JP6473029B2 - ポリスチレン系樹脂発泡板及びその製造方法、並びに折箱及びその製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、融着法により製造された、特定の厚み、見掛け密度、表面気泡数及び算術平均表面粗さを有するポリスチレン系樹脂発泡板が開示されている。特許文献1によれば、表面平滑性に優れ、表面に直接UVインキによるインクジェット印刷が可能なポリスチレン系樹脂発泡板が得られるとされる。しかしながら、特許文献1のポリスチレン系樹脂発泡板は、融着性が充分に満足できるものでなかった。
特許文献2には、熱可塑性合成樹脂発泡板から形成された折箱が開示されている。特許文献2によれば、組立前の熱可塑性合成樹脂発泡板に熱刃でV形抜き部を形成する際に、折箱の各角部とV形抜き部の頂点間に溶融代を設け、さらに、側板部の側端面の溶融を溶融残片として形成したオーバーラップ片で行うことで、水漏れや融着強度不足による製品の不良率が軽減された折箱が得られるとされる。しかしながら、特許文献2の折箱は、その製造工程が煩雑であった。
また、樹脂発泡板に熱刃を接触させて、樹脂発泡板を切削すると同時に切削残部の表面が溶融した状態にある間に折り曲げて融着する方法は、切削と融着を同時に行え加工工程を簡略化できる利点がある。前記方法において、熱刃の温度をより低くして融着温度を下げられれば、融着後の冷却等にかかる時間を短縮でき生産性が向上する。しかし、熱刃の温度を低くして融着温度を下げると熱刃の表面に樹脂が析出しやすい。この樹脂が析出した熱刃で切削・融着加工を続けると、熱刃の表面の樹脂が析出した部分に、次に切削・融着しようとする樹脂が接することができずにその部分で割れや欠けを生じる等して製品の品質が低下する(加工性が低下する)。
[1]23℃における引張弾性率(E1)に対する100℃における引張弾性率(E2)の比(E2/E1)が0.15〜0.3であり、厚みが3〜10mmである、ポリスチレン系樹脂発泡板。
[2]JIS K7121に準拠して測定した補外ガラス転移開始温度(Tig)が90℃以上100℃未満であり、補外ガラス転移終了温度(Teg)が100℃以上120℃未満である、[1]に記載のポリスチレン系樹脂発泡板。
[3]スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体を含有し、前記スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体中の(メタ)アクリル酸エステルに基づく構成単位の含有質量が、ポリスチレン系樹脂中0.5〜10質量%である、[1]又は[2]に記載のポリスチレン系樹脂発泡板
[4]前記E1が50〜200MPaであり、前記E2が10〜60MPaである、[1]から[3]のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡板。
[5]折箱用である、[1]〜[4]のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡板。
[6][1]〜[5]のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡板から形成された折箱。
[7][1]〜[5]のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡板の製造方法であって、ポリスチレン系樹脂を溶融混練する工程と、前記工程で得られた溶融混練物を発泡する工程を含む、ポリスチレン系樹脂発泡板の製造方法。
[8]前記ポリスチレン系樹脂が、ポリスチレンと、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体を含む、[7]に記載のポリスチレン系樹脂発泡板の製造方法。
[9]前記スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体中の(メタ)アクリル酸エステルに基づく構成単位の含有質量が1〜14質量%である、[8]に記載のポリスチレン系樹脂発泡板の製造方法。
[10][7]〜[9]のいずれかに記載のポリスチレン系樹脂発泡板の製造方法によりポリスチレン系樹脂発泡板を形成する工程と、前記ポリスチレン系樹脂発泡板から折箱を形成する工程を含む、折箱の製造方法。
本発明のポリスチレン系樹脂発泡板(以下、単に「発泡板」ともいう。)は、23℃における引張弾性率(E1)が50〜200MPaが好ましく、100〜200MPaがより好ましく、120〜180MPaがさらに好ましい。また、100℃における引張弾性率(E2)が10〜60MPaが好ましく、20〜50MPaがより好ましい。
