KR20080016985A - 폴리에스테르 수지제 용기 및 그 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 온도에서의 레토르트 처리에서도 충분히 사용할 수 있는 폴리에스테르 수지제 용기의 개발에 관한 것이며, 레토르트 식품의 생산성, 또는 품질의 향상이 가능한 폴리에스테르 수지제 용기, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이 목적을 달성하기 위한 수단은 프리폼을 2축 연신 블로우 성형하여 1차 중간 성형품으로 성형하는 1차 블로우 성형 공정과, 이 1차 중간 성형품을 가열하여 2차 중간 성형품으로 수축 성형하는 공정과, 이 2차 중간 성형품을 블로우 성형하여 용기로 성형하는 2차 블로우 성형 공정으로 이루어지는 더블 블로우 성형법에서, 2차 블로우 성형에서의 금형 온도를 210℃를 넘는 온도로 한다.

폴리에스테르 수지, 블로우 성형, 더블 블로우 성형

Description

폴리에스테르 수지제 용기 및 그 성형 방법{CONTAINER MADE OF POLYESTER RESIN AND METHOD FOR MOLDING THEREOF}

본 발명은 레토르트 처리를 필요로 하는 용도에 사용되는 폴리에스테르 수지제 용기 및 그 성형 방법에 관한 것이다.

최근에는 2축 연신 블로우 성형한 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET라 기재함) 수지제 등의 폴리에스테르 수지제 용기가 레토르트 처리를 필요로 하는 식품에 적합한 용도로 사용되고 있다.

단, 종래의 2축 연신 블로우 성형의 폴리에스테르 용기에서는 레토르트 처리의 처리 온도가 120℃ 정도의 고온으로 되면, 연신 변형에 의한 잔류 변형에 의해 용기가 수축해버려, 외관이 손상되어서 제품으로서 사용할 수 없는 것이었다. 그 후에, PET 수지제 용기의 내열성을 높이기 위해서 다양한 개발이 실시되어 오고 있지만, 그 하나로서 본 출원인에 의해 개발된(특허문헌 1 참조) 「더블 블로우 성형법」이라고 불리는 기술은 유력한 방법이며, 120℃의 조건하에서 약 30분간 정도의 조건으로 레토르트 처리하는 용기의 성형 방법으로서 이용되고 있다.

이 더블 블로우 성형법은, 미리 원하는 형상으로 성형되어 있는 프리폼을 1차 중간 성형품으로 2축 연신 블로우 성형하는 1차 블로우 성형 공정과, 이 1차 중 간 성형품을 가열하여 열수축시켜서 2차 중간 성형품으로 성형하는 공정과, 최후에 이 2차 중간 성형품을 최종 제품인 용기로 블로우 성형하는 2차 블로우 성형 공정으로 이루어져 있고, 1차 중간 성형품을 가열하여 열수축시킴으로써, 연신에 의해 진행한 결정화를 저하시키지 않고, 1차 중간 성형품내에 생겨있는 잔류변형을 소멸시켜서 내열성이 높은 병모양체를 얻을 수 있다.

특허문헌 1: 일본 특공평7-67732호 공보

한편, 레토르트 처리에 적합한 PET 수지제 용기의 이용이 진전함에 따라, 레토르트 식품 분야에서도 PET 수지제 용기의 저비용성, 편리성, 상품성이 널리 인식되게 되고, 또한 엄격한 조건의 살균 처리가 필요한 내용물에 관해서도 그 적용이 요망되고 있다. 예를 들면, 스프류에서는 120℃에서 60분 정도의 처리 조건이 필요하지만, 처리 온도를 더 고온으로 할 수 있으면, 처리 시간을 큰폭으로 단축할 수 있고, 또한 고온에서 단시간에 처리할 수 있으면 그만큼 내용물의 열에 의한 열화도 적게 할 수 있으므로, 생산성과 품질면의 쌍방에서, 보다 높은 내열성을 가진 용기가 요망되고 있다.

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 온도에서의 레토르트 처리에서도 충분히 사용가능한 폴리에스테르 수지제 용기의 개발이며, 레토르트 식품의 생산성, 또는 품질의 향상이 가능한 폴리에스테르 수지제 용기, 및 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

이하, 청구항 1, 청구항 2, 및 청구항 3에 관한 발명은 폴리에스테르 수지제 용기의 더블 블로우 성형 방법에 관한 것이며,

그 중에서 청구항 1에 기재된 발명의 방법은,

프리폼을 2축 연신 블로우 성형하여 1차 중간 성형품으로 성형하는 1차 블로우 성형 공정과, 이 1차 중간 성형품을 가열하여 2차 중간 성형품으로 강제적으로 수축 성형하는 공정과, 이 2차 중간 성형품을 블로우 성형하여 용기로 성형하는 2차 블로우 성형 공정으로 이루어지는 더블 블로우 성형법에 있어서,

2차 블로우 성형에서의 금형 온도를 210℃를 넘는 온도로 하는 것이다.

본원 발명자들은, 더블 블로우 성형한 폴리에스테르 수지제 용기에 대해서, 2차 블로우 성형의 금형 온도가 210℃ 이하에서는 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 고온에서의 레토르트 처리에서는, 제품으로서 요구되는 외관이 손상되기 때문에, 2차 블로우 성형의 금형 온도를 고온으로 한 히트 세트(heat set) 효과를 더 발휘시키기 위해서, PET 수지제 2차 중간 성형품의 용해가 시작되는 250℃ 근방까지, 금형 온도를 올려서 용기를 성형하는 시험을 실시하였다. 그 중에서, 적어도 금형 온도가 230℃까지의 온도에서는, 성형성에 이렇다 할 문제도 없고, 성형 후의 용기의 백화에 의한 헤이즈도 특히 커지지 않고, 120∼130℃ 정도의 온도 범위에서 레토르트 처리 후의 수축 변형도 외관이 손상되지 않는 범위로 억제되어, 제품으로 서 충분히 통용함을 발견하여 본 발명에 이르렀다.

