JP5552147B2

JP5552147B2 - リターナブルガラスびんのコーティング方法

Info

Publication number: JP5552147B2
Application number: JP2012199370A
Authority: JP
Inventors: 章池田
Original assignee: Toyo Glass Co Ltd
Current assignee: Toyo Glass Co Ltd
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: JP2013049618A; JP5527791B2; JP2009255979A

Description

本発明は、炭酸飲料用びん、ミネラル水びん等、回収後に高濃度のアルカリ洗浄液で洗浄した後に再利用されるリターナブルガラスびんのコーティング方法に関する。

牛乳びんなどのガラスびんの胴部に、熱硬化性樹脂被膜を形成することが行われている（特許文献１）。これは、ウレタン系の熱硬化性樹脂を主成分とし、必要に応じてスチレンブタジエンゴム、界面活性剤、シランカップリング剤、着色剤などを添加したコーティング液でガラス面をコーティングするものである。このようなコーティングは、ガラス表面が傷つき強度が低下するのを防止するので、リターナブルガラスびんに好適である。さらに、コーティングによってびんを着色したり、フロスト調などに装飾したり、紫外線を遮断したりする機能も付加することができる。また、コーティング被膜の保護作用により、ガラス肉厚を薄くしてガラスびんを軽量化することも可能となる。

ガラスびんの外周面にコーティング液を付着させる場合、ガラスびんを横倒しにした状態で自転させながらコーティング液の入ったディップ槽内を走行させる方法が知られている（特許文献２）。

リターナブルガラスびんは、内容物を充填して販売された後、回収され、アルカリ洗浄を行い、再度内容物を充填して販売され、これが繰り返される。内容物の充填、販売、回収、アルカリ洗浄の１サイクルを１トリップという。
リターナブル牛乳びんの場合、通常アルカリ洗浄は、７０℃、１．２mass％以上のアルカリ洗浄液で１０分間行われる。しかし、リターナブルミネラル水びんは、７５℃、３．０mass％アルカリ洗浄液で７５分間、リターナブル炭酸飲料びんは、８０℃、４．０mass％以上のアルカリ洗浄液で１０分間以上と、過酷なアルカリ洗浄が行われる。
アルカリ洗浄液は、通常ＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリを含み、必要に応じてキレート剤などの添加剤を加えたものである。
リターナブルガラスびんのコーティング被膜は、４０トリップに耐えるような耐アルカリ性を必要とされている。しかし、ミネラル水や炭酸飲料用リターナブルガラスびんのように過酷なアルカリ洗浄を行うものについて、従来、４０トリップに耐えるような耐アルカリ性能を持つコーティング被膜を形成することは不可能とされていた。

耐アルカリ性に優れたコーティング被膜として、例えば、スチレン・ブタジエン共重合ゴムラテックスを主成分とする被膜と、水性ポリウレタンを主成分とする被膜の２重被膜がある（特許文献３）。
しかし、このような２重被膜でも、ミネラル水や炭酸飲料用リターナブルガラスびんとしては耐アルカリ性能が不十分であり、また、コーティング工程（コーティング液の塗布、乾燥、硬化）を２回行わなければならないので、コスト高となる問題もある。
特開２００５−３２００３６号公報特開２０００−３３５５８２号公報特開平５−６９５１３号公報

本発明は、リターナブル炭酸飲料びん、リターナブルミネラル水びんとして使用することができる耐アルカリ性能を有するコーティング被膜を外周面に施したガラスびんを開発し、この種のガラスびんの軽量化を実現することを課題とするものである。

（請求項１）
本発明は、ガラスびんを横倒しにした状態で自転させながらディップ槽内を走行させてコーティング液をガラスびん外周面に付着させるコーティング方法において、コーティング液の粘度をＳ（ｍＰａ・ｓ）、ガラスびんの自転速度をＲ（ｒｐｍ）とした場合、
Ｓ≦２２
かつ
Ｓ・Ｒ^０．６／２．４≧６０
であることを特徴とするリターナブルガラスびんのコーティング方法である。
本発明において、粘度Ｓ（ｍＰａ・ｓ）とは、回転円筒式粘度計（例えば、リオン株式会社製ＶＴ−０３Ｆ）で測定した粘度である。

（請求項２）
また本発明は、前記ガラスびんの硬化後コーティング被膜の最も薄い部分の膜厚が３０μｍ以上である請求項１のリターナブルガラスびんのコーティング方法である。

