KR100476475B1 - 투명성 내열성이 우수한 폴리에스테르계 병 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명성 및 내열성이 우수한 폴리에스테르계 병 (Bottle)에 관한 것이다.

본 발명의 폴리에스테르계 병(Bottle)은 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트(NDC)를 폴리에스테르(PET)에 공중합 또는 블렌딩한 수지로 제조되며, 아래 물성을 갖는다.

- 아 래 -

- 가시광 투과율 : 90 % 이상

- 헤이즈(Haze)값 : 2.5 % 이하

- 핫-필 온도 : 90℃~96℃

- 가시광 굴절율 : 1.35∼1.68

본 발명의 폴리에스테르계 병은 주로 음료 용기로 사용된다.

Description

투명성 및 내열성이 우수한 폴리에스테르계 병

본 발명은 투명성 및 내열성이 우수한 폴리에스테르계 병(Bottle)에 관한 것이다.

알콜음료, 탄산음료, 생수 및 과즙음료 등의 음료 용기로 사용되는 플라스틱 병은 내용물의 상품성 및 신뢰성을 위해 투명성이 우수해야 함과 동시에 살균 등의 처리를 거친 고온의 충진물을 충진 (이하 "핫-필" 라고 한다)시 열변형을 일으키지 않는 수준의 내열성이 요구되기도 한다.

지금까지는 주로 물성, 경제성 및 성형성 등이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 (이하, PET라고 한다) 수지를 블로우 성형하여 제조한 PET 병을 음료 용기로 사용해 오고 있다.

이와 같이 PET수지로 제조된 음료용 플라스틱 병은 내열성이 약하여 핫-필시 열변형이 일어나는 문제점이 있다.

일반적으로 PET 병의 내열성은 결정화도와 밀접한 관계를 갖는다. 결정화도가 높으면 내열성이 향상되고, 결정화도가 낮으면 내열성이 저하된다. 그러나 PET 수지는 고유 물성상 결정화도가 높아질수록 헤이즈(Haze)가 높아져 투명성이 떨어지게 된다. 따라서 투명성과 내열성을 동시에 향상시키기는 매우 어렵다.

PET 병의 내열성을 향상시키기 위한 종래 기술로서 PET 병 성형시 고온으로 연신 및 열고정하여 약 85℃ ∼ 94℃의 핫-필 온도를 부여하는 방법이 알려져 있다.

여기서 핫-필 온도란 병내에 충진할 수 있는 충진물의 최대 온도를 의미한다. 즉 핫-필 온도는 PET 병의 내열성을 의미한다. 그러나 이와 같은 방법은 PET 수지의 결정화도 상승으로 내열성은 향상되지만 앞에서 설명한 이유로 인해 (결정화도 증가로인해) 투명성이 저하되는 문제가 있다.

또한 미국 특허 4836971 호 및 일본 공개특허 평 2-2092l9 호에서는 병의 몸체 부분을 열고정시키는 공정과는 별도의 공정으로 병의 목부분을 열처리하여 투명성을 저하시키지 않고도 내열성을 부여하는 방법을 제안하고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 공정이 복잡하여 제조 원가가 상승하고, 생산성이 저하되는 문제가 발생된다.

또한 병의 목부분에서 결정화가 균일하게 일어나지 않아 미세한 뒤틀림으로 알루미늄 마개를 덮을 경우 충진물이 누수되는 문제가 발생하기도 한다. 또한 내열성과 투명성이 동시에 우수한 음료 용기를 제조하기 위해서 나프탈레이트 (이하 PBT라고 한다) 수지를 블로우 성형하여 플라스틱 병을 제조하는 기술도 알려져 있다. 이와 같이 PBT 수지로 음료용 플라스틱 병을 제조할 경우 내열성, 성형성, 투명성 및 기계적 물성이 우수하나 PBT 수지가 PET 수지에 비해 가격이 비싸고, 색상이 나쁘기 때문에 상용화 되지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 앞에서 설명한 여러 가지의 문제점들을 해결하므로서 투명성이 우수함과 동시에 내열성이 우수하여 핫-필시 열변형을 방지할 수 있고, 제조 원가가 저렴하여 상용화 가능한 폴리에스데르계 병을 제공하고자 한다.

