KR20020028926A - 펄프몰드 성형용기의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 병이나 우유팩 혹은 음료수 팩과 같이 뚜껑을 부착 할 수 있는 폐쇄구조로 되어있으며 개구부의 둘레가 몸통부의 둘레보다 작은 펄프몰드 용기의 성형 방법으로서, 성형몰드 캐버티의 개구부를 통해 주입된 펄프 슬러리를 캐버티표면에 적층시켜, 젖은 상태의 성형체를 형성하는 펄프층 성형 단계와, 그 젖은(함수) 상태의 펄프층을 가압하여 탈수 및 건조를 하고, 건조된 그 성형체의 내·외부에 현탁액을 코팅을 하는 가공 단계, 가공된 성형체를 중공성형의 예비 성형체인 프리폼으로 하여, 그 프리폼을 가열하여 중공성형 하는 마무리 단계를 포함한 펄프몰드의 제조방법으로서, 특히 펄프 슬러리에 포함된 수분을 고압유체나 초음파 등 강제가열방법을 이용하여 활성도와 온도를 상승시켜 건조시켜 성형하고, 그 성형체의 내·외부에 액체의 유변학적 특성을 이용한 열가소성 수지 현탁액을 치밀하게 코팅시켜, 그 코팅된 현탁액을 용융하여 수지 도막을 형성케 하여, 형성된 수지 도막을 압착제로 이용하여 펄프몰드를 고압으로 압착시킨 것을 프리폼으로 하여, 마무리몰드내에서 중공성형하여 마무리함을 특징으로 하는 펄프몰드 성형체의 제조방법.

Description

펄프몰드 성형용기의 제조방법{A Process Preparing Pulp Molded Bottle Foaming}

본 발명은, 펄프 슬러리를 성형, 탈수·건조, 코팅 및 중공성형 공정을 통하여, 개구부(115)의 직경이 몸통부의 직경과 같거나 그 보다 작은, 뚜껑을 부착할 수 있도록 폐쇄가 가능한 구조로 된, 즉 병 모양을 한 용기류로서, 물리·화학적 안전성과, 공기 차단효과가 우수하며, 표면이 미려한 펄프몰드 성형체(100)의 제조방법에 관한 것이다.

생분해성 물질, 특히 펄프몰드 성형체(100)로 구성된 폐쇄 용기에 습기와 내화학 및 내물리적 저항력 즉 소수성 등의 부여 혹은 표면 코팅을 하여, 현재로서는 제한된 용도로만 사용되어지고 있는 펄프몰드 성형체(100)로 만든 제품의 용도확대와 함께 일상생활에 널리 사용할 수 있도록 획기적인 전기를 마련하여 줄 필요가 있다. 또한 저렴한 가격에 우수한 물성을 가진 범용 프라스틱이 그 물리적 특성상 코팅에 이용하지 못하고 있는 열경화성 수지나 난용성인 수지들을 비평면 입체물인펄프몰드 성형체(100)에 균일하게 코팅을 할 수 있다면 그 응용 영역의 확대에 획기적인 일이 될 수 있으리라 사료된다.

본 발명은 젖은 상태의 펄프몰드 성형체(100)를 효율적으로 탈수하고 건조한 후 그 피도물의 표면에 수지 현탁액(501)을 코팅시켜, 현재 과잉 사용되어지고있어 환경에 많은 영향을 주고 있는 난분해성 수지 성형체(100)을 대치 할 수 있는 펄프몰드 성형체의 일괄 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 별도의 압착제(118)를 이용하지 않고 상평형을 이용한 액상코팅으로 형성된 도막을 이용하여 간단하게 압착 처리한 공정으로서 좋은 배리어성을 가진, 프라스틱 중공성형체(100)이나 펄프몰드처럼 일정한 두께의 화학적, 물리적으로 안정되어있는 펄프 몰드 성형체의 제조방법을 제공하려는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명자는 예의 연구를 거듭한 결과, 특정 물성을 가지는 수용성·열가소성(Water Soluble Thermoplastics) 수지를 펄프 슬러리의 바인더로 사용하여 가공한 펄프몰드 성형체(100)의 표면에, 후술하는 현탁액(501)을 코팅하여 가열하면 수지의 용융온도 이상의 환경에서성형체(100) 자체에 유동성이 생겨 성형이 가능하게 된 플랙시블(Flexible) 펄프몰드 성형 체 프리폼(100)을 얻어, 그 프리폼(100)을 중공성형가공에 의해 성형시키고 마무리하여 물리적 화학적 특성이 우수한 펄프몰드를 제공하여 널리 일반적으로 사용될 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

[도면 1]은 본 발명의 펄프몰드 성형체의 제조방법의 한 실시형태에 사용된 펄프장치를 도시하는 모식도이다.

[도면 2]의 [도면 2a], [도면 2b], [도면 2c], [도면 2d], [도면 2e], [도면 2f], [도면 2g] 및 [도면 2h]는 각각 본 발명의 펄프몰드 성형체의 제조방법의 한 실시형태의 개략 공정도이다.

[도면 3]은 본 발명의 성형몰드 및 가공몰드의 상세도이다.

[도면 4]는 본 발명의 마무리몰드의 3 Split Mold의 구성도 이다.

[도면 5]는 본 발명의 가공몰드의 전자파 발생장치의 구성도 이다.

[도면 6]는 본 발명의 공정으로 성형된 물품의 형태 이다

＜도면의 주요부분에 대한 간단한 설명＞

100 펄프몰드, 프리폼, 성형체 103 펄프몰드 내부코팅막, 내부스킨

105 펄프몰드 층(layer) 107 펄프몰드 외부코팅막, 외부 스킨

110 몰드(110a), (110b), (110c) 111 몰드 좌엽

112 몰드 우엽 113 캐버티

114 배출구(배출로, 반송관) 115 주입(115a, 개구)부,배기구(115b)

116 펄프 네트 117 봉쇄판

118 압착제, 가압재료 119 배기구

125 바닥몰드 301 펄프 슬러리 저장조

303 펄프 슬러리 압송펌프 304 펄프 슬러리 공급 유량계

306 교반기(임페라) 307 (3 Way Valve)

308 배수 조정 밸브 501 현탁액, 현탁액 저장조

503 현탁액 압송 펌프 504 현탁액, 유량계

507 4단밸브(4 Way Valve) 508 현탁액 회수 조정 밸브

710 열 교환기, 유동장치 707 3단밸브(3 Way Valve)

730 전자파생성기, 마그네트론 750 도파관

770 전자파 분산기, 임페라

우선 본 발명의 구체적인 설명에 사용될 용어 및 관련 대상에 대하여 다음과 같이 정의하고 설명한다.

펄프몰드(100) : 물(99%)과 PULP(1%) 혹은 폐지를 분해 시켜 얻은 섬유질을 초지한 펄프 슬러리 용액을 다양한 형태의 금형(몰드)으로 진공흡입 탈수하여 성형한 후 건조하고 코팅하여 만든 펄프 성형품. 본 발명에서는 성형 과정과 시기에 따라, 펄프층(105), 성형체(100), 프리폼(100), 펄프몰드(100), 등으로 바꾸어 부르기도 한다.

몰드(110) : 몰드는 젖은 펄프층(성형체)을 성형하는 성형몰드(110a)와 그 성형체를 압착, 건조 및 코팅하여주는 가공몰드(110b) 및 중공성형용 마무리몰드(110c)로 구성되어 있다. 성형몰드(110a)는 펄프몰드를 성형하기 위한 몰드. 펄프 슬러리를 부어 넣거나 배출 시킬 수 있도록 개구부(115)를 포함하여 캐버티(113)를 가지고 있고 그 개구부(115)를 통하여 캐버티(113) 안에 펄프 슬러리를 부어넣어 성형한다. 몰드(110a, 110b, 110c)를 구성하는 스플릿 (111)과 (112)의 내부에는 주입구(115)가 형성되어 있다. 또한, 성형몰드(110a)와 가공몰드(110b)는 캐버티(113)외부에, 배출된 펄프 슬러리 중의 수분을 배출하는배출로(114a) 및 현탁액(501)의회수로(114b)를 구비하고 있다. 성형몰드(110a)와 가공몰드(110b)를 구성하는 스플릿 (111) 및 (112)의 내면은 펄프네트(116)로 싸여져 있다. 몰드(110a, 110b, 110c)는 좌엽(111)과 우엽(112) 혹은 하부몰드(125)의 스플릿으로 구성되어있고, 윗부분의 개구부(115)를 통하여 압착제(118), 펄프슬러리 혹은 압착유체가 들어올 수 있는 유도 파이프가 연결되어 있다. 성형몰드(110a)의 캐버티(113)는 펄프네트(116)로 싸여있고, 펄프네트(116)의 뒤로는 배출구(114)와 연결된 매니홀드와 배수로가 통해 있다. 가공몰드(110b)와 마무리몰드(110c)에는 성형체(100)를 가열할 수 있는 가열수단, 특히 주입구(115)를 통한 고온가압유체, 도시되지 않은 몰드의 직접가열수단, 고주파 발생기(730-마그네트론) 등이 포함되어 있다.

펄프네트(116) : 펄프 섬유를 배출로(114)로 빠져나가지 못하게 막아 펄프 슬러리를 도포 및 적층시키는 역할을 하는데, 그것은 천연 섬유, 합성 섬유 또는 금속 섬유로 이루어진 네트를 단일 또는 복수 층을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 소재의 섬유를 조합하여 짠 네트를 사용할 수 도 있다. 네트의 형성의 용이함, 내구성의 점에서 합성 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 천연 섬유로써는 식물 섬유, 동물 섬유 등을 들 수 있다. 합성 섬유로써는 열가소성 수지, 반합성 섬유로 이루어진합성수지 섬유를 들 수 있다. 금속 섬유로써는 스테인리스 섬유, 구리 섬유 및 강철섬유 등을 들 수 있다. 펄프네트(116)는 네트의 평활성, 내구성을 향상시킨 후, 섬유표면의 질을 향상시키는 것이 바람직하다. 펄프네트(116)는 성형체(100)가 내면에 밀착되는 것을 방지하고, 흡인 효율을 양호하게 유지하기 위해, 평균 개구 면적율이 10∼70%인 것이 바람직하고, 25∼55%인 것이 더욱 바람직하다. 펄프네트(116)는 펄프 슬러리 중의 고형 성분이 네트를 통과하거나 또는 네트에 막히는 것을 억제하면서 확실하게 펄프몰드(100)의 층을 형성하기 위해, 평균 최대 개공 폭이 0.1∼1.5mm인 것이 바람직하고, 0.3∼1.0mm인 것이 더욱 바람직하다.

펄프 슬러리 : 펄프 슬러리는 펄프몰드 성형체(100)를 구성하는 주 재료이며, 이의 제조에 사용되는 펄프는 기존의 펄프몰드 성형체(100)의 생산에 사용되는 통상의 것을 사용할 수 있다. 펄프 슬러리는 펄프를 펄프화 및 고해하여 그 수용액을 이용한다. 펄프 슬러리를 제조하는 공정은, ① 고해(叩解:Beating), ② 사이징(Sizing) ③ 충전제 및 약품·염료의 첨가, ④ 정정(精整:Refining)과 정선 등의 순 등으로 나눌 수 있다. 단, 펄프몰드(100)의 종류에 따라서는 ②,③의 공정 일부 또는 전부를 필요로 하지 않는 경우가 있다.

(1) 고해 : 펄프는 그대로 펄프몰드(100)를 만들기에는 적합하지 않으므로, 알맞은 물성을 부여하기 위하여 섬유에 기계적 처리를 하는 것을 말하며, 이것을 기계(펄퍼)를 써서 물에 풀어 필요로 하는 물품을 제조할 수 있도록 만드는 작업이다. 여기에 사용하는 기계를 고해기(Beater)라고 한다. 고해기는 너무 긴 섬유를 알맞게 절단하거나, 가로로 길게 째거나, 눌러서 으깨는 방법으로 펄프를 콜로이드화 한다.고해 방법에 따라 섬유에 일어난 변화가 어떤 것이 주가 되었는가에 따라 만들어지는 펄프몰드(100)의 품질과 성질이 결정된다. 그래서 일반적으로 좋은 '펄프몰드(100)는 고해기에서 된다'라고 할 정도로 고해는 슬러리 제조에 중요한 공정중 하나이다.

(2) 사이징 : 펄프몰드에 특수한 성질을 부여하거나 물성을 증진시키고, 그밖의 필요한 목적을 달성하기 위하여 여러 가지 종류의 약품들이 슬러리에 첨가될 수 있다. 알럼, 사이즈제, 광물성 충전제, 전분 및 염료와 같은 첨가제들이 일반적으로 사용되고 있다. 특히, 펄프만을 사용하여 제조한 펄프몰드(100)는 흡수성이 있기 때문에 펄프에 내수성이 있는 콜로이드 물질을 혼합함으로써 섬유의 표면이나 섬유사이의 틈을 메워 습기가 침투 확산하는 것을 방지해야 한다. 즉 수용액이 침투하는 것을 방지하기 위하여 저 에너지 코팅을 섬유 표면에 해 주는 것이다. 이와 같은 작업을 사이징이라고 하며, 첨가하는 물질을 사이즈제라고 한다. 사이즈제로는 보통 로진(송진), 젤라틴, 왁스 등을 사용한다. 그 밖에도 전분·라텍스·비스코스 등이 로진계통의 사이징에 이용 될 수 있다.

(3) 충전제 : 펄프몰드(100)에 물리적 성질을 개선하기 위하여 사이징 처리에 전후하여 슬러리에 광물성 충전제를 첨가한다. 이 입자들은 섬유 사이의 간격과 틈을 채워 펄프몰드의 밀도, 감촉, 백색도, 평활도 및 불투명도(opacity)를 개선시켜 준다. 이 첨가물을 충전제 또는 눈메움제(filler)라고 한다. 충전제는 백토·활석·석고·백악, 황산바륨·탄산염·이산화티탄 등이 있다. 필요한 색을 내기 위하여 염료(染料)와 안료(顔料)를 착색제로 첨가할 수 있다.

