KR102118239B1 - 차광성 단일층 불투명 병 및 그 획득 방법 - Google Patents

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Abstract

매우 경량의 용기에 매우 높은 차광성을 제공하며 심지어 모든 광 스펙트럼에 있어서 사실상 완전한 차광을 제공하는 무기 차광 필러들을 갖는 단일층 플라스틱 용기에 관한 것이다. 용기의 플라스틱 구조는, 용기를 구조적으로 구성하는 기능면에서 서로 보완되는 서로 다른 성질의 적어도 두 개의 열가소성 폴리머를 포함하고, 차광 무기 필러들은, 차광 기능면에서 서로 보완되는 서로 다른 성질의 적어도 두 개의 무기 물질을 포함한다. 무기 차광 필러들의 효율적인 조합과 플라스틱 구조의 특정한 구성 때문에, 절대 차광 레벨에 가까운 차광 레벨을 추구하는 경우 일반적인 복잡하고 고가인 다중층 구조에 의존하지 않아도, 매우 경량인 단일층 용기에서 모듈형 차광성, 심지어 사실상 완전한 차광성을 달성할 수 있으며, 이들 모두는 종래의 장비와 생산 공정을 이용한다.

Description

차광성 단일층 불투명 병 및 그 획득 방법{OPAQUE SINGLE-LAYER BOTTLE WITH LIGHT PROTECTION AND PRODUCTION METHOD THEREOF}

본 발명은, 예를 들어, 매우 경량인 용기에 매우 높은 차광성을 제공하며 심지어 모든 광 스펙트럼에 있어서 사실상 완전한 차광을 제공하는 무기 차광 필러들을 갖는 단일층 플라스틱 병 등의 단일층 플라스틱 용기에 관한 것이다. 용기의 플라스틱 구조는, 용기를 구조적으로 구성하는 기능면에서 서로 보완되는 서로 다른 성질의 적어도 두 개의 열가소성 폴리머를 포함하고, 차광 무기 필러들은, 차광 기능면에서 서로 보완되는 서로 다른 성질의 적어도 두 개의 무기 물질을 포함한다.

이 용기의, 유사한 목적을 위한 다른 용기들에 비해 차별화되는 품질은, 무기 차광 필러들(이하, 필러들)의 효율적인 조합과 플라스틱 구조의 특정한 구성 때문에, 절대 차광 레벨에 가까운 차광 레벨을 추구하는 경우 일반적인 복잡하고 고가인 다중층 구조에 의존하지 않아도, 매우 경량의 단일층 용기에서 모듈형 차광성, 심지어는 사실상 완전한 차광성을 달성할 수 있으며, 이들 모두는 종래의 장비와 생산 공정을 이용한다는 사실에 있다. 용기에 포함되는 필러들의 조합과 플라스틱 구조의 구성은, 필러들 및 필러들이 미리 분산되어 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(이하, PET)와는 다른 비정질 플라스틱을 함유하는 농축 첨가제(이하, 첨가제)를 주 반결정성 열가소성 베이스, 특히, PET에 제어 하에 첨가하고, 이때, 첨가제에 함유된 비정질 플라스틱은, 유리 전이 온도(Tg)가 PET의 Tg(Tg PET = 80℃)보다 높고(농축 첨가제의 비정질 베이스의 Tg < 80℃), 약간 흡습성(hygroscopic)이며(최대 물 흡수 < 포화시 0.1 중량%), 비용융점(Tm)을 갖지 않고, 그래프트 폴리머이며, 특히, 고 충격 폴리스티렌(이하, HIPS)이라는 특징들을 갖춤으로써, 달성된다.

무기 차광 필러를 PET에 포함함으로써 얻어지는 차광 기능이 있는 용기 분야에 있어서, 본 발명은 차광 기능이 있는 단일층 플라스틱 용기에 관한 것으로서, 차광 필러를 포함하는 방법은, 주 플라스틱 베이스에, 이 경우에는 PET에, TiO2와 Al을 함유하는 무기 차광 필러들이 미리 분산되어 있는 HIPS 폴리머 베이스를 함유하는 농축 첨가제를 첨가함으로써 수행된다.

UHT 장기(4개월 초과) 보존 우유를 함유하기 위한 용기 등의, 내용물을 광 방사로부터 보호하도록 설계된, 본 발명에서 제시된 플라스틱 용기에 관련된 다른 플라스틱 용기는, 서로 다른 플라스틱 매체로 이용가능하며, 서로 다른 유형의 구조들을 갖고, 예를 들어, 3층 폴리에틸렌, 3층 PET, 2층 PET 또는 단일층 PET가 있다. 그러나, 실제로는, 완전한 차광을 달성할 수 있는 단일층 용기는 알려져 있는 것이 없으며, 단일층보다 많은 층의 일반적인 구조를 사용하여 이러한 차광 수준을 달성하고 있다.

종래에는, 차광 기능이 있는 플라스틱 용기는, 이러한 용기가 가장 널리 사용되는 용도들 중 하나가 장기 보존 우유(예를 들어, UHT 우유) 및/또는 UHT 유제품의 병 채우기(bottling)라는 사실 때문에, 백색 표면을 갖는다. 은폐력이 높은 백색 안료인 TiO2를 TiO2에 의해 제공되는 차광성을 효과적으로 강화하는 광 흡수기와 조합하는 해결책들이 알려져 있지만, 이러한 광 흡수기는 불가피하게 용기의 표면을 어둡게 하여 매력적이지 않고 바람직하지 못한 회색을 띠게 하며, 이는 용기에 사용될 수 있는 농도가 제한되고 이에 따라 그 효능의 임계값이 제한됨을 의미한다. 단일층 용기의 실질적으로 완전한 차광성을 추구하는 이 경우에, 필요로 하는 흡수기의 고 품질은, 받아들일 수 없는 회색의 최종 컬러의 효과 때문에 상업적 실행가능성에 영향을 끼칠 수 있다. 이러한 상황을 피하고 차광 기능에 도움이 되는 TiO2의 농도를 증가시키도록, Al의 차광 효능이 반사 효과에 기초하고 광 흡수에 기초하지 않으므로 Al을 사용해 왔는데, 이는 용기 표면이 광을 "삼키지" 않고 대신에 반사하며, 이에 따라 표면이 더욱 큰 발광성을 갖고 결국 사용할 수 있는 Al의 비율이 종래의 흡수기의 비율보다 커서, 용기의 색을 유해하게 변색하지 않고서 매우 높은 차광 옵션을 제공한다는 것을 의미한다. 표면이 86보다 작은 L*색 (0은 흑색이고 100은 절대 백색인 0 내지 100 등급으로 된 백색의 측정값)을 갖는 본 발명에서 설명한 용기와 유사한 상업적 용기는 알려진 바가 없으며, 물론, 라벨 없이 색, 상업적 식별 또는 기업적 식별 형태로 된 용기에 첨가될 수 있는 특정한 첨가 착색제 또는 다른 임의의 코팅을 언급한다. 결국, 선택한 목적은, 용기 표면 상에서, 차광 수준에 상관없이 86보다 높은 색 L*("Cie-Lab" 스케일의 L* > 86)을 달성하는 것이었다.

다음에 따르는 표(표 1)에서는, 동일한 TiO2 베이스에 대하여, 용기의 색과 차광에 대한 종래의 광 흡수기의 효과를 Al의 경우와 비교하고 있다. 이를 위해, TiO2 농도를, 약 10%로 매우 일정하게 유지하였으며, 광 흡수기(이 경우, 카본 블랙 또는 종래의 탄소보다 더욱 용기를 어둡게 하는 산화철)와 Al 모두의 서로 다른 농도와 조합하였다.

(용기가 일반적인 판매시 받게 되는 광의 높은 노출을 나타내는) 2300LUX의 외부 광에 노출된 용기 내의 광 강도(LUX)를 측정하는 Iso-Tech 룩소미터를 이용하여 차광 %를 산출하였으며, 이에 따라 (차광 %) = ((외부 LUX - 내부 LUX) / (외부 LUX)) x 100이다.

실험의 목표는 용기의 표면 상의 L* 색 > 86을 유지하면서 용기의 완전한 차광(99.9%)을 얻을 가능성을 평가하는 것이다.

용기 TiO2% Abs. %
Al % TiO2/Al 비 L* 색 차광 %
1 10.2 0.030 --------- --------- 91.9 93.0% 2 9.9 0.040 --------- --------- 90.7 97.0% 3 10.3 0.050 --------- --------- 89.0 99.0% 4 10.2 0.070 --------- --------- 85.1
(맞지 않음)
99.7%
(맞지 않음)
5 10.3 -------- 0.070 147 91.9 96.30% 6 9.9 -------- 0.100 99 91.6 98.17% 7 9.8 -------- 0.120 82 89.8 99.81% 8 10.1 -------- 0.150 67 90.2 99.87 (맞음) 9 10.3 -------- 0.190 54 91.4 99.91% (맞음)

다음에 따르는 추론은 위 표의 데이터로부터 정해진 것일 수 있다.

* 즉, TiO2가 광 흡수기와 조합되는 차광 기능이 있는 백색 단일층 용기에 대한 종래의 해결책에서는, 필러들 내에 존재하는 흡수기의 더욱 큰 비율 효과 때문에 차광이 증가할 때 더욱 어두운 색을 제공한다. 이 때문에, 사실상, 전술한 종래의 해결책을 이용하여 필러 함유량 및/또는 적당한 중량을 갖는 백색 단일층 용기를 얻을 수는 없다.

* 본 발명에 따라 차광 필러들에 함유된 TiO2와 Al의 조합은, 장점으로 되며, 백색 단일층 용기에 있어서 사실상 완전한 차광성을 달성할 수 있다.

다음에 따르는 표(표 2)에서는, L* 색을 여러 용기들의 차광 수준(1 내지 7)과 비교하며, 이러한 용기들 모두는 본 발명에 따른 단일층 병들이다.

용기 TiO2 % 용기가 함유하는 PET % L* 색 차광 % PET/HIPS 비 TiO2/Al 비 1 5.4 91 87.0 97% 28 60 2 7.8 88 87.5 98% 20 60 3 9.6 84 89.5 99% 14 60 4 10.2 83 91.0 99.5% 13 60 5 10.8 82 92.0 99.8% 12 60 6 12.3 81 92.7 99.9% 13 60 7 13.0 80 93.3 ▷99.9% 13 60

표 2에 나타낸 결과로부터, 광 흡수기에 기초하는 종래의 차광성 필러 해결책과는 달리, TiO2와 조합된 Al의 반사에 의한 차광 용량에 기초하는 본 발명의 응용에서는 백색 단일층 용기에서의 L* 색과 차광 수준 모두를 동시에 개선할 수 있다는 놀라운 추론을 할 수 있다.

원하는 목적을 얻도록 차광성 필러들, 특히, TiO2를 포함하는 내용물을 광 방사로부터 보호하도록 플라스틱 물질, 특히, PET로 제조된 많은 기존의 병들이 존재한다. 이러한 병들은 물질의 단일층 및 물질들의 여러 층들 모두를 갖는 것이 있는데, 하나의 차광 필러 또는 여러 차광 필러들이 물질의 단일층에 또는 그 병이 다층인 경우 물질의 각 층마다 서로 다른 조합으로 분산되어 있다. 단일층인지 다층인지에 상관없이 이러한 유형으로 알려져 있는 용기는, 일반적으로 더욱 상세히 후술할 서로 다른 방법들에 의해 또는 물질의 혼합에 의해 차광성 필러들이 분산되어 있는 한 가지 유형의 플라스틱 물질로 이루어지며, 혼합의 경우 그 화학적 호환성을 추구한다. 시장에서 찾을 수 있는 흔한 예로는, 폴리올레핀, 일반적으로, 폴리에틸렌(PE), 3층 용기; 3층 PET 용기; 2층 PET 용기, 및 단일층 PET 용기가 있다. 본 발명 이전에 차광성을 높인(최대 98%) 상업적 단일층 PET 용기들의 예가 알려져 있지만, 사실상 완전한 차광성(99.9% 차광성)을 달성하는 것은 다층 PET 또는 PE 용기에 대하여 체계적으로 보류된 것이었다.

우유, 유제품, 과일 가공 제품, 및 천연 활성 성분이 있는 기타 기능 음료 등의 감광 물질들을 플라스틱 용기에 패킹하는 것이 점점 더 빈번해지고 있으며, PET는 시장 점유율을 높이고 있는 폴리머들 중 하나이다. 광 효과로 인한 열화에 민감한 활성 성분들을 손상시키는 방사로부터 보호하도록, 일반적으로 불투명하거나 가시 스펙트럼(VIS)에서 보호하도록 강하게 채색되는 보호제, 또는 자외선(UV) 스펙트럼에서 특정한 흡수율이 있는 비교적 투명한 물질을 포함하는 것이 필요하다.

감각 수용적 특성과 영양적 특성 변화를 야기하는 광 작용으로 인한 열화에 민감한 물질들이 많이 존재한다. 이러한 물질들 중에서, 비타민, 아미노산, 과산화물 또는 지방을 언급할 수 있는데, 이들 각각은 하나의 파장, 또는 각 물질에 대하여 특정적이며 서로 다른 여러 파장들에 특히 민감하고, 이에 따라 특정한 민감도가 있는 자외선 스펙트럼(UVA)(최대 400nm)과 가시 스펙트럼(VIS)(400 내지 700nm) 모두에서의 실질적으로 임의의 파장의 감광 물질들이 존재하며, 예를 들어, 아래와 같다.

* 비타민 B2(리보플라빈): 특정한 민감도는 최대 550nm의 파장에 이른다. 가시 스펙트럼(VIS)의 이 영역은 특히 중요한데, 그 이유는, 약 550nm에서의 비타민 B2의 극한 민감도 때문에 매우 중요한데, 우유의 경우에, 그 열화로 인해 영양적 용량, 향기, 및 맛이 심각하게 변경된다(리보플라빈의 열화 효과로 인해 우유에서 야기되는 감각 수용 변경은 "일광취"(lightstruck flavour)로 알려져 있다.

