特許 7571400 プラスチック射出成形品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】プラスチック射出成形品

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/00 20060101AFI20241016BHJP

   B29C 45/14 20060101ALI20241016BHJP

   B32B 27/00 20060101ALI20241016BHJP

   B32B 27/32 20060101ALI20241016BHJP

   B65D 1/26 20060101ALI20241016BHJP

   B65D 65/02 20060101ALI20241016BHJP

   C08L 23/16 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

B29C45/00

B29C45/14

B32B27/00 H ZAB

B32B27/32 Z

B65D1/26 110

B65D65/02 E

C08L23/16

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020113883

(22)【出願日】2020-07-01

(65)【公開番号】P2022012219

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2023-05-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000002897

【氏名又は名称】大日本印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岸田 広史

(72)【発明者】

【氏名】坂井 政俊

【審査官】藤原 研司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２２７４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８２５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０２６６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９３０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２７３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１４５０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ

Ｂ３２Ｂ

Ｂ６５Ｄ

Ｃ０８Ｌ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイオマス由来のエチレンを含むモノマーが重合してなるバイオマス由来のポリエチレンと、化石燃料由来のプロピレン及びエチレンのモノマーが重合してなる化石燃料由来のポリプロピレンと、を含んだ樹脂組成物からなり、側面の肉厚が０．５～０．９ｍｍであり、側面でのヘイズ値が３０％未満であるプラスチック射出成形品であって、
前記バイオマス由来のポリエチレンが、０.９１～０．９６ｇ／ｃｍ³の密度と、１５ｇ／１０ｍｉｎ以上のメルトフローレート（１９０℃，２．１６ｋｇで押し出し）と、を有し、
前記化石燃料由来のポリプロピレンが、ブロックタイプのポリプロピレン樹脂であり、０．８９～０．９３ｇ／ｃｍ³の密度と、３０ｇ／１０ｍｉｎ以上のメルトフローレート（ＪＩＳ規格６９２１－２）と、を有し、
前記樹脂組成物が、前記バイオマス由来のポリエチレンを前記樹脂組成物全体に対して５質量％～１５質量％含むことを特徴とするプラスチック射出成形品。

【請求項2】

バイオマス由来のエチレンを含むモノマーが重合してなるバイオマス由来のポリエチレンと、化石燃料由来のプロピレン及びエチレンのモノマーが重合してなる化石燃料由来のポリプロピレンと、を含んだ樹脂組成物からなり、側面の肉厚が０．５～０．９ｍｍであり、側面でのヘイズ値が３０％未満であるプラスチック射出成形品であって、
前記バイオマス由来のポリエチレンが、０.９１～０．９６ｇ／ｃｍ³の密度と、１５ｇ／１０ｍｉｎ以上のメルトフローレート（１９０℃，２．１６ｋｇで押し出し）と、を有し、
前記化石燃料由来のポリプロピレンが、ランダムタイプのポリプロピレン樹脂であり、０．８９～０．９３ｇ／ｃｍ³の密度と、３０ｇ／１０ｍｉｎ以上のメルトフローレート（ＪＩＳ規格６９２１－２）と、を有し、
前記樹脂組成物が、前記バイオマス由来のポリエチレンを前記樹脂組成物全体に対して５質量％～１０質量％含むことを特徴とするプラスチック射出成形品。

【請求項3】

インモールドラベル成形によりラベルが一体化されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラスチック射出成形品。

【請求項4】

カップ形状を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のプラスチック射出成形品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はプラスチック射出成形品に関するものであり、例えば、バイオマス由来のポリエチレンを含んだ樹脂組成物からなるプラスチック射出成形品に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、循環型社会の構築を求める声の高まりとともに、材料分野においてもエネルギーと同様に化石燃料からの脱却が望まれており、バイオマスの利用が注目されている。バイオマスは、二酸化炭素と水から光合成された有機化合物であり、それを利用すると再度二酸化炭素と水になることから、バイオマスエネルギーはカーボンニュートラルな再生可能エネルギーと言える。昨今、バイオマスを原料としたバイオマスプラスチックの実用化が急速に進んでおり、各種の樹脂をバイオマス原料から製造する試みも行われている。

