JP2007254522A - ポリ乳酸系樹脂製発泡シート、およびこのシート製容器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1発明は、ポリ乳酸は190℃における溶融張力が25〜70gであり、このポリ乳酸100重量部に対してタルクを1.0〜4.0重量部配合した樹脂組成物に、発泡剤の存在下で、ダイの口金出口部分における発泡性ポリ乳酸系樹脂組成物のせん断速度を150〜800秒−1としてシート状に押出し、得られたポリ乳酸系樹脂製発泡シートの発泡倍率が1.1〜12.0倍で、かつ、厚さが0.5〜2.5mmの、ポリ乳酸系樹脂製発泡シートを要旨とし、第2発明は、特定の三工程を経て製造する耐熱性などに優れたポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器の製造方法を要旨とする。
【選択図】 なし
Description
1.特定の物性を有するポリ乳酸を主成分とし、発泡シート製造時の押出特性、生分解性に優れ、かつ、外観が美麗なポリ乳酸系樹脂製発泡シートを提供すること。
2.上記ポリ乳酸系樹脂製発泡シートを熱成形して、耐熱性、生分解性、外観および生産性などに優れたポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器を得る製造方法を提供すること。
(1)あらかじめ加熱した一組以上の対向する予備加熱板の隙間に、ポリ乳酸系樹脂製発泡シートを移送し、上記ポリ乳酸系樹脂発泡シートの表面温度をポリ乳酸の結晶化温度(Tc)〜(Tc+10)℃の温度範囲に20〜60秒で加熱する第一工程。
(2)あらかじめ、(Tc−5)〜(Tc+10)℃の温度範囲に加熱した加熱金型を用いて、上記第一工程で加熱されたポリ乳酸系樹脂製発泡シートをポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器に成形し、その状態で5秒以上保持して熱処理する第二工程。
(3)上記第二工程を終えた直後に、上記加熱金型と同じ形状を有し、かつ、あらかじめ冷却した冷却金型に、上記第二工程で熱処理されたポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器を嵌合し、上記ポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器の表面温度をポリ乳酸のガラス転位温度(Tg)℃以下の温度範囲に冷却する第三工程。
1.本発明に係るポリ乳酸系樹脂製発泡シート(以下、単に「ポリ乳酸発泡シート」と略記することがある。)は、特定の溶融張力を有するポリ乳酸に所定のせん断速度で押出して製造されるので、外観が美麗である。
2.本発明に係るポリ乳酸発泡シートは、主成分がポリ乳酸であるので生分解性に優れている。
3.本発明に係るポリ乳酸発泡シートは、発泡倍率が1.1〜12.0倍の範囲にされており、ポリ乳酸の使用量が少なくできるので、単位重量あたりのポリ乳酸からより多くのポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器(以下、単に「ポリ乳酸発泡容器」と略記することがある。)を製造することができる。
4.本発明に係る製造方法で製造されたポリ乳酸発泡容器は、容器成形前に、ポリ乳酸発泡シートを所定の温度範囲に加熱するので、結晶化度を高めるための熱処理の時間が短時間となり、通常のポリ乳酸発泡容器より短時間で容器を製造ができ、生産性に優れている。
5.本発明に係る製造方法で製造されたポリ乳酸発泡容器は、容器成形後に冷却金型によって冷却されて製造されるので、曲げ、反りなどがない美麗な外観を呈する。
6.本発明に係る製造方法で製造されたポリ乳酸発泡容器は、外観が美麗で、かつ、耐熱性に優れているので、電子レンジにより加熱・調理する各種食品の収納用容器として好適である。
7.本発明に係る製造方法で製造されたポリ乳酸発泡容器は、樹脂成分がポリ乳酸からなるので、容器使用後に地中に埋設処分しても短期間で微生物によって分解され、生分解性に優れている。
