JP4858073B2 - インサート成形による成形体及びその成形方法 - Google Patents
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Description
また他の成形体としては、管の内壁に遮断体が挿着されて成る注出具(口栓)が提案されており、この注出具においては、注出具を周知のインジェクション成形で形成するときの熱で遮断体を注出具の管の内壁に融着一体化することが記載されている(特許文献2及び特許文献3)。
このような問題を解決するためには、一般に樹脂温度及び金型温度をより高温域に設定して成形することや、或いは被溶着面を構成する樹脂としてより低融点の樹脂を選択すること等が考えられる。
しかしながら、高温域での成形は成形サイクルが長時間化することによる生産性の低下や、或いは成形物にヒケやソリ等の賦形不良が発生するおそれがある。一方低融点の樹脂を採用する場合には、射出ゲートからの距離が長い成形物の端部において溶融樹脂の温度が低下して溶着が不十分になり、かかる端部において部分的に界面剥離を生じてしまうおそれがある。
本発明の他の目的は、成形物にインサート部材をインサート成形により一体成形するに際して、成形物及びインサート部材の溶着性が向上され、界面剥離が有効に防止された成形体を生産性よく成形可能な成形方法を提供することである。
P(mW/K)=b/a ・・・(1)
式中、aはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱ピークにおける発熱開始温度と発熱ピーク温度との差であり、bはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱ピークの基準線からのベースライン高さである、
で表されるPの値が1.75(mW/K)未満であると共に、発熱ピーク反応の面積から求められる発熱量Qの値が66.4(J/g)未満であるプロピレン系重合体から成ることを特徴とする成形体が提供される。
1.成形物がキャップであると共に、前記インサート部材がICタグであり、該ICタグがキャップに一体化されていること、
2.成形物がキャップであると共に、前記インサート部材が機能性樹脂を含有する多層シートであり、該多層シートがキャップに一体化されていること、
3.成形物が袋状容器に装着される注出部材であると共に、前記インサート部材が機能性樹脂を含有する多層チューブであり、該多層チューブが注出部材内部に一体化されていること、
が好適である。
本発明によれば更にまた、ポリエチレンから成る成形物にインサート部材をインサート成形により溶着一体化させる成形方法であって、前記インサート部材の被溶着面を構成する樹脂として、上記式で表されるPの値が8.67(mW/K)未満であると共に、発熱ピークの面積から求められる発熱量Qの値が116.2(J/g)未満であるエチレン系重合体を用いることを特徴とするポリエチレン成形体の成形方法が提供される。
またインサート成形を高温域で或いは長時間行う必要がなく、生産性に優れていると共に、成形物にヒケやソリ等の賦形不良が発生することが有効に防止されている。
また本発明によれば、ICタグや機能性樹脂層がキャップ本体と剥離することなく埋設されたキャップを生産性よく成形することができる。
また本発明によれば、ガスバリア性多層チューブをスパウト等の注出部材に剥離することなく埋設された注出具を生産性よく成形することができる。
本発明においては、インサート成形において成形物と被溶着面の密着性を向上させるには、インサート部材の被溶着面を構成する樹脂の融点のみならず結晶状態が溶着性に影響を与えるという新規知見に基づき、被溶着面を構成する樹脂として結晶化しにくい樹脂、すなわち上記式(1)で表されるPの値及び結晶化発熱量Qの値が一定の範囲にあるものを用いることにより溶着性を向上できることを見出したのである。
本発明においては、この示差走査熱量計(DSC)により非晶状態から降温速度10℃/minで結晶化させる際の発熱ピークに着目して樹脂の結晶化状態を巨視的に判断することを見出したのである。すなわち、発熱ピークの結晶化開始温度から発熱ピーク温度までの曲線の傾き(b/a)をPとし、Pが大きいほど結晶化速度が速いと近似でき、また発熱ピークにおけるトータルの発熱量Qが大きいほど結晶化量が多いことから、DSC測定における発熱ピークの傾きP(b/a)及び発熱量Qを求めることによって、樹脂の結晶化しやすさを判断することができ、上述したように結晶化しにくい樹脂が優れた溶着性を示すことから、本発明においては、かかるDSC測定の結果を利用して、被溶着面に適した樹脂を判断することが可能となるのである。
