KR102173380B1 - 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법 - Google Patents

폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102173380B1
KR102173380B1 KR1020180157790A KR20180157790A KR102173380B1 KR 102173380 B1 KR102173380 B1 KR 102173380B1 KR 1020180157790 A KR1020180157790 A KR 1020180157790A KR 20180157790 A KR20180157790 A KR 20180157790A KR 102173380 B1 KR102173380 B1 KR 102173380B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pet
resin
layer
foam sheet
polyethylene terephthalate
Prior art date
Application number
KR1020180157790A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200071155A (ko
Inventor
김효식
이응기
Original Assignee
케미코첨단소재 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 케미코첨단소재 주식회사 filed Critical 케미코첨단소재 주식회사
Priority to KR1020180157790A priority Critical patent/KR102173380B1/ko
Publication of KR20200071155A publication Critical patent/KR20200071155A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102173380B1 publication Critical patent/KR102173380B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/065—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of foam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/20—Making multilayered or multicoloured articles
    • B29C43/203—Making multilayered articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/36—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/15—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with at least one layer being manufactured and immediately laminated before reaching its stable state, e.g. in which a layer is extruded and laminated while in semi-molten state
    • B32B37/153—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with at least one layer being manufactured and immediately laminated before reaching its stable state, e.g. in which a layer is extruded and laminated while in semi-molten state at least one layer is extruded and immediately laminated while in semi-molten state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0066—Use of inorganic compounding ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/12—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent
    • C08J9/122—Hydrogen, oxygen, CO2, nitrogen or noble gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/12—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent
    • C08J9/14—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent organic
    • C08J9/142—Compounds containing oxygen but no halogen atom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24—Acids; Salts thereof
    • C08K3/26—Carbonates; Bicarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0083—Nucleating agents promoting the crystallisation of the polymer matrix
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/09—Carboxylic acids; Metal salts thereof; Anhydrides thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/20—Carboxylic acid amides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/02—Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2266/00—Composition of foam
    • B32B2266/02—Organic
    • B32B2266/0214—Materials belonging to B32B27/00
    • B32B2266/0264—Polyester
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2367/00—Polyesters, e.g. PET, i.e. polyethylene terephthalate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2439/00—Containers; Receptacles
    • B32B2439/70—Food packaging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2367/00—Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2367/02—Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은, 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 다층 구조를 갖는 수지 층이 구비되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 수지 발포시트에 있어서, 수지 층이 PET 수지로 이루어지고, 안하이드라이드(anhydride) 관능기를 포함하는 사슬연장제를 수지 무게 대비 0.1 내지 2 중량부 첨가하여 반응 압출을 유도하며, 공압출 다이가 장착된 텐덤 발포 압축기(tandem foaming extruder)를 통해 연속 공정으로 제조되고, 수지 층은 적어도 하나의 PET 발포층과 적어도 하나의 PET 비발포층을 포함하는 다층 구조를 갖는 PET 수지 발포시트가 제공된다. 본 발명의 다층 구조를 갖는 수지 층이 구비되는 PET 수지 발포시트에 대하여 열성형 공정을 수행함으로써 내열성과 인체 안전성이 탁월한 다양한 입체 형태의 식품 용기를 제조할 수 있다.

Description

폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법 {POLYETHYLENE TEREPHTHALATE FOAM SHEET, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, MOLDED ARTICLE AND METHOD FOR PRODUCING THE MOLDED ARTICLE}
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 연속 공정인 공압출 발포법을 이용한 다층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 상기 발포시트를 이용한 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법에 관한 것이다.
저렴한 가격과 편리함 때문에 전세계적으로 널리 사용되고 있는 발포 폴리스티렌(polystyrene) 성형 용기는 고온으로 가열하거나 전자레인지에서 가열할 경우 환경 호르몬이 용출될 위험이 크다. 또한, 발포 폴리스티렌 성형 용기는 섭씨 105도 정도의 내열성을 가질 뿐이므로 스팀 오븐이나 로스팅 오븐에서 사용할 수 없다. 따라서, 발포 폴리스티렌 성형 용기의 단점을 극복할 수 있는 새로운 친환경 용기에 대한 관심이 크다.
폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 수지는 대표적인 포장용 플라스틱 중 하나이다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 많은 음료병이나 음료컵에서 사용될 정도로 안선성이 검증된 범용 수지이다. 또한, 원료의 가격도 낮은 편이어서 기존의 발포 폴리스티렌 수지 기반의 다양한 포장재를 대체할 수 있는 가장 현실적인 친환경 플라스틱이다.
그러나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 점도가 낮고 발포특성이 좋지 않아서 기공구조를 갖는 시트로 제조하기 어렵다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 자체의 유리 전이 온도는 섭씨 75도 수준이며, 결정화를 통해서 그 내열성이 최대 섭씨 220도까지 상승하게 된다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 선형 고분자이면서 분자량이 높지 않기 때문에 저밀도 압출 발포에 적합한 유변 특성을 얻기가 어렵고, 발포 압출 공정의 윈도우가 매우 좁은 한계점을 갖는다. 많은 경우, 압출기에서 토출되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 일반 범용 고분자인 폴리에틸렌 수지에 비해서 매우 낮은 점도를 나타낸다. 따라서, 높은 발포 배율을 갖는 저밀도 발포체를 연속 공정인 압출로 제조하기는 매우 어렵다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 한계점을 극복하기 위한 다양한 연구와 시도들이 이루어졌다. 안하이드라이드(anhydride) 관능기를 갖는 사슬연장제를 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지와 반응 압출하여 발포시키는 기술이 개발되었다. 사슬연장제가 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지와 반응할 경우, 수지의 분자량을 올려주고, 긴 사슬의 측쇄(side chain)를 주쇄(back bone)에 붙여주는 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 긴 사슬이 브랜치(branch) 형태로 붙은 폴리에틸렌테레프탈레이트 분자형태가 얻어지게 되므로, 용융 강도가 현저히 상승하고 변형 경화(strain hardening) 거동을 나타내어서 우수한 셀구조와 높은 발포 배율을 갖는 발포시트 또는 발포체를 얻을 수 있다.
