JP7461846B2 - ポリスチレン系樹脂積層発泡シート、およびポリスチレン系樹脂積層発泡容器 - Google Patents
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Description
耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)と耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)との積層構造を含むポリスチレン系樹脂積層発泡シートであって、
該耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)から見て該耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)と反対側の表面の表面硬度が50~90であり、
該耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の平均気泡径が100μm~400μmであり、
該耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)のMD方向の曲げ強度の最大点荷重が2N~5Nである。
本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡シートは、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)と耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)との積層構造を含むポリスチレン系樹脂積層発泡シートである。本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡シートは、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)と耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)との積層構造を含んでいれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な他の層を有していてもよい。
耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の平均気泡径が上記範囲から外れて大き過ぎると、ポリスチレン系樹脂積層発泡シートにおいてシワが発生しやすくなるおそれやワレが発生するおそれがある。
耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)は、代表的には、ポリスチレン系樹脂を発泡させて形成したものである。耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)は、より具体的には、好ましくは、ポリスチレン系樹脂を、発泡剤、必要に応じて加えられる気泡調整剤などの各種の添加剤と共に押出機内で加熱溶融、混練し、所定温度に冷却後、ダイからシート状に押し出すと共に発泡させ、直ちに冷却して形成される。
耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)の厚みは、目的に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な厚みを採り得る。本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡シートにおける耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)の厚みは、各種目的を鑑みると、好ましくは80μm~180μmであり、より好ましくは80μm~170μmであり、さらに好ましくは80μm~150μmであり、特に好ましくは100μm~145μmである。耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)の厚みは、好ましくは、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の厚みよりも小さい。
本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡シートは、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)から見て耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)と反対側に熱可塑性樹脂を含む非発泡フィルムを備えていてもよい。また、本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡シートは、耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)から見て耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)と反対側に熱可塑性樹脂を含む非発泡フィルムを備えていてもよい。
