ポリプロピレン−αオレフィンラ
ンダム共重合体を基材樹脂とした従来の予備発泡粒子を
用いた場合に比べて、衝撃エネルギー吸収性に優れた発
泡成形体を得ることができる、ポリプロピレン系樹脂予
備発泡粒子を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、予備発泡粒子を型内成形して所望のポリプロピ
レン系樹脂発泡成形体を製造するに際して使用されるポ
リプロピレン系樹脂予備発泡粒子として、樹脂の剛性が
高く、発泡成形体としたときの衝撃エネルギー吸収性に
優れるプロピレンホモポリマー、又は、αオレフィン含
有量が１重量％未満で前記プロピレンホモポリマーに近
い物性を示すポリプロピレン−αオレフィンランダム共
重合体であって、溶融時の樹脂流動性が良好なポリプロ
ピレン系樹脂を用いることにより上記の目的を達成する
ことに成功した。すなわち、本発明は、ポリプロピレン
系樹脂を基材樹脂とし、セル径が５０〜１０００μｍ、
連続気泡率が０〜３５％であり、発泡倍率が５〜１００
倍であるポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子において、
前記基材樹脂が、プロピレンホモポリマー、またはαオ
レフィン含有量が１重量％未満であるプロピレンとαオ
レフィンのランダム共重合体であり、ＡＳＴＭ Ｄ１２
３８に準拠して測定したメルトフローレート（２３０
℃、２．１６ｋｇ荷重）が２０〜１００ｇ／１０分の範
囲にあることを特徴とするポリプロピレン系樹脂予備発
泡粒子である。

【０００７】

【作用】本発明のプロピレン系樹脂予備発泡粒子の基材
樹脂は、従来、主に用いられていたプロピレンとαオレ
フィンのランダム共重合体の融点が１３０〜１５０℃で
あるのに比べて融点が高く、プロピレンホモポリマーの
場合であると１６０〜１６５℃であり、又、αオレフィ
ン含有量が１重量％未満のプロピレンとαオレフィンの
ランダム共重合体の場合であると１５０〜１６０℃であ
り、溶融時の流動性が良好な樹脂を用いない場合、成形
水蒸気圧は従来のランダム共重合体に較べて１〜４ｋｇ
ｆ／ｃｍ² 高くなる。これに対し、溶融時の流動性の良
い基材樹脂を用いてなる本発明のプロピレン系樹脂予備
発泡粒子を用いる場合には、成形水蒸気圧は、１〜２ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 低くなり、従来から用いられている成型
機、金型での成形が可能になる。この理由は必ずしも明
らかではないが、本発明で基材樹脂として用いる流動性
良好なプロピレン系樹脂は、予備発泡粒子が成形金型に
充填され、水蒸気による加熱を受けて膨張・押し合う
時、樹脂の融点に達しない温度でも溶融が起こり、粒子
同士が融着するのではないかと推定される。なお、前記
ポリプロピレン系樹脂の融点測定法は、示差走査熱量計
（ＤＳＣ）を用い、試料を１０℃／分の速度で２００℃
まで昇温溶融させた後、１０℃／分の速度で４０℃まで
冷却結晶化させ、１０℃／分で再び昇温させて吸熱曲線
を測定したときの、吸熱ピークのピーク温度をもって融
点とした。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において、ポリプロピレン
系樹脂のメルトフローレートとは、米国の標準試験法で
あるＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ（Ｓｔａｎｄａｒｄ
ｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ
Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）に準
拠して、２３０℃、２．１６ｋｇの荷重をかけて測定し
たものである。本発明において予備発泡粒子の基材樹脂
として用いられるポリプロピレン系樹脂は、プロピレン
ホモポリマーまたはαオレフィン含有量が１重量％未満
のプロピレンとαオレフィンのランダム共重合体であっ
て、メルトフローレートが２０〜１００ｇ／１０分、さ
らに好ましくは、２５〜８０ｇ／１０分である。メルト
フローレートが２０未満では、成形圧を高くしないと粒
子同士が融着せず、１００を越えると発泡粒子が脆くな
りすぎ、発泡時あるいは成形時に発泡体を構成するセル
が破泡してしまう。また、プロピレンとαオレフィンの
ランダム共重合体の場合、αオレフィン含有量が１重量
％以上のランダム共重合体では、樹脂の剛性が低くなり
すぎ、成形体としたときの衝撃エネルギー吸収性が損な
われる。