(4) 정정과 정선 : 지금까지 몇 가지 공정을 끝내고 고해기에서 나오는 것을 조합원질(調合原質) 또는 '씨'라고 한다. 조합원질에는 덜 풀리거나 거칠고 큰 섬유가 아직 포함되어 있으며, 여러 가지 이물이 혼입되어 있으므로, 초지기로 이송되기 전에 마무리 고해를 하여 섬유의 크기를 고르게 하고 선별하게 된다. 이러한 마무리고해과정을 정정(精整)이라고 한다. 다시 한번 고해된 조합원질은 혼합탱크에 들어가, 초지한 지층의 두께가 균일하게 이루어지도록 농도조절기를 통하여 일정하게 농도를 조절하고 스크린을 거치면 조정원료(調整原料)가 되어 성형몰드로 이송되기를 기다리게 된다.

이러한 첨가제 성분 외에, 내부 강도의 증강제, 즉 펄프몰드의 물리적 성질을 확보하기 위하여 전통적인 종이 제조용 첨가제를 넣지 않거나, 많은 천연 및 합성 고분자 물질들이 슬러리에 첨가될 수 있다. 우선 종이에 필수적으로 첨가하는,특히 습윤지력 향상제인 열경화성수지는 본 중공성형물의 특성상 첨가하지 않는다. 그 이유는 펄프 슬러리가 형성되고, 건조된 다음, 코팅액이 발려지고 중공성형시,펄프충(105)은 연신성을 요구받기 때문이다.

전분(일반 혹은 변성), 가소성 부여제, 천연 및 합성 라텍스 등 기능성 부여 제 혹은 유리 섬유 또는 카본 섬유 등의 무기 섬유, 가열 후 중공성형시 가요·가소성을 부여해주는 수용성 수지나 열가소성 합성수지의 분말 또는 섬유, 비목재 또는 식물질 섬유, 다당류 등의 성분을 함유해도 된다. 특히 가소제로서는 글리세린, 글 리콜 및 그 유도체 등, 섬유로서는 피브릴(Fibril)화된 섬유상태의 열가소성 수지를 사용하면 그 효과가 증대된다. 피브릴 화된 섬유상태의 수지(상품명, 일본국 미쓰이공업제 ; 미쓰이-SP)는 액상수지가 함유된 단섬유로, 지분(技分)의 말단이 돌출된 소지(小技)형이다. 열가소성 수지는 1차 전이점 온도에 다다르면 부드러워지기 시작한다. 폴리에틸렌계의 1차 전이점 온도는 밀도와 관계없이 대략 60℃이다. 열가소성수지로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐 등이 있다. 이들 첨가제들의 작용은 파열 강도를 증가시켜 준다. 또한 표면의 감촉이 개선되며 섬유가 빠져 나오는 것을 방지하고, 물의 침투 속도를 억제시켜 준다. 이들 성분의 배합량은 펄프 섬유 및 성분의 합계량에 대해 1∼90중량%, 특히 5∼70중량%인 것이 바람직하다.

슬러리 공정의 가장 중요한 목표는 펄프 섬유 혼합액이 탈수되어 펄프층을형성시키는 것이다. 섬유가 독립적으로 움직일 수 있을 정도로 자연스러우면 배수는 펄프네트를 통한 여과 메커니즘에 의하여 진행되며, 섬유는 분리된 층으로 축적된다. 여과는 층상 구조나 비교적 균일한 두께의 종이제품에서 볼 수 있는 바와 같이 펄프몰드 형성의 기본이 되는 메커니즘이다. 슬러리 중의 섬유가 제대로 움직일 수 없어지면 그들은 망상구조로 서로 엉킨다. 그런 다음 농축에 의하여 탈수가 일어나고 점점 더 치밀하게 쌓여져 결국 펄프층 구조를 이룬다.

전술한바 대로 성형체(100)는 성형중이나 건조된 후에도, 중공성형 되어지기 위해서는 어느 정도의 가소성 혹은 가요성을 필요로 한다. 프리폼(100)에 가소성과 가요성을 부여할 수 있는 첨가물은, 적당한 양의 수분과 전분(Starch)을 비롯하여, 이외에도 여러 가지 화학제품을 들 수 있다 예를 들면, 글리세린, 디에치렌 글리콜, 포리에틸렌 글리콜, 프로피렌 글리콜, 폴리프로피렌 글리콜, 솔비톨, 젤라틴(상온에서 겔·졸 현상을 가지고 가소성을 부여해줌) 등의 첨가이다. 참고로 프리폼(100) 혹은 펄프몰드내에 함유된 미량의 수분은 펄프 섬유 분자간에 붙어서 윤활제역할을 함으로, 자체적으로 가소제의 역할을 한다. 고로 완전한 건조보다는가소제와 함께 일정량의 수분을 균일하게 함유시키는 것이 중공성형공정에 유리하며 물성면에서 바람직하다. 수분은 1∼15% 더 바람직하게는 3∼12%를 함유하는 것이 좋다.

본 발명에서 필히 요구되는 특수한 물성, 특히 중공성형을 하기 위하여 프리폼(100)을 가열하였을 때에 요구되는 가요·가소성 때문에 슬러리에 수용성·열가소성(Water Soluble Thermoplastic) 수지를 첨가하여 사용함이 매우 바람직하다. 이러한 수지는 포리에치렌옥사이드(예;UCC Ucafloc), 포리비닐알콜(PVA), 카복시메틸셀루로스(CMC) 및 그 유도체 등이 있다.

압착제(118) : 펄프 슬러리로 펄프층(100)을 형성 후, 이를 강제 탈수 하고, 동시에 물리적인 형태 안정성을 부여하기 위하여 밀도를 높여줄 필요가 있다. 압착의 기본목적은 수분제거와 펄프층을 치밀하게 하여주는 것이다. 제품의 요구에 따라 밀도를 높인다든가 비용적을 줄이고 건조 공정에서의 작업성을 개선하기 위하여 습운 상태의 성형체(100)의 강도를 증진시키는 등 그 밖의 목적으로도 실시한다. 압착작업은 펄프네트 상에서 시작된 수분 제거작업의 연장으로도 간주할 수 있다. 고압의 유체를 이용한 기계적인 수단으로 물을 제거하는 것이 증발시키는 것 훨씬 경제적이다. 수분 제거는 펄프몰드 전체에 걸쳐 균일하여야 한다. 그래야만 압착된 펄프 몰드가 일정한 수분 프로필을 가지고 건조공정으로 들어가게 된다.

밀도를 높여주기 위하여, 평면의 펄프몰드 공정에서는 통상적으로 가열 프레스를 사용하는데, 본 발명에서는 내부 압착제(118) 혹은 후술되는 코팅 공정에서 성형되는 도막인 코팅막을 이용한다. 별도의 압착제(118)를 사용하는 경우는 우레탄, 불소계 고무, 실리콘계 고무 또는 엘라스토머 등의 탄성재로 구성된 압착제(118)를 들 수 있는데, 신축 가능한 탄성재로 구성된 풍선(자루) 형상의 것을 사용한다. 또한 본 발명은 별도의 압착제(118)를 사용치 않고 건조된 성형체(100)의 내부 혹은 내외부를 코팅하고 건조한 뒤 프리폼(100)을 가열하여 그 프리폼(100)과 도막에 가요·가소성이 부여 되어 코팅막 자체를 고열·고압의 유체로 압착하여 중공성형하는 방법을 적용하고 있다.

현탁액(501) : 용융 가능한 수지를 녹여놓은 용매에, 분말화한 열가소성 수지를 용액에 함침하고 혼합시켜서, 용매와 고체 수지 분말 간에 분산평형을 이룬 물리적 현탁액(Emulsion)을 말하는 것이다. 이 경우, 특히 사용하려는 고분자가 특정 용매에 녹지 않는 난용성 수지를 포함할 수 도 있다. 현탁액(501)은 용매, 비히클 그리고 기능성 첨가제 등으로 구성되어 있다. 일반적인 코팅에서는 용해성 수지(주 비히클)를 단독으로 사용하는 경우가 대부분인데 본 발명에서는 특정 용매에 난용성인 열가소성 수지(부 비히클)를 같이 사용할 수 있다.

본 발명의 공정에 이용되는 코팅용 현탁액(501)의 장점은, 현탁액의 유변학적 특성을 살려 피도물에 수지 분말을 치밀하게 코팅을 할 수 있어, 액체 코팅으로 분체도장과 같은 공정을 수행함을 특징으로 하며, 열가소성 및 난용성 수지를 함유하고 있어서, 용해성 수지와 함께 비평면의 피도물의 표면에도 균일한 소망의 두께의 막을 형성 할 수 가 있다는 것이다. 본 발명자는 출원번호 10-2001-006027l"상평형을 이용한 코팅방법"과 10-2001-0064858 "전분성형 공정중 상변화와 상평형을 이용한 표면 차단물질의 코팅방법"을 통하여 현탁액(501) 코팅에 대한 특허를 출원한 바 있다. 본 발명은 상기 발명과 연관된 발명이기도 하다.

현탁액(501)에 사용되는 용해성 수지의 물질은 용매의 건조로 경화 될 수 있는 용제성 수지인데 예를 들면, 생분해성 천연 고분자 : 검 로진, 단마르 검, 코팔검, 알긴산, 피콜로이드, 아가, 아라비아 검, 구아르 검, 로커스트 검, 니트로 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트, 젤라친, 아교, 카제인, 키토산류, 한천 등의 혼합물이나 유도체. 열 가소성수지 : 폴리스치렌, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리우레탄, 폴리이미드, 에폭시, 합성라텍스, 아크릴계, 스치렌 아크릴계, 스치렌 부타디엔계 등. 수용성수지 : 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피로리돈, 폴리에칠렌 글리콜, 폴리비닐메틸 에테르, 폴리아크릴 아미드, 에칠렌 옥사이드 폴리머, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 그 유도체, 천연 및 합성 라텍스 등의 혼합물이나 유도체. 이 외에도 불소수지, 실리콘계의 수지 및 이들의 공중합체를 사용할 수 있다.

현탁액(501)에 사용되는 난용성 수지의 물질은 특정한 용매를 선택하여 녹지 않도록 하여 온도의 변화로만 용융 및 경화 될 수 있는 난용성 특성을 이용하는 것인데, 예를 들자면, 생분해성 합성수지 : 폴리유산수지(PolyLactic Acid), PHB(Poly-β-Hydroxy Butylate), 생분해성 지방족 폴리에스터수지. 열가소성수지 ; 폴리에치렌, 폴리프로필렌, EVOH 등의 분말. 선호되는 수지는 일반적으로 수지의 특성은 뛰어나나 특정한 용매에 잘 녹지 않아 일반적으로 페인트나 잉크 등의 비히 클로 생산이 가능하지 않아 코팅이 어려운 수지를 말한다. 열가소성의 범용수지는저렴한 가격에 뛰어난 물성으로 널리 쓰이고 있으며 공급량도 풍부하다. 또한 성능좋은 생분해성 수지를 분말화 하여 본 발명의 코팅에 쉽게 이용할 수 도 있다. 또 이것은 열가소성수지 혹은 수용성 수지, 유기용제성 수지 혹은 난용성 수지 등 상온에서 경화될 수 있는 어떠한 형태의 수지도 이용 될 수 있는 용액 혹은 분산액이다.

그러나 이것은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 위에 명시한 수지에 한정되는 것은 아니다.

이 외에도 현탁액(501)의 특정부분의 성능개선을 위해 수지 분산제인 왁스류, 점도 조절제나 흐름제어제(Thixotropic Agent), 가소제, 가교제, 염료 및 안료, 발포제, 무기 충진제를 필요에 따라 첨가 할 수 있다. 본 현탁액(501)의 용매는 물이나 유기용매 단독이나 혹은 그 두 가지 모두다 섞여있어도 좋다.

본 현탁액(501)에 용제성 비히클로 사용된 수지는 용매에도 잘 녹으며, 경화 후에도 일정한 연화점을 넘는 온도에 이르게 되면 녹는 양면성을 가지고 있어서, 용매의 건조로 인하여 경화될 수 있지만 경화된 후에도 열을 가하면 연화되어 점도가 낮아진다. 그런 수지의 한 예로서, 좋은 물성과 용매에 높은 용해성을 보여 잉크, 페인트, 락카 등에 널리 쓰이는 천연 수지인 Cellulose의 용융온도에 대한 물성을 예를 들면,

Cellulose Acetate 230'C ∼ 240'C

Cellulose Acetate Butylate, Low Butyryl 230'C ∼ 240'C

Cellulose Acetate Butylate, High Butyryl 127'C ∼ 142'C

Cellulose Acetate Propionate 188'C ∼ 210'C

이것은 이 수지가 화학적으로 여러 가지의 용매에도 잘 녹지만 물리적으로도 융점이상으로 가열하면 용융 될 수 있어 임의적으로 선택 용융이 가능하다는 점을 잘 보여준다. 열가소성 비히클은 용매에 녹아있던 용제성 비히클이 용매의 건조를 통한 경화로 형태를 이룬 후 피도물의 온도가 난용성 비히클의 용융점 이상으로 올라갈 경우 같이 녹아서 주변의 모든 것에 물리적으로 강하게 혼합 고착되어 상온으로 환원시 방수효과와 함께 목적한 제품의 형태를 화학적 물리적으로도 더욱 강하게 유지하여 주도록 한다.

본 발명에서 제안한, 상온에서의 화학적 용제성과 용융온도 이상에서의 물리적 가공성의 두 가지 화학적 및 물리적 특성을 이용하여 공정온도에 맞게 적당한 비히클을 선택하여 사용한다면, 목적한 물품에 치밀한 코팅이 되도록 할 수 있는 것이다. 다시 말하여, 화학적으로 용해된 용제성 비히클 속에 용해되지 않고 포함되어 있는 난용성 비히클에 열을 가하여 물리적으로 상평형을 이루어 혼합시킨 뒤 건조시키고 상온으로 환원시켜 열고정으로 경화시킴을 말함이다.

