特許 7592982 射出成形体及びその製造方法、並びにこれに使用する原料

(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】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】射出成形体及びその製造方法、並びにこれに使用する原料

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/00 20060101AFI20241126BHJP

   C08L 23/10 20060101ALI20241126BHJP

   C08L 23/04 20060101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

B29C45/00

C08L23/10

C08L23/04

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020095406

(22)【出願日】2020-06-01

(65)【公開番号】P2021187077

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-05-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100169063

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 洋平

(72)【発明者】

【氏名】三宅 翔平

【審査官】今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１８４７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８２５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８９０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５５３２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ４５／００

Ｃ０８Ｌ ２３／１０

Ｃ０８Ｌ ２３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

植物由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリプロピレン樹脂とを含む原料を準備する工程と、
金型内に前記原料を供給する工程と、
を含み、
前記原料において、前記植物由来のポリエチレン樹脂と前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計質量を基準として、前記植物由来のポリエチレン樹脂の含有量が５～９５質量％であり且つ前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の含有量が９５～５質量％であり、
前記植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートが５～１５ｇ／１０分であり、
前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートが７～２０ｇ／１０分であり、
前記植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートの値Ａに対する、前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートの値Ｂの比（Ｂ／Ａ）が１．１～２．０であり、
前記原料の全質量に対する前記植物由来のポリエチレン樹脂及び前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計量が９０質量％以上である、射出成形体の製造方法。

【請求項2】

前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートが１５ｇ／１０分以下である、請求項１に記載の射出成形体の製造方法。

【請求項3】

前記金型がコールドランナーを有し、前記コールドランナーを通じて前記金型内に前記原料を供給する、請求項１又は２に記載の射出成形体の製造方法。

【請求項4】

植物由来のポリエチレン樹脂と、
化石燃料由来のポリプロピレン樹脂と、
を含む射出成形体製造用原料であって、
前記植物由来のポリエチレン樹脂と前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計質量を基準として、前記植物由来のポリエチレン樹脂の含有量が５～９５質量％であり且つ前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の含有量が９５～５質量％であり、
前記植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートが５～１５ｇ／１０分であり、
前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートが７～２０ｇ／１０分であり、
前記植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートの値Ａに対する、前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートの値Ｂの比（Ｂ／Ａ）が１．１～２．０であり、
当該射出成形体製造用原料の全質量に対する前記植物由来のポリエチレン樹脂及び前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計量が９０質量％以上である、射出成形体製造用原料。

【請求項5】

植物由来のポリエチレン樹脂と、
化石燃料由来のポリプロピレン樹脂と、
を含む射出成形体であって、
前記植物由来のポリエチレン樹脂と前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計質量を基準として、前記植物由来のポリエチレン樹脂の含有量が５～９５質量％であり且つ前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の含有量が９５～５質量％であり、
前記植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートが５～１５ｇ／１０分であり、
前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートが７～２０ｇ／１０分であり、
前記植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートの値Ａに対する、前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートの値Ｂの比（Ｂ／Ａ）が１．１～２．０であり、
当該射出成形体の全質量に対する前記植物由来のポリエチレン樹脂及び前記化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計量が９０質量％以上である、射出成形体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は射出成形体及びその製造方法、並びにこれに使用する原料に関する。

【背景技術】

【0002】

地球環境保全の観点から、植物由来の原料を使用したプラスチック材料の開発が進められている。特許文献１は再生可能な天然原料（例えば、サトウキビ）の残渣から１つ又は複数のオレフィンを生成する方法を開示するとともに、これらを使用したポリマーを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１０－５１１６３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

プラスチック材料を原料に用いる射出成形の分野において、原料の一部に植物由来の原料を使用することは地球環境保全に寄与する。そこで、本発明者らは、植物由来のポリエチレン樹脂と、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂とをブレンドした原料を調製し、これをコールドランナー方式の金型に供給して射出成形体を製造した。しかし、金型から取り出された成形体のゲート部分には固化した樹脂が残っていた。これは成形不良の一種であり、ゲート残りと称されるものである。

【0005】

図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、ゲート残りについて説明する。図１（ａ）は一対の金型１ａ，１ｂによって画成されたキャビティＣにプラスチック材料Ｐが充填された状態を模式的に示す断面図である。金型１ｂに設けられたコールドランナーＲを通じてキャビティＣ内にプラスチック材料Ｐが供給される。この状態ではコールドランナーＲにもプラスチック材料Ｐが充填されている。コールドランナーＲの先端開口がゲート部分に相当する。図１（ｂ）は金型１ａ，１ｂから回収した射出成形体１０を模式的に示す断面図である。射出成形体１０はゲート部分にプラスチック材料Ｐの突起１０ａ（ゲート残り）がある。

