JP2010214720A - 発泡性積層体用ポリエチレン樹脂材料、発泡性積層体、及びそれを用いた発泡加工紙並びに断熱容器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも、紙を主体とする基材(I)と、その紙を主体とする基材の一方の面に、加熱によって基材から放出される気体によって発泡されるポリエチレン系樹脂層(II)を有する発泡性積層体用のポリエチレン系樹脂材料(X)であって、(a1)、(a2)の特性を有するエチレン−α−オレフィン共重合体(A)50重量%を超え90重量%以下と、高圧ラジカル重合法ポリエチレン樹脂(B)の10重量%以上50重量%未満を配合して得られ、かつ(x1)〜(x5)の特性を有することを特徴とする発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料などによって提供される。
【選択図】図1
Description
また、特許文献6においては、紙容器における胴部材原材料シートの紙基材の少なくとも片面に、溶融状態の熱可塑性樹脂をTダイから紙基材に接するまでの時間が0.11〜0.33秒となるように押出ラミネートしてなる紙製容器の胴部材原材料シートが示され、低密度ポリエチレンを2種混合してMFRを調整した組成物が記載されている。こうして得られた発泡層を保有する加工紙は、容器とした際に、発泡層により手とのなじみがよく滑りにくく、断熱性に優れるとともに、紙を複数枚使用した断熱性容器に比較してコストが安いというメリットがある。
さらに、これらの発泡工程では発泡時の温度を高めに設定する必要があるため、エネルギー効率が悪い傾向にあるだけでなく、胴部材をヒートシールして作成する際の温度を高く設定する必要があるため、ヒートシール性の良い材料が要望されている。
(a1)JIS K7210に準拠して測定したMFRが1〜50g/10min、
(a2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.880〜0.935g/cm3である。
(x1)JIS K7210に準拠して測定したメルトフローレート(MFR)が1〜30g/10min、
(x2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.880g/cm3以上、
(x3)クロス分別クロマトグラフ(CFC)による溶出温度80℃以上の溶出成分量が10重量%以下、
(x4)クロス分別クロマトグラフ(CFC)による溶出温度の最大ピーク温度が70℃以下であり、
(x5)MFRとメモリーエフェクト(ME)とが下記の式(1)を満たす。
−0.467×Ln(MFR) +2.75 ≦ ME ・・・式(1)
(式中、Lnは自然対数である。)
(b1)JIS K7210に準拠して測定したメルトフローレート(MFR)が、1〜30g/10minであり、
(b2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.910〜0.940g/cm3である。
(b1)JIS K7210に準拠して測定したMFRが、1〜30g/10min、
(b2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.910〜0.935/cm3、
(b3)JIS K7210に準拠して測定したMFRが、0.1〜100g/10min、
(b4)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.910〜0.940g/cm3であり、
(b5)JIS K7210で使用されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.5以上である。
本発明の発泡性積層体用ポリエチレン樹脂材料は、少なくとも、紙を主体とする基材(I)と、その紙を主体とする基材の一方の面に、加熱によって基材から放出される気体によって発泡されるポリエチレン系樹脂層(II)を有する発泡性積層体用のポリエチレン系樹脂材料(X)であって、下記(a1)、(a2)の特性を有するエチレン−α−オレフィン共重合体(A)50を超え90重量%以下と、高圧ラジカル重合法ポリエチレン樹脂(B)を10以上50重量%未満配合して得られ、かつ下記(X1)〜(X5)の特性を有することを特徴とする。
(a1)JIS K7210に準拠して測定したMFRが1〜50g/10min、
(a2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.880〜0.935g/cm3、
(x1)JIS K7210に準拠して測定したメルトフローレート(MFR)が1〜30g/10min、
(x2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.880g/cm3以上、
(x3)クロス分別クロマトグラフ(CFC)による溶出温度80℃以上の溶出成分量が10重量%以下、
(x4)クロス分別クロマトグラフ(CFC)による溶出温度の最大ピーク温度が70℃以下であり、
(x5)MFRとメモリーエフェクト(ME)とが下記の式(1)を満たす。
−0.467×Ln(MFR) +2.75 ≦ ME ・・・式(1)
(式中、Lnは自然対数である。)
本発明において、エチレン・α−オレフィン共重合体(A)は、(a1)JIS K7210に準拠して測定したメルトフローレート(MFR)が、1〜50g/10分、(a2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.880〜0.935g/cm3のエチレン・α−オレフィン共重合体である。
これらα−オレフィンの含有量は、合計で通常30mol%以下、好ましくは3〜20mol%の範囲で選択されることが望ましい。
これらシングルサイト系触媒で製造される超低密度ポリエチレン樹脂や直鎖状低密度ポリエチレン樹脂は、従来のチーグラー触媒やフィリップス触媒で製造されるものより低分子量成分が少なく、透明性、耐ブロッキング性がよく、融点も低く、高速シール性もよく、押出ラミネート成形やシーラントフィルム等に好適に使用されている。
