KR20050069492A - Biaxial stretch-blowing method of heat and pressure resistance large self-standing pet bottle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자립이 가능한 내열압성 1리터 용량 이상의 대형 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 용기의 성형방법에 관한 것으로서, 사출성형된 예비성형품 프리폼을 가열한 후 용기 자체로 자립이 가능한 1리터 이상 용량의 대형 내열압성 폴리에틸렌테레프탈레이트 용기를 이축 연신 블로우 성형함에 있어서, 예비 블로우 및 메인 블로우 공정을 거치며, 용기의 축 방향 연신비가 각각 2.5 내지 3.0으로 하고 원주방향 연신비가 3.0 내지 3.5로 하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의해 성형된 1리터 이상 대형 내열압 PET 용기의 경우 근래의 1리터 이상 대형 내열압 PET용기와 비교하여 동일 또는 우수한 내압성을 유지하면서 바닥 받침컵을 사용하지 않고 용기 자체 자립이 가능하고 또한 재활용이 용이하여 근래 대형 내열압 PET 용기를 대체하기에 충분하다.The present invention relates to a method for forming a large-capacity polyethylene terephthalate (PET) container having a capacity of at least 1 liter of heat-resistance that can be self-supporting, and after heating the injection-molded preform preform, the container has a capacity of at least 1 liter that can be self-supporting by itself. In the biaxially stretch blow molding of the pressurized polyethylene terephthalate container, a preliminary blow and a main blow process are performed, and the axial draw ratio of the container is 2.5 to 3.0 and the circumferential draw ratio is 3.0 to 3.5, respectively. In the case of a large heat resistant PET container of 1 liter or more formed by the present invention, the container itself can be self-supporting and recycled without using the bottom support cup while maintaining the same or superior pressure resistance compared to a large heat resistant PET container of more than 1 liter in size. It is easy enough to replace a large heat-resistant PET container in recent years.
Description
본 발명은 PET 용기의 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하기로는 자립이 가능한 형태의 대형 내열압성 PET 용기의 성형방법에 관한 것이다. 여기서 대형이라 함은 용량기준으로 1리터(1L)이상을 의미하며, 내열압 이라 함은 PET용기가 내열성과 동시에 내압성을 가지고 있는 것을 말한다.The present invention relates to a molding method of a PET container, and more particularly, to a molding method of a large heat-resistant pressure-resistant PET container of a self-supporting form. The term "large" means more than 1 liter (1L) on the basis of capacity, and the term of "heat resistance" means that the PET container has heat resistance and pressure resistance.
1950년대 Dupont社에 의해서 개발된 PET수지는 섬유, 필름, 쉬트, 용기 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 1970년대에부터 PET 용기의 본격적인 적용이 시작되었으며 국내에서는 1980년대 초부터 탄산음료 PET 용기생산을 시작으로 하여 현재까지 매년 높은 시장 성장률을 기록하고 있다. 특히 내열압성 PET용기 시장은 다른 용기시장보다 높은 성장추이를 나타내고 있다. 현재 시장에 나와 있는 PET용기의 종류는 다음과 같다.PET resin developed by Dupont in the 1950s is applied to various fields such as fiber, film, sheet and container. The application of PET containers began in earnest in the 1970s. In Korea, the production of carbonated beverage PET containers began in the early 1980s, and has recorded high market growth every year. In particular, the market for heat-resistant PET containers shows higher growth than other container markets. The types of PET containers currently on the market are as follows.
1) 콜라, 사이다와 같은 음료 충진 및 보관이 가능한 내압성(pressure resistance) PET 용기, 2) 고온 살균이 필요한 과즙음료 충진 및 보관을 위한 내열성(heat resistance) PET 용기, 3) 생수, 식용유, 장류 충진 및 보관을 위한 상압(Normal) PET용기, 4) 우유탄산음료와 같이 내용물 살균을 위한 내열성 그리고 탄산음료으로 인한 내압성을 동시에 갖는 내열압성 PET 용기가 그것이다.1) Pressure resistant PET container for filling and storing beverages such as cola and cider, 2) Heat resistance PET container for filling and storing juice and beverages requiring high temperature sterilization, 3) Filling with bottled water, cooking oil and enteric And a normal PET container for storage, and 4) a heat-resistant PET container having heat resistance for sterilizing the contents, such as milk carbonated beverage, and pressure resistance due to a carbonated beverage.
일반적으로 내열압 용기에 충전되는 음료는 충전 후 파스퇴르 살균 과정(75℃, 30분 살균)을 거치게 된다. 높은 온도와 장기 살균 과정 중 온도 상승에 따른 내부 탄산 압력 상승 및 용기 유연화 현상이 같이 작용하여 일반 내압용기에 작용하는 압력보다 20%~40%이상 높은 내부 압력이 작용하게 된다. 이러한 높은 내부 압력에 대응하기 위하여 내용적당 표면적이 제일 큰 원형 모양이 가장 이상적이다. 따라서 기존의 경우 위의 개념을 기본으로 하는 내열압 PET 용기를 블로우 성형하였으며 방법은 다음과 같다. 사출성형과정에서 PET수지를 용융혼련 및 금형으로 사출하여 고유 디자인을 가지는 예비성형품 프리폼을 만들고 구부(口部)를 가열하여 열백화 시킨 후 이축 연신 블로우 성형하였다.In general, the beverage filled in the heat-resistant container is subjected to Pasteur sterilization (75 ℃, 30 minutes sterilization) after filling. During high temperature and long-term sterilization, internal carbonic acid pressure rise and softening of the container work together, resulting in an internal pressure of 20% ~ 40% higher than the pressure applied to general pressure vessels. In order to cope with such high internal pressures, the circular shape with the largest surface area per contents is ideal. Therefore, in the conventional case, the heat-resistant PET container based on the above concept was blow molded and the method is as follows. In the injection molding process, the PET resin was melt-kneaded and injected into a mold to make a preformed preform having a unique design, heat-whitened by heating the mouth, and biaxially stretched blow molding.
