WO2020130283A1 - 양면 가열형의 발포시트 성형장치 및 이를 이용한 성형방법 - Google Patents

양면 가열형의 발포시트 성형장치 및 이를 이용한 성형방법 Download PDF

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WO2020130283A1
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함진수
이광희
허미
김우진
하상훈
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    • B29L2007/002—Panels; Plates; Sheets

Definitions

  • the present invention relates to a molding apparatus capable of efficiently molding a foam sheet and a molding method using the same.
  • the process efficiency is reduced due to each process of manufacturing, drying, and reheating the resin, and denaturation of the resin may be caused.
  • An object of the present invention is to provide a foam sheet forming apparatus and a molding method that can improve the processability of the foam sheet and improve production efficiency.
  • It provides a foam sheet forming apparatus comprising a plug corresponding to the groove portion of the cavity in the state where the foam sheet is placed, and when forming, a plug having an average surface temperature in the range of 60 to 90°C.
  • the second side of the foam sheet provides a foam sheet forming method comprising a foam sheet forming step of heating and pressing at an average temperature in the range of 60°C to 90°C.
  • the foam sheet forming apparatus and the molding method according to the present invention can improve the processability for the foam sheet and improve production efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a molding apparatus for a foam sheet according to the present invention.
  • the molding apparatus is an apparatus for molding a foam sheet that is a foam in the form of a sheet, and includes a cavity for determining the lower shape of the foamed sheet to be molded and a plug for determining the upper shape of the foamed sheet to be molded.
  • the cavity is also called a lower forming frame
  • the plug is also called an upper forming frame.
  • the molding device simultaneously performs heating and pressing in the process of molding the foam sheet. The elongation of the foam sheet is increased through heating, and a three-dimensional shape of the foam sheet is realized through pressing.
  • the molding apparatus applies pressure while the cavity and the plug are engaged while the foam sheet is placed, and at the same time, heat is applied from both sides of the cavity and the plug.
  • the object of molding is resin
  • the object of molding is a foam
  • a large number of air layers having a cell structure are formed inside the foam itself, which causes a decrease in thermal conductivity. That is, in the process of forming the foam sheet, if heat is applied only from the plug side, the temperature on the opposite side of the foam sheet cannot be raised to a level that can be molded. As a result, cracks or the like are generated on the surface of the foam sheet in contact with the cbit side, which leads to product defects.
  • the temperature applied by the cavity and the plug can be set differently.
  • the temperature difference applied by the cavity and the plug is 20°C or higher, 0°C to 70°C, 0°C to 60°C, 0°C to 50°C, 0°C to 40°C, 0°C to 30°C, 0°C to 20°C, 10°C to 70°C, 10°C to 60°C, 10°C to 50°C, 10°C to 40°C, 10°C to 30°C, 10°C to 20°C, 20°C to 70°C, 20°C to 60°C, 20°C To 50 °C, 20 °C to 40 °C, 20 °C to 30 °C, 30 °C to 70 °C, 30 °C to 60 °C, 30 °C to 50 °C, 30 °C to 40 °C, 40 °C to 70 °C, 40 °C to 60 °C °C, 40 °C to 60 °C, 40
  • the foam sheet forming apparatus As one embodiment, the foam sheet forming apparatus according to the present invention,
  • It includes a protrusion corresponding to the groove portion of the cavity in the state where the foam sheet is placed, and when forming, includes a plug having an average surface temperature of 60 to 90°C.
  • the plug serves to heat the foam sheet to a temperature suitable for molding into a three-dimensional shape and to apply pressure at the same time.
  • the surface temperature of the protruding portion of the plug is in the range of 60°C to 90°C on average, and specifically, may be 70°C or higher.
  • the cavity supports the lower surface of the foam sheet and simultaneously serves as a lower molding frame.
  • the temperature of the inner circumferential surface of the groove of the cavity ranges from an average of 20°C to 60°C, and may specifically be 40°C or more. If the temperature on the cavity side is too low, the problem of cracking on the surface cannot be solved. On the contrary, when the temperature of the cavity is too high, there is a problem that the foamed sheet whose molding process is completed cannot be easily separated from the molding apparatus. That is, if the surface temperature of the cavity is too high, the surface of the foam sheet in contact with the cavity may be partially melted, whereby the foam sheet and the cavity may be temporarily bonded. If the foam sheet is forcibly released while the foam sheet and the cavity are temporarily bonded, a defect occurs in the foam sheet. In severe cases, the foam separated from the foam sheet may remain on the cavity surface and contaminate the molding apparatus.
  • the temperature of the inner peripheral surface of the groove portion of the cavity may range from an average of 20°C to 60°C
  • the surface temperature of the protruding portion of the plug may range from an average of 60°C to 90°C.
  • the difference between the temperature of the inner circumferential surface of the cavity and the surface temperature of the protruding portion of the plug can be controlled to 15°C or higher, specifically 25°C or higher, or 30°C or higher. This is a case where the temperature difference between the two sides is largely set by lowering the temperature of the cavity relatively and the temperature of the plug relatively high. Through this, it is possible to control the crystallinity of both sides of the foam sheet to a desired level, respectively.
  • the inner circumferential surface temperature of the cavity is on average 20°C to 60°C, 20°C to 55°C, 20°C to 50°C, 20°C to 45°C, 20°C to 40°C, 20 °C to 35°C, 20°C to 30°C, 30°C to 60°C, 30°C to 55°C, 30°C to 50°C, 30°C to 45°C, 30°C to 40°C, 30°C to 35°C, 35°C to 60°C, 35°C to 55°C, 35°C to 50°C, 35°C to 45°C, 35°C to 40°C, 40°C to 60°C, 40°C to 55°C, 40°C to 50°C, 40°C to 45°C , 50 °C to 60 °C, 25 °C to 50 °C, 25 °C to 40 °C or 25 °C to 35 °C, and the average surface temperature of the protrusions of the plug is
  • the difference between the temperature of the inner peripheral surface of the cavity and the surface temperature of the protruding portion of the plug is 25°C or less, specifically, the temperature difference between the inner surface of the groove portion of the cavity and the surface of the protruding portion of the plug is 20°C or higher, 0°C to 70°C, 0°C to 60°C, 0°C to 50°C, 0°C to 40°C, 0°C to 30°C, 0°C to 20°C, 10°C to 70°C, 10°C to 60°C, 10°C to 50°C, 10°C to 40°C , 10°C to 30°C, 10°C to 20°C, 20°C to 70°C, 20°C to 60°C, 20°C to 50°C, 20°C to 40°C, 20°C to 30°C, 30°C to 70°C, 30 It can be controlled to °C to 60 °C, 30 °C to 50 °C, 30 °C to to 70°
  • each of the cavity and the plug has a structure in which a heating portion is formed.
  • the heating portion of the cavity and plug is not particularly limited, but may be, for example, a structure heated by heating elements that generate heat through electrical resistance.
