JP4000913B2

JP4000913B2 - Manufacturing method of barrier plastic container

Info

Publication number: JP4000913B2
Application number: JP2002157440A
Authority: JP
Inventors: 敏明掛村; 浩人鹿島; 関　　武邦; 建之松岡; 学辻野
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2004001797A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックシートから真空成形または圧縮圧縮成形により製造されるガスバリア性に優れたカップまたはトレー状プラスチック容器の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来包装容器としては、金属缶、ガラスビン、各種プラスチック容器等が使用されているが、軽量性や耐衝撃性、更にはコストの点からプラスチック容器が各種の用途に使用されている。しかしながら、金属缶やガラスビンでは容器壁を通しての酸素透過がほぼゼロであるのに対して、プラスチック容器の場合には器壁を通しての酸素透過が無視できないオーダーで生じ、内容物の保存性の点で問題となっている。
【０００３】
そこで、プラスチック容器においては、例えば、容器壁を多層構造とし、その内の少なくとも一層を構成する樹脂として、エチレン−ビニルアルコール共重合体等の耐酸素透過性を有する樹脂が用いられている。
【０００４】
また、容器内の酸素を除去するため脱酸素剤も古くから使用されているが、これを容器壁に適用して酸素の透過を防止した例として、例えば、特公昭６２−１８２４号公報に記載された発明がある。すなわち、包装用構造物を、酸素透過性を有する樹脂に還元性物質を主剤とする脱酸素剤を配合して成る層と、酸素ガス遮断性を有する層との積層した構成とすることにより、容器内部が高度な無酸素状態に保たれるようにしたものである。
【０００５】
しかしながら、これらの方法を用いると製造工程が複雑になり、材料コストが上がり、さらには得られたプラスチック容器のリサイクル性も劣るという問題点があった。そこで、これに対して、生産性が高く、材料コストも安価で、さらにはリサイクル性に障害を与えないバリア層薄膜コートの開発が望まれている。
【０００６】
その一つの手段として、たとえば特開平８−１７５５２８号公報や特開平８−５３１１７号公報に記載されているように、プラスチック容器を１つずつ真空チャンバーに挿入し、プラズマＣＶＤ法により容器表面にセラミック薄膜をコーティングする方法が提案されている。これらの方法を用いることにより高価な材料を使用する必要がなく、またセラミック薄膜はかなり薄いため基本的には単一素材として取り扱うことができるためリサイクル性にも優れた容器が製造できる。しかし、その一方プラスチック容器を１つずつ真空チャンバーに挿入しなければならず、生産性の面では不十分であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような状況に鑑みなされたものであり、簡単な構成で、バリア性やリサイクル性に優れたカップ状またはトレー状プラスチック容器の生産性を向上させる製造方法を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を達成するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、プラスチックシートを加熱する加熱工程（１）と、加熱されたプラスチックシートをカップ状またはトレー状の容器に成形する成形工程（２）と、成形された容器の表面にバリア性薄膜をコーティングするコーティング工程（３）と、容器以外の部分のプラスチックを除去するトリミング工程（４）とが、この順序で行われることを特徴とするバリア性プラスチック容器の製造方法である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記コーティング工程でバリア性薄膜をコーティングする方法が、プラズマＣＶＤ法であることを特徴とするバリア性プラスチック容器の製造方法である。
【００１０】
さらにまた、請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記バリア性薄膜をコーティングする方法が、大気圧プラズマＣＶＤ法であることを特徴とするバリア性プラスチック容器の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す一実施形態により説明する。
図１は本発明の一実施形態を示している。プラスチックの巻取り（１０）より巻出されたプラスチックシート（１１）は、加熱工程（１）で成形温度まで加熱され、つぎの成形工程（２）で真空成形または圧空成形等の手段により所定の容器形状へと附形される。そして、その容器の表面にコーティング工程（３）でバリア性に優れた薄膜がコーティングされ、最後にトリミング工程（４）にて容器部分は取り出され、その他の不要部分（１３）は巻き取られる。
【００１２】
