KR100808038B1 - 2가지 이상의 재료로 이루어지는 프리폼 및 이를 얻기 위한방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 2가지의 상이한 재료(4, 22)로 이루어지는 중공 성형에 적합한 신규한 복합 프리폼(26)을 얻기 위한 방법, 이에 의해 얻어지는 프리폼 및 이들 프리폼을 중공 성형함으로써 얻어지는 용품에 관한 것이다. 이 방법은 용품으로 중공 성형될 수 있는 프리폼을 형성하도록 2가지(또는 그 이상의) 플라스틱 재료의 사출 성형을 채용한다. 바람직한 실시예에서, 2가지의 재료는 상이한 색상을 가지며, 최종 용품은 다중 착색 효과(multi-colored effect)를 나타낸다. 2가지의 재료는 서로에 대해 라미네이트되지 않는다.

프리폼, 병, 사출 성형, 중공 성형, 주형, 플라스틱, 착색 효과

Description

2가지 이상의 재료로 이루어지는 프리폼 및 이를 얻기 위한 방법{PREFORMS MADE OF TWO OR MORE MATERIALS AND PROCESSES FOR OBTAINING THEM}

본 발명은 사출 중공 성형(injection blow-molding) 분야에 있어서의 개선, 특히 병(bottle)(및 일반적으로는 임의의 중공형(hollow) 용품)으로의 중공 성형에 적합한 신규한 프리폼(preform), 이들 프리폼의 제조를 위한 방법 및 이들 프리폼의 중공 성형에 의해 얻어지는 용품에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 복합 프리폼(composite preform)을 형성하기 위하여 2가지(또는 그 이상)의 재료를 사용한다. 바람직한 실시예에서, 사용된 2가지의 재료는 상이한 색상을 가지며 최종 병은 다중 착색 효과(multi-colored effect)를 나타낸다.

사출 중공 성형 및 그의 변형인 사출 연신 중공 성형(injection stretch blow-molding)은 병과 같은 고품질의 중공형 용품을 산업적인 규모로 제조하는 데에 통상 사용된다. 이 공정의 제1 단계에서, 용융된 플라스틱 재료가 내부 코어 로드(core rod)와 프리폼 주형에 의해 형성된 주형 공동 내부로 주입되어 "프리폼"으로 불리는 "시험관"(test-tube) 형상의 중간체를 형성한다. 그 후, 프리폼 주형이 개방되어 성형된 프리폼이 이어서 중공 성형 또는 연신 중공 성형된다.

사출 중공 성형 공정에서, 성형된 프리폼을 지지하고 있는 코어 로드는 요망 되는 중공형 용품의 형상을 가진 병 중공 주형(bottle blow-mold)으로 즉시 전달된다. 코어 로드 내의 밸브를 통과하는 공기는 고온의 프리폼을 부풀게 하여, 이 프리폼이 팽창하여 병 중공 주형의 형태를 취한다. 요망되는 병이 취급될 수 있도록 충분하게 냉각된 후, 이 병은 중공 주형으로부터 제거되어 사용할 수 있게 된다(전형적으로, 이 부분은 약 24시간 동안 냉각될 수 있음). 사출 중공 성형 공정에 대한 추가의 정보는 개론서, 예컨대 문헌["The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology", Second Edition (1997), published by Wiley-Interscience Publication](특히, 87면 참조)으로부터 얻을 수 있다.

사출 "연신 중공 성형" 공정(때때로, 2축 배향(biaxial-orientation) 중공 성형으로 알려짐)에서, 프리폼은 중공 성형된 병의 측벽 내에서의 2축 분자 배열(biaxial molecular alignment)이 달성되도록 프리폼이 부풀려지기에 충분히 고온인 온도로 주의 깊게 조절된다. 비교적 강한 공기압 및 통상적으로 연신 로드(stretch rod)가 프리폼을 축(수직) 방향으로 연신시키도록 사용된다. 종래의 사출 중공 성형에 의해 얻어지는 병과 달리, 연신 중공 성형에 의해 얻어지는 병은 프리폼보다 상당히 길다. PET, PP 및 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트)이 연신 중공 성형 공정을 위한 우수한 재료이다. 다양한 사출 연신 중공 성형 방법, 예컨대 1단계, 2단계(이는 "재가열 및 중공 성형"(reheat and blow)으로도 알려짐)가 존재한다. 사출 연신 중공 성형 공정에 대한 추가의 정보는 개론서, 예컨대 문헌["The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology", Second Edition (1997), published by Wiley-Interscience Publication](특히, 87 - 89면 참조)으로부터 얻을 수 있 다.

사출 중공 성형은 정밀한 목부 마무리(precise neck finish)를 갖는 비교적 작게 형상화되는 용품을 제조하는 데에 전형적으로 사용되며, 화장품 또는 제약 산업용의 비교적 고가의 병을 제조하는 데에 통상적으로 사용된다. 사출 연신 중공 성형은 항상 그렇지는 않지만 소다(soda) 산업용의 음료 용기와 같은 보다 큰 용품의 제조를 위하여 전형적으로 사용된다.

달리 명백하게 언급되지 않는 한, "사출 중공 성형"이라는 용어는 이하에서 사출 중공 성형 및 사출 연신 중공 성형 공정 둘 모두를 지칭하기 위하여 사용된다.

