(57)【要約】【課題】固相含浸および発泡段階の前に予備発泡処理段階を含む、容器の形成に使用するためのマイクロセルフォームシートを生成するための固相発泡を提供する。【解決手段】固相発泡マイクロセルフォームシートは、マイクロセルフォームシート内のフォーム層を画定し、かつ第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を有する、中央発泡部分を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の形成に使用するためのマイクロセルフォームシートを生成するための固相発泡プロセスであって、
第１のポリマー材料および発泡剤を含み、かつ第１の密度を有する第１の層を押出することと、
前記第１の層を前記発泡剤で少なくとも部分的に発泡させて、前記第１の密度よりも低い第２の密度を有する予備発泡層を含む予備発泡シートを形成することを含む、第１の発泡と、
前記第１のポリマー材料に可溶な非反応性ガスを、固相の前記予備発泡層に含浸させることと、
前記予備発泡層を前記非反応性ガスで少なくとも部分的に発泡させて、前記第２の密度よりも低い第３の密度を有するマイクロセルフォーム層を形成することを含む、第２の発泡と
を含む、プロセス。
【請求項２】
前記第１のポリマー材料が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリヒドロキシ酸（ＰＨＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）または熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記発泡剤が、化学発泡剤または物理発泡剤の１つを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記化学発泡剤が、重炭酸ナトリウムとクエン酸との組み合わせ、クエン酸ナトリウムと炭酸カルシウムとの組み合わせ、またはジステアリン酸カルシウム、石灰石、および酸化カルシウムの組み合わせを含む、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記第１の発泡が、前記第１のポリマー材料が押出中にダイ出口を通過する間または通過した後に行われる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記予備発泡層に含浸させることが、
大気圧よりも高い圧力で、約２〜６０時間の範囲内の所定の時間、前記予備発泡層を前記非反応性ガスに曝露すること、または
約６００〜９００ｐｓｉの圧力で、約２〜６０時間の範囲内の所定の時間、前記予備発泡層を前記非反応性ガスに曝露すること
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記第２の密度が前記第１の密度よりも約１２％以下低いこと、または
前記第３の密度が前記第２の密度よりも約３５〜６５％低いこと
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
非反応性ガスを前記予備発泡層に含浸させた後かつ前記第２の発泡の前に脱着段階を含み、前記脱着段階が、大気圧以下および約−６℃以下の温度のうちの１つで、またはそれらの組み合わせで行われる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記第１の層に隣接する第２の層を共押出、ラミネートまたは押出コーティングして多層シートを形成することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記第２の発泡が、前記予備発泡シートを加熱することを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記第１のポリマー材料に可溶な非反応性ガスを前記予備発泡層に含浸させることは、前記第１のポリマー材料中の前記非反応性ガスの所定の濃度が、約３．５〜６重量％の範囲になるまで行われる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記非反応性ガスの前記所定の濃度に達する所定の時間が、予備発泡していない層中で非反応性ガスが同じ所定の濃度を達成する時間の約５０％以下の範囲内である、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記発泡剤の量が、約０．１〜５重量％の範囲である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記第１のポリマー材料が、無機成核剤、有機成核剤、またはそれらの組み合わせの１つから選択される少なくとも１つの成核剤を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記成核剤が、タルクおよびポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの成核剤が、約０．５〜５重量％の量で存在する、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記マイクロセルフォーム層が、第１のセル集団よりも小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を有する、中央発泡部分を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記第１のセル集団が１００マイクロメートルを超える平均直径を含み、前記第２のセル集団が１０マイクロメートル未満の平均直径を含む、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
容器の形成に使用するための固相発泡マイクロセルフォームシートであって、
前記マイクロセルフォームシート内のフォーム層を画定し、かつ第１のセル集団よりも小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を有する中央発泡部分であって、前記第２のセル集団は、前記中央発泡部分内の前記第１のセル集団を画定する前記材料中に形成されている、中央発泡部分と、
１つもしくは複数の別個の発泡部分、スキン層を画定する１つもしくは複数の別個の非発泡部分、または前記中央発泡部分の片側もしくは両側の１つもしくは複数の別個の発泡部分と１つもしくは複数の別個の非発泡部分との組み合わせと
を含む、固相発泡マイクロセルフォームシート。
【請求項２０】
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリヒドロキシ酸（ＰＨＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）または熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）を含むポリマー材料から作製される、請求項１９に記載の固相発泡マイクロセルフォームシート。
【請求項２１】
前記マイクロセルフォームシートが多層シートの第１の層を形成し、前記第１の層が追加の層と共押出、ラミネート、または押出コーティングされている、請求項１９に記載の固相発泡マイクロセルフォームシート。
【請求項２２】
前記第１のセル集団が１００マイクロメートルを超える平均直径を含み、前記第２のセル集団が１０マイクロメートル未満の平均直径を含む、請求項１９に記載の固相発泡マイクロセルフォームシート。
【請求項２３】
１ｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項１９に記載の固相発泡マイクロセルフォームシート。
【請求項２４】
無機成核剤、有機成核剤、またはそれらの組み合わせの１つから選択される少なくとも１つの成核剤を含むポリマー材料から作製される、請求項１９に記載の固相発泡マイクロセルフォームシート。
【請求項２５】
前記成核剤が、タルクおよびポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される、請求項２４に記載の固相発泡マイクロセルフォームシート。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの成核剤が、約０．５〜５重量％の量で存在する、請求項２４に記載の固相発泡マイクロセルフォームシート。
【請求項２７】
前記中央発泡部分の両側にある一対の非発泡部分、または
前記中央発泡部分と前記一対の非発泡部分のそれぞれとの間にある少なくとも１対の別個の発泡部分
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１９乃至２６のいずれか１項に記載の固相発泡マイクロセルフォームシート。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
カップなどの断熱容器は、熱いまたは冷たい飲料または食品を収容するのに使用できると同時に、その容器を保持する消費者を、容器内に収容された品物の温度から保護することができる。発泡フォーム材料製の容器は、その断熱特性および軽量により有益である。
【０００２】
マイクロセルプラスチックフォーム（Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒ  ｐｌａｓｔｉｃ  ｆｏａｍ）は、典型的には従来のプラスチックフォームのセル直径よりも小さいセルを有するマイクロ孔またはマイクロセルを生成するように、特別に発泡させたポリマーを指す。マイクロセルプラスチックフォームは、従来のプラスチックフォームとは異なる機械的特性を有することが可能である。マイクロセルプラスチックフォームを使用して製造された製品は、従来のプラスチックフォームと比較して材料コストおよび重量を低減することができる。従来のフォーム生成技術では、多くの場合、発泡剤として、オゾン破壊性のクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）またはハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）ならびに可燃性炭化水素を使用する。他方、マイクロセルフォーム処理技術では、一般に、二酸化炭素および窒素のような非反応性ガスなどの、より環境に優しい発泡剤を使用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０２２９９７３号
【特許文献２】米国特許第８，５６８，１２５号
【特許文献３】米国特許第１０，０２９，４０１号
【特許文献４】米国特許第５，６８４，０５５号
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１５／００４２００５号
【特許文献６】米国特許第９，４２７，９０３号
【特許文献７】米国特許第８，８７７，３３１号
【特許文献８】米国特許第８，９２６，８７６号
【特許文献９】米国特許第８，８５８，８４９号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２０１０／００５２２０１号
【特許文献１１】米国特許第８，３７７，５４８号
【特許文献１２】米国特許第７，８０７，２６０号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の一態様によれば、容器の形成に使用するためのマイクロセルフォームシート（ｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒ  ｆｏａｍ  ｓｈｅｅｔ）を生成するための固相発泡プロセスを提供する。このプロセスは、第１のポリマー材料および発泡剤を含み、かつ第１の密度を有する第１の層を押出することを含むことができる。第１の層を発泡剤で少なくとも部分的に発泡させて、第１の密度よりも低い第２の密度を有する予備発泡層を含む予備発泡シートを形成することができる。第１のポリマー材料に可溶な非反応性ガスを、固相の予備発泡層に含浸させることができる。第２の発泡は、予備発泡層を非反応性ガスで少なくとも部分的に発泡させて、第２の密度よりも低い第３の密度を有するマイクロセルフォーム層を形成することを含むことができる。
【０００５】
本開示の一態様によれば、容器の形成に使用するための固相発泡マイクロセルフォームシートは、マイクロセルフォームシート内のフォーム層を画定し、かつ第１の集団よりも小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を有する中央発泡部分であって、第２のセル集団は、中央発泡部分内の第１のセル集団を画定する材料中に形成されている、中央発泡部分を含む。フォームシートは、１つもしくは複数の別個の発泡部分、スキン層を画定する１つもしくは複数の別個の非発泡部分、または中央発泡部分の片側もしくは両側の１つもしくは複数の別個の発泡部分と１つもしくは複数の別個の非発泡部分との組み合わせを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の態様による、物品の形成に使用するための多層シートを示す。
【図２】本開示の一態様による、物品の形成に使用するための多層シートを示す。
【図３】本開示の態様による多層シート形成プロセスを示すフローチャートである。
【図４】本開示の態様による多層シート形成プロセスを示すフローチャートである。
【図５】本開示の態様による多層シート形成プロセスを示すフローチャートである。
【図６】本開示の態様による時間の関数としてのガス吸収のグラフを示す。
【図７】本開示の態様による、脱着段階の後の図６のシートのガス吸収のグラフを示す。
【図８】本開示の態様による、温度の関数としての、図６のシートの密度のグラフを示す。
【図９】本開示の態様によるマイクロセルフォームシートと従来のマイクロセルフォームシートとのガス吸収を比較するグラフを示す。
【図１０】本開示の態様による温度の関数としての密度のグラフを示す。
【図１１】本開示の態様によるガス含浸サイクル時間の関数としてのガス吸収のグラフを示す。
【図１２】本開示の態様による例示的マイクロセルフォームシートの最終的なガス吸収のグラフを示す。
【図１３】本開示の態様による温度の関数としての密度のグラフを示す。
【図１４】本開示の態様による時間の関数としてのマイクロセルフォーム物品の対向する側の間の温度差の変化のグラフを示す。
【図１５】本開示の態様による時間の関数としてのマイクロセルフォーム物品の一方の側の温度変化のグラフを示す。
【図１６】本開示の態様による多層シート形成プロセスを示すフローチャートである。
【図１７】本開示の態様によるマイクロセルフォームシートと従来のマイクロセルフォームシートとのガス吸収を比較するグラフを示す。
