KR20160070791A

KR20160070791A - 요철 표면을 갖는 플라스틱 성형체

Info

Publication number: KR20160070791A
Application number: KR1020167012267A
Authority: KR
Inventors: 츠토무 이와사키; 마사키 아오야; 사토오 기무라
Original assignee: 도요세이칸 그룹 홀딩스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-06-20
Also published as: CN105658414A; JP6206084B2; US20160251126A1; WO2015060118A1; JP2015080929A; EP3061591A1

Abstract

본 발명의 플라스틱 성형체는, 전사법에 의해 형성된 요철면으로 이루어지는 표면을 갖고 있고, 해당 요철면은, 1차 요철과, 1차 요철의 적어도 일부에 형성되고 또한 미세한 2차 요철로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 플라스틱 성형체에 있어서의 상기 요철면에서는, 여러 가지의 액체에 대하여 우수한 전락성이 지속되어 발휘되고, 또한 이러한 요철면은 용이하게 제작할 수 있다.

Description

요철 표면을 갖는 플라스틱 성형체{PLASTIC MOLDING WITH IRREGULAR SURFACE}

본 발명은, 전사법에 의해 형성된 요철면을 갖는 플라스틱 성형체에 관한 것이며, 보다 상세하게는 그 제조 방법에도 관한 것이다.

일반적으로 플라스틱은, 유리나 금속 등에 비하여 성형이 용이하고, 여러 가지의 형상으로 용이하게 성형할 수 있기 때문에, 여러 가지의 용도로 사용되고 있다. 그 중에서도, 보틀 등의 용기나 용기에 장착되는 캡 등의 포장 분야는, 플라스틱의 용도의 대표적인 분야이다.

그런데, 상기의 용기에 액체가 수용되어 있는 경우에는, 반드시 액 흐름(liquid dripping)의 문제가 있어, 용기 내에 수용된 액체를 마우스부로부터 주출(注出)할 때, 주출된 액체가 용기 마우스부의 외벽면을 따라서 외부로 흘러 떨어지지 않는 바와 같은 고안이 요구된다.

또, 캡도 마찬가지로, 액체가 수용되어 있는 용기에 장착되어 있는 캡에서는, 이것을 부착한 상태인 채로 용기 내 용액을 주출하는 타입인 것이, 음료나 조미액 등을 수용하는 용기용의 캡으로서 널리 사용되고 있다. 이런 종류의 캡에서는, 캡의 정판부(頂板部)에, 풀링(pull-ring)을 가진 당김에 의해 내용액 주출용 개구가 형성되고, 이 개구를 통하여 내용액이 주출되는 것이지만, 주출되는 내용액이 개구 주변에 흘러 떨어지지 않도록 해당 개구를 둘러싸도록 주출통이 형성되어 있으며, 개구를 통해 용기 내로부터 주출되는 내용액은 이 주출통의 내면을 따라서 흘러 그 선단으로부터 외부로 배출되도록 되어 있다. 즉, 이러한 캡에서는, 주출통의 선단에서의 액 흐름을 방지하는 고안이 요구된다.

액 흐름을 방지하는 수단으로는, 여러 가지의 제안이 이루어지고 있지만, 그 대부분은 용기 마우스부의 내면 및 외면에 발수성의 피막을 설치한다는 것이다. 예를 들면 특허문헌 1에서는, 용기의 마우스부에 산화 주석 또는 산화 티탄의 피막을 설치하는 것이 제안되어 있고, 특허문헌 2에서는, 용기의 마우스부에 실리콘 오일의 베이크(bake) 피막을 설치하는 것이 제안되어 있다.

또, 특허문헌 3에는, 캡에 설치되어 있는 주출통에, 액의 흐름(flow) 방향으로 연장되어 있는 여러 줄의 미세 홈을 설치함으로써, 액 흐름을 방지하는 것이 제안되어 있다.

상기 특허문헌 1, 2에 보이는 바와 같이, 용기의 마우스부에 발수성의 피막을 설치한다는 수단은, 액 흐름 방지에 유효하기는 하지만, 용기 마우스부를 덮도록 각별한 재료로 피막을 설치하지 않으면 안 되기 때문에, 비용의 증대를 초래할 뿐만 아니라, 피막의 형성 작업도 용이하지 않다는 문제가 있다. 특히, 용기 마우스부의 외주면에 캡 체결용의 나사산이 형성되어 있는 경우에는, 나사산이 용기 마우스부의 상단 부근에까지 연장되어 있기 때문에, 용기 마우스부 상단 근방에 요철이 형성되어, 상기와 같은 피막 형성이 한층 곤란해지며, 또 피막 두께에 불균일도 발생하기 쉽다.

또, 특허문헌 3과 같이, 캡의 주출통에 다수의 미세 홈(즉, 요철면)을 설치한다는 수단은, 이론상은 발액성을 현저하게 높일 수 있어 가장 바람직한 수단이다. 즉, 요철면 상을 액이 흐를 때에는, 요철면과 액체와의 접촉 상태는, 고액(固液) 접촉 및 기액(氣液) 접촉이 되고, 또한, 기체(공기)는 가장 소수성이 높은 물질이다. 이 때문에, 요철의 소밀을 적당하게 설정함으로써, 현저하게 높은 발액성(액 끊김성)이 발현하여, 액 흐름을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.

그러나, 이러한 요철면을 형성한 경우에 있어서, 모든 액체에 대해서 높은 발액성이 얻어지는 것은 아니고, 액에 따라 발액성에 대해서 상당한 편차가 확인된다.

