JP2024158931A - Chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam and heat insulating resin sheet using same - Google Patents
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Abstract
【課題】ポリエチレン樹脂において新規な気泡構造を有するとともに、その気泡構造を得ることで、熱伝導率の低下を実現する。
【解決手段】発泡体中の各気泡の厚み方向の気泡径の最大値をそれぞれ各気泡の気泡径と定義した場合の、気泡径が100μm以下の気泡群がその他のこれより気泡径が大きい多数の気泡中にランダムにクラスター状に集積して分散した気泡構造を有するポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体であって、前記ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、気泡径が100μm以下の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が50%以上で、気泡径が400μm以上の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が20%以下であり、さらに、前記押出発泡体の平均気泡径が200μm以下である、気泡径分布を満足する気泡構造を有するポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体。
【選択図】図1
The present invention provides a polyethylene resin having a novel cellular structure, and by obtaining this cellular structure, a reduction in thermal conductivity is achieved.
[Solution] A chemically crosslinked, extruded polyethylene-based resin foam having a cell structure in which cells having a cell diameter of 100 μm or less are randomly accumulated and dispersed in the form of clusters among a large number of other cells having larger cell diameters, where the maximum cell diameter of each bubble in the thickness direction in the foam is defined as the cell diameter of each bubble, and the chemically crosslinked, extruded polyethylene-based resin foam has a cell structure that satisfies a cell size distribution in which cells having a cell diameter of 100 μm or less account for 50% or more of all cells, cells having a cell diameter of 400 μm or more account for 20% or less of all cells, and the extruded foam has an average cell diameter of 200 μm or less.
[Selected Figure] Figure 1
Description
特許法第30条第2項適用申請有り 〔掲載アドレス〕https://www.furukawa.co.jp/release/2022/fun_20221031.html 〔掲載日〕令和4年10月31日 〔配布物〕「高断熱フォームのご紹介」プレゼンテーション資料 〔配布先〕国立研究開発法人土木研究所寒地土木研究所 〔配布日〕令和4年5月10日 〔配布物〕「高断熱フォームのご紹介」プレゼンテーション資料 〔配布先〕株式会社安藤・間 〔配布日〕令和4年5月17日 〔配布物〕「ポリエチレンフォームのご紹介」プレゼンテーション資料 〔配布先〕株式会社中野科学 〔配布日〕令和4年5月23日 〔配布物〕「高断熱フォームのご紹介」プレゼンテーション資料 〔配布先〕株式会社吉田産業 〔配布日〕令和4年8月18日 〔配布物〕「ポリエチレンフォームのご紹介」プレゼンテーション資料 〔配布先〕橋爪商事株式会社 〔配布日〕令和4年8月19日 〔配布物〕「高断熱フォームのご紹介」プレゼンテーション資料 〔配布先〕東鉄工業株式会社等 〔配布日〕令和4年8月23日等 〔配布物〕「高断熱フォームのご紹介」プレゼンテーション資料 〔配布先〕清水建設株式会社等 〔配布日〕令和5年2月22日等 〔配布物〕「古河発泡製品のご紹介」プレゼンテーション資料 〔配布先〕積水ハウス株式会社 〔配布日〕令和5年1月20日 〔配布物〕「古河発泡製品のご紹介」プレゼンテーション資料 〔配布先〕シバタ工業株式会社 〔配布日〕令和5年2月7日Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act has been filed. [Publication address] https://www.furukawa.co.jp/release/2022/fun_20221031. html [Posting date] October 31, 2022 [Distribution] Presentation materials for "Introduction to high insulation foam" [Distribution destination] National Research and Development Agency, Public Works Research Institute, Cold Region Civil Engineering Research Institute [Distribution date] May 10, 2022 [Distribution] Presentation materials for "Introduction to high insulation foam" [Distribution destination] Ando-Hazama Co., Ltd. [Distribution date] May 17, 2022 [Distribution] Presentation materials for "Introduction to polyethylene foam" [Distribution destination] Nakano Kagaku Co., Ltd. [Distribution date] May 23, 2022 [Distribution] Presentation materials for "Introduction to high insulation foam" [Distribution destination] Yoshida Sangyo Co., Ltd. [Distribution date] August 18, 2022 [Distribution] Presentation materials for "Introduction to polyethylene foam" [Distribution destination] Hashizume Shoji Co., Ltd. [Distribution date] August 19, 2022 [Distribution] Presentation materials for "Introduction to high insulation foam" [Distribution destination] Totetsu Kogyo Co., Ltd., etc. [Distribution date] August 23, 2022, etc. [Distribution material] Presentation materials for "Introduction to high insulation foam" [Distribution recipient] Shimizu Corporation, etc. [Distribution date] February 22, 2023, etc. [Distribution material] Presentation materials for "Introduction to Furukawa foam products" [Distribution recipient] Sekisui House, Ltd. [Distribution date] January 20, 2023 [Distribution material] Presentation materials for "Introduction to Furukawa foam products" [Distribution recipient] Shibata Kogyo Co., Ltd. [Distribution date] February 7, 2023
本発明は、ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体およびそれを用いた断熱用樹脂シートに関する。 The present invention relates to a chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam and a thermal insulation resin sheet using the same.
いわゆる射出発泡などの3次元形状を有する発泡体の製造方法を除く、ポリエチレンシート状発泡体の製造法にはいくつかの方法が知られている。具体的には、シート状のポリエチレン樹脂発泡体の製造方法には、1)非架橋のまま溶融樹脂にガス注入を行って押出発泡体を製造する無架橋押出発泡体を製造する製造方法、2)押出材の高温の発泡過程での気泡の破泡を防止するために発泡対象の樹脂を電子線架橋する架橋発泡体の製造方法、3)押出材の高温の発泡過程での気泡の破泡を防止するために発泡対象の樹脂を化学架橋する架橋発泡体の製造方法、4)予備成形された樹脂シートをバッチ発泡により外部からガスを浸透させ微細な気泡構造を作成するマイクロ発泡樹脂の製造方法などがある。 There are several known methods for producing polyethylene sheet foams, excluding the method for producing foams having three-dimensional shapes such as injection foaming. Specifically, the methods for producing sheet-shaped polyethylene resin foams include: 1) a method for producing a non-crosslinked extruded foam in which gas is injected into molten resin while it is not crosslinked to produce an extruded foam; 2) a method for producing a crosslinked foam in which the resin to be foamed is crosslinked with electron beams to prevent bubbles from breaking during the high-temperature foaming process of the extruded material; 3) a method for producing a crosslinked foam in which the resin to be foamed is chemically crosslinked to prevent bubbles from breaking during the high-temperature foaming process of the extruded material; and 4) a method for producing a micro-foamed resin in which gas is infiltrated from the outside of a preformed resin sheet by batch foaming to create a fine bubble structure.
ここで、上記のポリエチレンを無架橋のまま発泡させる製造法では、樹脂の高温強度の関係で、発泡時に気泡壁が破断して、破泡するため、発泡倍率が3~4倍の発泡体を作成することができるが、高発泡倍率の発泡体を得るには問題がある。さらに高倍率な発泡体を作成するためには樹脂強度を向上させる目的で、ポリエチレン樹脂を架橋する必要があり、ポリエチレン樹脂発泡体の場合には、押出時に化学架橋させて発泡させる化学架橋発泡法か、電子線照射して基材樹脂を架橋させた後に発泡させる電子線架橋発泡法のいずれかの方法により発泡体が製造されてきた。 Here, in the manufacturing method of foaming the above-mentioned polyethylene without crosslinking, the cell walls break during foaming due to the high temperature strength of the resin, and so foams with an expansion ratio of 3 to 4 times can be produced, but there are problems in obtaining foams with a high expansion ratio. To produce foams with an even higher expansion ratio, it is necessary to crosslink the polyethylene resin in order to improve the resin strength. In the case of polyethylene resin foams, foams have been produced by either the chemical crosslinking foaming method, in which chemical crosslinking is performed during extrusion to cause foaming, or the electron beam crosslinking foaming method, in which the base resin is crosslinked by irradiating it with an electron beam and then foamed.
電子線架橋法によるポリエチレン樹脂発泡体の製造は、例えば、電子線照射機を製造ラインに組み込むことでポリエチレン樹脂の長尺シートを連続して製造することができ、化学架橋により架橋する場合に比べて架橋状態を制御しやすい特徴がある。 The electron beam crosslinking method for producing polyethylene resin foam allows, for example, the continuous production of long sheets of polyethylene resin by incorporating an electron beam irradiator into the production line, and has the advantage that the crosslinking state is easier to control compared to chemical crosslinking.
一方、電子線架橋により樹脂の溶融状態での樹脂強度を高める電子線架橋押出法の代わりに、樹脂強度を化学架橋により向上させ押出後の発泡過程における、樹脂の高温強度を高めることで発泡過程での破泡を防止し、高倍率のポリエチレン押出発泡体を安定に製造することができる押出化学架橋発泡法がある。 Instead of the electron beam crosslinking extrusion method, which uses electron beam crosslinking to increase the strength of the resin in a molten state, there is the extrusion chemical crosslinking foaming method, which improves the resin strength by chemical crosslinking and increases the high-temperature strength of the resin during the foaming process after extrusion, thereby preventing cell breakage during the foaming process and enabling the stable production of high-magnification polyethylene extrusion foams.
バッチ発泡法
また、以上の3つの異なるプロセスで発泡させる押出発泡法に対して、予備成形された樹脂シートを、超臨界流体(超臨界二酸化炭素)に浸漬し、飽和するまで含浸した後、あるいは一度取出して圧力解放あるいは加熱によって微細気泡を発生させるマイクロ発泡樹脂をバッチ発泡により製造する発泡成形法がある。
In addition to the extrusion foaming method in which foaming is performed by the above three different processes, there is also a foaming molding method in which a preformed resin sheet is immersed in a supercritical fluid (supercritical carbon dioxide) and impregnated until it is saturated, or is once removed and then pressure is released or heated to generate fine bubbles, thereby producing a microfoamed resin by batch foaming.
ここで、圧力解放によって発泡させる場合は、オートクレーブ中でプラスチックのガラス転移温度(Tg)以上を維持しながら急減圧する。また、昇温によって発泡させる場合は、オートクレーブ中で一端プラスチックのTg以下まで冷却し、ガスが含浸したプラスチックを取出してから急速加熱する。この方法の特長は、大量の物理発泡剤(ガス)を溶解して多数の気泡を発生させることと、Tg付近で発泡させるために気泡の粗大化が避けられて微細気泡が得られる点にある。加圧バッチ発泡させる場合には、PET樹脂のような高強度樹脂を低発泡倍率で発泡させる場合には、均一に微細な発泡構造を得ることは可能で平均気泡径10μm以下とすることができる。 When foaming is performed by releasing pressure, the pressure is rapidly reduced while maintaining the plastic above its glass transition temperature (Tg) in the autoclave. When foaming is performed by raising the temperature, the plastic is first cooled to below the Tg in the autoclave, and the gas-impregnated plastic is removed and then rapidly heated. The features of this method are that a large amount of physical foaming agent (gas) is dissolved to generate a large number of bubbles, and because foaming occurs near the Tg, coarsening of the bubbles is avoided, resulting in fine bubbles. When performing pressurized batch foaming, when foaming a high-strength resin such as PET resin at a low expansion ratio, it is possible to obtain a uniformly fine foam structure and an average bubble diameter of 10 μm or less.
これに対して、押出中に20~30倍に高倍率に発泡させるポリエチレン押出樹脂発泡体の場合には、マイクロ発泡樹脂のような均一に微細な気泡構造を得ることは、製造方法の都合で困難である。これまで、シート状の樹脂発泡体の気泡構造は、基本的には発泡体全体として、気泡の大きさの均質化を目指すか、あるいはシートの所定厚さの部分の気泡構造を制御することで研究開発がなされてきた。 In contrast, in the case of extruded polyethylene resin foams, which are expanded at a high rate of 20 to 30 times during extrusion, it is difficult to obtain a uniformly fine cell structure like that of microcellular resin due to the manufacturing method. Up until now, research and development of the cell structure of sheet-shaped resin foams has basically aimed to homogenize the size of the cells throughout the foam, or to control the cell structure in a portion of a given thickness of the sheet.
押出後の加熱炉の保持状態で、架橋反応と発泡プロセスの温度や反応条件の制御することで、製造後の押出発泡体の気泡径を変化させることはできるが、これにより、高発泡倍率を維持して状態で押出発泡体の気泡構造を均一に微細化した気泡構造を得ることは困難であった。 By controlling the temperature and reaction conditions of the crosslinking reaction and foaming process while the foam is held in the heating furnace after extrusion, it is possible to change the cell diameter of the extruded foam after production; however, it is difficult to obtain a uniformly fine cell structure in the extruded foam while maintaining a high expansion ratio.
ここで、本発明においては、比較的高い発泡倍率の樹脂発泡体における微細気泡構造の押出発泡体を得ることを目標としたが、非架橋の押出ガス発泡体と電子線架橋押出発泡体の場合には、気泡径を全体として微細化することは困難であり、その製法上の特徴から発泡体の表層から所定厚さの部分までの気泡を微細化することは可能であるが、全体として微細化することは困難であることが確認された。 In the present invention, the goal is to obtain an extruded foam with a fine cell structure from a resin foam with a relatively high expansion ratio. However, in the case of non-crosslinked extruded gas foam and electron beam crosslinked extruded foam, it is difficult to reduce the overall cell diameter. Due to the characteristics of the manufacturing process, it is possible to reduce the size of the cells from the surface of the foam to a certain thickness, but it has been confirmed that it is difficult to reduce the overall size of the cells.
