(57)【要約】【課題】  容器に成型した際に、強度および割れにくさが改善されたポリスチレン樹脂発泡シートおよびポリスチレン樹脂積層発泡シートを提供する。【解決手段】  厚さが１．５〜２．５ｍｍ、厚み方向のセル数が９〜１５個／ｍｍ、残存発泡剤量が３．５〜６．０重量％、ポリスチレン樹脂発泡シートの両方の表面から厚さ方向に１００μｍまでの部分の密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上、加熱前と加熱後の厚さの比が１．５〜２．５倍になるように二次発泡させた発泡シートの両方の表面に長径１００μｍ以下の微細セルを生成させるポリスチレン樹脂発泡シート、および、さらに非発泡ポリスチレンフィルムを積層したポリスチレン樹脂積層発泡シートによって、上記特性が得られる。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが１．５〜２．５ｍｍであり、厚み方向のセル数が９〜１５個／ｍｍ、残存発泡剤量が３．５〜６．０重量％であるポリスチレン樹脂発泡シートであって、ポリスチレン樹脂発泡シートの両方の表面から厚さ方向に１００μｍまでの部分の密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上であり、かつ、ポリスチレン樹脂発泡シートの加熱前と加熱後の厚さの比が１．５〜２．５倍となるように二次発泡させた際にポリスチレン樹脂発泡シートの両方の表面に長径１００μｍ未満の微細セルが生成されることを特徴とする、ポリスチレン樹脂発泡シート。
【請求項２】
ポリスチレン樹脂発泡シートの加熱前と加熱後の厚さの比が１．５〜２．５倍となるように二次発泡させた後、縦２０ｃｍ、横１１．４ｃｍおよび深さ１．５ｃｍであるトレー容器に成形したトレー容器が、横方向に１０ｍｍ圧縮した場合のリップ強度Ｙ［Ｎ］およびポリスチレン樹脂発泡シートの目付Ｘ［ｇ／ｍ２］との関係がＹ＞０．０５Ｘ−２．１６（式１）を満たし、かつ、該トレー容器の底面部分における２３℃での面衝撃試験時の５０％破壊エネルギーが１．０Ｊ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のポリスチレン樹脂発泡シート。
【請求項３】
請求項１または２に記載のポリスチレン樹脂発泡シートの両面または片面に、厚さ１０〜１３０μｍの非発泡ポリスチレンフィルムを積層したポリスチレン樹脂積層発泡シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量であって割れにくく、強度に優れた容器を得るポリスチレン樹脂発泡シートおよびポリスチレン樹脂積層発泡シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリスチレン樹脂発泡シートおよびポリスチレン樹脂発泡積層シートは、二次発泡成形が容易であり、また、得られた容器が美麗でかつ軽量であり、しかも断熱性に優れ、安価であることから、食品容器などに多量に使用されている。近年、リサイクル法の本格施行によりポリスチレン樹脂発泡シートおよび積層発泡シートを成形した容器にも軽量化が求められており、これに対応するため、発泡シートの軽量化が進められてきた。しかし、発泡シートの軽量化には容器の強度低下が伴うため、高強度化の要望が継続的になされている。発泡シートの軽量化による容器の強度低下を解決する方法として、発泡シート中に残存している発泡剤量を増加させることが一般的に行なわれている（例えば、特許文献１または２参照）。しかし、このような方法は、発泡シートの強度を向上させる反面、低温での耐衝撃性である低温脆性の低下を引き起こす問題点を有している。そのため、食品メーカーがラッピングマシンを用い容器に食品を梱包する際、容器が割れるといった問題が生じており、包装容器の軽量化の際には、強度の向上だけでなく、割れにくさの改善が望まれている。
