KR100859229B1 - 코팅효과를 갖는 다층용기의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면 압출이나 사출에 의해 펄안료, 금속플레이크, 글라스비드, 목분, 소광제 및 대나무칩으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 함유하는 수지 또는 에라스토머로 되는 층을 적어도 하나 가지는 다층 튜브상의 패리슨을 제조한 다음 이 패리슨을 블로우성형하여 용기를 제조하는 방법이 제공되며, 이에 의하면 후코팅공정없이 펄 코팅효과, 무광효과, 유광 코팅효과, 러버코팅효과를 갖는 용기를 제조할 수 있게 된다.
압출, 중공, 성형, 용기, 코팅, 후공정, 무광코팅, 유광코팅, 다층, 수지

Description

코팅효과를 갖는 다층용기의 제조방법{Method for producing multilayer container with coating effect}
본 발명은 압출 중공 성형법에 의해 성형된 다층용기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수지에 첨가제를 첨가하여 성형후의 후공정의 해당하는 코팅의 효과를 용기성형과정에서 발현하는 것이다.
일반적으로 중공성형(Blow Molding)은 압출이나 사출에 의해 튜브상으로 예비성형(Parison)을 하여, 이것을 금형에 끼워서 내부로 공기를 불어 넣어 부풀게 해서 냉각 고화시켜 특정한 형태의 고형물을 만드는 방법이다.
중공성형은 패리슨의 상태와 성형방식에 따라 연신 중공 성형, 사출 중공 성형 및 압출 중공 성형으로 분류하는데, 패리슨이란 압출 중공 성형시에 다이(Die) 내에서 흘러나오는 압출물을 가리키는 말로 일반적으로 파이프(Pipe)의 형태를 가진다.
여기서 압출 중공 성형은 스크류식, 램식 및 어큐뮬레이터식 세가지가 알려져 있으며, 통상적으로 크로스 헤드 다이라고 불리는 압출 다이를 압출기 선단에 설치하여 튜브상의 패리슨을 압출 성형하고, 곧 이어 패리슨의 내부에 압축공기를 취입하여 성형하는 방식이다.
압출 중공 성형법에 의해 성형된 용기는 고객의 요구에 따라 다양한 후공정 과정을 거쳐 용기의 부가가치를 높이고 있다. 그중 대표적인 것이 코팅과정이다. 코팅은 용기의 외벽에 여러 가지 안료 또는 첨가제를 뿌려서 색상을 발현하거나 광택을 발현하거나 또는 광택을 감소시키는 효과 등을 얻을 수 있다. 또한 고무성분의 수지를 코팅할 경우 표면이 촉촉한 느낌이 나게 할 수도 있다.
그러나 이러한 코팅은 후공정 과정이 추구된 것으로 용기의 용량에 따라 차이는 있으나 평균 150ml 용량의 용기를 기준으로 용기의 가격과 유사한 정도의 비용이 발생한다. 그리고 공정의 불량 및 용기의 이동에 따른 물류비를 감안하면 고비용의 후공정과정이다. 또한 글리콜변성 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETG) 용기의 경우 유광코팅을 위한 UV 조사 시간이 길어질 경우 용기의 노화로 인하여 용기가 깨어지거나 고온의 건조과정에서 용기의 후수축이 일어나 용기가 변형되는 불량도 발생의 빈도가 매우 크다.
따라서 본 발명은 이러한 종래의 코팅 후공정 과정을 거치고 않고 용기 성형과정에서 코팅효과를 발현시킴으로써 용기의 부가가치를 저비용으로 크게 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성한 본 발명에 의하면 압출이나 사출에 의해 튜브상의 패리슨을 제조한 다음 이 패리슨을 블로우성형하여 용기를 제조하는 방법에 있어서,
상기 튜브상의 패리슨은 펄안료, 금속플레이크, 글라스비드, 목분, 소광제 및 대나무칩으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 함유하는 수지 또는 에라스토머 수지로 되는 층을 적어도 하나 가지는 다층 튜브상의 패리슨이고, 상기 다층 패리슨에서 서로 인접하는 층들을 구성하는 수지는 상용성 수지인 것임을 특징으로 하는 다층용기의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따라 펄안료, 금속플레이크, 글라스비드, 목분, 소광제(matting agent) 또는 대나무칩 등과 같은 첨가제를 함유한 수지 또는 에라스토머 수지로 다층 패리슨의 외층 또는 내층을 형성시키면 펄코팅, 무광코팅, 유광코팅, 러버 코팅 등과 같은 코팅 효과를 다층용기의 성형과정에서 얻을 수 있게 된다.
