KR101639743B1 - 금속색의 외관을 갖는 연신 발포 플라스틱 성형체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고가의 금속분말 안료나 인편 형상 안료 등의 광택 안료를 사용하는 일 없이, 금속색, 특히 금색 내지는 은색을 띠는 보틀 등의 발포 성형체가 제공된다. 연신 발포 플라스틱 성형체는 발포 셀(1)을 내장하고 있는 발포 영역이 적어도 일부에 형성되어 있고, 상기 발포 셀은 해당 성형체의 최대 연신 방향을 따른 수직 단면에서 보아 최대 두께가 30㎛ 이하이고 또한 평균 애스펙트비가 4 이상이 되는 편평 형상을 가지고 있으며, 상기 발포 영역에서의 외면에는 상기 발포 셀이 분포하고 있지 않는 비발포의 플라스틱 표피층(5)이 형성되어 있다. 또한 이 성형체에는 착색제로서 인편 형상 안료로 대표되는 광택 안료와는 다른 비광택 안료가 착색제로서 배합되어 있고 또한 해당 성형체의 발포 영역은 금속색을 띠고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

금속색의 외관을 갖는 연신 발포 플라스틱 성형체{STRETCHED FOAM PLASTIC MOLDED ARTICLE HAVING METALLIC APPEARANCE}

본 발명은 금속색의 외관을 갖는 연신 발포 플라스틱 성형체에 관한 것이며, 보다 상세하게는 적어도 몸통부가 발포 영역으로 되어 있고, 금속색(특히 금색 내지는 은색)의 외관을 띠는 연신 발포 플라스틱 보틀에 관한 것이다.

현재, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 대표되는 폴리에스테르 용기는 투명성, 내열성, 가스 차단성 등의 특성이 뛰어나 여러 가지의 용도에 널리 사용되고 있다.

한편, 근래에는 자원의 재이용이 강하게 요구되어 상기와 같은 폴리에스테르 용기에 관해서도 다 쓴 용기를 회수하여 리사이클 수지로서 여러 가지 용도로의 재이용이 도모되고 있다.

그런데, 포장 용기 내에 수용되는 내용물에 대해서는 빛에 의해 변질되기 쉬운 것, 예를 들면 어떤 종류의 음료, 의약품, 화장품 등은 안료 등의 착색제를 수지에 배합한 수지 조성물을 이용하여 성형된 불투명 용기에 수용되어 제공된다. 이와 같은 불투명 용기는 자원의 재이용이라는 점에서 착색제의 배합은 바람직하지 않다. 따라서, 착색제를 배합하지 않고 차광성(불투명성)을 부여한다는 관점에서 본 출원인은 먼저 마이크로 셀룰러 기술을 이용하여 용기 벽이 발포하고 있는 발포 보틀을 제안하였다(예를 들면 특허문헌 1∼3 참조).

일본국 특개2007-022554호 일본국 특개2007-320082호 일본국 특개2009-262366호

이와 같이, 소위 발포 보틀은 착색제를 배합하지 않는 것을 전제로 개발된 것이며, 착색제가 배합된 발포 보틀에 대한 색 검토 등은 거의 이루어지고 있지 않았던 것이 실정이다.

그런데, 본 발명자들은 이와 같은 발포 보틀에 관하여, 더 많은 실험을 실시해 연구한 결과, 착색제를 배합하여 마이크로 셀룰러 기술을 이용한 발포 보틀을 제조한 경우, 고가의 인편(鱗片) 형상 안료로 대표되는 광택 안료를 사용하지 않고 금속색, 특히 금색 내지는 은색의 외관을 띠는 발포 보틀을 얻을 수 있다는 지견을 얻었다.

따라서 본 발명의 목적은 고가의 광택 안료나 인편 형상 안료 등을 사용하는 일 없이, 금속색, 특히 금색 내지는 은색을 띠는 보틀 등의 발포 성형체를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따르면, 발포 셀을 내장하고 있는 발포 영역이 적어도 일부에 형성되어 있는 연신 발포 플라스틱 성형체에 있어서,

상기 발포 셀은 해당 성형체의 최대 연신 방향을 따른 수직 단면에서 보아 최대 두께가 100㎛ 이하이고 또한 평균 애스펙트비가 4 이상이 되는 편평 형상을 가지고 있으며,

상기 발포 영역에서의 외면에는 상기 발포 셀이 분포하고 있지 않는 비발포의 플라스틱 표피층이 형성되어 있고,

상기 성형체는, 착색제로서, 비광택 안료가 착색제로서 배합되어 있고 또한 해당 성형체의 발포 영역은 금속색을 띠고 있는 것을 특징으로 하는 연신 발포 플라스틱 성형체가 제공된다.

본 발명의 연신 발포 플라스틱 성형체에 있어서는

(1) 상기 플라스틱 표피층은 1 내지 50㎛의 두께를 가지고 있는 것,

(2) 상기 착색제로서 등색(橙色)∼녹색계 안료가 사용되어 있고, 금색을 띠는 것,

(3) 상기 착색제로서 흑색계 안료가 사용되어 있고, 은색을 띠는 것,

(4) 보틀 형상을 갖고 있으며, 적어도 해당 보틀의 몸통부가 상기 발포 영역으로 되어 있는 것이 적합하다.

