KR101699648B1 - 컵형 용기 및 그의 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 열가소성 수지를 압축 성형함으로써 얻어지는, 적어도 플랜지부, 본체부 및 바닥부를 포함하고, 용기의 높이와 개구 직경의 비(L/D)가 1.0 이상인 컵형 용기에 관한 것으로, 용기 본체부로부터 잘라낸 시험편의 높이 방향을 x, 원주 방향을 y로 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도 측정을 행했을 때에 얻어지는 디바이 고리의 높이 방향(x 방향)의 피크 강도 분포에 있어서, 밀러 지수가 (110)의 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 강도 및 회절각 2θ=17.2°에서의 피크 반가폭인 P의 값이, 본체부 전체에 걸쳐 1.25∼1.5의 범위에 있음으로써, 용기의 높이 방향 및 원주 방향으로 균일하게 배향하고, 각 방향으로 균일한 강도를 갖고, 내열성도 우수한 컵형 용기 및 그의 성형 방법이 제공된다.

Description

컵형 용기 및 그의 성형 방법{CUP-TYPE CONTAINER AND METHOD OF FORMING THE SAME}

본 발명은, 컵형 용기 및 그의 성형 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내열성 및 바닥부의 낙하 강도 등의 기계적 강도가 향상되어 있는 컵형 용기 및 이 컵형 용기의 성형 방법에 관한 것이다.

종래부터, 음식료품을 위한 용기로서, 플랜지의 안쪽 가장자리로부터 수직 하강하는 본체부 및 바닥부를 갖는 열가소성 수지로 이루어지는 컵형 용기가 널리 실용되고 있다.

이러한 컵형 용기의 성형 방법으로는, 여러가지 방법이 제안되어 있고, 사출 성형이나 압공 성형에 의한 것이 일반적이지만, 압축 성형에 의해 성형하는 것도 제안되어 있다(특허문헌 1).

그러나, 사출 성형이나 압공 성형에 의해 성형된 얇은 폴리프로필렌제 컵형 용기는, 용기의 분자 배향의 이방성이 높기 때문에, 충분히 내열성을 얻을 수 없고, 또한, 용기의 가스 배리어성의 면에서 아직 충분히 만족할 수 있는 것은 아니었다.

또한 상기 특허문헌 1에 기재된 압축 성형에 의한 경우도, 측벽을 형성할 공간이 수지의 유동보다 전에 규제되어 있기 때문에, 한정된 공간 안을 수지가 유동해야 하고, 분자 배향에 이방성이 생겨, 역시 충분한 내열성을 얻을 수 없었다.

또한, 사출 성형이나 압공 성형에 의한 성형품에는, 성형시에 반드시 스크랩 수지가 발생되는 점에서, 스크랩 수지를 발생시키지 않고 효율적으로 폴리프로필렌제 컵을 성형할 것이 요구되고 있다.

이러한 문제를 해결하는 것으로서, 용기의 높이 방향 및 원주 방향으로 균일하게 배향하고, 각 방향으로 균일한 강도를 갖고, 낙하 충격에 대한 내성 및 내압 강도 등의 기계적 강도가 개선된, 압축 성형에 의한 폴리프로필렌제의 컵형 용기도 제안되어 있다(특허문헌 2). 이 압축 성형에 의한 컵형 용기에 있어서는, 분자 배향의 이방성이 해소되어 있음과 동시에, 폴리프로필렌의 결정 구조 중 β정에 착안하여, 이 β정을 본체부의 적어도 일부에 존재시킴으로써, 우수한 내열성을 컵형 용기에 부여하는 것이 가능해졌다.

특허문헌 1: 일본 특허 평6-2359호 공보 특허문헌 2: 국제 공개 제2008/32841호

그러나, 압축 성형에 의한 컵형 용기라도, 용기 개구 직경에 대한 용기 높이의 비(L/D)가 1.0 이상인 컵형 용기에 있어서는, L/D가 1.0 미만인 컵형 용기에 비해 압축 성형시의 수지의 유동성이 나쁘다는 문제가 있다. 또한, 스택부를 형성하기 위해 본체부의 두께가 1.0 mm를 초과하는 부분이 필요해지는 경우가 있고, 이러한 경우에는, β정은 형성되지 않고, 전술한 바와 같은 우수한 기계적 강도를 부여하는 것이 곤란해진다.

또한 용기가 에틸렌비닐알콜 공중합체와 같은 가스 배리어성 수지 등으로 이루어지는 중간층을 갖는 다층 구조인 경우에는, 가스 배리어성 수지 등의 용융 점도가 내외층을 구성하는 폴리올레핀 수지의 용융 점도에 비해 큰 점에서, 중간층이 충분히 신전되지 않아, 플랜지부까지 중간층을 확실하게 존재시키는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 또한, 내층이 외층에 비해 얇아지기 쉽고, 가스 배리어성 수지로 이루어지는 중간층이 내용품의 수분의 영향을 받아, 가스 배리어성이 저하되기 쉽다는 문제도 있었다.

또한, 컵형 용기를 압축 성형으로 성형하는 경우, 용융 수지 덩어리를 하금형에 공급한 후, 상금형 또는 하금형의 이동에 의해 용융 수지 덩어리를 압축하여, 상금형 및 하금형에 의해 형성되는 공간을 용융 수지가 유동함으로써 용기 형상으로 성형되지만, 용융 수지 덩어리의 온도에 비해 금형 온도 표면의 온도가 낮은 점에서, 용융 수지 덩어리의 하금형에 접촉한 부분은 압축이 개시되기 전에 냉각되고, 냉각된 용융 수지 덩어리의 부분은 압축시에, 금형에 접촉하고 있지 않은 용융 수지 덩어리에 비해 수지의 유동성이 열등하다. 그 결과, 분자 배향의 위치에 따른 차이를 발생시켜, 내열성이 저하된다는 문제가 생겼다. 이것은 특히, 컵형 용기의 바닥부에 현저하다.

따라서 본 발명의 목적은, L/D가 1.0 이상이고, 본체부에 두께가 1.0 mm를 초과하는 부분을 갖는 컵형 용기라도, 용기의 높이 방향 및 원주 방향으로 균일하게 배향하고, 각 방향으로 균일한 강도를 갖고, 내열성 및 가스 배리어성도 우수한 컵형 용기 및 그의 성형 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 바닥부로부터 플랜지부에 이를 때까지 다층 구조가 형성되고, 또한 종래품에 비해 중간층이 외층측에 위치된 컵형 용기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 바닥부에 있어서 분자 배향의 위치에 따른 차이가 발생하는 경우가 없고, 바닥부의 낙하 강도 등의 기계적 강도가 우수한 컵형 용기 및 그의 성형 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 열가소성 수지를 압축 성형함으로써 얻어지는, 적어도 플랜지부, 본체부 및 바닥부를 포함하는 컵형 용기에 있어서, 용기의 높이와 개구 직경의 비(L/D)가 1.0 이상임과 동시에, 용기 본체부로부터 잘라낸 시험편의 높이 방향을 x, 원주 방향을 y로 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도 측정을 행했을 때에 얻어지는 디바이 고리의 높이 방향(x 방향)의 피크 강도 분포에 있어서, 밀러 지수가 (110)의 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 반가폭의 값(P)이, 본체부 전체에 걸쳐 1.25∼1.5의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 컵형 용기가 제공된다.

본 발명에 의하면 또한, 열가소성 수지를 압축 성형함으로써 얻어지는, 적어도 플랜지부, 본체부 및 바닥부를 포함하는 컵형 용기에 있어서, 하기 식 (1)로 표시되는 반가폭 변화율(K)의 값이 0.95∼1.05의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 컵형 용기가 제공된다.