本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡シートを製造する方法は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な方法を採用し得る。本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡シートを製造する方法は、本発明の効果をより発現し得る点で、代表的には、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)製造工程と耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)製造・ラミネート工程と、を含む。本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡シートを製造する方法は、好ましくは、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)製造工程と耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)製造・ラミネート工程と、をこの順に含む。
本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡容器は、図4に示すように、本発明の実施形態によるポリスチレン系樹脂積層発泡シートが、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)が外側、耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)が内側となるように容器形状に成形されたものである。図4において、ポリスチレン系樹脂積層発泡容器1000の容器内側が200、容器外側が300である。
表面硬度は、アスカーC硬度として、以下のようにして求めた。
ポリスチレン系樹脂積層発泡シートから幅100cm×長さ50cmの試験片を切り出し、アスカー表面硬度測定器(型式:「C2型」、アスカー社製)を用いて、表面硬度測定器を試験片表面(耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)から見て耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)と反対側の表面)に押し付けた際の値を表面硬度として測定した。測定は、試験片において幅方向に20cmごと、押出方向に15cmごとに行い、それらの算術平均を表面のアスカーC硬度とした。
ポリスチレン系樹脂積層発泡シートにおける、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反の平均気泡径は、以下のようにして求めた。
耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反の幅方向中央部からMD方向(押出方向)およびTD方向(耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反の表面において押出方向と直交する方向)に沿って、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反の表面に垂直に切リ出した。
断面を走査型電子顕微鏡(SU1510、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、50倍に拡大して撮影した。このとき、顕微鏡画像は、横向きのA4用紙1枚に縦横2画像(合計4画像)並んだ状態で印刷した際に所定の倍率となるように撮影した。
具体的には、画像上に、MD、TDの各方向に平行する60mmの任意の直線及び各方向に直交する方向(VD方向)に60mmの直線を描き、MD方向に沿って切断した断面(MD断面)およびTD方向に沿って切断した断面(TD断面)のそれぞれに対し、2視野ずつ合計4視野の顕微鏡画像を撮影し、A4用紙に印刷した。MD断面の2つの画像のそれぞれにMD方向に平行な3本の任意の直線(長さ60mm)を描くと共に、TD断面の2つの画像のそれぞれにTD方向に平行な3本の任意の直線(長さ60mm)を描いた。また、MD断面の1つの画像とTD断面の1つの画像とにVD方向に平行な3本の直線(60mm)を描き、MD方向、TD方向、及び、VD方向に平行な60mmの任意の直線を各方向6本ずつ描いた。なお、任意の直線はできる限り気泡が接点でのみ接しないようにし、接してしまう場合には、この気泡も数に加えた。MD方向、TD方向、VD方向の各方向の6本の任意の直線について数えた気泡数Dを算術平均し、各方向の気泡数とした。気泡数を数えた画像倍率とこの気泡数から気泡の平均弦長tを次式より算出した。
・平均弦長t(mm)=60/(気泡数×画像倍率)
画像倍率は画像上のスケールバーをデジマチックキャリパ(ミツトヨ社製)にて1/100mmまで計測し、次式により求めた。
・画像倍率=スケールバー実測値(mm)/スケールバーの表示値(mm)
次式により各方向における気泡径を算出した。
・気泡径D(mm)=t/0.616
さらに、それらの積の3乗根を平均気泡径とした。
・平均気泡径(mm)=(DMD×DTD×DVD)1/3
DMD:MD方向の気泡径(mm)。
DTD:TD方向の気泡径(mm)。
DVD:VD方向の気泡径(mm)。
JIS K7221:1997「硬質発泡プラスチックの曲げ試験方法」記載の3点曲げ試験方法に準拠して、最大点荷重を求めた。ポリスチレン系樹脂積層発泡シートにおける、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反の任意の3箇所から幅50mm、長さ150mmを切り出して試験片とした。この3個の試験片について、測定装置としてテンシロン万能試験機(A&D社製、型式 RTG-1310)を用い、支点間距離:100mm、圧縮速度:50mm/min、支持冶具と加圧冶具の先端曲率半径:3.2mmの条件で、第2発泡層側(1b)のMD方向の最大点荷重(N)を測定し、その平均値を求めた。
