KR101980825B1 - 표면에 액막을 갖는 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 구조체는 최대 높이 거칠기 Rz가 0.5∼5.0㎛의 범위에 있는 조면부(1)가 표면에 형성되어 있고, 해당 조면부(1) 상에, 0.1㎛ 이상 3.4㎛ 미만의 범위의 두께가 얇은 액막(3)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 구조체에서는 표면에 형성되어 있는 액막의 두께가 현저하게 얇음에도 불구하고 높은 미끄러짐성을 나타낸다.

Description

표면에 액막을 갖는 구조체{STRUCTURE WITH LIQUID FILM ON SURFACE}

본 발명은 표면에 액막(液膜)이 형성되어 있는 구조체에 관한 것이다.

플라스틱은 성형이 용이하고, 여러 가지의 형태로 용이하게 성형할 수 있는 것 등으로 인해, 각종 용도에 널리 사용되고 있다. 특히, 용기 벽의 내면이 저밀도 폴리에틸렌 등의 올레핀계 수지로 형성되어 있는 다이렉트 블로우 보틀은, 그 스퀴즈성, 짜내기성을 이용하여, 특히 점조한 유동성 물질, 예를 들면 케첩이나 마요네즈 등을 수용하는 용기로서 널리 사용되고 있다.

그런데 점조한 유동성 물질이 수용되는 용기에서는 해당 내용물을 신속하게 배출하고 또한 용기 내에 잔존시키는 일 없이 깨끗하게 배출하여 끝까지 다 사용하기 위해, 내용물에 대하여 용기 내면이 높은 미끄러짐성을 나타내는 것이 요구된다.

종래, 상기와 같이 미끄러짐성은, 용기 내면을 형성하는 수지에 활제 등의 첨가제를 배합함으로써 확보하고 있었지만, 최근 들어, 수지제의 기재(基材) 표면에 액막을 형성함으로써, 점조한 물질에 대한 미끄러짐성 등의 표면 특성을 개질하는 기술이 여러 가지 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1, 2, 3).

이러한 기술에 의하면, 기재 표면을 형성하는 수지에 활제 등의 첨가제를 첨가하는 경우에 비하여 미끄러짐성을 비약적으로 높일 수 있기 때문에, 현재 주목받고 있다.

그런데 표면에 액막을 형성함으로써, 표면 특성을 개질하는 수단에서는, 이 액막을 표면에 안정되게 유지하는 것이 필요하고, 이 때문에, 상기의 특허문헌 1∼3에서는 모두 표면에 미세한 요철을 형성하고 있다.

그러나 표면에 형성된 요철은 모두 액막을 안정되게 유지한다는 관점에서 형성되어 있기 때문에, 그 요철의 정도와 액막 상을 이동하는 유동성 물질의 미끄러짐성과의 관계 등에 대한 상세한 검토는 되어 있지 않다.

국제공개공보 WO2012/100099 국제공개공보 WO2013/022467 국제공개공보 WO2014/010534

본 발명자 등은, 표면에 액막이 형성된 구조체에 대해 많은 실험을 실시하여, 해당 액막의 두께가 얇고, 해당 액막의 표면에는 국부적으로 돌출한 부분이 형성되어 있는 구조체를 앞서 제안했지만(일본국 특원 2014-006083호), 이러한 구조체에 대해 더욱 연구를 진행시켜 이 표면이 어느 레벨의 미세한 조면(粗面)인 경우에는, 액막의 두께를 해당 조면의 최대 높이 거칠기 근방으로 함으로써, 동일한 두께의 액막을 평활면 상에 형성한 경우에는 볼 수 없었던 활락성(滑落性; slip-down property)의 향상을 볼 수 있다는 흥미로운 지견을 찾아냈다.

즉, 본 발명의 목적은, 표면에 형성되어 있는 액막의 두께가 현저하게 얇음에도 불구하고, 높은 미끄러짐성을 나타내는 구조체를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의하면, 최대 높이 거칠기 Rz가 0.5∼5.0㎛의 범위에 있는 조면부가 표면에 형성되어 있고, 해당 조면부 상에, 0.1㎛ 이상 3.4㎛ 미만의 범위인 두께가 얇은 액막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조체가 형성된다.

본 발명의 구조체에 있어서는,

(1) 상기 액막의 두께가, 상기 최대 높이 거칠기 Rz의 10％∼170％의 범위에 있는 것,

(2) 상기 조면부가, 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq가 50∼600nm의 범위에 있는 것,

