KR101685264B1 - 발포 연신 플라스틱 용기 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 발포 연신 성형 플라스틱 용기는, 입구부와, 이 입구부에 연속해 있으면서 연신 성형된 동체부를 갖고 있고, 상기 동체부에 발포 셀이 분포하고 있는 발포 영역이 형성되고, 상기 입구부는 발포 셀이 존재하지 않는 비발포 영역으로 되어 있다고 하는 기본 구조에 더하여, 상기 발포 영역에 존재하고 있는 발포 셀은, 연신 방향으로 잡아 늘려진 편평 형상을 갖고 있는 동시에, 상기 발포 셀의 최대 연신 방향 길이는, 용기벽의 두께 방향 중심부에 위치하는 것이 가장 길게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

발포 연신 플라스틱 용기 및 이의 제조 방법{FOAMED AND STRETCHED PLASTIC CONTAINERS AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 불활성 가스가 함침되어 있는 수지 용융물을 사출 성형함으로써 얻어지는 프리폼을 연신 성형하여 얻어지는 발포 연신 플라스틱에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 사출 성형에 의해 얻어진 프리폼을 연신 가능한 온도로 유지한 채로 연신 성형이 행해지는 핫 패리슨법에 의해 제조되는 발포 연신 플라스틱 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

현재, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 대표되는 폴리에스테르 등으로 성형된 연신 성형 플라스틱 용기는, 투명성, 내열성, 가스 차단성 등의 특성이 우수하여, 여러 가지 용도로 널리 사용되고 있다.

한편 최근에는, 자원의 재이용이 강하게 요구되어, 이러한 특성이 우수한 연신 성형 용기로서, 발포 연신 용기가 알려져 있다. 즉, 발포 연신 용기는, 착색제를 배합하지 않고, 발포에 의해 차광성을 발현시킬 수 있기 때문에, 착색제의 배합에 의해 차광성이 부여되는 용기에 비하여, 그 리사이클 적성은 각별히 우수하다.

플라스틱 성형체의 발포 수단으로서는, 탄산소다 등의 화학 발포제를 이용한 화학 발포가 예전부터 알려져 있지만, 현재는, 이러한 화학 발포제를 사용하지 않고, 불활성 가스를 플라스틱 중에 용해시켜서, 이 가스를 기포로 성장시킨다고 하는 마이크로셀 기술에 의한 발포가 주목을 받고 있다. 이러한 발포 기술은 물리 발포라고도 불리며, 화학 발포에 비하여 기포(발포 셀)를 꽤 작게 제어할 수 있고, 게다가 균일하게 분포시킬 수 있다고 하는 이점을 갖고 있기 때문이다.

이러한 마이크로셀 기술에 의한 발포를 이용한 발포 연신 플라스틱 용기는 예컨대 본 출원인에 의해 제안되어 있다(특허문헌 1~4).

또한, 연신 플라스틱 용기의 제조 방법으로서는 콜드 패리슨(Cold Parison)법과 핫 패리슨(Hot Parison)법이 알려져 있다.

콜드 패리슨법은, 플라스틱의 사출 성형에 의해 용기용 프리폼을 성형하여, 이 프리폼을 일단 냉각하고, 이 후에 블로우 성형 등의 연신 성형 공정으로 프리폼을 옮겨 연신 성형을 함으로써 용기를 제조한다고 하는 것으로, 사출 성형에 의한 프리폼의 성형 공정과 연신 성형에 의한 프리폼에서 용기로의 성형 공정이 완전히 분리 독립되어 있기 때문에, 각각의 성형 공정에서 최적의 조건을 설정할 수 있어, 각 성형 공정을 최고 속도로 설정할 수 있는 등, 고속 생산이나 양산의 관점에서 매우 유리하고, 또한, 프리폼을 스톡할 수 있어, 최종 제품인 용기를 생산하는 장소를, 프리폼을 생산하는 장소에 의존하지 않고, 사용자의 사정에 따라서 결정할 수 있는 등의 이점도 있어, 특히 음료용의 PET병 등은 그 대부분이 콜드 패리슨법에 의해서 생산되고 있다.

한편, 핫 패리슨법은, 플라스틱의 사출 성형에 의해 성형된 용기용 프리폼을 냉각하지 않고, 연신 가능한 온도로 유지한 채로, 연신 성형 공정으로 이행하여 연신 성형을 함으로써 용기를 제조한다고 하는 방법이다. 즉, 이 방법은 프리폼의 성형에 이어서 연속적으로 연신 성형이 행해지기 때문에, 연신 성형할 때에, 성형 직후의 프리폼이 갖는 열을 이용할 수 있어, 열에너지의 유효 이용이라는 점에서 매우 유리하며, 또한 설비비가 저렴하다고 하는 이점도 갖고 있고, 프리폼의 가열이 어렵기 때문에, 콜드 패리슨법에서는 적용이 곤란한 두께감 있는 용기의 제조에 유리하다. 다만, 이 방법은, 프리폼의 성형에 이어서 연신 성형이 행해지기 때문에, 연신 성형 조건이 프리폼의 성형 조건(예컨대 성형 속도)에 의존하므로, 양산성이나 생산 속도의 점에서는 콜드 패리슨법에 뒤떨어지기 때문에, 다(多)품종 소(小)로트 제품(예컨대 조미액이나 세제 등의 용기)에 적용되고 있다.

그런데, 마이크로셀 기술을 이용한 발포 연신 플라스틱 용기는 핫 패리슨법에 적용하기가 매우 어렵다.

즉, 콜드 패리슨법에서는, 성형된 프리폼을 일단 냉각한 후에 연신 성형을 하기 때문에, 프리폼의 성형 공정과 연신 성형 공정 사이에 가열에 의한 발포 공정을 둘 수 있고, 가열 조건을 조정함으로써, 발포의 정도를 제어할 수 있지만, 핫 패리슨법에서는, 프리폼의 성형에 이어서 연신 성형이 행해지기 때문에, 프리폼의 성형 공정과 연신 성형 공정 사이에 독립된 발포 공정을 둘 수 없어, 발포를 제어하기가 매우 곤란하다고 하는 문제가 있기 때문이다.

예컨대, 발포 용기에서는, 감입(嵌入)이나 나사 결합 등에 의해 캡이 고정되는 용기 입구부에서의 발포를 억제할 것이 요구된다. 발포에 의한 치수 변화, 표면 평활성의 저하나 강도 저하는, 캡에 의한 밀봉성을 저하시키고, 나아가서는 캡과 용기 입구부와의 결합을 곤란하게 하기 때문이다.

실제로, 특허문헌 5에는, 핫 패리슨법에 의한 발포 연신 플라스틱 용기에 관해 제안되어 있지만, 용기 입구부의 발포 억제에 관해서는 전혀 교시되어 있지 않고, 따라서, 이 발포 용기는 매우 실용성이 부족하다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 2006-321887호 특허문헌 2: 일본 특허공개 2008-94495호 특허문헌 3: 일본 특허공개 2009-234627호 특허문헌 4: 일본 특허공개 2009-262550호 특허문헌 5: 일본 특허공고 소62-18335호

본 발명은, 핫 패리슨법에 의해 얻어진 특이한 발포 구조를 갖는 발포 연신 성형 플라스틱 용기 및 이 용기의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명자들은, 핫 패리슨법을 이용하여 발포 연신 성형 플라스틱 용기를 제조하는 방법에 관해서 많은 실험을 하여 연구한 결과, 프리폼을 사출 성형할 때, 금형 캐비티 내에서의 발포를 억제하도록 보압(保壓)을 걸면서 가스 함침 용융 수지의 사출 충전을 하고, 또한 보압 해제 후에는, 프리폼을 형성하고 있는 수지 자체의 온도를 이용하여 발포를 진행시킴으로써, 핫 패리슨법 특유의 발포 구조(발포 셀의 분포 구조)를 갖는 발포 연신 플라스틱 용기를 얻을 수 있음을 알아내어, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

본 발명에 따르면, 입구부와, 이 입구부에 연속해 있으면서 연신 성형된 동체부를 갖고 있고, 이 동체부에 발포 셀이 분포되어 있는 발포 영역이 형성되고, 상기 입구부는 발포 셀이 존재하지 않는 비발포 영역으로 되어있는 발포 연신 플라스틱 용기에 있어서,

상기 발포 영역에 존재하고 있는 발포 셀은, 연신 방향으로 잡아 늘려진 편평 형상을 갖고 있는 동시에, 상기 발포 셀의 최대 연신 방향 길이는, 용기벽의 두께 방향 중심부에 위치하는 것이 가장 길게 되어 있는 것을 특징으로 하는 발포 연신 플라스틱 용기가 제공된다.

본 발명의 발포 연신 플라스틱 용기는, 핫 패리슨법에 의해 얻어지는 것인데, 동체부에 형성되는 발포 영역에 존재하고 있는 발포 셀의 분포 형태에 따라서, 정규 분포형, 편재형 및 초미세 발포형의 3가지로 크게 나뉜다.

정규 분포형의 발포 연신 플라스틱 용기에서는, 발포 셀이 용기벽의 중심 부분의 코어층에 집중하고, 이 코어층의 외면측 및/또는 내면측에는 발포 셀이 분포하지 않는 비발포층이 형성되어 있다.

이러한 정규 분포형의 용기에서는,

(1) 용기벽의 두께 방향 중심부에 대하여 가장 내면측 및 가장 외면측에 위치하고 있는 발포 셀의 최대 연신 방향 길이가, 상기 중심부에 위치하는 발포 셀의 최대 연신 방향 길이보다도 작게 되어 있는 것,

(2) 상기 발포 영역에 있어서, 용기벽의 두께 방향 중심부에 대하여 내면측 및 외면측에 상기 비발포층이 형성되어 있고, 외면측의 비발포층의 두께가 내면측의 비발포층의 두께보다도 두꺼운 것,

(3) 상기 발포 영역에 있어서, 용기벽의 두께가 0.3 mm 이상이고, 내면측 및 외면측의 비발포층의 합계 두께가 상기 용기벽의 두께의 20 내지 70%의 범위에 있는 것이 바람직하다.

또한, 편재형의 발포 연신 플라스틱 용기에서는, 상기 발포 셀이 용기벽의 두께 방향 중심부에 대하여 내면측에 편재하고 있다.

이러한 편재형의 용기에서는,

(1) 상기 발포 영역에 있어서, 용기벽 중심부에서 용기벽 내면의 표층부까지 발포 셀이 분포하고 있고, 용기벽 중심부와 용기벽 내면의 표층부와의 중간 부분에, 최대 연신 방향 길이가 가장 짧은 발포 셀이 층상으로 분포하고 있는 것,

(2) 상기 발포 영역에 있어서, 용기벽 중심부에서 용기벽 내면의 표층부까지 발포 셀이 분포하고 있고, 용기벽 내면의 표층부에는, 최대 연신 방향 길이가 가장 짧은 발포 셀이 가장 고밀도로 층상으로 분포하고 있는 것,

(3) 상기 발포 영역에 있어서, 용기벽의 두께가 0.3 mm 이상이고, 상기 용기벽 두께의 10 내지 35%의 범위에서 용기벽 외면측에, 발포 셀이 존재하지 않는 비발포층이 형성되어 있는 것,

(4) 상기 발포 영역에 있어서, 가시광에 대한 광선 투과율이 20% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 초미세 발포형의 발포 연신 플라스틱 용기는, 상기 발포 영역에 있어서, 용기벽 외면측 표층부 및/또는 내면측 표층부에는, 최대 연신 방향 길이가 가장 짧은 발포 셀이 분포된 초미세 발포층이 형성되어 있고, 이 초미세 발포층과 용기벽 중심부에 위치하고 있는 발포 셀을 포함하는 발포 코어층과의 사이에는, 발포 셀이 분포되어 있지 않은 비발포층이 형성되어 있다고 하는 구조를 갖고 있다.

이러한 초미세 발포형의 용기에서는, 특히 용기벽 외면측 표층부에, 상기한 초미세 발포층이 형성된다.

또한, 본 발명에 따르면,

수지 용융물을 금형 캐비티 내에 사출 충전한 성형에 의해 입구부와 입구부에 연속해 있는 성형부를 갖는 형상의 프리폼을 성형하고, 금형 캐비티로부터 빼낸 상기 프리폼을 연신 성형 공정으로 반송하여, 상기 프리폼의 성형부를 연신 성형하는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법에 있어서,

상기 수지 용융물로서, 불활성 가스가 함침된 것을 사용하고,

상기 금형 캐비티를 형성하는 금형으로서, 상기 입구부에 대응하는 부분이 상기 성형부에 대응하는 부분에 비하여 냉각 능력이 높게 설정되어 있는 금형을 사용하고,

상기 수지 용융물의 상기 금형 캐비티 안으로의 사출 충전은, 상기 금형 캐비티 안을 고압으로 유지하면서 발포가 생기지 않도록 보압을 걸면서 행해지고,

상기 입구부는, 상기 보압을 해제한 후에도 발포가 생기지 않도록 상기 금형에 의해서 강냉각되고,

상기 성형부는, 상기 보압을 해제한 후에 수지 온도에 따라서 기벽(器壁) 중심 부분으로부터 발포가 생길 수 있도록 상기 금형에 의해서 약냉각되는 동시에,

상기 금형으로부터 빼낸 프리폼을, 상기 성형부의 기벽 중심부의 온도가 연신 성형 가능한 온도로 유지되고 있는 중에, 상기 연신 공정으로 반송하여 연신 성형을 하는 것을 특징으로 하는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 제조 방법에서는, 다음 (1)~(5)의 수단을 채용할 수 있다.

(1) 상기 보압을 해제한 후, 상기 금형 캐비티 내에서 상기 프리폼를 빼낼 때에는, 상기 성형부에 관해서는, 그 기벽 중심 부분은 발포 가능하면서 연신 가능한 온도로 유지되고 있고, 상기 프리폼을 상기 금형 캐비티 내에서 빼내는 동시에 상기 성형부의 중심 부분으로부터 발포가 시작되는 것.

(2) 상기 보압을 해제한 후, 상기 금형 캐비티 내에서 상기 프리폼을 빼낼 때에는, 상기 프리폼 성형부의 외표면 및 내표면은 발포가 생기지 않는 온도로 냉각되고 있고, 상기 프리폼을 상기 금형 캐비티 내에서 빼낸 후, 중심부로부터의 전열에 의해서, 상기 중심부에서 외표면측 및 내표면측으로 향하여 발포가 진행되어 가는 것.

(3) 적어도 상기 금형 캐비티 내에서 상기 프리폼을 빼낸 후에는, 상기 프리폼 성형부의 외표면 및 내표면은, 중심부로부터의 전열에 의해서 연신 가능한 온도로 승온하는 것.

(4) 상기 금형 캐비티 내에서 상기 프리폼을 빼낸 후에도, 상기 프리폼 성형부 외표면 및 내표면은, 발포가 생기지 않는 온도로 유지되는 것.

(5) 상기 금형으로부터 빼낸 상기 성형부에 관해서, 그 내면측으로부터 선택적으로 가열을 함으로써, 기벽 중심부로부터의 발포와 함께, 상기 성형부의 내면측으로부터도 발포를 진행시키는 것.

즉, 본 발명의 제조 방법에서는, 프리폼의 성형부에 발포 셀이 분포된 발포 영역이 형성되고, 이 발포 영역에서는, 기벽의 중심 부분으로부터 발포가 생겨 가게 된다. 또한, 프리폼의 성형부에 생성되는 발포 셀은, 연신되어 있지 않기 때문에 편평 형상이 아니라, 구형(球形) 혹은 구형에 가까운 형상을 갖고 있다.

또한, 연신 공정에 도입되는 발포 프리폼의 성형부에 관해서, 발포 영역에서의 발포 셀의 분포를 조정함으로써, 전술한 정규 분포형, 편재형 혹은 초미세 발포형의 발포 연신 플라스틱 용기를 제조할 수 있다.

예컨대, 정규 분포형의 발포 연신 플라스틱 용기를 제조하는 경우에는,

(a) 상기 연신 공정에 도입되는 발포 프리폼에서는, 기벽의 두께 방향에 대하여 가장 내면측 및 가장 외면측에 위치하고 있는 발포 셀의 직경이, 상기 중심부에 위치하는 발포 셀의 직경보다도 소직경으로 되어 있게 되도록 프리폼 성형부에서의 발포가 조정된다.