第1発泡層(1a)および第2発泡層(1b)それぞれの表面から200μmの厚さをスライスし、その表層の密度を測定した。
第1発泡層(1a)および第2発泡層(1b)のガラス転移温度を下記のようにして測定した。
(前処理)
ガラス転移温度の測定に先立ち、第1発泡層(1a)と第2発泡層(1b)とをそれぞれ5g~6g天秤で量り取り、2枚のポリテトラフロロエチレンシートの間に挟みこんで下記の要領でプレスして脱泡する前処理を実施した。
・プレス装置:東洋精機社製、小型プレス装置「ラボプレス10T」
・温度:上ヒータ180℃、下ヒータ180℃
・プレス工程:「0.54MPa×3分間」のプレスを実施し、その後、「0.54MPa×2秒」および「圧力開放2秒」を1サイクルとして5サイクルのプレスを実施し、その後、「15.5MPa×2分間」のプレスを実施した。
(ガラス転移温度(Tg)の測定)
上記のようにして脱泡を行った試料に対するガラス転移温度(中間点ガラス転移温度)の測定は、JIS K7121:1987「プラスチックの転移温度測定方法」に記載されている方法で測定した。
ただし、サンプリング方法・温度条件に関しては以下のように行った。
示差走査熱量計装置「DSC6220型」(エスアイアイナノテクノロジー社製)を用い、アルミニウム製測定容器の底にすきまのないように試料を約6mg充てんして、窒素ガス流量20mL/minのもと20℃/minの昇温速度で30℃から220℃まで昇温し、10分間保持後速やかに取出し、25±10℃の環境下にて放冷させた後、20℃/minの昇温速度で30℃から220℃まで昇温した時に得られたDSC曲線より中間点ガラス転移温度を算出した。
この時に基準物質としてアルミナを用いた。
中間点ガラス転移温度は該規格(9.3「ガラス転移温度の求め方」)より求めた。
フィルムインパクトテスター(安田精機製作所社製、商品名「No.181フィルムインパクトテスター」)により、打抜必要エネルギーを測定した。
測定に際しては、ポリスチレン系樹脂積層発泡シートにおける、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反から100mm×90mmの評価試料を採取し、温度22℃、相対湿度40%となるように調整された環境下で、衝撃球サイズ12.7mmR、振子角度90度での試料の打抜必要エネルギー(単位:J)を求めた。
具体的には、打抜必要エネルギーを求める試料を試料板と試料押さえとの間にセットし、指針を3.0Jの線上に置き、振り子止めハンドルを倒して振り子を落下させた。そして、これにより試料が破れて振り子が指針を押して示した目盛りを読み取った。以上の操作を発泡シートの表裏5回ずつ行い、その平均値を求めた。耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反の表裏が第1発泡層(1a)および第2発泡層(1b)となっているので、第1発泡層(1a)側への打抜必要エネルギーおよび第2発泡層(1b)側への打抜必要エネルギーとして測定した。
ミツトヨ製サーフテストSJ201を用いて、第1発泡層(1a)および第2発泡層(1b)のMD方向、TD方向について、それぞれ幅方向N=5で表面粗さRaを測定し、平均値を求めた。
耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)に耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)をラミネート後、ポリスチレン系樹脂積層発泡シートを巻き取る際に、耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)と反対側の面にシワが発生していないか目視確認をした。
〇:シワの発生が見られない。
×:シワの発生が見られる。
ポリスチレン系樹脂積層発泡シートの第2発泡層(1b)側に非発泡フィルムをラミネートする際に、熱ロール部の曲率によってシートが割れないか観察を行った。
〇:シートの割れがなく、良好にフィルムが接着できている。
×:シートの割れが発生し、フィルムを発泡層に接着できない。
実施例、比較例で得られたポリスチレン系樹脂積層発泡シートを用いて、図4のような発泡容器を作製した。
なお、容器は、第1発泡層が発泡容器内側、第2発泡層が発泡容器外側となるように作製した。
発泡容器としては、開口部の内径:160mm、底部の内径:110mm、深さ:50mm、絞り比:0.31の碗形のものを作製した。
発泡容器の作製について、より詳しく説明する。
発泡容器の外形に対応する凹部を5×5=25個備えたキャビティ(凹型)と、容器の内形に対応する凸部を同数備えたプラグ(凸型)とを有するプレス成形装置に、ポリスチレン系樹脂積層発泡シートを連続的に供給しながら発泡容器の作製を行った。
成形条件としては、1ショット(=25個)の成形サイクルを10.0秒、キャビティ側のヒータの設定温度を320℃、プラグ側のヒータの設定温度を350℃とした。
また、成形のタイミングは、キャビティとプラグとがほぼ同時にポリスチレン系樹脂積層発泡シートと接触して成形を開始するように設定した。
ヒータで加熱した際に、第2発泡層にあたる面に外観上問題がないものを「〇」、火ぶくれが発生したものを「×」として評価した。
プレス成形装置の運転を開始した直後である1ショット目の25個の発泡容器と、成形を繰り返して型が十分に温まったと思われる30ショット目の25個の発泡容器について、外観を観察した。そして、発泡容器にシワやナキ(内部割れ)などが見られないか、外観の異常を観察した。