また、本発明では、昨今開発の著しいシングルサイト系触媒で製造される長鎖分岐を有する直鎖状低密度ポリエチレン樹脂や超低密度ポリエチレン樹脂も好ましいものである。これらシングルサイト系触媒で製造される直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレンの具体例としては、カーネル(登録商標)、ハーモレックス(登録商標、日本ポリエチレン株式会社製)、エボリュー(登録商標、三井化学株式会社製)、イグザクト(登録商標、エクソンモービル社製)、アフィニティ(登録商標、ダウケミカル社製)等が挙げられる。
また、エチレン・α−オレフィン共重合体は、特に製造触媒、プロセス等に限定されるものではなく、成書『ポリエチレン技術読本』(松浦一雄・三上尚孝編著、工業調査会刊行、2001年)のp.123〜160、p.163〜196等に記載されている方法により製造することが可能である。
本発明において高圧ラジカル重合法ポリエチレン樹脂(B)とは、高圧ラジカル重合法によって製造されるポリエチレン樹脂であり、高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂(B1)(以下低密度ポリエチレンと称する)、または2種以上の低密度ポリエチレン樹脂組成物、エチレンとビニルエステルとの共重合体(B2)、エチレンとα,β−不飽和カルボン酸またはその誘導体との共重合体(B3)、それらの混合物を包含するものである。
本発明において、低密度ポリエチレン樹脂(LDPE)とは、JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したメルトフローレート(MFR)が1〜30g/10分であり、好ましくは1.5〜28g/10分、より好ましくは2〜25g/10分の範囲で選択される。メルトフローレート(MFR)が1g/10分未満では、押出負荷が高く、高速加工性が悪化する。一方、メルトフローレート(MFR)が30g/10分を超えるものは、押出ラミネート成形加工時の加工安定性が悪化し、好ましくない。
エチレンとビニルエステル共重合体(B2)は、エチレンを主成分とし、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリル酸ビニル、ステアリン酸ビニル、トリフルオル酢酸ビニルなどのビニルエステル単量体との共重合体である。これらの中でも、特に好ましいものとしては、酢酸ビニルを挙げることができる。
また、エチレン50〜99.5重量%、ビニルエステル0.5〜50重量%、他の共重
合可能な不飽和単量体0〜49.5重量%からなる共重合体が好ましい。さらに、ビニルエステル含有量は3〜20重量%、特に好ましくは5〜15重量%の範囲で選択される。
また、エチレンとα,β−不飽和カルボン酸、その誘導体との共重合体の代表的な共重合体としては、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・メタクリル酸共重合体、エチレン−無水マレイン酸共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・アクリル酸ブチル共重合体、エチレン・メタクリル酸メチル共重合体、エチレン・メタクリル酸エチル共重合体等のエチレン・(メタ)アクリル酸のアルキルエステル共重合体;エチレン・無水マレイン酸・酢酸ビニル共重合体、エチレン・無水マレイン酸・アクリル酸メチル共重合体、エチレン・無水マレイン酸・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・アクリル酸グリシジル・酢酸ビニル等の二元共重合体又は多元共重合体等が挙げられる。
この中でも特に好ましいものとして、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル等のアルキルエステルを挙げることができる。特に(メタ)アクリル酸エステル含有量は3〜30重量%、好ましくは5〜20重量%の範囲である。
(i)重合条件
本発明に係る高圧ラジカル重合法は、酸素、有機過酸化物などのラジカル開始剤の存在下において、超高圧下、塊状または溶液重合によって製造される。
重合温度は、100〜300℃、好ましくは120〜280℃、より好ましくは150〜250℃の範囲で重合される。重合温度が100℃未満では、収率の低下や安定した製品を製造できなくなるおそれがあり、一方、300℃を超える場合には、反応が安定せずに、分子量の大きい重合体を得ることが難しくなる。
また、重合圧力は、50〜400MPa、好ましくは70〜350MPa、より好ましくは100〜300MPaの条件下であり、重合圧力が50MPa未満では、充分な分子量のものが得られず、加工性や物性の低下が生じ、一方、400MPaを超える場合には、安定的な製造運転が行い難くなる。
製造に際しては、基本的には、通常の高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレンの製造設備及び技術を利用することができる。反応器の形式としては、攪拌翼付のオートクレーブ型、又はチューブラー型のものを使用することができ、必要に応じて、複数個の反応器を直列又は並列に接続して多段重合をすることもできる。更に、オートクレーブ型反応器の場合には、反応器内部を複数ゾーンに仕切ることにより、温度分布を設けること、より厳密な温度制御をすることも可能である。このような操作によって、メモリーエフェクト等を制御することが可能である。
ラジカル開始剤としては、ジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ラウロイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、α,α´−ビス(t−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン、ジ−t−ブチルジパーオキシイソフタレート、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシアセテート、シクロヘキサノンパーオキサイド、t−ブチルパーオキシラウレート、アセチルパーオキサイド、i−ブチルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、1,1−ビスt−ブチルパーキシシクロヘキサン、2,2−ビスt−ブチルパーオキシオクタン、2,2−アゾビスイソブチロニトリル等の有機過酸化物が挙げられる。これらの中でも、半減期1分を得るための分解温度が、160〜200℃のものが好ましい。
