KR20090057989A - 폴리프로필렌제 컵형 용기 및 그 성형 방법 - Google Patents

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KR20090057989A
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도요 세이칸 가부시키가이샤
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Abstract

동체부 및 플랜지 등의 개구 단부의 낙하 강도, 동체부의 내압 강도가 향상된, 우수한 기계적 강도를 갖는 폴리프로필렌제 컵형 용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 폴리프로필렌을 압축 성형함으로써 얻어지며, 적어도 동체부 및 바닥부로 이루어지는 컵형 용기에 있어서, 상기 동체부의 두께를 1.0 ㎜ 이하로 하고, 식 (1)
K1=P1/P2 …(1)
로 표시되는 K1의 값을 0.5 내지 1.3의 범위로 하는 것, 및/또는, 식 (2)
K2=Hβ1/(Hβ1+Hα1+Hα2+Hα3) …(2)
로 표시되는 K2의 값을 동체부의 적어도 일부에 있어서 K2＞0으로 한 것이다.
폴리프로필렌제 컵형 용기

Description

폴리프로필렌제 컵형 용기 및 그 성형 방법{POLYPROPYLENE CUP TYPE CONTAINER AND MOLDING METHOD THEREOF}
본 발명은, 폴리프로필렌제 컵형 용기 및 그 성형 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 낙하 강도 및 내압 강도 등의 용기의 기계적 강도가 향상된 폴리프로필렌제 컵형 용기 및 그 성형 방법에 관한 것이다.
종래부터 폴리프로필렌은 포장 용기의 분야에서 널리 사용되어, 여러 가지 형태의 용기로 성형되고 있으며, 컵형의 용기도 성형되고 있다. 컵형의 용기를 성형하기 위한 성형 방법으로서는, 사출 성형이나 압공 성형(壓空 成形: compressed air molding)에 의한 것이 일반적이지만, 일본 특허 공고 평성 제6-2359호 공보(이하, 「특허 문헌 1」이라고 함)에는 압축 성형에 의해 성형하는 것도 제안되어 있다.
그러나, 사출 성형이나 압공 성형에 의해 성형된 폴리프로필렌제의 컵형 용기는, 용기의 분자 배향의 이방성이 높기 때문에, 충분한 낙하 강도나 내압 강도를 얻을 수 없어, 용기의 기계적 강도의 관점에서 아직 충분히 만족할 수 있는 것이 아니었다.
또한 상기 특허 문헌 1에 기재된 압축 성형에 의한 경우도, 측벽을 형성해야 할 공간이 수지의 유동보다도 앞서 규제되어 있기 때문에, 한정된 공간 내를 수지가 유동하지 않으면 안되고, 분자 배향에 이방성이 발생하여, 역시 충분한 낙하 강도나 내압 강도를 얻을 수 없었다.
또한, 사출 성형이나 압공 성형에 의한 성형품에는, 성형 시에 반드시 스크랩 수지가 발생해 버리기 때문에, 스크랩 수지를 발생시키지 않고서 효율적으로 폴리프로필렌제 컵을 성형하는 것이 요망되고 있다.
즉, 사출 성형에 의해 성형되는 경우에는, 캐버티 내로의 수지의 충전구인 게이트 또는 러너에서의 고화된 수지의 나머지가 반드시 스크랩 수지가 되고, 한편 압공 성형에 있어서는, 수지 시트로부터 컵 성형용 블랭크가 잘라진 나머지가 스크랩 수지가 된다.
따라서 본 발명의 목적은, 낙하 강도 및 내압 강도가 향상된 폴리프로필렌제 컵형 용기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 스크랩 수지를 발생시키지 않고서 성형 가능한 폴리프로필렌제 컵형 용기의 성형 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 폴리프로필렌을 압축 성형함으로써 얻어지며, 적어도 동체부 및 바닥부로 이루어지는 컵형 용기에 있어서, 상기 동체부의 두께가 1.0 ㎜ 이하이고, 하기식 (1)
K1=P1/P2 …(1)
[식 중, P1 및 P2는 각각, 용기 동체부로부터 잘라낸 시험편의 원주 방향을 x, 높이 방향을 y라고 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도를 측정했을 때에 얻어지는 디바이 고리(Debye ring)의 x 방향의 피크 강도 분포에 있어서, 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 강도 및 회절각 2θ=17. 2°에서의 피크 강도이다]
로 표시되는 K1의 값이 0.5 내지 1.0의 범위에 있는 것, 및/또는 하기식 (2)
K2=Hβ1/(Hβ1+Hα1+Hα2+Hα3) …(2)
[식 중, Hβ1, Hα1, Hα2, Hα3는 각각, 용기 동체부로부터 잘라낸 시험편의 원주 방향을 x, 높이 방향을 y라고 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도를 측정했을 때에 얻어지는 디바이 고리의 x 방향의 피크 강도 분포에 있어서, 회절각 2θ=16.3°에서의 피크 강도, 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 강도, 회절각 17.2°에서의 피크 강도, 회절각 18.8°에서의 피크 강도로부터 비결정부의 회절 강도를 뺀 값임]
로 표시되는 K2의 값이 동체부의 적어도 일부에 있어서 K2＞0인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌제 컵형 용기가 제공된다.
