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発明の名称 回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム及びその製造方法並びに該多層プリフォームから成形された多層容器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−337770
公開日 平成10年(1998)12月22日
出願番号 特願平9−182921
出願日 平成9年(1997)6月5日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 秀夫
発明者 高草木 信之 / 丸山 讓 / 藤岡 仁
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 内側層と外側層とからなる延伸ブロー成形用多層プリフォームであって、内側層がバージンポリエステル樹脂を1次射出して形成した一次成形体であり、外側層が回収ポリエステル樹脂を1次成形体の外表面に2次射出して成形した二次成形体である少なくとも2層構造からなり、外側層の肉厚が0.5〜2.5mmであることを特徴とする回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
【請求項2】 回収ポリエステル樹脂の使用量が多層プリフォーム全体の樹脂の使用量の25重量%以上である、請求項1に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
【請求項3】 回収ポリエステル樹脂を用いて一次成形体の外表面に2次射出した外側層がプリフォームの開口端部まで配置されている、請求項1または2に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
【請求項4】 回収ポリエステル樹脂を用いて一次成形体の外表面に2次射出した外側層が少なくともネックリングの下10mmの位置まで配置されている、請求項1または2に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
【請求項5】 回収ポリエステル樹脂を用いて一次成形体の外表面に2次射出した外側層がネックリングのほぼ下半分の位置まで配置されている、請求項4に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
【請求項6】 多段射出成形機を用いて最初にバージンポリエステル樹脂を1次金型内に1次射出して一次成形体を形成し、次いで内側層となる一次成形体を2次金型内にセットして一次成形体の外表面に回収ポリエステル樹脂を2次射出し外側層を形成することを特徴とする回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォームの製造方法。
【請求項7】 内側層の一次成形体のゲート部の長さが1mm以下である、請求項6に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォームの製造方法。
【請求項8】 請求項1ないし5のいずれか1項に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォームを用いて延伸ブロー成形された、外側層が回収ポリエステル樹脂、内側層がバージンポリエステル樹脂で形成されており、回収ポリエステル樹脂の使用量が容器全体の樹脂使用量の25重量%以上である回収ポリエステル樹脂層を有する多層容器。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一度内容物が充填されて使用された後、市場から回収されたポリエステル容器から内容物の付着、ゴミ、異種材料等の異種物質を取り除き、洗浄した後、粉砕して得られた回収ポリエステル樹脂を再利用する延伸ブロー成形用多層プリフォーム及びこのプリフォームの製造方法並びにこのプリフォームを用いて製造した多層容器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、産業廃棄物が増大し、その廃棄物処理が問題になってきている。特に、ポリエステル容器の需要が急激に増大し、その廃棄物の量も年々増加の一途をたどっており、これ等の廃棄物を有効に再利用することが要求されてきた。ポリエステル樹脂製容器を市場から回収して再生したポリエステル樹脂(回収ポリエステル樹脂)を再利用して容器に成形するものとして、実公平6−6911号公報、特許第2584194号公報、特開平8−253222号公報等が提案されている。