KR100922179B1

KR100922179B1 - 플라스틱 병뚜껑용 폴리에틸렌 수지 조성물 및 이로부터제조된 성형품

Info

Publication number: KR100922179B1
Application number: KR1020030022869A
Authority: KR
Inventors: 김재민; 박병선
Original assignee: 삼성토탈 주식회사
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2009-10-19
Also published as: KR20040089204A

Abstract

본 발명은 높은 내열성을 갖는 고밀도 폴리에틸렌 100 중량부에 올레일산에 아마이드기가 도입된 화합물 0.08∼0.13 중량부가 용융혼합된 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌은 ASTM D 1238에 따른 2.16 kgf/㎠ 하중과 190℃ 하에서 측정했을 때 1.5∼2.5 g/10분의 용융지수를 갖고, ASTM D 1505에 의한 23℃에서의 밀도가 0.950 g/㎤ 이상이 적합하다.

고밀도 폴리에틸렌, 내열성, 밀봉성, 플라스틱 병뚜껑, 밀봉토크, 열림토크

Description

플라스틱 병뚜껑용 폴리에틸렌 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품{Polyethylene Composition for Plastic Bottle Cap and the Molded Article}

발명의 분야

본 발명은 높은 내열성과 우수한 밀봉성을 갖는 플라스틱 병뚜껑용 폴리에틸렌 수지 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 올레일산에 아마이드기가 도입된 화합물을 물성 발현에 필요한 최적의 함량만큼 내열성이 뛰어난 고밀도 폴리에틸렌과 용융 혼합함으로써 차류, 쥬스 등의 고온 살균 음료 생산 공정에서 높은 내열성과 용기로 주로 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 용기와의 우수한 밀봉성 발현 및 마찰을 감소시켜 적정한 힘으로 병뚜껑의 열림이 가능하고 맛에 대한 안정성이 우수한 수지 조성물과 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.

발명의 배경

최근 포장용기의 다양화와 환경측면의 분리수거 확대로 유리병, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 음료용기에 사용되는 병뚜껑 소재의 플라스틱화가 증가되고 있는 상태이다. 플라스틱 병뚜껑 소재로는 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 주로 사용되고 있는데 이러한 소재를 기재로 한 병뚜껑은 기존의 알루미늄 소재의 병뚜껑 대비 가볍고 부식성이 없으며, 성형성이 우수할 뿐만 아니라 다양한 디자인의 성형이 가능한 잇점으로 그 사용량이 늘어나고 있다. 특히, 고밀도 폴리에틸렌의 경우 폴리프로필렌 대비 유연한 특성을 지니고 있어 음료용기 내용물의 밀봉성 부여를 위해 별도의 라이너가 필요한 폴리프로필렌 소재의 병뚜껑과 달리 라이너를 사용하지 않고도 내용물의 밀봉성을 유지할 수 있는 장점을 지니고 있다.

일반적인 스크루 방식의 병뚜껑을 고온 살균 음료 생산 공정에 적용함에 있어서 중요한 요구물성 중의 하나는 내용물이 담긴 병에 병뚜껑이 닫혀진 후 냉각 공정에서 급속히 냉각될 때 병뚜껑의 수축이나 균열이 없어야 한다는 점이다.

올레일산에 아마이드기가 도입된 화합물을 물성 발현에 필요한 최적의 함량만큼 내열성이 뛰어난 고밀도 폴리에틸렌과 용융 혼합함으로써 병뚜껑의 생산 품질 관리 항목 중에서 병뚜껑을 병에 닫아서 더 이상 돌아가지 않을 때의 힘 이상으로 힘을 가하여 측정하는 밀봉토크가 상대적으로 높아 밀봉성이 매우 우수하다. 밀봉토크가 낮을 경우 불순물 혼입 등으로 내용물의 정상적인 보존이 어렵다. 밀봉토크는 통상 30 lb-inch 이상의 힘이 적정한 것으로 규정하고 있다.

또한 사람이 음료를 마시기 위해 병뚜껑을 회전하여 열기까지의 힘인 열림토크가 적정 수준으로 되도록 설계되어 있다. 열림 토크가 과다할 경우 노약자 및 어 린이가 음료를 개봉하는 것이 불가능하며, 열림토크가 너무 약할 경우 내용물 보관의 문제점이 있기 때문에 통상적으로 병뚜껑 열림토크는 7∼18 lb-inch의 힘이 적정한 것으로 규정하고 있다.