【0006】

本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、地球環境保全に寄与するとともに、成形不良の発生を抑制できる射出成形体の製造方法及びこれに使用する原料を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂と併用する植物由来のポリエチレン樹脂として、１９０℃におけるメルトフローレートの値が比較的小さいもの（溶融粘度が比較的高いもの）を選択して使用することにより、上記成形不良の発生を抑制できることを実験的に見出した。以下の本開示はこの知見に基づいてなされたものである。

【0008】

本開示の一側面に係る射出成形体の製造方法は、植物由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリプロピレン樹脂とを含む原料を準備する工程と、金型内に上記原料を供給する工程とを含み、上記原料において、植物由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計質量を基準として、植物由来のポリエチレン樹脂の含有量が５～９５質量％であり且つ化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の含有量が９５～５質量％であり、植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートが１５ｇ／１０分以下である。

【0009】

上記製造方法によれば、植物由来の樹脂材料を原料の一部として使用するため、地球環境保全に寄与し得る。また、上記製造方法によれば、コールドランナー方式の金型を使用した場合であっても、成形不良の発生を十分に抑制できる。なお、本開示おけるメルトフローレートの値は、ＪＩＳ Ｋ７２１０－１：２０１４に記載の方法に準拠し、所定の温度（１９０℃又は後述の２３０℃）及び荷重２．１６ｋｇの条件で測定された値を意味する。

【0010】

本開示の一側面は、上記射出成形体の製造方法に使用する原料に関する。この原料は、植物由来のポリエチレン樹脂と、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂とを含み、植物由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計質量を基準として、植物由来のポリエチレン樹脂の含有量が５～９５質量％であり且つ化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の含有量が９５～５質量％であり、植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートが１５ｇ／１０分以下である。

【0011】

本開示の一側面は射出成形体に関する。この射出成形体は、植物由来のポリエチレン樹脂と、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂とを含み、植物由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計質量を基準として、植物由来のポリエチレン樹脂の含有量が５～９５質量％であり且つ化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の含有量が９５～５質量％であり、植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートが１５ｇ／１０分以下である。

【0012】

本開示において、上記成形不良をより一層低減する観点から、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートは１５ｇ／１０分以下であることが好ましい。これと同様の観点から、植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートの値Ａに対する、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートの値Ｂの比（Ｂ／Ａ）は１．１以上２．０以下であることが好ましい。植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートは、原料の流動性の観点から、３ｇ／１０分以上であることが好ましい。これと同様の観点から、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートは５ｇ／１０分以上であることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、地球環境保全に寄与するとともに、成形不良の発生を十分に抑制できる射出成形体の製造方法及びこれに使用する原料が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１（ａ）はコールドランナー方式の金型内にプラスチック材料が供給された状態を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）はゲート部分に固化した樹脂が残っている成形体を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は実施例及び比較例で作製した射出成形体を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は実施例及び比較例で使用した金型を模式的に示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0016】

＜射出成形体の製造方法＞
本実施形態に係る射出成形体の製造方法は、以下の工程を含む。
（Ａ）植物由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリプロピレン樹脂とを含む原料を準備する工程。
（Ｂ）金型内に上記原料を供給する工程。

【0017】

（射出成形体製造用原料）
まず、射出成形体製造用原料について説明する。この原料は、上述のとおり、植物由来のポリエチレン樹脂と、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂とを含む。植物由来のポリエチレン樹脂として、例えば、ブラスケム社製のものが挙げられる。ブラスケム社は、再生可能な天然原料から、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）及び低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を製造し、これらを販売している。なお、植物由来のＬＬＤＰＥは、Ｃ４－ＬＬＤＰＥもしくはＣ６－ＬＬＤＰＥと表記される炭素数４もしくは６のα－オレフィンを側鎖に有するものである。

【0018】

植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートは１５ｇ／１０分以下であり、好ましくは１２ｇ／１０分以下であり、より好ましくは１０ｇ／１０分以下である。この値が１５ｇ／１０分以下であることで、植物由来のポリエチレン樹脂を化石燃料由来のポリプロピレン樹脂と併用しても、成形不良の発生を十分に抑制できる。この値は好ましくは３ｇ／１０分以上であり、より好ましくは５ｇ／１０分以上であり、更に好ましくは７ｇ／１０分以上である。この値が３ｇ／１０分以上であることで、原料に占める植物由来のポリエチレン樹脂の割合が比較的多くても、原料の流動性を十分に維持することができる。また、植物由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリプロピレンをブレンドしても射出成型品としての落下強度などの基本的な機能を満たすことができる。