* 비타민 A (레티놀): 410 내지 460nm

* 비타민 C (아스코르빈산): 가장 공격적인 파장은 300nm 미만임

* 아미노산

* 서로 다른 유형 및 민감도의 발색단 화합물들은 UVA 영역과 VIS 영역 모두에서 찾을 수 있으며, 이러한 열화로 인해 이들을 함유하는 제품의 외관이 변할 수 있다.

UVA 또는 VIS 광의 작용에 의해 유도되는 열화에 민감한 물질을 함유하기 위한 용기에 차광 기능을 포함하는 것은, 유제품, 과일 쥬스, 약국, 약물, 및 일반적으로, 광분해 열화에 예민한 물질을 함유하는 음식이나 조제용 물질의 패키징 및 판매 업계에서 흔한 활용법이다.

감광 물질에 대하여 잠재적으로 공격적인 방사의 두 개의 스펙트럼 영역은 구분되어야 한다.

* 200nm 내지 300nm인(그러나 400nm 미만인) 스펙트럼의 UVA 비가시영역. 이 영역은, 매우 활동적인 영역이지만, 효과적이면서 실제로 완전한 차광을 가능하게 하는 많은 상업적 해결책들이 있으므로 비교적 보호하기 쉬운 영역이며, 이에 따라 TiO2에 기초하거나 대량의 TiO2를 함유하는 차단 해결책은 VIS에서 양호한 수준(95% 초과)의 보호를 달성한다면 UV 영역의 완전한 보호가 가능하다. 이러한 이유 때문에, 일반적으로는, UV 영역에서의 보호 제어는, 불필요한 작업이므로, 실행하지 않는다.

* 가시 스펙트럼(VIS) : 약 400nm 내지 700nm 정도의 파장 범위에 있다. 전술한 바와 같이, 이 영역에서는, 특정한 민감도들이 존재하며, 특히, 550nm에서 리보플라빈의 민감도를 강조하는 것이 중요하다. VIS에서는, 다른 유형의 필러들과 조합되거나 조합되지 않는 종래의 백색이며 TiO2의 더욱 많은 또는 적은 함유량에 기초하는 현재 이용가능한 단일층 해결책들이, 파장이 높아질수록 더욱 두드러지는 차광의 어려움을 제시하게 된다. 도 1에서 알 수 있듯이, VIS 영역에서는, 파장이 높아질수록 TiO2에 기초하는 차광 물질(일반적으로, 불투명한 백색 용기)을 보호하는 것이 더욱 어려워지며, 이러한 이유로 인해, 종래에는, %TR(병의 벽을 통과하는 입사광의 %)의 측정값은 550nm(비타민 B 등의 일부 화합물에 대한 특정한 민감도의 VIS의 중간 영역)을 차광 수준의 표시자로서 가리킨다(%TR이 낮을수록 차광 수준이 높아진다).

용기를 제조하도록 존재하는 다수의 옵션들 중에서, 물질의 사용과 차광 물질을 제조하고 첨가하기 위한 기술 모두의 관점에서, 이제부터, 열가소성 매트릭스에 의해 형성되는 용기를 언급하며, 특히, 유리, 금속, 또는 서로 다른 물질들의 착체 조합 등의 다른 옵션들에 비해 다음에 따르는 이점들을 제공하는 일부 열가소성 매트릭스를 언급한다.

* 가공성: 최신 기술은 흔히 사용되고 취급하기 쉽고 완전히 알려져 있는 열가소성에 기초한 제조의 다양한 대안들을 제공한다.

* 개별화 가능성: 용기의 기하학, 형상, 및 크기의 선택에 있어서 기술적 및 경제적 장벽이 사실상 없다.

* 경량성: 플라스틱 용기의 중량은 유리 또는 금속 등의 다른 대안들에 비해 일반적으로 실현가능하게 훨씬 가볍다.

* 비용 절감: 많은 플라스틱 물질들이 폭넓은 용도로 인한 상품화는, 이러한 플라스틱 물질들이 대부분의 다른 물질들에 비해 큰 경쟁력을 갖는다는 것을 의미한다. 실제로, 플라스틱은 용기 생산을 위한 물질들을 점점 더 많이 대체하고 있다.

* 지속성: 대부분의 열가소성 물질들을 복구하고 재활용하는 가능성은 널리 알려져 있으며, 정착된 수집 채널들 및 이들을 소비 회로에서 정렬하고 재삽입하기 위한 알맞고 규칙적인 기술들을 완전하게 보장해 준다.

차광 물질을 플라스틱 용기에 첨가하는 다른 방식들이 존재하며, 각 방식은 고유하고 특정한 특징, 이점, 및 단점을 갖고 있으며, 다음에 따르는 것들이 대부분 널리 알려져 있는 것들이다.

차광성이 포함된 용기: 이러한 용기들에서, 플라스틱 매트릭스에는, 광의 투과를 금지하는 물질들이 로딩되며, 그 중에서도, 차광성을 완료하는 데 일조하는 다른 2차 필러들을 갖거나 갖지 않는, 이산화 티타늄(TiO2), 이산화 실리콘(SiO2), 또는 황화 아연(ZnS)이 로딩된다.

차광성이 있는 이러한 유형의 불투명한 용기의 필러 함유량은 일반적으로 총 용기 중량에 대하여 차광 필러들의 3 중량% 내지 8 중량%이며, 따라서 필러들의 퍼센트가 증가함에 따라 필러들을 포함시키고 용기를 생산하는 데 있어서의 어려움이 증가한다. 높은 수준의 차광을 위해서는, 다층 용기가 단일층 용기보다 필러들을 체계적으로 덜 함유하지만, 단일층 용기의 경우, 제조 공정들은 훨씬 간단하며, 필요로 하는 투자금이 상당히 적다.

최신 기술로 이용가능한, 차광성이 있는 이러한 유형의 용기 생산에 관한 기술 및 공정은 아래에서 언급한다.

* 다층: 각 층에서의 서로 다른 첨가제들의 조합 덕분에 전체 미네랄 필러 함유량이 감소될 수 있게 하며, 이에 따라, 일반적으로, 내층은 흑색이며 가장 큰 차광 능력을 제공하며, 외층(두 개의 층인 경우) 또는 외층들(세 개의 층인 경우)은 종래의 외관이 아니며 이를 다른 색이나 라벨로 중첩시켜 개별화하기 불가능한 흑색을 감추는 다른 물질들로 채워진다.

이러한 유형의 용기의 필러 함유량은 일반적으로 3 중량% 내지 5 중량%이다.

이 기술은, 어느 파장에서도 완전한 차광성으로 간주될 수 있는 차광성을 제공하지만, 관련된 장비와 공정의 복잡성으로 인해 단점이 있으며, 특정한 장비가 필요하고, 투자금이 상당하고, 유지보수가 고가이며, 비품질로 인한 폐기 수준이 단일층 기술보다 훨씬 높다.

* 단일층: 이전의 장비 및 공정보다 싸고,액세스가능하고,유연한 장비와 공정을 이용하여 실현가능하지만, 민감한 제품을 보호하기 위한 충분한 차광 수준은 포함되는 필러의 양을 상당히 증가시켜야만 달성될 수 있으며,상기 양은 일반적으로 5 중량% 내지 8 또는 9 중량%이며,실행가능한 함유량은 더욱 높은 퍼센트의 필러들을 적절히 포함시키고 처리하는 어려움에 의해 제한된다.

이러한 유형의 용기에 있어서 종래에 얻어지는 차광성의 다른 특징은,파장이 증가함에 따라 차광 수준이 더욱 열화된다는 점이다. 그러나,UHT 우유 및 UHT 유제품 등의 민감한 제품들을 위한 완벽하게 실행가능한 해결책들이 있다. 따라서,수명이 매우 긴 완전한 차광성을 얻거나 광분해성 열화에 극히 민감한 물질을 보호하는 것은 어렵다.

용기의 생산에 관련되고 폴리머 매트릭스에 차광성 필러를 첨가하는 데 관련된 처리 절차들은, 다양하며,메인 매트릭스를 형성하는 플라스틱 물질 및 실제 용기의 유형 분류 체계 모두에 의존한다. 가장 빈번한 공정들은 아래에 열거되어 있다.

차광성 필러를 폴리머 매트릭스에 포함

필러들이 폴리머 매트릭스 내에서 완전히 분산되어 균일하게 분포되는 것은 매우 중요하다. 이를 위해,다음에 따르는 절차들 중 하나를 실행할 수 있다.

* 폴리머화 단계: 이 단계는,필러들이 폴리머화 반응기에 인입되기 전에 필러들을 모노머들 중 하나에 또는 폴리머 전구체 원료들에 분산시키는 것을 포함한다. 이 단계는 필러들의 뛰어난 분산 및 균질한 분포를 보장하는 가장 신뢰성 있는 방식이지만,일부 필러들이 반응 공정들에 간섭할 수 있다는 사실과 폴리머화 설비의 복잡한 특성으로 인해 항상 수행가능한 것은 아니다. 반면, 이 단계는 차광성 해결책의 균질성을 보장하는 뛰어난 방식이며,단일층 용기와 다층 용기를 위 한 TiO2를 갖는 PET 및 차광성 물질 포함에 기초하는 상업적 해결책들이 알려져 있으며, 용기 생산을 위한 공정에 있어서 뛰어난 성능과 편한 사용을 제공한다. 그러나,이는 모듈형이 아니며 다루어야 하는 용기들의 유형을 공유해야 하는 장비에서 사용하는 데 항상 적합한 것은 아닌 융통성이 없는 해결책들이다.

* 보조 압출기에서의 혼합: 이는,일반적인 펠레타이징 공정 전에 반응기로부터의 출구에서 용융 단계 폴리머들의 흐름을 방향전환하는 것을 포함하며, 이에 따라 적절한 계량에 의해, 필러들이 균질화되도록 용융된 폴리머 흐름에 포함될 수 있고 일반적으로 멀티 스크류 시스템인 특정한 스크류 시스템에 의해 분산될 수 있다. 일단 필러들과 용융 단계 폴리머가 균질화되었다면, 얻어지는 화합물은 냉각 및 최종 펠레타이징을 위해 압출된다. 이러한 시스템은,고가이며 설치 및 작동시키는 데 복잡하지만,임의의 추가 동작을 필요로 하지 않고서 최종 사용을 위해 준비된 펠렛들을 제공한다.

* 농축물 또는 마스터 배치(master batches) 사용: 이들은,액체 또는 고체 형태일 수 있어서,필러가,원하는 용기의 베이스를 형성할 폴리머 매트릭스와 호환성 있는 캐리어에 크게 농축된다. 마스터 배치를 준비한 후, 최종 용기의 전구체 구조(프리폼,사출에 의해 마무리된 피스,또는 블로우 전에 압출된 파리손)를 형성하는 사출,사출-블로우,압출-블로우 또는 압축 기계의 가소성화 스크류에서 용기에 필요한 최종 필러들의 농도로 적절한 비율로 계량된다. 고 정밀도의 투여량이 가능한 계량 시스템이 존재하며, 일반적으로 열가소성화 시스템은 폴리머와 마스터 배치의 혼합물을 적절히 균질화할 수 있다.

이들은,메인 폴리머 흐름에 첨가되는 첨가 투여량 또는 농축된 마스터 배치를 간단히 조절함으로써 차광 수준을 조절할 수 있으므로,상당히 다목적이지만, 메인 폴리머 구조에서 야기될 수 있는 농축물을 포함시키는 변화 및 해당 구조가 흡습성을 갖는다면 첨가제를 건조시키기 위한 추가 보조 장비가 필요할 수 있다는 점으로 인해 고 첨가 비율의 어려움이 있다.

용기 생산

용기 생산을 위한 서로 다른 절차들이 있는데, 단부들 중 하나에서 개방되고 상기 개방이 용기의 마우스(mouth)를 구성하는 중공 본체가 얻어지며,성형에 의한 필요로 하는 피스의 형성 전에 일반적으로 플라스틱 물질의 용융 및 용융된 질량에 의한 균질화로 이루어지거나 관련 있는 경우 이를 첨가제나 필러와 함께 균질화하는 것으로 이루어지는 가소성화라 불리는 공정이다. 전술한 바와 같이 용기를 얻는 절차는,다양하며, 용기의 기하학,형상,및 크기에 의존하고,사용된 플라스틱 매트릭스의 성질에 의존한다. 가장 널리 사용되는 절차는 아래와 같다.

직접 사출

플라스틱 물질은,일단 대응하는 필러들이 첨가되었다면,플라스틱 물질의 용융 온도보다 약간 높은 온도에서 하나 이상의 회전 스크류를 구비하는 가소성 챔버에서 가소성화되고 균질화된다.

일단 가소성화 공정이 완료되었다면,용융된 물질은 사출 플런저에 의해 전달되는 압력에 의해 하나 이상의 캐비티를 갖는 몰드에 삽입된다.

몰드 캐비티들은, 플라스틱의 용융 온도보다 상당히 낮은 온도에 있으며,일단 피스들이 캐비티들 내에서 냉각되고 굳어지면 제거되어 사이클이 다시 반복될 수 있도록 설계된다.

이러한 유형의 공정은 특히 PET, PA 또는 PP 등의 열가소성 물질에 적용될 수 있다.

일반적으로, 이 공정은, 마우스가 본체의 다른 임의의 영역보다 큰 직경을 갖고 이에 따라 종래의 병인 경우에 쉽게 적용되지 않는 피스들에 사용될 수 있으며,이러한 이유로,이것은 해당되는 경우에 바람직한 절차가 아니지만, 용기로서 기능하는 중공 피스들을 생산하는 것을 이론적으로 실행가능한 방법으로서 기술된다.

단일 스테이지에서의 사출-블로우

공정은 이전의 방식과 매우 유사한 방식으로 시작되며,일단 용기 전구체 피스들 또는 프리폼들이 사출되었다면,이들은 부분적으로 굳어진 몰드로부터 제거되어 안정적인 형상을 유지하기 위한 충분한 일관성을 갖지만,그 온도는,유리 전이 온도의 초과시 플라스틱 물질이 기계적 작용에 의해 고체 상태에서 가단성 있게 되는 온도인 유리 전이 온도(Tg)보다 높다는 구체적인 특징이 있다.

