JP2016168820A - 熱可塑性樹脂シートの製造方法、熱可塑性樹脂シート、およびそれを加熱成型して得られた成形品 - Google Patents

熱可塑性樹脂シートの製造方法、熱可塑性樹脂シート、およびそれを加熱成型して得られた成形品 Download PDF

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Abstract

【課題】 汎用のキャスティング設備で製膜が可能な透明樹脂シートであって、加熱成型した後も透明性が高くなおかつ耐熱性にも優れる成型品を製造することが可能な透明樹脂シートを提供する。
【解決手段】 下記工程(1)、工程(2)、工程(3)を少なくとも有する、シート厚みが10〜1000μmであり、シート厚みを理論層数で除した理論層厚みが0.5μm以下である、熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法。工程(1);結晶化速度が0.9min−1以上3.0min−1以下である熱可塑性樹脂組成物を溶融し、溶融流体を形成する。工程(2);前記溶融流体からなる積層数200以上の積層流体を形成する。工程(3);前記積層流体をダイスから吐出し、冷却ロールに接触させて固化させる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、熱可塑性樹脂シートに関する。更に詳しくは、高温での使用が可能でありかつ透明性の高い加熱成型品の製造に好適な樹脂シートとその製造方法に関する。本発明の成形品の最も典型的な用途は電子レンジによる加熱が可能な食品容器であるが、それに限定されず耐熱性と透明性が要求される各種容器に広く用いることができる。
樹脂シートはシーラントや表示材料の表面に貼合される各種保護フィルムとして使用されているほか、加熱成型用シート材料として用いられている。加熱成型用シート材料の中でも、各種食品容器用、加飾用、自動販売機ディスプレイ用などの用途では、特に透明性に優れたものが求められており、従来から結晶化などによる透明性低下の懸念のないポリスチレン(PSt)などのシート材料が用いられてきた。ところが、これらのものでは100℃程度の耐熱性しかなく、電子レンジ調理などの高温での使用においては蓋材など用途が限定されるなど力学特性を含めた耐熱性の面で不十分で、性能と価格の面でのバランスの取れた材料がないという状況であった。
電子レンジ対応食品容器用途に対しては、耐熱性が良好な結晶性材料の成型品が使用されており、特にポリプロピレン樹脂(PP)は結晶性が高く耐熱性の面から好適に用いられている。PPは用途によりシート化またはフィルム化する際の製膜方法が使い分けられており、例えば、延伸PPフィルムは成型性が必要とされない各種の包装用材料として、一方未延伸シートは加熱成型用シート材料として、広く用いられている。今後のライフスタイルの動向予測から、電子レンジ調理が可能な高温使用が可能な容器の使用量増加が見込まれているが、PPは加熱成型の際に生成する結晶が大きく成型により透明性が低下してしまうため、意匠性の面から容器に高い透明性が求められる場合には好ましくない、という問題がある。
これらの課題に対して、幾つかの技術が開示されている。特許文献1には、PPに石油樹脂と造核剤を配合し、キャスティング時に急冷プロセスを用いてシート化することにより、成型時の白化を抑止し高い透明性を有する成型体を得ることが可能な透明シートを製造する技術が開示されている。しかし、かかる従来技術では、成型品の透明性を維持するために成型時の金型温度を下げて成型すると結晶化度の低下に伴い成形品の耐熱性が低下し、成形品の耐熱性を高めるために成型時の金型温度を上げて成型すると成形品の透明性が低下する、との問題があり、成型性と耐熱性の両立が困難であった。また、キャスティング時の急冷のためにベルトプロセス等の特殊な製膜設備が必要なため、汎用製膜設備でのシート製造が困難である、という問題点もあった。
また、インフレーション製膜により、柔軟性に優れ、成形性、耐熱性のバランスが比較的良いPPシートを製造する技術が知られている(特許文献2参照)。しかし、かかる従来技術は、シートの透明性の点で不十分であり、また加熱成型に適する厚いシートの製膜には不適という問題点があった。
一方、ポリエステル製の加熱成型用シートでは、CPETと呼ばれる結晶化促進の為の核剤を含むPET樹脂をシート成形し、加熱成型する技術が知られている(特許文献3参照)。しかし、かかる従来技術では、通常のPETシートを加熱成型した成型品に比べて耐熱性が大幅に向上するものの、球晶が発達して不透明となるうえ低温での耐衝撃性が大きく低下し、またこれらの問題点を改善するために成型時の金型温度を下げて成型すると賦形性や耐熱性が低下する、という問題があった。
そこで、成形性が低下しない範囲でシートを低倍率で延伸し配向結晶化を生じさせることにより、耐熱性を向上させ、また生成する結晶の微細化により透明性低下が抑制できる、という技術が知られている(特許文献4参照)。しかし、かかる従来技術は、加熱成型時収縮を抑えるための設備が必要である、厚いシートを製造する場合に延伸設備が大型化する、といったシートを製造する設備の面での制約があるという問題点があった。
特開2012−139826号公報 再表99/007752号公報 特開2000−355091号公報 特開2011−245643号公報
本発明は、かかる従来技術の課題を背景になされたものである。すなわち、本発明の課題は、汎用のキャスティング設備で製膜が可能な透明樹脂シートであって、加熱成型した後も透明性が高くなおかつ耐熱性にも優れる成型品を製造することが可能な透明樹脂シートを提供することである。
本発明者らは、かかる目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明の完成に至った。
すなわち本発明は、
<1> 下記工程(1)、工程(2)、工程(3)を少なくとも有する、シート厚みが10〜1000μmであり、シート厚みを理論積層数で除した理論層厚みが0.5μm以下である、熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法。
