KR101002824B1

KR101002824B1 - 2피스 캔체용 라미네이트강판 및 라미네이트강판제의 2피스캔체

Info

Publication number: KR101002824B1
Application number: KR1020087001001A
Authority: KR
Inventors: 히로시 쿠보; 카츠미 코지마; 유카 니시하라; 요시히코 야스에; 히로키 이와사
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2010-12-21
Also published as: EP1914064B1; EP1914064A1; KR20080017098A; CA2618461C; JP4622737B2; CA2618461A1; CN101232993A; EP1914064A4; PT1914064E; WO2007020950A1; CN101232993B; JP2007045116A; US20090041964A1

Abstract

하기 3개의 식을 만족하는 2피스 캔의 캔체제조용 라미네이트강판은, 글래스전이점이 5℃이하이고 단면의 편평율(扁平率)이 0.5이하인 비상용성(非相溶性)의 부상수지(副相樹脂)를 3~30vol%로 분산하여 함유하는 폴리에스테르수지층을 강판의 적어도 한 면에 갖는다. d≤r, 0.1≤d/R≤0.25, 및 1.5≤h/(R-r)≤4(여기서, R: 이 2피스 캔의 캔체와 중량이 등가로 되는 성형전의 원형상 라미네이트강판의 반경, h: 이 캔체의 높이, r: 이 캔체의 최대반경, d: 이 캔체의 최소반경이다). 이 라미네이트강판을 사용하면, 에어로졸 캔용의 2피스 캔과 같은 높은 가공도를 갖는 2피스 캔체를 제조하여도 수지층의 박리와 파단이 없는 라미네이트강판제의 2피스 캔체를 얻을 수 있다.

2피스 캔, 라미네이트 강판, 글래스 전이점, 비상용성, 부상수지, 폴리에스테르, 에어로졸 캔,

Description

2피스 캔체용 라미네이트강판 및 라미네이트강판제의 2피스 캔체{LAMINATE STEEL SHEET FOR CAN BODY OF TWO-PIECE CAN AND TWO-PIECE CAN COMPRISING LAMINATE STEEL SHEET}

본 발명은, 에어로졸(aerosol)캔용의 2피스 캔과 같이 높은 가공도를 갖는 라미네이트강판제의 2피스 캔체, 및 그 제조에 적합한 라미네이트강판에 관한 것이다.

금속제의 캔에는, 대별하여 2피스 캔(two-piece can)과 3피스 캔(three-piece can)이 있다. 2피스 캔이란 캔바닥과 일체로 된 캔체와 덮개의 2개 부분으로 구성된 캔이다. 3피스 캔이란 캔몸통, 윗덮개와 아래덮개의 3개 부분으로 구성된 캔이다. 2피스 캔의 캔체는, 접합부(용접부)가 존재하지 않으므로 외관이 미려한 반면, 일반적으로 높은 가공도가 요구된다. 3피스 캔의 캔몸통은 접합부가 존재하므로, 2피스 캔과 비교하면, 외관이 뒤떨어지지만, 일반적으로 낮은 가공도로 끝난다. 이 때문에, 시장에서는 소용량이고 고급품에는 2피스 캔이 많이 사용되고, 대용량이고 저가품에는 3피스 캔이 많이 사용되는 경향이 있다.

이러한 2피스 캔 중에도, 에어로졸캔과 같이 드로잉(drawing)의 가공도가 높고, 캔의 높이방향의 연신도가 큰(이하, 가공도가 높다라고도 말한다) 2피스 캔용 캔체의 금속소재로서는, 일반적으로, 고가이고 판두께가 두꺼운 알루미늄이 사용되고 있고, 염가이고 판두께가 얇은 주석도금강판이나 틴프리스틸(Tin Free Steel) 등의 강판소재는 거의 사용되지 않았다. 그 이유는, 에어로졸 2피스 캔은 가공도가 매우 높기 때문에, 강판에서는 드로잉가공이나 DI가공(Draw and Ironing) 등의 고도한 가공의 적용이 어려운데 대해, 알루미늄 등의 연질금속재료에는 임펙트성형법을 적용할 수 있기 때문이다.

이러한 상황하에서, 염가이고, 얇아도 강도가 높은 상기 주석도금강판이나 틴프리시틸 등의 강판소재를 사용하여, 상기와 같은 가공도가 높은 2피스 캔의 캔체를 제조할 수 있다면, 산업적인 의의는 매우 크다.

그리고, 가공도가 낮은 일반적인 2피스 캔에 대해서는, 수지(樹脂) 라미네이트강판(본원에서는, 라미네이트강판이라고도 부른다)을 원료로 하여 드로잉가공법이나 DI가공법에 따라 제조하는 종래기술이 알려져 있다.