이때 용기의 바닥 모양은 반원형 모양으로 하였는데 이는 물리학적으로 내부압력을 최대한 견딜 수 있는 구조가 바로 원형이기 때문이다. 내열압 용기에서 필요한 내압성은 자립형 내압 PET용기보다 높은 경우가 대부분인데 이러한 높은 내부압력을 견딜 수 있게 하기 위해서 불가피하게 기존에는 바닥을 둥글게 성형하였던 것이다. 바닥 용기를 둥글게 성형하게 되므로 불가피하게 용기를 자립시킬 수 있게 하기 위한 별도의 성형품이 필요한데 종래에는 PET용기를 폴리프로필렌 (Polypropylene) 재질로 만든 받침컵(base cup)을 따로 사출 성형하고 이를 바닥이 둥글게 성형된 내열압 PET 용기 바닥에 접착하는 방법을 적용하여 왔다. 이와 같이 제조된 내열압 PET 용기는 필요한 물리화학적 특성 및 자립성을 갖추게 되나 사용 후 받침컵을 일일이 용기에서 분리해야 하므로 재활용이 복잡해지는 문제점을 가지고 있다. 생산자 입장에서는 받침컵 사용 공정에 따른 추가 설비 도입 및 운용과 부대설비에 따른 용기 원가 상승 원인이 발생하게 된다.At this time, the bottom shape of the container was semi-circular, because the structure that can physically withstand the internal pressure as much as possible is a circular shape. The pressure resistance required in the heat-resistant container is often higher than that of the self-supporting pressure-resistant PET container. However, in order to withstand such high internal pressure, the bottom was inevitably rounded. Since the bottom container is rounded, a separate molded part is inevitably needed to make the container stand independant. Conventionally, a base cup made of a polypropylene material is injection molded separately, and the bottom is rounded. A method of adhering to the bottom of a molded heat-resistant PET container has been applied. The heat-resistant PET container manufactured as described above has the necessary physicochemical characteristics and independence, but has a problem in that recycling is complicated because the supporting cup must be separated from the container after use. For producers, additional facilities will be introduced and operated in accordance with the process of using cups, and the cost of containers will increase due to additional equipment.
국내외적으로 플라스틱 용기 재활용에 대한 인식이 높아진 상태에서 국내 음료업체들은 위와 같은 대형 내열압성 PET용기의 문제점을 인지하고 용기 제조업체에게 기존의 대형 내열압성 PET용기가 지니고 있는 특성을 유지하면서 동시에 재활용이 용이한 내열압성 PET용기 제조를 요구하고 있는 실정이다. 이에 따라 국내 용기 제조업체들은 받침컵을 사용하지 않고 높은 내열압성을 나타내는 PET 용기를 성형가공 할 수 있는 방법을 연구 개발을 진행하고 있다. 용기 바닥 모양을 petaloid 형태로 성형하여 자립성을 부여할 수 있는 블로우 성형 방법을 연구하고 있다. 일반적으로 1L 이하 자립형 소형 내열압성 PET 용기의 경우 비교적 쉽게 개발완료 되었는데, 그 이유는 소형 내열압 PET용기에서는 petaloid 바닥형태를 적용하여도 자립이 가능하면서 동시에 바닥 내압성이 발현되기 때문이다.With the growing awareness of plastic container recycling at home and abroad, Korean beverage makers are aware of the problems of the large heat-resistant PET containers as described above, and they are easy to recycle while maintaining the characteristics of existing large heat-resistant PET containers. It is a situation that requires the production of a heat-resistant PET container. Accordingly, domestic container manufacturers are researching and developing a method of forming and processing PET containers showing high heat pressure resistance without using a cup. We are studying the blow molding method that can give the independence by forming the bottom shape of the container into the petaloid form. In general, a self-contained small heat-resistant PET container of less than 1L was developed relatively easily because the small-sized heat-resistant PET container can be self-supporting even when the petaloid floor is applied, and at the same time, the bottom pressure resistance is expressed.
또한 소형 내열압 PET용기의 경우 몸체 길이가 짧고 petaloid 형태를 가지는 바닥과 가깝게 연결되는 디자인으로 인하여 내용적당(volume) 표면적(area)의 비율이 커서 내부 압력이 한 곳에 집중되지 않고 비교적 용기 전체적으로 분산되어 작용하기 때문이다. 또한 용기의 전체 중량을 증가시켜 용기 두께를 두껍게 하여 내부 압력에 보다 잘 견딜 수 있게 하는 방법을 같이 적용함으로써 비교적 쉽게 자립형 소형 내열압 PET 용기 성형을 완료 할 수 있었다.In addition, the small heat-resistant PET container has a short body length and is closely connected to the floor having a petaloid shape, so that the ratio of the surface area (volume) per volume is large, so that the internal pressure is not concentrated in one place. Because it works. In addition, by applying the method to increase the overall weight of the container to increase the thickness of the container to better withstand the internal pressure, it was relatively easy to complete the formation of the self-supporting small heat-resistant PET container.
