JP2011105369A - 賦形性に優れたポリエステル樹脂製容器及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】容器胴部23に内方に窪んだ凹部25が形成されており、該凹部25の最深部の深さDmax及び該凹部の深さ方向と直交する容器胴部の最大幅Wmaxの比Dmax/Wmaxが、0.20乃至0.70であり、且つ前記凹部の結晶化度が20乃至40%の範囲であることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
このようなポリエステル樹脂製容器において、内容物を加熱殺菌して充填するような用途に用いられる場合は、熱収縮に対する耐熱性を有することが要求されているため、所謂二段ブロー成形により成形することが知られている(特許文献1)。
また、このようなポリエステル樹脂製容器の中でも比較的容量の大きなものは、持ち運びを容易にするために、容器胴部を窪ませて、把持用扁平領域を形成したものが提案されている(特許文献2)。
また上記特許文献2に記載された把持用扁平領域が形成された容器においても、残留応力を軽減するために110〜250℃の温度で加熱処理が施されており、加熱処理後二次ブローの際に金型を押し付けて賦形することにより成形されている。このため、やはり結晶化度が高く、賦形性及び耐衝撃性に劣っていると共に、特許文献2に記載された容器においては、胴部を全体的に押し潰していることから過延伸になりやすく、白化やバースト等が生じるおそれがある。
本発明の他の目的は、結晶化度を上昇させることなく成形歪が有効に低減された、耐衝撃性に優れた、胴部に凹部を有するポリエステル製樹脂容器を提供することである。
本発明の更に他の目的は、成形歪を生ずることなく、所望の形状を再現性よく賦形することが可能な、胴部に凹部を有するポリエステル製樹脂容器の製造方法を提供することである。
1.凹部の最深部の位置における胴部の周上の、最薄肉部の肉厚tmin及び最厚肉部tmaxの比tmin/tmaxが0.50乃至1.00であること、
2.凹部の最深部の位置における胴部の周上の、最薄肉部の周方向配向値Hmin及び最厚肉部の周方向配向値Hmaxの比Hmin/Hmaxが1.20乃至2.00であること、
3.ポリエステル樹脂から成るプリフォームを一次ブローして一次成形品を成形し、次いで一次成形品の胴部を高温に保ったまま一次成形品内部から排気・除圧することにより一次成形品を収縮させて二次成形品を成形し、容器胴部に凹部を形成するための凸部を備えた金型で二次成形品を押圧することにより賦形した後、賦形された二次成形品を金型内で二次ブローすることにより成形されていること、
が好適である。
尚、本発明においては、上記配向値はレーザーラマン分光法によるものであり、結晶化度、肉厚、配向値の測定方法については実施例で後述する。
また本発明のポリエステル樹脂製容器は、結晶化度が比較的低いことから柔らかく、そのため、潰したり、折り曲げたり、或いは折りたたんだりすることが容易にでき、容器を廃棄する際に廃棄物の量を減らすことができると共に、耐衝撃性にも優れている。
更に本発明のポリエステル樹脂製容器の製造方法は、胴部に極端な凹凸が形成された扁平形状の容器であっても、特殊な金型を用いることなく一つの金型で成形可能であり、しかも成形工程においても結晶化度を上げることなく成形しているので、賦形性に優れており、所望の容器形状を再現性よく賦形することができる。
尚、図に示す具体例では、Wmax及びDmaxは同じ高さ位置にあるが、Wmax及びDmaxは異なる高さ位置にあってもよく、その場合は、Dmaxに対し、Dmax方向と直交する方向についての胴部の最大幅Wmaxを比較する。
また凹部の最深部の位置(図2及び図3の25c)における胴部の周上の、最薄肉部の周方向配向値Hmin及び最厚肉部の周方向配向値Hmaxの比Hmin/Hmaxが、1.20乃至2.00、特に1.43乃至1.82の範囲にあり、最薄肉部と最厚肉部の配向の程度にあまり差がない。従って後述する実施例の結果からも明らかなように、従来の二段ブロー成形による耐熱性ポリエステル樹脂製容器(比較例1)とほぼ同等の配向比を有し、過延伸部を発生させることなく両部が比較的均等に延伸されていることが明らかである。このことにより、温水リンス(約65℃の温水で約20秒間の濯ぎ)程度の熱がかかった後で、凹部25に局所的熱収縮が起こって凹部が不均一に歪むようなことはなくなる。
