KR102472731B1 - 음료 용기 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 음료 용기 제조 방법은 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 이용하여 프리폼을 형성하는 단계, 상기 프리폼을 에이징하는 단계, 상기 프리폼을 블로우하여 음료 용기를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 프리폼을 에이징하는 단계는 24시간 내지 80시간 동안 진행된다.
또한, 실시예에 따른 음료 용기는 용기 내측면 및 용기 외측면을 포함하고, 상기 용기 내측면과 상기 용기 외측면의 결정화도는 서로 상이하다.

Description

음료 용기 및 그 제조 방법{BEVERAGE CONTAINER AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 음료 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 각종 식품 및 음료의 용기로 합성수지를 가공한 성형 용기가 널리 이용되고 있다. 상기 용기는 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 페트(PET)병이라 불리는 PET 용기는 PET 수지를 용융 사출하여 형성한 프리폼을 블로우 성형하여 제조한다. 상기와 같이 제조된 PET 용기는 제조 공정이 간단하고 표면이 투명하며, 표면 광택성 및 강도가 우수한 특징이 있다. 또한, PET 용기는 인체에 무해한 위생적인 용기이며, 재활용이 가능한 환경 친화적인 용기이기 때문에 식품 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 PET 용기는 탄산 가스(CO2)를 함유하는 음료, 맥주 등의 액체류를 보관하는 용기로 흔히 사용된다. 그러나, 탄산 가스를 함유하는 액체류가 PET 용기에 장시간 보관될 경우 용기 외부로 탄산 가스가 누출되어 저장 수명(shelf life)이 감소하는 문제점이 있다. 이에 따라, 사용자가 느낄 수 있는 음료 또는 맥주의 청량감이 저하되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이 액체류에 포함된 탄산 가스가 PET 용기 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 연구가 진행되고 있다. 자세하게, 상기 PET 용기의 가스 배리어성을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
일례로, 상기 PET 용기 표면에 단층 또는 다층 코팅막을 형성하는 방법이 제시되고 있으나, 상기 코팅층에 의해 용기의 두께가 두꺼워지는 문제점이 있고, 외부 물리적 충격 등에 의해 상기 코팅막이 손상되는 문제점이 있다. 또한 코팅막을 형성할 경우, 상기 코팅막을 형성하는 공정이 추가로 요구되어 제조 비용이 증가하는 문제점이 있고, 상기 용기 표면에 코팅막을 균일하게 형성하는 것이 어려워 공정 효율이 저하되는 문제점이 있다.
또 다른 예로, 상기 용기 제조를 위한 프리폼 형성 시 PET 수지 이외에 별도의 첨가물을 추가하여 제조되는 용기의 탄산 가스 배출 경로를 연장하는 방법이 제시되고 있다. 그러나, 상기 첨가물에 의해 용기의 헤이즈(haze) 특성과 같인 광학 특성이 저하되어 투명도가 저하될 수 있고, 상기 첨가물의 함량에 따라 복합 소재로 분류되어 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 새로운 음료 용기가 요구된다.
실시예는 첨가제에 의해 프리폼 및 상기 프리폼으로 제조한 음료 용기의 결정화도를 향상시킬 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 헤이즈 특성을 향상시켜 투명함을 유지할 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 열가소성 수지의 공극 수를 감소시켜 가스 배리어성을 향상시킬 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 프리폼을 에이징하는 과정을 통해 상기 프리폼으로 제조한 음료 용기의 저장 수명(Shelf life)을 향상시킬 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 복수 개의 프리폼을 균일하게 에이징하여 제조되는 음료 용기의 특성의 물리적, 광학적 및 가스 배리어 특성을 향상시킬 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 음료 용기의 내측면과 외측면의 결정화도를 제어하여 음료 용기의 가스 배리어성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 음료 용기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 음료 용기 제조 방법은 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 이용하여 프리폼을 형성하는 단계, 상기 프리폼을 에이징하는 단계, 상기 프리폼을 블로우하여 음료 용기를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 프리폼을 에이징하는 단계는 24시간 내지 80시간 동안 진행된다.
또한, 실시예에 따른 음료 용기는 용기 내측면 및 용기 외측면을 포함하고, 상기 용기 내측면과 상기 용기 외측면의 결정화도는 서로 상이하다.
실시예는 음료 용기의 결정화도를 향상시킬 수 있다. 자세하게, 실시예는 약 2 중량% 이하의 첨가제를 포함하는 혼합물로 프리폼을 제조하고 상기 프리폼을 블로우 성형하여 음료 용기를 제조할 수 있다. 상기 음료 용기는 상기 첨가제에 의해 향상된 결정화도를 가질 수 있고, 가스 배리어성이 개선되어 음료 용기의 저장 수명(shelf life)을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 음료 용기는 프리폼을 에이징 처리할 수 있다. 자세하게, 제조한 프리폼을 블로우 성형 하기 이전에 고온 고습의 환경에서 에이징 처리할 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼의 잔류 응력을 감소시켜 결정화도는 향상될 수 있고 열가소성 수지의 공극 수를 감소시켜 가스 배리어성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 음료 용기는 프리폼 사출 성형 시 사출 온도 및 건조 온도 등을 제어하여, 제조되는 프리폼의 광학적 특성을 개선할 수 있다. 이에 따라, 음료 용기는 투명함을 유지할 수 있고 향상된 외관을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 프리폼 에이징 단계는, 프리폼을 제 1 온도로 가열하는 단계 및 상기 프리폼을 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 상기 열처리 장치 내에 배치되는 복수 개의 프리폼에 균일하게 열을 전달할 수 있어 불량률을 감소할 수 있다. 또한 상기 프리폼을 에이징하는 단계는, 상기 프리폼을 제 1 온도로 가열하는 단계와, 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도로 상기 프리폼을 냉각하는 단계 및 상기 프리폼을 상기 제 2 온도로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 복수 개의 프리폼을 동일한 방향으로 정렬하여 에이징 처리할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 프리폼을 균일하게 에이징할 수 있고, 상기 프리폼의 외측면과 내측면의 결정화도를 제어할 수 있다. 이에 따라, 제조되는 음료 용기는 향상된 신뢰성을 가질 수 있고, 결정화도가 균일하게 향상되어 저장 수명이 극대화될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 음료 용기의 프리폼 측면도 및 부분 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 음료 용기의 측면도이다.
