発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とその製造方法、ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子、ポリスチレン系樹脂発泡成形体
【課題】曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れた発泡成形体を製造し得る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とその製造方法の提供。
【解決手段】ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤を含む発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【解決手段】ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤を含む発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたポリスチレン系樹脂発泡成形体が得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体は、耐圧縮性、軽量性、断熱性、経済性などに優れており、断熱材、緩衝材などとして広く用いられている。
【０００３】
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法の一つとして、押出機内で溶融されたポリスチレン系樹脂に発泡剤を圧入・混練し、発泡剤含有の溶融樹脂を押出機先端に付設されたダイの小孔から直接冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を高速回転刃で切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る、所謂、溶融押出法が知られている。
従来、溶融押出法により発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造する方法に関して、例えば、特許文献１〜３に開示された技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、（ａ）発泡剤配合重合体をダイヘッド部を通じ、該発泡性重合体のＴｇ値以上の高温に保持する水浴又は流体浴中に押し出す工程 （ｂ）該発泡性重合体のＴｇ値以上の高温に保持する水浴又は流体浴中において、ダイヘッド部出口で重合体を即時切断し、顆粒とする工程 （ｃ）該顆粒を該発泡性重合体のＴｇ値以下の温度に冷却する工程の連続工程において、顆粒の冷却を、少なくとも（Ｔｇ＋５）℃から（Ｔｇ−５）℃まで毎分３℃より少ない割合で徐冷し、また重合体の顆粒への切断および顆粒の冷却は２ｂａｒ以上の圧力下で行うことを特徴とする無配向性及び無応力性の熱可塑性スチレン重合体の発泡性顆粒の押出式製造方法が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、熱可塑性樹脂と発泡剤とを溶融混練し、次いでこれをダイヘッドの押出孔から発泡性熱可塑性樹脂粒子のガラス転移温度（以下、Ｔｇと略す）＋５℃以上の加熱加圧液中に押出し、即時切断して得た粒子を、加熱加圧液中で同温度以上に保持して該粒子内の残留応力を緩和し、次いで冷却することを特徴とする発泡性熱可塑性樹脂粒子の製法が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、熱可塑性樹脂（Ａ）と、発泡剤（Ｂ）とを溶融混練し（工程１）、これをダイヘッドの押出孔から、熱可塑性樹脂（Ａ）と発泡剤（Ｂ）との溶融混練物が発泡しない温度・圧力に加熱・加圧された加熱加圧液中に押出した後、即時切断し（工程２）、得られた粒子を常圧で発泡しない温度まで冷却し（工程３）、発泡性熱可塑性樹脂を示差熱分析装置（ＤＳＣ）で測定した場合に、４０〜１２０℃の領域で出現する二つの吸熱ピークのうち、低温側のピーク温度をＴ1とした場合の３０〜（Ｔ1＋１５）℃の温度範囲に加熱された、常圧の液中で熟成処理する（工程４）ことを特徴とする発泡性熱可塑性樹脂粒子の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平５−５９１３８号公報
【特許文献２】特開平６−３２９３２号公報
【特許文献３】特開平７−３１４４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来技術には、次のような問題があった。
特許文献１の製造方法は、ダイヘッド部から押し出した樹脂を切断して顆粒にする際に、発泡性重合体のＴｇ値以上の高温に保持した加熱加圧液中で前記押し出し、切断を行っているので、切断して得られた粒子同士が融着し易くなり、多数個の粒子同士が結合して塊状になった不良品の発生率が高いという問題がある。
【０００９】
特許文献２の製造方法は、即時切断して得た粒子を加熱加圧液中で同温度以上に保持して該粒子内の残留応力を緩和し、次いで冷却して発泡性熱可塑性樹脂粒子を製造しているが、特許文献２の実施例に記載された製造条件で発泡性熱可塑性樹脂粒子を製造したところ、切断して得られた粒子同士が融着し易くなり、多数個の粒子同士が結合して塊状になった不良品の発生率が高いという問題があった。また、この製造方法で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して予備発泡させた所、得られた予備発泡樹脂粒子は、平均気泡径が大きくなり、該予備発泡粒子を型内発泡成形して得られた発泡成形体の機械強度が低下したり、熱伝導率が高くなって断熱性能が悪化するなどの問題があった。
【００１０】
特許文献３の製造方法は、セル径の大きな予備発泡粒子を得るための方法である。しかし、予備発泡粒子の気泡構造におけるセル径が大きくなると、該予備発泡粒子を型内発泡成形して得られた発泡成形体の機械強度が低下したり、熱伝導率が高くなって断熱性能が悪化するなどの問題があった。
【００１１】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、機械強度及び断熱性に優れたポリスチレン系樹脂発泡成形体を製造し得る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とその製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を達成するため、本発明は、ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤を含む発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を提供する。
【００１３】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、嵩発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１’を、次式（１）
【００１４】
【数１】
【００１５】
（式中、Ｄ１は嵩発泡倍数５０倍に換算した発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表し、Ｄ１’は嵩発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表す）を用いて嵩発泡倍数５０倍に換算した発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１が、３５μｍ≦Ｄ１≦１４０μｍの関係を満たすことが好ましい。
【００１６】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記内部平均気泡径が４０〜１２０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００１７】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記連続気泡率が８％以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．９０〜１．１０の範囲内であることが好ましい。
【００１９】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して５．０質量部以下の無機気泡核剤を含むことが好ましい。
【００２０】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記無機気泡核剤がタルクであることが好ましい。
【００２１】
また本発明は、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に発泡剤を添加、混練し、発泡剤含有溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ未満の温度の冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程、
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って、前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程、とを有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法を提供する。
【００２２】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、前記押出物を切断する際の冷却用液体の温度が２０〜６０℃の範囲内であることが好ましい。
【００２３】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して５．０質量部以下の無機気泡核剤を添加することが好ましい。
【００２４】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、前記無機気泡核剤がタルクであることが好ましい。
【００２５】
また本発明は、前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱し予備発泡して得られたポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を提供する。
【００２６】
また本発明は、前記ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し加熱し、型内発泡成形して得られたポリスチレン系樹脂発泡成形体を提供する。
【００２７】
また本発明は、スチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、成形型を蒸気加熱し、型内発泡成形して得られたスチレン系樹脂発泡成形体であって、
発泡倍数Ｘ倍に発泡成形させたときの状態で、この発泡成形体中の融着し合った発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２’を、次式（２）
【００２８】
【数２】
【００２９】
（式中、Ｄ２は発泡倍数５０倍に換算した発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表し、Ｄ２’は発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表す）を用いて発泡倍数５０倍に換算した発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２が、３５μｍ≦Ｄ２≦１４０μｍの関係を満たし、前記発泡粒子の表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ発泡成形体の連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡成形体を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有するものなので、発泡粒子全体にわたって比較的小さく均一で独立した気泡が形成され、これを型内発泡成形して得られる発泡成形体は、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたものとなる。
【００３１】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法は、溶融押出法によって得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得ることによって、加熱発泡させた際に発泡粒子全体にわたって比較的小さく均一で独立した気泡が形成され、これを型内発泡成形することによって曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れた発泡成形体が得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法に用いられる製造装置の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子）
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤を含む発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であり、加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする。なお、前記発泡粒子の嵩発泡倍数とは、後述するポリスチレン系樹脂予備発泡粒子の嵩発泡倍数の測定方法によって測定された嵩発泡倍数のことを言う。
【００３４】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、加熱して発泡させた発泡粒子の嵩発泡倍数が５０倍以外である場合、その発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１’は、前記式（１）を用いて嵩発泡倍数５０倍に換算し、その内部平均気泡径Ｄ１が３５μｍ≦Ｄ１≦１４０μｍの関係を満たす。これは、本発明に係るポリスチレン系樹脂予備発泡粒子及びポリスチレン系樹脂発泡成形体の気泡構造についても同じである。
【００３５】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、４０〜１２０μｍの範囲内であることが好ましい。前記内部平均気泡径が３５μｍ未満であると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体は連続気泡率が増加して独立気泡が減少し、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。前記内部平均気泡径が１４０μｍを超えると、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。
