KR101101058B1 - 가식(加飾)된 플라스틱 포장체 및 그 재생 처리방법 - Google Patents

Abstract

플라스틱 포장체가 서로 다른 굴절률을 가진 물질로 이루어진 박막적층구조(2)를 가지고 있으며 이 박막적층구조(2)로 인한 간섭효과에 따라 발색하는 플라스틱 포장체(1). 플라스틱 포장체의 적어도 일부의 면에 있어서 상기 면과 광학적 특성이 서로 다른 부분이 주기적으로 배열되어 있는 플라스틱 포장체.

플라스틱 포장체, 박막적층구조, 간섭효과

Description

가식(加飾)된 플라스틱 포장체 및 그 재생 처리방법{DECORATIVE PLASTIC PACKAGING BODY AND METHOD OF RECYCLING THE SAME}

본 발명은 착색된 플라스틱 포장체 및 그 가식 방법 및 재생 처리방법에 관한 것이다. 특히, 포장체로 사용되고 있을 때에는 착색을 유지하지만 재생 처리시에는 외부로부터의 자극으로 용이하게 소색(消色)할 수 있는 플라스틱 포장체 및 그 재생 처리방법에 관한 것이다.

플라스틱은 성형가공이 용이하므로 대량생산에 적합하며 또한, 투명성, 내충격성 등 우수한 물성을 가지고 있으므로 병 용기, 컵, 파우치 또는 포장시트 등의 각종 포장체로 널리 사용되고 있다.

이들 포장체는 각종 음료, 조미료, 화장품, 약품 등을 내용물로 포장하고 있다. 그러나 이들 내용물 중에는 빛에 의하여 변질 또는 열화하는 것이 있으므로 이와 같은 내용물을 빛으로부터 보호할 목적으로 포장체에 착색 처리를 하는 경우가 있다. 또한, 포장체에 가식하여 미감(美感)을 부여함으로써 같은 종류의 상품과의 차별화를 도모하기 위하여 포장체에 대한 가식의 일환으로 착색 처리를 하는 경우 도 있다.

일반적으로 플라스틱 포장체의 착색은 안료나 염료 등의 착색제를 포장체의 주재료인 플라스틱에 배합함으로써 이루어지고 있다. 그들 착색제를 배합함으로써 포장체는 특정 파장광을 흡수하여 발색한다.

물질이 흡수하는 빛의 파장은 물질의 화학구조에 의하여 결정되므로 특정 색의 착색 처리를 하기 위해서는 특정의 화학물질을 사용할 필요가 있다.

그들 착색제를 배합하여 발색하는 포장체의 구체적인 예로서는 다음과 같은 것이 있다.

예를 들면, 수지 중에 각종 안료ㆍ염료를 배합하여 녹색, 청색, 갈색 등으로 착색된 플라스틱 용기를 들 수 있다. 이와 같은 용기에 의하면 착색성분이 흡수하는 빛의 파장 성분의 용기 내 침입이 억제되고 광선에 의한 변질이나 열화가 발생하기 쉬운 내용물의 보호 즉, 가시광배리어 성능이 부여된다. 또한, 특정 색으로 착색된 용기는 상품 이미지의 구축, 타사 제품과의 차별화를 도모할 수 있으며 수요자에 대하여 자사 제품의 구매 의욕을 높일 수가 있다.

그러나 근래 매립지의 포화상태나 자원 절약의 관점에서 수지의 리사이클이 추진되고 있으나 착색된 포장체는 재활용이 어렵다. 특히 페트병(PET(폴리에틸렌텔레프탈레이트)를 기재 수지로서 형성된 병)에 있어서는 재생 재료로 처리되는 시점에 있어서 무색이어야 한다는 것이 요구되고 있다.

그러므로 종래의 화학물질로 이루어진 착색제에 의하여 착색된 페트병은 그 착색을 소색하는 것이 곤란하여 리사이클성에 문제가 있었다. 이는 플라스틱 포장 체의 전체에 공통되는 문제이기는 하지만 페트병은 그 사용량이 많으므로 특히 문제로 되어 있었다.

이 대응으로, 예를 들면 포장체를 착색된 라벨로 씌움으로써 가식하고 재생 처리시에 있어서는 포장체 본체와 라벨을 분리하여 처리가 이루어지고 있다.

이 방법은 포장체 본체의 리사이클성은 충족할 수 있으나 사용 후의 포장체로부터 라벨을 벗겨서 분리하는 처리가 필요하게 된다.

한편, 화학적 발색 기구에 의하는 것은 아니고 빛의 반사, 간섭을 이용한 물리적 발색 기구에 의하여 착색 처리를 하는 것도 있다.

예를 들면, 일본국 특개평 8-80928호 공보에는 굴절률이 높은 비늘 형상 박막을 포장체 표면의 면 방향으로 배향시키도록 포함한 층을 열가소성 수지층의 외층에 형성함으로써 유채색을 발하는 포장체가 제한되어 있다.

그러나 이 포장체는 그 비늘 형상 박막으로서 운모티탄안료 등이 다량으로 사용되고 있으며 리사이클 시에 있어서의 재료의 분리가 필요하게 되므로 여전히 리사이클성에 문제가 있었다. 그러므로 상기 물리적 발색 기구에 따라 착색하는 방법도 역시 선술(先述)한 화학적 발색 기구에 의한 방법과 마찬가지로 현재의 리사이클의 흐름 중에서는 허용되어 있지 않다.

그리고 다른 예로는 예를 들면, 일본국 특개평 10-250741호 공보 (제1-4면, 제1-10도)에는 박막간섭 기능을 가진 소정형상의 적층필름을 투명한 용기 본체의 내면을 따라 배치한 투명 용기가 제안되고 있다.

그러나 이 투명 용기가 적층필름을 내포하지 않으면 안되므로 동부(胴部)의 내경보다 작은 내경의 구부(口部)를 가진 병에 한정되어 있었다. 그러므로 플라스틱으로 성형된 컵이나 트레이 등을 대상으로 할 수가 없었다. 더욱이 적층필름은 내용물에 적셔진 상태이므로 그 내용물이 식품인 경우는 위생면에서 문제가 있었다.

상기와 같이 화학적 발색 기구를 채용하고 있는 현재의 포장체는 포장체 중에 배합되어 있는 안료나 염료를 리사이클하는 과정에서 제거할 수가 없었다.

그러므로 한번 착색된 포장체는 투명한 포장체로 제품화할 수가 없다는 문제가 있었다.

포장체, 예를 들면 페트병이 제조되고 나서 리사이클 되기까지의 흐름은 도 10에 도시한 바와 같이 주로 제조과정, 유통과정, 회수ㆍ제품화 과정으로 나눌 수가 있다.

즉, 사출성형된 프리폼을 블로 성형에 의하여 연신 배향 등으로 제조된 페트병은 내용물이 충전된 후 판매(소비)되고 그 후 회수된다. 이 회수된 페트병은 착색 병이 분리된 후 분쇄ㆍ세척되어 다시 불순물이 분리된 후 플레이크 또는 펠릿으로 재생된다.

이와 같은 제조ㆍ리사이클의 흐름 중 제조과정에서는 사출성형이나 블로 성형이, 회수ㆍ제품화(재생처리)과정에 있어서는 재펠릿화 공정으로 용융압출이 각각 이루어지지만 이들 공정에서는 재료에 고온, 고압 등의 자극이 가해진다.

그러나 그와 같은 자극이 가해지는 공정을 거쳐도 역시 안료나 염료는 발색의 안정성이 높음으로 색이 지워지지 않고 계속 남아 있었다. 즉, 안료나 염료는 한번 PET에 혼합되면 항구적으로 발색성을 유지하고 있다.

그러므로 착색된 페트병은 제품화되는 페트병의 원료로 할 수 없는 등의 문제가 발생하고 있었다.

이와 같은 현상을 전제로 하여 일본에서는 페트병의 제조ㆍ리사이클 업계에 있어서는 재활용할 수 없는 페트병의 제조ㆍ유통의 억제, 결국에는 제품화된 페트병의 재활용률의 향상, 나아가서는 리사이클 추진의 관점에서 페트병의 착색을 원칙적으로 하지 않기로 되어 있다.