K=P₂/P₁···(1)

식 중, P₁은 바닥부 중심 측정점, P₂는 바닥 반경을 R, 측정점의 바닥 중심으로부터의 거리를 r로 한 경우, 바닥 중심으로부터의 반경비 r/R>0.7이 되는 바닥부 측정점에서, 상기 측정점으로부터 잘라낸 바닥부의 시험편의 반경 방향을 x, 원주 방향을 y로 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도 측정을 행했을 때에 얻어지는 디바이 고리의 반경 방향(x 방향)의 피크 강도 분포에 있어서, 밀러 지수가 (110)의 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 반가폭이다.

본 발명의 컵형 용기에 있어서는,

1. 상기 본체부 및 바닥부의 전체에 있어서 다층 구조가 형성되어 있는 것,

2. 상기 다층 구조가, 적어도 폴리프로필렌으로 이루어지는 내외층 및 다른 열가소성 수지로 이루어지는 중간층을 포함하고, 상기 내외층이 중간층을 완전히 피복하여, 중간층이 용기 표면에 노출되지 않는 것,

3. 상기 본체부에서, 내표면으로부터 중간층 두께 중심까지와 외표면으로부터 중간층 두께 중심까지의 두께비가, 내표면측:외표면측=3:7∼6:4의 범위에 있는 것,

4. 상기 본체부 내면 또는 외면에, 스택을 위한 단차가 형성되어 있는 것,

5. 상기 본체부의 두께가 2.0 mm 이하인 것

이 적합하다.

본 발명에 의하면 또한, 용기 본체부를 규정하는 부분 및 바닥부를 규정하는 부분을 갖는 하금형 및 상금형을 이용하고, 상기 하금형에 용융 수지 덩어리를 공급한 후, 상금형과 하금형으로 용융 수지 덩어리를 압축하여 이루어지는 컵형 용기의 압축 성형 방법에 있어서, 상기 하금형에 용융 수지 덩어리가 공급된 후, 상금형 또는 하금형의 이동에 있어서의 성형 완료점으로부터 5 mm 앞에서의 압축 속도가 100 mm/초 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 컵형 용기의 압축 성형 방법이 제공된다.

본 발명의 컵형 용기의 압축 성형 방법에 있어서는,

1. 상기 상금형 또는 하금형의 이동에 앞서 개구 단부가 될 부분 또는 그 일부를 규정하고, 상금형 또는 하금형의 이동시에, 용기 바닥부 및 본체부를 형성하는 부분의 두께를 변화시키면서 압축 성형을 행하는 것,

2. 상기 하금형의 바닥부를 규정하는 적어도 상기 반경비 r/R>0.7의 부분에 용융 수지 덩어리가 접촉하도록, 용융 수지 덩어리를 하금형에 공급하는 것,

3. 하금형의 바닥부를 규정하는 부분의 거의 전면에 용융 수지가 접촉하도록, 용융 수지 덩어리를 하금형에 공급하는 것,

4. 상기 용융 수지 덩어리가, 코어층 및 셸층을 포함하는 다층 구조를 갖는 것

이 적합하다.

본 발명의 컵형 용기는, 용기의 높이(L)와 개구 직경(D)의 비(L/D)가 1.0 이상으로 높이가 있는 용기라도, 밀러 지수가 (110)의 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 반가폭의 값(P)이, 본체부의 높이 방향의 전체에 걸쳐 1.25∼1.5, 특히 1.3∼1.4의 범위에 있고, 배향이 등방성에 가까워, 내열성이 우수하다.

또한 수지가 높이 방향으로 충분히 신전되어 있는 점에서, 다층 구조를 갖는 경우에는 바닥부로부터 플랜지부에 이를 때까지, 용기 표면에 노출되지 않고 중간층을 형성할 수 있음과 동시에, 사출 성형 등의 종래의 컵형 용기에 비해 중간층을 외층측에 위치시킬 수 있어, 내용물의 수분에 영향을 받기 쉬운 가스 배리어성 수지 등을 중간층으로 하는 경우에도, 가스 배리어성이 손상되는 경우가 없고, 우수한 가스 배리어성을 발현할 수 있다.

또한, 본 발명의 컵형 용기는, 사출 성형이나 압공 성형 등에 의한 컵형 용기에 비해 투명성이나 치수 정밀도도 우수하다.

일반적으로 L/D의 값이 커, 높이가 있는 컵형 용기를 압축 성형으로 성형하는 경우, 원주 방향에 비해 높이 방향으로 분자 배향하기 쉬운 점에서, 분자 배향에 이방성이 생기기 쉬운 경향이 있다. 본 발명의 컵형 용기의 성형 방법에 있어서는, 압축 성형의 성형 속도(압축 속도)를 느리게 함으로써 수지의 전단 속도를 변화시키고, 수지의 높이 방향으로의 유동을 제어하는 것이 가능해진다. 그 결과, 수지의 높이 방향으로의 배향이 억제되어, P의 값을 상기 범위로 제어하고, 등방성에 가까운 배향을 부여할 수 있게 되어, 전술한 내열성이 우수한 컵형 용기를 제공하는 것이 가능해진다.

또한 컵형 용기가, 에틸렌비닐알콜 공중합체 등의 올레핀 수지 등에 비해 용융 점도가 높은 열가소성 수지를 중간층으로 하는 다층 구조를 갖는 경우에도, 성형 속도를 제어함으로써, 하금형과 상금형 사이에 형성되는 본체부를 형성하는 공간(수지 유로)에 있어서 방물류(放物流)가 형성되고, 이에 따라 중간층을 내외층과 함께 신전시킬 수 있게 되어, 플랜지부에 이를 때까지 중간층을 형성하는 것이 가능해진다.

본 발명의 전술한 작용 효과는, 후술하는 실시예의 결과에서도 명백하다.

즉, 실시예 1∼4에 관해서는, 용기 본체부 및 바닥부를 형성하는 부분의 두께를 변화시키면서 압축 성형을 행하고 있기 때문에, 수지는 서서히 밀려 신장되어 가고 분자의 배향은 일어나기 어렵다. 그 때문에 밀러 지수가 (110)의 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 반가폭의 값(P)이 1.3∼1.5라는 비교적 큰 값을 취하고 있다.

그에 대하여 비교예 1에서는 수지의 유로폭이 사출 성형의 과정에서 일정하고, 좁은 유로에 수지를 사출하고 있기 때문에 분자는 보다 배향되어 있다. 따라서, 반가폭의 값(P)은 1.1∼1.2로 작아져 있다.

비교예 2에서는 시트형의 수지를 다른 성형법보다 저온에서 플러그로 누르고, 압축 공기로 연신하고 있기 때문에, 분자가 배향하기 쉬워 반가폭의 값(P)은 1.1 이하로 가장 작아져 있다.

비교예 3에 관해서는, 성형 방법은 실시예 1∼4와 동등하기는 하지만 보다 두께가 얇기 때문에 수지 유동이 잘 되지 않게 되어 있으므로 반가폭의 값(P)이 작아져 있는 것으로 생각된다.

또한, 반가폭이 작으면 작을수록, 즉 분자가 배향되어 있으면 있을수록, 가열하면 용기가 수축되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은 가열에 의해 분자의 배향이 완화되기 때문인 것으로 추측할 수 있다.

실시예 5에서는 성형 완료점으로부터 5 mm 위에서의 압축 성형 속도가 130 mm/sec로 빠른 조건이고, 중간층 수지가 플랜지 근원 위치까지 도달되어 있지 않은 부분이 많이 존재한다. 그에 대하여 실시예 6에서는 성형 완료점으로부터 5 mm 위에서의 압축 성형 속도가 40 mm/sec로 느린 조건이지만, 컵형 용기 전체에 걸쳐 플랜지 근원 위치 이상으로 중간층 수지가 도달되어 있는 것을 알 수 있다.