  • any one or more of the cavity and the plug may be a structure that is heated using a fruit, respectively.
  • any one or more of the cavity and the plug may have a structure in which fluid supply lines for supplying heated air are formed.
  • a line for pressure reduction may be formed on one side of the cavity.
  • a line for pressure reduction may be formed on one side of the cavity.
  • the present invention also provides a method for molding a foam sheet using the molding apparatus described above.
  • the foam sheet forming method according to the present invention As one example, the foam sheet forming method according to the present invention,
  • the foam sheet On the first side of the foam sheet, it is heated and pressurized at an average temperature in the range of 20°C to 60°C, and at the same time
  • the second surface of the foam sheet includes a foam sheet forming step of heating and pressing at a temperature in the range of 60°C to 90°C on average.
  • the present invention is differentiated from the conventional molding method in that it forms a foam, not an unfoamed resin. Furthermore, in the molding method according to the present invention, heating and pressing are performed simultaneously on both sides of the foam sheet to be formed.
  • the foam sheet may be introduced to a foam sheet forming step after a preheating step.
  • post-foaming occurs when heat is applied.
  • the volume of the foam sheet increases to a certain level, for example, 1.5 to 2 times. If such post-foaming occurs in the forming step, it may affect the forming form.
  • by heat treatment before the forming step there is also an effect of heating the foam sheet to a predetermined temperature or more in advance. Therefore, by preheating the foam sheet introduced in the molding step, the efficiency of the work is increased, and the defect rate is lowered.
  • the foam can be heated in the range of 40°C to 120°C, and the heating time can be adjusted in the range of 10 seconds to 30 minutes.
  • the crystallinity may increase as the heating temperature and cooling time of the foam sheet increase.
  • the crystallinity of the foam sheet introduced in the foam sheet forming step may be controlled in the range of 8 to 15%. This is possible by manufacturing a foamed sheet having a crystallinity of the above range, or by using a foamed sheet having a controlled crystallinity through a preheating process.
  • the crystallinity of the foam sheet subjected to the foam sheet forming step can be controlled in the range of 25 to 35%.
  • the crystallinity of the foam sheet introduced in the molding step is set low. This is because the foamed sheet with low crystallinity is relatively excellent in moldability.
  • the forming step is performed at a relatively high temperature. The foam sheet molded at a high temperature greatly increases the crystallinity during the cooling process.
  • the foamed sheet with high crystallinity increases hardness.
  • the crystallinity of the foam sheet introduced in the foam sheet forming step may be controlled in the range of 12% to 17%. This is possible by manufacturing a foamed sheet having a crystallinity of the above range, or by using a foamed sheet having a controlled crystallinity through a preheating process.
  • the crystallinity of the foam sheet subjected to the foam sheet forming step can be controlled in the range of 18 to 25%. For example, when manufacturing a container having a depth of less than 7 cm, the crystallinity of the foam sheet introduced in the molding step is maintained at an appropriate level. When the crystallinity of the foam sheet is lowered, the elongation increases, but there is a problem that workability decreases. And, the molded foam sheet increases the crystallinity in the cooling process, it is controlled in the range of 18 to 25%.
  • the foam sheet according to the present invention may be a polyester resin foam sheet.
  • the type of the polyester resin polyethylene terephthalate (Polyethylene Terephthalate, PET), polybutylene terephthalate (Polybutylene Terephthalate, PBT), poly lactic acid (Poly Lactic acid, PLA), polyglycolic acid ( Polyglycolic acid, PGA, Polypropylene, PP, Polyethylene, PE, Polyehtylene adipate, PEA, Polyhydroxyalkanoate, PHA, Polytrimethylene Terephthalate , PTT) and polyethylene naphthalate (PEN).
  • the foamed sheet may be a polyethylene terephthalate (PET) resin foamed sheet.
  • the foam sheet introduced in the foam sheet processing step may have a structure in which one or both skin layers are formed.
  • the skin layer means a region having a relatively small cell size.
  • the skin layer may have an average cell size of 100 ⁇ m or less, and an average cell size of the remaining regions other than the skin layer may range from 200 ⁇ m or more.
  • the foam sheet according to the present invention is manufactured through an extrusion process. Specifically, a foam sheet is produced by extruding and foaming a polyester resin. The process of manufacturing the foam sheet based on the polyester resin is as follows.
  • polyethylene terephthalate Polyethylene Terephthalate, PET
  • polybutylene terephthalate Polybutylene Terephthalate
  • poly lactic acid Poly Lactic acid, PLA
  • polyglycolic acid Polyglycolic acid, PGA
  • Polypropylene PP
  • Polyethylene Polyethylene
  • PE Polyehtylene adipate
  • PEA Polyhydroxyalkanoate
  • PHA Polytrimethylene Terephthalate
  • PTT polyethylene naphthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • the resin polymerization process for producing the polyester resin can be performed through various synthetic routes, and is not particularly limited.
  • the polyester resin after mixing the aromatic dicarboxylic acid and glycol components, melting at a temperature of 200° C. or higher, adding a catalyst to the melted mixture and for 1 to 6 hours at a temperature of 200 to 250° C.
  • a step of distilling by-products such as water or methanol, and the prepared oligomer at a temperature of 260 to 290°C and a vacuum condition of 1 Torr or less, for 1 to 6 hours. It is possible to manufacture through the step of condensation polymerization reaction.
  • the present invention can provide a foam of a flame retardant polyester resin into which a flame retardant is added.
  • flame retardants include reactive flame retardants and additive flame retardants.
  • a polymerization process may be performed by adding a flame retardant during resin synthesis.
  • a flame-retardant polyester resin can be produced and foamed to increase the flame retardancy of the foam.
  • the polyester resin produced in the resin polymerization process in the present invention may be a flame retardant polyester resin having a phosphorus (P) content in the range of 2,000 to 20,000 ppm.
  • an additive type flame retardant may be added to one side of the extruder to produce a flame retardant foam.
  • the type of the additive flame retardant is not particularly limited, and for example, AODD product of Synergy Material Co. Ltd. may be used.
  • the foaming process of foaming the polyester resin to produce a foam can be performed using various types of extruders.
  • the foaming process can be carried out largely through bead foaming or extrusion foaming, and extrusion foaming is preferred.
  • the extrusion foam by continuously extruding and foaming the resin melt, it is possible to simplify the process step, it is possible to mass-produce, and prevents cracking, granular fracture phenomenon, etc. between the beads during foam expansion, and provides better flexural strength. And compressive strength.
  • additives may be introduced in the fluid connection line or in the foaming process.
  • additives may have a hydrophilicity function, a waterproofing function, a flame retardant function or a UV blocking function, and a thickener, a surfactant, a UV blocking agent, a hydrophilizing agent, a flame retardant, a heat stabilizer, a waterproofing agent, a cell size expander, an infrared attenuator, It may include one or more functional additives selected from the group consisting of plasticizers, fire retardant chemicals, pigments, elastomers, extrusion aids, antioxidants, nucleating agents, anti-static agents and UV absorbers.