【0019】

植物由来のポリエチレン樹脂の密度は、例えば、０．９１０～０．９６０ｇ／ｃｍ^３であり、０．９１５～０．９１８ｇ／ｃｍ^３又は０．９５３～０．９５９ｇ／ｃｍ^３であってもよい。植物由来のポリエチレン樹脂の密度がこの範囲であることで、植物由来のポリエチレン樹脂を化石燃料由来のポリプロピレン樹脂と併用しても、成形不良の発生を十分に抑制できる。

【0020】

化石燃料由来のポリプロピレン樹脂としては、例えば、ホモポリプロピレン、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン及び変性ポリプロピレンが挙げられる。ここでのブロックポリプロピレンとは、一般的に重合段階のホモポリプロピレンに対してゴム成分及びポリエチレンを分散させた構造を持つものである。ポリプロピレン樹脂として、ブロックポリプロピレン及びランダムポリプロピレンを組み合わせて用いる場合、ブロックポリプロピレンと、ランダムポリプロピレンとの質量比（ブロックポリプロピレン／ランダムポリプロピレン）は、２０／８０～８０／２０であることが好ましく、４０／６０～６０／４０であることが更に好ましい。

【0021】

変性ポリプロピレンは、例えば、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸の酸無水物、不飽和カルボン酸のエステル等から導かれる不飽和カルボン酸誘導体成分で、ポリプロピレンをグラフト変性することで得られる。また、ポリプロピレン樹脂として、水酸基変性ポリプロピレンやアクリル変性ポリプロピレン等の変性ポリプロピレンを使用することもできる。プロピレン系共重合体を得るために用いられるαオレフィン成分としては、１－ブテン、１－ペンテン、１－ヘキセン、１－ヘプテン、１－オクテン、４－メチル－１－ペンテンなどを例示することができる。

【0022】

化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートは、例えば、３０ｇ／１０分以下又は２０ｇ／１０分以下あればよく、１５ｇ／１０分以下であることが好ましくい。この値が１５ｇ／１０分以下であることで、原料に占める植物由来のポリエチレン樹脂の割合が比較的多くても、成形不良の発生を十分に抑制できる。この値は好ましくは３ｇ／１０分以上であり、より好ましくは５ｇ／１０分以上であり、更に好ましくは７ｇ／１０分以上である。この値が３ｇ／１０分以上であることで、原料に占める化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の割合が多くても、原料の流動性を十分に維持することができる。

【0023】

化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の密度は、例えば、０．９００～０．９１０ｇ／ｃｍ^３である。化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の密度がこの範囲であることで、植物由来のポリエチレン樹脂を化石燃料由来のポリプロピレン樹脂と併用しても、成形不良の発生を十分に抑制できる。

【0024】

上述の成形不良をより一層低減する観点から、植物由来のポリエチレン樹脂の１９０℃におけるメルトフローレートの値Ａに対する、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の２３０℃におけるメルトフローレートの値Ｂの比（Ｂ／Ａ）は、例えば、１．１～４．０であり、１．１～２．０又は２．０～４．０であってもよく、より一層高度に成形不良を抑制する観点から、１．１～２．０であることが好ましい。

【0025】

植物由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計質量を基準として、原料における植物由来のポリエチレン樹脂の含有量は５質量％以上であり、好ましくは１０質量％以上であり、より好ましくは２５質量％以上である。この値が５質量％以上であることで、カーボンニュートラルの点で地球環境保全に寄与できる。他方、同基準で、原料における化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の含有量は５質量％以上であり、好ましくは５０質量％以上であり、より好ましくは７０質量％以上である。この値が５質量％以上であることで、ポリプロピレン樹脂に起因する効果（例えば、優れた成形性及び物性）が十分に奏される。

【0026】

原料の全質量に対する植物由来のポリエチレン樹脂及び化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の合計量は、例えば、９０質量％以上であり、９５質量％以上又は９８質量％以上であってもよい。原料は植物由来のポリエチレン樹脂及び化石燃料由来のポリプロピレン樹脂の他に、例えば、射出成形体の原料に配合される添加剤等を含んでもよい。

【0027】

植物由来のポリエチレン樹脂と、化石燃料由来のポリプロピレン樹脂と、必要に応じて他の成分とを混合又は混練することによって原料を調製することができる（（Ａ）工程）。この原料の溶融物を金型のキャビティ内に供給する工程（（Ｂ）工程）を経て射出成形体を得ることができる。原料の調製及び原料の金型への供給を混練押出機で実施してもよい。例えば、スクリュを有する混練押出機を使用する場合、原料のメルトフローレート（溶融粘度）に応じてスクリュ温度を調整すればよい。スクリュ温度は、例えば、１９０～２２０℃であればよい。金型のキャビティへの原料の射出速度は、例えば、３０～８０ｍｍ／秒であればよい。なお、メルトフローレートの値が比較的小さい（溶融粘度が比較的高い）原料を使用する場合、混練押出機におけるＶ－Ｐ切り替え位置をノズル（吐出口）側に近づけることで、キャビティへの原料の充填性を向上し得る。

