KR100749975B1 - 생분해성 성형물의 제조 방법 - Google Patents

생분해성 성형물의 제조 방법 Download PDF

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루미 시노하라
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Abstract

볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)로 이루어지는 금형(20a)을 이용하여, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a) 사이에, 1쌍의 피복 필름(12) 사이에 협지한 성형용 원료(14)를 배치하고, 틀 조이기를 한 후, 성형용 원료 및 피복 필름(12)을 가열함으로써, 생분해성 발포 성형물을 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름(12)을 연화시켜 생분해성 발포 성형물 표면을 압착한다.
이로써, 복잡한 형상을 갖는 경우라도 충분한 강도를 지니며, 또한 충분한 내수성, 양호한 생분해성 및 우수한 표면 평활성을 갖는 생분해성 성형물을 간편하고 또 양호한 정밀도로 제조할 수 있는 생분해성 성형물의 제조 방법 및 성형 틀을 제공할 수 있다.

Description

생분해성 성형물의 제조 방법 {PROCESS FOR PRODUCING BIODEGRADABLE MOLDED ITEM}
본 발명은, 전분을 주원료로 하고 생분해성을 갖는 발포 성형물(생분해성 성형물)의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 식품용 용기나 성형 완충재, 내장재, 포장용 트레이 등, 사용후에 폐기되는 일회용 각종 발포 성형물로서 적합하게 이용할 수 있는 생분해성 성형물의 제조 방법 및 그것에 이용하는 성형 틀에 관한 것이다. 또, 본 발명은 특히, 주발 형상이나 컵 형성 등과 같은 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 대략 평면형의 피복 필름을 이용하여 제조하는 데에 적합한 생분해성 성형물의 제조 방법에 관한 것이다.
성형물의 처분 방법으로서, 미생물을 이용한 생분해에 의한 성형물의 처분 기술이 개발되어 각광을 받고 있다. 특히, 상기 생분해에 의한 처분 기술에서는, 실용성의 면에서, 전분이나 단백질 등의 천연 고분자를 이용하는 기술이 주목을 받고 있다. 이것은, 상기 각종 생분해성 플라스틱이 종래의 각종 플라스틱(비분해성 또는 난분해성)과 대략 같은 우수한 품질을 갖고 있지만, 실제로는 생분해 속도가 느리다고 하는 문제점을 갖고 있기 때문이다.
예컨대 생분해성 플라스틱으로 성형된 성형물의 두께가 크면, 완전히 분해될 때까지 매우 장시간이 걸리게 되어, 실용적인 범위에서는 성형물의 체적을 크게 할 수가 없다. 또, 상기 생분해성 플라스틱으로 이루어지는 성형물을, 특히 일회용 식기 등으로서 사용한 경우에는 식품 찌꺼기와 함께 퇴비화하는 것이 가장 환경에 부하가 걸리지 않는 방법이 된다. 그런데 상기 생분해성 플라스틱의 분해 속도는 식품 찌꺼기보다도 훨씬 분해 속도가 느리기 때문에, 퇴비화 처리하는 것은 어렵다. 게다가, 일반적으로 성형물에 두께나 강도가 있는 경우에는 분쇄 처리가 어렵기 때문에, 생분해성 플라스틱의 분해 속도를 향상시키기 위한 분쇄도 곤란하게 되고, 그러므로, 생분해성 플라스틱으로 이루어지는 성형물을 퇴비화 처리하는 것은 사실상 불가능하게 된다.
이에 대하여 전분이나 단백질 등은 양호한 생분해성을 갖고 있고, 체적을 크게 하더라도 매우 용이하게 분해되는, 농업 등에 의해서 대량 생산되는 식물 전분 등을 이용할 수 있기 때문에, 자원의 확보가 곤란하지 않은, 발포 성형물로서 이용하는 것이 대부분이기 때문에, 적절한 두께와 단열성을 겸비한 성형물을 얻을 수 있다고 하는 이점이 있어, 특히 주목받고 있다.
상기 전분이나 단백질 등을 이용한 생분해에 의한 처분 기술로서는, 예컨대, 특허문헌 1(일본국 공개 특허 공보「특개평5-320401호」, 공개일 : 1993년 12월 3일), 특허문헌 2(일본국 공개 특허 공보「특개평7-224173호」, 공개일 : 1995년 8월 22일), 특허문헌 3(일본국 공개 특허 공보「특개평7-10148호」, 공개일 : 1995년 1월 13일), 특허문헌 4(일본국 공개 특허 공보「특허공개2000-142783호」, 공개일 : 2000년 12월 5일), 특허문헌 5(일본국 공개 특허 공보「특개평7-97545호」, 공개일 : 1995년 4월 11일) 등의 각 기술을 들 수 있다.
우선, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 기술에서는, 주원료로서 전분의 천연물을 이용하고 있기 때문에, 생분해성 플라스틱에 비해서 양호한 분해성을 발휘할 수 있는 동시에, 종이·펄프와 비교하더라도 성형 형상의 다양성이 우수하다고 하는 이점이 있지만, 내수성·내습성이 부족하고, 용도가 한정되거나, 방습 보관이 필요한 등의 문제점을 초래한다.
다음에, 특허문헌 3 및 특허문헌 4의 기술에서는, 전분 또는 이것과 유사한 각종 다당류를 주원료로 하여 성형물을 성형하고 있는 동시에, 내수성을 향상시키기 위해서, 성형물 표면에 천연 수지(다마르 수지나 셸락 수지 등)를 도포하여, 내수 피막을 형성하고 있다.
그런데, 전분을 주원료로 하여 성형하여 얻어지는 성형물(발포 성형물도 포함함)에서는, 표면이 완전한 평활 상태로는 되지 않고 미세한 요철이 생기기 때문에, 단순한 도포 방법에서는, 내수 피막에 있어서의 요철 부분에 대응하는 위치에 미세한 핀홀이 발생하기 쉽게 된다. 그렇기 때문에, 어느 정도의 발수 효과는 기대할 수 있더라도 완전한 내수성을 부여하는 것은 곤란하게 된다. 특히, 내습성이 요구되는 경우에는, 상기 내수 피막의 핀홀로부터 습기가 흡수되기 쉽게 되어, 성형물이 용이하게 변형되는 등의 문제점을 초래한다.
더구나, 상기 다마르 수지나 셸락 수지 등은 도포를 위해 예컨대 알콜류 등의 유기 용매에 용해시켜야만 한다. 그 때문에, 도포 처리후에 유기 용매를 제거할 때에는 공기 중에 이들 유기 용매가 확산되어 대기나 주위 환경을 오염시키지 않게 하기 위한 대규모 장치가 필요하게 되는 등, 제조 설비상의 문제점을 초래한다.
이어서, 상기 특허문헌 5의 기술에서는, 상기 특허문헌 3이나 특허문헌 4의 기술과 마찬가지로 전분 등으로 이루어지는 내수성이 부족한 생분해성 소재의 표면에 대하여, 지방족 폴리에스테르를 할로겐화 탄화수소에 용해하여 이루어지는 생분해성 코팅제를 도포하고 있다. 이 기술에서는, 구체적인 도포 방법으로서 디프법(침지도포법)을 이용하고 있기 때문에, 복잡한 형상의 성형물에 대해서도 적절한 내수 피막을 형성하는 것은 가능하다.
그런데, 이 기술에서는, 코팅제의 용해에 이용한 할로겐화 탄화수소를 제거할 필요가 있어, 상기 특허문헌 3이나 특허문헌 4의 기술과 마찬가지로, 할로겐화 탄화수소의 확산을 방지하기 위한 장치를 필요로 하는 등의 문제점을 초래한다. 더구나, 할로겐화 탄화수소는 인체나 환경에 바람직하지 못한 것이 많으며, 특히 특허문헌 5의 기술에서 구체적으로 거론되고 있는 할로겐화 탄화수소는 프론계이므로, 대기 중에는 가능한 한 비산시켜서는 안 된다. 그 결과, 상기 장치로서, 대규모의 기밀실이나 회수 장치가 필요하게 된다고 하는 문제점도 초래한다.
전술한 각 기술 외에도, 왁스나 소수성 단백질을 도포액으로서 조제한 다음에 성형물의 표면에 도포하는 방법이 있지만, 일반적으로, 성형물의 표면 전체에 내수 피막을 충분히 균일하고 또 완전히 도포하는 것은 곤란하다. 평판과 같은 평평한 성형물이라면 도포는 비교적 용이하지만, 상기한 바와 같이 전분을 주원료로 하는 성형물에서는 그 표면에 요철이 생기기 쉬워 균일한 막 형성의 방해가 되는 데다, 컵 형상이나 보울(bowl) 형상 등 그 단면이 대략 원형인 성형물이라면, 성형물이나 도포 장치를 회전시킬 필요가 있어, 도포의 곤란한 정도는 더욱 커진다.
또한, 예컨대 디프법 등을 이용하여 도포액을 충분히 균일하게 도포할 수 있었다고 해도, 도포후의 도포액이 고화(固化)되어 피막에 형성될 때까지 흘러 내려, 피막에 얼룩짐이 발생하기 쉽다고 하는 문제점도 초래한다.
또, 상기 왁스는 그 융점이 비교적 낮기 때문에 내열성이 뒤떨어진다고 하는 문제점이 있다. 또한 상기 소수성 단백질은 내열성도 비교적 양호하고 유기 용매를 사용할 필요가 없지만, 수계의 용매를 사용하는 경우가 많기 때문에 도포 과정에서 성형물이 수분을 흡수하여 연화·변형을 일으킨다는 문제점도 있다.
그래서, 상기 성형물 표면에 대하여 내수 피막을 도포하는 것이 아니라, 내수 피막을 적층하는 기술도 종래부터 제안되어 있다. 구체적으로는, 예컨대, 특허문헌 6(일본국 공개 특허 공보「특개평11-171238호」, 공개일 : 1999년 6월 29일), 특허문헌 7(일본국 공개 특허 공보「특개평5-278738호」, 공개일 : 1993년 10월 26일), 특허문헌 8(일본국 공개 특허 공보「특개평5-294332호」, 공개일 : 1993년 11월 9일) 등의 기술을 들 수 있다.
상기 특허문헌 6의 기술에서는, 전분을 성형하는 것이 아니라 펄프몰드법에 의해 얻어진 용기를 비통수성 또는 비흡수성의 보호층으로 피복하고 있다. 이 기술에서는, 종래부터 실시되고 있는 종이 용기에의 플라스틱 피복 기술을 거의 그대로 응용할 수 있다고 하는 이점이 있지만, 펄프몰드의 주체가 섬유이므로 생분해 속도가 느리며, 식품의 찌꺼기 등과 함께 폐기할 수 없고, 용기에 두께를 주기가 어려운 데다, 디프드로잉 성형에 맞지 않으며, 다종 다양한 성형물의 제작에도 적합하지 않다는 등의 문제점이 있다.
한편, 상기 특허문헌 7 및 특허문헌 8의 기술에서는, 천연 다당류나 단백질 혹은 이들을 생분해할 수 있는 범위에서 화학 수식한 것으로 이루어지는 생분해성 용기의 표면에 생분해성 플라스틱 박막을 피복하여, 생분해성 용기를 제조하고 있다.
이 기술에서는, 생분해성 플라스틱이 얇은 내수 피막으로서 이용되고 있는 한편, 용기 본체는 천연 다당류나 단백질 등으로 충분한 두께를 갖는 용기로서 성형되고 있기 때문에, 충분한 내수성을 발휘하면서, 충분한 생분해성도 발휘할 수 있다. 그렇기 때문에, 전분이나 단백질 등을 이용한 생분해에 의한 처분 기술에서는 특히 유망한 기술이다.
그런데, 상기 특허문헌 7의 기술에서는, 단순히 생분해성 용기 본체에 대하여 생분해성 플라스틱 박막을 피복하고 있는 구성이며, 생분해성 용기의 구체적인 구성에 관해서는 거의 언급되어 있지 않다.
예컨대, 생분해성 용기 본체가 다당류나 단백질을 주성분으로 하고 있는 경우에는 그 강도가 문제가 되는데, 특허문헌 7의 기술에서는, 강도에 관해서는 아무런 설명도 되어 있지 않다. 또, 생분해성 플라스틱 박막을 구체적으로 어떻게 피복하는지에 관해서, 예컨대 도포법에 의해 형성하는지, 피복 필름을 미리 형성하여 접착하는지 등에 관해서도 전혀 기재되어 있지 않다.
또한, 상기 특허문헌 7의 기술에서는, 생분해성 용기 본체에 대한 생분해성 플라스틱 박막의 피복 상태에 대해서는 전혀 규정되어 있지 않다. 상기 생분해성 플라스틱 박막은 다당류나 단백질을 주성분으로 하는 생분해성 용기 본체의 내수성을 향상시키기 위해서 피복되어 있는 것이지만, 상기 특허문헌 7의 기술에서는, 단순히 피복되어 있다고 설명되어 있을 뿐이며, 피복 상태가 어떻게 되어 있는지에 대해서는 아무런 기재도 되어 있지 않다.
생분해성 용기를 아무리 일회용 용도로 이용한다고 해도, 1웨이(one way) 용기로서의 안정성이나 내구성은 필요하며, 생분해성 용기 본체에서 생분해성 플라스틱 박막이 용이하게 박리되어서는 내구성이 있다고 말할 수는 없다. 그렇기 때문에, 용기 본체에 대한 피복 상태는 중요한 조건이 되지만, 상기 특허문헌 7의 기술에서는, 이 점에 대해서는 아무런 고려도 되어 있지 않다.
더구나, 전술한 바와 같이 생분해성 플라스틱은 생분해 속도가 느리기 때문에, 두꺼운 성형물로서 이용하는 것이 곤란한데, 생분해 속도는 성형물의 두께뿐만 아니라, 성형물 중에 포함되는 총량에도 크게 의존한다. 여기서, 상기 특허문헌 7의 기술에서는, 생분해성 용기 본체를 발포시키면 생분해성이 향상된다고 기재하고 있을 뿐이며, 발포의 정도와 생분해성과의 관계나, 생분해성 플라스틱과 생분해성 용기 본체와의 생분해 밸런스에 대해서는 아무런 언급도 되어 있지 않고, 그렇기 때문에, 한 용기 전체의 생분해를 양호하게 진행시킬 수는 없다.
한편, 상기 특허문헌 8의 기술은 상기 특허문헌 7에 개시되어 있는 생분해성 용기의 제조 방법의 하나에 대응하는 것으로 추측되는데, 이 기술에서는, 열가소성 플라스틱을 용제에 용해하여, 생분해성 용기 본체의 표면에 도포하고, 이것을 건조시켜 용제를 휘발시킨 후에, 열가소성 플라스틱으로 이루어지는 별도의 코팅 박막을 적층하여 열압착하고 있다. 즉, 코팅 박막(생분해성 플라스틱 박막에 상당)을 안정적으로 접착하기 위해서 열가소성 플라스틱을 접착제로서 이용하고 있는 것이 개시되어 있다.
여기서, 상기 특허문헌 3 내지 특허문헌 5의 기술에 관해서 설명한 것과 같이, 열가소성 플라스틱을 용제에 용해시켜 이용하면, 용제의 확산을 방지하기 위한 장치를 필요로 하는 등의 문제점을 초래한다. 더구나 특허문헌 8의 기술에 있어서의 구체적인 실시예에서는, 용제로서 클로로포름을 이용하고 있는데, 이것은 대기 중에는 가능한 한 비산시켜서는 안되기 때문에, 특허문헌 5의 기술과 마찬가지로, 상기 장치로서, 대규모의 기밀실이나 회수 장치가 필요하게 된다고 하는 문제점도 초래한다.
또한, 상기 특허문헌 8의 제조 방법에서는, 다당류나 단백질로 먼저 시트를 형성한 다음에, 이 시트를 금형으로 프레스 성형함으로써, 생분해성 용기 본체를 얻고 있다. 그 때문에, 예컨대 컵과 같은 디프드로잉 형상의 용기나, 칸막이가 달린 식품 트레이·포장 트레이와 같은 성형물의 두께가 균일하지 않은 것, 나아가서는 포장용 완충재와 같은 복잡한 형상의 성형물을 성형할 수 없다고 하는 문제점을 초래한다.
또, 다른 생분해성 용기 혹은 생분해성 성형물도 알려져 있다(특허문헌 10(일본국 특허 공표「특표평11-512467호」 공보, 국제 공개 번호 : WO97/10293, 국제 공개일 : 1997년 3월 20일), 특허문헌 11(일본국 특허 공표「특표평8-500547호」 공보, 국제 공개 번호 : WO94/05492, 국제 공개일 : 1994년 3월 17일) 및 특허문헌 12(일본국 공개 특허 공보「특개평6-125718호」, 공개일 : 1994년 5월 10일) 참조).
또, 주머니체를 이용한 폴리우레탄 폼의 충전 기술이 알려져 있다(특허문헌 13(일본국 공개 특허「특개소63-54217호」, 공개일 : 1988년 3월 8일) 참조).
또, 일반적인 발포 수지의 진공 성형시에, 압력빼기를 한다는 것이 알려져 있다(특허문헌 14(일본국 공개 특허 공보「특개소52-134670호」, 공개일 : 1977년 11월 11일), 특허문헌 15(일본국 공개 특허 공보「특개소54-127476호」, 공개일 : 1979년 10월 3일), 특허문헌 16(일본국 공개 특허 공보「특개소55-73535호」, 공개일 : 1980년 6월 3일) 및 특허문헌 17(일본국 공개 특허 공보「특개소57-1712호」, 공개일 : 1982년 1월 6일) 참조).
그런데, 이미 본 발명자들은, 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 적어도 소수성을 지니고 있는 피복 필름을 이용하여, 상기 성형용 원료 및 피복 필름을 성형 틀 속에서 가열하여, 소정 형상의 생분해성 발포 성형물을 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름을 가열, 연화하여 압착함으로써, 최종적으로 상기 피복 필름을, 상기 생분해성 발포 성형물의 표면에 접착하는 성형 동시 접착 공정을 포함하는 생분해성 성형물의 제조 방법의 발명을 출원 완료했다(본원의 우선권 주장의 기초가 되는 출원의 출원일 시점에서는 미공개이며, 그 후에 공개된 특허문헌 9(WO 02/22353 A1, 국제 공개일 : 2002년 3월 21일, 국체 출원 번호 : PCT/JP01/07903, 국제 출원일 : 2001년 9월 12일) 참조).
상기 선원 발명은, 생분해성 및 내수성이 우수한 생분해성 성형물을 제조할 수 있는 동시에, 제조 공정수를 줄여, 제조 시간을 단축할 수 있는 우수한 발명이다.
특허문헌 9의 방법에서는, 피복 필름에 협지된 성형용 원료가, 성형 틀 속에서 수증기 발포에 의해 팽창하여, 피복 필름을 성형 틀에 압박하는 기능을 한다. 또, 성형용 원료로부터 발생한 수증기는 피복 필름과 피복 필름과의 사이로부터, 성형 틀에 있어서의 틀 부재와 틀 부재의 접합부 또는 감합부에 형성된 홈 형상의 배기부를 통해, 성형 틀 밖으로 배출된다. 그러나, 이 때, 피복 필름과 성형 틀 사이에 밀폐 공간이 생기면, 이 밀폐 공간에 공기가 쌓여 다 빠져나갈 수 없게 된다. 그 때문에, 성형 틀의 피복 필름에의 압박은, 성형용 원료의 팽창에 의한 압력과 밀폐 공간에 쌓인 공기의 압력과의 밸런스가 잡힌 곳에서 정지되게 된다. 그렇기 때문에, 피복 필름이 성형 틀의 구석구석까지 다 펴지지 않게 되어, 이 밀폐 공간에 쌓인 공기만큼 성형 틀 표면에서 떠 버린다. 그렇기 때문에, 밀폐 공간에 쌓인 공기만큼, 생분해성 성형물을, 성형 틀의 캐비티 형상으로 성형할 수 없는 경우가 있다. 특히, 성형 틀에 있어서, 오목 형상 부분 및 매끄러운 면(평면 또는 곡면)이 일정 면적 이상 연속해 있는 부분에서, 이 경향이 현저하게 나타난다. 그 결과, 성형되는 생분해성 성형물에 있어서, 성형 틀의 오목 형상 부분에서 원하는 두께를 얻을 수 없게 되거나, 매끄러운 면이 일정 이상 연속해 있는 부분에서 표면에 미세한 요철이 생기거나 하는 경우가 있었다. 그 때문에, 생분해성 성형물의 강도가 부족하거나, 양호한 외관 및 인쇄 적성을 갖는 생분해성 성형물을 얻을 수 없는 경우가 있었다.
또, 상기 인용문헌 9의 발명에서는, 생분해성 성형물로서, 주발형 용기나 컵형 용기 등과 같은 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조하는 경우에는, 피복 필름을 미리 생분해성 성형물의 외형과 대략 동일한 형상으로 예비 성형해 두거나, 혹은 피복 필름을 전개도와 같이, 전체적으로 생분해성 성형물의 외형과 대략 동일하게 되도록 복수의 필름 조각으로 분할하고 있었다. 그 때문에, 피복 필름으로 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조하기 위해서는 적어도 2 공정이 필요했다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 생분해성 성형물의 일례로서의 주발형 용기의 형상을 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 생분해성 성형물의 다른 예로서의 둥근 접시형 용기의 형상을 나타내는 대략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 생분해성 성형물의 또 다른 예로서의 컵형 용기의 형상을 나타내는 개략 단면도 및 개략 평면도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 도 2에 나타낸 주발형 용기를 성형하기 위한 성형 틀의 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 도 3에 나타내는 둥근 접시형 용기를 성형하기 위한 성형 틀의 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 도 3에 나타내는 둥근 접시형 용기를 제조하기 위한, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타내는 성형 틀에 있어서, 내부 가열용으로 전극이 구비되어 있는 구성의 일례를 나타내는 개략 설명도이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 도 4에 나타내는 컵형 용기를 성형하기 위한 성형 틀의 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 도 4에 나타내는 컵형 용기를 성형하기 위한 성형 틀의 구성의 다른 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 11은 도 2에 나타내는 주발형 용기를 제조하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 12는 도 3에 나타내는 둥근 접시형 용기를 제조하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 13은 도 2에 나타내는 주발형 용기를 제조하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 14(a)는 도 15에서 설명하는 제조 방법을 이용하여 도 4에 나타내는 생분해성 성형물을 제조할 때에, 피복 필름을 필름 조각으로 잘라낸 상태의 2분할의 일례를 나타내는 개략 평면도이며, 도 14(b)는 피복 필름을 필름 조각으로 잘라낸 상태의 3 분할의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 15는 도 4에 나타내는 컵형 용기를 제조하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 16은 도 4에 나타내는 컵형 용기를 제조하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 17은 도 4에 나타내는 컵형 용기를 제조하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 18은 도 2에 나타내는 주발형 용기를 성형하기 위한 성형 틀의 다른 구성예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19는 성형 중에 있어서의 캐비티 내압의 시간적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법을 설명하는 설명도이다.
도 21은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 생분해성 성형물의 일례로서의 주발형 용기의 형상을 나타내는 개략 단면도이다.
도 22(a) 및 도 22(b)는 도 21에 나타내는 주발형 용기를 성형하기 위한 성형 틀의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 23(a) 및 도 23(b)는 도 22(a) 및 도 22(b)에 나타내는 성형 틀에 의해, 피복 필름이 변형되는 모양을 나타내는 개략 설명도이며, 도 23(a)는 피복 필름이 변형되기 시작하는 시점을 나타내고, 도 23(b)는 피복 필름이 변형되는 도중의 시점을 나타낸다.
도 24는 도 22(a) 및 도 22(b)에 나타내는 성형 틀에 있어서, 내부 가열용으로 전극이 구비되어 있는 구성의 일례를 나타내는 개략 설명도이다.
본 발명은 상기 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 복잡한 형상을 갖는 경우라도 충분한 강도를 지니고, 또 충분한 내수성, 매우 양호한 생분해성 및 우수한 표면 평활성을 갖는 생분해성 성형물을 간단하고 또 양호한 치수 정밀도로 제조할 수 있는 생분해성 성형물의 제조 방법 및 그것에 이용하는 성형 틀을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 생분해성 성형물의 제조 방법은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고 소수성을 갖는 피복 필름을 이용하여, 소정 형상의 캐비티를 갖는 성형 틀 속에서 성형용 원료 및 피복 필름을 가열 성형함으로써, 성형용 원료를 수증기 발포 성형하는 동시에, 수증기 발포 성형에 의해 얻어진 생분해성 발포 성형물의 표면에 피복 필름을 연화시켜 압착하는 생분해성 성형물의 제조 방법으로서, 상기 성형 틀에 배기 구멍을 형성하여, 가열 성형시에 피복 필름과 성형 틀 표면과의 사이에 개재하는 기체를 상기 배기 구멍을 통해 캐비티 밖으로 배출시키는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법에 의하면, 전분을 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료를 제조하여, 이 성형용 원료를 이용하여 수증기 발포 성형함으로써, 매우 복잡한 형상이라도 용이하게 성형할 수 있는 동시에, 얻어지는 생분해성 발포 성형물이 어느 정도의 함수율을 보유하게 되어, 종래의 전분 성형물에 비해서 우수한 강도를 발휘할 수 있다.
또, 상기 방법에 의하면, 상기 피복 필름은 일반적인 플라스틱에 가까운 성질을 갖는 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 적어도 소수성을 갖고 있으므로, 내수성을 지닌 생분해성 성형물을 제조할 수 있다. 또, 상기 방법에 의하면, 성형 틀 속에서의 가열 성형에 의해 피복 필름을 생분해성 발포 성형물의 표면에 압착하기 때문에, 피복 필름이 생분해성 발포 성형물의 표면에 대략 밀착한 상태의 생분해성 성형물을 얻을 수 있고, 생분해성 발포 성형물의 표면으로부터 피복 필름이 박리되기 어렵다. 그 때문에, 생분해성 성형물의 내수성을 보다 확실하게 확보할 수 있다.
또, 상기 방법에 의하면, 생분해성 발포 성형물은 발포체이므로 표면적이 크고, 생분해 반응이 진행되기 쉽기 때문에, 생분해성이 매우 양호하다.
또, 상기 방법에 의하면, 성형용 원료의 수증기 발포 성형과 피복 필름의 압착을 동시에 실행하기 때문에, 보다 적은 공정으로 생분해성 성형물을 제조할 수 있게 되어, 생분해성 성형물을 간편한 방법으로 제조할 수 있다.