  • the foam manufacturing method of the present invention may be added one or more of the thickener, nucleating agent, thermal stabilizer and blowing agent, may further include one or more of the functional additives listed above.
  • the foam manufacturing method of the present invention is a thickener, flame retardant, surfactant, sunscreen, hydrophilic agent, flame retardant, heat stabilizer, waterproofing agent, cell size expander, infrared attenuator, plasticizer, fire retardant chemical, pigment, elastomer ,
  • One or more additives selected from the group consisting of extrusion aids, antioxidants, nucleating agents, anti-static agents and UV absorbers can be introduced into the fluid connection line.
  • additives not introduced in the fluid connection line can be added during the extrusion process.
  • the thickener is not particularly limited, but in the present invention, for example, pyromellitic dianhydride (PMDA) may be used.
  • PMDA pyromellitic dianhydride
  • nucleating agent examples include talc, mica, silica, diatomaceous earth, alumina, titanium oxide, zinc oxide, magnesium oxide, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, potassium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, calcium sulfate, barium sulfate , Inorganic compounds such as sodium hydrogen carbonate and glass beads.
  • talc may be used in the present invention.
  • the heat stabilizer may be an organic or inorganic phosphorus compound.
  • the organic or inorganic phosphorus compound may be, for example, phosphoric acid and its organic ester, phosphorous acid and its organic ester.
  • the thermal stabilizer is a commercially available material, and may be phosphoric acid, alkyl phosphate or aryl phosphate.
  • the thermal stabilizer may be triphenyl phosphate, but is not limited thereto. If the thermal stability of the resin foam can be improved, it can be used without limitation within a typical range.
  • foaming agent examples include N 2 , CO 2 , Freon, butane, pentane, neopentane, hexane, isohexane, heptane, isoheptane, methyl chloride, or a physical foaming agent or azodicarbonamide compound, P, P'-oxybis(benzenesulfonyl hydrazide) [P,P'-oxy bis (benzene sulfonyl hydrazide)] compound, N,N'-dinitrosopentamethylenetetraamine (N,N'-dinitroso pentamethylene There are chemical blowing agents such as tetramine)-based compounds, and specifically, CO 2 may be used in the present invention.
  • the flame retardant is meant to encompass the reactive flame retardant and/or additive flame retardant described above, and as an example, an additive flame retardant may be added as an additive.
  • the type of the flame retardant is not particularly limited, and may include, for example, one or more of bromine compounds, phosphorus or phosphorus compounds, antimony compounds, and metal hydroxides.
  • Bromine compounds include, for example, tetrabromo bisphenol A, decabromodiphenyl ether, and the like
  • phosphorus or phosphorus compounds include aromatic phosphate esters, aromatic condensed phosphate esters, halogenated phosphate esters, reds, and the like, and antimony compounds Antimony trioxide, antimony pentoxide, and the like.
  • metal element in the metal hydroxide aluminum (Al), magnesium (Mg), calcium (Ca), nickel (Ni), cobalt (Co), tin (Sn), zinc (Zn), copper (Cu) ), iron (Fe), titanium (Ti), and boron (B).
  • metal hydroxide may be composed of one metal element or two or more metal elements.
  • a metal hydroxide composed of one type of metal element may include aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, and the like.
  • the surfactant is not particularly limited, and anionic surfactants (eg, fatty acid salts, alkyl sulfate ester salts, alkylbenzenesulfonic acid salts, alkylnaphthalenesulfonic acid salts, alkylsulfosuccinic acid salts, polyoxyethylene alkyl sulfate ester salts, etc.) , Nonionic surfactants (e.g., polyoxyalkylene alkyl ethers such as polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene derivatives, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitol fatty acid esters, Glycerin fatty acid esters, polyoxyethylene alkylamines, alkyl alkanolamides, etc.), cationic and amphoteric surfactants (eg, alkylamine salts, quaternary ammonium salts, alkylbetaines,
  • gelatin methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, carboxymethylcellulose, polyethylene glycol, polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymer, polyacrylamide, polyacrylic acid, polyacrylic Acid salts, sodium alginate, polyvinyl alcohol partial saponification, and the like).
  • the waterproofing agent is not particularly limited, for example, silicone-based, epoxy-based, cyano-acrylic acid-based, polyvinyl acrylate-based, ethylene-vinyl acetate-based, acrylate-based, polychloroprene-based, polyurethane resins and polyester resins It may include a mixture of a mixture of a series, a mixture of polyol and polyurethane series, a series of a mixture of acrylic polymer and polyurethane resin, a series of polyimide and a series of cyanoacrylate and urethane.
  • the sunscreen is not particularly limited, and may be, for example, an organic or inorganic sunscreen
  • examples of the organic sunscreen include p-aminobenzoic acid derivatives, benzylidene campo derivatives, cinnamic acid derivatives, benzophenone derivatives, Benzotriazole derivatives and mixtures thereof
  • examples of the inorganic sunscreen may include titanium dioxide, zinc oxide, manganese oxide, zirconium dioxide, cerium dioxide, and mixtures thereof.
  • the molding apparatus includes a cavity 120 corresponding to the lower molding frame and a plug 110 corresponding to the upper molding frame.
  • the cavity 120 includes a groove portion for determining the shape of the outer circumferential surface of the foam sheet 200 to be formed, and the plug 110 corresponds to the groove portion of the cavity 120 in the state where the foam sheet 200 is placed. It includes a protrusion.
  • the surface temperature of the groove portion of the cavity 120 is an average of 20°C to 60°C
  • the surface temperature of the protruding portion of the plug 110 is controlled to an average of 60°C to 90°C.
  • the surface temperature of the groove portion of the cavity 120 averages 20°C to 60°C, 20°C to 55°C, 20°C to 50°C, 20°C to 45°C, 20°C to 40°C, 20 °C to 35°C, 20°C to 30°C, 30°C to 60°C, 30°C to 55°C, 30°C to 50°C, 30°C to 45°C, 30°C to 40°C, 30°C to 35°C, 35°C to 60°C, 35°C to 55°C, 35°C to 50°C, 35°C to 45°C, 35°C to 40°C, 40°C to 60°C, 40°C to 55°C, 40°C to 50°C, 40°C to 45°C , 50 °C to 60 °C, 25 °C to 50 °C, 25 °C to 40 °C, or 25 °C to 35 °C, and the surface temperature of the protrusions of the plug 110 averages 60 °C to 60
  • the difference in temperature between the inner circumferential surface of the groove portion of the cavity and the surface of the protruding portion of the plug is 20°C or higher, 0°C to 70°C, 0°C to 60°C, 0°C to 50°C, 0°C to 40°C, 0°C to 30°C, 0°C to 20°C, 10°C to 70°C, 10°C to 60°C, 10°C to 50°C, 10°C to 40°C, 10°C to 30°C, 10°C to 20°C, 20°C to 70°C, 20°C To 60°C, 20°C to 50°C, 20°C to 40°C, 20°C to 30°C, 30°C to 70°C, 30°C to 60°C, 30°C to 50°C, 30°C to 40°C, 40°C to 70°C It can be controlled to °C, 40 °C to 60 °C, 40 °C to 50 °C, 50 °C, 50
  • the present invention can provide a food container including a polyester resin foam sheet having a structure structured in a three-dimensional shape and a crystallinity of 18 to 35%.
