신규 금속캔 TULC의 개발

일본의 東洋製罐에서는, 향후의 환경배려지향에 대응하기 위해 전술한 음료용 DI캔의 LCA평가에서 얻은 환경상의 문제점을 해결하기 위해, 1980년대 중반부터 신규 금속캔의 연구개발에 착수했다. 여기에서는 금속캔의 환경부하 저감을 제일의 목표로 하고, 그것에 의해 금속캔의 중요성을 유지하고, 그 중요성을 증가시키는 것을 목적으로 했다.

처음에, 물의 사용이나 고형폐기물 발생을 회피할 목적으로 크랭크를 사용하지 않는 드라이성형방법의 검토를 했다. 제관업계에서도, 어육 등에 사용되는 DRD캔은 종래부터 미량의 윤활제밖에 이용하지 않는 드라이성형으로 제조되고 있었다.

그렇지만, 이 방법으로는 음료관 등에 주로 사용되고 있는 캔 높이가 큰 캔 몸통의 제조는 곤란함과 동시에, 캔 몸통의 측벽이 원판보다 두껍게 돼 자원절약면에서 불충분하다는 결점을 가지고 있었다.

개발 당초, 전해크롬산처리 강판(TFS)에 열 경화성 도료를 프리코트한 것을 원재료로서 사용해 캔 몸통의 박육화시험이 행해졌지만 도장 시의 도막결함 발생 및 그 성형 시의 확대경향을 저지하는 것이 어렵고, 결과적으로는 유기피막의 피복성이 저하해 내용물에 의한 부식이 많이 발생하게 되었다.

이것을 해결하기 위해, 도료에 대신해 필름상의 유기수지를 라미네이트해 결함을 가능한 한 적게 하는 수단이 검토되어, 최종적으로는 성형성, 내식성이 모두 뛰어난 폴리에스테르계 필름이 개발되었다.

또한 성형방법의 개량이 행해져, 액체윤활제를 사용하지 않고, 미량의 왁스계 윤활제를 도포하는 정도로 억제, 캔 몸통 측벽부를 균일하게 박육화하는 드라이성형(스트레치 드로우성형 및 스트레치 드로우 아이어닝성형)법이 개발되었다.

이러한 과정에서, 종래형인 DI캔의 주요한 환경부하 저감책이 검토되고, 그것들의 개량을 행한 결과, 도료에 대신해 플라스틱필름을 금속판의 양면에 라미네이트하고, 윤활제를 사용하지 않는 드라이성형으로 생산 가능한 새로운 음료관이 개발되었다.


●TULC의 제조방법

[라미네이트판의 제조]

TULC(Toyo Ultimate Light-weighing Can)용의 금속소재에는 유기피복(有機被覆)과의 밀착성 및 내식성에 뛰어난 TFS가 이용되고 있지만, 유기필름에 관해서는 기본성능으로서 이 금속 기초재료와의 밀착성, 가공성, 위생성 등이 요구된다.

이것들의 요구성능을 만족하고, 폴리올레핀계, 나일론계 및 폴리에스테르계 등의 열가소성수지 중에서 최적재료의 선정을 해, 최종적으로는 이축연신폴리에스테르필름이 선택되었다. 그림4에 TULC용의 라미네이트판의 제조공정을 나타냈다.

유도 가열된 TFS의 양면에 이축연신폴리에스테르필름이 열 압착돼, 바로 퀀티존에서 냉각된다. 이 때, 라미네이트 전의 강판온도는 필름의 용융온도보다 높고, 또 누르는 측의 라미네이트롤은 용융온도보다 낮게 설정되어 있다.

이 공정에서, 필름의 TFS에 접촉한 면은 용융돼 멜트층이라 불리는 용융접착층을 형성하고, 밀착성과 제관 시에 필요한 성형성이 확보된다. 한편, 저온의 라미네이트롤과 접촉하는 면은 용융하는 정도에는 온도가 상승하지 않기 때문에, 원래 가지고 있던 이축배향성이 잔존하고, 그 결과, 내식성과 내충격성이 보존되게 된다. 이렇게 필름의 두께 방향으로 성형되는 이층구조의 제어가, 라미네이트기술의 중요한 포인트가 되고 있다.