그러나, 대부분의 사슬연장제는 에폭시(epoxy), 안하이드라이드(anhydride), 이소시아네이트(isocyanate) 등의 반응성 관능기를 한 분자내에 2개 이상을 갖고 있으며, 인체에 흡수될 경우 독성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 이러한 반응성 관능기를 갖는 사슬연장제가 포함된 발포체는 육류와 과일 등 저온의 식품을 담는 것은 안전하다는 것이 확인되었으나, 끓는 물이나 전자레인지, 고온 오븐 등의 환경에서 사용되는 것은 안전성이 아직 확인되지 않았다. 즉, 고온에서는 미반응 사슬연장제의 분자 이동성이 크고, 용출이 상대적으로 쉬운 환경이 되므로, 담고 있는 식품에 사슬연장제가 포함되어 인체 안전성이 보장될 수 없는 실정이다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 발포성을 위해서 반드시 필요한 사슬연장제의 이러한 단점을 해결해기 위해서 박막의 배리어(barrier) 층을 발포층에 접합하는 방법이 있다. 가장 대표적인 방법으로는 비발포 필름 라미네이션 공법과 압출 코팅 공법 등이 있다. 한국 공개특허(특허 공개번호 제10-2018-0036418호)는 폴리에틸렌테레프탈레이트 단층 발포시트를 압출로 먼저 제조하고, 비발포 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 또는 비발포 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글라이콜(polyethylene terephthalate glycol) 수지를 후속 공정인 압출 코팅 공법으로 코팅하는 방법을 통해서 다층 구조의 발포시트를 제조하는 방법을 제시하였다. 이러한 방법을 통해서 다층 구조의 발포시트를 제조할 수 있으며, 독성을 갖는 사슬연장제의 식품으로의 용출 위험에서 벗어날 수 있다.
이와 같이 압출 발포 공정으로 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 단층 발포시트에 비발포층을 추가하는 방법으로는, 이미 만들어진 비발포 필름과 발포시트를 열을 이용해서 라미네이션 접착시키거나, 압출 코팅 공법으로 발포시트 위에 비발포층을 코팅시키는 방법을 고려할 수 있다.
그러나, 이러한 방법들은 치명적인 단점을 가지고 있다. 이러한 방법들은 기본적으로 별도의 후속 공정이 있어야만 다층 구조를 만들 수 있어서 공정 비용이 급격히 상승하고, 공정 간에 불량에 의한 손실도 커진다. 특히, 발포시트의 양면에 비발포층을 형성하려면 2번의 불연속 공정을 거쳐야 하므로 제조원가 부담이 매우 커진다.
첫째, 열접착 라미네이션 방법은 비발포 필름의 두께가 80 내지 100 μm 수준의 매우 두꺼운 필름을 사용해야만 열을 가하는 과정에서 터지지 않고 접착이 가능하다. 따라서, 필름 전체 밀도가 상승하고 원재료 비용도 증가하게 되어 상업화에 제약이 따른다.
둘째, 압출 코팅에 의한 비발포층 형성 방법은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 극히 낮은 용융강도로 인해서 균일한 두께의 막박을 코팅하기가 극도로 어려우며, 그런 이유로 압출 코팅 두께를 100 μm 이하로 낮추기가 매우 어렵다. 따라서, 높은 원가가 문제가 되고, 동시에 코팅 두께 불균일성으로 인한 불량 손실도 상당하게 된다. 특히, 비발포층 두께 편차는 열성형 공정에서 가열에 의한 연질화 정도에서 편차가 발생하게 되므로 성형품의 두께 편차 원인으로 이어지게 된다.
따라서, 연속 공정으로 발포층 및 비발포층을 포함하는 다층 발포시트를 제조할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결 과제를 목적으로 한다.
본 발명은 연속 공정으로 제조된 발포층 및 비발포층을 포함하는 다층 발포시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 연속 공정으로 발포층 및 비발포층을 포함하는 다층 발포시트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 연속 공정으로 제조된 발포층 및 비발포층을 포함하는 다층 발포시트를 가공하여 제조되는 발포 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 연속 공정으로 제조된 발포층 및 비발포층을 포함하는 다층 발포시트를 가공하여 제조되는 발포 성형품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 다층 구조를 갖는 수지 층이 구비되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 수지 발포시트는, 수지 층이 PET 수지로 이루어지고, 안하이드라이드(anhydride) 관능기를 포함하는 사슬연장제를 수지 무게 대비 0.1 내지 2 중량부 첨가하여 반응 압출을 유도하며, 공압출 다이가 장착된 텐덤 발포 압축기(tandem foaming extruder)를 통해 연속 공정으로 제조되고, 수지 층은 적어도 하나의 PET 발포층과 적어도 하나의 PET 비발포층을 포함하는 다층 구조를 갖는다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다층 구조를 갖는 수지 층이 구비되는 PET 수지 발포시트를 가공하여 제조되는 입체 형상을 갖는 PET 수지 발포 성형품은, PET 수지 발포시트를 섭씨 200 내지 350도의 오븐에서 가열한 뒤 섭씨 100 내지 250도로 가열된 성형 몰드로 3 내지 15초 동안 프레스하여 입체 형상을 갖도록 제조되며, 성형 몰드로 프레스한 뒤 PET 수지 발포시트의 결정화도가 10% 이상이다.