そのため、発明者等は種々検討の結果、発泡体の気泡構造において、所定寸法より大きい気泡径の気泡群中に、所定寸法より小さい気泡径の気泡群を所定割合でランダムに分散させた気泡構造を付与することで、平均気泡径を低下させ、さらに熱伝導率を低下させることが可能であることを確認し、本願発明をなすに至った。具体的には、開発されたシート状発泡体は、気泡径の大きな気泡群と気泡径の小さな気泡群の2種の気泡群を有し、気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群がランダムに分散された気泡構造を有するポリエチレン系架橋押出樹脂発泡体という新規な気泡構造を有するポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体を得た。さらに、本発明により気泡構造を変えた場合でも、圧縮特性に例示されるように従来の気泡構造を有する発泡体と同レベルの機械的性質を確保し、熱伝導率を低下させ断熱性を高めることを目標にした。 Therefore, the inventors, after various studies, confirmed that it is possible to reduce the average bubble size and further reduce the thermal conductivity by providing a bubble structure in which bubble groups with a smaller bubble size than a specified size are randomly dispersed in a specified ratio among bubble groups with a larger bubble size in the bubble structure of the foam, and thus came to make the present invention. Specifically, the developed sheet-like foam has two types of bubble groups, a large bubble group and a small bubble group, and a polyethylene-based resin chemically crosslinked extruded foam having a new bubble structure was obtained, which has a bubble structure in which the small bubble group is randomly dispersed among the large bubble group. Furthermore, even when the bubble structure is changed according to the present invention, the mechanical properties are maintained at the same level as foams having a conventional bubble structure, as exemplified by the compression characteristics, and the thermal conductivity is reduced and the heat insulation is improved.
上記のような気泡径の大きな気泡群中に、気泡径の小さな気泡群をランダムに分散させた気泡構造を有するポリエチレン押出樹脂発泡体を得ることで、平均気泡径を低下させ、その結果熱伝導率を低下させることができるものである。
本発明の特徴は、微細気泡が比較的大きな気泡同士の境界近傍またはそれらの間に気泡径の小さい気泡が複数個集積してランダムに小さなクラスターを形成して分散して存在しているかのいずれかであり、微細気泡の面積率が小さくても熱伝導率の低下が可能なことにある。本発明においては、以下クラスターとは、気泡が複数個集積した集積体をいう。
By obtaining a polyethylene extruded resin foam having a cell structure in which small cell diameter groups are randomly dispersed among large cell diameter groups as described above, it is possible to reduce the average cell diameter and, as a result, the thermal conductivity.
The feature of the present invention is that the fine bubbles are present either near the boundaries between relatively large bubbles or between the boundaries between the relatively large bubbles, and a plurality of small bubbles are accumulated to form random small clusters and are dispersed, and the thermal conductivity can be reduced even if the area ratio of the fine bubbles is small. In the present invention, hereinafter, a cluster refers to an accumulation of a plurality of bubbles.
ここで、ポリエチレン架橋押出樹脂発泡体において、押出時に原料樹脂と化学発泡材、架橋剤、架橋助剤に増粘剤を低温でミキシングロールによって溶融混錬して、これを押出架橋発泡することで得ることができるが、特にこのような特異的な構造を得るためには、特に発泡前の架橋現象や気泡のセル壁の強度などが重要であり、例えば、架橋助剤、増粘剤を混錬により、ランダムに分散させることで、添加剤の近傍の気泡は、熱的にポリエチレン樹脂より安定な添加剤の存在により気泡壁が間接的に補強されて気泡の成長や気泡の合体が抑制されることが可能になるものと考えられる。 Here, in the case of polyethylene cross-linked extruded resin foam, the raw material resin, chemical foaming agent, cross-linking agent, cross-linking aid, and thickener are melt-kneaded at low temperatures using a mixing roll during extrusion, and the resulting mixture is then extruded and cross-linked to form a foam. In order to obtain such a unique structure, the cross-linking phenomenon before foaming and the strength of the cell walls of the bubbles are particularly important. For example, by randomly dispersing the cross-linking aid and thickener through kneading, the bubble walls of the bubbles near the additives are indirectly reinforced by the presence of the additives, which are more thermally stable than the polyethylene resin, making it possible to suppress bubble growth and merging.
例えば、架橋助剤に、トリメチロールプロパントリメタクリレート(多官能エステル)を用いると官能基数が高いため、硬い膜を作ることができると考えられ、増粘剤にPTFE系改質剤などを用いた場合には、PTFEは、押出加工後時にも、安定で発泡時にもセル壁が破泡したり、変形したりするのを防止する作用があると考えられる。そのため、気泡のPTFEの存在する部位の近傍における気泡の成長が阻害され気泡径が小さくなるものと推定される。 For example, it is believed that if trimethylolpropane trimethacrylate (a multifunctional ester) is used as a cross-linking aid, a hard film can be created due to its high number of functional groups, and if a PTFE-based modifier is used as a thickener, the PTFE is stable even after extrusion processing and has the effect of preventing the cell walls from breaking or deforming during foaming. Therefore, it is presumed that the growth of the bubbles near the parts where the PTFE is present is inhibited, resulting in a smaller bubble diameter.
なお、本発明においては、ポリエチレン樹脂とは、発明の対象とするポリエチレン樹脂は低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンの他、ポリエチレン系共重合体を含むものとする。 In the present invention, the polyethylene resins covered by the invention include low-density polyethylene, medium-density polyethylene, high-density polyethylene, and polyethylene copolymers.
特許文献1は、断熱性と折板成形機における成形性と結露水を保持する保水性能などに優れた断熱折板用発泡体として有用な発泡体、発泡体シート及びその製造方法を提供するものである。特許文献1には、密度0.930g/cm3以下の低密度ポリエチレン(A)、密度0.940~0.960g/cm3の高密度ポリエチレン(B)および酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸エチルからなる群より選ばれる少なくとも1種の単量体とエチレンとの共重合体(C)とからなり、(A)と(B)+(C)との割合が60~80重量%と40~20重量%であり、(B)と(C)との重量比率が0.3~1.0:1.0である樹脂組成物が架橋、発泡された平均気泡径が0.4~0.7mm(400~700μm)である化学架橋ポリエチレン系樹脂発泡体が記載されている。
特許文献1の樹脂発泡体は、所定の大きさより気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群がランダムに所定割合でクラスター状に分散された気泡構造を有する樹脂発泡体ではない。
Patent Document 1 provides a foam, a foam sheet, and a manufacturing method thereof that are useful as a foam for insulating folded plates, which are excellent in heat insulation, moldability in a folded plate molding machine, and water retention performance for retaining condensation water, etc. Patent Document 1 describes a chemically crosslinked polyethylene resin foam, which is made of a low-density polyethylene (A) having a density of 0.930 g/cm 3 or less, a high-density polyethylene (B) having a density of 0.940 to 0.960 g/cm 3 , and a copolymer (C) of ethylene and at least one monomer selected from the group consisting of vinyl acetate, acrylic acid, and ethyl acrylate, in which the ratios of (A) to (B) + (C) are 60 to 80% by weight and 40 to 20% by weight, and the weight ratio of (B) to (C) is 0.3 to 1.0:1.0, and the resin composition is crosslinked and foamed to have an average cell diameter of 0.4 to 0.7 mm (400 to 700 μm).
The resin foam of Patent Document 1 is not a resin foam having a cell structure in which small-diameter cells are randomly dispersed in clusters at a predetermined ratio among cells having diameters larger than a predetermined size.
特許文献2の発明は、電子線架橋ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造においてシート厚み方向に架橋度を制御できるようにすることを目的とする。発泡性樹脂シートに電子線を照射して架橋させた後加熱発泡させるポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法において、電子線の照射を、より加速電圧の低い第1の照射と、より加速電圧の高い第2の照射との少なくとも二度行うことを特徴とするもので、ポリオレフィン系樹脂発泡体の製造方法、およびその方法で製造されたポリオレフィン系樹脂発泡体が記載されている。特に、特許文献2には、第1の照射は、電子線の透過深さが発泡性樹脂シートの厚みの1/6~1/3、特に1/4程度となる加速電圧で行ない、第2の照射は、電子線の深さが発泡性樹脂シートの全厚みに達する加速電圧で行なうことにより、電子線の照射を少なくとも2度実施して発泡させた発泡体の表層から1mmまでの平均気泡径が300μm以下とすることが記載されている。このように、電子線架橋の場合には、発泡体の架橋度の調整が電子線の照射線量の調整により行うことができるので、化学架橋の場合より気泡径の制御が容易であることが分かる。特許文献2の樹脂発泡体は、発泡体の表面からの所定厚さまでの気泡径を制御する発明が記載されているが、本発明のような所定の大きさより気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群がランダムに所定割合でクラスター状に分散された気泡構造を有する樹脂発泡体ではない。 The invention of Patent Document 2 aims to control the degree of crosslinking in the sheet thickness direction in the production of electron beam crosslinked polyolefin resin foam. In the method for producing a polyolefin resin foam, a foamable resin sheet is irradiated with an electron beam to crosslink it and then heated to foam, the method is characterized in that the electron beam is irradiated at least twice, a first irradiation with a lower acceleration voltage and a second irradiation with a higher acceleration voltage, and a method for producing a polyolefin resin foam and a polyolefin resin foam produced by the method are described. In particular, Patent Document 2 describes that the first irradiation is performed at an acceleration voltage at which the penetration depth of the electron beam is about 1/6 to 1/3, especially about 1/4, of the thickness of the foamable resin sheet, and the second irradiation is performed at an acceleration voltage at which the penetration depth of the electron beam reaches the entire thickness of the foamable resin sheet, thereby making the average bubble diameter from the surface layer to 1 mm below 300 μm in the foam foamed by irradiating the electron beam at least twice. Thus, in the case of electron beam crosslinking, the degree of crosslinking of the foam can be adjusted by adjusting the dose of electron beam irradiation, so it is easier to control the bubble size than in the case of chemical crosslinking. The resin foam in Patent Document 2 describes an invention in which the bubble size is controlled up to a predetermined thickness from the surface of the foam, but it is not a resin foam having a bubble structure in which small bubble groups are randomly dispersed in clusters at a predetermined ratio among bubbles with a larger bubble size than a predetermined size, as in the present invention.
特許文献3は、マテリアルリサイクルが可能な無架橋ポリエチレン系樹脂からなる、熱成形性に優れた発泡体と、その効率的な製造方法と、緩衝性、柔軟性に優れた成形品とを提供するものである。特許文献3には、無架橋のポリエチレン系樹脂と発泡剤とを押出機に供給し、溶融混練したのち、サーキュラーダイスを通して筒状に押し出して発泡させ、この筒状発泡体を円環状のマンドレルの外周に沿わせて引き取って製造される、熱成形に用いるシート状の発泡体が記載されている。このシート状発泡体は波打ちの、波高さの最大値が1~10mm、波数が10個/200mm以下、発泡体表面の中心線平均粗さRaが9.0μm以上、平均気泡径が0.2~2.5mm(200μm~2500μm)、密度が0.015~0.05g/cm3で、かつ厚みが0.7~20mmである無架橋ポリエチレン系樹脂発泡体である。特許文献3の樹脂発泡体は、平均気泡径が200μm~2500μmと気泡径の範囲が広く気泡径を制御する目的ではなく、本発明のような所定の大きさより気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群がランダムに所定割合でクラスター状に分散された気泡構造を有する樹脂発泡体ではない。 Patent Document 3 provides a foam excellent in thermoformability, which is made of a non-crosslinked polyethylene resin that can be recycled, an efficient manufacturing method thereof, and a molded product excellent in cushioning and flexibility. Patent Document 3 describes a sheet-like foam for thermoforming, which is manufactured by feeding a non-crosslinked polyethylene resin and a foaming agent to an extruder, melt-kneading the mixture, extruding the mixture into a cylindrical shape through a circular die to foam the mixture, and drawing the cylindrical foam along the outer periphery of a circular mandrel. This sheet-like foam is a non-crosslinked polyethylene resin foam that is wavy, has a maximum wave height of 1 to 10 mm, a wave number of 10 pieces/200 mm or less, a center line average roughness Ra of the foam surface of 9.0 μm or more, an average cell diameter of 0.2 to 2.5 mm (200 μm to 2500 μm), a density of 0.015 to 0.05 g/cm 3 , and a thickness of 0.7 to 20 mm. The resin foam of Patent Document 3 has a wide range of average bubble diameter, from 200 μm to 2500 μm, and is not intended for the purpose of controlling the bubble diameter, and is not a resin foam having a bubble structure in which small bubble groups are randomly dispersed in clusters at a predetermined ratio among bubbles having a diameter larger than a predetermined size, as in the present invention.
特許文献4は、断熱性及び難燃性に優れ、特に、断熱性にあっては、JIS A9511で規定されたB類3種を満たす優れた断熱性を有し、建築用断熱材等に好適に用いることができるスチレン系樹脂発泡板を提供することを目的とするものである。特許文献4は、ジメチルエーテル、ブタン及び水からなる発泡剤を用いて押出発泡により製造されたスチレン系樹脂発泡板であって、少なくとも一つの表面層の気泡におけるスチレン系樹脂発泡板の厚み方向の平均気泡径が0.05~0.20mmであると共に、中心層の気泡におけるスチレン系樹脂発泡板の厚み方向の平均気泡径が、上記表面層の気泡におけるスチレン系樹脂発泡板の厚み方向の平均気泡径の1.45~2.50倍であることを特徴とするスチレン系樹脂発泡板が開示されている。特許文献4によれば、ポリスチレンのガス発泡による発泡体において、表層部分と中央部分の気泡径を対比すると、表層部分の気泡径が小さく、中央部分の気泡径が大きい、厚さ方向にバイモーダルな気泡径分布を有する樹脂発泡体であることが判る。そのため、この発明は、本発明のような所定の大きさより気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群がランダムに所定割合でクラスター状に分散された樹脂発泡体ではない。 Patent Document 4 aims to provide a styrene-based resin foam board that has excellent heat insulation and flame retardancy, particularly in terms of heat insulation, and satisfies Class B Type 3 as specified in JIS A9511, and can be suitably used as a building insulation material, etc. Patent Document 4 discloses a styrene-based resin foam board manufactured by extrusion foaming using a foaming agent consisting of dimethyl ether, butane, and water, characterized in that the average bubble diameter in the thickness direction of the styrene-based resin foam board in the bubbles of at least one surface layer is 0.05 to 0.20 mm, and the average bubble diameter in the thickness direction of the styrene-based resin foam board in the bubbles of the central layer is 1.45 to 2.50 times the average bubble diameter in the thickness direction of the styrene-based resin foam board in the bubbles of the surface layer. According to Patent Document 4, when comparing the bubble diameters of the surface and center parts of a polystyrene foam produced by gas foaming, it is found that the resin foam has a bimodal bubble size distribution in the thickness direction, with the bubble diameter being small in the surface part and large in the center part. Therefore, this invention is not a resin foam in which small bubble groups are randomly dispersed in a cluster shape at a predetermined ratio among bubbles with a larger bubble diameter than a predetermined size, as in the present invention.
