JP5056759B2 - ポリプロピレン製カップ型容器及びその成形方法 - Google Patents
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Description
また上記特許文献1に記載された圧縮成形による場合も、側壁を形成すべき空間が樹脂の流動よりも前に規制されているため、限られた空間内を樹脂が流動しなければならず、分子配向に異方性が生じ、やはり十分な落下強度や耐圧強度を得ることができなかった。
更に、射出成形や圧空成形による成形品には、成形の際に必ずスクラップ樹脂が発生してしまうことから、スクラップ樹脂を生じることなく効率的にポリプロピレン製カップを成形することが望まれている。
すなわち、射出成形により成形される場合には、キャビティ内への樹脂の充填口であるゲート或いはランナーにおける固化した樹脂の残部が必ずスクラップ樹脂となり、一方圧空成形においては、樹脂シートからカップ成形用のブランクが切り出された残部がスクラップ樹脂となる。
従って本発明の目的は、落下強度及び耐圧強度が向上されたポリプロピレン製カップ型容器を提供することである。
本発明の他の目的は、スクラップ樹脂を発生することなく成形可能な、ポリプロピレン製カップ型容器の成形方法を提供することである。
K1=P1/P2 ・・・(1)
式中、P1及びP2はそれぞれ、容器胴部から切り出した試験片の円周方向をx,高さ方向をyと定義し、該試験片のxy平面に対して垂直にX線を入射して回折強度測定を行ったときに得られるデバイ環のx方向のピーク強度分布において、回折角2θ=14.5°におけるピーク強度及び回折角2θ=17.2°におけるピーク強度である、
で表わされるK1の値が0.5乃至1.0の範囲にあること、及び/又は下記式
K2=Hβ1/(Hβ1+Hα1+Hα2+Hα3) ・・・(2)
式中、Hβ1,Hα1,Hα2,Hα3はそれぞれ、容器胴部から切り出した試験片の円周方向をx,高さ方向をyと定義し、該試験片のxy平面に対して垂直にX線を入射して回折強度測定を行ったときに得られるデバイ環のx方向のピーク強度分布において、回折角2θ=16.3°におけるピーク強度、回折角2θ=14.5°におけるピーク強度、回折角17.2°におけるピーク強度、回折角18.8°におけるピーク強度から非晶部の回折強度を差し引いた値である、
で表わされるK2の値が胴部の少なくとも一部においてK2>0であること、を特徴とするポリプロピレン製カップ型容器が提供される。
本発明のポリプロピレン製カップ型容器においては、フランジ部が形成されており、該フランジ部におけるK1の値が、0.5乃至1.5の範囲にあること、が好適である。
本発明の圧縮成形方法においては、溶融樹脂塊が、多層構造を有するダイヘッドによって押出された多層構造の溶融樹脂塊であることが好適である。
また本発明のカップ型容器の成形方法によれば、上述した特性を有するカップ型容器を寸法精度よく成形することができると共に、圧空成形や射出成形によってカップ型容器を成形した場合のように、スクラップ樹脂を発生することがなく、経済性にも優れている。
本発明のポリプロピレン製カップ型容器は、圧縮成形により得られる、少なくとも胴部及び底部から成るカップ型容器であり、胴部の肉厚が1.0mm以下であることが第一の特徴であり、また上記式(1)で表わされるK1の値が0.5乃至1.0の範囲にあることが第二の特徴である。
ポリプロピレンのような結晶性高分子の微結晶の配向は、X線回折強度測定方法によって知ることができ、一般にポリプロピレンの成形品には、回折角2θ=14.5°(ミラー指数110)、回折角2θ=17.2°(ミラー指数040)、回折角2θ=13.0°(ミラー指数130)、2θ=21.8°(ミラー指数111)にピークが現れることが知られており、成形方法の違いにより各ピーク強度が異なっている。
本発明においては、カップ型容器の胴部から切り出した試験片の円周方向をx,高さ方向をyと定義し、この試験片のxy平面に対して垂直にX線を入射して回折強度測定を行ったときに得られるデバイ環の赤道線上(x方向)のピーク強度分布において、ミラー指数が(110)の結晶面による回折を示す回折角2θ=14.5°におけるピーク強度P1、及びミラー指数が(040)面の結晶面による回折を示す回折角2θ=17.2°におけるピーク強度P2に着目し、かかるP1及びP2の比K1が0.5乃至1.0の範囲にあるカップ型容器が、機械的強度に優れていることを見出したのである。
