JP5674265B2 - 発泡性積層体用ポリエチレン樹脂組成物、及びそれを用いた積層体、発泡加工紙並びに断熱容器・その製造方法 - Google Patents
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Description
また、胴部材の片側壁面に熱可塑性樹脂フィルムがラミネートまたはコーティングされ、加熱によりフィルムを発泡させて発泡断熱層を形成させる技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、容器胴部材及び底部材からなる紙製容器において、容器胴部材の外壁面の一部に有機溶剤含有インキによる印刷を施し、胴部材外壁面全体を熱可塑性合成樹脂フィルムで被覆されている紙容器を加熱することにより、印刷部分に比較的厚い発泡層を存在させる技術が提案されている(例えば、特許文献3参照)。さらに、少なくとも外面側からシングルサイト触媒を用いて重合したエチレン−αオレフィン共重合体の発泡層、紙を主体とする基材層、熱可塑性樹脂層とを備えた積層体からなる発泡加工紙、 積層体が提案されている(例えば、特許文献4、特許文献5参照)。こうして得られた発泡層を保有する加工紙、発泡積層体は、発泡層を発泡させて容器とした際に、手とのなじみがよく滑りにくく、断熱性に優れるとともに紙を複数枚使用した断熱性容器に比較しコストが安いというメリットがある。
また、特許文献6においては、紙容器における胴部材原材料シートの紙基材の少なくとも片面に、溶融状態の熱可塑性樹脂をTダイから紙基材に接するまでの時間が0.11〜0.33秒となるように押出ラミネートしてなる紙製容器の胴部材原材料シートが示され、低密度ポリエチレンを2種混合してMFRを調整した組成物が記載されている。
しかし、従来の発泡層を有する積層体や、それを用いた加工紙は、発泡性が十分とは言えず更なる発泡性の改良が望まれていた。また、発泡性を向上させようとしてMFRを高くすると、発泡層の外観が不良となったり、押出ラミネート加工時の加工性が不安定となる等の問題があった。
下記(a1)〜(a3)の特性を満足する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)10〜90重量%と、該樹脂(A)以外の下記(b1)〜(b2)の特性を満足する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)10〜90重量%とを混合して得られ、かつ、この混合物であるポリエチレン樹脂組成物(C)が下記(c1)〜(c3)の特性を満足し、しかも高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)のMFR(a)と、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)のMFR(b)が、下記の式(1)を満足することを特徴とする発泡性積層体用ポリエチレン樹脂組成物が提供される。
(a1)JIS K7210に準拠して測定したMFR(a)が0.1〜30g/10min、
(a2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3、
(a3)JIS K7210で使用されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.7以上、
(b1)JIS K7210に準拠して測定したMFR(b)が2〜70g/10min
(b2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3、
(c1)JIS K7210に準拠して測定したMFR(c)が0.1〜30g/10min、
(c2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3、
(c3)(a3)と同じ条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.5以上
MFR(b)/MFR(a)>1 −−−−−式(1)
−0.467×Ln(MFR(c))+2.75≦ME −−−−−式(2)
(式中Lnは自然対数である)
Tm(D)−Tm(C)≧10 −−−−−式(3)
(ただし、Tm(C):層(I)のポリエチレン樹脂組成物(C)の融点Tm(℃)、 Tm(D):層(II)の熱可塑性樹脂(D)の融点Tm(℃)である)
Tm(D)−Tm(C)≧10 −−−−−式(3)
(ただし、Tm(C):層(I)のポリエチレン樹脂組成物(C)の融点Tm(℃)、Tm(D):層(II)の熱可塑性樹脂(D)の融点Tm(℃)である)
また、本発明は、上記発泡性積層体を用いて発泡させた発泡加工紙であって、発泡性に優れるこの発泡性積層体のポリエチレン樹脂層(I)を加熱することで、発泡倍率が高く、均一な発泡セルが形成され、外観がよい発泡層を有した発泡加工紙が提供され、断熱性、緩衝性、遮音性、外観の良好性に優れるので、スリーブ材、滑り止め材、紙皿、トレイ等として活用される。
さらに、本発明では、上記の発泡性積層体を用いて成型された断熱容器を提供するものであって、上記の樹脂組成物を用いることによって、発泡倍率が高く、均一な発泡セルが形成された発泡層となり、断熱性、外観の良好性に優れるのでカップなどの断熱性容器等の製品を容易に得ることができる。
また、上記の断熱容器の製造方法においても、上記の特定の樹脂組成物を使用することにより、押出ラミネート加工時の成形性が良好で、ロスが少なく、かつ、発泡倍率が高く、均一な発泡セルが形成された発泡層となり、断熱性、外観の良好性に優れるという上記のメリットを享受することができ、作業性がよく、連続的にカップなどの断熱性容器を製造することができる。
なお、本明細書中において、発泡性とは、加熱により発泡する性質を指す。発泡性がよいとは、主に高い発泡倍率を得ることができる状態を指し、紙基材からの蒸気等等により積層体の厚さ方向に発泡セルが成長する際の発泡セルの高さが尺度になる。また、発泡セル高さの均一性(外観の良好性)も尺度に取り入れられる。
