JP7679588B2

JP7679588B2 - 容器内面塗布方法

Info

Publication number: JP7679588B2
Application number: JP2021057317A
Authority: JP
Inventors: 達郎青木
Original assignee: Kyoraku Co Ltd
Current assignee: Kyoraku Co Ltd
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2025-05-20
Anticipated expiration: 2041-03-30
Also published as: JP2022154334A

Description

本発明は、プラスチック容器の内面に撥液剤を塗布する容器内面塗布方法に関するものである。

マヨネーズやケチャップ等の粘稠物を内容物とするプラスチック容器において、内容物の円滑な排出を実現するためには、容器内面の滑落性を向上させることが必要であり、例えば内容物と接する基材樹脂に滑剤を添加することが行われている（特許文献１等を参照）。

特許文献１記載の発明では、プラスチックボトルの内容物と接する基材樹脂に、ＨＬＢ値が１未満の界面活性剤と不飽和脂肪酸アミドとを混合してなる滑剤を添加し、内容物に対する滑落性に優れたプラスチックボトルを実現している。

特開２０１３－１０５４１号公報

ところで、プラスチック容器の基材樹脂に滑剤を添加する方法の場合、成形条件の見直しが必要になる場合等もあり、より簡単な方法として、撥液剤をプラスチック容器の内面にコーティング（塗布）することも検討されている。

ただし、撥液剤のコーティングにおいては、薄く均一な撥液層の形成が課題となる。プラスチック容器の内部は狭い空間であることから、例えばスプレーコーティングで塗布する際の難易度が高いことが知られている。プラスチック容器の口部から内方に向けてスプレーによる塗布を行った場合、容器内の全面に薄く均一にコーティングすることは難しく、局所的に厚塗りの箇所が発生したり、過剰塗布による液だれが発生することがある。

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、プラスチック容器の内面に撥液剤を薄く均一に塗布することができ、厚塗や液だれ等が発生することのない容器内面塗布方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の容器内面塗布方法は、プラスチック容器の内壁面に撥液剤を塗布し表面に凹凸を有する撥液層を形成するに際し、プラスチック容器を水平に寝かせた状態とし、細長いシャフト状のノズルを容器内に挿入し、当該ノズルの先端から撥液剤を噴出するとともに、プラスチック容器を回転させ、プラスチック容器の底面や肩部に塗布する際にはプラスチック容器の傾斜角度を変えることを特徴とする。

細長いシャフト状のノズルを容器内に挿入して発液剤の塗布を行うことで、プラスチック容器内の隅々まで撥液剤が行きわたり、容器内の全面への塗布が実現される。また、この時、プラスチック容器を回転させながら塗布を行うことで、薄く均一な塗布が実現され、厚塗りや液だれも解消される。

本発明によれば、プラスチック容器の内面に撥液剤を薄く均一に塗布することができ、厚塗や液だれ等が発生することのない容器内面塗布方法を提供することが可能である。

プラスチック容器の一例を示す概略正面図である。プラスチック容器の層構成を示す要部概略断面図である。プラスチック容器内にシャフト状のノズルを挿入して塗布を行う様子を示す図である。撥液剤の噴出方向を示す図である。塗布装置の構成を示す概略側面図である。プラスチック容器の回転速度を６００ｒｐｍとした時の撥液層の表面状態を示す写真である。プラスチック容器の回転速度を８００ｒｐｍとした時の撥液層の表面状態を示す写真である。プラスチック容器の回転速度を１０００ｒｐｍとした時の撥液層の表面状態を示す写真である。

以下、本発明を適用した容器内面塗布方法の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の塗布方法が適用されるプラスチック容器１の一例を示す図である。図１に示すように、プラスチック容器１は、内容物を収容する容器である。内容物としては、マヨネーズやケチャップ等の粘稠物が挙げられる。プラスチック容器１は、ねじ山１１が形成された注出口１２から、胴部１４等を絞って内容物を外に出すものであり、通常、注出口１２はキャップ１３が装着されて封止されている。プラスチック容器１は、例えばブロー成形によって形成されたブロー成形体である。