【特許文献１】特開２００１−１０５４７１号公報
【特許文献２】特開２００１−２４７７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、軽量化しても強度に優れ、割れにくい容器を得る、ポリスチレン樹脂発泡シートおよびポリスチレン樹脂積層発泡シートに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明者らは、このような現状に鑑み鋭意検討した結果、強度および耐衝撃性を両立させるためには、発泡シートのセル数および残存発泡剤量を特定の範囲とした上で、成形時にシートの両方の表面部分に微細セルを発生させることが有効であること、および、成形容器が特定の耐面衝撃性(５０％破壊エネルギー)を有していれば、実用上割れにくさに問題が無いことを見出した。
【０００５】
すなわち、本発明は、
厚さが１．５〜２．５ｍｍであり、厚み方向のセル数が９〜１５個／ｍｍ、残存発泡剤量が３．５〜６．０重量％であるポリスチレン樹脂発泡シートであって、ポリスチレン樹脂発泡シートの両方の表面から厚さ方向に１００μｍまでの部分の密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上であり、かつ、ポリスチレン樹脂発泡シートの加熱前と加熱後の厚さの比が１．５〜２．５倍となるように二次発泡させた際にポリスチレン樹脂発泡シートの両方の表面に長径１００μｍ未満の微細セルが生成されることを特徴とする、ポリスチレン樹脂発泡シート（請求項１）、
ポリスチレン樹脂発泡シートの加熱前と加熱後の厚さの比が１．５〜２．５倍となるように二次発泡させた後、縦２０ｃｍ、横１１．４ｃｍおよび深さ１．５ｃｍであるトレー容器に成形したトレー容器が、横方向に１０ｍｍ圧縮した場合のリップ強度Ｙ［Ｎ］およびポリスチレン樹脂発泡シートの目付Ｘ［ｇ／ｍ２］との関係がＹ＞０．０５Ｘ−２．１６（式１）を満たし、かつ、該トレー容器の底面部分における２３℃での面衝撃試験時の５０％破壊エネルギーが１．０Ｊ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のポリスチレン樹脂発泡シート（請求項２）、および
請求項１または２に記載のポリスチレン樹脂発泡シートの両面または片面に、厚さ１０〜１３０μｍの非発泡ポリスチレンフィルムを積層したポリスチレン樹脂積層発泡シート（請求項３）
に関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によるポリスチレン樹脂発泡シートおよびポリスチレン樹脂積層発泡シートを成形することにより、軽量で強度が高く、割れにくい容器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明におけるポリスチレン樹脂発泡シートは、広く一般に行なわれている方法で製造可能である。例えば、ポリスチレン樹脂に、タルクや炭酸カルシウムなどの造核剤、流動パラフィンなどの成形性調整剤などを混合した樹脂組成物を、押出機を用いて溶融、混合し、発泡剤を圧入した後、サーキュラー・ダイより低圧域に押出し、円筒状発泡体を得、円筒状発泡体の内面側から冷却するように円筒状発泡体の内側に位置して設置された環状冷却マンドレルにて成形した後、切り開いて発泡シートを得られる方法が知られている。
【０００８】
本発明におけるポリスチレン樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリ−ｐ−メチルスチレンなどのスチレン系単独重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体などのスチレン系共重合体、またはポリスチレンとポリフェニレンオキシドとの混合物などがあげられる。ポリスチレン樹脂のメルトフローレート（以下、ＭＦＲと称す）は０．５〜２ｇ／１０分が好ましい。ここで、ＭＦＲは、ＪＩＳ  Ｋ７２１０に準拠し、温度２００℃および５ｋｇ荷重の条件にて測定した値である。
