説明

スチレン系重合体粒子、その製造方法、発泡性スチレン系重合体粒子及び発泡成形体

【課題】微粉末の発生を抑制しうるスチレン系重合体粒子の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】種粒子が存在する水性媒体中で、重合開始剤を用いてスチレン系単量体をシード重合させるに際して、
一般式(1)


(式中、A及びBは、同一又は異なって、水酸基及び低級アルキル基から選択される基であり、Xは、置換基を有していてもよい低級アルキレン基、−S−又は単結合であり、nは1〜4である)で表されるビフェニル系化合物を水性媒体に添加することで、種粒子に吸収されないスチレン系単量体に由来する重合体からなる微粉末の発生が抑制されたスチレン系重合体粒子を得ることを特徴とするスチレン系重合体粒子の製造方法により上記課題を解決する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スチレン系重合体粒子、その製造方法、発泡性スチレン系重合体粒子及び発泡成形体に関する。更に詳しくは、本発明は、シード重合によるスチレン系重合体粒子の製造時に種粒子に吸収されずに水性媒体中に残存するスチレン系単量体由来の微粉末の発生を抑制しうるスチレン系重合体粒子の製造方法、その方法により得られたスチレン系重合体粒子、発泡性スチレン系重合体粒子及び発泡成形体に関する。
【背景技術】
【0002】
スチレン系重合体粒子にプロパン、ブタン、ペンタン等の揮発性発泡剤を含浸することにより、発泡性能が付与された発泡性スチレン系重合体粒子を型内発泡成形したブロック状のスチレン系樹脂発泡成形体(発泡成形体とも称する)が、その成形容易性の観点から、建材用のパネル、包装材等として幅広く使用されている。
スチレン系重合体粒子の製造方法は、例えば、特開平7−188453号公報(特許文献1)や特開2007−246606号公報(特許文献2)で報告されている。
特開平7−188453号公報には、シード重合に際して、スチレン系単量体の重合開始時の反応温度をA℃、重合終了時の反応温度をB℃としたときに、B℃≧A℃+15℃となるように昇温しながらスチレン系単量体を供給するスチレン系重合体粒子の製造方法が記載されている。
【0003】
また、特開2007−246606号公報では、シード重合により得られ、スチレン系重合体粒子全体の重量平均分子量が33万〜50万の範囲にあり、かつスチレン系重合体粒子表層部の重量平均分子量を(X)とし、粒子全体の重量平均分子量を(Y)とした時、次式(1)で求められる分子量低下率(%):
分子量低下率(%)=(Y−X)/Y×100 (1)
が0.5〜5%の範囲内であるポリスチレン系樹脂粒子が記載されている。
なお、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−4−メチルフェノール)、4,4’−ブチレンビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、4,4’−チオビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)が住友化学社からスミライザーシリーズとして、スチレン系樹脂の酸化防止剤として上市されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平7−188453号公報
【特許文献2】特開2007−246606号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特開平7−188453号公報及び特開2007−246606号公報では、粒度分布が比較的狭いスチレン系重合体粒子が得られている。しかし、これら公報に記載の技術では、シード重合時に種粒子に吸収されずに水性媒体中に残存するスチレン系単量体由来の微粉末が発生することがある。
発生した微粉末は、ふるい分けや洗浄等により除去可能であるが、完全に除去することはコストの観点から困難である。また、除去せずに残存する微粉末は、発泡成形体の製造時に発泡性樹脂粒子が相互融着する際の妨げとなり、融着性を低下させる原因となる。そのため微粉末の発生を抑制することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
かくして本発明によれば、種粒子が存在する水性媒体中で、重合開始剤を用いてスチレン系単量体をシード重合させるに際して、
一般式(1)
【0007】
【化1】

【0008】
(式中、A及びBは、同一又は異なって、水酸基及び低級アルキル基から選択される基であり、Xは、置換基を有していてもよい低級アルキレン基、−S−又は単結合であり、nは1〜4である)
で表されるビフェニル系化合物を水性媒体に添加することで、種粒子に吸収されないスチレン系単量体に由来する重合体からなる微粉末の発生が抑制されたスチレン系重合体粒子を得ることを特徴とするスチレン系重合体粒子の製造方法が提供される。
【0009】
また、本発明によれば、上記方法により得られたスチレン系重合体粒子が提供される。
更に、上記スチレン系重合体粒子に発泡剤を含浸することにより得られた発泡性スチレン系重合体粒子が提供される。
また、上記発泡性スチレン系重合体粒子を型内発泡成形して得られた発泡成形体が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明の製造方法によれば、種粒子に吸収されなかったスチレン系単量体に由来する微粉末の少ないスチレン系重合体粒子及び発泡性スチレン系重合体粒子を提供できる。この発泡性スチレン系重合体粒子を発泡成形に使用すれば、粒子相互の融着性がより改善された発泡成形体を提供できる。
