KR102175969B1

KR102175969B1 - 양면 가열형의 발포시트 성형장치 및 이를 이용한 성형방법

Info

Publication number: KR102175969B1
Application number: KR1020180164588A
Authority: KR
Inventors: 최종한; 함진수; 이광희; 허미; 김우진; 하상훈
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-11-09
Also published as: KR20200075674A; WO2020130283A1; JP7354120B2; CN111867799A; JP2021512805A; CN111867799B

Abstract

본 발명은 내주면 온도가 평균 20℃ 내지 60℃ 범위인 캐비티; 및 돌출부의 표면 온도가 평균 60℃ 내지 90℃ 범위인 플러그를 포함하는 발포시트 성형장치 및 성형방법을 제공하며, 이를 통해 발포시트에 대한 가공성을 높이고 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

양면 가열형의 발포시트 성형장치 및 이를 이용한 성형방법{MOLDING APPARATUS OF BOTH SIDES HEATING TYPE FOR FOAM SHEET AND MOLDING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 발포시트에 대한 효율적인 성형이 가능한 성형장치 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것이다.

종래의 발포체 제조는, 별도로 제조된 수지 칩(resin chip)을 발포공정에 도입하여 발포체를 제조한다.

그러나, 수지 칩을 별도로 제조하여 발포공정에 도입하는 경우에는, 수지 합성 후 수지 칩을 제조하는 과정, 제조된 수지 칩을 건조하는 과정 및 제조된 수지 칩을 다시 가열하여 용융하는 과정을 거치게 된다.

이때, 수지를 칩 제조, 건조 및 재 가열하는 각각의 공정으로 인해 공정 효율이 저하되며, 수지의 변성이 유발될 수 있다.

따라서, 공정 효율을 높이고, 발포체의 품질을 균일화할 수 있는 새로운 발포 방법의 개발이 요구된다.

한국공개특허 제 2004-0059325 호

본 발명의 목적은, 발포시트에 대한 가공성을 높이고, 생산 효율을 향상시킬 수 있는 발포시트 성형장치 및 성형방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 하나의 예로서, 본 발명은,

성형 대상이 되는 발포시트의 외주면 형태를 결정하는 홈부를 포함하며, 성형시, 상기 홈부의 내주면 온도가 평균 20℃ 내지 60℃ 범위인 캐비티; 및

상기 발포시트가 게재된 상태에서 캐비티의 홈부에 대응되는 돌출부를 포함하며, 성형시, 상기 돌출부의 표면 온도가 평균 60℃ 내지 90℃ 범위인 플러그를 포함하는 발포시트 성형장치를 제공한다.

또 다른 하나의 예로서, 본 발명은,

발포시트의 제1면에는 평균 20℃ 내지 60℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하고, 동시에

상기 발포시트의 제2면에는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하는 발포시트 성형단계를 포함하는 발포시트 성형방법을 제공한다.

본 발명에 따른 발포시트 성형장치 및 성형방법은, 발포시트에 대한 가공성을 높이고 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 성형장치를 나타낸 모식도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 발포체의 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 성형장치는, 시트 형태의 발포체인 발포시트를 성형하는 장치로서, 성형되는 발포시트의 하부쪽 형태를 결정하는 캐비티와 성형되는 발포시트의 상부쪽 형태를 결정하는 플러그를 포함한다. 상기 캐비티는 하부 성형틀이라고도 하며, 상기 플러그는 상부 성형틀이라고도 한다. 성형장치는 발포시트를 성형하는 과정에서 가열 및 가압을 동시에 수행하게 된다. 가열을 통해 발포시트의 연신율을 높이고, 가압을 통해서 발포시트의 3차원 형상을 구현하게 된다.