上記連鎖移動剤としては、水素、プロピレン、ブテン−1、C1〜C20若しくはそれ以上の飽和脂肪族炭化水素又はハロゲン置換炭化水素、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロパラフィン類、クロロホルム、四塩化炭素、C1〜C20若しくはそれ以上の飽和脂肪族アルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール及びイソプロパノール、C1〜C20若しくはそれ以上の飽和脂肪族カルボニル化合物、例えばアセトン及びメチルエチルケトン、並びに芳香族化合物、例えばトルエン、ジエチルベンゼン及びキシレンのような化合物が挙げられる。
具体的には、低密度ポリエチレン樹脂(LDPE)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(EEA)、エチレン−アクリル酸メチル共重合体(EMA)、エチレン−アクリル酸グリシジル(EGMA)等のエチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸グリシジル−酢酸ビニル共重合体(E−GMA−VA)、エチレン−無水マレイン酸−アクリル酸メチル共重合体等の三元共重合体、2種の低密度ポリエチレン樹脂組成物、低密度ポリエチレン樹脂とエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)との組成物、低密度ポリエチレン樹脂とエチレン−アクリル酸メチル共重合体(EMA)との組成物等が挙げられる。
本発明において低密度ポリエチレン樹脂組成物は、高圧ラジカル重合法ポリエチレン系樹脂(B11)及び(B12)の2種以上を混合した低密度ポリエチレン系樹脂組成物であり、好ましくは特定の高MFRの低密度ポリエチレン樹脂(B11)と特定の低MFRと高メモリーエフェクト(ME)を有する低密度ポリエチレン樹脂(B12)との組成物であって、下記(b1)〜(b2)の要件を満足する低密度ポリエチレン樹脂(B11)95〜5重量%と、該(B11)樹脂以外の下記(b3)〜(b5)の要件を満足する低密度ポリエチレン樹脂(B12)95〜5重量%とからなる低密度ポリエチレン樹脂組成物である。
(b1)JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したMFR(b)が1〜30g/10分、
(b2)試験温度23℃、JIS−K7112に準拠した密度が0.910〜0.940g/cm3である。
(b3)JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したMFR(b)が0.1〜100g/10分、
(b4)試験温度23℃、JIS K7112に準拠した密度が0.910〜0.940g/cm3、
(b5)JIS K7210で規定されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.5以上である。
低密度ポリエチレン樹脂(B11)は、(b1)JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したMFRが1〜30g/10分、(b2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠した密度が0.905〜0.940g/cm3以下を満足する低密度ポリエチレン樹脂である。
低密度ポリエチレン樹脂(B12)は、(b3)JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したMFR(c)が0.1〜100g/10分、(b4)試験温度23℃、JIS K7112に準拠した密度が0.910〜0.940g/cm3、(b5)JIS K7210で使用されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.5以上を満足する低密度ポリエチレン樹脂である。
−0.467×Ln(MFR(c))+2.75 ≦ ME −−−式(2)
(式中Lnは自然対数である)
−0.467×Ln(MFR(c))+2.77 ≦ ME −−−式(2−1)
−0.467×Ln(MFR(c))+2.79 ≦ ME −−−式(2−2)
上記メモリーエフェクト(ME)が、−0.467×Ln(MFR)+2.75未満であると、発泡セルの高さが高くならず、押出ラミネートなど加工時のネックインが大きくなり、加工性も不安定となる虞が生じる。
MFR(b)/MFR(c)>1 −−−−−(3)
MFR(b)/MFR(c)>2 −−−−−(3−1)
ただし、上記低密度ポリエチレン組成物は、上記配合量により高圧ラジカル重合法ポリエチレン樹脂(B)の前記物性(b1)、(b2)を満足することが肝要である。
(x1)JIS K7210に準拠して測定したメルトフローレート(MFR)が1〜30g/10min、
(x2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.880g/cm3以上、
(x3)クロス分別クロマトグラフ(CFC)の溶出温度80℃以上の溶出成分量が10重量%以下、
(x4)クロス分別クロマトグラフ(CFC)の溶出温度の最大ピーク温度が70℃以下、
(x5)MFRとメモリーエフェクト(ME)とが下記の式(1)を満たす。
−0.467×Ln(MFR) +2.75 ≦ ME (式1)
(式中、Lnは自然対数である。)