일반적으로, 이러한 저가공도의 2피스 캔의 제조방법에 원료로서 사용되고 있는 라미네이트강판의 피복은, 폴리에스테르가 주(主)이다. 그 중에서도, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 테레프탈레이트-이소프탈레이트 공중합체, 에틸렌 테레프탈레이트-부틸렌 테레프탈레이트 공중합체, 포화 폴리에스테르를 주상(主相)으로 한 아이오노머콘파운드(ionomer compound)재(材) 등이 예시된다. 이들은, 저가공도의 2피스 캔의 제조방법에 응하여 설계된 것으로, 그 범위에서는 적합하다. 그러나, 에어로졸용의 2피스 캔과 같이 드로잉가공 후에 가공도가 높은 축경(縮徑) 가공을 행하는 것과 같은 캔체의 제조방법은 검토되어 있지 않다.

예를 들면, 일본 특허공보 평7-106394호 공보와 일본 특허 제2526725호 공보와 일본 특허공개 2004-148324호 공보는, 수지피복금속판의 드로잉가공법 및 DI가공법을 개시한 것이지만, 어느 기술도, 음료캔이나 식품캔 등 낮은 가공도의 캔체를 타겟으로 하고 있고, 에어로졸용의 2피스 캔체 정도의 높은 가공도를 필요로 하지 않는다.

그리고, 저가공도의 2피스 캔의 제조에 있어서는, 가공 후에 열처리를 행함으로써, 가공에 의해 생긴 내부응력을 완화하게 하거나 적극적으로 수지를 배향하게 하거나 하는 기술이 개시되어 있다. 이들도 또한, 저가공도의 2피스 캔의 제조방법에 따라 설계된 것으로, 그 범위에서는 적합하다.

예를 들면, 일본 특허 제2526725호 공보와 일본 특허공개 2004-148324호 공보는, 수지층의 박리방지나 가공 후의 장벽성(barrier property)을 의도하여, 가공단계나 최종단계에서 열처리를 행하는 것을 개시하고 있다.

즉, 특허문헌2에서는 배향성(配向性) 열가소성수지(熱可塑性樹脂)가 사용되어, 내부응력의 완화와 배향결정화 촉진을 위한 열처리가 제안되어 있다. 이 열처리법은, 현재, 음료캔 등에 일반적으로 사용되는 방법으로 되어 있다. 일본 특허 제2526725호 공보의 본문중에는 이 열처리는 재드로잉가공된 컵 상태에서 행하여지고, 피복수지의 결정화도가 충분하게 촉진하는 (융점 - 5℃)이하가 바람직하다고 기재되어 있지만, 그 실시예의 기재를 봤을 때는, 역시 가공도가 낮은 것밖에 대상으로 하지 않는 것을 알 수 있다.

또한, 특허문헌3의 실시예에는, 포화 폴리에스테르와 아이오노머의 콤파운드 로 구성되는 수지를 피복층에 구비하여, DI가공한 예가 개시되어 있다. 일본 특허공개 2004-148324호 공보에서는, 드로잉가공 후에 열처리를 행하고, 그 후 DI가공, 네킹가공 및 플랜징가공을 행하는 가공 방법이지만, 그 실시예의 기재를 봤을 때는, 역시 가공도가 낮은 것밖에 대상으로 하지 않는 것을 알 수 있다.

그리고, 일본 특허공보 소59-35344호 공보와 일본 특허공보 소61-22626호 공보에는 캔에 성형한 후에 주로 수지의 융점 이상에서 이 관을 열처리하여 내부응력을 완화하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 얻어진 캔체의 가공도는, 명세서 본문이나 실시예의 기재를 참조한 바로는, 역시 낮다.

특허문헌1: 일본 특허공보 평7-106394호 공보

특허문헌2: 일본 특허 제2526725호 공보

특허문헌3: 일본 특허공개 2004-148324호 공보

특허문헌4: 일본 특허공보 소59-35344호 공보

특허문헌5: 일본 특허공보 소61-22626호 공보

즉, 지금까지, 라미네이트강판을 사용하여 에어로졸캔과 같은 가공도가 높은 2피스 캔의 캔체를 제조하는 방법은 어디에도 나타나 있지 않다.

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하고, 에어로졸캔용의 2피스 캔과 같이 높은 가공도를 갖고, 또한 수지층의 박리와 파단이 없는 라미네이트강판제의 2피스캔체, 및 그 제조에 적합한 라미네이트강판을 제공하는 것이다.

본 발명은, 글래스 전이점이 5℃이하이고 또한 단면의 편평율이 O.5 이하인 비상용성(incompatible)의 부상수지(subphase resin)를, 3 ~ 30vol%분산하여 함유하는 폴리에스테르수지층을 강판의 적어도 한 면에 갖고, 하기 3개 식을 만족하는 2피스 캔의 캔체 제조용의 라미네이트강판이다.

d≤r;

O.1≤d/R≤O.25; 및

1.5≤h/(R-r)≤4

(여기서, R: 상기 2피스 캔의 캔체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 라미네이트강판의 반경, h: 상기 캔체의 높이, r: 상기 캔체의 최대반경, d: 상기 캔체의 최소반경이다)

그리고, 이 폴리에스테르수지가, 테레프탈산 및 이소프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 디카르복실산과 에틸렌글리콜을 중합성분으로 70~100mol% 함유하는 폴리에스테르 수지인 것이 바람직하다.