【図１８】本開示の態様によるマイクロセルフォームシートの温度の関数としての密度のグラフを示す。
【図１９】本開示の態様によるマイクロセルフォームシートの温度の関数としての厚さのグラフを示す。
【図２０】本開示の態様による、時間の関数としての、マイクロセルフォームシートと従来のマイクロセルフォームシートとのガス吸収を比較するグラフを示す。
【図２１】本開示の態様による発泡温度の関数としてのフォーム密度を比較するグラフを示す。
【図２２】本開示の態様による発泡温度の関数としてのフォーム厚さを比較するグラフを示す。
【図２３】本開示の態様による発泡温度の関数としてのフォーム密度を比較するグラフを示す。
【図２４】本開示の態様による発泡温度の関数としてのフォーム厚さを比較するグラフを示す。
【図２５】本開示の態様による時間の関数としてのマイクロセルフォーム物品の対向する側の間の温度差の変化のグラフを示す。
【図２６】本開示の態様による時間の関数としてのマイクロセルフォーム物品の外部温度の変化のグラフを示す。
【図２７】本開示の態様による、含浸段階と発泡段階との間に吸収される二酸化炭素の量を比較するグラフを示す。
【図２８Ａ】従来のプロセスに従って作製された従来のマイクロセルフォーム物品断面の６０倍の倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【図２８Ｂ】従来のプロセスに従って作製された従来のマイクロセルフォーム物品断面の３００倍の倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【図２８Ｃ】従来のプロセスに従って作製された従来のマイクロセルフォーム物品断面の２０００倍の倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【図２９Ａ】予備発泡処理段階を含む本開示の固相発泡プロセスに従って作製されたマイクロセルフォーム物品断面の６０倍の倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【図２９Ｂ】予備発泡処理段階を含む本開示の固相発泡プロセスに従って作製されたマイクロセルフォーム物品断面の３００倍の倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【図２９Ｃ】予備発泡処理段階を含む本開示の固相発泡プロセスに従って作製されたマイクロセルフォーム物品断面の２０００倍の倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示の態様は、マイクロセルフォーム材料の形成を促進し、少なくとも１つのマイクロセルフォーム材料の層を含む多層シートを形成するためのプロセスに関する。本開示の態様はまた、少なくとも１つのマイクロセルフォーム材料の層を含む多層シートから食品および飲料を保持するのに好適な容器のなどの物品を形成するプロセスに関する。本開示の態様は、単層シートまたは多層シートにおいてマイクロセルフォームを生成するための固相発泡プロセスを利用する。
【０００８】
マイクロセルフォームを形成するための固相発泡プロセスは、一般に、ポリマー材料を非反応性ガスに曝露して、ポリマー材料内にセル核形成が可能であるのに十分な濃度のガスをポリマー材料に含浸させることを含む。典型的には、非反応性ガスへの曝露は、ポリマー材料による非反応性ガスの吸収を促進するために圧力を上げて行われ、材料の押出後に行う。非反応性ガスを含浸させた後、ポリマー材料をより低い圧力の雰囲気に曝露し、ガラス転移温度（Ｔｇ）に近いかもしくはそれよりわずかに高い温度に、溶融させずに加熱して、材料内に吸収されたガスから気泡核形成させる。ポリマー材料は、吸収および発泡段階中に固体のままであり、溶融しないので、ポリマー材料は固相で発泡していると考えられる。含浸圧力、サイクル時間、および発泡温度などのプロセスパラメータは、セルサイズ、形状および密度を含む発泡材料の特性に影響を及ぼし得る。発泡材料のセルサイズ、形状および密度は、材料の密度および材料の断熱特性を含む、フォーム材料から作られた物品の特性に影響を及ぼす場合がある。
【０００９】
ポリマー材料内に含浸するガスの濃度は、ポリマー材料がガスに曝される時間の長さおよび曝露中の圧力などのパラメータに影響を受ける可能性がある。所望の含浸濃度を達成するためにポリマー材料がガスに曝露されなければならない時間の長さは、マイクロセルフォームを形成し、マイクロセルフォームを使用して物品を形成するプロセスにおける律速工程であり得る。容器を熱成形するために使用するマイクロセルフォームポリマー材料の含浸時間は、４０時間以上の長さであり得る。
【００１０】
本開示の態様は、固相発泡プロセス中にポリマー材料内で非反応性ガスの所定の含浸濃度を達成する時間を短縮させる予備発泡処理プロセスに関する。予備発泡処理プロセスは、最終的にマイクロセルフォームを形成するポリマー材料と発泡剤とを組み合わせて押出ブレンドを形成することを含む。押出ブレンドは押出されてポリマー押出物を形成し、少なくとも部分的に発泡させて押出された材料内にボイドを生成した後、固相発泡プロセス中に非反応性ガスを材料に含浸させてマイクロセルフォームを生成させる。
【００１１】
本開示の一態様によれば、予備発泡処理プロセスに従って形成したマイクロセルフォームは、第１の集団よりも小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を有する、中央発泡部分を含む、別個の発泡および非発泡部分を含み得る。別個の発泡および別個の非発泡部分は、マイクロセルフォーム材料内に層を形成することができる。第２のセル集団は、中央発泡部分内の第１のセル集団を画定する材料中に形成される。任意に、マイクロセルフォーム材料は、中央発泡部分の片側または両側に１つまたは複数の別個の発泡部分を含むことができる。本開示の態様は、マイクロセルフォーム材料の、スキンとも呼ばれる外面を形成する別個の、非発泡外側部分を含み得る。本開示の一態様によれば、一対の別個の非発泡部分が中央発泡部分の各側に存在することができ、任意に、１つまたは複数の別個の発泡部分が中央発泡部分の各側で、中央発泡部分と別個の非発泡部分の間に存在し得る。マイクロセルフォーム材料は、単層シートとして単独で使用することができ、または他の材料層と組み合わせて使用し、多層シートを形成することができる。
【００１２】
本開示の態様は、本開示の予備発泡処理を含まないプロセスと比較して、固相発泡プロセス中にフォームを生成する非反応性ガスの所定の含浸濃度を達成する時間を、約４０％以上、任意に約５０％以上短縮することができる。含浸時間を短縮することにより、マイクロセルフォーム層を含む多層シートを製造するための、およびマイクロセルフォーム層を含む多層シートから物品を製造するための全体のサイクル時間を短縮することができる。別の態様では、本開示の予備発泡処理を含むプロセスで製造したマイクロセルフォームは、予備発泡処理なしで製造したマイクロセルフォームの特性とは、断熱特性および表面仕上げの違いなど、異なる特性を有するマイクロセルフォームである。さらに別の態様では、本開示の予備発泡処理プロセスを含む固相発泡プロセスでは、予備発泡処理プロセスを伴わない類似の固相発泡プロセスにおけるものとは異なるセル構造を有するフォームシートを製造する。
【００１３】
構造
図１および図２を参照すると、本開示の一態様による多層シート２０は、フォーム第１層またはコア層２２と、任意に少なくとも１つの第２層または外側シート層２４とを含む。多層シート２０は、図１に示すように、「ＡＢ」構造でフォームコア層２２の一方の側に隣接する単一の外側シート層２４を含むことができる。任意に、図２に示すように、多層シート２０は、「ＡＢＡ」構造で、対向する第１および第２の外層２４および２６の間に配置されたフォームコア層２２を含むことができる。任意に、フォームコア層２２の片側または両側に複数の外層を設けることができる。本開示の一態様によれば、複数のフォーム層２２および複数の外側層２４および／または２６を、任意の所望の層パターンに従って組み合わせて、所望の多層シートを提供することができる。
【００１４】
本開示の一態様によれば、フォームコア層２２は、第２の外層なしで形成され、使用される。したがって、本開示のいくつかの態様は、フォームコア層２２および１つまたは複数の外層２４、２６を含む多層シートとの関係において記載されるが、本明細書に記載された材料、作製プロセスおよび形成プロセスは、単一フォームコア層を含むシートと同様の方法で使用できることが理解されるであろう。「フォーム」および「発泡体（ｅｘｐａｎｄｅｄ）」という用語は、ガスが発泡して材料内にセル構造を生成する気泡（セルとも呼ばれる）を生成するポリマー材料を意味し、本開示を通じて同じ意味で使用する。本明細書で使用する「多層シート」という用語は、ラミネート加工、押出コーティング、または共押出される材料の個々の層によって形成される材料を意味する。
【００１５】
多層シート２０は、フォームコア層２２および外側シート層２４のそれぞれの基材として使用するための１つまたは複数の熱可塑性ポリマー材料を含む。フォームコア層２２のポリマー材料は、外側シート層２４のポリマー材料と同じであっても異なっていてもよい。好適なポリマー材料は、押出または共押出および発泡されてフォームを形成し得る任意の材料であり得、以下のポリマー、すなわち、リサイクルＰＥＴを含むポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、植物ベースのＰＥＴ、改質ＰＥＴコポリマー、非晶質または結晶性ＰＥＴ、グリコール改質（ＰＥＴＧ）および他のポリエステル、ならびにポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ならびにそれらの種々のポリマーブレンド、のいずれか１つまたは複数を含み得る。
【００１６】
任意に、フォームコア層２２および／または外側シート層２４を形成するポリマー材料は、少なくとも一部のリグラインド材料（ｒｅｇｒｉｎｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む。リグラインド材料としては、ポリマーブレンドに含めるために粉砕した、リサイクルトリミング材料および／またはリサイクル廃棄材料を挙げることができる。
【００１７】
フォームコア層２２は、第１の集団よりも小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を有する、中央発泡部分を含む、別個の発泡および非発泡部分を含み得るマイクロセルフォーム層を形成する。別個の発泡および非発泡部分は、フォームコア層２２内に層を形成することができる。本開示の一態様によれば、第１のセル集団（より大きいセル）は、約４０〜３００マイクロメートル、任意に約７０〜３００マイクロメートルの範囲内の少なくとも１つの寸法の直径、任意に、全ての寸法の直径を有すると定義されるセルサイズを有する。別の態様では、より大きいセルである第１の集団は、平均直径が、約１８０±４０マイクロメートル、任意に約１６０±５０マイクロメートルの範囲内の少なくとも１つの寸法、任意に、全ての寸法であると定義されるセルサイズを有する。
【００１８】
本開示の一態様では、第２のセル集団（より小さいセル）は、約１〜２０マイクロメートルの、任意に約２〜２０マイクロメートルの、さらに任意に約２〜１４マイクロメートルの、さらに任意に約１〜９マイクロメートルの範囲内の少なくとも１つの寸法の直径、任意に、全ての寸法の直径を有すると定義されるセルサイズを有する。一態様によれば、より小さいセルの第２の集団は、平均直径が、約８±４マイクロメートル、任意に約８±３マイクロメートル、さらに任意に約５±３マイクロメートル、さらに任意に約４±２マイクロメートルの範囲内の少なくとも１つの寸法、任意に、全ての寸法であると定義されるセルサイズを有する。
【００１９】
本開示の一態様によれば、より小さいセルの第２の集団は、一般に、第１の集団のより大きなセルよりも１桁小さいセルサイズを有すると考えることができる。第２のセル集団は、マイクロセルに対応するサイズを有し、したがって、本開示の材料は、本開示の態様によるマイクロセルフォームと考えることができる。一態様によれば、より大きいセルの第１の集団は、約１〜２０マイクロメートルの、任意に約２〜２０マイクロメートルの、さらに任意に約２〜１４マイクロメートルの、さらに任意に約１〜９マイクロメートルの範囲内の直径を有する、より小さいセルの第２の集団と組み合わさって、約４０〜３００マイクロメートル、任意に約７０〜３００マイクロメートルの範囲の直径を有する。本開示の一態様では、より大きいセルの第１の集団は、約８±４マイクロメートル、任意に約８±３マイクロメートル、さらに任意に約５±３マイクロメートル、さらに任意に約４±２マイクロメートルの範囲内の平均直径を有する、より小さいセルの第２の集団と組み合わさって、約１８０±４０マイクロメートル、任意に約１６０±５０マイクロメートルの範囲の平均直径を有する。
【００２０】
本開示の一態様によれば、第１のセル集団は、２０マイクロメートル未満、任意に１０マイクロメートル未満の平均直径を有するセルの第２の集団と組み合わさって、１００マイクロメートル超の平均直径を有する。これと比較して、従来のプラスチックフォームは、典型的には、所与のフォーム部分内で単一のセル集団を有し、平均セル直径は１００〜５００マイクロメートルの範囲である。
【００２１】
外側シート層２４は、非発泡（ｕｎｆｏａｍｅｄ）（非発泡（ｕｎｅｘｐａｎｄｅｄ）とも呼ばれる）固体層であってもよく、フォームコア層２２よりもある程度小さいセル構造を示してもよい。本明細書で使用するとき、外側シート層とは、フォームコア層２２よりも高い密度を有してフォームコア層２２に当接し、ラミネーション、押出コーティング、または共押出によりフォームコア層２２に隣接して設けられポリマー材料層を意味する。外側シート層２４が発泡フォーム構造を示す場合、セル構造体はマイクロセルフォーム構造であってもなくてもよい。
【００２２】
一態様によれば、多層シート２０は、物品を形成するのに好適な厚さを有することができ、その一例は、食品または飲料または他の物品を収容するのに好適な容器および容器の蓋を含む。多層シート２０は、例えば約０．０１〜０．０６インチ（約０．２〜約１．５ｍｍ）の範囲の、熱成形によって物品を形成するのに好適な厚さ総計を有することができる。外側シート層２４は、約０．０００５〜０．００３インチ（約０．０１〜約０．０８ｍｍ）の範囲、任意に約０．００１〜０．００２インチ（約０．０２〜約０．０５ｍｍ）の範囲の厚さを有することができる。外側シート層２４、２６がフォームコア層２２の両側に設けられる場合、各外側シート層２４、２６は、約０．０００５〜０．００３インチ（約０．０１〜０．０８ｍｍ）、任意に約０．００１〜０．００２インチ（約０．０２〜０．０５ｍｍ）の範囲の同じ厚さまたは異なる厚さを有し得る。フォームコア層２２は、約０．０１〜０．０６インチ（約０．２〜約１．５ｍｍ）の範囲、任意に０．０１５〜０．０６インチ（約０．０３〜約１．５ｍｍ）、さらに任意に約０．０３〜０．０４インチ（約０．７〜約１ｍｍ）の範囲の厚さを有し得る。任意に、多層シート２０の厚さ総計は、ブロー成形などの、熱成形以外の成形プロセスに好適な範囲内であり得る。