즉, 청구항 1 기재의 상기 방법에 의해, 더블 블로우 성형 방법에서 2차 블로우 성형에서의 금형 온도를 210℃를 넘는 온도로 함으로써, 특히 성형성을 손상시키지 않고, 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 레토르트 처리에서도 수축 변형을 충분히 작게 억제하여 외관을 손상하지 않고, 또한 PET 수지제 용기 등의 투명성을 갖는 용기에서는 투명성을 손상하지 않는 폴리에스테르 수지제 용기를 제공할 수 있다.

본 발명에서, 폴리에스테르 수지로는 2축 연신 블로우 성형 및 결정화 가능한 폴리에스테르 수지를 사용할 수 있고, PET 수지계, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지계, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)계 수지 등의 수지를 사용할 수 있다. 또한 이들 폴리에스테르계 수지의 블렌드물, 또한 이들 폴리에스테르계 수지를 주체로 하여 폴리올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 아릴레이트계 수지, 나일론계 수지 등을 블렌드한 수지도 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 폴리에스테르 수지제 용기는, 폴리에스테르 수지제 용기로서의 본질이 손상되지 않는 한, 예를 들면 가스 배리어성의 향상을 위해 PET 수지/나일론 수지/PET 수지와 같이 하거나, 내열성과 성형성의 밸런스를 조정하기 위해서 PET 수지/PEN 수지/PET 수지와 같이, 벽의 전부, 또는 일부를 적층 구조로 할 수도 있다.

또한, 가스 배리어성의 향상을 위해 내벽면에 플라스마 CVD법에 의한, 탄소박막, 규소산화물 박막을 형성할 수도 있다.

청구항 2에 기재된 발명의 방법은, 청구항 1에 기재된 발명에서, 2차 블로우 성형에서의 금형 온도를 215℃ 이상의 온도로 하는 것이다.

청구항 2에 기재된 상기 방법에 의해, 2차 블로우 성형에서의 금형 온도는 215℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 이것에 의해 레토르트 처리 후의 용적 수축을 충분히 낮게 억제할 수 있고, 제품의 제조 수율을 100%에 가깝게 할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명의 방법은, 청구항 1 또는 2에 기재된 발명에서, 폴리에스테르 수지를, PET계 수지로 하는 것이다.

청구항 3에 기재된 상기 구성에 의해, 폴리에스테르 수지 중에서도 원료 비용이 낮고, 2축 연신 블로우 성형성이 뛰어난 PET계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 PET계 수지로는, 주로 PET가 사용되지만, PET 수지의 본질이 손상되지 않는 한, 에틸렌테레프탈레이트 단위를 주체로 하여, 다른 폴리에스테르 단위를 포함하는 공중합 폴리에스테르도 사용할 수 있는 동시에, 예를 들면 내열성을 향상시키기 위해서 나일론계 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지 등의 수지를 블렌드하여 사용할 수도 있다. 공중합 폴리에스테르 형성용 성분으로는, 예를 들면 이소프탈산, 나프탈렌-2,6-디카르복시산, 아디프산 등의 디카르복시산 성분, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 테트라메틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 시클로헥산디메탄올, 디에틸렌글리콜 등의 글리콜 성분을 들 수 있다.

다음에, 청구항 4 및 청구항 5는 폴리에스테르 수지제 용기에 관한 것이며, 그 중에서, 청구항 4에 기재된 발명의 수단은, 폴리에스테르 수지제 용기에서, 124 ℃, 42분간의 레토르트 처리에 의한 용적 수축률이 0.75% 이하인 것이다.

본원 발명자들은 더블 블로우 성형한 폴리에스테르 수지제 용기에 대하여, 특히 2차 블로우 성형의 금형 온도를 고온으로 한 히트 세트 효과에 의해, 120∼130℃에서의 레토르트 처리에서도 용기의 용적 수축률을 매우 작게 할 수 있음을 발견하여, 본 발명에 이르렀다. 또한, 124℃, 42분간의 레토르트 처리에 의한 용적 수축률이 0.75% 이하로 함으로써, 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 온도에서, 국소적인 변형에 의해 외관을 손상하지 않고 레토르트 처리에 사용할 수 있는 용기를 제공할 수 있다. 여기서, 124℃, 42분의 레토르트 조건은, 120℃, 60분 정도의 처리에 상당하는 살균 효과를 갖는 조건이다.

여기서, 용적 수축률이 0.75%을 넘을 경우에는, 레토르트 처리 후의 외관이 손상되는 빈도가 높아지고, 또한 2%을 넘으면 거의 100% 외관이 손상되어 제품으로서 취급하는 것이 불가능해진다.

청구항 5에 기재된 발명의 수단은, 청구항 4에 기재된 발명에서, 폴리에스테르 수지를, PET계 수지로 한 것이다.

청구항 5에 기재된 상기 구성에 의해, 폴리에스테르 수지 중에서도 원료 비용이 낮고, 2축 연신 블로우 성형성이 뛰어난 PET계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

[발명의 효과]

본 발명은 상기한 구성이며, 이하에 나타내는 효과를 나타낸다.