또한, 이러한 라미네이트강판은, 상기 부상수지가, 폴리올레핀을 주성분으로 하는 수지인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 어느 라미네이트강판도, 상기 부상수지가, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아이오노머(ionomer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다.

더욱이, 본 발명은, 상기의 어느 하나에 기재된 라미네이트강판의 원형상 판을 다단 성형하여 얻고, 하기 3개 식을 만족하는 2피스 캔의 캔체이기도 하다.

d≤r;

O.1≤d/R≤O.25；및,

1.5≤h/(R-r)≤4

(여기서, R: 상기 2피스 캔의 캔체와 중량이 등가(等價)로 되는 성형 전의 원형상 라미네이트강판의 반경, h: 상기 캔체의 높이, r: 상기 캔체의 최대반경, d: 상기 캔체의 최소반경이다)

또한, 본 발명은, 최종성형체의 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d(r와 d가 같은 경우를 포함한다)가, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형전의 원형상 판의 반경 R에 대하여, 0.1≤d/R≤0.25, 및 1.5≤h/(R-r)≤4인 관계를 만족하는 2피스 캔의 제조에 사용하는 라미네이트강판으로서, 강판의 적어도 한 면에, 폴리에스테르을 주성분으로 하는 주상(主相)과 주상 속에 주상과 비상용으로 분산하여 존재하고, 글래스 전위점(轉位点)(Tg)이 5℃이하인 수지로 이루어진 부상이 혼합한 혼합수지로 이루어지고, 상기 혼합수지 속의 부상의 체적비율이 3vol%이상 30vol%이하이며, 부상의 라미네이트 방향의 단면 형상은, 편평율이 O.50 이하인 수지피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 2피스 캔용 라미네이트강판이기도 하다.

도 1은, 본 발명의 캔체의 제조공정의 일 실시 형태를 설명하는 도이다.

이하에, 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 캔체의 제조공정의 일 실시 형태를 설명하는 도이다. 수지 라미네이트강판의 원형상의 블랭크를 드로잉가공(DI가공을 포함한다)으로 바닥 있는 통형상의 성형체로 성형하고, 또한 상기 성형체의 개구부(開口部) 근방을 축경(縮徑)가공하여, 개구부 부근이 축경된 2피스 캔을 제조하는 공정순서를 나타내고 있다. 그리고 본 발명으로 말하는 「원형상」이란, 드로잉가공, DI가공, 축경가공 및/또는 플랜지가공 등이 행하여질 수 있는 형상이면 좋다. 따라서, 가공에 사용되는 수지 라미네이트강판은, 원판(圓板)형상은 물론, 예를 들면, 대략 원판형상, 비뚤어진 원판형상, 혹은 타원형상인 것까지도 포함한다.

도 1에서, 1은 가공 전의 원형상 블랭크(블랭크시트)이고, 2는 캔체의 스트레이트벽부분(공정D에서는 축경가공되지 않은 스트레이트벽부분)이며, 3은 돔 형상부이고, 4는 넥 형상부에서 축경가공된 스트레이트벽부분, 5는 테이퍼 형상부로서, 축경가공 후의 테이퍼벽부분이다.

우선 상기 원형상 블랭크(1)에 1단 또는 복수 단의 드로잉가공(DI가공을 포함한다)을 행하여, 소정의 캔직경(반경r; 캔외면의 반경)을 갖는 바닥있는 통형상의 성형체로 성형한다(공정A). 다음으로 성형체의 바닥부를 상방으로 볼록 형상으로 성형하여 돔 형상부(3)을 형성하는 돔 가공을 행하고(공정B), 또한 성형체의 개구측 단부를 트리밍한다(공정C). 다음으로 성형체의 개구측 부분에 1단 또는 복수 단의 축경가공을 행하고 성형체의 개구부측 부분을 소정의 캔직경(반경d; 캔외면의 반경)으로 축경가공하여, 소정의 최종성형체(2피스 캔)를 얻는다. 도면 중에, R₀는 성형전의 원형상 블랭크(1)의 반경(타원의 경우는 장경(長徑)과 단경(短徑)의 평균치로 한다)이고, h, r 및 d는 각각, 성형 도중의 단계의 성형체 또는 최종성형체의 높이, 최대반경, 최소반경이며, R는 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경이다.

R₀은 최종성형체로부터 계산되는 R에 트리밍양을 더한 것으로, 임의로 결정되는 것이다. 그러나 트리밍되는 부분은 폐기물이므로, 공업적으로는 가능한 한 작은 것이 바람직하고, 통상은 R의 10%이하이고, 많아도 20%이하이다. 즉, R₀은 R의 1 ~ 1.1배, 최대로 1 ~ 1.2배의 범위인 것이 많다. 또한, 복수의 상기 캔체를 제조할 때는, 시작품(試作品)에 의해, R을 알 수도 있다.

이 2피스 캔의 캔체의 제조공정에서, 공정A에서는 최대반경 r과 최소반경 d가 동일, 즉 r=d이며, 공정D에서는 r＞d이다.

