KR19980049318A - 폴리에틸렌테레프탈레이트 용기의 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 용기의 성형방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 사출 성형공정에서 성형된 예비성형물인 프리폼의 블로우 성형속도를 향상시키고, 또한 내열병의 경우는 블로우 성형속도와 아울러 결정화속도를 단축시킨 폴리에틸렌테레프탈레이트 용기의 성형방법에 관한 것이다.

상기와 같이, 프리폼의 블로우 성형속도 및 결정화속도를 단축시킴으로써 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 이용하여 상압병, 내압병, 내열병 등의 용기를 생산하는데 있어서, 그 제병기간을 단축시키는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 사출 성형공정과 블로우 성형공정 사이에 프리폼을 50~100℃의 온수에 침지되는 공정이 포함된다. 그 결과, 프리폼내에 흡수된 수분이 폴리에틸렌테레프탈레이트 분자사슬이 운동하는 데에 있어서 윤활제역할을 하므로, 블로우 성형속도 및 결정화속도를 단축시킬 수 있다. 게다가, 기존에 폴리에틸렌테레프탈레이트 프리폼에 수분을 흡수시키기 위해 공기 중에 방치하던 숙성기간이 현저히 줄어들게 되므로 용기의 생산기간을 단축시켜 생산성이 향상된다는 목적을 달성할 수 있다.

Description

폴리에틸렌테레프탈레이트 용기의 성형방법

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 용기의 성형방법에 관한 것으로서, 특히 예비성형물인 프리폼의 블로우 성형속도 및 결정화속도를 단축시킴으로써 제병(製甁)시의 생산성을 향상시킬 수 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트 용기의 성형방법에 관한 것이다.

현재, 탄산음료, 생수, 과즙음료 등의 용기제조에 사용되는 수지로서, 양호한 충격강도, 내피로성 등의 우수한 성능을 가지고 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 PET라고 함) 수지의 수요가 급격히 증가되고 있는 추세이다.

일반적으로, PET 용기는 주로 사출-블로우(Injection-Blow) 성형공정에 의해 제조된다. 이 공정은, 가열된 실린더 속에서 PET 수지를 가열하여 유동상태로 만든 다음에 이것에 압력을 가하여 사출람을 통해 냉각된 금형 속으로 압송하여 한쪽 단부는 개방되고 다른 한 단부는 폐쇄된 중공을 가지는 예비형성물인 프리폼(preform), '패리슨(parison)'이라고도 함)을 제조하는 사출 성형공정과, 상기 프리폼을 적외선을 이용하여 성형온도(수지온도)를 프리폼 원료물질의 유리전이온도(Glass Transition Temperature) 이상까지 재가열한 후, 용기모양의 금형 속에 옮기고, 가열된 그 프리폼의 중공에 공기를 취입하여 부풀게 함으로써 프리폼을 금형에 밀착시켜 병 모양으로 성형하는 블로우 성형공정으로 이루어진다.

PET 용기의 수요가 급격히 성장하면서 용기의 대량생산을 위하여, 사출-블로우 성형공정이 사출 성형공정과 블로우 성형공정으로 분리되어 생산되는 2단계 방식(2 stage system)으로 제병되는 추세이다.

PET 용기를 대량생산하기 위해서는, PET 용기의 예비성형물인 프리폼의 연신성을 향상시켜 블로우 성형속도를 빠르게 하는 것이 필수적이다. 프리폼의 연신성에 영향을 주는 인자로는 여러 가지가 있으나, 그 중에서도 프리폼 내의 수분율이 프리폼의 연신성에 큰 영향을 준다. 따라서, 종래의 2단계 방식의 제병공정에서는 프리폼을 사출성형한 후, 그 프리폼을 대기 중에서 3~4일 정도 방치하여 습기를 흡수시키는 숙성(Aging)과정을 거치게 함으로써 프리폼의 함수율(鹹水率)을 높인 다음에, 블로우 성형공정을 행해 왔다.