본 발명의 폴리프로필렌제 컵형 용기에 있어서는,
1. 플랜지부가 형성되어 있고, 상기 플랜지부에서의 K1의 값이 0.5 내지 1.5의 범위에 있는 것,
2. 적어도 용기 바닥부 및 동체부에 있어서, 다층 구조를 갖는 것,
3. 다층 구조가 적어도 폴리프로필렌으로 이루어지는 내외층 및 다른 열가소성 수지로 이루어지는 중간층으로 이루어지고, 상기 내외층이 중간층을 완전히 피복하여, 중간층이 용기 표면으로 노출되지 않는 것,
4. 중간층은 에틸렌 공중합 비율이 32 몰% 미만인 에틸렌비닐알코올 공중합체로 이루어지는 것이 적합하다.
본 발명에 따르면 또한, 적어도 폴리프로필렌으로 이루어지는 용융 수지 덩어리를 하부 금형에 투입한 후, 상부 금형과 하부 금형으로 압축하여 이루어지는 폴리프로필렌제 컵의 압축 성형 방법에 있어서, 상기 하부 금형에 용융 수지 덩어리가 투입된 후 상부 금형 또는 하부 금형의 이동에 앞서 개구 단부가 되어야 할 부분 또는 그 일부를 규정하고, 상부 금형 또는 하부 금형의 이동 시에, 용기 바닥부 및 동체부를 형성하는 부분의 두께를 변화시키면서 압축 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌제 컵형 용기의 압축 성형 방법이 제공된다.
본 발명의 압축 성형 방법에서는, 용융 수지 덩어리가, 다층 구조를 갖는 다이 헤드에 의해 압출된 다층 구조의 용융 수지 덩어리인 것이 적합하다.
상술한 K1 및/또는 K2의 값이 본 발명의 범위 내에 있는 폴리프로필렌으로 이루어지는 컵형 용기는, 동체부 및 플랜지 등의 개구 단부의 낙하 강도, 동체부의 내압 강도가 향상되어 있어, 우수한 기계적 강도를 갖고 있다.
또한 본 발명의 컵형 용기의 성형 방법에 따르면, 상술한 특성을 갖는 컵형 용기를 치수 정밀도 좋게 성형할 수 있고, 압공 성형이나 사출 성형에 의해 컵형 용기를 성형한 경우와 같이, 스크랩 수지를 발생시키는 일이 없으며, 경제성도 우수하다.
본 발명의 폴리프로필렌제 컵형 용기는, 압축 성형에 의해 얻어지며, 적어도 동체부 및 바닥부로 이루어지는 컵형 용기이고, 동체부의 두께가 1.0 ㎜ 이하인 것이 제1 특징이며, 또한 상기 식 (1)로 표시되는 K1의 값이 0.5 내지 1.0의 범위에 있는 것이 제2 특징이다.
전술한 바와 같이, 컵형 용기의 성형 방법으로서는, 일반적으로 사출 성형, 압공 성형, 압축 성형을 들 수 있고, 종래의 이들 성형 방법에 의해 얻어진 폴리프로필렌제의 컵형 용기에서는, 모두 분자 배향에 이방성이 발생하는 것에 기인하여, 충분한 강도를 갖는 용기를 얻을 수 없었다.
폴리프로필렌과 같은 결정성 고분자의 미결정의 배향은, X선 회절 강도 측정 방법에 의해 알 수 있고, 일반적으로 폴리프로필렌의 성형품에는, 회절각 2θ=14.5°(미러 지수 110), 회절각 2θ=17.2°(미러 지수 040), 회절각 2θ=13.0°(미러 지수 130), 2θ=21.8°(미러 지수 111)에서 피크가 나타나는 것이 알려져 있으며, 성형 방법의 차이에 의해 각 피크 강도가 다르다.
본 발명에서는, 컵형 용기의 동체부로부터 잘라낸 시험편의 원주 방향을 x, 높이 방향을 y라고 정의하고, 이 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도를 측정했을 때에 얻어지는 디바이 고리의 적도선 상(x 방향)의 피크 강도 분포에 있어서, 미러 지수가 (110)인 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 강도(P1), 및 미러 지수가 (040)인 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=17.2°에서의 피크 강도(P2)에 착안하여, 이러한 P1 및 P2의 비(K1)가 0.5 내지 1.0의 범위에 있는 컵형 용기는 기계적 강도가 우수한 것을 발견하였다.
본 발명에 있어서, 상기 K1의 값이 0.5 내지 1.0의 범위, 바람직하게는 0.8 내지 1.0의 범위에 있는 컵형 용기가, 특히 기계적 강도가 우수한 것은, 후술하는 실시예의 결과로부터 분명하다.
즉, K1의 값이 1.0보다도 큰 부분을 갖는 압공 성형에 의해 얻어진 컵형 용기는, 파단 신장의 측정에 있어서, 높이 방향으로는 신장이 크지만, 둘레 방향으로는 거의 신장하지 않아, 둘레 방향으로 매우 취약한 것이 분명하다(비교예 1 및 2). 또한 K1의 값이 0.5보다도 작은 사출 성형에 의해 얻어진 컵형 용기는, 높이 방향 및 둘레 방향의 어떠한 방향에 있어서도 거의 신장하지 않아, 매우 취약한 것이 분명하다(비교예 2). 또한 상기 특허 문헌 1에 나타내는 압축 성형에 의해 얻어진 컵형 용기는, 높이 방향으로는 다소 신장하지만, 둘레 방향으로는 매우 취약한 것을 알 수 있다(비교예 4).
