Oxygen barrier molded container and a method of manufacturing the same

本願は、２００９年３月９日付出願に係る米国仮特許出願第６１/１５８，６０４号及び２００９年７月３１日付出願に係る米国仮特許出願第６１/２３０，３２８号の全部の優先権の利益を主張する。

本発明は成形プラスチック容器に関し、より詳しくは、中に入れる製品に対する酸素バリヤとして機能する成形プラスチック容器の製造技術に関する。

腐敗し易い物品を貯蔵するのにプラスチック製のペール缶及び容器が使用されることは当業界で良く知られている。 食品、医薬品及びペイント等の腐敗し易い物品の貯蔵寿命は、温度、湿度及び最も重要なものとして酸化による影響を受ける。 貯蔵寿命を向上させるため、気密シールの形成、優れたプラスチック材料の使用、容器のキャップ又は蓋の下の容器の開口部を跨るプラスチックシール及び箔シールの使用、及び容器の周囲のラベルの使用を含む多くのアプローチが採用され、腐敗し易い物品が酸素に触れることを防止し、或いは酸素に触れる速度を緩和させている。 これらの従来技術の構造は満足できるものではあるが、容器の成形（モールディング）に使用されているプラスチック材料は依然として酸素を透過させ、かつ慣用のラベルは容器表面を充分に包囲して有効バリヤを形成しない。 したがって、時間の経過につれて、射出成形容器、熱成形容器及びブロー成形容器の壁を酸素が透過する。

したがって、成形プラスチック容器の壁、床又は蓋の酸素に対する不透過性を高めた容器の構造及び製造方法が望まれている。

容器はプラスチックから成形される。 フィルムは、酸素バリヤ溶液で、コーティングされ又は形成され又は酸素バリヤ溶液を有し、次に、成形された容器に付着される。 フィルムは、フィルム基体上に噴霧されたナノ粒子の層を有する多層構造で形成される。 フィルムは、射出成形ラベル法による容器の射出成形中に容器に付着される。 好ましい実施形態では、ナノ粒子はシリケートを主材料にしたものである。

成形工程中に、フィルタは容器をカバーするのに使用される。 底フィルム及び側壁フィルムを使用することができる。 底フィルムは容器の底の面積より大きい面積を有し、一方、側壁フィルムは、容器の側壁を実質的に包囲しかつ容器の側壁の長さより大きい長さを有している。 底フィルム及び側壁フィルムはマンドレルに取付けられる。 マンドレルは射出型のキャビティ内に挿入され、各フィルムはマンドレルから分離してキャビティ内に入る。 キャビティ内には、キャビティの床に隣接して溝が形成されている。 容器の底の領域を越えて延びている底フィルムの領域は、溝を横切って延びており、容器の側壁を越えて延びている側壁フィルムの一部は溝内に受入れられる。 次に、プラスチックショットがキャビティ内に射出成形され、射出成形工程中に溝を充填する。

他の実施形態では、いかなるフィルムも使用されず、容器は、原料のプラスチック材料に塗布される酸素バリヤ溶液で形成される。 酸素バリヤはナノ溶液である。 任意の実施形態では、プラスチック材料は、ナノ粒子の塗布前に熱処理法により前処理できる。

本発明により形成された容器の部分分解斜視図である。

本発明により構成されたラベルを示す断面図である。

本発明による容器の周囲に酸素バリヤを射出成形する工程の第１段階を示す概略図である。

本発明による容器に酸素バリヤを付着するのに使用される例示的な型の断面図である。

図４Ａの溝領域の拡大図である。

本発明による成形工程中の容器の底の酸素バリヤフィルムの挙動を示す前の概略図である。

本発明による成形工程中の容器の底の酸素バリヤフィルムの挙動を示す後の概略図である。

本発明による図４の型を用いて形成した容器の部分断面図である。

当業界で知られており、かつ図１に示すように、本発明により構成された容器１０は、１つの開放端２０を備えた容器を形成すべく、包囲側壁１２及び床１８を有している。 開放端２２を横切って蓋２２が嵌着され、容器を閉じてその内容物を密封する。

容器１０の製造時に、非制限的な例としてポリプロピレン材料のようなプラスチックのショットが射出成形され、容器１０及び／又は蓋２２が形成される。

容器自体の製造とは別に、薄いフィルムバリヤ１００が製造される。 ラベルは多層構造にすることができる。 好ましい実施形態では、薄いフィルム１００が、インモールドラベルとして付着される。 図２に示すように、薄いフィルム１００は、ベース層として機能する第１層１０２を有している。 この第１層１０２とガスバリヤ層１０６との間には、結着層１０８が配置されている。 ガスバリヤ層１０６と外側層１１０との間には、第２結着層１０８が配置されている。 フィルム１００の少なくとも１つの層は、酸素バリヤ溶液がコーティングされるか、酸素バリヤ溶液で形成されるか、その構造内に酸素バリヤ溶液を有している。