그러나 대형 자립 내열압 PET 용기의 경우 내용적당 표면적이 작아 내부압력이 견디는 특성이 약하며 적절하게 성형되지 못한 내열압성 용기의 경우 바닥이 돌출하거나 심한 경우 바닥이 압력에 견디지 못하고 파열되는 현상이 발생하게 되는 문제점이 있다. 따라서 자립형 원피스 대형 내열압 PET 용기를 성형·제조하는데 있어서 특별한 예비성형품 프리폼과 적정 이축 연신 블로우 조건 설정이 시급하다. 이러한 내열압 용기가 사용되어지는 국가는 한국, 일본, 중국 등 아시아 국가에서 일반적으로 이들 국가를 제외한 곳에서는 내열압성 PET 용기 성형에 관한 특허는 보이지 않고 있다. 국내에서는 최근에서야 내열압성 PET 용기에 대한 연구가 진행되고 있으며 특히 자립형 원피스 내열압 대형 PET용기에 대한 특허는 전무한 실정이다.However, in the case of large self-supporting heat-resistant PET containers, the surface area per content is small, so that the internal pressure is weak, and in the case of poorly-molded heat-resistant containers, the bottom protrudes or, in severe cases, the floor does not withstand pressure and ruptures. There is a problem. Therefore, in forming and manufacturing a self-supporting one-piece large heat-resistant PET container, it is urgent to set a special preform preform and an appropriate biaxial drawing blow condition. The countries in which such heat-resistant pressure vessels are used are generally in Asian countries such as Korea, Japan, and China, and there are no patents related to the formation of heat-resistant pressure-resistant PET vessels outside of these countries. Recently, research on heat-resistant PET containers has been conducted in Korea. In particular, there are no patents for a self-supporting one-piece heat-resisting large-size PET container.
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 사용하여 자립형 원피스 내열압 대형 PET 용기를 성형함에 있어서, 예비성형품 프리폼 형태, 사출조건과 블로우 성형 조건을 적정하게 설정함으로써 재활용이 용이하고 기존의 받침컵을 사용하는 내열압성 PET용기를 대체 할 수 있는 용기의 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In the present invention, in forming a self-supporting one-piece heat-resisting large-size PET container using polyethylene terephthalate resin, it is easy to recycle by appropriately setting the preform form, injection conditions and blow molding conditions, and heat-resistant using an existing support cup. An object of the present invention is to provide a method of forming a container that can replace a pressurized PET container.
본 발명은 용기 자체로 자립이 가능한 1리터 이상 용량의 대형 내열압성 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 용기를 이축 연신 블로우 성형함에 있어서, 용기의 축 방향 연신비가 각각 2.5 내지 3.0으로 하고 원주방향 연신비가 3.0 내지 3.5로 하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a biaxial draw blow molding of a large heat resistant pressure-resistant polyethylene terephthalate container having a capacity of 1 liter or more, which is capable of self-supporting by the container itself. To 3.5.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서 예비성형품 프리폼을 사출 성형하는데 있어서 이축 연신 블로루 성형공정에서 최대 연신 비율을 나타낼 수 있는 프리폼 형태를 제작한다. 이때 중요하게 고려한 것은 연신비와 고유점도(Intrinsic viscosity)이다.In the present invention, in the injection molding of the preform preform, a preform form capable of exhibiting a maximum draw ratio in a biaxially stretched blow molding process is manufactured. Important considerations here include the draw ratio and intrinsic viscosity.
연신비 경우 기존 내열압성 PET 용기의 경우 종방향 연신비(Mechanical direction, 이하 "MD"라 칭함)는 최소2.0에서 최대 2.5이며 횡방향 연신비(Transverse direction, 이하 "TD"라 칭함)는 최소 3.5에서 최대 4.0이다. 지금까지의 학계 연구 결과로 비추어 볼 때 MD 연신비와 TD 연신비의 차이가 높을수록 면-연신배향 불균일도가 높아지고 이로 인해 내열압 PET 용기의 내압성은 떨어진다. 이와 같이 MD 연신비, TD 연신비가 중요함에도 불구하고 그 동안 이에 대해 인식이 부족하여 최적화되지 못한 연신비로 내열압 PET 용기를 성형하고 있다.Drawing ratio In the case of conventional heat-resistant PET containers, the stretching ratio in the longitudinal direction (hereinafter referred to as "MD") is at least 2.0 and at most 2.5 and the transverse direction (hereinafter referred to as "TD") is at least 3.5 and at most 4.0. to be. In view of the results of academic studies so far, the higher the difference between the MD draw ratio and the TD draw ratio, the higher the cotton-oriented alignment non-uniformity, and thus the lower the pressure resistance of the heat-resistant PET container. As such, although the MD draw ratio and TD draw ratio are important, heat-resistant PET containers are molded at draw ratios that are not optimized due to lack of recognition.