本発明の発泡性積層体用ポリエチレン樹脂組成物は、紙を主体とする基材の少なくとも一方の面に発泡させるためのポリエチレン樹脂層(I)を形成する発泡性積層体用ポリエチレン樹脂組成物であって、下記(a1)〜(a3)の特性を満足する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)10〜90重量%と、該樹脂(A)以外の下記(b1)〜(b2)の特性を満足する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)10〜90重量%とを混合して得られ、かつ、この混合物であるポリエチレン樹脂組成物(C)が下記(c1)〜(c3)の特性を満足し、しかも高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)のMFR(a)と、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)のMFR(b)が、下記の式(1)を満足することを特徴とする。
(a1)JIS K7210に準拠して測定したMFR(a)が0.1〜30g/10min、
(a2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3、
(a3)JIS K7210で使用されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.7以上、
(b1)JIS K7210に準拠して測定したMFR(b)が2〜70g/10min
(b2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3、
(c1)JIS K7210に準拠して測定したMFR(c)が0.1〜30g/10min、
(c2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3、
(c3)(a3)と同じ条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.5以上
MFR(b)/MFR(a)>1 −−−−−式(1)
高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)は、(a1)JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したMFR(a)が0.1〜30g/10min、(a2)試験温度23℃、JIS−K7112に準拠した密度が0.905〜0.940g/cm3、(a3)JIS K7210で使用されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.7以上を満足する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂である。
高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)のメルトフローレート(MFR)は、JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したMFR(a)が0.1〜30g/10min、好ましくは0.3〜28g/10min、より好ましくは0.5〜25g/10minである。MFR(a)が0.1g/10min未満では押出ラミネート加工時の高速加工性が悪化する懸念がある。また、30g/10minを超えるものは、押出ラミネート加工時の加工安定性が悪化する懸念があるため好ましくない。
上記高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)の密度は、試験温度23℃、JIS−K7112に準拠して測定し、0.905〜0.940g/cm3、好ましくは0.907〜0.937g/cm3、より好ましくは0.910〜0.935g/cm3の範囲である。上記密度が0.905g/cm3未満では、ラミネート成形樹脂のすべりが悪く、ハンドリングが悪くなるので好ましくない。また、密度が0.940g/cm3を超えるものは、工業的に製造することが難しいものとなる。
高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)のメモリーエフェクトは、JIS K7210で使用されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件で測定したとき、1.7以上、好ましくは1.8以上、より好ましくは1.9以上、最も好ましくは、2.0以上である。メモリーエフェクトが1.7未満では、後述のようにポリエチレン組成物(C)を調製する際の調合範囲が限定され、押出ラミネートなど加工時にネックインの過多が原因となり、加工性の不安定要因となるばかりでなく、発泡倍率の向上が望めず、均一な発泡セルが得られないものとなるので好ましくない。
ここで、メモリーエフェクト(ME)は、JIS K7210で使用されるメルトインデクサー(三鈴エリー(株)製半自動メルトテンション計)を使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件にて、以下の条件で測定される。すなわち、装置に2.095mmφのMFR測定用ノズルをセットし、樹脂を炉へ充填する。ピストンを乗せ、0.09g/分の定速押出で5分間保持し、その後3g/分の定速押出とし6分30秒までエアー抜きを行う。6分30秒経過後、3g/分を維持したままストランドをカットし、オリフィス下端からのストランド長さが20mmとなった時点でのストランドの径を、オリフィス下端から15mmの位置でKEYENCE製レーザー寸法測定器(LS−3033)を用いて測定する。測定したストランドの直径をD、ダイスのオリフィス径をD0(2.095mm)として次式によりMEが求められる(ただし、実測値は少数点第2位を四捨五入する)。
ME=D/D0
また、本発明における高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)は、ラジカル重合法により次の条件で製造される。