薄いフィルムバリヤ１００は、側壁１２に付着される。 底１８には、フィルム１００と同様な構造を有する底フィルム１４が付着される。

好ましい実施形態では、バリヤ溶液は、インマット社（InMat Inc.）によって製造されたNanoLok PT MMから知られているような水性懸濁液として形成されたナノシリケート溶液又はナノクレー（nano-clay）から形成される。 フィルム１００の第１層１０２又は外側層１１０の少なくとも一方の全域に水性ナノ溶液を塗布するのに、多孔質シリンダが使用される。 また、バリヤ溶液は、層１０２及び１１０と内側に隣接する層との間にもバリヤ溶液を配置できる。 ナノ溶液層１１２の厚さは、シリンダ内の微細孔の直径及びシリンダの内部圧力によって制御される。 カスケードコーティングのような他の塗布方法を使用することもできる。 好ましい実施形態では、水性溶液層１１２の厚さは３ミクロン以下である。

非制限的な好ましい一例では、第１層１０２及び外側層１１０は、プラスチックフィルム、より好ましくはポリプロピレンで形成される。 しかしながら、第１層１０２は、処理紙又は非処理紙、箔等で形成することもできる。

ガスバリヤ層１０６（好ましくは酸素バリヤ層）は、ＥＶＯＨから形成できる。 薄フィルム１００の層１０６は、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、アルミニウム、ＰＶＯＨ（ポリビニルアルコール）、酸化アルミニウム、酸化シリシウム（silicium oxide）、ナノクレー又はナノ結晶セルロースの単独又はこれらの任意の組合せと置換し、又は結合させることができる。 種々の層の特性は、フィルム１００が水分バリヤ及び／又は光バリヤとして機能することを可能にする。 また、薄フィルムが、セクション２０２、２０４に、フィルム１４として、側壁１２及び底１８のような容器１０の外面に付着されるときに、バリヤのナノ粒子層１１２の使用に影響を与えることなく、薄フィルム１００をインキで印刷してラベルを形成することができる。 フィルムはまた、側壁１２、床１８又は蓋２２の内部のような容器１０の内部構造上に設けることもできる。

本発明の酸素バリヤの特性を最大にするには、上記いずれかのフィルムを用いて、容器を包囲し、即ち容器の実質的に全体をバリヤでカバーし、容器の底及び側壁の周囲をフィルムがカバーすることが好ましい。 しかしながら、従来技術の成形方法では、射出成形によるラベル形成工程で、底フィルムと側壁フィルムとの間に干渉が生じてしまう。

本発明の好ましい実施形態によれば、図３に示すように、底フィルム２０４及び側壁フィルム２０２は、成形されたマンドレルにより支持される。 マンドレル３００は、凹状底部３０２を有している。 底フィルム２０４は、底部３０２の底面より大きい面積を有している。 巻付けフィルム（マンドレル３００の全周を実質的に包み込む）である側壁フィルム２０２は、マンドレル３００より長い長さを有している。

底フィルム２０４はまた、容器１０の底１８の面積より大きい面積を有している。 このため、底フィルム２０４は、張出し部分２０４ａだけ容器１０の底１８を越えて延びている。 同様に、側壁フィルム２０２は、張出し部分２０２ａだけ容器の側壁１２から張り出している。 成形工程中の底フィルム２０４と巻付けフィルム２０２との間の干渉を防止するため、マンドレル３００の底面３０２は、少なくとも一部が、底フィルム２０４を弧状にすべく凹状に形成されており、あらゆる弛みを除去しかつ巻付けフィルム２０２と底フィルム２０４との間の干渉を防止する。 巻付けフィルム２０２及び底フィルム２０４の各々が、マンドレル３００で発生した真空圧力及び１０〜１２ｋＶの静電気によりマンドレル３００に保持される。

次の段階では、フィルム２０２、２０４が載せられたマンドレル３００が型鋼のキャビティ（mold steel cavity）４００内に挿入される（図４Ａ参照）。 型鋼のキャビティ４００には溝４０２が形成されており、この溝４０２は、型鋼のキャビティ４００の床４０４の下まで延びており、ブーツの踵（かかと）に非常に似ている。 溝４０２は、両ラベル２０２、２０４のそれぞれの張出し部分２０２ａ、２０４ａの過剰長さ部分を受入れる。

図４Ａに示すように、型鋼のキャビティ４００内には、成形された鋼コア５００が挿入されており、両者の間には当業界で知られているようにギャップｈが形成され、成形工程中にプラスチックショットを受入れるためのスペースが設けられている。 ギャップｈの幅は、所望容器の厚さに基づいて定められる。