압출 중공 성형과 사출 중공 성형은 상이한 공정이다. 압출 중공 성형에서, 용융된 플라스틱은 (전형적으로는 연속적으로) 압출되어 개방 단부형 연속 튜브를 형성한다. 압출된 플라스틱은 일정한 간격으로 절단되고, 절단된 것은 바로 중공 성형되어 용품을 형성한다. 압출 중공 성형 공정에서, 용융된 플라스틱 재료는 프리폼을 형성하기 위하여 코어 재료 둘레로 미리 성형되지 않는다. 압출 중공 성형에 의해 생성된 용품의 최종 형상은 사출 중공 성형에 의해 얻어지는 용품보다 정밀함이 덜하며 제어 가능성이 덜하다. 압출 중공 성형에 대한 추가의 상세 사항은 포장 관련 개론서, 예컨대 앞서 언급한 문헌["The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology"](특히, 83-86면)에서 얻을 수 있다. 압출 중공 성형은 미적 특성 또는 개선된 물리적 (차단(barrier)) 특성을 위한 다중 층을 갖는 라미네이트된 또는 공압출된 병을 얻는 데에 사용될 수도 있다.

비록 종래의 사출 중공 성형이 정밀한 형상을 갖는 양호한 품질의 병을 제공하지만, 이들 병은 통상적으로 단일 재료로 이루어지며 하나의 색상만을 갖는다(예컨대, 균질하게 착색된 폴리에스테르 용기를 생산하기 위한 방법이 개시되며 과립형 PET 공급물이 염료 조성물(dyestuff composition)과 혼합되는 미국 특허 제4,988,477호 참조).

라벨 부착(labeling), 에칭(etching) 또는 각인(engraving)에 의한 병의 추가의 장식은 복잡한 형상을 갖는 병에 대해 항상 가능한 것은 아니며 비용이 많이 들 수 있다. 국제특허공보 WO97/21539호에서, 병을 제조하기 위하여 2가지의 상이하게 착색된 재료를 사용함으로써 사출 중공 성형된 병의 외양을 개선하려고 시도하였다. 국제특허공보 WO97/21539호에 주입 주형 내의 다중 착색된 프리폼의 사출 성형을 위한 공정이 개시되어 있으며, 상이하게 착색된 재료가 종래의 주입 주형 공동 내의 공급 게이트를 통해 연속적으로 주입된다. 국제특허공보 WO97/21539호에 따르면, 재료의 층상 분포는 주입되는 재료의 양, 이들의 주입 속도 및 주입 온도와 같은 다양한 작동 변수(operating parameters)를 주의 깊게 제어함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 이들 변수를 제어하는 것은 어려우며, 국제특허공보 WO97/21539호의 도 8에 도시된 바와 같이 층들 사이의 경계가 불명확하여 이 공정은 재생 가능한 장식적인 특징을 갖는 프리폼의 제조에 적합하지 않다. 또한, 이러한 시스템에 의하면 상이하게 착색된 재료의 수평으로 중첩된 층들을 갖는 병의 성형만이 허용된다(병의 축을 수직축으로 취함).

미국 특허 출원 제2002/0058114A1호는 적어도 2가지의 색상을 갖는 착색된 프리폼을 얻기 위한 공정을 개시한다. 이러한 공정에서, 원통형 리세스를 제공하는 기초 프리폼이 제1 재료를 기초 프리폼의 바닥부에서의 주입 지점으로부터 주입함으로써 먼저 형성된다. 기초 프리폼은 제2 주형으로 전달되고, 리세스는 제2 재료를 역시 기초 프리폼의 바닥부에서의 주입 지점으로부터 주입함으로써 채워진다. 이 공정은 다중 착색된 프리폼을 얻기 위하여 반복될 수 있다. 이러한 공정에 의해 얻어지는 프리폼은 라미네이트된 층들로 이루어지며, 이는 특히 투명 또는 반투명 재료가 사용될 때 색상 차이의 전체 효과를 제한할 수 있다. 더욱이, 상이하게 착색된 재료는 프리폼의 중심축을 수직축으로 취할 때 수평으로 중첩된 층들로서 분포된다. 색상 분포가 단순히 재료의 수평 층이 아닌 다중 착색된 프리폼이 바람직할 것이다.

유럽 특허 제1,180,424A1호는 모발용 염료의 전달과 같은 특정한 용도를 위하여 박리 가능하게 라미네이트된 내부 층을 갖는 병을 생성하기 위한 공정을 개시한다.

프리폼 내의 재료의 분포가 더욱 제어될 수 있는 시스템이 바람직할 것이다. 특히, 제1 및 제2 재료의 분포가 라미네이트되지 않은 프리폼을 얻는 것이 바람직할 것이다. 재료의 수평 층 이외의 형상을 포함할 수 있게 하는 시스템이 또한 바람직할 수 있다.

본 발명은 모두 청구의 범위에 한정된 바와 같이, 병(및 일반적으로는 임의의 중공형 용품)으로의 중공 성형에 적합한 신규한 프리폼, 이들 프리폼의 제조를 위한 방법 및 이들 프리폼의 중공 성형에 의해 얻어지는 용품(예컨대, 병)에 관한 것이다.

특히, 바람직한 제조 방법은 하기의 연속적인 단계, 즉:

i. 내부 코어 로드와 제1 프리폼 주형 사이의 공간에 의해 형성되는 제1 프리폼 공동 내로의 제1 재료의 사출 성형에 의해 미완성 프리폼(incomplete preform)을 형성하는 단계 - 여기서, 상기 제1 프리폼 공동은 제1 재료가 상기 제1 프리폼 공동 내에 완전하게 주입된 후 제2 재료에 의해 점유되도록 되어 있는 미완성 프리폼의 적어도 하나의 체적부를 빈 상태로 남겨두도록 되어 있음 - 와,

ii. 상기 적어도 하나의 빈 체적부를 채우는 제2 재료의 사출 성형에 의해 상기 미완성 프리폼을 완성하는 단계

를 포함하며,

미완성 프리폼 내의 빈 체적부의 위치는 제1 재료 및 제2 재료가 서로에 대해 라미네이트되지 않도록 설계된다.

