JP2012509786A - 発泡壁を有する容器の外観を変化させる方法 - Google Patents

Abstract

容器の外観を変化させる方法を開示する。該方法は、壁部に非反応性ガスを閉じ込めたポリマー予備成形物を射出成形し、予備成形物をポリマー軟化温度より低い温度に冷却し、予備成形物をポリマー軟化温度よりも高い所定温度に再加熱し、再加熱した予備成形物をブロー成形して、微孔質発泡体セル中に非反応性ガスを含ませた微孔質発泡ポリマーから本質的になる容器を作製する工程を有する方法で、容器の外観は上記所定温度に応じて変わる。

Description

発明の詳細な説明

（関連出願の相互参照）
本願は、２００６年３月２０日に出願された米国特許出願第１１／３８４，９７９号（引用によりその内容すべてを本願明細書に援用する）及び２００７年３月１２日に出願されたＰＣＴ国際出願ＰＣＴ/ＵＳ０７／０６２６４号（引用によりその内容すべてを本願明細書に援用する）の一部継続出願である２００８年１１月２４日に出願された米国特許非仮出願第１２／２７６６８７号の優先権を主張するものである。

（発明の分野）
本発明は、広くは、特有な外観を有する発泡壁ポリマー容器に関するものである。より詳細には、本発明は微孔質発泡体を含む容器であって、その発泡体の微細なセルに窒素等の非反応性ガスが含まれている容器の外観を変える方法に関するもので、該容器は銀色の外観を有する。

（発明の背景）
二軸延伸の単層及び多層容器は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリマー材料から熱予備成形により製造することができ、単層又は多層の予備成形物は所望の延伸温度に加熱し、それを囲む金型キャビティーに即して圧伸やブロー成形が行われる。予備成形物は従来からのいずれの方法によっても作製できるが、例えば、ポリマーによる単層又は多層で構成された予備成形物の押出しによって、又は、既に射出成形した予備成形物の上にポリマー層を後から射出することによって作製される。一般に、多層体は飲料容器に使用され、単層容器には通常は見られない拡散遮断性が付与される。
従来技術の多層容器では、通常、様々なポリマー層が互いに密着しているので、熱エネルギーは容器の壁を容易に伝導してしまう。このため、容器内の冷却した内容物はすぐに周囲温度まで温められてしまう。そこで、こうした容器は、例えば発泡ポリスチレンによるシェルで被覆して断熱特性を容器に付与することが多い。
着色剤を添加せずに、特有な視覚的特性を有する不透明な改良されたプラスチック容器が作製できれば望ましい。更に、この改良されたプラスチック容器に断熱特性が付与できることが望ましいと考えられる。また、着色剤の添加は容器のリサイクル特性に悪影響を及ぼしかねないので、着色剤の添加を必要とせずに、発泡壁を有する容器の外観を変化させる方法を見出すことができれば望ましい。

（発明の概要）
本発明によると、驚くべきことに、特有の外観を有する発泡壁容器の外観を変化させる方法が見出された。該容器は、微孔質発泡ポリマーと、微孔質発泡体セル中に含有された非反応性ガスとを含み、該容器は着色剤の添加なしに銀色の外観を有する。本発明の容器は、炭酸飲料の充填にとりわけ有用である。
本発明の実施形態の一つによると、容器の外観を変化させる方法は、壁部に非反応性ガスを閉じ込めたポリマー予備成形物を射出成形する工程と、ポリマー軟化温度より低い温度に予備成形物を冷却する工程と、前記ポリマー軟化温度よりも高い所定温度に予備成形物を再加熱する工程と、再加熱した予備成形物をブロー成形して、微孔質発泡体セル中に非反応性ガスを含ませた微孔質発泡ポリマーから本質的になる容器を作製する工程とを有する方法であり、前記所定温度に応じて該容器の外観を変化させる。
本発明の別の実施形態によると、容器外観を変化させる方法は、壁部に非反応性ガスを閉じ込めたポリマー予備成形物を射出成形する工程と、ポリマー軟化温度より低い温度に予備成形物を冷却する工程と、前記ポリマー軟化温度よりも高い所定温度に予備成形物を再加熱する工程と、再加熱した予備成形物をブロー成形して、微孔質発泡体セル中に非反応性ガスを含ませた微孔質発泡ポリマーから本質的になる容器を作製する工程とを有するものであって、前記容器の半透明性を前記所定温度に応じて変える。
本発明の別の実施形態によると、容器外観を変化させる方法は、壁部に非反応性ガスを閉じ込めたポリマー予備成形物を射出成形する工程と、ポリマー軟化温度より低い温度に予備成形物を冷却する工程と、前記ポリマー軟化温度よりも高い所定温度に予備成形物を再加熱する工程と、再加熱した予備成形物をブロー成形して、微孔質発泡体セル中に非反応性ガスを含ませた微孔質発泡ポリマーから本質的になり、銀色の外観を有する容器を作製する工程とを有し、前記容器の半透明性を前記所定温度に応じて変える。