【０００９】
本発明における発泡剤としては、例えば、プロパン、ブタン、ペンタンなどの物理発泡剤、または重曹−クエン酸などの化学発泡剤があげられる。また、工業的にはブタンが多用される。なかでも、発泡シートの熱成形性および発泡剤ガスの保持性の観点からイソブタン７０〜１００重量％およびノルマルブタン０〜３０重量％からなる混合ブタンを用いることが好ましい。
【００１０】
本発明におけるポリスチレン樹脂発泡シート中の残存発泡剤量は、３．５〜６．０重量％が好ましく、４．０〜５．０重量％がより好ましい。残存発泡剤量が３．５重量％未満では、セルの内圧が低くなるため、成形品のリップ強度が（式１）を満足しなくなり、る。また、６．０重量％を超えると、押出機内の樹脂粘度変化による吐出変動によってシート厚みやシート目付の変動が発生し、安定した品質を確保することができない。ここで、残存発泡剤量は、サーキュラー・ダイより押出発泡されたポリスチレン樹脂発泡シートを１５０℃の乾燥機中で３０分間加熱した後の重量変化から算出して得られる値である。
【００１１】
通常、ブタン圧入量は、ポリスチレン樹脂１００重量部に対して、２．０〜３．５部程度である（特許文献１および２参照）。これに対して、本発明における前記ポリスチレン樹脂へのブタン圧入量は、ポリスチレン樹脂発泡シート中の残存発泡剤量を３．５〜６．５重量％にできる点からにするためには、ポリスチレン樹脂１００重量部に対して４．５〜５．５重量部が好ましい。
【００１２】
本発明における造核剤としては、例えば、タルク、炭酸カルシウムなどの無機物粉末があげられる。なかでも、気泡径を小さくする効果が大きいことおよび安価であるという点で、タルクが好ましい。造核剤の含有量は、ポリスチレン樹脂１００重量部に対して０．２〜０．３重量部が好ましい。造核剤の含有量が０．２重量部未満では、期待する造核作用が認められず、容器の低温脆性が悪化する傾向があり、０．３重量部を超えると造核効果によりセル膜厚の低下が起こり、強度が低下する傾向がある。
【００１３】
本発明における成形性調整剤としては、例えば、流動パラフィン、天然パラフィン、パラフィンワックス、ポリオレフィンパラフィンなどがあげられる。なかでも、ポリスチレンとの親和性の点で、流動パラフィンが好ましい。
【００１４】
ポリスチレン樹脂発泡シートの厚さは、成形する容器の形状によって適正なシートの二次発泡厚みが選択される。一般に、トレー容器への成形を行う場合には３．８〜４．２ｍｍ程度の二次発泡厚みが求められ、これに合わせて、一次発泡厚みを決める必要がある。トレー容器の強度を十分引き出すためには、一次発泡シートの加熱前後での厚さの比が１．５〜２．５倍となるように加熱して成形を行うことが必要である。そのため、本発明におけるポリスチレン樹脂発泡シートの厚さは１．５〜２．５ｍｍが好ましく、１．８〜２．２ｍｍがより好ましい。ポリスチレン樹脂発泡シートの厚さが１．５ｍｍより薄いと、目的とする二次発泡厚さを得ようとするとセルが破泡し、強度が式１を満足しなくなる。２．５ｍｍを越えると、目的とする二次発泡シート厚さを得ようとした場合に成形時に十分な加熱を行うことができず、加熱不足で発泡シートの伸びが不足し、ナキ等の成形不良が発生し、良好な容器が得られない。
【００１５】
本発明におけるポリスチレン樹脂発泡シートの厚み方向のセル数は、９〜１５個／ｍｍが好ましい。厚み方向のセル数が９個／ｍｍ未満の場合には、セル膜が厚くなりすぎ、発泡シートは柔軟でなくなるため、トレー容器の底面での面衝撃試験時の５０％破壊エネルギーが低くなり、割れやすくなる傾向がある。厚み方向のセル数が１５個／ｍｍを越える場合には、セル膜が薄くなりすぎ、強度が（式１）を満足しなくなり、また、熱成形時にシートが伸びず良好な容器が得られない場合がある。
【００１６】