전술한 종래 기술의 프리폼과 달리, 본 발명의 프리폼과 병에 있어서의 제1 재료와 제2 재료의 분포는 상기 재료들의 수평으로 중첩된 층들로 제한되지 않는다. 예를 들면, 제2 재료는 제1 재료로 이루어진 연속 매트릭스 내의 적어도 하나의 내포부(inclusion)를 형성할 수도 있다.

그 후, 프리폼은 종래의 중공 성형 또는 연신 중공 성형 기술에 의해 중공 성형될 수 있다.

본 발명의 상기 및 기타 특징, 태양 및 이점은 본 발명의 개시 내용을 읽음으로써 본 기술 분야의 숙련자에게 명백하게 될 것이다.

본 명세서는 본 발명을 특별히 지적하고 명확하게 청구하는 청구의 범위로 끝맺고 있지만, 본 발명은 동일한 도면 부호가 동일한 구성 요소를 지시하는 첨부 도면과 관련된 바람직한 실시예의 후속 설명으로부터 더욱 잘 이해될 수 있을 것으로 생각된다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적인 2단계 주입 공정을 도시하는 개략도이다.

도 2는 병을 제조하기 위하여 도 1의 공정에 의해 얻을 수 있는 프리폼의 중공 성형(예컨대, 연신 중공 성형)을 도시하는 개략도이다.

도 3은 주입 및 중공 성형 단계가 동일한 기계 상에서 수행되는 본 발명에 따른 예시적인 4단계 사출 중공 성형 공정의 개략도이다.

도 4는 연신 중공 성형 스테이션에 앞서 조절 스테이션을 더 포함하는 대안적인 4단계 사출 중공 성형 공정의 개략도이다.

도 5 내지 도 13은 각각 2개의 도면, 즉: 2가지의 재료로 이루어지며 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어질 수 있는 프리폼의 예인 우측 도면 및 적합한 주형 내에서 우측의 프리폼을 중공 성형함으로써 얻을 수 있는 병의 예인 좌측의 대응하는 도면을 도시하는 도면이다.

도 14는 도 10에 도시된 바와 같은 프리폼을 제조하기 위하여 사용될 수 있는 2회 사출(2 shot) 주입 공정의 개략도이다.

도 15는 제1 재료(4)가 제1 주형 공동 내에 완전하게 주입된 도 14에 도시된 것과 같은 제1 프리폼 주형의 단면도이다.

도 16은 제2 재료가 제2 주형 공동 내에 완전하게 주입된 도 14에 도시된 것과 같은 제2 프리폼 주형의 단면도이다.

도 17은 빈 체적부를 명확하게 볼 수 있는 도 14에 도시된 것과 같은 제1 주입 단계 후 얻어지는 미완성 프리폼을 도시하는 도면이다.

도 18은 도 14에 도시된 것과 같은 제2 주입 단계 후 완성된 프리폼을 도시하는 도면이다.

본 명세서는 본 발명을 특별히 지시하고 명확하게 청구하는 청구의 범위로 끝맺고 있지만, 본 발명은 본 발명의 범주 내에 있는 바람직한 실시예를 추가로 설명하고 입증하는 하기의 설명과 예로부터 더 잘 이해될 것으로 생각된다. 이 예는 예시의 목적으로만 주어지는 것이며, 본 발명의 다수의 변형이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 가능하기 때문에 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

인용된 모든 참고 문헌은 그 전체 내용이 본 발명에 참고로 포함된다. 어떠한 문헌의 인용도 청구된 본 발명에 대한 종래 기술로서의 유용성에 관한 임의의 결정으로 인정되는 것은 아니다.

모든 백분율은, 구체적으로 달리 언급되지 않는 한 총 조성물의 중량을 기준으로 한다. 모든 비는, 구체적으로 달리 언급되지 않는 한 중량비이다.

본 명세서에서, "포함하는"은 다른 단계 및 다른 성분들이 추가될 수 있음을 의미한다. 이 용어는 "이루어진" 및 "본질적으로 이루어진"이라는 용어를 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "병"이라는 용어는 중공 성형에 의해 얻을 수 있는 임의의 중공형 용품을 지칭한다. 본 발명의 병은 바람직하게는 액체, 고체 또는 반고체와 같은 임의의 종류의 물질을 위한 용기로서 사용하기에 적합하다. 병이라는 용어는 용품의 특정하게 의도된 용도를 의미하지는 않는다. 예를 들면, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "병"이라는 용어는 화장용 제품(예컨대, 샴푸, 크림 등), 식용 제품(예컨대, 우유, 청량 음료(soft drink), 조미료 등), 화학 제품 등을 포함하도록 되어 있는 용품을 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "프리폼"이라는 용어는 코어 로드와 프리폼(주형 공동) 사이에서의 플라스틱 재료의 사출 성형에 의해 얻어지며 병으로 (연신) 중공 성형되도록 된 "시험관" 형상의 중간체를 지칭한다. 통상적으로, 프리폼의 목부는 중공 성형 공정 중에 사실상 변경되지 않고 유지되는 반면, 프리폼의 본체는 상당하게 팽창할 것이다. 프리폼은 때때로 "패리슨"(parison)으로 부적절하게 불리지만, 이러한 용어는 압출 공정 중에 형성되는 압출된 튜브형 중간체를 지칭하도록 남겨두어야 한다. 프리폼의 단면은 요망되는 최종 병 형상에 따라 원통형 또는 비원통형, 예컨대 타원형, 모서리가 둥근 정사각형/직사각형, 삼각형, 비대칭형 등일 수도 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "미완성 프리폼"이라는 용어는 부분적으로만 성형되어 프리폼이 병으로 중공 성형되기(blown) 전에 적어도 하나의 다른 재료 에 의해 이후에 충전될 수도 있는 빈 체적부(예컨대, 구멍 또는 소실 부분)를 포함하는 프리폼을 지칭한다. 미완성 프리폼에서의 빈 체적부는 적어도 일부 위치에서 프리폼의 벽을 통해, 즉 미완성 프리폼의 외부 표면으로부터 내부 표면으로 연장한다. 모든 빈 체적부가 프리폼의 전체 두께를 통해 연장할 필요는 없지만, 이러한 것이 바람직하다.