【００３６】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、０．９０〜１．１０の範囲内であることが好ましい。この表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が前記範囲から外れると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体の曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。なお、本発明において「表層部平均気泡径」とは、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、その中心を通るように該発泡粒子を切断した断面において、発泡粒子の表面からの深さが発泡粒子の直径の１／４までの領域を「表層部」と定義し、該表層部にある気泡の平均気泡径のことを指し、また「内部平均気泡径」とは、同じ発泡粒子の該表層部よりも深い領域を「内部」と定義し、該内部にある気泡の平均気泡径のことを指している。
【００３７】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、連続気泡率が１０％以下であり、８％以下であることが好ましい。前記連続気泡率が１０％を超えると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体の曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。
【００３８】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、ポリスチレン系樹脂としては、特に限定されず、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、エチルスチレン、ｉ−プロピルスチレン、ジメチルスチレン、ブロモスチレン等のスチレン系モノマーの単独重合体又はこれらの共重合体等が挙げられ、スチレンを５０質量％以上含有するポリスチレン系樹脂が好ましく、なかでもポリスチレンがより好ましい。
【００３９】
また、前記ポリスチレン系樹脂としては、前記スチレンモノマーを主成分とする、前記スチレン系モノマーとこのスチレン系モノマーと共重合可能なビニルモノマーとの共重合体であってもよく、このようなビニルモノマーとしては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、セチル（メタ）アクリレート等のアルキル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロニトリル、ジメチルマレエート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、エチルフマレートの他、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などの二官能性モノマーなどが挙げられる。
【００４０】
また、ポリスチレン系樹脂が主成分であれば、他の樹脂を添加してもよく、添加する樹脂としては、例えば、発泡成形体の耐衝撃性を向上させるために、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン−非共役ジエン三次元共重合体などのジエン系のゴム状重合体を添加したゴム変性ポリスチレン系樹脂、いわゆるハイインパクトポリスチレンが挙げられる。あるいは、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などが挙げられる。
【００４１】
原料となるポリスチレン系樹脂としては、市販されている通常のポリスチレン系樹脂、懸濁重合法などの方法で新たに作製したポリスチレン系樹脂などの、リサイクル原料でないポリスチレン系樹脂（バージンポリスチレン）を使用できる他、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体を再生処理して得られたリサイクル原料を使用することができる。このリサイクル原料としては、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体、例えば、魚箱、家電緩衝材、食品包装用トレーなどを回収し、リモネン溶解方式や加熱減容方式によって再生したリサイクル原料の中から、質量平均分子量Ｍｗが１２万〜４０万の範囲となる原料を適宜選択し、又は質量平均分子量Ｍｗが異なる複数のリサイクル原料を適宜組み合わせて用いることができる。
【００４２】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に用いられる発泡剤は、特に限定されないが、例えばプロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン等の脂肪族炭化水素、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル類、メタノール、エタノール等の各種アルコール類、炭酸ガス、窒素、水等が使用可能である。この内、脂肪族炭化水素が好適であり、更には、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン単独もしくはこれらの混合物がより好適である。また、炭素数５の炭化水素であるノルマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン、シクロペンタジエン単独もしくはこれらの混合物が特に好適である。その中でもイソペンタンとノルマルペンタンとの一方又は両方の混合物であることが好ましい。また、前記炭素数５の炭化水素を主体とし、沸点が２０℃以上であり、炭素数５の炭化水素以外の発泡剤（例えばノルマルブタン、イソブタン、プロパン、炭酸ガス等）を含んでいてもよい。
この発泡剤の添加量は、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対し２〜１５質量部の範囲が好ましく、３〜８質量部の範囲がより好ましく、４〜７質量部の範囲が特に好ましい。
【００４３】
この発泡性ポリスチレン系樹脂粒子には、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対し、気泡核剤として、タルク、珪酸カルシウム、合成あるいは天然に産出される二酸化ケイ素などの無機微粉末または化学発泡剤を添加することが好ましい。この気泡核剤としては、タルクが特に好ましい。前記気泡核剤の添加量は、熱可塑性樹脂１００質量部に対し５質量部以下が好ましく、０．０５〜２．０質量部の範囲がより好ましい。前記化学発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態として、前記気泡核剤として、タルクなどの無機粉末又は化学発泡剤をベース樹脂、好ましくはポリスチレン系樹脂中に均一に分散させたマスターバッチ型気泡核剤を用いることが好ましい。このマスターバッチ型気泡核剤を用いることによって、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂と気泡核剤とを混合する際に、無機粉末又は化学発泡剤をポリスチレン系樹脂中に非常に均一な状態で分散させることができる。
【００４５】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子には、前記発泡剤及び気泡核剤の他に、得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子及び発泡成形体の物性を損なわない範囲内において、結合防止剤、気泡調整剤、架橋剤、充填剤、難燃剤、難燃助剤、滑剤、着色剤等の添加剤を添加してもよい。
【００４６】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有するものなので、発泡粒子全体にわたって比較的小さく均一で独立した気泡が形成され、これを型内発泡成形して得られる発泡成形体は、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたものとなる。
【００４７】
（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法）
次に、図面を参照して本発明に係る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法の実施形態を説明する。
本発明に係る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法は、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に発泡剤を添加、混練し、発泡剤含有溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ未満の温度の冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る造粒工程と、
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って、本発明に係る前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る再加熱工程、とを有することを特徴とする。
【００４８】
（造粒工程）
図１は、前記造粒工程で発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造するために用いられる製造装置の一例を示す構成図である。
本例の製造装置は、樹脂供給装置としての押出機１と、押出機１の先端に取り付けられた多数の小孔を有するダイ２と、押出機１内に樹脂原料等を投入する原料供給ホッパー３と、押出機１内の溶融樹脂に発泡剤供給口５を通して発泡剤を圧入する高圧ポンプ４と、ダイ２の小孔が穿設された樹脂吐出面に冷却水を接触させるように設けられ、室内に冷却水が循環供給されるカッティング室７と、ダイ２の小孔から押し出された樹脂を切断できるようにカッティング室７内に回転可能に設けられたカッター６と、カッティング室７から冷却水の流れに同伴して運ばれる発泡性樹脂粒子を冷却水と分離すると共に脱水乾燥して発泡性樹脂粒子を得る固液分離機能付き脱水乾燥機１０と、固液分離機能付き脱水乾燥機１０にて分離された冷却水を溜める水槽８と、この水槽８内の冷却水をカッティング室７に送る高圧ポンプ９と、固液分離機能付き脱水乾燥機１０にて脱水乾燥された発泡性樹脂粒子を貯留する貯留容器１１とを備えて構成されている。
【００４９】
なお、押出機１としては、スクリュを用いる押出機またはスクリュを用いない押出機のいずれも用いることができる。スクリュを用いる押出機としては、例えば、単軸式押出機、多軸式押出機、ベント式押出機、タンデム式押出機などが挙げられる。スクリュを用いない押出機としては、例えば、プランジャ式押出機、ギアポンプ式押出機などが挙げられる。また、いずれの押出機もスタティックミキサーを用いることができる。これらの押出機のうち、生産性の面からスクリュを用いた押出機が好ましい。また、カッター６を収容したカッティング室７も、樹脂の溶融押出による造粒方法において用いられている従来周知のものを用いることができる。
【００５０】
図１に示す製造装置を用い、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造するには、まず、原料のポリスチレン系樹脂、気泡核剤、必要に応じて添加される難燃剤などの所望の添加剤を秤量し、原料供給ホッパー３から押出機１内に投入する。原料のポリスチレン系樹脂は、ペレット状や顆粒状にして事前に良く混合してから１つの原料供給ホッパーから投入してもよいし、あるいは例えば複数のロットを用いる場合は各ロットごとに供給量を調整した複数の原料供給ホッパーから投入し、押出機内でそれらを混合してもよい。また、複数のロットのリサイクル原料を組み合わせて使用する場合には、複数のロットの原料を事前に良く混合し、磁気選別や篩分け、比重選別、送風選別などの適当な選別手段により異物を除去しておくことが好ましい。
【００５１】
押出機１内にポリスチレン系樹脂、気泡核剤、その他の任意の添加剤を供給後、樹脂を加熱溶融し、その溶融樹脂をダイ２側に移送しながら、発泡剤供給口５から高圧ポンプ４によって発泡剤を圧入して溶融樹脂に発泡剤を混合し、押出機１内に必要に応じて設けられる異物除去用のスクリーンを通して、溶融物をさらに混練しながら先端側に移動させ、発泡剤を添加した溶融物を押出機１の先端に付設したダイ２の小孔から押し出す。
【００５２】
ダイ２の小孔が穿設された樹脂吐出面は、室内に冷却水が循環供給されるカッティング室７内に配置され、且つカッティング室７内には、ダイ２の小孔から押し出された樹脂を切断できるようにカッター６が回転可能に設けられている。発泡剤添加済みの溶融物を押出機１の先端に付設したダイ２の小孔から押し出すと、溶融物は粒状に切断され、同時に冷却水と接触して急冷され、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が得られる。
【００５３】
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、カッティング室７から冷却水の流れに同伴して固液分離機能付き脱水乾燥機１０に運ばれ、ここで発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を冷却水と分離すると共に脱水乾燥する。乾燥された発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、貯留容器１１に貯留される。
【００５４】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、前記冷却水の温度は、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ未満の温度であり、２０〜６０℃の範囲とすることが好ましい。冷却水の温度が発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇを超えると、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子同士が融着し易くなり、多数個の粒子同士が結合して塊状になった不良品の発生率が高くなる。
冷却水の温度が２０℃未満であると、得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が球状化せず、また割れが生じる場合がある。
【００５５】
また、前記冷却水は０．５ＭＰａ以上に加圧しておくことが好ましい。この冷却水を加圧するには、前記冷却水の循環流路のうち、高圧ポンプ９の吐出側からカッティング室７を通り、固液分離機能付き脱水乾燥機１０の入口側に到る部分を加圧領域とし、高圧ポンプ９の吐出圧力を高めることにより実行し得る。前記冷却水の圧力は、０．６〜２．０ＭＰａの範囲とすることが好ましく、０．８〜１．５ＭＰａの範囲がより好ましい。
【００５６】
（再加熱工程）
前記造粒工程で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、次に、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って、本発明に係る前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とする。