펄안료는 보석인 진주와 같이 빛이 진주 구성면의 여러 투명층을 통과하면서 발생되는 빛의 간섭에 의하여 매우 다양한 빛을 발현하는 원리를 가지고 있다. 상업적인 펄안료는 마이카(Mica)에 TiO2 층을 코팅함으로써 생산하고 있다. 이러한 펄 안료는 제품의 외관을 고급스럽게 하기 때문에 자동차, 벽지, 화장품, 생활용품 등에 널리 사용되고 있다. 플라스틱 용기의 경우 용기의 외관을 고급스럽게 하기 위 해 펄안료를 첨가하여 펄효과를 발현하는 것은 일반적으로 많이 사용되고 있는 방법이다. 그러나 펄안료를 투입하여 펄효과를 발현하려면 용기의 중량에 0.1% 이상 첨가하여야 한다. 그러나 PETG의 경우 펄안료가 0.05% 이상되면 용기의 표면이 급격하게 나빠진다. 이는 펄 안료가 용기의 표면에 너무 많이 돌출되어 전체적인 외관을 매끄럽지 못하게 하기 때문이다. 반대로 펄 안료가 0.05% 이하가 되면 원하는 펄효과를 발현하기가 어렵다. 펄효과는 용기의 외관에서 발생하는 표면효과이다. 즉 펄안료가 용기의 내벽 또는 용기의 두께 중간에 있다면 이는 외관과는 관계없이 투입된 것이다. 따라서 투입되는 펄안료의 함량이 높더라도 발현되는 효과는 펄안료가 용기의 두께층에 골고루 분산되기 때문에 펄효과가 반감되는 것이다.
반면 일반적으로 이루어지는 펄코팅의 후공정에서는 펄안료를 용매 등에 녹여 용기의 표면에 분사하는 방식을 취한다. 이 경우 펄안료가 용기의 표면에만 존재하기 때문에 펄안료의 밀도가 높고 외관도 매끄러운 용기를 얻을 수 있는 것이다. 본 발명에 따라 다층 패리슨의 외벽구성 수지에만 펄안료를 투입하면 펄코팅효과를 최대한 발현할 수 있으며, 전체에 펄안료를 투입하는 것과 비교할 때 매우 우수한 펄효과를 얻을 수 있게 된다. 펄안료의 종류는 여러 가지가 있으며 이중 금색, 은색의 종류와 무지개 효과를 낼 수 있는 펄안료가 일반적으로 사용된다.
알루미늄 플레이크와 같은 금속 플레이크는 펄 안료와 유사한 효과를 발현하며, 원하는 디자인에 따라 글라스비드(Glass bead), 목분, 대나무칩 등의 천연 물질도 첨가할 수 있다. 이러한 첨가제는 단층의 용기의 투입할 경우 내용물과 접촉할 수 있으며 이 경우 반응을 일으킬 수도 있기 때문에 단독으로 첨가하는 것이 어 렵다. 그러나 패리슨의 외층에만 투입할 경우 이러한 접촉에서의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명에 따르는 다층 패리슨에서, 상용성 수지는 글리콜 변성 폴리에틸렌테레프탈레이트(glycol modified polyethylene terephthalate, 이하 PETG라 칭함), 폴리카보네이트(polycarbonate, 이하 PC라 칭함), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, 이하 PET라 칭함), 글리콜 변성 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(glycol modified polycyclohexylene dimethylene terephtalate,이하 PCTG라 칭함) 및 산 변성 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(acid modified polycyclohexylene dimethylene terephtalate,이하 PCTA라 칭함)로 이루어진 군에서 선택되는 폴리에스터계 수지가 바람직하다.
