KR100884866B1 - 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 주재료로 한 병의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내열성 및 부형성이 우수한 용기 및 병의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 주재료로 한 병의 제조방법으로서, 1차 금형을 사용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 주재료로 하는 프리폼을 1차 2축 연신 블로우로 성형하여 1차 중간 성형품을 만드는 단계; 상기 1차 중간 성형품을 가열하여, 상기 1차 중간 성형품을 열수축시킨 후 2차 중간 성형품을 만드는 단계; 2차 금형을 사용하여 상기 2차 중간 성형품을 2차 블로우로 성형하는 단계; 및 상기 2차 블로우에의한 성형에 있어서, 2차 중간 성형품 내에 유체를 불어넣어 팽창시킨 후, 성형품 내에 유체를 불어넣어 순환시켜 성형품을 냉각하는 단계를 포함하는 방법이다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트, 블로우 성형, 에어 서큘레이션

Description

폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 주재료로 한 병의 제조방법{Method Of Manufacturing Bottle Formed Mainly Of Polyethylene Terephthalate Resin}

본 발명은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(이하 PET라고 한다)를 주재료로 한 병의 제조 방법에 관한것이며, 더욱 상세하게는 우수한 내열성을 갖는 동시에 부형성(賦刑性)이 우수한 PET를 주재료로 한 병의 제조방법에 관한 것이다.

PET는 우수한 투명성, 기계적 강도등으로 인해, 2축 연신블로우 성형 되어 음료용 병등의 용기에 널리 사용되고 있다.

PET를 주재료로하여 음료용 병 그 밖의 용기를 성형하는데, 미리 사출성형된 PET를 주재료로 한 프리폼(preform)에 고압공기 등의 압력유체를 불어넣어 2축 연신블로우 성형 하는 방법이 널리 사용되고 있다.

그런데, 음료용 병 등의 경우에는 충전된 내용물을 가열살균, 기타 가열하는 경우가 있는데, 이 경우 용기에 내열성이 요구되는 경우가 있다. 이와 같은 경우 성형된 용기 또는 병의 내열성을 높이기 위해 상기와 같은 2축 연신블로우 성형에 있어서 금형온도를 140~150℃의 고온으로 하여 성형된 병을 히트세트하였다.

하지만, 위와 같은 2축 연신블로우 성형으로는 부형성에 문제가 생길수도 있고, 유리 전이온도(Tg) 이상의 금형온도로 블로우 성형하면, 금형온도가 높아짐에 따라 성형된 병의 수축이 생기기 쉬운 경향이 있어, 직선적으로 성형된 병의 용량이 감소하게 되고, 110℃를 초과하는 범위에서는 외관을 현저히 손상시는 경우가 있다. 따라서 우수한 내열성을 갖는 동시에 부형성이 우수한 병을 제조하는 방법이 요구되고 있다.

또, PET를 주재료로 한 병은 대량으로 제조되는바, 제조시간을 보다 단축시키는 것이 바람직하다.

그러므로, 본발명은 내열성을 가지는 동시에 부형성이 우수한 용기 또는 병을 보다 단시간에 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본발명은 PET를 주재료로 한 병의 제조 방법으로서, 1차 금형을 사용하여 PET을 주재료로한 프리폼을 1차 2축 연신블로우 성형으로 1차 중간 성형품을 형성하고, 상기 1차 중간 성형품을 가열하고 이를 열수축시켜서 2차 중간 성형품을 형성하며, 2차 금형을 사용하여 상기 2차 중간 성형품을 2차 블로우 성형 하는 방법에 있어서 상기 2차 블로우 성형에 있어서 2차 중간 성형품 내에 유체를 불어넣어 팽창시킨 후 다시 성형품 내에 유체를 불어넣어 성형품을 냉각시키는 것에 의해 이루어진다.

2차 블로우 성형을 하기 위해서는 2차 중간 성형품 내에 고압을 유지한 고압 블로우 시, 고압 유체를 불어넣어 상기 고압 블로우 시간을 감소시키는 것이 바람직하다.

상기한바와 같이 1차 2축 연신블로우 성형이 고압으로 유지된 고압 블로우 시, 프리폼에 고압 유체를 불어넣는것에 의해 행해져, 상기 고압 블로우 시간을 감소시키는 것이 바람직하다.

앞서 말한 고압 블로우 시간이 양호한 부형성을 얻는데 필요한 적절한 시간이다.

바람직한 실시의 형태

본 발명에 있어서, 먼저 PET를 주원료로하여 사출 성형하는 것에 의해 프리폼을 형성한다. 프리폼 형성은 공지된 방법을 사용할 수 있다.

