플라스틱 시트 성형용기

플라스틱 시트를 이용한 용기에는 진공성형과 플러그어시스트 성형 등으로 열성형에 의한 트레이와 컵이 현재 사용되고 있다.

플라스틱 시트의 타입으로서는 단층과 다층으로 나누어 볼 수 있다. 단층의 성형용기재료로는 PS가 가장 많이 사용되고 있다. PS 성형용기의 주요 용도로는 정육과 어류용의 트레이, 청과물용의 푸드팩, 인스턴트식품용의 트레이와 컵류가 있다.

이같은 용도에서 보듯이 PS 성형용기의 수요는 유통혁명이라 할 수 있는 슈퍼마켓의 대두와 즉석면으로 대표되는 인스턴트식품의 보급에 의해 급속히 확대되었다.

성형용기에 사용되고 있는 PS시트에는 여러 종류가 있지만 정육, 수산물, 수산가공품 등의 트레이로 쓰이고 있는 폴리스틸렌페이퍼(PSP)는 일본에서는 1961년부터 생산하기 시작하였다.

정육에 적용되는 프리팩은 1964년에 슈퍼마켓 다이에(주)에 의해 적용되기 시작하였고, 청과물에 사용되고 있는 푸드팩과 후르츠케이스로 성형되는 이축연신폴리스티렌(OPS) 시트는 1965년에 발표되었다.

조리식품의 용기에는 가스배리어성이 요구되기 때문에 다층성형용기가 사용되고 있다. 가스배리어성 다층시트 성형용기로는 1978년에 생산되었던 PP계의 라미콘 컵(동양제관)이 있다. 이러한 가스배리어성 다층 시트는 된장 등의 용기로 많이 적용되고 있지만 디저트 식품 등의 레토르트용기에도 사용되고 있다.

플라스틱 금속박성형용기

알루미늄박(箔)이나 스틸박을 PP필름에 래미네이트한 재료로 성형되는 용기가 레토르트식품에 적용되고 있다. 1975년부터 PP/알루미늄박 계열의 레토르트용기가 사용되어 왔으며, 1985년에는 PP/스틸박/PP 구성의 하이레토플렉스(동양제관)가 생산되기 시작하였다.

이들 용기는 현재는 이유식, 디저트 식품, 과자류 등의 용기로서 사용되고 있다. 또한 스틸박에 에폭시페놀계의 내열수지를 코팅한 오븐토스터의 가열에 대응할 수 있는 토스트플렉스와 폴리에틸이미드를 코팅하여 직접가열이 가능한 수퍼플렉스 등도 개발 되었다.



플라스틱 성형용기의 기술동향

블로우 보틀

블로우 보틀에 사용되는 플라스틱의 종류에는 LDPE, HDPE, PP, PET 등이 있다. 사용량은 1990년대 전반까지는 폴리오레핀이 많았다.

또한 PVC보틀은 예전에는 식품용 보틀로서 많이 쓰였지만, 현재는 환경문제로 인하여 사용이 금지되거나 적은 규모로 적용되고 있다. 한편 PET보틀은 PVC보틀과 달리 소각처리가 쉽고, 재활용도 용이하여 사용량이 급증하고 있다.

PET보틀은 음료용도로써 절반 이상을 차지하고 있다. 일본의 음료시장 경향을 보면 단맛이 많이 들어간 음료에 대한 소비자 선호도가 높이 않으며, 우롱차, 혼합차, 녹차 등의 음료제품이 많이 팔리고 있다.

특히 일본에서는 2000년 이후 녹차의 붐이 일어 다양한 브랜드가 시판되고 있다.

PET보틀은 1995년까지 업계의 자율에 의해, 1500ml 용량을 중심으로 한 대형 보틀 밖에 생산되지 않았다. 그러나 1996년부터 미네랄워터 등 소형수입보틀이 증가하기 시작했으며, PET보틀의 리사이클 체제가 정비되면서 500ml을 중심으로 하는 소형보틀의 생산이 시작되었다.

1997년 이후의 실적을 보면 소형보틀의 수만이 증가하는 경향을 보이고 있다. 또한 1999년부터 300ml 전후의 보다 적은용량의 보틀이 나타났기 시작했고, 2001년부터 이러한 저용량 보틀이 급증하고 있다.

청량음료의 포장형태별 동향을 보면 소형 PET보틀의 증가에 따라 금속캔이 감소하고 있는 경향을 보여주고 있다. 음료용 PET보틀에는 탄산음료용 내압PET보틀, 핫필(열간충전)용 내열PET보틀, 어셉틱(무균)충전용 PET보틀, 내열압PET보틀 등의 종류가 있다.

일본에서는 내열 PET보틀의 사용량이 많은데 2001년의 사용량은 66억1500만병으로 전체의 62.4%를 차지하고 있다. 한편 탄산음료는 12억8000만병, 어셉틱용이 24억400만병, 내열압용이 3억7800만병이 사용되었다.