더욱이, 상기 방법에 의하면, 상기 성형 틀에 배기 구멍을 형성하여, 가열 성형시에, 피복 필름과 성형 틀 표면과의 사이에 개재하는 기체를 상기 배기 구멍을 통해 캐비티 밖으로 배출시키므로, 피복 필름과 성형 틀 표면과의 밀착성이 향상된다. 그러므로, 우수한 표면 평활성을 갖는 생분해성 성형물을 얻을 수 있다. 따라서, 표면의 광택이 양호하고, 미려한 생분해성 성형물을 얻을 수 있다. 또, 평활한 표면을 얻을 수 있기 때문에, 생분해성 성형물 표면에 인쇄를 실시하는 경우에도, 색 빠짐이나 인쇄 어긋남이 없는 깨끗한 인쇄가 가능하게 된다. 또한, 피복 필름과 성형 틀 표면과의 밀착성이 향상됨으로써, 거의 설계 치수와 같은 치수(성형 틀의 캐비티와 대략 동일한 치수)를 갖는 생분해성 성형물을 얻을 수 있어, 양호한 치수 정밀도를 실현할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 성형 틀의 내부에, 상기 배기 구멍을 통해 캐비티에 이르는 공간을 형성하여, 가열 성형시에 상기 공간을 성형 틀 외부에 대하여 폐쇄된 폐쇄 공간으로 하여도 좋다. 이로써, 급속히 성형을 하는 경우나, 피복 필름의 강도가 낮은 경우에 있어서도, 캐비티 내압의 급격한 상승에 의한 피복 필름의 변형이나 찢어짐을 용이하게 피할 수 있다.
또, 상기 방법에 있어서, 가열 성형시에, 피복 필름과 성형 틀 표면과의 사이에 개재하는 기체를, 상기 배기 구멍을 통해 성형 틀 외부로 배출시키더라도 좋다. 이로써, 캐비티 내압이 비교적 낮은 경우라도, 피복 필름과 성형 틀 표면과의 사이에 개재하는 기체를 충분히 캐비티 밖으로 배출시킬 수 있어, 그 결과, 양호한 치수 정밀도를 실현할 수 있다.
한편, 상기 방법에 있어서, 성형용 원료를 성형 틀 속에 공급하는 방법은 (1) 피복 필름과 함께 성형 틀 속에 성형용 원료를 배치하는 방법, (2) 피복 필름을 성형 틀 속에 배치한 후, 가열 성형전에 피복 필름 상에 성형용 원료를 투입하는 방법, (3) 피복 필름을 성형 틀 속에서 가열 성형하기 시작한 후, 피복 필름 상에 성형용 원료를 투입하는 방법의 어느 것이라도 좋다. 이들 중, (1)의 방법이 원료의 공급이 한번으로 끝나기 때문에 가장 간편하다.
본 발명의 성형 틀은 상기 목적을 달성하기 위해서, 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료를 내부에서 가열함으로써, 수증기 발포 성형하기 위한 성형 틀로서, 서로 끼워맞추어 소정 형상의 캐비티를 내부에 형성할 수 있는 복수의 틀 부재로 이루어지고, 상기 각 틀 부재에는 캐비티 내의 기체를 캐비티 밖으로 배출시키기 위한 배기 구멍이 관통되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면, 각 틀 부재에 배기 구멍을 형성했기 때문에, 상기 성형용 원료를 내부에서 가열함으로써, 생분해성 발포 성형물을 수증기 발포 성형하면, 성형시에 캐비티 내의 기체를 상기 배기 구멍을 통해 캐비티 밖으로 배출시킬 수 있다. 이로써, 성형물과 성형 틀 표면과의 밀착성이 향상된다. 그러므로, 우수한 표면 평활성을 갖는 생분해성 성형물을 얻을 수 있다. 따라서, 표면의 광택이 양호하고, 미려한 생분해성 성형물을 얻을 수 있다. 또, 평활한 표면을 얻을 수 있기 때문에, 생분해성 성형물 표면에 인쇄를 실시하는 경우에도, 색 빠짐이나 인쇄 어긋남이 없는 깨끗한 인쇄가 가능하게 된다. 더욱이, 성형물과 성형 틀 표면과의 밀착성이 향상되므로, 거의 설계 치수와 같은 치수(성형 틀의 캐비티와 대략 동일한 치수)를 갖는 생분해성 성형물을 얻을 수 있어, 양호한 치수 정밀도를 실현할 수 있다.
또, 상기 구성에 의하면, 상기 각 틀 부재에 배기 구멍이 관통되어 있기 때문에, 틀 부재와 틀 부재의 접합부에만 배기 구멍이 형성되어 있는 경우에 비교하여, 생분해성 성형물에 있어서의 표면 부분의 표면 평활성이나 치수 정밀도가 향상된다.
또, 틀 부재의 캐비티를 형성하는 면에 배기 홈(홈 형상의 배기부)을 형성한 경우, 생분해성 성형물의 표면에 배기 홈이 부조(浮彫)가 되어 나타나 버리는데, 상기 구성에서는 각 틀 부재를 관통하는 배기 구멍을 이용하고 있기 때문에, 배기 구멍이 생분해성 성형물의 표면 형상에 영향을 주는 일이 없거나, 있더라도 실용상 문제가 없는 수준이다.
본 발명의 성형 틀에서는, 상기 각 틀 부재가 금속으로 이루어지고, 틀 부재끼리를 절연하기 위한 절연체가 상기 틀 부재 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 각 틀 부재를 전극으로서 이용하여 고주파 유전 가열이나 통전 가열 등의 수법에 의해 상기 성형용 원료를 가열하는 것이 가능하게 된다. 그렇기 때문에, 성형용 원료를 단시간에 균일하게 가열할 수 있어, 양호한 성형물을 단시간에 얻을 수 있다. 또, 상기 구성에 의하면, 상기한 제조 방법으로 생분해성 성형물을 제조하는 경우, 피복 필름이 성형 틀에서 직접 가열되지 않기 때문에, 비교적 융점이 낮은 피복 필름을 이용할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 목적은, 주발형 용기나 컵형 용기 등과 같은 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 더욱 적은 공정으로 제조할 수 있는 생분해성 성형물의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법은 「전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 소수성을 갖는 피복 필름을 이용하여, 상기 성형용 원료 및 피복 필름을 성형 틀 속에서 가열 성형함으로써, 생분해성 성형물을 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름을 연화시켜 생분해성 발포 성형물 표면에 압착한다」라는 기본 구성 요건을 구비하는 동시에, 상기한 목적을 달성하기 위해, 「디프드로잉 형상의 성형 틀 속에 성형용 원료와 함께 피복 필름을 대략 평면형으로 배치하여 상기 가열 성형을 실시함으로써, 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조한다」라는 특징을 갖고 있다.
상기 방법은 상기 기본 구성 요건을 구비하기 때문에, 상기 배기 구멍을 형성한 성형 틀을 이용하는 방법과 같은 이점이 있다.
즉, 우선, 상기 방법에 의하면, 전분을 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료를 조제하고, 이 성형용 원료를 이용하여 수증기 발포 성형함으로써, 매우 복잡한 형상이라도 용이하게 성형할 수 있는 동시에, 얻어지는 생분해성 발포 성형물이 어느 정도의 함수율을 보유하게 되어, 종래의 전분 성형물에 비해 우수한 강도를 발휘할 수 있다.
또, 상기 방법에 의하면, 상기 피복 필름은 일반적인 플라스틱에 가까운 성질을 갖는 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 적어도 소수성을 갖고 있으므로, 내수성을 갖는 생분해성 성형물을 제조할 수 있다.
또, 상기 방법에 의하면, 성형용 원료의 수증기 발포 성형과 피복 필름의 압착을 동시에 실행하기 때문에, 보다 적은 공정으로 생분해성 성형물을 제조할 수 있게 되어, 생분해성 성형물을 간편한 방법으로 제조할 수 있다.
또, 상기 방법에 의하면, 성형 틀 속에서의 가열 성형에 의해 피복 필름을 생분해성 발포 성형물의 표면에 압착하기 때문에, 피복 필름이 생분해성 발포 성형물의 표면에 대략 밀착한 상태의 생분해성 성형물을 얻을 수 있고, 생분해성 발포 성형물의 표면으로부터 피복 필름이 박리되기 어렵다. 그 때문에, 생분해성 성형물의 내수성을 보다 확실하게 확보할 수 있다.
따라서, 상기 기본 구성 요건에 의해, 복잡한 형상을 갖는 경우라도, 충분한 강도를 지니고, 또 충분한 내수성 및 매우 양호한 생분해성을 갖는 생분해성 성형물을 간편히 제조할 수 있다.
더욱이, 상기 방법에 의하면, 피복 필름의 압착시에, 피복 필름을 대략 평면형으로 배치하기 때문에, 피복 필름으로서, 시판되고 있는 대략 평면형 또는 롤형의 필름을 그대로 사용할 수 있다. 그렇기 때문에, 피복 필름을 예비 성형하는 공정을 생략할 수 있어, 제조 공정을 대폭 간략화할 수 있다.
또, 상기 방법에 의하면, 피복 필름을 대략 평면형으로 배치하기 때문에, 피복 필름을 용이하게 공급할 수 있어, 피복 필름을 롤러나 클램프 등으로 반송하여 연속적으로 공급할 수 있게 된다. 따라서, 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 연속적으로 생산할 수도 있게 된다.
한편, 본원 명세서에서, 「디프드로잉 형상의 성형물」이란, 30 mm 이상의 깊이를 갖는 오목형이며, 또, (1) 중심선(바닥면의 중심과 개구의 중심을 잇는 직선)에 대한 측면의 경사 각도가 적어도 한 점에서 30ㅀ 이하, 및 (2) 종횡비(세로 치수/가로 치수)가 0.3 이상, 의 적어도 한 쪽을 만족하는 용기는 지칭하는 것으로 한다. 또, 세로 치수란, 높이 방향(중심선 방향)의 최대 외형 치수를 가리키고, 가로 치수란, 높이 방향과 직교하는 방향(직경 방향)의 최대 외형 치수를 가리킨다.
디프드로잉 형상은 식품 용기의 경우, 일반적으로 「컵」, 「손잡이가 달린 컵」, 「사발」, 「공기」 등이라 불리고 있는 형상에 해당한다. 한편, 디프드로잉 형상이 아닌 오목 형상(이하, 샐로우드로잉 형상이라고 부름)은 식품 용기의 경우, 「트레이」, 「평접시」, 「둥근 접시」, 「각접시」 등이라 불리고 있는 형상에 해당한다.
상기한 제조 방법에서는, 대략 평면형의 피복 필름을 예비 성형하지 않고서, 대략 평면형의 피복 필름을 성형 틀 속에서 가열하여 압착함으로써, 피복 필름을 직접 디프드로잉 형상으로 성형하도록 되어 있다. 그 때문에, 예비 성형하지 않고 대략 평면형의 피복 필름을 접시형 등의 샐로우드로잉 형상으로 성형하는 경우나, 피복 필름을 예비 성형하고 나서 디프드로잉 형상으로 성형하는 경우와 비교하면, 압착시에, 피복 필름을 크게 연신해야만 한다. 그런데, 생분해성 플라스틱의 종류에 따라 다르기도 하지만, 내열성 및 가스 배리어성이 우수한 2축 연신 필름을 피복 필름으로서 이용한 경우, 성형시에 대폭 연신할 수는 없는 경향이 있다. 그 때문에, 피복 필름이 충분히 연신되도록 성형 틀 속에서의 가열 조건을 최적화하지 않으면, 피복 필름에 단열(斷裂)이나 균열(龜裂), 핀홀 등의 결함이 생길 우려가 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 특히 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 대략 평면형의 피복 필름을 이용하여 제조하는 경우에, 피복 필름에 결함이 생기는 것을 보다 확실하게 피하여, 생분해성 성형물의 내수성을 보다 확실하게 확보할 수 있는 생분해성 성형물의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 다른 생분해성 성형물의 제조 방법은, 상기 기본 구성 요건을 구비하는 동시에, 상기한 목적을 달성하기 위해, 「볼록 틀 및 오목 틀의 쌍으로 이루어지는 성형 틀을 이용하여, 상기 가열 성형 전에, 볼록 틀과 오목 틀 사이에 성형용 원료 및 피복 필름을 배치하고, 상기 가열 성형시에, 볼록 틀 및 오목 틀의 적어도 한 쪽을 이들이 끼워 맞춰지는 방향으로 이동시킴으로써 피복 필름의 중앙부를 변형시켜, 적어도 필름 피복이 변형되고 있는 동안, 피복 필름 외주의 변형되지 않는 부분의 표면을 연결함으로써 형성되는 평면에 대한, 볼록 틀의 상대적인 이동 속도를, 8 mm/s∼12 mm/s 범위 내로 유지한다」고 하는 특징을 갖고 있다.
상기 방법에 의하면, 볼록 틀에 의해서 피복 필름이 연신되는 속도가 거의 일정하고, 또 최적의 속도로 유지되기 때문에, 특히 대략 평면형의 피복 필름을 이용하여 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조하는 경우에, 피복 필름에 단열이나 균열, 핀홀이 생기는 것을 피할 수 있다. 그러므로, 피복 필름에 의해서, 생분해성 발포 성형물을 보다 확실하게 피복할 수 있기 때문에, 생분해성 성형물의 내수성을 보다 확실하게 유지할 수 있다.
상기 방법에서는, 적어도 피복 필름이 변형하고 있는 동안, 볼록 틀과 오목 틀을 직선적으로 근접시키는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의하면, 예컨대 볼록 틀의 한 변과 오목 틀의 한 변을 힌지로 연결하여, 볼록 틀을 회동시키는 경우와 비교하여, 볼록 틀에 의해서 피복 필름에 가해지는 압력이 보다 균일하게 된다. 그렇기 때문에, 특히 깊이가 매우 깊은 드프드로잉의 생분해성 성형물을 제조하는 경우나, 보다 복잡한 형상의 생분해성 성형물을 제조하는 경우에, 균일하게 피복 필름을 연신할 수 있어, 피복 필름의 두께가 균일하게 된다. 그렇기 때문에, 피복 필름에 의한 효과, 즉 생분해성 성형물의 내수성 향상 등이 보다 한층 향상된다.
또, 상기 방법에서는, 적어도 피복 필름이 변형을 시작할 때까지, 볼록 틀 및 오목 틀 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의하면, 적어도 피복 필름이 변형을 시작할 때까지, 볼록 틀 및 오목 틀 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키기 때문에, 볼록 틀을 오목 틀에 끼워 맞출 때까지 드는 시간(감합 시간)을 단축할 수 있어, 그 결과, 제조 시간의 단축을 도모할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 다른 생분해성 성형물의 제조 방법은, 상기 기본 구성 요건을 구비하는 동시에, 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해서, 「성형 틀의 온도가 피복 필름의 연화점 이상이며, 또 피복 필름의 융점보다 10℃ 이상 낮아지도록 가열을 한다」고 하는 특징을 갖고 있다.
상기 방법에 의하면, 성형 틀의 온도를 피복 필름의 융점보다 10℃ 이상 낮게 함으로써, 피복 필름이 녹는 일없이 연화되어 성형 틀에 대응한 형상으로 성형된다. 이로써, 특히 대략 평면형의 피복 필름을 이용하여 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조하는 경우에, 피복 필름에 핀홀이 생기는 것을 피할 수 있다. 그러므로, 피복 필름에 의해서 생분해성 발포 성형물을 보다 확실하게 피복할 수 있기 때문에, 생분해성 성형물의 내수성을 보다 확실하게 확보할 수 있다.
상기 방법에서는 성형 틀의 온도가 130℃ 이상이 되도록 가열하는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의하면, 성형용 원료를 충분히 가열하여 수증기 발포 성형할 수 있기 때문에, 수증기 발포 성형의 성형 시간을 단축할 수 있는 동시에, 수증기 발포의 조건이 양호하게 되어, 균일하고 치밀한 조직을 갖는 생분해성 발포 성형물을 얻을 수 있다. 따라서, 제조 시간의 단축을 도모하는 동시에, 얻어지는 생분해성 성형물의 강도 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 방법에서는 성형 틀의 온도가 150℃ 이상이 되도록 가열을 하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 방법에 의하면, 성형용 원료를 보다 한층 충분히 가열하여 수증기 발포 성형할 수 있기 때문에, 수증기 발포 성형의 성형 시간을 더욱 단축할 수 있는 동시에, 수증기 발포의 조건이 더욱 양호하게 되어, 더욱 균일하고 치밀한 조직을 갖는 생분해성 발포 성형물을 얻을 수 있다. 따라서, 한층 더 제조 시간의 단축을 도모하는 동시에, 얻어지는 생분해성 성형물의 강도 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 각 방법에서는, 상기 가열 성형하기 전에, 피복 필름과 접촉하는 성형 틀 표면에, 슬립제(윤활제)를 배치하는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의하면, 피복 필름 표면과 성형 틀 표면 사이의 접촉 마찰을 저감할 수 있기 때문에, 성형 틀에 의해서 피복 필름을 연신할 때에, 성형 틀과의 마찰에 의해서 피복 필름에 단열이나 균열 등과 같은 파손이 생기는 것을 피할 수 있다.
한편, 본원 명세서에 있어서, 「슬립제」란, 얻어진 생분해성 성형물을 성형 틀로부터 떼어내기 쉽게 하기 위해, 성형후의 피복 필름 표면과 성형 틀 표면과의 사이의 접촉 마찰을 저감시켜 성형 틀에 피복 필름이 점착되는 것을 방지하기 위해서 사용되는 것을 가리키며, 소위 「활제」에 한정되지 않는 것으로 한다.
상기 슬립제는 성형 틀 표면에 형성된 불소 수지층인 것이 바람직하다.
상기 방법은 피복 필름과 접촉하는 성형 틀 표면에 액체형의 슬립제(활제나 유지 등)를 도포한 경우나, 피복 필름과 접촉하는 성형 틀 표면에 미립자형의 슬립제(무기 미립자 등)를 부착시킨 경우와 비교하여, 다음의 이점을 갖고 있다.
즉, 액체상의 슬립제를 도포한 경우나 미립자형의 슬립제를 부착시킨 경우에는 성형시에 슬립제가 성형 틀 표면으로부터 벗겨지기 때문에 성형할 때마다 슬립제를 도포할 필요가 있다. 이에 대하여, 상기 방법에서는 성형 틀 표면에 불소 수지층을 형성하여 슬립제로 하고 있기 때문에, 성형시에 슬립제가 성형 틀 표면으로부터 벗겨지는 일없이 장시간 사용 가능하다. 그렇기 때문에, 성형 틀 표면에 슬립제를 배치하는 수고를 덜 수 있다.
또, 액체형의 슬립제를 도포한 경우나 미립자형의 슬립제를 부착시킨 경우에는, 성형시에 슬립제가 생분해성 성형물 표면에 부착되기 때문에, 성형후에 생분해성 성형물 표면에서 슬립제를 제거할 필요가 있다. 이에 대하여, 상기 방법에서는, 성형시에 슬립제가 생분해성 성형물 표면에 부착되어 생분해성 성형물 표면이 더러워지는 일이 없어, 성형후에 생분해성 성형물 표면으로부터 슬립제를 제거하는 수고를 줄일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 우수한 점은 이하에 나타내는 기재에 의해서 충분히 알 수 있을 것이다. 또, 본 발명의 이점은 첨부한 도면을 참조한 다음의 설명에 의해 명백해질 것이다.
〔실시형태 1〕
본 발명의 실시형태에 대해서 도 1 내지 도 18에 기초하여 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
우선, 본 발명의 제조 방법으로 제조되는 생분해성 성형물에 대해서 설명한다.
본 발명의 제조 방법으로 제조되는 생분해성 성형물은 후술하는 성형용 원료의 수증기 발포 성형에 의해 얻어지는 소정 형상의 생분해성 발포 성형물과, 그 표면에 접착되는 피복 필름을 포함하며, 상기 피복 필름이, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 적어도 소수성을 갖고 있는 생분해성 성형물이다.
상기 생분해성 성형물에 있어서는, 생분해성 발포 성형물 중에 포함되는 공기상의 체적의 비율이, 생분해성 성형물의 전체 체적에 대하여 30 용량%보다 큰 것이 바람직하다. 이로써, 생분해성 발포 성형물의 표면적이 커져, 생분해성 발포 성형물을 생분해하는 미생물이 들어가기 쉽게 된다. 그러므로, 생분해성 발포 성형물이 생분해되기 쉽게 되고, 그 결과, 생분해성 성형물의 생분해성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.
한편, 이하의 설명에서는, 상기 생분해성 발포 성형물을, 적절하게 「발포 성형물」이라고 약기한다. 또, 상기 슬러리형이란, 적어도 전분에 물을 가한 상태에서 충분한 유동성을 갖고 있는 상태를 가리킨다. 따라서, 전분은 물에 용해되고 있을 필요는 없으며, 현탁액에 가까운 상태로 되어 있으면 된다. 한편, 상기 도우형이란, 상기 슬러리형보다도 유동성이 낮은 상태이며, 반고형에 가까운 상태로 되어 있다.
생분해성 성형물의 일례로서는, 구체적으로는, 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물인, 주발 형상의 용기(이하, 주발형 용기라 부름)를 들 수 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 주발형 용기(10a)는 상기 생분해성 발포 성형물인 용기 본체(11a)와, 그 표면을 피복하도록 직접, 대략 밀착하여 접착되어 있는 피복 필름(12)을 갖고 있다.
주발형 용기(10a)는 상측을 향해 넓어지는 원추대형의 측벽(10aa)과, 측벽(10aa)의 하단에 형성된 바닥부(10ab)와, 측벽(10aa)의 상단에 바깥쪽을 향해 뻗도록 형성된 원환형의 플랜지부(10ac)를 구비하고 있다. 바닥부(10ab)에는 원환형의 볼록부인 실굽부(高台部)(10ad)가 형성되어 있으며, 따라서, 바닥부(10ab)에 있어서의 실굽부(10aa)의 내측 및 외측에는 각각 오목부(10ae) 및 오목부(10af)가 형성되어 있다.
생분해성 성형물의 다른 예로서는, 둥근 접시형의 용기(이하, 둥근 접시형 용기라 부름)를 들 수 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 둥근 접시형 용기(10b)도, 용기 본체(11b) 및 피복 필름(12)으로 이루어져 있다.
둥근 접시형 용기(10b)는 평판형의 바닥부(10ba)와, 바닥부(10ba)로부터 연장 형성되어 상측을 향해 매끄럽게 구부러진 곡면부(10bb)와, 곡면부(10bb)의 상단에 바깥쪽을 향해 뻗도록 형성된 원환형의 플랜지부(10bc)를 구비하고 있다.
생분해성 성형물의 또 다른 예로서는, 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물인 컵형의 용기(컵형 용기)를 들 수 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 컵형 용기(10c)도, 상기 생분해성 발포 성형물인 용기 본체(11c) 및 피복 필름(12)으로 이루어져 있다. 도 4에 있어서는, 상측의 도면이 컵형 용기(10c)의 종단면도이며, 하측의 도면이 상측의 도면에 대응하는 평면도(컵형 용기(10c)를 상측에서 내려다 본 도면)이다.
한편, 후술하는 바와 같이, 용기 본체(11a)의 표면은 전부 피복 필름(12)으로 덮여 있을 필요가 없으며, 부분적으로 덮이는 상태라도 좋다.
본 발명에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법은, 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 소수성을 갖는 피복 필름(12)을 이용하여, 성형 틀 속에서 성형용 원료 및 피복 필름(12)을 가열 성형함으로써, 성형용 원료를 수증기 발포 성형하는 동시에, 수증기 발포 성형에 의해 얻어진 발포 성형물의 표면에 피복 필름(12)을 연화시켜 압착하는 방법이다.
본 발명에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법은, 성형용 원료의 수증기 발포 성형과 동시에 피복 필름(12)을 발포 성형물에 직접 접착하는 방법이기 때문에, 먼저 성형용 원료로 소정 형상의 발포 성형물을 수증기 발포 성형시킨 후에, 접착제를 이용하여 피복 필름을 접착하는 방법(이하, 후접착법이라 부름)과 비교한 경우, 다음과 같은 이점을 갖고 있다.
우선 제1 이점으로서, 공정수를 삭감할 수 있다고 하는 점을 들 수 있다. 즉, 이 방법에서는 최소 1 공정으로 피복 필름(12)을 접착할 수 있기 때문에, 적어도 2 공정은 필요한 상기 후접착법에 비해서 공정수를 줄일 수 있다. 또, 1 공정으로 부착이 가능하므로, 제조에 드는 시간을 단출할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 생분해성 성형물의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 이점으로서, 접착 틀을 사용할 필요가 없다고 하는 점을 들 수 있다. 즉, 성형 틀(금형(20a) 등)에 의해 발포 성형물(용기 본체(11a) 등)을 성형하는 동시에 피복 필름(12)도 접착하기 때문에, 후접착법과 같이, 피복 필름(12)을 접착하기 위한 접착 틀이 필요하지 않다. 그 때문에, 제조 설비에 드는 비용도 저감할 수 있는 동시에, 상기 접착 틀을 포함하는 접착용 설비도 필요 없게 되기 때문에, 제조 설비의 공간 절약화를 도모할 수 있다.
제3 이점으로서, 접착제를 사용할 필요가 없다고 하는 점을 들 수 있다. 따라서, 접착제분의 원재료비를 억제할 수 있는 동시에, 접착제를 사용하지 않으므로 얻어지는 생분해성 성형물에 있어서의 전분의 함유 비율을 높여 생분해성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.
제4 이점으로서, 이 방법에서는 발포 성형물(용기 본체(11a·11b))의 표면에 직접 피복 필름(12)이 형성되고, 피복 필름(12)이 발포 성형물에 대략 밀착되어 접착되기 때문에, 피복 필름(12)의 접착 상태가 안정된 상태로 된다는 점을 들 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서는, 적어도 피복 필름(12)의 주성분이 되는 생분해성 플라스틱의 연화점(연화 시작 온도) 이상 융점 미만의 온도에서, 성형용 원료의 수증기 발포 성형과 동시에 피복 필름(12)을 접착하고 있다. 그 때문에, 피복 필름(12)은 발포 성형 과정에 있는 발포 성형물에 대하여 가열·가압된 상태로 직면하게 되어, 연화 상태에서 외부로부터 성형 틀에 의한 압력을 받고, 내부로부터 발포 성형 과정에 있는 발포 성형물의 압력을 받으면서, 그 발포 성형물에 밀착된 상태가 된다. 그 결과, 피복 필름(12)은 발포 성형물의 표면에 융착되는 형태로 서로 붙게 된다.
이로써, 얻어지는 생분해성 성형물의 단면에 있어서는, 피복 필름(12)의 층과 발포 성형물(11)의 표면과의 경계면이, 단순히 접착하는 경우(후접착법)와 같은 평활한 면으로는 되지 않고, 예컨대 요철이 있는 불규칙한 면으로 되어, 피복 필름(12)이 발포 성형물(11)에 대하여 충분히 밀착된 상태가 된다. 그 결과, 피복 필름(12)의 접착 상태는 매우 강고한 것으로 되어, 접착 상태의 안정성도 접착제층을 구비하는 경우와 동일한 수준으로 된다. 그렇기 때문에, 생성되는 생분해성 성형물의 내수성이나 가스 배리어성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.
한편, 피복 필름(12)의 층과 발포 성형물(11)의 표면과의 경계면은, 피복 필름(12)의 성분이나 발포 성형물(11)에 포함되는 성분이나 제조 조건 등에 따라서, 여러 가지 형상의 경계면으로 될 수 있다.
상기 4가지의 이점을 종합하면, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서, 후접착법보다도 효율적이고 또 저비용으로 생분해성 성형물을 제조할 수 있기 때문에, 생분해성 성형물을 보다 저렴하게 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 생분해성 성형물을 일회용 용도에 따라 사용하기 쉽게 할 수 있다.
이어서, 본 발명에서 이용하는 성형용 원료에 대해서 설명한다. 본 발명에서 이용하는 성형용 원료는 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 것이다.