한편, 프랑스특허 제2,595,294호를 보면 내열병 성형공정이 다음과 같이 기재되어 있다. 우선, 최종적인 형태와 크기에 일치하는 용기의 목부분을 갖는 PET 용기의 예비성형물(프리폼)을 사출 성형공정에서 제조하고, 프리폼의 목부분을 제외한 동체만을 PET의 연화온도로 가열한 후, 동체가 최종용기의 크기에 대하여 높이가 약 20%이고 횡방향의 폭이 0~30%인 중간용기를 얻기 위하여 가열된 예비성형물의 동체를 모울드에서 취입 성형하고, 이러한 성형공정중에 중간용기가 성형되는 모울드의 벽을 4~50℃의 온도로 냉각시킨다. 그 후, 중간용기의 동체를 160~240℃의 온도로 1~5분 동안 가열하는데, 이 동체를 가열하는 전체시간동안 또는 그 일부분의 시간동안에 목부분의 PET를 결정화하기 위해, 적당한 온도와 시간조건에서 목부분만을 가열한 다음 목부분을 비교적 냉각시킨다. 끝으로, 얻어진 중간용기의 뜨거운 동체를 용기의 최종형태와 크기를 갖도록 약 2~6초 동안 다시 한번 취입 성형하여 내열병이 얻어진다. 이와 같이, 내열병의 경우는 일반병에 비해, 비교적 심한 열조건에 대하여 외형이 변형되지 않고 잘 견딜 수 있어야 하므로 열고정이란 열처리법에 의해 처리되고 있다. 즉, 프리폼을 사출한 후, 블로우 성형공정과 아울러 프리폼의 구부(口部)를 열을 이용하여 결정화시키는 결정화 공정이 더 포함되고, 또한, 중간용기상태에서 160~240℃ 정도의 고온에 용기가 위치하게 함으로써 열고정(Heat-setting) 처리라는 일종의 결정화과정을 거치게 된다. 상기, 열결정화(熱結晶化)공정에서, 수지의 결정화속도는 프리폼내의 수분율에 크게 영향을 받는다. 즉, 수분을 많이 함유한 수지일수록 결정화속도가 빠르게 되어 결정화 공정의 생산성이 향상된다. 따라서, 내열병 생산공정 중에서는 프리폼을 사출성형한 후, 그 프리폼을 3~14일정도 대기 중에 방치하여 함수율(鹹水率)을 높이는 숙성공정을 거친 다음에, 블로우 성형공정 및 결정화 공정을 행해왔다.

이와 같이, 기존의 2단계 PET 용기 제조방법은 프리폼을 사출성형한 후에 일정기간의 숙성기간을 거치고 나서, 블로우성형하거나 내열병의 경우는 블로우성형과 아울러 결정화공정을 거치는 것이 일반적이었다. 그러나, 생산공정중에 숙성기간을 갖게 되면, 그만큼 생산기간이 길어지므로 제품의 생산관리에 큰 부담을 가져온다는 문제점이 있었다.

본 발명은, PET 용기의 예비성형물인 프리폼의 블로우 성형속도를 단축시키고, 또한, 내열병의 경우는 블로우 성형속도와 아울러 결정화속도를 단축시킨 PET 용기의 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 사출 성형고정과 블로우 성형공정사이의 프리폼의 숙성시간을 단축시킨 PET 용기의 블로우 성형방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 사출 성형공정과 그 후 공정(블로우 성형공정, 내열병의 경우는 블로우 성형공정과 아울러 결정화공정을 포함)의 사이에서 프리폼을 50~100℃의 온수에 침지시키는 공정이 제공된다.

본 발명에 의한 PET 용기의 성형공정을 일반병과 내열병으로 나누어 설명하면 다음과 같다.

우선, 일반병에서는, 가열된 실린더 속에서 PET 수지를 가열하여 유동상태로 만든 다음에, 이것에 압력을 가하여 사출람을 통해 닫혀진 냉각된 사출성형용 금형속에 압송하여 한쪽 단부는 개방되고 다른 한 단부는 폐쇄된 중공을 가지는 예비형성물인 프리폼을 성형시키는 사출 성형공정을 가진다. 그 다음으로, 상기 프리폼을 50~100℃의 온수에 침지시켜 둔다. 마지막 공정이, 온수에 침지시켰던 프리폼을 적외선히터를 사용하여 성형온도(수지온도)를 프리폼 원료물질의 유리전이온도 이상까지 재가열한 후, 용기모양의 블로우성형용 금형 속에 옮기고, 가열된 그 프리폼의 중공에 공기를 취입하여 부풀게 함으로써 프리폼을 금형에 밀착시켜 병의 모양대로 성형하는 블로우 성형공정이다.