[캔의 제조]

그림5에 환경친화형 금속캔 TULC의 제조공정 및 공정에서 파생되는 환경부하를 나타냈다.

전술한 방법에 의해 제조된 라미네이트 TFS판을 원재료로 해, 3단계의 스트레치드로우성형 및 스트레치드로우·아이어닝성형에 의해 컵모양을 지닌 바닥이 있는 캔 몸통이 성형되고, 가공에 의해 열화된 필름의 접착력을 회복하기 위한 힛셋을 한 후, 입구부의 트리밍을 하고, 인쇄, 소부, 넥크인 가공을 해 제품이 된다.

그림6에 DI캔과 TULC 제관법의 비교를 나타냈는데, 종래는 다량의 쿨런트를 사용하면서 측벽부를 아이어닝에 의해 박육화한데 대해, 새로운 제관법에서는 극히 미량의 윤활제만을 이용한 드라이성형에 의해 제관되고 있다.

여기에서는 라미네이트필름 자체가 가진 윤활성을 활용해 액체윤활제를 배제한 것이 최대의 포인트이다. 측벽부의 박육화는 스트레치드로우(Stretch-draw)법이라 불리는 리드로우(Redraw)다이의 모서리부에서 행해지는 강제적인 인장굴곡가공과 이것에 이어지는 아이어닝(Ironing)다이에서의 아이어닝에 의해 행해지고 있다.



●환경부하의 저감

그림7에 TULC와 DI캔의 캔 제조공정에 있어서의 대표적인 환경부하 비교를 나타냈다.

앞에 서술한 TULC에서는 내외면에 폴리에스테르필름을 라미네이트한 TFS를 이용해 성형가공하기 때문에, 제관 후의 캔바디 내면의 도장 및 도금이 불필요하며, 그 결과 지구온난화의 원인이라 일컬어지고 있는 이산화탄소의 배출량이 종래의 DI캔 제조 시의 약 1/3 이하로 억제하는 것이 가능하게 되었다.

이것은 도금공정이 불필요하게 됨으로서 에너지소비량이 감소하는 것과 배연(排然)처리 시의 용제 연소에 의한 이산화탄소의 배출이 없게 되는 원인이 되고 있다.

또 제관시스템에서는 다량의 쿨런트를 사용하고 있지 않기 때문에, 성형 후의 세정 및 세정수의 배수처리가 불필요하고, 물 사용량은 실질적으로는 제로가 되었다. 게다가 배수처리에 따른 슬러지의 발생이 없게 되기 때문에, 제관공정에서의 고형폐기물 발생량은 아주 적게 되었다.

또 TULC의 전 공정에서의 환경부하를 인벤토리에 따라 평가한 결과, 그림8에 일례로서 에너지소비량의 비교를 나타냈는데, TULC는 종래의 SDI캔(Steel Drawn & Ironed Can)과 비교해 뛰어난 값을 얻고 있다.

TULC에 있어서는 폴리에스테르필름의 라미네이트가 제관공정 이전에 행해지고 있기 때문에 그 때의 환경부하가 재료측에 가산되기 때문에, 각 공정에서의 밸런스가 SDI캔과는 다소 다르지만, 전술의 제조공정에서의 환경부하가 적고 TULC에서는 금속재료의 절감이 더욱 더 가능해, 종합적인 환경부하가 저하하는 결과가 되었다.

TULC의 현상

그림9에 일본에서의 식품용 금속캔 생산수량 추이를 나타냈다. TULC는 1992년 생산개시 이래, 그 생산량, 셰어 모두 순조롭게 증가해 1999년도에는 약 68억캔이 생산되어, 전 캔 종류 중 셰어에서는 18.0%로 까지 증가했다. 이 값은 전 국민 평균 일인이 연간 50캔 이상을 소비하고 있는 것에 상당한다.

또 캔 종류별 셰어에서는 ADI캔의 46.5%, 용접캔의 23.8%에 이어 제 3위의 위치를 차지하고 있으며, 그 중요성이 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 특히 스틸캔의 총 수량이 감소하고 있는 현상에서 그 소비량이 증가하고 있는 것은 성능, 코스트면의 우위성뿐만 아니라 「환경배려」의 자세가 평가된 결과라고 생각된다.

<다음에 계속>