【0003】

バイオマス由来の樹脂としては、乳酸発酵を経由して製造されるポリ乳酸（ＰＬＡ）が知られており、先行して商業生産が始まっている。しかし、生分解性であることをはじめ、プラスチックとしての性能が現在の汎用プラスチックとは大きく異なるため、製品用途や製品製造方法に限界があり広く普及するには至っていない。また、ＰＬＡに対しては、ライフサイクルアセスメント（ＬＣＡ）評価が行われており、ＰＬＡ製造時の消費エネルギー及び汎用プラスチック代替時の等価性等について議論がなされている。

【0004】

汎用プラスチックとしては、ポリエチレン，ポリ塩化ビニル，ポリスチレン，ＡＢＳ樹脂等、様々な種類のものが知られている。特にポリエチレンは、フィルム，シート，ボトル，カップ等に成形され、包装材料等の種々の用途に供されており、世界中での使用量も多い。したがって、従来の化石燃料由来のポリエチレンを用いることは環境負荷が大きいため、ポリエチレンの製造にバイオマス由来の原料を用いて、化石燃料の使用量を削減することが望まれている。こういった観点から、ポリオレフィン樹脂の原料となるエチレン等を再生可能な天然原料から製造する技術が、特許文献１等で提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２０１１－５０６６２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

プラスチック成形の多くには射出成形が採用されている。しかし、バイオマス由来のポリエチレンを含んだ樹脂組成物を用いて射出成形を行った場合、濃淡ムラのない高い透明性を有する射出成形品を製造することは容易でない。例えば、樹脂組成物の流動性が低いため薄肉の成形が困難であったり、濃淡ムラが生じて透明性が低下したりする。

【0007】

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、濃淡ムラのない高い透明性を有するとともに製造容易で環境負荷の小さいプラスチック射出成形品を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、第１の発明のプラスチック射出成形品は、バイオマス由来のエチレンを含むモノマーが重合してなるバイオマス由来のポリエチレンと、化石燃料由来のプロピレン及びエチレンのモノマーが重合してなる化石燃料由来のポリプロピレンと、を含んだ樹脂組成物からなるプラスチック射出成形品であって、
前記バイオマス由来のポリエチレンが、０．９１～０．９６ｇ／ｃｍ³の密度と、１５ｇ／１０ｍｉｎ以上のメルトフローレートと、を有し、
前記化石燃料由来のポリプロピレンが、０．８９～０．９３ｇ／ｃｍ³の密度と、３０ｇ／１０ｍｉｎ以上のメルトフローレートと、を有し、
前記樹脂組成物が、前記バイオマス由来のポリエチレンを前記樹脂組成物全体に対して５質量％以上含むことを特徴とする。

【0009】

第２の発明のプラスチック射出成形品は、上記第１の発明において、前記樹脂組成物が、前記バイオマス由来のポリエチレンを前記樹脂組成物全体に対して５～３０質量％含むことを特徴とする。

【0010】

第３の発明のプラスチック射出成形品は、上記第１の発明において、側面の肉厚が０．５～０．９ｍｍであり、側面でのヘイズ値が３０％未満であるプラスチック射出成形品であって、
前記化石燃料由来のポリプロピレンが、透明性を有するブロックタイプのポリプロピレン樹脂であり、
前記樹脂組成物が、前記バイオマス由来のポリエチレンを前記樹脂組成物全体に対して５～１５質量％含むことを特徴とする。

【0011】

第４の発明のプラスチック射出成形品は、上記第１の発明において、側面の肉厚が０．５～０．９ｍｍであり、側面でのヘイズ値が３０％未満であるプラスチック射出成形品であって、
前記化石燃料由来のポリプロピレンが、透明性を有するランダムタイプのポリプロピレン樹脂であり、
前記樹脂組成物が、前記バイオマス由来のポリエチレンを前記樹脂組成物全体に対して５～１０質量％含むことを特徴とする。