異常が見られなかったものを「○」、異常があったものを「×」として評価した。
商品名「T080」:東洋スチレン社製、スチレン-メタクリル酸共重合体樹脂、スチレン単量体含有量=92質量%、メタクリル酸単量体含有量=8質量%
商品名「G9001」:PSJ社製、スチレン-メタクリル酸共重合体樹脂、スチレン単量体含有量=8質量%、メタクリル酸単量体含有量=92質量%
商品名「タフプレン125」:旭化成ケミカルズ社製、スチレン-ブタジエンブロック共重合体樹脂(SBS)
商品名「AMM11」:PSJ社製、PSJ社製(スチレン- メタクリル酸共重合体とMBS樹脂(トランス型ブタジエンブロック含有品)とのブレンド品)、スチレン単量体含有量62.8質量%、メタクリル酸単量体含有量6.3質量%、メタクリル酸メチル単量体含有量6.4質量%、ポリブタジエンブロック含有量24.6質量%
商品名「H8117」:PSJ社製、(シス型スチレン-ブタジエンブロック共重合体樹脂)、ポリスチレンブロック含有量88質量%、ポリブタジエンブロック含有量12質量%
商品名「HRM12」:東洋スチレン社製、汎用ポリスチレン系樹脂(GPPS)
商品名「E641N」:東洋スチレン社製、ゴム変性ポリスチレン系樹脂(スチレン系単量体単位:94質量%)
第1発泡層のベースポリマーとしてスチレン-メタクリル酸共重合体樹脂(スチレン単量体含有量=92質量%、メタクリル酸単量体含有量=8質量%)(商品名「T080」、東洋スチレン社製)と、スチレン-ブタジエンブロック共重合体樹脂(SBS:スチレンブロック共重合体)(商品名「タフプレン125」、旭化成ケミカルズ社製)とを、92:8(T080:タフプレン125)の質量割合で混合した混合樹脂を用意するとともに、そのベースポリマーとは別に、タルク(気泡調整剤)練り込みマスターバッチ(商品名「DSM1401M」)を用意した。
表1に記載した平均気泡径となるようにマスターバッチの量を設定し、ブレンドしてバッチ式連続混合装置に投入し、十分に混合した後に、スクリュー径90mmとスクリュー径115mmとのタンデム押出機の内の上流側押出機(スクリュー径90mm)のホッパーに供給した。
上流側の押出機では、シリンダー温度の最高設定温度を280℃とし、発泡剤として混合ブタン約2.3質量部(対混合樹脂100質量部)を途中で加え、混合樹脂などとともに溶融混練し、下流側の押出機に供給するようにした。
下流側の押出機では、上流側の押出機から供給された溶融混練物を120kg/hの割合で合流金型へと供給させるようにした。
その一方で、別の、スクリュー径90mmとスクリュー径115mmとのタンデム押出機において、第2発泡層の形成材料を溶融混練し、上記の合流金型へと供給させた。
第2発泡層の形成材料としては、ベースポリマーとしてGPPS(商品名「HRM12」、東洋スチレン社製)を用意するとともに、そのベースポリマーとは別に、タルク(気泡調整剤)練り込みマスターバッチ(商品名「DSM1401M」)を用意した。
表1に記載した平均気泡径になるようにマスターバッチの量を設定し、ブレンドしてバッチ式連続混合装置に投入し、十分に混合した後に、スクリュー径90mmとスクリュー径115mmとのタンデム押出機の内の上流側押出機(スクリュー径90mm)のホッパーに供給した。
上流側の押出機では、シリンダー温度の最高設定温度を260℃とし、発泡剤として混合ブタン約2.1質量部(対GPPS100質量部)を途中で加え、上記GPPSとともに溶融混練し、下流側の押出機に供給するようにした。
下流側の押出機では、上流側の押出機から供給された溶融混練物を120kg/hの割合で合流金型へと供給させるようにした。
合流金型に供給された上記2種類の溶融混練物を当該合流金型内で合流、積層した後に発泡後の混合物を直径175mm、スリットクリアランス0.5mmの環状ダイに供給し、ダイのスリットを通して円筒状の発泡体を形成した。その直後に、円筒状の発泡体にエアーをかけて調整して冷却するとともに、直径675mmの冷却装置(マンドレル)の外面に沿って引取り、さらに押出方向に沿って2枚に切り開き、幅1050mm、シート坪量が150g/m2、厚み1.80mmの、耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反を得た。
エアー温度は31℃とし、吹き付け量は、内側の第2発泡層側では0.053m3/m2、外側の第1発泡層側では0.032m3/m2とした。
発泡ガスの置換のため、上記の耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反は製造後14日間保管した。この耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反の第2発泡層に、CPS20μm(大石産業SPH)をラミネートし、その後、積層する耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)として、ハイインパクトポリスチレン樹脂(商品名「E-641」、東洋スチレン社製)100重量部を、最高温度240℃に設定された直径120mm押出機で溶融し、Tダイよりフィルム状に押出し、冷却しきらないうちに、上記耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の原反の第1発泡層側に厚み100μmで積層し、直後に、CPP25μm(サントックスKT)とCPS20μm(大石産業SPH)がドライラミネートによって積層されたフィルム「CPP/PS45μm無地」をラミネートし、ポリスチレン系樹脂積層発泡シート(1)を作製した。