本発明の高圧ラジカル重合法は、酸素、有機過酸化物などのラジカル開始剤の存在下において、超高圧下、塊状または溶液重合によって製造される。
重合温度は100〜300℃、好ましくは120〜280℃、より好ましくは150〜250℃の範囲とする。重合温度が100℃未満では、収率の低下や安定した製品を製造できない惧れがあり、300℃を超える場合には反応が安定せずに、分子量の大きい重合体を得ることが難しくなる。また、重合圧力は50〜400MPa、好ましくは70〜350MPa、より好ましくは100〜300MPaの条件下であり、重合圧力が50MPa未満では充分な分子量のものが得られず加工性や物性の低下が生じ、400MPaを超える場合には安定的な製造運転が行い難いものとなる。
製造に際しては、基本的には通常の高圧ラジカル法低密度ポリエチレンの製造設備及び技術を利用することができる。反応器の形式としては攪拌翼付のオートクレーブ型、又はチューブラー型のものを使用することができ、必要に応じて複数個の反応器を直列又は並列に接続して多段重合をすることもできる。更に、オートクレーブ型反応器の場合には、反応器内部を複数ゾーンに仕切ることにより、温度分布を設けたり、より厳密な温度制御をすることも可能である。このような操作によって、メモリーエフェクト等を制御することが可能である。
ラジカル開始剤としては、ジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3,2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ラウロイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、α,α´−ビス(t−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン、ジt−ブチルジパーオキシイソフタレート、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシアセテート、シクロヘキサノンパーオキサイド、t−ブチルパーオキシラウレート、アセチルパーオキサイド、i−ブチルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、1,1−ビスt−ブチルパーキシシクロヘキサン、2,2−ビスt−ブチルパーオキシオクタン、2,2−アゾビスイソブチロニトリル等の有機過酸化物が挙げられる。これらの中でも、半減期1分を得るための分解温度が、160〜200℃のものが好ましい。
ラジカル発生剤の配合量は、特に限定されないが、ポリエチレン100重量部に対し、0.1〜5重量部、好ましくは0.3〜3重量部、より好ましくは0.5〜2重量部の範囲である。また必要ならば、連鎖移動剤等を用いて、分子量調節などを行ってもよい。
連鎖移動剤としては、水素、プロピレン、ブテン−1、C1〜C20若しくはそれ以上の飽和脂肪族炭化水素又はハロゲン置換炭化水素、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロパラフィン類、クロロホルム、四塩化炭素、C1〜C20若しくはそれ以上の飽和脂肪族アルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール及びイソプロパノール、C1〜C20若しくはそれ以上の飽和脂肪族カルボニル化合物、例えばアセトン及びメチルエチルケトン、並びに芳香族化合物、例えばトルエン、ジエチルベンゼン及びキシレンのような化合物が挙げられる。
高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)は、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)とは異なり、(b1)JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したメルトフローレート(MFR(b))が2〜70g/10min、(b2)試験温度23℃、JIS−K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3以下を満足するものである。その製造方法は、上記高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)と同様であり、特性が上記を満たすように重合条件を適宜変更して製造される。
高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)は、JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したMFR(b)が2〜70g/10min、好ましくは3〜65g/10min、より好ましくは4〜60g/10minの範囲である。高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)は、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)に対して、MFRを改善するための成分ということができ、上記MFR(b)が2g/10min未満では押出ラミネート加工時の高速加工性が悪化し好ましくない。また、MFR(b)が70g/10minを超えるものは押出ラミネート加工性が不安定となる懸念があるため好ましくない。
上記高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)は、試験温度23℃、JIS−K7112に準拠した密度が0.905〜0.940g/cm3、好ましくは0.907〜0.937g/cm3、より好ましくは0.910〜0.935g/cm3の範囲である。上記密度が0.905g/cm3未満では、ラミネート成形樹脂のすべりが悪く、ハンドリングが悪くなるので好ましくない。また、密度が0.940g/cm3を超えるものは、工業的に製造することが難しいものとなる。