本発明において、発泡板の引張弾性率は以下のように測定される。
[23℃における引張弾性率(E1)の測定方法]
本発明の23℃における引張弾性率(E1)は、JIS K6767:1999に準拠して測定される値であり、具体的には、次の手順により測定される。
測定装置として、恒温槽TCLF−U4−HW(株式会社T.S.E製)が付属されたテンシロン万能試験機UCT−10T(株式会社オリエンテック製)を用いる。万能試験機データ処理ソフトとしてUTPS−458X(ソフトブレーン株式会社製)を用いる。
まず、発泡板をISO1798規定のType1形状に切り出し試験片とする。この際、樹脂の押出方向を前記試験片の長手方向とする。前記試験片を、JIS K7100:1999に記載の記号「23/50」(温度23℃、相対湿度50%)、2級の標準雰囲気下に16時間以上おいて状態調整する。状態調整後の試験片を、前記標準雰囲気下で前記万能試験機に付属された引張試験治具にチャック間隔が100mmとなるように取り付ける。その後、引張速度500mm/分として、前記試験片を引張り、得られた荷重と伸び量(試験片掴み治具間距離で測定)から引張弾性率を算出する。引張弾性率は、測定開始点から1次最大点(上降伏点)までの範囲内で直線部分の傾きが最大(最大傾き)となる弾性率から求める。試験片の数は3個とし、その平均値をE1とする。
本発明の100℃における引張弾性率(E2)は、恒温槽を100℃雰囲気とし、状態調整後の試験片を前記恒温槽内の引張試験治具に5秒以内(恒温槽の扉を開けてから閉じるまで)で取り付け、2.5分間保持した後、直ちに引張り試験を開始すること以外は、上記E1の測定方法と同様にして測定される。
なお、E1、E2、E2/E1は、例えば後述するポリスチレン系樹脂の組成、発泡板の坪量、発泡倍率等を調整することで容易に調整される。
本発明の発泡板の厚みは、発泡板の幅方向に50mm間隔でシックネスゲージによって測定した厚みの算術平均値である。
Tig及びTegが上記範囲であると、融着性及び加工性が高められやすくなる。特に、より低温での融着性及び加工性が高められ、融着温度をより低くでき、発泡板及び当該発泡板を融着加工して製造される容器等の生産性が高められやすくなる。
本発明におけるTig及びTegは、JIS K7121:1987「プラスチックの転移温度測定方法」に記載の方法により測定される。但し、測定試料の調整は以下のように行う。
DSC装置として、DSC6220型(エスアイアイナノテクノロジー株式会社製)を用いる。アルミニウム製の測定容器の底に隙間のないように測定対象物を約6mg充填して、窒素ガス流量20mL/分のもと20℃/分の速度で30℃から200℃まで昇温し、10分間保持する。その後、前記測定容器を速やかに取り出し、25±10℃の環境下にて放冷したものを測定試料とする。前記DSC装置により前記測定試料を20℃/分の速度で30℃から200℃まで昇温してDSC曲線を得る。得られたDSC曲線から、装置付属の解析ソフトを用いて、上記JIS K7121:1987の(9.3「ガラス転移温度の求め方」)に記載された方法により補外ガラス転移開始温度(Tig)及び補外ガラス転移終了温度(Teg)を求める。
なお、Tig及びTegは、後述するポリスチレン系樹脂の組成を調整すること等により容易に調整される。
ポリスチレン系樹脂としては、スチレン系単量体に基づく構成単位が、前記ポリスチレン系樹脂の全構成単位に対して50質量%以上含まれるものが好ましく、70質量%以上含まれるものがより好ましく、80質量%以上含まれるものがさらに好ましい。
また、ポリスチレン系樹脂の質量平均分子量は、20万〜40万が好ましく、24万〜40万がより好ましい。前記質量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定した値を、標準ポリスチレンによる較正曲線に基づき換算した値である。
また、ポリスチレン系樹脂として、ゴム成分を含むハイインパクトポリスチレンが用いられてもよい。
なお、本明細書において、(メタ)アクリル酸は、アクリル酸又はメタクリル酸を意味する。
前記スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体としては、前記共重合体中の(メタ)アクリル酸エステルに基づく構成単位の含有質量が1〜14質量%のものが好ましく、1質量%以上14質量%未満のものがより好ましく、4〜10質量%のものがさらに好ましい。