본 발명에 따른 성형장치는, 발포시트가 게재된 상태에서 캐비티와 플러그가 맞물리면서 압력을 가하게 되며, 동시에 캐비티와 플러그 양측에서 열을 가하게 된다. 성형의 대상이 수지(resin)인 경우에는, 플러그측에만 열을 가하더라도 성형과정에서 별다른 문제는 발생되지 않을 수 있다. 그러나, 성형의 대상이 발포체인 경우에는, 발포체 자체가 내부에 셀 구조의 공기층이 다수 형성되어 있고, 이는 열전도율을 저하시키는 원인이 된다. 즉, 발포시트를 성형하는 과정에서, 플러그측에서만 열을 가하게 되면, 발포시트의 반대쪽면에는 성형이 가능한 수준으로 온도가 상승하지 못하게 된다. 그 결과, 캐비트측과 접하는 발포시트의 표면에 크랙 등이 발생하게 되며, 이는 제품의 불량으로 이어진다.

하나의 예에서, 본 발명에 따른 성형장치는, 캐비티와 플러그에 의해 가해지는 온도가 서로 다르게 설정될 수 있다. 상기 캐비티와 플러그에 의해 가해지는 온도차는 20℃ 이상, 0℃ 내지 70℃, 0℃ 내지 60℃, 0℃ 내지 50℃, 0℃ 내지 40℃, 0℃ 내지 30℃, 0℃ 내지 20℃, 10℃ 내지 70℃, 10℃ 내지 60℃, 10℃ 내지 50℃, 10℃ 내지 40℃, 10℃ 내지 30℃, 10℃ 내지 20℃, 20℃ 내지 70℃, 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 30℃, 30℃ 내지 70℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 70℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 70℃ 또는 50℃ 내지 60℃ 범위일 수 있다.

하나의 실시예로서, 본 발명에 따른 발포시트 성형장치는,

상기 발포시트가 게재된 상태에서 캐비티의 홈부에 대응되는 돌출부를 포함하며, 성형시, 상기 돌출부의 표면 온도가 평균 60℃ 내지 90℃ 범위인 플러그를 포함한다.

상기 플러그는 발포시트를 3차원 형상으로 성형하기 적절한 온도로 가열함과 동시에 압력을 가하는 역할을 수행한다. 상기 플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위이며, 구체적으로는 70℃ 이상의 범위일 수 있다.

또한, 상기 캐비티는 발포시트가 성형되는 과정에서, 발포시트의 하부면을 지지함과 동시에 하부 성형틀의 역할을 수행한다. 상기 캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 20℃ 내지 60℃ 범위이며, 구체적으로는 40℃ 이상의 범위일 수 있다. 캐비티측의 온도가 너무 낮으면, 표면에 크랙이 발생하는 문제를 해소하지 못하게 된다. 반대로 캐비티의 온도가 너무 높은 경우에는, 성형하는 과정이 완료된 발포시트가 성형장치로부터 용이하게 이탈되지 못하는 문제가 있다. 즉, 캐비티의 표면 온도가 지나치게 높아지면, 캐비티와 접하는 발포시트의 표면이 부분적으로 용융될 수 있고, 이로 인해 발포시트와 캐비티가 일시적으로 접합될 수 있다. 발포시트와 캐비티가 일시적으로 접합된 상태에서 발포시트를 강제로 이탈시키게 되면, 발포시트에 불량이 발생된다. 심한 경우에는 발포시트에서 분리된 발포체가 캐비티 표면에 잔류하면서 성형장치를 오염시킬 수 있다.

하나의 예로서, 상기 성형장치에서, 캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 20℃ 내지 60℃ 범위이고, 플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위일 수 있다. 이 때, 캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면 온도 차이는 15℃ 이상, 구체적으로는 25℃ 이상 또는 30℃ 이상으로 제어할 수 있다. 이는, 캐비티의 온도를 상대적으로 낮추고, 플러그의 온도는 상대적으로 높임으로써, 양측의 온도차를 크게 설정한 경우이다. 이를 통해, 발포시트 양면의 결정화도를 원하는 수준으로 각각 제어할 수 있다.

