JP6737329B2 - 容器用金属板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2016年3月10日に、日本に出願された特願2016−46896号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
上述の問題を解決するため、金属板の表面に塗装処理を施す代わりに、加熱した金属板の表面に、ラミネートロールを用いて熱可塑性樹脂フィルムをラミネートする方法が提案されている(表面に熱可塑性樹脂フィルムがラミネートされた金属板をラミネート金属板と呼称する場合がある)。しかしながら、ラミネート金属板を缶詰等の食品用容器として用いる場合、容器の内容物である食品が容器内面に強固に付着し、食品を取り出しにくいという問題がある。
(1)本発明に係る容器用金属板は、金属板と、前記金属板の容器内面側となる表面にラミネートされ、0.010〜2.000質量%のワックスを含有し、双極子間力が40mN/m以下であるポリエステルフィルムと、を備え、前記容器内面側の最上層となる層がポリエチレンテレフタレートとポリエチレンナフタレートとの少なくとも一方を含有し、ポリエチレンテレフタレートとポリエチレンナフタレートとの合計含有量がラミネート後に前記容器内面側の前記最上層となる層を構成するポリエステルの80mol%以上である。
0.9−{0.4/(Tm−Tg)}×(Tr−Tg)≦t≦2.6−{0.4/(Tm−Tg)}×(Tr−Tg)・・・(1)
ここで、極性とは、分子内に負および正の電気的な偏りが存在する状態のことで、電気的な偏りの大きさが極性の大小を決定する。
一般的に、分子間に働く力としては、双極子間力よりも水素結合力の方が強い。しかしながら、ラミネート金属板の表面では、電気的に陰性の原子に共有結合した水素原子が少ないため、水素結合力はごく微弱である。そのため、本発明者らは、ラミネート金属板の内容物の取り出しやすさの評価指標としては、水素結合力が不適当であることを知見した。また、本発明者らは、ラミネート金属板の内容物の取り出しやすさの評価指標として、熱可塑性樹脂フィルムの双極子間力に着目した。
ラミネートフィルム表面の極性に関する指標として、水素結合力を採用した場合は数値が非常に小さく、測定誤差の観点からも内容物の取り出し易さの差異を明確化することが難しい。
なお、内容物の取り出しやすさ(ミートリリース性)の評価は、次のように行った。まず、双極子間力の異なる容器用金属板から缶体を作成した。その缶体に、鮭の切り身を鮭の皮が缶壁と密着するように充填し、蓋を巻き締めた。缶の蓋が下側となる状態でレトルト処理を行った後、缶の蓋を上側にし、蓋を取り外した。内容物を取り出した際に、缶壁への鮭の皮の付着状況を評価し、鮭の皮が全く付着していない又はほとんど付着していないものを「Good」、鮭の皮がやや付着している又は鮭の皮の大部分が付着しているものを「No Good」と評価した。
なお、図2において、双極子間力が40mN/m以下の範囲を、斜線で示している。
ワックスは、電気的陰性原子に共有結合した水素原子を有していない。そのため、ワックスがポリエステルフィルム3の表面に浮き出た状態では、ポリエステルフィルム3の表面の極性が低下する。これにより、ポリエステルフィルム3の双極子間力が、40mN/m以下に低下するものと考えられる。
図3は、金属板1の容器内面側となる表面にポリエステルフィルム3を有する容器用金属板10の構成図である。図4は、金属板1の容器内面側となる表面に金属板側の層(A層)7とラミネート後に最上層となる層(B層)9との2層からなるポリエステルフィルム3を有する容器用金属板10の構成図である。
図5は、金属板1の容器内面側となる表面にポリエステルフィルム3を有し、金属板1の容器外面側となる表面にポリエステルフィルム5を有する容器用金属板10の構成図である。図6は、金属板1の容器内面側となる表面に金属板側の層(A層)7とラミネート後に最上層となる層(B層)9との2層からなるポリエステルフィルム3を有し、金属板1の容器外面側となる表面にポリエステルフィルム5を有する容器用金属板10の構成図である。