【００２３】
本開示の一態様によれば、高結晶性ＰＥＴを外側シート層２４に使用し、非晶質ＰＥＴをフォームコア層２２に使用する。任意に、フォームコア層２２は、約５０〜１００％のＰＥＴ社内リグラインド材料または使用済みリサイクル（ＰＣＲ）材料を含む。
【００２４】
フォームコア層２２および外側シート層２４は、層２２、２４に所望の物理的および化学的特性を付与するための１つまたは複数の添加剤を含むことができる。好適な添加剤の非限定的な例としては、乳白剤、着色剤、充填剤、成核剤、光沢剤などが挙げられる。フォームコア層２２および外側シート層２４中の添加剤は同じであっても異なっていてもよい。多層シート２０が、図２の第２の外側層２６など、複数の外側シート層２４を含む場合、外側シート層２４、２６それぞれの材料および添加剤は、同じであっても異なっていてもよい。各層の添加剤の種類および量は、層に所望の特性を付与するように選択することができる。
【００２５】
多層シート２０は、フォームコア層２２の片側または両側面に、ラミネート加工、押出コーティング、または共押出された少なくとも１つのフォームコア層２２および１つまたは複数の外側シート層２４を含む。ラミネート加工、押出コーティング、および共押出という用語は、本明細書では、ポリマー発泡材料の分野においてそのような用語に帰される通常の意味に従って使用される。本明細書で使用する押出コーティングとは、ダイから第１の層を、既に押出された第２の層上に押し出し、加圧ロールと冷却ロールとの間のニップ部に引きこみ、加圧ロールと冷却ロールとの間の圧力により第１の層を第２の層に強制的に圧着させるプロセスを意味する。ラミネーションとは、第１層と第２層を別々に形成した後、熱、圧力、および／または接着剤を用いて互いに接着させるプロセスを意味する。共押出とは、第１の押出物および第２の押出し物を単一のダイヘッドで結合させ、第１および第２の押出物をダイに通して一緒に押し出して多層材料を形成するプロセスを意味する。
【００２６】
予備発泡処理
ここで図３を参照すると、本開示の一態様によるマイクロセルフォーム層を含む多層シートを形成するための固相発泡プロセス１００を示す。固相発泡プロセス１００は、多層シート２０との関連で記載されているが、本明細書に記載のプロセスは、本明細書に明示的に記載されていない他の単一または多層シートを形成するために使用してもよく、異なる論理的順序で進めてもよく、または追加的または介在する工程を含んでもよい。例えば、固相発泡プロセス１００を使用して、単層フォームシートまたは多層フォームシートを、任意に非発泡シート層と組み合わせて形成することができる。
【００２７】
マイクロセルフォームコア層２２を有する多層シート２０を形成するための固相発泡プロセス１００は、固相の層２２を用いてマイクロセルフォーム構造を形成する含浸および発泡段階１０４の前に、フォームコア層２２を形成するポリマー層内にボイドの形成を誘発するための予備発泡処理を含む予備発泡処理段階１０２を含む。含浸および発泡段階１０４は、材料が固相である場合に行われ、したがって、プロセス１００は、固相発泡プロセスと考えられる。任意選択の成形／熱成形段階１０６は、含浸および発泡段階１０４の後に行われ、多層シート２０を所望の形状に成形することができる。
【００２８】
図４は、多層シート２０を形成するための例示的な予備発泡処理段階１０２を示す。予備発泡処理段階１０２は、共押出プロセスとの関連で記載されているが、予備発泡処理段階１０２は、例えばラミネーションプロセスまたは押出コーティングプロセスを含む、隣接するポリマーシート層を形成する他のプロセスと同様の方法で利用することができる。本開示の別の態様によれば、予備発泡処理段階１０２は、共押出、押出コーティング、またはラミネーションプロセスの非存在下で使用して、単一の材料フォームシート層を形成し得る。
【００２９】
１２２において、第１のポリマー材料は、発泡剤および任意の添加剤と組み合わせて、フォームコア層２２を形成する第１の押出ブレンドを形成する。１２４において、第２のポリマー材料を任意に添加剤と組み合わせて、外側シート層２４を形成する第２の押出ブレンドを形成する。第１および第２の押出ブレンドは、単一のポリマーまたは２つ以上のポリマーのブレンドを含むことができ、その例として、リサイクルＰＥＴを含むポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、植物ベースのＰＥＴ、改質ＰＥＴコポリマー、非晶質または結晶性ＰＥＴ、グリコール改質（ＰＥＴＧ）および他のポリエステル、ならびにポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、またはポリエチレン（ＰＥ）が挙げられる。第１および第２のポリマー材料を形成するポリマーは、同じであっても異なっていてもよい。任意に、第１および／または第２の押出ブレンド中のポリマーの一部は、ポストインダストリアルもしくは社内リグラインド材料または使用済みリサイクル（ＰＣＲ）材料を含み得る。
【００３０】
第１および／または第２の押出ブレンドに含めるための好適な添加剤の非限定的な例としては、乳白剤、着色剤、充填剤、成核剤、光沢剤などが挙げられる。第１および第２の押出ブレンド中の添加剤は、同じであっても異なっていてもよい。
【００３１】
一態様によれば、第１のポリマー材料と組み合わせた発泡剤は、化学発泡剤または物理発泡剤を含む。好適な化学発泡剤は、熱分解によりガスを放出する有機または無機材料であってもよい。一例では、発泡剤は、重炭酸ナトリウムとクエン酸との組み合わせ、クエン酸ナトリウムと炭酸カルシウムとの組み合わせ、またはジステアリン酸カルシウム、石灰石、および酸化カルシウムの組み合わせを含む。別の例では、発泡剤は、分解して、熱分解により二酸化炭素ガスまたは窒素ガスを生成する任意の好適な材料または材料の組み合わせから選択される。本開示の一態様によれば、発泡剤は、物理発泡剤、例えば、二酸化炭素ガスまたは窒素ガスなどの直接ガス注入物理発泡剤である。
【００３２】
一態様によれば、第１の押出ブレンド中の発泡剤の量は、約０．１〜５重量％（重量％）任意に約０．２〜４重量％、さらに任意に約０．２〜２重量％、さらに任意に約０．２〜１重量％の範囲である。一態様によれば、発泡剤の量および種類は、押出された層の密度の顕著または有意な低下を生じない（例えば、従来の方法を使用してほとんど測定できない密度の低下）量、または、次の固相含浸および発泡段階１０４で生じる密度のその後の低下よりも小さい、密度のわずかな低下を生じる量に基づく。一例では、発泡剤の量および種類は、約１２％以下、任意に約５％以下、さらに任意に約３％以下、またさらに任意に約２％以下の密度低下をもたらすように選択される。本開示の一態様によれば、固相含浸および発泡段階１０４における密度の低下は、一次発泡段階または密度の一次低下と考えられ、発泡前処理段階１０２における密度の減少は、一次発泡段階に先立つ密度の最小または偶発的な低下と考えられる。
【００３３】
好適な市販の発泡剤の例としては、Ｓｕｋａｎｏ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｕ．Ｓ．Ａ．から市販され、固体ポリマーマトリックス中の発泡剤マスターバッチとして製造者によって記載されている、ＳＵＫＡＮＯ（登録商標）ｆａ  ５６３２、ＲＥＥＤＹ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｆｏａｍ＆Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ、Ｕ．Ｓ．Ａ．から市販され、ポリエチレン担体中にクエン酸ナトリウムおよび炭酸カルシウムを含有するものとして製造者によって記載さている、ＳＡＦＯＡＭ（登録商標）ＣＥ−３３５、およびＣｌａｒｉａｎｔ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ＆Ｃｏａｔｉｎｇ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．から市販され、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）担体中のジステアリン酸カルシウム、石灰石、および酸化カルシウムを含む発泡剤として製造者によって記載されている、Ｈｙｄｒｏｃｅｒｏｌ  ８６４２が挙げられる。
【００３４】
第１の押出ブレンドを加熱して可塑化混合物または溶融物を形成し、これを溶融押出機に通して加熱したダイに移動させる。共押出機を加熱ダイと接合して、加熱ダイに第２の押出ブレンドを溶融物として供給して、第１の押出ブレンド溶融物との共押出しを行うことができる。１２６において、第１および第２の押出混合溶融物を加熱ダイに通して共押出して、第１の押出ブレンドから形成された第１の層および第２の押出ブレンドから形成された第２の層を含む多層押出物を形成する。任意に、加熱ダイは、押出シートを製造するフラットダイであり得る。
【００３５】
１２６で製造した多層押出物には１２８で第１の発泡を行い、１２８は、多層押出物を加熱して第１の押出ブレンド中の発泡剤を分解し、ガスを発生させて、第１の層にボイドを生成して予備発泡層を形成することを含む。一態様によれば、加熱ダイからの熱は、押出物が加熱ダイのダイ出口を通過する際に発泡剤を分解して予備発泡層を形成するのに十分である。任意に、多層押出物は、１２８で高温ゾーンに押し出されて、発泡剤の分解およびボイド形成を促進し、予備発泡層を形成することができる。多層押出物を加熱する温度、圧力、および時間の長さは、１２８での第１の発泡中の所望の発泡度に基づいてもよい。１２８における第１の発泡は、第１の押出ブレンド中の発泡剤を完全または部分分解して、予備発泡層にボイドを形成することを含んでもよい。１２８で形成した予備発泡層のボイドは、後の固相発泡段階中に非反応ガスの吸収を促進する予備発泡層内のセル、マイクロセル、キャビティ、および／またはチャネルを含み得る。
【００３６】
第２の押出ブレンドから形成された第２の層は、外側シート層２４を形成し、この外側シート層２４は、予備発泡層とともに、１３０で、直ちに使用することができるか、または保存のために巻取り機に巻き付けて、後で使用することができる予備発泡多層シートを形成する。多層シート１３０を、能動的または受動的に、次の意図された用途に好適な、または貯蔵に好適な所定の温度に冷却することができる冷却期間を設けてもよい。本開示の一態様によれば、１３０で形成された予備発泡多層シートは、図３の含浸および発泡段階１０４で処理して、外側シート層２４と組み合わせて多層シート２０を形成する予備発泡層から、マイクロセルフォームコア層２２を生成する。
【００３７】
１３０で形成された予備発泡多層シートの外側シート層２４は、第１の発泡後の密度の低下があってもなくてもよい。本開示の一態様によれば、外側シート層２４を形成する第２の押出ブレンドは、発泡剤を含まないか、または、第１の発泡１２８の結果として外側シート層２４の密度がほとんどまたは全く低下しない無視できるほど少量の発泡剤を含んでもよい。無視できるほど少量の発泡剤は、意図的にまたは意図せずに第２の押出ブレンド中に存在していてもよい。一例では、第２の押出ブレンドは、少量の発泡剤を含んで、外側シート層２４の外面に（すなわち、フォームコア層２２に隣接する表面の反対側の面）、発泡剤が存在しない場合の表面の光沢仕上げと比較して、より艶消しタイプの仕上げを付与することができる。
【００３８】
図５は、図３の固相発泡プロセス１００の含浸および発泡段階１０４で使用して、図４の予備発泡処理段階１０２中に形成された予備発泡層からマイクロセルフォーム層を生成し得る、例示的な固相含浸および発泡方法を示す。任意に、含浸および発泡段階１０４は、これらの全てが、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１６年３月１８日出願の「熱可塑性ポリマー分子を含む材料中にマイクロ構造を生成する方法および関連するシステム（Ａ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ  Ａ  ＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＩＮ  Ａ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ  ＴＨＡＴ  ＩＮＣＬＵＤＥＳ  ＴＨＥＲＭＯＰＬＡＳＴＩＣ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＭＯＬＥＣＵＬＥＳ，  ＡＮＤ  ＲＥＬＡＴＥＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ）」と題する米国特許出願公開第２０１６／０２２９９７３号、２０１３年１０月２９日発行の「ガス含浸熱可塑性ウェブの波形のない加熱および発泡のためのロールフィード空気浮上／衝突式オーブンおよび関連する熱成形システム（ＲＯＬＬ  ＦＥＤ  ＦＬＯＴＡＴＩＯＮ／ＩＭＰＩＮＧＥＭＥＮＴ  ＡＩＲ  ＯＶＥＮＳ  ＡＮＤ  ＲＥＬＡＴＥＤ  ＴＨＥＲＭＯＦＯＲＭＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＣＯＲＲＵＧＡＴＩＯＮ−ＦＲＥＥ  ＨＥＡＴＩＮＧ  ＡＮＤ  ＥＸＰＡＮＤＩＮＧ  ＯＦ  ＧＡＳ  ＩＭＰＲＥＧＮＡＴＥＤ  ＴＨＥＲＭＯＰＬＡＳＴＩＣ  ＷＥＢＳ）」と題する米国特許第８，５６８，１２５号、２０１８年７月２４日発行の「多層発泡高分子体および関連方法（Ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒｅｄ  Ｆｏａｍｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｏｂｊｅｃｔｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題する米国特許第１０，０２９，４０１号、１９９７年１１月４日発行の「固相ポリマーフォームの半連続製造（ＳＥＭＩ−ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＯＬＩＤ  ＳＴＡＴＥ  ＰＯＬＹＭＥＲＩＣ  