사출 몰드로부터의 압출시 여전히 뜨거운 이 프리폼은, 제2 블로우-몰드 유닛에 삽입된다. 제2 성형인 블로우 성형은 프리폼을 밀폐하고,공기가 고압에서 마우스를 통해 삽입된다. 이 압력은, 블로우 몰드의 크기와 형상에 도달할 때까지,물질이 신장됨에 따라 프리폼이 부풀어 오르게 한다. 물질은 블로우 몰드의 벽들 상에서 냉각되어, 최종적으로 용기를 형성하게 된다. 일단 용기가 이 효과에 의해 냉각되고 안정화되면,용기가 몰드로부터 제거되고, 사이클이 반복될 수 있다.

프리폼의 블로우

공정은, 전술한 바와 같이 주입에 의해 형성되고 프리폼으로서 알려져 있는 차갑고 치수적으로 안정적인 피스로 시작된다.

이 경우, 프리폼은 몰딩 온도(Tg)에 도달할 때까지 가열되어야 하며, 이는 프리폼을 IR 방사로 내에 배치함으로써 달성된다.

일단 프리폼이 물질의 Tg를 초과하여 가열되었다면,프리폼은 이전의 경우와 동일한 방식으로 블로우 몰드에서 블로우된다.

이 공정은, PET를 특징으로 하며, PLA 또는 PP 등의 다른 열가소성 물질에도 적용가능하다.

더 후술하는 바와 같이,프리폼은 하나의 단일층으로 또는 두 개 이상의 층으로 형성될 수 있다. 블로우 공정들은 프리폼의 층들의 개수에 따라 다르지 않으며, 병은, 일단 블로우되면,프리폼과 동일한 개수의 층을 갖는다.

프리폼의 사출-성형

직접적 사출에 의한 용기 형성에 대하여 전술한 바와 유사한 방식으로, 중공 피스들이 얻어지며,이 경우,병을 형성하도록 양방향 배향(bioriented) 블로우의 후속 공정을 거쳐야 한다.

이것은 PET의 매우 통상적인 공정으로서,먼저, PET가 (250℃를 초과하는) 용융 상태에서 흡습성을 가지므로 물질이 건조되고,물질은 물이 존재하는 경우 흡습성 열화를 겪게 된다. 통상적으로 과립(칩)의 형태로 제시되는 PET의 경우에, 건조는,4시간 내지 6시간에 걸쳐 약 150℃ 내지 170℃의 온도에서 고온 건기가 통과하는 호퍼에서 발생하며,이는 폴리머가 함유하는 습기를 실질적으로 모두 제거하는 데 충분한 시간이다.

이어서,폴리머는,온도 효과와 회전하는 스핀들의 마찰에 의해 용융되고 가소성화되는 가소성화 챔버로 전달된다.

용융된 물질은, 물질을 고압에서 멀티-캐비티 몰드에 가압하는 사출 플런저에 전달되며, 이러한 몰드에서 프리폼들은 사출 전에 형상과 치수를 안정화하도록 냉각된다.

이러한 유형의 공정에서는,단일층 또는 다층 프리폼을 얻을 수 있다. 일반적으로 두 개 또는 세 개의 층으로 된 다층 프리폼은,필요로 하는 보호의 어떠한 손실 없이 용기의 원하는 최종 외관을 제시하도록 내층들(세 개의 층인 경우 중간층 또는 두 개의 층인 경우 내층)이 외층에 의해 숨겨지는 강력한 차광 물질(일반적으로 흑색)로 채워질 수 있으므로,차광하는 데 효과적으로 사용된다.

이러한 유형의 프리폼의 특정한 특징은,특정하게 적응된 몰드 및 두 개의 스핀들을 구비하는 가소성화 시스템을 필요로 한다는 점이다. 2층 프리폼의 경우에,공정은 일반적으로 오버몰딩에 의해 기능하며, 이에 따라 외층이 이전에 형성된 내층 위로 주입된다. 3층 프리폼의 경우에, 내층들과 외층은 함께 주입되고, 이들 사이에는 사출 성형부에 위치하는 특정한 밸브 시스템에 의해 중간층이 배치 된다.

프리폼의 압축-성형

공정은, 전술한 경우들의 모두에서와 같이 물질의 가소성화로 시작된다.

가소성화 후에, 용융된 물질은 압출되고, 균일한 중량을 갖는 부분들은 압출된 물질로부터 절단되고 프리폼에 필요한 형상의 중공 몰드에 배치된다. 물질이 여전히 고온 상태로 몰드 내에 있는 동안, 램(ram)이 물질을 가압하여,램에 의해 가해지는 압력으로 인해 몰드의 형상을 채택한다. 일단 프리폼이 냉각되면,프리 폼은 몰드로부터 제거되고,사이클이 다시 반복될 수 있다.

이러한 식으로 얻어진 프리폼은 프리폼의 블로우에 대하여 설명한 장비와 동일한 장비를 사용하여 동일한 방식으로 블로우될 수 있다.

이것은 매우 일반적인 공정은 아니지만,PET 프리폼을 생산하는 데 사용되는 이러한 유형의 시스템들이 존재한다.

압출-블로우

다시 한번,공정은 물질 가소성화 단계에서 시작된다.

압출에 의해,가소성화된 물질은 가소성화 챔버의 단부에 위치하는 개구 또는 노즐을 통해 흐른다. 이 노즐은,일반적으로 "파리손"이라 칭하는 중공 튜브를 형성하는 방식으로 설계되며, 이 파리손은 중력에 의해 수직 축 상에서 노즐로부터 아래로 매달려 연속적으로 흐른다.

규칙적인 간격으로,적절한 이동 시스템을 구비한 블로우 몰드는 압출된 물질의 튜브 위를 덮고, 블로우 몰드의 축방향 길이에 등가인 부분을 절단한다. 몰드 내에 여전히 고온 상태인 압출된 물질의 부분과 함께 몰드는 몰드의 마우스를 통해 고압이 가해지는 블로우 유닛으로 이동한다. 이 압력은, 길이방향 축에 수직인 방향으로,압출된 튜브를 팽창시키고,물질이 냉각되어 최종적인 크기와 형상을 얻게 되는 몰드의 벽들에 대하여 그 물질을 가압한다.

하나의 몰드가 블로우 공정을 완료하고 있는 동안,나머지는 압출된 튜브의 부분을 캡처하기 시작하며, 이에 따라 압출 블로우에 의해 용기를 형성하는 연속적인 공정이 존재한다.

이 공정은, 다른 폴리머들 중에서,폴리비닐 염화물(PVC)의 폴리올레핀(PP, PE) 및 PC를 특징으로 하며,차광 효과를 위해,흑색이며 차광성을 제공하는 중간층,및 종래에는 백색인 경향이 있지만 다른 대안도 가능한 외층과 내층을 갖는 3층 용기가 일반적으로 사용된다.

현재로는,이 기술을 이용하여 용기를 생산하는 데 적절한 PET 등급이 존재한다.

차광성이 있는 용기를 개시하는 특허 문헌들, 및 본 발명에서 개시한 방안과는 다른 방안에 의해 PET 및 기타 폴리머를 비롯하여 폴리머들의 혼합물을 포함한 조성물을 개시하는 다른 특허 문헌들이 이미 알려져 있다. 이러한 문헌들 중 일부를 아래에 제시한다.

EP 1541623 "음식 용기를 위한 광보호성 조성물"

이 문헌은,플라스틱 불투명성을 제거하기 위하여 TiO2,Al 분말, 흑색 안료,및 펄링제를 포함하는 백색 안료를 설명하고 있지만,차광성 필러들을 함유하는 첨가제의 플라스틱 베이스로서 HIPS 또는 폴리머들의 의도적 혼합물을 언급하지 않는다.

W02004069909 "가시적 연무를 마스킹하기 위한 흡광 조성물을 포함하는 물품 및 관련 방법"

이 문헌은,PET일 수 있는 플라스틱 베이스와 호환불가 폴리머들의 혼합물에 의해 생산되는 "연무"(혼탁으로 인한 투명도 감소)를 마스킹할 때 특정하게 설계된 안료를 사용하는 것을 개시한다. 그러나, 용기에 있어서 고 차광성을 의도하지 않으며 이를 위해 HIPS 플라스틱 베이스에 첨가되는 고 농도의 미네랄 필러들의 사용도 설명하지 않는다.

W0 03064267 "불투명한 폴리에스테르 용기"

이 문헌은, 다시 한번, 혼합되지 않는("호환불가") 폴리머들을 함께 혼합함으로써 야기되는 "연무"를 마스킹하도록,이 경우에는,기체 장벽의 증가를 달성하도록 Al 사용을 언급한다. 이것은, 조성물에 차광성을 부여하는 것을 구체적으로 의도하지 않으며 HIPS도 언급하지 않고,PET와 혼합된 기체 장벽 또는 장기 보존 우유 등의 방사에 민감한 제품에 충분한 차광을 제공하는 차광성을 제공하지 않는다.

EP 1681239 "가시광이 투과할 수 없는 장벽 유닛 및 PET 층 유닛을 구비하는, 용기를 위한 프리폼"

이 문헌은,광 방사의 효과로 인한 열화에 민감한 소정의 제품을 보호하는 중요성을 설명하고 있지만, 본 발명 이전의 케이스 등의 단일층 용기라기보다는 다층 용기이며,차광성 필러의 포함을 용이하게 하는 수단에 대한 기여의 장점이나 최종 조성에 있어서 HIPS를 언급하지 않는다.

EP 08113526.2 "음식 용기를 위한 수지 조성물"

이 문헌은,단일층 PET 용기를 개시하며,이를 얻을 수 있는 형태로서,플라스틱 베이스의 TiO2를 포함하는 미네랄 필러들의 농축물을 PET의 메인 매트릭스에 첨가하는 것을 설명하고 있다. 그러나,PET는,HIPS를 언급하지 않고 또한 차광성 필러들 중에 함유되는 TiO2와 Al의 조합을 언급하지 않고서,최종 조성물에서 존재하는 유일한 폴리머 물질로서 명백하게 개시되어 있으며, 개시되어 있는 최대 차광성은 완전한 차광성이 아니며, 이에 따라 본 발명의 대상으로부터 벗어난 것이다.

이 문헌은,또한,폴리머화를 차광성 필러들을 PET 매트릭스에 포함시키도록 바람직하게 선택되는 공정들 중 하나로서 언급하고 있다.

FR2869019. A1 "불투명 병 등의 패키징 물품,및 그 생산 방법"

이 문헌은,또한,무기 차광성 필러들을 포함시킴으로써 광 방사로부터 내용물을 보호하기 위한 용기를 언급하고 있고,우유를 패키징 및 보호를 받는 제품들 중 하나로서 언급하고 있으며,가능한 포함 절차들 중 하나는 PET 또는 폴리에스테르일 수도 있는 폴리머 베이스의 농축물을 사용하는 것이지만,TiO2가 미네랄 성질의 유일한 차광성 물질임을 명백하게 언급하고 있고,따라서, Al을 필러의 일부로서 배제하며,필러들의 첨가 농축물을 준비하기 위한 폴리머 베이스로서의 HIPS의 사용 또는 폴리머들의 혼합물을 전혀 언급하지 않으며, 따라서 제시된 본 발명으로부터 벗어난 것이다. 이전의 EP 문헌에서와 같이, 설명한 차광성이 즉시 얻을 수 있는 사실상 완전한 수준의 보호를 달성하지 않는 것으로 보인다.

W02007128085,"방사선 민감성 제품에 대한 프리폼 및 용기 및 그 제조 방법"이 문헌은,PET와 혼합되는 경우 플라스틱 첨가제에 의해 불투명성이 제공되도록 민감 제품들, 특히,우유를 손상시키는 방사로부터 보호되는 충분한 차광성이 있는 용기를 얻기 위한 불투명한 프리폼을 개시한다. 그러나,본 발명의 구체적인 케이스는,TiO2와 Al을 포함하는 무기 필러들에 의해 차광성이 제공되므로,완전히 다르며,PET 베이스에 첨가되는 HIPS 단독은 용기에서 필요로 하는 차광성을 전혀 제공하지 않는다. 이를 실행하기 위한 절차를 언급하지 않으며 또는 TiO2와 Al을 함유하는 무기 필러들에 의해 차광성이 제공되는 제시된 본 발명의 것과 유사한 농축된 첨가제의 사용을 고려하지 않는다. 게다가,이 문헌은, HIPS를 가능한 차광성 플라스틱 첨가제들 중 하나로서 명백하게 언급하지도 않는다.

EP1318174 (A1) "폴리에스테르 몰드 조성물의 제조 방법 및 이로부터 생산된 물품"

이 문헌은,기계적 세기를 증가시키도록 고무형 충격 개질제가 첨가된 PET로 제조된 용기를 언급하며,세기를 더욱 증가시키도록 유리 섬유 또는 다른 미네랄 필러를 포함할 수 있지만, 용기 또는 용기의 조성물은 차광을 위한 것이 아니다. 따라서,이 문헌도,제시되는 본 발명의 경우와는 다른 것이라고 할 수 있다.

JP 2004 058565. "폴리에스테르 수지로 된 용기 제조 방법"

이 문헌은,폴리머 베이스가 PET와 폴리올레핀의 혼합물에 대응하는 플라스틱 용기를 생산하기 위한 프리폼을 개시하며,상기 폴리머 혼합의 결과, PET가,"진주광이 나고 윤이 나는" 외관을 제공하며 투명성의 일부를 잃게 된("반투명") 플라스틱 매트릭스를 얻어서,용기의 반투명하고,윤이 나며,진주광의 외관, 및 양호한 가공성과 기계적 세기를 장점들로서 제시하고, 이러한 윤이 나는 진주광의 외관은 문헌 US 2009 169786에서 언급된 것과 동일하다. Al은, PET와 PP(폴리올레핀의 양호한 대표)의 혼합을 위해 설명하는 것을 이미 언급되어 있다. 그러나,언급하는 JP 2004 058565 문헌은,첨가된 차광성 필러들을 언급하지 않으며,고 차광성도 추구하지 않으며,또는 폴리머 혼합물에 포함되는 HIPS를 언급하지 않거나 차광성 필러 농축물의 플라스틱 베이스로서 고려하지 않는다.

따라서, 전술한 문헌도 본 발명과는 다른 것이라 할 수 있다.