그리고 일본에서는 페트병을 무색 투명하게 하는 것을 자발적인 관리 기준인 재료평가 기준의 하나의 항목으로서 들고 있다.

재료평가 기준은 한번 제품화된 페트병이 재활용ㆍ재제품화에 적합한 것인지 아닌지를 평가하기 위하여 설정된 지표로 페트병의 제조ㆍ리사이클 업계의 자발적인 결정이다.

이 재료평가 기준을 사용하여 실시되는 페트병의 재활용 적성시험(재활용 적성평가)의 흐름을 도 11에 도시한다.

도 11에 도시한 바와 같이 재활용 적성평가는 평가 대상의 시작(試作) 병을 파쇄하여 얻어진 재생 플레이크, 이 재생 플레이크를 용융 성형하여 얻어진 재생 펠릿, 이 재생 펠릿을 사출성형하여 얻어진 사출성형판, 재생 펠릿을 성형하여 얻어진 섬유, 병, 시트의 각각에 대하여 실시된다.

그리고 평가 내용으로서는 재생 플레이크에 대하여는 「외관, 분쇄적성」, 재생 펠릿에 대하여는 「IV, 색조, 건조 적성」 사출성형판에 대하여는 「외관, 헤 이즈, 열물성」, 섬유ㆍ병ㆍ시트에 대하여는 「성형성, 역학적 물성, 색조, 헤이즈 등」을 들 수 있다.

이들 평가 내용 중 특히 「색조」는 재생 펠릿, 섬유, 병, 시트 등 여러 갈래에 걸쳐서 실시되는 평가 내용이다.

여기서 시작 병이 안료나 염료를 혼입한 것이라면 재생 펠릿으로 성형된 단계에서도 그 안료 등에 의하여 색이 착색된 채로의 상태이므로 「색조」의 평가기준을 충족하지 못하게 된다. 또한, 섬유ㆍ병ㆍ시트로 성형된 단계에서도 색이 지워지지 않고 남아 있으므로 여기서도 「색조」의 평가 기준에 부적합하게 된다.

이와 같이 안료나 염료가 혼합된 페트병은 재료평가 기준을 충족하지 못함으로 제품의 원료로 할 수는 없었다. 그러므로 페트병의 메이커에서는 페트병의 착색을 자발적으로 줄여왔다.

이와 같이 재료평가 기준에 따른 재활용 적성평가에 의하여 재활용된 페트병의 적성평가를 하는 것은 리사이클 추진의 관점에서 필요 불가결하였다. 그리고 이 적성 평가에서 「색조」를 평가하여 착색된 페트병을 배척하는 것도 필요했었다.

그러나 상기와 같이 페트병으로 성형된 용기가 가시광배리어 가식 등의 기능을 구비하기 위하여 착색하는 것은 내용물의 변질이나 열화의 방지, 신상품의 제품화 촉진, 타사상품과의 차별화, 자사상품의 판매촉진 등의 다양한 관점에서 바람직한 일이었다.

이와 같은 상황에서 페트병의 제조ㆍ리사이클업계에서는 재활용 적성평가의 평가내용에 맞추어 가면서 가시광배리어나 가식 등의 기능을 구비한 페트병을 수요 자에게 제공할 수 있는 기술, 바꾸어 말하면 유통과정에 있어서는 착색된 페트병을 제공할 수 있으나 회수ㆍ재제품화 과정에서는 그 착색된 색을 지우는 것이 가능한 기술의 제안이 요구되고 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며 유통과정에 있어서는 가시광배리어나 가식 등의 기능을 보유 가능하게 하는 동시에 회수ㆍ재제품화 과정에 있어서는 재활용 적성평가의 평가기준을 충족할 수가 있으며 또한, 재활용률을 높여서 리사이클의 촉진을 가능하게 하는 플라스틱 포장체 및 그 재생 처리방법의 제공을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들은 상이한 굴절률을 가진 물질로 이루어진 박막적층구조를 가진 포장체이며 이 박막적층구조로 인한 간섭효과에 따라 발색하는 포장체 및 포장체의 면에 광학적 특성이 다른 미세한 주기배열구조를 형성함으로써 발색하는 포장체가 재처리공정에 있어서 가열에 의하여 용이하게 소색할 수 있으며 리사이클성이 우수하다는 것을 발견하고 본 발명을 완성시켰다.

그리고 본 명세서에서 「플라스틱 포장체」에는 포장체를 구성하는 대부분이 플라스틱으로 형성되어 있는 것이며 다소의 무기물이 함유되어 있는 것도 포함된다. 또한, 다층 포장 구조체, 포장 구조체의 의미도 포함한다.

또한, 본 명세서에서 「착색」 및 「가식」이란, 플라스틱 포장체에 유채색의 착색 처리를 하는 것이나 특정의 파장영역의 빛이 플라스틱 포장체 내부에 투과하지 않도록 차단하는 것 등을 포함하는 의미이다.

제1발명인 플라스틱 포장체(다층 포장 구조체)는 용기 동부가 상이한 굴절률을 가진 물질로 이루어진 박막적층구조를 가지고 있으며 이 박막적층구조로 인한 간섭효과에 의하여 발색한다.

플라스틱 포장체를 이와 같이 하면 박막적층구조로 인한 간섭효과에 의하여 발색하므로 플라스틱 포장체는 가시광배리어나 가식이라는 기능을 가질 수가 있다. 그리고 그 플라스틱 포장체를 용융하거나 하면 물리적 발색 기구의 규칙적 구조가 파괴되므로 착색된 색을 지울 수가 있다.

구체적으로 예를 들면, 본 발명의 플라스틱 포장체를 페트병으로 성형한 경우에 제조ㆍ 리사이클의 흐름(도 10)에 있어서 페트병은 다음과 같이 처리된다.

제조과정에서 제조된 페트병은 박막적층구조로 인한 간섭효과에 의하여 발색하므로 가시광배리어나 가식 기능을 유일하게 필요로 하는 유통과정에 있어서 그들 기능을 충분하고 확실하게 발휘할 수 있다.

그리고 회수ㆍ재제품화 과정에 있어서는 용융 등으로 인하여 박막적층구조가 무너지고 규칙적 구조가 파괴되므로 페트병은 소색한다. 그러므로 회수ㆍ재제품화 과정을 거쳐서 얻어진 재활용품에 대하여 재활용 적성평가를 하였을 때는 「색조」의 기준을 충족할 수가 있다.

이와 같이 본 발명의 플라스틱 포장체는 시장에서는 가시광배리어나 가식 등의 기능을 보유ㆍ발휘할 수가 있으며 더욱이 페트병의 재활용 적성평가에 있어서는 그 평가기준을 충족할 수가 있다.

이로써 플라스틱 포장체는 재제품화가 가능하므로 재활용률을 향상할 수 있으며 나아가서는 리사이클을 촉진시킬 수가 있다.

이에 더하여 본 발명의 플라스틱 포장체는 이 플라스틱 포장체 그 자체가 발색하므로 병에 한정되지 않고 컵이나 트레이 등도 그 대상으로 할 수가 있다. 그러므로 일본국 특개평 10-250741호 공보에 기재된 투명용기나 병만을 대상으로 하고 있던 것과 비교하여 그 이용범위를 넓힐 수가 있다.

더욱이 박막적층구조를 용기 외측 표면에 적층하면 내용물이 식품일지라도 위생면에서의 문제는 발생하지 않는다.

그리고 종래 박막층을 가진 용기는 존재하고 있었으나 그 박막층은 배리어성을 높이기 위하여 증착된 것 또는 흠이 발생하는 것을 방지하기 위하여 코팅된 것으로 착색을 목적으로 하는 것은 아니었다.

또한, 균일성이 높은 성형물(필름이나 실 등)의 형체로 박막적층구조를 가진 것은 존재하고 있었으나 (예를 들면 일본국 특개평 11-181630호 공보에 기재된 복합 섬유 등) 박막적층구조를 가진 용기는 존재하고 있지 않았다.