본 발명의 연신 발포 플라스틱 성형체의 최대 특징은, 마이크로 셀룰러 기술을 이용하여 미세한 편평 형상의 발포 셀을 다수 형성하고 있기 때문에 광택 안료를 착색제로서 사용하지 않고 통상의 저렴한 비광택 안료를 착색제로서 사용하고 있음에도 불구하고, 또 표면에 금속 증착막 등의 금속색을 발하는 각별한 막이 형성되어 있지 않음에도 불구하고, 금속색의 외관을 띤다는 점에 있다. 이에 따라, 매우 저렴하게 연신 발포 플라스틱 성형체의 가식성(加飾性)을 높여 그 상품 가치를 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 마이크로 셀룰러에 의한 발포란, 불활성 가스를 발포제로서 수지에 함침시키고, 이 가스를 기포로 성장시켜 발포 셀을 형성하는 기술이며, 발포 셀이 작고, 또한 전체에 균일하게 분포한다는 이점이 있으며, 더 나아가서는 발포 셀에 의한 강도 등의 물성 저하가 낮다는 이점도 있다.

특히 본 발명에서는 인편 형상 안료 등의 광택 안료와는 다른 비광택 안료를 착색제로서 사용한다는 조건하에서, 이용하는 착색제를 적절히 선택함으로써 금색 내지는 은색의 외관을 갖는 연신 발포 플라스틱 성형체를 얻을 수 있다. 이러한 양태는 가식성을 최대한으로 발휘시킬 수 있으며, 본 발명에 있어서는 최적의 양태이다.

도 1은 본 발명의 연신 발포 플라스틱 성형체의 발포 영역에서의 최대 연신 방향을 따른 측단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 연신 발포 플라스틱 성형체의 대표 예인 보틀의 형태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 연신 발포 플라스틱 성형체의 제조에 이용하는 프리폼의 발포 영역에서의 단면도이다.
도 4는 도 2의 보틀을 제조하기 위해 성형되는 용기용 프리폼의 형태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 연신 발포 플라스틱 성형체의 발포 영역에서의 단면(최대 연신 방향을 따른 수직 단면)을 나타내는 도 1을 참조하여, 전체를 10으로 나타내는 성형체의 발포 영역에는 편평 형상의 발포 셀(1)이 다수 분포하고 있다. 즉, 이 발포 셀(1)은 매트릭스(3)를 형성하고 있는 플라스틱이 연신되어 있기 때문에, 모두 최대 연신 방향이 가장 길어지도록 늘인 편평 형상을 가지고 있다.

일반적으로, 동 분말, 알루미늄 분말, 아연 분말, 금 분말, 은 분말 등의 많은 금속 분말 안료나, 운모나 인편 형상 티탄, 인편 형상 스테인리스 등의 인편 형상(플레이크 형상) 안료, 혹은 이와 같은 인편 형상 안료의 표면을 코발트, 니켈, 티탄 등의 금속 미립자로 피복한 안료(광휘 안료)를 사용하고(이하, 이들 안료를 광택 안료 혹은 메탈릭 안료라고 부르는 경우가 있다), 이들을 적절히 다른 색 안료 등과 병용함으로써 메탈릭한 외관을 얻을 수 있다. 그런데, 본 발명은 이와 같은 광택 안료를 사용하지 않고, 다른 착색제(비광택 안료)와 발포 셀(1)에 의해 금속색으로 발색시키는 것이다. 따라서 이와 같은 편평 형상 발포 셀(1)의 최대 두께(t)는 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하, 보다 바람직하게는 30㎛ 이하이고, 또한 평균 애스펙트비가 4 이상, 바람직하게는 6 내지 30의 범위에 있는 것이 필요하며, 더 나아가서는 외표면에, 발포 셀(1)이 존재하고 있지 않은 비발포의 얇은 플라스틱 표피층(5)이 형성되어 있는 것이 필요하다.

또한, 애스펙트비란, 도 1로부터 이해되는 바와 같이, 편평 형상 발포 셀(1)의 최대 길이(최대 연신 방향 길이)를 L로 했을 때, L/t로 나타내진다(t는 셀(1)의 두께이다).

즉, 상기와 같이 작은 편평 형상의 발포 셀(1)과 매트릭스(3) 중에 배합되어 있는 착색제에 의해 차광성이 부여되고, 평활한 표피층(5)의 표면(예를 들면 평균 표면 거칠기(Ra)(JIS B 0601)가 10㎛ 이하)과 편평 형상의 발포 셀(1)에서의 정반사나 다중 반사, 광의 산란, 더 나아가서는 광의 간섭 작용도 더해지는 동시에, 표피층(5)에 의한 매니큐어 효과(표면에서의 광의 굴절률 등이 한결같다) 및 착색제에 의한 색미도 더해지며, 이 결과 광택이 있는 금속색의 외관을 띠게 되는 것이다.

