KR102175971B1 - 부위별 셀의 크기가 상이한 발포 성형체, 상기 발포 성형체를 포함하는 포장용기 및 상기 발포 성형체의 제조방법 - Google Patents

부위별 셀의 크기가 상이한 발포 성형체, 상기 발포 성형체를 포함하는 포장용기 및 상기 발포 성형체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성형체, 이를 포함하는 포장용기 및 상기 성형체의 제조방법에 관한 것으로, 상기 성형체는 폴리에스테르 발포시트를 포함하여 가격 경쟁력이 높고, 인체에 안전하며 친환경적일 뿐만 아니라, 부위별 셀의 형태 및 크기를 일정하게 제어되어 단열성이 우수하고, 강도 등의 기계적 물성이 높아 내구성이 뛰어나므로, 포장용기, 특히 식품 포장용기로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

부위별 셀의 크기가 상이한 발포 성형체, 상기 발포 성형체를 포함하는 포장용기 및 상기 발포 성형체의 제조방법{A molded foam article having different cell sizes depending on the part, package container containing the same, and preparation method of the molded foam article}
본 발명은 발포 성형체, 이를 포함하는 포장용기 및 상기 발포 성형체의 제조방법에 관한 것이다.
현대사회에서 점차 생활이 편리해 지면서 일회용품 사용이 증가하고, 1인 가구 증가에 따른 배달음식 및 간편요리 제품의 수요가 점차 늘어나고 있다. 이에 따라, 포장용기의 수요도 증가하고 있으며, 유해물질로부터 안전하고 용도에 따른 기능이 부여된 새로운 용기 소재에 대한 소비자 니즈가 점점 커지고 있다.
이와 관련하여, 포장용기 관련 업체에서는 편리함, 안전성, 친환경 성능 및 가격 경쟁력 등을 모두 갖춘 포장용기를 제조하기 위하여 많은 노력이 이루어지고 있다.
일반적으로, 식품 포장용기로 사용되고 있는 제품은 발포식과 비발포식으로 나뉜다.
비발포식의 식품 포장용기기 경우, 열에 안정한 폴리프로필렌을 필름형태로 제작된 제품이 사용되고 있다. 이러한 비발포식의 식품 포장용기는 고온에서 형태변화율이 적고, 유해물질이 검출되지 않는 장점이 있다. 그러나, 가격이 비싸고 단열이 잘 되지 않는 단점이 있다.
이와 비교하여, 발포식의 식품 포장용기는 고분자 수지를 발포 가스와 혼합시켜 압출시킨 제품이 사용되고 있는데, 이는 두께를 비교적 두껍게 유지할 수 있어 경량화가 가능하고, 형태유지, 단열성, 가격 경쟁력 등의 측면에서 높은 장점이 있다. 이에 반해, 상기 발포식 포장용기는 폴리스타일렌과 같은 고분자 수지를 사용하는 경우 고온에서 유해물질이 검출되는 문제가 있으며, 비발포식 포장용기보다 강도 등의 기계적 성질이 낮아 내구성이 높지 않으므로 외부 충격 등으로 인해 용기가 파손되거나 손상될 수 있으며, 이를 통해 포장된 식품의 변질을 유발하는 한계가 있다.
이에, 가격 경쟁력이 높고, 인체에 안전하며 친환경적일 뿐만 아니라, 단열성이 우수하고, 강도 등의 기계적 물성이 높아 내구성이 뛰어난 식품 포장용기에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0917143호
이에, 본 발명의 목적은 가격 경쟁력이 높고, 인체에 안전하며 친환경적일 뿐만 아니라, 단열성이 우수하고, 강도 등의 기계적 물성이 높아 내구성이 뛰어난 식품 포장용기 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 일실시예에서,
수용부와 개구부를 포함하는 용기 구조의 성형체로서,
폴리에스테르 발포시트를 포함하고,
상기 발포시트는 수용부 측면에 포함된 셀의 장축 길이(Ls)와 수용부 바닥면에 포함된 셀의 장축 길이(Lb)의 비율(Ls/Lb)이 3 이하인 것을 특징으로 하는 성형체를 제공한다.
또한, 본 발명을 일실시예에서, 상기 성형체를 포함하는 포장용기와 상기 성형체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 성형체는 폴리에스테르 발포시트를 포함하여 가격 경쟁력이 높고, 인체에 안전하며 친환경적일 뿐만 아니라, 부위별 셀의 형태 및 크기를 일정하게 제어되어 단열성이 우수하고, 강도 등의 기계적 물성이 높아 내구성이 뛰어나므로, 포장용기, 특히 식품 포장용기로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 성형체의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법을 순차대로 도시한 계략도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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 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.
