KR100474784B1 - 성형된플라스틱용기의제조방법 - Google Patents

Abstract

캡을 씌운 원통형 본체(13)와 나사식 상부 및 칼라 네크(19)를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 프리폼(11)은 PET를 연화시키기 위해 예열된다. 프리폼(11)은 분할된 금형(26)내에 배치되고 그 벽들(27, 29)은 150℃ 내지 177℃ 사이의 온도로 가열된다. 스트레치 로드(35)는 프리폼(11)의 상부를 통해 삽입되고, 그 프리폼이 최종 제품(49)의 길이로 될 때까지 축방향으로 프리폼(11)을 스트레치한다. 프리폼(11)은 압축된 주위 공기를 사용하여 팽창되고, 금형(26)의 벽들(27, 29)에 대해 성형된다. 공기가 방출되고, -50℃ 이하의 온도에서 건조된 질소는 적어도 520 kPag의 압력을 유지하면서 성형된 프리폼(47)을 세척하고 냉각하기 위해 성형된 프리폼(47)에 주입된다. 성형된 프리폼(47)은 성형된 프리폼(11)의 내부 및 외부 표면을 어닐링하는 동안 소정 시간동안 금형(26)에 대해 유지되고, 성형된 프리폼(47)은 최종 제품으로 변형된다. 질소 공급이 차단되고 최종 제품(49)이 금형(26)으로부터 방출된다.

Description

성형된 플라스틱 용기의 제조 방법

본 발명은 개선된 열가소성 물질을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 유사한 열가소성 중합체로부터 2축 방향으로 배향된 열경화성의 성형된 용기(heat set molded container)를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 용기는 개선된 열기계적(thermomechanical) 성질 및 확산 성질을 갖는다.

PET와 같은 유기 열가소성 중합체 플라스틱은 그 투명도, 내충격성 및 치수 안정성으로 인해 성형된 용기를 제조하기 위해 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, 이산화탄소는 탄산 음료를 위한 보존 수명을 제한하는 속도로 PET를 통해서 확산되거나 또는 투과된다. 그 결과, 제조의 수 주일 내에 판매되지 않은 재고품은 김이 빠지게 되어 폐기해야만 한다. 이것은 특히 그 맛이 탄산 레벨에 민감한 맥주에 적용된다.

열경화와 같은 공지된 공정은 수축 없이 뜨거운 유체로 채워질 수 있는 용기들을 제조하기 위해 사용된다. 이러한 공정에서, 비정질 PET는 뜨거운 금형내로 불어넣어지고, PET의 글래스 전이 온도 이상으로 가열되며, 이 온도로 잠시 동안 유지된 후 서서히 냉각된다. 이 가열은 충분한 양의 PET가 비정질상으로부터 결정상으로 변환하게 한다. 비정질 또는 비결정상 PET는 식품 제조 산업에서 통상적으로 사용되는 온도에서 연화되고 수축된다. 결정상 PET는 불투명한 백색이고 유연성이라기 보다는 오히려 깨지기 쉽다. 그러나, 결정상 PET는 강하고 비정질 PET보다 높은 온도에서 수축 또는 연화됨 없이 그 형상을 유지한다. 열경화 공정의 상업화는 일반적으로 복잡하고, 수많은 측정으로부터 추론되는 가열 및 냉각 속도의 조절을 필요로 하며, 냉간 블로잉법(cold blowing method)보다 생산 사이클에 더 많은 시간이 요구된다.

콜린스(Collins)에게 허여된 미국특허 제4,039,641호에는 140℃로 가열된 벽을 갖는 분할 금형을 채용하여 열경화 플라스틱 용기를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 적합한 실시예는 용기를 냉각하기 위해 액체를 사용하는 반면에, 다른 실시예는 주위 온도에서 가압하의 질소 가스를 사용하여 금형이 40℃까지 냉각되는 동안 용기의 수축을 방지한다. 용기는 열경화가 일어나는 동안 25초 동안 뜨거운 금형에 대해 가압하로 유지되고, 이어서 금형은 40℃까지 냉각된다. 전체 제조 시간은 통상적인 냉간 성형 제조 사이클 시간의 몇 배가 된다.