또한, 편재형의 발포 연신 플라스틱 용기를 제조하는 경우에는,

(b) 상기 연신 공정에 도입되는 발포 프리폼에서는, 상기 발포 셀이 기벽의 두께 방향 중심부에서부터 내면측의 사이에 편재하고 있게 되도록 프리폼 성형부에서의 발포가 조정된다.

또한, 초미세 발포형의 발포 연신 플라스틱 용기를 제조하는 경우에는,

(c) 상기 연신 공정에 도입되는 발포 프리폼에서는, 성형부 기벽의 외면측 및/또는 내면측의 표층은, 15 ㎛ 이하의 직경을 갖는 초미세 발포 셀이, 1×10⁷ 셀/㎤ 이상의 밀도로 층상으로 분포하고 있는 초미세 발포층으로 되어 있게 되도록 프리폼 성형부에서의 발포가 조정된다.

본 발명의 발포 연신 플라스틱 용기(이하, 단순히 「발포 연신 용기」라고 약칭함)는, 발포 프리폼의 성형부로 성형된 동체부(그 단부는 닫힌 바닥부를 형성하고 있음)가, 발포 셀을 갖는 발포 영역으로 되고, 핫 패리슨법으로 형성된 것 특유의 셀 분포를 갖고 있다. 구체적으로는, 발포 셀이 분포하고 있는 발포 영역에 있어서, 용기벽의 중심부에 위치하는 발포 셀이 가장 긴 길이를 지니고, 중심부에 위치하는 발포 셀에 비하여, 내면측 및 외면측에 위치하는 발포 셀의 길이는 짧은 것으로 되어 있다고 하는 셀 분포를 갖고 있다.

이러한 발포 구조를 갖는 본 발명의 발포 연신 용기는, 발포 셀의 분포 형태에 따라서, 정규 분포형, 편재형, 초미세 발포형으로 분류할 수 있다.

이들 중에서, 정규 분포형의 발포 연신 용기는, 가스 배리어성이나 표면 평활성을 손상하는 일없이, 어느 정도 이상의 차광성을 보인다.

또한 편재형의 발포 연신 용기는, 정규 분포형에 비하여 높은 차광성을 보이며, 예컨대, 가시광에 대한 광선 투과율을 20% 이하로 저하시킬 수 있다.

더욱이, 초미세 발포형의 발포 연신 용기는, 편재형보다도 더욱 높은 차광성을 보일 수 있어, 예컨대 가시광에 대한 광선 투과율을 10% 이하로 저하시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 발포 연신 용기는, 핫 패리슨법에 의해 얻어지는 것으로, 핫 패리슨법에 의해 얻어진 것 특유의 셀 분포를 갖고 있고, 더구나 가스 함침 수지 용융물로 성형되어 있는 용기 입구부가 비발포 영역으로 되어 있어, 발포 셀이 용기 입구부에 존재하지 않은 것이 현저한 특징으로 되어 있다. 즉, 용기 입구부에 발포 셀이 존재하지 않기 때문에, 발포에 의한 치수 변화, 강도 저하나 표면 평활성 저하 등, 캡과의 결합성이나 캡에 의한 시일성 등의 특성 저하를 유효하게 피할 수 있고, 그 실용성을 확보할 수 있다. 따라서, 용기 입구부에서의 발포를 피할 수 있고, 그 실용성을 확보할 수 있었던 것은, 핫 패리슨법에 의한 발포의 실용화를 위해 본 발명은 매우 큰 역할을 한다.

또한, 본 발명에서는, 연신 성형 공정에 도입되는 발포 프리폼에 관해서, 성형부의 외면측이나 내면측으로부터의 발포의 진행을 조절함으로써, 연신 성형된 용기의 동체부(발포 영역)에 존재하고 있는 편평 형상의 발포 셀의 분포 형태를, 정규 분포형, 편재형 혹은 초미세 발포형의 어느 것으로 조정할 수 있으며, 이러한 분포 형태에 따라서 우수한 차광성이나 표면 평활성, 외관 특성을 용기에 갖게 할 수 있다.

[도 1] 본 발명의 발포 연신 용기의 제조 방법의 전체 프로세스를 도시하는 도면.
[도 2] 본 발명의 제조 방법에 있어서 채용되는 프리폼을 성형할 때에 채용되는 사출 프로세스를 설명하기 위한 설명도.
[도 3] 본 발명의 제조 방법에 있어서, 연신 공정에 도입되는 발포 프리폼 단면 및 상기 프리폼으로부터 얻어지는 발포 연신 용기의 전체 형상의 일례를 도시하는 도면.
[도 4] 연신 공정에 도입되는 발포 프리폼의 발포 영역(성형부)에 있어서의 발포 셀의 분포 상태를 도시하는 도면.
[도 5] 도 4(a)의 정규 분포형 발포 구조를 갖는 발포 프리폼으로부터 얻어지는 발포 연신 용기의 동체부(발포 영역)에 있어서의 편평형 발포 셀의 분포 상태를 도시하는 단면도.
[도 6] 도 4(b1)의 편재형 발포 구조를 갖는 발포 프리폼으로부터 얻어지는 발포 연신 용기의 동체부(발포 영역)에 있어서의 편평형 발포 셀의 분포 상태를 도시하는 단면도.
[도 7] 도 4(b2)의 편재형 발포 구조를 갖는 발포 프리폼으로부터 얻어지는 발포 연신 용기의 동체부(발포 영역)에 있어서의 편평형 발포 셀의 분포 상태를 도시하는 단면도.
[도 8] 도 4(c1)의 초미세 발포 구조를 갖는 발포 프리폼으로부터 얻어지는 발포 연신 용기의 동체부(발포 영역)에 있어서의 편평형 발포 셀의 분포 상태를 도시하는 단면도.
[도 9] 도 4(c2)의 초미세 발포 구조를 갖는 발포 프리폼으로부터 얻어지는 발포 연신 용기의 동체부(발포 영역)에 있어서의 편평형 발포 셀의 분포 상태를 도시하는 단면도.
[도 10] 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 작성된 프리폼의 외관을 나타내는 사진.
[도 11] 실시예 1에서 작성된 발포 용기(병)의 외관을 나타내는 사진.
[도 12] 실시예 2에서 작성된 프리폼의 동체부 단면 현미경 사진.
[도 13] 실시예 4 및 비교예 6에서 작성된 프리폼의 외관을 나타내는 사진.
[도 14] 실시예 4 및 실시예 6에서 작성된 프리폼의 성형부의 단면 현미경 사진.
[도 15] 실시예 4에서 작성된 발포 용기(병)의 외관 사진 및 상기 용기의 동체부 단면 현미경 사진.
[도 16] 실시예 7에서 작성된 발포 용기(병)의 동체부 단면 현미경 사진.
[도 17] 실시예 7에서 작성된 프리폼의 성형부 단면 현미경 사진 및 성형부의 외면측 단면을 확대하여 도시하는 현미경 사진.
[도 18] 실시예 8에서 작성된 프리폼의 성형부 단면 현미경 사진.

<발포 연신 용기의 제조>

본 발명의 발포 연신 용기는, 불활성 가스가 함침되어 있는 수지 용융물을 이용한 핫 패리슨법에 의해 성형되는 것으로, 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 사출 성형에 의한 용기용의 프리폼을 성형하는 프리폼 성형 공정, 성형된 용기용 프리폼의 성형부를 연신 가능한 온도로 유지한 채로 발포시키는 발포 공정(이 공정에서 용기용 발포 프리폼을 얻을 수 있음), 얻어진 발포 프리폼의 성형부를 연신 가능한 온도로 유지한 채로의 상태에서 연신 성형을 하는 연신 성형 공정으로 이루어지는 것이다.

<원료 수지>

본 발명에 있어서, 용기의 제조에 이용하는 원료 수지로서는, 불활성 가스의 함침이 가능하다면 특별히 제한되지 않고, 그 자체 공지의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 예컨대, 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·비닐알코올 공중합체, 에틸렌·염화비닐 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; 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 이들의 공중합 폴리에스테르 등의 폴리에스테르 수지; 폴리카보네이트 수지; 폴리페닐렌옥사이드 수지; 폴리젖산 등 생분해성 수지; 등을 단독으로 혹은 2종 이상을 블렌드하여 이용할 수 있다. 특히, 이 성형체를 용기의 성형에 이용하는 경우에는, 올레핀계 수지나 폴리에스테르 수지가 적합하고, 그 중에서도 폴리에스테르 수지, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트수지(PET)는 용기용의 수지로서는 최적이며, 본 발명의 발포 연신 용기에도 가장 적합하게 사용된다.

물론, 리사이클 적성을 신경 쓰지 않는다면, 착색제나 배리어 등의 기능성 부여를 목적으로 한 첨가제의 배합도 가능하다.

<불활성 가스의 함침>

상기한 수지의 용융물에 함침시키는 불활성 가스는, 발포제로서 기능하는 것으로, 일반적으로 질소 가스나 탄산 가스 등이 사용된다.

불활성 가스를 상술한 수지 용융물에 함침하기 위해서는, 이하에 설명하는 프리폼 성형 공정에서 이용하는 사출 성형기를 이용하여, 이 사출 성형기의 수지 혼련부(혹은 가소화부)에서 가열 용융 상태로 유지되고 있는 수지에 소정 압력으로 불활성 가스를 공급함으로써 행해진다. 즉, 이 방법에 따르면, 사출 성형기 속에서 가스 함침을 할 수 있어, 용기용 프리폼을 성형하는 과정에서 효율적으로 불활성 가스를 함침시킬 수 있다.

한편, 이때의 가스의 함침량을 조절함으로써, 가열에 의해 생성되는 발포 셀의 개수 등을 조정할 수 있다. 예컨대, 가스압을 높게 하여, 가스압 하에서의 혼련 시간을 길게 할수록, 가스의 함침량을 많게 하여, 발포 셀의 수를 증대시킬 수 있지만, 반면, 발포를 제어하기가 곤란하게 되어, 예컨대 용기용 프리폼의 성형시에 발포를 생기게 해 버려, 최종적으로 얻어지는 용기의 표면 평활성이 손상되어 버리는 등, 발포에 의한 문제점도 생기기 쉽게 되기 때문에, 불활성 가스의 함침량은 적절한 범위로 설정해야만 한다.

<프리폼의 성형>

본 발명에 있어서, 상기한 것과 같이 하여 가스가 함침된 수지 용융물은, 사출 성형에 의해서 고압으로 유지된 금형 내에 사출 충전된다. 이 사출 프로세스를 설명하기 위한 도 2를 참조하면, 전체적으로 1로 나타내는 사출 금형은, 냉각 유지되어 있는 쉘 금형(3)과 코어 금형(5)을 갖고 있고, 이들 금형(3, 5)에 의해 캐비티(7)가 형성되고, 캐비티(7)에는, 사출 성형기(도시하지 않음)에 연속해 있는 사출 노즐(9)로부터 수지 용융물이 사출 충전되게 된다. 또한, 캐비티(7)에는 가스구(10)가 연통되어 있다.

즉, 사출 노즐(9)로부터 불활성 가스가 함침되어 있는 수지 용융물을 캐비티(7) 내에 사출 충전하여, 캐비티(7) 내의 수지 용융물을 냉각 고화함으로써, 수지 용융물은 캐비티(7)에 의해 형성되는 형상으로 부형(賦形)되는 것이다.

예컨대, 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 상기한 사출 성형에 의해 성형되는 용기용 프리폼(50)은 입구부(51)와 성형부(53)로 이루어져 있다. 성형부(53)는, 후술하는 블로우 성형에 의해서 연신 성형되는 부분이며, 성형되는 용기의 동체부에 대응하는 부분이고, 그 단부는 닫혀 바닥부(55)를 형성하고 있다.

또한, 입구부(51)는 연신되지 않는 부분이며, 캡과 나사 결합하는 나사부(51a) 및 반송 등을 위한 서포트 링(51b)이 형성되어 있다(성형되는 용기의 타입에 따라서는 서포트 링(51b)이 없는 경우도 있음). 따라서, 이러한 프리폼(50)을 블로우 성형하여 얻어지는 용기(60)는, 프리폼(50)의 입구부에 대응하는 입구부(61), 프리폼의 성형부(53)에 대응하는 동체부(63)를 갖고 있고, 동체부(63)의 단부는 닫혀 바닥부(65)를 형성하고 있다. 또한, 입구부(61)는, 프리폼(50)의 입구부(51)와 마찬가지로, 나사부(51a) 및 서포트 링(51b) 나사부를 갖고 있다.

이러한 형상으로부터 이해되는 것과 같이, 프리폼(50)(및 용기(60))의 입구부(51)(용기(60)의 입구부(61))에서의 발포는 피하지 않으면 안 된다. 발포에 의한 강도 저하, 치수 안정성 및 표면 평활성의 저하는 캡과의 결합 불량이나 시일성의 저하를 가져오기 때문이다. 캡과의 결합 불량이나 시일성의 저하를 피하기 위해서는, 나사부(51a)(용기(61)의 61a)의 발포는 특히 피해야만 한다.

다시 도 2로 되돌아가면, 상기와 같은 프리폼(50)을 성형하기 위해서, 캐비티(7)를 형성하는 쉘 금형(3)은, 입구부(51)에 대응하는 입구부 금형(3a)과, 성형부(53)에 대응하는 성형부 금형(3b)으로 나뉘어져 있다.

그런데, 본 발명에서는, 핫 패리슨법에 의해 용기(60)를 제조하기 때문에, 캐비티(7) 내에 유지되어 있는 프리폼(50)의 성형부(53)(특히 성형부(52)의 기벽 중심부)는, 연신 성형 가능 및 발포 가능한 온도로 유지되고 있는 동시에, 프리폼(50)의 입구부(51)에서는, 발포가 생기지 않는 낮은 온도로 유지되어 있어야만 한다. 이와 같이 입구부(51)에 상당하는 부분은, 성형부(53)에 상당하는 부분보다도 낮은 온도로 유지할 필요가 있기 때문에, 입구부(51)에 대응하는 입구부 금형(3a)의 냉각 능력은, 성형부(52)에 대응하는 성형부 금형(3b)의 냉각 능력보다도 높게 설정해 둘 필요가 있다. 예컨대, 도시하지 않지만, 입구부 금형(3a) 안을 통과하고 있는 냉각관에 도입되는 냉각 매체의 온도는, 성형부 금형(3b) 내의 냉각관으로 통하게 되는 냉각 매체의 온도보다도 낮게 설정된다. 물론, 냉각수의 유량이나 냉각 구멍의 형상 등도 냉각 효과를 고려하여 설정된다.

한편, 상기한 것과 같이 입구부(51)에 대응하는 부분이 강냉각되고 또한 성형부(53)에 대응하는 부분(3b)이 약냉각되는 것이라면, 쉘 금형(3)은 상기와 같은 분할형이 아니더라도 좋다.

성형부(53)는, 그 기벽 중심 부분이 연신 성형 가능한 온도로 유지되고 있는 것이라면, 외표면 부분 및 내표면 부분의 온도는, 후술하는 연신 성형 공정에 프리폼이 도입될 때까지 사이에, 중심부로부터의 전열에 의해 연신 성형 가능한 온도로 승온할 수 있는 한, 연신 성형 가능한 온도보다도 저온 영역까지 냉각되어 있더라도 좋다.

또한, 본 발명에서는, 수지 용융물을 사출함에 있어서, 가스구(10)로부터 캐비티(7) 내에, 질소 가스, 탄산 가스, 에어 등이 공급되고, 캐비티(7) 안을 고압에 유지해 둔다. 이와 같이 고압으로 유지된 캐비티(7) 내에 가스가 함침된 수지 용융물을 충전해 나감으로써, 캐비티(7) 안을 용융 수지가 유동해 나갈 때의 파포(破泡)를 유효하게 억제할 수 있어, 이와 같은 파포에 의한 스월 마크(swirl mark)의 발생을 방지하여, 평활도가 높은 표면을 갖는 성형체를 얻을 수 있다.

