射出成形によるPLA薄肉成形技術

2021年02月25日

ゴムタイムス社

*この記事はゴム・プラスチックの技術専門季刊誌「ポリマーTECH」に掲載されました。
*記事で使用している図・表はPDFで確認できます。

特集1 バイオプラスチックの現状と将来展望

射出成形によるPLA薄肉成形技術

日精樹脂工業㈱ 飯島 透

1.はじめに

1.1 近年の世界プラスチック生産量
 世界のプラスチック生産量は右肩上がりに増え続け、この50年程で約20倍に増加し、今後も増え続けると予想する。(図1)

1.2 プラスチック製品の辿り着くところ
 1950~2015年の世界プラスチック累積生産量83億トンの中で、現在も製品として使用中なものは20億トン、残りの63億トン(75%)はプラスチックごみと言われている。そのごみの行方は91%が廃棄・投棄、9%がリサイクルとの統計があり(図2)、昨今の環境循環型社会が叫ばれるなかプラスチックごみは大きな社会問題と捉えられている。

1.3 各国のプラスチック規制状況
 マイクロプラスチック海洋汚染の取り組みとして、プラスチックストローを紙製に変更することが大きなニュースになるなど、食品飲料容器の脱石油系プラスチックのニーズが大きくなっている。使い捨てプラ容器に罰則付き法制化の動きが欧州中心に加速している(表1)。
 例えばフランスでは2020年から全ての使い捨てプラスチック製食器・容器類にバイオマス50%以上の使用を義務付けている。(2025年には60%以上に引き上げ)

1.4 当社の環境問題の取り組み
 2015年国連によりSDGsが採択されたが、当社はそれ以前より環境問題に多く取り組んできた。例えば、廃プラ利用の成形システム・ハイブリッド式成形機開発・紙繊維を利用した成形機・建物のZEB化(ネット・ゼロ・エネルギー・ビル)の推進等である。
 今回は資源の有効利用の手段として最も普及している3R(Reduce、Reuse、Recycle)とは異なるアプローチとして循環資源への転換として、植物由来でかつ生分解を有するプラスチックの利用促進を積極的に展開する(図3)。
 生分解性樹脂の場合、廃棄処理はコンポスト化によって生分解処理され自然界に還ることから、プラスチックごみの海への流出を防ぐことが可能になる。
 生分解性樹脂の中でも石油系プラスチックに代わる素材として有望視されているのがPLA(ポリ乳酸)であるが、耐熱・耐衝撃の問題、流動性や離型性が悪く深物成形や薄肉成形が難しい点が課題となっており、射出成形での用途がまだまだ限られている。
 そこでディスポーザブル用途のプラスチック容器を石油系素材からPLA100%に置き換えることを視野に、射出成形による薄肉容器成形技術を開発した。超臨界状態のCO2をPLAに混入し射出することで流動性を向上させて薄肉容器成形を実現した。
 当社のPLA専用射出成形システムとしては耐熱・耐衝撃用の「N-PLAjet®耐熱シリーズ」と高流動性用の「N-PLAjet®薄肉成形シリーズ」のラインナップが存在する。2019年10月、ドイツで開催された世界最大級のプラスチック関連展示会「K2019」においてPLA薄肉容器成形技術としてシャンパングラス成形の実演を行った。その内容を紹介する。

2.シャンパングラス成形の概要

2.1 シャンパングラスの概要
 シャンパングラスはグラスとスタンドの2個の部品で構成されている。スタンド凹部をグラス凸部にロボットで圧入してシャンパングラスの成形&組立てを実演した。製品高さはグラス124mm、スタンド120mm、組立て後の高さは204mm、グラス薄肉部の肉厚は0.65mmである。
 製品質量はグラス185g/ショット、スタンド108g/ショット。成形材料は共にTotal Corbion社製のPLA L-105を100%使用した(写真1)。

2.2 成形システムの概要
 グラスは電気式成形機NEX280Ⅴ-71E(写真2)でバルブゲート8個取りである。薄肉部充填のためTrexel IncのMuCell®を搭載した。スタンドはNEX280V-71Eでピンゲート4個取りである。成形機は2台共CEマーキング対応のクリーンルーム仕様である。各々の製品を㈱ユーシン精機製取出ロボットで2台の成形機間に取出し、川崎重工業㈱製の双腕スカラロボットduAro2で自動組立てを行った。
 ロボット動作のフローは取出ロボットでそれぞれの製品を製品仮置シャトルに置く。双腕ロボットの片腕で仮置シャトルのグラスを組立ステージに置き、もう一方の片腕で仮置きシャトルのスタンドをグラスに圧入する。双腕スカラロボットは人と共存して作業を行えるので、省スペースで安全性が高いロボットである(写真3)。

2.3 PLA薄肉容器成形システムのアライアンス
 PLA薄肉容器成形システムのアライアンスを結成した。当社(射出成形システム)、小松技術士事務所(特許ライセンス供与)、Total Corbion(PLA)、Mold Masters(ホットランナ、バルブゲート)、ペッカー精工(金型)。以上の5社で協業体制を実施する。

2.4 成形材料
 植物由来の生分解性プラスチック『ポリ乳酸』(Poly Lactic Acid,PLA)で、原材料は乳酸菌と

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