도 3은 실시예에 따른 음료 용기의 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 음료 용기의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 실시예에 따른 프리폼을 에이징하는 단계를 도시한 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 프리폼을 에이징하는 단계의 열처리 시간 및 온도를 도시한 그래프이다.
도 7 내지 도 9는 실시예에 따른 프리폼을 에이징하는 단계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 실시예와 비교예의 저장 수명(Shelf life) 특성을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 발명의 실시예에 대한 설명을 하기 앞서 투명하다는 것은 적외선, 가시광선 및 자외선에 의해 내용물이 변질되는 것을 방지할 수 있고, 내용물이 시각적으로 확인 가능한 정도의 투과율을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음료 용기의 프리폼(Preform) 측면도 및 부분 단면도이다.
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.
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 재질로 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 첨가제로 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN) 및 폴리아미드계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼(100)은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 MXD6 중 적어도 하나를 첨가제로 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 프리폼(100)은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 첨가제로 포함할 수 있고 제조되는 음료 용기(200)는 투명할 수 있다. 상기 프리폼(100)이 첨가제로 MXD6를 포함할 경우 상기 프리폼(100)은 투명할 수 있으나, 상기 프리폼(100)을 연신 블로우하여 음료 용기(200)를 제조할 때, 상기 프리폼(100)에 포함된 열가소성 수지, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 MXD6의 연신에 의한 복굴절 차이로 제조되는 음료 용기(200)의 헤이즈 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 실시예와 같이 투명함이 요구되는 음료 용기(200)를 제조할 경우 첨가제로 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않으며 투명함이 요구되지 않는 음료 용기(200)를 제조할 경우, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 MXD6 중 적어도 하나를 첨가제로 포함할 수 있다. 이에 따라 제조되는 프리폼(100) 및 음료 용기(200)의 결정화도를 향상시켜 가스 배리어성 및 저장 수명을 개선할 수 있다.
실시예에 따른 첨가제는 상기 프리폼(100) 전체에 대해 약 2 중량% 이하만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 실시예는 상기 첨가제로 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 포함할 수 있고, 상기 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)는 상기 프리폼(100) 전체에 대해 약 2 중량%만큼 포함될 수 있다. 상기 프리폼(100)에 포함된 상기 첨가제가 약 2 중량%를 초과할 경우, 상기 프리폼(100)의 헤이즈(Haze) 특성이 저하될 수 있고 프리폼(100)이 불투명할 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼(100)으로 제조한 음료 용기(200) 역시 헤이즈 특성이 저하될 수 있고 불투명할 수 있다. 또한, 상기 첨가제가 약 2 중량%를 초과할 경우, 상기 프리폼(100) 및 상기 음료 용기(200)의 결정화도가 감소할 수 있고 전체적인 제조 원가가 상승할 수 있다. 따라서, 상기 첨가제는 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직할 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 프리폼 내측면(112)과 프리폼 외측면(114) 사이의 평균 두께를 의미할 수 있다.
상기 프리폼(100)은 후술할 블로우(blow) 성형기에 장착되어 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 용기의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음료 용기의 단면도이다.
상기 음료 용기(200)는 상기 프리폼(100)을 성형하여 제조할 수 있다. 상기 음료 용기(200)는 상기 프리폼(100)을 블로우 성형하여 제조할 수 있다. 이와 관련하여서는 후술할 음료 용기 제조 방법에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 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 상기 용기 내측면(212)과 상기 용기 외측면(214) 사이의 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 커버부를 더 포함할 수 있다. 상기 커버부는 상기 용기 네크부(220)의 형상과 반대되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 용기 네크부(220)가 수나사 형상을 가지면 상기 커버부는 암나사 형상을 가질 수 있다. 상기 커버부는 상기 용기 나사부(222)에 의해 상기 용기 네크부(220)에 체결될 수 있다. 상기 커버부에 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. 일례로, 상기 커버부는 상기 용기 주입구를 개폐할 수 있는 뚜껑일 수 있다.
상기 커버부는 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 커버부는 상기 프리폼(100)과 동일한 재질을 포함할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고 상기 커버부에 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 재질로 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 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음료 용기(200)는 첨가제로 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN) 및 폴리아미드계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 음료 용기(200)는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 MXD6 중 적어도 하나를 첨가제로 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 음료 용기(200)는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 첨가제로 포함하여 투명성을 유지할 수 있다. 즉, 상기 음료 용기(200)는 상술한 상기 프리폼(100)을 성형하여 형성하였기 때문에, 상기 프리폼(100)과 동일한 재질을 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.
상기 음료 용기(200)는 결정화가 진행되면 상기 음료 용기(200)에 포함된 상기 열가소성 수지 사이의 결합력은 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기(200)의 경도는 향상될 수 있으며 전체적인 음료 용기(200)의 신뢰성은 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 수지의 분자 배열은 보다 규칙적으로 배열될 수 있고, 이에 따라, 상기 열가소성 수지 사이에 형성된 상기 공극의 수는 감소될 수 있다.
이와 더불어, 상기 음료 용기(200)는 상술한 첨가제를 일정 중량비만큼 포함하기 ‹š문에 음료 용기(200)의 결정화도 특성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기(200)의 가스 배리어성을 향상시킬 수 있으며, 내부에 포함된 액체류의 저장 수명(Shelf life)을 보다 향상시킬 수 있다.
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. 따라서, 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. 이에 따라, 상기 용기 외측면(214)은 향상된 내구성을 가질 수 있으며, 외부 물리적 충격 등으로부터 음료 용기(200)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다
이와 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 있고, 음료 용기(200)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 프리폼(100) 및/또는 상기 음료 용기(200)의 결정화와 관련하여서는 후술할 제조 방법에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 실시예에 따른 음료 용기의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 실시예에 따른 프리폼을 에이징하는 단계를 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 실시예에 따른 프리폼을 에이징하는 단계의 열처리 시간 및 온도를 도시한 그래프이다.
이하 도 4 내지 도 6을 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.