본 발명은 연속 공정으로 제조된 발포층 및 비발포층을 포함하는 다층 발포시트를 제공할 수 있다.
본 발명은 연속 공정으로 발포층 및 비발포층을 포함하는 다층 발포시트의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 연속 공정으로 제조된 발포층 및 비발포층을 포함하는 다층 발포시트를 가공하여 제조되는 발포 성형품을 제공할 수 있다.
본 발명은 연속 공정으로 제조된 발포층 및 비발포층을 포함하는 다층 발포시트를 가공하여 제조되는 발포 성형품의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 2층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 제조하는 공정을 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 3층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 제조하는 공정을 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 3층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 단면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 다층 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 이용하여 성형품을 제조하는 공정을 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 일 실시 예들에 따른 다층 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 이용하여 제조된 성형품을 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명은 연속공정인 공압출 발포법을 이용한 다층구조 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 수지의 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명을 통해서 구현되는 완성품은 사발면 용기와 일회용 식품 용기, 즉석식품 용기, 스팀 오븐, 고온 오븐 및 전자레인지를 위한 가열 용기에 적합한 우수한 내열성과 안전성을 특징으로 한다. 또한, 연속 공정의 높은 생산성뿐 아니라, 발포층의 낮은 밀도와 비발포층의 낮은 후도로 인해 전체 원재료 비용이 낮아서 상업적인 경쟁력이 높다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 고유특성인 우수한 산소 배리어성(oxygen barrier property)은, 가공 식품 포장용기로서 사용될 때, 폴리프로필렌수지 또는 폴리스티렌수지 무게 대비 유통 기간을 연장시켜주는 장점도 갖는다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 선형고분자이며 수지 점도와 용융강도가 낮아서 발포압출에 적합하지 않은 고유한 유변특성을 갖는다. 따라서 필수적으로 사슬연장제를 첨가하여 반응압출을 통해서 분자량을 향상시키고, 긴 측쇄 브랜치를 주쇄에 붙여주는 고분자구조로의 개질 과정이 필수적으로 요구된다. 하지만, 사슬연장제가 갖는 독성 때문에 식품용기로 사용 시 비록 극소량일지라도 식품으로 용출될 우려가 있어서 고온 음식을 담거나 전자레인지 가열 등의 용도에 사용할 경우에 인체영향에 대한 우려가 있다.
압출 발포 공정으로 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 단층 발포시트에 비발포층을 추가하는 방법으로는, 이미 만들어진 비발포 필름과 수지 발포시트를 열을 이용해서 라미네이션 접착시키거나, 압출 코팅 공법으로 수지 발포시트 위에 코팅시키는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 이러한 방법들은 치명적인 단점을 가지고 있다. 이러한 방법들은 기본적으로 별도의 후속 공정이 있어야만 다층 구조를 만들 수 있어서 공정 비용이 급격히 상승하고, 공정 간에 불량에 의한 손실도 커진다. 특히, 수지 발포시트의 양면에 비발포층을 형성하려면 2번의 불연속 공정을 거쳐야 하므로 제조원가 부담이 매우 커진다.
본 발명에서는, 앞서 설명된 문제점들을 개선할 수 있는 진보된 공법으로서, 공압출 발포공법을 이용한 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 다층 발포시트 제조법을 제시한다.
본 발명에서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 공압출 발포 공정과 후속 열성형 공정을 통해서, 낮은 제조원가를 유지하면서도 내열성이 우수하고 인체 안전성이 확실한 식품 용기를 제조하는 새로운 방법을 제시한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 2층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 제조하는 공정을 도시한다. 도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 3층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 제조하는 공정을 도시한다.
구체적으로, 도 1은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 텐덤 발포 압출기에서 제조되는 2층으로 구성된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 제조 공정을 도시한다. 도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 텐덤 발포 압출기에서 제조되는 3층으로 구성된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 제조 공정을 도시한다.
도 1은 기능성 첨가제와 배합된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 발포 압출을 통해 2층의 구조를 갖는 수지 발포시트를 제조하는 공정을 도시한다. 도 2는 기능성 첨가제와 배합된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 발포 압출을 통해 3층의 구조를 갖는 수지 발포시트를 제조하는 공정을 도시한다.
탠덤 발포 압출기(tandem foam extruder)는 1차 압출기(11, 21)와 2차 압출기(13, 23)가 연속적으로 연결된 구조를 갖는다. 또한, 1차 압출기 중간에 발포제의 주입이 가능하도록 발포제 펌프(12, 22)의 가스 주입구 가공이 되어 있는 형태이다. 탠덤 발포 압출기 끝에는 공압출 다이(14, 24)가 장착된다.