ポリスチレン系樹脂として、上記混合物が用いられると、発泡板のE1、E2、E2/E1を調整しやすくなる。さらに、発泡板のTig及びTegを調整しやすくなる。
ポリスチレン系樹脂中、上記(メタ)アクリル酸エステルに基づく構成単位の含有量が上記好ましい範囲であると、発泡板のE1、E2、E2/E1を調整しやすくなる。さらに、発泡板のTig及びTegを調整しやすくなる。
なお、ポリスチレン系樹脂中の(メタ)アクリル酸エステルに基づく構成単位の含有量は、スチレン−(メタ)アクリル酸エステルの仕込み量から計算により算出できる他、例えば発泡板をATR法による赤外分光分析で分析して得られる(D1728/D1600)の吸光度比から求められる。ここで前記D1728は、1728cm−1でのアクリル酸エステルに基づく構成単位に含まれるエステル基のC=O伸縮振動に由来するピークであり、前記D1600は、1600cm−1でのポリスチレン系樹脂に含まれるベンゼン環の面内振動に由来するピークである。
また、上記混合物中、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体の含有量は、混合物の総量に対して50質量%以下が好ましい。スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体の含有量が、前記上限値以下であると、加工性が高められやすくなる。
気泡調整剤は、いずれか1種が単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
気泡調整剤の添加量は、発泡板中の樹脂100質量部に対して0.01〜5質量部が好ましい。
本発明の発泡板の製造方法としては、特に限定されず、公知の発泡板の製造方法が挙げられる。
本発明の発泡板は、融着性に優れることから融着法で製造されることが好ましい。融着法の一例について、図1の発泡板製造装置10を用いた方法を説明する。
前記製造装置10は、押出機20と、押出機20の先端に装着されたサーキュラーダイ22と、サーキュラーダイ22の吐出口から押出発泡された筒状の発泡体2をピンチロール30に送るガイドローラ24と、筒状の発泡体2を挟圧して板状とするピンチロール30とを備える。
前記発泡剤としては、公知の発泡剤が挙げられ、例えば、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン、シクロペンタジエン、ヘキサン等の炭化水素、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、メチルエチルエーテル、石油エーテル等のエーテル化合物、二酸化炭素、窒素、アンモニア、水等が挙げられる。
また、前記発泡剤として、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、炭酸水素ナトリウム、クエン酸等の有機酸又はその塩と炭酸水素ナトリウムとの混合物等の分解性の発泡剤が用いられてもよい。
これらの発泡剤は、いずれか1種が単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
前記発泡剤としては、炭化水素が好ましい。炭化水素のなかでも、ノルマルブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、イソペンタンまたはこれらの混合物が好ましい。
前記発泡剤の添加量は、特に限定されないが、原材料であるポリスチレン系樹脂100質量部に対して1〜10質量部が好ましい。
発泡板1は、その後、カッター等で所望の大きさに切断されてもよいし、その表面に印刷が施されてもよい。また、発泡板1には、紙または樹脂フィルム等が積層されてもよい。発泡板1の表面に紙や樹脂フィルムが積層されることで、表面がより美麗になり、また剛性がより高められる。さらに樹脂フィルムに、着色料(顔料、染料等)を添加することで様々な色調、模様、デザインを表示できる。
発泡倍率は、例えば、発泡剤の添加量やエアー26による冷却速度を調節することで容易に調整される。
本発明の折箱の一実施形態について説明する。
図2に示す折箱100は、本発明の発泡板1からなっており、底板101に対して、妻板102・102及び側板103・103が垂直に組み立てられ、外形直方体とされている。
折箱の大きさは、収容物の量や大きさに応じて適宜設定されるが、例えば、縦16〜25cm、横80〜20cm、高さ20〜50cmとされる。
折箱100の製造方法について説明する。図3は、折箱100の組立前の発泡板の平面図、図4(a)は、図3のA−A断面図、図4(b)は、図2のB−B断面図である。