또한 본 발명의 컵형 용기에 있어서, 상기 식 (1)로 표시되는 K의 값은, 1에 가까울수록 분자 배향의 위치에 따른 차이가 적은 점에서, 내열성이 우수한 것이 되고, 본 발명의 컵형 용기에 있어서는, 전술한 작용 효과를 실현하고 있다.

또한, 상기 식 (1)에 있어서, K의 값의 측정점은, 후술하는 도 6에 도시한 바와 같이, 바닥 중심(a)으로부터 접지부 최외단(12c)의 거리를 1로 했을 때, 바닥 중심(a)으로부터의 거리가 0.7보다 큰 점이고, 컵형 용기의 압축 성형시에 용융 수지 덩어리의 하금형에 대한 접촉의 유무가 문제가 되는 개소에서 판단하는 것에 의미가 있다.

또한 본 발명의 컵형 용기의 성형 방법에 있어서, 압축 성형시에, 용융 수지 덩어리를 하금형의 바닥부를 규정하는 부분의 거의 전면에 접촉하도록, 하금형에 공급함으로써, 용융 수지 덩어리의 부분적인 냉각에서 기인하는 불균일한 분자 배향의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.

즉, 하금형에 공급된 용융 수지 덩어리가, 하금형의 바닥부를 규정하는 부분의 최외단에 이를 때까지, 거의 전역에 걸쳐 접촉하고 있는 점에서, 성형되는 컵형 용기의 바닥부에 있어서는, 중심부로부터 거리가 있는 외주측의 부분에 있어서도 중심부 근방과 동일한 분자 배향을 나타낼 수 있게 되고, 바닥부 전체에 걸쳐 균일한 분자 배향을 갖고 있는 점에서, 바닥부의 기계적 강도 및 내열성이 우수한 컵형 용기를 제공하는 것이 가능해진다.

본 발명의 전술한 작용 효과는, 후술하는 실시예의 결과에서도 명백하다.

즉, 실시예 1∼4에 있어서는, 용융 수지 덩어리의 직경과 바닥의 직경이 비교적 가깝기 때문에, 용융 수지 덩어리가 하금형 상에 공급되고 나서 상금형이 하강할 때까지의 사이에, 하금형과 직접 접촉하고 있는 부분이 바닥 전면에 걸쳐 퍼져 있다. 금형은 항상 냉각을 행하고 있기 때문에, 그 금형과 직접 접촉하고 있는 부분은 성형 전부터 냉각 고화가 진행되어 있어, 성형시에 수지의 유동이 발생하기 어렵고, 분자의 배향도 발생하기 어려운 상태로 되어 있다. 따라서 바닥 전면에 걸쳐 균등한 분자의 배향 상태로 되어 있기 때문에, 반가폭 변화율(K)은 바닥 전면에 걸쳐 1.0에 가까운 값을 취한다.

이에 대하여, 비교예 4와 같이 실시예에 비해 용융 수지 덩어리의 직경이 바닥의 직경보다 작은 경우에는, 성형 전에 냉각되어 있는 금형에 직접 접촉하고 있는 부분은 한정적이게 되고, 바닥의 끝에 가까운 부분에 있어서는 성형시에 처음으로 금형과 접촉한다. 그리고 이 바닥의 끝에 가까운 부분에 있어서는 성형시에 수지의 유동이 발생하고, 분자의 배향도 발생한다. 따라서 바닥 중심으로부터 떨어짐에 따라, 반가폭 변화율이 작아져 있다.

비교예 1의 사출 성형 컵형 용기에 있어서는 바닥 전면에 걸쳐 반가폭 변화율(K)이 1.0에 가까운 점에서 분자의 배향은 비교적 균일하게 되어 있기는 하지만, 표 6의 (A)를 보면 피크 반가폭의 값이 1.3보다 작고, 바닥 중심에서 이미 배향되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은 유로가 좁은 게이트로부터 수지를 사출하고 있기 때문인 것으로 생각된다.

비교예 2의 압공 성형 컵형 용기에 있어서는 비교예 1과 동일하게 바닥 전체에 있어서 반가폭 변화율(K)이 1.0에 가까운 점에서 분자의 배향은 비교적 균일하게 되어 있기는 하지만, 표 6의 (A)로부터 피크 반가폭의 값은 1.1보다 작고 비교예 1보다 더욱 작은 값을 취하고 있고, 바닥 중심에서 크게 분자 배향되어 있는 것을 알 수 있다.

도 1은, 본 발명의 컵형 용기의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 성형 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 반가폭에 관해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 중간층 도달 위치의 측정 방법을 도시한 도면이다.
도 5는, 실시예 1∼6 및 비교예 1의 용기 단면(A), 비교예 2의 용기 단면도(B), 비교예 3의 용기 단면도(C)를 도시한 도면이다.
도 6은, 용융 수지 덩어리를 하금형에 공급한 상태를 도시한 도면이다.
도 7은, 본 발명의 성형 방법의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 각 조건에서의 컵형 용기의 높이에 대응한 피크 반가폭의 값을 도시한 도면이다.
도 9는, 각 조건에서의 컵형 용기를 가열했을 때의 가열 전후에서의 만주(滿注) 용량 변화율을 종축으로, 컵형 용기 본체부 중간(실시예 1∼4, 비교예 1∼2에서는 접지면으로부터 높이 40 mm, 비교예 3에서는 접지면으로부터 높이 25 mm의 부분)의 반가폭을 횡축으로 한 도면이다.
도 10은, 각 조건에서의 컵형 용기의 중간층 수지의 신전 도달 위치를 도시한 도면이다.
도 11은, 각 조건에서의 컵형 용기의 용기 내표면으로부터의 중간층 위치의 두께비(C)를 도시한 도면이다.
도 12는, 중간재 위치를 변경한 다층 압공 성형 용기에서의 각 내외층비에서의 용기내 산소 농도의 값을 도시한 도면이다.
도 13은, 각 조건에서의 컵형 용기 바닥부의 반경비(r/R)에 대응한 반가폭 변화율(K)의 값을 도시한 도면이다.
도 14는, 각 조건에서의 컵형 용기를 가열했을 때의 가열 전후에서의 두께 변화율을 도시한 도면이다.
도 15는, 각 조건에서의 컵형 용기를 낙하시켰을 때의 균열 용이성을 도시한 도면이다.

(컵형 용기)

본 발명의 컵형 용기는, 적어도 본체부, 바닥부를 포함하고, 본체부에 두께가 1.0 mm보다 두꺼운 부분이 존재하고, 용기의 높이(L)와 개구 직경(D)의 비(L/D)가 1.0 이상, 특히 1.5∼2.0의 범위에 있는 것이 적합하다.

본 발명에 있어서는, 본체부의 두께가 1.0 mm 이상인 부분은, 본체부의 높이 방향에서의 일부여도 좋고, 본체부의 전체가 1.0 mm 이상의 두께를 갖는 것이어도 좋지만, 특히, 후술하는 구체예와 같이, 스택부 형성 위치의 두께(도 1의 t1)가 1.0 mm 이상이고, 본체부의 다른 부분은 1.0∼1.8 mm의 두께를 갖는 것이, 용기의 기계적 강도 및 경제성의 면에서 적합하다.

컵형 용기의 형상은, 여러가지 구조를 채용할 수 있고, 이것에 한정되지 않지만, 도 1에 그 일례를 도시한다. 즉, 도 1에 도시한 본 발명의 컵형 용기의 일례에서는, 본체부(1), 본체부(1)에 연속되어 있는 바닥부(2)를 포함하고, 개구단에는 플랜지(3)가 형성되어 있다. 또한 본체부(1)의 하부 내면에는 단차가 형성되고, 컵형 용기끼리를 중첩시켰을 때의 스택부(4)로 되어 있다. 또한 바닥부(2)에는 환형의 다리부(5)가 형성되어 있다. 또한, 이 구체예에 있어서는, 스택부(4)는 내면측에 형성되어 있지만, 스택부는 외면측에 형성되어 있어도 물론 좋다.