本発明の発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料(X)のMFRは、(x1)JIS K7210に準拠して測定され、1〜30g/10minであり、好ましくは1.2〜27g/10min、より好ましくは1.5〜25g/10minである。MFRが1g/10分未満では、押出負荷が高く、高速加工性が悪化する。一方、MFRが30g/10分を超えるものは、押出ラミネート成形加工時の加工安定性が悪化し、好ましくない。
本発明のMFRは、特に断りがない限りJIS−K7210(190℃、21.18N荷重)に準拠して測定する値である。
本発明の発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料の密度は、(x2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠した測定され、0.880g/cm3以上であり、好ましくは0.890〜0.935g/cm3、より好ましくは0.900〜0.930g/cm3の範囲で選択される。密度が0.880g/cm3未満では、ラミネート成形時のすべりが悪くなり、積層体のハンドリングが悪くなるので、好ましくない。また、密度が0.935g/cm3を超えるものは、押出ラミネート成形加工時の加工安定性が悪化する虞が生じる。
本発明の発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料のクロス分別クロマトグラフ(CFC)は、後述の試験法で測定され、結晶性分別を行う昇温溶出分別(TREF)部と分子量分別を行うゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)部とから成る。
また、本発明では、(x4)クロス分別クロマトグラフ(CFC)の溶出温度の最大ピーク温度が70℃以下であることが肝要である。該CFCの溶出温度の最大ピーク温度が70℃を超える場合においては、低温ヒートシール性が改善されず、かつ低温での接着強度や目的とする発泡セル高さ、均一性が得られない虞が生じる。
上記溶出成分量や最大ピーク温度は、主にエチレン−α−オレフィン共重合体の密度、重合時のコモノマーの分布等によって調整することができ、これらの制御方法は一般的なもので周知である。
本発明では、(x5)MFRとメモリーエフェクト(ME)とが下記の式(1)満たすことが肝要であり、好ましくは、式(1−1)、より好ましくは式(1−2)を満足することが望ましい。
−0.467×Ln(MFR) +2.75 ≦ ME −−−−(1)
(式中、Lnは自然対数である。)
好ましくは、
−0.467×Ln(MFR) +2.77 ≦ ME −−−−(1−1)
より好ましくは、
−0.467×Ln(MFR) +2.79 ≦ ME −−−−(1−2)
上記メモリーエフェクト(ME)が、−0.467×Ln(MFR) +2.75未満であると、発泡セルの高さが高くならず、押出ラミネートなど加工時のネックインが大きくなり、加工性も不安定となるので好ましくない。
装置に2.095mmΦのMFR測定用ノズルをセットし、樹脂を炉へ充填する。ピストンを乗せ、0.09g/分の定速押出で5分間保持し、その後3g/分の定速押出とし6分30秒までエアー抜きを行う。6分30秒経過後、3g/分を維持したままストランドをカットし、オリフィス下端からのストランド長さが20mmとなった時点でのストランドの径を、オリフィス下端から15mmの位置でKEYENCE製レーザー寸法測定器(LS−3033)を用いて測定する。測定したストランドの直径をD、ダイスのオリフィス径をD0(2.095mm)として次式によりMEが求められる。
ME=D/D0
該樹脂(A)が90重量%を超え、樹脂(B)が10重量%未満、または樹脂(A)が50重量%未満、樹脂(B)50重量%を超える場合は、発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料(X)の諸物性が調整できない等の不都合が生じ、ひいては、押出ラミネート加工時のネックインが大きく、加工時の安定性が悪くなり、低温発泡等の目的が達成されない不都合が生じるため好ましくない。
本発明の発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料(X)は、特にラミネートによる積層体を製造する際のラミネート性能(高速成形加性、ドローダウン性、低ネックイン等)に優れるばかりでなく、紙カップ等の断熱性材料を製造する時の発泡特性にも優れている。また、紙を主体とする基材を使用した発泡加工紙、断熱容器等を製造する際に、特異な効果を発揮するものである。
本発明において、紙を主体とする基材(I)は、基材に含まれた水分等の水蒸気、揮発ガス等の気体によって、表面のポリエチレン樹脂層を発泡させることができるものであれば、特に限定されない。紙を主体とする基材(I)とは、(i)紙、あるいは(ii)予め紙に加熱により揮発性ガスを発生する物質をコーティングした基材、ラミネート成形過程で紙とポリエチレン樹脂層(I)間に加熱により、揮発性ガスを発生する物質をコーティングしたもの、(iii)紙を主体とする基材中へ、加熱により揮発性ガスを発生する物質を配合した基材を意味する。
さらに、紙を主体とする基材には、パルプ紙や合成紙等の紙にインクなどで絵や文字、模様などを印刷することもできる。
本発明に係るポリエチレン系樹脂層(II)は、紙を主体とする基材の少なくとも片面に、通例のラミネート方法で、ポリエチレン系樹脂材料(X)を積層して形成し、紙を主体とする基材に包含される主に水分を、加熱によって蒸発、発泡させるものであって、発泡倍率が高く、均一な発泡セルを形成させるためには、発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料(X)の融点が80〜120℃の範囲、好ましくは90〜110℃程度の融点範囲内で選択することにより達成することができる。
また、本発明に用いるポリエチレン系樹脂層(II)には、必要に応じて印刷等を施しても良い。印刷は、部分的に着色インキで印刷しても、全面的に印刷してもよい。印刷の位置、印刷面積の大小、印刷の方法、使用されるインキなどは、従来公知の技術を適宜選択して用いることができる。