본 발명에서, "셀"이란, 고분자 내 발포에 의해 팽창된 미세구조를 의미한다.
본 발명은 발포 성형체, 상기 발포 성형체를 포함하는 포장용기 및 상기 발포 성형체의 제조방법에 관한 것이다.
현대사회에서 점차 생활이 편리해 지면서 일회용품 사용이 증가하고, 1인 가구 증가에 따른 배달음식 및 간편요리 제품의 수요가 점차 늘어나고 있으며, 이에 따라, 포장용기의 수요도 증가하고 있으며, 유해물질로부터 안전하고 용도에 따른 기능이 부여된 새로운 용기 소재에 대한 소비자 니즈가 점점 커지고 있어, 가격 경쟁력이 높고, 인체에 안전하며 친환경적일 뿐만 아니라, 단열성이 우수하고, 강도 등의 기계적 물성이 높아 내구성이 뛰어난 식품 포장용기에 대한 개발이 점차 요구되고 있다.
이에, 본 발명은 부위별 셀의 형태 및 크기가 상이한 발포 성형체, 상기 발포 성형체를 포함하는 포장용기 및 상기 발포 성형체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 성형체는 폴리에스테르 발포시트를 포함하여 가격 경쟁력이 높고, 인체에 안전하며 친환경적일 뿐만 아니라, 부위별 셀의 형태 및 크기를 일정하게 제어하여 단열성이 우수하고, 고온에서의 형태 안정성이 높으며, 압축 강도 등의 기계적 물성이 높아 내구성이 뛰어나므로, 포장용기, 특히 식품 포장용기로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
성형체
본 발명은 일실시예에서,
수용부와 개구부를 포함하는 용기 구조의 성형체로서,
폴리에스테르 발포시트를 포함하고,
상기 발포시트는 수용부 측면에 포함된 셀의 장축 길이(Ls)와 수용부 바닥면에 포함된 셀의 장축 길이(Lb)의 비율(Ls/Lb)이 3 이하인 것을 특징으로 하는 성형체를 제공한다.
본 발명에 따른 성형체는 폴리에스테르 발포시트를 성형한 물품으로서, 수용부와 개구부를 포함하는 용기 구조를 갖는다.
구체적으로, 도 1은 본 발명에 따른 성형체(10)의 구조를 나타내는 단면도로서, 도 1을 참고하면, 상기 성형체(10)는 폴리에스테르 발포시트를 성형하여 마련되고 바닥면(11) 및 측면(12)으로 구성되는 수용부와 상기 수용부의 상단에 위치하는 개구부를 포함한다.
이때, 상기 성형체(10)에 포함된 폴리에스테르 발포시트는 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)일 수 있다. 이는, 상기 폴리에스테르 발포시트의 DIN ISO4590에 따른 측정값이 셀 중 90% 이상이 폐쇄 셀임을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 발포시트 중 폐쇄 셀은 90 내지 100% 또는 95 내지 100%일 수 있다. 본 발명에 따른 성형체는 상기 범위 내의 폐쇄 셀을 가짐으로써, 우수한 단열특성 및 보온특성을 구현할 수 있으며, 이를 통해 상기 성형체를 단열성이 요구하는 식품 포장용기로 용이하게 사용될 수 있다.
또한, 상기 셀은 구형상의 셀이 길게 늘어져 타원형에 가까운 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 성형체(10)는 구형상의 셀을 포함하는 폴리에스테르 발포시트에 열과 압력을 가하여 성형한 것이므로, 폴리에스테르 발포시트에 포함된 구형상의 셀은 성형 공정에서 길게 늘어져 타원형과 같은 형태로 변형될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀은 셀의 장축 길이에 대한 단축 길이의 평균 비율(L/D)가 1.1 내지 10인 형태로 변형될 수 있으며, 구체적으로는 상기 비율(L/D)이 1.1 내지 9, 1.1 내지 8, 1.1 내지 6, 1.1 내지 5, 1.1 내지 4, 1.1 내지 3, 1.1 내지 2, 1.1 내지 1.5, 2 내지 10, 4 내지 10, 6 내지 10, 2 내지 8, 3 내지 7, 4 내지 6, 3 내지 5, 1.3 내지 3.5, 1.5 내지 4.5, 또는 2 내지 4인 형태로 변형될 수 있다.