예를 들면, 본 발명자 등에 의한 연구에 의하면, 물에 대한 발액성이 가장 높고, 간장에서는 물보다도 낮고, 소스는 간장보다도 발액성이 낮다. 즉, 폴리프로필렌(PP) 필름의 표면에 소정의 요철을 형성하고, 요철면에 액적을 두고, PP 필름을 기울여, 이 요철면 상의 액적이 흘러 떨어질 때의 경사 각도 α(즉 전락각)를 측정하면, 요철면의 소밀의 정도에 따라서도 변화하지만, 물의 전락각은 대략 10도보다도 낮고, 간장에서는 15∼20도, 소스에서는 대략 40도 전후이다.

또, 발수성의 수명도 짧다는 문제가 있다. 예를 들면, 상기의 전락각 α에서의 전락 시험을 반복하여 실시하면, 물에서는 50회 정도는 안정적인 전락을 나타내지만, 간장이나 소스에서는 10회 정도로 전락하지 않게 되어 버린다.

이와 같이, 요철면을 형성했다고 해서 높은 발액성이 장기에 걸쳐 안정적으로 발현하는 것은 아니다.

또한, 특허문헌 4에는, 단면(斷面) 형상이 삼각형상인 볼록줄(또는 V홈)로 이루어지는 제 1 요철과, 제 1 요철 내에 형성되고 또한 제 1 요철보다도 작은 거칠기의 제 2 요철이 형성되어 있는 발수성 고휘도 투명재가 제안되어 있다.

즉, 특허문헌 4는, 이러한 계층 구조의 요철의 형성에 의해 우수한 발수성을 발현시키고 있는 것이지만, 제 1 요철은 휘도 향상을 위해 형성되어 있기도 하고, 발수성의 발현에 대해서는, 상세한 검토는 이루어져 있지 않고, 물에 대한 전락각의 실험이 이루어지고 있는 것에 지나지 않으며, 또, 이러한 프랙탈 구조는 내마모성을 갖고 있어, 제 2 미세한 요철이 마모에 의해 소멸했다고 해도, 제 1 요철에 의해 발수성이 확보되는 것은 나타나고 있지만, 액의 전락을 반복했을 때, 전락각 α가 어느 정도 지속되는지에 대한 검토도 이루어져 있지 않다.

또, 제 1 요철 상에 형성되는 제 2 요철은, 실리카 등의 무기 입자가 분산된 불소 수지 등의 발수성 수지의 박막에 의해 형성되기 때문에, 그 제조가 매우 번거로워, 생산성이 나쁘다는 문제도 있다.

일본국 특개 2001-97384호 일본국 특개 평9-193937호 일본국 특개 2009-113831호 일본국 특개 2003-1736호

따라서, 본 발명의 목적은, 여러 가지의 액체에 대하여 우수한 전락성이 지속하여 발휘되고 또한 용이하게 제작되는 전락면을 구비한 플라스틱 성형체 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의하면, 전사법에 의해 형성된 요철면을 갖는 플라스틱 성형체에 있어서, 해당 요철면은, 1차 요철과, 해당 1차 요철의 적어도 일부에 형성되고 또한 미세한 섬모상(狀)의 2차 요철로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형체가 제공된다.

본 발명의 플라스틱 성형체에 있어서는,

(1) 상기 2차 요철은, 단파장 컷 오프값 λs≤500㎚, 장파장 컷 오프값 λc≤20㎛로 했을 때의 산술 평균 거칠기 Ra가 5㎚∼6㎛의 범위에 있고, 또한 1차 요철에 있어서의 단위 면적당의 볼록부 정부(頂部)의 면적으로 나타나는 1차 요철 비(比) Φs가 0.05 이상인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 플라스틱 성형체는,

(2) 내용액을 주출할 때의 안내가 되는 주출용 통을 구비한 캡 또는 스파우트의 형태를 갖고 있고, 해당 주출용 통의 선단에, 상기 요철면이 형성되어 있는 것, 또는,

(3) 보틀의 형태를 갖고 있으며, 해당 보틀의 마우스부 선단에, 상기 요철면이 형성되어 있는 것이라는 양태에 있어서 적합하게 사용된다.

본 발명에 의하면, 또, 소정 형상으로 성형된 플라스틱 성형체와, 부형면을 갖는 스탬퍼를 준비하는 공정 및, 상기 스탬퍼의 부형면을 플라스틱 성형체의 소정의 표면에 가열하에 꽉 누름으로써, 해당 부형면의 형상을 해당 플라스틱 성형체의 표면에 전사하는 공정을 포함하고,

상기 스탬퍼의 부형면은, 1차 요철과, 해당 1차 요철의 적어도 일부에 형성되고 또한 미세한 2차 요철을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형체의 제조 방법이 제공된다.

　본 발명의 플라스틱 성형체는, 전사법에 의해 형성된 요철 표면을 갖고 있지만, 이 요철 표면은 소위 계층 구조를 갖는 것이며, 1차 요철과, 해당 1차 요철의 적어도 일부(특히, 1차 요철의 볼록면)에 형성되어 있는 미세한 2차 요철로 구성되어 있다.