尚、後述する実施例で形成された容器においては、図3におけるAの部位が最厚肉部であり、Bの部位が最薄肉部である。
本発明のポリエステル樹脂製容器に用いられる熱可塑性ポリエステルとしては、特にエチレンテレフタレート系熱可塑性ポリエステルを好適に用いることができる。
本発明に用いるエチレンテレフタレート系熱可塑性ポリエステルは、エステル反復単位の大部分、一般に70モル%以上、特に80モル%以上をエチレンテレフタレート単位を占めるものであり、ガラス転移点(Tg)が50乃至90℃、特に55乃至80℃で、融点(Tm)が200乃至275℃、特に220乃至270℃にある熱可塑性ポリエステルが好適である。
テレフタル酸以外の二塩基酸としては、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸;コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、ドデカンジオン酸等の脂肪族ジカルボン酸;の1種又は2種以上の組合せが挙げられ、エチレングリコール以外のジオール成分としては、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ジエチレングリコール、1,6−ヘキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物等の1種又は2種以上が挙げられる。
用いるエチレンテレフタレート系熱可塑性ポリエステルは、少なくともフィルムを形成するに足る分子量を有するべきであり、用途に応じて、射出グレード或いは押出グレードのものが使用される。その固有粘度(I.V.)は一般的に0.6乃至1.4dL/g、特に0.63乃至1.3dL/gの範囲にあるものが望ましい。
上記ポリエステル樹脂以外としては、リサイクルポリエステル(PCR(使用済みボトルを再生した樹脂)、SCR(生産工場内で発生した樹脂)又はそれらの混合物)等も用いることができる。
ポリエステル樹脂のプリフォームへの成形は、従来公知の方法により成形することができ、射出成形又は圧縮成形により成形することができる。
プリフォームの口部は、必要により熱結晶化されていることが望ましく、これらの部分をそれ自体公知の手段で選択的に加熱することにより行うことができる。ポリエステル等の熱結晶化は、固有の結晶化温度で顕著に生じるので、一般にプリフォームの対応する部分を、結晶化温度に加熱すればよい。加熱は、赤外線加熱或いは誘電加熱等により行うことができ、一般に延伸すべき胴部を熱源から断熱材により遮断して、選択的加熱を行うのがよい。
上記の熱結晶化は、プリフォームの延伸温度への予備加熱と同時に行っても或いは別個に行ってもよい。口部熱結晶化は、プリフォーム口部を、他の部分と熱的に絶縁した状態で、一般に140乃至220℃、特に160乃至210℃の温度に加熱することにより行うことができる。プリフォーム口部の結晶化度は25%以上であるのがよい。
尚、内容物充填後の殺菌処理条件が後述する実施例と同等程度かそれ以下であれば、必ずしも口部を熱結晶化しなくてもよい。
本発明のポリエステル樹脂製容器の製造方法を、添付図面に沿って説明する。
一次ブロー成形工程に賦されるに先立って、プリフォーム10を、その開口部側が下方に位置するようにしてマンドレル5に支持し、型開き状態にあるキャビティ型3a,3bの間に配置させている(図4参照)。
一次ブロー成形工程において、プリフォーム10は、胴部がガラス転移点以上の延伸可能な温度となるように加熱しておくが、プリフォーム10が射出成形や圧縮成形によって成形された直後の状態にあれば、成形時の余熱で上記温度となっていることがあり、このような場合には、プリフォーム10を加熱することなく、そのままの状態で一次ブロー成形工程に供することも可能である。
キャビティ型3a,3bの間に配置されたプリフォーム10は、その開口部側が固定型2a,2bによって型閉め位置で固定される。同時に、又はこれと前後して、ベース型4が、その型閉め位置に下動すると共に、ベース型4の内部を貫通して上下動可能に設けられたプレスロッド6を下動させて、プレスロッド6の先端がプリフォーム10に近接又は当接する位置で待機させる(図4参照)。
一次成形体11の大きさは、一次成形体11に偏肉が生じないようにするという観点から、プリフォーム10の胴部が、縦1.2〜5.2倍、横2〜7倍となるように十分に延伸される大きさに成形するのが好ましい。