또한 도 1의 X 부분의 확대도에 도시한 바와 같이, 열가소성 수지로 이루어지는 내외층, 및 가스 배리어성 수지 등으로 이루어지는 중간층을 갖는 다층 구조의 컵형 용기에 있어서는, 플랜지부(3)에 이를 때까지 중간층(6)이 형성되어 있고, 또한 중간층(6)은 용기 표면에 노출되지 않고, 내층(7) 및 외층(8)으로 완전히 봉입되어 있다.

또한, 도 1의 Y 부분의 확대도에 도시한 바와 같이, 본체부에서는, 내표면으로부터 중간층 두께 중심까지와 외표면으로부터 중간층 두께 중심까지의 두께비가, 3:7∼6:4의 범위에 있고, 중간층이 사출 성형에 의한 컵형 용기에 비해 외층측에 위치하고 있다.

(열가소성 수지)

본 발명의 컵형 용기는, 열가소성 수지의 단층으로 이루어져 있어도 좋지만, 특히 가스 배리어성 수지, 산소 흡수성 수지, 수증기 배리어성 수지 등의 기능성 수지로 이루어지는 중간층을 갖는 다층 구조를 갖는 것이 적합하다.

단층의 경우, 혹은 다층 구조의 경우에 내외층을 구성하는 열가소성 수지로는, 이것에 한정되지 않지만, 예컨대, 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리카보네이트계 수지를 들 수 있다.

폴리올레핀 수지로는, 예컨대, 저-중-고밀도 폴리에틸렌, 호모 폴리프로필렌, 랜덤 폴리프로필렌, 블록 폴리프로필렌, 이소택틱 폴리프로필렌, 신디오택틱 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 공중합체, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 에틸렌계 불포화 카르복실산 내지 그 무수물로 그래프트 변성된 올레핀 수지 등을 들 수 있다.

폴리에스테르 수지로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 주된 구성 성분으로 하는 폴리에스테르를 특히 적합하게 사용할 수 있고, 에틸렌테레프탈레이트 단위가 80 몰% 이상, 특히 90 몰% 이상을 차지하고, 다른 공중합 성분으로서, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 1,4-부탄디올, 1,4-시클로헥산디메탄올 등을 함유하는 것을 적합하게 사용할 수 있다.

폴리카보네이트계 수지로는, 2환 2가 페놀류와 포스겐으로부터 유도되는 탄산에스테르 수지를 들 수 있고, 비스페놀류, 예컨대, 2,2'-비스(4-히드록시페닐)프로판(비스페놀 A), 2,2'-비스(4-히드록시페닐)부탄(비스페놀 B), 1,2-비스(4-히드록시페닐)에탄 등으로부터 유도된 폴리카보네이트가 적합하다.

본 발명에 있어서는, 특히 폴리프로필렌을 적합하게 이용할 수 있고, 특히 압축 성형성의 면에서 랜덤 폴리프로필렌을 이용하는 것이 적합하다. 폴리프로필렌의 멜트 플로우 레이트(MFR)는 5 g/10분∼30 g/10분의 범위, 특히 10 g/10분∼20 g/10분의 범위에 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 사용되는 열가소성 수지에는, 그 자체로 공지된 배합제, 예컨대 산화 방지제, 열안정제, 자외선 흡수제, 대전 방지제, 충전제, 활제, 무기계 내지 유기계의 착색제 등을 배합할 수 있다.

(중간층 형성용 수지)

[가스 배리어성 수지]

가스 배리어성 수지의 대표적인 것으로는, 에틸렌-비닐알콜 공중합체를 들 수 있고, 예컨대, 에틸렌 함유량이 20∼60 몰%, 특히 25∼50 몰%인 에틸렌-아세트산비닐 공중합체를, 비누화도가 96% 이상, 특히 99 몰% 이상이 되도록 비누화하여 얻어지는 공중합체 비누화물이 적합하다.

또한, 에틸렌-비닐알콜 공중합체 이외의 가스 배리어성 수지의 예로는, 예컨대, 나일론 6, 나일론 6·6, 나일론 6/6·6 공중합체, 메타크실릴렌디아디파미드(MXD6), 나일론 6·10, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 13 등의 폴리아미드를 들 수 있다. 이들 폴리아미드 중에서도, 탄소수 100개당 아미드기의 수가 5∼50개, 특히 6∼20개의 범위에 있는 것이 적합하다.

[산소 흡수성 수지]

산소 흡수성 수지로는, 적어도 산화성 유기 성분 및 전이 금속 촉매(산화 촉매)로 이루어지는 수지 조성물을 예시할 수 있다.

산화성 유기 성분 및 전이 금속 촉매를 갖는 수지 조성물은, 산화성 유기 성분 및 전이 금속 촉매만으로 이루어지는 것이어도 좋지만, 이들 이외의 수지를 포함하는 것이어도 물론 좋다.

산화성 유기 성분 및 전이 금속 촉매와 조합하여 사용할 수 있는 수지로는, 전술한 폴리올레핀 수지나 가스 배리어성 수지를 들 수 있지만, 특히, 에틸렌비닐알콜 공중합체나 폴리아미드 수지(특히 말단 아미노기 농도가 40 eq/10⁶ g 이상인 크실릴렌기 함유 폴리아미드 수지)를 이용하는 것이 적합하다.

산화성 유기 성분으로는, 종래부터 산소 흡수성 수지에 사용되고 있는 것을 사용할 수 있고, 이것에 한정되지 않지만, 에틸렌계 불포화기 함유 중합체를 들 수 있다.

또한 전이 금속계 촉매로는, 철, 코발트, 니켈 등의 주기율표 제VIII족 금속이 적합하지만, 그 외에 구리, 은 등의 제I족 금속, 주석, 티탄, 지르코늄 등의 제IV족 금속, 바나듐 등의 제V족 금속, 크롬 등의 제VI족 금속, 망간 등의 제VII족 금속 등이어도 좋다.

전이 금속계 촉매는 산소 흡수성 수지 중에서, 전이 금속 원자의 농도(중량 농도 기준)로서 100∼3000 ppm의 범위인 것이 바람직하다.

[그 밖의 기능성 수지]

본 발명의 컵형 용기의 중간층에 이용할 수 있는 기능성 수지로는, 상기 가스 배리어성 수지, 산소 흡수성 수지 외에, 환형 올레핀계 수지나 액정 폴리머 등을 들 수 있다.

환형 올레핀계 수지는, 일반적으로 내열성, 내습성, 수증기 배리어성 등의 여러가지 특성이 범용 열가소성 수지에 비해 우수하고, 이러한 환형 올레핀계 수지를 이용함으로써, 다층 구조체에 우수한 특성을 부여하는 것이 가능해진다.

또한 액정 폴리머는, 일반적으로 강성, 내열성, 배리어성 등의 여러가지 특성이 범용 열가소성 수지에 비해 우수하고, 이러한 액정 폴리머를 이용함으로써 다층 구조체에 우수한 특성을 부여하는 것이 가능해진다.

[접착층 수지]

본 발명의 다층 구조의 컵형 용기에 있어서는, 중간층과 내외층 사이에 필요에 따라 접착층을 형성할 수도 있고, 이러한 접착성 수지로는, 예컨대 산 변성 폴리프로필렌, 산 변성 고밀도 폴리에틸렌, 산 변성 저밀도 폴리에틸렌, 혹은 산 변성 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 등의 산 변성 폴리올레핀을 들 수 있지만, 물론 이것에 한정되지 않는다.