工程(1);結晶化速度が0.9min−1以上3.0min−1以下である熱可塑性樹脂組成物Aを溶融し、溶融流体A1を形成する。
工程(2);前記溶融流体A1からなる理論積層数200以上の積層流体A2を形成する。
工程(3);前記積層流体A2をダイスから吐出し、冷却ロールに接触させて固化させる。
<2> 下記工程(1A)、工程(1B)、工程(2)、工程(3)を少なくとも有する、シート厚みが10〜1000μmであり、シート厚みを理論積層数で除した理論層厚みが0.5μm以下である、熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法。
工程(1A);結晶化速度が0.9min−1以上3.0min−1以下である熱可塑性樹脂組成物Aを溶融し、溶融流体A1を形成する。
工程(1B);熱可塑性樹脂組成物Aの結晶化速度以下の結晶化速度を有する熱可塑性樹脂組成物Bを溶融し、溶融流体Bを形成する。
工程(2);前記溶融流体A1と前記溶融流体B1からなる理論積層数200以上の積層流体AB2を形成する。
工程(3);前記積層流体AB2を、ダイスから吐出し、冷却ロールに接触させて固化させる。
<3> 前記工程(2)における積層流体の形成の少なくとも一部が、スタティックミキサーに熱可塑性樹脂組成物を通過させることによって行われることを特徴とする、<1>または<2>に記載の熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法。
<4> 前記工程(2)における積層流体の形成の少なくとも一部が、多層フィードブロックあるいは多層マニホールドに熱可塑性樹脂組成物を通過させることによって行われることを特徴とする、<1>〜<3>のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法。
<5> <1>〜<4>のいずれかの製造方法によって得られた熱可塑性樹脂組成物シートを加熱成型する工程を有する、成型品の製造方法。
<6> ヘイズが0.1〜20%であり、昇温結晶化温度において10分間加熱した際のヘイズ(単位:%)の上昇が10ポイント以下である、熱可塑性樹脂組成物シート。
<7> 面配向係数ΔPが0〜0.01である<6>記載の熱可塑性樹脂組成物シート。
<8> <6>または<7>に記載の熱可塑性樹脂組成物シートを加熱成型して得られた成形品。
<9> <6>または<7>に記載の熱可塑性樹脂組成物シートを加熱成型して得られた食品容器。
本発明者らは、溶融した樹脂組成物をフィルムの厚み方向に200層以上に分割し積層する工程を経てダイスから押出されて成形された押出シートにおいては、積層された層と層の間の界面が結晶化開始点として機能する効果があることを見出した。また、その界面は他の部位よりも先に結晶化することから、界面付近が壁となり、結晶成長がその壁で分断されること、更に、その分断により界面の厚み以上には結晶が成長できないこと、を見出した。また、界面数を多くすることで、結晶化開始点の数が増大し、界面と界面の距離が小さくなることも見出した。その結果、シートを真空成型などの高温での加熱成型した後も球晶の大きさを小さく抑制でき、透明性の高いシートが得られることを見出した。
本発明により、汎用のキャスティング設備で製膜が可能な透明樹脂シートであって、加熱成型した後も透明性が高くなおかつ耐熱性にも優れる成型品を製造することが可能な透明樹脂シートを提供することができる。
本発明は、下記工程(1)、工程(2)、工程(3)を少なくとも有する、シート厚みが10〜1000μmであり、シート厚みを理論層数で除した理論層厚みが0.5μm以下である、熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法である。
工程(1);結晶化速度が0.9min−1以上3.0min−1以下である熱可塑性樹脂組成物Aを溶融し、溶融流体A1を形成する。
工程(2);前記溶融流体A1からなる積層数200以上の積層流体A2を形成する。
工程(3);前記積層流体A2をダイスから吐出し、冷却ロールに接触させて固化させる。また、本発明は、下記工程(1A)、工程(1B)、工程(2)、工程(3)を少なくとも有する、シート厚みが10〜1000μmであり、シート厚みを理論層数で除した理論層厚みが0.5μm以下である、熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法である。
工程(1A);結晶化速度が0.9min−1以上3.0min−1以下である熱可塑性樹脂組成物Aを溶融し、溶融流体A1を形成する。
工程(1B);熱可塑性樹脂組成物Aの結晶化速度以下の結晶化速度を有する熱可塑性樹脂組成物Bを溶融し、溶融流体Bを形成する。
工程(2);前記溶融流体A1と前記溶融流体B1からなる積層数200以上の積層流体AB2を形成する。
工程(3);前記積層流体AB2を、ダイスから吐出し、冷却ロールに接触させて固化させる。
以下本発明を詳細に説明する。
(熱可塑性樹脂組成物)
本発明において使用される熱可塑性樹脂組成物Aおよび熱可塑性樹脂組成物Bは、熱可塑性樹脂から、または主成分である熱可塑性樹脂とその他の成分とから、構成される。以下、熱可塑性樹脂組成物Aおよび熱可塑性樹脂組成物Bを併せて、本発明における熱可塑性組成物と称する。
本発明における熱可塑性樹脂組成物に用いることのできる熱可塑性樹脂の例として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン6などを挙げることができる。具体的に例示すると、ポリプロピレンとして住友化学製ノーブレン、プライムポリマー製プライプポリプロ、サンアロマー製ポリプロピレンなど、ポリエチレンとして日本ポリエチレン製ノバテックLL/HD、プライムポリマー製ハイゼックス/ネオゼックスを挙げることができる。また、ポリブチレンテレフタレートとして三菱エンジニアリングプラスチックス製ノバデュラン、ウィンテックポリマー製ジュラネックス、東レ製トレコン、日本ジーイープラスチックス製バロックスなど、ポリエチレンテレフタレートとして東洋紡製、日本ユニペット製ユニペットなど、また各社から販売されているリサイクルPETレジンなどを挙げることができる。さらに、ナイロン6として東洋紡製グラマイド、宇部興産製UBEナイロンなど、ナイロン66として旭化成製レオナ、東レ製アミラン、宇部興産製UBEナイロン66、BASF製ウルトラミット、共重合ポリアミドなどその他のポリアミドとしてアルケマ製リルサン、ダイセル・エボニック製ベスタミド/ダイアミド、液晶性ポリエステルとして住友化学製スミカスーパーLCP、ポリプラスチックス製ベクトラなど、ポリフェニレンサルファイドとしてDIC製PPS樹脂、ポリプラスチックス製フォートロンなど、ポリカーボネートとして帝人化成製パンライト、三菱エンジニアリングプラスチックス製ユーピロン、住化スタイロンポリカーボネート製ガリバーなど、ポリフェニレンエーテルなどが挙げられる。

