KR101998159B1 - 음료 용기 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 음료 용기 제조 방법은 혼합물을 형성하는 단계, 프리폼을 형성하는 단계, 상기 프리폼을 결정화하는 단계 및 음료 용기를 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 음료 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 각종 식품 및 음료의 용기로 합성수지를 가공한 성형 용기가 널리 이용되고 있다. 사용된 원료 수지의 성질에 따라 경질용기과 연질용기가 있으며, 경질용기는 PVC, PET, PP 등이 주 원료로 형성되고, 연질용기는 PE 등이 주 원료로 형성된다.
일반적으로 액체류는 경질용기의 한 종류인 PET 소재의 용기에 담긴다. 흔히 PET 병이라 불리는 PET 용기는 PET 수지를 용융 사출하여 형성한 프리폼을 블로우 성형하여 제조된다. 상기와 같이 제조된 PET 용기는 제조 공정이 간단하고 투명하며, 표면 광택성 및 강도가 우수한 특징이 있다. 또한, PET 용기는 인체에 무해한 위생적인 용기이고 재활용이 가능한 환경친화적인 용기이기 때문에 식품 분야에서 널리 사용되고 있다.
특히, 탄산 가스(CO2)를 포함하는 음료, 맥주 등의 액체류는 PET 용기에 흔히 담기는데, 상기 액체류가 PET 용기에 장기간 보관될 경우 용기 외부로 탄산 가스(CO2)가 누출되어 음료 또는 맥주의 청량감이 저하되는 문제가 있다.
상기와 같이 PET 용기 내부의 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 다양한 방법이 제시되고 있다. 즉, 가스 배리어성을 향상시키기 위해 다양한 방법이 제시되고 있다.
일례로 상기 PET 용기 표면에 코팅층을 형성하는 방법이 제시되고 있으나, 코팅층에 의해 용기의 두께가 두꺼워져 용기 전체 무게가 증가되는 문제가 있다. 또한, 코팅층을 형성하는 공정이 추가로 요구되어 공정 효율이 낮은 문제가 있다.
일례로, 상기 PET 용기 표면에 코팅층을 형성하는 방법이 제시되어 있으나, 상기 코팅층에 의해 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
또 다른 예로, 프리폼 형성 시 PET 수지에 첨가물을 추가하여 탄산 가스의 배출 경로를 연장하는 방법이 제시되고 있으나, 상기 첨가물에 의해 용기의 투명도가 저하되고, 상기 첨가물의 함량에 따라 복합소재로 분류되어 전체적인 용기 제조 비용이 증가되는 문제가 있다.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 새로운 음료 용기가 요구된다.
실시예는 첨가제에 의해 프리폼 및/또는 음료 용기의 결정화도를 향상시킬 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 투명함을 유지하면서, 열가소성 수지의 공극 수를 감소시켜 가스 배리어성이 향상될 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 프리폼을 균일한 방향으로 정렬한 이후에 결정화 처리를 진행하여 상기 프리폼 및 상기 음료 용기를 균일한 물성으로 제조할 수 있고, 이에 따라 불량률을 감소할 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 상기 음료 용기의 내측면의 결정화도가 상기 음료 용기의 외측면의 결정화도보다 크게 형성하여 상기 음료 용기에 수용된 액체의 가스가 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 음료 용기 제조 방법은 혼합물을 형성하는 단계, 프리폼을 형성하는 단계, 상기 프리폼을 결정화하는 단계 및 음료 용기를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 음료 용기는 첨가제에 의해 프리폼 및/또는 음료 용기의 결정화도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 가스 배리어성은 향상될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 음료 용기는 투명함을 유지하면서 결정화도가 향상될 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼을 블로우 성형하기 이전에 상기 프리폼을 결정화하는 단계가 진행될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼 내부의 공극의 수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 음료 용기에 수용된 액체류에 포함된 가스가 상기 음료 용기 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 음료 용기는 상기 결정화하는 단계 이전에 상기 프리폼을 정렬하는 단계가 진행될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼들을 결정화하는 단계에서 상기 프리폼들은 균일하게 결정화될 수 있어 불량률을 감소할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 음료 용기의 용기 내측면 및 용기 외측면은 서로 다른 결정화도를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 용기 내측면의 결정화도는 상기 용기 외측면의 결정화도보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기 내부에 수용된 액체류에 포함된 가스가 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 음료 용기는 투명함을 유지하면서 가스 배리어성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 음료 용기의 프리폼 측면도이다.
도 2는 실시예에 따른 음료 용기의 측면도이다.
도 3은 실시예에 따른 음료 용기의 종단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 음료 용기의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 실시예에 따른 음료 용기의 측면도이다.