다음은 본 발명의 현탁액에 적용할 수 있는 몇 가지 수지의 물리·화학적 특성을 들어보았다.

Resin의 종류 연화점(SP) 녹는점(MP) 상온에서의 용해성

Polylactic Acid 175'C 193'C 물에서 서서히 녹는다.

아세탈 100'C 163'C 난용성

Acrylic(TP) - 157'C 여러 용제와 상용성 좋음

PMMA 99'C 148'C 아세톤, 클로로포름

Epoxy Novolac - 250∼330'C 여러 용제와 상용성 좋음

LDPE 90'C 112'C 난용성

HDPE 120'C 133'C 난용성

PP 104'C 165'C 난용성

폴리카보네이트 140'C 230'C 일부 난용, 일부 녹음

담마르(Dammer)검 75'C 100'C 에테르, 벤젠, 클로로포름, 아닐린

송진(Rosin) 70∼80'C 120∼135'C 알코올, 에테르, 벤젠, 아세톤 등

셀락(Shellac) 95'C 150'C 알코올, 붕산액

열가소성수지의 입도(粒度-Particle Size)는 열을 흡수하는 표면적이 넓을수록 용융과 혼련 및 가교결합 등 목적하는 공정의 효율이 높으므로 그 입도는 가능한 한 작으면 작을수록 좋다. 입도가 작으면, 용매와 용제성 수지와의 현탁이 이루어지기 쉽고 용융시 물리적으로 쉽게 용융, 혼련 및 가교결합이 될 수 있어 열고정후에도 더욱 강한 결합 혹은 경화를 이룰 수 있어, 공정효율이 높아진다. 분말의 입도는 30∼200mesh, 더욱 바람직하게는 60∼100 mesh 이다.

고주파(Microwave-電磁氣波) : 이 유전가열방식이라고 하는 고주파 가열기가 가정에서는 전자렌지라는 기구로 혹은 산업용으로는 종이, 목재, 약품, 식품 등의 건조, 합판의 점착 건조, 고무의 가황, 화학적 반응과 합성의 촉진, 합성수지의 봉합접착기 등으로 널리 이용되고 있다. 유전가열이란, 유전 손실을 이용하는 전기를 이용한 가열 방식으로서, 두장의 전극 사이에 유도체를 삽입하고 여기에 직류전류를 가해 전극 사이에 전계(電界)를 만들면 유전체의 분자는 양극과 음극의 전하를 가진 전기쌍극자(電氣雙極子)가 된다. 여기에서 전압의 극성을 바꾸어 전계의 방향을 반대로 하면 전기쌍극자의 방향도 바뀌어 진다. 따라서 전극 간에 매우 빠른 속도로 그 방향이 변화하는 고주파(전계-Microwave)를 전기적으로는 유전체 즉 절연체에 쪼이면, 쌍극자로 되어 있는 유도체의 분자도 같은 속도로 반전한다. 이 때문에 분자와 분자 사이에 마찰열이 일어나서 가열되는 것이다.

이 고주파는 마그네트론(730)이라는 발진기에 의해 만들어진다. 마그네트론(730)은 그 속성이 2극 진공관이다. 중앙의 음극에서 나온 전자는 주위에 있는 양극을 향해 튀어나간다. 그러나 상하방향으로 작용하는 강한 자계 때문에 진로가 휘어 소용돌이를 돌면서 양극으로 향한다. 양극의 공동(空洞)에 전자가 들어가면, 공동은 코일과 콘덴서의 직렬회로와 같은 작용을 하여 진동전류를 일으켜 2450MHZ의 고주파를 발진한다. 이러한 전파란 전계(電界)와 자계(磁界)가 주기적으로 변화하는 것이다. 고주파가 피조물에 쪼여지면 고주파의 진동전계(振動電界)에 의해 식품 속의 분자가 1초간에 24억 5천만이나 회동하여 마찰열이 발생하게 된다.

일반적으로 이 고주파는 도파관(Wave Guide)으로 전파되어 골고루 피도물에 분산되어 쬐어지도록 하여 이용되고 있다. 이 고주파는 외부로부터의 전도, 대류 혹은 복사의 발열 방식이 아니라, 내용물 내부 깊숙이 침투하여 내용물 자체로부터 열을 발생시키기 때문에 안과 밖이 동시에 골고루 발열 될 수 있도록 되어있다.

일반적으로, 전자레인지, 산업용 초음파 기기 또는 방송용 기기 등과 같이 대전력 고주파 에너지를 이용하는 기기에 요구되는 초단파는 통상적으로 마그네트론(730)의 안테나로부터 얻고 있다. 이러한 마그네트론(730) 장치에는 가속용 전압 예컨대 4.2KV 등이 가압되어 매우 높은 주파수, 예컨대 2.45GHz의 에너지를 안테나를 통해 발생시킨다. 이와 같은 마그네트론(730)을 특정의 기기에 적용, 예컨대 전자레인지 나 건조기 등과 같은 기기에 적용하여 효율적으로 이용하기 위해서는 공정중인 캐버티(113) 내로 대전력 고주파 에너지를 유도하는 도파관과 같은 유도장치가 필요하다.

상기 고주파 유도장치는, 캐버티(113)의 측벽에 결합되며 도면에 도시되지 않은 고압트랜스에서 입력되는 가속용 고전압에 의해 대전력의 고주파 에너지를 안테나를 통해 발생하는 마그네트론(730)과, 캐버티(113)의 측벽에 설치되어 마그네트론(730)에서 발생된 고주파 에너지를 개구부를 통해 유도·방사하는 도파관과, 캐버티(113)의 측벽에 형성되어 도파관의 개구부를 통해 방사된 고주파 에너지를 캐버티(113)내로 유입시키는 고주파 유입구와, 유입된 고주파 에너지를 가지고 펄프몰드(100)를 가열·건조시키는 캐버티(113)와, 캐버티(113)의 하부에 설치되어 방사된 초음파를 분산시키는 임페라(770)로 구성된다.

펄프 슬러리의 유동 수단 : 성형에 적절한 농도 및 설정 조건으로 초지하고 배합한 펄프 슬러리를 소정 온도에서 저장하는 저장조(301), 이 저장조(301)에서 캐버티(113)의 개구부(115)를 향해 펄프 슬러리를 인도하는 파이프에 형성된 압송 펌프(303), 펄프 슬러리의 유량을 계측하는 유량계(304) 및 3방향 밸브(307)를 구비하고 있다. 저장조(301), 압송 펌프(303), 유량계(304), 3방향 밸브(307)는 직렬로 형성되어 있다. 저장조(301)는 교반기(306)를 구비하고 있다. 몰드의 하부에는펄프 슬러리를 저장조(301)로 되돌리는 반송관과 연결된 개폐밸브(308)와 흡인펌프(305)가 연결되어 있다. 그리고 유량계(304)의 출력에 기초하여 3방향 밸브(307)를 조작하여 캐버티(113)의 유입물을 펄프 슬러리 혹은 가압유체의 방향으로 바꿀 수 있도록 이루어져 있다.

흡인 수단은 펄프 슬러리 흡인 및 현탁액(501)의 흡인수단으로 나뉘어져 있다. 슬러리 회수액 흡인 펌프(305), 흡인 펌프(305)와 스플릿 111, 112의 배출구(114)에 연결되는 흡인관 및 흡인관에 형성된 개폐 밸브(308)를 구비하고 있다. 현탁액(501) 흡인수단은 코팅 후, 배출구(114b)를 통하여 배출된 과코팅 용액은 개폐밸브(508)와 압송펌프(505)를 통하여 저장조(501)에 회수된다.

가열방법 및 고열·가압유체는 가압된 상온 유체를 생산하거나, 고열의 유체를 생산하는 열교환기인 가열수단(710)은 유동수단을 포함한다. 3방향밸브(707)를 조작하여 가압한 상온 혹은 고열가압유체를 몰드에 공급하여 준다. 이 외의 가열 수단은, 고주파 발생기(730), 몰드의 직접가열 등이 있다.

탈수 및 건조 수단은 캐버티(113)내에 탈수용 유체(Fluids : 유동성 기체 및 액체를 통칭함)를 공급하는 유동수단(710), 이 유동수단(710)과 연결된 3방향밸브(707) 및 후술하는 압착제(118)를 구비하고 있다(도 2c∼도 2e 참조).

코팅수단 : 현탁액(501)을 저장하는 저장조(501)와 현탁액(501)을 마무리몰드(130)로 압송하는 파이프에 연결된 압송펌프(503), 현탁액(501)의 유량을 계측하는 유량계(504) 및 4방향밸브(507)를 구비하고 있다. 저장조(501), 유량계(504), 4방향밸브(507) 및 마무리몰드(130)는 직렬로 형성되어있다. 이 외에도 다양한 방법이 후술 되어있다.

중공성형(Blow Molding)은 일반적으로 플라스틱을 압출이나 사출에 의해 튜브나 임의의 형태로 예비성형(Preform)을 하여, 이것을 금형에 끼우고 가열하여 프리폼(예비성형체) 내부로 유체를 불어 넣어 부풀게 해서 냉각 고화시켜 특정한 형태의 고형물을 만드는 방법 예비성형이란, 중공성형에서 유체를 흡입하기 전 튜브, 파이프상 또는 임의 형태의 재료이다. 중공성형품 몰드에 압입한 유체를 흡입하여 균일하게 부풀어지기 가능하도록 예비 성형한 관상의 열가소성 플라스틱 재료에서 보통은 중공성형 직전에 압출하여 중공성형 몰드에 압입한다.

본 발명의 중공성형은, 코팅 후 건조가 완료된 성형물을 충분히 가열하여 프리폼(100)을 만들고 그것을 마무리 몰드에 넣고 가압유체를 불어 넣어 캐버티의 현상을 전사시키는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 제조 공정을 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 펄프몰드 성형체(100)의 제조방법에 사용되는 펄프몰드 성형의 공정장치의 한 실시형태를 모식적으로 그린 개략도이다. 본 성형 공정은 크게 나누어 세가지 공정으로 나눌 수 있다, 예를 들면, 예비성형체인 펄프층(105)의 성형(적층)공정, 그 성형체(100)를 프리폼(100)으로 가공공정 그리고 그 프리폼(100)을 중공성형하여 마무리하는 공정 등이다. 다음에, 도 2에 도시된 공정예를 들어 상술한 공정을 순서대로 설명 한다면, 개구부(115)를 구비한 펄프몰드(100)의 성형몰드(110) 표면에 개구부(115)를 통해 펄프 슬러리를 부어넣어 성형몰드의 표면에 펄프를 균일하게 도포시켜서 젖은 상태의 성형체(100)를 형성하는 슬러리 성형 공정과, 그성형 공정에서 형성된 젖은 상태의 펄프몰드 성형체(100)를 압착하여 강제 탈수·건조를 하고, 건조된 펄프몰드 내·외부의 표면에 현탁액(501)을 코팅하여 주는 가공 공정, 가공이 끝난 성형체(100)를 중공성형 몰드에 넣고 코팅액을 가열·용융하여 중공성형으로 마무리를 하여주는 마무리 공정을 포함한, 펄프몰드 성형체의 제조방법 및 공정에 관한 것 이다.

우선, 펄프몰드(100)의 성형공정을 구체적으로 설명한다면, 스플릿(111, 112)이 조립되어 성형 준비가 완료된 성형몰드(110a)의 캐버티(113) 내부에 펄프 슬러리를 공급하고, 그 슬러리를 펄프몰드의 외부를 향해 적층하여 캐버티(113) 내면의 펄프네트(116)에 젖은 상태의 펄프몰드 성형체(100)를 형성케 한 후, 캐버티(113) 내부를 기밀하게 한 상태에서 탈수용 유체를 강제로 불어넣어, 성형체를 탈수하는 펄프몰드 성형체(100)의 제조방법으로서, 탈수용 유체로써 가열되지 않았거나 가열된 압착 유체를 사용하여 강제 탈수 시켜 다음 공정으로 넘겨주는 공정이다. 성형몰드(110a)는 최소, 한 쌍의 스플릿(Mold Split)으로서, (111)과 (112)를 마주보도록 배치하고, 이들을 수평 이동시켜 부착시킴으로써, 입구가 위쪽으로 위치하며 내부에 캐버티(113)를 갖는 성형몰드(110a)로 구성되어 있다. 이 두개의 스플릿(111), (112)의 분할면을 접촉시켜서, 성형몰드(110a)의 내부에 소정 형상의 캐버티(113)를 형성시킨다. 캐버티(113)의 내면에는 다수의 홈(도시하지 않음)이 오목하게 형성되어 있고, 이 홈은 성형몰드(110a)의 외부와 연결되어 있다. 이에 따라, 탈수용 유체(압착 공기 또는 가열 압착 공기)의 충분한 유통 및 신속한 배출이 확보된다. 또한, 캐버티(113)는 소정의 크기의 그물코를 갖는펄프네트(116)에 의해 둘려져있다. 캐버티(113)는 성형몰드(110)의 외부를 향해 열려져 있다. 이 입구는 봉쇄 판(117)에 의해 닫쳐진다. 펄프 슬러리는 이 봉쇄판(117)에 형성된 구멍을 통해 캐버티(113)내에 공급된다. 각 스플릿 (111), (112)의 내부에는 빈 공간인 매니폴드실이 형성되어 있다. 또한, 성형몰드(110a)의 외면에는 매니폴드실에 통하는 도시되지않은 관통홀이 형성되어있다. 이에 의해, 성형몰드(110a)에는 캐버티(113), 주입구(115), 매니폴드실 및 관통홀이 서로 통하고, 성형몰드(110)의 내부에서 외부로 통하는 연통로가 형성되어 있다.