비발포층에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 공급하는 압출기(17, 27)는 공압출 다이(14, 24)의 몸체(body)와 연결 파이프로 직접 연결된다. 상기 연결 파이프와 공압출 다이(14, 24)의 사이에는 다이버터 밸브(diverter valve)가 설치되어서 발포제가 포함되지 않은 비발포층 수지가 발포층의 일 표면에 1층으로, 또는 양 표면에 각각 1층씩 총 2층으로 형성되도록 수지의 흐름의 방향을 선택하여 제어할 수 있다. 여기서, 공압출 다이(14, 24)는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 주름 문제를 억제하기 위해서 환형 공압출 다이(14, 24)가 적합하다.
환형 공압출 다이(14, 24)에서 토출되는 튜브형 발포시트는 드럼통 형태의 맨드렐(15, 25)을 감싸면서 통과할 때, 맨드렐(15, 25) 끝 부분의 커터(cutter)를 통해서 펼쳐진다. 맨드렐(15, 25)을 통해서 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트 표면이 더욱 매끈해지고, 동시에 시트가 단시간 내에 효과적으로 냉각되어짐으로써 와인더(winder)의 장력(tension)을 견딜 수 있는 충분한 수준의 기계적 강도를 얻을 수 있다.
맨드렐(15, 25)을 통과한 뒤, 하나의 발포층 및 하나의 비발포층으로 구성되는 2층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 발포시트(16), 또는, 하나의 발포층 및 상기 발포층의 양면 각각에 하나씩 배치된 총 두 개의 비발포층들로 구성되는 3층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 발포시트(26)를 얻을 수 있다.
공정의 기본 설비로는 공압출 다이가 장착된 텐덤 발포 압출기(tandem foaming extruder)를 사용하며, 1 내지 6 mm의 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층과 그 한쪽 또는 양쪽 표면에 5 내지 50 μm 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층이 접합된 다층 구조 발포시트를 하나의 연속 공정으로 제조할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 수지 층이 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 이루어지고, 안하이드라이드 관능기를 포함하는 사슬연장제를 수지 무게 대비 0.1 내지 2 중량부 첨가하여 반응 압출을 유도하며, 공압출 다이가 장착된 텐덤 발포 압축기(tandem foaming extruder)를 통해 연속 공정으로 제조되고, 수지 층은 적어도 하나의 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층과 적어도 하나의 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층을 포함하는 다층 구조를 갖는다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 수지 발포시트의 제조 방법은 하나의 연속 공정이므로 가공비용이 현저히 낮으며, 얇고 균일한 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층이 포함된 다층 발포시트를 제조할 수 있는 높은 공정 안정성을 가진다. 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 다층 발포시트의 발포층에는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지와 발포제, 기핵제, 사슬연장제, 결정화 촉진제 및 색상안료 등이 균일하게 배합된다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 0.5 ㎗/g 내지 0.8 ㎗/g의 고유점도(intrinsic viscosity, IV)를 가질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 공압출 발포법을 이용한 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 제조 방법에서는, 전통적인 발포설비와 달리 정밀한 공압출 다이를 사용하므로 2개층(발포층-비발포층) 또는 3개층(비발포층-발포층-비발포층)의 다층 발포시트를 용이하게 제조할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 제조 방법에 따르면, 비발포층의 두께가 균일하면서도 50 μm 이하로 얇게 형성되기기 때문에 전체 폴리에틸렌테레프탈레이트 다층 발포시트의 원재료비가 낮아지고, 하나의 연속 공정으로 다층 발포시트를 제조할 수 있으므로 공정 효율과 원가경쟁력이 현저히 높아지는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 수지 발포시트의 제조 방법은 열접착 라미네이션법이나 압출 코팅법과 비교해서 차별화된 제조원가 및 품질경쟁력을 갖는다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 고배율로 제조하기 위해서는 텐덤 발포 압출기(tandem foaming extruder)가 필수적으로 요구된다. 즉, 2대의 압출기가 직렬로 연결되어야 한다. 여기서, 첫번째 압출기는 원료의 균일한 혼련과 증점 반응이 일어나고, 두번째 압출기는 발포가스가 용해되어 있는 수지 용융체를 효율적으로 냉각시킴으로써 고배율 발포에 적합한 점도까지 유변 특성을 향상시킨다.
상기 텐덤 발포 압출기에 공압출 다이를 설치함으로써, 1 내지 6 mm의 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층과 그 한쪽 또는 양쪽 표면에 5 내지 50 μm의 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포 박막층을 안정적으로 도포할 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 공압출 발포법을 이용한 수지 발포시트의 제조 방법은 생산성이 높다. 또한, 낮은 원재료비에도 불구하고 독성을 갖는 사슬연장제의 용출을 막을 수 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층이 음식물과 직접 접하게 되므로, 끓는 물을 담는 사발면 용기나 전자레인지에서 가열하는 즉석식품 용기의 경우에도 안전하게 사용이 가능하다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 공압출 발포법을 이용한 수지 발포시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층의 발포 배율은 2 내지 20배가 되며, 비발포층을 포함하는 전체 다층시트의 평균 발포 배율은 1.5 내지 18배가 된다. 따라서, 전체적인 원재료 비용이 매우 낮다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 수지 발포시트의 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층은 그 조성물로서 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 기본 원료로 사용하며, 바람직하게는, 물리 발포제를 사용하면 2 내지 20배의 발포배율을 얻을 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 물리 발포제로는 이산화탄소(carbon dioxide), 질소(nitrogen)등과 같은 불활성가스와 부탄(butane), 펜탄(pentane) 등과 같은 탄화수소가스(hydrocarbon) 또는 이들의 조합으로 이루어진 혼합 발포제를 사용할 수 있다. 발포제의 첨가는 얻고자 하는 발포 배율에 따라서 수지 무게 대비 0.1 내지 10 중량부를 1차 압출기 실린더를 통해 주입해야 한다. 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층은 물리 발포제로서 이산화탄소, 질소, 부탄, 펜탄, 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 선택하여 수지 무게 대비 0.1 내지 10 중량부를 혼련함으로써 제조될 수 있다.