상기 성형용 원료의 주원료로서 이용되는 전분은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 감자, 옥수수(콘), 타피오카, 쌀, 밀, 고구마 등, 주요 곡물로서 세계적으로 생산되고 있는 농산물로부터 용이하게 얻어지는 전분을 적합하게 이용할 수 있다. 상기 전분은 특정한 농산물로 제조된 것이라도 좋고, 여러 농산물로 제조된 것을 혼합하더라도 좋다.
또, 상기 전분의 유도체는 생분해성을 저해하지 않는 범위에서 전분을 수식한 것을 가리키며, 구체적으로는 예컨대 α화 전분, 가교 전분, 변성 전분 등을 들 수 있다. 또한, 상기 수식되어 있지 않은 전분과 상기 전분의 유도체를 혼합한 혼합물을 이용할 수도 있다. 따라서, 넓은 뜻으로는 본 발명에 있어서의 전분이란, 아무런 수식도 되어 있지 않은 전분(좁은 뜻의 전분)과, 상기 전분의 유도체와, 이들의 혼합물을 포함하게 된다. 한편, 이하의 설명에서는 특별히 거절하지 않는 한 「전분」이라고 기재하고 있으면 넓은 뜻의 전분을 가리키는 것으로 한다.
상기 성형용 원료에 포함되는 전분의 함유량은, 상기 성형용 원료의 주요 고형분의 총량을 100 중량%로 한 경우, 50 중량% 이상 100 중량% 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 또, 물도 가한 성형용 원료 전체를 100 중량%로 한 경우에는 20 중량% 이상 70 중량% 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 범위 내에 있으므로, 본 발명에 따른 생분해성 성형물은 그 주성분이 전분이라고 간주할 수 있게 되어, 양호한 생분해성을 발휘할 수 있다. 한편, 본원 명세서에서는 주원료인 전분과, 첨가제 중 증량성 첨가제인 증량제를 통합하여 「주요 고형분」이라 부른다.
상기 성형용 원료에는 상기 전분 이외에, 각종 첨가제가 포함되어 있더라도 좋다. 이 첨가제로서는 구체적으로는, 증량제, 강도 조정제, 가소제, 유화제, 안정제, 균질성 조정제, 보습제, 핸드링 조정제, 도전율 조정제, 유전 손실 조정제, 팽화제, 착색제 등을 들 수 있다.
이들 첨가제는, 생분해성 성형물의 제조 효율을 향상시키거나, 제조 과정에서의 문제점을 피하거나 하는 제조 과정상에서 이점이 있는 것이나, 얻어지는 생분해성 성형물의 품위를 향상시키거나, 생분해성 성형물의 비용을 저감하거나 한다고 하는 완성품인 생분해성 성형물에 있어서 이점이 있는 것을 예로 들 수 있다. 이들 첨가제는 발포 성형물 및 생분해성 성형물의 품질을 대폭 저하시키지 않는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 증량제는 성형용 원료에 첨가함으로써 그 성형용 원료를 증량시켜, 주원료인 전분의 사용량을 가능한 한 줄여 비용 절감을 도모하는 첨가제이다. 그 때문에, 전분보다 저렴한 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 폐기물 처리도 겸한 식품 등의 가공·제조에 따른 부생물을 적합하게 이용할 수 있다.
구체적으로는, 예컨대, (1) 셀러리, 당근, 토마토, 감귤류(귤, 레몬, 그레이프후루츠 등), 사과, 포도, 베리(berry)류, 파인애플, 사탕수수, 사탕무우 등의 야채나 과일을 원료로 하는 식품(음식물)의 제조·가공시 등에서 산출되는 착즙 찌꺼기나 짜고 남은 앙금, 혹은 이들의 혼합물; (2) 비지 등의 두부 등의 곡물을 원료로 하는 가공 식품의 제조시에 산출되는 부생물; (3) 정종·소주·맥주·와인 등의 주류의 제조시에 산출되는 술지게미, 소주지게미, 맥주 효모 찌꺼기, 와인 효모 찌꺼기, 혹은 이들의 혼합물; (4) 커피·홍차·보리차·녹차·우롱차 등과 같은 차류 등의 기호 식품의 추출 잔류물, 차 찌꺼기, 혹은 이들의 혼합물; (5) 대두, 옥수수, 유채, 참깨 등을 착유한 후의 착유 찌꺼기 혹은 이들의 혼합물; (6) 밀기울, 겨, 왕겨 등의 곡물 정제시에 산출되는 부생물 혹은 이들의 혼합물; (7) 글루텐밀 등 전분 생산시에 산출되는 부생물; (8) 콘컵, 비스켓, 웨이퍼, 와플 등 제과·제빵 제품의 제조시에 산출되는 베이킹 찌꺼기 혹은 이들의 혼합물; (9) 상기 각 부생물 등을 건조 처치 및/또는 분쇄 처리한 것; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
상기 강도 조정제는 발포 성형물 및 생분해성 성형물의 강도를 조정하는(특히, 강도를 향상시킴) 첨가제이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 예컨대, 상기 증량제로서 예로 든 (1)∼(9)의 각종 부생물; (10) 포도당(글루코오스), 덱스트린 또는 이성화당 등의 당류 혹은 이들의 혼합물; (11) 솔비톨, 만니톨, 락티톨 등의 당알콜 혹은 이들의 혼합물; (12) 식물성 유지, 동물성 유지, 이들의 가공 유지 등의 유지 혹은 이들의 혼합물; (13) 카르나바 왁스, 칸데리라 왁스, 밀랍, 파라핀, 마이크로크리스탈 왁스 등의 왁스(납)류 혹은 이들의 혼합물; (14) 크산탄 검, 젤란 검, 구아 검, 로카스트빈 검, 펙틴, 아라비아 검, 카라야 검, 타라 검, 카라기난, 파셀란, 한천, 알긴산 및 그 염 등, 미생물 생산 다당류 또는 식물 유래 다당류 등의 증점 다당류 혹은 이들의 혼합물; (15) 칼슘, 나트륨, 칼륨, 알루미늄, 마그네슘, 철 등의 금속의 염화물, 황산염, 유기산염, 탄산염, 수산화물, 인산염 등의 금속염류, 혹은 이들의 혼합물; (16) 석영 가루, 규조토, 탈크, 실리콘 등의 불용성 광물류 혹은 이들의 혼합물; (17) 셀룰로오스, 미결정셀룰로오스, 종이, 펄프(고지 펄프·버진 펄프 모두), 카르복시메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스 등의 식물성 섬유나 그 유도체 혹은 이들의 혼합물; (18) 유리, 금속, 탄소, 세라믹 등의 무기물이나 이들의 섬유 등의 각종 구조물; (19) 패각, 골분, 난각, 잎, 목분 등의 천연 소재류 혹은 이들의 혼합물; (20) 탄산칼슘, 탄소, 탈크, 이산화티탄, 실리카겔, 산화알루미늄, 비섬유 필러 혹은 이들의 혼합물; (21) 스테아린산, 젖산, 라우린산 등의 지방산 또는 이들의 금속염 등의 염류, 또는 산아미드, 에테르 등의 지방산 유도체 혹은 이들의 혼합물; (22) 글리세린, 폴리글리세린, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜, 글리세린지방산에스테르, 폴리글리세린지방산에스테르, 프로필렌글리콜지방산에스테르, 슈가에스테르, 레시틴, 소르비탄지방산에스테르, 폴리솔베이트 등, 그 밖의 식품 첨가물 혹은 이들의 혼합물; (23) 셸락, 로진, 산다락 수지, 구타페르카, 다마르 수지 등의 천연 수지 혹은 이들의 혼합물; (24) 폴리비닐알콜, 폴리젖산 등의 생분해성 수지, 혹은 이들의 혼합물; (25) 아세틸트리부틸사이트레이트, 지르코늄염 용액, 암모늄지르코늄카르보네이트 알칼리 수용액 혹은 이들의 혼합물; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
상기 가소제는 성형용 원료의 유동 특성을 개선하여, 얻어지는 발포 성형물 및 생분해성 성형물에 유연성을 부여하는 첨가제이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 예컨대, 상기 증량제에서 예로 든 (1)∼(9)의 각종 부생물; 강도 조정제로서 예로 든 (10)∼(21)과 (23) 및 (24)의 각종 화합물; (26) 아세틸폴리부틸사이트레이트 또는 글리세린, 폴리글리세린, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜 등의 당알콜류 혹은 이들의 혼합물; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
상기 유화제는 성형용 원료에 유성의 첨가제가 첨가되는 경우에, 상기 유성의 첨가제를 충분히 혼합시켜 수중유적형의 유액형으로 하기 위한 첨가제이며, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 구체적으로는 예컨대, (27) 글리세린산에스테르, 폴리글리세린산에스테르, 프로필렌글리콜지방산에스테르, 슈가에스테르, 소르비탄산에스테르, 레시틴, 폴리솔베이트 등의 계면활성제 혹은 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 안정제는 조제된 성형용 원료의 상태를 안정화시키기 위한 첨가제이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 예컨대 상술한 주원료로서의 전분(좁은 뜻·수식 없음) 또는 그 유도체; 상기 강도 조정제에서 예로 든 (10) 당류; (11) 당알콜; (14) 증점 다당류; (17) 식물성 섬유나 그 유도체(단 종이를 제외함); (21) 지방산, 지방산염, 지방산 유도체; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
상기 균질성 조정제는, 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료에 있어서의 균질성 즉, 성형용 원료의 「결」(이 경우, 슬러리 상태 또는 도우 상태를 형성하는 고형분의 입자 등)을 가능한 한 미세하고, 균일하며 매끄러운 상태로 하기 위한 첨가제로, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 예컨대, 상술한 주원료로서의 전분(좁은 뜻·수식 없음) 또는 그 유도체; 증량제에서 예로 든 (1)∼(9)의 각종 부생물; 강도 조정제에서 예로 든 (10)∼(25)의 각종 화합물; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
상기 보습제는 발포 성형물에 일정한 수분을 포함하게 하기 위한 것으로, 상기 가소제와 같은 기능을 갖는다. 즉, 전분을 주성분으로 하는 발포 성형물이 어느 정도의 수분을 포함한 상태(보습 상태)에 있으면, 알파화한 전분의 취약함(脆性)이 저하되는 한편, 그 강도나 유연성이 향상된다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 그 때문에, 보습제는 가소제나 강도 조정제로서도 기능한다.
상기 보습제도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 예컨대, 상술한 주원료로서의 전분(좁은 뜻·수식 없음) 또는 그 유도체; 증량제에서 예로 든 (1)∼(9)의 각종 부생물; 강도 조정제에서 예로 든 (10) 당류; (11) 당알콜; (12) 유지; (13) 왁스; (14) 증점 다당류; (15) 금속염류; (17) 식물성 섬유나 그 유도체; (19) 패각, 골분, 난각, 잎, 목분 등의 천연 소재류; (22) 식품 첨가물류; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고 2종류 이상을 혼합하여 이용하여도 좋다.
상기 핸드링 조정제는 슬러리 조정제로서 기능하는 것으로, 슬러리형 또는 도우형인 성형용 원료의 핸드링성을 향상시키는 첨가제로서, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 가소제·유화제·안정제로서 예로 든 모든 재료나 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
상기 도전율 조정제는 발포 성형물을 성형할 때에, 후술하는 바와 같이 내부 발열시키는 경우, 특별히 통전 가열에 의해서 내부 발열시켜 가열 성형하는 경우에, 발열 상태를 제어하기 위한 요인의 하나인, 성형용 원료의 유전률을 조정하기 위한 첨가제이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 예컨대, 상기 강도 조정제에서 예로 든 (12) 유지; (13) 왁스; (14) 증점 다당류; (15) 금속염류; (28) 염류, 산, 알칼리, 알콜 등의 각종 수용성 전해질; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
상기 유전 손실 조정제는, 발포 성형물을 성형할 때에, 특히 고주파 유전 가열에 의해서 내부 발열시켜 가열 성형하는 경우에, 발열 상태를 제어하기 위한 요인의 하나인, 성형용 원료의 유전 손실을 조정하기 위한 첨가제이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 예컨대, 상기 강도 조정제에서 예로 든 (12) 유지; (13) 왁스; (15) 금속염류; (16) 불용성 광물류; (17) 식물성 섬유나 그 유도체; 상기 유전률 조정제에서 예로 든 (28) 각종 수용성 전해질; (29) 지르코늄염, 암모늄지르코늄카르보네이트 용액 등의 지르코늄염 함유 화합물, 혹은 이들의 혼합물; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
상기 팽화제는 성형용 원료의 발포 정도를 조정하거나, 팽화를 보다 촉진하여 형상이나 용도에 알맞은 발포 성형물로 하기 위한 첨가제이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는, 예컨대, (30) 벤젠술포히드라진 화합물, 아조니트릴 화합물, 니트로소 화합물, 디아조아세트아미드 화합물, 아조카르복실산 화합물 등의 유기계 팽화제 및 이들을 포함하는 각종 제제; (31) 이스파타 등의 암모니아계 팽창제 및 이들을 포함하는 각종 제제; (32) 탄산수소나트륨, 암모늄명반타르타르산수소염, 탄산마그네슘 등의 무기계 팽화제 및 이들을 포함하는 각종 제제; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
상기 착색제는 발포 성형물 전체를 착색할 목적으로 첨가되는 첨가제이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 예컨대, (33) 카본블랙 등의 무기계 안료; (34) 예컨대 컬러 인덱스에서 규정되는 각종 착색료와 같은 천연 또는 합성의 유기계 염료; (35) 카라멜, 카카오말 등의 천연 소재의 착색제; 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만 이용하더라도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
여기서, 상기 성형용 원료에 포함되는 첨가제 중, 증량제(증량성 첨가제라고도 표현하는 경우가 있음)의 함유량은 그 성형용 원료의 주요 고형분 총량에 포함되는 전분의 함유량 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 성형용 원료에 있어서, 주성분이 되는 전분 또는 그 유도체에 포함되는 물은 공업용으로 이용되는 물이면 되며, 특별히 한정되는 것이 아니다.
상기 성형용 원료에 있어서의 물의 첨가량은, 상기 성형용 원료를 100 중량%라고 하면, 20 중량% 이상 70 중량% 이하의 범위 내, 바람직하게는 25 중량% 이상 55 중량% 이하의 범위 내이다. 또, 성형용 원료 중의 물의 첨가량은 상기 주요 고형분(주원료로서의 전분+증량제) 및 상기 증량제(증량성 첨가제)를 제외한 각 첨가제(기능성 첨가제)를 통합하여 원료 성분으로 하고, 성형용 원료에 있어서의 원료 성분의 총량을 100 중량%으로 한 경우, 25 중량% 이상 230 중량% 이하의 범위 내, 바람직하게는 33 중량% 이상 120% 중량% 이하의 범위 내이다.
성형용 원료 중의 물의 첨가량이 상기 범위 내라면, 성형용 원료는 슬러리형 또는 도우형으로 된다. 성형용 원료 중의 물의 첨가량이 20 중량% 미만이라면, 성형용 원료에 포함되는 수분이 지나치게 적어 유동성이 거의 없어져, 성형상 바람직하지 못하다. 한편, 70 중량%을 넘으면, 성형용 원료에 포함되는 물의 함유량이 지나치게 많아 고형분의 함유량이 지나치게 저하되어 버려, 충분한 성형을 할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 성형용 원료가 슬러리형 또는 도우형으로 되어 있으므로, 성형 틀의 캐비티 내에 용이하게 성형용 원료를 충전하는 것이 가능하게 되어, 성형 가공성이 향상된다. 또한, 성형후의 발포 성형물에 어느 정도의 수분을 잔존시킬 수 있게 되어, 발포 성형물의 유연성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 본 발명에 이용하는 피복 필름(12)에 대해서 설명한다.
피복 필름(12)은 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 또, 소수성을 갖는 것, 즉 적어도 내수성을 발포 성형물에 부여할 수 있고, 가열에 의해 연화 및 융착이 가능한 것이면 된다. 또, 상기 피복 필름(12)은 또한 가스 배리어성, 단열성, 내마찰성, 강도의 향상, 유연성 등을 부여하는 것이라면 보다 바람직하다. 특히, 본 발명에 따른 생분해성 성형물을 밀폐성이 높은 보존 용기 등에 이용하는 경우에는, 내부에 수용되는 수용물의 산화나 습기의 흡수를 피할 필요가 있기 때문에, 피복 필름(12)은 생분해성 성형물에 가스 배리어성을 부여할 수 있는 것, 즉 가스 배리어성을 지닌 것이 매우 바람직하다.
상기 피복 필름(12)의 원료는, 생분해성을 발휘할 수 있는 동시에, 적어도 상기 발포 성형물의 표면에 접착한 후에 내수성, 바람직하게는 가스 배리어성 등을 발휘할 수 있는 재료라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
구체적으로는, 예컨대 3-히드록시부티르산-3-히드록시발레르산 공중합체, 폴리-p-히드록시벤즈알데히드(PHB), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리카프로락톤(PLC), 초산셀룰로오스계(PH) 중합체, 폴리에틸렌숙시네이트(PESu), 폴리에스테르아미드, 변성 폴리에스테르, 폴리젖산(PLA), 마타비(등록상표, 이탈리아·노바몬트사 : 전분을 주성분으로 하고, 생분해성을 갖는 폴리비닐알콜계 수지나 지방족 폴리에스테르계 수지 등을 부성분으로 하고 있음), 셀룰로오스·키토산 복합물 등의 소위 「생분해성 플라스틱」으로서 공지된 여러 가지 재료를 들 수 있다. 이들 원료는 1종류만 이용되더라도 좋고, 2종류 이상의 복합물로서 이용되더라도 좋다. 또, 이들 생분해성 플라스틱에는 생분해성의 가소제, 필러 등의 부원료가 첨가되어 있더라도 좋다.
상기 피복 필름(12)의 원료로서는, 양호한 가스 배리어성이나 내투습성, 내열성을 지닌다는 점에서, 변성 폴리에스테르(폴리에스테르의 주쇄에 대하여 폴리에스테르 자체에서 생분해하기 쉬운 구조 단위를 삽입한 것), 특히 방향족 포화 폴리에스테르의 주쇄에 대하여 술폰산금속염을 삽입한 것이 바람직하다. 또, 상기 피복 필름(12)으로서는, 강도, 내열성, 가스 배리어성이 우수하다는 점에서, 이축 연신된 생분해성 필름이 바람직하다. 따라서, 상기 피복 필름(12)으로서는 이축 연신된 변성 폴리에스테르가 가장 바람직하다.
또한, 상기 각 원료(생분해성 플라스틱)에 대해 전분을 혼합하여 피복 필름(12)을 작성하더라도 좋다. 이 경우, 상기 생분해성 플라스틱 대 전분의 혼합비는, 피복 필름(12)의 소수성 등의 각종 기능을 저하시키지 않는 한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 중량비로 1:1 정도의 혼합비를 바람직하게 이용할 수 있다.
아울러, 상기 피복 필름(12)에는 여러 가지 첨가제가 첨가되어 있더라도 좋다. 구체적인 첨가제로서는 예컨대, 착색제나, 내수성·가스 배리어성 등을 향상시킬 수 있는 첨가제, 접착시의 연화에 있어서의 각종 특성을 향상시키는 첨가제 등을 들 수 있지만 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 피복 필름(12)의 두께(막 두께)는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 발포 성형물에 접착되기 전이라면, 0.01 mm 이상 수 mm 이하의 범위 내의 필름 또는 시트로 되어 있으면 된다.
또한, 상기 피복 필름(12)은 후술하는 바와 같이, 가열 연화되어 발포 성형물의 표면에 접착되기 때문에, 접착된 후의 두께는 상기 범위 내보다도 얇아지고 있다. 이 접착후의 피복 필름(12)의 두께는 원료인 생분해성 플라스틱의 종류에 따라서, 내수성이나 가스 배리어성 등을 발휘할 수 있을 정도의 두께로 적절히 설정되는 것으로 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 그 상한이 80 ㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 50 ㎛ 이하이다. 하한도, 상기한 바와 같이 내수성이나 가스 배리어성 등을 발휘할 수 있을 정도의 두께면 되며, 일반적으로는 5 ㎛ 이상이 바람직하게 이용된다.
또, 피복 필름(12)의 중량은 생분해성 성형물의 전체 중량의 40 중량% 미만인 것이 바람직하다. 따라서, 피복 필름(12)의 두께는 이 중량비를 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 비교적 생분해 속도가 느린 생분해성 플라스틱의 양을 억제함으로써, 생분해성 성형물 전체적으로 매우 양호한 생분해성을 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법은 성형 틀 내에 성형용 원료 및 피복 필름(12)을 투입하여 가열·가압함으로써 생분해성 발포 성형물 및 피복 필름(12)을 형성하는 방법으로서, 소정 형상(생분해성 성형물과 대략 동일한 형상)의 캐비티를 갖는 성형 틀에 배기 구멍을 형성하여, 성형 틀 속에 피복 필름(12)을 배치한 후, 가열 성형시에, 피복 필름(12)과 성형 틀 표면 사이에 개재하는 기체를, 상기 배기 구멍을 통해 캐비티 밖으로 배출시키는 방법이다.
상기 성형 틀로서는 서로 끼워 맞추어 원하는 성형물의 형상에 맞는 캐비티를 내부에 형성할 수 있고, 또, 성형후에 발포 성형물을 빼낼 수 있도록 분할 가능하게 되어 있는 2개 이상의 틀 부재로 이루어지며, 각 틀 부재에 캐비티 내의 기체를 캐비티 밖으로 배출시키기 위한 배기 구멍이 관통되어 있는 구성이 바람직하다. 그리고 생분해성 발포 성형물로서 생분해성 용기를 제조하는 경우, 서로 끼워 맞출 수 있는 볼록 틀 부재와 오목 틀 부재로 이루어지는 성형 틀이 적합하게 이용된다.
이러한 볼록 틀 부재 및 오목 틀 부재로 이루어지는 성형 틀의 예로서는, 도 5(a)에 나타내는 금속제의 볼록 틀 부재(21a) 및 금속제의 오목 틀 부재(22a)의 쌍으로 이루어지는 주발형 용기 성형용의 금형(20a)을 들 수 있다.
금형(20a)은 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)를 조합시킨 상태에서, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 내부에 원하는 발포 성형물(도 2 참조)의 형상에 맞춘 캐비티(25a)가 형성되도록 되어 있다. 금형(20a)을 이용하여, 캐비티(25a) 내의 성형용 원료를 2장의 피복 필름(12) 사이에 협지하여 가열·가압함으로써, 도 2에 나타내는 주발형 용기(10a)를 얻을 수 있다.
볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)에는 각각, 캐비티(25a) 내의 기체를 외부로 배출시키기 위한 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)이 관통되어 있다. 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)은 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 측벽(10aa)의 상단, 측벽(10aa)의 하단, 오목부(10af), 실굽부(10ad)의 외단, 실굽부(10ad)의 내단, 오목부(10ae)의 외단 및 오목부(10ae)의 중심의 각각에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)은 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a) 표면에 있어서의 캐비티 형성부(캐비티(25a)를 둘러싸는 면) 이외의 장소에 형성된 출구(34a)를 통해 금형(20a) 외부로 이어져 있다.
또, 금형(20a)에 있어서의 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)와의 감합부(접촉 부분 b)에는 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)를 절연하기 위한 절연체(27)가 배치되어 있다. 이로써, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)를 전극으로서 이용하여 금형(20a) 내에 전계를 형성함으로써, 통전에 의한 내부 가열이나 유전에 의한 내부 가열(예컨대 고주파 유전 가열)이 가능하게 된다. 따라서, 예컨대 후술하는 바와 같이 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)에 대해 고주파 전원을 접속함으로써, 고주파 유전 가열을 실시하는 것이 가능하게 된다.
볼록 틀 부재 및 오목 틀 부재로 이루어지는 성형 틀의 다른 예로서는, 도 6(a)에 나타내는 금속제의 볼록 틀 부재(21b) 및 금속제의 오목 틀 부재(22b)의 쌍으로 이루어지는 둥근 접시형 용기 성형용의 금형(20b)을 들 수 있다.
금형(20b)은 볼록 틀 부재(21b)와 오목 틀 부재(22b)를 서로 끼워 맞춘(조합한 상태) 상태로, 도 6(b)에 나타내는 것과 같이, 내부에 원하는 발포 성형물(도 3 참조)의 형상에 맞춘 캐비티(25b)가 형성되도록 되어 있다. 금형(20b)을 이용하여, 캐비티(25b) 내의 성형용 원료를 2장의 피복 필름(12) 사이에 협지하여 가열·가압함으로써, 도 3에 나타내는 둥근 접시형 용기(10b)를 얻을 수 있다.
볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b)에는 각각 캐비티(25b) 내의 기체를 외부로 배출시키기 위한 배기 구멍(31b) 및 배기 구멍(32b)이 관통되어 있다. 배기 구멍(31b) 및 배기 구멍(32b)은 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 플랜지부(10bc)의 외측단, 플랜지부(10bc)의 내단(곡면부(10ba)의 상단), 바닥부(10ba)의 외단, 및 바닥부(10ba)의 중심, 의 각각에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 배기 구멍(31b) 및 배기 구멍(32b)은 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b) 표면에 있어서의 캐비티 형성부(캐비티(25b)를 둘러싸는 면) 이외의 장소에 형성된 출구(34b)를 통해 금형(20b) 외부로 이어져 있다.
또, 금형(20b)에 있어서의 볼록 틀 부재(21b)와 오목 틀 부재(22b)의 감합부(접촉 부분)에도, 볼록 틀 부재(21b)와 오목 틀 부재(22b)를 절연하기 위한 절연체(27)가 설치되어 있다. 이로써, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)를 전극으로서 이용하여 금형(20a) 내에 전계를 형성함으로써, 통전에 의한 내부 가열이나 유전에 의한 내부 가열(예컨대 고주파 유전 가열)이 가능하게 된다.
배기 구멍(31a·32a) 및 배기 구멍(31b·32b)의 지름은 피복 필름(12)의 표면 형상에 영향을 주지 않거나, 실용상 문제가 없는 수준밖에 영향을 주지 않을 정도로 충분히 작으면 되는데, 배기 구멍(31a·32a 또는 31b·32b)의 형상이 원형인 경우, 0.4 mm 이상 1.2 mm 이하인 것이 적합하다. 또, 배기 구멍(31a·32a 또는 31b·32b)의 단면적은 배기 구멍(31a·32a 또는 31b·32b)의 형상에 상관없이, 0.12 mm2 이상 1.13 mm2 이하인 것이 바람직하다.
배기 구멍(31a·32a) 및 배기 구멍(31b·32b)과, 출구(34a, 34b)를 잇는 부분(33a, 33b)의 지름은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 배기를 원활하게 하기 위해서, 도 5(a) 및 도 5(b), 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸 것과 같이, 배기 구멍(31a·32a) 및 배기 구멍(31b·32b)보다 큰 지름을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 도 5(a) 및 도 5(b), 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸 것과 같이, 배구 구멍(31a·32a) 및 배기 구멍(31b·32b)과, 출구(34a, 34b)는 배기 구멍(31a·32a) 및 배기 구멍(31b·32b)의 지름보다 큰 지름을 갖는 배기관(33a, 33b)으로 이어져 있는 것이 바람직하다.