（請求項３）
また本発明は、前記ガラスびんが炭酸飲料用である請求項１又は２のリターナブルガラスびんのコーティング方法である。

（請求項４）
また本発明は、前記ガラスびんが、回収された後にアルカリ濃度３．０mass％以上、温度７０℃以上のアルカリ洗浄液で、１０分以上アルカリ洗浄を行うものである請求項１〜３のいずれかのリターナブルガラスびんのコーティング方法である。

（請求項５）
また本発明は、前記コーティングのコーティング液が、ウレタン樹脂（固形分）１００重量部に対し、メラミン樹脂（固形分）１４〜７９重量部を含むものである請求項１〜４のいずれかのリターナブルガラスびんのコーティング方法である。

（請求項６）
また本発明は、前記コーティングのコーティング液が、ウレタン樹脂（固形分）１００重量部に対し、メラミン樹脂（固形分）１４〜７９重量部及びエポキシ樹脂（固形分）３〜１７重量部を含むものである請求項１〜４のいずれかのリターナブルガラスびんのコーティング方法である。

従来のコーティング液付着方法（ディップ時のびん自転速度１８ｒｐｍ）により粘度２０ｍＰａ・ｓのコーティング液（表４に示すウレタン・メラミン・エポキシ系液）を付着させ、乾燥、硬化させた炭酸飲料ガラスびん１０本の膜厚測定を行った。その結果（びん部位ごとの膜厚）を表１に示す。表１の数値は膜厚で、単位はμｍである。

これらのガラスびんについて、トリップ試験を行った。これはラインシミュレータ１分＋８０℃に加温した４％アルカリ相当液に２０分間浸漬＋振動試験３分を１トリップとし、１０トリップ分を１回にまとめて行い、これを４回繰り返した（４０トリップ）。その結果、最小膜厚が３０μｍ以上の胴部等にはコーティング被膜の異常が見られず、膜厚が３０μｍに満たない首・肩部、裾部及び被膜最下部では、コーティング被膜に水疱状の浮きや剥がれが生じた。
以上により、びん全体において、コーティング被膜の最小膜厚を３０μｍ以上にすれば、４０トリップの高濃度アルカリ洗浄に耐えることが分かった。

コーティング被膜の最小膜厚を３０μｍ以上にするためには、コーティング被膜全体の平均膜厚を厚くしなければならない。種々の平均膜厚を有するコーティングびんを作成して最小膜厚を測定した結果、コーティング被膜全体の平均膜厚を６０μｍ以上にすると、最小膜厚が３０μｍ以上となることが分かった。
図２に示す炭酸飲料ガラスびん１０本について、被膜全体の平均膜厚（硬化後）がほぼ６０μｍとなるようにコーティングを行い、各部分の膜厚測定を行った。その結果（びん部位ごとの膜厚）を表２に示す。表２の数値は膜厚で、単位はμｍである。なお、図２において符号２はかぶら、３は首部、４は肩部、５は胴部、６は裾部である。

表２に示されるように、びん外周面のコーティング被膜全体の平均膜厚（硬化後）を６０μｍ以上とすれば、最小膜厚が３０μｍ以上となり、４０トリップの高濃度アルカリ洗浄に耐えることができる。

コーティング被膜の平均膜厚を厚くするには、コーティング液の粘度を高くすればよいことが知られている。従来のディップ槽を用いたコーティング装置（ディップ時のびん自転数はせいぜい１８ｒｐｍ）で平均膜厚が６０μｍとなるようにコーティングを行うには、コーティング液の粘度を２６ｍＰａ・ｓ以上としなければならないが、粘度が２２ｍＰａ・ｓを越えるとディップ槽内のコーティング液に巻き込み泡が発生しやすくなり、コーティング被膜に泡の入った不良品が多くなるという問題があり、従来は平均膜厚を５２μｍ程度にするのが限界であった。

本発明者らは、種々のコーティング条件について実験を行った結果、コーティング膜厚は、コーティング液の粘度の他に、ディップ時のびんの自転速度に依存することを見出した。図１にコーティング液の粘度、ディップ時のびんの自転速度と平均膜厚の関係を示す。図１において、三角点はびん自転速度４６ｒｐｍ、四角点は同３０ｒｐｍ、菱形点は同１８ｒｐｍである。
この結果、平均膜厚は粘度にほぼ比例し、びんの自転速度の０．６乗にほぼ比例することが分かった。平均膜厚（μｍ）は、近似的に、コーティング液の粘度をＳ（ｍＰａ・ｓ）、ガラスびんの自転速度をＲ（ｒｐｍ）とした場合、「Ｓ・Ｒ^０．６／２．４」となる。
したがって、Ｓ・Ｒ^０．６／２．４≧６０の条件でコーティングを行えば、平均膜厚が６０以上のコーティング被膜を有するびんを得ることができる。
また、コーティング液の粘度Ｓを２２（ｍＰａ・ｓ）以下にすれば、コーティング液に巻き込み泡が発生することなく、作業性が良くなる。

