JP2001026032A

JP2001026032A - ポリプロピレン発泡体の射出成形方法

Info

Publication number: JP2001026032A
Application number: JP11200013A
Authority: JP
Inventors: Ryutaro Fujihira; 隆太郎藤平; Mitsuhiro Imaizumi; 光博今泉; Kenji Takemura; 憲二竹村; Mitsunobu Machida; 光信町田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【課題】外観が美麗であり、発泡倍率１．５倍以上で
あるポリプロピレン発泡体を安定的に且つ、連続的に成
形する方法を提供する。【解決手段】射出成形機のノズルに結合される固定金
型と、その固定金型に対して任意の位置に前進及び後退
可能な可動金型とで構成され、型締め状態でＭＦＲが
０．５〜１０００ｇ／１０分である発泡剤入りポリプロ
ピレンを、該ポリプロピレンの融点より高くとも３０℃
以内の温度で射出し、射出完了後、可動金型を後退させ
てキャビティーの容積を所定の容積まで広げて発泡さ
せ、さらに、発泡体表面に未発泡層を発生させ、かつ、
発泡倍率が１．５倍以上であることを特徴とするポリプ
ロピレン発泡体の射出成形方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インスタント食品
容器、食品用トレー等及び自動車内装部品等に好適な、
発泡倍率が１．５倍以上であり、厚みが比較的薄く、且
つ、外観が美麗なポリプロピレン発泡成形体を得る射出
成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形分野において、樹脂発泡体を成
形する方法は以前から試みがなされていた。最近になっ
て、発泡工程の際、金型移動を調節する方法が提案され
ている（例えば、等開昭６２−２４６７１０号公報、特
開平８−２６７５２６号公報、特開平８−３００３９１
号公報等）。しかし、厚みが比較的薄く、外観が美麗
で、且つ、１．５倍以上の高発泡体を安定的、かつ連続
的に成形する為の技術的ハードルは非常に高かったと見
られ、市場で見る限り上市されているものはないようで
ある。その理由としては、比較的溶融粘度の高いポリス
チレンを用いても、シート等の押出成形とは異なり、射
出時に樹脂温度及び／または射出圧力（金型内圧力）が
上がってしまい、その結果として、外観が美麗で実使用
に耐えうる発泡倍率１．５倍以上の発泡品を安定して得
ることは困難であったためと考えられる。事実、発明者
らの実験によると、発泡倍率１．５〜２．０倍程度の成
形品を１個成形することは可能であるが、１０ショット
続けることは大変な困難を伴ない、１００ショット連続
で成形する為の技術的ハードルは非常に高いものであっ
た。また、発泡倍率を１．５倍以上に上げられたとして
も気泡が粗大化したり、表面の凹凸が大きいなどの外観
上の問題があり、商品の顔としての外観及び薄肉化が要
求される食品容器等の用途に耐えられるものではなかっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
を解決するためになされたものであり、各種食品容器や
自動車部品等に適した美麗な外観を有し、比較的肉厚が
薄く、且つ、発泡倍率１．５倍以上のポリプロピレン発
泡体を安定的、連続的に射出成形する方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
を重ねた結果、特定のポリプロピレンを特定の温度条件
で成形することにより上記目的を達成できることを見出
した。すなわち、本発明は、射出成形機のノズルに結合
される固定金型と、その固定金型に対して任意の位置に
前進及び後退可能な可動金型とで構成され、型締め状態
でＭＦＲが０．５〜１０００ｇ／１０分である発泡剤入
りポリプロピレンを、該ポリプロピレンの融点より高く
とも３０℃以内の温度で射出し、射出完了後、可動金型
を後退させてキャビティーの容積を所定の容積まで広げ
て発泡させ、さらに、発泡体表面に未発泡層を発生さ
せ、かつ、発泡倍率が１．５倍以上であることを特徴と
するポリプロピレン発泡体の射出成形方法を提供するも
のである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明に用いるポリプロピレンと
しては、プロピレン単独重合体及びプロピレンと他のα
−オレフィンとの共重合体が挙げられる。α−オレフィ
ンとしてはエチレン、ブテン−１等が挙げられ、該α−
オレフィンとプロピレンとをブロックまたはランダム共
重合して得られる。α−オレフィンの共重合割合は一般
に４０重量％以下であり、好ましくは２から２０重量
％、さらに好ましくは２〜１５重量％である。