図6に示すように、収縮工程では、一次ブロー成形工程で得られた一次成形体11内のブローエアー圧を除圧させることにより、一次成形体11を収縮させて二次成形体12とする。
すなわち、一次ブロー工程で形成された直後の一次成形体11は、通常、ブロー成形に賦される際にプリフォーム10が有していた熱と、延伸速度等の条件によっては延伸によって発生する熱可塑性樹脂の剪断発熱とにより、用いたポリエステル樹脂のガラス転移点以上の高い温度を保っている。このような高い温度下においては、プリフォーム10を延伸した際に発生した残留応力により生じる収縮力につり合って形状を保つのに十分な内圧が、一次成形体11内に残っているため、一次成形体11を除圧する。
一次成形体11内を除圧するには、図示しない弁機構を介して、一次ブロー工程直後の陽圧状態となっている一次成形体11の内部を大気解放する他、例えば、図示しない真空ポンプに接続して一次成形体11内を強制的に排気するようにしてもよい。このとき、ブロー成形直後の一次成形体11内の圧力よりも低くなるように除圧され、キャビティ型3a,3bの製品姿部に収まる大きさにまで収縮していれば、その時点で、一次成形体11が収縮してなる二次成形体12を、次の二次ブロー成形工程に供することができる。
また二次成形体12の大きさは、二次成形体12の最大周長部の周長が、キャビティ型3a,3bの製品姿部の最大周長に対し僅かに小さくなっているのが好ましい。このようにすると、後述する二次ブロー工程での二次成形体12の延伸量が少なくて済み、新たな残留歪みが多量に発生せずに済むので好ましい。具体的には、二次成形体12の最大周長部の周長は、キャビティ型3a,3bの製品姿部の最大周長の85〜99%とするのが好ましい。
尚、図6に示す例では、一次成形体11の径方向(幅方向)について収縮させた例を示しているが、一次成形体11の高さ方向についても適宜収縮させるようにしてもよい。
次いで、二次成形体12をブロー成形型1内に収めて、その状態で改めてブロー成形に賦することにより、ブロー成形型1の内面形状を賦形して所定の容器形状に成形するが、本発明においては、二次ブロー成形に先立って、図7に示すように、キャビティ型3a,3b(ブロー成形型1)の内面に形成された、キャビティ空間内に突出する突状部30によって、二次成形体12を押圧変形させる。
前述したように、収縮工程において、一次成形体11に対して外部から熱を加えないようにすることで、ブロー成形型1の内面形状を賦形する際の成形面に対する追従性を良好にすることができる。
型閉め動作が完了し、二次成形品に凹部が形成されると、プレスロッド6をベース型4内に後退させ、図示しないブローエアー供給源と弁機構を介して、二次成形体12の内部にマンドレル5の内部を通してブローエアーを吹き込み、二次成形体12をブロー成形型1の内面に密着させて、ブロー成形型1の内面形状を賦形して最終成形品である容器Mとする(図8参照)。
また凹部の形状も図に示したものに限定されず、半球状、略角錐状等種々の変更を行うことができる。また凹部は胴部の最大直径と直交する位置に対称に1箇所ずつ設ける場合のみならず、幅が狭い部分に形成しても勿論よい。
ポリエステル樹脂としてガラス転移点約75℃、融点約250℃、IV0.80、(95モル%以上をエチレンテレフタレート単位を占める)ポリエチレンテレフタレート(PET)を射出成形し、ブロー成形する胴部の外径がφ30mm,胴部長さ125mm,胴部肉厚3mmのプリフォームを作成した。
つぎに、一次ブロー成形工程にてプリフォーム胴部を約100℃に加熱後、ストレッチロッドの延伸速度約500mm/sec延伸しつつ、エア圧約0.1MPa(ゲージ圧)の加圧常温(約25℃)のエアにてフリーブロー成形し、縦2.0倍、横約3.5倍程度の一次成形体まで膨らませた。
なお、この工程では縦方向の延伸はストレッチロッド,プレスロッドにより規制され、延伸長さも規制されている。
収縮工程後、直ちに(約1秒後、)凹部形成工程により、二次成形体をブロー成形金型(金型温度120℃に設定)によって押圧し凹部を成形した。
凹部形成工程後、直ちに(約1秒後、)二次ブロー成形工程にて、エア圧3.0MPa(ゲージ圧)でブロー成形し、25℃のエアにてクーリングブローを行うことで減圧しつつエアの循環冷却を行った後、除圧して大気圧開放した後、ブロー成形金型を開いて取り出し、凹部側最大胴幅(Wmax)71.2mm,凹部深さ(Dmax)25.6mm,胴部高さ280mm、最大胴幅103mmの容器とした。