【０００９】前記プロピレンと共重合させるαオレフィ
ンとしては、エチレン、ブテン−１、イソブテン、ペン
テン−１、ヘキセン−１、４−メチルペンテン−１、オ
クテン−１等があげられるが、汎用性という面から、エ
チレン、ブテン−１が好ましい。これらは、単独で、ま
たは２種以上組み合わせて用いることができる。

【００１０】本発明の発泡粒子の基材樹脂として用いる
ポリプロピレン系樹脂には、必要に応じて、核剤、安定
剤、酸化防止剤、中和剤、紫外線吸収剤、滑剤、アンチ
ブロッキング剤、充填剤、着色剤、帯電防止剤等の漆加
剤を本発明の効果を損なわない範囲で併用することがで
きる。

【００１１】本発明に係るポリプロピレン系樹脂予備発
泡粒子のセル径は５０〜１０００μｍ、好ましくは８０
〜８００μｍ、さらに好ましくは１００〜５００μｍで
ある。本発明で、セル径が５０μｍ未満では、成形時に
破泡、収縮が起こって良好な成形体が得られず、１００
０μｍを越えると均一なセルが得られない。なお、前記
ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子のセル径とは、予備
発泡粒子１０個をランダムサンプリングし、各サンプル
粒子をかみそりで真ん中から切断し、切断面を目盛り付
のルーペで観察し、目盛りの２ｍｍの長さを横切るセル
の数を数え、下式より平均弦長を求め、１０個の粒子の
平均弦長の平均値をもってセル径とした。 平均弦長（μｍ）＝２ｍｍ／２ｍｍの長さを横切るセル
の数

【００１２】本発明に係るポリプロピレン系樹脂予備発
泡粒子の連続気泡率は０〜３５％、発泡倍率は５〜１０
０倍である。本発明において前記連続気泡率とは、全気
泡に対する連続気泡の割合であり、発泡倍率とは、発泡
粒子の体積が発泡前の樹脂粒子の体積の何倍になってい
るかをいう。これらの値は以下の式（１）、（２）より
求める。

【００１３】 連続気泡率（％）＝（Ｖ−ｖ）／Ｖ×ｌ００・・・（１） 発泡倍率＝Ｖ／（Ｗ／ｄ） ・・・（２） Ｖ：発泡粒子試料を水没させて測定した体積 ｖ：発泡粒子試料の真の体積〔空気比較式比重計（例え
ば東芝ベツクマン製、空気比較式比重計９３０型）を用
いて測定した値〕 Ｗ：発泡粒子試料の重量 ｄ：樹脂の密度（ｇ／ｃｍ³ ）

【００１４】連続気泡率が３５％を超えると、成形する
際の金型内での発泡粒子の膨張圧が十分でないため粒子
同士の融着の良い成形体が得られない。好ましくは連続
気泡率は２５％以下、より好ましくは１５％以下であ
る。

【００１５】また、発泡倍率が５倍未満では、倍率ばら
つきが大きくて均一な予備発泡粒子が得られず、１００
倍を越えると予備発泡粒子の破泡・収縮が大きくなり満
足な予備発泡粒子が得られなくなる。予備発泡粒子の発
泡倍率は好ましくは５〜８０倍、より好ましくは７〜７
０倍である。

【００１６】本発明のポリプロピレン系樹脂予備発泡粒
子の製法は、１）樹脂粒子に揮発性発泡剤を液相または
気相で含浸させ、水蒸気等の加熱媒体で加熱して発泡さ
せる方法（例えば、特開昭５８−６５７３４号公報）、
２）耐圧容器中で樹脂粒子、揮発性発泡剤を水に分散さ
せ、高温下で発泡剤を樹脂粒子に含浸させた後、内容物
を低圧雰囲気に放出することにより発泡させる方法（例
えば、特開昭５８−１９７０２７号公報）、３）押出機
中で樹脂を加熱溶融し、揮発性発泡剤を混練したのちス
トランド状に押出し発泡させたものを切断して発泡粒子
とする方法（特開平８−７６２３０号公報）等が使用で
きる。これらの発泡法の中では、２）の方法が好まし
い。その理由は、発泡粒子の融解挙動を示差走査熱量計
（ＤＳＣ）で測定すると、結晶ピークが２本に分離して
おり、成形加工幅が広くなっているためと推定される。