먼저, 압송 펌프(303)를 기동시켜, 저장조(301)에서 펄프 슬러리를 퍼 올려, 유량계(304) 및 3방향 밸브(307)를 경유하여 도2a에 도시된 바와 같이, 성형몰드(110)의 캐버티(113)내에 슬러리를 가압 주입한다. 소정량의 펄프 슬러리가 캐버티(113)내에 공급되었다는 것을 유량계(304)가 알려주면, 압송 펌프(303)를 정지시키고 3방향벨브(307)에서 슬러리 방향을 폐쇄하고 가압유체를 공급하는 쪽을 열어놓는다. 캐버티(113)내에 가압 주입된 펄프 슬러리 중의 수분(액체부분)은 펄프네트(116)의 틈을 통하여 배출로(114)로 모여, 성형몰드(110a)의 외부로 배출된다. 이때, 펄프 슬러리 중의 수분의 배출량보다도 펄프 슬러리의 공급량이 많기 때문에, 캐버티(113)내부는 펄프 슬러리로 서서히 채워진다. 이때 성형체(100)가 전체적으로 균일 한 두께를 얻기 위하여 성형몰드(110a)를 전후좌우 상하로 골고루 회전시키며 수분을 배출시킨다. 그리고 펄프를 도포시키는데 충분한 양의 펄프 슬러리의 주입이 완료된 시점에서 주입구(115)를 열어 캐버티(113)내부를 감압시킨다.

다음에, 탈수용 유체의 유동 장치(710)에서 소정 탈수용 유체를, 가압하는 입구인 성형몰드(110a)의 상부 개구에서 기밀 상태의 캐버티(113)내에 가압한다. 여기에서 기밀 상태란 캐버티(113)내부가 완전하게 기밀이 된 상태를 의미하는 것이 아니라, 탈수용 유체를 가압하는 것에 의해 캐버티(113)내부가 일정 압력 이상이 될 정도라서 거의 유체가 새지 않는 정도로 기밀한 상태를 말한다. 가압할 때에는 배기라인(114a)의 개폐 밸브 (308)는 열린 상태가 되어 있다. 한편, 제2배기 라인의 개폐 밸브(119a)는 닫힌 상태가 되어 있다. 또한, 개폐 밸브(307a)는 닫힌 상태가 되어 있다. 가압된 탈수용 유체는 펄프몰드(100)를 통과하고, 주입구(115), 매니폴드실 및 관통홀을 통해 배출 라인에서 배출된다. 배출의 경우 액체와 기체는 분리되어 배출구를 달리하여 배출되며 각기 회수(114)되거나 대기중에 방출(119)된다. 이에 따라, 펄프 슬러리 중의 수분이 배출됨과 동시에, 펄프네트(116)의 내면에 펄프가 도포됨으로써, 펄프층으로 이루어진 젖은 상태의 펄프몰드 성형체(100)가 형성된다.

젖은 상태의 펄프몰드 성형체는 다음의 가공 공정으로 이행하기 위해서 함수율을 낮출 필요가 있어서 강제적인 가압 탈수 공정을 거친다.

탈수는 캐버티(113) 내에 탈수용 유체를 공급하여 탈수를 행한다. 탈수용 유체로써는 가열되지 않았거나 가열된 압착 유체가 사용된다. 이렇게 가압함으로써, 열 교환에 의한 가열 건조를 하지 않는 물리적인 메커니즘에 의해, 젖은 상태의 펄프몰드(100)에서 수분이 순식간에 탈수(제거)된다. 가열된 압착 유체를 사용하는 경우에는, 압착 유체의 압력을 이용하여 펄프몰드(100)를 탈수시킨 후, 계속 가압하면서, 배출 라인의 개폐 밸브(114a)를 연다. 순간 탈수 후, 가열된 압착 유체를 가압하면서 그 일부 또는 전부를 배기하여, 가열된 압착 유체가 캐버티(113)내에 유입·순환하고, 펄프몰드(100)의 내표면과의 사이에서 열 교환이 일어나, 내표면이 가열건조된다. 그 결과, 건조 효율이 향상된다.

압착 유체의 압력을 이용하여 펄프몰드(100)를 순간적으로 탈수시키는 것은 캐버티(113) 압력이 거의 일정한 값에 도달한 시점에서 완료한다. 여기에서, 캐버티(113) 압력은 공급 압력, 탈수용 유체의 공급을 및 펄프몰드(100)의 통기성에 의해 결정된다. 따라서 펄프몰드(100)의 통기성이 낮고, 탈수용 유체의 공급율이 큰 경우에는, 캐버티(113) 압력은 순식간에 올라가 탈수는 순식간에 완료한다. 한편, 펄프의 통기성이 높고, 탈수용 유체의 공급율이 낮은 경우에는, 캐버티(113) 압력의 상승이 늦어져 탈수완료 시간이 길어지는 경향이 있다. 일반적으로 탈수는 0.1초∼10초, 특히 1초∼5초 정도로 극히 짧은 시간에 완료한다. 이 탈수에 의해, 예를 들어 탈수전의 함수율이 75∼80중량%인 성형체(100)가 40∼60중량% 정도까지 탈수된다. 이 경우, 펄프몰드(100)의 두께 방향에 대하여 함수율의 경사가 발생한다. 구체적으로는 펄프몰드(100)의 내표면에서 외표면을 향해 함수율이 점차 증가한다. 즉, 펄프몰드(100)는 그 내표면이 함수율이 가장 낮고, 외표면이 가장 높아진다. 펄프몰드(100)가 이러한 함수율 경사를 갖는 것은 가열 건조의 본 공정에 있어서, 가공몰드의 캐버티(113) 형상이 펄프몰드(100)에 충실하게 전사하기 쉬워지는, 즉 전사의 정밀도가 향상한다는 점에서 바람직하다. 또한, 펄프층이 부직포의 형상을 하고 있고, 미세한 망상구조를 하고 있어 슬러리 첨가제 함량 경사가 일어난다. 다시 말해서 성형체(100)의 안쪽 표면에 첨가제의 함량이 높고 밖은 그렇지 않은 현상이 나타남을 말함이다. 이것은 특히 펄프층의 안쪽 표면에 무기물 첨가제와 수지분말의 층이 두꺼워지는 현상인데, 수지가 마무리 공정을 통하여 용융되어 표면에 두꺼운 도막을 형성 할 수 있다는 점에서 매우 바람직하다.

탈수된 펄프몰드(100)의 물성향상을 위해서, 밀도를 높이고 추가 건조를 시키기 위하여, 다음 단계에서 펄프층을 압착하는 방법을 이용한다.

주입구(115)를 통하여, 확장·축소가 가능한 중공 형상의 압착제(118)를 캐버티(113)내에 삽입시킨다. 압착제(118)는 캐버티(113)내에서 풍선처럼 부풀려져, 펄프층으로 이루어진 젖은 상태의 펄프몰드(100)를 캐버티(113)의 내면에 가압·압착시킴으로써, 성형체(100)를 캐버티(113)의 내면 형상을 부여하며 밀도를 높이는데 사용된다. 본 발명에 있어서 확장·축소란 압착제(118)가 신축하여 그 체적의 변화를 성형 및 탈수에 이용하는 것을 말하며, 그 예로써는 우레탄, 불소계 고무, 실리콘계 고무 또는 엘라스토머 등의 탄성재로 구성된 압착제(118)를 들 수 있는데, 본 실시형태에서는 압착제(118)로써 신축 가능한 탄성재로 구성된 자루 형상(풍선 형상)의 것이나 코팅막을 사용하고 있다.

다음에, 도 2d에 도시된 바와 같이, 압착제(118)내에 가압 유체를 공급하여 압착제(118)를 팽창시키고, 팽창된 압착제(118)에 의해 펄프 적층체를 캐버티(113)의 내면에 불어 넣는다. 그러면 성형체(100)는 팽창된 압착제(118)에 의해 캐버티(113)의 내면에 가압되고, 성형체의 외표면에 캐버티(113)의 내면 형상이 전사됨과 동시에, 탈수가 진행된다. 이렇게 캐버티(113)의 내부에서 펄프몰드(100)가캐버티(113)의 내면에 가압되기 때문에, 캐버티(113)의 내면의 형상이 복잡하여도, 정밀도 좋게 캐버티(113)의 내면의 형상이 성형체(100)에 전사되게 된다. 그 결과, 얻어진 펄프층(105)의 밀도가 높아짐으로 물리적인 강도가 높아짐과 동시에, 외관이 양호해진다. 압착제(118)를 팽창시키기 위해 사용되는 가압 유체로써는 예를 들어 압착 유체(가열 공기), 오일(가열유), 그 외 각종 액체가 사용될 수 있다.

펄프몰드(100)에 캐버티(113)의 내면의 형상이 충분하게 밀착되어 이루어지(전사 되)고, 또한 성형체(100)를 소정의 함수율까지 탈수시킬 수 있다면, 도2e에 도시된 바와 같이 압착제(118)내의 가압 유체를 빼낸다. 그러면, 압착제(118)가 자동적으로 줄어들어 원래의 크기로 되돌아간다. 줄어든 압착제(118)를 캐버티(113)내에서 꺼내고, 성형몰드(110)를 열어 소정의 함수율을 갖는 미건조 상태의 펄프몰드(100)를 완성한다. 압착제(118)를 이용한 압착공정은 후술하는 코팅도막을 이용하는 경우에는 공정을 생략할 수 있으며, 그 경우 코팅 도막을 압착제로 이용한 방법으로 대치 할 수 있다.

전 단계에서 완성된 젖은 상태의 성형체(100)는 가열·건조 단계인 가공공정으로 보내진다. 가공공정에서는 성형 및 탈수공정만 거친 함수(미건조)상태의 성형체(100)를 건조시키고 현탁액(501)을 성형체(100)에 코팅시켜 프리폼(100)을 완성시키는 공정이다. 여기에서 프리폼(100)을 건조시키는 공정은 생산 환경과 조건에 따라 가장 유리한 방법을 택하여 여러 가지 방법을 통하여 달성 할 수 가 있다.

그 첫 번째 방법은, 가공몰드(110b)로 이동 후(혹은 성형몰드(110a)에 필요한 기능을 탑재하여 행할 수 도 있다), 즉, 우선 한 쌍의 스플릿을 맞대고, 성형해야할 성형체(100)의 외형에 대응하는 캐버티(113)가 형성된 가공몰드(110b)를 소정온도로 가열하고, 가공몰드(110b) 내에 함수 상태의 성형체(100)를 장전한다. 이 경우, 가열 건조 공정에서는 펄프 및 탈수를 행하지 않는 것 외에는 도 2c∼도 2e에 도시된 펄프 공정과 동일한 조작이 행해진다. 성형공정중 탈수 단계에서 사용한 압착제(118)와 동일한 것을 성형체(100) 내에 삽입시키고, 압착제(118)내에 가압 유체를 공급하여 압착제(118)를 팽창시키고, 팽창된 압착제(118)에 의해 성형체(100)를 캐버티(113)의 내면에 불어 넣는다. 압착제(118)의 재질 및 가압 유체의 공급 압력은 탈수 공정과 동일하게 할 수 있다. 이 상태 하에서 성형체(100)를 가열 건조시킨다. 성형체(100)가 충분하게 건조되면, 압착제(118) 내의 가압 유체를 빼고, 압착제(118)를 줄여서 꺼낸다.

그 두 번째 방법은, 또한, 캐버티(113) 내부에 가열 수단을 배치해 두고, 가열 수단에 의해 캐버티(113) 내부에 공급된 펄프 슬러리의 온도를 상승시킬 수도 있다. 캐버티 내부의 가열 수단으로는 가열 히터, 고주파 등을 이용 할 수 있다. 이 경우 가열이 완료되면 성형체(100)내에 가압공기를 불어넣어 성형을 완료한다. 이 경우 매우 간단한 성형 방법이 될 수 있다.

그 세 번째 방법은, 성형몰드(110a)에서 꺼내어진 성형체(100)를 건조로나 건조 터널을 이용하여 외부의 열로서 강제 건조시키는 방법이 될 수 있다. 이 경우 프리폼(100)에 수축이 일어날 수가 있으나, 후술할 현탁액(501)의 코팅 후 재가열을 하면 가요·가소성을 가진 플랙시블한 프리폼(100)을 얻을 수 있어 마무리몰드에 맞게 전사될 수 있는 중공성형이 가능해진다.

전술한 탈수 공정에 있어서, 상온의 압착 유체를 캐버티(113) 내부에 공급하고 탈수를 한 후, 압착제(118)를 사용하여 다시 탈수를 하도록 하였는데, 상온의 압착 유체에 의한 탈수 또는 압착제(118)를 사용한 탈수만을 하도록 할 수도 있다. 또한, 상온의 압착 유체 대신에, 가열 압착 유체를 공급하여 탈수를 할 수도 있다. 탈수용 유체로써 가열되지 않았거나 가열된 압착 유체를 사용하는 경우에는, 캐버티(113) 내부의 압력이 200kPa[gage]이상, 특히 300kPa[gage]이상이 되도록 압착유체를 가압하는 것이 바람직하다. 유체를 가압함으로써, 열 교환에 의한 가열 건조를 하지 않는 물리적인 메커니즘에 의해, 함수 상태의 성형체(100)에서 수분이 순식간에 탈수(제거)되어, 건조 시간을 단축할 수 있다. 또한, 가열 건조의 본 공정을 행하지 않고, 탈수 공정에 있어서 가열된 유체를 사용하여 성형체(100)를 최종 단계까지 가열 건조시켜도 된다. 이 경우, 가열된 유체의 일부 또는 전부의 배기는 펄프몰드(100)의 건조가 완료할 때까지 하면 된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 성형몰드(110a)를 사용하여 펄프 및 탈수를 하였지만, 대신에, 성형이 된 펄프층(100)을 몰드(110)에서 꺼내고, 꺼내진 펄프층(100)을 별도로 준비한 탈수 몰드 내에 장전하고, 탈수 몰드 내에서 탈수를 해도 된다. 그 경우 탈수된 젖은 상태의 펄프층(100)을 가열 건조할 때, 몰드(110)에서 꺼내지 않고, 가열한 상태에서 압착제(118)를 사용하여 펄프몰드 내에서 펄프몰드(100)를 가열 건조시켜도 된다.