この方法の重要な特徴は、被コーティング品すなわちプラスチック容器の搬送方法にある。従来のようにトリミング後にコーティングを行う方法では、成形された容器を個々にコーティング装置まで搬送、挿入、取出しを行わなければならなかった。したがって、工程が複雑になり、また搬送、挿入、取出しを行う装置が必要となった。しかし、本発明の方法によれば、トリミング前にコーティングを行うため、容器のコーティング装置への搬送は通常の真空成形装置と同様、シートを巻取るだけでよく、挿入・取出しも簡便に行うことができる。
【００１３】
プラスチック容器表面にバリア性薄膜をコーティングする方法としては、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等のドライコーティング方法、またはスプレーコート、ディップコート等のウェットコーティング方法、パウダーコーティング方法等が考えられる。しかし、三次元形状の容器表面に均一な薄膜をつけることができ、またコーティング時も熱によりプラスチック基材のうけるダメージが少ない、乾燥・加熱等の後工程が必要ないという理由より、プラズマＣＶＤ法が最も好ましい。
【００１４】
プラズマＣＶＤ法は、容器を真空チャンバー内に配置し、その中に原料ガスを導入し、その状態で高周波やマイクロ波等のエネルギーを印可することで原料ガスがプラズマ化し、容器の表面に薄膜をコーティングするという方法である。この方法を用いた本発明の１実施例を図２に示す。
【００１５】
図２に示す装置は、主に真空チャンバー（２１）、高周波電極（２２）、アース電極（２３）、ガス導入管（２４）より構成される。容器形状に成形されたプラスチックシート（１１）はアース電極（２３）に密着するように配置され、かつ真空チャンバー（２１）との間に挟まれる。その後真空ポンプ（図示せず）により真空チャンバー（２１）内が真空状態にされ、ガス導入管（２４）より原料ガス（２０）が真空チャンバー（２１）内に導入される。この状態で高周波がガス導入管（２４）を通して高周波電極（２２）に印可され、原料ガス（２０）がプラズマ状態となり容器形状に成形されたプラスチックシート（１１）の表面に薄膜がコーティングされる。
【００１６】
しかし、プラズマＣＶＤ法では低圧下の安定的なグロー放電が利用されるため、このような低圧グロー放電プラズマ装置は、高真空装置が必要であるため生産性を重視する場合には大気圧下でコーティングを行うことが好ましい。ここで言う大気圧とは、厳密に１×１０⁵Ｐａである必要はなく約８×１０⁴Ｐａから２１．２×１０⁵Ｐａ程度の範囲のことを言う。
【００１７】
大気圧でコーティングを行うことにより、チャンバー内を真空にする時間、及びコーティング後に大気圧に戻す時間を必要としないため、トータルのコーティングスピードを速くすることが可能となるばかりでなく、チャンバー構造も高真空に耐える構造とする必要が無いため比較的簡単で安価に製造することができる。
【００１８】
また、本発明におけるトリミング前に成膜することと大気圧プラズマＣＶＤを組み合わせることのメリットとしては、真空チャンバー（２１）及びアース電極（２３）とプラスチックシート（１１）の間の気密性を必要としないことである。
すなわち、減圧下で行われる通常のプラズマＣＶＤ法では高真空が必要となるため、真空チャンバー（２１）とプラスチックシート（１１）の間、及びアース電極（２３）とプラスチックシート（１１）の間に高い機密性が要求される。しかし、真空成形あるいは圧縮成形されたプラスチックシート表面は平滑でない場合が多く、その部分の機密性を得ることが困難である。
したがって、大気圧プラズマＣＶＤ法を使うことにより、その部分の気密性を完全にする必要がないため好ましい。
【００１９】
【実施例】
本発明のバリア性プラスチック容器の製造方法をさらに詳細に説明する。
〈実施例１〉
厚さ２ｍｍのポリプロピレン製のシートを用いて、図１及び図２に示す工程及び装置を用いて、長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍ、深さ３５ｍｍ、容量１５０ｍｌのトレー状容器を得た。容器の成形は、赤外線ヒーターによりシートを約１６０°Ｃに加熱した後に、真空成形法を用いて成形した。
成形された容器に、プラズマＣＶＤ法により容器内面へ厚さ２０ｎｍの酸化珪素薄膜をコーティングした。用いた原料ガスはヘキサメチルジシロキサンと酸素の混合ガスであり、コーティング時の圧力は１Ｐａである。
その後トリミング装置において不要なプラスチック部分を削除し、実施例１のプラスチック容器を得た。
【００２０】
〈実施例２〉
原料ガスとして原料ガスはヘキサメチルジシロキサンと酸素の混合ガスとともにヘリウムガスをガス導入管よりチャンバー内に導入し、９×１０⁴Ｐａの圧力で酸化珪素膜のコーティングを行った以外は実施例１と同様の方法で、実施例２のプラスチック容器を作製した。
【００２１】
〈比較例１〉
バリア性薄膜のコーティングをしなかった以外は実施例１と同様の方法でトレー状容器を作製し、比較例１のプラスチック容器とした。
【００２２】