これ等の発明考案は、いずれも市場から回収された回収ポリエステル樹脂を中間層にし、その両側に未使用のポリエステル樹脂(バージンポリエステル樹脂)を配置するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術における回収ポリエステル樹脂を中間層に、バージンポリエステル樹脂を内外層になるように共射出または共押出成形した多層プリフォームでは、中間層が結晶化による白化が生じ、かつ、底部ゲート部において中間層の回収ポリエステル樹脂が内面側に露出するため、回収ポリエステル樹脂中の不純物が内容物中に溶出するという問題があった。本発明は、回収ポリエステル樹脂を再利用すると共に結晶化による白化を防止したブロー成形用多層プリフォームとその製造方法並びに多層容器を提供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、回収ポリエステル樹脂を用いてプリフォーム及び容器を成形すると白化が生じるということについて研究した。その結果、白化の生じる第1の原因として、回収ポリエステル樹脂は、その大半がポリエチレンテレフタレート(PET)ボトルと呼ばれる容器を市場から回収して、これ等の容器から再生されたPET樹脂であるが、PET樹脂の中にも種々のものが使用されていることが判明した。ホットパック等の耐熱性ボトル用PET樹脂、炭酸飲料等の耐圧性ボトル用PET樹脂、茶や飲料水等の無菌充填ボトル用PET樹脂等のPET樹脂は固有粘度やジエチレングリコール含有量等の組成が異なっている。特に、耐熱性ボトルに使用されるPET樹脂は結晶化しやすい組成のPET樹脂を用いているために、結晶化速度が大きく、かつ一度熱履歴を受けているため、特に白化しやすくなっている。さらに、白化の生じる第2の原因として、回収ポリエステル樹脂には若干の不純物が混入されており、この不純物が核剤として働いて、結晶化をより促進させる作用をするものと推測される。しかも、従来技術では回収ポリエステル樹脂が中間層に用いられているため、プリフォームを射出成形すると表面層は冷却されていても中間層が十分冷却されないため、結晶化が促進しやすい温度である140〜180℃に長時間維持されることになり、白化が生じるものと推測される。
【0005】本発明は、「1. 内側層と外側層とからなる延伸ブロー成形用多層プリフォームであって、内側層がバージンポリエステル樹脂を1次射出して形成した一次成形体であり、外側層が回収ポリエステル樹脂を1次成形体の外表面に2次射出して成形した二次成形体である少なくとも2層構造からなり、外側層の肉厚が0.5〜2.5mmであることを特徴とする回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
2. 回収ポリエステル樹脂の使用量が多層プリフォーム全体の樹脂の使用量の25重量%以上である、1項に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
3. 回収ポリエステル樹脂を用いて一次成形体の外表面に2次射出した外側層がプリフォームの開口端部まで配置されている、1項または2項に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
4. 回収ポリエステル樹脂を用いて一次成形体の外表面に2次射出した外側層が少なくともネックリングの下10mmの位置まで配置されている、1項または2項に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
5. 回収ポリエステル樹脂を用いて一次成形体の外表面に2次射出した外側層がネックリングのほぼ下半分の位置まで配置されている、4項に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォーム。
6. 多段射出成形機を用いて最初にバージンポリエステル樹脂を1次金型内に1次射出して一次成形体を形成し、次いで内側層となる一次成形体を2次金型内にセットして一次成形体の外表面に回収ポリエステル樹脂を2次射出し外側層を形成することを特徴とする回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォームの製造方法。
7. 内側層の一次成形体のゲート部の長さが1mm以下である、6項に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォームの製造方法。