ＦＯＡＭＳ）」と題する米国特許第５，６８４，０５５号、２０１４年８月２８日出願の「熱可塑性材料にガスを注入する方法および関連するシステム（ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＦＵＳＩＮＧ  Ａ  ＧＡＳ  ＩＮＴＯ  Ａ  ＴＨＥＲＭＯＰＬＡＳＴＩＣ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ，  ＡＮＤ  ＲＥＬＡＴＥＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ）」と題する米国特許出願公開第２０１５／００４２００５号、２０１６年８月３０日発行の「ガス含浸熱可塑性ウェブの波形のない加熱および発泡のためのロールフィード空気浮上／衝突式オーブンおよび関連する熱成形システム（ＲＯＬＬ  ＦＥＤ  ＦＬＯＴＡＴＩＯＮ／ＩＭＰＩＮＧＥＭＥＮＴ  ＡＩＲ  ＯＶＥＮＳ  ＡＮＤ  ＲＥＬＡＴＥＤ  ＴＨＥＲＭＯＦＯＲＭＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＣＯＲＲＵＧＡＴＩＯＮ−ＦＲＥＥ  ＨＥＡＴＩＮＧ  ＡＮＤ  ＥＸＰＡＮＤＩＮＧ  ＯＦ  ＧＡＳ  ＩＭＰＲＥＧＮＡＴＥＤ  ＴＨＥＲＭＯＰＬＡＳＴＩＣ  ＷＥＢＳ）」と題する米国特許第９，４２７，９０３号、２０１４年１１月４日発行の「セグメント化され、異なる物理的特性を有する多層発泡高分子体および関連する方法（ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲＥＤ  ＦＯＡＭＥＤ  ＰＯＬＹＭＥＲＩＣ  ＯＢＪＥＣＴＳ  ＨＡＶＩＮＧ  ＳＥＧＭＥＮＴＥＤ  ＡＮＤ  ＶＡＲＹＩＮＧ  ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ  ＡＮＤ  ＲＥＬＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ）」と題する米国特許第８，８７７，３３１号、２０１５年１月６日発行の「成形可能なマイクロセルポリ乳酸物品の製造方法（ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＭＡＫＩＮＧ  ＳＨＡＰＥＡＢＬＥ  ＭＩＣＲＯＣＥＬＬＵＬＡＲ  ＰＯＬＹ  ＬＡＣＴＩＣ  ＡＣＩＤ  ＡＲＴＩＣＬＥＳ）」と題する米国特許第８，９２６，８７６号、２０１４年１０月１４日発行の「熱可塑性ロールまたはシートの固相マイクロセル処理のための方法および圧力容器（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＶＥＳＳＥＬＳ  ＦＯＲ  ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ  ＭＩＣＲＯＣＥＬＬＵＬＡＲ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＯＦ  ＴＨＥＲＭＯＰＬＡＳＴＩＣ  ＲＯＬＬＳ  ＯＲ  ＳＨＥＥＴＳ）」と題する米国特許第８，８５８，８４９号、２００９年３月３日出願の「発泡セルパネルおよび関連方法（ＦＯＡＭＥＤ  ＣＥＬＬＵＬＡＲ  ＰＡＮＥＬＳ  ＡＮＤ  ＲＥＬＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ）」と題する米国特許出願公開第２０１０／００５２２０１号、２０１３年２月１９日発行の「多層発泡高分子体および関連方法（ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲＥＤ  ＦＯＡＭＥＤ  ＰＯＬＹＭＥＲＩＣ  ＯＢＪＥＣＴＳ  ＡＮＤ  ＲＥＬＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ）」と題する米国特許第８，３７７，５４８号、２０１０年１０月５日発行の「多層発泡高分子体および関連方法（ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲＥＤ  ＦＯＡＭＥＤ  ＰＯＬＹＭＥＲＩＣ  ＯＢＪＥＣＴＳ  ＡＮＤ  ＲＥＬＡＴＥＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ）」と題する米国特許第７，８０７，２６０号に記載されているマイクロセルフォームを形成するための固相発泡法のいずれかに従って進めることができる。
【００３９】
固相発泡プロセスとは、材料を溶融することなく、材料が固相に留まっている間に、気泡が材料内で形成されおよび／または発泡してセル構造を形成するプロセスを意味する。含浸および発泡段階１０４を実施して、予備発泡シート中にマイクロセルフォームを生成し、多層シート２０のフォームコア層２２を形成する。
【００４０】
含浸および発泡段階１０４は、任意に１３２で開始し、図４の１３０で形成した予備発泡多層シートの層の間にガス透過性の交互配置材料（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を交互配置して、予備発泡多層シートのロールを形成する。ガス透過性材料は、ガスが予備発泡多層シートの隣接層へ通過することができる、可撓性材料の形態であり得る。本開示の一態様によれば、ガス透過性材料は、多孔質紙シート、ガーゼ、メッシュ、または織布材料もしくは不織布材料であり得る。別の態様によれば、ガス透過性材料はポリプロピレンベースの布地である。一例では、ポリプロピレンベースの布地は、任意に約５０グラム／平方メートルの密度を有する、ポリプロピレンスパンボンド不織布を含む。
【００４１】
１３６において、１３２で形成した交互配置されたロールは、予備発泡シートにおいて可溶な非反応性ガスを材料に含浸させるための圧力容器内に配置して、ガス含浸シートを形成することができる。本明細書で使用するとき、非反応性ガスとは、予備発泡多層シートを形成するポリマーと反応しないガスを意味する。本開示の一態様によれば、非反応性ガスは、二酸化炭素ガス、窒素ガス、またはそれらの組み合わせであってもよい。任意に、ＰＥＴ、ＰＶＣおよびポリカーボネート系材料に含浸させるための好ましい非反応性ガスは二酸化炭素であり、ポリスチレンに含浸させるための好ましい非反応性ガスは窒素である。予備発泡多層シートの交互配置されたロールは、予備発泡層内および任意に多層シート内に吸収される所望のガス濃度を得るのに十分な時間、高圧および所定温度で、非反応性ガスに曝露し得る。一態様によれば、予備発泡層内に吸収される所望の非反応ガス濃度は、少なくとも約６重量％、任意に少なくとも約５重量％、さらに任意に少なくとも約４重量％、さらに任意に少なくとも約３．５重量％であり、さらに任意に約３．５〜６重量％の範囲である。
【００４２】
予備発泡層に含浸したガスの濃度は、予備発泡層材料内の非反応ガス気泡の核形成および成長の際に、予備発泡層で製造するマイクロセルフォームの特性に影響を及ぼす。例えば、生成するマイクロセルフォームの密度および／または生成される気泡の平均サイズは、予備発泡層内のガスの濃度および分散に影響を受け得る。予備発泡層に存在するボイドによって、予備発泡層の材料内の非反応性ガスの含浸および吸収が促進され、その結果、所望のガス濃度および／または分散を、図４の予備発泡処理段階１０２によって予備処理されなかった材料と比較して、より短時間で得ることができる。一態様によれば、予備発泡層中のボイドは、材料の深さ内にガスの含浸を促進する経路を提供し、オーブン内での加熱中または熱成形中など、固相発泡中に、セル核形成のための部位を任意に提供することができる。予備形成されたボイドは、低密度フォームを製造するために必要とされる二酸化炭素の臨界濃度を任意に低下させることができる。
【００４３】
本開示の一態様によれば、１３６におけるガス含浸は、圧力が制御され得る圧力容器内で行われる。ガス含浸は、一般に、室温（約２１℃）で実施し、任意により高温を使用して、ガスの予備発泡層への拡散を加速することができる。任意に、予備発泡多層シートおよび交互配置ガス透過性材料でロールを形成する代わりに、予備発泡多層シート部分にガス透過性材料を積み重ね、次いで１３６で圧力容器内に配置することができる。さらに任意に、１３６で、予備発泡多層シートの単一部分を、圧力容器内に配置することができる。
【００４４】
１３６におけるガス含浸中の曝露圧力および時間は、製造されるマイクロセルフォームの所望の密度、材料中の気泡の寸法、材料を形成する（１つまたは複数の）ポリマー、および含浸させる材料の寸法に依存する。一態様によれば、１３６におけるガス含浸のための圧力および時間条件は、シートの厚さ、ポリマーおよびガス系、含浸圧力、およびポリマー材料へのガスの拡散速度に基づいて実験的に決定することができる。約０．０１４〜０．０４０インチ（約０．３〜約１ｍｍ）の範囲内の厚さを有する予備発泡多層シートに対する１３６でのガス含浸中の例示的な圧力は、約６００〜８００ｐｓｉ、任意に約６００〜９００ｐｓｉ、さらに任意に約６６０〜８００ｐｓｉの範囲であり得る。例示的な含浸時間は、約２〜６０時間の範囲、任意に約２〜４６時間、任意に約６〜２７時間、さらに任意に約６〜２４時間、さらに任意に約６〜８時間、さらに任意に約１５〜２８時間、およびさらに任意に約１５〜３５時間の範囲であり得る。本開示の一態様によれば、１３６におけるガス含浸中の圧力は、約２〜４６時間、任意に約６〜２７時間、さらに任意に約６〜２４時間、さらに任意に約６〜８時間、さらに任意に約１５〜２８時間、およびさらに任意に約１５〜３５時間の範囲の時間において、約６００〜８００ｐｓｉ、任意に６００〜９００ｐｓｉ、さらに任意に約６６０〜８００ｐｓｉの範囲である。
【００４５】
一態様によれば、約０．０３５〜０．０４０インチ（約０．８〜約１ｍｍ）の範囲の厚さ総計を有する予備発泡多層シートを、６６０〜８００ｐｓｉで約１５〜３５時間、圧力容器内の非反応ガスに曝露することができる。厚さ約０．０３５〜０．０４０インチ（約０．８〜約１ｍｍ）のシートは、熱成形カップに使用する典型的な厚さである。対照的に、他の全ての条件が同じである場合、予備発泡段階１０２に従って処理されていない多層シートは、３６〜４８時間、非反応ガスに曝されて同等のレベルのガス含浸を得るが、またより高密度である。
【００４６】
任意に、ガス含浸段階１３６（浸漬段階とも呼ばれる）に続いて、プロセスは、キャップとも呼ばれる保持段階を含むことができ、ここで圧力容器内の圧力は含浸段階１３６に続く二次保持圧力で保持される。キャップは、含浸段階中の圧力と同じ二次保持圧力で、任意に含浸段階中の圧力よりも高い圧力で実施することができる。加圧容器内に高圧で長時間保持することにより、材料全体への非反応性ガスの分散を促進し、その後圧力を大気圧に戻すことができる。任意に、キャップ段階は収着速度を加速し、結晶化の速度よりも速く（ＣＯ２は結晶化もまた誘発する）収着曲線の二酸化炭素飽和濃度ピークに到達するのを促進し得る。ガス含浸段階中に、ガス濃度が十分になることによって、吸収されたＣＯ２の可塑化効果により飽和ＰＥＴのガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させることができる。キャップ段階中の圧力はまた、発泡セルの多層マイクロ構造の生成を促進することができる。
【００４７】
１３６でのガス含浸段階に続いて、ガス含浸シートには、１３８で、シートに含浸したガスの一部がシートから拡散することができるガス脱着段階を行うことができる。一態様によれば、１３８におけるガス脱着段階は、１３６におけるガス含浸と比較して、減圧および／または低下した温度で行われる。一例では、ガス脱着段階１３８は大気圧で、温度は進行し、約−６℃未満、任意に約−１２℃未満で進行する。シートは、約１時間以上、任意に約１〜２４時間、さらに任意に約４〜２４時間などの所定の時間、低温で保存することができる。本開示の一態様によれば、１３８におけるガス脱着段階に続いて、予備発泡層内に残留する非反応性ガスの濃度は、少なくとも約６重量％、任意に少なくとも約５重量％、さらに任意に少なくとも約４重量％、さらに任意に少なくとも約３．５重量％であり、さらに任意に約３．５〜６重量％の範囲である。
【００４８】
一態様では、脱着後に、外側シート層２４の外面のガス濃度を、任意にわずかなまたは無視できるほど少量に低下させる。予備発泡段階で外側シート層２４が発泡剤を含まない場合、外側シート層２４内のガスの不足（または無視できるほど少量）により、固体表面の外観に、光沢のある滑らかな表面仕上げを付与することができる。
【００４９】
外側シート層２４に発泡剤が存在する予備発泡段階を使用して外側シート層２４を形成する場合、外側シート層２４の表面は、発泡剤の分解中に生成されるボイドの存在により外観が艶消しになることがある。一態様によれば、外層は、約０．１〜５重量％の範囲の発泡剤を含む押出ブレンドを使用して形成する。
【００５０】
１３８におけるガス脱着段階に続いて、１４２においてガス含浸シートを加熱して発泡（気泡形成または発泡とも呼ばれる）が開始され、１４４で予備発泡シート中のマイクロセルフォームの形成が誘発され、多層シート２０を製造する。この段階はまた、マイクロセルフォーム構造を有するフォームコア層２２を最終的に形成する予備発泡層の第２の発泡と考えてもよい。予備発泡層は、部分的または完全に発泡させることができる。発泡を開始するための加熱は、シートを延伸することを含む。任意に、外側シート層２４は、外側シート層２４に存在するガスの濃度に応じて、部分的に発泡させることができる。
【００５１】
ガス含浸シートが交互配置材料とともにロールに巻かれている場合、１４２で加熱する前に、シートは最初に巻きを解き、挟み込み材料から分離する。発泡を開始するための加熱は、任意の好適な熱システムを使用して行うことができ、その例としては、温水浴、熱油浴、赤外線ヒーター、および空気加熱オーブン（ｈｅａｔｅｄ  ａｉｒ  ｏｖｅｎ）が挙げられる。ガス含浸シートは、加熱して気泡形成を開始させるが、シートを形成するポリマー材料を溶融させないように加熱する。
【００５２】
一態様によれば、１４２における加熱は、ガス含浸シートの上下に配置されたノズルが加熱空気をシートに供給する空気浮上式オーブン（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ａｉｒ  ｏｖｅｎ）内で行われる。ガス含浸シートを空気浮上式オーブン内で加熱すると、シートは、長さ、幅、および厚さの３つの全ての寸法において発泡することが可能になる。一態様では、シートは幅寸法が約１５〜４５％、任意に２０〜２５％、および厚さ寸法が約３０〜７０％、任意に約３５〜５５％発泡する。別の態様によれば、１４４でマイクロセルフォームが形成されるときの発泡により、シートの密度が約３５〜６５％、任意に約４０〜５５％、さらに任意に約４０〜５０％低下する。
【００５３】