최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경 R은, 최종성형체의 측정중량에 근거하여 결정된다. 즉, 최종성형체의 중량을 측정하여, 이 중량과 같은 중량이 되는 성형 전의 라미네이트강판의 원형상 판의 치수(반경)를 계산에 의해 구하여, 이를 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경 R로 한다. 캔체의 제조공정의 도중에 캔 단부가 트리밍되지만, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판의 반경 R는, 트리밍의 영향이 배제되어 있으므로, 더 적절한 가공도의 평가가 가능하게 된다.

이와 같이 수지 라미네이트강판의 원형상 블랭크에 드로잉가공(DI가공을 포함한다), 축경가공을 적용하여 작성되는 2피스 캔에 있어서는, 수지층은, 높이방향으로 신장되고 둘레방향으로 줄어들게 된다. 가공도가 높은 경우, 수지의 변형량이 크게 되어, 수지층의 파단을 초래한다. 본 발명에서는 가공도의 지표로서, 축소정도를 나타내는 파라미터 d/R 뿐만이 아니라, 또한 캔높이방향의 신장과 관련된 파라미터 h/(R-r)을 사용한다. 이는, 고가공도영역에서, 가공도를 표현함에, 드로잉비에 더하여, 신장량도 가미할 필요가 있기 때문이다. 즉, 축소의 정도와 신장의 정도로 가공도를 규정함으로써, 수지층의 변형정도를 정량화하는 것으로 된다. 수지층은 높이방향으로 신장하고, 둘레방향으로 줄어듦으로써, 박리하기 쉽게 되므로, 축소의 정도에 더하여, 높이방향의 신장량도 중요한 인자(因子)로 된다.

본 발명에서는, 최종적으로 제조된 캔체(최종성형체)의 가공도에 대하여, 최종성형체의 높이 h, 최대반경 r, 최소반경 d를, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전 원형상 판의 반경 R에 대하여, O.1≤d/R≤0.25, 및 1.5≤h/(R-r)≤4인 캔직경을 만족하는 범위로 규정한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 목적은, 라미네이트강판을 사용하여, 종래 기술에서는 곤란했던 고가공도의 캔체를 제조할 수 있도록 하는 것이다. 종래기술에서는, 라미네이트강판을 사용하여, 축소의 정도를 규정하는 파라미터 d/R이 0.25 이하를 만족하고, 또한 신장의 정도를 규정하는 파라미터 h/(R-r)이 1.5이상을 동시에 만족하는 고가공도의 캔체를 제조하는 것이 곤란하였다. 이 때문에 본 발명에서는, 제조하는 캔체의 가공도 d/R을 0.25 이하, 및 h/(R-r)을 1.5 이상으로 규정하였다.

축소의 정도를 규정하는 파라미터 d/R이 0.1 이하로 되고, 또는 신장의 정도를 규정하는 파라미터 h/(R-r)이 4를 넘는 높은 가공도이면, 성형이 가능하여도 불 필요하게 성형단수가 증가하거나 또는 가공경화에 동반하여 판의 신장한계에 도달하여, 판이 파단하는 문제가 생기거나 하기 때문이다. 이 때문에, 본 발명에서는, 제조하는 캔체의 가공도에 대하여, O.1≤d/R, 및 h/(R-r)≤4로 규정하였다.

그리고, 본 발명이 대상으로 하는 다단성형은, 드로잉가공, DI가공, 축경가공 중 어느 하나의 가공 또는 이들을 조합한 가공이다. 축경가공을 포함하는 경우는, 최종성형체의 치수 d는, r＞d이다. 축경가공을 포함하지 않는 경우는, 최종성형체의 치수는 r=d(r, d는 최종성형체의 캔직경)이다.

본 발명에서는, 상술의 가공도를 만족하는 최종성형체(2피스 캔체)를 제조하기 위한 라미네이트강판도 제공한다. 즉, 이 라미네이트강판은, 글래스 전이점이 5℃이하이고 단면의 편평율이 0.5 이하인 비상용성의 부상수지를, 3 ~ 30vol%분산하여 함유하는 폴리에스테르수지층을 강판의 적어도 한 면에 갖는 것이다.

본 발명의 라미네이트강판에 사용되는 바탕이 되는 금속판은 강판이므로, 알루미늄 등에 비해 염가이고, 경제성이 뛰어나다. 강판은, 일반적인 틴프리스틸(tin free steel)나 주석도금강판 등을 사용하면 좋다. 틴프리스틸은, 예를 들면, 표면에 부착량 50~200mg/m²인 금속크롬층과, 금속크롬 환산(換算)의 부착량이 3~30mg/m²인 크롬산화물층을 갖는 것이 바람직하다. 주석도금강판은 O.5~15g/m²의 도금량을 갖는 것이 바람직하다. 판두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.15~O.30mm의 범위인 것을 적용할 수 있다. 또한, 경제성을 고려하지 않으면, 본 기술은 알루미늄소재에도 단순하게 적용할 수 있다.