本発明のポリエチレン樹脂組成物(C)は、上記高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)10〜90重量%と、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B) 90〜10重量%との混合物であり、(c1)JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したMFR(c)が0.1〜30g/10min、(c2)試験温度23℃、JIS−K7112に準拠した密度0.905〜0.940g/cm3、および(c3)メモリーエフェクト(ME)が1.5以上を満足する。
上記ポリエチレン樹脂組成物(C)は、JIS K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定したMFR(c)が、0.1〜30g/10min、好ましくは、0.3〜28g/10min、より好ましくは0.5〜25g/10minである。MFR(c)が0.1g/10min未満では、押出ラミネート時の高速加工性が悪く、発泡セルが大きくならない可能性がある。また、MFR(c)が30g/10minを超えるものは、押出ラミネート時の加工安定性が悪くなり、発泡セルが破裂する虞が生じる。
上記ポリエチレン樹脂組成物(C)の密度は、0.905〜0.940g/cm3、好ましくは0.907〜0.937g/cm3、より好ましくは0.910〜0.935g/cm3の範囲である。上記密度が、0.905g/cm3未満では、ラミネート成形樹脂のすべりが悪く、ハンドリングが悪くなるので好ましくない。また、密度が0.940g/cm3を超えるものは、工業的に製造することが難しいものとなる。
上記ポリエチレン樹脂組成物(C)のメモリーエフェクト(ME)は1.5以上、好ましくは1.6以上、より好ましくは1.7以上である。MEが上記範囲内であれば、発泡セル高さを十分に高くでき、押出ラミネートなど加工時のネックインが大きくならないので、加工性も安定する。特に該メモリーエフェクト(ME)が、1.5未満では、発泡セルが十分に高くならず、かつ均一な発泡セルが得られなくなる虞がある。
高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)と高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)の配合割合は、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)10〜90重量%と、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)10〜90重量%であり、好ましくは樹脂(A)15〜85重量%/樹脂(B)85〜15重量%、より好ましくは樹脂(A)20〜80重量%/樹脂(B)80〜20重量%の範囲である。
該樹脂(A)が10重量%未満で、樹脂(B)90重量%を超える場合、または樹脂(A)が90重量%を超え、樹脂(B)10重量%未満である場合は、ポリエチレン樹脂組成物(C)の諸物性が調整できない等の不都合が生じ、ひいては、押出ラミネート加工時のネックインが大きく、加工時の安定性が悪くなる等の不都合が生じるため好ましくない。
MFR(b)/MFR(a)>1 −−−−− 式(1)
MFR(b)/MFR(a)>2 −−−−− 式(1−1)
MFR(b)/MFR(a)>2.5 −−−−− 式(1−2)
特に高圧ラジカル法低密度ポリエチレン(A)は、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン(B)より、低MFR、高MEであり、高圧ラジカル低密度ポリエチレン(B)は、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン(A)より高MFRであることが望ましい。
この様な関係を満足することにより、ラミネート成形時の成形性がより円滑となり、ネックインによるロスも大幅に改良される。
−0.467×Ln(MFR(c))+2.75≦ME −−−−−式(2)
(式中Lnは自然対数である)
−0.467×Ln(MFR(c))+2.77≦ME −−−−−式(2−1)
−0.467×Ln(MFR(c))+2.79≦ME −−−−−式(2−2)
MEが式(2)の−0.467×Ln(MFR(c))+2.75≦MEの条件を満足しない場合には、通例の加工条件では発泡セルが十分に高くならない惧れが生じる。また、押出ラミネートなど加工時のネックインが大きくなり、加工性も不安定となる惧れが懸念される。
本発明の発泡性積層体は、少なくとも、紙を主体とする基材の一方の面に、押出ラミネート法等によりポリエチレン樹脂層(I)を形成した積層体であって、好ましくは上記基材のもう一方の面に、基材から放出される蒸気等を保持する熱可塑性樹脂層(II)を形成した積層体であって、基材から放出される少なくとも水蒸気等によってポリエチレン樹脂層(I)を発泡させうる積層体であるが、本発明の効果を損なわない範囲において該積層体の最外層、該層間等に他の層があってもよい。
本発明において紙を主体とする基材とは、(i)紙、あるいは、(ii)予め、加熱により揮発性ガスを発生する物質を紙にコーティングした基材、ラミネート成形過程で紙とポリエチレン樹脂層(I)間に加熱により揮発性ガスを発生する物質をコーティングしたもの、(iii)紙を主体とする基材中へ加熱により揮発性ガスを発生する物質を配合した基材のいずれかを意味するものである。
本発明においては、主に紙に含まれる水分が加熱によって発生される水蒸気の作用によって基材表面のポリエチレン樹脂層(I)を発泡させるものであるが、加熱分解によって発生する揮発ガスによって基材表面のポリエチレン樹脂層(I)を発泡させることができるものであれば良く、特に限定されるものではない。
上記、(i)紙としては、上質紙、クラフト紙、アート紙、再生紙、合成紙、樹脂とゼオライト、炭酸カルシウム等の無機物含有するシート等が挙げられる。該紙の坪量は100〜400g/m2、特に150〜350g/m2が好ましい。また、紙の含水率は4〜15%、好ましくは5〜13%、より好ましくは5〜12%程度のものが例示される。
