JP6797594B2 - 発泡樹脂容器及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[1]熱可塑性ポリエステル系樹脂の発泡層を含む発泡樹脂容器であって、
結晶化熱量の絶対値が1〜5mJ/mgであり、
下記式(I)で算出される結晶化度が20%以上である、発泡樹脂容器。
結晶化度(%)={(融解熱量の絶対値(J/g)−結晶化熱量の絶対値(J/g))÷完全結晶化熱量(J/g)}×100・・・(I)
[2]前記発泡層の厚み方向の気泡数が、10〜25個である[1]に記載の発泡樹脂容器。
[3]加熱調理する食品に用いられる[1]又は[2]に記載の発泡樹脂容器。
[4][1]〜[3]のいずれか一項に記載の発泡樹脂容器の製造方法であって、
熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡層を含む発泡シートを120〜180℃で加熱する加熱工程、及び
前記加熱工程後、加熱した前記発泡シートを160〜200℃の金型で挟み4〜15秒間加熱成形する成形工程、を含む発泡樹脂容器の製造方法。
[5]前記成形工程後、成形した前記発泡シートを表面温度が50〜70℃になるまで放冷する放冷工程を含む、[4]に記載の発泡樹脂容器の製造方法。
本発明において熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シート(以下単に「発泡シート」ともいう。)は、ポリエステル系樹脂を含有する樹脂組成物の発泡樹脂層を備えるものである。該発泡樹脂層は、ポリエステル系樹脂を含む樹脂、及び発泡剤等を含む樹脂組成物から形成される。
かかる発泡シートは、発泡樹脂層のみからなる単層構造であってもよいし、発泡樹脂層の少なくとも一方の面に非発泡樹脂層等が設けられた積層構造であってもよい。
樹脂はポリエステル系樹脂を含む。ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。これらのポリエステル系樹脂は、1種単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
IV値は0.5〜1.50が好ましく、0.90〜1.10がより好ましい。
好ましい理由は、IV値が0.5未満の場合には発泡しにくくなり押出発泡シートが得られにくくなり、IV値が1.50超になると平滑なシートが得られにくくなる。
IV値は、JIS K 7367−5(2000)の方法で測定できる。
発泡剤としては、プロパン、ブタン、ペンタン等の炭化水素が挙げられる。中でも、ブタンが好ましく、ノルマルブタンとイソブタンとの混合物が好ましい。これらの発泡剤は、1種単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
さらに、強度及び断熱性を向上させるために気泡の調整が容易な窒素、炭酸ガスを用いてもよい。
本発明の発泡シートは、その他成分(任意成分)を含有していてもよい。
かかる任意成分としては、気泡調整剤、界面活性剤、着色剤、収縮防止剤、難燃剤、滑剤、劣化防止剤などが挙げられる。
気泡調整剤としては、タルク、四フッ化エチレン樹脂等が挙げられる。
熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シートの製造方法は、ポリエステル系樹脂を含有する原料組成物と、発泡剤と、を溶融混練した溶融混合物を、押出発泡させる方法である。
かかる熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シートの好適な製造方法としては、公知の発泡シートの製造方法を採用することができ、例えば、以下に示す製造方法が挙げられる。
本発明の発泡樹脂容器(以下単に「容器」ともいう。)は、上記熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シートを、公知の成形方法等を用いて、所望の形状に成形してなるものである。たとえば、熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シートは、押出発泡法を用いて製造された厚み0.5〜5.0mm、発泡倍率2〜6倍、結晶化度13%以下のものを用いる。また、熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シートは、非発泡樹脂層等が設けられた積層構造であってもよく、非発泡樹脂層としては、上述のポリエステル、ポリオレフィン、ポリスチレン等の樹脂を含むことが好ましい。積層構造にすることにより、さらに強度を上げ、美麗性も得ることができる。