본 발명에서 규정하는 최종성형체(2피스 캔체)를 얻는 것과 같은 고도의 가공에 있어서는, 라미네이트강판에 사용하는 수지층의 내부응력의 축적이나, 배향에 의한 가공경화작용에 의해, 수지의 가공성이 크게 열화해 간다는 점이 판명되었다. 구체적으로는, (i) 배향에 의해 가공방향에 대하여 수직방향의 결합이 약해짐으로 해서 생기는 종방향 균열 (ii) 가공방향의 신장이 한계에 달하여 파단하는 횡방향 균열, (iii) 내부응력의 상승에 의해 생기는 수지층의 박리 등이 관찰되었다.

이러한 모든 문제에 대해 여러가지 수지종(樹脂種)을 여러가지 제조방법으로 작성하고, 상기와 같은 가공열화가 발현하지 않는 수지를 검토하였다.

그 결과, 폴리에스테르의 모상(母相)(주상)에 부상으로서 글래스 전이점(Tg)이 5℃이하인 유연한 수지가 분산한 복합수지(compound resin)가, 라미네이트강판의 수지층으로서 유효하다는 것을 알게 되었다. 이 부상수지는, 주상인 폴리에스테르수지에 대하여 비상용으로 분산되어 있을 필요가 있다. 이 수지의 변형거동을 조사하면, 가공에 동반하여 분산수지가 크게 변형되어 있는 것이 판명되었다. 이 효과에 의해, 수지층 전체의 변형에 동반하는 응력이 완화되는 것으로 추정된다.

또한, 가공에 의한 배향의 정도도, 단상(單相)인 것과 비교하면 완만하다는 것도 판명되었다.

상기 부상수지는, 그 글래스 전이점이 5℃이하인 쪽이, 가공시에 용이하게 변형하기 때문에, 부상의 효과가 발현하기 쉽다.

또한, 본 발명에서는, 폴리에스테르수지(주상) 속의 부상수지의 체적비율을 3vol%이상 30vol%이하로 규정하였다. 부상의 체적비율이 3vol%이상인 쪽이 부상에 의한 응력완충효과가 발현하기 쉽고, 30vol%이하인 쪽이, 주상수지층 속의 부상입자의 분산이 충분히 행하여져서, 30vol%를 넘으면 부상수지의 응집 등이 일어나 분산이 불충분하게 될 수 있기 때문이다. 이러한 분산상태로서 주상인 폴리에스테르수지에 비상용이면서 입경 0.1~5μm인 부상수지가 분산한 계(系)를 예시할 수 있다.

일반적으로, 수지를 강판에 라미네이트하는 방법을 크게 나누면, 수지필름을 압착하는 필름압착법과, T다이(口金) 등을 사용하여 수지층을 강판상에 직접 성형하는 직접압출법으로 분류할 수 있다. 그리고, 필름압착법은, 2축연신 등의 연신조작을 동반하는 방법과, 압출법에 의한 무연신(無延伸)(혹은 권취방향으로 약간의 연신을 동반한다)상태로 행하는 방법으로 대별된다.

본 발명자는, 본거명의 복합수지에 대해 상기의 여러가지의 라미네이트법으로 제작된 라미네이트강판의 성능을 평가한 결과, 직접압출법에 의해 제작된 것, 2축연신필름을 강판에 열압착할 때에 수지층을 충분히 융해하여 라미네이트한 것의 2개가 유망하다는 것이 판명되었다.

더 상세한 조사를 행하면, 부상의 편평율이 크게 관여하고 있는 것이 분명해졌다.

연신(延伸) 등에 의해 모상의 수지가 변형하면, 부상수지도 이에 동반하여 변형한다. 용융상태의 복합수지에 연신을 가하지 않고, 냉각하면, 부상수지는, 거의 구(球)형상이 된다. 연신법은, 반용융상태(半溶融狀態)의 수지를 늘려서 얇게 하는 방법이지만, 이 방법에 의해 부상수지는 변형하여, 편평(扁平)형상이 된다. 구체적으로는, 변형은 연신에 동반하는 막두께의 감소에 따라 두께방향으로 수축하고, 연신방향으로 늘어난다.

예를 들면, 등배연신(等倍延伸)의 2축(軸)연신법의 경우, 부상의 수지는 연신면 내에서는 등방적(等方的)으로 원형상으로 되고, 두께방향으로 수축한다.

한편, 반용융상태의 복합수지에 1축연신을 가한 경우는, 두께방향으로 수축하고, 제막방향(製膜方向)으로 늘려진다. 이 때문에, 얻어진 필름을 필름면과 평행한 평면에서 절단한 단면을 관찰한 경우, 부상수지는 제막방향으로 긴 타원형상으로 된다. 또한, 필름을 필름면과 수직이면서 제막방향과 평행하게 절단한 단면을 관찰한 경우도 부상수지는 제막방향으로 긴 타원형상으로 된다. 한편, 필름을 필름면과 수직이면서 라인방향과 직각으로 절단한 단면을 관찰한 경우는, 거의 원형상 내지 두께방향으로 약간 수축한 형상으로 된다. 즉, 연신 등의 가공을 받음으로써, 부상은 편평화하는 것이다.

이상과 같이, 2축 또는 1축의 연신을 받은 복합수지에 대해서는, 그 연신방향으로 복합수지가 편평화하는 것을 알 수 있었다. 그리고, 그 편평의 정도가, 가공성이나 박리성에 영향을 주는 것이 판명되었다.