また、ビフェニル系化合物が、スチレン系単量体と共に、水性媒体に、1〜10時間内に連続的又は段階的に全量添加される場合、より微粉末の少ないスチレン系重合体粒子を提供できる。
更に、重合開始剤が、スチレン系単量体と共に、水性媒体に、1〜10時間内に連続的又は段階的に全量添加される場合、より微粉末の少ないスチレン系重合体粒子を提供できる。
【0011】
また、スチレン系単量体が、水性媒体に、1〜10時間内に連続的又は段階的に全量添加される場合、より微粉末の少ないスチレン系重合体粒子を提供できる。
更に、シード重合が、重合開始剤の10時間半減期を得るための分解温度の±15℃の範囲内の温度に加熱することで開始される場合、より微粉末の少ないスチレン系重合体粒子を提供できる。
また、スチレン系重合体粒子が、600〜1500μmの平均粒子径を有する場合、単分散性が高く、かつより微粉末の少ないスチレン系重合体粒子を提供できる。
更に、種粒子が、難水溶性リン酸塩と、水溶性亜硫酸塩及び水溶性過硫酸塩から選択される塩との存在下、水性媒体中、種粒子用スチレン系単量体を懸濁重合させることにより得られる場合、単分散性が高く、かつより微粉末の少ないスチレン系重合体粒子を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明のスチレン系重合体粒子の製造方法は、種粒子が存在する水性媒体中で、重合開始剤を用いてスチレン系単量体をシード重合させるに際して、以下で具体的に説明する特定式で表されるビフェニレン化合物を水性媒体に添加することで、種粒子に吸収されないスチレン系単量体に由来する重合体からなる微粉末の発生を抑制しうることを発明者が見出したことによりなされている。なお、ビフェニレン化合物は、微粉末の発生を抑制する機能を有する観点から、以下では重合粉末発生抑制剤と表現する。
ここで、抑制の対象の微粉末の粒子径は、製造を所望するスチレン系重合体粒子の平均粒子径より小さく、通常種粒子の平均粒子径より小さい。例えば、製造を所望するスチレン系重合体粒子の平均粒子径より60%小さい粒子径の粒子が微粉末に含まれる。
【0013】
(種粒子)
種粒子としては、スチレンの単独重合体、スチレンと他の共重合可能な単量体との共重合体等の粒子が挙げられる。上記共重合可能な単量体としては、α−メチルスチレン、アクリロニトリル、アクリル酸又はメタクリル酸と1〜8個の炭素数を有するアルコールとのエステル、無水マレイン酸、N−ビニルカルバゾール等が挙げられる。共重合体の場合、シード重合時のスチレン系単量体の吸収性の観点から、ポリスチレン成分を50重量%以上含むことが好ましく、80重量%以上含むことがより好ましい。
【0014】
シード重合において、種粒子の粒子径が、ある狭い範囲内にあれば得られるスチレン系重合体粒子の粒子径もよく揃ったものとなる。すなわち、予め粒子径の揃った種粒子を用いてシード重合を行うことにより、用途に応じた所望する粒子径のスチレン系重合体粒子を、例えば300〜500μm、500〜700μm、700〜1200μm、1200〜1500μm、1500〜2500μmのように狭い範囲に区分して、しかも各区分毎にほぼ100%の収率で得ることができる。そこで、種粒子としては、懸濁重合法等によって得られた重合体粒子を一旦ふるい分級し、粒子径が平均粒子径の±20%の範囲になるように調製した重合体粒子を使用できる。また、塊状重合法を経て種粒子を得ることもできる。この場合には、塊状物を粉砕し、粉砕物を所望の粒子径にペレット化して得た粒子を種粒子として使用できる。
【0015】
懸濁重合法によって種粒子を得る場合は、水性媒体中で、界面活性剤を使用せずに、難水溶性リン酸塩と、水溶性亜硫酸塩及び/又は水溶性過硫酸塩との存在下、スチレン系単量体を重合させる方法(いわゆるソープフリー重合法)により種粒子を得ることが好ましい。
難水溶性リン酸塩としては、リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、リン酸マグネシウム等が挙げられる。この内、リン酸三カルシウムが好ましい。また、難水溶性リン酸塩は、粉末又は水性スラリーの状態で使用できる。難水溶性リン酸塩の使用量は、種粒子形成用のスチレン系単量体に対して、固形分換算で0.03重量%以上であることが好ましい。0.03重量%より少ない場合、スチレン系単量体からなる液滴の分散状態を維持できないことがある。また、使用量が1重量%より多い場合でも懸濁重合は可能であるが、使用量を増やしたことによる効果がなく、加えて経済的ではない。そのため、使用量の上限は1重量%であることが好ましい。
【0016】
水溶性亜硫酸塩としては、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、亜硫酸水素アンモニウム等が挙げられる。これら塩以外に、水に溶解し及び重合反応系内で反応して亜硫酸塩となる前駆物質も使用できる。このような前駆物質としては、水溶性のピロ亜硫酸塩、ピロ硫酸塩、亜二チオン酸塩、チオ硫酸塩、スルホキシル酸塩、硫酸塩等が挙げられる。これら水溶性亜硫酸塩及び前駆物質の中で、亜硫酸水素ナトリウム、ピロ亜硫酸ナトリウム、亜二チオン酸ナトリウム、ホルムアルデヒドナトリウムスルホキシラートが好ましい。
水溶性過硫酸塩としては、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等が挙げられる。これら塩の中で、過硫酸カリウムが特に好ましい。
また、種粒子の重量平均分子量は、200000〜350000が好ましく、より好ましくは220000〜300000の範囲である。
【0017】
(水性媒体)