すなわち、K1の値が1.0よりも大きい部分を有する圧空成形により得られたカップ型容器は、破断伸びの測定において、高さ方向には伸びが大きいが、周方向にはほとんど伸びず、周方向に非常に脆いことが明らかである(比較例1及び2)。またK1の値が0.5よりも小さい射出成形により得られたカップ型容器は、高さ方向及び周方向の何れの方向においてもほとんど伸びず、非常に脆いことが明らかである(比較例2)。また前記特許文献1に示す圧縮成形により得られたカップ型容器は、高さ方向には多少伸びるものの、周方向には非常に脆いことがわかる(比較例4)。
これに対して、K1の値が0.5乃至1.0の範囲にある圧縮成形により得られたカップ型容器は、高さ方向及び周方向に均一に伸び、各方向に均一な強度を有していることが明らかである(実施例1〜4)。
すなわち、圧縮成形により得られ、少なくとも胴部及び底部から成り、胴部の肉厚が1.0mm以下であるポリプロピレン製カップ型容器において、β晶が形成されていること、すなわち上記式(2)で表されるK2の値(β晶含有量)が胴部の少なくとも一部においてK2>0であることにより、上述したK1の値が本発明の範囲内にあるポリプロピレン製カップ型容器と同様に、優れた機械的強度を示すことを見出したのである。
本発明においては、他の成形法に比してβ晶を生成しやすい圧縮成形において、樹脂の流動配向を制御し、適度な配向結晶を容器に形成することによって、ポリプロピレン製カップ型容器の胴部にβ晶を形成させることが可能となり、上述した優れた機械的強度を付与することが可能となったのである。
すなわち、容器胴部にK2>0の部位がない、圧空成形により得られたカップ型容器は、破断伸びの測定において、高さ方向には伸びが大きいが、周方向にはほとんど伸びず、周方向に非常に脆いことが明らかである(比較例1)。またK2>0の部位がない、射出成形により得られたカップ型容器は、高さ方向及び周方向の何れの方向においてもほとんど伸びず、非常に脆いことが明らかである(比較例2及び3)。前記特許文献1に記載の圧縮成形により得られたカップ型容器は、K2>0の部位を有するものの、その割合は同じホモプロピレンを使用している実施例3に比べて著しく少ないため、優れた機械的強度を発揮するに至っていない(比較例4)。
これに対して、容器胴部にK2>0の部位を有する、圧縮成形により得られたカップ型容器は、高さ方向及び周方向にほぼ均一に伸び、各方向に均一な強度を有していることが明らかである(実施例1〜4)。
本発明のカップ型容器が、内部ヘーズの低い圧空成形によるカップ型容器よりも優れた透明性を有しているのは、以下の理由が考えられる。すなわち、圧空成形においては、プラグで樹脂シートを押した後にブローにより成形されるため、外面は金型で賦形されるとしても内面は金型で賦形されていないのに対して、本発明方法では、内外面が金型で賦形されているため、内面の表面粗さが圧空成形に比して小さく、その結果、透明性が改善されるのである。
図1及び図2は圧空成形、射出成形、本発明の圧縮成形の各成形方法によって成形された、高さH=61mm、口径D=95mmのカップ型容器について、底部からの高さhにおけるK1及びK2の値をそれぞれ示すものである。この図1及び図2並びに後述する実施例の結果から明らかなように、圧空成形によるカップ型容器は、容器胴部の何れの部位においてもK1の値が1.0より大きく且つK2>0を満たす部位がない(比較例1)。また射出成形によるカップ型容器は、フランジ部を除いた胴部においてK1の値が0.5よりも小さい部位が存在し、一方K2の値についても、やはりK2>0を満たす部位が容器胴部に存在せず(比較例2及び3)、本発明のカップ型容器が得られていないことは明白である。
これに対して、本発明においては、上金型又は下金型の移動に先立って、フランジ部形成部分又はその一部のみを規定しておき、底部のみならず胴部の肉厚も変化させながら、胴部の肉厚が最後に規定されるようにすることにより、胴部における溶融樹脂の流路を大きくとることができ、流動による配向を抑制することが可能となるのである。
その結果、本発明のカップ型容器は、単層構造及び多層構造の何れもフランジ部を除いたK1の値が0.5乃至1.0の間にあり、或いは容器胴部にβ晶が形成され、胴部にK2>0の部位が存在しており、得られたカップ型容器は上述した優れた機械的強度を具備しているのである。
尚、本発明のカップ型容器においては、K1の値を満足すれば、K2の値も満足するものであり、K1の値を満足するように成形することによって、上述した優れた機械的特性及び寸法精度を具備することが可能となる。
