JPWO2008044793A1 - 薄肉二軸延伸ポリエステルボトル - Google Patents
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Abstract
Description
一般に飲料用に用いられている二軸延伸ポリエステルボトルは、0.25〜0.30mm程度の平均肉厚を有しているが、コスト削減や軽量化などの点から、更に使用樹脂量を低減する要求が高まっている。
このような観点から、例えば特開平7−257534号公報には、胴部の平均肉厚を0.25mm以下とし、平均延伸倍率を10倍以上となるようにブロー成形してなるボトル状容器が提案されている。
しかしながら、かかるボトル状容器においては、5000mLなどの大容量の容器の場合には軽量化を図ることができるとしても、2000mL以下の比較的容量の小さい容器の場合には軽量化を図ることが難しいという問題があった。またこのボトル状容器の製法においては、二軸延伸ブロー成形での平均延伸倍率を10倍以上とするようにしているが、縦延伸倍率については、通常の2〜2.7倍の範囲であり、これ以上に縦延伸倍率を高めようとすると、過延伸による白化が起こったり、積層剥離(デラミ)や破裂(バースト)などの問題を生じ、成形することが難しいという問題がある。
また、容器の一部分を薄肉化して軽量化を図ることができる薄肉ボトルも提案されており、例えば特開2001−122237号公報には、500mL程度のボトルで肩部の平均肉厚を0.2〜0.3mmとし、胴部の平均肉厚を0.02〜0.05mmとし、胴部に変形強度を高める横リブを形成する技術が開示されている。しかしながら、このような肉厚の変化量が大きいボトルを延伸ブロー成形する場合には、予めプリフォームを射出成形する場合に肉厚に変化をつけるようにする必要があったり、プリフォームを延伸ブロー成形する場合の成形条件の設定などが難しいという問題がある。
更に本出願人は、特開2003−191319号公報において、平均肉厚が0.1〜0.2mmに薄肉化されたポリエステル製の二軸延伸ブローボトルを提案しており、かかる二軸延伸ブローボトルにおいては、過延伸による白化がなく、自立可能な薄肉のボトル状容器を成形でき、樹脂の使用量の削減と軽量化を図ることが可能となった。
従って本発明の目的は、胴部が250μm以下に薄肉化、好適には平均肉厚が200μm以下に、薄肉化された二軸延伸ポリエステルボトルであって、外観特性に優れていると共に、耐落下衝撃性をも備えた二軸延伸ポリエステルボトルを提供することである。
本発明によれば、ポリエステル樹脂から成るプリフォームを二軸延伸ブロー成形して成る二軸延伸ポリエステルボトルにおいて、ボトル胴部中央部が、(i)室温での引っ張り試験における円周方向の伸びが縦方向の伸びよりも大きいこと、又は(ii)ラマン分光法による円周方向の配向パラメータが縦方向の配向パラメータよりも小さいこと、の少なくとも一方を満足することを特徴とする二軸延伸ポリエステルボトルが提供される。
本発明の二軸延伸ポリエステルボトルにおいては、
1.ボトル胴部の平均肉厚が250μm以下であること、
2.円周方向の伸び率が100%以上、特に100〜1000%の範囲にあること、
3.円周方向の配向パラメータが3.5以下、特に1.5〜3.5の範囲にあること、
4.延伸温度に加熱されたポリエステル製プリフォームをストレッチロッドにより延伸すると共にエアブローにより延伸してなる二軸延伸ポリエステルボトルの製造方法において、前記ストレッチロッドによる延伸を行う際、プリフォームがストレッチロッドの先端以外の部分及び金型表面と接触することのない流量のブローエアをプリフォーム内部に流入することを特徴とする製造方法により製造されていること、
が好適である。
本発明の二軸延伸ポリエステルボトルにおいては、ボトル胴部の平均肉厚を250μm以下と薄肉にしても、従来の薄肉二軸延伸ポリエステルボトルに生じていたリング状の厚肉部が形成されず、外観特性に優れていると共に、耐落下衝撃性にも優れている。
また非常に薄肉であるため、樹脂の使用量を低減することができると共に、軽量化を図ることも可能となる。
