KR20040011205A

KR20040011205A - 폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출 성형방법

Info

Publication number: KR20040011205A
Application number: KR1020020044680A
Authority: KR
Inventors: 황정준; 신철원; 김종량
Original assignee: 에스케이케미칼주식회사
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-05

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출성형방법에 관한 발명으로서 본 사출성형기는 폴리에스테르를 용융하는 스크루식 익스트루더와 인젝션 플런져식 사출기가 분리되어 있는 특징을 가지고 있는 투스테이지 스크루-플렌져 형식으로서, 상기 스크루식 익스트루더는 익스트루더배럴내에 기존의 축방향운동방식 스크루가 아닌 고정방식 스크루를 채택하는 것으로서 폴리에스테르 용융물의 계량작용을 익스트루더배럴에서 하지 않고 폴리에스테르 용융물의 계량을 인젝션챔버내의 전후진운동을 하는 인젝션 플런져로 행함으로써 용융량 및 폴리에스테르 용융물의 체류시간을 최소화하여 제조되는 폴리에스테르 성형물내의 아세트알데하이드의 함량을 감소시킴으로써 폴리에스테르 성형물에 저장되는 내용물의 풍미저하를 방지하고 용융물의 열분해로 인한 기계적물성의 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출성형방법{Polyester injection-molding machine and injection-molding thereby}

본 발명은 폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출성형방법에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 폴리에스테르 성형물의 제조에 있어서 폴리에스테르 용융물의 계량을 익스트루더배럴내부가 아닌 인젝션챔버내부에서 이루어지도록 하여 상기 용융물의 체류시간을 감소시켜 제조되는 폴리에스테르 성형물속의 아세트알데하이드의 잔류량을 획기적으로 감소시키는 폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출성형방법에 관한 것이다.

일반적인 폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출성형방법은 익스트루더에 의해 폴리에스테르를 용융하고 사출되는 폴리에스테르 용융물의 양을 익스트루더배럴의 내부에 형성된 스크루의 전후진운동에 의하여 계량한 후 인젝션 플런져식 사출기로 이송시켜 인젝션챔버내부의 인젝션 플런져운동에 의해 성형몰드를 통해 사출되는 방법을 사용하고 있는데 이 경우 용융상태가 익스트루더와 인젝션 챔버 모두에 걸쳐 장시간 체류하게 되어 용융물내에서 아세트알데하이드의 발생량이 증가하게 되고 제조된 폴리에스테르 성형물내부에 아세트알데하이드가 잔류하게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 해소하여 제조된 폴리에스테르 성형물내부의 아세트알데하이드 잔류량을 획기적으로 감소시키는 폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출성형방법을 제공하는 것을 기술적과제로 한다. 즉 익스트루더배럴 내부에서 전후진운동을 하는 스크루를 고정방식으로 변경하여 설치하고 폴리에스테르 용융물의 계량 및 사출작용은 인젝션챔버내의인젝션 플런져의 운동으로 이루어지게 하면 성형가공중 용융상태의 체류시간을 최소화할수 있고 이에 따라 폴리에스테르 성형물내부의 아세트알데하이드의 잔류량을 감소시킬수 있다는 사실을 알게 되어 폴리에스테르 성형물에 의해 저장되는 내용물, 예를 들면 병속의 음료수의 경우에 아세트알데하이드의 용출에 의한 풍미저하를 방지할 수 있는 본 발명을 완성하게 된 것이다.

도1은 기존의 전후진가능 스크루를 채용한 폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출성형방법을 나타낸 도면이다.

도2는 본 발명인 폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출성형방법을 나타낸 도면이다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