このようにして得られた実施例２種類、比較例１種類、合計３種類のプラスチック容器の酸素バリア性を酸素ガス透過度測定器（ＭＯＣＯＮ社製ＯＸＴＲＡＮ）により測定した結果を表１に示す（測定単位；ｆｍｏｌ／ｐｋｇ・ｓ・Ｐａ）。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のバリア性プラスチック容器の製造方法によれば、ガスバリア性に優れた容器を簡便な方法で安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバリア性プラスチック容器の製造工程の一実施形態を示す工程説明図である。
【図２】本発明のバリア性プラスチック容器の製造方法における一実施例であるバリア性薄膜をコーティングする装置を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１‥‥加熱工程
２‥‥成形工程
３‥‥コーティング工程
４‥‥トリミング工程
１０‥‥巻き出し
１１‥‥プラスチックシート
１２‥‥容器
１３‥‥巻き取り（不要部分）
２０‥‥原料ガス
２１‥‥真空チャンバー
２２‥‥高周波電極
２３‥‥アース電極
２４‥‥ガス導入管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a cup or tray-shaped plastic container having excellent gas barrier properties produced from a plastic sheet by vacuum molding or compression compression molding.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, metal cans, glass bottles, various plastic containers, and the like are used as packaging containers, but plastic containers are used for various applications in terms of light weight, impact resistance, and cost. However, in metal cans and glass bottles, oxygen permeation through the container wall is almost zero, whereas in plastic containers, oxygen permeation through the container wall occurs in an order that cannot be ignored. It is a problem.
[0003]
Therefore, in a plastic container, for example, a container wall has a multilayer structure, and a resin having oxygen permeability such as an ethylene-vinyl alcohol copolymer is used as a resin constituting at least one of them.
[0004]
An oxygen scavenger has also been used for a long time to remove oxygen in the container. As an example of applying oxygen to the container wall to prevent the permeation of oxygen, it is described in, for example, Japanese Patent Publication No. 62-1824. There are inventions made. That is, the packaging structure is configured by laminating a layer composed of a resin having oxygen permeability and an oxygen scavenger containing a reducing substance as a main component and a layer having an oxygen gas barrier property. The inside of the container is maintained in a highly oxygen-free state.
[0005]
However, when these methods are used, the manufacturing process becomes complicated, the material cost increases, and the recyclability of the obtained plastic container is also poor. Accordingly, it is desired to develop a barrier layer thin film coat that has high productivity, low material cost, and does not impair recyclability.