また、(ii)紙に、熱により揮発性ガスを発生する物質をコーティングした基材としては、紙に溶剤系インキや水溶性のインキ、塗料、接着剤をコーティングした基材等が挙げられる。例えば特開2000−238225号公報等にみられるように、基材とポリエチレン樹脂層(I)間に発泡性物質を添加した接着剤層を設ければ、加熱によって発生する発泡性物質から発生する揮発性ガスによって、基材表面のポリエチレン樹脂層(I)の発泡を促進させることが可能である。
また、(iii)基材中に、加熱により揮発性ガスを発生する物質を配合した基材としては、基材中に揮発性ガスを発生する物質としての無機または有機の発泡剤、含水ポリマー、発泡剤内包のマイクロカプセル等が配合された基材であって、例えば特開2002−145239号公報等にみられるように、抄紙工程において熱発泡性の発泡剤を添加して抄紙した紙、あるいは紙に発泡剤を内包するマイクロカプセル、含水させた吸水性ポリマー等を配合した基材等などが挙げられる。
さらに、紙を主体とする基材には、パルプ紙や合成紙等の紙にインクなどで絵や文字、模様などを印刷することもできる。
本発明において、ポリエチレン樹脂層(I)は、基材上に、前記高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)と高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)の2種の混合物からなるポリエチレン樹脂組成物(C)を用いて、ラミネート成形等で形成されて発泡性積層体として供給され、加熱によって紙を主体とする基材から放出される少なくとも水蒸気等によって発泡される。
したがって、発泡倍率が高く、均一な発泡セルを形成させるためには、該ポリエチレン樹脂組成物(C)の融点が80〜120℃の範囲、好ましくは、90〜110℃程度の融点範囲内で選択することが望ましい。
本発明に用いる熱可塑性樹脂層(II)は、基材から放出される蒸気等を保持する役割を有するものである。それを構成する熱可塑性樹脂(D)は、上記ポリエチレン樹脂層(I)を形成するポリエチレン樹脂組成物(C)より、融点が高いか、もしくは融解しない樹脂であればよく、特に限定はされないが、ポリエチレン樹脂層(I)を優先的に発泡させ、均一にかつ高いセル厚を容易に得るためには、加熱によって基材から放出される蒸気等によって発泡されるポリエチレン樹脂組成物(C)と、基材から放出される蒸気等を保持する熱可塑性樹脂(D)との融点差が、次の式(3)を満足することが望ましい。
Tm(D)−Tm(C)≧10 −−−−−式(3)
(ただし、Tm(C):層(I)のポリエチレン樹脂組成物(C)の融点(℃)、Tm(D):基材中の蒸気等を保持する層(II)の熱可塑性樹脂(D)の融点(℃)である)
また、上記ポリエチレン樹脂層(I)を考慮すると、融点Tm(D)は、100℃以上、好ましくは110℃〜140℃、より好ましくは115℃〜140℃の範囲で選択されることが望ましい。ここで、融点Tm(D)は、DSCによって測定されるセカンドスキャンの融点で最高ピーク高さの融点である。
融点が100℃より低い場合は、耐熱性が不足し熱可塑性樹脂層(II)が発泡してしまう惧れがあり、また140℃を超えると、低温ヒートシール性が不良となる惧れがあるため好ましくない。
また、必要に応じて印刷等を施しても良い。印刷は、部分的または全面的に着色インキで印刷してもよい。また、必要に応じて発泡性インキを使用して、部分的または全面的に発泡部位を設けてもよい。印刷の位置、印刷面積の大小、印刷の方法、使用されるインキなどは、従来公知の技術を適宜選択して用いることができる。
また補強層とは、基材に積層された発泡性ポリエチレン樹脂層(I)が加熱によって発泡されるときに発泡層が破裂しないように、発泡性ポリエチレン樹脂層(I)の外層にポリエチレン樹脂フィルムなどを積層して発泡層の過度の発泡による破裂防止や、不ぞろいの発泡セルを均一に矯正する、あるいはフィルム、不織布等を積層して、機械的強度を持たせるなどの役割を果たすものである。樹脂としては、特に限定されるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等でよい。
また、接着剤層を形成する樹脂としては、エチレンと不飽和カルボン酸またはその誘導体との共重合体、ポリオレフィン樹脂に不飽和カルボン酸等をグラフトした変性ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等ホットメルト、通常の接着剤等が挙げられる。
またバリア層を形成する樹脂としては、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物(EVOH)、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、延伸ポリプロピレン(OPP)、延伸ポリエステル(OPET)、延伸ポリアミド、アルミナ蒸着フィルム、シリカ蒸着フィルム等の無機酸化物の蒸着フィルム、アルミ蒸着等の金属蒸着フィルム、金属箔等が挙げられる。
本発明において、発泡性積層体を製造する方法としては、紙を主体とする基材の片面へポリエチレン樹脂層(I)を積層し、あるいは他方の面に熱可塑性樹脂層(II)をさらに積層できる方法であれば特に制約はないが、溶融樹脂をダイレクトに積層する押出ラミネート加工、事前にフィルムとしたものを積層するサンドラミネート加工、ドライラミネート加工する方法等が挙げられる。
サンドラミネート加工、ドライラミネート加工においては、本発明に用いる紙を主体とする基材の熱可塑性樹脂層(II)が形成される側で、基材と熱可塑性樹脂層(II)との間に、バリア性を向上させるため、上記アルミ箔、ポリエステル系フィルム、各種バリア性フィルム等を積層させることが容易である。
本発明の発泡加工紙は、上記の発泡性積層体を加熱し、ポリエチレン樹脂層(I)を発泡させて得られるものである。すなわち、上記発泡性積層体を発泡させる際に、ポリエチレン樹脂層(I)と基材から放出される蒸気等を保持する熱可塑性樹脂層(II)とが下記(式3)を満足させるように行うことが好ましい。