예컨대, 가스 함침 수지 용융물을 캐비티(7) 내에 충전해 나가면, 캐비티(7) 안을 흘러가는 수지 용융물의 선단 부분에 용해되어 있는 가스는, 캐비티(7) 내 공간과의 압력차에 의해서 팽창하여, 파포를 일으킨다. 즉, 수지 용융물은, 선단부가 파포된 상태에서 캐비티(7) 안을 흘러가게 되고, 이 상태가 금형 표면에 전사되어, 금형 표면에서의 냉각 고화에 의해, 얻어지는 프리폼(50)의 표면에는 스월 마크가 발현되어, 표면 거칠어짐을 야기한다. 그런데, 상기와 같은 가스를 캐비티(7) 안에 공급하여, 캐비티(7) 안을 고압으로 유지해 둠으로써, 수지 용융물의 유동 중의 파포를 유효하게 방지할 수 있어, 스월 마크 등에 의한 표면 거칠어짐을 유효하게 피할 수 있는 것이다.

본 발명에서는, 또한 수지 용융물의 사출을 계속하여 행함으로써 보압이 가해진다. 즉, 이 보압에 의해서, 캐비티(7) 내에서의 발포를 유효하게 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기한 것과 같이 하여 캐비티(7) 내에 사출 충전된 수지 용융물은, 보압을 건 상태로 유지되고, 입구부 금형(3a)와 성형부 금형(3b)에서 냉각되어 용기용 프리폼(50)의 형상으로 부형되고, 이어서, 냉각되어 있는 쉘 금형(3)(입구부 금형(3a)과 성형부 금형(3b)) 및 코어 금형(5)을 개방하여, 성형된 용기용 프리폼(50)을 빼낸다.

이와 같이, 본 발명에서는, 고압 하에 유지되어 있는 캐비티(7) 내에 가스 함침 수지 용융물을 충전하고, 더욱 보압을 가함으로써, 스월 마크가 없고, 높은 표면 평활도를 갖는 용기용 프리폼(50)을 부형할 수 있을 뿐만 아니라, 발포제인 가스를 함침하고 있으면서, 그 발포를 유효하게 억제할 수 있다.

상기한 것과 같이 사출 성형을 행함에 있어서, 캐비티(7) 내의 압력은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 일반적으로는 1.0 MPa 이상의 범위로 유지하고, 이러한 압력으로 유지되어 있는 캐비티(7) 내에 수지 용융물을 사출 충전하는 것이 바람직하다. 이 압력이 작으면, 수지 용융물의 유동시에 있어서의 파포를 효과적으로 억제할 수 없어, 스월 마크가 발생해 버리고, 또한, 표면의 평활도도 낮아져 버린다.

또한, 보압의 정도(보압 압력 및 시간)는, 발포를 확실하게 억제할 수 있도록, 불활성 가스의 함침량이나 수지 온도 등에 따라서 적절히 설정되는데, 입구부(51)에서의 발포를 확실하게 방지하기 위해서, 경량화율이 0%가 되도록 설정하는 것이 좋다. 이 경량화율은 하기 식에 의해 실험적으로 구할 수 있다.

경량화율 = [(M₀ - M₁)/M₀] × 100

식에서, M₀은, 불활성 가스를 함침시키지 않고서 싱크 마크 등의 성형 불량이 없도록 조건 설정하여 사출함으로써 얻어진 프리폼의 중량을 나타내고,

M₁은, 불활성 가스를 함침시켜 얻어진 가스 함침 프리폼의 중량을 나타낸다. 즉, 보압 압력을 크게 할수록 경량화율은 저하하고, 또한, 보압 시간을 길게 할수록 경량화율은 낮아지기 때문에, 이것을 이용하여, 경량화율이 0%가 되도록 보압 조건을 설정할 수 있다.

<발포>

상기한 것과 같이 하여 캐비티(7) 내에 가스가 함침된 수지 용융물을 사출 충전함으로써 프리폼(50)이 부형되고, 이 프리폼(50)이 소정의 온도까지 냉각된 후, 보압이 해제되고, 이어서 쉘 금형(3)(입구부 금형(3a)과 성형부 금형(3b)) 및 코어 금형(5)을 개방하여, 캐비티(7) 내에서 상기 프리폼(50)을 빼내는데, 핫 패리슨법에서는, 이 프리폼(50)의 성형부(53)의 온도가 연신 성형 가능한 온도로 유지되고 있는 중에, 이것을 연신 성형 공정에 도입한다. 즉, 콜드 패리슨법에서는, 즉시 프리폼(50)을 연신 성형 공정에 도입하는 것은 아니기 때문에, 충분히 금형 냉각된 후에 캐비티(7) 내에서 프리폼(50)이 꺼내어지지만, 핫 패리슨법에서는, 성형부(53)의 기벽 중심부가 적어도 연신 성형 가능한 온도(유리 전이 온도 이상)로 유지되어 있지 않으면 안 되며, 이것이 핫 패리슨법과 콜드 패리슨법의 큰 차이이다.

한편, 성형부(53) 기벽의 외표면 및 내표면의 온도는, 반드시 연신 성형 가능한 온도로 유지되어 있을 필요는 없다. 캐비티(7) 내에서 프리폼(50)을 빼낸 후에도, 프리폼(50)을 연신 성형 공정에 도입할 때까지의 짧은 시간(10~30초 정도)이라면, 기벽 중심부로부터의 전열에 의해서 승온하기 때문이다.

그런데, 상기한 프리폼(50) 속에는, 발포를 위한 불활성 가스가 용해되어 있기 때문에, 캐비티(7) 내에서 프리폼(50)을 빼내기에 앞서서 보압을 해제한 단계에서, 프리폼(50)의 온도가 발포 시작 온도보다도 높은 온도로 유지되어 있으면 발포를 일으키게 된다. 즉, 외압과의 압력차에 의해 수지 내(프리폼(50) 내)에 용해되어 있는 가스가 팽창하고 또 가스와 수지와의 상 분리에 의해서 기포(발포 셀)가 성장해 나가는 것이다.

본 발명에서는, 이러한 발포는, 프리폼(50)의 성형부(53)의 내부에서 선택적으로 행하고, 입구부(51)에서의 발포를 피해야만 한다.

이 때문에, 전술한 캐비티(7) 내에 있어서, 프리폼(50)의 입구부(51)는, 보압을 해제하는 시점에서 발포 시작 온도보다도 낮은 온도까지 냉각되어 있을 필요가 있다. 이 경우, 입구부(51)의 외표면 및 내표면은, 각각 쉘 금형(3)(입구부 금형(3a)) 및 코어 금형(5)에 접촉하고 있는데, 그 내부 중심 부분은, 이들 금형에 접촉하고 있지 않기 때문에, 내부 중심 부분의 온도는, 외표면 및 내표면의 온도보다도 높다. 따라서, 입구부(51)에서의 발포를 방지하기 위해서는, 그 내부 중심까지가 발포 시작 온도 이하로 될 때까지 보압을 걸면서 냉각해야만 한다. 보압이 불충분한 상태에서 냉각하면, 냉각에 의한 수지 수축에 따라 수지 압력이 저하하여, 발포가 생겨 버리는 경우도 있다.

이 때문에, 본 발명에서는, 전술한 것과 같이, 입구부(51)를 냉각하는 부분의 금형으로서 냉각능이 큰 것을 사용하여, 입구부(51)를 강냉각하는 것이다.

한편, 발포 시작 온도는, 수지의 유리 전이 온도(Tg)보다도 높은 온도이며, 불활성 가스의 함침량 등에 따라서 다르기도 하지만, 통상, 유리 전이 온도(Tg)보다도 5 내지 15℃ 정도 높은 온도이다.

또한, 발포 시작 온도에 달하더라도, 실제로 기포가 다수 생성되어 성장할 때까지는 어느 정도의 시간이 필요하다. 핫 패리슨법에 의한 연신 성형에 있어서, 캐비티로부터 프리폼을 빼내어 연신 성형하기까지의 시간이 예컨대 10~30초 정도인 경우, 실질적인 발포 시작 온도는 유리 전이 온도(Tg)보다도 15 내지 25℃ 정도 높은 온도가 된다.

한편, 프리폼(50)의 성형부(53)는, 연신되는 부분이기 때문에, 적어도 연신 가능한 온도로 유지되어 있어야만 하지만, 이 성형부(53)에서 발포를 할 필요가 있다. 따라서, 전술한 캐비티(7) 내에서의 냉각에 의해서 수지의 융점 이하의 온도로 냉각되지만, 캐비티(7) 내에서의 성형부(53)의 중심부 온도는 연신 가능한 온도이면서 발포 가능한 온도(전술한 발포 시작 온도 이상)으로 유지되어 있어야만 한다.

한편, 연신 성형 가능한 온도는, 전술한 발포 가능한 온도와 마찬가지로, 수지의 유리 전이 온도(Tg)보다도 높은 온도이며, 일반적으로, 유리 전이 온도(Tg)보다도 5 내지 15℃ 정도 높으면서 수지의 융점 미만의 온도 범위이다.

또한, 상기한 것과 같이, 성형부(53)의 중심부에서는, 발포 가능한 온도로 유지되어 있지만, 캐비티(7) 내에서의 성형부(53)의 외표면 및 내표면은, 연신 가능한 온도로 유지되어 있는 동시에 발포 시작 온도보다도 낮은 온도로 냉각되어 있을 필요가 있다. 즉, 프리폼(50)의 성형부(53)의 외표면 및 내표면이 발포 시작 온도 이상으로 유지되어 있었던 경우, 프리폼(50)을 캐비티(7)로부터 빼낸 순간부터, 그 외표면 및 내표면에서 발포를 일으켜 버려, 표면 평활성이 손상될 뿐만 아니라, 성형부(53) 전체에서 발포를 일으켜 버리기 때문에, 최종적으로 얻어지는 용기(60)의 성형부(53)에 대응하는 동체부(63)에서의 강도 저하가 크고, 나아가서는 가스 배리어성도 크게 손상되어 버리기 때문이다.

따라서, 본 발명에서는, 프리폼(50)을 캐비티(7)로부터 빼낼 때에는, 프리폼(50)의 외표면 및 내표면은, 입구부(51) 및 성형부(52)의 어디에서나 발포 시작 온도보다도 낮은 영역에까지 냉각되어 있는데, 그 중심 부분까지도 발포 시작 온도보다도 낮은 온도까지 냉각되어 있는 것은 입구부(51)뿐이며, 성형부(53)에서는, 그 중심 부분의 온도는 발포 시작 온도 이상으로 유지되고 있다.

즉, 상기와 같은 온도 분포를 생기게 하도록 냉각하기 위해서, 입구부 금형(3a)의 냉각 능력을 높여, 프리폼(50)의 입구부(51)는, 냉각 능력이 높은 입구부 금형(3a)과 코어 금형(5)에 의해서 강냉각이 행해져, 그 중심 부분 및 내외 표면 모두가 발포 시작 온도보다도 낮은 온도로 될 때까지 냉각되고, 프리폼의 성형부(52)에 관해서는, 냉각 능력이 약한 성형부 금형(3b)과 코어 금형(5)에 의해서 입구부(51)에 비해 약냉각되어, 그 내외 표면은, 발포 시작 온도보다도 낮은 온도로 냉각되지만, 그 중심 부분은 발포 시작 온도 이상으로 되는 온도로 유지되는 것이다.

이와 같이, 냉각 시간(캐비티(7) 내에서의 유지 시간)을, 입구부 금형(3a), 성형부 금형(3b) 및 코어 금형(5)의 냉각 능력 등에 의해서 조정하여 냉각하여 상기한 온도 분포를 형성한 후, 캐비티(7)로부터 성형된 프리폼(50)을 빼냄으로써, 성형부(53) 중심 부분으로부터 발포가 시작된다.

또한, 발포가 시작되는 동시에, 캐비티(7)로부터 빼낸 프리폼(50)에서는, 성형부(53)에 있어서, 발포 시작 온도보다도 고온으로 유지되고 있는 중심 부분으로부터 외표면 및 내표면을 향한 전열에 의해, 발포 가능한 온도로 되어 있는 영역이 서서히 외표면측 및 내표면측으로 넓어져 가게 되고, 이에 따라, 발포가 서서히 성형부(52)의 중심 부분으로부터 외표면측 및 내표면측으로 향하여 진행해 나가게 된다.

한편, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼낸 후의 성형부(53)의 중심부로부터의 전열에 의한 승온에 의해서 연신 성형 전에 성형부(53)의 외표면 및 내표면에서의 발포를 확실하게 방지하기 위해서는, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼내는 시점에서의 외표면 및 내표면은, 연신 성형 가능한 온도보다도 높지만 발포 시작 온도보다도 낮은 온도 영역까지 냉각되어 있는 것이 바람직한데, 연신 성형시까지 발포 시작 온도 이상으로 승온하지 않으면서 연신 성형 가능 온도까지 승온하는 것이라면, 외표면 및 내표면의 온도가 연신 성형 가능한 온도보다도 저온 영역까지 냉각되고 있더라도 좋다.

도 4에는, 상술한 발포에 의해 얻어지는 프리폼(50)의 연신 성형 공정에 도입될 때의 성형부(53)의 단면도가 도시되어 있다. 이들 도면으로부터 분명한 것과 같이, 이 성형부(53)에서는, 발포에 의해서 구형(球形)에 가까운 형상의 발포 셀(A)이 형성되는데, 중심부 O에 위치하는 발포 셀(A¹)의 직경은 가장 크다고 하는 기본 구조를 갖고 있다. 금형에 의한 냉각 때문에, 중심부 O의 수지 온도가 가장 고온으로 되어 있고, 외면측 및 내면측으로 감에 따라서 온도가 내려가기 때문이다.

그런데, 본 발명에서는, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼낸 후의 성형부(53)의 내외면의 온도 제어에 의해, 상기한 기본 구조를 유지하면서, 발포 셀의 분포 상태를 조정할 수 있고, 이에 따라, 전술한 정규 분포형, 편재형 혹은 초미세 발포형의 연신 발포 용기를 얻을 수 있다. 도 4의 (a)~(c2)에는, 이들 분포 형태에 대응하는 프리폼(50)의 성형부(53)의 단면도가 도시되어 있다. 이하, 이들 발포 셀의 분포 상태의 각각에 관하여 설명한다.

1. 정규 분포형에 대응하는 성형부;

도 4(a)에 도시되어 있는 프리폼(50)의 성형부(53)에서는, 발포 셀이 기벽의 중심부 O를 기점으로 하여 정규 분포형으로 분포되어 있다.

즉, 전술한 것과 같이 성형부(53)의 중심 부분을 발포 시작 온도 이상으로 유지해 둠으로써 발포를 하면, 경우에 따라서는 성형부(53)의 외표면 및 내표면에까지 발포가 진행되어 버린다. 이와 같이, 전체적으로 발포가 생겨 버리면, 표면 평활성이 손상되고, 또한, 최종적으로 얻어지는 용기의 강도, 가스 배리어성 등의 특성이 손상되어 버리게 된다. 따라서, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼낸 후에는, 성형부(53)의 중심 부분 O로부터의 전열에 의해 주변부의 온도가 상승하지만, 성형부(53)의 외표면 및 내표면에서의 온도는 여전히 발포 시작 온도보다도 낮은 온도로 유지되고 있는 것이 바람직하다.

단, 연신 성형시까지 전열에 의해 내외표면이 발포 시작 온도에 이르렀다고 해도, 기포가 생성·성장하는 시간이 충분하지 않으면, 내외면 근방에 발포가 생기지 않은 상태를 유지한 채로 연신 성형하는 것은 가능하다.

상기와 같은 온도 조정을 위해서는, 예컨대 성형부(53)의 중심부 O와 내외표면과의 온도차가 커지도록 캐비티(7) 내에서의 냉각을 하면 되며, 예컨대, 냉각 시간을 가능한 한 짧게 하면 좋다. 또한, 프리폼(50)의 성형부(53)의 두께 D를 비교적 두껍게(예컨대 2.5 mm 이상) 설정하는 것이, 성형부(53)의 중심부 O와 내외표면과의 온도차를 크게 하기에는 효과적이다.

즉, 이와 같이 하여 발포가 행해지는 프리폼(50)의 성형부(53)에서는, 그 발포 셀(A)의 분포 구조는, 연신 공정에 도입될 때에, 도 4(a)에 도시되어 있는 것과 같은 것으로 된다. 구체적으로는, 발포 셀(A)이 존재하고 있는 발포층(X¹)이 중심 부분 O를 포함하는 영역에 형성되고, 그 외표면측 및 내표면측에 발포 셀(A)이 존재하지 않는 비발포층(Y)이 형성되게 된다.

