KR920009942B1 - 가열액 충전용 폴리에틸렌 테레프탈레이트 용기의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가열액 충전용 폴리에틸렌 테레프탈레이트 용기의 제조방법

제1도 내지 제3도는 본 발명의 방법에 따른 3가지 방법에 대한 시간에 따라 팽창되는 공기압의 변화를 나타낸 그래프.

본 발명은 한쪽 단부가 천공되고 중공의 견본(예비된 제작된 모형을 뜻함)을 기초로 하여, PET 용기를 제조하는 방법에 관한 것으로 이 용기들은 사용중에도 상당히 심한 열 조건에, 특히 용기에 가열액을 충전할때 일어나는 상황에 형태가 심하게 뒤틀리지 않고 잘 견딜 수 있는 것이다.

포장 분야에서는, 양쪽 배열 방향을 갖는 PET 용기들이, 쥬스나 소스류 뿐만 아니라 탄산가스류 음료를 포장하는데, 현재도 널리 사용되고 있는 실정이다. 이것은 다음과 같은 사실에 기인하는데, 즉 2배의 양쪽 배열방향을 갖는 PET 용기는 역학적으로 우수한 저항력과 수려한 외관 및 용기내에 내용물에 대해 화학적으로 우수한 부동성을 제공하며 또한 용액속에 들어 있는 가스와 공기속의 산소를 효과적으로 차단한다(내용물을 산화작용이 없이 보전할 경우).

또한, PET에 있어 두 배열 방향에서 온도에 위치한 예형물을 신장시키고 공기를 투입하여 팽창시키므로서 얻은 이른바 두 배열 방향을 갖는 PET 용기들은, PET의 불투명한 중간단계의 온도(Tg)보다 높은 온도에 놓여질때에는 가열액에는 부적합한 것으로 상당한 수축을 나타낸다.

이 수축은 다음과 같은 사실에서 비롯하는바, 즉 일정한 두배열 방향을 부여할때(종으로 신장하는 것을 횡으로 신장하는 효과를 가져오는 공기투입보다 더 많이 행할 때), 재료속에서 만들어진 내압이, 재료의 불투명한 중간단계(Tg) 온도보다 더 높은 온도로 용기가 위치할때 방출되기 때문이다.

이러한 문제에서, 신장과 팽창에 의해 얻어진 두 배열 방향이 큰 PET 용기의 열안정성은 일반적으로 열고정이란 열처리법에 의해 상당히 처리되고 있음은 잘 알려져 있다. 이 방법에서는, 배열 방향에 적당한 온도까지 예열된 예형물이 용기의 형태를 갖도록 공기 투여로 팽창시키는 사출금형 속에서 두배로 신장된다.

그 다음에 이 용기가 사출금형의 내벽과 직면하는동안 일정한 시간이 경과하면서 더 높은 온도에 용기가 위치하게 함으로서 고정 열처리를 받게 한다.

끝으로, 온도로 일어나는 수축에 잘 견디기 위해 압력 상태에 있는 용기는 압력을 벗어났을 때 그 형태를 유지할 온도까지 다시 냉각시킨다. 고정열에 처리된 많은 제품들을 보면, 열처리에 적당한 온도는 140°-250℃이다.

또한 본 발명의 한 방법에 의하면, 2배로 증가된 온도까지 가열된 예형물은 가열 사출금형내에서 공기를 투입하여 가열된 사출금형의 내벽과 접속한 상태로 지속된다. 내벽의 온도는 배열 방향을 갖는 최소 온도보다 높은 40℃ 정도이다. 첫번째 제조방법에서, 주용기는, 용기의 내부에서 냉각된 유체의 투입으로 인해 온도가 30℃에서 10℃로 떨어지므로서 적당히 냉각된다. 다음, 냉각된 용기를 사출금형에서 꺼낸다. 두번째 제조방법의 단계에서는, 팽창되는 유체의 압력을 부분적으로 또는 전체적으로 감소시킴으로서 금형 내부에서 얻어진 용기가 자유롭게 수축되도록 한다. 다음 동일한 가열금형이나 냉각된 다른 금형내에서, 다시 용기에 바람을 투입하여 팽창시킨다. 다음 용기를 금형에서 꺼낸다. 이 방법으로 제조된 모델에 따라서, PET 예형물들에 대한 신장과 팽창은 가열 금형내에서 95℃로 행하여지는데, 금형의 온도는 예형물의 온도보다 항상 높은 110℃와 140℃ 사이이다. 성형된 용기와 가열금형의 내벽이 접촉하는 시간은 대략 10초이다.

