JP5439692B2 - バイオマス由来積層プラスチック成形体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
従来、汎用されてきた石油原料由来の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート等が挙げられ、これらの樹脂は、焼却や埋立により処分されてきた。
埋立法においても、上記のような石油原料由来の樹脂は、化学的安定性が高いため、原形をとどめたまま半永久的に残留してしまい、これは埋立地の不足の深刻化を招いている。
すなわち、上記のような石油原料由来の樹脂が自然環境中に廃棄された場合、これらは極めて安定性が高いため、長期間に亘って美観を損ねたり、海洋生物、鳥類等による誤食を招いたりし、環境破壊の原因となる。
脂肪族ポリエステルとしては、半合成系重合体としてポリ乳酸系重合体が注目されている。
植物を主原料とする、いわゆるバイオマス原料由来の樹脂は、原料として石油をほとんど用いない点において環境面に優れており、バイオマス原料由来の樹脂の中でも、特にポリ乳酸は、優れた生分解性を有しているので、成形体の構成材料として注目されている。
例えばポリ乳酸は、融点が約170℃、結晶化温度が約110℃、ガラス転移温度が約57℃である。従って、ポリ乳酸は、成形加工性には優れているが、結晶化速度が極めて遅く、通常の成形加工工程ではほとんど結晶化しない。そのため、結晶性高分子でありながら、成形品の耐熱性はこれまでガラス転移温度以下であった。
バイオマス由来プラスチックの一つであるポリ乳酸をブロー成型によるボトルを製造した場合、密閉した条件だと外気の上昇に伴い内圧も上昇し、50℃・2時間の環境下では変形してしまう。
射出成形材料のバイオマス原料由来の樹脂に、結晶核剤のタルク、シリカ、乳酸カルシウム等の粉末を添加する方法がある(例えば、下記特許文献1参照)。
また、射出成形において金型内で結晶化温度を保持することによって結晶化を促進する方法(例えば、下記特許文献2参照)、シート部材を真空・圧空成形の後に、成形品の結晶化を促進するために二次加工としてアニール処理する方法(例えば、下記特許文献3参照)である。
特許文献2に開示された金型内で結晶化させる方法では、最も結晶化を促進することができるが、衝撃にもろく、例えば家庭内での使用に耐えられるボトルを作ることはできない。
特許文献5の発明によれば、特許文献3及び4熱がかからないようにしているものであり、その部分においては結晶化が促進されず、耐熱性の向上は図れず、さらに、冷却時の変形を抑えるために、5℃/分以下の徐冷が必要であり、生産コストが高くなるという問題がある。
残留応力が残ること、及びエアーの吹込みによる延伸のため、製品の肉厚が均一にならないことが避けられない。この結果、2次加工においてアニール処理など再加熱をすると、不均一な変形を起してしまう問題がある。特に、化粧品、薬品、又は食品の保存に使用されるボトルの場合、その胴部の肉厚は0.2〜1.5mmと薄い物であるため、このようなブロー成型品をアニール処理すると、変形が発生する場合が多い。
本発明は、従来のバイオマス由来積層プラスチック成形体及びその製造方法の上述した問題点に鑑みてなされたものであって、密閉されたボトルに掛かる荷重においては変形せず、一方耐衝撃性が高いバイオマス由来積層プラスチック成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はさらに、成形体全体が結晶化され、結晶化されないところがなく、さらに、マット調の質感とならず、高光沢でつやのある質感を得ることができるバイオマス由来積層プラスチック成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、積層プラスチック成形体をブロー成形し、少なくとも一層の構成成分の25wt%以上がバイオマス由来プラスチックであり、他の層がポリオレフィン樹脂であり、成形後、常温から5〜20℃/分で昇温し、85〜100℃の環境下にて3〜10分保持し、10〜15℃/分で徐冷するアニール処理を行うことを特徴とするバイオマス由来積層プラスチック成形体の製造方法である。
本発明のバイオマス由来積層プラスチック成形体及びその製造方法によればまた、残留応力が無くあるいは極めて少なく、製造中に変形することがないバイオマス由来積層プラスチック成形体及びその製造方法を構成することができる。
本発明のバイオマス由来積層プラスチック成形体及びその製造方法によれば、成形体全体が結晶化され、結晶化されない部分がなく、さらに、マット調の質感とならず、高光沢でつやのある質感を得ることができるバイオマス由来積層プラスチック成形体及びその製造方法を構成することができる。
本バイオマス由来積層プラスチック成形体の製造方法は、第1に、パリソンPすなわち予備成形体を準備する。パリソンPは、図1に示すように、押し出し成形されて、パイプ状である。パリソンPの下端部は塞がれ、上端部は開放されている。第1形態のパリソンPの断面は、図2に示すように、外側層のポリ乳酸層10と、中間層の接着層12と、内側層のポリエチレン層14との3層構造である。接着層12は、変性ポリオレフィン、酢酸ビニール等の接着性樹脂である。パリソンPのパイプ状部分の厚さは、例えば2mmである。