  • the food container of the present invention can be manufactured through the foam sheet forming method according to the present invention.
  • the term'structured in a three-dimensional shape' has a three-dimensional structure, and is not limited as long as it is a structure capable of containing a solid or liquid.
  • the structure structured in a three-dimensional shape may be a ball shape or a column shape having one side open and having a height higher than a predetermined length. More specifically, it may be in the form of a ball, a rectangular parallelepiped with one surface open, a cylinder with one surface open, or a hexagonal column with one surface open.
  • the type of the polyester resin polyethylene terephthalate (Polyethylene Terephthalate, PET), polybutylene terephthalate (Polybutylene Terephthalate, PBT), poly lactic acid (Poly Lactic acid, PLA), polyglycolic acid ( Polyglycolic acid, PGA, Polypropylene, PP, Polyethylene, PE, Polyehtylene adipate, PEA, Polyhydroxyalkanoate, PHA, Polytrimethylene Terephthalate , PTT) and polyethylene naphthalate (PEN).
  • the foam sheet may be a polyethylene terephthalate (PET) resin foam sheet.
  • the crystallinity of the food container according to the present invention may be 18 to 35%. Specifically, the crystallinity of the food container may be 18 to 25%, 20 to 30%, or 25 to 35%.
  • the food container of the present invention can have excellent strength and formability.
  • the food container of the present invention can exhibit excellent heat resistance.
  • the food container may include a foam sheet satisfying Equation 1 below:
  • V 0 is the volume of the foam sheet before exposing the circular food container having a diameter of 10 cm in a 200° C. oven for 30 seconds, the unit is cm 3 ,
  • V 1 is the volume of the foam sheet, and the unit is cm 3 after exposing the circular food container having a diameter of 10 cm in an oven at 200° C. for 30 seconds.
  • the rate of dimensional change before and after exposing the sample of a circular food container having a diameter of 10 cm in an oven at 200° C. for 30 seconds was measured.
  • This is a measure corresponding to the actual use environment in the heat of the food container containing the food container.
  • the volume may mean a value calculated by multiplying the length, width, and thickness of each food container.
  • the rate of dimensional change according to Equation 1 is 50% to 300%, 50% to 250%, 50% to 200%, 50% to 100%, 100% to 300%, 100% to 250%, 100 % To 200%, 100% to 150%, 150% to 300%, 150% to 250%, 150% to 200%, 200% to 300%, 200% to 250% or 50 to 150%.
  • the food container according to the present invention hardly undergoes a morphological change even in use in a high temperature environment. As a result, it can be seen that the food container according to the present invention has excellent durability.
  • the food container of the present invention may have a structure in which a skin layer is formed on one side or both sides of the foam sheet.
  • the skin layer is composed of a polyester resin, and an average cell size may be 100 ⁇ m or less.
  • the present invention can provide a food container manufactured by molding a polyester resin foam sheet.
  • the food packaging container may be lightweight and have excellent strength, and may have excellent durability against temperature changes. Therefore, it can be used in a microwave oven directly without having to transfer it to a separate microwave oven container.
  • Foam sheet forming apparatus by independently controlling the temperature of the cavity and the plug, the foam sheet forming apparatus and molding method can improve the processability and production efficiency for the foam sheet.

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Abstract

본 발명은 내주면 온도가 평균 20℃ 내지 60℃ 범위인 캐비티; 및 돌출부의 표면 온도가 평균 60℃ 내지 90℃ 범위인 플러그를 포함하는 발포시트 성형장치 및 성형방법을 제공하며, 이를 통해 발포시트에 대한 가공성을 높이고 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

양면 가열형의 발포시트 성형장치 및 이를 이용한 성형방법
본 발명은 발포시트에 대한 효율적인 성형이 가능한 성형장치 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것이다.
종래의 발포체 제조는, 별도로 제조된 수지 칩(resin chip)을 발포공정에 도입하여 발포체를 제조한다.
그러나, 수지 칩을 별도로 제조하여 발포공정에 도입하는 경우에는, 수지 합성 후 수지 칩을 제조하는 과정, 제조된 수지 칩을 건조하는 과정 및 제조된 수지 칩을 다시 가열하여 용융하는 과정을 거치게 된다.
이때, 수지를 칩 제조, 건조 및 재 가열하는 각각의 공정으로 인해 공정 효율이 저하되며, 수지의 변성이 유발될 수 있다.
따라서, 공정 효율을 높이고, 발포체의 품질을 균일화할 수 있는 새로운 발포 방법의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은, 발포시트에 대한 가공성을 높이고, 생산 효율을 향상시킬 수 있는 발포시트 성형장치 및 성형방법을 제공하는 것이다.
이에, 본 발명은 일실시예에서,
성형 대상이 되는 발포시트의 외주면 형태를 결정하는 홈부를 포함하며, 성형시, 상기 홈부의 내주면 온도가 평균 20℃ 내지 60℃ 범위인 캐비티; 및
상기 발포시트가 게재된 상태에서 캐비티의 홈부에 대응되는 돌출부를 포함하며, 성형시, 상기 돌출부의 표면 온도가 평균 60℃ 내지 90℃ 범위인 플러그를 포함하는 발포시트 성형장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
발포시트의 제1면에는 평균 20℃ 내지 60℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하고, 동시에
상기 발포시트의 제2면에는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하는 발포시트 성형단계를 포함하는 발포시트 성형방법을 제공한다.
본 발명에 따른 발포시트 성형장치 및 성형방법은, 발포시트에 대한 가공성을 높이고 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발포시트의 성형장치를 나타낸 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 발포체의 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 성형장치는, 시트 형태의 발포체인 발포시트를 성형하는 장치로서, 성형되는 발포시트의 하부쪽 형태를 결정하는 캐비티와 성형되는 발포시트의 상부쪽 형태를 결정하는 플러그를 포함한다. 상기 캐비티는 하부 성형틀이라고도 하며, 상기 플러그는 상부 성형틀이라고도 한다. 성형장치는 발포시트를 성형하는 과정에서 가열 및 가압을 동시에 수행하게 된다. 가열을 통해 발포시트의 연신율을 높이고, 가압을 통해서 발포시트의 3차원 형상을 구현하게 된다.
