KR100743165B1 - 기능적 특성이 우수한 합성수지제 용기 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내열성이 우수하고, 가스배리어성이 높은 합성수지제 용기와 그 제조 방법을 제안한다. 본 발명에 의한 용기는, 모상(母相)에 가스배리어재가 블렌드되며, 가열 처리 공정을 그 사이에 갖는 적어도 2회의 2축 연신 블로우 성형 공정을 거쳐서 제조되는 것이다.

용기, 내열성, 가스배리어성, 가열 처리 공정, 2축 연신 블로우 성형 공정.

Description

기능적 특성이 우수한 합성수지제 용기 및 그 제조 방법{SYNTHETIC RESIN CONTAINER EXCELLENT IN FUNCTIONAL CHARACTERISTICS AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은 용기를 투과하는 산소나 탄소 가스 등에 기인한 내용물의 품질 열화를 억제함과 동시에, 그 자신의 내열성을 높인 합성수지제 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

페트병으로 대표되는 합성수지제 용기는, 경량으로 취급이 용이한 점, 또한, 투명성을 확보할 수 있으므로 유리제 용기에 비교하여 손색없는 외관을 나타내는 점, 또한 제조비용적으로도 염가인 점 때문에, 근년, 식품이나 음료, 화장료 또는 약제 등을 수납하는 용기로서 많이 사용되고 있다.

그 반면, 합성수지제 용기는, 용기 본체를 통하여 산소나 탄소 가스가 투과하는 것을 피할 수 없기 때문에, 내용물의 품질을 유지할 수 있는 기간, 소위 "쉘프 라이프(shelf life)"가 유리제 용기에 비교한 경우에 짧다는 결점이 있다.

또한, 이 종류의 용기는 열에 대한 강도도 작고, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)로 되는 용기에서는, 85∼87℃ 정도가 상한으로서, 특히, 내용물로서 이러한 상한 온도를 초과하는 액체를 충전하는 경우에는 열수축에 의한 형상 변형을 피하기 어려워, 용도 범위를 확대함에는 한계가 있다.

발명의 개시

본 발명의 과제는, 종래의 합성수지제 용기에서의 상술한 문제점을 해소할 수 있는 신규한 용기와, 그 제조 방법을 제안함에 있다.

본 발명은 모상(母相: matrix)에 가스배리어재(gas barrier material)를 블렌드하여 되는 합성수지제 용기로서, 상기 용기는 가열 처리 공정을 그 사이에 갖는 적어도 2회의 2축(bi-axial) 연신 블로우 성형 공정을 거쳐 제조된 것임을 특징으로 하는 가스배리어성, 내열성이 우수한 합성수지제 용기이다.

상기 구성으로 되는 용기에서, 모상은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 하고, 가스배리어재로서는 메탁실릴렌(methaxylylene)기 함유 폴리아미드 수지, 비정질 폴리에스테르 수지 및 에틸렌나프탈레이트-에틸렌테레프탈레이트 공중합 수지로 되는 군에서 선택한 적어도 1종으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 모상에 가스배리어재를 블렌드한 베이스층과, 가스배리어성이 높은 보호층을 교호(交互)로 서로 겹친 다층 구조로 되는 합성수지제 용기로서, 상기 용기는 가열 처리 공정을 그 사이에 갖는 적어도 2회의 2축 연신 블로우 성형 공정을 거쳐 제조된 것임을 특징으로 하는, 가스배리어성, 내열성이 우수한 합성수지제 용기이며, 이 경우에도, 베이스층의 모상은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 하고, 가스배리어재는 메탁실릴렌기 함유 폴리아미드 수지, 비정질 폴리에스테르 수지 및 에틸렌나프탈레이트-에틸렌테레프탈레이트 공중합 수지로 되는 군 에서 선택한 적어도 1종으로 하는 것이 바람직하다.

