JP4956660B2 - ポリカーボネート樹脂発泡容器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、芳香族ポリカーボネート樹脂発泡シートの熱成形によるポリカーボネート樹脂発泡容器の製造方法に関する（以下、ポリカーボネート樹脂を単にＰＣともいう）。

見掛け密度０．１２〜０．４ｇ／ｃｍ^３及び独立気泡率６５％以上のＰＣ発泡シート及びそのようなシートを容器形状に熱成形することが特開平８−１８３０５４号公報や特開平８−２５２８５１号公報に記載されている。そして、そのようなＰＣ発泡シートは良好な熱成形性を示し、得られた成形容器は水やお湯に対し、優れた耐透水性を示すものである。しかしながら、本発明者等の研究によると、前記成形容器に、油分を含む液状の食品を収納した場合、独立気泡率の高いシートを使用して熱成形して得られた容器であっても内溶液が容器壁を通して外部に漏れだすことがあるということが判明した。容器に充填した食品が油分を多く含む液状食品でその温度が６０℃以上の場合には例外なく容器壁を通して外に漏れだすことも分かった。

本発明は、ＰＣ発泡シートを容器体に熱成形する場合に独立気泡率の低下が少ない熱成形方法を提供すること、並びに容器に充填した食品が油分を多く含む液状物品であってその温度が６０℃でも容器壁から外部へ液漏れのしないＰＣ発泡容器を提供することをその課題とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、見掛け密度０．１２〜０．６ｇ／ｃｍ^３及び独立気泡率６５％以上のポリカーボネート樹脂発泡シートを、加熱ゾーンで加熱して、成形可能な状態に軟化させた後に、成形ゾーンで熱成形する工程を含んでなるポリカーボネート樹脂発泡容器を製造する方法において、
（ｉ）前記加熱ゾーン内の雰囲気温度を１９０〜２３０℃とし、ポリカーボネート樹脂発泡シート表面を１００〜２００℃／分の速度で昇温し、
（ｉｉ）前記成形ゾーン内で該発泡シートの表面温度を１９０℃±２０℃の範囲に保持しながら熱形成することを特徴とする独立気泡率が５０％以上であるポリカーボネート樹脂発泡容器を製造する方法が提供される。また、本発明によれば、ポリカーボネート樹脂発泡体からなる見掛け密度０．１２〜０．６ｇ／ｃｍ^３の容器であって、該容器の独立気泡率が５０％以上であることを特徴とするポリカーボネート樹脂発泡容器が提供される。

本発明によれば、ＰＣ発泡シートから独立気泡率が５０％以上という高独立気泡率のＰＣ発泡容器の製造方法が提供される。また、本発明の容器は見掛け密度が０．１２〜０．６ｇ／ｃｍ^３と比較的高発泡であり、独立気泡率が５０％以上であるため、カレールーなどの油分を含む液状の物品を収納して、そのまま加熱しても内容物が漏れ出さないという優れた効果及び断熱性に優れるという効果を奏するものであって、食品分野をはじめ広範な産業分野において利用できるものである。

本発明で使用されるＰＣ発泡シート及びＰＣ発泡容器を構成するポリカーボネート樹脂としては、（ｉ）ホスゲン等のカルボニルハライド成分又はジフェニルカーボネート等のカーボネート成分と、（ｉｉ）ビスフェノール系化合物等の芳香族ジオール成分または芳香族ジオール成分５０モル％以上と他のジオール成分５０モル％以下からなるジオール成分から形成されるポリカーボネート樹脂が挙げられる。特に、分子鎖にジフェニルアルカンを有する芳香族ポリカーボネート樹脂であって、且つＡＳＴＭ Ｄ−６４８に基づく、１８２０ｋＰａ（１８．６ｋｇｆ／ｃｍ^２）荷重の条件で測定された熱変形温度が１２０℃以上のもの、好ましくは１２５℃以上のもの、より好ましくは１３０〜１７０℃の芳香族ポリカーボネート樹脂は、耐熱性、切断加工性及び耐割れ性に優れる上、耐候性及び耐酸性に優れている点から好適である。このような分子鎖にジフェニルアルカンを有する芳香族ポリカーボネート樹脂としては、２，２−ビス（４−オキシフェニル）プロパン（別名ビスフェノールＡ）、２，２−ビス（４−オキシフェニル）ブタン、１，１−ビス（４−オキシフェニル）シクロヘキサン、１，１−ビス（４−オキシフェニル）イソブタン、或いは１，１−ビス（４−オキシフェニル）エタン等のビスフェノール系化合物から形成される芳香族ポリカーボネート樹脂が例示される。尚、本発明で使用されるＰＣ発泡シート及びＰＣ発泡容器を構成する基材樹脂中にはポリカーボネート樹脂以外の他の熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーが、基材樹脂を１００重量％とした場合に、最大で５０重量％含有することができるが、４０重量％以下が好ましく、３０重量％以下がより好ましく、２０重量％以下が更に好ましく、１０重量％以下が最も好ましい。