한편, 발포 셀이 존재하지 않는 비발포층(Y)이란, 발포 셀이 존재하고 있었다고 해도, 셀 직경(원 상당 직경 셀 직경)이 현저히 작으면서(예컨대 50 ㎛ 이하) 그 개수도 현저히 적기 때문에, 발포층으로서의 기본적인 기능(예컨대 경량화)을 전혀 해내고 있지 못하는 층이다. 예컨대, 비발포층(Y)에서는, 셀 밀도가 1×10⁴ ce셀/㎤ 이하이며, 기포율은 3% 미만이다.

이와 같이 하여 형성되는 발포층(X¹)이나 비발포층(Y)의 두께는, 최종적으로 얻어지는 발포 연신 용기의 용도 등에 따라서 적절한 범위로 설정된다. 이들 층의 두께는, 캐비티(7) 내에서 빼낼 때의 성형부(53)의 중심 부분 O의 온도 혹은 내외표면의 온도에 의해 조정할 수 있다.

즉, 성형부(53)의 중심 부분 O의 온도가 발포 시작 온도에 가까운 온도라면, 이 중심 부분의 온도는, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼내고 나서 단시간에 발포 시작 온도보다도 낮은 온도로 강하하여 발포가 정지하고, 따라서, 발포층(X¹)의 두께는 얇고, 비발포층(Y)의 두께는 두껍게 된다.

또한, 성형부(53)의 내외표면의 온도가 저온일수록, 내외표면 근방의 온도가 발포 시작 온도 이상으로 상승하기 어렵게 되고, 이 결과, 내외표면에 두꺼운 비발포층(Y)이 형성되게 된다.

더욱이, 상기와 같은 비발포층(Y)에 있어서는, 기벽의 외면측에 존재하는 비발포층(Y)의 두께가, 기벽의 내면측의 비발포층(Y)의 두께보다도 두껍게 되는 경향이 있다. 성형부(53)의 내면측의 분위기 쪽이 외면측보다도 고온이기 때문에, 중심부 O로부터의 전열에 의해서 내면측 쪽으로 발포가 진행되기 쉽기 때문이다.

상기와 같은 발포는, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼낸 후, 성형부(53)의 중심 부분 O의 온도가 발포 시작 온도보다도 낮은 온도로 강하할 때까지 진행되며, 예컨대, 성형부(53)의 중심 부분 O의 온도가 발포 시작 온도 이상인 경우에는, 다음 연신 성형 공정까지 발포는 진행된다.

한편, 상기와 같은 발포에 의해서 형성되는 성형부(52)의 중심부 O에서의 발포 셀(A¹)(연신 전)의 직경(원 상당 직경)은, 평균하여 50 내지 300 ㎛ 정도이고, 또한 중심부 O에서의 셀 밀도가 1×10⁴ 셀/cm 이상인 것이, 발포에 의한 적절한 차광성을 확보하는 데에 있어서 적합하다. 이러한 셀 직경이나 셀 밀도는, 불활성 가스의 함침량이나 냉각 시간 등의 냉각 조건 혹은 발포 시간(시간)에 의해 조정할 수 있다.

한편, 중심부 O에서의 발포 셀(A¹)이란, 중심부 O(중심선)에 겹쳐 존재하고 있는 발포 셀을 의미한다.

더욱이, 이러한 정규 분포형의 발포 구조를 갖는 프리폼(50)에서는, 연신 성형 공정에 도입될 때의 성형부(53)(발포 영역)의 두께 D가, 앞서도 설명한 것과 같이 2.5 mm 이상인 것이 바람직하지만, 내면측 및 외면측의 비발포층(Y)의 합계 두께가, 성형부(53) 기벽의 두께 D의 20 내지 70%, 특히 30 내지 60%의 범위에 있는 것이 바람직하다. 비발포층(Y)의 두께를 이러한 범위로 함에 따라, 후술하는 연신 공정에서의 박육화를 행한 경우에 있어서, 발포에 의한 표면 평활성의 저하 등의 문제점을 유효하게 피할 수 있기 때문이다.

이러한 프리폼(50)의 성형부(53)로부터는, 도 5에 도시하는 발포 영역이 동체부에 형성된 발포 연신 성형 용기를 얻을 수 있다.

2. 편재형에 대응하는 성형부;

또한, 전술한 발포에 있어서, 프리폼(50)을 캐비티(7)로부터 빼낸 후, 성형부(53)의 내면측에서 적극적으로 가열을 하는 경우에는, 도 4(b1) 혹은 도 4(b2)에 도시되는 발포 셀(A)의 분포 구조가 형성된다.

즉, 발포에 의해서 구형에 가까운 형상의 발포 셀(A)이 형성되는데, 프리폼(50)(성형부(53))의 내면측에서 가열을 한 경우, 성형부(53)의 내면측에서 외면측으로 향한 상대적인 온도 분포는, 도 4(b1)에 도시되어 있는 것과 같이, 중심부 O 및 내면이 고온부가 되고, 중심부 O와 내면 사이 부분이 중온부가 되고, 외면이 가장 저온으로 된다. 즉, 이러한 온도 분포에 따라서, 중심부 O 및 내면측에 존재하는 발포 셀(A)의 직경은 크고, 중심부 O와 내면 사이 부분이나 중심부 O로부터 외면측에 형성되는 발포 셀(A)의 직경은 작아지며, 또한 외면측에는 발포 셀(A)이 존재하지 않는 층이 형성된다.

예컨대, 도 4(b1)에 있어서, 내면에서부터 중심부 O보다도 약간 외면측까지의 영역이, 발포 셀(A)이 존재하고 있는 발포층(X¹)으로 되어 있고, 적어도 중심부 O에서부터 내면의 전체에 걸쳐 발포 셀(A)이 분포하고 있고, 그 외면측에 발포 셀이 존재하지 않는 비발포층(Y)으로 되어 있다.

한편, 상기한 것과 같이 하여 발포를 한 경우에 있어서도, 중심부 O에서부터 외면에까지 발포가 진행되어 버리는 것은 피해야만 한다. 외면에까지 전체적으로 발포가 생겨 버리면(즉, 비발포층(Y)이 형성되지 않음), 앞서도 말한 것과 같이, 표면 평활성이 손상되고, 용기의 외관 특성이 손상되고, 나아가서는 용기의 강도, 가스 배리어성 등의 특성도 손상되어 버린다. 따라서, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼낸 후에는, 성형부(53)의 중심부 O로부터의 전열에 의해 주변부의 온도가 상승하지만, 성형부(53)의 외면에서의 온도는, 후술하는 연신 성형 종료까지 동안(일반적으로 수십초 동안), 발포 시작 온도보다도 낮은 온도로 유지되어 있을 필요가 있다.

상기와 같은 온도 조정을 위해서는, 예컨대 성형부(53)의 외면 온도를, 연신 성형 가능한 온도 범위인 것을 조건으로 하여, 가능한 한 저온까지 냉각해 두는 것이 바람직하다. 또한, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼낸 후, 연신 성형 공정까지 상기 프리폼(50)을 반송하는 동안(이 사이에 발포가 행해짐), 냉풍 등을 외면에 분무함으로써, 외면의 온도가 발포 시작 온도 이상으로 승온하는 것을 방지할 수도 있다. 또한, 프리폼(50)의 성형부(53)의 두께 d를 비교적 두껍게, 예컨대 2.5 mm 이상의 두께로 설정하는 것도, 성형부(53)의 중심부 O와 내외면과의 온도차를 크게 하기에는 효과적이다.

또한, 발포층(X¹)이나 비발포층(Y)의 두께는, 최종적으로 얻어지는 발포 연신 용기의 용도 등에 따라서 적절한 범위로 설정된다. 이들 층의 두께는, 캐비티(7) 내에서 빼낼 때의 성형부(53)의 중심부 O의 온도 혹은 외면의 온도에 의해 조정할 수 있다.

즉, 성형부(53)의 중심부 O의 온도가 발포 시작 온도에 가까운 온도라면, 이 중심부 O의 온도는, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼내고 나서 단시간에 발포 시작 온도보다도 낮은 온도로 강하하여 발포가 정지하고(혹은 중심부 O로부터 발포 시작 온도 이상으로 승온하는 영역이 좁아짐), 따라서, 발포층(X¹)의 두께는 얇고, 비발포층(Y)의 두께는 두껍게 된다.

또한, 성형부(53) 외면의 온도가 저온일수록, 외면 근방의 온도가 발포 시작 온도 이상으로 상승하기 어렵게 되고, 이 결과, 외면측에 두꺼운 비발포층(Y)이 형성되게 된다.

일반적으로, 이 비발포층(Y)의 두께는, 성형부(53)의 두께 D의 10 내지 35% 정도의 범위인 것이, 발포에 의한 외관 특성의 저하 등을 유효하게 피하면서, 발포에 의한 이점을 최대한으로 살린 발포 연신 용기를 얻는 데에 있어서 적합하다.

한편, 상기와 같은 발포에 의해서 형성되는 성형부(53)의 중심부 O에서의 발포 셀(A¹)의 직경이나 중심부 O에서의 셀 밀도는, 앞서 말한 정규 분포형과 같은 범위, 즉, 평균 셀 직경이 50 내지 300 ㎛ 정도이며, 셀 밀도가 1×10⁴ 셀/cm 이상인 것이, 발포에 의한 적절한 차광성을 확보하는 데에 있어서 적합하다. 이러한 셀 직경이나 셀 밀도는, 불활성 가스의 함침량이나 냉각 시간 등의 냉각 조건 혹은 발포 시간(시간)에 의해 조정할 수 있다.

또한, 발포에 있어서의 내면 가열은 적절히 행해져, 중심부 O에서의 발포 셀(A¹)의 직경이 최대이고, 내면 표층부에 분포하고 있는 발포 셀(A²)(도 4(b1)를 참조)의 직경은, 중심부 O에서의 발포 셀(A¹)의 직경 이하로 설정된다. 즉, 내면 표층부에 분포하고 있는 발포 셀(A²)의 직경이 과도하게 커져 버리면, 발포 셀(A)의 개수가 감소할 뿐만 아니라, 발포에 의한 강도 저하나 성형 불량, 가스 배리어성의 저하 등이 커져 버리기 때문이다.

또한, 도 4(b1)에서는, 발포 셀(A²)의 직경은, 중심부 O에서의 발포 셀(A¹)의 직경과 같은 정도로 되어 있고, 따라서, 내면의 표층부와 중심부 O 사이에는, 양자보다도 소직경의 발포 셀(A³)이 층상으로 분포된 발포 구조가 형성되어 있다.

이러한 발포 구조를 갖는 발포 프리폼(50)에서는, 발포 셀(A)이 많이 형성되고, 더구나 발포 셀(A)끼리의 겹침도 많기 때문에, 차광성이 우수한 발포 연신 용기의 제조에 매우 유리하다.

또한, 도 4(b1)에 비하여 내면 가열의 정도를 마일드하게 설정하고, 가열 온도를 낮게 함(예컨대 유리 전이점 Tg에 가까운 온도로 가열함)으로써, 도 4(b2)에 도시하는 것과 같이, 내면 표층부에 미세한 발포 셀(A⁴)을 많이 또한 고밀도로 형성할 수 있다. 이러한 경우에도, 중심부 O 및 내면 표층부로부터의 전열에 의해서 발포 셀이 형성되어 가기 때문에, 중심부 O에 가장 대직경의 발포 셀(A¹)이 분포하고, 적어도 중심부 O에서부터 내면 표층부의 전체에 걸쳐 발포 셀(A)이 형성되는 동시에, 내면 표층부측에는 꽤 다수의 작은 발포 셀(A⁴)이 분포하게 된다. 이러한 발포 구조의 프리폼으로부터 얻어지는 발포 연신 용기에서는, 특히 짧은 길이의 발포 셀이 내면측에 매우 다수 형성되어, 차광성이 한층더 향상된 것으로 된다.

예컨대, 도 4(b2)에 있어서, 성형부(53)의 내표면으로부터 이 부분에서의 전체 두께 D의 25%의 깊이까지의 영역 Q에서의 평균 셀 직경은, 중심부 O에서의 발포 셀(A¹)의 평균 직경보다도 작은 것을 조건으로 하여, 20 내지 100 ㎛ 정도인 것이 바람직하고, 또한, 상기 영역 Q에서의 셀 밀도는 1×10⁵ 내지 1×10⁸ 셀/㎤, 특히 5×10⁵ 내지 1×10⁸ 셀/㎤ 정도의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 미세한 발포 셀(A⁴)의 영역 Q에서의 평균 직경이 지나치게 크고, 또한 셀 밀도가 지나치게 크면, 발포에 의한 강도 저하나 가스 배리어성의 저하 등이 현저하게 되어 버릴 우려가 있기 때문이다.

한편, 프리폼(50)의 내면측으로부터의 가열은, 예컨대, 캐비티(7)로부터 빼낸 프리폼(50) 내에, 고주파 유도 가열 등에 의해 가열한 철심 등의 막대 형상 금속을 삽입하여, 프리폼(50)을 연신 성형 공정에까지 반송함으로써 용이하게 행할 수 있다.

이러한 프리폼(50)의 성형부(53)로부터는, 도 6 혹은 도 7에 도시하는 발포 영역이 동체부에 형성된 발포 연신 성형 용기를 얻을 수 있다.

3. 초미세 발포형에 대응하는 성형부;

도 4의 (c1) 및 (c2)에 도시되어 있는 초미세 발포형의 발포 구조에 있어서는, 성형부(53)의 외면측 표층부 및/또는 내면측 표층부에는, 셀 직경이 초미세한 발포 셀이 고밀도로 분포하고 있는 초미세 발포층(20)이 형성되어 있다.

예컨대, 전술한 도 4(a)에 도시되는 정규 분포형의 발포 구조는, 프리폼을 금형 캐비티(7)로부터 빼낸 후에, 성형부(53)의 내면측 및 외면측으로부터의 적극적 가열을 하지 않음으로써 실현할 수 있고, 전술한 도 4의 (b1) 및 (b2)에 도시되는 편재형의 발포 구조는, 프리폼(50)을 금형 캐비티(7)로부터 빼낸 후에, 성형부(53)의 내면측으로부터의 적극적 가열에 의해 실현할 수 있다. 이에 대하여, 도 4의 (c1) 및 (c2)에 도시되어 있는 초미세 발포형의 발포 구조는, 금형 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼낼 때, 외부로부터의 적극적 가열은 하지 않고, 성형부(53)의 외면 및/또는 내면의 온도를, 수지의 유리 전이점(Tg) 근방으로 설정해 둠으로써 실현할 수 있다.

즉, 사출 충전에 의해서 소정 형상으로 부형된 캐비티(7) 내의 성형체(프리폼(50))에는, 발포를 위한 불활성 가스가 용해되어 있기 때문에, 예컨대 그 온도가 대기압 하에서의 발포 시작 온도 이상으로 되어 있으면, 금형(3)을 개방하는 단계에서 발포를 일으키게 된다. 즉, 외압과의 압력차에 의해 수지 중(프리폼 중)에 용해되어 있는 가스가 팽창하면서 가스와 수지와의 상 분리에 의해서 기포(발포 셀)가 성장해 나가는 것이다.

이 발포 시작 온도는, 앞서도 말한 것과 같이, 적어도 수지의 유리 전이 온도(Tg)보다도 높은 온도이며, 불활성 가스의 함침량이나 성형체의 두께 등에 따라서 다르기도 하지만, 대기압 하에 있어서 유리 전이 온도(Tg)보다도 5 내지 15℃ 정도 높은 온도이며, 이 온도로 유지해 둠으로써, 발포 셀이 성장해 나간다. 또한, 발포 셀의 성장 속도는 온도가 높을수록(즉 수지가 부드러울수록) 빠른 것이다.

그런데, 본 발명에 있어서, 도 4(c1) 혹은 도 4(c2)에 도시되어 있는 것과 같이, 성형부(53)의 외면측 혹은 내면측의 표층부에 초미세 발포층(20)을 형성하기 위해서는, 캐비티(7) 내에서의 발포가 확실하게 방지되고, 더구나, 캐비티(7)로부터 빼낸 후, 외부로부터의 적극적 가열 없이 발포를 생기게 할 필요가 있다. 왜냐하면, 캐비티(7) 내에서의 발포나 캐비티로부터 빼낸 후의 적극적인 외부 가열에 의한 발포에서는, 발포 셀의 셀 직경이 커져 버려, 셀끼리의 융합 등에 의해 전술한 초미세의 발포 셀(A)을 형성할 수 없기 때문이다.