위의 수지는 압출중공성형이 가능하면서 투명한 수지로 일반적으로 사용되는 수지이다. 따라서 에라스토머 수지가 사용되는 경우 위에 언급한 수지와 상용성이 있는 에라스토머 수지를 선정하여야 한다. 예를 들어 다층 패리슨에서 에라스토머와 인접하는 수지층이 위에 언급한 폴리에스터계 수지인 경우 에라스토머는 이와 상용성이 있는 폴리에스터계 에라스토머, 예를 들어 폴리에스터계 열가소성 폴리우레탄을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다층 패리슨의 인접하는 수지층들은 서로 상용성이 있어서, 이러한 수지 사이의 상용성으로 인해 접착제층 없이 수지층들간에 접착이 형성된다. 따라서 접착제의 사용을 배제할 수 있어 다층용기의 제조단가를 감소시킬 수 있게 된다.
다층 패리슨의 외부층을 펄안료 함유 수지로 구성시키는 경우 내부층은 일반적으로 불투명한 색상을 갖는 것이 유리하다. 외부층은 펄안료를 첨가하여 여기에 원하는 색상을 발현하기 위하여 안료를 첨가하거나 또는 안료 첨가없이 투명한 수지와 펄안료만으로도 성형할 수 있다.
펄안료를 사용한 다층 패리슨을 블로우성형하여 얻어지는 다층용기에서, 외부층의 두께는 0.01 mm 이상 5 mm 이하이고, 내부층의 두께 또한 0.01 mm 이상 5 mm 이하인 것이 바람직하다. 외부층의 두께가 0.01 mm 미만인 경우 펄안료에 의한 표면이 매끄럽지 못할 수 있고 5 mm를 초과하는 경우 냉각이 늦어 생산성이 낮아지므로 바람직하지 않다. 아울러, 내부층의 두께가 0.01 mm 미만인 경우 불투명 안료를 첨가할 경우 분산 문제로 균일한 색상을 얻기 어려우며, 5 mm를 초과하는 경우 마찬가지로 냉각이 늦어 생산성이 떨어진다.
또한, 용기에 무광효과(Matting Effect)를 주기 위하여 소광제(matting agent)를 첨가할 수 있다. 일반적으로 소광제로는 실리카, 탈크, 탄산칼슘 등과 같은 무기입자가 사용될 수 있으며, 특히 바람직한 소광제는 실리카 계열의 무기입자로 입자 크기가 10-60 미크론(micron)인 것이다. 이러한 무기물 입자는 빛을 난반사하여 무광효과를 나타낸다. 무광효과를 주기 위한 소광제 첨가시에도 원하는 디자인에 따라 색상 안료를 첨가할 수 있다.
러버촉감을 갖는 용기를 제조하고자 하는 경우의 일 예를 들어 설명하며, 다층 패리슨의 내층 구성수지로 PETG를 사용하고 외층 구성 수지로 이와 상용성이 있는 에라스토머 수지인 폴리에스터계 열가소성 폴리우레탄을 사용하면 외표면이 촉 촉한 감촉을 가지는 다층용기를 후공정에서의 러버코팅없이 성형공정에서 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
외부층의 재질로 PETG를 사용하였다. 여기에 독일머크사의 Silver 펄안료 No. 100 grade를 외부층 투입 중량의 0.1% 첨가하였다. 사용한 PETG의 고유점도는 0.78 dl/g이며 가공온도는 195~200℃이다. 재료의 분해를 방지하기 위하여 65℃에서 6시간 동안 제습 건조를 실시하였다. 내부층의 재질로는 동일하게 PETG를 사용하였으며 펄 안료의 효과를 극대화하기 위하여 검정색 안료를 내부층 두께에 중량기준으로 1% 첨가하였다.
