KR200380901Y1 - 자외선 차단과 성형성이 우수한 다층용기 - Google Patents

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KR200380901Y1 KR20-2004-0037401U KR20040037401U KR200380901Y1 KR 200380901 Y1 KR200380901 Y1 KR 200380901Y1 KR 20040037401 U KR20040037401 U KR 20040037401U KR 200380901 Y1 KR200380901 Y1 KR 200380901Y1
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Abstract

본 고안은 다층용기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 개질제가 공중합된 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 수지에 배리어 수지로서 메타크실렌기를 함유한 폴리아미드를 사용하여 프리폼을 성형하고 이를 블로우(취입성형)하여 성형하되, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 수지에 Fe3O4, Fe2O3, SiO2 로 구성되는 자외선 차단제를 0.20 내지 0.30wt% 포함시켜 성형하는 것을 특징으로 하는 다층용기에 관한 것이다. 본 고안에 의하면, 자외선 차단과 성형성이 우수한 다층용기를 제공할 수 있다.

Description

자외선 차단과 성형성이 우수한 다층용기 {Multilayer Container Having Excellent UV Resistance and Formability}
본 고안은 열가소성 폴리에스테르 수지와 배리어 물질로 구성되는 다층용기에 자외선 차단제를 도입한 맥주, 특정 과일 주스용 다층용기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 열가소성 폴리에스테르 수지와 자외선 차단제로 구성되는 수지층에 1층의 배리어 물질이 중간층으로 구성된 구조를 갖는 자외선 차단성, 산소 및 이산화탄소 차단성이 우수한 다층용기에 관한 것이다.
특정 과일 주스, 소프트 음료, 맥주, 포도주, 식료품, 유제품, 화장품, 비타민 및 약제와 같은 많은 제품은 자외선이 투과되는 플라스틱 용기에 포장되면 자외선 광의 악역향을 받음으로써 변질, 변색, 분해되게 된다.
자외선은 가시광선 이나 적외선에 비해 파장이 짧고 에너지가 높아 유기물을 변화, 변질시킨다. 구체적으로, 자외선은 그 파장범위로 구분하여 자외선A(320 내지 400nm), 자외선B(280 내지 320nm) 및 자외선C(200 내지 280nm)로 구분할 수 있다. 자외선 C영역은 자외선 중 가장 에너지가 크지만, 대부분이 오존층에 의해 제거되어 지표면에는 도달하지 않고, 자외선B 영역은 태양광에 의한 화상이 발생할 수 있는 영역이며, 자외선A 영역은 노화 및 변질을 유발하는 하나의 원인으로 작용하는 것으로 알려져 있다.
또한, 자외선은 에너지가 크기 때문에 여러 가지 화학물질을 활성화시켜 그들의 구조를 변화시키거나 기능을 마비시킨다. 따라서, 기존의 발명은 음료 용기를 자외선 차단제를 첨가한 수지로 제조하거나, 자외선 차단제로 포장재 및 저정용기표면 처리를 실시함으로써 유해한 320 내지 400nm의 자외선을 차단하여 음료의 고유의 맛, 색상, 향 등의 파괴현상을 방지하였다.
그러나, 자외선 차단을 위하여 첨가된 무기계 자외선 산란제는 프리폼 블로잉시 히팅공정에서 적외선(I.R) 히터의 빛을 산란시켜 용기의 성형성이 불량하였다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특정한 자외선 차단제를 폴리에스테르 수지층에 도입하여, 맥주 및 고급 음료의 맛과 품위를 자외선으로부터 보호하고 용기의 부형성을 최적화하는 것을 목적으로 한다.