한편, 여기서 말하는 적극적 가열 없이란, 전혀 가열을 하지 않거나, 가열을 했다고 해도 초미세 발포 셀이 과도하게 성장하지 않는 매우 약한 가열(예컨대 연신 성형 가능한 온도를 유지하기 위한 보온)을 의미한다.

이러한 조건을 만족하도록 한 발포에 의해 초미세 발포층(20)을, 외면측 혹은 내면측의 표층부에 형성하기 위해서, 금형에 의한 냉각 조건을 조정하여, 초미세 발포층(20)을 형성하여야 할 정규부(53)의 표층부 온도를 수지의 유리 전이점 근방(특히 Tg 이상이며, Tg+25℃ 이하의 영역)으로 하여, 적어도 이러한 온도 영역에까지 성형부(53)의 표층부가 냉각되었을 때에, 보압의 해제 및 금형의 개방이 행해진다. 또한, 이러한 조건 하에서 발포가 생기도록 가스 용해량을 조절해 둘 필요도 있다.

예컨대, 캐비티(7) 내에서, 외면측의 표층부의 온도가 상기 온도 범위로 냉각되었을 때에 보압의 해제 및 금형의 개방이 행해진 경우에는, 외면측의 표층부에 초미세 발포층(20)이 형성된다. 또한, 내면측의 표층부의 온도가 상기 온도 범위로 냉각되어 보압의 해제 및 금형의 개방이 행해진 경우에는, 내면측의 표층부에 초미세 발포층(20)이 형성되게 된다.

도 4(c1)에서는, 외면측 및 내면측 양쪽의 표층부에 초미세 발포층(20)이 형성되고, 도 4(c2)에서는, 외면측의 표층부에만 초미세 발포층(20)이 형성되어 있다.

본 발명에 있어서, 상기와 같은 표층부 온도를 수지의 유리 전이점 근방으로 조정해 둠으로써 전술한 초미세 발포층(20)이 형성되는 이유는 명확히 해명되기에는 이르지 못하고 있지만, 아마도 유리 전이점 근방에서는, 기포의 생성 가능한 하한 온도라고 하여도 좋으며, 이러한 온도 하에서 금형의 개방에 의해, 표층부에 가해지고 있었던 압력이 단숨에 대기압으로 저하하기 때문에, 이 급격한 압력차도 요인이 되어 초미세한 발포 셀(A)이 형성되는 것으로 생각된다. 사실, 초미세 발포층(20)에서의 발포 셀(A⁵)의 셀 직경은 현저히 미세할 뿐 아니라(15 ㎛ 이하, 특히 10 ㎛ 이하), 이 초미세 발포층(20)의 두께 t는 매우 얇아, 예컨대 30 내지 100 ㎛ 정도의 두께이며, 이것은 초미세 발포층(20)이 순간적으로 형성되는 것을 말해주고 있다.

이러한 초미세 발포 셀(A⁵)은, 외압이 대기압으로 안정되면, 온도가 전술한 발포 시작 온도 이상으로 상승하지 않는 한, 그 이상의 크기로 성장하는 일은 없다. 따라서, 프리폼(50)(성형부(53))을 금형 캐비티(7) 내에서 빼낸 후에는, 그 표층부(초미세 발포층(20))의 온도가 발포 시작 온도 이상으로 승온하지 않도록 하면 좋다. 혹은, 발포 시작 온도 이상이라도 발포 셀의 성장이 충분히 느린 온도 범위에서 승온(또는 보온)하면 된다.

한편, 상기한 것과 같이 하여 초미세 발포층(20)을 형성하는 경우에 있어서도, 금형 캐비티(7)로부터 빼냈을 때의 프리폼(50)의 성형부(53)는, 온도 분포를 갖고 있어, 금형에 접촉하고 있는 표층부의 온도가 가장 낮고, 중심부 O의 온도가 가장 높다. 따라서, 전술한 도 4(a), 도 4(b1) 혹은 도 4(b2)의 분포 구조와 마찬가지로, 즉, 표층부(초미세 발포층(1))의 온도가 유리 전이점 근방에까지 냉각되어 있었다고 해도, 금형 캐비티로부터 빼낸 후의 전열에 의해서 표층부의 온도는 상승해 나가게 된다.

이로부터 이해되는 것과 같이, 초미세 발포층(1)을 안정적으로 형성하기 위해서는, 이러한 중심부로부터의 전열에 의한 온도 상승도 고려하고, 또한, 이러한 온도 상승을 이용하여 발포 구조가 제어된다.

예컨대, 도 4(c1)에 도시되어 있는 것과 같이, 외면측 및 내면측 양쪽의 표층부에 초미세 발포층(20)을 형성하는 경우에는, 금형 캐비티(7)로부터 프리폼(50)(성형부(53))을 빼낼 때에, 외면측 및 내면측의 표층부 온도가 어느 유리 전이점 근방으로 되는 동시에, 중심부 O의 온도가 발포 시작 온도보다도 고온으로 유지되도록 금형 온도나 금형 냉각 시간이 조정된다.

이러한 온도 제어에 의해, 금형 캐비티로부터 성형체를 빼낸 시점(경우에 따라 보압을 해제했을 때)부터 성형부(53)의 중심부 O에서 발포가 시작되고, 중심부 O로부터의 전열에 의해서 외면측 및 내면측의 표층부측으로 발포가 진행되어, 도 4(c1)에 도시되어 있는 것과 같이, 중심부 O에 가장 큰 경의 발포 셀(A¹)이 분포하고 있는 발포 코어층(X)과 함께, 외면 표층부 및 내면 표층부의 각각에 초미세 발포층(20)이 형성되게 된다.

또한, 도 4(c1)에 도시되어 있는 것과 같이, 초미세 발포층(20)과 발포 코어층(X) 사이에 비발포층(Y)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 초미세 발포층(20)과 발포 코어층(X)과의 융합을 피함으로써, 초미세 발포층(20)에서의 발포 셀(초미세 발포 셀(A⁵))의 조대화(粗大化)를 확실하게 방지할 수 있기 때문이다.

초미세 발포층(20)과 발포 코어층(X) 사이에 적당한 두께의 비발포층(Y)을 형성하기 위해서는, 이 초미세 발포층(20) 근방의 온도가 발포 시작 온도 이상으로 되지 않도록 하면 좋고, 이를 위해서는, 예컨대 냉풍의 분무 혹은 그 후의 이차 성형(연신 성형 등)에 의한 금형 냉각 등을 즉시 행하는 등의 수단을 채용할 수 있다. 또한, 금형 캐비티(7)로부터 빼냈을 때의 성형부(53)의 중심부 O에서의 온도를, 가능한 한 발포 시작 온도에 가까운 온도가 되도록 금형 냉각 조건을 조정하는 수단도 채용할 수 있으며, 이들 수단을 병용하더라도 좋다.

상술한 도 4(c1)의 패턴의 발포 구조에서는, 금형을 빼낼 때에, 성형부(53)의 표층부와 중심부 O 사이에 큰 온도차를 형성할 필요가 있고, 더구나, 금형을 빼낸 후에는, 중심부 O로부터의 전열에 의해 표층부(초미세 발포층(20))의 온도가 발포 시작 온도 이상으로 승온하지 않도록 할 필요가 있으며, 나아가서는, 초미세 발포층(20)과 발포 코어층(X) 사이에 비발포층(3)을 두어야만 한다. 이 때문에, 이러한 발포 구조의 발포 영역이 형성되는 프리폼(50)의 성형부(53)의 두께 D는 두꺼운 것이 바람직하며, 예컨대 두께 D가 2 mm 이상인 것이 적합하다.

한편, 초미세 발포층(20)과 발포 코어층(X) 사이의 비발포층(Y)의 두께 d는, 중심부 O에서부터 성장하여 발포 코어층(X)을 형성하는 큰 직경의 발포 셀(A)과 초미세 발포 셀(A⁵)이, 후술하는 연신이 행해진 경우에도 합일(合一)하지 않을 정도의 크기면 되며, 일반적으로 30 ㎛ 이상, 특히 30 내지 120 ㎛ 정도의 범위에 있으면 된다.

또한, 이러한 초미세 발포층(20)을 형성하는 경우, 전술한 편재형의 발포 구조와 마찬가지로, 내면측에서 외부 가열을 할 수도 있고, 이에 따라, 도 4(c2)에 도시되어 있는 것과 같이, 외면측의 표층부에만 초미세 발포층(20)을 형성하고, 내면측 표층부에는, 초미세 발포 셀(A⁵)보다는 셀 직경이 크고, 중심부 O에서의 발포 셀(A¹)보다는 셀 직경의 작은 미세한 발포 셀(A⁴)로 이루어지면서 발포 코어층(X)에 연속해 있는 미세 발포층(25)을 형성할 수 있다.

즉, 도 4(c2)의 발포 분포 구조를 형성하기 위해서는, 금형 캐비티(7) 내에서의 냉각 조건은 도 4(c1)의 분포 구조를 형성하는 경우와 완전히 같지만, 금형 캐비티(7)로부터 프리폼(50)(성형부(53))을 빼낸 후, 내면 표층부측에서 외부 가열을 한다. 이러한 외부 가열을 행함으로써, 발포 코어층(X)에 연속해 있는 미세 발포층(25)을 형성할 수 있다.

이러한 미세 발포층(25)에 있어서는, 앞서도 말한 것과 같이, 외부 가열의 가열 온도에 의해서 미세 발포층(25)을 형성하는 발포 셀(A⁴)의 직경을 조정할 수 있으며, 고온으로 가열할수록 발포 셀(A⁴)의 직경은 커지고, 가열 온도가 낮을수록 발포 셀(A⁴)의 직경은 작아진다. 따라서, 외부 가열 조건을 적절한 범위로 설정하여, 발포 셀(A⁴)의 평균 직경을 소정의 범위로 할 수 있다. 예컨대, 성형부(53)의 내표면으로부터 깊이 500 ㎛까지의 영역 Q에서의 평균 셀 직경은, 중심부 O에서의 발포 셀(A¹)의 평균 직경보다도 작으면서 초미세 발포 셀(A⁵)의 평균 직경보다도 큰 것을 조건으로 하여, 20 내지 100 ㎛ 정도인 것이 바람직하고, 또한 상기 영역 Q에서의 셀 밀도는 5×10⁵ 내지 1×10⁸ 셀/㎤ 정도의 범위에 있는 것이, 발포에 의한 강도 저하나 가스 배리어성의 저하 등을 억제하는 데에 있어서 바람직하다.

한편, 외부 가열 수단으로서는, 앞서도 말한 것과 같이, 열풍 가열, 히터 가열, 고주파 가열 등에 의해 가열한 철심을 삽입하는 등, 프리폼(50) 성형부(53)의 크기나 형상에 따라서 적절한 수단을 채용할 수 있다.

더욱이, 이러한 도 4(c2)의 패턴의 발포 구조도, 금형 냉각에 의해 큰 온도차를 형성하는 것이 바람직하므로, 성형부(53)의 두께 D는 두꺼운 것이 바람직하며, 예컨대 2 mm 이상의 범위에 있는 것이 좋다.

상기한 것과 같이 하여 정규 분포형, 편재형 혹은 초미세 발포형의 발포 분포 구조를 성형부에 형성할 수 있다. 이와 같이 발포 셀이 분포되어 있는 발포 영역은, 일반적으로, 최종적으로 얻어지는 용기의 동체부에 대응하는 성형부(53)의 전체에 형성되지만, 물론 성형부(53)의 일부분에 발포 영역을 형성할 수도 있다. 성형부(53)의 일부분에 발포 셀이 존재하지 않는 비발포 영역을 형성하기 위해서는, 입구부와 마찬가지로, 전술한 금형 냉각에 의해, 성형부(53)의 소정 부분에 있어서, 표층부에서부터 중심부에 걸쳐 전체를 발포 시작 온도보다도 낮은 온도까지 냉각해 두면 좋다.

상술한 도 4의 (c1) 및 (c2)에 도시되어 있는 초미세 발포형의 분포 구조를 갖는 프리폼(50)의 성형부(53)로부터는, 각각 도 8 및 도 9에 도시하는 발포 영역이 동체부에 형성된 발포 연신 성형 용기를 얻을 수 있다.

<연신 성형 및 용기>

본 발명에서는, 상기와 같은 발포 분포 구조가 성형부(53)에 형성된 발포 프리폼(50)은, 그 성형부(53)의 온도가 연신 성형 가능한 온도로 유지되고 있는 중에, 블로우 성형 등의 연신 성형에 부쳐지고, 이에 따라, 예컨대 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 프리폼(50)에 대응하여, 나사부(61a)와 서포트 링(61b)을 갖고 있는 입구부(61)와, 동체부(63)를 갖는 발포 연신 용기(60)를 얻을 수 있다.

즉, 이러한 용기에 있어서는, 동체부(63)가 프리폼(50)의 성형부(53)에 상당하고, 성형부(53)와 마찬가지로, 동체부(63)의 하단은 닫혀 바닥부(65)가 형성되어 있고, 이러한 동체부(63)가, 발포 셀이 존재하고 있는 발포 영역으로 되고, 한편, 입구부(61)는, 발포 셀이 전혀 존재하지 않는 비발포 영역으로 된다.

본 발명은, 핫 패리슨법을 이용하여 연신 성형 용기를 성형하는 것으로, 프리폼(50)의 성형에서부터 연신 성형 용기(60)의 성형까지가 연속해서, 구체적으로는 프리폼(50)의 성형부(53)의 중심부 온도가 연신 성형 가능한 온도로 유지된 채로 연신 성형 공정으로 반송되어 연신 성형이 행해진다. 따라서, 본 발명에서 채용되는 연신 성형으로서는, 통상 그 자체 공지된 블로우 성형이 채용되지만, 성형되는 용기 형상이 용기 내용물의 추출구가 되면서 캡이나 덮개 등이 장착되는 입구부를 갖는 것이라면, 플러그 어시스트 성형으로 대표되는 진공 성형 등을 적용하는 것도 물론 가능하다.

즉, 유리 전이점(Tg) 이상이며 융점 미만 범위의 연신 성형 가능한 온도 범위에 성형부(53)가 유지되고 있는 프리폼(50)을 연신에 부치면, 성형부(53)의 기벽이 잡아 늘려지는 동시에, 성형부(53)에 형성되어 있던 구상(球狀) 혹은 구상에 가까운 형상의 발포 셀(A)도 연신 방향으로 늘려져 편평 형상으로 된다. 이러한 연신에 의해서 얻어진 발포 연신 용기(60)의 동체부(63)(발포 영역)에서의 최대 연신 방향을 따른 단면이, 전술한 도 4에 도시된 발포 분포 구조에 대응하며, 도 5~도 9에 도시되어 있다. 이들 도면으로부터 이해되는 것과 같이, 성형부(53)에 대응하여 동체부(63)의 중심부 O에 위치하는 편평형의 발포 셀(B)의 최대 연신 방향 길이 L이 가장 커진다.

한편, 이하의 설명에 있어서, 편평형의 발포 셀(B)에 관해서, 그 길이란, 특별히 기재하지 않는 한, 최대 연신 방향의 길이를 의미한다.

연신 조건은, 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 중심 부분 O에서의 편평형 발포 셀(B)의 길이 L이 1000 ㎛ 이하이며, 또한 두께 t가 100 ㎛ 이하 정도가 되도록, 프리폼(50)의 성형부(53)의 중심부 O에서의 공 형상의 발포 셀(A)(A¹)의 크기를 고려하여, 연신 배율 등의 연신 조건을 설정하여 연신을 하는 것이 적합하다. 즉, 중심부 O에서의 편평형 발포 셀(B)의 크기를 상기 범위 내로 함으로써, 발포 영역의 전체에 걸쳐 높은 차광성을 발현시키면서 발포에 의한 강도 저하나 가스 배리어성의 저하를 유효하게 피할 수 있다.