また本発明方法においては、胴部形成部分における樹脂の流動がスムーズであることから、フランジ部においても射出成形のような大きな分子配向がないため、本発明のカップ型容器においては、フランジ部におけるK1の値が、0.5乃至1.5の範囲にある。その結果、本発明のカップ型用においては、他の成形方法により得られたカップ型容器に比して、フランジ部においても機械的強度に優れているのである。
更に、カップの高さHと口径Dの比H/Dが2.0以下の範囲にあることが好ましい。
またカップ型容器の形状は、種々の構造を採用することができ、これに限定されないが、図4(A)にその一例を示す。すなわち、図4(A)に示す本発明のカップ型容器の一例では、胴部9、胴部9に連なる底部8から成り、底部8の一部が製品正立時の接地面13に接地している。また胴部9はその下部において緩やかな曲面を形成し、上部にはスタック部11及びフランジ10がそれぞれ形成されている。
本発明のカップ型容器に用いられるポリプロピレンとしては、ホモポリプロピレンの他に、エチレン等の他のα−オレフィンを含有するランダム或いはブロック共重合体を使用することができる。β晶の生成という観点からはホモポリプロピレンが最も好適であるが、圧縮成形性の点でランダムポリプロピレンを好適に使用することができる。
また用いるポリプロピレンのメルトフローレート(MFR)は5g/10分乃至30g/10分の範囲、特に10g/10分乃至20g/10分の範囲にあることが好ましい。
また本発明のカップ型容器においては、特にβ晶核剤を用いなくてもβ晶を容器胴部に形成することができるが、圧縮成形によるカップ型容器の成形性を損なわない範囲で、従来公知のβ晶核剤を配合してもよい。
ポリプロピレンと共に多層構造を構成し得る熱可塑性樹脂としては、溶融成形が可能である限り種々のものを使用することができるが、本発明のカップ型容器においては特に、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリアミド樹脂、環状オレフィン系樹脂等のバリア性樹脂や、酸素吸収剤或いは酸化性有機成分及び遷移金属触媒を含有する酸素吸収性樹脂組成物等を好適に使用することができる。
すなわち、エチレンビニルアルコール共重合体のガスバリア性はエチレン含有量に影響を受け、エチレン含有量が少ないほど優れたガスバリア性を発現できる一方、エチレン含有量の少ないエチレンビニアルコール共重合体は、加工性、熱安定性に劣っているが、本発明においては、圧縮成形によりカップ型容器の成形を行っているため、低温での押出が可能であると共に、滞留時間を短くすることもでき、また2次加工の必要性もなく、更に流動配向を抑制しているため、このようなエチレンビニルアルコール共重合体を劣化させることなく、使用することができる。
ポリプロピレン、或いは他の層を構成する樹脂又は樹脂組成物には、充填剤、着色剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、酸化防止剤、老化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、金属セッケンやワックス等の滑剤、改質用樹脂乃至ゴム、等の公知の樹脂配合剤を、それ自体公知の処方に従って配合できる。
このように、溶融樹脂をスムーズに流動させて、流動配向の発生を抑制することにより、成形される容器の配向を適度に制御することにより、β晶を成形することが可能となる。
例えば、目的とするカップ型容器が、ポリプロピレンを内外層、バリア性樹脂を中間層とする2種3層の多層構造の場合には、バリア性樹脂から成るコア層、ポリプロピレンから成るシェル層から成る溶融樹脂塊であればよい。
1.ピーク強度比K1及びK2
(1)測定装置及び測定条件
透過型微小X線回折装置RAD−RB((株)リガク製)
ターゲット:Cu、フィルター:Ni、検出器:ゴニオメーターPSPC MDG、
計数ガス:Ar90%+CH410%、計数ガス圧力:180kgf/cm2、
電圧:30kV、電流:90mA、走査速度:2°/min、ステップ幅:0.0
81°、測定時間:600秒
前記測定装置を用い、カップ型容器から切り出した胴部およびフランジ部の試験片の円周方向をx、高さ方向をyと定義し、該試験片のxy平面に対して垂直にX線を入射して回折強度測定を行った。