【００１７】本発明のポリプロピレン系樹脂予備発泡粒
子の製法に用いられる前記揮発性発泡剤としては、プロ
パン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等の脂肪族炭化水
素、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式炭化水
素、ジクロロジフロロメタン、ジクロロテトラフルオロ
エタン等のハロゲン化炭化水素等があげられる。これら
は単独で、あるいは２種以上を混合して用いることがで
きる。また、発泡剤の量は、発泡剤の種類、所望する発
泡倍率により選択されるが、一般に、樹脂１００重量部
に対して、１〜５０重量部が用いられる。

【００１８】本発明に係るポリプロピレン系樹脂予備発
泡粒子は、上記のようにして得られた発泡粒子を製造後
に何の後処理もせず直ちに、または製造後に適当な時間
の養生・乾燥後、粒子内の内圧が大気圧のままで、ある
いは、発泡粒子に空気等を含浸して粒子内の内圧を高め
て発泡能を付与した後に、成形に供される。そして、本
発明に係るポリプロピレン樹脂発泡成形体の製造法は、
上記のような予備発泡粒子を用い、通常の型内成形によ
り、成型機に装着された、蒸気孔を多数有し閉鎖される
が密閉されない金型に充填し、成形蒸気圧５ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 以下で加熱するものである。

【００１９】

【実施例】以下、実施例によって更に詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例により限定されるものでは
ない。

【００２０】［実施例１］メルトフローレート＝４０ｇ
／１０分、密度０．９１ｇ／ｃｍ³ 、ＤＳＣ（示差走査
熱量計）による融点１６５℃のプロピレンホモポリマー
ペレツト（約１．８ｍｇ／粒）１００重量部に対し、塩
基性第３リン酸カルシウム２重量部、ドデシルスルホン
酸ナトリウム０．０５重量部、純水３００重量部、イソ
ブタン９重量部を１０Ｌの耐圧容器に入れ、撹拌しなが
ら１６４℃に昇温し、さらに容器内圧力が１９ｋｇｆ／
ｃｍ² （Ｇ）で安定するまでイソブタンを追加した。内
圧が安定した後、耐圧容器下部に取り付けたボール弁に
フランジを介して取り付けたオリフィス板の直径４ｍｍ
の開孔を通して、樹脂粒子と水の混合物を大気圧に放出
して発泡させた。この発泡粒子を８０℃雰囲気下で２０
時間乾燥し、発泡倍率１５倍、連続気泡率４％、セル径
１２０μｍの発泡粒子を得た。次いで、この発泡粒子を
耐圧容器に入れ、８０℃、７ｋｇｆ／ｃｍ² （Ｇ）の空
気圧で１時間加圧し空気を含浸して、発泡能を付与し
た。続いて、成型機（東洋機械金属製Ｐ−１１０）に装
着した小型金型（２９０ｍｍ×２７０ｍｍ×６０ｍｍ）
に前記発泡粒子を充填し、加熱水蒸気圧を４〜５ｋｇｆ
／ｃｍ² （Ｇ）の範囲で変化させて成形を行ったとこ
ろ、加熱最低水蒸気圧４．２ｋｇｆ／ｃｍ² （Ｇ）で粒
子同士がよく融着した良好な成形体が得られた。

【００２１】なお、前記加熱最低水蒸気圧は、成形後、
成形体を８０℃の雰囲気下に２４時間放置後取り出し、
室温まで冷却後、成形体に切り目を入れて破断させ、破
断面を目視で観察して粒子の界面でなく内部で破壊して
いる面積が６０％以上であるものを合格とし、６０％の
融着を得る成形水蒸気圧を最低水蒸気圧とした。

【００２２】［実施例２］メルトフローレート＝２２ｇ
／１０分、融点１６４℃のプロピレンホモポリマーを用
いた以外は実施例１と同様にして発泡粒子を得た。発泡
粒子は、発泡倍率１２倍、連続気泡率２％、セル径１８
０μｍであった。この発泡粒子を用いて、実施例１と同
様にして成形を行ったときの最低水蒸気圧は、４．５ｋ
ｇｆ／ｃｍ ² （Ｇ）であった。