청구항 1에 기재된 발명에서는, 더블 블로우 성형법에서 2차 블로우 성형에서의 금형 온도를 210℃를 넘는 온도로 함으로써, 성형성을 손상하지 않고, 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 온도에서의 레토르트 처리에 있어서도, 수축 변형을 충분히 작게 억제하여 외관을 손상하지 않고, 또한 PET 수지제 용기 등의 투명성을 가진 용기에서는 투명성을 손상하지 않는 폴리에스테르 수지제 용기를 제공할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에서는, 2차 블로우 성형에서의 금형 온도를 215℃ 이상으로 함으로써 레토르트 처리 후의 용적 수축을 충분히 낮게 억제할 수 있고, 제품의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에서는, 폴리에스테르 수지 중에서도 원료 비용이 낮고, 2축 연신 블로우 성형성이 뛰어난 PET계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

청구항 4에 기재된 발명에서는, 124℃, 42분간의 레토르트 처리에 의한 용적수축률을 0.75% 이하로 함으로써, 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 온도에서, 국소적인 변형에 의해 외관을 손상하지 않고 레토르트 처리에 사용할 수 있는 용기를 제공할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에서는, 폴리에스테르 수지 중에서도 원료 비용이 낮고, 2축 연신 블로우 성형성이 뛰어난 PET계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 용기의 제1 실시예인 병모양체를 나타내는 전체 정면도이 다.

도 2는 본 발명의 성형 방법에서의, 각 공정에 의한 성형품의 정면도를 함께 나타낸 설명도이다.

도 3은 본 발명의 용기의 제2 실시예인 병모양체를 나타내는 전체 정면도이다.

도 4는 도 3의 병모양체의 (a)A-A선에 따른 평단면도, 및 (b)B-B선에 따른 평단면 바깥 윤곽선도이다.

도 5는 도 3 중의 C-C선에 따라 나타내는 종단면 바깥 윤곽선도에서 a)는 팽출(膨出) 상태, (b)는 함몰 상태에서의 패널의 변형 상태를 나타내는 설명도이다.

도 6은 도 3의 병모양체의 (a)바닥부 근방의 종단면도와, (b)바닥면도이다.

도 7은 레토르트 처리 시험 중에서의, 온도 및 압력의 변화를 나타내는 그래프이다.

[도면의 주요 부호에 대한 설명]

1; 병모양체(용기), 2; 입구통부, 3;어깨부, 4;몸통부,

5;바닥부, 5a;바닥이 솟아오른 오목부, 6;감압 흡수 패널,

7;기둥부, 8;원환(圓環)부, 11;프리폼, 21;1차 중간 성형품,

31;2차 중간 성형품, 106;패널, 106a;오목 형상부, 106b;볼록 형상부,

107; 기둥부, 109;주단부(周段部), 110;단부(段部), 111;경계선,

115; 팽출 상태, 115a;팽출 반전 변형 상태, 115b;팽출 변형 상태,

116;함몰 상태, 116a;함몰 변형 상태, 116b;함몰 반전 변형 상태,

121;바닥면, 122;힐(heel)부, 123;접지부,

124; 바닥이 솟아오른 오목부, 125:정부(頂部) 근방, R1,R2;곡률 반경,

H1;바닥이 솟아오른 높이, D1;힐 최대 직경, D2;(접지부의) 외경,

Tre;레토르트 솥 온도, Pre; 레토르트 솥 압력, Pb;병모양체내 압력

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이들 설명에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 폴리에스테르 용기의 제1 실시예인 병모양체(1)의 정면도를 나타내는 것이며, 이 병모양체(1)는 PET 수지제로, 후술하는 더블 블로우 성형법에 의해 성형한 것이며, 입구통부(2), 어깨부(3), 원통 형상의 몸통부(4), 바닥부(5)를 갖고, 높이 130mm, 몸통 직경 66mm의 환(丸)형 병(bottle)이다. 또한, 입구통부(2)는 열결정화 처리에 의해 백화(白化)한 상태이며, 또한 바닥부(5)에는 함몰 형상으로 바닥이 솟아오른 오목부(5a)가 형성되어 있다.

몸통부(4)에는, 상단부(上端部)와 하단부(下端部)를 남기고 벽면을 완만하게 오목형상으로 함몰시켜서 6개의 감압 흡수 패널(6)이 병렬 형상으로 형성되어 있다. 또한, 인접하는 감압 흡수 패널(6)의 사이에는 함몰 없이 남겨진 상태로 세로 리브 형상의 기둥부(7)가 형성되어 있고, 또한, 몸통부(4)의 상단부와 하단부에, 이것도 함몰하지 않고 남겨진 상태로 짧은 원통형상의 원환부(8)가 형성되어 있다.

주로 이들 기둥부(7), 및 원환부(8)에 의해 병모양체(1) 전체의 강성이 확보 되는 동시에, 레토르트 처리 중, 고온으로 되어 몸통부(4)의 감압 흡수 패널(6)이 반전(反轉) 형상으로 팽창 변형할 때에는, 상하의 원환부(8)는 팽창 변형의 구속 장소로서의 기능을 발휘하여, 병모양체(1)의 팽창 변형을 일정한 태양 내에 들어가게 하는 기능을 발휘한다.

다음에, 상기 실시예의 병모양체(1)를 성형하기 위한 더블 블로우 성형법에 대해서 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 더블 블로우 성형법의 각 공정에 의한 성형품의 정면도를 함께 나타낸 설명도이다.

더블 블로우 성형법은, 기본적으로는 프리폼(11)(도2 (a))을 2축 연신 블로우 성형하여 1차 중간 성형품(21)으로 성형하는 1차 블로우 성형 공정과, 이 1차 중간 성형품(21)을 가열하여 2차 중간 성형품(31)으로 강제적으로 수축 성형하는 열수축 공정과, 이 2차 중간 성형품(31)을 블로우 성형하여 용기(1)로 성형하는 2차 블로우 성형 공정으로 이루어지는 성형 방법이다.