本発明の成形材料として用いられるＰＣ発泡シートは、見掛け密度０．１２〜０．６ｇ／ｃｍ^３及び独立気泡率６５％以上である。ＰＣ発泡シートの独立気泡率の上限は、通常、９８％程度である。本発明では、ＰＣ発泡シートの独立気泡率は７５〜９５％の範囲が好ましい。該シートの見掛け密度が０．１２ｇ／ｃｍ^３より小さいと熱成形時に加熱時間を著しく長くとらなければならず容器の生産性が極端に悪くなり、また、該シートの見掛け密度が０．６ｇ／ｃｍ^３より大きいと断熱性の高い容器が得られない。該シートの好ましい見掛け密度は０．１３〜０．５ｇ／ｃｍ^３であり、より好ましくは０．１４〜０．４５ｇ／ｃｍ^３である。そしてまた、該シートの独立気泡率が６５％より小さいと、得られる成形容器の独立気泡率の割合が小さく、本発明の目的が達成できない。前記ＰＣ発泡シートは、特開平８−１８３０５４号公報、特開平８−２５２８５１号公報等に記載の方法によって得ることができる。たとえば、その製造の一例を具体的に示すと、その分子量分布曲線において、高分子領域にショルダーを持つ構造粘性指数（Ｎ値）１．４０の分岐構造を持つ芳香族ポリカーボネート樹脂を基材樹脂とし、該基材樹脂１００重量部に対し、核剤としてタルク０．１７重量部加えた原料を押出機に供給し加熱溶融させた後、発泡剤としてｎ−ペンタンを０．１７モル／ｋｇの割合で押出機中に圧入し、得られた溶融混練物を押出機ダイス先端より円筒状に押出し、引取機にてラインスピードを調整して引取り、円柱状の冷却ドラムで冷却後切開く。このようにして、見掛け密度０．２４０ｇ／ｃｍ^３、独立気泡率８８％のＰＣ発泡シートを得ることができる。

本発明で用いるＰＣ発泡シートは、その製造（押出し）直後にシート両面を充分に冷却したものが好ましく、また、ＰＣ発泡シートの押出方向と幅方向の熱変形率が−１０％から＋２％の範囲となるように、ＰＣ発泡シートの引取速度とブローアップ比を調整したものが好ましい。なお、前記ＰＣ発泡シートの押出方向の熱変形率Ｒ_１及び幅方向の熱変形率Ｒ_２は次式で定義される。
Ｒ_１＝（（Ｂ_１−Ａ_１）／Ａ_１）×１００（％） （１）
Ａ_１：気温２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下における２００ｍｍ角シートの押出方向の寸法
Ｂ_１：雰囲気温度が１７０℃に設定されたオーブン中で９０秒加熱して気温２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下に取出した直後の上記シートの押出方向の寸法
Ｒ_２＝（（Ｂ_２−Ａ_２）／Ａ_２）×１００（％） （２）
Ａ_２：気温２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下における２００ｍｍ角シートの幅方向の寸法
Ｂ_２：雰囲気温度が１７０℃に設定されたオーブン中で９０秒加熱して気温２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下に取出した直後の上記シートの幅方向の寸法

本発明の方法を実施するには、前記ＰＣ発泡シートを、まず加熱ゾーンに送り、成形可能な状態に昇温し、軟化させる。ＰＣ発泡シートの軟化は、ＰＣ発泡シート表面の温度が１７０〜２１０℃となるように昇温させることにより達成することができる。この場合、前記ＰＣ発泡シート表面の昇温速度は２５０℃／分以下とする。昇温速度が速すぎると得られる成形容器の独立気泡率が著しく低下する。なお、昇温速度の下限は特に限定しないが、容器の生産効率、作業性などの点で８０℃／分以上であることが好ましい。本発明においては、１００〜２００℃／分の昇温速度が用いられる。