또한, 제1발명의 다른 양태에 의하면 플라스틱 포장체는 용기가 박막적층구조 이외의 다른 수지층을 가지고 있으며 박막적층구조 중의 하나 이상의 수지가 다른 수지층 중의 하나 이상의 수지와 같은 종류이다.

플라스틱 포장체를 이와 같이 하면 박막적층구조 중의 하나 이상의 수지와 다른 수지층 중의 하나 이상의 수지가 같은 종류이므로 그 플라스틱 포장체의 리사이클성을 높일 수가 있다.

또한, 제1발명의 다른 양태에 의하면 플라스틱 포장체는 다른 수지층이 기재수지층으로 이루어진다.

플라스틱 포장체를 이와 같이 하면 다른 수지층인 기재 수지층 중의 하나 이상의 수지와 박막적층구조 중의 하나 이상의 수지가 같은 종류이므로 그 플라스틱 포장체의 리사이클성을 높일 수가 있다.

또한, 제1발명의 다른 양태에 의하면 플라스틱 포장체는 포장체 본체가 수지로 이루어진 강성용기이다.

플라스틱 포장체를 이와 같이 하면 박막적층구조로 인한 간섭효과에 의하여 수지로 이루어진 강성용기를 발색시킬 수 있다. 그러므로 가시광배리어나 가식 기능을 강성용기에 갖게 할 수가 있다. 그리고 그 강성용기를 일정 온도 이상의 온도로 용융하면 물리적 발색 기구의 규칙적 구조가 파괴되므로 착색되어 있던 색을 지울 수가 있다. 이로써 강성용기의 재제품화가 가능해지고 재활용률의 향상이 도모되어 리사이클을 촉진시킬 수가 있다.

제2발명인 플라스틱 포장체는 포장체의 적어도 일부의 면에 있어서 상기 면과 광학적 특성이 다른 부분이 주기적으로 배열되어 있다. 이와 같은 플라스틱 포장체로 예를 들면 플라스틱 포장체가 결정성 수지를 주재료로 하고, 또한, 상기 광학적 특성이 다른 부분이 상기 면의 결정구조와 다른 결정구조인 플라스틱 포장체나 광학적 특성이 다른 부분이 상기 플라스틱 포장체의 면에 형성된 공동(空洞)부인 플라스틱 포장체를 들 수 있다.

제3발명인 플라스틱 포장체의 가식 방법은 플라스틱 포장체의 적어도 일부의 면에 상기 면과 광학적 특성이 다른 부분을 주기적으로 배열하므로 상기 면에 가식을 하는 플라스틱 포장체의 가식 방법이다. 이와 같은 가식 방법의 다양한 양태로서 예를 들면 플라스틱 포장체가 결정성 수지를 주재료로 하고 또한, 상기 광학적 특성이 다른 부분을 상기 면에 구정부(球晶部)를 형성함으로써 형성되는 가식 방법, 빛의 회절 또는 간섭현상을 이용하여 상기 구정부를 형성하는 가식 방법, 투명성을 나타내는 파장영역과 반투명성 또는 불투명성을 나타내는 파장영역을 가진 플라스틱 재료로 이루어진 플라스틱 포장체의 적어도 일부의 면에 상기 반투명성 또는 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 빛을 조사하여 상기 투명성을 나타내는 파장영역에 있어서의 광학적 특성이 다른 부분을 형성하는 상기 양태에 있어서의 가식 방법, 상기 면에 미리 빛을 직광하기 위한 凹凸부를 형성하고 이 凹凸부에 빛을 조사함으로써 상기 면에 상기 구정부를 형성한 가식 방법, 상기 플라스틱 포장체에 광열흡수미립자를 배합ㆍ분산시키고 상기 포장체에 레이저 광을 국소적으로 조사하여 상기 광열흡수미립자를 발열시켜서 상기 광열흡수미립자를 주위의 수지를 기화하여 공동부를 형성함으로써 상기 광학적 특성이 다른 부분을 형성하는 가식 방법을 들 수 있다.

제4발명인 플라스틱 포장체의 재생 처리방법은 상기 플라스틱 포장체를 회수 하여 용융하고 재생 처리를 하는 재생 처리방법으로서 재생을 위한 용융을 플라스틱 포장체의 색이 지워지는 온도 이상의 온도로 실시하는 방법으로 되어 있다.

플라스틱 포장체의 재생 처리방법을 이와 같은 방법으로 하면 회수된 플라스틱 포장체를 일정온도(플라스틱 포장체의 색이 지워지는 온도)이상의 온도로 용융함으로써 그 규칙적 구조를 파괴하여 색을 지울 수가 있다. 이로써 포장 구조체는 회수ㆍ재제품화 과정에 있어서 재활용 적성평가를 충족할 수가 있다.

그러므로 포장 구조체에 내용품이 봉입되어 수요자에게 제공될 때에는 가시광배리어나 가식의 기능을 발휘할 수가 있으며 또한, 회수ㆍ재제품화 과정에서는 소색되어 리사이클이 가능하게 된다. 따라서 포장 구조체로 형성된 용기 등의 재활용률을 높여서 리사이클의 촉진을 도모할 수가 있다.

본 발명에 의하면 서로 다른 굴절률을 가진 물질로 이루어진 박막적층구조를 가지고 있으며 이 박막적층구조로 인한 간섭효과에 의하여 플라스틱 포장체에 색을 착색할 수가 있다.

또한, 플라스틱 포장체의 적어도 일부의 면에서 이 면과 광학적 특성이 다른 부분이 주기적으로 배열되어 있으므로 색을 착색할 수가 있다.

그러므로 제조ㆍ리사이클의 흐름에 있어서의 제조 과정에서는 사출성형에 의하여 플라스틱 포장체에 착색할 수 있으며 회수ㆍ재제품 과정에서는 용융압출에 의하여 플라스틱 포장체를 소색할 수 있다.

이로써 유통과정에 있어서는 포장체의 착색에 의한 가시광배리어나 가식의 기능을 발휘시킬 수가 있으며 회수ㆍ재제품 과정에서 소색하여 리사이클을 가능하게 한다.

따라서 플라스틱 포장체로 성형된 용기(예를 들면 페트병 등)의 재활용률을 높일 수가 있으며 나아가서는 리사이클의 추진을 도모할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 플라스틱 포장체의 구성을 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 플라스틱 포장체의 다른 구성을 도시한 구성도이다.

도 3은 화학적 발색 기구와 물리적 발색 기구를 설명하기 위한 도면으로서 (a)는 화학적 발색 기구, (b)는 물리적 발색 기구를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 플라스틱 포장체의 또 다른 구성을 도시한 구성도이다.

도 5는 본 발명의 가식 방법의 제1의 실시형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 회절격자 주변의 확대도이며 레이저 광의 간섭 줄무늬의 상태를 나타낸 도면이다.

도 7은 플라스틱병 용기 벽면상에 형성된 주기적 배열 구조를 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명의 가식 방법인 제 2의 실시형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 본 발명의 가식 방법의 제 3의 실시형태를 설명하기 위한 도면이며, (a)는 레이저 광을 스폿 형상으로 조사한 도면, (b)는 간섭 줄무늬 패턴을 이용하여 레이저 광을 조사한 도면이다.

도 10은 페트병이 제조되고 나서 리사이클 되기까지의 흐름(페트병의 제조ㆍ 리사이클의 흐름)을 도시한 설명도 이다.

도 11은 재활용 적성평가의 흐름을 도시한 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

[제1발명; 플라스틱 포장체]

본 발명의 플라스틱 포장체는 용기 동부가 서로 다른 굴절률을 가진 물질로 이루어진 박막적층구조를 가지고 있으며 이 박막적층구조로 인한 간섭효과에 의하여 발색하고 있다.