아울러, 상기 셀은 성형체의 부위별로 그 크기가 상이할 수 있으며, 구체적으로는, 성형체 수용부의 바닥면(11)과 측면(12)에 포함된 셀의 크기가 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 성형체는 수용부의 측면과 바닥면의 셀 크기가 상이하여 수용부 측면에 포함된 셀의 장축 길이(Ls)와 수용부 바닥면에 포함된 셀의 장축 길이(Lb)의 비율(Ls/Lb)이 3.0 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 비율(Ls/Lb)이 2.5 이하, 2.2 이하, 2.0 이하, 1.8 이하, 1.5 이하, 0.1 내지 3.0, 0.1 내지 2.5, 0.1 내지 2.2, 0.1 내지 2.0, 0.1 내지 1.8, 0.1 내지 1.6, 0.1 내지 1.4, 0.1 내지 1.2, 0.1 내지 1.0, 0.5 내지 2.2, 0.5 내지 2.0, 0.7 내지 2.2, 0.7 내지 2.0, 0.7 내지 1.8, 0.7 내지 1.5, 0.7 내지 1.2, 1.0 내지 2.2, 1.2 내지 3.0, 1.2 내지 2.5, 1.2 내지 2.2, 1.2 내지 2.0, 1.4 내지 2.0, 1.6 내지 2.0, 1.8 내지 2.0, 1.1 내지 1.8, 1.1 내지 1.5 또는 1.3 내지 1.9일 수 있다.
또한, 상기 성형체의 수용부는 측면에 포함된 셀의 장축 길이(Ls)가 400㎛ 내지 900㎛일 수 있고, 바닥부에 포함된 셀의 장축 길이(Lb)가 300㎛ 내지 700㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 성형체의 수용부는 측면에 포함된 셀의 장축 길이(Ls)가 410㎛ 내지 850㎛, 410㎛ 내지 800㎛, 410㎛ 내지 750㎛, 410㎛ 내지 700㎛, 410㎛ 내지 650㎛, 410㎛ 내지 600㎛, 410㎛ 내지 550㎛, 500㎛ 내지 800㎛, 600㎛ 내지 800㎛ 550㎛ 내지 700㎛, 600㎛ 내지 750㎛ 또는 550㎛ 내지 650㎛일 수 있고; 바닥면에 포함된 셀의 장축 길이(Lb)가 300㎛ 내지 700㎛, 300㎛ 내지 650㎛, 300㎛ 내지 600㎛, 300㎛ 내지 550㎛, 300㎛ 내지 500㎛, 300㎛ 내지 450㎛, 400㎛ 내지 600㎛, 400㎛ 내지 500㎛, 450㎛ 내지 550㎛, 470㎛ 내지 530㎛ 또는 420㎛ 내지 450㎛일 수 있다.
본 발명은 성형체의 부위별 셀의 장축 길이(Ls 및 Lb) 및/또는 이들의 길이 비율(Ls/Lb)을 상기와 같은 범위로 제어함으로써 성형체의 기계적 강도를 양호하게 구현할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 성형체는 KS M ISO 844에 따라 성형체 상부에서 수직방향으로 100mm/min의 속도로 하중을 가하여 압축강도 측정 시 10 N/㎠ 내지 80N/㎠의 압축 응력을 나타낼 수 있으며, 구체적으로는 10 N/㎠ 내지 50 N/㎠, 10 N/㎠ 내지 25 N/㎠, 10 N/㎠ 내지 15 N/㎠, 15 N/㎠ 내지 25 N/㎠, 15 N/㎠ 내지 20 N/㎠, 20 N/㎠ 내지 25 N/㎠, 12 N/㎠ 내지 23 N/㎠ 또는 16 N/㎠ 내지 23 N/㎠의 압축 응력을 나타낼 수 있다.
한편, 상기 폴리에스테르 발포시트는 폴리에스테르 수지를 주성분으로 포함하여 가격이 저렴하고, 고온에서도 인체에 유해한 물질을 방출하지 않으며, 친환경적인 이점이 있다. 이러한 폴리에스테르 발포시트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 및 폴리글리코르산(Polyglycolic acid, PGA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 폴리에스테르 발포시트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)를 포함할 수 있다.