第1実施形態のパリソンPを使用して、ブロー成型により3層のボトル(容量:300ml、ブロー比:約3倍、胴部平均肉厚:0.7mm)を、一般的なオレフィン系樹脂と同様の条件にて成型した。
層構成としては、
外層:ポリ乳酸を70wt%以上、スチレン系樹脂を30wt%以下からなるプラスチック
中間層:接着性樹脂
内層:ポリエチレン
である。
(表1)
昇温速度 最高温度 最高温度保持時間 冷却速度
A 5℃/分 75℃ 10分 5℃/分
B 5℃/分 80℃ 10分 5℃/分
C 5℃/分 85℃ 10分 5℃/分
D 5℃/分 90℃ 10分 5℃/分
E 5℃/分 95℃ 10分 5℃/分
F 5℃/分 100℃ 10分 5℃/分
G 5℃/分 105℃ 10分 5℃/分
H 5℃/分 110℃ 10分 5℃/分
これらの結果により、ブロー成型ボトル(ブロー比:約3倍、胴部平均肉厚:0.7mm)のアニール処理すなわち結晶化に適している温度は85〜100℃と判断された。
(表2)
昇温速度 最高温度 最高温度保持時間 冷却速度
A 5℃/分 90℃ 1分 5℃/分
B 5℃/分 90℃ 3分 5℃/分
C 5℃/分 90℃ 5分 5℃/分
D 5℃/分 90℃ 7分 5℃/分
E 5℃/分 90℃ 10分 5℃/分
F 5℃/分 90℃ 15分 5℃/分
C,D、E,Fについて、さらに落下による耐衝撃試験(水道水を満注量入れ、キャップにより密閉。1mの高さからコンクリートフロアに落下)をしたところ、Fのみ成立状態での落下時に、底部に割れが発生した。
これらの結果により、ブロー成型ボトルにおいて耐熱性、耐衝撃性、生産性を勘案しアニール処理をする場合、最高温度の保持時間は3〜10分と判断された。
(表3)
昇温速度 最高温度 最高温度保持時間 冷却速度
A 5℃/分 90℃ 5分 5℃/分
B 10℃/分 90℃ 5分 5℃/分
C 20℃/分 90℃ 5分 5℃/分
D 30℃/分 90℃ 5分 5℃/分
E 40℃/分 90℃ 5分 5℃/分
F 60℃/分 90℃ 5分 5℃/分
A、B、Cについて、水道水275mlを入れキャップにより密閉。50℃の恒温層にて48時間の耐熱試験を行った結果、A、B、C共に外観上、及び機能的に問題となる変形は見られなかった。耐衝撃試験においても、A、B、C共に割れは発生しなかった。
これらの結果から、最適な昇温速度は5〜20℃/分と判断された。
(表4)
昇温速度 最高温度 最高温度保持時間 冷却速度
A 10℃/分 90℃ 5分 1℃/分
B 10℃/分 90℃ 5分 5℃/分
C 10℃/分 90℃ 5分 10℃/分
D 10℃/分 90℃ 5分 15℃/分
E 10℃/分 90℃ 5分 20℃/分
F 10℃/分 90℃ 5分 水道水による急速冷却
以上の結果により、ブロー成型ボトルにおいて、耐熱性、耐衝撃性、生産性を勘案しアニール処理をする場合、最適冷却速度は10〜15℃/分と判断された。
M プラスチック成形体
10 ポリ乳酸層
12 接着層
14 ポリエチレン層
20 ポリ乳酸層
22 接着層
24 ガスバリヤ層
26 接着層
28 ポリエチレン層
Claims (5)
- ブロー成形された積層プラスチック成形体であって、少なくとも一層の構成成分の70wt%以上がバイオマス由来プラスチックであり、前記バイマス由来プラスチックがポリ乳酸であり、他の層がポリオレフィン樹脂であり、成形後、常温から5〜20℃/分で昇温し、85〜100℃の環境下にて3〜10分保持し、10〜15℃/分で徐冷するアニール処理を行ったことを特徴とするバイオマス由来積層プラスチック成形体。
- 前記積層プラスチック成形体が、内層と外層を有し、前記外層の構成成分の70wt%以上がバイオマス由来プラスチックであり、前記バイマス由来プラスチックがポリ乳酸であり、前記内層がポリオレフィン樹脂であり、成形後、常温から5〜20℃/分で昇温し、85〜100℃の環境下にて3〜10分保持し、10〜15℃/分で徐冷するアニール処理を行ったことを特徴とする請求項1に記載のバイオマス由来積層プラスチック成形体。
- 前記ポリオレフィン樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリエチレン−プロピレンであることを特徴とする請求項1または請求項2記載のバイオマス由来積層プラスチック成形体。
- 前記バイオマス由来積層プラスチック成形体が、ボトルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のバイオマス由来積層プラスチック成形体。
- 少なくとも一層の構成成分の70wt%以上がバイオマス由来プラスチックであり、前記バイオマス由来プラスチックがポリ乳酸であり、他の層がポリオレフィン樹脂である積層プラスチック成形体をブロー成形し、成形後、常温から5〜20℃/分で昇温し、85〜100℃の環境下にて3〜10分保持し、10〜15℃/分で徐冷するアニール処理を行うことを特徴とするバイオマス由来積層プラスチック成形体の製造方法。
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