ここで、基材から放出される蒸気等を保持するとは、所定の加熱条件で基材から放出された蒸気等をポリエチレン樹脂層(I)側に拡散させ、ポリエチレン樹脂層(I)を優先的に発泡させるよう、蒸気等をバリアすることを指す。この式(3)を満足させるように熱可塑性樹脂層(II)に用いる熱可塑性樹脂を選択すると、加熱による発泡処理条件を広くすることができるうえ、ポリエチレン樹脂層(I)を優先的に発泡させることができるので好ましい。
Tm(D)−Tm(C)≧10 −−−−−式(3)
(ただし、Tm(C):層(I)のポリエチレン樹脂組成物(C)の融点Tm(℃)、Tm(D):基材中の蒸気等を保持する層(II)の熱可塑性樹脂(D)の融点Tm(℃)である)
上記発泡加工紙は、下記のカップ等の断熱・保温材料としてはもちろんのこと、緩衝材料、遮音材料、発泡紙等としても用いられ、スリーブ材、紙皿、トレー、滑り止め材、果物の包装材、発泡紙等の農業用、産業用、生活用資材等として活用される。
加熱温度には特に制約はないが、紙を主体とする基材中の水分等を蒸発させ、発泡層樹脂が溶融する温度でなければならず、本発明においては100〜200℃、好ましくは100〜160℃、より好ましくは100〜140℃が好ましい。加熱時間は10秒間〜5分間が好ましい。加熱温度が100℃未満、加熱時間が10秒未満であると、十分な高さの発泡セルが得られない場合がある。加熱温度が200℃を超え、あるいは加熱時間が5分間を超えるような加熱過多の場合においては、発泡セルのへたりや均一性が損なわれる虞が生じる。
本発明の断熱容器は、上記発泡性積層体を用いて容器を形成した後、該容器を加熱し、ポリエチレン樹脂層(I)を発泡させて得られたものである。
断熱容器でも、上記発泡加工紙と同様に、発泡セルの高さは、370μm以上、好ましくは400μm以上とすることが望ましい。発泡セルの高さが370μm未満であると、十分な断熱性が得られなくなる虞が生じる。
これにより得られた断熱容器は、トレー及びカップなどとして使用される。用途としては、ホット飲料容器、カップスープ容器、カップ味噌汁容器、カップ麺容器、納豆容器、弁当容器、コーヒーカップ容器等が例示される。
上記断熱容器、特にカップの製造方法は、少なくとも、紙を主体とする基材の一方の面に、ポリエチレン樹脂組成物(C)を用いて、加熱によって基材から放出される蒸気等によって発泡される厚さ20〜100μmのポリエチレン樹脂層(I)を形成し、基材の他面に、熱可塑性樹脂(D)を用いて、基材から放出される蒸気等を保持する厚さ10〜100μmの熱可塑性樹脂層(II)が形成された発泡性積層体を形成し、ついで容器に成形後、加熱温度100〜200℃で加熱して、基材から放出される蒸気等によってポリエチレン樹脂層(I)を発泡させることを特徴とする。
断熱容器の製造方法においても上記発泡加工紙の製造方法と基本的には同様である。上記基材にラミネートするには、通例のラミネート方法が適用される。押出ラミネートにおいては、ダイス直下の樹脂温度200〜350℃、好ましくは260〜350℃、より好ましくは270〜350℃の範囲で行われる。また、成形速度は、10〜400m/分、好ましくは10〜350m/分位で行われ、必要に応じて、基材とポリエチレン樹脂との接着性を向上させるためにコロナ放電処理、オゾン処理、プラズマ処理、フレーム処理等を行っても良い。また、必要に応じて、アンカーコート剤を塗布しても良い。
このようにして製造された発泡積層体を、ロール巻き原反もしくは連続的に繰り出して、該発泡積層体から胴部材用ブランクと底板部材用ブランクを打ち抜きし、常用のカップ成型機で胴部材と底板部材を接合させてカップ状等に成型した後、回分式あるいは転送するベルトコンベヤーに輸送されて熱風、マイクロ波、高周波、赤外線、遠赤外線等が具備する加熱炉、オーブントンネル等で加熱発泡されて断熱性容器が成形される。
特に連続的に製造するためには、好ましくは、加熱によって基材から放出される蒸気等によって発泡されるポリエチレン樹脂組成物(C)と、基材から放出される蒸気等を保持する熱可塑性樹脂(D)との融点差が、次の式(3)の関係を満足させるようにすることが望ましい。
Tm(D)−Tm(C)≧10 −−−−−式(3)
(ただし、Tm(C):層(I)のポリエチレン樹脂組成物(C)の融点Tm(℃)、Tm(D):基材中の蒸気等を保持する層(II)の熱可塑性樹脂(D)の融点Tm(℃)である)
これにより、押出ラミネート等の高速成形性もよく、連続的に、発泡倍率が高く、均一な発泡セルを有する発泡層を形成することが可能になり、外観性が良く、印刷性、生産性が向上する。また、加熱時間は10秒間〜5分間が好ましい。加熱温度が100℃未満、加熱時間が10秒未満であると、十分な発泡セル高さが得られない場合がある。また、加熱温度が200℃を超え、および/または加熱時間が5分間を超える場合には、生成した発泡セルが加熱過多になって発泡セルにへたり等が生じ、製品のばらつきの原因となる虞が生じる。
このように本発明の製造方法においては、低MFRで高MEの高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)と高MFRの高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)からなる組成物を用いることにより、押出ラミネート加工時の成形性と、ロスが少なく、かつ、発泡倍率が高く、均一な発泡セルが形成された発泡層となり、断熱性、外観の良好性等に優れた断熱性容器を容易に得ることができる。
なお、本実施例において用いるポリエチレン樹脂、その物性、得られた発泡性積層体等の試験方法は、以下の通りである。
(2)密度:ペレットを熱プレスして2mm厚のプレスシートを作成し、該シートを1000ml容量のビーカーに入れ蒸留水を満たし、時計皿で蓋をしてマントルヒーターで加熱した。蒸留水が沸騰してから60分間煮沸後、ビーカーを木製台の上に置き放冷した。この時60分煮沸後の沸騰蒸留水は500mlとし室温になるまでの時間は60分以下にならないように調整した。また、試験シートは、ビーカー及び水面に接しないように水中のほぼ中央部に浸漬した。シートを23℃、湿度50%の条件において16時間以上24時間以内でアニーリングを行った後、タテ×ヨコ2mmになるように打ち抜き、試験温度23℃でJIS−K7112に準拠して測定した。