FR2836893 (A1), "차광될 제품을 위해 열가소성 물질로 제조된 용기"

이 문헌은, TiO2와 미카를 함유하는 차광성 필러에 의해 제공되는 차광성이 있는 병형 불투명한 PET 용기를 개시한다. 그러나,이 문헌은,최종 조성물에 함유되는 PET가 아닌 어떠한 폴리머도 언급하지 않으며, TiO2 함유량은 4 중량% 미만이고,이는 제시되는 본 발명에서 설명하는 최소값 미만이다.

HIPS의 부재 및 적은 TiO2 함유량에 관하여 상술한 이유로 인해, 이 문헌은 본 발명의 범위를 벗어난 것이라 할 수 있다.

W0/2002/074846,"철도 타이를 위한 복합체 및 기타 제품"

이 문헌은, 특히 개질된 스티렌 폴리머일 수 있는 엘라스토머 폴리머 및 소비된 병으로부터 얻게 되는 재순환되는 PET를 포함한,PET를 함유하는 조성물을 언급하고 있다. 그러나, 이 문헌은, 용기 생산을 위한 사용 또는 미네랄 필러 매체로서의 HIPS의 사용을 개시하지 않으며, 감광 물질을 보호하도록 차광성을 의도하지도 않는다.

EP 2 617 654,"불투명한 단일층 용기"

이 문헌은, Al을 불투명한 용기의 주요 차광성 필러로서 언급하고, 선택 사 항으로,이를 광 흡수기들과 조합하는 것을 언급한다. 그러나, 의도한 용기는, Al을 주요 필러로서 사용하는 것이 불가능하므로,종래의 백색을 갖지 않는다(82 미 만의 L* 색을 최고 백색으로서 언급하고 있다). 이 문헌은,차광성 필러들을 함유하는 농축물에 HIPS 사용을 언급하지 않으며,PET와의 혼합시 가능한 플라스틱들 중 하나로서 HIPS도 언급하지 않으며,TiO2를 주요 차광성 필러로서 언급하지 않으며,TiO2 주요 필러와 조합되는 시의 효과도 언급하지 않는다. 게다가,완전한 차광성 필러 함유량은 본 발명의 범위를 완전히 벗어난다(본 발명에서는 최소 5%, EP 12 000 408.0에서는 최대 2%).

본 발명은, 매우 높은 비율의 차광성 필러들의 포함을 필요로 하는 차광성이 높은 백색 단일층 플라스틱 용기를 생산하는 당업계의 최신 기술을 개선하도록 제공된 것이다. 본 발명에 따르면,중량이 극히 감소된 백색 단일층 용기의 사실상 절대적인 완전한 차광성(99.9% 이상)을 얻을 수 있고, 또한,종래의 성형 장치와 도구에 의해 상기 용기를 생산할 수 있다.

본 발명의 대상인 용기는, PET의 중량이 HIPS의 중량보다 10 내지 50의 비(10 < (용기에 함유된 PET의 중량)/(용기에 함유된 HIPS의 중량) > 50)로 크고, TiO2의 중량이 Al의 중량보다 50 내지 150의 비 (50 < (용기에 함유된 TiO2의 중량)/(용기에 함유된 사의 중량) > 150)로 크도록 플라스틱 구조에 PET와 HIPS를 함유하고 차광성 필러들에 이산화 티타늄(TiO2)과 금속 알루미늄(Al)을 함유한다. 용기는, 미학적 기능을 위해 작은 비율로 포함될 수도 있는 다른 특정한 안료들이 없는 경우에,용기가 함유하는 필러들의 성질과 비율의 결과로 불투명하고 종래의 백색 외관을 갖는다.

제시되는 용기를 제조하기 위한 절차는,HIPS와 전술한 차광성 필러들을 함유하는 농축된 첨가제를 PET와 혼합하는 동작을 포함한다. 첨가제와 PET는, 혼합 시 고체 상태에 있으며,불투명한 외관의 과립 또는 마이크로 과립의 형태로 된다. 혼합물은, 80 중량% 내지 93 중량%의 PET 및 7 중량% 내지 20 중량%의 첨가제를 함유하며, 즉, 혼합물의 총 중량으로 나눈 PET의 중량은 0.80 내지 0.93이고,혼합물의 총 중량으로 나눈 첨가제의 중량은 0.07 내지 0.20이다. 일단 각각에 대하여 언급된 비율들 중에서 선택되는 비율로 PET와 첨가제의 혼합이 수행되었다면,균질화되고 가소성화되도록 충분히 유체적으로 질량이 형성될 때까지 특정한 장비에서 혼합물을 PET의 용융점(250℃) 초과로 가열하고, 그렇게 형성되는 순간부터 계속, 플라스틱 매트릭스는,상기 플라스틱 매트릭스 내에서 분산 상태로 유지되는 TiO2와 Al을 함유하는 차광성 필러들 및 PET와 HIPS의 혼합물로 이루어진다. 이렇게 형성된 혼합물을 압출한 후, 압축,사출,블로우, 및 냉각 동작들을 포함할 수 있는 성형 공정에서 열성형할 수 있고,이에 따라 전술한 용기를 얻을 수 있다.

본 발명의 기본적인 장점들은,한편으로는, 단일층 용기에서도 완전한 차광을 얻을 수 있게 하는 차광성 필러들에 함유되는 TiO2와 Al의 효율적인 조합으로 도출되며,다른 한편으로는, 필러들을 첨가하는 동작을 용이하게 하고 고 비율의 무기 필러들을 포함하는 경우 주요 플라스틱 PET 매트릭스에 향상된 구조적 특징을 제공하는 농축물에 함유되는 HIPS의 기여로부터 도출된다.

다음에 따르는 표(표 3)는, 제시되는 본 발명의 실시 중 일부와 함께 시판되고 있는 서로 다른 용기들의 중량, 차광 성능, 및 특징을 비교한다.

비교한 모든 용기들은 1리터의 용량을 갖는다. 시판 용기들은 장기 보존 UHT 우유를 위한 해결책이다.

모든 경우에, 용기들의 표면은,86(3층 PE의 경우) 내지 92(2층 PET의 경우)의 L* 색이 약간 다른 백색이고,본 발명의 세 개의 예들의 L* 색은 89 내지 91이다.

용기
개수
용량 내용물 중량 차광성 필러 % 물질
(플라스틱)
시장 1 3 1 L UHT 우유 28 G >99.99%
2 PE
시장 2 3 1 L UHT 우유 30 G >99.99% 3 PET 시장 3 2 1 L UHT 우유 24 G >99.9% 5 PET 시장 4 1 1 L UHT 우유 31 G 96% 7 PET 시장 5 1 1 L UHT 우유 28 G 98% 9 PET 본 발명 1 1 1 L 다목적 27 G 96% 6 PET/HIPS 본 발명 2 1 1 L 다목적 28 G 99.9% 11 PET/HIPS 본 발명 3 1 1 L 다목적 21 G >99.9% 12 PET/HIPS 본 발명 4 1 1 L 다목적 19 G 99.9% 13 PET/HIPS

본 발명에 대하여 설명한 실시예들과 위 표에서 도시한 결과는 극히 가벼운 단일층 용기에서 제시되는 해결책의 모듈성 및 완전한 차광성을 얻을 가능성을 예시하며,사실상,전술한 용기 등의 용기의 카테고리 내에서는,본 발명의 실시예 4로서 제시된 것보다 완전한 차광성이 있는 것으로 알려져 있는 경량의 용기가 없으며,다층 구조에서도 없다.

제시된 본 발명의 차별되는 특징은,TiO2와 Al의 적절한 조합에 의해 제공되는 뛰어난 차광성,용기 구조를 형성하도록 PET와 혼합되는 경우 HIPS의 열적 품질과 구조적 품질, 및 TiO2와 Al을 함유하는 차광성 필러들의 농축 첨가제를 제조하기 위한 플라스틱 베이스로서의 그 용도에 있다. 이러한 농축 첨가제는 주요 플라스틱 PET 스트림에 용기를 제조하기 위한 동작들의 일부로서 포함된다. 상기 조합의 결과로, 대량의 필러들(최대 14%)을 전술한 열가소성 구조 베이스에 첨가하여 극히 경량인 단일층 용기에서도 사실상 완전한 차광성(최대 99.9%의 전역적 차광성)을 제공할 수 있다.

HIPS 및 무기 차광성 필러들을 함유하는 농축 첨가제는,TiO2를 주 성분으로서, 일반적으로,총 중량에 대하여 50 중량% 내지 70 중량%,바람직하게는 55 중량% 내지 65 중량%의 농도로 함유하고,Al은,TiO2의 중량을 시의 중량으로 나눈 비가 50 초과 150 미만인 비율로 농축 첨가제에 함유되고,농축 첨가제에 함유되는 HIPS는 농축 첨가제의 총 중량에 대하여 HIPS의 30 중량% 내지 50 중량%이고,농축 첨가제는 또한 예를 들어 분산제 등의 제조 공정을 용이하게 하는 다른 물질들을 포함할 수 있고,게다가,제조를 위해 바람직하지는 않지만, 농축 첨가제는 또한 용기의 색을 맞춤화해야 하는 경우 소량의 안료를 함유할 수 있다. 이러한 안료가 없는 경우,용기는 전술한 차광성 필러들의 조합의 자연적인 결과로 백색이고 불투명하다. 농축 첨가제를 형성하는 공정은, 최종 형태가 차광성 필러들이 HIPS 베이스에 분산되어 있는 고체의 불투명한 과립 또는 마이크로 과립의 형태이도록 혼합,가소성화,균질화, 압출,및 펠레타이징 동작들을 포함한다. 이러한 식으로,농축 첨가제는 용기가 갖게 될 최종 응용을 위해 계량 및 적절한 비율로 PET 베이스와의 혼합을 위한 준비를 갖추고,일반적으로, 상기 첨가제의 투여량은 PET + 농축 첨가제의 중량에 대하여 7% 내지 20%의 농축 중량이다.

용기를 생산하도록 제시된 공정은, HIPS와 차광성 필러들을 함유하는 농축 첨가제를 주요 플라스틱 PET 스트림에 포함시키는 동작을 포함한다. 차광성 필러들에 함유된 TiO2와 Al, 최종 용기의 색이 악영향을 받지 않고서 이러한 조합과 함께 필러들의 고 비율이 가능한 경우 전술한 유형의 용기의 매우 높은 수준의 차광성을 얻을 가능성에 있어서 핵심 역할을 수행한다. 차광성 필러들의 캐리어로서, HIPS는 (매우 높은 수준의 차광성을 달성하는 데 필요한) 상기 필러들의 고 비율을 주요 플라스틱 PET 스트림에 투여하는 것을 용이하게 하는 기본적인 미션을 실현하여, 첨가제가 건조해지는 것을 방지하고 일반적인 PET 처리 조건들을 유지할 수 있으며,게다가,HIPS는 용기-열성형 공정에서 PET와 함께 거동하며,플라스틱 베이스의 구조적 특징을 개선하여 PET에 더욱 비정질한 성질을 부여하여, 필러들의 분산을 용이하게 하고 블로우-성형의 공정 범위를 넓힌다. 농축 첨가제를 PET 스트림에 투여하는 것은,일반적으로 "마스터 배치"를 처리하는 데 언급된 중량 분석형인 투여 유닛을 이용하여 수행된다. 전술한 바와 같이, HIPS는,일반적으로 HIPS의 열적 특징과 흡습성 특징 덕분에 관심을 갖는 투여량보다 적은 투여량으로 설계된 이러한 유형의 투여 유닛을 사용할 수 있게 한다.

첨가제를 투여하는 경우,첨가제는 불투명한 과립 또는 마이크로 과립 형태로 고체 상태에 있고,PET는 건조하며 또한 불투명한 과립 형태로 고체 상태에 있다. 일반적으로, 고체 상태의 양측 스트림들(PET와 첨가제)을 혼합하기 직전에, PET는 100℃ 내지 160℃의 온도로 고온 상태에 있으며,첨가제는 혼합 전에 건조될 필요가 없으므로 주변 온도에 있을 수 있다. 첨가제를 PET 스트림에 투여한 직후,혼합물은,후속 성형 공정이 가능하도록 용융 및 균질화되는 압출기 또는 가소성화 챔버에서 포함된다.

첨가제를 PET에 투여하는 것은, PET + 첨가제의 전체 중량에 대하여 첨가제의 7 중량% 내지 20 중량%의 비율로 실행된다.

본 발명은, 용기의 차광 수준에 있어서 큰 모듈성을 가능하게 하여, 최종 응용에 의해 요구되는 성능을 달성하는 데 필요한 필러 함유량을 최적화할 수 있다.

다음에 따르는 표(표 4)는,본 발명에서 달성될 수 있는 모듈성의 범위를 나타내며,본 발명의 덕분에,기능적 요건의 최고 수준(사실상 완전한 차광성)을 달성할 수 있으면서 동시에 경제적 관여(극히 경량인 용기)를 충족시키는 부가 가치와 함께, 최근까지 얻을 수 없다고 증명되어 왔던 단일층 용기를 어떻게 생산할 수 있는지를 도시한다.

용기 중량 첨가제 % 필러 % TiO2/Al PET/HIPS 차광성 % 1 27 7 5 150 43 90 2 27 7 5 60 44 96 3 28 20 13 60 12 * 99.9 4 28 20 11 60 10 99.9 5 19 20 13 50 13 * 99.9

다음에 따르는 결론은 인용한 실험 데이터로부터 얻을 수 있다.

- 동일한 또는 유사한 용기 중량과 포맷에서 차광 수준에 영향을 끼치는 인자들은 용기에 함유되는 차광성 필러들의 % 및 TiO2/Al 비이다.

- 용기에 함유되는 필러들의 비율은 두 가지 방식으로 조절될 수 있는데,농축 첨가제에 함유되는 차광성 필러들의 농도 및 PET에 포함되는 첨가제의 %에 의해 서이다(각각,용기 2 대 용기 3 및 용기 3 대 용기 4).

- 용기에 함유되는 차광성 필러들의 동일한 %에서의 TiO2/Al 비는 차광 수준에 큰 영향을 끼치며, 용기의 속성들의 나머지에 대해서는 상당한 영향을 끼치지 않는다(용기 1 대 용기 2).