특히 본 발명에서는, 발포 셀(1)의 기포수가 많고 또한 셀 지름(발포 셀(1)의 최대 길이)이 클수록 반사량이 많아지기 때문에 성형체(10)의 외관은 밝아지고, 반대로 발포 셀(1)의 기포수가 적고 또한 셀 지름(발포 셀(1)의 최대 길이)이 작을수록 반사광이 적어져서 성형체(10)의 외관은 어두운 색이 된다.

또, 발포 셀(1)의 최대 두께가 크고 애스펙트비가 작을수록 정반사가 적고, 난반사가 현저하게 되기 때문에 광택이 없어진다.

또한 표피층(5)의 두께가 두꺼울수록 매니큐어 효과가 현저하여 진한 색으로 발색하고, 표피층(5)의 두께가 얇을수록 매니큐어 효과가 희박하여 연한 발색이 된다.

따라서, 본 발명에 있어서는 평균 두께(t) 및 애스펙트비(L/t)에 의해 편평 형상 발포 셀(1)의 크기가 일정한 범위로 특정되어 있기 때문에, 기포수나 표피층(5)의 두께를, 이용하는 착색제의 색이나 양에 따라 적절한 범위로 조정함으로써, 목적으로 하는 금속색의 외관을 얻을 수 있다.

예를 들면, 금속색의 외관을 얻기 위해서는 전광선 투과율이 40％ 이하, 특히 20％ 이하가 될 정도의 차광성이 얻어지는 수(數)로 전술한 크기의 편평 형상 발포 셀(1)이 형성되어 있으면 좋다. 여기에서 전광선 투과율은 배합하는 착색제가 활성을 나타내지 않는, 즉 흡수 계수 a=0이 되는 파장에서 측정을 실시하면 좋다.

또, 전술한 메탈릭계 안료 이외의 착색제는 일반적으로 성형체(10)(매트릭스(3))를 형성하고 있는 플라스틱 100중량부당 5 내지 0.0005중량부, 특히 3 내지 0.001중량부의 양으로 사용된다.

또한 본 발명에 있어서는 상기와 같은 기포수나 표피층(5)의 두께와 색의 관계를 이용하여 적절한 색의 비광택 안료를 착색제로 이용함으로써, 가장 가식성이 높은 금색 내지는 은색으로 발색시킬 수 있고, 이것은 본 발명의 최대의 이점이다.

예를 들면, 본 발명에서는 전술한 광택 안료 이외의 것이라면, 여러 가지 색의 안료를 착색제로서 사용할 수 있고, 어떠한 색의 착색제를 이용한 경우라도 광의 산란, 반사, 간섭 및 매니큐어 효과에 의한 광택 혹은 윤이 더해져 해당 색에 따른 금속색을 나타내도록 할 수 있지만, 특히 금색을 얻고자 하는 경우에는 등색∼녹색계의 비금속계 안료가 사용되고, 은색을 얻고자 하는 경우에는 광택을 갖고 있지 않은 비광택 안료인 흑색계의 안료가 사용된다.

또한, 등색∼녹색계의 비금속계 안료의 구체적인 예로는 이것에 한정되는 것은 아니지만, 이하의 것을 예시할 수 있고, 성형체의 용도에 따라 이와 같은 색의 안료를 1종 혹은 2종 이상의 조합으로 선택하여 사용할 수 있다.

등색안료:

크롬 오렌지, 몰리브덴 오렌지, 퍼머넌트 오렌지 GTR, 피라졸론 오렌지, 벌컨 오렌지, 인단트렌 브릴리언트 오렌지 RK, 벤지딘 오렌지 G, 인단트렌 브릴리언트 오렌지 GK.

적색 안료:

벵가라, 카드뮴 레드, 연단(鉛丹), 황화수은 카드뮴, 퍼머넌트 레드 4R, 리톨 레드, 피라졸론 레드, 워칭 레드 칼슘염, 레이크 레드 D, 브릴리언트 카민 6B, 에오신 레이크, 로다민 레이크 B, 알리자린 레이크, 브릴리언트 카민 3B.

자색 안료:

망간 바이올렛, 패스트 바이올렛 B, 메틸 바이올렛 레이크.

청색 안료:

감청(紺靑), 코발트 블루, 알칼리 블루 레이크, 빅토리아 블루 레이크, 프탈로시아닌 블루, 무금속 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 블루 부분 염소화물, 패스트 스카이 블루, 인단트렌 블루 BC.

녹색 안료:

크롬 그린, 산화 크롬, 피그먼트 그린 B, 말라카이트 그린 레이크, 파이널 옐로우 그린 G.

또, 은색을 목적으로 하여 사용되는 흑색계 안료로는 카본 블랙이 대표적이다. 또, 금속분말 안료이지만, 산화철 등의 철계 안료도 비광택 안료이며, 이것을 사용할 수도 있다.

또, 상기와 같은 색 안료 중에서도, 미발포 성형체로 한 경우에, L*a*b*컬러 모델로 a*값이 20∼-20의 범위에 있고, b*값이 40∼-5의 범위에 있으며, 또한 L값이 90 이하, 특히 80 내지 50의 범위가 되는 양 및 조합으로 상기의 안료가 사용되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 후술하는 보틀에서는 미발포 영역으로 되어 있는 마우스부(네크부)에 있어서, b*값 및 L*값이 상기와 같은 범위로 되어 있는 것이 적합하다.