"제1 재료와 제2 재료가 서로에 대해 라미네이트되지 않는다"라는 표현은 제1 재료가 제2 재료 위로 전체적으로 라미네이트되지 않는 상황과, 역으로 제2 재료가 제1 재료 위로 전체적으로 라미네이트되지 않는 상황을 포함한다. 그러므로, 미국 특허 제2002/0058114A1호 및 유럽 특허 제1,180,424A1호에 개시된 것과는 상반되게, 제2 재료는 제1 재료 위로 라미네이트된 층을 형성하지 않는다. 물론, 제1 및 제2 재료는 프리폼의 일부 위치에서 일부 부분적인 중첩을 나타낼 수도 있다(예컨대, 두 재료 모두가 대체로 동일한 주입 지점에서 주입되는 경우 전체적으로 작게 존재할 것이며, 또한 이는 2가지 재료 사이의 경계에서의 일부 중첩일 수도 있음). 바람직하게는, 50% 초과의 제2 재료의 표면이 제1 재료 위로 라미네이트되지 않으며, 더 바람직하게는 90% 초과의 제2 재료의 표면이 제1 재료 위로 라미네이트되지 않는다. 재료들이 서로에 대해 라미네이트되지 않는 것에 의해, 특히 재료 중 하나의 재료가 투명하거나 반투명할 경우, 재료들이 라미네이트되는 종래 기술의 프리폼에 비해 최종 제품의 보다 인상적인 시각적 효과가 제공된다.

이제, 본 발명의 방법의 일 실시예를 도 1을 참조로 논의하기로 한다. 본 실시예에서, 프리폼을 형성하기 위한 용융된 플라스틱 재료의 주입과 프리폼의 (연 신) 중공 성형은 별개의 기계 상에서 수행된다.

제1 주입 스테이션(2)에서, 용융된 제1 플라스틱 재료(4)는 주입 노즐(6)을 통해 제1 주형 공동(8) 내로 주입된다. 이 주형 공동(8)은 외측이 제1 프리폼 주형(10)에 의해 그리고 내측이 프리폼 주형 내측에 중앙으로 위치된 내부 원통형 코어 로드(12)에 의해 한정된다. 이러한 제1 주형 공동은 제1 재료가 완전하게 주입된 후 최종 프리폼(15) 내의 적어도 하나의 체적부(14)를 빈 상태로 남겨두도록 되어 있다. 적어도 하나의 빈 체적부를 포함하는 이러한 프리폼은 본 명세서에서 "미완성" 프리폼(15)으로 지칭된다.

제1 재료가 완전하게 주입된 후 최종 프리폼 내의 적어도 하나의 체적부(14)를 빈 상태로 남겨두도록 된 제1 주형 공동을 얻기 위하여 다른 해결법이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 프리폼 주형의 내측은, 최종 미완성 프리폼(15) 에 눌린 하나(또는 그 이상)의 대응하는 빈 체적부를 남기는 주형 재료(스테인레스강일 수도 있음)의 하나(또는 그 이상)의 돌출하는 체적부를 포함할 수도 있다. 제1 플라스틱 재료가 충분하게 냉각되어 응고된 후, 제1 프리폼 주형이 개방될 수 있다. 코어 로드 및 그 상에 놓여 있는 미완성 프리폼(15)은 제2 주입 스테이션(16)으로 회전될 수 있다.

제2 주입 스테이션(16)은 내부 코어 로드(12)와 제2 프리폼 주형(20) 사이의 공간에 의해 형성된 제2 프리폼 공동(18)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 프리폼 공동은 용융된 제2 재료의 사출 성형에 의해 상기 적어도 하나의 빈 체적부(14)를 채울 수 있도록 되어 있다. 제2 프리폼 주형(20)의 폐쇄 후, 제2 재료(22)가 용융된 상태로 다른 주입 노즐(24)을 통해 빈 체적부(들)(14) 내로 주입되어, 이는 미완성 프리폼(15)을 (적어도 부분적으로) 완성하도록 제2 재료에 의해 채워질 수 있다. 바람직하게는, 제2 재료의 주입 시점에서의 제1 및 제2 재료의 각각의 온도는 재료의 효과적인 접합에 도움이 된다. 이는 간단한 반복적인 실험에 의해 쉽게 결정될 수 있다.

제1 재료 및 제2 재료를 위한 주입 지점은 동일하거나 상이할 수도 있다. 두 재료 모두가 대체로 동일한 지점(예컨대, 프리폼의 바닥부)에서 주입된다면, 두 재료의 주입 지점 부근에서 두 재료들 사이의 일부 중첩이 당연히 존재할 것이다. 제2 재료의 주입 지점(또는 제2 재료가 하나 초과의 위치에서 주입되는 경우에는, 지점들)은 또한 제1 재료의 주입 지점과 상이할 수도 있다. 주입 지점들을 상이하게 함으로써, 프리폼의 재료의 보다 정교한 재분할이 가능한데, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 프리폼의 측벽 내에 제2 재료의 내포부를 얻는 것이 가능하다.