本発明者らは、ＰＣ発泡シートの独立気泡率とそれを熱成形して得られる容器の独立気泡率との関係について研究したところ、ＰＣ発泡シートが高い独立気泡率を有するものであっても、それを熱成形して得られる容器の独立気泡率は大きく低下していることを見出した。また、このように独立気泡率が大きく低下した容器は、油分を多く含む液状食品を充填したときに、その液状食品が器壁を通して漏出することを見出した。さらに、本発明者らは、前記したように、ＰＣ発泡シートの加熱ゾーンにおける昇温速度を特定範囲に保持するとともに、成形ゾーンにおける表面温度を前記特定範囲に保持することにより、熱成形に際しての独立気泡率の大幅な低下を防止し高い独立気泡率の容器が得られること及びこのような高独立気泡率の容器では、前記したような液状食品の容器壁を通しての漏出のないことを見出したものである。

また、前記ＰＣ発泡シートの昇温に際しては、前記加熱ゾーンの雰囲気温度は１９０〜２３０℃の範囲とする。１９０℃未満では加熱時間が長くなりすぎて得られる成形容器表面に亀裂が発生しやすくなり、また２３０℃を超えるとＰＣ発泡シートの昇温速度が速くなりすぎて、得られる成形容器の独立気泡率が大きく低下してしまう。滞留時間は前記した範囲の軟化温度が得られるように適宜定める。

前記昇温軟化されたＰＣ発泡シートは、本発明では、次に成形ゾーンで容器形状に熱成形する。この場合、成形直前の軟化されたＰＣ発泡シートの表面温度は、これを１９０℃±２０℃の範囲に、好ましくは１９０℃±１０℃の範囲に保持する。成形直前の該シート表面の温度が１７０℃を下回る場合には成形容器に亀裂が発生しやすくなり、また２１０℃を上回る場合は得られる容器の独立気泡率が大きく低下してしまう。

なお、前記成形ゾーンにおいては、得られる容器の絞り比が０．７以下、好ましくは０．５以下、より好ましくは０．３以下となるように熱成形を行うのが望ましい。ここで、容器の絞り比とは、容器開口部（フランジ部は除く）の面積と同じ面積を持つ円の直径をＬとし、容器の高さをＨとした場合のＬ／Ｈを意味する。

前記のようにして得られる熱成形物は、通常、多数個の容器がそのフランジ部において連結された形状となっているが、その場合は冷却後個々の容器に切り離して容器とする。

本発明によって得られるＰＣ発泡容器は、独立気泡率がいずれも５０％以上であり、また水及び６０℃のカレーの透過性はいずれも「なし」の判定であった。なお、ここで透過性とは、容器内に、３ｃｍの高さに内容物（水又は６０℃のカレールー）を充填し、１時間後に容器壁を通して外へ内容物の漏れ出しがあったか否かを「有り」「なし」で表現したものである。また、本発明のＰＣ発泡容器において、その見掛け密度は０．１２〜０．６ｇ／ｃｍ^３、好ましくは０．１３〜０．５ｇ／ｃｍ^３であり、より好ましくは０．１４〜０．４５ｇ／ｃｍ^３である。

次に、本発明を実施例により詳述する。
実施例１
見掛け密度０．２３５ｇ／ｃｍ^３、独立気泡率８８％、厚み２．２ｃｍ、押出方向の熱変形率０％、幅方向の熱変形率２．５６％のＰＣ発泡シートを、多数個取りの熱成形機を用いて、加熱ゾーンの雰囲気温度２１０℃、加熱ゾーン滞留時間６０秒、昇温速度１６５℃／分、成形ゾーンにおけるＰＣ発泡シート表面温度１９０℃で、上面直径１４５ｍｍ、下面直径１００ｍｍ、深さ６０ｍｍの丼型容器形状に真空成形した。得られた容器の物性は表１記載の通りであった。

実施例２
実施例１において、ＰＣ発泡シートとして独立気泡率９２％のものを用いるとともに、ＰＣ発泡シート表面の昇温速度を１２０℃／分に保持した以外は同様にして実験を行った。得られた容器物性を表１に示す。