또 다른 하나의 예로서, 상기 성형장치에서, 캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 55℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 45℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 35℃, 20℃ 내지 30℃, 25℃ 내지 55℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 55℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 45℃, 30℃ 내지 40℃, 30℃ 내지 35℃, 35℃ 내지 60℃, 35℃ 내지 55℃, 35℃ 내지 50℃, 35℃ 내지 45℃, 35℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 55℃, 40℃ 내지 50℃, 40℃ 내지 45℃, 50℃ 내지 60℃, 25℃ 내지 50℃, 25℃ 내지 40℃ 또는 25℃ 내지 35℃ 범위이고, 플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 60℃ 내지 90℃, 60℃ 내지 85℃, 60℃ 내지 80℃, 60℃ 내지 75, 60℃ 내지 70℃, 60℃ 내지 65℃, 65℃ 내지 90℃, 65℃ 내지 85℃, 65℃ 내지 80℃, 65℃ 내지 75, 65℃ 내지 70℃, 70℃ 내지 90℃, 70℃ 내지 85℃, 70℃ 내지 80℃, 70℃ 내지 75, 80℃ 내지 90℃, 75℃ 내지 90℃ 또는 75℃ 내지 85℃ 범위일 수 있다. 이 때, 캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면 온도 차이는 25℃ 이하, 구체적으로는 캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면의 온도 차이는 20℃ 이상, 0℃ 내지 70℃, 0℃ 내지 60℃, 0℃ 내지 50℃, 0℃ 내지 40℃, 0℃ 내지 30℃, 0℃ 내지 20℃, 10℃ 내지 70℃, 10℃ 내지 60℃, 10℃ 내지 50℃, 10℃ 내지 40℃, 10℃ 내지 30℃, 10℃ 내지 20℃, 20℃ 내지 70℃, 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 30℃, 30℃ 내지 70℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 70℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 70℃ 또는 50℃ 내지 60℃로 제어할 수 있다. 이는, 캐비티와 플러그 양측의 온도차를 작게 설정한 경우이다. 이를 통해, 발포시트 양면의 결정화도를 유사하게 형성하고, 제품 균일도를 높일 수 있다.

하나의 예에서, 상기 캐비티 및 플러그는 각각 가열부가 형성된 구조이다. 상기 캐비티 및 플러그의 가열부는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 각각 전기저항을 통해 발열하는 발열체에 의해 가열되는 구조일 수 있다. 혹은 상기 캐비티 및 플러그 중 어느 하나 이상은 각각 열매를 이용하여 가열되는 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 캐비티 및 플러그 중 어느 하나 이상은 각각 가열된 공기를 공급하는 유체공급라인이 형성된 구조일 수 있다.

또 다른 하나의 예에서, 상기 캐비티의 일측에는 감압을 위한 라인이 형성된 구조일 수 있다. 발포시트를 성형하는 과정에서, 캐비티의 홈부에 감압 혹은 진공을 형성함으로써, 성형 효율을 높이는 것이 가능하다.

본 발명은 또한, 앞서 설명한 성형장치를 이용하여 발포시트를 성형하는 방법을 제공한다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포시트 성형방법은,

상기 발포시트의 제2면에는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하는 발포시트 성형단계를 포함한다.

본 발명은 미발포 수지가 아닌 발포체를 성형한다는 점에서 기존의 성형방법과 차별화된다. 나아가, 본 발명에 따른 성형방법은, 성형대상이 되는 발포시트의 양면에 각각 가열과 가압을 동시에 수행하게 된다.