또한, 보네배트(Bonnebat)에게 허여된 미국특허 제4,385,089호에는 병을 열경화하기 위한 공정이 개시되어 있다. 이러한 공정을 실행하기 위한 어떤 장치도 기재되어 있지 않다. 대신에, 보네배트 특허는 최소 2축방향 배향 온도와 이 온도의 30℃ 내지 50℃ 이상의 온도 사이로 성형된 물질의 온도를 유지하는 것을 강조하고 있다. 2축 배향 온도는 우수한 물질 분포를 갖는, 신축성을 달성하기에 적합한 최저 온도로 한정된다. PET의 경우에, 보네배트 특허는 120℃를 허용가능한 최대 온도로 설정하였다. 이것은 열경화 공정 시작 전에 패리슨(parison : 용융 예비 형성물) 또는 프리폼(preform : 예비 형성품)을 예열하기 위해 이미 당업계에서 사용하고 있는 온도 범위이다. 또한, 보네배트 특허에 의한 방법은 주로 5초 내지 20초의 금형 접촉 시간으로 인해 보다 긴 사이클 시간을 요구한다.

가열된 금형으로부터 제거되는 성형 물질의 수축 및 긴 사이클 시간의 문제를 해결하기 위한 방법들이 제안되어 있다. 통상, 이들 방법은 액체 또는 기체중 어느 하나의 냉각 유체를 사용한다. 냉각 유체의 온도 범위는 실온보다 다소 높은 온도에서 섭씨 0도까지 내려간다.

아즈메라(Ajmera)에게 허여된 미국특허 제4,883,631호에는 성형된 플라스틱 용기를 열경화하기 위한 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서, 액체 이산화탄소 또는 액체 질소는 대기압보다 다소 높은 압력에서 기화되고, 상기 단계 후에 용기를 세척하기 위해 사용되며, 여기서 용기는 금형에 대해 유지된다. 세척은 용기가 금형으로부터 제거된 후에 잠시동안 계속된다. 스터퍼 로드(stuffer rod) 구성은 통로들과 오리피스들의 복잡한 네트워크를 포함하고, 냉각 유체 오리피스들의 위치는 용기 전체에서 균일한 성질을 얻기 위해 중요하다. 비록, 이 공정이 전체 사이클 시간을 줄이는 경향은 있을지라도, 아즈메라 특허의 공정은 여전히 냉간 블로잉법 보다 상당히 긴 사이클 시간을 갖는다.

공지된 열경화 공정은 여러 가지 결점을 갖는다. 첫번째 결점은 용기에 실질적으로 채울 수 있는 최대 온도가 약 90℃라는 것이다. 따라서, 용기에 끓는 뜨거운 식품들을 채울 수가 없다. 두번째 결점은 공지된 열정화법에 의해 얻어진 개선된 열기계적 성질이 용기를 열경화하는 72시간 이내에 크게 사라진다는 것이다. 따라서, 용기는 열경화 후에 즉시 채워져야 하며, 그렇지 않으면 냉간 블로잉 용기에서와 같이 채워지는 중에 용기의 수용하기 어려운 수축이 발생한다. 그러나, 또 다른 결점은 종래의 열경화가 가스 및 수분을 유지하기 위한 용기의 능력을 실질적으로 감소시킨다는 것이다. 제조자는 고온 충전 성능 또는 우수한 가스 및 수분 보유력사이에서 선택을 해야만 한다. 대부분의 맥주는 병에 넣기 전에 열 저온 살균되어, 뜨거운 것을 채울 수 있는 용기가 필요하다. 종래의 열경화 PET 병을 통한 이산화탄소의 투과 속도가 비교적 높기 때문에, 맥주는 현재 성형된 플라스틱 용기내에 포장되지 않는다. 종래의 열경화 병들의 낮은 수분 유지력은 용기 내부의 제품 양이 그 병을 통한 증발로 인해 레벨상에 도시된 양 이하로 떨어지지 않는 것을 보장하기 위해 과일 쥬스 제조자가 그 병들을 넘치도록 채워야한다.

도 1은 본 발명에 따른 성형된 플라스틱 용기를 제조하기 위한 방법에 사용되는, 종래의 플라스틱 프리폼을 스트레칭하기 위한 장치의 개략적인 부분 단면도.