예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이 박막적층구조(2)가 복수의 층으로 구성되어 있는 경우는 서로 다른 굴절률을 가진 2종류의 층 A,B의 교호(交互)적층구조를 가지고 있다. 이로써 플라스틱 포장체(1) 그 자체가 그 물리적 발색 기구에 의하여 발색한다. 이때 2종류의 층 A,B의 두께는 1㎛이하의 박막이다. 또한, 2종류의 층 A,B의 굴절률 차가 클수록, 반복하는 적층수가 많을수록, 층 두께의 제어가 균일하게 이루어지고 있을수록 높은 발색 효율이 얻어진다. 일반적으로 폴리머에서만 이와 같은 박막적층구조를 구성하는 경우 굴절률 차에 한도가 있으므로 반복수를 증대시킴으로서 효율적인 발색을 얻을 수가 있다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이 박막적층구조(2)가 1층으로 구성되어 있는 경우라도 이 박막적층구조(2)를 가진 플라스틱 포장체(1)가 다시 다른 수지층(3)을 가지고 있을 때에는 그들 박막적층구조(2)를 구성하는 층과 다른 수지층(3)이 각각 다른 굴절률을 가짐으로 물리적 발색 기구에 의하여 발색한다.

물질의 발색 원리에는 화학적 발색과 물리적 발색의 2종류가 있다.

화학적 발색은 복수의 파장영역의 빛을 포함하고 있는 백색광이 물체에 입사하였을 때에 어떤 특정한 색을 나타내는 파장영역의 빛을 물체가 흡수함으로써 발색한다

예를 들면 도 3(a)에 도시한 바와 같이 물체가 녹색을 나타내는 파장영역의 빛을 흡수한 경우 반사광 및 투과광으로서 눈에 입사하는 빛은 어느 쪽이나 녹색의 보색(補色)인 적색으로 보인다.

이 화학적 발색의 원리로는 화학종의 상태, 에너지 천이에 따라 물질이 특정 파장광(선택 파장광)을 흡수함으로써 발색한다.

물질이 흡수하는 빛의 파장은 물질을 화학구조에 의하여 결정되므로 특정색의 착색을 실시하기 위하여는 특정한 화학물질을 사용할 필요가 있다. 이 특정한 화학물질로는 예를 들면 안료나 염료 등이 있다.

한편 물리적 발색은 백색광이 물체에 입사하였을 때에 어떤 특정한 색을 나타내는 파장영역의 빛이 물체상에서 회절, 간섭, 산란 등을 함으로 발색한다.

예를 들면 도 3(b)에 도시한 바와 같이 물체가 녹색을 나타내는 파장영역의 빛을 강하게 반사한 경우 반사광으로서 눈에 입사하는 빛은 녹색으로 보인다. 이에 대하여 투과광은 녹색의 보색인 적색으로 보인다.

이 물리적 발색 기구에 의한 발색은 화학적 발색 기구와는 달리 물질 고유의 성질에 따라 빛을 발하고 있는 것이 아니고 빛의 입사면에 일정한 구조를 형성함으로써 발색하는 것이다. 즉, 물질이 가진 규칙적 구조, 굴절률 차로 인한 회절, 간섭에 의하여 특정 파장광(선택 파장광)이 반사됨으로 발색된다.

이 물리적 발색의 특징으로서는 화학적 발색과는 달리 범용 재료만으로도 규칙적 구조형성이 있으면 발색하는 것, 규칙적 구조의 파괴에 의하여 용이하게 소색할 수 있는 것, 사용재료가 한정되기 쉬운 리사이클 규제하에서 유효하다는 것 등을 들수가 있다.

이들 중에서 특히 본 발명을 완성시키는데 있어서의 중요한 특징으로서는 규칙적 구조의 파괴에 의하여 용이하게 소색할 수 있음을 들 수 있다.

서로 다른 굴절률을 가진 물질로 이루어진 박막적층구조로 인한 간섭효과에 의하여 플라스틱 포장체는 물리적 발색 기구에 의하여 색을 발한다. 그리고 그 플라스틱 포장체를 가열하면 규칙적 구조가 파괴되었을 때에 색이 지워진다.

이 특징을 페트병의 제조ㆍ리사이클의 흐름에 이용하면 다음과 같이 된다.

제조 과정에서 기재 수지층(예를 들면 PET층)에 박막적층구조가 적층되면 이들 기재 수지층과 박막적층구조에 의하여 구성된 플라스틱 포장체로 이루어진 페트병은 물리적 발색 기구에 의하여 색을 발한다. 그리고 회수ㆍ재제품화 과정에 있어서 용융ㆍ가열되면 규칙적 구조가 파괴되어 소색한다.

그러므로 페트병의 제조ㆍ리사이클의 흐름에 있어서의 유통과정에서는 발색에 의하여 가시광배리어나 가식이라는 기능을 가진 페트병을 시장에 제공할 수가 있으며 더욱이 회수ㆍ재제품화 과정에서는 가열 등에 의하여 소색할 수 있으므로 재활용적성평가에 있어서 「색조」의 평가기준을 충족시킬 수가 있다.

따라서 제조과정에서 착색된 페트병의 재제품화가 가능하며 리사이클의 촉진을 도모할 수가 있다.

그러나 도 1의 박막적층구조(2)를 구성하는 물질로서는 다음과 같은 물질을 조합하여 사용하면 된다.

예를 들면 열가소성 폴리에스테르를 사용할 수가 있다. 열가소성 폴리에스테르로서는 디카르본산 성분과 디올 성분으로부터 유도되는 지방족, 지환족 또는 방향족 폴리에스테르, 또는 이들의 공중합체 또는 브랜드물을 사용할 수가 있다. 예를 들면 디카르본산 성분으로서는 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르본산 등의 방향족 디카르본산, 호박산, 아디핀산, 세바신산 등의 지방족 카르본산, 시클로핵산 디카르본산 등의 지환족 디카르본산 등을 들 수가 있다. 또한, 디올 성분으로서는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜부탄디올 등의 지방족 글리콜, 시클로핵산디메탄올(CHDM) 등의 지환족 글리콜이나 비스페놀류와 같은 방향족 디올 등을 들 수 있다. 또한, 3개 이상의 관능기를 가진 다가카르본산 성분이나 다가알콜성분도 사용할 수가 있다.

구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 이소프탈산공중합(PET-I), 시클로핵산디메탄올(CHDM)공중합PET나, 폴리올레핀, 폴리에테르 등으로 구성되는 연질세그멘트공중합폴리에스테르 등이 적합하게 사용된다.

또한, 열가소성 폴리아미드를 사용할 수가 있다. 열가소성 폴리아미드로서는 디카르본산 성분과 디아민성분으로부터 유도되는 지방족, 지환족 또는 방향족 폴리아미드, 아미노카르본산 또는 락탐으로부터 유도된 폴리아미드, 또는 이들의 공중합체 또는 브랜드물을 사용할 수가 있다. 예를 들면 디카르본산 성분으로서는 호박 산, 아디핀산, 세반신산, 데칸디카르본산 등의 지방족 디카르본산이나 테레프탈산, 이소프탈산 등의 방향족 디카르본산을 들 수 있다. 또한, 디아민성분으로서는 1,6-디아미노핵산, 1,8-디아미노옥탄, 1,10-디아미노데칸과 같은 직쇄형 또는 분기형 지방족 디아민이나 비스(아미노메틸)시클로핵산, 비스(4-아미노시클로핵실)메탄 등의 지환족 디아민, m-크실렌디아민, p-크실렌디아민 등의 방향족 디아민을 들 수 있다. 그리고 아미노카르본산 성분으로서는 ω-아미노카프론산, ω-아미노옥탄산, ω-아미노운데칸산 등의 지방족아미노카르본산이나 예를 들면 p-아미노메틸안식향산, p-아미노페닐아세트산 등의 방향 지방족 아미노카르본산 등을 들 수가 있다.

구체적으로는 6-나일론, 6,6-나일론, 11-나일론, 12-나일론, 6,10-나일론, 6,12-나일론, MXD6(메타크실렌아디파미드)나일론 등이 적합하게 사용된다.

그리고 올레핀 수지도 사용할 수가 있다. 예를 들면 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 선형상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 선형상 초저밀도 폴리에틸렌 (LVLDPE) 등의 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌 플로필렌 공중합체, 폴리브텐-1, 에틸렌-부텐-1공중합체, 프로필렌-부텐-1공중합체, 에틸렌-프로필렌-부텐-1공중합체, 에틸렌 아세트산 비닐 공중합체, 이온가교올레핀 공중합체(아이오노머) 또는 이들의 브랜드물을 들 수 있다. 이것 외에도 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 폴리메틸펜텐, 폴리비닐알콜, 폴리메타크릴산메틸, 환형상올레핀계공중합체(COC)나 불소계 폴리머 등을 들 수 있다.