この再加熱工程は、前記造粒工程で発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造した直後に、連続して実施してもよいし、前記造粒工程で発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造後、貯蔵しておき、任意の貯蔵期間経過後に取り出して再加熱工程を実施してもよい。
【００５７】
この再加熱工程は、例えば、温度調節機能を持った耐圧容器内に、熱媒体、例えば水を入れ、前記温度範囲内の温度に加熱・保温しておき、これに前記造粒工程で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を投入することによって効率よく行うことができる。
【００５８】
前記再加熱工程の加熱温度は、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度であればよく、より具体的には、後述する実施例で用いているＴｇが６１℃の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の場合には、５６℃以上とする。加熱温度の上限は、１５０℃以上としても良いが、樹脂粒子同士の融着を少なくする観点から１５０℃程度を上限とすることが好ましい。この場合の加熱温度は、６０〜９０℃の範囲とすることがより好ましい。この加熱温度が（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃未満であると、得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱発泡させて得られた発泡粒子の気泡が細かくならず、これを型内発泡成形して得られた発泡成形体の機械強度が低下するおそれがある。
【００５９】
前記再加熱工程での圧力は、１．５ＭＰａ以下であり、０．１〜１．０ＭＰａの範囲が好ましく、０．１〜０．５ＭＰａの範囲がより好ましい。この圧力が１．５ＭＰａを超えると、得られる発泡成形体の機械強度が低下するおそれがある。さらに再加熱工程で用いる耐圧容器の耐圧性能を上げる為に容器を肉厚にする必要があり、質量が重くなることから好ましくない。
【００６０】
前記再加熱工程の加熱処理時間は、特に限定されないが、１〜１０分間程度とすることが好ましく、１〜５分間程度がより好ましい。この加熱処理時間が短いと、造粒工程で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の気泡構造を改善して発泡成形体の機械強度を向上させる効果が十分に得られなくなる。一方、加熱処理時間を長くすると、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造効率が低下してコスト上昇に繋がることから好ましくない。
【００６１】
この再加熱工程を終えた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、表面改質剤などの添加剤の添加、乾燥処理などの必要な後処理後、ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子の製造用に利用される。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法は、溶融押出法によって得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得ることによって、加熱発泡させた際に発泡粒子全体にわたって比較的小さく均一で独立した気泡が形成され、これを型内発泡成形することによって曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れた発泡成形体が得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を効率よく製造することができる。
【００６２】
（ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子及びポリスチレン系樹脂発泡成形体）
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、発泡樹脂成形体の製造分野において周知の装置及び手法を用い、水蒸気加熱等により加熱して予備発泡し、ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子（以下、予備発泡粒子と記す）とする。この予備発泡粒子は、製造するべきポリスチレン系樹脂発泡成形体（以下、発泡成形体と記す）の密度と同等の嵩密度となるように予備発泡される。本発明において、その嵩密度及び嵩発泡倍数は限定されないが、通常は０．０１０〜０．１０ｇ／ｃｍ３の範囲内（嵩発泡倍数として１０〜１００倍の範囲内）とし、０．０１５〜０．０５０ｇ／ｃｍ３の範囲内とするのが好ましい。
【００６３】
なお、本発明において予備発泡粒子の嵩密度及び嵩発泡倍数とは、ＪＩＳ Ｋ６９１１：１９９５年「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定されたものをいう。
＜予備発泡粒子の嵩密度＞
メスシリンダに予備発泡粒子を５００ｃｍ３の目盛りまで充填する。但し、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れば、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。次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
【００６４】
＜予備発泡粒子の嵩発泡倍数＞
また、予備発泡粒子の嵩発泡倍数は、次式により算出される数値である。
嵩発泡倍数＝１／嵩密度（ｇ／ｃｍ３）
【００６５】
前記予備発泡粒子は、発泡樹脂成形体の製造分野において周知の装置及び手法を用い、該予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、水蒸気加熱等により加熱して型内発泡成形し、発泡成形体を製造する。
【００６６】
本発明のスチレン系樹脂発泡成形体は、発泡倍数Ｘ倍に発泡成形させたときの状態で、この発泡成形体中の融着し合った発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２’は、前記式（２）を用いて発泡倍数５０倍に換算し、その発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２が、３５μｍ≦Ｄ２≦１４０μｍの関係を満たし、前記発泡粒子の表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ発泡成形体の連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする。
【００６７】
本発明のスチレン系樹脂発泡成形体は、発泡倍数Ｘ倍に発泡成形させたときの状態で、この発泡成形体中の融着し合った発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２’は、前記式（２）を用いて発泡倍数５０倍に換算し、その発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２が、３５μｍ≦Ｄ２≦１４０μｍの関係を満たす。前記内部平均気泡径Ｄ２が３５μｍ未満であると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体は連続気泡率が増加して独立気泡が減少し、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。前記内部平均気泡径Ｄ２が１４０μｍを超えると、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。好ましいＤ２の範囲は、４０μｍ≦Ｄ２≦１２０μｍであり、より好ましい範囲は、４５μｍ≦Ｄ２≦１１５μｍである。
【００６８】
本発明のスチレン系樹脂発泡成形体は、前記発泡粒子の表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内である。この表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が前記範囲から外れると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体の曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。好ましい範囲は、０．９０〜１．１０であり、より好ましい範囲は、０．９３〜１．０６である。
【００６９】
本発明のスチレン系樹脂発泡成形体は、発泡成形体の連続気泡率が１０％以下であり、８％以下であることが好ましい。前記連続気泡率が１０％を超えると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体の曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。
【００７０】
本発明の発泡成形体の密度は特に限定されないが、通常は０．０１０〜０．１０ｇ／ｃｍ３（嵩発泡倍数として１０〜１００倍）の範囲内とし、０．０１５〜０．０５０ｇ／ｃｍ３の範囲内とするのが好ましい。
【００７１】
なお、本発明において発泡成形体の密度とは、ＪＩＳ Ｋ７１２２：１９９９「発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の測定」記載の方法で測定した発泡成形体密度のことである。
＜発泡成形体の密度＞
５０ｃｍ３以上（半硬質および軟質材料の場合は１００ｃｍ３以上）の試験片を材料の元のセル構造を変えない様に切断し、その質量を測定し、次式により算出した。
密度（ｇ／ｃｍ３）＝試験片質量（ｇ）／試験片体積（ｃｍ３）
試験片状態調節、測定用試験片は、成形後７２時間以上経過した試料から切り取り、２３℃±２℃×５０％±５％または２７℃±２℃×６５％±５％の雰囲気条件に１６時間以上放置したものである。
【００７２】
＜発泡成形体の発泡倍数＞
また、発泡成形体の発泡倍数は次式により算出される数値である。
発泡倍数＝１／密度（ｇ／ｃｍ３）
【００７３】
本発明の発泡成形体は、前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を用いて得られたものなので、前記再加熱工程を施していない従来品と比べ、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたものとなる。
【実施例】
【００７４】
［実施例１］
（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造）
基材樹脂としてポリスチレン樹脂（東洋スチレン社製、商品名「ＨＲＭ−１０Ｎ」）に対して、タルクマスターバッチ（ポリスチレン樹脂 ４０質量％、タルク ６０質量％）０．５質量部を予め混合したものを時間当たり１６０ｋｇ／ｈｒの割合で口径９０ｍｍの単軸押出機内へ供給し、樹脂を加熱溶融させた後、発泡剤として樹脂１００質量部に対して６質量部のイソペンタンを押出機途中より圧入した。そして、押出機内で樹脂と発泡剤を混練しつつ、押出機先端部での樹脂温度が１７０℃となるように冷却しながら、押出機に連接しヒーターにより２９０℃に保持した、直径０．６ｍｍ、ランド長さ３．０ｍｍのノズルを２００個有する造粒用ダイスを通して、温度５０℃、水圧１．５ＭＰａの冷却水が循環する水中カット室内に押し出すと同時に、円周方向に１０枚の刃を有する高速回転カッターをダイスに密着させて、毎分３０００回転で切断し、脱水乾燥して球形の発泡性ポリスチレン樹脂粒子を得た。得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は変形、ヒゲ等の発生もなく、平均粒径１．１ｍｍであった。
次いで、再加熱処理を行うために内容積５．７リットルの攪拌機付オートクレーブに前記の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子２０００ｇ、蒸留水２５００ｇ、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．５ｇを入れ、撹拌し分散させた。この分散液を窒素により０．２ＭＰａに加圧し、８０℃に昇温、３分間保持した後に冷却を行い、取り出し、洗浄、脱水、乾燥を行った。
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子１００質量部に対して、ポリエチレングリコール０．０３質量部、ステアリン酸亜鉛０．０５質量部、ステアリン酸モノグリセライド０．０５質量部、ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド０．０５質量部を発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の表面全面に均一に被覆した。
【００７５】
（発泡成形品の製造）
前記の通り得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子（以下、ビーズと記す場合がある）を円筒型バッチ式予備発泡機に供給して、吹き込み圧０．０５ＭＰａの水蒸気により加熱し、予備発泡粒子を得た。得られた予備発泡粒子は、嵩密度０．０２０ｇ／ｃｍ３（嵩発泡倍数５０倍）であった。
続いて、得られた予備発泡粒子を室温雰囲気下、２４時間に亘って放置した後、長さ４００ｍｍ×幅３００ｍｍ×高さ２５ｍｍの長方形状のキャビティを有する成形型内に予備発泡粒子を充填し、成形スチーム圧０．０８ＭＰａ（ゲージ圧力）、金型加熱３秒、一方加熱１０秒、逆一方加熱３秒、両面加熱１０秒、水冷５秒、設定取出面圧０．０２ＭＰａの条件で成形を行った。
【００７６】
前記ビーズ、予備発泡粒子及び発泡成形体について、以下の測定法に従って、含有ガス量、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のＴｇ、内部平均気泡径、表層部平均気泡径、連続気泡率、曲げ強度及び圧縮強度の各試験項目について測定した。その結果を表１に記す。
【００７７】
＜含有ガス量＞
前記ビーズについて、加熱温度１４５℃、２時間で加熱減量を測定し、含有ガス量を算出した。
【００７８】
＜発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のＴｇの測定＞
Ｔｇの測定は、ＪＩＳ Ｋ７１２１の試験方法に準拠して測定した。具体的には、示差走査熱量計装置ＤＳＣ６２２０型（エスアイアイ・ナノテクノロジー社製）を用い、測定容器に試料ビーズを６．５ｍｇ充填し、窒素ガス流量２５ｍｌ／ｍｉｎのもと２０℃／ｍｉｎの昇温速度で３０℃から２００℃まで昇温し、中間点ガラス転移温度をガラス転移温度とした。
【００７９】
＜予備発泡粒子の内部平均気泡径の測定＞