押出発泡にて発泡シートを製造する際、発泡シート表面に空気を吹き付けて急冷することにより、発泡シートの表面層の密度を高くすることができ、さらに、発泡シートの二次発泡時の加熱条件を調整することにより、二次発泡シートの表面に微細セルを生成させることができる。目標とする表面の密度を得るためには、押出直後のシート表面温度、押出樹脂吐出量、シート引き取り速度等に合わせて、冷却空気の温度、風量、風速および吹き付け位置を適宜調整すればよい。
【００１７】
例えば、サーキュラーダイを用いて押出発泡シートを得る場合、急冷の度合いを上げることにより発泡シートの表面層の密度を高くできる点で、サーキュラーダイ出口にて円筒状冷却筒に接する前に発泡シートの表面に、２０〜３０℃のエアーを押出吐出樹脂１Ｋｇあたり０．８〜１．５ｍ３程度を吹き付けるのが好ましい。ただし、急冷度合いを上げ過ぎると、発泡シートの安定した生産がしにくくなる等の問題がある。
【００１８】
発泡シートを加熱ヒーター等で加熱して二次発泡される際、ヒーター温度の上昇または加熱時間の延長により、その二次発泡厚みを増加させることができる。しかし、加熱量がある限界を超えるとセルの破泡が起こり二次発泡厚みが低下し始める。そのセル破泡が起こる直前の二次発泡厚みを最高二次発泡厚みと定義した場合、最高二次発泡厚みの６０％以上となる加熱条件を設定することにより、シートの表面に長径１００μｍ未満の微細セルが生成される。
【００１９】
本発明におけるポリスチレン樹脂発泡シートでの両方の表面から厚さ方向に対し１００μｍまでの部分（以下、表層部と称す）の密度は、０．２５ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、０．３０ｇ／ｃｍ３以上がより好ましい。表層部の密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上の場合には、成形時の加熱により長径１００μｍ未満の微細なセルが生成され、容器の耐衝撃性を向上させる。耐衝撃性の向上は、二次発泡シートの表面に生成した微細セルが、容器に与えられた衝撃を分散または吸収するためであると考られる。この際、微細セルは細かく、その量が多い方が、耐衝撃性はより向上する。本発明では、二次発泡シートの表面に微細セルを生成させることにより、耐衝撃性が大幅に向上する。一方、表層部の密度が０．２５ｇ／ｃｍ３未満では、成形時の加熱で微細セルを発生することができず、前記トレー容器の５０％破壊エネルギーが１．０Ｊ以上を満たすことができない。
【００２０】
本発明におけるポリスチレン樹脂発泡シートは、広く一般的に行われている方法で、容器に成形することができる。例えば、該ポリスチレン樹脂発泡シートは、赤外線ヒーター等で加熱し、発泡シートを二次発泡させた後、金型で嵌合して容器形状を付与した後、シートから容器を打ち抜く方法により、成形することができる。
【００２１】
本発明におけるポリスチレン樹脂発泡シートを成形して得られる容器は、十分な強度および割れにくさを有する点で、ポリスチレン樹脂発泡シートを、加熱前後での厚さ比が１．５〜２．５倍になるよう二次発泡させた後、縦２０ｃｍ、横１１．４ｃｍおよび深さ１．５ｃｍに成形したトレー容器を横方向に１０ｍｍ圧縮した場合のリップ強度Ｙ［Ｎ］およびポリスチレン樹脂発泡シートの目付Ｘ［ｇ／ｍ２］との関係が
Ｙ＞０．０５Ｘ−２．１６    (式１)
を満たし、かつ、該トレー容器の底面部分における２３℃での面衝撃試験時の５０％破壊エネルギーが１．０Ｊ以上であることが好ましい。
【００２２】
リップ強度Ｙおよび目付Ｘが（式１）の関係を満たさない場合には、ポリスチレン樹脂発泡シートを成形した容器の強度としては不十分であり、トレー容器としての使用時に支障をきたす。また、トレー容器の５０％破壊エネルギーが１．０Ｊ未満の場合には、耐衝撃性が不十分となり割れやすくなる傾向がある。
【００２３】