이에 비하여, K1의 값이 0.5 내지 1.0의 범위에 있는 압축 성형에 의해 얻어진 컵형 용기는, 높이 방향 및 둘레 방향으로 균일하게 신장하여, 각 방향으로 균일한 강도를 갖고 있는 것이 분명하다(실시예 1∼4).
또한 폴리프로필렌의 결정 구조로서는, α결정, β결정, γ결정이 존재하는 것이 알려져 있고, β결정은 α결정과 비교하여 저융점을 가지며, 결정 사이즈가 α결정보다 크고, 밀도가 작기 때문에, 저굽힘 탄성률, 고파단 강도, 고충격 강도라고 하는 특징을 갖고 있으며, 용기로서의 강성 및 기계적 강도의 관점에서는 α결정보다도 우수하다. 본 발명자들은 이러한 관점에서, 이러한 결정 구조 중에서도 특히 β결정에 착안하여, 이 β결정이 폴리프로필렌제 컵형 용기의 동체부의 적어도 일부에 존재하는 경우에는, 우수한 기계적 강도를 갖는 것을 발견하였다.
즉, 압축 성형에 의해 얻어지며, 적어도 동체부 및 바닥부로 이루어지고, 동체부의 두께가 1.0 ㎜ 이하인 폴리프로필렌제 컵형 용기에 있어서, β결정이 형성되어 있는 것, 즉 상기 식 (2)로 표시되는 K2의 값(β결정 함유량)이 동체부의 적어도 일부에 있어서 K2＞0임으로써, 상술한 K1의 값이 본 발명의 범위 내에 있는 폴리프로필렌제 컵형 용기와 마찬가지로, 우수한 기계적 강도를 나타내는 것을 발견하였다.
상술한 바와 같이 폴리프로필렌의 결정 구조에는 α결정, β결정, γ결정이 존재하지만, 이들 결정 구조 중에서는 α결정이 가장 안정적이며, 일반적인 폴리프로필렌제 컵형 용기에서의 대부분의 부분은 α결정이 차지하고 있고, β결정이 형성된 컵형 용기를 형성하는 것은 곤란하다. 즉, 압공 성형에서는, 시트 성형 시에 고도로 배향 결정되어 대부분이 α결정으로서 형성되어 버리고, 그 후 α결정을 β결정으로 전이시키는 것은 곤란하며, 또한 사출 성형에서는, 수지의 유동 배향에 의한 배향 결정이 크기 때문에, β결정을 형성할 수 없다. 이에 비하여, 고압을 유지할 수 있고, β결정이 스킨층과 코어층의 중간인, 전단이 가해진 전단층(shearing layer)으로 형성되기 때문에, 압축 성형에서는 β결정이 생성되기 쉬운 경향이 있다.
또한, 폴리프로필렌에는 호모 폴리프로필렌, 블록 폴리프로필렌, 랜덤 프로필렌이 일반적으로 이용되는데, 이 순서로 β결정이 생성되기 쉬운 것이 알려져 있다.
본 발명에서는, 다른 성형법에 비하여 β결정을 생성하기 쉬운 압축 성형에 있어서, 수지의 유동 배향을 제어하여, 적절한 배향 결정을 용기에 형성함으로써, 폴리프로필렌제 컵형 용기의 동체부에 β결정을 형성시키는 것이 가능해져, 상술한 우수한 기계적 강도를 부여하는 것이 가능해졌다.
본 발명에 있어서, 용기 동체부에 상기 K2의 값이 K2＞0인 부위가 있는 컵형 용기가, 특히 기계적 강도가 우수한 것은, 후술하는 실시예의 결과로부터 분명하다.
즉, 용기 동체부에 K2＞0인 부위가 없고, 압공 성형에 의해 얻어진 컵형 용기는, 파단 신장의 측정에 있어서, 높이 방향으로는 신장이 크지만, 둘레 방향으로는 거의 신장하지 않아, 둘레 방향으로 매우 취약한 것이 분명하다(비교예 1). 또한 K2＞0인 부위가 없고, 사출 성형에 의해 얻어진 컵형 용기는, 높이 방향 및 둘레 방향의 어떠한 방향에 있어서도 거의 신장하지 않아, 매우 취약한 것이 분명하다(비교예 2 및 3). 상기 특허 문헌 1에 기재된 압축 성형에 의해 얻어진 컵형 용기는, K2＞0인 부위를 갖지만, 그 비율은 동일한 호모 프로필렌을 사용하고 있는 실시예 3에 비하여 현저히 적기 때문에, 우수한 기계적 강도를 발휘하고 있지 못하다(비교예 4).
이에 비하여, 용기 동체부에 K2＞0인 부위를 가지며, 압축 성형에 의해 얻어진 컵형 용기는, 높이 방향 및 둘레 방향으로 거의 균일하게 신장되고, 각 방향으로 균일한 강도를 갖고 있는 것이 분명하다(실시예 1∼4).
또한 본 발명의 컵형 용기는, 기계적 강도의 향상 뿐만 아니라, 투명성의 관점에서도 우수하다.