【０００６】前記ポリプロピレンは、遷移金属化合物
（例えばチタン化合物）または担体（例えばマグネシウ
ム化合物、その処理物）に担持された蓬移金属化合物と
有機金属化合物（例えば有機アルミニウム化合物）から
得られる触媒系（いわゆるチーグラー・ナッタ触媒）の
存在下で（共）童合して得られる。ポリプロピレンの製
造方法および各種物性はよく知られているものであり、
工業的に製造され、多方面に利用されているものであ
る。

【０００７】さらに、本発明におけるポリプロピレン
は、ＭＦＲ（ＪＩＳＫ７２１０に準拠し温度２３０
℃、荷重２．１６ｋｇｆの条件で測定）が０．５〜１０
００ｇ／１０分であることが必要である。該ＭＦＲは、
好ましくは３〜８００ｇ／１０分、さらに好ましくは５
〜５００ｇ／１０分である。特に、成形品の厚みが３ｍ
ｍ以下、さらには、２ｍｍ以下の成形品を得ようとする
場合には、ＭＦＲは５０〜１０００ｇ／１０分が好まし
く、より好ましくは６０〜９００ｇ／１０分、さらに好
適には７０〜８００ｇ／１０分である。ＭＦＲが０．５
ｇ／１０分未満では、射出成形機のトルクの問題に加え
て金型内充填不足の問題が生じて連続的に安定して成形
できない。また、発熱が激しくなるために、樹脂温度が
高くなってしまい、得られる発泡体の発泡倍率が低くな
るばかりでなく、外観も悪化してしまう。一方、ＭＦＲ
が１０００ｇ／１０分を超えると、粘度が低過ぎるため
に、金型内で発泡セルが破壊されてしまい、結果とし
て、発泡倍率があがらないばかりでなく、成形品の力学
強度が余りにも低下してしまい好ましくない。

【０００８】本発明においては、耐寒性の向上等他の目
的により、上記ポリプロピレンに各種の熱可塑性樹脂を
１種または２種以上ブレンドして用いることができる。
例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニ
ル、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の重合体または共
重合体を用いることができる。添加量としては多くとも
４０重量％であり、２０重量％以下が好ましい。

【０００９】本発明の方法においては、ポリプロピレン
が射出機内で溶融し射出される過程、すなわちホッバー
下からノズルまでの射出成形機内全域で、融点より高く
とも３０℃の温度に制御する必要があり、好ましくは２
５℃以内、さらに好ましくは２０℃以内の温度が好まし
い。成形機内の温度が融点より３０℃を超えると、ノズ
ル付近で樹脂温度が下げられていても、得られた発泡体
の発泡倍率は著しく低下してしまうとともに、安定的に
連続して成形することができない。また、融解ピーク温
度まで樹脂温度を上げなければ、圧力が上昇し、トルク
が必要とされるため通常の射出成形が困難となる。ま
た、射出されたとしても発泡剤と充分に混練されないた
め実用性のある美麗な発泡はしない。また、ノズルから
射出された樹脂の温度が、均一になっていなければ、均
一な発泡状態の発泡体が得られず、また、発泡状態が悪
化し発泡倍率が低下する。尚、射出時の樹脂温度は必ず
しも射出成形機の射出筒やノズルの設定温度と同じでは
なく樹脂の混練条件によって異なる。一般的な射出成形
機では射出筒内の樹脂温度を測定できないものが多い
が、あらかじめ射出筒に温度計を挿入して樹脂温度を測
定できる射出成形機を用い樹脂温度と成形条件を把握し
ておく必要がある。

【００１０】本発明において用いられる射出成形機は、
一般に使用されている成形機でかまわないが、特にハイ
フローのポリプロピレンを使用する場合には、射出筒先
端にゲートバルブ等を有している機構のものが好まし
い。

【００１１】ポリプロピレンの融点としては、ＪＩＳ
Ｋ７１２１に準拠して測定した融解ピーク温度を融点と
した。融点はポリプロピレンの種類によって異なるが、
一般にはポリプロピレン単独重合体及びブロック共重合
体では１６０〜１６８℃、ランダム共重合体では１２５
〜１５５℃である。したがって、成形温度は、ポリプロ
ピレン単独重合体及びブロック共重合体では１９０〜１
９８℃、好ましくは１８０〜１８８℃、ランダム共重合
体では１５５〜１８５℃、好ましくは１４５〜１７５℃
に保つ必要がある。

【００１２】また、本発明でいう未発泡層とは、発泡体
の表面部における発泡倍率が１．１倍未満の層のことを
いう。本発明では、未発泡層の厚みが合計で、発泡体の
全体の厚みの２〜０％であることが好ましく、さらに４
〜２０％であることが好ましい。ここで、発泡倍率と
は、樹脂の密度を得られた発泡体の見掛けの密度で割っ
た値で表されるものである。また、密度は、ＪＩＳＫ
７１１２のＡ法(水中置換法)に準拠して測定した。