(도시 안된) 다른 실시예에서, 제1 및 제2 주입 단계는 동일한 프리폼 주형 내에서 수행될 수도 있는데, 상기 프리폼 주형은 용융된 제1 재료의 주입 중에 제2 재료에 의해 점유될 하나 이상의 빈 체적부를 차단시키는 가동 요소를 포함하며, 상기 제거 가능한 요소는 단계 ii) 전에 제거되어 상기 용융된 제2 재료가 제거 가능한 요소에 의해 이전에 점유된 적어도 하나의 빈 체적부 내에 주입될 수 있다. 그 후, 제1 및 제2 재료는 동일하거나 상이한 주입 노즐을 통해 주입될 수 있다. 통상, 프리폼 주형 설계의 보다 큰 유연성을 허용하기 위하여 상이한 주입 노즐이 사용될 것이다. 가동 요소가 교환될 수도 있고, 따라서 동일한 주입 기계로 다양 한 설계 및 형상을 얻을 수 있다는 것 또한 고려한다. 비가동식이지만, 교환 가능한 삽입체가 기계의 주형 공동 내에서 사용되어, 역시 주입 기계의 다기능성을 증가시킬 것이라는 것 또한 고려한다. 도 1의 개략적인 도면에서, 단지 하나의 빈 체적부(14)만을 도시하였지만, 본 기술 분야의 숙련자에게는 미완성 프리폼 내의 수개의 빈 체적부가 다중 헤드를 구비한 주입 노즐을 사용하여 제2 재료로 연속적으로 채워질 수도 있다는 것이 명확하다. 선택적으로 다중 헤드 주입 노즐이 장착된 주입 스테이션은 칫솔 손잡이 또는 이동 전화 본체와 같은 상이한 플라스틱 재료들로 이루어지는 복합 대상물을 형성하기 위하여 사출 성형 산업계에서 통상적으로 사용된다. 이들 주입 스테이션은 전술한 바와 같은 제1 및/또는 제2 주입 스테이션으로서 역할하도록 본 발명에 용이하게 사용되도록 할 수 있다.

제2 재료(22)는 제1 재료(4)와 상이하다. 상이하다는 것은 제1 재료 조성이 제2 재료 조성과 정확하게 일치하지 않는다는 것을 의미한다. 특히, 제1 및 제2 재료가 상이한 시각적 외양을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 및 제2 재료는 상이한 안료를 포함할 수도 있으며, 또는 하나의 재료는 착색되지 않은 반면 다른 하나의 재료는 안료를 포함할 수도 있다. 그러나, 제2 재료가 주입된 때 제1 재료에 적절하게 "융접"(weld)되고 프리폼이 후속하여 중공 성형될 때 균열이 쉽게 발생하지 않도록 제1 및 제2 재료가 유사한 물리적 특성들을 갖는 것이 또한 바람직하다. 그러므로, 제1 및 제2 재료는 동일한 플라스틱 유형인 것이 바람직하다. 제1 및 제2 재료로 사용될 수 있는 통상의 열가소성 재료의 비제한적인 예는 다음과 같다: 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 나프탈 레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 폴리에틸렌(저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌을 포함), 에틸렌 프로필렌, 공중합체 수지, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 수지, 다른 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지, 아이오노머 수지, ABS 수지, 폴리염화비닐, 다른 합성 수지, 및 이들의 공중합체. 바람직한 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 및 이들의 혼합물이다. 특히 프리폼이 연신 중공 성형될 경우의 더욱 더 바람직한 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)이다. 상이한 유형의 플라스틱 재료들이 사용될 때, 이들은 가능한 한 상용성인 것이 바람직하다. 영국 특허 제2,191,145호의 도 7은 압출(사출이 아님) 환경에서 통상적인 플라스틱 재료들에 대한 상용성 표를 제공한다. 그러나, 이 표는 본 발명의 재료를 선택하는 데에 유용할 수도 있을 것으로 생각된다. PETG는 융접 선(재료들 사이의 경계)의 강도와 관련하여 우수한 결과를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

프리폼은 제2 재료의 주입 후 전체적으로 완성될 수도 있지만, 프리폼은 예컨대 제3 또는 그 이상의 재료가 남아 있는 빈 체적부 내에 추가로 주입되는 실시예에서 제2 재료의 주입 후에 부분적으로만 완성될 수도 있다는 것 또한 고려한다.

도 1의 실시예로 돌아가면, 제2 재료가 주입되고 프리폼이 완성된 후, 제2 프리폼 주형(20)이 개방되고, 완성된 프리폼(26)이 그 상에 놓여 있는 코어 로 드(12)는 완성된 프리폼이 코어 로드(12)로부터 안전하게 제거되는 제거 섹션(28)으로 회전된다. 코어 로드는 새로운 사이클을 시작하도록 제1 프리폼 주형으로 되돌아 회전할 수도 있다.

이제, 완성된 프리폼은 병을 형성하도록 (연신) 중공 성형될 수 있다. 당연히, 완성된 프리폼은 동일한 제조 위치에서 (연신) 중공 성형될 수 있으며, 또는 저장되어 특화된 중공 성형 위치로 대량으로 이후 운반될 수 있다. 보통의 프리폼에 대한 표준 연신 중공 성형 공정이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 완성된 프리폼(26)은 프리폼 컨베이어(30) 상에 배치되어 이들이 더욱 연신될 수 있도록 가열 유닛(32)에 의해 재가열되며, 그 후 종래의 중공 주형 공동(36) 내의 연신 로드(34) 상에 배치될 수 있다. 부풀리기 위하여 연신 로드 내의 밸브를 통과하는 압축 공기(또는 다른 기체) 및 연신 로드(34) 자체의 연속적인 작용은 프리폼 주형 내측에서 프리폼 본체를 연신시킨다. 그 후, 중공 주형이 개방되고 완성된 병(38)이 배출된다. 표준 비연신 중공 성형 공정이 또한 사용될 수도 있다.