이러한 계층 구조를 갖는 요철 표면에서는, 후술하는 실시예에도 나타나 있는 바와 같이, 여러 가지의 액체에 대하여 우수한 전락성을 나타내며, 예를 들면 간장이나 소스라도 물에 가까운 전락각 α를 나타낸다. 게다가, 이러한 전락성의 수명은 길고, 예를 들면 간장이나 소스에서는, 전락을 30회 정도 반복하여 실시한 경우에도, 그 전락각 α는 거의 변화하고 있지 않다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상술한 요철면은, 스탬퍼(전사용 지그)의 부형면을 가열하에 꽉 누른다는 전사법에 의해 형성되기 때문에, 잔류 변형에 의해 치수가 변화한다는 문제는 발생하지 않는다. 또, 플라스틱 표면을 형성하는 플라스틱과는 상이한 다른 재료(예를 들면 불소 수지 등)를 요철면에 코팅하여 2차 요철을 형성하는 등의 수단, 즉, 번거롭고 또한 재료비가 비싼 수단에 의해 전락성 면을 형성하는 것은 아니기 때문에, 생산성도 높고, 또한 제조 비용도 염가이다.

이러한 본 발명의 플라스틱 성형체는, 그 전락성 면이 염가인 방법으로 또한 용이하게 형성되는 데다가, 여러 가지의 액체에 대하여, 우수한 전락성이 지속하여 발휘되기 때문에, 예를 들면 캡이나 스파우트, 또는 보틀 등의 용기의 소정의 부위(내용액이 주출되는 부분)에, 이 전락성 면을 형성함으로써, 우수한 액 끊김성을 확보할 수 있고, 이러한 포장 분야에서의 큰 과제인 액 흐름을 유효하게 방지할 수 있다.

도 1은 요철면에서의 액적의 접촉 패턴을 Cassie-Baxter 모델 및 Wenzel 모델로 나타내는 모식도이다.
도 2는 액적의 에너지 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 플라스틱 성형체에 형성되어 있는 발액성 표면을 부분적으로 확대하여 액적과 함께 나타내는 도면이다.
도 4는 발액성 표면의 형성 수단을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 플라스틱 성형체의 일례인 포장체(보틀과 캡의 조합)를 나타내는 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 플라스틱 성형체의 일례인 힌지 캡을 나타내는 측단면도이다.
도 7은 도 6의 힌지 캡의 평면도이다.
도 8은 실시예에서 이용한 스탬퍼의 2차 요철면을 나타내는 SEM 사진(배율 100배, 500배, 1000배 및 5000배)이다.
도 9는 실시예에서 얻어진 플라스틱 성형체(폴리프로필렌제 기판)의 요철면의 SEM에서의 평면 관찰상(배율 500배 및 5000배) 및 단면 관찰상(배율 1000배 및 5000배)이다.

<요철면에서의 전락성, 반복 전락성의 원리>

우선, 본 발명의 스탬퍼를 이용하여 플라스틱 성형체 표면에 형성되는 계층 구조면에 의한 발액성, 전락성, 반복 전락성에 대해서 설명한다.

요철면에서의 액적의 접촉 패턴을 나타내는 도 1을 참조하여, 액적이 요철면 상에 놓인 Cassie 모드에서는, 요철면의 오목부가 에어 포켓이 되어 있고, 액적은 고체와 기체(공기)의 복합 접촉이 된다. 즉, 이러한 복합 접촉에서는, 소수성이 가장 높은 공기에 액체가 접촉하기 때문에, 높은 발수성이 발현한다.

이러한 Cassie 모드에서의 요철 표면의 접촉각의 이론식 (1)은 다음과 같다.

cosθ^*＝(1－φ_s)cosπ＋φ_Scosθ_E

＝φ_s－1＋φ_Scosθ_E (1)

θ_E: 접촉각

θ^*: 외관의 접촉각

φ_s: 단위 면적당의 볼록부 정부의 면적

이 이론식으로부터 이해되는 바와 같이, φ_s가 작을수록, 외관의 접촉각 θ^*는 180도에 가까워져, 초발액성을 나타내게 된다.

한편, 액적이 요철면의 오목부에 침입한 경우에는, 액적은 복합 접촉이 아닌, 고체와의 접촉일 뿐이며, Wenzel 모드로 나타난다. 이러한 Wenzel 모드에서의 요철 표면의 접촉각의 이론식 (2)는 다음과 같다.

cosθ^*＝rcosθ_E (2)

θ_E: 접촉각

θ^*: 외관의 접촉각

r: 요철도(＝실접촉 면적/액적의 투영 면적)

이 이론식으로부터 이해되는 바와 같이, r이 클수록, 외관의 접촉각 θ^*는 180도에 가까워져, 초발액성을 나타내게 된다.

여기에서, 발액성에 대해서는, 상기와 같이, Wenzel 모드와 Cassie 모드의 어느 상태라도 발액성이 향상되는 것은 알려져 있지만, 전락성 및 반복 전락성을 향상시키기 위해서는, Wenzel 모드가 아니라, Cassie 모드를 안정적으로 유지하는, 즉, 오목부의 에어 포켓을 안정적으로 유지하는 것이 유효하다고, 본 발명자 등은 생각하고 있다. Wenzel 모드는 액상과 고상의 계면이 크고, 결과, 계면에 작용하는 물리적인 흡착력도 커지기 때문에, 접촉각은 크고 발액은 하고 있지만, 액적이 용이하게 전락하는 일은 없다. Cassie 모드는 계면이 작기 때문에, 액적이 전락할 때 넘지 않으면 안 되는 에너지 장벽이 낮아, 용이하게 전락하여, 몇 번이라도 반복 전락한다고 생각되기 때문이다.

