JP2022072782A - 容器用部材及びその製造方法、並びに容器用キャップ及び容器本体 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡によって軽量化が図られているとともに、優れた密封性を実現できる容器用部材の製造方法を提供する。【解決手段】本開示に係る容器用部材の製造方法は、（Ａ）樹脂材料を含む第一の溶融樹脂組成物を金型のキャビティ内に射出する工程と、（Ｂ）上記（Ａ）工程を経て得られた成形体を金型のキャビティ内に配置した状態で、樹脂材料と、超臨界流体とを含む第二の溶融樹脂組成物を当該キャビティ内に射出する工程と、（Ｃ）当該キャビティ内において、圧力の低下によって第二の溶融樹脂組成物を発泡させる工程とを含む。上記（Ｃ）工程を経て得られる容器用部材は、第一の溶融樹脂組成物の硬化物からなる緻密層と、第二の溶融樹脂組成物の硬化物からなり且つ超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡層とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、容器用部材及びその製造方法、並びに容器用キャップ及び容器本体に関する。

近年、プラスチック成形品が身の回りのあらゆる日用品や工業製品に用いられている。プラスチック成形品の品質向上及びコストダウンによる汎用化が進み、プラスチック成形品の需要が高まっている。一方、海洋プラスチックごみ問題にみられるようにマイクロプラスチックによって環境汚染に影響を与えることが注目されるようになり、脱プラスチック運動やプラスチック製品の使用を控える風潮が高まっている。

食品や日用品の用途における使い捨てのプラスチック容器については、ユーザーから少しでも石油由来のプラスチック使用量を少なくできないかという要望が強くなってきている。このような要望に対し、原料の一部に植物由来の樹脂を使用する、再生プラスチック材を活用する、寸法や形状の工夫によってプラスチック使用量を削減するなどの取り組みがなされている。

プラスチック成形品を軽量化する手段として発泡成形が知られている。発泡成形は化学発泡成形と物理発泡成形に大別できる。化学発泡成形は発泡剤を使用するものであり、物理発泡成形は超臨界状態の流体を使用するもの（以下、「超臨界流体成形」という。）である。化学発泡成形は発泡剤の環境への悪誘響の懸念、金型の汚染等の課題がある。超臨界流体成形にはこのような懸念がない。超臨界流体成形は、従来、自動車部品成形や事務用機器類などの比較的大型の工業製品に適用されてきた。近年、超臨界流体の生成技術及び樹脂組成物への混練技術の向上に伴い、ハイサイクルな射出成形に超臨界流体成形を適用することが検討されている。特許文献１～３は超臨界流体成形によって製造される食品用容器を開示している。

特許６０８５７２９号公報 特許６４３０６８４号公報 特開２０２０－０４０６９０号公報

本発明者らは、超臨界流体成形の適用範囲を広げるべく、種々の金型を利用し、種々の超臨界流体成形を実施した。その結果、発泡の程度を高めるにしたがって、成形体の表面に微小なヒケや発泡痕（スワールマーク）などの欠陥が生じやすいことを見出した。微細であるものの、表面に欠陥がある容器用部材を使用して容器を構成した場合、内容部の種類によっては液漏れやエアリークが生じ得る。

本開示は、発泡によって軽量化が図られているとともに、優れた密封性を実現できる容器用部材及びその製造方法を提供する。また、本開示は、発泡によって軽量化が図られているとともに、優れた密封性を実現できる容器用キャップ及び容器本体を提供する。

本開示の一側面は容器用部材の製造方法に関する。この製造方法は、（Ａ）樹脂材料を含む第一の溶融樹脂組成物を金型のキャビティ内に射出する工程と、（Ｂ）上記（Ａ）工程を経て得られた成形体を金型のキャビティ内に配置した状態で、樹脂材料と、超臨界流体とを含む第二の溶融樹脂組成物を当該キャビティ内に射出する工程と、（Ｃ）当該キャビティ内において、圧力の低下によって第二の溶融樹脂組成物を発泡させる工程とを含み、上記（Ｃ）工程を経て得られる容器用部材は、第一の溶融樹脂組成物の硬化物からなる緻密層と、第二の溶融樹脂組成物の硬化物からなり且つ超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡層とを備える。

