KR101553979B1 - 백 마우스 인접 위치에서 대기에 개구된 계면 벤트를 갖는 일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너, 이를 제조하기 위한 프리폼, 그리고 프리폼 및 백-인-컨테이너의 생산방법 - Google Patents

백 마우스 인접 위치에서 대기에 개구된 계면 벤트를 갖는 일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너, 이를 제조하기 위한 프리폼, 그리고 프리폼 및 백-인-컨테이너의 생산방법 Download PDF

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다니엘 피에르스만
루디 베르푸르텐
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앤호이저-부쉬 인베브 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 일체로 블로우 성형된 백-인-컨테이너(2)와 이를 제조하기 위한 프리폼(1)이다.
백-인-컨테이너(2)는 백을 형성하는 내층(21)과 컨테이너를 형성하는 외층(22), 그리고 백에 의해 규정되는 용량을 대기에 유체적으로 연결하는 마우스(5)를 갖는다. 더욱이 컨테이너는 내층과 외층 사이의 계면(14)을 대기에 유체적으로 연결하는 적어도 하나의 벤트(3)를 가지되, 적어도 하나의 벤트(3)는 내층(21)과 외층(22)사이의 계면에 평행하며, 백-인-컨테이너에 인접한 위치에서 대기에 개구되고, 동축으로 위치한다. 전술한 프리폼 및 백-인-컨테이너의 제조방법도 역시 정의된다.
백-인-컨테이너, 프리폼, 블로우 성형, 사출 성형

Description

백 마우스 인접 위치에서 대기에 개구된 계면 벤트를 갖는 일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너, 이를 제조하기 위한 프리폼, 그리고 프리폼 및 백-인-컨테이너의 생산방법{INTEGRALLY BLOW-MOULDED BAG-IN-CONTAINER HAVING INTERFACE VENTS OPENING TO THE ATMOSPHERE AT LOCATION ADJACENT TO BAG'S MOUTH, PREFORM FOR MAKING IT, AND PROCESSES FOR PRODUCING THE PREFORM AND BAG-IN-CONTAINER}
본 발명은 일반적으로 백-인-컨테이너(bag-in-container)의 새로운 발명에 관한 것으로, 특히, 상기 백-인-컨테이너의 내층을 외층으로부터 분리시켜 내측 백을 붕괴시키기 위하여, 내층(백)과 외층(컨테이너) 사이의 계면에서 압력을 제어할 수 있는 계면 벤트 구성에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 백-인-컨테이너의 생산방법에 관한 것으로, 특히 상기 백-인-컨테이너 생산에 이용되는 프리폼 및 이 프리폼을 생산하는 방법에 관한 것이다.
외부 용기의 형상에 따라 백-인-보틀 또는 백-인-박스라고도 칭하며 본 명세서에서 백-인-컨테이너의 의미에 포함되는 백-인-컨테이너는, 대기에 대한 개구, 즉, 마우스(mouth)를 갖는 외측 컨테이너 및 상기 마우스의 영역에서 상기 컨테이너와 상기 대기에 대한 마우스에 연결된 접혀질 수 있는 내측 백으로 구성된 액체 방출 패키징의 군에 속하는 것이다. 이 시스템은 내측 백을 압착하여 내측에 포함되어 있는 액체를 방출하도록 내측 백과 외측 컨테이너 사이의 영역 내의 압력을 제어하기 위해 이 영역과 대기를 유체적으로 연결하는 적어도 하나의 배출구(vent)를 포함해야 한다.
통상적으로, 백-인-컨테이너는 특정한 넥 클로저(neck closure) 조립체를 구비한 내측 백과 (일반적으로 보틀의 형태인) 구조적 컨테이너를 독립적으로 제조함으로써 제조되었으며 여전히 제조되고 있다. 이 백은 완전히 형성된 보틀 개구(opening) 내로 삽입되어 넥 클로저 조립체에 의해 이 마우스에 고정되며, 이는 백의 내측에 대한 하나의 개구 및 백과 보틀 사이의 공간을 대기에 유체적으로 연결하는 배출구를 포함하며, 이러한 구성의 예는 특히 USA 3484011, USA 3450254, USA 4330066, 및 USA 4892230에 개시되어 있다. 이러한 유형의 백-인-컨테이너는, 재사용가능하다는 이점을 갖고 있지만 매우 비싸며 제조에 있어서 노동 집약적이다.
보다 최근에는 일체형으로 블로우-성형된 백-인-컨테이너의 개발에 중점을 두고 있으며, 이에 따라 폴리머 다층 프리폼을 내층과 외층으로 이루어진 컨테이너 내에 블로우 성형함으로써(이렇게 제조된 컨테이너의 내층과 외층 간의 접착이 계면에 가스 유입시 쉽게 박리될 정도로 충분히 약함) 백을 컨테이너 내에 조립하는 노동 집약적 단계를 피하고 있다. “내층”과 “외층”의 각각은 단층 또는 복수의 층으로 이루어지지만, 어느 경우든 적어도 박리시(delamination) 쉽게 식별될 수 있다. 상기 기술은 많은 도전을 받아왔으며, 많은 대안 해결책이 제안되었다.
