KR100189403B1 - 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 사출성형방법 - Google Patents

Abstract

수지를 예비건조를 생략하기 위한 수단으로서 벤트식 사출장치를 채용한 폴리에틸렌 테레프탈레이트 사출성형 방법에서, 벤트식 사출장치는 빈약한 스크류 물림을 만들지 않으며, 성형재료가 건조하지 않은 비결정 또는 결정화된 PET일때 항시 프리포옴과 같은 소망의 투명한 성형품을 사출성형하도록 재료의 일정량을 이송할 수 있으며, 저렴한 가격으로 얇은벽의 용기를 제조하기 위해 프리포옴을 사용할 수 있다.

Description

폴리에틸렌 테레프탈레이트의 사출성형방법

제1도는 본 발명에 따른 벤트식 사출장치의 개략종단 측면도

제2도는 제1도의 벤트식 사출장치가 구비된 스크류의 확대된 측면도로, 그의 선단부가 생략된 도면

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 사출스크류 2 : 가열실린더

3 : 벤트개구부 4 : 공급구

5 : 호퍼 6 : 노즐

10 : 제1스테이지 11 : 수급 존

12 : 피드 존 13 : 콤프레션 존

14 : 미터링 존 20 : 제2스테이지

본 발명은 예비건조를 생략하여 비결정 또는 결정화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 예비형성물(프리포옴)과 같은 소망의 형태로 사출성형하는 방법에 관한 것이다.

에틸렌 글리콜과 테레프탈릭산 또는 디메틸 테레프탈레이트를 용융 중합하여 제조한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 펠리트는 비결정의 투명한 물질이다. 수분함량이 평형상태에 도달하지 않는 PET는 추가 수분흡수 특성을 가지며, 이에 따라 PET가 수분 흡수상태로 용융될 때 가수분해가 일어나서 성형불능 상태를 초래한다.

비결정의 PET 펠리트는 유리 전이점(Tg)이상의 온도로 가열되면 융착특성을 갖도록 어느 정도 연화된다. 이 융착특성에 따라 PET 펠리트는 스크류내로 미약하게 물리게되므로 성형시 이송이 이루어지지 않는다. 한편, 결정화된 PET 펠리트는 Tg 이상의 온도에서도 연화되지 않으므로, 경화성이 유지되고 융착특성을 가지지 않게 된다.

이와같이, 재료제조는 시판되는 성형재료로서 제습 및 결정화된 PET 펠리트를 제조하기 위해 150℃ 내지 160℃의 온도에서 비결정 PET 펠리트를 건조한다. 이것은 통상적으로 시판되는 PET가 비결정 PET보다 비싼 이유이다. 어떤 재료로 제조되어 판매되는 비결정 PET는 사용전에 성형제조에 의해서 제습 및 결정화를 위한 건조가 행해진다. 따라서, 여기서 기술하는 결정화 된 PET는 건조된 시판 제품을 의미하며, 비결정 PET는 건조되지 않는 제품을 의미한다. 재료로서 PET를 사용하는 제품을 성형하는데 있어서, 결정화된 PET가 수분 흡수 특성을 가짐에 따라 재료가 성형재료로서 사용되기 전 제어 조건에 따라 가변하는 어느 범위까지 수분함량을 흡수한다. 이처럼 성형 바로전 PET를 예비건조 하는 것이 통상적이다.

예비건조는 150℃의 온도에서 약 4시간을 필요로 한다. 성형 사이클의 효율성을 향상하기 위해 시간당 재료 사용량도 증대하고 장시간의 작업에도 재료 부족의 방지를 고려함으로써 사출 성형기에 설치된 건조기가 불가피하게 대형으로 되고, 건조에 필요한 소비전력이 증대하는 경향이 있다. 성형 작업전에 많은 준비 시간이 걸리고, 건조기 부조(不調)가 성형작업에 심각한 영향을 미치는 문제점들이 존재한다.

