JP2007031641A - 発泡性ポリスチレン系樹脂粒子とその製造方法、発泡成形品及び食品包装体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ポリスチレン系樹脂種粒子の表面に、架橋性単量体を含むスチレン系単量体を重合させて形成されたポリスチレン系樹脂外層が設けられ、これらに易揮発性発泡剤が含浸されてなり、該粒子を構成するポリスチレン系樹脂のゲル分率が10〜50質量%であり、テトラヒドロフランにより抽出されたポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mw1と粒子を2分割して抽出されたポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mw2の比(Mw1/Mw2)が0.5〜0.8の範囲であり、且つ該Mw2が15万〜40万の範囲である発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
【選択図】 なし
Description
カップ麺の包装容器として通常用いているような粒子径が小さい樹脂粒子であると、より顕著に粒子内部まで架橋が進行する。このような粒子の発泡能力を維持するには、未反応分のスチレンモノマーなど溶剤となり得る成分がなければ、良好な発泡能力を有しない。しかしながら、溶剤成分を多く含んだものは、食品を内包する容器としては不向きである。
しかしながら、前記製造方法によって製造された発泡性ポリスチレン系重合体粒子は、該発泡性ポリスチレン系重合体粒子を用いて得られた発泡成形品の予備発泡粒子同士の間隙を塞ぐのには効果があるものの、上述したような、油分や黄色色素が発泡成形容器に形成された毛細管を通じて外部に滲み出してくるという問題点に対しては、油分への耐性が不足しているために十分な解決をもたらすものではなかった。
該粒子を構成するポリスチレン系樹脂のゲル分率が10〜50質量%であり、テトラヒドロフランにより抽出されたポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mw1と粒子を2分割して抽出されたポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mw2の比(Mw1/Mw2)が0.5〜0.8の範囲であり、且つ該Mw2が15万〜40万の範囲であ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。
即ち、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を140℃のオーブンで1時間に亘って加熱し、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子中の発泡剤を除去して測定試料を作製し、この測定試料の質量W1を測定する。
次に、測定試料をトルエン100g中に浸漬させて140℃に20時間に亘って還流した後、80メッシュの金網を用いて濾過し、金網状の残渣をデシケータ内に供給して140℃で2時間に亘って−60cmHgで減圧乾燥後にデシケータで室温まで自然冷却し、乾燥残渣の質量W2を測定し、下記式より算出した。
ゲル分率(質量%)=100×W2/W1
前記の重量平均分子量の比は、表層部の架橋密度が高くなっていることを知るための指標である。すなわち、表層部分の架橋密度が高ければ、粒子表層部分が一種の分子篩となり、粒子中心部から高分子量の樹脂はTHFで抽出されにくくなり、測定される分子量Mw1は小さくなる。また、粒子中心部の架橋構造体が少ない場合、粒子を2分割すると、表層部分の分子篩を通らず、高分子量のものも抽出されるため、測定される分子量Mw2はMw1より高くなる。すなわち、粒子のまま抽出された重量平均分子量と粒子を2分割して抽出された分子量の比により、粒子表層部と粒子内部との架橋密度の差がわかる。
試料約30mgをTHF(テトラヒドロフラン)10mLに浸漬して24時間室温に保管する。非水系0.45μmクロマトディスクで濾過後、Waters社製 HPLC(Detector 484,Pump 510)を用いてポリスチレン換算分子量を測定した。その測定条件は、カラムが昭和電工社製 Shodex GPC K−806L(φ8.0×300mm)2本を用い、カラム温度(40℃)、移動相(THF)、移動相流量(1.2mL/min)、注入・ポンプ温度(室温)、検出(UV254nm)、注入量(50μL)、検量線用標準PS(昭和電工社製(Shodex)分子量1,030,000と東ソー社製分子量5,480,000と3,840,000と355,000と102,000と37,900と9,100と2,630と495)とした。
なお、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を2分割とする場合には、剃刀を用いて粒子のおよそ重心を通る面で切断して2分割とした。