각 공정에 대해서 보다 구체적으로 설명하면,

1)1차 블로우 성형 공정

시험관 형상으로 사출성형한 프리폼(11)을, 연신 효과가 얻어지는 온도 70℃로부터 PET 수지의 열결정화 직전의 온도 130℃, 바람직하게는 90℃∼120℃로 가열하는 동시에, 금형 온도를 50℃∼230℃, 바람직하게는 70℃∼180℃로 하여 2축 연신 블로우 성형법에 의해 일차 중간 성형품(21)(도 2(b))을 성형한다.

2)열수축 공정

상기 1차 중간 성형품(21)을, PET 수지의 결정화 온도에 가까운 110℃로부 터, PET 수지의 연화 정도가 커 형상을 유지하는 것이 곤란해지는 250℃까지의 온도 범위, 바람직하게는 130℃∼200℃로 가열하여, 2차 중간 성형품(31)으로 가열 수축 변형(도 2(c) 참조)시킨다. 여기서, 1차 블로우 성형 공정의 2축 연신 블로우 성형에 의한 잔류 응력이 완화된다.

3) 2차 블로우 성형

상기 2차 중간 성형품(31)을, 금형 온도를 최종 성형품인 병모양체(1)의 레토르트 처리 온도 등의 사용 최고 온도를 고려하여, PET 수지의 연화 정도가 커서 형상을 유지하기 곤란해지는 250℃까지의 온도 범위에서 적당히 설정하여 블로우 성형법에 의해 병모양체(1)(도 2(d) 참조)를 성형한다.

PET 수지를 사용하여, 하기의 조건으로 도 1의 병모양체(1)를 더블 블로우 성형법에 의해 성형하여, 실시예 1∼4, 및 비교예 1, 2의 병모양체(1)를 얻었다. 프리폼(11), 1차 중간 성형품(21), 2차 중간 성형품(31) 및 병모양체(1)는 각각 도 2의 (a), (b), (c) 및 (d)에 나타낸 형상이다.

(1)1차 블로우 공정

프리폼 가열 온도 115℃, 금형온도 170℃, 세로 연신 배율 2.5배, 가로 연신 배율 3.0배

(2)가열 수축 공정

가열 온도 200℃(성형품 표면 온도), 가열 시간 50초

(3)2차 블로우 성형 공정

금형 온도 170∼230℃, 유지 시간 2.8초, 에어 서큘레이션 0.4초

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼실시예 4의 병모양체는 각각 2차 블로우 성형의 금형 온도를 215℃, 220℃, 225℃, 230℃로 한 것이다.

또한, 비교예 1, 2의 병모양체는 이 금형 온도를 각각 170℃, 210℃로 한 것이다.

상기와 같은 성형 조건으로, 더블 블로우 성형법에 의해 성형한 각 실시예, 및 비교예의 병모양체에 대해서, 90℃에서 물을 고온충전하고, 캡으로 밀폐한 후, 증기 가열법으로 124℃에서 42분간 레토르트 처리를 실시하였다.

또한 각 병모양체에 대해서, 용적 수축률의 측정, 외관 평가, 헤이즈의 측정을 실시하여 그 결과를 표 1 중에 나타내었다(용적 수축률 및 헤이즈의 측정값은 평균값(n=10)이다.)

용적 수축률(%)은 식((처리전의 용적 - 처리후의 용적)/처리전의 용적)×100에 의해 구한 것이다.

또한, 외관 평가는 부분적인 오목형상의 변형 등의 유무를 체크하여, 제품으로서 사용가능한가를 평가하였다. 여기서, 예를 들면 10/10 OK은 10개 중 10 모두 제품으로서 사용가능함을 나타내고, 2/10 NG는 10개 중 2개가 변형에 의해 외관이 손상되어 있어 사용불가임을 나타낸다.

[표 1]

	2차 블로우 성형 금형 온도(℃)	용적 수축율(%)	처리후의 외관	헤이즈(%) 처리전 처리후
실시예 1	215	0.62	10/10 OK	22	20
실시예 2	220	0.45	10/10 OK	18	17
실시예 3	225	0.29	10/10 OK	17	19
실시예 4	230	0.26	10/10 OK	20	19
비교예 1	170	3.06	10/10 NG	17	18
비교예 2	210	0.78	2/10 NG	19	20

표 1의 결과로부터, 2차 블로우 성형 공정의 금형온도가 215℃ 이상인 실시예 1∼실시예 4의 병모양체에서는 레토르트 처리 후의 외관은 전부 OK임을 알았다.

한편, 비교예의 결과를 보면 170℃의 비교예 1에서는 10개 모두 NG이며, 또한 210℃의 비교예 2에서는 2개가 NG이며 제품의 제조 수율을 고려하면 불만족이며, 금형 온도를 210℃ 이하로 한 병모양체는 120℃를 넘는 레토르트 처리에 사용할 수 없음을 알았다. 여기서, 외관 NG의 주요 원인은, 몸통부벽에서의 굴곡 형상의 함몰 변형이었다.

또한, 표 1 중에서, 용적수축률을 보면 금형 온도를 높게 하면 수축률이 작아짐을 알 수 있다. 또한 외관과의 대응으로부터 용적변화율을 0.75% 이하로 함으로써, 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 온도에서의 레토르트 처리 후에도 외관이 손상되지 않고, 제품으로서의 사용에 견디게 함이 판명되었다.