水性媒体としては、特に限定されず、水、水と水溶性有機溶媒(メタノール、エタノール等の低級アルコール)との混合媒体が挙げられる。
【0018】
(スチレン系単量体)
スチレン系単量体は、スチレン及び置換スチレン(置換基には、低級アルキル、ハロゲン原子(特に塩素原子)等が含まれる)のいずれも使用できる。置換スチレンとしては、例えば、クロロスチレン類、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン等が挙げられる。この内、スチレンが一般に好ましい。また、スチレン系単量体は、スチレンと共重合可能な他の単量体が含まれていてもよい。他の単量体としては、例えば、アクリロニトリル、メタクリル酸アルキルエステル(アルキル部分の炭素数1〜8程度、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル等)、マレイン酸モノないしジアルキル(アルキル部分の炭素数1〜4程度、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル等)、無水マレイン酸、N−フェニルマレイド、(メタ)アクリル酸アリル、ジビニルベンゼン、アルキレングリコールジメタクリレート(アルキレンは炭素数2〜4の範囲が好ましい、例えば、メチレン、エチレン、トリメチレン、テトラメチレン等)が挙げられる。これら混合物中、スチレン及び置換スチレンが優位量(例えば、50重量%以上)を占めることが好ましい。
【0019】
(重合開始剤)
重合開始剤としては、スチレン系単量体のスチレン系樹脂への重合を開始できさえすれば、特に限定されない。例えば、ベンゾイルパーオキサイド(73.6℃)、ラウリルパーオキサイド(61.6℃)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(72.1℃)、t−ブチルパーオキシベンゾエート(104.3℃)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート(99℃)、t−ブチルパーオキシピバレート(54.6℃)、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(98.7℃)、t−ブチルパーオキシアセテート(101.9℃)、2,2−t−ブチルパーオキシブタン(103.1℃)、t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルヘキサノエート(97.1℃)等の有機過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル(65℃)、アゾビスジメチルバレロニトリル(51℃)等のアゾ化合物が挙げられる。上記例示中( )内の温度は、重合開始剤の10時間半減期を得るための分解温度(以下、10時間半減期温度とする)を意味する。
【0020】
上記重合開始剤は、単独で又は2種以上併用してもよい。重合開始剤は、水性媒体に予め添加しても、スチレン系単量体と同時に添加してもよい。重合開始剤を直接水性媒体中に添加すると、スチレン系単量体からなる液滴に均一に吸収されにくくなることがあるので、重合開始剤は別の水性媒体に懸濁又は乳化させた状態で添加するか、あるいは少量のスチレン系単量体に溶解し添加するか、少量のスチレン系単量体に溶解し、かつ無機系懸濁安定剤及び/又はアニオン界面活性剤とを加えた水性懸濁液として添加してもよい。
上記重合開始剤の添加量は、スチレン系単量体に対して0.05〜0.7重量%であることが好ましく、0.1〜0.5重量%であることがより好ましい。
【0021】
(重合粉末発生抑制剤)
重合粉末発生抑制剤は、一般式(1)
【0022】
【化2】

【0023】
(式中、A及びBは、同一又は異なって、水酸基及び低級アルキル基から選択される基であり、Xは、置換基を有していてもよい低級アルキレン基、−S−又は単結合であり、nは1〜4である)
で表されるビフェニル系化合物からなる。
上記式中、低級アルキル基としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、ターシャリブチル等の炭素数1〜4のアルキル基が挙げられる。
【0024】
低級アルキレン基としては、メチレン、エチレン、トリメチレン、テトラメチレン等の炭素数1〜4のアルキレン基が挙げられる。
低級アルキレン基の置換基としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、ターシャリブチル等の炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基、水酸基等が挙げられる。
一般式(1)中、A及びBは低級アルキル基であることが好ましく、Xは低級アルキレン基又は−S−であることが好ましく、nは1又は2であることが好ましい。
【0025】
具体的な重合粉末発生抑制剤としては、2,2’−メチレンビス(6−ターシャリブチル−4−メチルフェノール)、4,4’−ブチリデンビス(6−ターシャリブチル−3−メチルフェノール)、4,4’−チオビス(6−ターシャリブチル−3−メチルフェノール)等が挙げられる。これら化合物は、例えば住友化学社からスミライザーシリーズ(製品名MDP−S、BBM−S、WX−R等)として市販されている。スミライザーは、樹脂の酸化防止剤として市販されているが、シード重合において、重合系に存在させることで微粉末の発生を抑制できることは、本発明の発明者が意外にも見い出した事実である。
【0026】