<測定条件>
シリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件にて、次のように実施した。
装置に2.095mmφのMFR測定用ノズルをセットし、樹脂を炉へ充填する。ピストンを乗せ、0.09g/分の定速押出で5分間保持し、その後3g/分の定速押出とし6分30秒までエアー抜きを行う。6分30秒経過後、3g/分を維持したままストランドをカットし、オリフィス下端からのストランド長さが20mmとなった時点でのストランドの径を、オリフィス下端から15mmの位置でKEYENCE製レーザー寸法測定器(LS−3033)を用いて測定する。測定したストランドの直径をD、ダイスのオリフィス径をD0(2.095mm)として次式によりMEを求めた(ただし、実測値は少数点第2位を四捨五入した)。
ME=D/D0
装置:セイコーインスツルメンツ製DSC220
昇降温条件 :第一昇温 30℃から200℃までを40℃/分
降温 200℃から20℃までを10℃/分
第二昇温 20℃から200℃までを10℃/分
温度保持時間:第一昇温後 5分間、降温後 5分
サンプル量:5mg
リファレンス:アルミニウム
○:溶融膜が安定して、加工できる。
×:溶融膜が不安定で、均一な厚みのサンプル採取が不能。
(6)発泡セルの高さ:発泡積層体の厚みをダイヤルゲージで測定し、基材および熱可塑性樹脂層(II)の厚みを徐し発泡セル高さとした。
(7)発泡セルの均一性:発泡積層体表面を目視にて観察し、部分的な過剰発泡の有無と均一性を評価した。
○:良好、△:セル高さが不均一、×:セルの破裂が発生。
(1)高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)
原料樹脂A1、A2及びA3は、オートクレーブ反応器を有する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン製造設備において製造したものである。
性状を以下の表1に示した。
原料樹脂B1及びB4は、チューブラー反応器を有する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン製造設備において製造し、原料樹脂B2は、オートクレーブ反応器を有する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン製造設備において製造したものである。
また、原料樹脂B3は、市販品(日本ポリエチレン株式会社製、商品名:LC522)である。
性状を以下の表2に示した。
D1:MFR10g/10min、密度0.936g/cm3、融点129℃の高密度ポリエチレン樹脂
この原料D1は、市販品(日本ポリエチレン株式会社製、商品名:HC170)である。
坪量157g/m2、含水率7%の紙基材の片面にコロナ処理(30W・min/m2)を施し、40φ押出機、ダイス有効幅360mmの押出ラミネーターを用い、熱可塑性樹脂層(II)を構成する材料としてMFR10g/10min、密度0.936g/cm3、融点129℃のポリエチレン樹脂(D1)を樹脂温度320℃、加工速度20m/min、20μm厚にて押出ラミネート加工し、熱可塑性樹脂層(II)と紙基材との積層体を得た。
上記積層体の熱可塑性樹脂層(II)と反対面の紙基材面にコロナ処理(30W・min/m2)を施し、40φ押出機、ダイス有効幅360mmの押出ラミネーターを用い樹脂温度320℃、加工速度20m/min、40μm厚にてポリエチレン樹脂層(I)を構成する材料として、高圧ラジカル法ポリエチレン樹脂(A)及び(B)を表3に示す割合で配合したポリエチレン樹脂組成物(C)を用いて、押出ラミネート加工し、ポリエチレン樹脂層(I)と紙基材と熱可塑性樹脂層(II)からなる発泡性積層体を得た。ポリエチレン樹脂層(I)を押出ラミネートする際、加工が安定的に行えるかどうかの加工性(溶融膜安定性)を目視にて評価した。
得られた発泡性積層体を120℃のオーブン中に4分間放置後、オーブンから取り出し、常温にて放冷して発泡加工紙を製造した。
上記本発明の構成要件を満足する実施例1〜7は、いずれも溶融膜の加工安定性がよく、かついずれの実施例でも発泡が均一で、発泡セルの高さも400μmを超える高いものであった。結果を表3に示した。
ポリエチレン樹脂層(I)を構成する樹脂として、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B1)および(B2)を単独で用いた以外は実施例1と同様にして発泡性積層体の製造を行った。ラミネート成形加工時の溶融膜が不安定で成形加工性が悪く、発泡性積層体を得ることができなかった。結果を表3に示した。
ポリエチレン樹脂層(I)を構成する樹脂として、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A2)を単独で用いた以外は実施例1と同様にして発泡性積層体を得た。得られた発泡性積層体を120℃のオーブン中に4分間放置後、オーブンから取り出し、常温にて放冷して発泡加工紙を製造した。発泡セルの高さは360μmと低く、本発明の目標とする高さが得られなかった。結果を表3に示した。
ポリエチレン樹脂層(I)を構成する樹脂として、市販の高圧ラジカル法ポリエチレン樹脂(B3)を単独で用いた以外は実施例1と同様にして発泡性積層体を得た。得られた発泡性積層体を120℃のオーブン中に4分間放置後、オーブンから取り出し、常温にて放冷して発泡加工紙を製造した。発泡セルの高さは350μmと低く、本発明の目標とする高さが得られなかった。結果を表3に示した。
ポリエチレン樹脂層(I)を構成する材料として、高圧ラジカル法ポリエチレン樹脂(B4)30重量%と、高圧ラジカル法ポリエチレン樹脂(B1)70重量%で配合したポリエチレン樹脂組成物(C)を用いて、実施例1と同様に押出ラミネート加工を行ったが、成形加工性が悪く、発泡性積層体を得ることができなかった。結果を表3に示した。