그래서, 예비건조를 생략하는 사출성형 수단의 사용을 생각할 수 있다. 이러한 성형 수단으로서, 가열 실린더내의 사출 스크류가 제1스테이지와 제2스테이지로 분할되며, 상기 제1스테이지내의 용융수지의 수분함량을 두 스테이지 사이에 형성된 벤트 개구를 통해 외부로 제거시키는 벤트식 사출장치가 공지되어 있다.

이러한 공지의 벤트식 성형장치에 있어서, 제1스테이지의 호퍼가 위치하는 후단부에서 선단부의 미터링 존에 이어진 피드 존의 스크류홈을 깊은 홈으로 형성하고, 습한 상태로 호퍼에서 공급된 펠리트의 성형재료는 스크류 회전에 의해서 순차 공급되는 동안에 단열과 압축됨에 따라 용융된 후, 스크류홈은 얕은홈을 가진 미터링 존을 통해 제2스테이지존으로 이동한다.

제2스테이지의 스크류홈은 깊은홈에 형성되어 있으므로 용융수지가 스크류홈으로 이송되면, 스크류홈의 급격한 증가로 인해 용융수지의 압력이 감소되어 용융수지의 수분을 증발시키고, 또한 스크류회전에 의해 수지에 함유된 수분이 분리되어서 진공펌프에 의해 밴트개구를 통해 빨아들여 제거된다. 이러한 방법으로 수분함량이 제거된 용융수지는 제2스테이지의 선단부의 미터링 존으로 스크류 회전에 의해 공급된 다음, 통상의 기구(메카니즘)을 가진 사출성형기에 유사방식으로 저장하기 위해 스크류 선단 위치로 이송된다. 이와같이 저장된 용융수지는 스크류 회전의 정지후 사출 스크류의 전진 이동에 의해 한 공동(cavity)내에 사출되고 로드된다.

비록, 일반적으로 상기 벤트식 사출장치를 채용함으로써 대량의 수분흡수능력을 가진 재료일지라도 예비건조없이 성형시킬 수 있으나, 상기 사출장치는 모든 수지에 적용되지 않으며, PET 특히, 비결정의 PET와 관련하여, 펠리트는 그것을 누적하는 피드 존에서 연화되고 압축됨에 따라, 호퍼내의 PET는 존에 들어갈 수 없으며, 스크류의 물림이 극히 미약해져서 재료를 이송할 수 없다. 따라서, 종래의 벤트식 사출장치를 채용함으로써 예비건조없이 사출성형을 행하기는 아주 어렵다.

본 발명은 상기 언급한 종래의 PET 사출성형이 갖는 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로써, 본 발명의 목적은 비록 벤트식 사출장치가 예비건조를 생략하기 위한 수단으로서 채용되었지만, 사출장치는 미약한 스크류 물림을 발생치 않으며 성형재료가 비결정 또는 결정화된 PET일지라도 프리포옴과 같은 소망의 투명 성형품을 항상 사출성형할 수 있으며, 또한, 이 프리포옴을 사용해서 저코스트의 박육용기도 제조할 수 있는 PET의 사출성형방법을 제공하는 것이다.

상기 목적에 의한 본 발명은 제1스테이지와 제2스테이지로 구성된 사출 스크류가 벤트를 가진 가열 실린더에 회전가능하고 또한 이동가능하게 장착된 벤트식 사출장치를 채용하고, 그 벤트식 사출장치의 제1스테이지의 피드존에의 재료수지의 이송량을 재료수지가 피드 존의 선단에서 콤프레션존에 이르기 전에 탄력적인 상태로 연화될지라도 압축으로 인해 재료수지가 누적되지 않도록 제한하는 것이다. 이러한 제한은 제1스테이지의 호퍼 포트가 위치하는 피드 존 후단부의 수급존의 스크류홈의 단면적을 피드 존의 스크류단면적 보다도 작게 형성하고, 이 조건에서 예비건조를 생략하여 제조한 비결정 또는 결정화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 수지재료로서 호퍼에 넣어 가소화 및 사출을 행하는 것이다.