非特許文献1には、PET樹脂に比べて耐熱性や難燃性、機械的強度に優れるPPS樹脂について2回の微細気泡発泡プロセス (基材樹脂に各剤を配合して加圧式ニーダーにて混練、ペレタイズし発泡性樹脂組成物のペレットを得る。単軸押出機のホッパーよりペレットを投入し押出機内で溶融混練して所定幅のダイスにより押出して、平滑な発泡用母材シートを得る。次に、この発泡用母材シートを、加熱炉中を通過させることで各試験材に応じた発泡倍率に発泡させ、シート状発泡体を得ること)を繰り返し行うことで、高発泡倍率のマイクロ発泡樹脂発泡体を得る技術が記載されている。非特許文献1には、1回目の微細気泡発泡プロセスを行って所定の倍率5~6倍に発泡させた発泡体を、2回目の発泡を所定温度で加熱発泡することで、高発泡倍率10~36倍の微細気泡PPSを得ることができる。この場合に発泡倍率が最大の場合でも、平均気泡径は40μm未満で、熱伝導率が0.0382W/m・K@0℃である。この場合の平均気泡径は40μm未満で、発泡倍率が高くなると熱伝導率が低下する傾向を示すが、発泡倍率が最大の場合でも、熱伝導率が0.0382W/m・K@0℃であり、熱伝導率が0.0350W/m・K@0℃以下にはならない。 Non-Patent Document 1 describes a technology for obtaining a microcellular resin foam with a high expansion ratio by repeating two microcellular foaming processes (mixing each agent with a base resin, kneading it in a pressure kneader, and pelletizing it to obtain pellets of a foamable resin composition. The pellets are fed from the hopper of a single-screw extruder, melt-kneaded in the extruder, and extruded through a die of a specified width to obtain a smooth foaming base sheet. Next, this foaming base sheet is passed through a heating furnace to be expanded to an expansion ratio corresponding to each test material, to obtain a sheet-like foam). Non-Patent Document 1 describes a technology for obtaining a microcellular resin foam with a high expansion ratio by repeating two microcellular foaming processes (mixing each agent with a base resin, kneading it in a pressure kneader, and pelletizing it to obtain pellets of a foamable resin composition. The pellets are fed from the hopper of a single-screw extruder, melt-kneaded in the extruder, and extruded through a die of a specified width to obtain a smooth foaming base sheet. Next, this foaming base sheet is expanded to an expansion ratio corresponding to each test material by passing it through a heating furnace to obtain a sheet-like foam). Non-Patent Document 1 describes a technology for obtaining a microcellular resin foam with a high expansion ratio of 10 to 36 times by heating and foaming a foam that has been expanded to a specified expansion ratio of 5 to 6 times by performing the first microcellular foaming process, and then foaming it at a specified temperature for the second time. In this case, even when the expansion ratio is maximum, the average bubble diameter is less than 40 μm and the thermal conductivity is 0.0382 W/m·K@0°C. In this case, the average bubble diameter is less than 40 μm, and the thermal conductivity tends to decrease as the expansion ratio increases, but even at the maximum expansion ratio, the thermal conductivity is 0.0382 W/m·K@0°C, and does not fall below 0.0350 W/m·K@0°C.
結論として、2段のMC発泡プロセスにより、高発泡倍率化を実現しても気泡径が40μm以下と小さく、対流による熱伝導率の低下を考慮する必要がないレベルであるため、微細気泡発泡プロセスにより製造したPPS樹脂発泡体の場合には、高発泡率化により、樹脂密度の低下により樹脂部分を通じた熱伝導による熱伝達量の低下の影響が認められるものの、高発泡倍率化した場合でも、気泡径が押出発泡などの場合より全体的に小さいため、樹脂部分を通じた熱伝導による熱伝達量が大きく、熱伝達率の低下が少ないものと考えられる。 In conclusion, even when a high expansion ratio is achieved by the two-stage MC foaming process, the bubble diameter is small at 40 μm or less, which is at a level where there is no need to consider a decrease in thermal conductivity due to convection. Therefore, in the case of PPS resin foam manufactured by the fine cell foaming process, although the effect of a decrease in the amount of heat transfer due to thermal conduction through the resin part due to a decrease in resin density caused by a high expansion ratio is observed, even with a high expansion ratio, the bubble diameter is smaller overall than in the case of extrusion foaming, etc., so it is thought that the amount of heat transfer due to thermal conduction through the resin part is large and the decrease in the heat transfer coefficient is small.
この論文からは、微細気泡発泡プロセスで製造した発泡体を高発泡倍率に発泡させた場合であっても、気泡径やセル壁厚さ及び熱伝導の機構などの相違により、異なる挙動を示すものと考えられた。
気泡のモルホロジーがユニモーダルで、気泡径が40μm前後の場合には、熱伝導率が0.0350W/m・K@0℃を超えることが判る。気泡径が大きな気泡群中に、気泡径が小さな気泡群が所定割合でランダムに分散された気泡径分布が得られないこと、その結果、発泡倍率が高い場合でも、気泡径が小さく且つ均一性が高いため熱伝導率が0.0350W/m・K@0℃以下にならないものと考えられる。
From this paper, it was considered that even when foams produced by the fine cell foaming process are expanded to a high expansion ratio, they will exhibit different behaviors due to differences in cell diameter, cell wall thickness, and heat conduction mechanism.
It is found that when the bubble morphology is unimodal and the bubble diameter is around 40 μm, the thermal conductivity exceeds 0.0350 W/m·K@0° C. It is considered that a bubble size distribution in which small bubble groups are randomly dispersed at a predetermined ratio among large bubble groups is not obtained, and as a result, even when the expansion ratio is high, the bubble diameter is small and highly uniform, so that the thermal conductivity does not become 0.0350 W/m·K@0° C. or less.
ここで、特許文献1~特許文献4及び非特許文献1には,電子線架橋発泡体、化学架橋発泡体、無架橋発泡体、バッチ発泡によるマイクロ発泡樹脂発泡体に関する発明と各製造法により製造された発泡体の気泡構造が記載されているが、いずれの文献にも、本発明のような、発泡体全体の気泡構造において、気泡径が所定の大きさより大きな気泡群中に、気泡径の小さな気泡群がランダムに所定割合でクラスター状に分散された気泡構造を有する樹脂発泡体に関する記載や示唆はない。発明者等が提案する樹脂発泡体は、新規な構造を有する樹脂発泡体であることが分る。 Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 1 describe inventions relating to electron beam crosslinked foams, chemically crosslinked foams, non-crosslinked foams, and microcellular resin foams produced by batch foaming, and the cell structures of foams produced by each production method. However, none of these documents describe or suggest a resin foam having a cell structure as in the present invention, in which cells with smaller cell diameters are randomly dispersed in clusters at a predetermined ratio among cells with diameters larger than a predetermined size in the cell structure of the entire foam. It is clear that the resin foam proposed by the inventors has a novel structure.
以上の文献では、特許文献2の電子線架橋による樹脂発泡体と特許文献4の無架橋のポリスチレン樹脂発泡体が気泡径を制御する発明である。特に、特許文献4のポリスチレン樹脂発泡体の発明は、気泡径の小さな気泡群と気泡径の大きな気泡群を有することでは両者は共通しているが、特許文献4の発明は、ポリスチレン樹脂発泡体において所定厚さの範囲に気泡径の小さな気泡群を、それより内側には、気泡径の大きな気泡群を配置する気泡構造を得るものである。また、非特許文献1に記載されたバッチ発泡による微細気泡発泡プロセスを用いても本発明のような気泡構造を得ることができないし、熱伝導率の低下が期待できない。
逆に言うと、これまでは、化学架橋により架橋を行う高発泡倍率のポリエチレン系樹脂架橋押出発泡体に対しては、気泡径の大きな気泡を有する発泡体中に微細気泡を所定量安定して導入する方法が存在しなかった。これに対して、本発明は、ポリエチレン系樹脂発泡体において、気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群がランダムに所定割合でクラスター状に分散された気泡構造を有する樹脂発泡体を得るものであるため、両者は樹脂の種類と気泡構造がともに相違する。
In the above documents, the resin foam by electron beam crosslinking in Patent Document 2 and the non-crosslinked polystyrene resin foam in Patent Document 4 are inventions for controlling the bubble diameter. In particular, the invention of the polystyrene resin foam in Patent Document 4 is common to both in that it has a group of bubbles with a small bubble diameter and a group of bubbles with a large bubble diameter, but the invention of Patent Document 4 is to obtain a bubble structure in which a group of bubbles with a small bubble diameter is arranged in a range of a predetermined thickness in the polystyrene resin foam, and a group of bubbles with a large bubble diameter is arranged inside that. In addition, even if the fine bubble foaming process by batch foaming described in Non-Patent Document 1 is used, it is not possible to obtain a bubble structure like that of the present invention, and a decrease in thermal conductivity cannot be expected.
In other words, there has been no method for stably introducing a predetermined amount of fine bubbles into a foam having large bubbles for a high expansion ratio crosslinked extruded polyethylene resin foam crosslinked by chemical crosslinking. In contrast, the present invention is for obtaining a polyethylene resin foam having a cell structure in which small bubbles are randomly dispersed in a predetermined ratio in clusters among large bubbles, and therefore the two are different in both the type of resin and the cell structure.
本発明は、架橋押出発泡体の気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群が所定割合でランダムに分散された気泡構造が形成されたポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体を開発することで、低熱伝導率で表面品質に優れるポリエチレン押出架橋樹脂発泡体を得ることができる。このような気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群が所定割合でランダムにクラスター状に分散された気泡構造を有する樹脂発泡体はこれまで製造されたことがないが、大きな気泡群中に小さな気泡群が多数分散され、これが熱移動の障壁となることで、熱伝導率の低下が期待できる。この樹脂発泡体は、例えば、断熱用シートカバーとして使用する際の熱伝導率の低下などの性能向上を期待することができるが、熱伝導率を0.0350W/(m・K)以下とすることができるため、ダムのコンクリートの養生シートとしての仕様を満足することができる。本発明の樹脂発泡体をダムのコンクリートの養生シートに用いることで、降雪や気温低下からコンクリートの吸水膨張による割れを防止することができる。また、本発明の気泡構造を有する樹脂発泡体は、合わせてロール圧延による寸法精度が高い特徴がある。
そこで本発明は、ポリエチレン樹脂において新規な気泡構造を有するとともに、その気泡構造を得ることで、熱伝導率の低下を実現するポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体およびそれを用いた断熱用樹脂シートの提供を目的とする。
The present invention provides a polyethylene extrusion crosslinked resin foam with low thermal conductivity and excellent surface quality by developing a polyethylene-based resin chemical crosslinked extrusion foam having a bubble structure in which small bubble groups are randomly dispersed in a predetermined ratio among large bubble groups of the crosslinked extrusion foam. Although a resin foam having a bubble structure in which small bubble groups are randomly dispersed in a predetermined ratio among large bubble groups has never been manufactured, a large number of small bubble groups are dispersed among large bubble groups, and this acts as a barrier to heat transfer, so that a decrease in thermal conductivity can be expected. For example, this resin foam can be expected to improve performance such as a decrease in thermal conductivity when used as a heat insulation sheet cover, and since the thermal conductivity can be made 0.0350 W/(m·K) or less, it can satisfy the specifications as a curing sheet for dam concrete. By using the resin foam of the present invention as a curing sheet for dam concrete, cracks due to water absorption and expansion of concrete due to snowfall and temperature drop can be prevented. In addition, the resin foam having a cell structure of the present invention is characterized by high dimensional accuracy achieved by roll rolling.
Therefore, an object of the present invention is to provide a chemically crosslinked extruded foam of a polyethylene resin which has a novel cell structure in a polyethylene resin and which, by obtaining this cell structure, achieves a reduction in thermal conductivity, and a heat insulating resin sheet using the same.
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、押出発泡体を構成する気泡が所定サイズの気泡径より大きい気泡群と、所定サイズの気泡径より小さい気泡径の気泡群が所定割合で所定サイズの気泡径より大きい気泡群中にランダムにクラスター状に分散した気泡構造を有する。
具体的には、本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、発泡体中の各気泡の厚み方向の気泡径の最大値をそれぞれ各気泡の気泡径と定義した場合の、気泡径が100μm以下の気泡群がその他のこれより気泡径が大きい多数の気泡中にランダムにクラスター状に集積して分散した気泡構造を有するポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体であって、前記ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、気泡径が100μm以下の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が50%以上で、気泡径が400μm以上の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が20%以下であり、さらに、前記押出発泡体の平均気泡径が200μm以下である、気泡径分布を満足する気泡構造を有するポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体である。このような気泡径が小さい気泡群が気泡径の大きな基本群中にランダムな分布(不規則な配置)を有する気泡構造は、ポリエチレン系樹脂を化学架橋により架橋させた樹脂発泡体の製造過程における添加剤を加えることで得られる気泡構造の特徴であり、ガス発泡や電子線架橋発泡などにより得られる発泡体との差別化点であり、ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体における特異的な構造である。
The chemically crosslinked extruded foam of a polyethylene-based resin of the present invention has a cell structure in which the cells constituting the extruded foam have groups of cells larger than a predetermined cell diameter, and groups of cells having cell diameters smaller than the predetermined cell diameter are randomly dispersed in clusters among the groups of cells larger than the predetermined cell diameter at a predetermined ratio.