の範囲とする。発泡倍率が1.1倍未満であると、断熱性、耐衝撃性などに劣り、発泡倍率が12.0倍を超えると、機械的強度が低下するので、いずれも好ましくない。上記範囲で好ましい発泡倍率は、2.0〜10.0倍である。また、厚さが0.5mm未満であると、機械的強度、耐衝撃性、断熱性などに劣り、2.5mmを超えると、発泡セルの均一なポリ乳酸発泡シートの製造が困難となるばかりでなく、ポリ乳酸の使用量が多くなり製造コストが上昇するので、いずれも好ましくない。上記範囲で好ましいのは、1.0〜2.0mmである。
(1)あらかじめ加熱した一組以上の対向する予備加熱板の隙間に、ポリ乳酸発泡シートを移送し、上記ポリ乳酸発泡シートの表面温度をポリ乳酸の結晶化温度(以下、Tcと記載する。)〜(Tc+10)℃の温度範囲に20〜60秒で加熱する第一工程(加熱工程)。
(2)あらかじめ、(Tc−5)〜(Tc+15)℃の温度範囲に加熱した加熱金型を用いて、上記第一工程で加熱されたポリ乳酸発泡シートをポリ乳酸発泡容器に成形し、その状態で5秒以上保持して熱処理する第二工程(容器成形と熱処理工程)。
(3)上記第二工程を終えた直後に、上記加熱金型と同じ形状を有し、かつ、あらかじめ冷却した冷却金型に、上記第二工程で熱処理されたポリ乳酸発泡容器を嵌合し、上記ポリ乳酸発泡容器の表面温度をポリ乳酸のTg℃以下の温度範囲に冷却する第三工程(冷却工程)。
(1)ポリ乳酸A:L体98.5重量%、D体1.5重量%、Tg59℃、Tc110℃、Tm165℃、溶融張力59g、比重1.26、JIS K7210に準拠したメルトインデックス(荷重2.16kg)2.0のポリ乳酸である。
(2)ポリ乳酸B:L体98.5重量%、D体1.5重量%、Tg60℃、Tc110℃、Tm165℃、溶融張力1g、比重1.26、JIS K7210に準拠したメルトインデックス(荷重2.16kg)3.0のポリ乳酸である。
(3)タルク:平均粒子径9μmのタルクである。
(a)溶融張力:ポリ乳酸A、およびポリ乳酸Bを表1に示した割合で秤量し、二軸押出機(プラスチック工学研究所社製、型式:BT−40−S2−36L、シリンダー径40mmφ、L/D=36、以下同じ)のホッパーに投入し、スクリュー回転数60rpm、シリンダー温度195℃、押出量15kg/時間の条件で溶融混練し、ペレット状のポリ乳酸を得た。得られたペレット状のポリ乳酸を、60℃に設定した真空乾燥機で48時間乾燥させた後に粉砕し、190℃に設定したキャピログラフ(東洋精機製作所社製)のシリンダー内に約22g充填し、シリンダーの上にピストンを載せて6分間予熱した。その後、シリンダーの下端に付設された中空円状のダイ(直径:2.095mm、長さ:8.000mm)から、ピストン速度を10mm/minの条件で溶融したポリ乳酸を4分間押出した後に、押出されたストランド状のポリ乳酸を、ダイの下方部分に設置された張力検出用プーリーの円形ガイド(約4cmφ)を通過させて、初期速度を1m/min、加速度を2m/min2の条件で引き取り、上記円形ガイドに掛かる荷重を張力計で検出し、押し出されたストランド状のポリ乳酸が破断したときの張力を張力計から読み取った。引き取りは、溶融状態のポリ乳酸が完全に押し出されるまで繰り返し行い、破断したときの張力の平均値を算出した(単位[g])。なお、実施例1〜実施例4、比較例1〜比較例3については、押し出されたポリ乳酸を引き取る際の初期速度を10m/min、加速度を5m/min2の条件で引き取った。
(c)押出特性:実施例、比較例においてポリ乳酸発泡シートを製造する際の、二軸押出機のモーターに掛かった負荷が最大許容値の70%未満の場合は○、最大許容値の70〜90%の場合は△、最大許容値の90%を超えた場合は×、とそれぞれ表示した。
(d)発泡倍率:実施例、比較例で得られたポリ乳酸発泡シートを、JIS K6767に準拠して測定した。
(g)総合評価1:上記(c)、(f)の評価項目で、双方とも○と表示したものは○と評価し、いずれか一つでも△と表示したものには△と評価し、いずれか一つでも×と表示したものは×と評価した。
<タルクマスターバッチの製造>
ポリ乳酸B60重量%と、タルク40重量%を秤量し、リボンブレンダーで均一に混合してポリ乳酸系樹脂組成物を得た。この樹脂組成物を、シリンダー温度195℃に設定した2軸押出機のホッパーに投入し、スクリュー回転数60rpmで溶融混練し、ストランド状に抜き出し、水冷工程を経て、ペレタイザーで切断してペレット状のタルクマスターバッチを得た。
<ポリ乳酸系樹脂製発泡シートの製造>
