KR20210018877A - 음료를 위한 복합재 운반 용기 - Google Patents
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Abstract
음료를 운반하기 위한 용기로서, 상기 용기는, PU 및/또는 PET 폼 코어, 수지 외측 외장재, 및 수지 내측 외장재를 포함하는 샌드위치 구조적 적층물로 제조된 적어도 하나의 부분을 포함한다.
Description
본 발명은 음료를 위한 운반 용기(transport container) 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 음료를 운반하기 위한 접이식(foldable) 또는 열성형 가능한 상자에 관한 것으로서, 상기 상자는 샌드위치 적층 구조물(sandwich laminate structure)을 갖는 부분을 포함한다.
최근 몇 년 동안, 음료 수출이 크게 증가하였으며, 그 결과로, 운반 변수(예를 들어, 빛, 온도, 움직임 및 진동과 같은 조건 및 시간)에 상기 음료가 점점 더 많이 노출되고 있다. 이러한 모든 조건은 음료, 특히 탄산 음료, 특히 맥주의 안정성 및 이의 품질에 영향을 줄 수 있다.
맥주는 진동이 맥주의 화학적 및 감각적 품질(즉, 맥주의 숙성)에 직접적인 영향을 주는 특정한 종류의 음료이다. 진동은 병의 상부 부분의 산소를 맥주와 혼합하여 분자의 충돌을 증가시킴으로써, 숙성 화합물의 발생을 유발하는 경향이 있다. 특히, 알데히드의 증가, 쓴맛 화합물의 감소, 탁함 및 색상 변화는, 맥주 품질에 영향을 주는 효과이다.
판지 상자(carton box)가 음료를 위한 운반 용기로 사용되었다. 상기 판지 상자는 손상된 상태로 회수되며 습도에 민감하여, 물류, 품질 및 소비자 인식에 직접적인 영향을 준다. 한편, 플라스틱 상자는 위에 언급된 바와 같은 운반 변수를 해결하지 못한다. 위의 사항으로부터, 고품질의 안정적인 맥주 풍미를 유지하기 위한 개선된 운반 용기가 필요하다는 것은 분명하다.
본 발명은 음료, 특히 맥주 병을 효과적이고 효율적으로 수용하여 운반하기 위해, 환경 친화적이고, 회수 가능하며, 가볍고, 내구성이 있으며, 재활용 가능하고, 고급스러운 외관 및 저비용의 용기를 가능하게 하는 상자, 특히 판지 상자에 회수 가능한 개선을 제공함으로써, 전술한 단점을 해결한다.
위의 문제는 음료, 특히 맥주(즉, 맥주 병 및 맥주 캔)를 수용하여 운반하기 위한 용기에 의해 해결되며, 상기 용기는, 샌드위치 적층 구조물로 제조된 적어도 하나의 부분을 포함한다.
본 발명에 따라, 상기 샌드위치 적층 구조물은 폴리머 층을 포함하며, 이에 따라 샌드위치 적층 구조물은 PU 및/또는 PET 폼 코어(foam core)를 갖는다.
전형적으로, 폼 코어를 갖는 경량 샌드위치 패널은, 기계적 특성의 감소와 같은 극복할 문제가 있는 것으로 여겨지는 특정 제약을 가지며, 이는 내하력(load bearing capacity)을 필요로 하는 적용예(즉, 운반)에 패널을 사용할 수 없게 한다. 본 발명은 샌드위치 복합재의 특정 구성 및 재료 선택에 의해 폼 코어를 갖는 샌드위치 구조물을 사용할 수 있게 하는 동시에, 이로 제조된 용기의 감쇠 특성을 개선할 수 있게 한다. 본 발명에 따라, 상기 샌드위치 구조물로 제조된 결과적인 용기는, 경제적이고 비용 효율적인 방식으로 가공될 수 있다.
음료를 운반하기 위한 용기로서, 상기 용기는, 열가소성 수지 PU 및/또는 PET 폼 코어, 수지 외측 외장재(outer skin), 및 수지 내측 외장재(inner skin)를 포함하는 샌드위치 구조적 적층물(laminate)로 제조된 적어도 하나의 부분을 포함하며, 코어는 외장재와 일체형으로 통합된다.
본 발명은 음료, 바람직하게는 탄산 음료, 특히 맥주를 운반하기 위한 용기에 관한 것으로서, 상기 용기는, 열가소성 수지 폼 코어, 수지 외측 외장재, 및 수지 내측 외장재를 포함하는 샌드위치 구조적 적층물로 제조된 적어도 하나의 부분을 포함하며, 코어는 외장재와 일체형으로 통합된다. 본 발명에 따라, 코어는 PU 및/또는 PET 폼 코어이다. 구체적인 실시형태에서, 바람직하게는, 폼 코어는, 20 kg/m3 내지 400 kg/m3, 바람직하게는 40 kg/m3 내지 200 kg/m3의 밀도를 갖고, 우수한 압축 강도 및 40% 미만의 결정도를 갖는 밀폐 기포 폼(closed cell foam)이다. 바람직한 수지 내측 및/또는 외측 외장재는, PE, PET, PETE, HDPE, PETG, PEF, PLA/PLLA, 또는 이들의 혼합물로 제조되며, 이에 따라 바람직하게는, 외장재를 강화하기 위해 사용되는 섬유는, 바람직하게는 양마(kenaf), 삼 황마(hemp jute) 또는 아마(flax)로부터 선택된 천연 섬유로 제조된다.