이와 더불어, 상기 성형체는 평균 밀도가 300 kg/m3 내지 700 kg/m3일 수 있고, 구체적으로는 300 kg/m3 내지 650 kg/m3, 300 kg/m3 내지 500 kg/m3, 300 kg/m3 내지 450 kg/m3, 350 kg/m3 내지 700 kg/m3, 400 kg/m3 내지 700 kg/m3, 500 kg/m3 내지 700 kg/m3, 450 kg/m3 내지 650 kg/m3, 500 kg/m3 내지 650 kg/m3 또는 350 kg/m3 내지 550 kg/m3일 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르 발포시트의 평균 두께는 1.0 내지 3.0mm일 수 있고, 상기 발포시트를 성형한 성형체의 평균 두께는 0.5㎜ 내지 5.0㎜일 수 있다. 구체적으로, 상기 발포시트의 두께는 0.5㎜ 내지 4.5㎜, 1.0㎜ 내지 3.0㎜, 1.0㎜ 내지 2.5㎜, 1.0㎜ 내지 1.8㎜, 1.5㎜ 내지 2.0㎜, 1.0㎜ 내지 4.0㎜, 1.5㎜ 내지 4.5㎜, 2.0㎜ 내지 5.0㎜, 1.5㎜ 내지 2.5㎜, 2.0㎜ 내지 2.5㎜, 0.8㎜ 내지 1.7㎜ 또는 0.8㎜ 내지 1.2㎜일 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 가짐으로써 성형체의 적층 하중 및/또는 외부 충격으로부터 성형체의 변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 온도 변화에 따른 성형체의 변형을 억제할 수 있고, 성형체의 단열효과를 증가시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 성형체는 단열효과가 뛰어날 열의 이동을 효과적으로 차단할 수 있다. 구체적으로, 상온(20℃), 상압(1atm) 조건에서, 성형체 내부에 100℃의 물을 70 %(v/v) 담은 상태로 1분 경과한 후, 성형체의 수용부에 담긴 물의 온도와 성형체 수용부의 외부 표면의 온도를 측정하는 경우 온도 편차가 10℃ 이상, 구체적으로는 20℃ 이상, 30℃ 이상, 40℃ 이상 또는 40℃ 내지 60℃일 수 있다. 이는 성형체 수용부에 담긴 물의 온도가 성형체 외부로 이동하는 것이 차단되어 성형체 내부의 물 온도와 성형체 외부 표면의 온도가 비교적 높은 온도 편차를 유지하는 것을 나타내는 것으로, 본 발명의 성형체가 우수한 열 차단성을 갖는 것을 의미한다.
또한, 상기 성형체는 상온(20℃), 상압(1atm) 조건에서, 성형체 내부에 100℃의 물을 80 부피% 담은 상태로 5분 경과한 후, 체적 변화율이 5% 이하일 수 있다. 상기 체적은 성형된 발포시트의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값으로, 상기 성형체는 단열성과 함께 고온 형태 안정성이 우수하여 100℃의 물을 80 부피% 담은 상태로 일정 시간 경과하여도 체적 변화가 4.5% 이하, 4.0% 이하, 3.5% 이하, 3.0% 이하, 2.5% 이하, 2.0% 이하, 1.5% 이하, 1.0% 이하, 0.01% 내지 5.0%, 0.01% 내지 3.0%, 0.01% 내지 2.0%, 또는 0.01% 내지 1.0%일 수 있다.
아울러, 상기 폴리에스테르 발포시트는 내부에 무기입자가 균일하게 분산된 구조를 가질 수 있으며, 상기 무기입자는 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 내지 5.00 중량%로 포함될 수 있으며, 보다 구체적으로는 발포시트 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 내지 4.5 중량%, 0.05 중량% 내지 4.0 중량%, 0.05 중량% 내지 3.5 중량%, 0.1 중량% 내지 3.0 중량%, 0.1 중량% 내지 2.5 중량%, 0.1 중량% 내지 1.0 중량%, 0.5 중량% 내지 1.0 중량%, 1.0 중량% 내지 2.0 중량%, 0.5 중량% 내지 1.5 중량%, 또는 0.20 중량% 내지 0.60 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기입자는 탄산칼슘(CaCO3), 탄산바륨(BaCO3), 산화티탄 (TiO2), 활석 (Talc), 실리카 (silica) 및 산화지르코늄(ZrO2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 하나의 예로서, 상기 무기입자는 탄산칼슘(CaCO3) 또는 탄산바륨(BaCO3)일 수 있다. 상기 무기입자들은 폴리에스테르 발포시트의 성형 시 가해지는 열이 발포시트 전반에 균일하게 전달될 수 있도록 하는 매개체 역할을 수행한다.
포장용기
또한, 본 발명을 일실시예에서, 상기 성형체를 포함하는 포장용기를 제공한다.
본 발명의 포장용기는 앞서 설명된 성형체를 포함하여, 인체에 안전하고 친환경적인 뿐만 아니라, 단열성이 뛰어나고, 기계적 강도가 높아 내구성이 우수한 이점이 있다.