다층 프리폼은 압출되거나 사출 성형될 수 있다(USA 6238201, JPA 10128833 호, JPA 11010719, JPA 9208688, USA 6649121 참조). 전자의 방법이 생산성 면에서 유익하다면, 후자의 경우는 벽 두께 정밀도가 필요할 때, 특히 음료를 방출하기 위한 컨테이너에서 바람직하다.
일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너의 생산을 위한 프리폼은, 컨테이너의 다양한 층들이 층들의 두께로 박리되지 않는 블로우 성형된 공층(co-layered) 컨테이너의 생산을 위한 프리폼과는 명백히 다르다. 백-인-컨테이너는 유연성 있고 접혀질 수 있는 백을 포함하는 외측 구조적 봉지로 구성된다. 이에 따라 컨테이너의 외층은 내층보다 실질적으로 두껍다. 당연히, 상기 컨테이너의 외층은 실질적으로 내측 백보다 두껍다. 이와 동일한 관계는 물론 내층이 외층보다 실질적으로 더 얇은 프리폼에서도 발견할 수 있다. 게다가, 어떤 경우에, 프리폼은 공층 컨테이너의 제조를 위한 프리폼에는 전혀 존재하지 않는 배출구를 이미 포함하고 있다(EPA 1356915호 참조).
일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너들에서 한 가지 중복되는 문제점은 계면 벤트들의 형성이다. USA 5301838, USA 5407629, JPA 5213373 및 JPA 8001761에서와 같이, 백-인-컨테이너가 블로우 성형된 후 벤트가 형성되는 몇 가지 해결책들이 제안되었다. 이러한 방법은 물론 추가적인 생산 단계를 필요로 하며 백에 구멍이 뚫릴 위험이 있다는 단점을 갖는다. 실제로, 이러한 해결책들에 따르면, 공통적으로 외부 컨테이너의 벽에 수직인 구멍이 형성되고 내층 벽이 손상되지 않도록 정확성이 요구된다.
EPA 1356915 및 USA 6649121에서는, 우선 외층을 사출 성형하고, 외층 상부에서 내층을 사출 성형하여 프리폼이 형성된다. 상기 층들의 사출 성형 동안, 돌출 핀들을 이용하여 외층 벽에 수직인 통기구들을 형성하는데, 상기 통기구들은 외층의 내면과 같은 레벨이다. 사출된 내층은 핀들의 영향을 받지 않으며, 이러한 방법은 벤트들을 형성하는 동안 내측 백을 손상시킬 위험성과 관련된 문제점을 해결한다. 상기 통기구들은 블로우 성형 공정 동안 거의 신장되지 않거나 아예 신장되지 않는 영역에서 컨테이너 마우스의 영역에 근접하게 위치되어야 한다.
그러나, EPA 1356915 및 USA 6649121에 설명된 통기구들은 박리 및 내측 백의 압착을 위한 압력 가스 소스에 연결되기에 적합하지 않다. 또한, 내층 및 외층은 컨테이너 마우스의 인접 영역에서 거의 신장되지 않거나 아예 신장되지 않아서, 이 영역에서의 벽들이 컨테이너 바디의 벽들보다 더 두껍고 단단하게 된다. 그 결과, 맥주나 소다수와 같은 음료를 방출하는 백-인-컨테이너들에서 요구되는 바와 같이 계면에 수직인 방향으로 벤트들을 통해 압축 공기를 블로잉하여 내층을 외층으로부터 박리시키는데 더 높은 압력이 요구된다.
JPA 10180853은, 프리폼이 외부 프리폼에 끼워 맞춰진 내측 프리폼의 어셈블리로 구성되어 프리폼 어셈블리의 마우스에 매우 근접한 위치에 외부 컨테이너를 가로지르는 공동(cavity)을 갖는 일체형 블로우 성형된 백-인-컨테이너를 개시하고 있다. 블로우 성형 시, 상기 벤트는 상기 생산된 백-인-컨테이너에서 유지된다. JPA10180853에 개시된 프리폼의 벽들의 두께는 국지적으로(locally) 다양하며, 이는 블로우 성형 시 최종 백-인-컨테이너의 심각한 공정 및 재현성 문제로 이어질 수 있다.
벤트들로 압력 가스를 블로잉할 때 내층 및 외층의 박리를 최적화하기 위해, 상기 벤트들은 내층 및 외층 사이의 계면과 평행하여 쐐기 효과를 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너들과 연관된 선행기술에서 제안된 해결책들에서는, 벤트들이 계면에 수직이며, 외부 컨테이너 벽을 가로지르며 그에 수직인 구멍을 통해 대기에 개방되어, 쐐기 효과를 제공할 수 없었으며 그로 인해 내측 백을 외부 컨테이너로부터 박리시키는 효과와 그의 재현성을 저하시켰다.
