JP2022083097A - 成形体及びその製造方法、並びに、キャップ、容器本体及び容器 - 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、表面に文字や記号が印刷されても、その読取性に優れる成形体の製造方法を提供する。【解決手段】本開示に係る成形体の製造方法は、（Ａ）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工程と、（Ｂ）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、（Ｃ）キャビティ内において、圧力の低下によって溶融樹脂組成物を発泡させる工程と、（Ｄ）発泡に由来する複数の空隙を有する発泡層を備える成形体を金型から回収する工程と、（Ｅ）成形体の表面に印刷を施す工程とを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、成形体及びその製造方法、並びに、キャップ、容器本体及び容器に関する。

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。

例えば、食品等を収容する容器やキャップもプラスチック材料で構成されているものがある。食品等を収容する容器に、消費期限や有効期限を印字する技術が知られている。特許文献１は、有効期限が表示された樹脂缶を開示している（特許文献１の図３参照）。特許文献２は、黒色顔料を含有する樹脂から構成されたキャップにレーザを照射して印字する方法を開示している。

特開２００１－３４８０７０号公報 特開２０１７－２２６１９６号公報

プラスチック材料が透明である場合、プレスチック材料の表面に印字ができなかったり、できたとしても読取性が不十分となりやすいため、プラスチック材料を着色する必要があった。

ところで、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。例えば、特許６０８５７２９号公報（以下「特許文献３」という。）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。

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て超臨界流体成形を実施した。その結果、成形体の内部に形成される空隙によって成形体が白色になることを見出した。

本開示は、発泡によって軽量化が図られているとともに、表面に文字や記号が印刷されても、その読取性に優れる成形体及びその製造方法を提供する。また、本開示は、印刷の読取性に優れるキャップ、容器本体及び容器を提供する。

本開示の一側面は成形体の製造方法に関する。この製造方法は、（Ａ）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工程と、（Ｂ）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、（Ｃ）キャビティ内において、圧力の低下によって溶融樹脂組成物を発泡させる工程と、（Ｄ）発泡に由来する複数の空隙を有する発泡層を備える成形体を金型から回収する工程と、（Ｅ）成形体の表面に印刷を施す工程とを含む。

本発明者らの検討によると、空隙の大きさは射出成形体の厚さに依存する。すなわち、射出成形体の厚い領域には大きい空隙が形成され、薄い領域には小さい空隙が形成される。例えば、成形体が厚さ０．８～１．３ｍｍの部分を有する場合、例えば、平均直径３０～５０μｍの空隙を成形体の当該部分に安定的に形成することができる。空隙は小さいほど光の乱反射効果が高いため、平均直径が上記範囲の空隙によって当該部分をムラなく鮮やかに白化させることができる。

本開示の一側面は成形体に関する。この成形体は、超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡層と、発泡層を含む部分であって当該部分の表面に印刷が施されている印刷部とを備える。この成形体は、上述の成形体の製造方法によって製造することができる。この成形体は、発泡によって軽量化が図られている。成形体の印刷部は厚さ０．８～１．３ｍｍであることが好ましい。当該部分は、上述のとおり、ムラなく鮮やかに白化しやすいため、当該部分に印刷された文字や記号は読取性に優れる。

本開示において、上記成形体は、例えば、キャップ、容器本体及び／又は容器である。すなわち、キャップ及び容器本体の少なくとも一方が上記成形体からなるものであってもよい。容器の態様は、例えば、キャップと、キャップによって塞がれる開口部を有する容器本体とを備えるものであればよい。キャップ及び容器本体は同系の樹脂材料からなることが好ましい。キャップ及び容器本体が同系の樹脂材料であることで、容器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、表面に文字や記号が印刷されても、その読取性に優れる成形体及びその製造方法が提供する。また、本開示によれば、印刷の読取性に優れるキャップ、容器本体及び容器が提供される。

図１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。 図２は図１に示す容器本体の底面図である。 図３はキャップと、容器本体とを備える容器の一例を模式的に示す断面図である。 図４はタンパーエビデンスキャップを備えるペットボトルの一例を模式的に示す側面図である。

以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。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。