또한, 헤이즈는 병모양체의 투명성을 평가하기 위해서 측정한 것이지만, 2차 블로우 성형의 금형 온도와의 상관은 명확하지 않고 기껏해야 20% 정도이며, 또한 레토르트 처리 전 후의 변화도 적어, 제품으로서 문제가 없는 범위였다.

이상, 더블 블로우 성형의 특히 2차 블로우 성형의 금형 온도가 210℃를 넘는 것으로 한, 본 발명의 PET병을 대표로 하는 폴리에스테르 수지제 용기 및 그 성 형 방법에 대해서 실시예에 따라 설명하는 동시에, 그 용기가 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 레토르트 처리에 대해서도 충분히 사용가능한 합성 수지제 용기를 제공할 수 있음을 설명하였다.

여기서, 레토르트 처리에 사용되는 용기의 하나의 실시 형태인 병모양체에서는 처리 중에 내압이 커지므로, 종래부터 도 1에 나타내는 병모양체(1)와 같이, 바닥부의 바닥면을 움푹 들어가 바닥이 솟아오른 오목부(5a)를 형성하고, 이 바닥이 솟아오른 오목부(5a)의 둘레에 환상의 접지부를 형성하여 되는, 소위 샴페인(champagne) 바닥 형상으로 하고 있다.

그러나, 바닥부를 이러한 샴페인 바닥 형상으로 해도, 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 엄격한 조건하에서 레토르트 처리할 경우, 특히 가열 증기를 이용하여 처리할 경우에는, 그 온도에서의 포화 수증기압 근방에서 열처리할 필요가 있고, 가압 가열수를 이용하는 경우와 같이 열수의 압력을 조정하여 내압과 밸런스를 이룰 수 없으므로 병모양체내가 큰 가압 상태로 되어, 그 결과 바닥부가 병모양체 외측을 향하여 반전 변형하여 돌출해버리는, 소위 「바닥 처짐」이 생겨버리는 경우가 있다.

또한, 바닥부가 크게 변형하여 반전 변형에 이를 것까지도 없이, 바닥부의 약간의 변형에 의해 병모양체의 가장 기본적인 기능의 하나인 기립성(起立性)이 손상되어버리므로, 본 발명의 더블 블로우 성형법에 의한 성형 방법에서도, 레토르트 처리에 따른 바닥부의 변형에 대해서 용기의 형상면에서도 유의해 둘 필요가 있다.

그래서, 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 엄격한 조건하에서의 레토르트 처리에서도 상기한 바닥부의 변형을 억제할 수 있는 병모양체의 구성에 대해서, 이하에 언급해 둔다.

제1은 몸통부의 형상에 관한 구성이며, 제2은 바닥부의 형상에 관한 구성이다. 또한, 이들 병모양체의 형상에 관한 구성과, 본 발명의 더블 블로우 성형법에 관한 성형 방법을 조합함으로써, 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 엄격한 조건 하에서의 레토르트 처리에서, 보다 안심하고 사용할 수 있는 병모양체를 보다 확실히 제공할 수 있게 된다.

제1 구성은, 특히 몸통부의 형상에 관한 것이며, 다음과 같은 구성으로 하는 것이 좋다. 즉, 120∼130℃의 온도에서의 증기식 레토르트 처리를 실시했을 때에, 몸통부의 벽을 가역적으로 팽출 변형 가능하게 하고, 이 몸통부의 벽의 팽출 변형에 의해 병모양체와 레토르트 솥내의 차압(差壓)이 0.05MPa 이하, 더 바람직하게는 0.03MPa 이하의 범위로 유지되도록 구성한다.

상기 구성의 기본적인 생각은 레토르트 처리 시의 가압 상태를 몸통부의 벽의 팽출 형상의 변형에 의한 용적 증가에 의해 완화하여, 바닥부의 변형을 억제하고자 하는 것이다. 구체적으로는 120∼130℃에서의 레토르트 처리에서는, 몸통체내와 레토르트 솥의 차압을 0.05MPa 이하의 범위로 하는 것, 더 바람직하게는 차압이 0.03MPa 이하의 범위로 함에 의해, 병모양체의 기립성이 손상되지 않는 범위로 바닥부의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 몸통부에 팽출 형상으로 반전 변형가능한 패널을 마련하거나, 몸통부를 타원통 형상의 편평한 형상으로 하는 등, 몸통부의 평단면 형상을 비원형 형상 으로 하여, 그것이 진원형 형상을 향하여 변형함으로써, 몸통벽이 연신하여 영구변형 없이 몸통부의 평단면적을 크게 하여 용량을 증가시킬 수 있다.

또한, 레토르트 처리 후의 몸통부벽의 복원성에 관해서 언급하면, 예를 들면, PET 수지제 등의 병모양체에서는, 120∼130℃ 정도의 고온에서는, 정도의 차는 있지만, 몸통부의 직경이 수축하는 등의 변형은 불가피하지만, 찌그러진 변형이 잔류하지 않고, 외관을 손상하지 않는 범위에서 복원 가능하면 좋다.

다음에, 제2의 구성은 바닥부의 형상에 관한 것이며, 다음 (1)∼(4)의 구성으로 하는 것이 좋다.

(1)바닥부가 몸통부 하단에 접속하여 바깥방향의 곡률 반경을 가져 직경을 줄여 바닥면에 이르는 힐부를 갖고, 바닥면에 원환상의 접지부를 배열 설치하고, 이 접지부를 기단으로서 바닥면을 움푹 들어가 반구 껍질 형상의 바닥이 솟아오른 오목부를 형성한 바닥이 있는 원통 형상이다.