【００１３】本発明において、型締めを完了させた後
に、キャビティー内に、溶解した発泡剤を含む溶融ポリ
プロピレンが完全に充填された後に、可動型を後退させ
キャビティーの容積を所定の容積まで広げることが重要
である。発泡剤を含む溶融ポリプロピレンが完全に充填
されていない段階で、可動型を後退させキャビティーの
容積を所定の容積まで広げ溶解した発泡剤を含む溶融ポ
リプロピレンを発泡化させることも形状によっては可能
なこともあるが、ショートショットになり発泡倍率のバ
ラツキが多かったり、特に、外観が悪化し、実用に耐え
うる成形品とはならないし、連続成形性に特に問題が残
る。従って、キャビティー内に発泡剤を含む溶融ポリプ
ロピレンが完全に充填された後に、可動型を後退させキ
ャビティーの容積を所定の容積まで広げることが非常に
重要である。

【００１４】一方、本発明における発泡剤としては、化
学発泡剤（加熱分解型発泡剤とも呼ばれている）及びま
たは物理発泡剤が好ましい。化学発泡剤としては有機系
または無機系の各種化学発泡剤の１種または2種以上の
混合物であり、有機系化学発泡剤としては例えばアゾジ
カルボンアミド、N,N'−ジニトロソベンタメチレンテト
ラミン、P−P'−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラ
ジド等が挙げられる。また、無機系化学発泡剤としては
重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニ
ウム、カルシウムアジド等が挙げられる。また、重炭酸
ナトリウムとクエン酸の混合物等、無機系発泡剤と脂肪
酸との混合物を用いることができる。これらの中でも重
炭酸ナトリウムとクエン酸の混合物が好ましい。また、
これら化学発泡剤は、後述する物理発泡剤と併用しても
かまわない。その場合は、発泡核剤としての役割を担う
こともある。有機系化学発泡剤を用いる場合には、分解
温度を低温側に調整する発泡助剤として、尿素、脂肪酸
金属塩、酸化亜鉛等を有機系発泡剤１００重量部に対し
て、０．１〜５０重量部添加して用いることができる。
化学発泡剤の選定においては、樹脂成形温度以下で発泡
剤が分解するように発泡剤及び発泡助剤を選ぶことが重
要である。

【００１５】一方、物理発泡剤としては、オゾン層破壊
等の環境問題から考えて、一般に代替フロン（一般にHC
FCやHFC系フロンガスと呼ばれているもの）やブタン、
ペンタン等の低級脂肪族炭化水素、二酸化炭素、水、窒
素等が好ましい。具体的には、ＨＣＦＣ−２２（ＣＦ₂
ＨＣｌ）、ＨＣＦＣ−３２（Ｃ₂Ｆ₃ＨＣｌ₂）、ＨＣＦ
Ｃ−１２４（Ｃ₂Ｈ₄ＨＣｌ）、ＨＣＦＣ−１４１ｂ（Ｃ
₂ＦＨ₃Ｃｌ₂）、ＨＣＦＣ−１４２ｂ（Ｃ₂Ｆ₂Ｈ₃Ｃ
ｌ）、ＨＣＦＣ−２２５ｃａ（Ｃ₃Ｆ₅ＨＣｌ）、ＨＣＦ
Ｃ−２２５ｃｄ（Ｃ₃Ｆ₅ＨＣｌ₂）及びＨＦＣ−２３
（ＣＨＦ₃）、ＨＦＣ−３２（ＣＨ₂Ｆ₂）、ＨＦＣ−１
２５（Ｃ₂ＨＦ₅）、ＨＦＣ−１３４（ＣＨＦ₂ＣＨ
Ｆ₂）、ＨＦＣ−１３４ａ（ＣＨ₂ＦＣＦ₃）、ＨＦＣ−
１５２ａ（Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂）、ＨＦＣ−１４３（ＣＨＦ₂ＣＨ
₂Ｆ）、ＨＦＣ−１４３ａ（ＣＦ₃ＣＨ₃）、ＨＦＣ−２
２７ｅａ（Ｃ₃ＨＦ₇）、ＨＦＣ−２３６ｆａ（Ｃ₃Ｈ₂Ｆ
₆）、ＨＦＣ−２４５ｃａ（Ｃ₃Ｈ₃Ｆ₅）等のフロン類、
塩化メチル、塩化エチル等のハロゲン化炭化水素、メタ
ン、エタン、プロパン、ｎ−ブタン、I−ブタン、ブチ
レン、ｎ−ペンタン、I−ペンタン、ネオペンタン、ｎ
−ヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−ヘプタン等の低級炭
化水素、そして、炭酸ガス、窒素ガス、水等をあげるこ
とができる。これらの中でも二酸化炭素、窒素及びＨＦ
Ｃ−１３４ａが好ましい。これらの各種発泡剤は併用し
て使用することができる。また、発泡剤のトータルの使
用量は発泡剤の種類、所望する発泡倍率によっても異な
るが、発泡剤の添加量は樹脂１００重量部に対して0.０
５〜２０重量部、好ましくは０．１〜１５重量部である
が、樹脂の種類や成形品の形状、目的とする発泡倍率に
よって適宜選ぶことができる。