（Ｃ）工程を経て得られる容器用部材は、他の部材とともに容器を構成する。例えば、容器用部材が容器用キャップである場合、他の部材は内容物を収容する容器本体である。容器用部材が、開口部の周縁にフランジ部が設けられた容器本体である場合、他の部材はこのフランジ部に当接する蓋材である。

上記（Ａ）工程で形成される緻密層は、当該容器用部材とともに容器を構成する他の部材に対する当接部を有する。この当接部が緻密層で構成する。したがって、（Ｃ）工程を経て形成される発泡層の表面に、発泡に起因するヒケや発泡痕などの外観上の欠陥が生じていても優れた密封性を実現できる。

緻密層は、発泡層の面の少なくとも一部と接しており、緻密層と発泡層の界面が凹凸を有することが好ましい。これらの層の界面における凹凸は、これらの層の密着力の向上に寄与し得る。当該界面に意図的に凹凸を設けてもよい。

発泡層は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、貫通孔に第一の樹脂材料が充填されていてもよい。この貫通孔に第一の樹脂材料が充填されていることで、容器用部材の表面に第一の樹脂材料からなる部分（緻密層）を部分的に露出させることができる。例えば、平面視における貫通孔の形状を商品のロゴ等にすることによって、発泡層と質感、光沢感又は色合いが異なるロゴ等を容器用部材の表面に設けることができる。また、発泡層における貫通孔及びこれに充填された第一の樹脂材料は、緻密層と発泡層の密着力の向上に寄与し得る。

本開示に係る容器用部材の一例として、液体などを収容する容器用のキャップが挙げられる。本開示に係る容器用キャップは、内面側にインナーリング部を有する天面部と、天面部から遠ざかる方向に天面部の周縁部から延在する側面部とを備え、第一の樹脂材料からなり且つインナーリング部を含む緻密層と、第二の樹脂材料からなり且つ超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡層とを備える。インナーリング部は、容器本体の開口部に嵌合する部分である。インナーリング部が緻密層で構成されているため、優れた密封性を実現することができる。

本開示に係る容器用部材の他の例として、蓋材とともに容器を構成する容器本体が挙げられる。本開示に係る容器本体は、開口部と、第一の樹脂材料からなり且つ開口部の周縁に設けられたフランジ部を構成するとともに当該容器本体の内面を構成する緻密層と、第二の樹脂材料からなり且つ超臨界流体に由来する複数の空隙を有するとともに当該容器本体の外面を構成する発泡層とを備える。フランジ部は、上記蓋材が当接する部分である。例えば、ヒートシールによってフランジ部に蓋材は貼り付けることで容器の密封性が確保される。フランジ部が緻密層で構成されているため、優れた密封性を実現することができる。

本開示において、発泡層及び緻密層は同系の樹脂材料からなることが好ましい。これらの層が同系の樹脂材料であることで、上記の容器用部材、容器用キャップ及び容器本体のモノマテリアル化を実現でき、樹脂材料のリサイクルの促進に寄与できる。

本開示によれば、発泡によって軽量化が図られているとともに、優れた密封性を実現できる容器用部材及びその製造方法が提供される。また、本開示によれば、発泡によって軽量化が図られているとともに、優れた密封性を実現できる容器用キャップ及び容器本体が提供される。

図１は本開示に係る容器用キャップの一実施形態を模式的に示す断面図である。 図２は図１に示す容器用キャップにおける緻密層と発泡層の界面を模式的に示す断面図である。 図３（ａ）は本開示に係る容器用キャップの他の実施形態を模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ－ｂ線における断面図である。 図４は本開示に係る容器本体の一実施形態を模式的に示す断面図である。