図7は、金属板1の容器内面側となる表面にポリエステルフィルム3を有し、金属板1の容器外面側となる表面に金属板側の層(C層)11とラミネート後に最上層となる層(D層)13との2層からなるポリエステルフィルム5を有する容器用金属板10の構成図である。図8は、金属板1の容器内面側となる表面に金属板側の層(A層)7とラミネート後に最上層となる層(B層)9との2層からなるポリエステルフィルム3を有し、金属板1の容器外面側となる表面に金属板側の層(C層)11とラミネート後に最上層となる層(D層)13との2層からなるポリエステルフィルム5を有する容器用金属板10の構成図である。
金属板1としては、缶用材料として広く使用されている軟鋼板やアルミニウム板などを用いることができる。金属板1に対して表面処理が施されていてもよく、例えば、金属クロムやクロム水和酸化物による表面処理が施されていてもよい。金属クロム、クロム水和酸化物の付着量については特に限定するものではないが、加工後の密着性、耐食性の観点から、クロム換算で金属クロムは40〜500mg/m2、クロム水和酸化物は8〜20mg/m2の範囲とすることが望ましい。
金属板1は、Snを含有しない、いわゆるティンフリースチール(TFS)であることが好ましい。
容器用金属板10は、金属板1の容器内面側となる表面に、0.010〜2.000質量%のワックスを含有し、表面の双極子間力が40mN/m以下であるポリエステルフィルム3を有する。
ポリエステルは、ジカルボン酸成分とグリコール成分とからなる樹脂である。
ジカルボン酸成分としては、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、フタル酸、等の芳香族ジカルボン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、マレイン酸、フマル酸等の脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸、p−オキシ安息香酸等のオキシカルボン酸等を挙げることができる。これらのうち、テレフタル酸が耐熱性及び味特性の観点から好ましい。
ワックスとしては有機、無機滑剤が使用可能であり、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、ステアリン酸ナトリウムのいずれか一以上が好ましい。ワックスの融点が低すぎると、ラミネート時の熱でワックスが過度に溶融し、溶融したワックスがロールに付着する。これにより、容器用金属板10の製造性が低下するため好ましくない。
容器用金属板10を食品用容器に加工し、内容物を充填した後に、殺菌のためにレトルト処理を行う。ワックスの融点が低すぎると、レトルト処理時にワックスが内容物に溶出し易くなり、非付着性及び離型性を確保することが困難となるため好ましくない。
このような問題を生じないようなワックスとして、特にポリエチレンワックスが好適である。ポリエチレンワックスの中でも、密度0.93g/cm3以上のものが融点も高く、添加量を少なくすることができるため好ましい。
なお、ラミネート後のフィルムの双極子間力は、40mN/m以下を満足すれば下限は特に規定されないが、多くのフィルムを測定した場合、測定値の下限は20mN/m程度である。
なお、双極子間力はその物質固有の物性であり、他の物質との関係によって決まるものではない。
例えば、ポリエステルフィルム3は、以下のように製造することができる。まず、バレル温度をポリエステル樹脂の融点よりも20℃以上高い温度に設定した溶融押出機に、ポリエステル樹脂と所定量のワックスとを投入し、原料を溶融し押し出す。所定の厚さになるよう押し出されたポリエステル樹脂を、キャスティングドラムで冷却固化することにより、ポリエステルフィルム3を形成することができる。
積層フィルムを製造するためには各層を貼り合わせる必要がある。その方法としては、ドライ、ウェット、あるいはエキストルージョンラミネーション法などの常法が採用され、必要に応じて、接着剤の使用や、コロナ放電処理、及び酸化処理が施される。
ポリエステルフィルム3が積層フィルムである場合は、少なくともラミネート後に容器内面側の最上層となる層(B層)9がワックスを含有する必要がある。
ポリエステルフィルム3が積層フィルムである場合、金属板側の層(A層)7のポリブチレンテレフタレートの含有量が、この層に含まれるポリエステルの5〜80mol%であることが好ましい。