밀봉토크와 열림토크는 유리병 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 용기의 병입구와 병뚜껑 사이의 마찰력이 주된 요인으로, 이와 관련하여 미국특허 제4710409호에서는 병뚜껑의 마찰력 감소를 위해 오일류의 활제를 과량 첨가하여 열림토크를 감소시킨 기술이 제시되어 있고, 또한 미국특허 제4463116호 및 제4256234호에서는 병뚜껑의 라이너 소재에 지방산 아마이드를 첨가한 기술이 소개되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 기술은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 수지보다 저분자량의 오일류 및 지방산 아마이드 등의 활제를 과량 첨가하기 때문에 저분자 물질이 병뚜껑 표면으로 침출되어 내용물의 맛의 변화를 유발하는 문제점이 있다, 특히 쥬스류, 이온음료 등의 경우 90℃의 고온살균 공정이 필요하므로 저분자 활제를 최적화하여 미량 사용하는 것이 유리하다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 인식하고, 올레일산에 아마이드기가 도입된 화합물을 물성 발현에 필요한 최적의 함량만큼 내열성이 뛰어난 고밀도 폴리에틸렌과 용융 혼합함으로써, 고온 살균 음료 생산 공정에서 높은 내열성과 폴리에틸렌테레프탈레이트 등으로 제조되는 용기와의 우수한 밀봉성을 발현하고, 마찰을 감소시켜 적정한 힘으로 병뚜껑의 열림이 가능하며, 맛에 대한 안정성이 우수한 병뚜껑을 성형할 수 있는 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 올레일산에 아마이드기가 도입된 화합물을 물성 발현에 필요한 최적의 함량만큼 내열성이 뛰어난 고밀도 폴리에틸렌과 용융 혼합함으로써, 고온 살균 음료 생산 공정에서 높은 내열성과 폴리에틸렌테레프탈레이트 등으로 제조되는 용기와의 우수한 밀봉성을 발현할 수 있는 병뚜껑을 성형할 수 있는 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 마찰계수 감소에 의한 높은 밀봉토크와 적정한 열림토크를 나타내어 적정한 힘으로 병뚜껑이 열리도록 할 수 있는 병뚜껑을 성형할 수 있는 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 맛에 대한 안정성이 우수한 병뚜껑을 성형할 수 있는 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기의 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명은 높은 내열성을 갖는 고밀도 폴리에틸렌 100 중량부에 올레일산에 아마이드기가 도입된 화합물 0.08∼0.13 중량부가 용융혼합된 수지 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌은 에틸렌 호모 중합체와 하나의 단량체와의 공중합체를 나타낸다. 사용될 수 있는 단량체로는 예를 들어 부텐-1, 헥센- 1과 같은 4∼6개의 탄소원자를 함유하는 선형 올레핀이 있다.

본 발명에 따른 조성물에 사용되는 고밀도 폴리에틸렌은 ASTM D 1238에 따른 2.16 kgf/㎠ 하중과 190℃ 하에서 측정했을 때 1.5∼2.5 g/10분의 용융지수를 갖고, ASTM D 1505에 의한 23℃에서의 밀도가 0.950 g/㎤ 이상의 고밀도 폴리에틸렌이 본 발명에 적합하다.

한편, 상기 올레일산아마이드 화합물은 올레일산에 아마이드기가 도입된 화합물이 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 조성물은 병뚜껑의 색상을 나타내기 위한 안료를 함유할 수 있다. 일반적으로 안료의 함량은 조성물의 2중량부를 초과하지 못한다.

본 발명에 따른 조성물의 제조방법은 일반적인 일축 압출기를 이용하여 고밀도 폴리에틸렌 100 중량부, 올레일아마이드 화합물 0.08∼0.13 중량부, 내산제 0.01∼0.5 중량부, 및 산화방지제 0.01∼0.5 중량부를 헨셀믹서에 넣어 균일하게 분산하여 압출기의 주공급부에 넣고 150∼220℃의 온도에서 용융 압출하여 혼합시키는 것으로 이루어진다. 압출된 조성물은 압출된 펠렛 형태인 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 수지 조성물은 압축 및 사출성형과 같은 일반적인 병뚜껑 제조성형 방법에 모두 사용될 수 있다. 상기 조성물에 의하여 제조된 병뚜껑은 최적 마찰 특성으로 적정한 병뚜껑 밀봉토크와 열림토크를 나타내며, 내열성이 우수하며, 동시에 음료로의 침출이 없어 맛의 변화가 없는 음료상태를 유지할 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예 및 비교실시예에 의하여 보다 구체적으로 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예 1

용융지수가 2.2 g/10분, 밀도가 0.952 g/㎤을 갖는 고 내열성 고밀도 폴리에틸렌 파우더 100 중량부에 올레일아마이드 화합물 0.13 중량부, 펜타에리티리톨 테트라키스(3-(3,5디테트라부틸4하이드록시페닐)프로피오네이트) 0.05 중량부, 및 트리(2,4-디테트라부틸페닐)포스파이트 0.1 중량부의 비율로 하여 전체 혼합물이 50kg이 되게 하여 헨셀 믹서로 혼합한 다음, 일축 압출기를 이용하여 가공온도 220℃에서 압출 가공하여 펠렛상으로 제조하였다

상기 조성물로 병뚜껑을 제조하였으며, 병뚜껑 성형품의 제조는 28 mm 규격으로 32개 캐비티를 가진 압축기를 사용하고, 압축온도 140∼155℃, 속도 425 개/분, 펌프 압력 45바의 압축조건으로 성형하였다.