本発明の発泡性積層体に用いる熱可塑性樹脂層(III)は、基材から放出される気体を保持する役割を有するものである。
ここで基材から放出される気体等を保持するとは、基材から放出される水蒸気、揮発性ガス等の気体をポリエチレン系樹脂層(II)側に拡散させ、発泡性ポリエチレン系樹脂層(II)を優先的に発泡させるように、水蒸気や揮発性ガス等の気体をバリアすることを指す。
熱可塑性樹脂層(III)は、熱可塑性樹脂(D)で構成され、上記ポリエチレン系樹脂層(II)を形成するポリエチレン樹脂よりも融点が高いか、もしくは融解しない樹脂であればよく、特に限定はされない。ただし、ポリエチレン系樹脂層(II)を優先的に発泡させ、均一にかつ高いセル厚を容易に得るためには、加熱によって基材から放出される水蒸気等によって発泡されるポリエチレン系樹脂層(II)と、基材から放出される水蒸気等を保持する熱可塑性樹脂層(III)との融点差が、次の式(4)を満足することが望ましい。
Tm(D)−Tm(X) ≧ 10 −−−−−式(4)
(ただし、Tm(X):層(II)のポリエチレン系樹脂の融点(℃)、Tm(D):層(III)の熱可塑性樹脂の融点(℃)である)
また、上記ポリオレフィン樹脂層(II)を考慮すると、融点Tm(III)は、100℃以上、好ましくは100〜140℃、より好ましくは110〜140℃、さらに好ましくは115〜140℃の範囲で選択されることが望ましい。ここで、融点Tm(III)は、DSCによって測定されるセカンドスキャンの融点で最高ピーク高さの融点である。
融点が100℃より低い場合は、耐熱性が不足し熱可塑性樹脂層が発泡してしまう惧れがあり、また140℃を超えると、低温ヒートシール性が不良となる惧れがある。
本発明の発泡性積層体においては、本発明の目的を損なわない範囲において、該層間、あるいはその内層及び/又は外層等に他の層を設けてもよい。例えば、外側から、{ポリエチレンフィルム層/発泡性樹脂層(II)/基材(I)/熱可塑性樹脂層(III)}、{ポリエチレンフィルム層/バリア層/接着層/発泡性樹脂層(II)/基材(I)/熱可塑性樹脂層(III)}、{発泡性樹脂層(II)/基材(I)/バリア層/熱可塑性樹脂層(III)}、{発泡性樹脂層(II)/基材(I)/熱可塑性樹脂層(III)/バリア層/熱可塑性樹脂層(III)}のように基材(I)と発泡性樹脂層(II)または、さらに熱可塑性樹脂層(III)を設けた積層体の内層及び/又は外層、あるいは該層間に一層または複数層のフィルム層、装飾層、補強層、接着剤層、バリア層等を設けてもよい。
また、必要に応じて印刷等を施しても良い。印刷は、部分的または全面的に着色インキで印刷してもよい。また、必要に応じて発泡性インキを使用して、部分的または全面的に発泡部位を設けてもよい。印刷の位置、印刷面積の大小、印刷の方法、使用されるインキなどは、従来公知の技術を適宜選択して用いることができる。
また補強層とは、基材に積層されたポリオレフィン系樹脂層(A)が加熱によって発泡されるときに発泡層が破裂しないように、ポリオレフィン系樹脂層(A)の外層にポリエチレン樹脂フィルムなどを積層して発泡層の過度の発泡による破裂防止や、不ぞろいの発泡セルを均一に矯正する、あるいはフィルム、不織布等を積層して、機械的強度を持たせるなどの役割を果たすものである。樹脂としては、特に限定されるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等でよい。
また、接着剤層を形成する樹脂としては、エチレンと不飽和カルボン酸またはその誘導体との共重合体、ポリオレフィン樹脂に不飽和カルボン酸等をグラフトした変性ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等ホットメルト、通常の接着剤等が挙げられる。
またバリア層を形成する樹脂としては、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物(EVOH)、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、延伸ポリプロピレン(OPP)、延伸ポリエステル(OPET)、延伸ポリアミド、アルミナ蒸着フィルム、シリカ蒸着フィルム等の無機酸化物の蒸着フィルム、アルミ蒸着等の金属蒸着フィルム、金属箔等が挙げられる。
サンドラミネート加工、ドライラミネート加工においては、本発明に用いる紙を主体とする基材の熱可塑性樹脂層(B)が形成される側で、基材と熱可塑性樹脂層(B)との間に、バリア性を向上させるため、アルミ箔、ポリエステル系フィルム、各種バリア性フィルム等を積層させることが容易である。
本発明の発泡加工紙は、上記の発泡性積層体を加熱し、発泡性樹脂層(A)を発泡させて得られるものである。発泡加工紙の発泡セルの高さは、300μm以上、好ましくは350μm以上とすることが望ましい。発泡セルの高さが300μm未満であると、十分な断熱性が得られない虞が生じる。
上記発泡加工紙は、下記のカップ等断熱容器用の断熱・保温材料としてはもちろんのこと、緩衝材料、遮音材料、発泡紙等としても用いられ、スリーブ材、紙皿、トレー、滑り止め材、果物の包装材、発泡紙等の農業用、産業用、生活用資材等として活用される。
本発明の断熱容器は、上記発泡性積層体を用いて容器を形成した後、該容器を加熱し、ポリエチレン系樹脂層(II)を発泡させて得られたものである。
断熱容器でも、上記発泡加工紙と同様に、発泡セルの高さは、300μm以上、好ましくは350μm以上とすることが望ましい。発泡セルの高さが300μm未満であると、十分な断熱性が得られない虞が生じる。
これにより得られた断熱容器は、トレー及びカップなどとして使用される。用途としては、ホット飲料容器、カップスープ容器、カップ味噌汁容器、カップ麺容器、納豆容器、弁当容器、コーヒーカップ容器、電子レンジ対応容器等が例示できる。