(2)접지부의 외경의 값을 힐부의 최대 직경의 55∼85%의 범위로 한다.

(3)바닥이 솟아오른 오목부의 바닥이 솟아오른 높이의 값을 접지부의 외경의 35% 이상의 범위로 한다.

(4)바닥이 솟아오른 오목부의 주된 만곡 형상을 결정하는 기단 근방으로부터 정부 근방에 이르는 원호의 곡률 반경의 값을 접지부의 외경의 1/2 이상의 범위로 한다.

여기서, (2)의 요건은 바닥이 솟아오른 오목부의 기단으로 되는 원환상의 접지부의 지름에 관한 요건이며, 이 외경을 힐부의 최대 직경의 55% 이상의 범위로 함으로써 병모양체의 기립성을 확보하여, 전도(轉倒)가 일어나기 어렵게 할 수 있다.

또한, 접지부의 외경이 너무 크면, 힐부를 딥 드로잉(deep drawing) 형상으로 블로우 성형할 필요가 있고, 국소적으로 너무 얇은 부분이 생기는 등의 문제가 있지만, 이 외경을 힐부의 최대 직경의 85% 이하로 함으로써 이러한 블로우 성형에 관한 문제를 회피할 수 있다.

다음에 (3)과 (4)의 요건은 바닥이 솟아오른 오목부의 반구 껍질 형상의 형상을 정하는 요건이다. 이 중 (3)은 바닥이 솟아오른 높이에 관한 요건이며, 바닥이 솟아오른 오목부의 바닥이 솟아오른 높이가 낮으면, 바닥이 솟아오른 오목부가 전체로서 평탄한 만곡 형상으로 되고, 병모양체내가 가압 상태로 되었을 때는, 바닥이 솟아오른 오목부에 대하여 가로 방향으로 작용하는 압압력(押壓力)에 대하여, 중심 축 방향을 따라서 바깥쪽으로 작용하는 압압력이 상대적으로 커져서, 반전 변형이 발생하기 쉽게 되어 버린다. 여기서, 바닥이 솟아오른 높이의 값을 접지부의 외경의 35% 이상의 범위로 함으로써, 가로 방향으로 작용하는 압압력을 크게 할 수 있고, 반전 변형을 억제하여, 레토르트 처리에서의 가혹한 조건 하에서도, 바닥이 솟아오른 오목부의 반전 변형을 확실히 방지할 수 있다.(보다 바람직하게는 바닥이 솟아오른 높이의 값을 접지부의 외경의 40% 이상으로 하면 좋다.)

또한, 바닥이 솟아오른 높이의 상한은 블로우 성형성, 접지부의 형상 및 두께, 또한 병모양체의 용량 등을 고려하여 적당히 정할 수 있다.

또한, (4)는 바닥이 솟아오른 오목부의 주된 만곡 형상을 정하는 기단 근방 에서부터 정부 근방에 이르는 원호의 곡률 반경에 관한 것이다. 이 곡률 반경의 값을 너무 적게 하면, 바닥이 솟아오른 높이를 충분히 높게 할 수 없고, 바닥이 솟아오른 오목부의 정부 근방에 필연적으로 평탄 형상 부분, 또는 바깥쪽의 곡률 반경을 가진 만곡면 부분을 형성하게 되어, 레토르트 처리의 고온, 가압 하에서는, 그 부분이 기점으로 되어 반전 변형이 진행하여 바닥 처짐 상태로 되어 버린다.

여기서, (4)의 요건에 따라서, 이 곡률 반경의 값을 접지부의 외경의 1/2 이상의 범위로 함으로써, 바닥이 솟아오른 오목부 전체를 안쪽방향으로 볼록한 형상의 만곡 형상으로 할 수 있고, 바닥 처짐에 의한 반전 변형의 기점이 없도록 할 수 있다.

이상과 같이 바닥이 솟아오른 오목부의 형상에 관련하여, 접지부의 직경, 바닥이 솟아오른 오목부의 높이와 곡률 반경의 값을 (2), (3), (4)의 범위로 함으로써, 레토르트 처리 조건하에서도 바닥부에 형성한 반구 껍질 형상의 바닥이 솟아오른 오목부의 반전 변형의 발생을 막아서, 바닥 처짐이 없는 병모양체를 제공할 수 있다.

또한, 접지부의 폭은 2mm 이하의 값으로 하는 것이 바람직하다. 2mm 이하로 함으로써 병모양체의 접지성을 충분히 확보할 수 있다. 이 폭은 접지성의 관점에서는 더 좁게 하여 선상으로 하는 것이 바람직하지만, 블로우 성형성을 고려하여 정할 수 있다. 즉, 접지부 폭이 크면, 용기의 내압 상승에 의해 접지부의 내경측이 바깥쪽으로 돌출하는(바닥 처짐)상태로 되기 쉬워, 접지 안정성을 확보할 수 없을 우려가 있고, 접지부의 상기 돌출 변형을 방지하기 위해서도 접지부 폭은 2mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하로 하면 좋다. 그러나, 접지 폭을 더 좁게 하면 블로우 성형시의 부형성(블로우 성형성)이 나빠지는 것으로 생각된다.

상기 설명한, 몸통부의 형상에 관한 제1 구성과, 바닥부의 형상에 관한 제2 구성에 대해서, 본 발명의 폴리에스테르 용기의 제2 실시예인, 도 3∼도 6에 나타내는 병모양체(1)를 참조하면서 구체적으로 설명한다.

도 3은 병모양체(1)의 정면도, 또한 도 4(a), (b)은 각각 도 3 중의 A-A선 및 B-B선에 따라 평단면 바깥 윤곽선도이다.