그리고, 본 발명자 등은, 안정적으로 Cassie 모드를 유지하기 위한 조건을 탐색하기 위해, 액적의 에너지에 관한 하기의 식 (3)을 이용하여, 시뮬레이션을 실시했다.

G/((9π)^1/3×V^2/3×σ_LV)

＝(1－cosθ^*)^2/3×(2＋cosθ^*)^1/3 (3)

식 중, G는, 기판 상에 놓여진 액적의 에너지,

V는, 액적의 체적,

σ_LV는, 액상-기상 간의 표면 장력,

θ^*는, 외관의 접촉각이다.

또, 시뮬레이션의 조건은,

요철 패턴: 라인 ＆ 스페이스 형상

볼록부 정폭(頂幅): 20㎛

요철 패턴 깊이: 50㎛로 했다.

상기의 식 (3)의 시뮬레이션에 의하면, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, θ_E＝94˚에서는, 요철의 소밀을 나타내는 φ_s(단위 면적당의 볼록부 정부의 면적)에 상관없이, Wenzel 모드가 항상 안정적이며, 그러한 플라스틱 표면에서는, 전락성, 반복 전락성은 낮다고 생각된다. 그러나, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 초기의 접촉각을 향상시켜, θ_E＝105˚에서는, φ_s≥0.5의 범위에 있어서, Cassie 모드가 항상 안정적이며, 전락성, 반복 전락성의 향상을 기대할 수 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전체로서 100으로 나타내어지고, 1차 요철(160)(오목부(160a), 볼록부(160b))과, 1차 요철의 표면에 형성된 미세한 2차 요철(165)로 이루어져 있는 플라스틱 표면에 의하면, 미세한 2차 요철(165)의 효과에 의해, 초기의 접촉각을 향상시키고, 1차 요철(160)에 의해 Cassie 모드가 항상 안정적인 영역을 만들어 낼 수 있다고 추찰했다.

또, 폴리프로필렌제의 평판에 대한 시판 간장의 초기의 접촉각 θ_E는, θ_E＝94˚이다.

<본 발명에 있어서의 요철면>

본 발명의 플라스틱 성형체의 표면에 형성되는 요철면은, 상술한 전락 이론에 기초하여 설계된 것이다.

즉, 상기와 같은 형태에서는, 1차 요철(160) 위에 액적(170)이 놓인 상태로 전락을 발생시키게 되고, 1차 요철(160)의 오목부(160a)가 에어 포켓(1차 에어 포켓)이 되고, 전술한 Cassie 모드에서의 전락이 되어, 소정의 발액성이 발현되게 된다. 그런데, 이러한 1차 요철(160)만으로의 전락에서는, 액적(170)이 1차 요철(160)의 오목부(160b)에 침입해 버려, 전술한 Wenzel 모드에서의 전락이 되고, 1차 에어 포켓이 소실되어 계면이 커져, 계면에 작용하는 물리적인 흡착력도 커지기 때문에, 전락성, 반복 전락성은 저하하게 된다.

그런데, 본 발명에 의하면, 1차 요철(160) 위에 미세한 2차 요철(165)이 형성되어 있다는 소위 계층 구조를 갖고 있고, 2차 요철(165) 상에 액적(170)이 놓인 상태가 되기 때문에, 액적(170)과 2차 요철(165)과의 사이에도 에어 포켓(2차 에어 포켓)이 형성된다. 즉, 액적(170)과 2차 요철(165)과의 사이의 2차 에어 포켓이 1차 요철(160)의 오목부(160a) 내로의 침입을 저지하고, 1차 요철(160)과 액적(170)과의 사이에 형성되는 에어 포켓의 소실을 효과적으로 방지할 수 있어, Cassie 모드에서의 상태가 안정적으로 유지되게 되어, 우수한 전락성을 확보하고, 또한, 전락 동작이 반복하여 실시되어도, 1차 에어 포켓이 안정적으로 유지되기 때문에, 반복 전락성도 향상된다.

이러한 계층 구조를 갖는 발액성 면(100)에 있어서, 2차 요철(165)은, 이 2차 요철(165) 상의 액적이 1차 요철(160)의 오목부(160a) 내로의 침입을 저지하는 바와 같은 2차 에어 포켓이 형성되는 크기의 표면 거칠기를 갖고 있으면 되고, 예를 들면 산술 평균 거칠기 Ra(JIS B-0601-1994)가 5㎚∼6㎛, 특히 100㎚∼1㎛의 범위에 있는 것이 적합하다.

또, 1차 요철(160)은, Cassie 모드에 의한 발액성이 충분히 발휘되는 바와 같은 것이면 되고, 예를 들면 1차 요철에 있어서의 단위 면적당의 볼록부 정부의 면적으로 나타나는 1차 요철비 Φs가 0.05 이상, 바람직하게는 0.1 이상의 범위에 있는 것이 바람직하고, 또, 성형 또는 기계적 강도 등의 관점에서, 1차 요철비 Φs는 0.8 이하, 특히 0.5 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.

또한, 1차 요철(160)에 있어서의 깊이 d는 5∼200㎛, 특히 10∼50㎛의 범위에 있는 것이 적합하다.

또, 상술한 1차 요철(160)의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 1차 요철(160)의 오목부(160a) 내로의 침입을 효과적으로 저지한다는 관점에서, 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 오목부(160a)가 직사각형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 오목부(160a)가 V자 형상과 같은 형태로 되어 있으면, 액적(170)이 오목부(160a) 내로 들어가기 쉬워지기 때문이다.