このときに得られるデバイ環のx方向のピ−ク強度分布において、ミラー指数が(110)の結晶面による回折を示す回折角2θ=14.5°におけるピ−ク強度P1と、ミラー指数が(040)の結晶面による回折を示す回折角2θ=17.2°におけるピ−ク強度P2を求め、さらに前記ピーク強度P1とP2の強度比、K1=P1/P2を求めた。測定サンプル数はN=3で、その平均値を測定結果とした。
尚、前記ピーク強度P1、P2の測定においては、その測定において空気によるX線散乱の影響を排除するため、試験片のない状態で測定した空気散乱値を測定値から差し引き、試験片のみに起因するピーク強度P1、P2を求めた。
また試験片は、接地面からの高さhが試験片の中心となるように一辺が7mmの正方形に切り出した。
その結果を、表1及び図1に示す。
前記(2)と同様の条件でX線回折強度測定を行った。
このときに得られるデバイ環のx方向のピーク強度から非晶部の回折強度を差し引いた分布において、ミラー指数が(300)の結晶面による回折角2θ=16.3°におけるピ−ク強度Hβ1と、ミラー指数が(110)の結晶面による回折角=14.5°におけるピ−ク強度Hα1と、ミラー指数が(040)の結晶面による回折角=17.2°におけるピ−ク強度Hα2と、ミラー指数が(130)の結晶面による回折角=18.8°におけるピ−ク強度Hα3を求め、それらの値からK2=Hβ1/(Hβ1+Hα1+Hα2+Hα3)を求めた。
尚、前記ピーク強度Hβ1、Hα1、Hα2、Hα3の測定においては、その測定において空気によるX線散乱の影響を排除するため、試験片のない状態で測定した空気散乱値を測定値から差し引き、そこから非晶部の回折強度を差し引いて試験片のみに起因するピーク強度Hβ1、Hα1、Hα2、Hα3を求めた。ピークの検出には5点微分を用いており、これにより検出されないピークは存在しないものとみなしている。
また試験片は、接地面からの高さhが試験片の中心となるように一辺が7mmの正方形に切り出した。
その結果を、表2及び図2に示す。
大型テンシロンUCT−5T((株)オリエンテック製)を用い、容器の接地面からの高さ方向の位置が中心となるように長さ15mm×幅7mmに試験片を切り出し、初期長さ5mm×幅7mmを該容器の高さ方向および周方向の引っ張り試験を室温23℃、湿度50%の環境下で行い、破断するまでの伸びの測定を行った。測定サンプル数はN=3で、その平均値を測定結果とした。
その結果を表3に示す。
MAGNA−MIKE8000(米国・パナメトリクス社製)を用い、カップ型容器の
高さ方向の位置において、周方向に120°間隔で3点について肉厚を測定し、その肉厚の最大値と最小値との差をバラツキとして寸法精度を評価した。
その結果を表4に示す。
ランダムポリプロピレン樹脂((株)プライムポリマー製J226E、MFR(メルトフローレート):20g/10分)をφ75押出機(L/D=30)に供給し、押出機温度220℃、ダイ温度220℃、樹脂圧力1.2MPaの条件で押し出すと共に切断し、溶融樹脂塊を得た。この溶融樹脂塊を20℃の圧縮金型内に搬送して、フランジの一部を予め規定し、容器胴部及び底部を形成する部分の厚みを変化させながら圧縮成形を行い、図4(A)に示す断面構造を有する、容器胴部厚さ0.5乃至0.6mm、容器高さ61.5mm、容器フランジ外径95mm、内容積220cc、重量9.2gの単層カップ型容器を得た。
次いで、この単層カップ型容器ピーク強度比K1およびK2を求め、容器強度評価及び寸法精度評価を行った。
内外層樹脂としてランダムポリプロピレン樹脂((株)プライムポリマー製J226E、MFR:20g/10分)を、φ75押出機(L/D=30)に供給し、押出機温度210℃、樹脂圧力1.2MPaの条件で押し出した。
また、エチレンビニルアルコール共重合体樹脂((株)クラレ製 エバールSP474B)をφ25押出機(L/D=25)に供給し、押出機温度220℃、樹脂圧力2MPaの条件で押し出した。
さらに、前記内外層と中間層の接着の接着層樹脂として変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製 QF551)を、φ30押出機(L/D=25)に供給し、押出機温度220℃、樹脂圧力4.8MPaの条件で押し出した。
そして、前記内外層、中間層、接着用樹脂を230℃のダイにおいて合流させて切断し、多層溶融樹脂塊を得た。
この多層溶融樹脂塊を実施例1と同条件で圧縮成形を行い、内外層がランダムポリプロピレン樹脂、中間層がエチレンビニルアルコ−ル共重合体樹脂、及び前記内外層と中間層間との接着層が変性ポリプロピレン樹脂で構成された、実施例1と同一形状の多層カップ型容器を得た。