本発明では、前記ポリスチレン樹脂発泡シートの表面の光沢を増し、外観を向上させることを目的にシートの両方または片面に厚さ１０〜１３０μｍの非発泡ポリスチレンフィルムを積層しても良い。非発泡ポリスチレンフィルムの厚さが１０μｍより薄いと表面光沢アップの効果が発生せず、１３０μｍをこえるとコストが増し、実用的でなくなる。
【００２４】
非発泡ポリスチレンフィルムの積層は、ポリスチレン樹脂発泡シート押出２〜３週間後、熱ラミネーション法によって、非発泡ポリスチレンフィルムを発泡シートと接着すれば積層することができる。前記非発泡ポリスチレンフィルムとしては、何でも良いが特に接着性の観点から耐衝撃性ポリスチレン樹脂、延伸ポリスチレン系樹脂フィルムが好ましい。
【００２５】
本発明のポリスチレン樹脂発泡シートおよびポリスチレン樹脂積層発泡シートは、軽量で強度に優れ、割れにくい容器が得られるため、各種包装用トレーとして幅広く利用される。
【実施例】
【００２６】
次に、実施例をあげて具体的に本発明をさらに詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
実施例または比較例にて得られたポリスチレン樹脂シートの評価条件を、以下に示す。
【００２８】
（厚みの測定）
シート巾方向に厚さをダイヤルゲージ（ＰＥＡＣＯＣＫ社製ＤＩＡＬ  ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ  ＧＡＵＧＥ）を用いて測定した。
【００２９】
（残存発泡剤量）
サーキュラーダイより押出発泡されたポリスチレン樹脂発泡シートについて、乾燥前の重量と１５０℃の乾燥機中に３０分間加熱した後の重量の重量変化から算出した。
【００３０】
（厚さ方向のセル数）
押出方向と直交する幅方向の積層発泡シートの垂直縦断面を顕微鏡にて投影し、厚さ方向に積層するセル数を調べた。
【００３１】
（ポリスチレン樹脂発泡シートの表面部分の密度）
ポリスチレン樹脂発泡シートの巾方向の３カ所から１ｃｍ×５ｃｍのサンプルを切り出し、その表層部１００μｍを削り取って重量を測定して求めた。
【００３２】
（トレー容器の作製）
単発成形機を用いて、ポリスチレン樹脂発泡シートの加熱前と加熱後の厚さの比が２．１倍になるように、炉内雰囲気温度が上面／下面＝１７２／１６７℃条件下で６秒間加熱し２次発泡させた後、縦２０ｃｍ、横１１．４ｃｍおよび深さ１．５ｃｍの格子模様つきトレー容器に成形した。
（二次発泡倍率の測定）
ポリスチレン樹脂発泡シートの加熱前と加熱後の厚さの比を二次発泡倍率とした。加熱後の発泡シートの厚さは、ポリスチレン樹脂発泡シートを５４ｃｍ角に切り出し、炉内雰囲気温度が上／下＝１７２／１６７℃条件下で６秒間加熱し２次発泡させたときの厚さをダイヤルゲージを用いて測定した。
【００３３】
（トレー容器のリップ強度）
前記の方法により成形した格子模様つきトレー容器を測定用試料とした。デジタル・フォースゲージ（ＩＭＡＤＡ（株）製、ＤＰＳ−５Ｒ）を用い、トレー容器のリップ強度の最大値を測定した。リップ強度の測定条件は、測定用試料であるトレー容器を横方向に最大圧縮強度４９Ｎにて１０ｍｍ圧縮した時の最大荷重を求めた。
【００３４】
（トレー容器の脆性評価）
前記の方法により成形した格子模様つきトレー容器を測定用試料とした。デュポン衝撃試験器を用い、ＪＩＳ−Ｋ７２１１の方法に準拠し、２３℃での容器底面部分に衝撃を与えた場合のトレー容器の５０％破壊エネルギーを測定した。
【００３５】
（目付）
ポリスチレン樹脂発泡シートおよびポリスチレン樹脂積層発泡シートの目付は、シートの巻重量、巻ｍ数、シート巾を測定し、巻重量を巻ｍ数およびシート巾で割ることにより求めた。
【００３６】
（微細セル）
加熱前と加熱後の厚さの比が２．１倍になるように二次発泡させたポリスチレン樹脂発泡シートの断面構造をセル走査型電子顕微鏡にて観察し、表面部分に長径１００μｍ未満の微細な気泡の有無を目視にて観察した。
【００３７】
（実施例１〜３および比較例１〜８）