(3) 상기 조면부에는, 0.7㎛ 이상의 높이의 돌기가 평균하여 30㎛ 이하의 간격으로 관측되는 것,

(4) 상기 조면부가, 플라스틱 표면에 미립자를 부착함으로써 형성되어 있는 것,

(5) 상기 미립자가 실리카인 것,

(6) 상기 액막이, 10 내지 40mN/m의 표면장력을 갖는 액체에 의해 형성되어 있는 것,

(7) 상기 액체가 유동 파라핀 또는 식용유인 것,

(8) 포장재료로서 사용되는 것,

(9) 상기 구조체 상에 6mg의 순수(純水)를 올리고 30°의 경사각으로 기울였을 때의 활락 속도가, 해당 구조체 상에 조면 가공을 하지 않고 액막의 두께를 동일하게 했을 때의 활락 속도와 비교하여 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 구조체에서는, 표면에 액막이 형성되어 있기 때문에, 이 액막을 형성하는 액체의 종류에 따라 여러 가지의 표면 특성을 발현시킬 수 있다. 예를 들면, 불소계 액체, 불소계의 계면활성제, 실리콘 오일이나 식물유 등의 유성의 액체에 의해 액막이 형성되어 있는 경우에는 물 등의 수성 물질에 대한 미끄러짐성이나 비부착성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있는 것이지만, 액막이 발유성의 액체에 의해 형성되어 있을 때는, 유성 물질에 대한 미끄러짐성이나 비부착성을 큰 폭으로 높일 수 있다.

또, 본 발명에 있어서는, 이 액막이, 최대 높이 거칠기 Rz가 0.5∼5.0㎛의 범위에 있는 미세한 조면부 상에 형성되어 있고, 또한 해당 액막이 0.1㎛ 이상 3.4㎛ 미만 범위의 두께인 극박막이다.

즉, 이와 같은 극박막이면서, 후술하는 실시예에도 나타내어져 있는 바와 같이, 동일한 액막의 두께로 평활면 상에 액막을 형성한 경우에는 볼 수 없었던 활락성의 향상을 볼 수 있다. 게다가, 이와 같은 극박막이기 때문에, 액막을 형성하는 액체의 중량에 의한 액막 표면의 변화나 낙하 등에 의한 두께 변화 등을 유효하게 회피하여, 안정되고 뛰어난 표면 특성을 나타낸다.

더 나아가서는, 적은 액량으로 액막을 형성할 수 있기 때문에, 코스트적인 메리트도 크다.

이와 같은 본 발명의 구조체는, 그 표면 개선 특성을 살려 적절한 액체에 의해 액막을 형성함으로써 여러 가지의 용도에 적용할 수 있지만, 특히 점조한 액체(예를 들면 케첩, 마요네즈, 드레싱 등)가 수용되는 용기나 뚜껑재 등의 포장재로서 적합하게 사용된다.

도 1은 본 발명 구조체의 요부인 표면의 형태를 나타내는 도면이다.
도 2는 액막의 두께와 활락 속도의 관계를 나타내는 선도(線圖)이다.
도 3은 활락 속도의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 쿠에트 흐름(Couette flow)의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 평활면 D에서의 액막의 두께 h와 활락 속도 V의 관계를 나타내는 선도 D를 추출하여 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 조면 A에서의 액막의 두께 h와 활락 속도 V의 관계를 나타내는 선도 A를 추출하여 나타내는 도면이다.
도 7은 액막의 표면 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 액막의 두께 h가 최대 높이 거칠기 Rz 이하인 때의 액막(3) 상태를 설명하기 위한 도면이다.

＜구조체의 표면 형태＞

도 1을 참조하여, 본 발명의 구조체는, 1로 나타내는 조면부를 가지고 있고, 이 조면부(1) 상에 액막(3)이 형성되며, 액막(3)을 형성하는 액체의 종류에 따라 수성 물질에 대한 미끄러짐성이나 유성 물질에 대한 미끄러짐성이 큰 폭으로 향상한다는 것이다.

즉, 본 발명에서는, 상기의 조면부(1)의 최대 높이 거칠기 Rz를 0.5∼5.0㎛의 범위로 설정하고, 또한 액막(3)의 두께가 0.1㎛ 이상 3.4㎛ 미만의 범위의 작은 값으로 설정되어 있으며, 이 결과, 이러한 액막은, 조면(1)에 추종하는 바와 같은 요철이 형성되어 이 액막(3) 상을 흐르는 물체에 대해 뛰어난 미끄러짐성이 발현하게 된다.

이와 같은 액막(3) 표면의 요철은, 액체의 이동에 의해 형성되는 파(波)와 같은 형태와는 달리, 일정한 위치에 존재하는 것이며, 원자간력 현미경, 백색 간섭 현미경 등에 의해 확인할 수 있다.

예를 들면, 도 2는, 후술하는 실시예에서의 실험 결과를 나타내는 것이고, 여러 가지의 표면 거칠기를 갖는 조면 또는 평활면 상에 형성된 액막에 대해, 그 두께와 활락 속도의 관계를 나타내는 도면이다.

상기의 실험 결과에 있어서, 활락 속도는, 중쇄지방산 트리글리세라이드(MCT)에 의해 형성된 액막(3)을 홀딩하고 있는 표면의 경사 각도 θ를, 도 3에 나타내어져 있는 바와 같이 30도로 설정하고, 이 상태에서 물방울(6mg)을 자중에 의해 낙하시켰을 때의 속도를 나타내는 것이며(상세한 조건은 실시예 참조), 이 속도가 클수록 물에 대한 미끄러짐성이 큰 것을 나타낸다.

또한, 액막의 두께는 액막 형성 전후의 구조체의 중량 변화로부터 구할 수 있다.