한편, 도시하지 않지만, 상기 금형(20a·20b)에는 발포 성형물을 꺼내기 위한 녹아웃 핀이나 상기 볼록 틀 부재(21a·21b)와, 오목 틀 부재(22a·22b)를 가동적으로 연결시키는 힌지나 가이드, 또는 바 등이 구비되어 있어도 좋다. 또, 금형(20a·20b)에 있어서의 배기관(33a, 33b)이나 출구(34a, 34b)의 구성(위치 등)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타내는 금형(20a)을 도 18에 나타내는 금형(20a)으로 변경하더라도 좋다.
이어서, 성형시의 가열 방법에 대해 설명한다.
상기 성형시의 가열 수단으로서는, 예컨대 직화나 원적외선, 전기 히터, IH 가열 장치 등, 성형 틀을 직접 가열하는 직접 가열 수단에 의한 외부 가열이나, 통전 가열, 고주파 유전 가열, 마이크로파 가열 등, 내부의 성형용 원료 그 자체를 가열하는 내부 가열 수단에 의한 내부 가열을 이용할 수 있으며, 이들을 병용할 수도 있다.
상기 가열 수단으로서는, 고주파 유전 가열이 가장 바람직하다. 고주파 유전 가열을 이용하면, 발포 성형시의 초기에 있어서 성형용 원료가 단시간에 발열되어, 전체가 한번에 팽창한다. 이로써, 피복 필름을 성형 틀에 압박하는 압력이 강하고 또 균일하게 발생한다. 그 결과, 생분해성 발포 성형물과 피복 필름과의 밀착도가 높은 생분해성 성형물을 얻을 수 있다.
내부 가열의 경우는, 성형용 원료 그 자체를 가열한다. 따라서, 피복 필름(12)은 발포 성형 과정에 있는 고온의 성형용 원료에 의해서 가열되어 발포 성형물의 표면에 접착되게 된다. 그렇기 때문에, 내부 가열을 이용하면, 직접 피복 필름(12)을 금형으로 가열하지 않기 때문에 150℃ 이하와 같은 비교적 융점이 낮은 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하는 피복 필름(12)을 이용하는 것이 가능하게 되어, 피복 필름(12)의 선택 자유도가 높아진다.
한편, 외부 가열에서는, 성형 틀에 의해서 직접 피복 필름(12)이 가열된 다음에, 또한 그 내부에 있는 성형용 원료도 가열되게 되기 때문에, 성형용 원료를 충분히 발포 성형하기 위해서는, 피복 필름(12)에 상당한 고온이 가해지게 된다. 그 때문에 피복 필름(12)으로서는 보다 융점이 높은 것이 이용되는 것이 바람직하며, 또 성형 틀의 가열 온도는 피복 필름(12)의 융점이나 연화점을 고려하여 보다 미세하게 설정해야만 한다.
그렇기 때문에, 접착 용이성이나 피복 필름(12)의 선택 폭 등을 감안하면, 가열 수단으로서는 내부 가열 쪽이 보다 범용성을 갖는다.
단, 외부 가열에서는 성형 틀로부터 직접 피복 필름(12)을 가열하기 때문에, 피복 필름(12)의 연화나 발포 성형물 표면에의 밀착을 제어하기 쉽다고 하는 이점이 있다. 또, 연화점이 고온인 피복 필름(12)의 경우에는 내부 가열을 이용하면, 피복 필름(12)을 충분히 연화시킬 정도까지 성형용 원료를 가열하면, 성형용 원료의 종류에 따라서는 과도하게 발포 성형되거나 하여 발포 성형물의 품위가 저하될 우려가 있기 때문에, 외부 가열 쪽이 바람직하게 되는 경우가 있다.
이와 같이, 가열 수단은 외부 가열도 내부 가열도 각각 이점이 있다. 그 때문에, 어떠한 생분해성 성형물을 제조하는가에 따라서 외부 가열 및 내부 가열의 어느 한쪽 또는 양쪽을 선택하면 되는데, 양자의 이점을 얻을 수 있도록, 외부 가열과 내부 가열을 병용하는 것이 가장 바람직하다.
외부 가열의 경우, 성형 틀(금형(20a) 등)을 상기 직접 가열 수단에 의해 직접 가열한다. 이로써, 성형 틀로부터 캐비티(캐비티(25a) 등) 내에 있는 성형용 원료가 외부 가열되고, 상기 성형용 원료가 수증기 발포함으로써 발포 성형물이 성형된다. 한편, 외부 가열뿐인 경우, 금형(20a)이나 금형(20b)에 설치되어 있는 절연체(27)를 생략할 수 있다.
한편, 내부 가열의 경우, 예컨대 유전 가열 혹은 통전 가열인 경우, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)를 전극으로서 이용하여 금형(20a) 내에 전계를 형성함으로써 가열을 한다. 예컨대 도 8에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)로 이루어지는 금형(20a)을 이용하여, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)에 대해 각각 전극(26) 및 전극(26)을 접속하고, 또한 전극(26·26)에 전극(28)을 접속하여 이루어지는 가열 장치를 이용할 수 있다. 이로써, 캐비티(25a) 내에 충전되는 성형용 원료를 내부 가열시킬 수 있다. 한편, 고주파 유전 가열을 하는 경우, 전원(28)으로서 고주파 전원을 이용하여 캐비티(25a) 내에 고주파를 발생시키고, 이 고주파에 의해서 캐비티(25a) 내에 충전된 성형용 원료를 가열하면 된다. 또, 전극(26)은 상기 전원(28) 외에 그 밖에 도시하지 않는 스위치나 제어 회로 등에 접속되어 있다.
또, 상기 전극(26)을 볼록 틀 부재(21a) 또는 오목 틀 부재(22a)에 배치하는 구성은 상기 외부 가열의 경우에도 적용할 수 있다. 즉, 외부 가열의 경우라도, 성형 틀을 직접 가열하기 위해서, 직접 가열 수단 및 전극(26)을 배치하는 구성을 채용할 수 있다. 따라서, 상기 전극(26)을 배치하는 도 8에 나타내는 구성은, 외부 가열 및 내부 가열 쌍방에 병용하는 것이 가능하다.
상기 내부 가열로서는, 유전 가열이 특히 바람직하다. 유전 가열에 의하면, 발포 성형시의 초기에 있어서 성형용 원료가 단시간에 발열하여, 전체가 한번에 팽창한다. 이로써, 피복 필름(12)을 금형에 압박하는 압력이 강하고 또 균일하게 발생한다. 또, 성형 틀의 온도와 성형용 원료의 발열을 컨트롤함으로써, 피복 필름에 있어서의 성형 틀 접촉면(성형 틀에 접촉하는 면)의 온도를 융점 이하로 억제하면서, 발포 성형물에 있어서의 접착면(피복 필름과 접착되는 면)의 온도를 융점 부근으로 올릴 수도 있다. 이들 결과로서, 발포 성형물과 피복 필름(12)과의 밀착도가 높은 생분해성 성형물을 얻을 수 있다.
상기 유전 가열이란, 피열물(被熱物)의 유전 손실에 따라서 피열물을 가열하는 방법이며, 피열물(유전체)에 고주파(HF; 3∼30 MHz)를 작용시켜 유전 가열을 실시하는 고주파 유전 가열이나, 피열물(유전체)에 마이크로파(MW; 1∼100 GHz)를 작용시켜 유전 가열을 실시하는 마이크로파 가열 등이 있다. 이들 중, 고주파 유전 가열이 금속제의 「금형」을 전극으로서 이용하여 유전 가열을 할 수 있고, 출력 기기(고주파 발생 장치)의 정밀한 출력 컨트롤이 가능하기 때문에 성형용 원료의 발열을 컨트롤하기 쉽다는 등의 점에서 보다 바람직하다.
이어서, 본 발명에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법의 일 실시형태를 도 1에 기초하여 더욱 상세히 설명한다. 한편, 여기서는, 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타내는 주발형 용기 성형용의 금형(20a)을 이용하여, 주발형 용기(10a)를 제조하는 경우를 예로 들어 더욱 상세히 설명한다. 한편, 도 1에 있어서는 도면의 간략화를 위해, 금형(20a)에 있어서의 배기 구멍(31a·32a) 중의 일부만을 나타내고, 다른 배기 구멍(31a·32a)은 도시하지 않는다.
본 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법에서는, 도 1에 나타내는 것과 같이 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료(14)와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 소수성을 갖는 2장의 피복 필름(12)을 이용하여, 성형용 원료(14)를 피복 필름(12) 사이에 끼워 금형(20a)으로 가압함으로써, 주발형 용기(10a)(도 2 참조)를 제조한다.
우선, 도 1에 나타낸 바와 같이, 2 분할한 금형(20a)의 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)를, 볼록 틀 부재(21a)의 중심과 오목 틀 부재(22a)의 중심이 연직선 상에 가지런하게 되도록, 또 볼록 틀 부재(21a)가 위, 오목 틀 부재(22a)가 아래가 되도록 배치한다. 또, 볼록 틀 부재(21a)의 볼록면(하면)과, 오목 틀 부재(22a)의 오목면(상면)을, 연직선 위를 따른 거리가 어느 위치에서도 대략 같아지도록 대향시킨다.
이어서, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a) 사이에, 성형용 원료(14)와 함께 예비 성형을 실시하지 않은 2장의 피복 필름(12)을 대략 평면형으로 배치한다. 이 때, 2장의 피복 필름(12)을 서로 간격을 두고, 또 서로 평형하게 되도록 배치하여, 2장의 피복 필름(12) 사이에 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료(14)를 공급한다. 또, 피복 필름(12)은 볼록 틀 부재(21a)의 중심과 오목 틀 부재(22a)의 중심을 잇는 직선에 대해 수직이 되도록 배치되어 있으며, 이 경우, 수평으로 배치되어 있다.
피복 필름(12)을 대략 평면형으로 배치하는 방법으로서는, 단순히 대략 평면형의 피복 필름(12)을 금형(20a) 내에 투입하는 방법, 말린 피복 필름(12)을 금형(20a)의 양측에서 고정하는 방법 등이라도 좋은데, 금형(20a)의 양측에 배치한 복수의 롤러를 이용하여 피복 필름(12)을 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a) 사이에 통과시키면, 피복 필름(12)을 연속적으로 공급할 수 있다.
이어서, 금형(20a) 속에서 성형용 원료(14) 및 피복 필름(12)을 상술한 외부 가열 및/또는 내부 가열을 이용하여 가열(·가압) 성형함으로써, 성형용 원료(14)를 수증기 발포 성형하여 용기 본체(11a)로 하는 동시에, 피복 필름(12)을 연화시켜 용기 본체(11a) 표면에 압착한다(접착한다).
이 가열 성형시에는 성형용 원료(14) 및 피복 필름(12)을 가열하면서, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 적어도 한 쪽을 이동시킴으로써, 볼록 틀 부재(21a)를 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞춘다. 이로써, 피복 필름(12)이, 볼록 틀 부재(12a) 표면의 형상에 가깝도록 변형해 나간다.
한편, 이 때, 성형용 원료(14)는 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞춰질 때까지, 직접적으로 외기에 쏘이고 있다. 그 때문에, 성형용 원료(14)의 온도는 비교적 낮은 온도로 유지되며, 수증기 발포가 일어나는 최저 온도(즉 100℃)까지 달하지 않거나, 혹은 수증기 발포가 일어나는 온도에 달하더라도 비교적 낮은 온도이다. 따라서, 볼록 틀 부재(21a)가 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞춰질 때까지는, 성형용 원료(14)의 수증기 발포는 일어나지 않거나, 일어나더라도 조금밖에 진행되지 않는다.
그 후, 볼록 틀 부재(21a)가 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞춰져, 금형(20a)의 틀 닫기가 완료되면, 성형용 원료(14)는 외기로부터 거의 차폐되어, 충분히 가열된다. 그 때문에, 성형용 원료(14) 중에 포함되는 수분에 의한 발포(수증기 발포)가 충분히 진행되어, 성형용 원료(14)가 피복 필름(12) 사이에서 팽창된다. 그 결과, 성형용 원료(14)가 용기 본체(11a)로서 성형되는 동시에, 피복 필름(12)이 성형용 원료(14)에 의해 금형(20a)에 압박되어 금형(20a) 표면과 대략 동일한 형상으로 성형된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 생분해성 성형물로서의 주발형 용기(10a)를 캐비티(25a)에 따른 형상으로 성형할 수 있다.
이 때, 성형 시작 직후에는 피복 필름(12)과 금형(20a) 표면과의 사이에 공기가 존재하지만, 본 실시형태의 금형(20a)에서는 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)에 대해 압력빼기용의 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)이 형성되어 있기 때문에, 피복 필름(12)과 금형(20a) 표면과의 사이에 존재하는 공기는 성형용 원료(14)의 팽창압을 받은 피복 필름(12)에 의해 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)을 통해 금형(20a) 외부로 압출된다.
그 결과, 금형(20a) 내의 공기가 캐비티(25a) 밖으로 거의 완전하게 배출되어, 주발형 용기(10a)를 캐비티(25a)와 대략 동일한 형상으로 성형할 수 있다.
한편, 도 5(a) 및 도 5(b) 또는 도 18에 나타내는 금형(20a)에서는, 캐비티(25a) 내의 기체를 금형(20a) 외부로 배출시키기 위해, 배기 구멍(31a·32a)이 금형(20a) 외부로 통해 있었지만, 배기 구멍(31a·32a)은 금형(20a) 내부의 폐쇄 공간으로 통하고 있더라도 좋다. 즉, 금형(20a)의 내부에, 배기 구멍(31a·32a)을 통해 캐비티(25a)와 이어지고, 또한 금형(20a) 외부에 대해 폐쇄된 폐쇄 공간을 형성하더라도 좋다. 구체적으로는, 예컨대 도 5(a) 및 도 5(b) 또는 도 18에 나타내는 금형(20a)에 있어서, 가열 성형시에 출구(34)를 폐쇄하고, 배기관(33a)(배기 구멍(31a·32a)을 통해 캐비티(25a)로 이어진 금형(20a) 내부의 공간)을, 금형(20a) 외부에 대해서 폐쇄된 폐쇄 공간으로 하더라도 좋다. 이 경우, 피복 필름(12)과 금형(20a) 표면과의 사이에 존재하는 공기는 성형용 원료(14)의 팽창압을 받은 피복 필름(12)에 의해서 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)을 통해 폐쇄 공간으로 압출된다.
그 결과, 배기 구멍(31a·32a)이 금형(20a) 외부로 통해 있는 경우와 마찬가지로, 금형(20a) 내의 공기가 캐비티(25a) 밖으로 거의 완전하게 배출되어, 주발형 용기(10a)를 캐비티(25a)와 대략 동일한 형상으로 성형할 수 있다.
더구나, 이와 같은 폐쇄 공간을 형성한 금형(20a)을 이용하는 방법에서는, 급속 성형을 하는 경우나, 피복 필름(12)의 강도가 낮은 경우에 있어서도, 캐비티 내압의 급격한 상승에 의한 피복 필름(12)의 변형이나 찢어짐을 용이하게 피할 수 있다고 하는 이점이 있다.
상기 폐쇄 공간을 형성한 금형(20a)을 이용하는 방법에서는, 상기 폐쇄 공간의 체적을, 가열 성형전에 있어서의 캐비티(25a) 내의 공극의 용적(캐비티(25a)의 용적에서 성형용 원료(14)의 체적을 뺀 용적)에 대해, 1/3배 이상 2배 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 상기 폐쇄 공간의 체적을, 가열 성형전에 있어서의 캐비티(25a) 내의 공극의 용적의 1/3배 이상으로 함으로써, 공기 빠짐 부족에 의한 두께의 불균일화를 피할 수 있다. 또, 상기 폐쇄 공간의 체적을, 가열 성형전에 있어서의 캐비티(25a) 내의 공극의 용적의 2배 이하로 함으로써, 공기의 과다 빼짐에 의한 피복 필름(12)의 변형이나 찢어짐을 피할 수 있다. 한편, 상기 체적비를 만족하기 위해서는, 금형(20a)의 폐쇄 공간의 사이즈를 조정하는 쪽이 발포 배율 등을 일정하게 유지하면서 조정을 할 수 있다는 점에서 간편하지만, 성형용 원료(14)의 양이나 형상을 조정하더라도 좋다.
이상과 같이, 상기 방법에서는, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)에 대해 압력빼기용의 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)을 형성하여, 가열 성형시에, 피복 필름(12)과 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 표면과의 사이에 개재하는 공기를, 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)을 통해 캐비티(25a) 밖으로 배출시키고 있다. 이로써, 피복 필름(12)과 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a) 표면과의 밀착성이 향상된다.
그렇기 때문에, 상기 방법에서는, 피복 필름(12) 표면에 기포가 발생하는 것을 피할 수 있어, 우수한 표면 평활성을 갖는 주발형 용기(10a)를 얻을 수 있다. 특히, 측벽(10aa) 및 플랜지부(10ac)와 같은 평면 부분의 표면이 평활하게 되기 때문에, 광택이 양호하고, 미려한 주발형 용기(10a)를 얻을 수 있다.
또, 상기 방법에서는, 주발형 용기(10a)를 캐비티(25a)와 대략 동일한 형상으로 성형할 수 있어, 양호한 치수 정밀도를 실현할 수 있다. 특히, 금형(20a) 표면의 오목부, 예컨대 주발형 용기(10a)의 각(角)(실굽부(10ad) 및 플랜지부(10ac)의 각 등), 주발형 용기(10a)의 내면의 볼록부(오목부(10af)의 이면 등)에 대응하는 볼록 틀 부재(21a)의 오목부, 주발형 용기(10a)의 외면의 볼록부(실굽부(10ad) 등)에 대응하는 오목 틀 부재(22a)의 오목부 등에는, 피복 필름(12)이 밀착하기 어렵다. 따라서, 상기 방법에서는, 피복 필름(12)과 금형(20a) 표면과의 사이에 개재하는 공기를 캐비티(25a) 밖으로 배출함으로써, 이와 같은 금형(20a) 표면의 오목부에도 피복 필름(12)을 밀착시킬 수 있다. 그 결과, 예컨대 실굽부(10ad) 및 플랜지부(10ac)의 각이, 둥근 느낌을 띠지 않고, 캐비티(25a)의 형상을 정확하게 반영하여 예리한 형상으로 된다. 또, 주발형 용기(10a)의 실굽부(10ad)나 오목부(10af) 등의 두께를, 캐비티(25a)의 두께와 대략 동일하게 할 수 있다.
또, 상기 방법에서는, 성형용 원료(14)의 팽창에 의해서 발생한 금형(20a)의 내압을 이용하여 금형(20a) 내의 배기를 실시하기 때문에, 진공 흡인 등을 하지 않고서 충분히 배기할 수 있다. 여기서, 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)의 지름은 전술한 바와 같이, 피복 필름(12)의 표면 형상에 영향을 주지 않을 정도로 충분히 작기 때문에, 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)에 대응한 볼록부가 피복 필름(12)의 표면에 형성되는 일이 없거나, 형성되더라도 실용상 문제가 없는 수준이다.
한편, 본 실시형태의 제조 방법에서는, 적어도 피복 필름(12)이 변형되고 있는 동안, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22)를 직접적으로 접근시키는 것이 바람직하다. 즉, 오목 틀 부재(22)에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동은 직선 운동인 것이 바람직하다. 이로써, 예컨대 볼록 틀 부재(21a)의 한 변과 오목 틀 부재(22)의 한 변을 힌지로 연결하여, 볼록 틀 부재(21a)를 회동시키는 경우와 비교하여, 볼록 틀 부재(21a)에 의해 피복 필름(12)에 가해지는 압력이 보다 균일하게 된다. 그렇기 때문에, 균일하게 피복 필름(12)을 늘릴 수 있어, 피복 필름(12)의 두께가 균일하게 된다. 그러므로, 피복 필름(12)에 의한 효과, 즉 생분해성 성형물의 내수성 향상 등이 보다 한층 더 향상된다.
또, 본 실시형태의 제조 방법에서는, 적어도 피복 필름(12)이 변형을 시작할 때까지 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근시키는 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의하면, 적어도 피복 필름(12)이 병형을 시작할 때까지 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키기 때문에, 볼록 틀 부재(21a)를 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞출 때까지 드는 시간(감합 시간)을 단축할 수 있어, 그 결과, 제조 시간의 단축을 도모할 수 있다.
또, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키는 경우, 볼록 틀 부재(21a)가 오목 틀 부재(21a)에 끼워 맞춰질 때까지 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키더라도 좋지만, 피복 필름(12)이 변형을 시작할 때까지는 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키는 한편, 피복 필름(12)이 변형을 시작한 후에는 볼록 틀 부재(21a)만을 이동시키는 것이 바람직하다. 이로써, 피복 필름(12)을 연속적으로 반송하는 경우 등과 같이, 피복 필름(12)을 대략 평면형으로 유지하는 경우에, 피복 필름(12)을 이동시킬 필요가 없어져, 조작이 간단하게 된다.
또, 가열 성형시에 있어서의 금형(20a)의 가열 온도는 피복 필름(12)이 용융되지 않고 연화되어 발포 성형물 표면에 압착할 수 있는 온도 범위, 즉, 피복 필름(12)의 연화점 이상, 피복 필름(12)의 융점 미만의 온도면 되는데, 사용되는 피복 필름(12)의 열적 특성에 따라서 설정하는 것이 바람직하다. 그리고, 가열 성형시의 가열은 금형(20a)의 온도가, 피복 필름(12)의 연화점 이상이며, 또한, 피복 피름(12)의 융점보다 10℃ 이상 낮아지도록 하는 것이 바람직하다.
이로써, 피복 필름(12)이 녹는 일없이 연화되어 금형(20a)에 대응한 형상으로 성형되며, 피복 필름(12)에 핀홀이 생기는 것을 피할 수 있다. 그렇기 때문에, 피복 필름(12)에 의해서, 용기 본체(11a)를 보다 확실하게 피복할 수 있으므로, 주발형 용기(10a)의 내수성을 보다 확실하게 확보할 수 있다.
가열 성형시의 가열은 「금형(20a)의 온도가 피복 필름(12)의 연화점 이상이며, 피복 필름(12)의 융점보다 10℃ 이상 낮고, 또한 130℃ 이상」이라는 온도 조건(이하, 온도 조건 A라 부름)을 만족하는 것이 보다 바람직하다. 이로써, 캐비티(캐비티(25a) 등) 내의 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료(14)를 충분히 가열하여 수증기 발포 성형할 수 있기 때문에, 수증기 발포 성형의 성형 시간을 단축할 수 있는 동시에, 수증기 발포의 조건이 양호하게 되어, 균일하고 치밀한 조직을 갖는 용기 본체(11a)를 얻을 수 있다. 따라서, 제조 시간의 단축을 도모하는 동시에, 주발형 용기(10a)의 강도 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
가열 성형시의 가열은 「금형(20a)의 온도가, 피복 필름(12)의 연화점 이상이며, 피복 필름(12)의 융점보다 10℃ 이상 낮고, 또한 150℃ 이상」이라는 온도 조건(이하, 온도 조건 B라 부름)을 만족하는 것이 더욱 바람직하다. 이로써, 캐비티(캐비티(25a) 등) 내의 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료(14)를 보다 한층 충분히 가열하여 수증기 발포 성형할 수 있기 때문에, 수증기 발포 성형의 성형 시간을 더욱 단축할 수 있는 동시에, 수증기 발포의 조건이 더욱 양호하게 되어, 더욱 균일하고 치밀한 조직을 갖는 용기 본체(11a)를 얻을 수 있다. 따라서, 제조 시간의 단축을 한층 더 도모하는 동시에, 주발형 용기(10a)의 강도 등의 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 온도 조건 A를 만족하기 위해서는, 연화점이 130℃ 이상이며, 또, 융점이 140℃ 이상인 피복 필름(12)을 이용할 필요가 있으며, 온도 조건 B를 만족하기 위해서는 피복 필름(12)은 연화점이 150℃ 이상이며, 또, 융점이 160℃ 이상인 피복 필름(12)을 이용할 필요가 있다.
이와 같은 연화점 및 융점을 갖는 피복 필름(12)을 이용하면, 상기 온도 조건을 만족할 수 있을 뿐만 아니라, 연화나 융점이 일어나기 어려운 내열성이 높은 주발형 용기(10a)를 얻을 수 있다. 특히 주발형 용기(10a)를 컵면 용기 등에 이용하는 경우에는 주발형 용기(10a) 내부에 부어지는 뜨거운 물 등의 열에 의한 주발형 용기(10a)의 변형이나 용융을 보다 확실하게 피할 수 있다.
따라서, 피복 필름(12)의 열적 특성은 가열 성형시의 가열 온도를 높은 온도로 설정할 수 있고, 또, 주발형 용기(10a)의 내열성을 향상시킬 수 있는 특성인 것이 바람직하다. 구체적으로는 피복 필름(12)의 연화점은 120℃ 이상인 것이 보다 바람직하며, 130℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 150℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 피복 필름(12)의 융점은 150℃ 이상인 것이 바람직하고, 170℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 200℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 피복 필름(12)은 연화점이 120℃ 이상이며, 또, 융점이 150℃ 이상인 것이 바람직하며, 연화점이 130℃ 이상이며, 또 융점이 170℃ 이상인 것이 더욱 바람직하며, 연화점이 150℃ 이상이고, 또 융점이 200℃ 이상인 것이 가장 바람직하다.
또, 금형(20a)의 가열 온도의 상한은 피복 필름(12)의 융점 미만이라면 특별히 한정되지 않지만, 주발형 용기(10a)의 열적인 변화를 피하기 위해서, 240℃ 이상인 것이 바람직하다.
또, 수증기 발포 성형은 성형용 원료(14)에 포함되는 수분을 증발시켜 수증기를 발생시킴으로써, 기포를 발생시키는 성형 방법이다. 이 때문에, 본 발명에 따른 제조 방법에서는, 성형용 원료(14)를 수증기 발포 성형시키기 위해서, 성형용 원료(14)를 물의 비점 100℃ 이상으로 가열할 필요가 있다.
그러므로, 가열 수법으로서 외부 가열만을 이용하는 경우, 금형(20a)의 가열 온도는 물의 비점 100℃ 이상일 필요가 있으며, 물의 비점 100℃ 이상보다 충분히 높은 온도, 구체적으로는 140℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이로써 성형용 원료(14) 중에 포함되는 수분을 반드시 증발하여 수증기로 되고 기포가 생긴다. 그렇기 때문에, 얻어지는 성형물은 반드시 수증기 발포하게 되어, 상기 발포 성형물을 용이하게 얻을 수 있다.
따라서 가열 수법으로서 외부 가열을 이용하는 경우에는, 피복 필름(12)으로서는, 그 융점이 100℃ 이상인 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하는 것을 선택할 필요가 있다. 피복 필름(12)이 융점이 100℃ 미만인 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고 있으면, 성형용 원료(14)를 충분히 수증기 발포 성형하기 위한 온도에서는 피복 필름(12)이 완전히 융용되어 버려, 피복 필름(12)이 필름 형상을 유지할 수 없게 된다.
