JP2534482B2 - ポリエチレンテレフタレ−ト樹脂製ボトルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高温時の耐圧性に優れたポリエチレンテレフ
タレート樹脂製ボトルの製造方法に関する。

（従来の技術） ポリエチレンテレフタレート樹脂（以下PETと称す）
材から成るボトルはその優れた諸物性により広く食品用
容器として、特に近年は果汁飲料等のホツトパック飲料
用容器として用いられており、その優れた物性はPETが
２軸延伸により配向結晶化する事で得られる。配向結晶
化の付与は延伸吹込成形（ブロー成形）によって行う
が、通常ブロー成形においては、製品の口部はブロー成
形時に把持部となるため全く延伸されておらず、また底
部中央部付近も延伸ロッドが接触するため、全く延伸さ
れない。

そのため、これらの未延伸部は非晶状態のまま製品に
残る。また非晶状態のPETはガラス転移温度（約70℃）
以上で軟化するので、通常加熱充填温度が80℃ないし90
℃で行うホットパックではPETボトルは充分な強度に欠
ける。そこで、PETボトルの耐熱性を向上させる方法と
して特公昭49−3073号には、PETボトルを熱処理して結
晶化度を高めることが開示されている。また特開昭51−
53566号にはボトルを加温された金型内に保持して行な
う具体的製造方法が開示されている。これらに開示され
た技術は、いずれもボトルは一ケずつ金型内に保持され
熱処理時に変形しないように、内部を圧縮空気等で加圧
しボトルを金型内壁に押しつけた状態で、金型を加温す
る等の手段により熱処理する方法であるが、この方法で
はボトル取り出しのためボトル内の圧力を解放すると、
ボトルが熱処理温度に依然としてある場合は熱変形を起
すという問題があり、これを防止するために圧力解放以
前にボトルを冷却するか又は再度別の金型に移しかえて
再賦形する必要がある。そのため実際に上記した金型内
熱処理を行なおうとすると製造時間が長くなり生産性が
悪く、生産性を高めるためにはサイクルに見合うだけの
多数の加熱処理用金型を必要とするため大変なコスト高
となり、実用的でないという欠点を有していた。

この改良策として、プリフォームをブロー成形して得
られる１次ボトルを熱風オーブン内で熱処理し結晶化を
進め、次いで最終形状のボトルとする方法が提案されて
いる。かかる方法においてオーブン処理の目的は１次ボ
トルを自由収縮させ残留応力を解放させることと結晶化
度を増大させることにある。１次ボトルはプリフォーム
段階ですでに白化結晶化された口頚部以外は延伸配向さ
れるべきものであるが、ボトル底部中央部近傍はブロー
成形の際に延伸ロッドによって押えられるため、ほとん
ど延伸されておらず肉厚の非晶部が残存している。この
ような１次ボトルを熱風オーブン内で熱処理すると、ま
ず肉薄に延伸された部分つまりボトル底部中央部近傍の
肉厚の非晶部以外のボトル胴部、肩部等は直ちに収縮す
るとともに、結晶化度が増大しオーブン処理の目的は比
較的短時間で達成されるのであるが、ボトル底部中央部
近傍の肉厚の非晶部は肉が厚いためなかなか結晶化せ
ず、結局トータルのオーブン諸理時間はこの肉厚の非晶
部の白化結晶化時間に合わせて長くしなくてはならない
ので非常に効率が悪いという問題点を有していた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はかかる従来の問題を解消し、特にボトルの底
部の肉厚部を確実に結晶化させた優れた耐熱性と強度を
有するポリエチレンテレフタレート樹脂製ボトルの製造
方法を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記問題点を解消するためになされたもの
であって、ポリエチレンテレフタレート樹脂製のプリフ
ォームを延伸温度に加熱し、次いで１次ブロー成形を行
って形状が最終製品よりも大きい形状の１次ボトルを形
成し、続いて１次ボトルの底部の未延伸或いは低延伸の
肉厚部を温度150℃以上に予備加熱し、更に該１次ボト
ル全体を温度150℃以上の雰囲気中で熱処理して結晶化
度を増大させるとともに、自由収縮させて形状が最終製
品よりも小さい形状の２次ボトルを形成し、次いで最終
製品の形状をした金型内で２次ブロー成形を行って最終
製品形状のボトルに形成することを特徴とする。