PET을 주재료로 한 원료로는 PET만으로 된 수지도 적당하며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 배리어재, 그 외의 첨가물을 섞은 수지도 적당하다. 배리어재로서는 폴레에틸렌 나프타레트(PEN), 메타키실렌 디아민아지파미드(MXD-6), 에틸렌 초산 비닐 공중합체(EVOH) 등을 들수 있는데, 이것에 한정 되지않고, 공지된 것을 사용할 수 있다.

또 원료 및 병은 단층구조여도 괜찮으며 적층구조여도 상관없다. 예를 들어 PET와 배리어재 등의 2종류 이상의 수지 또는 블렌드를 사용하여 3층구조나 5층구조로 된 것을 들 수 있는데 이들에 한정된 것은 아니다.

그리고, 상기 프리폼은 1차 2축 연신블로우 성형에 의해 1차 중간 성형품으로 성형된다(1차 2축연신 블로우 성형). 상기 1차 블로우 성형은 알려진 2축 연신블로우 성형 방법을 사용할 수 있고, 프리폼을 블로우 성형이 가능한 온도(90∼130℃)로 가열하여 1차 금형을 이용, 고압 유체(에어 등)를 프리폼 내에 불어넣는다. 1차 금형 온도는 50∼230℃가 적당하다.

상기 1차 블로우 성형은 기존의 2축 연신 블로우 성형을 사용할 수 있지만, 다음과 같은 2차 블로우 성형에 있어서는 에어 서큘레이션(circulation)을 행함으로써 최종 제품의 부형성이 개선되며 장시간의 고압 유체에 의한 블로우를 행하지 않고도 1차 중간 성형품을 만들 수 있으므로 1차 블로우 성형에 따른 고압 블로우 시간(고압을 유지하는 시간)을 단축 할 수 있게 된다.

1차 중간 성형품은 완제품인 병 보다도 크게 만들어지며, 곧이어 2차 중간 성형품으로 형성된다.

1차 블로우에 의해 만들어진 1차 중간 성형품을 1차 금형에서 제거하고 110∼255℃로 가열하여, 1차 중간 성형품을 강제적으로 열 수축시켜 2차 중간 성형품을 만든다. 상기 가열 온도는 바람직하게는 1차 블로우 금형의 형온도 보다도 20∼60℃ 높은 온도로 한다. 이와 같은 온도로 1차 중간 성형품을 가열하면, 1차 블로우 성형에 있어서 성형품 내에 발생한 내부 응력이 완화되고, 1차 중간 성형품은 열수축하여 2차 중간 성형품이 된다.

2차 중간 성형품은 완제품인 병 크기와 거의 같거나 혹은 조금 작아진다.

열수축에 의해 얻어진 2차 중간 성형품을 60∼120℃로 가열한 2차 금형을 사용하여 2차 블로우로 성형하여 완제품을 만든다.

본 발명의 상기 2차 블로우 성형의 경우는 에어 서큘레이션을 행하여 성형 체내부에 상온 에어를 순환시킨다. 블로우 성형은 종래 기술과 같은 연신용 코어샤프트 안을 통해서 공급되는 고압 유체(에어 등)를 코어샤프트에 천설(穿設)된 구멍에서 2차 중간 성형품 내부로 불어넣어 완제품으로 블로우 성형을 하는데, 블로 우 성형에 필요한 고압 에어 주입, 팽창, 성형에 연속하여 다시, 에어를 불어넣는 것에 의해 성형물 내부에 유체를 순환시켜 성형물을 내부부터 냉각시킨다.

에어 서큘레이션을 위한 에어의 압력은 성형물 내부에 에어 순환을 일으킬 수 있으면 되고, 블로우 성형의 위한 압력에 비해 낮은것이 좋다. 또 에어 서큘레이션에 있어서 압력 변화는 점차 감소시켜도 좋고, 단계적으로 감소시켜도 좋다. 단계적으로 행할 경우에는 1단계나 2단계 이상으로 해도 된다.

2차 블로우 성형의 블로우 시간은 ⑴ 소정의 압력(예를 들어 고압에서 약 40MPa)으로의 승압시간, ⑵ 블로우 성형을 하기 위해 고압을 유지하는 고압 블로우 시간, 및 ⑶ 에어 압력을 감소시킨채 공기를 불어넣어 공기 순환을 하는 에어 서큘레이션 시간으로 파악된다. 단계적(1단계)으로 압력을 감소시키는 경우에는 ⑴ 소정의 압력으로의 승압시간과, ⑵ 블로우 성형을 하기 위한 고압을 유지하는 고압 블로우 시간, ⑶ 압력을 중압(예를 들어 약 10∼20MPa)까지 내려 중압을 유지하여 공기를 순환시키는 에어 서큘레이션 시간(강압개시 부터 중압 유지 종료 까지)으로 파악된다.