한편, 가열 수법으로서, 내부 가열만을 이용하는 경우, 혹은 외부 가열과 내부 가열을 병용하는 경우에는 상기 전극(26)에 대해 저주파 교류 전압이나 고주파 전계를 인가함으로써, 캐비티(캐비티(25a) 등) 내의 성형용 원료(14) 그 자체를 내부 가열시키기 때문에, 가열 온도도 내부 가열에 관련한 각종 조건에 의존하며, 특별히 한정되는 것은 아니라, 성형용 원료(14)가 수증기 발포하는 온도 이상이면 된다. 따라서, 내부 가열을 이용하는 경우, 외부 가열에 비하면 비교적 저융점의 피복 피름(12)을 이용할 수 있다.
내부 가열에 관련한 각종 조건으로서는, 구체적으로 전극(26)의 특성이나 상기 저주파 교류 전압이나 고주파 전계의 크기가 크게 관여하는데, 그밖에, 전술한 것과 같이, 성형용 원료(14)의 도전율이나 유전 손실에도 크게 의존한다. 즉, 통전 가열에 의해서 가열 성형할 때에는, 그 발열 상태는 성형용 원료(14)의 도전율에 따라 제어되며, 고주파 유전 가열에 의해서 가열 성형할 때에는, 그 발열 상태는 성형용 원료(14)의 유전 손실에 따라 제어되기 때문이다. 상기 각종 조건의 구체적인 설정 범위에 대해서는 실용상, 캐비티 내의 온도가 외부 가열과 같은 온도 범위가 되도록 설정하면 되며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 가열 시간은, 가열 온도와, 용기 본체(11a)의 형상이나 두께 등에 따라서 적절히 설정되는 것인데, 적어도 성형후의 용기 본체(11a)의 함수율이 소정 범위 내에서 수습되는 시간인 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 성형용 원료(14) 중의 수분을 거의 완전하게 증발시키지 않는 시간인 것이 바람직하다.
상기 가열 시간이 용기 본체(11a)의 수분이 상술한 소정 범위보다도 작아질 때까지 장시간에 이르면, 상기 용기 본체(11a)는 과잉 발포 상태가 되는 데다 소정의 함수율을 갖지 않게 되기 때문에, 딱딱하고 부서지기 쉽게 되어, 용기 본체(11a)의 품위를 저하시키므로 바람직하지 못하다.
구체적인 가열 시간은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예컨대 고주파 유전 가열을 하는 경우에는, 일반적인 외부 가열에 비해서 훨씬 단시간에 성형할 수 있게 되며, 또 용기 본체(11a)가 두꺼운 경우에는 가열 시간이 길어지는 경향이 있다. 그러므로 가열 시간은 기본적으로는 가열 수법이나 용기 본체(11a)의 형상 등에 따라 적절히 설정되는 것이지만, 일반적으로는 10초 이상 5분 이내의 범위 내인 것이 바람직하다.
가열 성형시의 성형 압력에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로는, 예컨대 5 kg/cm2 이상 50 kg/m2 이하의 범위 내인 것이 바람직하게 이용된다. 물론, 이 성형 압력은 여러 조건에 따라 변경 가능하다.
또, 본 실시형태의 제조 방법에서는 가열 성형하기 전에, 피복 필름(12)과 접촉하는 금형(20a) 표면에 슬립제를 배치하는 것이 바람직하다. 이로써, 피복 필름(12) 표면과 금형(20a) 표면과의 사이의 접촉 마찰을 저감시킬 수 있기 때문에, 금형(20a)에 의해 피복 필름(12)을 연신할 때에, 금형(20a)과의 마찰에 의해서 피복 필름(12)에 단열이나 균열 등과 같은 파손이 생기는 것을 피할 수 있다.
상기 슬립제로서는, 금형(20a) 표면과 피복 필름(12) 표면과의 마찰을 저감할수 있는 것이면 되며, 고급 지방족계 알콜, 지방산아마이드계, 스테아린산마그네슘 등의 금속 비누계, 지방산에스테르계 및 이들의 복합제 등과 같은, 일반적으로 「활제」라 불리는 것에 더하여, 식물성 유지 등의 유지, 무기 미립자, 불소 수지 등을 사용할 수 있다. 또, 슬립제를 금형(20a) 표면에 배치하는 형태로서는, 금형(20a) 표면에 활제나 유지 등의 액체를 도포하는 방법, 금형(20a) 표면에 무기 미립자 등의 미립자를 부착시키는 방법, 금형(20a) 표면에 불소 수지 피막 등의 고체의 층을 형성하는 방법 등을 들 수 있는데, 금형(20a) 표면에 고체층을 형성하는 방법이 바람직하다. 따라서, 슬립제는 금형(20a) 표면에 형성된 불소 수지층(불소 수지 피막, 소위 불소 수지 코팅)인 것이 가장 바람직하다.
왜냐면, 액체상의 슬립제를 금형(20a) 표면에 도포한 경우나 미립자형의 슬립제를 금형(20a) 표면에 부착시킨 경우에는 성형시에 슬립제가 금형(20a) 표면으로부터 벗겨지기 때문에, 성형할 때마다 슬립제를 도포할 필요가 있다. 이에 대해, 슬립제로서 불소 수지층을 금형(20a) 표면에 형성하면, 성형시에 슬립제가 금형(20a) 표면으로부터 벗겨지는 일없이, 장시간 사용 가능하다. 그렇기 때문에, 금형(20a) 표면에 슬립제를 형성하는 수고를 덜 수 있다.
또, 액체상의 슬립제를 도포한 경우나 미립자상의 슬립제를 부착시킨 경우에는, 성형시에 슬립제가 주발형 용기(10a) 표면에 부착되기 때문에, 성형후에 주발형 용기(10a) 표면에서 슬립제를 제거할 필요가 있다. 이에 대해, 상기 방법에서는, 성형시에 슬립제가 주발형 용기(10a) 표면에 부착되어 주발형 용기(10a) 표면이 더러워지는 일이 없어, 성형후에 주발형 용기(10a)의 표면으로부터 슬립제를 제거하는 수고를 줄일 수 있다.
상기 불소 수지로서는, 사불화에틸렌 수지(소위 「테플론(등록상표)」), 사불화에틸렌-육불화프로필렌 공중합 수지, 사불화에틸렌-퍼플로로알킬비닐에테르 공중합 수지, 사불화에틸렌-에틸렌 공중합 수지, 삼불화염화에틸렌 수지, 불화비닐리덴 수지 등을 들 수 있는데, 내열성이 우수하고, 저렴하다는 점에서, 사불화에틸렌 수지가 특히 바람직하다.
이어서, 본 발명의 다른 실시형태로서, 둥근 접시형 용기(10b)의 제조 방법에 대해, 도 7에 기초하여 설명한다. 한편, 도 7에 있어서도, 도면을 간소하게 하기 위해 금형(20b)에 있어서의 배기 구멍(31b·32b) 중의 일부만을 나타내고, 다른 배기 구멍(31b·32b)은 도시하지 않고 있다.
본 실시형태에 따른 둥근 접시형 용기(10b)의 제조 방법은 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시하는 주발형 용기 성형용의 금형(20a) 대신에, 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시하는 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b)로 이루어지는 둥근 접시형 용기 성형용의 금형(20b)을 이용하는 것 이외에는 상술한 주발형 용기(10a)의 제조 방법과 같은 식이다.
즉, 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b)로 이루어지는 금형(20b)을 이용하여, 우선, 도 7에 도시한 바와 같이, 볼록 틀 부재(21b)와 오목 틀 부재(22b)를 상하로 분할한 상태에서 배치하여, 볼록 틀 부재(21b)와 오목 틀 부재(22b) 사이에, 성형용 원료(14)를 1쌍의 피복 필름(12) 사이에 협지한 상태로 배치한다. 이어서, 볼록 틀 부재(21b)와 오목 틀 부재(22b)를 근접시켜 나가, 볼록 틀 부재(21b)와 오복 틀 부재(22b)를 끼워 맞춰 틀 조이기를 한다. 이어서, 성형용 원료(14) 및 피복 필름(12)을 가열 성형함으로써, 성형용 원료(14)를 수증기 발포 성형하여 용기 본체(10b)를 얻는 동시에, 피복 필름(12)을 연화시켜 용기 본체(10b) 표면에 압착한다. 그리고, 이 가열 성형시에, 피복 필름(12)과 금형(20b) 표면과의 사이에 개자하는 기체를, 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b)에 형성한 배기 구멍(31b) 및 배기 구멍(32b)을 통해 금형(20b) 외부로 배출시킨다. 이로써, 둥근 접시형 용기(10b)를 얻을 수 있다.
상기 방법에서는 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b)에 대해 압력빼기용의 배기 구멍(31b) 및 배기 구멍(32b)을 형성하여, 가열 성형시에, 피복 필름(12)과 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b)의 표면 사이에 개재하는 기체를, 배기 구멍(31b) 및 배기 구멍(32b)을 통해 금형(20b) 외부로 배출시키고 있다. 이로써, 피복 필름(12)과 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b) 표면과의 밀착성이 향상된다.
그러므로, 상기 방법에서는, 피복 필름(12) 표면에 기포가 발생하는 것을 피할 수 있으며, 우수한 표면 평활성을 갖는 둥근 접시형 용기(10b)를 얻을 수 있다. 특히, 바닥부(10ba)나 플랜지부(10bc)와 같은 평면 부분의 표면이 평활하게 되기 때문에, 광택이 양호하고, 미려한 둥근 접시형 용기(10b)를 얻을 수 있다.
또, 상기 방법에서는 둥근 접시형 용기(10b)를 캐비티(25b)와 대략 동일한 형상으로 성형할 수 있으며, 양호한 치수 정밀도를 실현할 수 있다. 특히, 금형(20b) 표면의 오목부, 예컨대 둥근 접시형 용기(10b)의 각(플랜지부(10bc)의 각 등) 등에는 피복 필름(12)이 밀착되기 어렵다. 그러나, 상기 방법에서는, 피복 필름(12)과 금형(20b) 표면과의 사이에 개재하는 공기를 외부로 배출함으로써, 이와 같은 금형(20b) 표면의 오목부에도 피복 필름(12)을 밀착시킬 수 있다. 그 결과, 예컨대 플랜지부(10bc)의 각이, 둥근 형상을 띠는 일없이, 캐비티(25b)의 형상을 정확하게 반영하여 예리한 형상으로 된다. 또, 둥근 접시형 용기(10b)의 두께를, 캐비티(25b)의 두께와 대략 동일하게 할 수 있다.
둥근 접시형 용기(10b)의 제조 방법에 있어서도, 주발형 용기(10a)의 제조 방법과 마찬가지로, 금형(20b)의 내부에, 배기 구멍(31b·32b)을 통해 캐비티(25b)로 이어지고, 또, 금형(20b) 외부에 대해 폐쇄된 폐쇄 공간을 형성하라도 좋다. 구체적으로는, 예컨대 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시한 금형(20b)에 있어서, 가열 성형시에, 출구(34b)를 폐쇄하고, 배기관(33b)을, 금형(20b) 외부에 대해 폐쇄된 폐쇄 공간으로 하여도 좋다. 이로써, 둥근 접시형 용기(10b)를 캐비티(25b)와 대략 동일한 형상으로 성형할 수 있는 동시에, 폐쇄 공간을 형성한 금형(20a)을 이용하는 방법과 같은 이점을 얻을 수 있다. 또, 상기 폐쇄 공간의 체적도, 주발형 용기(10a)의 제조 방법과 같은 이유에서, 가열 성형전에 있어서의 캐비티(25b) 내의 공극의 용적에 대해, 1/3배 이상 2배 이하가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 설명에서는, 본 발명에 따른 성형 틀로서, 주발형 용기 성형용의 금형(20a) 및 둥근 접시형 용기 성형용의 금형(20b)에 대해서 설명했다. 또, 상기 설명에서는 본 발명에 따른 제조 방법으로서, 금형(20a)을 이용하여 주발형 용기(10a)를 이용하여 제조하는 방법과, 금형(20b)을 이용하여 둥근 접시형 용기(10b)를 제조하는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 본 발명에 따른 성형 틀의 형상은 다른 형상을 갖는 것이라도 좋으며, 본 발명에 따른 제조 방법도, 다른 형상을 갖는 생분해성 성형물도 제조하는 방법이라도 좋다.
본 발명에 따른 다른 형상을 갖는 성형 틀로서는, 예컨대 도 9(a) 및 도 9(b)에 도시하는 컵형 용기 성형용의 금형(20c)을 들 수 있다.
또, 도 5(a), 도 5(b), 도 6(a), 도 6(b) 및 도 9(a) 및 도 9(b)에서는, 분할 가능한 성형 틀로서 상하 2 분할의 성형 틀을 예시했지만, 분할 가능한 성형 틀에 있어서의 분할 방법(즉 틀 부재의 개수)은 상하 2 분할에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 9(a) 및 도 9(b)에 나타내는 2 분할 금형(20b) 대신에, 도 10(a)에 나타내는 것과 같은, 볼록 틀 부재(21c)와 같은 형상을 갖는 볼록 틀 부재(21d)와, 오목 틀 부재(22c)가 2 분할되어 이루어지는 형상을 갖는 2개의 오목 틀 부재(23d·24d)로 이루어지는 3 분할의 컵형 용기 성형용의 금형(20d)을 이용하는 것도 가능하다.
상기 금형(20c) 및 금형(20d)은 각각 볼록 틀 부재(21c)와 오목 틀 부재(22c), 볼록 틀 부재(21d)와 오목 틀 부재(23d·24d)를 조합시킨 상태로, 도 9(b) 및 도 10(b)에 도시한 바와 같이, 내부에 원하는 발포 성형물(도 3 참조)의 형상에 맞춘 캐비티(25a 및 25b)가 형성되도록 되어 있다. 상기한 금형(20c 또는 20d)을 이용하여, 금형(20a·20b)를 이용한 경우와 같은 식으로, 캐비티(25c 또는 25d) 내의 성형용 원료를 2장의 피복 필름(12) 사이에 협지하여 가열·가압함으로써, 도 4에 도시한 컵형 용기 본체(10b)를 얻을 수 있다. 도시하지 않지만, 이들 금형(20c·20d)에도, 금형(20a·20b)과 마찬가지로, 배기 구멍이 형성되어 있다.
또, 본 실시형태에서는, 본 발명에 따른 성형 틀의 일례로서, 상기 금형(20a·20b) 등의 금형을 예로 들었지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 종래 공지의 여러 가지 재질로 형성된 성형 틀을 이용할 수 있다. 단, 후술하는 것과 같이, 본 발명에서 이용되는 성형 틀에는 수증기 발포 성형을 위한 내열성이 요구되며, 동시에 강도·내마모성 등도 필요하다. 더욱이 마이크로파를 이용하여 내부 가열을 하는 경우에는, 마이크로파 투과성이 필요한다. 따라서, 마이크로파를 이용한 내부 가열에서는 상기 성형 틀로서 마이크로파 투과성, 내열성, 강도, 내마찰성을 구비한 수지나 세라믹 등으로 이루어지는 성형 틀을 바람직하게 이용할 수 있지만, 그 이외의 경우, 특히 통전, 고주파 유도를 이용한 내부 가열의 경우는 금속제의 성형 틀, 즉 「금형」인 것이, 성형 틀 자체도 전극의 일부로서 작용한다는 점에서 보다 바람직하다.
더욱이, 본 실시형태에서는 본 발명에 따른 성형 틀의 사용예로서, 성형 틀 속에서 성형용 원료 및 피복 필름을 가열 성형함으로써, 생분해성 발포 성형물을 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름을 연화시켜 생분해성 발포 성형물의 표면에 압착하는 생분해성 성형물의 제조 방법에 사용한 예를 설명했다. 그러나, 본 발명에 따른 성형 틀은 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료를 내부에서 가열함으로써, 생분해성 발포 성형물을 수증기 발포 성형하는 방법이라면, 특별히 한정되지 않고 사용된다. 따라서, 본 발명에 따른 성형 틀은 피복 필름을 이용하지 않고 성형용 원료를 단독으로 성형하는 경우에도 사용 가능하다.
또, 상술한 각 제조 방법에서는, 성형 틀에서의 수증기 발포 성형시에, 2장의 피복 필름(12) 사이에 성형용 원료를 끼워 넣어, 발포 성형물의 표면 전체를 피복 필름(12)에 의해 피복하고 있었다. 그러나, 상기 피복 필름(12)은 발포 성형물 전체에 접착할 필요가 없고, 발포 성형물을 보호하고 싶은 부분에만 접착하면 된다. 예컨대, 그 표면에 식품을 얹어 두기만 하는 용도, 구체적으로는 문어구이나 야끼소바, 부침개류, 핫도그, 후라이드포테이토 등과 같은 가벼운 식사류를 식사하는 시점에서 일시적으로 얹어 둔 후, 식사가 끝나면 폐기해 버리는 식의 1웨이 방식의 접시나, 케이크 등을 포장할 때의 받침대로서 이용되는 것과 같은 접시 등은 그 표면(접시의 상면)만을 보호하고 있으면 된다. 따라서, 이와 같은 용도로 이용하는 생분해성 성형물을 제조하는 경우, 발포 성형물의 상면만을 피복 필름(12)에 의해 피복하고 있어도 좋다.
또, 본 발명에 따른 생분해성 성형물을 전기 제품 등의 곤포에 사용하는 완충재로서 사용하는 경우에는 전기 제품과 직접 접촉하는 부분에만 피복 필름을 부착해 두면 된다. 특히, 전기 제품이 큰 사이즈인 경우에는 완충재도 커지며, 그렇기 때문에 피복 필름을 접착하기 위한 접착 틀도 대형화되게 되므로, 생분해성 성형물이 대형화하는 경우에는 필요 최저한의 부분에 피복 필름을 접착해 두면 된다.
한편, 예컨대 컵면의 용기(도 2에 도시하는 주발형 용기(10a) 등)와 같이 펄펄 끓인 뜨거운 물을 내부에 넣을 뿐만 아니라, 내부의 건조면이 산화되거나 습기를 흡수하거나 하지 않도록 용기 전체에 가스 배리어성이 요구되는 경우에는 용기 전체에 피복 필름(12)을 접착해 두는 것이 바람직하다.
또, 상술한 각 실시형태의 제조 방법에서는, 대략 평면형으로 유지된 피복 필름(12)을 이용하여 가열 성형을 하고 있었지만, 원호형 등의 형상으로 구부러진 상태의 피복 필름(12)을 이용하여 가열 성형을 하더라도 좋다.
또, 상술한 각 실시형태의 제조 방법에서는, 평면형으로 성형한 피복 필름(12)을 이용하여 가열 성형을 하고 있었지만, 이하의 제법 1∼6과 같이, 미리 생분해성 성형물의 외형에 대략 맞춘 형상으로 성형한 피복 필름(12)을 이용하여 가열 성형을 하더라도 좋다.
<제법 1>
제법 1은 도 1에 기초하여 설명한 제법에 있어서, 사용하는 피복 필름(12)을 미리 생분해성 성형물의 외형에 대략 맞춘 형상으로 성형해 두는 방법이다.
상기 피복 필름(12) 중에는 주성분인 생분해성 플라스틱의 종류에 따라 다르기는 하지만, 성형시에 대폭 연신할 수 없는 것도 포함된다. 본 제법에서는 미리 피복 필름(12)을 성형후의 외형에 가까운 형상으로 성형한 성형 필름을 준비해 둠으로써, 성형시에 대폭 연신할 수 없는 피복 필름(12)을 이용한 경우에도, 보다 복잡하고 디프드로잉 형상의 발포 성형물에 대해 피복 필름(12)을 확실하고 효율적으로 피복할 수 있다. 따라서, 이 제법은 도 2에 도시하는 주발형 용기(10a)와 같이, 어느 정도 깊이가 깊은 드프드로잉 형상, 즉 높이 방향의 사이즈가 큰 형상의 생분해성 성형물을 성형하는 용도에 바람직하게 이용할 수 있다.
상기 피복 필름(12)의 성형 방법은, 시트 필름의 일반적인 성형 방법이 이용되며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 진공 성형, 사출 성형, 블로 성형 등의 각종 성형 방법이 바람직하게 이용된다. 또, 성형 형상은, 성형후의 생분해성 성형물의 형상에 대략 맞춰 두면 되며, 세부까지 동일하게 성형할 필요는 없다. 피복 필름(12)은 어느 정도 유연성을 갖고 있기 때문에, 그 대략적인 형상이, 성형후의 생분해성 성형물의 형상, 즉 성형 틀의 형상에 맞춰져 있으면 된다.
본 제법 1을 구체적으로 설명하면, 도 11에 도시한 바와 같이, 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시한 금형(20a)에 있어서, 상하의 틀 부재(21a·22a) 사이에 주발형 용기(10a)의 외형에 대략 맞춘 형상으로 미리 성형한 성형 필름(12a)을 2장 배치하고, 또한 이들 성형 필름(12a·12a) 사이에 슬리러형 또는 도우형의 성형용 원료(14)를 공급한다. 이 상태에서는, 상기 금형(20a)은 성형 필름(12a)(피복 필름(12))의 주성분인 생분해성 플라스틱의 융점 미만의 온도까지 가열되고 있다. 그 후, 상하의 틀 부재(21a·22a)를 맞춰, 상술한 외부 가열 또는 내부 가열을 이용하여 가열 및 가압 성형한다. 이 1 공정에 의해 본 발명에 따른 생분해성 성형물로서의 주발형 용기(10a)(도 2 참조)를 얻을 수 있다.
<제법 2>
제법 2는 도 7에 기초하여 설명한 제법에 있어서, 사용하는 피복 필름(12)을 주머니형으로 가공해 두고, 이 주머니형의 피복 필름(12) 속에 성형용 원료를 수용하는 방법이다. 이 제법도, 도 2(a)에 도시하는 둥근 접시형 용기(10b)와 같이, 시트 형상의 피복 필름(12)에 맞춰서, 평면적으로 펼쳐지는 방향으로 사이즈가 큰 형상의 생분해성 성형물을 성형하는 용도에 특히 바람직하게 이용할 수 있다.
이 제법에서는, 피복 필름(12)을 내부에 성형용 원료를 수용할 수 있도록 주머니형으로 가공하여 포대 필름으로 해 둔다. 이 포대 필름의 내부에 성형용 원료를 넣어 두면, 포대 필름으로 성형용 원료를 대략 포장하고 있게 되기 때문에 미리 포대 필름 중에 성형용 원료를 나눠 부은 것을 대량으로 준비해 둔 다음에 일정 기간 보존하는 것이 가능해진다. 또한, 생분해성 성형물을 제조하는 시점에서, 상기 원료 포장물을 성형 틀에 일괄적으로 투입하는 것만으로 성형의 준비가 갖춰지게 된다. 따라서, 제조 공정을 보다 한층 간소화할 수 있다고 하는 이점이 있다.
상기 피복 필름(12)을 주머니형의 포대 필름으로 가공하는 방법으로서도 특별히 한정되는 것은 아니며, 시트 또는 필름형의 플라스틱을 주머니형으로 가공하기 위한 종래 공지의 방법이 적합하게 이용된다. 구체적으로는 필로우 포장 등을 들 수 있다. 또한, 포대 필름 내에 성형용 원료를 나눠 부어 이루어지는 원료 포장물의 보존 방법도 특별히 한정되는 것은 아니며, 전분을 부패시키지 않는 종래 공지의 보존방법이면 된다.
한편, 본 발명에서는, 상기 포대 필름(12b) 중에 성형용 원료를 수용한 것은 「발포 성형용 조성물」이 된다. 이 발포 성형용 조성물(이하, 성형용 조성물이라 함)은 상기한 바와 같이 미리 다수 준비해 두고 일정 기간 보존할 수 있는 동시에, 성형 틀에 일괄 투입하여 성형하는 것만으로, 피복 필름이 접착된 생분해성 성형물을 용이하게 제조할 수 있다. 그 때문에, 생분해성 성형물을 용이하고 또 간단한 공정으로 제조하는 조성물로서 적합한 것으로 된다.
본 제법 2를 구체적으로 설명하면, 도 12에 도시한 바와 같이, 피복 필름(12)을 미리 주머니형으로 가공하여 포대 필름(12b)으로 해 두고, 이 피복 필름(12b) 속에 소정량의 성형용 원료(14)를 나눠 부어 성형용 조성물(40b)을 준비해 둔다. 이 성형용 조성물(40b)은 소정의 스토커 등에 보존해 두면 된다. 그 후, 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시한 금형(20b)에 있어서, 하측의 틀 부재(22b) 위에 스토커로부터 내어 온 상기 성형용 조성물(40b)을 얹어 놓는다. 이것만으로 성형 준비가 갖춰지게 된다.
이 상태에서는, 상기 금형(20b)은 피복 필름(12)(포대 필름(12b))의 주성분인 생분해성 플라스틱의 융점 이하의 온도까지 가열되고 있다. 그 후, 상하의 틀 부재(21b·22b)를 맞춰, 상술한 외부 가열 또는 내부 가열을 이용하여 가열 및 가압 성형한다. 이 1 공정에 의해서, 본 발명에 따른 생분해성 성형물로서의 둥근 접시형 용기(10b)(도 3 참조)를 얻을 수 있다.
<제법 3>
제법 3은 사용하는 피복 필름(12)이, 미리 주머니형으로 또 생분해성 성형물의 외형에 대략 맞춘 형상으로 성형되어 있다. 즉 제법 2에 있어서의 포대 필름(12d)이 또한 생분해성 성형물의 외형에 대략 맞춘 형상의 성형 포대 필름으로 되어 있다. 이 제법도, 도 2에 도시하는 주발형 용기(10a) 등과 같이, 어느 정도 깊이의 디프드로잉 형상, 즉 높이 방향의 사이즈가 큰 형상의 생분해성 성형물을 성형하는 용도에 바람직하게 이용할 수 있다.
상기 성형 포대 필름은 피복 필름(12)을 먼저 주머니형의 포대 필름으로 가공하고 나서 생분해성 성형물의 외형에 대략 맞춰 성형하더라도 좋고, 상기 외형에 대략 맞춰 성형하고 나서 포대 필름으로 가공하더라도 좋다. 성형 방법이나 포대 필름으로 가공하는 방법도 특별히 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이, 종래 공지된 방법이 적합하게 이용된다.
본 제법 3을 구체적으로 설명하면, 도 13에 도시한 바와 같이, 피복 필름(12)을 성형 포대 필름(12c)으로 성형해 두고, 이 성형 포대 필름(12c) 속에 소정량의 성형용 원료를 나눠 부어 성형용 조성물(40c)을 준비해 둔다. 이 성형용 조성물(40c)은 소정의 스토커 등에 보존해 두면 된다. 그 후, 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시한 금형(20a)에 있어서, 하측의 틀 부재(22a) 위에 스토커로부터 내어온 상기 성형용 조성물(40c)을 얹어 놓는다. 이것만으로 성형 준비가 갖춰지게 된다.
이 상태에서는, 상기 금형(20a)은 피복 필름(12)(성형 포대 필름(12c))의 주성분인 생분해성 플라스틱의 융점 미만의 온도까지 가열되고 있다. 그 후, 상하의 틀 부재(21a·22a)를 맞춰, 상술한 외부 가열 또는 내부 가열을 이용하여 가열 및 가압 성형한다. 이 1 공정에 의해서, 본 발명에 따른 생분해성 성형물로서의 주발형 용기(10a)(도 2 참조)를 얻을 수 있다.