[0006]
As one means, for example, as described in JP-A-8-175528 and JP-A-8-53117, a plastic container is inserted into a vacuum chamber one by one, and a ceramic is formed on the surface of the container by plasma CVD. Methods for coating thin films have been proposed. By using these methods, it is not necessary to use an expensive material, and since the ceramic thin film is quite thin, it can be handled basically as a single material, so that a container excellent in recyclability can be manufactured. However, on the other hand, plastic containers must be inserted into the vacuum chamber one by one, which is insufficient in terms of productivity.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to propose a manufacturing method for improving the productivity of cup-shaped or tray-shaped plastic containers having a simple configuration and excellent barrier properties and recyclability. And
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to achieve such a problem. The invention according to claim 1 is a heating step (1) for heating a plastic sheet, and the heated plastic sheet is cup-shaped or tray-shaped. The forming step (2) for forming the container into the container, the coating step (3) for coating the surface of the formed container with a barrier thin film, and the trimming step (4) for removing the plastic other than the container It is a manufacturing method of the barrier plastic container characterized by performing in order.
[0009]
The invention described in claim 2 is a method for producing a barrier plastic container according to claim 1, wherein the method of coating the barrier thin film in the coating step is a plasma CVD method. is there.
[0010]
Furthermore, the invention described in claim 3 is the method for manufacturing a barrier plastic container according to claim 2, wherein the method of coating the barrier thin film is an atmospheric pressure plasma CVD method. is there.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment shown in the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The plastic sheet (11) unwound from the plastic winding (10) is heated to the molding temperature in the heating step (1), and in the next molding step (2), the plastic sheet (11) is predetermined by means such as vacuum molding or pressure molding. Formed into a container shape. The surface of the container is coated with a thin film having excellent barrier properties in the coating process (3), and finally the container part is taken out in the trimming process (4), and the other unnecessary part (13) is wound up.
[0012]
An important feature of this method is the method of conveying the article to be coated, i.e. the plastic container. In the conventional method in which coating is performed after trimming, the molded containers must be individually transported, inserted, and removed from the coating apparatus. Therefore, the process becomes complicated, and an apparatus for carrying, inserting, and taking out is required. However, according to the method of the present invention, since the coating is performed before trimming, the container can be transported to the coating apparatus just by winding the sheet as in a normal vacuum forming apparatus, and the insertion / removal can be easily performed. Can do.
[0013]
As a method for coating the surface of the plastic container with a barrier thin film, a dry coating method such as a vapor deposition method, a sputtering method or a CVD method, a wet coating method such as spray coating or dip coating, a powder coating method, or the like can be considered. However, it is possible to apply a uniform thin film on the surface of a three-dimensional container, and since the damage to the plastic substrate due to heat is small during coating, there is no need for subsequent processes such as drying and heating. Is most preferred.
[0014]
In the plasma CVD method, a container is placed in a vacuum chamber, a raw material gas is introduced into it, and energy such as high frequency and microwave is applied in that state to turn the raw material gas into a plasma, and a thin film is formed on the surface of the container. It is a method of coating. An embodiment of the present invention using this method is shown in FIG.
[0015]
The apparatus shown in FIG. 2 mainly includes a vacuum chamber (21), a high frequency electrode (22), a ground electrode (23), and a gas introduction pipe (24). The plastic sheet (11) formed in a container shape is disposed so as to be in close contact with the ground electrode (23) and is sandwiched between the vacuum chamber (21). Thereafter, the vacuum chamber (21) is evacuated by a vacuum pump (not shown), and the source gas (20) is introduced into the vacuum chamber (21) from the gas introduction pipe (24). In this state, a high frequency is applied to the high frequency electrode (22) through the gas introduction pipe (24), the raw material gas (20) becomes a plasma state, and the surface of the plastic sheet (11) formed into a container shape is coated with a thin film.
[0016]
However, since a stable glow discharge under low pressure is used in the plasma CVD method, such a low-pressure glow discharge plasma apparatus requires a high vacuum apparatus. It is preferable to perform coating. The atmospheric pressure referred to here does not need to be strictly 1 × 10 ⁵ Pa, but refers to a range of about 8 × 10 ⁴ Pa to 21.2 × 10 ⁵ Pa.