ポリスチレン樹脂としてＨＲＭ−４０Ｎ（東洋スチレン（株）社製、ＭＦＲ＝１．１）を使用し、表２記載のセル数となるように造核剤であるタルク（林化成（株）社製、タルカンＰＫ）添加量を調整し、１１５ｍｍφ−１８０ｍｍφのタンデム押出機にポリスチレン樹脂と共に投入した。一段目押出機にてポリスチレン樹脂を溶融混練した後、発泡剤として、イソブタンとノルマルブタンの組成比が８５／１５（重量％）の混合ガスを表２記載の残存発泡剤量となるように押出機に圧入し、ポリスチレン樹脂と発泡剤とを充分に混合した。更に、二段目押出機にてポリスチレン樹脂を冷却した後、サーキュラー・ダイを通して押出発泡し、ポリスチレン樹脂発泡シートを得た。またこの時、引き取り速度を調整することによって表２記載の目付となるようにした。また、押出直後のポリスチレン樹脂発泡シートの表層部の密度が、表２記載の値となるようにエアーを吹付けた。このようにして、厚さ２．０ｍｍポリスチレン樹脂発泡シートを得た。この際の造核剤量、ブタン圧入量および風量を、表１に示した。なお、発泡シートの表面は、環状冷却マンドレルに接する面を示し、および裏面はその反対面を示す。
【００３８】
【表１】
2005138511.tif 000002
【００３９】
更に、実施例４に関しては、実施例１のシートを押出３週間後に厚み２０μの非発泡ポリスチレンフィルムを積層した。
【００４０】
得られたポリスチレン樹脂発泡シートの残存発泡剤量、厚さ方向セル数、トレー容器のリップ強度、ポリスチレン樹脂発泡シートの両方の表面から厚さ方向に１００μｍまでの部分の密度、トレー容器の５０％破壊エネルギーを以下の方法に基づいて測定した。その評価結果を表２に記す。
【００４１】
【表２】
2005138511.tif 000003
【００４２】
本発明による実施例１〜３は、厚み方向のセル数が９〜１５個／ｍｍ、残存発泡剤量が３．５〜６．０重量％、シート両面の表層密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上であり、シート両面に微細セルが発生していることから、リップ強度とポリスチレン樹脂発泡シートの目付の関係式（式１）を満たし、トレー容器の５０％破壊エネルギーは１．０Ｊ以上であるため、強度が高く割れにくい容器であった。
【００４３】
一方、比較例１は、裏面の表層密度が０．２５ｇ／ｃｍ3未満で、微細セルがシート片面にしか発生していない。そのためトレー容器の５０％破壊エネルギーは１．０Ｊ未満であり、割れやすい容器であった。
比較例３、５および６は、セル数が少なく、非ラミ面の表層密度が０．２５ｇ／ｃｍ3未満で、微細セルがシート片面にしか発生していない。そのためトレー容器の５０％破壊エネルギーは１．０Ｊ未満であり、割れやすい容器であった。
比較例２および４は、残存発泡剤量が３．５重量％未満のため、（式１）を満たすことができず弱い容器であった。
比較例７は、厚み方向のセル数が１６個／ｍｍであることからトレー容器の５０％破壊エネルギーは１．０Ｊ以上であるが、残存発泡剤量が３．５重量％未満のため、（式１）を満たすことができず弱い容器であった。
比較例８は、シート両面の表層密度が０．２５ｇ／ｃｍ3以上であるが、微細セルがシート片面にしか発生していないことから、落球試験法によるトレー容器の５０％破壊エネルギーは１．０Ｊ未満であり、割れやすい容器であった。
【００４４】
（実施例４および比較例９）
実施例１で得られたポリスチレン樹脂発泡シートを押出後３週間養生させた後、厚み２０μｍの非発泡ポリスチレンフィルムを積層し、得られたトレー容器の５０％破壊エネルギーを評価し、表３に実施例４として示した。また、比較例１で得られたポリスチレン樹脂発泡シートに同様の積層を行って評価し、表３に比較例９として示した。
【００４５】
【表３】
2005138511.tif 000004
【００４６】
実施例１に非発泡ポリスチレンフィルムを積層した実施例４は強度が高く割れにくく、光沢を有した外観良好な容器であった。