또, 2차 요철(165)은, 1차 요철(160)의 표면 전체에 형성되어 있는 것이 최적이지만, 적어도 1차 요철(160)의 볼록부(160b)의 상단에 형성되어 있어도 된다. 도 3의 예에서는, 1차 요철(160)의 전체에 2차 요철(165)이 형성되어 있다. 이 경우, 볼록부(160)의 상단 이외의 부분의 2차 요철(165)은, 액적(170)의 오목부(160a) 내로의 침입을 저지하는 기능을 갖고 있지만, 예를 들면 2차 요철(165)이 1차 요철(160)의 볼록부(160b)의 상단에만 형성되어 있는 경우, 액적(170)의 오목부(160a) 내로의 침입 리스크는 약간 높아지지만, 실용상은 문제가 없는 레벨이다.

본 발명의 플라스틱 성형체에 있어서, 상술한 발액성 면(100)은, 전사법에 의해 형성해야 한다. 에칭 등의 가공 수단으로 상기의 발액성 면(100)을 형성하면, 잔류 응력에 의해 치수 변화를 발생시키고, 이 때문에, 설계했던 대로의 전락성, 반복 전락성을 발휘시킬 수 없게 될 우려가 있다. 그런데, 전사법에 의하면, 잔류 변형의 문제는 없어, 치수 변화에 의한 전락성, 반복 전락성의 변화를 유효하게 회피하는 것이 가능해진다.

또, 다른 재료를 도포한 막 형성에 의해 2차 요철(165)을 형성하는 수단으로는, 비용이 높아질 뿐만 아니라, 막 형성 작업이 번거로워, 생산성의 저하를 초래해 버린다. 또, 막 박리의 문제도 있다. 그런데, 전사법에 의하면, 표면을 형성하고 있는 플라스틱과는 다른 재료를 사용하는 것은 아니기 때문에, 비용의 문제는 없고, 또, 작업도 용이하여, 생산성이 높을 뿐만 아니라, 막 박리 등의 문제도 발생하지 않는다.

이러한 전사법에 의한 발액성 면(100)의 형성은, 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같은 스탬퍼를 이용하여 실시된다.

즉, 도 4에 있어서, Ni 등의 금속으로 이루어지는 스탬퍼(180)는, 전술한 요철면을 형성하기 위한 부형면(181)을 갖고 있다. 이 부형면(181)은, 1차 요철(160)에 대응하는 요철면(183)(볼록부(183a), 오목부(183b))을 갖고 있으며, 이 요철면(183)의 표면에는, 블래스트(blast) 가공 등에 의해 발생한 마이크로 크랙이나 칩핑에 의해, 전술한 2차 요철(165)에 대응하는 미세한 2차 요철(185)이 형성되어 있다.

도 4로부터 이해되는 바와 같이, 이 스탬퍼(180)를 가열하고, 상기의 부형면(181)을, 플라스틱 성형체의 발액성 면(150)으로 해야 할 면에 꽉 누름으로써, 해당 플라스틱 성형체의 표면에는 요철면(183)의 볼록부(183a)에 대응하여 오목부(160a), 오목부(183b)에 대응하여 볼록부(160b)로 이루어지는 1차 요철(160)이, 용융한 플라스틱이 침입함으로써 형성된다. 또, 이러한 1차 요철(160)에는, 부형면(181)에 형성되고, 마이크로 크랙에 의해 형성된 2차 요철(185)에 대하여, 용융한 플라스틱이 침입하고, 그것이 인발됨으로써, 섬모상의 미세한 2차 요철(165)이 형성되게 된다.

상기 전사 방법은, 상기 방법으로 제한되는 것이 아니고, 사출 성형법, 핫 엠보스법, UV 임프린트법 또는 압축 성형법을 이용해도 좋다.

본 발명의 플라스틱 성형체는, 상기와 같은 발액성 면(100)이 형성 가능한 플라스틱(예를 들면 열가소성 수지, 열경화성 수지, 광경화성 수지 등)에 의해 표면이 형성되어 있는 한, 임의의 재료로 형성되어 있어도 좋다.

<플라스틱 성형체의 형태>

본 발명의 플라스틱 성형체는, 그 발액성 면(100)이 나타내는 장수명이고 또한 우수한 발액성을 살려, 여러 가지의 형태로 할 수 있고, 특히 액 끊김성이 양호해지기 때문에, 음료, 조미액, 각종 약액을 수용하는 포장체로서 효과적으로 사용할 수 있다.

이러한 포장체의 적합예를 나타내는 도 5에 있어서, 이 포장체는, 마우스부(1)를 구비한 플라스틱 보틀과, 마우스부(1)에 장착된 캡(나사 캡)(3)으로 구성되고, 플라스틱 보틀 내에는 액체가 수용되어 있다.

이러한 포장체에 있어서, 플라스틱 보틀에서는, 도시되어 있지 않지만, 마우스부(1)의 아래쪽은 만곡한 숄더부에 연결되고, 이 숄더부는 몸체부에 연결되며, 몸체부의 하단은 저부(底部)에 의해 닫혀 있다.

이러한 플라스틱 보틀에 있어서, 그 외면에는, 캡(3)을 유지하기 위한 나사산(5)이 형성되어 있고, 나사산(5)의 하측에는 환상(環狀) 돌기(7)가 형성되며, 환상 돌기(7)의 아래쪽에는, 반송시 등에 있어서, 보틀을 유지하기 위한 서포트 링(9)이 형성되어 있다.

