JP5826824B2 - 炭入りプラスチック包装材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
炭には数多くの気孔が形成されているため、成形(射出、押出、真空鋳型、圧空、コートなど)時の温度上昇により炭の内部気孔中の空気が膨張・放出されてピン孔が発生し、これは、品質低下及び不良につながる。本発明者らは、このようなピン孔の発生問題が、粉末炭粒子の気孔からの空気量と製品の厚さとが相関性を有することに起因するものであると考え、ピン孔の発生を防ぐために成形されるべきプラスチック包装材の厚さに応じて粉末炭の粒径を異ならせる。厚さ0.01mm〜0.11mmのプラスチックの場合に、粉末炭粒子は平均直径13μm(1000メッシュ)以下、好ましくは、平均直径2〜13μmである。厚さ0.12mm〜2mmのプラスチックの場合に、粉末炭粒子は平均直径28μm(約500メッシュ)以下、好ましくは、平均直径5〜28μmである。厚さ2mm以上のプラスチックの場合に、粉末炭粒子は平均直径43μm(325メッシュ)以下、好ましくは、平均直径10〜43μmである。
炭入りプラスチック包装材は、含有されている粉末炭が包装材の基本的な商品性を毀損しない限り、実用性を有する。厚さ0.01mm〜0.11mmのプラスチックは、例えば、ブロー成形されたフィルム状のビニールであってもよいが、野菜をはじめとする食材の包装などに主として使用可能である。このような用途で用いられるビニール包装袋は、基本的に、かなりの透明度を要する。樹脂中の炭の含有量を0.2〜1重量%にする場合に、炭の機能性は維持しつつも、可視的な透明度とビニール包装袋としての商品性を確保することができる。
粉末炭粒子の均一度も、混和による問題点を極力抑えるのに重要な要素となる。通常の粉末炭粒子の場合に、粒子分布を見ると、平均値よりも5倍以上微細な微粒子群が約15%含まれるのに対し、平均値よりも大きな粒子群が約10%含まれることが粒度分析により確認された。平均値よりも微細な微粒子の場合には、体積のばらつきにより製品の表面に白みのかかった沈殿物の形で残留し、また、粉末炭とカラーを発色するマスターバッチが同時に用いられる場合に、均一度の違いがカラーの違いにつながり、これは、品質不良の原因となる。これに対し、平均値よりも大きな粒子群には異物感による品質不良が現れる。
以下、具体的な実施例を挙げて本発明をより詳述する。しかしながら、これらの実施例は単に本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例によって限定されることはない。
ビニール包装袋の製造
コンパウンド機内において、ポリエチレン樹脂100kgに、平均直径が約10μmであり、且つ、97%の粒子均一度を有する粉末炭0.5kgを投入しつつ樹脂と炭粉末を真空状態で混練押出してチップ状のマスターバッチを作成した。このようにして作成されたマスターバッチをブロー成形により厚さ0.05mmのフィルムにし、このフィルムを裁断して炭入りポリエチレン製のジャック付き袋を作製した。
このようにして製造されたビニール包装袋(ジャック付き袋)の断面を図1に模式的に示す。本発明により製造された包装材は、厚さに応じて粒径と粒度分布を調節することにより、炭粒子が表面に突出せず、包装袋の表面が全体的に固まったり異物感があったりすることなく、滑らかな状態を維持することができる。これに対し、図2は、炭粒子が均一に分散せず、粒径が適切ではないため炭粒子が表面に突出された状態を例示するものであり、この状態では炭が染み出、異物感、炭と樹脂とが接する箇所の物性低下などの問題点が現れ、包装材として機能できなくなる。
果物包装用の卵座の製造
コンパウンド機内において、ポリエチレン樹脂100kgに、平均直径が約20μmであり、且つ、92%の粒子均一度を有する粉末炭2kgを投入しつつ樹脂と炭粉末を真空状態で混練押出してチップ状のマスターバッチを作成した。このようにして作成されたマスターバッチを押出成形により厚さ0.8mmのシートにし、このシートを圧空して果物包装用の卵座を作成した。
密閉容器の製造