（好適な実施形態の詳細な説明）
以下の詳細な説明は、本発明の様々な例示的実施形態を説明するものである。この説明は、当該分野の当業者が本発明の製造や使用を可能にするものであって、いずれにおいても本発明の範囲の限定を意図するものではない。開示されている方法については、示した工程は本質的に例示的なものであって、工程の順番は必須ではなく、決定的なものではない。
本発明の実施形態の１つは、プラスチックの第１層と、該第１層と接触し発泡体として形成されたプラスチックの第２層とを有する容器の製造方法に関するもので、発泡体セルは例えば、二酸化炭素や窒素等の流体を含有する。
プラスチックの第１層及び第２層は、組成、厚み、配向等が同じであっても異なっていてもよい。更に、本発明は、プラスチックの層の少なくとも１層が発泡体を含んでいれば、プラスチックの層が何層あっても（＞１層）よい容器を想定している。また、本発明は、発泡体セルが二酸化炭素のみならず１種以上の他の気体を含む微孔質発泡体プラスチック層を使用することを意図する。
容器を調製するのに好適なポリマーは必ずしも限定されるものではないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及び他のポリエステル類、ポリプロピレン、アクリロニトリル酸エステル類、塩化ビニル類、ポリオレフィン類、ポリアミド類等、また、これらの誘導体、混合物、共重合体が挙げられる。商品化に好適なポリマーはＰＥＴである。

ポリマーフレークを従来の可塑化スクリュー押出機で溶融し、押出機出口で均一なポリマー熱溶融液流にする。押出機から排出されるポリマー熱溶融液流の温度は、一般に約225〜約325℃の範囲である。ポリマー熱溶融液流の温度が、使用されるポリマーフレークの種類、押出機スクリューへ供給されるエネルギー等をはじめとするいくつかの要因により決まることは、この分野の当業者であれば理解できるであろう。一例であるが、ＰＥＴの押出は約260〜約290℃で従来から行われている。加圧下、押出混合部の中に非反応性ガスを注入し、最終的にはポリマー材料内部に微孔中空としてガスを閉じ込める。本願明細書で使用されている「非反応性ガス」という用語は、ポリマーと接触しても実質的に不活性であるガスを意味する。この非反応性ガスとしては、例えば二酸化炭素、窒素及びアルゴン、また、これらのガスを互いに混合した混合物又は他のガスとの混合物が挙げられる。
本発明によると、前記押出物は射出成形され、壁部内に非反応性ガスを閉じ込めたポリマー予備成形物が形成される。ポリマー予備成形物の射出成形方法及び装置については、当該分野ではよく知られている。
非晶質ＰＥＴの密度が1.335g/cm³であることは周知である。また、溶融状態のＰＥＴの密度が約1200 g/cm³であることも知られている。そのため、予備成形用射出キャビティーに溶融したＰＥＴを完全に充填してから冷却すると、できあがった予備成形物は適切な質量を示さず、ひけ等の重大な欠陥を多数有することになる。射出成形についての従来からの文献には、非晶質ＰＥＴと溶融ＰＥＴの密度の差を埋め合わせるためには、キャビティーの充填後や材料の冷却過程において少量のポリマー材料を該当部分に追加すべきことが教示されている。これは填塞圧（packing pressure）と呼ばれる。このように、射出成形で作製される予備成形物において、十分な充填と完全な形成を確実にするためには、射出成形サイクルの填塞圧の段階で更に材料の約10パーセントを追加しなければならない。射出成形作業の填塞圧は、ＰＥＴ以外のポリマー材料の場合も同様に適用される。