プラスチック容器１は、単層構成であっても多層構成であってもよいが、多層構成にすることが好ましい。図２は、プラスチック容器１の層構成の一例であり、容器１の内面側から順に、最内層２、中間層３、接着樹脂層４、バリア層５、接着樹脂層６、最外層７を備える。プラスチック容器１の層構成は、これに限らず、例えばこれらの層のうちの少なくとも１つを省いたものであってもよく、さらに別の層を備えるものであってもよい。

最外層７は、例えばポリオレフィン等の熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物で構成され、この樹脂組成物は、滑剤を含むことが好ましい。これによって、プラスチック容器１表面の滑り不良等による問題の発生を抑制することができる。

バリア層５は、ガスバリア性が高い樹脂で構成される。このような樹脂としては、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ：エチレン酢酸ビニル共重合体ケン化物等を指す。）や芳香族ポリアミド等が挙げられる。バリア層５を設けることによって、酸素透過による内容物の酸化劣化を有効に抑制することができる。

中間層３は、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物で構成される。中間層３は、省略可能である。中間層３は、容器１のブロー成形時に生じたバリをリサイクルして使用したリプロ層であってもよい。

接着樹脂層４，６は、接着性樹脂で構成される。接着性樹脂としては、酸変性ポリオレフィン樹脂（例：無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン）等が挙げられる。接着樹脂層４，６を設けることによってバリア層５と、最外層７又は中間層３との接着性が向上する。接着樹脂層４，６を設ける代わりに、バリア層５に接着性樹脂を配合してもよい。

最内層２は、内容物と接する層であり、基材樹脂を含む樹脂組成物で構成される。基材樹脂としては、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂が好ましい。ポリオレフィンとしては、ポリエチレンやポリプロピレンが挙げられる。また、基材樹脂に充填粒子を添加し、最内層２の内面（すなわち、プラスチック容器１の内面）に充填粒子の存在に起因する凹凸形状が設けられていてもよい。

最内層２に凹凸形状を設ける場合、十点平均粗さＲｚを７～５００μｍ程度とするのが好ましく、特に１０～３００μｍとするのがより好ましく、１０～１００μｍとするのが最も好ましい。この範囲内に設定することによって、滑落性を特に向上させることができる。

最内層２に凹凸形状を設けるために使用する充填粒子は、凹凸形状を付与可能な粒子であり、有機成分及び無機成分の少なくとも１種を含む充填粒子を採用することができる。

無機成分としては、例えば１）アルミニウム、銅、鉄、チタン、銀、カルシウム等の金属又はこれらを含む合金又は金属間化合物、２）酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄等の酸化物、３）リン酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム等の無機酸塩又は有機酸塩、４）ガラス、５）窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪素、窒化珪素等のセラミック等を好適に用いることができる。

有機成分としては、例えばアクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、セルロース系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール、エチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン－ビニルアルコール共重合体、エチレン－アクリル酸エチル共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアミド等の有機高分子成分（又は樹脂成分）を好適に用いることができる。

以上の構成を有するプラスチック容器１において、内面に撥液剤を塗布し、最内層２の表面に撥液層２０を形成することで、滑落性を向上させる。以下、プラスチック容器１内面への撥液剤の塗布方法について説明する。

本実施形態において、プラスチック容器１内面への撥液剤の塗布は、図３に示すように、プラスチック容器１内に細長いシャフト状のノズル３０を挿入することにより行う。プラスチック容器１のサイズは任意であるが、例えば容量１００ｍＬ～３００ｍＬ、直径１０ｍｍ～５０ｍｍ程度である。

ノズル３０は、細長い管状部材であるシャフト部３１と、その先端に設けられたノズルヘッド３２とから構成される。シャフト部３１は、中空の管状部材であり、中空部を通って先端のノズルヘッド３２に撥液剤が供給される。ノズルヘッド３２に供給された撥液剤は、ノズルヘッド３２に設けられた噴出孔から所定の方向に噴出される。

プラスチック容器１の内面に塗布する撥液剤としては、撥油性や撥水性を有するものであれば任意の薬剤が使用可能であるが、表面に凹凸を有しロータス効果を発揮する撥液層を形成することが可能な撥液剤であることが好ましく、例えばフッ素系化合物をエタノール等の溶媒に分散した分散液等を用いることができる。