본 발명에서는 에어 서큘레이션을 행하지 않는 방법과 비교하여 ⑶의 에어 서큘레이션 시간이 증가하는데, ⑵의 고압 블로우 시간을 단축할 수 있기 때문에 2차 블로우 성형 공정 전체로 보면, 2차 블로우 성형의 블로우 시간을 단축시킬 수가 있다. 또한 고압 블로우 시간의 경우는 양호한 부형성을 얻기 위한 시간이 필요하게된다.

본 발명의 2차 금형 온도는 일단계에서 2축 연신블로우 성형을 하는 상기의 종래 기술 방법에 의한 2차 금형 온도와 같은 고온(140∼150℃)은 불필요하며, 105℃ 정도의 온도로도 내열성을 가진 병을 제조할 수가 있다.

상기 이외의 건에 대해서는 2차 블로우 성형에 널리 알려진 블로우 성형 방법을 사용할 수 있다.

이상, 본 발명에 의하면, PET를 주재료로 한 뛰어난 내열성을 가지며, 부형성이 우수한 병을 종래와 비교하여 단시간에 제조할 수 있는데, 이것은 다음과 같은 이유이다. 본 발명은 2차 블로우에서 에어 서큘레이션을 행하기 때문에 2차 금형 내에서 성형된 성형품 내부에서 공기의 대류가 발생하여, 성형품 내면이 공기의 대류에 의해서 냉각되기 때문에 성형품 내면이 경화되고 따라서 성형물이 보형(保形)되어, 부형성이 우수해진다고 생각된다.

또, 에어 서큘레이션을 행함에 따라 부형성이 좋아지므로 전기 고압 블로우시간(고압을 유지하는 시간)을 단축할 수 있게 되고, 전체적인 블로우 시간 역시 단축됨으로써 생산 효율이 향상된다.

그리고, 가열 수축 공정에 있어서 1차 중간 성형품을 가열하여 결정 밀도를 올리는 것과 동시에 내부 응력을 완화하므로 높은 내열성을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 2차 블로우에 사용되는 2차 금형 온도를 그다지 고온으로 하지 않더라도 내열성이 우수한 병을 만들 수 있다. 이 때문에 2차 금형의 온도 상승에 필요한 시간을 단축시킬 수 있고 상기의 고압 블로우 시간 단축과 함께 우수한 내열성 및 부형성을 가진 병을 단시간에 제조할 수 있게 된다.

본 발명의 방법은 음료용 병 제조 뿐만아니라, 그 외 용기 제조에도 적용할 수 있다.

다음과 같이 각 실시예 및 비교예에 따라서 10개씩 병을 성형했다.

비교예 1

PET를 사출 성형함에 의해 10개의 프리폼을 준비했다.

상기 프리폼을 110℃로 가열하고 1차 금형을 사용하여 1차 블로우를 형성하여 1차 중간 성형품을 얻었다. 1차 금형 온도는 160℃, 에어 블로우 시간은 표 1에 표시된 바와같이 2.95초였다.

상기 1차 중간 성형품을 1차 금형에서 제거하고 185℃로 가열하여, 열수축시켜 2차 중간 성형품을 만들었다.

상기 2차 중간 성형품을 160℃로 가열하고, 2차 금형을 사용하여 2차 블로우 성형에 의해 최종제품을 얻었다. 2차 금형 온도는 105℃, 에어 온도는 25℃. 고압(39MPa)에서 에어를 불어넣는 시간은 표 1과 같이 2.85초였다. 상기 비교예에서는 2차 블로우 성형에 대한 에어 서큘레이션을 행하지 않았다.

만들어진 10개의 완제품의 전체높이와 용량을 각각 측정하여 그 평균치를 구함과 동시에 전체높이 및 용량의 표준 편차를 구해 부형성을 검토했다. 이러한 결과를 표 1로 표시했다.

또, 만들어진 완제품의 내열성을 시험했다. 내열성을 93℃의 물을 용기내에 채워 밀폐하여 75℃의 물로 3분간 샤워링한 후 변형을 눈으로 확인했다. 결과는 표 1과 같다.

실시예 1

2차 블로우 성형에 있어서 고압 블로우 시간을 감소시키는 것과 동시에 에어 서큘레이션을 행한 이외에는 비교예 1과 같은 방법으로 10개의 완제품을 만들었다.

에어 서큘레이션은 고압(39MPa)에서 25.3MPa로 압력을 내리고 상기 압력을 유지(압력 하강에서 압력 유지 종료까지 0.2초)하고, 25.3Mpa에서 16.6MPa로 압력을 내려서 상기 압력을 유지(압력 하강에서 압력 유지 종료까지 0.1초)한 후 배기를 행했다. 즉, 에어 서큘레이션 시간은 합계 0.3초였다.

2차 블로우 성형에 있어서 고압 블로우 시간 및 에어 서큘레이션 시간, 부형성, 내열성의 결과는 표 1과 같다.

