JP4787941B2 - 物理発泡剤を用いる熱成形性発泡体シートの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二酸化炭素、水及び／又は窒素等の物理発泡剤を用いる発泡体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
スチレン系及びオレフィン系ポリマーは乳製品用容器に用いる非発泡性熱成形性シート等の食品包装用途に用いられている。このタイプの熱成形性シートは、典型的には、ポリマーをフラットシートダイから３ロール磨きスタック上に押し出してから巻き取るか又は直接熱成形プロセスに供給するという一般的なシート押し出しラインを用いてつくられている。しかし、包装した食品処理機に供するときの費用が包装重量に依存することもありより軽い包装材料を製造することが食品包装分野で一層求められている。
【０００３】
熱成形性シートの重量を減らす一つの方法は発泡剤を入れて高密度の発泡体シートをつくることである。このタイプの発泡体シートは典型的には一般的なシート押し出しラインと化学発泡剤を用いて製造される。しかし化学発泡剤は高価であると共に一定で均一な発泡がむずかしく、得られた発泡体シート内に発泡体のゲージと密度の変動をもたらす。
それ故、高密度発泡した包装材料、特に一定のゲージと密度をもち、乳製品等の古くからの非発泡体用途にも用いうる熱成形性発泡体シートの製造方法の開発が依然求められている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は溶融したモノビニリデン芳香族又はオレフィン系ポリマーを物理発泡剤と接触させてシート押し出しライン内でポリマー／発泡剤混合物を形成し、この混合物をより低圧の領域中に発泡させて発泡している押し出し物をつくり、そしてこの発泡している押し出し物を引っ張りそして圧縮して３ｍｍ未満の均一な厚さをもつ発泡体シートを形成することを特徴とする熱可塑性発泡体シートの製造方法である。
【０００５】
本発明はまた上記の方法で製造した熱可塑性発泡体シート及びそれから製造した熱成形物品も包含する。
本発明の方法は高密度発泡した包装材料、特に一定のゲージと密度をもち、乳製品等の古くからの非発泡体用途にも用いうる熱成形性発泡体シートの製造に特に適している。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の方法で用いるシート押し出しラインの一態様を示す概略図である。樹脂及び任意成分の核剤（II）を混合ヘッド（III)、静止ミキサー（IX）、ギアポンプ（VIII）及びダイ（Ｘ）をもつ押し出し機（Ｉ）に供給する。そこでリリーフ機構（Ｖ）をもつ容積移送式真空ポンプ（IV）に接続した保存タンク（VI）から、物理発泡剤を押し出し機の射出弁（VII)を通して射出する。発泡体シートを引っ張り３ロール磨きスタック（XI）中に圧縮しそして巻き上げて発泡シートの巻き上げ体（XII)を形成する。
【０００７】
本発明で有用な熱可塑性ポリマーには、ポリエチレン、ポリプロピレン、線状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−オクテンコポリマー等のオレフィン系コポリマー、最終樹脂中に少なくとも７０重量％のビニル芳香族モノマーをモノマー反復単位として含有させたポリマー、コポリマー及びインターポリマー等が包含される。ビニル芳香族モノマーの非限定的な例は米国特許第４，６６６，９８７号，４，５７２，８１９号及び４，５８５，８２５号に記載されている。
【０００８】
好ましいこれらのモノマーは式：