맥주나 소다수와 같은 음료를 위한 백-인-컨테이너는 주로 내측 백의 마우스 개구에 연결되는 방출 통로와 벤트 개구(들)에 연결되는 압력 가스(일반적으로 공기)의 소스를 포함하는 특수 설계 기기에 위치한다. 기기의 소형화를 위해, 벤트 설계가 제한되며 바람직하게는 백-인-컨테이너 마우스에 인접하며 그와 동축을 이루는 위치에서 대기에 개방되어, 모든 배관이 함께 묶이도록 한다. 이러한 점에서, 상기 설계는 전통적인 맥주 케그 계면을 따르는 것이며, 이는 방출 기기를 바꿀 필요 없이 전통적인 맥주 케그를 일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너로 교체할 수 있다는 장점을 가진다.
상술한 바와 같이, 계면에서 압력 가스의 주입 시 내측 백을 외부 컨테이너로부터 박리시키는 것을 최적화하며 동시에 기존의 방출 기기와 함께 이용 가능한 일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너 방출 패키지가 요구된다.
본 발명은 첨부된 독립 항들에서 규정된다. 바람직한 실시예들은 종속항들에서 규정된다. 특히, 본 발명은 백을 형성하는 내층과 컨테이너를 형성하는 외층, 그리고 백에 의해 한정되는 용량을 유체적으로(fluidly) 대기에 연결하는 마우스를 포함하는 일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너에 관한 것이다. 상기 컨테이너는 상기 내층과 외층 사이의 계면을 유체적으로 대기에 연결하는 적어도 하나의 계면 벤트를 구비하며, 상기 적어도 하나의 벤트는 상기 내층과 외층 사이의 계면과 평행하며, 상기 백-인-컨테이너의 마우스와 인접하며 그와 대략적으로 동축을 이루는 위치에서 대기에 개방된다.
본 발명은 또한, 본 발명의 백-인-컨테이너를 블로우 성형하기 위한 프리폼에 관한 것이다. 상기 프리폼은 내층 및 외층, 바디, 넥 영역, 그리고 상기 내층에 의해 정의되는 공간을 대기에 유체적으로 연결하는 마우스를 포함하고, 상기 내층 및 외층은 적어도 상기 넥 영역의 레벨에서 계면에 의해 서로 연결된다. 상기 프리폼은 상기 계면과 평행하며, 상기 프리폼의 마우스에 인접하고 그와 동축을 이루는 위치에서 대기에 개방되는 적어도 하나의 계면 벤트를 포함한다.
본 발명의 프리폼(및 그에 따른 백-인-컨테이너)의 내층 및 외층은 서로 다른 재료들 또는 동일한 재료로 구성될 수 있다. 상기 프리폼의 두 층들은 계면에 의해 외층의 실질적으로 전체 내면에 걸쳐 연결될 수 있다. 반대로, 이들은 공기를 포함하며 적어도 하나의 계면 벤트와 유체 연통되는 갭에 의해 프리폼의 실질적인 영역에 걸쳐 분리될 수도 있다. 상기 프리폼은 2개의 별개의 내측 및 외부 프리폼들의 어셈블리일 수도 있으며, 하나의 층을 다른 층의 상부에 사출 성형하여 얻어진 일체형 프리폼일 수도 있다.
상기 벤트는 바람직하게는, 자신의 개구의 레벨에서는 넓은 면을 가지며 상기 내층과 외층이 만나서 계면을 형성할 때까지 용기 내로 더 깊게 관통함에 따라 점점 얇아지는 쐐기(wedge) 형태이다. 상기 컨테이너는, 백-인-컨테이너 마우스 립(lip) 주변에 균일하게 분포된 1 또는 복수개의 벤트들을 포함할 수 있다.
본 발명의 백-인-컨테이너를 생산하기 위한 하나의 유리한 방법은,
* 전술한 바와 같이 프리폼을 제공하되, 공기를 포함하는 갭은 프리폼 바디의 실질적인 영역에 걸쳐 내층 및 외층을 분리하며 상기 갭은 적어도 하나의 계면 벤트와 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 단계
* 상기 프리폼을 블로우 성형 온도로 가열하는 단계
* 상기 가열된 프리폼을 블로우 성형 툴의 고정 수단을 이용하여 넥 영역의 레벨로 고정하는 단계 및
* 상기 가열된 프리폼을 블로우 성형하여 백-인-컨테이너를 형성하되,
* 상기 고정 수단에 위치한 밸브로 상기 적어도 하나의 프리폼 계면 벤트를 폐쇄시켜 상기 프리폼 내층 및 외층을 분리하는 갭의 공기가 빠져나가지 않도록 하면서, 프리폼을 신장시키기 위해 내층에 의해 규정되는 공간으로 가스를 주입하는 제 1 단계 및
* 상기 갭 내에 축적된 공기압이 미리 설정된 값에 도달하면, 밸브를 개방하여 갭 내의 공기가 빠져나가도록 하는 제 2 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 프리폼의 특히 바람직한 실시예는, 다음의 연속 단계로 이루어진 방법에 의해 제조되는 일체형의 2층 프리폼이다:
* 프리폼의 내층을 코어 상부에 사출 성형하는 단계;
* 상기 프리폼의 외층을 상기 내층 상부에 사출 성형하는 단계;
* 상기 형성된 프리폼을 상기 코어로부터 뽑아내는 단계,
상기 코어는 상기 제 1층 및 제 2층들 사이의 계면과 평행하며, 상기 프리폼의 마우스와 인접하며 그와 동축을 이루는 위치에서 대기에 개방되는 계면 벤트를 형성하기에 적합한 적어도 하나의 핀을 베이스에 제공한다.