종래 방법들은 여러가지 결점들을 나타내고 있는데 즉, 고온(250℃까지)의 금형을 사용하는것, 사출금형내에서 상당히 시간이 소용되는 것, 연속적으로 여러개의 금형을 사용하는 것, 고가인 냉각 유체를 사용하는 등의 결점이 있다. 이 방법들은 산업적으로 사용하기 어렵고, 용기를 제조하는 속도가 느리다. 따라서, 본 발명은 전술한 결점들을 해결하고, 우수한 형태로 뒤틀림이 없이 열에 강한 PET 용기들을 산업적으로 제조할 수 있게 하는 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 그러므로, 본 발명은 형태가 심하게 뒤틀리지 않으면서 가열액이 충전될때 발생하는 상당히 심한 열조건들을 잘 견디는 PET 용기의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 다음 같은 일련의 단계를 포함한다.

a) 가로, 세로로 신장하는 작용으로 인하여 용기내의 물질에 압력이 가해지지 않는 온도가 되도록, 무정형의 PET 예형물을 신속하게 가열시키고, 예정된 형태의 크기에 맞는 예형물의 목부분은 가열하지 않는다.

b) 금형공의 내벽이 예형물의 온도보다 낮은 온도에서 가열 유지되는 상태의 금형내로 가열 예형물을 이동시킨다.

c) 예형물을 길게 신장시키고, 용기의 형태를 갖고 예형물이 금형공의 형태와 결합하도록 가스 유체로 가압 또는 대기압을 이용해서, 팽창시켜 예형물을 신장시킴과 동시에 확대시킨다.

d) 가압한 가스 유체를 성형된 용기에서 신속히 방출시킨다.

e) 끝으로, 제조된 용기를 금형에서 꺼낸다.

본 발명의 또 다른 특징과 장점은 실시예에 의하여 그 범위가 한정되지 않으면 이를 첨부된 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이 두배의 배열 방향이 충분히 주어진 폴리에스테르 수지로 제조된 용기들이 수지의 불투명한 중간단계 온도(Tg)보다 높은 온도로 위치할때, 상당한 수축을 나타내다. 이 수축은 두배의 일정한 배열 방향을 가질때, 폴리에스테르 수지안에 가해진 내압이 Tg보다 높은 온도로 될때, 방출되는 현상때문이다.

본 발명에 따른 방법은 예형물을 기초로하여 용기를 만들때, 용기를 구성하는 물질에 두배의 일정한 배열 방향을 주는 것을 피한다는 사실에 그 기초를 두고 있다. 이렇게 해서, 실제로 수축에서 오는 내압 상태가 일어나지 않는다. 여기서 이 방법으로 얻은 용기들을 Tg보다 높은 온도로 될때, 특히 온도가 85℃, 또는 85℃ 이상의 가열액을 충전하는 경우, 형태가 심한 뒤틀림을 일으키지 않는다.

용기로 이루는 물질안에 두배의 일정한 배열 방향을 주지 않도록 하는데 다음 공정이 필요하다.

a) 길게 신장하고, 팽창하는 작용이 용기를 이루는 물질내에서 두배의 일정한 배열 방향에 압력이 생기지 않도록 충분히 높은 온도로 예열된 예형물애 대하여 신장과 팽창을 실시한다.

b) 신장과 팽창을 함으로서 예형물을 용기로 변형시킬때, 비교적 약하게 2배로 신장되게 한다(2배의 신장율=세로신장율×팽창으로 인한 가로 신장율).

c) 성형할때, 물질안에 일어날 수 있는 압력을 최소로 하기 위해서, 세로 신장 속도를 조절한다.

PET와 같이 충분히 포화상태의 폴리에스테르 수지에 있어서는 다음의 수치를 선택한다.

-확정된 형태의 크기에 미리 맞춘 목부분을 제외하고, 예형물의 몸체는 적외선 열을 사용하여 120℃-140℃로 신속히 높이고, 가열 시간은 1분이하, 바람직하기로는 약 40초 정도로 한다.

또한, 예형물을 이루는 물질의 온도로 신장과 팽창을 할때, 너무 심하게 수축하지 않도록 팽창은 금형공내벽의 온도 70℃-120℃에서 유지되도록 한다. 금형공의 내벽 온도는 전술한 바와 같이 금형공내에 있는 예형물의 온도보다 언제나 낮도록 일정하게 유지한다.

이렇게 해서, 성형하는 동안, 용기를 이루는 물질이 불투명한 중간 과정 온도(Tg) 이하에서 다시 냉각되는 일이 없도록 한다.