상기한 수급존(11)내에 있어서 스크류홈의 단면적은 피드존내 스크류홈의 단면적의 3/4이하로 설정하는 것이 바람직할 지라도 설정 단면적이 작아지면 이송량이 적어져서 재료 계량시간이 필요 이상으로 길어지므로, 2/3내지 1/2을 점유하는 정도가 가장 바람직하다. 또 PET의 이송을 보다 빠르게 하기 위해, 스크류는 콤프레션존의 도중 위치까지 이중 스크류로 형성하고, 스크류 피치를 큰값으로 설정하기 위해 콤프레션 존에서 미터링 존까지 단일 존으로 형성해서 제2존의 벤트 개구에서 벤트효과를 증대키위해 용융수지의 스트래칭을 충분히 한다.

또한, 가열 실린더의 제2스테이지 측의 가열온도는 제1스테이지측의 가열 온도 이하의 값으로 설정함으로써 용융수지의 과열로 인한 아세트알데히드 발생을 방지한다.

상기한 가열 실린더에서 수지내 수분함량의 제거는 진공펌프에 의한 감압하에서 흡입됨으로써 행해지며, 수분제거는 가동간 사출시에도 중단되지 않으며, 사출시 감압은 가소화시의 감압보다 낮은 값으로 설정됨으로써, 사출 스크류의 순방향 이동으로 인한 벤트업(vent up)을 방지한다. 사출성형한 프리포옴은 즉시 또는 후에 블로잉 금형으로 이송해서, 얇은벽의 병과 같은 포장용기로 연신 블로우 성형할 수 있다.

다음에, 본 발명의 보다 상세한 설명을 위해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도면에서, 참조부호 1은 가열실린더에 회전·이동 가능하게 삽입되는 사출스크류를 표시한다. 사출스크류(1)는 깊은홈 부분과 얕은홈 부분을 가진 두개의 스크류가 단일 스크류를 형성하도록 서로 연결되는 형태를 가지며 가열 실린더(2)의 후부내에 위치한 스크류부(10)가 제1스테이지(10)로 만들어지고 가열실린더의 전반부에 위치한 스크류(20)는 제2스테이지(20)로 만들어 진다.

상기 가열 실린더(2)는 제2스테이지(20)의 후부가 위치한 벽부분에서 벤트 개구(3)를 구비하며, 개구는 밀폐된 진공펌프(도시가 생략됨)와 접속된다. 제1스테이지(10)의 후부가 위치한 후부 벽부상에 PET펠리트(이후, 간단히 수지라고 언급함)용 호퍼(5)로 장착된 공급구(4)가 구멍 뚫어져 있다. 가열 실린더(2)와 노즐(6)의 외주변에는 도면에는 생략되었지만 상기한 공급구(4)로 부터 스크류 회전으로 공급된 수지를 가열하기 위한 밴드 히터가 설치되어 있다.

상기한 벤트 개구(3)와 공급구(4)는 이들이 대면하는 스크류의 피치와 동일 크기를 가진 개구폭을 가진다.

제2도는 상기한 사출 스크류(1)의 스크류 디자인을 도시하며, 전장(L)에서 제1스테이지(10)와 제2스테이지(20)의 비율은 약 6 : 4이며, 제2스테이지(20)는 제1스테이지(10) 보다 짧게 형성된다. 제1스테이지(10)는 후단부로 부터 수급존(11), 피든존(12), 콤프레션존(13)과, 미터링존(14)의 4개의 존으로 분할되며, 제2스테이지(20)는 후단부로 부터 피드존(21), 콤프레션죤(22)과, 미터링존(23)의 3개의 존으로 분할된다.

제1스테이지(10)와 제2스테이지에서, 미터링존(14,23)을 제외한 콤프레션존(13,22)의 중도위치까지 스크류는 이중 스크류로 형성됨에 따라서, 스크류 회전에 의해 콤프레션존(13,22)으로의 재료수지 이송이 가능한 한 신속하게 행해지며, 미터링 존(14,23)내 스크류는 용융된 수지의 불균일을 가능한 한 작게 줄이기 위해 스크류 피치를 넓힌 단일 스크류로 형성된다.