도 1A는 본 발명에 따른 프리폼의 제 1 실시예 및 그의 블로우 성형 후에 얻어지는 백-인-컨테이너에 대한 개략적 단면도이다.
도 1B는 본 발명에 따른 프리폼의 제 2 실시예 및 그의 블로우 성형 후에 얻어지는 백-인-컨테이너에 대한 개략적 단면도이다.
도 1A 및 1B를 참조하면, 일체로 블로우 성형된 백-인-컨테이너(2)와 그의 제조를 위한 프리폼(1) 및 프리폼(1')이 예시되어 있다. 상기 프리폼(1)은 (우측에 도시된) 계면에 의해 적어도 넥(neck) 영역(6) 레벨에서 연결되는 내층(11)과 외층(12)을 포함한다. 상기 내층(11) 및 외층(12) 사이의 영역은, 상기 두 층들이 실질적으로 서로 접촉하는 계면(14)으로 구성되거나, 적어도 하나의 벤트(3)와 유체 연통(fluid communication)되는 갭(14')을 포함할 수 있다. 상기 벤트(3)는 상기 프리폼의 마우스(mouth: 5)에 인접하게 위치하며 상기 프리폼 마우스(5)와 동축을 이루는 개구(4)를 포함한다.
상기 프리폼은 서로 독립적으로 제조된 후, 내측 프리폼(11)이 외부 프리폼(12)내로 끼워지도록 조립된 2개의 프리폼(11) 및 프리폼(12)의 조립체로 이루어질 수 있다. 이러한 해결책에 의하면, 각 프리폼 구성요소를 이루는 재료들의 선택뿐만 아니라 넥(neck) 및 벤트들의 설계에 있어서 보다 자유롭게 한다. 또 다른 대안으로, 하나의 층을 다른 층 위에 사출 성형함으로서 얻어지는 일체형 프리폼으로 할 수 있다. 후자의 실시예는, 조립 단계를 포함하지 않으며, 프리폼의 제조를 위해 하나의 제조 스테이션만이 요구된다는 점에서 조립된 프리폼에 비해 유리하다. 반면, 벤트의 설계는 특히 제한되며, 어떤 층이 먼저 사출 되어야 하는지에 따라 내층 및 외층의 각각 용융 온도를 신중하게 맞추어야 하고, 일반적으로 경험상 먼저 사출 되는 층에 더 높은 용융 온도가 요구된다.
상기 프리폼(1)의 내층 및 외층은 서로 다른 재료들 또는 동일한 재료로 구성될 수 있다. 서로 다른 재료들이 이용되는 경우, 백-인-컨테이너의 블로우 성형에서 뿐만 아니라 프리폼의 사출 성형에서의 공정 변수들(process parameters)에 따라 몇 가지 요건들이 충족되어야 한다. 물론, 이용되는 재료들 양자 모두 다소 유사한 공정 윈도우 내에서 처리될 수 있으며, 상기 계면에서 압력 가스 주입 시 충분히 이형되지 않는 계면을 지나치게 강하게 형성하지 않는 것이 중요하다.
또 다른 방법 및 놀랍게도, 내층 및 외층 모두 동일한 재료로 이루어지는 프리폼들의 경우에도 양호한 결과를 얻을 수 있다. 다음의 경우, 동일한 중합체가 내층 및 외층 사이의 계면의 양쪽에서 접촉하는 것으로 볼 수 있다.
* 내층 및 외층이 동일한 재료로 구성되는 경우 (예. 각 PET의 특정 그레이 드에 관계없이 PETinner-PETouter); 또는
* 내층 및 외층이 공통적으로 적어도 하나의 중합체를 가진 블렌드 또는 공중합체로 구성되는 경우, 단 상기 공통적인 중합체는 계면에 있으며, 서로 다른 중합체는 실질적으로 계면에 존재하지 않음 (예. (0.85 PET+0.15 PA6)inner(0.8 PET+0.2 PE)outer)).