예컨대, 축 방향(높이 방향) 및 둘레 방향의 2축 방향으로 연신되는 블로우 성형에서는, 통상 이 방향에서의 연신 배율이 2 내지 4배 정도가 되도록 연신되고, 축 방향에 대해서만 1축 방향으로 연신이 행해지는 플러그 어시스트 성형 등에서는, 이 방향에서의 연신이 최대 연신 방향으로 되어, 상기와 같은 연신 배율로 연신을 하여, 상기와 같은 크기의 편평형 발포 셀(B)이 형성되도록 하는 것이 좋다.

또한, 연신 성형을 함에 있어서는, 프리폼(50)의 입구부(51)는 연신되지 않는 부분이기 때문에, 가열되는 일이 없고, 따라서, 이 부분이 발포 시작 온도 이상으로 가열되는 일은 없으므로, 얻어지는 용기(60)의 입구부(61)는, 발포 셀이 전혀 존재하지 않는 비발포 영역으로 된다. 이 때문에, 발포에 의한 입구부(61)의 저강도화나 조면화를 유효하게 피할 수 있어, 캡에 의한 밀봉성이나 캡과의 결합성, 금속박 등의 시일박과의 접착성 등이 발포에 의해 저해되지 않고, 유효하게 확보된다.

도 5~도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 동체부(63)의 발포 영역에서의 편평형 발포 셀(B)의 분포는, 전술한 프리폼(50)의 성형부(53)의 발포 셀(A)의 분포 구조에 대응한 것으로 된다.

이하, 편평형 발포 셀(B)의 분포 구조에 관해서 설명한다.

1. 정규 분포형 발포 구조의 동체부(63);

예컨대, 도 4(a)의 정규 분포형의 발포 구조가 형성되어 있는 성형부(53)를 갖는 프리폼(50)으로부터는, 도 5에 도시되어 있는 것과 같은 편평 형상의 발포 셀(B)이 정규 분포된 구조의 발포 구조가 동체부(63)에 형성된다. 도 5로부터 이해되는 것과 같이, 연신에 의해서, 전술한 발포 셀(A)은 연신 방향으로 잡아 늘려져, 편평형의 발포 셀(B)로 되고, 이러한 편평형 발포 셀(B)에 의해서 발포층(X²)이 형성되어 있다.

또한, 용기의 외면측 및 내면측에는, 프리폼(50)의 성형부(53)(도 4(a) 참조)에 대응하여, 발포 셀(B)이 존재하지 않는 비발포층(Z)이 형성되어 있다.

이러한 연신 성형, 즉, 발포 셀의 편평화에 따라서, 발포 셀의 겹침 정도가 늘어나, 그 차광성이 현저히 높아진다.

또한, 전술한 프리폼(50)에서는, 중심부 O에 존재하는 발포 셀(A¹)의 직경이 가장 크고, 외면측 및 내면측으로 갈수록 소직경으로 되어 있는데, 이에 대응하여, 연신에 의해서 편평화된 편평형 발포 셀(B)에서는, 중심부 O에 존재하는 편평형 발포 셀(B¹)의 최대 연신 방향 길이 L이 가장 크고, 외면측 및 내면측으로 갈수록 길이 L이 작아지고 있다.

이러한 정규 분포형의 발포 구조에서는, 연신되어 있는 동체부(63)에 있어서의 편평형 발포 셀(B)의 길이 분포가 일정한 범위로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 중심 부분 O에 위치하는 편평형 발포 셀(B¹)의 길이 Lm과, 가장 외면 혹은 내면에 가까운 위치에 존재하고 있는 편평형 발포 셀(B)의 길이 Ls의 비(Lm/Ls)가, 1 내지 15, 특히 1.5 내지 7 정도의 범위로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 길이 분포에 의해, 발포에 의한 강도 저하 등의 문제점을 일으키는 일없이, 차광성의 발현, 경량화 등, 발포에 의한 이점을 효과적으로 살릴 수 있다. 예컨대, 상기한 비(Lm/Ls)가 지나치게 크면, 중심 부분 O에 존재하는 편평형의 발포 셀(B¹)이 필요 이상으로 커, 용기(60)의 강도 저하를 초래하여, 파손 등을 일으키기 쉬워지는 경향이 있다. 또한, 상기한 비(Lm/Ls)가 지나치게 크면, 편평형 발포 셀(B)이 존재하는 영역(X²)의 두께가 얇아, 발포 셀(B)끼리의 겹침도 적어져 버려, 차광성이 저하될 우려가 있다.

한편, 상기와 같은 편평형 발포 셀(B)의 길이 분포(Lm/Ls)의 조정은, 캐비티(7) 내에서의 프리폼(50)을 냉각할 때에, 성형부(53)의 중심부에서의 온도를 제어함으로써 용이하게 조정할 수 있다. 즉, 캐비티(7)로부터 프리폼(50)을 빼낼 때, 그 냉각 시간을 단시간으로 하고, 중심부의 온도를 높게 할수록 발포 셀(A)의 직경이 크고, 따라서 편평형 발포 셀(B¹)의 길이 Lm도 커지기 때문에, 이것을 이용하여, Lm/Ls의 값을 조정할 수 있다.

또한, 상술한 동체부(63)에서의 발포 분포 구조에 관해서는, 전술한 프리폼(50)의 성형부(53)(발포 영역)에서의 내면측의 비발포층(Y)의 두께가 외면측의 비발포층(Y)의 두께보다 얇아지는 경향에 있는 것과 관련하여, 동체부(63)의 내외면에 형성되어 있는 비발포층(Z)에서는, 내면측의 비발포층(Z) 쪽이 외면측의 비발포층(Z)보다도 얇아지는 경향이 있다. 앞서도 말했지만, 캐비티(7) 내에서 프리폼(50)을 빼낼 때, 성형부(53)의 내면측의 분위기 쪽이 외면측보다도 고온이기 때문에, 중심부로부터의 전열에 의해서 내면측 쪽으로 발포가 진행되기 쉽기 때문이다.

내면측 및 외면측에 형성되는 비발포층(Z)의 두께는, 그 용도나 용기벽의 두께에 따라서도 다르지만, 일반적으로, 전술한 프리폼(50)의 성형부(53)(발포 영역)에서의 두께나 비발포층(Y)의 합계 두께와 관련하여, 연신 배율이 높은 중형이나 대형의 용기인 경우, 용기벽의 두께(특히 동체부(53)의 두께)가 0.3 mm 이상이며, 그다지 연신을 하지 않는 소형의 용기인 경우는, 용기벽의 두께를 2 mm 이상으로 하는 것이 가능하다. 또한, 이들 비발포층(Z)의 합계 두께가, 상기 용기벽의 두께의 20 내지 70%, 특히 30 내지 60%의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이러한 비발포층(Z)의 두께 조정에 의해, 발포에 의한 불이익을 유효하게 피하면서, 차광성의 향상, 경량화 및 리사이클성 등, 발포에 의한 이점을 최대한으로 활용할 수 있다.

한편, 상기와 같은 비발포층(Z)의 두께 조정은, 전술한 방법에 따라서, 연신에 제공하는 프리폼(50)의 성형부(53)에서의 비발포층(Y)의 두께를, 연신 배율 등의 연신 조건을 고려하여 조정해 둠으로써 용이하게 실현할 수 있다.

상술한 정규 분포형의 발포 구조가 동체부(63)에 형성되어 있는 발포 연신 용기(60)에서는, 프리폼(50)의 성형부(53)에서의 발포 상태(중심부 발포 셀(A¹)의 크기나 밀도 등)를 이용하여 편평형의 발포 셀(B)의 겹침 정도 등을 조정함으로써, 예컨대, 파장 500 nm의 가시광선에 대한 전광선 투과율이 70% 이하, 특히 50% 이하로 될 수 있어, 높은 차광성을 부여할 수 있어, 빛에 의해 변질이 일어기기 쉬운 내용물을 수용하는 데에 있어서 매우 유리하게 된다.

또한, 발포 셀(B)이 분포되어 있는 발포 영역(동체부(63))의 표면에는 비발포층(Z)이 존재하고 있고, 또한 성형시의 파포 등에 의한 스월 마크의 발생도 유효하게 방지되어, 그 표면의 평활성은 매우 높으므로 광택감이 있는 우수한 외관을 갖고 있어, 그 상품 가치는 높다.

2. 편재형 발포 구조의 동체부(63);

도 4(b1)의 편재형의 발포 구조가 형성되어 있는 성형부(53)를 갖는 프리폼(50)으로부터는, 도 6에 도시되어 있는 것과 같은 편평 형상의 발포 셀(B)이 내면측에 편재된 구조의 발포 구조가 동체부(63)에 형성된다. 즉, 연신에 의해서 잡아 늘려진 편평형의 발포 셀(B)은, 도 4(b1)의 분포에 대응하여, 내면측에 편재하여 발포층(X²)을 형성하고 있다.

또한, 용기의 외면측에는, 프리폼(50)에 대응하여, 발포 셀(B)이 존재하지 않는 비발포층(Z)이 형성된다.

연신 성형, 즉, 발포 셀의 편평화에 따라서, 발포 셀(A)의 겹침 정도가 늘어나, 그 차광성이 높아지는 것인데, 이러한 편재형 발포 구조에서는, 전술한 프리폼(50)의 내면측의 가열에 의해 발포 셀(A)의 수가 현저히 증대되고 있기 때문에, 그 차광성은 한층더 높아지고 있고, 높은 차광성에 유래하여, 발포 영역으로 되어 있는 동체부(63)(바닥부(65)를 포함함)의 백색도도 매우 높은 것으로 된다.

또한, 도 4(b1)에서는, 중심부 O에 존재하는 발포 셀(A¹)의 직경이 가장 크면서 내면측의 표층부에 존재하는 발포 셀(A)의 직경도 같은 정도의 크기를 갖고 있고, 중심부 O와 내면 사이에 존재하는 발포 셀(A)의 직경이 중간의 크기이며, 중심부 O에서 외면측으로 갈수록 발포 셀(A)의 직경은 소직경으로 된다. 도 6의 편재형 발포 구조는, 이러한 발포 셀(A)의 직경 분포에 대응하여, 연신에 의해서 편평화된 편평형 발포 셀(B)은 길이 분포를 갖는다. 즉, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 중심부 O에 존재하는 발포 셀(B¹)의 길이(최대 연신 방향 길이) Lm이 가장 크고, 또 내면에 존재하는 편평형 발포 셀(B)의 길이 L도 같은 정도로 길고, 중심 O와 내면 사이에 존재하는 편평형 발포 셀(B)이나 외면측에 위치하고 있는 편평형 발포 셀(B)의 길이는 상대적으로 짧다.

이러한 편재형의 발포 구조가 동체부(63)에 형성되어 있는 본 발명의 용기(60)에 있어서는, 내면측에 길이가 다른 편평형 발포 셀(B)이 다수 분포하고 있으면서, 외면측에 편평형의 발포 셀(B)이 존재하지 않는 비발포층(Z)이 형성되어 있으므로, 표면 평활성, 외관 특성, 인쇄 적성을 확보하면서 차광성을 향상시킬 수 있어, 예컨대, 가시광에 대한 광선 투과율(파장 500 nm에서의 전광선 투과율)을 20% 이하로 할 수 있다. 또한, 발포에 의한 강도 저하나 가스 배리어성의 저하를 유효하게 피할 수 있어, 발포에 의한 경량화를 저감시키는 데에 있어서도 유리하다.

또한, 동체부(63)에 편재형 발포 구조를 형성하기 위해서는, 프리폼(50)의 성형부(53)에 온도 분포를 형성하므로, 성형부 두께가 2.5 mm 이상인 두께 있는 프리폼(50)을 연신 공정에 도입하는 것이 바람직하고, 따라서, 연신 배율이 높은 중형이나 대형의 용기인 경우, 이 발포 연신 용기의 동체부(63)의 두께가 0.3 mm 이상이며, 그다지 연신을 하지 않는 소형의 용기인 경우는, 용기벽의 두께가 2 mm 이상으로 되는 것도 가능하다.

더욱이 상기와 같은 두께 있는 용기에 있어서, 비발포층(Z)의 두께는, 상기 용기의 동체부(63)의 두께의 10 내지 35%, 특히 15 내지 25%의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이러한 비발포층(Z)의 두께 조정에 의해, 발포에 의한 불이익을 유효하게 피하면서, 차광성의 향상, 경량화 및 리사이클성 등, 발포에 의한 이점을 최대한으로 활용할 수 있다. 이 비발포층(Z)의 두께가 얇으면, 용기벽 전체에 편평형의 발포 셀(B)이 분포하고 있는 상태가 되어, 강도나 가스 배리어성이 손상되고, 또한 외관 특성이 손상되는 경우도 있기 때문이다.

또한, 도 7에 도시되어 있는 편재형 발포 구조를 갖는 동체부(63)는, 도 4(b2)의 편재형의 발포 구조가 형성되어 있는 성형부(53)를 갖는 프리폼(50)을 연신 성형함으로써 형성된다. 즉, 도 7에서는, 도 4(b2)의 내면측의 미세 발포층 Q에 상당하는 영역 P가 내면의 표층부에 형성되어 있고, 미세한 길이의 발포 셀(B²)이 고밀도로 형성되어 있다. 이러한 영역 P가 발포 영역에 형성되어 있는 발포 연신 용기에서는, 그 차광성은 더욱 높아지고 있어, 예컨대, 가시광에 대한 광선 투과율이 20% 이하, 특히 15% 이하로 더욱 저감된다.

3. 초미세 발포 구조의 동체부(63);

도 8에 도시되어 있는 발포 구조는, 도 4(c1)의 성형부(53)를 연신 성형하여 얻어지는 것이며, 상기 성형부(53)에 대응하여, 내면측 표층부 및 외면측 표층부의 각각에 초미세 발포층(30)이 형성되고, 중앙 부분에는, 중심 O에 위치하는 편평형 발포 셀(B¹)을 포함하는 발포 코어층(X³)이 형성되고, 발포 코어층(X³)과 초미세 발포층(30) 사이에는, 비발포층(Z)이 형성되어 있다.

또한, 도 9에 도시되어 있는 발포 구조는, 도 4(c2)의 성형부(53)를 연신 성형하여 얻어지는 것이며, 상기 성형부(53)에 대응하여, 외면측 표층부에만 초미세 발포층(30)이 형성되고, 내면측은, 미세 발포층(25)에 상당하는 영역 P가 도 7의 편재형과 같은 식으로 형성되어 있고, 초미세 발포층(30)과 발포 코어층(X³) 사이에는, 비발포층(Z)이 형성되어 있다.

즉, 도 4(c1) 및 도 4(c2)의 초미세 발포층(20)에 대응하여 형성되어 있는 초미세 발포층(30)은, 최대 연신 방향 길이 L이 초미세(예컨대 50 ㎛ 이하)의 편평형 발포 셀(B³)이 고밀도로 존재함으로써 형성되어 있고, 이에 따라, 발포에 의한 외관 특성이나 가스 배리어성, 인쇄 적성의 저하 등을 유효하게 억제하면서 차광성을 높일 수 있다.

예컨대, 도 8에 도시되어 있는 발포 구조를 갖는 동체부(63)는, 도 5에 도시되어 있는 정규 분포형의 발포 구조에 비하여, 더욱 높은 차광성을 보이고, 도 9에 도시되어 있는 발포 구조를 갖는 동체부(63)는, 도 7에 도시되어 있는 편재형의 발포 구조에 비하여, 더욱 높은 차광성을 보이는 것으로 되어, 예컨대 가시광에 대한 광선 투과율을 10% 이하로 저감할 수 있다.

또한, 도 8 및 도 9에 있어서, 초미세 발포층(30)과 발포 코어층(X³) 사이의 비발포층(Z)은, 초미세의 편평형 발포 셀(B³)과, 발포 코어층(X³)을 형성하고 있는 큰 편평형 발포 셀(B)과의 합일화를 피하기 위해서 형성되는 것이기 때문에, 초미세 발포층(30)과 발포 코어층(X³)의 구분이 명확하게 되어 있는 한, 가급적 얇아도 좋다.

상술한 각종 발포 구조가 동체부(63)에 형성되어 있는 본 발명의 발포 연신 용기는, 핫 패리슨법에 의해 제조되는 것인데, 이러한 핫 패리슨법을 이용하고 있으면서, 입구부(61)의 발포가 확실하게 방지되기 때문에, 그 실용성이 매우 높으며, 이것은 본 발명의 최대의 이점이다.