しかしながら本発明によると、ポリマー予備成形物は、射出成形と同時に非反応性ガスを用いた発泡が行われる。射出の段階で材料の中にガスが取り込まれる。従来からの射出成形方法は填塞段階中に追加のポリマー材料を注入するが、これとは異なり本発明では、従来よりも小さな填塞圧が利用される。ポリマー材料がまだ溶融状態であれば、非反応性ガスの分圧は十分に大きいので溶けこんだガスをポリマーからガス相中に放出させることができるので微孔質発泡構造が形成される。こうして、本発明の方法により作製された予備形成物は、填塞法を用いる従来からの射出成形作業で作製されるポリマー予備形成物に比べて、質量は軽いが形態及び形状は同じになる。
微小セルは、微孔質発泡体構造の製造方法で通常使用される様々な気体の１種以上を含有させることができる。微小セルの大きさを制御するいくつかの射出及びブロー成形パラメーターに応じて、微孔質発泡体は効果的な断熱材として機能する傾向があり、大気からの熱エネルギーが容器内の冷却した炭酸飲料に伝わるのを遅らせる。
或いは、この分野で公知の方法及び装置を用いて、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチック材料を射出成形することにより予備成形物を作製してもよい。その後、この予備成形物に発泡体をオーバーモールド（overmold）して、オーバーモールド予備成形物を形成する。オーバーモールド予備成形物は、予備成形物で構成された内層と発泡体で形成された外側の発泡層とを有する。発泡体の調製に好適なプラスチックは必ずしも限定されるものではないが、ポリエステル類、アクリロニトリル酸エステル類、塩化ビニル類、ポリオレフィン類、ポリアミド類等、及び、これらの誘導体、混合物及び共重合体が挙げられる。発泡体として好ましいプラスチックはＰＥＴである。発泡体材料は、予備成形物を形成する材料と同時押出法により同一に広げて形成してもよい。または、発泡体材料及び予備成形物形成材料とを同時に射出成形することにより、発泡体を予備成形物に付加したり、予備成形物が発泡体を支持することができる。或いは、多段射出成形法等の多段方式で、発泡体を予備成形物と一緒に形成することもできる。オーバーモールド予備成形物は、予備成形物を作製するのと同じ成形型で多段射出成形法により形成してもよいし、或いは、インサート成形法を用いることにより、オーバーモールド工程のために予備成形物を第２の成形型に移動させてもよい。予備成形物の上にオーバーモールドした発泡体の厚み及び表面積は、コストやオーバーモールドで成形した容器の所望の外観といった設計上の考慮事項によって変わる。

予備成形物の完成後、予備成形物をポリマー軟化温度より低い温度に冷却する。例えばＰＥＴの場合、軟化温度は約70℃である。こうして閉じ込められた非反応性ガスは、ポリマー予備成形物の壁部の中に保持される。この冷却工程によりポリマーは調整され、ブロー成形で首尾よく容器を作製するのに好適なポリマーの特性が維持される。冷却工程は、ポリエステル類等のポリマーを採用する際も有用である。それは、このようなポリマーは、押出成形されたパリソンから直接ブロー成形できないからである。冷却工程は、ポリマー形成技術分野で従来から用いられているいずれの方法で行ってもよく、例えば、予備成形物の表面全体に冷却ガス流を通したり、成形型を冷却することにより金型内で予備成形物を冷却することで行うことができる。
その後、予備成形物は、ポリマー軟化温度より高い所定温度に再加熱する。この加熱工程は、例えば、予備成形物を高温ガス流に接触させたり、火炎を当てたり、赤外線エネルギーを照射したり、予備成形物を従来の炉又は赤外線加熱炉等に通過させるなど、周知の手段により実行すればよい。予備成形物の加熱工程も、加熱した金型の中で行ってもよいし、或いは、金型の中で加熱した流体を使って行ってもよい。予備成形物を所望の所定温度に加熱することによって、予備成形物からブロー成形される容器の半透明性、即ち、外観は選択的に変えることができる。容器の半透明性は、容器が不透明になるまでの範囲内で選択的に変えることができる。温度が約106℃では、容器は銀色の外観を有し半透明である。約112℃では容器の外観は銀色であるが、106℃に加熱した予備成形物から作製される容器よりも半透明性が低い。温度が約116℃では、容器外観は銀色で更に半透明性が低くなり不透明に近い。このように、予備成形物を再加熱する際の所望の温度が高いほど、予備成形物から形成される容器の半透明性は低くなる。所望の温度は116℃を超えて上げることができるが、その場合は銀色の外観を有する不透明な容器か白色の外観を有する不透明な容器となる。ＰＥＴの場合、そのガラス転移温度をはるかに超えて再加熱したり、軟化温度を超えた温度に過度に長時間保持すると、望ましくないことに、ＰＥＴが結晶化し始める。同様に、微小セル中の非反応性ガスの増大する圧力により、ポリマー材料の物理的特性が限度を超えてしまう温度以上に予備成形物を加熱する場合も、望ましくないことに、微小セルが膨張しはじめて予備成形物を変形させることになる。