予備発泡粒子の内部平均気泡径は、ＡＳＴＭ Ｄ２８４２−６９の試験方法に準拠して測定されたものをいう。具体的には、予備発泡粒子の中心近傍を通る平面で剃刀歯で切断し、切断面を走査型電子顕微鏡（ＪＯＥＬ社製 商品名「ＪＳＭ−６３６０ＬＶ」）を用いて１５倍に拡大して撮影する。
次に、撮影した画像をＡ４用紙上に印刷し、予備発泡粒子の表層に内接する第１の円（内接円）を描く。この第１の円の直径に対して、１／２の直径（１／４の半径）を有する第２の同心円を描きその第２の円の内側の任意の箇所に長さ６０ｍｍの直線を一本描き、この直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長（ｔ）を下記式により算出する。
平均弦長ｔ＝６０／（気泡数×写真の倍率）
なお、直線を描くにあたっては、できるだけ直線が気泡に点接触することなく貫通した状態となるようにする。又、一部の気泡が直線に点接触してしまう場合には、この気泡も気泡数に含め、更に、直線の両端部が気泡を貫通することなく、気泡内に位置した状態となる場合には、直線の両端部が位置している気泡も気泡数に含める。
そして、算出された平均弦長ｔに基づいて次式により平均気泡径を算出することができる。
平均気泡径（ｍｍ）Ｄ＝ｔ／０．６１６
更に、撮影した画像の任意の５箇所において上述と同様の要領で平均気泡径を算出し、これらの平均気泡径の相加平均値を予備発泡粒子の内部平均気泡径とする。
【００８０】
＜予備発泡粒子の表層部平均気泡径＞
予備発泡粒子の中心近傍を通る平面で剃刀歯で切断し、切断面を走査型電子顕微鏡（ＪＯＥＬ社製 商品名「ＪＳＭ−６３６０ＬＶ」）を用いて１５倍に拡大して撮影する。
次に、撮影した画像をＡ４用紙上に印刷し、予備発泡粒子の表層に内接する第１の円（内接円）を描く。この第１の円の直径に対して、１／２の直径（１／４の半径）を有する第２の同心円を描き、表層からその第２の円の間で任意の箇所に長さ６０ｍｍの直線を一本描き、この直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長（ｔ）を内部平均気泡径と同様にして算出し表層部平均気泡径とする。
【００８１】
＜発泡成形体の内部平均気泡径の測定＞
発泡成形体を剃刀歯で切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡（ＪＯＥＬ社製 商品名「ＪＳＭ−６３６０ＬＶ」）を用いて１５倍に拡大して撮影する。
次に、撮影した画像をＡ４用紙上に印刷し、切断面に存在する融着し合った発泡粒子の粒界部に内接する第１の円（内接円）を描く。この第１の円の直径に対して、１／２の直径（１／４の半径）を有する第２の同心円を描き、その第２の円の内側の任意の箇所に長さ６０ｍｍの直線を一本描き、この直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長（ｔ）を予備発泡粒子の内部平均気泡径と同様にして算出し、発泡成形品の内部平均気泡径を求めた。
【００８２】
＜発泡成形体の表層部平均気泡径の測定＞
発泡成形体を剃刀歯で切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡（ＪＯＥＬ社製 商品名「ＪＳＭ−６３６０ＬＶ」）を用いて１５倍に拡大して撮影する。
次に、撮影した画像をＡ４用紙上に印刷し、切断面に存在する融着し合った発泡粒子の粒界部に内接する第１の円（内接円）を描く。この第１の円の直径に対して、１／２の直径（１／４の半径）を有する第２の同心円を描き、粒界部からその第２の円の間で任意の箇所に長さ６０ｍｍの直線を一本描き、この直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長（ｔ）を予備発泡粒子の内部平均気泡径と同様にして算出し、発泡成形品の表層部平均気泡径を求めた。
【００８３】
＜予備発泡粒子の連続気泡率の測定＞
下記（１）〜（３）の各試験を行って、予備発泡粒子の連続気泡率（％）を求めた。
（１）予備発泡粒子の質量および体積測定
空気比較式比重計（東京サイエンス社製 １０００型）の試料カップに約８０％程度入る予備発泡粒子の質量をあらかじめ測定した〔予備発泡粒子質量Ａ（ｇ）〕。
つぎに予備発泡粒子をカップに入れ、そのカップを上記の比重計にセットし、１−１／２−１気圧法によって体積を測定した〔予備発泡粒子の体積Ｂ（ｃｍ３）〕。
（２）予備発泡粒子の見かけ体積測定
電子天秤（大和製衡社製 ＨＢ３０００）の計量皿を取り外して、その取り付け金具に金網製の容器を吊した状態で、上記容器を水中に浸漬して、水中での容器の質量を測定した〔水中での容器質量Ｃ（ｇ）〕。
つぎに同容器に上記（１）で測定した予備発泡粒子の全量を入れ、同様にして水中に浸漬した状態で、容器と予備発泡粒子の合計の質量を測定した〔水中での合計質量Ｄ（ｇ）〕。
そして次式により、予備発泡粒子の見かけ体積Ｅ（ｃｍ３）を求めた。なお水１ｇは体積１ｃｍ３として換算した。
Ｅ＝Ａ＋（Ｃ−Ｄ）
（３）連続気泡率
上記（１）（２）の結果から、次式により連続気泡率〔％〕を求めた。
連続気泡率（％）＝（Ｅ−Ｂ）／Ｅ×１００
【００８４】
＜発泡成形体の連続気泡率の測定＞
発泡成形体について、ＡＳＴＭ Ｄ２８５６−８７記載の測定方法に準じて連続気泡率の測定を行った。すなわち６面共成形面等の表皮を有しない切断面で構成された試験体（２５ｍｍの立方体）を試料５個切り出し、ノギスを用いて見掛けの体積を測定し、次に空気比較式比重系（東京サイエンス社製 １０００型）を用いて１−１／２−１気圧法により体積を測定した。
連続気泡率（％）＝（見かけの体積−空気比較式比重計での測定体積）／見かけ体積×１００
【００８５】
＜曲げ強度＞
発泡成形体から、縦３００ｍｍ×横７５ｍｍ×厚さ２５ｍｍの試験片を切り出し、この試験片の曲げ試験をＪＩＳ−Ａ９５１１に準拠して行い、曲げ強度を算出した。
【００８６】
＜圧縮強度＞
発泡成形体から、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ２５ｍｍの試験片を切り出し、この試験片の曲げ試験をＪＩＳ−Ａ９５１１に準拠して行い、曲げ強度とした。
【００８７】
［実施例２］
再加熱処理時の加熱温度を１５０℃、圧力を０．５ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００８８】
［実施例３］
再加熱処理時の加熱温度を６０℃としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００８９】
［実施例４］
再加熱処理時の加熱温度を５７℃としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９０】
［実施例５］
発泡剤としてブタンを同量使用し、再加熱処理時の圧力を０．５ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９１】
［比較例１］
再加熱処理時の加熱温度を１００℃としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９２】
［比較例２］
水中カット室の冷却水温度を７０℃、再加熱処理時の圧力を１．５ＭＰａ、再加熱処理時間を昇温後５分間加熱としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９３】
［比較例３］
再加熱処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９４】
［比較例４］
再加熱処理時の加熱温度を４０℃としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９５】
［比較例５］
再加熱処理時の昇温後の加熱時間を１分間としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９６】
【表１】
【００９７】
表１に記した結果から、本発明に係る実施例１〜５で得られた発泡成形体は、嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有しており、嵩発泡倍数５０倍に発泡させた予備発泡粒子を型内発泡成形して得られた発泡成形体は、連続気泡率が低くて独立気泡が多く、再加熱処理を行っていない比較例３の発泡成形体と比べ、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が高くなった。
【００９８】
一方、比較例１の発泡成形体は、連続気泡率が高く、独立気泡が少ないものなので、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
また比較例２の発泡成形体は、内部平均気泡径が本発明の範囲を超えているものなので、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
また比較例３は、再加熱処理を行わなかった結果、内部平均気泡径が本発明の範囲を超えているものなので、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
また比較例４は、再加熱処理を低温で行った結果、内部平均気泡径が本発明の範囲を超えているものなので、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
また比較例５は、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が本発明の範囲外となった結果、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたポリスチレン系樹脂発泡成形体が得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に関する。本発明のポリスチレン系樹脂発泡成形体は、断熱材や緩衝材などの各種用途に使用できる。
【符号の説明】
【０１００】
１…押出機（樹脂供給装置）、２…ダイ、３…原料供給ホッパー、４…高圧ポンプ、５…発泡剤供給口、６…カッター、７…カッティング室、８…水槽、９…高圧ポンプ、１０…固液分離機能付き脱水乾燥機、１１…貯留容器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたポリスチレン系樹脂発泡成形体が得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体は、耐圧縮性、軽量性、断熱性、経済性などに優れており、断熱材、緩衝材などとして広く用いられている。
【０００３】
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法の一つとして、押出機内で溶融されたポリスチレン系樹脂に発泡剤を圧入・混練し、発泡剤含有の溶融樹脂を押出機先端に付設されたダイの小孔から直接冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を高速回転刃で切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る、所謂、溶融押出法が知られている。
従来、溶融押出法により発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造する方法に関して、例えば、特許文献１〜３に開示された技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、（ａ）発泡剤配合重合体をダイヘッド部を通じ、該発泡性重合体のＴｇ値以上の高温に保持する水浴又は流体浴中に押し出す工程 （ｂ）該発泡性重合体のＴｇ値以上の高温に保持する水浴又は流体浴中において、ダイヘッド部出口で重合体を即時切断し、顆粒とする工程 （ｃ）該顆粒を該発泡性重合体のＴｇ値以下の温度に冷却する工程の連続工程において、顆粒の冷却を、少なくとも（Ｔｇ＋５）℃から（Ｔｇ−５）℃まで毎分３℃より少ない割合で徐冷し、また重合体の顆粒への切断および顆粒の冷却は２ｂａｒ以上の圧力下で行うことを特徴とする無配向性及び無応力性の熱可塑性スチレン重合体の発泡性顆粒の押出式製造方法が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、熱可塑性樹脂と発泡剤とを溶融混練し、次いでこれをダイヘッドの押出孔から発泡性熱可塑性樹脂粒子のガラス転移温度（以下、Ｔｇと略す）＋５℃以上の加熱加圧液中に押出し、即時切断して得た粒子を、加熱加圧液中で同温度以上に保持して該粒子内の残留応力を緩和し、次いで冷却することを特徴とする発泡性熱可塑性樹脂粒子の製法が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、熱可塑性樹脂（Ａ）と、発泡剤（Ｂ）とを溶融混練し（工程１）、これをダイヘッドの押出孔から、熱可塑性樹脂（Ａ）と発泡剤（Ｂ）との溶融混練物が発泡しない温度・圧力に加熱・加圧された加熱加圧液中に押出した後、即時切断し（工程２）、得られた粒子を常圧で発泡しない温度まで冷却し（工程３）、発泡性熱可塑性樹脂を示差熱分析装置（ＤＳＣ）で測定した場合に、４０〜１２０℃の領域で出現する二つの吸熱ピークのうち、低温側のピーク温度をＴ1とした場合の３０〜（Ｔ1＋１５）℃の温度範囲に加熱された、常圧の液中で熟成処理する（工程４）ことを特徴とする発泡性熱可塑性樹脂粒子の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平５−５９１３８号公報
【特許文献２】特開平６−３２９３２号公報
【特許文献３】特開平７−３１４４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来技術には、次のような問題があった。
特許文献１の製造方法は、ダイヘッド部から押し出した樹脂を切断して顆粒にする際に、発泡性重合体のＴｇ値以上の高温に保持した加熱加圧液中で前記押し出し、切断を行っているので、切断して得られた粒子同士が融着し易くなり、多数個の粒子同士が結合して塊状になった不良品の発生率が高いという問題がある。
【０００９】
特許文献２の製造方法は、即時切断して得た粒子を加熱加圧液中で同温度以上に保持して該粒子内の残留応力を緩和し、次いで冷却して発泡性熱可塑性樹脂粒子を製造しているが、特許文献２の実施例に記載された製造条件で発泡性熱可塑性樹脂粒子を製造したところ、切断して得られた粒子同士が融着し易くなり、多数個の粒子同士が結合して塊状になった不良品の発生率が高いという問題があった。また、この製造方法で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して予備発泡させた所、得られた予備発泡樹脂粒子は、平均気泡径が大きくなり、該予備発泡粒子を型内発泡成形して得られた発泡成形体の機械強度が低下したり、熱伝導率が高くなって断熱性能が悪化するなどの問題があった。
【００１０】
特許文献３の製造方法は、セル径の大きな予備発泡粒子を得るための方法である。しかし、予備発泡粒子の気泡構造におけるセル径が大きくなると、該予備発泡粒子を型内発泡成形して得られた発泡成形体の機械強度が低下したり、熱伝導率が高くなって断熱性能が悪化するなどの問題があった。