これらの樹脂は単独でも、二種以上を混合しても差し支えない。
本発明における熱可塑性樹脂組成物に用いることのできるその他の成分としては、結晶化核剤添加や非晶性ポリマーを挙げることができる。その他の成分は、主成分である熱可塑性樹脂とは異なる熱可塑性樹脂であってもよい。
結晶化核剤としては、構造上の分類からリン酸エステル塩系、ソルビトール系、カルボン酸塩系などがあり、具体的には、アデカ製アデカスタブNAシリーズ、新日本理化製ゲルオール、RIKAFASTなどがある。また、非晶性ポリマーとしては共重合ポリエステルやポリカーボネートなどが挙げられる。共重合ポリエステルの具体例としてはイソフタル酸、オルソフタル酸、コハク酸、セバシン酸、シクロヘキシルジカルボン酸などのテレフタル酸以外の多価カルボン酸や、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物、シクロヘキサンジメチロールなどを共重合したものを用いることができる。ポリカーボネートの具体例としては住化スタイロン製ガリバー、SDポリカ、三菱エンジニアリングプラスチックス製ユーピロン、ノバレックスなど、帝人化成製パンライト、出光化学タフロンがある。結晶化核剤の含有量は、熱可塑性樹脂組成物全体に対し1〜10重量%の範囲が好ましい。また、非晶性ポリマーの含有量は、熱可塑性樹脂組成物全体に対し050重量%、好ましくは0〜45重量%の範囲が好ましい。50重量部を超えると結晶性が低下し耐熱性が低下するため好ましくない。
本発明における熱可塑性樹脂組成物に用いることのできるその他の成分としては、各種の添加剤を挙げることができる。添加剤の例としては、可塑剤、離型剤、難燃剤、滑剤、着色剤(染料、顔料)、帯電防止剤、防曇剤、接着促進剤などが挙げられる。これらの添加材は、目的に応じて適宜使用することができる。添加剤の添加量(重量%)の下限は好ましくは0であり、より好ましくは0.01であり、さらに好ましくは0.05である。これらは目的に応じて適宜添加量を調整されることが好ましい。添加剤量(重量%)の上限は好ましくは10であり、より好ましくは8であり、さらに好ましくは5である。上記を超えると樹脂の物性低下が大きいほか、ブリードアウトなどで外観の低下などが起こることがある。
本発明における熱可塑性樹脂組成物に用いることのできるその他の成分は、レジンとともに押出機にそのまま投入して使用してもよいが、事前にレジンと混合してマスターバッチ化して使用してもよい。結晶化核剤を含有するマスターバッチの例としては、大日精化製クリアマスターなど挙げられる。
本発明における熱可塑性樹脂には、特定の結晶化速度の範囲にあるものを用いる。ここで言う結晶化速度としては、高分子学会編、新高分子実験学8のP.117に参考文献121として挙げられている Y.P.Khanna: Polym. Eng. & Sci.,24, 1615(1990)を参考にして測定した値を使用した。具体的な測定手順の例は、実施例の項に別途示した。
本発明における熱可塑性樹脂組成物Aの結晶化速度(min−1)の下限は0.9であり、好ましくは1.0であり、より好ましくは1.2である。上記未満であると結晶化が遅く、得られたシートの耐熱性が劣る傾向にある。熱可塑性樹脂組成物の結晶化速度(min−1)の上限は3.0であり、好ましくは2.9であり、より好ましくは2.8である。結晶化速度が高すぎると結晶化が速すぎて、得られたシートの透明性が低下する場合があり、また成型性が劣ることがある。また、得られたシートの成型温度範囲が狭くなる場合がある。
本発明における熱可塑性樹脂組成物Bの結晶化速度の下限は特に限定されない。一方、本発明における熱可塑性樹脂組成物Bの結晶化速度(min−1)の上限は、本発明における熱可塑性樹脂組成物Aの結晶化速度である。
本発明のおける熱可塑性樹脂組成物の溶融粘度(MFR)の下限は特に限定されないが、好ましくは0.01g/10分であり、より好ましくは0.05g/10分であり、さらに好ましくは0.10g/10分である。上記未満であると溶融粘度が高すぎて成型時の生産性が低下することがある。樹脂組成物の溶融粘度(MFR)の上限は好ましくは50であり、より好ましくは45であり、さらに好ましくは40である。上記を超えると吐出時の圧力が低すぎて均一な厚みでのキャスティングか困難となることがある。なお、本発明におけるMFRは、JIS K7210:2014記載の方法によって測定された値とする。
本発明のおける熱可塑性樹脂組成物の融点(℃)の下限は好ましくは100であり、より好ましくは110であり、さらに好ましくは120である。上記未満であると耐熱性が劣り用途が限られるとなることがある。樹脂組成物の融点(℃)の上限は好ましくは350であり、より好ましくは340であり、さらに好ましくは330である。上記を超えると耐熱性の効果が飽和することがあり、また、シート製造の際およびシートの加熱成型品の製造の際の工程温度を高くする必要があり、それに対応する製造設備が必要となる。なお、本発明における熱可塑性樹脂組成物の融点には、DSC装置を用いて熱可塑性樹脂組成物10mgを昇温速度20℃/分で加熱した際に検知される融解吸熱ピーク温度を用いることとする。
(熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法)