소량의 첨가물들이 실질적으로 계면을 변경하지 않는 한, 이러한 첨가물들이 층에 존재한다고 해서 재료를 다르게 만든다고는 볼 수 없다.
본 발명의 프리폼 및 백-인-컨테이너에 대한 바람직한 재료들은 PET, PEN, PTT 및 PTN와 같은 폴리에스테르 PA6, PA66, PA11 및 PA12와 같은 폴리아미드 PE 및 PP와 같은 폴리올레핀 EVOH 폴리글리콜 아세테이트(PGAc) 및 폴리젖산(PLA)과 같은 생분해성 중합체 및 이들의 공중합체 및 혼합물들일 수 있다. 내층 및 외층에 서로 다른 재료가 이용되는 경우, 이들의 최적 블로우 성형 온도의 차가 약 70°C, 바람직하게는 40°C, 가장 바람직하게는 10°C 이상이어서는 안되며, 이상적으로는 동일한 블로우 성형 온도를 가져야 한다. 층의 온도는 IR-측정에 의해 결정될 수 있다.
상기 프리폼의 2층들(11, 12)은 계면(14)에 의해 외층의 실질적으로 전체 내면에 걸쳐 연결될 수 있다 (도 1A의 (1) 참조). 반대로, 이들은 공기를 포함하며 적어도 하나의 계면 벤트(3)와 유체 연통되는 갭(14')에 의해 프리폼 바디의 실질적인 영역에 걸쳐 분리될 수도 있다 (도 1B의 (1') 참조). 내측 프리폼이 넥 영역(6)에서 외부 프리폼에 단단히 고정되어 실질적인 갭(14')이 내층(11) 및 외층(12) 사이에 형성될 수 있도록 설계된 프리폼 어셈블리를 이용하는 경우, 후자의 실시예가 더 구현하기 용이하다.
이형제를 내층 및 외층의 일면 혹은 양면에서 계면에 적용하여, 백-인-컨테이너의 계면을 형성한다. 외층이 내층 상부로 사출 성형되는 경우, 외층을 몰딩하기 전에 이형제를 내층의 외면에 적용할 수도 있다. 시중에서 입수 가능하며 프리폼에 이용되는 재료에 가장 적합하고 블로잉 온도를 견디는, 실리콘 또는 PTFE 기재 이형제(예컨대, Freekote)와 같은 이형제도 이용될 수 있다. 상기 이형제는 프리폼을 블로우 성형 유닛에 로딩하기 직전에 적용되거나, 프리폼을 전처리하여 제공할 수도 있다.
이형제의 적용은 특히 내층의 설계에 있어 유익하다. 실제로, 계면 접착력을 낮추어 내층이 외층으로부터 박리(delamination)되는 것을 용이하게 하여, 박리 시 내층에 가해지는 응력을 줄여, 박리 시 손상될 위험 없이도 내층을 매우 얇고 유연하게 설계할 수 있다. 분명한 것은, 내측 백(bag)의 유연성이 액체 방출에 있어 핵심적인 변수이며, 더욱이 내층을 매우 얇게 설계할 수 있을 때 재료 절감을 통해 비용 절감을 달성할 수 있다.
상기 적어도 하나의 벤트(3)는 바람직하게는, 자신의 개구(4)의 레벨에서는 넓은 면을 가지며 상기 두 층들이 만나서 적어도 넥 영역의 레벨에서 계면(14)을 형성할 때까지 용기 내측로 깊게 관통할수록 점점 얇아지는 쐐기 형태이다. 상기 컨테이너는 백-인-컨테이너 마우스 립(lip) 주변에 균일하게 분포된 하나 또는 여러 개의 벤트들을 포함할 수 있다. 여러 개의 벤트들은 백-인-컨테이너(2)의 내층(21) 및 외층(22)의 계면이 상기 벤트들을 통해 압력 가스를 블로우할 때 더 균일하게 이형되도록 하기 때문에 유리하다. 바람직하게는, 상기 프리폼은 용기의 마우스 립에서 개방되며 직경방향으로 서로 반대의 위치에 있는 2개의 벤트를 포함한다. 더 바람직하게는 3개, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 4개의 벤트들이 마우스 립에 일정한 간격으로 개방된다.