도 2는 본 방법에서 사용되는 통상적인 플라스틱 프리폼의 측면도.

도 3 내지 도 5는 본 방법의 여러 단계를 나타내는 도 l과 유사한 도면.

따라서, 본 발명의 목적은 냉간 블로잉 공정에 의해 제조된 용기에 비해 적어도 가스 및 수분 유지 특성을 갖는 2축방향으로 배향된, 열경화 성형된 플라스틱 용기를 제조하기 위한 것이다. 다른 목적은 용기 강도의 현저한 손실 또는 수축없이 100℃의 충전 온도에 견딜 수 있는 성형된 플라스틱 용기를 제조하는 것이다.

세번째 목적은 생산 능률을 가능한 높이기 위해서 상기 방법을 실행하기 위해 요구되는 총시간을 가능한 단축하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 플라스틱 용기를 제조하기 위한 방법이 플라스틱 용기들을 제조하는 종래 방법과 유사한 설비를 사용하는 것이다. 마지막으로, 본 발명의 목적은 상기 방법이 최소한의 단계들을 요구하는 것이다.

이들 목적은 가열된 벽들을 갖는 금형에 예열된 프리폼을 배치하고, 프리폼에 스트레치 로드(stretch rod)를 갖는 스터퍼(stuffer)를 삽입하며, 상기 프리폼을 금형에 의해 형성된 공동의 길이로 스트레치하고, 압축 가스로 금형에 대해 상기 프리폼을 팽창하며, 소정 시간동안 프리폼내에 압력을 유지하고, 이어서 -50℃ 이하의 온도에서 및 적어도 520 kPag의 압력에서 질소 가스로 성형된 프리폼 내부를 정화하여 냉각하며, 이어서 가열된 금형으로부터 최종 제품을 방출하는 것에 의해 달성된다. 가열된 금형 벽에 접촉하는 PET의 총 시간은 최종 제품에서 결정성 PET의 양에 영향을 미친다. 차가운 질소는 방출시 뜨거운 금형 벽에 최종 제품이 고착되지 않도록 충분히 성형된 프리폼을 냉각한다. 최종 제품은 약 100℃의 뜨거운 충전 온도에 선형 치수에 있어서 1% 미만으로 변화한다. 이러한 고온 충전 수용능력은 열경화후 최소한 90일 동안 실질적으로 변화하지 않는다. 또한, 청구범위의 공정에 의해 제조된 최종 제품은 적어도 냉간 블로잉 성형 용기들과 유사한 가스 및 수분 배리어를 제공한다. 이들을 수행하기 위해 사용되는 방법 및 장치가 이미 공지된 성형 기술에서 사용되는 것과 매우 유사하기 때문에, 기존 생산라인을 개조하는 데 최소한의 비용 및 신규 설비만이 필요하다. 마지막으로, 전체 사이클 시간은 냉간 성형 방법의 경우와 동등하고 높은 생산률을 허용하면서, 종래의 열경화 사이클 시간보다 상당히 짧다.

본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적, 장점 및 특징은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조한 하기 설명에 나타난다.

다음 설명에서, 본 방법을 실행하기 위해 사용되는 장치의 도시 및 설명이 상기 장치를 기능적으로 기술하고자 하는 것으로, 어떤 특별한 구성에 제한하지 않는 것을 이해해야 한다.

도면, 특히 도 2를 참조하면, 통상적인 프리폼(11)이 도시되어 있다. 프리폼(11)은 비록 2축방향으로 배향된 분자 구조를 갖는 다른 열가소성 중합체들이 사용될지라도, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 제조된다. 프리폼(11)은 라운드 캡(15)을 갖는 원통형 바디(13)와 테이퍼 바디부(17)를 갖는다. 테이퍼 바디부(17)는 범퍼 링(bumper ring)(21)과 칼라(23)를 통해 네크(neck)(19)에 연결된다.