以下本発明について更に詳しく説明する。

１次ボトルの成形を、最終製品ボトルよりも大きく成
形する目的はボトル全体をなるべく厚さむらのないよう
に均一に延伸することであり、かくすることによりボト
ルの口部や底部にどうしても残る肉厚の未延伸非晶部分
の量をできるだけ少なくした肉薄の均一延伸ボトルを得
ることができる。

上記したような均一延伸ボトルは、１次ボトルの成形
を最終製品ボトルよりも大きく成形する本製造方法によ
って容器に得られるものである。均一延伸ボトルを得る
ためには延伸倍率を高くすることが重要であるが、プリ
フォームから直接最終製品ボトルとする通常の成形方法
ではプリフォームの寸法を小さくして延伸倍率を高める
ことが行なわれている。しかし、そのようにプリフォー
ムの寸法を小さくすることはプリフォームの重量が一定
ということから必然的にプリフォームの肉厚を厚くする
ことになり、プリフォームの肉厚には限界があるので、
本製造方法によった場合のような均一延伸ボトルを得る
ことは困難である。

１次ボトルの成形は延伸温度に加熱したプリフォーム
を金型内にてブローしても良く、金型を使用せずにブロ
ーする、いわゆるフリーブローした時に生ずるボトルの
ような単純なものを１次ボトルとしても良い。後者の場
合には金型コストが半減できるとともにプリフォームは
金型の制約なく自由に延伸されるため金型を用いたとき
よりも均一延伸が比較的容易にかけられるため、ボトル
の底部にどうしても残る肉厚の未延伸非晶部分の量をで
きるだけ少なくした肉薄の均一延伸ボトルを得易いとい
う長所を有している。しかしフリーブローでボトルを形
成する場合は、成形時にボトルが金型で冷却されないた
め、金型を用いて成形する場合と比べてブロー時間を長
くとる必要があり成形サイクルがややダウンする欠点が
ある。またフリーブローでボトルを形成する場合は、ボ
トル形状はプリフォームの形状、プリフォームの加熱温
度、その温度分布、ブロー成形圧力等の条件の変動によ
って変化するので、それらの条件選定によっては１次ボ
トルが大きすぎて、熱処理工程でも収縮しきれず最終成
形金型に入らないボトルとなったり、逆に小さすぎて最
終成形時に破裂してしまう等の問題を引き起す場合もあ
る。特に最終形状が凹凸の多い複雑な形状の場合は、１
次ボトルの段階でかなり厳密な形状管理をしておく必要
があり、金型を使用したほうが好ましいことがある。

次に本発明においては、１次ボトルに熱処理を施す
が、熱処理の目的は、１次ボトルの結晶化度を増大せし
めることと、その際に発生する結晶化による自律的収縮
変形によって形成された２次ボトルを最終ボトル成形金
型に収容可能で、かつ後に続く最終ブロー成形で更に延
伸配向がかけられるような大きさまでに縮小することに
ある。１次ボトルに存在していた未延伸非晶部は、この
熱処理工程で結晶化が進み白化し、延伸配向によって結
晶化していた部分の結晶化度はさらに増大する。熱処理
後の２次ボトルは、形状が最終容器よりも小さく、また
耐熱性を保持する必要からボトル全体の結晶化度を上昇
させたものとすることが重要である。すなわち引続く２
次ブロー成形による最終製品への成形時には結晶化度の
上昇がほとんど期待出来ないためである。この結晶化度
の目安はボトルのどの部分をとってみても少なくとも30
％以上、好ましくは40％以上とすることが必要である。
結晶化度30％以下の部分を有するボトルでは高温時の耐
圧性が不十分であり殺菌時の内圧上昇による膨張変形が
大きい。本発明においては、１次ボトルの底部の未延伸
或いは低延伸の肉厚部を輻射加熱等の方法によって、あ
らかじめ温度150℃以上に予備加熱した後ボトル全体を
熱風オーブンの如き温度150℃以上の雰囲気に入れると
いう２段階の加熱処理を行なうが、かくすることにより
従来の金型内にボトルを保持する熱処理の如く、ボトル
内部を加圧状態に保持したり、金型を加温したりする等
の複雑な装置は一切必要なく、サイクルを犠牲にするこ
となく熱処理が可能であり更にオーブン中で熱処理する
だけという方法に比べ、加熱処理時間を短縮することが
でき、加熱設備コスト、スペース、生産性等の点でより
優れたものとなる。