구체적인 실시형태에 따라, 수지 내측 및/또는 외측 외장재는 강화될 수 있으며, 섬유질 피륙(fibrous web) 및/또는 직물에 상기 수지를 함침시킴으로써 제조된다. 전형적으로, 섬유 대 수지의 중량비는 0.1/100 내지 75/25로 가변되며, 코어 층의 두께는 0.1 mm 내지 20 mm로 가변되고, 이에 따라 외장재 층의 두께는 0.01 내지 10 mm, 바람직하게는 0.01 mm 내지 5 mm로 가변된다.
또 다른 구체적인 실시형태에 따라, 모든 부분은, PU 및/또는 PET 폼 코어, 섬유 강화 수지 외측 외장재, 및 섬유 강화 수지 내측 외장재를 포함하는 샌드위치 구조적 적층물로 제조되며, 코어는 외장재와 일체형으로 통합된다.
바람직한 실시예는 상자, 특히 접이식 상자 용기이다. 다른 실시형태에서, 용기는, 병, 캔 등(예를 들어, 맥주 병 및/또는 맥주 캔)과 같은 음료 용기를 운반 동안 고정된 위치로 용기 내에 홀딩하는 톱니형(indented) 구조를 갖는 적어도 하나의 층을 갖는다. 다른 공정 실시형태에 따라(도 1a), 본 발명은 음료를 운반하기 위한 접이식 용기를 제조하기 위한 공정에 관한 것으로서, 공정은, 1) 열가소성 재료의 제1 및 제2 층 시트를 제조하는 단계; 및 2) PU 및/또는 폼 코어 층을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 공정은, 3) 폼이 열가소성 재료에 의해 양측에서 둘러싸이도록, 시트 및 코어 층을 시트 형상의 소재(work piece)로 적층하는 단계; 4) 열성형을 위한 주형에 적층물을 살포하여, 주형 공동(mould cavity)의 형상-부여 벽을 향해 적층물을 가압함으로써, 용기의 부분을 제조하는 단계를 더 포함한다. 다른 공정 실시형태에 따라(도 1b, 도 2), 본 발명은 음료를 운반하기 위한 용기를 제조하기 위한 공정에 관한 것으로서, 공정은, 1) 열가소성 재료의 제1 및 제2 층 시트를 제조하는 단계; 및 2) PU 및/또는 PET 폼 코어 층을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 공정은, 3) 폼이 열가소성 재료에 의해 양측에서 둘러싸이도록, 시트 및 코어 층을 시트 형상의 소재로 적층하는 단계; 4) 적층물을 접어서 용기의 부분 또는 용기 자체를 제조하는 단계; 5) 선택적으로 용기를 조립하는 단계를 더 포함한다. 후속적으로, 맥주 병 또는 맥주 캔이 용기에 배치될 수 있다.
본 발명의 운반 용기는, 샌드위치 적층물(도 1)을 포함하는 용기의 적어도 하나의 부분을 포함하며, 중앙 코어의 대향면들 상에 도포되는 한 쌍의 복합 재료 층들(외장재들로 지칭됨)을 특징으로 한다. 필요한 경우, 외장재에 가해지는 하중을 중앙 코어 상으로 전달하도록 설계된 접착제 재료를 사용하여, 외장재가 중앙 코어에 고정될 수 있다. 결과적으로, 압연에 의해, 즉 다수의 기본 복합 재료 층을 중첩하여 함께 접착함으로써, 외장재가 수득된다.
본 발명의 샌드위치 적층물은 수용된 중량의 우수한 감쇠 특성을 이들이 나타낸다는 점에서 유리하다. 또한, 본 발명에 따른 샌드위치 구조는, 접기 제조 공정(도 1a 및 도 1b 및 도 2)에 의해, 상기 용기(예를 들어, 열성형 상자 또는 하이브리드 상자)의 효율적인 제조를 가능하게 한다.
열가소성 수지 층(외장재)
열가소성 수지 층은, 열가소성 수지 시트로 구성된다. 수지 층에 사용되는 열가소성 수지는 특별히 제한되지 않으며, 임의의 통상적인 열가소성 수지일 수 있다. 본 샌드위치 적층물의 외장재를 제조하기 위한 본 발명에 따른 바람직한 수지는, PE, PET, PETE, HDPE, PTG, PEF, PLA/PLLA, 글리콜을 통해 변성된 PETG 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 변성 PET, 또는 이들의 혼합물이다.