이하, 본 고안을 보다 상세하게 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 고안에 따른 다층용기는 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 개질제가 공중합된 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 수지에 배리어 수지로서 메타크실렌기를 함유한 폴리아미드를 사용하여 프리폼(1)을 성형하고 이를 블로우(취입성형)하여 성형하되, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 수지에 Fe3O4, Fe2O3, SiO2 로 구성되는 자외선 차단제를 0.20 내지 0.30wt% 포함시켜 성형하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 고안은 프리폼의 사출성형시 자외선 차단제를 포함한 폴리에스테르 층과 배리어층을 이용하여 다층용기용 프리폼을 사출하고, 사출성형한 프리폼에 열 및 블로우 압력을 부여함으로써 자외선 차단성 및 부형성이 우수한 다층용기를 제공한다.
본 고안의 다층용기용 프리폼의 제조에 사용되는 배리어 수지는 사출전 80 내지 90℃ 건조기에서 4 내지 5시간 건조시키고, 이때의 수분율을 50 내지 400ppm, 더욱 바람직하게는 50 내지 200ppm으로 유지시킨다. 상기와 같이 수분이 제거된 수지는 건조기에서 사출기 호퍼내로 이송하고, 일정량씩 연이어 왕복스크류 사출 성형기 내로 공급되게 하여 용융 가소화 과정을 거쳐 몰드 내로 사출 성형한다.
한편, 본 고안의 다층용기용 프리폼의 제조공정에서, 폴리에스테르 배럴의 사출시 사출배럴의 온도는 290 내지 295℃, 배리어 물질의 사출배럴의 온도는 270 내지 285℃ 온도로 설정하고, 폴리에스테르 사출기 측에 자외선 차단제를 투입하여 수지를 용융한다. 또한, 폴리에스테르측 사출압력은 1877psi, 배리어 물질측 사출압력은 1163psi 조건으로 다층 프리폼을 사출 성형한다.
본 고안에 사용되는 배리어 수지로는 구체적으로, 메타크실렌기를 함유한 폴리아미드 수지인 MXD6(MGC), Aegis(Honywell) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 폴리에스테르 수지로는 테레프탈산을 디카르복실산 성분으로, 에틸렌 글리콜을 디히드록시 성분으로 하여 에스테르화(또는 에스테르 교환)와 액상 중축합 및 고상 중합 반응에 의해 제조되는 수지로서, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 개질제가 공중합된 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 수지를 사용할 수 있다.
한편, 본 고안에 특징적으로 사용되는 자외선 차단제로는 구체적으로 Fe3O4, Fe2O3 및 SiO2 등을 예로 들 수 있다. 기존의 자외선 차단제의 구성성분은 카본블랙을 함유하고 있어 프리폼의 블로우 성형시 과도하게 열을 흡수하여 성형된 용기의 불량을 초래하였다. 이를 개선하고자 본 고안의 자외선 차단성분을 Fe3O4, Fe2 O3 및 SiO2으로 구성하여 프리폼의 열흡수율을 최적화하였다.
본 고안에서 상기 자외선 차단제의 사용량은 0.20 내지 0.30wt%가 바람직하다. 자외선 차단제의 0.20wt% 이하로 투입하는 경우는 적절하게 자외선이 차단되지 못하여 음료 내용물의 맛 및 향기가 변질될 우려가 있고, 0.30wt% 이상으로 투입하는 경우는 과도한 액상 자외선 차단제 투입으로 인하여 사출성형시 수지충진을 위한 스크류 후퇴가 되지 않는 발생하여 생산성이 저하될 우려가 있다.
본 고안에서는 코스텍(Kostec) 48캐비티(cavity) 멀티 사출 성형기를 사용하고, 하기 표 1에 나타낸 사출 성형 조건에 따라 예비성형품 프리폼을 제조한다. 이때, 본 고안의 다층용기용 프리폼은 도 2에 도시된 바와 같이, 폴리에스테르 외층(11) 사이에 배리어 물질을 내층(12)으로 포함하는 구조를 이룬다.
폴리에스테르 배리어물질
건조온도(℃) 160 70
사출압력(psi) 1877 1163
사출온도(℃) EX1 290 255
EX2 290 275
EX3 290 270
EX4 290 290
EX5 290 290
EX6 290 290
BHE 290 -
SP1 290 -
SP2 290 -
DIS 290 -
상기 조건으로 사출성형된 프리폼을 가열장치를 이용하여 열침투 공정과 열분배 공정으로 나누어서 가열한다. 적외선 가열램프를 사용하여 열침투 공정에서는 프리폼을 목표 가열온도의 75 내지 88%수준까지 가열하고, 이 후 이송된 프리폼은 열분배 공정에서 80%에서 100%의 온도까지 가열하며, 내벽과 외벽의 온도차를 10℃이하로 최소화하게 한다. 또한, 사출성형된 프리폼의 빛 투과율은 80% 이상이 되게 조절함으로써 프리폼 히팅시 프리폼의 온도분포가 내외벽, 수평방향으로 균일하게 조절 용기의 부형성을 개선한다.
종래의 경우, 열침투 및 열분배 가열의 개념 없이 단순히 목표 가열온도로 가열되면 바로 블로우 몰드로 이송하여 성형하였는데, 이러한 경우 내벽와 외벽의 온도차가 높게 되고, 따라서 내벽 연신과 외벽 연신이 달라져서 블로우 성형된 다층용기의 박리발생 및 부형성이 저하될 가능성이 크다.
본 고안에서 프리폼의 목표 가열온도는 110℃로 하는 것이 바람직하다. 이보다 낮을 경우 연신이 제대로 이루어지지 박리발생 및 부형성이 저하될 가능성이 증가하며, 이보다 높을 경우, 몰드에서 탈착 후 용기의 후수축으로 인해 내압용기의 물성이 균일하지 않다.
본 고안에서 블로우 성형은 일차 블로우 성형단계와 이차 블로우 성형단계로 나뉘는데, 일차 블로우 성형단계에서는 7 내지 12bar이하 저압의 공기로 용기 상부의 질량분포와 연신을 조절하고, 이차 블로우 성형단계에서는 35bar 내지 45bar, 더욱좋기로는 40bar의 고압 공기로 이축연신하는 과정을 의미한다. 이렇게 고속 이축연신된 내압 PET용기는 보다 좋은 연신 효율을 가지게 되고, 이에 따라 용기의 내압성이 향상되게 된다.
또한, 바닥몰드의 냉각수 온도를 바람직하게는 10℃ 이하, 더욱 바람직하게는 7℃로 유지함으로써 다층용기의 바닥부를 충분히 냉각함으로써 몰드에서 탈착 후 높은 온도에 의한 바닥부의 후수축 현상을 방지한다. 본 고안의 과정으로 블로우 성형된 다층용기의 내압성은 바람직하게는 15kgf/cm2 더욱 바람직하게는 22kgf/cm2 이상의 내압력 나타내는 다층용기를 제조할 수 있다.
이때, 횡축의 연신비는 2 배 이상, 종축의 연신비는 4 배 이상을 유지하는 것이 바람직하다.
상기의 조건으로 사출성형된 다층용기의 중량분포는 도 1과 같이 용기를 3등분 즉 어깨부(21), 몸체부(22), 바닥부(23)로 구분 시 어깨부의 중량은 22.5 ± 0.75g(44.7 내지 41.8%), 몸체부의 중량은 13.0 ± 0.75g(23.6 내지 26.4%), 바닥부의 중량은 16.0 ± 1.0g(28.3 내지 32.7%)로 배분하여 프리폼 연신비를 최적화하여 박리발생 가능성을 최소화하였다. 용기 바닥부의 중량이 과중량일 경우 용기 두께 중 배리어층의 두께 증가로 인하여 박리 발생가능성이 증가한다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예에 의해 본 고안의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 고안을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 고안의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
실시예
본 고안에 따라 제조된 다층용기의 내구성(박리성 개선)은 아래와 같이 평가하였다.
1) UV 차단율
UV 투과도 기계를 사용하여 빛의 파장에 따른 투과도를 평가한다.
2) 바틀의 낙하 테스트
불로우 성형된 다층용기를 50cm 높이에서 낙하 테스트 실시 후 다층용기의 박리발생 여부를 검사한다.
3) 용기의 중량분포 평가
적절한 블로우 연신성을 평가하기 위하여 다층용기의 어깨부, 몸체부, 바닥부로 구역을 구분하여 중량분포를 평가한다.
실시예 1
고유점도가 0.8dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 선정하여 160℃에서 4시간, Aegis 수지는 90℃에서 4시간 동안 건조하였다. 상기의 건조된 수지를 이용하여 폴리에스테르 사출온도는 290℃, 배리어 물질은 285℃ 조건으로 온도를 설정하고, Aegis 함량이 7%가 되게 다층 프리폼을 사출성형하였다. 이 때 폴리에스테르층에 자외선 차단제의 함량을 0.23wt% 투입하였다.
사출성형된 다층 프리폼의 표면 온도가 115℃가 되게 히터로 가열하고, 1차 압력 10 bar, 2차 압력 40 bar 조건으로 연신 블로우 성형을 하였다.
실시예 2
고유점도가 0.8dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 선정하여 160℃에서 4시간, Aegis 수지는 90℃에서 4시간 동안 건조하였다. 상기의 건조된 수지를 이용하여 폴리에스테르 사출온도는 290℃, 배리어 물질은 285℃ 조건으로 온도를 설정하고, Aegis 함량이 7%가 되게 다층 프리폼을 사출성형하였다. 이 때 폴리에스테르층에 자외선 차단제의 함량을 0.28wt% 투입하였다.
사출성형된 다층 프리폼의 표면 온도가 115℃가 되게 히터로 가열하고, 1차 압력 10 bar, 2차 압력 40 bar 조건으로 연신 블로우 성형을 한다.
비교예 1
고유점도가 0.8dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 선정하여 160℃에서 4시간, Aegis 수지는 90℃에서 4시간 동안 건조하였다. 상기의 건조된 수지를 이용하여 폴리에스테르 사출온도는 290℃, 배리어 물질은 285℃ 조건으로 온도를 설정하고, Aegis 함량이 7%가 되게 다층 프리폼을 사출성형하였다. 이 때 폴리에스테르층에 카본블랙을 포함한 자외선 차단제의 함량을 0.23wt% 투입하였다.
사출성형된 다층 프리폼의 표면 온도가 115℃가 되게 히터로 가열하고, 1차 압력 10 bar, 2차 압력 40 bar 조건으로 연신 블로우 성형을 하였다.
비교예 2
고유점도가 0.8dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 선정하여 160℃에서 4시간, Aegis 수지는 90℃에서 4시간 동안 건조하였다. 상기의 건조된 수지를 이용하여 폴리에스테르 사출온도는 290℃, 배리어 물질은 285℃ 조건으로 온도를 설정하고, Aegis 함량이 7%가 되게 다층 프리폼을 사출성형 하였다. 이 때 폴리에스테르층에 자외선 차단제의 함량을 0.18wt% 투입하였다.
사출성형된 다층 프리폼의 표면 온도가 115℃가 되게 히터로 가열하고, 1차 압력 10 bar, 2차 압력 40 bar 조건으로 연신 블로우 성형을 하였다.
비교예 3
고유점도가 0.8dl/g인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 선정하여 160℃에서 4시간, Aegis 수지는 90℃에서 4시간 동안 건조하였다. 상기의 건조된 수지를 이용하여 폴리에스테르 사출온도는 290℃, 배리어 물질은 285℃ 조건으로 온도를 설정하고, Aegis 함량이 7%가 되게 다층 프리폼을 사출성형하였다. 이 때 폴리에스테르층에 자외선 차단제의 함량을 0.32wt% 투입하였다.
사출성형된 다층 프리폼의 표면 온도가 115℃가 되게 히터로 가열하고, 1차 압력 10 bar, 2차 압력 40 bar 조건으로 연신 블로우 성형을 하였다.
상기 실시예 및 비교예에서의 자외선 차단제 성분 및 투입량을 하기 표 2에 나타내었고, 각각에서 측정된 물성 데이터를 하기 표 3 및 도 3에 나타내었다.
자외선 차단제성분 투입량(중량%)
실시예 1 Fe3O4, Fe2O3, SiO2 0.23
실시예 2 Fe3O4, Fe2O3, SiO2 0.28
비교예 1 카본블랙 0.23
비교예 2 Fe3O4, Fe2O3, SiO2 0.18
비교예 3 Fe3O4, Fe2O3, SiO2 0.32
자외선 투과도(%) 낙하테스트(박리발생/시료수) 중량분포(전체중량 52g)
380㎚ 550㎚ 어깨부 몸체부 바닥부
실시예 1 3.8 8.2 0/5 22.3 13.4 16.3
실시예 2 4 8.8 0/5 22.4 13.4 16.2
비교예 1 3 7.8 2/5 20.2 13.81 17.23
비교예 2 13.6 14.5 0/5 20.84 13.87 13.72
비교예 3 3.2 6.9 3/5 20.52 13.81 17.23
주> UV Spec.: 380㎚→8% 이내, 550㎚→18% 이내 낙하테스트: 우수→0-1/5, 보통→2/5, 불량→3-5/5 중량분포: 어깨부→22.5±0.75g, 몸체부→13.0±0.75g, 바닥부→16.0±1.0g
상기 표 2 및 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 카본 블랙을 포함한 경우는 블로우 생산시 프리폼이 열을 과도하게 흡수하여 박리 및 내구성이 저하된다. 또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 자외선 차단제의 함량을 0.2wt% 이하로 투입하는 경우는 자외선 차단률이 감소하여 음료의 맛과 향의 변질이 우려되고, 차단제 함량을 0.3wt% 이상 투입하는 경우는 차단성은 우수하나 프리폼 히팅 공정에서 과정에서 과도하게 열을 흡열하여 중량이 바닥부 쪽으로 몰리고, 어깨부의 두께가 얇아져 내구성에 문제가 생길 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 고안의 자외선 차단제를 사용할 경우 기존 자외선 차단제 대비 우수한 수준의 자외선 차단성을 발현할 수 있고, 블로우 성형공정 중 프리폼 히팅거동을 조절하여 자외선 차단성, 내구성 및 부형성이 우수한 다층용기를 제공할 수 있다. 이에 음료 내용물이 자외선과 산소, 이산화 탄소에 민감한 맥주, 차, 커피, 특수 주스 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 의한 다층용기를 도시한 단면 개략도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 의해 제조된 프리폼을 도시하는 개략도이다.
도 3 은 본 고안의 실시예 및 비교예에서 측정된 UV 투과도를 비교 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 프리폼 2 : 다층용기
11 : 외층 12 : 내층
21 : 어깨부 22 : 몸체부
23 : 바닥부

Claims (1)

  1. 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 개질제가 공중합된 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 수지에 배리어 수지로서 메타크실렌기를 함유한 폴리아미드를 사용하여 프리폼을 성형하고 이를 블로우(취입성형)하여 성형하되, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체 수지에 Fe3O4, Fe2O3, SiO2 로 구성되는 자외선 차단제를 0.20 내지 0.30wt% 포함시켜 성형하는 것을 특징으로 하는 다층용기.
KR20-2004-0037401U 2004-12-30 2004-12-30 자외선 차단과 성형성이 우수한 다층용기 KR200380901Y1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220164325A (ko) 2021-06-04 2022-12-13 주식회사 에코팩 화장품 용기

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