【0012】

第５の発明のプラスチック射出成形品は、上記第１～第４のいずれか１つの発明において、インモールドラベル成形によりラベルが一体化されていることを特徴とする。

【0013】

第６の発明のプラスチック射出成形品は、上記第１～第５のいずれか１つの発明において、カップ形状を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、プラスチック射出成形品を構成する樹脂組成物が、バイオマス由来のポリエチレンを樹脂組成物全体に対して５質量％以上含む構成になっているため、カーボンニュートラルなプラスチック射出成形品を実現することができる。つまり、従来に比べて化石燃料の使用量を大幅に削減することができ、環境負荷を減らすことができる。さらに、バイオマス由来のポリエチレンと化石燃料由来のポリプロピレンとが、それぞれ適正な密度とメルトフローレートを有する構成になっているため、射出成形品に濃淡ムラのない高い透明性を有しながら、射出成形品の容易な製造が可能である。例えば肉厚の薄いカップであっても、樹脂組成物の高い流動性によって容易に製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】プラスチック射出成形品の一実施の形態を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態に係るプラスチック射出成形品等を、図面を参照しつつ説明する。図１に、一実施の形態に係るプラスチック射出成形品１０の概略構造を模式的に示す。図１において、（Ａ）はプラスチック射出成形品１０を示す平面図であり、（Ｂ）はプラスチック射出成形品１０を部分的に断面で示す正面図である。

【0017】

プラスチック射出成形品１０は、図１に示すようにカップ形状を有しており、好ましい側面の肉厚ｄは０．５～０．９ｍｍであり、好ましい側面でのヘイズ値は３０％未満である。ここでは、側面の肉厚ｄ＝０．７ｍｍ、カップの高さｈ＝１００ｍｍのサイズを有し、インモールドラベル成形によりラベルが一体化されたものを想定しているが、成形体サイズ，射出成形方式等はこれらに限らない。

【0018】

なお、インモールドラベル成形とは、射出成形時にラベルを金型に挿入して、成形と同時にラベリングする技術である。ラベルには、グラビア印刷等で美麗な印刷が施されたり、バリア性を有するフィルムが積層されたりする。そのラベリングによって、射出成形容器に意匠及び機能（バリア性）が付与される。それに対して、一般的な射出成形品への絵付けでは、射出成形後に直接印刷（ドライオフセット印刷），シュリンク加工等の２次加工が必要になる。

【0019】

プラスチック射出成形品１０は、バイオマス由来のエチレンを含むモノマーが重合してなるバイオマス由来のポリエチレン（ＰＥ）と、化石燃料由来のプロピレン及びエチレンのモノマーが重合してなる化石燃料由来のポリプロピレン（ＰＰ）と、を含んだ樹脂組成物からなっており、その樹脂組成物には、バイオマス由来のポリエチレンが樹脂組成物全体に対して５質量％以上含まれている。このようにバイオマス由来のポリエチレンを５質量％以上含むことによって、カーボンニュートラルなプラスチック射出成形品を実現することができる。つまり、従来に比べて化石燃料の使用量を大幅に削減することができ、環境負荷を減らすことができる。

【0020】

射出成形を行うには、樹脂の密度とメルトフローレート（ＭＦＲ）を適正に設定する必要がある。つまり、射出成形を行う上で、バイオマス由来のポリエチレンは、０．９１～０．９６ｇ／ｃｍ³の密度と、１５ｇ／１０ｍｉｎ以上のメルトフローレートと、を有することが好ましく、また、化石燃料由来のポリプロピレンは、０．８９～０．９３ｇ／ｃｍ³の密度と、３０ｇ／１０ｍｉｎ以上のメルトフローレートと、を有することが好ましい。これらの密度範囲は、適度な成形体強度と透明性が得られ、かつ、容易に入手可能なバイオマス由来のポリエチレンと化石燃料由来のポリプロピレンを網羅しており、これらのＭＦＲ範囲は、射出成形に適した流動性の範囲を示している。

【0021】

バイオマス由来のポリエチレンのメルトフローレートが１５ｇ／１０ｍｉｎ未満の場合、樹脂組成物の流動性が悪くなって、薄肉容器（カップ等）の成形が困難になる。主要材料である化石燃料由来のポリプロピレンのメルトフローレートが３０ｇ／１０ｍｉｎ未満の場合も同様であり、薄肉容器（カップ等）の成形が困難になる。このように、バイオマス由来のポリエチレンと化石燃料由来のポリプロピレンを、それぞれ適正な密度とメルトフローレートを有する構成にすることによって、射出成形品に濃淡ムラのない高い透明性を有しながら、射出成形品の製造を容易にすることが可能になる。例えば肉厚の薄いカップであっても、樹脂組成物の高い流動性によって容易に製造することが可能である。