일반적으로 수지를 강화하기 위해 사용되는 유형의 섬유는, 이러한 열가소성 수지를 위한 강화 재료로 사용될 수 있다. 바람직한 섬유 재료는, 황마, 아마, 삼, 코이어(coir), 암파스(ampas), 라미(ramie) 및 면직물과 같은 천연 섬유를 포함할 뿐만 아니라, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 유리 섬유와 이들의 조합물을 포함한다. 천연 섬유 재료의 바람직한 형태는, 황마 바느질된 펠트(jute needled felt) 및 아마이다. 이러한 재료는 저렴하고 표준 재료로서 사용 가능한 동시에, 펠팅 공정의 특성으로 인해(피륙 형성 후의 바느질), 간섭 결합제 없이 섬유 간의 특정한 결합이 존재한다. 천연 섬유 외에도, 유리 섬유, 및/또는 PET와 같은 합성 섬유가 사용될 수 있으며, 직조 구조물을 포함하는 다양한 형태로 존재한다. PET 섬유를 사용함으로써, 동일한 또는 심지어 다른 적용예에 재활용할 수 있게 하기 위해 유리하다. 섬유 강화 재료의 운반 적용예의 추가적인 특성에 따라, 이러한 목적을 위해 적합한 섬유 또는 이의 조합물이 선택될 수 있다. 모두 특정 수분 함량을 갖는 섬유 재료(즉, 황마, 아마, 삼, 코이어, 암파스, 라미 및 면직물 뿐만 아니라, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 유리 섬유와 이들의 조합물)가 사용되며, 이방성 기계적 특성을 적층물에 제공한다.
특히 무작위로 배향된 섬유 매트를 위해 적합한 바람직한 섬유는, 대체로 0.01 내지 300 mm, 바람직하게는 10 내지 100 mm의 길이, 및 대체로 2 내지 20 ㎛, 바람직하게는 7 내지 15 ㎛의 직경을 갖는다. 본 발명에 따른 강화 열가소성 수지 시트는, 섬유 강화 플라스틱(FRP)을 제조하기 위한 알려진 방법에 의해, 전술한 섬유로부터 형성될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 바람직한 방법은, 섬유질 피륙 또는 섬유 혼합물의 직물에 전술한 열가소성 수지를 함침시키는 것이다. 이러한 방법에 사용되는 섬유질 피륙/직물은, 압축 성형과 같은 당업계에 알려진 시트 성형 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 섬유를 펼쳐서 물에 이들을 분산시킴으로써, 시트가 제조될 수 있으며, 이 때, 섬유의 분산을 촉진시키고 분산된 섬유를 적합한 메시 크기의 스크린에 통과시키기 위해, 표면 활성제가 분산물에 첨가될 수 있다. 수지 내의 섬유의 중량 백분율은 0.1 내지 75%의 범위에 걸쳐서 가변될 수 있다. 따라서, 수지 내의 섬유의 중량비는 대체로, 10 중량% 내지 65 중량%, 바람직하게는 25 중량% 내지 60 중량%, 보다 바람직하게는 35 중량% 내지 55 중량%이다.
바람직하게는, 위와 같이 제조된 혼합된 섬유질 피륙은, 적층물을 열성형하는 경우, 열 효과에 따라 폼 코어 층의 치수가 감소하지 않도록 가공된다.
바람직하게는, 강화 열가소성 수지 시트는, 이러한 방식으로 형성된 혼합된 섬유질 피륙/직물에 전술한 열가소성 수지를 함침시킴으로써 형성된다. 혼합된 섬유질 피륙에 열가소성 수지를 함침시키는 것은, 에멀션(emulsion) 형태의 열가소성 수지를 섬유질 피륙 내에 함침시키는 단계, 고무 롤 등으로 과잉 에멀션을 압착하는 단계, 및 약 100 내지 약 130℃로 피륙을 건조하는 단계에 의해 유리하게 달성될 수 있다.
다른 바람직한 방법에 따라, 강화 열가소성 수지 시트는, 열성형하는 단계; 섬유가 그 안에 분산된 열가소성 수지의 에멀션을 섬유 시트 또는 매트에 먼저 함침시키는 단계, 또는 분쇄된 섬유와 같은 섬유가 그 안에 분산된 열가소성 수지의 에멀션을 이러한 최종 섬유의 부직포 피륙에 함침시키는 단계; 과잉 에멀션을 제거하는 단계; 및 약 60 내지 약 130℃의 온도로 피륙을 건조하는 단계에 의해 제조될 수 있다. 얇은 시트를 위한 전형적인 공정 조건은, 130℃, 1 바(bar) 초과 압력, 10분의 압밀, 그리고 10분의 냉각이다. 더 두꺼운 시트의 경우, 더 높은 압력 및 온도가 사용된다.