사슬연장제는 에폭시(epoxy), 안하이드라이드(anhydride), 이소시아네이트(isocyanate) 등의 반응성 관능기를 가지는 첨가제를 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 무게 대비 0.2 내지 2 중량부를 첨가한다.
기핵제로는 직경이 1 내지 50 μm인 탈크(talc)를 수지 무게 대비 0.1 내지 5 중량부 첨가할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층은 기핵제로서 탈크(talc), 탄산칼슘(calcium carbonate), 이산화티타늄(titanium dioxide), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 선택하여 수지 무게 대비 0.1 내지 5 중량부를 혼련함으로써 제조될 수 있다.
또한, 열성형 공정에서의 결정화 속도를 향상시키기 위해서 결정화 촉진제를 첨가하는 것이 바람직하다. 결정화 촉진제는 수지 무게 대비 0.1 내지 5 중량부를 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지와 혼합해야 한다.
앞서 설명된 발포층의 표면에 박막으로 공압출되는 비발포층의 조성물은, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 기본 원료로 사용하고 사슬연장제와 발포제 및 기핵제를 포함하지 않았다. 그러나, 실시 예에 따라서, 열성형 공정에서의 결정화 속도를 향상시키기 위해 결정화 촉진제를 비발포층에 첨가할 수 있다. 예를 들어, 색상안료, 대전방지제 등의 첨가제가 첨가될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 결정화 촉진제로는 스테아릭 에시드(stearic acid), 하이드록시 스테아릭에시드(hydroxystearic acid), 에틸렌비스 스테아마이드(ethylenebis stearamide) 등이 적합하다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층은, 결정화 촉진제로서 스테아릭 에시드(stearic acid), 하이드록시 스테아릭 에시드(hydroxystearic acid), 에틸렌 비스 스테아마이드(ethylenebis stearamide), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 선택하여 수지 무게 대비 0.1 내지 5 중량부를 혼련함으로써 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 3층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 단면을 도시한다.
구체적으로, 도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 제조 방법에 따라서 제조된 3층 구조, 즉, 비발포층-발포층-비발포층의 구조를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 단면에 대한 전자현미경 사진을 도시한다.
본 발명에서 제시하는 방법에 따라서 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 일 예는 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층의 표면에 위치한 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층의 두께가 20 μm으로 매우 박막이며, 두께가 매우 균일하다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 다층 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 이용하여 성형품을 제조하는 공정을 도시한다.
구체적으로, 도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 다층 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트 원단을 가열하고 성형몰드로 열성형하여 최종적인 원하는 형태의 완성품을 제조하는 공정을 도시한다.
도 4는 일 실시 예로서 2층으로 이루어진 다층 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트에 대한 열성형 공정의 전체적인 흐름을 보여준다.
도 1 내지 도 2의 방법에 따라서 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 다층 발포시트 원단은 후속 공정으로서, 도 4의 열성형 공정을 통해서 다양한 형태의 입체 형상을 갖는 내열 식품용기 또는 포장용 내열 트레이로 성형되어 사용될 수 있다.
열성형 공정에서 진공 성형 몰드의 압착에 의해서 수지 발포시트가 특정 형태를 갖는 용기나 트레이로 성형된다. 성형 몰드의 프레스 압착 상태에서 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 결정화를 유도할 수 있는 온도와 시간 동안 열을 가하게 되면, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트의 결정화도가 현저히 높아져서 우수한 내열성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포 성형품을 얻을 수 있다.
도 1 내지 도 2의 방법에 따라서 제조된 다층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트는 롤(41) 상태로 감겨져서 약 3 내지 10일 정도의 숙성공정을 거친 뒤 발포층에 잔류된 발포제를 일부 배출하게 된다. 즉, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법으로 제조된 다층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트는 일정 시간 동안 디게싱(degassing) 단계를 통해 숙성되어야 한다.
이어서, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법으로 제조된 다층 구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트는 식품용기나 트레이 등의 다양한 성형품 형태로 만들기 위해서 열성형 공정을 거치게 된다. 이 때, 2층으로 이루어진 발포시트는 비발포층이 식품 용기의 안쪽으로 배치해야만 사슬연장제의 용출을 방지하는 배리어층의 역할을 할 수 있다.
열성형 공정의 시작으로서, 가열 오븐(42)에서 수지 발포시트를 섭씨 200 내지 350도로 가열하여 변형이 가능한 수준까지 연질화 한다. 일 실시 예에 따르면, 가열 오븐으로는 세라믹 히터 오븐을 사용할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 가열 오븐(42)은 섭씨 200 내지 350도에서 수지 발포시트를 가열할 수 있다.
그 다음, 가열된 수지 발포시트를 성형 몰드(43)로 프레스하여 용기나 트레이 형태의 입체 형상을 갖도록 변형시킨다. 이 때, 수지 발포시트가 내열성을 갖도록 결정화도를 극대화하기 위해서 성형 몰드가 가열되어야 한다. 일 실시 예에 따르면, 성형 몰드(43)가 섭씨 100 내지 250 도로 가열되어야 단시간에 수지 발포시트의 결정화도를 10% 이상으로 얻을 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 성형 몰드(43)는 3 내지 15초 동안 수지 발포시트를 프레스하여 입체 형상을 갖도록 제조할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 성형 몰드에서 냉각수가 순환되어서 짧은 시간에 냉각이 가능하여, 성형품이 몰드에서 원활하게 빠져나올 수 있다.