１４４でマイクロセルフォーム多層シートを形成した後、シートは、図３の固相発泡プロセス１００の１０６で成形／熱成形するか、または後で使用するために保存してもよい。本開示の一態様によれば、マイクロセルフォーム多層シートは、発泡後に冷却ステーションに曝露して、シートを冷却し、気泡核形成および成長を停止させる。任意の冷却ステーションとしては、例えば、冷水浴、冷却ローラー一式、または冷気を挙げることができる。
【００５４】
任意に、１４２における加熱に続いて、または加熱と同時に、マイクロセルフォーム多層シートは、図３の固相発泡プロセス１００の１０６において成形または熱成形して、所望の形状にシートを形成することができる。一態様によれば、マイクロセルフォーム多層シートは、冷間成形する。別の態様によれば、マイクロセルフォーム多層シートは、シートを金型で成形する前および／または成形中に熱成形プロセスで加熱して、軟化させる。
【００５５】
一態様では、マイクロセルフォーム多層シートは、熱成形により所望の形状および寸法を有する物品、例えば食品もしくは飲料容器またはそのような容器の蓋に成形することができる。熱成形の非限定的な例としては、真空成形、加圧成形、プラグアシスト成形、および真空スナップバック成形を挙げることができる。熱成形プロセスは、シートを軟化させるために熱成形温度までマイクロセルフォーム多層シート（ウェブとも呼ばれる）を加熱し、次いでシートを金型上に延伸するまたは引っ張ることを含み得る。材料は金型上に維持され、材料を冷却して凝固させて、物品を形成し得る。形成した物品は、その後、熱成形されたシートからトリミングして、金型から取り出す。任意に、トリミングした材料は再粉砕して、単独でまたはバージン材と組み合わせてリグラインドとしてのさらなる使用のために加工する。
【００５６】
一態様によれば、予備発泡多層シートには、熱成形プロセスで供給される熱によって開始される熱成形中に、第３の発泡を行う。熱成形中のシートの成形を促進するための熱は、例として輻射熱および加熱空気を含む任意の好適な方法で供給することができる。任意に、金型および／または対応する金型キャビティを加熱して、予備発泡多層シートの成形を促進させる。加熱した金型／キャビティは、ＰＥＴなどのポリマーベース予備発泡多層シートを結晶化させて、ホットフードサービス用途用に十分な耐熱性を有する物品の形成を促進させることができる。
【００５７】
熱成形プロセスにおける熱は、第３の発泡中に予備発泡多層シート内のガスの追加の発泡を誘発して、形成された物品が予備発泡多層シートよりも低い密度を有するようにする。一態様では、形成された物品の密度は、予備発泡多層シートと比較して約６５〜９２％、任意に約６５〜８５％、さらに任意に約７５〜９２％低下する。
【００５８】
任意に、熱成形プロセスは、シート上に空気を吹き付けて、シートを金型の周りに押圧することを促進することを含む。別の例では、熱成形プロセスは、シートを真空によって金型に押し付ける真空成形を含み得る。
【００５９】
特定の理論に限定されるものではないが、最終的にマイクロセルフォームコア層を形成する第１の押出ブレンドに発泡剤を導入すると、予備発泡処理段階１０２において第１の発泡１２８中に層内にボイドが生じると考えられる。これらのボイドは、規則的または不規則な形状を有していてもよく、チャネル、気泡、キャビティ、セルなどの形態であってもよい。予備発泡層中のこれらのボイドは、固相発泡段階１０４の１３６におけるガス含浸中に、層内の非反応性ガスの吸収を促進し、特に層の内部および中央領域への非反応性ガスの吸収を促進する。一般に、層の内部および中心領域内の非反応性ガスの含浸は、層の外部または表面領域よりも長くかかり、吸収された非反応性ガスのガス濃度勾配が生じ、圧力容器内で飽和後に、その中で最も低い濃度の領域が、層の中心近くににある。
【００６０】
任意に、予備発泡層の第１の発泡１２８において発泡剤の分解によって生成されたガスの一部は、材料内に分散されて保持されてもよく、したがって、含浸および発泡段階１０４の１３６でのガス含浸中に加えるべきガスはより少なく、所望の非反応性ガス濃度に達する。１３６におけるガス含浸前の若干のガス量の存在はまた、固相発泡中に所定のガス吸収濃度を達成するのに必要な時間量の減少に寄与し得る。任意に、１３６におけるガス含浸前にボイドが存在することは、予備発泡段階発泡剤の核形成効果の結果として、最終物品のフォーム密度の著しい低下を促進することができる。
【００６１】
含浸および発泡段階１０４の１３６でのガス含浸中に、非反応性ガスは外側シート層２４に吸収され、したがって、外側シート層２４に若干量の発泡が生じることがある。外側シート層２４における発泡量は、最終的に外側シート層２４を形成する第２の押出ブレンドが発泡剤を含むか否かによっても影響され得る。加えて、ほとんどの場合、非反応性ガスは、ガス脱着段階１３８中に外側シート層２４からコア層２２からよりも速く脱着し、したがって外側シート層２４中のガス濃度は減少し、１３８における脱着の後に、脱着時間に依存して、外側シート層２４内には吸収された二酸化炭素がほとんど残っていないか全く残っていない。一般的に、外側シート層２４の発泡は、存在する場合にその程度は、発泡コア層２２の発泡の程度よりも小さく、任意にフォームコア層２２のセルサイズよりも小さいおよび／またはより細かいセルサイズを有し、外側シート層２４の密度は、発泡コア層２２の密度よりも高い。
【実施例１】
【００６２】
予備発泡処理段階１０２を伴う場合と伴わない場合で、図３の固相発泡プロセス１００によるＰＥＴマイクロセルフォーム層を含む多層シートを作製した。予備発泡処理シートは、ＰＥＴおよび化学発泡剤として１〜２重量％のＳＵＫＡＮＯ（登録商標）ｆａ  Ｓ６３２を含むブレンドを使用して作製した。シートは０．０３５〜０．０４０インチ（約０．８〜約１ｍｍ）の範囲の厚さを有していた。予備発泡処理シートと非処理シートの両方を６６０ｐｓｉで二酸化炭素ガスに曝露した。非処理シートを二酸化炭素ガスに３６〜４０時間曝露して所定量の二酸化炭素吸収を達成し、一方、予備発泡処理シートを二酸化炭素ガスに１５〜２０時間曝露して同量の二酸化炭素吸収を達成した。
【実施例２】
【００６３】
予備発泡処理段階１０２を伴う場合と伴わない場合で、図３の固相発泡プロセス１００に従ってＰＥＴマイクロセルフォームシートを作製した。予備発泡処理シートは、本開示による１重量％の化学発泡剤ＳＵＫＡＮＯ（登録商標）ｆａ  Ｓ６３２を含むブレンドを使用して作製した。予備発泡処理シートは、０．０１８インチ（約０．４６ｍｍ）の厚さを有し、非処理シートは０．０１４インチ（約０．４６ｍｍ）の厚さを有していた。予備発泡処理シートは、発泡時に９０％の密度低下を達成することができたが、未処理シートは６０％の密度低下のみで発泡した。
【実施例３】
【００６４】
図６は、図３の固相発泡プロセス１００の含浸および発泡段階１０４におけるガス含浸中に、材料によって吸収される二酸化炭素の量に対する、本開示による予備発泡処理段階１０２の効果を実証するグラフ２００を示す。データ点［Ａ］は、予備発泡処理に従って処理されなかったＰＥＴシート（「非処理シート」）によって吸収された二酸化炭素の量を示す。データ点［Ｂ］は、図３の予備発泡処理段階１０２の追加を除いて、非処理シート［Ａ］と同じ条件に従って作製されたＰＥＴシート（「予備発泡処理シート」）によって吸収される二酸化炭素の量を示す。予備発泡処理シートは、ＰＥＴおよび化学発泡剤として２重量％のＳＵＫＡＮＯ（登録商標）ｆａ  Ｓ６３２を含むＰＥＴブレンドを使用して作製した。破線は、［Ａ］および［Ｂ］の各データセットの最小二乗回帰直線を示す。
【００６５】
図６のグラフは、圧力容器内において６００ｐｓｉおよび２１℃で厚さ０．０１４インチ（約０．３６ｍｍ）のＰＥＴシートが吸収する二酸化炭素ガスの量を、時間の関数として示す。グラフ２００に示すように、所与の時間に処理シート［Ｂ］が吸収する二酸化炭素の量は、非処理シート［Ａ］が同じ時間内に吸収した二酸化炭素より一貫して多い。
【００６６】
図７は、非処理ＰＥＴシート［Ａ］および処理ＰＥＴシート［Ｂ］が保持する、図６に示す各飽和時間に対する二酸化炭素の量を示すグラフ２１０を示す。破線は、［Ａ］および［Ｂ］の各データセットの最小二乗回帰直線を示す。固相発泡プロセス１００の含浸および発泡段階１０４のガス含浸部分に続いて、非処理および処理ＰＥＴシートを、ガス脱着段階中に冷凍庫に１時間保存した。特記しない限り、冷凍庫内の温度は約−５℃（約２３°Ｆ）である。シートを冷凍庫から取り出し、シートが保持した二酸化炭素の量を、経時的に測定した。グラフ２１０に示すように、脱着段階の後の各測定時点で、予備発泡処理ＰＥＴシート［Ｂ］は、非処理ＰＥＴシート［Ａ］と比較して、より多くの量の二酸化炭素ガスを保持する。
【００６７】
図８は、非処理のＰＥＴシート［Ａ］および予備発泡処理ＰＥＴシート［Ｂ］から形成されたマイクロセルフォームシートの密度を比較するグラフ２２０を示す。グラフ２２０は、固相発泡中の発泡温度の関数として、発泡シートの密度を示す。破線は、［Ａ］および［Ｂ］の各データセットの最小二乗回帰直線を示す。非処理ＰＥＴシート［Ａ］および予備発泡処理ＰＥＴシート［Ｂ］は、空気浮上式オーブン中で指示された温度まで加熱して、含浸した二酸化炭素ガスの発泡の結果として、シートの発泡を開始させた。グラフ２２０は、非処理ＰＥＴシート［Ａ］と比較して、予備発泡処理ＰＥＴシート［Ｂ］は一貫して発泡後の密度がより低いことを示している。本開示による図３の固相発泡プロセス１００の、予備発泡処理段階１０２と含浸および発泡段階１０４との組み合わせにより、予備発泡処理段階１０２なしで、含浸および発泡段階１０４のみを用いて形成したシートよりも低い密度を有するマイクロセルフォームシートを製造することができる。したがって、本開示の態様によれば、予備発泡処理段階１０２によって処理されたマイクロセルフォームシートは、実施例３の実施形態に示すように、１ｇ／ｃｍ３未満、具体的には０．８ｇ／ｃｍ３未満の密度を有するこれは、１ｇ／ｃｍ３を超える密度を有する非処理シートとは対照的である。
【実施例４】
【００６８】
図９は、図３の固相発泡プロセス１００の含浸および発泡段階１０４中に、材料によって吸収される二酸化炭素の量に対する、本開示による予備発泡処理段階１０２の効果を実証するグラフ２３０を示す。データ点［Ｃ］は、予備発泡処理に従って処理されなかったＰＥＴシート（「非処理シート」）によって吸収された二酸化炭素の量を示す。データ点［Ｄ］は、予備発泡処理段階の追加を除いて、非処理シート［Ｃ］と同じ条件に従って作製されたＰＥＴシート（「予備発泡処理シート」）によって吸収される二酸化炭素の量を示す。予備発泡処理シートは、ＰＥＴおよび化学発泡剤として２重量％のＳＵＫＡＮＯ（登録商標）ｆａ  Ｓ６３２を含むブレンドを使用して作製した。データ点を結ぶ実線は、視覚的に強調するためにのみ提供されている。非処理シート［Ｃ］および予備発泡処理シート［Ｄ］を圧力容器内で、７００ｐｓｉで５時間、二酸化炭素に曝露した。シートはＰＥＴから作製し、０．０１９インチ（約０．４８ｍｍ）の厚さを有していた。グラフ２３０は、予備発泡処理シート［Ｄ］が、同じ含浸および発泡条件下で、非処理シート［Ｃ］よりも多くの二酸化炭素量を一貫して吸収したことを示す。
【実施例５】
【００６９】
図１０は、固相発泡プロセス１００において形成されたマイクロセルフォームの密度に対する、本開示による予備発泡処理段階１０２の効果を示すグラフ２４０を示す。表１には、調査した［Ｅ］から［Ｈ］までの各サンプルのパラメータを列挙する。
【００７０】
【表１】
2019073693.tif 000003
【００７１】
データ点［Ｅ］および［Ｆ］は、予備発泡処理に従って処理されなかったＰＥＴシート（「非処理シート」）によって吸収された二酸化炭素の量を示す。データ点［Ｇ］および［Ｈ］は、予備発泡処理段階の追加を除いて、非処理シート［Ｅ］および［Ｆ］と同じ条件に従って作製されたＰＥＴシート（「予備発泡処理シート」）によって吸収される二酸化炭素の量を示す。データ点を結ぶ実線は、視覚的に強調するためにのみ提供されている。
【００７２】
グラフ２４０は、発泡温度の関数として、発泡シートの密度を示す。非処理ＰＥＴシート［Ｅ］および［Ｆ］ならびに予備発泡処理ＰＥＴシート［Ｇ］および［Ｈ］は、空気浮上式オーブン中で指示された温度に加熱して、含浸した二酸化炭素ガスの発泡の結果として、シートの発泡を開始させた。グラフ２４０は、予備発泡処理ＰＥＴシート［Ｇ］および［Ｈ］が、非処理ＰＥＴシート［Ｅ］および［Ｆ］と比較して、予備発泡処理シートが非処理シートよりも厚さがあっても、一貫して固相発泡後の密度がより低いことを実証している。例えば、予備発泡処理ＰＥＴシート［Ｈ］は、０．０２２インチ（０．５６ｍｍ）の厚さを有し、その両方の厚さがより薄い非処理シート［Ｅ］および［Ｆ］よりも、低いフォーム密度を有する。本開示による固相発泡プロセス１００の、予備発泡処理段階１０２と含浸および発泡段階１０４との組み合わせにより、予備発泡処理段階１０２を含まない従来の固相発泡プロセスを用いて形成したシートよりも低い密度を有するマイクロセルフォームシートを製造することができる。したがって、本開示の態様によれば、予備発泡処理段階１０２によって処理されたマイクロセルフォームシートは、実施例５の実施形態に示すように、１ｇ／ｃｍ３未満、具体的には０．８ｇ／ｃｍ３未満の密度を有し得る。これは、１ｇ／ｃｍ３を超える密度を有する非処理シートとは対照的である。
【実施例６】
【００７３】
図１１および１２は、図３の固相発泡プロセス１００の含浸および発泡段階１０４におけるガス含浸中に、材料によって吸収される二酸化炭素の量に対する、本開示による予備発泡処理段階１０２の効果を実証するグラフ２５０および２６０を示す。以下の表２には、調査した［Ｉ］から［Ｎ］までの各サンプルのパラメータを列挙する。
【００７４】
【表２】
2019073693.tif 000004
【００７５】
ＳＵＫＡＮＯ（登録商標）ｆａ  Ｓ６３２は、Ｓｕｋａｎｏ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｕ．Ｓ．Ａ．から市販されており、製造者によって固体ポリマーマトリックス中の発泡剤マスターバッチとして記載されている。ＳＡＦＯＡＭ（登録商標）ＣＥ−３３５は、ＲＥＥＤＹ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｆｏａｍ＆Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ、Ｕ．Ｓ．Ａ．から市販されており、製造者によってポリエチレン担体中にクエン酸ナトリウムおよび炭酸カルシウムを含有するものとして記載されている。ＰＥＴは、ＡＳＴＭ４６０３に従って約０．６〜０．８４ｄＬ／ｇの範囲内で固有粘度を有する押出熱成形等級のＰＥＴである。