대안적으로, 강화 열가소성 수지 시트는, 하나 이상의 층 또는 섬유, 및 하나 이상의 열가소성 수지 층을 적층하는 단계, 및 후속적으로, 열가소성 수지의 용융 온도로 층 적층물을 가열하는 단계에 의해 형성된다. 이러한 층 적층물의 바람직한 실시예는, i) 전술한 PE, PET, PETE, HDPE, PTG, PEF, PLA/PLLA, 또는 PETG와 같은 변성 PET와 같은, 열가소성 재료의 층인 제1 층; ii) 바람직하게는 무작위로 배향된 섬유의 매트 또는 직조 매트(예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같은 능직 2/2 평직으로 주어짐)와 같은, 섬유 재료의 층인 제2 층; 및 iii) 전술한 PE, PET, PETE, HDPE, PTG, PEF, PLA/PLLA, 또는 PETG와 같은 변성 PET와 같은, 열가소성 재료의 층인 제3 층을 순서대로 포함한다. 이러한 층 적층물에서, 제1 및 제3 층은 바람직하게는 동일하다. 앞서 언급된 바와 같이, i) 전술한 PE, PET, PETE, HDPE, PTG, PEF, PLA/PLLA, 또는 PETG와 같은 변성 PET와 같은, 열가소성 재료의 단일 층, 및 ii) 바람직하게는 무작위로 배향된 섬유의 매트 또는 직조 매트(예를 들어, 능직 2/2 평직으로 주어짐)와 같은, 섬유 재료의 층인 제2 층의 적층물과 같은, 다른 층 적층물이 제조될 수 있음은 분명하다. 적층되면, 층들이 제1 및 제3 층의 열가소성 재료의 용융 온도로 가열됨으로써, 열가소성 재료를 섬유에 함침시킬 수 있으며, 층들이 가압 압연되고 냉각되어, 강화 열가소성 수지 시트를 생성한다.
(적층 전의) 강화 열가소성 수지 시트의 두께는, 결과적인 적층물의 최종 용도 등에 따라 가변될 수 있다. 대체로, 이는 0.010 내지 10 mm, 바람직하게는 0.05 내지 5 mm일 수 있다.
코어 폼 시트
본 발명에 따른 폼은, PU 및/또는 PET 폼으로부터 선택된 폼이다. 바람직하게는, 폼은 약 20 내지 400 kg/m3의 밀도를 갖는다. 바람직한 폼 밀도는 60 kg/m3 초과 등의 밀도이다. 일부 실시형태는 120 kg/m3 미만의 밀도를 갖는다.
바람직한 실시형태에서, 폼은 약 0.1 mm 내지 20 mm, 바람직하게는 0.3 mm 내지 10 mm의 제1 및 제2 주 표면 사이의 두께를 갖는다.
바람직한 실시형태에서, 폼은 압출된, 가교된 또는 주조된 폼이다. 본 발명의 수지 폼의 제조를 위해, 전형적으로 압출기가 사용된다. 열가소성 수지는 압출기에서 상승된 압력에 따라 용융되며, 용융된 수지는 다이(die)를 통하여 저압 구역으로 압출되어, 폼을 생성한다.
본 발명의 수지 폼의 제조 시에, 첨가제가 열가소성 수지에 첨가될 수 있다. 첨가제를 첨가함으로써, 압출 동안 열가소성 수지의 점탄성 특성이 개선될 수 있으며, 이에 따라 가스화된 고체 또는 액체 발포제가 밀폐 기포의 내부에 유지될 수 있고, 압출기를 사용하여, 균일하게 분산된 미세 기포가 형성될 수 있다.
화학적 발포제를 포함하는 임의의 발포제가 본 발명의 열가소성 수지 폼의 제조에 사용될 수 있다. 불활성 가스, 포화 지방족 탄화수소, 포화 지방족고리 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 에테르 및 케톤과 같은, 바람직한 발포제가 바람직하다. 이러한 용이한 기화성 발포제의 실시예는, 이산화탄소, 초임계 이산화탄소, 질소, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 메틸펜탄, 디메틸부탄, 메틸시클로프로판, 시클로펜탄, 시클로헥산, 메틸시클로펜탄, 에틸시클로부탄, 1,1,2-트리메틸시클로프로판, 트리클로로모노플루오로메탄, 디클로로디플루오로메탄, 모노클로로디플루오로메탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 디클로로테트라플루오로에탄, 디클로로트리플루오로에탄, 모노클로로디플루오로에탄, 테트라플루오로에탄, 디메틸 에테르, 2-에톡시에탄, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 아세틸아세톤, 디클로로테트라플루오로에탄, 모노클로로테트라플루오로에탄, 디클로로모노플루오로에탄, 및 디플루오로에탄을 포함한다.