以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。ここでは、容器用部材の例として容器用キャップ（スクリューキャップ）を挙げて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

＜容器用キャップ及びその製造方法＞
図１は本実施形態に係る容器用キャップを模式的に示す断面図である。この図に示す容器用キャップ１０（以下、場合により単に「キャップ１０」という。）は以下の工程を経て製造される。
（Ａ）樹脂材料を含む第一の溶融樹脂組成物を金型のキャビティ内に射出する工程。
（Ｂ）上記（Ａ）工程を経て得られた成形体を金型のキャビティ内に配置した状態で、樹脂材料と、超臨界流体とを含む第二の溶融樹脂組成物を当該キャビティ内に射出する工程。
（Ｃ）当該キャビティ内において、圧力の低下によって第二の溶融樹脂組成物を発泡させる工程。
この方法によって製造されるキャップ１０は、第一の溶融樹脂組成物の硬化物（第一の樹脂材料）からなる緻密層Ｌ１と、第二の溶融樹脂組成物の硬化物（第二の樹脂材料）からなり且つ超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡層Ｌ２とを備える。なお、（Ｂ）工程から（Ｃ）工程の一連の工程は、例えば、ＭｕＣｅｌｌ射出成形機（「ＭｕＣｅｌｌ」はＴｒｅｘｅｌ.Ｃｏ.Ｌｔｄの登録商標）を使用して実施できる（特許文献１，２参照）。

キャップ１０は、スクリューキャップと称されるものである。キャップ１０は、天面部１と、天面部１の周縁部から垂下する側面部２とを備える。天面部１の内側表面には、容器本体の開口部の内側に嵌合するインナーリング部１ａが設けられている。側面部２の内側には容器本体の開口部のネジ山（不図示）に対応するネジ山２ａが設けられている。

キャップ１０の肉厚は、例えば、１～２ｍｍである。ここでいうキャップ１０の肉厚は、緻密層Ｌ１（インナーリング部１ａ及びネジ山２ａが設けられている部分は除く）の厚さと、発泡層Ｌ２の厚さの合計を意味する。緻密層Ｌ１（インナーリング部１ａ及びネジ山２ａが設けられている部分は除く）の厚さは、例えば、０．３～０．７ｍｍであり、０．４～０．６ｍｍであってもよい。緻密層Ｌ１がこの程度の厚さを有することで、キャップ１０の強度を十分に確保することができる。発泡層Ｌ２の厚さは、例えば、０．３～１．７ｍｍであり、０．４～１．６ｍｍ又は０．５～１．５ｍｍであってもよい。発泡層Ｌ２がこの程度の厚さを有することで、発泡による軽量化の効果を十分に得ることができる。なお、キャップ１０の肉厚を２ｍｍよりも厚くした場合、緻密層Ｌ１及び発泡層Ｌ２は上記の上限値よりも厚くしてもよい。

図２はキャップ１０における緻密層Ｌ１と発泡層Ｌ２の界面を模式的に示す断面図である。図２に示すように、緻密層Ｌ１と発泡層Ｌ２の界面Ｆは凹凸を有してもよい。このような凹凸は、緻密層Ｌ１又は発泡層Ｌ２にリブ形状を意図的に設けたり、金型表面にシボ加工を施すことによって形成することができる。界面Ｆの表面積を増大させることで、緻密層Ｌ１と発泡層Ｌ２の密着力（溶着強度）をより一層向上し得る。

緻密層Ｌ１及び発泡層Ｌ２は同系の樹脂材料からなるものであっても、異種の樹脂材料からなるものであってもよい。キャップ１０のリサイクル促進の観点からすると、緻密層Ｌ１及び発泡層Ｌ２は同系の樹脂材料からなることが好ましい。すなわち、緻密層Ｌ１の材料がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である場合、発泡層Ｌ２の材料もＰＥＴであることが好ましい。緻密層Ｌ１の材料がＰＰ（ポリプロピレン）である場合、発泡層Ｌ２の材料もＰＰであることが好ましい。緻密層Ｌ１の材料がＰＥ（ポリエチレン）である場合、発泡層Ｌ２の材料もＰＥであることが好ましい。なお、二色成形により、緻密層Ｌ１の色は発泡層Ｌ２の色と異なっていてもよい。