본 발명의 컵형 용기가, 내부 헤이즈가 낮은 압공 성형에 의한 컵형 용기보다도 우수한 투명성을 갖고 있는 것은, 이하와 같은 이유라고 생각된다. 즉, 압공 성형에서는, 플러그로 수지 시트를 가압한 후에 블로우에 의해 성형되기 때문에, 외면은 금형으로 부형(賦形)된다고 해도 내면은 금형으로 부형되고 있지 않은 것에 비하여, 본 발명 방법에서는, 내외면이 금형으로 부형되어 있기 때문에, 내면의 표면 거칠기가 압공 성형에 비하여 작고, 그 결과, 투명성이 개선되는 것이다.
상술한 배향 특성을 갖는 본 발명의 컵형 용기는, 적어도 폴리프로필렌으로 이루어지는 용융 수지 덩어리를 하부 금형에 투입한 후, 상부 금형과 하부 금형으로 압축하여 이루어지는 폴리프로필렌제 컵의 압축 성형 방법에 있어서, 하부 금형에 용융 수지 덩어리가 투입된 후 상부 금형 또는 하부 금형의 이동에 앞서 개구 단부가 되어야 할 부분 또는 그 일부를 규정하고, 상부 금형 또는 하부 금형의 이동 시에, 용기 바닥부 및 동체부를 형성하는 부분의 두께를 변화시키면서 압축 성형을 행하는 것이 중요하다.
도 1 및 도 2는 압공 성형, 사출 성형, 본 발명의 압축 성형의 각 성형 방법에 의해 성형된, 높이(H)=61 ㎜, 구경(D)=95 ㎜의 컵형 용기에 대하여, 바닥부로부터의 높이(h)에 있어서의 K1 및 K2의 값을 각각 나타내는 것이다. 이 도 1 및 도 2 및 후술하는 실시예의 결과로부터 분명하듯이, 압공 성형에 의한 컵형 용기는, 용기 동체부의 어떠한 부위에 있어서도 K1의 값이 1.0보다 크고 또한 K2＞0을 만족시키는 부위가 없다(비교예 1). 또한 사출 성형에 의한 컵형 용기는, 플랜지부를 제외한 동체부에 있어서 K1의 값이 0.5보다도 작은 부위가 존재하고, 한편 K2의 값에 대해서도, 역시 K2＞0을 만족시키는 부위가 용기 동체부에 존재하지 않아(비교예 2 및 3), 본 발명의 컵형 용기가 얻어지고 있지 않은 것은 명백하다.
한편 압축 성형에 의한 컵형 용기라도, 상술한 일본 특허 공고 평성 제6-2359호 공보에 기재된 종래의 방법과 같이, 용기 바닥부의 두께만을 변화시키면서 압축 성형하고, 용기의 동체부의 두께는, 상기 두께를 규정하는 공간으로의 수지의 유동보다도 먼저 결정되어 있는 경우에는, 압축 성형이라도 분자 배향에 이방성을 나타내게 되어, K1의 값을 본 발명에서 규정하는 범위로 할 수 없다.
이에 비하여, 본 발명에서는, 상부 금형 또는 하부 금형의 이동에 앞서, 플랜지부 형성 부분 또는 그 일부만을 규정해 두고, 바닥부 뿐만 아니라 동체부의 두께도 변화시키면서, 동체부의 두께가 마지막에 규정되도록 함으로써, 동체부에서의 용융 수지의 유로를 크게 취할 수 있어, 유동에 의한 배향을 억제할 수 있다.
그 결과, 본 발명의 컵형 용기는, 단층 구조 및 다층 구조 모두 플랜지부를 제외한 K1의 값이 0.5 내지 1.0 사이에 있거나, 또는 용기 동체부에 β결정이 형성되고, 동체부에 K2＞0인 부위가 존재하고 있어, 얻어진 컵형 용기는 상술한 우수한 기계적 강도를 구비한다.
또한, 본 발명의 컵형 용기에 있어서는, K1의 값을 만족하면, K2의 값도 만족하는 것이고, K1의 값을 만족하도록 성형함으로써, 상술한 우수한 기계적 특성 및 치수 정밀도를 구비하는 것이 가능해진다.
본 발명에 있어서, 컵형 용기의 기계적 강도의 지표가 되는 K1 및 K2의 값을 바닥부 및 플랜지부를 제외한 동체부로부터 구하고 있는 것은, 바닥부 및 플랜지부는 용기의 특성을 단적으로 나타내는 것이 곤란하기 때문이다. 즉, 압공 성형에서는 바닥부 및 플랜지부는 동체부와 같이 연신 배향되지 않고, 또한 사출 성형에 의한 컵형 용기에서의 플랜지부에서는 반경 방향으로 유동 배향을 발생시켜 버려, 동체부와는 다른 분자 배향을 나타내기 때문이다.
또한 본 발명 방법에서는, 동체부 형성 부분에서의 수지의 유동이 원활하기 때문에, 플랜지부에서도 사출 성형과 같은 큰 분자 배향이 없으므로, 본 발명의 컵형 용기에서는, 플랜지부에서의 K1의 값이 0.5 내지 1.5의 범위에 있다. 그 결과, 본 발명의 컵형 용기에 있어서는, 다른 성형 방법에 의해 얻어진 컵형 용기에 비하여, 플랜지부에 있어서도 기계적 강도가 우수하다.