본 발명에 따른 성형장치는, 발포시트가 게재된 상태에서 캐비티와 플러그가 맞물리면서 압력을 가하게 되며, 동시에 캐비티와 플러그 양측에서 열을 가하게 된다. 성형의 대상이 수지(resin)인 경우에는, 플러그측에만 열을 가하더라도 성형과정에서 별다른 문제는 발생되지 않을 수 있다. 그러나, 성형의 대상이 발포체인 경우에는, 발포체 자체가 내부에 셀 구조의 공기층이 다수 형성되어 있고, 이는 열전도율을 저하시키는 원인이 된다. 즉, 발포시트를 성형하는 과정에서, 플러그측에서만 열을 가하게 되면, 발포시트의 반대쪽면에는 성형이 가능한 수준으로 온도가 상승하지 못하게 된다. 그 결과, 캐비트측과 접하는 발포시트의 표면에 크랙 등이 발생하게 되며, 이는 제품의 불량으로 이어진다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 성형장치는, 캐비티와 플러그에 의해 가해지는 온도가 서로 다르게 설정될 수 있다. 상기 캐비티와 플러그에 의해 가해지는 온도차는 20℃ 이상, 0℃ 내지 70℃, 0℃ 내지 60℃, 0℃ 내지 50℃, 0℃ 내지 40℃, 0℃ 내지 30℃, 0℃ 내지 20℃, 10℃ 내지 70℃, 10℃ 내지 60℃, 10℃ 내지 50℃, 10℃ 내지 40℃, 10℃ 내지 30℃, 10℃ 내지 20℃, 20℃ 내지 70℃, 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 30℃, 30℃ 내지 70℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 70℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 70℃ 또는 50℃ 내지 60℃ 범위일 수 있다.
하나의 실시예로서, 본 발명에 따른 발포시트 성형장치는,
성형 대상이 되는 발포시트의 외주면 형태를 결정하는 홈부를 포함하며, 성형시, 상기 홈부의 내주면 온도가 평균 20℃ 내지 60℃ 범위인 캐비티; 및
상기 발포시트가 게재된 상태에서 캐비티의 홈부에 대응되는 돌출부를 포함하며, 성형시, 상기 돌출부의 표면 온도가 평균 60℃ 내지 90℃ 범위인 플러그를 포함한다.
상기 플러그는 발포시트를 3차원 형상으로 성형하기 적절한 온도로 가열함과 동시에 압력을 가하는 역할을 수행한다. 상기 플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위이며, 구체적으로는 70℃ 이상의 범위일 수 있다.
또한, 상기 캐비티는 발포시트가 성형되는 과정에서, 발포시트의 하부면을 지지함과 동시에 하부 성형틀의 역할을 수행한다. 상기 캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 20℃ 내지 60℃ 범위이며, 구체적으로는 40℃ 이상의 범위일 수 있다. 캐비티측의 온도가 너무 낮으면, 표면에 크랙이 발생하는 문제를 해소하지 못하게 된다. 반대로 캐비티의 온도가 너무 높은 경우에는, 성형하는 과정이 완료된 발포시트가 성형장치로부터 용이하게 이탈되지 못하는 문제가 있다. 즉, 캐비티의 표면 온도가 지나치게 높아지면, 캐비티와 접하는 발포시트의 표면이 부분적으로 용융될 수 있고, 이로 인해 발포시트와 캐비티가 일시적으로 접합될 수 있다. 발포시트와 캐비티가 일시적으로 접합된 상태에서 발포시트를 강제로 이탈시키게 되면, 발포시트에 불량이 발생된다. 심한 경우에는 발포시트에서 분리된 발포체가 캐비티 표면에 잔류하면서 성형장치를 오염시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 성형장치에서, 캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 20℃ 내지 60℃ 범위이고, 플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위일 수 있다. 이 때, 캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면 온도 차이는 15℃ 이상, 구체적으로는 25℃ 이상 또는 30℃ 이상으로 제어할 수 있다. 이는, 캐비티의 온도를 상대적으로 낮추고, 플러그의 온도는 상대적으로 높임으로써, 양측의 온도차를 크게 설정한 경우이다. 이를 통해, 발포시트 양면의 결정화도를 원하는 수준으로 각각 제어할 수 있다.
또 다른 하나의 예로서, 상기 성형장치에서, 캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 55℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 45℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 35℃, 20℃ 내지 30℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 55℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 45℃, 30℃ 내지 40℃, 30℃ 내지 35℃, 35℃ 내지 60℃, 35℃ 내지 55℃, 35℃ 내지 50℃, 35℃ 내지 45℃, 35℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 55℃, 40℃ 내지 50℃, 40℃ 내지 45℃, 50℃ 내지 60℃, 25℃ 내지 50℃, 25℃ 내지 40℃ 또는 25℃ 내지 35℃ 범위이고, 플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 60℃ 내지 90℃, 60℃ 내지 85℃, 60℃ 내지 80℃, 60℃ 내지 75, 60℃ 내지 70℃, 60℃ 내지 65℃, 65℃ 내지 90℃, 65℃ 내지 85℃, 65℃ 내지 80℃, 65℃ 내지 75, 65℃ 내지 70℃, 70℃ 내지 90℃, 70℃ 내지 85℃, 70℃ 내지 80℃, 70℃ 내지 75, 80℃ 내지 90℃, 75℃ 내지 90℃ 또는 75℃ 내지 85℃ 범위일 수 있다. 이 때, 캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면 온도 차이는 25℃ 이하, 구체적으로는 캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면의 온도 차이는 20℃ 이상, 0℃ 내지 70℃, 0℃ 내지 60℃, 0℃ 내지 50℃, 0℃ 내지 40℃, 0℃ 내지 30℃, 0℃ 내지 20℃, 10℃ 내지 70℃, 10℃ 내지 60℃, 10℃ 내지 50℃, 10℃ 내지 40℃, 10℃ 내지 30℃, 10℃ 내지 20℃, 20℃ 내지 70℃, 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 30℃, 30℃ 내지 70℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 70℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 70℃ 또는 50℃ 내지 60℃로 제어할 수 있다. 이는, 캐비티와 플러그 양측의 온도차를 작게 설정한 경우이다. 이를 통해, 발포시트 양면의 결정화도를 유사하게 형성하고, 제품 균일도를 높일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 캐비티 및 플러그는 각각 가열부가 형성된 구조이다. 상기 캐비티 및 플러그의 가열부는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 각각 전기저항을 통해 발열하는 발열체에 의해 가열되는 구조일 수 있다. 혹은 상기 캐비티 및 플러그 중 어느 하나 이상은 각각 열매를 이용하여 가열되는 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 캐비티 및 플러그 중 어느 하나 이상은 각각 가열된 공기를 공급하는 유체공급라인이 형성된 구조일 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 캐비티의 일측에는 감압을 위한 라인이 형성된 구조일 수 있다. 발포시트를 성형하는 과정에서, 캐비티의 홈부에 감압 혹은 진공을 형성함으로써, 성형 효율을 높이는 것이 가능하다.