これにより成形条件を高温域にすることなく溶着性を向上させることが可能となって、優れた界面密着性を有する成形体を生産性よく成形することが可能となる。
すなわち、成形物としてポリプロピレンを用い、インサート部材として、融点167℃、P=2.78(mW/K)、Q=92.9(J/g)のブロックポリプロピレンを用いた場合には、射出樹脂温度が低い場合には溶着性に劣っており(比較例1)、また融点124℃、P=1.75(mW/K)、Q=66.4(J/g)の低融点ポリプロピレンを用いた場合には、射出樹脂温度が低くても溶着するが、ゲート部から離れた端部において界面剥離が発生してしまう(比較例2)。これに対して、融点142℃、P=1.33(mW/K)、Q=53.9(J/g)のプロピレン系重合体(実施例1)をインサート部材として用いた場合には、射出樹脂温度が融点未満であっても溶着し、しかもゲート部から離れた端部においても界面剥離を発生することなく、優れた溶着性を発現しているのである(実施例1)。
また成形物としてポリエチレンを用いた場合にも、ポリプロピレンの場合と同様の結果が得られている(比較例2及び実施例2〜3)。
本発明の成形体において、成形物としてポリプロピレンを採用する場合には、インサート部材の被溶着面を構成する樹脂は、成形物と同種の樹脂であるプロピレン系重合体であり、且つDSC測定による傾きPの値が1.75(mW/K)未満、特に 0.9乃至1.5(mW/K)の範囲にあること及び発熱量Qの値が66.4(J/g)未満、特に47.0乃至 64.6(J/g)の範囲にあることが重要である。
成形物に用いることができるポリプロピレンとしては、従来公知のプロピレンの単独重合体、或いはプロピレンを主成分とし、これとエチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−テトラデセン、1−オクタデセン等の炭素数2〜20、好ましくは2〜10のα−オレフィンを30mol%以下共重合したプロピレン・α−オレフィンランダム共重合体、ブロック共重合体を用いることができ、用途によってこれらの中から適宜選択することができる。またこれらは、アイソタクティック構造のものでも、シンジオタクティック構造のものでもよい。
またプロピレン系重合体の融点はこれに限定されるものではないが、170℃以下、特に120乃至145℃の範囲にあることが好適である。
上述したプロピレン系重合体の中でも特にランダム共重合体を好適に使用することができる。
本発明の成形体において、成形物としてポリエチレンを採用する場合には、インサート部材の被溶着面を構成する樹脂は、成形物と同種の樹脂であるエチレン系重合体であり、且つDSC測定による傾きPの値が8.67(mW/K)未満、特に1.0乃至3.0の範囲にあること及び発熱量Qの値が116.2(J/g)未満、特に60乃至90の範囲にあることが重要である。
成形物に用いることができるポリエチレンとしては、低、中、高−密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレンの他、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−テトラデセン、1−オクタデセン等の炭素数2〜20、好ましくは2〜10のα−オレフィンを30mol%以下共重合したエチレン・α−オレフィン共重合体も含まれる。
またエチレン系重合体の融点はこれに限定されるものではないが、140℃以下、特に118乃至127℃の範囲にあることが好適である。
上述したエチレン系重合体の中でも特に線状低密度ポリエチレン系共重合体を好適に使用することができる。
本発明の成形体においては、成形物にインサート部材をインサート成形して成る限り、種々のものを挙げることができる。
好適には、成形物としてキャップ、インサート部材としてICタグ或いはガスバリア性や酸素吸収性等の機能を有する機能性樹脂シート等との組み合わせや、或いは成形物として包装容器に固定されて使用されるスパウト等の注出具、インサート部材としてガスバリア性チューブ等との組み合わせを挙げることができる。
また図4は、図2に示すICタグ内蔵キャップの成形方法の他の一例を表すものであり、キャビティ11の底部にキャップ本体との被溶着面となる樹脂シート3を設置する(図4(A))。次いで、ICタグ2を樹脂シート3上に載置し(図4(B))、溶融樹脂塊12をキャビティ11内に施し(図4(C))、コア金型13により圧縮する(図4(D))。この成形方法においても、ICタグ2の外周縁より外側の樹脂シート3の環状部分が溶融樹脂塊12の熱によってキャップ本体1と溶着することにより、ICタグ2がキャップ内に埋設されたICタグ内蔵キャップを成形することができる。