重合粉末発生抑制剤は、単独で又は2種以上併用して使用できる。重合粉末発生抑制剤は、別の水性媒体に懸濁又は乳化させた状態で添加するか、あるいは少量のスチレン系単量体に溶解し添加するか、少量のスチレン系単量体に溶解し、かつ無機系懸濁安定剤及び/又はアニオン界面活性剤を加えた水性懸濁液として添加してもよい。
重合粉末発生抑制剤の添加量は、スチレン系単量体に対して0.001〜0.03重量%であることが好ましい。0.001重量%未満の場合、微粉末の発生を抑制することが十分でないことがある。0.03重量%より多い場合、重合が遅延することがある。より好ましい添加量は0.003〜0.01重量%である。
【0027】
(シード重合)
種粒子が存在する水性媒体中に、スチレン系単量体、重合開始剤及び特定構造の重合粉末発生抑制剤を連続的又は段階的に添加しつつシード重合を行う。ここで、連続的とは、スチレン系単量体、重合開始剤及び重合粉末発生抑制剤を切れ目なく水性媒体に添加することを意味する。添加速度は、添加時間中、常に一定の速度としてもよく、速度を変更してもよい。一方、段階的とは、添加されるスチレン系単量体、重合開始剤及び重合粉末発生抑制剤を複数の区分に分け、区分と区分の間に、スチレン系単量体、重合開始剤及び重合粉末発生抑制剤を添加しない時間を設けて添加することを意味する。例えば、添加している時間の合計と添加しない時間の合計の比を、1:0.5〜3とすることができる。複数の区分は、少なくとも2つ、例えば2〜10の範囲とすることができる。
ここで本発明は、スチレン系単量体は、1〜10時間内に水性媒体にその全量添加されることが好ましい。この時間内に添加されることで、安定した発泡性が得られる効果がある。より好ましい添加時間は、2〜7時間である。
【0028】
ところで、重合の終点は、スチレン系単量体の添加終了時とすることもできるが、通常、添加終了時から1〜8時間程度後になる。
また、重合開始剤は、水性媒体に、1〜10時間内に連続的又は段階的にその全量添加されることが好ましい。この時間内に添加されることで、種粒子に吸収されずに残存するスチレン系単量体由来の微粉末の発生量を低減できる結果、安定した発泡性が得られる効果がある。より好ましい添加時間は、2〜7時間である。また、重合開始剤は、スチレン系単量体と共に添加されることが、より微粉末を抑制する観点から好ましい。
【0029】
更に、重合粉末発生抑制剤は、水性媒体に、1〜10時間内に連続的又は段階的にその全量添加されることが好ましい。この時間内に添加されることで、種粒子に吸収されずに残存するスチレン系単量体由来の微粉末の発生量を低減できる結果、安定した発泡性が得られる効果がある。より好ましい添加時間は、2〜7時間である。また、重合粉末抑制剤は、スチレン系単量体と共に添加されることが、より微粉末を抑制する観点から好ましい。
スチレン系単量体、重合開始剤、重合粉末発生抑制剤はそれぞれ単独で水性媒体に添加してもよいが、重合開始剤、重合粉末発生抑制剤をスチレン系単量体に溶解して連続的又は段階的に添加することもできる。
【0030】
種粒子を水性媒体中に懸濁させるために懸濁安定剤を用いてもよい。懸濁安定剤としては、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン等の水溶性高分子や、リン酸三カルシウム、ピロリン酸マグネシウム等の難溶性無機化合物等が挙げられる。難溶性無機化合物を用いる場合には、通常ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ等のアニオン界面活性剤を併用してもよい。
シード重合におけるスチレン系単量体の重合開始時の温度は、60〜90℃の範囲であることが好ましい。また、所定量のスチレン系単量体を添加し終わったときの温度は、70〜120℃の範囲であることが好ましい。
【0031】
シード重合に用いる種粒子の使用割合は、重合終了時のスチレン系重合体全量に対して、10〜75重量%が好ましく、より好ましくは15〜50重量%である。種粒子の使用量が10重量%未満ではスチレン系単量体を添加する際に、スチレン系重合体粒子の重合率を適正範囲に制御することが困難となり、得られる重合体が高分子量化すること、微粉末が多量に発生することで製造効率が低下すること等により、工業的に不利となることがある。逆に75重量%を越えると優れた発泡成形性が得られないことがある。
【0032】
(スチレン系重合体粒子)
上記方法によれば、微粉末の含有割合が少ないスチレン系重合体粒子を得ることができる。例えば、重合粉末発生抑制剤を使用せずに製造されたスチレン系重合体粒子と比較して、上記方法では1重量%程度微粉末の含有割合を低減できる。
また、スチレン系重合体粒子は、600〜1500μmの平均粒子径を有していることが好ましい。
更に、シード重合によりスチレン系重合体粒子を製造することで、シード重合でない懸濁重合により得られたスチレン系重合体粒子より、粒子径の範囲を、メジアン径に対して、例えば±20%以下とすることができる。
【0033】
(発泡性スチレン系重合体粒子)
発泡性スチレン系重合体粒子は、上記スチレン系重合体粒子に発泡剤を含浸させることにより得られる。スチレン系重合体粒子には、スチレン系重合体粒子を水性媒体から取り出した後に発泡剤を含浸してもよく、取り出さずに水性媒体に発泡剤を圧入することで発泡剤を含浸してもよい。微粉末が少ないスチレン系重合体粒子から得られた発泡性スチレン系重合体粒子は、当然ながら微粉末が少ない。また、スチレン系重合体粒子と発泡性スチレン系重合体粒子は、平均粒子径がほぼ同じである。
【0034】