도 2에 있어서, 곡선 A는, 표면이 폴리프로필렌에 의해 형성되어 있는 플라스틱 필름의 표면에 조면 처리를 실시하여 형성된 조면 A 상의 액막에 대한 두께와 활락 속도의 관계를 나타내고, 곡선 B는, 조면 처리에 의해 형성된 조면 B 상의 액막에 대한 두께와 활락 속도의 관계를 나타내며, 곡선 C는, 조면 처리에 의해 형성된 조면 C 상의 액막에 대한 두께와 활락 속도의 관계를 나타내고, 곡선 D는, 조면 처리가 되지 않고, 하지(下地)의 폴리프로필렌의 평활면 D 상의 액막에 대한 두께와 활락 속도의 관계를 나타낸다.

각 면 A∼D에서의 최대 높이 거칠기 Rz 및 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq는 다음과 같이 되어 있다.

도 2로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따라서, Rz가 소정의 범위 내에 있는 조면 A 및 B에 대해 액막이 형성된 경우에는, 액막의 두께가 Rz 근방으로 되어 있는 부분에 활락 속도의 극대 피크치를 가지고 있고, 동일한 액막의 두께로 평활면 상에 액막을 형성한 경우에는 볼 수 없었던 활락성의 향상을 볼 수 있다. 또 조면 A에서는 그 극대 피크치가 평활면 D에 동일한 두께의 액막을 형성한 경우보다도 높은 활락성을 나타내고 있다. 또한 Rz가 본 발명에서 규정하는 범위보다도 거칠어져 있는 조면 C에 액막이 형성되어 있는 경우에는, 극대 피크치는 소실하고 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, Rz가 극히 낮은 영역에 있는 조면에, 두께가 Rz에 가까운 값으로 설정되어 있는 극박(極薄)의 액막(3)을 형성함으로써, 뛰어난 활락성을 발현시킬 수 있는 것이다.

이와 같은 최대 높이 거칠기 Rz와 액막의 두께의 설정에 의해 달성되는 높은 활락성의 원리는, 명확하게 해명된 것은 아니지만, 본 발명자 등은 다음과 같이 추정하고 있다.

즉, 소정의 표면에 형성된 액막 상을 액상 물질이 미끄러져 떨어질 때에는, 액체-액체 접촉으로 액상 물질이 흘러 떨어지기 때문에, 그 활락 속도는 고체 표면 상을 흘러 떨어지는 경우에 비해 빨라진다는 것이 일반적인 생각이며, 그 활락 속도는 쿠에트 흐름에 의해 설명된다.

이 쿠에트 흐름에서는, 도 4에 나타내어져 있는 바와 같이, 소정의 기재 표면에 형성된 액막 상을 흐르는 대상물의 속도 V는 액막과의 마찰력 F에 지배되며, 그 때의 마찰력 F는 하기 식(1)로 표시된다.

F=ηVA/h　　　　(1)

식 중, η은 액막의 점도,

A는 접촉 면적

h는 액막의 두께임.

한편, 액적(대상물)이 상술한 도 3에 나타내는 경사각 θ의 경사면을 미끄러져 떨어질 때, 마찰력 F는 하기 식(2)로 표시된다.

F=mgsinθ　　　　(2)

식 중, m은 액적의 질량

g는 중력가속도

θ는 경사각임.

따라서, 이 때의 활락 속도 V는, 하기 식(3)으로 표시된다.

V=mgsinθ·h/ηA (3)

즉, 식(3)으로부터 이해되는 바와 같이, 활락 속도 V는 액막의 두께에 비례하는 것이다.

그래서, 도 2의 곡선 D를 나타내는 도 5를 참조하면, 평활면 D 상에 액막이 형성되어 있는 경우에는, 액막 표면의 활락 속도는 액막의 두께 h에 비례하고 있고, 쿠에트 흐름에 따르고 있는 것을 알 수 있다.

그런데 본 발명에 따라, 최대 높이 거칠기 Rz가 소정의 범위 내에 있는 조면 A 및 B에 대해 액막이 형성된 경우에는 동일한 두께의 액막을 평활면 D 상에 형성한 경우에는 볼 수 없었던 활락성의 향상을 볼 수 있다. 이것은 액막 표면에 조면의 거칠기가 반영되었기 때문이라고 추정된다.

예를 들면, 액막의 두께가 큰 영역(도 6(b)의 영역)에서는, 도 7(b)에서 나타내어져 있는 바와 같이 액막의 표면은 평활하고, 쿠에트 흐름에 따르지만, 액막의 두께가 작아지면 액막 표면에 조면의 거칠기가 반영되며, 도 7(a)에서 나타내어져 있는 바와 같이 액막의 표면에 요철이 형성된다고 추정된다. 이 때문에, 액막의 두께가 작은 영역에서는 쿠에트 흐름과는 다른 거동을 나타내는 것이다.