上記断熱容器、特にカップの製造方法は、少なくとも、紙を主体とする基材(I)と、その紙を主体とする基材の一方の面に、加熱によって基材から放出される水蒸気等によって発泡されるポリエチレン系樹脂材料(X)を用いて、厚さ20〜100μmのポリエチレン系樹脂層(II)を形成し、基材の他面に、熱可塑性樹脂(D)を用いて、基材から放出される水蒸気等を保持する、厚さ10〜300μmの熱可塑性樹脂層(III)が形成された発泡性積層体を形成し、ついで容器に成形後、加熱温度100〜200℃で加熱して、基材から放出される水蒸気等によってポリエチレン系樹脂層(II)を発泡させる。
断熱容器の製造方法においても、上記発泡加工紙の製造方法と基本的には同様である。上記基材(I)にラミネートするには、通例のラミネート方法が適用される。押出ラミネートにおいては、ダイス直下の樹脂温度200〜350℃、好ましくは260〜350℃、より好ましくは270〜350℃の範囲で行われる。また、成形速度は、10〜400m/分、好ましくは10〜350m/分位で行われ、必要に応じて、基材とポリエチレン樹脂との接着性を向上させるためにコロナ放電処理、オゾン処理、プラズマ処理、フレーム処理等を行っても良い。また、必要に応じて、アンカーコート剤を塗布しても良い。
このようにして製造された発泡積層体を、ロール巻き原反もしくは連続的に繰り出して、該発泡積層体から胴部材用ブランクと底板部材用ブランクを打ち抜きし、常用のカップ成型機で胴部材と底板部材を接合させてカップ状等に成型した後、回分式あるいは転送するベルトコンベヤーに輸送されて熱風、マイクロ波、高周波、赤外線、遠赤外線等が具備する加熱炉、オーブントンネル等で加熱発泡されて断熱性容器が成形される。
特に連続的に製造するためには、好ましくは、加熱によって基材から放出される水蒸気等によって発泡されるポリエチレン系樹脂層(II)と、基材から放出される水蒸気等を保持する熱可塑性樹脂層(III)との融点差が、次の式(4)の関係を満足させるようにすることが望ましい。
Tm(D)−Tm(X) ≧ 10 −−−−−式(4)
(ただし、Tm(X):層(II)のポリエチレン系樹脂の融点Tm(℃)、Tm(D):基材中の蒸気等を保持する層(III)の熱可塑性樹脂の融点Tm(℃)である)
これにより、押出ラミネート等の高速成形性もよく、連続的に、発泡倍率が高く、均一な発泡セルを有する発泡層を形成することが可能になり、外観性が良く、印刷性、生産性が向上する。また、加熱時間は10秒間〜5分間が好ましい。加熱温度が100℃未満、加熱時間が10秒未満であると、十分な発泡セル高さが得られない場合がある。また、加熱温度が200℃を超え、および/または加熱時間が5分間を超える場合には、生成した発泡セルが加熱過多になって発泡セルに、へたり等が生じ製品のばらつきの原因となる虞が生じる。
このように本発明の製造方法においては、特定のポリエチレン系樹脂材料(X)を用いることにより、押出ラミネート加工時の成形性と、ロスが少なく、かつ、発泡倍率が高く、均一な発泡セルが形成された発泡層となり、断熱性、外観の良好性等に優れた断熱性容器を容易に得ることができる。
なお、本実施例において製造されるポリエチレン系樹脂材料(X)、その物性、得られた発泡性積層体等の試験方法は、以下の通りである。
(1)MFR:JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定した。
(2)密度:ペレットを熱プレスして2mm厚のプレスシートを作成し、該シートを1000ml容量のビーカーに入れ蒸留水を満たし、時計皿で蓋をしてマントルヒーターで加熱した。蒸留水が沸騰してから60分間煮沸後、ビーカーを木製台の上に置き放冷した。この時60分煮沸後の沸騰蒸留水は500mlとし室温になるまでの時間は60分以下にならないように調整した。また、試験シートは、ビーカー及び水面に接しないように水中のほぼ中央部に浸漬した。シートを23℃、湿度50%の条件において16時間以上24時間以内でアニーリングを行った後、タテ×ヨコ2mmになるように打ち抜き、試験温度23℃でJIS−K7112に準拠して測定した。
ポリマーサンプルを0.5mg/mLのBHTを含むオルトジクロロベンゼン(ODCB)に140℃で完全に溶解した後、この溶液を装置のサンプルループを経て140℃に保持されたTREFカラム(不活性ガラスビーズ担体が充填されたカラム)に注入し、所定の第1溶出温度まで徐々に冷却しポリマーサンプルを結晶化させる。所定の温度で30分保持した後、ODCBをTREFカラムに通液することにより、溶出成分がGPC部に注入されて分子量分別が行われ、赤外検出器(FOXBORO社製MIRAN 1A IR検出器、測定波長3.42μm)によりクロマトグラムが得られる。その間TREF部では次の溶出温度に昇温され、第1溶出温度のクロマトグラムが得られた後、第2溶出温度での溶出成分がGPC部に注入される。以下同様の操作を繰り返すことにより、各溶出温度での溶出成分のクロマトグラムが得られる。
<測定条件>
装置:ダイヤインスツルメンツ社製CFC−T102L
GPCカラム:昭和電工社製AD−806MS(3本を直列に接続)
溶媒:ODCB
サンプル濃度:3mg/mL
注入量:0.4mL
結晶化速度:1℃/分
溶媒流速:1mL/分
GPC測定時間:34分
GPC測定後安定時間:5分
溶出温度:
LLDPE:直鎖状低密度ポリエチレン
0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,49,52,55,58,61,64,67,70,73,76,79,82,85,88,91,94,97,100,102,120,140
HPLDPE:高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン
0,10,20,30,35,40,45,49,52,55,58,61,64,67,70,73,76,79,82,85,88,91,100,120,140
<データ解析>
測定によって得られた各溶出温度における溶出成分のクロマトグラムは、装置付属のデータ処理プログラムにより処理され、総和が100%となるように規格化された溶出量(クロマトグラムの面積に比例)が求められる。さらに、溶出温度に対する積分溶出曲線が計算される。この積分溶出曲線を温度で微分して、微分溶出曲線が求められる。また、各クロマトグラムから、次の手順により分子量分布が求められる。保持容量から分子量への換算は、予め作成しておいた標準ポリスチレンによる検量線を用いて行う。使用する標準ポリスチレンは何れも東ソー(株)製の以下の銘柄である。