본 발명의 열가소성 수지 폼의 제조 시에, 안정제, 팽창 조핵제, 안료, 충전제, 난연제, 및 정전기 방지제가 수지 혼합물에 선택적으로 첨가되어, 열가소성 수지 폼 및 이의 성형품의 물리적 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 열가소성 수지 폼의 제조 시에, 단축 또는 다축 압출기 및 탠덤 압출기를 사용하는 압출 공정 및 취입 성형 공정 중 어느 하나에 의해, 발포성형(foaming)이 수행될 수 있다. 압출 공정 또는 취입 성형 공정에 사용되는 다이는, 원하는 폼의 형상에 따라 평판 다이, 원형 다이, 및 노즐 다이이다.
압출기를 통해 압출되는 사전 팽창된(주 팽창된) 폼은 낮은 팽창비만을 가지며, 대체로 높은 밀도를 갖는다. 팽창비는 폼의 형상에 따라 가변되지만, 압출기 폼이 시트인 경우, 최대 약 5배이다. 본 발명에서, 이와 같이 수득된 사전 팽창된 폼은 압출 직후에 이의 온도가 높지만, 대체로 30 내지 90℃ 범위의 온도로 냉각된다. 전형적으로, 폼은 대체로 이의 유리 전이 온도 이하의 온도로 냉각된다. 사전 팽창된 폼이 냉각되면, 결정화할 시간 없이 침전되므로, 이의 결정도가 낮다. 결정도는 냉각도에 따라 가변된다.
수지 폼이 사후 팽창되어, 더 낮은 밀도를 갖는 폼을 형성할 수 있다. 일반적으로, 사후 팽창은, 물 또는 증기로 가열함으로써 용이하게 수행될 수 있다. 팽창은 균일하게 수행될 수 있으며, 결과적인 사후 팽창된 폼은, 미세하고 균일한 밀폐 기포를 갖는다. 이러한 방식으로, 양질의 저밀도 폼이 수득될 수 있다. 따라서, 사전 팽창된 폼이 가열되는 경우, 저밀도 폼이 용이하게 수득될 수 있을 뿐만 아니라, 사후 팽창된 폼이 더 높은 결정도를 갖게 될 수 있다. 최대 40%까지의 더 높은 결정도를 갖는 폼은 본 발명에 따른 사양 면에서 우수한 폼이다.
또한, 열가소성 폴리에스테르 수지의 용융 점도, 다이 팽창비 등은, 압출 폼 시트를 제조하기 위한 본 발명의 공정에서 조정된다. 열가소성 폴리에스테르 수지의 압출 폼 시트는, 바람직하게는 10 kg/m3 이하, 보다 바람직하게는 7 kg/m3 이하의 밀도를 갖는다. 밀도가 12 kg/m3를 초과하는 경우, 폼 시트로서의 경량 특성 및 감쇠 특성의 사양이 열등하다.
바람직한 압출 폼 시트는 40% 이하의 결정도를 갖거나/갖고, 열성형성의 관점에서, 폼 시트의 면의 방향으로 5배 이하의 분자 배향비가 바람직하다. 폼 코어는 파형 또는 벌집 형상 구조물과 같이, 균일하게 또는 불균일하게 구성될 수 있다. 삼각형 또는 파형 구조물이 구성될 수 있으므로, 코어에 걸쳐서 밀도 변화를 가능하게 할 수 있다. 폴리우레탄 및 PET 폼을 사용함으로써, 우수한 감쇠 특성을 제공하면서, 유리한 비용/중량/강도 비율을 제공하는 것으로 확인되었다. 바람직하게는, 폼 코어는 최소 0.3 MPa의 압축 강도를 가져야 한다.
바람직하게는, 코어는 밀폐 기포 폼, 부분 밀폐 또는 개방 기포 폼을 포함해야 한다. 밀폐 기포 폼은 수지가 코어에 완전히 함침될 수 있게 하지 않으면서, 우수한 결합을 위해 충분한 표면 "거칠기"를 제공한다. 또한, 코어는 폼으로 충전된 벌집 형상 구조물을 포함할 수 있다. 벌집 형상을 사용함으로써, 압축 강도 및 전단 강도가 모두 증가할 수 있다.
적층물의 형성
본 발명의 적층물은, 폼 수지 시트의 양 표면에 열가소성 수지 시트를 단일 구조물로 적층함으로써 형성될 수 있다. 수지 적층물을 제조하기 위한 알려진 방법에 따라, 예를 들어 형성된 폼 코어의 양 표면 상에 열가소성 수지 시트를 중첩하여 열 및 압력에 따라 이들을 압밀함으로써, 시트 적층이 수행될 수 있다. 가열 및 가압 조건은, 각각의 시트를 구성하는 수지에 따라 가변될 수 있다. 대체로, 가열 온도는 90 내지 200℃의 범위이고, 압력은 1 내지 25 바, 바람직하게는 1 내지 5 바이다.