（ここでＲ’は水素又はメチルであり、Ａｒは１〜３個の芳香族環をもつ芳香族環構造であり、これにはアルキル、ハロゲン又はハロアルキルが置換していてもよく、ここでアルキル基は１〜６個の炭素原子をもち、ハロアルキルはハロゲン置換アルキルを意味する、で示されるモノマーである。好ましくはＡｒはフェニル又はアルキルフェニルであり、ここでアルキルフェニルはアルキル置換フェニル基を意味する。フェニルが最も好ましい。用いうる代表的なビニル芳香族モノマーの例としては、スチレン、アルファメチルスチレン、ビニルトルエンの全異性体、特にパラビニルトルエン、エチルスチレンの全異性体、プロピルスチレン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアンスラセン及びそれらの混合物がある。ビニル芳香族モノマーは他の共重合性モノマーと合体してもよい。これらのモノマーの非限定的な例としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリル酸、メチルメタクリレート、アクリル酸、メチルアクリレート、マレイミド、フェニルマレイミド及び無水マレイン酸がある。またビニル芳香族モノマーの重合を予め溶解させたエラストマーの存在下に行って衝撃変性又はグラフトゴム含有生成物をつくることもでき、これらは米国特許第３，１２３，６５５号、３，３４６，５２０号、３，６３９，５２２号及び４，４０９，３６９号に記載されている。特に好ましいのは高衝撃ポリスチレン樹脂である。また本発明の方法では上記した適宜のポリマーのブレンド物や組合せも用いうる。
【０００９】
本発明の方法に用いる発泡剤は適宜の物理発泡剤であり、その非限定的な例としては二酸化炭素（ＣＯ₂ ）、窒素（Ｎ₂ ）、水（Ｈ₂ Ｏ）又はそれらの組合せがある。本発明では、これらの物理発泡剤は、少量の不純物や小量の他の化合物を含有しうるとしても、化学発泡剤が存在しない実質上１００％の物理発泡剤として定義されうる。好ましい発泡剤は１００％の二酸化炭素である。
【００１０】
物理発泡剤は適宜の状態で用いうるが、好ましくは気体又は液体である。二酸化炭素は好ましくは液体としてポリマー溶融物に加えられる。しかし本発明では二酸化炭素ガスも用いうる。窒素や水も適宜の状態で用いうるが、好ましくは窒素は気体として、また水は液体として加えられる。２種以上の組合せや混合物を用いる場合には、典型的には、別々の計量系を用いてキャスト−押し出しプロセスの射出点の前に多重流が合体するようにする。しかし複数の発泡剤を予め混合して単一計量系を用いて射出することもできる。
【００１１】
顔料及び／又は核剤等の添加剤も本発明の方法において用いうる。核剤の添加は一般に好ましく、また好ましくは全ポリマーの０．００１〜１０重量％添加される。核剤のより好ましい添加量は０．０２〜２重量％である。核剤は典型的には押し出し機中でポリマーに添加される。一の態様における核剤はタルクである。
【００１２】
本発明の方法は共押し出し技術を利用して多層発泡体シートをつくることもできる。これらの多層シートは所望により１以上の発泡コア層又は発泡スキン層をもちうる。ある種の用途では、１以上の発泡コア層又はスキン層と非発泡コア層又はスキン層との組合せとすることが望ましい。たとえば、一の態様では、非発泡高衝撃ポリスチレン又は非発泡ポリスチレン樹脂／高衝撃ポリスチレン樹脂からなる外側スキン層をもつ発泡ポリスチレンコア層からなる多層共押し出しシートがつくられる。共押し出し法は当該分野で周知である。
【００１３】
シート押し出しは当該分野で周知であり、１９８８年にニューヨークのＨａｎｓｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓが発行したＦ．Ｈｅｎｓｅｎ著Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，７編２０３−２５１頁及び１９８９年１０月中旬発行のＭｏｄｅｒｎ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｅｉａ Ｉｓｓｕｅ，６６巻、Ｎｏ．１１、２５６〜２５７頁に記載されている。
【００１４】
本発明で用いるシート押し出し法はポリマーをシート押し出し機に供給して溶融し、そこで溶融物を任意のフィードブロックに移し、ダイを通してダイ出口で均一厚さの単層又は多層押し出し物（シート）を得るものである。本発明の方法におけるダイでの発泡温度は発泡すべきポリマーに依存し、典型的には１５０℃以上、好ましくは１７０〜３００℃である。ポリマー／発泡剤混合物を低圧領域に好ましくは大気圧下の空気中に押し出して発泡させる。押し出された発泡体シートを均一厚さのシートが得られるように発泡押し出し物を引っ張り圧縮する機構に引き入れる。このような機構の一つに回転可能で、温度制御した３ロール磨きスタック（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓｔａｃｋ）がある。この機構では、シートのゲージは押し出し速度、ロールスタック間隔、ライン速度及びドロー比によって決まる。ロールスタック間隔は下方向に配置して用いる場合の３ロール磨きスタックの上部ロールと中間ロール間の間隔である。シートのゲージはシート方向と垂直に動きシートを横切ってゲージ機器を運ぶカートリッジ上に配した機器によってモニターされる。このようなゲージ機器は当該分野で周知である。シートはこれらの計量領域を出て一連のガイドローラー上を移動し、必要に応じて設けたスリット領域及び巻き取り機へ又は直接熱成形プロセスへと移動される。
【００１５】
本発明の方法はまた物理発泡剤をシート押し出し機のダイより前の位置でポリマー溶融物に導入する点にも特徴がある。好ましくは、シート押し出しライン内の押し出しスクリューの圧縮解放領域（ベントポート）に配した一方向弁を介して発泡剤を射出する。所望により、ポリマーを発泡剤及び核剤（用いる場合）と混合するためにダイより前に静止ミキサーを配しうる。発泡はポリマー溶融混合物がダイから出次第ダイ出口直前から低圧領域で起こって続く。典型的には、非発泡材料又は化学発泡高密度発泡体シートを押し出すのにシート発泡法が用いられる。物理発泡剤と前記したシート押し出しラインを用いることで、改良されたゲージ均一性と密度均一性をもつ高密度発泡体シートを製造できることを見出した。
【００１６】
得られる発泡体シートは、典型的には、２５〜６５ポンド／立方フィート（ＰＣＦ）（４００〜１０５０ｇ／Ｌ（リットル））、好ましくは４５〜５５ＰＣＦ（７２５〜８９０ｇ／Ｌ）の範囲の密度をもち、ポリマー重量当たり０．０４〜１重量％、好ましくは０．０４〜０．５重量％の物理発泡剤が用いられる。本発明の方法において水をポリマー重量当たり０．２重量％より少量用いると水は冷却剤として機能しポリマーの膨張はもたらさない。この冷却効果は発泡構造物の発泡速度の制御にとって有効である。０．２重量％より多量に用いるとポリマー溶融混合物の発泡が認められる。全方向での発泡シートのセル寸法は１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下である。発泡体シートの厚さは好ましくは０．１〜３ｍｍである。
【００１７】
得られる発泡体シートは改良されたゲージ均一性と密度均一性をもつ。最終シートの平均厚さに対する最終シートの適宜の位置の厚さを比較することでゲージ均一性を求めることができる。比較すると２つの厚さの違いは６％より小さい。密度均一性は最終シートの平均シート密度に対する最終シートの適宜の位置の密度を比較することで求めることができる。比較すると２つの密度の違いは４％より小さい。換言すると、最終シート上で測定したゲージはどこでも平均シートゲージから６％と違っていずまた最終シート上で測定した密度はどこでも平均密度から４％と違っていない。
【００１８】
次の例は本発明を例証するものである。これらの例は本発明の範囲を制限するものではない。量は特に断りのない限り重量％で示す。
【００１９】
【実施例】
実施例１：
３２０，０００のＭｗをもつ汎用のポリスチレン樹脂をベントポート位置に高圧ピストンポンプをもつシート共押し出しラインに供給し、そこで発泡剤として１００％ＣＯ₂ を押し出しバレルに計量して導入した。押し出し機端にはポリマー／発泡剤混合物の混合を改善するために静止ミキサーも配した。同時にポリスチレン樹脂と衝撃変性ポリスチレン樹脂の５０／５０ブレンド物を、共押し出し固形スキン層の形成用に、発泡剤なしの別のシート押し出しラインに供給した。ポリスチレン樹脂を発泡させ、非発泡ポリスチレン／ＨＩＰＳブレンド物と共押し出しして発泡コア樹脂とこのコア樹脂層の両側に接着した固形スキン２層をもつシートをつくった。このシートを引っ張り３ロール磨きスタックによって圧縮した。プロセス条件とシートの特性を次表に示す。
【００２０】