本願明細書で使用のごとく、「半透明」という用語は光を通すことができるが拡散させるので、反対側からみると対象物がはっきり見えないことを意味する。半透明とは透明を意味するのではない。透明とは、その物体の中を光線が通過し、向こう側にあるものも背後にあるものもはっきりと見える特性を有することを意味する。本願明細書で使用のごとく、「不透明」という用語は透明でも半透明でもなく、光線が通らないことを意味する。そこで、まとめておくと、透明な容器は半透明でも不透明でもなく、半透明な容器は透明でも不透明でもなく、不透明な容器は半透明でも透明でもない。更に、本願明細書で規定の定義に基づけば、透明性又は不透明性は程度が変化することはないが、半透明性は変化しうる。
最後に、予備成形物をブロー成形し、微孔質発泡体セル中に非反応性ガスを含有させた微孔質発泡ポリマーから本質的になり、かつ、所望の外観を有する容器が作製される。ポリマー予備成形物から容器をブロー成形する方法及び装置は周知である。
こうして作製されたブロー成形による発泡壁ポリマー容器は、まるで金属製であるかのように銀色の外観を有する。ブロー成形容器の色は銀色で、パントンカラーフォーミュラーガイド色番号のおよそ420から425の範囲、877、8001、8400及び8420を示すとよい。CIEL^*a^*b^*知覚色空間では、ブロー成形容器の色は銀色で、L^*値が約50.5〜約65.5の範囲、a^*値が約-0.50〜約-.01の範囲、b^*値が約-4.50〜約-0.1の範囲を示すとよい。本願明細書に記載の方法を用いると、容器は、L^*値が約56.07〜約60.02の範囲、a^*値が約-0.13〜約-.06の範囲、b^*値が約-2.42〜約-2.20の範囲の適した銀色を有する。更に別のカラーインデックス、パントンカラーフォーミュラーガイドでは、容器の色は、パントンカラーフォーミュラーガイド色番号420、421、422、423、424、425、877、8001、8400又は8420あたりである。最終的に作製された容器が特有の銀色の外観を有する理由については、いかなる特定の理論にも拘束されるものではないが、予備成形物キャビティーにポリマーを充填している最中、溶け込んだガスから予備成形物キャビティー内の比較的低い圧力への圧力低下により、ポリマー流頭でガスの気泡が形成されるからと考えられる。予備成形物キャビティー内に導入される際に、ポリマー材料の流頭で形成された気泡が、その後、予備成形物の外側及び内側の表面に堆積する。
上記説明から、当該分野の当業者であれば本発明の本質的な特徴を把握することは容易であり、本発明の本質及び本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更や修正を行い、本発明を様々な用途及び条件に適応させることが可能である。

Claims (20)