실시예에 따른 음료 용기(200)는 앞서 설명한 투-스테이지 블로우 성형 방법에 관한 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 음료 용기(200)의 제조 방법은, 혼합물을 형성하는 단계(ST100), 프리폼을 형성하는 단계(ST300), 프리폼을 에이징하는 단계(ST500) 및 음료 용기를 형성하는 단계(ST700)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 혼합물을 형성하는 단계(ST100)를 설명한다. 상기 혼합물을 형성하는 단계(ST100)는 프리폼(100)을 제조하기 위한 혼합물을 형성하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 상기 단계(ST100)는 열가소성 수지 및 첨가제를 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 혼합물은 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN) 및 폴리아미드계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 첨가제는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 MXD6 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 첨가제는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 포함하여 제조되는 음료 용기(200)는 투명할 수 있다. 상기 첨가제로 MXD6가 포함될 경우, 상기 혼합물로 사출 성형한 프리폼(100)은 투명할 수 있으나, 상기 프리폼(100)을 연신 블로우하여 제조한 음료 용기(200)는 불투명할 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼(100)에 포함된 열가소성 수지, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 MXD6은 연신 블로우 할 경우 복굴절 차이에 의해 제조되는 음료 용기(200)는 헤이즈 특성이 저하될 수 있고 불투명할 수 있다. 따라서, 실시예와 같이 투명성이 요구되는 음료 용기(200)를 제조하기 위해 첨가제로 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않으며 투명함이 요구되지 않는 음료 용기를 제조할 경우, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 및 MXD6 중 적어도 하나를 첨가제로 포함할 수 있다. 이에 따라, 제조되는 음료 용기(200)는 불투명할 수 있으나 결정화도가 향상되어 가스 배리어성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 첨가제는 혼합물 전체에 대해 약 2 중량% 이하만큼 포함될 수 있다. 자세하게, 실시예는 상기 첨가제로 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 포함할 수 있고, 상기 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)는 상기 혼합물 전체에 대해 약 2 중량%만큼 포함될 수 있다. 상기 혼합물에 포함되는 첨가제의 양이 약 2 중량%를 초과할 경우, 상기 프리폼(100)의 헤이즈(Haze) 특성이 저하될 수 있고 제조되는 프리폼(100) 및 음료 용기(200)가 불투명할 수 있다. 또한, 상기 첨가제가 약 2 중량%를 초과할 경우, 상기 프리폼(100) 및 상기 음료 용기(200)의 결정화도가 감소할 수 있고 전체적인 제조 원가가 상승할 수 있다. 따라서, 상기 첨가제는 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 혼합물을 형성하는 단계(ST100)는 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 혼합물을 형성하는 단계(ST100)는 열가소성 수지를 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지를 건조하는 단계는 상기 열가소성 수지에 포함된 수분을 제거하는 단계일 수 있다. 상기 열가소성 수지를 건조하는 단계는 약 100℃ 내지 약 200℃의 온도에서 진행될 수 있다. 자세하게, 상기 건조하는 단계는 약 120℃ 내지 약 180℃의 온도에서 진행될 수 있다. 더 자세하게, 상기 건조하는 단계는 약 140℃ 내지 약 160℃의 온도에서 진행될 수 있다.
또한, 상기 건조하는 단계는 첨가제를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제를 건조하는 단계는 상기 첨가제에 포함된 수분을 제거하는 단계일 수 있다. 상기 첨가제를 건조하는 단계는 약 120℃ 내지 약 200℃의 온도에서 진행될 수 있다. 자세하게, 상기 첨가제를 건조하는 단계는 약 140℃ 내지 약 180℃의 온도에서 진행될 수 있다. 더 자세하게, 상기 첨가제를 건조하는 단계는 약 140℃ 내지 약 170℃의 온도에서 진행될 수 있다.
상기 열가소성 수지를 건조하는 단계와 상기 첨가제를 건조하는 단계는 각각 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 수지와 상기 첨가제는 혼합되기 이전에 각각 건조하는 단계를 진행할 수 있고, 상기 건조하는 단계 이후에 서로 혼합될 수 있다. 이에 따라, 상기 혼합물에 포함된 수분을 제거할 수 있다. 자세하게, 상기 건조하는 단계를 통해 열가소성 수지 및 첨가제에 포함된 수분을 효과적으로 제거할 수 있다. 상기 혼합물, 예컨대 열가소성 수지가 수분을 포함할 경우, 제조된 상기 음료 용기(200)의 표면이 갈라지거나 불투명할 수 있다. 또한, 상기 혼합물을 이용하여 제조한 프리폼(100) 및 음료 용기(200)가 하얗게 변화하는 백화 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 음료 용기(200)의 신뢰성이 저하되고 외관이 불량해지는 문제가 생길 수 있다.
이와 다르게, 열가소성 수지와 상기 첨가제를 건조하는 단계는 동시에 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 수지와 상기 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조한 이후 상기 혼합물을 건조하는 단계를 진행할 수 있다.
이와 또 다르게, 상기 혼합물을 형성하는 단계(ST100)는 상기 열가소성 수지와 상기 첨가제를 사전에 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합물을 형성하는 단계(ST100)는 예비 혼합물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 예비 혼합물을 형성하는 단계는 상기 열가소성 수지와 상기 첨가제를 1:1의 중량비로 혼합하여 예비 혼합물을 형성하는 단계일 수 있다. 이후, 상기 예비 혼합물과 상기 열가소성 수지를 혼합하여 혼합물을 형성할 수 있다. 즉, 상기 혼합물은 약 4 중량% 이하의 예비 혼합물을 포함할 수 있으며, 상기 혼합물은 약 2 중량% 이하의 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합물은 약 4 중량%의 예비 혼합물을 포함할 경우, 상기 혼합물은 약 2 중량%의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 예비 혼합물을 형성하는 단계는 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조하는 단계는 상술한 바와 같이 열가소성 수지와 첨가제를 각각 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 건조하는 단계는 상기 예비 혼합물을 형성하는 단계 이전에 상기 예비 혼합물을 제조하기 위한 열가소성 수지 및 첨가제를 각각 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 건조하는 단계는 예비 혼합물과 혼합되는 열가소성 수지를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 실시예는 예비 혼합물과 상기 예비 혼합물과 혼합되는 열가소성 수지 각각에 포함된 수분을 효과적으로 제거하여 혼합물을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 혼합물을 이용하여 제조되는 프리폼(100) 및 음료 용기(200)의 물리적 특성 및 광학적 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 실시예는 혼합물에 예비 혼합물이 포함됨에 따라, 상기 첨가제를 상기 혼합물 내에 균일하게 분산시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 혼합물을 이용하여 제조한 프리폼(100) 및 음료 용기의 특성을 향상시킬 수 있고 균일한 특성을 가질 수 있다.