尚、本明細書において「薄肉」の二軸延伸ポリエステルボトルとは、ボトルの胴部平均肉厚が約250μm以下の範囲にあるポリエステルボトルを言う。ここで、ボトルの胴部平均肉厚(t)は、ボトルのネックリングより下の部分(ネックリング及びキャップ締付け用のネジ部を除く部分)の首下重量(G)及び使用樹脂の比重(γ)からボトルの首下体積(V)を求めると共に、ボトルのネックリングより下の部分の首下表面積(S)を算出し、ボトルの首下体積(V)をボトルの首下表面積で除した値(t=V/S)を言う。
前述したように、ボトル胴部の平均肉厚が250μm未満の薄肉の二軸延伸ポリエステルボトルの成形においては、成形途中でバーストすることが多く、バーストを生じることなく成形できた容器であっても、外観特性及び耐落下衝撃性が劣るものであった。
本出願人は、このような観点から、ボトル胴部の平均肉厚が200μm以下の薄肉二軸延伸ポリエステルボトルの成形方法として、延伸温度に加熱されたポリエステル製プリフォームをストレッチロッドにより延伸すると共にエアブローにより延伸してなる二軸延伸ポリエステルボトルを製造する方法において、前記ストレッチロッドによる延伸を行う際、プリフォームがストレッチロッドの先端以外の部分及び金型表面と接触することのない流量のブローエアをプリフォーム内部に流入することを特徴とする成形方法を提案した(WO2007/83396)。
かかる製法により得られた本発明の二軸延伸ポリエステルボトルにおいては、胴部中央部の室温での引っ張り試験における円周方向の伸びが縦方向の伸びよりも大きく、また胴部中央部のラマン分光法による円周方向の配向パラメータが縦方向の配向パラメータよりも小さいという、上述した本出願人による特開2003−191319号公報記載の方法により得られたボトル胴部の平均肉厚が200μm以下の薄肉二軸延伸ポリエステルボトル(以下、このボトルを「従来薄肉ボトル」という)や、ボトル胴部の平均肉厚が250μmよりも厚い、従来の通常の肉厚の二軸延伸ポリエステルボトル(以下、このボトルを「通常肉厚ボトル」という)では見られない特性を有することを見出すと共に、かかる特性を満足する薄肉二軸延伸ポリエステルボトルは従来薄肉ボトルよりも外観特性に優れ、且つ耐落下衝撃性が顕著に向上されていることを見出したのである。
図1は、後述する実施例及び比較例により作成された、本発明の二軸延伸ポリエステルボトル(実施例1)、従来薄肉ボトル(比較例1)、通常肉厚ボトル(比較例2)について、胴部から切り出した5×40mmの大きさの試験片を用い、チャック間距離5mm、引っ張りスピード10mm/minの条件で、引っ張り試験を行った際の伸びと応力の関係を示すものである。
この図1の結果から明らかなように、従来薄肉ボトルは、縦方向及び円周方向の何れの方向においてもあまり伸びが大きくなく、また縦方向及び円周方向の伸びの間にあまり差がない。また通常肉厚ボトルは、縦方向の伸びが横方向の伸びよりも大きいという共通の傾向を有している。
これに対して、本発明の薄肉二軸延伸ポリエステルボトルは、円周方向の伸びが比較例1,2のボトルに比して顕著に大きく、円周方向の伸びが縦方向の伸びよりも顕著に大きいという、他のボトルには見られない特徴を有していることが明らかである。
また図2は、後述する実施例及び比較例により作成された、本発明の二軸延伸ポリエステルボトル(実施例1)、従来薄肉ボトル(比較例1)、通常肉厚ボトル(比較例2)について、波長532nmのレーザを用い、1800〜600cm−1の測定範囲で、5秒の測定秒数、積分回数2回の測定条件で、ラマン分光による配向を示すものである。
この図2から明らかなように、従来薄肉ボトル(図2(B))は、縦方向に比して円周方向の配向が大きく、また通常肉厚ボトル(図2(C))も、縦方向に比して円周方向の配向が大きい。
これに対して、本発明の薄肉二軸延伸ポリエステルボトル(図2(A))は、厚み方向の何れの位置でも縦方向の配向が円周方向の配向よりも大きいという、他のボトルには見られない特徴を有していることが明らかである。
このような特徴を有する本発明の二軸延伸ポリエステルボトルが、従来薄肉ボトルや、通常肉厚ボトルに比して、使用樹脂量の低減、ボトルの軽量化を図ると共に、優れた外観特性及び耐落下衝撃性のすべての特性を有していることは後述する実施例の結果から明らかである。