실시예 2∼4

2차 블로우 성형에 있어서 고압 블로우 시간을 변화시키고, 1차 블로우 성형의 블로우 시간을 감소시킨 이외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 각 실시예에 관한 10개의 완제품을 만들었다.

1차 블로우 성형에 있어서 블로우 시간, 2차 블로우 성형의 고압 블로우 시간, 2차 블로우 성형에 있어서의 에어 서큘레이션 시간, 부형성, 내열성의 결과는 표 1과 같다.

실시예 4의 고압 블로우 시간은 양호한 부형성을 얻는데에 부적절하므로 유의가 필요하다. 따라서, 고압하의 블로우 시간에 관한 한 실시 예 4는 비교예로 파악된다.

	1차블로우 블로우 시간	2차블로우 블로우시간			부형성(전체높이)		부형성(용량)		내열성
		고압 블로우시간	에어 서큘레이션 시간	합계	평균치	표준편차	평균치	표준편차
비교예1	2.95초	2.85초	없음	2.85초	253.18㎜	0.20	914.09㎖	3.46	변형무
실시예1	2.95초	2.55초	0.3초	2.85초	253.14㎜	0.12	924.82㎖	1.09	변형무
실시예2	2.20초 (-0.75초)	1.80초	0.3초	2.10초 (-0.75초)	253.07㎜	0.07	921.16㎖	1.33	변형무
실시예3	1.70초 (-1.25초)	1.30초	0.3초	1.60초 (-1.25초)	253.07㎜	0.09	918.58㎖	1.53	변형무
실시예4	1.45초 (-1.50초)	1.05초	0.3초	1.35초 (-1.50초)	253.01㎜	0.07	919.59㎖	2.03	변형무

비교예 1과 실시예 1을 비교하면 2차 블로우 성형에 있어서 고압 블로우 시간을 감소 켰다고 하더라도, 에어 서큘레이션을 행함에 따라, 2차 블로우 성형의 총 블로우 시간은 변하지 않는 상태에서 전체높이의 표준 편차가 적어지고, 또 용량의 표준편차가 현저하게 개선되어 부형성 역시 개선되는 것을 알 수 있다. 또 내열성도 충분히 확보되었다.

실시예 2∼3에서는 2차 블로우 성형의 고압 블로우 시간을 감소시키고, 1차 블로우 형성의 고압블로우 시간을 감소시키면 전체높이의 부형성이 개선되는 것을 알 수 있다. 또, 실시예 3의 조건을 사용하면, 비교예 1의 1차 블로우 시간이 2.95초가 1.70초로, 2차 블로우 성형 시간이 2.85초에서 1.60초까지 단축할 수 있어 전체 사이클이 약 43%나 상승하는 것을 알 수 있었다.

실시예 4에서는 전체높이의 부형성이 개선되는 것을 알 수 있었다.

본 발명에 의하면, 2차 블로우 형성에 있어서 에어 서큘레이션을 행하는 것에 의해 성형 병 내부에 에어의 흐름을 만들어 내부에서 성형 병을 냉각하게 되고 결정의 과잉 성장을 방지함으로써 부형성이 개선된다. 또, 부형성이 개선됨에 따라서 제품의 크기가 흐트러지는 것을 억제할 수 있어 불량품 감소를 꾀할 수 있고 병 제조의 코스트 퍼포먼스도 향상된다.

또, 본 발명에 의하면, 고압 블로우 시간을 단축 시켰기 때문에 완제품까지의 성형시간를 단축 할 수 있고 사이클 업이 가능해져 생산성을 향상시킨다.

Claims (5)

1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 주재료로 한 병의 제조방법으로서,

   1차 금형을 사용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 주재료로 하는 프리폼을 1차 2축 연신 블로우로 성형하여 1차 중간 성형품을 형성하고, 상기 1차 중간 성형품을 가열하여, 상기 1차 중간 성형품을 열수축시켜서 2차 중간 성형품을 형성하며,

   2차 금형을 사용하여 상기 2차 중간 성형품을 2차 블로우 성형하는 방법에 있어서, 상기 2차 블로우 성형에 있어 2차 중간 성형품 내에 유체를 불어넣어 팽창시킨 후, 다시 성형품 내에 유체를 불어넣어 순환시켜 성형품을 냉각하는 것에 의해 이루어지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 주재료로 한 병의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 2차 블로우 성형을 하기 위해서 2차 중간 성형품내에 고압을 유지한 고압 블로우 시, 고압 유체를 불어넣어 상기 고압 블로우 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 병의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 1차 2축 연신블로우 성형이 고압으로 유지하기 위한 고압 블로우 시, 고압 유체를 프리폼에 불어넣는 것에 의해 행해져 상기 고압 블로우 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 병의 제조방법.
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