なお、結晶化度は容器胴部から切り出した試験片について、密度ρ[g/cm3]を測定し次式へ代入し求めた。
結晶化度(%)={ρc・(ρ−ρa)}/{ρ・(ρc−ρa)}× 100
ρc : 結晶密度 (1.455 g/cm3)
ρa : 非晶密度 (1.335 g/cm3)
なお、密度ρの測定にあたっては硝酸カルシウム水溶液にて作成した密度勾配管法を用いた。
なお、肉厚測定にはマイクロメーターを使用した。
この容器について、周方向の配向値を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部(Hmax)は1.7であり、最薄肉部である凹部斜面(Hmin)は3.0であった。
なお、配向値はレーザーラマン分光法にて測定した。
ボトルの周方向断面を切りだし試験片とした。試験片のラマンスペクトルを測定し、1620cm−1付近のベンゼン環骨格振動由来のピーク強度から配向値を下式により算出した。
配向値
=(入射レーザー0°偏光時のピーク強度/入射レーザー90°偏光時のピーク強度)
配向値をボトル胴部の肉厚に対して均等距離で5点測定し、平均値をそのボトルの配向値とした。
装置:日本分光製・レーザーラマン分光光度計NRS−1000
装置測定条件は以下の通り。
使用レーザー532nm 測定波長範囲:1800〜600cm−1
測定秒数:5sec. 積分回数:2回
容器形状の凹部深さ(Dmax)を29.6mmに変更した以外は、実施例1と同様の成形を行った。
この容器について、結晶化度を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部は29%であり、最薄肉部である凹部斜面は33%であった。
この容器について、肉厚を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部(tmax)は0.23mmであり、最薄肉部である凹部斜面(tmin)は0.15mmであった。
この容器について、周方向の配向値を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部(Hmax)は1.7であり、最薄肉部である凹部斜面(Hmin)は3.1であった。
容器形状の凹部深さ(Dmax)を31.6mmに変更した以外は、実施例1と同様の成形を行った。
この容器について、結晶化度を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部は33%であり、最薄肉部である凹部斜面は35%であった。
この容器について、肉厚を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部(tmax)は0.22mmであり、最薄肉部である凹部斜面(tmin)は0.15mmであった。
この容器について、周方向の配向値を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部(Hmax)は2.1であり、最薄肉部である凹部斜面(Hmin)は3.0であった。
容器形状の凹部深さ(Dmax)を40.6mmに変更した以外は、実施例1と同様の成形を行った。
この容器について、結晶化度を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部は34%であり、最薄肉部である凹部斜面は36%であった。
この容器について、肉厚を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部(tmax)は0.22mmであり、最薄肉部である凹部斜面(tmin)は0.17mmであった。
この容器について、周方向の配向値を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部(Hmax)は2.2であり、最薄肉部である凹部斜面(Hmin)は3.3であった。
ポリエステル樹脂としてガラス転移点約75℃、融点約250℃、IV0.80、(95モル%以上をエチレンテレフタレート単位を占める)ポリエチレンテレフタレート(PET)を射出成形し、ブロー成形する胴部の外径がφ30mm,胴部長さ125mm,胴部肉厚3mmのプリフォームを作成した。(実施例1と同様のプリフォームである。)