또한 선명하고 명료한 금색 내지는 은색을 얻기 위해서는 발포 영역에서의 발포 셀(1)의 밀도가 10⁵ 내지 10⁸개/㎤의 범위에 있고, 또한 표피층(5)의 두께가 1 내지 20㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는 상기와 같이 착색제의 종류나 양에 더하여 발포 셀(1)의 밀도(셀 수) 및 표피층(5)의 두께를 선택함으로써 선명하고 명료한 금색 내지는 은색을 발현시킬 수 있다.

예를 들면, 팬톤색 견본 No.로 871C, 872C, 873C, 874C, 875C, 876C, 8384C, 8385C, 8580C, 8581C, 8582C, 8640C, 8641C, 8642C, 8643C, 8644C, 8645C, 8940C, 8660C, 8960C, 8961C의 금색을 발현시킬 수 있다.

또, 팬톤색 견본 No. 877C, 8001C, 8400C, 8401C, 8402C, 8403C, 8404C, 8405C, 8420C, 8421C, 8422C, 8423C, 8424C, 8425C의 은색을 발현시킬 수 있다.

상술한 연신 발포 플라스틱 성형체(10)의 형성에 이용하는 플라스틱(즉, 매트릭스(3)의 플라스틱)으로는 후술하는 불활성 가스를 함침시킨 마이크로 셀룰러에 의한 발포가 가능한 한 특별히 제한되지 않고, 그 자체 공지의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 예를 들면, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐 혹은 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐 등의 α-올레핀끼리의 랜덤 혹은 블록 공중합체, 환상 올레핀 공중합체 등의 올레핀계 수지; 에틸렌·초산비닐 공중합체, 에틸렌·비닐 알코올 공중합체, 에틸렌·염화 비닐 공중합체 등의 에틸렌·비닐계 공중합체; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴·스티렌 공중합체, ABS, α-메틸스티렌·스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 염화비닐·염화비닐리덴 공중합체, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸 등의 비닐계 수지; 나일론 6, 나일론 6-6, 나일론 6-10, 나일론 11, 나일론 12 등의 폴리아미드 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 및 이들의 공중합 폴리에스테르 등의 폴리에스테르 수지; 폴리카보네이트 수지; 폴리페닐렌옥사이드 수지; 폴리 유산 등 생분해성 수지; 등에 의해 성형체(10)를 형성할 수 있다. 물론, 이들의 열가소성 수지의 혼합물에 의해 성형체(10)가 형성되어 있어도 된다.

발포 영역에 있어서, 상술한 금속색, 특히 금색 내지는 은색을 띠는 본 발명의 연신 발포 플라스틱 성형체(10)는 포장 용기, 특히 플라스틱 보틀로서 사용되는 것이 최적이다. 즉, 금속색, 특히 금색 내지는 은색의 외관을 갖는 플라스틱 보틀은 저가로 제조할 수 없는 것도 있어 지금까지 전혀 제조되었던 적이 없지만, 본 발명에서는 고가의 메탈릭 안료를 사용하지 않고 제조할 수 있기 때문에 플라스틱 보틀로서 그 가식성을 최대한으로 발휘시킬 수 있다.

도 2에는, 이와 같은 플라스틱 보틀 형태의 일례가 나타내어져 있다. 도 2에 있어서 전체를 60으로 나타내고 있는 보틀은 저부(65) 및 몸통부(63)를 구비하고 있고, 몸통부의 상단에는 나사부(61a) 및 서포트 링(61b)을 구비한 네크부(61)가 형성되어 있다. 즉, 이와 같은 보틀(60)에 있어서, 저부(65) 및 몸통부(63)가 전술한 발포 셀(1)이 존재하고 있는 발포 영역으로 되어 있어 차광성을 가지며, 전술한 금속색을 띠고 있다. 한편, 마우스부 및 그 근방에 상당하는 네크부(61)는 비발포 영역으로 되어 있고, 이 영역에는 발포 셀은 존재하고 있지 않다. 따라서 네크부(61)는 고강도이며, 뛰어난 치수 안정성을 가지고 있고, 나사부(61a)에서의 캡과의 나사 걸어 맞춤을 확실하게 또한 견고하게 실시할 수 있으며 또, 서포트 링(61b)을 파지한 반송도 확실하게 실시할 수 있도록 되어 있다.

이와 같은 플라스틱 보틀(60)은 올레핀계 수지나 폴리에스테르 수지에 의해 적합하게 성형되고, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르 수지는 이와 같은 보틀(60)의 성형에는 최적이다.

<연신 발포 플라스틱 성형체의 제조>

발포 영역에 있어서 금속색, 특히 금색 내지는 은색을 띠는 본 발명의 연신 발포 플라스틱 성형체는 전술한 메탈릭계 안료 이외의 착색제를 플라스틱에 혼련하여 성형을 실시하는 것 및 발포 셀의 크기나 표피층의 두께 등이 소정의 범위가 되도록 불활성 가스의 함침량, 발포 조건, 연신 조건 등의 성형 조건을 조정하는 것을 제외하면, 본 출원인이 지금까지 제안해 온 공지의 방법(예를 들면, 특허문헌 1∼3이나 WO2009/119549 등)을 이용하여 제조할 수 있다.