以下、使用する撥液剤について詳述すると、本実施形態で用いる撥液剤は、疎水性粒子及び、疎水・疎油性粒子の少なくとも１種を含むものである。

疎水粒子は、一次粒子平均径が通常３～１００ｎｍであり、好ましくは５～５０ｎｍであり、より好ましくは７～３０ｎｍである。一次粒子平均径を上記範囲とすることにより、疎水粒子が適度な凝集状態となり、その凝集体中にある空隙に空気等の気体を保持することができる結果、優れた滑落性を得ることができる。すなわち、この凝集状態は、凹凸形状の表面に付着した後も維持されるので、優れた滑落性を発揮することができる。

疎水粒子としては、疎水性を有するものであれば特に限定されず、表面処理により疎水化されたものであっても良い。例えば、親水性酸化物微粒子をシランカップリング剤等で表面処理を施し、表面状態を疎水性とした微粒子を用いることもできる。酸化物の種類も、疎水性を有するものであれば限定されない。例えばシリカ（二酸化ケイ素）、アルミナ、チタニア等の少なくとも１種を用いることができる。この中でも、疎水性酸化物粒子として、疎水性シリカ微粒子を好適に用いることができる。特に、より優れた非付着性が得られるという点において、表面にトリメチルシリル基を有する疎水性シリカ微粒子が好ましい。

疎油性粒子としては、例えば酸化物微粒子の表面をフッ素系樹脂等でコーティングした複合粒子を用いることができる。酸化物微粒子としては、例えば、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の粒子（粉末）の少なくとも１種の酸化物微粒子を用いることができる。特に、酸化ケイ素粒子であることが好ましい。これらの酸化物微粒子も市販品を用いることができる。

撥液剤は、前記疎水性粒子及び疎油性粒子の少なくとも１種を溶媒に分散させてなる分散液の形態で用いるのが一般的である。

使用する溶媒としては、例えばトルエン、キシレン等の芳香族系炭化水素、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、メチルエチルケトン、アセトン等のケトン系溶剤、イソプロピルアルコール、変性エタノール等のアルコール系溶剤等の有機溶剤を挙げることができる。これらは１種又は２種以上で用いることができる。

撥液剤の塗布に際しては、予めプラスチック容器１を加熱しておいてもよい。加熱条件としては、例えば、１２０℃の恒温槽に１分程度入れ、取り出して直ちに塗布を行う。あるいは、ヒートガンで内部を１０秒程度加熱し、直ちに塗布を行う。予めプラスチック容器１を加熱しておくことで、塗布の際に溶媒が揮発しやすくなり、乾燥時間が短縮されることで、表面の凹凸性に優れた撥液層が形成される。

前記ノズル３０を用いた撥液剤の塗布においては、先ず、ノズル３０をプラスチック容器１の口部から内部に挿入する。この時、ノズル３０の中心軸とプラスチック容器１の中心軸が概ね一致するようにノズル３０をプラスチック容器１内に挿入する。プラスチック容器１は、本例では水平に寝かせた状態であるが、これに限らず、プラスチック容器１を任意の角度で傾斜させてもよい。

次いで、プラスチック容器１を回転させながらノズル３０のノズルヘッド３２から撥液剤を噴出させ、プラスチック容器１の内面に撥液剤を塗布する。塗布に際して、プラスチック容器１を回転させるか、ノズル３０を回転させることが考えられるが、プラスチック容器１を回転させることにより、内面に付着した撥液剤に遠心力が加わり、撥液剤を薄く均一に塗布する上で有利である。

塗布の際には、ノズル３０を軸方向（シャフト部３１の中心軸方向）に移動させながら塗布を行う。例えば、ノズル３０の先端がプラスチック容器１の底部の近傍に位置するように挿入した後、ノズル３０を引き出す方向に移動させながら前記塗布を行う。ノズル３０の移動は、前記方向に一度だけでもよいし、プラスチック容器１内で往復動させてもよい。ノズル３０の移動速度は、基本的には一定であるが、例えばプラスチック容器１の形状が大きくなっている部分でノズル３０の移動速度を遅くして撥液剤の塗布量を増やす等、プラスチック容器１の形状に応じて変更することも可能である。