이들을 각각 서로 다른 굴절률을 가지고 있으므로 그들을 조합하여 규칙적 구조로 함으로써 발색한다.

박막적층구조(2) 중의 하나 이상의 수지는 다른 수지층(3) 중의 하나 이상의 수지와 같은 종류의 수지인 것이 바람직하다. 이로써 플라스틱 포장체(1)의 리사이클성을 높일 수가 있다.

또한, 특히 플라스틱 포장체(1)로 이루어진 용기가 페트병인 경우는 박막적층구조(2)를 구성하는 물질 중 하나 또는 둘 이상의 물질을 폴리에스테르 수지로 하는 것이 바람직하다. 이 경우 다른 수지층(3)도 PET, 즉 폴리에스테르 수지이므로 페트병의 리사이클성을 높일 수가 있다.

그리고 박막적층구조(2)에 포함되는 수지에 기능성 수지(배리어 재료 등)를 선택하면 착색과 기능성 부과를 동시에 실시할 수가 있다.

다른 수지층(3)을 구성하는 물질로는, 예를 들면 상기 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀 수지 등을 들 수 있다.

다른 수지층(3)은 예를 들면 플라스틱 포장체(1)로 형성된 용기의 형상을 유지하기 위한 기재 수지층으로 할 수가 있다.

구체적으로는 예를 들면 페트병의 PET층이나 식품용기의 폴리에틸렌층, 폴리프로필렌층 등이 기재 수지층에 해당된다.

또한, 플라스틱 포장체(1)로 형성된 용기는 수지로 이루어진 강성용기로 할 수가 있다.

강성용기로는 예를 들면 병, 컵, 트레이 등이 있다. 또한, 강성용기에는 중간생성물인 프리폼이 포함된다.

플라스틱 포장체(1)로 형성된 용기를 수지로 이루어진 강성용기로 함으로써 이 강성용기의 재제품화가 가능해지며 리사이클을 추진할 수 있다.

그리고 도 1이나 도 2에 있어서는 플라스틱 포장체(1)를 구성하는 다른 수지층(3)이 한층이지만 한층에 한정되는 것은 아니고, 도 4에 도시한 바와 같이 2층 이상이라도 된다.

또한, 도 1에 있어서는 박막적층구조(2)가 4층으로 이루어져 있으나 4층에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 3층 이하나 5층 이상의 층으로 할 수도 있다.

플라스틱 포장체(1)의 성형방법으로는 다음과 같은 방법이 있다.

예를 들면 Co-Injection(코 인젝션), Over-Co-Injection(오버 인젝션), 다이스 라이드 인젝션 등으로 대표되는 공압출성형에 의하는 방법이 있다.

또한, 프리폼시에 다층 미연신필름을 감고 그 후 연신 블로하는 방법이 있다.

그리고 프리폼시에 다층 코팅(교호디프)하고 그 후 연신 블로하는 방법이 있다.

그리고 또한, 적층필름을 용기표면에 붙이는 방법이나 성형용기에 층착이나 스프레이 등의 코팅에 의하여 박막적층구조를 형성하는 방법이 있다.

[제2발명; 플라스틱 포장체]

본 발명의 플라스틱 포장체는 물리적 발색 기구를 응용하여 가식한다. 즉, 플라스틱 포장체에 광학적 특성이 다른 부분을 주기적으로 배열시킴으로써 빛이 간 섭, 회절하여 발색한다.

광학적 특성이 다른 부분을 주기적으로 배열한다(주기적 배열 구조를 형성)는 것은 광학적 특성, 예를 들면 굴절률, 반사율, 투과율, 흡수율, 편광도 등을 규칙적, 주기적으로 변화시켜서 배열하는 것을 의미한다.

예를 들면 주위와 굴절률이 다른 스폿이나 라인을 플라스틱 포장체의 적어도 일부의 면에 일정간격으로 형성하는 것이나, 주위와 흡수율이 다른 스폿이나 라인을 플라스틱 포장체의 적어도 일부의 면에 일정간격으로 형성하는 것 등이 고려된다.

주기적 구조는 삼차원적으로 즉, 포장체의 면 및 면의 두께방향으로 형성되어 있는 것이 바람직하지만 이차원적(포장체의 면)으로 형성하여도 충분히 가식할 수가 있다.

그리고 본 명세서에서 「플라스틱 포장체의 면」에는 포장체를 형성하는 면의 표면뿐만이 아니고 면의 내부에 형성되는 임의의 면, 예를 들면 다층용기에 있어서 내층이 형성하는 면이나 층의 계면 등도 포함한다.

광학적 특성의 배열주기는 발색시키고자 하는 색 또는 차광하고자 하는 빛의 파장에 의하여 정해진다. 예를 들면 자외선 영역으로부터 적외선의 빛을 차광할 경우는 0.1㎛~5㎛가 적정한 범위가 된다. 또한, 가시광영역인 0.4㎛~0.7㎛의 파장영역의 빛에 작용하는 배열주기를 포장체 상에 형성함으로써 임의의 색으로 착색할 수가 있다.

이 경우 주기성은 반드시 완전하여야 할 필요는 없고 일부에 주기성의 소실 이나 불균일, 주기적 구조가 불연속인 등의 결함이 있어도 되고 전체적으로 주기성이 유지되어 있으면 된다.

또한, 광학적 특성의 배열주기는 플라스틱 포장체의 가식부 전체가 같은 패턴이 아니고 달라도 된다. 배열주기의 패턴을 변경시킴으로써 복수색에 의한 모양을 형성할 수도 있다.

주기적 구조에 의한 발색을 얻기 위하여 필요한 반복 주기는 10주기 이상, 바람직하게는 50주기 이상, 특히 100주기 이상이다.

이어서 광학적 특성이 다른 주기적 배열 구조를 플라스틱 포장체에 형성하는 방법에 대하여 플라스틱병 용기에 적용한 예를 설명한다.

플라스틱병 용기는 통상의 병 용기의 성형수단에 의하여 성형할 수가 있다. 예를 들면 프리폼을 연신 블로 성형함으로써 얻을 수가 있다.

구체적으로 설명하면 먼저 사출성형법, 압축성형법, 다층사출성형법, 다층압축성형법 등의 적절한 수단에 의하여 제조된 바닥이 있는 통 형상의 프리폼의 구부(口部)를 적절한 수단에 의하여 열결정화(구정생성(球晶生成))시키고 내열성을 부여한다.

다음에 이 프리폼을 유리전이점(Tg) 이상의 연신 온도로 가열하여 소정의 열처리(히트세트)온도로 가열된 금형 내에 있어서 연신 로드 등에 의하여 세로방향(축방향)으로 또한, 블로 에어에 의하여 가로방향 (가로둘레방향)으로 연신한다.

상기 블로 금형을 가열하여 2축 연신 블로시에 블로 성형체의 기벽의 외측을 금형 내면에 소정 시간 접촉시켜서 열처리(히트세트)를 한다. 그리고 소정 시간을 열처리 후 블로 유체를 내부 냉각형 유체로 전환하여 블로 성형체 내부를 냉각한다.

연신 블로 성형에 의하여 성형된 병 용기는 블로 방향으로 연신되어서 배향 결정화되어 있다.

금형으로부터 꺼낸 블로 성형체는 방냉에 의하여 또는 냉풍을 분사함으로써 냉각된다.

플라스틱 병 용기를 형성하는 플라스틱 재료는 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리알릴레이트 또는 상기 수지를 형성하는 모노머의 공중합체, 시클로핵산디메탄올과 상기 수지를 형성하는 모노머와의 공중합체 등의 열가소성 폴리에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스틸렌, 환형올레핀계공중합체, 에틸렌-비닐알콜공중합체, 나일론 수지, 염화 비닐 수지, 접착성 수지, 이들 수지 또는 다른 수지와의 브랜드물이 바람직하며 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 에틸렌테레프탈레이트계 열가소성 폴리에스테르가 바람직하다.