다른 바람직한 방법에 따라, 열가소성 재료 층, 섬유 층, 및 하나 이상의 폼 층을 특정 순서로 적층하는 단계, 및 후속적으로, 열과 압력을 층에 가하여 열가소성 층을 용융시킴으로써, 섬유를 함침시키고 열가소성 수지를 폼 층에 통합하는 단계에 의해, 적층물이 형성된다. 롤러들 사이에서 냉각되면, 원하는 두께의 적층물이 수득된다.
바람직하게는, 예를 들어, 동일한 재료로 제조된 비대칭 및/또는 불균형 적층물 시트보다 에지 방향 압축 강도가 더 높은 적층물 시트를 수득하도록, 층의 적층이 대칭 및/또는 균형을 이루며, 이에 따라 적층물은 동일한 두께를 갖는 겹(층) 쌍을 갖는 경우 균형을 이루는 것으로 간주되고, 겹의 각도는 +teta 및 -teta이다(https://nptel.ac.in/courses/101104010/lecture17/17_6.htm <https://www.usna.edu/Users /mecheng/pjoyce/composites/Short_Course_2003/7_PAX_Short_Course_Laminate-Orientation-Code.pdf>). 에지 방향 압축 강도는 도 4a에 도시된 바와 같이, 적층물의 2개의 대향면 에지에 압축력을 가함으로써 측정된다. 따라서, 적층물 시트의 평면과 평행한 방향으로 작용력이 가해지고, 최초 파쇄(상이한 유형의 파쇄가 도 4b에 도시됨) 시에 적층물에 가해지는 작용력은 적층물의 에지 압축 강도의 측정값이다.
본 발명을 위한 바람직한 적층물은 다음 순서로 적층함으로써 수득될 수 있다: PETG 필름, 황마의 섬유질 피륙/직물, PETG 필름, PET 폼, PETG 필름, 황마의 섬유질 피륙/직물, 및 PETG 필름.
본 발명의 적층물 중의 폼 코어 시트 층 및 수지 층의 비율은, 예를 들어 적층물에 요구되는 특정 특성에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 2개의 강화 수지 층(b) 대 폼 코어(a)의 중량비는 대체로 1:1 내지 40:1, 바람직하게는 4:1 내지 10:1이다.
본 발명에 따라, 외장재 PET를 갖는 포일 또는 폼으로 존재하는 코어 재료로서, PET 및 PU가 선택된다.
본 발명의 별개의 실시형태에 따라, 본 발명은, PU 및/또는 PET 폼 코어, 수지 외측 외장재, 및 수지 내측 외장재를 포함하는 접이식 적층 구조물에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 적층 구조물은, 예를 들어 본 발명의 적층물이 접힘의 방향성 작용력을 견디기에도 적합하도록 보장하기 위해 특별히 설계되어 제조된다. 구성과 관련하여, 적층 구조물 및 조성은, 접힘이 발생하는 그러한 구역에서 국부적으로 가변될 수 있다. 그러한 구역에서, 섬유가 선택될 수 있으며, 적층물의 다른 구역에 존재하는 그러한 섬유와 상이할 수 있다. 또한, 접히는 영역에 존재하는 상기 섬유의 배향은, 예를 들어 접히는 방향으로 제공되는 최소 탄성도를 보장하도록 이루어질 수 있다. 섬유의 길이 및 두께 및 수분 함량과 같은 파라미터는, 예를 들어 최소 탄성도를 충족시키도록 최적화될 수 있다.
이하의 실시예는 본 발명을 추가적으로 예시한다.
재료 및 레이업(lay-up) 세부 사항
위의 적층 구조물의 감쇠 특성은 당업계에 알려진 동적 테스트에 의해 결정되었으며, 보다 구체적으로는, 적층물의 샘플이 3점 휨 모드로 설정되고, 온도 범위에 따라 1 Hz의 발진이 가해짐으로써, E' 저장 계수(storage module)(재료의 저장된 에너지의 측정값(재료의 탄성 반응) - 값은 영률 값과 상이하며, 동상 성분으로도 지칭됨); E" 손실 계수(재료의 점성 반응의 측정값이며, 또한 열로 소산되는 에너지의 측정값 - 이러한 값은 이상(out of phase) 성분으로도 지칭됨); 및 탄젠트 델타(Tan delta) 감쇠 계수(위상각의 탄젠트 및 E"/E' 비율의 산출값 - 탄젠트 델타가 더 높을수록, 감쇠 계수가 더 높아지고, 재료가 에너지를 더 효율적으로 흡수함)를 결정한다. 테스트 결과에 따라, 위에 개시된 적층 구조물은 HDPE 및 PP와 같은 표준 맥주 상자 제조 재료에 비해, 상당히 더 높은 탄젠트 델타를 갖는 것으로 확인되었다.