또한, 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 컵형 용기는, 우수한 치수 정밀도를 갖고 있다. 즉, 후술하는 실시예의 결과로부터 분명하듯이, 압공 성형에 의한 컵형 용기는 동일 조건으로 성형하고 있는 경우에 있어서도 둘레 방향의 두께의 편차가 큰 것에 비하여(비교예 1 및 2), 본 발명의 컵형 용기는, 설정 치수에 가까운 두께의 컵형 용기가 얻어지고 있어, 치수 정밀도가 높은 것이 분명하다.
도 1은 각 성형 방법에 의한 컵형 용기의 높이에 대응한 피크 강도비(K1)의 값을 도시하는 도면이다.
도 2는 각 성형 방법에 의한 컵형 용기의 높이에 대응한 피크 강도비(K2)의 값을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 성형 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)는 실시예 1∼4 및 비교예 1, 2, 4의 용기 단면, 도 4의 (b)는 비교예 3의 용기 단면을 도시하는 도면이다.
본 발명의 컵형 용기는, 적어도 동체부 및 바닥부로 이루어지고, 동체부의 두께가 1 ㎜ 이하, 특히 0.3 ㎜ 내지 1.0 ㎜의 범위로 얇아져 있는 것이 바람직하다. 또한 개구 단부에는, 플랜지부가 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 물론 플랜지가 없는 것이어도 좋다.
또한, 컵의 높이(H)와 구경(D)의 비(H/D)가 2.0 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한 컵형 용기의 형상은, 여러 가지 구조를 채용할 수 있으며, 이것에 한정되지 않으나, 도 4의 (a)에 그 일례를 도시한다. 즉, 도 4의 (a)에 도시된 본 발명의 컵형 용기의 일례에서는, 동체부(9), 동체부(9)에 연속되는 바닥부(8)로 이루어지고, 바닥부(8)의 일부가 제품 정립 시의 접지면(13)에 접지하고 있다. 또한 동체부(9)는 그 하부에 있어서 완만한 곡면을 형성하고, 상부에는 스택부(11) 및 플랜지(10)가 각각 형성되어 있다.
본 발명의 컵형 용기에 이용되는 폴리프로필렌으로서는, 호모 폴리프로필렌 외에, 에틸렌 등의 다른 α-올레핀을 함유하는 랜덤 또는 블록 공중합체를 사용할 수 있다. β결정의 생성이라고 하는 관점에서는 호모 폴리프로필렌이 가장 적합하지만, 압축 성형성의 관점에서 랜덤 폴리프로필렌을 적합하게 사용할 수 있다.
또한 이용하는 폴리프로필렌의 멜트 플로우 레이트(MFR)는 5 g/10분 내지 30 g/10분의 범위, 특히 10 g/10분 내지 20 g/10분의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 컵형 용기에 있어서는, 특히 β결정 핵제를 이용하지 않아도 β결정을 용기 동체부에 형성할 수 있으나, 압축 성형에 의한 컵형 용기의 성형성을 손상시키지 않는 범위에서, 종래 공지의 β결정 핵제를 배합해도 좋다.
본 발명의 컵형 용기는, 폴리프로필렌의 단층 구조의 것이어도 좋고, 또는 다른 열가소성 수지와의 다층 구조를 취할 수 있다. 이 경우, 폴리프로필렌은 내층 및/또는 외층을 구성하는 것이 특히 바람직하다.
폴리프로필렌과 함께 다층 구조를 구성할 수 있는 열가소성 수지로서는, 용융 성형이 가능한 한 다양한 것을 사용할 수 있으나, 본 발명의 컵형 용기에 있어서는 특히, 에틸렌비닐알코올 공중합체, 폴리아미드 수지, 환상 올레핀계 수지 등의 배리어성 수지나, 산소 흡수제 또는 산화성 유기 성분 및 천이 금속 촉매를 함유하는 산소 흡수성 수지 조성물 등을 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명의 컵형 용기에서는 특히, 에틸렌비닐알코올 공중합체와의 다층 구조를 형성하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 에틸렌 함유량이 32 몰% 미만인 에틸렌비닐알코올 공중합체를 사용하는 것이 가스 배리어성의 관점에서 적합하다.
즉, 에틸렌비닐알코올 공중합체의 가스 배리어성은 에틸렌 함유량에 영향을 받으며, 에틸렌 함유량이 적을수록 우수한 가스 배리어성을 발현할 수 있는 한편, 에틸렌 함유량이 적은 에틸렌비닐알코올 공중합체는, 가공성, 열안정성이 뒤떨어지지만, 본 발명에서는, 압축 성형에 의해 컵형 용기의 성형을 행하고 있기 때문에, 저온에서의 압출이 가능하고, 체류 시간을 짧게 할 수도 있으며, 또한 2차 가공의 필요성도 없고, 나아가 유동 배향을 억제하고 있기 때문에, 이러한 에틸렌비닐알코올 공중합체를 열화시키지 않고, 사용할 수 있다.
폴리프로필렌, 또는 다른 층을 구성하는 수지 또는 수지 조성물에는, 충전제, 착색제, 내열 안정제, 내후 안정제, 산화 방지제, 노화 방지제, 광 안정제, 자 외선 흡수제, 대전 방지제, 금속 비누나 왁스 등의 활제, 개질용 수지 내지 고무 등의 공지의 수지 배합제를, 그 자체 공지의 처방에 따라서 배합할 수 있다.