また、ノズルヘッド３２からの撥液剤の噴出方向は任意であるが、例えば噴出方向が軸方向であると、プラスチック容器１の底部付近の角部や口部付近の肩部等に十分な塗膜を形成することができない可能性がある。このような不都合を回避するために、図４に示すように、ノズルヘッド３２における撥液剤の噴出方向θを斜め方向とすることが好ましい。ノズルヘッド３２における撥液剤の噴出方向θを２０°から６０°、例えば３０°や４５°とすることで、プラスチック容器１の内面全面に撥液剤を均一に塗布することが可能である。

図５は、前述の塗布方法を行うための装置の一例を示すものである。図５に示す塗布装置は、プラスチック容器１を保持し回転するための容器保持機構４１と、ノズル３０のプラスチック容器１内への挿入及び移動を行うノズル駆動機構５１とから構成される。

容器保持機構４１は、プラスチック容器１を把持するホルダー部４２，４３を有しており、これらホルダー部４２，４３でプラスチック容器１を挟み込んで保持する。また、ホルダー部４２，４３は回転機構により回転可能であり、これを回転させることで保持されたプラスチック容器１が回転される。回転速度は適宜調整可能である。さらに、容器保持機構４１は、ホルダー部４２，４３により保持されたプラスチック容器１の傾斜角度を変更することができる傾斜機構を有しており、保持されるプラスチック容器１の傾斜角度を変えることで、プラスチック容器１の底面や肩部等にピンポイントで塗布することが可能とされている。

ノズル駆動機構５１は、支持台５２、直動機構５３、ノズル支持ブロック５４を備えており、ノズル３０が取り付けられたノズル支持ブロック５４が直動機構５３により矢印方向に移動される。また、ノズル支持ブロック５４を介してノズル３０に撥液剤が供給される。

塗布に際しては、容器保持機構４１のホルダー部４２，４３にプラスチック容器１を装着し、ノズル駆動機構５１を作動させて、ノズル支持ブロック５４を容器保持機構４１に向かって移動させ、ノズル３０をプラスチック容器１内へ進入させる。次に、容器保持機構４１のホルダー部４２，４３（プラスチック容器１）を回転させるとともにノズル３０を移動させ、ノズル３０から撥液剤を噴出させることで、プラスチック容器１の内面に撥液剤を塗布する。

前記塗布完了後には、プラスチック容器１の内面に形成された撥液層を乾燥させる必要があるが、乾燥時にもプラスチック容器１の回転を継続することが好ましい。撥液層がウェット状態のうちにプラスチック容器１の回転を止めてしまうと、液が垂れてムラになってしまうおそれがある。

前述の撥液剤の塗布においては、プラスチック容器１の回転速度を適正にすることが重要である。具体的には、プラスチック容器１の回転速度を４００ｒｐｍ～１０００ｒｐｍとすることが好ましい。プラスチック容器１の回転速度が４００ｒｐｍ未満であると、液だれが発生するおそれがある。撥液剤の塗布においては、液だれが生ずると、その部分の撥液層がプラスチック容器１の内面から剥離されてしまい、十分な滑落性能が得られなくなるおそれがある。逆に、プラスチック容器１の回転速度が１０００ｒｐｍを越えると、形成される撥液層の表面が平坦になりすぎ、やはり十分な滑落性能が得られなくなるおそれがある。

また、前述の撥液剤の塗布においては、塗布の際のプラスチック容器１の回転速度等の塗布条件により、形成される塗膜（撥液剤層）の表面状態をコントロールすることができることがわかってきた。例えば、塗布条件を変えることで、形成される撥液層２０の表面状態が平坦であったり微細な凹凸が形成される等、形成される撥液層２０の表面が変化する。また、乾燥や溶媒蒸発の工程に時間をかけるほど形成される撥液層２０の表面は平坦になり、時間を短くすると凹凸が形成される。

撥液層２０の表面に微細な凹凸が形成されると、撥液剤の化学的な効果に加えて、ロータス効果による物理的な効果が加わり、滑落性が向上する。すなわち、予めプラスチック容器１の内面に凹凸を設けていなくても高い滑落性が実現できることになる。その反面、撥液層２０の表面に凹凸が形成されると、撥液層２０が剥がれやすくなる傾向にある。

これら状況に鑑みると、撥液層２０の表面に適度な凹凸が形成された状態が好ましいと言え、これを実現するために、塗布時のプラスチック容器１の回転速度を６００ｒｐｍ～８００ｒｐｍとすることが好ましい。回転速度を前記範囲とすることで、形成される撥液層２０の表面状態を適正なものとすることができ、滑落性能に優れ、剥がれにくい撥液層２０を形成することができる。