以下、キャップ１０の製造方法の各工程について説明する。

［（Ａ）工程］
樹脂材料を含む第一の溶融樹脂組成物を金型のキャビティ内に射出することによって、成形体を作製する。この成形体は、キャップ１０における緻密層Ｌ１となる。（Ａ）工程は通常の射出成形で実施できる。

［（Ｂ）工程］
まず、樹脂材料と、超臨界流体とを含む溶融樹脂組成物を調製する。樹脂材料として、ポリプロピレン樹脂及びポリエチレン樹脂が挙げられる。超臨界流体としては、二酸化炭素、窒素、アルゴン及びヘリウムが挙げられる。本発明者らの検討によると、超臨界流体が二酸化炭素である場合、樹脂材料１００質量部に対して、好ましくは１～４質量部、より好ましくは２～３質量部の超臨界状態の二酸化炭素を添加して溶融樹脂組成物を調製する。溶融樹脂組成物の二酸化炭素含有量が１質量部以上であることで、天面部１の全体に十分に均一の発泡層を形成しやすいとともに発泡による軽量化を実現し得る傾向にある。一方、溶融樹脂組成物の二酸化炭素含有量を４質量部以下であることで、過剰な発泡を抑制し得る傾向にある。

超臨界流体が窒素である場合、樹脂材料１００質量部に対して、好ましくは０．１～１．２質量部、より好ましくは０．３～０．７質量部の超臨界状態の窒素を添加して溶融樹脂組成物を調製する。溶融樹脂組成物の窒素含有量が０．５質量部以上であることで、発泡層Ｌ２の全体に十分に均一の発泡層を形成しやすいとともに発泡による軽量化を実現し得る傾向にある。一方、溶融樹脂組成物の窒素含有量を１．０質量部以下であることで、過剰な発泡を抑制し得る傾向にある。

使用する樹脂材料がポリプロピレン樹脂である場合、溶融樹脂組成物の温度（スクリューシリンダ温度）は、２１０～２３０℃程度であることが好ましい。使用する樹脂材料がポリエチレン樹脂である場合、この温度は２２０～２４０℃程度であることが好ましい。この温度が下限値以上であることで、キャビティ内において樹脂が流動しやすく、他方、下限値以下であることで、例えば、樹脂の焦げ付きを抑制できる傾向にある。

溶融樹脂組成物は、樹脂材料及び超臨界流体以外の成分を含んでもよい。すなわち、溶融樹脂組成物は、必要に応じて、例えば、フィラー、着色剤、帯電防止剤、酸化防止剤などを更に含んでもよい。本実施形態によれば、発泡に由来する空隙によって、天面部１を白色にすることができるため、溶融樹脂組成物は、白色顔料の含有量が溶融樹脂組成物の質量基準で２質量％以下であってもよく、白色顔料を含まないものであってもよい。

上記（Ａ）工程を経て得られた成形体（緻密層Ｌ１）の表面の一部を覆うように、発泡層Ｌ２を形成する。この工程は、超臨界流体を利用したインサート成形によって実施できる。すなわち、上記（Ａ）工程を経て得られた成形体を金型のキャビティ内に配置した状態で、溶融樹脂組成物を金型のゲートを通じてキャビティ内に射出する。

