KR100432582B1 - 충전된 경질 플라스틱 용기의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 충전된 용기를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 압축 성형, 블로우 성형 및 충전하는 단계를 포함하고, 상기 단계가 물리적으로 인접한 공정으로 연속적으로 수행된다.
Description
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 이와 유사한 재질의 경질 플라스틱(rigid plastic) 병들과 같은 충전된 플라스틱 용기(filled plastic container)의 제조공정에 있어서, 용기의 제조 단계들은 여러 가지 이유로 인해 충전 공정(filling operation)으로부터 일반적으로 분리되어 있다. 만약 사출 블로우 성형(injection blow molding) 및 사출 신장 블로우 성형(injection stretch blow molding)에 의한 용기의 제조와 충전공정이 최대 효율로 수행될 경우, 통상 그리고 필연적으로 다른 속도로 수행된다. 예를 들어, 용기 성형 공정은 주된 시동 손실들을 고려한다면 끊임없이 실행될 것이다. 특히, 이러한 것은 블로잉 공정에 선행한 예비성형품(preform)의 사출 성형공정에 적용된다. 실제로, 사출 성형 공정은 공정 사이클(operation cycle)에서 불균형의 주요 원인이다.
우유 상자 생산 기술 분야에서, 용기의 제조 공정과 충전 공정을 접목시키는 것은 잘 알려져 있다. 상기 공정의 경우, 블랭크(blank)가 기계에 공급되면 상기 기계는 용기를 제조하고, 용기를 충전시키고 봉인하게 된다. 이 절차는 인접하고 직렬의 연속적인 공정들로 실행된다.
용기의 제조공정과 충전공정을 연속적으로 그리고 물리적으로 인접한 공정에서 수행할 수 있는 충전된 플라스틱 용기의 제조 방법을 제공하는 것은 매우 바람직할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 충전되는 물질을 오염시키지 않고 연속적이고 물리적으로 인접한 공정에서 용기를 제조하는 것을 포함하는 충전된 플라스틱 용기의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 아래에 보다 자세히 기술될 것이다.
발명의 요약
본 발명에 의해, 상기 목적 및 장점을 용이하게 얻을 수 있었다.
본 발명은 충전된 플라스틱 용기의 제조방법에 있어서,
예비성형품 제조 스테이션(preform production station)에서 압축 성형에 의해 플라스틱 에비성형품 제조단계;
블로우 성형 스테이션(blow molding station)에서 최종 용기의 형태로 상기예비성형품을 블로우 성형(blow molding)하는 단계; 및,
충전 스테이션(filling station)에서 블로우 성형된 용기를 충전하는 단계로 구성되는 제조방법을 제공하며, 상기 제조 방법에 있어서, 예비성형품 제조, 블로우 성형(blow molding) 및 충전은 물리적으로 인접한 공정에서 연속적으로 실행되며, 바람직하게는 그 내부에 충전되는 물질을 오염시키지 않는 조건에서 수행되는 것이다.
바람직한 구체예에서, 본 발명의 방법은 예비성형품을 제조하기 이전에 전구체를 제조하는 단계 및 전구체로부터 예비성형품을 제조하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 전구체는 예비성형품을 제조하기 이전에 압축 성형 온도로 가열된다. 상기 압축 성형 온도는 플라스틱의 조직의 본질적인 변화를 야기시키기에 불충분한 온도를 말한다. 게다가, 본 발명의 방법은 압축 성형 단계에서 블로우 성형 온도로 예비성형품을 유지하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게 압축 성형, 블로우 성형 및 충전 단계는 동시에 실행되며, 더욱 바람직하게는 압축 성형과 함께 블로우 성형 및 충전 단계가 거의 같은 속도로 수행되는 것이다.
본 발명은 충전된 용기를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 압축 성형, 블로우 성형 및 충전하는 단계를 포함하고, 상기 단계가 물리적으로 인접한 공정으로 연속적으로 수행된다.
본 발명은 도면을 통하여 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의해 열가소성의 전구체의 형성에 사용되는 가열성형 공정의 부분 도식도이다.