성형된 수지 발포시트는 프레스 트림기에 의해서 타발이 된다.
완성된 최종 성형품은 용기로 사용될 수 있다. 최종 성형품의 구조(44)는 음식이 닿는 용기 내부 측면에 식품에 대한 직접적인 접촉에 안전한 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층이 위치한다.
도 5는 본 발명의 다양한 일 실시 예들에 따른 다층 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 이용하여 제조된 성형품을 도시한다.
구체적으로, 도 5는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 제조 방법에 따라서 제조된 다층구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 열성형하여 제조할 수 있는 내열성을 갖는 성형품의 예를 도시한다.
도 5를 참고하면, 폴리에틸렌테레프탈레이트 다층 발포시트의 단면구조와 다양한 형태의 성형품을 도시한다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따라서, 적어도 하나의 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층(51)과 적어도 하나의 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층(52)을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트는 열성형 공정을 통해 다양한 입체 형상을 갖는 최종 성형품(53)으로 제조될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법으로 성형되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 다층 발포 성형품(53)은 수지의 결정화도에 따라서 섭씨 120 내지 220도의 내열성과 전자레인지 가열 안전성을 가진다. 따라서, 끓는 물을 담는 사발면 용기, 커피컵 등으로 사용하는데 문제가 없으며, 전자레인지에 넣어서 음식물을 가열하는 도시락 트레이로 사용되는 경우에도 용기의 변형이 없고, 독성을 갖는 사슬연장제의 용출 위험도 원천적으로 배제할 수 있다. 나아가, 발포층이 포함되어 단열성을 가지므로 맨손으로 잡기에 편리하고, 음식물의 보온과 보냉이 가능한 친환경 성형품이라는 장점도 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따라서 제조되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 다층 구조를 갖는 발포 성형품은 환경 호르몬에 대한 우려가 없이, 고온의 음식을 담거나 전자레인지로 가열하는 환경에서도 사용 가능한 내열성을 갖는다. 식품에 대한 직접적인 접촉에 안전한 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층이 박막으로 형성되기 때문에, 발포성 확보를 위해서 첨가되는 독성 사슬연장제의 용출 위험이 없으므로 다양한 가공식품 용기 또는 사발면 용기로 적합하다.
또한, 식품 용기 내부 표면이 매끈한 비발포층으로 형성되기 때문에, 식품용기로 사용 후에, 간단한 물청소만으로도 잔류 음식물과 기름 성분을 깨끗하게 제거할 수 있으므로, 플라스틱 재활용이 수월하다는 것도 기존의 폴리스티렌 발포 성형용기 대비 큰 장점이다.
나아가, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 고유 특성인 우수한 산소 배리어성(oxygen barrier property) 때문에, 가공 식품 포장용기로서 사용될 때, 폴리프로필렌 수지 또는 폴리스티렌 수지와 비교하여 유통 기간을 현저히 연장시켜줄 수 있으므로, 제품 유통관리 관점에서 보다 유리하다.
이하 본 발명의 실시 예를 기재한다. 하기의 실시 예는 본 발명의 일 실시 예일뿐이며, 본 발명이 하기의 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
(실시 예)
사용된 탠덤 발포 압출기(tandem foam extruder)는 스크류 직경 100 mm 일축압출기(1차 압출기)와 스크류 직경 130 mm 일축압출기(2차 압출기)가 연속적으로 연결된 구조를 갖는다. 또한, 1차 압출기 중간에 물리 발포제의 주입이 가능하도록 가스 주입구 가공이 되어 있는 형태이다. 탠덤 발포 압출기 끝에는 공압출 다이를 장착하였다. 비발포층에 사용되는 수지를 공급하는 압출기는 공압출 다이와 연결 파이프로 직접 연결된다. 상기 연결 파이프와 공압출 다이 사이에는 다이버터 밸브(diverter valve)가 설치되어서, 비발포층 수지가 발포층의 단면 또는 양면에 형성되도록 선택할 수 있다. 여기서, 공압출 다이는 발포시트의 주름 문제를 억제하기 위해서 환형 공압출 다이가 적합하다.
발포층과 비발포층에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 0.8 ㎗/g의 고유점도(intrinsic viscosity, IV)를 가지는 수지를 사용하였다. 발포제로는 아이소-부탄 4 중량부를, 사슬연장제로는 분자량이 6800이면서, 반응성 관능기로 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)를 포함하는 고분자 타입 사슬연장제를 수지 무게 대비 0.5 중량부 첨가하였다. 또한, 기핵제로는 탈크 1 중량부를, 결정화 촉진제로는 스테아릭 에시드(Stearic acid)를 1 중량부 첨가하였다. 표면에 위치하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층의 조성은 상술된 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층 조성에서 기핵제, 발포제와 사슬연장제만이 제외될 뿐, 동일한 조성을 사용하였다.
발포 압출 공정을 통해서 얻어진 다층 발포시트는 다이버터 밸브의 설정을 제어함으로써 비발포층의 수에 따라 총 2개층 그리고 3개층으로 이루어지며, 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포층의 두께는 2.5 mm이고 밀도는 100 kg/m3이며, 공압출된 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층의 두께는 15 μm이다. 본 다층 발포시트에 대하여 롤 상태로 5일간 숙성한 후에 열성형 공정을 수행하였다. 숙성 후, 열성형을 통하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트를 사발면 용기 형태로 성형하였다.
