JP2011195770A - ポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート及び容器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガラス転移点が110℃以上の耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シートからなり、厚み方向の平均気泡径が0.20〜0.35mmの範囲であり、且つ厚み方向1mm当たり気泡数が5個以上であることを特徴とするポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート。
【選択図】図1
Description
一方で近年の電子レンジの普及に伴ないレンジでの加熱用食品が、店頭でよく見かけられるようになってきた。電子レンジで加熱調理に用いる容器として、従来より使用されているポリスチレン単独樹脂よりなる発泡トレーを使用すると、著しい熱変形を生じ好ましくない。そのため、陶器製やポリプロピレン(PP)樹脂製の容器が用いられるが、これらの容器は断熱性に乏しく、電子レンジより取り出すとき、素手で取り出すことができなかった。また、PP樹脂製の容器の場合は剛性が乏しく、取り出す際に内容物がこぼれ出すという不安感があるため、剛性を持たすのに容器の重量を重くする必要があり、コスト高を招いた。
そこで、ポリスチレン系樹脂発泡シートを用いた容器の長所である、軽量、断熱性、剛性を備え、かつ電子レンジによる加熱調理に対しても充分な耐熱性をも備えた容器が望まれていた。
特許文献1(特開平10−45937号公報)には、一般式(1)で示される有機過酸化物を重合開始剤として重合したスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体99.9〜91.0質量%、(B)ブタジエン比率が50〜99質量%であるスチレン−ブタジエン系熱可塑性エラストマー0.1〜9.0質量%よりなる樹脂組成物より成形されたことを特徴とする発泡体が開示されている。
特許文献1では、スチレン−メタクリル酸系共重合体からなる耐熱樹脂を用いることで発泡シートのビカット軟化点を高めることができ、それによって耐熱性を高めることができるが、この特許文献1では発泡シートの耐熱性が使用する耐熱樹脂の軟化点により決定されるとの認識であり、発泡シートの気泡径や表層密度、内部密度と発泡シートの耐熱性との関係について言及されていない。
特許文献2では、実施例に記された発泡シートの発泡倍数が低く、密度が高いので、得られる発泡シート及び容器のコストが高くなる問題がある。
特許文献3には、樹脂組成に関する発泡シートの記載はあるが、発泡シートの気泡径や表層密度、内部密度と発泡シートの耐熱性との関係について言及されていない。
本発明のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートは、密度が低く十分な断熱性能を有しているので、低コストで製造でき、該発泡シートを成形し得られた容器は軽量で断熱性に優れ、電子レンジ加熱後に外面が熱くなることが少ない優れた容器を製造することができる。
(1)ガラス転移点が110℃以上であるスチレン−(メタ)アクリル酸共重合体からなる樹脂、又は該共重合体を主成分とした樹脂組成物;
(2)(A)ガラス転移点が110℃以上であるスチレン−(メタ)アクリル酸共重合体99.8〜91.0質量%、(B)ブタジエン比率が50〜99質量%であるスチレン−ブタジエン系熱可塑性エラストマー0.2〜9.0質量%からなる樹脂組成物;
(3)(A)ガラス転移点が110℃以上であるスチレン−(メタ)アクリル酸共重合体99.8〜91.0質量%、(B)ブタジエン比率が50〜99質量%であるスチレン−ブタジエン系熱可塑性エラストマー0.1〜9.0質量%、(C)スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン系熱可塑性エラストマー0.1〜5.0質量%からなる樹脂組成物;
(4)ポリフェニレンエーテルをポリスチレン樹脂とアロイ化した変性ポリフェニレンエーテルを含む樹脂組成物;
が挙げられる。
前記厚み方向の平均気泡径が0.20mm未満であると、気泡を構成しているセル膜が薄くなって加熱時に気泡が潰れやすくなり、耐熱性向上効果が得られなくなる。また、連続気泡率が高くなって独立気泡が減少することで発泡シートの物性低下を招くおそれがある。該平均気泡径が0.35mmを超えると、気泡が粗いために発泡シートの脆性が悪化し、また表面平滑性が悪く、見栄えも悪くなる。
前記厚み方向1mm当たり気泡数が5個未満であると、気泡が粗くなって発泡シートの脆性が悪化し、また表面平滑性が悪く、見栄えも悪くなる。
本発明のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを熱成形して得られる容器は、良好な断熱性を有しており、食品を入れた状態で電子レンジ加熱調理しても、容器の変形や火膨れを生じない優れた耐熱性を備えたものとなる。この容器の形状は特に限定されず、角形や円形等の各種形状のトレー、カップ、丼容器、蓋付箱型などの各種形状や大きさの容器とすることができる。