図1に示すように、本発明の発泡樹脂容器20は、平面視で楕円形の底壁1と、底壁1の周縁から立ち上がり、底壁1を囲む略円筒状の側壁2とを有し、側壁2の上端で囲まれた開口部7が形成された容器本体8を備えるものであることが好ましい。側壁2は開口部7から底壁1に向かうに従い窄まっている。開口部7は平面視において、X2方向を長手、Y2方向を短手とする楕円形である。
本実施形態では、側壁2の上端に、開口部7の外方に張り出すフランジ部3を有する。フランジ部3は開口部7を周回しており、長手方向X2の両側に張り出したつまみ部3Aが形成されている。
また、底壁1の中央に平面視で十字状の底壁補強部24A、24Bを有する。側壁2に断面形状が波状の側壁補強部5を有する。
なお、本実施形態の開口部7は、平面視で楕円形であるが、本発明はこれに限定されない。開口部7の平面視形状は、正円でもよいし多角形でもよい。
上記数値範囲とすることにより、耐熱性に優れた発泡樹脂容器とすることができる。
ここで開口部7の開口面積は、画像解析により測定することができる。
上記数値範囲とすることにより、耐熱性に優れた発泡樹脂容器とすることができる。
底壁1の平均厚みとは、発泡樹脂容器の重心近傍(重心から30mm以内の領域)において、任意の3箇所の厚みを測定し、その平均値を測定した値である。
側壁2の平均厚みとは、側壁2を高さ方向に3等分し、それぞれの中央部分で厚みを測定し、平均した値である。
なお、本明細書において厚みとは、マイクロゲージを用いて測定される。
コーナー部6の平均厚みと側壁2の平均厚みとの比は、[コーナー部6の平均厚み]/[側壁2の平均厚み]で表して0.40〜1.40が好ましく、0.20〜0.55がより好ましい。
コーナー部6の平均厚みは、コーナー部6を高さ方向に3等分し、それぞれの中央部分で厚みを測定し、平均した値である。
底壁補強部24Aから底壁1までの高さh2は4〜7mmが好ましい。
底壁補強部24Aから底壁1までの高さh2と発泡樹脂容器20の高さH2との比は、[底壁補強部24Aから底壁1までの高さh2]/[発泡樹脂容器20の高さH2]で表して、0.05〜0.35が好ましく、0.10〜0.30が好ましい。
底壁補強部24A及び24Bの平面視の面積と底壁1の平面視の面積との比は、[底壁補強部24A及び24Bの平面視の面積]/[底壁1の平面視の面積]で表して、0.05〜0.55が好ましく、0.10〜0.45がより好ましい。
底壁補強部24A、24Bは、図1に示すように平面視で、長手方向X2に伸びる底壁補強部24Aと、短手方向Y2に伸びる底壁補強部24Bとが発泡樹脂容器中央で交差する十字状であってもよい。あるいは底壁の中央から外側に伸びる放射線状であってもよいし、ドーナツ状であってもよいし、円形であってもよいし、多角形であってもよい。底壁補強部24A、24Bの断面は、凹状であってもよく凸状であってもよい。底壁に凹状または凸状の底壁補強部が底壁の中央部を通るように形成されていることにより、発泡樹脂容器を加熱した時に底壁の歪な変形を防ぐことができる。すなわち、発泡樹脂容器に入れる内容物がグラタン、ラザニア等比較的重量のあるものであっても、片手で発泡樹脂容器を持ちあげることができるので取り扱いやすい。また、発泡樹脂容器を載置したときにも底壁の平坦性を保持することで安定性が良い。さらに、グラタンなどの粘度の高い食品であれば底壁を滑り、発泡樹脂容器から内容物がこぼれ落ちることを防止することができる。凸状である場合、底壁補強部24A、24Bの断面形状は開口面側に向かって窄まる台形が好ましい。
上記数値範囲とすることにより、耐熱性に優れた発泡樹脂容器とすることができる。
フランジ部3の外縁の形状は特に限定されないが、平面視で楕円形であってもよく、楕円形の長手方向の端部を面取りされた形状であってもよい。
フランジ部3の平均厚みと側壁2の平均厚みとの比は、[フランジ部3の平均厚み]/[側壁2の平均厚み]で表して、0.6〜1.65が好ましく、0.75〜1.50がより好ましい。
フランジ部3の平均厚みは、フランジ部3の任意の5箇所の厚みを測定し、平均値を算出することで得られる。
底壁の厚み方向の気泡数は、10〜25個が好ましい。
側壁の厚み方向の気泡数は、10〜25個が好ましい。
気泡数が上記数値範囲内であると、発泡樹脂容器の強度を向上しやすくなり、断熱性を向上しやすくなる。
厚み方向の気泡数とは、底壁又は側壁を厚み方向に切り取り、切り取った断面に厚み方向に沿って線を描き、走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、線に重なる気泡数をカウントしたものである。