상기 벤트의 쐐기 형태는 계면의 이형뿐 아니라, 일체형 프리폼의 생산에 있어 유리하다. 본 발명에 따른 백-인-컨테이너의 블로우 성형에 적합한 일체형 프리폼을 생산하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
* 프리폼의 내층을 코어 상에의 사출 성형;
* 상기 프리폼의 외층을 상기 내층 상부로 사출 성형;
* 이렇게 형성된 프리폼을 상기 코어로부터 빼내되,
상기 코어는 상기 제 1층 및 제 2층들 사이의 계면에 평행하며, 상기 프리폼의 마우스와 인접하며 그와 동축을 이루는 위치에서 대기에 개방되는 계면 벤트를 형성하기에 적합한 적어도 하나의 핀을 베이스에 포함한다. 상기 코어는 하나의 핀을 포함할 수도 있으나, 바람직하게는 컨테이너 마우스 립 주변에 여러 개의 벤트들이 개방되도록 하나 이상의 핀을 포함한다. 상기 핀들은 바람직하게는, 한편으로는 쐐기 형태의 벤트가 상술된 이점들을 가지며, 다른 한편으로는 생산된 일체형 프리폼이 성형 코어로부터 쉽게 빼낼 수 있도록 쐐기 형태로 이루어진다. 핀들의 치수(dimensions)는 백-인-컨테이너의 사이즈, 특히, 백-인-컨테이너의 마우스 및 립의 사이즈에 따른다. 약 56 리터 용량의 일반적인 가정용 음료 디스펜서의 경우, 핀들의 길이는 약 5～75mm, 바람직하게는 5～50mm, 가장 바람직하게는 10～20mm이며, 벤트 개구를 형성하는 베이스는 길이가 3～15mm, 바람직하게는 5～10mm이며 너비가 0.5～5mm, 바람직하게는 0.5～2mm인 아크 단면의 형태인 것이 바람직하다.
본 발명의 백-인-컨테이너(2)는 전술한 바와 같이, 프리폼을 제공하고, 블로우 성형 온도로 가열하고, 이렇게 얻어진 가열 프리폼을 블로우 성형 툴의 고정 수단을 이용하여 넥 영역의 레벨로 고정하고, 그리고 상기 가열된 프리폼을 블로우 성형하여 백-인-컨테이너를 형성함으로써 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 백-인-컨테이너의 내층(21) 및 외층(22)은 실질적으로 외층의 내측 표면 전체에 걸쳐 계면(24)에 의해 서로 연결된다. 상기 계면(24)은 벤트들(3)을 통해 대기와 유체 연통하며, 벤트들이 위치한 프리폼의 넥 영역이 고정 수단에 의해 단단히 고정되어 블로잉 동안 실질적으로 신장되지 않기 때문에 상기 벤트들은 블로우 성형 공정 동안 자신의 본래 형태를 유지한다.
일관되고도 재현 가능한 방식으로 벤트들을 통해 압력 가스를 블로잉하면, 내층(21)과 외층(22) 사이의 계면(24)이 박리되는 것이 필수이다. 상기 작업의 성공 여부는 많은 변수들, 특히 계면 접착력, 벤트들의 수, 형상 및 분포, 그리고 주입되는 가스의 압력에 달려 있다. 물론, 계면 접착력이 주요 변수이며, 이는 내층 및 외층에 대한 재료의 선택과 블로우 성형 동안의 공정 변수들에 의해 조절될 수 있다. 사용된 압력-시간-온도 윈도우가 대단히 중요하지만, 놀랍게도, 전술한 바와 같이, 공기를 포함하는 갭이 프리폼 바디의 실질적인 영역에 걸쳐 내층 및 외층을 분리하며 상기 갭이 적어도 하나의 계면 벤트와 유체 연통되며,
* 제 1단계에서, 고정 수단에 위치한 밸브로 상기 적어도 하나의 프리폼 계면 벤트를 폐쇄시켜 프리폼 내층 및 외층을 분리하는 갭의 공기가 빠져나가지 않도록 하면서, 프리폼을 신장시키기 위해 내층에 의해 규정되는 공간내로 가스를 블로잉하고
* 제 2단계에서는, 상기 갭 내에 축적된 공기압이 미리 설정된 값에 도달하면, 밸브를 개방하여 갭 내의 공기가 빠져나가도록 하는,
유형의 프리폼에 상기 블로우 성형 공정을 수행하는 경우 우수한 결과를 얻을 수 있다는 사실을 발견하였다.
이 방법에 의해, 내층 및 외층의 각 온도가 최고점에 있을 때, 두 층을 분리하는 갭 내에 둘러싸여진 에어쿠션에 의해 상기 내층이 상기 외층과 접촉하는 것을 방지한다. 신장이 진행되면서, 갭은 점점 얇아지고, 갭 내의 공기압은 증가한다. 압력이 미리 설정된 값에 도달하면, 벤트 개구를 폐쇄하고 있는 밸브가 풀리고, 공기가 분출되며, 두 층들 사이의 접착이 상당한 정도로 유지될 수 없는 수준까지 각각의 온도가 떨어지는 단계에서 내층이 외층과 접촉하여 그 사이에 계면을 형성할 수 있게 된다.
대안으로 또는 부가적으로, 블로우 성형 후에 혹은 도중에 도 1A의 화살표 P로 지시된 바와 같은 방향으로 내층의 넥 영역에 (기계적) 압력을 가하는 것이 바람직하다. 놀랍게도, 그러한 압력의 적용이 블로우 성형 공정 동안에 계면의 이형을 용이하게 하여, 벤트들을 통해 압력 가스를 블로잉할 때 추가적인 이형을 용이하게 한다는 것을 발견하였다. 실제로, 내층의 넥 부분에 그러한 압력을 적용하면, 백-인-컨테이너의 숄더부에서 내층 및 외층 사이의 간격을 유도할 수 있으며, 이러한 간격은 상기 언급된 벤트들을 통해 압력 가스를 블로잉할 때 내층 및 외층의 박리를 용이하게 한다.