[0017]
By coating at atmospheric pressure, there is no need for time to evacuate the chamber and return to atmospheric pressure after coating, so not only can the total coating speed be increased, but the chamber structure Since it is not necessary to have a structure that can withstand high vacuum, it can be manufactured relatively easily and inexpensively.
[0018]
Further, as an advantage of combining the film formation before trimming with the atmospheric pressure plasma CVD in the present invention, the airtightness between the vacuum chamber (21) and the ground electrode (23) and the plastic sheet (11) is required. Is not to.
That is, in a normal plasma CVD method performed under reduced pressure, a high vacuum is required. Therefore, between the vacuum chamber (21) and the plastic sheet (11) and between the ground electrode (23) and the plastic sheet (11). High confidentiality is required. However, the surface of a plastic sheet that has been vacuum-formed or compression-molded is often not smooth, and it is difficult to obtain the confidentiality of that part.
Therefore, it is preferable to use the atmospheric pressure plasma CVD method because it is not necessary to complete the airtightness of the portion.
[0019]
【Example】
The manufacturing method of the barrier plastic container of the present invention will be described in more detail.
<Example 1>
Using a polypropylene sheet having a thickness of 2 mm, a tray-like container having a length of 100 mm, a width of 50 mm, a depth of 35 mm, and a capacity of 150 ml was obtained using the process and apparatus shown in FIGS. The container was formed using a vacuum forming method after heating the sheet to about 160 ° C. with an infrared heater.
A 20 nm thick silicon oxide thin film was coated on the inner surface of the molded container by plasma CVD. The used raw material gas is a mixed gas of hexamethyldisiloxane and oxygen, and the pressure during coating is 1 Pa.
Thereafter, unnecessary plastic portions were removed from the trimming apparatus, and the plastic container of Example 1 was obtained.
[0020]
<Example 2>
Example 1 except that helium gas was introduced into the chamber through a gas introduction tube as a source gas together with a mixed gas of hexamethyldisiloxane and oxygen and the silicon oxide film was coated at a pressure of 9 × 10 ⁴ Pa. A plastic container of Example 2 was produced in the same manner as described above.
[0021]
<Comparative example 1>
A tray-like container was produced in the same manner as in Example 1 except that the barrier thin film was not coated, and a plastic container of Comparative Example 1 was obtained.
[0022]
Table 1 shows the results obtained by measuring the oxygen barrier properties of two types of plastic containers obtained in this manner, one type of comparative example, and three types in total using an oxygen gas permeability meter (OXTRAN manufactured by MOCON). Unit of measurement; fmol / pg · s · Pa).
[0023]
[Table 1]

[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for producing a barrier plastic container of the present invention, a container having excellent gas barrier properties can be produced at a low cost by a simple method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process explanatory view showing one embodiment of a process for producing a barrier plastic container of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing an apparatus for coating a barrier thin film, which is an embodiment of the method for producing a barrier plastic container according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Heating process 2 ... Molding process 3 ... Coating process 4 ... Trimming process 10 ... Unwinding 11 ... Plastic sheet 12 ... Container 13 ... Winding (unnecessary part)
20 ... Raw material gas 21 ... Vacuum chamber 22 ... High-frequency electrode 23 ... Earth electrode 24 ... Gas introduction pipe

Claims

A heating process (1) for heating the plastic sheet, a molding process (2) for molding the heated plastic sheet into a cup-shaped or tray-shaped container, and a coating process for coating the surface of the molded container with a barrier thin film (3) A trimming step (4) for removing plastic in a portion other than the container is performed in this order, and the method for producing a barrier plastic container is characterized in that

2. The method for producing a barrier plastic container according to claim 1, wherein the method of coating the barrier thin film in the coating step is a plasma CVD method.

The method for producing a barrier plastic container according to claim 2, wherein the method of coating the barrier thin film is an atmospheric pressure plasma CVD method.