제1스테이지(10)에서, 수급존(11)의 스크류 피치(P₁)는 피드존(12)의 스크류 피치(P₂) 보다 작은 값으로 설정되며, 미터링 존(14)의 스크류 피치(P₃)는 상기한 스크류 피치(P₂)의 2배값으로 설정된다. 제2스테이지(20)의 피드존(21)과 미터링존(23)의 스크류 피치는 제1스테이지(10)의 스크류 피치와 유사하게 설정된다.

제1스테이지(10)의 스크류홈 깊이는 피드존(12)의 스크류홈 깊이로 부터 계산된 치수로 설정된다. 피드존(12)에서 이송량을 제한하기 위해 상기 수급존(11)에서 스크류홈 깊이는 상기 스크류 피치 P₁와 관련하여 스크류홈의 단면적이 피드존(12)의 스크류홈 단면적의 2/3가 되도록 얕은 깊이로 설정되며, 미터링 존(14)내 스크류홈은 스크류 회전에 의해 용융된 수지를 스트래치하기 위해 수급존(11)에서 보다 얕은 깊이로 설정된다.

제2스테이지(20)의 피드존(21)내 스크류홈 깊이는 빠른 감압에 의해 용융 수지에서 수분함량을 증발하도록 가장 깊은 깊이로 설정되며, 미터링 존(23)내 스크류홈 깊이는 제1존(10)의 미터링 존(14)에서 보다 깊은 값으로 설정됨으로써, 스크류 회전에 의한 용융수지의 용이한 이송이 이루어진다.

상기 구성의 벤트식 사출장치를 채용함으로써 비결정 PET를 사용한 프리포옴과 같은 성형제품을 사출성형하기 위해, 우선 제2스테이지(20)가 차지하는 가열 실린더(2)의 온도는 270℃로 설정되며, 제1스테이지(10)가 차지하는 가열 실린더(2)는 280℃로 설정된다. 성형 재료로서 건조되지 않은 비결정 PET는 상기 호퍼(5)에 로드되며, 사출스크류(1)는 고속(100rpm)으로 회전되게 된다. 개구(3)의 기압은 진공펌프에 의해 약 -730mm Hg정도로 감압된다.

호퍼(5)내 PET는 스크류 회전에 의해 수급존(11)으로 이송된다. 수급존(11)에서 피드존(12)으로의 PET의 이송량은 상기 스크류홈 단면적을 설정함으로써 정해지는 피드존(12)의 스크류홈 단면적의 2/3를 차지하는 값으로 제한되며, 그 결과 피드존(12)내 PET는 과도하게 누적되지 않으며, PET가 탄성적인 상태로 연화될 지라도, 수지가 콤프레션존(13)에 이르기전 압축으로 인해 서로 한 덩어리로 되거나 누적되지 않는다.

피드존(12)에서 연화된 PET는 그것을 용융하고, 스트래치하고 일시적으로 가소화하기 위해 콤프레션존(13)의 테이퍼면에 의해 압축되며, PET는 온도가 제1스테이지(10)보다 낮은 값으로 설정되는 제2스테이지(20)로 이송된다. 피드존(21)의 스크류홈은 깊은 홈으로 형성되며, 용융된 수지의 압력은 PET내 수분함량을 증발시키기 위해 감압되며, 스크류 회전에 의해 분리되는 용융된 PET내에 싸여진 수분함량이 진공펌프에 의해 벤트 개구(3)를 통해 흡입되어 배출된다. 수분함량이 이런식으로 배출된 용융된 PET는 스크류 회전에 의해 제2스테이지(20)의 미터링존(23)으로 이송되어 가소화되며, 통상의 기구를 가진 사출 성형기에서 유사한 방식으로 저장하기 위해 스크류 선단위치로 이송된다.