이 병모양체(1)는 PET 수지제 2축 연신 블로우 성형품으로, 상술한 표 1 중의 실시예 1에 기재되는 조건으로 더블 블로우 성형한 것이며, 입구통부(2), 어깨부(3), 몸통부(4), 바닥부(5)를 갖고, 높이 130mm, 몸통 직경 66mm으로, 300㎖용의 소형의 환형 병이다. 또한, 입구통부(2)는 열결정화 처리에 의해 백화한 상태이며, 또한 바닥부(5)에는 함몰 형상으로 바닥이 솟아오른 오목부(124)가 형성되어 있다. 또한, 도 4(a), (b) 중의 2점 쇄선은 몸통부(4)의 평단면 바깥 윤곽선이 내접하는 원형을 나타낸다.

몸통부(4)의 상하에는 2개의 주단부(109)를 갖고, 이 주단부(109)의 사이에 6개의 패널(106)이 병렬 형상으로 형성되어 있다. 또한, 인접하는 패널(106) 사이에는, 함몰하지 않고 남겨진 상태로 세로 리브 형상의 기둥부(107)가 형성되어 있어, 병모양체(1) 전체로서의 강성이 확보된다.

단부(110)에 의해 그 주위를 둘러싼 상태의 패널(106)은 위쪽에 위치하는 오목형상부(106a)와, 아래쪽에 위치하는 볼록형상부(106b)로 구성되고, 이 오목형상 부(106a)와 볼록형상부(106b)의 경계에는 경계선(111)이 형성되어 있다. 또한 레토르트 처리 중의 가압 상태, 및 냉각 후의 감압 상태에서의 병모양체(1) 내부의 압력 변동을 오목형상부(106a)와 볼록형상부(106b)가 협동한 변형에 의해 흡수할 수 있도록 한 것이다.

도 5은 가압 상태, 및 감압 상태에서의 패널(106)(오목형상부(106a), 볼록형상부(106b))의 변형 상태를 나타내는 설명도이다. 도 5(a)에는 레토르트 처리 중의 가압 상태에서의 팽출 상태(115)(오목부(106a)의 팽출 반전 변형 상태(115a)와 볼록부(106b)의 팽출 변형 상태(115b))를 2점 쇄선으로 나타낸다. 또한, 도 5(b)에는 레토르트 처리 후의 냉각에 의한 감압 상태에서의 함몰 상태(116)(오목부(106a)의 함몰 변형 상태(116a)와 볼록부(106b)의 함몰 반전 변형 상태(116b))를 2점 쇄선으로 나타낸다.

도 6은 도 3의 병모양체(1)의 (a)바닥부(5) 근방의 종단면도와, (b)바닥면도이다. 바닥부(5)는 전체로서 바닥이 있는 원통 형상이며, 몸통부(4) 하단에 접속하여 바깥쪽의 곡률 반경(R1)을 가지며 직경을 줄여 바닥면(121)에 이르는 힐(heel)부(122)을 갖고, 바닥면(121)에 원환상의 접지부(123)를 배열 설치하고, 이 접지부(123) 기단으로서, 이 기단 근방으로부터 정부에 걸쳐 안쪽의 곡률 반경(R2)을 가져, 바닥면(121)을 반구 껍질 형상으로 움푹 들어가 바닥이 솟아오른 오목부(124)를 형성하고 있다.

또한, 힐부(122)의 하단부로부터 접지부(123)를 거쳐서 바닥이 솟아오른 오목부(124)의 하단부에 이르는 부분은, 바깥쪽의 1∼4mm 정도의 작은 곡률반경의 만 곡부를 연결하여 형성되어 있다. 또한, 접지부(123)의 폭(W) 부분은 평탄면으로 형성되어 있다.

본 실시예의 병모양체(1)의 바닥부(5)에 관한 치수를 아래에 나타낸다.

접지부(123)의 폭(W) 0.5mm

힐부(122)의 최대 직경(D1) 66mm

접지부(123)의 외경(D2) 45mm

바닥이 솟아오른 높이(H1) 19mm

곡률반경(R1) 21mm

곡률반경(R2) 27mm

상기 치수로부터,

(1)접지부(123)의 외경(D2)의 값은 힐부(122)의 최대 직경(D1)의 68%이며 55∼85%의 범위이다.

(2)바닥이 솟아오른 오목부(124)의 바닥이 솟아오른 높이(H1) 값은 접지부(123)의 외경(D2)의 42%이며, 35% 이상의 범위이다.

(3)바닥이 솟아오른 오목부(124)의 곡률반경(R2) 값은 접지부(123)의 외경(D2)의 60%이며, 1/2 이상의 범위이다.

또한, 도 6(a) 중에는, 가압 상태에서 바닥이 솟아오른 오목부(124)에 작용하는 힘을 가로 방향으로 작용하는 압압력과, 중심축 방향을 따라 바깥 방향으로 작용하는 압압력으로 나누어 흰색 화살표로 나타내었다. 여기서, 중심축 방향을 따라 바깥쪽으로 작용하는 압압력이 상대적으로 커지면, 정부 근방을 기점으로 하 여 반전 변형이 진행하여 바닥 처짐이 발생해 버린다.

[바닥부의 변형 시험(모델 시험)]

상기 병모양체(1)를 사용하여, 소정의 레토르트 처리 온도에서, 병모양체내의 압력을 변경했을 때의 바닥부의 변형을 관찰, 측정하기 위해서 하기의 순서에 의한 모델 시험을 실시하였다.