【００１１】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、機械強度及び断熱性に優れたポリスチレン系樹脂発泡成形体を製造し得る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とその製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を達成するため、本発明は、ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤を含む発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を提供する。
【００１３】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、嵩発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１’を、次式（１）
【００１４】
【数１】
【００１５】
（式中、Ｄ１は嵩発泡倍数５０倍に換算した発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表し、Ｄ１’は嵩発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表す）を用いて嵩発泡倍数５０倍に換算した発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１が、３５μｍ≦Ｄ１≦１４０μｍの関係を満たすことが好ましい。
【００１６】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記内部平均気泡径が４０〜１２０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００１７】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記連続気泡率が８％以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．９０〜１．１０の範囲内であることが好ましい。
【００１９】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して５．０質量部以下の無機気泡核剤を含むことが好ましい。
【００２０】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、前記無機気泡核剤がタルクであることが好ましい。
【００２１】
また本発明は、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に発泡剤を添加、混練し、発泡剤含有溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ未満の温度の冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程、
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って、前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程、とを有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法を提供する。
【００２２】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、前記押出物を切断する際の冷却用液体の温度が２０〜６０℃の範囲内であることが好ましい。
【００２３】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して５．０質量部以下の無機気泡核剤を添加することが好ましい。
【００２４】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、前記無機気泡核剤がタルクであることが好ましい。
【００２５】
また本発明は、前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱し予備発泡して得られたポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を提供する。
【００２６】
また本発明は、前記ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し加熱し、型内発泡成形して得られたポリスチレン系樹脂発泡成形体を提供する。
【００２７】
また本発明は、スチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、成形型を蒸気加熱し、型内発泡成形して得られたスチレン系樹脂発泡成形体であって、
発泡倍数Ｘ倍に発泡成形させたときの状態で、この発泡成形体中の融着し合った発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２’を、次式（２）
【００２８】
【数２】
【００２９】
（式中、Ｄ２は発泡倍数５０倍に換算した発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表し、Ｄ２’は発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表す）を用いて発泡倍数５０倍に換算した発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２が、３５μｍ≦Ｄ２≦１４０μｍの関係を満たし、前記発泡粒子の表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ発泡成形体の連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡成形体を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有するものなので、発泡粒子全体にわたって比較的小さく均一で独立した気泡が形成され、これを型内発泡成形して得られる発泡成形体は、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたものとなる。
【００３１】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法は、溶融押出法によって得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得ることによって、加熱発泡させた際に発泡粒子全体にわたって比較的小さく均一で独立した気泡が形成され、これを型内発泡成形することによって曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れた発泡成形体が得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法に用いられる製造装置の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子）
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤を含む発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であり、加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする。なお、前記発泡粒子の嵩発泡倍数とは、後述するポリスチレン系樹脂予備発泡粒子の嵩発泡倍数の測定方法によって測定された嵩発泡倍数のことを言う。
【００３４】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、加熱して発泡させた発泡粒子の嵩発泡倍数が５０倍以外である場合、その発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１’は、前記式（１）を用いて嵩発泡倍数５０倍に換算し、その内部平均気泡径Ｄ１が３５μｍ≦Ｄ１≦１４０μｍの関係を満たす。これは、本発明に係るポリスチレン系樹脂予備発泡粒子及びポリスチレン系樹脂発泡成形体の気泡構造についても同じである。
【００３５】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、４０〜１２０μｍの範囲内であることが好ましい。前記内部平均気泡径が３５μｍ未満であると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体は連続気泡率が増加して独立気泡が減少し、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。前記内部平均気泡径が１４０μｍを超えると、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。
【００３６】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、０．９０〜１．１０の範囲内であることが好ましい。この表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が前記範囲から外れると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体の曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。なお、本発明において「表層部平均気泡径」とは、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、その中心を通るように該発泡粒子を切断した断面において、発泡粒子の表面からの深さが発泡粒子の直径の１／４までの領域を「表層部」と定義し、該表層部にある気泡の平均気泡径のことを指し、また「内部平均気泡径」とは、同じ発泡粒子の該表層部よりも深い領域を「内部」と定義し、該内部にある気泡の平均気泡径のことを指している。
【００３７】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、連続気泡率が１０％以下であり、８％以下であることが好ましい。前記連続気泡率が１０％を超えると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体の曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。
【００３８】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子において、ポリスチレン系樹脂としては、特に限定されず、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、エチルスチレン、ｉ−プロピルスチレン、ジメチルスチレン、ブロモスチレン等のスチレン系モノマーの単独重合体又はこれらの共重合体等が挙げられ、スチレンを５０質量％以上含有するポリスチレン系樹脂が好ましく、なかでもポリスチレンがより好ましい。
【００３９】
また、前記ポリスチレン系樹脂としては、前記スチレンモノマーを主成分とする、前記スチレン系モノマーとこのスチレン系モノマーと共重合可能なビニルモノマーとの共重合体であってもよく、このようなビニルモノマーとしては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、セチル（メタ）アクリレート等のアルキル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロニトリル、ジメチルマレエート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、エチルフマレートの他、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などの二官能性モノマーなどが挙げられる。
【００４０】
また、ポリスチレン系樹脂が主成分であれば、他の樹脂を添加してもよく、添加する樹脂としては、例えば、発泡成形体の耐衝撃性を向上させるために、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン−非共役ジエン三次元共重合体などのジエン系のゴム状重合体を添加したゴム変性ポリスチレン系樹脂、いわゆるハイインパクトポリスチレンが挙げられる。あるいは、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などが挙げられる。
【００４１】
原料となるポリスチレン系樹脂としては、市販されている通常のポリスチレン系樹脂、懸濁重合法などの方法で新たに作製したポリスチレン系樹脂などの、リサイクル原料でないポリスチレン系樹脂（バージンポリスチレン）を使用できる他、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体を再生処理して得られたリサイクル原料を使用することができる。このリサイクル原料としては、使用済みのポリスチレン系樹脂発泡成形体、例えば、魚箱、家電緩衝材、食品包装用トレーなどを回収し、リモネン溶解方式や加熱減容方式によって再生したリサイクル原料の中から、質量平均分子量Ｍｗが１２万〜４０万の範囲となる原料を適宜選択し、又は質量平均分子量Ｍｗが異なる複数のリサイクル原料を適宜組み合わせて用いることができる。
【００４２】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に用いられる発泡剤は、特に限定されないが、例えばプロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン等の脂肪族炭化水素、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル類、メタノール、エタノール等の各種アルコール類、炭酸ガス、窒素、水等が使用可能である。この内、脂肪族炭化水素が好適であり、更には、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン単独もしくはこれらの混合物がより好適である。また、炭素数５の炭化水素であるノルマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン、シクロペンタジエン単独もしくはこれらの混合物が特に好適である。その中でもイソペンタンとノルマルペンタンとの一方又は両方の混合物であることが好ましい。また、前記炭素数５の炭化水素を主体とし、沸点が２０℃以上であり、炭素数５の炭化水素以外の発泡剤（例えばノルマルブタン、イソブタン、プロパン、炭酸ガス等）を含んでいてもよい。
この発泡剤の添加量は、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対し２〜１５質量部の範囲が好ましく、３〜８質量部の範囲がより好ましく、４〜７質量部の範囲が特に好ましい。
【００４３】