以上の通り、本実施形態の容器内面塗布方法によれば、プラスチック容器１の内面に撥液剤を薄く均一に塗布することができ、厚塗や液だれ等が発生することのない容器内面塗布方法を実現することが可能である。

以上、本発明を適用した実施形態について説明してきたが、本発明がこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

１．プラスチック容器の作製
パリソンのダイレクトブロー成形によって図１に示す形状のプラスチック容器を作製した。作製した容器の容量は１５０ｍＬ、直径は４０ｍｍである。パリソンの最内層の基材樹脂には、ポリエチレン（融点１１２℃ ）を用いた。

２．撥液剤の塗布
図５に示す装置を用い、プラスチック容器の内面に撥液剤を塗布した。撥液剤は、フッ素系化合物をエタノールに分散させた分散液である。ノズルにおける撥液剤の噴出方向は４５°である。係る条件で、プラスチック容器の回転数を３００ｒｐｍ～１１００ｒｐｍの範囲で変更して撥液層を形成し、サンプル１～６を作成した。

３．評価
作成したサンプル１～６について、滑落性能を評価した。評価方法は下記の通りである。
・内容物：オリーブオイルエキストラバージン
・試験方法：斜面（傾斜角度３°）に置いたサンプル小片（プラスチック容器から切り出した小片）に注射器を用いてオリーブオイルを少量ずつ滴下していき、滑落し始めた液量を注射器の重量差から測定した。１サンプル当たり３回測定し、平均値を算出した。滑落性能が高いほど少量（低荷重）で滑落することから、測定された液量より滑落性能を３段階評価した。
結果を表１に示す。

表１より、プラスチック容器の回転速度を適正にすることにより、良好な滑落性能が得られることがわかる。

図６及び図７に形成される撥液層の表面状態を示す。図６は、プラスチック容器の回転速度を６００ｒｐｍとした時の撥液層の表面状態を示す写真であり、図７は、プラスチック容器の回転速度を８００ｒｐｍとした時の撥液層の表面状態を示す写真であり、図８はプラスチック容器の回転速度を１０００ｒｐｍとした時の撥液層の表面状態を示す写真である。プラスチック容器の回転が速いほど平坦になる傾向が見られる。

サンプル１では、撥液層にかなりの剥離が見られ、性能が不十分である。サンプル２でも、若干の撥液層の剥離が見られ、性能は十分とは言えない。塗布時のプラスチック容器の回転数を６００～８００ｒｐｍとすると、撥液層が良好な表面状態となり、良好な滑落性能が発揮されている。回転数が８００ｒｐｍを越えると、撥液層の表面が平坦になりすぎて、滑落性能の低下が見られた。

１プラスチック容器
２０撥液層
３０ノズル
３１シャフト部
３２ノズルヘッド

Claims

プラスチック容器の内壁面に撥液剤を塗布し表面に凹凸を有する撥液層を形成するに際し、
プラスチック容器を水平に寝かせた状態とし、
細長いシャフト状のノズルを容器内に挿入し、当該ノズルの先端から撥液剤を噴出するとともに、プラスチック容器を回転させ、
プラスチック容器の底面や肩部に塗布する際にはプラスチック容器の傾斜角度を変えることを特徴とする容器内面塗布方法。
前記撥液剤は、疎水性粒子及び疎水・疎油性粒子から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載の容器内面塗布方法。
前記プラスチック容器の回転速度を４００ｒｐｍ～１０００ｒｐｍとすることを特徴とする請求項１または２記載の容器内面塗布方法。
前記プラスチック容器の回転速度を６００ｒｐｍ～８００ｒｐｍとすることを特徴とする請求項１または２記載の容器内面塗布方法。
前記ノズルを軸方向に移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の容器内面塗布方法。
撥液剤の噴出方向をノズルの軸方向に対して３０°～４５°とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の容器内面塗布方法。
予めプラスチック容器を加熱しておくことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の容器内面塗布方法。
前記撥液剤の塗布後、乾燥させる際にもプラスチック容器を回転させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の容器内面塗布方法。