容器用金属板10が金属板1の容器外面側となる表面にポリエステルフィルム5を有することで、レトルト処理後の食品用容器の表面外観が好適になるため好ましい。
上述の現象を回避するためには、レトルト処理時にフィルムを均一に結晶化させることが効果的である。そのため、ポリエステルフィルム5の結晶化温度が、120℃以下であることが好ましい。
この場合、金属板側の層(C層)11がポリブチレンテレフタレートを含有し、金属板側の層(C層)11に含まれるポリエステルの5〜80mol%がポリブチレンテレフタレートであることが好適である。これにより、ポリエステルフィルム5の結晶化温度を120℃以下に制御することが容易になると共に、ポリエステルフィルム5の成形性を向上することが可能となる。
さらに好ましいポリブチレンテレフタレートの含有量は、30〜70mol%である。
着色剤としては顔料と染料とがある。顔料としては、アルミニウム粉、ブロンズ粉、亜鉛粉、マイカ粉、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛などを用いることができる。また染料としては、アゾ系染料、アントラキノン系染料、インジゴ系染料などが使用できる。
次に、容器用金属板10の製造方法について説明する。
容器用金属板10の製造方法は、金属板1とポリエステルフィルム3とを一対のラミネートロール(不図示)間を通過させ、金属板1の容器内面側となる表面にポリエステルフィルム3をラミネートするラミネート工程と、ラミネート工程後に、容器内面側となる表面にポリエステルフィルム3がラミネートされた金属板1を冷却する冷却工程と、を有する。
容器用金属板10を製造する際には、まず、金属板1とポリエステルフィルム3とを一対のラミネートロール(不図示)間に挟んだ状態で通過させ、金属板1の容器内面側となる表面にポリエステルフィルム3をラミネートする。
なお、金属板1の容器外面側となる表面にポリエステルフィルム5をラミネートする場合には、ポリエステルフィルム3とは反対側からポリエステルフィルム5を搬送し、金属板1、ポリエステルフィルム3及びポリエステルフィルム5を一対のラミネートロール間に挟んだ状態で通過させる。
ラミネート工程では、一対のラミネートロール(不図示)の温度であるTr(単位:℃)が、ポリエステルフィルム3のガラス転移温度であるTg(単位:℃)以上、かつ、前記ワックスの融点であるTm(単位:℃)以下である。
つまり、一対のラミネートロール(不図示)の温度であるTrは、下記(3)式を充足する。
一方、ラミネートロールの温度Tr(単位:℃)がポリエステルフィルム3のワックスの融点Tm(単位:℃)を超える場合も、ポリエステルフィルム3の双極子間力が40mN/m超となり、内容物の取り出しやすさが低下するため好ましくない。また、ポリエステルフィルム3に含まれるワックスが、ラミネート時に圧着ロールへ付着し、生産性が低下するため好ましくない。
容器用金属板10の製造では、ラミネート工程終了から冷却工程開始までの時間であるt(単位:秒)が、下記(4)式を充足する。
なお、容器用金属板10を製造する際には、双極子間力が40mN/m以下のサンプルの容器用金属板を用いて、事前に上記(4)式を算出する。なお、双極子間力が40mN/m以上のサンプルの容器用金属板を用いて、上記(4)式を充足しないことを追加的に確認してもよい。
容器用金属板10の製造方法は、ラミネート工程後に、容器内面側となる表面にポリエステルフィルム3がラミネートされた金属板1を冷却する冷却工程を有する。
冷却工程での冷却方法は特に限定されないが、水を含む冷却槽にポリエステルフィルム3(及びポリエステルフィルム5)がラミネートされた金属板1を浸漬する方法や、ポリエステルフィルム3(及びポリエステルフィルム5)がラミネートされた金属板1に水を噴霧する方法等が挙げられる。
なお、ラミネート工程終了から冷却工程開始までの時間であるt(単位:秒)を、通板速度を変化させることにより制御してもよい。通板速度により時間tを制御する場合には、ラインの長さに基づいて、時間tの条件を充足する通板速度の範囲を予め求めておき、通板速度がその範囲を充足しているかどうかを判断することとなる。また、時間tを直接測定することにより、上記(4)式を充足するか判断してもよい。