각각의 압출기를 이용하여 용융된 수지는 아답터(Adapter)에 모이게 되고 여기서 압출기의 다층헤드(Mutilayer Head)로 이동하게 된다. 이 Head에서 2 개의 층으로 나누어지게 되며 이 두 개의 층이 다이(Die)에서 만나 층을 이루게 된다. 이렇게 형성된 층은 페리슨 형태로 압출되면 금형이 닫히고 압축공기로 블로잉(Blowing)하면 다층용기가 성형된다.
용기의 외부층은 두께를 0.1mm로 하고, 내부층은 두께를 0.6mm로 하여 PETG 에 코팅하는 수준으로 압출 중공 성형하였다.
그 결과 기존의 코팅용기와 비교할 때 구분이 어려울 정도로 표면이 매끄럽 고 펄효과가 우수한 용기가 제조되었다.
(실시예 2)
외부층의 재질로 상기 실시예 1과 동일한 PETG를 사용하고 투명 재질로만 성형한다. 내부층의 재질로 PETG를 사용하고 내부층에 펄안료를 첨가한다. 이때 내부층의 두께는 0.1mm 로 얇게 성형하고 외부층은 1mm 이상 두껍게 성형한다. 이렇게 하면 펄에 유광 코팅을 한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 성형은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 다층용기를 성형을 진행하였다.
(실시예 3)
외부층의 재질로 상기 실시예 1과 동일한 PETG를 사용하였다. 무광효과를 발현하기위해 소광제(matting agent)를 첨가하였다. 소광제는 Silica 계열의 무기물로 입자의 크기가 10-60 micron 인 제품을 사용하였다. 수지와의 친화성을 위하 Silicone coating된 소광제를 선택하였다. 소광제 자체는 분산성이 떨어지기 때문에 PETG 수지에 마스터뱃지(masterbatch) 형태로 제조하여 투입하였다. 소광제 마스터뱃지에는 산화방지제를 0.2% 첨가하고 마스터뱃지의 분산효과를 높이기 위하여 스테아린산을 0.2% 첨가하였다. 이러한 소광제 마스터뱃지를 외부층에 외부층 중량의 30% 첨가하였다. 용기 외부층의 두께는 0.1mm로 얇게 성형하였다. 이렇게 하여 얻어진 무광 다층용기는 빛의 난반사로 인하여 기존의 무광코팅용기와 유사한 효과를 얻을 수 있었다.
(실시예 4)
러버코팅의 대체로 용기의 외부층은 경도 85A인 폴리에스터계 TPU 수지를 사용하고 내부층은 PETG 수지를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 용기를 제조하였다. 용기 외부 층의 두께는 0.1mm이었고 내부층의 두께는 0.5mm로 성형하였다. 그 결과 투명도가 우수하고 표면에 부드러운 감촉을 갖는 용기가 제조되었다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 용기에 코팅한 것과 같은 효과를 후공정 비용없이 발현할 수 있기 종래에 코팅된 용기의 전체 생산비용을 획기적으로 낮출 수 있게 된다. 그리고 다양한 펄코팅 효과를 낼 수 있으며, 동일한 광택이 있는 금형으로 유광 또는 무광 용기를 선택적으로 생산할 수 있어 디자인을 자유롭게 구현할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 압출이나 사출에 의해 튜브상의 패리슨을 제조한 다음 이 패리슨을 블로우성형하여 용기를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 패리슨은 펄안료, 금속플레이크, 글라스비드, 목분, 소광제 및 대나무칩으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 첨가제를 함유하는 수지로 되는 층을 적어도 하나 가지는 다층 튜브상의 패리슨이고,
    상기 다층패리슨에서 인접하는 층들을 구성하는 수지는 글리콜 변성 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETG), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 글리콜 변성 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 산 변성 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTA) 및 폴리에스터계 열가소성 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 선택되는 상용성 수지이고,
    상기 다층 패리슨에서 인접하는 층들을 구성하는 수지 중 적어도 하나는 글리콜 변성 폴리에틸렌테레프탈레이트(PETG)인 것을 특징으로 하는 코팅효과를 갖는 다층용기의 제조방법.
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