折箱100の製造方法は、発泡板1にV溝を形成するV溝形成工程、前記V溝形成工程で形成されたV溝を折り曲げて折箱を組み立てる組立工程を含む。
組立前発泡板120は、平面視矩形状の底板101と、底板101の両短手に延設された平面視矩形状の妻板102と、底板101の両長手に延設された平面視矩形状の側板103を備え一体とされている。底板101と妻板102との境界、底板101と側板103との境界には、それぞれV溝150が形成されており、妻板102の長手方向両端部及び側板103の長手方向両端部には、V溝が半分とされた半V溝160が形成されている。
前記V溝形成工程において、V溝の形成に熱刃が用いられると、V溝の形成とV溝の加熱溶融が一度に行えるため折箱の製造工程が簡略化でき好ましい。
熱刃の温度は、組立前発泡板120(発泡板1)のガラス転移温度(Tg)等に応じて適宜設定可能であるが、本発明の発泡板1は、より低い温度における融着性及び加工性に優れることから、例えば、220〜360℃が好ましく、250〜330℃がより好ましく、250〜300℃がさらに好ましく、250℃〜285℃が特に好ましい。
各例の発泡板の組成を表1に示した。なお、表1中、気泡調整剤の含有量は、全樹脂成分100質量部に対する質量部を示す。
本実施例において使用した原料は下記の通りである。
・PS−BA1:スチレン−アクリル酸ブチル共重合体(質量平均分子量32万、アクリル酸ブチルに基づく構成単位の含有質量7質量%)、下記製造例1で合成されたもの。
・PS−BA2:スチレン−アクリル酸ブチル共重合体(質量平均分子量32万、アクリル酸ブチルに基づく構成単位の含有質量14質量%)、下記製造例2で合成されたもの。
・気泡調整剤:タルク(平均一次粒子径8μm)。
内容積106リットルの撹拌機付オートクレーブ(以下、反応器ともいう)に、スチレンモノマー26.4kgとアクリル酸ブチルモノマー2.0kgを投入し混合液とした。この混合液に、重合開始剤として、ベンゾイルパーオキサイド(純度75%、日油社製、商品名ナイパーBW)41g、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート(日油社製、商品名パーブチルE)57gを添加し溶解した。その後、上記反応器に、ピロリン酸マグネシウム170g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム4.6g及び蒸留水56.8kgを投入し、70rpmの撹拌下で撹拌し懸濁液を作製した。反応器内を90℃まで昇温し7時間保持した。次に、120rpmの撹拌下とし、反応器内の温度を125℃まで昇温し3時間保持した。その後、反応器内の温度を40℃まで冷却し、反応器から重合スラリーを取り出し、脱水、洗浄、乾燥して、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体(PS−BA1、質量平均分子量32万、アクリル酸ブチルに基づく構成単位の含有質量7質量%)を製造した。
スチレンモノマーの投入量を24.4kg、アクリル酸ブチルモノマーの投入量を4.0kgとした以外は、製造例1と同様にしてアクリル酸ブチル成分を14質量%含有するスチレン−アクリル酸エステル共重合体(PS−BA2、質量平均分子量32万、アクリル酸ブチルに基づく構成単位の含有質量14質量%)を得た。
<実施例1>
2台の押出機が連結されたタンデム押出機の上流側の押出機(φ115mm)に、60質量%のPSと40質量%のPS−BA1からなるポリスチレン系樹脂と、前記ポリスチレン系樹脂100質量部に対して、0.37質量部の気泡調整剤がドライブレンドされた混合ペレットを供給した。この混合ペレットを溶融混練するとともに、発泡剤としてブタンを前記ポリスチレン系樹脂100質量部に対して4.5質量部となる割合で押出機内に圧入してさらに溶融混練した。この溶融混練物を連続的に下流側の押出機(φ150mm)に供給し、該下流側の押出機でポリスチレン系樹脂の温度が約155℃となるように冷却して、押出機先端に取り付けたサーキュラーダイより押出発泡させ、筒状の発泡体を形成した。この筒状の発泡体をピンチロールで上下方向から挟んで、二層の発泡層からなる発泡板を製造した。前記発泡板の厚みは3.5mm、坪量は228g/m2、発泡倍率は15.4倍であった。
発泡板の厚み、坪量及び発泡倍率を表1に示すものに変更したこと以外は、実施例1と同様にして実施例2〜3の発泡板を製造した。