PETを加熱する手段としては熱風のほか赤外線に代表
される輻射加熱が一般的であるが、比較的透明な非晶PE
Tを加熱する手段としては、赤外線は内部まで浸透する
ため効率が良く、表面からの熱伝導だけにたよる熱風方
式に比べてきわめて有利であるため本発明の熱処理の底
部の予備加熱には好適である。しかし赤外線は、ヒータ
ーと被加熱体との距離及びヒーターと被加熱体面との角
度により与える熱量が変わる。よって立体形状を有する
ボトル全体を均一に加熱する手段としては不向きであ
る。特に本発明の方式の熱処理は１次ボトルを収縮さ
せ、結晶化度を高めた後の２次ブロー（最終製品用）の
ための加熱をも兼ねるため、熱処理後の１次のボトル全
体は均一に加熱されねばならないので、底部の予備加熱
後の１次ボトル全体の加熱手段としてはオーブン等によ
る熱風方式が特に好適である。

また底部の予備加熱は、温度150℃以上にする必要が
あり、それ以下では未延伸或いは低延伸の肉厚部の結晶
化を短時間に充分に進めることができず、更にその後の
熱風オーブンの雰囲気温度も同様の理由により温度150
℃以上に保持する必要がある。

オーブン中での熱処理により得られた上記２次ボトル
は、最終成形金型内に導かれ、目的とする最終製品形状
のボトルへと２次ブロー成形される。この２次ブロー成
形はオーブンの余熱を利用して行なうのが経済的であ
り、上記２次ボトルは、冷却されることなく最終成形金
型内に導かれるのが好ましい。熱処理し収縮した２次ボ
トルは、形状が最終製品の形状よりも小さく、かつボト
ル全体の結晶化度がどの部分をとってみても30％以上を
有する優れた結晶化度分布を有しており、更に最終製品
形状に強制的に延伸されるため、高度の緊張状態がボト
ル壁の延伸されたPET分子に与えられ高温時の高内圧に
抗し得る優れた物性を有する最終ボトルへと賦形され
る。

かくするときは、特に１次ボトルの熱処理において、
底部の未延伸或いは低延伸肉厚部を温度150℃以上に予
備加熱した後１次ボトル全体を熱風オーブン中で処理す
る方法を採ったため、短時間の可燃で熱処理を完了させ
ることができ製造のための設備を小さくすることがで
き、スペース、コスト、熱エネルギーの面で更に生産性
の面ですぐれたものとなり、更に本発明によって得られ
タポリエチレンテレフタレート樹脂製ボトルは上述の如
くボトル全体の結晶化度が高く、非晶部分が全く存在し
ない構成なので、従来のポリエチレンテレフタレート樹
脂製ボトルと比べて、高温時特にガラス転移温度以上の
温度での機械的強度がボトル全体にわたって優れてお
り、充填後に加熱殺菌処理することが必要な飲料用容器
として極めて有用なものとなる。