なお、ラミネート工程の終了時点は、金属板1の容器内面側となる表面へのポリエステルフィルム3のラミネートが終了した時点である。また、冷却工程の開始時点は、容器内面側となる表面にポリエステルフィルム3がラミネートされた金属板1に対する冷却を開始した時点である。例えば、冷却槽を用いて冷却する場合には、容器内面側となる表面にポリエステルフィルム3がラミネートされた金属板1を冷却槽に浸漬した開始時点を表す。
同様に、測定された時間tは、上記(4)式を充足するか判定される。測定された時間tが上記(4)式を充足しないと判定された場合、時間tが上記(4)式を充足するように、ラミネート工程及び冷却工程で制御が行われる。時間tが上記(4)式を充足することを目的として制御する対象は特に限定されないが、例えば、通板速度を制御する方法などが挙げられる。
厚さ0.18mmのローモ板に対して脱脂、酸洗後、クロムめっきを行うことにより、クロムめっき鋼板を製造した。
クロムめっきは、次のようにして行った。まず、無水クロム酸とフッ化物とを含むクロムめっき浴でクロムめっきを行った。中間リンスを行った後、無水クロム酸とフッ化物とを含む化成処理液で電解処理した。その際、電解処理の条件を調整することにより、金属クロム付着量を100mg/m2とし、クロム水和酸化物量を12mg/m2とした。
実施例および比較例で使用したフィルムの樹脂組成及び厚み、ワックス成分及びその添加量、ラミネート時の条件(ラミネートロール温度及びラミネート後の水冷までの時間)を表中に記載した。なお、表1−1−1〜表1−1−4及び表2−1−1〜表2−1−4におけるワックスの添加量は、容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムの全質量に対する質量%で表している。
容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムのヘキサデカン、ヨウ化メチレン及び水に対するそれぞれの接触角を測定することにより、容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムの双極子間力を算出した。
具体的には、次のように容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムの双極子間力を算出した。まず、ヘキサデカン、ヨウ化メチレン及び水の各溶液を容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルム上へ2μl滴下した。滴下後1秒後の接触角を、協和界面科学(株)製CA−DT型を用いて測定した。このようにして測定された3つの接触角の値を、ヤング・デュプレ・拡張フォークスの固体表面張力3成分系式に代入し、連立方程式を解くことにより、容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムの双極子間力を算出した。
双極子間が40mN/m以下の場合を合格とした。
なお、表1−3及び表2−3の双極子間力は、容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムの双極子間力を表す。
容器外面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムの結晶化温度を測定する際は、まず、カッターナイフを用いて、容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムの表面から地鉄まで到達する疵を作った。疵の幅は、1〜3mm程度であった。容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルム側に疵を作った後、ラミネート鋼板を5%塩酸水溶液に浸漬し、鋼板を溶解した。鋼板を溶解すると、容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムと容器外面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムとが得られるが、予め作った疵により容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムは細かくなっている。そのため、得られたフィルムのうち、よりサイズの大きいフィルムが容器外面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムであるので、よりサイズの大きいフィルムを採取した。