Specifically, the chemically crosslinked extruded polyethylene-based resin foam of the present invention is a chemically crosslinked extruded polyethylene-based resin foam having a cell structure in which cells having a cell diameter of 100 μm or less are randomly accumulated and dispersed in the form of clusters among a large number of other cells having a larger cell diameter, where the maximum cell diameter of each cell in the thickness direction in the foam is defined as the cell diameter of each bubble, and the chemically crosslinked extruded polyethylene-based resin foam has a cell structure that satisfies a cell size distribution in which the proportion of cells having a cell diameter of 100 μm or less to the total number of cells is 50% or more, the proportion of cells having a cell diameter of 400 μm or more to the total number of cells is 20% or less, and further the average cell diameter of the extruded foam is 200 μm or less. This type of cell structure, in which small-diameter cells are randomly distributed (irregularly arranged) among large-diameter cell groups, is a characteristic of a cell structure obtained by adding additives in the production process of a resin foam obtained by chemically crosslinking a polyethylene-based resin, and is a differentiating feature from foams obtained by gas foaming or electron beam crosslinking foaming, and is a unique structure of chemically crosslinked extruded polyethylene-based resin foams.
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の熱伝導率が0.0350W/m・K@0℃以下を満足するポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体である。
本発明では、このように、ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の気泡構造を上記の態様とすることにより、熱伝導率を下げ、良好な断熱材として使用することができる。
また、ここで、気泡径の大きな気泡の気泡が隣接する気泡壁同士の境界またはそれらの間に気泡径の小さい気泡がランダムに複数個集積してクラスターを形成して存在しているものであり、さらに、ここでは、発泡体断面の画角視野中に、気泡径の小さい気泡のクラスターがランダムに存在していることが気泡構造の特徴である。ここで、気泡径が100μm以下の気泡の数である気泡数が重要であり、気泡径が100μm以下の気泡の全気泡に占める割合が50%以上で、さらにこれらの気泡の面積率は、気泡径が400μm以上の気泡の割合が20%以下であっても、面積率でみると気泡径が100μm以下の気泡の気泡数割合が50%を超えていても、面積率が50%を超えることはないし、通常、気泡径が100μm以下の気泡の面積率は50%より、はるかに小さいものとなる。
The chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention has a thermal conductivity of 0.0350 W/m·K@0° C. or less.
In the present invention, by making the cell structure of the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam into the above-mentioned embodiment, the thermal conductivity is reduced and the foam can be used as a good heat insulating material.
In addition, the bubbles having a large diameter are present at the boundary between adjacent cell walls or between them to form clusters of bubbles having a small diameter, and further, the cell structure is characterized in that the clusters of the bubbles having a small diameter are randomly present in the field of view of the cross section of the foam. Here, the number of bubbles, which is the number of bubbles having a diameter of 100 μm or less, is important, and the ratio of the bubbles having a diameter of 100 μm or less to the total number of bubbles is 50% or more, and the area ratio of these bubbles does not exceed 50% even if the ratio of the bubbles having a diameter of 400 μm or more is 20% or less, and even if the ratio of the number of bubbles having a diameter of 100 μm or less exceeds 50% in terms of area ratio, and usually the area ratio of the bubbles having a diameter of 100 μm or less is much smaller than 50%.
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、前記ポリエチレン樹脂発泡体の密度が22.5~40.0kg/m3であることが好ましい。ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の密度が上記の範囲であることにより、熱伝導率を低く抑えながら発泡倍率を調整することで密度を所定の範囲に調整することができる。 In the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention, the density of the polyethylene resin foam is preferably 22.5 to 40.0 kg/m 3. When the density of the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam is in the above range, the density can be adjusted to a predetermined range by adjusting the expansion ratio while keeping the thermal conductivity low.
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、前記ポリエチレン樹脂発泡体の機械的特徴として、25%圧縮変形時の圧縮強度が40kPa以上であることが好ましい。ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の圧縮強度が上記の範囲であることにより、変形しにくく形態的に安定したシート類とすることができる。 The polyethylene resin chemically crosslinked extruded foam of the present invention preferably has a mechanical characteristic of a compressive strength of 40 kPa or more at 25% compression deformation. By having the compressive strength of the polyethylene resin chemically crosslinked extruded foam in the above range, it is possible to produce sheets that are less likely to deform and are morphologically stable.
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、発泡体表面の表面粗さが平滑なものであることが好ましい。ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の表面粗さが小さく平滑になることにより、断熱樹脂シートとして使用する場合の密着性が向上し断熱性が向上することで、断熱樹脂シートと使用する相手材に密着性しやすくなるという利点がある。 The polyethylene resin chemically crosslinked extruded foam of the present invention preferably has a smooth surface roughness. By reducing the surface roughness of the polyethylene resin chemically crosslinked extruded foam and making it smooth, the adhesion and heat insulation properties improve when used as an insulating resin sheet, which has the advantage of making it easier for the insulating resin sheet to adhere to the mating material used.
本発明においては、前記ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体が、断熱用樹脂シートであることが好ましい。 In the present invention, the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam is preferably a resin sheet for thermal insulation.
前記断熱用樹脂シートは、ダム用養生断熱シートであることが好ましい。本発明の断熱用樹脂シートはダム用養生断熱シートとして優れた断熱性を発揮する。 The heat insulating resin sheet is preferably a curing heat insulating sheet for dams. The heat insulating resin sheet of the present invention exhibits excellent heat insulating properties as a curing heat insulating sheet for dams.
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、低密度ポリエチレン100質量部に対して、発泡剤として15~20質量部、架橋剤を0.6~1.4質量部、増粘剤0.4~3.0質量部、架橋助剤を0.05~0.5質量部を含む組成からポリエチレン樹脂を溶融混錬、架橋発泡することで製造することが好ましい。
上記の組成の各成分を原料として用いることにより、所定の気泡径の分布を達成することが容易になり、再現性良く所望のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体を得ることができる。
The chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention is preferably produced by melt-kneading, crosslinking and foaming a polyethylene resin having a composition containing, relative to 100 parts by mass of low-density polyethylene, 15 to 20 parts by mass of a foaming agent, 0.6 to 1.4 parts by mass of a crosslinking agent, 0.4 to 3.0 parts by mass of a thickener and 0.05 to 0.5 parts by mass of a crosslinking auxiliary.
By using the components of the above composition as raw materials, it becomes easy to achieve a desired cell diameter distribution, and a desired chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam can be obtained with good reproducibility.
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の製造においては、前記発泡剤にADCA(アゾジカーボンアミド)を、架橋剤にDCP(ジクミールカーボンオキサイド)を、増粘剤にPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)系改質剤を、架橋助剤にTMPTA(トリメチロールプロパントリアクリレート)を用いることが好ましい。
上記の各化合物を所定量用いることにより、所定の気泡径の分布を達成することが容易になり、再現性良く所望のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体を得ることができる。
In the production of the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention, it is preferable to use ADCA (azodicarbonamide) as the foaming agent, DCP (dicumyl carbon oxide) as the crosslinking agent, a PTFE (polytetrafluoroethylene)-based modifier as the thickening agent, and TMPTA (trimethylolpropane triacrylate) as the crosslinking auxiliary.
By using a predetermined amount of each of the above compounds, it becomes easy to achieve a predetermined cell diameter distribution, and a desired chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam can be obtained with good reproducibility.
また、本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体を、発泡体中の各気泡の厚み方向の気泡径の最大値をそれぞれ各気泡の気泡径と定義した場合の、気泡径が100μm以下の気泡群がその他のこれより気泡径が大きい多数の気泡中にランダムにクラスター状に集積して分散した気泡構造を有し、気泡径が100μm以下の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が50%以上で、気泡径が400μm以上の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が20%以下であり、さらに、前記押出発泡体の平均気泡径が200μm以下である気泡径分布を満足する気泡構造とすることで、ポリエチレン樹脂発泡体の熱伝導率が0.0350W/m・K@0℃以下とすることを特徴とするポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の熱伝導率向上方法である。上記のように、ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の気泡構造を制御することで、ポリエチレン樹脂発泡体の熱伝導率を制御することを可能する熱伝導率向上方法である。 The present invention also provides a method for improving the thermal conductivity of a chemically crosslinked polyethylene resin extruded foam, characterized in that the polyethylene resin foam has a bubble structure in which a group of bubbles having a diameter of 100 μm or less is randomly accumulated and dispersed in a cluster shape among a large number of other bubbles having a larger diameter, where the maximum value of the bubble diameter in the thickness direction of each bubble in the foam is defined as the bubble diameter of each bubble, and the proportion of the number of bubbles having a diameter of 100 μm or less to the total number of bubbles is 50% or more, the proportion of the number of bubbles having a diameter of 400 μm or more to the total number of bubbles is 20% or less, and the average bubble diameter of the extruded foam is 200 μm or less, thereby making the thermal conductivity of the polyethylene resin foam 0.0350 W/m·K@0°C or less. As described above, the thermal conductivity improvement method makes it possible to control the thermal conductivity of a polyethylene resin foam by controlling the bubble structure of a chemically crosslinked polyethylene resin extruded foam.
上記のように、ポリエチレン押出樹脂発泡体の気泡構造として、気泡を全体的に均質に微細化することが困難であった。そのため、本発明においては、気泡径を全体に微細化し、厚さ方向に気泡径の大きな気泡径が数百μmの気泡群と、気泡径の小さな気泡群の2種の気泡群をそれぞれ所定割合で配置したバイモーダルな気泡構造を得るのではなく、気泡径の大きな気泡群の気泡壁同士の近傍、またはそれらの間に気泡径の小さな気泡群が所定割合でランダムに分散された気泡構造を有する樹脂発泡体を得ることができる。 As described above, it has been difficult to uniformly refine the bubbles as a cell structure of extruded polyethylene resin foam. Therefore, in the present invention, instead of obtaining a bimodal cell structure in which the cell diameter is refined as a whole and two types of cell groups, that is, a group of large cells with a diameter of several hundred μm and a group of small cells, are arranged in a predetermined ratio in the thickness direction, it is possible to obtain a resin foam having a cell structure in which a group of small cells is randomly dispersed in a predetermined ratio near or between the cell walls of the group of large cells.
以上より、本発明により得られた樹脂発泡体は、新規な気泡構造を有するとともに、その気泡構造を得ることで、熱伝導率の低下や表面品質の向上を実現することができた。
熱伝導率の低下やロール圧延による表面品質の向上効果の理由の詳細は別途記載するが、熱伝導率の低下は、気泡径の小さな気泡群による対流抑制効果と輻射熱の反射効果により、ロール圧延後の表面品質向上効果は、気泡径の小さな気泡群が気泡径の大きな気泡群に比べて剛性が高く、そのため、気泡径の大きな気泡群に対する圧延による応力が有効に働くためと考えられる。また、本発明の気泡構造の場合には、厚さ方向に表面側に気泡径の小さな気泡群を中心側に気泡径の大きな気泡群が配置されるバイモーダルな気泡構造を得る場合よりも、気泡径の小さな気泡群の面積率が少なくても、大きな気泡径の気泡群中に気泡径の小さな気泡群がランダムに分散することで上記の対流抑制効果と輻射熱の反射効果により熱移動を阻害することができる特徴を有効に機能することができる。
As described above, the resin foam obtained by the present invention has a novel cell structure, and by obtaining this cell structure, it is possible to realize a decrease in thermal conductivity and an improvement in surface quality.
The details of the reason for the decrease in thermal conductivity and the improvement of surface quality by roll rolling will be described separately, but the decrease in thermal conductivity is due to the convection suppression effect and radiant heat reflection effect of the bubble group with a small bubble diameter, and the surface quality improvement effect after roll rolling is due to the fact that the bubble group with a small bubble diameter has a higher rigidity than the bubble group with a large bubble diameter, and therefore the stress caused by rolling on the bubble group with a large bubble diameter works effectively. In addition, in the case of the bubble structure of the present invention, even if the area ratio of the bubble group with a small bubble diameter is smaller than that in the case of obtaining a bimodal bubble structure in which the bubble group with a small bubble diameter is arranged on the surface side in the thickness direction and the bubble group with a large bubble diameter is arranged on the center side, the bubble group with a small bubble diameter is randomly dispersed among the bubble groups with a large bubble diameter, and the feature of inhibiting heat transfer by the above-mentioned convection suppression effect and radiant heat reflection effect can be effectively functioned.
(気泡径)
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、内部の発泡状態が特有な形態にある。すなわち、本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体においては、その気泡径の大きい気泡群の厚み方向の気泡径の下限値が400μmで、前記気泡径が400μm以上の気泡群の全気泡に占める気泡数の割合が20%以下である。この大きい気泡群の割合は、さらに15%以下であることが好ましい。下限値は特に制限されない。
一方、気泡径の小さい気泡群の厚み方向の気泡径の上限値が100μmであり、前記気泡径が100μm以下の気泡群の全気泡に占める気泡数の割合が50%以上である。この小さい気泡群の割合は、さらに65%以上が好ましい。上限値は特に制限されない。さらに、前記押出発泡体の平均気泡径は200μm以下であり、150μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがさらに好ましい。下限値は特に制限されないが、50μm以上であることが実際的である。
(Bubble diameter)
The chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention has a unique internal foaming state. That is, in the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention, the lower limit of the diameter of the large cells in the thickness direction is 400 μm, and the ratio of the number of cells of the cells having a diameter of 400 μm or more to the total number of cells is 20% or less. The ratio of the large cells is more preferably 15% or less. The lower limit is not particularly limited.