本発明の熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法は、シート厚みが10〜1000μmであり、なおかつシート厚みを理論層数で除した理論層厚みが0.5μm以下であるシートの製造方法であって、本発明における熱可塑性樹脂を溶融して溶融流体を形成する工程(1)(または工程(1A)および工程(1B))、工程(1)で形成された溶融流体からなる積層数200以上の積層流体を形成するする工程(2)、工程(2)で形成された積層流体をダイスから吐出し、冷却ロールに接触させて固化させる工程(3)、を少なくとも有する。工程(1)と工程(2)、工程(2)と工程(3)の間には、他の工程が挿入されていても差し支えない。例えば、工程(1)と工程(2)の間には濾過工程、温度変更工程等が挿入されていても良い。また、工程(2)と工程(3)の間には、温度変更工程、電荷付加工程等が挿入されていても良い。但し、工程(2)と工程(3)の間には、工程(2)で形成された積層構造を破壊する工程があってはならない。
工程(1)(または工程(1A)および工程(1B))において、本発明における熱可塑性樹脂を溶融して溶融流体を形成する方法は特に限定されないが、好適な方法としては、一軸押出機や二軸押出機を用いて加熱溶融する方法を挙げることができる。
工程(2)における積層流体を形成する方法は特に限定されないが、メルトラインに設置されたスタティックミキサー、多層フィードブロックおよび多層マニホールドのいずれか1種または2種以上に、溶融した樹脂組成物を通過させることが好ましい。樹脂組成物Aおよび樹脂組成物Bからなる積層流体を形成する場合には、工程(1A)および工程(1B)で形成された樹脂組成物を合流させて2層からなる樹脂組成物をまず形成し、次いでメルトラインに設置されたスタティックミキサー、多層フィードブロックおよび多層マニホールドのいずれか1種または2種以上に、溶融した樹脂組成物を通過させることが好ましい。
工程(2)における積層流体を形成する方法は特に限定されないが、設備の簡便さや保守性の面から、スタティックミキサーおよび/または多層フィードブロックがより好ましい。また、シート幅方向の均一性の面から、矩形のメルトラインを有するものがより好ましい。矩形のメルトラインを有するスタティックミキサーまたは多層フィードブロックを用いることがさらに好ましい。なお、複数の樹脂組成物を合流させることによって形成された複数層からなる樹脂組成物を、スタティックミキサー、多層フィードブロックおよび多層マニホールドのいずれか1種または2種以上に通過させてもよい。
工程(2)における理論積層数は200以上である必要がある。理論積層数の下限は、好ましくは500であり、より好ましくは1000である。理論積層数が少なすぎると、結晶化を加速する効果が不足し、あるいは、層界面間距離が長くなって結晶サイズが大きくなりすぎ、本発明の効果が得られない傾向にある。また、シート両端近傍で成型後の透明性が低下することがある。工程(2)における理論積層数の上限は特に限定されないが、好ましくは100000であり、より好ましくは10000であり、さらに好ましくは7000である。理論積層数を極端に大きくしてもその効果が飽和するうえ、生産効率の点で問題が生じる場合がある。
工程(2)における積層をスタティックミキサーで行う場合、スタティックミキサーのエレメント数を選択することにより、理論積層数を調整することができる。スタティックミキサーは、一般的には駆動部のない静止型混合器(ラインミキサー)として知られており、ミキサー内に入った流体は、エレメントにより順次撹拌混合される。ところが、高粘度流体をスタティックミキサーに通過させると、高粘度流体の分割と積層が生じ、積層流体が形成される。スタティックミキサーの1エレメントを通過するごとに、高粘度流体は2分割され次いで合流し積層される。このため、高粘度流体をエレメント数nのスタティックミキサーに通過させると、理論積層数N=2の積層流体が形成される。また、スタティックミキサーに供給する高粘度流体として積層流体を使用することも可能である。スタティックミキサーに供給する高粘度流体の積層数がmである場合、積層流体の理論積層数NはN=m×2となる。
典型的なスタティックミキサーエレメントは、長方形の板を180度ねじった構造を有し、ねじれの方向により、右エレメントと左エレメントがあり、各エレメントの寸法は直径に対して1.5倍の長さを基本としている。本発明に用いることのできるスタティックミキサーはこの様なものに限定されない。
工程(2)における積層を多層フィードブロックで行う場合、多層フィードブロックの分割・積層回数を選択することによって、理論積層数を調整することができる。多層フィードブロックは複数直列に設置することが可能である。また、多層フィードブロックに供給する高粘度流体自体を積層流体とすることも可能である。例えば、多層フィードブロックに供給する高粘度流体の積層数がp、多層フィードブロックの分割・積層数がq、多層フィードブロックの設置数がrの場合、積層流体の積層数Nは、N=p×qとなる。
工程(3)において、積層流体をダイスから吐出し、冷却ロールに接触させて固化させる。
ダイス温度(℃)の下限は好ましくは本発明の熱可塑性樹脂組成物に用いられている熱可塑性樹脂の融点であり、より好ましくは融点+10である。ダイス温度(℃)の上限は好ましくは融点+60であり、より好ましくは融点+50である。
冷却ロール温度(℃)の下限は好ましくは5であり、より好ましくは10であり、さらに好ましくは15である。上記未満であると急冷の効果が飽和する。冷却ロール温度(℃)の上限は好ましくは60であり、より好ましくは40であり、さらに好ましくは20である。上記を超えると後続の設備での冷却時のシワなどの対策が必要となることがある。
(シート)
本発明における理論層厚みは下記式で計算される。
理論層厚み=シート厚み/理論積層数
本発明における理論層厚み(μm)の下限は好ましくは0.001であり、より好ましくは0.01であり、さらに好ましくは0.05である。上記未満であると効果が飽和するため、生産効率の点で問題が生じる場合がある。理論層厚み(μm)の上限は好ましくは0.45であり、より好ましくは0.3であり、さらに好ましくは0.2であり、よりさらに好ましくは0.1である。上記を超えると成型後に球晶の大きさが大きくなり、透明性が低下する。