도 3은 실시예에 따른 음료 용기의 종단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 음료 용기의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 도면들을 참조하여 실시예에 따른 음료 용기를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음료 용기의 프리폼(Preform)(100) 측면도이다.
도 1을 참조하면, 프리폼(100)은 음료 용기(200)의 예비 성형물로 하부가 밀폐되고 상부가 개방된 형태를 가질 수 있다. 상기 프리폼(100)은 내부에 중공이 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼(100) 내부에는 블로우 공정을 위한 중공이 형성될 수 있다.
상기 프리폼(100)은 프리폼 본체부(110), 프리폼 네크부(120) 및 프리폼 주입구(130)를 포함할 수 있다.
상기 프리폼 본체부(110)는 프리폼 내측면(112) 및 프리폼 외측면(114)를 포함할 수 있다. 상기 프리폼 내측면(112) 및 상기 프리폼 외측면(114) 사이의 거리는 일정할 수 있다.
상기 프리폼 네크부(120)는 상기 프리폼 본체부(110) 상부에 형성될 수 있다. 상기 프리폼 네크부(120)는 상기 프리폼 본체부(110)와 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 프리폼 네크부(120)에는 프리폼 나사부(122)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 프리폼 네크부(120)에는 나사 형상을 가지는 프리폼 나사부(122)가 형성될 수 있다. 상기 프리폼 네크부(120)는 수나사 형상을 가질 수 있다. 그러나 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 프리폼 네크부(120)는 암나사 형상으로 형성될 수 있다.
상기 프리폼 본체부(110) 및 상기 프리폼 네크부(120)는 투명할 수 있다. 상기 프리폼 본체부(110) 및 상기 프리폼 네크부(120)의 투명도는 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폼 본체부(110)의 투명도는 상기 프리폼 네크부(120)의 투명도보다 클 수 있다.
또한, 상기 프리폼 본체부(110) 및 상기 프리폼 네크부(120)의 결정화도는 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폼 네크부(120)의 결정화도는 상기 프리폼 본체부(110)의 결정화도보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼 네크부(120)의 경도는 상기 프리폼 본체부(110)의 경도보다 클 수 있다.
이와 다르게, 상기 프리폼 네크부(120)는 불투명할 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼 네크부(120)는 후술할 상기 프리폼 네크부(120) 열처리 단계에 의해 불투명할 수 있다. 이를 통해, 상기 프리폼 네크부(120)는 결정화되어 불투명할 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼 네크부(120)는 상기 프리폼 네크부(120)에 포함된 상기 열가소성 수지가 100% 결정화되어 불투명할 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼 네크부(120)의 경도는 보다 향상될 수 있다.
여기서 투명하다는 것은 적외선, 가시광선 및 자외선에 의해 내용물이 변질되는 것을 방지할 수 있고, 내용물이 시각적으로 확인 가능한 정도의 투과율을 의미할 수 있다.
상기 프리폼 네크부(120)에는 상기 프리폼 주입구(130)가 형성될 수 있다. 상기 프리폼 주입구(130)는 후술할 블로우(blow) 성형 공정을 위해 형성될 수 있다.
상기 프리폼(100)은 플라스틱과 같은 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼(100)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE) 및 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene; LDPE) 등의 열가소성 수지 중 적어도 하나의 수지를 포함하며 형성될 수 있다. 이 가운데 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 다른 수지에 비해 강도, 가공성 및 투명성 등의 특성이 우수하여 상술한 음료 용기(200)에 요구되는 특성을 전반적으로 충족시킬 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고 상기 음료 용기(200)에 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 소재로 형성될 수 있다.
상기 프리폼(100)은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼(100)은 상기 프리폼(100) 및/또는 상기 음료 용기(200)의 결정화도를 향상시킬 수 있는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폼(100)은 나트륨 이오노머(Sodium Ionomer), 스테아르산 나트륨(Sodium Stearate) 및 폴리(스타이렌-코-말레산무수물) 이오노머(Poly(styrene-co-maleic anhydride) Ionomer) 중 적어도 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 첨가제는 조핵제일 수 있다. 그러나 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 프리폼(100) 및/또는 상기 음료 용기(200)의 결정화도를 향상시킬 수 있는 첨가제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼(100)의 결정화도는 향상될 수 있다.
상기 첨가제는 상기 프리폼(100) 전체에 대해 약 2 중량%이하 만큼 포함될 수 있다. 상기 첨가제가 2 중량%를 초과하는 경우, 상기 음료 용기(200)의 결정화도가 감소할 수 있고, 전체적인 제조 원가가 상승할 수 있다.