한편, 캡(3)은, 정판부(10)와, 정판부(10)의 둘레 가장자리로부터 강하하고 있는 통 형상 측벽(11)을 갖고 있으며, 정판부(10)의 내면(특히 둘레 가장자리부)에는 밀봉용 라이너(13)가 설치되어 있고, 통 형상 측벽(11)의 내면에는 보틀의 마우스부(1)의 나사산(5)과 걸어맞추는 나사산(15)이 형성되어 있다.

즉, 캡(3)은, 나사 걸어맞춤에 의해 마우스부(1)에 장착되고, 캡(3)을 장착했을 때, 마우스부(1)의 위쪽 부분은 라이너(13)에 밀착하며, 이에 따라, 보틀 내가 밀봉되게 된다.

또, 이러한 밀봉을 확실하게 하기 위해, 라이너(13)는, 비교적 긴 이너 링(13a)과 비교적 짧은 아우터 링(13b)을 갖고 있고, 이 사이의 공간에 마우스부(1)의 상단 부분이 들어가, 이 상단 부분의 내측 측면, 상단면 및 외측 측면의 상단 부분이 라이너(13)에 밀착하여 시일성이 확보되는 것으로 되어 있다.

또, 도 5에서는 생략되어 있지만, 일반적으로, 캡(3)의 통 형상 측벽(11)의 하단에는, 파단 가능한 약화 라인을 통하여 탬퍼 에비덴트 밴드(TAMPER EVIDENCE BAND)(TE 밴드)가 설치되어 있고, 이 캡(3)을 개전(開栓)하여 마우스부(1)로부터 떼어내면, TE 밴드가 캡(3)으로부터 이탈하게 되어 있고, 이에 따라, 일반의 수요자에게 캡(3)의 개봉 이력을 명시하여, 장난 등의 부정 사용을 방지하게 되어 있다.

상기의 포장체에서는, 캡(3)을 보틀의 마우스부(1)로부터 떼어낸 후, 해당 보틀을 기울여 마우스부(1)로부터 보틀 내에 수용되어 있는 액체의 주출이 실시된다. 이 점으로부터 이해되는 바와 같이, 이러한 캡(3)(나사 캡)이 장착되는 포장체의 주출구는 보틀의 마우스부(1)의 상단면 X가 된다.

즉, 본 발명의 플라스틱 성형체를, 이러한 플라스틱 보틀에 적용한 경우, 해당 보틀의 마우스부(1)의 상단면(이하, 단지 「주출구」라고 부르는 경우가 있음) X에, 전술한 요철면(100)이 형성되게 된다.

또한, 상술한 예에서는 보틀의 마우스부(1)가 주출구 X로 되어 있지만, 본 발명의 플라스틱 성형체는 캡에도 적용할 수 있다.

도 6 및 도 7에 있어서, 이 힌지 캡은, 도 5에 나타나고 있는 포장체와 동일한 플라스틱 보틀의 마우스부(1)에 캡(도면에 있어서 50으로 나타냄)을 장착함으로써 사용되지만, 도 5의 예에서는, 캡이 나사 걸어맞춤에 의해 마우스부(1)에 장착되는 나사 캡이라고 칭해지는 것인 데에 반하여, 이 예에서 채용되는 캡(50)은, 소위 힌지 캡이라고 칭해진다.

즉, 캡(50)은, 보틀의 마우스부(1)에 끼워넣음 등에 의해 고정되는 캡 본체(51)와, 힌지 밴드(53)를 통하여 캡 본체(51)에 힌지 연결된 힌지 덮개(55)로 구성되어 있다.

캡 본체(51)는, 천판(61)과, 천판(61)의 둘레 가장자리부로부터 강하한 통상(筒狀) 측벽(63)으로 이루어지고, 천판(61)의 내면에는 통상 측벽(63)과는 간격을 두고 아래쪽으로 연장되어 있는 환상 돌기(65)가 설치되어 있다. 즉, 타전에 의해, 통상 측벽(63)과 환상 돌기(65)와의 사이의 공간에 보틀 마우스부(1)의 위쪽 부분이 끼워넣어지고, 이에 따라, 캡 본체(1)는 단단히 보틀 마우스부(1)에 고정되게 된다.

또, 천판(61)의 중앙 부분에는 내용액을 주출할 때의 유로가 되는 개구(67)가 형성되어 있고, 천판(61)의 상면에는 이 개구(67)를 둘러싸도록 하여 주출통(69)이 세워 설치되어 있다.

또, 일반적으로, 포장체가 제조되고, 이것이 판매되어 사용될 때까지는, 이 개구(67)는 폐색 상태에 있으며, 일반 수요자가 최초로 보틀로부터 내용액을 주출할 때에, 이 부분의 벽을 떼서 개구(67)를 형성하게 되어 있다.

한편, 힌지 덮개(55)는, 정판부(71)와, 정판부(71)의 둘레 가장자리로부터 연장되어 있는 스커트부(73)로 이루어져 있고, 스커트부(73)의 단부가 힌지 밴드(53)에 연결되어 있고, 이 힌지 밴드(53)가, 캡 본체(1)의 통상 측벽(63)의 상단에 연결되어 있다. 이 힌지 밴드(53)를 지점으로 한 선회에 의해, 힌지 덮개(55)의 개폐가 실시되게 되어 있다.