본 발명의 컵형 용기의 성형 방법에서는, 폴리프로필렌 단독 또는 폴리프로필렌과 다른 열가소성 수지로 이루어지는 용융물을 연속적으로 압출기로부터 압출하고, 종래 공지의 합성 수지 공급 장치의 절단 수단에 의해 이것을 절단하여, 용융 상태에 있는 용융 수지 덩어리를 제조하며, 이 용융 수지 덩어리를 유지 수단으로 유지하여, 압축 성형기의 하부 금형에 안내 수단을 통해 투입한 후, 이것을 상부 금형과 하부 금형으로 압축 성형하고, 냉각 고화시킴으로써 컵형 용기를 성형할 수 있으나, 본 발명에서는 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 캐버티(1) 내에 투입된 용융 수지 덩어리(7)를 코어 금형(2)이 하강하여 가압하기에 앞서, 플랜지 형성 공간 규정 금형(3)으로 개구 단부가 되어야 할 부분 또는 그 일부(도 3에서는 플랜지 형성부)를 규제하고[도 3의 (a)], 계속해서, 코어 금형(2)이 더욱 하강할 때, 캐버티(1) 및 코어 금형(2)으로 형성되는 바닥부 형성 공간(4) 및 동체부 형성 공간(5)의 두께를 서서히 변화시키며, 동체부의 두께가 마지막에 규정되도록 하는 것이 중요하다. 또한, 도 3에서는, 하부 금형은 캐버티를 갖는 암(雌)금형, 상부 금형은 코어를 갖는 수(雄)금형인 경우를 나타내고 있으나, 하부 금형이 수금형이고 상부 금형이 암금형인 아래 위가 반대로 된 경우도 동일하게 적용할 수 있다.
이와 같이, 용융 수지를 원활하게 유동시켜, 유동 배향의 발생을 억제함으로써, 성형되는 용기의 배향을 적절하게 제어함으로써, β결정을 성형하는 것이 가능해진다.
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 셸층으로 이루어지는 다층 구조를 갖는 용융 수지 덩어리로 성형된다. 이러한 다층 구조를 갖는 용융 수지 덩어리를 압축 성형하면, 중간층이 표면으로 노출되는 일이 없고, 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 셸층으로 이루어지는 용융 수지 덩어리이면 된다.
실시예
본 발명을 다음의 예에 의해 더 설명한다.
1. 피크 강도비(K1 및 K2)
(1) 측정 장치 및 측정 조건
투과형 미소 X선 회절 장치 RAD-RB[(주)리가쿠 제조]
타겟: Cu, 필터: Ni, 검출기: 고니오미터-PSPC MDG, 계수 가스: Ar 90%+CH4 10%, 계수 가스 압력: 180 kgf/㎠, 전압: 30 ㎸, 전류: 90 ㎃, 주사 속도: 2°/min, 스텝 폭: 0.081°, 측정 시간: 600초
(2) X선 회절 강도 측정에 의한 피크 강도비(K1)의 산출
상기 측정 장치를 이용하여, 컵형 용기로부터 잘라낸 동체부 및 플랜지부의 시험편의 원주 방향을 x, 높이 방향을 y라고 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도를 측정하였다.
이때에 얻어지는 디바이 고리의 x 방향의 피크 강도 분포에 있어서, 미러 지수가 (110)인 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 강도(P1)와, 미러 지수가 (040)인 결정면에 의한 회절을 나타내는 회절각 2θ=17.2°에서의 피크 강도(P2)를 구하고, 또한 상기 피크 강도(P1와 P2)의 강도비, K1=P1/P2를 구하였다. 측정 샘플수는 N=3이고, 그 평균값을 측정 결과로 하였다.
또한, 상기 피크 강도(P1, P2)의 측정에 있어서는, 그 측정에 있어서 공기에 의한 X선 산란의 영향을 배제하기 위해서, 시험편이 없는 상태에서 측정한 공기 산란값을 측정값에서 빼어, 시험편에만 기인하는 피크 강도(P1, P2)를 구하였다.
또한 시험편은, 접지면으로부터의 높이(h)가 시험편의 중심이 되도록 한 변이 7 ㎜인 정사각형으로 잘라내었다.
그 결과를 표 1 및 도 1에 나타낸다.
(3) X선 회절 강도 측정에 의한 피크 강도비(K2)의 산출
상기 (2)와 동일한 조건으로 X선 회절 강도를 측정하였다.
이때에 얻어지는 디바이 고리의 x 방향의 피크 강도로부터 비결정부의 회절 강도를 뺀 분포에 있어서, 미러 지수가 (300)인 결정면에 의한 회절각 2θ=16.3°에서의 피크 강도(Hβ1)와, 미러 지수가 (110)인 결정면에 의한 회절각=14.5°에서의 피크 강도(Hα1)와, 미러 지수가 (040)인 결정면에 의한 회절각=17.2°에서의 피크 강도(Hα2)와, 미러 지수가 (130)인 결정면에 의한 회절각=18.8°에서의 피크 강도(Hα3)를 구하고, 이들 값으로부터 K2=Hβ1(Hβ1+Hα1+Hα2+Hα3)를 구하였다.
또한, 상기 피크 강도(Hβ1, Hα1, Hα2, Hα3)의 측정에 있어서는, 그 측정에 있어서 공기에 의한 X선 산란의 영향을 배제하기 위해서, 시험편이 없는 상태에서 측정한 공기 산란값을 측정값에서 빼고, 거기에서 비결정부의 회절 강도를 빼어 시험편에만 기인하는 피크 강도(Hβ1, Hα1, Hα2, Hα3)를 구하였다. 피크의 검출에는 5점 미분을 이용하고 있으며, 이에 따라 검출되지 않는 피크는 존재하지 않는 것으로 간주하고 있다.