スクリュー径115mmφと150mmφのタンデム押出機のうち、スクリュー径115mmφ押出機に、スチレン−メタクリル酸共重合樹脂である1GP998(PSジャパン社製、MI=0.95、ガラス転移点123℃)95質量%およびスチレン−ブタジエン共重合樹脂であるタフプレン125A(商品名、旭化成社製)を5質量%の割合で均一に混合するとともに、この樹脂分100質量部に対しスチレン−メタクリル酸共重合体60%とタルク40%からなるタルクマスターバッチ(以下、タルクMBという)2.1質量部を均一に混合した混合物をホッパーを通じて前記押出機に供給し、最高温度240℃で溶融して樹脂組成物とした。その後、発泡剤としてブタンを樹脂分100質量部に対し2.8質量部圧入し、溶融混合させた。
その後、スクリュー径150mmφ押出機に移送して均一冷却後、樹脂温度183℃に調整した後、口径117mm(スリットクリアランス0.62mm)の円筒状ダイより吐出量135kg/hrで押出発泡させ、得られた円筒状発泡体の外側にエア温度25℃、風量1.0m3/min、内側にエア温度25℃、風量1.2m3/minの冷却エアを吹き付けて冷却マンドレルを通過させて冷却成形し、円周上の2点でカッターにより切開して、幅640mm、厚み2.00mm、密度0.10g/cm3のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを得た。
スチレン−メタクリル酸共重合樹脂をT080(東洋スチレン社製、MI=1.7、ガラス転移点117℃)に変更し、均一冷却後の樹脂温度を177℃としたこと以外は、実施例1と同様にしてポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを得た。
スチレン−メタクリル酸共重合樹脂をリューレックス14A(DIC社製、MI=1.7(230℃、40N)、ガラス転移点126℃)に変更し、均一冷却後の樹脂温度を185℃としたこと以外は、実施例1と同様にしてポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを得た。
樹脂材料として、ポリフェニレンエーテル(PPE)をポリスチレン樹脂とアロイ化した変性PPE品樹脂であるノリルNLV025(GE社製、MI=12(300℃、50N)、ガラス転移点173℃)43質量%、ポリスチレンであるHRM−18(東洋スチレン社製、MI=5.0、ガラス転移点101℃)52質量部%に変更し、均一冷却後の樹脂温度を185℃とし、さらに吐出量を95kg/hrとし、それ以外は実施例1と同様にしてポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを得た。
タルクMBを2.8質量部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、厚み1.8mm、密度0.085g/cm3のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを得た。
発泡剤としてブタンを2.5質量部、円筒状発泡体の外側にエア温度40℃、風量0.5m3/min、内側にエア温度40℃、風量0.6m3/minn冷却エアに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを得た。
タルクMBを0.7質量部とし、発泡剤としてブタンを2.95質量部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、ポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを得た。
タルクMBを3.5質量部とし、発泡剤としてブタンを2.2質量部に変更したこと以外は、実施例2と同様にして、ポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを得た。
樹脂材料としてポリスチレン樹脂であるHRM26(東洋スチレン社製、MI=1.5、ガラス転移点103℃)を100質量%とし、押出機内の樹脂最高温度を230℃とし、均一冷却後の樹脂温度を150℃とし、それ以外は実施例1と同様にして、ポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを得た。
発泡シートの幅方向の両端20mmを除いた部分を、幅方向50mm間隔の位置を測定点とした。この測定点をダイヤルシックネスゲージSM−112(テクロック社製)を使用し、厚みを最小単位0.01mmまで測定した。この測定値の平均値を、発泡シートの厚み〔mm〕とした。
50cm3以上(半硬質及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ように切断し、その質量及び体積を測定し、次式により全体密度を算出した。
密度(g/cm3)=試験片質量(g)/試験片体積(cm3)