ポリエチレン樹脂層(I)を構成する材料として、高圧ラジカル法ポリエチレン樹脂(A3)30重量%と、高圧ラジカル法ポリエチレン樹脂(B1)70重量で配合したポリエチレン樹脂組成物(C)を用いて、実施例1と同様に押出ラミネート加工を行ったが、成形加工性が悪く、発泡性積層体を得ることができなかった。結果を表3に示した。
実施例1で製造されたポリエチレン樹脂層(I)と紙基材と熱可塑性樹脂層(II)からなる発泡性積層体を高さ90mm、内径70mmとなるように胴部材ブランクと底板部材ブランクを打ち抜いて、胴部材ブランクと底板部材ブランクを接合してカップ状容器の形態に成形した後、120℃のオーブン中に4分間放置後、オーブンから取り出し、常温にて放冷して発泡カップ状容器を得た。該容器の胴部を切り取り、実施例1と同様にポリエチレン樹脂層(I)の発泡性を観察した。発泡セルは高さが450μmの均一なセルであり、カップ容器に成形した場合でも発泡状態は良好であった。
Claims (12)
- 紙を主体とする基材の少なくとも一方の面に発泡させるためのポリエチレン樹脂層(I)を形成する発泡性積層体用ポリエチレン樹脂組成物であって、
下記(a1)〜(a3)の特性を満足する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)10〜90重量%と、該樹脂(A)以外の下記(b1)〜(b2)の特性を満足する高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)10〜90重量%とを混合して得られ、かつ、この混合物であるポリエチレン樹脂組成物(C)が下記(c1)〜(c3)の特性を満足し、しかも高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(A)のMFR(a)と、高圧ラジカル法低密度ポリエチレン樹脂(B)のMFR(b)が、下記の式(1)を満足することを特徴とする発泡性積層体用ポリエチレン樹脂組成物。
(a1)JIS K7210に準拠して測定したMFR(a)が0.1〜30g/10min、
(a2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3、
(a3)JIS K7210で使用されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分の条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.7以上、
(b1)JIS K7210に準拠して測定したMFR(b)が2〜70g/10min
(b2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3、
(c1)JIS K7210に準拠して測定したMFR(c)が0.1〜30g/10min、
(c2)試験温度23℃、JIS K7112に準拠して測定した密度が0.905〜0.940g/cm3、
(c3)(a3)と同じ条件で測定したメモリーエフェクト(ME)が1.5以上
MFR(b)/MFR(a)>1 −−−−−式(1) - ポリエチレン樹脂組成物(C)のMFR(c)とメモリーエフェクト(ME)が、下記の式(2)を満足することを特徴とする請求項1に記載の発泡性積層体用ポリエチレン樹脂組成物。
−0.467×Ln(MFR(c))+2.75≦ME −−−−−式(2)
(式中Lnは自然対数である) - 請求項1または2に記載の発泡性積層体用ポリエチレン樹脂組成物を用いて、紙を主体とする基材の少なくとも一方の面に発泡させるためのポリエチレン樹脂層(I)を形成してなる発泡性積層体。
- 上記基材のもう一方の面に、熱可塑性樹脂(D)を用いて、基材から放出される蒸気等を保持する熱可塑性樹脂層(II)をさらに形成したことを特徴とする請求項3に記載の発泡性積層体。
- ポリエチレン樹脂層(I)の厚さが20〜100μmであり、熱可塑性樹脂層(II)の厚さが10〜100μmであることを特徴とする請求項4に記載の発泡性積層体。
- ポリエチレン樹脂組成物(C)の融点Tm(C)と、熱可塑性樹脂(D)の融点Tm(D)との融点差が、下記の式(3)を満足することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の発泡性積層体。
Tm(D)−Tm(C)≧10 −−−−−式(3)
(ただし、Tm(C):層(I)のポリエチレン樹脂組成物(C)の融点Tm(℃)、Tm(D):層(II)の熱可塑性樹脂(D)の融点Tm(℃)である) - 請求項3〜6のいずれかに記載の発泡性積層体を加熱し、ポリエチレン樹脂層(I)を発泡させて得られた発泡加工紙。
- ポリエチレン樹脂層(I)を発泡して形成された発泡セルの高さが、370μm以上であることを特徴とする請求項7に記載の発泡加工紙。
- 請求項3〜6のいずれかに記載の発泡性積層体を用いて容器を形成した後、該容器を加熱し、ポリエチレン樹脂層(I)を発泡させて得られた断熱容器。
- カップ状容器であることを特徴する請求項9に記載の断熱容器。
- 少なくとも、紙を主体とする基材の一方の面に、請求項1または2に記載のポリエチレン樹脂組成物(C)を用いて、厚さが20〜100μmのポリエチレン樹脂層(I)を形成し、基材の他面に、熱可塑性樹脂(D)を用いて、基材から放出される蒸気等を保持する熱可塑性樹脂層(II)を厚さが10〜100μmとなるように形成し、得られた発泡性積層体を容器に成形した後、100〜200℃で加熱して、基材から放出される少なくとも蒸気等によってポリエチレン樹脂層(I)を発泡させることを特徴とする断熱容器の製造方法。
- ポリエチレン樹脂組成物(C)と、熱可塑性樹脂(D)との融点差が、下記の式(3)を満足することを特徴とする請求項11に記載の断熱容器の製造方法。
Tm(D)−Tm(C)≧10 −−−−−(3)
(ただし、Tm(C):層(I)のポリエチレン樹脂組成物(C)の融点Tm(℃)、 Tm(D):層(II)の熱可塑性樹脂(D)の融点Tm(℃)である)
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