또, 이 액막의 표면에 요철 형상이 반영되는 영역(도 6(a))에서는 극대 피크치가 존재하는데, 이 극대 피크치는 조면의 최대 높이 거칠기 Rz와 일치한다. 즉, 액막의 두께 h가 최대 높이 거칠기 Rz보다도 작은 경우, 도 8에서 나타내는 바와 같이, 액막의 두께 h가 조면의 최대 높이 거칠기 Rz보다도 작은 오목부 X가 존재함으로써, 조면의 요철 형상의 영향이 커져, 미끄러짐에 대하여 저항이 된다. 액막의 두께 h가 작을수록 그 저항은 커지기 때문에, 활락 속도도 액막의 두께 h의 감소에 동반하여 저하한 것으로 추정된다.

따라서, 소정의 표면 거칠기를 갖는 조면 A 및 B 상에 액막을 형성한 경우에는, 액막의 두께 h가 최대 높이 거칠기 Rz가 되는 부분에서 활락 속도의 극대 피크치를 나타내며, 그 근방 부분에서도, 동일한 두께의 액막을 평활면 D 상에 형성한 경우에는 볼 수 없었던 활락성의 향상을 볼 수 있다. 또한 조면 A 상에 액막을 형성한 경우에는 평활면 D에 액막을 형성한 경우보다도 활락 속도가 빨라진다.

여기에서, 최대 높이 거칠기 Rz가 조면 A 보다도 큰 조면 B(곡선 B)에서는, 도 2에 나타내어져 있는 바와 같이, 액막의 극대 피크치가, 두께 h가 커지는 측으로 시프트하고 있다. 즉, 조면 B에서는, Rz가 조면 A보다도 크기 때문에, 상술한 도 8에서의 오목부 X를 메우기에 필요한 액막의 두께 h는 크고, 이 때문에, 오목부 X가 메워지는 두께 h가 Rz의 부분에서 극대 피크치를 나타낸다. 즉, 조면 B에서는 Rz가 조면 A보다도 크기 때문에, 극대 피크치의 위치는 두께 h가 큰 측으로 시프트한 것으로 되어 있다.

또, 이 조면 B에서는, 최대 높이 거칠기 Rz가 크기 때문에 액막의 표면이 조면 B에 추종하기 어렵고, 액막의 두께가 일정치 이상이 되면, 액막의 볼록부가 자중에 의해 평탄화되어 버리며, 이 결과, 활락 속도의 저하를 초래하게 된다. 즉, 조면 B에서는 활락 속도의 극대 피크치는 조면 A에 비하여 작은 값을 나타낸다.

이에 대해, 최대 높이 거칠기 Rz가 조면 A뿐만 아니라 조면 B보다도 큰 조면 C(곡선 C)에서는, 액막의 표면이 조면 C에 한층 추종하기 어렵고, 액막의 볼록부의 평탄화가 한층 현저하게 된다. 따라서, 이와 같은 조면 C에서는 액막 표면의 평탄화에 의해 활락 속도가 더욱 저하하는 것을 초래한다. 즉, 조면 C에서는 활락 속도의 극대 피크치는 소실하고 있어 활락성의 향상이 발현하지 않았다. 이것은 동일한 두께의 액막을 평활면 D 상에 형성한 경우와 비교하여 활락성을 향상시키기 위해서는 액막을 형성하는 조면의 최대 높이 거칠기 Rz가 소정의 범위보다도 작은 영역에 있어야 하는 것을 나타내고 있다.

이렇게 하여, 본 발명에 의하면, 도 1에 나타내어져 있는 바와 같이, 액막(3)의 하지가 되는 표면(조면)(1)의 최대 높이 거칠기 Rz를 일정한 범위(0.5∼5.0㎛)로 하고, 또한 액막(3)의 두께 h를 0.1㎛ 이상 3.4㎛ 미만의 범위로 설정함으로써, 이 액막(3)의 두께가 현저하게 얇음에도 불구하고, 동일한 두께의 액막을 평활면 D 상에 형성한 경우에 비하여, 높은 활락성을 발현시키는 것이 가능해지는 것이다.

또, 본 발명에 있어서, 액막(3)을 홀딩하는 조면은, 액막(3)에 의한 활락 속도를 안정되게 확보한다는 점에서, 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq가 50∼600nm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 최대 높이 거칠기 Rz가 국부적으로 소정의 범위 내에 있는 것에 지나지 않을 때에는 활락 속도의 불균일이 커지기 때문이다.

또한 액막(3)을 홀딩하는 조면에서는, 높이가 0.7㎛ 이상의 돌기가 존재하고 있는 것이 바람직하고(즉, 최대 높이 거칠기 Rz가 0.7㎛ 이상이다), 특히, 이와 같은 높이의 돌기가, 평균하여 30㎛ 이하의 간격으로 존재하고 있는 것이 활락성을 보다 향상시키는 데 있어서 바람직하다. 이와 같은 경우에는 액막(3)의 표면에 조면이 갖는 요철이 명확하게 반영되기 때문이다.

＜표면 구조의 형성＞

본 발명에 있어서, 상술한 구조체의 표면 구조는, 상기와 같은 소정의 최대 높이 거칠기 Rz의 조면을 형성할 수 있는 한, 임의의 재료의 표면에 형성되어 있어도 좋고, 예를 들면, 수지제 표면, 금속제 표면, 유리제 표면이어도 되지만, 조면 가공하기 쉽다는 관점에서는 수지제 표면인 것이 바람직하다.