도 2는 압축 성형에 의해 전구체로부터 예비성형품을 제조하는 단계의 한 예의 부분 도식도이다.
도 3은 도 2에서 제조된 예비성형품의 정면도이다.
도 4는 블로우 성형 단계의 부분 도식도이다.
도 5는 충전 단계의 측면도이다.
본 발명의 특별한 장점은 용기의 제조에 필요한 모든 공정을 같은 속도 및 같은 성형 공동 싸이클에서 수행할 수 있고, 용기의 충전에 요구되는 모든 공정을 예비성형품 주형 및 최종 블로우 주형으로 통상 구성되는 단일 공동 주형세트의 출력과 같은 속도로 수행할 수 있다는 것이다.
이것은 압축 성형에 의한 예비성형품을 제조조의 후속 공정, 즉 예비성형품의 블로우 성형 및 충전 스테이션에서 블로우 성형된 용기를 충전하는 공정을 순차 수행함에 의해 성취된다.
널리 공지되어 있는 바와 같이, 사출 성형은 플라스틱을 용융시켜야 한다. 즉 핫 러너 장치(hot runner system)의 채널, 분사 노즐 및 분사구를 통하여 흐를 수 있고 최종적으로 냉각 주형의 공동으로 흘러들어 갈 수 있는 충분히 높은 온도로 플라스틱을 가열시켜야 한다. 이러한 과정을 수행하기 위한 속도 및 압력은 충분한 흐름을 방해하는 공동들의 냉각 벽(chilled wall)의 방해 없이 완전하게 충전된 공동을 가능케 해야 한다. 이렇게 플라스틱에 열을 가하였을 때, 플라스틱의 분자 구조는 열분해로 인하여 변화한다. 이러한 결과는 플라스틱이 변화하며 대개 질이 떨어진다. 게다가, 이 방법은 바람직하지 않은 휘발성 분해 생성물의 생성을 동반한다. 따라서, 일반적으로 충전 공정으로부터 상이한 위치에 예비성형품의 사출 성형을 수행하며, 연속적으로 용기를 제조할 수 없으며, 충전 공정과 물리적으로 인접한 공정들을 수행할 수 없다. 대부분의 음료 및 음식물들이 상기의 휘발성 분해 생성물을 흡수하는 것은 아니지만, 많은 음료 및 음식물들이 상기의 휘발성 분해 생성물을 흡수하며, 비록 소량의 분해 생성물이라 하더라도 이것은 음료 및 음식물의 맛과 향에 바람직하지 못한 영향을 미친다. 심지어 이러한 약간의 휘발성 분해 생성물이 상당한 정도의 손상을 입히기에 충분하다.
그러므로, 상술한 바와 같이, 충전과 경질 용기 제조방법의 직접 결합은 종래 기술에 있어서는 불가능했다. 그 이유는 충전 속도와 용기 성형과 관련된 몇가지 단계들의 속도를 맞추는 것이 매우 어렵기 때문이다. 게다가, 사출 블로우 성형 또는 사출 신장 블로우 성형에 의한 용기의 형성은 플라스틱의 분해를 야기시키며, 이것을 플라스틱의 분해 후 용기의 요구되는 성질들을 제공하기 위해 값비싼 물질들의 사용을 요구하게 되고 결과적으로 경제적으로 바람직하지 못하게 된다. 게다가, 널리 사용되는 플라스틱의 분해는 용기에 채워진 물질에 유해한 휘발성 분해 생성물들을 생성하게 된다. 이것은 충전라인에서 상기한 분해를 야기할 수 있는 경질 용기 제조 단계들을 물리적으로 인접한 위치에 배치하는 것을 배제하며, 경질 플라스틱 용기들의 제조와 함께 충전된 플라스틱 용기들을 직렬 및 연속적으로 제조할 수 있도록 한다. 따라서 값비싸고 불편한 방법으로 충전된 경질 용기를 제조하도록 한다.