コンパウンド機内において、ポリエチレン樹脂100kgに、平均直径が約35μmであり、且つ、85%の粒子均一度を有する粉末炭7kgを投入しつつ樹脂と炭粉末を真空状態で混練押出してチップ状のマスターバッチを作成した。このようにして作成されたマスターバッチを射出成形により厚さ3mmの密閉容器にした。
殺菌力試験
(1)フィルムの殺菌力
製造例1の方法と同様にして、ポリエチレン樹脂に含有される粉末炭の含量のみを0重量%、0.1重量%、0.3重量%、1重量%にしてビニール包装袋を製造した後、製造例1により製造された0.5重量%包装袋とともに炭の含有量による殺菌力を比較試験した。殺菌力は、加圧密着法を用いて細菌減少率を測定することにより測定された。試験菌液を25℃で24時間静置培養した後に菌数を測定した。また、試料の面積は60cm2にし、供験菌株は大腸菌(Escherichia coli)ATCC25922にした。その結果を図3に示す。炭0.1%の含有時に殺菌力が40%であり、炭0.5%の含有時に殺菌力が81%であり、炭1%の含有時に殺菌力が93%であって、粉末炭の含有量が増大するに伴い、細菌減少率も大幅に増加し、炭の含量0.5%以上で限界殺菌力が体感された。一方、炭の含量が高まるに伴い、内容物が確認し難い程度に製品の透明度が低下した。このため、製品の商品性を考慮するとき、炭は樹脂中に約0.2〜1重量%含有されることが適切であると認められた。
製造例2の方法と同様にし、ポリエチレン樹脂に含有される粉末炭の含量のみを0重量%、0.5重量%、1重量%、3重量%及び5重量%にしてシートを製造した後、炭の含有量による殺菌力を比較試験した。殺菌力は、加圧密着法を用いて細菌減少率を測定することにより測定された。試験菌液を25℃で24時間静置培養した後に菌数を測定した。また、試料の面積は60cm2にし、供試菌株は大腸菌(Escherichia coli)ATCC25922にした。その結果を図4に示し、フィルムと同様に、粉末炭の含有量が増大するに伴い、細菌減少率も増大した。炭は、樹脂中に約1〜5重量%含まれることが適切であると認められた。一方、炭の含量が高まるに伴い、製品の透明度が低下するが、2.4重量%以下で最小限の透明性を確保することができた。
脱臭効果試験
製造例1の方法と同様にして、ポリエチレン樹脂に含有される粉末炭の含量のみを1重量%にして製作したビニール包装袋(包装材)と、炭未含有の通常の包装材のアンモニアガスの脱臭効果を経時的に比較した。試験方法は、炭入り包装材と通常の包装材を脱臭容器5Lに入れてアンモニアを150ppm吹き込み、120分後に、時間経過による脱臭率をガス検知管法により測定した。検査結果を図5に示す。検査の結果、通常の包装材の場合に120分経過後におけるアンモニアガス濃度が145ppmであるのに対し、炭入り包装材の場合に4ppmであって、アンモニアガスの脱臭率が凡そ97%に達して非常に良好であることが分かった。このような結果は、本発明の炭入り包装材が臭い除去及び肉類の保管に非常に有用であることを示唆する。
エチレンガスの吸着能試験
製造例1の方法と同様にして、ポリエチレン樹脂に含有される粉末炭の含量をそれぞれ0.5重量%、1重量%にしたビニール包装袋と、炭未含有のビニール(resin)と、を対象としてエチレンガス吸着能を比較試験した。まず、試験のために、炭未含有のビニール(「resin」と表示する:対照群)及び炭入り包装材2種(それぞれ粉末炭0.5%、1%を含有する)を同じ規格(15×5cm)に切り出した後、2Lの密閉容器にそれぞれ入れ、ガス捕集用注射器を用いてエチレンガス180ppmを容器内に仕込んだ。その後、常温下、10時間をかけて容器内のエチレン含量の変化を調べてみた。容器内のエチレンの含量は、GC(Hewlett Packard 5890II)を用いて測定した。条件はカラムオーブン温度200℃、FIDデテクター温度200℃にして、0.5mLずつ仕込んで測定し、カラムとしては、carboxenTM 1006PLOT、30m×0.53mm(SUPELCO Inc.,USA)を用いた。その結果を図6に示す。
炭の含量による成形性試験
(1)フィルムの成形性