発泡板の組成を表1に示すものに代えたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例4〜6及び比較例1〜2の発泡板を製造した。
≪融着性の評価≫
各例の発泡板について、発泡板を構成する二層の発泡層を手で剥離した際の状態により下記判断基準に基づいて融着性を評価した。○、△を合格とした。
[融着性の判断基準]
○:二層の発泡層が剥離しない。
△:二層の発泡層が融着面の一部で剥離する。
×:二層の発泡層が融着面で完全に剥離する。
各例の発泡板を切断し、これに290℃に加熱した熱刃を0.8秒間発泡板に押し当てることでV溝を形成し、図3に示すような組立前発泡板120を作製した。その後、直ちに前記組立前発泡板のV溝を折り曲げて図2に示すような折箱を製造した。前記折箱を室温まで冷却した後、V溝の融着状態を目視により観察した。
上記と同様の観察を、熱刃の温度を10℃ずつ下げながら行った。これらの観察結果から下記判断基準に基づいて加工性を評価した。○、△を合格とした。
なお、より低温で、融着面に割れや欠けを生じず融着が確実に行えれば、融着後の冷却にかかる時間を省略でき加工性に優れると評価できる。さらに加熱のためのエネルギーを省略できる。
[加工性の判断基準]
○:270℃の熱刃で加工した際に、融着面に割れ・欠けが生じなかった。
△:280℃の熱刃で加工した際に、融着面に割れ・欠けが生じず、270℃の熱刃で加工した際に、融着面に割れ・欠けが生じた。
×:290℃の熱刃で加工した際に、融着面に割れ・欠けが生じず、280℃の熱刃で加工した際に、融着面に割れ・欠けが生じた。
一方、E2/E1比が本発明の下限値未満である発泡板(比較例1)は、加工性が充分でなかった。E2/E1比が本発明の上限値超である発泡板(比較例2)は、融着性及び加工性が充分でなかった。
2 筒状の発泡体
10 発泡板製造装置
20 押出機
22 サーキュラーダイ
24 ガイドローラ
30 ピンチロール
100 折箱
101 底板
102 妻板
103 側板
120 組立前発泡板
Claims (7)
- 二層の発泡層からなるポリスチレン系樹脂発泡板において、
スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体を含有し、前記スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体中の(メタ)アクリル酸エステルに基づく構成単位の含有質量が、ポリスチレン系樹脂中0.5〜10質量%であり、
23℃における引張弾性率(E1)に対する100℃における引張弾性率(E2)の比(E2/E1)が0.15〜0.3であり、
厚みが3〜10mmである、ポリスチレン系樹脂発泡板。 - JIS K7121に準拠して測定した補外ガラス転移開始温度(Tig)が90℃以上100℃未満であり、補外ガラス転移終了温度(Teg)が100℃以上120℃未満である、請求項1に記載のポリスチレン系樹脂発泡板。
- 前記E1が50〜200MPaであり、前記E2が10〜60MPaである、請求項1又は2に記載のポリスチレン系樹脂発泡板。
- 折箱用である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリスチレン系樹脂発泡板。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリスチレン系樹脂発泡板から形成された折箱。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリスチレン系樹脂発泡板の製造方法であって、
ポリスチレン系樹脂を溶融混練する溶融混練工程と、前記溶融混練工程で得られた溶融混練物を発泡させて筒状の発泡体を得る発泡工程と、前記発泡工程で得られた前記筒状の発泡体を挟圧して前記筒状の発泡体の内面を熱融着して板状とする融着工程とを含み、
前記ポリスチレン系樹脂が、ポリスチレンと、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体を含み、
前記スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体中の(メタ)アクリル酸エステルに基づく構成単位の含有質量が1〜14質量%である、ポリスチレン系樹脂発泡板の製造方法。 - 請求項6に記載のポリスチレン系樹脂発泡板の製造方法によりポリスチレン系樹脂発泡板を形成する工程と、
前記ポリスチレン系樹脂発泡板から折箱を形成する工程を含む、折箱の製造方法。
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