On the other hand, the upper limit of the diameter of the small bubbles in the thickness direction is 100 μm, and the proportion of the number of bubbles of the small bubbles having a diameter of 100 μm or less to the total number of bubbles is 50% or more. The proportion of the small bubbles is more preferably 65% or more. The upper limit is not particularly limited. Furthermore, the average bubble diameter of the extruded foam is 200 μm or less, preferably 150 μm or less, and more preferably 100 μm or less. The lower limit is not particularly limited, but it is practical to set it to 50 μm or more.
(熱伝導率)
さらに、本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の熱伝導率は、0.0350W/m・K@0℃以下である。本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、この熱伝導率が低いため、外界とコンクリート側との熱の伝搬が抑制され、ダムのコンクリートの養生シートとしての仕様を満足することができる。
(Thermal Conductivity)
Furthermore, the thermal conductivity of the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention is not more than 0.0350 W/m·K@0° C. Because the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention has this low thermal conductivity, the transfer of heat between the outside and the concrete side is suppressed, and the foam can satisfy the specifications as a curing sheet for dam concrete.
(気泡構造と熱伝導率向上効果の関係の考察)
ここで、通常熱の移動、熱輸送に関しては、3つの熱の輸送方法がある。発泡体を直接的に熱が伝わり、発泡体と接触する物質に直接熱を伝える熱伝導、熱が輻射されて電磁波として輸送される熱輻射、温度分布の違いによる自然な熱の移動(密度流)や強制的な流動によって、流体内の異なる領域の流体が相互に移動することで熱輸送を行なう対流がある。
本発明のような樹脂発泡体における熱輸送は、発泡体内部の樹脂層を通じた熱伝導であり、樹脂発泡体の表面からの熱輻射はそれほど多くはないが、発泡体内部に気泡が存在し、気泡の内部に空気層がある。そこで、この空気層の内部において、樹脂発泡体の一方の表面と他方の表面の間で温度勾配を有することで、気泡内部においてミクロ的な対流が発生するものと考えられる。
(Consideration of the relationship between bubble structure and thermal conductivity improvement effect)
Here, there are three methods of heat transfer and transport: thermal conduction, in which heat is transferred directly through the foam and then to the material in contact with the foam; thermal radiation, in which heat is radiated and transported as electromagnetic waves; and convection, in which heat is transferred by natural heat transfer due to differences in temperature distribution (density flow) or forced flow, which causes fluids in different regions of a fluid to move relative to each other.
In the resin foam of the present invention, heat is transported by heat conduction through the resin layer inside the foam, and heat radiation from the surface of the resin foam is not so great, but air bubbles exist inside the foam, and there is an air layer inside the air bubbles. Therefore, it is considered that a temperature gradient exists between one surface and the other surface of the resin foam inside this air layer, and thus micro-convection occurs inside the air bubbles.
このミクロ的な対流による熱輸送量は気泡径の相違により異なる。実際の気泡構造は、気泡を例えば球形と仮定すれば、気泡径400μmと気泡径100μmの気泡の体積は、見かけ上約64倍も異なり、断面積は16倍異なることになる。
このような大きさの異なる気泡群を有する樹脂発泡体において、熱伝導率を小さくすることができるのは、気泡径が400μm以上の気泡径の大きい気泡群と気泡径が100μm以下の気泡群の2つの気泡群を対比した場合に、たとえば、気泡径の大きな気泡群の気泡の内部では、対流が起こるが、気泡径が小さい気泡群の内部では、気泡が小さいため対流が起こりにくい。さらに、気泡径の小さな気泡群は、対流防止効果だけでなく、気泡壁において輻射熱を反射して遮断する効果があることから、その点でも熱伝導率を低下させる効果があると考えられる。
The amount of heat transport due to this microscopic convection differs depending on the bubble diameter. If we assume that the actual bubble structure is spherical, for example, the volume of a bubble with a diameter of 400 μm and a bubble with a diameter of 100 μm will appear to differ by approximately 64 times, and the cross-sectional area will differ by 16 times.
In a resin foam having such bubble groups of different sizes, the thermal conductivity can be reduced when comparing two bubble groups, a group with a large bubble diameter of 400 μm or more and a group with a bubble diameter of 100 μm or less, for example, convection occurs inside the bubbles of the large bubble group, but convection is less likely to occur inside the small bubble group because the bubbles are small. Furthermore, the small bubble group not only has a convection prevention effect, but also has the effect of reflecting and blocking radiant heat at the bubble walls, which is thought to have an effect of reducing the thermal conductivity in this respect as well.
そのため、大きい気泡径の気泡群の熱伝導率は、小さい気泡径の気泡群の熱伝導率より大きくなる。そのため、通常の気泡径の大きい気泡群中に、気泡径の小さい気泡群を導入することにより、樹脂発泡体の熱移動に関して対流と輻射の両者を同時に低下させることができるため、熱伝導率を低下させることができる。 As a result, the thermal conductivity of a group of bubbles with a large diameter is greater than that of a group of bubbles with a small diameter. Therefore, by introducing a group of bubbles with a small diameter into a group of bubbles with a normal large diameter, it is possible to simultaneously reduce both convection and radiation in the heat transfer of the resin foam, thereby reducing the thermal conductivity.
実際に、気泡径の大きい気泡群のみからなるポリエチレン樹脂発泡体と、上記のような大きい気泡径の気泡群中に、気泡径の小さな気泡群をランダムにクラスター状に分散させた気泡構造を有するポリエチレン樹脂発泡体の熱伝導率を測定により確認したところ、明確な熱伝導率の差異が認められた。 In fact, when the thermal conductivity of a polyethylene resin foam consisting only of large-diameter bubbles and a polyethylene resin foam having a bubble structure in which small-diameter bubbles are randomly dispersed in clusters among the large-diameter bubbles described above was measured, a clear difference in thermal conductivity was observed.
(発泡体の気泡構造と熱伝導率の関係)
従来の気泡径の大きな気泡のみからなる従来の発泡体と、本発明の発泡体の組織を比べると、本発明の発泡体は、全体としては気泡径の大きな気泡群により構成され、その気泡径の大きな気泡群中に、気泡径の小さい気泡群の集合体を所定割合で形成して、各所に所定割合の気泡径の小さい気泡群がランダムに集積して分散された気泡構造を有していることが分る。
(Relationship between foam cell structure and thermal conductivity)
When the structure of the foam of the present invention is compared with that of a conventional foam consisting only of large-diameter bubbles, it is found that the foam of the present invention has a cell structure which is composed of large-diameter bubbles as a whole, in which a certain proportion of small-diameter bubbles are formed among the large-diameter bubbles, and in which a certain proportion of the small-diameter bubbles are randomly accumulated and dispersed in various places.
このような気泡構造を得ることで、結果として、従来のような気泡構造を有する発泡体に比べて、熱伝導率を低下させることができる。
・従来の気泡径の大きなポリエチレン樹脂発泡体:
熱伝導率が0.03702 W/m・K@0℃以下
・本発明の気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群が所定割合でランダムに集積して分散された気泡構造が形成されたポリエチレン樹脂発泡体:
熱伝導率が0.03384 W/m・K@0℃以下
ここで、従来の気泡径の大きな発泡体と本発明の気泡径の大きな気泡中に気泡径の小さな気泡群がランダムにクラスター状に分散した発泡体の熱伝導率を比較するために、両者の熱伝導率の比率を取ると、0.914となり、約9.14%熱伝導率が低下することになる。
By obtaining such a cell structure, it is possible to reduce the thermal conductivity as compared with a foam having a conventional cell structure.
・Conventional polyethylene resin foam with large air bubbles:
A polyethylene resin foam having a thermal conductivity of 0.03702 W/m·K@0°C or less, in which a cell structure is formed in which small-sized cells are randomly accumulated and dispersed at a predetermined ratio among large-sized cells of the present invention:
Thermal conductivity is 0.03384 W/m·K @ 0°C or less. In order to compare the thermal conductivity of a conventional foam with large bubble diameter and a foam of the present invention in which small bubbles are randomly dispersed in clusters among large bubbles, the ratio of the thermal conductivities of the two is 0.914, which is a decrease in thermal conductivity of approximately 9.14%.
この熱伝導率の低下は、ほぼ同一組成の発泡材料を用いた気泡構造のみを、気泡径の大きな気泡構造の発泡材中に気泡径の小さい気泡群をランダムにクラスター状に分散させた気泡構造を得ることで実現することができる。その結果、気泡径の小さな発泡体を安定に得ることが困難なポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体において、高発泡倍率の発泡体を維持したまま熱伝導率の低下を実現できることの技術的意義は大きいものと考えられる。上記の試験からも少なくとも8%以上の熱伝導率の低下が可能になり、熱伝導率が0.0350W/m・K@0℃以下のシート状の発泡体を得ることができる。 This reduction in thermal conductivity can be achieved by obtaining a bubble structure in which small bubbles are randomly dispersed in clusters in a foam material with a large bubble structure using only foaming materials of nearly the same composition. As a result, it is considered to be of great technical significance that a reduction in thermal conductivity can be achieved while maintaining a high expansion ratio in a polyethylene resin chemically crosslinked extruded foam, where it is difficult to stably obtain a foam with a small bubble size. The above test also shows that a reduction in thermal conductivity of at least 8% or more is possible, and a sheet-shaped foam with a thermal conductivity of 0.0350 W/m·K@0°C or less can be obtained.
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、その好ましい実施形態において、ポリエチレンを基材樹脂として用い、必要により添加剤(発泡剤、架橋剤、架橋助剤、増粘剤、その他の添加剤等)を配合した樹脂組成物を架橋押出発泡させて得た発泡体としてもよい。 In a preferred embodiment, the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention may be a foam obtained by extruding and crosslinking a resin composition containing polyethylene as the base resin and, if necessary, additives (foaming agent, crosslinking agent, crosslinking assistant, thickener, other additives, etc.).
(ポリエチレン)
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体のベース樹脂となるポリエチレンは特に限定されず、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDP)のいずれであってもよい。本発明においては、特に分岐構造が多く溶融張力が高いLDPEが好ましい。また一部にプロピレンあるいはブチレン等が介在した、共重合ポリエチレンであってもよい。
(polyethylene)
The polyethylene that is the base resin of the polyethylene-based resin chemically crosslinked extruded foam of the present invention is not particularly limited, and may be any of high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), and linear low density polyethylene (LLDP). In the present invention, LDPE, which has a large branched structure and high melt tension, is particularly preferred. It may also be a copolymerized polyethylene in which propylene or butylene is partially interposed.
(発泡剤)
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体には、この分野で常用される発泡剤を用いることができる。中でも、熱分解型発泡剤が好ましい。熱分解型発泡剤としては、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、亜硝酸アンモニウム、水素化ホウ素ナトリウム、無水クエン酸モノソーダ等の無機系発泡剤;アゾジカルボンアミド(ADCA:C2H4N4O2)、アゾジカルボン酸バリウム、アゾビスブチロニトリル、ニトロジグアニジン、N,N’-ジニトロペンタメチレンテトラミン、N,N’-ジメチル-N,N’-ジニトロソテレフタルアミド、p-トルエンスルホニルヒドラジド、4-トルエンスルホニルセルカルバジド、4,4’-オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、アゾビスイソブチロニトリル、4,4’-オキシビスベンゼンスルホニルセミカルバジッド、5-フェニルテトラゾール、トリヒドラジノトリアジン、ヒドラゾジカルボンアミド等の有機系発泡剤等が挙げられる。これらの中でもアゾジカルボンアミド、炭酸水素ナトリウム、4,4’-オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジドを用いることが経済性の観点から好ましい。成形温度範囲が広いことや、気泡が微細な発泡体が得られることから、アゾジカルボンアミドまたは炭酸水素ナトリウムを含有する発泡剤を用いることがより好ましい。
(Foaming Agent)
For the chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam of the present invention, any foaming agent commonly used in this field can be used, among which thermally decomposable foaming agents are preferred. Examples of the thermal decomposition type foaming agent include inorganic foaming agents such as ammonium carbonate, sodium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, ammonium nitrite, sodium borohydride, and anhydrous monosodium citrate; and organic foaming agents such as azodicarbonamide (ADCA: C 2 H 4 N 4 O 2 ), barium azodicarboxylate, azobisbutyronitrile, nitrodiguanidine, N,N'-dinitropentamethylenetetramine, N,N'-dimethyl-N,N'-dinitrosoterephthalamide, p-toluenesulfonyl hydrazide, 4-toluenesulfonylselcarbazide, 4,4'-oxybisbenzenesulfonyl hydrazide, azobisisobutyronitrile, 4,4'-oxybisbenzenesulfonylsemicarbazide, 5-phenyltetrazole, trihydrazinotriazine, and hydrazodicarbonamide. Among these, azodicarbonamide, sodium hydrogen carbonate, and 4,4'-oxybisbenzenesulfonylhydrazide are preferred from the viewpoint of economic efficiency. It is more preferred to use a blowing agent containing azodicarbonamide or sodium hydrogen carbonate, since it has a wide molding temperature range and can produce a foam with fine bubbles.