도 1은 순차적으로 스테이션 중 첫 번째 스테이션으로, 예비성형품에 대한 전구체를 제조하는 단계를 설명한다. 전구체 제조 스테이션은 후속 스테이션에 반드시 인접할 필요는 없다. 대신에, 경제성을 고려할 때, 플라스틱을 생산하는 설비의 다음에 위치될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 전구체(10)은 단계(12)에서 가열성형된다. 따라서, PET 또는 폴리프로필렌(polypropylene) 및 다중층 물질을 제공하기 위한 다른 물질들의 2, 3 또는 그 이상의 층(layer)으로 이루어진 열가소성 물질(16)의 시트(sheet)(14)는 가열성형 장치(18)에 공급되어진다. 대부분의 가열성형된 전구체는 열가소성 플라스틱 물질(16)로부터 가열성형 장치(18)을 거친 후 트림-절단(trim-cutting) 장치(24)에 의해 시트(22)로 형성된다. 또한, 전구체들은 이미 알려진 가압 성형(pressure molding) 또는 정제화(tabletting)에 의해 제조된다. 정제화에서 미립자를 압축시켜 정제들을 제조하며, 이것은 널리 공지되어 있는 기술이다.
도 2는 상기에 나타난 바와 같이 압축 성형(compression molding)에 의한 전구체로부터 예비성형품의 제조를 위한 두 번째 스테이션을 나타낸 것으로서, 이것은 전구체 제조스테이션에 물리적으로 독립적이다.
예비성형품을 제조하기 전에, 전구체는 공지된 열처리 방법에 의해 압축성형 온도로 가열되는 것이 바람직하며, 이 온도는 플라스틱의 분해 또는 휘발성 분해생성물들의 생성을 야기시키지 않는다. 가열 수단은 라디오-주파수 전류(radio-frequency current, RF heater)가 바람직하며, 또한 대류(convection), 복사(radiation) 또는 유동층 가열기(fluidized bed heater)일 수 있다.
도 2에서 보듯이, 압축 성형 장치(28)은 화살표 방향으로 열 수 있으며, 원하는 예비성형품 형태의 공동(30)을 가지고 있으며 필요시 나사 미도시를 포함할 수 있다. 전구체(10)는 두 개 또는 그 이상의 층들을 가질 수 있다. RF 가열(heating)은 두꺼운 벽을 가진 전구체에 대해 특별히 바람직한데, 왜냐하면 플라스틱의 열 전도도에 의존하지 않기 때문이다.도 2에서 보듯이, 성형 중자(core)(38)는 공동(30)에 있는 가열된 전구체(10)의 공동에 삽입되어 압축 성형 예비성형품 (42)을 형성한다. 상기 예비성형품(42)은 단지 예시적인 것이고, 상기 예비성형품(42)이 적절한 형태로 제조될 수 있다는 것은 당연할 것이다.
고체 상태에서 수행되는 공정인 압축 성형은 블로우 성형의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 따라서, 전구체는 통상적인 수단에 의해 직접적으로 블로우 성형으로 이동될 수 있는 스테이션에 있으며, 바람직하게는 일정한 온도에서 이동되는 것이다.
따라서, 전구체들은 상기에서 나탄낸 바와 같이 분리된 가열 스테이션에서 압축 성형온도로 가열될 수 있으며,도 2에 도시한 바와 같이 가열 스테이션에서 압축 성형 스테이션으로 이송될 수 있으며, 그 곳에서도 3에 도시한 예비성형품(42)로 성형될 수 있다.도 2의 압축 성형의 부품들은도 4에 나타난 블로우 성형 단계의 제조온도보다 낮지 않은 온도로 유지되는 것이 바람직하다.도 2의 압축 성형 단계는 충전단계와 동일한 속도로 수행되도록 조절될 수 있다. 그러므로 충전 속도에 부합되는 다양한 압축 주형들이 장착될 수 있다. 블로우 성형 단계는 압축 성형 단계 보다 짧다.