この発泡性ポリスチレン系樹脂粒子には、ポリスチレン系樹脂１００質量部に対し、気泡核剤として、タルク、珪酸カルシウム、合成あるいは天然に産出される二酸化ケイ素などの無機微粉末または化学発泡剤を添加することが好ましい。この気泡核剤としては、タルクが特に好ましい。前記気泡核剤の添加量は、熱可塑性樹脂１００質量部に対し５質量部以下が好ましく、０．０５〜２．０質量部の範囲がより好ましい。前記化学発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態として、前記気泡核剤として、タルクなどの無機粉末又は化学発泡剤をベース樹脂、好ましくはポリスチレン系樹脂中に均一に分散させたマスターバッチ型気泡核剤を用いることが好ましい。このマスターバッチ型気泡核剤を用いることによって、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂と気泡核剤とを混合する際に、無機粉末又は化学発泡剤をポリスチレン系樹脂中に非常に均一な状態で分散させることができる。
【００４５】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子には、前記発泡剤及び気泡核剤の他に、得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子及び発泡成形体の物性を損なわない範囲内において、結合防止剤、気泡調整剤、架橋剤、充填剤、難燃剤、難燃助剤、滑剤、着色剤等の添加剤を添加してもよい。
【００４６】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有するものなので、発泡粒子全体にわたって比較的小さく均一で独立した気泡が形成され、これを型内発泡成形して得られる発泡成形体は、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたものとなる。
【００４７】
（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法）
次に、図面を参照して本発明に係る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法の実施形態を説明する。
本発明に係る発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法は、樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に発泡剤を添加、混練し、発泡剤含有溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ未満の温度の冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る造粒工程と、
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って、本発明に係る前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る再加熱工程、とを有することを特徴とする。
【００４８】
（造粒工程）
図１は、前記造粒工程で発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造するために用いられる製造装置の一例を示す構成図である。
本例の製造装置は、樹脂供給装置としての押出機１と、押出機１の先端に取り付けられた多数の小孔を有するダイ２と、押出機１内に樹脂原料等を投入する原料供給ホッパー３と、押出機１内の溶融樹脂に発泡剤供給口５を通して発泡剤を圧入する高圧ポンプ４と、ダイ２の小孔が穿設された樹脂吐出面に冷却水を接触させるように設けられ、室内に冷却水が循環供給されるカッティング室７と、ダイ２の小孔から押し出された樹脂を切断できるようにカッティング室７内に回転可能に設けられたカッター６と、カッティング室７から冷却水の流れに同伴して運ばれる発泡性樹脂粒子を冷却水と分離すると共に脱水乾燥して発泡性樹脂粒子を得る固液分離機能付き脱水乾燥機１０と、固液分離機能付き脱水乾燥機１０にて分離された冷却水を溜める水槽８と、この水槽８内の冷却水をカッティング室７に送る高圧ポンプ９と、固液分離機能付き脱水乾燥機１０にて脱水乾燥された発泡性樹脂粒子を貯留する貯留容器１１とを備えて構成されている。
【００４９】
なお、押出機１としては、スクリュを用いる押出機またはスクリュを用いない押出機のいずれも用いることができる。スクリュを用いる押出機としては、例えば、単軸式押出機、多軸式押出機、ベント式押出機、タンデム式押出機などが挙げられる。スクリュを用いない押出機としては、例えば、プランジャ式押出機、ギアポンプ式押出機などが挙げられる。また、いずれの押出機もスタティックミキサーを用いることができる。これらの押出機のうち、生産性の面からスクリュを用いた押出機が好ましい。また、カッター６を収容したカッティング室７も、樹脂の溶融押出による造粒方法において用いられている従来周知のものを用いることができる。
【００５０】
図１に示す製造装置を用い、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造するには、まず、原料のポリスチレン系樹脂、気泡核剤、必要に応じて添加される難燃剤などの所望の添加剤を秤量し、原料供給ホッパー３から押出機１内に投入する。原料のポリスチレン系樹脂は、ペレット状や顆粒状にして事前に良く混合してから１つの原料供給ホッパーから投入してもよいし、あるいは例えば複数のロットを用いる場合は各ロットごとに供給量を調整した複数の原料供給ホッパーから投入し、押出機内でそれらを混合してもよい。また、複数のロットのリサイクル原料を組み合わせて使用する場合には、複数のロットの原料を事前に良く混合し、磁気選別や篩分け、比重選別、送風選別などの適当な選別手段により異物を除去しておくことが好ましい。
【００５１】
押出機１内にポリスチレン系樹脂、気泡核剤、その他の任意の添加剤を供給後、樹脂を加熱溶融し、その溶融樹脂をダイ２側に移送しながら、発泡剤供給口５から高圧ポンプ４によって発泡剤を圧入して溶融樹脂に発泡剤を混合し、押出機１内に必要に応じて設けられる異物除去用のスクリーンを通して、溶融物をさらに混練しながら先端側に移動させ、発泡剤を添加した溶融物を押出機１の先端に付設したダイ２の小孔から押し出す。
【００５２】
ダイ２の小孔が穿設された樹脂吐出面は、室内に冷却水が循環供給されるカッティング室７内に配置され、且つカッティング室７内には、ダイ２の小孔から押し出された樹脂を切断できるようにカッター６が回転可能に設けられている。発泡剤添加済みの溶融物を押出機１の先端に付設したダイ２の小孔から押し出すと、溶融物は粒状に切断され、同時に冷却水と接触して急冷され、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が得られる。
【００５３】
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、カッティング室７から冷却水の流れに同伴して固液分離機能付き脱水乾燥機１０に運ばれ、ここで発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を冷却水と分離すると共に脱水乾燥する。乾燥された発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、貯留容器１１に貯留される。
【００５４】
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法において、前記冷却水の温度は、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ未満の温度であり、２０〜６０℃の範囲とすることが好ましい。冷却水の温度が発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇを超えると、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子同士が融着し易くなり、多数個の粒子同士が結合して塊状になった不良品の発生率が高くなる。
冷却水の温度が２０℃未満であると、得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子が球状化せず、また割れが生じる場合がある。
【００５５】
また、前記冷却水は０．５ＭＰａ以上に加圧しておくことが好ましい。この冷却水を加圧するには、前記冷却水の循環流路のうち、高圧ポンプ９の吐出側からカッティング室７を通り、固液分離機能付き脱水乾燥機１０の入口側に到る部分を加圧領域とし、高圧ポンプ９の吐出圧力を高めることにより実行し得る。前記冷却水の圧力は、０．６〜２．０ＭＰａの範囲とすることが好ましく、０．８〜１．５ＭＰａの範囲がより好ましい。
【００５６】
（再加熱工程）
前記造粒工程で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、次に、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って、本発明に係る前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とする。
この再加熱工程は、前記造粒工程で発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造した直後に、連続して実施してもよいし、前記造粒工程で発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を製造後、貯蔵しておき、任意の貯蔵期間経過後に取り出して再加熱工程を実施してもよい。
【００５７】
この再加熱工程は、例えば、温度調節機能を持った耐圧容器内に、熱媒体、例えば水を入れ、前記温度範囲内の温度に加熱・保温しておき、これに前記造粒工程で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を投入することによって効率よく行うことができる。
【００５８】
前記再加熱工程の加熱温度は、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度であればよく、より具体的には、後述する実施例で用いているＴｇが６１℃の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の場合には、５６℃以上とする。加熱温度の上限は、１５０℃以上としても良いが、樹脂粒子同士の融着を少なくする観点から１５０℃程度を上限とすることが好ましい。この場合の加熱温度は、６０〜９０℃の範囲とすることがより好ましい。この加熱温度が（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃未満であると、得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱発泡させて得られた発泡粒子の気泡が細かくならず、これを型内発泡成形して得られた発泡成形体の機械強度が低下するおそれがある。
【００５９】
前記再加熱工程での圧力は、１．５ＭＰａ以下であり、０．１〜１．０ＭＰａの範囲が好ましく、０．１〜０．５ＭＰａの範囲がより好ましい。この圧力が１．５ＭＰａを超えると、得られる発泡成形体の機械強度が低下するおそれがある。さらに再加熱工程で用いる耐圧容器の耐圧性能を上げる為に容器を肉厚にする必要があり、質量が重くなることから好ましくない。
【００６０】
前記再加熱工程の加熱処理時間は、特に限定されないが、１〜１０分間程度とすることが好ましく、１〜５分間程度がより好ましい。この加熱処理時間が短いと、造粒工程で得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の気泡構造を改善して発泡成形体の機械強度を向上させる効果が十分に得られなくなる。一方、加熱処理時間を長くすると、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造効率が低下してコスト上昇に繋がることから好ましくない。
【００６１】
この再加熱工程を終えた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、表面改質剤などの添加剤の添加、乾燥処理などの必要な後処理後、ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子の製造用に利用される。
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法は、溶融押出法によって得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得ることによって、加熱発泡させた際に発泡粒子全体にわたって比較的小さく均一で独立した気泡が形成され、これを型内発泡成形することによって曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れた発泡成形体が得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を効率よく製造することができる。
【００６２】
（ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子及びポリスチレン系樹脂発泡成形体）
本発明の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は、発泡樹脂成形体の製造分野において周知の装置及び手法を用い、水蒸気加熱等により加熱して予備発泡し、ポリスチレン系樹脂予備発泡粒子（以下、予備発泡粒子と記す）とする。この予備発泡粒子は、製造するべきポリスチレン系樹脂発泡成形体（以下、発泡成形体と記す）の密度と同等の嵩密度となるように予備発泡される。本発明において、その嵩密度及び嵩発泡倍数は限定されないが、通常は０．０１０〜０．１０ｇ／ｃｍ３の範囲内（嵩発泡倍数として１０〜１００倍の範囲内）とし、０．０１５〜０．０５０ｇ／ｃｍ３の範囲内とするのが好ましい。
【００６３】
なお、本発明において予備発泡粒子の嵩密度及び嵩発泡倍数とは、ＪＩＳ Ｋ６９１１：１９９５年「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定されたものをいう。
＜予備発泡粒子の嵩密度＞
メスシリンダに予備発泡粒子を５００ｃｍ３の目盛りまで充填する。但し、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れば、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。次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
【００６４】
＜予備発泡粒子の嵩発泡倍数＞
また、予備発泡粒子の嵩発泡倍数は、次式により算出される数値である。
嵩発泡倍数＝１／嵩密度（ｇ／ｃｍ３）
【００６５】
前記予備発泡粒子は、発泡樹脂成形体の製造分野において周知の装置及び手法を用い、該予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、水蒸気加熱等により加熱して型内発泡成形し、発泡成形体を製造する。