8. 1項ないし5項のいずれか1項に記載された回収ポリエステル樹脂層を有する多層プリフォームを用いて延伸ブロー成形された、外側層が回収ポリエステル樹脂、内側層がバージンポリエステル樹脂で形成されており、回収ポリエステル樹脂の使用量が容器全体の樹脂使用量の25重量%以上である回収ポリエステル樹脂層を有する多層容器。」
に関する。
【0006】本発明のプリフォームは、先ずバージンポリエステル樹脂を一次金型内に1次射出して一次成形体を形成し、この一次成形体を二次金型内に移して一次成形体のそと表面に回収ポリエステル樹脂を2次射出してなる2層構造の多層プリフォームであり、多層の厚さをコントロールすることによって白化を防止すると共に、内側層と外側層を2工程で行っているので回収ポリエステル樹脂中の不純物が内容物中に溶出されるのを完全に防止することができる。しかし、本発明の多層プリフォームは、2層構造に限定されるものではなく、回収ポリエステル樹脂層を外表面として白化を防止する構造であればよい。そして、内側層を形成するポリエステル樹脂としては、未使用のバージンポリエステル樹脂が使用され、ポリエチレンテレフタレート樹脂いわゆるPET樹脂と呼ばれる合成樹脂が好適に使用されるが、エチレンテレフタレート/エチレンイソフタレート共重合体、ポリエチレンナフタレート樹脂等も使用できる。また、外側層を形成するポリエステル樹脂としては、市場から回収された容器から再生された回収ポリエステル樹脂が用いられ、このポリエステル樹脂としてPET樹脂が最も多く使用される。
【0007】本発明で言う回収ポリエステル樹脂とは、一度内容物を充填して使用された後回収されたいわゆるPETボトルと呼ばれる容器を粉砕・洗浄して再生されたポリエステル樹脂であって、不純物が混入されている。さらに、回収されるポリエステル容器としては、ジュース用等の耐熱性容器、炭酸飲料等の耐圧性容器、ウーロン茶等の一般物、果汁入り炭酸飲料等の耐熱圧性容器、さらには化粧品、洗剤等種々のものがあり、使用する樹脂も用途により異なり、回収ポリエステル樹脂は種々のポリエステル樹脂が混合しており、結晶化がより促進され易くなっている。この回収ポリエステル樹脂と工場で容器製造の際に生ずるスクラップとは根本的な相違がある。各工場で排出されるスクラップは分別して回収されるので、再使用時には成形を行う樹脂と同質のものを使用することができるが、回収ポリエステル樹脂は種々のポリエステルが混在するため成形における物理的性質も異なる。そのため一度使用された回収ポリエステル樹脂を再使用することは成形上からみても良好な容器を得ることが困難であった。そして、種々不純物も混入するので内容物と接する容器の内層に使用することができず内層はバージンポリエステル樹脂を使用する必要がある。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては、多層プリフォームの内側層にはバージンポリエステル樹脂を使用し、外側層においては回収ポリエステル樹脂を使用するものである。本発明の多層プリフォームは、バージンポリエステル樹脂を1次金型内で1次射出して内側層となる一次成形体を形成し、この一次成形体を2次金型内に移して1次成形体の外表面に回収ポリエステル樹脂を2次射出して多層プリフォームを成形する。
【0009】バージンポリエステル樹脂を用いて1次射出して得られた一次成形体のゲート部の長さを短くすることが効果的である。該ゲート部の長さが長すぎると、その長さを一定寸法以下にゲート部を切断する必要がある。しかし、このゲートカット工程を設けることは、一工程増えることになり、それだけ成形時間が増すと共に品質的にも不良品の発生する割合が高くなる。このゲート部の長さが長すぎると、一次成形体の外表面に回収ポリエステル樹脂を2次射出する際に一次成形体のゲート部が2次射出される樹脂の流路を阻害するため、2次射出される樹脂の流れが不規則になり、その結果外側層が均一な肉厚にならず。満足な多層プリフォームが得られないという問題が生じた。従来、プリフォームのゲート部長さを通常3〜8mm程度にしており、このゲート部を切断除去した後、延伸ブロー成形してボトルを製造している。
【0010】本発明の多層プリフォームを射出成形する場合、一次成形体のゲート部の長さを2mm以下、特に1mm以下にすることが好ましく、この長さを0mmにすることもできる。この一次成形体の短いゲート部は、射出金型のバルブゲート設計時に行い、ショートゲート用の設計したバルブゲートを有する射出金型を用いればよい。本発明の多層プリフォームにおいては、回収ポリエステル樹脂を有効に再利用することを目標としており、この回収ポリエステル樹脂を有効再利用するためには回収樹脂の使用量はプリフォーム全体の樹脂の使用量の25重量%以上であることが好ましく、リサイクル樹脂を有効再利用を図るものである。