상기 플라스틱 재료는 단층 플라스틱병 용기를 형성하는 재료로 사용하여도 되고 다층 플라스틱병 용기를 구성하는 내외층, 중간층, 접착층 등의 임의의 부분을 형성하는 재료로 서로 조합하여서 사용하여도 된다.

[제3발명; 플라스틱 포장체의 가식 방법]

다음에 플라스틱 포장체에 광학적 특성이 다른 주기적 배열구조를 형성하여 가식을 하는 방법에 대하여 설명한다. 그리고 본 발명은 이들 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

[제1의 실시형태]

도 5 내지 도 7은 광학적 특성이 다른 주기적 배열 구조를 형성하는 방법의 제1의 실시형태를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시형태에서는 레이저 광의 회절현상을 이용하여 플라스틱병 용기상에 주기적 배열 구조를 형성한다.

이 방법으로는 레이저 광원(11), 렌즈(12) 및 회절격자(13)를 사용한다.

레이저 광원(11)은 레이저 광을 발진하는 것이며 예를 들면 탄산가스 레이저, YAG레이저, 반도체 레이저, 헬륨 네온이나 알곤 등의 가스레이저, 맥시머 레이저 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 레이저 광으로 파장변환한 것도 사용할 수 있다.

레이저 광은 연속 발진상태로 사용하여도 펄스 발진상태로 사용하여도 된다.

렌즈(12)는 레이저 광원(11)으로부터 발진된 레이저 광을 평행광선으로 하는 것이다.

회절격자(13)는 레이저 광을 회절시키는 것으로서 예를 들면 격자간격이 0.1㎛~2000㎛의 메시를 사용할 수 있다.

회절격자의 측부에 가식 대상인 플라스틱병 용기(14)를 배치하고 있다.

레이저 광원(11)으로부터 발진된 레이저 광은 렌즈(12)에 의하여 평행광선으 로 된다.

평행화된 레이저 광은 회절격자(13)를 통과함으로써 간섭 줄무늬에 의한 주기적 패턴 즉, 레이저 광의 강도분포를 형성한다.

도 6은 회절격자 주변의 확대도이며 레이저 광의 간섭 줄무늬의 상태를 도시한 도면이다.

이와 같이 회절격자(13)를 통과한 레이저 광은 회절ㆍ간섭하고 주기적인(일정한 규칙성을 가진) 패턴을 형성한다.

이와 같은 주기적 패턴을 형성한 레이저 광을 플라스틱병 용기의 벽면(15)에 조사하면 레이저 광 강도가 강한 부분(16)에 의하여 용기 벽면(15)의 일부가 국소적으로 가열된다. 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트를 주재료로 하는 페트병에서는 벽면(15)의 두께는 약 100㎛이지만 그 중에서 표층부근 1~5㎛의 깊이 부분이 가열처리된다.

가열된 부위가 일정온도 이상이 되면 그 부위만이 용융하여 용기의 벽면(15)에 형성되어 있는 비정부(非晶部)와 배향 결정부(結晶部)로 이루어진 구조가 해제되고 그 후 냉각되는 과정에서 구정(球晶)이 형성된다. 이 온도는 사용 수지에 따라 다르지만 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트의 경우는 190℃정도이다.

이 방법에 의하여 도 7에 도시한 바와 같이 용기벽면(15)에 미세한 구정부(16)를 주기적으로 형성시키면 배향 결정부(17)와 구정부(16)의 굴절률이 서로 다르므로 광학적 특성(굴절률)이 다른 주기적 배열구조(18)를 형성할 수가 있다.

[제2의 실시형태]

도 8은 광학적 특성이 다른 주기적 배열 구조를 형성하는 방법의 제2의 실시형태를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시 형태에서는 레이저 광의 굴절ㆍ집광을 이용하여 플라스틱병 용기상에 주기적 배열구조를 형성한다.

본 실시형태에 있어서는 플라스틱병 용기(14)의 용기 벽면(15)에 렌즈효과를 가진 미세한 凹凸부(19)를 형성한다.

이 凹凸부(19)는 예를 들면 상기 플라스틱병 용기의 성형 공정에 있어서 블로 금형의 표면상에 凹凸형상을 형성하여 열처리시에 금형으로부터 용기 벽면으로 전사시킴으로써 형성할 수가 있다.

플라스틱병 용기의 벽면(15)에 형성된 凹凸부(19)에 제1의 실시형태와 마찬가지로 레이저 광을 조사하면 도 8에 도시한 바와 같이 레이저 광은 凹凸부(19)의 렌즈효과에 의하여 굴절하고 凸부의 정점부로부터 두께방향의 일정부위에 집광한다. 레이저 광이 집광된 부위는 레이저 광의 강도가 높아짐으로 레이저 광의 에너지에 의하여 가열된다.

가열된 부위가 일정온도 이상이 되면 그 부위만이 용융되어 용기의 벽면(15)에 형성되어 있는 비정부와 배향 결정부로 이루어진 구조가 해제되고 그 후 냉각되는 과정에서 구정부(16)가 형성된다.

따라서 플라스틱병 용기의 벽면(15)에 凹凸부(19)를 주기적으로 형성하므로 구정부를 주기적으로 생성할 수가 있다. 상기와 같이 배향 결정부(17)와 구정부 (16)의 굴절률이 다르므로 광학적 특성(굴절률)이 다른 주기적 배열구조를 형성할 수가 있다.

그리고 본 실시 형태에서는 플라스틱병 용기의 벽면에 형성한 주기적 凹凸부와 배향 결정부와 구정부에 의하여 형성되는 광학적 특성(굴절률)이 다른 주기적 배열구조를 가지고 있으므로 홀로그램으로 볼 수 있는 무지개색의 광택을 얻는 것도 가능하다.

[제3의 실시형태]

도 9는 광학적 특성이 다른 주기적 배열구조를 형성하는 방법의 제3의 실시형태를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시 형태에서는 플라스틱병 용기(14)의 주재료인 수지에 발열의 핵이 되는 광열흡수미립자(20)를 배합ㆍ분산시켜서 용기의 성형을 한다.

광열흡수미립자는 특정한 레이저 광에 반응하여 발열하는 미립자이며 예를 들면 마이카, 카올린, 타르크, 산화티탄 피복 운모 등이 있다.

광열흡수미립자의 입자지름은 0.1㎛~100㎛이다. 100㎛보다 크면 상기 수지에 배합하였을 때에 불투명하게 될 우려가 있다. 바람직하게는 0.2㎛~30㎛이다.

광열흡수미립자(20)는 플라스틱병 용기(프리폼)의 전체에 배합하여도 좋으나 예를 들면 다층 프리폼을 사용하여 그 특정층에만 배합하여도 된다.

다음에 광열흡수미립자(20)를 배합한 플라스틱병 용기(14)에 레이저 광을 조사한다. 광흡수미립자(20)는 레이저 광이 조사되면 그 에너지에 의하여 발열한다. 이 열에 의하여 광열흡수미립자(20)의 주위의 수지는 가열ㆍ기화되어 미세한 공동부(21)를 형성한다.

공동부분의 굴절률은 공기와 같은 수치(약 1.0)를 나타내고 주위의 플라스틱의 굴절률(약 1.3~약 1.5)과 다르다.

따라서 광열흡수미립자(20)를 배합한 플라스틱병 용기(14)에 레이저 광의 조사위치를 제어하여 조사함으로써 주기적으로 공동부(21)를 형성할 수가 있으며 광학적 특성(굴절률)이 다른 주기적 배열구조 즉, 일정간격으로 굴절률이 다른 부위를 주기적으로 형성할 수가 있다.

이 방법에 의하면 비교적 소량의 광열흡수미립자를 배합함으로써 가식을 할 수가 있다.

그리고 레이저 광의 조사위치를 제어하는 방법으로서는 예를 들면 도 9(a)에 도시한 바와 같이 레이저 마킹에서 사용되고 있는 제어방법에 의하여 스폿형상의 레이저 광을 일정간격으로 조사하는 방법이나, 또는 도 9(b)에 도시한 바와 같이 레이저 광의 간섭 줄무늬의 원리를 이용하여 제어하는 방법 등이 있다.