<제법 4>
제법 4에서는, 상기 제법 1에 있어서, 피복 필름(12)을 미리 생분해성 성형물의 외형에 대략 맞춘 형상으로 잘라낸 필름 조각으로서 이용하는 방법이다. 이 제법은 도 4에 도시하는 컵형 용기(10c) 등과 같이, 디프드로잉의 깊이 정도가 깊은 형상이나, 보다 복잡한 형상의 생분해성 성형물을 성형하는 용도에 바람직하게 이용할 수 있다.
상기 필름 조각의 구체적 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은 도 14(a) 및 도 14(b)에 도시하는 바와 같이, 성형후의 생분해성 성형물(예컨대 컵형 용기(10c))의 대략 전개도로 하여, 각 면마다 잘라 놓은 복수의 필름 조각(12d)으로 해두는 수법이 바람직하게 이용된다.
상기 필름 조각(12d)은 도 14(a) 및 도 14(b)에 도시한 바와 같이, 또한 접착대에 상당하는 중복부(12e)를 갖고 있다. 이 중복부(12e)는 저면이 되는 필름 조각(12d)의 주위나, 측면이 되는 필름 조각(12d)을 원통형으로 감았을 때에 접착되는 단부 등에 형성된다.
이들 중복부(12e)는 성형시에, 필름 조각(12d)을 성형 틀의 캐비티 내에 배치할 때에, 각 필름 조각(12d)끼리의 소정 부위에 서로 중복시킨다. 이로써, 성형시에는 이 중복부(12e)와 이것에 겹치지는 필름 조각(12d)의 일부가 서로 연화되어 접착된다(용착된다). 그 결과, 복수의 필름 조각(12d)이 하나로 합쳐진 대략 컵 형상의 피복 필름(12)으로 되고, 이 피복 필름(12)이 또한 발포 성형물의 표면에 접합시켜져, 본 발명에 따른 컵형 용기(10c)를 얻을 수 있다.
또, 대략 전개도로서의 필름 조각(12d)의 형상에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 컵형 용기(10c)에 맞추는 경우를 예로 들면, 도 14(a)에 도시한 바와 같이, 측면 및 저면을 각각 1개의 필름 조각(12d)으로 하는, 전개도를 측면·저면으로 2 분할하는 형상이라도 좋고, 도 14(b)에 도시한 바와 같이, 저면은 하나이지만 측면을 2개로 분할하는 3개의 필름 조각(12d)으로 하는, 전개도를 3 분할하는 형상이라도 좋다. 이와 같이 필름 조각(12d)은 전부 모아 중복부(12e)를 겹친 상태에서 컵형 등 생분해성 성형물에 대응하는 형상으로 되고 있으면 된다.
본 제법에서는, 접착전의 피복 필름(12)을, 상기 제법 1이나 제법 3보다도 더욱 성형후의 형상에 맞춘 형상으로 해 두게 된다. 그렇기 때문에, 이 제법은, 연신성이 나쁜 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하는 피복 필름(12)을 이용하는 경우, 특히, 연신성이 나쁜 피복 필름(12)으로 상기 컵형 용기(10c)와 같은 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 성형하는 경우, 나아가서는, 접착후의 피복 필름(12)의 두께를 임의로 조정하고 싶은 경우 등에 유효하게 이용할 수 있다.
본 제법 4를 구체적으로 설명하면, 도 15에 도시한 바와 같이, 도 10(a) 및 도 10(b)에 도시한 금형(20d)에 있어서, 하측의 틀 부재(23d·24d)의 캐비티의 형상을 따라서, 컵형 용기(10c)의 바닥부에 대응하는 필름 조각(12d)과, 측면에 대응하는 필름 조각(12d)을 배치한다. 이 때, 상기 중복부(12e)를 충분히 확실하게 중복시켜 놓는다.
그리고, 대략 컵형으로 된 필름 조각(12d)에 대하여 또한 성형용 원료(14)를 공급한다. 한편, 상측의 틀 부재(21d)의 형상에 맞춰, 컵형 용기(10c의) 바닥부에 대응하는 필름 조각(12d)과, 측면에 대응하는 필름 조각(12d)을 배치하고, 이 필름 조각(12d)과 함께 상측의 틀 부재(21d)를 하측의 틀 부재(23d·24d)에 맞춘다. 물론 이들 틀 부재(21d·23d·24d)는 피복 필름(12)의 주성분인 생분해성 플라스틱의 융점 미만의 온도까지 가열되고 있다.
그 후, 상술한 외부 가열 또는 내부 가열을 이용하여 가열 및 가압 성형한다. 이 가열·가압 성형시에는 필름 조각(12d)에 있어서의 중복부(12e)가 상기한 바와 같이 용착함으로써, 발포 성형물(용기 본체(11c)) 표면에 대하여 간극 없는 피복 필름(12)의 층이 형성된다. 그 결과, 상기 1 공정에 의해서, 본 발명에 따른 생분해성 성형물로서의 컵형 용기(10c)(도 3(a) 참조)를 얻을 수 있다.
<제법 5>
제법 5에서는, 제법 4에 있어서, 필름 조각(12c)을 중복부(12e)에서 서로 접합시키고, 성형전 시점에서 이미 생분해성 성형물의 외형에 거의 합치하도록 해 놓는다. 이 제법도, 제법 4와 마찬가지로, 도 4에 도시하는 컵형 용기(10c) 등과 같이, 디프드로잉의 깊이 정도가 깊은 형상이나, 보다 복잡한 형상의 생분해성 성형물을 성형하는 용도에 바람직하게 이용할 수 있다.
이 제법은, 기본적으로 제법 4와 같은 식이지만, 미리 중복부(12e·12e)를 용착하는 등으로 확실하게 접합시켜 외형형 필름을 형성해 둔다. 그 때문에, 일괄 성형시에 있어서, 상기 제법 4에서 중복부(12d·12d)의 용착이 곤란한 피복 필름(12)을 이용하는 경우에 유효한 방법이 된다.
본 제법 5를 구체적으로 설명하면, 도 16에 도시한 바와 같이, 도 10(a) 및 도 10(b)에 도시한 금형(20d)에 있어서, 상하의 틀 부재(21d·23d·24d) 사이에 대략 컵 형상으로 미리 접합시켜진 외형형 필름(12f)을 2장 겹쳐 배치하고, 또한 이들 외형형 필름(12f·12f) 사이에 성형용 원료를 공급한다. 이 상태에서는, 금형(20b)은 외형형 필름(12f)(피복 필름(12))의 주성분인 생분해성 플라스틱의 융점 미만의 온도까지 가열되고 있다. 그 후, 상하의 틀 부재(21c·23d·24d)를 맞춰, 상술한 외부 가열 또는 내부 가열을 이용하여 가열 및 가압 성형한다. 이 1 공정에 의해서, 본 발명에 따른 생분해성 성형물로서의 컵형 용기(10c)(도 4 참조)를 얻을 수 있다.
<제법 6>
제법 6에서는, 상기 제법 5에 있어서 제법 2의 방법을 더욱 조합시킨 것이다. 즉, 필름 조각(12c)을 중복부(12d)에서 서로 접합시키고, 성형전의 시점에서 이미 생분해성 성형물의 외형에 거의 합치하도록 해 둔 다음에, 이들을 서로 겹쳐 대략 주머니형의 형상으로 가공하여, 내부에 성형용 원료를 나눠 부어 둔다. 이 제법도, 제법 4나 제법 5와 마찬가지로, 도 4에 도시하는 컵형 용기(10c) 등과 같이, 디프드로잉의 깊이 정도가 깊은 형상이나, 보다 복잡한 형상의 생분해성 성형물을 성형하는 용도에 바람직하게 이용할 수 있다.
이 제법에서도, 제법 2나 제법 3과 마찬가지로, 피복 필름(12)을 포대 필름으로 한 다음에 내부에 성형용 원료를 수용하여 이루어지는 성형용 조성물을 준비하게 되기 때문에, 그 성형용 조성물을 일정 기간 보존하는 것이 가능하게 되는 동시에, 상기 성형용 조성물을 성형 틀에 일괄적으로 투입하는 것만으로 성형의 준비가 갖춰지게 된다. 따라서, 제조 공정을 보다 한층 간소화할 수 있다.
본 제법 6을 구체적으로 설명하면, 도 17에 도시한 바와 같이, 피복 필름(12)을 컵형 용기(10c)의 외형에 맞춰 필름 조각으로 한 다음에, 이것을 서로 접합시켜 외형형 필름으로 하고, 또한 이것을 2장 접합시켜 미리 주머니형의 외형 포대 필름(12g)으로 가공한다. 그리고, 이 외형 포대 필름(12g) 중에 소정량의 성형용 원료(14)를 나눠 부어 성형용 조성물(40g)을 준비한다. 이 성형용 조성물(40g)은 소정의 스토커 등에 보존해 두면 된다. 그 후, 도 8(a) 및 도 8(b)에 도시한 금형(20d)에 있어서, 하측의 틀 부재(23d·24d) 위에 스토커로부터 내어 온 대략 컵 형상의 성형용 조성물(40g)을 얹어 놓는다. 이것만으로 성형 준비가 갖춰지게 된다.
이 상태에서는, 상기 금형(20d)은 피복 필름(12)(외형 포대 필름(12g))의 주성분인 생분해성 플라스틱의 융점 미만의 온도까지 가열되고 있다. 그 후, 상하의 틀 부재(21d·23d·24d)를 맞춰, 상술한 외부 가열 또는 내부 가열을 이용하여 가열 및 가압 성형한다. 이 1 공정에 의해서, 본 발명에 따른 생분해성 성형물로서의 컵형 용기(10c)(도 4 참조)를 얻을 수 있다.
〔실시형태 2〕
본 발명의 일 실시형태에 대해서 도 20 내지 도 24에 기초하여 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 한편, 설명의 편의상, 상기 실시형태 1에 나타낸 각 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 부기하여 그 설명을 생략한다.
우선, 본 실시형태의 제조 방법으로 제조된 생분해성 성형물은 실시형태 1의 제조 방법으로 제조되는 생분해성 성형물과 마찬가지이며, 발포 성형물의 표면에 직접 피복 필름이 형성되어 있는 구성이다.
본 실시형태의 제조 방법은 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조하는 벙법, 혹은 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조하는 데에 적합한 방법이다.
디프드로잉 형상의 생분해성 성형물로서는 구체적으로는, 실시형태 1에서 설명한 도 2에 나타내는 주발형 용기(10a)나 그것과 거의 동일한 도 21에 나타내는 주발형 용기(10a) 등과 같은 주발형 용기, 실시형태 1에서 설명한 도 4에 나타내는 컵형 용기(10c)와 같은 컵형 용기 등을 들 수 있다.
본 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법은, 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 소수성을 갖는 피복 필름을 이용하여, 드프드로잉 형상의 성형 틀 속에 성형용 원료와 함께 피복 필름을 대략 평면형으로 배치하여, 상기 성형용 원료 및 피복 필름을 드프드로잉 형상의 성형 틀 속에서 가열함으로써, 생분해성 발포 성형물을 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름을 연화시켜 생분해성 발포 성형물 표면에 압착하는, 드프드로잉 형상의 생분해성 성형물의 제조 방법이다.
본 실시형태에 따른 생분해성 성형물의 제조 방법은, 성형용 원료의 수증기 발포 성형과 동시에 피복 필름을 발포 성형물에 직접 접착하는 방법이기 때문에, 실시형태 1과 마찬가지로, 후접착법과 비교하여, 전술한 제1 내지 제4 이점을 갖고 있다. 그렇기 때문에, 효율적으로 또 낮은 비용으로 생분해성 성형물을 제조할 수 있으며, 일회용 용도로 보다 사용하기 쉬운 생분해성 성형물을 제조할 수 있다.
본 실시형태에서 이용하는 성형용 원료 및 피복 필름은 실시형태 1에서 이용한 성형용 원료 및 피복 필름과 같은 것이다.
본 실시형태에 있어서의 적합한 성형 방법으로서는, 원하는 성형물 형상에 맞춘 캐비티를 지니고, 적어도 2개 이상의 부분으로 이루어지는 디프드로잉 형상의 성형 틀을 이용하며, 상기 성형 틀의 캐비티 내에 상기 성형용 원료 및 피복 필름을 투입하여 가열·가압함으로써, 상기 발포 성형물 및 피복 필름을 성형하는 방법을 들 수 있다.
따라서, 상기 디프드로잉 형상의 성형 틀로서는, 원하는 성형물의 형상에 맞춘 캐비티를 지니고, 성형후에 발포 성형물을 빼낼 수 있도록 분할 가능하게 되어 있는 2개 이상의 금속제 틀 부재를 구비하는 구성을 들 수 있다. 그리고, 생분해성 발포 성형물로서 생분해성 용기를 제조하는 경우, 서로 끼워 맞추는 금속제의 볼록 틀 부재(볼록 틀) 및 금속제의 오목 틀 부재(오목 틀)로 이루어지는 성형 틀이 적합하게 이용된다.
볼록 틀 부재 및 오목 틀 부재로 이루어지는 디프드로잉 형상의 성형 틀로서는, 구체적으로는 도 22(a)에 도시하는 금속제의 볼록 틀 부재(볼록 틀)(21a) 및 금속제의 오목 틀 부재(오목 틀)(22a)의 쌍으로 이루어지는 금형(20a), 도 9(a)에 도시되어 있지 않은 배기 구멍이 형성되어 있지 않은 점 이외에는 도 9(a)에 도시한 금형(20c)과 같은 식의 금형, 도 10(a)에 도시되어 있지 않은 배기 구멍이 형성되어 있지 않은 점 이외에는 도 10(a)에 나타내는 금형(20c)과 같은 식의 금형 등을 들 수 있다.
도 22(a)에 도시한 금형(20a)은 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)를 조합시킨 상태에서, 도 22(b)에 도시한 바와 같이, 내부에 원하는 발포 성형물(도 21 참조)의 형상에 맞춘 캐비티(25a)가 형성되도록 되어 있다.
도 22(a)에 도시한 금형(20a)은, 배기 구멍(31a·32a), 배기관(33a), 출구(34a), 절연체(27)가 설치되어 있지 않은 점과, 캐비티(25a)의 형상이 조금 다른 점 이외에는 도 5(a)에 도시한 금형(20a)과 같은 식의 구성을 갖고 있다.
또, 본 실시형태에 있어서의 성형시의 가열 수법도, 실시형태 1과 마찬가지다. 캐비티(25a) 내에 충전되는 성형용 원료를 내부 가열시키는 수단으로서는 예컨대 도 24에 모식적으로 도시한 바와 같이, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)로 이루어지는 금형(20a)을 이용하며, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)에 대해서 각각 전극(26) 및 전극(26)을 접속하는 동시에 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)와의 접촉 부분에 절연체(27)를 배치하고, 또한 전극(26·26)에 전원(28)을 접속하여 이루어지는 가열 장치를 이용할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물의 제조 방법의 일 실시형태를 도 20에 기초하여 설명한다. 한편, 여기서는, 도 22(a)에 나타낸 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)로 이루어지는 주발형의 금형(20a)을 이용하여, 주발형 용기(10a)를 제조하는 경우를 예로 들어 더욱 상세히 설명한다.
우선, 도 20에 도시한 바와 같이, 2 분할한 금형(20a)의 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)를, 실시형태 1과 같은 식으로, 볼록 틀 부재(21a)의 중심과 오목 틀 부재(22a)의 중심이 연직선 상에 가지런히 되도록, 또, 볼록 틀 부재(21a)가 위, 오목 틀 부재(22a)가 아래가 되도록 배치한다.
이어서, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a) 사이에, 성형용 원료(14)와 함께, 예비 성형을 실시하고 있지 않은 2장의 피복 필름(12)을, 실시형태 1과 마찬가지로 대략 평면형으로 배치한다.
이어서, 실시형태 1과 마찬가지로, 금형(20a) 속에서 성형용 원료(14) 및 피복 필름(12)을 상술한 외부 가열 및/또는 내부 가열을 이용하여 가열(·가압) 성형함으로써, 용기 본체(11a)를 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름(12)을 연화시켜 용기 본체(11a) 표면에 압착한다(접착한다). 이 1 공정에 의해서, 본 발명에 따른 생분해성 성형물로서의 주발형 용기(10a)를 성형할 수 있다.
이 성형용 원료(14) 및 피복 필름(12)의 가열 성형시에는, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 적어도 한 쪽을 볼록 틀 부재(21a)가 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞춰지는 방향으로 이동시킨다. 이로써, 우선, 도 23(a)에 도시한 바와 같이, 볼록 틀 부재(21a)가 상측의 피복 필름(12)의 중앙부에 접촉하고, 상측의 피복 필름(12)의 중앙부가 볼록 틀에 의해서 압압되어 변형하기 시작한다. 그리고, 피복 필름(12)의 중앙부는 도 23(b)에 도시한 바와 같이 볼록 틀 부재(21a) 표면의 형상에 가깝도록 번형해 나가, 최종적으로는 볼록 틀 부재(21a)가 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞춰진 시점에서, 볼록 틀 부재(21a) 표면과 대략 동일한 형상으로 성형된다. 한편, 도 23(a) 및 도 23(b)에서는 도면을 간략하게 하기 위해, 피복 필름(12)만을 나타내고 있다.
이와 같이 하여, 피복 필름(12)의 중앙부가 볼록 틀 부재(21a)에 의한 압압에 의해서 변형되어, 성형된다. 이 때, 볼록 틀 부재(21a)는 디프드로잉 형상이기 때문에, 피복 필름(12)은 대폭으로 연신된다. 그 때문에, 피복 필름(12)이 연신되는 속도를 최적화하는 것이 중요하다.
피복 필름(12)이 연신되는 속도는 피복 필름(12)이 변형하고 있는 기간에 있어서의 피복 필름 고정 평면 A(도 23(b) 참조)에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도에 따라 결정된다. 여기서, 피복 필름 고정 평면 A는 피복 필름(12) 외주의 변형되지 않는 부분(이 경우, 오목 틀 부재(22a)의 상단에 고정된 부분)의 표면을 연결함으로써 형성되는 평면이다.
그래서, 본 실시형태의 제조 방법에서는, 적어도 피복 필름(12)이 변형되고 있는 동안, 피복 필름 고정 평면 A에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도를 8 mm/s∼12 mm/s의 범위 내로 유지하는 것이 바람직하다.
이로써, 볼록 틀 부재(21a)에 의해서 피복 필름(12)이 연신되는 속도가 거의 일정하게, 또 최적의 속도로 유지되기 때문에, 피복 필름(12)에 단열이나 균열, 핀홀이 생기는 것을 피할 수 있다. 피복 필름 고정 평면 A에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도가 12 mm/s보다 빠르면, 피복 필름(12)이 급속하게 연신되기 때문에 단열이나 균열이 생기기 쉽게 된다. 반대로, 피복 필름 고정 평면 A에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도가 8 mm/s보다 늦으면, 원인은 분명하지 않지만, 피복 필름(12)에 핀홀이 생기기 쉽게 된다.
특히, 본 실시형태의 제조 방법에서는, 대략 평면형의 피복 필름(12)을 이용하여 디프드로잉 형상의 성형물(주발형 용기(10a))를 제조하기 때문에, 피복 필름(12)이 대폭으로 연신된다. 그 때문에, 특히 내열성 및 가스 배리어성이 우수한 이축 연신 필름을 피복 필름(12)으로서 이용하는 경우에는 피복 필름(12)에 단열이나 균열, 핀홀이 생기지 않도록 피복 필름(12)을 연신하기가 비교적 어렵다. 그러나, 상기한 수치 범위 내로 이동 속도를 설정함으로써, 이와 같은 경우라도, 피복 필름(12)에 단열이나 균열, 핀홀이 생기는 것을 피할 수 있다. 그 결과, 피복 필름(12)에 의해서, 용기 본체(11a)를 보다 확실하게 피복할 수 있기 때문에, 주발형 용기(10a)의 내수성을 보다 확실하게 확보할 수 있다.
본 실시형태의 방법에서는, 피복 필름(12)의 외주부는 오목 틀 부재(22a)의 상단에 고정되기 때문에, 피복 필름 고정 평면 A는 오목 틀 부재(22a)의 상단면에서부터 소정의 거리에 있다. 따라서, 피복 필름 고정 평면 A에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도는 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(21a)와의 상대적인 접근 속도와 같다. 한편, 본 실시형태의 방법과 같이 피복 필름(12)의 외주부를 오목 틀 부재(22a)의 상단에 고정하는 것이 아니라, 어떠한 고정 수단을 별도로 이용하여 피복 필름(12)의 외주부를 고정하는 것도 가능하다. 그 경우, 피복 필름 고정 평면 A에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도는 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(21a)와의 상대적인 접근 속도가 아니라, 볼록 틀 부재(21a)와 고정 수단과의 상대적인 이동 속도와 같아진다.
또, 본 실시형태의 방법에서는, 피복 필름(12)이 변형되고 있는 기간은 피복 필름(12)이 볼록 틀 부재(21a)에 의해서 압압되어 변형되기 시작하는 시점(도 23(a)에 도시한 볼록 틀 부재(21a)가 상측의 피복 필름(12)에 최초로 접촉하는 시점)에서부터, 피복 필름(12)이 볼록 틀(21a) 표면과 대략 동일한 형상으로 성형되는 시점(도 23(b)에 도시한 볼록 틀 부재(21a)가 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞춰지는 시점)까지의 기간이다.
상술한 상대적인 이동 속도의 수치 범위는 두께 20∼80 ㎛의 피복 필름(12)을 이용한 실험에 기초하고 있다. 그러나, 다른 두께의 피복 필름(12)을 이용한 경우에도, 피복 필름 고정 평면 A에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도를 상술한 수치 범위로 설정함으로써, 두께 20∼80 ㎛의 피복 필름(12)을 이용한 경우와 거의 같은 효과를 얻을 수 있다고 예측된다.
본 실시형태의 제조 방법에서는, 적어도 피복 필름(12)이 변형되고 있는 동안, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22)를 직선적으로 접근시키는 것이 바람직하다. 즉, 오목 틀 부재(22)에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동은 직선 운동인 것이 바람직하다.
상기 방법에 의하면, 예컨대 볼록 틀 부재(21a)의 한 변과 오목 틀 부재(22)의 한 변을 힌지로 연결하고, 볼록 틀 부재(21a)를 회동시키는 경우와 비교하여, 볼록 틀 부재(21a)에 의해서 피복 필름(12)에 가해지는 압력이 보다 균일하게 된다. 그러므로, 균일하게 피복 필름(12)을 늘릴 수 있어, 피복 필름(12)의 두께가 균일하게 된다. 그렇기 때문에, 피복 필름(12)에 의한 효과, 즉 생분해성 성형물의 내수성의 향상 등이 보다 한층 향상된다.
본 실시형태의 제조 방법에서는, 피복 필름이 변형되고 있는 동안, 피복 필름 고정 평면 A에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도를 8 mm/s∼12 mm/s의 범위 내로 유지하는 경우, 피복 필름(12)의 변형 시작 시점에서부터 볼록 틀 부재(21a)가 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞춰지는 시점까지 걸리는 시간은 금형(20a)의 형상에 따라 결정되는 특정한 범위 내로 제한된다. 한편, 피복 필름(12)이 변형되기 시작할 때까지의 피복 필름 고정 평면 A에 대한 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도는 임의로 설정할 수 있다.
그래서, 본 실시형태의 제조 방법에서는, 적어도 피복 필름(12)이 변형을 시작할 때까지 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다.
상기 방법에 의하면, 적어도 피복 필름(12)이 변형을 시작할 때까지, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키기 때문에, 볼록 틀 부재(21a)를 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞출 때까지 드는 시간(감합 시간)을 단축할 수 있으며, 그 결과, 제조 시간의 단축을 도모할 수 있다.
한편, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키는 경우, 볼록 틀 부재(21a)가 오목 틀 부재(22a)에 끼워 맞춰질 때까지 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키더라도 좋지만, 피복 필름(12)이 변형을 시작할 때까지는 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키는 한편, 피복 필름(12)이 변형을 시작한 후에는 볼록 틀 부재(21a)만을 이동시키는 것이 바람직하다. 이로써, 피복 필름(12)을 연속적으로 반송하는 경우 등과 같이, 피복 필름(12)을 대략 평면형으로 유지하는 경우에, 피복 필름(12)을 이동시킬 필요가 없어져, 조작이 간편하게 된다.
또, 가열 성형시에 있어서의, 금형(20a)의 가열 온도, 내부 가열에 관련한 각종 조건, 가열 시간, 성형 압력 등은 실시형태 1과 같다.
즉, 가열 성형시에 있어서의 금형(20a)의 가열은 금형(20a)의 온도가 피복 필름(12)의 연화점 이상이고, 또 피복 필름(12)의 융점보다 10℃ 이상 낮아지도록 하는 것이 바람직하다.
이로써, 피복 필름(12)이, 녹는 일없이 연화되어 금형(20a)에 대응한 형상으로 성형되어, 피복 필름(12)에 핀홀이 생기는 것을 피할 수 있다. 그러므로, 피복 필름(12)에 의해, 용기 본체(11a)를 보다 확실하게 피복할 수 있기 때문에, 주발형 용기(10a)의 내수성을 보다 확실하게 확보할 수 있다.
또, 제조 시간의 단축을 도모하는 동시에, 주발형 용기(10a)의 강도 등의 특성을 향상시키기 위해서, 「금형(20a)의 온도가 피복 필름(12)의 연화점 이상이고, 피복 필름(12)의 융점보다 10℃ 이상 낮으며, 또, 130℃ 이상」이라는 온도 조건 A을 만족하는 것이 보다 바람직하며, 「금형(20a)의 온도가 피복 필름(12)의 연화점 이상이고, 피복 필름(12)의 융점보다 10℃ 이상 낮으며, 또한 150℃ 이상」이라는 온도 조건(이하, 온도 조건 B라 부름)을 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
또, 상기 온도 조건 A나 B를 만족하기 위해서 필요한 피복 필름(12)의 열적 특성에 대해서도, 실시형태 1과 마찬가지다. 즉, 상기 온도 조건 A를 만족하기 위해서는 연화점이 130℃ 이상이며, 또 융점이 140℃ 이상인 피복 필름(12)을 이용할 필요가 있으며, 온도 조건 B를 만족하기 위해서는 피복 필름(12)은 연화점이 150℃ 이상이며, 또 융점이 160℃ 이상인 피복 필름(12)을 이용할 필요가 있다.
또, 피복 필름(12)의 바람직한 열적 특성도, 실시형태 1과 마찬가지로, 가열 성형시의 가열 온도를 높은 온도로 설정할 수 있으며, 또한 주발형 용기(10a)의 내열성을 향상시킬 수 있는 특성인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 피복 필름(12)의 연화점은 120℃ 이상인 것이 보다 바람직하며, 130℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 150℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 피복 필름(12)의 융점은 150℃ 이상인 것이 바람직하며, 170℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 200℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 피복 필름(12)은 연화점이 120℃ 이상이고, 또한 융점이 150℃ 이상인 것이 바람직하며, 연화점이 130℃ 이상이고, 또한 융점이 170℃ 이상인 것이 더욱 바람직하며, 연화점이 150℃ 이상이고, 또한 융점이 200℃ 이상인 것이 가장 바람직하다.