図5に示す機能性樹脂シート4は、外層4d/接着剤層4c/機能性樹脂層4b/内側接着剤層4aの4層から成っているが、キャップ本体1との被溶着面となる内側接着剤層4aが上述した条件を満足する樹脂であることが必要であり、この条件を満足する限り種々の層構成をとることができる。
図7は、図6に示す複合スパウトの成形方法を説明するための図である。この複合スパウトは、射出成形機と成形金型を有する射出成形装置によって成形される。雄型31のコア32に多層チューブ21を装着し、次いで図7(A)に示すように、コア32に多層チューブ21を差し込んだ状態でコア32を雌型41のキャビティ42内に配置し、図7(B)に示すように雄雌金型31,41を閉じる。射出成形機によって射出ゲート43から雌型41とコア32の間に溶融樹脂23が充填されると(図7(C))、多層チューブ21の外面が溶融樹脂の熱で溶融することにより、スパウト本体20と多層チューブ21の外面が溶着して複合スパウトを成形することができる(図7(D))。
また機能性樹脂としては、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリアミド樹脂等のガスバリア性樹脂や、該ガスバリア性樹脂に酸化性有機成分及び遷移金属触媒を配合してなる酸素吸収性ガスバリア性樹脂、或いは酸素吸収剤を配合して成る酸素吸収性樹脂、環状オレフィン系共重合体から成る水分バリア性樹脂等を例示することができる。
更に成形物たるキャップ本体或いはスパウト本体の形状、及びインサート部材であるICタグや機能性樹脂シート、或いは多層チューブの形状は、図に示すものに限定されず、従来公知のすべての形状のものを採用することができる。
1.P(mW/K)= b/a
(1)測定装置及び測定条件
示差走査熱量測定(PERKIN ELMER社製 DSC7)を用いて、試料約5mgを200℃から0℃まで10℃/分の降温速度で降温し測定をおこなった。
前記測定装置を用いて、インサート部材の被溶着面を構成する樹脂であるプロピレン系重合体及びエチレン系重合体を、ペレット状態のものから切り出し、試料約5mgを200℃から0℃まで10℃/分の降温速度で降温し測定をおこなった。なお、この場合、結晶化発熱ピークのベースラインは、溶融樹脂の平坦部ベースラインを低温側にのばした直線とし、このベースラインから立ち上がった点を降温結晶化開始温度とした。
このときに得られる結晶化ピークにおいて、降温結晶化発熱開始温度と発熱ピーク温度の差をa、発熱ピークの基準線からのベースライン高さをbとし、発熱ピークの結晶化開始温度から発熱ピーク温度までの曲線の傾き(b/a)をPとした。
前記測定装置を用いて、発熱ピークの基準線以下の面積から求められる発熱量をQとした。
射出成形機を用いてシート状のインサート部材の被溶着面を構成する下層樹脂シートS1を成形した。
次いで、前記下層樹脂シートS1を金型内に挿入し、下層樹脂シートS1上にポリプロピレン或いはポリエチレンからなる上層樹脂シートS2を射出成形し、2層シート状のインサート成形体をインサート成形した。
インサート成形時の射出ゲート5は、端片側に位置した。
インサート成形体は、幅:30mm、横:70mm、厚み:0.3mmの被溶着面を構成する下層樹脂シートS1と、幅:15mm、横:85mm、厚み:1mm、射出ゲート5側に立ち上がるL字型の上層樹脂シートS2とし、下層樹脂シートS1を上層樹脂シートS2の側面部から10mmに位置させた。その形状を図8に示す。
次いで、得られたインサート成形体に対して剥離及び凝集試験を行い評価した。被溶着面を構成する下層樹脂シートS1と上層樹脂シートS2の溶着面が部分的に界面剥離を生じたものについては×、前記下層樹脂シートS1と上層樹脂シートS2の溶着面が完全に凝集破壊を生じたものについては界面剥離が有効に防止されているために○とした。
金型内に変性共重合ランダムポリプロピレン(ADMER QB555 三井化学株式会社製)で作製した下層樹脂シートをあらかじめ挿入しておき、シリンダー温度210℃、金型温度40℃に設定し、射出5秒、冷却10秒、射出速度10mm/秒、リミット圧100MPaの射出成形条件でポリプロピレン樹脂(プライムポリプロ J706WB 株式会社プライムポリマー製)を射出して上層樹脂シートを成形し、インサート成形体を得た。
金型内に線状低密度ポリエチレン(ノバテックLL UJ270 日本ポリエチレン株式会社製)で作製した下層樹脂シートをあらかじめ挿入しておき、シリンダー温度220℃、金型温度60℃に設定し、射出5秒、冷却10秒、射出速度10mm/秒、リミット圧100MPaの射出成形条件で高密度ポリエチレン樹脂(ノバテックHD HJ550 日本ポリエチレン株式会社製)を射出して上層樹脂シートを成形し、インサート成形体を得た。