【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法で用いるシート押し出しラインの一態様を示す概略図。

Claims (13)

1. 溶融したモノビニリデン芳香族又はオレフィン系ポリマーを二酸化炭素、窒素、水又はそれらの組合せである物理発泡剤と接触させてシート押し出しライン内でポリマー／発泡剤混合物を形成し、この混合物をフラットシートダイを通じて低圧領域中に押し出して発泡させて発泡押し出し物をつくり、そしてこの発泡押し出し物を引っ張りそして圧縮して４００〜１０５０ｇ／Ｌの密度をもつ発泡体シートを形成することを特徴とする熱可塑性発泡体シートの製造方法。
2. 溶融したモノビニリデン芳香族ポリマーが用いられる請求項１の方法。
3. 物理発泡剤はシート押出機のダイの手前に備えられたワンウェイバルブを通じて液体の状態で溶融したポリマーに導入される請求項２の方法。
4. 溶融したオレフィン系ポリマーが用いられる請求項１の方法。
5. 溶融したオレフィン系ポリマーがポリエチレン、ポリプロピレン、線状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−オクテンコポリマー、又は最終樹脂中に少なくとも７０重量％のビニル芳香族モノマーをモノマー反復単位として含有させたオレフィン系コポリマー又はインターポリマーからなる請求項４の方法。
6. 溶融したオレフィン系ポリマーがポリプロピレンからなる請求項５の方法。
7. 発泡体の密度が７２５〜８９０ｇ／Ｌである請求項１の方法。
8. 均一な厚さが３ｍｍ未満である請求項１の方法。
9. 得られる発泡体シートは発泡体層及び少なくとも１層の非発泡体ポリマースキン層を備え、非発泡体ポリマースキン層の厚みは押し出されたシート厚みの約５０％である、請求項１の方法。
10. 請求項１の方法によって得られた発泡体シート。
11. 最終シートの平均厚さに対する最終シートの適宜の位置の厚さの違いは６％より小さい、請求項１０の発泡体シート。
12. 最終シートの平均シート密度に対する最終シートの適宜の位置の密度の違いは４％より小さい、請求項１０の発泡体シート。
13. 非発泡体ポリマースキン層を備える請求項１０〜１２のいずれか１項の発泡体シート。

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