하나의 예로서, 포장용기는 친환경 소재인 폴리에스테르 수지를 사용함으로써, 대한민국 식품의약품안전처에서 발행하고 있는 기구 및 용기포장의 기준 및 규격 고시전문고시 제2015-7호에 기재된 우려 물질들을 허용 범위 내로 조절할 수 있다.
여기서, 기구 및 용기포장의 기준 및 규격 고시전문고시 제2015-7호는 대한민국 식품의약품안전처의 기구 및 용기포장과 그 원재료에 관한 규격을 기준으로, 용출규격 측정 시, 총 용출량이 30ppm 이하이고, 안티몬 게르마늄, 테레프탈산, 이소프탈산, 아세트 알데하이드 물질이 불검출되며, 잔류규격 측정 시, 휘발성 물질이 검출되지 않는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 포장용기는 그 용도가 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 육류, 생선 등의 식품이나 커피, 아이스크림 등의 식음료를 담는데 사용되는 식품 포장용기로 유용하게 사용될 수 있다.
성형체의 제조방법
나아가, 본 발명은 일실시예에서,
폴리에스테르 발포시트를 성형장치의 암형 금형과 수형 금형 사이에 배치하는 단계; 및
수형 금형을 가압하여 수용부와 개구부를 포함하는 용기 구조의 성형체를 성형하는 단계를 포함하고,
성형된 성형체는 수용부 측면에 포함된 셀의 장축 길이(Ls)와 수용부 바닥면에 포함된 셀의 장축 길이(Lb)의 비율(Ls/Lb)은 3 이하인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 성형체의 제조방법은 암형 금형과 수형 금형을 구비하는 성형장치를 이용하여 폴리에스테르 발포시트를 성형하는 방법으로서, 성형장치의 암형 금형과 수형 금형 사이에 폴리에스테르 발포시트를 위치시키는 단계와 수형 금형으로 위치된 폴리에스테르 발포시트를 가압하여 수용부와 개구부를 포함하는 용기 구조의 성형체를 성형하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 상기 제조방법은 암형 금형과 수형 금형 사이에 배치된 발포시트를 열 성형함으로써 성형을 수행할 수 있으며, 이때 적용 가능한 열 성형으로는 진공 성형; 압공 성형; 이들을 조합한 진공 압공 성형; 또는 수형 금형(플러그)을 사용하면서 또는 사용한 후, 진공 및/또는 압공 성형하는 등의 방식을 적용할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면이다. 이하, 도 2를 참조하여 보다 자세히 설명한다.
도 2의 (a)는 발포시트(1)를 성형하기 전, 발포시트(1)를 성형장치(20)의 암형 금형(21)과 수형 금형(22) 사이에 배치하는 배치단계를 나타낸다.
도 2의 (b)는 연신 공정 및 열 공정을 통해 발포시트(1)를 성형하는 단계를 나타내는 도면으로, 도 2(b)와 같이, 발포시트(1)는 수형 금형(22)이 공기(air)를 불어주면서 하강하여 연신되고, 암형 금형(21)으로부터 진공 흡인되어 암형 금형(21)의 캐비티 형상으로 부형되며, 상기 부형을 위해 발포시트(1)에는 열이 가해진다.
여기서, 상기 폴리에스테르 발포시트(1)는 성형장치의 암형 금형과 수형 금형 사이에 배치되기 이전에 미리 히터에 의해 예열되는 단계가 수행되어 시트 표면 온도가 70℃ 내지 90℃, 또는 75℃ 내지 82℃일 수 있다.
또한, 상기 성형하는 단계는 시트 표면 온도가 140℃ 내지 160℃되도록 열을 인가하고, 암형 금형(21) 및 수형 금형(22)의 표면 온도를 60℃내지 200℃, 구체적으로는 100℃ 내지 200℃, 150℃ 내지 200℃, 170℃ 내지 190℃ 또는 175℃ 내지 200℃로 설정하여 성형체(10)를 성형할 수 있다.
하나의 예시로, 암형 금형(21)과 수형 금형(22)의 표면 온도는 180±1℃일 수 있으며, 수형 금형(22)은 0.5초 내지 15초 동안 암형 금형(22)에 접촉시키는 것이 바람직하다. 아울러, 암형 금형(21)은 일측에 내부 공간인 캐비티를 감압하기 위한 감압홀(23)이 형성된 구조일 수 있다.
도 2의 (c)는 수형 금형(22)의 가압과 암형 금형(21)으로부터 압축 공기에 의해, 성형된 발포시트(1)가 수형 금형(22)의 형상으로 부형되어 최종 성형품인 성형체(10)를 얻는 것을 나타낸다. 이렇게 성형된 성형체 (10)는 냉각 후 수형 금형(22)을 상승시켜 취출될 수 있다.