또, 이 힌지 덮개(55)의 정판부(71)의 내면(도 7에 있어서 상면)에는, 시일 링(75)이 형성되어 있고, 정판부(71)의 힌지 밴드(53)와는 반대측의 단부에는, 개봉용 플랜지(77)가 설치되어 있다.

즉, 힌지 덮개(55)를 닫았을 때, 시일 링(75)의 외면이 주출통(69)의 내면에 밀착하고, 이에 따라, 내용액을 주출하기 위한 개구(67)가 형성되어 있을 때의 시일성이 확보되게 되어 있다.

또, 힌지 덮개(55)를 개폐하기 위한 선회를 용이하게 실시할 수 있도록, 개봉용 플랜지(77)는 설치되어 있는 것이다.

이러한 힌지 캡에서는, 힌지 덮개(55)를 열어 주출통(69)으로부터의 내용액의 주출이 실시되기 때문에, 이 주출통(69)의 상단은 약간 나팔 형상으로 바깥쪽으로 퍼진 형태를 갖고 있다.

또, 이 주출통(69)의 상단 부분, 특히 힌지 밴드(53)와는 반대측에 위치하는 부분이 주출구 X가 되는 부분이다. 즉, 힌지 밴드(53)가 존재하는 측에는, 열린 힌지 덮개(55)가 존재하고 있기 때문에, 힌지 밴드(53)가 존재하고 있는 측과 반대 측으로 내용액이 주출되기 때문이다.

상기의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 이 힌지 캡에 있어서는, 주출통(69)의 상단의 적어도 주출구 X가 되는 부분에, 전술한 발액성 면(100)이 형성되게 된다.

또, 발액성 면(100)은, 주출통(69)의 내면 아래쪽측으로 연장되어 있어도 되지만, 바람직하게는, 전술한 힌지 덮개(55)의 시일 링(75)이 밀착하는 부분까지는 연장되지 않는 편이 좋다. 이 부분까지 발액성 면(100)이 연장되어 있으면 시일성이 저하될 우려가 있기 때문이다.

또, 도 6 및 7에 있어서는, 개구(67)를 형성한 후의 시일성을 확보하기 위한 부재로서 힌지 덮개(55)가 사용되고 있지만, 이 힌지 덮개(55) 대신에 나사 덮개가 사용되고 있는 구조의 캡도 있다. 즉, 나사 덮개는, 나사 걸어맞춤에 의해 캡 본체(1)에 착탈이 자유롭게 장착되는 것이지만, 이러한 경우에는, 주출통(69)의 상단의 전체 둘레가 주출구 X가 되기 때문에, 그 전체 둘레에 걸쳐 발액성 면(100)이 형성되게 된다.

상술한 예에 있어서, 마우스부(1)를 갖는 플라스틱 보틀을 형성하는 플라스틱 재료는, 특별히 제한되지 않고, 공지의 플라스틱 보틀과 마찬가지로, 각종의 열가소성 수지, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 수지나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 대표되는 폴리에스테르 수지로 형성되어 있어도 좋다. 특히, 이 보틀의 마우스부(1)의 상단면이 주출구 X가 되어, 이 부분에 요철면으로 이루어지는 발액성 면(100)을 형성하기 때문에, 요철면(100)의 형태 안정성, 강도 등의 관점에서, 폴리에스테르 수지인 것이 가장 바람직하다.

또, 캡측이 주출구 X가 되어 요철면(100)이 형성되는 경우에는, 이 보틀은, 유리제 또는 금속제라도 된다.

또, 캡(3, 50)을 형성하는 플라스틱 재료도, 특별히 제한되지 않고, 공지의 플라스틱 캡과 마찬가지로, 각종의 열가소성 수지, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 수지에 의해 형성된다.

또, 보틀이 주출구 X가 되어 발액성 면(100)이 형성되는 경우에는, 이 캡은 금속제의 나사 캡이어도 된다.

또, 캡(3) 등에 설치되어 있는 라이너재(13)도, 공지의 탄성 재료, 예를 들면, 에틸렌-프로필렌 공중합체 엘라스토머나 스티렌계 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머로 형성되어 있다.

또, 도 5∼7에서는, 보틀이나 캡에 본 발명의 플라스틱 성형체를 적용한 예를 나타냈지만, 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 주머니 형상의 용기에 장착되어, 주출구로서 사용되는 스파우트에도 적용할 수 있다.

또, 상술한 보틀이나 캡 등에 발액성 면(100)을 형성하려면, 미리, 소정의 성형 수단으로 보틀이나 캡 등을 성형해 두고, 소정의 부위에 전술한 스탬퍼를 이용한 전사에 의해 발액성 면(100)을 형성하면 된다.

또, 발액성 면(100)에 있어서의 요철의 형태는, 이들의 요철 상을 액이 흐르도록 설계되어 있는 한, 그 형태는 임의이다.

실시예

본 발명의 우수한 특성을 다음 예로 설명한다.

(실시예 1∼3)

통상의 포토리소그래피 공정에 의해 형성한 에폭시 수지제 마스터를, Ni 전주(電鑄)함으로써, 부형면에 대하여, 볼록부 정폭 20㎛, 피치 100㎛, 볼록부 높이 30㎛(면적비 φ_s＝0.2), 라인 ＆ 스페이스 형상의 1차 요철 형상이 형성된 스탬퍼를 얻었다.