펄프의 주 성분인 셀룰로오스는 분자간과 분자내 수소결합을 통하여 결정구조를 가지는 것으로 밝혀졌는데 이러한 결정구조와 셀룰로오스 분자의 배열에 의하여 구조 지지체의 역할을 한다. 탈수가 진행된 얇은 부분에서는 펄프 섬유끼리의수소 결합이 더욱 긴밀해지고, 보형성(이미 펄프 섬유간의 수소결합이 이루어져서 더 이상 변형 되려하지 않음)이 높아진다. 또한 이런 이유로, 펄프몰드 성형체(100) 특히 공정중의 성형체(100)는 완전히 건조되기 보다는 일정량의 수분을 함유하는 것이 바람직한데 그 이유는 균일하게 잘 분산되어 함유된 수분자체가 펄프섬유 사이에서 윤활제와 가소제의 역할을 하는 것이다. 여기에서 수분은 3∼15%, 더 바람직하게는 5∼12%가 적당하다. 그 결과, 탈수된 성형체(100)를 다음 공정인 가열 건조공정에서, 형상을 부여시키면서 건조시키는 경우, 탈수가 진행된 얇은 부분에서는 보형성이 높아지기 때문에 형상 변형이 힘들다. 한편, 탈수의 정도가 상대적으로 낮은 두꺼운 부분에서는 얇은 부분에 비해 탈수가 더욱 필요하기 때문에, 건조 공정의 시간이 더 필요하다. 고로 건조는 전체적으로 균일한 수분 분포도를 갖도록 적당하게 건조하여주는 것이 매우 바람직하다.

펄프 슬러리가 펄프층(105)의 형태를 이루고, 건조가 완료된 성형체(100)는 다음 공정인 코팅공정으로 이행한다. 코팅의 구성과 방법에 대하여 구체적으로 설명하기 위하여 먼저 현탁액(501)파 코팅에 대하여 다음과 같이 설명한다.

일반적으로 펄프몰드 성형체(100)는 물 혹은 용제 등에 대하여 물리적으로나 화학적으로 많은 취약점을 안고 있다. 고로 펄프몰드 성형체(100)를 특정의 용도에 사용하기 위해서는 별도의 발수성을 부여해주는 발수성 물질을 펄프몰드 내부에 함유토록 하여 주던가, 혹은 외부 코팅 공정이 필요하다. 본 발명에서는 외부 코팅을 다룬다.

전술한바와 같이, 펄프몰드의 성형체(100)에 물리·화학적 저항력을 살려줄수 있는 방법, 즉 비평면인 피도물에 수지를 균일하게 코팅할 수 있는 가장 쉬운 방법은 용액의 유변학적(Rheology) 기능을 통한 액체 코팅방법을 고려 해 볼 수 있다. 즉, 현탁액(501)을 이용한 비평면의 열가소성 수지 코팅 방법을 다음과 같이 제안한다. 본 발명자는 용해성 수지 및 난용성수지 특히 열가소성 수지를 분말화 하여, 수용액 혹은 유기용제에 혼합한 현탁액(501)을 만들어 피도물의 표면에 도포하고 용매를 건조시켜 용제성수지의 경화를 유도하여 일차 안정화 시킨 후, 열가소성 수지를 용융하여 경화 및 고착시키는 과정을 코팅 공정에 이용하는 방법을 발명하여 출원번호 10-2001-006027l "상평형을 이용한 코팅방법"과 10-2001-0064858 "전분성형 공정중 상변화와 상평형을 이용한 표면 차단물질의 코팅방법"을 통하여 현탁액(501) 코팅에 대한 특허를 출원한바있다. 본 발명은 상기 발명과 연관된 발명이기도 하다.

코팅(표면처리, 도장)이란 피도물에 목적하는 물품을 발라주는 공정 및 발려진 물건을 말하는데 일반적으로, 코팅의 목적은 피도물을 보호하여 원하는 만큼의 수명을 유지시키며 미관이나 기능적인 표면처리를 함으로써 피도물의 품질을 높이는데 있으며, 그 용도로서는 보호 미장, 오염 방지, 색상처리, 전기 절연, 내수 및 내화학성의 부여, 방화 및 방열, 방음 및 방청 등이 있다. 코팅은 성형물이나, 쉬이트나 물건을 외부 보호막을 통하여 밀폐 및 보호하는 것을 포함하는 여러 방식으로 피도물의 표면 특성을 변경시키는데 사용될 수 있다. 코팅은 습기, 영기, 산, 그리이스 및 유기 용매에 대해 보호한다. 이들은 더 매끈하고 더 신축적이며 더 광택이 나고 강한 표면을 제공한다. 코팅은 또한 반사, 무반사(무광택), 전기 전도성또는 절연성을 부여 할 수 있다. 코팅 공정은 피도물의 표면에 균일한 막을 형성시키는 것이다. 코팅은 성형체(100) 형성 공정중이나 성형체가 형성된 이후에 적용될 수 있다. 특정한 코팅공정의 선택은 피도물 변수, 코팅 배합물 변수에 달려있다. 코팅의 변수로는 강도, 습윤성, 다공성, 밀도, 매끄러움, 균일성 등이 있다. 코팅액의 배합변수로는 총 고형물 함량, 용매(물의 용해도 및 휘발성), 표면장력, 유변학적 변수가 있다. 코팅은 펄프몰드, 판지, 플라스틱, 금속 쉬이트 또는 기타 포장재료를 제조하는 분야에서 공지된 코팅수단인 블레이드, 에어-나이프, 프린팅, 그라비어 및 분체코팅방법을 사용하여 피도물에 적용될 수 있다.

코팅은 현탁액(501)을 피도물, 물건에 분무하거나 적절한 코팅재료를 담고 있는 용기에 담금으로써 적용될 수 있다. 폴리올레핀 수지와 같은 고분자 코팅은 저밀도를 갖는 얇은 층 형성에 유용하다. 특히 저밀도 폴리에틸렌은 액체에 대하여 밀폐성이며 내압성인 용기 생성에 특히 유용하다. 고분자 코팅은 열 밀봉시 접착제로서 활용될 수 도 있다. 왁스 및 왁스 블렌드, 특히 석유와 합성 왁스는 수분, 산소 및 그리이스 또는 오일과 같은 유기 액체에 대한 베리어성(Barrier)을 제공한다. 이들은 용기가 열 밀봉될 수 있게 한다. 왁스는 식품 및 음료 포장에서 유용하며 천연왁스, 파라핀 왁스와 미소결정성(Microcrystalline)왁스를 포함한다.

요즘은 페인트, 코팅제(액) 및 그것을 구성하는 비히클(Vehicle)의 종류, 그 성능 그리고 그 코팅법도 많이 다양해져있다. 수지의 종류에는 열가소성수지 열경화성수지, 수용성수지, 용제성수지, 난용성수지 등이 있다. 이들을 이용한 코팅에 대하여 구체적으로 설명하자면, 본 발명자가 전에 출원한 발명에서 제안한, 상온에서 용매에 녹는 성질이 있는 수지와 용융온도 이상에서의 물리적 용융이 가능하며 가공에 유리한 성질의 두가지 화학적 및 물리적 특성을 이용하여 목적한 공정온도에 맞게 적당한 비히클을 선택하여 사용한다면, 목적한 물품에 치밀한 코팅이 되도록 할수 있는 것이다. 다시 말하여, 화학적으로 용해된 용제성 비히클 속에 용해되지 않고 포함되어있는 난용성 비히클을 에멀전 형태로 현탁하여 피도물에 코팅하고 건조시킨 뒤 그 피도물 등에 열을 가하여 물리적으로 용해시켜 열로 인한 상평형(Phase Equilibrium)을 이루어 자연스럽게 혼합시킨 뒤 상온으로 환원시켜 경화시킴을 말함이다. 여러 가지 수지별 특성을 전술한 발명에서 설명한 바와 같이, 비히클이 특정용매에 녹는 화학적 성질과 함께, 열에 의한 수지의 연화, 용융 등 물리적 특성은 매우 중요한 역할을 한다. 한편, 코팅 공정중, 난용성 수지의 충분한 용융을 위하여, 도포부에 열처리를 하여줄 필요가 있을 때도 있다.

펄프몰드 성형체(100)에 현탁액(501)의 코팅방법을 이용하는 가장 중요한 이유는, 현탁액(501)의 유변학적 성질이 비평면에도 균일하게 코팅을 할 수 있는 특성을 가지고 있고, 용제성수지의 비히클에 좋은 물성에 저렴하게 구할 수 있는 열가소성 수지 분말을 포함할 수 있기 때문이다. 이 경우 성형체(100)에 액상 코팅이나 분체도장을 하는 것처럼 비평면에 균일하고 치밀한 열가소성 수지 도장을 할 수 있다는 점이다.

용제성 수지를 이용한 코팅은 널리 사용되어지고 있으며, 그것으로 코팅하여 비평면에 균일한 도막을 얻기란 그리 어려운 일이 아니나, 열가소성 수지를 비평 면에 균일하게 코팅하는 방법은 분체도장이 유일하고 가장 손쉬운 방법이다. 그러나 입구의 둘레가 몸통의 둘레보다 적은 용기의 경우 내부 코팅은 분체도장이 전혀 효율적이지 못하다. 이 경우 용제성 수지에 열가소성 수지가 함침된 현탁액(501)을 용제성 수지의 유변학적(Rheology)의 물리적 성질을 이용하여 균일하게 코팅하고 건조시켜 용융하면 균일한 상용성수지의 도막을 얻어 낼 수 있는 것이다. 또 한 가지 현탁액(501)을 통한 공정의 장점은 현탁액(501)의 도막이 압착제(118)를 대신할수 있어 공정의 수를 줄일 수 가 있다는 점이다.

현탁액(501)으로 형성된 도막은 공기 투과율이 낮으므로, 몰드에 넣어 장전하여 고압유체를 불어 넣어주면, 펄프층(105)을 압착하고, 도막이 용융 시는 도막내의 미세공동(Micro Pore)을 제거시켜준다. 본 발명자의 연구 결과, 도막의 형성에 용제계나 수계의 도료를 이용하면, 용제 등의 휘발에 의하여 도막내부에 다공질의 마이크로 포어(Micro Pore)가 형성되어, 충분한 가스 배리어(Barrier-수분이나 가스의 차단)성이 발현되지 않는 것이 발견되었다. 또한 용제 등에 의하여 용기의 형태가 변형 할 수 도 있다는 것이 판명되었다. 고로 여기에서 현탁액(501)중의 열가소성수지는 용융흐름지수(Melt Flow Index)가 높은 것을 사용하여 좋은 흐름성을 이용하여 충분한 열처리를 통하여 용융시켜 압착되도록 하는 것이 바람직하다. 열처리란 도막의 온도를 열가소성 수지의 용융온도 이상으로 올려주는 것이다. 몰드나 공정특성상 내부로부터의 열전달이 충분치 않을 경우, 열가소성 수지의 융점이상의 온도로 가열할 수 있는 열풍, 고주파(전자기파, 초음파), 레이저, 화염 등 혹은 그 복합의 방법으로 도막의 표면에 열처리를 하여 충분히 용융시켜 도막에 발생된 다공질의 마이크로포어 등을 없애 준다. 이 방법으로 펄프몰드 성형체(100)의표면에 치밀하고 좋은 배리어성을 가진 코팅을 하여 줄 수 가있다.

용매에 용해된 비히클(용해성 수지)의 역할은 용매가 건조된 후 펄프섬유와 아직 열에 의해 녹지 않은 열가소성 수지 분말을 잠정적으로 고착시켜 놓는 역할과 성형되어진 물품에 물리적인 힘을 더해 강한 구조적 형태를 유지토록 하여준다. 이것은 다른 말로 공정중 도막의 형태 안정성이라고 이를 수 있는데 이것은 도막이 중력에 대해 자신의 중량을 지탱하고 건조나 성형 공정중에 발생할 수 있는 파괴적인 증발가스(수증기 등) 및 팽창을 견딜 수 있으며 후속가공 처리시 물리적 변형요구에 저항 할 수 있는 충분한 강도 및 구조적 안전성을 갖는 상태를 말한다.

코팅 공정을 구체적으로 설명 하자면, 도 1에 도시된 바와 같이, 현탁액 저 장조(501)에서 현탁액(501)을 압송펌프(503)와 유량계(504)를 지나 주입구(115b)를 통하여 주입시켜준다. 주입된 현탁액(501)은 펄프몰드(100)의 내부 벽면에 치밀하게 도포된다. 소정량의 현탁액(501)이 캐버티(113b)내에 주입이 완료되었다는 것을 유량계(504)를 통하여 확인한 시점에서 가공몰드(110b)의 상하를 바꾸어 현탁액(501)이 밑으로 흘러내릴 수 있도록 하여준다. 현탁액(501)은 주입구(115b)를 통하여 흘러내려와 펄프몰드(100) 내부에 자연스럽게 도막을 형성하고 나머지는 밖으로 흘러나와 저장조(501)로 다시 회수된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 주입구(115b)를 통하여 현탁액(501)을 주입하였지만, 대신에, 코팅공정은 균일하게 코팅하고 충분히 건조될 수 만 있다면, 담금칠(Dipping), 뿜칠(Spray), 주입 혹은 어떠한 방법을 제한 없이 사용해도 된다. 또한 내부 먼저 칠하고 외부를 칠하거나, 아니면 동시에 하여도 상관없다. 코팅을하면 마무리 공정 전에 필히 건조를 시켜야한다. 건조는 상온에서 건조시켜도 되고 생산성을 높이기 위하여 건조로를 만들어 강제건조를 시키거나, 뜨거운 몰드에 넣어서 더운 바람을 불어 넣어도 된다. 건조는 생산량과 공정 그리고 생산 공간에 맞추어 적당히 선택 하면 된다.

또한, 성형공정의 실시형태에 있어서는 함수 상태의 성형체(100)의 건조를 예로 들어 설명하였는데, 이 방법은 코팅액 용매의 가열 건조 공정에도 적용할 수 있다. 즉, 소정의 코팅된 성형체(100)를 대상으로, 탈수용 유체와 동일한 건조용 유체를 사용하고 가열 건조를 행한다. 그리고 건조용 유체를 소정 온도의 가열 상태에 있는 건조 형태에 장전된 성형체(100)에 공급하고, 성형체(100) 내부에서 별도의 주입구를 통하여 외부로 배출할 때, 전술한 대로 균일한 가열 건조를 행할 수 있고, 도막이 균일하게 효과적으로 건조되는 것을 발견하였다.