즉, 금속제 표면이나 유리 표면에 조면 가공하여 상술한 최대 높이 거칠기 Rz를 가지려면, 알런덤, 화이트 알런덤 등의 미세한 투사재(投射材)(미디어)를 이용한 블라스트 처리나 에칭 등에 한정되어 버려 소정의 최대 거칠기를 확보하는 것이 어렵지만, 수지제 표면의 경우에는, 블라스트 처리나 에칭을 성형 금형의 표면에 실시한 전사에 의해 조면을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 이것 이외에도, 수지제 표면에, 소정의 조면화제(미세 입자)를 적절한 용제에 분산시킨 처리액을, 스프레이 도장, 침지, 또는 스핀 코터, 바 코터, 롤 코터, 그라비아 코터 등에 의해 도포하고, 건조하는 수단이나, 표면을 형성하는 수지 중에 블리딩성(bleeding property)의 첨가제 등을 배합해 둠으로써, 소정의 최대 높이 거칠기 Rz를 갖는 조면을 확실하게 형성할 수도 있고, 조면 가공 수단으로서 용도에 따라 여러 가지의 수법을 채용할 수 있기 때문이다.

수지제 표면에 조면 가공을 실시함에 있어서 외첨(外添)되는 조면화제로는 평균 이차 입경(레이저 회절 산란법에 의해 측정되는 체적 기준의 평균 일차 입경) 4㎛ 이하의 미세 입자, 예를 들면 산화 티탄, 알루미나, 실리카 등의 금속 산화물 입자, 탄산칼슘 등의 탄산염, 카본 블랙 등의 탄소계 미립자, 폴리메틸(메타)아크릴레이트나, 폴리에틸렌, 폴리오르가노실세스퀴옥산으로 대표되는 실리콘 입자 등으로 이루어지는 유기 미립자를 사용할 수 있고, 이들은 실란 커플링제나 실리콘 오일 등에 의해 소수화 처리되어 있어도 된다. 즉, 평균 입경이 상기 범위보다도 큰 조대(粗大) 입자를 이용한 경우에는, 최대 높이 거칠기 Rz가 목적으로 하는 범위보다도 큰 조면이 되어 버려, 상술한 특이한 거동을 나타내는 액막(3)을 형성하는 것이 곤란해져 버린다.

또, 상기와 같이, 소수화 처리되어 있는 미세 입자를 이용하는 경우에는 유성의 액막(3)을 안정되게 형성할 수 있고, 소수화 처리가 실시되어 있지 않은 미세 입자를 이용하는 경우에는 수성의 액막(3)을 형성하는 데 적합하다.

또, 표면을 형성하는 수지 중에 조면화용 첨가제를 내첨(內添)하는 경우에 있어서, 이와 같은 첨가제로는 상기와 마찬가지의 미세 입자를 사용할 수 있고, 이와 같은 첨가제는, 표면을 형성하는 수지의 종류에 따라서도 다르지만, 일반적으로 도료의 경우, 해당 수지 100질량부당 0.1∼100질량부, 특히 0.1∼80질량부의 양으로 배합하고, 수지 조성물의 경우, 해당 수지 100질량부당 0.1∼50질량부, 특히 0.1∼30질량부의 양으로 배합해 두는 것이, 수지의 성형성을 해치지 않고, 상술한 최대 높이 거칠기 Rz의 조면을 확실히 형성하는 데 있어서 적합하다.

상기와 같이, 조면화제의 미세 입자를 수지제 표면에 외첨하거나 또는 수지 중에 내첨하는 수법은, 모두 일장일단이 있어 표면에 요구되는 특성에 따라 어느 쪽이든 적당한 수단을 채용할 수 있다. 예를 들면, 조면화제를 외첨하는 수단에서는 액막(3)을 형성하는 액체의 수지 중에의 침투를 확실하게 방지할 수 있고, 액막(3)의 두께를 장기에 걸쳐 안정되게 홀딩할 수 있는 반면, 액막(3)을 홀딩하고 있는 하지의 조면부분(미세 입자의 층)이 물리적인 외력에 벗겨져 떨어져 버린다는 트러블을 일으키는 일이 있다. 한편, 조면화제를 내첨하는 방법에서는 액막(3)을 홀딩하고 있는 조면부분이 탈락하는 등의 좋지 못한 상황은 유효하게 회피할 수 있는 반면, 액막(3)을 형성하는 액체가, 하지의 수지 중에 침투하기 쉬워 액막(3)의 두께의 경시적(經時的) 박막화를 일으키는 일이 있다. 따라서, 외첨 및 내첨 중 어느 수법도 일장일단이 있어, 용도에 따른 요구 특성을 고려하여 어느 쪽인가의 수단을 채용하는 것이 적합하다.