접한 예형물의 저부 가운데 부위는 온도가 10℃-50℃에서 냉각되며, 용기의 목부분과 어깨 사이의 접합 지대에 역시 다시 냉각될 수 있음(10℃-50℃)을 알 수 있다.

-두배의 신장율은 7-9이며, 이것은 PET의 경우 현재 행하고 있는 신장율(10-13)에 비해서는 약하다.

-길게 신장한때의 속도는 보통 사용되는 수치(650㎜/sec-850㎜/sec) 보다 현저하게 약한 500㎜/sec 보다도 작다.

예형물을 기초로 하여 용기를 성형하는 것을 설명하면 다음과 같다. 120℃-140℃로 예열된 예형물은 목부분에 의해 금형공 안으로 투입되어 제자리에서 유지된다. 금형공의 내벽은, 예형물 온도보다 낮은 70℃-120℃에 있게 된다.

첫번째 방법에 따라(제1도 참조), 신장된 몸체가 목부분에 의해 예형물 안으로 투입되고 예형물 몸체를 길게 신장시키기 위해 예형물의 세로축에 따라 이동된다. 신장 몸체의 이동은, 예형물의 폐쇄된 끝단부가 금형공의 저부와 접해질때까지 행해진다. 신장과 동시에, 성형되기 위해서는 용기를 이루는 물질이 금형공과 접촉하도록 가압 공기를 예형물안으로 불어 넣는다.

성형된 용기내부로 공기를 투입한 후에, 압력이 20-40바아가 되는데 이 압력은 제조될 용기의 형태에 따라 약간 커지고, 여러가지 정도에 따라 달라진다.

용기의 내부에 남아 있는 압력이 0-6바아가 되도록 용기를 대기중에 있게 하여서, 투입된 공기를 신속히 배출한다.

다음, 금형공내에 있는 용기속으로, 가압 공기를 다시 투입하는데 이 두번째 공기투입 후의 압력은 20-40바아이다.

끝으로, 대기압으로 내압이 되도록 용기를 대기중에 놓아 용기에 있는 두번째 투입 공기를 신속히 방출하며, 이렇게 처리된 용기는 공기 투입 금형에서 제거한다. 금형에서 제거한 용기의 온도는 70°-80℃이며, 용기내에 들어 있는 가압공기가 신속하게 이동하므로서 내부의 냉각이 이루어지게 된다.

예형물을 기초로 하여 용기를 제조하기 위하여 금형속에 체류하는 필요한 시간은 4-5.5초이다.

본 발명의 두번째 제조방법에 따라(제2도 참조) 공기 투입 단계가 이후에 실시되는 방법에 있어서 신장단계는 전술한 방법으로 행한다.

신장과 동시에 성형시키기 위해서 용기를 이루는 물질을 금형공과 접촉하도록 예형물 안으로 가압 공기를 투입한다. 성형된 용기 내부에 공기를 투입한 후의 압력은 20-40바아가 된다. 이때, 가압 공기가 송풍관에 의해 용기속으로 계속 투입되는 동안, 금형안에 있는 성형된 용기는 중공의 신장 몸체를 매체로 하여 대기중에 놓여진다. 이렇게 하여, 대기압에 비례하여 압력 상태(15-30바아)에 용기를 유지시킴과 동시에 성형된 용기의 내부에서 환기를 일으킨다. 다음, 환기를 정지하면 용기속에 있는 공기가 재빨리 배출되며, 다음 용기를 금형에서 꺼낸다.

용기속의 가압 공기의 최종적인 이동과 환기는 용기를 금형에서 꺼낼때, 70°-80℃의 용기를 냉각시킨다.

예형물을 기초로 용기를 제조하는데 있어 금형에 체류하는 필요 시간은 4초-5.5초이다.

본 발명의 세번째 방법에 따라서(제3도 참조), 신장과 공기 투입의 팽창 단계는 전술한 바와 같이 첫번째 실시방법과 같이 실시한다. 그러나, 공정중에 최종 압력이 20-40바아인 두번째 공기 투입이 끝나면, 가압 공기가 송풍관에 의해 용기 안으로 계속 투여되는 동안 금형에 들어 있는 성형된 용기는 중공의 신장 몸체에 의해 대기중에 놓여진다.

이렇게 하여 대기압에 비해 고압상태(15-30바아)로 용기를 유지시킴과 동시에 모양을 갖는 용기내부에 환기를 일으킨다. 다음, 환기가 정지되면, 용기안의 압력은, 공기를 배출시킴으로서 대기압으로까지 신속하게 하강한다.

또한 예형물을 기초로 용기를 제조하는데 필요한 금형내에서의 체류시간은 4초-5.5초가 된다.

