KR20060076629A - 적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 폴리에스테르를 제외한 재가열 성형용 플라스틱에 있어서, 1차 입자의 평균 입경(primary particle size)이 0.01 내지 100㎛인 흑색 산화철(black iron oxide)을 상기 플라스틱의 중량 대비 0.5 내지 150ppm을 포함하는 적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 병(bottle)용 폴리프로필렌(polypropylene, PP)을 위시하여, 재가열 성형을 필요로 하는 플라스틱의 중합 또는 압출/사출 성형시 흑색 산화철을 특정량 투입하여 함유시킴으로써 1차 성형품이 적외선 가열기에 의하여 승온되는 속도를 향상시켜 최종 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

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Description

적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱 {Plastics for reheat blowing with improved infrared heat-up times}

도 1은 본 발명의 실시예 1~4 및 비교예 1에 따라 흑색 산화철의 함량에 따른 프리폼의 Col-L과 프리폼 재가열 온도의 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 재가열 성형용 플라스틱의 중합 또는 압출/사출 성형시 흑색 산화철을 특정량 투입하여 함유시킴으로써 1차 성형품이 적외선 가열기에 의하여 승온되는 속도를 향상시켜 최종 제품의 생산성을 향상시킬 수 있는 적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱에 관한 것이다.

재가열 성형용 플라스틱은 병(bottle)을 위시하여 필름, 쉬트(sheet) 등을 성형하는 용도의 플라스틱에서 압출/사출 성형 후 적외선 가열기(IR heater)로 가열하는 공정을 요구하는 용도에 적용된다. 상기 용도는 해당 플라스틱으로 만든 압출 및 사출 성형품(패리슨(parison)이라고도 불리는 프리폼(preform)을 포함), 연신 중공 성형체(병이 대표적인 예)를 포괄한다.

현재 무겁고 깨지기 쉬운 유리병을 대체하는 대체재로 병 재료로 사용되는 플라스틱의 양은 매년 큰 속도로 증가하고 있다. 이의 주된 용도는 탄산 음료, 생수, 과즙 음료 등의 용기와, 공구 등을 포장하는 블리스터 패키징(blister packaging) 및 쉬트다.

많은 플라스틱 병은 사출-블로우(Injection-Blow) 공정으로 성형된다. 이 플라스틱의 가장 대표격인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(이하 'PET'라 함)의 경우, 과거에는 한 기계에서 사출-블로우의 두 공정 모두를 거쳤으나, 수요가 급성장하면서 사출과 블로우를 분리하여 생산하는 2단계 방식(2-Stage system)으로 바뀌는 추세이다. 2단계 방식에서는 PET 수지를 용융 후 사출 금형(injection mold)에 사출하여 프리폼을 만들고, 블로우 공정에서는 이것을 유리전이온도(glass transition temperature; 약칭 Tg) 이상까지 적외선 가열기를 사용하여 가열한 후 가열된 프리폼을 블로우 금형에 넣고 고압을 가하여 병으로 만든다. 상기 PET 외의 PP를 포함한 다른 재료들도, 2단계 방식을 적용할 경우 동일한 사출과 블로우 과정을 거친다.

한편, 프리폼에서 병을 만들 때 프리폼이 검은색을 띨 경우 승온 속도가 커져, 일반적으로 생산성이 높은 경향이 있다고 알려져 있다. 이와 관련하여, PET를 포함하는 폴리에스테르에 대해서는 재가열 성형시 승온 속도를 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 그 외에 현재 2단계 성형 방식이 가능한 기타 다른 플라스틱 재료에 대해서는 이러한 방안이 제시된 바 없다.

이에 본 발명에서는 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 광범위한 연구를 수행한 결과, 특정 흑색 산화철을 사용하여 프리폼의 승온 속도가 폴리에스테르 보다 느린 기타 재가열 성형용 프라스틱의 단점을 보완할 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 폴리에스테르를 제외한 재가열 성형을 필요로 하는 플라스틱의 중합 또는 압출/사출 성형시 특정 흑색 산화철을 특정량 투입하여 함유시킴으로써 1차 성형품의 적외선 가열 승온 속도를 개선하여 최종 플라스틱 제품의 생산성을 향상시킬 수 있는 적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱은:

폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르술폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리염화비닐(PVC)로 이루어진 군으로부터 선택된 재가열 성형용 플라스틱의 중합 또는 압출/사출 성형시 1차 입자의 평균 입경(primary particle size)이 0.01 내지 100㎛인 흑색 산화철(black iron oxide)을 상기 플라스틱의 중량 대비 0.5 내지 150ppm 투입하여 된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플라스틱은 프리폼 또는 쉬트형태이다.