【００７６】
データ点［Ｉ］は、予備発泡処理に従って処理されなかったＰＥＴシート（「非処理シート」）によって吸収された二酸化炭素の量を示す。データ点［Ｊ］、［Ｋ］、［Ｌ］、［Ｍ］および［Ｎ］は、予備発泡処理段階の追加を除いて、非処理シート［Ｉ］と同じ条件に従って作製されたＰＥＴシート（「予備発泡処理シート」）によって吸収される二酸化炭素の量を示す。サンプル［Ｉ］から［Ｎ］までの全てを、圧力容器内で、図１１のグラフ２５０に示された時間、６６０ｐｓｉの二酸化炭素に曝露し、次いで７２０ｐｓｉで４時間のキャップを行った。図１１の破線は、［Ｉ］から［Ｌ］までの各データセットの最小二乗回帰直線を示す。図１２の棒グラフは、非処理サンプル［Ｉ］および予備発泡処理サンプル［Ｌ］、［Ｍ］、および［Ｎ］について、２０時間の曝露、次いで７２０ｐｓｉで４時間のキャップ後に吸収された二酸化炭素の量を比較する。
【００７７】
図１１および図１２のデータは、固相発泡プロセス１００の含浸および発泡段階１０４の含浸部分中に吸収される二酸化炭素の量に対する、予備発泡処理段階１０２における化学発泡剤の異なる種類および濃度の影響を示す。ＳＵＫＡＮＯ（登録商標）ｆａ  Ｓ６３２およびＳＡＦＯＡＭ（登録商標）ＣＥ−３３５の発泡剤はいずれも、０．５〜４重量％の範囲の濃度で、予備発泡処理プロセスにおいて発泡剤を添加しない同じプロセスにより作製されるサンプルと比較して、固相発泡中の二酸化炭素吸収の増加をもたらす。
【００７８】
図１３は、異なる発泡温度における非処理サンプル［Ｉ］および予備発泡処理サンプル［Ｊ］〜［Ｎ］のフォーム密度を比較するグラフ２７０を示す。非処理ＰＥＴシート［Ｉ］ならびに予備発泡処理ＰＥＴシート［Ｊ］〜［Ｎ］は、空気浮上式オーブン中で指示された温度まで加熱して、含浸した二酸化炭素ガスの発泡の結果として、シートの発泡を開始させた。グラフ２７０は、非処理ＰＥＴシート［Ｉ］と比較して、予備発泡処理ＰＥＴシート［Ｊ］〜［Ｎ］は一貫して固相発泡後の密度がより低いことを実証している。本開示による固相発泡プロセス１００の、予備発泡処理段階１０２と含浸および発泡段階１０４との組み合わせにより、予備発泡処理段階を含まない従来の固相発泡プロセスを用いて形成したシートよりも低い密度を有するマイクロセルフォームシートを製造することができる。
【実施例７】
【００７９】
図１４および図１５は、本開示の予備発泡処理段階１０２（「予備発泡処理」）に従って調製したマイクロセルＰＥＴシートおよび予備発泡処理を含まない（「非処理」）マイクロセルＰＥＴシートを用いて作製したカップの断熱性能を比較する。予備発泡処理カップと非処理カップの両方を形成するために使用したシートは、予備発泡処理カップが化学発泡剤を含むＰＥＴ押出ブレンドを用いて作製されたことを除いて、同じ固相発泡プロセスに従って発泡させた。予備発泡処理カップと非処理カップの両方を、同じ熱成形プロセスを用いてカップへと形成した。
【００８０】
非処理および予備発泡処理カップの両方を、単層ＰＥＴシートを用いて作製した。予備発泡処理シートは、ＰＥＴおよび１重量％の化学発泡剤ＳＵＫＡＮＯ（登録商標）ｆａ  Ｓ６３２を含むブレンドから作製した単層ＰＥＴシート使用して作製した。両方のシートを、６６０ｐｓｉで１５時間の二酸化炭素ガスへの曝露、続いて７２０ｐｓｉで４時間のキャップ、および冷凍庫での４時間の脱着段階を含む固相発泡プロセスを使用して発泡させた。冷凍庫の温度は２３°Ｆ（−５℃）であり、発泡シートの温度は約１７０〜１８５°Ｆ（約７７〜８５℃）の範囲であり、熱成形シートの温度は約２００〜２１０（約９３〜９９℃）の範囲であり、高温成形温度は約３７５〜３９０°Ｆ（約１９０〜１９９℃）の範囲である。
【００８１】
図１４のグラフ２８０では、同じ量の熱い液体を１９０°Ｆで保持した場合の、非処理および予備発泡処理カップそれぞれの内側と外側との間の温度差を比較する。カップの内側と外側の温度差が大きくなればなるほど、カップは、消費者が触れるとより冷たく感じられると予想される。図１５のグラフ２９０は、予備発泡処理カップの外部温度が非処理カップよりも低いことを示す。グラフ２８０および２９０のデータは、予備発泡処理カップが、非処理カップと比較して消費者が触れるとより冷たく感じられ、したがって、非処理カップと比較して、消費者の手に対しカップの熱い内容物からのより大きな断熱性を提供する。
【００８２】
図１４および図１５のデータは、二酸化炭素の吸収速度の増加または二酸化炭素の保持の増加などの、固相発泡中のプロセス条件の相違に加えて、本開示による予備発泡処理により、対応する非処理物品とは異なる断熱特性を有するマイクロセルフォーム物品が作製されることを実証する。
【実施例８】
【００８３】
以下の表３は、カップへの熱成形に好適な、本開示による予備発泡処理段階１０２を含む、ＡＢＡ構造を有するマイクロセルフォーム多層シートを形成するための例示的な組成を示す。
【００８４】
【表３】
2019073693.tif 000005
【００８５】
成核剤
本開示の別の態様によれば、マイクロセルフォーム層を形成するために使用する押出ブレンドは、予備発泡処理段階１０２において発泡剤の代わりに、または発泡剤と組み合わせて成核剤を含むことができる。押出ブレンドは、含浸および発泡段階１０４の含浸段階１３６中に非反応ガスの吸収を促進する、および／またはセル核形を促進することができる成核剤を含むことができ、したがって非処理サンプルと比較してより短い時間で所望の密度を有するマイクロセルフォームを提供することができる。
【００８６】
図１６は、成核剤を添加して、図３の含浸および発泡段階１０４で使用して、プロセス１００の成形／熱成形段階１０６で任意に使用できるマイクロセルフォームを形成することができる押出物を提供することを含む、予備発泡核形成処理段階３００のフローチャートを示す。予備発泡核形成処理段階３００を使用して、図１および図２のマイクロセルフォームシート２０を、外側シート層２４、２６を伴うかまたは伴わないで、形成することができる。
【００８７】
一態様によれば、予備発泡核形成処理段階３００で形成した押出物は、固相発泡プロセス１００の含浸および発泡段階１０４に従って発泡させる。別の態様によれば、図３の予備発泡処理段階１０２の１２２で形成した第１の押出ブレンドは、発泡剤に加えて成核剤を含む。予備発泡処理段階１０２、含浸および発泡段階１０４、および任意に成形／熱成形段階１０６は、予備発泡処理段階１０２で発泡剤を用いる場合または用いない場合において、上記記載に類似した方法で、成核剤の存在下で実施することができる。したがって、予備発泡核形成処理段階３００は、図３の固相発泡プロセス１００において、予備発泡処理段階１０２と組み合わせて、または予備発泡処理段階１０２の代わりに使用することができる。
【００８８】
マイクロセルフォーム層を形成する押出ブレンドに成核剤を添加することによって、成核剤の添加なしに作製したサンプルと比較して、固相発泡によるマイクロセルフォームの形成を促進することができる。成核剤の存在は、サイズ、密度および／または均一性などのセルの特徴を含み、セル形成を促進することができる。したがって、成核剤はまた、マイクロフォームの密度および／または厚さを含む、生成されたマイクロフォームの品質に影響を及ぼし得る。範囲を限定するものではないが、成核剤により、マイクロセルフォームシートの熱成形中に冷結晶化を促進して、サイクル時間を短縮することができることが理論付けられている。成核剤は、固相発泡プロセスのガス含浸段階の前に、溶融結晶化にほとんどまたは全く影響を及ぼさず、押出シートは非晶質状態のままである。
【００８９】
さらに図１６を参照すると、３０２において、第１のポリマー材料は、成核剤および任意の添加剤と組み合わせて、フォームコア層２２を形成する第１の押出ブレンドを形成する。第２のポリマー材料を任意に添加剤と組み合わせて、図４の予備発泡処理段階１０２に関して上述したのと同様の方法で、１つまたは複数の外側シート層２４、２６を形成する第２の押出ブレンドを形成する。しかし、予備発泡核形成処理段階３００による第１および第２の押出ブレンドは、発泡剤を含んでも含まなくてもよい。第１および第２の押出ブレンドは、単一のポリマーまたは２つ以上のポリマーのブレンドを含むことができ、その例として、リサイクルＰＥＴを含むポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、植物ベースのＰＥＴ、改質ＰＥＴコポリマー、非晶質または結晶性ＰＥＴ、グリコール改質（ＰＥＴＧ）および他のポリエステル、ならびにポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、またはポリエチレン（ＰＥ）が挙げられる。第１および第２のポリマー材料を形成するポリマーは、同じであっても異なっていてもよい。任意に、第１および／または第２の押出ブレンド中のポリマーの一部は、リグラインド材料を含むことができる。
【００９０】
３０２で第１のポリマー材料と組み合わせられた成核剤は、無機または有機成核剤であり得る。好適な成核剤の例としては、タルク、安息香酸ナトリウム、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。一態様によれば、第１の押出ブレンド中に存在する成核剤の量は、約０．１２５〜１．２５重量％の範囲である。一態様では、成核剤は、担体と組み合わせた成核剤を含むマスターバッチとして提供し、第１の押出ブレンドと組み合わせた成核剤マスターバッチの量は、約０．５〜５重量％の範囲である。使用する成核剤の量は、成核剤の種類（例えば、無機または有機成核剤）または粒子サイズなどの成核剤の特性に基づいていてもよい。
【００９１】
第１の押出ブレンドを加熱して可塑化混合物または溶融物を形成し、これを溶融押出機に通して加熱したダイに移動させる。共押出機を加熱したダイと接合して、加熱したダイに第２の押出ブレンドを溶融物として供給して、第１の押出ブレンド溶融物との共押出しを行うことができる。３０４で、第１および任意の第２の押出混合溶融物を加熱ダイに通して押出して、第１の押出ブレンドから形成された第１の層および第２の押出ブレンドから形成された第２の層を含む多層押出物を形成する。加熱したダイは、押出シートを製造するフラットダイであってもよい。３０６において、３０４で形成された多層押出物は、図３の固相発泡プロセス１００の図５に示す含浸および発泡段階１０４に従って処理して、マイクロセルフォームを製造することができる。
【００９２】
図１７〜２０は、本開示によるマイクロセルフォームシートを生成するために使用する、含浸および発泡段階１０４の予備発泡核形成処理段階３００による第１の押出ブレンドへの成核剤添加の効果を示す。
【実施例９】
【００９３】
図１７は、含浸および発泡段階１０４のガス含浸段階中に押出ＰＥＴシートによって吸収された二酸化炭素の量に対する、第１の押出ブレンド中の無機成核剤タルクの存在の効果を示すグラフ４００を示す。成核剤を用いておよび用いないで形成したＰＥＴシートによって吸収された二酸化炭素の量を、２つの異なるガス含浸条件について測定した、すなわち、（ａ）６６０ｐｓｉで３６時間、二酸化炭素への曝露、続いて７２０ｐｓｉで４時間のキャップ（白いバー）および（ｂ）６６０ｐｓｉで２０時間、二酸化炭素への曝露、続いて７２０ｐｓｉでの４時間のキャップ（黒いバー）である。
【００９４】
図１７のグラフは、成核剤を含まないＰＥＴシート（「非処理ＰＥＴ」）、２重量％のＴＡ１０−１３  ＭＢ０１タルク成核剤を含むＰＥＴシート（「処理１」）４重量％のＴＡ１０−１３  ＭＢ０１タルク成核剤を含むＰＥＴシート（「処理２」）、および４重量％のＴ  ｎａ  Ｓ５９５タルク成核剤を含むＰＥＴシート（「処理３」）について、両方のガス含浸条件で吸収された二酸化炭素の量を比較する。ＴＡ１０−１３およびＴ  ｎａ  Ｓ５９５はともに、ＳＵＫＡＮＯ（登録商標）から市販されているタルクおよび担体を含むＰＥＴ成核剤マスターバッチである。製造業者によると、ＴＡ１０−１３は約２８重量％のタルクを含有し、Ｔ  ｎａ  Ｓ５９５は約２６重量％のタルクを含有する。図１７に示すように、成核剤処理サンプル１〜３の全てが、同じガス含浸条件下で、非処理ＰＥＴサンプルよりも多くの二酸化炭素を吸収した。
【実施例１０】
【００９５】
図１８のグラフは、成核剤を含まないＰＥＴシート（「非処理ＰＥＴ」）、２重量％のＴＡ１０−１３  ＭＢ０１タルク成核剤を含むＰＥＴシート（「処理１」）および４重量％のＴＡ１０−１３  ＭＢ０１タルク成核剤を含むＰＥＴシート（「処理２」）について、異なる曝露時間におけるガス含浸段階中の二酸化炭素吸収の差を示すグラフ４１０を示す。非処理および成核剤処理シートのそれぞれは、厚さ０．０４０インチ（〜１．０ｍｍ）のＰＥＴシートであり、指示された時間６６０ｐｓｉで二酸化炭素に曝露した。
【００９６】
図１８に実証するように、成核剤処理されたサンプル１および２の両方は、非処理のＰＥＴサンプルと比較して曝露時間の広範囲にわたって二酸化炭素吸収の増加を示した。図１８のデータは、ＰＥＴ押出物が成核剤を含む場合、所与の時間、特に約５〜７２時間の曝露時間の範囲で吸収される二酸化炭素量の改善を示す。このように、本開示によるＰＥＴシート中に成核剤を含めることにより、非処理サンプルと比較して、固相発泡プロセスのガス含浸段階中に必要とされる時間量を減少させることができる。
【実施例１１】
【００９７】
図１９および図２０は、本発明による固相発泡シートの密度および厚さを、予備発泡核形成処理段階３００において２種類の異なる成核剤を用いて比較している。図１９は、ＰＥＴ押出ブレンドを成核剤と混合した、本開示によるＰＥＴの固相発泡シートのフォーム温度の関数としてのフォーム密度のグラフを示す。４重量％のＴＡ１０−１３  ＭＢ０１タルク成核剤を含むＰＥＴシート（「処理２」）、または４重量％のＴ  ｎａ  Ｓ５９５タルク成核剤を含むＰＥＴシート（「処理３」）を作製した。シートは発泡前に０．０４０インチ（〜１．０ｍｍ）の厚さを有し、ガス含浸段階中に７００ｐｓｉで１５時間、二酸化炭素に曝露し、続いて７８０ｐｓｉで９時間キャップした。図２０は、図１９について記載したように異なる発泡温度で調製した発泡シートの厚さを比較するグラフ４２２を示す。
【００９８】
図１９および２０で示すように、４重量％のＴＡ１０−１３  ＭＢ０１を使用して作製した成核剤処理シート２は、異なるタイプのタルク成核剤を使用した成核剤処理シート３と比較して、所与の発泡温度で、一般により低いフォーム密度およびより厚いフォームシートを示す。したがって、本開示の態様によれば、予備発泡核形成処理段階３００によって処理されたマイクロセルフォームシートは、実施例１１の実施形態に示すように、１ｇ／ｃｍ３未満、具体的には０．８ｇ／ｃｍ３未満の密度を有し得る。
【００９９】
発泡剤および成核剤による予備発泡処理