- 용기에 함유되는 차광성 필러들의 고 % 및 저 TiO2/Al 비를 위한 본 발명의 구현시 용기의 중량은, 용기에서 달성될 수 있는 차광 수준에 있어서 한정 인자가 더 이상 아니다(용기 3 대 용기 5).

언급되는 차광 퍼센트는,부수적인 외부 조명인 2300LUX 강도 하에서 각 용기에 포함되는 광 강도를 가리킨다((차광성 %) = ((외부 LUX - 용기 LUX) / (외부 LUX)) x 100).

발명의 장점

PET의 장점들은, 특히,가공성,재순환성,적절한 비용,음식 안전성,및 용이한 가용성 덕분에, 프리폼과 용기를 제조하기 위한 물질로서 잘 기록되어 있다.

게다가,일반적으로 필러들 및/또는 안료를 주요 PET 매트릭스에 포함시키는 것을 필요로 하는 민감 제품들을 패키징하는 데 사용되는 경우,그 포함의 유리한 모드는, 고체 또는 액체 캐리어에 원하는 기능적 품질을 제공할 안료와 필러를 농축하는 것이며, 이어서, 이러한 캐리어는 원하는 비율로 첨가제의 형태로 PET 베이스에 대하여 첨가된다. 폴리머화 동안 첨가제를 포함시키는 것은 해결책들에 사용의 간편성과 강건성을 제공하지만,공정의 복잡성, 최종 해결책에서의 모듈성 부족, 로지스틱 어려움,비용 때문에, 또는 단순히 소정의 물질이나 첨가제가 존재하는 경우 실행불가능한 PET 반응 공정 때문에 이러한 식으로 진행하는 것이 항상 가능한 것은 아니며 바람직하지도 않다. 게다가, 원하는 성능을 달성하도록 매우 높은 농도의 필러들, 안료, 또는 첨가제(예를 들어,7 또는 8% 초과의 미네랄 필러 농도)를 사용해야 하는 경우,첨가의 어려움이,많은 경우에 사실상 실행불가능한 정도로 증가한다.

전술한 바와 같이,본 발명의 차별되는 품질은, 단일층 용기들 모두에 있어서 종래의 백색을 유지하고 이들 모두가 종래의 장비와 공정을 이용하면서, 극히 경량인 용기에서 사실상 완전한 차광 수준에 이르는 상당한 다목적 수준의 차광성 이 있는 단일층 용기를 얻을 수 있다는 것이다. 이는,TiO2와 Al을 함유하는 차광성 필러들의 구체적인 조합과 농축 첨가제에 함유되는 HIPS의 포함에 의해 제공되는 다음에 따르는 장점들 덕분에 가능하다.

1. 차광성 필러들의 조합에 의해 제공되는 장점들: 광을 흡수하지 않고 반사함으로써 TiO2와 결합된 Al이 차광성을 제공한다는 사실 때문에, 표 1 내지 표 4에 나타낸 바와 같이 아래의 사항이 가능하다.

- 차광 기능 면에서 매우 효율적인 TiO2와 Al의 함유량 비를 갖는 용기의 백색을 유지

- 용기 색에 악영향을 끼치지 않고서 필러들의 고 함유량을 포함

- 중량의 결과로서 용기 벽 두께와 소정의 조성물에 의해 제공되는 차광 수준 간의 주목할만한 독립성. 이는, 광을 흡수하기보다는 반사하는 것에 기초하는 차광의 유형에 있어서, 차광 성능에 대한 주요 영향 인자가 용기의 벽 두께가 아니라 표면의 조성 때문이다.

2. 농축 첨가제에 함유되는 HIPS에 의해 제공되는 장점들:

- 이것은 무기 차광성 필러들에 대한 뛰어난 캐리어이다. 충분히 높은 이들의 농도가 PET 첨가제의 비용을 최적화할 수 있고 비흡습성 성질, 비정질 특징 및 비교적 높은 Tg 때문에 첨가 공정들을 간략화한다.

- PET와 결합되는 경우, 일단 HIPS가 함유하는 농축 첨가제가 PET와 혼합되면, 용기의 플라스틱 구조를 개선한다.

HIPS에 대하여 언급되는 유리한 기여의 상세는 후술하며, 다른 폴리머들과 비교되고, 선택 기준이 설명된다.

1. 비흡습성 폴리머 베이스: 본 발명에서 설명하는 첨가제 퍼센트(5% 내지 20%)는, 첨가제가 혼합 전에 건조되지 않으면 흡습성 폴리머 베이스가 충분한 습기를 PET 매트릭스에 포함시켜 첨가제를 열화시키도록 충분히 높으며, 이러한 혼합은 서로 다른 시설에서 베이스 PET에 사용되는 것에 대한 서로 다른 조건 하에 수행되어야 하며, 함께 실행된다면, 서로 다른 열적 거동을 갖는 물질들 때문에(PET는 많은 폴리머들의 연화 온도 및/또는 용융 온도를 초과할 정도로 충분히 높은 약 170℃ 온도에서 건조됨), PET + 첨가제의 혼합이 서로 다른 밀도 및/또는 응집의 효과로 인해 분리를 생성하므로, 안정적인 처리와 균질한 조성을 달성하는 것이 물질적으로 불가능하다. 농축물의 이러한 사전 건조 및 분리는, 종래의 시설이 일반적으로 갖지 않는 장비에 대한 많은 투자를 포함하게 되어, 응용 분야가 더욱 고가로 되어 시설과 공정에 있어서 상당한 어려움이 발생한다. "비흡습성" 폴리머는 중량의 0.1% 미만의 최대 습기 흡수 용량을 갖는 폴리머인 것으로 간주되며, 따라서, 농축물의 베이스 폴리머에 의한 잠재적으로 실행가능한 최대 습기 포함은, 습기 %가 높아짐에 따라 PET가 가소성화 공정 동안 용융 단계에서 가수 분해적으로 열화되므로, 총 질량(PET + 첨가제)의 물의 0.01% 미만이다.

본 발명에 설명에서는, (0.1% 미만인) 0.07%의 최대 흡습성 용량을 갖는 최대 10% HIPS를 포함하는 조성물을 언급한다. 이렇듯 최대 10% HIPS를 가정하고 완벽하게 습기 포화된다고 가정하면, 설명하는 응용 분야에서 도입되는 물의 가능한 최대 퍼센트는 0.007%이다. 따라서, HIPS가, 미네랄 필러들을 함유하는 농축물의 폴리머 베이스로서 사용된다면, 건조를 피하는 것이 완벽하게 가능하다.

예를 들어, PET 자체가 농축물의 폴리머 베이스로서 사용된다면, PET는 베이스 PET에 첨가되는 PET의 최대 농축(10%)의 동일한 기준을 이용하고 흡습성 포화(건조가 없는 경우 일반적인)를 가정하는 경우 0.4% 초과의 최대 흡습성 용량을 갖고, 총 질량에 포함되는 물의 비율이 0.04%이고, 이는 가수 분해성 열화를 피하도록 허용가능한 퍼센트를 크게 초과하는 것이며 폴리머 체인을 파괴하고 제어불가능한 점도 감소를 야기한다는 점에 유의한다.

2. 비정질 구조: 이 구조는, 농축물의 폴리머 베이스에 없는 결정 영역들에 관한 세 개의 장점을 제공한다.

* 비정질 폴리머는 고정된 용융점을 갖지 않는다. 이는, 폴리올레핀과 기타 반결정성 플라스틱 등의 일부 물질들의 용융점보다 높은 일반적으로 150℃를 초과하는 온도에서 물질들이 가소성화되기 전에, 시설의 고온 지점에서, 더욱 구체적으로는, 건조기로부터 베이스 PET의 출구에서 베이스 PET와 농축 첨가제의 혼합을 실행한다고 할 때, 현재 경우에 있어서 매우 중요하다. 농축물의 베이스 물질이 혼합시 용융된다면, PET를 갖는 물렁한 질량을 형성하며, 이는 물질들이 가소성화 시스템에 입력되는 것을 불가능하게 하고, 따라서 공정을 실행할 수 없게 된다. 이러한 상황을 HIPS 등의 용융되지 않는 물질을 선택함으로써 피한다면, 전술한 문제점을 피하고 PET를 위한 정상적인 작업 상태에서 공정을 실행가능하게 하도록 충분히 강건한 구조 및 적절한 Tg를 갖는 것으로 충분하다.

* 게다가, TiO2의 경우에서와 같이 높은 미네랄 필러 함유량으로 결정화되는 경향이 큰 PET 프리폼과 병에서 발생하는 중요 문제점들 중 하나는, 프리폼의 결정성 영역들이 블로우를 방지하며 이는 비품질로 인한 손실을 증가시키고 공정을 방해한다는 점이다. 불투명한 백색 영역들을 생성한다는 사실 때문에 투명한 프리폼에서 쉽게 볼 수 있는 결정화는, 불투명한 프리폼에 완전히 숨겨지며, 프리폼이 블로우될 때까지 검출되지 않으며, 그 문제점은 용기가 블로우될 때 더욱 심각해진다.

여기에, TiO2 또는 다른 무기 필러들이 수반되는 경우 PET가 더욱 빠르게 결정된다는 것을 추가하면, 핵생성제 및 결정화 촉진제로서 기능하는 경우, 더욱 빙정밀한 베이스 조성물이 주요 장점이라는 것을 보장한다. 첨부한 도면은, PET 및 서로 다른 PET 혼합물을 HIPS를 포함한 다른 폴리머와 비교하는 DSC 스펙트럼을 도시하며, 여기서, 본 발명에서 설명하는 범위 내에 있는 비율로 HIPS가 첨가되는 경우 더욱 비정질한 구조를 향하는 경향이 강하다는 것을 명확하게 알 수 있다.

다음에 따르는 표(표 5)는, 동일한 필러(9%의 TiO2) 및 PET와 서로 다른 폴리머들의 혼합물을 갖는 용기들의 수축 %를 도시하며, 혼합물들에 의해서만 발생하는 PET의 수축과는 다른 수축은, 몰드의 치수를 산출하기 위한 식이 이미 알려져 있고 PET를 위해 사용되는 식에 관하여 변경되어야 함을 의미하므로, 이 파라미터(수축 %)가 매우 중요하다.

물질 필러 % 수축 % PET 9 0.5 PET + 8% HIPS 9 0.5 PET + 8% PA 9 0.6 PET + 8% PE 9 0.6 PET + 8% PP 9 0.7

알 수 있는 바와 같이, HIPS는 어떠한 변동도 도입하지 않는 한편, PET와의 혼화성(또는 호환성)이 덜한 다른 폴리머들, 예컨대, 폴리아미드-6(PA), 폴리에틸렌(PE) 및 본질적으로 폴리프로필렌(PP)은 PET만의 수축보다 큰 수축을 야기한다.

3. 유리 전이 온도(Tg): 이것은, 열가소성 폴리머가 점성 거동을 얻도록 충분히 연화되는 온도이다. 플라스틱에서는 반드시 추구되어야 한다.

* 당업계에서 용액이 적절히 도포되는 것을 방해하는 이미 언급한 끈적이는 문제점을 피하도록 농축물이 첨가되는 순간에 고온 PET와 혼합되는 경우 충분히 안정적인 고체 구조를 보장하도록 (PET의 유리 전이 온도를 초과할 정도로) 충분히 높아야 한다.

* 전술한 바와 같이, 첨가제의 폴리머 베이스의 핵심 기능은 용기의 구조적 베이스를 PET와 함께 형성하는 것이므로, 양측 폴리머들의 조인트 성형이 가능하도록 PET의 Tg로부터 너무 멀리 위치해서는 안 된다. 완벽하게 블로우-성형가능하지만 매우 낮거나 매우 높기 때문에 PET의 Tg로부터 매우 멀리 있는 것으로 여겨지는 Tg를 갖는 폴리머의 예는, 폴리올레핀(0℃ 미만의 Tg) 또는 PC(Tg > 140℃)이다.

HIPS는, 약 90℃인 Tg가 PET의 Tg보다 높지만 PET와의 조인트 성형을 가능하게 하는 블로우 공정에 있어서 PET 프리폼의 정상적 가열 온도에 가까우면서 정상적 가열 온도 미만이므로, 이러한 두 개의 요건과 완벽하게 부합한다.

4. 충격에 대한 저항: 이것은, PET 병들의 품질들 중 하나가 충격에 의한 파괴에 대한 저항과 취약성을 정확하게 갖지 않으므로 특히 중요하고, 이 품질은 필러 또는 첨가제를 포함시키는 효과에 의해 부정적으로 변경되지 않아야 한다. 그러나, PET에 포함되는 대량의 첨가제가 이러한 물질의 장점을 종종 악화시킨다는 것은 당업계에 널리 알려져 있다.

5. 세장(Elongation) 용량: 모든 열가소성 물질들은, 이들 간의 매우 중요한 차이점에도 불구하고, 파괴, 불필요한 결정화, 취약성, 또는 외관의 변화로 인해 최종 구조에 악영향을 끼치지 않고서 능가할 수 없는 신축 한계를 갖는다. 블로우에 의해 병을 형성하는 경우, 프리폼 또는 압출된 파리손을 사용하는지 여부에 상관없이 물질을 반드시 신축해야 하며, 물질들의 혼합물 또는 첨가제와 함께 프리폼을 블로우하는 경우, 과도한 신축으로 인해 구조에 있어서 박리 및 이질성이 발생할 수 있기 때문에, 세장 용량이 중요하며, 베이스 PET의 신축 용량 특징을 악화시키지 않는 필러들의 농축 첨가제를 위한 베이스로서 폴리머를 선택하는 것이 매우 중요하다. PS와 일부 반결정성 PA 등의 일부 폴리머들은, 전술한 품질들 중 다른 양호한 품질들을 갖고 있음에도, 낮은 저항과 신축 용량 때문에 프리폼 블로우를 방지할 수 있다. HIPS는 PET의 신축 용량보다 최대 4배 큰 (표준 ISO 527-2 테스트에 따른) 신축 용량(PET의 15 대 60)을 갖는다. 따라서, 강제적 공정 조건 하에서 프리폼을 사용하는 실제 병 블로우 테스트에서 입증된 바와 같이, HIPS는 PET의 신축 용량을 상당히 개선한다.