すなわち、従来薄肉ボトルは、ボトル胴部の平均肉厚は200μm以下で、使用樹脂量が少なく軽量化を図ることができるが、厚肉のリング部が形成されてしまい外観特性に劣ると共に、耐落下衝撃性も落下許容高さが90cmと本発明の二軸延伸ポリエステルボトルに比して劣っている(比較例1)。また通常肉厚ボトルは、耐落下衝撃性の点では満足するものであるが、胴部の平均肉厚が0.25mmより大きく0.30mm以下と厚いため、使用樹脂量の低減及び軽量化を図ることができない(比較例2)。
これに対して、本発明の二軸延伸ポリエステルボトルは、ボトル胴部の平均肉厚が250μm以下、特に200μm以下で、使用樹脂量が少なく軽量化を図ることができると共に、均一な肉厚を有し外観特性にも優れている。更に落下許容高さが120cmと耐落下衝撃性にも優れていることが明らかである(実施例1)。
図2は、各種二軸延伸ポリエステルボトルのラマン分光による配向と外面からの距離との関係を示す図である。
図3は、本発明の二軸延伸ポリエステルボトルの一例を示す側面図である。
図4は、本発明の二軸延伸ポリエステルボトルの成形工程の一例を示す図である。
図3は、本発明の二軸延伸ポリエステルボトルの一例を示す側面図であり、ポリエステルボトル10は、未延伸の口部11及びサポートリング12と、延伸された肩部13、胴部14及び底部15とからなり、底部15に設ける凹部16により自立可能な形状に成形されている。
このポリエステルボトル10は、軽量化を図ると共に、使用樹脂の削減が図られており、延伸された肩部13、胴部14及び底部15の平均肉厚が0.05〜0.25mmの範囲、より好ましくは0.07〜0.20mmの範囲、特に0.07〜0.15mmの範囲内にあることが好ましく、これにより、その肉厚変化量は0.1mm以内、好ましくは0.05mm以内となっており、大幅な軽量化が図られている。
本発明の二軸延伸ポリエステルボトルは、軽量化・薄肉化に伴う剛性や強度を補強するための補強用ビード等の補強部分は特に必須ではないが、胴部の中央に内側に凹んだ補強用リブが環状に形成されていてもよい。
(ポリエステル樹脂)
本発明の二軸延伸ポリエステルボトルを構成するポリエステル樹脂は、従来より二軸延伸ブロー成形に用いられている、公知のポリエステル樹脂を用いることができる。
ポリエステル樹脂を構成するジカルボン酸成分としては、ジカルボン酸成分の50%以上、特に80%がテレフタル酸であることが機械的性質や熱的性質から好ましいが、テレフタル酸以外のカルボン酸成分を含有することも勿論できる。テレフタル酸以外のカルボン酸成分としては、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、p−β−オキシエトキシ安息香酸、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェノキシエタン−4,4’−ジカルボン酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、アジピン酸、セバシン酸等を挙げることができる。
一方、ジオール成分としては、ジオール成分の50%以上、特に80%以上がエチレングリコールであることが、機械的性質や熱的性質から好ましく、エチレングリコール以外のジオール成分としては、1,4−ブタンジオール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、グリセロール、トリメチロールプロパン等を挙げることができる。
またトリメリット酸、ピロメリット酸、ヘミメリット酸,1,1,2,2−エタンテトラカルボン酸、1,1,2−エタントリカルボン酸、1,3,5−ペンタントリカルボン酸、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸、ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸等や、ペンタエリスリトール、グリセロール、トリメチロールプロパン、1,2,6−ヘキサントリオール、ソルビトール、1,1,4,4−テトラキス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン等の三官能以上の多塩基酸及び多価アルコールを含んでいてもよい。