이에 따라, 상술한 성형체의 제조방법에 의해서 폴리에스테르 발포시트가 용기 형상으로 성형된 성형체 또는 상기 성형체를 포함하는 포장용기를 제조할 수 있다.
한편, 상기 폴리에스테르 수지는 당업계에서 통상적으로 사용되는 원료 성분들로부터 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리에스테르 수지는 디카르복실산 성분과 글리콜 성분을 반응시키거나 히드록시카르복실산 성분을 반응시켜 얻을 수 있다.
여기서, 상기 디카르복실산 성분으로는 테레프탈산(terephthalic acid), 나프탈렌 디카르복실산(naphthalene dicarboxylic acid) 및 아디프산(adipic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 글리콜 성분으로는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 부틸렌 글리콜(butylehe glycol) 및 2-메틸-1,3-프로판디올(2-methyl-1,3-propanediol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
아울러, 상기 히드록시카르복실산 성분은 락트산(lactic acid) 및 글리콜산(glycolic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
하나의 예로서, 본 발명에서 사용되는 폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 에틸렌 글리콜을 반응시킨 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)일 수 있다.
한편, 상기 폴리에스테르 수지는 펠렛(pellet), 그래뉼(granule), 비드(bead), 칩(chip), 분말(powder) 등의 형태로 도입될 수 있고, 경우에 따라서는 용융된 상태로 도입될 수도 있다.
하나의 예로서, 상기 폴리에스테르 수지는 칩(chip) 형태로 압출기에 도입되어 압출 발포될 수 있으며, 이 경우, 수지 칩(resin chip)의 용융을 위하여 260℃ 내지 300℃의 온도에서 수지 칩을 용융하는 과정을 거칠 수 있다.
또한, 발포시트를 제조하는 단계는 발포시트의 기능화를 위하여 폴리에스테르 수지의 압출기 도입 시 다양한 형태의 첨가제를 필요에 따라 유체 연결 라인 중에 투입되거나, 혹은 발포 공정 중에 투입할 수 있다.
구체적으로 상기 첨가제들은 배리어(Barrier) 성능, 친수화 기능 또는 방수 기능을 발포시트에 부여할 수 있으며, 증점제, 계면활성제, 친수화제, 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 이상을 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명의 발포시트 제조방법은 증점제, 기핵제, 열안정제 및 발포제 중 1종 이상을 투입할 수 있으며, 앞서 열거된 기능성 첨가제들 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 열안정제는 유기 또는 무기 인 화합물일 수 있다. 이러한 유기 또는 무기 인 화합물로는 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 있고, 보다 구체적으로, 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
아울러, 상기 발포제의 예로는, 질소(N2), 이산화탄소(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 이산화탄소(CO2)가 사용될 수 있다.
이와 더불어, 본 발명에서 수행되는 압출은 다양한 형태의 압출기를 이용하여 수행 가능하다. 발포 공정은 통상적으로 비드 발포 또는 압출 발포를 통해 수행할 수 있으나, 본 발명에서는 압출 발포가 바람직하다. 압출 발포는 수지 혼합물을 연속적으로 압출 및 발포시키므로 공정 단계를 단순화할 수 있고, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과 입상 파괴 현상 등을 방지할 수 있으므로 보다 우수한 굴곡강도를 구현할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1 내지 4
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에서 상기 수분이 제거된 PET 수지 100 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 0.5 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 부탄 가스를 혼합하고, 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 밀도와 두께가 다른 PET 발포시트(평균 두께: 2.0 mm)를 각각 형성하였다. 형성된 발포시트의 밀도 및 두께는 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
실시예 1 내지 3.
제조예 1에서 제조한 발포시트를 히터에서 18±2초간 열처리하여 발포시트 표면 온도를 80℃로 예열하고, 도 2에 도시된 바와 같이 원기둥 형태를 갖는 성형장치의 암형 금형과 수형 금형(지름: 8㎝, 높이: 4㎝) 사이에 배치하고, 수형 금형을 하강시켜 성형한 다음, 수형 금형을 상승시키고, 성형된 발포시트를 탈착하여 상온(20±1℃)로 냉각시킴으로써 성형된 성형체를 제조하였다. 이때, 성형체의 성형 시, 수형 금형(plug)과 암형 금형(mold)의 표면온도는 각각 180℃였으며, 제조된 성형체의 단면을 절단하여 각 부위별 셀의 장축 길이를 측정하였다. 측정된 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
사용된 발포시트의 종류 제조예 1 제조예 2 제조예 3
평균 밀도 700 520 350
평균 두께 1 1.5 2.2
측면 L/D 2.6 4 5.5
셀의 장축 길이 [Ls] 450 ㎛ 740 ㎛ 850 ㎛
바닥면 L/D 1.5 2.1 3.0
셀의 장축 길이 [Lb] 310 ㎛ 380 ㎛ 450 ㎛
측면과 바닥면의 장축 길이비율 (Ls/ Lb) 1.5 2.0 1.9
비교예 1 내지 3.