本発明におけるシート厚み(μm)の下限は好ましくは10であり、より好ましくは100であり、さらに好ましくは200である。上記未満であると薄く成型品としての強度が不足し実用に供さないことがある。本願発明のシート厚み(μm)の上限は好ましくは1000であり、より好ましくは800であり、さらに好ましくは500である。上記を超えると厚みが大きすぎて成型性が低下することがある。
本発明の熱可塑性シートにおいて、シートの断面全体が、理論積層数の積層構造で満たされていることが好ましいが、現実にそのようなシートを製造することは極めて困難である。このため、本発明の効果を損ねない範囲で、表面近傍の積層構造が乱れていたり、積層構造の表面に他の層が形成されていたりしても、差し支えない。
本発明の熱可塑性樹脂組成物シートは、単一の樹脂組成物の積層体であっても、複数種の樹脂組成物の積層体であっても、いずれでも良い。単一の樹脂組成物の積層体である場合は、前記した樹脂組成物Aを原料として用いる。複数種の樹脂組成物の積層体である場合は、前記した樹脂組成物Aと樹脂組成物Bを原料として用いる。
結晶化速度が速い層と遅い層を交互に積層した場合、結晶化速度が速い層の中で、結晶化が早い層と遅い層の界面を開始点として球晶が成長を始める。このため、界面に結晶の壁が形成され結晶成長が分断される。また結晶化速度が遅い層も遅れて結晶化するが、上記結晶の壁で結晶化が分断される。
本発明の熱可塑性樹脂組成物シートにおける熱可塑性樹脂組成物Aからなる層と熱可塑性樹脂組成物Bからなる層の理論層厚みの比率は特に限定されない。
熱可塑性樹脂組成物からなる層の理論厚みは下記の式により計算できる。
熱可塑性樹脂組成物Aからなる層の理論厚み=〔シート厚み×[熱可塑性樹脂組成物Aの体積吐出速度/(熱可塑性樹脂組成物Aの体積吐出速度+熱可塑性樹脂組成物Bの体積吐出速度)]〕/(理論積層数/2)
熱可塑性樹脂組成物Bからなる層の理論厚み=〔シート厚み×[熱可塑性樹脂組成物Bの体積吐出速度/(熱可塑性樹脂組成物Aの体積吐出速度+熱可塑性樹脂組成物Bの体積吐出速度)]〕/(理論積層数/2)
本願発明のシート厚み(μm)の下限は好ましくは10であり、より好ましくは100であり、さらに好ましくは200である。上記未満であると薄く成型品としての強度が不足し実用に供さないことがある。本願発明のシート厚み(μm)の上限は好ましくは1000であり、より好ましくは800であり、さらに好ましくは500である。上記を超えると厚みが大きすぎて成型性が低下することがある。
本願発明のシートの面配向係数 ΔP(−)の上限は好ましくは0.1であり、より好ましくは0.09であり、さらに好ましくは0.08である。上記を超えると絞り加工時の延展性が低下し、成型性が低下することがある。分子鎖がフィルム面に平行に配向すると透明性は向上しやすいが、容器成形に支障がある場合がある。面配向係数はフィルム製造時の延伸の程度に関係し、延伸を加えると高くなる傾向にある。本発明の熱可塑性樹脂組成物シートの製造に際しては、過度の延伸を行なわないよう、注意が必要である。
本願発明のシートのヘイズ(%)の下限は好ましくは0であり、より好ましくは0.5である。上記未満であると傷が目立ちやすくなることがある。
本願発明のシートのヘイズ(%)の上限は好ましくは20であり、より好ましくは18である。上記を超えると透明性が低下し、容器としての品位が低下することがある。
本願発明のシートの結晶化度(%)の下限は好ましくは20であり、より好ましくは25であり、さらに好ましくは30である。上記未満であると経時での結晶化の進行による変形したり、耐熱性が低下したりすることがある。
本願発明のシートの結晶化度(%)の上限は好ましくは80であり、より好ましくは75である。上記を超えると効果が飽和する。
本発明の樹脂シートは、昇温結晶化温度においてシートを10分間保持することで上昇するヘイズが10ポイント以下であることが好ましい。ヘイズの上昇量は10ポイント以下、好ましくは8ポイント以下、更に好ましくは5ポイント以下である。ヘイズ上昇が10ポイントを超えると、容器などへの成型後の透明性が低く、本発明の目的に合致しない。ヘイズの上昇量を低下させるためには、結晶化過程において生成する結晶のサイズが小さいことが必要であり、理論層厚みを薄くすることや結晶核剤を添加することが有効である。
なお、本発明における昇温結晶化温度は、DSC装置を用いて熱可塑性樹脂シートを分析し、樹脂シートの融点の30℃高温で5分保持した後、冷却速度20℃/minで急冷固化し、次いで昇温速度20℃/分で昇温して得られたDSCチャートにおける結晶化ピーク温度である。なお、樹脂シートの融点としては、DSC装置を用いて熱可塑性樹脂組成物シート10mgを昇温速度20℃/分で加熱した際に検知される融解吸熱ピーク温度を用いることとする。
本願発明のシートを容器に成形した後ヘイズ(%)の下限は好ましくは1であり、より好ましくは1.5であり、さらに好ましくは1.5である。上記未満であると傷が目立ちやすくなることがある。
本願発明のシートを容器に成形した後ヘイズ(%)の上限は好ましくは20であり、より好ましくは18であり、特に好ましくは15である。上記を超えると透明性が低下し、容器としての品位が低下することがある。
本発明の熱可塑性樹脂組成物シートを加熱成型することにより成型品を得ることができる。加熱成型方法は特に限定されず、真空成型、熱板成型など、一般的な方法を使用できる。成型温度は、用いる熱可塑性樹脂組成物に合わせて決定する。成型温度が低すぎると余熱温度との差が大きくなるため急冷となり耐熱性が劣ることがある。成型温度が高すぎると透明性が低下する場合があるほか、脆くなったり成型後に冷却する際に反りなどが発生しやすくなったりすることがある。
本発明における成型性は、熱成型機を用いた真空成型により本発明のシートからカップを成型し、得られた成型品について、透明性と賦形性とについて観察し、両者を総合して評価した。
本発明における耐熱性は、熱成型機を用いて真空成型により本発明のシートからカップを成型し、得られた成型品について、98℃の熱湯による30秒の加熱処理の前後の変化を成型品の透明性と変形とについて観察し、両者を総合して評価した。
本発明の成型品の用途は特に限定されないが、透明性と耐熱性に優れるので食品容器に好適であり、特に電子レンジによる加熱に耐える電子レンジ対応食品容器に最適である