예를 들면, 발포제가 되는 불활성 가스(예를 들면 질소 가스나 탄산 가스 등)가 용해된 프리폼을 준비하고(가스 함침 프리폼의 조제 공정), 이어서 해당 프리폼의 표면으로부터 불활성 가스를 일부 방출시키고(가스 방출 공정), 이후, 최종적으로 얻어지는 성형체의 발포 영역이 되는 부분을 선택적으로 가열하여 발포 프리폼을 얻고(발포 공정), 이와 같이 하여 얻어진 발포 프리폼을 마지막으로 연신 성형에 제공함으로써 보틀 등의 형상의 연신 발포 플라스틱 성형체를 얻을 수 있다.

가스 함침 프리폼의 조제 공정에 있어서, 프리폼은 전술한 열가소성 수지 플라스틱과 소정량의 착색제와의 용융 혼련물(성형용 수지 조성물)을 압출 성형, 사출 성형, 압축 성형 등의 공지된 성형 수단에 의해 성형함으로써 얻어지지만, 불활성 가스의 함침(가스의 용해)은 성형된 프리폼을 가열 혹은 비가열하에서 고압의 불활성 가스 분위기하에 둠으로써 실시할 수 있다. 이 온도가 높을수록 가스의 용해량은 적지만 함침 속도는 빠르고, 온도가 낮을수록 가스의 용해량은 많지만 함침에는 시간이 걸리게 된다.

또, 성형기 중의 용융 혼련부에 고압으로 불활성 가스를 공급하고, 불활성 가스가 용해된 성형용 수지 조성물을 그대로 사출 성형 등의 성형에 제공함으로써 불활성 가스가 함침한 프리폼을 얻을 수도 있다. 이 경우, 사출 성형기 중에서의 발포 등을 방지하고 또한 스월 마크 등의 외관 불량이 없는 프리폼을 얻기 위해서는 예를 들면 WO2009/119549 등에서 본 출원인이 제안하고 있는 바와 같이, 고압으로 유지된 금형 캐비티 내에 보압을 걸면서 불활성 가스가 용해된 성형용 수지 조성물을 사출 충전함으로써 성형을 실시하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 하여 얻어진 가스 함침 프리폼은 냉각 고화한 상태에서 금형 내로부터 꺼내어지는데, 가스 방출 공정에서는 이 가스 함침 프리폼을 소정 시간 상압하(대기압)에 개방함으로써, 그 표면으로부터 불활성 가스를 방출시킨다. 이에 따라, 이 프리폼의 표층부에는 불활성 가스가 용해되어 있지 않거나 혹은 불활성 가스 농도가 낮아진 얇은 표피층이 형성되고, 이 표피층이 전술한 성형체(10)에 있어서의 비발포의 플라스틱 표피층(5)에 대응하는 것이며, 이 때의 대기압하에서의 개방 시간(실질적으로는 다음의 가열 발포를 실시할 때까지의 시간)에 의하여 표피층(5)의 두께를 조정할 수 있다. 즉, 개방 시간이 길면 표피층(5)의 두께는 두꺼워지고, 개방 시간이 짧을수록 표피층(5)의 두께는 얇아진다.

또한 표피층(5)은 발포 영역이 되는 부분의 외면에만 형성되어 있으면 되고, 프리폼의 전체에 걸쳐 일부러 형성하는 것은 아니기 때문에, 발포 영역이 되는 부분만을 대기에 노출시키고, 다른 부분은 대기에 노출하지 않도록 덮어 두는 등의 수단을 채용하여 발포 영역이 되는 부분의 외면에 대해서만 선택적으로 가스를 방출시킬 수도 있다.

상기의 가스 방출에 이어서 실시되는 발포 공정에서는 성형체(10)의 발포 영역이 되는 부분을 선택적으로 가열함으로써, 불활성 가스의 팽창에 의해 셀을 발생, 성장시키고, 이에 따라 발포가 실시된다. 발포를 위한 가열 온도는 수지의 유리 전이점(Tg) 이상이지만, 프리폼의 열 변형을 방지하기 위해 수지의 융점 미만인 것이 필요하다. 이 가열 온도가 높고 또한 가열 시간이 길수록 큰 셀이 많이 형성되게 된다. 따라서 이것을 이용하여 셀 밀도나 셀 크기의 조정을 실시할 수 있다.

이와 같이 하여 발포 셀이 분포한 발포 영역을 갖는 발포 프리폼이 얻어진다. 이 발포 프리폼의 발포 영역에는 도 3에 나타내는 바와 같이, 다수의 발포 셀(1a)이 형성되어 있고, 외면측에는 최종적으로 얻어지는 표피층(5)에 대응하는 비발포층(5a)이 형성되어 있다.

이 도 3으로부터 이해되는 바와 같이, 이 발포 프리폼은 연신 성형되어 있지 않기 때문에, 발포 셀(1a)은 거의 구형상이며, 편평하지 않다. 따라서 이 발포 프리폼의 발포 영역에서는 셀이 구형으로 난반사가 많기 때문에 흰빛을 띠는 색이 되고, 광택도 부족하여 금속색을 띠는데까지는 이르지 못하고 있다.