つぎに、一次ブロー成形工程にてプリフォーム胴部を約100℃に加熱後、ストレッチロッドの延伸速度約500mm/secにて延伸しつつ、一次中間体用のブロー金型(プリフォーム胴部に対する延伸倍率が、縦2.0倍、横4.0倍,金型温度120℃に設定)を用いて3.0MPaのエア圧力にてブロー成形し、クーリングブローにて冷却した後エア圧(内圧)を除圧し、ブロー金型から取り出して一次中間体用のブロー金型の賦形形状とほぼ同じ形状の一次中間体とした。
収縮工程後、直ちに二次ブロー成形工程にて、型温25℃に設定された二次ブロー金型にエア圧3.0MPa(ゲージ圧)でブロー成形(その後、クーリングブロー,大気圧開放,型開き)し、凹部側最大胴幅(Wmax)71.2mm,凹部深さ(Dmax)25.6mm,胴部高さ280mm、最大胴幅103mmの容器とした。
この容器について、結晶化度を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部は42%であり、最薄肉部である凹部斜面は46%であった。
この容器について、肉厚を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部(tmax)は0.25mmであり、最薄肉部である凹部斜面(tmin)は0.15mmであった。
この容器について、周方向の配向値を測定した結果、凹部最深部の最肉厚部(Hmax)は2.4であり、薄肉部である凹部斜面(Hmin)は3.5であった。
ポリエステル樹脂としてガラス転移点約75℃、融点約250℃、IV0.80、(95モル%以上をエチレンテレフタレート単位を占める)ポリエチレンテレフタレート(PET)を射出成形し、ブロー成形する胴部の外径がφ30mm,胴部長さ125mm,胴部肉厚3mmのプリフォームを作成した。(実施例1と同様のプリフォームである。)
つぎに、ブロー成形工程にて、プリフォーム胴部を約100℃に加熱後、ストレッチロッドの延伸速度約500mm/secにて延伸しつつ型温120℃に設定されたブロー金型へエア圧3.0MPa(ゲージ圧)でブロー成形(その後、クーリングブロー,大気圧開放,型開き)し、凹部側最大胴幅(Wmax)71.2mm,凹部深さ(Dmax)17.6mm,胴部高さ280mm、最大胴幅103mmの容器への成形を試みた。しかし、最薄肉部は0.1mmと異常なまで薄く、過延伸白化やヒケを起こし、軽く触れただけで座屈するほどの柔さのため、輸送や搬送の外因に耐えられるほどの機械的強度は備わっていなかった。よって、この時点ですでに製品として評価に値しないことから、その他の測定は省いた。
賦形性は、成形後の容器の角隅を観察し、輪郭の出方を○△×にて評価した。
減容性は、成形後の容器を潰して、潰しやすさを○△×にて評価した。
以上をまとめると、表1のようになった。
また結晶化度が低いため、柔らかく、潰したり、折り曲げたり、或いは折りたたんだりすることが容易にでき、廃棄物の減容化することができるため、使い捨て容器等に好適に使用できる。
更に耐衝撃性にも優れ、流通や持ち運びに適しているので、飲料容器等にも好適に用いることができる。
Claims (4)
- 少なくとも、口部、胴部及び底部を有するポリエステル樹脂製容器であって、前記胴部には、容器内方に窪んだ凹部が形成されており、該凹部の最深部の深さDmax及び該凹部の深さ方向と直交する容器胴部の最大幅Wmaxの比Dmax/Wmaxが、0.20乃至0.70であり、且つ前記凹部における結晶化度が20乃至40%の範囲であることを特徴とするポリエステル樹脂製容器。
- 前記凹部の最深部の位置における胴部の周上の、最薄肉部の肉厚tmin及び最厚肉部tmaxの比tmin/tmaxが、0.50乃至1.00である請求項1記載のポリエステル樹脂製容器。
- 前記凹部の最深部の位置における胴部の周上の、最薄肉部の周方向配向値Hmin及び最厚肉部の周方向配向値Hmaxの比Hmin/Hmaxが、1.20乃至2.00である請求項1又は2記載のポリエステル樹脂製容器。
- ポリエステル樹脂から成るプリフォームを一次ブローして一次成形品を成形し、次いで一次成形品の胴部を高温に保ったまま一次成形品内部から排気・除圧することにより一次成形品を収縮させて二次成形品を成形し、容器胴部に凹部を形成するための凸部を備えた金型で二次成形品を押圧することにより賦形した後、賦形された二次成形品を金型内で二次ブローすることにより成形された請求項1乃至3の何れかに記載のポリエステル樹脂製容器の製造方法。
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