본 발명에 따른 방법의 이점은 온도가 85℃, 특히 85 이상 87℃까지인 가열액을 충전하는때에 현저한 형태의 뒤틀림이 없이 발생되는 열조건을 견뎌내는 PET 용기를 산업적 규모로 제조할 수 있는 것에 있다. 실제 예형물을 기초로 용기를 제조하는데 있어 금형안에 체류하는 필요시간은 냉각액을 충전하는 용기를 제조할때의 체류시간 2-3초와 비교할때 단지 4초-5.5초 밖에 되지 않는 것이다.

다음 여러 실시예는 제한적인 것은 아니며, 이 실시예들은 본 발명에 따른 방법의 다양한 방법들을 예시한 것이다.

액체 투입으로 얻어진 무전형의 PET 예형물을 기초로 하여, 부피가 1.5리터이며 무게가 57그람 되는 병을 제조한다. AKZO가 사용, 제조한 DO2.300을 참조하여 상품화한 PET는 0.75㎗/g의 고유 점성을 갖는다.

예형물을 이루는 물질을 130℃로 되도록 적외선으로 예형물을 가열시킨다. 다음 이들을 금형공의 내벽 온도가 105℃-110℃를 유지하는 금형안으로 이동되고 125℃의 공기를 투입받는다.

세로 신장 속도는 360㎜/sec이다.

신장과 팽창을 할때, 세로 신장율이 2.21, 가로 신장율이 3.61이하로 되는데, 이것은 총 신장율이 7.98에 해당한다.

전술한 방법중 첫번째 방법에 해당하는 일련의 첫번째 실험들에서, 예형물은 신장 몸체에 의해 신장되고 가압공기에 의해 팽창된다. 압력은 1.10초후에는 39바아에 이른다. 신장된 물질은 0.64초동안 압력 39바아하에서 금형공의 가열 내벽과 직면한 상태로 유지된다. 이때, 용기는 대기중에 놓여지고 압력은 0.58초안에 39바아에서 6바아로 떨어진다. 이후, 다시 가압공기를 용기안으로 투입하는데, 압력은 0.88초만에 6바아에서 39바아로 증가하며, 1.05초동안 압력 39바아로 유지된다. 용기는 대기중에 놓고 압력이 0.6초만에 39바아에서 대기압으로 강하되면, 금형에서 꺼내진다.

예형물을 기초로 하여, 이중 공기투여식의 순환적인 용기 제조는 총 4.84초가 소요된다.

전술한 본 방법중 둘째 방법에 해당하는 일련의 두번째 실험에서 예형물들은 신장 몸체에 의해 신장되고 가압공기에 의해 팽창된다. 1.23초 후에는 압력이 38.5바아로 된다. 신장된 물질은 1.06초동안 압력 38.5바아하에서 금형공의 가열 내벽과 접해 있다. 이때 가압 공기는 전술한 용기속으로 투입되는 동안에, 용기는 대기중에 위치하고 이는 용기내부에서 압력을 받거나 또는 송풍으로 환기를 받게 된다. 1.5초동안 송풍 조작을 계속할때, 압력은 38.5바아에서 25바아로 감소된다. 이후, 강한 공기 투여가 완료되었을때 압력은 0.45초동안에 25바아에서 대기압으로 강하한다. 끝으로, 용기를 금형에서 꺼낸다. 예형물을 기초로 하여 송풍하는 단순한 공기투입식의 순환적 용기 제조는 총 4.24초가 소요된다.

전술한 방법중 세번째 방법에 해당하는 일련의 세번째 실험에서, 예형물은 신장 몸체에 의해 신장되고 가압 공기에 의해 팽창된다. 1.10초후에는 압력이 39바아로 된다. 신장된 물질은 0.64초동안 압력이 39바아하에서, 금형공의 가열 내벽과 접해 있다. 이때, 용기는 대기중에 있으며,압력은 0.58초동안에 39바아에서 6바아로 강하한다. 그리고, 다시 가압 공기를 용기안으로 투입하고, 압력은 0.88초동안에 6바아에서 39바아로 증가하며, 압력 39바아는 1.05초동안 유지된다. 이때, 가압 공기가 전술한 용기속으로 투입되는 동안에, 용기가 대기중에 위치하며, 이것은 압력을 가한 환기 또는 강한 송풍에 의한 환기를 용기 내부에 일으킨다. 강한 송풍 조작이 0.68초동안에 진행될때, 압력은 감소하여 39바아에서 29바아로 된다. 이어서 강한 송풍식의 공기 투입을 정지할때, 압력은 0.5초동안에 29바아에서 대기압으로 강하한다. 끝으로, 용기를 금형에서 꺼낸다.