ただし、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℃・50RH%±5RH%、または27℃±2℃・65RH%±5RH%の雰囲気条件に16時間以上放置したものである。
JIS K7121 プラスチックの転移温度測定方法に準拠した測定方法で測定した。
測定装置として示差走査熱量計測装置DSC6220型(エスアイアイナノテクノロジー社製)を使用し、30℃から200℃まで20℃/分の速度で昇温後10分間保持し室温まで急冷処理する際の温度変化チャートよりガラス転移温度を読み取った。測定条件を下記に示す。
試料量6.5g±0.5、窒素ガス流量25mL/min、熱処理30〜200℃、加熱温度20℃/min。
厚み方向の平均気泡径は、ASTM D2842−69の試験方法に準拠して測定された平均弦長に基づいて算出されたものをいう。具体的には、ポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートをその表面に対して垂直な方向(厚み方向)に切断し、この切断面における厚み方向に表層1/5深さを省いて中心3/5深さの中央部を走査型電子顕微鏡を用いて17〜20倍(場合によっては200倍)に拡大して撮影した。
次に、撮影した写真における写真上の長さが60mmで且つ発泡シートの厚み方向に指向する一直線上にある気泡数から、各気泡の平均弦長(t)を下記式1に基づいて算出した。そして、下記式2により平均気泡径Dを算出した。なお、発泡シートの層が薄く、長さが60mmの直線を写真上に描くことができない場合は、できるだけ長い長さの直線を写真上に描き、この直線の長さを60mmに換算して平均気泡径Dを算出する。
平均弦長(t)=60/(気泡数×写真の倍率) ・・・式1
平均気泡径D=t/0.616 ・・・式2
発泡シートから、無作為に選んだ地点において、発泡シートの押出方向(MD)と一致する方向且つ垂直方向(厚み方向)にシートを切断した。その切断面を走査型電子顕微鏡を用いて写真撮影し、写真上の無作為に選んだ地点において上、中、下の横方向及び左、中、右の縦方向において60mmの直線上にかかる気泡数を測定した。シート厚み方向に一致すると共に発泡層の厚みを縦断する直線を引き、該直線上に位置する気泡数(個)を求め、得られた気泡数(個)を発泡シート厚み(mm)で割り、厚み方向の気泡数(個/mm)を求めた。
スライサー(フォーチュナ社(ドイツ)製スプリッティングマシン、型式AB−320−D)にて、試験片を表層より0.2mmの厚みにスライスしたものを幅25mm、長さ150mmにカットした後、その質量と体積を測定し、下記の計算式より表層密度を算出した。
表層密度(g/cm3)=試験片質量(g)/試験片体積(mm3)×103
ただし、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℃・50RH%±5RH%、または27℃±2℃・65RH%±5RH%の雰囲気条件に16時間以上放置したものである。
内部密度は、前記<表層密度D1>にて表層0.2mm表裏スライスした試料の残りの部分を試験片とし、該試験片の質量と体積を測定し、前記<表層密度D1>と同様に内部密度を算出した。
内部密度(g/cm3)=試験片質量(g)/試験片体積(mm3)×103
ポリスチレン系樹脂発泡シートから一辺が10cmの平面正方形状の試験片を5個、各辺がポリスチレン系樹脂発泡シートの押出方向又は幅方向に平行な状態となるように切り出した。
その後、各試験片の表裏に、互いに対向する辺の中央部同士を結ぶ直線を二本、十字状に描いた。また厚みについては定圧厚み測定器SM112を用いてシート厚みを測定し、測定位置をマーキングした。
次に、各試験片を135℃から(比較例3は120℃から)5℃間隔での雰囲気下に150秒間に亘って放置した後、試験片を20℃にて1時間に亘って放置した。
次に、試験片上に描いた直線のうち、寸法変化率を測定したい方向に指向した直線の長さLを試験片毎に表裏で測定し、各試験片の寸法長さの相加平均値を、加熱後の長さとした。
厚みについては加熱前に測定した位置を加熱後に測定し、その厚みを加熱後の厚みとした。
それぞれの得られた値を下記の式に当てはめてε値を導き出した。
ε値=(MDの加熱後の長さ/MDの加熱前の長さ)×(TDの加熱後の長さ/TDの加熱前の長さ)×(加熱後の厚み/加熱前の厚み)
このε値をそれぞれの温度で測定し、最大値が得られた温度をその発泡シートのε低下限界温度(耐熱温度)とした。
得られた発泡シートを単発成形機FM−12型を用いてφ220mm、深さ15mmの丸型パスタ容器を熱成形した。成形条件については加熱温度は230℃と一定にして成形状態をみながら表面の荒れが発生しない加熱時間を適宜選定し成形をおこなった。
得られた容器に100mLのサラダ油を入れて、業務用電子レンジEM−1503T(サンヨー社製)を用いて出力1500W、時間70秒でレンジアップをし、サラダ油を捨てて表面状態を観察した。
レンジ表面のヤケ、容器にある凹凸の崩れ具合で下記の基準で目視評価をおこなった。耐熱性の評価基準は次の通りとした。
良好(◎):容器表面に設けた凹凸型が残っている。容器表面にヤケが見られない。