적외선 히터(infrared heater, IR heater)를 이용하여 가열 시, 발포시트의 표면 온도는 약 섭씨 350도이었고, 가열 시간은 20초간 진행을 하였다. 그 다음, 직경 17cm, 깊이 6cm 규격의 대접 형태의 암수 몰드 금형을 프레싱하여 약 10초 동안 수지 발포시트를 가열하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 결정화도를 15% 이상으로 얻고, 내열성이 높은 열성형 제품을 제조하였다. 이 때, 비발포층이 용기내부로 배치되어 사슬연장제를 포함하는 발포층이 고온의 음식물에 직접 접촉하지 않도록 설계하였다.
3층으로 이루어진 수지 발포시트의 경우에는, 다이버터 밸브의 설정을 통해서 발포시트의 양쪽 표면 모두에 폴리에틸렌테레프탈레이트 비발포층이 형성되므로, 성형 시 용기 내부와 외부의 배치가 상관이 없다. 이 경우, 용기의 내부와 외부의 색상을 맞추는 것이 더욱 용이한 장점을 갖는다. 이와 같이 제조된 용기는 내열성이 우수하여, 끓는 물을 부었을 때 아무런 변형도 없었으며, 전자레인지 가열에도 아무런 변형이 발생하지 않았다. 결론적으로, 내열성이 매우 우수하고 인체유해성이 전혀 없는 친환경 식품용기를 제조할 수 있었다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 다양한 포장재료로 널리 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 수지를 기본 소재로 사용하고, 생산성이 뛰어난 연속 공정인 공압출 발포법을 이용하여 발포층과 비발포층이 접해 있는 다층구조의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포시트 원단을 제조할 수 있다.
일반적으로, 압출 발포된 상태의 다층구조 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트는 결정화도가 높지 않아서 내열온도가 섭씨 70도 수준으로 제한된다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 우수한 내열성을 갖는 성형품을 얻기 위해 후속 열성형공정의 몰드 온도를 섭씨 200도 수준으로 가열함으로써 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 결정화도를 극대화할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 사발면 용기, 즉석식품 용기, 도시락 트레이, 음료 컵 등, 다양한 형태를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 발포 성형품을 낮은 제조 경비와 원재료 비용으로 제조할 수 있다. 이러한 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 발포 성형 용기는 끓는 물이나 전자레인지 가열을 견딜 수 있는 우수한 내열성을 특징으로 한다. 또한, 용기 내부 표면이 매끈한 비발포층으로 형성되기 때문에, 식품용기로 사용 후에, 간단한 물청소만으로도 잔류음식물과 기름성분을 깨끗하게 제거할 수 있으며, 플라스틱 재활용이 수월하다는 것도 기존의 폴리스티렌 발포 성형 용기 대비 장점이다.
나아가, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 발포 성형 용기는, 포장용 소재로 널리 사용되는 폴리스티렌이나 폴리프로필렌 수지로 만들어진 발포성형품과 비교하여, 탁월한 산소 배리어성(oxygen barrier property)을 고유 특성으로 가지므로, 가공식품 보관 용기로 사용할 경우 내용물이 상하지 않고 장기간 보존할 수 있는 긴 유통기간을 확보할 수 있다.
본 발명이 본 발명의 기술적 사상 및 본질적인 특징을 벗어나지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있음은 본 발명이 속한 분야 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 상기 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 모든 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석 및 본 발명의 균등한 범위 내 가능한 모든 변화에 의하여 결정되어야 한다.
11: 1차 압출기 12: 발포제 펌프
13: 2차 압출기 14: 공압출 다이,
15: 맨드렐 16: 2층 구조 PET 수지 발포시트
17: 비발포 PET 층 압출기 21: 1차 압출기
22: 발포제 펌프 23: 2차 압출기
24: 공압출 다이 25: 맨드렐
26: 3층 구조 PET 수지 발포시트 27: 비발포 PET 층 압출기
41: 숙성된 수지 발포시트 42: 히터 오븐
43: 프레스 성형 몰드 44: 성형품의 구조
51: PET 비발포층 52: PET 발포층
53: 최종 성형품

Claims (16)

  1. 다층 구조를 갖는 수지 층이 구비되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET) 수지 발포시트의 제조 방법으로서,
    PET 수지에 대하여 안하이드라이드(anhydride) 관능기를 포함하는 사슬연장제를 수지 무게 대비 0.1 내지 2 중량부 첨가하여 반응 압출을 유도하여, 공압출 다이가 장착된 텐덤 발포 압출기(tandem foaming extruder) 및 상기 공압출 다이의 몸체(body)와 직접 연결된 제2 압출기를 통해 연속 공정으로 적어도 하나의 PET 발포층과 두께가 5 내지 9 μm 인 적어도 하나의 PET 비발포층을 포함하는 다층 구조를 갖는 상기 수지 층을 제조하는 과정을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 PET 발포층은 상기 텐덤 발포 압출기를 통해 압출되며,
    상기 적어도 하나의 PET 비발포층은 상기 제2 압출기를 통해 압출되는,
    PET 수지 발포 시트의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 PET 발포층은 발포 전 조성물에 대하여 2 내지 20배의 발포 배율로 발포되도록 제조되는,
    PET 수지 발포 시트의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 PET 발포층은 두께가 1 내지 6 mm가 되도록 제조되는,
    PET 수지 발포 시트의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 PET 발포층 및 상기 적어도 하나의 PET 비발포층은,
    결정화 촉진제로서 스테아릭 에시드(stearic acid), 하이드록시 스테아릭 에시드(hydroxystearic acid), 에틸렌 비스 스테아마이드(ethylenebis stearamide), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 선택하여 수지 무게 대비 0.1 내지 5 중량부를 혼련함으로써 제조되는,
    PET 수지 발포 시트의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 PET 발포층은,
    물리 발포제로서 이산화탄소(carbon dioxide), 질소(nitrogen), 부탄(butane), 펜탄(pentane), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 선택하여 수지 무게 대비 0.1 내지 10 중량부를 혼련함으로써 제조되는,
    PET 수지 발포 시트의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 PET 발포층은