예형물을 기초로 한, 강한 송풍에 의한 이중 공기투입식의 순환적 용기 제조에는 총 4.74초가 소요된다.

세가지 방법의 공기투입에서 얻어진 병들의 특징은 다음 표 1에 표시했다.

[표 1]

일련의 네번째와 다섯번째 실험은 신장과 팽창을 할때, 금형공의 내벽 온도와 예형물의 온도가 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.

예형물은 적외선으로 100℃로 가열되어 세로로 신장되고, 내벽이 118-120℃(105-110℃ 대신)로 유지되는 금형공내에 90℃(125℃ 대신)이 공기가 투입된다. 이 실험들에서, 금형공 내벽의 온도는 앞의 실험들과는 반대로 예형물들의 온도보다 높다.

또한 다음의 다른 모든 파라미터들은 변함이 없다. 예형물과 용기들의 무게 및 형태, 재료, 신장속도와 신장율, 순환적 제조시간.

일련의 네번째와 다섯번째 실험에서 얻어진 병들의 특징은 다음 표 2에 표시했다.

[표 2]

따라서, 표 1과 2를 볼때, 예형물과 금형공의 내벽 각각의 온도 영향이 가열액을 충전할때, 뒤틀림이 적은 병을 우선적으로 얻을 수 있음을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 한 단부가 개방되고 한 다른 단부가 폐쇄된 중공의 예형물을 기초로 하여 가열액을 충전할때 발생하는 심한 열조건하에서 형태가 뒤틀리지 않고 잘 견디는 PET 용기를 제조하는 방법에 있어서, 다음 일련의 단계 : a) 가로 세로의 신장으로 용기내에 물질에 압력이 가해지지 않는 온도에 예형물의 몸체가 이르지 않도록 무정형의 PET 예형물 몸체를 신속히 가열하나, 고정된 형태와 크기도 예정된 예형물의 목부분은 가열하지 않은 단계 : b) 금형공의 내벽이 예형물의 몸체 온도보다 낮은 온도에서 가열되고 유지되는 금형내로 가열 예형물을 이동하는 단계 : c) 용기 형태를 갖도록 하는 금형공의 형태와 결합되도록 가압가스 유체를 매채로 또는 공기를 매체로 하여, 공기를 투입하여 예형물을 팽창시킴과 동시에 세로 신장시키는 단계 : d) 가압가스 유체를 성형된 용기로부터 신속하게 배출하는 단계 : e) 제조된 용기를 금형에서 제거하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 상기 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 a) 단계에서, 예형물의 몸체가 120-140℃의 온도에서 가열됨을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제1항과 제2항에 있어서, 예형물의 몸체가 가열되는 시간이 1분~40초임을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 금형공의 내벽온도가 70~120℃로 되고, 이 온도가 예형물 몸체의 온도보다 낮음을 특징으로 하는 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 c)단계에서, 예형물을 용기로 변형시키기 위하여 조작된 2배의 신장율이 7~9임을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 c)의 단계에서 세로 신장속도가 50㎜/초 이하임을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 c)단계에서 예형물내로 가압공기를 투입하고 공기 투입후의 압력이 20바아~40바아가 되게 하고, 다음 성형된 용기내에 있는 압력이 0바아~6바아가 되도록 투입된 공기를 신속히 배출하고, 다시 두번째 공기투입후 압력이 20바아~40바아가 되도록 가압공기를 투입함을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 c)단계에서 예형물내에 가압 공기를 투입하여 공기투입 후의 압력이 20바아~40바아가 되게 하여 성형된 용기내부에 압력을 받은 환기가 이루어지게 하므로서 환기가 15바아~30바아의 압력하에 유지되어 마침내 환기가 정지함을 특징으로 하는 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 c)단계에서 예형물내에 가압공기는 투입하여 공기 투여후의 압력이 20바아~40바아가 되게 하고 이때, 성형된 용기내부에 있는 압력이 0바아~6바아가 되도록 투입된 공기를 신속히 배출하고, 다음 다시 두번째 공기 투여후의 압력이 20바아~401바아가 되도록 가압공기를 투입하므로서 성형된 용기내부에 압력을 받은 환기가 이루어지게 하므로서 이 환기가 15바아~30바아의 압력하에 유지되어 마침내, 환기가 정지함을 특징으로 하는 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 예형물을 기초로 하여 성형된 용기를 제조하는데 있어, 금형공내에 체류하는 소요시간이 4~5.5초임을 특징으로 하는 제조방법.

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