특히, 일체형의 한 가지 공정으로 할 경우, 성형체(100)의 외형에 대응하는 가공몰드(110b)의 내부에 현탁액(501)을 도포하는 방법이 있다. 코팅 후 도막은 자연스럽게 흘러내려 젖은 도막을 형성하고 건조되면서 용제성수지가 성형체(100)의 표면에 고착되어 부드럽고 건조된 도막을 형성한다. 생성된 도막위에 외부 코팅이 되지 않은 성형체(100)를 장전하고 가열 압착하여 가공몰드(110b)의 표면에 생성된 도막을 성형체(100) 외부에 전사하고 고착시켜 코팅을 완료하는 방법은 매우 간단한 제조방법이 된다. 일회 코팅 후 도막이 얇게 형성되었거나 두꺼운 도막을 형성하려 한다면, 일차 코팅된 도막이 형성중이나 형성 후 현탁액(501)을 여러 번 코팅을 하여도 좋다.

점도 : 상온에서의 점도와 피도물의 표면에 도포되어 도막을 형성했을 때의 점도, 그리고 용매가 건조된 뒤, 점도 상승을 통한 도막의 강도유지와 또 다른 피도물이나 성형물과 접촉했을 때의 점도상태는 성형 공정중 도막의 안정화 및 경화된 도막의 성능에 매우 중요하다. 도포시, 용매의 양을 조절하여 피도물의 표면에서 잘 흘러 균일한 도막을 이룰 수 있도록 현탁액(501)의 점도를 적당히 유지하도록 하여야 한다.

도포 후, 용매가 건조되어 용제성 비히클이 피도물의 표면에 도막을 형성한 후엔 그 비히클이 형태안정성을 이루어 반 경화되어야 하고 같이 포함된 난용성 비히클은 그 수지의 융점이상의 온도를 이루는 피도물의 표면에서 반 용해되어 추가공정에서 다른 피도물과 접촉하여도 도막의 형태가 흐트러지지 않는 일정한 형태적과 구조적 강도를 유지하여야 한다. 이때 새로이 접촉하는 성형물의 점도나 강도는 도막의 그것보다 낮아서 도막에 영향을 주어서는 안 된다.

가열하면 액상평형을 이룰 수 있도록 배합된 현탁액(501)을 성형체(100)에 도포하여 가열 건조 후, 전술한 압착제(118)를 이용하지 않고 펄프층(105)을 압착하는 공정과, 압착된 프리폼을 중공 성형하는 성형 공정 등에 대하여 다음과 같이 기술 한다.

펄프 슬러리의 내부에 가소제가 포함되어있고, 현탁액(501)으로 내외부 코팅이 된 프리폼(100)의 경우, 수지 코팅이 된 펄프몰드의 형태를 하고 있어, 열을 가하면 중공성형을 하여도 될 수 있도록 유연성과 제한적인 연신성을 보유하고 있어, 파열되지 않는 상태에서 형태 변형이 가능함을 발견 하였다. 그 이유는 펄프 몰드가 가소제 역할을 하는 소정량의 일정한 수분을 함유하고 있고, 펄프 슬러리 내에 수용성·열가소성 수지와 가소제가 함께 포함되어있으며, 가열시 연화점을 지난 부드러운 수지가 펄프 섬유내부 및 펄프층(105)의 표면에 도막(103, 107)을 형성하고 있어 소정량의 팽창시에도 파열되지 않는 일정한 정도의 연신(Elongation)과 성형이 가능한 상태로 되어있는 것이다. 본 발명의 특징 중 또 하나는 펄프 슬러리의 지력 증강제와 사이징제로서 열경화성 수지 대신에 수용성·열가소성수지를 사용하고, 현탁액(501)의 용제성 수지로서 열가소성 수지를 사용하고 추가로 난용성의 열가소성수지의 분말을 이용한다는 점이다. 그래서 프리폼(100)을 코팅재료로 사용된 수지의 용융온도 이상으로 가열하면, 표면의 도막(103, 107)만 용융되는 것이 아니라, 펄프층도 가요·가소성을 갖게 되는 것이다.

도막에 포함된 용매가 마른 후, 표면에 있는 수지가 충분히 용융되어 중공성형이 될 수 있도록 프리폼(100)을 용융온도 혹은 유리전이온도 이상으로 가열시켜 준다. 여기에서의 가열방법은 여러 가지로 고려 해볼 수가 있는데, 몰드에 장전한 상태로 몰드에서 가능한 건조공정에서 이용되었던,

a. 가열 유체를 이용하여 가열하는 방법.

b. 고주파를 내부에 쪼여 가열하는 방법.

혹은, 몰드에서 꺼내어 외부에서 가열하는 방법으로서,

c. 건조로 혹은 가열몰드에 넣어 가열하는 방법.

d. 건조 터널을 통하게 하여 가열하는 방법.

등을 고려할 수 있다. 마무리 공정은 본 발명에서 가장 중요한 공정중의 하나이다. 상기한 가열방법중 하나로 도막이 충분히 용융이 되었다면, 마무리 몰드(110c)에 장전한다. 고로, 도막이 건조된 프리폼(100)은 외부가열에 의하여 도막이 완전히 용융되고, 마무리 몰드(110c)에 장전되어 고압유체에 의한 중공성형을 통하여 캐버티(113)가 전사된다. 몰드와 고압유체의 온도는 프리폼(100)에 형성된 도막에 이용된 수지의 용융온도나 유리전이온도보다 낮게 조정되었기 때문에, 고압가스의 압착력으로 인하여 마무리 몰드에 치밀하게 전사됨과 동시에 열고정을 이룬다. 마무리 몰드는 현탁액(501)의 용용온도 혹은 유리전이 온도의 10'C정도 이하 혹은 상온으로 조정 되어 있어 장전 후 중공성형을 통하여 충분한 압력의 낮은 온도의 공기가 불어넣어진 후 프리폼(100)의 표면이 몰드에 전사되고, 프리폼(100)은 열고정을 시작한다. 열고정이란 용융된 수지가 용융온도 혹은 유리전이온도 이하로 낮아져 고화되어 상온에서 형태 안정화됨을 말한다. 마무리 몰드의 온도는 10'C∼80'C, 바람직하게는 상온 혹은 20'C∼40'C이다. 프리폼(100)이 열고정이 되는 동안 몰드에 장전했다가, 소정 시간이 지난 후 탈형한다.

피도물에 현탁액의 도포 후, 도막의 용융 및 열고정 공정의 과정은 다음과 같다.

1. 피도물에 현탁액(501)을 도포한다

2. 현탁액(501)내의 용매가 건조되며 용제성 비히클의 도막이 형성됨

3. 용매의 건조로 인하여 도막내의 용제성 비히클이 경화되어 자기안정화를 이룸

4. 용제성 비히클의 경화 진행으로 고점도의 도막 형성이 됨과 동시에 열가소성 비히클의 용융시작

5. 외부 가열로 인하여 용제성 비히클과 열가소성 비히클의 용융으로 상평형을 이루며 이로 인한 상호 용융혼합

6. 도막내의 열가소성 비히클의 완전 용융

7. 피도물의 표면에 열가소성 비히클이 용제성 비히클과 기타 첨가제들과 같이 혼합되고 피도물에 강력히 접착됨

8. 열 제거로 인하여 모든 비히클의 열고정

9. 피도물의 표면에 혼합되어 경화되고 내성을 가진 도막을 형성

여기에서, 프리폼(100)이 충분히 용융이 되어있다면, 주입구(105)를 통하여 고온가압유체로 내부를 가압하면 프리폼(100) 내면의 도막(103)은 내부 펄프층(105)에 대하여 압착제의 역할을 하며, 펄프층(105)에 있는, 용매의 건조로 발생한, 미세한 기포(Micro Pore)를 제거 하고 균일하고 차단성 좋은 도막을 형성 할 수 있다. 프리폼(100)은 펄프 섬유의 부직포 형상의 표면에, 열가소성 수지의 코팅이 되어있는 상태이므로 유연성(Flexibility)은 확보한 상태이나, 연신율(Elongation)에 있어서는 제한이 있을 수밖에 없다. 고로, 성형몰드(110a), 가공몰드(110b) 및 마무리몰드(110c)의 캐버티는 필히 3차원적으로 서로 대응하는 형태와 규모이어야 한다.

압착시나 마무리 공정중의 중공성형시, 코팅된 표면(107)이 밀착과 전사성이 좋게 하기위하여, 금형 표면에 배기구를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 배기구는 사용된 수지에 따라 0.1∼0.5mm로 하는 것이 바람직하다.

마무리 공정시엔 2개의 스플릿 대신 밑면을 분리한 도2 2g에 도시된 바와 같이 프리폼(100)의 밑면에 별도의 스플릿(125)을 더하여 밑면이 안정하도록 오목하게 성형하여준다. 이것은 성형시엔 슬러리나 현탁액(501)이 골고루 잘 흘러내리도록 볼록하게 성형하고, 마무리 공정에서 다시 오목하게 성형하여, 성형체(100)를 세워놓았을 때 안정감을 주도록 하는 것이다.

본 발명은 각 실시형태에 제한되지 않는다. 예를 들어 각 실시형태에 있어서는 2개가 한 쌍인 스플릿(111, 112)을 사용하였는데, 3개 이상으로 한 쌍을 이루는 스플릿을 사용해도 된다. 또한, 각 실시형태에 있어서는 내부에 캐버티(113)가 형성된 몰드를 사용하였는데, 대신에 다른 몰드, 예를 들어 자웅으로 구성된 몰드등을 사용할 수도 있다. 또한, 각 실시형태에 있어서는, 병 형상의 성형체(100)를 제조하였는데, 성형체(100)의 형상은 이것에 한정되지 않고, 다양한 형상의 성형체(100)를 제조할 수 있다. 예를 들어 개구부(115)의 횡단면 형상과 몸통부의 횡단면 형상이 거의 동일한 실질적으로 직방체 형상의 상자형 용기를 제조할 수도 있다. 또한, 본 발명은 내용물의 수용에 사용되는 중공 형상의 용기 이외에, 장식품 등의 객체의 성형체(100) 제조에도 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 제조된 성형체(100)를 사용할 때, 부하가 가중되는 부분, 예를 들어 개구부(115) 또는 바닥부에 플라스틱 등으로 이루어진 보강 부재 혹은 오프너(Opener)를 배치하고, 성형체(100)의 내구성과 편의성을 향상시키도록 해도 된다. 또한, 이들 부분의 일부를 플라스틱 등으로 형성해도 된다. 또한, 각 실시형태의 내용은 상호 치환 가능하다. 본 발명은 공정예를 참조하여 보다 상세하게설명된다. 이하의 공정예는 본 발명의 대표적인 예로써 제한되지 않는다. 다른 지시사항이 없으면 모든 %는 무게를 나타낸다.

[공정예 1] 개구부의 둘레가 몸통부의 둘레보다 적은 펄프몰드 함수 용기의 성형.

펄프몰드 성형체(100)는 펄프몰드 제조법에 의하여 제조된다. 도 1에 도시된 성형몰드(110a)(캐버티 용적 0.5리터)를 사용하여 병 형상의 펄프몰드 펄프층(105)을 펄프·탈수하였다. 펄프 할 때, 펄프 슬러리를 캐버티(113) 내부에 가압 주입(0.3MPa)하고, 개구부(115)를 통한 펄프 슬러리의 흡인을 개시하여 펄프 네트에 펄프를 도포시킨다. 그리고 2.5리터의 펄프 슬러리를 주입하며, 캐버티 내면에 균일한 펄프층을 적층시키기 위하여 성형몰드를 회전시키며 형성시켰다. 슬러리를 적층한후, 탈수할 때, 펄프몰드의 캐버티(113) 내부에 캐버티(113) 내부의 압력이 0.3MPa가 되도록 상온의 압착 유체를 가압하고, 15초간 탈수하였다.

〈펄프 슬러리의 배합 조성〉

액체 성분 : 물 ; 99%

고형 성분 : 펄프 ; 1%

첨가제 성분(펄프 중량에 대한) :

수용성수지(PVA) ; 0.1% 사이즈제 ; 2%, 무기 충진제 ; 0.3% 황산알루미나 ; 2%

가소제(Glycerine) ; 0.1%

얻어진 성형체(100)의 함수 중량은 42g, 건조중량 26g, 함수율 62%,높이는140mm, 몸통부 직경은 70mm이다.

[비교예 1] 발수제의 첨가

공정예 1의 슬러리의 배합에, 왁스계 발수제로서 Profix-907을 첨가 하고 동일한 공정을 하였다.

〈펄프 슬러리의 배합 조성〉

액체 성분 : 물 ; 99%

고형 성분 : 펄프 ; 1%

첨가제 성분(펄프 중량에 대하여) :

수용성수지(PVA) : 1%, 사이즈제 ; 2%, 무기 충진제 ; 0.5%, 황산알루미나; 2%, 가소제(Glycerine) ; 1%, 발수제(Profix-907 왁스계, 우진산업주식회사) ; 3%

얻어진 성형체(100)의 함수 중량은 41g, 건조중량 26g, 함수율 58%, 높이는140mm, 몸통부 직경은 70mm이다.

[함수율의 측정방법] 탈수 후의 펄프몰드 성형체의 중량 A(g) 및 건조 후의 펄프몰드 성형체의 중량 B(g)를 측정하고, (A-B)×100/A로써 함수율을 산출한다.

[성형상태 외관 검사] 육안으로 성형된 외형을 보고 밀도, 파손상태, 성형상태, 두께의 균일성 등을 파악하고 양호, 보통, 불량 등으로 나누어 확인 하였다.

[표 1]

표 1에 도시된 결과와 같이, 상기 공정을 통하여, 좋은 상태의 함수 성형체(100)를 얻을 수 있었다.