본 발명에 있어서는 상기와 같은 발포 프리폼을 연신함으로써, 전술한 평균 두께(t) 및 애스펙트비의 편평 형상의 발포 셀(1)을 구비한 성형체(10)를 얻는 것이지만, 특히, 금색 내지는 은색을 띠기에 적합한 발포 프리폼에서는 전술한 가스 용해량이나 발포 조건(가열 온도)을 조정하여, 예를 들면 구형상의 발포 셀(1a)의 셀 밀도를 1×10⁵ 내지 1×10⁸ cells/㎤ 정도로 하고 또한 평균지름(원 상당 지름)이 5 내지 50㎛ 정도가 되도록 설정하며, 더 나아가서는 이때의 전광선 투과율을 30％ 이하로 해두는 것이 바람직하다. 즉, 이와 같은 발포 프리폼을 다음의 연신 성형을 함으로써, 금색 내지는 은색을 띠는 연신 발포 성형체(10)를 얻을 수 있다.

또한, 발포를 위한 가열은 열풍의 분사, 적외선 히터 등에 의한 외부 가열, 오일욕에의 침지 등에 의하여 발포 영역이 되는 부분에 대해 선택적으로 실시된다.

예를 들면, 도 4에는 도 2의 발포 보틀(60)을 얻기 위한 프리폼의 형상이 나타내어져 있는데, 이 프리폼(50)은 전체적으로 시험관 형상을 갖고 있고, 그 상부에 나사(51a) 및 서포트 링(51b)을 구비한 네크부(51)가 형성되어 있으며, 네크부(51)의 아래쪽에 몸통부(53) 및 저부(55)가 형성되어 있다. 즉, 도 2의 발포 보틀(60)에서는 나사(61a) 및 서포트 링(61b)을 구비한 네크부(61)는 비발포 영역이기 때문에, 이 프리폼(50)의 네크부(51)도 비발포 영역이고, 그 몸통부(53) 및 저부(55)가 발포 영역이 되며, 상기의 선택적 가열에 의해 상술한 구형상의 발포 셀(1a)이 형성되게 된다.

물론, 성형체(10)의 전체를 발포 영역으로 하는 경우에는 발포 프리폼의 전체를 가열하면 된다.

상기의 발포 프리폼에 대하여 실시되는 연신 성형은 그 자체 공지의 방법으로 실시되고, 예를 들면, 수지의 유리 전이 온도 이상, 융점 미만의 온도로 프리폼을 가열한 블로우 성형 혹은 플러그 어시스트 성형으로 대표되는 진공 성형 등에 의해 연신되어, 목적으로 하는 연신 발포 성형체(10)가 얻어진다.

즉, 도 2에 나타내어져 있는 형태의 보틀을 제조하는 경우에는 도 4에 나타내어져 있는 시험관 형상의 발포 프리폼을 제작하고, 이것을 블로우 성형에 제공하는데, 컵 형상의 용기를 제조하는 경우에는 판상 형상 혹은 시트 형상의 발포 프리폼(저부 및 몸통부에 대응하는 중앙 부분이 발포 영역이 된다)을 플러그 어시스트 성형 등으로 하면 된다.

연신은, 예를 들면 최대 연신 방향을 따른 단면에서의 발포 셀(1)의 두께(t)나 애스펙트비가 전술한 범위가 되도록, 발포 프리폼 중의 발포 셀(1a)의 지름이나 셀 밀도 등에 따라 적당한 연신 배율로 실시된다. 예를 들면, 축 방향(높이 방향) 및 둘레 방향의 2축 방향으로 연신되는 블로우 성형에서는 통상 축 방향이 최대 연신 방향이 되고, 이 방향에서의 연신 배율을 조정하여, 전술한 두께(t) 및 애스펙트비를 갖는 편평 형상의 발포 셀(1)이 형성되고 또한 적당한 두께의 표피층(5)이 형성되도록 하면 된다. 또, 축 방향에 대해서만 1축 방향으로 연신이 실시되는 플러그 어시스트 성형 등에서는 이 방향에서의 연신이 최대 연신 방향이 되고, 상기와 같은 편평 형상의 발포 셀(1) 및 표피층(5)이 형성되도록 연신 배율이 조정되어 연신이 실시된다.

이와 같이 하여 얻어지는 본 발명의 발포 연신 플라스틱 성형체(예를 들면 보틀, 필름, 시트, 사출 성형품 등)는 고가의 광택 안료가 배합되어 있지 않고, 저가의 비광택 안료가 착색제로서 사용되어 있음에도 불구하고, 그 발포 영역은 금속색을 띠고 있어 높은 가식성을 가진다. 특히 금색 내지는 은색을 띠는 보틀에는 그 고급감도 있어 가식성이 최대한으로 살려진 것으로 되어 있다. 물론, 차광성을 갖고 있기 때문에, 빛에 의한 변질을 일으키는 내용물의 수용에 유효하게 적용되고, 발포 셀의 형성에 의해 경량성이나 단열성의 점에서도 우수하다.