次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
[結晶化速度]
SII製示差走査型熱量計(DSC6200)を用いて以下の操作を行った。樹脂組成物試料10mgを40℃/minにて室温から樹脂組成物の融点に対し更に30℃高温までに昇温し、その温度で5分間保持した。次に、1.25℃/minで−30℃まで冷却し、結晶化ピーク温度を読み取った。次に冷却温度を40℃/minとして同様に結晶化ピーク温度を読み取った。得られた2つの結晶化温度について、横軸を結晶化温度(℃)、縦軸を冷却速度(℃/min)としてプロットし、その傾きの絶対値を結晶化速度(min−1)とした。
[昇温結晶化温度]
SII製示差走査型熱量計(DSC6200)を用い、熱可塑性樹脂組成物シート10mgを昇温速度20℃/分で加熱し、検知された融解吸熱ピーク温度を融点とした。次に、熱可塑性樹脂組成物シート10mgを40℃/minにて室温から樹脂の融点に対し更に30℃高温までに昇温し、その温度で5分間保持し、液体窒素を使って20℃/minで−30℃まで冷却し、次いで20℃/minで昇温して得られたDSCチャートから結晶化ピーク温度を読み取り、それを昇温結晶化温度とした。
[厚み]
JIS−Z−1702準拠の方法で測定した。
[面配向]
ロールサンプルから幅方向で3点サンプルを採取した。そのサンプルについてJIS K 7142−1996 5.1(A法)により、ナトリウムD線を光源としてアッベ屈折計によりフィルム長手方向の屈折率(Nx)、幅方向の屈折率(Ny)、厚み方向の屈折率(Nz)を測定し、下記式によって面配向係数(ΔP)を算出した。なお、得られた面配向係数の平均値を面配向係数とした。
ΔP=(Nx+Ny)/2−Nz
[ヘイズ]
JIS−K−7136:2000に準ずる方法で、試料をヘイズメーター(日本電色製、NDH2000)を用いて異なる箇所3ヶ所について測定し、その平均値をヘイズとした。
[昇温結晶化温度における10分間の加熱によるヘイズ上昇]
前述の方法により測定した昇温結晶化温度の空気中で試料を10分間加熱処理し、次いで常温で放冷した。放冷後の試料のヘイズを前述の方法で測定し、加熱処理前のヘイズとの差を算出した。
[成型性]
熱成型機を用いて、成型圧力0.5MPa、表1に示す成形時の金型温度で真空成型を行ない、シートからカップを得た。得られた成型品について、透明性と賦形性とについて評価し、両者を総合して5〜0の6段階で評価点を判定した。透明性評価は、成形品底部について、シートから透明性がどの程度変化したかについて目視観察により評価した。賦形性評価は、底部、胴部、口縁部の3つの部位について、金型への追従性のよしあしと破断の有無について目視観察により評価した。
評価点 透明性評価 賦形性評価
5 低下なし〜わずかに低下 良好である
4 低下なし〜わずかに低下 1部位において転写不足が認められる部分がある
3 低下なし〜わずかに低下 2部位において転写不足が認められる部分がある
2 低下なし〜わずかに低下 3部位において転写不足が認められる部分がある
1 大幅に低下 破断なく賦形されている(転写不足は不問)
0 不問 賦形されないまたは破断が認められる
[成型品のヘイズ]
上記成型性試験の項と同様にして得た成型品(カップ)の底部の異なる箇所3ヶ所からサンプルを採取し、各サンプルのヘイズを測定し、その平均値を成型品のヘイズとした。各サンプルのヘイズ測定は、JIS−K−7105に準ずる方法で、ヘイズメーター(日本電色製、NDH2000)を用いて測定した。
[結晶化度]
上記成型性試験の項と同様にして得た成型品(カップ)の底部からサンプルを採取し、サンプルの密度を測定した。樹脂成分は完全非晶と完全非結晶の混合物であり、その密度が後述のとおりであり、サンプルの密度はサンプルを構成する各成分の質量の総和を各成分の体積の総和で除した値となる、との仮定に基づき、各樹脂の結晶化度(重量比)を推算した。なお、サンプルの密度測定は、JIS K−7112−1980準拠の方法(密度勾配管法)に従って行った。また、各成分単独の密度は下記の値を用いた(単位:g/cm);ポリエチレンテレフタレート樹脂:完全非晶1.34、完全結晶1.46。ポリエチレンテレフタレート樹脂:完全非晶1.28、完全結晶1.40。ポリプロピレン樹脂:完全非晶0.86、完全結晶0.95。ナイロン6樹脂:完全非晶1.11、完全結晶1.23。MXD系ナイロン樹脂:1.21。ソルビトール誘導体マスターバッチ(理研ビタミン株式会社製、商品名「リケマスターPN−10R」)0.3部、石油樹脂(出光興産株式会社製、商品名「P−140」)10部、石油樹脂(出光興産株式会社製、商品名「P−125」)6部、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック−ポリスチレン共重合体(株式会社クラレ製、商品名「セプトン2004」)3部の混合物:0.95。有機変性マグネシウムアルミニウムケイ酸塩プレート(Southern Clay Products製Cloisite 10A):1.93。
[耐ボイル性]
上記成型性試験の項で得た成型品(カップ)に、98℃の熱湯に30秒浸漬し、引き続いて常温の空気中で5分間放冷する加熱処理を施した。加熱処理前後の状態変化を、成型品全体の透明性と形態の変形について目視観察により評価し、両者を総合して5〜1の5段階で評価点を判定した。なお、成型性試験において評価点が0のものについては、耐ボイル性評価を行わなかった。
評価点 透明性評価 形態の変形評価
5 低下なし 変形なし
4 低下なし わずかに変形が認められる
3 わずかに低下 わずかに変形が認められる
2 大幅に低下 わずかに変形が認められる
1 不問 大きな変形が認められる
(実施例1)
ポリプロピレン樹脂(住友化学製FS2011DG3)を一軸押出機に供給した。250℃で溶融押出し、濾過フィルターを経た後、理論層数が4096層となるように12エレメントのスタティックミキサーを通過させ多層化した後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み250μmのシートを得た。表1に詳細を示した。
(実施例2)