상기 공정을 시작하기 위해, 프리폼(11)은 본 기술 분야에 공지된 방법에 따라 그것을 연화하기 위해 오븐(도시 생략)에서 예열된다. 그런 다음, 프리폼(11)은 칼라(collar)(23)를 안전하게 유지하고 범퍼 링(21)이 놓이는 표면을 제공하기 위해 적용되는 한 쌍의 죠(jaw)를 갖는 콜레트(collet)(25)에 의해 칼라(23) 둘레에 고정된다. 콜레트(25)는 프리폼(11)을 다음 단계로 이동시키고, 여기서 프리폼(11)은 2개의 반부들(27 및 29)로 이루어진 개방된 분할 금형(26)에 배치된다. 그후, 금형 반부들(27 및 29)은 프리폼(11) 둘레를 폐쇄한다. 금형 반부들(27 및 29)은 금형 반부들(27 및 29)내의 채널(31)에서 오일 순환에 의해 150℃ 내지 177℃ 사이의 적합한 온도로, 또는 본 기술 분야에 공지된 유사한 가열 방법으로 가열된다. 금형 온도는 130℃ 내지 232℃의 범위내일 수 있고, 통상적으로 보다 높은 온도는 열경화를 위해 요구되는 시간을 감소시킨다.

다음 단계에서, 스터퍼(stuffer)(33)는 도 1에 도시된 바와 같이 프리폼(11)을 기밀적으로 밀봉하기 위해 프리폼 네크(19)에 삽입된다. 둥글게 된 팁(37)을 갖는 스트레치 로드(35)는 스터퍼(33)내의 구멍(38)에 안정하게 맞춰져서 기밀 밀봉을 형성한다. 스터퍼(33)와 스트레치 로드(35) 양자는 가스로 프리폼(11)을 가압 및 감압하기 위한 통로(도시 생략)를 갖는다. 스트레치 로드(35)내의 개구들(36)은 가스를 프리폼(11)내로 방출한다. 개구들(36)은 직경이 1.6mm(1/16inch)이고, 3.2mm(1/8inch)의 외경을 갖는 45° 카운터보어(counterbore)로 스트레치 로드의 길이를 따라 12 내지 25mm(1/2 내지 1inch) 이격되어 있다. 카운터보어 개구들(36)은 프리폼(11)을 통해 가스를 균일하게 분사하기 위한 스프레이 노즐로서 작용한다. 액츄에이터(39)는 스트레치 로드(35)와 스터퍼(33)에 부착되어, 스터퍼(33)를 통해 전후로 로드(35)를 슬라이드하기 위한 구동 수단을 제공한다.

액츄에이터(39)는 로드(35)가 프리폼 캡(15)과 맞물리는 동안 스터퍼(33)를 통해 스트레치 로드(35)를 확장한다. 로드(35)가 이동을 계속할 때, 프리폼(11)은 도 3에 도시된 바와 같이 캡(15)이 금형 벽들(27 및 29)에 의해 형성된 공동(40)의 바닥에 도달할 때까지 스트레치한다. 또한, 액츄에이터(39)에서 내부 스톱(도시생략)은 로드(35)에 의한 추가 이동을 방지한다. 이러한 스트레칭 작용은 열가소성 물질을 2축방향으로 배향한다. 2축방향 배향은 주로 용기의 가스 및 수분 유지 성질에 관련된다.

다음 단계에서, 공급 밸브(41)가 개방되고, 주위 온도에서 압축 가스는 프리폼(11)으로 유동하여, 도 4에 도시한 바와 같이, 프리폼(11)이 금형 반부들(27 및 29)에 대해 팽창하여 성형된다. 이 가스는 수분, 오일 및 불순물 입자들이 없어야 한다. 공지된 열경화 공정으로 제조된 용기에서 발생하는 시간 경과에 따른 열기계적 성질의 악화는 통상적인 열경화 공정 동안에 주로 PET내로 수분의 흡수에 기인한다. 질소와 같은 다른 건조된 오일이 없는 가스가 사용될 수 있다. 이 단계는 용기에 예비 송풍하기 위해 저압 공기 공급(도시 생략)을 사용하고, 이어서 성형된 프리폼(47)의 송풍과 가압을 완료하기 위해 고압 공기 공급(도시 생략)으로 송풍한다. 공급 밸브(41)는 약 0.3초 내지 약 0.8초까지의 전체 시간동안 개방되고 그 후에 폐쇄되며, 이 시간은 열경화의 양을 변화하기 위해 증가될 수도 있다. 그리고 나서, 통풍 밸브(43)는 공기를 배출하기 위해 개방된다.