또, 상술한 조면(1) 상에 형성하는 액막(3)의 형성에 사용되는 액체로는, 이 수지 구조체(수지 성형체(1))의 표면에 부여하고자 하는 표면 특성에 따라 적절한 것이 사용되는데, 이러한 액체는, 당연, 대기압 하에서의 증기압이 작은 불휘발성의 액체, 예를 들면 비점(沸點)이 200℃ 이상의 고비점 액체가 아니면 안된다. 휘발성 액체를 이용한 경우에는, 용이하게 휘산하여 시간 경과와 함께 소실해서 액막(3)을 형성하는 것이 곤란해져 버리기 때문이다.

이와 같은 액체의 구체예로는, 상기와 같은 고비점 액체인 것을 조건으로 하여 여러 가지의 것을 들 수 있지만, 특히 표면장력이 미끄러짐성의 대상이 되는 물질과 크게 다른 것일수록 윤활 효과가 높아 본 발명에는 적합하다.

예를 들면, 표면장력이 10 내지 40mN/m, 특히 16 내지 35mN/m의 범위에 있는 액체를 이용하는 것이 좋고, 유동 파라핀, 불소계 액체, 불소계 계면활성제, 실리콘 오일, 지방산 트리글리세라이드, 각종 식물유 등이 대표적이다. 식물유로는 대두유, 유채유, 올리브 오일, 미강유, 옥수수유, 홍화유, 참기름, 팜유, 피마자유, 아보카도유, 코코넛유, 아몬드유, 호두유, 개암유, 샐러드유 등이 적합하게 사용된다.

또한 수지제 표면을 형성하는 수지로는, 구조체의 용도에 따른 형상으로 성형 가능한 한, 특별히 제한되지 않고, 임의의 수지를 사용할 수 있지만, 용기나 캡 등의 포장재에 적절하다는 점에서, 열가소성 수지, 예를 들면, 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄 저밀도 폴리에틸렌, 중 또는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리1-부텐, 폴리4-메틸-1-펜텐 등의 올레핀계 수지나, 이들의 올레핀류의 공중합 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트/이소프탈레이트 등의 폴리에스테르 수지가 바람직하다. 특히, 이 구조체를, 내용물을 짜내는 스퀴즈 용기로서 사용하는 경우에는, 저밀도 폴리에틸렌이나 직쇄 저밀도 폴리에틸렌으로 대표되는 올레핀계 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

＜구조체의 형태＞

상술한 표면 구조를 갖는 본 발명의 구조체는, 그대로 단독으로 사용할 수도 있지만, 통상은, 이 표면 구조를 유지한 채로, 다른 재료로 이루어지는 층이 적층된 다층 구조체로서 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 액막(3)을 지지하는 하지 조면을 가지고 있는 표면 수지층의 하측에, 그 형태에 따라, 금속박이나 유리, 종이나 다른 수지층을 적층할 수 있고, 이와 같은 적층 구조의 작성에 있어서는 적절히 금속박이나 다른 수지층과의 접착 강도를 높이기 위해 적절한 접착제를 이용할 수도 있다.

예를 들면, 금속박으로는, 통상, 알루미늄 박이 사용되고, 이와 같은 알루미늄박을 이용한 형태는, 특히 파우치의 작성에 적합하다.

또, 유리가 적층되어 있는 경우는, 유리의 흐림 방지 등, 특히 수막(水膜)의 부착 방지의 용도에 적합하다.

또한, 다른 수지층을 적층하는 경우에는, 보틀, 컵 등의 용기의 형태에 적합하다. 예를 들면, 이와 같은 다른 수지층으로는, 특히 중간층으로서 에틸렌·비닐 알코올 공중합체로 대표되는 가스 배리어성 수지의 층이나, 피산화성 중합체와 전이 금속 촉매를 포함하는 산소 흡수층, 또는 성형 시에 발생하는 버(burr) 등의 스크랩을 포함하는 리그라인드층 등이 대표적이다.

또, 이와 같은 다층 구조에 있어서는, 내면층(수지제 표면의 층)과 외면층을 다른 수지에 의해 형성하는 것도 가능하고, 예를 들면, 내면을 저밀도 폴리에틸렌 등의 올레핀계 수지로 형성하고, 외면을 PET 등의 폴리에스테르 수지로 형성하는 것도 가능하다.

이와 같은 단층 또는 다층의 구조체는, 그 형태에 따라, 그 자체 공지의 성형법, 캐스트법, T다이법, 캘린더법 또는 인플레이션법 등의 필름 성형이나, 샌드위치 래미네이션, 공압출 성형, 공사출 성형, 압축 성형, 진공 성형 등의 공지의 수단으로 성형할 수 있다. 예를 들면, 용기에 있어서는, 시트상(狀), 파이프상, 시험관상 등의 형태의 프리폼을 성형하고, 이어서 블로우 성형이나 플러그 어시스트 성형 등의 2차 성형을 실시함으로써 성형을 실시할 수 있다.