상기 혼합물을 형성하는 단계(ST100)에서 상기 혼합물은 안료, 안정제, 가소제, 충진제, 황변 방지제 및 백화현상 방지제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
이어서, 상기 프리폼을 형성하는 단계(ST300)가 진행될 수 있다. 상기 프리폼을 형성하는 단계(ST300)는 상기 혼합물을 이용하여 프리폼(100)을 형성하는 단계일 수 있다. 상기 프리폼(100)은 사출 성형기를 통해 제조될 수 있다.
상기 프리폼을 형성하는 단계(ST300)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 내부 전체에 흘러 들어가면 상기 피스톤은 원위치로 되돌아오고, 상기 프리폼 사출 금형은 분리되어 상기 프리폼 사출금형 내부에서 고체화된 상기 프리폼(100)을 얻을 수 있다. 상기 프리폼을 형성하는 단계(ST300)에서 상기 프리폼(100)의 사출 온도는 약 280℃ 내지 약 320℃일 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼을 형성하는 단계(ST300)에서 사출 온도는 약 290℃ 내지 약 310℃일 수 있다. 더 자세하게, 상기 프리폼을 형성하는 단계(ST300)에서 사출 온도는 약 295℃ 내지 약 305℃일 수 있다. 바람직하게, 상기 프리폼을 형성하는 단계(ST300)에서 사출 온도는 약 300℃일 수 있다. 또한, 사출한 프리폼(100)의 건조 온도는 약 155℃ 내지 약 180℃일 수 있다. 자세하게, 사출한 프리폼(100)의 건조 온도는 약 155℃ 내지 약 170℃일 수 있다. 더 자세하게, 상기 사출한 프리폼(100)의 건조 온도는 약 155℃ 내지 약 165℃일 수 있다. 바람직하게, 상기 사출한 프리폼(100)의 건조 온도는 약 160℃일 수 있다.
프리폼의 사출온도 프리폼의 건조온도 헤이즈 (Haze) 가스 배리어 특성 개선률
비교예 270℃ 150℃ 21.3% -11%
실시예 300℃ 160℃ 9.8% 21%
표 1은 프리폼을 형성하는 단계(ST300)에서 실시예에 따른 프리폼(100)과 비교예에 따른 프리폼(100)의 사출 온도 및 건조 온도를 비교한 것이다. 실시예와 비교예에 따른 프리폼(100)은, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 2 중량%의 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 혼합한 혼합물을 프리폼 사출 성형기를 이용하여 제조하였다. 이후 상기 프리폼을 블로우 성형하여 음료 용기를 제조하여 헤이즈(Haze) 특성 및 가스 배리어성을 분석하였다.
표 1을 참조하면, 비교예의 경우 프리폼을 270℃의 온도에서 사출하고 150℃의 온도에서 건조하여 헤이즈 특성과 가스 배리어성이 저하되는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 프리폼의 사출 온도 및 건조 온도가 상술한 범위를 벗어날 경우 제조되는 프리폼의 결정화도 변화가 가스 배리어성이 저하될 수 있고, 상기 첨가제에 의해 헤이즈 등과 같은 광학적 특성이 저하될 수 있다.
반면, 실시예의 경우 프리폼을 300℃의 온도에서 사출하고 150℃의 온도에서 건조하여 비교예와 비교하여 헤이즈 특성 및 가스 배리어성이 향상되는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 프리폼(100)의 사출 온도 및 건조 온도가 상술한 범위를 만족함에 따라 상기 프리폼을 형성하는 단계(ST300)에서 제조되는 프리폼(100)의 결정화도를 향상시킬 수 있고, 이로 인해 광학적 특성과 가스 배리어 특성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 상기 프리폼을 형성하는 단계(ST300)에서 상술한 사출 온도 및 건조 온도는 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하며, 이에 따라, 상기 프리폼(100)을 이용하여 제조되는 음료 용기(200)의 헤이즈 특성과 저장 수명(Shelf life)을 향상시킬 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 네크부를 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, 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)가 진행될 수 있다. 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 상기 프리폼(100)을 결정화하는 단계일 수 있다. 자세하게, 상기 결정화하는 단계(S405)는 상기 프리폼(100)을 에이징(aging)하는 과정을 통해 부분 결정화하는 단계일 수 있다. 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)에서 상기 프리폼(100)의 내부 응력은 감소할 수 있고 결정화도는 향상될 수 있다.
종래에는, 상기 프리폼 사출 성형기로 형성한 상기 프리폼(100)을 창고와 같은 공간에 저장해두고 필요에 따라 블로우 성형기에 장착하여 음료 용기(200)를 형성하였다. 하지만, 실시예는 상기 프리폼(100)을 블로우하기 이전에 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)가 진행될 수 있다. 이 단계(S500)를 통해 상기 프리폼(100)의 결정화도를 향상시킬 수 있다. 상기 에이징하는 단계(S500)는 열처리 장치를 이용하는 단계일 수 있다.
상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)에서 상기 프리폼(100)은 수용부(300) 내에 수용되어 에이징될 수 있다. 상기 수용부(300)는 상기 수용부(300)의 내부로 열, 바람 등이 전달될 수 있는 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 수용부(300)는 판지 등의 종이, 플라스틱, 금속 및 수지 등의 재질을 포함할 수 있고, 표면에 열, 바람 등을 효과적으로 전달하기 위한 복수의 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 수용부(300) 내에는 복수 개의 프리폼(100)들이 배치될 수 있고, 상기 수용부(300)는 열처리 장치(500) 내에 배치될 수 있다. 상기 수용부(300)는 상기 열처리 장치(500) 내에 배치되는 지지 부재(400) 상에 배치될 수 있다. 상기 지지 부재(400)는 상기 수용부(300)를 지지하며, 복수의 개구부를 포함하여 상기 수용부(300)의 하면에 열을 공급할 수 있다. 일례로, 상기 지지 부재(400)는 팔레트(palatte)등을 포함할 수 있다. 상기 수용부(300)는 상기 지지 부재(400)에 의해 상기 열처리 장치(500)의 하면으로부터 이격될 수 있다.