やや良好(○):容器の凹凸が崩れ始め、容器角部にヤケしわが見られる。
やや不良(△):容器の凹凸が僅かに残っている。容器表面にヤケが見え始める。
不良(×):容器の凹凸が無くなる。容器表面に全体にヤケ。
耐熱性不足(××):容器が熱で破れ又は変形し、サラダ油が容器より流出する。
また、図1は、実施例1で製造したポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートの厚み方向の電子顕微鏡画像(35倍)である。
図2は、実施例2で製造したポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートの厚み方向の電子顕微鏡画像(35倍)である。
図3は、比較例1で製造したポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートの厚み方向の電子顕微鏡画像(35倍)である。
一方、比較例1は、実施例1と同じ樹脂組成で密度及び厚みも同じであるが、平均気泡径が425μm(0.425mm)と本発明の範囲よりも大きくなり、また厚み方向の気泡数が4個と本発明の範囲より少なく、気泡が粗くなった。その結果、容器の耐熱温度が145℃と実施例1に比べてかなり低下し、容器の耐熱性は不良(×)となった。
また、比較例2は、実施例2と同じ樹脂組成で密度及び厚みも同じであるが、平均気泡径が122μm(0.122mm)と本発明の範囲よりも小さく、また厚み方向の気泡数が18個と本発明の範囲より多くなり、気泡が小さく密になった。その結果、容器の耐熱温度が145℃と実施例2に比べて低下し、容器の耐熱性は不良(×)となった。
比較例3は、樹脂材料として普通のポリスチレン樹脂を100%使用した発泡シートであり、耐熱温度は130℃と低く、十分な耐熱性が得られなかった。
Claims (9)
- ガラス転移点が110℃以上の耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シートからなり、厚み方向の平均気泡径が0.20〜0.35mmの範囲であり、且つ厚み方向1mm当たり気泡数が5個以上であることを特徴とするポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート。
- シート表面から表層厚み0.2mmまでの領域の表層密度D1と、それ以外の領域の内部密度D2との比(D1/D2)が1.5〜6.0の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート。
- シート厚みが0.8〜3.0mmの範囲であり、シート全体密度が0.06〜0.20g/cm3の範囲であることを特徴とする請求項1又は2に記載のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート。
- 前記耐熱性ポリスチレン系樹脂は、ガラス転移点が110℃以上であるスチレン−(メタ)アクリル酸共重合体を主成分としたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート。
- 前記耐熱性ポリスチレン系樹脂は、(A)ガラス転移点が110℃以上であるスチレン−(メタ)アクリル酸共重合体99.8〜91.0質量%、(B)ブタジエン比率が50〜99質量%であるスチレン−ブタジエン系熱可塑性エラストマー0.2〜9.0質量%からなる樹脂組成物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート。
- 前記耐熱性ポリスチレン系樹脂は、(A)ガラス転移点が110℃以上であるスチレン−(メタ)アクリル酸共重合体99.8〜91.0質量%、(B)ブタジエン比率が50〜99質量%であるスチレン−ブタジエン系熱可塑性エラストマー0.1〜9.0質量%、(C)スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン系熱可塑性エラストマー0.1〜5.0質量%からなる樹脂組成物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート。
- 前記ポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートの(メタ)アクリル酸量が7.0〜15.0質量%の範囲であることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート。
- 前記耐熱性ポリスチレン系樹脂は、ポリフェニレンエーテルをポリスチレン樹脂とアロイ化した変性ポリフェニレンエーテルを含むものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シート。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のポリスチレン系樹脂耐熱発泡シートを成形して得られた容器。
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