（実施例） ポリエチレンテレフタレート樹脂（極限粘度0.75）を
使用し、第１図（Ａ）示のように重量55g、全長153mm、
外径26mm、肉厚4.2mmの有底筒状のプリフォーム（１）
を射出成形により作成した。次に第１図（Ｂ）示のよう
にこのプリフォーム（１）の口部（1a）に熱処理を施し
白化結晶化せしめた。

このプリフォーム（１）を赤外線ヒーターにて外面よ
り加熱した後、１次ブロー金型に導き第１図（Ｃ）示の
ように最終製品（仮想線）の形状よりも大きな形状（全
長330mm、外径100mm）の１次ボトル（２）を形成した。
１次ブローされる直前のプリフォーム外面温度は95℃、
１次ブロー金型キャビティ面の温度は40℃であった。

この１次ボトル（２）の底部（2a）中央部の直径約30
mmの範囲はほとんど未延伸であり肉厚約3.5mmの透明の
非晶肉厚部（2b）として残存していた。続いて第１図
（Ｄ）示のように１次ボトル（２）の底部（2a）中央部
の非晶肉厚部（2b）に遮蔽板（３）を備える赤外線熱源
（４）の遠赤外線を集中的に照射して、該非晶肉厚部を
60秒間加熱後、温度200℃の熱風オーブン中に移して熱
処理したところ30秒で底部（2a）の非晶肉厚部の白化結
晶化及び必要な熱処理はほぼ完了した。底部（2a）中央
部の非晶肉厚部（2b）の白化結晶化は、60秒の赤外線加
熱ではまだ終了しておらず徐々に進行している状態にあ
ったが、引続く30秒間の温度200℃の熱風オーブン処理
の間にほぼ終了し、引続き自由収縮させて第１図（Ｅ）
示のように最終製品（仮想線）の形状よりも小さな形状
の２次ボトル（５）を形成した。そして形成された２次
ボトル（５）を冷却することなく直ちに最終ブロー金型
に導き２次ブロー成形を行なって第１図（Ｆ）示のよう
に全高310mm、外径91mmであって結晶化した底部（6a）
を有する成形ボトル（６）を得た。２次ブロー直前の２
次ボトル（５）の温度はオーブンから金型へ移動する間
に僅かに放熱するため約180℃であった。金型はボトル
の熱で温度が上昇するのを防止するため水冷により40℃
に温調した。

なお比較のため前記実施例と同一のプリフォームを、
実施例と同一条件によって１次ボトルを形成し、引続
き、従来の方法に従って200℃の熱風オーブン中で熱処
理したところほぼ120秒で底部中央部の非晶肉厚部が白
化結晶化した全長270mm、外径75mmの収縮ボトルを形成
した。更にこの収縮ボトルを冷却することなく、最終ブ
ロー金型に導き２次ブロー成形を行なって全高310mm、
外径91mmの比較列ボトルを得た。

最終ブロー金型の温度は実施例と同様40℃に温調し
た。得られた実施例ボトルおよび比較例ボトルの夫々に
ついて、各部位［第１図（Ｆ）］の密度（結晶化度）お
よび熱水浸漬テストを調べた結果は表のとおりである。

（試験方法） ［密度（結晶化度）測定］ 四塩化炭素とｎ−ヘプタンで作成した密度勾配管でボ
トル切片の密度を25℃にて測定した。結晶化度は下記式
を用いて密度より算出した。

χｃ＝（ρｓ−ρａ）／（ρｃ−ρａ）×100 χc:結晶化度（Vol％） ρs:サンプル密度（g/cc） ρc:完全結晶密度1.455g/cc ρa:非晶密度1.33g/cc ［熱水浸漬テスト］ あらかじめ全満容量V1（ml）を測定してあるボトル
に、ヘッドスペースが全満容量の約2.5％となるように
2.5volに調整したガス水を充填した。

このボトルを80℃の温水槽に正立状態でボトル全体が
浸るように浸漬し、20分保持後75℃の温水槽で10分間保
持し、その後室温まで水道水で冷却した。冷却後ボトル
は開栓し全満容量V2（ml）を測定し、熱水浸漬による容
量変化率Ｒを下記式により求めた。