본 발명은 투명성 및 내열성이 우수한 폴리에스테르계 병(Bottle)에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트(이하 NDC라고 한다)를 폴리에스테르(이하 PET라고 한다)에 공중합 또는 블렌딩한 수지로 제조되며, 아래 물성을 만족하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리에스테르계 병(Bottle)에 관한 것이다.

- 아 래 -

- 가시광 투과율 : 90% 이상

- 헤이즈(Haze) 값 : 2.5% 이하

- 핫-필 온도 : 90∼96℃

본 발명은 PET 에 일반식(Ⅰ)의 NDC를 공중합 또는 블렌딩한 수지로 병(Bottle)을 성형함을 특징으로 한다.

본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 NDC가 공중합된 코폴리에스테르를 블로우 성형하여 폴리에스테르계 병을 제조한다.

상기 코폴리에스테르는 디메틸-2,6-나프탈렌디카르복실레이트(NDC), 디메틸테레프탈레이트(이하 DMT라고한다) 또는 테레프탈산(이하 TPA라고 한다) 및 에틸렌글리콜(이하 EG라고 한다)의 중합 반응으로 제조할 수 있다. 구체적으로는 상기 모노머들을 아연, 망간, 코발트, 마그네슘 및 칼슘 등의 촉매하에서 에스테르 교환 반응을 시켜 저분자량의 중합체를 제조한 후, 저분자량의 중합체를 안티모니 및 게르마늄 등과 같은 중합 촉매 존재하에서 감압 (1 토르) 및 270~300℃의 조건에서 중합 반응시켜 원하는 점도를 갖는 코폴리에스레르를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 NDC와 EG의 중합으로 제조되는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)과 폴리에스테르(PET) 수지를 블렌딩하고, 이들 수지를 블로우 성형하여 폴리에스테르계 병을 제조한다.

이때, PET와 공중합 또는 블렌딩하는 NDC의 함량을 전체 수지 대비 1몰%∼l5몰%로 조절하는 것이 바람직하다.

NDC의 함량이 상기 범위보다 낮을 경우에는 내열성 등의 물성이 저하되고, 상기 범위보다 높을 경우에는 경제성이 나빠진다.

PET 수지와 공중합 또는 블렌딩된 NDC는 분자쇄 길이가 길기 때문에 PET 수지의 결정화를 방해하여 결정화 속도를 지연시키고 결정화도를 저하시킨다. 그 결과 병(Bottle)의 투명성이 향상된다. 또한 내열성을 부여하기 위해 130℃∼150℃의 고온으로 열처리하는 경우에도 결정화 속도가 지연되고 결정화도가 저하되기 때문에 투명성이 크게 나빠지지 않는다.

한편 종래 PET병은 제조후 7일∼10일이 경과하면 내열성이 4℃~8℃ 정도 낮아져 90℃ 정도의 충진물을 폴리에스테르 병에 충진(핫-필)할 수 없었다.

그러나 본 발명의 폴리에스테르계 병은 PET 수지와 공중합 또는 블렌딩된 NDC가 견고한 나프탈렌 고리를 갖지 때문에 사용중 분자쇄 풀림현상(Chain relaxation)을 감소시킬 수 있다.

즉 본 발명의 폴리에스테르계 병은 제조 후 7일∼10일이 경과해도 내열성이 1∼2℃ 정도밖에 저하되지 않는다. 그 결과 본 발명의 폴리에스테르계 병은 내열성이 우수하여 90∼96℃의 충진물을 충전할 수 있다. 병내에 충진할 수 있는 충진물의 최대 온도를 핫-필 온도라고 한다.

이상에서 설명한 방법으로 제조된 본 발명의 폴리에스데르계 병은 가시광 투과율이 90% 이상이고, 헤이즈 (Haze)값이 2.5% 이하이다. 또한 핫-필 온도가 90℃∼96℃이고, 가시광 굴절율이 1.35∼1.68이다.