6. 혼화성: 카테고리별로 특징화될 수 있는 호환성이 있는 것과 이러한 호환성이 없는 것 간의 호환성의 정도 없이 폴리머들의 서로 다른 군들의 혼합물들 간에 다른 정도의 호환성이 존재할 수 있지만, 폴리머들 간의 혼화성의 정도를 평가하도록 측정가능한 방식으로 사용될 수 있는 두 개의 기준에 관한 합의가 존재한다. 이러한 두 개의 기준은, 혼합물의 불투명성의 정도, 및 시차 주사 열량 분석(DSC) 등의 열량 분석 그래프 상의 열적 전이 스플릿이다. 이들은 이 양태를 평가하도록 선택한 기준이며, 따라서, 이러한 관점에서 PET(PET는 자신과 자연적으로 호환성 있음)가 아닌 폴리머를 참조하는 경우, 가장 큰 정도의 친화도를 표시하는 것을 더욱 적절한 것으로서 평가하며, 이는 혼합물 및 열적 전이 스플릿을 갖지 않는 혼합물의 DSC에 있어서 불투명성을 감소시킨다. 전술한 구현에 있어서 혼합 및 처리 문제점들을 피하도록 호환성이 큰 것이 바람직하다.

다음에 따르는 표(표 5)는, 서로 다른 플라스틱들의 비교를 제공하며, 이 방식은 차광성 필러들을 함유하는 농축 첨가제의 폴리머 베이스로서 가장 적절한 것으로 여겨지는 폴리머로서 HIPS의 선택 기준의 기초로서 제시된 서로 다른 속성들이 -2(최악 점수) 내지 +2(최고 점수)의 값들로 평가된 방식으로 전술한 속성들 및 다른 것들을 포함한다.

PET PETG PA(6) PE PP PBT PS PC HIPS 흡습성
(습기의 최대%)
-1 -1 -2 2 2 -1 2 -2 1
비정질성 -1 2 -1 -1 -1 -1 1 1 1 Tg 0 0 0 -1 -1 0 1 1 1 Tm 0 1 0 -1 0 0 1 1 1 가공성
(사출 및 블로우)
0 -1 0 0 1 1 -1 -1 1
파괴 세기 2 2 -1 2 2 2 -2 2 2 세장
(% ISO 527-2)
1 2 2 2 2 1 -2 1 1
혼화성 2 0 -1 -1 -1 2 0 0 1 비용 1 -2 -1 2 2 -1 0 -2 0 총: 4 3 -5 4 6 1 0 0 10

표의 평가 및 해석의 기준

평가되는 각 개념에 관하여, 비교한 열가소성 물질들의 각각을 평가하면, 열가소성 물질들 모두는, -2(최악 점수) 내지 +2(최고 점수)의 눈금으로 중공 부분들과 용기들의 생산시 공통 사용을 위한 잠재적인 후보들이다. 평가되는 양태들 중 임의의 것에 대한 음의 점수(0 미만)는, 이들 모두가 한 양태 또는 다른 한 양태에 있어서 장단점을 가지므로, 사용 가능성을 배제하지 않는다. 가공성은, 논리적으로, 비용을 제외하고 평가되는 모든 양태들에 관한 것이며, 이 때문에, 전술한 바와 같이, 이들 모두가 서로 다른 정도의 어려움에도 처리가능하고 이들 중 어느 것도 모든 면에서 완벽하지 않은 경우, 전술한 바와 같이 점수 차들이 같은 수준으로 되는 것이 논리적이다.

1. 흡습성: 0.1%보다 큰 물 흡수 용량을 갖는 것(혼합과 가소성화 전에 건조를 필요로 함)에 대한 부정적 평가 및 0.1% 미만의 물 흡수 용량을 갖는 것에 대한 긍정적 평가; 정량 기준을 이용하여 (-) 값과 (+) 값 간의 차를 평가한다(PE와 PP는 최소 흡습성을 갖고, PA는 최대 흡습성을 갖는다).

2. 비정질성: (+) "자체적으로" 비정질인 것, (-) "자체적으로" 반결정성인 것; 그러나, PET와 혼합될 때 야기하는 비정질성도 평가한다.

3. Tg: PET의 Tg와 같거나 가까운 Tg를 갖는 것에 대해서는 0, PET보다 낮은 Tg를 갖는 것에 대해서는 -1, PET보다 높은 Tg를 갖는 것에 대해서는 +1.

4. Tm: Tm(비정질)을 갖지 않는 것에 대해서는 +1, 반결정성이지만, PET의 (건조 온도와 대략 일치하는) 결정화 온도보다 높은 Tm을 갖는 것에 대해서는 0, Tm을 갖는 것에 더하여, (PE의 경우) 상기 온도가 PET 결정화 및 건조의 온도보다 낮은 것에 대해서는 -1.

5. 가공성: 용기 생산시 관련된 공정들 모두(건조 요건, 첨가 및 혼합, 용융 상태에서의 압출 및 가소성화, 사출, 성형, 블로우 등)를 경험적 테스트에서 고려하였다.

6. 파괴 세기: 1.0리터의 물로 채워전 용기로 수행되는 2.5m에서의 피제어 강하 테스트에 있어서, 총 25개의 병들 중 파괴된 병들의 개수를 평가하였다. +2 파괴 없음; -1, 2 이하 파괴 있음; -2, 3 이상 파괴 있음.

7. 세장: 표준화된 테스트(ISO 572-2 또는 ASTM 638)는, 사출된 시편이 파괴 전에 견딜 수 있는 신축의 %를 나타내며, 물질들의 신축 용량을 알 수 있게 한다. PET의 값(ISO에 따르면 15%)보다 낮은 값들은 허용되지 않으며, 점수 -2를 부여한다(PS의 경우에만, 2%이고, 이러한 점에서 매우 불량하다). PET보다 높은 값들은, 양의 값이며, 15% 내지 100%에 대하여 점수 +1을 부여하고, 188%를 초과하는 경우 +2를 부여한다(이는 PE의 경우이며, 이러한 점에서 최고임).

8. 혼화성: PET와 물질들의 나머지 간의 결속 정도에 대한 사상으로서, 폴리에스테르는 최대 점수를 얻고, 나머지는 혼합물의 불투명성 및 DSC 곡선(열적 전이 스플릿)으로 도시한 혼화성의 정도에 의존하며, 이에 따라, 불투명성과 스플릿이 덜할수록, 점수가 높아진다. 첨부 도면을 참조한다.

9. 비용: 차광성 필러들과 차광성 필러들이 분산되는 폴리머를 함유하는 농축 첨가제의 해결책의 경제적 및 상업적 실행가능성에 영향을 끼칠 중요한 양태.

결과: 제시되는 본 발명을 위해 설명한 기준에 따르면, HIPS가 최고이며, 비교되는 플라스틱들의 나머지와는 명백하게 거리를 두고 있다. 이러한 평가는, 의도한 목적을 위해서만 유효하며, 어떠한 식으로는 다른 응용분야에서의 플라스틱의 적합성에 관한 것이 아니다.

도 1
이 그래프는, 세 개의 서로 다른 차광성 필러 조성물에 대하여 가시광 스펙트럼의 전체에 걸친 차광 퍼센트를 도시한다. 분광 광도계를 이용하여 샘플 플라스틱 PET 베이스 병의 벽에 대하여 측정을 수행하였으며, 차광성 필러들만을 변경하였다.
곡선 1: 플라스틱 구조로서 PET에 기초하여 및 차광성 필러로서 9 중량%의 TiO2와 0.05 중량%의 광 흡수기의 조합에 기초하여 UHT 우유를 병에 사용되는 상업적 해결책에 대응한다. 파장이 증가함에 따라 이러한 조합이 어떻게 빠르게 차광 능력을 잃는지를 알 수 있다. 이 용기의 색은 허용가능하게 백색이며, L*색 = 89이다.
곡선 2: 차광제 자체로서 Al의 효능을 평가하도록 수행된 실험에 대응한다. 이 경우, 플라스틱 PET 매트릭스는 차광성 필러인 1 중량%의 Al과 조합되었다. 곡선으로부터, 이 차광 능력이 어느 파장에서도 일정하게 유지된다는 사실로부터 Al의 고 차광 능력을 추론할 수 있다. 그러나, 용기의 색은 완전히 흑색(L*색 < 80)이며, 금속으로 보이며, 이에 따라, 본 발명에서 의도하는 목적과는 다르다.
곡선 3: 이 실험에서는, 이전 실험들에서와 동일한 PET 베이스를 사용하였으며, 이에 따라 차광성 필러들은 "곡선 1"에서와 동일한 TiO2 농도(9 중량%)를 가졌으며, 광 흡수기를 0.12 중량%의 Al로 교체만 하였다. 종래의 광 흡수기 대신에 TiO2와 함께 Al을 이용한 결과는, 차광 수준을 강화하고 파장이 증가함에 따라 훨씬 더 일정한 방식으로 유지하는 매우 중요한 것이다. 게다가, 색은 "곡선 1"에서 표시되는 경우보다 백색으로 되어, L*색 = 90이다.
도 2
필러들과 함께 농축 첨가제에 함유된 폴리머 베이스에서 추구하는 품질을 확인하도록 세 개의 서로 다른 폴리머 조성물인, HIPS, PET, 8 중량%의 HIPS와 혼합된 PET(PET/HIPS 비 = 11)에 대한 시차 주사 열량 분석(DSC)이 도시되어 있다(도 2a, 도 2b, 도 2c). 이러한 품질들은, 확실한 용융점 없는 비정질성(온도 기록도는 Tg의 단일 열적 전이를 나타내야 함), PET와의 혼합으로부터 발생하는 플라스틱 구조에 대한 더욱 비정질한 특징의 기여(PET에 관하여 혼합물에서 유리 전이가 감쇠됨)(혼합물의 열적 전이에 있어서 스플릿의 부재)이다.
DSC1(HIPS): 약 90℃의 단일 열적 전이(Tg)를 도시한다. 결정화 및 용융에 대응하는 전이의 부재는 HIPS의 완전한 비정질성을 입증한다. Tg는, 의도한 바와 같이, PET의 Tg에 가깝고, 약간 높다(PET 온도 기록도에서 알 수 있듯이, 후자는 약 80℃의 Tg 전이를 도시한다). 따라서, HIPS는 제시되는 용기를 생산하는 데 관련된 공정을 용이하게 하는 데 적합하고, 용융점이 없으므로, 비정질이며 PET의 Tg에 가깝고 PET의 Tg보다 약간 높은 Tg를 갖는다.
DSC2(PET): 반결정성 폴리머의 세 개의 열적 전이 특징을 명확하게 알 수 있으며, 첫 번째는 Tg에 대응하는 약 80℃에서이고, 다른 하나는 비열이 +7.6주울/g인 결정화(Tc)에 대응하는 약 134℃에서이고, 마지막 하나는 비열이 -39.2주울/g인 용융점(Tm)에 대응하는 252℃에서이다.
DSC3(PET + 8% HIPS): PET만 있는 "DSC2"에 비해 다음에 따르는 특정한 특징들과 함께 반결정성 매트릭스의 전이를 도시한다.
a) 먼저, 세 개의 전이가 동일한 온도 환경에서 스플릿 없이 발생한다. PET만의 전이 및 PET와 HIPS의 혼합물에 대한 전이는, 각각, Tg 81℃ 대 79℃/Tc 134℃ 대 134℃/Tm 235℃ 대 251℃이다. 이는, 폴리머들 간의 혼화성이 양호함을 나타내며, 그 폴리머들이 열적 변환 및 용기 성형 공정들에 있어서 매우 함께 거동함을 나타낸다.
b) 곡선 3(PET + HIPS)은, 곡선 2(PET만)에 비해 주목할만하게 감쇠된 결정화 전이(약 130℃)를 도시하며, 이는 직관적으로 (혼합물에 있어서 더욱 평평한 피크) 및 비열 값(PET에 대한 7.6 J/g 대 PET+HIPS 혼합물에 대한 4.5J/g)으로부터 모두 명백하다. 결정화의 낮은 비열을 결정화하는 경향이 낮은 것으로 해석하는 경우, PET와 혼합된 HIPS는, 설명하는 용기의 폴리머 매트릭스에서 추구하는 후자에 감쇠된 결정화 특징을 제공한다고 결론내릴 수 있다.
도 3
도 3은, PET 혼합물이 91 중량%의 비율로 항상 존재하고 각 경우에 혼합되는 폴리머가 8 중량%의 비율로 존재하는 방식으로 차광성 필러들이 없는 다른 폴리머들과 PET의 서로 다른 혼합물들의 투명성의 정도를 나타낸다. 그래프의 수직 축은, 용기(모든 경우에 동일함)의 벽을 투과하는 광의 %를 나타내고, 수평 축은 서로 다른 가시광 스펙트럼의 파장을 나타내며, 투과율 퍼센트가 높을수록, 투명성이 높아진다. 폴리머들 간의 혼화성(호환성의 양태를 설명하지 않는 한 정확한 것은 아니지만 때로는 일반적으로 "호환성"이라 함)을 평가하기 위한 허용되는 기준들 중 하나가 폴리머들의 혼합물의 투명성의 정도인 경우, 투명성이 높을수록 혼화성이 커지는 방식으로, 설명하는 용기의 정확한 실제 구현예를 보장하도록 농축물에 함유되는 모든 화합물과 PET의 혼합물이 균질해야 한다면, 가장 투명한 혼합물이 본 발명의 경우에 더욱 적합할 것이다.
그래프는, PET와 테스트받는 서로 다른 폴리머들 간의 혼화성의 큰 차이를 도시한다. PP는 10% 내지 30%의 투과율 퍼센트로 되는 경우 사실상 PET와 혼화성이 없다고 간주할 수 있는 한편, HIPS와 혼합하는 것은, 투과율 퍼센트가 40% 내지 70%인 상당한 혼화성을 갖는다.
도 4
PA, PE, PP에 비해 PET와 혼합되는 경우 HIPS의 혼화성의 더욱 큰 정도가 또한 더욱 큰 열적 호환성의 형태를 취하는지를 확인하도록 도 3에 도시한 혼합물들의 DSC를 제시한다(91 중량%의 PET와 HIPS, PA, PE, PP의 8중량%). 서로 다른 DSC 그래프들(도 4a, 4b, 4c, 4d)은 다음에 따르는 것들을 나타낸다.
a) DSC1: ("도 4"의 "DSC1"과 동일한) "도 2"의 "DSC3"에서 알 수 있듯이, PET + HIPS 혼합물은 완벽하게 열적으로 호환성을 갖는다. 이것은, 혼화성이 양호하다면, 보여지는 스플릿 없이 양측 혼합물의 성분들의 특징들 중 일부를 공유하는 균질한 혼합물을 예상할 수 있으므로, 더욱 큰 투명성에서 일관성을 갖는다.
b) DCS2(PET + PE), DSC3(PET + PP) 및 DSC4(PET + PA)에서는, 열적 스플릿이 보이며, PET 피크로부터 떨어진 열적 전이 피크에 의해 나타난다. 이러한 피크들은, 언급되는 혼합물 폴리머들의 각각의 용융점을 유지하는 것이다(PE에 대해서는 약 100℃, PP에 대해서는 약 160℃, PA에 대해서는 약 220℃). 이러한 열적 스플릿들은, HIPS과 PET의 혼합물에서 발생하는 것과는 달리, 열적 변환 공정에 있어서 결속이 거의 없는 거동을 제시한다.
도 5
도 5는, TiO2와 조합되어 사용되는 차광성 필러들을 제공하는 유형, 농도, 수단이 용기의 색에 끼치는 영향을 도시한다.
그래프 1: HIPS, TiO2, 및 광 흡수기(산화철)를 함유하는 서로 다른 농축물들이 첨가되어 PET와 혼합되고 이에 따라 각 농축물마다 광 흡수기의 상대 농도가 변경된 일련의 실험에 관한 것이다. 실험들은 표 2의 용기 1, 2, 3, 4에 관한 것이다. 농축물의 투여량은 항상 17 중량%이었고, 용기 내의 TiO2 함유량은 약 10 중량%에서 일정하게 유지되었으며, 이에 따라 흡수기 함유량만이 각 농축물마다 가변된다.
흡수기의 퍼센트가 증가함에 따라, L*색(백색 측정)이 급격히 감소됨을 알 수 있다.
그래프 2: 이 경우, 이전의 경우와 동일한 절차를 수행하였으며, 광 흡수기를 농축물의 Al로 교체하였다. 용기에서의 농축물 첨가 퍼센트 및 TiO2 함유량은, 이전 경우처럼 계속해서 17 중량% 및 10 중량%이었다(표 2의 실험 5, 6, 7, 8, 9).
이 경우, Al의 퍼센트 증가는 용기 색을 거의 가변시키지 않는다.
그래프 3: 도시한 실험들은 표 3의 7개의 용기에 관한 것이다. 이 경우, TiO2/Al = 60의 중량비로 HIPS, TiO2, Al을 함유하는 동일한 농축 첨가제를 사용하여, 농축 첨가제의 양을 증가시켜 PET에 첨가하였다.
놀랍게도, 용기에 포함된 차광성 필러들의 퍼센트가 증가할수록(이에 따라 차광 수준이 높아질수록), L*색이 높아져, 용기 표면이 더욱 백색으로 되며, 이는 전술한 비로 TiO2와 Al을 함유하는 대량의 차광성 필러들을 포함하는 가능성과 부합되며, 용기에서 고 수준의 차광성과 주목할만한 백색을 동시에 달성한다.