実施例1における12エレメントスタティックミキサーの代わりに16エレメントのスタティックミキサーを用いたこと以外は実施例1と同様にしてシートを製造し、厚み500μm、理論層数65536層のシートを得た。表1に詳細を示した。
(実施例3)
ポリプロピレン樹脂(住友化学製FLX80E4)を一軸押出機に供給した。250℃で溶融押出し、濾過フィルターを経た後、8エレメントのスタティックミキサーを通過させ多層化した後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み100μm、理論層数256層のシートを得た。表1に詳細を示した。
(比較例1、2)
ポリプロピレン樹脂(住友化学製FS2011DG3)を一軸押出機に供給した。250℃で溶融押出し、濾過フィルターを経た後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み250μmの単層シートを得た。表1に詳細を示した。
(比較例3)
東洋紡製ポリプロピレンフィルム(P2161、50μm)を使用した。表1に詳細を示した。
(比較例4)
ポリプロピレン樹脂(住友化学製FS2011DG3)80.7部、ソルビトール誘導体マスターバッチ(理研ビタミン株式会社製、商品名「リケマスターPN−10R」)0.3部、石油樹脂(出光興産株式会社製、商品名「P−140」)10部、石油樹脂(出光興産株式会社製、商品名「P−125」)6部、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック−ポリスチレン共重合体(株式会社クラレ製、商品名「セプトン2004」)3部を一軸押出機に供給した。250℃で溶融押出し、濾過フィルターを経た後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み300μmの単層シートを得た。表1に詳細を示した。
(比較例5)
ポリプロピレン樹脂(住友化学製FS2011DG3)80.7部、ソルビトール誘導体マスターバッチ(理研ビタミン株式会社製、商品名「リケマスターPN−10R」)0.3部、石油樹脂(出光興産株式会社製、商品名「P−140」)10部、石油樹脂(出光興産株式会社製、商品名「P−125」)6部、ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック−ポリスチレン共重合体(株式会社クラレ製、商品名「セプトン2004」)3部を一軸押出機に供給した。250℃で溶融押出し、濾過フィルターを経た後、12エレメントのスタティックミキサーを通過させ多層化した後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み300μm、理論層数4096層のシートを得た。表1に詳細を示した。
比較例1および比較例2は、実施例1および実施例2と同じポリプリプロピレン樹脂を原料として用いているが、理論層厚みが0.5μm以下の多層積層構造を有さない、単層シートである。成型温度を170℃とした比較例1では、良好な耐ボイル性を示す成型品を得ることができたが、ヘイズが上昇し透明性が著しく低下した。一方、成型温度を120℃とした比較例2では、比較的透明性の高い成型品を得ることができたが、成型品の結晶化度が低いため耐ボイル性が著しく低下し、しかも成型性も劣った。
比較例3は市販のポリプロピレンフィルムの場合である。成型温度をフィルムが軟化する170℃としたところ、成形性が劣り、しかも結晶化度も上がらなかった。
比較例4および比較例5は、実施例1および実施例2で用いたポリプロピレン樹脂に他の成分を添加して結晶化速度を本発明の範囲外まで高めた場合である。比較例4は理論層厚みが0.5μm以下の多層積層構造を有さない、単層シートである。比較例4では透明性を維持しようと120℃で成形すると成形が劣った。比較例5のように多層化しても成形性は改善されず、ヘイズも実施例2の170℃成形時のヘイズと同等であった。
(実施例4)
ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET、東洋紡製RE530)に有機変性マグネシウムアルミニウムケイ酸塩プレート(Southern Clay Products製Cloisite 10A)を5重量%添加したものを一軸押出機に供給した。285℃で溶融後、濾過フィルターを経た後、分割・積層回数12の多層フィードブロック(EDI製マルチプライヤー)を通過させ多層化した後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み300μm、理論層数4096層のシートを得た。表2に詳細を示した。
(比較例6)
ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET、東洋紡製RE530)を一軸押出機に供給した。285℃で溶融後、濾過フィルターを経た後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、タッチロールで押さえ付けて急冷し、厚み500μmのシートを得た。これをバッチ式同時二軸延伸機を用いて、100℃で縦2倍、横2倍に延伸後、200℃で熱固定し、厚み100μmのシートを得た。表2に詳細を示した。
(比較例7)
東洋紡製ポリエステルフィルム(E5100、50μm)を使用した。表2に詳細を示した。
比較例6は理論層厚みが0.5μm以下の多層積層構造を有さない、単層シートである。比較例6では耐熱性を得ようと200℃で成形すると、成型時に容器が変形して成型性が不良であった。
比較例7は市販のポリエチレンテレフタレートフィルムの場合である。成型温度をフィルムが軟化する200℃で成形すると、成形時に容器が変形して成形性が不良であった。
(実施例5)
ポリブチレンテレフタレート樹脂(三菱エンジニアリングプラスチックス製NV5020)を一軸押出機に供給した。240℃で溶融押出し、濾過フィルターを経た後、分割・積層回数10の多層フィードブロック(ノードソンEDI製マルチプライヤー)を通過させ多層化した後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み250μm、理論層数1024層のシートを得た。表2に詳細を示した。