질소 공급 밸브(45)는 고압 공기가 프리폼(11)에 공급된 후에 동일한 시간에 또는 약간 짧게 개방된다. 질소 공급 라인(42)내의 체크 밸브(46)는 고압 공기의 압력이하로 설정된다. 이것은 이러한 단계 동안 질소가 질소 공급 라인(42)을 통해 흐르도록 유지한다. 체크 밸브(46)의 사용은 디자인을 단순화(다른 타이머 등을 요구하지 않음)한 그대로가 바람직하고, 질소 라인(42)으로 공기의 우발적인 역류를 방지하지만 요구되지는 않는다.

이러한 방법에서 다음 단계는 통풍 밸브(43)가 개방될 때 개시되고, 성형 프리폼(47)내의 압력은 체크 밸브(46) 설정점 이하로 떨어진다. 이러한 것이 발생될 때에, 질소 가스는 즉시 질소 공급 라인(42)을 통해 성형된 프리폼(47)으로 유동하기 시작한다. 질소는 성형된 프리폼(47)으로부터 공기를 방출하고 성형된 프리폼(47)을 냉각하며, 가압된 성형된 프리폼(47)을 유지한다. 질소 공급 압력은 적어도 690 kPa 게이지(100psig)이다. 적합한 공급 압력은 2070 내지 3100 kPa 게이지(300 내지 450psig)이다. 성형된 프리폼(47)내의 압력은 향상된 고온 충전 및 증기/수분 배리어 성질을 실현하기 위해 이러한 단계 동안 적어도 520 kPa 게이지(75psig)로 유지되어야만 한다.

질소 가스는 공급 밸브(45)의 상류에 배치된 제한부(도시 생략)를 통해 액화질소를 기화시켜서 생성된다. 질소가 상기 제한부를 통과할 때에, 완벽하게 기화되어 통상적으로 -209℃ 내지 -100℃ 사이의 극저온 및 압력하에서 질소 가스를 제조한다. 또한, -50℃ 이하의 온도, 바람직하게는 -100℃ 이하의 온도로 냉각되는 질소 가스가 사용될 수 있다. 가스 공급 라인(42)은 질소 가스가 성형된 프리폼(47)에 주입될 때 소정 온도 범위내로 이 질소 가스를 유지하기 위해 필요하다면 적절하게 밀봉되어야만 한다.

통풍 밸브(43)는 이 단계 동안 전체 약 1.3초 내지 1.5초 동안 개방된다. 질소 밸브(45)는 이러한 단계를 종료하기 전에 약 0.1초 내지 0.2초 동안 폐쇄된다. 열경화의 소정 온도를 위해 질소 밸브(45)의 총 개방 시간은 금형 벽 온도에 반비례하여 변화한다. 소정 온도 동안 전체 개방 시간이 더 길면 더 높은 열경화를 초래한다. 통풍 밸브(43)는 이러한 방법에서 다음 단계를 통해 여전히 개방된다.

성형된 프리폼(47)의 내부를 가압하여 세척할 때, 이러한 단계에서 극저온 질소가 플라스틱에 영향을 미친다. 질소와 접촉하는 PET의 분자구조는 단단하게 되어 PET의 밀도를 증가시키는 것이 명백하다. 또한, 질소는 성형된 프리폼(47)에서 PET와 접합하여 그 내로 이동하는 것이 명백하다. 동시에, 극저온 질소는 PET를 신속하게 냉각하고, 이에 의해 PET를 어닐링한다. 이들 메커니즘의 조합은 종래의 열경화법보다 PET 결정화의 낮은 비율을 갖고, 그러나 보다 고온의 충전 온도에 견딜 수 있는 용기를 생산할 수 있다. 또한, 이 용기는 종래의 열경화법에서 발생하는 가스 및 수분 배리어 성질의 어떤 손실도 일어나지 않는다. 또한, 질소로 용기를 세척하면서 아세트알데히드와 열경화 동안 생성되는 다른 바람직하지 않는 휘발성 성분들을 제거한다. 이들 성분들은 용기의 내용물에 불쾌한 여운을 줄수 있다.