본 발명에서는 MD 연신비와 TD 연신비의 차이가 최소화 될 수 있는 예비성형품 프리폼을 제작한다. 즉, MD 연신비가 최소 2.5에서 최대 3.0으로 하여 기존보다 MD 방향 연신비를 증가시키고 TD 연신비가 최소 3.0에서 최대 3.5로 하여 TD방향 연신비를 감소시킨다. 이는 PET 필름 및 용기의 경우 연신비가 2.5까지 증가할수록 기계적 물성도 비례하여 상승하나 2.5 이상일 경우 그에 따른 상승효과는 미미하게 되는 특징을 고려한 것이다. 본 발명에서는 각 방향 연신비가 2.5가 넘게 하였으며 예비성형품 프리폼의 연신비 차이를 최소 0.5이하 최대 1.0이하가 되게 하였다. 이와 같은 예비성형품 프리폼의 전체적인 모습은 기존 프리폼 보다 횡방향 길이는 짧아지고 종방향 길이는 길어지는 짧고 두꺼운 프리폼 형상을 가지게 된다.In the present invention, a preform preform can be produced in which the difference between the MD draw ratio and the TD draw ratio can be minimized. In other words, the MD draw ratio is at least 2.5 to 3.0 to increase the MD direction draw ratio than before, and the TD draw ratio is at least 3.0 to 3.5 to reduce the TD draw ratio. This is in consideration of the characteristics of the PET film and the container as the draw ratio increases up to 2.5, the mechanical properties also increase proportionally, but the synergistic effect is negligible if the ratio is 2.5 or more. In the present invention, the draw ratio in each direction is more than 2.5, and the draw ratio difference of the preform preform is made to be 0.5 or less and 1.0 or less. The overall appearance of such a preform preform has a short and thick preform shape in which the transverse length is shorter and the longitudinal length is longer than the conventional preform.
내열압 PET 용기에 있어서 예비성형품 프리폼의 분자량 즉, 고유점도는 특히 중요하다. 고유점도가 낮으면 연신비가 높아도 내압강도는 상승하지 않는다. PET 수지는 용융점이상의 높은 온도 및 왕복스크류에 의한 전단압력으로 용융가소화 되는 과정에서 발생하는 열분해 및 산화분해로 인한 분자량 감소, 즉 고유점도 하락 현상이 필연적으로 발생한다.The molecular weight, ie, intrinsic viscosity, of the preformed preform is particularly important in heat resistant PET containers. If the intrinsic viscosity is low, the pressure resistance does not increase even if the draw ratio is high. PET resin is inevitably caused by molecular weight reduction due to pyrolysis and oxidative decomposition, which occurs during melt plasticization at high temperatures above the melting point and shear pressure caused by reciprocating screws.
기존의 경우 고유점도가 0.80 dl/g인 수지를 사용하여 사출성형기에 성형하는 경우 사출온도를 PET 수지 융점보다 최소 50℃ 최대 60℃ 높게 설정하여 사출하고 있다. 상기 사출온도에서 고유점도는 0.80 dl/g에서 최소 0.75 dl/g 최대 0.65 dl/g 까지 감소하게 된다. 이와 같이 고유점도가 감소된 예비성형품 프리폼을 가지고 연신 블로우 성형하면 내압강도는 크게 낮아지며 내열압 PET 용기에서 요구되는 내압강도를 만족하지 못하게 된다.Conventionally, when molding an injection molding machine using a resin having an intrinsic viscosity of 0.80 dl / g, the injection temperature is set at a minimum of 50 ° C. and a maximum of 60 ° C. higher than the PET resin melting point. At the injection temperature, the intrinsic viscosity decreases from 0.80 dl / g to at least 0.75 dl / g and up to 0.65 dl / g. When the blow blow molding with the preform preform with reduced intrinsic viscosity is reduced, the pressure resistance is greatly lowered and the pressure resistance required in the heat resistant PET container is not satisfied.
본 발명에서는 예비성형품 프리폼 사출성형단계에서 고유점도 감소 현상을 최소화하였으며 그 방법은 다음과 같다. 우선, PET 수지의 함유수분율을 최소 100ppm 최대 50ppm이하로 관리하고 사출온도는 원료 PET 수지의 융점보다 최소 20℃ 최대 40℃ 높은 온도로 설정한다. 스크류 형태는 기존보다 압축비가 높고 압축부에서 압축비가 선형적 경향을 나타내는 형태의 것이 바람직하며, 스크류 회전속도에 있어서는 균질한 용융 PET 수지를 얻기 위하여 최대한 높게 유지하여 최소 60rpm 최대 70rpm으로 하는 것이 바람직하다. 사출속도의 경우 위와 같은 조건하에서 최소 10% 최대 20% 사출속도를 낮추는 것이 바람직하다.In the present invention, the intrinsic viscosity reduction phenomenon in the preform injection molding preform is minimized, and the method is as follows. First, the moisture content of the PET resin is managed to be at least 100ppm up to 50ppm or less and the injection temperature is set at a temperature of at least 20 ℃ up to 40 ℃ higher than the melting point of the raw material PET resin. It is preferable that the screw type has a higher compression ratio than the conventional one and shows a linear tendency of the compression ratio in the compression part, and in the screw rotation speed, it is preferable to keep it as high as possible to obtain a homogeneous molten PET resin at least 60 rpm and at most 70 rpm. . In the case of the injection speed, it is desirable to lower the injection speed by at least 10% and up to 20% under the above conditions.