이와 같이, 프리폼이 블로우공정에 투입되기 전에 프리폼이 50~100℃의 온수에 침지되는 공정을 거치면, 프리폼 내에 흡수된 수분은 PET 분자사슬이 운동하는 데에 있어서 윤활제로서 작용한다. 따라서, 프리폼 자체의 연신효율이 높아지고, 블로우 성형공정에서 프리폼의 중공에 공기를 취입하는 것이 더욱 용이해지므로, 블로우 성형속도가 단축되고, 보다 낮은 온도에서도 스트레스-화이트닝(Stress-Whitening)이라고 불리는 백화(白化)현상 등의 불량현상이 없는 정상적인 병을 성형할 수 있게 된다.

또한, 기존에 프리폼의 함수율을 높이기 위해 사출성형한 후, 공기 중에 3~4일 방치하여 수분을 흡수시키던 숙성기간이 단축된다.

그리고, 프리폼이 온수에 침지되어 있는 동안 수분을 흡수할 뿐 아니라, 프리폼 자체의 온도로 상승하므로, 프리폼을 온수에서 꺼내어 곧바로 블로우성형할 경우에 적외선 히터에서의 가열시간이 상당히 단축된다.

내열병의 제병공정에서는, 일반병에 비해 비교적 심한 열조건에 대하여 외형이 변형되지 않고 잘 견딜 수 있어야 하므로, 사출 성형공정을 거친 후에, 블로우 공정과 열고정이라는 열처리법에 의해 처리되고 있다. 즉, 프리폼을 사출성형한 후, 블로우 성형공정과 아울러 프리폼의 구부(口部)를 열을 이용하여 결정화시키는 과정과, 중간용기상태에서 고온에 용기가 위치하게 함으로써 열고정처리라는 일종의 결정화과정이 더 포함된다. 따라서, 생산성을 향상시키기 위해서는 결정화속도를 빠르게 하는 것이 필수적이다.

프리폼이 블로우 성형공정 및 열결정화 공정에 투입되기 전에 프리폼을 50~100℃의 온수에 침지하는 공정을 거치면, 프리폼내에 흡수된 수분은 열결정화 공정에서 고분자 수지 내에 분자사슬(Molecular Chain)의 유동성(Mobility)을 향상시키는 일종의 윤활제로서 작용하여, 결정화과정에서 분자사슬이 규칙적인 결정구조를 쉽고 빠르게 형성하도록 도와준다. 그러므로, 프리폼내의 수분으로 인해 일반병의 제병에서와 마찬가지의 이유로 블로우 성형속도가 단축될 뿐만 아니라, 결정화속도가 향상된다.

또한, 기존에 프리폼의 함수율을 높이기 위해 사출성형한 후, 공기 중에 3~14일 방치하여 수분을 흡수시키던 숙성(Aging)기간이 상당히 단축된다.

이러한, 프리폼 성형기술은 비단 PET(polyethylene terephthalate) 용기만이 아니라, PE(polyethylene), PP(polypropylene), PS(polystylene), PC(polycarbonate) 등의 성형가공제품에 적용될 수 있다. 또한, 사출-블로우 성형 및 결정화 공정으로 생산되는 모든 플라스틱제품, 특히 생수병, 청량음료병, 주류병, 의약품병 등 유리병을 대체할 수 있는 플라스틱병 제조에 유용하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예에서는 사출 성형공정에서 동일한 온도조건으로 다수의 프리폼을 만들고, 이들 중 10개의 프리폼을 50℃에서 5시간 동안 담가둔 후, 각각의 프리폼을 제병기(Krupp Corpoplast(Model B010))로 옮겨 블로우공정을 행하였다. 동일한 적외선(IR)히터 조건에서 냉연신 또는 백화현상 등의 불량이 일어나지 않는 최소 성형시간을 측정한 결과가 20초였다. 또한, 이 상태의 프리폼을 시차주사열량계를 사용하여 40~290℃의 범위에서 저온 결정화온도를 측정한 결과 120℃였다.

이후, 실시예 및 비교예에서 비교될 저온결정화온도는 일정한 주사속도(여기서는 10℃/분)에서 낮을수록 프리폼의 결정화속도가 빨라지며, 이는 내압병 생산시 결정화공정에서의 생산성이 향상됨을 의미한다. 즉, 프리즘 자체의 저온 결정화온도가 낮을수록 내열병 결정화공정시 생산성이 높아지게 된다.