또한, 상기 프리폼(100)은 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN) 및 MXD6 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 프리폼 본체부(110)의 두께는 약 4mm 내지 약 5mm 일 수 있다. 즉, 상기 프리폼 내측면(112) 및 상기 프리폼 외측면(114) 사이의 거리는 약 4mm 내지 약 5mm일 수 있다. 여기서 상기 프리폼 본체부(110)의 두께는 평균 두께를 의미할 수 있다.
상기 프리폼(100)은 후술하는 바와 같이 블로우(blow) 성형기에 의해 음료 용기(200)로 성형될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼 본체부(110), 상기 프리폼 네크부(120) 및 상기 프리폼 주입구(130)는 후술할 음료 용기(200)의 용기 본체부(210), 용기 네크부(220) 및 용기 주입구(230)와 각각 대응될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 음료 용기(200)의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음료 용기(200)의 종단면도이다.
상기 음료 용기(200)는 상기 프리폼(100)을 성형하여 제조될 수 있다. 이와 관련하여서는 후술할 음료 용기 제조 방법에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 상기 음료 용기(200)는 하부가 밀폐되고 상부가 개방된 형태를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 음료 용기(200)는 내부에 공간이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 음료 용기(200)는 음료 또는 맥주 등의 액체류를 수용할 수 있도록 내부에 공간이 형성된 중공 형태일 수 있다.
상기 음료 용기(200)는 용기 본체부(210), 용기 네크부(220) 및 용기 주입구(230)을 포함할 수 있다.
상기 용기 본체부(210)는 용기 내측면(212) 및 용기 외측면(214)를 포함할 수 있다. 상기 용기 내측면(212)은 상기 음료 용기(200) 내부에 수용된 내용물과 마주하는 면이고, 상기 용기 외측면(214)은 외부 환경과 마주하는 면일 수 있다. 상기 용기 내측면(212) 및 상기 용기 외측면(214) 사이의 거리는 약 0.20mm 내지 약 0.35mm의 두께를 가질 수 있다. 즉, 상기 용기 본체부(210)의 두께는 약 0.20mm 내지 0.35mm 일 수 있다. 여기서 상기 용기 본체부(210)의 두께는 평균 두께를 의미할 수 있다.
상기 용기 네크부(220)는 상기 용기 본체부(210) 상부에 형성될 수 있다. 상기 용기 네크부(220)는 상기 용기 본체부(210)와 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 용기 네크부(220)에는 용기 나사부(222)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 용기 네크부(220)에는 나사 형상을 가지는 용기 나사부(222)가 형성될 수 있다. 상기 용기 나사부(222)는 상기 프리폼 나사부(122)와 동일한 형상을 가질 수 있다.
상기 용기 네크부(220)는 수나사 형상을 가질 수 있다. 그러나 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 용기 네크부(220)는 암나사 형상을 가질 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 상기 음료 용기(200)는 상기 용기 네크부(220)와 체결되는 뚜껑부를 더 포함할 수 있다. 상기 뚜껑부는 상기 용기 네크부(220)의 형상과 반대되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 용기 네크부(220)가 수나사 형상을 가지면 상기 뚜껑부는 암나사 형상을 가질 수 있다. 상기 뚜껑부는 상기 용기 나사부(222)에 의해 상기 용기 네크부(220)에 체결될 수 있다. 상기 뚜껑부에 의해 이물질이 상기 음료 용기(200) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 상기 음료 용기(200) 내부의 내용물이 상기 용기 주입구(230)를 통해 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 뚜껑부는 금속 또는 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 알루미늄 일 수 있다. 또한, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE) 및 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene; LDPE) 등의 열가소성 수지 중 적어도 하나의 수지일 수 있다. 즉, 상기 뚜껑부는 상기 프리폼(100)과 동일한 소재를 포함할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고 상기 뚜껑부에 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 소재로 형성될 수 있다.
상기 음료 용기(200)는 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음료 용기(200)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE) 및 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene; LDPE) 등의 열가소성 수지 중 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 음료 용기(200)는 상술한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 음료 용기(200)는 상술한 상기 프리폼(100)을 성형하여 형성하였기 때문에, 상기 프리폼(100)과 동일한 소재를 포함할 수 있고, 조성 또한 동일할 수 있다.
상기 음료 용기(200)는 결정화(crystallization) 될 수 있다. 자세하게, 상기 음료 용기(200)는 결정화도(degree of crystallinity) 값을 가질 수 있다. 상기 결정화도는 결정성 고분자 고체 전체에 대한 결정 부분의 무게 분율에 대한 값으로 결정화된 정도를 나타내는 값이다.
상기 음료 용기(200)는 투명할 수 있다. 예를 들어, 상기 용기 본체부(210) 및 상기 용기 네크부(220)는 투명할 수 있다. 상기 용기 본체부(210) 및 상기 용기 네크부(220)의 투명도는 상이할 수 있다. 자세하게, 상기 용기 본체부(210) 및 상기 용기 네크부(220)는 투명도에 영향을 미치는 결정화도 값이 서로 상이하기 때문에 투명도가 상이할 수 있다. 이때, 상기 용기 네크부(220)의 결정화도는 상기 용기 본체부(210)의 결정화도보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 용기 본체부(210)의 투명도는 상기 용기 네크부(220)의 투명도보다 클 수 있다.
이와 다르게, 상기 용기 본체부(110)는 투명하고, 상기 용기 네크부(220)는 불투명할 수 있다. 자세하게, 상기 음료 용기(200)는 상술한 상기 프리폼(100)을 성형하여 형성될 수 있다. 즉, 불투명한 상기 프리폼 네크부(120)에 의해 상기 용기 네크부(220)는 불투명할 수 있다.
여기서 투명하다는 것은 적외선, 가시광선 및 자외선에 의해 내용물이 변질되는 것을 방지할 수 있고, 내용물이 시각적으로 확인 가능한 정도의 투과율을 의미할 수 있다.
또한, 상기 용기 내측면(212)의 결정화도는 상기 용기 외측면(214)의 결정화도와 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 용기 내측면(212)의 결정화도는 상기 용기 외측면(214)의 결정화도보다 클 수 있다. 이때, 상기 용기 본체부(210)의 결정화도는 상기 용기 내측면(212)으로부터 상기 용기 외측면(214)으로 갈수록 점점 작아질 수 있다. 즉, 내용물과 직접 접촉하는 상기 용기 내측면(212)의 결정화도가 상기 용기 외측면(214)보다 크기 때문에 액체류에 포함된 가스가 음료 용기(200) 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 다르게, 상기 용기 내측면(212)의 결정화도는 상기 용기 외측면(214)의 결정화도보다 작을 수 있다. 이때, 상기 용기 본체부(210)의 결정화도는 상기 용기 내측면(212)으로부터 상기 용기 외측면(214)으로 갈수록 점점 커질 수 있다. 액체류에 포함된 가스가 음료 용기(200) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있고, 상기 용기 외측면(214)은 상기 용기 내측면(214)보다 높은 경도 값을 가질 수 있다.
또 다르게, 상기 용기 내측면(212)의 결정화도는 상기 용기 외측면(214)의 결정화도와 동일할 수 있다. 이에 따라, 액체류에 포함된 가스가 음료 용기(200) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 음료 용기(200)가 결정화되는 경우, 상기 음료 용기(200)에 포함된 상기 열가소성 수지간의 결합력은 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기(200)는 향상된 경도를 가질 수 있고, 전체적인 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 음료 용기(200)가 결정화되는 경우, 상기 음료 용기(200)의 공극의 수가 감소될 수 있다. 자세하게, 상기 음료 용기(200)에 포함된 상기 열가소성 수지는 무작위로 얽혀 있는 구조일 수 있다. 이때, 상기 열가소성 수지 사이에는 다수개의 공극들이 존재할 수 있다. 상기 공극들은 탄산 가스와 같은 기체의 이동 경로일 수 있다. 즉, 상기 음료 용기(200)가 결정화됨에 따라 상기 열가소성 수지는 규칙적으로 배열될 수 있고, 이에 따라, 상기 열가소성 수지 사이에 형성된 상기 공극의 수는 감소될 수 있다.
또한, 상기 음료 용기(200)는 상술한 첨가제를 포함하기 때문에 결정화도가 보다 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기(200)의 가스 배리어성은 보다 향상될 수 있다.
상기 프리폼(100) 및/또는 상기 음료 용기(200)의 결정화와 관련하여서는 후술할 결정화 단계에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
이하 도 4를 참조하여 음료 용기의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 제조 방법에 관한 설명은 앞서 설명한 음료 용기에 대한 설명을 참고한다. 앞서 설명한 음료 용기에 대한 설명은 본 제조 방법에 관한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
상기 음료 용기(200)는 원-스테이지(one-stage) 블로우 성형 방법 또는 투-스테이지(two-stage) 블로우 성형 방법으로 형성될 수 있다.
원-스테이지(one-stage) 블로우 성형 방법은 프리폼 및 음료 용기를 하나의 설비로 형성할 수 있는 성형 방법이다. 자세하게, 하나의 설비에서 프리폼 사출 성형 및 블로우 성형을 순차적으로 진행하여 음료 용기를 형성하는 성형 방법이다. 상기 원-스테이지 블로우 성형 방법은 프리폼 및 음료 용기 성형이 하나의 설비로 진행할 수 있기 때문에 설비의 비용이 저렴하고, 상기 설비가 차지하는 면적이 작은 특징이 있다. 하지만, 상기 프리폼을 형성하기 위한 프리폼 사출금형 및 상기 음료 용기를 블로우 성형하기 위한 블로우 금형을 변경하기 어려워 다양한 형태의 음료 용기를 생산할 수 없는 단점이 있다. 또한, 상기 블로우 성형을 완료하기 전에 상기 음료 용기의 결함을 확인할 수가 없는 문제점이 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기의 불량 유무는 최종 검사 단계에서 확인할 수 있어 제품의 공정 효율이 낮은 문제점이 있다.