発泡剤としては、沸点が重合体の軟化点以下である易揮発性を有する、例えばプロパン、ブタン(n−、i−)、ペンタン(n−、i−等)、シクロペンタン、ヘキサン(n−、i−等)、HCFC−141b、HCFC−142b、HCFC−124、HFC−134a、HFC−152a等が挙げられ、これらの発泡剤は、単独もしくは2種以上を併用してもよい。発泡剤の使用量は、スチレン系重合体粒子に対して、好ましくは1〜12重量%、より好ましくは2〜10重量%である。また、発泡剤の添加は、重合前、重合中、重合後のいずれの時点でもよいが、通常重合後期あるいは重合後に圧入して添加することで、スチレン系重合体粒子に含浸することが好ましい。
発泡剤と共に、発泡助剤を用いることができる。この発泡助剤としては、例えば、1気圧下における沸点が200℃以下の溶剤が挙げられる。具体的には、スチレン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン等の芳香族有機化合物、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の環式脂肪族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。
【0035】
更に、発泡性スチレン系重合体粒子には、加熱発泡時に用いられる水蒸気の圧力が低くても良好な発泡成形性を維持させるために、1気圧下における沸点が200℃を超える可塑剤、例えば、フタル酸エステル、グリセリンジアセトモノラウレート、グリセリントリステアレート、グリセリンジアセトモノステアレート等のグリセリン脂肪酸エステル、ジイソブチルアジペート等のアジピン酸エステル、ヤシ油等の可塑剤が2.0重量%未満含有されていてもよい。
溶剤、可塑剤以外に発泡セル造核剤、充填剤、難燃剤、難燃助剤、滑剤、着色剤、架橋剤等の発泡性スチレン系重合体粒子を製造する際に用いられる添加剤を、必要に応じて適宜使用してもよい。
【0036】
発泡性スチレン系重合体粒子は、物性を損なわない範囲内において、表面被覆処理されていてもよい。表面被覆処理剤としては、例えば、ジンクステアレート等の粉末状金属石鹸類、ステアリン酸トリグリセライド、ステアリン酸モノグリセライド、ひまし硬化油、アミド化合物、シリコン類、ポリエチレングリコール等が挙げられる。
【0037】
(発泡成形体)
発泡成形体は、発泡性スチレン系重合体粒子を水蒸気のような加熱媒体を用いて加熱することにより予備発泡させて予備発泡粒子を得、予備発泡粒子を成形機の型内に充填し、加熱して2次発泡させ、予備発泡粒子同士を融着一体化させることにより、所望の形状で得ることができる。成形機としては、予備発泡粒子から発泡成形体を製造する際に用いられるEPS成形機等を用いることができる。
本発明では、スチレン系重合体粒子中の微粉末の含有割合が小さい。よって、得られた発泡成形体は、微粉末による予備発泡粒子同士の融着が妨げられることないため、より融着性を向上できる。融着性が向上することで、発泡成形体の強度を向上できるだけでなく、予備発泡粒子の表面同士の密着性が向上することで外観も美麗な発泡成形体を提供できる。この外観の美麗さは、電気抵抗加熱線でカットされた断面及び電気ドリルで加工された面においても維持されている。
【実施例】
【0038】
以下、実施例を挙げて更に説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。各種測定方法について以下に説明する。
<スチレン系重合体粒子及び発泡性スチレン系重合体粒子の平均粒子径>
平均粒子径は次の方法で測定する。すなわち、JIS標準ふるい目開き2360μm(7.5メッシュ)、目開き2000μm(8.6メッシュ)、目開き1700μm(10メッシュ)、目開き1400μm(12メッシュ)、目開き1180μm(14メッシュ)、目開き1000μm(16メッシュ)、目開き850μm(18メッシュ)、目開き710μm(22メッシュ)、目開き600μm(26メッシュ)、目開き500μm(30メッシュ)、目開き425μm(36メッシュ)、目開き355μm(42メッシュ)のふるいで分級し、累積重量分布曲線を基にして、累積重量が50%となる粒子径(メジアン径)を平均粒子径とする。この実施例において、微粉末は、目開き355μmのふるいを通過する粒子、言い換えると粒子径が355μm以下の粒子とする。
【0039】
<予備発泡粒子の嵩倍数>
予備発泡粒子の嵩密度は下記の要領で測定する。
まず、予備発泡粒子を500cm3、メスシリンダ内に500cm3の目盛りまで充填する。なお、メスシリンダを水平方向から目視し、予備発泡粒子が一粒でも500cm3の目盛りに達しているものがあれば、その時点で予備発泡粒子のメスシリンダ内への充填を終了する。
次に、メスシリンダ内に充填した予備発泡粒子の質量を小数点以下2位の有効数字で秤量し、その質量をW(g)とする。
そして、下記の式により予備発泡粒子の嵩密度を算出する。
嵩密度(g/cm3)=W/500
嵩倍数は嵩密度の逆数である。
なお、実施例において、発泡成形体の倍数は、嵩倍数とほぼ同じである。
【0040】
<種粒子及びスチレン系重合体粒子の重量平均分子量>
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(以下、「GPC」という)により、スチレン系重合体粒子及び発泡性スチレン系重合体粒子の重量平均分子量の測定を行う。
GPCの測定条件
機種:HLC−8320GPC(東ソー社製)
ガードカラム:TSK guardcolum Super HZ−H 4.6mml.D.×2cmL 1本(東ソー社製)
カラム:TSK gel Super HZM−H 4.6mml.D.×15cmL 2本(東ソー社製)
カラム温度:40℃
検出器:RI
溶媒:試薬1級テトラヒドロフラン
流速:0.175ml/min.