【0022】

バイオマス由来のポリエチレンは、化石燃料由来のポリプロピレンと比較して樹脂の流動性が悪い。例えば、プラスチック射出成形品１０のサイズが、側面の肉厚ｄ＝０．５ｍｍ，カップの高さｈ＝１００ｍｍの場合、バイオマス由来のポリエチレンを樹脂組成物全体に対して３０質量％を超えて添加すると、カップのフランジまで樹脂が流れず成形不良になるおそれがある。しかも、側面でのヘイズ値が３０％以上になった場合、成形品の中身を見せたい用途に使用することが困難になる。そのため、樹脂組成物全体に対するバイオマス由来のポリエチレンの添加量は、３０質量％以下であることが望ましい。つまり、樹脂組成物が、バイオマス由来のポリエチレンを樹脂組成物全体に対して５～３０質量％含むことが望ましい。

【0023】

透明なプラスチック射出成形品を得る場合、一般的にはランダムタイプのポリプロピレン樹脂が用いられるが、ランダムタイプのポリプロピレン樹脂にバイオマス由来のポリエチレンを添加すると、ランダム結合が阻害されて透明性が著しく低下する。それに対して、透明性を有するブロックタイプのポリプロピレンでは、ブロック結合部にポリエチレンが入り込むことで透明性の低下が抑えられるため、ランダムタイプのポリプロピレン樹脂よりも透明なプラスチック射出成形品が得られる。したがって、成形品の中身を見せたい用途では、透明性を有するブロックタイプのポリプロピレン樹脂とのブレンドが望ましい。

【0024】

上記のように、用いる化石燃料由来のポリプロピレンのタイプ（ブロックタイプ，ランダムタイプ）に応じて透明性（ヘイズ値）が異なることから、バイオマス由来のポリエチレンの含有量を化石燃料由来のポリプロピレンのタイプに応じた設定にすることが、透明性の観点から好ましい。また、一般的な射出成形品（カップ形状の容器等）では、強度と成形性とのバランスから側面の肉厚ｄを０．５～０．９ｍｍとするのが好ましく、チルド飲料用カップやデザート用カップ等の射出成形品を想定した場合、その中身が見えるように（内容物の視認性を確保）するため、側面でのヘイズ値を３０％未満とするのが好ましい。

【0025】

したがって、側面の肉厚ｄが０．５～０．９ｍｍであり、側面でのヘイズ値が３０％未満であるプラスチック射出成形品にあっては、化石燃料由来のポリプロピレンが、透明性を有するブロックタイプのポリプロピレン樹脂である場合、樹脂組成物がバイオマス由来のポリエチレンを樹脂組成物全体に対して５～１５質量％含むことが好ましく、化石燃料由来のポリプロピレンが、透明性を有するランダムタイプのポリプロピレン樹脂である場合、樹脂組成物がバイオマス由来のポリエチレンを樹脂組成物全体に対して５～１０質量％含むことが好ましい。

【0026】

バイオマス由来のポリエチレンの原料となるバイオマス由来のエチレンは、バイオマス由来のエタノールを原料として製造することができる。バイオマス由来のエタノールとしては、例えば、植物原料から得られるバイオマス由来の発酵エタノールが挙げられ、植物原料としては、例えば、トウモロコシ，サトウキビ，ビート，マニオク等が挙げられる。バイオマス由来の発酵エタノールとは、植物原料から得られる炭素源を含む培養液にエタノールを生産する微生物又はその破砕物由来産物を接触させ、生産した後、精製されたエタノールである。培養液からのエタノールの精製には、蒸留，膜分離，抽出等の従来公知の方法を用いることができる。そして、触媒を用いた従来公知の方法によりエタノールの脱水反応を行うと、エチレン，水及び少量の未反応エタノールの混合部が得られ、その混合部から気液分離により水やエタノールを除くと、バイオマス由来のエチレンが得られる。バイオマス由来のエチレンを含むモノマーの重合方法についても、従来公知の方法により行うことができる。

【0027】

バイオマス由来のポリエチレンは、バイオマス由来のエチレンを含むモノマーが重合してなるものである。したがって、原料のモノマーはバイオマス由来のエチレンを１００質量％含むものでなくてもよい。例えば、化石燃料由来のエチレンやα－オレフィンを更に含んでもよいし、バイオマス由来のα－オレフィンを更に含んでもよい。α－オレフィンとしては、例えば炭素数３～２０のものを用いることができ、製造等における観点から好ましいものとしては、ブチレン，ヘキセン及びオクテンが挙げられる。