例えば底壁の場合には、図3に示すように中央部分をサンプルとして採取し、MD方向(押出方向)に沿った面(MD面)、及びTD方向(押出方向と直交する方向)に沿った面(TD面)を走査電子顕微鏡(SEM)で観察できる大きさにカットする。これらMD面、及びTD面についてSEMを用いて写真を撮影する。倍率は50〜200倍で撮影する。図4は底壁中央部分のMD面のSEM画像であり、図5は底壁中央部分のTD面のSEM画像である。写真において底壁の厚み方向に直線を引き、直線上に接触するか交差する気泡数をそれぞれカウントする。MD面、TD面で得られた気泡数の値から平均値として算出したものを底壁の厚み方向の気泡数とする。
側壁の場合には、容器を長手方向に沿って切断した時の断面をMD面とし、容器を短手方向に沿って切断した時の断面をTD面とし、上記と同様にSEMを用いて写真を撮影する。倍率は50〜200倍で撮影する。図6が側壁のMD面のSEM画像であり、図7が側壁のTD面のSEM画像である。写真において側壁の厚み方向に直線を引き、直線上に接触するか交差する気泡数をそれぞれカウントする。MD面、TD面で得られた気泡数の値から平均値として算出したものを側壁の厚み方向の気泡数とする。
結晶化熱量の絶対値を上記範囲とすることにより、低温脆性を向上しやすくなる。
結晶化熱量は発泡シートの成形条件によって調節することができる。
結晶化熱量は、JIS K7122:2012「プラスチックの転移熱測定方法」に従い測定したDSC曲線から求めることができる。
具体的には、熱差走査熱量計装置(DSC6220型、SIIナノテクノロジー株式会社製)を用いアルミニウム製測定容器の底に隙間のないように試料を約6mg充填する。次に窒素ガス流量20mL/minのもと30℃で2分間保持し、速度10℃/minで30℃から290℃まで昇温した時のDSC曲線を得る。このときの基準物質としてアルミナを用いる。
結晶化度(%)={(融解熱量の絶対値(J/g)−結晶化熱量の絶対値(J/g))÷完全結晶化熱量(J/g)}×100・・・(I)
結晶化度を上記範囲とすることにより、発泡樹脂容器の耐熱性が向上しやすくなる。
ここで、融解熱量、結晶化熱量はJIS K7122:2012「プラスチックの転移熱測定方法」に従い測定したDSC曲線から求めることができる。測定条件は上述の通りである。
本発明において算出される結晶化度とは、融熱ピークの面積から求められる融解熱量(J/g)と結晶化ピークの面積から求められる結晶化熱量(J/g)の差を、樹脂の完全結晶の理論融解熱量で除して求められる値である。融解熱量及び結晶化熱量は、装置付属の解析ソフトを用いて算出することができる。図8は、DSC曲線から融解熱量と結晶化熱量の算出方法を説明するためのDCS曲線の模式図である。図8において、融解熱量は、融熱ピークとベースラインとで囲まれる面積(図8における右側斜線部分)から算出され、結晶化熱量は、結晶化ピークとベースラインとで囲まれる面積(図8における左側斜線部分)から算出される。
図9は、PETを使用した時のDSC曲線を表す図である。図9において、110〜140℃の間のピークが結晶化熱量を表し、210〜260℃の間のピークが融解熱量を表す。完全結晶化熱量は、100%結晶化した場合の熱量を表す。なお、PETの完全結晶化熱量は、140.1J/gである。
発泡樹脂容器の結晶化度は発泡シートの成形条件によって調節することができる。
本発明の発泡樹脂容器は、熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シート(以下「発泡シート」という)を120〜180℃で加熱する加熱工程、及び前記加熱工程後、引き続き前記発泡シートを160〜200℃の金型で挟み4〜15秒間加熱成形する成形工程、を含む製造方法で製造することができる。さらに、前記成形工程後、成形された前記発泡シートを50〜70℃になるまで放冷する放冷工程を含んでいてもよい。
加熱工程では、発泡シートを120〜180℃のヒーター槽で加熱して発泡シートを軟らかくする。
このとき発泡シートの表面温度を105〜135℃にすることが好ましい。
加熱工程における発泡シートの加熱時間は、20〜60秒が好ましい。
成形工程では、加熱工程後、加熱した発泡シートを160〜200℃の金型で挟み4〜15秒間加熱成形する。
160〜200℃の金型で挟み4〜15秒間加熱することにより樹脂の結晶化が進み、樹脂の結晶化熱量の絶対値を1〜5mJ/mgとし、且つ結晶化度を20%以上とすることができる。
成形方法としては、例えば、真空成形又は圧空成形が挙げられる。真空成形又は圧空成形としては、プラグ成形、フリードローイング成形、プラグ・アンド・リッジ成形、マッチド・モールド成形、ストレート成形、ドレープ成形、リバースドロー成形、エアスリップ成形、プラグアシスト成形、プラグアシストリバースドロー成形などが挙げられる。なかでも圧空成形が好ましい。圧空成形では、金型として160〜200℃に加熱したプラグ型及びキャビ型を用い、プラグ型側から圧縮空気を供給して、加熱した熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シートをキャビ型に4〜15秒間密着させることが好ましい。