본 발명은 또한, 앞서 설명한 성형장치를 이용하여 발포시트를 성형하는 방법을 제공한다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포시트 성형방법은,
발포시트의 제1면에는 평균 20℃ 내지 60℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하고, 동시에
상기 발포시트의 제2면에는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하는 발포시트 성형단계를 포함한다.
본 발명은 미발포 수지가 아닌 발포체를 성형한다는 점에서 기존의 성형방법과 차별화된다. 나아가, 본 발명에 따른 성형방법은, 성형대상이 되는 발포시트의 양면에 각각 가열과 가압을 동시에 수행하게 된다.
하나의 예에서, 상기 발포시트는 예열처리 단계를 거친 후에 발포시트 성형단계에 도입될 수 있다. 압출 과정을 통해 제조된 발포시트는, 열을 가하게 되면 후발포가 일어나게 된다. 후발포 과정에서 발포시트의 부피는 일정 수준, 예를 들어 1.5 내지 2배, 증가하게 된다. 이러한 후발포가 성형단계에서 일어나게 되면, 성형 형태에 영향을 줄 수 있다. 또한, 성형단계 전에 열처리를 함으로써, 일정 온도 이상으로 발포시트를 미리 가열하는 효과도 있다. 따라서, 성형단계에 도입되는 발포시트를 예열처리함으로써, 작업의 효율성은 높이고, 불량률은 낮추는 효과가 있다. 상기 예열처리 단계는, 예를 들어, 발포체를 40℃ 내지 120℃ 범위에서 가열할 수 있으며, 가열시간은 10초 내지 30분 범위에서 조절 가능하다.
발포시트를 가열한 후 냉각하게 되면, 발포시트의 결정화도가 증가하는 것이 일반적이다. 상기 발포시트의 가열 온도 및 냉각 시간이 증가함에 따라 결정화도는 높아질 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도는 8 내지 15% 범위에서 제어될 수 있다. 이는 상기 범위의 결정화도를 갖는 발포시트를 제조하거나, 혹은 예열처리 과정을 통해 결정화도가 제어된 발포시트를 이용함으로써 가능하다. 또한, 상기 발포시트 성형단계를 거친 발포시트의 결정화도는 25 내지 35% 범위에서 제어될 수 있다. 예를 들어, 깊이가 7cm 이상인 깊은 용기를 제조하는 경우에는, 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도를 낮게 설정한다. 이는 결정화도가 낮은 발포시트는 상대적으로 성형성이 우수하기 때문이다. 그리고, 성형단계는 상대적으로 높은 온도에서 수행된다. 높은 온도에서 성형된 발포시트는 냉각 과정에서 결정화도가 큰 폭으로 증가하게 된다. 결정화도가 높은 발포시트는 경도가 증가한다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도는 12% 내지 17% 범위에서 제어될 수 있다. 이는 상기 범위의 결정화도를 갖는 발포시트를 제조하거나, 혹은 예열처리 과정을 통해 결정화도가 제어된 발포시트를 이용함으로써 가능하다. 또한, 상기 발포시트 성형단계를 거친 발포시트의 결정화도는 18 내지 25% 범위에서 제어될 수 있다. 예를 들어, 깊이가 7cm 미만인 낮은 용기를 제조하는 경우에는, 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도를 적정 수준으로 유지한다. 발포시트의 결정화도가 낮아지면 연신율은 증가하나, 작업성이 저하되는 문제가 있다. 그리고, 성형된 발포시트는 냉각 과정에서 결정화도가 증가하며, 18 내지 25% 범위에서 제어된다.
본 발명에 따른 발포시트는, 폴리에스테르 수지 발포시트일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지의 종류를 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르 산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서, 상기 발포시트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 수지 발포시트가 사용될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 발포시트 가공단계에 도입되는 발포시트는 일면 또는 양면은 스킨층이 형성된 구조일 수 있다. 스킨층은 상대적으로 셀 사이즈가 작은 영역을 의미한다. 예를 들어, 상기 스킨층은 평균 셀 사이즈가 100 ㎛ 이하이고, 스킨층이 아닌 나머지 영역의 평균 셀 사이즈는 200 ㎛ 이상 범위일 수 있다.
본 발명에 따른 발포시트는 압출공정을 통해 제조된다. 구체적으로는 폴리에스테르 수지를 압출 및 발포함으로써, 발포시트를 제조하게 된다. 폴리에스테르 수지를 기준으로, 발포시트를 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
상기 폴리에스테르 수지의 종류를 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르 산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.
폴리에스테르 수지를 제조하는 수지 중합 공정은, 다양한 합성 경로를 통해 수행 가능하며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 수지는, 방향족 디카르복실산과 글리콜 성분을 혼합한 후, 200℃ 이상의 온도에서 용융하는 단계, 용융된 혼합물에 촉매를 첨가하고 200~250℃ 온도에서 1~6 시간 동안 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응을 통해 올리고머를 제조하면서, 물 또는 메탄올 등의 부산물을 유출시키는 단계, 및 제조된 올리고머를 260~290℃의 온도 및 1 Torr 이하의 진공 조건에서, 1~6 시간 동안 축합중합 반응하는 단계 등을 통해 제조 가능하다.
본 발명은, 하나의 예로써, 난연제를 투입한 난연성 폴리에스테르 수지의 발포체를 제공할 수 있다. 난연제의 종류로는 반응형 난연제와 첨가형 난연제를 포함한다.
반응형 난연제를 이용하는 경우에는, 수지 합성시 난연제를 투입하여 중합 과정을 수행할 수 있다. 이를 통해, 난연 폴리에스테르 수지를 제조하고, 이를 발포함으로써, 발포체의 난연성을 높일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 수지 중합 공정에서 제조된 폴리에스테르 수지는, 인(P) 함량이 2,000 내지 20,000 ppm 범위인 난연 폴리에스테르 수지일 수 있다.
경우에 따라서는, 압출기의 일측에 첨가형 난연제를 투입하여 난연성 발포체를 제조할 수 있다. 첨가형 난연제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 시너지 머터리얼 사(Synergy Material Co. Ltd)의 상품명 AODD 제품을 이용할 수 있다.
혹은, 반응형 난연제와 첨가형 난연제를 동시에 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에서, 폴리에스테르 수지를 발포시켜 발포체를 제조하는 발포 공정은, 다양한 형태의 압출기를 이용하여 수행 가능하다. 발포 공정은, 크게 비드 발포 또는 압출 발포를 통해 수행할 수 있으며, 압출 발포가 바람직하다. 상기 압출 발포는, 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도 및 압축강도를 구현할 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포체 제조방법에서는, 다양한 형태의 첨가제가 투입될 수 있다. 상기 첨가제는 필요에 따라, 유체 연결 라인 중에 투입되거나, 혹은 발포 공정 중에 투입될 수 있다. 첨가제의 예로는, 친수화 기능, 방수 기능, 난연 기능 또는 자외선 차단 기능을 가질 수 있으며, 증점제, 계면활성제, 자외선 차단제, 친수화제, 난연제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 기핵제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 첨가제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발포체 제조방법은 증점제, 기핵제, 열안정제 및 발포제 중 1종 이상을 투입할 수 있으며, 앞서 열거된 기능성 첨가제들 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 발포체 제조방법은 증점제, 난연제, 계면활성제, 자외선 차단제, 친수화제, 난연제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 기핵제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 유체 연결 라인 중에 투입할 수 있다. 발포체 제조시 필요한 첨가제 중에서, 유체 연결 라인 중에 투입되지 않은 첨가제는, 압출 공정 중에 투입 가능하다.