更にポリエステル樹脂には、それ自体公知の樹脂用配合剤、例えば着色剤、抗酸化剤、安定剤、各種帯電防止剤、離型剤、滑剤、核剤等を最終成形品の品質を損なわない範囲で公知の処方に従って配合することができる。
(成形方法)
本発明の二軸延伸ポリエステルボトルの成形に用いるプリフォームは、上述したポリエステル樹脂を用いて、従来公知の製法、例えば射出成形或いは圧縮成形等により成形することができ、成形されたプリフォームは必要により口部を加熱して熱結晶化させる。
本発明に用いるプリフォームは、上記ポリエステル樹脂の単層構造のものであってもよいし、或いは上記ポリエステル樹脂を内外層とし、中間層として他の熱可塑性樹脂や、或いはガスバリア性、酸素吸収性、酸素吸収ガスバリア性等の機能を有する従来公知の機能性樹脂組成物等を用いた多層構造を有するものであってもよい。
成形されたプリフォームは、延伸ブロー成形に付される前に、延伸温度に加熱されるが、プリフォームの外面の温度が100乃至130℃、特に115乃至125℃の範囲にあり、且つプリフォーム外面と内面の温度差が2℃以内にあるように、プリフォームを加熱することが好ましい。プリフォームの外面温度が130℃よりも高い場合には、プリフォームが熱結晶化により白化してしまうため好ましくない。またプリフォームの内外面の温度差が2℃以内と、肉厚方向に均一に加熱されていることにより、延伸の際に生じる熱応力を内外面でほぼ同じにすることができ、均一にムラなく延伸することができ、過延伸による白化や異常収縮によるバーストが有効に防止される。その結果、より薄肉化された二軸延伸ポリエステルボトルを歩留まりよく成形することが可能となるのである。
次に延伸ブロー成形の一実施形態について、図4に示す工程図にしたがってその概略を説明する。
図4(A)に示すように、上述した加熱条件により均一且つ高温に加熱されたプリフォーム20が口部を固定されて、ブロー金型21内に入れられた状態から、図4(B)に示すように、プリフォームがストレッチロッドの先端以外の部分及び金型表面と接触することのない流量のブローエアをプリフォーム内部に流入しながら、ストレッチロッド22によってプリフォーム20をその軸方向(縦)に延伸を開始する。
図4に示す具体例では、ストレッチロッド22が最終成形品10のネック下から接地面までの距離のほぼ95%程度まで延伸を行うが(図4(C))、この時点で成形されつつあるプリフォームは未だ金型表面には接触していない。
ストレッチロッドによる延伸を終了した時点で、本発明の一つの態様では、ブローエアの流量が変化することなく、そのままの流量で最終成形品までブロー成形を行うことにより、実質的に周方向の延伸が行われ、プリフォームは金型表面に接触して最終成形品の形状に賦形することができる(図4(D))。
また本発明の二軸延伸ポリエステルボトルの成形方法の他の態様では、ストレッチロッドによる延伸を終了した時点で、上記流量よりも流量の多いメインブローが行われ、これにより実質的に周方向の延伸が行われ、プリフォームは金型表面に接触して最終成形品の形状に賦形される(図4(D))。
ブロー成形後のボトルは、熱固定に付された後、冷却されて最終成形品として完成する。熱固定は、ブロー成形金型中で行うワンモールド法で行うこともできるし、ブロー成形金型とは別個の熱固定用の金型中で行うツーモールド法で行うこともできる。熱固定の温度は一般に、60乃至180℃の範囲が適当である。
上述したストレッチロッド22による延伸では、最終成形品10の肩部13に相当する部分が延伸されると共に、これに続く胴部14の上部に相当する部分が延伸され、次いでプリフォーム20のポリエステルボトル10の胴部14の下部及び底部15に相当する部分の大部分が延伸される。また上述したように、ストレッチロッドによる延伸の際に所定流量のブローエアが流入されることにより、ストレッチロッドの径にかかわらずプリフォームがストレッチロッドに接触することを予防することが可能となる。