試料濃度:0.03重量%
注入量:50μl
【0041】
<融着性>
融着性は以下の方法により測定された融着率により評価する。融着率が60%以上であれば、良好な融着性を有すると規定する。
成形された成形品の中央部50mmをニクロム線にてカットして採取する。得られたカット品の中央部より破断させ、融着したもの:粒子の中央部より破断しているもの、融着していないもの:粒子の界面が出ているもの、の粒子数を測定する。粒子数を下記式に代入することで融着率を算出する。
融着率(%)=融着した粒子数×100/全粒子数
【0042】
実施例1
<種粒子の作製>
内容積100リットルの攪拌機付オートクレーブ(以下、反応器という)にリン酸三カルシウム(大平化学社製、以下同じ)120gと亜硫酸水素ナトリウム0.2g及び過硫酸カリウム0.2gを加え、更に過酸化ベンゾイル(純度75%)140g、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート30g、イオン交換水40kg及びスチレン40kgを投入した後、撹拌下で溶解及び分散させ懸濁液を形成した。
次に、200rpmの撹拌下でスチレンを90℃で6時間、更に120℃で2時間重合反応させた。反応終了後、25℃まで冷却し、オートクレーブから内容物を取り出し、脱水・乾燥・分級して平均粒子径が550μm(425〜600μmの分布)、660μm(500〜710μmの分布)であるポリスチレンからなる種粒子を得た。それぞれの種粒子の重量平均分子量は30万であった。
【0043】
<スチレン系重合体粒子の作製>
次いで、内容積100リットルの反応器に、上記平均粒子径550μmの種粒子8kg、蒸留水38kg、ピロリン酸マグネシウム128g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム21g(純度25%、以下同じ)を入れた。反応器の内容物を撹拌し懸濁させた後、反応器の内温を80℃まで上げた。
次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及びスチレン1540gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を80℃に保持した反応器に添加し、添加終了時点から15分間、種粒子にスチレンを吸収させた。
【0044】
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド151g(10時間半減期温度は73.6℃)をスチレン1890gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3gと共にホモミキサーで攪拌して懸濁液を得た。得られた懸濁液を、80℃に保持した反応器に、674g/hrで連続して6時間かけて供給した。
重合開始剤と同時に、重合粉末発生抑制剤として2,2’−メチレンビス(6−ターシャリブチル−4−メチルフェノール)(住友化学社製スミライザーMDP−S、以下同じ)2.4gをスチレン1890gに溶解して得た溶液を、80℃に保持した反応器に315g/hrで連続して6時間かけて供給した。
【0045】
重合開始剤と同時に、スチレン26.68kgを80℃に保持した反応器に4447g/hrで連続して6時間かけて供給した。
引き続き80℃で1時間保持することでスチレン系重合体粒子を得た。スチレン系重合体粒子の平均粒子径は940μmであり、710〜1400μmの分布があり、微粉末含有割合は0.2%であった。また、重量平均分子量は28万であった。
【0046】
<発泡性スチレン系重合体粒子の作製>
蒸留水2000gにピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベゼンスルホン酸ナトリウム3g、トルエン200g及びジイソブチルアジペート320gを加えてホモミキサーで攪拌して分散液を調製した。上記スチレン系重合体粒子を含む反応器内に、この分散液を加えた。続いて反応器内に、発泡剤であるブタン(コスモ石油社製ブタンシルバー、イソブタン:ノルマルブタン=35:65、以下同じ)3860gを圧入した。圧入後、80℃で8時間保持し、次いで20℃まで冷却することで発泡性スチレン系重合体粒子を得た。反応器から発泡性スチレン系重合体粒子を取り出し、洗浄、脱水、乾燥した。
【0047】
<予備発泡粒子の作製>
発泡性スチレン系重合体粒子40kgをタンブラーミキサーに投入し、続けて重量平均分子量が300であるポリエチレングリコール(日油社製PEG300)20g及び100csであるジメチルポリシロキサン(信越化学社製KF−96)8gを投入し、15分間タンブラーミキサーを回転させた。次に、ステアリン酸亜鉛40g、ステアリン酸トリグリセライド4g、ステアリン酸モノグリセライド20g及び12ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド28gの表面被覆処理剤をタンブラーミキサーに投入した。投入後、内容物を15分間回転させることで、表面被覆処理剤で発泡性スチレン系重合体粒子の表面を被覆した。
【0048】
この表面被覆された発泡性スチレン系重合体粒子を15℃で3日間熟成させた後、特許庁公報57(1982)−133〔3347〕周知・慣用技術集(発泡成形)P.39記載の発泡槽上面検出器までの容積量が350リットルである円筒型バッチ式加圧予備発泡機に投入し、蒸気により加熱することにより予備発泡粒子を得た。この予備発泡粒子の嵩倍数は60倍であった。
【0049】
<発泡成形体の作製>
予備発泡粒子を、室温雰囲気下で24時間放置後、キャビティのサイズ:高さ1840mm、幅930mm、奥行530mmの成形型を有するブロック成形機(笠原工業社製PEONY‐205DS)の成形型のキャビティ内に前記予備発泡粒子を充填した。成形型を0.06MPa(ゲージ圧)の蒸気圧で20秒間加熱し、次いで成形型内圧力が−0.01MPaになるまで冷却した。冷却後、成形型からブロック状の発泡成形体を離型し、60℃乾燥室に3日間保管した。
得られた発泡成形体の融着率を測定したところ、融着率は65%であった。
【0050】
実施例2
反応器に、実施例1と同様にして得た平均粒子径660μmの種粒子8kg、蒸留水38kg、ピロリン酸マグネシウム128g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム21gを入れた。内容物を撹拌し懸濁させた後、反応器の内温を85℃まで上げた。
次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及びスチレン1540gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を85℃に保持した反応器に添加し、添加終了時点から15分間、種粒子にスチレンを吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド151gをスチレン1890gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3gと共にホモミキサーで攪拌して懸濁液を得た。得られた懸濁液を、82℃に保持した反応器に、674g/hrで連続して6時間かけて供給した。