본 발명의 대상인 단일층 불투명 용기는, 용기가 성형될 수 있게 하고 이 플라스틱 매트릭스가 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 고 충격 폴리스티렌(HIPS)을 함유하는 방식으로 용기의 형상과 물리적 구조가 구성될 수 있게 하는 열가소성 매트릭스를 함유하며, 또한, 차광 기능을 달성하는 적어도 두 개의 불투명화 무기 필러들을 포함하는데, 상기 무기 필러들은 이산화 티타늄(TiO2)과 금속 알루미늄(Al)을 함유한다.

본 발명의 구현예는, HIPS, TiO2, Al을 함유하는 농축 첨가제가 PET에 최종 조성물의 총 중량 대 농축 첨가제의 7 중량% 내지 20 중량%의 비율로 첨가되는 공정들을 포함한다. 이 동작은, 본 발명에서, 첨가제의 비율이 예를 들어 PET를 착색하는 데 요구되는 비율(일반적으로 1 내지 2%)에 비해 비교적 매우 높다는 점을 제외하고는, 쉽게 이용가능한 투여 유닛에 의해 마스터-배치 형태로 착색제 또는 기타 첨가제를 PET에 포함시키는 일반적인 동작들과 유사하다. 본 발명의 구현에 필요한 높은 퍼센트 투여량은, 설명하는 용기에서 필요로 하는 차광 수준을 달성하는 데 필요한 무기 차광성 필러들의 높은 비 때문이다(항상 90% 초과이며, 일반적으로는 95% 초과, 최대 99.9%까지 달성하거나 사실상 절대치까지 달성가능하다). PET와 혼합하기 위한 농축물의 투여를 성공적으로 수행하였으며, 바람직하게는, PET의 건조-탈습 유닛으로부터의 출구와 프리폼의 사출 전에 물질들의 용융된 질량의 혼합, 가소성화, 압출을 위한 챔버 내로의 입구 사이의 지점에서 농축 첨가제를 첨가하였다.

게다가, 전술한 바와 같이, 첨가의 높은 수준 때문에, 필러들을 첨가하는 동작을 보장하고 용기의 적절한 구조적 베이스를 형성하도록 적절한 플라스틱 매체를 찾는 것이 바람직하다. 본 발명에서 알 수 있듯이, HIPS는 다른 가능한 물질들에 관하여 특히 적합한 물질로 밝혀졌다.

무기 차광성 필러들을 적절히 선택하고 조합하는 것도 해결책의 성공을 위한 결정적 인자이다. TiO2는 고 차광성 물질이며, 공지되어 있으며 입수 가능한 것이며, 용기에서 종래에 허용되는 백색을 제공한다(반사 기술에 의해 용기의 표면에서 측정된 Cie-L*a*b* 스케일로 L*색 > 86은 종래에 허용가능한 것으로 간주된다). 그러나, 본 발명에서, 사실상 절대적 차광성을 추구하는 경우, TiO2만으로는, 이러한 높은 투여량을 필요로 하여 기업 운영이 상당히 어려울 것이며 매우 고가일 것이다. 공지되어 있는 다른 조합 옵션들이 있는데, 예를 들어, 일반적으로 흑색인 흡광제를 첨가하는 것인데, 이는, 대량의 흡광제가 필요한 단일층 용기에서, 바람직하지 못한 회색 외관을 야기하며 TiO2가 용기에 제공하는 매력적인 광택을 둔하게 한다. 따라서, 차광을 위한 효율적인 보완으로서, 광 반사 물질을 추구하였으며, 게다가, 쉽게 분산가능하고, 입수 가능하고, 흔히 사용되어야 하며, 바람직하게는, 용기 표면의 색을 주목할만한 정도로 변경하지 않도록 서로 다른 파장에서의 특정한 반사 피크 없이 스펙트럼의 전체에 걸쳐 반사에 의해 균일한 차광성을 제공해야 한다. 이러한 점에서, 차광성과 색 간의 타협을 결정하는 것은 TiO2/Al의 비이다.

50 내지 150의 범위로 선택한 TiO2와 Al 간의 비(TiO2의 중량)/(Al의 중량)는, 종래의 중량을 갖는 단일층 용기에 있어서 사실상 완전한 차광의 가장 큰 목적을 달성하는 데 충분하다. 150을 초과하는 TiO2/Al 중량비는 비효율적이며, 50 미만의 값은, 전술한 바와 같이 완전한 차광 목적을 달성하는 완벽하게 구현가능한 실현예에서는 불필요하다. 게다가, 주요 무기 차광성 필러들의 중량 간의 특정한 비, 이 경우에는, TiO2와 Al의 비는 조성물의 특정한 차광 잠재력을 결정하며, 이에 따라, 소정의 비에 대하여, 용기를 차광하는 수준은 충분한 정밀도로 예측될 수 있으며, 특정한 용기에 대하여 추구되는 차광성을 제공하는 데 필요한 필러들의 양을 쉽게 추정할 수 있다.

PET/HIPS 중량비에 관하여, PET는 항상 주성분이고, HIPS의 비는 두 개의 필수 요건을 충족해야 한다. 첫째, 기능적 및 경제적으로 적당한 비율로 농축 첨가제에 함유되는 필러들을 위한 수단으로서 기능해야 하며, 둘째, PET만으로 얻어지는 경우보다 더욱 비정질성을 제공하도록 구조적 플라스틱 매트릭스에 대한 기여가 바람직하다. 이러한 점에서, 열량 분석 측정을 수행하여 서로 다른 PET/HIPS 비들을 갖는 플라스틱 매트릭스와 기타 플라스틱의 결정화 비열을 결정하였다. 사용되는 샘플들은, 용융된 물질로부터 강제 동결을 거친 것들이므로, 테스트가 개시될 때 비정질 상태에 있으며, 따라서, 결정화의 낮은 비열은 덜 결정화되는 경향을 나타낸다(비정질성이 더해진다). 수행되는 테스트는, HIPS가 존재함으로써 PET가 결정화되는 경향을 방지함을 나타내며, 이 경우에 PET가 필러들을 함유하는 경우 결정화되는 경향이 훨씬 크므로, 이는 항상 유용하며 필러들이 존재하는 경우에 더욱 유용하다. PET/HIPS의 혼합의 일반적으로 유용한 효과에도 불구하고, 기술적으로 및 경제적으로 실행가능한 비의 범위를 정하는 것이 바람직한 것으로 여겨진다. 농축물의 필러들이 70%를 초과하면(30% 미만의 HIPS), 분산 문제가 발생하기 시작하고, 따라서, 허용할 수 없으며, 50% 미만의 필러에서는, 경량의 용기에 있어서 절대 차광 수준에 도달하는 데 필요한 투여가 경제적 관점에서 유리하지 못하다. 따라서, 최대 PET/HIPS 비(낮은 부하 및 높은 투여), 8 내지 10의 PET/HIPS 비, 높은 부하(70%)와 낮은 투여(7%)에 대해서는, PET/HIPS 비가 30을 초과한다. 따라서, 한계값을 10 내지 50으로 결정한다.

차광성 필러들에 함유되는 TiO2 대 Al에 대하여 및 구조적 플라스틱 매트릭스에 함유되는 PET 대 HIPS에 대하여, 적절하고 실행가능한 비를 식별하였다면, 농축물을 확실히 준비할 필요가 있으며, 해결책의 경제적 실행가능성과 충분한 기능적 기여 간의 타협을 유의한다. 이러한 점에서, 용기의 총 중량에 대하여 농축 첨가제의 20 중량%를 초과하는 농축 첨가제의 필요로 하는 투여량은, 투여량이 많을수록 처리 비용이 많아진다고 볼 때, 과도한 것으로 여겨진다. HIPS, TiO2, Al을 함유하는 농축물을 생산하는 것을 실행할 수 있다고 여겨지며, 이때, TiO2와 Al의 중량은 50%(농축물 내의 TiO2의 농도가 적을수록 사실상 절대 차광을 얻는 데 과도하게 많은 투여량이 필요하고, 궁극적으로는 부정적인 경제적 효과가 발생함) 내지 70%(무기 필러들의 70%를 초과하는 경우, 분산 및 비효율적 공정들에 관하여 어려움이 발생하였음)이고, 바람직하게, 약 60%의 TiO2와 Al을 함유하는 무기 필러들의 농도 및 35% 내지 40%의 HIPS의 농도가 농축물에서 사용되었다. 다음에 따르는 것들은, 프리폼으로부터 블로우된 용기의 실시예들의 예들로서, 이때, 55 중량% 내지 65 중량%의 TiO2과 Al 및 35 중량% 내지 45 중량%의 HIPS를 함유하는 열가소성 매트릭스를 포함하는 필러들을 함유하는 농축물을 사용한다. 농축물을 용기에 함유되어 있는 플라스틱 PET 베이스에 첨가하는 것은, 80% 내지 93%의 첨가 투여량으로 전술한 방식으로 수행되었다. 예들에서 알 수 있듯이, 제시되는 본 발명은, 전술한 모드에서 완벽하게 실행가능하다.

결국, 열가소성 매트릭스가 PET와 HIPS를 10 내지 50의 중량비(PET / HIPS)로 함유하고 또한 TiO2와 Al을 50 내지 150의 중량비(TiO2 / Al)로 함유하는 방식으로, 구조적 열가소성 매트릭스, 및 열가소성 매트릭스 내에 분산된, 차광 기능이 있는 적어도 두 개의 불투명화 무기 필러들을 함유하는 단일층 용기에 관한 것이며, 이에 따라, PET가 용기의 총 중량에 대하여 PET의 80 중량% 내지 93 중량%의 비율로 함유되고, TiO2가 용기의 총 중량에 대하여 TiO2의 5 중량% 내지 14 중량%의 비율로 함유된다.

예 1 (표 3 - 발명 1)

9% 농축물((0.09 = 농축물의 중량 / (PET의 중량 + 농축물의 중량))을 첨가하여 표준 PET와 혼합함으로써, 농축물은, 65 중량%의 무기 차광성 필러들을 TiO2/Al 비 = 100으로 함유한다. 용기에 포함되는 PET의 중량%는 91 중량%이고, 용기에 포함되는 TiO2의 중량은 5.8 중량%이고, PET/HIPS 비는 32이다.

그 결과는, 용량이 1리터이고 총 중량이 27g이며 커버리지 차광성이 96%인 불투명한 백색 병이다. 이것은, 적절한 시간 동안 민감한 음식을 보존하도록, 예를 들어, ESL 우유를 3주 또는 4주 동안 보존하도록 충분한 차광성을 갖는 용기이다.

예 2 (표 3 - 발명 2)

17% 농축물((0.17 = 농축물의 중량 / (PET의 중량 + 농축물의 중량))을 표준 PET에 첨가함으로써, 농축물은, 65 중량%의 무기 차광성 필러들을 TiO2/Al 비 = 75로 함유한다. 용기에 포함되는 PET의 중량%는 83 중량%이고, 용기에 포함되는 TiO2의 중량은 10.9 중량%이고, PET/HIPS 비는 15이다.