투-스테이지(two-stage) 블로우 성형 방법은 프리폼 및 음료 용기를 분리된 각각의 설비로 형성하는 성형 방법이다. 자세하게, 프리폼은 프리폼 사출 성형기를 이용하여 형성하고, 음료 용기는 형성된 상기 프리폼을 블로우 성형기를 이용하여 상기 음료 용기를 형성하는 성형 방법이다. 상기 투-스테이지 블로우 성형 방법은 프리폼 사출금형 및 블로우 금형을 생산자에 따라 용이하게 변경할 수 있어 다양한 형태의 용기 제품을 생산할 수 있는 특징이 있다. 또한, 상기 프리폼 형성 이후에 제품 검사를 진행할 수 있어 공정 효율이 높은 특징이 있다.
도 4는 실시예에 따른 음료 용기의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 실시예에 따른 음료 용기(200)는 앞서 설명한 투-스테이지 블로우 성형 방법에 관한 것이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 음료 용기(200)의 제조 방법은, 혼합물을 형성하는 단계(S401), 프리폼(100)을 형성하는 단계(S403), 결정화하는 단계(S405) 및 음료 용기(200)를 형성하는 단계(S407)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 혼합물을 형성하는 단계(S401)를 설명한다. 이 단계(S401)에서는 열가소성 수지를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 혼합물은 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE) 및 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene; LDPE) 등의 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 칩(chip) 형태를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 열가소성 수지는 원통형 또는 사각형으로 형성된 약 수 마이크로 미터(㎛) 내지 수 밀리미터(mm)의 크기를 가지는 칩(chip) 형태를 가질 수 있다.
상기 혼합물을 형성하는 단계(S401)는 건조 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조 단계는 상기 프리폼(100)의 원료 물질인 상기 열가소성 수지를 건조하는 단계일 수 있다. 상기 건조 단계는 상기 열가소성 수지에 포함된 수분을 제거하는 단계일 수 있다. 상기 건조 단계는 약 100℃ 내지 약 250℃의 온도에서 진행될 수 있다. 상기 열가소성 수지가 수분을 포함하고 있으면 제조된 상기 음료 용기(200)의 표면이 갈라지거나, 불투명하고 하얗게 변하는 백화 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기(200)의 신뢰성이 저하되고 외관이 불량해지는 문제가 생길 수 있다.
상기 혼합물을 형성하는 단계(S401)에서 상기 열가소성 수지를 건조한 이후에 첨가제가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 나트륨 이오노머(Sodium Ionomer), 스테아르산 나트륨(Sodium Stearate) 및 폴리(스타이렌-코-말레산무수물) 이오노머(Poly(styrene-co-maleic anhydride) Ionomer) 중 적어도 하나일 수 있다. 즉, 상기 첨가제는 상기 열가소성 수지의 결정화도를 향상시킬 수 있는 조핵제일 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 상기 프리폼(100) 및/또는 상기 음료 용기(200)의 결정화도를 향상시킬 수 있는 조핵제일 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 첨가제는 상기 프리폼(100) 및/또는 상기 음료 용기(200)의 결정화도를 향상시킬 수 있는 물질 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 첨가제는 상기 혼합물 전체에 대해 약 2 중량%이하 만큼 포함될 수 있다. 상기 첨가제가 약 2 중량%를 초과하는 경우, 상기 혼합물로 제조한 음료 용기(200)의 결정화도가 감소할 수 있고, 전체적인 제조 원가가 상승할 수 있다.
또한, 상기 혼합물은 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN) 및 MXD6 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 혼합물은 안료, 안정제, 가소제, 충진제, 황변 방지제 및 백화현상 방지제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
이어서, 상기 프리폼(100)을 형성하는 단계(S403)가 진행될 수 있다. 상기 프리폼(100)을 형성하는 단계(S403)는 상기 혼합물을 상기 프리폼(100)으로 성형하는 단계일 수 있다. 이때, 상기 혼합물은 프리폼 사출 성형기를 이용하여 상기 프리폼(100)으로 제조될 수 있다.
상기 프리폼(100)을 형성하는 단계(S403)에서 상기 혼합물은 가열되어 용융될 수 있다. 즉, 상기 혼합물은 용융물이 될 수 있다. 상기 프리폼 사출 성형기는 피스톤을 포함하고, 상기 용융물은 상기 피스톤에 의해 프리폼 사출 금형과 연결된 투입구로 주입될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼 사출 금형 내부에 상기 용융물이 사출될 수 있다. 상기 용융물이 상기 프리폼 사출 금형의 구석까지 흘러 들어가면 상기 피스톤은 원위치로 되돌아오고, 상기 프리폼 사출 금형은 분리되어 상기 프리폼 사출금형 내부에서 고체화된 상기 프리폼(100)을 얻을 수 있다. 사출 성형을 통해 형성된 상기 프리폼(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 프리폼 본체부(110), 프리폼 네크부(120) 및 프리폼 주입구(130)를 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 상기 프리폼(100)은 상기 혼합물을 이용하여 형성하기 때문에 상기 혼합물과 동일한 소재를 포함할 수 있고, 조성 또한 동일할 수 있다. 즉, 상기 프리폼(100)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE) 및 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene; LDPE) 등의 열가소성 수지 중 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 프리폼(100)은 상기 프리폼(100) 및/또는 상기 음료 용기(200)의 결정화도를 향상시킬 수 있는 상술한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
이후, 상기 프리폼 네크부(120)를 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 단계는 상기 프리폼 네크부(120)를 가열하는 단계일 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼 네크부(120)만 가열하여 상기 프리폼 네크부(120)를 결정화하는 단계일 수 있다. 상기 프리폼 네크부(120)는 상기 열가소성 수지의 용융온도(Tm) 보다 낮은 온도에서 열처리될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼 네크부(120)는 결정화되어 경도가 향상될 수 있다. 또한, 상기 프리폼 네크부(120)는 결정화되어 상기 프리폼 몸체부(110)와 투명도가 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폼 네크부(120)는 100% 결정화되어 불투명할 수 있다.
이어서, 결정화하는 단계(S405)가 진행될 수 있다. 상기 결정화하는 단계(S405)는 상기 프리폼(100)을 결정화하는 단계일 수 있다. 자세하게, 상기 결정화하는 단계(S405)는 상기 프리폼(100)을 부분 결정화하는 단계일 수 있다.
종래에는, 상기 프리폼 사출 성형기로 형성한 상기 프리폼(100)을 상온에 저장해두고 필요에 따라 블로우 성형기를 이용하여 음료 용기(200)를 형성하였다. 하지만, 본 실시예는 음료 용기(200)를 형성하기 이전에 결정화하는 단계(S405)가 추가로 진행될 수 있다. 이 단계(S405)를 통해 상기 프리폼(100)의 결정화도를 향상시킬 수 있다. 상기 결정화하는 단계(S405)는 열풍기, 적외선 히터 등의 열처리 장치를 이용할 수 있다.
상기 프리폼(100)은 앞서 상술한 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 상기 열가소성 수지의 고분자를 결정화시키는 조핵제일 수 있다. 상기 첨가제에 의해 상기 프리폼(100)의 결정화도는 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 상기 프리폼(100)의 결정화 속도를 향상시키는 물질일 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼(100)의 결정화 시간을 감소시킬 수 있다. 이와 다르게, 일정 시간 결정화 처리 시 상기 첨가제에 의해 상기 프리폼(100)의 결정화도를 향상시킬 수 있다. 자세하게, 동일한 시간 동안 결정화 처리를 진행할 경우, 상기 첨가제를 포함하는 상기 프리폼(100)은 상기 첨가제를 포함하지 않은 프리폼보다 향상된 결정화도를 가질 수 있다.
상기 결정화하는 단계(S405)는 상온(약 25℃)보다 높은 온도에서 진행될 수 있다. 또한, 상기 결정화하는 단계(S405)는 상기 프리폼(100)에 포함된 열가소성 수지의 결정화온도(Tc)보다 낮은 온도에서 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 수지가 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)인 경우, 상기 결정화하는 단계(S405)는 약 60℃ 내지 약 120℃의 온도에서 진행될 수 있다.
상기 결정화하는 단계(S405)에서 상기 프리폼(100)을 결정화하는 온도가 약 60℃ 미만인 경우, 블로우 성형으로 형성되는 음료 용기(200)의 결정화도 변화가 미미할 수 있다. 또한, 상기 프리폼(100)을 결정화하는 온도가 약 120℃를 초과할 경우, 상기 프리폼(100)에 백화현상이 발생할 수 있다. 즉, 상기 프리폼(100)이 120℃보다 고온에서 열처리될 경우, 상기 프리폼(100)이 결정화되어 상기 프리폼(100)이 불투명하게 변할 수 있다. 이에 따라, 음료 용기(200)의 외관이 불량해질 수 있다.
또한, 상기 결정화 단계(S405)는 약 24시간 내지 150시간 진행될 수 있다. 상기 결정화 단계(S405)의 진행 시간이 약 24시간 미만인 경우, 상기 음료 용기(200)의 결정화도 변화가 미미할 수 있다. 또한, 상기 결정화 단계(S405)의 진행 시간이 약 150시간을 초과할 경우, 상기 프리폼(100)에 백화현상이 발생될 수 있고, 오히려 전체적인 결정화도가 감소할 수 있다.
또한, 상기 결정화 단계(S405)는 약 50%RH 내지 약 99%RH의 습도에서 진행될 수 있다. 상기 프리폼(100)은 상기 습기에 의해 결정화 효율이 향상될 수 있다. 자세하게, 프리폼(100) 표면에 형성된 습기에 의해 상기 프리폼(100)에 열을 효과적으로 전달할 수 있어 전체적인 결정화 시간을 감소시킬 수 있다. 상기 습도가 약 50%RH 미만인 경우, 상기 프리폼(100) 표면에 형성되는 수분의 양이 충분하지 않아 상기 프리폼(100) 표면에 전달되는 열의 양이 적을 수 있다. 또한, 상기 습도가 약 99%RH를 초과할 경우, 수분에 의해 상기 프리폼(100)의 형태가 변할 수 있다.
이에 따라, 상기 프리폼(100)은 투명함을 유지하면서 결정화도를 향상시킬 수 있다.
앞서 상술한 바와 같이, 종래에는 상기 프리폼 사출 성형기로 제조한 상기 프리폼(100)들을 창고와 같은 공간에 무작위로 쌓아서 보관하였다. 그러나, 실시예는 상기 프리폼(100)을 형성하는 단계(S403) 이후에 상기 프리폼(100)을 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼(100)을 정렬하는 단계는 상기 프리폼(100)을 형성하는 단계(S403) 및 상기 결정화하는 단계(S405) 사이에 진행될 수 있다.
상기 프리폼(100)을 정렬하는 단계는 상기 프리폼(100)을 형성하는 단계(S403)와 연속적으로 진행될 수 있다. 이에 따라, 제조된 상기 프리폼(100)들은 설정된 방향으로 정렬될 수 있다. 그러나 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 프리폼(100)을 형성하는 단계(S403)와 분리되어 진행될 수 있다.
상기 프리폼(100)을 정렬하는 단계에서 상기 프리폼(100)들은 일정한 방향으로 정렬될 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼 주입구(130)는 특정 방향을 향하도록 정렬될 수 있다. 여기서, 상기 특정 방향은 열 에너지가 입사되는 방향일 수 있다. 즉, 상기 프리폼 주입구(130)는 열 에너지가 입사되는 방향과 마주할 수 있다.
일례로, 상기 결정화하는 단계(S405)에서 열풍기가 이용될 경우, 상기 열풍기의 열풍은 상기 프리폼 주입구(130)를 향할 수 있다. 이에 따라, 상기 열풍기의 열풍은 상기 프리폼(100) 내부에 효과적으로 전달될 수 있다. 즉, 열 에너지가 상기 프리폼 내측면(112)에 효과적으로 전달될 수 있어 상기 프리폼 내측면(112)의 결정화도는 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼 내측면(112)의 결정화도는 상기 프리폼 외측면(114)의 결정화도보다 클 수 있다. 이에 따라, 이후 진행되는 블로우 공정에 의해 형성되는 음료 용기(200)의 용기 내측면(212)의 결정화도는 용기 외측면(214)의 결정화도보다 클 수 있다.
실시예에 의하면, 음료 용기의 내용물과 직접 접촉하는 용기 내측면(212)의 결정화도가 용기 외측면(214)보다 크기 때문에 액체류에 포함된 가스가 음료 용기(200) 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 상기 프리폼(100)들이 동일한 방향으로 정렬된 상태로 결정화하는 단계(S405)가 진행되기 때문에, 상기 프리폼(100)들은 균일하게 결정화 처리될 수 있다. 이에 따라, 각각의 상기 프리폼(100)들의 물성은 균일할 수 있다. 따라서, 상기 프리폼(100)의 불량률을 감소할 수 있다.
상기 결정화하는 단계(S405) 이후에 음료 용기(200)를 형성하는 단계(S407)가 진행될 수 있다. 상기 음료 용기(200)를 형성하는 단계(S407)는 블로우 성형기를 이용하여 상기 프리폼(100)을 상기 음료 용기(200)로 성형하는 단계일 수 있다. 상기 블로우 성형기는 2축 연신 블로우 성형기일 수 있다. 상기 블로우 성형기는 상기 프리폼(100)이 배치되는 블로우 금형 및 상기 프리폼(100)을 성형하는 연신 로드를 포함할 수 있다.