또한 시험편은, 접지면으로부터의 높이(h)가 시험편의 중심이 되도록 한 변이 7 ㎜인 정사각형으로 잘라내었다.
그 결과를 표 2 및 도 2에 나타낸다.
2. 용기 강도 평가
대형 텐실론 UCT-5T[(주)오리엔테크 제조]를 이용하여, 용기의 접지면으로부 터의 높이 방향의 위치가 중심이 되도록 길이 15 ㎜×폭 7㎜로 시험편을 잘라내고, 초기 길이 5 ㎜×폭 7 ㎜를 상기 용기의 높이 방향 및 둘레 방향의 인장 시험을 실온 23℃, 습도 50%의 환경하에서 행하고, 파단될 때까지의 신장을 측정하였다. 측정 샘플수는 N=3이며, 그 평균값을 측정 결과로 하였다.
그 결과를 표 3에 나타낸다.
3. 치수 정밀도 평가
MAGNA-MIKE8000(미국·파나메트릭스사 제조)을 이용하여, 컵형 용기의 높이 방향의 위치에 있어서, 둘레 방향으로 120° 간격으로 3점에 대하여 두께를 측정하고, 그 두께의 최대값과 최소값의 차를 편차로 하여 치수 정밀도를 평가하였다.
그 결과를 표 4에 나타낸다.
[실시예 1]
랜덤 폴리프로필렌 수지[(주)프라임 폴리머 제조 J226E, MFR(멜트 플로우 레이트): 20 g/10분]을 φ75 압출기(L/D=30)에 공급하여, 압출기 온도 220℃, 다이 온도 220℃, 수지 압력 1.2 ㎫의 조건으로 압출함과 아울러 절단하여, 용융 수지 덩어리를 얻었다. 이 용융 수지 덩어리를 20℃의 압축 금형 내로 반송하고, 플랜지의 일부를 미리 규정하며, 용기 동체부 및 바닥부를 형성하는 부분의 두께를 변화시키면서 압축 성형을 행하여, 도 4의 (a)에 도시된 단면 구조를 갖는, 용기 동체부 두께 0.5 내지 0.6 ㎜, 용기 높이 61.5 ㎜, 용기 플랜지 외경 95 ㎜, 내용적 220 ㏄, 중량 9.2 g의 단층 컵형 용기를 얻었다.
계속해서, 이 단층 컵형 용기의 피크 강도비(K1 및 K2)를 구하고, 용기 강도 평가 및 치수 정밀도 평가를 행하였다.
[실시예 2]
내외층 수지로서 랜덤 폴리프로필렌 수지[(주)프라임 폴리머 제조 J226E, MFR: 20 g/10분]를, φ75 압출기(L/D=30)에 공급하여, 압출기 온도 210 ℃, 수지 압력 1.2 ㎫의 조건으로 압출하였다.
또한, 에틸렌비닐알코올 공중합체 수지[(주)쿠라레 제조 에발(Eval) SP474B]를 φ25 압출기(L/D=25)에 공급하여, 압출기 온도 220℃, 수지 압력 2 ㎫의 조건으로 압출하였다.
또한, 상기 내외층과 중간층을 접착하기 위한 접착층 수지로서 변성 폴리프로필렌 수지[미츠이 가가쿠(주) 제조 QF551]를, φ30 압출기(L/D=25)에 공급하여, 압출기 온도 220℃, 수지 압력 4.8 ㎫의 조건으로 압출하였다.
그리고, 상기 내외층, 중간층, 접착용 수지를 230℃의 다이에서 합류시키고 절단하여, 다층 용융 수지 덩어리를 얻었다.
이 다층 용융 수지 덩어리를 실시예 1과 동일한 조건으로 압축 성형을 행하여, 내외층이 랜덤 폴리프로필렌 수지, 중간층이 에틸렌비닐알코올 공중합체 수지, 및 상기 내외층과 중간층 사이의 접착층이 변성 폴리프로필렌 수지로 구성된, 실시예 1과 동일한 형상의 다층 컵형 용기를 얻었다.
계속해서, 실시예 1과 동일한 측정 및 평가를 행하였다.
[실시예 3]
호모 폴리프로필렌 수지[(주)프라임 폴리머 제조 J106G, MFR: 15 g/10분]를 이용하고, 압출기 온도를 230℃로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 용융 수지 덩어리를 얻고 압축 성형을 행하여, 동일한 단층 컵형 용기를 얻은 후, 실시예 1과 동일한 측정 및 평가를 행하였다.
[실시예 4]
블록 폴리프로필렌 수지[(주)닛폰 폴리프로 제조 BC3L, MFR: 10 g/10분]를 이용하고, 압출기 온도를 220℃로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 용융 수지 덩어리를 얻고 압축 성형을 행하여, 동일한 단층 컵형 용기를 얻은 후, 실시예 1과 동일한 측정 및 평가를 행하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 동일한 형상이며, 용기 동체부 두께: 0.3 ㎜ 내지 0.8 ㎜, 내외층이 호모 폴리프로필렌 수지인 시판되는 폴리프로필렌제 다층 압공 성형 컵형 용기의 측정 및 평가를 행하였다.