採取したポリエステルフィルムを窒素フローしているデシケーターに24時間保管、乾燥し、乾燥フィルムを作製した。乾燥フィルムから試料10mgを採取し、10℃/分の速度で加熱昇温した。結晶化に伴う発熱ピークを示差走査型熱量計(セイコー電子(株)製SSC5300)にて測定し、結晶化温度を求めた。フィルムが複層の場合は、複層フィルムそのものを測定サンプルとして準備し、上記同様に示差走査型熱量計で発熱ピークを測定した。
まず、上述した方法で、乾燥フィルム10mgを調整した。なお、容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムのガラス転移温度を測定する際は、容器外面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムの表面から地鉄に達するまでの疵を作り、5%塩酸水溶液に浸漬した。
次に、示差走査型熱量計(セイコー電子(株)製SSC5300)を用いて試料を冷却した。冷却した際の相転移に伴う吸熱ピークから、容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルムのガラス転移温度を評価した。
160mmφに打ち抜いたラミネート金属板を用いて2段階の絞り加工を行い、内径87mmの缶を成形した。成形した缶のフランジ部が幅2.5mmとなるようにトリミングし、鮭の切り身を鮭の皮が缶内壁と密着するように充填した。蓋を巻き締めた後、蓋を下にした状態で125℃の温度下で90分間レトルト処理を行った。
その後、蓋を上にした状態で蓋を取り外し、内容物を取り出した後、缶内壁への鮭の皮の付着状態により内容物取り出し性を評価した。
鮭の皮がまったく付着していない又はほとんど付着していない場合を「Good」と評価し、鮭の皮がやや付着又は鮭の皮の大部分が付着残留している場合を「Bad」と評価した。
160mmφに打ち抜いたラミネート金属板を用いて2段階の絞り加工を行い、内径87mmの缶を成形した。成形した缶のフランジ部が幅2.5mmとなるようにトリミングし、鮭の切り身を鮭の皮が缶内壁と密着するように充填した。蓋を巻き締めた後、蓋を下にした状態で125℃の温度下で90分間レトルト処理を行った。
その後、蓋を上にした状態で蓋を取り外し、内容物を取り出した。その後、目視で缶外面の表面外観を評価した。
フィルムに白化等の変色が認められない場合を「Very Good」、フィルムに局部的に白化等の変色が認められる場合を「Fair」、フィルムの広範囲に白化等の明確な変色が認められる場合を「Bad」と評価した。「Very Good」又は「Fair」と評価された場合を合格とした。
160mmφに打ち抜いたラミネート金属板を用いて2段階の絞り加工を行い、内径87mmの缶を成形した。成形した缶のフランジ部が幅2.5mmとなるようにトリミングし、フィルムの損傷及びフランジ部での剥離を目視観察した。
成形後のフィルムに損傷や白化等の変色が無く、かつ、フランジ部でフィルムが剥離していない場合を「Very Good」、成形後のフィルムにおける損傷や白化等の変色と、フランジ部でのフィルム剥離とのいずれか一方が生じていた場合を「Fair」成形後のフィルムにおける損傷や白化等の変色が生じており、かつ、フランジ部でフィルムが剥離していた場合を「Bad」と評価した。「Very Good」又は「Fair」と評価された場合を合格とした。
160mmφに打ち抜いたラミネート金属板を用いて2段階の絞り加工を行い、内径87mmの缶を成形した。缶胴部からピール剥離試験用のサンプル(幅14mm×長さ50mm)を切出した。切り出したサンプルの缶内面側の長辺側端部からフィルムを一部剥離し、引張試験機にて剥離した部分のフィルムを引張速度20mm/分でピール剥離試験を行った。
9.8N/14mm以上の場合を「Very Good」、1.96N/14mm以上9.8N/14mm未満の場合を「Good」、1.96N/14mm未満の場合を「Bad」と評価した。「Very Good」又は「Good」と評価された場合を合格とした。