도 3은 도 1 및 도 2에서 설명한 공정과 유사하지만 보다 자동화된 4단계 공정을 도시한다. 이러한 공정에서, 제1 주입 단계 및 제2 주입 단계는 도 1에서 논의된 것과 유사한 방식으로 유사한 주입 스테이션(2, 16)에 의해 수행될 수 있다. 그 후, 코어 로드 상에 놓여 있는 완성된 프리폼(26)은 제2 주입 스테이션 후 중공 성형 스테이션(40)으로 바로 회전될 수 있다. 그 후, 압축 공기 또는 다른 기체가 프리폼 본체를 부풀려서 중공 주형(36)의 형상을 취하도록 코어 로드(12) 내의 하 나 이상의 밸브를 통과할 수 있다. 대안적으로, 이 단계에서, 코어 로드(12)는 또한 후퇴되고, 연신 중공 성형하도록 된 연신 로드가 프리폼의 목부를 통해 프리폼 내에 삽입될 수 있다.

그 후, 중공 주형이 개방되고 최종 병(38)이 배출 스테이션(42)에서 배출될 수 있다. 그 후, 코어 로드는 제1 주입 스테이션(2)으로 다시 회전될 수 있어, 새로운 사이클이 개시될 수 있다. 물론, 기계는 주입 단계, 중공 성형 단계 및 배출 단계가 상이한 프리폼/병으로 연속적으로 수행될 수 있도록 최대 4개의 코어 로드를 포함할 수도 있다.

도 4는 본 발명을 설명하는 4단계 공정의 다른 예이다. 이러한 공정에서, 제2 주입 스테이션(16) 후에 얻어지는 완성된 프리폼(26)은 히터(46)를 포함하는 조절(conditioning) 스테이션(44)으로 회전되며, 여기서 완성된 프리폼은 중공 성형 및 배출 스테이션(48)에서의 중공 성형 단계에 앞서 재가열된다. 최종 병(38)이 중공 주형(40)으로부터 최종적으로 배출된다.

도 3 및 도 4의 공정은 프리폼이 최종 제품으로 즉시 변환되기 때문에 유리하다. 그러나, 이들 공정에 사용되는 기계는 주입 및 중공 성형 단계가 상이한 기계 상에서 수행되는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 2단계 공정을 사용할 수 있는 기계보다 복잡하다.

본 명세서에서 설명된 본 발명의 실시예들이 2가지의 재료로 이루어지는 프리폼 및 공정을 기술하고 있지만, 3가지 이상의 재료의 조합이 본 발명의 범주 내에 있다는 것 또한 고려한다. 예를 들면, 제3 또는 그 이상의 주입 스테이션이 본 명세서에 개시된 공정에 부가될 수도 있다.

완성된 프리폼 내의 제1 및 제2 재료의 분포는 사용된 프리폼 주형의 형상에 의해 양호하게 제어될 수 있으며, 얻어지는 프리폼은 아주 일관되게 재생될 수도 있다. 더욱이, 제1 재료와 제2 재료 사이의 경계가 명확하다. 이러한 결과는 종래 기술의 문헌인 국제특허공보 WO97/21539호에 개시된 공정에 의해서는 얻어질 수 없었던 것이며, 본 발명에 청구된 방법에 따라 얻어질 수 있는 프리폼은 신규한 것이다.

전술한 바람직한 공정 외의 다른 공정이 이러한 신규한 프리폼을 얻기 위하여 사용될 수도 있다. 예를 들면, 단일한 제1 재료로 이루어지는 종래의 완전한(완전하게 형성된) 프리폼은 종래의 방법에 의해 형성될 수 있다. 그 후, 이 프리폼의 하나 이상의 선택된 체적부는 미완성 프리폼을 형성하도록 프리폼으로부터 밀링(milled)되며, 이어서 이러한 미완성 프리폼은 동일하거나 상이한 주입 주형을 사용하여 빈 체적부(들) 내의 제2 재료의 사출 성형에 의해 완성될 수 있다.

미완성 프리폼이 추가의 주입을 위하여 제1 주형으로 복귀된다면, 이는 2개의 사출 성형 스테이션에 대한 필요성을 방지한다. 제2 재료는, 제1 및 제2 재료의 요망되는 분포가 허용하는 경우(이는, 예컨대 도 7, 도 8, 도 10 및 도 13을 경우일 수 있음) 제1 재료와 동일한 노즐로부터, 또는 프리폼에 대한 임의의 위치에 위치될 수 있는 제2 노즐로부터 주입될 수 있다. 제2 노즐을 사용함으로써 기계 비용이 증가될 수도 있지만, 특히 도 5, 도 6, 도 9, 도 12 및 도 13에 도시된 것과 같은 병의 측벽 상의 내포부를 얻기 위하여 제2 재료 내로의 제1 재료의 분포의 보다 넓은 범위의 선택을 가능하게 한다. 제2 재료의 주입을 위한 제2 주형의 사용도 가능하다.

본 발명에 따르면, 제1 및 제2 재료는 도 5 내지 도 13에 도시된 것과 같이 서로에 대해 다양한 형상과 형태로 분포될 수도 있다. 예를 들면, 제2 재료가 취할 수 있는 형상은 정사각형, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형, 원형 또는 타원형, 문자, 단어 등을 포함한다.

도 5는 제1 재료로 이루어진 연속 매트릭스(4) 내의 제2 재료(22)의 다수의 내포부를 갖는 병의 예를 도시한다.

도 6에서, 눈금은 제2 재료에 의해 형성되어, 제2 재료(22)가 투명한 경우 병 내에 남아 있는 내용물의 비율을 더욱 정확하게 판독할 수 있게 한다.

도 7은 제2 재료가 목부 영역 내로 연장하는 프리폼 및 병의 예를 도시한다.

도 8은 2중 챔버 병을 장식하고 이를 알리는 데에 사용될 수 있으며, 또는 병의 전면과 후면을 구분하는 데에 사용될 수 있다.