참고로 표1에 본 발명에서 사용한 원료 PET 수지의 물성을 정리하였다. 이와 같이 사출성형된 예비성형품 프리폼은 최대 0.75 dl/g 및 최소 0.72 dl/g의 고유점도를 가지게 된다.For reference, Table 1 summarizes the physical properties of the raw material PET resin used in the present invention. This injection molded preform preform will have an inherent viscosity of up to 0.75 dl / g and at least 0.72 dl / g.
몰드안으로 수지를 사출시킨 후, 보압 및 냉각고화단계를 거치게 한 다음, 취출로봇장치를 이용하여 몰드로부터 예비성형품 프리폼을 취출한다. 이후 사출 성형된 프리폼을 적외선 오븐안으로 이송한다. 프리폼 口部를 유리전이온도(Tg)이상 온도로 가열하여 열백화시켜 결정화한다. 이후 적외선(Infra-red) 오븐으로 이송하여 예비성형품 프리폼 몸체부를 유리전이온도(Tg)이상으로 가열하며 가열 온도는 최소 100℃ 최대 110℃로 한다.After the resin is injected into the mold, it is subjected to the pressure holding and cooling solidification step, and then the preform preform is taken out from the mold by using a take-out robot device. The injection molded preform is then transferred into an infrared oven. The preform side is heated to a temperature above the glass transition temperature (Tg) and heat whitened to crystallize. Afterwards, the preform body is heated to a glass transition temperature (Tg) or higher by transferring to an infrared (infra-red) oven, and the heating temperature is at least 100 ° C. and at most 110 ° C.
학계에 보고된 바에 의하면 동일 연신비 조건하에서 예비성형품 프리폼을 100℃ 온도로 가열하고 연신하면 연신백화로 인한 헤이즈(haze)현상이 발생하여 물성이 악해지며 반면 110℃이상으로 가열한 후 이축 연신하면 연신결정화도가 급격히 낮아져 높은 내압성을 발현시키기 어렵게 되기 때문이다. 헤이즈 현상이 발생하지 않으면서 높은 연신 결정화를 얻기 위하여 본 발명에서는 상기 온도 범위로 가열온도를 설정하였다. 더욱 상세하게는 본 발명에서 언급한 프리폼은 두께가 두꺼운 형태로 종래 가열방법으로는 내외벽 온도차를 10℃이하로 최소화하는 것이 어렵다.According to the academic world, when preformed preform is heated and stretched to 100 ℃ under the same draw ratio condition, haze phenomenon occurs due to stretching whitening, and the physical properties are deteriorated. This is because the degree of crystallinity decreases rapidly, making it difficult to express high pressure resistance. In the present invention, the heating temperature was set in the above temperature range in order to obtain high stretch crystallization without a haze phenomenon. More specifically, the preform mentioned in the present invention has a thick thickness, and it is difficult to minimize the temperature difference between the inner and outer walls to 10 ° C. or less by a conventional heating method.
이에 본 발명에서는 내열압 프리폼을 설정 가열온도로 상승시키는 가열공정을 열침투(Heat penetration) 공정과 열분배(Heat distribution)공정으로 세분화하며, 적외선 오븐 내부 냉각공기의 순환용량을 최소 20% 최대 30% 확대시켜 오븐내에서 프리폼 표면의 급격한 온도상승에 의한 열백화현상을 막고 프리폼 내벽과 외벽간 온도차를 10℃이하로 최소화함으로서 내외벽 연신결정화를 균일하게 할 수 있다.Therefore, in the present invention, the heating process for raising the heat-resistant pressure preform to the set heating temperature is subdivided into a heat penetration process and a heat distribution process, and the circulation capacity of the cooling air inside the infrared oven is at least 20% and maximum 30. By increasing the%, it prevents thermal whitening due to the rapid temperature rise of the surface of the preform in the oven and minimizes the temperature difference between the inner wall and the outer wall of the preform to 10 ° C or less, thereby making the inner and outer wall stretch crystallization uniform.
본 발명의 내열압 프리폼 가열공정은 상술한 바와 같이 열침투 공정과 열분배 공정로 나누어 진행된다. 열침투 오븐 구성은 가열에 적합한 통상의 적외선 램프가 사용되며 한 블록내 세로 방향 10개 정도, 총 블록 개수는 10개 정도로 하는 것이 바람직하다. 각 램프는 높은 열량을 빠르게 흡수 시킬 수 있도록 100% 출력으로만 설정한다. 열침투 공정에서 나온 프리폼 온도는 최종가열온도의 최소 60% 최대 70%으로 설정하였으며 표면 급속 가열되어 열백화현상 발생을 억제하기 위한 최적 가열 범위이다.Heat-resistant pressure preform heating step of the present invention proceeds by dividing into a heat penetration step and a heat distribution step as described above. In the heat penetrating oven configuration, a conventional infrared lamp suitable for heating is used, and it is preferable to have about 10 longitudinal directions in a block and 10 total blocks. Each lamp is set to 100% output to quickly absorb high calories. The preform temperature from the heat penetrating process is set at least 60% and at most 70% of the final heating temperature and is the optimum heating range to suppress the occurrence of heat whitening due to rapid surface heating.