하나의 예에서, 상기 발포시트는 예열처리 단계를 거친 후에 발포시트 성형단계에 도입될 수 있다. 압출 과정을 통해 제조된 발포시트는, 열을 가하게 되면 후발포가 일어나게 된다. 후발포 과정에서 발포시트의 부피는 일정 수준, 예를 들어 1.5 내지 2배, 증가하게 된다. 이러한 후발포가 성형단계에서 일어나게 되면, 성형 형태에 영향을 줄 수 있다. 또한, 성형단계 전에 열처리를 함으로써, 일정 온도 이상으로 발포시트를 미리 가열하는 효과도 있다. 따라서, 성형단계에 도입되는 발포시트를 예열처리함으로써, 작업의 효율성은 높이고, 불량률은 낮추는 효과가 있다. 상기 예열처리 단계는, 예를 들어, 발포체를 40℃ 내지 120℃ 범위에서 가열할 수 있으며, 가열시간은 10초 내지 30분 범위에서 조절 가능하다.

발포시트를 가열한 후 냉각하게 되면, 발포시트의 결정화도가 증가하는 것이 일반적이다. 상기 발포시트의 가열 온도 및 냉각 시간이 증가함에 따라 결정화도는 높아질 수 있다.

하나의 실시예에서, 상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도는 8 내지 15% 범위에서 제어될 수 있다. 이는 상기 범위의 결정화도를 갖는 발포시트를 제조하거나, 혹은 예열처리 과정을 통해 결정화도가 제어된 발포시트를 이용함으로써 가능하다. 또한, 상기 발포시트 성형단계를 거친 발포시트의 결정화도는 25 내지 35% 범위에서 제어될 수 있다. 예를 들어, 깊이가 7cm 이상인 깊은 용기를 제조하는 경우에는, 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도를 낮게 설정한다. 이는 결정화도가 낮은 발포시트는 상대적으로 성형성이 우수하기 때문이다. 그리고, 성형단계는 상대적으로 높은 온도에서 수행된다. 높은 온도에서 성형된 발포시트는 냉각 과정에서 결정화도가 큰 폭으로 증가하게 된다. 결정화도가 높은 발포시트는 경도가 증가한다.

또 다른 하나의 실시예에서, 상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도는 12% 내지 17% 범위에서 제어될 수 있다. 이는 상기 범위의 결정화도를 갖는 발포시트를 제조하거나, 혹은 예열처리 과정을 통해 결정화도가 제어된 발포시트를 이용함으로써 가능하다. 또한, 상기 발포시트 성형단계를 거친 발포시트의 결정화도는 18 내지 25% 범위에서 제어될 수 있다. 예를 들어, 깊이가 7cm 미만인 낮은 용기를 제조하는 경우에는, 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도를 적정 수준으로 유지한다. 발포시트의 결정화도가 낮아지면 연신율은 증가하나, 작업성이 저하되는 문제가 있다. 그리고, 성형된 발포시트는 냉각 과정에서 결정화도가 증가하며, 18 내지 25% 범위에서 제어된다.

본 발명에 따른 발포시트는, 폴리에스테르 수지 발포시트일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지의 종류를 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르 산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서, 상기 발포시트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 수지 발포시트가 사용될 수 있다.

하나의 예로서, 상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트는 일면 또는 양면은 스킨층이 형성된 구조일 수 있다. 스킨층은 상대적으로 셀 사이즈가 작은 영역을 의미한다. 예를 들어, 상기 스킨층은 평균 셀 사이즈가 100 ㎛ 이하이고, 스킨층이 아닌 나머지 영역의 평균 셀 사이즈는 200 ㎛ 이상 범위일 수 있다.

본 발명에 따른 발포시트는 압출공정을 통해 제조된다. 구체적으로는 폴리에스테르 수지를 압출 및 발포함으로써, 발포시트를 제조하게 된다. 폴리에스테르 수지를 기준으로, 발포시트를 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 폴리에스테르 수지의 종류를 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르 산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.

폴리에스테르 수지를 제조하는 수지 중합 공정은, 다양한 합성 경로를 통해 수행 가능하며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 수지는, 방향족 디카르복실산과 글리콜 성분을 혼합한 후, 200℃ 이상의 온도에서 용융하는 단계, 용융된 혼합물에 촉매를 첨가하고 200~250℃ 온도에서 1~6 시간 동안 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응을 통해 올리고머를 제조하면서, 물 또는 메탄올 등의 부산물을 유출시키는 단계, 및 제조된 올리고머를 260~290℃의 온도 및 1 Torr 이하의 진공 조건에서, 1 내지 6 시간 동안 축합중합 반응하는 단계 등을 통해 제조 가능하다.