(実施例6)
ナイロン6樹脂(東洋紡製T800)を一軸押出機に供給した。270℃で溶融押出し、濾過フィルターを経た後、10エレメントのスタティックミキサーを通過させ多層化した後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み250μm、理論層数1024層のシートを得た。表2に詳細を示した。
(実施例7)
樹脂組成物Aとしてポリプロピレン樹脂(住友化学製FS2011DG3)とポリプロピレン樹脂(住友化学製FLX80E4)の重量比10/90の混合物、樹脂組成物Bとしてポリプロピレン樹脂(住友化学製FS2011DG3)を使用した。樹脂組成物Aと樹脂組成物Bとを各々個別に、一軸押出機に供給し250℃で溶融し濾過フィルターを通過させた。その後、樹脂組成物A/樹脂組成物B=50/50の比率(重量比)になるように合流させ、次いで12エレメントのスタティックミキサーを通過させ多層化した後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み250μm、理論層数4096層のシートを得た。表3に詳細を示した。
(実施例8)
樹脂組成物Aとしてポリエチレンテレフタレート樹脂(PET、東洋紡製RE530)に有機変性マグネシウムアルミニウムケイ酸塩プレート(Southern Clay Products製 Cloisite 10A)を5%添加したもの、樹脂組成物Bとしてポリエチレンテレフタレート樹脂(PET、東洋紡製RE530)を使用した。樹脂組成物Aと樹脂組成物Bとを各々個別に、一軸押出機に供給し285℃で溶融し濾過フィルターを通過させた。その後、樹脂組成物A/樹脂組成物B=40/60の比率(重量比)になるようにフィードブロックで積層した。その後に、分割・積層回数12の多層フィードブロック(EDI製マルチプライヤー)を通過させ多層化した後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み300μm、理論層数4096層のシートを得た。表3に詳細を示した。
(実施例9)
樹脂組成物AとしてMXD系ナイロン樹脂(東洋紡製T600)、樹脂組成物Bとしてポリエチレンテレフタレート樹脂(PET、東洋紡製RE530)を使用した。樹脂組成物Aと樹脂組成物Bとを各々個別に、一軸押出機に供給し285℃で溶融し濾過フィルターを通過させた。その後、樹脂組成物A/樹脂組成物B=70/30の比率(重量比)になるようにフィードブロックで積層した。その後に、分割・積層回数12の多層フィードブロック(EDI製マルチプライヤー)を通過させ多層化した後、Tダイでシート状に押し出した。25℃の冷却ロールにキャストし、厚み300μm、理論層数4096層のシートを得た。表3に詳細を示した。
本発明によれば、透明樹脂シートであって、加熱成型した後も透明性が高くなおかつ耐熱性にも優れる成型品を製造することが可能な透明樹脂シートを、汎用のキャスティング設備で製膜することが可能となる。また、本発明の熱可塑性樹脂組成物シートを加熱成型して得られる成型品は、耐熱性と透明性に優れ、例えば電子レンジによる加熱が可能な食品容器等に広く用いることができる。

Claims (9)

  1. 下記工程(1)、工程(2)、工程(3)を少なくとも有する、シート厚みが10〜1000μmであり、シート厚みを理論積層数で除した理論層厚みが0.5μm以下である、熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法。
    工程(1);結晶化速度が0.9min−1以上3.0min−1以下である熱可塑性樹脂組成物Aを溶融し、溶融流体A1を形成する。
    工程(2);前記溶融流体A1からなる理論積層数200以上の積層流体A2を形成する。
    工程(3);前記積層流体A2をダイスから吐出し、冷却ロールに接触させて固化させる。
  2. 下記工程(1A)、工程(1B)、工程(2)、工程(3)を少なくとも有する、シート厚みが10〜1000μmであり、シート厚みを理論積層数で除した理論層厚みが0.5μm以下である、熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法。
    工程(1A);結晶化速度が0.9min−1以上3.0min−1以下である熱可塑性樹脂組成物Aを溶融し、溶融流体A1を形成する。
    工程(1B);熱可塑性樹脂組成物Aの結晶化速度以下の結晶化速度を有する熱可塑性樹脂組成物Bを溶融し、溶融流体Bを形成する。
    工程(2);前記溶融流体A1と前記溶融流体B1からなる理論積層数200以上の積層流体AB2を形成する。
    工程(3);前記積層流体AB2を、ダイスから吐出し、冷却ロールに接触させて固化させる。
  3. 前記工程(2)における積層流体の形成の少なくとも一部が、スタティックミキサーに熱可塑性樹脂組成物を通過させることによって行われることを特徴とする、請求項1または2に記載の熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法。
  4. 前記工程(2)における積層流体の形成の少なくとも一部が、多層フィードブロックあるいは多層マニホールドに熱可塑性樹脂組成物を通過させることによって行われることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物シートの製造方法。
  5. 請求項1〜4のいずれかの製造方法によって得られた熱可塑性樹脂組成物シートを加熱成型する工程を有する、成型品の製造方法。
  6. ヘイズが0.1〜20%であり、昇温結晶化温度において10分間加熱した際のヘイズ(単位:%)の上昇が10ポイント以下である、熱可塑性樹脂組成物シート。
  7. 面配向係数ΔPが0〜0.01である請求項6記載の熱可塑性樹脂組成物シート。
  8. 請求項6または7に記載の熱可塑性樹脂組成物シートを加熱成型して得られた成形品。
  9. 請求項6または7に記載の熱可塑性樹脂組成物シートを加熱成型して得られた食品容器。
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