용융된 PET가 이송됨에 따라, 사출스크류(1)는 후방으로 이동되어 사출에 필요한 양을 계량하는 소망위치에서 정지된다. 계량후, 사출 스크류(1)를 전진이동시켜 용융된 수지가 금형으로 사출 충진된다. 벤트개구(3)의 기압은 약-650mm Hg로 변경되어 사출 작업 동안에도 진공펌프에 의해 이를 유지한다. 밸브 작동을 통해 외부 공기를 흡입라인으로 받아들임으로써 기압이 용이하게 조절된다.

이처럼 사출성형된 프리포옴 예비건조가 사출성형전에 미리 형성되는 경우와 유사하게 투명하며, 가수분해로 인한 탁함을 가지지 않으며, 허용가능한 범위내에서 아세트알데히드 발생이 일어난다.

이후, 본 발명의 벤트식 사출장치의 사양의 일예가 기술된다.

사출 스크류(이중 스크류)

스크류 길이(L) : 1670mm

스크류 외경(D) : 64mm

스크류 L/D : 26

제1스테이지 (길이) (스크류 골직경) 스크류 피치

스크류 998mm

수급존 128mm 52.0mm 32.0mm

피드존 646mm 45.0mm 38.5mm

콤프레션존 64mm

미터링존 160mm 57.2mm 77.0mm

제2스테이지 (길이) (스크류 골직경) 스크류 피치

스크류 672mm

피드존 448mm 43.2mm 38.5mm

콤프레션존 64mm

미터링존 160mm 56.0mm 77.0mm

스크류 회전수 : 100rpm

사출 스트로크 : 120mm

PET가 결정화된 것이면, 그것은 보다 천천히 피드존(12)에서 연화되며 비결정 PET보다 빠른 콤프레션존(13)으로 이송됨에 따라 고르지 못한 용융을 발생하기 쉽다. 그러나, 이 문제는 콤프레션존(13)을 상기 수치값 보다 어느 정도 길에 설정함으로써 해결된다.

상기 벤트식 사출장치를 채용함으로써 사출 성형되는 프리포옴은 공지의 스트래치 블로우 성형에 의해 병과같은 얇은 벽의 포장용기로 성형될 수 있다. 공지의 용기내에서 스트래치 블로우 성형은 프리포옴의 사출성형과 프리포옴의 스트래치 블로우 성형이 별개의 공정으로 수행되는 소위 2스테이지 타입이라 불리워지는 성형방법과, 프리포옴의 스트래치 블로우 성형을 통한 용기내의 프리포옴의 사출성형이 연속해서 수행되는 소위 1스테이지 타입이라 불리워지는 성형방법으로 넓게 분류되며, 이 두 방법중 어느 한 방법에 있어서, 예비건조를 생략한 사출성형으로 제조된 PET 프리포옴은 건조후 PET 프리포옴사출이 성형된 얇은 벽의 용기에서 성형된다.

다음은 사출 성형된 프리포옴이 그의 형태가 유지될 수 있는 한계에서 그의 목에서 유지되는 경우의 성형조건을 도시하며, 그 프리포옴은 공동과 코어에서 해제되고, 프리포옴의 표면온도가 내부 보유열로 인해 상승할 때 블로우 성형으로 이송되며, 얇은 벽의 용기를 성형하도록 즉시 스트래치 블로우 성형된다.

재료수지 : 유니패트 RY 523 (유니패트사 제조)

성형품 : 플랫 보틀(flat bottle)

치수 : 전체높이 250mm, 포트내경 23.5mm

목밑길이 230mm, 본체외경 90×50 mm

본체 벽두께 0.4mm, 중량 36g

프리포옴

치수 : 전체높이 142mm, 포트내경 23.5mm,

목밑길이 122mm, 본체 벽두께 2.9mm,

본체상부 외경 28mm, 본체하부 단부외경 24mm

드래프트 2/122

프리포옴 성형조건

사출실린더 온도

제1스테이지 : 전부 285℃, 중간부 285℃, 후단부 280℃

제2스테이지 : 전부 270℃, 후단부 270℃

노즐온도 : 270℃

사출금형 온도(설정치)