このプリフォームがストレッチロッドの先端以外の部分及び金型表面と接触することのない流量は、プリフォームの大きさやストレッチロッドの径或いは最終成形品の形状等によって異なり、一概に規定できないが、0.06乃至0.5MPaの圧力に調整されたブローエアを用いることができ、最終形状が図4に示すような横断面が円形状の2000mLの二軸延伸ポリエステルボトルの場合には、0.05乃至0.1MPaの範囲にあることが好ましい。このように、ブローエアの流量を低くすることによって、エアタンク内からプリフォームに流入されたブローエアの断熱膨張による温度変化を抑制し、エアタンクで設定した温度で延伸ブロー成形することが可能となる。
またこのブローエアは、エアタンク内の設定温度で60乃至300℃、特に100乃至200℃の範囲の温度に調整されていることが好ましい。このように、ブローエアを高温に調整することにより、プリフォームの温度低下を抑制することができ、これにより均一な延伸が可能となって、二軸延伸ポリエステルボトルの円周方向の配向を抑制することが可能になると共に、高度に薄肉化することが可能となるのである。
本発明の二軸延伸ポリエステルボトルは、延伸ブロー成形終了のときまで、プリフォームに流入するブローエアの流量を、プリフォームがストレッチロッドの先端以外の部分及び金型表面と接触することのない流量で、延伸ブローすることによっても、バースト等生じることなく成形することができるが、延伸に要する時間を短縮して生産性を向上し得る点からは、ストレッチロッドによる延伸を行う際のブローエアの流入をプレブローとして行い、ストレッチロッドによる延伸終了と同時にプレブローを終了し、その後メインブローによる延伸を行うことが特に好ましい。
この場合、ストレッチロッドによる延伸の際に行うプレブローが、最終成形品である二軸延伸ポリエステルボトルの内容積の10乃至50%、特に25乃至40%の量を流入するものであることが好適である。
またストレッチロッドは、ボトルの最終寸法におけるネック下から接地面までの距離(図3のサポートリング12から接地面までの垂直距離)の70%以上の距離までプリフォームを縦方向に延伸することが好適である。70%未満では、ブローエアによる延伸量が多くなり過ぎ、特にプレブローとメインブローに分けて延伸を行う場合には、メインブローでの急激な延伸により、過延伸や賦形不良、或いはバーストが発生しやすくなるおそれがある。
ストレッチロッドによる縦方向の延伸の上限は、ボトルの最終寸法におけるネック下から接地面までの距離に対して、底部中央の肉厚、及び底部中央に凹部を設ける場合には凹部の深さを除いた距離より少ない距離であることは言うまでもない。一般に2000mLのポリエステルボトルの場合で、ボトルの最終寸法におけるネック下から接地面までの距離の95%程度であることが好ましい。
ストレッチロッドによる延伸においては、ストレッチロッドの最高速度が、700mm/sec以下、特に200乃至500mm/secの範囲にあること、及びストレッチロッド先端がプリフォーム底部内面に接触する際の速度が、200mm/sec以下または一時停止することが好適である。
このようにストレッチロッドによる延伸を緩やかに行うことにより、均一にムラなく延伸することが可能となり、成形された二軸延伸ポリエステルボトルの縦方向の伸び及び配向を抑制することができ、上述した特性を具備することが可能になると共に、急激な延伸によって生じる過延伸や賦形不良、或いはバーストの発生が有効に予防できる。
ストレッチロッドによる延伸終了後のメインブローは、0.5乃至4.0MPaの圧力に調整され、60乃至300℃の温度に調整されたブローエアであることが好ましく、プレブローに使用されていたブローエアと同一の温度で、プレブロー以上の圧力に調整されたブローエアを用いることが、延伸ブロー成形装置におけるエアタンクを一つにすることができるので生産性の点から好ましい。
本発明の二軸延伸ポリエステルボトルの製造方法においては、延伸倍率が、縦延伸倍率が2.7倍以上且つ面積倍率が12乃至25倍であることが好適であり、これにより薄肉化、軽量化された二軸延伸ポリエステルボトルを得ることが可能となる。