또한, 본 발명의 발포 연신 용기는, 핫 패리슨법에 의해 제조되는 것으로, 열의 유효 이용을 도모할 수 있기 때문에, 특히 두께 있는 용기에 매우 유효하게 적용된다. 콜드 패리슨법에서는, 두께 있는 프리폼을 연신하기 위해서 많은 열에너지를 요하지만, 본 발명에서는, 성형된 프리폼을 연신 가능 온도로 유지한 채의 상태에서 발포 및 연신이 행해지므로, 프리폼의 가열이 필요 없기 때문이다.

이러한 용기는, 조미료, 샴푸 등의 세제에 더하여, 화장품 등의 고급스런 느낌이 요구되는 분야에서의 용기로서 매우 유용하다. 물론 음료 등의 분야에서도 사용할 수 있음은 말할 것도 없다.

실시예

본 발명을 다음 실시예에서 설명한다.

이하의 실시예에 있어서, 발포 연신 성형 용기의 제조는 도 1에 도시하는 프로세스에 따랐다. 사출 성형기에는 가열통 도중에 발포 가스를 공급·혼련할 수 있는 소위 발포 사출기를 이용했다.

또한, 금형으로서는, 도 2에 도시된 개략 구조를 갖는 것을 이용했다. 이 금형에 있어서, 금형 냉각은, 입구부와 동체부(성형부)에서 각각 다른 온도로 설정할 수 있게 되어 있다. 즉, 입구부의 냉각은, 도 2의 3(a)의 금형에 흐르는 냉각수의 온도로 제어하고, 동체부의 냉각은, 도 2의 3(b) 및 5에 도시하는 부분에 더하여, 바닥부를 형성하는 금형에 흐르는 냉각수의 온도로 제어할 수 있게 되어 있다.

더욱이, 용기 형성용의 수지로서는, 제습 건조기로 충분히 건조시킨 시판되는 병 용도의 PET 수지(고유 점도: 0.84 dl/g)를 사용했다.

또한, 이하의 실시예에서는, 상기한 PET 수지를 사출 성형기의 호퍼에 공급하고, 또한 사출 성형기의 가열통 도중에 발포제로서 질소 가스를 공급하여, PET 수지와 혼련하여 용해시키고, 이 가스 함침 용융 PET를 사출 성형하여, 시험관 형상의 프리폼(중량; 25 g, 동체부 금형 두께 3~3.5 mm)을 성형했다. 한편, 사출 성형시에는, 충전 시작에 앞서서 금형 내에 고압 에어를 공급하여, 충전시의 발포를 억제했다.

사출 성형 조건으로서 충전 보압 조건과 형내 냉각 시간을 조정하여, 프리폼을 빼낼 때의 프리폼 온도나 발포 상태를 제어했다. 한편, 충전 보압 시간은 충전 시간과 보압 시간의 합계 시간으로 정의된다.

사출 성형 금형으로부터 빼낸 프리폼은, 프리폼 온도를 조정하게 하기 위해서 10초~30초 정도의 어닐링 과정을 거쳐, 500 ml의 병으로 연신 블로우 성형했다. 이때, 종횡의 연신 배율은 각각 약 3배이다.

실시예 및 비교예에 기재한 평가는 다음의 방법에 따라서 실시했다.

(1) 연신 블로우 적성:

사출 성형 금형으로부터 빼낸 프리폼의 표면 온도를 접촉식의 온도계로 측정했다. 빼낸 후, 10~30초 사이의 피크 온도를 프리폼 온도로서 평가했다. 동체부의 내외표면 온도가 85℃~120℃인 경우에, 연신 블로우 적성이 양호하다고 평가하고, 85℃ 미만 및 120℃ 이상인 경우에는, 연신 블로우 적성이 불량이라고 평가했다.

(2) 입구부 발포:

사출 성형 금형으로부터 빼낸 프리폼을 실온에서 10~30초 공냉한 후, 수냉하여 발포를 정지시켰다. 그 후, 입구부 및 동체부의 발포 유무를, 눈으로 보아 확인하거나 혹은 전자현미경에 의한 단면 관찰에 의해 확인했다. 평가 기준은 다음과 같다.

◎(최량) : 입구부에 전혀 발포 셀이 보이지 않는다.

○(양호) : 입구부의 나사부에는 발포 셀이 보이지 않지만 서포트 링부의 두꺼운 부분에 극히 근소한 발포 셀이 보인다.

×(불가): 입구부의 전반에 발포 셀이 보인다.

(3) 동체부의 발포 구조:

상기 (2)의 프리폼 또는 연신 블로우 성형 후의 병에 관해서, 동체부 단면의 발포 셀의 모습을 전자현미경으로 관찰했다. 또한, 발포층 및 비발포층의 두께를 평가했다.

(4) 차광 성능 평가:

얻어진 병의 동체부 중앙 부근을 잘라내어, 분광광도계((주)시마즈세이사쿠쇼 UV-3100 PC)를 이용하여, 적분구식 측정법에 의해, 파장 500 nm에 있어서의 전광선 투과율을 측정했다.

정규 분포형 발포 구조의 연신 발포 병에 관한 평가;

<실시예 1>

PET 수지를 발포 사출기의 호퍼로부터 투입하여, 가열 용융시키면서, 가열통 도중에 수지량에 대하여 0.13 중량%의 질소 가스 발포제를 공급하여, 사출 성형에 의해 용기용 프리폼을 성형했다. 이때, 충전 시작에 앞서서 금형 내부를 5 MPa의 고압 에어로 채워(카운터프레셔), 충전 완료와 거의 동시에 탈압(脫壓)했다.

금형 냉각수 온도는, 입구부를 20℃, 동체부를 60℃로 설정했다. 충전 보압은, 압력 50 MPa, 시간 11초(이 중, 충전 시간은 2.2초)로 하고, 보압 완료 후의 금형 내에서의 냉각 시간은 0.5초로 했다. 프리폼 성형 조건을 표 1에 나타낸다.

사출 성형 후, 금형으로부터 빼낸 직후부터 동체부에 있어서 발포가 시작되는 모습을 관찰할 수 있었다. 그 프리폼을 실온에서 20초간 유지하여, 프리폼 표면 온도를 측정하는 동시에, 수냉하여 발포를 정지하여 단면 관찰을 했다. 병 성형하는 경우에는, 마찬가지로 금형으로부터 빼내고 나서 실온에서 20초 유지하고, 이어서 곧바로 연신 블로우 성형기로 병 형상의 용기를 성형했다.

프리폼의 평가 결과를 표 2에, 외관을 도 10에 나타낸다. 프리폼의 동체부 온도는 85℃~120℃의 범위 내이며, 블로우 적성은 양호했다.

또한, 도 10-A)의 외관 사진으로부터 분명한 것과 같이, 입구부에는 발포 셀이 전혀 보이지 않고, 동체부에는 발포 셀이 형성되어 있었다. 그 발포 구조는, 외면 및 내면에 각각 1.07 mm, 1.0 mm의 비발포층이 형성되고, 그 사이의 중심부에 1.44 mm의 발포층이 형성되어 있었다. 또한, 발포층은 중심부에 200 ㎛ 정도의 큰 기포가 존재하고, 내외면의 비발포층과의 경계 부근에는 100 ㎛ 정도의 작은 기포가 존재하고 있었다.

연신 블로우 후의 병의 사진을 도 11에 도시한다. 도 11로부터 분명한 것과 같이, 입구부는 완전히 비발포이며 동체부 및 바닥부가 발포된 용기를 얻을 수 있었다.

동체부의 발포 구조는, 프리폼의 발포 구조를 연신 방향으로 늘린 것과 같은 구조로 되어 있으며, 내외면에 두꺼운 비발포층이 형성되고, 중심부의 발포층은 중심부일수록 연신 방향으로 긴 기포가 형성되어 있었다. 외면에 존재하는 두꺼운 비발포층의 존재에 의해, 표면이 평활하고 광택감이 있는 외관을 갖고 있었다.

<실시예 2>

압출기 선단부의 온도를 실시예 1보다도 15℃ 낮게 설정(290℃)하고, 금형 냉각수 온도를 입구부 10℃, 동체부 50℃로 하고, 충전 보압 시간을 8초, 금형 내 냉각 시간을 0초, 프리폼을 빼낸 후의 실온 유지 시간을 10초로 한 것 이외에는 실시예 1과 같은 식으로 프리폼 및 병을 성형했다.

프리폼의 평가 결과를 표 2에, 외관을 도 10에 나타낸다.

프리폼의 동체부 온도는 85℃~120℃의 범위 내이며, 블로우 적성은 양호했다.

도 10-B)의 외관 사진으로부터 분명한 것과 같이, 입구부의 나사부에는 발포 셀이 보이지 않고, 동체부에는 발포 셀이 형성되어 있었다.

또한, 도 12에 도시하는 것과 같이, 프리폼의 동체부 발포 구조는, 내외면에 두꺼운 비발포층, 중심부에 발포 셀이 형성되고, 중심부에 가장 큰 발포 셀이 형성되어 있었다. 중심부 및 비발포층과의 경계 부근의 발포 셀의 크기는 각각 약 100 ㎛, 약 30 ㎛였다.

연신 블로우 후에는, 입구부가 비발포이고 동체부와 바닥부가 발포된 병을 얻을 수 있었다. 그 동체부의 발포 구조는, 내외면에 두꺼운 비발포층이 형성되고, 중심부의 발포층은 중심부일수록 연신 방향으로 긴 기포가 형성되어 있었다. 외면에 존재하는 두꺼운 비발포층의 존재에 의해, 표면이 평활하고 광택감이 있는 외관을 갖고 있었다.

<실시예 3>

충전 보압 시간을 6초로 한 것 이외에는 실시예 2와 같은 식으로 하여 프리폼 및 병을 성형했다.

연신 블로우 적성은 양호, 입구부의 발포가 없고 동체부와 바닥부가 발포된 프리폼을 얻을 수 있었다.

프리폼의 동체부 발포 구조는, 내외면에 두꺼운 비발포층, 중심부에 발포층이 형성되고, 중심부일수록 큰 발포 셀이 형성되어 있었다. 중심부 및 비발포층과의 경계 부근의 발포 셀의 크기는 각각 약 250 ㎛, 약 40 ㎛였다.

연신 블로우 후에는, 입구부가 비발포이고 동체부와 바닥부가 발포된 병을 얻을 수 있었다. 그 동체부의 발포 구조는, 내외면에 두꺼운 비발포층이 형성되고, 중심부의 발포층은 중심부일수록 연신 방향으로 긴 기포가 형성되어 있었다. 외면에 존재하는 두꺼운 비발포층의 존재에 의해, 표면이 평활하고 광택감이 있는 외관을 갖고 있었다.

<비교예 1>

충전 보압 압력을 20 MPa로 한 것 이외에는 실시예 3과 같은 식으로 하여, 프리폼을 성형했다. 한편, 충전 보압 압력 20 MPa는, 발포제를 포함하지 않는 비발포 프리폼을 성형할 때의 표준적인 압력 범위이며, 각별히 낮은 압력은 아니다.

프리폼의 평가 결과를 표 2에, 외관을 도 10에 나타낸다.

프리폼의 동체부 온도는 85℃~120℃의 범위 내이고, 블로우 적성은 양호했지만, 도 10-C)의 외관 사진으로부터 분명한 것과 같이, 입구부를 포함하는 프리폼 전체가 발포되어 있었다. 동체부의 발포 상태는 양호했지만, 입구부가 발포되어 있어, 외관이 나쁠 뿐만 아니라, 밀봉성이나 치수 안정성이 우려되었다.

<비교예 2>

금형 냉각수 온도를 입구부 20℃, 동체부 25℃로 한 것 이외에는, 실시예 3과 같은 식으로 하여 프리폼을 성형했다.

프리폼의 입구부는 발포되어 있지 않아 양호했지만, 동체부의 발포 셀은 실시예 1~3과 비교하여 적었다. 또한, 동체부의 내외표면 온도가 85℃ 미만으로, 연신 적성이 적당하지 않았다.

<비교예 3>

충전 시작에 앞서서 금형 내부를 고압 가스로 채우지 않은 것 이외에는, 실시예 3과 같은 식으로 하여 프리폼을 성형했다.

프리폼의 입구부에는, 표면에 소위 스월 마크 불량이 있고, 입구부의 내부에는 발포 셀이 존재하고 있었다. 금형에의 사출 충전 중에 발포가 생겨 버려, 그 후의 보압력을 작용시키더라도 발포의 억제가 불충분했다고 생각된다.

<비교예 4>

충전 보압 시간을 4초로 한 것 이외에는 실시예 3과 같은 식으로 하여 프리폼을 성형했다.

프리폼에 있어서, 동체부의 연신 블로우 적성 및 발포 상태는 양호했지만, 입구부에 기포의 발생이 보였다.

<비교예 5>

입구부의 금형 온도를 50℃로 한 것 이외에는 실시예 3과 같은 식으로 하여 프리폼을 성형했다.

프리폼에 있어서, 동체부의 연신 블로우 적성 및 발포 상태는 양호했지만, 입구부에 기포의 발생이 보였다.

	금형 냉각수 온도,℃		충전 보압		형내 냉각 시간 초	카운터프레셔 압력 MPa
	입구부	동체부	압력,MPa	시간,초
실시예 1	20	60	50	11	0.5	5
실시예 2	10	50	50	8	0	5
실시예 3	10	50	50	6	0	5
비교예 1	10	50	20	6	0	5
비교예 2	20	25	50	6	0	5
비교예 3	10	50	50	6	0	0
비교예 4	10	50	50	4	0	5
비교예 5	50	50	50	6	0	5

	프리폼 온도 ℃				프리폼의 입구부 발포		프리폼의 동체부 발포 상태
	입구부 외면	동체부 외면	동체부 내면	연신 블로우 적성				두께 mm
								외면 비발포층	중심 발포층	내면 비발포층
실시예 1	55	103	107	양호	무	◎	유	1.07	1.44	1.00
실시예 2	57	85	91	양호	무	○	유	0.62	1.92	0.53
실시예 3	63	90	99	양호	무	○	유	0.64	2.42	0.56
비교예 1	62	98	102	양호	유	×	유	-	-	-
비교예 2	50	76	80	불량	무	◎	유	-	-	-
비교예 3	-	-	-	-	유	×	유	-	-	-
비교예 4	74	104	112	양호	유	×	유	-	-	-
비교예 5	73	91	100	양호	유	×	유	-	-	-

편재형 발포 구조의 연신 발포 병에 관한 평가;

<실시예 4>

발포 사출 성형기의 호퍼로부터 PET 수지를 투입하여 가열 용융시키면서, 가열통 도중에 수지량에 대하여 0.13 중량%의 질소 가스 발포제를 공급하여, 500 ml 병 용도의 프리폼(31 g, 전체 길이 110 mm, 동체부 최대 두께 약 4.2 mm)을 성형했다. 이때, 충전 시작에 앞서서 금형 내부를 5 MPa의 고압 에어로 채워(소위 카운터프레셔법), 충전 완료와 거의 동시에 탈압했다.

금형 냉각수 온도는, 입구부를 15℃, 동체부를 25℃로 설정했다. 충전 보압은, 압력 50 MPa, 시간 20초(이 중, 충전 시간은 약 3초)로 하고, 보압 완료 후의 금형 내에서의 냉각 시간은 1초로 했다.

사출 성형 후, 금형으로부터 빼낸 직후부터 프리폼 동체부에서 발포가 시작되는 모습을 관찰할 수 있었다. 그 프리폼을 실온에서 10초간 유지하여, 프리폼 표면 온도를 접촉식 온도계로 피크 온도를 측정하는 동시에, 수냉하여 발포를 정지하여 단면 관찰을 했다.

병 성형하는 경우에는, 사출 성형 금형으로부터 빼낸 프리폼을 곧바로 연신 블로우 성형기로 반송하여, 재가열을 했다. 재가열은, 내면측의 가열에 대해서는 고온으로 가열한 철심을 프리폼 내부에 삽입하여 프리폼 동체부 내표면에 대하여 10초 동안 가열을 했다. 외면측에 대해서는, 적외선 히터를 이용하여, 외층 쪽에 발포 셀이 생기지 않고, 또한 연신 가능한 온도를 유지할 수 있도록 보온 정도가 약한 가열을 했다. 재가열에 이어서, 연신 블로우 성형에 의해 병 형상의 용기를 성형했다.