【0028】

金型はコールドランナー方式であっても、ホットランナー方式であってもよいが、本実施形態によれば、ホットランナー方式と比較してゲート残りが生じやすいコールドランナー方式の金型を使用した場合であっても、ゲート残りの発生を十分に抑制できる。これは、既存のコールドランナー方式の金型を使用し、従来の化石燃料由来の樹脂原料から本実施形態に係る原料に代えるだけで地球環境に配慮した射出成形体を製造し得るという利点がある。つまり、例えば、ホットランナー方式の金型を新たに導入する必要がないという利点がある。

【0029】

上記実施形態によれば、地球環境保全に寄与するとともに、成形不良の発生を十分に抑制できる射出成形体を効率的に製造することができる。射出成形体の具体例としては、プラスチック製のキャップ、容器、口栓が挙げられる。

【0030】

以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、コールドランナー方式の金型を使用して射出成形体を製造する場合を例示したが、ホットランナー方式の金型を使用して射出成形体を製造してもよい。

【0031】

上記実施形態においては、植物由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリプロピレン樹脂を併用する場合を例示したが、植物由来のポリエチレン樹脂の代わりに化石燃料由来のポリエチレン樹脂を使用して射出成形体を製造してもよい。化石燃料由来のポリエチレン樹脂の物性（例えば、１９０℃におけるメルトフローレート及び密度）は、上述の植物由来のポリエチレン樹脂と同様の範囲であることが好ましい。

【実施例】

【0032】

以下、本開示について実施例及び比較例に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0033】

以下の材料を使用し、比較例及び実施例に係る原料を調製した。
＜植物由来のポリエチレン樹脂（バイオＰＥ）＞
・バイオＰＥ１：ブラスケム社製ＨＤＰＥ（１９０℃におけるメルトフローレート：２０．０ｇ／１０分）
・バイオＰＥ２：ブラスケム社製ＨＤＰＥ（１９０℃におけるメルトフローレート：３０．０ｇ／１０分）
・バイオＰＥ３：ブラスケム社製ＬＤＰＥ（１９０℃におけるメルトフローレート：８．３ｇ／１０分）
・バイオＰＥ４：ブラスケム社製ＬＤＰＥ（１９０℃におけるメルトフローレート：７．２ｇ／１０分）
＜化石燃料由来のポリプロピレン樹脂（ＰＰ）＞
・ＰＰ１：サンアロマー社製ＰＰ（２３０℃におけるメルトフローレート：２５．０ｇ／１０分）
・ＰＰ２：サンアロマー社製ＰＰ（２３０℃におけるメルトフローレート：１４．０ｇ／１０分）
・ＰＰ３：サンアロマー社製ＰＰ（２３０℃におけるメルトフローレート：９．５ｇ／１０分）

【0034】

表１及び表２に示す条件で比較例及び実施例に係る以下の射出成形体をそれぞれ作製した。
・射出成形体：ヒンジを有するキャップ（直径：６８．４ｍｍ、高さ：２２．２ｍｍ）
図２は実施例及び比較例で作製したキャップ（射出成形体）を模式的に示す断面図である。この図に示すように、キャップ２０は、上蓋２０ａと、キャップ本体部２０ｂと、キャップ本体部２０ｂに対して上蓋２０ａを開閉自在にするヒンジ２０ｃとを備える。表１及び表２中の「ゲート高」はゲート残りの高さを意味する（図１（ｂ）参照）。

【0035】

成形機として、住友重機工業社の射出成形機を使用した。金型にはコールドランナー方式の金型を使用した。図３は実施例及び比較例で使用した金型を模式的に示す斜視図である。この図に示すとおり、金型５は三つのパーツ５ａ，５ｂ，５ｃを備える。金型５によれば、計８つのキャップ２０を同時に製造することができる。パーツ５ａは開口６を有する。開口６から金型５内に溶融樹脂が供給される。パーツ５ｂはコールドランナー７を有する。パーツ５ｃはパーツ５ｂとともに、キャビティを構成する凹部８を有する。

【0036】

【表1】

【0037】

【表2】

【符号の説明】

【0038】

１ａ，１ｂ，５…金型、５ａ，５ｂ，５ｃ…パーツ、６…開口、７，Ｒ…コールドランナー、８…凹部、１０…射出成形体、１０ａ…突起（ゲート残り）、２０…キャップ（射出成形体）、２０ａ…上蓋、２０ｂ…キャップ本体部、２０ｃ…ヒンジ、Ｃ…キャビティ、Ｐ…プラスチック材料

【図1】

【図2】

【図3】