    기핵제로서 탈크(talc), 탄산칼슘(calcium carbonate), 이산화티타늄(titanium dioxide), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 선택하여 수지 무게 대비 0.1 내지 5 중량부를 혼련함으로써 제조되는,
    PET 수지 발포 시트의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
KR1020180157790A 2018-12-10 2018-12-10 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법 KR102173380B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180157790A KR102173380B1 (ko) 2018-12-10 2018-12-10 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180157790A KR102173380B1 (ko) 2018-12-10 2018-12-10 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200071155A KR20200071155A (ko) 2020-06-19
KR102173380B1 true KR102173380B1 (ko) 2020-11-04

Family

ID=71137432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180157790A KR102173380B1 (ko) 2018-12-10 2018-12-10 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102173380B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102215710B1 (ko) * 2020-07-06 2021-02-16 김효식 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 수지 발포 시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법
CN113150360B (zh) * 2021-05-18 2023-07-21 四川大学 利用聚合物发泡材料孔壁拉伸作用促进纳米填料分散的方法
CN114603889A (zh) * 2022-05-10 2022-06-10 宁波长阳科技股份有限公司 一种高力学强度和高反射率聚酯发泡片材及其制备方法
KR102476693B1 (ko) * 2022-06-17 2022-12-09 김관수 탄소배출저감을 위한 섬유 우레탄 시트를 이용한 다중 복합 방수 공법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010173258A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Sekisui Plastics Co Ltd 樹脂発泡シートの製造方法及び発泡樹脂製容器
JP3213995U (ja) 2017-09-29 2017-12-14 積水化成品工業株式会社 積層発泡シート、及び搬送用シート
JP2018090761A (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 積水化成品工業株式会社 熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シートおよび熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡容器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0118103B1 (ko) * 1988-12-01 1997-09-30 간난 아끼라 식품용기
JP2002316351A (ja) * 2001-02-15 2002-10-29 Sumitomo Chem Co Ltd 多層発泡シートの製造方法
KR101842601B1 (ko) * 2015-12-18 2018-03-30 주식회사 휴비스 외관이 개선된 내열재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 포장 용기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010173258A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Sekisui Plastics Co Ltd 樹脂発泡シートの製造方法及び発泡樹脂製容器
JP2018090761A (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 積水化成品工業株式会社 熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡シートおよび熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡容器
JP3213995U (ja) 2017-09-29 2017-12-14 積水化成品工業株式会社 積層発泡シート、及び搬送用シート

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200071155A (ko) 2020-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102173380B1 (ko) 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트, 그 제조 방법, 성형품 및 상기 성형품의 제조 방법
US8205417B2 (en) Heat-resistant foamed polyester articles and process for their manufacture
KR101995250B1 (ko) 공압출 발포 공법으로 제조되는 다층구조의 폴리락트산 수지 발포 성형품 및 그 제조방법
JP7049973B2 (ja) マイクロセルフォームシートおよび作製プロセスおよび使用
CA2735010A1 (en) Method for making heat-insulative paper containers and the products
US5618486A (en) Process for manufacturing a heat-resistant molded foam product
JP5782895B2 (ja) 発泡性積層体、発泡加工紙及び断熱容器
US20160090458A1 (en) Thermoformed polymeric foam articles and methods
JP3141708U (ja) 食品包装用底材
CA2083004A1 (en) Barrier polyprepylene foam trays
JP2006321887A (ja) 樹脂発泡体及びその製造方法
KR102126832B1 (ko) 전자레인지용 발포 종이 용기 및 그 제조방법
JP2008081202A (ja) 食品用電子レンジ容器
JP6206552B2 (ja) 発泡性積層体及び発泡加工紙ならびにそれを用いた断熱容器
JPH0742715Y2 (ja) 積層シート
JP5706080B2 (ja) 多層容器の製造方法
CN114311914A (zh) 一种可生物降解多层共挤低密度隔热片材及其制法与应用
KR101668321B1 (ko) 일회용 용기용 시트 제조방법 및 이에 의해 제조된 일회용 용기
JPH10180952A (ja) 耐熱性食品容器
JP3692288B2 (ja) ポリプロピレン系樹脂積層発泡体とその製造方法およびそれを用いた成形品
KR20210036067A (ko) 식품 용기를 위한 원단 시트 및 그 제조 방법
JP5966478B2 (ja) 発泡性積層体及び発泡加工紙ならびにそれを用いた断熱容器
JP4569238B2 (ja) 熱可塑性樹脂発泡シートの真空成形方法
JP2011168337A (ja) パール調外観を有するプラスチック容器の製造方法
JPH1134251A (ja) 食品容器材料及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant