KR20030070402A - 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법에 관한 것으로서, 플라스틱 용기의 제조시 폴리프로필렌을 사용하면서도 고온 멸균시 변형을 최소화 할 수 있어 종래 멸균용으로 사용되는 내열 및 내압의 PET 용기를 대체할 수 있는 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 사출 실린더의 온도를 200∼220℃로 하여 얻어진 폴리프로필렌 사출물을 8℃에서 4초간 냉각하여 모재를 얻은 다음, 상기 모재를 금형에 올려놓고 6초간 상중하 세부분의 온도를 달리하여 가열하되, 상측과 중간측을 140±5℃, 하측을 130±5℃로 하여 가열한 다음, 6초간에 걸쳐 3∼4㎏/㎤의 공기압으로 예비블로잉하여 1차 성형한 후, 상기 1차 성형품을 60℃에서 14∼16㎏/㎤의 공기압으로 8초간 2회에 걸쳐 블로잉하는 것을 특징으로 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법을 제공함으로서 달성할 수 있다.
Description
본 발명은 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래 멸균용으로 사용되는 내열 및 내압의 PET 용기를 대체함과 동시에 고온 멸균시에도 변형을 최소화 할 수 있도록 한 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 플라스틱 용기를 성형하는 방법으로는 크게 다이렉트 블로우 몰딩(Direct blow molding; 이하 "DBM" 이라 함)법과 스트레치 블로우 몰딩(Stretch blow molding; 이하 "SBM" 이라 함)법으로 나눌 수 있으며, DBM법으로 제조된 대표적인 제품으로는 우유용기를 들 수 있으며, SBM법으로 제조된 대표적인 제품으로는 음료수 용기를 들 수 있다.
상기 DBM법의 경우 생산된 제품의 투명성이 떨어지고 중량이 무겁다는 단점이 있으나, SBM법의 경우 높은 연신으로 제품의 투명성이 뛰어나고 제품의 중량이 가벼워 상대적으로 단가를 낮출 수 있다는 이점이 있어, 근래에는 플라스틱 용기의 성형 방법이 점차 DBM법에서 SBM법으로 옮겨져 가고 있는 추세이다.
상기 SBM법으로 플라스틱 용기를 성형하는 일반적인 방법은 원재료를 투입하여 용융하는 과정과, 용융된 원재료를 사출하는 과정, 사출품을 1차적으로 성형하는 예비블로우과정, 1차 성형된 제품을 최종 성형하는 블로우과정 및 최종 성형된 제품을 취출하는 과정으로 이루어진다. 이렇게 제조된 최종 성형품인 플라스틱 용기는 필요에 따라 별도의 멸균과정을 거쳐 사용하고 있다.
이때, 상기 SBM법으로 플라스틱 용기를 제조시 통상의 PET를 원재료로 하여 용기를 제조하고 있는데, 이는 PET가 높은 투명성을 요하는 플라스틱 용기 제품에 적합하기 때문이다.
일반적으로 사용되는 PET는 내열 및 내압 특성이 낮아 고온의 멸균과정을 거쳐야 하는 제품에는 사용할 수 없어 생수용기와 같이 고온의 멸균과정을 필요로 하지 않은 제품에 제한적으로 사용되고 있으나, 근래에는 멸균과정을 필요로 하는 제품에 적용하기 될 수 있는 내열 및 내압 특성을 가지는 PET를 사용하여 플라스틱 용기를 제조하고도 있다.
그러나, 최근에 PET를 원재료로 하여 제조된 플라스틱 용기에서 환경호르몬이 발생한다는 문제가 제기되고 있는데, 이것은 PET를 가공하는 과정에서 발생하는 아세트알데히드 때문인 것으로 알려져 있다.
또한, PET는 재료의 특성상 충분히 건조한 다음 고온에서 사출을 해야 할 뿐만 아니라, 사출 후 고압의 공기를 사용하여 예비블로우나 블로우 과정을 거쳐야 하는 단점이 있다. 이로 인하여 제품의 생산단가가 높아지게 되어 제품의 가격을 상승시키게 되는 단점이 있다.
특히, 내열 및 내압 PET를 사용하여 제조된 플라스틱 용기라도 플라스틱 특성상 고온의 멸균과정에서 원형을 그대로 유지하지 못하고 변형을 일으키는 문제점이 발생하였다.
상술한 PET가 가지는 문제점으로 인하여 점차 PET 대신 폴리프로필렌을 사용하여 플라스틱 용기를 제조하고 있으며, 폴리프로필렌을 사용할 경우 환경호르몬이 발생되지 않기 때문에 안심하고 용기를 사용할 수 있다는 이점이 있어 점차 그 사용범위가 확대되고 있다.
또한 폴리프로필렌은 열가소성 수지이므로 재활용 정도가 매우 높고, 비중이 낮고 가격이 저렴하기 때문에 생산단가를 낮출 수 있으며, 폴리프로필렌으로 플라스틱 용기 제조시에는 건조과정 없이 사출이 가능하고, 낮은 공기압으로도 연신이 가능하므로 예비블로우나 블로우 과정을 경제적으로 실시할 수 있다는 이점이 있다.
그러나, 폴리프로필렌은 내열 및 내압 특성이 없어 고온의 멸균과정을 실시할 경우 심한 변형을 초래하는 단점이 있으며, 그에 따라 폴리프로필렌의 우수한 특성에도 불구하고 그 적용 범위가 제한적이라는 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라스틱 용기의 제조시 폴리프로필렌을 사용하면서도 고온 멸균시 변형을 최소화 할 수 있어 종래 멸균용으로 사용되는 내열 및 내압의 PET 용기를 대체할 수 있도록 한 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
폴리프로필렌을 용융하고 사출하여 모재(preform)를 얻은 다음, 상기 모재를 예비블로우잉하여 1차적으로 성형한 후, 상기 1차 성형품을 블로잉하여 플라스틱 용기를 얻는 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법에 있어서,
사출 실린더의 온도를 200∼220℃로 하여 얻어진 폴리프로필렌 사출물을 8℃에서 4초간 냉각하여 모재를 얻은 다음, 상기 모재를 금형에 올려놓고 6초간 상중하 세부분의 온도를 달리하여 가열하되, 상측과 중간측을 140±5℃, 하측을 130±5℃로 하여 가열한 다음, 6초간에 걸쳐 3∼4㎏/㎤의 공기압으로 예비블로잉하여 1차 성형하고, 상기 1차 성형품을 60℃에서 14∼16㎏/㎤의 공기압으로 8초간 2회에 걸쳐 블로잉하는 것을 특징으로 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법을 제공함으로서 달성할 수 있다.
이와 같은 방법을 통해 제조되는 폴리프로필렌 용기는 고온고압의 멸균과정을 거쳐도 1∼2% 정도의 변형을 일으킴으로서 종래 멸균용으로 사용되는 내열 및 내압의 PET 용기를 대체하여 사용할 수 있게 된다.
상기한 방법에서 보는 바와 같이 본 발명은 기존의 폴리프로필렌 용기를 제조하는 과정에서 여러 가지 조건을 달리함으로서 고온 멸균시 변형이 최소화될 수 있는 용기의 제조가 가능하게 된 것이며, 이하 그 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면 폴리프로필렌을 사용하면서도 고온 멸균시 변형이 최소화될 수 있는 용기를 제공하기 위하여 먼저 폴리프로필렌 수지를 용융기에 투입하여 용융시킨 다음 사출하여 폴리프로필렌 사출물을 얻고, 이를 냉각하여 모재를 얻게 된다.
모재를 얻기 위한 폴리프로필렌의 용융 및 사출은 통상의 방법을 적용하여 실시할 수 있으며, 본 발명에서는 사출 실린더의 온도를 200∼220℃로 하여 폴리프로필렌 사출물을 얻었다.
이렇게 얻어진 폴리프로필렌 사출물을 냉각하면 모재를 얻을 수 있는데, 폴리프로필렌은 결정화도가 좋기 때문에 결정화가 비교적 빠르게 진행된다. 이때, 폴리프로필렌의 결정화가 너무 빠를 경우 예비블로잉과정과 블로잉과정에서 용기가 깨어지는 문제점이 발생하므로 결정화가 너무 빠르게 진행되지 않도록 하는 것이 중요하다. 본 발명에서는 얻어진 폴리프로필렌 사출물을 8℃에서 4초간 냉각하여 모재를 얻었다.
얻어진 모재는 예비블로잉 과정을 통해 1차적으로 성형하게 되는데, 모재를 얻기 위해서는 폴리프로필렌 사출물을 냉각시키는 과정을 거치게 되므로 이 과정에서 모재의 내측과 외측의 온도차이가 발생하게 되어 예비블로잉이 용이하지 못하게 된다. 즉, 모재의 내측과 외측의 온도차이로 인하여 예비블로잉하는 과정에서 모재의 연신이 고르게 진행되지 못하여 제품의 불량을 초래하는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 모재의 내외측 온도를 균일화시켜 예비블로잉이 용이하게 실시될 수 있도록 하기 위하여 예비블로잉을 실시하기 직전에 모재를 금형에 올려놓고 모재를가열하게 된다.
본 발명에 따르면 모재를 금형에 올려놓고 6초간 상중하 세부분의 온도를 달리하여 가열하되, 상측과 중간측을 140±5℃, 하측을 130±5℃로 하여 가열한 다음 예비블로잉을 실시하였다.
이와 같이 모재를 상중하 세부분의 온도를 달리하여 가열하는 것은 모재의 흐름을 좋게 하여 예비블로잉 및 블로잉이 용이하게 진행될 수 있도록 하기 위함이며, 이때 중요한 것은 폴리프로필렌 수지의 VICAT 연화점보다 높은 온도에서 가열해야 성형품의 변형이 일어나는 것을 막을 수 있기 때문에 130℃이상으로 가열하는 것이 중요하다. 하측의 온도는 상, 중의 온도보다 낮아야 원재료가 바닥 쪽으로 몰리는 것을 막으면서 균일한 제품을 만들 수 있게 되는데, 그 차이는 10℃가 가장 적합하며, 결과적으로 상측과 중간측을 140±5℃, 하측을 130±5℃로 하여 가열하는 것이 중요하다.
상기와 같은 조건으로 모재를 금형에 올려놓고 6초간 가열한 다음 예비블로잉과정을 거치게 되는데, 본 발명에서는 6초간에 걸쳐 3∼4㎏/㎤의 공기압으로 예비블로잉을 실시하여 횡연신비가 약 38%정도인 1차 성형제품을 얻었다.
이와 같이 예비블로잉을 통해 1차 성형된 제품은 최종 성형을 위해 블로잉과정을 거치게 되는데, 본 발명에서는 60℃에서 14∼16㎏/㎤의 공기압으로 8초간 2회에 걸쳐 블로잉을 실시하여 종연신비가 54.5%, 횡연신비가 250%인 폴리프로필렌 용기를 얻었다.
상기 프로필렌 용기는 121℃에서 약 30분간 고온 가압 멸균을 하여도 1∼2%정도의 변형을 일으킴으로서 종래 멸균용으로 사용되는 내열 및 내압의 PET 용기를 대체하여 사용할 수 있다.
이때, 전술한 예비블로잉이나 블로잉과정에서 금형의 온도를 일정하게 유지하는 것이 매우 중요하며, 본 발명에서는 금형의 온도를 조절하기 위해서 100℃ 이상에서는 물보다 정확도가 높은 기름을 매체로 사용하였다.
상기한 방법으로 제조 가능한 폴리프로필렌 용기로는 약품 용기를 포함하여 세제 용기, 화장품 용기, 쥬스 용기 및 음료수 용기 등이 있으며, 폴리프로필렌을 사용함에 따라 재생이 용이하고 환경 호르몬이 검출되지 않으므로 매우 환경 친화적인 제품이라 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 용기는 재질의 특성상 투명성이 매우 우수할 뿐만 아니라 충격강도 및 표면 평활성이 우수하다는 이점이 있으며, 종래 PET 용기와 비교하여 볼 때 가격이 저렴하고, 수지의 비중이 낮아 약 34% 정도의 무게를 줄일 수 있어 매우 경제적이라 할 수 있다.
이하 본 발명을 하기한 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 4>
사출 실린더의 온도를 220℃로 하여 얻어진 폴리프로필렌 사출물을 8℃에서 4초간 냉각하여 모재를 얻은 다음, 상기 모재를 금형에 올려놓고 6초간 상중하 세부분의 온도를 각각 하기 표 1에 나타낸 온도로 세팅하여 가열한 다음, 6초간에 걸쳐 4㎏/㎤의 공기압으로 예비블로잉하여 1차 성형한 후, 상기 1차 성형품을 60℃에서 15㎏/㎤의 공기압으로 8초간 2회에 걸쳐 블로잉하여 플라스틱 약품 용기를 얻었다.