下層樹脂シート材を変性共重合ポリエチレン(ADMER NF518 三井化学株式会社製)にした以外は実施例2と同様に行った。
下層樹脂シート材をブロックポリプロピレン(プライムポリプロ J703HA 株式会社プライムポリマー)にした以外は実施例1と同様に行った。
下層樹脂シート材をメタロセン触媒共重合低融点ランダムポリプロピレン(ウィンテック WFX6 日本ポリプロ株式会社製)にした以外は実施例1と同様に行った。
下層樹脂シート材を変性共重合ポリエチレン(モディック-AP L522三菱化学株式会社製)にした以外は実施例2と同様に行った。
上記測定結果及び評価結果を、表1に示す。
Claims (7)
- インサート成形によりポリプロピレンから成る成形物にインサート部材を溶着一体化して成る成形体であって、
前記インサート部材の被溶着面を構成する樹脂が下記式
P(mW/K)=b/a
式中、aはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱反応における発熱開始温度と発熱ピーク温度との差であり、bはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱ピークの基準線からのベースライン高さである、
で表されるPの値が1.75(mW/K)未満であると共に、発熱ピークの面積から求められる発熱量Qの値が66.4(J/g)未満であるプロピレン系重合体から成ることを特徴とする成形体。 - インサート成形によりポリエチレンから成る成形物にインサート部材を溶着一体化して成る成形体であって、
前記インサート部材の被溶着面を構成する樹脂が下記式
P(mW/K)=b/a
式中、aはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱反応における発熱開始温度と発熱ピーク温度との差であり、bはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱ピークの基準線からのベースライン高さである、
で表されるPの値が8.67(mW/K)未満であると共に、発熱ピークの面積から求められる発熱量Qの値が116.2(J/g)未満であるエチレン系重合体から成ることを特徴とする成形体。 - 前記成形物がキャップであると共に、前記インサート部材がICタグであり、該ICタグがキャップに一体化されている請求項1又は2記載の成形体。
- 前記成形物がキャップであると共に、前記インサート部材が機能性樹脂を含有する多層シートであり、該多層シートがキャップに一体化されている請求項1又は2記載の成形体。
- 前記成形物が袋状容器に装着される注出部材であると共に、前記インサート部材が機能性樹脂を含有する多層チューブであり、該多層チューブが注出部材内部に一体化されている請求項1又は2記載の成形体。
- ポリプロピレンから成る成形物にインサート部材をインサート成形により溶着一体化させる成形方法であって、
前記インサート部材の被溶着面を構成する樹脂として、下記式
P(mW/K)=b/a
式中、aはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱ピークにおける発熱開始温度と発熱ピーク温度との差であり、bはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱ピークの基準線からのベースライン高さである、
で表されるPの値が1.75(mW/K)未満であると共に、発熱ピークの面積から求められる発熱量Qの値が66.4(J/g)未満であるポリプロピレン系重合体を用いることを特徴とするポリプロピレン成形体の成形方法。 - ポリエチレンから成る成形物にインサート部材をインサート成形により溶着一体化させる成形方法であって、
前記インサート部材の被溶着面を構成する樹脂として、下記式
P(mW/K)=b/a
式中、aはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱ピークにおける発熱開始温度と発熱ピーク温度との差であり、bはDSC測定(降温速度10℃/min)における発熱ピークの基準線からのベースライン高さである、
で表されるPの値が8.67(mW/K)未満であると共に、発熱反応の面積から求められる発熱量Qの値が116.2(J/g)未満であるエチレン系重合体を用いることを特徴とするポリエチレン成形体の成形方法。
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