先ず、ポリスチレン系樹脂種粒子を水中に分散させてなる分散液を作製する。このポリスチレン系樹脂種粒子の製造方法としては、汎用の方法が用いられ、例えば、前記質連係単量体に必要に応じてビニル単量体を加えた上で、水中にて懸濁重合させてポリスチレン系樹脂種粒子を製造する方法、前記スチレン系樹脂を押出機に供給して溶融混練し、押出機からストランド状に押し出して所定長さ毎に切断し、ポリスチレン系樹脂種粒子を製造する方法などが挙げられる。なお、前記ポリスチレン系樹脂種粒子の重量平均分子量は15万〜40万の範囲が好ましく、25万〜35万の範囲がより好ましい。
従って、油分を含んだ食品やカレー粉などの色素を含む食品を長期間に亘って発泡成形品内に収納し、あるいは、界面活性剤を含む液体などを発泡成形品内に収納した場合でも、発泡粒子同士の熱融着界面が油分、色素あるいは界面活性剤などによって侵されるようなことがなく、よって、発泡粒子同士の熱融着界面を通じて油分や色素、界面活性剤を含んだ液体などが発泡成形品の外面に滲み出るという問題を防ぐことができる。
撹拌装置を備えたステンレス製の5Lのオートクレーブ内に、イオン交換水2.0L、平均粒子径が0.3mmで且つ重量平均分子量が28万のポリスチレン種粒子を1.5kg、ピロリン酸マグネシウムを20g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを1g供給して1分当たり300回転で撹拌し、分散液を作製した。
ポリスチレン種粒子を1.1kg、ジビニルベンゼンを4.5g、ベンゾイルパーオキサイド3.6g及びt−ブチルパーオキシベンゾエート1.0gを900gのスチレン単量体に溶解し単量体溶液を作製したこと、単量体溶液を3時間で供給し、単量体溶液の供給量を15.2質量部の割合としたこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
ポリスチレン種粒子を1.65kg、ジビニルベンゼンを1.8g、ベンゾイルパーオキサイド1.4g及びt−ブチルパーオキシベンゾエート1.0gを350gのスチレン単量体に溶解し単量体溶液を作製したこと、単量体溶液を2時間で供給し、単量体溶液の供給量を8.9質量部の割合としたこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
ポリスチレン種粒子を1.75kg、ジビニルベンゼンを2.5g、ベンゾイルパーオキサイド1.0g及びt−ブチルパーオキシベンゾエート1.0gを250gのスチレン単量体に溶解し単量体溶液を作製したこと、単量体溶液を1時間で供給し、単量体溶液の供給量を12.7質量部の割合としたこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
80℃に保持した分散液中に単量体溶液を供給したこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
105℃に保持した分散液中に単量体溶液を供給したこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
ジビニルベンゼンを用いないこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
ジビニルベンゼンを0.5gとしたこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
ジビニルベンゼンを6gとし、単量体溶液の供給量を12.7質量部の割合としたこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
75℃に保持した分散液中に単量体溶液を供給したこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
単量体溶液の供給を2時間とし、単量体溶液の供給量を22.7質量部の割合としたこと以外は、実施例2と同様の手順で行った。
ポリスチレン種粒子を0.90kg、ジビニルベンゼンを5.5g、ベンゾイルパーオキサイド4.4g及びt−ブチルパーオキシベンゾエート1.0gを1100gのスチレン単量体に溶解し単量体溶液を作製したこと、単量体溶液を4時間で供給し、単量体溶液の供給量を13.9質量部の割合としたこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
ポリスチレン種粒子を1.9kg、ジビニルベンゼンを0.5g、ベンゾイルパーオキサイド0.4g及びt−ブチルパーオキシベンゾエート1.0gを100gのスチレン単量体に溶解し単量体溶液を作製したこと、単量体溶液を0.5時間で供給し、単量体溶液の供給量を10.2質量部の割合としたこと以外は、実施例1と同様の手順で行った。
撹拌装置を備えたステンレス製の5Lのオートクレーブ内に、イオン交換水2.0L、平均粒子径が0.3mmで且つ重量平均分子量が28万のポリスチレン種粒子を1.1kg、ピロリン酸マグネシウムを20g及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを1g供給して1分当たり300回転で撹拌し、分散液を作製した。