적층물의 공정
KFK X와 유사한 모델인, 온도(가열/냉각) 및 압력 제어 장치를 갖는 Meyer Flatbed lamination system®이 사용되었다. 압력을 이용하여 정확한 두께로 재료를 압착하는, 공급 및 가열 구역에 위치된 두께 롤러를 사용하여, 적층물 두께의 결정이 수행된다. 가열 구역에서 배출되는 동안, 재료가 벨트에서 배출되기 전에, 이의 구조물 및 두께가 고정되는 선택적인 두께 조정 영역(두께 조정을 위한 그리고 패널의 균일성을 보장하기 위한 냉각 구역)을 재료가 통과한다. 사용되는 벨트는 5 mm 내지 150 mm의 두께를 갖는 재료를 가공할 수 있다.
공정 조건
· 가열 구역 길이: 3650 mm
· 냉각 구역 길이: 1150 mm
· 적층 속도: 2 m/분
· 인가된 압력: 2 바
· 압력 롤러만을 사용하여, 상부, 하부 부분 상에만 판을 압착
* 자기 강화 폴리머
** BOPP
결과
본 발명 및 표 1의 사양에 따라, 적층/접이식 및 적층/열성형 용기가 제조되었다. 이러한 모든 용기는, 가볍고, 강하며, 진동이 감쇠되고, 고급스러우며, 저비용이고, 친환경적인 용기로 인증되었다. 진동 테스트는 ISO 6721-1:2011에 따라 수행되었다.
적층물을 상자로 가공
적층물을 상자로 변환하거나 가공하는 단계는, 접기, 열성형 또는 두 기술의 조합과 같은, 판지 상자를 형성하는 당업계에 잘 알려진 다수의 공정을 통해 수행될 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같은 제1 공정에 따라, 적층물이 시트로 형성되고, 적절한 평탄한 형상으로 후속적으로 절단된다. 후속적으로, 이러한 평탄한 형상은, 상자를 한정하는 3차원 구조물로 접기, 주름잡기 및/또는 열성형하는 하나 이상의 단계에 의해 가공되며, 상자는 상자의 부분들을 용접, 스티칭, 접착 또는 달리 부착함으로써 제자리에 고정되어, 견고한 상자를 수득한다.
제2 공정에 따라, 적층물의 상이한 층이 절단되거나 적절한 형상으로 제조되어 후속적으로 적층됨으로써, 상자를 한정하는 3차원 구조물로 접기, 주름잡기 및/또는 열성형하는 하나 이상의 단계에 의해 추가적으로 가공될 수 있는 평탄한 형상을 수득하며, 상자는 상자의 부분들을 용접, 스티칭, 접착 또는 달리 부착함으로써 제자리에 고정되어, 견고한 상자를 수득한다.
적층물을 상자로 가공하기 위해 적용되는 공정과 관계없이, 적층물의 그러한 에지에 마감(finish)을 적용하는 것이 바람직하며, 상자의 생성 후에, 폼 층은 커버되지 않는다. 이러한 에지의 마감은, 해당 에지로부터 돌출되는 내측 또는 외측 외장재 층 중 하나를 제조하고, 용접, 접착, 스티칭, 또는 당업계에 잘 알려진 다른 고정 기술에 의해 고정될 수 있는 대향하는 외측 또는 내측 외장재 층과 중첩되도록 폼 에지 위의 이러한 돌출 부분을 둘러쌈으로써 수행될 수 있다. 대안적으로, 폼이 주변에 노출되는 에지를 따라, 상자에 클린치되거나, 압입되거나, 접착되거나, 달리 고정되는 커버를 적용함으로써, 에지가 마감될 수 있다. 에지를 마감하는 다른 옵션은, 노출된 폼 위에 실리콘, PET 용융물 또는 다른 융화성 용융물과 같은 밀봉 재료를 도포하는 것이다.
바람직한 공정에 따라, 상자를 제조하기 위해 선택된 공정(적층 후 절단, 또는 적층 전에 원하는 형상으로 상이한 층을 절단/제조)과 관계없이, 특정 기능이 상자에 추가될 수 있거나 구현될 수 있다. 이러한 특정 기능은, 특정 병 또는 캔 슬롯을 한정하기 위해 상자의 바닥을 엠보싱하여, 병/캔을 제자리에 홀딩 또는 고정할 수 있게 하는 기능; 상자를 국부적으로 강화하기 위해 상자에 강화 리브(rib)를 생성하여(예를 들어, 폼의 화학적 발포제의 활성화 온도 초과로 상자를 국부적으로 가열함으로써 주어짐), 상자 형성 후에 폼이 팽창할 수 있게 하는 기능; 상자를 안정적으로 적층할 수 있도록, 상자의 바닥 표면에 돌출 패턴을 생성하는 기능; 측벽의 재료를 절단하고, 절단으로 인해 폼이 노출된 에지를 마감함으로써, 및/또는 상자에 손잡이를 삽입하고, 용접, 접착, 스티칭 또는 다른 고정 기술에 의해, 상자에 이를 고정시킴으로써, 상자의 측벽에서 또는 상자의 내부에서, 상자에 손잡이를 생성하는 기능; 상자에 저장된 임의의 병 또는 캔의 상부 표면과 접촉되고, 폐쇄된 상자 위에 적층된 상자의 바닥 표면과 접촉되도록 구성된 커버를 상자에 제공하는 기능; 상자의 바닥에 배출구를 제공하는 기능 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
위의 공정 중 하나에 의해 수득된 상자는, 내하력 상자(즉, 그 위에 적층되는 하나 이상의 충전된 상자를 적재할 수 있는 상자), 또는 비-내하력 상자일 수 있으며, 하나 이상의 충전된 상자를 서로 위에 적층하는 경우, 내하력 기능은 상자에 저장된 병 또는 캔에 의해 제공된다.