(성형 방법)

본 발명의 컵형 용기의 성형 방법에 있어서는, 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지 단독 혹은 열가소성 수지와 가스 배리어성 수지 등의 다른 열가소성 수지로 이루어지는 용융물을 연속적으로 압출기로부터 압출함과 동시에, 종래 공지된 합성 수지 공급 장치의 절단 수단에 의해 이것을 절단하여, 용융 상태에 있는 용융 수지 덩어리를 제조한다. 이 용융 수지 덩어리를 유지 수단으로 유지하고, 압축 성형기의 하금형에 안내 수단을 통해 투입한 후, 이것을 상금형과 하금형으로 압축 성형하고, 냉각 고화시킴으로써 컵형 용기를 성형할 수 있지만, 본 발명에 있어서는 특히, 상금형 또는 하금형의 이동에 있어서의 성형 완료점(도 2의 (B)의 화살표 Z)으로부터 5 mm 앞의 시점에서의 압축 속도가 100 mm/초 이하, 특히 20∼50 mm/초의 범위인 것이 중요한 특징이다.

이에 따라, 전술한 바와 같이, 수지의 전단 속도를 변화시키고, 수지의 높이 방향으로의 유동을 제어함으로써, 수지의 높이 방향으로의 배향을 억제하고, 등방성에 가까운 배향을 부여하는 것이 가능해짐과 동시에, 수지류를 방물류로 할 수 있게 되어, 중간층을 플랜지부에까지 확실히 신전하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에서의 압축 속도는, 상금형 또는 하금형의 이동이 완전히 끝나기 직전이, 가장 성형성에 기여하는 점에서, 성형 완료점으로부터 5 mm 앞의 시점에서의 금형의 이동 속도를 기준으로 한다. 또한 압축 성형의 속도의 하한에 관해서는 특별히 제한은 없지만, 공업적인 생산성의 면에서 상기 범위인 것이 적합하다.

또한 본 발명에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 캐비티(하금형)(11) 내에 공급된 용융 수지 덩어리(17)를 코어 금형(상금형)(12)이 하강하여 가압하는 것에 앞서, 플랜지 형성 공간 규정 금형(13)으로 개구 단부가 될 부분 또는 그 일부(도 2에 있어서는 플랜지 형성부)를 규제하고(도 2의 (A)), 계속해서, 코어 금형(12)이 더욱 하강할 때, 캐비티(11) 및 코어 금형(12)에 의해 형성되는 바닥부 형성 공간(14) 및 본체부 형성 공간(15)의 두께를 서서히 변화시켜, 본체부의 두께가 마지막에 규정되도록 하는 것이 적합하다.

또한, 도 2에 있어서는, 하금형은 캐비티를 갖는 자금형(雌金型), 상금형은 코어를 갖는 웅금형(雄金型)인 경우를 도시하고 있지만, 후술하는 도 7과 같이, 하금형이 웅금형이고 상금형이 자금형인 상하 반대의 경우도 동일하게 적용할 수 있다.

본 발명에 있어서는 특히, 하금형에 공급되는 용융 수지 덩어리의 크기를, 하금형의 바닥부를 규정하는 부분의 거의 전면이 접촉하는 크기로 하는 것이 특히 바람직하다.

이에 따라, 전술한 바와 같이, 용융 수지 덩어리의 부분적인 냉각에 기인하는 불균일한 분자 배향의 발생을 억제하여, 등방성에 가까운 배향을 부여하는 것이 가능해진다.

도 6은, 용융 수지 덩어리를 하금형에 공급한 상태를 도시한 도면으로, 이 도면에 있어서는, 하금형은 웅금형이고, 상판부가 바닥부를 규정하는 부분(12a)이며, 측면이 본체부를 규정하는 부분(12b)이 된다.

이 도 6에 있어서, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 용융 수지 덩어리(17)의 직경(D2)이, 하금형(12)의 바닥부를 규정하는 부분(12a)의 직경보다 작은 경우, 도 6의 d 점에서는, 용융 수지 덩어리는 상금형(도시하지 않음)에 의해 압축됨으로써 처음으로 금형 표면과 접촉하게 되는 한편, 바닥부 중심 a 및 b 점에서는, 용융 수지 덩어리는 공급 시점부터 이미 하금형 표면과 접촉하여 냉각되어 있다. 따라서, d 점과 b 점에서는 수지의 유동성이 상이하여, 바닥부의 외주측과 중심측에서 분자 배향이 상이해진다.

이에 대하여 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 용융 수지 덩어리(17)의 직경(D2)을, 하금형(12)의 바닥부를 규정하는 부분(12a)의 직경과 거의 동일하게 하여, 용융 수지 덩어리(17)가 하금형의 바닥부를 규정하는 부분(12a)의 거의 전역에서 접촉하도록 하면, 바닥부를 형성하는 용융 수지가 부분적으로 냉각되어 버리는 경우가 없다. 따라서, 중심 a 점으로부터 떨어진 위치 b 점 및 c 점 중 어느 곳에 있어서도, 동일한 조건에서 용융 수지 덩어리를 압축할 수 있기 때문에, b 점 및 c 점에서 분자 배향에 차가 생기지 않는 것이다.

본 발명에 있어서, 용융 수지 덩어리의 직경은, 미리 설정된 용융 수지의 스트랜드 직경(D2)을 기준으로 하고, 하금형에 있어서 컵형 용기의 접지부 최외단에 대응하는 위치에서의 직경(D1)과 대비하는 것이 적합하다.

하금형의 직경에 대한 용융 수지 덩어리의 직경의 비율은, 용융 수지 덩어리가 가급적 하금형의 바닥부를 규정하는 부분 전역에 접촉하도록 거의 동일한 것이 바람직하지만, 금형의 형상에 따라 상이하고, 예컨대, 용융 수지 덩어리를 공급하는 하금형이 자금형이 되는 타입의 경우에는, 본체부를 규정하는 부분(캐비티 측면)에 용융 수지 덩어리가 접촉할 우려가 있는 점에서, D2/D1은 0.95∼0.7의 범위에 있는 것이 바람직하고, 또한 하금형이 웅금형이 되는 타입의 경우에는, 이러한 제한이 없기 때문에 D2/D1은 1∼0.7의 범위에 있는 것이 바람직하다.

또한 도 7에 도시한 바와 같이, 하금형은 코어를 갖는 웅금형, 상금형은 캐비티를 갖는 자금형인 경우에 있어서도, 하금형(웅금형)(12) 상에 공급된 용융 수지 덩어리(17)를 상금형(웅금형)(11)이 하강하여 가압하는 것에 앞서, 플랜지 형성 공간 규정 금형(13)으로 개구 단부가 될 부분 또는 그 일부(도 7에 있어서는 플랜지 형성부)를 규제하고(도 7의 (A)), 계속해서, 코어 금형(12)이 더욱 하강할 때, 캐비티(11) 및 코어 금형(12)에 의해 형성되는 바닥부 형성 공간(14) 및 본체부 형성 공간(15)의 두께를 서서히 변화시켜, 본체부의 두께가 마지막에 규정되도록 하는 것이 적합하다.

본 발명의 컵형 용기의 성형 방법에 있어서는, 상기 용융 상태에 있는 용융 수지 덩어리가, 다층 구조를 갖는 다이 헤드에 의해 압출된 다층 구조의 용융 수지 덩어리인 것이 특히 적합하다. 즉, 다층 구조를 갖는 다이 헤드에 의해 압출된 다층 구조를 갖는 스트랜드는, 합성 수지 공급 장치의 절단 수단으로 절단된다. 절단된 용융 수지 덩어리는, 절단 단부에 있어서 외층에 의해 덮이고, 중심에 위치하는 코어층, 이 코어층을 내포하는 셸층을 포함하는 다층 구조를 갖는 용융 수지 덩어리로 성형된다. 이러한 다층 구조를 갖는 용융 수지 덩어리를 압축 성형하면, 중간층이 표면에 노출되지 않고, 중간층에 이용하는 수지에 의한 위생성을 고려할 필요가 없다.