発泡剤の含有量は適宜調節されればよいが、ポリエチレン樹脂100質量部に対して、1~30質量部であることが好ましく、5~25質量部であることがより好ましく、15~20質量部であることが特に好ましい。発泡剤は、1種を用いても2種以上を用いてもよい。2種以上を用いる場合はその合計量が上記の範囲となる。 The amount of foaming agent may be adjusted as appropriate, but is preferably 1 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 25 parts by mass, and particularly preferably 15 to 20 parts by mass, per 100 parts by mass of polyethylene resin. One type or two or more types of foaming agents may be used. When two or more types are used, the total amount falls within the above range.
(架橋剤)
架橋剤としては、ジクミルパーオキサイド(DCP:C18H22O2)、ビス(α,α-ジメチルベンジル)=ペルオキシド、ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)ペルオキシド([C6H5C(CH3)2]2O2、分子量:270.37)、1,1-ジターシャリーブチルパーオキシ-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジターシャリーブチルパーオキシヘキシン、α,α-ジターシャリーブチルパーオキシイソプロピルベンゼン、ターシャリーブチルパーオキシケトン、ターシャリーブチルパーオキシベンゾエートなどをあげることができる。なかでも、架橋剤は、ジクミルパーオキサイド、ビス(α,α-ジメチルベンジル)=ペルオキシド、ビス(1-メチル-1-フェニルエチル)ペルオキシドが好ましく、ジクミルパーオキサイドが特に好ましい。
(Crosslinking Agent)
Examples of crosslinking agents include dicumyl peroxide (DCP: C 18 H 22 O 2 ), bis(α,α-dimethylbenzyl) peroxide, bis(1-methyl-1-phenylethyl) peroxide ([C 6 H 5 C(CH 3 ) 2 ] 2 O 2 , molecular weight: 270.37), 1,1-ditertiarybutylperoxy-3,3,5-trimethylcyclohexane, 2,5-dimethyl-2,5-ditertiarybutylperoxyhexane, 2,5-dimethyl-2,5-ditertiarybutylperoxyhexyne, α,α-ditertiarybutylperoxyisopropylbenzene, tertiarybutylperoxyketone, and tertiarybutylperoxybenzoate. Among these, the crosslinking agent is preferably dicumyl peroxide, bis(α,α-dimethylbenzyl) peroxide, or bis(1-methyl-1-phenylethyl) peroxide, and particularly preferably dicumyl peroxide.
架橋剤の含有量は、ポリエチレン樹脂100質量部に対して、0.1~3.0質量部であることが好ましく、0.4~2.0重量部であることがより好ましく、0.6~1.4重量部であることが特に好ましい。架橋剤は1種を用いても2種以上を用いてもよい。2種以上を用いる場合はその合計量が上記の範囲となる。 The content of the crosslinking agent is preferably 0.1 to 3.0 parts by weight, more preferably 0.4 to 2.0 parts by weight, and particularly preferably 0.6 to 1.4 parts by weight, per 100 parts by weight of the polyethylene resin. One type or two or more types of crosslinking agents may be used. When two or more types are used, the total amount falls within the above range.
(架橋助剤)
架橋助剤は、分子内に二重結合を複数持つ化合物である多官能モノマーを使用することが好ましい。多官能モノマーとしては、例えば、ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPTA、化学式:C15H20O6)、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9-ノナンジオールジメタクリレート、1,10-デカンジオールジメタクリレート、トリメリット酸トリアリルエステル、トリアリルイソシアヌレート、エチルビニルベンゼンなどを使用することができる。なかでも、トリメチロールプロパントリメタクリレートが好ましい。架橋助剤も架橋を促進して気泡の成長を抑制する効果がある。
架橋助剤の含有量は、ポリエチレン樹脂100質量部に対して、0.01~1.0質量部であることが好ましく、0.05~0.5重量部であることがより好ましく、0.05~0.4重量部であることが特に好ましい。架橋助剤は1種を用いても2種以上を用いてもよい。2種以上を用いる場合はその合計量が上記の範囲となる。
(Crosslinking aid)
The crosslinking aid is preferably a polyfunctional monomer, which is a compound having multiple double bonds in the molecule. Examples of the polyfunctional monomer that can be used include divinylbenzene, trimethylolpropane trimethacrylate (TMPTA, chemical formula: C 15 H 20 O 6 ), 1,6-hexanediol dimethacrylate, 1,9-nonanediol dimethacrylate, 1,10-decanediol dimethacrylate, trimellitic acid triallyl ester, triallyl isocyanurate, and ethylvinylbenzene. Among these, trimethylolpropane trimethacrylate is preferred. The crosslinking aid also has the effect of promoting crosslinking and suppressing the growth of bubbles.
The content of the crosslinking aid is preferably 0.01 to 1.0 part by mass, more preferably 0.05 to 0.5 part by weight, and particularly preferably 0.05 to 0.4 part by weight, relative to 100 parts by weight of the polyethylene resin. One type or two or more types of crosslinking aids may be used. When two or more types are used, the total amount falls within the above range.
(増粘剤)
本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体に用いられる増粘剤としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン):化学式:(C2F4)nが挙げられる。これは、テトラフルオロエチレンの重合体で、フッ素原子と炭素原子のみからなるフッ素樹脂である。テフロン(登録商標)の商品名で知られる。化学的に安定で耐熱性、耐薬品性に優れる(融点:327°C、密度:2.2g/cm3)。商品名としては、メタブレンA-3800(アクリル変性ポリテトラフルオロエチレン)、三菱レイヨン社ポリテトラフルオロエチレン:三菱レイヨン株式会社製、商品名「メタブレンA3000」(アクリル系重合体(b-1)、ポリテトラフルオロエチレン(b-2)を併用した市販品の代表例)が挙げられる。PTFEの分子鎖はフッ素原子の原子半径が水素などと比べて大きく、炭素鎖をフッ素原子がびっしりと覆いつくした樹脂構造をとるため、押出加工後時にも安定で強度が高く、発泡時にもセル壁が破泡したり、変形するのを防止する作用があると考えられる。また、PTFEをアクリル変性したメタブレンA3000の場合には、溶融混錬押出時のせん断力により、フィブリル化して、溶融樹脂の溶融張力を向上させる効果がさらに大きくなる。
(Thickener)
The thickener used in the polyethylene resin chemically crosslinked extruded foam of the present invention includes PTFE (polytetrafluoroethylene): chemical formula: (C 2 F 4 ) n . This is a polymer of tetrafluoroethylene, a fluororesin consisting of only fluorine atoms and carbon atoms. It is known under the trade name Teflon (registered trademark). It is chemically stable and has excellent heat resistance and chemical resistance (melting point: 327°C, density: 2.2 g/cm 3 ). Trade names include Metablen A-3800 (acrylic modified polytetrafluoroethylene), Mitsubishi Rayon Co., Ltd. polytetrafluoroethylene: manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., trade name "Metablen A3000" (a representative example of a commercially available product using an acrylic polymer (b-1) and polytetrafluoroethylene (b-2) in combination). The molecular chain of PTFE has a larger atomic radius of fluorine atom than hydrogen, and has a resin structure in which fluorine atoms cover the carbon chains densely, so it is stable and strong even after extrusion processing, and is thought to have the effect of preventing the cell walls from breaking or deforming during foaming. In addition, in the case of Metablen A3000, which is PTFE modified with acrylic, the shear force during melt kneading extrusion causes fibrillation, which further increases the effect of improving the melt tension of the molten resin.
増粘剤の含有量は、ポリエチレン樹脂100質量部に対して、0.05~10.0質量部であることが好ましく、0.1~7.0重量部であることがより好ましく、0.4~3.0重量部であることが特に好ましい。架橋助剤は1種を用いても2種以上を用いてもよい。2種以上を用いる場合はその合計量が上記の範囲となる。 The content of the thickener is preferably 0.05 to 10.0 parts by weight, more preferably 0.1 to 7.0 parts by weight, and particularly preferably 0.4 to 3.0 parts by weight, per 100 parts by weight of the polyethylene resin. One type or two or more types of cross-linking aids may be used. When two or more types are used, the total amount falls within the above range.
(その他の添加剤)
本発明にかかる組成物には、さらに成形加工性改良等の目的で、ポリオレフィン系樹脂を混合することが可能である。ポリオレフィン系樹脂としては、α-オレフィンの単独重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体及びそれらの混合物、またはα-オレフィンと他の不飽和単量体とのランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体及びこれら重合体の酸化、ハロゲン化又はスルホン化したもの等を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用できる。具体的には、ポリエチレン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-プロピレン-非共役ジエン共重合体、エチレン-ブテン共重合体、エチレン-ヘキセン共重合体、エチレン-オクテン共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-ビニルアルコール共重合体、エチレン-エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、プロピレン-エチレンランダム共重合体、プロピレン-エチレンブロック共重合体、塩素化ポリプロピレン等のポリプロピレン系樹脂、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリメチルペンテン、環状オレフィンの(共)重合体等が例示できる。これらの中でコスト、熱可塑性樹脂の物性バランスの点からポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、又はこれらの混合物が好ましく使用できる。
ポリオレフィン系樹脂(d)の配合量は、熱可塑性ブロック共重合体(a)100重量部に対して、2~400重量部とするのが好ましく、より好ましくは5~100重量部である。400重量部を超えると得られる熱可塑性樹脂組成物のゴム弾性が低下する。
(Other additives)
The composition according to the present invention may further contain a polyolefin resin for the purpose of improving moldability. Examples of the polyolefin resin include homopolymers, random copolymers, block copolymers, and mixtures thereof of α-olefins, or random copolymers, block copolymers, and graft copolymers of α-olefins and other unsaturated monomers, and oxidized, halogenated, or sulfonated versions of these polymers. These may be used alone or in combination of two or more. Specific examples include polyethylene, ethylene-propylene copolymers, ethylene-propylene-non-conjugated diene copolymers, ethylene-butene copolymers, ethylene-hexene copolymers, ethylene-octene copolymers, ethylene-vinyl acetate copolymers, ethylene-vinyl alcohol copolymers, ethylene-ethyl acrylate copolymers, and polyethylene resins such as chlorinated polyethylene, polypropylene, propylene-ethylene random copolymers, propylene-ethylene block copolymers, and polypropylene resins such as chlorinated polypropylene, polybutene, polyisobutylene, polymethylpentene, and (co)polymers of cyclic olefins. Among these, polyethylene resins, polypropylene resins, or mixtures thereof are preferably used from the viewpoints of cost and balance of physical properties of the thermoplastic resin.
The amount of the polyolefin resin (d) is preferably 2 to 400 parts by weight, more preferably 5 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the thermoplastic block copolymer (a). If the amount exceeds 400 parts by weight, the rubber elasticity of the resulting thermoplastic resin composition decreases.
(気泡構造とロール圧延による発泡体表面性状)
通常、発泡体表面の表面性状は、化学架橋した後発泡させた高発泡倍率の発泡体は、電子線架橋の場合に比べて、シート内の架橋度のばらつきが大きいため、発泡体の高発泡倍率の場合には、発泡体表面の表面性状が劣るとされている。
そのため、化学架橋した樹脂発泡体の表面をロール圧延して樹脂発泡体の表面性状を改善することが行われている。そこで、本発明の気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡群が所定割合でランダムに分散した気泡構造有する樹脂発泡体と、通常の気泡径の大きな気泡群のみからなる樹脂発泡体をロール圧延後の表面性状が向上するという特徴を有する。
その結果、本発明の気泡構造を有する樹脂発泡体は、通常のユニモーダルな気泡構造を有する樹脂発泡体よりも表面性状が優れるという結果が得られた。この理由は、必ずしも明かではないが、増粘剤や加工助剤の両者が同時添加されることで、これらの材料による気泡成長抑制効果がより顕著となり、所定の大きさより大きな気泡径の気泡中に気泡径の小さな気泡がランダムに分布する気泡構造が得られる原因であると思われる。
(Cell structure and surface properties of foamed material after rolling)
Generally, the surface properties of a foam surface are considered to be inferior in the case of a foam with a high expansion ratio, which is foamed after chemical crosslinking, since the degree of crosslinking within the sheet varies more than in the case of electron beam crosslinking.
For this reason, the surface of the chemically crosslinked resin foam is rolled to improve the surface properties of the resin foam. Thus, the resin foam of the present invention has a cell structure in which small-sized cells are randomly dispersed at a predetermined ratio among cells with a large cell diameter, and a resin foam consisting only of normal cells with a large cell diameter, and is characterized in that the surface properties of the resin foam are improved after roll rolling.
As a result, the resin foam having the cell structure of the present invention has a surface property superior to that of a resin foam having a normal unimodal cell structure. Although the reason for this is not necessarily clear, it is believed that the simultaneous addition of both the thickener and the processing aid makes the cell growth suppression effect of these materials more pronounced, resulting in a cell structure in which small bubbles are randomly distributed among bubbles with a larger diameter than a predetermined size.
ここで、本発明の気泡構造を有する樹脂発泡体の性状が、通常の気泡構造を有する気泡径の小さな気泡群を有する高倍率の発泡体より優れる理由は、気泡径の大きな基本群と気泡径の小さな気泡群では、気泡径の小さな気泡群の方が気泡壁の剛性が高く、気泡径の大きな気泡群の方が気泡壁の剛性が低いため、ロール圧延時の変形が気泡径の大きな気泡群に集中しやすく、大きな気泡径の気泡群中での気泡構造の相違などにより、大きな気泡における気泡同士の変形量の相違が生じやすい。その結果本発明のような気泡構造を有する樹脂発泡体の場合には、通常の気泡径の大きな気泡群のみからなる樹脂発泡体の場合より、発泡体全体してみた場合に、気泡径の大きな気泡群の過度な変形が気泡壁の剛性が高い小さな気泡径の気泡群により抑制されることで、ロール圧延後の表面品質が向上するものと考えられる。 The reason why the properties of the resin foam having the cell structure of the present invention are superior to those of a high-magnification foam having a small cell group with a normal cell structure is that, when comparing a basic group with a large cell diameter and a group with a small cell diameter, the small cell group has a higher cell wall rigidity and the large cell group has a lower cell wall rigidity, so that deformation during roll rolling tends to concentrate in the large cell group, and differences in cell structure within the large cell group tend to cause differences in the amount of deformation between the large bubbles. As a result, in the case of a resin foam having a cell structure such as that of the present invention, when viewed as a whole foam, excessive deformation of the large cell group is suppressed by the small cell group with a high cell wall rigidity, and the surface quality after roll rolling is improved compared to the case of a resin foam consisting only of normal large cell groups.