상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)가 사용될 수 있다.
상기 기핵제의 예로는, 탈크, 마이카, 실리카, 규조토, 알루미나, 산화티탄, 산화 아연, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 수산화 칼슘, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산칼리움, 황산바륨, 탄산수소나트륨, 그라스 비드 등의 무기 화합물 등을 들 수 있다. 이러한 기핵제는 수지 발포체의 기능성 부여, 가격 절감 등을 역할을 할 수 있다. 구체적으로 본 발명에서는 탈크(Talc)가 사용될 수 있다.
상기 열안정제는, 유기 또는 무기 인 화합물일 수 있다. 상기 유기 또는 무기 인 화합물은, 예를 들어, 인산 및 그 유기 에스테르, 아인산 및 그 유기 에스테르일 수 있다. 예를 들어, 상기 열안정제는 상업적으로 입수 가능한 물질로서, 인산, 알킬 포스페이트 또는 아릴 포스페이트일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 열안정제는 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 수지 발포체의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이라면, 통상적인 범위 내에서 제한 없이 사용 가능하다.
상기 발포제의 예로는, N2, CO2, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제 또는 아조디카르본아마이드(azodicarbonamide)계 화합물, P,P'-옥시비스(벤젠술포닐하이드라지드)[P,P'-oxy bis (benzene sulfonyl hydrazide)]계 화합물, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라아민(N,N'-dinitroso pentamethylene tetramine)계 화합물 등의 화학적 발포제가 있으며, 구체적으로 본 발명에서는 CO2가 사용될 수 있다.
본 발명에서 난연제는 앞서 설명한 반응형 난연제 및/또는 첨가형 난연제를 포괄하는 의미이며, 하나의 예로서, 첨가형 난연제를 첨가제로 투입할 수 있다. 난연제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 또는 인 화합물, 안티몬 화합물 및 금속 수산화물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 브롬 화합물은 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및 데카브로모디페닐에테르 등을 포함하고, 인 또는 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 수산화물에 있어서의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 붕소(B) 등을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄, 마그네슘 등이 바람직하다. 금속 수산화물은, 1 종의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋고, 2 종 이상의 금속 원소로 구성되어 있더라도 좋다. 예를 들어, 1 종의 금속 원소로 구성된 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 등을 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 특별히 한정되지 않으며, 음이온계　계면　활성제(예를 들어, 지방산염, 알킬황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰 산염, 알킬술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산에스테르염 등), 비이온계　계면　활성제(예를 들어, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬알칸올아미드 등), 양이온계 및 양성 이온계　계면　활성제(예를 들어, 알킬아민염, 제 4 급 암모늄염, 알킬베타인, 아민옥사이드 등) 및 수용성 고분자 또는 보호 콜로이드(예를 들어, 젤라틴, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌블록코폴리머, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 알긴산나트륨, 폴리비닐알코올 부분 비누화물 등) 등을 포함할 수 있다.
또한, 방수제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 등의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 자외선 차단제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 유기계 또는 무기계 자외선 차단제일 수 있으며, 상기 유기계 자외선 차단제의 예로는 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리데네캠포 유도체, 신남산 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 무기계 자외선 차단제의 예로는 이산화티탄, 산화아연, 산화망간, 이산화지르코늄, 이산화세륨 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
이하, 도면을 통해 본 발명을 설명하나, 본 발명의 범위가 이로 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 발포시트의 성형과정을 나타낸 모식도이다. 성형장치는 하부 성형틀에 해당하는 캐비티(120)와 상부 성형틀에 해당하는 플러그(110)을 포함한다. 캐비티(120)는 성형대상이 되는 발포시트(200)의 외주면 형태를 결정하는 홈부를 포함하며, 플러그(110)는 상기 발포시트(200)가 게재된 상태에서 캐비티(120)의 홈부에 대응되는 돌출부를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 캐비티(120)의 홈부 표면온도는 평균 20℃ 내지 60℃이고, 플러그(110)의 돌출부 표면온도는 평균 60℃ 내지 90℃로 제어된다. 캐비티(120)와 플러그(110)의 온도차를 높임으로써, 성형된 발포시트 양면의 결정화도를 상이하게 제어할 수 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 캐비티(120)의 홈부 표면온도는 평균 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 55℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 45℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 35℃, 20℃ 내지 30℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 55℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 45℃, 30℃ 내지 40℃, 30℃ 내지 35℃, 35℃ 내지 60℃, 35℃ 내지 55℃, 35℃ 내지 50℃, 35℃ 내지 45℃, 35℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 55℃, 40℃ 내지 50℃, 40℃ 내지 45℃, 50℃ 내지 60℃, 25℃ 내지 50℃, 25℃ 내지 40℃ 또는 25℃ 내지 35℃이고, 플러그(110)의 돌출부 표면온도는 평균 60℃ 내지 90℃, 60℃ 내지 85℃, 60℃ 내지 80℃, 60℃ 내지 75, 60℃ 내지 70℃, 60℃ 내지 65℃, 65℃ 내지 90℃, 65℃ 내지 85℃, 65℃ 내지 80℃, 65℃ 내지 75, 65℃ 내지 70℃, 70℃ 내지 90℃, 70℃ 내지 85℃, 70℃ 내지 80℃, 70℃ 내지 75, 80℃ 내지 90℃, 75℃ 내지 90℃ 또는 75℃ 내지 85℃ 범위로 제어될 수 있다. 또한, 캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면의 온도 차이는 20℃ 이상, 0℃ 내지 70℃, 0℃ 내지 60℃, 0℃ 내지 50℃, 0℃ 내지 40℃, 0℃ 내지 30℃, 0℃ 내지 20℃, 10℃ 내지 70℃, 10℃ 내지 60℃, 10℃ 내지 50℃, 10℃ 내지 40℃, 10℃ 내지 30℃, 10℃ 내지 20℃, 20℃ 내지 70℃, 20℃ 내지 60℃, 20℃ 내지 50℃, 20℃ 내지 40℃, 20℃ 내지 30℃, 30℃ 내지 70℃, 30℃ 내지 60℃, 30℃ 내지 50℃, 30℃ 내지 40℃, 40℃ 내지 70℃, 40℃ 내지 60℃, 40℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 70℃ 또는 50℃ 내지 60℃로 제어할 수 있다. 상기와 같이 캐비티(120)와 플러그(110)의 온도차를 낮춤으로써, 성형된 발포시트 양면의 결정화도를 유사하게 형성하고, 제품 균일도를 높일 수 있다.