ジビニルベンゼンを4.0g、ベンゾイルパーオキサイド3.6g及びt−ブチルパーオキシベンゾエート1.0gを900gのスチレン単量体に溶解して単量体溶液を作製した。
得られた発泡性ポリスチレン系樹脂粒子1.0kgにステアリン酸亜鉛(粉砕品、平均最大長20μm)3gを加え、高速流動型混合機内で2分間撹拌した。次に、ポリエチレングリコール1gを供給して、さらに2分間撹拌し、粒子表面にステアリン酸亜鉛を被覆した。その後冷暗所で3日間保管した。
しかる後、前記発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を予備発泡機に供給して、水蒸気を用いて嵩密度0.1g/cm3に予備発泡させて、予備発泡粒子を得た。この予備発泡粒子を常温にて1日保管し、乾燥させた。
次に、前記予備発泡粒子を発泡成形機内の成形型内に供給、充填し、予備発泡粒子を0.2MPaの水蒸気を用いて6秒間に亘って加熱、発泡させて、内容積が450cm3で且つ肉厚が2mmのカップ状の発泡成形容器を得た。なお、カップ状の発泡成形容器は、平面円形状の底面部の外周縁から一定高さの周壁部を斜め上方に向けて突設してなる形状とした。
得られた発泡成形容器内に、市販の即席麺(カレー味)に用いられている、カレー粉を含む調味料及びかやくを満杯になるまで供給した上で、発泡成形容器の周壁部外面の全面にコピー紙(NBSリコー社製 マイリサイクルペーパー100W)を接触させた状態で1重に巻く。コピー紙はあらかじめ周壁部外面の全面を覆える形状とサイズに切り出したものを用い、切り出したコピー紙の質量W3は予め測定しておく。その後、容器全体を延伸ポリプロピレンフィルムで包装し密閉する。次にこの包装容器を60℃に保たれたオーブン内に96時間入れる。その後、包装容器をオーブンから取り出し、フィルムの包装を解いて、巻いておいたコピー紙を容器から取り外す。コピー紙に容器内部から滲み出した油分によって変色した部分があればその部分を切り取る。切り取られて穴が開いた残りのコピー紙の質量W4を測定して、下記式より百分率を算出し、下記基準により油分滲み出し防止性を評価した。
油分滲み出し防止性(%)=100×(W3−W4)/W3
◎・・・10%未満であり、油分滲み出し防止性に極めて優れる。
○・・・10%以上20%未満であり、油分滲み出し防止性に優れる。
×・・・20%以上であり、油分滲み出し防止性に劣る。
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子1.0gを精秤し、この精秤した発泡性ポリスチレン系樹脂粒子に0.1体積%のシクロペンタノールを含有するジメチルホルムアミド溶液1mLを標準液として加えた後、さらにジメチルホルムアミドを加えて25mLとして、この溶液を24時間置き、測定溶液を調製した。この測定溶液から不溶分を取り除き、1.8mLを230℃の試料気化室に供給してガスクロマトグラフから測定対象となる有機化合物を得、予め測定しておいた、測定対象となる有機化合物の検量線に基づいて、前記チャートから有機化合物量を算出する。なお、対象となる有機化合物は、スチレン系単量体、エチルベンゼン、トルエン、n−プロピルベンゼン、i−プロピルベンゼン及びキシレンである。これらの合計は、食品を包装する容器では極力少ないほうが良く、500ppm以下であることが好ましく、400ppm以下であることがより好ましい。
なお、スチレン系樹脂発泡成形品における有機化合物の含有量はガスクロマトグラフ(島津製作所社製 商品名「GC−14A」)を用いて下記測定条件にて測定することができる。
検出器:FID
カラム:ジーエルサイエンス社製(3mm径×2.5m)
液相:PEG−20M PT 25質量%
担体:Chromosorb W AW−DMCS
メッシュ:60/80
カラム温度:100℃
検出器温度:230℃
注入口温度:230℃
キャリアガス:窒素
キャリアガス流量:40mL/分
測定試料は下記の要領で作製したものを用いる。先ず、発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を100℃の水に5分間浸漬して、予備発泡させ、得られた予備発泡粒子を80メッシュの金網を用いて湯から分離した後、金網上にて40℃で20時間乾燥させたものを用いる。その後、JIS K6911:1995年「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定する。すなわち、予備発泡粒子を測定試料としてWg採取し、この測定試料をメスシリンダー内に自然落下させ、メスシリンダー内に落下させた測定試料の体積Vcm3をJIS K6911に準拠した見かけ密度測定器を用いて測定し、下記式に基づいて予備発泡粒子の嵩密度を測定した。
予備発泡粒子の嵩密度(g/cm3)=測定試料の重量(W)/測定試料の体積(V)