結果を表1に示した。
材料、条件を表1に示すように変更した以外は実施例1と同様に行い、ポリスチレン系樹脂積層発泡シート(2)~(9)、(C1)~(C4)を作製した。
結果を表1に示した。
10 耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)
10a 耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)10の側の表面
11 第1発泡層(1a)
12 第2発泡層(1b)
12a 第2発泡層(1b)12の表面
20 耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)
20a 耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)20の側の表面
30 非発泡フィルム
30a 非発泡フィルム30の表面
40 非発泡フィルム
40a 非発泡フィルム40の表面
1000 ポリスチレン系樹脂積層発泡容器
200 容器内側
300 容器外側
Claims (4)
- 耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)と耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)との積層構造を含むポリスチレン系樹脂積層発泡シートであって、
該耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)は、第1発泡層(1a)と第2発泡層(1b)との積層体であり、該第1発泡層(1a)が耐熱性ポリスチレン系樹脂層であり、該第2発泡層(1b)が汎用ポリスチレン系樹脂層であり、該第1発泡層(1a)と該耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)とが積層されてなり、
該第1発泡層(1a)を形成するポリスチレン系樹脂(Ia)が、スチレン-アクリル酸系共重合体およびスチレン-メタクリル酸系共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、
該第2発泡層(1b)を形成するポリスチレン系樹脂(Ib)が、スチレン、メチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ジメチルスチレン、パラメチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレンの単独重合体または共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、
該耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)がハイインパクトポリスチレン樹脂を含み、
該第1発泡層(1a)の厚みが0.25mm~1.5mmであり、
該第2発泡層(1b)の厚みが0.25mm~1.5mmであり、
該耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)の厚みが80μm~180μmであり、
該耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)から見て該耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)と反対側に、厚みが10μm~150μmである熱可塑性樹脂を含む非発泡フィルムを備え、
該耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)から見て該耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)と反対側に、厚みが10μm~150μmである熱可塑性樹脂を含む非発泡フィルムを備え、
該耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)から見て該耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)と反対側の表面の表面硬度が50~90であり、
該耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の平均気泡径が100μm~400μmであり、
該耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)のMD方向の曲げ強度の最大点荷重が2N~5Nである、
ポリスチレン系樹脂積層発泡シート。 - 前記耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の見掛け密度が0.05g/cm3~0.20g/cm3である、請求項1に記載のポリスチレン系樹脂積層発泡シート。
- 前記耐熱性ポリスチレン系樹脂発泡シート(1)の全体の坪量が180g/m2以下である、請求項1または2に記載のポリスチレン系樹脂積層発泡シート。
- 請求項1から3までのいずれかに記載のポリスチレン系樹脂積層発泡シートが、前記耐衝撃性ポリスチレン系樹脂フィルム(2)が内側となるように容器形状に成形された、ポリスチレン系樹脂積層発泡容器。
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