溶融樹脂組成物がキャビティ内に導入されると、圧力の低下によって気泡セルが成長して独立した気泡が樹脂組成物内に発生する。射出速度は、１００～３００ｍｍ／秒であることが好ましく、１５０～２００ｍｍ／秒であることがより好ましい。射出速度が１００ｍｍ／秒以上であることで、流動末端まで樹脂を到達させやすく、ショートショットの発生を抑制できる傾向にある。他方、射出速度が３００ｍｍ／秒以下であることで、キャップ１０にバリ不良が発生することを抑制できる傾向にある。本発明者らの検討によると、樹脂材料がポリエチレン樹脂であり、超臨界流体が窒素である場合、射出速度は、多段的に設定することが好ましい。すなわち、射出速度の初速を２５０～３００ｍｍ／秒とし、二段目速度として１５０～２００ｍｍ／秒に減速することがより好ましい。

本実施形態においては、キャビティ内において発泡を十分に促進させる観点から、キャビティ内に溶融樹脂組成物を充填した後、キャビティ内に圧力をかける工程（保圧）を実施しなくてよい。本実施形態においては、十分に薄い発泡層Ｌ２を形成する観点から、キャビティ内の圧力を低下させるための「コアバック」と称される工程を実施しないことが好ましい。コアバックは、キャビディに充填された溶融樹脂が固化し終わる前に、金型の可動部を移動させてキャビディの容積を拡大させる工程である（特許文献１参照）。本実施形態においては、上述のとおり、溶融樹脂組成物がキャビティ内に導入されることに伴う圧力低下により、キャビティにおいて発泡を生じさせることができる。

キャップ１０の温度が３０～６０℃程度に下がった時点で、キャップ１０を金型から回収する。発泡に由来する空隙を有する発泡層Ｌ２が形成されていることで、軽量化が図られ、プラスチック材料の使用量が削減されている。空隙が形成されていることで、空隙が形成されていない成形体（通常の射出成形体）と比較して、３質量％以上の軽量化が図られていることが好ましい。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、発泡層Ｌ２が厚さ方向に貫通する貫通孔５を有し、緻密層Ｌ１を構成する第一の樹脂材料が貫通孔５に充填されていてもよい。貫通孔５に第一の樹脂材料が充填されていることで、容器用キャップ２０の表面に第一の樹脂材料からなる部分（緻密層Ｌ１）を部分的に露出させることができる。図３（ａ）に示すように、平面視における貫通孔５ａ，５ｂ、５ｃの形状を商品のロゴ（図３（a）の「ＡＢＣ」はロゴを示す。）にすることによって、発泡層Ｌ２と質感、光沢感又は色合いが異なるロゴを容器用キャップ２０の表面に設けることができる。また、発泡層Ｌ２における貫通孔５及びこれに充填された第一の樹脂材料は、緻密層Ｌ１と発泡層Ｌ２の密着力の向上に寄与し得る。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、意匠性の観点から、天面部１の中央部に設けられた凹部１ｂの表面にロゴ（ＡＢＣ）が表示されるようにしてもよい。

上記実施形態においては、容器用部材の例として容器用キャップを挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態に係る製造方法によって、打栓式キャップ、トレー、カップなどの包装容器を製造してもよい。なお、包装容器の内容物は食品であってもよいし、非食品であってもよい。図４は、蓋材とともに容器を構成するカップ（容器本体）を模式的に示す断面図である。この図に示すカップ３０は、緻密層Ｌ１と発泡層Ｌ２とによって構成されている。緻密層Ｌ１は開口部１１の周縁に設けられたフランジ部１２を構成するとともにカップ３０の内面を構成している。発泡層Ｌ２はカップ３０の外面を構成している。フランジ部１２は、蓋材１５に対する当接部である。フランジ部１２が緻密層Ｌ１で構成されているため、優れた密封性を実現することができる。カップ３０と蓋材１５とで構成される容器は、プリンやゼリーなどの収容した状態で販売される。