本開示の別の態様によれば、マイクロセルフォームシートは、図３の予備発泡処理段階１０２と、図３の予備発泡核形成処理段階３００による成核剤の使用とを組み合わせたプロセスを用いて、形成することができる。成核剤は、図４の予備泡処理段階１０２の１２２で、発泡剤に加えて、第１の押出ブレンドに添加して、成核剤および発泡剤の両方を含む第１の押出ブレンドを形成することができる。図３の固相発泡プロセス１００の含浸および発泡段階１０４は、予備発泡処理段階１０２を、予備発泡核形成処理段階３００なしで単独で使用するプロセスを実施する方法に関して上述したのと同様の方法で、成核剤および発泡剤の両方を含む押出ブレンドを用いて実施することができる。成核剤は、図１６の予備発泡核形成処理段階３００に関して上述したのと同様の方法で、１２２で第１の押出ブレンドに添加する。
【０１００】
一態様によれば、予備発泡処理段階１０２で発泡剤を使用することにより、固相発泡中の非反応性ガスの吸収を促進して、吸収されたガスの所与の濃度を達成するのに必要な時間量を減少させることができる。成核剤の存在は、セル形成を促進し、サイズ、密度、および均一性などのセルの特徴を含む場合があり、フォームの密度および／または厚さを含む、生成されたマイクロフォームの品質に影響し得る。マイクロセルフォーム層を形成する押出ブレンド中の成核剤と発泡剤との組み合わせは、ガス吸収およびセル形成を促進することにより、固相発泡プロセスおよび成形プロセスを促進することができる。成核剤と発泡剤との組み合わせにより、フォーム押出ブレンド中に発泡剤および成核剤を使用しないプロセスと比較して、より速いサイクル時間で所望の密度および厚さを有するマイクロセルフォームシートおよび物品を生成し得る。
【０１０１】
実施例１２〜１３および図２１〜２４は、本開示によるマイクロセルフォームシートを生成するために含浸および発泡段階１０４で使用する、第１の押出ブレンドへの成核剤および発泡剤添加の効果を示す。
【実施例１２】
【０１０２】
図２１および図２２では、成核剤および発泡剤との組み合わせを用いて、本開示に従って作製した固相フォームシートと、発泡剤のみを用いて製造した固相フォームシートの密度および厚さをそれぞれ比較する。シートは、「発泡剤」サンプルの押出ブレンドが発泡剤を含むが、「組み合わせ」サンプルは発泡剤および成核剤の両方を含む点を除いて、ＰＥＴを使用する同じプロセスパラメータを用いて作製した。両サンプルセットの発泡剤はＳＡＦＯＡＭ（登録商標）ＣＥ−３３５であり、これは、ＲＥＥＤＹ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｆｏａｍ＆Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ、Ｕ．Ｓ．Ａ．から市販されており、製造者によってポリエチレン担体中にクエン酸ナトリウムおよび炭酸カルシウムを含有するものとして記載されている。発泡剤の充填量は約０．２５〜１重量％であった。組み合わせサンプルの成核剤は、約２重量％の充填量で、タルク系の成核剤であるＳｕｋａｎｏ（登録商標）Ｔ  ｎａ  Ｓ５９５であった。固相発泡条件には、ガス含浸段階中に７００ｐｓｉで２１時間、続いて７８０ｐｓｉで７時間のキャップが含まれていた。
【０１０３】
図２１は、発泡剤を含むＰＥＴ押出ブレンドから形成した発泡剤サンプルについて、発泡剤および成核剤を含むＰＥＴ押出ブレンドから形成した組み合わせサンプルと比較して、発泡温度の関数としてのマイクロセルＰＥＴフォームの密度を比較するグラフ４３０を示す。グラフ４３０で実証するように、観察された発泡温度それぞれにおいて、組み合わせ剤サンプルは、発泡剤のみを用いて形成したシートよりも低い密度を有するマイクロセルフォームシートを製造した。図２２に示すグラフ４３２は、発泡剤のみを添加した場合と比較して、組み合わせ剤サンプルは、観察された発泡温度でより大きい厚さを有するフォームも製造したことを示す。所与の密度でより厚いフォームを製造する能力は、大型または深絞り容器（例えば、２０オンスのカップ）などの、フォームシートからある種の物品を形成する際に有利であり得る。
【実施例１３】
【０１０４】
図２３および図２４では、成核剤および発泡剤との組み合わせを用いて、本開示に従って作製した固相フォームシートと、発泡剤のみを用いて製造した固相フォームシートの密度および厚さをそれぞれ比較する。図２３および図２４のデータは、有機成核剤、ＰＴＦＥの、固相発泡シートへの影響を示す。シートは、「成核剤」サンプルの押出ブレンドが発泡剤を伴わず成核剤を含むが、「組み合わせ」サンプルは発泡剤および成核剤の両方を含む点を除いて、ＰＥＴを使用する同じプロセスパラメータを用いて作製した。組み合わせサンプル１の発泡剤は、充填量約１重量％のＳＡＦＯＡＭ（登録商標）ＣＥ−３３５であり、これは、ＲＥＥＤＹ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｆｏａｍ＆Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ、Ｕ．Ｓ．Ａ．から市販されており、製造者によってポリエチレン担体中にクエン酸ナトリウムおよび炭酸カルシウムを含有するものとして記載されている。組み合わせサンプル１の発泡剤は、充填量約０．７５重量％のＳＵＫＡＮＯ（登録商標）ｆａ  Ｓ６３２であり、これは、Ｓｕｋａｎｏ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｕ．Ｓ．Ａ．から市販されており、製造者によって固体ポリマーマトリックス中の発泡剤マスターバッチとして記載されている。全てのサンプルの成核剤は、充填量約０．５重量％のＰＴＦＥ成核剤であり、これは、Ｓｈａｍｒｏｃｋ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｕ．Ｓ，Ａ．からＸＤ−８４６１として市販されている。固相発泡条件には、ガス含浸段階中に７００ｐｓｉで１５時間、続いて７８０ｐｓｉで９時間のキャップが含まれていた。
【０１０５】
図２３は、発泡剤を伴わない有機成核剤を含むＰＥＴ押出ブレンドから形成した成核剤サンプルについて、発泡剤およびＰＴＦＥ成核剤の両方を含むＰＥＴ押出ブレンドから形成した組み合わせサンプル１および２と比較して、発泡温度の関数としてのマイクロセルＰＥＴフォームの密度を比較するグラフ４４０を示す。グラフ４４０で実証するように、観察された発泡温度それぞれにおいて、組み合わせサンプル１および２は、ＰＴＦＥ成核剤のみを用いて形成したシートよりも低い密度を有するマイクロセルフォームシートを製造した。図２４に示すグラフ４４２は、ＰＴＦＥ成核剤のみを添加した場合と比較して、組み合わせサンプル１および２は、観察された発泡温度でより大きい厚さを有するフォームも製造したことを示す。
【実施例１４】
【０１０６】
追加の予備発泡処理段階実施例
図２５および図２６は、本開示の固相発泡プロセス１００の予備発泡処理段階１０２（「予備発泡処理」）に従って調製したマイクロセルＰＥＴシートおよび予備発泡処理段階１０２を含まない（「非処理」）マイクロセルＰＥＴシートを用いて作製したカップの断熱性能を比較する。予備発泡処理カップと非処理カップの両方を形成するために使用したシートは、予備発泡処理段階１０２を伴う場合と伴わない場合でそれぞれ、同じ固相発泡プロセスに従って発泡させた。予備発泡処理カップと非処理カップの両方を、同じ熱成形プロセスを用いてカップに成形した。予備発泡処理カップおよび非処理カップは、単一発泡層シートから成形した。
【０１０７】
非処理および予備発泡処理カップの両方を、単層ＰＥＴシートを用いて作製した。予備発泡処理カップは、ＰＥＴおよび発泡剤を４つの異なる濃度で含むブレンドから作製した単層ＰＥＴシート使用して作製した。予備発泡処理カップは、ＰＥＴおよび４つの異なる濃度、すなわち０．４重量％（「予備発泡処理Ｏ」）、０．５重量％（「予備発泡処理Ｐ」）、０．７５重量％（「予備発泡処理Ｑ」）、１重量％（「予備発泡処理Ｒ」）の発泡剤を含むブレンドから作製した単層ＰＥＴシートを使用して作製した。４つの予備発泡処理カップ全ての発泡剤は、ＳＡＦＯＡＭ（登録商標）ＣＥ−３３５であった。全てのシートを、６６０ｐｓｉで３６時間の二酸化炭素ガスへの曝露、続いて７６５ｐｓｉで４時間のキャップ、および冷凍庫での４時間の脱着段階を含む固相発泡プロセスを使用して発泡させた。冷凍庫の温度は２３°Ｆ（−５℃）であり、発泡シートの温度は約１５５〜１７０°Ｆ（約６８〜７７℃）の範囲であり、熱成形シートの温度は約２００〜２１０（約９３〜９９℃）の範囲であり、高温成形温度は約３７５〜３９０°Ｆ（約１９０〜１９９℃）の範囲である。
【０１０８】
図２５のグラフ５００では、同じ量の熱い液体を１９０°Ｆで保持した場合の、非処理および予備発泡処理カップそれぞれの内側と外側との間の温度差を比較する。カップの内側と外側の温度差が大きくなればなるほど、カップは、消費者が触れるとより冷たく感じられると予想される。図２６のグラフ５１０は、予備発泡処理カップの外部温度が非処理カップよりも低いことを示す。グラフ５００および５１０のデータは、予備発泡処理カップが、非処理カップと比較して消費者が触れるとより冷たく感じられ、したがって、非処理カップと比較して、消費者の手に対しカップの熱い内容物からのより大きな断熱性を提供する。グラフ５００および５１０のデータはまた、予備発泡処理サンプル中の発泡剤の濃度が異なると、材料の断熱特性に影響を与え得ることを実証している。
【０１０９】
図２５および図２６のデータは、二酸化炭素の吸収速度の増加または二酸化炭素の保持の増加などの、固相発泡中のプロセス条件の相違に加えて、本開示による予備発泡処理段階１０２により、対応する非処理物品とは異なる断熱特性を有するマイクロセルフォーム物品が作製されることを実証する。
【実施例１５】
【０１１０】
表４は、本開示による予備発泡処理段階１０２が、固相発泡プロセス後のフォームシートの密度に及ぼす影響を示す。表４は、非処理サンプル［Ｓ］および予備発泡処理サンプル［Ｔ］から［Ｙ］の材料および密度を列挙する。
【０１１１】
【表４】
2019073693.tif 000006
【０１１２】
非処理サンプル［Ｓ］および予備発泡処理サンプル［Ｔ］から［Ｙ］は、予備発泡処理段階１０２を伴う場合と伴わない場合で、それぞれ同じ固相発泡プロセスに従って発泡させた。予備発泡処理サンプル［Ｔ］から［Ｙ］は、発泡剤を含むＰＥＴ押出ブレンドを用いて作製し、非処理サンプル［Ｓ］は、発泡剤を含まないＰＥＴ押出ブレンドを用いて作製した。予備発泡処理サンプル［Ｔ］から［Ｙ］を、種々の濃度の同じ発泡剤、ＳＡＦＯＡＭ（登録商標）ＣＥ−３３５で処理した。
【０１１３】
図２７は、予備発泡処理サンプル［Ｔ］から［Ｙ］までについて、予備発泡処理プロセスが、固相発泡プロセスのガス含浸段階中に吸収されるガス量に及ぼす効果を、同じ圧力、温度および時間条件の非処理サンプル［５］と比較して実証するグラフ５２０を示す。非処理サンプル［Ｓ］および予備発泡処理サンプル［Ｔ］から［Ｙ］までは、全て圧力容器内で、６６０ｐｓｉで３６時間、二酸化炭素に曝露し、続いて７６５ｐｓｉで４時間キャップした。４時間のキャップの後、吸収された二酸化炭素の量を測定した。これは図２７に示す。サンプルは、空気浮上式オーブン中で１５５〜１７０°Ｆ（約６８〜７７℃）に加熱して、含浸した二酸化炭素ガスの発泡の結果として、シートの発泡を開始させた。非処理および処理サンプルの密度を表４に示す。
【０１１４】
表４および図２７の結果は、本開示の予備発泡処理段階１０２が、固相発泡プロセスの態様および製造される材料の特徴に影響を及ぼすことを示す。表４に示すように、予備発泡処理段階１０２における発泡剤の存在は、一貫して、非処理発泡シートより低い密度を有する発泡シートをもたらす。図２７は、非処理サンプルと比較して、プレフォーム処理段階１０２が、含浸および発泡段階１０４の含浸部分中に吸収されたガスの量に及ぼす効果を実証する。予備発泡処理段階１０２に従って調製したサンプルは、非処理のサンプル［Ｓ］よりも一貫してより多くのガスを吸収した。
【実施例１６】
【０１１５】
以下の表５では、予備発泡処理段階１０２を含む固相発泡プロセスに従って作製したカップ（「予備発泡処理カップ」）および予備発泡処理段階１０２なしで作製したカップ（「非処理カップ」）の特徴を比較する。両カップは、ＰＥＴを用いて作製し、予備発泡処理カップを、予備発泡処理段階１０２に従い、０．４重量％の発泡剤、ＳＡＦＯＡＭ（登録商標）ＣＥ−３３５を含むＰＥＴブレンドから製造した以外は、同じ含浸、発泡および成形条件に曝露した。
【０１１６】
【表５】
2019073693.tif 000007
【０１１７】
カップ底部および側壁の厚さをそれぞれ３つおよび４つの異なる位置で測定し、各カップの重量を測定した。熱変形試験は、熱水（約１９０°Ｆ／８８℃）を保持するカップを０．２５インチ（６ｍｍ）たわませるのに必要な力の大きさに対応する。カップをたわませるのに必要な力は、カップの円周の周りの１２０度離れた異なる３つの点で測定した。カップには熱湯を充填ラインまで充填し、フォーステスターを使用して、カップを所定の大きさたわませるのに必要な力を測定した。圧潰力は、金属圧潰板をデジタルフォースゲージに接続して測定し、圧潰板が、圧潰板の下方の中心に置かれたカップ上に押し下げられると、力が測定される。フォースゲージの出力は、圧潰板の移動中に測定され、現在の読取り値が前の読取り値と２％以上異なる場合、カップは圧潰されたと判断され、最後の力読取り値が記録される。
【０１１８】
表５の結果は、変形および圧潰力データが示すように、予備発泡処理カップが、非処理カップよりも軽量であり、かつ非処理カップよりも強いことを示す。予備発泡処理カップの重量が軽いため、保存と輸送の点でコスト削減が可能である。予備発泡処理カップの強度の増加は、多くの場合、消費者にとって望ましい特性である。
【０１１９】
フォームセル構造
図２８Ａ〜Ｃおよび図２９Ａ〜Ｃは、本開示の予備発泡処理段階なしで作製した固相フォームと比較して、予備発泡処理段階１０２を含む図３の固相発泡プロセス１００に従って製造したフォーム材料のセル構造を示す。図２８Ａ〜Ｃは、本開示の予備発泡処理段階１０２を含まない固相発泡プロセスに従って作製されたフォームカップ（「未処理カップ」）の側壁断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。図２９Ａ〜Ｃは、予備発泡処理段階１０２を含む、本開示の固相発泡プロセス１００に従って作製したフォームカップ（「予備発泡処理カップ」）のカップ側壁断面のＳＥＭ画像を示す。図２８Ａ〜Ｂおよび図２９Ａ〜Ｃの設定は、２ｋＶ、ＷＤ１２ｍｍ、ＳＳ３０であり、図２８Ｃは、ＷＤ１３ｍｍであった。
【０１２０】