【００２３】［比較例１〜３］メルトフローレートおよ
び融点が、それぞれ３ｇ／１０分で１６２℃、１０ｇ／
１０分で１６４℃、および１８ｇ／１０分で１６５℃の
３種のプロピレンホモポリマーを用い、それ以外は実施
例１と同様にして、発泡粒子を得、同様に成形した。こ
れらの発泡粒子の発泡倍率、連続気泡率、セル系、およ
び、粒子同士を６０％以上融着させるために必要な加熱
水蒸気圧を、実施例１、２とともに表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１の結果から明らかなように、基材樹脂
のメルトフローレートが２０以上である本発明の予備発
泡粒子は、基材樹脂のメルトフローレートが２０未満で
ある比較例に比べ、成形水蒸気圧が１ｋｇｆ／ｃｍ² 以
上低く、プロピレンホモポリマーを基材樹脂としている
にもかかわらず５ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の成形水蒸気圧で
成形が可能である。

【００２６】［実施例３，４、比較例４，５］以下の表
２に示す、メルトフローレート、およびエチレン含有量
が異なり、かつエチレン含有量が１重量％未満のプロピ
レンとエチレンの各種ランダム共重合体を用い、実施例
１と同様にして予備発泡粒子を得、成形を行った結果を
表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２の結果から明らかなように、本発明の
予備発泡粒子は、エチレン含有量が１重量％未満でプロ
ピレンホモポリマーに近い物性を示すプロピレンとエチ
レンのランダム共重合体を基材樹脂として使用した場合
であっても、メルトフローレートが２０未満の樹脂を用
いた比較例に比べ、１ｋｇｆ／ｃｍ² 程度低い成形水蒸
気圧で成形が可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明のポリプロピレン系樹脂予備発泡
粒子は、樹脂の剛性が高く、衝撃エネルギー吸収性に優
れた成形品を製造しうるプロピレンホモポリマー、ある
いはαオレフィン含有量が１重量％未満のプロピレンと
αオレフィンのランダム共重合体を基材とする高融点の
ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を、格段に低い加熱
水蒸気圧で成形することが可能であり、重装備の成型
機、金型を用いることなく、従来のポリプロピレン樹脂
用の成型機で成形することができる。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリプロピレン系樹脂を基材樹脂とし、
   セル径が５０〜１０００μｍ、連続気泡率が０〜３５％
   であり、発泡倍率が５〜１００倍であるポリプロピレン
   系樹脂予備発泡粒子において、前記基材樹脂が、プロピ
   レンホモポリマー、またはαオレフィン含有量が１重量
   ％未満であるプロピレンとαオレフィンのランダム共重
   合体であり、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に準拠して測定した
   メルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が
   ２０〜１００ｇ／１０分の範囲にあることを特徴とする
   ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子。
2. 【請求項２】 基材樹脂がプロピレンホモポリマーであ
   り、型内成形時の成形水蒸気圧が５ｋｇｆ／ｃｍ² 以下
   である請求項１記載のポリプロピレン系樹脂予備発泡粒
   子。
3. 【請求項３】 前記プロピレンホモポリマーの融点が１
   ６０℃以上である請求項２記載のポリプロピレン系樹脂
   予備発泡粒子。
4. 【請求項４】 基材樹脂がプロピレンとαオレフィンの
   ランダム共重合体であり、前記αオレフィンが、エチレ
   ンおよび／またはブテン−１である請求項１記載のポリ
   プロピレン系樹脂予備発泡粒子。
5. 【請求項５】 前記プロピレンとαオレフィンのランダ
   ム共重合体の融点が１５０℃以上である請求項４記載の
   ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の
   ポリプロピレン系樹脂予備発泡粒子を、蒸気孔を多数有
   し、閉鎖されるが密閉されない金型に充填し、成形水蒸
   気圧が５ｋｇｆ／ｃｍ² 以下で加熱して型内成形するこ
   とを特徴とするポリプロピレン樹脂発泡成形体の製造
   法。