カップ３０の肉厚は、例えば、１～２ｍｍである。ここでいうカップ３０の肉厚は、緻密層Ｌ１（フランジ部１２は除く）の厚さと、発泡層Ｌ２の厚さの合計を意味する。緻密層Ｌ１（フランジ部１２は除く）の厚さは、例えば、０．３～０．７ｍｍであり、０．４～０．６ｍｍであってもよい。緻密層Ｌ１がこの程度の厚さを有することで、カップ３０の強度を十分に確保することができる。発泡層Ｌ２の厚さは、例えば、０．３～１．７ｍｍであり、０．４～１．６ｍｍ又は０．５～１．５ｍｍであってもよい。発泡層Ｌ２がこの程度の厚さを有することで、発泡による軽量化の効果を十分に得ることができる。なお、カップ３０の肉厚を２ｍｍよりも厚くした場合、緻密層Ｌ１及び発泡層Ｌ２は上記の上限値よりも厚くしてもよく、カップ３０の肉厚を１ｍｍよりも薄くした場合、緻密層Ｌ１及び発泡層Ｌ２は上記の下限値よりも薄くしてもよい。

上記実施形態においては、容器用キャップの全体が緻密層Ｌ１と発泡層Ｌ２の二層構造である場合を例示したが、例えば、インナーリング部１ａとその周辺のみを緻密層Ｌ１と発泡層Ｌ２の二層構造としてもよい。その他の部分は、超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡樹脂体であればよく、更なる軽量化の効果が得られる。

１…天面部、１ａ…インナーリング部、１ｂ…凹部、２…側面部、２ａ…ネジ山、５ａ，５ｂ、５ｃ…貫通孔、１０，２０…容器用キャップ（容器用部材）、１１…開口部、１２…フランジ部、１５…蓋材、３０…カップ（容器本体、容器用部材）、Ｆ…界面、Ｌ１…緻密層、Ｌ２…発泡層。

Claims (7)

1. （Ａ）樹脂材料を含む第一の溶融樹脂組成物を金型のキャビティ内に射出する工程と、
   （Ｂ）前記（Ａ）工程を経て得られた成形体を金型のキャビティ内に配置した状態で、樹脂材料と、超臨界流体とを含む第二の溶融樹脂組成物を当該キャビティ内に射出する工程と、
   （Ｃ）当該キャビティ内において、圧力の低下によって前記第二の溶融樹脂組成物を発泡させる工程と、
   を含み、
   前記（Ｃ）工程を経て得られる容器用部材は、前記第一の溶融樹脂組成物の硬化物からなる緻密層と、前記第二の溶融樹脂組成物の硬化物からなり且つ超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡層とを備える、容器用部材の製造方法。
2. 第一の樹脂材料からなる緻密層と、
   第二の樹脂材料からなり且つ超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡層と、
   を備え、
   前記緻密層は、当該容器用部材とともに容器を構成する他の部材に対する当接部を有する容器用部材。
3. 前記緻密層は、前記発泡層の面の少なくとも一部と接しており、
   前記緻密層と前記発泡層の界面が凹凸を有する、請求項２に記載の容器用部材。
4. 前記発泡層は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記貫通孔に前記第一の樹脂材料が充填されている、請求項２又は３に記載の容器用部材。
5. 前記緻密層及び前記発泡層が同系の樹脂材料からなる、請求項２～４のいずれか一項に記載の容器用部材。
6. 内面側にインナーリング部を有する天面部と、
   前記天面部から遠ざかる方向に前記天面部の周縁部から延在する側面部と、
   を備える容器用キャップであって、
   第一の樹脂材料からなり且つ前記インナーリング部を含む緻密層と、
   第二の樹脂材料からなり且つ超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡層と、
   を備える、容器用キャップ。
7. 蓋材とともに容器を構成する容器本体であって、
   開口部と、
   第一の樹脂材料からなり且つ前記開口部の周縁に設けられたフランジ部を構成するとともに当該容器本体の内面を構成する緻密層と、
   第二の樹脂材料からなり且つ超臨界流体に由来する複数の空隙を有するとともに当該容器本体の外面を構成する発泡層と、
   を備える、容器本体。

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