보호층으로서는, 메탁실릴렌기 함유 폴리아미드 수지, 비정질 폴리에스테르 수지, 에틸렌나프탈레이트-에틸렌테레프탈레이트 공중합 수지 및 에틸렌-비닐알코올 공중합 수지로 되는 군에서 선택한 적어도 1종을 사용할 수 잇다.

또한, 본 발명은 가열 처리를 그 사이에 갖는 2회의 2축 연신 블로우 성형을 행함으로써 합성수지제 용기를 제조함에 있어, 상기 블로우 성형을 할 때, 모상에 가스배리어재를 블렌드한 합성수지로 되는 프리폼(preform)을 사용함을 특징으로 하는, 가스배리어성, 내열성이 우수한 합성수지제 용기의 제조 방법이다.

프리폼으로서는 모상에 가스배리어재를 블렌드한 베이스층과, 가스배리어성이 높은 보호층을 교호로 서로 겹친 다층 구조체로 한 것을 사용할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 용기의 구성도.

도 2는 본 발명에 사용하기에 적합한 프리폼을 나타내는 도면.

도 3a∼3d는 블로우 성형할 때의 각 프로세스에서의 성형체의 외관 형상을 나타낸 도면.

도 4a, 4b는 본 발명에 따른 용기의 요부를 나타낸 도면.

도 5a∼5c는 실시예에서 사용한 용기의 측면, 평면 및 저면을 각각 나타낸 도면.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

도 1은 본 발명에 따른 합성수지제의 500ml 내열·내압용기의 외관을 모식적으로 나타낸 것이다. 동 도면에서 참조 숫자 1은 용기 본체, 2는 용기 본체(1)에 일체적으로 마련된 구부(口部)이다.

본 발명에서는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 모상(1a)으로 한 경우, 그 수지 중에 가스배리어재(G)를 블렌드하는 것으로서, 이에 의해 산소 등의 투과가 억제되어 가스배리어성이 개선된다.

이러한 용기를 제조하기 위해서는, 모상(1a)에 대하여 가스배리어재(G)를 블렌드하여 사출 성형이나 압출 성형 등을 거쳐 얻어진, 도 2에 나타내는 것 같은 프리폼(P)(구부를 결정화(백화(白化))한 것)을 사용한다. 이 프리폼(P)을 연신 효과를 발현할 수 있는 온도, 예를 들면 70∼130℃, 더 바람직하게는 90∼120℃ 정도로 가열하고, 50∼230℃, 더 바람직하게는 70∼180℃, 연신 표면적 배율이 4∼22배(더 바람직하게는 6∼15배, 용량으로 완성품보다도 1.2∼2.5배 정도의 오버사이즈)로 하는 조건 하에서, 1회째의 2축 연신에 의한 블로우 성형을 행한다. 다음에, 이렇게 하여 얻어진 블로우 성형품에 110∼255℃, 더 바람직하게는 130∼200℃의 온도 하에서, 완성품보다도 0.60∼0.95배 정도까지 수축시키는 강제적인 가열 처리를 실시하여 내부의 잔류 응력을 제거하고, 60∼170℃, 더 바람직하게는 80∼150℃의 온도 하에서 2회째의 2축 연신에 의한 블로우 성형을 행한다.

도 3a∼3d는 1.5ℓ 내열 용기의 프리폼의 상태로부터 성형품에 이르기까지 상기 각 단계에서의 외관 형상을 모식적으로 나타낸다. 도면 중 P ₁은 1차 블로우 중간체, P ₂는 가열 처리 후의 1차 블로우 중간체를 나타낸 것이다.

상기와 같이, 가열 처리를 그 사이에 갖는 적어도 2회의 2축 연신 블로우 성형을 거쳐 제조된 용기는, 그 본체 부분에서의 잔류 응력이 극히 경감되며, 또한, 수지의 밀도가 상승하므로, 외부로부터의 열에 대한 강도가 높아짐(내열성의 개선)과 동시에, 가스배리어성이 더 한층 개선된다.