상기 열처리 장치(500)는 순환 부재(600)를 포함할 수 있다. 상기 열처리 장치(500)는 적어도 하나의 팬(fan)(610)을 포함하는 순환 부재(600)를 포함할 수 있다. 상기 순환 부재(600)는 상기 수용부(300)의 하면 상에 위치할 수 있다. 상기 순환 부재(600)는 상기 수용부(300)의 하면 상에 열을 공급할 수 있다. 자세하게, 상기 순환 부재(600)의 팬(610)은 상기 수용부(300)의 하면 상으로 바람을 가할 수 있고 이에 따라 상기 수용부(300)의 하면에 균일한 열을 공급할 수 있다. 또한, 상기 순환 부재(600)는 상기 수용부(300)의 상면 상에 배치되어 상기 수용부(300)의 상면에 균일한 열을 공급할 수 있다. 또한, 상기 순환 부재(600)는 상기 지지 부재(400)와 일체로 형성될 수 있고, 이 경우 상기 지지 부재(400) 및 상기 순환 부재(600) 중 하나는 생략될 수 있다.
상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 상온(약 25℃)보다 높은 온도에서 진행될 수 있다. 또한, 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)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 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 약 60℃ 내지 약 120℃의 온도에서 진행될 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 약 60℃ 내지 약 110℃의 온도에서 진행될 수 있다.
상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)에서 상기 프리폼(100)을 에이징하는 온도가 약 60℃ 미만인 경우, 블로우 성형으로 형성되는 음료 용기(200)의 결정화도 변화가 적어 종래의 음료 용기(200)와 비교하여 저장 수명(Shelf life) 특성 향상이 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.
상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 약 24시간 내지 80시간 진행될 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 약 30시간 내지 약 70시간 진행될 수 있다. 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 약 36시간 내지 약 70시간 진행될 수 있다. 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)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 80시간을 초과할 경우, 상기 프리폼(100)에 백화현상이 발생될 수 있고, 오히려 전체적인 결정화도가 감소하여 음료 용기(200)의 가스 배리어성이 저하될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 프리폼을 제 1 온도로 가열하는 단계(ST510) 및 프리폼을 제 2 온도로 가열하는 단계(ST520)를 포함할 수 있다.
상기 프리폼을 제 1 온도로 가열하는 단계(ST510)는 프리폼을 제 1 온도로 승온하는 단계(ST511) 및 프리폼을 제 1 온도로 유지하는 단계(ST513)를 포함할 수 있다.
상기 프리폼을 제 1 온도로 승온하는 단계(ST511)는 상기 프리폼(100)을 상온에서 제 1 온도로 가열하는 단계일 수 있다. 상기 제 1 온도는 약 90℃ 내지 약 110℃일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 온도는 약 95℃ 내지 약 105℃일 수 있다. 바람직하게 상기 제 1 온도는 약 100℃일 수 있다. 상기 프리폼을 제 1 온도로 승온하는 단계(ST511)에서 상기 열처리 장치(500)는 약 1℃/min 내지 약 1.2℃/min의 속도로 승온될 수 있다. 상기 승온 속도가 상술한 범위보다 느릴 경우, 상기 승온하는 단계(ST511)의 공정 시간이 증가하여 공정 효율이 저하될 수 있고, 상기 승온 속도가 상술한 범위보다 빠를 경우, 급격한 온도 변화로 상기 프리폼(100)에 열 변형이 일어날 수 있다.
상기 프리폼을 제 1 온도로 승온하는 단계(ST511)는 약 1.5시간 이하 동안 진행될 수 있다. 자세하게, 상기 승온하는 단계(ST511)는 약 1시간 내지 약 1.5시간동안 진행될 수 있다. 더 자세하게, 상기 승온하는 단계(ST511)는 약 1시간 내지 약 1.2시간동안 진행될 수 있다. 즉, 상기 프리폼을 제 1 온도로 승온하는 단계(ST511)에서 상기 열처리 장치(500)는 상술한 승온 속도 및/또는 승온 시간으로 승온하여 제 1 온도에 도달할 수 있다.
상기 프리폼을 제 1 온도로 승온하는 단계(ST511) 이후, 상기 프리폼을 제 1 온도로 유지하는 단계(ST513)가 진행될 수 있다. 상기 단계(ST513)에서 상기 열처리 장치(500)는 상기 제 1 온도를 유지하며 상기 프리폼(100)을 열처리할 수 있다. 상기 프리폼을 제 1 온도로 유지하는 단계(ST513)는 약 5.5시간 내지 약 6.5시간동안 진행될 수 있다. 바람직하게 상기 프리폼을 제 1 온도로 유지하는 단계(ST513)는 약 5시간동안 진행될 수 있다.
상기 프리폼을 제 1 온도로 유지하는 단계(ST513)에서 열처리 온도 및 열처리 시간이 상술한 범위를 만족하지 못할 경우, 상기 수용부(300) 내에 배치되는 프리폼(100)에 열이 효과적으로 전달되지 않을 수 있다. 자세하게, 상기 수용부(300)의 상부 영역, 중심 영역 및 하부 영역에 각각 배치된 복수 개의 프리폼(100)에 열이 균일하게 전달되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 열처리 온도 및 열처리 시간은 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 프리폼을 제 2 온도로 가열하는 단계(ST520)가 진행될 수 있다. 상기 프리폼을 제 2 온도로 가열하는 단계(ST520)는 프리폼을 제 2 온도로 냉각하는 단계(ST521) 및 프리폼을 제 2 온도로 유지하는 단계(ST523)를 포함할 수 있다.
상기 프리폼을 제 2 온도로 냉각하는 단계(ST521)는 상기 프리폼(100)을 상기 제 1 온도에서 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도로 냉각하는 단계일 수 있다. 상기 제 2 온도는 약 60℃ 내지 약 80℃일 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 온도는 약 65℃ 내지 약 75℃일 수 있다. 바람직하게 상기 제 2 온도는 약 70℃일 수 있다. 상기 프리폼을 제 2 온도로 냉각하는 단계(ST521)에서 상기 열처리 장치(500)는 약 0.2℃/min 내지 0.3℃/min의 속도로 감온될 수 있다. 상기 프리폼을 제 2 온도로 냉각하는 단계(ST521)는 약 2.5시간 이하 동안 진행될 수 있다. 자세하게, 상기 냉각하는 단계(ST521)는 약 1.5시간 내지 약 2.5시간동안 진행될 수 있다. 더 자세하게, 상기 냉각하는 단계(ST521)는 약 2시간 동안 진행될 수 있다. 상기 냉각하는 단계(ST521)에서 상기 열처리 장치(500)는 상술한 감온 속도로 감온하여 상기 제 2 온도에 도달할 수 있다.