図４Ｂに示すように、底フィルム２０４の縁部２０４ｃと側壁ラベル２０２の平らな表面との間にはギャップｊが存在する。 このギャップｊは、側壁ラベル２０２に接触することなく足３０（溝４０２を横切って充分に延びている）の内面をカバーする充分なサイズを有するセクション２０４ａを備えた底ラベル２０４を分離するのに要する最小距離に基づいて定められる。 好ましい実施形態では、ギャップは約０．００５インチである。 側壁ラベル２０２は容器１０の側壁より充分に長く、足３０の底及び外面、容器１０の側壁、及び好ましい非制限的な一例では任意の張出しリップ３２（図６参照）をカバーするのに充分な長さを有するようにすることに留意されたい。

他の実施形態では、単一のフィルムディッパーラベル（film diper label）を使用できる。 型４００の底に配置されかつ射出成形法に使用される５面ディッパーラベルは、容器の外面の９９．１％をカバーする。 しかしながら、好ましい実施形態は、表面の９９．４％より多くをカバーする２ラベル法である。

静電気のレベルにより、及びマンドレルからの空気流により、ラベルが型に押付けられ、かつ型が鋼で作られているという事実から、マンドレル３００が型のキャビティ４００内に挿入されるときの両ラベル２０２、２０４と型のキャビティ４００との間の誘引力は、静電気に空気流が加えられる結果として、両フィルム２０２、２０４とマンドレル３００との間の誘引力より大きくなる。 したがって、ひとたび型のキャビティ４００に充分に接近すると、ラベル２０２、２０４がマンドレル３００から解放され、キャビティ４００のそれぞれの壁４０２及び床４０４により所定位置に保持される。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、フィルム２０４は、溝４０２を横切って形状を維持できる充分な剛性を有している（図５Ａ）。 しかしながら、射出成形工程時には、プラスチックショットが溝４０２内に移動し、底フィルム２０４の張出し部分２０４ａを溝４０２内に押しやり、実際に、プラスチックに付着すると、プラスチックにより壁４０２に押付けられる。 同様に、ショットは、フィルム２０２の張出し部分２０２ａを、ショットと床との間の溝４０２の床４０４に対して押付ける。

キャビティ４００及びコア５００から成形された容器が示されている図６から理解されるように、底ラベル２０４が容器１０の足３０の内面を充分にカバーする張出し部分２０４ａを含む容器底１８の面積より大きい面積を有すること、側壁ラベル２０２が容器１０の側壁１２を包囲しかつ側壁１２より大きい長さを有し、溝４０２内に少なくとも一部が充分に延びて足３０の底及び側壁をカバーしていること、及び両ラベル２０２、２０４が張出し部分２０４ａ、２０２ａに近接していることから、プラスチック容器１０の包囲は最適化される。 また、ラベル２０２が容器の頂部（リップ）まで延びており、カバーリングリップ３２を最適化している。

フィルム２０２、２０４をフィルム１００の構造にすることができることはいうまでもない。 本発明の他の実施形態では、バリヤ溶液は、液体又はゲル状態に形成される。 好ましい実施形態では、溶液は、ナノ分散シリケート及びインマット社（InMat Inc.）によって製造されたNanoLock PT MM等のポリエステル樹脂で形成されたナノクレーである。 また、バリヤは、容器の周囲で硬化する樹脂でもよい。

フィルム１００に関連して前述したように、水性ゲルが、ディッピング法、蒸着、水性スプレー又は粒子噴霧スプレーにより、側壁１２又は床１８の内面又は外面に塗布される。 好ましい実施形態では、容器１０を、その表面上に水性バリヤ溶液を塗布する前に熱処理してもよい。

蓋２２は、この酸素バリヤ特性を高めるため、容器の本体と同じ方法で処理できる。

他の実施形態では、射出成形により容器１０を形成する前に、ポリプロピレン原料を水性バリヤ溶液で処理してもよい。 ポリプロピレンのような原料は、液状又はゲル状のバリヤ材料中への浸漬、バリヤ材料の噴霧又はバリヤ材料又は霧化バージョンの溶液の蒸着を行うことができる。 このようにして、射出成形された蓋２２及び／又は容器１０に固有の酸素バリヤを形成することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を参照して本発明を詳細に示しかつ説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲の記載に定められた本発明の精神及び範囲から逸脱することなく形状及び細部の種々の変更をなし得ることは理解されよう。

１０ 容器 １２ 側壁 １８ 床 ２２ 蓋 ３０ 足 ３２ 張出しリップ １００ フィルム １０２ バリヤ層 １０６、１１２ 酸素バリヤ層（ナノ溶液層、ナノ粒子層）
２０２ 側壁フィルム（巻付けフィルム）
２０２ａ 張り出し部分 ２０４ 底フィルム（底ラベル）
２０４ａ 張り出し部分 ３００ マンドレル ４００ 型鋼のキャビティ ４０２ 溝 ５００ 鋼コア ｈ、ｊ ギャップ