1. 容器の外観を変化させる方法であって、
   壁部に非反応性ガスを閉じ込めたポリマー予備成形物を射出成形する工程と、
   前記予備成形物をポリマー軟化温度より低い温度に冷却する工程と、
   前記予備成形物を前記ポリマー軟化温度よりも高い所定温度に再加熱する工程と、
   前記所定温度を上昇させて、前記再加熱した予備成形物をブロー成形して作製される容器の半透明性を変える工程と、
   前記再加熱した予備成形物をブロー成形し、微孔質発泡体セル中に非反応性ガスを含ませた微孔質発泡ポリマーから本質的になる容器を作製する工程とを含む方法。
2. 前記ポリマーが、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリロニトリル酸エステル、塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド又はこれらの誘導体もしくは共重合体の１種以上を含む、請求項１記載の容器の作製方法。
3. 前記ポリマーがポリエチレンテレフタレートを含む、請求項１記載の容器の作製方法。
4. 前記非反応性ガスが二酸化炭素、窒素及びアルゴンの少なくとも１種を含む、請求項１記載の容器の作製方法。
5. 前記非反応性ガスが窒素を含む、請求項１記載の容器の作製方法。
6. 前記所定温度が上昇するにつれ、前記容器の半透明性が低下する、請求項１記載の容器の作製方法。
7. 前記所定温度が約106℃から約116℃である、請求項１記載の容器の作製方法。
8. 前記容器が銀色の外観を有し、容器の色のＣＩＥL^*a^*b^*知覚色空間のL^*値が約55.5〜約61.5の範囲、a^*値が約-0.20〜約-.01の範囲、b^*値が約-2.50〜約-2.1の範囲である、請求項７記載の容器の作製方法。
9. 前記容器が銀色の外観を有し、容器の色のＣＩＥL^*a^*b^*知覚色空間のL^*値が約56.07〜約60.02の範囲、a^*値が約-0.13〜約-.06の範囲、b^*値が約-2.42〜約-2.20の範囲である、請求項８記載の容器の作製方法。
10. 前記容器の色が、パントンカラーフォーミュラーガイド色番号420、421、422、423、424、425、877、8001、8400又は8420あたりである請求項７記載の容器の作製方法。
11. 前記容器の色が、パントンカラーフォーミュラーガイド色番号420、421、422、423、424又は425あたりである請求項１０記載の容器の作製方法。
12. 前記予備成形物を赤外線ヒーター及び加熱した流体の少なくとも１つを使って再加熱する、請求項１記載の容器の作製方法。
13. 前記予備成形物が、内層と、壁部内に非反応性ガスを閉じ込めた外層とを含むオーバーモールド予備成形物である、請求項１記載の容器の作製方法。
14. 容器の外観を変化させる方法であって、
    壁部に非反応性ガスを閉じ込めたポリマー予備成形物を射出成形する工程と、
    前記予備成形物をポリマー軟化温度より低い温度に冷却する工程と、
    前記予備成形物を前記ポリマー軟化温度よりも高い所定温度に再加熱する工程と、
    前記所定温度を上昇させて、前記再加熱した予備成形物をブロー成形して作製される容器の半透明性を変える工程であって、前記所定温度を高くするほど前記半透明性が低下する工程と、
    前記再加熱した予備成形物をブロー成形し、微孔質発泡体セル中に非反応性ガスを含ませた微孔質発泡ポリマーから本質的になる容器を作製する工程とを含む方法。
15. 前記所定温度が約106℃から約116℃である、請求項１４記載の容器の作製方法。
16. 前記容器が銀色の外観を有し、容器の色のＣＩＥL^*a^*b^*知覚色空間のL^*値が約55.5〜約61.5の範囲、a^*値が約-0.20〜約-.01の範囲、b^*値が約-2.50〜約-2.1の範囲である、請求項１４記載の容器の作製方法。
17. 前記容器の色が、パントンカラーフォーミュラーガイド色番号420、421、422、423、424、425、877、8001、8400又は8420あたりである請求項１４記載の容器の作製方法。
18. 前記予備成形物が、内層と、壁部内に非反応性ガスを閉じ込めた外層とを含むオーバーモールド予備成形物である、請求項１４記載の容器の作製方法。
19. 容器の外観を変化させる方法であって、
    壁部に非反応性ガスを閉じ込めたポリマー予備成形物を射出成形する工程と、
    前記予備成形物をポリマー軟化温度より低い温度に冷却する工程と、
    前記予備成形物を前記ポリマー軟化温度よりも高い所定温度に再加熱する工程と、
    前記所定温度を上昇させて、前記再加熱した予備成形物をブロー成形して作製される容器の半透明性を変える工程と、
    前記再加熱した予備成形物をブロー成形し、銀色の外観を有し、微孔質発泡体セル中に非反応性ガスを含ませた微孔質発泡ポリマーから本質的になる容器を作製する工程とを含む方法。
20. 前記所定温度を高くするほど前記容器の半透明性が低下する、請求項１９記載の容器の作製方法。