[실시예 2]

본 실시예 1과 동일한 온도조건에서 다수의 프리폼을 만들고 이들중 10개의 프리폼을 80℃에서 5시간 담가둔 후 제병기(Krupp Corpoplast(Model B010))에서 블로우공정을 행하였다. 실시예 1과 동일한 적외선 히터 조건에서 냉연신 또는 백화현상 등의 불량이 일어나지 않는 최소 성형시간을 측정한 결과 18초였다. 또한 이 상태의 프리폼을 시차주사열량계를 사용하여 40~290℃의 범위에서 저온 결정화온도를 측정한 결과 118℃였다.

[실시예 3]

본 실시예 1과 동일한 온도조건에서 다수의 프리폼을 만들고 이들중 10개의 프리폼을 80℃에서 8시간 담가둔 후 제병기(Krupp Corpoplast(Model B010))에서 블로우공정을 행하였다. 실시예 1과 동일한 적외선 히터 조건에서 냉연신 또는 백화현상 등의 불량이 일어나지 않는 최소 성형시간을 측정한 결과 16초였다. 또한 이 상태의 프리폼을 시차주사열량계를 사용하여 40~290℃의 범위에서 저온 결정화온도를 측정한 결과 116℃였다.

[비교예 1]

본 실시예 1과 동일한 온도조건에서 다수의 프리폼을 만들고 이들중 10개의 프리폼을 사출후 곧바로 제병기(Krupp Corpoplast(Model B010))에서 블로우공정을 행하였다. 동일한 IR 히터 조건에서 냉연신 또는 백화현상 등의 불량이 일어나지 않는 최소 성형시간을 측정한 결과 26초였다. 또한 이 상태의 프리폼을 시차주사열량계를 사용하여 40~290℃의 범위에서 저온 결정화온도를 측정한 결과 125℃였다.

[비교예 2]

본 실시예 1과 동일한 온도조건에서 다수의 프리폼을 만들고 이들중 10개의 프리폼을 공기 중에 3일동안 방치한 후 제병기(Krupp Corpoplast(Model B010))에서 블로우공정을 행하였다. 실시예 1과 동일한 적외선 히터 조건에서 냉연신 또는 백화현상 등의 불량이 일어나지 않는 최소 성형시간을 측정한 결과 22초였다. 또한 이 상태의 프리폼을 시차주사열량계를 사용하여 40~290℃의 범위에서 저온 결정화온도를 측정한 결과 122℃였다.

본 발명에 의하면, 사출성형과 그 후 공정(블로우공정 및 결정화공정)의 사이에 프리폼을 50~100℃의 온수에 침지하는 공정을 거침으로써, 다음과 같은 효과를 가져온다.

우선, 온침공정에서 흡수된 프리폼 내의 수분은 PET 분자사슬이 운동하는 데에 있어서 윤활제의 역할을 하므로, 프리폼의 연신효율을 높여 블로우 성형속도가 단축되고, 분자사슬(Molecular Chain)의 유동성(Mobility)을 향상시켜 분자사슬이 규칙적인 결정구조를 쉽고 빠르게 형성하게 되어 결정화속도가 단축되어 제병시 생산성을 높일 수 있다.

프리폼 자체의 연신효율이 높아짐으로써, 보다 낮은 온도에서도 백화(白化)현상 등의 불량현상이 없는 정상적인 병을 성형할 수 있다.

기존에 프리폼을 사출한 후 공기중에서 3~14일 방치하여 수분함량을 높이던 숙성(Aging)기간을 상당히 줄임으로써 용기의 제조시간을 상당히 단축시킬 수 있다.

또한, 프리폼이 온수에 침지되어 있는 동안 수분을 흡수할 뿐 아니라, 프리폼 자체의 온도도 상승하므로 적외선 히터에서의 가열시간이 짧아지고, 이로 인해 제병시간이 단축되므로 용기의 생산성이 향상될 수 있다.

Claims (1)

1. 한 단부가 개방되고 다른 한 단부가 폐쇄된 중공을 가지는 예비형성물인 프리폼을 만드는 사출 성형공정과, 상기 프리폼을 50~100℃의 온수에 침지시키는 공정과, 상기 프리폼을 온침기에서 인출하여 블로우성형용 금형으로 옮기고 그 프리폼의 중공 내에 공기를 투입하여 예비형성물을 팽창시키는 블로우 성형공정과 프리폼을 결정화시키는 열고정공정을 포함함을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 용기의 성형방법.