여기서·본 발명에서 말하는 부상수지의 「단면의 편평율」이란, 라미네이트강판의 라인방향에 따라 평행하게 절단한 단면에서 볼 수 있는 타원형상의 부상수지에 대하여, 이하와 같이 정의된다.

편평율 = (장축(長軸)-단축(短軸))/(장축)

부상의 편평율이 낮은 것은, 가공성이나 가공 후의 밀착성이 뛰어나는 경향 이 있다. 즉, 고도의 가공에 대해서는, 복합수지를 피복한 라미네이트강판 속에서, 부상의 편평율이 낮을수록 양호한 가공성이나 가공 후 밀착성을 발현하는 것을 알았다. 제관가공(製罐加工)에 있어서의 연신방향과 가공방향의 관계는, 캔의 위치에 따라, 평행으로부터 수직으로까지 연속적으로 변화한다. 부상의 편평율이 높은 경우는, 가공에 동반하는 부상의 변형여지가 적은 방위(方位)가 발생하게 된다. 즉, 원래 가공방향으로 신장한 상태에 있는 부상은, 그 후의 가공에서는, 신장할 여지가 적을 것으로 생각되고, 이것이 부상 본래의 효과를 줄이고 있는 것이라고 추정된다. 어쨌든, 편평율이 O.5를 넘으면 가공성이나 가공 후 밀착성에 영향이 나오기 시작하기 때문에, 본 발명에서는, 부상의 편평율을 O.5 이하로 규정하였다. 더 바람직하게는 0.20 이하이다.

폴리에스테르수지는, 디카르복실산 성분과 디올 성분의 축중합(縮重合)으로 얻어진다.

본 발명의 복합수지의 주상인 폴리에스테르수지는, 가공에 필요한 신장과 강도의 밸런스라는 관점에서, 테레프탈산 및 이소프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 디카르복실산과 에틸렌글리콜을 중합의 주성분으로 하는 수지이다. 여기서 「중합의 주성분」이란, 폴리에스테르수지에 사용되는 수지의 70~100mol%를 차지하는 것으로, 바람직하게는 85mol%이상, 더 바람직하게는 92mol%이상이다.

본 발명의 복합수지의 부상인 글래스 전위점이 5℃이하인 수지는, 변형성의 관점으로부터, 폴리올레핀을 주성분으로 하는 수지가 바람직하다. 또한 범용성, 분 산성, 비용의 면으로부터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아이오노머로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다.

본 발명의 라미네이트강판은, 수지층 안에 안료나 윤활제, 안정제 등의 첨가제를 부가하여 사용하여도 좋고, 본 발명에서 규정하는 수지층에 더하여 다른 기능을 갖는 수지층을 상층 또는 기반 강판과의 중간층에 배치하여도 좋다.

수지층의 막두께는 특히 한정되지 않지만, 10μm이상 50μm이하가 바람직하다. 필름라미네이트의 경우, 10μm미만의 필름의 비용은 일반적으로 고가로 되고, 또한, 막두께는 두꺼울수록 가공성이 뛰어나지만 고가로 되며, 50μm를 넘는 경우는, 가공성에 대한 기여는 포화되어 있어, 고가로 되기 때문이다.

본 발명에서 규정하는 라미네이트강판은, 강판의 적어도 한 면에 본 발명에서 규정하는 수지층이 피복되어 있으면 좋다.

강판으로의 라미네이트방법은 특히 한정되지 않지만, 2축연신필름, 혹은 무연신필름을 열압착하게 하는 열압착법, T다이 등을 사용하여 강판 상에 직접 수지층을 형성하게 하는 압출법 등 적절하게 선택하면 되고, 어느 것도 충분한 효과를 얻을 수 있음이 확인되어 있다.

본 발명의 라미네이트강판을 사용해서 다단성형하여 2피스 캔을 제조할 때는, 수지층의 박리를 방지하기 위해, 가공 도중의 단계나 최종공정에서 성형체를 폴리에스테르수지의 글래스 전이점 이상의 온도로 가열하는 열처리를 행하고, 수지 내의 내부응력을 완화하는 것도 적합하다. 더욱이, 폴리에스테르수지의 융점 이상의 온도로 가열하여 처리함으로써 가공에 의한 배향을 소실하게 하는 것도 적절하 게 실시하면 된다.

열처리의 방법에 대해서는, 특히 한정되는 것은 아니고, 전기로, 가스오븐, 적외로(赤外爐), 인덕션히터 등으로 같은 효과가 얻어진다는 것이 확인되어 있다. 또한, 가열속도, 가열시간, 냉각속도는 효과에 따라 적당하게 선택하면 되지만, 가열속도는 빠를수록 효율적이고, 가열시간의 기준은 15초~60초 정도이지만, 이 범위로 한정되는 것은 아니다. 또한, 냉각시간이 빠른 편이, 구정(球晶)의 발생을 피하기 쉬우므로 바람직하다. 따라서, 열처리 종료후 폴리에스테르수지의 글래스 전이점 이하의 온도로 냉각하는 냉각시간은 짧을수록 좋다.