아울러, 본 발명은 3차원 형상으로 구조화된 형태이며, 결정화도는 18 내지 35%인 폴리에스테르 수지 발포시트를 포함하는 식품용기를 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 식품 용기는 본 발명에 따른 발포시트 성형방법을 통해 제조될 수 있다.
여기서, '3차원 형상으로 구조화된 형태'라 함은, 3차원 입체구조를 가지며, 고체 또는 액체를 담을 수 있는 구조라면 제한하지 않는다. 구체적으로, 3차원 형상으로 구조화된 형태는 볼(bowl) 형태 또는 일면이 개방되고 일정 길이 이상의 높이를 가지는 기둥형태일 수 있다. 보다 구체적으로, 볼 형태, 일면이 개방된 직육면체, 일면이 개방된 원기둥 또는 일면이 개방된 육각기둥 형태일 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지의 종류를 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르 산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌 나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로 본 발명에서, 상기 발포시트는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 수지 발포시트일 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 식품 용기의 결정화도는 18 내지 35%일 수 있다. 구체적으로, 상기 식품 용기의 결정화도는 18 내지 25%, 20 내지 30% 또는 25 내지 35%일 수 있다. 상기와 같은 결정화도를 가짐으로써 본 발명의 식품 용기는 우수한 강도 및 성형성을 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명의 식품 용기는 우수한 내열성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 식품 용기는 하기 수학식 1을 만족하는 발포시트를 포함할 수 있다:
[수학식 1]
50% ≤|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 300%
상기 수학식 1에서,
V0은 지름이 10 cm인 원형의 식품용기를 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시키기 이전의 발포시트의 체적으로, 단위는 cm3이고,
V1은 지름이 10 cm인 원형의 식품용기를 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시킨 후 발포시트의 체적으로, 단위는 cm3이다.
구체적으로, 상기 지름이 10 cm인 원형의 식품용기의 샘플을 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시키기 전 후의 치수 변화율을 측정하였다. 이는, 상기 식품용기를 포함하는 식품 용기의 열에 실제 사용 환경과 대응하는 측정치이다. 예를 들어, 상기 체적은, 식품용기의 길이, 너비 및 두께 각각의 길이를 곱하여 계산된 값을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 1에 따른 치수 변화율은 50% 내지 300%, 50% 내지 250%, 50% 내지 200%, 50% 내지 100%, 100% 내지 300%, 100% 내지 250%, 100% 내지 200%, 100% 내지 150%, 150% 내지 300%, 150% 내지 250%, 150% 내지 200%, 200% 내지 300%, 200% 내지 250% 또는 50 내지 150% 범위일 수 있다. 상기 범위 내의 수학식 1의 값을 만족함으로써, 본 발명에 따른 식품용기는 높은 온도 환경에서의 사용에도 형태 변화가 거의 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 식품 용기는 내구성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
또 하나의 예시에서, 본 발명의 식품 용기는 상기 발포시트의 일면 또는 양면에 스킨층이 형성된 구조일 수 있다. 구체적으로 상기 스킨층은 폴리에스테르 수지로 구성되며, 평균 셀 사이즈가 100 ㎛ 이하일 수 있다.
본 발명은 폴리에스테르 수지 발포시트를 성형하여 제조한 식품 용기를 제공할 수 있다. 하나의 예로서, 식품 포장 용기는 경량임과 동시에 우수한 강도를 가지고, 온도 변화에 대한 내구성이 우수할 수 있다. 따라서, 별도의 전자레인지용 용기에 옮겨 담을 필요 없이 바로 전자레인지에 사용이 가능하다.
본 발명에 따른 발포시트 성형장치는 캐비티와 플러그의 온도를 독립적으로 조절함으로써, 상기 발포시트 성형장치 및 성형방법은 발포시트에 대한 가공성과 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 성형대상이 되는 발포시트의 외주면 형태를 결정하는 홈부를 포함하며, 성형 시, 상기 홈부의 내주면 온도가 평균 20℃ 내지 60℃ 범위인 캐비티; 및
    상기 발포시트가 게재된 상태에서 캐비티의 홈부에 대응되는 돌출부를 포함하며, 성형 시, 상기 돌출부의 표면 온도가 평균 60℃ 내지 90℃ 범위인 플러그를 포함하는 발포시트 성형장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 25℃ 내지 55℃ 범위이고,
    플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 75℃ 내지 90℃ 범위이며,
    캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면 온도 차이는 20℃ 이상인 발포시트 성형장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    캐비티의 홈부 내주면 온도는 평균 35℃ 내지 50℃ 범위이고,
    플러그의 돌출부 표면 온도는 평균 70℃ 내지 90℃ 범위이며,
    캐비티의 홈부 내주면 온도와 플러그의 돌출부 표면 온도 차이는 25℃ 이하인 발포시트 성형장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티 및 플러그는, 각각 전기저항을 통해 발열하는 발열체에 의해 가열되는 구조인 발포시트 성형장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티 및 플러그는, 각각 열매를 이용하여 가열되는 구조인 발포시트 성형장치.
  6. 발포시트의 제1면에는 평균 20℃ 내지 60℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하고, 동시에
    상기 발포시트의 제2면에는 평균 60℃ 내지 90℃ 범위의 온도에서 가열 및 가압하는 발포시트 성형단계를 포함하는 발포시트 성형방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트는, 예열처리 단계를 거친 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도는 8 내지 15%이고,
    상기 발포시트 성형단계를 거친 발포시트의 결정화도는 25 내지 35%인 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 발포시트 성형단계에 도입되는 발포시트의 결정화도는 12% 내지 17%이고,
    상기 발포시트 성형단계를 거친 발포시트의 결정화도는 18 내지 25%인 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 발포시트는 폴리에스테르 수지 발포시트인 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 발포시트 가공단계에 도입되는 발포시트는,
    일면 또는 양면은 스킨층이 형성된 구조이고,
    상기 스킨층은 평균 셀 사이즈가 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 발포시트 성형방법.
  12. 3차원 형상으로 구조화된 형태이며,
    결정화도는 18 내지 35%인 폴리에스테르 수지 발포시트를 포함하고,
    상기 발포시트는 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 식품용기:
    [수학식 1]
    50% ≤|V1-V0| / V0 x 100 ≤ 300%
    상기 수학식 1에서,
    V0은 지름이 10 cm인 원형의 식품용기를 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시키기 이전의 발포시트의 체적으로, 단위는 cm3이고,
    V1은 지름이 10 cm인 원형의 식품용기를 200℃ 오븐에서 30초 동안 노출시킨 후 발포시트의 체적으로, 단위는 cm3이다.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 발포시트의 일면 또는 양면에 스킨층이 형성된 것을 특징으로 하는 식품 용기.
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