도 9는 라벨의 틀을 만드는 데에 사용될 수 있는 넓은 색상 패널을 갖는 병을 도시한다.

도 10은 소정 브랜드의 변형, 예컨대 샴푸 방향들의 구별을 돕도록 보여질 수 있는 줄무늬 색상을 갖는 병을 도시한다.

도 11은 그의 상부 부분이 착색되어 있는 병을 도시한다. 병은 과충전 또는 제품의 팽창을 허용하도록 상부 공간 간극(headroom tolerance)을 갖도록 통상 채워진다. 투명한 병에 있어서의 하나의 문제는 소비자가 이를 '덜 채워진' 병으로 판단할 수도 있다는 것이다. 도 11의 병은 이러한 문제를 방지한다.

도 12는 표준적인 방법을 사용하여 라벨을 적용하기 어려운 병의 영역 내에 제2 재료가 분포되는 곡선형 병을 도시한다.

도 13은 프리폼 및 병이 문자 또는 로고를 나타낼 수 있는 방법을 도시한다.

본 발명에 따른 방법은 2가지의 재료 또는 그 이상의 재료로 이루어지는 프리폼 및 병을 생성하도록 되어 있으며, 상기 재료는 병 내에서 정밀하고 재생 가능한 분포를 갖는다. 요망되는 병의 설계에서 시작하여, 필요로 하는 프리폼 및 중공 주형은 예컨대 유한 요소 해석(Finite Element Analysis; FEA) 툴(tool)과 같은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 설계될 수 있다. 도 5 내지 도 13에 도시된 병은 우측에 도시된 프리폼을 중공 성형함으로써 얻어질 수 있는 결과의 유형을 도시한다.

제1 및 제2 재료는 중첩되는 수평한 층들로 분포되거나 그렇지 않을 수도 있다.

제1 및 제2 재료의 가능한 분포는 하기의 경우들을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다:

- 제2 재료(22)가 제1 재료로 이루어진 연속 매트릭스 내에 적어도 하나, 바람직하게는 2개의 불연속적인(연결되지 않은) 내포부(들)를 형성하는 경우(도 5, 도 7, 도 12 및 도 13에 예시적으로 도시된 바와 같음);

- 제2 재료가 병의 목부 또는 바닥부에 연결되지 않은 경우(도 5, 도 6, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13에 예시적으로 도시됨);

- 제1 재료 또는 제2 재료 또는 둘 모두가 도 8에 예시적으로 도시된 바와 같이 병의 목부(50)로부터 그의 바닥부(52)까지 연장하는 분포를 갖는 경우;

- 제1 및/또는 제2 재료가 제1 재료와 제2 재료를 각각 포함하는 수직 또는 수평 영역 또는 층을 형성하는 경우(도 8 및 도 11에 예시적으로 도시됨).

복합 프리폼 및 병은 그들의 장식적인 기능 외에 다음과 같은 추가의 특징들도 가질 수 있다: 예를 들어, 제1 재료(4)가 불투명한 반면 제2 재료(22)가 투명한 경우, 사용자는 병을 개방하지 않고 얼마나 많은 내용물이 병에 남아 있는지를 보기 위하여 제2 재료를 통해 관찰할 수도 있다.

본 발명에 따른 병은 악덕 업자에 대항하여 위조 방지 수단으로서 또한 유용할 수도 있다. 화장품과 같은 고가 제품의 위조는 증가하고 있는 문제이고, 위조자는 상이한 색상의 2가지의 내장 재료를 갖는 병을 복사하는 것이 더욱 어렵다는 것을 알 것이다. 병이 단지 하나의 전체적인 색상을 갖는 것이 바람직한 경우, 다른 가능성은 통상의 상태에서 동일한 색상을 갖는 제1 및 제2 재료를 사용하지만 이들 재료 중 하나에 UV 반응성 제제를 첨가하는 것이다. UV 반응성 제제는 위조 지폐를 검출하기 위하여 사용되는 것과 유사한 휴대용 검출기일 수 있는 적절한 UV 램프에 의해 조사될 때 빛을 낸다. 이는 세관 또는 시장과 같은 장소에서의 용이한 위조 통제 수단일 것이다.

도 14는 도 10의 프리폼과 유사한 프리폼을 제조하기 위한 하나의 방식을 도시하는 2회 사출 주입 공정의 개략적인 도면을 도시한다. 이 공정에서, 미완성 프리폼(14)은 특별하게 설계된 제1 주형 공동(8) 내로의 제1 재료(4)의 주입에 의해 제1 주입 스테이션(2)에서 먼저 형성된다. 제1 주형 공동은 추가의 단계에서 제2 재료로 채워질 하나의 빈 체적부(14)를 남겨두도록 설계된다. 제1 재료가 주입된 후, 얻어지는 미완성 프리폼은 제2 주입 스테이션(16)으로 회전되고, 여기서 제2 재료(22)가 빈 체적부(14)를 채우도록 주입되어 프리폼을 완성한다. 도 15 내지 도 18은 이러한 공정을 더욱 상세하게 도시한다.

도 15는 제1 재료(4)가 제1 주형 공동(8) 내에 완전하게 주입된 제1 주형의 단면도이다.

도 16은 제2 재료(22)가 제2 주형 공동(18) 내에 완전하게 주입된 제2 주형(20)의 단면도이다. 제1 재료 및 제2 재료는 재료들이 주입되는 주입 지점 부근에서 약간 중첩된다.

도 17은 제1 주입 단계 후에 얻어지는 미완성 프리폼을 도시한다. 제2 재료에 의해 채워지도록 된 빈 체적부(14)를 명확하게 볼 수 있다.

도 18은 제2 재료(22)가 프리폼을 완성하는 제2 주입 단계 후의 완성된 프리폼을 도시한다. 완성된 프리폼(26)은 중공 성형될 준비가 되어 있다.