【0028】

バイオマス由来のポリエチレンにおけるバイオマス由来のエチレン濃度（以下「バイオマス度」ともいう。）は、放射性炭素（Ｃ１４）測定によるバイオマス由来の炭素の含有量として測定することができる。大気中の二酸化炭素には、Ｃ１４が一定割合（１０５．５ｐＭＣ）で含まれているため、大気中の二酸化炭素を取り入れて成長する植物、例えばトウモロコシ中のＣ１４含有量も１０５．５ｐＭＣ程度であることが知られている。また、化石燃料中にはＣ１４が殆ど含まれていないことも知られている。したがって、ポリエチレン中の全炭素原子中に含まれるＣ１４の割合を測定することにより、バイオマス由来の炭素の割合を算出することができる。例えば、バイオマス由来のポリエチレン中のＣ１４の含有量をＰＣ１４とした場合、バイオマス由来のポリエチレンのバイオマス度は、バイオマス由来の炭素の含有量Ｐｂｉｏとして、式：Ｐｂｉｏ（％）＝ＰＣ１４／１０５．５×１００で算出することができる。

【0029】

ポリエチレンの原料として全てバイオマス由来のエチレンを用いれば、バイオマス由来のエチレン濃度は１００％となるため、バイオマス由来のポリエチレンのバイオマス度は１００％となる。樹脂組成物の一部にでもバイオマス由来のポリエチレンを用いれば、化石燃料の使用量が削減されるため、バイオマス由来のポリエチレンのバイオマス度は１００％である必要がない。ただし、通常のバイオマス由来のポリエチレンであれば、樹脂組成物全体に対して５質量％以上含むようにすると化石燃料の使用量の削減効果が顕著になるため、バイオマス由来のポリエチレンのバイオマス度は、８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることが更に好ましい。

【実施例】

【0030】

以下、本発明を実施したプラスチック射出成形品等を、実施例及び比較例を挙げて更に具体的に説明する。表１に、比較例１，２と実施例１～１０（側面の肉厚ｄ＝０．７ｍｍ，カップの高さｈ＝１００ｍｍ）について、化石燃料由来のポリプロピレン（ＰＰ）の具体名、バイオマス由来のポリエチレン（ＰＥ）の具体名、各樹脂のブレンド比（ＰＰ／ＰＥ）、側面でのヘイズ値（％）及び外観を示す。また表２に、比較例１，２と実施例１～１０について、成形条件と成形性・条件変更を示す。なお、比較例１，２は、バイオマス由来のポリエチレンが無添加（ＰＰ／ＰＥ＝１００／０）であるため、環境負荷の大きい例である。

【0031】

化石燃料由来のポリプロピレンとして、サンアロマー（株）社製、商品名：ＣＭＡ７０Ｖ（透明ブロックＰＰ，密度：０．９０ｇ／ｃｍ³，ＭＦＲ：５０ｇ／１０ｍｉｎ（ＪＩＳ規格６９２１－２））と、日本ポリプロ（株）社製、商品名：ＭＧ０５ＥＳ（ランダムＰＰ，密度：０．９０ｇ／ｃｍ³，ＭＦＲ：４５ｇ／１０ｍｉｎ（ＪＩＳ規格６９２１－２））と、を用いた。

【0032】

バイオマス由来のポリエチレンとして、Ｂｒａｓｋｅｍ社製、商品名：ＳＨＡ７２６０（密度：０．９５５ｇ／ｃｍ³，ＭＦＲ２０ｇ／１０ｍｉｎ（１９０℃，２．１６ｋｇで押し出し），バイオマス度：９４％）を用いた。なお、バイオマス度とは、前述したように放射性炭素（Ｃ１４）測定によるバイオマス由来の炭素の含有量の値である。

【0033】

表１中の「外観」では、○：濃淡ムラが無く透明である、△：部分的にムラが見える、×：透明・不透明の濃淡ムラが全体に見える、と評価した。表２中、「成形性」では成形できなかったもののみを示し、「条件変更」では比較例１，２の保圧力等を基準として示した。樹脂の流動性を良くする場合、樹脂温度を上げて対応するのが一般的であるが、ポリエチレンを添加した場合、樹脂温度を２１０℃以上にすると、ポリエチレンが焼けて炭化異物が発生するため、保圧力と保圧切替位置を変更し、金型に樹脂を押し込んだ条件で対応した。なお、インモールドラベル成形の採用は評価結果に影響しない。

【0034】

【表1】

【0035】

【表2】

【符号の説明】

【0036】

１０ プラスチック射出成形品

【図1】