前記<油分滲み出し防止性の評価>における発泡成形容器の作製手順と同様にして、実施例1〜6、比較例1〜8の発泡成形容器を作製し、それぞれの中心線平均粗さを下記の通り測定した。中心線平均粗さは、東京精密社製の表面粗さ計ハンディーサーフE−35Aを使用して測定した。このハンディーサーフE−35Aは、サンプル表面の断面曲線を測定し、その結果から、JIS B0601−1994「表面粗さ−定義及び表示」に規定された方法に基づいて自動的に演算をして、中心線平均粗さを出力する機能を有するものである。なお、測定条件はいずれも、カップ状成形品の側面部を測定し、カットオフ値を0.8mm、測定長さをカットオフ値の5倍の4mmとした。
比較例2は、分子量比(Mw1/Mw2)が0.91と高く、本発明の範囲から外れた。この比較例2から得られた発泡成形容器は油分滲み出し防止性が劣っていた。
比較例3は、分子量比(Mw1/Mw2)が0.40と低く、本発明の範囲から外れた。この比較例3の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は発泡成形することができなかった。
比較例4は、分子量比(Mw1/Mw2)が0.87と高く、本発明の範囲から外れた。この比較例4から得られた発泡成形容器は油分滲み出し防止性が劣り、また中心線平均粗さが6.1μmと実施例1〜6と比べて粗く、粒子が目立つ外観になった。
比較例5は、分子量比(Mw1/Mw2)が0.87と高く、本発明の範囲から外れた。この比較例5から得られた発泡成形容器は油分滲み出し防止性が劣り、また中心線平均粗さが5.3μmと実施例1〜6と比べて粗く、粒子が目立つ外観になった。
比較例6は、ゲル分率が60%と高く、本発明の範囲から外れた。この比較例6の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子は発泡成形することができなかった。
比較例7は、ゲル分率が5%と低く、かつ分子量比(Mw1/Mw2)が0.94と高く、本発明の範囲から外れた。この比較例7から得られた発泡成形容器は油分滲み出し防止性が劣り、また中心線平均粗さが2.3μmと実施例1〜6と比べて粗くなった。
比較例8は、分子量比(Mw1/Mw2)が0.87と高く、本発明の範囲から外れた。この比較例8から得られた発泡成形容器は油分滲み出し防止性が劣り、また中心線平均粗さが4.8μmと実施例1〜6と比べて粗く、粒子が目立つ外観になった。
Claims (7)
- ポリスチレン系樹脂種粒子の表面に、架橋性単量体を含むスチレン系単量体を重合させて形成されたポリスチレン系樹脂外層が設けられ、これらに易揮発性発泡剤が含浸されてなる発泡成形用の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子であって、
該粒子を構成するポリスチレン系樹脂のゲル分率が10〜50質量%であり、テトラヒドロフランにより抽出されたポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mw1と粒子を2分割して抽出されたポリスチレン系樹脂の重量平均分子量Mw2の比(Mw1/Mw2)が0.5〜0.8の範囲であり、且つ該Mw2が15万〜40万の範囲であることを特徴とする発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。 - ゲル分率が20〜35質量%の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子。
- ポリスチレン系樹脂種粒子を水性媒体中に分散させた分散液を作製し80〜110℃に保持した後、この分散液中に、スチレン系単量体を前記種粒子100質量部に対して12〜100質量部、架橋性単量体を前記スチレン系単量体の質量に対して0.2〜1.0質量%、及び重合開始剤を含む単量体溶液を、前記種粒子と前記スチレン系単量体との合計100質量部に対し1時間当たり1〜18質量部の割合で供給し、前記種粒子上に架橋性単量体を含むスチレン系単量体を重合させてなるポリスチレン系樹脂外層を成長させると共に、前記単量体溶液の供給後に易揮発性発泡剤を含浸させ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。
- 単量体溶液を、前記種粒子と前記スチレン系単量体との合計100質量部に対し1時間あたり5〜16質量部の割合で供給することを特徴とする請求項3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1又は2に記載の発泡性ポリスチレン系樹脂粒子を予備発泡させて得られた予備発泡粒子を発泡成形させて得られたことを特徴とする発泡成形品。
- 成形品表面の中心線平均粗さ(ただし、該中心線平均粗さはJIS B0601−1994に規定された中心線平均粗さである。)が0.1〜1.5μmの範囲であることを特徴とする請求項5に記載の発泡成形品。
- 請求項5又は6に記載された発泡成形品からなる容器内に、油性食品又は食用油脂と色素とを含む食品が包装されてなる食品包装体。
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