제조예 1에서 제조한 발포시트를 히터에서 18±2초간 열처리하여 발포시트 표면을 예열하고, 도 2에 도시된 바와 같이 원기둥 형태를 갖는 성형장치의 암형 금형과 수형 금형(지름: 8㎝, 높이: 4㎝) 사이에 배치하고, 수형 금형을 하강시켜 성형한 다음, 수형 금형을 상승시키고, 성형된 발포시트를 탈착하여 상온(20±1℃)로 냉각시킴으로써 성형된 성형체를 제조하였다. 이때, 성형 전 예열된 발포시트의 표면 온도; 성형체의 성형 시 수형 금형(plug)과 암형 금형(mold)의 표면온도; 및 제조된 성형체의 단면을 절단하여 각 부위별 셀의 장축 길이를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3
사용된 발포시트의 종류 제조예 1 제조예 1 제조예 4
예열된 발포시트의 표면온도 160℃ 160℃ 80℃
금형 온도 180℃ 20℃ 180℃
평균 밀도 700 700 200
평균 두께 1.0 1.0 2.0
측면 L/D 5 6 7
셀의 장축 길이 [Ls] 800 ㎛ 900 ㎛ 1,000 ㎛
바닥면 L/D 1.2 1.2 1.2
셀의 장축 길이 [Lb] 230 ㎛ 225 ㎛ 220 ㎛
측면과 바닥면의 장축 길이비율 (Ls/ Lb) 3.5 4.0 4.5
실험예 1.
본 발명에 따른 성형체의 성능을 평가하기 위하여 실시예 및 비교예에서 제조된 성형체를 대상으로 다음과 같은 실험을 수행하였다.
가) 형태 안정성 평가
성형체를 구성하는 발포시트의 길이, 너비 및 두께를 측정하고, 이들로부터 성형체의 체적을 구하였다. 그런 다음, 상온(20℃), 상압(1atm) 조건에서, 성형체 내부에 100℃의 물을 80 부피% 담은 상태로 5분 경과한 후, 담긴 물을 비우고, 발포시트의 길이, 너비 및 두께를 재측정하여 체적을 구하고, 100℃ 물을 담기 전후의 체적 변화률을 도출하였다.
나) 단열성 평가
각 성형체에 100℃의 물을 성형체 수용부의 70 부피%가 되도록 담고, 상온(20℃), 상압(1atm) 조건에서 1분 동안 방치하였다. 이후, 성형체 수용부에 담긴 물의 온도와 성형체 수용부의 외부 표면 온도를 측정하고, 측정된 온도의 편차를 산출하였다.
다) 압축강도 평가
만능재료시험기(Model 3367, Instron 사)에 각 성형체를 고정시켜, 압축강도, 인장강도, 및 천공강도를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다. 이때, ① 압축강도는 KS M ISO 844 기준에 따라 성형체에 대하여 수직방향으로 100 mm/min의 속도로 하중을 가할 때 측정되는 최대 하중을 측정하였다.
측면과 바닥면의 장축 길이비율 (Ls/Lb) 형태 안정성 단열성 압축강도 [N/㎠]
실시예 1 1.5 ＜1% 10℃ 20
실시예 2 2.0 ＜1% 12℃ 15
실시예 3 1.9 ＜1% 13℃ 13
비교예 1 3.5 ＜1% 10℃ 5
비교예 2 4.0 ＞5% 10℃ 5
비교예 3 4.5 ＞5% 15℃ 7
상기 표 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 성형체는 고온에서의 형태 안정성 및 단열성이 우수하고 기계적 강도가 뛰어난 것을 알 수 있다.
구체적으로, 실시예의 성형체는 단열성이 우수하여 100℃의 물을 담고 1분이 경과된 후 물의 온도와 성형체 수용부의 외부 표면 온도 편차가 10℃ 이상의 온도 편차를 갖고, 5분이 경과된 후 체적 변화가 1% 미만으로 나타났다. 반면, 비교예의 성형체는 100℃의 물을 담고 1분이 경과된 후 물의 온도와 성형체 수용부의 외부 표면 온도 편차가 10℃ 이상의 온도 편차를 가지나, 5분 경과 후 체적 변화가 5%를 초과하는 것으로 나타났다. 또한, 실시예의 성형체는 압축강도가 모두 10 N/㎠을 초과하나, 비교예의 성형체는 10 N/㎠의 압축강도를 나타내는 것으로 확인되었다.