상기 프리폼을 제 2 온도로 냉각하는 단계(ST521) 이후, 상기 프리폼을 제 2 온도로 유지하는 단계(ST523)가 진행될 수 있다. 상기 단계(ST523)에서 상기 열처리 장치(500)는 상기 제 2 온도를 유지하며 상기 프리폼(100)을 열처리할 수 있다. 상기 프리폼을 제 2 온도로 유지하는 단계(ST523)는 상기 프리폼을 제 1 온도로 가열하는 단계(ST510)보다 긴 시간 동안 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 온도로 유지하는 단계(ST523)는 약 30시간 내지 약 45시간 동안 진행될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 온도로 유지하는 단계(ST523)는 약 35시간 내지 약 42시간 동안 진행될 수 있다.
상기 프리폼을 제 2 온도로 유지하는 단계(ST523)에서 열처리 온도 및 열처리 시간이 상술한 범위를 만족하지 못할 경우, 상기 수용부(300) 내에 배치되는 프리폼(100)에 열이 효과적으로 전달되지 않을 수 있다. 자세하게, 상기 수용부(300)의 상부 영역, 중심 영역 및 하부 영역에 각각 배치된 복수 개의 프리폼(100)에 열이 균일하게 전달되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 열처리 온도 및 열처리 시간은 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
실시예에 따른 상기 프리폼을 제 1 온도로 가열하는 단계(ST510)는 상기 프리폼을 제 2 온도로 가열하는 단계(ST520)를 위한 사전 가열 단계일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 온도로 가열하는 단계(ST510)를 통해 상기 수용부(300) 내부의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있고, 상기 수용부(300)의 상부 영역, 중심 영역 및 하부 영역에 각각 배치된 프리폼(100)들에 상기 제 2 온도의 열을 효과적으로 전달할 수 있다. 반면, 상기 프리폼을 제 1 온도로 가열하는 단계(ST510)를 생략할 경우, 상기 수용부(300)의 상부 영역, 중심 영역 및 하부 영역에 각각 배치된 프리폼(100)들에 상기 제 2 온도의 열을 균일하게 전달하기 어려울 수 있다. 따라서, 실시예는 상기 제 1 온도로 가열하는 단계(ST510)를 통해 상기 제 2 온도로 가열하는 단계(ST520)에서 상기 수용부(300) 내부에 상기 제 2 온도 이상의 열을 효과적으로 공급할 수 있고, 상기 수용부(300)의 상부 영역, 중심 영역 및 하부 영역에 각각 배치된 프리폼(100)을 균일하게 열처리할 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 프리폼(100)을 균일하게 에이징처리 할 수 있고, 프리폼(100)의 결정화도를 향상시킬 수 있다.
상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 상온으로 냉각하는 단계(ST530)를 더 포함할 수 있다. 상기 상온으로 냉각하는 단계에서 상기 열처리 장치(500)는 약 4℃/min의 속도로 감온될 수 있다. 상기 프리폼을 상온으로 냉각하는 단계(ST530)는 약 15시간 이하 동안 진행될 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼을 상온으로 냉각하는 단계(ST530)는 약 12시간 이하 동안 진행될 수 있다. 상기 상온으로 냉각하는 단계(ST530)에서 상기 열처리 장치(500)는 상술한 감온 속도로 감온하여 상기 제 2 온도에서 상온으로 감온될 수 있다.
상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 고습의 환경에서 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 장치(500) 내부는 고습의 환경일 수 있다. 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)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 에이징 단계의 시간을 감소시킬 수 있고, 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. 즉, 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)는 상술한 습도의 환경에서 진행됨에 따라 상기 프리폼(100)은 투명함을 유지하면서 전체적인 결정화도를 향상시킬 수 있다.
도 7 내지 도 9는 실시예에 따른 프리폼을 에이징하는 단계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면 실시예는 프리폼을 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 프리폼을 정렬하는 단계는 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500) 이전에 진행될 수 있다. 상기 프리폼을 정렬하는 단계에서 복수 개의 프리폼(100)들은 서로 동일한 방향으로 정렬될 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼 주입구(130)는 일 방향을 향하도록 정렬된 상태로 에이징이 진행될 수 있다. 상기 정렬하는 단계를 통해 상기 프리폼(100)들을 일 방향으로 정렬되어 상기 열처리 장치(500) 내에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500)에서 상기 프리폼을 균일하게 에이징할 수 있어 상기 프리폼(100)의 불량률을 감소할 수 있다.
일례로, 도 7을 참조하면 상기 프리폼(100)은 상기 프리폼 주입구(130)가 상기 순환 부재(600)와 대면하지 않게 배치될 수 있다. 상기 프리폼(100)의 하면이 상기 순환 부재(600)와 대면하게 배치될 수 있다. 상기 프리폼(100)의 하면은 상기 순환 부재(600)의 팬(610)과 마주하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼 외측면(114)에 열을 효과적으로 전달할 수 있어 상기 프리폼 외측면(114)의 결정화도는 향상될 수 있고, 상기 프리폼 외측면(114)의 결정화도는 상기 프리폼 내측면(112)의 결정화도보다 클 수 있다. 또한, 상기 프리폼(100)을 이용하여 음료 용기(200)를 제조할 경우, 제조되는 음료 용기(200)의 용기 외측면(214)의 결정화도는 용기 내측면(212)의 결정화도보다 클 수 있다. 상기 음료 용기(200)의 결정화도는 상기 용기 내측면(212)에서 상기 용기 외측면(214)으로 갈수록 점점 커질 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 음료 용기(200)는 상기 용기 외측면(214)은 용기 내측면(212)보다 높은 경도 값을 가질 수 있어 외부 물리적 충격 등으로부터 음료 용기(200)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 음료 용기(200)의 용기 외측면(214)의 결정화도가 용기 내측면(212)의 결정화도보다 큼에 따라, 액체류에 포함된 가스가 음료 용기(200) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있어 저장 수명(shelf life)를 향상시킬 수 있다.