1 : 기존의 스크루 2 : 본 발명의 고정방식 스크루

3 : 익스트루더 배럴 4 : 인젝션 챔버

5 : 인젝션 플런져 6 : 이송 밸브

7 : 로터리 셧오프 밸브 8 : 노즐

그러므로 본 발명에 의하면 스크루식 익스트루더와 인젝션 플런져식 사출기를 구비하는 투스테이지 스크루-플런져 형식의 폴리에스테르 사출성형기에 있어서, 상기 익스트루더의 스크루는 축방향 전후진 운동 없이 회전운동만 하고, 사출기내의 인젝션 플런져 전후진 운동에 의해 폴리에스테르 용융물의 계량이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 사출성형기가 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 상기 사출성형기를 이용한 바람직한 사출성형방법으로서 스크루식 익스트루더와 인젝션 플런져식 사출기를 구비하는 폴리에스테르 사출성형기에서 폴리에스테르를 사출성형하는 방법에 있어서, 축방향 운동 없이 회전운동만 하는 스크루가 장치된 익스트루더에 의해 폴리에스테르를 용융시킨 후, 폴리에스테르 용융물을 익스트루더배럴내의 고정방식 스크루의 날개 회전에 의한 압력만으로 사출기로 이송시키고, 인젝션챔버내의 인젝션 플런져의 후진운동에 의해 폴리에스테르 용융물의 계량을 한 후 상기 인젝션 플런져의 전진운동에 의해 폴리에스테르 용융물을 사출하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 사출성형방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

폴리에스테르의 성형방법은 사출성형 및 압출성형방법등이 있는데 본 발명에서는 사출성형방법을 주로 한다. 사출성형은 스크루식 익스트루더로 폴리에스테르를 용융시켜 폴리에스테르 용융물을 몰드에 충진시켜 이를 사출함으로써 이루어진다. 통상적으로 소량생산용 익스트루더는 1단식 스크루식 익스트루더로 이루어지는데 대량의 생산량을 필요로 하는 경우에는 익스트루더와 사출기의 2단식 구성을 하여 이루어진 투스테이지 스크루 플런져 형식의 사출성형기를 사용하는데 이렇게 2단식으로 분리되는 이유는 사이클 시간중의 사출작용과 계량작용간의 시간 간격을 감소시켜 전체 사이클시간내의 사출횟수를 증가시킴으로써 생산성을 향상시키기 위함이다.

기존의 사출성형기는 도1에서와 같이 익스트루더 배럴(3) 내부의 스크루(1)가 회전운동 뿐만 아니라 축방향 전후진운동까지도 하게되어 폴리에스테르 용융물의 계량작용까지도 익스트루더 배럴(3)에서 이루어지는 투스테이지 스크루-플런져 형식인 것이 특징이다. 도1을 참조하여 기존의 사출성형기의 작용을 설명하기로 한다.

도1에서 나타낸바와 같이 기존의 사출성형기는 (10)이송시작단계 (20)이송완료단계 (30)사출시작 및 계량시작단계 (40)사출완료 및 계량완료단계 (50)이송준비단계의 순서로 진행되면서 순환된다. (10)의 이송시작단계에서는 축방향전후진운동을 하는 스크루(1)의 용융 및 전진운동과 인젝션챔버(4)내부의 인젝션 플런져(5)의후진운동에 의해 폴리에스테르 용융물의 이송이 시작되며, (20)단계에서는 이송밸브(6)가 잠기고 스크루(1)의 전진운동과 인젝션 플런져(5)의 후진운동이 중단되면서 용융물의 이송이 완료된다. (30)단계에서는 로터리 셧오프 밸브(7)가 열리면서 인젝션 플런져(5)의 전진운동에 의해 용융물의 사출이 시작되며, 동시에 스크루(1)의 후진운동에 의해 용융물의 계량이 시작된다. (40)단계에서는 상기 인젝션 플런져(5)의 전진운동이 완료되면서 로터리 셧오프 밸브(7)가 잠기어 용융물의 사출이 완료되며 동시에 스크루(1)의 후진운동이 완료되면서 계량이 완료되며, (50)단계에서는 이송밸브(6)가 열리면서 상기의 (i)단계로 다시 이행되기 위한 이송준비를 하게되며, 반복적으로 (10),(20),(30),(40),(50)의 순서로 순환하며 사출공정이 진행된다 .

상기 폴리에스테르 용융물에는 폴리에스테르의 열분해로 인한 부산물인 아세트알데하이드(Acetaldehyde)가 생성되며 용융상태로써의 체류시간과 온도에 비례하여 아세트알데하이드의 생성량이 증가하게 되는데 기존의 사출성형기에서는 익스트루더배럴(3)과 인젝션챔버(4)에서 폴리에스테르 용융물이 장시간 용융상태로 존재하게 되어 상기의 아세트알데하이드의 생성량이 많아지게 된다. 이러한 아세트알데하이드는 쉽게 휘발하고 수용성이 높아 최종제품인 폴리에스테르 성형물내부의 충진내용물의 풍미를 변하게 하는 역할을 한다는 것은 당업계에서 주지된 사실이다. 또한 상기 아세트알데하이드이외에 용융물의 열분해에 의해서 최종성형물의 기계적 물성저하가 일어나며 이는 후술할 실시예에서의 패리슨IV값의 감소현상으로 평가할 수 있는데 이는 고분자물의 분자량이 감소하는데 기인하는 것이다.