그 결과는, 용량이 1리터이고 총 중량이 28g이며 커버리지 차광성이 매우 높은(99.9%) 불투명한 백색 병이며, 이는 오랜 시간 동안 매우 민감한 음식을 보존하도록, 예를 들어, UHT 우유를 4개월보다 오랫동안 보존하는 데 충분하다.

예 3 (표 3 - 발명 3)

20% 농축물((0.2 = 농축물의 중량 / (PET의 중량 + 농축물의 중량))을 표준 PET에 첨가함으로써, 농축물은, 60 중량%의 무기 차광성 필러들을 TiO2/Al 비 = 60로 함유한다. 용기에 포함되는 PET의 중량%는 80 중량%이고, 용기에 포함되는 TiO2의 중량은 11.8 중량%이고, PET/HIPS 비는 11이다.

그 결과는, 용량이 1리터이고 총 중량이 21g이며 완전한 차광성(>99.9%)을 갖는 불투명한 백색 병이다. 이 실험은, 본 발명의 적용을 통해, 사실상 완전한 차광성이 있는 단일층 병의 중량을 종래의 예(예 2)에 비해 25%까지 감소시키고 차광성 필러 함유량을 10% 미만 증가시키는 가능성을 나타낸다.

예 4 (표 3 - 발명 4)

20% 농축물((0.2 = 농축물의 중량 / (PET의 중량 + 농축물의 중량))을 표준 PET에 첨가함으로써, 농축물은, 65 중량%의 무기 차광성 필러들을 TiO2/Al 비 = 60로 함유한다. 용기에 포함되는 PET의 중량%는 80 중량%이고, 용기에 포함되는 TiO2의 중량은 12.8 중량%이고, PET/HIPS 비는 13이다.

그 결과는, 사실상 완전한 차광성을 갖고 가장 가볍고 백색인 1리터의 단일층 병이며, 이는 최신 기술에 대한 본 발명의 가치 있는 기여를 나타낸다.

예 5 (표 1 용기)

이러한 일련의 실험들은, TiO2와 흑색 광 흡수기(이 경우에는 산화철)의 조합에 기초하는 종래의 해결책에 비해 (50 내지 150인 TiO2 중량 대 Al 중량의 비로) 차광성 필러들에 함유되는 TiO2와 Al 조합의 효능을 평가하였다. 목적은, 가능한 높게, 어느 경우든, L*색>86(종래의 백색)으로 L*색을 유지하는 것이다.

* 용기 1 내지 9

모든 실험들은, 다음에 따르는 파라미터들과 속성들이 주목할 정도로 일정하게 유지된 용기들에 대하여 실시되었다.

- 생산 포맷 및 방법: 차광성 필러들의 포함이, 투여되어 미리 탈습된 표준 PET의 흐름과 혼합된, HIPS(농축물의 중량에 대하여 HIPS의 36 내지 36.5 중량%) 및 TiO2(농축물의 중량에 대하여 TiO2의 59.5 내지 60 중량%)를 함유하는 농축 첨가제를 사용하여 항상 실행된 방식으로 동일한 성형 도구를 사용하여 제조된, 1리터 용량, 중량 약 28g의 단일층 병

- 첨가제 투여량: 첨가제의 중량의 PET에 첨가되는 첨가제의 17% 대 PET + 첨가제의 중량

- 총 필러 함유량: 약 10%(10% 내지 10.4%), 모든 경우에 있어서, 차광성 필러들에 함유되는 주 성분은 TiO2임.

- 용기에 함유되는 PET의 %: 용기 중량 대 PET의 약 83 중량%

- 용기에 함유되는 TiO2의 %: 용기 중량 대 TiO2의 약 10 중량%(9.9% 내지 10.3%)

- PET / HIPS 중량비: 모든 경우에 있어서, 대략적으로 13

* 용기 1 내지 4

이러한 일련의 실험에서는, TiO2 대 광 흡수기(산화철)의 중량비만을 용기마다 변경하였고, 이에 따라 (TiO2 중량)/(흡수기 중량) 비가 약 340 내지 145이었다. 표 1에서, TiO2/흡수기 비가 감소함에 따라, 차광 수준이 증가(차광%가 증가)하고, 대조적으로, L*색이 체계적으로 또한 급격히 감소하여, 용기를 주목할 정도로 어둡게 하였음을 알 수 있다. 용기의 흡수기의 비율을 높여 차광성을 증가시킴에 따라 L*색이 어두워진다는 사실은, TiO2와 광 흡수기의 조합에 기초하는 차광성 필러들을 이용하는 종래의 해결책의 통상적인 거동으로서, 경제적으로 실행가능한 중량을 갖는 백색 용기의 완전한 차광성을 달성하기 위한 많은 어려움에 있어서 결정적이며, 오늘날까지, 단일층 포맷의 이러한 유형의 용기를 위해 이용가능한 상업적 해결책이 없었음을 설명해준다.

용기 5 내지 9

이 용기들은, 광 흡수기가 광 반사기(Al)로 교체되었고 TiO2 대 Al의 중량비 면에서 용기 5 내지 9만을 변경하였다는 점에서 이전 시리즈(1 내지 4)와는 다르며, 이에 따라, (TiO2의 중량)/(Al의 중량) 비가 147 내지 54이었다. 표 1에서, TiO2/Al 비가 감소함에 따라, L*색이 체계적으로 감소하지 않고서 사실상 안정적으로 유지되면서 차광 수준이 증가(차광 %가 증가)함을 알 수 있다. 포함되는 Al 및 용기 차광성의 비율에 상관없이 높은 L*색 값(주목할만한 백색 용기)을 유지하는 이러한 가능성은, 종래의 백색이면서 경제적으로 유리한 단일층 용기에 있어서 절대적 차광성을 달성하도록 본 발명을 실시함으로써 가능성을 결정하며, 이는 본 발명 이전에는 가능하지 않았다.

예 6 (용기 1 내지 7 - 표 2)

표 2에 표시한 이러한 일련의 테스트는, 차광성 필러들에 함유되는 TiO2와 Al의 동일한 중량비에 대하여 용기에 함유되는 차광성 필러들의 %가 증가함에 따라 더욱 백색인 용기 색(더욱 높은 L*색)을 발생시키는 놀라운 효과를 나타낸다(1 내지 7의 모든 경우에 있어서 TiO2의 중량/Al의 중량 = 60).

모든 용기들은 동일한 형상의 1리터 단일층 병들이며, 용기 1 내지 7의 순서로 농축물을 PET에 첨가하는 가이드라인은, 아래와 같다.

* 용기 1: 60 중량%의 TiO2(농축물을 함유하는 첨가제의 총 중량에 대한 TiO2의 중량)를 함유하는 첨가제의 9 중량%(첨가제의 중량 더하기 PET의 중량에 대한 첨가제의 중량)인, 표준 PET에 대한 첨가

* 용기 2: TiO2의 65 중량%를 함유하는 첨가제의 12 중량%인, 표준 PET에 대한 첨가

* 용기 3: TiO2의 60 중량%를 함유하는 첨가제의 16 중량%인, 표준 PET에 대한 첨가

* 용기 4: TiO2의 60 중량%를 함유하는 첨가제의 17 중량%인, 표준 PET에 대한 첨가

* 용기 5: TiO2의 60 중량%를 함유하는 첨가제의 18 중량%인, 표준 PET에 대한 첨가

* 용기 6: TiO2의 65 중량%를 함유하는 첨가제의 19 중량%인, 표준 PET에 대한 첨가

* 용기 7: TiO2의 65 중량%를 함유하는 첨가제의 20 중량%인, 표준 PET에 대한 첨가

TiO2의 퍼센트가 대응하는 용기의 L*색에 관한 것이면, 두 개의 파라미터 간의 직접적이면서 사실상 선형 관계를 얻을 수 있고, 이에 따라, 용기에 함유되는 TiO2와 Al 간의 고정된 중량비에 대하여, 소정의 차광성과 소정의 TiO2 함유량에 대한 소정의 용기에서 얻어질 색을 양호한 근사치로 예측할 수 있다. TiO2가 증가함에 따라 색이 더욱 백색으로 되는 사실은, 본 발명의 구현에 의해, 주목할만한 백색과 완전한 차광성을 갖는 단일층 용기를 얻을 가능성을 지지한다.

예 7

본 발명의 다른 대체 실시예를, 바람직한 것은 아니더라도, TiO2를 주 필러로서 함유하는 차광성 필러들이 미리 분산된 비종래 PET를 사용하여 테스트하였다.

이 실험에서 베이스로서 사용된 PET는 TiO2의 5 중량%를 포함한다. 다른 어떠한 첨가제 없이 이 PET 베이스를 이용하여 생산되는 중량 27g의 1리터 병은 90% 수준의 차광성을 제공한다.

본 발명의 이 실시예는, TiO2의 5 중량%를 함유하는 PET 베이스에 대하여 HIPS, TiO2, Al을 함유하는 농축 첨가제의 10 중량%를 첨가하여 수행되었으며, 농축 첨가제는 TiO2의 60 중량%를 함유하며, TiO2/Al의 중량비는 50이다. 본 발명에 따라 이러한 방식으로 제조된 이전의 경우에서 설명한 것과 동일한 1리터 용기는, 농축물의 첨가 덕분에, 아래와 같은 특징들을 갖는다.

* 중량: 28g

* TiO2 함유: 11%

* PET 함유: 85%

* PET/HIPS 중량비: 23

* TiO2/Al 중량비: 90

* 차광성 %: > 99%

본 발명의 응용의 다른 예들은 표 4에서 설명한 용기들이다. 상기 표의 용기 1 내지 5는 단일층 병들이며, 그 구현예는, 이전 예들처럼, 농축물을 첨가하여 PET, 이 경우엔, 다시 한번 표준 PET와 혼합하는 공정들을 포함하였으며, 이때, 첨가제는 HIPS, TiO2, Al을 함유하고, TiO2/Al 중량비는 상기 병들의 각각마다 다르다. 표 4의 용기들의 각각을 달성하는 데 관련된 농축 첨가제의 특징들은 아래와 같다.

* 용기 1: 농축 첨가제는 31% HIPS를 함유하고, 65% 차광성 필러들을 함유하며, 상기 퍼센트들은, TiO2의 중량을 차광성 필러들에 함유되어 있는 Al의 중량으로 나눔으로써 얻어지는 비가 150인 방식으로(TiO2 중량/Al 중량 = 150) 각각 첨가제의 총 중량에 대한 HIPS와 필러들의 중량으로 표현된다.

* 용기 2 및 3: 농축 첨가제는, TiO2의 중량을 차광성 필러들에 함유되어 있는 Al의 중량으로 나눔으로써 얻어지는 비가 60인 방식으로(TiO2 중량/Al 중량 = 60) 31% HIPS를 함유하고 65% 차광성 필러들을 함유한다.

* 용기 4: 농축 첨가제는, TiO2의 중량을 차광성 필러들에 함유되어 있는 Al의 중량으로 나눔으로써 얻어지는 비가 60인 방식으로(TiO2 중량/Al 중량 = 60) 41% HIPS를 함유하고 65% 차광성 필러들을 함유한다.

* 용기 5: 농축 첨가제는, TiO2의 중량을 차광성 필러들에 함유되어 있는 Al의 중량으로 나눔으로써 얻어지는 비가 50인 방식으로 31% HIPS를 함유하고 65% 차광성 필러들을 함유한다.

Claims (10)

  1. 열가소성 매트릭스에 분산된, 적어도 하나의 반결정성 폴리머 및 하나의 비정질 폴리머 및 차광 기능이 있는 적어도 두 개의 무기 필러에 의해 형성된, 구조적 기능을 갖는 상기 열가소성 매트릭스를 함유하는 단일층 용기에 있어서,
    상기 구조적 열가소성 매트릭스는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 상기 반결정성 폴리머로서 고 충격 폴리스티렌(HIPS)을 상기 비정질 폴리머로서 10 내지 50의 (PET 중량)/(HIPS 중량) 비로 함유하고,
    상기 차광 기능이 있는 무기 필러들은 티타늄 이산화물(TiO2) 및 알루미늄(Al)을 50 내지 150의 (TiO2 중량)/(Al 중량) 비로 함유하고,
    이에 따라, 상기 용기의 최종 조성은, HIPS와 무기 차광 필러들을 함유하는 농축 첨가제와 PET의 혼합물로부터 발생하는, 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용기에 함유되는 PET의 중량%는 80 내지 93인, 용기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용기에 함유되는 TiO2의 중량%는 5 내지 14인, 용기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용기에 함유되는 HIPS의 중량%는 2 내지 9인, 용기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 농축 첨가제는, 상기 농축 첨가제의 중량에 관하여 30 내지 50인 중량%의 HIPS를 함유하고, 상기 농축 첨가제의 중량에 관하여 50 내지 70인 중량%의 차광 필러들을 함유하는, 용기.
  6. 제1항 또는 제5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 농축 첨가제는, 35 내지 45인 중량%의 HIPS를 함유하고, 55 내지 65인 중량%의 차광 필러들을 함유하는, 용기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 TiO2와 Al 간의 중량비는 상기 용기 내의 농축 첨가제에서와 동일한, 용기.
  8. 제7항에 따른 용기에 있어서,
    상기 HIPS 및 상기 차광 기능이 있는 무기 필러들은, 상기 혼합물의 총 중량에 대하여 7 중량% 내지 20 중량%의 비율인 상기 농축 첨가제를, 상기 PET의 중량에 대한 0.01 중량% 미만의 물 함유량으로 미리 탈습된 상기 PET에 투여함으로써, 상기 PET와 혼합되는, 용기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 PET와, HIPS, TiO2, Al을 함유하는 상기 농축 첨가제는, 상기 PET가 불투명한 양태에 관한 반결정성 상태의 과립으로서 고체 형태인 지점에서 혼합되고, 상기 농축 첨가제는 또한 불투명한 과립으로서 고체 형태인, 용기.
  10. 제7항에 있어서, 상기 PET를 상기 HIPS, TiO2, Al을 함유하는 농축 첨가제와 혼합하기 직전에, 상기 PET는 상기 농축 첨가제의 온도보다 높은 온도에서 제공되는, 용기.
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