【0011】一般に、射出金型を十分に冷却すれば、プリフォームの白化は回避されるが、過冷却すると、金型キャビティ表面が結露して満足な製品が得られない。射出金型の冷却温度は、成形環境の湿度や温度に左右されるが、通常10℃前後に冷却されている。一般に、PET樹脂からなる射出成形品は、急冷することによって白化を回避することができる。本発明の多層プリフォームは、内側層の肉厚は1〜4mmの範囲が好ましい。一方、外側層の肉厚は0.5〜2.5mmの範囲にする必要があり、特に0.7〜2mmの範囲が好ましい。外側層の肉厚が0.5〜2.5mmの範囲内にあれば、外側層の冷却が十分に行われるため結晶化による白化が生じない。
【0012】内側層の肉厚は特に限定されるものではないが、回収ポリエステル樹脂の使用率や成形性等の関係で1〜4mmの範囲が好ましい。一方、外側層の肉厚は0.5mm未満では内側層の肉厚とも関連してくるが、回収ポリエステル樹脂の使用率が25重量%に達成しなくなり、リサイクル樹脂の有効再利用の効果が少ない。また0.5mm未満の肉厚では射出成形時の樹脂量が少なく金型内で固化し、樹脂の流れが不良となり成形が困難となる。一方、外側層の肉厚が2.5mmを超えると冷却に時間がかかるため外側層の内側が白化して延伸ブロー成形用に適した多層プリフォームが得られない。
【0013】さらに、本発明の多層プリフォームは、外側層を形成する回収ポリエステル樹脂をプリフォームの開口端部まで形成させることができ、回収ポリエステル樹脂の使用量を最も大きくできるが、ネックリングまで、特にネックリングのほぼ半分の位置からネックリングの下10mmの位置の間まで形成させるのがブロー成形時の層間剥離の発生が防止できることと、回収ポリエステル樹脂の利用率の面から好ましい。外側層をネックリングより上まで形成すると、回収ポリエステル樹脂の使用量が多くなるが、2次射出金型を割型にする必要があり一方、外側層をネックリングよりかなり下の位置に形成すると、ブロー成形時に継ぎ目部分から層間剥離が生じ易くなり、かつ、回収ポリエステル樹脂の使用量が少なくなって、回収ポリエステル樹脂の使用率が25重量%に達しなくなる。
【0014】次ぎに、本発明の多層プリフォームの構造について説明する。図1は、一次成形体1の断面図であり、口頚部2、肩部3、胴部4、及び底部5から構成されている。口頚部2の下方にはネックリング6が形成され、底部5にはゲート部7が形成されるが、ゲート部7の長さは短くなっている。
【0015】図2は、本発明の多層プリフォーム11の断面図であり、多層プリフォーム11は、口頚部12、肩部13、胴部14及び底部15から構成されており、口頚部12の下方にはネックリング16が形成され、底部15にゲート部17が形成されている。さらに、多層プリフォーム11は内側層18と外側層19とからなり、この例では外側層19の上端はネックリングの中間の継ぎ目部分20で内側層18と接合している。次ぎに、本発明の多層プリフォームの製造方法及び多層容器の製造方法について説明する。二段射出成形機を用いて、最初にバージンポリエステル樹脂を1次金型内に1次射出して一次成形体を形成する。1次金型のバルブゲートは一次成形体のゲート部の長さが2mm以下、好ましくは1mm以下になるように設計されている。次いで、この一次成形体を1次金型から取り出して2次金型にセットし、一次成形体の外表面に回収ポリエステル樹脂を2次射出して外側層を形成して多層プリフォームを製造することができる。また、本発明の多層プリフォームを用いて通常の二軸延伸ブロー成形することにより、内容物にふれる内側層をバージンポリエステル樹脂で形成し、外側層を回収ポリエステル樹脂で形成した多層容器を得ることができる。得られた多層容器は、回収ポリエステル樹脂中の不純物の内容物中への溶出が防止され、回収ポリエステル樹脂の使用率が増大した。
【0016】本発明で用いる内側層となるバージンポリエステル樹脂としては、PET樹脂が好ましく、他にエチレンテレフタレート/エチレンイソフタレート共重合体、ポリエチレンナフタレート樹脂等が使用される。一方、外側層となる回収ポリエステル樹脂としては、固有粘度(IV)やジエチレングリコール(DG)含有量の異なる種々のPET樹脂が主体であるが、この他にエチレンテレフタレート/エチレンイソフタレート共重合体、ポリエチレンナフタレート樹脂等が混入されている。さらに、外側層となる回収ポリエステル樹脂としては、工場内に発生するスクラップ樹脂やバージンポリエステル樹脂を必要量ブレンドした樹脂組成物として用いることができる。