본 발명의 폴리에스테르 사출성형기는 폴리에스테르를 용융시키는 작용을 하는 스크루식 익스트루더와 폴리에스테르 용융물을 계량하고 사출작용을 하는 인젝션 플런져식 사출기로 주구성된다.

본 발명에서의 익스트루더는 가열장치가 부설된 원통형의 익스트루더배럴(3)과 그 내부에 원통형의 나선구조의 날개가 형성된 고정방식 스크루(2)로 이루어지는데 상기 고정방식 스크루(2)는 도2에 표시된 바와 같이 축방향 전후진 운동없이 스크루축을 기준으로 회전운동만을 하면서 폴리에스테르칩을 용융시키고 폴리에스테르 용융물을 사출기로 이송시키는 작용을 하게 되는데 상기 익스트루더는 용융, 이송을 위한 충분한 압력을 제공할 수 있는 압축비를 갖는 스크루가 설치되어야 하며 충분한 동력을 공급할 수 있어야 한다. 또한 본 발명의 폴리에스테르 사출성형기의 주구성요소인 사출기는 인젝션챔버(4) 내부에 전후진운동을 하는 인젝션 플런져(5)가 설치되어 있고 실린더선단에 노즐이 형성된 구조로서, 상기 사출기는 익스트루더와 밀폐된 도관으로 연결되어 있는데 상기 사출기 배럴(4) 내부의 인젝션 플런져(5)의 후진운동에 의해 폴리에스테르 용융물의 계량이 이루어지며 인젝션 플런져의 전진운동에 의해 폴리에스테르 용융물의 사출이 이루어진다.

본 발명의 사출성형기를 이용하여 폴리에스테르 성형물을 제조하는 방법을 도2를 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명에서 폴리에스테르 성형물을 제조하는 방법은 도2에 도시한 것과 같이 (100)이송, 계량단계 (200)이송 ,계량완료단계 (300)사출시작단계 (400)사출완료단계 (500)계량준비단계의 순서로 진행되면서 순환된다. 상기 (100)단계에서는고정방식 스크루(2)의 회전력과 가열작용에 의해 폴리에스테르칩이 용융되고 인젝션 플런져(5)의 후진과 고정방식 스크루(2)의 회전에 의해 용융물의 이송 및 계량이 시작되며, (200)단계에서는 이송밸브(6)가 잠기고 인젝션 플런져(5)의 후진운동이 중단되면서 용융물의 이송 및 계량이 완료된다. (300)단계에서는 로터리 셧오프밸브(7)가 열리면서 인젝션 플런져(5)의 전진운동에 의해 용융물의 사출이 시작되며, (400)단계에서는 상기 인젝션 플런져(5)의 전진운동이 완료되면서 로터리 셧오프밸브(7)가 잠기어 용융물의 사출이 완료된다. (500)단계에서는 이송밸브(6)가 열리면서 상기의 (a)단계로 다시 이행되기 위한 준비를 하게되며, 반복적으로 (100),(200),(300),(400),(500)의 순서로 순환하며 사출공정이 진행된다 .

본 발명에서는 상기 공정순서에서 볼 수 있듯이 폴리에스테르 용융물의 이송 및 계량이 인젝션 플런져(5)의 전후진운동과 고정방식의 스크루(2)의 회전에 의해 이루어지는 것이 특징인 것이다. 그러므로 본 발명의 사출성형기를 이용하여 폴리에스테르 성형물을 제조하면 폴리에스테르 용융물의 익스트루더배럴(3)에서의 용융체류 대기시간이 없이 인젝션챔버(4)에서만 용융물계량이 이루어지면서 사출공정이 이루어지기 때문에 기존의 사출성형기에서의 사이클시간과 동일한 사이클시간에 용융물의 체류시간이 40%∼50%정도 감소됨으로써 용융물의 열분해가 적게 일어나며 폴리에스테르 용융물내의 아세트알데하이드의 생성량이 감소되는 것이다.