해당 부형면에 대하여, 평균 입경 1.2㎛인 알루미나분(粉)을 매체로 한 쇼트 블래스트 가공을 실시하고, 1차 요철 형상의 표면 전체에 마이크로 크랙 및 칩핑(chipping)에 의해 형성된 2차 요철 형상을 각설(刻設)했다.

상기에서 얻어진 스탬퍼의 2차 요철면을 나타내는 현미경 사진(배율 100배, 500배, 1000배 및 5000배)을 도 8에 나타냈다.

상기 스탬퍼의 이면에 실리콘 수지제 흑색 도료를 도포하고, 해당 이면에 대하여 할로겐 램프를 조사하여, 스탬퍼 온도 250℃까지 가열했다.

한편, 폴리프로필렌 수지(프라임 폴리머 J246M)를 사출 성형함으로써, 세로 58㎜×가로 58㎜×두께 3㎜의 기판을 얻고, 해당 기판의 표면에 대하여, 해당 가열한 스탬퍼를 눌러, 스탬퍼의 부형면에 형성된 형상을 전사했다.

계속해서, 알루미늄제 냉각판을 스탬퍼 이면에 눌러, 스탬퍼 온도 30℃까지 냉각한 후, 해당 기판을 스탬퍼로부터 이형했다.

상기의 전사에 의해 이 기판에 형성된 요철면에 대한 현미경으로의 평면 관찰상(배율 500배 및 5000배) 및 단면 관찰상(배율 1000배 및 5000배)을 도 9에 나타냈다.

2차 요철 형상을 백색 간섭계(ZYGO사 NewView7300)로, 대물 렌즈 50배, 접안 렌즈 1.5배, 장파장 컷 오프값 λc＝17.6㎛, 단파장 컷 오프값 λs＝441㎚의 조건으로 측정한 바, 산술 평균 거칠기 Ra＝11㎚의 섬모상 형상이었다.

상기와 같이 하여 요철면이 형성된 기판을 이용하여 전락성의 평가를 실시했다.

해당 기판 위에, 실액(순수(純水), 간장 및 중간 농도 소스)을 적하하여, 성형체를 서서히 기울여 실시했을 때의, 액적이 전락을 개시했을 때의 각도인 전락각을 측정했다. 또, 적하량 및 측정하기 위한 장치는 이하와 같았다.

적하량:

순수: 17㎎

간장: 14㎎

중간 농도 소스: 16㎎

장치: 교와 가이멘 가가쿠사 제조 드롭마스터700(DropMaster700)

다음으로, 상기의 기판을 이용하여 반복 전락성의 평가를 실시했다.

상기 기판을 30˚로 기울여 고정하고, 실액(상기의 순수, 간장, 중간 농도 소스)을 반복하여 적하했다. 또, 액적이 성형체에 고착하여, 전락하지 않게 되었을 때의 적하 횟수가 n(n은 자연수)일 때, 반복 전락 가능 횟수를 n－1로 했다.

평가 결과를 표 1에 기재했다.

(비교예 1∼3)

1차 요철 형상만 형성, 2차 요철 형상만 형성, 또는 그 양쪽을 형성하지 않는 방법으로 스탬퍼를 제조하여, 샘플 성형, 성능 평가를 실시했다.

1차 요철 형상의 형성 방법은 실시예와 동일하게 하고, 2차 요철 형상의 형성 방법은, 평균 입경 48㎛인 알루미나분을 매체로 한 쇼트 블래스트 가공을 실시한 것 이외에는, 실시예와 동일하게 했다.

평가 결과를 표 1에 기재했다.

100 : 발액성 면
160 : 1차 요철
160a : 오목부
160b : 볼록부
165 : 2차 요철
170 : 액적
180 : 스탬퍼

Claims

전사법에 의해 형성된 요철면을 갖는 플라스틱 성형체에 있어서, 상기 요철면은, 1차 요철과, 상기 1차 요철의 적어도 일부에 형성되고 또한 미세한 섬모상(狀)의 2차 요철로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형체.
제 1 항에 있어서,
상기 2차 요철은, 단파장 컷 오프값 λs≤500㎚, 장파장 컷 오프값 λc≤20㎛로 했을 때의 산술 평균 거칠기 Ra가 5㎚∼6㎛의 범위에 있고, 또한 1차 요철에 있어서의 단위 면적당의 볼록부 정부(頂部)의 면적으로 나타나는 1차 요철비 Φs가 0.05 이상인 플라스틱 성형체.
제 1 항에 있어서,
내용액을 주출(注出)할 때의 안내가 되는 주출용 통을 구비한 캡 또는 스파우트의 형태를 갖고 있고, 상기 주출용 통의 선단에, 상기 요철면이 형성되어 있는 플라스틱 성형체.
제 1 항에 있어서,
보틀의 형태를 갖고 있으며, 상기 보틀의 마우스부 선단에, 상기 요철면이 형성되어 있는 플라스틱 성형체.
소정 형상으로 성형된 플라스틱 성형체와, 부형면을 갖는 스탬퍼를 준비하는 공정 및, 상기 스탬퍼의 부형면을 플라스틱 성형체의 소정의 표면에 가열하에 꽉 누름으로써, 상기 부형면의 형상을 상기 플라스틱 성형체의 표면에 전사하는 공정을 포함하고,
상기 스탬퍼의 부형면은, 1차 요철과, 상기 1차 요철의 적어도 일부에 형성되고 또한 미세한 2차 요철을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형체의 제조 방법.