도 2의 예비성형품의 압축 성형 후에 예비성형품(42)는도 4에 도시한 압축 성형 스테이션과 인접하고 바람직하게는 직렬로 연결된 블로우 성형 스테이션으로 이동한다. 즉, 예비성형품(42)는 분할선(46)에서 분리가 가능하고 강도봉(strength rod)(47)을 포함하는 블로우 주형(44)로 이동하며, 채널(49)을 통해 공급되는 블로우 공기와 같이 널리 공지된 방법에 의해 블로우 성형 공동(50)과 일치하는 점선(48)으로 표시한 모양으로 확장된다.도 4에 나타낸 블로우 성형 스테이션의 공정 사이클은 일반적으로도 2에 나타난 압축 성형 사이클의 공정 사이클보다 짧다. 따라서, 이러한 공정들이 인접하고 또는 물리적으로 인접한 공정들로 연속적으로 실행되면, 예비성형품 제조, 블로우 성형 및 충전은 동일한 속도로 수행될 수 있으며 각 공정 스테이션은 효과적이고 바람직한 직렬 시스템을 제공하므로 동일한 속도에서 경제적인 공정이 가능하다.
도 4의 블로우 성형 공정은도 5의 충전 공정으로 이어진다. 충전 헤드(52)는 블로우 성형 및 예비성형품 제조 단계와 물리적으로 인접한 위치에서 단순한 방법으로 용기(48)을 충전시키기 위해 용기(48)에 적용된다. 이것은 바람직하게 충전 공정과 물리적으로 인접한 하나 또는 이상의 후속 공정들, 예를 들면 검사(inspection), 패킹(packing) 등 다른 공정들로 이어질 수 있다.
만약 충전 공정을 중단할 필요가 있을 경우, 전체적인 배열은 물질의 손실,운전정지 없이 편리하게 중지할 수 있으며, 충전 단계를 재시작할 때 재시작할 수 있다. 모든 성형 단계가 낮은 온도에서 수행되기 때문에 플라스틱의 분해는 일어나지 않으며, 따라서 휘발성 분해 생성물도 생성되지 않는다. 그러므로, 최종 용기에서 요구되는 분자량과 거의 동일한 분자량을 갖는 플라스틱도 상기 공정에 적용될 수 있다. 또한, 예비성형품 제조, 블로우 성형 및 충전 단계들이 물리적으로 인접한 공정들에서 계속적으로 형성될 수 있는 장점이 있다. 이것은 매우 바람직하고 경제적인 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기한 예들에 한정되는 것은 아니며, 상기한 예들은 단순히 본 발명을 수행하는 최적의 형태를 기술한 것에 지나지 아니하며, 형태, 크기, 배열 및 공정의 세부 사항에 대한 보완이 가능하다고 이해되어야 한다. 본 발명은 청구항에 기재된 사상 및 범위내에서 상기한 모든 보완을 포함하는 것이다.
Claims (11)
- 분리된 전구체 제조 스테이션(18)에서 가열 성형, 가압 성형 및 정제화 중 어느 하나에 의해 그 안에 공동을 가지고 있는 플라스틱 전구체(10)를 제조하는 단계;가열 스테이션에서 플라스틱 조직의 본질적인 변화를 야기시키기에 불충분한 압축성형 온도로 플라스틱 전구체를 가열하는 단계;예비성형품 제조 스테이션(28)에서 블로우 성형 온도로 실질적으로 유지하면서 상기 가열된 플라스틱 전구체를 압축성형하여 플라스틱 예비성형품을 제조하는 단계;블로우 성형 스테이션(44)에서 최종 용기의 형태로 상기 예비성형품을 블로우 성형하는 단계; 및,충전 스테이션에서 블로우 성형된 최종 용기를 충전하는 단계를 포함하고,상기 예비성형품 제조, 블로우 성형 및 충전은 물리적으로 인접한 공정으로 연속적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 충전된 플라스틱 용기의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 전구체는 라디오 주파수 가열에 의해 압축 성형 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 압축 성형, 블로우 성형 및 충전 단계는 거의 같은 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 블로우 성형된 용기는 물질로 충전되고, 상기 충전은 상기 물질을 오염시키지 않는 조건하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 블로우 성형된 용기는 일정한 충전속도로 충전되고, 상기 압축 성형단계는 상기 충전 속도와 순응하는 복수의 압축 주형의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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