ポリエステル樹脂を用いて、射出成形機にて質量19gのプリフォームを成形し、このプリフォームを115℃まで加熱し、200mm/secのスピードでストレッチロッドによる延伸を行い、プレブローとしてプリフォームがストレッチロッドの先端以外の部分及び金型表面と接触することのない流量(0.07MPa)のブローエアをプリフォーム内部に流入し、さらにメインブローを2MPaにてブローし、内容積2000mLのボトルを成形した。
得られたボトル(N=5個)について底部から12cmの位置における胴部の平均肉厚を求めたところ90μmであった。
また底部から12cmの位置の胴部から切り出した5×40mmの大きさの試験片を用い、チャック間距離5mm、引っ張りスピード10mm/minの条件で、引っ張り試験を行った。結果を図1に示す。
また得られたボトルについて底部から12cmの位置における胴部から試料を切り出し、波長532nmのレーザを用い、1800〜600cm−1の測定範囲で、5秒の測定秒数、積分回数2回の測定条件で、ラマン分光による配向を測定した。外面から距離に対する配向パラメータ(OP)の値を図2(A)に示す。
更に得られたボトルについて、耐落下衝撃性について評価したところ、落下許容高さは120cmであった。
尚、落下許容高さの測定方法は以下の通りである。
満注状態のボトルを、樹脂塗装された床面に、(1)ボトルを正立状態で底部より落下、及び(2)ボトルを側面より落下、をこの順に5回繰り返し行った。破胴及び底割れの生じない最大高さを落下許容高さとした。
(比較例1)
ポリエステル樹脂を用いて、射出成形機にて質量19gのプリフォームを成形し、このプリフォームを124℃まで加熱し、200mm/secのスピードでストレッチロッドによる延伸を行い、プレブローとして0.8MPaのブローエアをプリフォーム内部に流入し、さらにメインブローを3MPaにてブローし、内容積2000mLボトルを成形した。
得られたボトルについて、実施例1と同様にして胴部の平均肉厚を測定したところ、80μmであった。
また実施例1と同様にして、引っ張り試験及びラマン分光による配向を測定し、結果を図1及び図2(B)に示した。
更に実施例1と同様にして、耐落下衝撃性について評価したところ、落下許容高さは90cmであった。
(比較例2)
ポリエステル樹脂を用いて、射出成形機にて質量45gのプリフォームを成形し、このプリフォームを110℃まで加熱し、800mm/secのスピードでストレッチロッドによる延伸を行い、プレブローとして0.8MPaのブローエアをプリフォーム内部に流入し、さらにメインブローを2MPaにてブローし、内容積2000mLのボトルを成形した。
得られたボトルについて、実施例1と同様にして胴部の平均肉厚を測定したところ、260μmであった。
また実施例1と同様にして、引っ張り試験及びラマン分光による配向を測定し、結果を図1及び図2(C)に示した。
更に実施例1と同様にして、耐落下衝撃性について評価したところ、落下許容高さは120cmであった。
Claims (5)
- ポリエステル樹脂から成るプリフォームを二軸延伸ブロー成形して成る二軸延伸ポリエステルボトルにおいて、ボトル胴部中央部が、(i)室温での引っ張り試験における円周方向の伸びが縦方向の伸びよりも大きいこと、又は(ii)ラマン分光法による円周方向の配向パラメータが縦方向の配向パラメータよりも小さいこと、の少なくとも一方を満足することを特徴とする二軸延伸ポリエステルボトル。
- 前記ボトル胴部の平均肉厚が250μm以下である請求項1記載の二軸延伸ポリエステルボトル。
- 前記円周方向の伸び率が100%以上である請求項1記載の二軸延伸ポリエステルボトル。
- 前記円周方向の配向パラメータが3.5以下である請求項1記載の二軸延伸ポリエステルボトル。
- 延伸温度に加熱されたポリエステル製プリフォームをストレッチロッドにより延伸すると共にエアブローにより延伸してなる二軸延伸ポリエステルボトルの製造方法において、前記ストレッチロッドによる延伸を行う際、プリフォームがストレッチロッドの先端以外の部分及び金型表面と接触することのない流量のブローエアをプリフォーム内部に流入することを特徴とする製造方法により製造された請求項1記載の二軸延伸ポリエステルボトル。
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