本発明におけるコーティング液は、ウレタン、メラミン、エポキシ、ラテックス系のコーティング液が好ましい。ウレタン樹脂の弾力性により緩衝作用が生じ、びんに加わる衝撃が緩和される。ウレタン樹脂にメラミン樹脂を適量加えることで、耐アルカリ性が向上し、さらにメラミン樹脂を加えると耐アルカリ性がさらに向上する。メラミン樹脂、エポキシ樹脂の添加量が少なすぎると耐アルカリ性の向上が見られず、多すぎると被膜の弾力性が減少する。
コーティング液には、必要に応じて、ラテックス、着色剤、レベリング剤、ソフト添加剤などの添加剤を加えることができる。また、水などの溶媒の添加量により粘度を調整できる。

本発明のコーティング方法でコーティングしたガラスびんは、高濃度のアルカリ洗浄に耐えることができるので、ミネラル水や炭酸飲料用のリターナブルびんとして使用でき、この種のガラスびんの肉厚を薄くして軽量化することが可能となる。
本発明のコーティング方法は、コーティング液の巻き込み泡が発生せず、外周面をコーティングしたガラスびんの平均コーティング膜厚を６０μｍ以上とし、最小膜厚を３０μｍ以上とすることができる。

コーティング液の粘度、ディップ時びん自転速度と平均膜厚の関係説明図である。ガラスびん１の側面図である。

図２に示す軽量ガラスびん１に、表３に示すコーティング液の粘度、ディップ時びん自転速度（ｒｐｍ）の条件でコーティングを行い、１１０℃の乾燥炉で自転させながら６分間乾燥し、２００℃の硬化炉で自転させながら２０分間硬化させ、表３に示す硬化後平均膜厚（μｍ）のコーティングびんを作製した。ガラスびん１は炭酸飲料びんで、コーティング範囲はかぶら２直下から底上がり約２ｍｍまでの外周部全体とした。

上記実施例及び比較例のコーティング液は、表４の配合とした。この配合は、ウレタン樹脂（固形分）１００重量部に対し、メラミン樹脂（固形分）５１．６重量部、エポキシ樹脂（固形分）１０重量部である。

上記の実施例及び比較例について、４０トリップ分のトリップ試験を行った。その結果、実施例のガラスびんのコーティング被膜に変化はなかったが、比較例のガラスびんのコーティング被膜は、首部、肩部、裾部及び被膜最下端で水泡状の浮きや剥がれが発生した。

１ガラスびん
２かぶら
３首部
４肩部
５胴部
６裾部

Claims

ガラスびんを横倒しにした状態で自転させながらディップ槽内を走行させてコーティング液をガラスびん外周面に付着させるコーティング方法において、コーティング液の粘度をＳ（ｍＰａ・ｓ）、ガラスびんの自転速度をＲ（ｒｐｍ）とした場合、
Ｓ≦２２
かつ
Ｓ・Ｒ ^０．６／２．４≧６０
であることを特徴とするリターナブルガラスびんのコーティング方法。
前記ガラスびんの硬化後コーティング被膜の最も薄い部分の膜厚が３０μｍ以上である請求項１のリターナブルガラスびんのコーティング方法。
前記ガラスびんが炭酸飲料用である請求項１又は２のリターナブルガラスびんのコーティング方法。
前記ガラスびんが、回収された後にアルカリ濃度３．０mass％以上、温度７０℃以上のアルカリ洗浄液で、１０分以上アルカリ洗浄を行うものである請求項１〜３のいずれかのリターナブルガラスびんのコーティング方法。
前記コーティングのコーティング液が、ウレタン樹脂（固形分）１００重量部に対し、メラミン樹脂（固形分）１４〜７９重量部を含むものである請求項１〜４のいずれかのリターナブルガラスびんのコーティング方法。
前記コーティングのコーティング液が、ウレタン樹脂（固形分）１００重量部に対し、メラミン樹脂（固形分）１４〜７９重量部及びエポキシ樹脂（固形分）３〜１７重量部を含むものである請求項１〜４のいずれかのリターナブルガラスびんのコーティング方法。