예컨대, 목적으로 하는 컵형 용기가, 폴리프로필렌을 내외층, 배리어성 수지를 중간층으로 하는 2종 3층의 다층 구조인 경우에는, 배리어성 수지로 이루어지는 코어층, 폴리프로필렌으로 이루어지는 셸층을 포함하는 용융 수지 덩어리이면 된다.

실시예

본 발명을 다음 예에 의해 더욱 설명한다.

1. 피크 반가폭 측정

(1) 측정 장치 및 측정 조건

투과형 미소 X선 회절 장치 RAD-RB((주)리가쿠 제조)

타깃: Cu, 필터: Ni, 검출기: 고니오미터 PSPC MDG,

계수 가스: Ar 90%+CH₄ 10%, 계수 가스 압력: 180 kgf/cm²,

전압: 30 kV, 전류: 90 mA, 주사 속도: 2°/min,

스텝폭: 0.081°, 측정 시간: 600초

(2) X선 회절 강도 측정에 의한 피크의 반가폭의 산출

상기 측정 장치를 이용하여, 컵형 용기로부터 잘라낸 본체부의 시험편의 높이 방향을 x, 원주 방향을 y로 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도 측정을 행했다.

이 때에 얻어지는 디바이 고리의 x 방향의 피크 강도 분포에 있어서, 밀러 지수가 (110)의 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크의 반가폭을 구했다. 측정 샘플수는 N=3이고, 그 평균치를 측정 결과로 했다.

여기서 반가폭이란, 도 3에 도시한 바와 같이 밀러 지수가 (110)의 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 강도의 1/2의 점을 통과하여 횡축에 평행선을 그었을 때에, 이 평행선과 피크가 교차하는 2점 사이의 간격이다.

또한, 상기 피크 반가폭의 측정에 있어서는, 그 측정에 있어서 공기에 의한 X선 산란의 영향을 배제시키기 위해, 시험편이 없는 상태에서 측정한 공기 산란치를 측정치로부터 차감하여, 시험편에만 기인하는 피크 반가폭을 구했다.

또한 시험편은, 컵형 용기의 접지면으로부터의 높이(h)가 시험편의 중심이 되도록 한변이 10 mm인 정방형으로 잘라냈다.

그 결과를 표 1 및 도 8에 나타낸다.

(3) X선 회절 강도 측정에 의한 바닥부의 피크 반가폭 및 반가폭 변화율의 산출

상기 측정 장치를 이용하여, 컵형 용기로부터 잘라낸 바닥부의 시험편의 반경 방향을 x, 원주 방향을 y로 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도 측정을 행했다. 본체부의 경우와 동일한 방법으로 피크 반가폭을 구했다.

피크 반가폭의 결과를 표 6의 (A)에, 반가폭 변화율(K)의 결과를 표 6의 (B) 및 도 13에 나타낸다.

2. 열수축 평가

(1) 컵형 용기 본체부에서의 열수축률의 산출

컵형 용기를 오토클레이브(토미 공업(주) 제조 SS-325)를 이용하여 95℃, 30 min의 조건에서 가열을 행하고, 가열 전후의 만주 용량을 측정하여, 가열 전후의 변화율을 산출했다. 샘플수는 N=3이고, 그 평균치를 측정 결과로 했다.

그 결과를 표 2 및 도 9에 나타낸다.

(2) 컵형 용기 바닥부에서의 열수축률의 산출

컵형 용기의 바닥 부분만을 잘라낸 것을, 상기한 조건에서 가열을 행하고, 상기 반경비(r/R)가 0, 0.36, 0.72, 0.9인 4개소에서 가열 전후의 두께를 측정하여, 그 변화율을 산출했다.

측정 샘플수는 N=3이고, 그 평균치를 측정 결과로 했다. 또 r/R이 0.36, 0.72, 0.9인 3개소에서는 8점 평균하여 두께를 측정하고 있다.

그 결과를 표 7 및 도 14에 나타낸다.

3. 중간층 신전 도달 위치 평가

컵형 용기의 플랜지부 부근을 높이 방향에 평행하게 8방향 균등하게 절단하고, 절단면을 정돈한다. 그 후, 요오드액을 도포하여 중간층의 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지를 염색했다. 그 절단면을 눈금이 매겨진 루페로 관찰하여 신전 도달 위치의 측정을 행했다. 샘플수는 N=3이고, 그 평균치를 측정 결과로 했다. 또, 신전 도달 위치는 도 4의 3a를 기준으로 하여, 도 4의 (A)와 같이 3a까지 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지가 도달되어 있지 않으면 마이너스 표기로 하고, 도 4의 (B)와 같이 3a 이상까지 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지가 신전되어 있으면 플러스 표기로 하고 있다.

그 결과를 표 3 및 도 10에 나타낸다.

4. 중간층 두께 방향 위치 평가

컵형 용기의 플랜지로부터 바닥부에 걸쳐 높이 방향으로 절단하고, 절단면을 정돈한다. 그 후, 요오드액을 도포하여 중간층의 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지를 염색했다. 그 절단면을 디지털 카메라 내장형 실체 현미경(LEICA EZ4 D)(라이카 마이크로 시스템(주) 제조)을 이용하여 관찰하여 도 1에서의 t₂ 및 t₃을 측정하고, 두께 방향에서의 용기 내표면으로부터의 중간층 위치의 두께비(내층 두께비라고 하는 경우가 있음)(C)를 하기 식 (2)로 구했다. 샘플수는 N=1이다.

C=(t2+t3/2)/t···(2)

그 결과를 표 4 및 도 11에 나타낸다.

5. 산소 배리어 성능 평가

컵형 용기 내에 물을 만주 충전한 후, 80℃-30 min의 조건에서 보일 살균을 행했다. 그 후, 30℃-40±10%RH의 환경하에서 일정 기간 보존한 후, 체크메이트(CheckMate 9900)(PBI DANSENSOR(주) 제조)를 이용하여 용기내 산소 농도 측정을 행했다. 보존 기간은 1·14·30일이다. 샘플수는 N=5이고, 그 평균치를 측정 결과로 하고 있다.

그 결과를 표 5 및 도 12에 나타낸다.

6. 낙하 강도 평가

컵형 용기에 물을 만주 충전시키고 덮개재를 히트 시일한 후, 온도 23℃·습도 50%의 환경하에서 1일 보관했다. 그 후, 바닥을 아래로 하여 높이 50 cm로부터 1회 낙하시키고, 또한 균열되지 않은 경우에는 높이 80 cm로부터 1회 낙하시켰다. 용기가 균열된 높이에 의해 낙하 강도의 평가를 행했다. 또, 여기서 균열이란 충전수가 샌 경우를 가리킨다.

그 결과를 표 8 및 도 15에 나타낸다.

[실시예 1]

랜덤 폴리프로필렌 수지(MFR 30 g/10 min)를 φ65 압출기(L/D=30)에 공급하고, 압출기 온도 230℃, 다이 온도 230℃, 수지 압력 9.0 MPa의 조건에서 출구 직경 φ27의 노즐로 압출함과 동시에 절단하여, 용융 수지 덩어리를 얻었다. 이 용융 수지 덩어리를 18℃의 압축 금형 내에 반송하여, 플랜지의 일부를 미리 규정하고, 용기 본체부 및 바닥부를 형성하는 부분의 두께를 변화시키면서, 성형 완료점으로부터 5 mm 위에서의 성형 속도가 100 mm/sec로 압축 성형을 행하여, 도 5의 (A)에 도시한 단면 구조를 갖는, L/D=1.6, 용기 본체부 두께 1.0∼1.6 mm, 용기 높이 95 mm, 용기 플랜지 외경 59.3 mm, 내용적 120 cc, 중량 12.8 g의 단층 컵형 용기를 얻었다.

계속해서, 이 단층 컵형 용기의 피크 반가폭을 구하고, 열수축 평가를 행했다.