次いで、実施例1と同様の測定、評価を行った。
ホモポリプロピレン樹脂((株)プライムポリマー製 J106G、MFR:15g/10分)を用い、押出機温度を230℃とした以外は、実施例1と同様に溶融樹脂塊を得て圧縮成形を行い、同様の単層カップ型容器を得た後、実施例1と同様の測定、評価を行った。
ブロックポリプロピレン樹脂((株)日本ポリプロ製 BC3L、MFR:10g/10分)を用い、押出機温度を220℃とした以外は、実施例1と同様に溶融樹脂塊を得て圧縮成形を行い、同様の単層カップ型容器を得た後、実施例1と同様の測定、評価を行った。
前記実施例1と同一形状で、容器胴部厚み:0.3乃至0.8mm、内外層がホモポリプロピレン樹脂の市販のポリプロピレン製多層圧空成形カップ型容器の測定、評価を行った。
ランダムポリプロピレンを射出成形により厚さ1mmのシート状に成形した後に圧空成形して得られた、前記実施例1と同一形状で、容器胴部厚み:0.3乃至0.8mmであるランダムポリプロピレン製単層圧空成形カップ型容器の測定、評価を行った。
図4(B)に示す断面構造を有する、容器胴部厚み:0.7乃至0.8mm、容器高さ(底部に高さ8mmのスカート部を有する):61mm、容器フランジ外径95mm、内容積:185ccの市販のホモポリプロピレン製単層射出成形カップ型容器の測定、評価を行った。
容器胴部及び底部の厚みを規定する、キャビティ及びコア金型のクリアランスを予め規定し、実施例1のようにキャビティ及びコア金型のクリアランスを変化させない以外は、実施例1と同様に圧縮成形により、実施例3と同一のホモポリプロピレン樹脂を用いて、前記実施例1と同一形状の単層圧縮成形カップ型容器を成形し、実施例1と同様にその測定及び評価を行った。
前記実施例の結果から、本発明の圧縮成形によるカップ型容器は、従来の圧空、射出成形によるカップ型容器に比して容器強度に優れ、また、従来の圧空成形によるカップ型容器に比して寸法精度に優れていることが判る。
Claims (4)
- 圧縮成形することにより得られる、少なくとも胴部及び底部において、少なくともポリプロピレンから成る内外層及びエチレン共重合比率が32モル%未満のエチレンビニルアルコール共重合体から成る中間層から成り、該内外層が中間層を完全に被覆し、中間層が容器表面に露出しない多層構造を有するカップ型容器であって、前記胴部の肉厚が1.0mm以下であると共に、下記式
K1=P1/P2
式中、P1及びP2はそれぞれ、容器胴部から切り出した試験片の円周方向をx,高さ方向をyと定義し、該試験片のxy平面に対して垂直にX線を入射して回折強度測定を行ったときに得られるデバイ環のx方向のピーク強度分布において、回折角2θ=14.5°におけるピーク強度及び回折角2θ=17.2°におけるピーク強度である、
で表わされるK1の値が0.5乃至1.0の範囲にあること、及び/又は下記式
K2=Hβ1/(Hβ1+Hα1+Hα2+Hα3)
式中、Hβ1,Hα1,Hα2,Hα3はそれぞれ、容器胴部から切り出した試験片の円周方向をx,高さ方向をyと定義し、該試験片のxy平面に対して垂直にX線を入射して回折強度測定を行ったときに得られるデバイ環のx方向のピーク強度分布において、回折角2θ=16.3°におけるピーク強度、回折角2θ=14.5°におけるピーク強度、回折角17.2°におけるピーク強度、回折角18.8°におけるピーク強度から非晶部の回折強度を差し引いた値である、
で表わされるK2の値が胴部の少なくとも一部においてK2>0であること、を特徴とするポリプロピレン製カップ型容器。 - フランジ部が形成されていると共に、該フランジ部におけるK1の値が、0.5乃至1.5の範囲にある請求項1記載のポリプロピレン製カップ型容器。
- 少なくともポリプロピレンから成る溶融樹脂塊を下金型に施した後、上金型と下金型とで圧縮して成るポリプロピレン製カップ型容器の圧縮成形方法において、
前記下金型に溶融樹脂塊が施された後上金型又は下金型の移動に先立って開口端部となるべき部分又はその一部を規定し、上金型又は下金型の移動に際して、容器底部及び胴部を形成する部分の肉厚を変化させながら圧縮成形を行うことを特徴とするポリプロピレン製カップ型容器の圧縮成形方法。 - 前記溶融樹脂塊が、多層構造を有するダイヘッドによって押出された多層構造の溶融樹脂塊である請求項3記載のポリプロピレン製カップ型容器の圧縮成形方法。
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