【0051】
重合開始剤と同時に、重合粉末発生抑制剤として2,2’−メチレンビス(6−ターシャリブチル−4−メチルフェノール)2.4gをスチレン1890gに溶解し、85℃に保持した反応器に315g/hrで連続して6時間かけて供給した。
重合開始剤と同時に、スチレン26.68kgを85℃に保持した反応器に4447g/hrで連続して6時間かけて供給した。
引き続き85℃で1時間保持することでスチレン系重合体粒子を得た。スチレン系重合体粒子の平均粒子径は1130μmであり、850〜1700μmの分布があり、微粉末含有割合は0.2%であった。また、重量平均分子量は26万であった。
【0052】
<発泡性スチレン系重合体粒子の作製>
蒸留水2000gにピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベゼンスルホン酸ナトリウム3g、トルエン200g、ジイソブチルアジペート320gを加えてホモミキサーで攪拌して分散液を調製した。上記スチレン系重合体粒子を含む反応器内に、この分散液を加えた。続いて反応器内に、発泡剤であるブタン3860gを圧入した。圧入後、85℃で8時間保持し、次いで20℃まで冷却することで発泡性スチレン系重合体粒子を得た。反応器から発泡性スチレン系重合体粒子を取り出し、洗浄、脱水、乾燥した。
以降の工程は実施例1と同様して発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の融着率を測定したところ、融着率は70%であった。
【0053】
実施例3
反応器に、実施例1と同様にして得た平均粒子径660μmの種粒子20kg、蒸留水38kg、ピロリン酸マグネシウム128g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム21gを入れた。内容物を撹拌し懸濁させた後、反応器の内温を80℃まで上げた。
次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及びスチレン1540gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を80℃に保持した反応器に添加し、添加終了時点から15分間、種粒子にスチレンを吸収させた。
【0054】
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド93gをスチレン1890gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3gと共にホモミキサーで攪拌して懸濁液を得た。得られた懸濁液を、80℃に保持した反応器に、997g/hrで連続して4時間かけて供給した。
重合開始剤と同時に、重合粉末発生抑制剤として2,2’−メチレンビス(6−ターシャリブチル−4−メチルフェノール)2.4gをスチレン1890gに溶解し、80℃に保持した反応器に473g/hrで連続して4時間かけて供給した。
【0055】
重合開始剤と同時に、スチレン14.68kgを80℃に保持した反応器へ3670g/hrで連続して4時間かけて供給した。
引き続き80℃で1時間保持することでスチレン系重合体粒子を得た。スチレン系重合体粒子の平均粒子径は830μmであり、600〜1000μmの分布があり、微粉末含有割合は0.3%であった。また、重量平均分子量は28万であった。
【0056】
<発泡性スチレン系重合体粒子の作製>
蒸留水2000gにピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベゼンスルホン酸ナトリウム3g、トルエン200g及びジイソブチルアジペート320gを加えてホモミキサーで攪拌して分散液を調製した。上記スチレン系重合体粒子を含む反応器内に、この分散液を加えた。続いて反応器内に、発泡剤であるブタン3860gを圧入した。圧入後、80℃で8時間保持し、次いで20℃まで冷却することで発泡性スチレン系重合体粒子を得た。反応器から発泡性スチレン系重合体粒子を取り出し、洗浄、脱水、乾燥した。
以降の工程は実施例1と同様して発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の融着率を測定したところ、融着率は70%であった。
【0057】
比較例1
反応器に、実施例1と同様にして得た平均粒子径550μmの種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム128g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム8.3gを入れた。内容物を撹拌し懸濁させた後、反応器内温を75℃まで昇温した。
次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及びスチレン1540gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、次いでスチレン1140gを228g/分で反応器へ供給し、供給終了時点から15分間、種粒子にスチレンを吸収させた。
【0058】
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド220gをスチレン1890gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3gと共にホモミキサーで攪拌して懸濁液を得た。得られた懸濁液を、75℃に保持した反応器に、411.3g/hrで連続して1時間かけて供給した。
重合開始剤を含む懸濁液の反応器への供給終了時点から10分間、種粒子にスチレンと重合開始剤とを吸収させた。この後、スチレン28.43kgを反応器内に9.48kg/hrの速度で連続的に3時間供給した。また、このスチレン28.43kgの供給開始時点から2時間後に反応器内の温度を17℃/hrのスピードで1時間、連続的に昇温し、反応器内温度を92℃とした。引き続き92℃で1時間保持することでスチレン系重合体粒子を得た。スチレン系重合体粒子の平均粒子径は850μmであり、600〜1000μmの分布があり、微粉末含有割合は1.2%であった。また、重量平均分子量は29万であった。
【0059】
<発泡性スチレン系重合体粒子の作製>
蒸留水2000gにピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベゼンスルホン酸ナトリウム3g、エチレンビスステアロアマイド13.2g、トルエン13.2g及びシクロヘキサン6.6gを加えてホモミキサーで攪拌して分散液を調製した。上記スチレン系重合体粒子を含む反応器内に、この分散液を加えた。続いて反応器内に、発泡剤であるノルマルブタン(小池化学社製ノルマルブタン、以下同じ)880g及びペンタン1088gを圧入した。圧入後、100℃まで昇温した。100℃で3時間保持した後、20℃まで冷却することで発泡性スチレン系重合体粒子を得た。反応器から発泡性スチレン系重合体粒子を取り出し、洗浄、脱水、乾燥した。