금형으로부터 빼낸 후의 프리폼의 동체부 피크 온도는 외면 88℃, 내면 100℃로, 연신 성형 가능한 온도였다.

재가열 후의 프리폼 외관을 도 13-a에 도시한다. 이 외관 사진으로부터 분명한 것과 같이, 입구부에는 발포 셀이 전혀 보이지 않고, 동체부에는 발포 셀이 형성되어 있었다.

동체부 발포부의 단면 사진을 도 14-a에 도시한다.

외층에는 프리폼 두께에 대하여 대략 25%의 비발포층이 있고, 중심부 및 내층에는 발포 셀이 형성되어 있었다. 중심부(전체 두께의 약 50%)의 발포 셀은 평균 셀 직경이 84 ㎛이며, 외면 및 내면을 향해 소직경으로 되어 있었다. 또한, 내층(전체 두께의 약 25%)에는 평균 셀 직경이 45 ㎛인 발포 셀이 고밀도로 분포하고 있었다. 이 내층 쪽의 발포 셀은, 후에 기재하는 비교예 6과의 비교로부터, 사출 성형 후의 내면측의 재가열에 의해 발포가 진행된 것으로 생각된다.

연신 블로우 후의 병의 사진을 도 15-a에 도시한다.

이 도면으로부터 분명한 것과 같이, 입구부는 완전히 비발포이며 동체부 및 바닥부가 발포된 용기를 얻을 수 있었다.

동체부의 발포 구조는, 도 15-b에 도시하는 것과 같이, 전술한 프리폼의 발포 구조를 연신 방향으로 잡아 늘린 것과 같은 구조로 되어 있다. 즉, 외면에 전체 두께의 약 25%의 비발포층이 형성되고, 중심부 및 내층부에는 연신 방향으로 늘려진 편평형의 발포 셀이 형성되어 있었다. 또한 중심부의 발포 셀이 크고, 또한 내층 쪽의 발포 셀은 중심부에 비해서 작은 상태였다.

또한, 얻어진 병은, 외면에 존재하는 두꺼운 비발포층의 존재에 의해, 표면이 평활하고 광택감이 있는 양호한 외관을 갖고 있었다. 동체부의 전광선 투과율은 11.3%로, 높은 차광 성능을 갖고 있었다.

<실시예 5>

실시예 4의 프리폼의 재가열에 관해서, 내면 가열의 철심 온도를 실시예 1보다 높게 하면서 가열 온도를 5초로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 식으로 하여 프리폼 및 병을 성형했다.

재가열 후의 프리폼은, 실시예 4와 마찬가지로 입구부가 비발포이고, 동체부가 발포되어 있었다. 동체부에 대해서는, 외층에 두꺼운 비발포층이 형성되고, 중심부에 있어서는 중심에 큰 발포 셀이 있고 내외면을 향하여 발포 셀이 작아져, 대략 실시예 4와 같은 상태였지만, 내층부의 발포 구조가 실시예 4와는 다르다. 즉, 도 4(c2)에 도시되어 있는 것과 같이, 실시예 4와 비교하면 내표면 부근에 비교적 큰 발포 셀이 형성되어 있고, 중심부와 내표면의 중간 부분에 가장 작은 발포 셀이 형성되어 있었다.

이러한 발포 구조로 된 이유는, 실시예 4와 비교하여 내면 가열의 철심 온도가 높았기 때문에 내표면의 발포 셀이 크게 성장한 것과, 재가열 시간이 짧았기 때문에 중심부와 내표면의 중간 부분의 온도가 그다지 높아지지 않았으므로 발포 셀이 그다지 성장하지 않았기 때문이라고 생각한다.

병에 있어서의 발포 구조는, 전술한 프리폼의 발포 구조를 연신 방향으로 늘린 것과 같은 구조로 되어 있었다. 또한, 병 동체부의 전광선 투과율은 17%로, 높은 차광 성능을 갖고 있었다.

<실시예 6>

프리폼을 사출 성형한 후의 재가열을 하지 않은 것 이외에는 실시예 4와 같은 식으로 하여 병을 성형했다.

프리폼에 있어서 입구부는 비발포이며, 또한 프리폼 온도는 연신 성형에 알맞은 온도를 갖고 있었다. 또한, 도 14-b에 도시하는 프리폼 동체부의 단면 사진으로부터 분명한 것과 같이, 외층에 두꺼운 비발포층이 형성되고, 중심부에는 큰 발포 셀이 형성되고 내외표면을 향하여 작은 발포 셀로 되어 있는 점은 실시예 4와 마찬가지였지만, 내층에는 발포 셀이 보이지 않고, 외층과 같은 두꺼운 비발포층으로 되어 있었다.

병 동체부의 전광선 투과율은 28%로, 실시예에 비해서 차광 성능이 뒤떨어져 있었다.

<비교예 6>

실시예 4와 동일한 사출 성형기를 이용하고, 프리폼 성형 금형을 25 g(전체 길이 약 100 mm, 동체부 최대 두께 약 3.2 mm)용으로 변경하여 500 ml용의 프리폼을 성형했다. 이때 금형 냉각수 온도를 입구부 10℃, 동체부 50℃로 하고, 충전 보압을 압력 20 MPa, 보압 시간을 6초, 금형 내 냉각 시간을 0초로 하여, 프리폼을 성형했다. 한편, 충전 보압 압력 20 MPa는, 발포제를 포함하지 않는 비발포 프리폼을 성형할 때의 표준적인 압력 범위이며, 각별히 낮은 압력은 아니다.

프리폼을 금형으로부터 빼낸 후, 즉시 연신 성형기로 반송하여, 병을 성형했다.

연신 성형 직전에 빼낸 프리폼을 수냉하여 발포를 정지한 상태의 외관 사진을 도 13-b에 도시한다. 이 사진으로부터 알 수 있는 것과 같이, 프리폼의 동체부뿐만 아니라 입구부에 발포 셀이 형성되어 있었다. 얻어진 병에 있어서도 당연히 입구부가 발포되어 있어, 입구부의 외관이 나쁠 뿐만 아니라, 밀봉성이나 치수 안정성이 우려되었다.

초미세 발포 구조의 연신 발포 병에 관한 평가;

<실시예 7>

발포 사출 성형기의 호퍼로부터 PET 수지를 투입하여 가열 용융시키면서, 가열통 도중에 수지량에 대하여 0.13 중량%의 질소 가스 발포제를 공급하고, 500 ml병용의 프리폼(31 g, 전체 길이 110 mm, 동체부의 금형 최대 두께 약 4.2 mm)을 성형했다. 이때, 충전 시작에 앞서서 금형 내부를 5 MPa의 고압 에어로 채워(소위 카운터프레셔법), 충전 완료와 거의 동시에 탈압했다.

사출 성형 조건은, 캡과의 밀봉성을 고려하여 프리폼의 입구부가 비발포로 되고, 한편 동체부는 차광 성능을 고려하여 다수의 발포 셀이 형성되도록 다음과 같은 식으로 했다. 금형 냉각수 온도는, 입구부를 15℃, 동체부를 25℃로 설정했다. 충전 보압은, 압력 50 MPa, 시간 20초(이 중, 충전 시간은 약 3초)로 하고, 보압 완료 후의 금형 내에서의 냉각 시간은 0초로 했다.

사출 성형 후, 금형으로부터 빼낸 직후부터 프리폼을 곧바로 연신 블로우 성형기로 반송하여, 동체부 및 바닥부에 대하여 재가열을 했다. 재가열은, 내면측에 대해서는 고온으로 가열한 철심을 프리폼 내부에 삽입하여 프리폼 동체부와 바닥부 내표면에 대하여 10초 동안의 가열을 했다. 외면측에 대해서는, 적외선 히터를 이용하여, 외층 쪽의 발포 셀이 과도하게 성장하지 않으면서, 연신 가능한 온도를 유지할 수 있을 정도의 약한 가열을 했다. 재가열에 이어서, 연신 블로우 성형에 의해 병 형상 용기를 성형했다.

도 17은 연신 블로우 성형 직전의 프리폼을 수냉하여 발포를 정지시키고, 프리폼의 동체부 발포부의 단면을 전자현미경으로 관찰한 것이다.

이 도면으로부터 알 수 있는 것과 같이, 프리폼 외면에서 내면으로 향해, 초미세 발포층, 비발포층, 중심부 발포층, 미세 발포층의 4층으로 구성되어 있었다.

외면의 초미세 발포층은, 두께 0.57 mm(전체 두께의 10%)이며, 평균 셀 직경 6.6 ㎛, 셀 밀도 6×10⁷ 셀/㎤의 매우 미세하고 고밀도의 발포 셀로 구성되어 있었다.

비발포층은 두께 0.61 mm(전체 두께의 11%)였다.

중심부 발포층(발포 코어층)은, 두께 3.0 mm(전체 두께의 55%)이고, 두께 방향의 중심부에서 가장 발포 셀의 사이즈가 크며, 내외면으로 향하여 보다 작은 발포 셀이 형성되어 있었다.

미세 발포층은, 두께 1.4 mm(전체 두께의 24%)이며, 발포 셀의 크기는, 중심부 발포층보다도 작고, 또한 초미세 발포층보다도 큰 사이즈였다.

한편, 실시예 7에 있어서, 금형으로부터 빼낸 프리폼을 재가열하지 않고서 10초 동안 유지한 후에 수냉하여 발포를 정지시켜 단면 관찰한 바, 재가열한 경우와 마찬가지로 외면측에 초미세 발포층과 그 내측에 비발포층이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. 초미세 발포층은, 재가열한 경우보다도 더욱 작은 사이즈의 발포 셀로 구성되어 있었다.

도 16은 실시예 1의 병 동체부의 단면 사진이다. 사진으로부터 분명한 것과 같이, 연신 블로우 성형 전의 발포 구조(도 17)를 연신 방향으로 늘린 것과 같은 상태로 되어 있고, 외면에서 내면으로 향하여, 초미세 발포층, 비발포층, 중심부 발포층(발포 코어층), 미세 발포층의 4층으로 구성되어 있었다.

얻어진 발포 연신 병은 외표면이 평활하여, 육안으로는 전혀 발포 셀의 존재를 알 수 없을 정도로 매우 정밀하고 우수한 외관을 갖고 있었다.

또한 병의 동체부 중앙 부근을 잘라내어, 파장 500 nm에 있어서의 전광선 투과율을 측정했다. 전광선 투과율은 8.8%로, 우수한 차광 성능을 갖고 있었다.

<실시예 8>

사출 성형에 있어서의 금형 냉각수 온도를, 입구부를 15℃, 동체부를 20℃로 설정하고, 보압 완료 후의 금형 내에서의 냉각 시간을 3초로 하고, 연신 블로우 성형 전의 재가열을 하지 않은 것 이외에는, 실시예 7과 같은 식으로 하여 프리폼 및 발포 연신 병을 성형했다.

연신 블로우 성형 전의 프리폼을 잘라내어, 실시예 7과 같은 식으로 발포 구조를 확인한 바, 도 17과 같이 외층에는 초미세 발포층이 보이지 않고, 외면에서부터 비발포층, 중심부 발포층(발포 코어층), 비발포층의 3층 구조였다.

얻어진 발포 연신 병은 외표면이 평활하며 비교적 우수한 외관을 갖고는 있었지만, 외면의 비발포층을 투과하여 중심부 발포층의 발포 셀의 존재를 육안으로 간신히 확인할 수 있어, 실시예 1에 비하면 외관이 정밀함의 점에서 뒤떨어지는 것이었다. 또한, 전광선 투과율은 26%로, 실시예 7에 비하면 차광 성능이 뒤떨어져 있었다.

1: 사출 금형
3: 쉘 금형(3a: 입구부 금형, 3b: 성형부 금형)
5: 코어 금형
7: 캐비티
9: 사출 노즐
10: 가스구
20: 초미세 발포층
50: 프리폼
53: 성형부
60: 발포 연신 용기
63: 동체부
A: 공 형상 발포 셀
B: 편평형 발포 셀
X, X¹, X², X³: 발포층
Y, Z: 비발포층
30: 초미세 발포층

Claims (20)

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12. 수지 용융물을 금형 캐비티 내에 사출 충전한 성형에 의해 입구부와 입구부에 연속해 있는 성형부를 갖는 형상의 프리폼을 성형하고, 금형 캐비티로부터 빼낸 상기 프리폼을, 연신 성형 공정으로 반송하여, 상기 프리폼의 성형부를 연신 성형하는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법에 있어서,
    상기 수지 용융물로서, 불활성 가스가 함침된 것을 사용하고,
    상기 금형 캐비티를 형성하는 금형으로서, 상기 입구부에 대응하는 부분이 상기 성형부에 대응하는 부분에 비하여 냉각 능력이 높게 설정되어 있는 금형을 사용하고,
    상기 수지 용융물의 상기 금형 캐비티 내에의 사출 충전은, 상기 금형 캐비티 내부를 고압으로 유지하면서 발포가 생기지 않도록 보압을 걸면서 행해지고,
    상기 입구부는, 상기 보압을 해제한 후에도 발포가 생기지 않도록 상기 금형에 의해서 강냉각되고,
    상기 성형부는, 상기 보압을 해제한 후에 수지 온도에 따라서 기벽 중심 부분으로부터 발포가 생길 수 있도록 상기 금형에 의해서 약냉각되는 동시에,
    상기 금형으로부터 빼낸 프리폼을, 상기 성형부의 기벽 중심부의 온도가 연신 성형 가능한 온도로 유지되고 있는 중에, 상기 연신 공정으로 반송하여 연신 성형을 하는 것을 특징으로 하는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 보압을 해제한 후, 상기 금형 캐비티 내에서 상기 프리폼을 빼낼 때에는, 상기 성형부에 관해서는, 그 기벽 중심 부분은 발포 가능하면서 연신 가능한 온도로 유지되고 있어, 상기 프리폼을 상기 금형 캐비티 내에서 빼내는 동시에 상기 성형부의 중심 부분으로부터 발포가 시작되는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 보압을 해제한 후, 상기 금형 캐비티 내에서 상기 프리폼을 빼낼 때에는, 상기 프리폼의 성형부의 외표면 및 내표면은 발포가 생기지 않는 온도로 냉각되어 있어, 상기 프리폼을 상기 금형 캐비티 내에서 빼낸 후, 중심부로부터의 전열에 의해서, 상기 중심부에서 외표면측 및 내표면측으로 향하여 발포가 진행되어 가는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법.
15. 제12항에 있어서, 적어도 상기 금형 캐비티 내에서 상기 프리폼을 빼낸 후에는, 상기 프리폼의 성형부의 외표면 및 내표면은, 중심부로부터의 전열에 의해서 연신 가능한 온도로 승온하는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법.
16. 제12항에 있어서, 상기 금형 캐비티 내에서 상기 프리폼을 빼낸 후에도, 상기 프리폼의 성형부의 외표면 및 내표면은, 발포가 생기지 않는 온도로 유지되는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법.
17. 제12항에 있어서, 상기 금형으로부터 빼낸 상기 성형부에 관해서, 그 내면측으로부터 선택적으로 가열을 행함으로써, 기벽 중심부로부터의 발포와 함께, 상기 성형부의 내면측으로부터도 발포를 진행시키는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법.
18. 제12항에 있어서, 상기 연신 공정에 도입되는 발포 프리폼에서는, 기벽의 두께 방향에 대하여 가장 내면측 및 가장 외면측에 위치하고 있는 발포 셀의 직경이, 상기 중심부에 위치하는 발포 셀의 직경보다도 소직경으로 되어 있는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법.
19. 제12항에 있어서, 상기 연신 공정에 도입되는 발포 프리폼에서는, 상기 발포에 의하여 형성된 셀이 기벽의 두께 방향 중심부에서부터 내면측 사이에 편재하고 있는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법.
20. 제12항에 있어서, 상기 연신 공정에 도입되는 발포 프리폼에서는, 성형부의 기벽의 외면측 및/또는 내면측의 표층은, 15 ㎛ 이하의 직경을 갖는 초미세 발포 셀이, 1×10⁷ 셀/㎤ 이상의 밀도로 층상으로 분포되어 있는 초미세 발포층으로 되어 있는 발포 연신 플라스틱 용기의 제조 방법.

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