成形工程における金型の温度は、加熱工程におけるヒーター槽の温度よりも高いことが好ましい。
放冷工程では、成形した発泡シートを表面温度が50〜70℃になるまで放冷する。
放冷工程では、成形した発泡シートを50〜60秒かけて、発泡シートの表面温度が50〜70℃になるまで放冷することが好ましい。放冷することにより、樹脂の結晶化が進み、結晶化度を20%以上とすることができる。
また、2枚の非発泡樹脂層の間に印刷層を挟み、これを発泡樹脂容器の内表面に積層した構造としてもよい。このような構成とすることにより、発泡樹脂容器表面を着色及び装飾できるため、意匠性が向上する。
本実施例で用いた原料を以下に示す。
ポリエチレンテレフタレート発泡シート(積水化成品工業株式会社製、ポリエチレンテレフタレートのIV値:1.0、発泡剤:窒素、気泡調整剤:タルク粉末、押し出し発泡法で製造されたもの、シート重量:330g/m2、シート厚み:0.75mm)。
[発泡樹脂容器の製造]
図1に示す発泡樹脂容器であって、L2が205mm、W2が135mm、H2が31mmの発泡樹脂容器を製造した。
熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シートを90秒間150℃のヒーター槽で加熱してシート表面温度を125℃にした後、プラグ型側から圧縮空気を供給してキャビ型にシートを密着させてプラグ型とキャビ型を8秒間閉じて180℃にて真空圧空成形し、図1に示す発泡樹脂容器を得た。
圧空成形の時間を20秒に変更した以外は、実施例1と同様にして発泡樹脂容器を製造した。
圧空成形の時間を3秒に変更した以外は、実施例1と同様にして発泡樹脂容器を製造した。
得られた発泡樹脂容器の底面から試料を採取し、下記測定条件のもと、JIS K7122に従いDSC測定を行い、結晶化熱量を求めた。得られた結果を表1に示す。
測定装置:示差走査熱量計装置 DSC7000X型((株)日立ハイテクサイエンス社製)
試料量:5.5±0.5mg
リファレンス(アルミナ)量:5mg
窒素ガス流量:20mL/min
試験数:2
上記[発泡樹脂容器の結晶化熱量の測定]で得られたDSC曲線の融解熱量、及び結晶化熱量から、下記式(II)より結晶化度を算出した。得られた結果を表1に示す。
結晶化度(%)={(融解熱量の絶対値(J/g)−結晶化熱量の絶対値(J/g))÷完全結晶化熱量(J/g)}×100・・・(II)
得られた発泡樹脂容器を200℃で10分間焼成し、発泡樹脂容器の変形具合を確認した。得られた結果を表1に示す。
○:大きな変形はない。
×:変形が大きく、容器として機能しない。
得られた発泡樹脂容器に水を250mL入れて凍らせ、これを高さ80cmから落下させ、発泡樹脂容器の破損状況を確認した。得られた結果を表1に示す。
○:破損の割合が少ない。
×:破損の割合が多い。
また、結晶化熱量の絶対値が1mJ/mg以上の実施例1及び比較例2は低温脆性に優れるのに対し、結晶化熱量の絶対値が1mJ/mg未満の比較例1は低温脆性に劣っていた。
Claims (4)
- ポリエチレンテレフタレートの発泡層を含む発泡樹脂容器であって、
結晶化熱量の絶対値が1〜5mJ/mgであり、
下記式(I)で算出される結晶化度が20%以上であり、
前記発泡層の厚み方向の気泡数が10〜25個である、発泡樹脂容器。
結晶化度(%)={(融解熱量の絶対値(J/g)−結晶化熱量の絶対値(J/g))÷完全結晶化熱量(J/g)}×100・・・(I)
[式(I)中、融解熱量は、JIS K7122:2012「プラスチックの転移熱測定方法」に従い測定したDSC曲線の融熱ピークとベースラインとで囲まれた領域から算出され、結晶化熱量は、前記DSC曲線の結晶化ピークとベースラインとで囲まれる領域から算出される。] - 加熱調理する食品に用いられる請求項1に記載の発泡樹脂容器。
- 請求項1又は2に記載の発泡樹脂容器の製造方法であって、
ポリエチレンテレフタレートの発泡層を含む発泡シートを120〜180℃で加熱する加熱工程、及び
前記加熱工程後、加熱した前記発泡シートを160〜200℃の金型で挟み4〜15秒間加熱成形する成形工程を含む、発泡樹脂容器の製造方法。 - 前記成形工程後、成形した前記発泡シートを表面温度が50〜70℃になるまで放冷する放冷工程を含む、請求項3に記載の発泡樹脂容器の製造方法。
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