Claims (16)
- 음료를 운반하기 위한 용기로서,
상기 용기는, PU 및/또는 PET 폼 코어, 수지 외측 외장재, 및 수지 내측 외장재를 포함하는 샌드위치 구조적 적층물로 제조된 적어도 하나의 부분을 포함하는,
음료를 운반하기 위한 용기. - 제1항에 있어서,
상기 폼 코어는, 최소 0.3 MPa의 압축 강도, 및/또는 40%의 최대 결정도를 갖는, 용기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수지 폼 코어는, 20 kg/m3 내지 400 kg/m3, 바람직하게는 40 kg/m3 내지 200 kg/m3의 밀도를 갖는 밀폐 기포 폼인, 용기. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 내측 및/또는 외측 외장재는 열가소성 수지로 제조되며, 바람직하게는 PE, PET, HDPE, PETG, PEF, PLA/PLLA 또는 이들의 혼합물로 제조되는, 용기. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외장재를 강화하기 위해 섬유가 사용되며, 바람직하게는 양마, 삼 황마, 또는 아마로부터 선택된 천연 섬유로 제조되는, 용기. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강화 수지 내측 및 외측 외장재는, 섬유질 피륙 또는 섬유 배향된 직물에 상기 수지를 함침시킴으로써 제조되는, 용기. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 섬유 대 상기 수지의 중량비는, 0.1/100 내지 75/25로 가변되는, 용기. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어 층의 두께는 0.1 mm 내지 20 mm, 바람직하게는 0.3 cm 내지 1 cm로 가변되며, 상기 외장재 층의 두께는 0.010 내지 10 mm, 바람직하게는 0.05 내지 5 mm로 가변되는, 용기. - 음료를 운반하기 위한 용기로서,
제1항에 따른 상기 용기는, 모든 부분이 PU 및/또는 PET 폼 코어, 수지 외측 외장재, 및 수직 내측 외장재를 포함하는 샌드위치 구조적 적층물로 제조되는,
음료를 운반하기 위한 용기. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
접이식 용기인, 용기. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 열성형 용기.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
맥주 병 또는 맥주 캔을 홀딩하는 상자인, 용기. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
폼 및/또는 외장재는 재활용 가능한 재료로 제조되는, 용기. - 제12항에 있어서,
운반 동안 상기 맥주 병/캔을 고정된 위치로 홀딩하는 톱니형 구조를 갖는 적어도 하나의 층을 갖는, 상자. - 음료를 운반하기 위한 열성형 용기를 제조하기 위한 공정으로서,
1) 열가소성 재료의 제1 및 제2 층 시트를 제조하는 단계; 및
2) PU 및/또는 PET 폼 코어 층을 제조하는 단계를 포함하며,
상기 공정은,
3) 상기 폼이 상기 열가소성 재료에 의해 양측에서 둘러싸이도록, 상기 시트 및 코어 층을 시트 형상의 소재로 적층하는 단계;
4) 열성형을 위한 주형에 상기 적층물을 살포하여, 상기 주형 공동의 형상-부여 벽을 향해 상기 적층물을 가압함으로써, 상기 용기의 부분을 제조하는 단계를 더 포함하는,
음료를 운반하기 위한 열성형 용기를 제조하기 위한 공정. - 음료를 운반하기 위한 접이식 용기를 제조하기 위한 공정으로서,
1) 열가소성 재료의 제1 및 제2 층 시트를 제조하는 단계; 및
2) PU 및/또는 PET 폼 코어 층을 제조하는 단계를 포함하며,
상기 공정은,
3) 상기 폼이 상기 강화 열가소성 재료에 의해 양측에서 둘러싸이도록, 상기 시트 및 코어 층을 시트 형상의 소재로 적층하는 단계;
4) 상기 적층물을 접어서 상기 용기의 부분을 제조하는 단계를 더 포함하는,
음료를 운반하기 위한 접이식 용기를 제조하기 위한 공정.
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