실시예 1

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

「라미네이트강판의 제작」

두께 0.20mm의 T4CA의 TFS(금속Cr층: 120mg/m², Cr산화물층: 금속Cr환산으로 10mg/m²)를 사용하고, 이 원판에 대해, 필름 라미네이트법(필름 열압착법), 혹은 다이렉트 라미네이트법(직접압출법)을 사용하여 여러가지의 수지층을 형성하게 하였다. 그리고, 필름 라미네이트에 대해서는, 2축연신필름을 사용한 것과 무연신필름을 사용한 것의 2가지를 실시하였다. 금속판의 양면에 각각 두께 25μm의 필름을 라미네이트하여, 라미네이트강판을 제작하였다.

제작한 라미네이트강판의 수지 속의 분산입자의 형상은 다음과 같이 하여 측정하였다.

＜분산입자의 형상 측정＞

상기 라미네이트강판을 수지에 묻어, 라인방향(라미네이트 긴 방향)의 단면이 관찰되도록 연마를 행하였다. 이어서, 연마면을 1N-NaOH 용액 속에 10분 정도 침적한 후, 세정을 행하였다. 이 단면을 주사형(走査型) 전자현미경에서 분산해 있는 올레핀입자를 50개 관찰하여, 각각의 장경(長徑), 단경(短徑)을 측정하여, 편평율을 구하고 그 평균치를 편평율로 하였다.

라미네이트강판의 제조방법과 제작한 라미네이트강판의 내용을 표 1 및 표 2에 나타낸다.

라미네이트법은 다음과 같다.

필름 열압착법 1:

2축연신법으로 작성한 필름을, 강판을 (수지의 융점＋10℃)까지 가열한 상태에서, 닙롤로 열압착하고, 이어서 7초 이내에 수냉에 의해 냉각하였다.

필름 열압착법 2:

무연신필름을, 강판을 (수지의 융점＋10℃)까지 가열한 상태에서 닙롤로 열압착하고, 이어서 7초 이내에 수냉에 의해 냉각하였다.

직접압출법:

수지펠렛(pellet)를 압출기로 혼련, 용융하게 하고, T다이에 의해, 주행 중의 강판 상에 공급하여 피복하며, 이어서 수지피복된 강판을 80℃의 냉각롤로 닙 냉각하게 하고, 또한, 수냉에 의해 냉각하였다.

「캔체 성형」

제작한 공시강판(供試鋼板)을 사용하고, 도 1에 나타낸 제조공정에 준하여, 이하의 순서로 캔체(최종성형체)를 제작하였다. 중간성형체(공정C) 및 최종성형체(공정D)의 형상을 표 3에 나타낸다. 공정A의 드로잉가공은 5단계로 향하고, 공정D의 축경가공은 7단계로 행하였다.

표 3에 있어서, 최종성형체(공정D)의 h, r, d, ha, hc, R은, 각각 최종성형체의 개구단부까지의 높이, 캔체(2)의 반경, 넥 형상부(3)의 반경, 캔체(2)의 높이, 넥 형상부(3)의 높이, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판 블랭크의 반경이다(도 1 참조). 원형상 판 블랭크의 반경 R은, 다음과 같이 하여 구하였다. 성형 전의 블랭크시트의 중량 및 트리밍공정 후의 최종성형체의 중량을 측정하고, 이 측정결과에 근거하여, 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전 블랭크시트의 반경을 구하고, 이 반경을 최종성형체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 판 블랭크의 반경 R로 하였다.

1) 블랭킹(블랭크시트의 직경: 66~94mmφ)

2) 드로잉가공 및 아이어닝가공(ironing process)(공정A)

5단의 드로잉가공으로, 캔체의 반경 r, 높이 h가, r/R: 0.24~0.34, h/(R-r): 1.84~3.09의 범위인 캔체(중간성형체)를 제작하였다. 또한, 소정의 캔체를 제작하기 위해, 적절하게, 아이어닝강도 병용하였다.

3) 캔 바닥부의 돔 형상 가공(공정B)

캔 바닥부에, 깊이 6 mm의 반구형상의 장출가공을 행하였다.

4) 트리밍 가공(공정C)

캔 상단부를 2mm정도 트리밍하였다.

5) 원통 상부의 축경가공(공정D)

원통 상부에 축경가공을 하되, 구체적으로는, 내면 테이퍼 형상의 다이에 개구단부를 밀착하여 축경을 행하는 다이 넥 방식으로 실시하여, 표 3에 나타낸 최종적인 캔체 형상의 캔체를 제작하였다.

상기 순서로 제작한 캔체의 필름층의 밀착성, 가공성, 외관을 이하와 같이 하여 평가하였다. 평가결과를 표 4에 기재하였다.