본 발명은, 하나의 예로써, 난연제를 투입한 난연성 폴리에스테르 수지의 발포체를 제공할 수 있다. 난연제의 종류로는 반응형 난연제와 첨가형 난연제를 포함한다.

반응형 난연제를 이용하는 경우에는, 수지 합성시 난연제를 투입하여 중합 과정을 수행할 수 있다. 이를 통해, 난연 폴리에스테르 수지를 제조하고, 이를 발포함으로써, 발포체의 난연성을 높일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 수지 중합 공정에서 제조된 폴리에스테르 수지는, 인(P) 함량이 2,000 내지 20,000 ppm 범위인 난연 폴리에스테르 수지일 수 있다.

경우에 따라서는, 압출기의 일측에 첨가형 난연제를 투입하여 난연성 발포체를 제조할 수 있다. 첨가형 난연제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 시너지 머터리얼 사(Synergy Material Co. Ltd)의 상품명 AODD 제품을 이용할 수 있다.

혹은, 반응형 난연제와 첨가형 난연제를 동시에 사용하는 것도 가능하다.

본 발명에서, 폴리에스테르 수지를 발포시켜 발포체를 제조하는 발포 공정은, 다양한 형태의 압출기를 이용하여 수행 가능하다. 발포 공정은, 크게 비드 발포 또는 압출 발포를 통해 수행할 수 있으며, 압출 발포가 바람직하다. 상기 압출 발포는, 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도 및 압축강도를 구현할 수 있다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포체 제조방법에서는, 다양한 형태의 첨가제가 투입될 수 있다. 상기 첨가제는 필요에 따라, 유체 연결 라인 중에 투입되거나, 혹은 발포 공정 중에 투입될 수 있다. 첨가제의 예로는, 친수화 기능, 방수 기능, 난연 기능 또는 자외선 차단 기능을 가질 수 있으며, 증점제, 계면활성제, 자외선 차단제, 친수화제, 난연제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 기핵제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 첨가제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발포체 제조방법은 증점제, 기핵제, 열안정제 및 발포제 중 1종 이상을 투입할 수 있으며, 앞서 열거된 기능성 첨가제들 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 발포체 제조방법은 증점제, 난연제, 계면활성제, 자외선 차단제, 친수화제, 난연제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 기핵제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 유체 연결 라인 중에 투입할 수 있다. 발포체 제조시 필요한 첨가제 중에서, 유체 연결 라인 중에 투입되지 않은 첨가제는, 압출 공정 중에 투입 가능하다.

상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)가 사용될 수 있다.

상기 기핵제의 예로는, 탈크, 마이카, 실리카, 규조토, 알루미나, 산화티탄, 산화 아연, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 수산화 칼슘, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산칼리움, 황산바륨, 탄산수소나트륨, 그라스 비드 등의 무기 화합물 등을 들 수 있다. 이러한 기핵제는 수지 발포체의 기능성 부여, 가격 절감 등을 역할을 할 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 탈크(Talc)가 사용될 수 있다.

상기 열안정제는, 유기 또는 무기 인 화합물일 수 있다. 상기 유기 또는 무기 인 화합물은, 예를 들어, 인산 및 그 유기 에스테르, 아인산 및 그 유기 에스테르일 수 있다. 예를 들어, 상기 열안정제는 상업적으로 입수 가능한 물질로서, 인산, 알킬 포스페이트 또는 아릴 포스페이트일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 열안정제는 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 수지 발포체의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이라면, 통상적인 범위 내에서 제한 없이 사용 가능하다.