表1に示した割合で秤量した上記ポリ乳酸A、ポリ乳酸Bに、タルクマスターバッチをポリ乳酸A、ポリ乳酸Bの合計量100重量部に対し5.0重量部(ポリ乳酸に対するタルクの含有量は2.0重量部となる)秤量し、リボンブレンダーで均一に混合してポリ乳酸系樹脂組成物を得た。この樹脂組成物を、シリンダー温度を195℃に設定した二軸押出機のホッパーに供給し、スクリュー回転数60rpmの条件で溶融混練させた。溶融状態の上記樹脂組成物100重量部に対して発泡剤として二酸化炭素を用い、押出機シリンダー途中から注入・混合し、二軸押出機の先端に装着されたサーキュラーダイ(75mmφ)より大気圧下に押出し、マンドレルに引き取りつつ、マンドレルの内部に0.15m3/minで空気を吹き付けて延伸・冷却し、円筒型のポリ乳酸発泡シートとし、これをカッターで切り開いて幅700mm、厚さ1.2mmのポリ乳酸発泡シートを得た。なお、体積押出量は、表1に示したせん断速度になるように各実施例、比較例で都度調整した。
(1)ポリ乳酸の溶融張力、タルクの配合割合、および押出時のせん断速度が請求項1で規定する要件を満たすものを原料としたものは、ポリ乳酸発泡シート製造時の押出特性に優れ、得られたポリ乳酸発泡シートの表面に凹凸模様(縞模様)、しわなどが認められない美麗な外観を呈している(実施例1〜実施例14参照)。
(2)これに対して、ポリ乳酸の溶融張力が請求項1で規定する範囲外のものは、ポリ乳酸発泡シート製造時の押出特性に劣り、ポリ乳酸発泡シートの表面に凹凸模様(縞模様)、しわが認められる(比較例1、比較例2参照)。
(3)また、せん断速度が請求項1で規定する範囲外のものは、押出特性、シートの外観に劣る(比較例3〜比較例5参照)。
上記の実施例6、実施例14で得られたポリ乳酸発泡シートを使用し、以下の工程を経て、ポリ乳酸発泡容器を作製した。
(1)第一工程:実施例6、実施例14で得られたポリ乳酸発泡シートを、バッチ式差圧成形機(関西自動成形機社製、型式:PK450V)に設置された対向する一組の予備加熱板の隙間(300mm)の中心部に移送し、表2、表3に示した予備加熱板設定温度、および予備加熱板加熱時間によって、上記ポリ乳酸発泡シートを加熱した。
(2)第二工程:次いで、50cm×50cmの寸法のクランプによって上記第一工程で加熱されたポリ乳酸発泡シートを固定し、20cm×25cm×3cmの弁当箱型のポリ乳酸発泡容器を、あらかじめ110℃に加熱された1個取り試験金型を使用し差圧成形法(雄型側から減圧する方法)によって成形し、その状態で表2、表3に示した熱処理時間保持し、ポリ乳酸発泡容器を熱処理して結晶化度を高めた。
(3)第三工程:次いで、あらかじめ25℃に設定した上記加熱金型と同一の形状を有する冷却金型を、上記第二工程で熱処理されたポリ乳酸発泡容器に5秒嵌合させた。
(h)加熱金型離型性:ポリ乳酸発泡容器が加熱金型から容易に離型できた場合は○、ポリ乳酸発泡容器の一部が加熱金型に付着し、加熱金型から離型が難かった場合は△、ポリ乳酸発泡容器が加熱金型に付着したまま残った場合は×と表示した。
(i)外観(曲げ、反り):水平になっているテーブルの上に、開口部を下側にしてポリ乳酸発泡容器を置き、テーブルとポリ乳酸発泡容器の開口部(フランジ部)との間に生じる最大の隙間をJIS1級定規を使用して測定した。その最大の隙間が3mm未満なら○、3mm以上なら×と表示した。
(j)結晶化度:ポリ乳酸発泡容器から所定の大きさに採取した試料につき、X線回析装置(島津製作所社製、型式:XRD−7000)を使用し、ターゲットCu−Kα、管電圧40KV、管電流40mA、ダイバージェンス1.00度、スキャタリング1.00度、レシーピング0.3mm、走査範囲5〜35度、走査速度2度/minの条件で測定した。得られた測定データ強度を、ローレンツ偏光因子補正を行い、結晶質の積分強度(Icr)と非晶質の積分強度(Ia)とに分離し、その比率をもとに試料中に占める結晶部分の濃度を結晶化度として、次式、すなわち、1/X=1+(Ia/Icr)、から算出した。この式において、Xは結晶化度[%]である。ポリ乳酸発泡容器の結晶化度は、45%以上が好ましい。
(l)電子レンジ加熱性:ポリ乳酸発泡容器の収納部に幕の内弁当の中身(ご飯と惣菜)を詰め、二軸延伸ポリスチレン製の蓋を施蓋し、電子レンジ(シャープ社製、型式:RE−6000)内に入れ、1400Wに設定して50秒間加熱した。加熱後電子レンジから取出し、ポリ乳酸発泡容器の変形有無を目視観察した。ポリ乳酸発泡容器のどの部分にも変形が認められないものを○、変形が認められたものを△として表示した。