製造例1の方法と同様にして、ポリエチレン樹脂に含有される粉末炭の含量のみを0重量%、1.5重量%、2重量%、2.5重量%、3重量%、3.5重量%にしてビニール包装袋を製造し、成形性を評価した。その結果を図7に示す。ビニール製品の場合に、粉末炭の含量3%以下では生地成形不良率が2%以下と安定した成形性を示し、3%以上になるに伴い、ピン孔の発生により生地成形不良率が8%に急増した。
製造例2の方法と同様にして粒径約28μmの粉末炭を用い、ポリエチレン樹脂に含有される粉末炭の含量のみを0重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%及び15重量%にしてシートを成形した。このシートを真空鋳型に導入して0.92mmの厚さの食品容器(145×195×95mm)を製作し、粉末炭の含量による成形不良率を評価した。その結果を図8に示す。粉末炭の含量が次第に増加するに伴い、不良率も高くなったが、粉末炭の含量14%以下では不良率が3%以下とある程度安定した成形性を示し、14%以上ではピン孔と粉末炭の分散性の低下などが急増してこれによる不良率が10%に近いことが分かった。
フィルムとシートの両方において粉末炭の含量が高くなるほど物性が低下し、成形不良率が高いことが分かった。
粉末炭の粒径均一度による成形性試験
(1)粉末炭の粒径均一度
まず、原料として用いられる粉末炭の粒径均一度を評価した。平均粒径(直径)13μm(1、000メッシュ)の粉末炭の均一度をBeckman Coulter社製のLS13320粒度分析機(レーザー回折方式)により0.4〜20.0μmの範囲において乾式で測定した。その結果を図9に示し、粒子の均一度分布が広く形成されていることが分かった。平均粒径43μm(325メッシュ)と28μm(500メッシュ)の粉末炭に対しても均一度を測定したところ、13μm(1、000メッシュ)とほとんど同じ分布を有することが分かった。
製造例1の方法と同様にし、ポリエチレン樹脂に含有される粉末炭を、粒径13μm(1000メッシュ)であり、且つ、粒子均一度がそれぞれ80%以下であるものと95%以上であるものを用いて包装袋用のフィルムを成形した。成形されたフィルムの表面を拡大撮影し、その結果をそれぞれ図10及び図11に示す。均一度80%以下では粗い粉末炭粒子により表面の粉末炭が染み出る現象が現れて商品性が大幅に低下したのに対し、均一度95%以上ではきれいな表面を有することが確認された。
帯電防止効果試験
(1)製造例1の方法と同様にし、ポリエチレン樹脂に含有される粉末炭の含量のみを0重量%、0.5重量%、1重量%、1.5重量%及び2重量%にしてフィルム(包装材)を製造した後、静電気の発生量を測定した。製造した包装材から発生する剥離帯電の静電気を10%の湿度条件下で測定し、その結果を図14に示す。炭の含有量0.5%、1%、2%の順に静電気の発生が低減することが分かり、含有量比の帯電防止効果の側面からは、炭の含有量0.5%が高い効率性を示した。
11:粉末炭粒子
20:ビニール包装袋
30:内容物
Claims (2)
- 粉末炭の95%以上の粒子は平均粒子直径13μm(1000メッシュ)以下の範囲に分布し、
前記粉末炭を高分子合成樹脂中に0.2〜1重量%で含ませて混和することと、
前記混和された樹脂−炭混和物を厚さ0.01mm〜0.11mmのプラスチックに成形することと、を含む厚さ0.01mm〜0.11mmの炭入りプラスチック包装材を製造する方法において、
前記樹脂−炭混和物をフィルム状にブロー成形し、
前記混和は、粉末炭を高分子合成樹脂に混練押出させてチップ状のマスターバッチを作製することを含み、
前記包装材は、エチレンガスを吸着する性能を有する、
厚さ0.01mm〜0.11mmの炭入りプラスチック包装材を製造する方法。 - 前記高分子合成樹脂は、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)、配向ポリプロピレン(OPP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリスチレン紙(PSP)及び一般用ポリスチレン(GPPS)よりなる群から1種以上選ばれる請求項1に記載の方法。
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