1)내용물의 고온 충전

글리세린과 물의 혼합비가 8:1∼3:1인 혼합액을 100℃의 온도에서 충전하고, 캡핑을 하여 밀폐한다. 이때, 헤드 스페이스(HS)를 21㎖로 한다.

2)딥핑 시험

상기 1)과 같이 하여 혼합액을 고온충전한 병모양체에 대하여 120∼130℃에서의 글리세린액에 60분 딥핑한다. 혼합액의 혼합비를 8:1∼3:1로 변화시킴에 의해, 120∼130℃의 범위에서 내압은 외압(대기압(0.101MPa))에 대하여 0.02∼0.07MPa 정도의 가압 상태의 범위로 변화한다.

또한, 이하의 기재에서도 압력은 대기압(0.101MPa)에 대한 차압(差押)으로 기재한다.

3)시험 후의 바닥부의 변형의 관찰, 측정

상기 2)의 시험 후의 병모양체에 대해서, 냉각 후, 바닥부의 변형을 관찰, 측정한다.

[모델 시험 결과]

상기와 같은 모델 시험에 의해 다음과 같은 결과가 얻어졌다.

1)120∼130℃의 온도범위에서 내압을 0.05MPa 이하의 범위로 함으로써, 몸통부의 패널(106)이 도 5(a)의 팽출 상태(115)과 같이 팽출 변형하지만, 시험 후, 냉각한 상태에서는 도 5(b)의 함몰 상태(116)와 같이 되고, 고온에서의 팽출 변형에 따라 외관을 손상하는 것과 같은 영구변형은 없었다.

2)한편, 내압이 0.05MPa를 넘으면 몸통부(4)의 패널(106)이 도 5(a)에 나타내는 바와 같은 팽출 상태(115)로 되는 동시에, 바닥부(5)의 바깥쪽의 팽출 형상의 (소위 바닥 처짐 형상의) 변형이 커지게 되어, 전도(轉倒) 각도의 저하가 보였다.

또한 여기서, 상기 전도 각도는 수평한 받침대 위에 병모양체를 기립 설치하고, 이 받침대를 수평방향으로부터 서서히 경사지게 했을 때의, 병모양체가 전도하는 경사 각도이며, 병모양체의 자립성의 목표로 되는 것이다.

[레토르트 처리 시험]

상기 모델 시험의 확인을 위해, 레토르트 처리 시험을 실시하였다. 도 3에 나타내는 제2 실시예의 병모양체(1)에 물을 90℃의 온도에서 고온 충전하고(헤드 스페이스는 21㎖로 하였음.), 온도 124℃, 42분간(다음에 설명하는 도 7의 블록 중, 흰색 화살표로 나타낸 시간 범위)의 조건으로 증기식으로 레토르트 처리를 실시하였다. 도 7은 레토르트 처리 시험 중에서의, 온도 및 압력의 변화를 나타내는 그래프이며, Tre, Pre는 각각 레토르트 솥 내의 온도와 압력을, Pb은 병모양체내의 압력을 나타낸다. 레토르트 솥의 온도(Tre)가 124℃에서 안정한 상태에서의 레토르트 솥내 압력은 0.130MPa, 병모양체내의 압력은 0.159MPa이고 그 차압은 0.029MPa였다.

시험 후의 전도 각도는 시험 전의 값과 변화가 없고, 접지부(123)의 외경(D2)은 42mm, 바닥이 솟아오른 높이(H1)는 17mm이며, 각각 시험전의 93%, 및 89%였다. 이 접지부(123)의 외경(D2), 및 바닥이 솟아오른 높이(H1)의 수축은 124℃에 의한 결정화의 진행에 따른 열수축으로 생각되지만, 찌그러진 변형이 아니라, 균등하게 변형하고 있으므로, 실용상 문제가 없는 것이었다.

또한, 몸통부(4)에 대해서도, 시험 후 냉각한 상태에서는 몸통부(4)의 패널(106)은 도 5(b)의 함몰 상태(116)와 같이 되고, 고온에서의 팽출 변형에 따라 외관을 손상하는 영구변형은 없었다.

본 발명에 의한 폴리에스테르 용기는 120℃를 넘어 130℃ 정도에 이르는 온도에서도, 레토르트 처리에 사용할 수 있는 높은 내열성을 가진 종래에 없는 폴리에스테르 용기이며, 레토르트 처리의 온도를 고온으로 하여 생산성을 향상하는 동시에, 품질의 향상을 도모할 수 있고, 레토르트 식품의 폭넓은 용도로의 전개를 기대할 수 있다.

Claims (5)

1. 프리폼(11)을 2축 연신 블로우 성형하여 1차 중간 성형품(21)으로 성형하는 1차 블로우 성형 공정과, 그 1차 중간 성형품(21)을 가열하여 2차 중간 성형품(31)으로 강제적으로 수축 성형하는 공정과, 그 2차 중간 성형품(31)을 블로우 성형하여 용기로 성형하는 2차 블로우 성형 공정으로 이루어지는 더블 블로우 성형법에 있어서, 상기 2차 블로우 성형에서의 금형 온도를 210℃를 넘는 온도로 한 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지제 용기의 성형 방법.
2. 제1항에 있어서,

   2차 블로우 성형에서의 금형 온도를 215℃ 이상의 온도로 한 폴리에스테르 수지제 용기의 성형 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   폴리에스테르 수지를 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지로 한 폴리에스테르 수지제 용기의 성형 방법.
4. 124℃, 42분간의 레토르트 처리에 의한 용적 수축률이 0.75% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지제 용기.
5. 제4항에 있어서,

   폴리에스테르 수지를 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지로 한 폴리에스테르 수지제 용기.

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