또, 본 실시형태의 제조 방법에서는, 가열 성형하기 전에 피복 필름(12)과 접촉하는 금형(20a) 표면에 슬립제를 배치하는 것이 바람직하다. 이로써, 피복 필름(12) 표면과 금형(20a) 표면과의 사이의 접촉 마찰을 저감할 수 있기 때문에, 금형(20a)에 의해 피복 필름(12)을 연신할 때에, 금형(20a)과의 마찰에 의해서 피복 필름(12)에 단열이나 균열 등과 같은 파손이 생기는 것을 피할 수 있다.
상기 슬립제의 종류, 슬립제를 금형(20a) 표면에 배치하는 형태는, 실시형태 1에서 예시한 것을 채용할 수 있는데, 전술한 이유에서, 금형(20a) 표면에 고체층을 형성하는 것이 바람직하다. 금형(20a) 표면에 형성하는 고체층으로서는, 불소 수지층이 바람직하다. 따라서, 슬립제는 금형(20a) 표면에 형성된 불소 수지층(불소 수지 피막, 소위 불소 수지 코팅)인 것이 가장 바람직하다. 또, 상기 불소 수지로서는 실시형태 1에서 예시한 것을 채용할 수 있는데, 전술한 이유에서, 사불화에틸렌 수지가 특히 바람직하다.
이상과 같이, 본 실시형태의 제조 방법은 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료(14)와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 소수성을 갖는 피복 필름(12)을 이용하여, 디프드로잉 형상의 금형(20a) 속에 성형용 원료(14)와 함께 피복 필름(12)을 대략 평면형으로 배치하여, 성형용 원료(14) 및 피복 필름(12)을 금형(20a) 속에서 가열 성형함으로써, 용기 본체(11a)를 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름(12)을 연화시켜 용기 본체(11a) 표면에 압착하여, 주발형 용기(10a)를 제조하는 방법이다.
또, 본 실시형태의 제조 방법은, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 쌍으로 이루어지는 금형(20a)을 이용하여, 가열 성형하기 전에, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)와의 사이에 성형용 원료(14) 및 피복 필름(12)을 배치하고, 가열 성형시에, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 적어도 한 쪽을 이들이 끼워 맞춰지는 방향으로 이동시킴으로써 피복 필름(12)의 중앙부를 변형시켜, 적어도 피복 필름(12)이 변형되고 있는 동안, 피복 필름(12) 외주의 변형되지 않는 부분의 표면을 연결함으로써 형성되는 피복 필름 고정 평면 A에 대한, 볼록 틀 부재(21a)의 상대적인 이동 속도를, 8 mm/s∼12 mm/s의 범위 내로 유지하는 방법이다.
또, 본 실시형태의 제조 방법은 가열 성형시에 금형(20a)의 온도가 피복 필름(12)의 연화점 이상이며, 또, 피복 필름(12)의 융점보다 10℃ 이상 낮아지도록 가열을 하는 방법이다.
한편, 상술한 제조 방법에서는 금형(20a)을 이용하여 주발형 용기(10a)를 이용하는 제조하는 방법에 대해 설명했지만, 금형(20b)이나 금형(20c) 등과 같은, 다른 형상을 갖는 디프드로잉 형상의 금형을 이용하여, 컵형 용기(10b) 등과 같은, 다른 형상을 갖는 생분해성 성형물도 같은 식으로 제조할 수 있다.
또, 상술한 제조 방법은, 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조하는 데에 특히 적합한 제조 방법인데, 상기한 가열 조건으로 가열을 하는 방법은, 접시형 용기(10b)와 같이, 평면적으로 넓어지는 방향으로 사이즈가 큰 형상의 생분해성 성형물의 제조에도 유용하다.
또, 상술한 제조 방법에서는, 볼록 틀 부재(21b)를 위, 오목 틀 부재(22b)를 아래에 배치하고 있었지만, 오목 틀 부재(22b)를 위, 볼록 틀 부재(21b)를 아래에 배치하더라도 좋다. 또 여기서는 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b)를 상하 방향으로 배치하여, 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b)을 연직 방향으로 이동하고 있었지만, 볼록 틀 부재(21b) 및 오목 틀 부재(22b)의 배치 방향 및 이동 방향은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예컨대 수평 방향이라도 좋다.
또, 상술한 제조 방법에서는, 성형 틀에 의한 수증기 발포 성형시에, 2장의 피복 필름(12) 사이에 성형용 원료를 끼워 넣고, 발포 성형물의 표면 전체를 피복 필름(12)에 의해 피복하고 있었다. 그러나, 본 발명에서는, 발포 성형물의 상면만을 피복 필름(12)에 의해 피복하더라도 좋다.
한편, 예컨대, 컵면 용기(도 21에 도시한 주발형 용기(10a) 등)와 같이, 펄펄 끓은 뜨거운 물을 내부에 넣을 뿐만 아니라, 내부의 건면이 산화되거나 습기를 흡수하거나 하지 않도록, 용기 전체에 가스 배리성이 요구되는 경우에는 용기 전체에 피복 필름(12)을 접착해 두는 것이 바람직하다.
이어서, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
〔성형용 원료〕
우선, 주원료인 각종 전분(유도체를 포함함), 각종 첨가제, 물을 표 1에 나타낸 조성이 되도록 믹서로 균일하게 혼합하여, 슬러리형의 성형용 원료 (1)∼(3) 및 (7)과, 도우형의 성형용 원료 (4)∼(6) 및 (8)을 조제했다.
〔피복 필름〕
피복 필름으로서, 표 2에 나타내는 5 종류의 피복 필름(F1, F2, F3, F4, F5)을 준비했다.
한편, 표 2에 나타낸 변성 폴리에스테르로 이루어지는 피복 필름(F3∼F5)은 테레프탈산, 술폰산금속염(5-술포이소프탈산의 나트륨염 등), 지방족 디카르복실산(글루탈산), 에틸렌글리콜, 및 디에틸렌글리콜로 이루어지는 반복 단위를 지니고, 산 성분 중, 테레프탈산이 약 50 몰%∼약 90 몰%, 술폰산금속염이 약 0.2 몰%∼약 6 몰%, 및 지방족 디카르복실산이 약 4 몰%∼약 49.8 몰%이며, 글루콜 성분 중, 에틸렌글리콜이 약 50 몰%∼약 99.9 몰%, 및 디에틸렌글리콜이 약 0.1 몰%∼약 50 몰%인 방향족 폴리에스테르 공중합체의 필름을 2축 연신한 방향족 폴리에스테르 연신 필름이다.
〔실시예 1〕
성형용 원료(14)로서의 표 1에 나타낸 8 종류의 성형용 원료 (1)∼(8)과, 피복 필름(12)으로서의 표 2에 도시한 2 종류의 피복 필름(F3·F5)과의 모든 조합(합계 16 종류)에 대해, 도 6(a) 및 도 6(b)를 이용하여 설명한 실시형태 1의 제조 방법에 의해 둥근 접시형 용기(10b)를 제조했다.
즉, 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시한 배기 구멍(31b) 및 배기 구멍(32b)을 갖는 금형(20b)이며, 또, 캐비티(25b)의 두께(둥근 접시형 용기(10b)의 두께에 대응함)가 2.5 mm로 균일한 것을 이용하여, 1쌍의 피복 필름(12) 사이에 성형용 원료(14)를 협지하여 금형(20b) 내에 배치했다. 그 후, 볼록 틀 부재(21b)와 오목 틀 부재(22b)를 끼워 맞춤으로써 틀 조이기를 하여, 금형(20b) 속에서 성형용 원료(14) 및 피복 필름(12)을 가열 성형함으로써, 성형용 원료(14)를 수증기 발포 성형하여 용기 본체(11a)를 얻는 동시에, 피복 필름(12)을 연화시켜 용기 본체(11b)의 표면을 압착했다. 그리고, 가열 성형 중에, 금형(20b)의 내압에 의해서 피복 필름(12)과 금형(20b) 표면과의 사이에 개재하는 공기를, 배기 구멍(31b) 및 배기 구멍(32b)을 통해 금형(20b)의 외부로 배출시켰다.
또, 가열 수법으로서는 전열용 히터를 이용하여 금형(20b)을 가열하는 외부 가열과, 고주파 유전 가열에 의한 내부 가열을 병용했다. 또, 피복 필름(F3)을 이용한 경우에는, 가열 성형시의 금형(20b)의 온도를 130℃로 설정하고, 피복 필름(F5)을 이용한 경우에는 가열 성형시의 금형(20b)의 온도를 160℃로 설정했다.
〔비교예 1〕
금형(20b)에 있어서의 배기 구멍(31b) 및 배기 구멍(32b)을 없앤 금형, 즉 가열 성형시에 내부가 밀폐 상태가 되는 금형을 금형(20b) 대신에 이용하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 비교용의 둥근 접시형 용기를 제조했다.
배기 구멍(31b·32b)을 갖는 금형(20a)을 이용한 실시예 1과, 배기 구멍(31b·32b)을 갖지 않는 금형을 이용한 비교예 1에 대해서, 둥근 접시형 용기의 성형성을 비교했다. 구체적으로는, 실시예 1에서 얻은 둥근 접시형 용기(10b)와, 비교예 1에서 얻은 비교용의 둥근 접시형 용기에 대해서, (a1) 평면 부분(바닥부(10ba) 및 플랜지부(10bc))에 있어서의 요철의 유무, (2) 플랜지 코너부(플랜지부(10bc)와 곡면부(10ba)와의 경계의 각 부분)의 에지의 샤프함, (3) 바닥부(10ba)의 중심의 두께 A, 플랜지부(10bc)의 두께 B, 및 플랜지 코너부의 두께 C(단면 두께)의 측정치, 의 각 항목에 대해서 검사를 했다.
그 결과, 성형용 원료(14)나 피복 필름(12)의 종류에 관계없이, 이하의 결과를 얻었다.
우선, 항목 (1)에서는, 비교예 1의 둥근 접시형 용기에서는 평면 부분(바닥부나 플랜지부)의 표면에 작은 오목부가 보였다. 이에 대해, 실시예 1의 둥근 접시형 용기(10b)에서는 평면 부분(바닥부(10ba)나 플랜지부(10bc))의 표면에는 오목부가 전혀 눈에 띄지 않았다.
또, 항목 (2)에서는, 비교예 1의 둥근 접시형 용기에서는, 플랜지 코너부는 캐비티의 형상과 달리, 에지가 샤프하지 않았다. 이에 대해, 실시예 1의 둥근 접시형 용기(10b)에서는, 플랜지 코너부가, 캐비티(25b)의 형상 그대로의 형상으로 성형되고 있으며, 에지가 샤프했다.
또, 항목 (3)의 두께 측정에서는, 비교예 1의 둥근 접시형 용기에서는 각 부의 두께가 1 mm∼ 2.5 mm 범위에서 변동되며, 특히 플랜지 코너부의 두께 C가 얇았다. 이에 대해, 실시예 1의 둥근 접시형 용기(10b)에서는, 각 부의 두께가 2.3 mm∼2.5 mm의 범위 내로 수습되며, 높은 정밀도로 성형되고 있었다.
이상의 결과로부터, 둥근 접시형 용기(10b)의 제조 방법에 있어서, 배기 구멍(31b·32b)을 형성한 금형(20b)을 이용하여 성형함으로써, 둥근 접시형 용기(10b)의 평면 부분 및 플랜지 코너부의 표면 성형성을 향상시킬 수 있음을 알았다.
〔실시예 2〕
성형용 원료(14)로서의 표 1에 나타내는 8 종류의 성형원 원료 (1)∼(8)과, 피복 필름(12)으로서의 표 2에 나타내는 2 종류의 피복 필름(F3·F5)과의 모든 조합(계 16 종류)에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한 실시형태 1의 제조 방법으로, 디프드로잉 형상의 용기인 주발형 용기(10a)를 제조했다.
즉, 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타내는 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)을 갖는 금형(20a)이며, 또 캐비티(25a)의 두께(주발형 용기(10a)의 두께에 대응함)가 2.5 mm로 균일한 것을 이용하여, 1쌍의 피복 필름(12) 사이에 성형용 원료(14)를 협지하여 금형(10a) 내에 배치했다. 그 후, 볼록 틀 부재(21a)와 오목 틀 부재(22a)를 끼워 맞춤으로써 틀 조이기를 하여, 금형(20a) 속에서 성형용 원료(14) 및 피복 필름(12)을 가열 성형함으로써, 성형용 원료(14)를 수증기 발포 성형하여 용기 본체(11a)를 얻는 동시에, 피복 필름(12)을 연화시켜 용기 본체(11a)의 표면에 압착했다. 그리고, 가열 성형 중에, 금형(20a)의 내압에 의해서 피복 필름(12)과 금형(20a) 표면과의 사이에 개재하는 공기를, 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(33a)을 통해 금형(20a)의 외부로 배출시켰다.
또, 가열 수법으로서는, 전열용 히터를 이용하여 금형(20a)을 가열하는 외부 가열과, 고주파 유전 가열에 의한 내부 가열을 병용했다. 또, 피복 필름(F3)을 이용한 경우에는 가열 성형시의 금형(20a)의 온도를 130℃로 설정하고, 피복 필름(F5)을 이용한 경우에는 가열 성형시의 금형(20a)의 온도를 160℃로 설정했다.
〔비교예 2〕
금형(20a)에 있어서의 배기 구멍(31a) 및 배기 구멍(32a)을 없앤 금형, 즉 가열 성형시에 내부가 밀폐 상태가 되는 금형을 금형(20a) 대신에 이용하는 것 이외에는 실시예 2와 같은 식으로 하여, 비교용의 주발형 용기를 제조했다.
배기 구멍(31a·32a)을 지닌 금형(20a)을 이용한 실시예 2와, 배기 구멍(31a·32a)을 갖지 않는 금형을 이용한 비교예 2에 대해서, 주발형 용기의 성형성을 비교했다. 구체적으로는 실시예 2에서 얻어진 주발형 용기(10a)와, 비교예 2에서 얻어진 비교용의 주발형 용기에 대해서, (1) 평면 부분(측벽(10aa)이나 플랜지부(10ac), 바닥부(10ab)의 중앙부(오목부)(10ae))에 있어서의 요철의 유무, (2) 플랜지 코너부(플랜지부(10ac)와 측벽(10aa)과의 경계의 각 부분) 및 실굽부(10ad)의 형상, 및 (3) 바닥부(10ab)의 중심의 두께(오목부(10ae)의 두께) A, 실굽부(10ad)의 두께 B, 실굽부(10ad)의 외주(오목부(10af))의 두께 C, 측벽(10aa)의 두께 D, 및 플랜지 코너부의 두께 E(단면 두께)의 측정치, 의 각 항목에 대해 검사를 했다.
그 결과, 성형용 원료(14)나 피복 필름(12)의 종류에 관계없이, 이하의 결과를 얻었다.
우선, 항목 (1)에서는, 비교예 2의 주발형 용기에서는 평면 부분(측벽이나 플랜지부)의 표면에 작은 오목부가 보였다. 이에 대해, 실시예 2의 주발형 용기(10a)에서는 평면 부분(측벽(10aa)이나 플랜지부(10ac), 바닥부(10ab)의 중앙부(오목부)(10ae))의 표면에는 오목부가 전혀 눈에 띄지 않았다.
또, 항목 (2)에서는, 비교예 2의 주발형 용기에서는, 실굽부나 플랜지 코너부는 에지(각)의 형상이나 두께에 캐비티 형상과 차이가 보였다. 이에 대해, 실시예 2의 주발형 용기(10a)에서는, 실굽부(10ad)나 플랜지 코너부(플랜지부(10ac)의 각 부분)이 캐비티(25b)와 동일한 형상으로 정확하게 성형되고 있으며, 게다가 에지가 샤프했다.
또, 항목 (3)의 두께 측정에서는, 비교예 2의 주발형 용기에서는, 각 부의 두께가 0.5 mm∼2.5 mm 범위에서 변동되며, 특히 실굽부(10ad)의 두께 B, 실굽부(10ad)의 외주의 두께 C, 및 플랜지 코너부의 두께 E가 얇았다. 이에 대해, 실시예 2의 주발형 용기(10ac)에서는, 각 부의 두께가 2.3 mm∼2.5 mm 범위 내로 수습되어, 높은 정밀도로 성형되고 있었다.
이상의 결과로부터, 디프드로잉 형상의 용기인 주발형 용기(10a)의 제조 방법에 있어서, 배기 구멍(31a·32a)을 형성한 금형(20a)을 이용하여 성형함으로써, 둥근 접시형 용기(10b)의 경우보다도 현저한 성형성 향상 효과를 얻을 수 있음을 알았다.
〔실시예 3〕
본 실시예에서는 도 18에 도시한 바와 같이, 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시한 금형(20a)과 거의 같은 구조를 지닌 금형(20a)을 이용했다.
도 18d에 나타낸 금형(20a)은, 배기 구멍(31a·32a)의 위치, 캐비티의 형상, 사이즈 등은 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시한 금형(20a)과 공통되고 있지만, 볼록 틀 부재(21a)(상측 틀) 및 오목 틀 부재(22a)(하측 틀)의 내부에 형성된, 배기 구멍(31a·32a)을 통해 캐비티로 통하는 공간(배기관(33a))이나 배기 개구부(34)가 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시한 금형(20a)과 다르다.
즉, 볼록 틀 부재(21a)(상측 틀)의 상부 측면(캐비티 상단보다 위의 측면)에 배기 개구부(34a)를 형성하고, 배기 개구부(34a)로부터 수평으로 볼록 틀 부재(21a)의 중심(重心軸)(연직 방향의 중심축)을 향해 중심축에 가까운 위치(후술하는 배기관(33a-6)의 위치)까지 1 라인의 원통형의 배기관(33a)(배기관(33a-1))을 형성했다. 배기관(33a-1)에 연결하여 아래쪽으로 향하는 5 라인의 연직인 원통형의 배기관(33a)(외측에서부터 순서대로, 배기관(33a-2), 배기관(33a-3), 배기관(33a-4), 배기관(33a-5), 배기관(33a-6))을 설치하여, 이들 배기관(33a-2∼33a-6)의 선단이 성형 표면(캐비티를 형성하는 표면)에서 약 5 mm 떨어진 위치가 되도록 했다. 그리고, 배기관(33a-2∼33a-6)의 선단에 배기 구멍(31a)을 성형 표면까지 관통시켰다. 이 구조(배기 개구부(34a), 배기관(33a-1∼33a-6) 및 배기 구멍(31a))를 볼록 틀 부재(21a)의 중심축에 대해 선대칭이 되도록, 수평으로 90도씩 변위시켜 4조 설치했다.
또, 오목 틀 부재(22a)(하측 틀)의 하단부 측면에 배기 개구부(34a)를 설치하고, 배기 개구부(34a)로부터 수평으로 오목 틀 부재(22a)의 중심축을 향해 중심축에 가까운 위치(후술하는 배기관(33a-6)의 위치)까지 1 라인의 원통형의 배기관(33a)(배기관(33a-1)을 설치했다. 배기관(33a-1)에 연결하여 위쪽으로 향하는 3 라인의 연직인 원통형의 배기관(33a)(외측에서부터 순서대로, 배기관(33a-2), 배기관(33a-3), 배기관(33a-4))을 설치하여, 이들 배기관(33a-2∼33a-4)의 선단이 성형 표면(캐비티를 형성하는 표면)에서 약 5 mm 떨어진 위치가 되도록 했다. 그리고, 배기관(33a-2∼33a-4)의 선단에 배기 구멍(32a)을 성형 표면까지 관통시켰다. 이 구조(배기 개구부(34a), 배기관(33a-1∼33a-4) 및 배기 구멍(32a))를 오목 틀 부재(22a)의 중심축에 대해 선대칭이 되도록, 수평으로 90도씩 변위시켜 4조 설치했다.
그리고, 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시한 금형(20a) 대신에, 도 18에 도시한 금형(20a)을 이용하여, 모든 배기관(33a)의 지름을 10 mm 또는 15 mm로 하고, 배기 구멍(31a·32a)의 단면 형상을 원형으로 하여, 배기 구멍(31a·32a)의 지름(직경)을 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.7 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.5 mm, 1.7 mm로 변화시키는 것 이외에는 실시예 2와 같은 식으로 하여, 주발형 용기를 제조했다. 그리고, 얻어진 주발형 용기에 대해서, 두께가 소정의 두께가 되고 있는지 표면의 상태가 양호한지를 평가했다.
그 결과, 배기관(33a)의 지름이 10 mm인지 15 mm인지에 상관없이, 다음의 결과가 얻어졌다. 즉, 배기 구멍(31a·32a)의 지름이 0.3 mm(배기 구멍(31a·32a)의 단면적이 0.07069 mm2)인 경우에는 캐비티 내의 성형 표면과 피복 필름(12)과의 사이에 가두어진 공기가 충분히 다 빠져나가지 않아, 부분적으로 소정의 두께를 얻을 수 없었다. 한편, 배기 구멍(31a·32a)의 지름이 1.5 mm(배기 구멍(31a·32a)의 단면적이 1.767 mm2)인 경우에는 얻어진 주발형 용기에 있어서의 배기 구멍(31a·32a)에 대응하는 부분에서, 피복 필름(12)의 돌출이 두드러져, 표면이 매끄러운 주발형 용기를 얻을 수 없었다. 더욱이, 배기 구멍(31a·32a)의 지름이 1.7 mm(배기 구멍(31a·32a)의 단면적이 2.270 mm2)인 경우에는 얻어진 주발형 용기에 있어서의 배기 구멍(31a·32a)에 대응하는 부분에 있어서, 일부, 피복 필름(12)의 찢어짐이 있었다.
이에 대해, 배기 구멍(31a·32a)의 지름이 0.4∼1.2 mm(배기 구멍(31a·32a)의 단면적이 0.1257∼1.131 mm2)인 경우에는 피복 필름(12)의 돌출이나 찢어짐이 없고, 또한 소정 두께를 지닌 양호한 주발형 용기를 얻을 수 있었다. 이들 결과를 정리하여 표 3에 나타낸다.
표 3의 결과로부터, 배기 구멍(31a·32a)의 단면이 원형인 경우, 배기 구멍(31a·32a)의 지름은 0.4 mm 이상, 1.2 mm 이하인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 단, 이들은 배기 구멍(31a·32a)의 단면이 원형인 경우이며, 배기 구멍(31a·32a)의 단면이 다른 형상인 경우에는 그 형상에 따라서, 동등한 압력 손실이 되도록 설계하면 된다. 구체적으로는, 압력 손실은 배기 구멍(31a·32a)의 단면적에 거의 반비례하기 때문에, 배기 구멍(31a·32a)의 단면 형상에 상관없이, 배기 구멍(31a·32a)의 단면적이 직경 0.4∼1.2 mm의 원형의 배기 구멍(31a·32a)과 동등하게 되도록, 즉 0.12∼1.13 mm2이 되도록 설계하면 된다.
〔실시예 4〕
배기 구멍(원형 단면)(31a·32a)의 지름을 0.7 mm로 고정하고, 모든 배기관(원통형)(33a)의 지름을, 3 mm, 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm로 변화시키는 것 이외에는 실시예 3과 같은 식으로 하여, 주발형 용기를 제조했다.
또, 고주파 유전 가열에 의한 내부 가열은 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)에 대해서 고주파 전원(최대 출력 3 kW)을 접속하여, 고주파 전원의 양극 전류치를 0.3 A로 설정함으로써 실행했다. 또, 성형 시간(가열 시간)은 110초로 했다.
그리고, 얻어진 주발형 용기에 대해서, 두께가 소정의 두께가 되고 있는지, 표면의 상태가 양호한지를 평가했다.
그 결과, 배기관(33a)의 지름이 3 mm인 경우에는 캐비티 내의 성형 표면과 피복 필름(12)과의 사이에 가두어진 공기가 충분히 다 빠져나가지 못해, 부분적으로 소정 두께를 얻을 수 없었다.
이에 대해, 배기관(33a)의 지름이 5∼20 mm인 경우에는 피복 필름(12)의 돌출이나 찢어짐이 없고, 또 소정 두께를 갖는 양호한 주발형 용기를 얻을 수 있었다. 이들 결과를 정리하여 표 4에 나타낸다.
또, 압력 센서(40)를 오목 틀 부재(22a)(하측 틀)의 성형 표면의 측면부에 설치하고, 압력 센서(40)를 압력계에 연결하여, 성형 중에 있어서의 캐비티 내압의 시간적 변화를 측정했다. 압력 센서(40)에 접속한 압력계에 의해 측정한, 성형시의 캐비티 내압의 변화를 도 19의 그래프에 나타낸다.
〔실시예 5〕
내부 가열용으로 접속한 고주파 전원(최대 출력 3 kW)의 양극 전류치를 0.3A에서 1.0A로 변경하고, 성형 시간(가열 시간)을 110초에서 60초로 단축하는 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 하여 주발형 용기를 제조했다.
그리고, 얻어진 주발형 용기에 대해서, 두께가 소정의 두께로 되고 있는지, 표면의 상태가 양호한지를 평가했다.
그 결과, 양극 전류치를 1.0A로 하고 성형 시간을 60초로 단축한 본 실시예에서는 양극 전류치가 0.3A로 낮고 성형 시간이 110초로 긴 실시예 4와 다른 결과가 얻어졌다. 즉, 배기관(33a)의 지름이 10∼20 mm인 경우에는 캐비티의 내압이 한꺼번에 빠져 버려, 팽창한 성형물이 피복 필름(12)을 꿰뚫고 나가 배기 구멍(31a·32a) 안으로 들어가 버리는 결과가 되고, 반대로 배기관(33a)의 지름이 3 mm 또는 5 mm인 경우에는 피복 필름(12)의 찢어짐 등을 일으키지 않고서 캐비티의 내압이 충분히 빠져, 양호한 결과가 되었다. 이들 결과를 정리하여 표 5에 나타낸다.
또, 실시예 4와 같은 식으로 하여, 압력 센서(40)에 접속한 압력계에 의해, 성형시의 캐비티 내압(이하, 적절하게, 단순히 「내압」이라고 부름)의 변화를 측정했다. 측정 결과를 도 19의 그래프에 나타낸다. 또한, 도 19에는 참고로서, 고주파 인가에 의한 내부 가열을 하지 않고 외부 가열만을 한 경우의 데이터를 아울러 나타내고 있다.
실시예 4와 실시예 5에서 다른 결과가 얻어진 이유는 다음과 같이 생각된다.
즉, 도 19를 보면 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 수증기 발포 성형에서는 성형용 원료 중의 수분이 기화·팽화함에 따라서, 급격한 내압의 상승을 보이며, 발포 단계가 종료되어 건조 단계로 이행함에 따라서, 더욱 수분의 증발이 진행됨에 따라 서서히 내압이 저하한다. 이 때, 내부 가열에 비교적 큰 에너지를 이용하면, 초기의 내압 상승 속도가 증대되는 동시에, 최대 내압도 상승한다(이 현상은 본 발명의 수증기 발포 성형에 특유이며, 일반적인 진공 성형이나 가압 성형시에 캐비티 내압이 일정한 것과는 크게 다르다)
이로써, 0.3A의 양극 전류에 의한 비교적 낮은 고주파 에너지(동일한 고주파 발진기(고주파 전원)를 이용하는 경우, 고주파 발진기로부터 발생하는 고주파 에너지는 고주파 발진기 내의 진공관 양극 전류치에 비례함)밖에 성형용 원료에 부여하지 않는 경우에는, 3 mm라는 가는 배기관 지름에서는 그 속에서 발생하는 압력 손실이 비교적 크기 때문에, 압력 손실에 비해 내압 부족이 되어, 캐비티 내의 쓸데 없는 공기가 충분히 다 빠져 나가지 않았다고 생각된다.