[공정예 2] 고온가압유체로 함수 펄프층(105)의 건조

공정예 1에서 형성된, 함수 성형체(100)에 200'C로 가열된 가압유체를 0.5∼3MPa의 압력으로 10초간 불어 넣어 가열시켜 건조시킨다. 펄프층이 200'C의 가압유체와 열 교환을 하여 증기압이 높아지고 따라서 증기가 포화되어 증발 되었다. 펄프층(105)이 충분히 건조되었을 때, 가공몰드(110b)를 열고 병 형상의 펄프층(105)을 꺼냈다. 코팅 할 수 있도록 물리적으로 자기 안정화된 성형체(100)를 얻었다.

얻어진 건조 상태의 성형체(100)의 중량은 27g, 높이는240mm, 몸통부 직경은 80mm이다.

[공정예 3] 압착제로 함수 펄프층(105)의 건조

공정예 1에서 얻은 성형체(100)를, 공정예 2의 공정과 동일하게 하고, 압착제(118)를 사용한 단계를 추가 하였다. 공정예 1에서 형성된 성형체(100) 내에도22c에 도시된 바와 같이, 탄성체로 이루어진 중공 형상의 압착제(118)를 삽입하고, 압착제(118) 내에 유체를 압력 0.5MPa으로 가압하여 팽창시키고, 펄프층(105)을 캐버티(113) 내면에 불어 넣어 10초간 가압 탈수하였다. 펄프층(105)이 충분히 탈수되었을 때, 가공몰드(110b)를 열고 병 형상의 펄프층(105)을 꺼낸다. 압착제를 사용건조하여, 펄프층(105) 표면의 밀도가 높고 잘 코팅 될 수 있도록 물리적으로 안정화된 성형체(100)가 형성되었다.

[공정예 4] 고온가압유체, 몰드가열로 함수 펄프층(105)의 건조

공정예 2에 있는 공정과 동일하게 하고, 몰드를 가열하는 단계를 추가 하였다. 공정예 1에서 형성된, 성형체(100)를 동일한 형상의 캐버티(113)를 갖는 (200℃로 가열된)가공몰드(110b)에 장전하고 캐버티(113) 내에 유체를 압력 0.5∼3MPa으로 가압하고, 펄프층(105)을 캐버티(113) 내면에 밀어 넣어 10초간 가압 건조한다. 펄프층(105)이 충분히 건조되었을 때, 가공몰드(110b)를 열고 병 형상의 성형체(100)를 꺼낸다. 코팅할 수 있도록 충분히 건조되었고, 물리적으로 안정화된 성형체(100)를 얻었다.

[공정예 5] 고온가압유체, 몰드가열 및 고주파로 함수 펄프층(105)의 건조

공정예 4에 있는 공정과 동일하게 하고, 케버티를 고주파로 가열하는 단계를 추가 하였다. 공정예 1에서 형성된, 성형체(100)를 동일한 형상의 캐버티(113)를 갖는 (200℃로 가열된)가공몰드(110b)에 장전하고, 도면 5에 도시된 마그네트론(730)에서 2450MHZ의 고주파를 발생시키고 도파관(750)을 통하여 캐버티(113) 내면에 임페라(770)를 회전시켜 균등 분사 하는 동시에, 고온가압유체를 압력 0.5∼3MPa으로 10초간 가압하였다. 펄프층(105)내의 수분이 고주파 파동의 영향으로 활성화 되고 고온가압유체의 열교환으로 증기압이 높아졌다. 펄프층(105)이 충분히 건조되었을 때, 가공몰드(110b)를 열고 병 형상의 펄프층(105)을 꺼낸다. 코팅할수 있도록 충분히 건조되었고, 물리적으로 안정화된 프리폼(100)을 얻었다. 전술한 공정들에 비하여 건조 효율이 향상되었다.

[공정예 6] 공정내에서 펌핑하여 펄프층(105)의 코팅

현탁액 저장조(501)의 현탁액을 압송펌프(503)를 가동하고 유량계(504)를 통과하여, 공정예 2,3,4,와 5중 하나에서 형성된 건조 펄프층(105)의 내부에 충진 하였다. 충진이 완료된 후, 몰드의 위아래를 뒤집어 가득 담겨진 현탁액이 개구부를 통하여 다시 배출 시켰다. 코팅 후 현탁액이 잘 흘러내리도록 세워 놓는다. 현탁액(501)은 흐르기 쉬운 묽은 점도를 유지하고 있어 목적한 두께로 이행이 되며 나머지는 자연스럽게 흘러내린다. 현탁액은 펄프층(105)에 충분히 도포되고 펄프층(105)의 표면에 균일한 도막을 형성하였다.

[공정예 7, 8] 저장조에 담가 펄프층(105)의 코팅

공정예 2,3,4,와 5중 하나에서 형성된 건조 성형체(100)를, 현탁액 저장조(501)에 충분히 담가 펄프층(105)의 내·외부에 코팅액이 충분히 도포되도록 하였다. 가장 기초적이며 간단한 코팅 공정이다. 코팅 후 현탁액이 잘 흘러내리도록 세워 놓는다. 현탁액(501)은 흐르기 쉬운 묽은 점도를 유지하고 있어 목적한 두께로 이행이 되며 나머지는 자연스럽게 흘러내린다. 현탁액은 펄프층(105)에 충분히 도포되고 펄프층(105)의 표면에 균일한 도막을 형성하였다. 코팅막의 두께를 두껍게 하기 위하여 1차 코팅막 위에, 수회 반복하여 코팅 하였다(공정예 8).

[공정예 9] 캐버티(113) 내부에 현탁액(501)의 도포로 코팅

가열된 마무리 몰드(110c)의 캐버티(113)에 현탁액(501)을 도포하였다. 현탁액은 잘 흘러내리고 나머지는 캐버티(113) 표면에 균일한 도막(107)을 형성 하였다. 몰드의 열로 인하여 용매가 건조 되었다. 몰드(110c)에 공정예 2, 3, 4 혹은 5중 하나에서 건조된 성형체(100)를 장전하고, 주입구(115)를 통하여 가압유체를 불어 넣었다. 온도가 오르면서 현탁액(501)이 용융되고, 가압된 성형체가(100) 도막을 압착하였다. 현탁액(501)이 충분히 용융되면서, 성형체(100)가 캐버티(113)의 형체와 캐버티(113) 표면의 도막(107)을 전사하였다.

[공정예 10] 몰드의 가열로 도포된 현탁액 도막의 건조

공정예 6, 7과 8중 하나에서 코팅된 성형체(100)를 동일한 형상의 캐버티(113)를 가지며 200'C로 가열된 건조 몰드에 장전하고 가열하였다. 몰드에서 전달된 열로 인하여, 현탁액에 포함된 용매가 잘 건조되어 중공성형이 가능 하도록 된 프리폼(100)을 얻었다.

[공정예 11] 고온가압유체로 도포된 현탁액 도막의 건조

공정예 6, 7과 8중 하나에서 코팅된 성형체(100)를 동일한 형상의 캐버티(113)를 가지며 200'C로 가열된 건조 몰드에 장전하고 가열하였다. 도2의 2g에 도시된 바와 같이, 200'C로 가열된 가압유체를 주입구(115a)로 캐버티(113) 내에 주입하고 제2의 배기구(115b)로 서서히 배출 하였다. 펄프층(105)에 도포된 현탁액의 용매의 증발 압력이 높아져서 포화를 이루고 고온가압유체와 함께 제2배기구(115b)로 배출되며 건조되었다. 현탁액에 포함된 용매가 잘 건조되었고 중공성형이 가능하도록 된 프리폼(100)을 얻었다.

[공정예 12] 건조된 코팅막을 펄프층(105)의 압착제로 사용

공정예 3을 통하지 않고 공정예 10과 11중 하나에서 완성된 성형체(100)를 동일한 형상의 캐버티(113)를 가지며 200'C로 가열된 가공 몰드(110b)에 장전하고 가압하였다. 도2의 2g에 도시된 바와 같이, 200'C로 가열된 고온가압유체를 0.5∼1MPa의 압력으로 주입구(115a)를 통하여 캐버티(113) 내에 주입하고 제2의 배기구(115b)를 서서히 막아 놓았다. 캐버티(113) 내부의 온도가 200'C로 상승하고, 펄프층(105) 표면의 도막(103, 107)이 녹아, 부드러운 상태를 유지하며 가요·가소성을 가진 풍선의 기능을 할 수 있는 상태가 된다. 외부로부터의 가열로 인하여 열가소성 비히클의 연화가 진행되고 있다. 펄프 슬러리에 포함된 수용성·열가소성 수지, 용매가 증발된 용매성 비히클과 분말화된 열가소성 수지와 펄프 섬유 등은 서로 어울려 자연히 반연화(반경화)된 도막을 형성하며 요변성(搖變性-Thixotropy) 상평형 상태를 유지한다. 반 용융상태의 도막이 외부로부터 전이된 열로 인하여 반 용융되어있던 도막속의 열가소성 분말수지가 완전히 녹아내려 낮은 점도의 가요·가소성을 가지고 펄프층(105)의 표면에 스며들어 고착되었다. 성형체가 충분히 연화되었을 시점에서 고온가압유체의 압력을 300∼500MPa정도로 높인다. 펄프층(105)은 내부 측 도막(103)의 압력에 눌리어 밀도가 더욱 높아지고, 펄프 슬러리에 포함된 수용성·열가소성수지와 현탁액(501)에 녹아있는 용융수지 및 열가소성 수지 분말이 잘 용융되고 혼련 되어 결합되어서 물리적 안정성을 얻는다. 충분히 압착이된 후, 주입구(115a)를 통하여 상온의 유체를 불어넣고 제2배기구(115b)를 통하여 서서히 배출한다. 이로서 펄프층(105)의 밀도가 높고 중공성형이 가능한 프리폼(100)을 얻는다. 따라서 공정예 3의 압착제(118)를 사용하는 공정을 대신할 수 있다.

[공정예 13] 가열로의 가열방법으로 펄프층(105)의 코팅막 용융과 중공성형

공정예 10과 11중 하나에서 완성된 성형체(100)를 200'C로 가열되어있는 가열로에 넣어 가열하였다. 가열로의 열로 인하여 성형체(100)의 온도가 200'C로 상승하고, 펄프층(105) 표면의 도막(103, 107)이 녹아, 부드러운 상태를 유지하며 비히클의 연화가 진행되어 가요·가소성을 가진 풍선의 기능을 할 수 있는 프리폼(100) 상태가 된다. 용매가 증발된 용매성 비히클과 분말화된 열가소성 수지와 펄프섬유 등은 서로 어울려 자연히 반연화(반경화)된 도막을 형성하며 요변성 상평형 상태를 유지한다. 반 용융상태의 도막에 몰드로부터 전이된 열로 인하여 반 용융되어있던 도막속의 열가소성 분말수지가 완전히 녹아내려 낮은 점도의 가요·가소성을 가지고 펄프층(105)의 표면에 스며들어 고착되었다.

성형체(100)에 코팅된 도막(103, 107)이 충분히 연화되었을 시점에, 가열로 에서 꺼내어 이것을 프리폼(100)으로 하여, 동일한 형상의 캐버티(113)를 가지며 25'C로 조정되어있는 마무리 몰드(110c)에 순간적으로 장전하고, 상온의 가압유체를 주입구를 통하여 500MPa 이상의 압력으로 가압하였다. 프리폼(100)의 펄프층(105)은 내부 도막(103)의 압력에 눌리어 밀도가 더욱 높아지는 동시에 마무리몰드(110c) 캐버티(113)의 형상과 표면을 전사하고, 물리적 안정성을 얻는다. 마무리 몰드(110c)는 상온의 온도로 되어있어 성형체(100) 표면의 온도를 빼앗고, 프리폼(100)은 순간적으로 열고정 되었다.

프리폼(100)이 충분히 안정되었을 시점에서, 유입구(105a)를 열어 상온유체를 불어 넣고, 캐버티(113)의 온도와 압력을 더욱 낮춘다. 프리폼(100)의 온도가 상온유체의 유입으로 온도가 낮아지고, 성형형태가 안정된 후 탈형 하였다. 수지로 코팅되어 물리·화학적으로 안정된 성형체(100)를 얻는다.

[공정예 14] 몰드의 가열방법으로 펄프층(105)의 코팅막 용융과 중공성형

공정예 10과 11중 하나에서 완성된 성형체(100)를 동일한 형상의 캐버티(113)를 가지며 200'C로 가열된 가열 몰드에 장전하고 가압하였다. 도2의 2g에 도시된 바와 같이, 상온가압유체를 0.5∼1MPa의 압력으로 주입구(115a)를 통하여 캐버티(113) 내에 주입하고 제2의 배기구(115b)를 막아 놓았다. 몰드의 가열로 인하여 캐버티(113) 내부의 온도가 200'C로 상승하고, 펄프층(105) 표면의 도막(103, 107)이 녹아, 부드러운 상태를 유지하며 비히클의 연화가 진행되어 가요·가소성을 가진 풍선의 기능을 할 수 있는 프리폼(100) 상태가 된다. 용매가 증발된 용매성 비히클과 분말화된 열가소성 수지와 펄프 섬유 등은 서로 어울려 자연히 반연화(반경화)된 도막을 형성하며 요변성 상평형 상태를 유지한다. 반 용융상태의 도막에 몰드로부터 전이된 열로 인하여 반 용융되어있던 도막속의 열가소성 분말수지가 완전히 녹아내려 낮은 점도의 가요·가소성을 가지고 펄프층(105)의 표면에 스며들어 고착되었다.

성형체(100)에 코팅된 도막(103, 107)이 충분히 연화되었을 시점에서, 이것을 프리폼(100)으로 하여, 동일한 형상의 캐버티(113)를 가지며 25'C로 조정되어있는 마무리 몰드(110c)에 장전하고, 상온의 가압유체를 주입구를 통하여 500MPa 이상의 압력으로 가압하였다. 프리폼(100)의 펄프층(105)은 내부 도막(103)의 압력에 눌리어 밀도가 더욱 높아지는 동시에 마무리몰드(110c) 캐버티(113)의 형상과 표면을 전사하고, 물리적 안정성을 얻는다. 마무리 몰드(110C)는 상온의 온도로 되어있어 성형체(100) 표면의 온도를 빼앗고, 프리폼(100)은 순간적으로 열고정 되었다.