원주 방향 온도 구배를 균일화하기 위하여 프리폼 회전 속도를 최소 50 rpm 이상, 최대 60 rpm으로 하였다. 열침투 공정을 거친 프리폼은 이어 열분배 오븐안으로 이송된다. 열분배 오븐에서의 블록 구성 및 배열은 상기 열침투 오븐의 가열램프 배열과 동일하며 각각 블락내 적외선 가열램프 출력%를 1%단위로 상세조절이 가능하게 하였다. 이는 프리폼 내외벽 온도 구배를 보다 균일화하기 위한 것으로 열분배 공정을 나가는 프리폼 외벽 온도는 최종 가열 온도 100%에 도달하게 하고 내벽온도는 최종 가열 온도의 최소 90% 최대 95% 수준까지 도달하게 할 수 있다. 본 발명에 의해 몸체부가 가열된 내열압 프리폼은 내벽, 외벽의 온도차가 10℃이하, 바람직하게는 5℃이하로 최적화된 온도구배를 가진 상태에서 금형이 설치된 블로우 성형 기계로 이송한다.In order to uniformize the circumferential temperature gradient, the preform rotation speed was at least 50 rpm and at most 60 rpm. After preheating, the preforms are transferred into a heat distribution oven. The block configuration and arrangement in the heat distribution oven are the same as the arrangement of the heating lamps of the heat penetrating oven, and the infrared heating lamp output% in the blocks can be adjusted in detail by 1%. This is to make the preform inner and outer wall temperature gradients more uniform, and the outer wall temperature of the preform leaving the heat distribution process can reach the final heating temperature of 100% and the inner wall temperature can reach the minimum 90% and the maximum 95% of the final heating temperature. . The heat-resistant pressure preform in which the body part is heated by the present invention is transferred to a blow molding machine in which a mold is installed in a state where the temperature difference between the inner wall and the outer wall has an optimized temperature gradient of 10 ° C. or less, preferably 5 ° C. or less.
상기 가열오븐으로부터 이송장치에 의해 금형몰드 안으로 이송된 예비성형품 프리폼은 고속 이축연신 블로우 성형한다. 내열압 PET 용기는 연신배향도가 높을수록 내압강도 및 파괴강도가 상승하게 되는데, 연신배향도는 연신비가 높을수록 연신속도가 높을수록 올라가게 된다. 본 발명에서는 자립형 원피스 내열압 PET에 적합한 연신비를 가지는 프리폼 형태를 성형하였고 블로우 성형공정에서 연신속도를 높여 기존보다 높은 연신배향도를 얻을 수 있다. 더욱 상세하게는 이축 연신 블로우 성형에서 연신로드(stretch rod, 이하 연신로드로 칭함)를 사용하여 MD 방향 연신을 보다 원활하게 하며 기존에 평균 600mm/sec의 낮은 연신속도를 사용한 것에 비해 본 발명에서는 연신배향도를 상승시키고자 연신속도를 최소 700mm/sec 최대 900mm/sec가 되게 한다.The preform preform conveyed from the heating oven into the mold mold by the conveying device is a high speed biaxially blow blow molding. In the heat resistant PET container, the higher the stretching orientation, the higher the breakdown strength and the breaking strength. The higher the stretching ratio is, the higher the stretching ratio is, the higher the drawing speed is. In the present invention, a preform shape having a draw ratio suitable for a self-supporting one piece heat-resistant PET is molded, and the drawing speed is increased in the blow molding process to obtain a higher drawing orientation than the conventional one. More specifically, in the biaxial stretching blow molding, the stretching rod (hereinafter referred to as a stretching rod) is used to make the MD direction stretching more smoothly, and in the present invention, the stretching is performed in comparison with the conventional low drawing speed of 600 mm / sec. In order to increase the degree of orientation, the stretching speed should be at least 700 mm / sec and at most 900 mm / sec.
블로우 성형공정은 1차적인 예비블로우(preblow, 이하 "예비블로우"로 칭함)단계와 2차적인 메인블로우(mainblow, 이하 "2차 블로우"로 칭함)단계로 나뉘어지는데, 예비블로우 압력은 10~15bar, 2차 블로우 공정에서는 블로우 압력을 35~45bar로 유지하면서, 블로우 시간을 1.5초~3.0초로 하여 최종제품형태로 성형한다. 몸체 몰드 및 바닥 몰드 온도는 최소 10℃이하 최대 7℃이하가 되게 하여 고속 운전속도에서도 효율적 냉각이 이루어지게 한다.The blow molding process is divided into a primary preblow (hereinafter referred to as "pre-blow") stage and a secondary main blow (hereinafter referred to as "secondary blow") stage. In the 15 bar and the second blow process, the blow pressure is maintained at 35 to 45 bar and the blow time is 1.5 seconds to 3.0 seconds to form the final product. The body mold and the bottom mold temperature is at least 10 ° C or less and at most 7 ° C to ensure efficient cooling even at high operating speeds.