상술한 본 발명의 구조체는, 액막(3)에 의한 표면 특성을 충분히 발휘시킬 수 있기 때문에, 특히, 케첩, 수성풀, 봉밀, 각종 소스류, 마요네즈, 머스터드, 드레싱, 잼, 초콜릿 시럽, 요구르트, 유액 등의 화장액, 액체 세제, 샴푸, 린스 등의 점조한 내용물이 충전된 용기로서 가장 적합하다. 즉, 내용물의 종류에 따라 적절한 액에 의해 액막(3)을 형성해 둠으로써, 용기를 경사 또는 거꾸로 세움으로써, 이들 내용물이 용기 내벽에 부착하는 일 없이, 신속하게 배출할 수 있기 때문이다.

예를 들면, 케첩, 각종 소스류, 봉밀, 마요네즈, 머스터드, 잼, 초콜릿 시럽, 요구르트, 유액 등은 수분을 포함하는 친수성 물질이며, 액막(3)을 형성하는 액체로는 실리콘 오일, 글리세린 지방산 에스테르, 식용유 등의 식품첨가물로서 인가되어 있는 유성 액체가 적합하게 사용된다.

실시예

본 발명을 다음 실시예로서 설명한다.

또한, 이하의 실시예 등에서 실시한 각종의 특성, 물성 등의 측정 방법 및 구조체의 성형에 이용한 수지 등은 다음과 같다.

１. 조면의 표면 형상 측정

후술의 방법으로 제작한 조면이 형성된 필름에 있어서, 윤활액을 도포하기 전의 표면상체를, 원자간력 현미경(NanoScopeⅢ, Digital Instruments사 제조)에 의해 측정했다. 측정 조건을 하기에 나타낸다.

캔틸레버: 공진 주파수 f₀=363∼392kHz

　　　　　　　스프링 정수 k=20∼80N/m

측정 모드: 탭핑 모드

스캔 레이트(Scanrate): 0.250Hz

스캔 범위: 10㎛×10㎛

스캔 라인수: 256

얻어진 3차원 형상의 데이터로부터, 상기 원자간력 현미경에 부속된 소프트웨어(Nanoscope: version 5.30r2)를 이용하여 스캔 범위의 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq와 최대 높이 거칠기 Rz를 구했다. 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq는 하기 식으로 주어진다.

[수학식 1]

식 중, n은 데이터 포인트 수이고,

Z(i)는 각 데이터 포인트의 Z의 값이며,

Zave는 전체 Z치의 평균치이다.

또 최대 높이 거칠기 Rz는 전체 데이터 포인트 Z(i)의 최대치와 최소치의 차이다. 또한 상기 측정 조건에서 스캔 범위 50㎛×50㎛를 측정하고, 얻어진 3차원 형상의 데이터로부터, 10㎛×10㎛ 범위 내에 0.7㎛ 이상의 높이를 갖는 것을 돌기로 했을 때의 돌기의 수와, 해당 돌기의 평균 돌기 간격을 구했다.

２. 활락 속도 측정

후술의 방법으로 제작한 필름으로부터 30mm×150mm의 시험편을 잘라내어, 고정용 지그에 측정면(액막이 형성된 면)이 위가 되도록 붙였다. 실온하(20∼25℃)에서, 이 지그를 30°의 경사각으로 기울이고, 배후에 스케일을 설치하고, 측정면에 6mg의 순수를 올리고 5초마다 화상을 촬영했다. 얻어진 화상으로부터 이동거리를 측정하여, 산출되는 속도가 일정하게 된 곳을 활락 속도로 했다. 상기 활락 속도의 값이 클수록 내용물의 활락성이 우수하다.

조면 A, B, C를 제작하기 위해 이용한 소수성 실리카를 하기에 나타낸다.

조면 A의 제작

소수성 실리카 A(건식 소수성 실리카, 평균 이차 입경＜1㎛)

조면 B의 제작

소수성 실리카 B(습식 소수성 실리카, 평균 이차 입경 2.8㎛)

조면 C의 제작

소수성 실리카 C(습식 소수성 실리카, 평균 이차 입경 8.3㎛)

또, 액막의 형성에는 하기의 윤활액을 이용했다.

중쇄 지방산 트리글리세라이드(MCT)

표면장력: 28.8mN/m

점도(25℃): 33.8mPa·s

＜실시예 1＞

소수성 실리카 A 0.5g, 에탄올 9.5g을 바이알병에 칭량하고, 스터러를 이용하여 30분간 교반시켰다. 이 도료를, 폴리프로필렌 다층 필름의 폴리프로필렌 표면측에 바 코터(＃6)를 이용하여 도포한 후, 실온에서 건조시켜 조면 A가 형성된 필름을 제작했다.(이하, 폴리프로필렌을 PP로 축약하는 경우가 있다.)

제작한 필름으로부터 150mm×150mm의 단편을 잘라내어, 조면 A가 위가 되도록 스핀 코터의 회전대에 부착했다. 이어서, 윤활액으로서 MCT를 스핀 코터(5000rpm, 60sec)에 의해 도포했다.