상기 발포제의 예로는, N₂, CO₂, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제 또는 아조디카르본아마이드(azodicarbonamide)계 화합물, P,P'-옥시비스(벤젠술포닐하이드라지드)[P,P'-oxy bis (benzene sulfonyl hydrazide)]계 화합물, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라아민(N,N'-dinitroso pentamethylene tetramine)계 화합물 등의 화학적 발포제가 있으며, 구체적으로 본 발명에서는 CO₂가 사용될 수 있다.

본 발명에서 난연제는 앞서 설명한 반응형 난연제 및/또는 첨가형 난연제를 포괄하는 의미이며, 하나의 예로서, 첨가형 난연제를 첨가제로 투입할 수 있다. 난연제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 또는 인 화합물, 안티몬 화합물 및 금속 수산화물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 브롬 화합물은 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및 데카브로모디페닐에테르 등을 포함하고, 인 또는 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 수산화물에 있어서의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 붕소(B) 등을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄, 마그네슘 등이 바람직하다. 금속 수산화물은, 1 종의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋고, 2 종 이상의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋다. 예를 들어, 1 종의 금속 원소로 구성된 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 등을 포함할 수 있다.

상기 계면활성제는 특별히 한정되지 않으며, 음이온계　계면　활성제(예를 들어, 지방산염, 알킬황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰 산염, 알킬술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산에스테르염 등), 비이온계　계면　활성제(예를 들어, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬알칸올아미드 등), 양이온계 및 양성 이온계　계면　활성제(예를 들어, 알킬아민염, 제 4 급 암모늄염, 알킬베타인, 아민옥사이드 등) 및 수용성 고분자 또는 보호 콜로이드(예를 들어, 젤라틴, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌블록코폴리머, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 알긴산나트륨, 폴리비닐알코올 부분 비누화물 등) 등을 포함할 수 있다.

또한, 방수제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 등의 혼합물을 포함할 수 있다.

또한, 자외선 차단제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 유기계 또는 무기계 자외선 차단제일 수 있으며, 상기 유기계 자외선 차단제의 예로는 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리데네캠포 유도체, 신남산 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 무기계 자외선 차단제의 예로는 이산화티탄, 산화아연, 산화망간, 이산화지르코늄, 이산화세륨 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

이하, 도면을 통해 본 발명을 설명하나, 본 발명의 범위가 이로 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 발포시트의 성형장치를 나타낸 모식도이다. 성형장치는 하부 성형틀에 해당하는 캐비티(120)와 상부 성형틀에 해당하는 플러그(110)을 포함한다. 캐비티(120)는 성형대상이 되는 발포시트(200)의 외주면 형태를 결정하는 홈부를 포함하며, 플러그(110)는 상기 발포시트(200)가 게재된 상태에서 캐비티(120)의 홈부에 대응되는 돌출부를 포함한다.

하나의 실시예에서, 상기 캐비티(120)의 홈부 표면온도는 평균 20℃ 내지 60℃이고, 플러그(110)의 돌출부 표면온도는 평균 60℃ 내지 90℃로 제어된다. 캐비티(120)와 플러그(110)의 온도차를 높임으로써, 성형된 발포시트 양면의 결정화도를 상이하게 제어할 수 있다.