[비교예 2]
랜덤 폴리프로필렌을 사출 성형에 의해 두께 1 ㎜의 시트 형상으로 성형한 후에 압공 성형하여 얻어진, 상기 실시예 1과 동일한 형상이며, 용기 동체부 두께: 0.3 ㎜ 내지 0.8㎜인 랜덤 폴리프로필렌제 단층 압공 성형 컵형 용기의 측정 및 평가를 행하였다.
[비교예 3]
도 4의 (b)에 도시된 단면 구조를 가지며, 용기 동체부 두께: 0.7 ㎜ 내지 0.8 ㎜, 용기 높이(바닥부에 높이 8 ㎜의 스커트부를 가짐): 61 ㎜, 용기 플랜지 외경: 95 ㎜, 내용적: 시판되는 185 ㏄의 호모 폴리프로필렌제 단층 사출 성형 컵형 용기의 측정 및 평가를 행하였다.
[비교예 4]
용기 동체부 및 바닥부의 두께를 규정하는, 캐버티 및 코어 금형의 클리어런스를 미리 규정하여, 실시예 1과 같이 캐버티 및 코어 금형의 클리어런스를 변화시키지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 압축 성형에 의해, 실시예 3과 동일한 호모 폴리프로필렌 수지를 이용하여, 상기 실시예 1과 동일한 형상의 단층 압축 성형 컵형 용기를 성형해서, 실시예 1과 마찬가지로 그 측정 및 평가를 행하였다.
상기 실시예의 결과로부터, 본 발명의 압축 성형에 의한 컵형 용기는, 종래의 압공, 사출 성형에 의한 컵형 용기에 비하여 용기 강도가 우수하고, 또한, 종래의 압공 성형에 의한 컵형 용기에 비하여 치수 정밀도가 우수한 것을 알 수 있다.
Figure 112009016638715-PCT00001
Figure 112009016638715-PCT00002
Figure 112009016638715-PCT00003
Figure 112009016638715-PCT00004

Claims (7)

  1. 폴리프로필렌을 압축 성형함으로써 얻어지며, 적어도 동체부 및 바닥부로 이루어지는 컵형 용기에 있어서, 상기 동체부의 두께가 1.0 ㎜ 이하이고, 하기식
    K1=P1/P2
    [식 중, P1 및 P2는 각각, 용기 동체부로부터 잘라낸 시험편의 원주 방향을 x, 높이 방향을 y라고 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도를 측정했을 때에 얻어지는 디바이 고리(Debye ring)의 x 방향의 피크 강도 분포에 있어서, 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 강도 및 회절각 2θ=17.2°에서의 피크 강도임]
    로 표시되는 K1의 값이 0.5 내지 1.0의 범위에 있는 것, 및/또는 하기식
    K2=Hβ1/(Hβ1+Hα1+Hα2+Hα3)
    [식 중, Hβ1, Hα1, Hα2, Hα3는 각각, 용기 동체부로부터 잘라낸 시험편의 원주 방향을 x, 높이 방향을 y라고 정의하고, 상기 시험편의 xy 평면에 대하여 수직으로 X선을 입사하여 회절 강도를 측정했을 때에 얻어지는 디바이 고리의 x 방향의 피크 강도 분포에 있어서, 회절각 2θ=16.3°에서의 피크 강도, 회절각 2θ=14.5°에서의 피크 강도, 회절각 17.2°에서의 피크 강도, 회절각 18.8°에서의 피크 강도로부터 비결정부의 회절 강도를 뺀 값임]
    로 표시되는 K2의 값이 동체부의 적어도 일부에 있어서 K2＞0인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌제 컵형 용기.
  2. 제1항에 있어서, 플랜지부가 형성되어 있고, 상기 플랜지부에서의 K1의 값은 0.5 내지 1.5의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌제 컵형 용기.
  3. 제1항에 있어서, 적어도 용기 바닥부 및 동체부에 있어서, 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌제 컵형 용기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다층 구조는 적어도 폴리프로필렌으로 이루어지는 내외층 및 다른 열가소성 수지로 이루어지는 중간층으로 이루어지고, 상기 내외층이 중간층을 완전히 피복하여, 중간층이 용기 표면으로 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌제 컵형 용기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 중간층은 에틸렌 공중합 비율이 32 몰% 미만인 에틸렌비닐알코올 공중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌제 컵형 용기.
  6. 적어도 폴리프로필렌으로 이루어지는 용융 수지 덩어리를 하부 금형에 투입한 후, 상부 금형과 하부 금형으로 압축하여 이루어지는 폴리프로필렌제 컵의 압축 성형 방법에 있어서,
    상기 하부 금형에 용융 수지 덩어리가 투입된 후 상부 금형 또는 하부 금형의 이동에 앞서 개구 단부가 되어야 할 부분 또는 그 일부를 규정하고, 상부 금형 또는 하부 금형의 이동 시에, 용기 바닥부 및 동체부를 형성하는 부분의 두께를 변화시키면서 압축 성형을 행하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌제 컵형 용기의 압축 성형 방법.
  7. 제10항에 있어서, 상기 용융 수지 덩어리는 다층 구조를 갖는 다이 헤드에 의해 압출된 다층 구조의 용융 수지 덩어리인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌제 컵형 용기의 압축 성형 방법.
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