(ロール圧延とロール圧延後の発泡体の表面粗さ)
<ロール圧延の方法>
押出温度は所望する発泡状態により適宜に設定すればよく、通常は160~190℃程度の温度で押出成形する。また、押出成形後、成形ロールダイによる圧延を行なう。ここで、成形ロールダイによる圧延による延伸は、例えば、押出方向(MD方向)における圧延により延伸率を20~90%となるように延伸することができる。ここで、延伸率20%とは、圧延により圧延方向の長さを120%(1.2倍)に延伸することを意味し、同様に延伸率30%とは、圧延により圧延方向の長さを130%(1.3倍)に延伸することを意味する。本発明の実施形態では、40%の延伸を行った。
(Rolling and surface roughness of foam after rolling)
<Rolling method>
The extrusion temperature may be appropriately set depending on the desired foaming state, and extrusion molding is usually performed at a temperature of about 160 to 190°C. After extrusion molding, rolling is performed using a molding roll die. Here, the stretching by rolling using a molding roll die can be performed, for example, by rolling in the extrusion direction (MD direction) so that the stretching ratio is 20 to 90%. Here, a stretching ratio of 20% means that the length in the rolling direction is stretched to 120% (1.2 times) by rolling, and similarly, a stretching ratio of 30% means that the length in the rolling direction is stretched to 130% (1.3 times) by rolling. In the embodiment of the present invention, a stretching of 40% was performed.
<ロール圧延後の発泡体の表面粗さ>
押出発泡体の表面粗さは、TD方向の表面粗さがMD方向の表面粗さより粗くなる。この理由は、成形ロールダイによる圧延による張力により、MD方向に冷却されながら延伸されるが、この際に表面粗さが大きく改善されるためである。ここで、ロールの圧縮力により、TD方向にも気泡が扁平化するため、TD方向の粗さも改善されるが、延伸による気泡の扁平化の効果が大きいMD方向の表面粗さより、TD方向の改善効果の方が少なく、その結果TD方向の表面粗さはMD方向より大きくなる傾向がある。
<Surface roughness of foam after rolling>
The surface roughness of the extruded foam is rougher in the TD direction than in the MD direction. This is because the foam is stretched in the MD direction while being cooled by the tension of the rolling by the forming roll die, and the surface roughness is greatly improved. Here, the bubbles are flattened in the TD direction by the compression force of the roll, so the roughness in the TD direction is also improved, but the improvement effect in the TD direction is smaller than the surface roughness in the MD direction, where the effect of flattening the bubbles by stretching is large, and as a result, the surface roughness in the TD direction tends to be larger than that in the MD direction.
1)気泡径の測定方法
発泡体サンプルの厚み方向の断面を切り出した、厚み5mmのサンプルを、JEOL製のSEM測定機にて、加速電圧20kV、倍率22倍で測定した。この時、発泡体表面側が写真から分かるようにするために、発泡体表面側のサンプル端面を画像に含むように撮影するようにした。
通常の気泡径の測定は、気泡径の測定は、気泡のX方向とY方向の気泡径を求め、その測定値の平均値を平均気泡径とするか、あるいは気泡の形状を画像中で読み取って、それから画像ソフトで気泡の面積を求めてその面積を円形と見なして見かけ直径を求めるなどの方法が取られる。
1) Method for measuring bubble diameter A 5 mm thick sample cut from a cross section in the thickness direction of a foam sample was measured with a JEOL SEM measuring device at an acceleration voltage of 20 kV and a magnification of 22. At this time, in order to make the foam surface side clear from the photograph, the sample end face on the foam surface side was photographed so as to be included in the image.
A typical method of measuring bubble diameter is to obtain the bubble diameters in the X and Y directions and use the average of these measurements as the average bubble diameter, or to read the shape of the bubble in an image, then use image software to obtain the area of the bubble and determine the apparent diameter by regarding the area as a circle.
これに対して、本願発明の場合には、発泡体のシート厚さ方向の熱伝導率に対する気泡径の影響を解析する必要があるため、発泡体の厚さ方向の気泡径を求める必要があるが、厚さ方向の気泡径はそれぞれの気泡の測定位置により異なるため、各気泡の気泡径の測定はY方向の最大気泡径の測定値を、それぞれの厚さ方向の気泡径とした。 In contrast, in the case of the present invention, it is necessary to analyze the effect of bubble diameter on the thermal conductivity of the foam sheet in the thickness direction, so it is necessary to determine the bubble diameter in the thickness direction of the foam. However, since the bubble diameter in the thickness direction differs depending on the measurement position of each bubble, the measurement value of the maximum bubble diameter in the Y direction was used as the bubble diameter in each thickness direction.
ここで、気泡径測定のための画像処理は、クリックメジャーいうソフトを使用して行った。これは、画像上でクリックした2点間のX方向、もしくはY方向距離をピクセル数として出力可能なソフトであり、これにより、SEM画角内に基準長さ1mmのピクセル数を測定して、これを基準とし、観察断面全体に収まっている全ての気泡の最大気泡径部分のY方向ピクセル数を測定し、基準線長さ1mmのピクセル数との関係から、それぞれの気泡の気泡径を算出することにした。算出にあたっては、画角を表層から中央までが入るように、X方向5mm×Y方向4mmに設定し、その範囲内の全ての気泡のそれぞれの気泡のY方向の気泡径の最大値を気泡径とした。 Here, image processing for measuring the bubble diameter was performed using software called Click Measure. This software can output the distance in the X or Y direction between two points clicked on the image as the number of pixels. With this, the number of pixels with a reference length of 1 mm within the SEM field of view was measured, and using this as a reference, the number of pixels in the Y direction of the maximum bubble diameter part of all bubbles contained in the entire observed cross section was measured, and the bubble diameter of each bubble was calculated from the relationship with the number of pixels with a reference line length of 1 mm. For the calculation, the field of view was set to 5 mm in the X direction x 4 mm in the Y direction so that the field of view was included from the surface to the center, and the maximum value of the bubble diameter in the Y direction of all bubbles within that range was taken as the bubble diameter.
そのため、画角視野中に存在するすべての気泡の気泡径のデータの算術平均を出すことで、平均気泡径とした。また、取得したデータから、400μm以上の径を有する気泡数、および100μm以下の径を有する気泡数をカウントし、全気泡数に対する存在確率を算出した。
図2に実施例1の試験片の厚み方向の断面を切断した電子顕微鏡像の写真を載せた。400μm以上の気泡数が20%以下であり、100μm以下の気泡数が50%以上であることを確認した。
Therefore, the average bubble diameter was determined by calculating the arithmetic mean of the data on the diameters of all bubbles present within the field of view. From the acquired data, the number of bubbles with a diameter of 400 μm or more and the number of bubbles with a diameter of 100 μm or less were counted, and the existence probability relative to the total number of bubbles was calculated.
2 shows an electron microscope image of a cross section cut in the thickness direction of the test piece of Example 1. It was confirmed that the number of bubbles having a size of 400 μm or more was 20% or less, and the number of bubbles having a size of 100 μm or less was 50% or more.
2)発泡体密度の測定方法
押出発泡体の密度の測定方法は、JIS K7222-1999に順じて行われ、「発泡プラスチック及びゴム-見かけ密度の測定方法」により行われた。
具体的には、見掛け全体密度、見掛けコア密度、見掛け密度は、次の式によって算出した。単位は、kg/m3とする。
すべての試験片について、測定結果から密度の平均値を算出し、0.1kg/m3に丸める。
[備考]低密度で独立気泡の材料、例えば、30kg/m3以下の場合には、空気の浮力は誤差の範囲となることがある。その場合にρaは次式により求まる。
Specifically, the apparent overall density, apparent core density, and apparent density were calculated by the following formulas, with the unit being kg/ m3 .
For all test pieces, the average density is calculated from the measurement results and rounded to the nearest 0.1 kg/ m3 .
[Note] In the case of low density closed cell materials, for example, less than 30 kg/m3, the air buoyancy may be within the margin of error. In that case, ρ a is calculated by the following formula:
3)熱伝導率の測定方法
平板熱流法:定常法 JIS R2616:2001
熱伝導率(λ)は、物質内の熱の流れやすさを示す物性値で移動する熱量(W)、移動する距離(m)、温度差(K)で表される。2点間に温度差があるときに熱が流れるが、その熱の流れやすさが熱伝導率であり、単位はWm-1K-1である。熱伝導率の測定法には定常法と非定常法があり、目的に応じて使い分けられる。定常法は試料中に定常的な一方向の熱流を作り、熱伝導率を測定する方法であり、非定常法は非定常的に材料を加熱して温度応答を測定する方法である。
3) Thermal conductivity measurement method: Plate heat flow method: Steady-state method JIS R2616:2001
Thermal conductivity (λ) is a physical property that indicates how easily heat flows within a substance, and is expressed in terms of the amount of heat that moves (W), the distance that moves (m), and the temperature difference (K). When there is a temperature difference between two points, heat flows, and the ease with which that heat flows is thermal conductivity, expressed in units of Wm - 1K -1 . There are steady and unsteady methods for measuring thermal conductivity, which are used depending on the purpose. The steady method is a method in which a steady, unidirectional heat flow is created in a sample and thermal conductivity is measured, while the unsteady method is a method in which a material is heated unsteadily and the temperature response is measured.
JIS A1412-2に準拠して、熱伝導率測定を行なった。具体的には、試料を加熱板と冷却板に挟み、定常状態に達した後、試験体の両側の温度差(ΔT)、熱量計で測定した試験体を通過する熱量密度q、試料厚さdから算出する。
λ=q・d/ΔT
ここで、熱流密度q(W/m2)は、試料の面積当たりの熱流量であり、熱板温度制御装置と温度・熱流測定器で測定される値である。
The thermal conductivity was measured in accordance with JIS A1412-2. Specifically, the sample was sandwiched between a heating plate and a cooling plate, and after a steady state was reached, the thermal conductivity was calculated from the temperature difference (ΔT) between both sides of the test piece, the heat density q passing through the test piece measured by a calorimeter, and the sample thickness d.
λ=q·d/ΔT
Here, the heat flow density q (W/m 2 ) is the heat flow rate per area of the sample, and is a value measured by a hot plate temperature control device and a temperature/heat flow measuring device.
熱伝導率の測定に関しては上記のJIS R2616に準拠して行うが、状態調節のみ、長めに取る。これは、製造直後から熱伝導率が変化し、少しずつ上昇していき、72時間程度で定常状態になるという特性を持つため、今回の試験は、全て72時間以上の室温放置における状態調節を経たあとのデータを使用している。 Thermal conductivity measurements are performed in accordance with JIS R2616, with the exception that the conditioning period is longer. This is because the thermal conductivity of the material changes immediately after manufacture, gradually increases, and reaches a steady state in about 72 hours, so all data used in this test is data obtained after conditioning at room temperature for 72 hours or more.
4)発泡体の25%圧縮強度
厚み10mmで取得した樹脂発泡体は、JISK6767に準拠した方法で、測定温度23℃で25%圧縮変形時の圧縮強度を求めた。具体的には、50mm角に切断した30倍発泡させた、当該発泡体より大きな面積の板で挟んで、5.0mm/minの速度で発泡体を2.5mm圧縮させ停止し、20秒経過後の強度を測定し、その時の強度を25%圧縮強度とした。また、この強度測定は、オートグラフ引張試験機(型式:AGS-akNX、株式会社島津製作所製)を用いて測定した。
4) 25% Compressive Strength of Foam The resin foam obtained with a thickness of 10 mm was subjected to a method conforming to JIS K6767 to determine the compressive strength at 25% compression deformation at a measurement temperature of 23°C. Specifically, the foam was sandwiched between plates of a larger area than the foam cut into 50 mm squares and expanded 30 times, and the foam was compressed by 2.5 mm at a speed of 5.0 mm/min and stopped, and the strength after 20 seconds was measured, and the strength at that time was taken as the 25% compressive strength. This strength measurement was also performed using an autograph tensile tester (model: AGS-akNX, manufactured by Shimadzu Corporation).
・断熱用樹脂シートの作製方法
基材樹脂に、下記の有機系分解型発泡剤、架橋剤、架橋助剤、増粘剤を配合して、加圧式ニーダーにて混練、ペレタイズして、発泡性樹脂組成物のペレットを得た。単軸押出機のホッパーより、ペレットを投入し、押出機内で溶融混練して所定幅のダイスにより押出して、厚3.3mmの平滑な発泡用母材シートを得た。次に、この発泡用母材シートを連続的に220℃~240℃の加熱炉中を通過させることで各試験材に応じた発泡倍率に発泡させ、シート状発泡体を得た。
- Method for producing a thermal insulation resin sheet The following organic decomposition type foaming agent, crosslinking agent, crosslinking assistant, and thickener were blended with the base resin, kneaded with a pressure kneader, and pelletized to obtain pellets of a foamable resin composition. The pellets were fed from the hopper of a single-screw extruder, melt-kneaded in the extruder, and extruded through a die of a predetermined width to obtain a smooth foaming base material sheet with a thickness of 3.3 mm. Next, this foaming base material sheet was continuously passed through a heating furnace at 220°C to 240°C to foam to an expansion ratio corresponding to each test material, and a sheet-like foam was obtained.