非処理および予備発泡処理カップは、両方ともＰＥＴを用いて作製し、予備発泡処理段階１０２に従い、予備発泡処理カップが０．４重量％の発泡剤、ＳＡＦＯＡＭ（登録商標）ＣＥ−３３５を含む以外は、含浸および発泡段階１０４の同じ固相発泡条件に、および成形段階１０６の成形条件に曝露した。発泡温度は、約１５５〜１６５°Ｆ（６８〜７４℃）であった。
【０１２１】
図２８Ａは、発泡材料内に層を形成する別個の発泡部分６０２および６０４、ならびに非発泡部分６０８を一般に含む、非処理カップ６００の断面におけるセル構造を示す。固相フォーム材料用のこのセル構造は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１８年７月２４日発行の「多層発泡高分子体および関連方法（Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒ  Ｆｏａｍｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｏｂｊｅｃｔｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ）」と題する米国特許第１０，０２９，４０１号と一致している。図２８Ｂの高解像度画像に示すように、隣接するセル６１２と６１４との間の材料６１０、すなわち別個の発泡部分６０２および６０４のそれぞれの中のセルを画定する材料は、発泡していない。別個の発泡部および非発泡部の正確な数は、米国特許第１０，０２９，４０１号に記載のように、材料およびプロセス条件により異なり得る。例えば、非処理カップ６００は、別個の発泡部分６０４と隣接する非発泡部分６０８（スキン層と呼ばれることもある）との間に、薄い別個の発泡部を任意に含むことがある。非発泡部分６０８（スキン層）の存在または厚さもまた、本明細書に記載の技術分野で知られているように、材料およびプロセス条件より異なり得る。
【０１２２】
図２９Ａは、本開示によるセル構造を、予備発泡処理カップ７００の断面で示しており、これは、一般に、材料内の層を形成している中央発泡部分７０２、一対の別個の発泡部分７０４、一対の非発泡部分７０８を含む。図２９Ａに示すように、かつ図２９Ｂでよりはっきりと見えるように、中央発泡部分７０２は、第１の集団７１０より小さいセルサイズを有する第２のセル集団７１２が散在する第１のセル集団７１０を含む。例示的な予備発泡処理カップ７００は、中央フォーム部分７０２の各側に単一の別個のフォーム部分７０４を有するものとして示されているが、予備発泡処理カップ７００は、中央フォーム部分７０２を挟む、より多いかまたは少ない別個のフォーム部分を任意に含み得る。任意に、非発泡部分７０８（スキン層）の存在または厚さもまた、材料およびプロセス条件より異なり得る。
【０１２３】
図２９Ｂに関して、中央発泡部分７０２の大きなセルサイズの集団７１０の隣接する例示的なセル７２２と７２４との間の材料７２０の少なくとも一部は、それ自体が発泡し、第２のより小さなセル集団７１２を含む。上述したように、非処理カップ（図２８Ｂ参照）は、隣接するセル間の非発泡材料６１０によって画定されるセルを含む。対照的に、予備発泡処理カップ（図２９Ｂ参照）の大きなセル７１０を画定する材料７２０の少なくとも一部分は、それ自体が発泡し、第２のより小さいセル集団７１２を含む。
【０１２４】
図２８Ａ〜図２８Ｂの非処理カップ６００の別個のフォーム層６０２、６０４のそれぞれは、単一のセル集団を含むが、本開示による予備発泡処理カップ７００は、はるかに小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を含む。図２８Ｃおよび図２９Ｃは、非処理および予備発泡処理カップを、それぞれ同じ解像度で示す。２０００ｘのズームでは、非処理カップ６００は、別個のフォーム部分内の隣接するセル間の材料中に、第２のセル集団（すなわち、フォーム材料）を含まないことが、画像から明らかである。対照的に、図２９Ｃは、中央フォーム部分７０２内の隣接するセル間に第２のより小さいセルサイズのセル集団を含む発泡材料を示す。
【０１２５】
以下の表６では、本開示の予備発泡処理段階１０２なしで形成された例示的な非処理カップ６００のセルサイズ情報をまとめている。セルサイズは、カップの側壁の２つの異なる位置で、カップを形成するために使用するシートの機械方向（「ＭＤ」）および幅方向（「ＣＤ」）の両方において、材料の別個の発泡部分６０２内の複数のセルの垂直方向および水平方向（断面画像に関して）の各セルの長さ／直径を測定することによって測定した。
【０１２６】
本明細書で使用するとき、機械方向および幅方向という用語は、熱成形中のシートの延伸方向に関する。機械方向（「ＭＤ」）は、熱成形中のシートの延伸方向に対応し、したがってカップ側壁の垂直方向に対応する。カップ側壁を垂直（ＭＤ）および水平（ＣＤ）にＳＥＭの横断面サンプルへと切断した。セル数とは、各集団について測定したセルの数を意味し、「最小〜最大」とは、測定した方向の最小セル長さと最大セル長さをそれぞれ意味し、「平均±標準偏差」とは、測定した方向の平均セル長さに標準偏差をプラスまたはマイナスしたものを意味する。
【０１２７】
【表６】
2019073693.tif 000008
【０１２８】
＊同じカップからの２つの断面サンプルの測定値を示し、第２の断面からの測定値を括弧内に示す。
【０１２９】
以下の表７では、本開示による例示的な予備発泡処理カップ７００の第１および第２のセル集団７１０および７１２のセルサイズ情報をまとめている。セルサイズは、カップを形成するために使用するシートの機械方向（「ＭＤ」）および幅方向（「ＣＤ」）の両方において、材料の中央発泡部分７０２内の複数のセルの垂直方向および水平方向で測定した。
【０１３０】
【表７】
2019073693.tif 000009
【０１３１】
表７のデータが示すように、小さいセルの第２の集団は、マイクロセルサイズ範囲のセルサイズを有し、一般に、第１のセル集団のより大きなセルよりも１桁小さい。マイクロセルプラスチックフォームの一般的な定義には、直径が約１０マイクロメートル、典型的には約０．１〜約１００マイクロメートルの範囲の平均セルサイズを有するフォームが含まれる。したがって、第２の小さいセルの集団は、セルサイズ範囲および平均が約２０マイクロメートル未満である場合、マイクロセルフォームを形成するものとみなすことができる。第１のより大きいセルの集団は、従来の発泡材料のセルサイズに近いマイクロセルの第２の集団よりも著しく大きいセルサイズ範囲および平均を有する。本開示の一態様によれば、本開示の材料は、マイクロセルフォームが、より大きな発泡構造を形成する材料内に形成されるフォーム−内−フォーム構造を含む。第２のセル集団は、中央発泡部分内の第１のセル集団を画定する材料中に形成される。
【０１３２】
予備発泡処理段階を伴う本開示による固相発泡プロセスは、従来の固相発泡材料とは異なる特性および構造特徴を有するマイクロフォーム材料を提供する。本開示の固相発泡材料およびそのような材料から作製する容器は、本開示に従って作製されていない従来の固相発泡材料と比較して、断熱および強度の向上などの改善された特性を示す。本開示の固相発泡材料およびその容器は、材料の単一の別個の発泡部分内の第１の集団よりも小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を含む、異なる構造的特徴を有する。いずれの理論にも限定されるものではないが、本開示の態様によれば、より大きなセルサイズの第１集団とより小さいセルサイズの第２集団との組み合わせは、協働して、断熱性の改善および固相発泡材料に対する強度の改善を提供する。
【０１３３】
本開示の予備発泡処理カップ７００のセル構造と非処理カップ６００のセル構造との間にはいくつかの相違点がある。図２８Ａ〜図２８Ｃおよび表６に関して上述したように、従来の固相発泡プロセスにより作製した非処理カップは、第１の集団よりも小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を含む予備発泡処理カップ７００と比較して、単一セル集団を含む中央フォーム部分を含む。
【０１３４】
さらに、予備発泡処理カップ７００のマイクロフォームは、未処理カップ６００のセルよりも著しく小さいセルサイズを有するセルの集団を含む。予備発泡処理カップ７００内のマイクロフォームセルの第２の集団は、ＣＤおよびＭＤ両方向において垂直および水平方向で２０マイクロメートル未満のセル寸法を有し、大部分のセルは１０マイクロメートル未満のセル寸法を有する。対照的に、非処理カップは、数十マイクロメートルから数百マイクロメートルのセル寸法を有する。したがって、予備発泡処理カップ７００のセルのサイズおよび分布は、非処理カップのサイズおよび分布とは異なる。
【０１３５】
以下の節は、本明細書に包含される本開示の追加の態様を定義する。これらの態様は、本開示に包含される組み合わせを形成するために、所望の場合、組み合わせることができる。
【０１３６】
本開示の一態様によれば、容器の形成に使用するためのマイクロセルフォームシートを生成するための固相発泡プロセスは、第１のポリマー材料および発泡剤を含み、かつ第１の密度を有する第１の層を押出することと、第１の層を発泡剤で少なくとも部分的に発泡させて、第１の密度よりも低い第２の密度を有する予備発泡層を含む予備発泡シートを形成することを含む、第１の発泡と、第１のポリマー材料に可溶な非反応性ガスを、固相の予備発泡層に含浸させることと、予備発泡層を非反応性ガスで少なくとも部分的に発泡させて、第２の密度よりも低い第３の密度を有するマイクロセルフォーム層を形成することを含む、第２の発泡とを含み、これは、以下の特徴のうちの任意の１つまたは任意の組み合わせと任意に組み合わせることができる：プロセスは、第１の層に隣接する第２の層を共押出、ラミネートまたは押出コーティングして多層シートを形成することを含み；第２の層は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリヒドロキシ酸（ＰＨＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）または熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）を含む群から選択されるポリマー材料から作製することができ；第２の層は、発泡剤を含むことができ；第２の層中の発泡剤は、約０．１〜５重量％の範囲の量で存在することができる；プロセスはさらに、マイクロセルフォームシートを加熱し、加熱したマイクロセルフォームシートを物品金型の周りに適用して、加熱されたマイクロセルフォームシートで少なくとも１つの物品を形成することと、マイクロセルフォームシートの加熱によって開始する第３の発泡とを含むことができ；第３の発泡は、約６５〜９２％、任意に約６５〜８５％、さらに任意に約７５〜９２％マイクロセルフォームシートの密度を低下させる；第１の層は、成核剤を含むことができ；成核剤は発泡剤とは異なってもよい；マイクロセルフォーム層は、第１の集団よりも小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を有する、中央発泡部分を含むことができ；第１の集団は、少なくとも一方向で約１６０±５０マイクロメートルまたは１８０±４０マイクロメートルのセル直径を有することができ；および／または第２集団は、少なくとも一方向で約８±４マイクロメートルまたは５±３マイクロメートルのセル直径を有することができる。
【０１３７】
本開示の一態様によれば、容器の形成に使用するための発泡マイクロセルフォームシートは、マイクロセルフォームシート内のフォーム層を画定し、かつ第１の集団よりも小さいセルサイズを有する第２のセル集団が中に散在している第１のセル集団を有する中央発泡部分を含んでいてもよく、第２のセル集団は、中央発泡部分、１つもしくは複数の別個の発泡部分、スキン層を画定する１つもしくは複数の別個の非発泡部分、または中央発泡部分の片側もしくは両側の１つもしくは複数の別個の発泡部分と１つもしくは複数の別個の非発泡部分との組み合わせの中の第１のセル集団を画定する材料中に形成され、これは、以下の特徴のうちの任意の１つまたは任意の組み合わせと任意に組み合わせることができる：多層シートを形成するために第１の層に隣接して設けられた、共押出、ラミネートまたは押出コーティングされた第２の層；第２の層は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリヒドロキシ酸（ＰＨＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）または熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）、を含む群から選択されるポリマー材料から作製することができ；第２の層中の発泡剤は、約０．１〜５重量％の範囲の量で存在することができる；第１の層は、成核剤を含むことができ；成核剤は発泡剤とは異なってもよい；第１の集団は、少なくとも一方向で約１６０±５０マイクロメートルまたは１８０±４０マイクロメートルのセル直径を有することができ；および／または第２集団は、少なくとも一方向で約８±４マイクロメートルまたは５±３マイクロメートルのセル直径を有することができる。
【０１３８】
既に記載していない限り、本開示の種々の実施形態の異なる特徴および構造は、所望により互いに組み合わせて使用してよい。例えば、本開示の一態様に関して示され、および／または記載される１つまたは複数の特徴は、本開示の他の態様に関して示され、および／または記載される１つまたは複数の特徴と共に使用され得るか、または組み合わせて使用し得る。ある特徴は、全ての実施形態においては示されていない可能性があるが、このことは、示すことができないと解釈されることを意図したものではなく、記載を簡潔にするために行われていると解釈されることを意図している。したがって、異なる実施形態の種々の特徴は、新規の実施形態が明示的に記載されているか否かにかかわらず、新規の実施形態を形成するために所望により混合され、適合され得る。
【０１３９】
本開示の態様は、そのある特定の実施形態に関連して具体的に記載されているが、これは例示のためのものであって限定するためのものではないことを理解すべきである。添付の特許請求の範囲に定義される本開示の精神から逸脱することなく、前述の開示および図面の範囲内で、妥当な変更および改変が可能である。
【０１４０】
本出願は、２０１７年１０月１３日出願の米国仮特許出願第６２／５７１，９７１号、および２０１７年１２月５日出願の米国仮特許出願第６２／５９４，７６３号の利益を主張し、これらの両出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【外国語明細書】
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