【００１６】本発明における樹脂組成物の混合方法とし
ては、一般的なブレンダー、ミキサー等を用いて樹脂と
発泡剤を混合して射出成形機のホッパーに投入される。
この時に、通常使用する顔料、酸化防止剤、滑剤、帯電
防止剤、耐侯性向上剤、充填剤等を周知の使用量の範囲
内で適宜添加することができる。ただし、物理発泡剤を
使用する場合は、射出シリンダーに直接圧入するシステ
ムを用いる必要がある。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
が、これに限定するものではない。１）使用樹脂ＰＰ−１：ＨＩＰＰＭＦＲ６０ｇ／１０分、融点
１６３℃（日本ポリオレフィン社製）ＰＰ−２：ＨＩＰＰＭＦＲ７ｇ／１０分、融点１
６２℃（日本ポリオレフィン社製）ＰＰ−３：ホモＰＰＭＦＲ２０ｇ／１０分、融点
１６３℃（日本ポリオレフィン社製）ＰＰ−４：ホモＰＰＭＦＲ４００ｇ／１０分、融点
１６２℃（モンテルＪＰＯ社製）ＰＰ−５：ランダムＰＰＭＦＲ４２ｇ／１０分、エ
チレン含有量１．８重量％、融点１５０℃（日本ポリ
オレフィン社製）ＰＰ−６：ＨＩＰＰＭＦＲ０．３ｇ／１０分、融点
１５９℃（日本ポリオレフィン社製）ＰＰ−７：ホモＰＰ（ハイメルトストレングスタイプ）
ＭＦＲ４ｇ／１０分、融点１６２℃（モンテルＪ
ＰＯ社製）２）発泡剤分解型発泡剤として、分解開始温度１６０度の永和化成
工業（株）社製セルボンＰを用いた。

【００１８】３）射出成形機分解型発泡剤を用いたポリプロピレン製発泡射出成形に
は下記の射出成形機を用いた。日本製鋼社製型締め圧力
１５０トンの射出成形機をベースに型締め制御機構及び
金型を改造して用いた。また、図１に示す外径寸法が約
１５０ｍｍのトレー状の成形品金型を取り付けて成形実
験を行った。金型は、２０〜５℃までの金型温度制御が
可能であるものを用いた。スクリューは、体積圧縮比
２．６のものを用いた。また、射出筒の先端にゲートバ
ルブを取り付け実験に用いた。また、成形条件として
は、１次射出のみで成形を行った。

【００１９】本発明でいう型開き量とは、型を開く前の
キャビティ−容積の何％を拡げたかを示す値である。例
えば、キャビティ−容積が５０ｃｃで型開き量が２００
％の場合は、型開き後のキャビティ−容積が１５０ｃｃ
になったことを意味する。また、型締め量が１０％と
は、キャビティ−の増加容積の１０％、すなわち、上記
例では１０ｃｃ分を型締めしたことを意味する。

【００２０】実施例１〜１５表１に示す樹脂を用いて、図１に示すトレイ状金型（型
締め時の成形品厚みが３．０ｍｍ）で、発泡射出成形を
行った。図２は射出完了後可動金型を後退させた状態を
示す。図２のＡは型開き距離を表す。成形条件、得られ
た発泡体の発泡倍率、外観、１００ショット成形した場
合の不良品の割合を表１に示す。なお、外観は成形品を
目視により次の４段階で評価した。 ◎ ・… スキン層があり美麗（曲面印刷が可能なレベ
ル）〇・… ◎程ではないが、商品として利用可能なレベ
ル △ ・… ある種の用途としては、利用できる分野もあ
るかもしれないレベル × ・… 商品として利用できないレベルまた、不良率は、１００ショット連続して成形し、以下
の４段階で評価した。 ◎ ・… 不良率が２％以下 ○ ・… 不良率が２を超え５％以下 △ ・… 不良率が５を超え１０％以下 × ・… 不良率が１０％を超える