Ｒ＝（V2−V1）/V1×100 Ｒ＝容量変化率 V1＝浸漬テスト前の容量ml V2＝浸漬テスト後の容量ml 尚本熱水浸漬テストは75℃×10分に相当する殺菌条件
を模したものである。

表に示すように本発明の実施例は、ボトルの密度（結
晶化度）はボトルの口部から底部に至るまで1.37g/cc以
上を維持しており、特にボトル胴部では1.38g/ccをも上
回っていた。また熱水浸漬テストの結果ボトルには見苦
しい膨張変形、破損等は生じず、容量変化率も3.3％と
少なく、優れた高温時の耐圧性能を有していた。

これに対して、比較例は、ボトルの密度（結晶化度）
はボトル口部から底部に至るまで1.37g/cc未満であり、
ボトル口部や底部では、ほとんど非晶状態に近いもので
あった。また熱水浸漬テストの結果、ボトルは口部や底
部で見苦しい膨張変形を生じ、容量変化率も18％大き
く、全く実用に耐えないボトルであった。

従って、本発明の実施例は従来の熱風オーブン中での
み熱処理する方法に比べ大幅な加熱時間短縮が出来るこ
とが確認された。

（発明の効果） このように本発明によるときは、ポリエチレンテレフ
タレート樹脂製のプリフォームを延伸温度に加熱し、次
いで１次ブロー成形を行って形状が最終製品よりも大き
い形状の１次ボトルを形成し、続いて１次ボトルの底部
の未延伸或いは低延伸の肉厚部を温度150℃以上に予備
加熱し、更に該１次ボトル全体を温度150℃以上の雰囲
気中で熱処理して結晶化度を増大させるとともに、自由
収縮させて形状が最終製品よりも小さい形状の２次ボト
ルを形成し、次いで最終製品の形状をした金型内で２次
ブロー成形を行って最終製品形状のボトルに形成する。
従って、ポリエチレンテレフタレート樹脂製のプリフォ
ームから形状が最終製品よりも大きい形状の１次ボトル
を形成するようにしたから、１次ボトル全体の結晶化を
均一化することが出来、また１次ボトルの熱処理をその
底部の肉厚部への予備加熱と、ボトル全体の加熱との二
段階に分けて行なうようにしたので、熱処理時間の短縮
を計ることが出来、かつ非晶状態の肉厚部の結晶化を促
進し、更にボトル全体の結晶化度を増大せしめて、その
後に続いて行なう２次ブロー成形で再び延伸配向がかけ
られる大きさまでに縮小することが出来るから、優れた
耐熱性と強度とを有するポリエチレンテレフタレート樹
脂製ボトルを能率よく製造することが出来る等の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法の１例を示す説明用線図であ
る。 （１）……プリフォーム、（２）……１次ボトル （2a）……１次ボトルの底部、（2b）……肉厚部 （５）……２次ボトル、（６）……ボトル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリエチレンテレフタレート樹脂製のプリ
   フォームを延伸温度に加熱し、次いで１次ブロー成形を
   行って形状が最終製品よりも大きい形状の１次ボトルを
   形成し、続いて１次ボトルの底部の未延伸或いは低延伸
   の肉厚部を温度150℃以上に予備加熱し、更に該１次ボ
   トル全体を温度150℃以上の雰囲気中で熱処理して結晶
   化度を増大させるとともに、自由収縮させて形状が最終
   製品よりも小さい形状の２次ボトルを形成し、次いで最
   終製品の形状をした金型内で２次ブロー成形を行って最
   終製品形状のボトルに形成することを特徴とするポリエ
   チレンテレフタレート樹脂製ボトルの製造方法。
2. 【請求項２】前記１次ボトルの１次ブロー成形が金型を
   用いないフリーブロー成形であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のポリエチレンテレフタレート樹
   脂製ボトルの製造方法。