레이저 광의 간섭 줄무늬의 원리를 이용한 예에 대하여 설명한다. 도 9(b)에 있어서 레이저 광원(11)으로부터 조사된 레이저 광은 렌즈(12)에 의하여 평행광선으로 되고 하프미러(23)에 의하여 두 방향의 빛 α,β로 나뉜다. 나누어진 빛은 각각 미러(23,24)로 반사된 후 플라스틱용기의 벽면(15)에 조사된다. 이때 벽면(15)에는 레이저 광α,β의 광로차에 의한 간섭 줄무늬가 형성되므로 주기적인 패턴을 형성한다.

상기 제1내지 제3에 나타낸 실시 형태외에 예를 들면 팸토초(秒)레이저 등의 단시간 펄스레이저의 조사에 의하여 발현하는 미세주기구조의 자체형성효과를 이용함으로써 플라스틱병 포장체에 주기적 배열 구조를 형성할 수도 있다.(하시다 마사키, 전기학회지, Vo1,122, NO.11,pp749-753(2002))

플라스틱병 포장체에 주기적 배열구조를 형성하는 방법으로서 플라스틱 재료의 광학적 특성이 파장에 따라 다른 것을 이용할 수 있다.

플라스틱 재료의 광학적 특성, 특히 투과율(흡수율)은 파장에 따라 다르다.

특정파장에 대하여 플라스틱 재료는 투과율이 약 70%이상의 투명성, 투과율이 10%이상 70%미만의 반투명성, 또는 투과율이 10%미만의 불투명성 중 어느 하나의 성질을 나타낸다.

어떤 파장에 대하여 플라스틱 재료가 투명성을 나타내는 경우는 빛이 플라스틱 포장체에 에너지를 부여하는 효과가 약하다.

이에 대하여 플라스틱 재료가 불투명성 또는 반투명성을 나타내는 경우는 빛이 플라스틱 포장체에 에너지를 부여하는 효과가 강하다.

한편, 플라스틱 재료가 불투명성을 나타내는 경우는 빛이 포장체의 표면근방에만 침투한다.

이에 대하여 플라스틱 재료가 반투명성 또는 투명성을 나타내는 빛은 포장체의 내부까지 침투한다.

이들 광학적 특성의 파장 의존성을 이용하면 플라스틱 포장체를 구성하는 플라스틱 재료가 반투명인 파장의 빛을 조사하면 플라스틱 포장체의 면에 삼차원적인 주기적 구조를 형성할 수가 있다,

또한, 플라스틱 포장체를 구성하는 플라스틱 재료가 불투명한 파장의 빛을 조사하면 플라스틱 포장체의 면에 이차원적인 주기적 구조를 형성할 수가 있다.

이와 같이 하여 일단 형성된 주기적 구조는 플라스틱 재료가 투명성을 나타내는 파장영역에 있어서도 회절, 간섭, 산란 등의 물리적 발색효과를 발현시켜서 가식을 할 수가 있다.

이 방법을 사용하면 어떤 파장영역에서 본래 투명성을 나타내는 플라스틱 포장체의 일부 또는 전부에 물리적 발색에 의한 가식을 할 수가 있다.

예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 가시광영역(0.4㎛~0.7㎛)을 포함한 0.38㎛~1.0㎛의 파장에 대하여 투명성을 나타내고 근(近)자외광영역(0.3㎛~0.38㎛)에 있어서는 반투명성, 심(深)자외광 영역(0.3㎛이하)에 있어서는 불투명성을 나타낸다.

또한, 1.0㎛이상의 적외광영역에 대하여는 대체로 투명성을 나타내지만 분자의 흡수 스펙트럼에 대응하여 불투명성 또는 반투명성을 나타내는 영역이 있다.

이와 같은 광 투과율의 파장특성을 가진 PET재료로 구성되는 플라스틱 포장체에 반투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장 0.355㎛인 YAG레이저의 3배 고조파, 또는 파장 0.351㎛인 XeF엑시머레이저의 빛을 조사함으로써 가시광영역(0.4㎛~0.7㎛)에서 물리적 발색을 발현하는 주기적 구조를 형성할 수가 있다.

또한, 이와 같은 광 투과율의 파장특성을 가진 PET 재료로 구성되는 플라스틱 포장체에 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장 0.266㎛인 YAG레이저 의 4배 고조파, 파장 0.248㎛인 KrF엑시머레이저 또는 파장 0.194㎛인 ArF엑시머러이저 빛을 조사함으로써 가시광영역(0.4~㎛0.7㎛)에서 물리적 발색을 발현하는 주기적 구조를 형성할 수가 있다.

주기적 구조를 형성하는 방법으로서는 상기 제1내지 제3실시형태, 또는 상기 미세주기구조의 자체형성효과를 이용하는 방법 등 임의의 방법을 사용할 수가 있다.

상기 주기적 구조를 형성하는 방법은 단층플라스틱 포장체에 대하여 적용하여도 되고 다층 플라스틱 포장체에 대하여 적용하여도 된다.

특정한 파장에 대하여 투명한 플라스틱 재료로 구성되는 층과 불투명 또는 반투명인 플라스틱 재료로 구성되는 층이 인접한 층 구성을 가진 다층 플라스틱 포장체에 상기 특정파장의 빛을 투명 재료층측으로부터 조사하여 투명 재료층을 통과시켜서 불투명 재료층과 투명 재료층과의 계면 또는 반투명 재료층의 내부에 주기적 구조를 형성할 수가 있다.

플라스틱 재료의 광학적 특성은 상기 플라스틱 재료에 고유의 특성을 사용하는 외에 특정파장에 대한 흡수재료 등을 브랜드함으로써 임의의 광학적 특성을 부여할 수가 있다.

본 발명의 플라스틱 포장체는 안료나 염료와 같은 화학적 발색에 의한 착색제를 사용하지 않고 있으므로 화학물질의 사용량을 절감할 수가 있으므로 환경친화적인 용기이다.

또한, 결정구조의 차이나 공동부의 형성에 따라 주기적 배열구조를 형성하고 물리적 발색 기구를 이용한 가식 처리를 하고 있으므로 리사이클시의 가열, 혼련(재펠릿화)에 의하여 용이하게 소색할 수가 있다. 따라서 용기로서 사용하고 있을때는 가식이 되어 있으나 재처리후에 있어서는 무색ㆍ투명해지므로 리사이클성이 매우 좋다.

그리고 화학적 발색과 달리 심색(深色)과 광택을 가진 선명한 색조를 얻을 수가 있으므로 가식 효과에 의한 상품의 차별화에도 유효하다.

또한, 상기 제1내지 제3의 실시형태에 있어서는 미리 성형한 플라스틱병 용기에 가식 처리를 하고 있으나 프리폼에 상기방법에 의한 가식 처리를 하고 나서 최종제품인 병 용기로 성형해도 된다.

또한, 플라스틱병 용기 외에 예를 들면 컵, 파우치, 트레이, 튜브 용기 등의 포장체에 적용할 수 있다.

[제4발명; 재생 처리방법]

본 발명의 재생 처리방법은 플라스틱 포장체를 회수하여 용융하고 재처리를 하는 재생 처리방법으로서 재생을 위한 용융을 플라스틱 포장체의 색이 지워지는 온도 이상의 온도로 실시하는 것을 특징으로 하고 있다.

여기서 용융은 예를 들면 용융압출기 등을 사용하여 실시할 수가 있다.

재생 처리에는 용융외에 세척이나 분리 등 새로운 재료나 제품을 제작하기 위하여 필요한 공정이 포함된다.

재생을 위한 용융은 플라스틱 포장체가 가지는 규칙적 구조(박막적층구조, 결정구조, 공동 등)가 파괴되는 온도 즉, 포장체의 색이 지워지는 온도 이상의 온도로 실시된다.