상기 언급한 바와 같이 최종제품형태로 블로우 성형된 자립형 대형 내열압성 PET 용기는 이어 몰드 내부에서 고압 공기에 의한 냉각공정을 거친다. 동시에 몰드 내부 공기는 몰드 밖으로 벤트(vent)되게 하여 냉각공기압력은 2차 블로우 압력의 50% 수준으로 감소하게 한다. 더욱 상세하게는 냉각공기압력은 최소 15bar 최대 20bar로 하고 시간은 최소 0.5초 최대 1.0초로 한다. 이러한 공정을 거치게 한 이유는 바닥두께는 몸체두께보다 훨씬 두꺼워 고속 블로우 성형시 2차 블로우 과정에서 미처 유리전이온도(Tg)이하로 냉각되지 못하는 중간부분이 생기게 되어 잔류 응력이 발생하고 내열압에 악영향을 주는 문제점을 해결하기 위해서이다. 또한 PET 용기 바닥 이 금형디자인과 가깝게 성형되는 정도인 부형성이 상승하여 내압성이 상승하게 된다.As mentioned above, the self-supporting large heat-resistant PET container blow-molded into the final product form is then subjected to a cooling process by high pressure air inside the mold. At the same time, the air inside the mold is vented out of the mold causing the cooling air pressure to decrease to 50% of the secondary blow pressure. More specifically, the cooling air pressure is at least 15 bar and at most 20 bar and the time is at least 0.5 seconds and at most 1.0 second. The reason for this process is that the bottom thickness is much thicker than the body thickness, so in the second blow process during the high-speed blow molding, there is an intermediate part that cannot be cooled below the glass transition temperature (Tg), resulting in residual stress and adversely affecting the heat resistance. This is to solve the problem. In addition, the formation of the PET container bottom is increased close to the mold design to increase the pressure resistance.
대형 내열압 PET용기에 있어서 예비성형품 프리폼 형상, 최종 용기의 바닥 형태, 성형조건 이외에 평균 두께는 용기 물성에 큰 영향을 미치게 되며 연신배율이 고정되었을 때 평균두께가 높을수록 내압력이 높아지게 된다. 여기서 평균 두께란 용기의 어깨, 몸체, 바닥부분의 두께를 평균한 것을 의미한다.In the large heat-resistant PET container, the average thickness, in addition to the preform shape of the preform, the bottom shape of the final container, and the molding conditions, has a great influence on the physical properties of the container, and the higher the average thickness when the draw ratio is fixed, the higher the pressure resistance. Here, the average thickness means the average thickness of the shoulder, body, and bottom of the container.
본 발명에서는 자립형 대형 내열압 PET 용기를 블로우 성형함에 있어서 평균 두께를 주요 인자로 설정하였으며 기존 받침컵 사용 대형 내열압 PET 용기와 비교하여 바닥부 평균두께는 최소 0.40mm 최대 0.50mm로 하고 몸체부 평균두께는 최소 0.35mm이상 최대 0.45mm로 되도록 용기를 블로우 성형한다. 또한 용기 각각 부분 중량분포를 결정함에 있어서 전체 용기 중량 대비 바닥부 중량비율이 30%이하일 경우 내부압력에 견디지 못하고 파열되며 35% 이상일 경우 반대로 몸체부 평균두께가 감소하여 그 부분에서 내부압력에 의해 파열이 일어남을 알 수 있었다. 이에 본 발명에서는 전체 용기 중량 대비 바닥부 중량비율이 최소 30% 최대 35% 설정함으로서 용기 전체로 상기 언급한 평균두께를 유지하면서 균형적인 중량분포가 형성되게 하였다.In the present invention, the average thickness was set as a major factor in blow molding a self-supporting large heat-resistant PET container, and the average thickness of the bottom was 0.40 mm and the maximum 0.50 mm, and the average of the body part, compared to the existing heat-resistant PET container using the supporting cup. The container is blow molded to a thickness of at least 0.35 mm and at most 0.45 mm. Also, in determining the partial weight distribution of each container, if the weight ratio of the bottom part to the total container weight is less than 30%, it will not withstand the internal pressure and will rupture. If it is more than 35%, the average thickness of the body part will decrease and rupture due to internal pressure in that part. I could see this happening. Accordingly, in the present invention, the weight ratio of the bottom portion to the total weight of the container is set to at least 30% to 35%, so that a balanced weight distribution is formed while maintaining the above-described average thickness of the entire container.
이와 같이 본 발명의 방법에 의해 블로우성형된 자립형 대형 내열압 PET 용기는 연신비, 연신배향도가 상승하게 되고 용기의 내벽, 외벽 연신배향도가 균일화되어 용기 스스로 자립이 가능하면서 동시에 기존 대비 동일 또는 우수한 내열압성을 발현하게 되어 기존 받침컵을 사용한 대형 내열압 용기를 대체하기에 충분하며 재활용이 용이하다.As such, the self-supporting large heat-resistant PET container blow-molded by the method of the present invention increases the draw ratio and the stretch orientation, and the inner wall and outer wall stretch orientation of the container are uniform, allowing the container to stand on its own and at the same time have the same or superior heat pressure resistance as before. It is enough to replace the large heat-resistant container using the existing support cup and is easy to recycle.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but these Examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the present invention.
본 실시예 및 비교예 사용된 PET 수지의 물성을 정리하여 <표 1>에 나타내었다.This Example and Comparative Example The physical properties of the PET resin used are summarized in <Table 1>.
<표 1>TABLE 1
본 발명에서는 구체적인 실시예 및 비교예를 위하여 용량 1.5L, 내열압 PET 용기용 예비성형품 프리폼을 사출성형 하였다.In the present invention, for the specific examples and comparative examples, injection molding the preform preform for the capacity 1.5L, heat-resistant PET container.
본 발명의 실시예 및 비교예를 위한 내열압 PET 용기의 블로우 1.5L 자립형 내열압 PET 용기 블로우 성형 조건을 <표 2>에 정리하였다.Blow of the heat-resistant pressure PET container for the Examples and Comparative Examples of the present invention summarized in Table 2, <Table 2>.