실시예

본 발명을 이하의 실험예에 의해 설명한다. 또한 본 발명은 발포 연신 플라스틱 성형체 전반에 적용할 수 있는 것으로, 이하의 예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

보틀용 PET 수지(고유 점도: 0.84 dl/g) 100중량부에, 적색과 녹색의 유기안료로 이루어지는 갈색 PET 수지용 착색 마스터 배치를 3중량부 건식 혼합하여 사출 성형기에 공급했다.

또한 사출 성형기의 가열통의 도중에서 질소 가스를 0.15중량％ 공급하여 PET 수지와 혼련해 용해시켰다. 또, 금형 내에서의 발포를 억제하기 위해 미리 금형 내부를 공기로 승압해 두고(금형내 압력 5MPa), 발포하지 않도록 보압의 정도를 조정(보압력 60MPa, 사출 보압 시간 22초)하며, 질소 가스가 용해되어 있는 PET 수지를 금형 내에 사출하여 냉각 고화하여 시험관 형상의 용기용 프리폼을 얻었다. 이 프리폼은 가스는 함침하고 있지만 실질 비발포 상태에 있다.

상기의 프리폼은 갈색을 띠고, 발포 셀은 보이지 않으며, 또 발포 가스를 첨가하지 않는 경우와 비교하면 경량화율은 0％이었다.

이어서, 마우스부를 제외한 프리폼 몸통부를 적외선 히터에 의해 가열하여 발포시킨 후, 즉시 블로우 성형하여 내용량이 약 500ml인 발포 보틀을 얻었다.

얻어진 보틀은 마우스부를 제외한 용기 전체가 금색의 광택을 띠고, 뛰어난 외관과 은폐성을 가지고 있었다. 팬톤색 견본과 비교한 바, 8385C의 색을 띠었다.

보틀 몸통부에 있어서 용기 상하 방향에 대하여 수직 방향 단면을 조작형 전자현미경(SEM)으로 관찰한 바 미세한 편평 형상 셀이 다수 형성되어 있고, 기포의 최대 두께는 32㎛, 평균 애스펙트비는 11.2이며, 표층에는 기포가 전혀 존재하고 있지 않은 표피층이 있고, 그 두께는 2㎛이었다.

보틀 몸통부의 일부를 잘라내고, 550℃로 설정한 전기로에서 1주야(一晝夜) 회화(灰化)처리를 실시한 바, 잔사(殘渣)는 10ppm 이하이며, 금속분말 안료 및 인편 형상 안료 등의 무기 안료 잔사가 없는 것을 확인했다.

<비교예 1>

실시예 1에 있어서, 사출 성형기의 가열통 내에서 질소 가스를 더하지 않는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 보틀을 성형했다. 얻어진 보틀은 투명한 갈색을 띠고 있고, 기포는 생성되지 않으며, 은폐성과 광택은 뒤떨어져 금속색을 띠는데는 이르지 못했다.

<실시예 2>

실시예 1에 있어서 프리폼 성형 후 1주일간 시간 경과시키고 나서 블로우 성형을 실시한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 보틀을 제작했다.

얻어진 보틀은 마우스부를 제외한 용기 전체가 금색의 광택을 띠고, 뛰어난 외관과 은폐성을 가지고 있었다. 팬톤색 견본과 비교한 바, 8642C의 색을 띠었다. SEM에 의해 보틀 몸통부 단면을 관찰한 바, 기포의 최대 두께는 28㎛, 평균 애스펙트비는 10.9, 표피층 두께는 19㎛이었다.

<실시예 3>

실시예 1에 있어서 착색 마스터 배치의 양을 1 중량부로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 보틀 성형을 실시했다.

얻어진 보틀은 마우스부를 제외한 용기 전체가 밝은 금색의 광택을 띠고, 뛰어난 외관과 은폐성을 가지고 있었다. 팬톤색 견본과 비교한 바 467C의 색을 띠었다. SEM에 의해 보틀 몸통부 단면을 관찰한 바, 기포의 최대 두께는 27㎛, 평균 애스펙트비는 11.2, 표피층 두께는 3㎛이었다.

<실시예 4>

실시예 1에 있어서, 사출 성형기의 가열통 내에서 더하는 질소 가스의 양을 0.12중량％로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 보틀을 성형했다.

얻어진 보틀은 마우스부를 제외한 용기 전체가 어두운 금색을 띠고, 뛰어난 외관을 가지고 있었다. 팬톤색 견본과 비교한 바, 462C의 색을 띠었다. SEM에 의해 보틀 몸통부 단면을 관찰한 바, 기포의 최대 두께는 21㎛, 평균 애스펙트비는 10.5, 표피층 두께는 4㎛이었다.

<비교예 2>

실시예 1에 있어서, 사출 성형기의 가열통 내에서 더하는 질소 가스의 양을 0.20중량％로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 보틀을 성형했다. 사출 단계에서 얻어진 프리폼에는 미세한 기포가 다수 보이며, 블로우하여 얻어진 보틀은 마우스부를 제외한 용기 전체가 연한 황색을 띠고 광택감은 없으며, 금속색을 띠는데는 이르지 못했다. 팬톤색 견본과 비교한 바, 486C의 색을 띠었다. SEM에 의해 보틀 몸통부 단면을 관찰한 바, 기포의 최대 두께는 62㎛, 평균 애스펙트비는 10.4, 표피층 두께는 2㎛이었다.