＜成形体及びその製造方法＞
図１は本実施形態に係る成形体を模式的に示す断面図である。図２は図１に示す成形体の底面図である。これらの図に示す成形体１０は以下の工程を経て製造される。
（Ａ）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工程。
（Ｂ）溶融樹脂組成物を金型のキャビティ内に射出する工程。
（Ｃ）キャビティ内において、圧力の低下によって溶融樹脂組成物を発泡させる工程。
（Ｄ）金型から成形体１０を回収する工程。
（Ｅ）成形体１０の表面に印刷を施す工程。
この方法によって製造される成形体１０は、発泡に由来する複数の空隙を有する発泡層１ａを備える（図１における拡大図参照）。なお、（Ａ）工程から（Ｄ）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３参照）。

成形体１０は、底部１と、側部２とを有する容器本体である。成形体１０は、キャップ５とともに、容器２０を構成する（図３参照）。底部１は、発泡に由来する複数の空隙を有する発泡層１ａと、発泡層１ａを覆うとともに底部１の表面（外面及び内面）をなすスキン層１ｂ，１ｂとを有する。なお、プラスチック材料の使用量削減の観点から、底部１に加えて、側部２も発泡層を含むことが好ましい。

底部１は印刷部３を有する（図２参照）。印刷部３は底部１の一部であって、その外表面に印刷が施されている部分である。印刷部３の厚さ（図１に示す厚さＴ）は、好ましくは０．８～１．３ｍｍであり、より好ましくは０．９～１．２ｍｍである。印刷部３の厚さ上記範囲であると、印刷部３がムラなく鮮やかに白化しやすいため、容器に収容されている内容物によらず、印刷部３における文字や記号は読取性に優れる。印刷される情報の例として、消費期限、製造年月日、工場名などが挙げられる。図２は成形体１０の底面に消費期限が印字された態様を図示したものである。

以下、成形体１０の製造方法の各工程について説明する。

［（Ａ）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、窒素、二酸化炭素、アルゴン及びヘリウムが挙げられる。例えば、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０．１～２．０質量部、より好ましくは０．５～１．０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、成形体１０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２．０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１７０～１９０℃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、成形体１０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。

［（Ｂ）工程及び（Ｃ）工程］
（Ａ）工程で調製した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、５～３５ｍｍ／秒であることが好ましく、７．５～２０ｍｍ／秒であることがより好ましい。射出速度が７．５ｍｍ／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３５ｍｍ／秒以下であることで、成形体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、十分に薄い成形体１０を得る観点から、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３参照）。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。

［（Ｄ）工程］
成形体１０の温度が３０～６０℃程度に下がった時点で、成形体１０を金型から回収する。発泡に由来する空隙が成形体１０に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、５質量％以上の軽量化が図られていることが好ましい。また、成形体１０の表面に微小なヒケや発泡痕（スワールマーク）などの外観上の欠陥が認められないことが好ましい。

［（Ｅ）工程］
成形体１０における発泡層を含む部分に印刷を施す。本実施形態においては、図２に示されたように、成形体１０の底面に、製品（内容物）の消費期限を印刷する。インクジェットプリンタなどの印刷方法により、成形体１０の表面にインキを付着させて印刷を行うことができる。レーザーマーカーなどによって成形体１０の表面に印字を行ってもよい。

＜容器＞
図３は成形体１０を容器本体として備える容器の一例を模式的に示す断面図である。この図に示す容器２０は、スクリュー式のキャップ５と、キャップ５によって塞がれる開口部１１を有する成形体１０（容器本体）とを備える。キャップ５は、樹脂製であってもよいし、樹脂以外の材質（例えば、ガラス）からなるものであってもよい。キャップ５が樹脂製である場合、キャップ５は通常の射出成形によって製造されたものであってもよい。

容器２０のリサイクル促進の観点から、成形体１０及びキャップ５は同系の樹脂材料からなることが好ましい。すなわち、成形体１０の材料がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である場合、キャップ５の材料もＰＥＴであることが好ましい。成形体１０の材料がＰＰ（ポリプロピレン）である場合、キャップ５の材料もＰＰであることが好ましい。成形体１０の材料がＰＥ（ポリエチレン）である場合、キャップ５の材料もＰＥであることが好ましい。