<표 2>TABLE 2
<실시예 1,2 및 비교예 1><Example 1,2 and Comparative Example 1>
<실시예1, 2> 및 <비교예 1>은 연신비에 따른 인장강도 테스트 한 것으로서, <표 2> 조건으로 블로우 성형하였을 때 용기 인장강도에 대한 것의 결과를 <표 3>에 나타내었다.<Examples 1, 2> and <Comparative Example 1> are tensile strength tests according to draw ratios, and the results of the tensile strength of the container when blow molded under the <Table 2> conditions are shown in <Table 3>.
<표 3>TABLE 3
<비교예 1>에 비해 <실시예 1 및 2>에서 알 수 있듯이 블로우 성형시 예비성형품 프리폼 MD 방향 연신비와 TD 방향 연신비 차이가 최소화하게 됨에 따라 최종 용기의 인장강도가 증가하는 것을 알 수 있다.As can be seen in <Examples 1 and 2> compared to <Comparative Example 1> it can be seen that the tensile strength of the final container increases as the difference between the preform MD direction draw ratio and the TD direction draw ratio is minimized during blow molding.
<실시예 3, 4 및 비교예 2><Examples 3, 4 and Comparative Example 2>
예비성형품 프리폼 고유점도(I.V)와 용기 파열강도의 관계를 조사하였다.The relationship between the preform intrinsic viscosity (I.V) and the burst strength of the preform was investigated.
1.5L 용량 예비성형품 프리폼 사출 성형 조건에서 사출온도와 스크류 회전속도에 따른 예비성형품 프리폼의 고유점도를 측정한 결과를 <표 4>에 나타내었다.The intrinsic viscosity of the preform preform at 1.5L capacity preform injection molding conditions according to injection temperature and screw rotation speed is shown in <Table 4>.
사출온도를 낮출수록 스크류 회전속도가 높을수록 스크류 회전에 의한 전단열 발생이 높아져 열분해에 의한 예비성형품 프리폼의 고유점도 하락 현상이 점차 감소함을 알 수 있다. 이러한 예비성형품 프리폼을 일정한 블로우 성형조건으로 성형한 내열압 용기의 인장강도를 측정한 결과 예비 성형품 프리폼 고유점도가 높을수록 인장강도는 상승함을 알 수 있다.As the injection temperature is lowered, the higher the screw rotation speed, the higher the shear heat generated by the screw rotation, so that the intrinsic viscosity of the preform preform due to pyrolysis decreases gradually. As a result of measuring the tensile strength of the heat-resistant pressure vessel formed by molding the preform preform under a constant blow molding condition, it can be seen that the higher the intrinsic viscosity of the preform preform is, the higher the tensile strength is.
<표 4>TABLE 4
<실시예 6,7 및 비교예 4><Example 6,7 and Comparative Example 4>
이축 연신 블로우 성형시 연신 속도와 내열압 PET 용기 몸체 결정화도 비교한 결과를 <표 5>에 나타내었다. 일정한 프리폼 가열온도에서 블로우 성형시 연신 속도가 높을수록 연신배향도 상승에 의한 결정화도 증가됨을 알 수 있다. 결정화도 증가는 최종 용기의 경직성을 증가시켜 높은 내압성을 발현할 수 있게 한다.Table 2 shows the results of comparing the stretching speed and the heat-resistance PET container body crystallinity in the biaxial stretching blow molding. It can be seen that the higher the stretching speed during blow molding at a constant preform heating temperature, the higher the crystallization due to the higher stretching orientation. Increasing the degree of crystallinity increases the rigidity of the final vessel, allowing high pressure resistance to be expressed.
<표 5>TABLE 5
<실시예 8,9,10 및 비교예 5><Examples 8, 9, 10 and Comparative Example 5>
바닥부 평균두께에 따른 1.5L 내열압 PET 용기 강도를 측정하여 <표 6>에 나타내었다. 바닥부 두께가 증가할수록 그에 따른 내압강도와 압축강도 및 파괴높이 고도가 상승함을 알 수 있었다. 1L 이상 내열압 PET 용기의 경우 최소 0.35mm 이상되어야 만족할만한 수준의 내열압성을 발현하는 것을 알 수 있었다.The strength of the 1.5L heat-resistant PET container according to the average thickness of the bottom was measured and shown in Table 6. As the thickness of the floor increases, the pressure resistance, compressive strength, and fracture height altitude increase. In the case of 1L or more heat-resistance PET container, at least 0.35mm was found to be satisfactory.
<표 6>TABLE 6
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해 성형된 1리터 이상 대형 내열압 PET 용기의 경우 근래의 1리터 이상 대형 내열압 PET용기와 비교하여 동일 또는 우수한 내압성을 유지하면서 바닥 받침컵을 사용하지 않고 용기 자체 자립이 가능하고 또한 재활용이 용이하여 근래 대형 내열압 PET 용기를 대체하기에 충분하다.As described in detail above, in the case of a large heat-resistant PET container of 1 liter or more formed by the present invention, compared to a large heat-resistant PET container of 1 liter or more in recent years without maintaining the same or excellent pressure resistance without using a bottom support cup The container itself is self-supporting and easy to recycle, which is enough to replace a large heat-resistant PET container.
Claims (5)
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