본 발명에 따른 프리폼은 T 몰드 온도 °C로 냉각된 제1 성형 공동(cavity)으로 용융물을 주입하여 프리폼의 내층(11)을 형성함으로써 생산된다. 냉각된 제 2 성형 공동으로 용융물을 주입하여 프리폼의 외층(12)을 형성한다. 이러한 2개의 프리폼 구성요소들을 조립하여 본 발명에 따른 프리폼을 형성하였다.
IR램프 어레이를 포함하는 오븐에서 전술한 바와 같이 생산된 프리폼을 가열하고, 벽이 요구되는 온도로 유지된 블로우 성형 몰드 내로 프리폼을 고정하였다. 공기를 압력 상태의 프리폼 내로 블로잉하였다. 이렇게 생산된 백-인-컨테이너에 액체를 채우고, 압축 공기 소스를 포함하는 음료 디스펜싱 기기에 백-인-컨테이너를 연결하여, 박리 압력을 결정하였다.
박리 압력은 다음과 같이 결정되었다. 상기 백-인-컨테이너의 계면 벤트들을 압축 공기 소스에 연결하였다. 일정한 압력으로 벤트들을 통해 공기를 주입하고, 내층 및 외층 사이의 계면을 관찰하였다. 박리 압력에 도달할 때까지 압력을 단계적으로 증가시켰다. 계면의 전체에 걸쳐 내측 백이 외층으로부터 분리되어 접힐 때의 압력을 박리 압력으로 정의한다. 접착의 흔적(traces of bonding)을 알아보기 위해, 이렇게 분리된 층들의 표면을 검사하였다.
전술한 백-인-컨테이너의 박리 압력은 약 05± 0.1 바 과압 (bar overpressure)이었으며, 내층과 외층 사이에 미세한 응집 파괴의 흔적을 보였다. 이 예는 본 발명에 따른 일체형 프리폼으로 우수한 품질의 백-인-컨테이너가 생산될 수 있음을 증명하고 있다.

Claims (22)

  1. 일체형으로 블로우 성형된 백-인-컨테이너(2)에 있어서,
    상기 백을 형성하는 내층(21)과 상기 컨테이너를 형성하는 외층(22), 그리고 백에 의해 규정된 용량을 유체적으로 대기에 연결하는 마우스(5)를 포함하되, 상기 컨테이너는 상기 내층과 외층 사이의 계면을 유체적으로 대기에 연결하는 적어도 하나의 계면 벤트(3)를 구비하며, 상기 적어도 하나의 벤트(3)는 상기 내층(21)과 외층(22) 사이의 계면과 평행하며, 상기 백-인-컨테이너의 마우스(5)와 인접하며 그와 동축을 이루는 위치에서 대기에 개방되는 것을 특징으로 하는 백-인-컨테이너.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내층(21) 및 외층(22)은 서로 다른 재료들로 구성되는 것을 특징으로 하는 백-인-컨테이너.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내층(21) 및 외층(22)은 동일한 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 백-인-컨테이너.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내층(21) 및 외층(22)은 PET, PEN, PTT, PA, PP, PE, HDPE, EVOH, PGAc, PLA 및 이들의 공중합체 또는 이들의 블렌드로 이루어진 군에서 선택된 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 백-인-컨테이너.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 벤트는 자신의 개구(4)의 레벨에 위치하는 넓은 면으로부터 테이퍼링되어 상기 내층과 외층이 만나서 계면을 형성할 때까지 용기 내측로 깊게 관통할수록 점점 얇아지는 쐐기 형태인 것을 특징으로 하는 백-인-컨테이너.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 벤트(3)가 백-인-컨테이너의 마우스의 립 주변에 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 백-인-컨테이너.
  7. 제1항 기재의 백-인-컨테이너를 블로우 성형하기 위한 프리폼에 있어서, 상기 프리폼은 내층(11) 및 외층(12), 바디, 넥 영역(6), 그리고 상기 내층에 의해 규정되는 공간을 대기에 유체적으로 연결하는 마우스(5)를 포함하고, 상기 내층(11) 및 외층(12)은 적어도 상기 넥 영역(6)의 레벨에서 계면에 의해 서로 연결되고,
    상기 프리폼은 상기 계면(14)과 평행하며, 상기 프리폼의 마우스에 인접하고 그와 동축을 이루는 위치에서 대기에 개방되는 적어도 하나의 계면 벤트(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리폼.
  8. 제7항에 있어서, 상기 내층(11) 및 외층(12)은 서로 다른 재료들로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리폼.