또 다른 예로, 도 8을 참조하면 상기 프리폼(100)은 상기 프리폼 주입구(130)가 상기 순환 부재(600)와 대면하게 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼(100)은 상기 프리폼 주입구(130)가 상기 순환 부재(600)의 팬(610)과 마주하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼 내측면(112)에 열을 효과적으로 전달할 수 있어 상기 프리폼 내측면(112)의 결정화도는 향상될 수 있고, 상기 프리폼 내측면(112)의 결정화도는 상기 프리폼 외측면(114)의 결정화도보다 클 수 있다. 또한, 상기 프리폼(100)을 이용하여 음료 용기(200)를 제조할 경우, 제조되는 음료 용기(200)의 용기 내측면(212)의 결정화도는 용기 외측면(214)의 결정화도보다 클 수 있다. 상기 음료 용기(200)의 결정화도는 상기 용기 외측면(214)에서 상기 용기 내측면(212)으로 갈수록 점점 커질 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 음료 용기(200)는 액체류에 포함된 가스가 음료 용기(200) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있어 저장 수명(shelf life)을 향상시킬 수 있다.
또 다른 예로, 도 9를 참조하면 상기 열처리 장치(500)는 복수 개의 순환 부재(600)를 포함할 수 있다. 상기 순환 부재(600)는 수용부(300)의 상면 및 하면 상에 각각 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 프리폼(100)의 하면과 상기 프리폼(100)의 내부에 열을 효과적으로 전달할 수 있어 상기 프리폼 내측면(112)과 상기 프리폼 외측면(114)의 결정화도를 균일하게 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 프리폼(100)을 이용하여 음료 용기(200)를 제조할 경우, 제조되는 음료 용기(200)의 용기 외측면(214)의 결정화도는 용기 내측면(212)의 결정화도와 대응될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 음료 용기(200)는 전체적인 내구성을 향상시킬 수 잇고, 액체류에 포함된 가스가 음료 용기(200) 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 저장 수명(shelf life)을 극대화할 수 있다.
상기 프리폼을 에이징하는 단계(ST500) 이후에 음료 용기를 형성하는 단계(ST700)가 진행될 수 있다. 상기 음료 용기를 형성하는 단계(ST700)는 에이징을 마친 상기 프리폼(100)을 블로우하여 음료 용기(200)를 제조하는 단계일 수 있다. 이 단계(ST700)에서 상기 프리폼(100)은 블로우 성형기에 장착되어 성형될 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 용기를 형성하는 단계(ST700)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 용기를 형성하는 단계(ST700)에서 상기 프리폼(100)은 상기 프리폼(100)에 포함된 열가소성 수지의 유리전이온도(Tg)보다 높은 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 프리폼(100) 및 상기 음료 용기의 결정화도 특성을 향상시키는 물질일 수 있다. 상기 첨가제에 의해 상기 음료 용기(200)의 결정화도는 향상될 수 있다.
이하 실험예와 비교예를 통하여 본 발명의 작용 및 효과를 보다 상세하게 설명한다.
실험예 1
폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)를 사출 성형기에 투입하여 300℃의 온도에서 프리폼을 사출하였고 160℃의 온도에서 건조하였다.
제조된 복수의 프리폼은 수용부 내에 배치하였고 열처리 장치를 통해 에이징하였다. 먼저 상기 수용부를 상온의 열처리 장치에 투입하여 1℃/min의 승온 속도로 100℃까지 승온하였으며, 100℃의 온도에서 6시간 동안 열처리하였다. 이후, 상기 열처리 장치를 0.25℃/min의 속도로 70℃까지 냉각하였으며, 70℃의 온도에서 38.8시간 동안 열처리하였다. 즉, 100℃ 및 70℃의 온도에서 총 48시간 열처리하였으며, 48시간 이후 12시간동안 상기 열처리 장치를 서서히 상온으로 냉각하였다.
에이징 처리를 마친 프리폼을 블로우 성형기에 장착하여 투명한 음료 용기 10개를 제조하였으며, 음료 용기 내에 탄산 가스(CO2)를 포함하는 액체를 주입하였다.
이후, 탄산 가스(CO2) 투과도 시험기(MOCON 사의 Permatran C10)를 이용하여 각각의 음료 용기의 탄산 가스 투과도를 측정하고 측정한 투과도를 바탕으로 저장 수명을 분석하였다.
실험예 2
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 2 중량%의 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 혼합하여 혼합물을 형성하였다. 상기 혼합물을 사출 성형기에 투입하여 300℃의 온도에서 프리폼을 사출하였고 160℃의 온도에서 건조하였다.
제조한 프리폼을 실험예 1과 동일하게 에이징 처리, 블로우 성형하여 투명한 음료 용기 30개를 제조하였으며, 음료 용기 내에 탄산 가스(CO2)를 포함하는 액체를 주입하였다.
이후, 실험예 1과 동일하게 각각의 음료 용기의 탄산 가스 투과도를 측정하고 측정한 투과도를 바탕으로 저장 수명을 분석하였다.
비교예
폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)를 사출 성형기에 투입하여 300℃의 온도에서 프리폼을 사출하였고 160℃의 온도에서 건조하였다.
제조된 프리폼을 실험예 1 및 실험예 2와 같이 에이징 처리 없이 상온에서 보관 후 블로우 성형하여 투명한 음료 용기 10개를 제조하였으며, 음료 용기 내에 탄산 가스(CO2)를 포함하는 액체를 주입하였다.
이후, 실험예 1 및 실험예 2와 동일하게 각각의 음료 용기의 탄산 가스 투과도를 측정하고 측정한 투과도를 바탕으로 저장 수명을 분석하였다.