본 방법의 마지막 단계에서, 금형 반부들(27 및 29)은 개방되고, 스터퍼(33)및 관련 장치는 제거되며, 콜레트(25)는 최종 제품을 생산 공장의 다른 파트(도시생략)로 이동시킨다. 통풍 밸브(43)는 이전 단계부터 계속 개방된 채로 있고, 이에 의해 스터퍼(33)가 제거되기 전에 최종 제품(49)을 대기압까지 감압한다. 질소 밸브(45)를 폐쇄하고 금형(26)을 개방하는 사이에서의 지연 시간은 중요하다. 냉각은 질소 밸브(45)가 폐쇄될 때에 중단된다. 금형(26)에 대해 최종 제품(49)을 유지하는 압력은 또한 신속하게 감소된다. 따라서, 최종 제품(49)이 약 0.3초 보다 길게 금형(26)과 접촉하면, 용기는 과열되어 수축하게 될 것이다.

본 기술 분야에 공지된 열경화 공정에서, 금형(26)의 냉각은 방출중에 최종제품(49)이 금형(26)에 고착되는 것을 방지하기 위해 요구된다. 이러한 것은 본 발명에서는 필요하지 않는데, 그 이유는 저온 질소가 최종 제품(49)을 비록 금형 벽들(27 및 29)에 열이 남아 있을 때조차도 고착을 충분히 방지할 수 있도록 냉각하기 때문이다. 그래서, 금형 반부들(27 및 29)은 항상 열경화 온도로 유지될 수 있으므로 금형(26)상에서 열 순환 피로(thermal cycling fatigue)를 감소시켜서 상기 공정 사이클 시간을 크게 감소시킨다.

공지된 열경화 공정을 사용하여 제조된 병들은 종종 스트레치 로드(35)가 프리폼(11)에 접촉하는 영역의 베이스에서, 영역내에서, 및 영역 둘레에서 균열을 일으키는 응력을 발생한다. 이 영역에서 PET는 과도한 가열로 인해 과도하게 결정화 한다, 다음에 과잉 가열은 한 사이클로부터 다른 사이클로의 전도성 열이동, 이어지는 스트레치 로드의 불완전한 냉각에 의해 스트레치 로드의 반복되는 가열로 인해 발생한다. 스트레치 로드의 열 축적 및 균열 관련 응력은 본 방법에서는 2가지 이유에 의해 회피된다. 첫째, 스트레치 로드 가열 시간이 종래의 방법보다 감소되어서 스트레치 로드를 덜 가열하게 된다. 둘째, 성형 프리폼(47)의 내부를 냉각하는 질소는 스트레치 로드(35)를 완벽하게 냉각한다.

또한, 기화된 액체 질소의 사용은 최종 제품(49)에서 보다 적은 결함을 갖게 한다. 그 이유는, 액체 질소가 흔히 사용하는 압축 공기에 비해 수분, 분진 또는 오일을 거의 함유하지 않기 때문에, 이들 오염물질에 의해 발생된 결함이 방지되기 때문이다. 상술한 바와 같이, 수분을 함유하지 않은 질소 공급은 72시간 이상 동안 열기계적 성질을 유지하는 용기를 제조하기 위한 중요한 인자이다.

다음 실시예는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 용기의 개선된 성질 및 청구된 방법을 기술한 것이다.

실시예 1

200 시험 용기들의 런(run)은 0.76의 고유 점성과 1.34 g/ml의 밀도를 갖는 상업화 등급의 비정질 PET를 사용하여 12온스(355ml) 병을 제조하기 위해 설계된 21g의 프리폼으로부터 제조하였다. 각 시험 용기를 위해, 프리폼은 약 90℃(195°F)의 온도로 예열되고, 141℃(285° F)로 유지되는 금형에 배치된다. 프리폼은 스트레치된 후에, 0.2초 동안 90psig(620 kPag)에서 공기로, 이어서 0.9초 동안 300psig(2070 kPag)에서 공기로 가압에 의해 팽창된다. 질소 체크 밸브는 290psig(2000 kPag)로 설정된다. 통풍 밸브는 개방되고, 약 -200℃에서 기화된 질소는 성형 프리폼내로 송풍된다. 질소는 1.2초 동안 용기를 통해 세척되고 이어서 금형을 개방하기 전에 0.2초 동안 지연된다. 금형내에서 프리폼을 위한 전체 시간은 3초 미만이다.