「밀착성시험」

캔체를, 둘레방향의 폭이 15mm로 되도록 캔 높이방향으로 대략 직사각형으로 전단(剪斷)하고, 그 캔 높이방향으로 바닥면으로부터 10mm의 위치를, 둘레방향으로 직선형상으로, 강판만을 전단하였다. 결과, 전단위치를 경계로 캔 높이방향 바닥면 측에 10mm부분과 잔여의 부분으로 이루어진 시험편이 작성되었다. 10mm의 부분에 폭 15mm, 길이 60mm의 강판을 연결하고(용접), 60mm 강판부분을 가지고, 잔여부분의 필름을 파단위치로부터 10mm정도 박리하게 한다. 필름을 박리한 부분과 60mm 강판부분을 파지부분으로 하여 180도 방향으로 박리시험을 실시하였다. 관측된 박리강도의 최소치를 밀착성의 지표로 하였다.

「박리강도」

5N/15mm미만: ×

5N/15mm이상 7N/15mm미만: ○

7N/15mm이상: ◎

＜필름가공성 평가＞

성관(成罐) 후의 수지층 외면측을 육안 및 광현(光顯)관찰을 행하여, 필름에 파단이 있는지 없는지를 확인하였다. 외관이 정상적인 것을 ○, 파단이나 균열이 확인된 것을 ×로 하였다.

「평가결과」

캔체 C1 ~ C20은, 본 발명의 실시예로서, 필름밀착성, 가공성 모두 양호한 값을 나타냈다.

캔체 C21 ~ C23은, 본 발명의 실시예이지만, 편평율이 비교적 높고 밀착성의 평가는 ○에 머물렀다.

캔체 C27은, 부상의 체적비율이 본 발명 하한을 벗어나는 것으로, 가공성, 밀착성 모두 평가는 ×이었다.

캔체 C28, C31은, 부상의 Tg가 본 발명의 상한을 벗어나는 것으로, 가공성, 밀착성 모두 평가는 ×이었다.

캔체 29는, PET단상(單相)으로서, 가공성, 밀착성 모두 평가는 ×이었다.

캔체 C30는, 주상의 PET를 사용하지 않고, 부상수지(산변성(酸變性) 에틸렌 메타크릴산 메틸 공중합체의 산변성 성분의 50%를 Zn으로 중화한 수지)를 단상으로 피복한 것으로, 가공상, 밀착성 모두 평가는 ×이었다.

캔체 C32 ~ 34는, 편평율이 본 발명 범위를 벗어나는 것이다. 밀착성, 가공성 모두 ×로 되었다.

본 발명의 라미네이트강판은, 주상인 폴리에스테르수지와 특정 조건의 부상 수지로 이루어진 복합수지층을 라미네이트층으로 갖는다. 이 라미네이트강판을 사용하여 2피스 캔체를 제조하면, 부상수지에 의한 응력완충효과에 의해 라미네이트층의 박리와 파단이 없고 또한 에어로졸캔과 같은 높은 가공도의 2피스 캔체를 제조할 수 있다.

본 발명의 라미네이트강판을 사용하여 2피스 캔의 캔체를 제조하면, 에어로졸 캔용의 2피스 캔과 같은 높은 가공도를 가지면서 수지층의 박리와 파단이 없는 라미네이트강판제의 2피스 캔체를 얻을 수 있다. 더욱이, 이 라미네이트강판은, 염가이고, 얇아도 강도가 높은 강판소재를 사용하고 있기 때문에, 고강도나 고내식성도 겸비하는 상기 2피스 캔을 염가로 대량생산할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 산업에 크게 공헌할 수 있다.

Claims

글래스 전이점이 5℃이하이고 단면(斷面)의 편평율(扁平率)이 0.5 이하인 비상용성(非相溶性)의 부상수지(副相樹脂)를, 3 ~ 30vol%로 분산하여 함유하는 폴리에스테르수지층을 강판의 적어도 한 면에 갖고, 하기 3개의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 2피스(two-piece) 캔체(can body)용 라미네이트강판.

d ≤ r;

O.1 ≤ d/R ≤ 0.25；및,

1.5 ≤ h/(R-r) ≤ 4

(여기서, R:상기 2피스 캔의 캔체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원(圓)형상 라미네이트강판의 반경, h: 상기 캔체의 높이, r: 상기 캔체의 최대반경, d: 상기 캔체의 최소반경이다)
제1항에 있어서,

이 폴리에스테르수지가, 테레프탈산 및 이소프탈산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 디카르복실산과 에틸렌글리콜을 중합성분으로 70~100mol% 함유하는 폴리에스테르 수지인 2피스 캔체용 라미네이트강판.
제1항에 있어서,

이 부상수지가 폴리올레핀으로 이루어지는 수지인 것을 특징으로 하는 2피스 캔체용 라미네이트강판.
제1항에 있어서,

이 부상수지가, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아이오노머(ionomer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 2피스 캔체용 라미네이트강판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 라미네이트강판의 원(圓)형상 판을 다단(多段) 성형하여 얻어지고, 하기 3개 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 라미네이트강판제의 2피스 캔체.

d ≤ r;

O.1 ≤ d/R ≤ 0.25; 및,

1.5 ≤ h/(R-r) ≤ 4

(여기서, R: 상기 2피스 캔의 캔체와 중량이 등가로 되는 성형 전의 원형상 라미네이트강판의 반경, h: 상기 캔체의 높이, r: 상기 캔체의 최대반경, d: 상기 캔체의 최소반경이다)
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