프리폼(100)이 충분히 안정되었을 시점에서, 유입구(105a)를 열어 상온유체를 불어 넣고, 캐버티(113)의 온도와 압력을 더욱 낮춘다. 프리폼(100)의 온도가 상온유체의 유입으로 온도가 낮아지고, 성형형태가 안정된 후 탈형 하였다. 수지로 코팅되어 물리·화학적으로 안정된 성형체(100)를 얻는다.

[공정예 15] 고온가압유체 가열방법으로 펄프층(105)의 코팅막 용융과 중공성형

공정예 14에서 실시한 공정에 고온가압유체를 불어넣는 공정을 추가 하였다. 공정예 10과 11에서 완성된 성형체(100)를 동일한 형상의 캐버티(113)를 가지며 200'C로 가열된 가열 몰드에 장전하고 가압하였다. 도2의 2g에 도시된 바와 같이, 200'C로 가열된 고온가압유체를 0.5∼1MPa의 압력으로 캐버티(113) 내부의 온도가 200'C에 다다를 때까지 주입구(115a)를 통하여 캐버티(113) 내에 주입하고 제2의 배기구(115b)를 서서히 막아 놓았다. 몰드와 고온가압유체의 가열로 인하여 캐버티(113) 내부의 온도가 순간적으로 200'C로 상승하고, 펄프층(105) 표면의 도막(103, 107)이 녹아, 부드러운 상태를 유지하며 비히클의 연화가 진행되어 가요·가소성을 가진 풍선의 기능을 할 수 있는 프리폼(100) 상태가 된다. 용매가 증발된 용매성 비히클과 분말화된 열가소성 수지와 펄프 섬유 등은 서로 어울려 자연히 반연화(반경화)된 도막을 형성하며 요변성 상평형 상태를 유지한다. 반 용융상태의 도막에 몰드로부터 전이된 열로 인하여 반 용융되어있던 도막속의 열가소성 분말수지가 완전히 녹아내려 낮은 점도의 가요·가소성을 가지고 펄프층(105)의 표면에 스며들어 고착되었다.

성형체(100)에 코팅된 도막(103, 107)이 충분히 연화되었을 시점에서, 이것을 프리폼(100)으로 하여, 동일한 형상의 캐버티(113)를 가지며 25'C로 조정되어있는 마무리 몰드(110c)에 장전하고, 상온의 가압유체를 주입구를 통하여 500MPa 이상의 압력으로 가압하였다. 프리폼(100)의 펄프층(105)은 내부 도막(103)의 압력에 눌리어 밀도가 더욱 높아지는 동시에 마무리몰드(110c) 캐버티(113)의 형상과 표면을 전사하고, 물리적 안정성을 얻는다. 마무리 몰드(11OC)는 상온의 온도로 되어있어 성형체(100) 표면의 온도를 빼앗고, 프리폼(100)은 순간적으로 열고정 되었다.

프리폼(100)이 충분히 안정되었을 시점에서, 유입구(105a)를 열어 상온유체를 불어 넣고, 캐버티(113)의 온도와 압력을 더욱 낮춘다. 프리폼(100)의 온도가 상온유체의 유입으로 온도가 낮아지고, 성형형태가 안정된 후 탈형 하였다. 수지로 코팅되어 물리·화학적으로 안정된 성형체(100)를 얻는다.

[공정예 16] 3 분할(Partition) 몰드를 이용하여 중공성형

공정예 13, 14, 15와 같은 공정으로 성형하고, 2개의 스플릿 몰드(111, 112)에 추가로, 도면 4에 도시된 바와 같이, 하부에 바닥몰드(125)를 사용하여, 밖으로볼록하게 성형하는 성형몰드(110a)와 가공몰드(110b)와 달리 마무리몰드(110c)에 바닥몰드(125)를 추가 적용하여 병의 내부 쪽으로 오목하게 성형하는 것이다.

공정 10과 11에서 완성된 바닥부가 볼록하게 성형된 성형체(100)를 몸통과 상부는 동일한 형상을 한 몰드에 장전을 하고 하부는 오목한 형상을 하게하는 바닥 몰드(125)를 대고 상온가압유체, 고열가압유체, 몰드가열, 열제거로 인한 수지의 열고정 등 공정예 12와 13과 같은 방법으로 성형하고 탈형 하였다. 바닥이 오목하고 평평하게 성형되어 세워도 안전한, 일반적으로 널리 쓰이는 페트병 혹은 화장품병과 유사한 병 등을 성형 할 수 있었다.

[공정예 17] 무늬의 전사

공정 10과 11중 하나에서 완성된 성형체(100)를, 13, 14혹은 15에서 가열한 방법중 하나로 가열하였다. 충분히 가열된 프리폼(100)을 동일한 형상의 캐버티(113)를 가지며, 캐버티 내부를 글자와 그림으로 음각과 양각을 하고 색상이 있는 전사지를 부착한 마무리 몰드(110c)에, 장전하고 가압하였다. 프리폼(100)의 펄프층(105)은 내부 도막(103)의 압력에 눌리어 밀도가 더욱 높아지는 동시에 외부 도막(107)은 캐버티(113)의 형상을 전사하고 캐버티(113)에 같이 붙어있던 전사지가 함께 이전(Transfer)하여 표면에 접착하였다.

마무리 몰드(110c)는 상온의 온도로 되어있어 성형체(100) 표면의 온도를 빼앗고, 프리폼(100)은 순간적으로 열고정 되었다. 프리폼(100)이 충분히 안정되었을 시점에서, 유입구(105a)를 열어 상온유체를 불어 넣고, 캐버티(113)의 온도와 압력을 더욱 낮춘다. 프리폼(100)의 온도가 상온유체의 유입으로 온도가 낮아지고, 성형형태가 안정된 후 탈형 하였다. 일반적으로 널리 쓰이는 페트병 혹은 화장품병과 유사한 형상과 무늬가 전사된, 병 등을 성형 할 수 있었다.

본 발명의 펄프몰드 중공 성형체(100)의 제조방법에 의하면, 상기 발명의 가장 큰 특징인 비평면의 펄프몰드 중공성형체에 열가소성 수지류를 사출, 압출 및 프레스공정을 통하지 않고 성형제품에 목적한 수지의 균일한 소정의 두께의 코팅을 정밀하게 할 수 있어 펄프몰드 성형체(100)를 여러 가지 일상용도에 널리 쓰일 수 있게 한다는 점이다. 또 한 가지 중요한 특징은 그 코팅 도막을 가압재료로 대신하여 이용할 수 있어 매우 간단한 중공성형 공정이 된다. 그것은 일정한 제품의 질을 유지 할 수 있어 생산 및 품질 관리에 매우 유리하다. 또한 제품이 성형몰드 내에서 성형, 건조 및 고착이 되므로 성형 및 냉각 후 열고정시에 형태의 찌그러짐이 없어지며, 타 공정 대비 공정 시간을 단축시켜 줄 수 있어 대규모 생산 시에도 높은 생산성을 유지 할 수 있다.

상기 결과로 비추어 보아 명확하게 알 수 있는 것처럼, 열가소성 수지 코팅 이나 분체코팅이 불가능한 비평면의 피도물에도 열가소성 수지분말의 액상도포가 가능하며, 또한 본 발명의 내수성 코팅제를 가지고 본 발명의 방법대로 성형 가공한 경우, 본래 내수성이 없는 천연 고분자 재료로 만든 펄프몰드 성형체가 충분한 내수성을 가지고 널리 쓰일 수 있다는 점이다.

바람직한 공정형태를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 기술 분야의 전문가라면 본 발명의 요지 및 범위를 벗어나지 않는 한 여러 가지 응용 및변형이 가능하다는 것을 알 것이다.

Claims (24)

1. 성형단계, 가공단계, 마무리단계 및 중공성형단계로 나누어 성형하는 펄프몰드의 중공성형 방법으로서,

   a. 성형단계에서 펄프 슬러리의 습윤 성형체인 펄프층(105)을 형성시키고,

   b. 특히, 가공단계에서, 건조시킨 비평면의 펄프몰드 성형체(100)의 표면에, 현탁액의 유변학적 특성을 이용하여 복합수지 현탁액을 치밀하게 코팅하고 도막을 형성시킨 후 건조시키고,

   c. 마무리단계에서 외부 가열로 그 도막을 용융시키고, 도막 구성물 간에, 특히 용제성 수지와 열가소정 수지 분말의 용융으로 상호간 상평형을 이루게 하여 수지 간에 서로 혼련이 되도록 한 성형체(100)를,

   d. 중공성형단계에서, 프리폼(100)으로 하여 중공성형하고, 그 성형된 성형체를 열고정 시켜 상온에서 물리·화학적으로 안정된 펄프몰드 성형체(100)를 제조함을 특징으로 하는 펄프몰드 중공성형방법.
2. 제 1항 a. 단계의 펄프 슬러리에 있어서, 수용성·열가소성 수지 및 가소제를 첨가하여, 성형공정중 용융온도 이상으로 가열시 현탁액에 포함된 수지류와 상용성이 좋아져서 성형성(Moldability)을 높인 것과, 성형 후 열고정이 된 뒤에도 연신성(Elongation), 유연성(Flexibility) 및 접착성(Bondability) 등의 특성을 높인 것을 특징으로 하는 펄프 슬러리 제조방법.
3. 제 1항 a. 단계의 펄프 슬러리에 있어서, 고운 무기물을 넣어서 펄프섬유의 사이를 메워 차단력을 높인 것을 특징으로 하는 펄프 슬러리 제조방법.
4. 제 1항 b. 단계의 성형단계의 함수 성형몰드의 건조를 하기위한 가열방법에 있어서, 고주파를 이용함을 특징으로 하는 성형 방법
5. 제 1항 b. 단계의 현탁액에 있어서, 용제성 수지가 용해되어있는 용매에 열가소성 수지의 분말을 함침 하여 분산시켜 평형을 이루어 놓은 것을 특징으로 하는 현탁액의 제조방법.
6. 제 1항 b. 단계의 현탁액에 있어서, 성형체(100)의 내부 코팅과 외부 코팅 도막의 특성을 달리 하여 다른 현탁액 배합을 하여 사용함을 특징으로 하는 방법
7. 제 1항 b. 단계의 코팅방법에 있어서, 현탁액의 유변학적 성질을 이용하여, 현탁액에 함께 함침 된 난용성의 열가소성 수지 분말을 피도물의 표면에 치밀하게 코팅을 하게 한, 현탁액을 이용한 분체코팅을 특징으로 하는 코팅 방법.
8. 제 1항 b. 단계의 코팅방법에 있어서, 유동식 펌핑(Pumping) 방법을 이용한 것을 특징으로 하는 코팅방법.
9. 제 1항 b. 단계의 코팅방법에 있어서, 코팅의 방법 중 담금칠(Dipping) 방법을 이용한 것을 특징으로 하는 코팅방법
10. 제 1항 b. 단계의 코팅방법에 있어서, 마무리몰드의 캐버티(113) 내부에 코팅을 한 현탁액 도막을 펄프층(105)에 전사 시키는 것을 특징으로 하는 코팅방법
11. 제 1항 b. 단계의 코팅방법에 있어서, 일회이상 수회 코팅을 함을 특징으로 하는 코팅 방법
12. 제 1항 a.의 병 성형단계 및 제1항 b.단계의 코팅단계에 있어서, 바닥 면을 둥그렇고 볼록하게 하여 슬러리가 병의 내부에서 일정한 두께로 균일하게 침적되도록 한 것과, 도포된 코팅액이 잘 흘러내려 균일하고 치밀하게 코팅이 될 수 있도록 함을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1항 b. 단계의 코팅된 현탁액 도막의 건조를 위한 가열 방법에 있어서, 고열가압유체를 이용함을 특징으로 하는 제조 방법
14. 제 1항 b. 단계의 코팅된 현탁액 도막의 건조를 위한 가열 방법에 있어서, 몰드가열을 이용함을 특징으로 하는 제조 방법
15. 제 1항 b. 단계의 코팅된 현탁액 도막의 건조를 위한 가열 방법에 있어서 건조로 혹은 건조터널을 이용함을 특징으로 하는 제조 방법.
16. 제 1항 c. 단계의 성형 공정중, 건조된 성형체(100) 내부 코팅막(103)을 압착제로 이용하여 펄프층(105)의 밀도를 높이는 것을 특징으로 하는 압착방법.
17. 제 1항 d. 단계의 중공성형방법에 있어서, 내·외부에 수지 코팅을 한 펄프몰드를 가열하여 가요·가소성을 부여한 것을 프리폼(100)으로 하여, 그 프리폼(100)을 중공성형 하는 것을 특징으로 하는 펄프몰드 중공성형방법.
18. 제 1항 d. 단계 및 12항의 중공성형방법에 있어서, 볼록한 바닥면에 오목한 바닥몰드(125)를 사용하여 밑면을 오목하게 성형하여, 성형체(100)를 세웠을 때 안정감이 있도록 한 것을 특징으로 하는 방법
19. 제 1항 d. 단계의 중공성형방법에 있어서, 마무리 몰드의 캐버티(113) 표면에 글씨나 그림을 음각, 양각 혹은 전사지를 부착하고, 가열 성형시 성형 체(100)의 표면(107)에 전사토록 하여, 임의의 모양이나 인쇄효과를 낼 수 있도록 함을 특징으로 하는 성형방법.
20. 제 17, 18, 19항 중 어느 하나 이상의 방법으로 생성된 현탁액 도막
21. 제 18항의 도막에 있어서, 두께가 1∼500 미크론의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 제조방법.
22. 제 18항의 도막에 있어서, 두께가 500 미크론 이상의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 제조방법.
23. 제 17, 18, 19항에 있어서, 어느 한 항 이상의 방법을 이용하여, 제조되어진 물건
24. 제 21항에 있어서, 물건을 제조하는 기계