비교예의 저장 수명(day) 용기 1 용기 2 용기 3 용기 4 용기 5 용기 6
43.5 54.4 52.4 50.6 51.5 49
용기 7 용기 8 용기 9 용기 10 평균 표준편차
49.8 47.1 50.5 44.1 49 3.1
실험예 1의 저장 수명(day) 용기 1 용기 2 용기 3 용기 4 용기 5 용기 6
57.8 61.1 62 69 71.1 70.6
용기 7 용기 8 용기 9 용기 10 평균 표준편차
63.3 63 59.6 58.3 63.6 5
표 2, 표 3 및 도 10을 참조하면, 비교예의 저장 수명(shelf life)은 평균 49일인 것을 알 수 있고, 실험예 1의 경우 평균 63.6일인 것에 대해 알 수 있다. 즉, 실험예 1과 같이 고온 고습의 환경에서 프리폼(100)을 에이징 처리하고, 상기 프리폼(100)으로 음료 용기(200)를 제조할 경우, 상기 음료 용기(200)의 가스 배리어 특성이 향상되는 것을 알 수 있다. 자세하게, 상기 프리폼(100)을 고온고습 환경에서 에이징 처리할 경우, 상기 프리폼(100)의 잔류 응력을 효과적으로 감소시켜 결정화도를 향상시킬 수 있고, 상기 프리폼(100)으로 음료 용기(200)를 제조할 경우 상기 음료 용기(200)의 결정화도가 향상되어 용기의 평균 저장 수명이 비교예와 비교하여 14.6일, 약 30% 향상되는 것을 알 수 있다.
실험예 2의 저장 수명(day) 용기 1 용기 2 용기 3 용기 4 용기 5 용기 6 용기 7 용기 8
62.8 66.4 65.1 64.5 64.1 66.3 68.8 65.5
용기 9 용기 10 용기 11 용기 12 용기 13 용기 14 용기 15 용기 16
63.3 65.8 67.2 66.9 61.8 72.5 76.1 68.7
용기 17 용기 18 용기 19 용기 20 용기 21 용기 22 용기 23 용기 24
69.2 65.5 67.6 65.7 67 66.4 65 66
용기 25 용기 26 용기 27 용기 28 용기 29 용기 30 평균 표준편차
66.6 66 65.6 65.1 66.3 66 66.5 2.7
또한, 표 4 및 도 11을 참조하면, 실험예 2의 경우 평균 저장 수명이 약 66.5일인 것을 알 수 있다. 즉, 실험예 2와 같이 프리폼(100) 제조를 위한 혼합물이 약 2 중량%의 첨가제를 포함하고, 제조된 프리폼(100)을 고온 고습의 환경에서 에이징 처리할 경우 음료 용기(200)의 가스 배리어 특성이 보다 향상되는 것을 알 수 있다. 자세하게, 상기 음료 용기(200)의 결정화도가 보다 향상되어 음료 용기(200)의 평균 저장 수명이 비교예와 비교하여 17.5일, 약 35.6% 향상되는 것을 알 수 있고, 상기 첨가제를 생략한 실험예 1과 비교하여 2.9일, 약 4.6% 향상되는 것을 알 수 있다.
즉, 실시예는 프리폼(100)을 블로우 성형하기 이전인 프리폼(100)을 보관하는 단계에서, 상기 프리폼(100)을 고온고습의 환경에 노출시켜 에이징 처리할 수 있다. 이에 따라, 프리폼(100) 및 상기 프리폼(100)으로 제조한 음료 용기(200)의 특성을 향상시킬 수 있다.
자세하게, 실시예는 에이징(aging) 처리한 프리폼(100)을 이용하여 음료 용기(200)를 제조함에 따라 제조되는 음료 용기(200)의 결정화도를 향상시킬 수 있다. 자세하게, 상기 에이징 처리에 의해 프리폼(100) 내부의 잔류 응력을 효과적으로 감소시킬 수 있고, 열가소성 수지 사이의 공극을 수를 감소시킬 수 있어 제조되는 음료 용기의 가스 배리어성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 음료 용기(200)의 저장 수명(shelf life)을 극대화할 수 있다.
또한, 실시예는 프리폼(100)을 제조하기 위한 혼합물에 첨가제가 포함될 수 있다. 이에 따라, 제조되는 프리폼(100) 및 음료 용기(200)의 결정화도를 향상시켜 음료 용기(200)의 가스 배리어성을 향상시킬 수 있고, 저장 수명(shelf life)을 극대화할 수 있다.
또한, 실시예는 프리폼 사출 성형 시 사출 온도 및 건조 온도 등을 제어하여, 제조되는 프리폼(100)의 광학적 특성을 개선할 수 있다. 이에 따라, 음료 용기(200)는 투명함을 유지할 수 있고 향상된 외관을 가질 수 있다.
또한, 실시예는 프리폼을 에이징 처리 시, 프리폼(100)을 제 1 온도로 가열하는 단계(ST510) 및 상기 프리폼(100)을 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도로 가열하는 단계(ST520)를 포함한다. 이에 따라, 열처리 장치(500) 내에 배치되는 복수 개의 프리폼(100)에 에이징 처리를 위한 열을 효과적으로 전달하여 상기 복수 개의 프리폼(100)의 결정화도를 균일하게 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 복수 개의 프리폼(100)을 일 방향으로 정렬하여 에이징 처리할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 프리폼(100)을 균일하게 에이징할 수 있고 불량률을 감소할 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 프리폼(100)이 일 방향으로 정렬됨에 따라 상기 에이징하는 단계(ST500)에서 프리폼 외측면(114) 및 프리폼 내측면(112) 각각의 결정화도를 제어할 수 있다. 이에 따라, 제조되는 음료 용기(200)는 내구성이 향상되어 우수한 신뢰성을 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 (9)

  1. 열가소성 수지를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 이용하여 프리폼을 형성하는 단계;
    상기 프리폼을 에이징하는 단계; 및
    상기 에이징된 프리폼을 블로우하여 음료 용기를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 프리폼을 에이징하는 단계는,
    상기 프리폼을 제 1 온도로 가열하는 단계;
    상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도로 상기 프리폼을 냉각하는 단계; 및
    상기 프리폼을 상기 제 2 온도로 유지하는 단계;를 포함하는,
    음료 용기 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합물은, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 더 포함하는 음료 용기 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리폼을 에이징하는 단계는,
    24시간 내지 80시간 동안 진행되는, 음료 용기 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리폼을 에이징하는 단계는, 상기 프리폼에 포함되는 상기 열가소성 수지의 결정화 온도(Tc)보다 낮은 온도에서 진행하는 음료 용기 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 90℃내지 110℃인 음료 용기 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 온도는 60℃내지 80℃인 음료 용기 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리폼을 상기 제 2 온도로 유지하는 단계는,
    상기 프리폼을 상기 제 1 온도로 가열하는 단계보다 긴 시간동안 진행되며, 30시간 내지 45시간동안 진행되는 음료 용기 제조 방법.

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