【００２１】実施例１６及び１７ＰＰ−１を用いて、図−１に示すトレイ状金型（型締め
時の厚みが１．０ｍｍ）で、発泡射出成形を試みた。そ
の際、金型容積を拡大する前に、２秒の待ち時間の後
に、容積を拡大した。他の成形実験の条件、得られた発
泡体の発泡倍率、外観、１００ショット成形した場合の
不良品の割合を同じく表１に示す。

【００２２】比較例１ＰＰ−２を用い、型開きを行わないで成形した。他の成
形実験の条件及び得られた発泡体の発泡倍率、外観、１
００ショット成形した場合の不良品の割合を表１に示
す。発泡倍率は、１．１倍とほとんど発泡しなかった。

【００２３】比較例２ＰＰ−２を用い、成形温度を２３０℃まで上げて成形し
た。他の成形条件及び得られた発泡体の発泡倍率、外
観、１００ショット成形した場合の不良品の割合を表１
に示す。発泡倍率は、１．３―１．６倍とバラツキが大
きく、外観にもバラツキが大きく、不良率は３０％を超
えるものであり、連続安定成形はできなかった。

【００２４】比較例３ＰＰ−６を用い、成形温度を１９０℃まで上げて成形し
た。他の成形条件及び得られた発泡体の発泡倍率、外
観、１００ショット成形した場合の不良品の割合を表１
に示す。ショートショット（充填不足）の為、成形実験
を行うことができなかった。

【００２５】比較例４ＰＰ−６を用い、成形温度を２３０℃まで上げて成形し
た。他の成形条件及び得られた発泡体の発泡倍率、外
観、１００ショット成形した場合の不良品の割合を表１
に示す。ショートショット（充填不足）は解消された
が、発泡倍率は１．４倍どまりであり、外観がわるく、
不良率も多く、安定的に成形できる状態ではなかた。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【発明の効果】本発明の製造方法により得られるポリプ
ロピレン発泡成形体は、発泡倍率が１．５倍以上であ
り、厚みが比較的薄く、且つ、外観が美麗であるので、
特にインスタント食品容器、食品用トレー等及び自動車
内装部品等に好適であり有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法における型締め状態を示す金型断
面図である。

【図２】本発明の方法における可動金型を後退させた際
の型開き状態を示す金型断面図である。

【符号の説明】：固定金型：可動金型：射出ノズルＡ：射出完了後の型開き距離を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹村憲二東京都港区芝公園１−７−13 昭和電工プラスチックプロダクツ株式会社内 (72)発明者町田光信東京都港区芝公園１−７−13 昭和電工プラスチックプロダクツ株式会社内Ｆターム(参考） 4F202 AA11 AB02 AG03 AG07 AG20 AH26 AH55 AH56 AH58 CA11 CB30 CK18 CK19 4F206 AA11 AB02 AG03 AG07 AG20 AH26 AH55 AH56 AH58 JA04 JL02 JN22 JN25 JN37 JQ02 JW26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】射出成形機のノズルに結合される固定金
型と、その固定金型に対して任意の位置に前進及び後退
可能な可動金型とで構成され、型締め状態でＭＦＲが
０．５〜１０００ｇ／１０分である発泡剤入りポリプロ
ピレンを、該ポリプロピレンの融点より高くとも３０℃
以内の温度で射出し、射出完了後、可動金型を後退させ
てキャビティーの容積を所定の容積まで広げて発泡さ
せ、さらに、発泡体表面に未発泡層を発生させ、かつ、
発泡倍率が１．５倍以上であることを特徴とするポリプ
ロピレン発泡体の射出成形方法。
【請求項２】射出完了後、可動金型を後退させるまで
の待ち冷却時間が０秒から２０秒である請求項１記載の
ポリプロピレン発泡体の射出成形方法。
【請求項３】発泡終了後、発泡容積の２〜３０％減少
するようにキャビティの容積を減少させることを特徴と
する請求項１または請求項２記載のポリプロピレン発泡
体の射出成形方法。
【請求項４】厚みが３ｍｍ以下の薄肉発泡品である請
求項１〜３のいずれか１項に記載のポリプロピレン発泡
体の射出成形方法
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項記載の方法
により得られる食品用容器。