Claims (20)

1. 병으로의 중공 성형에 적합하며 적어도 2가지의 상이한 재료로 이루어지는 프리폼(preform)을 제조하는 방법으로서,

   i) 내부 코어 로드와 제1 프리폼 주형 사이에 형성되는 제1 프리폼 공동 내로의 제1 재료의 사출 성형에 의해 미완성 프리폼을 형성하되, 이때, 제1 재료를 상기 제1 프리폼 공동 내에 완전하게 주입한 후에 상기 제1 프리폼 공동에 의해 상기 미완성 프리폼 내에 적어도 하나의 빈 체적부를 남겨두는 단계와,

   ii) 제2 재료의 사출 성형에 의해 상기 적어도 하나의 빈 체적부를 적어도 부분적으로 채워 상기 미완성 프리폼을 적어도 부분적으로 완성하는 단계를 포함하며,

   미완성 프리폼 내의 빈 체적부의 위치는 제1 재료 및 제2 재료가 서로에 대해 라미네이트 (laminate) 되지 않도록 하는 프리폼의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 미완성 프리폼을 내부 코어 로드와 제2 프리폼 주형 사이에 형성된 제2 프리폼 공동으로 전달하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제2 프리폼 공동은 제2 재료의 사출 성형에 의해 상기 적어도 하나의 빈 체적부를 채울 수 있도록 되어 있는 프리폼의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 미완성 프리폼이 형성된 후 제1 프리폼 주형을 개방하고, 이어서 코어 로드와 미완성 프리폼을 제2 프리폼 주형으로 전달하고, 그 후 제2 프리폼 주형을 폐쇄하는 단계를 추가로 포함하는 프리폼의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 미완성 프리폼을 형성하는 단계와 상기 미완성 프리폼을 적어도 부분적으로 완성하는 단계는 동일한 프리폼 주형 내에서 연속적으로 수행되며, 상기 제1 프리폼 주형은 제1 재료의 주입 중에 제2 재료에 의해 점유될 적어도 하나의 빈 체적부를 차단하는 적어도 하나의 제거 가능한 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제거 가능한 요소는 상기 미완성 프리폼을 적어도 부분적으로 완성하는 단계 전에 제거되어 상기 제2 재료가 적어도 하나의 제거 가능한 요소에 의해 이전에 점유된 적어도 하나의 빈 체적부 내에 주입될 수 있는 프리폼의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 제1 재료 및 제2 재료는 상이한 주입 지점으로부터 주입되는 프리폼의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 재료는 상이한 시각적 외양을 갖는 프리폼의 제조 방법.
7. 병으로의 중공 성형에 적합하며 적어도 2가지의 상이한 재료로 이루어지는 프리폼을 제조하는 방법으로서,

   i) 제1 재료로 이루어지는 완전한 프리폼을 형성하는 단계와,

   ii) 적어도 하나의 빈 체적부를 갖는 미완성 프리폼을 형성하도록 상기 완전한 프리폼의 적어도 하나의 체적부를 밀링하는 단계와,

   iii) 프리폼을 완성하도록 적어도 하나의 빈 체적부 내에 제2 재료를 주입하는 단계를 포함하며,

   미완성 프리폼 내의 빈 체적부의 위치는 제1 재료 및 제2 재료가 서로에 대해 라미네이트되지 않도록 하는 프리폼의 제조 방법.
8. 제1항에 따른 방법에 의해 제조되는 병으로의 중공 성형에 적합한 프리폼.
9. 병으로의 중공 성형에 적합하며 적어도 2가지의 상이한 재료인 제1 재료 및 제2 재료로 이루어지는 프리폼으로서,

   상기 제1 재료 및 상기 제2 재료는 서로에 대해 라미네이트되지 않는 프리폼.
10. 제9항에 있어서, 제1 재료 및 제2 재료는 프리폼의 중심축(선행적 기초)을 수직축으로서 고려할 경우 수평으로 중첩된 층들로서 분포되지 않는 프리폼.
11. 제9항에 있어서, 제2 재료는 제1 재료로 이루어진 연속 매트릭스 내에 적어도 하나의 내포부 (inclusion) 를 형성하는 프리폼.
12. 제11항에 있어서, 제1 재료는 적어도 2개의 불연속적인 내포부를 형성하는 프리폼.
13. 제9항에 있어서, 상기 프리폼은 목부를 포함하며, 프리폼의 목부는 하나의 재료로만 이루어진 프리폼.
14. 제9항에 있어서, 상기 프리폼은 목부와 바닥부를 포함하며, 제1 및 제2 재료 중 적어도 하나의 재료는 프리폼의 목부로부터 그의 바닥부까지 연장하는 프리폼.
15. 제9항에 있어서, 제1 및 제2 재료는 상이한 시각적 외양을 갖는 프리폼.
16. 제15항에 있어서, 제1 및 제2 재료는 상이하게 착색되는 프리폼.
17. 적어도 2가지의 상이한 재료로 이루어지는 병을 제조하기 위한 방법으로서,

    a) 제1항의 방법에 의한 병으로의 중공 성형에 적합한 프리폼을 제조하는 단계와,

    b) 병을 제조하기 위하여 프리폼을 중공 성형하는 단계

    를 포함하는 병의 제조 방법.
18. 제17항에 있어서, 프리폼이 중공 성형되기 전에 프리폼을 내부 코어 로드로부터 제거하는 단계를 포함하는 병의 제조 방법.
19. 제17항에 있어서, 내부 코어 로드 및 그 상에 배치된 프리폼을 중공 성형 공동으로 전달하는 단계를 포함하는 병의 제조 방법.
20. 제17항에 따른 방법에 의해 제조된 병.

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