상기 플라스틱은 또한 재가열 성형하여 쉬트(sheet) 또는 병(bottle)과 같은 성형제품으로 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 재가열 성형용 플라스틱의 중합 또는 압출/사출 성형시 특정 흑색 산화철을 투입하여 함유시킴으로써 적외선 가열기에 의한 1차 성형품의 승온 속도를 향상시켜 최종 제품의 생산성을 향상시킬 수 있는 적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱이 제공된다.

일반적으로 사용되는 재가열 성형용 플라스틱으로 가장 대표적인 것은 병(bottle)의 제조 등에 사용되는 PET와 같은 폴리에스테르가 있지만, 본 발명은 이와 같은 폴리에스테르를 제외한 기타 다른 플라스틱의 물성 향상을 목적으로 한다. 즉, PET 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN)를 포함하는 폴리에스테르 외의 플라스틱으로, '사출/압출 성형 - IR 가열 - 최종 제품'의 단계를 거치는 모든 플라스틱을 대상으로 한다.

바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 재가열 성형용 플라스틱에는 폴리올레핀 계열인 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP), 그리고 특수한 경우로 폴리에테르술폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, 일명 아크릴), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리염화비닐(PVC) 등이 포함된다.

가장 바람직하게는 PP 또는 PC를 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 상술한 바와 같은 재가열 성형용 플라스틱을 중합하거나 또는 압출/사출 성형할 때 IR을 흡수하는 재료로서 흑색 산화철을 소량 첨가하여 프리폼의 승온 속도를 향상시킴으로써 이로부터 제조되는 최종 성형품의 생산성을 증가시킨다.

본 발명에서 적외선 가열 속도를 개선하기 위하여 사용되는 핵심 첨가물인 흑색 산화철은 1차 입자의 평균 입경이 0.01 내지 100㎛, 바람직하게는 0.1 내지 10㎛, 좀 더 바람직하게는 0.5 내지 5.0㎛이다. 상기 흑색 산화철의 1차 입자의 평균 입경이 0.01㎛ 미만인 경우에는 투입시 비산되고 고르게 분산시키기 어려운 문제점이 있고, 반대로 100㎛를 초과하면 성형품에 헤이즈(haze)를 유발한다.

이때, 상기 흑색 산화철의 사용량은 의미 있는 효과를 보기 위해서는 최종 폴리머, 즉 플라스틱의 중량 대비 0.5ppm 이상인 것이 좋고, 바람직하게는 0.5∼150ppm, 보다 바람직하게는 5∼100ppm, 가장 바람직하게는 7.0~30ppm이다. 상기 흑색 산화철의 사용량이 0.5ppm 미만이면 사출 및 압출품의 가시광선 흡수율 증가가 충분하지 못하고, 150ppm을 초과하면 폴리머와 성형품의 색이 지나치게 검은색으로 치우치는 단점이 있다.

상기 흑색 산화철은 플라스틱의 중합 공정 중 어느 단계에서나 첨가할 수 있으며, 경우에 따라서는 플라스틱을 1차 성형할 때 흑색 산화철을 다량으로 함유한 마스터 배치(master batch)를 소량 투입하는 방식으로 첨가할 수도 있으나, 바람직하게는 적외선 가열기에 의하여 승온되는 속도가 개선된 특성을 최대한 얻기 위하여 재가열 성형 직전에 투입하는 것이 좋다. 특히, PP 또는 PC의 경우에는 중합 공정이 완료된 후 회수된 분말 상태의 고분자를 입상 형태로 만들 때 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 재가열 성형용 플라스틱에 실제로 투입되는 흑색 산 화철의 양 및 플라스틱 제품의 생산성 상승치를 제품의 Col-L과 철 함량을 측정하여 쉽게 예상 및 평가할 수 있어 현재의 상업적 생산 공정의 운전 방식을 유용하게 사용하여 적외선 가열 속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱을 제공할 수 있다.

한편, 상술한 바에 따라 개선된 적외선 가열 속도를 갖는 재가열 성형용 플라스틱은 병, 필름 및 쉬트 등을 성형하기 위한 용도로서 압출 및 사출 성형 후 적외선 가열기로 가열하는 공정을 요구하는 용도에 적용된다.

즉, 상기 재가열 성형용 플라스틱은 이의 중합 또는 압출/사출 성형시 상술한 바와 같은 특정 흑색 산화철을 특정량 투입하여 흑색 산화철을 함유한 프리폼 또는 쉬트 등의 1차 성형품을 만든 후, 2차로 적외선으로 가열하여 최종 성형제품을 제조하는 공정을 거치게 된다.

이에 해당되는 대표적인 공정으로는 프리폼에서 병을 제조하는 연신-블로우 성형, 내열용 병을 만들 때 프리폼의 병 목 나사 부분을 결정화하는 열결정화, 쉬트에서 블리스터 패키징 제품을 만드는 열성형(thermoforming) 공정 등을 들 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 중의 성형품의 색 측정에는 니폰 덴쇼쿠(Nippon Denshoku) COH-300A 헤이즈측정기(Hazemeter)를 사용했다. 여기서 Col-L은 클수록 흰색을, 작을수록 검은색에 가까움을 의미하며, Col-L의 상세한 정의는 미국 표준 시험 방법(ASTM)에 준한다.