  9. 제7항에 있어서, 상기 내층(11) 및 외층(12)은 동일한 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리폼.
  10. 제7항에 있어서, 상기 내층(11) 및 외층(12)은 PET, PEN, PTT, PA, PP, PE, HDPE, EVOH, PGAc, PLA, 및 이들의 공중합체들 또는 이들의 블렌드로 이루어진 군에서 선택된 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리폼.
  11. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 벤트(3)는 자신의 개구의 레벨에 위치하는 넓은 면으로부터 테이퍼링되어 상기 내층과 외층이 만나서 계면을 형성할 때까지 용기 내측로 깊게 관통할수록 점점 얇아지는 쐐기 형태인 것을 특징으로 하는 프리폼.
  12. 제7항에 있어서, 하나 이상의 벤트(3)가 백-인-컨테이너의 마우스의 립 주변에 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 프리폼.
  13. 제7항에 있어서, 상기 프리폼의 내층(11)과 외층(12)은 상기 외층의 실질적으로 전체 내면에 걸쳐 계면에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 프리폼.
  14. 제7항에 있어서, 상기 프리폼의 내층(11)과 외층(12)은, 공기를 포함하며 적어도 하나의 계면 벤트와 유체 연통된 갭에 의해 프리폼 바디의 실질적인 영역에 걸쳐 분리되는 것을 특징으로 하는 프리폼.
  15. 제7항에 있어서, 서로 끼워 맞춰진 2개의 별개의 내측 및 외부 프리폼들의 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리폼.
  16. 제7항에 있어서, 하나의 층(12)을 다른 층(11) 상부에 사출 성형함으로써 얻어진 일체형 프리폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리폼.
  17. 백을 형성하는 내층(21)과 컨테이너를 형성하는 외층(12), 그리고 백에 의해 규정된 용량을 유체적으로 대기에 연결하는 마우스(5)를 포함하되, 상기 컨테이너는 상기 내층과 외층 사이의 계면을 유체적으로 대기에 연결하는 적어도 하나의 계면 벤트(3)를 구비하며, 상기 적어도 하나의 벤트(3)는 상기 내층과 외층 사이의 계면과 평행하며, 상기 마우스와 인접하며 그와 동축을 이루는 위치에서 대기에 개방되는 백-인-컨테이너를 생산하는 방법에 있어서,
    제7항 내지 제16항의 어느 한 항에 기재된 프리폼을 제공하는 단계;
    상기 프리폼을 블로우 성형 온도로 가열하고, 상기 가열된 프리폼을 블로우 성형 툴의 고정 수단을 이용하여 넥 영역의 레벨로 고정하는 단계; 및
    상기 가열된 프리폼을 블로우 성형하여 백-인-컨테이너를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백-인-컨테이너 생산 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 프리폼은 서로 끼워 맞춰진 2개의 분리된 내측(11) 및 외부(12) 프리폼들의 어셈블리로 구성된 것을 특징으로 하는 백-인-컨테이너 생산 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 프리폼의 내층(11)과 외층(12)은, 공기를 포함하며 적어도 하나의 계면 벤트(3)와 유체 연통된 갭(14')에 의해 프리폼 바디의 실질적인 영역에 걸쳐 분리되며, 상기 블로우 성형 공정은,
    상기 고정 수단에 위치한 밸브로 상기 적어도 하나의 프리폼 계면 벤트를 폐쇄시켜 상기 프리폼 내층(11) 및 외층(12)을 분리하는 갭의 공기가 빠져나가지 않도록 하면서, 프리폼을 신장시키기 위해 내층에 의해 규정되는 공간으로 가스를 주입하는 제1단계 및
    상기 갭(14') 내에 축적된 공기압이 미리 설정된 값에 도달하면, 밸브를 개방하여 갭 내의 공기가 빠져나가도록 하는 제2단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백-인-컨테이너의 생산방법.
  20. 하나의 층을 다른 층의 상부에 사출 성형하여 얻어진 일체형 프리폼을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 프리폼의 내층(11)을 코어 상부에 사출 성형하는 단계,
    상기 프리폼의 외층(12)을 상기 내층 상부에 사출 성형하는 단계 및
    상기 형성된 프리폼을 상기 코어로부터 빼내는 단계를 포함하되, 상기 코어는 제1층 및 제2층들 사이의 계면(14)과 평행하며, 상기 프리폼의 마우스(5)와 인접하며, 그와 동축을 이루는 위치에서 대기에 개방되는 계면 벤트(3)를 형성하는 적어도 하나의 핀을 베이스에 포함하는 것을 특징으로 하는 프리폼의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핀은 상기 코어의 베이스에 연결된 레벨에서 넓은 면으로부터 테이퍼링되는 쐐기 형태인 것을 특징으로 하는 프리폼의 제조방법.
  22. 제20항에 있어서, 하나 이상의 핀이 상기 코어 주변에 분포되는 것을 특징으로 하는 프리폼의 제조방법.
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