도 4a, 4b는 본 발명에 따른 용기의 요부를 확대하여 나타낸 다른 구성예를 나타낸 것이며, 모상(1a)에 가스배리어재(G)를 블렌드한 것을 베이스층(b ₁)으로 하고, 가스배리어성이 높은 것을 보호층(b ₂)로 하여 이들을 교호로 서로 겹친 다층 구조(2종 3층, 또는 2종 5층 등)로 할 수 있다. 이 경우, 가스배리어성을 현저히 높일 수 있으므로, 상품의 쉘프 라이프를 더 한층 연장할 수 있게 된다.

도 4a, 4b에 나타낸 다층 구조로 되는 용기는, 대응하는 다층 구조를 갖는 프리폼을 사용함으로써 성형할 수 있다. 본 발명에서는 2종 3층, 및 2종 5층을 예시하였지만, 적층 구조에 대해서는 특히 한정되지 않고, 용기의 용도에 따라 적합하게 변경할 수 있다.

모상(1a)을 구성하는 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 이외에, 폴리부틸렌테레프탈레이트나 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 포화 폴리에스테르계 열가소성 합성 수지를 사용할 수 있다.

이러한 모상(1a)에 블렌드할 수 있는 배리어재로서는, 메탁실릴렌기 함유 폴리아미드 수지로서, 예를 들면 폴리메탁실릴렌아디파미드(poly-m-xylylene adipamide) 수지(상품명 MXD-6: 미쯔비시 가스 가가쿠제)가 적합하며, 그 이외에, 비정질 폴리에스테르 수지, 예를 들면 테레프탈산, 이소프탈산, 에틸렌글리콜, 및 그 외의 디올 성분체 등의 공중합체나 에틸렌나프탈레이트-에틸렌테레프탈레이트 공중합 수지가 있다.

배리어재의 배합 비율은, 성형성 등을 고려한 경우에 0.5∼10질량%, 바람직하게는 7질량%를 상한으로 함이 바람직한 비율이지만, 리사이클의 관점을 고려하면 5질량% 미만으로 함이 바람직하다.

보호층(b ₂)으로서는, 메탁실릴렌기 함유 폴리아미드 수지, 비정질 폴리에스테르 수지, 에틸렌나프탈레이트-에틸렌테레프탈레이트 공중합 수지 또는 에틸렌-비닐알코올 공중합 수지(EVOH) 등을 사용할 수 있다.

도 5a∼5c에 나타낸 것 같은 내열성 각(角) 바틀(bottle, 350㎖, 500㎖)을 제작하기 위하여, PET 수지 단체(單體)의 프리폼을 사용하여 1회의 블로우 성형(싱글 블로우)를 행한 경우와, PET 수지에 배리어재를 블렌드한 프리폼을 사용하여, 가열 처리를 그 사이에 갖는 2회의 블로우 성형(더블 블로우)을 행한 경우에 대하여 비교를 행하였다.

각각의 블로우 성형에 의해 얻어진 용기의 산소 투과량 비율(산소 투과 비율) 및 쉘프 라이프에 대하여 조사한 결과를 표 1 및 표 2에 각각 나타낸다.

싱글 블로우의 성형 조건:

-금형 온도(본체): 110℃

-블로우 압력: 3.92MPa

-연신 스피드: 42cm/s

더블 블로우의 성형 조건:

1회째의 2축 연신 블로우 성형

-금형 온도(본체): 165℃

-블로우 압력: 2.35MPa

-연신 스피드: 40cm/s

2회째의 2축 연신 블로우 성형

-금형 온도(본체): 104℃

-블로우 압력: 3.92MPa

표 1: (350㎖ 각 바틀)