この架橋押出発泡体の、基材樹脂には、低密度ポリエチレン(LDPE)を用いたが、いずれの場合も低密度ポリエチレンには、宇部丸善ポリエチレン(株)製:F120Nを使用した。また、このシート状発泡体を得るためには、架橋剤としては、日油(株)製、商品名 パークミルD(ジクミルパーオキサイド)、発泡剤には、有機系分解型発泡剤として大塚化学製ユニフォームAZ(アゾジカルボンアミド)、架橋助剤には、三進化学工業(株)製サンエステルTMP(トリメチロールプロパントリメタクリレート)、増粘剤には、三菱ケミカル(株)製メタブレンA-3000(PTFE系改質剤)を表1の組成表に記載の質量割合(質量部)にて配合した材料を用いた。ここで、表2に示すシート状押出樹脂発泡体を得た。この発泡体より試験片を切り出し、前述の規格に則り、密度、気泡径、熱伝導率および圧縮強度の測定を実施した。 The base resin of this crosslinked extruded foam was low-density polyethylene (LDPE), and in both cases, F120N manufactured by Ube Maruzen Polyethylene Co., Ltd. was used as the low-density polyethylene. To obtain this sheet-like foam, the crosslinking agent was Parkmil D (dicumyl peroxide, product name) manufactured by NOF Corp., the foaming agent was Uniform AZ (azodicarbonamide) manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd. as an organic decomposition type foaming agent, the crosslinking assistant was Sunester TMP (trimethylolpropane trimethacrylate) manufactured by Sanshin Chemical Industries Co., Ltd., and the thickener was Metablen A-3000 (PTFE-based modifier) manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., mixed in the mass ratio (parts by mass) listed in the composition table in Table 1. Here, the sheet-like extruded resin foam shown in Table 2 was obtained. Test pieces were cut out from this foam, and measurements of density, cell diameter, thermal conductivity, and compressive strength were carried out in accordance with the above-mentioned standards.
《組成:発泡体の組成等》
《発泡体の気泡構造と強度等:密度・気泡径・熱伝導率・圧縮強度等》
・断熱用樹脂シートの評価結果
上記の結果から分かるとおり、実施例1~3の樹脂シートでは、気泡径が400μm以上の気泡群の全気泡に占める気泡数の割合が20%以下であり、気泡径が100μm以下の気泡群の全気泡に占める気泡数の割合が50%以上で、さらに、平均気泡径はいずれも200μm以下である、特許請求の範囲の規定を結果として満足する気泡構造が得られた、またその結果良好な低熱伝導性と十分な圧縮強度を得ることができる。これに対し、比較例1~3の樹脂シートではいずれも、気泡径が400μm以上の気泡群の全気泡に占める割合は20%を上回っており、100μm以下の気泡群の全気泡に占める割合は50%を下回っていた。平均気泡径も200μmを上回っており、結果として、特許請求の範囲の規定を満足する気泡径分布を有する気泡構造を得ることができずに、発明材である実施例材と比較すると、比較例材はいずれも熱伝導率に劣るものとなっていた。増粘剤や加工助剤が添加されることで、気泡径が100μm以下の気泡数の増加により熱伝導率の低下効果は認められるものの、熱伝導率は、0.03500W/m・K@0℃以下を達成することはできないが、増粘剤と加工助剤を同時添加することで、これらの材料による気泡成長抑制効果がより顕著となり、所定の大きさより大きな気泡径の気泡中に気泡径の小さな気泡がランダムに分布する気泡構造が得られる原因であると思われる。
-Evaluation results of heat insulating resin sheets As can be seen from the above results, in the resin sheets of Examples 1 to 3, the proportion of the number of bubbles in the bubble group with a bubble diameter of 400 μm or more to the total number of bubbles is 20% or less, the proportion of the number of bubbles in the bubble group with a bubble diameter of 100 μm or less to the total number of bubbles is 50% or more, and further, the average bubble diameter is all 200 μm or less, and a bubble structure that satisfies the provisions of the claims was obtained, and as a result, good low thermal conductivity and sufficient compressive strength can be obtained. In contrast, in the resin sheets of Comparative Examples 1 to 3, the proportion of the bubble group with a bubble diameter of 400 μm or more to the total number of bubbles was more than 20%, and the proportion of the bubble group with a bubble diameter of 100 μm or less to the total number of bubbles was less than 50%. The average bubble diameter was also more than 200 μm, and as a result, a bubble structure having a bubble diameter distribution satisfying the provisions of the claims could not be obtained, and the comparative example materials all had inferior thermal conductivity compared to the inventive example materials. Although the addition of a thickener or processing aid reduces the thermal conductivity by increasing the number of bubbles with a bubble diameter of 100 μm or less, the thermal conductivity cannot reach 0.03500 W/m·K@0°C or less. However, by adding a thickener and a processing aid at the same time, the bubble growth suppression effect of these materials becomes more pronounced, and this is thought to be the cause of the bubble structure in which small bubbles are randomly distributed among bubbles with a diameter larger than a predetermined size.
また、SEM写真から判る実施例1の本発明の発泡体の特徴は、発泡体断面の画角視野中に、気泡径の大きな気泡の気泡壁同士が隣接する気泡壁同士の境界またはそれらの間に気泡径の小さい気泡が複数個集積して、大きな気泡の気泡群中にランダムにクラスターを形成して分散していることが確認された。さらに発泡体断面の画角視野中に、気泡径の小さい気泡クラスターが気泡径の大きい気泡中にランダムに存在していることが本発明のポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の気泡構造の特徴である。 The foam of Example 1 of the present invention, as seen from the SEM photograph, is characterized in that, in the field of view of the cross section of the foam, multiple small bubbles accumulate at the boundaries or between adjacent cell walls of bubbles with a large diameter, forming clusters and being dispersed randomly among the large bubbles. Furthermore, the cell structure of the polyethylene resin chemically crosslinked extruded foam of the present invention is characterized in that, in the field of view of the cross section of the foam, small bubble clusters are randomly present among the large bubbles.
ここで、気泡径の小さな気泡のクラスターは、切断面の厚さ方向にも幅方向にもランダムに分布していた。このような気泡構造を示す理由としては、架橋助剤や増粘剤が原料の混練工程で、ランダムに素材中に分散するため、その分散位置では気泡の成長が阻害されることで、気泡径の小さい気泡がクラスター状に集積した状態が得られるものと考えられ、これらの気泡の成長を阻害する材料の分散状態に対応して、気泡径の小さな材料が分散したものと考えられた。なお、ガス発泡や電子線架橋発泡においても、気泡径の大きな気泡群中に気泡径の小さな気泡を有する気泡群を分散させることは可能であるが、押出ガス発泡や電子線架橋発泡を用いる発泡体の場合には、その製造方法の特徴から気泡径の小さな気泡の集積が発泡体の表層近傍に集積する傾向がある。 Here, the clusters of small bubbles were randomly distributed in both the thickness and width directions of the cut surface. The reason for this type of bubble structure is thought to be that the cross-linking aid and thickener are randomly dispersed in the material during the raw material kneading process, and the growth of bubbles is inhibited at the dispersed positions, resulting in a state in which small bubbles are accumulated in clusters. It is thought that materials with small bubbles are dispersed in response to the dispersion state of the materials that inhibit the growth of these bubbles. It is also possible to disperse a group of bubbles with small bubbles among a group of bubbles with large bubbles in gas foaming and electron beam cross-linking foaming, but in the case of foams using extrusion gas foaming and electron beam cross-linking foaming, the accumulation of small bubbles tends to occur near the surface layer of the foam due to the characteristics of the manufacturing method.
実施例1から実施例3の発泡体の密度は、31.4~32.7kg/m3で、ポリエチレン樹脂発泡体の密度が22.5~40.0kg/m3を満足する。また、ポリエチレン樹脂発泡体の機械的特徴として、25%圧縮変形時の圧縮強度は、40.7~43.3kPaであり、40kPa以上を満足し、この発泡体は、通常の発泡体としての密度と25%圧縮変形時の圧縮強度が所定の値を満足することが分かった。 The densities of the foams of Examples 1 to 3 were 31.4 to 32.7 kg/ m3 , and the densities of the polyethylene resin foams satisfied the range of 22.5 to 40.0 kg/ m3 . In addition, as mechanical characteristics of the polyethylene resin foams, the compressive strength at 25% compression deformation was 40.7 to 43.3 kPa, satisfying the range of 40 kPa or more, and it was found that the density of these foams as ordinary foams and the compressive strength at 25% compression deformation satisfied the prescribed values.
以上、本発明によれば、これまで熱伝導率の低下が困難なとされてきたポリエチレン化学架橋押出発泡体において、気泡構造を所定サイズの気泡径より小さい気泡径の気泡群が所定割合で、これより大きな気泡径の気泡群中に、ランダムにクラスター状に分散した気泡構造を有する化学架橋押出発泡体を実現して、さらに、この際の発泡体の気泡径が400μm以上の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が20%以下であり、前記気泡径が100μm以下の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が50%以上で、さらに、前記押出発泡体の平均気泡径が200μm以下であるという条件を満足することで、ポリエチレン樹脂発泡体の熱伝導率が0.0350W/m・K@0℃以下である樹脂発泡体を得ることができる。 As described above, according to the present invention, in a chemically crosslinked extruded polyethylene foam, which has been considered difficult to reduce in thermal conductivity, a chemically crosslinked extruded foam is realized having a cell structure in which a predetermined proportion of cells have a smaller cell diameter than a predetermined size, and the cells have a larger cell diameter that is randomly dispersed in clusters. Furthermore, by satisfying the following conditions: the proportion of the number of cells having a cell diameter of 400 μm or more out of the total number of cells in the foam is 20% or less, the proportion of the number of cells having a cell diameter of 100 μm or less out of the total number of cells, and the average cell diameter of the extruded foam is 200 μm or less, a resin foam having a thermal conductivity of 0.0350 W/m·K@0°C or less can be obtained.
ポリエチレン樹脂発泡体の密度や圧縮強度などの基本的な性質は通常の押出樹脂発泡体としての通常の製品レベルを確保できることが確認された。本発明では、本発明の気泡構造を有する押出発泡体とするポリエチレン化学架橋押出発泡体においては、気泡径の小さな気泡群を導入することで、発泡プロセスにおける気泡の成長を阻害したり、気泡径の大きな気泡群にロール圧延時の変形を気泡径の大きな気泡群に過度に集中することを防止することで、ポリエチレン樹脂発泡体の熱伝導率を所定範囲に抑制するだけでなく、圧縮強度などの機械的性質を維持した上で、さらに押出樹脂発泡体の表面性状を向上させることができるものと考えられる。
It was confirmed that basic properties such as density and compressive strength of the polyethylene resin foam can be maintained at the normal product level as a normal extruded resin foam. In the present invention, in the chemically crosslinked polyethylene extruded foam having the cell structure of the present invention, it is considered that the introduction of cells having a small cell diameter inhibits the growth of cells in the foaming process and prevents the deformation during roll rolling from being excessively concentrated on the cells having a large cell diameter, thereby not only suppressing the thermal conductivity of the polyethylene resin foam within a predetermined range, but also improving the surface properties of the extruded resin foam while maintaining mechanical properties such as compressive strength.
Claims (9)
前記ポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体は、
気泡径が100μm以下の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が50%以上で、
気泡径が400μm以上の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が20%以下であり、
さらに、前記押出発泡体の平均気泡径が200μm以下である、
気泡径分布を満足する気泡構造を有するポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体。 A chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam having a cell structure in which cells having a cell diameter of 100 μm or less are randomly accumulated and dispersed in clusters among a large number of other cells having a larger cell diameter, the maximum cell diameter of each cell in the thickness direction of the foam being defined as the cell diameter of each cell,
The polyethylene resin chemically crosslinked extruded foam is
The ratio of bubbles having a diameter of 100 μm or less to the total number of bubbles is 50% or more,
The proportion of bubbles having a diameter of 400 μm or more to the total number of bubbles is 20% or less,
Furthermore, the extruded foam has an average cell diameter of 200 μm or less.
A chemically crosslinked extruded foam of polyethylene resin having a cell structure that satisfies the cell size distribution.
発泡体中の各気泡の厚み方向の気泡径の最大値をそれぞれ各気泡の気泡径と定義した場合の、気泡径が100μm以下の気泡群がその他のこれより気泡径が大きい多数の気泡中にランダムにクラスター状に集積して分散した気泡構造を有し、
気泡径が100μm以下の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が50%以上で、
気泡径が400μm以上の気泡の全気泡に占める気泡数の割合が20%以下であり、
さらに、前記押出発泡体の平均気泡径が200μm以下である
気泡径分布を満足する気泡構造とすることで、ポリエチレン樹脂発泡体の熱伝導率が0.0350W/m・K@0℃以下とすることを特徴とするポリエチレン系樹脂化学架橋押出発泡体の熱伝導率向上方法。
A polyethylene resin chemically crosslinked extruded foam is
The foam has a cell structure in which cells having a cell diameter of 100 μm or less are randomly accumulated and dispersed in clusters among a large number of other cells having a larger cell diameter, the maximum cell diameter of each cell in the thickness direction of the foam being defined as the cell diameter of each cell,
The ratio of bubbles having a diameter of 100 μm or less to the total number of bubbles is 50% or more,
The proportion of bubbles having a diameter of 400 μm or more to the total number of bubbles is 20% or less,
Furthermore, the present invention provides a method for improving the thermal conductivity of a chemically crosslinked extruded polyethylene resin foam, characterized in that the thermal conductivity of the polyethylene resin foam is 0.0350 W/m·K@0°C or less by making the extruded foam have a cell structure that satisfies a cell size distribution in which the average cell size of the extruded foam is 200 μm or less.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024158931A true JP2024158931A (en) | 2024-11-08 |
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