<비교예 1>
사출 실린더의 온도를 215℃로 하여 얻어진 폴리프로필렌 사출물을 8℃에서 6초간 냉각하여 모재를 얻은 다음, 상기 모재를 금형에 올려놓고 6초간 상중하 세부분의 온도를 하기 표 1에 나타낸 온도로 세팅하여 가열한 다음, 2초간에 걸쳐 4㎏/㎤의 공기압으로 예비블로잉하여 1차 성형한 후, 상기 1차 성형품을 15㎏/㎤의 공기압으로 5초간 2회에 걸쳐 블로잉하여 플라스틱 약품 용기를 얻었다.
<실험예>
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 얻은 폴리프로필렌 용기를 상온에서 15분간 예열한 다음 121℃에서 1.8bar의 압력으로 28분간 멸균한 후 냉각하였으며, 멸균전과 멸균후의 내경, 외경, 동경 및 전장의 길이를 측정하고 그 측정치를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 상측온도(℃) | 중간측온도(℃) | 하측온도(℃) | 내경(mm) | 외경(mm) | 동경(mm) | 전장(mm) | |
| 실시예 1 | 멸균전 | 140 | 140 | 130 | 30.40 | 35.80 | 87.20 | 221.00 |
| 멸균후 | 30.25 | 35.52 | 85.53 | 217.87 | ||||
| 실시예 2 | 멸균전 | 138 | 135 | 130 | 30.40 | 35.80 | 87.20 | 221.00 |
| 멸균후 | 29.78 | 35.32 | 85.33 | 217.64 | ||||
| 실시예 3 | 멸균전 | 135 | 135 | 125 | 30.40 | 35.80 | 87.20 | 221.00 |
| 멸균후 | 29.84 | 35.31 | 85.21 | 217.38 | ||||
| 실시예 4 | 멸균전 | 130 | 130 | 120 | 30.40 | 35.80 | 87.20 | 221.00 |
| 멸균후 | 29.78 | 35.43 | 85.25 | 217.52 | ||||
| 비교예 1 | 멸균전 | 90 | 110 | 110 | 30.40 | 35.80 | 87.20 | 221.00 |
| 멸균후 | 28.81 | 35.12 | 85.24 | 226.31 |
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 바람직한 조건하에서 폴리프로필렌 용기를 제조한 실시예 1 내지 4의 경우 고온고압의 멸균전과 멸균후의 내경, 외경, 동경 및 전장의 변화량이 매우 적은 것을 알 수 있다.
그러나 종래의 조건하에서 폴리프로필렌 용기를 제조한 비교예 1의 경우 고온고압의 멸균전과 멸균후의 내경, 외경, 동경 및 전자의 변화량이 실시예 1 내지 4에 비하여 매우 큰 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 플라스틱 용기의 제조시 폴리프로필렌을 사용하면서도 조건 변화를 통해 고온 멸균시 변형을 최소화 할 수 있는 폴리프로필렌 용기의 제조가 가능함으로서 종래 멸균용으로 사용되는 내열 및 내압의 PET 용기를 충분히 대체하여 사용할 수 있게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 플라스틱 용기의 제조시 폴리프로필렌을 사용하면서도 고온 멸균시 변형을 최소화 할 수 있어 종래 멸균용으로 사용되는 내열 및 내압의 PET 용기를 대체할 수 있도록 한 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법을 제공하는 유용한 발명이다.
Claims (1)
- 폴리프로필렌을 용융하고 사출하여 모재(preform)를 얻은 다음, 상기 모재를 예비블로잉하여 1차적으로 성형한 후, 상기 1차 성형품을 블로잉하여 플라스틱 용기를 얻는 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법에 있어서,사출 실린더의 온도를 200∼220℃로 하여 얻어진 폴리프로필렌 사출물을 8℃에서 4초간 냉각하여 모재를 얻은 다음, 상기 모재를 금형에 올려놓고 6초간 상중하 세부분의 온도를 달리하여 가열하되, 상측과 중간측을 140±5℃, 하측을 130±5℃로 하여 가열한 다음, 6초간에 걸쳐 3∼4㎏/㎤의 공기압으로 예비블로잉하여 1차 성형한 후, 상기 1차 성형품을 60℃에서 14∼16㎏/㎤의 공기압으로 8초간 2회에 걸쳐 블로잉하는 것을 특징으로 멸균용 폴리프로필렌 용기의 제조방법.
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