상기 음료 용기(200)를 형성하는 단계(S407)에서 상기 프리폼(100)은 가열될 수 있다. 이때, 상기 프리폼(100)은 상기 블로우 성형기 외부에서 가열된 이후에 상기 블로우 금형에 내부에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 프리폼(100)은 상기 블로우 금형에 배치된 이후에 가열될 수 있다.
상기 음료 용기(200)를 형성하는 단계(S407)에서 상기 프리폼(100)은 상기 프리폼(100)에 포함된 열가소성 수지의 유리전이온도(Tg)보다 큰 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폼 몸체(120)가 연신 효과가 나타날 수 있는 온도로 가열될 수 있다.
상기 연신 로드는 상기 블로우 금형에 수용된 상기 프리폼(100) 내부에 배치될 수 있다. 상기 프리폼(100)은 상기 연신 로드에 의해 축 연신될 수 있다. 이후, 상기 프리폼 주입구(130)에 에어를 불어넣는 블로우 공정이 진행되며, 상기 블로우 공정에 의해 상기 프리폼 본체부(110)는 팽창될 수 있다. 상기 연신 로드 및 상기 블로우 공정에 의해 상기 프리폼(100)은 축 연신 및 횡 연신될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼(100)은 상기 음료 용기(200)로 성형될 수 있다. 블로우 성형을 통해 형성된 상기 음료 용기는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 용기 본체부(210), 용기 네크부(220) 및 용기 주입구(230)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 음료 용기(200)는 상술한 첨가제를 포함할 수 있다. 즉, 상기 음료 용기(200)는 상기 첨가제를 포함하는 상기 프리폼(100)으로 제조하기 때문에 상기 프리폼(100)과 동일한 소재를 가질 수 있다. 상기 첨가제는 상기 열가소성 수지의 고분자를 결정화시키는 조핵제일 수 있다. 상기 첨가제에 의해 상기 음료 용기(200)의 결정화도는 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 상기 음료 용기(200)의 결정화 속도를 향상시키는 물질일 수 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기(200)의 결정화도는 향상될 수 있다.
즉, 상기 프리폼(100)을 이용하여 상기 음료 용기(200)를 제조할 경우, 상기 음료 용기(200)의 결정화도는 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기(200)의 열가소성 수지 사이에 형성된 공극의 수는 감소될 수 있다. 따라서, 상기 음료 용기(200)의 가스 배리어성은 향상될 수 있다. 또한, 상기 음료 용기(200)는 투명성을 유지할 수 있어 향상된 외관을 가질 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (12)
- 혼합물을 형성하는 단계;
프리폼을 형성하는 단계;
상기 프리폼을 부분 결정화하는 단계; 및
상기 프리폼을 부분 결정화하는 단계 이후 상기 프리폼을 이용하여 음료 용기를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 혼합물을 형성하는 단계에서 상기 혼합물은, 열가소성 수지 및 조핵제를 포함하며, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 MXD6 중 적어도 하나를 더 포함하고,
상기 조핵제는 나트륨 이오노머(Sodium Ionomer), 스테아르산 나트륨(Sodium Stearate) 및 폴리(스타이렌-코-말레산무수물) 이오노머(Poly(styrene-co-maleic anhydride) Ionomer) 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 혼합물 전체에 대해 2 중량% 이하만큼 포함하고,
상기 프리폼을 부분 결정화하는 단계는, 60℃ 내지 120℃의 온도, 50%RH 내지 99%RH의 습도에서 24시간 내지 150시간 동안 방치하여 진행되고,
상기 프리폼 및 상기 음료 용기는 단일층인 음료 용기 제조 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE) 및 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene; LDPE) 중 적어도 하나인 음료 용기 제조 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 프리폼을 형성하는 단계 및 상기 프리폼을 부분 결정화하는 단계 사이에 상기 프리폼을 정렬하는 단계를 더 포함하고,
상기 프리폼을 정렬하는 단계에서 복수 개의 상기 프리폼은 서로 동일한 방향으로 정렬되는 음료 용기 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 프리폼을 부분 결정화하는 단계는,
상기 프리폼에 포함된 열가소성 수지의 결정화온도(Tc)보다 낮은 온도에서 진행되는 음료 용기 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 프리폼의 네크부를 열처리하는 단계를 더 포함하고,
상기 프리폼 네크부를 열처리하는 단계는 상기 프리폼을 형성하는 단계 및 상기 프리폼을 부분 결정화하는 단계 사이에 진행되는 음료 용기 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 음료 용기를 형성하는 단계 이후, 상기 음료 용기의 외측면의 결정화도는 상기 음료 용기의 내측면의 결정화도보다 큰 음료 용기 제조 방법. - 삭제
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