비교예 1

사출용 PP 재료를 사용하여 닛세이(Nissei) ASB-150 2 중공(cavity) 사출기로 중량 46g, 체부 두께 4㎜의 1.5리터 병용의 프리폼을 사출했다.

프리폼의 Col-L은 91.0이었다. 프리폼을 Krupp사 LB-01E 적외선 블로우기에서 가열한 결과 프리폼의 온도가 140℃였다.

다음은 병의 적외선 가열 조건이다.

적외선 가열조건 ; 열량 95%, 가열시간 120초, 평형시간 10초

한편, 상기 프리폼의 재가열 온도 및 Col-L을 하기 도 1 에 각각 나타내었다.

실시예 1

사출용 PP 재료에 1차 입자의 평균 입경이 5㎛ 이하인 흑색 산화철(Aldrich catalog no. 1317-61-9)을 1.0중량% 첨가하여 트윈 스크류 익스트루더(twin screw extruder)에서 혼합 과정을 거친 후, 여기서 실 모양으로 나오는 혼합물을 커팅 과정을 거쳐 2.3×1.7×2.6㎜의 입상으로 만들었다. 이 입상 혼합물을 원래의 사출용 PP 재료에 흑색 산화철 기준으로 10ppm이 되도록 드라이 블렌딩(dry blending)으로 고르게 혼합한다.

이 흑색 산화철이 혼합된 사출용 PP 재료를 사용하여 닛세이(Nissei) ASB-150 2 중공(cavity) 사출기로 비교예 1에서 상술한 방법에 따라 프리폼을 사출했다.

프리폼의 Col-L은 90.2였다. 이것을 비교예 1의 조건으로 적외선 블로우기에서 가열한 결과 프리폼의 온도가 145℃였다.

한편, 상기 프리폼의 재가열 온도 및 Col-L을 하기 도 1 에 각각 나타내었다.

실시예 2

흑색 산화철을 50ppm이 되도록 분쇄된 입상 혼합물을 블렌딩한 외에는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 프리폼을 사출했다.

프리폼의 Col-L은 87.7이었다. 이것을 비교예 1의 조건으로 적외선 블로우기에서 가열한 결과 프리폼의 온도가 163℃였다.

한편, 상기 프리폼의 재가열 온도 및 Col-L을 하기 도 1 에 각각 나타내었다.

실시예 3

흑색 산화철을 100ppm이 되도록 분쇄된 입상 혼합물을 블렌딩한 외에는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 프리폼을 사출했다.

프리폼의 Col-L은 83.4였다. 이것을 비교예 1의 조건으로 적외선 블로우기 에서 가열한 결과 프리폼의 온도가 182℃였다.

한편, 상기 프리폼의 재가열 온도 및 Col-L을 하기 도 1 에 각각 나타내었다.

실시예 4

흑색 산화철을 150ppm이 되도록 분쇄된 입상 혼합물을 블렌딩한 외에는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 프리폼을 사출했다.

프리폼의 Col-L은 79.9였다. 이것을 비교예 1의 조건으로 적외선 블로우기에서 가열한 결과 프리폼의 온도가 204℃였다.

한편, 상기 프리폼의 재가열 온도 및 Col-L을 하기 도 1 에 각각 나타내었다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 폴리에스테르를 제외한 기타 다른 재가열 성형을 필요로 하는 플라스틱의 중합 또는 압출/사출 성형시 특정 흑색 산화철을 특정량 투입하여 함유시킴으로써 프리폼, 쉬트 등의 1차 성형품이 적외선 가열기에 의하여 승온되는 속도를 향상시켜 최종 폴리에스테르 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술적 사상 또는 범위내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 따라서, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위 는 첨부된 특허청구범위 및 그 동등범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (4)

1. 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르술폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리염화비닐(PVC)로 이루어진 군으로부터 선택된 재가열 성형용 플라스틱의 중합 또는 압출/사출 성형시 1차 입자의 평균 입경(primary particle size)이 0.01 내지 100㎛인 흑색 산화철(black iron oxide)을 상기 플라스틱의 중량 대비 0.5 내지 150ppm 투입하여 된 것을 특징으로 하는 적외선 가열속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱이 프리폼 또는 쉬트형태인 것을 특징으로 하는 적외선 가열속도가 개선된 재가열 성형용 플라스틱.
3. 제1항에 따른 플라스틱을 재가열 성형하여 된 성형제품.
4. 제3항에 있어서, 상기 성형제품이 쉬트 또는 병(bottle)인 것을 특징으로 하는 성형제품.

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