다음의 실시예 및 비교예에서는 폴리에스테르 사출성형기 및 이를 이용한 사출성형방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

패리슨IV값이 0.805인 병제작용 PET칩(SK케미칼,한국산)을 제습 열풍건조기에서 170℃ 온도에서 5시간 건조시킨 후 사출온도 285℃, 사이클 시간 17초로 48g의 폴리에스테르 패리슨(parison)을 본발명인 사출성형방법이 적용되도록 개량된 투스테이지 스크루 플런져형식의 사출성형기에 의해 성형을 하였다.

[실시예 2∼3]

사출온도 및 사이클시간을 표1에서와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예1에서와 같은 방법으로 성형을 하였다.

[비교예 1∼3]

사출온도 및 사이클 시간을 표1에서와 같이 변경하고 기존의 폴리에스테르 용융물의 계량작용을 익스트루더에 의하여 행하는 방식의 사출성형기에 의해 성형을 하였다.

상기 실시예1∼3 및 비교예1∼3으로 성형한 폴리에스테르 성형물내의 패리슨IV를 비스코메터(viscometer)에 의해 측정하고 아세트알데하이드의 함량을 GC로 헤드스페이스(Head-space)법에 의해 측정한 후 각각 비교하여 표2와 같이 나타내었다.

표 1

	사출온도(℃)	사이클시간(초)
실시예 1	285	17
실시예 2	295	17
실시예 3	295	24
비교예 1	285	17
비교예 2	295	17
비교예 3	295	24

표 2

	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3
패리슨IV(dl/g)	0.767	0.758	0.751	0.761	0.750	0.743
아세트알데하이드량(ppm)	11.2	12.1	13.3	12.5	14.5	15.6

상기 표2에서 나타나듯이 실시예 1에서는 패리슨 IV값과 아세트알데하이드량이 0.767, 11.2로 나타났으나 동일한 온도 및 시간조건에서 기존의 사출성형기로 사출한 비교예 1에서는 상기 수치들이 0.761, 12.5로 나타남을 알수 있다. 이러한 결과는 실시예2와 비교예2간 및 실시예3과 비교예3간의 비교에서도 동일하다. 따라서 본발명의 방법에 의해 제조된 PET 병은 높은 패리슨IV값으로 인한 기계적물성이 우수하고 아세트알데하이드량이 적은 제품이 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 기존의 성형사출기에 의해 제조된 폴리에스테르 성형물에 비하여 폴리에스테르 용융물의 사전 용융체류 대기시간이 없이 사출공정이 이루어지는 결과 패리슨IV값이 높아져 최종제품의 기계적물성이 우수하게 되며, 본발명에 의한 폴리에스테르 용융물에서는 아세트알데하이드의 생성량이 감소되어 최종제품인 폴리에스테르 성형물의 내부의 아세트알데하이드 잔류량이 감소된다. 본발명에 의해 제조할수 있는 PET병은 음료수용기로써 사용하는 경우에 PET속의 아세트알데하이드가 음료수속으로 용출됨으로 인한 음료수 자체의 풍미저하를 방지할 수 있으며 PET 필름을 제조하는 경우에도 보관되는 음식물내로 아세트알데하이드가 용출됨으로 인한 음식물 자체의 풍미저하를 방지할 수 있다.

Claims

스크루식 익스트루더와 인젝션 플런져식 사출기를 구비하는 투스테이지 스크루-플런져 형식의 폴리에스테르 사출성형기에 있어서,

상기 익스트루더의 스크루는 축방향 운동 없이 회전운동만 하고, 사출기의 인젝션 플런져 전후진 운동에 의해 폴리에스테르 용융물의 계량이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 사출성형기.
스크루식 익스트루더와 인젝션 플런져식 사출기를 구비하는 폴리에스테르 사출성형기에서 폴리에스테르를 사출성형하는 방법에 있어서,

축방향 운동 없이 회전운동만 하는 스크루가 장치된 익스트루더에 의해 폴리에스테르를 용융시킨 후, 폴리에스테르 용융물을 익스트루더배럴내의 고정방식 스크루의 날개 회전에 의한 압력만으로 사출기로 이송시키고, 인젝션챔버내의 인젝션 플런져 후진운동에 의해 폴리에스테르 용융물의 계량을 한 후 상기 인젝션 플런져의 전진운동에 의해 폴리에스테르 용융물을 사출하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 사출성형방법.