블로우 성형	재료	산소 투과량 (cc/day)	비율 (PET 단체를 1)	쉘프 라이프	비고
싱글	PET 단체	0.031	1	1	비교예
싱글	PET+MXD-6(2질량% 블렌드)	0.026	0.84	×1.19	비교예
싱글	PET+MXD-6(4질량% 블렌드)	0.022	0.71	×1.41	비교예
더블	PET 단체	0.021	0.68	×1.48	비교예
더블	PET+MXD-6(2질량% 블렌드)	0.018	0.58	×1.72	적합예
더블	PET+MXD-6(4질량% 블렌드)	0.013	0.42	×2.38	적합예

표 2: (500㎖ 각 바틀)

블로우 성형	재료	산소 투과량 (cc/day)	비율 (PET 단체를 1)	쉘프 라이프	비고
싱글	PET 단체	0.038	1	1	비교예
싱글	PET+MXD-6(2질량% 블렌드)	0.031	0.81	×1.23	비교예
싱글	PET+MXD-6(5질량% 블렌드)	0.026	0.68	×1.48	비교예
더블	PET 단체	0.027	0.71	×1.41	비교예
더블	PET+MXD-6(2질량% 블렌드)	0.024	0.63	×1.58	적합예
더블	PET+MXD-6(5질량% 블렌드)	0.02	0.53	×1.90	적합예

표 1 및 표 2로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 용기에 있어서는, 산소 투과량을 크게 저감할 수 있으며, 상품의 쉘프 라이프를 현저히 연장할 수 있음이 확인되었다.

또한, 내열성에 대해서는, 싱글 블로우에 의해 제조된 용기에서는, 내용물의 온도가 85∼87℃ 정도에서 형상 변형이 생긴데 대하여, 본 발명에 따른 용기에 있어서는, 90∼93℃ 정도까지 형상 변형이 생기지 않고, 내열성에 관해서도 현저한 개선을 보였다.

이상의 기재로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 내열성은 물론이고, 가스배리어성을 높일 수 있으므로, 용기의 용도의 확대를 꾀할 수 있을 뿐만 아니라, 내용물의 품질을 장기에 걸쳐 유지할 수 있다,

또한, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 많은 변형 태양으로 실시할 수 있음은 말할 것도 없다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 완성품의 1.2 내지 2.5배의 용량을 갖는 용기의 1차 중간체를 형성하기 위하여, 프리폼(preform)에 1차 2축 연신 블로우 성형을 행하는 단계;

   완성품의 0.60 내지 0.95배의 용량을 갖는 상기 용기의 2차 중간체를 형성하기 위하여, 상기 1차 중간체에 열처리를 행하는 단계; 및

   완성품을 형성하기 위하여, 상기 2차 중간체에 2차 2축 연신 블로우 성형을 행하는 단계를 포함하는, 가스 배리어성과 내열성이 우수한 합성수지제 용기의 제조 방법에 있어서,

   상기 프리폼은 가스배리어재가 블렌드된 모상(matrix)을 갖는 합성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성수지제 용기의 제조 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 모상은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지이며, 상기 가스배리어재는 메탁실릴렌(methaxylylene)기 함유 폴리아미드 수지, 비정질 폴리에스테르 수지 및 에틸렌나프탈레이트-에틸렌테레프탈레이트 공중합 수지로 되는 군에서 선택한 적어도 1종인, 합성수지제 용기의 제조 방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 프리폼은 상기 모상을 포함하는 베이스층과, 가스배리어성이 높은 보호층을 포함하는 다층 구조체인, 합성수지제 용기의 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 보호층은 메탁실릴렌기 함유 폴리아미드 수지, 비정질 폴리에스테르 수지 및 에틸렌나프탈레이트-에틸렌테레프탈레이트 공중합 수지 및 에틸렌-비닐알코올 공중합 수지로 되는 군에서 선택한 적어도 1종인, 합성수지제 용기의 제조 방법.
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 가스배리어재는 상기 합성 수지의 상기 모상에 0.5 내지 10 질량%의 배합 비율로 블렌드 되는, 합성수지제 용기의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 가스배리어재의 상기 배합 비율은 5 질량% 미만인, 합성수지제 용기의 제조 방법.

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