【００６６】
本発明のスチレン系樹脂発泡成形体は、発泡倍数Ｘ倍に発泡成形させたときの状態で、この発泡成形体中の融着し合った発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２’は、前記式（２）を用いて発泡倍数５０倍に換算し、その発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２が、３５μｍ≦Ｄ２≦１４０μｍの関係を満たし、前記発泡粒子の表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ発泡成形体の連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする。
【００６７】
本発明のスチレン系樹脂発泡成形体は、発泡倍数Ｘ倍に発泡成形させたときの状態で、この発泡成形体中の融着し合った発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２’は、前記式（２）を用いて発泡倍数５０倍に換算し、その発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２が、３５μｍ≦Ｄ２≦１４０μｍの関係を満たす。前記内部平均気泡径Ｄ２が３５μｍ未満であると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体は連続気泡率が増加して独立気泡が減少し、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。前記内部平均気泡径Ｄ２が１４０μｍを超えると、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。好ましいＤ２の範囲は、４０μｍ≦Ｄ２≦１２０μｍであり、より好ましい範囲は、４５μｍ≦Ｄ２≦１１５μｍである。
【００６８】
本発明のスチレン系樹脂発泡成形体は、前記発泡粒子の表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内である。この表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が前記範囲から外れると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体の曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。好ましい範囲は、０．９０〜１．１０であり、より好ましい範囲は、０．９３〜１．０６である。
【００６９】
本発明のスチレン系樹脂発泡成形体は、発泡成形体の連続気泡率が１０％以下であり、８％以下であることが好ましい。前記連続気泡率が１０％を超えると、型内発泡成形して得られるポリスチレン系樹脂発泡成形体の曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度が低下してしまう。
【００７０】
本発明の発泡成形体の密度は特に限定されないが、通常は０．０１０〜０．１０ｇ／ｃｍ３（嵩発泡倍数として１０〜１００倍）の範囲内とし、０．０１５〜０．０５０ｇ／ｃｍ３の範囲内とするのが好ましい。
【００７１】
なお、本発明において発泡成形体の密度とは、ＪＩＳ Ｋ７１２２：１９９９「発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の測定」記載の方法で測定した発泡成形体密度のことである。
＜発泡成形体の密度＞
５０ｃｍ３以上（半硬質および軟質材料の場合は１００ｃｍ３以上）の試験片を材料の元のセル構造を変えない様に切断し、その質量を測定し、次式により算出した。
密度（ｇ／ｃｍ３）＝試験片質量（ｇ）／試験片体積（ｃｍ３）
試験片状態調節、測定用試験片は、成形後７２時間以上経過した試料から切り取り、２３℃±２℃×５０％±５％または２７℃±２℃×６５％±５％の雰囲気条件に１６時間以上放置したものである。
【００７２】
＜発泡成形体の発泡倍数＞
また、発泡成形体の発泡倍数は次式により算出される数値である。
発泡倍数＝１／密度（ｇ／ｃｍ３）
【００７３】
本発明の発泡成形体は、前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を用いて得られたものなので、前記再加熱工程を施していない従来品と比べ、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたものとなる。
【実施例】
【００７４】
［実施例１］
（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造）
基材樹脂としてポリスチレン樹脂（東洋スチレン社製、商品名「ＨＲＭ−１０Ｎ」）に対して、タルクマスターバッチ（ポリスチレン樹脂 ４０質量％、タルク ６０質量％）０．５質量部を予め混合したものを時間当たり１６０ｋｇ／ｈｒの割合で口径９０ｍｍの単軸押出機内へ供給し、樹脂を加熱溶融させた後、発泡剤として樹脂１００質量部に対して６質量部のイソペンタンを押出機途中より圧入した。そして、押出機内で樹脂と発泡剤を混練しつつ、押出機先端部での樹脂温度が１７０℃となるように冷却しながら、押出機に連接しヒーターにより２９０℃に保持した、直径０．６ｍｍ、ランド長さ３．０ｍｍのノズルを２００個有する造粒用ダイスを通して、温度５０℃、水圧１．５ＭＰａの冷却水が循環する水中カット室内に押し出すと同時に、円周方向に１０枚の刃を有する高速回転カッターをダイスに密着させて、毎分３０００回転で切断し、脱水乾燥して球形の発泡性ポリスチレン樹脂粒子を得た。得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は変形、ヒゲ等の発生もなく、平均粒径１．１ｍｍであった。
次いで、再加熱処理を行うために内容積５．７リットルの攪拌機付オートクレーブに前記の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子２０００ｇ、蒸留水２５００ｇ、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．５ｇを入れ、撹拌し分散させた。この分散液を窒素により０．２ＭＰａに加圧し、８０℃に昇温、３分間保持した後に冷却を行い、取り出し、洗浄、脱水、乾燥を行った。
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子１００質量部に対して、ポリエチレングリコール０．０３質量部、ステアリン酸亜鉛０．０５質量部、ステアリン酸モノグリセライド０．０５質量部、ヒドロキシステアリン酸トリグリセライド０．０５質量部を発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の表面全面に均一に被覆した。
【００７５】
（発泡成形品の製造）
前記の通り得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子（以下、ビーズと記す場合がある）を円筒型バッチ式予備発泡機に供給して、吹き込み圧０．０５ＭＰａの水蒸気により加熱し、予備発泡粒子を得た。得られた予備発泡粒子は、嵩密度０．０２０ｇ／ｃｍ３（嵩発泡倍数５０倍）であった。
続いて、得られた予備発泡粒子を室温雰囲気下、２４時間に亘って放置した後、長さ４００ｍｍ×幅３００ｍｍ×高さ２５ｍｍの長方形状のキャビティを有する成形型内に予備発泡粒子を充填し、成形スチーム圧０．０８ＭＰａ（ゲージ圧力）、金型加熱３秒、一方加熱１０秒、逆一方加熱３秒、両面加熱１０秒、水冷５秒、設定取出面圧０．０２ＭＰａの条件で成形を行った。
【００７６】
前記ビーズ、予備発泡粒子及び発泡成形体について、以下の測定法に従って、含有ガス量、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のＴｇ、内部平均気泡径、表層部平均気泡径、連続気泡率、曲げ強度及び圧縮強度の各試験項目について測定した。その結果を表１に記す。
【００７７】
＜含有ガス量＞
前記ビーズについて、加熱温度１４５℃、２時間で加熱減量を測定し、含有ガス量を算出した。
【００７８】
＜発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のＴｇの測定＞
Ｔｇの測定は、ＪＩＳ Ｋ７１２１の試験方法に準拠して測定した。具体的には、示差走査熱量計装置ＤＳＣ６２２０型（エスアイアイ・ナノテクノロジー社製）を用い、測定容器に試料ビーズを６．５ｍｇ充填し、窒素ガス流量２５ｍｌ／ｍｉｎのもと２０℃／ｍｉｎの昇温速度で３０℃から２００℃まで昇温し、中間点ガラス転移温度をガラス転移温度とした。
【００７９】
＜予備発泡粒子の内部平均気泡径の測定＞
予備発泡粒子の内部平均気泡径は、ＡＳＴＭ Ｄ２８４２−６９の試験方法に準拠して測定されたものをいう。具体的には、予備発泡粒子の中心近傍を通る平面で剃刀歯で切断し、切断面を走査型電子顕微鏡（ＪＯＥＬ社製 商品名「ＪＳＭ−６３６０ＬＶ」）を用いて１５倍に拡大して撮影する。
次に、撮影した画像をＡ４用紙上に印刷し、予備発泡粒子の表層に内接する第１の円（内接円）を描く。この第１の円の直径に対して、１／２の直径（１／４の半径）を有する第２の同心円を描きその第２の円の内側の任意の箇所に長さ６０ｍｍの直線を一本描き、この直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長（ｔ）を下記式により算出する。
平均弦長ｔ＝６０／（気泡数×写真の倍率）
なお、直線を描くにあたっては、できるだけ直線が気泡に点接触することなく貫通した状態となるようにする。又、一部の気泡が直線に点接触してしまう場合には、この気泡も気泡数に含め、更に、直線の両端部が気泡を貫通することなく、気泡内に位置した状態となる場合には、直線の両端部が位置している気泡も気泡数に含める。
そして、算出された平均弦長ｔに基づいて次式により平均気泡径を算出することができる。
平均気泡径（ｍｍ）Ｄ＝ｔ／０．６１６
更に、撮影した画像の任意の５箇所において上述と同様の要領で平均気泡径を算出し、これらの平均気泡径の相加平均値を予備発泡粒子の内部平均気泡径とする。
【００８０】
＜予備発泡粒子の表層部平均気泡径＞
予備発泡粒子の中心近傍を通る平面で剃刀歯で切断し、切断面を走査型電子顕微鏡（ＪＯＥＬ社製 商品名「ＪＳＭ−６３６０ＬＶ」）を用いて１５倍に拡大して撮影する。
次に、撮影した画像をＡ４用紙上に印刷し、予備発泡粒子の表層に内接する第１の円（内接円）を描く。この第１の円の直径に対して、１／２の直径（１／４の半径）を有する第２の同心円を描き、表層からその第２の円の間で任意の箇所に長さ６０ｍｍの直線を一本描き、この直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長（ｔ）を内部平均気泡径と同様にして算出し表層部平均気泡径とする。
【００８１】
＜発泡成形体の内部平均気泡径の測定＞
発泡成形体を剃刀歯で切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡（ＪＯＥＬ社製 商品名「ＪＳＭ−６３６０ＬＶ」）を用いて１５倍に拡大して撮影する。
次に、撮影した画像をＡ４用紙上に印刷し、切断面に存在する融着し合った発泡粒子の粒界部に内接する第１の円（内接円）を描く。この第１の円の直径に対して、１／２の直径（１／４の半径）を有する第２の同心円を描き、その第２の円の内側の任意の箇所に長さ６０ｍｍの直線を一本描き、この直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長（ｔ）を予備発泡粒子の内部平均気泡径と同様にして算出し、発泡成形品の内部平均気泡径を求めた。
【００８２】
＜発泡成形体の表層部平均気泡径の測定＞
発泡成形体を剃刀歯で切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡（ＪＯＥＬ社製 商品名「ＪＳＭ−６３６０ＬＶ」）を用いて１５倍に拡大して撮影する。
次に、撮影した画像をＡ４用紙上に印刷し、切断面に存在する融着し合った発泡粒子の粒界部に内接する第１の円（内接円）を描く。この第１の円の直径に対して、１／２の直径（１／４の半径）を有する第２の同心円を描き、粒界部からその第２の円の間で任意の箇所に長さ６０ｍｍの直線を一本描き、この直線上に存在する気泡数から気泡の平均弦長（ｔ）を予備発泡粒子の内部平均気泡径と同様にして算出し、発泡成形品の表層部平均気泡径を求めた。
【００８３】
＜予備発泡粒子の連続気泡率の測定＞
下記（１）〜（３）の各試験を行って、予備発泡粒子の連続気泡率（％）を求めた。
（１）予備発泡粒子の質量および体積測定
空気比較式比重計（東京サイエンス社製 １０００型）の試料カップに約８０％程度入る予備発泡粒子の質量をあらかじめ測定した〔予備発泡粒子質量Ａ（ｇ）〕。
つぎに予備発泡粒子をカップに入れ、そのカップを上記の比重計にセットし、１−１／２−１気圧法によって体積を測定した〔予備発泡粒子の体積Ｂ（ｃｍ３）〕。
（２）予備発泡粒子の見かけ体積測定
電子天秤（大和製衡社製 ＨＢ３０００）の計量皿を取り外して、その取り付け金具に金網製の容器を吊した状態で、上記容器を水中に浸漬して、水中での容器の質量を測定した〔水中での容器質量Ｃ（ｇ）〕。
つぎに同容器に上記（１）で測定した予備発泡粒子の全量を入れ、同様にして水中に浸漬した状態で、容器と予備発泡粒子の合計の質量を測定した〔水中での合計質量Ｄ（ｇ）〕。
そして次式により、予備発泡粒子の見かけ体積Ｅ（ｃｍ３）を求めた。なお水１ｇは体積１ｃｍ３として換算した。
Ｅ＝Ａ＋（Ｃ−Ｄ）
（３）連続気泡率
上記（１）（２）の結果から、次式により連続気泡率〔％〕を求めた。
連続気泡率（％）＝（Ｅ−Ｂ）／Ｅ×１００
【００８４】
＜発泡成形体の連続気泡率の測定＞
発泡成形体について、ＡＳＴＭ Ｄ２８５６−８７記載の測定方法に準じて連続気泡率の測定を行った。すなわち６面共成形面等の表皮を有しない切断面で構成された試験体（２５ｍｍの立方体）を試料５個切り出し、ノギスを用いて見掛けの体積を測定し、次に空気比較式比重系（東京サイエンス社製 １０００型）を用いて１−１／２−１気圧法により体積を測定した。
連続気泡率（％）＝（見かけの体積−空気比較式比重計での測定体積）／見かけ体積×１００
【００８５】
＜曲げ強度＞
発泡成形体から、縦３００ｍｍ×横７５ｍｍ×厚さ２５ｍｍの試験片を切り出し、この試験片の曲げ試験をＪＩＳ−Ａ９５１１に準拠して行い、曲げ強度を算出した。
【００８６】
＜圧縮強度＞
発泡成形体から、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ２５ｍｍの試験片を切り出し、この試験片の曲げ試験をＪＩＳ−Ａ９５１１に準拠して行い、曲げ強度とした。
【００８７】
［実施例２］
再加熱処理時の加熱温度を１５０℃、圧力を０．５ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００８８】
［実施例３］
再加熱処理時の加熱温度を６０℃としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００８９】
［実施例４］