(m)総合評価2:上記(h)〜(i)、(k)〜(l)の評価項目の全てが○と表示したものは○と評価し、いずれか一つでも×と表示したものは×と評価した。
(1)第二工程の熱処理時間を5秒以上とし、冷却金型を使用した場合には、ポリ乳酸発泡容器の耐熱性が優れ、外観も美麗である(実施例15〜実施例34参照)。
(2)第一工程でポリ乳酸発泡シートの表面温度を所定の温度範囲にするための加熱時間を、20秒未満にした場合には、第二工程で熱処理時間を5秒間行なっても、ポリ乳酸の結晶化度は低く、耐熱性に優れたポリ乳酸発泡容器がえられなかった(比較例7、比較例12参照)。
(3)これに対し、第一工程で加熱されたポリ乳酸発泡シートの表面温度が、Tc未満の場合には、熱処理時間を5秒以上延長しても、加熱金型離型性、耐熱性、電子レンジ加熱性が実施例のものと比べ劣る(比較例8〜比較例9、比較例13〜比較例14参照)。
(4)さらに、第二工程での熱処理時間を5秒未満とした場合には、ポリ乳酸発泡容器が加熱金型に付着したまま残り、ポリ乳酸発泡容器が得られなかった(比較例10、比較例15参照)。
(5)第一工程、第二工程を請求項2で規定する要件を満たす方法を採用しても、第三工程で冷却金型を使用しない場合には、加熱金型から取り出したポリ乳酸発泡容器は熱収縮して曲げ、反りなどの現象が発生し、外観が優れない(比較例6、比較例11参照)。
Claims (4)
- ポリ乳酸系樹脂製発泡シートであって、ポリ乳酸は190℃における溶融張力が25〜70gであり、このポリ乳酸100重量部に対してタルクを1.0〜4.0重量部配合したポリ乳酸系樹脂組成物に、発泡剤の存在下で、ダイの口金出口部分における発泡性ポリ乳酸系樹脂組成物のせん断速度を1.5×102〜8.0×102秒−1としてシート状に押出し、得られたポリ乳酸系樹脂製発泡シートの発泡倍率が1.1〜12.0倍で、かつ、厚さが0.5〜2.5mmとされてなることを特徴とする、ポリ乳酸系樹脂製発泡シート。
- 請求項1に記載のポリ乳酸系樹脂製発泡シートの少なくとも片面に、熱可塑性樹脂製フィルムが積層されてなるポリ乳酸系樹脂製発泡シート。
- 熱可塑性樹脂がポリ乳酸系樹脂である、請求項2に記載のポリ乳酸系樹脂製発泡シート。
- ポリ乳酸系樹脂製発泡シートを原料としてポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器を製造する方法でおいて、ポリ乳酸は190℃における溶融張力が25〜70gであり、このポリ乳酸100重量部に対してタルクを1.0〜4.0重量部配合したポリ乳酸系樹脂組成物に、発泡剤の存在下で、ダイの口金出口部分における発泡性ポリ乳酸系樹脂組成物のせん断速度を1.5×102〜8.0×102秒−1としてシート状に押出し、得られたポリ乳酸系樹脂製発泡シートの発泡倍率が1.1〜12.0倍で、かつ、厚さが0.5〜2.5mmとされてなるポリ乳酸系樹脂製発泡シートを、以下の(1)〜(3)の三工程によって製造することを特徴とする、ポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器の製造方法。
(1)あらかじめ加熱した一組以上の対向する予備加熱板の隙間に、ポリ乳酸系樹脂製発泡シートを移送し、上記ポリ乳酸系樹脂発泡シートの表面温度をポリ乳酸の結晶化温度(Tc)〜(Tc+10)℃の温度範囲に20〜60秒で加熱する第一工程。
(2)あらかじめ、(Tc−5)〜(Tc+15)℃の温度範囲に加熱した加熱金型を用いて、上記第一工程で加熱されたポリ乳酸系樹脂製発泡シートをポリ乳酸系樹脂製発泡容器に成形し、その状態で5秒以上保持して熱処理する第二工程。
(3)上記第二工程を終えた直後に、上記加熱金型と同じ形状を有し、かつ、あらかじめ冷却した冷却金型に、上記第二工程で熱処理されたポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器を嵌合し、上記ポリ乳酸系樹脂製発泡シート製容器の表面温度をポリ乳酸のガラス転位温度(Tg)℃以下の温度範囲に冷却する第三工程。
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