예를 들면 규칙적 구조가 파괴되는 온도가 220℃인 경우는 용융온도는 220℃이상의 온도(예를 들면 250℃ 등)로 된다. 구체적으로는 예를 들면 수지의 용융이 용융압출기로 실시되는 경우 그 수지가 용융되면서 이동되는 유로의 설정온도가 250℃ 등으로 된다.

이와 같은 온도로 용융이 실시되므로 플라스틱 포장체는 그 발색 원리인 규칙적 구조가 파괴되므로 소색된다. 이로써 비록 회수된 플라스틱 포장체에 색이 착색되어 있다고 하여도 용융된 단계에서 그 색을 지울 수가 있다.

한편, 플라스틱 포장체(1)의 제조공정에 있어서는 박막적층구조(2)(또는 박막적층구조(2)와 다른 수지층(3)과의 조합)에 의한 발색 구조가 파괴되지 않도록 플라스틱 포장체(1)가 제작된다.

이러한 것들에 의하여 본 발명의 플라스틱 포장체는 제조과정에 있어서는 착색에 의하여 가시광배리어나 가식의 기능을 가질 수가 있으며 한편 회수ㆍ재제품화 과정에 있어서는 소색되어 재활용 적성평가의 평가기준을 충족할 수가 있으며 리사이클이 가능해진다. 따라서 한번 유통된 포장구조체의 재활용률을 높일 수가 있으며 이로써 리사이클의 촉진을 도모할 수가 있다.

<실시예1>

폴리에틸렌테레프탈레이트(RT543CTHP)[일본유니페트(주)]를 사출성형기(NN75 S)[(주)니가타 철공소제] 호퍼에 공급하고 가소화 온도 280℃에서 단층인 프리폼(32g)을 성형하였다. 폴리메타크릴산메틸(와꼬순약공업 주식회사)/아세톤 용액을 사용한 디프코트에 의하여 상기 프리폼 외표면에 두께 3㎛의 폴리메타크릴산메틸막을 작성하였다. 이 박막을 가진 프리폼을 2축 연신 블로(연신 배율; 세로3.0×가로3.0 내용량 500㎖)한바 착색된 병을 얻을 수 있었다.

그 후 착색 병을 파쇄기(주식회사 호라이형식 VC3-360)에 의하여 분쇄하여 플레이크 형상으로 하고 상기 사출성형기에 공급하여 가소화 온도 280℃에서 두께 1.5㎛의 시트를 작성한바 성형된 시트에서는 색이 지워져 있었다.

<실시예2>

폴리프로필렌(FH1016)[미쓰이스미토모 폴리올레핀]을 압출기 호퍼에 공급하여 단층인 다이렉트 블로 병(21g)을 성형하였다. 이어서 실시예1과 같은 디프코트에 의하여 막두께 300㎛의 박막을 병 벽면에 작성한바 착색되었다.

작성한 착색 병을 실시예1과 같은 수법으로 분쇄 사출성형한바 얻어진 사출시트에서는 소색되어 있었다.

[비교예1]

프리폼 외표면의 폴리메탈크릴산메틸의 박막을 20㎛으로 한 것 이외에는 실시예1과 같은 방법에 의하여 박막적층 병을 성형하였으나 발색은 관측되지 않았다,

<실시예3>

실시예1과 마찬가지로 2축연신 블로한 병 용기의 동부표면에 접착층을 가진 접층필름을 열압착에 의하여 접착하여 착색 병을 얻었다. 작성한 착색 병을 실시예 1과 같은 수법으로 분쇄, 사출성형한바 얻어진 사출시트에서는 소색되어 있었다.

사용한 적층필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 나일론6과의 교호다층박막 적층필름이며 박막간섭에 의하여 보는 각도에 따라 색이 변화한다. 또한, 이 필름의 소색온도는 220℃였다.

[비교예2]

폴리프로필렌(FH1016)[미쓰이스미토모폴리올레핀]을 압출기 호퍼에 공급하여 단층인 다이렉트 블로병(25g)을 성형하였다. 이어서 이 병 용기의 동부표면에 실시예1에서 사용한 접착층을 가진 적층필름을 열압착에 의하여 접착하여 착색 병을 얻었다.

그 후 이 착색 병을 실시예1과 마찬가지로 분쇄후 가소화 온도 200℃에서 두께 1.5mm의 시트를 작성한바 미용융의 착색 다층필름파편이 수지 중에 잔존하여 있었다.

그리고 적층필름을 작성하는 방법으로서는 일본국 특표평 8-501994호 공보에 기재된 보호경계층을 가진 다층 압출성형품 및 압출성형장치가 있다.

본 발명에 의하면 가식 처리를 하여도 리사이클이 용이하게 이루어지는 플라스틱 포장체를 제공할 수 있으며 또한, 그 가식 방법 및 재생 처리방법을 제공할 수 있다.

Claims (14)

1. 소정의 두께를 가지는 플라스틱 포장체의 벽면에 대하여 레이저 광을 조사함으로써 해당 벽면의 내부에 광학적 특성이 다른 부분이 주기적으로 배열되어 물리적 발색효과를 발현하는 주기적 구조가 형성되고, 이 주기적 구조에 입사(入射)한 빛이 간섭 또는 회절하여 발색하는 플라스틱 포장체.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 포장체가 결정성 수지를 주재료로 하고 또한, 상기 광학적 특성이 서로 다른 부분이 주위의 결정 구조와 다른 결정 구조인 것을 특징으로 하는 플라스틱 포장체.
3. 제1항에 있어서, 상기 광학적 특성이 서로 다른 부분이 상기 플라스틱 포장체의 벽면의 내부에 형성된 공동부인 것을 특징으로 하는 플라스틱 포장체.
4. 소정의 두께를 가지는 플라스틱 포장체의 벽면에 레이저 광을 조사함으로써 해당벽면의 내부에 광학적 특성이 서로 다른 부분이 주기적으로 배열되어 물리적 발색효과를 발현하는 주기적 구조를 형성하고, 이 주기적 구조에 입사한 빛을 간섭 또는 회절에 의하여 발색시킴으로써 가식을 실시하는 플라스틱 포장체의 가식 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 플라스틱 포장체가 결정성 수지를 주재료로 하고 또한, 상기 광학적 특성이 서로 다른 부분을 상기 플라스틱 포장체의 벽면의 내부에 구정부를 설치함으로써 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 포장체의 가식 방법.
6. 제5항에 있어서, 빛의 회절 또는 간섭현상을 이용하여 상기 구정부를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 포장체의 가식 방법.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 투명성을 나타내는 파장영역과 반투명성 또는 불투명성을 나타내는 파장영역을 가진 플라스틱 재료로 이루어진 플라스틱 포장체의 벽면 내부에 상기 반투명성 또는 불투명성을 나타내는 파장영역에 포함되는 파장의 빛을 조사하여 상기 투명성을 나타내는 파장영역에 있어서의 광학적 특성이 서로 다른 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 포장체의 가식 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 플라스틱 포장체의 벽면에 미리 빛을 집광하기 위한 요철부를 형성하고 이 요철부에 빛을 조사함으로써 상기 면에 상기 플라스틱 포장체의 벽면 내부에 상기 구정부를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 포장체의 가식 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 플라스틱 포장체에 광열흡수미립자를 배합ㆍ분산시키고 상기 플라스틱 포장체의 벽면에 레이저 광을 국소적으로 조사하여 상기 광열흡수미립자를 발열시켜서 상기 광열흡수미립자 주위의 수지를 기화하여 공동부를 형성함으로써 상기 광학적 특성이 다른 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 포장체의 가식 방법.
10. 소정의 두께를 가지는 플라스틱 포장체의 벽면에 레이저 광을 조사함으로써 해당 벽면의 내부에 광학적 특성이 서로 다른 부분이 주기적으로 배열되어 물리적 발색효과를 발현하는 주기적 구조가 형성되고, 이 주기적 구조에 입사한 빛이 간섭 또는 회절하여 발색하는 플라스틱 포장체를 회수하여 용융하고 재생 처리하는 재생 처리방법에 있어서,

    상기 재생을 위한 용융을 플라스틱 포장체의 색이 지워지는 온도 이상의 온도로 실시하는 플라스틱 포장체의 재생 처리 방법.
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