【0017】
【実施例】
実施例1二段射出成形機を用いて、1次射出機に固有粘度が0.78、ジエチレングリコール含有量が2.0重量%のバージンポリエチレンテレフタレート樹脂を供給して、成形温度285℃、射出圧力500Kg/cmで10℃に冷却された1次金型内に1次射出し、胴部の平均肉厚が2.5mm、ゲート部の長さが0.4mmの一次成形体を得た。次いで、2次射出機に回収ポリエステル樹脂を供給し、1次金型から取り出された一次成形体を10℃に冷却された2次金型内にセットし、一次成形体の外表面に回収ポリエステル樹脂を2次射出して、外側層の胴部の平均肉厚が1mmの多層プリフォームaを得た。
【0018】実施例2外側層の胴部の平均肉厚を1.5mmとした他は実施例1と同様にして多層プリフォームbを得た。
【0019】実施例3外側層の胴部の平均肉厚を2mmとした他は実施例1と同様にして多層プリフォームcを得た。
プリフォームの評価多層プリフォームa、b及びcは、回収ポリエステル樹脂の使用率がそれぞれ28%、35%及び41%であり、また、JIS K−7105試験で測定されたくもり価(ヘイズ)が30%、35%及び40%であり、白化することもなかった。
【0020】実施例4実施例1〜3で得たa、b、c、の多層プリフォームを延伸温度110℃に加温調温して二軸延伸ブロー成形機を用いて100℃に加熱されたブロー金型内で面積延伸倍率が12倍、内容積500mlの多層ボトルA、B及びCを成形した。得られた多層ボトルは、外側層の回収ポリエステル樹脂が白化することも層間剥離することもなく、1.2mの高さからの落下に対しても割れることもなかった。
【0021】比較例1共射出成形機を用いて、1次射出機に内外層となるバージンポリエチレンテレフタレート樹脂を供給し、2次射出機に中間層となる回収ポリエステル樹脂を供給して、成形温度285℃、射出圧力500Kg/cmで10℃に冷却された射出金型内に射出成形して、胴部の平均肉厚が4.5mm、ゲート部の長さが5mmである2種3層の多層プリフォームdを得た。多層プリフォームdの胴部における内側層及び外側層の平均肉厚は各1.2mmで、中間層の平均肉厚が0.8mmであった。中間層の肉厚は底部近傍が肉厚になり、口頚部に向かった次第に肉薄になっており、不均一な肉厚分布であった。
【0022】比較例2中間層の平均肉厚を1.6mmとした他は比較例1と同様にして3層のプリフォームeを得た。プリフォーム評価多層プリフォームd及びeは、回収ポリエステル樹脂の使用率がそれぞれ15%及び48%であり、また、ヘイズが75及び90%であり、かなり白化していた。
【0023】比較例3比較例1と2で得た多層プリフォームdとeを延伸温度110℃に加熱調温して延伸ブロー成形機を用いて100℃に加熱されたブロー金型内で面積延伸倍率が12倍、内容積500mlの多層ボトルD及びEを成形した。得られた多層ボトルは、中間層の回収ポリエステル樹脂が白化して、外観特性が悪く、また中間層の肉厚も不均一なものであった。
【0024】比較例4二段射出成形機を用いて、1次射出機にバージンポリエチレンテレフタレート樹脂を供給して、成形温度285℃、射出圧力500Kg/cmで10℃に冷却された1次金型内に1次射出して、胴部の平均肉厚が2.5mm、ゲート部の長さが5mmの一次成形体を得た。次いで、2次射出機に回収ポリエステル樹脂を供給し、1次金型から取り出された一次成形体のゲート部を0.4mmに切断した後、この一次成形体を10℃に冷却された2次金型内にセットし、一次成形体の外表面に回収ポリエステル樹脂を2次射出して、外側層の胴部の平均肉厚が2.7mmである2種2層の多層プリフォームfを得た。
プリフォームの評価プリフォームfは、回収ポリエステル樹脂の使用率が48%であり、また、ヘイズが60%であった。
【0025】比較例5比較例4で得た多層プリフォームfを延伸温度110℃に加温調温して二軸延伸ブロー成形機を用いて100℃に加熱されたブロー金型内で面積延伸倍率が12倍、内容積500mlの多層ボトルFを成形した。得られた多層ボトルは、外側層の回収ポリエステル樹脂内側層側が白化して、外観特性の悪いものであった。さらに、一次成形体の底部のゲートカット工程を行っているため、本発明の1.5倍の成形時間を要した。
【0026】
【発明の効果】本発明は、回収ポリエステル樹脂が有効に再利用されると共に、回収ポリエステル樹脂中の不純物が内容物中に溶出しない、外観上白化のない成形品が得られる優れた効果を奏する。




 

 


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