以降の工程は実施例1と同様して発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の融着率を測定したところ、融着率は50%であった。
【0060】
比較例2
反応器に、実施例1と同様にして得た平均粒子径550μmの種粒子11kg、蒸留水32kg、ピロリン酸マグネシウム128g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム8.3gを入れた。内容物を撹拌し懸濁させた後、反応器の内温を75℃まで昇温した。
次いで、予め用意した蒸留水3000g、ピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3g及びスチレン220gをホモミキサーで攪拌して懸濁液を調製した。この懸濁液を75℃に保持した反応器に添加し、添加終了時点から15分間スチレン系重合体種粒子にスチレンを吸収させた。
続いて、重合開始剤として純度75%のベンゾイルパーオキサイド160gをスチレン1860gに溶解した。得られた溶液を、蒸留水2000g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3gと共にホモミキサーで攪拌して懸濁液を得た。得られた懸濁液を、75℃に保持した反応器に、413g/hrで連続して1時間かけて供給した。
【0061】
重合開始剤を含む懸濁液の反応器への供給終了時点から10分間、種粒子にスチレンと重合開始剤を吸収させた。この後、スチレン31.42kgを反応器内に11.8kg/hrの速度で連続的に2時間40分で供給した。また、このスチレン31.42kgの供給開始時点から17℃/hrのスピードで連続的に昇温し、スチレン供給終了時点の反応器内温度を108℃とした。引き続き108℃で1時間保持することでスチレン系重合体粒子を得た。スチレン系重合体粒子の平均粒子径は840μmであり、600〜1000μmの分布があり、微粉末含有割合は1.0%であった。また、重量平均分子量は31万であった。
【0062】
<発泡性スチレン系重合体粒子の作製>
蒸留水2000gにピロリン酸マグネシウム13g、ドデシルベゼンスルホン酸ナトリウム3g、エチレンビスステアロアマイド13.2g、トルエン13.2g、シクロヘキサン6.6gを加えてホモミキサーで攪拌して分散液を調製した。反応器内の温度を100℃まで下げた後、上記スチレン系重合体粒子を含む反応器内に、この分散液を圧入した。圧入後、発泡剤であるノルマルブタン880g及びペンタン1088gを圧入した。圧入後、100℃で3時間保持し、次いで20℃まで冷却することで発泡性スチレン系重合体粒子を得た。反応器から発泡性スチレン系重合体粒子を取り出し、洗浄、脱水、乾燥した。
以降の工程は実施例1と同様して発泡成形体を得た。得られた発泡成形体の融着率を測定したところ、融着率は55%であった。
【0063】
比較例3
スチレン系重合体粒子の作製時に、重合粉末抑制剤の2,2’−メチレンビス(6−ターシャリブチル−4−メチルフェノール)を使用しないこと以外は実施例1と同様にしてスチレン系重合体粒子、発泡性スチレン系重合体粒子、予備発泡粒子及び発泡成形体を得た。
得られたスチレン系重合体粒子の平均粒子径は940μmであり、微粉末含有割合は1.6%であった。発泡成形体の融着率は50%であった。
実施例及び比較例のふるい分級による累積重量分布曲線を表1に示す。
【0064】
【表1】

【0065】
また、表2に、実施例及び比較例で得られたスチレン系重合体粒子の評価結果を示す。
【0066】
【表2】

【0067】
表1及び2より、特定構造の重合粉末発生抑制剤を使用してシード重合によりスチレン系重合体粒子を得ることで、微粉末の発生を抑制できることがわかる。また、微粉末の発生量が少ない実施例のスチレン系重合体粒子から得られる発泡成形体は、融着率が高いことがわかる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
種粒子が存在する水性媒体中で、重合開始剤を用いてスチレン系単量体をシード重合させるに際して、
一般式(1)
【化1】

(式中、A及びBは、同一又は異なって、水酸基及び低級アルキル基から選択される基であり、Xは、置換基を有していてもよい低級アルキレン基、−S−又は単結合であり、nは1〜4である)
で表されるビフェニル系化合物を水性媒体に添加することで、種粒子に吸収されないスチレン系単量体に由来する重合体からなる微粉末の発生が抑制されたスチレン系重合体粒子を得ることを特徴とするスチレン系重合体粒子の製造方法。
【請求項2】
前記ビフェニル系化合物が、前記スチレン系単量体と共に、前記水性媒体に、1〜10時間内に連続的又は段階的に全量添加される請求項1に記載のスチレン系重合体粒子の製造方法。
【請求項3】
前記重合開始剤が、前記スチレン系単量体と共に、前記水性媒体に、1〜10時間内に連続的又は段階的に全量添加される請求項1又は2に記載のスチレン系重合体粒子の製造方法。
【請求項4】
前記スチレン系単量体が、前記水性媒体に、1〜10時間内に連続的又は段階的に全量添加される請求項1〜3のいずれか1つに記載のスチレン系重合体粒子の製造方法。
【請求項5】
前記シード重合が、前記重合開始剤の10時間半減期を得るための分解温度の±15℃の範囲内の温度に加熱することで開始される請求項1〜4のいずれか1つに記載のスチレン系重合体粒子の製造方法。
【請求項6】
前記スチレン系重合体粒子が、600〜1500μmの平均粒子径を有する請求項1〜5のいずれか1つに記載のスチレン系重合体粒子の製造方法。
【請求項7】
前記種粒子が、難水溶性リン酸塩と、水溶性亜硫酸塩及び水溶性過硫酸塩から選択される塩との存在下、水性媒体中、種粒子用スチレン系単量体を懸濁重合させることにより得られる請求項1〜6のいずれか1つに記載のスチレン系重合体粒子の製造方法。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか1つに記載の方法により得られたスチレン系重合体粒子。
【請求項9】
請求項8に記載のスチレン系重合体粒子に発泡剤を含浸することにより得られた発泡性スチレン系重合体粒子。
【請求項10】
請求項9に記載の発泡性スチレン系重合体粒子を型内発泡成形して得られた発泡成形体。
【請求項11】
前記発泡成形体が、電気抵抗加熱線でカットされた断面又は電気ドリルで加工された面を有する請求項10に記載の発泡成形体。

【公開番号】特開2011−184516(P2011−184516A)
【公開日】平成23年9月22日(2011.9.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−49194(P2010−49194)
【出願日】平成22年3月5日(2010.3.5)
【出願人】(000002440)積水化成品工業株式会社 (1,335)
【Fターム(参考)】