F380、F288、F128、F80、F40、F20、F10、F4、F1、A5000、A2500、A1000。
各々が0.5mg/mLとなるようにODCB(0.5mg/mLのBHTを含む)に溶解した溶液を0.4mL注入して較正曲線を作成する。較正曲線は最小二乗法で近似して得られる三次式を用いる。分子量への換算は森定雄著「サイズ排除クロマトグラフィー」(共立出版)を参考に汎用較正曲線を用いる。その際使用する粘度式[η]=K×Mαは以下の数値を用いる。
PS K=1.38×10−4、α=0.7
PE K=3.92×10−4、α=0.733
PP K=1.03×10−4、α=0.78
なお、第1溶出温度でのクロマトグラムでは、溶媒に添加したBHTによるピークと溶出成分の低分子量側とが重なる場合があるが、その際は図1のようにベースラインを引き分子量分布を求める区間を定める。
装置に2.095mmΦのMFR測定用ノズルをセットし、樹脂を炉へ充填する。ピストンを乗せ、0.09g/分の定速押出で5分間保持し、その後3g/分の定速押出とし6分30秒までエアー抜きを行う。6分30秒経過後、3g/分を維持したままストランドをカットし、オリフィス下端からのストランド長さが20mmとなった時点でのストランドの径を、オリフィス下端から15mmの位置でKEYENCE製レーザー寸法測定器(LS−3033)を用いて測定する。測定したストランドの直径をD、ダイスのオリフィス径をD0(2.095mm)として次式によりMEを求めた。
ME=D/D0
装置:セイコーインスツルメンツ製DSC220
昇降温条件 :第一昇温 30℃から200℃までを40℃/分
降温 200℃から20℃までを10℃/分
第二昇温 20℃から200℃までを10℃/分
温度保持時間:第一昇温後 5分間、降温後 5分
サンプル量:5mg
リファレンス:アルミニウム
○:溶融膜が安定して、加工できる。
×:溶融膜が不安定で、均一な厚みのサンプル採取が不能。
発泡積層体のポリオレフィン系樹脂材料層(I)面と熱可塑性樹脂層(D)面を合わせて、ヒートシーラー(上部のみヒートシールバーで、下部は30℃設定のラバー)にて85℃から5℃刻みで温度を上昇させ、各温度において2kg/cm2圧力で2秒間圧力をかけ、ヒートシールを実施した。
得られたヒートシール積層体を引張試験機にてT字に500mm/minの速度で引張り、ヒートシール強度を測定した。得られたヒートシール強度カーブから、ヒートシール強度が2N/15mmとなる温度を求めた。
○:良好、△:セル高さが不均一、×:セルの破裂が発生。
1.エチレン−α−オレフィン共重合体(A)の製造
(エチレン−α−オレフィン共重合体(A1)の製造)
[製造例1]
錯体であるエチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロライド2.0ミリモルに、東洋ストウファー製メチルアルミノキサンを上記錯体に対して1000モル倍加え、トルエンで10リットルに希釈して触媒溶液を調製した。この触媒溶液を内容積1.5リットルの攪拌式オートクレーブ型連続反応器内に入れ、更にこの反応器内にエチレンとプロピレンと1−ヘキセンとの混合物をエチレン/プロピレン/1−ヘキセン=70/21/9(重量%)となるように供給し、反応器内の圧力を800kg/cm2に保ち、220℃で反応を行った。反応終了後、MFRが30g/10分、密度が0.907g/cm3、Mw/Mnが2.1、プロピレンのモル分率が5.3モル%、1−ヘキセンのモル分率が1.9モル%、プロピレンのモル分率(Mp)と1−ヘキセンのモル分率(Mh)との比Mp/Mhが2.8であるエチレン・プロピレン・1−ヘキセン三元共重合体(A1)を得た。得られた重合体の性状を表1に示した。
[製造例2]
製造例1において、プロピレンを供給せずエチレン/1−ヘキセンの供給量比を変化させたこと、及び反応温度、反応圧力を調整したこと以外は、製造例1と同様な条件で重合を行い、エチレン・1−ヘキセン共重合体(A2)を得た。得られた重合体の性状を表1に示した。
[製造例3]
製造例1において、プロピレンを供給せずエチレン/1−ヘキセンの供給量比を変化させたこと、及び反応温度、反応圧力を調整したこと以外は製造例1と同様な条件で重合を行い、エチレン・1−ヘキセン共重合体(A3)を得た。得られた重合体の性状を表1に示した。
MFR 11g/10分、密度 0.921g/cm3、ME 1.2 Tm122℃
B1:MFR8g/10分、密度 0.918g/cm3、ME 2.1 Tm106℃
中密度ポリエチレン樹脂(日本ポリエチレン株式会社製、商品名:HC170)
MFR10g/10分、密度0.936g/cm3、Tm(D)129℃
坪量157g/m2、含水率7%の紙基材の片面にコロナ処理(30W・min/m2)を施し、40Φ押出機、ダイス有効幅360mmの押出ラミネーターを用い、熱可塑性樹脂層(D)を構成する材料として、上記中密度ポリエチレン樹脂を樹脂温度320℃、加工速度20m/min、20μm厚にて押出ラミネート加工し、熱可塑性樹脂層(III)と紙基材との積層体を得た。
次に、上記積層体の熱可塑性樹脂層(III)と反対面の紙基材面にコロナ処理(30W・min/m2)を施し、40Φ押出機、ダイス有効幅360mmの押出ラミネーターを用い樹脂温度320℃、加工速度20m/min、40μm厚にてポリオレフィン系樹脂材料層(II)を構成する材料として、上記で得られたポリエチレン樹脂材料(X1)を押出ラミネート加工し、ポリオレフィン系樹脂材料層(II)と紙基材と熱可塑性樹脂層(III)からなる発泡性積層体を得た。
得られた発泡性積層体を113℃のオーブン中に2分間放置後、オーブンから取り出し、常温にて放冷して発泡加工紙を得た。結果を表1に示す。この発泡加工紙の発泡セル高さは380μmであった。その結果を表2に示した。
上記実施例1のポリエチレン樹脂材料(X1)に代えて、ポリエチレン樹脂材料(X2)、または(X3)を用いた以外は実施例1と同様に行い、発泡性積層体、発泡加工紙を得た。その結果を表2に示した。