실시예 2

올레일아마이드 화합물을 0.08 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교실시예 1

용융지수가 0.38 g/10분, 밀도가 0.958 g/㎤을 갖는 고 내열성 고밀도 폴리에틸렌 파우더(HDPE 2)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교실시예 2

올레일아마이드를 0.3 중량부 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

상기 실시예 1∼2 및 비교실시예 1∼2로 제조되는 조성물의 조성과 물성을 각각 표1 및 표2에 나타내었고, 이들 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물과 이로부터 제조된 병뚜껑의 제조 및 평가 방법은 다음과 같다.

(1) 병뚜껑의 내열성: 89℃의 음료를 350 ml의 폴리에틸렌테레프탈레트 병에 담아서 병뚜껑으로 밀봉한 후 상온으로 급격히 냉각시켜 병뚜껑의 뒤틀림과 균열이 생기는 정도를 측정하였다.

(2) 병뚜껑의 열림토크: 성형된 병뚜껑을 14일 상온하에서 어닐링후, 350 ml의 폴리에틸렌테레프탈레이프 18 lb-in의 힘으로 병뚜껑을 잠근 후 토크메타를 이용, 상온에서 14일까지의 경시 변화를 측정하였다.

(3) 병뚜껑의 밀봉토크: 성형된 병뚜껑을 14일 상온하에서 어닐링후, 35 0ml의 폴리에틸렌테레프탈레이프 18 lb-in의 힘으로 병뚜껑을 잠근 상태에서 토크 메카를 이용하여 병뚜껑 나사가 뭉개질 때까지 더 돌린 후 측정하였다.

(4) 음료의 맛 테스트: 500g의 펠렛을 500 ml의 플라스크에 넣고 생수로 채운 후 60℃ 오븐에서 48시간 방치, 24시간 자연 냉각한 다음 펠렛을 첨가하지 않은 생수와의 맛을 비교하였다. 맛의 평가에 대한 객관성 부여를 위해 동시험에 경험이 있는 5명의 실험자를 별도로 구성하여 평가하였다.

		실시예1	실시예2
수지 조성물 (중량부)	HDPE 1	100	100
	HDPE 2	-	-
	PHENOL계 산화방지제⁽¹⁾	0.05	0.05
	PHOPITE계 산화방지제⁽²⁾	0.1	0.1
	칼슘스테아레이트	0.1	0.1
	올레이아마이드	0.13	0.08
수지물성	용융지수(190℃, 2.16㎏)	2.2	2.2
수지물성	밀도	0.952	0.952
병뚜껑 성능	밀봉토크 1주후 (PET) 4주후 (lb-in)	57.22 47.77	54.91 50.71
	열림토크 1주후 (PET) 4주후 (lb-in)	10.22 12.54	11.35 14.42
	내열성 시험(89℃)	이상없음	이상없음
	맛시험	맛의 변화없음	맛의 변화없음

주) (1) PHENOL계 산화방지제 : 펜타에리티리톨 테트라키스(3-(3,5디테트부틸4하이드록시페닐)프로피오네이트)

(2) PHOSPHITE계 산화방지제 : 트리(2,4-디테트부틸페닐)포스파이트

		비교예1	비교예2
수지 조성물 (중량부)	HDPE 1	-	100
	HDPE 2	100	-
	PHENOL계 산화방지제⁽¹⁾	0.05	0.05
	PHOPITE계 산화방지제⁽²⁾	0.1	0.1
	칼슘스테아레이트	0.1	0.1
	올레이아마이드	0.13	0.3
수지물성	용융지수(190℃, 2.16㎏)	0.38	2.2
수지물성	밀도	0.958	0.952
병뚜껑 성능	밀봉토크 1주후 (PET) 4주후 (lb-in)	30 24	25 20
	열림토크 1주후 (PET) 4주후 (lb-in)	8.7 9.5	9.85 11.03
	내열성 시험(89℃)	이상있음	이상없음
	맛시험	맛의 변화없음	맛의 변화있음

본 발명은 올레일산에 아마이드기가 도입된 화합물을 물성 발현에 필요한 최적의 함량만큼 내열성이 뛰어난 고밀도 폴리에틸렌과 용융 혼합함으로써, 고온 살균 음료 생산 공정에서 높은 내열성과 폴리에틸렌테레프탈레이트 등으로 제조되는 용기와의 우수한 밀봉성을 발현할 수 있고, 마찰계수 감소에 의한 높은 밀봉토크와 적정한 열림토크를 나타내어 적정한 힘으로 병뚜껑이 열리도록 할 수 있으며, 맛에 대한 안정성이 우수한 병뚜껑을 성형할 수 있는 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발며의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

내열성 고밀도 폴리에틸렌 100 중량부; 및

올레일산에 아마이드기가 도입된 화합물 0.08∼0.13 중량부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 병뚜껑용 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 ASTM D 1238에 따른 2.16 kgf/㎠ 하중과 190℃ 하에서 측정했을 때 1.5∼2.5 g/10분의 용융지수를 갖고, ASTM D 1505에 의한 23℃에서의 밀도가 0.950 g/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 병뚜껑용 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물.
제1항에 있어서, 안료, 내산제, 산화방지제 또는 이들의 조합을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병뚜껑용 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물.