[실시예 2]

내외층 수지로서 랜덤 폴리프로필렌 수지(MFR 30 g/10 min)를, φ65 압출기(L/D=30)에 공급하고, 압출기 온도 230℃, 수지 압력 9.0 MPa의 조건에서 압출했다.

또한, 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지를 φ30 압출기(L/D=25)에 공급하고, 압출기 온도 230℃, 수지 압력 30.0 MPa의 조건에서 압출했다.

또한, 상기 내외층과 중간층 접착의 접착층 수지로서 변성 폴리프로필렌 수지를, φ30 압출기(L/D=25)에 공급하고, 압출기 온도 230℃, 수지 압력 22.0 MPa의 조건에서 압출했다.

그리고, 상기 내외층, 중간층, 접착용 수지를 230℃의 다이에 있어서 합류시켜 출구 직경 φ27의 노즐로 압출함과 동시에 절단하여, 다층 용융 수지 덩어리를 얻었다.

이 다층 용융 수지 덩어리를 실시예 1과 동일 조건에서 압축 성형을 행하여, 내외층이 랜덤 폴리프로필렌 수지, 중간층이 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지, 및 상기 내외층과 중간층 사이의 접착층이 변성 폴리프로필렌 수지로 구성된, 실시예 1과 동일 형상의 다층 컵형 용기를 얻었다.

계속해서, 이 다층 컵형 용기의 피크 반가폭을 구하고, 열수축 평가 및 중간층 신전 위치의 평가를 행했다.

[실시예 3]

랜덤 폴리프로필렌 수지(MFR 22 g/10 min)를 이용하여, φ75 압출기(L/D=30)에 공급하고, 압출기 온도 220℃, 다이 온도 220℃, 수지 압력 1.2 MPa의 조건에서 출구 직경 φ27의 노즐로 압출함과 동시에 절단하여, 용융 수지 덩어리를 얻었다. 이 용융 수지 덩어리를, 반송하는 압축 금형 안이 20℃인 것, 및 성형 완료점으로부터 5 mm 위에서의 성형 속도가 300 mm/sec인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 성형 조건에서 압축 성형을 행하여, 실시예 1과 동일 형상의 단층 컵형 용기를 얻은 후, 실시예 1과 동일한 측정, 평가를 행했다.

[실시예 4]

랜덤 폴리프로필렌 수지(MFR 22 g/10 min)를 이용하여, 실시예 3과 동일하게 용융 수지 덩어리를 얻었다. 반송하는 압축 금형 안이 20℃인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 성형 조건에서 압축 성형을 행하고(특히 성형 완료점으로부터 5 mm 위에서의 성형 속도가 100 mm/sec인 경우), 실시예 1과 동일 형상의 단층 컵형 용기를 얻은 후, 실시예 1과 동일한 측정, 평가를 행했다.

[실시예 5]

내외층 수지로서 랜덤 폴리프로필렌 수지(MFR 22 g/10 min)를 이용하여, φ75 압출기(L/D=30)에 공급하고, 압출기 온도 220℃, 수지 압력 1.2 MPa의 조건에서 압출했다.

또한, 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지를 φ25 압출기(L/D=25)에 공급하고, 압출기 온도 220℃, 수지 압력 2 MPa의 조건에서 압출했다.

또한, 상기 내외층과 중간층 접착의 접착층 수지로서 변성 폴리프로필렌 수지를, φ30 압출기(L/D=25)에 공급하고, 압출기 온도 220℃, 수지 압력 4.8 MPa의 조건에서 압출했다.

그리고, 상기 내외층, 중간층, 접착용 수지를 230℃의 다이에 있어서 합류시키고 절단하여, 다층 용융 수지 덩어리를 얻었다.

그리고 이 다층 용융 수지 덩어리를 성형 완료점으로부터 5 mm 위에서의 성형 속도가 130 mm/sec인 것을 제외하고 실시예 3과 동일 조건에서 압축 성형을 행하여, 내외층이 랜덤 폴리프로필렌 수지, 중간층이 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지, 및 상기 내외층과 중간층 사이의 접착층이 변성 폴리프로필렌 수지로 구성된, 실시예 1과 동일 형상의 다층 컵형 용기를 얻은 후, 배리어 신전 도달 위치 평가를 행했다.

[실시예 6]

실시예 5와 동일하게 다층 용융 수지 덩어리를 얻고, 성형 완료점으로부터 5 mm 위에서의 성형 속도가 40 mm/sec인 것을 제외하고 실시예 3과 동일한 성형 조건에서 압축 성형을 행하여, 실시예 5와 동일 형상의 다층 컵형 용기를 얻은 후, 실시예 5와 동일한 평가를 행했다.

[실시예 7]

랜덤 폴리프로필렌 수지(MFR 10 g/10 min)를 이용하여, 실시예 3과 동일 조건에서 출구 직경 φ27의 노즐로 압출함과 동시에 절단하여, 용융 수지 덩어리를 얻었다. 이 용융 수지 덩어리를, 실시예 6과 동일 조건에서 압축 성형을 행하여, 실시예 1과 동일 형상으로, 중량 11 g의 단층 컵형 용기를 얻은 후, 실시예 1과 동일한 측정, 평가를 행했다.

[실시예 8]

랜덤 폴리프로필렌 수지(MFR 22 g/10 min)를 이용하여, 실시예 3과 동일 조건에서 출구 직경 φ32의 노즐로 압출함과 동시에 절단하여, 용융 수지 덩어리를 얻었다. 이 용융 수지 덩어리를 실시예 6과 동일 조건에서 압축 성형을 행하여, 도 5의 (C)에 도시한 단면 구조를 갖는, 용기 본체부 두께 0.6 mm 내지 0.8 mm, 용기 높이 48.5 mm, 용기 플랜지 외경 81 mm, 내용적 135 cc, 중량 8 g의 단층 컵형 용기를 얻었다. 계속해서, 이 단층 컵형 용기의 X선 회절 강도 측정을 행했다.

[비교예 1]

상기 실시예 1과 동일 형상으로, 내외층이 랜덤 폴리프로필렌 수지인 시판되는 폴리프로필렌제 다층 사출 성형 컵형 용기에 관해 실시예 2와 동일한 측정, 평가를 행했다.

[비교예 2]

도 5의 (B)에 도시한 단면 구조를 갖는, 용기 본체부 두께: 0.5 mm, 용기 높이: 115 mm, 용기 플랜지 외경 76 mm, 내용적: 280 cc의 시판되는 호모 폴리프로필렌제 다층 압공 성형 컵형 용기에 관해 실시예 1과 동일한 측정, 평가를 행했다.

[비교예 3]

랜덤 폴리프로필렌 수지(MFR 22 g/10 min)를 이용하여, φ75 압출기(L/D=30)에 공급하고, 압출기 온도 220℃, 다이 온도 220℃, 수지 압력 1.2 MPa의 조건에서 압출함과 동시에 절단하여, 용융 수지 덩어리를 얻었다. 이 용융 수지 덩어리를 실시예 3과 동일 조건에서 압축 성형을 행하여, 도 5의 (C)에 도시한 단면 구조를 갖는, L/D=0.6, 용기 본체부 두께 0.6 mm∼0.8 mm, 용기 높이 48.39 mm, 용기 플랜지 외경 81.13 mm, 내용적 135 cc, 중량 8 g의 단층 컵형 용기를 얻은 후, 실시예 1과 동일한 측정, 평가를 행했다.

[비교예 4]

랜덤 폴리프로필렌 수지(MFR 10 g/10 min)를 이용하여, 실시예 3과 동일 조건에서 출구 직경 φ20의 노즐로 압출함과 동시에 절단하여, 용융 수지 덩어리를 얻고, 실시예 3과 동일한 성형 조건에서 압축 성형을 행하여, 실시예 3과 동일한 단층 컵형 용기를 얻은 후, 실시예 1과 동일한 측정, 평가를 행했다.