比較例１〜４
表１に記載された物性の発泡シートを、加熱条件を変更して実施例１と同様に真空成形した。得られた容器の物性は表１記載のとおりであった。

また、ＰＣ発泡シートの独立気泡率及びＰＣ発泡容器の独立気泡率は以下のようにして測定した。
［ＰＣ発泡シートの独立気泡率］
ＰＣ発泡シートの独立気泡率は、ＡＳＴＭ−Ｄ２８５６−７０に記載されている手順Ｃに準拠し、東芝ベックマン株式会社の空気比較式比重計９３０型を使用して測定（ＰＣ発泡シートから縦２５ｍｍ、横２５ｍｍのサイズに切断されたカットサンプル（厚みはそのまま）の複数枚を重ねた場合に最も２５ｍｍに近くなる枚数を同時にサンプルカップ内に収容して測定）されたカットサンプルの真の体積Ｖｘを用い、次式により独立気泡率Ｓ（％）を計算し、Ｎ＝３の平均値で求めた。
Ｓ（％）＝（Ｖｘ−Ｗ／ρ）×１００／（Ｖａ−Ｗ／ρ）
Ｖｘ：上記方法で測定されたカットサンプルの真の体積（ｃｍ３）であり、カットサンプルを構成する樹脂の容積と、カットサンプル内の独立気泡部分の気泡全容積との和に相当する。
Ｖａ：測定に使用されたカットサンプルの外寸から計算されたカットサンプルの見掛け上の体積（ｃｍ^３）。
Ｗ：測定に使用されたカットサンプル全重量（ｇ）。
ρ：カットサンプル（ＰＣ発泡シート）を構成する樹脂の密度（ｇ／ｃｍ^３）
［ＰＣ発泡容器の独立気泡率］
ＰＣ発泡容器の独立気泡率は、ＡＳＴＭ−Ｄ２８５６−７０に記載されている手順Ｃに準拠し、東芝ベックマン株式会社の空気比較式比重計９３０型を使用して測定（発泡容器から縦２５ｍｍ、横２５ｍｍのサイズに切断されたカットサンプル（厚みはそのまま）の複数枚を重ねた場合に最も２５ｍｍに近くなる枚数を同時にサンプルカップ内に収容して測定）されたカットサンプルの真の体積Ｖｘを用い、次式により独立気泡率Ｓ（％）を計算し、Ｎ＝３の平均値で求めた。
Ｓ（％）＝（Ｖｘ−Ｗ／ρ）×１００／（Ｖａ−Ｗ／ρ）
Ｖｘ：上記方法で測定されたカットサンプルの真の体積（ｃｍ３）であり、カットサンプルを構成する樹脂の容積と、カットサンプル内の独立気泡部分の気泡全容積との和に相当する。
Ｖａ：測定に使用されたカットサンプルの外寸から計算されたカットサンプルの見掛け上の体積（ｃｍ^３）。
Ｗ：測定に使用されたカットサンプル全重量（ｇ）。
ρ：カットサンプル（発泡容器）を構成する樹脂の密度（ｇ／ｃｍ^３）

表１の結果によれば、得られた容器の独立気泡率は本発明の実施例が５０％以上であるのに対し、比較例はいずれも１０数％以下と低く劣っている。また、６０℃のカレールーの容器透過性についてみると、本発明の実施例は透過性が「なし」であるのに対し、比較例はいずれも「あり」であって本発明の容器として不適当である。

Claims (2)

1. 見掛け密度０．１２〜０．６ｇ／ｃｍ^３及び独立気泡率６５％以上のポリカーボネート樹脂発泡シートを、加熱ゾーンで加熱して、成形可能な状態に軟化させた後に、成形ゾーンで熱成形する工程を含んでなるポリカーボネート樹脂発泡容器を製造する方法において、
   （ｉ）前記加熱ゾーン内の雰囲気温度を１９０〜２３０℃とし、ポリカーボネート樹脂発泡シート表面を１００〜２００℃／分の速度で昇温し、
   （ｉｉ）前記成形ゾーン内で該発泡シートの表面温度を１９０℃±２０℃の範囲に保持しながら熱形成することを特徴とする独立気泡率が５０％以上であるポリカーボネート樹脂発泡容器を製造する方法。
2. 前記発泡シートの押出方向と幅方向の熱変形率が−１０％から２％であることを特徴とする請求項１に記載の独立気泡率が５０％以上であるポリカーボネート樹脂発泡容器を製造する方法。