또 다른 하나의 실시예에서, 상기 캐비티(120)의 홈부 표면온도는 평균 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 55℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 45℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 35℃, 20℃ 내지 30℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 55℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 45℃, 30℃ 내지 40℃, 30℃ 내지 35℃, 35℃ 내지 60℃, 35℃ 내지 55℃, 35℃ 내지 50℃, 35℃ 내지 45℃, 35℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 55℃, 40℃ 내지 50℃, 40℃ 내지 45℃, 50℃ 내지 60℃, 25℃ 내지 50℃, 25℃ 내지 40℃ 또는 25℃ 내지 35℃이고, 플러그(110)의 돌출부 표면온도는 평균 60℃ 내지 90℃, 60℃ 내지 85℃, 60℃ 내지 80℃, 60℃ 내지 75, 60℃ 내지 70℃, 60℃ 내지 65℃, 65℃ 내지 90℃, 65℃ 내지 85℃, 65℃ 내지 80℃, 65℃ 내지 75, 65℃ 내지 70℃, 70℃ 내지 90℃, 70℃ 내지 85℃, 70℃ 내지 80℃, 70℃ 내지 75, 80℃ 내지 90℃, 75℃ 내지 90℃ 또는 75℃ 내지 85℃ 범위로 제어될 수 있다. 또한, 캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면의 온도 차이는 20℃ 이상, 0℃ 내지 70℃, 0℃ 내지 60℃, 0℃ 내지 50℃, 0℃ 내지 40℃, 0℃ 내지 30℃, 0℃ 내지 20℃, 10℃ 내지 70℃, 10℃ 내지 60℃, 10℃ 내지 50℃, 10℃ 내지 40℃, 10℃ 내지 30℃, 10℃ 내지 20℃, 20℃ 내지 70℃, 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 30℃, 30℃ 내지 70℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 70℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 70℃ 또는 50℃ 내지 60℃로 제어할 수 있다. 상기와 같이 캐비티(120)와 플러그(110)의 온도차를 낮춤으로써, 성형된 발포시트 양면의 결정화도를 유사하게 형성하고, 제품 균일도를 높일 수 있다.

아울러, 본 발명은 3차원 형상으로 구조화된 형태이며, 결정화도는 18 내지 35%인 폴리에스테르 수지 발포시트를 포함하는 식품용기를 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 식품 용기는 본 발명에 따른 발포시트 성형방법을 통해 제조될 수 있다.

여기서, '3차원 형상으로 구조화된 형태'라 함은, 3차원 입체구조를 가지며, 고체 또는 액체를 담을 수 있는 구조라면 제한하지 않는다. 구체적으로, 3차원 형상으로 구조화된 형태는 볼(bowl) 형태 또는 일면이 개방되고 일정 길이 이상의 높이를 가지는 기둥형태일 수 있다. 보다 구체적으로, 볼 형태, 일면이 개방된 직육면체, 일면이 개방된 원기둥 또는 일면이 개방된 육각기둥 형태일 수 있다.

상기 폴리에스테르 수지의 종류를 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르 산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서, 상기 발포시트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 수지 발포시트일 수 있다.

하나의 예시에서, 본 발명에 따른 식품 용기의 결정화도는 18 내지 35%일 수 있다. 구체적으로, 상기 식품 용기의 결정화도는 18 내지 25%, 20 내지 30% 또는 25 내지 35%일 수 있다. 상기와 같은 결정화도를 가짐으로써 본 발명의 식품 용기는 우수한 강도 및 성형성을 가질 수 있다.

하나의 예시에서, 본 발명의 식품 용기는 우수한 내열성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 식품 용기는 하기 수학식 1을 만족하는 발포시트를 포함할 수 있다:

[수학식 1]

50% ≤|V₁-V₀| / V₀ x 100 ≤ 300%

상기 수학식 1에서,

V₀은 지름이 10 cm인 원형의 식품용기를 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시키기 이전의 발포시트의 체적으로, 단위는 cm³이고,

V₁은 지름이 10 cm인 원형의 식품용기를 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시킨 후 발포시트의 체적으로, 단위는 cm³이다.

구체적으로, 상기 지름이 10 cm인 원형의 식품용기의 샘플을 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시키기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 상기 식품용기를 포함하는 식품 용기의 열에 실제 사용 환경과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 체적은, 식품용기의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 1에 따른 치수 변화율은 50% 내지 300%, 50% 내지 250%, 50% 내지 200%, 50% 내지 100%, 100% 내지 300%, 100% 내지 250%, 100% 내지 200%, 100% 내지 150%, 150% 내지 300%, 150% 내지 250%, 150% 내지 200%, 200% 내지 300%, 200% 내지 250% 또는 50 내지 150% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 1의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 식품용기는 높은 온도 환경에서의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 식품 용기는 내구성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

또 하나의 예시에서, 본 발명의 식품 용기는 상기 발포시트의 일면 또는 양면에 스킨층이 형성된 구조일 수 있다. 구체적으로 상기 스킨층은 폴리에스테르 수지로 구성되며, 평균 셀 사이즈가 100 ㎛ 이하일 수 있다.