그러나, 양극 전류치를 1.0A까지 올리면, 도 19에 도시한 바와 같이, 급격한 내압 상승과 최대 내압치의 상승에 의해, 3 mm 지름의 배기관(33a)에서의 비교적 큰 압력 손실을 내압이 상회하여, 공기가 배출된다고 생각된다. 반대로 배기관(33a)의 지름이 큰(10 mm 이상인) 경우, 급격한 내압 상승시에 한꺼번에 공기가 빠져나갈 때에, 피복 필름(12)을 사이에 두고 외측(배기 구멍(31a·32a)측)과 내측(발포 성형물측)과의 압력차가 한꺼번에 증대되어, 피복 필름(12)의 강도를 넘어, 발포 성형물이 배기 구멍(31a·32a)부의 피복 필름(12)을 꿰뚫고 나가 버린다고 생각된다.
〔실시예 6〕
실시예 5에서 설명한 것과 같이, 급격한 캐비티의 내압 상승이 있는 경우에는 배기 구멍(31a·32a)의 지름이 작은 쪽이 양호한 결과를 얻을 수 있으므로, 이어서, 배기관(33a) 안을 밀폐 공간으로 하고, 캐비티의 내압 상승에 의해서 캐비티 안에서부터 배출되는 공기가 배기관(33a)의 압력을 상승시키는 구조를 취해 봤다.
구체적으로는, 배기 개구부(34a)를 닫고, 배기관(33a) 속을 금형(20a) 외부에 대해서 밀폐 공간으로 하고, 이 밀폐 공간의 체적을, 가열 성형전에 있어서의 캐비티 내의 공극의 용적(V)에 대해 표 6에 나타내는 것과 같이 변화시키는 것 이외에는 실시예 5와 같은 식으로 하여, 주발형 용기를 제조했다. 한편, V는 이하의 식
V = (캐비티 총 용적) － (성형용 원료의 체적)
으로 계산할 수 있다.
얻어진 주발형 용기에 대해서, 두께가 소정의 두께로 되고 있는지, 표면의 상태가 양호한지를 평가한 바, 배기관(33a)의 지름에 관계없이, 이하의 표 6에 나타내는 결과가 되었다.
그 결과, 배기관(33a)의 지름에 관계없이, 배기관(33a) 내의 폐쇄 공간의 체적을 조정함으로써, 적정한 공기 빠짐이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 즉, 배기관(33a) 내의 폐쇄 공간의 체적을, 성형전 캐비티 내 공극 용적(V)의 1/3배∼2배에 상당하도록 형성하면, 공기의 빠짐 부족에 의한 용기의 두께 불균일화나, 공기가 지나치게 빠짐에 의한 피복 필름(12)의 찢어짐도 발생하지 않고, 양호한 결과가 얻어졌다. 이것은, 배기관(33a) 내의 밀폐 공간에 존재하는 공기가, 발포 성형물에서 피복 필름(12)에 가해지는 응력을 완화하는 완충재(에어 큐션)로서 기능하여, 공기가 지나치게 빠짐에 의한 피복 필름(12)의 찢어짐이 발생하는 것을 피할 수 있었다고 생각된다.
따라서, 이와 같은 밀폐 공간을 형성한 에어 큐션 방식이라고도 말할 수 있는 방법은, 본 실시예와 같이 급속 성형을 하는 경우나, 피복 필름(12)의 강도가 약한 경우에, 특히 유효하다고 생각된다.
〔실시예 7〕
표 1에 나타내는 8 종류의 성형용 원료 (1)∼(8)와, 표 2에 나타내는 5 종류의 피복 필름(F1∼F5)과의 모든 조합(합계 40 종류)에 대해서, 도 20을 이용하여 설명한 실시형태 2의 제조 방법으로 주발형 용기(10a)를 제조했다.
이 때, 가열 수단으로서는 전열용 히터를 이용하여 금형(20a)을 가열하는 외부 가열과, 고주파 유전 가열에 의한 내부 가열을 병용했다.
그리고, 본 실시형태에서는, 상기 40 종류의 원료 조합 전부에 대해, 금형(20a)의 온도를 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃, 150℃, 160℃, 170℃, 180℃, 190℃ 및 200℃로 각각 설정한 12 종류의 가열 조건으로 제조했다.
얻어진 480 종류의 주발형 용기(10a)(시료)에 대해서, 발포 성형성, 성형후의 피복 필름의 상태, 및 내수성을 평가했다. 발포 성형성에 대해서는, 용기 본체(11a)가 지닌 발포 조직의 결의 미세함과 균일성을 조사했다. 또, 성형후의 피복 필름의 상태에 대해서는, 찢어지거나 녹거나 하는 이상이 없는지를 눈으로 보아 체크한 후, 이상이 없는 시료를 계면활성제를 포함하는 착색수에 담궈, 피복 필름의 핀홀의 유무를 체크했다.
그 결과, 성형용 원료나 피복 필름의 종류에 관계없이, 이하의 결과를 얻을 수 있었다. 즉, 금형(20a)의 온도가 피복 필름의 연화점 미만인 경우에는 피복 필름가 단열(斷裂)되었다. 또, 금형(20a)의 온도가 피복 필름의 융점과 대략 같은 온도인 경우에는 피복 필름에 핀홀이 빈발했다. 또, 금형(20a)의 온도가 피복 필름의 융점을 넘는 온도인 경우에는 피복 필름이 녹았다. 한편, 다른 경우에는 피복 필름은 용융되고 있지 않으며, 또 단열이나 균열, 핀홀 등의 이상이 없는 양호한 상태였다.
이상의 결과로부터, 성형용 원료나 피복 필름의 종류에 관계없이, 금형(20a)의 온도가, 피복 필름의 연화점 이상이며, 또 피복 필름의 융점보다 10℃ 이상 낮은 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
한편, 용기 본체(11a)가 갖는 발포 조직의 결의 미세함이나 균일성에 대해서는 금형(20a)의 온도가 130℃ 이상인 경우에 양호하게 되고, 금형(20a)의 온도가 150℃ 이상인 경우에 더욱 양호하게 되었다.
따라서, 이들 결과를 종합하면, 피복 필름 및 용기 본체(11a) 모두 양호하게 되는 경우는 피복 필름으로서 피복 필름(F2∼F5)의 어느 것을 이용하고, 금형(20a)의 온도가 피복 필름(12)의 연화점 이상이며, 피복 필름(12)의 융점보다 10℃ 이상 낮고, 또한 130℃ 이상인 경우였다.
또, 그 경우 중에서도, 용기 본체(11a)가 더욱 양호하게 되는 경우는, 피복 필름으로서 피복 필름(F4 또는 F5)을 이용하고, 금형(20a)의 온도가, 피복 필름(12)의 연화점 이상이며, 피복 필름(12)의 융점보다 10℃ 이상 낮고, 130℃ 이상인 경우였다.
따라서, 피복 필름의 연화점에 대해서 보면, 90℃ 이상인 경우가 양호하며, 130℃ 이상인 경우가 더욱 양호했다. 또, 피복 필름의 융점에 대해서 보면, 140℃ 이상인 경우가 양호하며, 170℃ 이상인 경우가 더욱 양호했다.
〔실시예 8〕
표 1에 나타내는 8 종류의 성형용 원료 (1)∼(8)과, 표 2에 나타내는 5 종류의 피복 필름(F3·F5)과의 모든 조합(합계 16 종류)에 대해서, 도 20을 이용하여 설명한 실시형태 2의 제조 방법으로 주발형 용기(10a)를 제조했다.
이 때, 가열 수단으로서는 전열용 히터를 이용하여 금형(20a)을 가열하는 외부 가열과, 고주파 유전 가열에 의한 내부 가열을 병용했다. 또, 피복 필름(F3)을 이용한 경우에는 가열 성형시의 금형(20a)의 온도를 130℃로 설정하고, 피복 필름(F5)을 이용한 경우에는 가열 성형시의 금형(20a)의 온도를 160℃로 설정했다.
또, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽에 서로 접근하는 방향으로 이동시킬 때, 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)가 피복 필름에 맞닿을 때까지(피복 필름(12)이 변형을 시작할 때까지)는 볼록 틀 부재(21a) 및 오목 틀 부재(22a)의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키는 한편, 그 후에는 볼록 틀 부재(21a)만을 이동시켰다. 그리고, 상기한 16 종류의 원료의 조합 전부에 대해, 볼록 틀 부재(21a)만을 이동시킬 때의 볼록 틀 부재(21a)의 이동 속도를, 정속으로 5 mm/s∼20 mm/s까지 변화시켰다.
얻어진 주발형 용기(10a)(시료)에 대해서, 실시예 7과 완전히 같은 식으로, 발포 성형성, 성형후의 피복 필름의 상태 및 내수성을 평가했다.
그 결과, 성형용 원료나 필름의 종류에 관계없이, 이하의 결과가 얻어졌다. 즉, 볼록 틀 부재(21a)의 이동 속도가 8 mm/s∼12 mm/s의 범위 내라면, 피복 필름에 단열이나 균열, 핀홀 등의 이상이 없는 매우 양호한 주발형 용기(10a)가 얻어졌다. 볼록 틀 부재(21a)의 이동 속도가 8 mm/s보다 느린 경우에는 피복 필름에 핀홀이 쉽게 생기게 되었다. 또, 역으로, 볼록 틀 부재(21a)의 이동 속도가 12 mm/s보다 빠른 경우에는 피복 필름에 찢어짐(단열이나 균열)이 빈번하게 발생하기 쉬워졌다.
〔실시예 9〕
표 1에 나타내는 8 종류의 성형용 원료 (1)∼(8)과, 표 2에 나타내는 5 종류의 피복 필름(F3·F5)과의 모든 조합(합계 16 종류)에 대해서, 도 10(a) 및 도 10(b)에 도시한 금형(20d)을 이용하고, 도 20을 이용하여 설명한 실시형태 2의 제조 방법과 같은 제조 방법으로, 도 4에 도시하는 컵형 용기(10c)를 제조했다.
이 때, 가열 수단으로서는 전열용 히터를 이용하여 금형(20d)을 가열하는 외부 가열과, 고주파 유전 가열에 의한 내부 가열을 병용했다. 또, 피복 필름(F3)을 이용한 경우에는 가열 성형시의 금형(20d)의 온도를 130℃로 설정하고, 피복 필름(F5)을 이용한 경우에는 가열 성형시의 금형(20d)의 온도를 160℃로 설정했다.
또, 금형(20d)으로서, (1) 슬립제로서 식물성 유지를 피복 필름과 접촉하는 표면에 도포한 금형(20d), (2) 슬립제로서 스테아린산마그네슘을 피복 필름과 접촉하는 표면에 도포한 금형(20d), (3) 슬립제로서 사불화에틸렌 수지 피막을 피복 필름과 접촉하는 표면에 형성한 금형(20d), (4) 피복 필름과 접촉하는 표면에 슬립제가 없는 금형(20d)이라는 표면 상태가 다른 4 종류의 금형(20c)을 준비했다. 그리고, 상기 16 종류의 원료의 조합 전부에 대해, 4 종류의 금형(20d)을 이용하여, 컵형 용기(10b)를 제조했다.
얻어진 컵형 용기(10c)(시료)에 대해서, 실시예 7과 완전히 같은 식으로, 발포 성형성, 성형후의 피복 필름의 상태 및 내수성을 평가했다.
그 결과, 성형용 원료나 피복 필름의 종류에 관계없이, 이하의 결과가 얻어졌다.
즉, 피복 필름과 접촉하는 표면에 슬립제가 없는 금형(20d)을 이용한 (4)의 경우에는 피복 필름에 갈라짐이나 핀홀이 발생하고, 특히 피복 필름(F5)을 이용한 (4)의 경우에 갈라짐이나 핀홀이 현저하게 발생했다.
이에 대해, 피복 필름과 접촉하는 표면에 슬립제가 존재하는 금형(20d)을 이용한 (1)∼(3)의 경우에는 피복 필름에는 갈라짐이나 핀홀이 전혀 발생하지 않았다. 또, 이들 (1)∼(3)의 경우, 발포 성형성은 모두 양호하고, 슬립제의 악영향은 없었다. 또, 피복 필름 표면은 사불화에틸렌 수지 피막을 이용한 (3)의 경우가 슬립제의 부착이 없고 가장 깨끗했다.
본 발명의 생분해성 성형물의 제조 방법은, 이상과 같이 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고, 소수성을 갖는 피복 필름을 이용하여, 소정 형상의 캐비티를 갖는 성형 틀 속에서 성형용 원료 및 피복 필름을 가열 성형함으로써, 성형용 원료를 수증기 발포 성형하는 동시에, 수증기 발포 성형에 의해 얻어진 생분해성 발포 성형물의 표면에 피복 필름을 연화시켜 압착하는 생분해성 성형물의 제조 방법으로서, 상기 성형 틀에 배기 구멍을 형성하여, 가열 성형시에, 피복 필름과 성형 틀 표면과의 사이에 개재하는 기체를, 상기 배기 구멍을 통해 캐비티 밖으로 배출시키는 방법이다.
상기 방법에 의하면, 얻어지는 생분해성 발포 성형물이 어느 정도의 함수율을 보유하기 때문에, 종래의 전분 성형물에 비해서 우수한 강도를 발휘할 수 있다. 또, 상기 방법에 의하면, 소수성을 갖는 피복 필름을 성형 틀 속에서의 가열 성형에 의해, 생분해성 발포 성형물의 표면에 압착하기 때문에, 피복 필름이 생분해성 발포 성형물의 표면에 대략 밀착한 상태의 생분해성 성형물을 얻을 수 있으며, 충분한 내수성을 갖는 생분해성 성형물을 제조할 수 있다. 또, 상기 방법에 의하면, 생분해성 발포 성형물은 발포체이므로 표면적이 크기 때문에, 생분해성이 매우 양호하다. 또, 상기 방법에 의하면, 성형용 원료의 수증기 발포 성형과 피복 필름의 압착을 동시에 행하기 때문에, 보다 적은 공정으로 생분해성 성형물을 제조할 수 있다.
따라서, 상기 방법은 복잡한 형상을 갖는 경우라도 충분한 강도를 지니며, 또한 충분한 내수성 및 매우 양호한 생분해성을 갖는 생분해성 성형물을 간단하게 제조할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 방법에 의하면, 가열 성형시에, 피복 필름과 성형 틀 표면과의 사이에 개재하는 기체를 상기 배기 구멍을 통해 캐비티 밖으로 배출시키기 때문에, 피복 필름과 성형 틀 표면과의 밀착성이 향상된다. 그러므로, 상기 방법은 우수한 표면 평활성을 갖는 생분해성 성형물을 얻을 수 있는 동시에, 양호한 치수 정밀도로 생분해성 성형물을 성형할 수 있다고 하는 효과도 발휘한다.
또, 본 발명의 성형 틀은 이상과 같이, 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고, 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료를 내부에서 가열 성형함으로써, 수증기 발포 성형하기 위한 성형 틀로서, 서로 끼워 맞추어 소정 형상의 캐비티를 내부에 형성할 수 있는 복수의 틀 부재로 이루어지며, 상기 각 틀 부재에는 캐비티 내의 기체를 캐비티 밖으로 배출시키기 위한 배기 구멍이 관통되어 있는 구성이다.
상기 구성에 의하면, 상기 성형용 원료를 내부에서 가열함으로써 수증기 발포 성형하면, 성형시에는 캐비티 내의 기체를 상기 배기 구멍을 통해 캐비티 밖으로 배출시킬 수 있다. 이로써, 성형물과 성형 틀 표면과의 밀착성이 향상된다. 그러므로, 상기 구성은 우수한 표면 평활성을 갖는 생분해성 성형물을 양호한 치수 정밀도로 성형할 수 있는 성형 틀을 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또, 본 발명의 생분해성 성형물의 제조 방법은 이상과 같이, 디프드로잉 형상의 성형 틀 속에 성형용 원료와 함께 피복 필름을 대략 평면형으로 배치하여 상기 가열 성형을 행함으로써, 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조하는 방법이다.
상기 방법에 의하면, 복잡한 형상을 갖는 경우라도 충분한 강도를 지니며, 또 충분한 내수성 및 매우 양호한 생분해성을 갖는 생분해성 성형물을 간편하게 제조할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다. 더욱이, 상기 방법에 의하면, 주발형 용기나 컵형 용기 등과 같은 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 보다 적은 공정으로 제조할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또, 본 발명의 생분해성 성형물의 제조 방법은 이상과 같이, 볼록 틀 및 오목 틀의 쌍으로 이루어지는 성형 틀을 이용하여, 상기 가열 성형하기 전에, 볼록 틀과 오목 틀 사이에 성형용 원료 및 피복 필름을 배치하고, 상기 가열 성형시에, 볼록 틀 및 오목 틀의 적어도 한쪽을 이들이 끼워 맞춰지는 방향으로 이동시킴으로써 피복 필름의 중앙부를 변형시켜, 적어도 피복 필름이 변형하고 있는 동안, 피복 필름 외주의 변형하지 않는 부분의 표면을 연결함으로써 형성되는 평면에 대한, 볼록 틀의 상대적인 이동 속도를, 8 mm/s∼12 mm/s의 범위 내로 유지하는 방법이다.
또, 본 발명의 생분해성 성형물의 제조 방법은 이상과 같이, 상기 성형 틀의 온도가 상기 피복 필름의 연화점 이상이며, 또 피복 필름의 융점보다 10℃ 이상 낮아지도록, 상기 가열을 행하는 방법이다.
상기 각 방법에 의하면, 특히 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 대략 평면형의 피복 필름을 이용하여 제조하는 경우에, 피복 필름에 결함이 생기는 것을 보다 확실하게 피하여, 생분해성 성형물의 내수성을 보다 확실하게 확보할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
한편, 실시예의 항에서 이루어진 구체적인 실시형태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 확실하게 하는 것으로, 그러한 구체적인 예에만 한정하여 협의로 해석되어야 하는 것은 아니며, 본 발명의 정신과 이어서 기재하는 특허청구 사항과의 범위 내에서, 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있는 것으로, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻어지는 실시형태에도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
본 발명에서 제조된 생분해성 성형물은, 예컨대 포장용 완충재, 내장재, 포장용 트레이 등의 포장용 성형물, 컵면, 컵우동, 컵야끼소바 등 인스턴트 식품의 용기, 외식 서비스에 이용되는 1웨이 방식의 접시 또는 트레이, 혹은 스프나 쥬스 등의 용기 등과 같은 식품용 용기로서 적절하게 이용할 수 있다. 또, 본 발명에서 제조된 샐로우드로잉 형상의 생분해성 성형물은 포장용 완충재, 내장재, 포장용 트레이 등의 포장용 성형물, 외식 서브스에 이용되는 1웨이 방식의 접시나 트레이 등과 같은 식품용 용기로서 적절하게 이용할 수 있다.
특히, 본 발명에서 제조된 생분해성 성형물은 내수성이 있으므로 수분이 많은 식품의 용기로서 적합하게 이용할 수 있는 동시에, 가스 배리어성 등도 지니므로, 컵면 등 일정 기간의 보존을 가능하게 하는 인스턴트 식품의 용기로서도 적합하게 이용할 수 있다. 특히, 본 발명에서 제조된 생분해성 성형물은 내열수성이 높으므로, 사용시에 뜨거운 물이 부어지는, 컵면, 컵우동 등의 인스턴트 식품의 용기로서 적합하게 이용할 수 있다.
또, 이상과 같이, 본 발명의 배기 구멍을 형성한 성형 틀을 이용하는 방법에 의하면, 복잡한 형상을 갖는 경우라도 충분한 강도를 지니며, 또한, 충분한 내수성, 매우 양호한 생분해성, 우수한 표면 평활성을 갖는 생분해성 성형물을, 간단하고 또 양호한 치수 정밀도로 제조할 수 있다.
또, 이상과 같이, 디프드로잉 형상의 성형 틀 속에 성형용 원료와 함께 피복 필름을 대략 평면형으로 배치하여 상기 가열 성형을 행하는 방법에 의하면, 복잡한 형상을 갖는 경우라도 충분한 강도를 지니며, 또한 충분한 내수성 및 매우 양호한 생분해성을 갖는 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 보다 적은 공정으로 제조할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또, 이상과 같이, 본 발명에 따른 볼록 틀의 상대적인 이동 속도를 소정 범위 내로 유지하는 방법, 혹은 본 발명에 따른 성형 틀의 온도를 소정 조건을 만족하도록 하는 방법에 의하면, 복잡한 형상을 갖는 경우라도 충분한 강도를 지니며, 또한 충분한 내수성, 매우 양호한 생분해성을 지니고, 게다가 피복 필름에 결함이 없는 생분해성 성형물을 간편하게 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 성형 틀 및 제조 방법은 상술한 각종 생분해성 성형물의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (25)

  1. 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고 소수성을 갖는 피복 필름을 이용하여,
    소정 형상의 캐비티를 갖는 성형 틀 속에서 성형용 원료 및 피복 필름을 가열 성형함으로써, 성형용 원료를 수증기 발포 성형하는 동시에, 수증기 발포 성형에 의해 얻어진 생분해성 발포 성형물의 표면에 피복 필름을 연화시켜 압착하는 생분해성 성형물의 제조 방법으로서,
    상기 성형 틀에 배기 구멍을 형성하고,
    가열 성형시에, 피복 필름과 성형 틀 표면과의 사이에 개재하는 기체를 상기 배기 구멍을 통해 캐비티 밖으로 배출시키는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 성형 틀의 내부에 상기 배기 구멍을 통해 캐비티로 통하는 공간을 형성하고,
    가열 성형시에, 상기 공간을 성형 틀 외부에 대해 폐쇄된 밀폐 공간으로 하는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밀폐 공간의 체적을 가열 성형시에 있어서의 캐비티 내의 공극의 용적에 대해 1/3배 이상 2배 이하로 설정하는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 가열 성형시에 피복 필름과 성형 틀 표면과의 사이에 개재하는 기체를 상기 배기 구멍을 통해 성형 틀의 외부로 배출시키는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 구멍의 단면적은 0.12 mm2 이상 1.13 mm2 이하인 생분해성 성형물의 제조 방법.
  6. 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고 소수성을 갖는 피복 필름을 이용하여,
    상기 성형용 원료 및 피복 필름을 성형 틀 속에서 가열 성형함으로써, 생분해성 발포 성형물을 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름을 연화시켜 생분해성 발포 성형물 표면에 압착하는 생분해성 성형물의 제조 방법으로서,
    디프드로잉 형상의 성형 틀 속에 성형용 원료와 함께 피복 필름을 대략 평면형으로 배치하여 상기 가열 성형을 실행함으로써 디프드로잉 형상의 생분해성 성형물을 제조하는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 볼록 틀 및 오목 틀의 쌍으로 이루어지는 성형 틀을 이용하며,
    상기 가열 성형하기 전에, 볼록 틀과 오목 틀 사이에 성형용 원료 및 피복 필름을 배치하고,
    상기 가열 성형시에, 볼록 틀 및 오목 틀의 적어도 한쪽을 이들이 끼워 맞춰지는 방향으로 이동시킴으로써 피복 필름의 중앙부를 변형시키고,
    적어도 피복 필름이 변형하고 있는 동안 볼록 틀과 오목 틀을 직선적으로 접근시키는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 볼록 틀 및 오목 틀의 쌍으로 이루어지는 성형 틀을 이용하여,
    상기 가열 성형하기 전에, 볼록 틀과 오목 틀 사이에 성형용 원료 및 피복 필름을 배치하고,
    상기 가열 성형시에, 볼록 틀 및 오목 틀의 적어도 한쪽을 이들이 끼워 맞춰지는 방향으로 이동시킴으로써 피복 필름의 중앙부를 변형시키고,
    적어도 피복 필름이 변형을 시작할 때까지 볼록 틀 및 오목 틀의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  9. 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고 소수성을 갖는 피복 필름을 이용하여,
    상기 성형용 원료 및 피복 필름을 성형 틀 속에서 가열 성형함으로써, 생분해성 발포 성형물을 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름을 연화시켜 생분해성 발포 성형물 표면에 압착하는 생분해성 성형물의 제조 방법으로서,
    볼록 틀 및 오목 틀의 쌍으로 이루어지는 성형 틀을 이용하고,
    상기 가열 성형하기 전에, 볼록 틀과 오목 틀 사이에 성형용 원료 및 피복 필름을 배치하고,
    상기 가열 성형시에, 볼록 틀 및 오목 틀의 적어도 한쪽을 이들이 끼워 맞춰지는 방향으로 이동시킴으로써 피복 필름의 중앙부를 변형시키고,
    적어도 피복 필름이 변형하고 있는 동안, 피복 필름 외주의 변형되지 않는 부분의 표면을 연결함으로써 형성되는 평면에 대한 볼록 틀의 상대적인 이동 속도를 8 mm/s∼12 mm/s 범위 내로 유지하는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 적어도 피복 필름이 변형하고 있는 동안 볼록 틀과 오목 틀을 직선적으로 접근시키는 생분해성 성형물의 제조 방법,
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 적어도 피복 필름이 변형을 시작할 때까지 볼록 틀 및 오목 틀의 양쪽을 서로 접근하는 방향으로 이동시키는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 성형 틀의 온도가 상기 피복 필름의 연화점 이상이며 피복 필름의 융점보다 10℃ 이상 낮아지도록, 상기 가열을 행하는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  13. 전분 또는 그 유도체를 주성분으로 하고 이것에 물을 혼합하여 얻어지는 슬러리형 또는 도우형의 성형용 원료와, 생분해성 플라스틱을 주성분으로 하고 소수성을 갖는 피복 필름을 이용하여,
    상기 성형용 원료 및 피복 필름을 성형 틀 속에서 가열 성형함으로써, 생분해성 발포 성형물을 수증기 발포 성형하는 동시에, 피복 필름을 연화시켜 생분해성 발포 성형물 표면에 압착하는 생분해성 성형물의 제조 방법으로서,
    상기 성형 틀의 온도가, 상기 피복 필름의 연화점 이상이며 피복 필름의 융점보다 10℃ 낮아지도록 상기 가열을 행하는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 성형 틀의 온도가 130℃ 이상이 되도록 상기 가열을 행하는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 성형 틀의 온도가 150℃ 이상이 되도록 상기 가열을 행하는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 가열 성형하기 전에 피복 필름과 접촉하는 성형 틀 표면에 슬립제를 배치하는 생분해성 성형물의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 슬립제는 성형 틀 표면에 형성된 불소 수지층인 생분해성 성형물의 제조 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 피복 필름이 변성 폴리에스테르를 주성분으로 하는 필름인 생분해성 성형물의 제조 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 피복 필름이 2축 연신된 필름인 생분해성 성형물의 제조 방법.
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