実施例1のポリエチレン樹脂材料(X1)に代えて、エチレン−α−オレフィン共重合体(A2)を単独で使用した以外は実施例1と同様にして行った。その結果、エチレン−α−オレフィン共重合体(A2)は、本発明の式(1)を充足せず、成形性が悪く、ラミネートができず、サンプルを作成できなかった。評価結果を表2に示した。
実施例1のポリエチレン樹脂材料(X1)に代えて、高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂(B1)を単独で使用した以外は実施例1と同様にして行った。
その結果、低温ヒートシール性、発泡セルが十分でなかった。評価結果を表2に示した。
実施例1のポリエチレン樹脂材料(X1)に代えて、ポリエチレン樹脂材料(X4)を使用した以外は実施例1と同様にして行った。その結果、低温ヒートシール性が悪く、発泡セルも十分でなかった。評価結果を表2に示した。
Claims (11)
- 少なくとも、紙を主体とする基材(I)と、その紙を主体とする基材の一方の面に、加熱によって基材から放出される気体によって発泡されるポリエチレン系樹脂層(II)を有する発泡性積層体用のポリエチレン系樹脂材料(X)であって、
下記(a1)、(a2)の特性を有するエチレン−α−オレフィン共重合体(A)50重量%を超え90重量%以下と、高圧ラジカル重合法ポリエチレン樹脂(B)の10重量%以上50重量%未満を配合して得られ、かつ下記(x1)〜(x5)の特性を有することを特徴とする発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料。
(a1)JIS K7210に準拠して測定したメルトフローレート(MFR)が1〜50g/10min、
(a2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.880〜0.935g/cm3である。
(x1)JIS K7210に準拠して測定したメルトフローレート(MFR)が1〜30g/10min、
(x2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.880g/cm3以上、
(x3)クロス分別クロマトグラフ(CFC)による溶出温度80℃以上の溶出成分量が10重量%以下、
(x4)クロス分別クロマトグラフ(CFC)による溶出温度の最大ピーク温度が70℃以下であり、
(x5)MFRとメモリーエフェクト(ME)とが下記の式(1)を満たす。
−0.467×Ln(MFR) +2.75 ≦ ME ・・・式(1)
(式中、Lnは自然対数である。) - 前記エチレン−αオレフィン共重合体(A)が、シングルサイト系触媒を用いて製造された樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料。
- 前記高圧ラジカル重合法ポリエチレン樹脂(B)が、下記(b1)〜(b2)の性状を満足する低密度ポリエチレン樹脂であることを特徴とする請求項1または2に記載の発泡性積層体用ポリエチレン系樹脂材料。
(b1)JIS K7210に準拠して測定したMFRが1〜30g/10minであり、
(b2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.910〜0.940g/cm3である。 - 前記高圧ラジカル重合法ポリエチレン樹脂(B)が、下記(b1)〜(b2)の性状を満足する低密度ポリエチレン樹脂(B11)と、下記(b3)〜(b5)の性状を満足する低密度ポリエチレン樹脂(B12)の少なくとも2種以上を混合した高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の発泡性積層用ポリエチレン系樹脂材料。
(b1)JIS K7210に準拠して測定したMFRが、1〜30g/10min、
(b2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.910〜0.935/cm3、
(b3)JIS K7210に準拠して測定したMFRが、0.1〜100g/10min、
(b4)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が、0.910〜0.940g/cm3であり、
(b5)JIS K7210で使用されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.5以上である。 - 紙を主体とする基材(I)の一方の面に、請求項1〜4のいずれかに記載のポリエチレン系樹脂材料(X)からなるポリエチレン系樹脂層(II)を形成してなる発泡性積層体。
- さらに、紙を主体とする基材(I)のもう一方の面に、基材(I)から放出される気体を保持する熱可塑性樹脂(D)からなる熱可塑性樹脂層(III)を形成したことを特徴とする請求項5に記載の発泡性積層体。
- 請求項5または6に記載の発泡性積層体を加熱し、ポリエチレン系樹脂層(II)を発泡させて得られる発泡加工紙。
- ポリエチレン系樹脂層(II)を発泡して形成した発泡セルの高さが、300μm以上であることを特徴とする請求項7に記載の発泡加工紙。
- 請求項5または6に記載の発泡性積層体を用いて容器を形成した後、該容器を加熱して、ポリエチレン系樹脂層(II)を発泡させて得られる断熱容器。
- 断熱容器が、カップ状容器であることを特徴する請求項9に記載の断熱容器。
- 請求項1〜4に記載の発泡性積層用ポリエチレン系樹脂材料を用いて、紙を主体とする基材(I)の一方の面にポリエチレン系樹脂層(II)を形成し、必要により紙を主体とする基材(I)のもう一方の面に、基材(I)から放出される気体を保持する熱可塑性樹脂(D)からなる熱可塑性樹脂層(III)を形成して、発泡性積層体を得た後、これを容器に成形し、引き続き、温度100〜200℃に加熱して、紙を主体とする基材(I)から放出される気体によってポリエチレン系樹脂層(II)を発泡させることを特徴とする断熱容器の製造方法。
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