160mmφに打ち抜いたラミネート金属板を用いて2段階の絞り加工を行い、内径87mmの缶を成形した。缶胴部から耐衝撃性試験用のサンプル(幅50mm×長さ50mm)を切出した。デュポン衝撃試験機を用いて、缶内面側のフィルム面と厚さ5mmのシリコンゴムとを合わせて、缶外面側になるフィルム面に先端径が16mmのポンチを乗せ、1kgの重りを40mmの高さから落下させることで衝撃試験を行った。試験サンプルの端面を蜜蝋でシールし絶縁した後、試験サンプルとステンレス板間に6Vの電圧を印加し、4秒後の電流値を読み取った。
電流値が0.01mA未満の場合を「Very Good」、電流値が0.01mA以上、1mA未満の場合を「Good」、電流値が1mA以上の場合を「Bad」と評価した。「Very Good」又は「Good」と評価された場合を合格とした。
ラミネート時のラミネートロールへの付着物の有無を目視で確認した。付着物が認められた場合は、付着物を赤外分光分析法で分析し、得られたピークがワックスに起因するピークかどうかを判定した。
ラミネートロールにワックス成分が付着していなかった場合を「Good」、ラミネートロールにワックス成分が付着していた場合を「Bad」と評価した。「Good」と評価された場合を合格とした。
3 ポリエステルフィルム(容器内面側となる表面に形成されるポリエステルフィルム)
5 ポリエステルフィルム(容器外面側となる表面に形成されるポリエステルフィルム)
7 容器内面の金属板側に形成される層(A層)
9 ラミネート後に容器内面側の最上層となる層(B層)
10 容器用金属板
11 容器外面の金属板側に形成される層(C層)
13 ラミネート後に容器外面側の最上層となる層(D層)
Claims (6)
- 金属板と;
前記金属板の容器内面側となる表面にラミネートされ、0.010〜2.000質量%のワックスを含有し、双極子間力が40mN/m以下であるポリエステルフィルムと;
を備え、前記容器内面側の最上層となる層がポリエチレンテレフタレートとポリエチレンナフタレートとの少なくとも一方を含有し、ポリエチレンテレフタレートとポリエチレンナフタレートとの合計含有量がラミネート後に前記容器内面側の前記最上層となる層を構成するポリエステルの80mol%以上である
ことを特徴とする容器用金属板。 - 前記ワックスが、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス及びステアリン酸ナトリウムのいずれか又は複数である
ことを特徴とする、請求項1に記載の容器用金属板。 - 前記ポリエステルフィルムが2層以上の構成からなる積層フィルムであって、少なくともラミネート後に前記容器内面側の前記最上層となる層が質量比で0.010〜2.000%のワックスを含有する
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の容器用金属板。 - 前記積層フィルムの前記金属板側の層におけるポリブチレンテレフタレートの含有量が、該層に含まれる前記ポリエステルの5〜80mol%である
ことを特徴とする、請求項3に記載の容器用金属板。 - 前記金属板の容器外面側となる表面に、結晶化温度が120℃以下であるポリエステルフィルムがラミネートされている
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の容器用金属板。 - 金属板と、ポリエステル及び0.010〜2.000質量%のワックスを含有するポリエステルフィルムと、を一対のラミネートロール間に挟んだ状態で通過させ、前記金属板の容器内面側となる表面に前記ポリエステルフィルムをラミネートするラミネート工程と;
前記ラミネート工程後に、前記表面に前記ポリエステルフィルムがラミネートされた前記金属板を冷却する冷却工程と;
を有し、
前記一対のラミネートロールの温度であるTr(単位:℃)が、前記ポリエステルフィルムのガラス転移温度であるTg(単位:℃)以上、かつ、前記ワックスの融点であるTm(単位:℃)以下であり、
前記ラミネート工程終了から前記冷却工程開始までの時間であるt(単位:秒)tが、下記(1)式を充足する
ことを特徴とする、容器用金属板の製造方法。
0.9−{0.4/(Tm−Tg)}×(Tr−Tg)≦t≦2.6−{0.4/(Tm−Tg)}×(Tr−Tg)・・・(1)
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