이러한 결과로부터 본 발명의 성형체는 단열성이 높을 뿐만 아니라, 고온의 형태 안정성과 압축 강도가 우수한 것을 알 수 있다.
1: 폴리에스테르 발포시트
10: 성형체
11: 수용부의 바닥면
12: 수용부의 측면
13: 플랜지
20: 성형장치
21: 암형 금형
22: 수형 금형
23: 감압홀

Claims (15)

  1. 수용부와 개구부를 포함하는 용기 구조의 성형체로서,
    폴리에스테르 발포시트를 포함하고,
    상기 발포시트는, 수용부 측면에 포함된 셀의 장축 길이(Ls)와 수용부 바닥면에 포함된 셀의 장축 길이(Lb)의 비율(Ls/Lb)이 3 이하인 것을 특징으로 하는 성형체.
  2. 제1항에 있어서,
    성형체는 100℃ 물을 수용부의 80 부피%가 되도록 담고 5분이 경과된 이후 체적 변화율이 5% 이하인 것을 특징으로 하는 성형체.
  3. 제1항에 있어서,
    발포시트의 셀은 장축 길이에 대한 단축 길이의 평균 비율(L/D)이 1.1 내지 10인 성형체.
  4. 제1항에 있어서,
    수용부 측면에 포함된 셀의 장축 길이는 400㎛ 내지 900㎛인 성형체.
  5. 제1항에 있어서,
    수용부 바닥면에 포함된 셀의 장축 길이는 300㎛ 내지 700㎛인 성형체.
  6. 제1항에 있어서,
    성형체의 압축강도는 KS M ISO 844 기준으로 10N/㎠ 내지 80N/㎠인 성형체.
  7. 제1항에 있어서,
    발포시트는 평균 밀도가 300 kg/m3 내지 700 kg/m3이고, 평균 두께가 0.5mm 내지 5.0mm인 성형체.
  8. 제1항에 있어서,
    폴리에스테르 발포시트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 및 폴리글리코르산(Polyglycolic acid, PGA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 폴리에스테르 수지를 포함하는 성형체.
  9. 제1항에 있어서,
    발포시트는 0.05 내지 5.00 중량%의 무기 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형체.
  10. 제1항에 따른 성형체를 포함하는 포장용기.
  11. 제10항에 있어서,
    포장용기는 식품 포장용기인 것을 특징으로 하는 포장용기.
  12. 폴리에스테르 발포시트를 성형장치의 암형 금형과 수형 금형 사이에 배치하는 단계; 및
    수형 금형을 가압하여 수용부와 개구부를 포함하는 용기 구조의 성형체를 성형하는 단계를 포함하고,
    성형된 성형체는 수용부 측면에 포함된 셀의 장축 길이(Ls)와 수용부 바닥면에 포함된 셀의 장축 길이(Lb)의 비율(Ls/Lb)은 3 이하인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    성형하는 단계는, 시트 표면 온도가 140℃ 내지 160℃가 되도록 열을 인가하고, 상기 암형 금형 및 수형 금형의 표면 온도를 60℃ 내지 200℃로 설정하여 성형체를 성형하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    암형 금형은, 일측에 내부 공간을 감압하는 감압홀이 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    폴리에스테르 발포시트를 성형장치에 배치하는 단계 이전에,
    상기 발포시트를 예열하는 단계를 더 포함하는 성형체의 제조방법.
KR1020190077471A 2019-06-28 2019-06-28 부위별 셀의 크기가 상이한 발포 성형체, 상기 발포 성형체를 포함하는 포장용기 및 상기 발포 성형체의 제조방법 KR102175971B1 (ko)

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KR1020190077471A KR102175971B1 (ko) 2019-06-28 2019-06-28 부위별 셀의 크기가 상이한 발포 성형체, 상기 발포 성형체를 포함하는 포장용기 및 상기 발포 성형체의 제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09164585A (ja) * 1995-12-15 1997-06-24 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 熱可塑性樹脂発泡シートの成形方法
KR100917143B1 (ko) 2008-03-26 2009-09-15 경상대학교산학협력단 발포체 및 그 제조방법
KR20190073306A (ko) * 2017-12-18 2019-06-26 주식회사 휴비스 내열성 및 가공성이 우수한 식품용기용 복합시트 및 이의 제조방법

Patent Citations (3)

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