비교를 위해, 200 조절 용기들의 런은 냉간 블로잉법을 사용하여 제조된다. 조절 용기들은 시험 용기를 제조하기 위해 사용하던 것과 같은 동일한 프리폼을 사용하여 제조되고, 동일한 형상으로 성형된다. 조절 용기들 및 시험 용기들 양자의 샘플들은 제조 직후에 선택되어 기계적 성질 및 여러 온도에서 고온 충전 성능을 시험했다. 고온 충전 성능 시험은 제조후 30일 후 다른 샘플에서 반복되었다.

표 1은 제조 후 첫 30일이 지나서 수행된 시험의 결과를 요약한 것이다. 과충전 용적 데이터(overfill volume data)는 20℃에서 조정되었다.

표 1

시험 용기는 110℃(230° F)에서 뜨거운 오일로 채워진다. 용기의 높이 감소는 1% 미만이다. 고온 충전 성능은 30일 후에 현저하게 악화되지 않는다. 실제로, 91℃(195° F)에서 고온 충전 성능은 다소 개선된 것으로 나타났다.

또한, 조절 용기들 및 시험 용기들 양자의 샘플들은 시험을 위해 오하이오 홀랜드 소재의 플라스틱 테크놀로지스 인코포레이티드의 실험실에서 공급된다. 그 실험실은 제조 후 90일 이상 지난 후의 기계적 성질, 고온 충전성, 결정화도, 밀도, 및 CO₂ 배리어 성능을 시험하였다. 상기 CO₂ 배리어 시험은 퍼머트란 CIV(Permatran C IV) 시험 장치에 의해 수행되고, 용기들은 3.8 용적 레벨로 탄화되며, 23℃(73° F)로 유지된다. 시험 결과가 표 2에 요약되어 있다. 또한, 여러 병들은 10주 경과 후의 CO₂보유성을 위해 PTI에 의해 시험하였다. 그 결과는 표 3에 요약하였다.

표 2

표 3

시험 용기들의 결정성 PET 양은 공지된 열경화법에 의한 양보다 낮고, 우수한 고온 충전성 성능을 보장하기 위해 통상 결정성 PET 양을 약 38% 또는 그 이상 요구한다. 낮은 결정성 PET 양에도 불구하고, 본 발명에 의해 제조된 시험 용기들은 종래 방법을 능가하는 개선된 고온 충전 성능을 갖는다.

실시예 2

시험 용기들 및 조절 용기들의 소량 런은 실시예 1의 용기와 같은 시간에 제조되었다. 상기 용기들은 0.76의 고유 점성과 1.34 g/ml의 밀도를 갖는 상업용 등급의 비정질 PET를 19g사용하여 12온스(355ml) 병을 제조하기 위해 설계된 19그램 프리폼으로부터 제조하였다. 용기들은 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 제조되었다. 또한, 이러한 런으로부터의 용기들은 플라스틱 테크놀로지스 인코포레이티드의 실험실에 의해 CO₂ 보유 성능을 시험하였다. 조절 샘플들은 CO₂의 4,36 용적으로 시작되었고, 8주 후에 용기는 CO₂의 2.93 용적을 유지한다.

다른 실시예(도시 생략)는 압출 성형 블로잉 공정(extruded mold blowing process)에 사용하기 위해 기술된다. 이러한 실시예에서, "프리폼"은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은, 즉 금형으로 압출된 튜브형 플라스틱이다. 이 플라스틱은 최종 제품의 전체 길이로 압출되고, 프리폼의 개방 단부는 금형의 바닥 단부에 의해 막힌다. 따라서, 스트레치 로드(35)가 없거나 또는 한 스텝이 있고, 이때 스트레치 로드(35)는 프리폼(11)을 최종 제품(49)의 길이로 스트레치한다. 이러한 차이를 제외하고는, 이 방법은 이미 기술한 바와 동일하다. 프리폼은 먼저 저압 공기 공급을 사용하여 단시간 예비 송풍하고, 이어서 고압 공기 공급으로 성형 프리폼을 가압하는 것에 의해 금형에 주입된다. 그 용기는 극저온 질소로 적어도 75psig(520 kPag)의 압력하에서 세척되고, 이어서 용기를 감압하여 금형으로부터 최종 제품을 방출한다. 이러한 공정은 용기들 이외의 다른 형상을 압출하는 데에도 적용할 수 있다.