再加熱処理時の加熱温度を５７℃としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９０】
［実施例５］
発泡剤としてブタンを同量使用し、再加熱処理時の圧力を０．５ＭＰａとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９１】
［比較例１］
再加熱処理時の加熱温度を１００℃としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９２】
［比較例２］
水中カット室の冷却水温度を７０℃、再加熱処理時の圧力を１．５ＭＰａ、再加熱処理時間を昇温後５分間加熱としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９３】
［比較例３］
再加熱処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９４】
［比較例４］
再加熱処理時の加熱温度を４０℃としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９５】
［比較例５］
再加熱処理時の昇温後の加熱時間を１分間としたこと以外は、実施例１と同様の方法で発泡成形体を製造し、同様の測定を行った。その結果を表１に記す。
【００９６】
【表１】
【００９７】
表１に記した結果から、本発明に係る実施例１〜５で得られた発泡成形体は、嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有しており、嵩発泡倍数５０倍に発泡させた予備発泡粒子を型内発泡成形して得られた発泡成形体は、連続気泡率が低くて独立気泡が多く、再加熱処理を行っていない比較例３の発泡成形体と比べ、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が高くなった。
【００９８】
一方、比較例１の発泡成形体は、連続気泡率が高く、独立気泡が少ないものなので、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
また比較例２の発泡成形体は、内部平均気泡径が本発明の範囲を超えているものなので、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
また比較例３は、再加熱処理を行わなかった結果、内部平均気泡径が本発明の範囲を超えているものなので、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
また比較例４は、再加熱処理を低温で行った結果、内部平均気泡径が本発明の範囲を超えているものなので、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
また比較例５は、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が本発明の範囲外となった結果、発泡成形体の曲げ強度及び圧縮強度が低かった。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、曲げ強度、圧縮強度、耐衝撃性などの機械強度及び断熱性に優れたポリスチレン系樹脂発泡成形体が得られる発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に関する。本発明のポリスチレン系樹脂発泡成形体は、断熱材や緩衝材などの各種用途に使用できる。
【符号の説明】
【０１００】
１…押出機（樹脂供給装置）、２…ダイ、３…原料供給ホッパー、４…高圧ポンプ、５…発泡剤供給口、６…カッター、７…カッティング室、８…水槽、９…高圧ポンプ、１０…固液分離機能付き脱水乾燥機、１１…貯留容器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤を含む発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項２】
嵩発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１’を、次式（１）
【数１】
（式中、Ｄ１は嵩発泡倍数５０倍に換算した発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表し、Ｄ１’は嵩発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表す）を用いて嵩発泡倍数５０倍に換算した発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１が、３５μｍ≦Ｄ１≦１４０μｍの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
【請求項３】
前記内部平均気泡径が４０〜１２０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項４】
前記連続気泡率が８％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項５】
前記表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．９０〜１．１０の範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項６】
ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して５．０質量部以下の無機気泡核剤を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項７】
前記無機気泡核剤がタルクであることを特徴とする請求項６に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項８】
樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に発泡剤を添加、混練し、発泡剤含有溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ未満の温度の冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程、
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程、とを有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
【請求項９】
前記押出物を切断する際の冷却用液体の温度が２０〜６０℃の範囲内であることを特徴とする請求項８に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
【請求項１０】
ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して５．０質量部以下の無機気泡核剤を添加することを特徴とする請求項８又は９に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記無機気泡核剤がタルクであることを特徴とする請求項１０に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱し予備発泡して得られたポリスチレン系樹脂予備発泡粒子。
【請求項１３】
請求項１２に記載のポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、成形型を蒸気加熱し、型内発泡成形して得られたポリスチレン系樹脂発泡成形体。
【請求項１４】
スチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、成形型を蒸気加熱し、型内発泡成形して得られたスチレン系樹脂発泡成形体であって、
発泡倍数Ｘ倍に発泡成形させたときの状態で、この発泡成形体中の融着し合った発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２’を、次式（２）
【数２】
（式中、Ｄ２は発泡倍数５０倍に換算した発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表し、Ｄ２’は発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表す）を用いて発泡倍数５０倍に換算した発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２が、３５μｍ≦Ｄ２≦１４０μｍの関係を満たし、前記発泡粒子の表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ発泡成形体の連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡成形体。
【請求項１】
ポリスチレン系樹脂粒子中に発泡剤を含む発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱して嵩発泡倍数５０倍に発泡させた発泡粒子の状態で、内部平均気泡径が３５〜１４０μｍの範囲内であり、表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項２】
嵩発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１’を、次式（１）
【数１】
（式中、Ｄ１は嵩発泡倍数５０倍に換算した発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表し、Ｄ１’は嵩発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表す）を用いて嵩発泡倍数５０倍に換算した発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ１が、３５μｍ≦Ｄ１≦１４０μｍの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の発泡性スチレン系樹脂粒子。
【請求項３】
前記内部平均気泡径が４０〜１２０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項４】
前記連続気泡率が８％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項５】
前記表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．９０〜１．１０の範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項６】
ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して５．０質量部以下の無機気泡核剤を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項７】
前記無機気泡核剤がタルクであることを特徴とする請求項６に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【請求項８】
樹脂供給装置内でポリスチレン系樹脂に発泡剤を添加、混練し、発泡剤含有溶融樹脂を樹脂供給装置先端に付設されたダイの小孔から発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ未満の温度の冷却用液体中に押し出し、押し出すと同時に押出物を切断するとともに、押出物を液体との接触により冷却固化して発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程、
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を、（発泡性ポリスチレン系樹脂粒子のガラス転移温度Ｔｇ−５）℃以上の温度で加熱処理を行って、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を得る工程、とを有することを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
【請求項９】
前記押出物を切断する際の冷却用液体の温度が２０〜６０℃の範囲内であることを特徴とする請求項８に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
【請求項１０】
ポリスチレン系樹脂１００質量部に対して５．０質量部以下の無機気泡核剤を添加することを特徴とする請求項８又は９に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記無機気泡核剤がタルクであることを特徴とする請求項１０に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を加熱し予備発泡して得られたポリスチレン系樹脂予備発泡粒子。
【請求項１３】
請求項１２に記載のポリスチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、成形型を蒸気加熱し、型内発泡成形して得られたポリスチレン系樹脂発泡成形体。
【請求項１４】
スチレン系樹脂予備発泡粒子を成形型のキャビティ内に充填し、成形型を蒸気加熱し、型内発泡成形して得られたスチレン系樹脂発泡成形体であって、
発泡倍数Ｘ倍に発泡成形させたときの状態で、この発泡成形体中の融着し合った発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２’を、次式（２）
【数２】
（式中、Ｄ２は発泡倍数５０倍に換算した発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表し、Ｄ２’は発泡倍数Ｘ倍に発泡させたときの発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径（μｍ）を表す）を用いて発泡倍数５０倍に換算した発泡成形体中の発泡粒子の内部平均気泡径Ｄ２が、３５μｍ≦Ｄ２≦１４０μｍの関係を満たし、前記発泡粒子の表層部平均気泡径／内部平均気泡径の値が０．８０〜１．２０の範囲内であり、かつ発泡成形体の連続気泡率が１０％以下である気泡構造を有することを特徴とするポリスチレン系樹脂発泡成形体。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−７７１１４（Ｐ２０１２−７７１１４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１０６１（Ｐ２０１０−２２１０６１）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００２４４０）積水化成品工業株式会社 (1,335)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００２４４０）積水化成品工業株式会社 (1,335)
【Ｆターム（参考）】
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