본 발명은 폴리에스테르 수지 발포시트를 성형하여 제조한 식품 용기를 제공할 수 있다. 하나의 예로서, 식품 포장 용기는 경량임과 동시에 우수한 강도를 가지고, 온도 변화에 대한 내구성이 우수할 수 있다. 따라서, 별도의 전자레인지용 용기에 옮겨 담을 필요 없이 바로 전자레인지에 사용이 가능하다.

110: 플러그
120: 캐비티
200: 발포시트

Claims

성형대상이 되는 결정화도가 8 내지 17%인 폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트의 외주면 형태를 결정하는 홈부를 포함하며, 성형 시, 상기 홈부의 내주면 온도가 평균 20℃ 내지 55℃ 범위인 캐비티; 및
상기 발포시트가 게재된 상태에서 캐비티의 홈부에 대응되는 돌출부를 포함하며, 성형 시, 상기 돌출부의 표면 온도가 평균 60℃ 내지 90℃ 범위인 플러그를 포함하는 발포시트 성형장치.
제 1 항에 있어서,
캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 25℃ 내지 55℃ 범위이고,
플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 75℃ 내지 90℃ 범위이며,
캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면 온도 차이는 20℃ 이상인 발포시트 성형장치.
제 1 항에 있어서,
캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 35℃ 내지 50℃ 범위이고,
플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 70℃ 내지 90℃ 범위이며,
캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면 온도 차이는 25℃ 이하인 발포시트 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 캐비티 및 플러그는, 각각 전기저항을 통해 발열하는 발열체에 의해 가열되는 구조인 발포시트 성형장치.
제 1 항에 있어서,
상기 캐비티 및 플러그는, 각각 열매를 이용하여 가열되는 구조인 발포시트 성형장치.
폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트의 제1면에는 평균 20℃ 내지 55℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하고, 동시에
상기 발포시트의 제2면에는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하는 발포시트 성형단계를 포함하되,
상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도는 8 내지 17%이고,
상기 발포시트 성형단계를 거친 발포시트의 결정화도는 18 내지 35%인 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
제 6 항에 있어서,
상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트는, 예열처리 단계를 거친 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
제 6 항에 있어서,
상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도는 8 내지 15%이고,
상기 발포시트 성형단계를 거친 발포시트의 결정화도는 25 내지 35%인 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
제 6 항에 있어서,
상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도는 12% 내지 17%이고,
상기 발포시트 성형단계를 거친 발포시트의 결정화도는 18 내지 25%인 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
삭제
제 6 항에 있어서,
상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트는,
일면 또는 양면은 스킨층이 형성된 구조이고,
상기 스킨층은 평균 셀 사이즈가 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
3차원 형상으로 구조화된 형태이며,
폴리에틸렌테레프탈레이트 발포시트를 포함하고,
상기 발포시트는 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 제6항의 방법으로 성형된 식품용기:
[수학식 1]
50% ≤|V₁-V₀| / V₀ x 100 ≤ 300%
상기 수학식 1에서,
V₀은 지름이 10 cm인 원형의 식품용기를 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시키기 이전의 발포시트의 체적으로, 단위는 cm³이고,
V₁은 지름이 10 cm인 원형의 식품용기를 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시킨 후 발포시트의 체적으로, 단위는 cm³이다.
제 12 항에 있어서,
상기 발포시트의 일면 또는 양면에 스킨층이 형성된 것을 특징으로 하는 식품 용기.