내열•내열압 PET보틀

PET보틀의 성형은 주출연신(인젝션•스트레치) 블로우 성형에 의해 만들어진다. 우선 시험관상의 유저 페리손(프리폼)이 사출성형을 통해 성형된다.

이 프리폼은 PET의 유리 전이점(약75℃) 이상의 온도로 연신 로드에서 세로로 연신되고 이후 블로우 성형된다. 핫필용 내열 PET보틀은 과즙음료 등의 산성음료를 비교적 낮은 온도로 가열살균하기 위해 내용품을 85-90℃ 정도의 온도로 가열한 후 열간충전(핫 필)하는 용도로 사용되고 있다.

이러한 핫필용 PET보틀을 제조하는 경우 핫필이 이루어질 때 수축변형을 방지하기 위해서 연신되지 않는 보틀의 입구 부분을 연신 블로우 되기 전에 적외선에 의해 가열함으로써 결정화시키게 된다.

또한 연신 블로우 된 보틀을 블로우 금형내에서 힛 세트(heat-set)하는 공정이 진행된다. 내열 보틀의 성형에 대한 블로우 금형온도는 일반 내열보틀의 경우는 145-155℃이며, 고내열보틀의 경우는 160-165℃로 상당히 고온의 금형이 사용되고 있다.

이러한 높은 온도의 금형내에서 힛-세트를 진행하면 공정 사이클이 길어지게 된다. 따라서 내열 PET보틀을 제조하는데 있어서 성형 사이클을 단축하기 위해 힛-세트 하는 시간을 단축하는 것이 요구된다.

이것을 실현하기 위해 여러 가지의 방식이 고안되고 있으며 그 한가지의 방법으로 블로우 금형 안에서의 고온고속연신법이 있다. 이 방식은 PET을 고온에서 고속연신하면 자기발열에 의해 결정화가 촉진되어, 힛-세트를 통해 결정화도를 올려야 하는 시간을 단축할 수 있다는 점을 이용한 것이다.

현재 이용하고 있는 내열PET보틀의 성형시스템은 1개의 금형으로 블로우 성형과 힛-세트가 진행되는 몰드타입이 주류를 이룬다.(동양제관, Krupp)

그러나 1차 블로우를 첫 번째의 금형으로 최종사이즈 보다 크게 하고, 금형으로부터 만들어 진 보틀을 힛-세트를 통해 2번째 금형으로 2차 블로우를 하는 2단 블로우 시스템(요시노공업)과 1차 블로우와 열수축 단계 사이에 금형가열 단계를 적용한 오븐 블로우 시스템(일청) 등이 있다.

음료 중에는 탄산가스가 들어 있는 과즙음료와 유산음료가 있다. 이처럼 음료를 PET보틀에 담는 경우 가열살균을 필요로 하여 이때 보틀은 내용물의 온도와 압력에 견디는 특성이 요구된다.

살균은 내용물 온도가 가장 낮은 곳(콜드 스폿)에서 품질을 확보할 수 있는 조건에서 65℃로 10-15분간 열수 샤워를 통해 이루어진다.

65℃는 PET의 유리 전이점(Tg)에 가까워 통상 내열보틀에서는 미연신부와 저연신부가 내압에 의해 늘어나며, 특히 보틀 밑부분이 변형된다. 이를 방지하기 위해 내열보틀의 밑부분을 두껍게 한 형태가 사용되어 왔다.

그러나 밑부분의 중심부는 미연신이기 때문에 흡습에 의해 유리 전이점이 낮아지고, 내열온도가 저하되어 살균시 밑부분에 버클링이 생기는 경우가 있다.

새로운 형태의 1 피스 내열압PET보틀의 설계 콘셉트는 보틀의 밑부분을 충분히 연신하고 효율적인 열처리를 통하여 결정화를 높게 하는 것이다. 이것을 실현하기 위해 2단 브로우 성형법이 개발되었다.

이러한 공정을 통하여 입구부가 결정화되며 블로우 성형온도에 가열된 프리폼은 우선 처음의 제1단계 금형내에서 1차 블로우 된다. 이 금형의 밑부분 형상은 최종형상보다 크게 설계되어 있다. 다음으로 밑부분을 세라믹 히터(원적외선)로 가열하여 결정화시킨다.

이 결과, 밑부분은 수축하지만 이것을 2단계의 금형에 삽입하여 2차 블로우 성형을 하게 되면 6개의 발을 가진 최종형상을 가지게 된다. 이 2단계 블로우 성형법에 의해, 밑부분의 충분한 연신과 열처리가 가능하고, 저부의 결정화도는 50% 향상된다. 흡습에 대한 내성을 충분히 가지며, 기존의 보틀보다 내열압성이 더욱 높게 나타난다.

(다음에 내용 계속 이어집니다...)