이상에서 설명한 폴리에스테르계 병의 각종 물성은 다음과 같은 방법으로 평가한다.

ｏ 핫-필 온도(℃)

A) 상온에서 상온의 증류수를 병에 넘치도록 붓고 용량을 측정한다.

B) 90℃∼96℃의 열수를 병에 넘치도록 붓고 마개를 닫는다.

C) 1시간 경과 후 열수를 병에서 제거한 후, 다시 병에 증류수를 넣어 병의

용량을 측정한다.

D) 누수 및 외관 변화, 목부분의 내경 및 외경 변화를 측정한다.

상기 측정 결과, 누수 및 외관 변화가 없고, 목부분의 내경 및 외경 변화가

1% 미만이고, 병의 용량 변화가 1% 미만이면 핫-필 온도가 90℃∼96℃를 만

족하는 것으로 평가한다.

ｏ 헤이즈 및 가시광 투과도 (%)

병의 일정 부위를 자른 후 상온에서 탁도 측정기 [Haze-Meter, NDH-300 A-일본전기(주) 제품] 로 측정한다.

ｏ 가시광 굴절율

아베(Abbe) 굴절계로 측정한다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.

그러나 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

DMT 와 EG의 혼합물에 대해 NDC 5몰%를 공중합하여 코폴리에스테르를 제조한다. 제조한 코폴리에스테르를 상압용 사출 블로우 성형기에 공급한 후 150℃에서 5초간 열처리하면서 블로우 성형하여 무게가 32g이고 부피 500㎖인 폴리에스테르계 병을 제조한다. 제조한 폴리에스테르계병의 물성을 측정한 결과는 표 1과 같다.

실시예 2

DMT 와 EG의 혼합물에 대해 NDC 5몰%를 공중합하여 코폴리에스테르(A)를 제조한다. 한편, DMT와 EG를 중합하여 PET 수지(B)를 제조한다. 상기 코폴리에스테르(A)와 PET 수지(B)를 25:75로 블렌딩한다.

블렌딩된 상기 수지를 상압용 블로우 성형기에 공급한 후 130℃에서 5초간 열처리하면서 블로우 성형하여 무게가 35g이고 부피가 500㎖인 폴리에스테르계 병을 제조한다. 제조한 폴리에스테르계 병의 물성을 측정한 결과는 표 1과 같다.

실시예 3

DMT 와 EG의 혼합물에 대해 NDC 8몰%를 공중합하여 코폴리에스테르(A)를 제조한다. 한편, DMT와 EG를 중합하여 PET 수지(B)를 제조한다. 상기 코폴리에스테르(A)와 PET 수지(B)를 40:60로 블렌딩한다.

블렌딩된 상기 수지를 상압용 블로우 성형기에 공급한 후 150℃에서 7초간 열처리하면서 블로우 성형하여 무게가 61g이고 부피가 1500㎖인 폴리에스테르계 병을 제조한다. 제조한 폴리에스테르계 병의 물성을 측정한 결과는 표 1과 같다.

< 표 1 > 물성 측정 결과

본 발명의 폴리에스테르계 병은 수지내에 NDC 가 공중합 또는 블렌딩되어 있어서 투명성이 우수함과 동시에 내열성이 우수하다. 또한 폴리에틸렌나프탈레이트 수지를 사용하는 경우에 비해서 색상이 우수하고 제조 원가가 저렴하다.

Claims (2)

1. 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트 (NDC)를 폴리에스테르(PET)에 공중합 또는 블렌딩한 수지로 제조되며, 아래 물성을 만족하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리에스테르계 병(Bottle).

   - 아 래 -

   - 가시광 투과율 : 90 % 이상

   - 헤이즈(Haze) 값 : 2.5% 이하

   - 핫-필 온도 : 90℃∼96℃
2. 1 항에 있어서, 가시광 굴절율이 1.35∼1.68인 투명성 폴리에스테르계 병 (Bottle).