공동 금형 : 15℃

코어 금형 : 15℃

사출압력(보압) : 75㎏/㎠

충진 보압 시간 : 6.0초

냉각시간 : 2.8초

이형온도 : 60℃ 내지 70℃ (프리포옴 표면온도)

스트래치 블로우 성형조건

금형온도(설정치) : 20℃

스트래치 블로우 온도 : 88℃ (프리포옴 표면온도)

블로우 압력(스트래칭) : 20㎏/㎠

블로우 시간 : 2.0초

스트래치 퍼센트 :

종(축방향 ) 190%

횡 (방사방향) 360×200%

상기한 바와같이, 본 발명에 따르면 비결정 PET의 사출성형과 예비건조를 생략한 결정화된 PET는 벤트식 사출장치를 채용함으로써 수행되며, 이에따라 가수분해 없이 성형품이 얻어지게 된다. 과열로 인한 아세틸알데히드를 발생하지 않는 성형품이 얻어져 저렴한 가격의 비결정 PET가 성형재료로서 이용가능하며, 이에 따라 재료비용이 절감되고 예비건조에 필요한 운영비가 결정화된 PET에 대해서도 절약되고, 재료로서 PET를 사용하는 포장용기의 가격이 절감될 수 있다. 본 발명은 사출성형 자체가 복잡한 조작을 필요로 하지 않고 종래의 성형기술을 채용함으로써 수행될 수 있다는 부가의 잇점을 가진다.

Claims (6)

1. 건조되지 않은 재료수지로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사출성형하는 방법에 있어서, 제1스테이지와 제2스테이지로 구성된 사출스크류가 벤트를, 벤트를 가진 가열 실린더에서 회전 이동가능하게 장착되는 벤트식 사출장치를 채용하고, 상기 벤트식 사출장치의 상기 제1스테이지의 피드존으로의 재료 이송량을 상기 재료수지가 상기 피드존 앞의 콤프레션존에 도달하기 전에 연화될지라도 압축으로 인해 상기 재료수지가 누적되지 않도록 제한하고, 이러한 제한은 상기 제1스테이지 호퍼포트가 상기 피드존내 스크류홈의 단면적 보다 작게 형성하고, 이 상태에서 상기 피드존 후단부에서 수급존내에 상기 스크류홈의 단면적을 형성함으로써 예비건조를 생략한 비결정 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 재료수지로서 호퍼에 넣어 가소화 및 사출을 행하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 사출성형 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 수급존내 스크류홈의 단면적은 상기 피드존내 스크류홈의 단면적의 3/4보다 크지 않게 설정되며, 상기 스크류는 상기 콤프레션존의 도중 위치까지 이중 스크류로 형성한 다음, 상기 스크류 피치가 큰값으로 설정되도록 상기 콤프레션존에서 미터링존까지 단일 스크류로 형성함으로써 상기 제2존의 벤트에서 벤트효과를 증대하도록 용융된 수지의 스트래칭을 충분히 행하는 것을 특징으로 하는 사출성형 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 가열 실린더에서 상기 수지내의 수분 함량의 제거는 진공펌프에 의한 감압하에서 흡입함으로써 행해지며, 상기 제거는 사출동작중이나 사출시에도 중단되지 않으며, 사출시 상기 감압은 가소화시의 압력보다 낮은 값으로 설정함으로써, 상기 사출스크류의 전진으로 인한 벤트업을 방지하는 것을 특징으로 하는 사출성형 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 가열 실린더의 제2스테이지측의 가열온도는 상기 제1스테이측의 가열온도 보다 낮은 값으로 설정함으로써 용융된 PET를 과열로부터 방지하는 것을 특징으로 하는 사출성형 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 성형재료는 예비건조를 생략하여 제조한 결정화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 사출성형 방법.
6. (정정) 제1항의 방법으로 제조된 성형품을 연신블로우 성형하는 것을 특징으로 하는 얇은 벽의 포장용기의 프리포옴의 사출성형 방법.