MCT의 도포 전후의 필름의 중량 변화로부터, MCT의 도포량을 산출하고, 소수성 실리카 A의 흡유량을 빼서 액막의 두께를 구했다. 또, 제작한 필름을 이용하여, 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜실시예 2＞

스핀 코터에 의한 도포 조건을 3500rpm×60sec로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, MCT의 막이 형성된 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜실시예 3＞

스핀 코터에 의한 도포 조건을 3000rpm×60sec로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, MCT의 막이 형성된 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜실시예 4＞

스핀 코터에 의한 도포 조건을 2500rpm×60sec로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, MCT의 막이 형성된 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜실시예 5＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 B를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜실시예 6＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 B를 이용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜실시예 7＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 B를 이용한 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 1＞

스핀 코터에 의한 도포 조건을 1000rpm×60sec로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, MCT의 막이 형성된 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 2＞

스핀 코터에 의한 도포 조건을 500rpm×60sec로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, MCT의 막이 형성된 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 3＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 B를 이용한 것 이외에는 실시예 4와 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 4＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 B를 이용한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 5＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 B를 이용한 것 이외에는 비교예 2와 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 6＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 C를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 7＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 C를 이용한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 8＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 C를 이용한 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 9＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 C를 이용한 것 이외에는 실시예 4와 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 10＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 C를 이용한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 11＞

소수성 실리카 A 대신에 소수성 실리카 C를 이용한 것 이외에는 비교예 2와 마찬가지로 하여 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 12＞

소수성 실리카를 이용하지 않고, PP계 다층 필름의 PP 면측에 직접 MCT를 스핀 코터(5000rpm, 60sec)에 의해 도포했다. MCT의 도포 전후의 필름의 중량 변화로부터 MCT의 액막의 두께를 구했다. 또, 제작한 필름을 이용하여 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 13＞

스핀 코터에 의한 도포 조건을 3000rpm×60sec로 변경한 것 이외에는 비교예 12와 마찬가지로 하여 MCT의 막이 형성된 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 14＞

스핀 코터에 의한 도포 조건을 2000rpm×60sec로 변경한 것 이외에는 비교예 12와 마찬가지로 하여, MCT의 막이 형성된 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 15＞

스핀 코터에 의한 도포 조건을 1000rpm×60sec로 변경한 것 이외에는 비교예 12와 마찬가지로 하여, MCT의 막이 형성된 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

＜비교예 16＞

스핀 코터에 의한 도포 조건을 500rpm×60sec로 변경한 것 이외에는 비교예 12와 마찬가지로 하여, MCT의 막이 형성된 필름을 제작해서 표면 형상 측정과 활락 속도 측정을 실시했다. 측정한 액막의 두께와 최대 높이 거칠기 Rz로부터 그들의 비를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 표 1에 있어서는 하기의 약어를 이용했다.

Ex: 실시예

Com: 비교예

P 수: 돌기수

P 간격: 돌기의 평균 간격

[표 1]

측정한 액막의 두께와 활락 속도의 관계를 그래프로 한 것을 도 2에 나타낸다. 최대 높이 거칠기 Rz가 0.5∼5.0㎛의 범위에 있는 조면 A 및 B 상에 액막을 제작한 경우에는, 액막의 두께가 0.1㎛ 이상 3.4㎛ 미만의 범위에 있을 때, 활락 속도의 극대 피크를 가지고 있어 동일한 두께의 액막을 평활면 상에 형성한 경우에 비하여 활락성이 향상하고 있는 것을 알 수 있다.

또 조면 A 및 B에서는 활락 속도의 극대 피크가 존재하고 있지만, Rz가 5.0㎛보다도 큰 조면 C에 액막이 형성되어 있는 경우에는 이와 같은 활락 속도의 극대 피크는 소실하고 있는 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터, 표면을 일정 레벨의 조면으로 함으로써, 액막의 두께가 현저하게 얇음에도 불구하고, 높은 활락성을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

1: 구조체 표면(조면부) 3: 액막 h: 액막 두께

Claims (10)

1. 최대 높이 거칠기 Rz가 0.5∼5.0㎛의 범위에 있는 조면부(粗面部)가 표면에 형성되어 있고, 상기 조면부 상에, 0.1㎛ 이상 3.4㎛ 미만의 범위에 있는 것을 조건으로 하여 상기 최대 높이 거칠기 Rz의 10%∼100%의 범위에 있는 두께의 얇은 액막이 형성되어 있고, 상기 액막의 표면에는 상기 조면부의 거칠기가 반영된 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 조면부가, 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq가 50∼600nm의 범위에 있는 구조체.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 조면부에는, 0.7㎛ 이상의 높이의 돌기가, 평균하여 30㎛ 이하의 간격으로 관측되는 구조체.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 조면부가, 플라스틱 표면에 미립자를 부착함으로써 형성되어 있는 구조체.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 미립자가 실리카인 구조체.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 액막이, 10 내지 40mN/m의 표면장력을 갖는 액체에 의해 형성되어 있는 구조체.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 액체가 유동 파라핀 또는 식용유인 구조체.
9. 제 1 항에 있어서,
   포장재료로서 사용되는 구조체.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체 상에 6mg의 순수(純水)를 올리고 30°의 경사각으로 기울였을 때의 활락(滑落) 속도가, 상기 구조체 상에 조면 가공을 하지 않고 액막의 두께를 동일하게 했을 때의 활락 속도와 비교하여 큰 구조체.

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