<비교예 3>

보틀용 PET 수지(고유 점도: 0.84 dl/g) 100중량부에 실시예 1에서 이용한 갈색 PET 수지용 착색제를 3중량부 건식 혼합하여 사출 성형기에 공급했다. 또한 사출 성형기의 가열통의 도중에서 질소 가스를 0.15중량％ 공급하여 PET 수지와 혼련해 용해시키는 동시에, 금형 내에서의 발포를 억제하기 위해 미리 금형 내부를 공기로 승압해 두고(금형내 압력 5MPa), 발포하지 않도록 보압의 정도를 조정(보압력 55MPa, 사출 보압 시간 19초)하며, 질소 가스가 용해되어 있는 PET 수지를 금형 내에 사출하여 냉각 고화하여 사출 성형판(두께 1.5mm)을 얻었다. 이 사출 성형판은 가스는 함침하고 있지만 실질 비발포 상태이다.

이어서, 얻어진 사출 성형판을 열풍 분사식 오븐에 의해 가열하여 발포 사출 성형판을 얻었다. 얻어진 발포 사출 성형판은 황토색을 띠고, 은폐성을 가지고 있지만, 광택이 없으며, 금속색을 띠는데는 이르지 못했다.

성형판 단면을 SEM으로 관찰한 바 미세한 구형상 셀이 다수 형성되어 있고, 기포의 최대 두께는 47㎛, 평균 애스펙트비는 1.1이었다.

<실시예 5>

실시예 1과 마찬가지의 방법으로, PET 수지 100중량부에 카본 블랙으로 이루어지는 흑색계의 PET 수지용 착색 마스터 배치를 0.5중량부 건식 혼합하여 사출 성형기에 공급하고, 질소 가스 0.13중량％를 혼련해 사출 성형하여 실질 비발포 상태의 용기용 프리폼을 얻었다. 얻어진 프리폼은 흑색을 띠고, 발포 셀은 보이지 않으며, 경량화율 0％이었다.

이어서, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 블로우 성형하여 내용량이 약 500ml인 발포 보틀을 얻었다. 얻어진 보틀은 마우스부를 제외한 용기 전체가 은색의 광택을 띠고, 뛰어난 외관과 은폐성을 가지고 있었다. 팬톤색 견본과 비교한 바, 8400C의 색을 띠었다.

SEM에 의해 보틀 몸통부 단면을 관찰한 바, 기포의 최대 두께는 10㎛, 평균 애스펙트비는 8.5, 표피층 두께는 10㎛이었다.

<실시예 6>

흑색 마스터 배치 첨가량을 2중량부로 한 것 이외에는 실시예 5와 마찬가지의 방법으로 사출했다. 그 후, 표층의 가스를 빼기 위해 대기 중에 1개월 시간 경과시켰다. 시간 경과 후 블로우하여 보틀을 얻은 바, 얻어진 보틀은 마우스부를 제외한 용기 전체가 은색의 광택을 띠고, 뛰어난 외관과 은폐성을 가지고 있었다. 팬톤색 견본과 비교한 바, 8403C의 색을 띠었다.

SEM에 의해 보틀 몸통부 단면을 관찰한 바, 기포의 최대 두께는 5.9㎛, 평균 애스펙트비는 9.6, 표피층 두께는 93㎛이었다.

1: 편평 형상 발포 셀 3: 매트릭스
5: 표피층 10: 연신 발포 플라스틱 성형체
t: 발포 셀(1)의 두께 L: 발포 셀(1)의 최대 길이

Claims (5)

1. 발포 셀을 내장하고 있는 발포 영역이 적어도 일부에 형성되어 있는 연신 발포 플라스틱 성형체에 있어서,
   상기 발포 셀은 상기 성형체의 최대 연신 방향을 따른 수직 단면에서 보아 최대 두께가 50㎛ 이하이고 또한 평균 애스펙트비가 4 이상이 되는 편평 형상을 가지고 있으며, 발포 영역 내에서 10⁵ 내지 10⁸개/㎤의 밀도 범위를 가지고,
   상기 발포 영역에서의 외면에는 상기 발포 셀이 분포하고 있지 않은 1 내지 20㎛ 두께의 비발포의 플라스틱 표피층이 형성되어 있고,
   상기 성형체는, 착색제로서, 비광택 안료가 배합되어 있고 또한 상기 성형체의 발포 영역은 금속색을 띠고 있는 것을 특징으로 하는 연신 발포 플라스틱 성형체.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 착색제로서 등색∼녹색계 안료가 사용되어 있고, 금색을 띠는 연신 발포 플라스틱 성형체.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 착색제로서 흑색계 안료가 사용되어 있고, 은색을 띠는 연신 발포 플라스틱 성형체.
5. 제 1 항에 있어서,
   보틀 형상을 갖고 있고, 적어도 상기 보틀의 몸통부가 상기 발포 영역으로 되어 있는 연신 발포 플라스틱 성형체.

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