압출 블로워 성형(extruded blow molding)의 장점은 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 폴리에틸렌 용기들이 외부 표면상에 잉크 프린팅을 허용한다는 것이다. 공지된 방법에 의해 제조된 압출 폴리에틸렌 용기들은 플라스틱 표면에 잉크를 고착하기 위해 용기의 외부 표면상에 제조후 개구 화염 처리를 해야 한다.

본 발명에 따른 방법은 시트 및 필름 형태의 플라스틱에만 한정되는 것이 아니라 어떤 박막 형태의 개선된 열가소성 물질을 제조하기 위해 적용할 수 있다. 이 경우에 사용되는 두께는 6.4mm까지의 얇은 두께를 의미한다. 이러한 공정에서, 열가소성 물질의 한쪽 면은 가열된 컨베이어 벨트와 같은 가열된 표면에 접촉된다. 그 후, 그 물질의 다른 쪽 면은 상술한 바와 같이 극저온에서 가스로 가압된다. 그 결과 생성된 플라스틱은 개선된 열기계적 성질을 갖게 될 것이다. 또한, 가스 및 수분 배리어 성질은 본 발명의 방법을 실행하기 전의 값으로부터 거의 감소되지 않을 것이다.

상술한 내용으로부터 알 수 있듯이, 본 발명은 장치의 고유 장점 이외의 다른 장점과 함께 상술한 모든 목적을 달성할 수 있다.

일정한 특징과 그 조합은 유용성이 있고 다른 특징과 그 조합의 참조 없이 사용할 수 있다. 이러한 것은 첨부된 청구범위의 정신내에서 가능하다.

많은 실시예가 본 발명의 범주와 정신으로부터 벗어나지 않고 가능하게 될 것이며, 여러 문제들이 첨부 도면에 도시된 것에 제한되지 않고 해석될 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 프리폼(preform)으로 성형된 플라스틱 용기를 제조하기 위한 방법으로서,

   a) 상기 프리폼을 연화하기 위해 예열하는 단계와,

   b) 상기 프리폼을 그 벽들이 130℃ 내지 240℃ 범위의 온도로 가열되는 분할 금형에 주입하는 단계와,

   c) 상기 프리폼에 스터퍼(stuffer)를 삽입하는 단계와,

   d) 상기 프리폼에 제 1 가스를 주입함으로써, 상기 금형의 벽들에 대해 상기 프리폼을 팽창하여 성형하고, 상기 성형된 프리폼내의 압력을 소정 시간 동안 유지하는 단계와,

   e) 상기 성형된 프리폼으로부터 상기 제 1 가스를 배출하는 단계와,

   f) 배출하는 동안, 적어도 약 2070 kPa의 압력에서 상기 성형된 프리폼에 기화된 질소를 주입하고, 상기 기화된 질소가 -100℃ 이하의 온도에서 상기 프리폼의 내부로 들어가며, 상기 성형된 프리폼이 최종 제품으로 변환되는 시간 동안에 소정시간 동안 상기 기화된 질소로 상기 성형된 프리폼을 세척하고 냉각하는 단계, 및

   g) 상기 금형으로부터 상기 최종 제품을 배출하는 단계를 포함하는 성형된 플라스틱 용기의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 d)에서 상기 제 1 가스는 압축된 공기 및 압축된 질소로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 성형된 플라스틱 용기의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 질소는 제한부를 가로질러서 액체 질소를 기화시킴으로써 공급되는 성형된 플라스틱 용기의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 스터퍼내에 한정된 구멍을 통과하는 스트레치 로드를 부가로 포함하고, 상기 로드는 상기 스터퍼내에서 미끄럼 이동할 수 있으며 그와 함께 기밀 밀봉을 형성하는 성형된 플라스틱 용기의 제조 방법.
5. 제 4항에 있어서, 제 1 항에 기재된 단계 c) 및 단계 d) 사이에서, 상기 프리폼을 상기 로드로 상기 최종 제품의 길이까지 축방향으로 스트레칭하는 단계를 부가로 포함하는 성형된 플라스틱 용기의 제조 방법.