[실험예]

용기 플랜지 외경 75 mm, 내용적: 100 cc의 폴리프로필렌제 다층 압공 성형 컵형 용기를, 용기 단면에서의 중간층의 위치인 내외층비를 표 5에 나타내는 값으로 변경하여 제작한 후, 각각의 내외층비에 있어서 용기내 산소 농도 평가를 행했다.

또, 이 컵형 용기는 내외층이 폴리프로필렌 수지, 중간층이 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지, 및 상기 내외층과 중간층 사이의 접착층이 변성 폴리프로필렌 수지로 구성되어 있고, 중간층의 두께는 각 조건에서 일정하다.

(고찰)

도 5의 (C)와 같이 L/D가 1.0 정도로 그다지 크지 않은 컵형 용기인 경우에는, 실시예 5와 같은 성형 속도라도 적정 위치까지 중간층 수지를 신전시키는 것은 가능하다. 그러나, 도 5의 (A)와 같이 L/D가 명백히 1.0보다 큰 컵형 용기인 경우에는, 실시예 5와 같은 성형 속도로는 적정 위치까지 중간층 수지를 신전시키는 것은 곤란하다. 그러나, 도 10으로부터 명백한 바와 같이 성형 속도를 낮춤으로써, 중간층 수지의 신전 위치를 늘리는 것이 가능하다. 즉 성형 속도에 의해 중간층 수지의 신전 위치를 컨트롤 가능하다.

실시예 2, 5, 6에서는 압축 성형하고 있기 때문에, 중간층은 바닥 부근에서 용기 중간 정도에 존재하지만 유동 거리가 증가함에 따라 내면측으로 치우쳐 가고, 플랜지 부근에서는 다시 외면 근처로 향한다. 전체적으로는 내층 두께비가 0.3∼0.5인 위치에 중간층은 존재한다. 또한, 압축 성형 전의 용융 수지 덩어리의 상태에서 중간층 수지의 위치를 제어함으로써, 성형 후의 컵형 용기에 있어서도 어느 정도 중간층의 위치를 컨트롤하는 것이 가능하다.

그에 대하여 비교예 1에서는 사출 성형하고 있기 때문에, 바닥 부근에서는 게이트로부터 사출되고 중간층은 내표면에 매우 가까운 위치에 존재한다. 그로부터 유동이 진행됨과 동시에, 외표면 근처로 향하는 경향이 있다. 전체적으로는 내층 두께비가 0.5보다 작은 값으로 되어 있다.

중간층이 내표면에 가까우면 가까울수록, 내용물의 수분의 영향에 의해 산소 배리어성이 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 내층 두께비(C)의 결과로부터 고찰하면, 비교예 1과 같이 사출 성형된 컵형 용기는 중간층이 내표면에 가깝기 때문에 내용물의 수분의 영향을 받아 산소 배리어성이 저하되어 버린다. 그에 대하여, 실시예 2, 5, 6과 같이 압축 성형된 컵형 용기는 중간층이 비교예 1보다 내표면으로부터 멀기 때문에 내용물의 수분의 영향을 받기 어려워 산소 배리어성이 잘 저하되지 않는 것으로 생각된다.

또한, 도 9 및 표 1로부터, 본체부에서의 반가폭이 작으면 작을수록, 즉 분자가 배향되어 있으면 있을수록, 가열하면 용기가 수축되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은 가열에 의해 분자의 배향이 완화되기 때문인 것으로 추측할 수 있다.

또한 도 14에 있어서, 실시예 1∼2, 7∼8과 같이 바닥 전체에 균등하게 분자 배향하며, 또한, 배향이 억제되어 있으면, 가열하더라도 두께의 변화율이 1.5% 이하이다. 이에 대하여 비교예 4에서는 바닥의 끝에 가까운 부분에 있어서 분자가 배향되어 있기 때문에, 변화율이 2% 이상인 부분이 존재하고 있다. 또한 비교예 1과 같이 바닥 전체에 있어서 분자가 배향되어 있는 경우에는, 바닥부 측정 위치에 따른 두께 변화의 차가 크다.

도 15로부터 명백한 바와 같이, 실시예 7은, 비교예 4에 비해, 바닥 전체에 균등하게 분자 배향되어 있기 때문에 낙하 강도가 강하여, 잘 깨지지 않는다.

산업상 이용 가능성

본 발명의 컵형 용기는, 내열성이나 바닥부의 낙하 강도 등의 기계적 강도가 우수함과 동시에, 투명성이나 가스 배리어성 등도 우수한 점에서, 특히 음식품을 내용물로 하는 용기에 적합하게 사용할 수 있다.

또한, 치수 정밀도가 우수함과 동시에 두꺼운 스택부를 형성할 수 있는 점에서, 본 발명의 컵형 용기끼리를 복수개 중첩시킬 수 있어, 대량 생산되는 범용품 등에 유효하게 이용할 수 있다.

1: 본체부, 2: 바닥부, 3: 플랜지부, 4: 스택부, 5: 다리부, 6: 중간층, 7: 내층, 8: 외층, 9: 본체부, 11: 하금형(자금형), 12: 상금형(웅금형), 13: 플랜지 형성 공간 규정 금형, 14: 바닥부 형성 공간, 15: 본체부 형성 공간, 16: 제품 플랜지부 형성 공간, 17: 용융 수지 덩어리, 18: 제품 성립시의 접지면

Claims (12)

1. 열가소성 수지를 압축 성형함으로써 얻어지는, 적어도 플랜지부, 본체부(body part) 및 바닥부를 포함하는 컵형 용기에 있어서, 용기의 높이와 개구 직경의 비(L/D)가 1.0 이상임과 동시에, 용기 본체부로부터 잘라낸 시험편의 높이 방향을 x, 원주 방향을 y로 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도 측정을 행했을 때에 얻어지는 디바이 고리(Debye ring)의 높이 방향(x 방향)의 피크 강도 분포에 있어서, 밀러 지수(Miller index)가 (110)의 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 반가폭인 P의 값이, 본체부 전체에 걸쳐 1.25∼1.5의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 컵형 용기.
2. 열가소성 수지를 압축 성형함으로써 얻어지는, 적어도 플랜지부, 본체부 및 바닥부를 포함하는 컵형 용기에 있어서, 하기 식으로 표시되는 반가폭 변화율(K)의 값이 0.95∼1.05의 범위에 있는 컵형 용기.
   K=P₂/P₁
   (식 중, P₁은 바닥부 중심 측정점, P₂는 바닥 반경을 R, 측정점의 바닥 중심으로부터의 거리를 r로 한 경우, 바닥 중심으로부터의 반경비 r/R>0.7이 되는 바닥부 측정점에서, 상기 측정점으로부터 잘라낸 바닥부의 시험편의 반경 방향을 x, 원주 방향을 y로 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도 측정을 행했을 때에 얻어지는 디바이 고리의 반경 방향(x 방향)의 피크 강도 분포에 있어서, 밀러 지수가 (110)의 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 반가폭이다.)
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본체부 및 바닥부의 전체에 있어서 다층 구조가 형성되어 있는 컵형 용기.
4. 제3항에 있어서, 상기 다층 구조가, 적어도 폴리프로필렌으로 이루어지는 내외층 및 다른 열가소성 수지로 이루어지는 중간층을 포함하고, 상기 내외층이 중간층을 완전히 피복하여, 중간층이 용기 표면에 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 컵형 용기.
5. 제3항에 있어서, 상기 본체부에서, 내표면으로부터 중간층 두께 중심까지와 외표면으로부터 중간층 두께 중심까지의 두께비가, 내표면측:외표면측=3:7∼6:4의 범위에 있는 컵형 용기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본체부 내면 또는 외면에, 스택을 위한 단차가 형성되어 있는 컵형 용기.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본체부의 두께가 2.0 mm 이하인 컵형 용기.
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