キャップ５は超臨界流体成形よって製造されたものであってもよい。この場合、キャップ５の側面や上面に印刷部３を設けてもよい。超臨界流体成形よってキャップ５を製造した場合、容器本体を通常の射出成形によって製造してもよい。なお、スクリュー式のキャップ５の代わりに、ヒンジ式のキャップを採用し、例えば、多数のタブレットタイプのガムを収容できるプラスチック製のボトルを構成してもよい。

図４は、タンパーエビデンスキャップを備えるペットボトルの一例を模式的に示す側面図である。この図に示すタンパーエビデンスキャップ３０は超臨界流体成形よって製造されたものである。タンパーエビデンスキャップ３０は、キャップ６と、印刷部３を有するタンパー７と、キャップ６とタンパー７の連結部８とを備える。なお、キャップ６が印刷部３を有してもよい。

＜成形体の試作＞
（試作例）
以下の樹脂材料を使用して超臨界流体成形によって成形体を作製した。
［樹脂材料］
・ポリエチレン（ＮＵＣ株式会社製、ＮＵＣ８００９、ＬＤＰＥ、メルトフローレート：９ｇ／１０分）
［成形体の構成］
・最も肉薄の部分の厚さ：１．０ｍｍ
・最も肉厚の部分の厚さ：２．９５ｍｍ

上記樹脂材料１００質量部に対して１．０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した。この溶融樹脂組成物を使用して上記構成の成形体を作製した。射出速度は７．５ｍｍ／秒とした。なお、本試作例ではＭｕＣｅｌｌ射出成形機（「ＭｕＣｅｌｌ」はＴｒｅｘｅｌ.Ｃｏ.Ｌｔｄの登録商標）を使用した。樹脂材料に白色顔料を配合しなかったものの、発泡に起因にする微細な空隙によって成形体を白色とすることができた。成形体の表面にスワールマークが認められたものの、外観は良好であった。

（比較例）
超臨界流体成形の代わりに、通常の射出成形によって成形体を作製した。樹脂材料に白色顔料を配合しなかったため、比較例に係る成形体は半透明であった。

試作例に係る成形体の重量は０．９５ｇであったのに対し、比較例に係る成形体の重量は１．０ｇであった。超臨界流体成形を採用したことで、比較例を基準として５．０％の軽量化率が達成された。

１…底部、１ａ…発泡層、１ｂ…スキン層、２…側部、３…印刷部、５，６…キャップ、７…タンパー、８…連結部、１０…成形体、１１…開口部、２０…容器、３０…タンパーエビデンスキャップ（成形体）。

Claims (10)

1. （Ａ）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工程と、
   （Ｂ）前記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、
   （Ｃ）前記キャビティ内において、圧力の低下によって前記溶融樹脂組成物を発泡させる工程と、
   （Ｄ）発泡に由来する複数の空隙を有する発泡層を備える成形体を前記金型から回収する工程と、
   （Ｅ）前記成形体の表面に印刷を施す工程と、
   を含む、成形体の製造方法。
2. 前記成形体がキャップである、請求項１に記載の成形体の製造方法。
3. 前記成形体が容器本体である、請求項１に記載の成形体の製造方法。
4. 超臨界流体に由来する複数の空隙を有する発泡層と、
   前記発泡層を含む部分であって当該部分の表面に印刷が施されている印刷部と、
   を備える成形体。
5. 前記印刷部の厚さが０．８～１．３ｍｍである、請求項４に記載の成形体。
6. 請求項４又は５に記載の成形体からなるキャップ。
7. 請求項４又は５に記載の成形体からなる容器本体。
8. 請求項６に記載のキャップと、
   前記キャップによって塞がれる開口部を有する容器本体と、
   を備える容器。
9. 開口部を有する、請求項７に記載の容器本体と、
   前記開口部を塞ぐように配置されるキャップと、
   を備える容器。
10. 前記キャップ及び前記容器本体が同系の樹脂材料からなる、請求項８又は９に記載の容器。

Images